TW201711786A - 具有同軸制動器的工具架轉台 - Google Patents

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法蘭克 伯納第
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杜普洛馬提自動裝置公司
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Abstract

本發明提供一種工具架轉台，其中單一電動伺服馬達(6)係為鎖定及解鎖工具夾持圓盤(5)以及傳達角位移以改變工具位置兩者所設計。 轉台包含一第一圓柱環形體(15)，其鎖於工具夾持圓盤(5)之軸桿(3)，並只能抵著用於鎖定及解鎖前述工具夾持圓盤(5)的彈性裝置(16)，在第一軸向位置與第二軸向位置之間於其上自由地軸向滑動。 轉台更包含一第二圓柱環形體(20)，其具有相對於工具夾持圓盤(5)設置在其末端之前表面之圓周上的複數對稱的凸輪輪廓(17、17a、17b、17c、17d)。 前述第一圓柱環形體(15)具有在其前面與前述第二圓柱環形體(20)各自對稱的凸輪輪廓(17、17a、17b、17c、17d)接合的複數凸輪從動件，前述凸輪從動件和前述凸輪輪廓由於前述第二圓柱環形體(20)之角位移結果，導致前述第一圓柱環形體(15)在任一方向上於前述軸桿(3)上軸向地移動。

Description

具有同軸制動器的工具架轉台
本發明係關於一種工具架轉台類型，包含一固定座體，其具有沿縱向軸線(X-X)延伸的空腔；一工具夾持圓盤，其能繞著一轉動軸相對於固定座體在兩個轉動方向上轉動，轉動軸與前述縱向軸線(X-X)同軸並重合，前述工具夾持圓盤安裝於沿前述縱向軸線(X-X)延伸的軸桿之端部；一第一圓柱環形體，其鎖於前述軸桿並只能抵著在前述第一圓柱體與前述工具夾持圓盤之間動作的彈性裝置，在第一軸向位置與第二軸向位置之間於其上自由地軸向滑動；一第二圓柱環形體，其也鎖於前述軸桿並與之相對轉動，前述第二圓柱體具有複數對稱凸輪輪廓，前述複數對稱凸輪輪廓相對於前述工具夾持圓盤設置在其近端之前表面的圓周上；鎖定構件，其用於當前述第一圓柱環形體處於其第一軸向位置時，相對於前述固定座體鎖定前述工具夾持圓盤，並用於當其處於其第二軸向位置時將其解鎖，前述第一圓柱環形體具有複數凸輪從動件，前述複數凸輪從動件在其前面與前述第二環形體分別對稱的凸輪輪廓接合，前述凸輪從動件和前述凸輪輪廓由於前述第二圓柱環形體之角位移結果，導致前述第一圓柱環形體在任一方向上於前述軸桿上軸向地移動；一電動伺服馬達，其運動地連結至前述第二圓柱環形體，以在與前述軸桿同軸的兩個轉動方向上傳達其角位移。
前述類型之工具架轉台在此領域中係眾所周知。
舉例來說，如在IT 1,138,598中所說明，它們使用電動馬達，其透過具有凸輪輪廓的適當機構，從轉台體解鎖工具夾持圓盤並將工具夾持圓盤鎖定於轉台體，以允許其轉動以改變工具。
相同的電動馬達也提供圓盤之角位移，以改變所使用工具之位置。
因此，這些轉台具有使用單一能源(即電力)進行其操作和採用單一馬達進行兩種運動之雙重優勢。
與其他類型之轉台相較，這提供顯著優勢，其中電能用於供電致動工具夾持圓盤之轉動的馬達以改變工具，而液壓或氣動能用於導致鎖定及解鎖構件的這些構件致動，以鎖定及解鎖工具夾持圓盤。
使用兩種不同類型能量進行工具架轉台之致動已知將阻礙其使用，因為其需要從來源供應所有必要管道給轉台操作於其上的機器工具。
然而，這些如在IT 1,138,598中所揭示，當該轉台到達新工具位置時，用於停止圓盤之角運動之先前技術轉台的機構包含一栓釘，其當一對應凹口在圓盤轉動前呈現時，卡入此對應凹口中，且由於該凹口對應於所需的工具位置，因此電控裝置向連接至栓釘的電磁體傳達釋放命令。
由於工具夾持圓盤之轉動質量慣性，在選定停止位置周圍產生衝擊和隨之發生的振盪，這種衝擊對轉動速度施加限制，並在任何情況下皆需求供應減振構件，這對轉台構造添加複雜度並提高其成本。
特別是，速度轉動之限制涉及較長時間的工具定位次數，這將影響處理時間。
關於試圖減少工具定位次數以及提高機器處理量，在此領域中已開發出配備液壓鎖定及解鎖系統的伺服控制轉台。
然而，儘管這些技術解決方案已證實操作效率，但是它們的成本效益仍然很差，因為它們需要兩種能量供應模式：用於轉動的動力源和用於鎖定及解鎖工具夾持圓盤的液壓源。
供應兩種能量供應模式在至機器站的分布連接中涉及一些構造複雜度，也產生散熱問題。
關於試圖使用單一能源(特別是電力)以及當改變工具位置時簡化用於停止該工具夾持圓盤的機構，已提出使用兩個電動伺服馬達，亦即用於圓盤之角位移運動以改變工具位置的第一馬達，以及舉例來說如在WO 2009/012875中所說明，用於透過凸輪構件鎖定及解鎖工具夾持圓盤所需運動的第二伺服馬達。
然而，如在WO 2009/012875中所揭示，使用第二伺服馬達意味著其除了伺服馬達所需，用於圓盤之角運動之外，必須配備其自身的電子控制/命令裝置，而這顯著地提高轉台之成本，也使其暴露於可能的失效，例如故障或其零件之錯誤操作。
因此，本發明之目的在於提供一種工具架轉台，其使用為圓盤之角位移以改變工具位置、也鎖定及解鎖工具夾持圓盤所設計的電動伺服馬達，而不會受到在上述先前技術轉台中所遇到的缺點影響。
本發明之進一步目的在於提供一種用於鎖定及解鎖轉台之工具夾持圓盤的技術配置，其就圓盤位移速度而言可提供電動伺服馬達之負載的最佳使用，一旦圓盤已解鎖，不會提高轉台之整體成本以及不利地影響其操作可靠性。
這些和其他目的(如在下文中更好地解說)藉由如在所附申請專利範圍第1項中所描繪特徵的轉台而實現。
參照以上所提及的圖式，數字1代表轉台之固定座體，其定義一內部空腔2，內部空腔2沿著一縱向軸線X-X延伸，縱向軸線X-X與具有固定在其端部4的工具夾持圓盤5的軸桿3之轉動軸重合，這些工具一般來說標記為5a。
如所附圖式所示，軸桿3較佳為具有軸向空腔3a，其用於通過為在工具夾持圓盤5上的任何慣用轉動工具或機械設備之致動所設計的電動、液壓、氣動線路或機械傳動裝置。
該軸桿3在位移工具夾持圓盤5的兩個轉動方向上皆受到電動馬達(即電動的伺服馬達6)控制，其依據本發明也用於解鎖工具夾持圓盤5，以及稍後一旦其已角位移至不同工具位置，即將其鎖定，如在下文中更詳細說明。
轉台包含鎖定構件，用於將其穩定定位於工具之任何作業位置上。
如在此領域中所知，這些鎖定構件包含一第一齒圈(或齒輪)10，其由牢固地結合於轉台之固定座體1的環形體11所承載；一第二齒圈(或齒輪)12，其與第一齒圈10同心且由中間板13所承載，其具有一中央開口13a，中央開口13a牢固地結合於在背離工具安裝表面之側面上的工具夾持圓盤5；以及一第三齒圈(或齒輪)，標記為14。
此第三齒圈14由第一圓柱環形體15所承載，其與軸桿3同軸並可於其上軸向地移動，但是由於栓槽接合而被防止轉動。當前述第一圓柱環形體15在轉台鎖定位置上軸向地位移時，第三齒圈14面向具有此徑向範圍的第一齒圈10和第二齒圈12，以接合兩個齒輪。
第一圓柱環形體15之軸向位移，以及因此鎖定構件抵著複數彈性裝置(彈簧)16以在圖1所示鎖定位置與圖2所示解鎖位置之間位移之致動，且反之亦然，係藉由使用凸輪輪廓17而得到，凸輪輪廓17在前面由第二圓柱環形體20承載且與凸輪從動件接合，例如藉由將插銷19安裝於前述第一圓柱環形體15的輥18。第二圓柱環形體20也安裝於軸桿3，並可繞著軸線X-X轉動。
為此目的，第二圓柱環形體20藉由複數周邊設置的螺釘23，連接至伺服馬達6之軸桿22之凸緣端部21。
預載軸向偏位構件以盤形彈簧24的形式放置於前述第二圓柱環形體20與傳動軸桿22之凸緣端部21之間，並且鄰接於形成在前述軸桿3中的軸向凸肩25。
在所示的範例中，前述盤形彈簧與工具夾持圓盤5之前述軸桿3同心，且其預載可藉由形式為墊圈和止推軸承27的填隙片26之插入中間而進行調整。
特別參照圖6和圖7，應注意第二圓柱環形體20之凸輪輪廓(一般來說標記為17)包含平坦段17a和複數空腔17b，每個空腔17b皆具有嵌入凸輪輪廓之平坦段之平面下方的平坦底部17c。每個空腔之側面17d皆相對於平坦底部之中心線傾斜和對稱，並連接至平坦段17a。
凸輪從動件元件，亦即輥18較佳為在等邊三角形之頂點處，或者在具有與凸輪輪廓17之空腔17b相同配置的正六邊形之頂點處，較佳為設置在第一圓柱環形體15上。如圖6所示，當這些元件在其前面與凸輪輪廓17之各自的平坦段17a接合時，它們維持第一圓柱環形體15抵著該等彈簧朝向工具夾持圓盤5軸向地偏移，且第三齒圈14插入第一齒圈10和第二齒圈12中，而第二圓柱環形體20透過止推軸承27、填隙片26和盤形彈簧24抵著凸肩25軸向地偏位。
因此，工具夾持圓盤處於鎖定位置，如圖1所示，在盤形彈簧24之預載下。
相反地，當第二圓柱環形體20在如圖6和圖7之箭頭所示的任一方向上轉動以回應伺服馬達6的命令時，其繞著軸桿3角位移，且輥18將水平面移至各自空腔17b並朝向底部下落，與側面17d接觸，從而允許第一圓柱環形體15在該等彈簧之動作下軸向地移動。
此類軸向運動允許第三齒圈14從第一齒圈10和第二齒圈12脫離，從而釋放工具夾持圓盤5，以使其如在上文中所解說可自由角運動以改變工具位置。
參照圖4和圖5，應注意第二圓柱環形體20在面向第一圓柱環形體15的前表面上具有凸條28，前述凸條28朝向工具夾持圓盤5軸向地突出，並在圓周之給定圓弧β上延伸。
同樣地，耦接於連接至工具夾持圓盤5之軸桿3的第一圓柱環形體15，具有前凸肩29，前凸肩29面向第二圓柱環形體20，並在未被前述凸條28占據的圓周之圓弧中，與前述第二圓柱環形體20之凸條28的圓周徑向地重合的圓周之給定圓弧α上延伸。
前述凸條28之圓周端部30和31以及前述前凸肩29之圓周端部32和33定義各自的鄰接部，當其接合在一起時適宜地將伺服馬達6所產生的角位移傳遞至前述軸桿3，因此傳遞工具夾持圓盤5之角運動以改變工具位置。
如圖所示，一旦第二圓柱環形體20已經歷順時針角(參見圖5)，圓周端部30即鄰接圓周端部32，且將已允許第一圓柱環形體15軸向地移動並將第三齒圈14從第一齒圈10和第二齒圈12釋放，以及設定工具夾持圓盤5處於解鎖狀態，使得其可轉動以改變工具位置。
在第二圓柱環形體20之逆時針角位移之情況下，凸條28之端部31將鄰接前凸肩29之端部33，從而一旦工具夾持圓盤5已解鎖即允許其角位移。
第一圓柱環形體15具有至少一個周邊的空腔，標記為34，其與形成在輔助空心的軸桿36之端部的至少一個鉸齒35接合。
空腔34和鉸齒35相互地且可轉動地接合，並能相對軸向位移。
在圖1之範例中，輔助空心的軸桿36定向與工具夾持圓盤5之軸桿3的軸線X-X和與伺服馬達6之軸桿22同軸。
電磁制動器，一般來說標記為38，可為摩擦制動器或較佳為具有前齒的制動器，舉例來說藉由慣用螺釘(標記為39)安裝於軸桿36之端部37，軸桿36之端部37相對於具有鉸齒35和空腔34的端部。
當此制動器啟用時，其鎖定軸桿36之轉動，因此透過鉸齒35和空腔34維持第一圓柱環形體15處於鎖定轉動狀態，從而也鎖定軸桿3以及工具夾持圓盤5之任何角位移。
相反地，當此類電磁制動器停用時，軸桿36可自由轉動，因此具有與鉸齒35接合之空腔34的第一圓柱環形體15也可自由轉動。
以上說明清楚地顯示單一電動的伺服馬達6能同時解鎖工具夾持圓盤5，且一旦工具夾持圓盤5藉由在凸條28與前凸肩29之間的同時前接合而解鎖，即向工具夾持圓盤5傳達所需角位移，以使其到達不同工具位置。
此係可能因為電磁制動器38停用，且軸桿3可與第二圓柱環形體20接合地轉動，第二圓柱環形體20先前解鎖藉由作用在第一圓柱環形體15上而鎖定工具夾持圓盤的第三齒圈14、第一齒圈10和第二齒圈12。
一旦已達到新工具位置，且電磁制動器38已因此啟用，伺服馬達6即反轉其轉動方向，並向其凸輪輪廓17與第一圓柱環形體15之凸輪從動件輥18交互作用的第二圓柱環形體20傳達角位移，而僅導致前述第一圓柱環形體15朝向工具夾持圓盤5之軸向位移、將第三齒圈14插入第一齒圈10和第二齒圈12中，以及導致工具夾持圓盤5再次鎖定。
轉台容許進行構造修飾，包括伺服馬達6之位置，其如同圖8之範例可相對於工具夾持圓盤5之軸桿3的軸線X-X偏移，且較佳定向為與具有減速器的傳動單元(在以上所提及的圖8中一般來說標記為60)之插入平行。
再者，如圖9所示，連接至轉台之軸桿3的第一圓柱環形體15可形成為不具有面向第二圓柱環形體20的前凸肩29，且第二圓柱環形體20可形成為不具有凸條28。
憑藉此構造，伺服馬達6所導致的角位移由於第一圓柱環形體15之輥18與第二圓柱環形體20之凸輪輪廓17接合，而直接傳動至工具夾持圓盤之軸桿3。
進一步構造修飾(未顯示)可關於盤形彈簧24的位置和其預載條件，而不悖離如在上文中所說明和在下文中所主張的本發明之範疇。
1‧‧‧固定座體
2‧‧‧空腔
3‧‧‧軸桿
3a‧‧‧軸向空腔
4‧‧‧端部
5‧‧‧工具夾持圓盤
5a‧‧‧工具
6‧‧‧伺服馬達
10‧‧‧第一齒圈
11‧‧‧環形體
12‧‧‧第二齒圈
13‧‧‧中間板
13a‧‧‧中央開口
14‧‧‧第三齒圈
15‧‧‧第一圓柱環形體
16‧‧‧彈性裝置
17‧‧‧凸輪輪廓
17a‧‧‧平坦段
17b‧‧‧空腔
17c‧‧‧底部
17d‧‧‧側面
18‧‧‧輥
19‧‧‧插銷
20‧‧‧第二圓柱環形體
21‧‧‧凸緣端部
22‧‧‧軸桿
23‧‧‧螺釘
24‧‧‧盤形彈簧
25‧‧‧凸肩
26‧‧‧填隙片
27‧‧‧止推軸承
28‧‧‧凸條
29‧‧‧前凸肩
30、31、32、33‧‧‧圓周端部
31、33‧‧‧端部
34‧‧‧空腔
35‧‧‧鉸齒
36‧‧‧軸桿
37‧‧‧端部
38‧‧‧電磁制動器
39‧‧‧慣用螺釘
60‧‧‧傳動單元
本發明現在將參照其藉由例示且無限制所給出的某些較佳具體實施例更詳細進行說明，並在該等所附圖式中顯示，其中： [圖1]顯示本發明之轉台之縱剖面，工具夾持圓盤相對於固定座體處於鎖定狀態； [圖2]顯示本發明之轉台之縱剖面，工具夾持圓盤相對於固定座體處於解鎖狀態，並可自由轉動以改變工具位置； [圖3]顯示沿圖1之線III-III所截取，橫向於工具夾持圓盤之轉動軸的部分剖面圖； [圖4] 顯示如沿圖1之線IV-IV所截取，橫向於轉動軸X-X的部分剖面圖，轉台處於鎖定位置； [圖5] 顯示如沿圖2之線IV-IV所截取，如同圖4的部分剖面圖，轉台解鎖並準備好改變工具位置； [圖6]顯示第一圓柱環形體之凸輪輪廓和第二圓柱環形體之凸輪從動件所占用位置的直線延伸視圖，轉台處於該鎖定位置； [圖7]顯示第一圓柱環形體之凸輪輪廓和第二圓柱環形體之凸輪從動件所占用位置的直線延伸視圖，轉台處於解鎖位置，並準備好轉動以改變工具位置； [圖8]顯示在電動伺服馬達相對於工具夾持圓盤之軸桿偏移，工具夾持圓盤相對於固定座體處於鎖定狀態的修飾實施例中，本發明之轉台的縱剖面； [圖9]顯示如同圖1之轉台的縱剖面，在連接至工具夾持圓盤之軸桿的第一環形體與第二圓柱環形體之端部的前耦接處做出改變。
1‧‧‧固定座體
2‧‧‧空腔
3‧‧‧軸桿
3a‧‧‧軸向空腔
4‧‧‧端部
5‧‧‧工具夾持圓盤
5a‧‧‧工具
6‧‧‧伺服馬達
10‧‧‧第一齒圈
11‧‧‧環形體
12‧‧‧第二齒圈
13‧‧‧中間板
13a‧‧‧中央開口
14‧‧‧第三齒圈
15‧‧‧第一圓柱環形體
16‧‧‧彈性裝置
17‧‧‧凸輪輪廓
18‧‧‧輥
19‧‧‧插銷
20‧‧‧第二圓柱環形體
21‧‧‧凸緣端部
22‧‧‧軸桿
23‧‧‧螺釘
24‧‧‧盤形彈簧
25‧‧‧凸肩
26‧‧‧填隙片
27‧‧‧止推軸承
34‧‧‧空腔
35‧‧‧鉸齒
36‧‧‧軸桿
37‧‧‧端部
38‧‧‧電磁制動器
39‧‧‧慣用螺釘

Claims (12)

  1. 一種工具架之轉台，包含一固定座體(1)，其具有沿一縱向軸線(X-X)延伸的一空腔(2)；一工具夾持圓盤(5)，其能繞著一轉動軸相對於該固定座體(1)在兩個轉動方向上轉動，前述轉動軸與前述縱向軸線(X-X)同軸並重合，前述工具夾持圓盤(5)安裝於沿前述縱向軸線(X-X)延伸的一軸桿(3)之端部；一第一圓柱環形體(15)，其鎖於前述軸桿(3)並只能抵著在前述第一圓柱環形體(15)與前述工具夾持圓盤(5)之間動作的彈性裝置(16)，在一第一軸向位置與一第二軸向位置之間於其上自由地軸向滑動；一第二圓柱環形體(20)，其也鎖於前述軸桿(3)並能與之相對轉動，前述第二圓柱環形體(20)具有複數對稱的凸輪輪廓(17、17a、17b、17c、17d)，前述複數對稱的凸輪輪廓(17、17a、17b、17c、17d)相對於前述工具夾持圓盤(5)設置在其近端之前表面的一圓周上；鎖定構件(14、10、12)，其用於當前述第一圓柱環形體(15)處於其第一軸向位置時，相對於前述固定座體(1)鎖定前述工具夾持圓盤(5)，並用於當其處於其第二軸向位置時將其解鎖，前述第一圓柱環形體(15)具有複數凸輪從動件，前述複數凸輪從動件在其前面與前述第二圓柱環形體(20)分別對稱的凸輪輪廓(17、17a、17b、17c、17d)接合，前述凸輪從動件和前述凸輪輪廓由於前述第二圓柱環形體(20)之角位移結果，導致前述第一圓柱環形體(15)在任一方向上於前述軸桿(3)上軸向地移動；一電動的伺服馬達(6)，其運動地連結至前述第二圓柱環形體(20)，以在與前述軸桿(3)同軸的兩個轉動方向上傳達其角位移，其特徵在於：前述第一圓柱環形體(15)運動地連結(34、35)至與前述軸桿(3)同軸之一輔助空心的軸桿(36)；以及具有一制動裝置，其在致動後立即鎖定其轉動。
  2. 如請求項1所述之轉台，其中前述第二圓柱環形體(20)具有一凸條(28)，其朝向前述工具夾持圓盤(5)軸向地突出並在一圓周之一給定圓弧(β)上延伸，連接至前述工具夾持圓盤(5)的前述軸桿(3)耦接於前述第一圓柱環形體(15)，其具有一前凸肩(29)，前述前凸肩(29)面向前述第二圓柱環形體(20)並於一圓周之一給定圓弧(α)上延伸，在未被前述凸條覆蓋的圓弧部分中與軸向地突出前述第二圓柱環形體(20)的凸條(28)之圓周徑向重合的，前述凸條(28)之該等圓周端部(30、31)和前述凸肩之該等圓周端部(32、33)定義各自的鄰接部，以使當前述鄰接部相互接合時，它們適宜將前述伺服馬達(6)所產生的該等角位移傳遞至前述軸桿(3)。
  3. 如請求項1或2所述之轉台，其中前述鎖定構件包含一第一齒圈(10)，其由前述固定座體(1)承載並設置在前述空腔(2)之前述縱向軸線(X-X)周圍；一第二齒圈(12)，其與前述第一齒圈同心並由前述轉動工具夾持圓盤(5)承載；一第三齒圈(14)，其固定於面向前述第一圓柱環形體(15)之工具夾持圓盤(5)的軸向端部。
  4. 如請求項1或3所述之轉台，其中前述制動裝置係一電磁制動器，其耦接於運動地連結至前述第一圓柱環形體(15)之前述輔助空心的軸桿(36)的端部(37)。
  5. 如請求項1至4中任一項所述之轉台，其中每個前述對稱凸輪輪廓皆包含一空腔(17b)，其平坦的底部(17c)低於一參考平坦段(17a)，且其側面(17d)包含平坦部分，其對稱地傾斜於該空腔之底部(17c)。
  6. 如請求項1至5中任一項所述之轉台，其中前述凸輪從動件包含輥(18)，其繞著由前述第一圓柱環形體(15)承載的各自插銷(19)自由地轉動，前述輥之周圍接觸由前述第二圓柱環形體(20)承載的各自凸輪輪廓。
  7. 如請求項1或2所述之轉台，其中前述第一圓柱環形體(15)在其外部周圍表面上具有至少一個空腔(34)，前述輔助空心的軸桿(36)具有至少一個鉸齒(35)，前述至少一個鉸齒(35)可與前述空腔(34)轉動地接合並能與其相對軸向平移。
  8. 如請求項1至7中任一項所述之轉台，其中其包含一預載軸向偏位構件，其位於前述第二圓柱環形體(20)與一止動構件之間，前述止動構件包含有形成於前述軸桿(3)中的一軸向凸肩(25)。
  9. 如請求項8所述之轉台，其中前述預載偏位構件係為位於與該工具夾持圓盤(5)之前述軸桿(3)同心的一盤形彈簧(24)，前述止動構件可藉由一填隙片(26)之插入調整，以將所需的預力負載傳達至該盤形彈簧。
  10. 如請求項1至9中任一項所述之轉台，其中該電動伺服馬達之轉動軸與該工具夾持圓盤(5)之轉動的軸桿(3)同軸。
  11. 如請求項1至10中任一項所述之轉台，其中該伺服馬達(6)之轉動軸相對於該工具夾持圓盤(5)之轉動軸偏移，並透過插入其間的運動構件與之連接。
  12. 如請求項1至11中任一項所述之轉台，其中當由前述第一圓柱環形體(15)承載的該等凸輪從動件接觸由該第二圓柱環形體(20)承載的該等凸輪輪廓(17)之該等側面(17d)時，且當前述第一圓柱環形體(15)在該彈性裝置(16)的一預載下方時，它們適宜將前述伺服馬達(6)所產生的該等角位移傳遞至該工具夾持圓盤(5)之軸桿(3)。
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