定義

自動換刀裝置是在主軸和刀庫之間傳送、裝卸刀具的裝置。自動換刀裝置是數(shù)控加工中ATC的全稱。

自動換刀裝置驅(qū)動數(shù)控機(jī)床連續(xù)工作，即每道工序完成后，自動將下一工序使用的新刀具更換到主軸上，并由主軸拾取刀具，刀具的交換一般由機(jī)械手、刀庫和主軸的協(xié)調(diào)動作完成。

與多主軸數(shù)控雕刻機(jī)相比，自動換刀數(shù)控雕刻機(jī)僅需在主軸箱內(nèi)設(shè)置一個主軸，主軸部件具有足夠的剛性，能夠滿足各種精度加工的要求。此外，刀庫可存儲大量刀具，用于復(fù)雜零件的多工序加工，顯著提高機(jī)床的適應(yīng)性和加工效率。自動換刀數(shù)控雕刻機(jī)系統(tǒng)由刀庫和自動換刀裝置兩部分組成。其主要優(yōu)勢在于：一是僅保留一個主軸，有利于簡化主軸結(jié)構(gòu)，提高主軸的剛性；二是刀庫中可存儲大量不同類型、不同功能的雕刻刀，方便完成各種復(fù)雜、多工序的加工工序。

自動換刀裝置由刀庫、刀具選擇系統(tǒng)、刀具交換機(jī)構(gòu)等部分組成，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。它負(fù)責(zé)在刀庫和主軸之間傳送刀具，將要使用的刀具推到主軸上，再將更換下來的刀具送回到刀庫里面。這種換刀方式雖然不如前一種換刀方式直接，但卻避免了刀庫和主軸移動換刀，而是由自動換刀裝置來代替。這樣一來，機(jī)械部件的運動范圍就減小了，換刀完成得更快，設(shè)計布局也更加靈活。

工作原理

在自動換刀系統(tǒng)中，實現(xiàn)刀具在刀庫與主軸之間傳遞和裝卸的裝置稱為換刀裝置。換刀方式有2種：刀庫與主軸的相對運動和機(jī)械手。利用刀庫與主軸的相對運動實現(xiàn)刀具交換的裝置在換刀時必須先將用過的刀具放回刀庫，再從刀庫中取出新刀具。1個動作不能同時進(jìn)行，換刀時間較長。

而機(jī)械手換刀裝置在換刀時可同時抓取并裝卸主軸和刀庫中的鉆頭，因此換刀時間進(jìn)一步縮短。利用機(jī)械手換刀的方法應(yīng)用最為廣泛。這是因為機(jī)械手換刀靈活，動作迅速，結(jié)構(gòu)簡單。機(jī)械手可完成抓取-拔出-翻轉(zhuǎn)-插入-回退等一系列動作。為了防止鉆頭掉落，機(jī)械手的活動爪上裝有自鎖機(jī)構(gòu)。

特點與優(yōu)勢

采用大功率自動換刀主軸，啟動性能好，扭矩大，充分發(fā)揮機(jī)器高速高效的優(yōu)勢。采用日本產(chǎn)大扭矩伺服電機(jī)，噪音小，速度快，定位精度高。配備獨特的刀庫，可以隨意更換所需的銑刀。換刀時間只需幾秒鐘。標(biāo)準(zhǔn)刀庫自帶8把刀具，可定制更大容量的刀庫。

成本

一臺帶自動換刀裝置的數(shù)控銑床的價格會因機(jī)器的規(guī)格、尺寸、功能和品牌而異，通常在 10,800 美元到 100,000 美元以上不等。入門級自動換刀數(shù)控銑床套件的平均價格為 12,000 美元，而一些具有先進(jìn)功能、更大工作區(qū)域和附加功能的高端工業(yè)自動換刀數(shù)控銑床工作臺的價格往往更高?？偠灾?，購買一臺帶自動換刀裝置的自動換刀數(shù)控銑床的平均成本約為 16,000 美元。建議您根據(jù)具體需求咨詢具體的制造商或供應(yīng)商，以獲得準(zhǔn)確的定價。

大多數(shù)木工都渴望擁有一臺自動換刀數(shù)控雕刻機(jī)，但有些人并不清楚為一臺普通數(shù)控機(jī)床升級一套自動換刀裝置需要多少錢。 2025工業(yè)數(shù)控市場報告顯示，如果您想自己動手，則需要在普通機(jī)器上額外花費 3,000 美元到 8,000 美元。

規(guī)格

類型

自動換刀裝置分為3種常見的類型：直線式，滾筒式，鏈條式，我們將一一介紹。

直線型

這是一種直列式換刀裝置，用于4至12把刀的刀庫，具有換刀速度快、使用方便等特點。

鼓類型

這是一種旋轉(zhuǎn)換刀裝置，也稱為CTM型ATC或盤式ATC。它用于8至20把刀的刀庫。

鏈類型

適用于換刀速度較低的立式數(shù)控機(jī)床，專為30把以上刀具的刀庫設(shè)計，具有最佳的刀具承載能力。

數(shù)控加工中如何換刀？

旋轉(zhuǎn)刀座

旋轉(zhuǎn)刀架是數(shù)控車床中常用的一種最簡單的換刀裝置，可設(shè)計成方形、六角形或盤式軸向刀架等多種形式。旋轉(zhuǎn)刀架上分別安裝有4把、6把或更多把刀具，并根據(jù)數(shù)控裝置的指令進(jìn)行換刀。旋轉(zhuǎn)刀架的結(jié)構(gòu)必須具有良好的強(qiáng)度和剛度，以承受粗加工時的切削阻力。由于車削加工精度很大程度上取決于刀尖的位置，對于數(shù)控車床來說，加工過程中刀具位置不是人工調(diào)整的，因此更需要選擇可靠的定位方案和合理的定位結(jié)構(gòu)，以確保旋轉(zhuǎn)刀架在每次分度后具有盡可能高的重復(fù)定位精度（通常 0.001-0.005mm).正常情況下，旋轉(zhuǎn)刀架的變換動作有刀架升降、刀架分度、刀架壓緊。

主軸頭更換

主軸頭換刀是旋轉(zhuǎn)刀具數(shù)控機(jī)床較為簡單的換刀方式。這種主軸頭實際上是一個轉(zhuǎn)塔刀庫，主軸頭有臥式和立式兩種類型。通常采用轉(zhuǎn)塔分度的方式更換主軸頭，實現(xiàn)自動換刀。轉(zhuǎn)塔的每個主軸上都預(yù)裝了各工序所需的旋轉(zhuǎn)刀具。當(dāng)發(fā)出換刀指令時，各主軸頭依次轉(zhuǎn)到加工位置，并開啟主運動，使相應(yīng)主軸帶動刀頭旋轉(zhuǎn)。處于非加工位置的其他主軸則與主運動斷開。主軸換刀裝置省去了自動松刀、夾刀、卸刀、裝刀、卸刀等一系列復(fù)雜的操作，從而縮短了換刀時間，提高了換刀的可靠性。但由于空間位置的限制，主軸部件的結(jié)構(gòu)尺寸不能太大，從而影響主軸系統(tǒng)的剛性。為了保證主軸的剛性，必須限制主軸的數(shù)量，否則會增大結(jié)構(gòu)尺寸。因此，轉(zhuǎn)塔主軸頭通常只適用于工序少、精度要求不高的機(jī)床，如數(shù)控鉆銑床等。

自動換刀系統(tǒng)

由于旋轉(zhuǎn)刀架和轉(zhuǎn)塔式刀庫無法容納過多的刀具，無法滿足復(fù)雜零件的加工需求，因此自動換刀數(shù)控機(jī)床大多采用帶刀庫的自動換刀裝置。帶刀庫的裝置由刀庫和換刀機(jī)構(gòu)組成，換刀過程較為復(fù)雜。首先，加工過程中用到的所有刀具都應(yīng)安裝在標(biāo)準(zhǔn)刀架上，并在機(jī)床外部進(jìn)行尺寸預(yù)調(diào)后，按一定方式放入刀庫。換刀時，先在刀庫中選擇刀具，然后換刀裝置從刀庫或主軸中取出需要更換的刀具，將新刀具放入主軸，再將舊刀具放回刀庫。刀庫容量較大，可安裝在主軸箱的側(cè)面或上方。由于帶自動換刀刀庫的機(jī)床主軸箱內(nèi)只有一個主軸，因此主軸部件的剛性要求較高，以滿足精密加工的要求。此外，刀庫容量大，可進(jìn)行復(fù)雜零件的多工序加工，大大提高了機(jī)床的適應(yīng)性和加工效率。帶刀庫的ATC系統(tǒng)適用于鉆孔中心、加工中心等。

如何選擇彈匣與工具？

刀庫類型

刀庫用于儲備一定數(shù)量的銑刀，通過機(jī)械手與主軸上的銑刀進(jìn)行交換。刀庫有多種形式，如盤式刀庫、鏈?zhǔn)降稁斓取５稁斓男问胶腿萘繎?yīng)根據(jù)機(jī)床的工藝范圍確定。盤式刀庫中銑刀的方向與主軸方向一致。換刀時，主軸箱上升到一定位置，使主軸上的銑刀對準(zhǔn)刀庫底部位置，將銑刀夾緊，主軸在電腦控制下，松開手柄，盤式刀庫向前移動，拔出主軸上的銑刀，然后刀庫將下道工序用到的銑刀旋轉(zhuǎn)到與主軸對齊的位置，刀庫向后移動，將新的銑刀插入主軸孔中，主軸夾緊刀架，主軸箱下降到工作位置，換刀任務(wù)完成，下道工序開始工作。這種換刀裝置的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、成本低、換刀可靠性好，缺點是換刀時間長，適用于刀庫容量較小的加工中心。對于需要大刀庫容量的加工中心，將采用鏈?zhǔn)降稁?，該刀庫結(jié)構(gòu)緊湊，刀庫容量大，鏈環(huán)形狀可根據(jù)機(jī)床的布局制成各種形狀，換刀位置也可突出，方便更換。當(dāng)需要增加銑刀數(shù)量時，只需增加鏈條長度即可，給刀庫的設(shè)計和制造帶來了方便。

工具選擇方法

刀庫中存放著多把刀具，每次換刀前都要選擇刀具。常用的選刀方式有順序法和任意法，刀具按工藝要求依次裝入刀庫的刀架中，加工時就是按順序調(diào)整刀具，加工不同工件時，必須重新調(diào)整刀庫中刀具的順序。優(yōu)點是刀庫的驅(qū)動和控制比較簡單，因此，這種方法適用于加工批量大、工件品種少的中小型數(shù)控機(jī)床的自動換刀。隨著數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展，大多數(shù)數(shù)控系統(tǒng)采用任意選刀方式，分為刀架編碼、刀具編碼和記憶式3種。

刀具編碼方法

刀具代碼或刀架代碼需要通過在刀具或刀架上安裝碼條來識別，碼條一般按二進(jìn)制編碼原理編碼。選刀方式采用特殊的刀架結(jié)構(gòu)，每個刀頭都有自己的編碼，因此刀頭可以在不同的工序中重復(fù)使用，更換下來的刀頭不必放回原刀架，大容量刀庫可以相應(yīng)減少。但每個刀頭都有一個專門的編碼環(huán)，長度加長，制造難度大，刀庫和機(jī)械手的結(jié)構(gòu)也變得復(fù)雜。刀架的編碼方式是一把刀對應(yīng)一個刀架，從一個刀架上取下的刀具必須放回同一個刀架上。取放刀頭繁瑣，更換時間長。目前加工中心普遍采用記憶方式，這樣刀架在刀庫中的編號和位置可以相應(yīng)地存儲在數(shù)控系統(tǒng)的PLC中。無論刀具放置在哪個夾具中，刀具信息始終存儲在PLC中。刀庫配備位置檢測裝置，可以獲取每個刀架的位置信息。這樣可以隨時取出和返回刀具。刀庫上還設(shè)有機(jī)械原點，因此每次選擇刀具時，都會選擇最近的刀具。

應(yīng)用

自動換刀數(shù)控雕刻機(jī)應(yīng)用行業(yè)廣泛，如家具家裝、木制工藝品、櫥柜、屏風(fēng)、廣告、樂器或精密儀器外殼加工等行業(yè)，可加工材料主要包括木材、玻璃、石材、塑料、亞克力、絕緣材料等各種非金屬材料。

木工

家門，3D波浪板加工、櫥柜門、實木門、工藝木門、免漆門、屏風(fēng)、工藝窗制作、擦鞋機(jī)、游戲機(jī)柜體及面板、電腦桌、板式家具制作。

模具制作

它可以制作銅、鋁、鐵等金屬模具，以及木材、石頭、塑料、PVC等非金屬模具。

廣告與愛好者

標(biāo)牌制作、徽標(biāo)制作、刻字、丙烯酸切割、吸塑成型和裝飾。

工業(yè)制造

可制作各類皮影、浮雕，廣泛應(yīng)用于工藝品、禮品行業(yè)。

故障排除

帶換刀裝置的數(shù)控雕刻機(jī)是數(shù)控機(jī)床中功能最強(qiáng)大的分類。雖然其加工強(qiáng)度和速度是其他數(shù)控機(jī)床無法比擬的，但作為全自動化的機(jī)械設(shè)備，日常的檢查和維護(hù)也是非常必要的。帶換刀裝置的數(shù)控雕刻機(jī)的檢測和故障診斷方法與普通數(shù)控機(jī)床完全不同。

機(jī)器運行檢查方法

操作檢查法是通過觀察和監(jiān)視機(jī)床的實際運行來確定故障部位，從而追溯故障根源的方法。一般來說，數(shù)控機(jī)床套件采用液壓和氣動控制部件，如自動換刀裝置、交換工作臺裝置、夾具和傳動裝置等，可以通過運動診斷來確定故障原因。

狀態(tài)分析法

數(shù)控系統(tǒng)不僅能顯示故障診斷信息，還能以診斷地址、診斷數(shù)據(jù)的形式提供各種狀態(tài)的診斷信息。例如，當(dāng)系統(tǒng)回參考點錯誤時，可以檢查相關(guān)參數(shù)的狀態(tài)值，從而判斷故障原因。

數(shù)控編程檢查方法

數(shù)控編程檢查法又稱程序功能測試法，是通過編寫專門的測試程序段來確認(rèn)故障原因的一種方法。可以采用手工編程的方法，針對系統(tǒng)功能（如直線定位、圓弧插補(bǔ)、螺紋切削、固定循環(huán)、用戶宏程序等）編制功能測試程序，運行該測試程序來檢查機(jī)床執(zhí)行這些功能的準(zhǔn)確性和可靠性，進(jìn)而確定故障原因。通常編寫的測試程序都是帶有機(jī)床維修說明書的，當(dāng)故障發(fā)生時運行該程序來確定故障是什么。

儀器檢驗方法

儀器檢查法是指利用常規(guī)電氣儀器測量各組交、直流電源的電壓、相位直流及脈沖信號等，查找故障。

數(shù)控系統(tǒng)自診斷方法

數(shù)控系統(tǒng)自診斷是利用系統(tǒng)內(nèi)部的自診斷程序或?qū)Ｓ迷\斷軟件，對系統(tǒng)內(nèi)部關(guān)鍵硬件及系統(tǒng)控制軟件進(jìn)行自我診斷和檢測的一種診斷方法。主要包括上電自診斷、在線監(jiān)測和離線測試。數(shù)控機(jī)床利用系統(tǒng)的自診斷功能，可以方便地顯示系統(tǒng)及各部件之間的接口信號狀態(tài)，找出故障的大致位置，是故障診斷過程中最常用的方法。