刀庫

刀庫主要是提供儲刀位置，並能依程式的控制，正確選擇刀具加以定位，以進行刀具交換；換刀機構則是執行刀具交換的動作。刀庫必須與換刀機構同時存在，若無刀庫則加工所需刀具無法事先儲備；若無換刀機構，則加工所需刀具無法自刀庫依序更換，而失去降低非切削時間的目的。此二者在功能及運用上相輔相成缺一不可。

近年來刀庫的發展已超越其為工具機配件的角色，在其特有的技術領域中發展出符合工具機高精度、高效能、高可靠度及多工複合等概念之產品。其產品品質的優劣，關係到工具機的整體效能表現。

刀庫的容量、布局，針對不同的工具機，其形式也有所不同，根據刀庫的容量、外型和取刀方式可概分為以下幾種：

1-1-1 斗笠式刀庫

一般只能存16~24把刀具，斗笠式刀庫在換刀時整個刀庫向主軸移動。當主軸上的刀具進入刀庫的卡槽時，主軸向上移動脫離刀具，這時刀庫轉動。當要換的刀具對正主軸正下方時主軸下移，使刀具進入主軸錐孔內，夾緊刀具后，刀庫退回原來的位置。

1-1-2 圓盤式刀庫

圓盤式刀庫通常應用在小型立式綜合加工機上。"圓盤刀庫"一般俗稱"盤式刀庫"，以便和"斗笠式刀庫"、"鏈條式刀庫"相區分。圓盤式的刀庫容量不大，頂多二、三十把刀。需搭配自動換刀機構ATC(Auto Tools Change)進行刀具交換。

1-1-3 鏈條式刀庫

鏈條式刀庫的特點是可儲放較多數量之刀具，一般都在20把以上，有些可儲放120把以上。它是藉由鏈條將要換的刀具傳到指定位置，由機械手將刀具裝到主軸上。換刀動作均採用馬達加機械凸輪的結構，此設計之結構簡單、動作快速、確實、可靠，但是價格較高，通常為客制化產品。

自動換刀系統是CNC工具機的重要組成部分，主要是將加工所需刀具，從刀庫中傳送到主軸夾持機構上。刀具夾持元件的結構特性及其與工具機主軸的聯結方式，將直接影響工具機的加工性能。刀庫結構形式及刀具交換裝置的工作方式，則會影響工具機的換刀效率。自動換刀系統本身及相關結構的複雜程度，又會對整機的成本產生直接影響。

數控工具機的自動換刀系統大概分為1.油壓機構2.氣壓機構3.電氣式凸輪機構。在不斷追求速度及可靠性提升的數控工具機市場，凸輪式換刀機構就廣泛的被採用。此設計只用一個驅動馬達就可完成複雜的換刀動作，快速確實，除了換油外沒有其他消耗零件及保養需求，故障率最少，壽命超過百萬次以上。

一般具有ATC裝置者都有ATC臂。換刀時若是需要在刀具庫與主軸兩處更換，則需要ATC臂來補助。但有些工具機並不需要ATC臂即可完成換刀動作。

未來工具機產業的發展，均以追求高速、高精度、高效率為目標。隨著切削速度的提高，切削時間的不斷縮短，對換刀時間的要求也在逐步提高；換刀的速度已成為高等級工具機的一項重要指標。

快速自動換刀技術是以減少輔助加工時間為主要目的，綜合考慮工具機的各方面因素，在儘可能短的時間內完成刀具交換的技術方法。一般強調換刀速度快的卧式機台，皆有幾個特點：1.刀臂短 2.刀臂不一定成直線 3.兩刀可能互相垂直 4.凸輪箱小且可移動。其主要目的是要讓換刀時，可動件之轉動慣量小，以達到快速換刀之目的。該技術包括刀庫的設置、換刀方式、換刀執行機構和適應高速工具機的結構特點等。

衡量換刀速度的方法主要有二種：1.刀到刀換刀時間(T to T) 2.切屑到切屑換刀時間(C to C)。由於切屑到切屑換刀時間基本上就是綜合加工機兩次切削之間的時間，反映了綜合加工機換刀所需的輔助時間，因此切屑到切屑換刀時間應是衡量綜合加工機效率高低的最直接指標。而刀到刀換刀時間則主要反映自動換刀裝置本身性能的好壞，適合作為工具機自動換刀裝置的性能指標，這兩種方法通常用來評價換刀速度。至於換刀時間多少才算得上是高速工具機，並沒有確定的指標，在技術條件可能的情況下，應儘可能提高換刀速度。

工具機的換刀裝置，通常由刀庫和換刀機構組成，有些應用機械手臂換刀，有些換刀方式並不需要機械手臂，刀庫的形式和擺放位置也不一樣。為了適合高速運動的需要，高速工具機在結構上已和傳統的工具機不同。以刀具運動進給為主，減小運動工件的質量，已成為高速工具機設計的主流。因此，設計換刀裝置時，要充分考慮到高速工具機的結構特徵。

適合於工具機的快速自動換刀技術主要有以下幾個方面：

在傳統自動換刀裝置的基礎上提高動作速度，或採用動作速度更快的機構和驅動元件。例如，機械凸輪結構的換刀速度高於液壓和氣動結構。

根據高速工具機的結構特點設計刀庫和換刀裝置的形式和位置。例如，傳統工具機的刀庫和換刀裝置多裝在立柱一側，在高速工具機則多為立柱移動的進給方式，為減輕運動件質量，刀庫和換刀裝置不宜再裝在立柱上。

採用新方法進行刀具快速交換，不用刀庫和機械手方式，而改用其它方式換刀。例如不用換刀，用換主軸的方法。

使用適合於高速工具機的刀柄。如HSK刀柄質量輕，裝卸刀具的行程短，可以使自動換刀裝置的速度提高。快速自動換刀裝置採用HSK空心短錐柄刀是發展的趨勢。