TW201617186A - 具有高頻振動的工具機及感測／回饋訊號的控制方法 - Google Patents

具有高頻振動的工具機及感測／回饋訊號的控制方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種具有高頻振動的工具機，其主軸構造上設有一旋轉軸，該旋轉軸的端部設有一刀把夾頭用以固定一高頻振動刀把。此外，該旋轉軸的上段部設有一轉動線圈部；該主軸構造上對應設有一固定線圈部；及該高頻振動刀把內設有一高頻振動模組。本發明透過非接觸式線圈將外部電力/訊號傳至該刀把內的高頻振動模組，可避免接觸式轉動電極的磨損現象，並且由於感應線圈是設置在刀具之外，因此可降低刀具成本及增進更換刀具的便利性。此外，本發明透過無線傳輸的感測/回饋訊號的控制方法，提高高頻振動刀把的加工穩定性及效率。

Description

具有高頻振動的工具機及感測/回饋訊號的控制方法
本發明係關於一種具有高頻振動的工具機，特別是關於一種將感應線圈設置在主軸上，再透過接觸式電極將電力/訊號傳送至高頻振動刀把的工具機及其感測/回饋訊號的控制方法。
高頻振動切削加工是一種新興的加工技術，它通過在一般的切削刀具上施加高頻振動，使刀具和工件發生間斷性的接觸，從而使傳統切削模式發生了根本性的變化。由於此變化解決了傳統切削加工中固有的難題，如切削中的震動和切削熱累積及加工品質不穩定等，從而得到優良的切削效果。
習用高頻振動的震動裝置設在刀柄內，該刀柄可拆裝於一工具機上，一般高頻振動工具機可分成接觸式供電及非接觸式供電兩種方式，其中接觸式供電方式的電極非常容易磨損，因此較新式的高頻振動工具機多採用非接觸式供電的方式。
然而，在現有技術中使用線圈感應的非接觸式供電方式會將固定線圈設在工具機側，而將轉動線圈直接設在刀具內，其雖然可避免接觸式轉動電極的磨損現象，但由於感應線圈是設置在刀具之內，因此會增 加刀具成本，並且也不利於刀具的更換作業。
為了改進上述的缺點，有必要提供一種改良的具有高頻振動的工具機及感測/回饋訊號的控制方法，以解決習用技術所存在的問題。
本發明之主要目的在於提供一種具有高頻振動的工具機，其是將感應線圈設置在主軸上，再透過接觸式電極將電力/訊號傳送至高頻振動的刀具內，可避免接觸式轉動電極的磨損現象，並且由於感應線圈是設置在刀具之外，因此可降低刀具成本及增進更換刀具的便利性。
為達上述之目的，本發明提供一種具有高頻振動的工具機，其包含一主軸構造及一高頻振動刀把，其中該主軸構造包含：一本體，固定於該工具機的一加工側面上；一旋轉軸，可轉動地設於該本體之內；一刀把夾頭，同軸地設於該旋轉軸的下端，該刀把夾頭具有一組同軸設置的定位端鍵，該定位端鍵的內側面分別設有至少一組第一電極；一固定線圈部，包含一固定環及至少一初級線圈，皆呈中空狀，相互同軸地疊設固定，並位於該旋轉軸的上段部，該固定環固定於該本體上，使該固定線圈部相對該本體為固定，一組外部電線電性連接至該固定環；及一轉動線圈部，包含一轉動環及至少一次級線圈，皆呈中空狀，相互同軸地疊設固定，並設於該旋轉軸的上段部，並且該次級線圈與該固定線圈部的初級線圈形成對應，該轉動環固定於該旋轉軸上，使該轉動線圈部隨該旋轉軸轉動，並且透過至少一組內部電線電性連接至該定位端鍵內側面的該至少一組第一電極。
再者，該高頻振動刀把包含：一刀柄部，設於該刀把上部， 用於與該主軸構造的刀把夾頭形成夾持固定，該刀柄部包含一組端鍵槽，與該刀把夾頭的該組定位端鍵對應卡合，其外側分別設有至少一組第二電極，與該刀把夾頭的該至少一組第一電極對應接觸；一容置部，設於該刀把中段，內部設有一高頻振動模組，與該至少一組第二電極電性連接；及一刀具夾頭，設於該刀把下部，用於向下夾持固定一刀具。
此外，該工具機另包含一自動加工控制模組及一高頻控制模組，該動力模組控制該旋轉軸轉動，使固定於該刀把下方的刀具轉動以進行切削作業；該高頻控制模組控制電力/訊號由該至少一組外部電線傳輸至該固定線圈部的固定環，再傳至該至少一初級線圈，並感應該轉動線圈部的至少一次級線圈形成電力/訊號，再傳至該轉動環，接著透過該至少一組內部電線傳至該刀把夾頭的至少一組第一電極，再傳至該刀柄部的該至少一組第二電極，最後傳至該高頻振動模組，使該刀具形成高頻振動。
在本發明之一實施例中，該組第一電極是一接觸式彈簧電極，該組第二電極包含設於內圈的導電片及設於外圈的絕緣片。
在本發明之一實施例中，該高頻振動模組選自一壓電致動器、一音圈致動器或一磁致動器。
在本發明之一實施例中，該初級線圈為兩個，該次級線圈對應為兩個，其中一組初級線圈與次級線圈用於電力傳輸，另一組初級線圈與次級線圈用於訊號載波傳輸。
在本發明之一實施例中，該工具機另包含一無線訊號接收模組及一計算機模組，該高頻振動刀把另設有一感測模組及一無線訊號發射模組；該感測模組用於將至少一感測資料藉由該無線訊號發射模組傳至該 無線訊號接收模組，並以該計算機模組進行分析計算後，該計算機模組將結果轉為控制指令輸出至該自動加工控制模組及該高頻控制模組；及該自動加工控制模組調整該工具機的高頻振動刀把的旋轉及移動進給量，以及該高頻控制模組調整該高頻振動模組的振動頻率，進而提高該高頻振動刀把的加工穩定性及效率。
在本發明之一實施例中，該感測模組包含一應變規，該感測資料包含該應變規感測的該高頻振動刀把的內部應力。
在本發明之一實施例中，該感測模組包含一溫度計，該感測資料包含該溫度計感測的該高頻振動刀把的溫度。
本發明之另一目的在於提供一種高頻振動刀具的工具機的感測/回饋訊號的控制方法，其透過無線傳輸的感測/回饋訊號的控制方法，可提高高頻振動刀把的加工穩定性及效率。
為達上述之目的，本發明提供一種具有高頻振動的工具機的感測/回饋訊號的控制方法，包含以下步驟：(a)提供一工具機及一高頻振動刀把，該工具機設有一自動加工控制模組、一高頻控制模組、一無線訊號接收模組及計算機模組，該高頻振動刀把設有一高頻振動模組、一感測模組及一無線訊號發射模組；(b)該自動加工控制模組控制該工具機的高頻振動刀把的旋轉及移動進給量以加工一工件，該高頻控制模組使該高頻振動刀把產生高頻振動；(c)該感測模組將至少一感測資料藉由該無線訊號發射模組傳至該無線訊號接收模組，並以該計算機模組進行分析計算；(d)該計算機模組將結果轉為控制指令輸出至該自動加工控制模組及該高頻控制模組；及(e)該自動加工控制模組調整該工具機的高頻振動刀把的旋轉及移動 進給量，以及該高頻控制模組調整該高頻振動模組的振動頻率，進而提高該高頻振動刀把的加工穩定性及效率。
如上所述，利用本發明之具有高頻振動的工具機及其感測/回饋訊號的控制方法，除了可降低刀具成本及增進更換刀具的便利性，還可提高高頻振動刀把的加工穩定性及效率。
1‧‧‧工具機
100‧‧‧主軸構造
110‧‧‧本體
120‧‧‧旋轉軸
130‧‧‧刀把夾頭
131‧‧‧定位端鍵
132‧‧‧第一電極
140‧‧‧固定線圈部
141‧‧‧固定環
142‧‧‧初級線圈
143‧‧‧外部電線
150‧‧‧轉動線圈部
151‧‧‧轉動環
152‧‧‧次級線圈
153‧‧‧內部電線
160‧‧‧自動加工控制模組
170‧‧‧高頻控制模組
180‧‧‧無線訊號接收模組
190‧‧‧計算機模組
200‧‧‧高頻振動刀把
210‧‧‧刀柄部
211‧‧‧端鍵槽
212‧‧‧第二電極
220‧‧‧容置部
230‧‧‧刀具夾頭
240‧‧‧高頻振動模組
250‧‧‧感測模組
260‧‧‧無線訊號發射模組
300‧‧‧刀具
第1圖：本發明一實施例之具有高頻振動的工具機的組合示意圖；第2圖：本發明一實施例之工具機的主軸構造示意圖；第3圖：本發明一實施例之工具機的高頻振動刀把示意圖；及第4圖：本發明一實施例之具有高頻振動的工具機之感測/回饋訊號的控制方法。
為了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。再者，本發明所提到的方向用語，例如上、下、頂、底、前、後、左、右、內、外、側面、周圍、中央、水平、橫向、垂直、縱向、軸向、徑向、最上層或最下層等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本發明，而非用以限制本發明。
本發明的工具機可用於一般需要使用高頻振動功能的工具機，下文將詳細說明該具有高頻振動功能的工具機之構造及其運作原理。
請同時參考第1圖至第3圖所示，第1圖是本發明一實施例之 具有高頻振動的工具機的組合示意圖；第2圖是本發明一實施例之工具機的主軸構造示意圖；及第3圖是本發明一實施例之工具機的高頻振動刀把示意圖。本發明的一種具有高頻振動的工具機1，其包含一主軸構造100及一高頻振動刀把200。其中該主軸構造100包含一本體110、一旋轉軸120及一刀把夾頭130。其中，該本體110係固定於該工具機1的一加工側面上；該旋轉軸120可轉動地設於該本體110之內；該刀把夾頭130係同軸地設於該旋轉軸120的下端，該刀把夾頭130具有一組同軸設置的定位端鍵131，該定位端鍵131的內側面分別設有至少一組第一電極132。
再者，該主軸構造100另包含一固定線圈部140及一轉動線圈部150。其中該固定線圈部140包含一固定環141及至少一初級線圈142，皆呈中空狀，相互同軸地疊設固定，並位於該旋轉軸120的上段部，該固定環141固定於該本體110上，使該固定線圈部140相對該本體110為固定，一組外部電線143電性連接至該固定環141。另外，該轉動線圈部150包含一轉動環151及至少一次級線圈152，皆呈中空狀，相互同軸地疊設固定，並設於該旋轉軸120的上段部，並且該次級線圈151與該固定線圈部140的初級線圈142形成對應，該轉動環151固定於該旋轉軸120上，使該轉動線圈部150隨該旋轉軸120轉動，並且透過至少一組內部電線153電性連接至該定位端鍵131內側面的該至少一組第一電極132。
如第1圖及第3圖所示，該高頻振動刀把200包含一刀柄部210、一容置部220及一刀具夾頭230。其中，該刀柄部210設於該刀把上部，用於與該主軸構造100的刀把夾頭130形成夾持固定，該刀柄部210包含一組端鍵槽211，與該刀把夾頭130的該組定位端鍵131對應卡合，其外側分別設 有至少一組第二電極212，與該刀把夾頭130的該至少一組第一電極132對應接觸；該容置部220設於該刀把中段，內部設有一高頻振動模組240，與該至少一組第二電極212電性連接；此外該刀具夾頭230設於該刀把200下部，用於向下夾持固定一刀具300。
請再同時參考第4圖，第4圖是本發明一實施例之具有高頻振動的工具機之控制方法。其中，該工具機1另包含一自動加工控制模組160及一高頻控制模組170，該動力模組160控制該旋轉軸120轉動，使固定於該刀把200下方的刀具300轉動以進行切削作業；該高頻控制模組170控制電力/訊號由該至少一組外部電線143經由該固定線圈140部的固定環141，再傳至該至少一初級線圈142，並感應該轉動線圈部150的至少一次級線圈152形成電力/訊號，再經由該轉動環151，接著透過該至少一組內部電線153傳至該刀把夾頭130的該至少一組第一電極132，再傳至該刀柄部210的該至少一組第二電極212，最後傳至該高頻振動模組240，使該刀具300形成高頻振動。
如上所述，本發明是將該次級線圈151設置在該旋轉軸120上，再透過接觸式第一電極132及第二電極212將電力/訊號傳送至高頻振動的刀具200內，可避免接觸式轉動電極的磨損現象，並且由於次級線圈151是設置在刀具200之外，因此可降低刀具成本及增進更換刀具的便利性。
再者，較佳地，該組第一電極132可以是一接觸式彈簧電極，該組第二電極212包含設於內圈的導電片及設於外圈的絕緣片。
較佳地，該組第一電極132包含一正極及一負極，該組第二電極212對應包含一正極及一負極。
較佳地，該高頻振動模組240選自一壓電致動器、一音圈致 動器或一磁致動器。
在本發明的另一可能的實施例中，該初級線圈142可以為兩個(或兩個以上)，該次級線圈152對應為兩個(或兩個以上)，其中一組初級線圈142與次級線圈152用於電力傳輸及訊號載波傳輸，另一組初級線圈142與次級線圈152用於訊號載波傳輸。
請再次參考第4圖，第4圖顯示上述具有高頻振動的工具機的感測/回饋訊號的控制方法：首先，提供一工具機1及一高頻振動刀把200，該工具機1設有一自動加工控制模組160、一高頻控制模組170、一無線訊號接收模組180及一計算機模組190，該高頻振動刀把200設有一高頻振動模組240、一感測模組250及一無線訊號發射模組260。
接著，該自動加工控制模組160使該工具機1的高頻振動刀把200的旋轉及移動進給量以加工一工件，該高頻控制模組170使該高頻振動刀把200產生高頻振動。
再接著，該感測模組250將至少一感測資料藉由該無線訊號發射模組250傳至該無線訊號接收模組180，並以該計算機模組190進行分析計算。
再接著，該計算機模組190將結果轉為控制指令輸出至該自動加工控制模組160及該高頻控制模組170。
最後，該自動加工控制模組160調整該工具機1的高頻振動刀把200的旋轉及移動進給量，以及該高頻控制模組170調整該高頻振動模組240的振動頻率，進而提高該高頻振動刀把200的加工穩定性及效率。
如上所述，本發明的具有高頻振動的工具機另包含該一無線訊號接收模組180及一計算機模組190；以及該高頻振動刀把200另設有一感測模組250及一無線訊號發射模組260。因此，該感測模組250將至少一感測資料藉由該無線訊號發射模組260傳至該無線訊號接收模組180，並以該計算機模組190進行分析計算後，將該計算機模組190將結果轉為控制指令輸出至該自動加工控制模組160及該高頻控制模組170以提高該高頻振動刀把200的加工穩定性及效率。
再者，較佳地，該感測模組250可包含一應變規，該感測資料包含該應變規感測的該高頻振動刀把200的內部應力。
較佳地，該感測模組250可包含一溫度計，該感測資料包含該溫度計感測的該高頻振動刀把200的溫度。
較佳地，該感測訊號得經訊號放大器(未繪示)來增強。
藉由上述的設計，本發明透過非接觸式線圈傳輸電力/訊號，避免電極磨損；並且將線圈設在刀具之外，降低刀具成本及增進更換刀具的便利性。此外，本發明透過無線傳輸的感測/回饋訊號的控制方法，提高高頻振動刀把的加工穩定性及效率。
雖然本發明已以較佳實施例揭露，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與修飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1‧‧‧工具機
100‧‧‧主軸構造
110‧‧‧本體
120‧‧‧旋轉軸
130‧‧‧刀把夾頭
140‧‧‧固定線圈部
141‧‧‧固定環
142‧‧‧初級線圈
143‧‧‧外部電線
150‧‧‧轉動線圈部
151‧‧‧轉動環
152‧‧‧次級線圈
153‧‧‧內部電線
200‧‧‧高頻振動刀把
210‧‧‧刀柄部
220‧‧‧容置部
230‧‧‧刀具夾頭
240‧‧‧高頻振動模組
300‧‧‧刀具

Claims (10)

  1. 具有高頻振動的工具機，其包含一主軸構造及一高頻振動刀把，其中該主軸構造包含：一本體，固定於該工具機的一加工側面上；一旋轉軸，可轉動地設於該本體之內；一刀把夾頭，同軸地設於該旋轉軸的下端，該刀把夾頭具有一組同軸設置的定位端鍵，該定位端鍵的內側面分別設有至少一組第一電極；一固定線圈部，包含一固定環及至少一初級線圈，皆呈中空狀，相互同軸地疊設固定，並位於該旋轉軸的上段部，該固定環固定於該本體上，使該固定線圈部相對該本體為固定，一組外部電線電性連接至該固定環；及一轉動線圈部，包含一轉動環及至少一次級線圈，皆呈中空狀，相互同軸地疊設固定，並設於該旋轉軸的上段部，並且該次級線圈與該固定線圈部的初級線圈形成對應，該轉動環固定於該旋轉軸上，使該轉動線圈部隨該旋轉軸轉動，並且透過至少一組內部電線電性連接至該定位端鍵內側面的該至少一組第一電極；該高頻振動刀把包含：一刀柄部，設於該刀把上部，用於與該主軸構造的刀把夾頭形成夾持固定，該刀柄部包含一組端鍵槽，與該刀把夾頭的該組定位端鍵對應卡合，其外側分別設有至少一組第二電極，與該刀把夾頭的該至少一組第一電極對應接觸； 一容置部，設於該刀把中段，內部設有一高頻振動模組，與該至少一組第二電極電性連接；及一刀具夾頭，設於該刀把下部，用於向下夾持固定一刀具；其中，該工具機另包含一自動加工控制模組及一高頻控制模組，該動力模組控制該旋轉軸轉動，使固定於該刀把下方的刀具轉動以進行切削作業；該高頻控制模組控制電力/訊號由該至少一組外部電線傳輸至該固定線圈部的固定環，再傳至該至少一初級線圈，並感應該轉動線圈部的至少一次級線圈形成電力/訊號，再傳至該轉動環，接著透過該至少一組內部電線傳至該刀把夾頭的至少一組第一電極，再傳至該刀柄部的該至少一組第二電極，最後傳至該高頻振動模組，使該刀具形成高頻振動。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之工具機，其中該組第一電極是一接觸式彈簧電極，該組第二電極包含設於內圈的導電片及設於外圈的絕緣片。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之工具機，其中該高頻振動模組選自一壓電致動器、一音圈致動器或一磁致動器。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之工具機，其中該初級線圈為兩個，該次級線圈對應為兩個，其中一組初級線圈與次級線圈用於電力傳輸，另一組初級線圈與次級線圈用於訊號載波傳輸。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之工具機，其中該工具機另包含一無線訊號接收模組及一計算機模組，該高頻振動刀把另設有一感測模組及一無線訊號發射模組；該感測模組用於將至少一感測資料藉由該無線訊號發射模組傳至該無線訊號接收模組，並以該計算機模組進行分析計算後，該計算機模組將結果轉為控制指令輸出至該自動加工控制模組及該高頻控制模組；及該自動加工控制模組調整該工具機的高頻振動刀把的旋轉及移動進給量，以及該高頻控制模組調整該高頻振動模組的振動頻率，進而提高該高頻振動刀把的加工穩定性及效率。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之工具機，其中該感測模組包含一應變規，該感測資料包含該應變規感測的該高頻振動刀把的內部應力。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之工具機，其中該感測模組包含一溫度計，該感測資料包含該溫度計感測的該高頻振動刀把的溫度。
  8. 具有高頻振動的工具機的感測/回饋訊號的控制方法，包含以下步驟：(a)提供一工具機及一高頻振動刀把，該工具機設有一自動加工控制模組、一高頻控制模組、一無線訊號接收模組及計算機模組， 該高頻振動刀把設有一高頻振動模組、一感測模組及一無線訊號發射模組；(b)該自動加工控制模組控制該高頻振動刀把的旋轉及移動進給量以加工一工件，該高頻控制模組使該高頻振動刀把產生高頻振動；(c)該感測模組將至少一感測資料藉由該無線訊號發射模組傳至該無線訊號接收模組，並以該計算機模組進行分析計算；(d)該計算機模組將結果轉為控制指令輸出至該自動加工控制模組及該高頻控制模組；及(e)該自動加工控制模組調整該工具機的高頻振動刀把的旋轉及移動進給量，以及該高頻控制模組調整該高頻振動模組的振動頻率，進而提高該高頻振動刀把的加工穩定性及效率。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之控制方法，其中該感測模組包含一應變規，該感測資料包含該應變規感測的該高頻振動刀把的內部應力。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之控制方法，其中該感測模組包含一溫度計，該感測資料包含該溫度計感測的該高頻振動刀把的溫度。
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