TW201521946A - Ｃｎｃ中心加工機換刀裝置 - Google Patents

Abstract

一種CNC中心加工機換刀裝置，適用於裝設在一設有一加工主軸的CNC中心加工機，並包含一第一換刀單元及一第二換刀單元。該第一、第二換刀單元分別包括一刀庫，及一設有一刀夾的換刀臂。藉此，該CNC中心加工機換刀裝置不僅能管理雙倍刀具，該等刀夾分設於不同換刀臂，能同時運轉、分別作動而不會相互干擾，在其中一刀夾夾持主軸的待換刀具時，另外一刀夾能夾持一新的刀具在鄰近該主軸處「預備換刀」，如此，能大幅縮短一個換刀程序所需的時間，使得本發明具備高效率、適用於長時間的加工作業，且能滿足複雜形狀工件的加工需求等優勢。

Description

CNC中心加工機換刀裝置

本發明是有關於一種CNC中心加工機換刀裝置，特別是指一種能節省換刀時間的CNC中心加工機換刀裝置。

參閱圖1，現有的CNC中心加工機1包含一機台11、一滑設於該機台11並能沿上下方向往復移動的加工單元12、一設置於該機台11並位於該加工單元12之一側的換刀單元13，及一可移動地設置於該機台11並能供一工件(圖未示)安裝固定的工作台14。該加工單元12包括一能安裝一刀具10，並能繞自身軸心旋轉的主軸121。該CNC中心加工機1的電腦系統能根據使用者指令控制該加工單元12、該主軸121與該工作台14各自作動，藉此，該刀具10便能受該主軸121帶動旋轉，並對該工作台14上的該工件進行加工。

當該工件需要以其他種類的刀具10進行加工時，該換刀單元13能對該主軸121進行換刀。該換刀單元13包括一裝設有多數刀具10的刀庫131，及一設置於該刀庫131與該主軸121之間的換刀臂133，該換刀臂133能作上 下移動及迴轉的動作，並具有二分別設置於兩相反端的刀夾134。該CNC中心加工機1的電腦系統能依據使用者指令將被選取之刀具10移動至該刀庫131的一刀具出口132，該等刀夾134能分別夾持位於該主軸121與該刀具出口132的刀具10後迴旋180度，使位於該主軸121的待換刀具101與該刀庫131所送出的新刀具102切換位置，如此便能完成換刀程序。換刀程序的細部動作如下所述：參閱圖2與圖3，進行換刀時，該換刀臂133由電腦系統所設定，並介於該刀庫131的刀具出口132與該主軸121之間的一原點出發，旋轉90度後到達如圖4與圖5所示之位置，此時，該等刀夾134分別對應於該主軸121中心與該刀具出口132，並分別夾持位於該主軸121上的待換刀具101與位於該刀具出口132的新刀具102。

參閱圖6與圖7，該換刀臂133向下滑移，並將該等刀夾134所分別夾持之刀具101、102向下拉出該主軸121與該刀具出口132。

參閱圖8與圖9，該換刀臂133迴旋180度，使由該主軸121所卸下之待換刀具101切換到該刀具出口132位置，由該刀庫131所提取之新刀具102則切換到該主軸121中心。

參閱圖10與圖11，該換刀臂133再向上滑移，將新刀具102安裝至該主軸121，待換刀具101則歸放入該刀具出口132並儲存至該刀庫131內，隨後該換刀臂133旋轉90度並回到如圖2與圖3所示的原點位置，至此即完 成一個總旋轉角度360度的換刀程序。

參閱圖1、圖7及圖9，從上述換刀程序可發現，由於該等刀夾134分設於同一支換刀臂133的兩端，當其中一刀夾134卸下該主軸121之待換刀具101時，另外一刀夾134需旋轉180度之後才能將新刀具102安裝至該主軸121，不但花費一個換刀程序將近一半的週期，持有新刀具102的刀夾134也無法預先於鄰近該主軸121中心的位置等待、在待換刀具101被卸下之後立即遞補並安裝新刀具102，從而導致換刀程序的速度提升受到了一定的限制。

可以想像的是，若該等刀夾134分別設在不同換刀臂133，其中一刀夾134在該主軸121位置時，另外一刀夾134便能預先夾持新刀具102並在鄰近該主軸121位置處「預備」換刀，在卸下該主軸121的待換刀具101的該刀夾134自該主軸121中心離開後，另外一刀夾134便能隨即遞補並安裝新刀具102，大幅地節省一個換刀程序所花費的時間。

參閱圖12，台灣新型專利申請號第102207866號所闡述的CNC綜合加工機2，除了傳統的一第一換刀單元21之外，額外增設有一與該第一換刀單元21相同的第二換刀單元22。該等換刀單元21、22分別具有一刀庫211、221，及一兩端分別設有一刀夾213、223的換刀臂212、222。然而，雖然具有雙倍的刀庫211、221、可容納的刀具20數量與種類也隨即倍增的優點，該第二換刀單元22 卻僅作為備用設備，在該第一換刀單元21發生故障時能夠立即替換而不需停機修繕；此外，具有雙刀夾213、223的該等換刀臂212、222若同時運轉將會相互干擾，甚至與該CNC綜合加工機2的主軸23發生碰撞，因此無法落實需雙換刀臂212、222相互配合的「預備」刀具20的程序。

因此，本發明之目的，即在提供一種能節省換刀時間的CNC中心加工機換刀裝置。

於是，本發明CNC中心加工機換刀裝置，適用於裝設在一CNC中心加工機，該CNC中心加工機包含一機台單元，及一安裝於該機台單元並能沿一中軸線往復移動的加工單元。該加工單元包括一沿該中軸線設置並供一刀具能卸離地安裝的主軸。該CNC中心加工機換刀裝置包含一第一換刀單元，及一第二換刀單元。

該第一換刀單元設置於該中軸線之一側，並包括一用於容置多數刀具並具有一刀具出口的第一刀庫，及一設置於該主軸與該第一刀庫之間的第一換刀臂。該第一換刀臂具有一第一固定端部，及一遠離該第一固定端部，並能鬆開地夾持一刀具的第一刀夾。

該第二換刀單元設置於該中軸線之另外一側，並包括一用於容置多數刀具並具有一刀具出口的第二刀庫，及一設置於該主軸與該第二刀庫之間的第二換刀臂。該第二換刀臂具有一第二固定端部，及一遠離該第二固定端部，並能鬆開地夾持一刀具的第二刀夾。

該第一、第二刀夾能分別繞該第一、第二固定端部在該主軸與各別的刀具出口之間循環轉動，並使該主軸所安裝的刀具與該第一、第二刀庫的刀具進行互換，且該第一、第二刀夾在轉動時彼此互不接觸。

本發明之功效在於，該CNC中心加工機換刀裝置的二刀夾分別位於不同換刀臂，因此該等換刀臂能同時運轉並相互配合，以縮短一個換刀程序所需的時間，具有能大幅提升生產效能的優點。

3‧‧‧CNC中心加工機

31‧‧‧機台單元

32‧‧‧工作台

33‧‧‧加工單元

331‧‧‧主軸

4‧‧‧第一換刀單元

41‧‧‧第一刀庫

411‧‧‧刀筒

412‧‧‧打刀機構

413‧‧‧刀具出口

42‧‧‧第一滾齒凸輪驅動機構

43‧‧‧第一換刀臂

431‧‧‧第一固定端部

432‧‧‧第一刀夾

5‧‧‧第二換刀單元

51‧‧‧第二刀庫

511‧‧‧刀筒

512‧‧‧打刀機構

513‧‧‧刀具出口

52‧‧‧第二滾齒凸輪驅動機構

53‧‧‧第二換刀臂

531‧‧‧第二固定端部

532‧‧‧第二刀夾

60‧‧‧刀具

61‧‧‧待換刀具

62‧‧‧新刀具

L0‧‧‧中軸線

L1‧‧‧第一軸線

L2‧‧‧第二軸線

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的較佳實施例詳細說明中清楚地呈現，其中：圖1是一前視示意圖，說明一現有的CNC中心加工機的各部位元件；圖2是一前視示意圖，說明該CNC中心加工機的一換刀臂在一原點位置且位於該CNC中心加工機的一刀庫及一主軸之間；圖3是一對應圖2的頂視示意圖；圖4是一前視示意圖，說明該換刀臂旋轉90度後，該換刀臂的二刀夾分別對應該刀庫的一刀具出口與該主軸中心，並分別夾持一刀具；圖5是一對應圖4的頂視示意圖；圖6是一前視示意圖，說明該換刀臂向下滑移，並將該等刀具由該刀具出口及該主軸拉出；圖7是一對應圖6的頂視示意圖； 圖8是一前視示意圖，說明該換刀臂旋轉180度後，該等刀夾分別將位於該刀具出口與該主軸的刀具互換；圖9是一對應圖8的頂視示意圖；圖10是一前視示意圖，說明該換刀單元向上滑移並將該等刀具分別安裝至該刀庫與該主軸；圖11是一對應圖10的頂視示意圖；圖12是一前視示意圖，說明一現有的CNC綜合加工機的各部位元件；圖13是一前視示意圖，說明本發明CNC中心加工機換刀裝置的一較佳實施例安裝於一CNC中心加工機；圖14是一前視示意圖，說明該較佳實施例的一第一刀夾及一第二刀夾，該第一、第二刀夾分別位於一原點位置及一刀庫位置；圖15是一對應圖14的頂視示意圖；圖16是一前視示意圖，說明該第一刀夾旋轉90度後到達一主軸位置夾持一待換刀具，該第二刀夾由該較佳實施例的一第二刀庫取出一新刀具；圖17是一對應圖16的頂視示意圖；圖18是一前視示意圖，說明該第一刀夾將該待換刀具卸下，該第二刀夾旋轉至鄰近該主軸位置處預備換刀；圖19是一對應圖18的頂視示意圖；圖20是一前視示意圖，說明該第一刀夾離開該主軸位置後旋轉至該刀庫位置，該第二刀夾遞補至該主軸位置並安裝新刀具； 圖21是一對應圖20的頂視示意圖；圖22是一前視示意圖，說明該第一刀夾將待換刀具歸放入該較佳實施例的一第一刀庫，該第二刀夾旋轉90度後回到該原點；及圖23是一對應圖22的頂視示意圖。

參閱圖13，本發明CNC中心加工機換刀裝置之一較佳實施例適用於裝設在一CNC中心加工機3，並包含一第一換刀單元4與一第二換刀單元5。該CNC中心加工機3包含一機台單元31、一可移動地設置於該機台單元31並能供一工件(圖未示)安裝固定的工作台32，及一安裝於該機台單元31並能沿一中軸線L0往復移動的加工單元33。該加工單元33包括一沿該中軸線L0設置，並供一刀具60能卸離地安裝的主軸331。該主軸331能繞該中軸線L0旋轉，並帶動安裝於其上的刀具60旋轉，該工作台32、該加工單元33與該主軸331都能夠受該CNC中心加工機3的電腦系統控制，根據使用者的指令分別作動，並藉此對固定於該工作台32的該工件進行銑削、鑽孔或是研磨等加工。

在本實施例中是以一立式的CNC中心加工機3為例作說明，因此，該加工單元33是沿上下方向往復移動，但本發明之實施樣態並不以此為限，實施時，同樣也能夠被應用在一臥式的CNC中心加工機(圖未示)。

當該工件需要以其他種類的刀具60進行加工時 ，該第一、第二換刀單元4、5能對該主軸331進行換刀。該第一換刀單元4設置於該機台單元31並位於該中軸線L0之一側，該第二換刀單元5設置於該機台單元31並位於該中軸線L0之另外一側。由於在本實施例中，該CNC中心加工機3是一立式形態，因此該第一、第二換刀單元4、5是分別設置於該CNC中心加工機3機台單元31的左、右兩側。

該第一換刀單元4包括一用以容置多數刀具60的第一刀庫41、一設置於該主軸331與該第一刀庫41之間的第一滾齒凸輪驅動機構42，及一活動設置於該第一滾齒凸輪驅動機構42的第一換刀臂43。該第一刀庫41具有多數排列呈環狀的刀筒411，及一打刀機構412。該第一換刀臂43具有一第一固定端部431，及一遠離該第一固定端部431，並能鬆開地夾持一刀具60的第一刀夾432。

該等刀筒411分別用於容置一組刀具60，並能受該第一滾齒凸輪驅動機構42帶動而旋轉，該CNC中心加工機3的電腦系統能讓被選中的刀具60及其刀筒411轉動至最下方，再藉由該打刀機構412將該刀具60推出該刀筒411，藉此，該刀具60能經由一刀具出口413外伸出該第一刀庫41，以供該第一換刀臂43夾持。

該第二換刀單元5包括一用以容置多數刀具60的第二刀庫51、一設置於該主軸331與該第二刀庫51之間的第二滾齒凸輪驅動機構52，及一活動設置於該第二滾齒凸輪驅動機構52的第二換刀臂53。該第二刀庫51具有多 數排列呈環狀的刀筒511，及一打刀機構512。該第二換刀臂53具有一第二固定端部531，及一遠離該第二固定端部531，並能鬆開地夾持一刀具60的第二刀夾532。

該第二換刀單元5的元件及其對應之功能大致上與該第一換刀4單元相同，在此不再加以贅述，該第二換刀單元5的打刀機構512同樣也能將被選中之刀具60推出一刀具出口513，以供該第二換刀臂53夾持。

該第一、第二刀夾432、532能分別受該CNC中心加工機3電腦系統的控制與該第一、第二滾齒凸輪驅動機構42、52的帶動，相對於該機台單元31作上下移動及轉動等動作。於移動時，該第一刀夾432是沿一通過該第一固定端部431，且平行該中軸線L0的第一軸線L1往復移動；該第二刀夾532是沿一通過該第二固定端部531，且平行該中軸線L0的第二軸線L2往復移動。於轉動時，該第一、第二刀夾432、532是分別繞該第一、第二軸線L1、L2在該主軸331與各別的刀具出口413、513之間循環轉動。

藉此，該第一、第二刀夾432、532能各自在一原點、一主軸位置，及一刀庫位置之間循環轉動。該第一、第二刀夾432、532的該主軸位置彼此重疊，當位於該主軸位置時該第一、第二刀夾432、532分別對應於該主軸331，此時該第一、第二刀夾432、532能分別向下位移並由該主軸331上卸下待換刀具61，或是向上位移並為該主軸331安裝新刀具62；該第一、第二刀夾432、532位於該刀庫位 置時分別對應於各別的刀具出口413、513，並能分別向上位移將由該主軸331上卸下的待換刀具61歸放入該刀具出口413、513，或是向下位移並由該刀具出口413、513取出新刀具62。

如此，該第一、第二刀夾432、532能分別將安裝於該主軸331的待換刀具61與外伸出該第一、第二刀庫41、51的新刀具62進行互換，且該第一、第二刀夾432、532在轉動時彼此互不接觸。詳述該第一、第二刀夾432、532的換刀程序如下：參閱圖14與圖15，該第一刀夾432由該原點出發；於該第一刀夾432位於該原點時，該第二刀夾532位於該刀庫位置，與該第二刀庫51的刀具出口513對應並夾持住外伸出該刀具出口513的一新刀具62。

參閱圖16與圖17，該第一刀夾432旋轉90度後到達該主軸位置，與該主軸331對應並夾持住安裝於該主軸331的一待換刀具61；同時，該第二刀夾532向下位移並將該新刀具62由該第二刀庫51中取出。

參閱圖18與圖19，位於該主軸位置的該第一刀夾432向下位移，並將該待換刀具61自該主軸331上卸下；同時，該第二刀夾532由該刀庫位置旋轉至鄰近該主軸位置處預備執行換刀，此時，該第二刀夾532距離該主軸位置的旋轉角度不到90度。

參閱圖20與圖21，該第一刀夾432由該主軸位置離開，並向該刀庫位置移動，由於該第二刀夾532距離 該主軸位置的旋轉角度極小，能立即遞補於該第一刀夾432離開後空出來的該主軸位置，並向上位移將該新刀具62安裝至該主軸331。

參閱圖13、圖22與圖23，該第一刀夾432抵達該刀庫位置，並向上位移將自該主軸331上卸下的該待換刀具61由該刀具出口413歸放入該第一刀庫41內，並再夾持下一製程所需的刀具60；該第二刀夾532安裝完新刀具62後由該主軸位置離開，旋轉90度後到達該原點，此時，該第一、第二刀夾432、532均離開該主軸位置，該主軸331能降下並以新刀具62為置放於該工具台32上的該工件進行加工。至此，該第一、第二刀夾432、532的終點位置與圖16與圖17所示的起始位置恰好相反，可以想像的是，下一個周期時該第一、第二刀夾432、532將會動作互換地重覆由圖16、17至圖22、23的動作，如此循環，該第一、第二刀夾432、532便能相互搭配地完成對該主軸331的換刀程序。

綜上所述，本發明不只擁有現有CNC綜合加工機的雙套刀庫優勢，而能達到大量且多樣化的刀具60儲存與管理，且，當該第一、第二刀夾432、532的其中一者為了將該主軸331的待換刀具61卸下而位於該主軸位置時，另外一者夾持一新刀具62並位於該刀庫位置與該主軸位置之間，更佳地，位於該原點與該主軸位置之間，距離該主軸位置的旋轉角度極小，故在前者一離開該主軸位置，後者便能立即遞補，而不需如現有的CNC中心加工機一樣， 換刀臂需旋轉180度、耗費近半個循環周期才能完成換刀程序，因此能有效地縮短每一次的換刀時間，大幅地加快換刀的速度，因此，本發明能滿足高度複雜形狀工件的加工需求，且適用於長時間的加工作業，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

3‧‧‧CNC中心加工機

31‧‧‧機台單元

32‧‧‧工作台

33‧‧‧加工單元

331‧‧‧主軸

4‧‧‧第一換刀單元

41‧‧‧第一刀庫

411‧‧‧刀筒

412‧‧‧打刀機構

413‧‧‧刀具出口

42‧‧‧第一滾齒凸輪驅動機構

43‧‧‧第一換刀臂

431‧‧‧第一固定端部

432‧‧‧第一刀夾

5‧‧‧第二換刀單元

51‧‧‧第二刀庫

511‧‧‧刀筒

512‧‧‧打刀機構

513‧‧‧刀具出口

52‧‧‧第二滾齒凸輪驅動機構

53‧‧‧第二換刀臂

531‧‧‧第二固定端部

532‧‧‧第二刀夾

60‧‧‧刀具

61‧‧‧待換刀具

62‧‧‧新刀具

L0‧‧‧中軸線

L1‧‧‧第一軸線

L2‧‧‧第二軸線

Claims (5)

1. 一種CNC中心加工機換刀裝置，適用於裝設在一CNC中心加工機，該CNC中心加工機包含一機台單元，及一安裝於該機台單元並能沿一中軸線往復移動的加工單元，該加工單元包括一沿該中軸線設置並供一刀具能卸離地安裝的主軸，該CNC中心加工機換刀裝置包含：一第一換刀單元，設置於該中軸線之一側，並包括一用於容置多數刀具並具有一刀具出口的第一刀庫，及一設置於該主軸與該第一刀庫之間的第一換刀臂，該第一換刀臂具有一第一固定端部，及一遠離該第一固定端部，並能鬆開地夾持一刀具的第一刀夾；及一第二換刀單元，設置於該中軸線之另外一側，並包括一用於容置多數刀具並具有一刀具出口的第二刀庫，及一設置於該主軸與該第二刀庫之間的第二換刀臂，該第二換刀臂具有一第二固定端部，及一遠離該第二固定端部，並能鬆開地夾持一刀具的第二刀夾，該第一、第二刀夾能相對於該機台單元，分別繞該第一、第二固定端部在該主軸與各別的刀具出口之間循環轉動，並使該主軸所安裝的刀具與該第一、第二刀庫的刀具進行互換，且該第一、第二刀夾在轉動時彼此互不接觸。
2. 如請求項1所述的CNC中心加工機換刀裝置，其中，該第一刀夾是繞一通過該第一固定端部，且與該中軸線 平行的第一軸線循環轉動，該第二刀夾是繞一通過該第二固定端部，且與該中軸線平行的第二軸線循環轉動。
3. 如請求項2所述的CNC中心加工機換刀裝置，其中，該第一、第二刀夾還能相對於該機台單元，分別沿該第一、第二軸線往復移動。
4. 如請求項1至請求項3所述的CNC中心加工機換刀裝置，其中，該第一、第二刀夾能各自相對於該機台單元，在一原點、一主軸位置，及一刀庫位置之間循環轉動，該第一、第二刀夾位於該主軸位置時對應於該主軸，此時該第一、第二刀夾能分別由該主軸上卸下刀具，或是為該主軸安裝新的刀具，該第一、第二刀夾位於該刀庫位置時對應於各別的刀具出口，並能分別將由該主軸上卸下的刀具歸放入該刀具出口，或是由該刀具出口取出新的刀具，當該第一、第二刀夾的其中一者為了將該主軸的刀具卸下而位於該主軸位置時，另外一者夾持一新的刀具並位於該刀庫位置與該主軸位置之間。
5. 如請求項4所述的CNC中心加工機換刀裝置，其中，當該第一、第二刀夾的其中一者為了將該主軸的刀具卸下而位於該主軸位置時，另外一者夾持一新的刀具並位於該原點與該主軸位置之間。