CN102476306B - 主轴拉刀倍力机构 - Google Patents
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Abstract
一种主轴拉刀倍力机构，主轴套座内以复数组轴承架置转动轴，该转动轴的内部叠设有碟形弹簧，并于中心位置穿设有拉刀杆，拉刀杆下端连结可开合拉、松刀的夹爪，上端则连结拉刀倍力机构，其中，该拉刀倍力机构于转动轴上端的管壁上容设一可横向位移的顶珠，于转动轴内的拉刀杆上端部相对顶珠上方位置则设有第一顶掣斜面，另于转动轴外部设有一升降位移的外环座，该外环座内部设有容置槽，并于容置槽下方设有相对顶珠下方位置的第二顶掣斜面，以及于转动轴内拉刀杆的上方设有连动于外环座的内环座。利用顶珠及双顶掣斜面的设计，即可确保主轴于拉刀时产生倍力抓刀的效果及作动的顺畅性，进而可降低松刀时所需的动力，以达到加速进行换刀作业的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种综合加工机，特别涉及一种可对加工件执行多种不同加工作业(如车、钻、铣)的综合加工机。
背景技术
综合加工机可对加工件执行多种不同加工作业，因此除了配置有加工主轴外，另外还配置有架置多种不同加工型态刀具的刀库以及与刀库搭配的换刀装置，而依据预先设定的程式由换刀装置执行自动换刀作业，以供加工主轴选取并执行各种加工作业。就自动换刀作业而言，其换刀臂的动作包括有旋转扣刀、后退拔刀、180度旋转换刀、直进插刀及旋转复位，在换刀臂后退拔刀时，其必须等待主轴完成松刀的动作，才能接续进行拔刀的动作，而主轴松刀的动作一般利用打刀压缸顶压主轴内的弹簧，以推出拉刀杆并松开夹持加工刀具的夹爪，此时换刀臂才可以进行拔刀的动作；由于打刀压缸出力顶压主轴内的弹簧的弹力所需力量愈大时，打刀压缸等待加压的时间就愈长，从而影响到换刀作业的时间，然而主轴内的弹簧的弹力又关系着主轴拉刀所需的力量，因此若单纯降低弹簧的弹力，虽可减少打刀压缸作动松刀的时间，但却反而使主轴拉刀的力量不足，故在确保主轴拉刀所需力量的基础上，如何设计一种降低打刀压缸的出力，此即为业者目前所努力的发展方向。
请参阅图1所示，其是中国台湾公告第574955号新型专利案，于打刀压缸10的底部设有一可驱动升降的打刀碰块11，于打刀碰块11外侧连设有一压缸推块12，主轴20包括有一转动轴21、一主轴封套22、一主轴拉杆23、数组导销24、一压力环25、一压力环固定片26、一倍力滑套27、蝶型弹簧28、一夹刀爪29及一弹性束套30等构件所组成，其中主轴封套22锁固于转动轴21顶端以供限制压力环25与连动的主轴拉杆23脱离，主轴拉杆23穿伸于转动轴21内，其底端结合连动夹刀爪29，该夹刀爪29末端形成有一爪部291可随夹刀爪29上升而产生弹性内缩的拉刀动作，以及随着夹刀爪29退出而产生弹性外撑的松刀动作；该蝶型弹簧28与倍力滑套27依序容置于转动轴21的上端并与主轴拉杆23相互套设；该弹性束套30搭设于倍力滑套27与转动轴21内壁缘间，且弹性束套30顶端两侧壁缘与倍力滑套27顶端侧缘、转动轴21内侧壁缘间分别形成相对斜面301、271、302、211；该压力环25与压力环固定片26依序锁设于主轴拉杆23上，并令压力环25恰可限位于主轴封套22的内侧，且令导销24分别活动滑置于压力环25与压力环固定片26上，使该导销24恰可受打刀压缸10气缸推块12的压抵间接向下抵顶倍力滑套27，而主轴拉杆23则可于打刀压缸10气缸推块12压抵导销24位移一段距离后，由打刀压缸10的打刀碰块11压抵以行打刀动作。
请参阅图2所示，在松刀时，打刀压缸10作动会先使气缸推块12向下位移接触导销24，并使导销24推动倍力滑套27位移，以解除倍力拉力，此时打刀压缸10的打刀碰块11会接触到主轴拉杆23；请参阅图3所示，打刀压缸10继续推动主轴拉杆23位移，将使主轴拉杆23得以连动夹刀爪29伸出，以进行松刀动作，此时主轴拉杆23将同时连动压力环25压抵弹性束套30向下移动，进而完成松刀作业。当进行拉刀动作时，打刀压缸10往回拉掣，该倍力滑套27会受蝶型弹簧28回复力作用而往上推移接触弹性束套30；请参阅图2、图1所示，当倍力滑套27继续往上推移时，将凭借倍力滑套27顶端侧缘与弹性束套30顶端内侧壁缘间的斜面271、302作用，而将弹性束套30推回定位于转动轴21顶端的斜面211部位，同时凭借弹性束套30推移压力环25连动主轴拉杆23上升，再凭借主轴拉杆23连动夹刀爪29内缩，以进行拉刀动作。由于弹性束套30顶端内外两侧壁缘与倍力滑套27顶端外侧缘、转动轴21顶端内侧缘间，分别形成有具斜率倍数比(以3倍论的)的斜面301、271、302、211，因此若将蝶型弹簧28的弹力调整在350kg时(参考值)，该倍力滑套27压抵弹性束套30后，则会因为该3倍斜率使最终拉刀力量增为1050kg，进而达成主轴拉刀的倍力效果。然而，该倍力的设计仍有如下的缺弊：
1.弹性束套30在受到压力环25压抵向下移动或受到倍力滑套27推回向上移动时，其斜面302的边角与转动轴21的内管壁摩擦接触，除了容易造成转动轴21内管壁的刮损外，也容易造成弹性束套30升降移动不顺畅，而影响主轴20松刀、拉刀作业的顺畅性。
2.弹性束套30在受到压力环25压抵向下移动或受到倍力滑套27推回向上移动时，其斜面302的边角与转动轴21的内管壁摩擦接触，而容易造成弹性束套30的斜面302的磨损，而可能导致减损倍力的效果。
3.弹性束套30在受到倍力滑套27推回向上移动时，其仍需要利用本身的弹性外张，才能使其斜面302贴合于转动轴21顶端的斜面211部位，接着倍力滑套27顶端侧缘的斜面271再将弹性束套30顶推定位，由于弹性束套30必需利用本身的弹性外张，因此当长期使用导致弹性疲乏时，将造成弹性束套30的斜面302不容易复位贴合于转动轴21顶端的斜面211部位，而产生不确动的情形，影响主轴20拉刀作业的顺畅性。
有鉴于此，本发明人遂以其多年从事相关行业的研发与制作经验，针对目前所面临的问题深入研究，经过长期努力的研究与试作，终究研创出一种可确保主轴于拉刀时产生倍力抓刀的效果，以降低松刀时所需的动力，并以大幅改善习式的缺弊，此即为本发明的设计宗旨。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于：提供一种主轴拉刀倍力机构，确保主轴于拉刀时产生倍力抓刀的效果，以降低松刀时所需的动力。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种主轴拉刀倍力机构，其特征在于，包括有：
套座：设于外部；
转动轴：以复数组轴承架置于套座内，并由旋转驱动源带动转动，该转动轴内部开设有套孔，于套孔内叠设有弹性件，并于上端的管壁上容设有横向位移的顶掣件；
拉刀杆：穿设于转动轴的套孔中，该拉刀杆下端连结弹性开合的夹爪，上端部底缘则抵接叠设于转动轴套孔内的弹性件，上端部并设有抵顶于顶掣件上方位置的第一顶掣斜面；
环座组：连结于打刀动力源以升降位移，其具有设于转动轴外部的外环座，以及一设于转动轴内部连动于外环座的内环座，该外环座内部设有容置槽及抵顶于顶掣件下方位置的第二顶掣斜面，而内环座下方则抵接于拉刀杆的上端部，以连动拉刀杆作拉、松刀的动作。
其中：该转动轴套孔内叠设的弹性件是提供拉刀所需力量的碟形弹簧。
其中：该转动轴上端的管壁上容设的顶掣件是能够横向位移的顶珠。
其中：该拉刀杆下端连结转接件，再在转接件下方设有能够弹性开合的夹爪。
其中：该拉刀杆上端部抵顶于顶掣件上方位置的第一顶掣斜面呈45度。
其中：该环座组设于转动轴外部的外环座是打刀环，打刀环并连动于打刀动力滤。
其中：该环座组的外环座抵顶于顶掣件下方位置的第二顶掣斜面呈12.5度。
其中：该环座组的外环座与内环座间穿设有插销，以使外环座连结带动内环座。
其中：该环座组的内环座设于拉刀杆的上端部的上方适当距离处，内环座于下方设有顶销，并使该顶销穿伸拉刀杆的上端部后，抵顶于一抵接于碟形弹簧上方的抵接环。
其中：该抵接环设置有抵顶于拉刀杆的上端部底缘的弹簧。
与现有技术相比较，本发明具有的有益效果是：
本发明提供一种主轴拉刀倍力机构，其于主轴套座内以复数组轴承架置转动轴，该转动轴的内部叠设有碟形弹簧，并于中心位置穿设有拉刀杆，拉刀杆下端连结可开合拉、松刀的夹爪，上端则连结拉刀倍力机构，其中，该拉刀倍力机构于转动轴上端的管壁上容设一可横向位移的顶珠，于转动轴内的拉刀杆上端部相对顶珠上方位置则设有第一顶掣斜面，另于转动轴外部设有一升降位移的外环座，该外环座内部设有容置槽，并于容置槽下方设有相对顶珠下方位置的第二顶掣斜面，以及于转动轴内拉刀杆的上方设有连动于外环座的内环座，并使该内环座连动拉刀杆作拉、松刀的动作；如此，利用顶珠及双顶掣斜面的设计，即可确保主轴于拉刀时产生倍力抓刀的效果及作动的顺畅性，进而使主轴易于达到拉刀力量的要求。
本发明提供一种主轴拉刀倍力机构，其于主轴套座内以复数组轴承架置转动轴，该转动轴的内部叠设有碟形弹簧，并于中心位置穿设有拉刀杆，拉刀杆下端连结可开合拉、松刀的夹爪，上端则连结拉刀倍力机构，其中，该拉刀倍力机构于转动轴上端的管壁上容设一可横向位移的顶珠，于转动轴内的拉刀杆上端部相对顶珠上方位置则设有第一顶掣斜面，另于转动轴外部设有一升降位移的外环座，该外环座内部设有容置槽，并于容置槽下方设有相对顶珠下方位置的第二顶掣斜面，以及于转动轴内拉刀杆的上方设有连动于外环座的内环座，并使该内环座连动拉刀杆作拉、松刀的动作；如此，利用顶珠及双顶掣斜面的设计，在确保主轴于拉刀时产生倍力抓刀的效果下，即可减少转动轴内部叠设的碟形弹簧的力量，进而降低松刀时动力源所需打刀的力量，以达到加速进行换刀作业的目的。
附图说明
图1是中国台湾公告第574955号新型专利案的示意图(一)；
图2是中国台湾公告第574955号新型专利案的示意图(二)；
图3是中国台湾公告第574955号新型专利案的示意图(三)；
图4是本发明的剖面示意图；
图5是本发明另一方向的剖面示意图；
图6是本发明松刀时的动作示意图(一)；
图7是本发明松刀时的动作示意图(二)；
图8是本发明拉刀时的动作示意图；
图9是本发明拉刀时的力量分析图；
附图标记说明：10-打刀压缸；11-打刀碰块；12-压缸推块；20-主轴；211-斜面；21-转动轴；22-主轴封套；23-主轴拉杆；24-导销；25-压力环；26-压力环固定片；；27-倍力滑套；271-斜面；28-蝶型弹簧；29-夹刀爪；291-爪部；；30-弹性束套；301-斜面；302-斜面；40-主轴；41-套座；42-轴承；43-转动轴；431-套孔；44-碟形弹簧；45-拉刀杆；451-第一顶掣斜面；452-上端部；46-转接件；47-夹爪；48-顶珠；49-打刀环；；491-容置槽；492-第二顶掣斜面；50-内环座；51-插销；52-顶销；53抵接环；54-弹簧。
具体实施方式
为使贵审查委员对本发明作更进一步的了解，兹举一较佳实施例并配合图式，详述如后：
请参阅图4、图5，本发明的主轴40设于外部的套座41内以复数组轴承42架置转动轴43，使得转动轴43可由旋转驱动源带动于套座41内转动，于本实施例中，该旋转驱动源是马达M，并装设于转动轴43上方，以连结带动转动轴43转动；该转动轴43的内部开设有阶梯状的套孔431，套孔431上段叠设有提供拉刀所需力量的弹性件，于本实施例中，该弹性件是复数个碟形弹簧44；于转动轴43的套孔431中心位置穿设有拉刀杆45，该拉刀杆45下端连结一转接件46，并于转接件46上设有可弹性开合的夹爪47，拉刀杆45的上端部452底缘则抵接叠设于转动轴43套孔431内的碟形弹簧44，而转动轴43的上端则连结设有拉刀倍力机构，其中，该拉刀倍力机构于转动轴43上端的管壁上容设至少一可横向位移的顶掣件，于本实施例中，该管壁上容设有三个可横向位移的顶掣件，且该顶掣件为顶珠48；于转动轴43内的拉刀杆45上端部452设有第一顶掣斜面451，并使该第一顶掣斜面451抵顶于顶珠48的上方位置，于本实施例中，该第一顶掣斜面451呈45度抵顶于顶珠48的上方位置；另于转动轴43上设有连结于打刀动力源(图面未示)的环座组，该环座组包括有设于转动轴43外部可升降位移的外环座，以及一设于转动轴43内部可连动外环座而升降位移的内环座，于本实施例中，该外环座是打刀环49，并连动于打刀动力源；该打刀环49内部设有容置槽491，于容置槽下方491设有第二顶掣斜面492，并使该第二顶掣斜面492抵顶于顶珠48的下方位置，于本实施例中，该第二顶掣斜面492呈12.5度抵顶于顶珠48的下方位置；另内环座50设于拉刀杆45的上端部452的上方适当距离处，该内环座50与打刀环49间穿设有插销51，以使打刀环49可连结带动内环座50位移抵接于拉刀杆45的上端部452，以使拉刀杆45的上端部45可压抵叠设于转动轴43套孔431内的碟形弹簧44，于本实施例中，该内环座50下方更设有至少一顶销52，并使该顶销52于穿伸拉刀杆45的上端部452后抵顶于一位于碟形弹簧44上方的抵接环53，该抵接环53并交错设置有抵顶于拉刀杆45的上端部452底缘的弹簧54，进而内环座50可连动拉刀杆45作拉、松刀的动作。
请参阅图6，本发明的主轴40当进行松刀时，首先打刀动力源将会带动打刀环49下降，并使其容置槽491对应于顶珠48的位置，而使顶珠48可横向位移退至容置槽491内，同时打刀环49经由插销51带动内环座50下降至接触拉刀杆45的上端部452的上缘，而内环座50下方的顶销52并将压抵抵接环53，而压缩碟形弹簧44，此时为解除拉刀的倍力状态，拉刀杆45则仍保持位于拉刀位置。
请参阅图7，当打刀动力源持续带动打刀环49下降时，内环座50将压抵拉刀杆45的上端部452，使得拉刀杆45下降，同时内环座50下方的顶销52并压抵抵接环53，而压缩碟形弹簧44，使得拉刀杆45带动下端的夹爪47脱离限位，以开启夹爪47，而完成松刀的作业，此时换刀臂即可进行后退拔刀作业。
请参阅图8，当换刀臂完成后退拔刀、旋转换刀及直进插刀作业后，打刀动力源将脱离打刀环49，此时碟形弹簧44的弹性回复力将反向推抵抵接环53，抵接环53除顶推拉刀杆45上升外，也经由顶销52推抵内环座50及打刀环49上升，并使打刀环49的第二顶掣斜面492推抵顶珠48横向位移，使顶珠48凸伸于转动轴43内，并推抵拉刀杆45上的第一顶掣斜面451，使拉刀杆45受力，并带动下端的夹爪47限位收合，而完成拉刀的作业，此时换刀臂即可进行旋转复位的作业。
请参阅图8、图9，本发明完成拉刀作业时，顶珠48的受力状态包括有第一顶掣斜面451向下的侧向力F1、转动轴43管壁垂直向上的反力F2y，以及第二顶掣斜面492向上推抵的侧向力F3，其中，F1可分解为F1x及F1y两种向量分力，F3则可分解为F3x及F3y两种向量分力(F3y＝碟形弹簧44的弹性回复力)，根据静力平衡得出：
F1x＝F3x.........①
F2y+F3y＝F1y＝拉刀力......②
因第一顶掣斜面451呈45度抵顶于顶珠48
tan 45°＝F1y/F1x
F1x＝F1y...............代入第①式
因第二顶掣斜面492呈12.5度抵顶于顶珠48
tan 12.5°＝F3y/F3xF3x＝4.5×F3y...代入第①式
F1y＝4.5×F3y＝拉刀力
假设所需拉刀力为1000kg
F1y＝4.5×F3y＝1000kg
F3y＝222kg＝碟形弹簧的弹性回复力
也即主轴设定所需的拉刀力为1000kg时，利用顶珠48、第一顶掣斜面45及第二顶掣斜面492的设计，于使用弹性回复力为222kg的碟形弹簧，即可以倍力的方式产生1000kg的拉刀力量，以符合规范需求；相对的，因碟形弹簧的弹性回复力为222kg，因此当进行松刀时，打刀动力源只需出力稍大于222kg即可克服碟形弹簧44的弹性回复力，使拉刀杆45进行松刀作业，进而降低松刀时打刀动力源所需的力量，达到加速进行换刀作业的目的。
以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1. 一种主轴拉刀倍力机构，其特征在于，包括有：
套座：设于外部；
转动轴：以复数组轴承架置于套座内，并由旋转驱动源带动转动，该转动轴内部开设有套孔，于套孔内叠设有弹性件，并于上端的管壁上容设有横向位移的顶掣件；
拉刀杆：穿设于转动轴的套孔中，该拉刀杆下端连结弹性开合的夹爪，上端部底缘则抵接叠设于转动轴套孔内的弹性件，上端部并设有抵顶于顶掣件上方位置的第一顶掣斜面；
环座组：连结于打刀动力源以升降位移，其具有设于转动轴外部的外环座，以及一设于转动轴内部连动于外环座的内环座，该外环座内部设有容置槽及抵顶于顶掣件下方位置的第二顶掣斜面，而内环座下方则抵接于拉刀杆的上端部，以连动拉刀杆作拉、松刀的动作；该环座组的外环座是打刀环，该打刀环连动于该打刀动力源，该环座组的内环座设于拉刀杆的上端部的上方适当距离处，内环座于下方设有顶销，并使该顶销穿伸拉刀杆的上端部后，抵顶于一抵接于碟形弹簧上方的抵接环，该抵接环设置有抵顶于拉刀杆的上端部底缘的弹簧。
2.根据权利要求1所述的主轴拉刀倍力机构，其特征在于：该转动轴套孔内叠设的弹性件是提供拉刀所需力量的碟形弹簧。
3.根据权利要求1所述的主轴拉刀倍力机构，其特征在于：该转动轴上端的管壁上容设的顶掣件是能够横向位移的顶珠。
4.根据权利要求1所述的主轴拉刀倍力机构，其特征在于：该拉刀杆下端连结转接件，再在转接件下方设有能够弹性开合的夹爪。
5.根据权利要求1所述的主轴拉刀倍力机构，其特征在于：该拉刀杆上端部抵顶于顶掣件上方位置的第一顶掣斜面呈45度。
6.根据权利要求1所述的主轴拉刀倍力机构，其特征在于：该环座组的外环座抵顶于顶掣件下方位置的第二顶掣斜面呈12.5度。
7.根据权利要求1所述的主轴拉刀倍力机构，其特征在于：该环座组的外环座与内环座间穿设有插销，以使外环座连结带动内环座。
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