由于回转刀架、转塔头式换刀装置的刀具数量不能太多，满足不了复杂零件的加工需要。自动换刀数控机床多采用刀库式自动换刀装置。带刀库的自动换刀系统由刀库和刀具交换机构组成，它是多工序数控机床上应用最广泛的换刀方法。整个换刀过程较为复杂，首先把加工过程中需要使用的全部刀具分别安装在标准的刀柄上，在机外进行尺寸预调整之后，按一定的方式放入刀库，换刀时先在刀库中进行选刀，并由刀具交换装置从刀库和主轴上取出刀具。在进行刀具交换之后，将新刀具装入主轴，把旧刀具放入刀库。存放刀具的刀库具有较大的容量，它既可安装在主轴箱的侧面或者上方，也可作为单独部件安装到机床以外。常见的刀库形式有盘形刀库、链形刀库、格子箱刀库三种。
带刀库的自动换刀装置的数控机床主轴箱内只有一个主轴，设计主轴部件时需尽可能增强它的刚度，以满足加工精度的要求。另外，刀库可以存放数量很大的刀具（可以多达100把以上），因而能够进行复杂零件的多工序加工，这样就明显地提高了机床的适应性和加工效率。所以带刀库的自动换刀装置特别适用于数控钻床、数控镗床和加工中心，其换刀形式很多，以下介绍两种典型的换刀方式。
1）直接在刀库与主轴（或刀架）之间换刀的自动换刀装置
这种换刀装置只具备一个刀库，刀库中储存着加工过程中需要的各种刀具，利用机床本身与刀库的运动实现换刀过程。图7-26所示为自动换刀数控立式车床示意图，刀库7固定在横梁4的右端，它可做回转以及上、下方向的插刀和拔刀运动。机床自动换刀的过程如下。
图7-26 自动换刀数控立式车床示意图
1—工作台；2—工件；3—立柱；4—横梁；5—刀架滑座；6—刀架滑枕；7—刀库
（1）刀架快速右移，使其上的装刀孔轴线与刀库上空刀座的轴线重合，然后刀架滑枕向下移动，把用过的刀具插入空刀座。
（2）刀库下降，将用过的刀具从刀架中拔出。
（3）刀库回转，将下一工步所需要使用的新刀具轴线对准刀架上装刀孔轴线。
（4）刀库上升，将新刀具插入刀架装刀孔，接着由刀架中自动夹紧装置将其夹紧在刀架上。
（5）刀架带着换上的新刀具离开刀库，快速移向加工位置。
2）用机械手在刀库与主轴之间换刀的自动换刀装置
这是目前使用最为普遍的一种自动换刀装置，其布局结构多种多样。图7-27所示为JCS-013型自动换刀数控卧式镗铣床所用自动换刀装置示意图，四排链式刀库分置机床的左侧，由装在刀库与主轴之间的单臂往复交叉双机械手进行换刀，换刀过程可用图7-25a—i的分图所示实例加以说明。(www.xing528.com)
图7-27 JCS-013型自动换刀机床的自动换刀过程示意图
（a）开始换刀前状态，主轴正在用T05号刀具进行加工，装刀机械手已抓住下一工步所需用的T09号刀具，机械手架处于最高位置，为换刀做好了准备。
（b）上一工步结束，机床立柱后退，主轴箱上升，使主轴处于换刀位置。接着下一工步开始，其第一个指令是换刀，机械手架回转180°，转向主轴。
（c）卸刀机械手前伸，抓住主轴上已用过的T05号刀具。
（d）机械手架由滑座带动，沿刀具轴线前移，将T05号刀具从主轴上拔出。
（e）卸刀机械手缩回原位。
（f）装刀机械手前伸，使T09号刀具对准主轴。
（g）机械手架后移，将T09号刀具插入主轴。
（h）装刀机械手缩回原位。
（i）机械手架回转180°，使装刀、卸刀机械手转向刀库。
（j）机械手架由横梁带动下降，到第二排刀套链，卸刀机械手将T05号刀具插回P05号刀套中。
（k）刀套链转动，把在下一个工步需用的T46号刀具送到换刀位置；机械手架下降，找第三排刀套链，由装刀机械手将T46号刀具取出。
（l）刀套链反转，把T09号刀套送到换刀位置，同时机械手架上升至最高位置，为下一个工步的换到做好准备。
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