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加工中心的自動(dòng)換刀系統(tǒng)由兩部分組成：刀庫和自動(dòng)換刀裝置。擁有自動(dòng)換刀系統(tǒng)有兩個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)：一個(gè)是在主軸箱中只保留一個(gè)主軸，這有利于簡(jiǎn)化主軸的結(jié)構(gòu)并提高主軸的剛度。另一個(gè)是可以在庫中存儲(chǔ)大量具有不同類型和功能的工具，這對(duì)于完成各種復(fù)雜的多步驟處理過程非常方便。因此，是否具有自動(dòng)換刀系統(tǒng)是區(qū)分CNC機(jī)床和加工中心的重要標(biāo)志。
自動(dòng)換刀系統(tǒng)中的自動(dòng)換刀裝置主要分為三種：直接換刀法，機(jī)械手換刀法和轉(zhuǎn)塔頭法：
（1）直接換刀方式
直接換刀意味著通過刀庫和主軸箱的配合完成換刀過程。這是zui直接的換刀方法。
根據(jù)換刀過程中刀庫是否移位，直接換刀方法可分為刀庫移位模式和刀庫固定模式。在磁帶盒移位模式下，可以移動(dòng)磁帶盒。在換刀之前，刀庫進(jìn)入換刀工作區(qū)，在換刀后退出該區(qū)域。由于刀庫的移動(dòng)較多，這種換刀方法的布局更加特殊，靈活性和適應(yīng)性較差。
在刀庫固定模式下，主要通過主軸箱的移動(dòng)來選擇刀具。刀庫可以保持靜止或只能旋轉(zhuǎn)到位。前者只能執(zhí)行順序的刀具選擇，適用于少量刀具的加工中心，而后者可以通過分度來實(shí)現(xiàn)刀具選擇。這種刀具選擇方法減少了刀庫的運(yùn)動(dòng)，可以大大簡(jiǎn)化刀庫的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，并且換刀過程的控制簡(jiǎn)單可靠。
（2）機(jī)械手工具更換方法
機(jī)器人工具更換模式意味著，當(dāng)更換工具時(shí)，機(jī)器人負(fù)責(zé)在工具庫和主軸之間轉(zhuǎn)移工具，將所需的工具推入主軸，然后將替換后的工具發(fā)送回工具庫。盡管這種換刀方法不像以前那樣簡(jiǎn)單，但是它避免了換刀過程中刀庫和主軸的移動(dòng)，并由機(jī)器人代替。這樣，減少了機(jī)械零件的移動(dòng)范圍，更快地完成了換刀，并且設(shè)計(jì)布局更加靈活，因此已在大多數(shù)CNC加工中心中廣泛使用。
如果每個(gè)工具都由其自己獨(dú)立的操縱器進(jìn)行切換，則稱為專用換刀操縱器模式；相反，如果使用通用機(jī)械手來切換多個(gè)工具，則稱為通用工具更換機(jī)械手模式。后者具有三種類型：可轉(zhuǎn)位換刀機(jī)械手，雙手換刀機(jī)械手和換刀機(jī)械手。
（3）轉(zhuǎn)塔頭法
轉(zhuǎn)塔頭模式是一種工具更換模式，其中所需的工具通過磚塔的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)到相應(yīng)的位置。通常這是一個(gè)順序的換刀，具有結(jié)構(gòu)緊湊和換刀時(shí)間極短的優(yōu)點(diǎn)。通常用于加工曲軸和其他需要多個(gè)過程的細(xì)長(zhǎng)工件。