加工中心

数控加工中心利用刀库实现换刀，这是目前数控加工中心大量使用的换刀方式。由于有了刀库，机床只要一个固定主轴夹持刀具，有利于提高主轴刚度。独立的刀库，大大增加了刀具的储存数量，有利于扩大机床的功能，并能较好地隔离各种影响加工精度的干扰因素。

刀库换刀,按照换刀过程有无机械手参与,分成有机械手换刀和无机械手换刀两种情况。在有机械手换刀的过程中,使用一个机械手将加工完毕的刀具从主轴中拔出,与此同时，另一机械手将在刀库中待命的刀具从刀库拔出，然后两者交换位置，完成换刀过程。无机械手换刀时，刀库中刀具存放方向与主轴平行,刀其放在主轴可到达的位置。换刀时，主轴箱移到刀库换刀位置上方，利用主轴Z向运动将加工使用后的刀具插人刀库中要求的空位处,然后刀库中待换刀具转到待命位置，主轴Z向运动将待用刀只从刀库中取出，并将刀具插入主轴。有机械手的系统在刀库配置、与主轴的相对位置及刀具数量上都比较灵活，换刀时间短。无机械手方式结构简单,只是换刀时间较长。

1.数控加工中心刀库形式

刀库有多种形式，数控加工中心常用的有盘式.链式两种刀库。盘式刀库，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，但为了换刀时刀具与主轴同向,有的刀库中的刀具需在换刀位置做90°翻转。在刀库容量较大时，为在存取方便的同时保持结构紧凑,可采取弹仓式结构,目前大量的刀库安装在机床立柱的顶面或侧面。在刀库容量较大时,也有安装在单独的地基上,以隔离刀库转动造成的振动。链式刀库,通常刀具容量比盘式的要大,结构也比较灵活。可以采用加长链带的方式加大刀库的容量,也可采用链带折叠回绕的方式提高空间利用率，在要求刀具容量很大时还可以采用多条链带结构。

2.数控加工中心的自动换刀装置

自动换刀装置可分为五种基本形式，即转塔式.180°回转式、回转插人式、二轴转动式和主轴直接式。自动换刀的刀具可靠地固紧在专用刀夹内，每次换刀时将刀夹直接装入主轴。

（1）转塔式换刀装置用转塔实现换刀是最早的自动换刀方式。

转塔是由若干与铣床动力头(主轴箱)相连接的主轴组成的。在运行程序之前将刀具分别装人主轴，需要哪把刀具时，转塔就转到其相应的位置。

这种装置的缺点是主轴的数量受到限制。要使用数量多于主轴数的刀具时,操作者必须卸下已用过的刀具，并装上后续程序所需要的刀具。转塔式换刀并不是拆卸刀具，而是将刀具和刀夹一起换下，所以这种换刀方式很快。目前NC钻床等还在使用转塔式刀库。

（2）180°回转式换刀装置

最简单的换刀装置是180°回转式换刀装置。接到换刀指令后,机床控制系统便将主轴控制到指定换刀位置;与此同时，刀库运动到适当位置，换刀装置回转并同时与主轴、刀库的刀具相配合;拉杆从主轴刀只上卸掉，换刀装置将刀具从各自的位置上取下;换刀装置回转180°将主轴刀具主轴中的刀具刀库中与刀库刀只带走;换刀装置回转的同时，刀库重新调整其位置，以接受从主轴取下的刀具;接下来，换刀装置将要换上的刀具与卸下的刀其分别装入主轴和刀库;最后，换刀装置转回原“待命”位置。至此,换刀完成，程序继续运行。这种换刀装置的主要优点是结构简单、涉及的运动少,换刀快;主要缺点是刀具必须存放在与主轴平行的平面内，与侧置后置刀库相比，切屑及切削液易进入刀夹,因此必须对刀具另加防护。刀夹锥面上有切屑会造成换刀误差，甚至有损坏刀夹与主轴的可能。有些数控加工中心使用了传递杆，并将刀库侧置。当换刀指令被调用时,传递杆将刀库的刀具取下，转到机床前方，并定位于与换刀装置配合的位置。180°回转式换刀装置既可用于卧式机床，也可用于立式机床。

（3）回转插入式换刀装置回转插人式换刀装置(最常用的形式之一),是回转式换刀装置的改进形式。回转插入机构是换刀装置与传递杆的组合。为回转插入式换刀装置的工作原理，它应用在卧式数控加工中心上。这种换刀装置的结构设计与180°回转式换刀装置基本相同。

当接到换刀指令时，主轴移至换刀点，刀库转到适当位置，使换刀装置从其槽内取出欲换上的刀具;换刀装置转动并从位于机床一侧的刀库中取出刀具，换刀装置回转主轴中至机床的前方，在该位置的将主轴上的刀具取下，回转180°将欲换上的刀具装入主轴;与此同时，刀库移至适当位置以接受从主轴取下的刀具;换刀装置转到机床的一侧，并将从主轴取下的刀具放入刀库的槽内。

这种装置的主要优点是刀具存放在机床的一侧，避免了切屑造成主轴或刀夹损坏的可能性。与180°回转式换刀装置相比，其缺点是换刀过程中的动作多,换刀所用的时间长。

（4）二轴转动式换刀装置

二轴转动式换刀装置这种换刀装置可用于侧置或后置式刀库，其结构特点最适用于立式数控加工中心。

接到换刀指令，换刀机构从“等待”位置开始运动，夹紧主轴上的刀具并将其取下,转至刀库，并将刀具放回刀库;从刀库中取出欲换上的刀只,转向主轴，并将刀只装人主轴;然后返回“等待”位置,换刀完成。这种装置的主要优点是刀库位于机床一侧或后方，转动，接能最大限度地保护刀具。其缺点是刀具的传递次数及运两轴转动动较多。这种装置在立式加换门机构工中心中的应用已逐渐被180°回转式和主轴直接式换刀装置所取代。

（5）主轴直接式换刀装置主轴直接式换刀装置不同于其他形式的换刀装置。这种装置中,要么刀库直接移到主轴位置,要么主轴直接移至刀库。主轴直接式换刀装置在卧式数控加工中心中的应用。换刀时，主轴移动到换刀位置,圆盘式刀库转至所需刀槽的位置，将刀具从“等待”位置移出至换刀位置,并与装在主轴内的刀夹配合;拉杆从刀夹中退出，刀库前移，卸下刀具;然后刀库转到所需刀具对准主轴的位置,向后运动,将刀具插人主轴并紧固;最后，刀库离开主轴向上移动,回到“等待”位置，换刀完成。

对于立式数控加工中心，小型的一般是刀库移动实现换刀;一些大珊机床，换刀过程与上述有所不同，由于大型机床的刀库太大，移动不方便，所以是主轴移动实现卸装刀具，或使用机械手实现换刀。