CN110682140A - 自动换刀机构的换刀控制方法 - Google Patents

Abstract

一种自动换刀机构的换刀控制方法，以具备主轴、螺帽、换刀臂、第一马达及第二马达为前提，且螺帽与主轴为螺旋对配合，使得换刀臂在旋转扣刀、松刀下降、旋转换刀、上升夹刀及旋转归位的换刀程序当中，因部分的程序同步启动第一马达及第二马达而使得主轴能同时产生转动及轴向移动，因而可以缩短换刀的时间以提升换刀效率。

Description

自动换刀机构的换刀控制方法

技术领域

本发明与自动换刀机构有关；特别是指一种自动换刀机构的换刀控制方法。

背景技术

加工机的自动换刀机构设置在刀具库与加工机的主轴头之间，其大致包括控制系统与换刀臂，控制系统具有可被控制转动或是直线位移的轴，轴的末端固接换刀臂。

已知控制系统的轴是通过两个马达分别控制着产生转动或是直线位移，由此以带动换刀臂对刀具库及主轴头上的刀具进行交换，更具体地说，其一马达专用于控制轴的转动，另一马达则是用以控制轴产生上下移动，据此以使换刀臂依序进行包括：旋转扣刀、松刀下降、旋转换刀、上升夹刀及旋转归位等换刀程序。

然而，上述已知的换刀程序由两个马达被分别且先后控制始能完成设定动作，亦即后动的马达必须等待前一个马达停止动作之后方能被启动，如此一来，在换刀时序上必将有所延迟，对于需求精准且快速作业的换刀机构来说，该已知的换刀控制方法实有再精进之处。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自动换刀机构的换刀控制方法，该方法可缩短换刀作业时间。

为了达成上述目的，本发明提供一种自动换刀机构的换刀控制方法，该自动换刀机构包含主轴、螺帽、换刀臂、第一马达及第二马达，其中，主轴具有外螺旋结构，螺帽具有内螺旋结构与外螺旋结构配合，换刀臂结合于主轴一端。第一马达用以驱使主轴转动，第二马达驱转螺帽以使主轴于第一位置及第二位置之间直线位移；该控制方法包含：使第一马达及第二马达同步作动，其中第一马达驱使主轴转动，第二马达驱转螺帽以使主轴维持于第一位置；控制第一马达停止作动，第二马达持续驱转螺帽以使主轴往下移动；启动第一马达以驱使主轴转动；控制第一马达停止作动，第二马达持续驱转螺帽以使主轴往上移动；使第一马达及第二马达同步作动，其中第一马达驱使主轴转动，第二马达驱转螺帽以使主轴维持于第一位置。

本发明所述的换刀控制方法，其中，步骤A的该第一马达驱使该主轴以第一转向转动，该第二马达驱使该螺帽以第二转向转动，其中第一转向及第二转向为相反方向。

本发明所述的换刀控制方法，其中，步骤B的该第二马达驱转该螺帽以第二转向转动。

本发明所述的换刀控制方法，其中，在步骤C中，该第一马达与该第二马达同步作动，且该第二马达在该主轴转动的行程中，先驱使该螺帽以第一转向转动以使该主轴下移至该第二位置，之后再驱使该螺帽改变以第二转向转动以使该主轴上移。

本发明所述的换刀控制方法，其中，步骤D的该第二马达驱转该螺帽以第一转向转动。

本发明所述的换刀控制方法，其中，步骤E的该第一马达驱使该主轴以第二转向转动，该第二马达驱使该螺帽以第一转向转动。

本发明的有益效果：

本发明的控制方法在换刀时序中适时使得第一马达及第二马达能同步作动，据以达成缩短换刀时间的效果。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的自动换刀机构的立体图；

图2为本发明较佳实施例的控制系统当中的机座与主轴立体图；

图3为图1的前视图；

图4为图1的部分构件立体图；

图5为图4中的部分构件分解图；

图6为图4中的部分构件剖视图；

图7为图1的部分构件立体图；

图8为图7中的部分构件分解图；

图9为图7中的部分构件剖视图；

图10为本发明较佳实施例的自动换刀机构的换刀控制方法流程图；

图11至图15为本发明较佳实施例的自动换刀机构的换刀动作示意图。

其中，附图标记：

100 控制系统

10 机座

12 上盖

14 马达座

16 本体

18 底座

20 主轴

22 外螺旋结构

24 直向沟槽

30 第一传动单元

31 第一轴套

31a 直向沟槽

32 第一轴座

32a 穿孔

33 保持器

33a 滚珠

33b 油封

34 钢珠

35 第一马达

35a 第一输出轴

36 第一皮带轮

36a 穿孔

36’ 第一皮带轮

37 第一皮带

38 螺栓

39 螺栓

40 第二传动单元

41 第二轴套

41a 内螺旋结构

42 第二轴座

43 保持器

44 钢珠

45 第二马达

45a 第二输出轴

46 第二皮带轮

46a 穿孔

46’ 第二皮带轮

47 第二皮带

48 螺栓

49 螺栓

200 换刀臂

A、B 刀具

S1～S5 第一步骤～第五步骤

具体实施方式

为能更清楚地说明本发明的自动换刀机构的换刀控制方法，以下举一较佳实施例并配合图式详细说明如后。

请参图1至图3所示，本发明较佳实施例的方法所应用的自动换刀机构包含一控制系统100与一换刀臂200。其中控制系统100包括机座10、主轴20、第一传动单元30及第二传动单元40。机座10包括自上而下依序对接而成的上盖12、马达座14、本体16及底座18；主轴20穿设于机座10中，且受第一传动单元30的驱使而转动、受第二传动单元40的驱使而沿着轴向往复移动，主轴20的底端向下穿出底座18并固接该换刀臂200，换刀臂200随着主轴20的转动或是轴向移动而进行包括：旋转扣刀、松刀下降、旋转换刀、上升夹刀及旋转归位等动作。

本实施例的主轴20上半段表面具有外螺旋结构22及多道沿着轴向凹设的直向沟槽24，直向沟槽24划切外螺旋结构22，在其他的实施例中，不排除外螺旋结构与直向沟槽可以是采分段设置而没有交集的。

第一传动单元30包括一第一螺帽31，第二传动单元40包括一第二螺帽41，其中，主轴20穿设第一螺帽31与第二螺帽41，且主轴20与第一螺帽31以滑动对(sliding pair)方式配合，主轴20与第二螺帽41以螺旋对(screw pair)方式配合。

请参图4至图6所示，第一传动单元30尚包括第一轴座32、保持器33、多个钢珠34、第一马达35、二第一皮带轮36,36’及第一皮带37。其中，第一轴座32通过多个螺栓38穿过穿孔32a后锁固于机座10的本体16内部，第一螺帽31穿设于第一轴座32中且与第一轴座32之间设置有保持器33，保持器33包括多个滚珠33a及油封33b，使得第一螺帽31得以相对第一轴座32而于原处旋转；另外，由于第一螺帽31内壁具有多道沿着轴向凹设的直向沟槽31a，而钢珠34填充于第一螺帽31的直向沟槽31a与主轴20的直向沟槽24之间，遂使得主轴20得以相对第一螺帽31作轴向的上下滑动。

第一马达35固接在本体16外部，其第一输出轴35a伸入至本体16内部；第一皮带轮36通过多个螺栓39穿过穿孔36a而锁固在第一螺帽31底部，主轴20穿过第一皮带轮36，至于第一皮带轮36’则是通过连结于第一输出轴35a一端而位在本体16内部的一侧；第一皮带37绕设第一皮带轮36与第一皮带轮36’。由此，当第一马达35的第一输出轴35a被驱使转动时，将通过第一皮带37同步带动第一螺帽31转动，转动的第一螺帽31再因钢珠34的关系而牵动主轴20旋转。

请参图7至图9所示，第二传动单元40尚包括第二轴座42、保持器43、多个钢珠44、第二马达45、二第二皮带轮46,46’及第二皮带47。其中，第二轴座42通过多个螺栓48穿过穿孔42a后锁固于机座10的马达座14内，第二螺帽41穿设于第二轴座42中，且通过结构相同于保持器33的保持器43居间设置而得以相对第二轴座42于原处旋转；另外，第二螺帽41具有与主轴20的外螺旋结构22配合而同为螺旋沟槽的内螺旋结构41a，钢珠44填充于外螺旋结构22与内螺旋结构41a的螺旋沟槽之间并可于内、外螺旋结构中循环滚动。

第二马达45固接在马达座14外部，其第二输出轴45a伸入至马达座14内部；第二皮带轮46通过多个螺栓49穿过穿孔46a而锁固在第二螺帽41，主轴20穿过第二皮带轮46，至于第二皮带轮46’则连结于第二输出轴45a一端，第二皮带47绕设第二皮带轮46与第二皮带轮46’。由此，当第二马达45的第二输出轴45a被驱使转动时，第二皮带47将间接带动第二螺帽41原处转动，转动的第二螺帽41将使得钢珠44在内螺旋结构41a与外螺旋结构22之间循环滚动，据以导推主轴20上升或是下降。

上述即为本发明较佳实施例的方法所应用的自动换刀机构，以下请再配合图10所示，用来说明换刀控制方法及其换刀动作如后，在此声明，以下所述第一转向是以逆时针方向为例，第二转向则为顺时针方向。

图1所示代表换刀臂200处于待命状态。当控制系统100接收到换刀指令时，第一个步骤S1是使换刀臂200旋转扣住刀具，具体的方式是同步启动第一马达35及第二马达45，其中第一马达35的第一输出轴35a以第一转向旋转，而通过上述结构说明可知，随之转动的第一螺帽31将因钢珠34居间位于第一螺帽31的直向沟槽31a与主轴20的直向沟槽24之间，而得以带动主轴20亦作第一转向旋转，然而，因主轴20同时与第二螺帽41以螺旋对方式配合，而为了避免旋转的主轴20因此产生轴向移位，选择同步启动第二马达45以驱使第二螺帽41作第二转向的转动，即可促使主轴20不产生轴向移位，于此定义主轴20保持在未向下移动的位置为第一位置P1，图11即公开未向下移动的主轴20以原处转动的方式带动换刀臂200旋转，使换刀臂200两端分别扣住刀具库(图未示)提供的刀具A以及加工机的主轴头(图未示)上的刀具B。

当换刀臂200完成旋转扣刀之际，刀具库及主轴头同时松刀，于此之际，第一马达35旋即停止作动而使主轴20不再转动，但第二马达45继续驱使第二螺帽41作第二转向的转动，因主轴20与第二螺帽41是以螺旋对方式配合，且主轴20与第一螺帽31为滑动对配合，因此，原处转动的第二螺帽41将驱使主轴20往下移动，如图12所示，下降的主轴20促使换刀臂200将双边刀具下拉，此为第二步骤S2。

图13公开第三步骤S3，即控制换刀臂200旋转交换双边刀具。在此程序中，第一马达35再次被启动且维持控制第一螺帽31作第一转向的旋转，使得换刀臂200作出旋转180度的换刀动作，而在此期间，第二马达45先是驱使第二螺帽41作第一转向转动，紧接着又驱使第二螺帽41改变为第二转向的转动，前者使得主轴20再为往下沉移，后者则是带动主轴20上移，换句话说，换刀臂200的180度旋转被区分出两个阶段：第一阶段的换刀臂200在转动90度的同时随着主轴20下降，第二阶段的换刀臂200则是在续转90度的同时随着主轴20而上升，前述第一阶段及第二阶段的转换时点即在于主轴20下降至最低点位置(即本发明定义的第二位置P2)，而达成前述动作者有赖于第一马达35及第二马达45的同步动作，如此更能有效率地加快旋转换刀的速度。从图13中可以看出刀具A及刀具B的位置已被交换。

图14公开第四步骤S4，即控制主轴20上升使得换刀臂200将刀具带至夹刀位置。在此程序中，第一马达35被控制停止作动以避免对主轴20造成转动，而第二马达45仍是维持着作动但其驱使第二螺帽41改变为第一转向的转动，同样因主轴20与第二螺帽41为螺旋对配合、与第一螺帽31为滑动对配合的关系，使得主轴20不转动地被往上带至夹刀位置(即第一位置P1)，且刀具A复为加工机的主轴头所夹持，而刀具B则插入刀具库的对应刀套中。

第五步骤S5是当完成夹刀动作之后，再次启动第一马达35，不同的是，第一马达35驱使第一螺帽31改变为第二转向的转动，而第二马达45仍持续作动但改变第二螺帽41为第一转向的转动，此一程序在于促使主轴20不会产生轴向的移位，同时主轴20以第二转向旋转可使换刀臂200反向旋转归位至如图15所示的状态，以待下一次的换刀。亦即换刀臂200的两端能在不撞击刀具的情况下与刀具A及刀具B脱离。

以上即为本发明的换刀控制方法及其换刀动作的说明。由上述可知，换刀臂200在旋转扣刀、松刀下降、旋转换刀、上升夹刀及旋转归位的换刀程序当中，因部分的程序是通过同步启动第一马达35及第二马达45而使得主轴20能同时产生转动及轴向移动，因而能再缩短换刀时间，对于需求精准且快速作业的换刀机构来说，缩短的时间可以提升换刀效率。

必须说明的是，用以达成本发明的换刀控制方法的自动换刀机构的组成以必须具备主轴20、第二螺帽41、换刀臂200、第一马达35及第二马达45为前提，至于其他构件的组成或其组合关系则不以上述所有结构为限，例如可带动主轴20转动并使主轴20能在轴向上下移动的结构除了是将钢珠34填充于第一轴套31的直向沟槽31a与主轴20的直向沟槽24之间的方式之外，亦可选择舍去使用钢珠而改以将第一轴套内壁设置有数量与主轴的直向沟槽数量相当的凸肋，通过凸肋与直向沟槽配合的关系也能达成带动主轴20转动并使主轴20能在轴向上下移动的目的。又如用以驱使主轴20转动者，除了以上述结构来实现外，也可以是将马达安装在主轴20上方，通过马达的输出轴而直接传动主轴20，如此可以省略皮带及皮带轮的设置。再说明的是，马达的输出轴的转向不以必须与主轴相同转向为限，其可在输出轴与主轴之间通过其他的传动元件而使输出轴的转向与主轴的转向不同但功效不变。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种自动换刀机构的换刀控制方法，其特征在于，该自动换刀机构包含一主轴、一螺帽、一换刀臂、一第一马达及一第二马达，其中，该主轴具有一外螺旋结构，该螺帽具有一内螺旋结构与该外螺旋结构配合，该换刀臂结合于该主轴一端，该第一马达用以驱使该主轴转动，该第二马达驱转该螺帽以使该主轴于一第一位置及一第二位置之间直线位移；其中该控制方法包含：

步骤A：使该第一马达及该第二马达同步作动，其中该第一马达驱使该主轴转动，该第二马达驱转该螺帽以使该主轴维持于该第一位置；

步骤B：该第一马达停止作动，该第二马达持续驱转该螺帽以使该主轴往下移动；

步骤C：启动该第一马达以驱使该主轴转动；

步骤D：该第一马达停止作动，该第二马达持续驱转该螺帽以使该主轴往上移动；

步骤E：使该第一马达及该第二马达同步作动，其中该第一马达驱使该主轴转动，该第二马达驱转该螺帽以使该主轴维持于该第一位置。

2.如权利要求1所述的换刀控制方法，其特征在于，步骤A的该第一马达驱使该主轴以第一转向转动，该第二马达驱使该螺帽以第二转向转动，其中第一转向及第二转向为相反方向。

3.如权利要求2所述的换刀控制方法，其特征在于，步骤B的该第二马达驱转该螺帽以第二转向转动。

4.如权利要求3所述的换刀控制方法，其特征在于，在步骤C中，该第一马达与该第二马达同步作动，且该第二马达在该主轴转动的行程中，先驱使该螺帽以第一转向转动以使该主轴下移至该第二位置，之后再驱使该螺帽改变以第二转向转动以使该主轴上移。

5.如权利要求4所述的换刀控制方法，其特征在于，步骤D的该第二马达驱转该螺帽以第一转向转动。

6.如权利要求5所述的换刀控制方法，其特征在于，步骤E的该第一马达驱使该主轴以第二转向转动，该第二马达驱使该螺帽以第一转向转动。

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