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自动换刀系统

机械工程术语

自动换刀系统是指实现零件工序之间连续加工的换刀要求的加工装置。自动换刀系统由刀库和换刀装置组成。其中，应用最为广泛的自动换刀系统主要有三种类型，分别是转塔式换刀系统、带盘式刀库的主轴直接换刀系统和带链式刀库的换刀机械手换刀系统。而刀库可以是立式的，也可以是卧式的。

简述
自动换刀系统简称ATC，是加工中心的重要部件，由它实现零件工序之间连续加工的换刀要求，即在每一工序完成后自动将下一工序所用的新刀具更到主轴上，从而保证了加工中心工艺集中的工艺特点，刀具的交换一般通过机械手、刀库及机床主轴的协调动作共同完成。
带刀库和自动换刀装置的数控机床，其主轴箱和转塔主轴头相比较，由于主轴箱内只有一个主轴，主轴部件具有足够刚度，因而能够满足各种精密加工的要求。另外，刀库可以存放数量很多的刀具，以进行复杂零件的多工步加工，可明显提高数控机床的适应性和加工效率。自动换刀系统特别适用于加工中心。
自动换刀系统应当满足的基本要求包括：
(1)换刀时间短；
(2)刀具重复定位精度高；
(3)足够的刀具储存量；
(4)刀库占用空间少。
组成
自动换刀系统一般由刀库和机械手组成。不同机床的自动换刀系统可能不同，这正是体现机床独具特色的部分。
1．刀库
顾名思义是存放刀具的仓库，就是把加工零件所用的刀具都存放在这里，在加工过程中由机械手抓取。刀库形式主要有盘式刀库和链式刀库两种。
(1)盘式刀库 刀库容量为30把左右。如果刀库容量太大，就会造成刀库的转动惯量过大。一般中小型加工中心使用盘式刀库的较多。
(2)链式刀库刀库容量较大，可以装载100把刀具，甚至更多。链式刀库容量较大，主要是因为箱体类零件加工内容多，使用刀具的数量也就相应增加。
2．机械手
形式有单臂、双臂等多种，有的加工中心甚至没有机械手，而通过刀库和主轴的相对运动实现换刀。
换刀方式
根据实现原理的不同，自动换刀有回转刀架换刀、更换主轴头换刀、带刀库自动换刀等方式。
回转刀架换刀工作原理类似分度工作台，通过刀架定角度回转实现新旧刀具的交换。
更换主轴头换刀方式时首先将刀具放置于各个主轴头上。通过转塔的转动更换主轴头从而达到更换刀具的目的。这两种方式设计简单，换刀时间短，可靠性高。其缺点是储备刀具数量有限，尤其是更换主轴头换刀方式的主轴系统的刚度较差，所以仅仅适应于工序较少、精度要求不太高的机床。
带刀库自动换刀方式由刀库，选刀系统，刀具交换机构等部分构成，结构较复杂。该方法虽然有着换刀过程动作多，设计制造复杂等缺点，但由于其自动化程度高，因此在加工工序比较多的复杂零件时，被广泛采用。
常见故障
1．刀库常见故障
(1)刀库不能转动或转动不到位
原因有：①连接电动机轴与蜗杆轴的联轴器松动；②变频器故障，应查变频器的输入、输出电压正常与否；③PLC无控制输出，可能是接口板中的继电器失效；④机械连接过紧，或黄油黏涩；⑤电网电压过低（不应低于370 V）；⑥电机转动故障；⑦传动机构误差。
(2)刀套不能夹紧刀具
原因有：刀套上的调整螺母松动或弹簧太松，造成卡紧力不足；刀具超重。
(3)刀套上下不到位
原因有：装置调整不当或加工误差过大而造成拨叉位置不正确；因限位开关安装不准或调整不当而造成反馈信号错误。
(4)刀套不能拆卸或停留一段时间才能拆卸
原因有：刀套90°拆卸气阀松动，气压不足；刀套转动轴锈蚀。
2．换刀机械手常见故障
(1)刀具夹不紧
原因有：①空气泵气压不足，增压漏气，刀具卡紧气压漏气，刀具松开弹簧上的螺帽松动；②拉刀碟簧变形或损坏；③拉力液压缸动作不到位；④拉钉与刀柄夹头间的螺纹连接松动；⑤刀柄夹头与刀柄间的偏心摩擦。
(2)刀具夹紧后松不开
原因有：①碟形弹簧压合过紧；②松紧刀液压缸松刀行程不足；③刀柄夹头不能打开；④刀柄夹头内松刀压柱偏移或压柱偏短。
(3)刀具从机械手中脱落
原因有：①刀具是否超重；②机械手卡紧锁损坏或没有弹出来。
(4)刀具交换时掉刀
原因有：①主轴箱没到换刀点或换刀点漂移；②机械手没到位就开始拔刀，都会导致换刀时掉刀。
(5)机械手换刀速度过快或过慢
原因有：①换刀气阀节流开口太大或太小；②气压不稳定。
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