配備換刀裝置的自動CNC雕刻機可滿足各種預算

定義

自動換刀裝置是指在主軸和刀庫之間傳遞、裝卸刀具的裝置。自動換刀裝置是CNC加工中ATC的全名。

自動換刀套件驅動數控工具機連續工作，即每道工序完成後，下一道工序使用的新刀具自動更換到主軸上，主軸拾取刀具，刀具的更換一般為由機械手、刀庫、主軸的協調動作完成。

與多主軸CNC雕刻機相比，ATC只需要主軸箱中一個主軸，主軸部件具有足夠的剛度，可以滿足各種精度加工的要求。另外，刀庫可以儲存大量刀具，用於複雜零件的多工步加工，可顯著提高工具機的適應性和加工效率。 ATC系統由刀庫和自動換刀裝置2部分組成。它具有兩大優點：一是只保留一個主軸，有利於簡化主軸結構，提高主軸剛性；二是庫中可以儲存大量不同種類、不同功能的銑刀，方便完成各種複雜、多步驟的加工工序。

自動化換刀套件由刀庫、選刀系統、換刀機構等部分組成，結構較為複雜。它負責在刀庫和主軸之間傳輸鑽頭，將要使用的鑽頭推到主軸上，然後將更換的鑽頭送回刀庫內部。這種換刀方式雖然不像以前那麼簡單，但避免了刀庫和主軸移動換刀的情況，而被自動換刀裝置所取代。這樣，機械部件的運動範圍會減小，更換完成得更快，設計佈局也更有彈性。

工作原理

在自動換刀系統中，實現刀具在刀庫與主軸之間轉移和裝卸的裝置稱為換刀裝置。交換刀具的方式有2種：刀庫與主軸的相對運動與機械手。利用刀庫與主軸相對運動實現刀具交換的裝置，換刀時必須先將使用過的刀具返回到刀庫中，然後再從刀庫中取出新刀具。 1個動作不可同時進行，換刀時間較長。

而機械手換刀裝置在換刀時可以同時抓取主軸和刀庫中的鑽頭，從而進一步縮短了換刀時間。使用機器人進行工具更換的方法是應用最廣泛的。這是因為機械手變換靈活、動作快速、結構簡單。機械手可以完成抓取-牽引-轉動-插入-返回等一系列動作。為了防止鑽頭掉落，機械手的活動爪上裝有自鎖機構。

特點與優勢

採用高功率自動換刀主軸，啟動性能好，扭力大，能充分發揮工具機高速、高效的優勢。採用日本產大扭矩伺服電機，具有噪音低、速度快、定位精度高等優點。配備獨特的刀庫，可隨意更換所需的銑刀。換刀時間只需幾秒鐘。標準刀庫配有8把刀具，可客製化更大容量的刀庫。

費用

ATC（自動換刀）CNC雕刻機的成本根據機器的規格、尺寸、功能和品牌而有很大差異，通常在 10,800 美元到 100,000 美元以上之間。入門級業餘 ATCCNC雕刻機套件的平均價格為 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 ATCCNC雕刻機台往往價格更貴。總而言之，購買帶有換刀裝置的 ATCCNC雕刻機的平均成本約為 16,000 美元。建議根據您的需求諮詢特定製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台 ATCCNC雕刻機，但他們中的一些人不知道用自動換刀套件升級普通CNC工具機要花多少錢。根據2025年工業CNC市場報告，如果您想自己動手，則必須在普通機器的基礎上額外花費3,000美元至8,000美元。

產品規格

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

這是一種線上更換裝置，用於具有 4 至 12 個刀具的刀庫。具有換刀快速、使用方便的特性。

鼓類型

這是旋轉式換刀裝置的一種，也稱為CTM型ATC和盤式ATC。它用於帶有 8 至 20 個刀具的刀庫。

鏈條類型

用於換刀速度較低的垂直CNC工具機。專為30把以上刀具的刀庫設計，具有最佳的刀具承載能力。

CNC加工中如何換刀？

旋轉刀座

旋轉刀架是最簡單的刀架之一，常用於CNC車床。可設計成方形、六角形或盤型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，並依照CNC裝置的指令進行換刀。旋轉刀架在結構上必須具有良好的強度和剛度，以承受粗加工時的切割阻力。由於車削加工精度很大程度取決於刀尖的位置，對於CNC車床而言，加工過程中刀具位置不是人工調整的，因此更需要選擇可靠的定位方案和合理的定位結構來確保旋轉刀具的精度。每次分度後，齒條具有盡可能高的重複定位精度（通常 0.001-0.005mm）。正常情況下，迴轉刀架的變化動作有刀架升降、刀架分度、刀架壓下。

更換主軸頭

主軸頭換刀是旋轉刀具CNC工具機較簡單的換刀方式。這個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。通常採用刀塔分度來更換主軸頭，實現自動換刀。刀塔的每個主軸上都預先安裝了各個工序所需的旋轉刀具。當發出換刀指令時，各主軸頭依序轉到加工位置，並開啟主運動，使對應的主軸帶動鑽頭旋轉。處於非加工位置的其他主軸與主運動斷開。此主軸換刀裝置省去了自動松刀、夾刀、卸刀、裝刀、卸刀等一系列複雜操作，縮短了換刀時間，提高了換刀的可靠性。但由於空間位置的限制，主軸部件的結構尺寸不能太大，進而影響主軸系統的剛性。為了確保主軸的剛性，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於工序少、精度要求不高的工具機，例如數控鑽銑床等。

自動換刀系統

由於旋轉刀架和轉塔頭式換刀裝置無法容納過多的刀頭，無法滿足複雜零件加工的需求。因此ATC數控工具機多採用有刀庫的自動換刀裝置。有刀庫的裝置由刀庫和換刀機構組成，換刀過程比較複雜。首先，將所有加工過程中所使用的刀具安裝在標準刀架上，並在機床外預先調整尺寸後，以一定的方式放入刀庫中。更換時，先在刀庫中選定鑽頭，然後更換器從刀庫或主軸中取出需要更換的鑽頭，將新鑽頭放入主軸，將舊鑽頭放回刀庫。彈匣容量大，可安裝在主軸箱的側面或上方。自動換刀庫機床由於床頭櫃中只有一個主軸，為滿足精密加工的要求，主軸零件的剛度要求較高。加之刀庫刀具數量較多，因此可對複雜零件進行多工序加工，大幅提升了工具機的適應性和加工效率。帶刀庫的ATC系統適用於鑽孔中心和加工中心。

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刀庫類型

刀庫用於儲備一定數量的銑刀刀頭，可以透過機械手與主軸上的刀頭進行交換。彈匣有多種類型，例如盤式彈匣和鍊式彈匣。彈匣的形式和容量應根據機器的工藝範圍來決定。在盤式刀庫中，銑刀的方向與主軸方向相同。更換鑽頭時，主軸箱上升到一定位置，使主軸上的鑽頭與刀庫底部位置對齊，銑刀被夾緊，主軸在電腦控制下，鬆開手柄，盤式刀庫向前移動，拉出主軸上的銑刀，然後刀庫將下一道工序使用的刀頭旋轉到與主軸對齊的位置，刀庫向後移動，將新刀頭插入主軸孔中，主軸夾緊刀柄，主軸箱下降至工作位置，換刀任務完成，開始下一道工序工作。此換刀裝置的優點是結構簡單、成本低、換刀可靠性佳。缺點是更換時間較長，適用於刀庫容量較小的加工中心。對於需要大刀庫容量的加工中心，會採用鍊式刀庫。此彈匣結構緊湊，彈匣容量大。鏈環的形狀可根據機器的配置製成各種類型。形狀上，改變位置也可以突出，方便改變。當需要增加銑刀位數時，只需增加鏈條長度即可，這為刀庫的設計和製造帶來了方便。

工具選擇方法

彈匣裡存放了許多鑽頭。每次更換前，必須選擇位。常用的刀具選擇方法有順序法、任意法。刀具依製程要求依序放入刀庫的刀架內。處理是依序調整位元。當加工不同的工件時，必須重新調整刀庫中的鑽頭順序。其優點是彈匣的驅動和控制比較簡單。因此此方法適用於加工批量較大、工件品種較少的中小型CNC工具機自動換刀。隨著數控系統的發展，大多數CNC系統採用任意選刀方式，分為刀架編碼、刀具編碼和記憶式3種。

刀具編碼方式

刀具代碼或刀柄代碼需要透過在刀具或刀柄上安裝編碼條來識別，一般按照二進位編碼原理進行編碼。選型方式採用特殊的刀柄結構，每個刀頭都有自己的代號，因此刀頭可以在不同的工序中重複使用，更換後的刀頭不需要放回原來的刀柄中。大容量彈匣可相應縮小。但每個鑽頭都有專門的編碼環，長度加長，製造困難，刀庫和機械手的結構也變得複雜。刀柄編碼方式為一把刀對應一個刀柄。從一個支架上取下的工具必須放回同一支架上。取放位很麻煩並且需要很長時間才能更換。目前，記憶法在加工中心應用較多。這樣，刀庫中刀柄的數量和位置就可以相應地儲存在數控系統的PLC中。無論刀具放置在哪個夾具中，刀具資訊始終儲存在PLC中。這樣工具就可以隨意取出並歸還。彈匣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。

應用領域

ATC數控雕刻機可應用於廣泛的行業，如家具家裝、木製工藝品、櫥櫃、屏風、廣告、樂器或精密儀器外殼加工行業。而可加工的材料主要包括木材、玻璃、石材、塑膠、壓克力、絕緣材料等各種非金屬材料。

木工

家居門， 3D 波浪板加工、櫥櫃門、實木門、工藝木門、免漆門、屏風、工藝窗製作、擦鞋機、遊戲機櫃體及麵板、電腦桌及板式家具製作。

模具製作

它可以製作銅、鋁、鐵等金屬模具，也可以製作木材、石材、塑膠、PVC等非金屬模具。

廣告與愛好者

標誌製作、標誌製作、刻字、壓克力切割、吸塑成型和裝飾。

工業製造

可製作各種皮影雕塑、浮雕，廣泛應用於工藝品、禮品業。

故障排除

附ATC的CNC雕刻機是電腦CNC工具機中功能最強大的分類。雖然加工強度和速度是其他電腦數控工具機無法比擬的，但作為全自動化的機械設備，日常的檢查和維護也是非常必要的。有換刀裝置的CNC雕刻機與一般電腦數控工具機的偵測和故障診斷方法完全不同。

機器運轉檢查方法

運行檢查法是透過觀察和監控機器的實際運作情況來確定故障部位，從而追查故障根源的方法。一般來說，電腦數控機床均採用液壓、氣動控制部件，如自動換刀裝置、交換工作台裝置、夾具及傳動裝置等，可透過運動診斷來確定故障原因。

狀態分析法

數控系統不僅可以顯示故障診斷訊息，還可以以診斷位址和診斷數據的形式提供診斷的各種狀態。例如，當系統回參考點錯誤時，可以檢查相關參數的狀態值來確定故障原因。

CNC程式檢查方法

CNC程式檢查方法也稱為程式功能測試方法。它是一種透過編寫專門的測試程式段來確認故障原因的方法。您可以採用手動編程的方法，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）編寫功能測試程序，並運行測試程序來檢查其精度和功能。這些功能的可靠性，然後確定故障原因。通常會編寫一個測試程序，其中包含用於修復機器的指令，當出現故障時運行該程序以確定故障是什麼。

儀器檢驗方法

儀表檢查法指利用常規電工儀表測量各組交、直流電源的電壓、相直流及脈衝訊號等，以找出故障。

CNC系統自診斷方法

數控系統自診斷是一種利用系統內部的自我診斷程序或專用診斷軟體對系統內部的關鍵硬體和系統的控制軟體進行自我診斷和測試的診斷方法。主要包括開機自診斷、線上監測和離線測試。數控工具機利用系統的自我診斷功能，可輕鬆顯示系統與各部分之間的介面訊號狀態，並找出故障的大致位置。它是故障診斷過程中最常用的方法。