刀库系统是提供自动化加工过程中所需之储刀及换刀需求的一种装置；其自动换刀机构及可以储放多把刀具的刀库；改变了传统以人为主的生产方式。藉由电脑程式的控制，可以完成各种不同的加工需求，如铣削、钻孔、搪孔、攻牙等。大幅缩短加工时程，降低生产成本；这是刀库系统的最大特点。

1. 刀库系统的主要构件

　　刀库主要是提供储刀位置，并能依程式的控制，正确选择刀具加以定位，以进行刀具交换；换刀机构则是执行刀具交换的动作。刀库必须与换刀机构同时存在，若无刀库则加工所需刀具无法事先储备；若无换刀机构，则加工所需刀具无法自刀库依序更换，而失去降低非切削时间的目的。此二者在功能及运用上相辅相成缺一不可。

1-1 刀库

　　近年来刀库的发展已超越其为工具机配件的角色，在其特有的技术领域中发展出符合工具机高精度、高效能、高可靠度及多工复合等概念之产品。其产品品质的优劣，关系到工具机的整体效能表现。

　　刀库的容量、布局，针对不同的工具机，其形式也有所不同，根据刀库的容量、外型和取刀方式可概分为以下几种：

1-1-1 斗笠式刀库

　　一般只能存16~24把刀具，斗笠式刀库在换刀时整个刀库向主轴移动。当主轴上的刀具进入刀库的卡槽时，主轴向上移动脱离刀具，这时刀库转动。当要换的刀具对正主轴正下方时主轴下移，使刀具进入主轴锥孔内，夹紧刀具后，刀库退回原来的位置。

1-1-2 圆盘式刀库

　　圆盘式刀库通常应用在小型立式综合加工机上。"圆盘刀库"一般俗称"盘式刀库"，以便和"斗笠式刀库"、"链条式刀库"相区分。圆盘式的刀库容量不大，顶多二、三十把刀。需搭配自动换刀机构ATC(Auto Tools Change)进行刀具交换。

1-1-3 链条式刀库

　　链条式刀库的特点是可储放较多数量之刀具，一般都在20把以上，有些可储放120把以上。它是藉由链条将要换的刀具传到指定位置，由机械手将刀具装到主轴上。换刀动作均采用马达加机械凸轮的结构，此设计之结构简单、动作快速、确实、可靠，但是价格较高，通常为客制化产品。

1-2 自动换刀系统

　　自动换刀系统是CNC工具机的重要组成部分，主要是将加工所需刀具，从刀库中传送到主轴夹持机构上。刀具夹持元件的结构特性及其与工具机主轴的联结方式，将直接影响工具机的加工性能。刀库结构形式及刀具交换装置的工作方式，则会影响工具机的换刀效率。自动换刀系统本身及相关结构的复杂程度，又会对整机的成本产生直接影响。

　　数控工具机的自动换刀系统大概分为1.油压机构2.气压机构3.电气式凸轮机构。在不断追求速度及可靠性提升的数控工具机市场，凸轮式换刀机构就广泛的被采用。此设计只用一个驱动马达就可完成复杂的换刀动作，快速确实，除了换油外没有其他消耗零件及保养需求，故障率最少，寿命超过百万次以上。

　　一般具有ATC装置者都有ATC臂。换刀时若是需要在刀具库与主轴两处更换，则需要ATC臂来补助。但有些工具机并不需要ATC臂即可完成换刀动作。

2. 刀库技术发展趋势

　　未来工具机产业的发展，均以追求高速、高精度、高效率为目标。随着切削速度的提高，切削时间的不断缩短，对换刀时间的要求也在逐步提高；换刀的速度已成为高等级工具机的一项重要指标。

　　快速自动换刀技术是以减少辅助加工时间为主要目的，综合考虑工具机的各方面因素，在尽可能短的时间内完成刀具交换的技术方法。一般强调换刀速度快的卧式机台，皆有几个特点：1.刀臂短 2.刀臂不一定成直线 3.两刀可能互相垂直 4.凸轮箱小且可移动。其主要目的是要让换刀时，可动件之转动惯量小，以达到快速换刀之目的。该技术包括刀库的设置、换刀方式、换刀执行机构和适应高速工具机的结构特点等。

2-1 换刀速度指标

　　衡量换刀速度的方法主要有二种：1.刀到刀换刀时间(T to T) 2.切屑到切屑换刀时间(C to C)。由于切屑到切屑换刀时间基本上就是综合加工机两次切削之间的时间，反映了综合加工机换刀所需的辅助时间，因此切屑到切屑换刀时间应是衡量综合加工机效率高低的最直接指标。而刀到刀换刀时间则主要反映自动换刀装置本身性能的好坏，适合作为工具机自动换刀装置的性能指标，这两种方法通常用来评价换刀速度。至于换刀时间多少才算得上是高速工具机，并没有确定的指标，在技术条件可能的情况下，应尽可能提高换刀速度。

2-2 提高换刀速度的基本原则

　　工具机的换刀装置，通常由刀库和换刀机构组成，有些应用机械手臂换刀，有些换刀方式并不需要机械手臂，刀库的形式和摆放位置也不一样。为了适合高速运动的需要，高速工具机在结构上已和传统的工具机不同。以刀具运动进给为主，减小运动工件的质量，已成为高速工具机设计的主流。因此，设计换刀装置时，要充分考虑到高速工具机的结构特征。

2-3 提高换刀速度的主要技术方法

　　适合于工具机的快速自动换刀技术主要有以下几个方面：

　　在传统自动换刀装置的基础上提高动作速度，或采用动作速度更快的机构和驱动元件。例如，机械凸轮结构的换刀速度高于液压和气动结构。

　　根据高速工具机的结构特点设计刀库和换刀装置的形式和位置。例如，传统工具机的刀库和换刀装置多装在立柱一侧，在高速工具机则多为立柱移动的进给方式，为减轻运动件质量，刀库和换刀装置不宜再装在立柱上。

　　采用新方法进行刀具快速交换，不用刀库和机械手方式，而改用其它方式换刀。例如不用换刀，用换主轴的方法。

　　使用适合于高速工具机的刀柄。如HSK刀柄质量轻，装卸刀具的行程短，可以使自动换刀装置的速度提高。快速自动换刀装置采用HSK空心短锥柄刀是发展的趋势。

3. 国内主要刀库系统厂商简介

　　国内刀库产业之生态，很明显的是自动换刀机构(ATC)与(TOOLS　MAGAZINE)为相互依存之产业，分工细腻且互为上下游之产业。虽然有些刀库厂商也有生产自动换刀机构，但并不普遍且量都不大。因此，可将其区分为刀库及自动换刀机构两个产业。

　　由于台湾工具机产业近几年竞争力快速提升，刀库及换刀机构更是蓬勃发展。专业刀库厂商如德大、臻赏、吉辅等；产品除了供应国内需求外，更积极拓展外销市场，或寻求与国外工具机大厂合作，切入国际市场。另外还有北钜、马特、钢豪、圣杰、首轮等。各家公司各有擅长，成果也都相当丰硕。换刀机构专业厂商有德士凸轮、欧权、吉径及尚金等，其中德士凸轮有极高的市占率，各家厂商也各有特色。兹就各厂商特点及发展现况简述如下。

3-1 德大机械

　　德大机械主要产品为各式样刀库，产品行销国内及欧美市场。德大机械将企业市场实力归功于企业文化的建立，认为刀库这个领域产品复杂度高；竞争力的强弱关键在于管理的优劣。认为公司的永续发展、长治久安，必定要有完善的管理制度。因此，注重基础管理与企业文化的建立，以期提高员工素养及建立自动自发、积极任事、诚实、认错、改善、用心的共同价值观。

　　德大机械拥有多样化的产品及快速反应能力，使得客户可以快速找到相近规格产品，迅速满足客户需求。其对于技术、品质的坚持以及对于物料、制程管理的能力深获客户肯定。

3-2 吉辅企业

　　秉持「诚信、踏实、创新」的理念，除了为工具机产业的发展贡献心力，更积极投入各项社会公益，促进社会福祉。

　　为因应「三高」市场需求，吉辅研发高速加工机复合凸轮驱动之同步打刀、开/关门之定轴式高速卧式刀库。此新型刀库搭配高速主轴同步完成开关门、夹松刀及换刀等动作，换刀时间短。不仅提升了工具机的使用效能；更符合高速化、高精度及高效率的需求。

　　吉辅公司除配合工具机业者致力于各式高阶产品的研发，对于泛用型轻量化低成本架构刀库的发展也着力至深；于今年成功的推出配合立式综合切削加工机的「经济型圆盘式刀库」，提供客户更经济及维修更方便容易的产品。

3-3 臻赏工业

　　「诚信、负责、永续经营」一直都是臻赏工业不变的经营信念。诚信的与客户往来、负责到底的解决客户需求，并持续的研发成长。

　　臻赏不断的提升品质与技术层次，除开发全系列刀库机种包含圆盘式、链条式、斗笠式、伞型刀库之外，并与客户合作研发各种特殊机种，以满足客制化之需求。如HF平置刀库、50#圆盘升降刀库、重刀链式刀库、卧式多刀仓刀库等等，2008年更新开发了新型的Tapping center专用刀库。

　　该公司也是同业间最早导入ERP系统的厂商；能充分掌握生产排程负荷及物料需求落点，准确管控生产进度。自2007年起更致力于管理层面，藉由部门与跨部门会议，订定目标与计画，加强基层员工基本工作观念、各部门整体绩效、跨部门协调整合，进而提升公司竞争力。

3-4 德士凸轮

　　德士凸轮创业至今已廿十多年，历经各种艰难困苦与挑战。在全体员工同心协力下，致力于产品研发与市场开拓，在品质上精益求精，并追求效率之提升，目前分割器与凸轮ATC在市场都有很高的占有率。公司能有今日之规模主要在于理论与经验之有效结合，加上创新及能长期坚持理想。

　　德士所研发的ATC自动换刀机构，主要是滚子式凸轮结构，该装置优点在于输出轴的惯性矩小、构造体积小、出力大，可组合许多动作。另外精度高、分度范围广，配合机器的设计需求，扣刀角度30°~90°都可设计，运动曲线可任意搭配做高速动作。抓刀速度稳定确实、低噪音，扣刀、插刀准确，不会损坏主轴品质，相对提高主轴加工精度及使用寿命。

　　在未来的经营规划上，德士也尝试往不同的产品领域发展，目前正在从事其它产业的自动化设备的开发。在品质稳定的同时，还朝向高速化努力，将挑战凸轮ATC，在BT-40约1秒，BT-30约0.5秒的水准。

3-5 吉径科技

　　吉径主要产品为凸轮式换刀机构，此产品设计之优点为：只用一个驱动马达就可完成复杂的换刀动作，快速、确实。除了换油外没有其他消耗零件及保养需求，故障率最少，寿命超过百万次以上。

　　过去台湾工具机普遍还采用较慢速之凸轮机构，但这几年来渐渐有朝高速发展现象，不过遭遇许多工具机机构与凸轮箱搭配间之技术瓶颈，急待突破。该公司也替台湾客户积极寻求日本技术协助，使能找到最佳之组合早日克服困难。

　　2年前该公司与日本技术合作，开始研发生产快速换刀凸轮机构，供销日本市场，其换刀速度是：BT30(0.5秒)，BT40(0.8秒)，BT50(1.5秒)全部是依日本客户需求设计制造之产品，速度快、体积小、重量轻，将来也希望能够提供给国内工具机厂使用。

3-6 欧权科技

　　欧权公司成立至今已迈入第5年，公司技术除自行研究开发外，并与日本高广(TAKAHIRO)公司技术合作，开发各项产品。高广公司每2~3个月皆由其技术部长率员来该公司技术指导；从设计、设备、组装等方面逐项检讨并做改进。

　　使得该公司产品除了具有高品质水准外，又有价格竞争优势。

　　工具机厂对ATC换刀机构要求方向：更快速、可靠的换刀动作。目前市场上大多采「提前松刀方式」，但在更快速的要求下，仍会出现不可靠的盲点，针对此问题，该公司与高广公司研究开发油压同动的ATC或使用机械同动打刀ATC来满足更高的需求。

　　该公司同时也配合客户特殊需求开发ATC及应用滚齿凸轮机构原理的第四轴、第五轴、卧式综合中心加工机B轴、车床B轴、立式综合中心加工机U轴、工作台交换机构APC等开发。产业机械之应用产品有±5”高精度分割机。

3-7 尚金精密

　　专业生产ATC自动换刀机构与高速精密分割器，成立短短5年，已有不错的成绩；面对各方的磨练，使尚金加速前进。不断研发以提高产品品质，无论在任何自动化产业中，均能提供最佳效能、改善问题，并使产品发挥最大效益。

　　秉持快速服务的精神，使客户能够在最短的时间内复工，以最精简的人员，做出最大的效益。并致力于提升产品精确度并朝多元化的方向发展。

4. 问题与挑战

　　面对全球经济成长趋缓，加上中国政府大力扶植该国工具机产业，并且已将国防工业转入支援民生工业。又有韩国、印度等国紧追在后，今后的产业发展势必面对更加严峻的挑战。欲突破此一困境，除了加强财务管控外；人力的储备与新技术的研发应是迎接下一波景气循环的最佳方式。

　　由于国内业者多属中小企业，企业规模较小，研发人力及资源较为不足。因此，若能有效结合学界及研发单位、法人机构；整合运用政府资源投入相关先进技术的研发，尽快掌握先进的技术方法，以不断提高国产工具机及相关零组件的制造水准，拉大与竞争者的距离，方能永保竞争优势。