文献综述
1、课题研究的现状及发展趋势：
加工中心是由机械设备与数控系统组成的，适用于复杂零件加工的高效自动化机床。它与一般数控机床的显著区别是对零件进行多工序加工的能力，即在一次装夹中自动完成铣、镗、钻、扩、铰、攻螺丝等加工。之所以加工中心能够广泛应用，是因为其能够利用刀库实现自动换刀。因此自动换刀装置功能的好坏关系到整个加工中心的性能。[1]
自动换刀装置进行一次换刀循环的最基本动作为：抓刀、拔刀、换刀、插刀、复位.[2]它主要由刀库和机械手两部分组成。其中，刀库的作用是储存加工工序所需的各种刀具，而机械手的作用是将不用的刀具从刀架上卸下来送回刀库中，同时还将下道工序的刀具装入刀库中，然后回到原始位置等待下一个工作循环。[3]加工中心上所需更换的刀具较多，从十几把到几十把，甚至上百把，故通常采用刀库形式，其结构比较复杂，自动换刀装置种类繁多。由于加工中心上自动换刀次数比较频繁，故对自动换刀装置的技术要求十分严格，如满足换刀时间短、刀具重复定位精度高、刀库储存量足够、刀具占地面积小以及安全可靠等要求。[4]这些要求都与加工中心的性能息息相关。
工业发达国家对于自动换刀装置的研究，起始于上世纪70年代并获得迅速发展。1983年国际标准化组织制定了数控刀具锥柄的国际标准，自动换刀装置形成了统一的结构模式。目前德国、奥地利、日本、韩国、意大利等国家，都将自动换刀装置成功应用到了高端加工中心上。
相比工业发达国家，我国对加工中心的研究起步较晚，因此对自动换刀装置的研究也相对落后。从上世纪80年代起，北京机床研究所、大连组合机床研究所、沈阳机床集团、大连机床集团、济南第一机床厂等，先后对自动换刀装置开展了研究与开发。如大连机床集团自主研发的自动换刀装置刀对刀最短换刀时间已达到2s以内。但国内加工中心的刀库主要由台湾生产厂家生产，绝大多数是伞式、圆盘式等中小型
刀库，大型刀库进入大陆市场的很少，且刀具重复及换刀时间等方面难以满足机床主机厂的要求，在可靠性方面也有不少的差距。
目前国内外数控机床自动换刀系统中，刀具、辅具多采用锥柄结构，刀柄与机床主轴的联结、刀具的夹紧放松机构及驱动方式几乎都采用同一种机构模式。在加工中心上绝大多数都使用记忆式的任选换刀方式。这种方式能将刀具号和刀库中的刀套对应地记忆在数控系统中，不论刀具放在哪个刀套内，数控系统都始终记忆着它的踪迹。刀库上装有位置检测装置，可以检测出每个刀套的位置，这样刀具就可以任意取出并送回。[3]刀库上还设有机械原点，使每次选刀时，能就近选取。
未来的自动换刀装置，将根据不同的工作需要，进行多元化发展。自动换刀装置的换刀时间将越来越短，同时通用性和可靠性越来越强。传统装置将会采用动作速度更快的机构和驱动元件，凸轮结构近年来已被大量采用。[2]同时新的材料和加工工艺，弥补凸轮机构磨损后可靠性降低的缺点。新的换刀方式的出现，也为自动换刀装置的进一步发展提出了新的思路。双主轴和多主轴换刀技术，把机床的换刀速度提高到了新的水平。多主轴换刀方式，可以使安装在夹具上的工件快速在各主轴之间移动，使得切削对切削换刀时间到达0.4 s。[5]在通用性方面，立卧式两用自动换刀装置将会成为另一个发展方向。
2、本课题的意义和价值：
