在自动回转刀架中最简单的换刀装置是180o回转式换刀装置，如图2.2所示。接到换刀指令后，机床控制系统便将主轴控制到指定换刀位置;与此同时，刀具库运动到适当位置，换刀装置回转并同时与主轴、刀具库的刀具相配合;拉杆从主轴刀具上卸掉，换刀装置将刀具从各自的位置上取下;换刀装置回转180o并将主轴刀具与刀具库刀具带走;换刀装置回转的同时，刀具库重新调整其位置，以接受从主轴取下的刀具;接下来，换刀装置将要换上的刀具与卸下的刀具分别装入主轴和刀具库:最后，换刀装置转回原“待命”位置。至此，换刀完成，程序继续运行。这种换刀装置的主要优点是结构简单、涉及的运动少、换刀快。主要缺点是刀具必须存放在与主轴平行的平面内，与侧置后置刀具库相比，切屑及切削液易进入刀夹，因此必须对刀具另加防护。刀夹锥面上有切屑会造成换刀误差，甚至有损坏刀夹与主轴的可能。有些加工中心使用了传递杆，并将刀具库侧置。当换刀指令被调用时，传递杆将刀具库的刀具取下，转到机床前方，并定位于与换刀装置配合的位置。180o“回转式换刀装置既可用于卧式机床，也

可用于立式机床。

2. 2.转塔头式换刀装

带有旋转刀具的数控机床常采用此种换刀装置，转塔头上装有几个主轴，每个主轴上均装一把刀具，加工过程中转塔头可自动转位实现换刀。其优点是结构简单，换刀时间短，仅为2s左右。但由于受空间位置的限制，主轴数目不能太多，通常只适用于工序较少、精度要就不高的机床，如数控钻床、数控铣床等。近年来出现了一种用机械手和转塔头配合刀库进行换刀的自动换刀装置，如图2.3所示。它实际上是转塔头换刀装置和刀库式换刀装置的结合。其原理如下:

转塔头5上有两个刀具主轴3和4，当用刀具主轴4上的刀具进行加工时，可由机械手2将下一步需要的刀具换至不工作的刀具主轴3上，待本工序完成后，转塔头回转180o，完成换刀。因其换刀时间大部分和加工时间重合，真正换刀时间只需转塔头转位的时间，这种换刀方式主要用于数控钻床和数控锉床等。

2. 3.带刀库的自动换刀系统

图2.4所示为刀库与机床为整体式数控机床的外观图。 图2.5所示为刀库与机床为分体式数控机床的外观图。

此时，刀库容量大，刀具可以较重，常常附加运输装置来完成刀库与主轴之间刀具的运输。 带刀库的换刀装置由刀库、选刀机构、刀具自动装卸机械及刀具交换机构(机械手)等四部分组成，应用广泛。

刀库机械手自动换刀系统，整个换刀过程比较复杂。首先要把加工过程中使用的全部刀具安装在标准刀柄上，在机外进行尺寸预调后，按一定的方式放入刀库。换刀时，先在刀库中选刀，再由换刀装置从刀库或主轴上取刀，进行交换，将新刀装入主轴，旧刀放回刀库。

由于前两种换刀装置容纳的刀具数量有限不能太多，不能满足复杂零件的加工需要，所以自动换刀数控机床多采用带刀库的自动换刀装置。刀库具有较大容量，既可安装在主轴箱的侧面或上方。由于带刀库的自动换刀装置的数控机床的主轴箱内只有一根主轴，主轴部件的刚度要高，以满足精密加工要求。刀库内数量较大，因而能满足复杂零件的多工序加工，大大提高生产率。带刀库的自动换刀系统适用于数控钻削中心和加工中心。进行比较得出带刀库的自动换刀系统是最有发展前景的。

3.PLC控制的随机选刀方式的研究

3. 1常见的自动选刀方式

刀库的自动控制指CNC执行用户指令后系统对刀库的自动控制过程，包括程序找刀和自动换刀[(63,71]。加工中心的计算机数控装置(CNC)发出的选刀指令，将刀库转到所需刀具号的取刀位置，称自动选刀。自动选刀有两种方法:顺序选刀和随机选刀方法。 3.1.1顺序选刀

顺序选刀方法是刀具按预定工序的先后顺序插入刀库中，使用时按顺序转到取刀位置，用过的刀

具放回原来的刀座内，也可以顺序放入下一个刀座内。采用这种方式，不需要刀具识别装置，而且驱动装置控制也比较简单，工作可靠，可以直接由刀库的分度机械来实现。但刀库中每把刀具在不同的工序中不能重复使用，如果刀具不按顺序装在刀库中，将会产生严重的后果。必须增加刀具的数量和刀库的容量，降低了刀具和刀库的利用率。 3.1.2随机选刀

随机选刀方法是根据指令要求任意选择所需要的刀具，这时必须有刀具识别装置。刀具在刀库中

不必按照工件的加工顺序排列，可任意存放的。每把刀具(或刀座)均编上代码，自动换刀时，刀库旋转，每把刀具都经过“刀具识别器”接受识别。当刀具代码与CNC指令代码相符时该刀具被选中刀库旋转将刀具送到换刀位置，等待机械手来抓取。随机选刀的优点是刀库中刀具的排列顺序与加工顺序无关，相同的刀具可以重复使用。因此，刀具数量比较少，刀库也相应的较小。随机选刀必须对刀具编码，以便识别。编码主要有以下三种。

1.刀具编码方式。采用特殊的刀柄结构进行编码，刀柄后端的拉杆上套装着等间距的编码环，由锁进螺母固定。编码环直径有大小直径两种，分别表示二进制的“1”和“0\，通过这两个圆环的不同排列，可以得到一系列代码。例如有六个大小直径的圆环便可组成能区别63 ( 26-1=63)种刀具的编码。通常全为0的代码不许使用，以避免与刀座中没有刀具的状况混淆。

2.刀座编码方式。对刀座编码，刀具编码，并将刀具放到与其号码相符的刀座中。换刀时刀库旋转，使每个刀座位依次经过识刀器，找到刀座，刀库便停止旋转。这时刀柄上没有了编码环，使刀柄简化。

3.编码附件方式。这种方式有编码钥匙、编码卡片、编码杆和编码盘等，其中应用最多的是编码钥匙。先给刀具都附上一把裹示该刀具号的编码钥匙，当把各刀具存放到刀库的刀座中时，这样就把钥匙的号码转记道刀座中，将编码钥匙插进到座旁边的钥匙孔中给刀座编上了号码。

结 语

重点讨论了在当今制造环境下刀具存储与管理新的模式和方法, 实际应用效果良好, 在系统集成和优化运行等方面将进一步探讨, 使之具有更高理论和实际水平。