CN104708477A - Cnc中心加工机换刀装置 - Google Patents

Abstract

一种CNC中心加工机换刀装置，适用于装设于一台设有一个加工主轴的CNC中心加工机，并包含一个第一换刀单元及一个第二换刀单元。该第一、第二换刀单元分别包括一个刀库，及一支设有一刀夹的换刀臂。借此，该CNC中心加工机换刀装置不只能管理双倍数量的刀具，所述刀夹分别设置于不同换刀臂，能同时运转、分别作动而不会相互干扰，于其中一个刀夹夹持主轴的待换刀具时，另外一个刀夹能夹持一支新的刀具于邻近该主轴处「预备换刀」，如此，能大幅缩短换刀所需的时间，使得本发明能提高加工效率，适用于长时间的加工作业需求。

Description

CNC中心加工机换刀装置

技术领域

本发明涉及一种CNC中心加工机换刀装置，特别是涉及一种能节省换刀时间的CNC中心加工机换刀装置。

背景技术

参阅图1，现有的CNC中心加工机1包含一台机台11、一个滑设于该机台11并能沿上下方向往复移动的加工单元12、一个设置于该机台11并位于该加工单元12的一侧的换刀单元13，及一个能移动地设置于该机台11并能供一个工件（图未示）安装固定的工作台14。该加工单元12包括一个能安装一支刀具10，并能绕自身轴心旋转的主轴121。该CNC中心加工机1的计算机系统能根据用户指令控制该加工单元12、该主轴121与该工作台14各自作动，借此，该刀具10便能受该主轴121带动旋转，并对该工作台14上的该工件进行加工。

当该工件需要以其他种类的刀具10进行加工时，该换刀单元13能对该主轴121进行换刀。该换刀单元13包括一个装设有多支刀具10的刀库131，及一支设置于该刀库131与该主轴121之间的换刀臂133，该换刀臂133能作上下移动及回转的动作，并具有两个分别设置于该换刀臂133两相反端的刀夹134。该CNC中心加工机1的计算机系统能依据用户指令将被选取的刀具10移动至该刀库131的一个刀具出口132，所述刀夹134能分别夹持位于该主轴121与该刀具出口132的刀具10后，回旋180度，使位于该主轴121的待换刀具101与该刀库131所送出的新刀具102切换位置，如此便能完成换刀程序。换刀程序的细部动作如下所述：

参阅图2与图3，进行换刀时，该换刀臂133由一个计算机系统所控制，并介于该刀库131的刀具出口132与该主轴121之间的原点出发，旋转90度后到达如图4与图5所示的位置，此时，所述刀夹134分别对应于该主轴121中心与该刀具出口132，并分别夹持位于该主轴121上的待换刀具101与位于该刀具出口132的新刀具102。

参阅图6与图7，该换刀臂133向下滑移，并将所述刀夹134所分别夹持的刀具101、102向下拉出该主轴121与该刀具出口132。

参阅图8与图9，该换刀臂133回旋180度，使由该主轴121所卸下的待换刀具101切换到该刀具出口132位置，由该刀库131所提取的新刀具102则切换到该主轴121中心。

参阅图10与图11，该换刀臂133再向上滑移，将新刀具102安装至该主轴121，待换刀具101则归放入该刀具出口132并储存至该刀库131内，随后该换刀臂133旋转90度并回到如图2与图3所示的原点位置，至此即完成一个总旋转角度360度的换刀程序。

参阅图1、图7及图9，从上述换刀程序能发现，由于所述刀夹134分设于同一支换刀臂133的两端，当其中一个刀夹134卸下该主轴121的待换刀具101时，另外一个刀夹134需旋转180度之后才能将新刀具102安装至该主轴121，不但花费一个换刀程序将近一半的周期，持有新刀具102的刀夹134也无法预先于邻近该主轴121中心的位置等待、于待换刀具101被卸下之后立即递补并安装新刀具102，从而导致换刀程序的速度提升受到了一定的限制。

可以想象的是，若所述刀夹134分别设置于不同换刀臂133，其中一个刀夹134于该主轴121位置时，另外一个刀夹134便能预先夹持新刀具102并于邻近该主轴121位置处「预备」换刀，于卸下该主轴121的待换刀具101的该刀夹134自该主轴121中心离开后，另外一个刀夹134便能随即递补并安装新刀具102，大幅地节省一个换刀程序所花费的时间。

参阅图12，中国台湾新型专利申请号第102207866号所阐述的CNC综合加工机2，除了传统的一个第一换刀单元21之外，额外增设有一个与该第一换刀单元21相同的第二换刀单元22。所述换刀单元21、22分别具有一个刀库211、221，及一支两端分别设有一个刀夹213、223的换刀臂212、222。然而，虽然具有双倍的刀库211、221、能容纳的刀具20数量与种类也随即倍增的优点，该第二换刀单元22却只作为备用设备，于该第一换刀单元21发生故障时能够立即替换而不需停机修缮；此外，具有双刀夹213、223的所述换刀臂212、222若同时运转将会相互干扰，甚至与该CNC综合加工机2的主轴23发生碰撞，因此无法落实需双换刀臂212、222相互配合的「预备」换刀的程序。

发明内容

因此，本发明的目的即在提供一种能节省换刀时间的CNC中心加工机换刀装置。

本发明CNC中心加工机换刀装置，适用于装设于一台CNC中心加工机，该CNC中心加工机包含一个机台单元，及一个安装于该机台单元并能沿一条中轴线往复移动的加工单元。该加工单元包括一个沿该中轴线设置并供一刀具能卸离地安装的主轴。该CNC中心加工机换刀装置包含一个第一换刀单元，及一个第二换刀单元。

该第一换刀单元设置于该中轴线的一侧，并包括一个用于容置多支刀具并具有一个刀具出口的第一刀库，及一支设置于该主轴与该第一刀库之间的第一换刀臂。该第一换刀臂具有一个第一固定端部，及一个远离该第一固定端部，并能松开地夹持一支刀具的第一刀夹。

该第二换刀单元设置于该中轴线的另外一侧，并包括一个用于容置多支刀具并具有一个刀具出口的第二刀库，及一支设置于该主轴与该第二刀库之间的第二换刀臂。该第二换刀臂具有一个第二固定端部，及一个远离该第二固定端部，并能松开地夹持一支刀具的第二刀夹。

该第一刀夹、第二刀夹能分别绕该第一固定端部、第二固定端部在该主轴与各自换刀单元的刀具出口之间循环转动，并使该主轴所安装的刀具与该第一刀库、第二刀库的刀具进行互换，且该第一刀夹、第二刀夹于转动时彼此互不接触。

本发明CNC中心加工机换刀装置，该第一刀夹绕一条通过该第一固定端部，且与该中轴线平行的第一轴线循环转动，该第二刀夹绕一条通过该第二固定端部，且与该中轴线平行的第二轴线循环转动。

本发明CNC中心加工机换刀装置，该第一刀夹、第二刀夹还能相对于该机台单元，分别沿该第一轴线、第二轴线往复移动。

本发明CNC中心加工机换刀装置，该第一刀夹、第二刀夹能各自相对于该机台单元，在一个原点、一个主轴位置，及一个刀库位置之间循环转动，该第一刀夹、第二刀夹位于该主轴位置时对应于该主轴，此时该第一刀夹、第二刀夹能分别由该主轴上卸下刀具，或是为该主轴安装新的刀具，该第一刀夹、第二刀夹位于该刀库位置时对应于各自换刀单元的刀具出口，并能分别将由该主轴上卸下的刀具归放入该刀具出口，或是由该刀具出口取出新的刀具，当该第一刀夹、第二刀夹的其中一者为了将该主轴的刀具卸下而位于该主轴位置时，另外一者夹持一支新的刀具并位于该刀库位置与该主轴位置之间。

本发明CNC中心加工机换刀装置，当该第一、第二刀夹的其中一者为了将该主轴的刀具卸下而位于该主轴位置时，另外一者夹持一支新的刀具并位于该原点与该主轴位置之间。

附图说明

图1是一张前视示意图，说明一台现有的CNC中心加工机的各部位组件；

图2是一张前视示意图，说明该CNC中心加工机的一支换刀臂在一个原点位置且位于该CNC中心加工机的一个刀库及一个主轴之间；

图3是一张对应图2的顶视示意图；

图4是一张前视示意图，说明该换刀臂旋转90度后，该换刀臂的两个刀夹分别对应该刀库的一个刀具出口与该主轴中心，并分别夹持一支刀具；

图5是一张对应图4的顶视示意图；

图6是一张前视示意图，说明该换刀臂向下滑移，并将所述刀具由该刀具出口及该主轴拉出；

图7是一张对应图6的顶视示意图；

图8是一张前视示意图，说明该换刀臂旋转180度后，所述刀夹分别将位于该刀具出口与该主轴的刀具互换；

图9是一张对应图8的顶视示意图；

图10是一张前视示意图，说明该换刀单元向上滑移并将所述刀具分别安装至该刀库与该主轴；

图11是一张对应图10的顶视示意图；

图12是一张前视示意图，说明一台现有的CNC综合加工机的各部位组件；

图13是一张前视示意图，说明本发明CNC中心加工机换刀装置的一个较佳实施例安装于一台CNC中心加工机；

图14是一张前视示意图，说明该较佳实施例的一个第一刀夹及一个第二刀夹，该第一、第二刀夹分别位于一个原点位置及一个刀库位置；

图15是一张对应图14的顶视示意图；

图16是一张前视示意图，说明该第一刀夹旋转90度后到达一个主轴位置夹持一支待换刀具，该第二刀夹由该较佳实施例的一个第二刀库取出一支新刀具；

图17是一张对应图16的顶视示意图；

图18是一张前视示意图，说明该第一刀夹将该待换刀具卸下，该第二刀夹旋转至邻近该主轴位置处预备换刀；

图19是一张对应图18的顶视示意图；

图20是一张前视示意图，说明该第一刀夹离开该主轴位置后旋转至该刀库位置，该第二刀夹递补至该主轴位置并安装新刀具；

图21是一张对应图20的顶视示意图；

图22是一张前视示意图，说明该第一刀夹将待换刀具归放入该较佳实施例的一个第一刀库，该第二刀夹旋转90度后回到该原点；

图23是一张对应图22的顶视示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中，将可清楚的明白。

在提出详细说明之前，要注意的是，在以下的说明中，类似的元件是以相同的编号来表示。

参阅图13，本发明CNC中心加工机换刀装置的一个较佳实施例适用于装设于一台CNC中心加工机3，并包含一个第一换刀单元4与一个第二换刀单元5。该CNC中心加工机3包含一个机台单元31、一个能移动地设置于该机台单元31并能供一个工件（图未示）安装固定的工作台32，及一个安装于该机台单元31并能沿一条中轴线L0往复移动的加工单元33。该加工单元33包括一个沿该中轴线L0设置，并供一支刀具60能卸离地安装的主轴331。该主轴331能绕该中轴线L0旋转，并带动安装于其上的刀具60旋转，该工作台32、该加工单元33与该主轴331都能够受该CNC中心加工机3的计算机系统控制，根据用户的指令分别作动，并借此对固定于该工作台32的该工件进行铣削、钻孔或是研磨等加工。

于本实施例中以一台立式的CNC中心加工机3为例作说明，因此，该加工单元33沿上下方向往复移动，但本发明的实施样态并不以此为限，实施时，同样也能够被应用于一台卧式的CNC中心加工机（图未示）。

当该工件需要以其他种类的刀具60进行加工时，该第一、第二换刀单元4、5能对该主轴331进行换刀。该第一换刀单元4设置于该机台单元31并位于该中轴线L0的一侧，该第二换刀单元5设置于该机台单元31并位于该中轴线L0的另外一侧。由于在本实施例中，该CNC中心加工机3为立式形态，因此该第一、第二换刀单元4、5分别设置于该CNC中心加工机3机台单元31的左、右两侧。

该第一换刀单元4包括一个用于容置多支刀具60的第一刀库41、一个设置于该主轴331与该第一刀库41之间的第一滚齿凸轮驱动机构42，及一支活动设置于该第一滚齿凸轮驱动机构42的第一换刀臂43。该第一刀库41具有多个排列呈环状的刀筒411，及一个打刀机构412。该第一换刀臂43具有一个第一固定端部431，及一个远离该第一固定端部431，并能松开地夹持一支刀具60的第一刀夹432。

所述刀筒411分别用于容置一组刀具60，并能受该第一滚齿凸轮驱动机构42带动而旋转，该CNC中心加工机3的计算机系统能让被选中的刀具60及其刀筒411转动至最下方，再通过该打刀机构412将该刀具60推出该刀筒411，借此，该刀具60能经由一个刀具出口413外伸出该第一刀库41，以供该第一换刀臂43夹持。

该第二换刀单元5包括一个用于容置多支刀具60的第二刀库51、一个设置于该主轴331与该第二刀库51之间的第二滚齿凸轮驱动机构52，及一支活动设置于该第二滚齿凸轮驱动机构52的第二换刀臂53。该第二刀库51具有多个排列呈环状的刀筒511，及一个打刀机构512。该第二换刀臂53具有一个第二固定端部531，及一个远离该第二固定端部531，并能松开地夹持一支刀具60的第二刀夹532。

该第二换刀单元5的组件及其对应的功能大致上与该第一换刀单元4相同，于此不再加以赘述，该第二换刀单元5的打刀机构512同样也能将被选中的刀具60推出一个刀具出口513，以供该第二换刀臂53夹持。

该第一、第二刀夹432、532能分别受该CNC中心加工机3计算机系统的控制与该第一、第二滚齿凸轮驱动机构42、52的带动，相对于该机台单元31作上下移动及转动等动作。于移动时，该第一刀夹432沿一条通过该第一固定端部431，且平行该中轴线L0的第一轴线L1往复移动；该第二刀夹532沿一条通过该第二固定端部531，且平行该中轴线L0的第二轴线L2往复移动。于转动时，该第一、第二刀夹432、532分别绕该第一、第二轴线L1、L2在该主轴331与各自换刀单元4、5的刀具出口413、513之间循环转动。

借此，该第一、第二刀夹432、532能各自在一个原点、一个主轴位置，及一个刀库位置之间循环转动。该第一、第二刀夹432、532的该主轴位置彼此重叠，当位于该主轴位置时，该第一、第二刀夹432、532分别对应于该主轴331，此时该第一、第二刀夹432、532能分别向下位移并由该主轴331上卸下待换刀具61，或是向上位移并为该主轴331安装新刀具62；该第一、第二刀夹432、532位于该刀库位置时分别对应于各自换刀单元4、5的刀具出口413、513，并能分别向上位移将由该主轴331上卸下的待换刀具61归放入该刀具出口413、513，或是向下位移并由该刀具出口413、513取出新刀具62。

如此，该第一、第二刀夹432、532能分别将安装于该主轴331的待换刀具61与外伸出该第一、第二刀库41、51的新刀具62进行互换，且该第一、第二刀夹432、532于转动时彼此互不接触。详述该第一、第二刀夹432、532的换刀程序如下：

参阅图14与图15，该第一刀夹432由该原点出发；于该第一刀夹432位于该原点时，该第二刀夹532位于该刀库位置，与该第二刀库51的刀具出口513对应并夹持住外伸出该刀具出口513的一支新刀具62。

参阅图16与图17，该第一刀夹432旋转90度后到达该主轴位置，与该主轴331对应并夹持住安装于该主轴331的一支待换刀具61；同时，该第二刀夹532向下位移并将该新刀具62由该第二刀库51中取出。

参阅图18与图19，位于该主轴位置的该第一刀夹432向下位移，并将该待换刀具61自该主轴331上卸下；同时，该第二刀夹532由该刀库位置旋转至邻近该主轴位置处预备执行换刀，此时，该第二刀夹532距离该主轴位置的旋转角度不到90度。

参阅图20与图21，该第一刀夹432由该主轴位置离开，并向该刀库位置移动，由于该第二刀夹532距离该主轴位置的旋转角度极小，能立即递补于该第一刀夹432离开后空出来的该主轴位置，并向上位移将该新刀具62安装至该主轴331。

参阅图13、图22与图23，该第一刀夹432抵达该刀库位置，并向上位移将自该主轴331上卸下的该待换刀具61由该刀具出口413归放入该第一刀库41内，并再夹持下一个制程所需的刀具60；该第二刀夹532安装完新刀具62后由该主轴位置离开，旋转90度后到达该原点，此时，该第一、第二刀夹432、532均离开该主轴位置，该主轴331能降下并以新刀具62为置放于该工具台32上的该工件进行加工。至此，该第一、第二刀夹432、532的终点位置与图16与图17所示的起始位置恰好相反，可以想象的是，下一个周期时该第一、第二刀夹432、532将会动作互换地重复由图16、17至图22、23的动作，如此循环，该第一、第二刀夹432、532便能相互搭配地完成对该主轴331的换刀程序。

综上所述，本发明不只拥有现有CNC综合加工机的双套刀库优势，而能达到大量且多样化的刀具60储存与管理，且，当该第一、第二刀夹432、532的其中一者为了将该主轴331的待换刀具61卸下而位于该主轴位置时，另外一者夹持一支新刀具62并位于该刀库位置与该主轴位置之间，更佳地，位于该原点与该主轴位置之间，距离该主轴位置的旋转角度极小，因此于前者一离开该主轴位置，后者便能立即递补，而不需如现有的CNC中心加工机一样，换刀臂需旋转180度、耗费近半个循环周期才能完成换刀程序，因此能有效地缩短每一次的换刀时间，大幅地加快换刀的速度，如此，本发明能满足高度复杂形状工件的加工需求，且适用于长时间的加工作业，确实能达成本发明的目的。

Claims (5)

1.一种CNC中心加工机换刀装置，其特征在于：

该CNC中心加工机换刀装置适用于装设于一台CNC中心加工机，该CNC中心加工机包含一个机台单元，及一个安装于该机台单元并能沿一条中轴线往复移动的加工单元，该加工单元包括一个沿该中轴线设置并供一支刀具能卸离地安装的主轴，该CNC中心加工机换刀装置包含：

一个第一换刀单元，设置于该中轴线的一侧，并包括一个用于容置多支刀具并具有一个刀具出口的第一刀库，及一支设置于该主轴与该第一刀库之间的第一换刀臂，该第一换刀臂具有一个第一固定端部，及一个远离该第一固定端部，并能松开地夹持一支刀具的第一刀夹；及

一个第二换刀单元，设置于该中轴线的另外一侧，并包括一个用于容置多支刀具并具有一个刀具出口的第二刀库，及一支设置于该主轴与该第二刀库之间的第二换刀臂，该第二换刀臂具有一个第二固定端部，及一个远离该第二固定端部，并能松开地夹持一支刀具的第二刀夹，

该第一刀夹、第二刀夹能相对于该机台单元，分别绕该第一固定端部、第二固定端部在该主轴与各自换刀单元的刀具出口之间循环转动，并使该主轴所安装的刀具与该第一刀库、第二刀库的刀具进行互换，且该第一刀夹、第二刀夹于转动时彼此互不接触。

2.如权利要求1所述的CNC中心加工机换刀装置，其特征在于：该第一刀夹绕一条通过该第一固定端部，且与该中轴线平行的第一轴线循环转动，该第二刀夹绕一条通过该第二固定端部，且与该中轴线平行的第二轴线循环转动。

3.如权利要求2所述的CNC中心加工机换刀装置，其特征在于：该第一刀夹、第二刀夹还能相对于该机台单元，分别沿该第一轴线、第二轴线往复移动。

4.如权利要求1至权利要求3中任一项所述的CNC中心加工机换刀装置，其特征在于：该第一刀夹、第二刀夹能各自相对于该机台单元，在一个原点、一个主轴位置，及一个刀库位置之间循环转动，该第一刀夹、第二刀夹位于该主轴位置时对应于该主轴，此时该第一刀夹、第二刀夹能分别由该主轴上卸下刀具，或是为该主轴安装新的刀具，该第一刀夹、第二刀夹位于该刀库位置时对应于各自换刀单元的刀具出口，并能分别将由该主轴上卸下的刀具归放入该刀具出口，或是由该刀具出口取出新的刀具，当该第一刀夹、第二刀夹的其中一者为了将该主轴的刀具卸下而位于该主轴位置时，另外一者夹持一支新的刀具并位于该刀库位置与该主轴位置之间。

5.如权利要求4所述的CNC中心加工机换刀装置，其特征在于：当该第一刀夹、第二刀夹的其中一者为了将该主轴的刀具卸下而位于该主轴位置时，另外一者夹持一支新的刀具并位于该原点与该主轴位置之间。