定義

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

自動(dòng)換刀裝置驅(qū)動(dòng)數(shù)控機(jī)床連續(xù)工作，即每道工序完成后，自動(dòng)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(kù)和主軸的協(xié)調(diào)動(dòng)作完成。

與多主軸數(shù)控雕刻機(jī)相比，自動(dòng)換刀數(shù)控雕刻機(jī)僅需在主軸箱內(nèi)設(shè)置一個(gè)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(kù)可存儲(chǔ)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(dòng)換刀數(shù)控雕刻機(jī)系統(tǒng)由刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置兩部分組成。其主要優(yōu)勢(shì)在于：一是僅保留一個(gè)主軸，有利于簡(jiǎn)化主軸結(jié)構(gòu)，提高主軸的剛性；二是刀庫(kù)中可存儲(chǔ)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(dòng)換刀裝置由刀庫(kù)、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(kù)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(lái)的刀具送回到刀庫(kù)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(kù)和主軸移動(dòng)換刀，而是由自動(dòng)換刀裝置來(lái)代替。這樣一來(lái)，機(jī)械部件的運(yùn)動(dòng)范圍就減小了，換刀完成得更快，設(shè)計(jì)布局也更加靈活。

工作原理

在自動(dòng)換刀系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)刀具在刀庫(kù)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(kù)與主軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和機(jī)械手。利用刀庫(kù)與主軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)刀具交換的裝置在換刀時(shí)必須先將用過(guò)的刀具放回刀庫(kù)，再?gòu)牡稁?kù)中取出新刀具。1個(gè)動(dòng)作不能同時(shí)進(jìn)行，換刀時(shí)間較長(zhǎng)。

而機(jī)械手換刀裝置在換刀時(shí)可同時(shí)抓取并裝卸主軸和刀庫(kù)中的鉆頭，因此換刀時(shí)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?yàn)闄C(jī)械手換刀靈活，動(dòng)作迅速，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。機(jī)械手可完成抓取-拔出-翻轉(zhuǎn)-插入-回退等一系列動(dòng)作。為了防止鉆頭掉落，機(jī)械手的活動(dòng)爪上裝有自鎖機(jī)構(gòu)。

特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)

采用大功率自動(dòng)換刀主軸，啟動(dòng)性能好，扭矩大，充分發(fā)揮機(jī)器高速高效的優(yōu)勢(shì)。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(dú)特的刀庫(kù)，可以隨意更換所需的銑刀。換刀時(shí)間只需幾秒鐘。標(biāo)準(zhǔn)刀庫(kù)自帶8把刀具，可定制更大容量的刀庫(kù)。

成本

一臺(tái)帶自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控銑床的價(jià)格會(huì)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(jí)自動(dòng)換刀數(shù)控銑床套件的平均價(jià)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(dòng)換刀數(shù)控銑床工作臺(tái)的價(jià)格往往更高。總而言之，購(gòu)買一臺(tái)帶自動(dòng)換刀裝置的自動(dòng)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(jià)。

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

規(guī)格

類型

自動(dòng)換刀裝置分為3種常見(jiàn)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(kù)，具有換刀速度快、使用方便等特點(diǎn)。

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(kù)。

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(kù)設(shè)計(jì)，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(jiǎn)單的換刀裝置，可設(shè)計(jì)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(shí)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(duì)于數(shù)控車床來(lái)說(shuō)，加工過(guò)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(dòng)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(jiǎn)單的換刀方式。這種主軸頭實(shí)際上是一個(gè)轉(zhuǎn)塔刀庫(kù)，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(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀。轉(zhuǎn)塔的每個(gè)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(shí)，各主軸頭依次轉(zhuǎn)到加工位置，并開(kāi)啟主運(yùn)動(dòng)，使相應(yīng)主軸帶動(dòng)刀頭旋轉(zhuǎn)。處于非加工位置的其他主軸則與主運(yùn)動(dòng)斷開(kāi)。主軸換刀裝置省去了自動(dòng)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(shí)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(huì)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(dòng)換刀系統(tǒng)

由于旋轉(zhuǎn)刀架和轉(zhuǎn)塔式刀庫(kù)無(wú)法容納過(guò)多的刀具，無(wú)法滿足復(fù)雜零件的加工需求，因此自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床大多采用帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀裝置。帶刀庫(kù)的裝置由刀庫(kù)和換刀機(jī)構(gòu)組成，換刀過(guò)程較為復(fù)雜。首先，加工過(guò)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(kù)。換刀時(shí)，先在刀庫(kù)中選擇刀具，然后換刀裝置從刀庫(kù)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(kù)。刀庫(kù)容量較大，可安裝在主軸箱的側(cè)面或上方。由于帶自動(dòng)換刀刀庫(kù)的機(jī)床主軸箱內(nèi)只有一個(gè)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(kù)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(kù)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(kù)類型

刀庫(kù)用于儲(chǔ)備一定數(shù)量的銑刀，通過(guò)機(jī)械手與主軸上的銑刀進(jìn)行交換。刀庫(kù)有多種形式，如盤式刀庫(kù)、鏈?zhǔn)降稁?kù)等。刀庫(kù)的形式和容量應(yīng)根據(jù)機(jī)床的工藝范圍確定。盤式刀庫(kù)中銑刀的方向與主軸方向一致。換刀時(shí)，主軸箱上升到一定位置，使主軸上的銑刀對(duì)準(zhǔn)刀庫(kù)底部位置，將銑刀夾緊，主軸在電腦控制下，松開(kāi)手柄，盤式刀庫(kù)向前移動(dòng)，拔出主軸上的銑刀，然后刀庫(kù)將下道工序用到的銑刀旋轉(zhuǎn)到與主軸對(duì)齊的位置，刀庫(kù)向后移動(dòng)，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(kāi)始工作。這種換刀裝置的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、換刀可靠性好，缺點(diǎn)是換刀時(shí)間長(zhǎng)，適用于刀庫(kù)容量較小的加工中心。對(duì)于需要大刀庫(kù)容量的加工中心，將采用鏈?zhǔn)降稁?kù)，該刀庫(kù)結(jié)構(gòu)緊湊，刀庫(kù)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(shí)，只需增加鏈條長(zhǎng)度即可，給刀庫(kù)的設(shè)計(jì)和制造帶來(lái)了方便。

工具選擇方法

刀庫(kù)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(kù)的刀架中，加工時(shí)就是按順序調(diào)整刀具，加工不同工件時(shí)，必須重新調(diào)整刀庫(kù)中刀具的順序。優(yōu)點(diǎn)是刀庫(kù)的驅(qū)動(dòng)和控制比較簡(jiǎn)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(dòng)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(guò)在刀具或刀架上安裝碼條來(lái)識(shí)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(gè)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(lái)的刀頭不必放回原刀架，大容量刀庫(kù)可以相應(yīng)減少。但每個(gè)刀頭都有一個(gè)專門的編碼環(huán)，長(zhǎng)度加長(zhǎng)，制造難度大，刀庫(kù)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(duì)應(yīng)一個(gè)刀架，從一個(gè)刀架上取下的刀具必須放回同一個(gè)刀架上。取放刀頭繁瑣，更換時(shí)間長(zhǎng)。目前加工中心普遍采用記憶方式，這樣刀架在刀庫(kù)中的編號(hào)和位置可以相應(yīng)地存儲(chǔ)在數(shù)控系統(tǒng)的PLC中。無(wú)論刀具放置在哪個(gè)夾具中，刀具信息始終存儲(chǔ)在PLC中。刀庫(kù)配備位置檢測(cè)裝置，可以獲取每個(gè)刀架的位置信息。這樣可以隨時(shí)取出和返回刀具。刀庫(kù)上還設(shè)有機(jī)械原點(diǎn)，因此每次選擇刀具時(shí)，都會(huì)選擇最近的刀具。

應(yīng)用

自動(dòng)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(lè)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(shí)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(ài)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(wú)法比擬的，但作為全自動(dòng)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(cè)和故障診斷方法與普通數(shù)控機(jī)床完全不同。

機(jī)器運(yùn)行檢查方法

操作檢查法是通過(guò)觀察和監(jiān)視機(jī)床的實(shí)際運(yùn)行來(lái)確定故障部位，從而追溯故障根源的方法。一般來(lái)說(shuō)，數(shù)控機(jī)床套件采用液壓和氣動(dòng)控制部件，如自動(dòng)換刀裝置、交換工作臺(tái)裝置、夾具和傳動(dòng)裝置等，可以通過(guò)運(yùn)動(dòng)診斷來(lái)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(diǎn)錯(cuò)誤時(shí)，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(cè)試法，是通過(guò)編寫專門的測(cè)試程序段來(lái)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(duì)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(cè)試程序，運(yùn)行該測(cè)試程序來(lái)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(cè)試程序都是帶有機(jī)床維修說(shuō)明書的，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)運(yùn)行該程序來(lái)確定故障是什么。

儀器檢驗(yàn)方法

儀器檢查法是指利用常規(guī)電氣儀器測(cè)量各組交、直流電源的電壓、相位直流及脈沖信號(hào)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(duì)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(cè)的一種診斷方法。主要包括上電自診斷、在線監(jiān)測(cè)和離線測(cè)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(hào)狀態(tài)，找出故障的大致位置，是故障診斷過(guò)程中最常用的方法。