图2-13 刀库装在机床立柱一侧 1－机械手；2－刀库；2－主轴箱；4－主轴
带刀库的自动换刀系统，整个换刀过程比较复杂，首先要把加工过程中要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后，插入刀库中。换刀时，根据选刀指令先在刀库上选刀，由刀具交换装置从刀库和主轴上取出刀具，进行刀具交换，然后将新刀具装入主轴，将用过的刀具放回刀库。这种换刀装置和转塔主轴头相比，由于机床主轴箱内只有一根主轴在结构上可以增强主轴的刚性，有利于精密加工和重切削加工；可采用大容量的刀库，以实现复杂零件的多工序加工，从而提高了机床的适应性和加工效率。但换刀过程的动作较多，同时，影响换刀工作可靠性的因素也较多。
常见的加工中心上自动换刀装置形式列于表2-1所示。
表2-1 加工中心上的换刀装置
类 别 转 塔 式 垂直转塔头 水平转塔头 特 点 应用范围 1.根椐驱动方式不同，可为顺序换刀或任意换刀 2.结构紧凑简单 用于钻削中心 3.容纳刀具数目少 小型加工中心 刀 库 式 1.利用刀库运动与主轴直接换刀，省去机械手 无机械手换刀 2.结构紧凑 3.刀库运动较多 机械手换刀 机械手和 刀具运送器 1.刀库只作选刀运动，机械手换刀 2.布局灵活，换刀速度快 1.刀库距机床主轴较远时，用刀具运送器将刀具送至机械手 2.结构上复杂 1.利用更换转塔头，增加换刀数目 2.换刀时间基本不变 1.利用更换主轴箱，扩大组合机床加工工艺范围 2.结构比较复杂 1.扩大加工工艺，更换刀库，另有刀库存储器 2.充分提高机床利用率和自动化程度 3.扩大加工中心的加工工艺范围 各种加工中心 大型加工中心 扩大工艺范围的钻削中心 扩大柔性的组合机床 加工复杂零件，需刀具很多的加工中心或组成高度自动化的生产系统 26
成 套 更 换 方 式 更换转塔 更换主轴箱 更换刀库
2.2.1 加工中心刀库形式
刀库是用来储存加工刀具及辅助工具的，是自动换刀装置中最主要的部件之一。由于多数加工中心的取送刀具位置都是在刀库中某一固定刀位，因此刀库还需要有使刀具运动的机构来保证换刀的可靠性。刀库中刀具的定位机构是用来保证要更换的每一把刀具或刀套都能准确地停在换刀位置上。
加工中心刀库的形式很多，结构也各不相同，最常用的有鼓盘式刀库、链式刀库和格子盒式刀库。
1.鼓盘式刀库 鼓盘式刀库结构紧凑、简单，在钻削中心上应用较多。一般存放刀具不超过32支。图2-14为刀具轴线与鼓盘轴线平行布置的刀库，其中图(a)为径向取刀形式，图(b)为轴向取刀形式。(c)为刀具径向安装在刀库上的结构，(d)为刀具轴线与鼓盘轴线成一定角度布置的结构。
图2-14 鼓盘式刀库
2.链式刀库 在环形链条上装有许多刀座，刀座的孔中装夹各种刀具，链条由链轮驱动。链式刀库适用于刀库容量较大的场合，且多为轴向取刀。链式刀库有单环链式和多环链式等几种，如图2-15(a)，(b)所示。当链条较长时，可以增加支承链轮的数目，使链条折叠回绕，提高空间利用率(如图2-15(c)所示)。
图2-15 几种链式刀库
3.格子盒式刀库 图2-16所示为固定型格子盒式刀库。刀具分几排直线排列，由
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纵、横向移动的取刀机械手完成选刀运动，将选取的刀具送到固定的换刀位置刀座上，由换刀机械手交换刀具。由于刀具排列密集，因此空间利用率高，刀库容量大。
图2-16 固定型格子盒式刀库
1－刀座；2－刀具固定板架；3－取刀机械手横向导轨； 4—取刀机械手纵向导轨；5—换刀位置刀座；6—换刀机械手
2.2.2 加工中心刀库结构
刀库容量需根据加工工艺的需要来确定。对若干种工件进行分析表明，各种加工所必需的刀具数量是：4支铣刀可完成工件95％左右的铣削工艺；10支孔加工刀具可完成70％的钻削工艺；因此14支刀的容量就可完成70％以上工件的钻铣工艺。如果从完成工件的全部加工所需的刀具数目统计，则80％的工件(中等尺寸，复杂程度一般)完成全部加工任务所需的刀具数为40支以下。所以对于一般的中、小型立式加工中心，配有14~40支刀具的刀库就能够满足70％~95％工件的加工需要。
图2-17是JCS-018A型加工中心的盘式刀库的结构简图。当数控系统发出换刀指令后，直流伺服电动机1接通，其运动经过十字联轴器2、蜗杆4、蜗轮3传到刀盘14，刀盘带动其上面的16个刀套13转动，完成选刀工作。每个刀套尾部有一个滚子11，当待换刀具转到换刀位置时，滚子11进入拨叉7的槽内。同时气缸5的下腔通压缩空气，活塞杆6带动拨叉7上升，放开位置开关9，用以断开相关的电路，防止刀库、主轴误动作。拨叉7在上升的过程中，带动刀套绕着销轴12逆时针向下翻转90°，从而使刀具轴线与主轴轴线平行。
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刀套下转90°后，拨叉7上升到终点，压住定位开关10，发出信号使机械手抓刀。通过螺杆8，可以调整拨叉的行程。拨叉的行程决定刀具轴线相对主轴轴线的位置。
刀套的结构如图2-18所示，刀套4的锥孔尾部有两个球头销钉3。在螺纹套2与球头销之间装有弹簧1，当刀具插入刀套后，由于弹簧力的作用，使刀柄被夹紧。拧动螺纹套，可以调整夹紧力大小，当刀套在刀库中处于水平位置时，靠刀套上部的滚子5来支承。
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图2-18 JCS-018A刀库结构图
1-弹簧 2-螺纹套 3-球头销钉 4-刀套 5、7-滚子 6-销轴
2.2.3 JCS-018A型加工中心机械手结构
JCS-018A型加工中心使用的换刀机械手为回转式单臂双手机械手。在自动换刀过程中，机械手要完成抓刀、拔刀、交换主轴上和刀库上的刀具位置、插刀、复位等动作。
1)机械手的结构及动作过程 图2-19为JCS-018A型加工中心机械手换刀动作结构示意图。当前面所述刀套逆时针旋转90°后，压下上行程位置开关，发出机械手抓刀信号。此时，机械手21正处在如图所示的上面位置，液压缸18右腔通压力油，活塞杆推动齿条17向左移动，使齿轮11转动。如图2-20所示，8为液压缸15的活塞杆，齿轮1、齿条7和轴2即为图2-19中的齿轮11、齿条17和轴16。连接盘3与齿轮1用螺钉联接，它们空套在机械手臂轴2上，传动盘5与机械手臂轴2用花键联接，它上端的销子4插入连接盘3的销孔中，因此齿轮转动时带动机械手臂轴转动，使机械手回转75°抓刀，抓刀动作结束后，齿条17上的挡环12压下位置开关14，发出拔刀信号，于是液压缸15的上腔通入压力油，活塞杆推动机械手臂轴16下降拔刀。在轴16下降时，传动盘10随之下降，其下端的销子8(图2-20中的销子6)插入连接盘5的销孔中，连接盘5和其下面的齿轮4也是用螺钉联接的，它们空套在轴16上。当拔刀动作完成后，轴16上的挡环2压下位置开关1，发出换刀信号。这时液压缸20的右腔通入压力油，活塞杆推着齿条19向左移动，使齿轮4和连接盘5转动，通过销子8，由传动盘带动机械手转180°，交换主轴上和刀库上的刀具位置。换刀动作完成后，齿条19上
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