CN1663739A - 具缓冲作用的加工中心机自动换刀装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具缓冲作用的加工中心机自动换刀装置，是换刀臂作旋转运动接近定点时，提供快速顺畅的减速机构，其以一油压马达带动换刀臂及节流机构旋转，其中，该节流机构以一具有双向可变节流槽的节流杆连通液压管路至油压马达，使得节流杆在旋转接近定点时，以其可变节流槽逐步缩减油压马达排油端的端口大小，而由排油端产生的背压来减缓油压马达旋转作动的速度；藉此，即可使自动换刀装置于作动接近定点时，自动产生无段变化的缓冲作用，进而避免产生顿挫撞击的情形，而具有降低振动及噪音的功效。

Description

具缓冲作用的加工中心机自动换刀装置

技术领域

本发明涉及一种利用控制液压管路排油端端口大小，以产生背压的方式来减缓作动的速度，进而于接近定点时避免快速运动的撞击现象，以降低旋转换刀振动及噪音的具缓冲作用的加工中心机自动换刀装置。

背景技术

加工中心机的加工主轴于更换刀具时，以自动换刀机构依预设的程序，自刀库中更换选取适当的切削刀具，然而，不同型式的加工中心机，其换刀机构会有不同的换刀时序搭配，以卧式加工中心机而言，由于其换刀机构的横移运动以一横移机构来作加工主轴与刀库间的移动，并以该横移的动作进行扣刀及脱刀，因此换刀机构基本上仅作直进拔刀、后退置刀及旋转180度换刀的动作，然而不论何种型式的加工中心机，其换刀机构基本上包含有直进后退的直线运动及换刀的旋转运动，就以换刀的旋转运动来说，其运动曲线的最佳化设计，为一开始旋转即作快速运动，接近定点时必须为快速顺畅的减速，因此需为一变速的设计，目前自动换刀装置型式如下说明：

1、凸轮式自动换刀装置：凸轮式自动换刀装置在加减速的部分可利用凸轮曲线的设计，而获致较佳的运动曲线，但适当的凸轮曲线不易制作，且与凸轮连动的滚子以点或线接触凸轮槽，因此滚子将无法受力过大，否则将造成滚子受损，而长期使用下产生的磨耗问题亦降低其使用寿命，此外其必须以马达驱动凸轮轴，将使得整体体积显得庞大，对于装配于加工中心机时，体积过大会造成配置上的困扰。

2、油压式自动换刀装置：油压式自动换刀装置的旋转运动主要是以油压马达来带动换刀臂旋转，其虽可获致较大的荷重及避免磨耗的问题，且采用油压马达亦可降低整体体积，而改善凸轮式自动换刀装置的缺弊，但因油压马达的旋转速度为单一速度，本身并无变速设计，当油压马达带动换刀臂快速旋转至换刀位置时，其会产生快速的撞击定位，不仅造成组件受损，更易因快速撞击而产生振动及噪音，为了油压马达于旋转的撞击定位问题，台湾专利申请第92206047号公开了一种缓冲定位结构，请参阅图1、图2、图3所示，该换刀机构于机架10上装设有一油压缸11，该油压缸11的活塞杆12向下连结另一活动机架13，该活动机架13上装设有油压马达14及二导杆15，并令其贯穿凸伸于机架10外，又油压马达14的转轴连结一齿轮组16，该齿轮组16以转轴衔接一换刀臂17，其中，该活动机架13的下方装设有一块体18，该块体18内部横向平行设有二相通且装设有液压油的液压室19A、19B，各液压室19A、19B的前方设置有一活塞20A、20B，而后方则螺设有调整螺栓21A、21B，另于换刀臂17上相对应一活塞20A位置处锁固一定位件22，在进行换刀作业接近定点时，定位件22可顶压相对应的活塞20A(20B)，使活塞20A(20B)内移并压缩此液压室19A(39B)中的液压油，令液压油流向另一侧的液压室，以推动另一活塞向外凸伸适当长度，而提供旋转换刀时定点的缓冲作用；该油压式自动换刀装置虽可改善旋转换刀时直接大力撞击的情形，但定位件22在顶压相对应的活塞20A(20B)时，瞬间的大量回油压力将使活塞20A(20B)的动作产生顿挫的情形，无法获致相当顺畅的减速运动，而会有振动的情形，因此振动的问题仍未获致显着的改善。

综上所述，油压式自动换刀装置虽可改善凸轮式自动换刀装置的缺弊，但在加减速的设计上却又无法获得如凸轮式自动换刀装置最佳化的运动曲线。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种具缓冲作用的加工中心机自动换刀装置，在换刀臂作旋转运动接近定点时，提供快速顺畅的减速机构，该减速机构为一节流机构，其中，该节流机构以一具有可变节流槽的节流杆连通液压管路至油压马达，使得油压马达带动换刀臂及节流机构旋转时，节流杆在旋转接近定点时，以其可变节流槽逐步缩减油压马达排油端的端口大小，而由排油端产生的背压来快速顺畅的减缓油压马达旋转作动速度；藉此，即可使自动换刀装置于作动接近定点时，自动产生无段变化的缓冲作用，进而避免产生顿挫撞击的情形，而具有降低振动及噪音的功效。

本发明的另一目的提供一种具缓冲作用的加工中心机自动换刀装置，其中，该节流机构的节流杆上设有两呈相对方向的可变节流槽，使得油压马达带动换刀臂及节流机构作正向或反向旋转时，均可以其一可变节流槽逐步缩减油压马达排油端的端口大小，而由排油端产生的背压来快速顺畅的减缓油压马达旋转作动速度，藉以降低振动及噪音的功效。

本发明的又一目的是提供一种具缓冲作用的加工中心机自动换刀装置，其中，该节流机构的液压管路上设有一止逆阀块，而可在液压系统于激活油压马达开始旋转供油时，提供一通畅开放的注油管路，使得油压马达可快速的激活旋转，进而带动换刀臂开始旋转即具快速运动的特性。

下面结合附图以具体实例对本实用新型进行详细说明。

附图说明

图1是习式油压式自动换刀装置的前视图；

图2是习式油压式自动换刀装置的局部俯视图；

图3是习式油压式自动换刀装置的侧视图；

图4是本发明自动换刀装置的外观示意图；

图5是本发明自动换刀装置的部分剖视图；

图6是本发明直进运动于定点定位的示意图；

图7是本发明直进运动于接近定点时的放大示意图；

图8是本发明自动换刀装置的另一部分剖视图；

图9是本发明的局部零件分解图；

图10是本发明节流杆的示意图的一；

图11是本发明节流杆的示意图的二；

图12是本发明节流杆的示意图的三；

图13是本发明止逆阀块的示意图；

图14是本发明旋转运动的液压控制图；

图15是本发明正向旋转的液压流程图；

图16是本发明反向旋转的液压流程图；

图17是本发明初始正向旋转0度时节流杆与排油端出口的对应示意图；

图18是本发明正向旋转90度时节流杆与排油端出口的对应示意图；

图19是本发明正向旋转180度时节流杆与排油端出口的对应示意图；

图20是本发明旋转定位的示意图；

图21是本发明旋转的运动曲线图。

附图标记说明：10-机架；11-油压缸；12-活塞杆；13-活动机架；14-油压马达；15导杆；16-齿轮组；17-换刀臂；18-块体；19A、19B-液压室；20A、20B-活塞；21A、21B-调整螺栓；22-定位件；30-本体；301-通孔；302-通孔；303-通孔；304-通孔；31-心轴；311-液压室；312、313-液压管路；314-长槽；32-活塞；33-活塞杆；34-心轴外套；35-换刀臂；36-键销；40-油压马达；41-齿轮式传动组；42-齿轮式传动组；43-节流杆；431-第一节流槽；432-第一流通槽；433-第二节流槽；434-第二流通槽；435-槽道；436-槽道；44-止逆阀块；441-第一流道；442-第二流道；443-第三流道；444-第四流道；445-流道；446-流道；447-止逆阀球；448-止逆阀球；45、46-止挡块；47、48-止挡杆。

具体实施方式

请参阅图4、图5、图6、图8，本发明自动换刀装置的直进及后退的运动由压缸组驱动，其于本体30内枢设一心轴31，该心轴31内设有一液压室311，液压室311两端分别具有阶级状端口并设有连通至液压系统的液压管路312、313，另液压室311设有一具活塞32的活塞杆33，活塞杆33一端连结心轴外套34，该心轴外套34并锁固连结换刀臂35，并以一键销36键合于心轴31外环的长槽314上，当液压系统由液压管路312端注油时，可推动活塞杆33前进，进而带动心轴外套34及换刀臂35沿着长槽314直进伸出；请参阅图7，本发明活塞杆33上的活塞32其两端的设计呈斜锥状，当活塞杆33直进伸出至接近定点时，活塞32将逐步缩减排油端阶级状端口，而减少液压室311的回油量，在回油受阻下液压室311会产生一背压，并以该背压来减缓活塞杆33作动的速度，使得活塞杆33快速顺畅的逐步减速，至于后退置刀时，由于活塞32其另端亦呈斜锥状，因此亦可以产生的背压来减缓活塞杆33作动的速度，使得活塞杆33快速顺畅的减速。

请参阅图4、图8，本发明自动换刀装置主要的旋转运动以一油压马达40带动换刀臂35及节流机构旋转，该油压马达40装设于本体30上，并以齿轮式传动组41传动至心轴31，心轴31再以1比1的齿轮式传动组42传动至节流机构，因此当油压马达40由液压系统供油转动时，可通过齿轮式传动组41、42带动心轴31及节流机构转动，而心轴31又利用键销36的键合，带动心轴外套34及换刀臂35同步旋转，以进行旋转换刀的作业；请参阅图8、图9、图10、图11、图12、图13，为了使旋转运动于末段接近定点时的动作，具有快速顺畅的减速作用，本发明于本体30上设有节流机构的设计，该节流机构主要控制油压马达40排油端的端口大小，而由排油端产生的背压来快速顺畅的减缓油压马达40旋转作动速度，该节流机构于本体30内设有可随着心轴31转动的节流杆43，该节流杆43的环面上间隔设有第一节流槽431、第一流通槽432、第二节流槽433、第二流通槽434，其中第一节流槽431与第一流通槽432于杆内具有相通的槽道335，而第二节流槽433与第二流通槽434于杆内亦具有相通的槽道436，而第一节流槽431为沿着节流杆43的环面上开设呈180度的环槽，并于一端槽端将其槽宽与槽深呈渐收状，而可因旋转呈一可变式节流槽，另第二节流槽433则与第一节流槽431开设呈相对方向的可变式节流槽，另本体30于相对节流杆43位置则开设有相通第一节流槽431的通孔301，相通第一流通槽432的通孔302，相通第二节流槽433的通孔303以及相通第二流通槽434的通孔304；另本体30的通孔301、302、303、304上设有一止逆阀块44，该止逆阀块44设有第一流道441、第二流道442、第三流道443、第四流道444，其中第一流道441的顶面端口以管路连接至液压系统，而底面端口则连通至本体的通孔301，第二流道442的顶面端口以管路连接至油压马达40，而底面端口则连通至本体的通孔302，又第一流道441与第二流道442间横向设有相通的流道445，并在该流道445内设有止逆阀球447，另第三流道443的顶面端口以管路连接至液压系统，而底面端口则连通至本体的通孔303，第四流道444的顶面端口以管路连接至油压马达40，而底面端口则连通至本体的通孔304，又第三流道443与第四流道444间横向设有相通的流道446，并在该流道446内设有止逆阀球448，因此第一流道441、第二流道442、第三流道443、第四流道444可分别经由本体30的通孔301、302、303、304而与节流杆43的第一节流槽431、第一流通槽432、第二节流槽433、第二流通槽434相通；请参阅图9、图10、图13、图14、图15、图17、图18、图19，当换刀臂35作初始正向旋转时(如图17所示)，液压系统由第三流道443注入供油，其底面端口连通至本体的通孔303，而通孔303相通至节流杆43的第二节流槽433，惟通孔303对应第二节流槽433的渐收状槽端，使得出口阻力较大，因而油体经止逆阀球448至流道446，再由第四流道444流至油压马达40，进而使油压马达40开始供油旋转时，提供一通畅开放的注油管路，使得油压马达40可快速的激活旋转，进而带动换刀臂35开始旋转即具快速运动的特性转动，油压马达40带动心轴31连动换刀臂35及节流杆43转动后，节流杆43的第二节流槽433的渐收状槽端逐渐脱离对应通孔303，而改以宽大的槽面对应通孔303，油体则改由通孔303经第二节流槽433、槽道436、第二流通槽434至通孔304，再由第四流道444流至油压马达40，继续使油压马达40带动心轴31及换刀臂35快速转动，油压马达40的回油则由管路连通至止逆阀块44的第二流道442，第二流道442与第一流道441相通的横向流道445，因止逆阀球447的止逆而无法相通，而由第二流道442进入通孔302至第一流通槽432、槽道435及第一节流槽431，第一节流槽431因以宽大的槽面对应通孔301，因此油体可顺畅快速自通孔301排出至第一流道441，第一流道441再将油体排送回液压系统，由于油压马达40在初始带动心轴31、换刀臂35及节流杆43转动时，其供油及回油均可顺畅快速，因此可快速作旋转换刀；当作动至旋转90度时(如图18所示)，供油及回油均仍顺畅快速，故仍为快速旋转运动；但当旋转接近180度时(如图19所示)，节流杆43的第一节流槽431因转动致使其渐收状槽端逐渐对应到通孔301，而使得排油端端口逐步缩减，而减少油压马达40的回油量，在回油受阻下油压马达40会产生一背压，并以该背压来减缓油压马达40转动的速度，使得油压马达40快速顺畅的减速至停止状态。

反之，请参阅图9、图10、图13、图14、图16、图17、图18、图19，当换刀臂35作初始反向旋转时(如图19所示)，液压系统由第一流道441注入供油，其底面端口连通至本体的通孔301，而通孔301相通至节流杆43的第一节流槽431，但通孔301对应第一节流槽431的渐收状槽端，使得出口阻力较大，因而油体经止逆阀球447至流道445，再由第二流道442流至油压马达40，进而使油压马达40开始供油反向旋转时，提供一通畅开放的注油管路，使得油压马达40可快速的激活旋转，而具快速运动的特性，油压马达40带动心轴31连动换刀臂35及节流杆43反向转动后，节流杆63的第一节流槽431渐收状槽端逐渐脱离对应通孔301，而改以宽大的槽面对应通孔301，油体则改由通孔301经第一节流槽431、槽道435、第一流通槽432至通孔302，再由第二流道442流至油压马达40，继续使油压马达40带动心轴31及换刀臂35转动，油压马达40的回油则由管路连通至止逆阀块44的第四流道444，第四流道444与第三流道443相通的横向流道446，因止逆阀球448的止逆而无法相通，而由第四流道444进入通孔504至第二流通槽434、槽道436及第二节流槽433，第二节流槽433因以宽大的槽面对应通孔303，因此油体可顺畅快速自通孔303排出至第三流道443，第三流道443再将油体排送回液压系统，由于油压马达40在初始带动心轴31、换刀臂35及节流杆43转动时，其供油及回油均顺畅快速，因此可快速作旋转换刀；至旋转90度时(如图18所示)，供油及回油均仍顺畅快速，故仍为快速旋转运动；惟当反向旋转接近180度时(如图17所示)，节流杆43的第二节流槽433因转动致使其渐收状槽端逐渐对应到通孔303，而使得排油端端口逐步缩减，而减少油压马达40的回油量，在回油受阻下油压马达40会产生一背压，并以该背压来减缓油压马达40转动的速度，使得油压马达40快速顺畅的减速至停止状态。

请参阅图8、图20，本发明自动换刀装置在旋转换刀时，其定位点位置必须精确以利将刀具准确置刀至主轴或刀库内，因此为了准确置刀，本发明于心轴31的齿轮式传动组41上设有二止挡块45、46，并于本体30上相对止挡块45、46的旋转180度位置上设有止挡杆47、48，而可在旋转换刀末段减速后抵顶定位，以辅助旋转运动的定位。

藉此，本发明自动换刀装置的旋转运动，利用节流机构逐步缩减油压马达排油端排油量的方式，使得换刀臂旋转接近定点时，由油压马达排油端产生的背压来快速顺畅减缓旋转作动的速度，以使换刀臂作旋转运动时，于动作的末段自动产生无段变化的缓冲作用，在加减速的设计上获得最佳化的运动曲线(如图21所示)，进而避免产生顿挫撞击的情形，而有效降低加工中心机换刀时的振动及噪音，此外，其不但可利用加工中心机原设备的油压系统以降低设备成本，且其采用油压马达亦可降低整体体积，于装配加工中心机时，易于空间的配置使用，而其以液压的方式，亦可获致较高的可靠度，且大幅提高承受的荷重，进而达到实用的效益。

Claims (10)

1、一种具缓冲作用的加工中心机自动换刀装置，在换刀臂于换刀接近定点时，提供快速顺畅减速的旋转运动，包括：

本体；

换刀臂，枢设于本体上；

油压马达，固设于本体上，并以传动组带动换刀臂转动；

节流机构，枢设于本体上，其以传动组连动于油压马达，并以液压管路连通至油压马达及液压系统，以控制油压马达的转动；

藉此，利用油压马达带动换刀臂及节流机构转动至接近定点时，用节流机构控制油压马达的油量，而减缓旋转作动的速度，使换刀臂于旋转末段时，自动产生无段减速的缓冲作用。

2、依权利要求1所述的具缓冲作用的加工中心机自动换刀装置，其中，该节流机构的液压管路连通至油压马达及液压系统，以控制缩减油压马达排油端的排油量，并以油压马达排油端产生的背压减缓旋转作动的速度。

3、依权利要求1所述的具缓冲作用的加工中心机自动换刀装置，其中，该油压马达以齿轮传动组带动换刀臂及节流机构转动。

4、依权利要求1所述的具缓冲作用的加工中心机自动换刀装置，其中，该本体设有一心轴，心轴上设有一固设换刀臂的心轴外套，油压马达以传动组带动心轴，以连动心轴外套上的换刀臂转动。

5、依权利要求4所述的具缓冲作用的加工中心机自动换刀装置，其特征在于，该油压马达以传动组带动心轴，心轴再以一传动组连动节流机构，节流机构由油压马达带动转动。

6、依权利要求1所述的具缓冲作用的加工中心机自动换刀装置，其中，该本体上的节流机构具有一以油压马达带动转动的节流杆，该节流杆间隔设有第一节流槽、第一流通槽、第二节流槽及第二流通槽液压管路，第一节流槽与第一流通槽于杆内具有相通的槽道，第二节流槽与第二流通槽于杆内具有相通的槽道。

7、依权利要求6所述的具缓冲作用的加工中心机自动换刀装置，其中，该节流杆的第一节流槽及第二节流槽为沿着节流杆的环面上开设呈180度的环槽，并于一端槽端呈渐收状，且第一节流槽及第二节流槽的渐收状槽端呈相对位置。

8、依权利要求6所述的具缓冲作用的加工中心机自动换刀装置，其中，该本体于相对节流杆的第一节流槽、第一流通槽、第二节流槽及第二流通槽位置分别设有通孔，以连接液压管路至至油压马达及液压系统。

9、依权利要求6所述的具缓冲作用的加工中心机自动换刀装置，其中，该本体于相对节流杆位置设有止逆阀块，该止逆阀块于相对节流杆的第一节流槽、第一流通槽、第二节流槽及第二流通槽位置分别设有第一流道、第二流道、第三流道及第四流道，且第一流道的顶面端口以液压管路连接至液压系统，底面端口则连通至节流杆的第一节流槽，第二流道的顶面端口以液压管路连接至油压马达，底面端口则连通至节流杆的第一流通槽，第一流道与第二流道间横向设有相通并内设有止逆阀球的流道，第三流道的顶面端口以液压管路连接至液压系统，底面端口则连通至节流杆的第二节流槽，第四流道的顶面端口以液压管路连接至油压马达，而底面端口则连通至节流杆的第二流通槽，又第三流道与第四流道间横向设有相通并内设有止逆阀球的流道。

10、依权利要求4所述的具缓冲作用的加工中心机自动换刀装置，其中，该油压马达带动心轴转动的传动组上设有二止挡块，并于本体上相对止挡块的旋转180度位置上设有止挡杆，在旋转换刀末段减速后抵顶定位，以辅助旋转定位。

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