加工中心刀库
第二节 刀 库
一、刀库的功能
在自动换刀装置中，刀库是最主要的部件之一。刀库是用来贮存加工刀具及辅助工具的地方。其容量、布局以及具体结构，对数控机床的设计都有很大影响。
二、刀库的形式
根据刀库的容量和取刀的方式，可以将刀库设计成各种形式。常见的形式有如下几种。
（一）直线刀库
刀具在刀库中是直线排列，如图6-8a ）所示。其结构简单，刀库容量小，一般可容纳8～12把刀具，故较少使用。此形式多见于自动换刀数控车床，在数控钻床上也采用过此形式。
（二）圆盘刀具
此形式存刀具少则6～8把，多则50～60把，其中有多种形式。
（1）如图6-8b ）所示的刀库中，刀具径向布局，占有较大空间，刀库位置受限制，一般置于机床立柱上端，其换刀时间较短，使整个换刀装置较简单。
（2）如图6-8c ）所示的刀库中，刀具轴向布局，常置于主轴侧面。刀库轴心线可垂直放置，也可以水平放置，此种形式使用较多。
（3）如图6-8d ）所示的刀库中，刀具与刀库轴心线成一定角度（小于90º）呈伞状布置，这可根据机床的总体布局要求安排刀库的位置，多斜放于立柱上端，刀库容量不宜过大。
上述三种圆盘刀库是较常用的形式，其存刀量最多为50～60把，存刀量过多，则结构尺寸庞大，与机床布局不协调。
为进一步扩大存刀量，有的机床使用多圈分布刀具的圆盘刀库，如图6-8e ）所示；多层圆盘刀库，如图6-8f ）所示；多排圆盘刀库，如图6-8g ）所示。多排圆盘刀库每排4把刀，可整排更换。后三种刀库形式使用较少。
(a)(b)
(d)
(e)
(f)(h)(i)(j)
图6-8 刀库的各种形式
（三）链式刀库
链式刀库是较常用的形式。这种刀库刀座固定在环形链节上。常用的有单排链式刀库，如图6-8h ）所示。这种刀库使用加长链条，让链条折叠回绕可提高空间利用率，进一步增加存刀量，如图6-8i ）所示。链式刀库结构紧凑，刀库容量大，链环的形状可根据机床的布局制成各种形状。同时也可以将换刀位突出以便于换刀。在一定范围内，需要增加刀具数量时，可增加链条的长度，而不增加链轮直径。因此，链轮的圆周速度（链条线速度）可不增加，刀库运动惯量的增加可不予考虑。这些为系列刀库的设计与制造提供了很多方便。一般当刀具数量在30～120把时，多采用链式刀库。
（四）其它刀库
刀库的形式还有很多, 值得一提的是格子箱式刀库。图6-8j ）所示的为单面式，由于布局不灵活，通常刀库安置在工作台上，应用较少。图6-8k ）所示的为多面式，为减少换刀时间，换刀机械手通常利用前一把刀具加工工件的时间，预先取出要更换的刀具（所配数控系统应具备该项功能）。该刀库占地面积小，结构紧凑，在相同的空间内可以容纳的刀具数目较多。但由于它的选刀和取刀动作复杂，现已较少用于单机加工中心，多用于FMS （柔性制造系统）的集中供刀系统。
图6-9 加工工件与刀具数量的关系 三、刀库的容量
刀库中的刀具并不是越多越好，
太大的容量会增加刀库的尺寸和占
地面积，使选刀时间增长。刀库的
容量首先要考虑加工工艺的需要。
根据以钻、铣为主的立式加工中心
所需刀具数的统计，绘制出图6-9
所示的曲线。曲线表明，用10把孔
加工刀具可完成70%的钻削工艺，四把铣刀可完成90%的铣削工艺。据此可以看出，用14把刀具就可以完成70%以上的钻铣加工。若是从完成对被加工工件的全部工序进行统计，得到的结果是，大部分（超过80%）的工件完成全部加工过程只需40把刀具就够了。因此，从使用角度出发，刀库的容量一般取为10～40把，盲目地加大刀库容量，将会使刀库的利用率降低，结构过于复杂，造成很大浪费。