加工中心中的自动换刀装置由刀库和刀具交换装置组成，用于交换主轴与刀库中的刀具或工具。加工中心的刀库和刀具交换装置，能够使工件一次装夹后不用再拆卸工件就可完成多工序的加工。
一、加工中心刀库的工作要求
（1）刀库容量适当。
（2）换刀时间短。
（3）换刀空间小。
（4）动作可靠、使用稳定。
（5）刀具重复定位精度高。
（6）刀具识别准确。
二、加工中心常用刀库类型
数控机床的自动换刀系统中，实现刀库与机床主轴之间刀具传递和刀具装卸的装置称为刀具交换装置。刀具的交换方式一般有：机械手臂换刀和斗笠式换刀两种。其中斗笠式刀库是加工中心比较常见的一种换刀装置。一般存储刀具数量不能太多，10～24把刀具为宜，具有体积小、安装方便等特点。一般加工中心采用的换刀系统由刀具、主轴部件、换刀机构（ATC机构）等部件组成。
1.机械手臂换刀
加工中心普遍采用的形式是首先由刀库选刀，再由机械手臂完成换刀动作。机床结构不同，机械手臂的形式及动作均不一样。下面以VMC850加工中心为例介绍机械手臂换刀的工作原理。
该机床采用的是圆盘式刀库，位于机床立柱左侧。其机械结构如图5-5所示。
图5-5 圆盘式刀库结构
由于刀库中存放刀具的轴线与主轴的轴线垂直，故而机械手臂需要三个自由度。机械手臂沿主轴轴线的插拔刀动作，由液压缸来实现。绕竖直轴90°的摆动进行刀库与主轴间刀具的传送，由液压马达实现。绕水平轴旋转180°完成刀库与主轴上的刀具交换的动作，也由液压马达实现。其换刀分解动作如图5-6所示。
图5-6 机械手臂换刀分解动作
（1）扣刀爪伸出，抓住刀库上的待换刀具，将刀库刀座上的锁板拉开，如图5-6（a）所示。
（2）机械手臂带着待换刀具绕竖直轴逆时针方向转90°，与主轴轴线平行，另一个扣刀爪抓住主轴上的刀具，主轴将刀杆松开，如图5-6（b）所示。
（3）主轴松刀，机械手臂下移，将刀具从主轴锥孔内拔出，如图5-6（c）所示。
（4）机械手臂绕自身水平轴转180°，将两把刀具交换位置，如图5-6（d）所示。
（5）机械手臂上移，将新刀具装入主轴，主轴将刀具锁住，如图5-6（e）所示。
（6）扣刀爪缩回，松开主轴上的刀具。机械手臂竖直轴顺时针转90°，将刀具放回刀库的相应刀座上，刀库上的锁板合上，如图5-6（f）所示。
最后，扣刀爪缩回，松开刀库上的刀具，恢复到原始位置。
2.斗笠式换刀
加工中心的一个很大优势在于它有自动换刀装置（ATC），使加工变得更具有柔性化。加工中心常用的刀库有斗笠式、凸轮式、链条式等，其中斗笠式刀库由于其形状像个大斗笠而得名，一般存储刀具数量不能太多，10～24把刀具为宜，具有体积小、安装方便等特点，在立式加工中心中应用较多，其机械结构如图5-7所示。
图5-7 斗笠式刀库结构(www.xing528.com)
斗笠式刀库在换刀时整个刀库向主轴平行移动。首先，取下主轴上原有刀具，当主轴上的刀具进入刀库的卡槽时，主轴向上移动脱离刀具；其次，主轴安装新刀具，这时刀库转动，当目标刀具对正主轴正下方时，主轴下移，使刀具进入主轴锥孔内，刀具夹紧后，刀库退回原来的位置，换刀结束。VMC650型立式加工中心就是采用这类刀具交换装置的实例，换刀流程如图5-8所示。
该机床主轴在立柱上可以沿Z轴方向上下移动，工作台横向运动为X轴，纵向移动为Y轴。斗笠式刀库位于机床顶部，有16个装刀位置，可装16把刀具。
（1）当加工工步结束后执行换刀指令，主轴实现准停，主轴箱沿Z轴上升到参考点位置。这时机床上方刀库的空挡刀位正好处在交换位置，装夹刀具的卡爪打开，如图5-8（a）所示。
图5-8 斗笠式换刀流程
（2）主轴箱下降到固定位置，被更换刀具的刀杆进入刀库空刀位，即被刀具定位卡爪钳住，与此同时，主轴内刀杆自动夹紧装置放松刀具，如图5-8（b）所示。
（3）主轴上升，从主轴锥孔中将刀具拔出，如图5-8（c）所示。
（4）刀库旋转，按照程序指令要求将选好的刀具转到主轴位置，同时，压缩空气将主轴锥孔吹净，如图5-8（d）所示。
（5）主轴下降，主轴内有夹紧装置将刀杆拉紧，将新刀具插入主轴锥孔，如图5-8（e）所示。
（6）刀库退回到原始位置，换刀完成，开始下一工步的加工，如图5-8（f）所示。
这种换刀机构不需要机械手臂，结构简单、紧凑。由于交换刀具时机床不工作，所以不会影响加工精度。因刀库尺寸限制，装刀数量不能太多。这种换刀方式多用于采用40号以下刀柄的中小型加工中心。
三、刀具识别方法
加工中心刀库中有多把刀具，要想从刀库中调出所需刀具，就必须对刀具进行识别，刀具识别的方法有两种。
1.刀座编码
在刀库的刀座上编有号码，在装刀之前，首先对刀库进行重整设定，设定完后，就得到了刀具号和刀座号一致的情况，此时一号刀座对应的就是一号刀具。经过换刀之后，一号刀具并不一定放到一号刀座中（刀库采用“就近选刀”原则），此时CNC系统会自动记忆一号刀具放到了几号刀座中，因为CNC系统采用的是循环记忆方式。
2.刀柄编码
识别传感器在刀柄上编有号码，将刀具号首先与刀柄号对应起来，把刀具装在刀柄上，再装入刀库，在刀库上有刀柄感应器，需要的刀具从刀库中转到装有感应器的位置并被感应到时，就会被从刀库中调出而交换到主轴上。
四、加工中心换刀装置的基础维护与常见故障处理
1.维护要点
（1）严禁把超重、超长的刀具装入刀库，防止在机械手臂换刀时掉刀或刀具与工件、夹具等发生碰撞。
（2）用顺序选刀方式选刀时，必须注意刀具放置在刀库上的顺序要正确。其他选刀方式也要注意所换刀具号是否与所需刀具一致，防止换错刀具而导致事故发生。
（3）用手动方式往刀库上装刀时，要确保装到位、装牢靠。检查刀座上的锁紧是否可靠；经常检查刀库的回零位置是否正确，检查机床主轴回换刀点位置是否到位，并及时调整，否则不能完成换刀动作。
（4）要注意保持刀具刀柄和刀套的清洁。
（5）开机时，应先使刀库和机械手臂空运行，检查各部分工作是否正常，特别是各行程开关和电磁阀能否正常动作。检查机械手臂液压系统的压力是否正常，刀具在机械手臂上锁紧是否可靠。发现不正常时要及时处理。
2.常见故障及其处理方法
加工中心常见故障及其处理方法见表5-3。
表5-3 加工中心常见故障及其处理方法
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