CN212330436U - 加工中心机的自动换刀系统 - Google Patents

Abstract

一种加工中心机的自动换刀系统，包括有凸轮箱、驱动总成、角度侦测模组及可编程逻辑控制器。其中，角度侦测模组包括有磁铁及磁角度传感器，磁铁设置于驱动总成的凸轮轴的一端面且随着凸轮轴旋转，磁角度传感器固定于凸轮箱，且以非接触方式感应磁铁的磁力线的旋转角并产生对应的信号，可编程逻辑控制器接收磁角度传感器产生的信号，并依据信号控制加工中心机的机械与电气系统执行换刀动作。本实用新型目的在于以磁感应手段来实现检测凸轮轴的旋转角，并且不占用自动换刀系统的体积。

Description

加工中心机的自动换刀系统

技术领域

本实用新型是与加工中心机有关；特别是指一种加工中心机的自动换刀系统。

背景技术

加工中心机主要用于高精密金属零件加工，其组成包括有主轴箱、自动换刀系统与刀库。其中，自动换刀系统设置在主轴箱与刀库之间，用以对主轴箱的主轴(spindle)一端的刀具与刀库中的其中一把刀具进行交换作业。现有的自动换刀系统是透过马达驱使一凸轮轴与一凸轮同步转动，转动的凸轮带动一出力轴产生旋转，且凸轮同时透过一摇臂连动该出力轴产生直向移动，据此带动一换刀臂来实现旋转扣刀、松刀下降、旋转换刀、上升夹刀以及旋转归位等换刀程序。

在上述的换刀作业中，马达的启动与停止、主轴对刀具的松刀或是夹刀动作，皆与凸轮轴转动时序息息相关。现有时序的产生方式是在自动换刀系统的一凸轮箱的一侧安装有能够与该凸轮轴同步转动的信号凸轮，多数个近接开关用于检测该信号凸轮的转动信息并转换成对应该凸轮轴的旋转角信号，前述旋转角信号再为可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)接受并作为控制马达启动或停止、主轴对刀具的松刀或是夹刀动作的依据。然而，为了安装前述信号凸轮与近接开关及其相关配件，凸轮箱必须额外增设一较大的空间以供收纳前述构件，惟如此一来不仅成本增加，且增加了自动换刀系统的体积。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种加工中心机的自动换刀系统，无须在凸轮箱上额外增设空间来容纳检测凸轮轴旋转角的结构。

缘以达成上述目的，本实用新型提供一种加工中心机的自动换刀系统包括有凸轮箱、出力轴、驱动总成、角度侦测模组及可编程逻辑控制器。其中，出力轴以能够转动及直向移动的方式穿设于凸轮箱，出力轴的一端位于该凸轮箱外且连结一换刀臂；驱动总成包括有凸轮轴及连动机构，该凸轮轴能够原处转动地穿设于该凸轮箱，转动的凸轮轴透过该连动机构带动该出力轴转动及直向移动；角度侦测模组包括有磁铁及磁角度传感器，其中该磁铁设置于该凸轮轴的一端面且随着该凸轮轴的转动而旋转，磁角度传感器固定于凸轮箱，且以非接触方式感应磁铁的磁力线的旋转角并产生对应的信号；可编程逻辑控制器用以接收该磁角度传感器产生的信号，并依据所接收的信号控制该加工中心机的机械与电气系统执行换刀动作。

其中该凸轮轴以一轴线为转动中心，该磁铁的N极与S极分别位于通过该轴线的虚拟平面的两侧。

其中该磁铁具有一被感应面，该被感应面包括一部分的N极和一部分的S极，该磁角度传感器具有一感应面，该感应面平行该被感应面。

其中该感应面与该被感应面相隔距离介于0.5mm至1.5mm之间。

其中该凸轮轴具有自端面凹入的一沉孔，该磁铁以不能相对该凸轮轴转动的方式设置于该沉孔中，且该被感应面面对该磁角度传感器的感应面。

其中该角度侦测模组包括有一绝缘环，该绝缘环以不能相对该凸轮轴转动的方式设置于该沉孔中，该绝缘环具有一凹部，该磁铁以不能相对该绝缘环转动的方式设置于该凹部内。

其中该磁角度传感器具有一安装面背对该感应面，该安装面未突出于该凸轮箱的外表面。

其中该凸轮箱包括有一箱体及一定位环，该箱体具有自外表面凹入的一凹窝，该定位环结合于该箱体且位于该凹窝中，该磁角度传感器固定于该定位环，且该感应面面对该被感应面。

本实用新型的效果在于以磁感应手段来实现检测凸轮轴旋转角的目的，并且不占用自动换刀系统的体积。

附图说明

图1为本实用新型一较佳实施例的加工中心机的自动换刀系统的立体图；

图2为图1的前视图；

图3为图2的3-3方向剖视图；

图4为图2的4-4方向剖视图；

图5为图4当中标示A部位的局部放大图；

图6为本实用新型上述较佳实施例的自动换刀系统的部分组件分解图；

图7为立体图，揭示图6当中的凸轮轴与磁铁的配置关系；

图8为简易示图，表示图6当中的磁铁与角度侦测模组的配置关系；以及图9A与图9B分别为立体图，揭示磁铁的磁力线的变化态样。

【符号说明】

[本实用新型]

100:自动换刀系统

10:凸轮箱

11:箱体

11a:凹窝

12:侧壳

13:第一轴环

14:第二轴环

15:定位环

15a:螺孔

16:轴承

20:出力轴

30:驱动总成

31:凸轮轴

31a:沉孔

32:马达

32a:动力输出轴

33:小伞齿

34:大伞齿

35:凸轮

40:角度侦测模组

41:绝缘环

41a:凹部

42:磁铁

42A:被感应面

42a:N极

42b:S极

43:磁角度传感器

43a:安装面

43b:感应面

43c:下陷部

44:螺栓

45:压片

46:导线

50:可编程逻辑控制器

L:轴线

ML:磁力线

VP:虚拟平面

具体实施方式

为能更清楚地说明本实用新型，兹举一较佳实施例并配合附图详细说明如后。本实用新型一较佳实施例的加工中心机自动换刀系统是设置于加工中心机的主轴箱与刀库之间，用以对主轴箱的主轴(spindle)一端的刀具与刀库中的其中一把刀具进行交换作业，前述主轴箱与刀库为既有技术，于此不予赘述，且附图中未予呈现。

请参图1至图6所示，本实施例的自动换刀系统100包括有凸轮箱10、出力轴20、驱动总成30、角度侦测模组40以及可编程逻辑控制器50。兹分别叙述如后。

该凸轮箱10包括有相结合而构成内部具有容置空间的箱体11与侧壳12，以及包括有第一轴环13、第二轴环14与定位环15。其中，箱体11的一侧外表面凹入形成一凹窝11a，第一轴环13结合于该箱体11，第二轴环14结合于该侧壳12，且第一轴环13与第二轴环14中分别嵌设有一个轴承16，该定位环15则是结合于该第一轴环13且位于该凹窝11a中，又定位环15具有多数个螺孔15a。

该出力轴20是以直立的方式穿设凸轮箱10，且受操控而能够产生转动及直向移动。出力轴20的一端穿出凸轮箱10并连结一换刀臂(图未示)，换刀臂的两端分别用于扣夹主轴一端的刀具与刀库中的其中一把刀具，换刀臂随着出力轴20的转动与直向移动而实现旋转扣刀、松刀下降、旋转换刀、上升夹刀以及旋转归位等换刀程序。

该驱动总成30用以驱使出力轴20产生转动及直向移动。本实施例的驱动总成30包括有凸轮轴31、马达32及连动机构。其中，凸轮轴31的两端分别穿伸至对应的轴承16中，使得凸轮轴31能够以一轴线L为转动中心原处转动地横向穿设凸轮箱10；马达32固定在箱体11顶侧，且透过一伞齿轮组来带动凸轮轴31转动，前述伞齿轮组包括连结在马达32的动力输出轴32a一端的小伞齿33，以及为凸轮轴31所穿设的大伞齿34，小伞齿33与大伞齿34啮合；连动机构包括有凸轮35，凸轮轴31穿设凸轮35并且带动凸轮35同步转动，其中凸轮35与出力轴20之间是透过包括有滚子的转塔居间设置而在凸轮35转动时实现带动出力轴20转动的目的，凸轮35与出力轴20之间则是透过摇臂居间设置且在凸轮35转动时实现带动出力轴20直向移动的目的，前述转塔及摇臂属既有技术，于此不予赘述，且附图中未予呈现。

请配合图6至图8所示，凸轮轴31的其中一个端面凹入形成有一圆形的沉孔31a，该角度侦测模组40包括有绝缘环41、磁铁42以及磁角度传感器(magnetic angle sensor，MAS)43。其中，绝缘环41以不能相对该凸轮轴31转动的方式设置于该沉孔31a中，且绝缘环41具有一凹部41a；磁铁42以不能相对该绝缘环41转动的方式设置于该凹部41a内，至此，转动的凸轮轴31将可带动磁铁42一起旋转。必须说明的是，本实施例采用的磁铁42为圆盘状的永久磁铁，其N极42a与S极42b是位在径向上的相对两侧，如图7所示，定义有一虚拟平面VP通过该轴线L，且该虚拟平面VP与凸轮轴31同步转动，完成组装后的磁铁42的N极42a与S极42b即是保持分处该虚拟平面VP的两侧；另外定义磁铁42显露于外的表面为被感应面42A，该被感应面42A包括有一部分的N极42a和一部分的S极42b。

该磁角度传感器43内建有集成电路(integrated circuit，IC)且固定于该凸轮箱10，磁角度传感器43是以非接触方式感应、识别该磁铁42的磁力线ML相对于该磁角度传感器43的旋转角，并依据所感应、识别的旋转角产生对应的信号，前述旋转角是指因磁铁42转动导致N极42a与S极42b位置改变所伴随磁力线ML变化而言，以图9A所示磁铁42的磁力线ML的旋转角为0度时，则图9B所示磁铁42因转动90度，故其磁力线ML的旋转角即为90度。本实施例的磁角度传感器43具有相背对的安装面43a与感应面43b，其中该安装面43a具有多数个下陷部43c，透过多数螺栓44分别穿过一个压片45之后再锁入定位环15的对应螺孔15a中，且压片45一部分压贴在定位环15表面，另一部分压贴在该下陷部43c，至此，该磁角度传感器43得以快速拆装的方式固定于该凸轮箱10，且完成组装的磁角度传感器43的安装面43a未突出于该凸轮箱10的箱体11的外表面；于此同时，磁角度传感器43的感应面43b正对着该磁铁42的被感应面42A。另外，为了确保该磁角度传感器43有效且精准地感应磁铁42的磁力线ML的旋转角变化，该磁角度传感器43的感应面43b以平行该磁铁42的被感应面42A为佳，且感应面43b与被感应面42A相隔距离设定在0.5mm至1.5mm之间，其中又以相隔1mm为佳。其次，为了避免金属制作的凸轮轴31影响磁铁42的磁力线ML分布状况、干扰感应情形，该绝缘环41选择具有绝缘特性的POM塑钢(Polyacetal)。

该可编程逻辑控制器50设置在一机盒内，且透过连接该磁角度传感器43的导线46而接收该磁角度传感器43产生的信号，并且依据所接收的信号控制加工中心机的机械与电气系统执行换刀动作，例如控制该马达32的启动或是停止，或者是控制主轴箱的主轴(spindle)一端对刀具适时的松刀或是夹刀动作。

以上为本实用新型较佳实施例的自动换刀系统100的组成说明，而由上述可知，该可编程逻辑控制器50所接收的信号是来自于凸轮轴31的转动角位，又该转动角位与换刀臂实现旋转扣刀、松刀下降、旋转换刀、上升夹刀以及旋转归位等换刀时序息息相关，因此，透过将角度侦测模组40设置在邻近凸轮轴31的部位，且以磁感应手段来实现检测凸轮轴31旋转角的目的，俾能获得最准确与即时的转动角位，并且无须在凸轮箱上额外增设空间来容纳检测凸轮轴旋转角的信号凸轮与近接开关等结构，能够实现不占用自动换刀系统体积的目的。

上述中，角度侦测模组40是将磁铁42安装在凸轮轴31的一个端面上，将磁角度传感器43安装在凸轮箱10的箱体11靠近磁铁42处，然于其他实施例中，也可以选择将磁铁42安装在凸轮轴31的另一个端面上，将磁角度传感器43改安装在凸轮箱10的侧壳12靠近磁铁42处，同样可达到相同目的。

上述实施例的驱动总成是以马达作为驱使凸轮与凸轮轴同步转动的动力源，然而不排除驱动总成在具备凸轮与凸轮轴，以及角度侦测模组的磁铁与磁角度传感器分别安装在凸轮轴与凸轮箱的前提下，选择其他的动力源，例如本案申请人已取得的中国台湾公告I644759“工具机之自动换刀系统”(Automatic tool changing system for a machinetool)发明专利，即公开以场磁铁对应电枢线圈组的配置方式作为动力源。

以上所述仅为本实用新型较佳可行实施例而已，举凡应用本新型说明书及权利要求书所为的等效变化，理应包含在本实用新型的专利范围内。

Claims (8)

1.一种加工中心机的自动换刀系统，其特征在于，包含：

一凸轮箱；

一出力轴，是以能够转动及直向移动的方式穿设于该凸轮箱，该出力轴的一端位于该凸轮箱外且连结一换刀臂；

一驱动总成，包括一凸轮轴及一连动机构，其中该凸轮轴是能够原处转动地穿设于该凸轮箱，转动的凸轮轴透过该连动机构带动该出力轴转动及直向移动；

一角度侦测模组，包括一磁铁及一磁角度传感器，该磁铁设置于该凸轮轴的一端面且随着该凸轮轴的转动而旋转，该磁角度传感器固定于该凸轮箱，且以非接触方式感应该磁铁的磁力线的旋转角并产生对应的信号；

一可编程逻辑控制器，用以接收该磁角度传感器产生的信号，并依据所接收的信号控制该加工中心机的机械与电气系统执行换刀动作。

2.根据权利要求1所述加工中心机的自动换刀系统，其特征在于，该凸轮轴以一轴线为转动中心，该磁铁的N极与S极分别位于通过该轴线的虚拟平面的两侧。

3.根据权利要求1或2所述加工中心机的自动换刀系统，其特征在于，该磁铁具有一被感应面，该被感应面包括一部分的N极和一部分的S极，该磁角度传感器具有一感应面，该感应面平行该被感应面。

4.根据权利要求3所述加工中心机的自动换刀系统，其特征在于，该感应面与该被感应面相隔距离介于0.5mm至1.5mm之间。

5.根据权利要求3所述加工中心机的自动换刀系统，其特征在于，该凸轮轴具有自端面凹入的一沉孔，该磁铁以不能相对该凸轮轴转动的方式设置于该沉孔中，且该被感应面面对该磁角度传感器的感应面。

6.根据权利要求5所述加工中心机的自动换刀系统，其特征在于，该角度侦测模组包括有一绝缘环，该绝缘环以不能相对该凸轮轴转动的方式设置于该沉孔中，该绝缘环具有一凹部，该磁铁以不能相对该绝缘环转动的方式设置于该凹部内。

7.根据权利要求3所述加工中心机的自动换刀系统，其特征在于，该磁角度传感器具有一安装面背对该感应面，该安装面未突出于该凸轮箱的外表面。

8.根据权利要求7所述加工中心机的自动换刀系统，其特征在于，该凸轮箱包括有一箱体及一定位环，该箱体具有自外表面凹入的一凹窝，该定位环结合于该箱体且位于该凹窝中，该磁角度传感器固定于该定位环，且该感应面面对该被感应面。

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