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。自動換刀裝置是數控加工中ATC的全稱。

自動換刀裝置帶動數控機床連續工作，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、刀庫和主軸的協調動作來完成。

與多軸數控銑床相比，ATC只需要主軸箱內一個主軸，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，用于復雜零件的多工步加工，可以顯著提高機床的適應性和加工效率。ATC系統由兩部分組成：刀庫和自動換刀裝置。它有兩大優點：一是只保留一個主軸，有利于簡化主軸結構，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，方便完成各種復雜、多工步的加工工序。

自動換刀裝置由刀庫、刀具選擇系統、刀具交換機構等部分組成，結構比較復雜。它負責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，設計布局也更加靈活。

工作原理

在自動換刀系統中，實現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用最為廣泛。這是因為機械手換刀靈活，動作迅速，結構簡單。機械手可完成抓取-拔出-翻轉-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。

特點與優勢

采用大功率自動換刀主軸，啟動性能好，扭矩大，充分發揮機器高速高效的優勢。采用日本產大扭矩伺服電機，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。標準刀庫自帶8把刀具，可定制更大容量的刀庫。

成本

ATC（自動換刀裝置）數控銑床的價格會因機器的規格、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、更大工作區域和附加功能的高端工業級自動換刀數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控銑床的平均成本約為 16,000 美元。建議您根據具體需求咨詢具體的制造商或供應商，以獲得準確的定價。

大多數木工都渴望擁有一臺自動換刀數控雕刻機，但其中一些人不知道用自動換刀套件升級普通數控機器需要多少錢。根據2025年工業數控市場報告，如果您想自己動手，您將不得不在普通機器的基礎上額外花費 3,000 至 8,000 美元。

規格

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控機床，為30把以上刀具庫設計，具有最佳的刀具承載能力。

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旋轉刀座

旋轉刀架是數控車床上常用的一種最簡單的換刀裝置，可設計成方形、六角形或盤式軸向刀架等多種形式。旋轉刀架上分別安裝有四把、六把或更多把刀具，并根據數控裝置的指令進行換刀。旋轉刀架的結構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，對于數控車床來說，加工過程中刀具位置不會進行手動調整，因此更需要選擇可靠的定位方案和合理的定位結構，以確保旋轉刀架在每次分度后具有盡可能高的重復定位精度（通常 0.001-0.005mm).正常情況下，旋轉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

主軸頭換刀是旋轉刀具數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塔刀庫，主軸頭有臥式和立式2種類型，通常采用轉塔分度更換主軸頭實現自動換刀。在轉塔的各主軸上，預裝了各道工序所需的旋轉刀具，當發出換刀指令時，各主軸頭依次轉到加工位置，并接通主運動，使相應主軸帶動刀頭旋轉，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，主軸部件的結構尺寸不能太大，從而影響主軸系統的剛性。為保證主軸的剛性，必須限制主軸的數量，否則會增加結構尺寸。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，例如數控鉆銑床等。

自動換刀系統

由于旋轉刀架和轉塔頭式換刀裝置不能容納過多的刀具，不能滿足復雜零件加工的需要，因此自動換刀數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組成，換刀過程比較復雜。首先，加工過程中用到的刀具都應裝在標準刀架上，在機外預調尺寸后，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，可裝在主軸箱的側面或上方。由于帶自動換刀庫的機床主軸箱內只有一個主軸，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，可對復雜零件進行多工序加工，大大提高了機床的適應性和加工效率，帶刀庫的ATC系統適用于鉆孔中心、加工中心。

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刀庫類型

刀庫用于儲備一定數量的銑刀，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、鏈式刀庫等。刀庫的形式和容量應根據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，換刀任務完成，下道工序開始工作。這種換刀裝置的優點是結構簡單、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，將采用鏈式刀庫，該刀庫結構緊湊，刀庫容量大，鏈環形狀可根據機床的布局制成各種形狀，換刀位置也可突出，方便更換。當需要增加銑刀數量時，只需增加鏈條長度即可，給刀庫的設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整刀具，加工不同工件時，必須重新調整刀庫中刀具的順序。優點是刀庫的驅動和控制比較簡單，因此，這種方法適用于加工批量大、工件品種少的中小型數控機床的自動換刀。隨著數控系統的發展，大多數數控系統采用任意選刀方式，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構，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減小。但每個刀架都有專用的編碼環，長度加長，制造困難，刀庫和機械手的結構也變得復雜。刀架的編碼方式是一把刀對應一個刀架，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存入數控系統的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。

應用

自動換刀數控雕刻機可廣泛應用于家具家裝、木制工藝品、櫥柜、屏風、廣告、樂器或精密儀器外殼加工等行業。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、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

標牌制作、徽標制作、刻字、丙烯酸切割、吸塑成型和裝飾。

工業制造

可制作各類皮影、浮雕，廣泛應用于工藝品、禮品行業。

故障排除

帶自動換刀裝置的數控雕刻機是數控機床中最強大的分類。雖然加工強度和速度是其他數控機床無法比擬的，但作為全自動機械設備，日常檢查和維護也是非常必要的。帶換刀裝置的數控雕刻機與普通數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。

狀態分析法

數控系統不僅能顯示故障診斷信息，還能以診斷地址、診斷數據的形式提供各種狀態的診斷。例如，當系統回參考點錯誤時，可以檢查相關參數的狀態值，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故障原因的一種方法。可以采用手工編程的方法，對系統功能（如直線定位、圓弧插補、螺紋切削、固定循環、用戶宏程序等）編制一個功能測試程序，運行該測試程序，檢查機床執行這些功能的準確性和可靠性，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，當發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。

數控系統自診斷方法

數控系統自診斷是利用系統內部的自診斷程序或專用診斷軟件，對系統內部關鍵硬件及系統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、在線監測和離線測試。數控機床利用系統的自診斷功能，可以方便地顯示系統與各部分之間的接口信號狀態，找出故障的大致部位，是故障診斷過程中最常用的方法。