机床自动换刀装置

第二节数控加工系统的自动换刀装置为了进一步提高数控机床的加工效率，数控机床向着工件在一台机床上经一次装夹可完成多道工序或全部工序加工的方向发展，从而出现了各种类型的加工中心机床和车削中心机床。

这类机床为了完成不同工序的加工工艺，需使用多种刀具，因此必须有自动换刀装置。

自动换刀装置应满足换刀时间短、刀具重复定位精度高、刀具储存量足够、结构紧凑及安全可靠等要求。

各类数控机床的自动换刀装置的结构取决于机床的类型、工艺范围、使用刀种类和数目。

目前数控机床使用的自动换刀装置主要有转塔式自动换刀和刀库式自动换刀二种。

一、转塔式自动换刀装置转塔式自动换刀装置又分回转刀架式和转塔头式二种，回转刀架式用于各种数控车床和车削中心机床。

转塔头式多用于数控钻、镗、铣床。

（一）回转刀架换刀回转刀架换刀是一种简单的自动换刀装置。

在回转刀架各刀座安装或夹持各种不同用途的刀具，通过回转刀架的转位实现换刀。

回转刀架可在回转轴径向和轴向安装刀具。

在数控车床上，回转刀架和其上的刀具布置大致有：（1）一个回转刀架，外圆类、内孔类刀具混合放置，如图6-10所示。

（2）两个回转刀架，分别布置外圆和内孔类刀具。

如图6-11所示，上刀架的回转轴与主轴平行，用于装外圆类刀具；下刀架的回转轴与主轴垂直，用于装内孔类刀具。

图6-11 带有两个回转刀架的数图6-12 双排回转刀架外形图控车床（3）一个回转刀架，外圆类、内孔类刀具分别布置在刀架的一侧面，如图6-12所示。

回转刀架的回转轴与主轴倾斜，每个刀位上可装两把刀具，用于加工外圆和内孔。

回转刀架的工位数最多可达20余个，但最常用的是8、10、12和16工位4种。

工位数越多，刀间夹角越小，非加工位置刀具与工件相碰而产生的干涉可能性越大；在刀架布刀时要给予考虑，避免发生干涉现象。

回转刀架在结构上必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工时切削抗力和减小刀架在切削力作用下的位移变形，提高加工精度。

回转刀架还要选择可靠的定位方案和定位结构，以保证回转刀架在每次转位之后具有高的重复定位精度。

第六章数控机床的自动换刀装置第一节自动换刀装置的形式数控机床为了能在工件一次装夹中完成多种甚至所有加工工序，以缩短辅助时间和减少多次安装工件所引起的误差，必须带有自动换刀装置。

数控车床上的回转刀架就是一种简单的自动换刀装置，所不同的是在多工序数控机床出现之后，逐步发展和完善了各类回转刀具的自动换刀装置，扩大了换刀数量，从而能实现更为复杂的换刀操作。

在自动换刀数控机床上，对自动换刀装置的基本要求是：换刀时间短，刀具重复定位精度高，有足够的刀具存储量，刀库占地面积小及安全可靠等。

各类数控机床的自动换刀装置的结构取决于机床的形式、工艺范围及其刀具的种类和数量。

其基本类型有以下几种。

一、转刀架换刀回转刀架是一种最简单的自动换刀装置，常用于数控车床。

可以设计成四方刀架、六角刀架或圆盘式轴向装刀刀架等多种形式。

回转刀架上分别安装着四把、六把或更多的刀具，并按数控装置的指令换刀。

回转刀架在结构上必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工时的切削抗力。

由于车削加工精度在很大程度上取决于刀尖位置，对于数控车床来说，加工过程中刀具位置不进行人工调整，因此更有必要选择可靠的定位方案和合理的定位结构，以保证回转刀架在每次转位之后，具有尽可能高的重复定位精度（一般为0.001～0.005mm）。

一般情况下，回转刀架的换刀动作包括刀架抬起、刀架转位及刀架压紧141等。

回转刀架按其工作原理分为若干类型，如图6-1所示。

图6-1a)所示为螺母升降转位刀架，电动机经弹簧安全离合器到蜗轮副带动螺母旋转，螺母举起刀架使上齿盘与下齿盘分离，随即带动刀架旋转到位，然后给系统发信号螺母反转锁紧。

转位刀架刀架内装信号盘上齿盘销钉端齿盘定位开电动机合下齿盘销钉n螺母弹簧安全离合器蜗轮副(a)(b)刀架凸轮凸轮拔爪棘爪上齿盘下齿盘电动机液压缸棘轮摆动阀芯(c)(e)(d)回转刀架的类型及其工作原理图6-1图6-1b)所示为利用十字槽轮来转位及锁紧刀架（还要加定位销），销钉每转一周，刀架便转1/4转（也可设计成六工位等）。

「数控机床的自动换刀装置设计」一、需求分析数控机床的自动换刀装置主要用于在加工过程中自动更换刀具，以适应不同的加工任务和实现多种加工工艺的自动化。

因此，自动换刀装置的设计要满足以下需求：1.快速准确的刀具更换：自动换刀装置需要能够在短时间内完成刀具的更换，且保证更换的准确性。

2.高效的自动化控制：自动换刀装置需要与数控系统实现自动化控制，能够根据加工任务自动选择合适的刀具。

3.安全可靠的操作：自动换刀装置需要具备安全可靠的设计，避免因操作失误导致的事故发生。

二、设计原则在自动换刀装置的设计过程中，需要遵循以下原则：1.结构简单、紧凑：自动换刀装置需要满足空间限制，尽可能小巧紧凑，以适应各种机床的安装条件。

2.操作方便、人性化：自动换刀装置的控制操作要简便易懂，方便操作人员进行操作和维护。

3.刀具固定牢固可靠：刀具在加工过程中会受到较大的切削力和振动力，因此自动换刀装置需要确保刀具固定牢固，以保证加工精度和工件质量。

三、设计方案基于上述需求和设计原则，设计了一种数控机床的自动换刀装置。

该装置的设计主要包括以下几个部分：1.刀库设计：刀库是存放刀具的地方，需要设计合理的刀具存储位置和刀具取放机构。

刀库可以采用旋转式或者移动式，既可以满足换刀的快速性，又可以满足复杂工艺下的多种刀具存储需求。

2.自动换刀机构设计：自动换刀机构用于完成刀具的取放。

可以采用伺服电机或气动执行器控制换刀机构的运动，实现快速精确的换刀动作。

3.刀具固定设计：刀具在切削过程中会受到较大的力，需要采用可靠的夹持装置将刀具固定在主轴上。

常用的刀具固定装置有机械夹紧和磁力夹持装置，可以根据具体的加工需求选择合适的装置。

4.控制系统设计：自动换刀装置需要与数控系统实现自动化控制，根据加工任务自动选择合适的刀具。

控制系统可以采用PLC或者单片机进行控制，通过传感器检测刀具状态，并发送信号控制换刀动作。

5.安全设计：自动换刀装置需要具备安全可靠的设计，可以在换刀过程中检测到异常情况，如刀具松动或擦伤等，并及时采取安全保护措施，避免事故的发生。

8.4.1 自动换刀装置的形式自动换刀装置是加工中心的重要执行机构，它的形式多种多样，目前常见的有以下几种。

1．回转刀架换刀数控机床使用的回转刀架是最简单的自动换刀装置，有四方刀架、六角刀架，即在其上装有四把、六把或更多的刀具。

回转刀架必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工的切削力：同时要保证回转刀架在每次转位的重复定位精度。

图8-17为数控车床六角回转刀架，它适用于盘类零件的加工。

在加工轴类零件时，可以用四方回转刀架。

由于两者底部安装尺寸相同，更换刀架十分方便。

图8-17 数控车床六角回转刀架1－活塞2－刀架体3、7－齿轮4－齿圈5－空套齿轮6－活塞8－齿条9－固定插销10、11－推杆12－触头回转刀架的全部动作由液压系统通过电磁换向阀和顺序阀进行控制，它的动作分为4个步骤：(1)刀架抬起当数控装置发出换刀指令后，压力油由a孔进入压紧液压缸的下腔，活塞1上升，刀架体2抬起，使定位用的活动插销10与固定插销9脱开。

同时，活塞杆下端的端齿离合器与空套齿轮5结合。

(2)刀架转位当刀架抬起后，压力油从c孔进入转位液压缸左腔，活塞6向右移动，通过联接板带动齿条8移动，使空套齿轮5作逆时针方向转动。

通过端齿离合器使刀架转过60º。

活塞的行程应等于齿轮5分度圆周长的1/6，并由限位开关控制。

(3)刀架压紧刀架转位之后，压力油从b孔进入压紧液压缸上腔，活塞1带动刀架体2下降。

齿轮3的底盘上精确地安装有6个带斜楔的圆柱固定插销9，利用活动插销10消除定位销与孔之间的间隙，实现反靠定位。

刀架体2下降时，定位活动插销10与另一个固定插销9卡紧，同时齿轮3与齿圈4的锥面接触，刀架在新的位置定位并夹紧。

这时，端齿离合器与空套齿轮5脱开。

(4)转位液压缸复位刀架压紧之后，压力油从d孔进入转位液压缸的右腔，活塞6带动齿条复位，由于此时端齿离合器已脱开，齿条带动齿轮3在轴上空转。

如果定位和夹紧动作正常，推杆11与相应的触头12接触，发出信号表示换刀过程已经结束，可以继续进行切削加工。

数控机床的自动换刀装置摘要数控机床集中应用了计算机技术，电子技术，自动控制技术，传感测量，机械制造，等先进技术，是典型的机电一体化产品。

它的发展和应用开创了制造业的新时代，改变了制造业的生产方式，产业结构，管理形式，使世界制造业的格局发生了巨大的变化，促进了其他行业的生成和飞速发展。

刀具及自动换刀装置对加工时间有着重要的影响，自动换刀的快慢又影响了加工的时间，刀库的容量决定了刀具的数量，进而影响换刀时间和加工时间。

本文主要讲述数控机床的自动换刀机构。

关键词：发展趋势机构自动换刀刀库目录1、刀库 (1)1.1刀库的类型 (1)1.2刀库的容量 (1)1.3刀库的转位 (1)2、机械手 (2)2.1机械手的形式 (2)2.2机械手手爪形式与结构原理 (2)2.2.1机械手手爪形式 (2)2.2.2机械手结构原理及驱动机构 (2)3、自动换刀装置 (2)3.1刀具选择方式 (3)3.1.1顺序选刀 (3)3.1.2任选刀具 (3)3.2数控车床刀架 (3)参考文献 (5)1、刀库刀库是自动换刀装置的主要部件，其容量、布局以及具体结构对数控机床的设计有很大影响。

刀库的刀具定位机构是用来保证要更换的每一把刀具准确的停在换到位置上。

采用电动机或液压系统为刀库提供动力。

根据刀库所需要的容量和取刀方式，可以将刀库设计成多种形式。

1.1刀库的类型刀库的功能是储存加工工序所需要的各种刀具，并按指令将要用的刀具准确的送到换刀位置，并接受从主轴送来的已用刀具。

根据需求，刀库类型有多种（1）盘式刀具在盘式刀库结构中，刀具可以沿主轴轴向、径向、斜向安放，刀具轴向安装的结构最为紧凑。

在刀库容量较大时，可采用弹仓式结构，目前大量的刀库安装在机床立柱的顶面或侧面，也可安装在单独的基地上。

盘式刀库分径向、轴向两种取刀方式，其刀座结构不同。

此种刀库结构简单，适用于刀库容量较少的情况。

（2）链式刀库刀具容量比盘式的大，结构也比较灵活和紧凑，常为轴向换刀。

数控机床自动换刀装置及其控制研究一、本文概述随着现代制造业的飞速发展，数控机床作为重要的加工设备，其自动化、智能化水平的高低直接决定了生产效率与加工质量。

自动换刀装置（Automatic Tool Changer, ATC）作为数控机床的关键组成部分，其性能直接影响到机床的加工效率与灵活性。

本文旨在对数控机床自动换刀装置及其控制进行深入的研究，探讨其结构特点、工作原理、控制策略以及优化方法，以期为提高数控机床的整体性能提供理论支持和实践指导。

文章首先对数控机床自动换刀装置的基本概念和分类进行介绍，明确研究对象和范围。

接着，分析不同类型自动换刀装置的结构特点和工作原理，包括刀库类型、换刀方式、换刀时间等关键因素。

在此基础上，研究自动换刀装置的控制策略，包括换刀过程的控制逻辑、运动轨迹规划、故障检测与处理等。

同时，结合实际应用案例，探讨自动换刀装置在实际生产中的性能表现及优化空间。

文章对数控机床自动换刀装置的发展趋势进行展望，提出未来研究方向和建议。

通过本文的研究，旨在为数控机床自动换刀装置的设计、制造和应用提供有益的参考和借鉴，推动现代制造业的持续发展。

二、数控机床自动换刀装置概述随着制造业的快速发展，数控机床作为高精度、高效率的加工设备，其应用越来越广泛。

在数控机床中，自动换刀装置（Automatic Tool Changer，简称ATC）是一项关键技术，它能够在加工过程中自动更换刀具，从而大幅提高加工效率。

本章节将对数控机床自动换刀装置进行概述，包括其工作原理、主要类型以及发展趋势。

工作原理：自动换刀装置主要通过刀库和换刀机构两部分实现刀具的自动更换。

刀库负责存储多把刀具，而换刀机构则负责在需要时从刀库中选取合适的刀具，并将其安装到主轴上。

整个换刀过程由数控系统控制，确保换刀过程精确、快速。

主要类型：根据换刀方式和结构特点，自动换刀装置可以分为多种类型，如转塔式、盘式、链式等。

转塔式换刀装置通过旋转转塔来选取刀具，结构紧凑但刀具容量有限盘式换刀装置利用旋转刀盘进行刀具更换，刀具容量较大链式换刀装置则通过链条或传送带将刀具输送到指定位置，适用于大型数控机床。