定義

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

自動換刀裝置帶動數(shù)控機床連續(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械手、刀庫和主軸的協(xié)調(diào)動作來完成。

與多軸數(shù)控銑床相比，ATC只需要主軸箱內(nèi)一個主軸，主軸部件具有足夠的剛性，可以滿足各種精度加工的要求。此外，刀庫可以存儲大量刀具，用于復(fù)雜零件的多工步加工，可以顯著提高機床的適應(yīng)性和加工效率。ATC系統(tǒng)由兩部分組成：刀庫和自動換刀裝置。它有兩大優(yōu)點：一是只保留一個主軸，有利于簡化主軸結(jié)構(gòu)，提高主軸的剛性；二是庫中可以存儲大量不同類型和功能的銑刀，方便完成各種復(fù)雜、多工步的加工工序。

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個動作不能同時進行，換刀時間較長。

而機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，因此換刀時間進一步縮短。利用機械手換刀的方法應(yīng)用最為廣泛。這是因為機械手換刀靈活，動作迅速，結(jié)構(gòu)簡單。機械手可完成抓取-拔出-翻轉(zhuǎn)-插入-回退等一系列動作。為了防止鉆頭掉落，機械手的活動爪上裝有自鎖機構(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)揮機器高速高效的優(yōu)勢。采用日本產(chǎn)大扭矩伺服電機，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

ATC（自動換刀裝置）數(shù)控銑床的價格會因機器的規(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，而一些具有先進功能、更大工作區(qū)域和附加功能的高端工業(yè)級自動換刀數(shù)控銑床工作臺的價格往往更高。總而言之，購買帶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)控雕刻刻機，但其中一些人不知道用自動換刀套件升級普通數(shù)控機床需要多少錢。根據(jù)2025年工業(yè) CNC 市場報告，如果您想自己動手，您將不得不在普通機器的基礎(chǔ)上額外花費 3,000 至 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)控機床，為30把以上刀具庫設(shè)計，具有最佳的刀具承載能力。

數(shù)控加工中如何更換刀具？

旋轉(zhuǎn)刀座

旋轉(zhuǎn)刀架是數(shù)控車床上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)刀架上分別安裝有四把、六把或更多把刀具，并根據(jù)數(shù)控裝置的指令進行換刀。旋轉(zhuǎn)刀架的結(jié)構(gòu)必須具有良好的強度和剛度，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會進行手動調(diào)整，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)控機床的一種比較簡單的換刀方式，這種主軸頭其實就是一個轉(zhuǎn)塔刀庫，主軸頭有臥式和立式2種類型，通常采用轉(zhuǎn)塔分度更換主軸頭實現(xiàn)自動換刀。在轉(zhuǎn)塔的各主軸上，預(yù)裝了各道工序所需的旋轉(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，并接通主運動，使相應(yīng)主軸帶動刀頭旋轉(zhuǎn)，處于非加工位置的其它主軸與主運動脫開。主軸換刀裝置省去了自動松、夾、卸、裝、卸等一系列復(fù)雜操作，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。為保證主軸的剛性，必須限制主軸的數(shù)量，否則會增加結(jié)構(gòu)尺寸。因此，刀塔主軸頭通常只適用于工序少、精度要求不高的機床，例如數(shù)控鉆銑床等。

自動換刀系統(tǒng)

由于旋轉(zhuǎn)刀架和轉(zhuǎn)塔頭式換刀裝置不能容納過多的刀具，不能滿足復(fù)雜零件加工的需要，因此自動換刀數(shù)控機床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構(gòu)組成，換刀過程比較復(fù)雜。首先，加工過程中用到的刀具都應(yīng)裝在標(biāo)準(zhǔn)刀架上，在機外預(yù)調(diào)尺寸后，按一定方式裝入刀庫。換刀時，先在刀庫中選定刀具，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，將舊刀具放回刀庫。刀庫容量大，可裝在主軸箱的側(cè)面或上方。由于帶自動換刀庫的機床主軸箱內(nèi)只有一個主軸，因此主軸部件的剛性要高，以滿足精密加工的要求。另外，刀庫容量大，可對復(fù)雜零件進行多工序加工，大大提高了機床的適應(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。

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，通過機械手與主軸上的銑刀進行交換。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)降稁欤摰稁旖Y(jié)構(gòu)緊湊，刀庫容量大，鏈環(huán)形狀可根據(jù)機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，一般按二進制編碼原理進行編碼。選刀法采用專用刀架結(jié)構(gòu)，每個刀架都有自己的編碼，因此刀架可以在不同的工序中重復(fù)使用，更換下來的刀架無須放回原刀架中。大容量的刀庫可相應(yīng)減小。但每個刀架都有專用的編碼環(huán)，長度加長，制造困難，刀庫和機械手的結(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。取放刀架繁瑣，更換時間長。目前加工中心普遍采用記憶法，這樣刀架在刀庫中的編號和位置就可以相應(yīng)存入數(shù)控系統(tǒng)的PLC中。刀具信息始終存儲在PLC中，無論刀具放在哪個夾具中。刀庫配有位置檢測裝置，可以獲取每個刀架的位置信息。這樣可以隨意取出和返回刀具。刀庫上還有一個機械原點，這樣每次選擇刀時，都會選擇最近的刀。

應(yīng)用

自動換刀數(shù)控雕刻刻機可廣泛應(yīng)用于家具家裝、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)。可加工的材料主要包括木材、玻璃、石材、塑料、丙烯酸和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、游戲機柜體及面板、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

帶自動換刀裝置的數(shù)控雕刻機是數(shù)控機床中最強大的分類。雖然加工強度和速度是其他數(shù)控機床無法比擬的，但作為全自動機械設(shè)備，日常檢查和維護也是非常必要的。帶換刀裝置的數(shù)控雕刻機與普通數(shù)控機床的檢測和故障診斷方法完全不同。

機器運行檢查方法

操作檢查法是通過觀察和監(jiān)視機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。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。

CNC編程檢查方法

CNC編程檢查法又稱程序功能測試法，是通過編制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，對系統(tǒng)功能（如直線定位、圓弧插補、螺紋切削、固定循環(huán)、用戶宏程序等）編制一個功能測試程序，運行該測試程序，檢查機床執(zhí)行這些功能的準(zhǔn)確性和可靠性，進而確定故障原因。通常編寫一個測試程序，供維修機床時使用，當(dāng)發(fā)生故障時運行該程序，以確定故障是什么。

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)控制軟件進行自我診斷和檢測的診斷方法。主要有開機自診斷、在線監(jiān)測和離線測試。數(shù)控機床利用系統(tǒng)的自診斷功能，可以方便地顯示系統(tǒng)與各部分之間的接口信號狀態(tài)，找出故障的大致部位，是故障診斷過程中最常用的方法。