TWI397452B - 旋轉式換刀之物件加工裝置 - Google Patents

Description

旋轉式換刀之物件加工裝置

本發明係關於一種旋轉式換刀之物件加工裝置，特別是一種縮短更換加工模組或刀具所需移動之行程，以快速完成換刀作業之旋轉式換刀之物件加工裝置。

一般而言，國內外之物件加工裝置在進行刀具(或加工模組)交換時，主要仍以刀庫式或斗笠式等平移交換概念為主，其係沿X、Y及Z軸線方向移動來進行打刀及拉刀作業。

舉例而言，請參照第1圖所示，係為一種習知物件加工裝置9，其包含一機台91、一平移座92、一升降座93、數個刀具94及數個滑軌95。該機台91具有一工作平台911、二立柱912及一橫樑913，該工作平台911係藉由一第一滑軌95a可滑動的設置於該機台91，且該第一滑軌95a係沿X軸線方向設置，該工作平台911上可供置放一工件96；該二立柱912係分別設置於該工作平台911相對兩側；該橫樑913之兩端分別設置於該二立柱912頂端，並對應位於該工作平台911上，且該橫樑913沿Y軸線方向設有一第二滑軌95b。該平移座92係可滑動的設置於該第二滑軌95b，且該平移座92沿Z軸線方向設有一第三滑軌95c。

該升降座93係可滑動的設置於該第三滑軌95c，使該升降座93可經由該第二滑軌95b及第三滑軌95c相對該工作平台911產生Y及Z軸線方向的移動。該升降座93另設有一主軸931，該主軸931係以Z軸線為軸心作旋轉。該數個刀具94係設置於該工作平台911相對兩側，且該主軸931可選擇夾持該其中一刀具94，以便帶動該刀具94對該工件96進行切削加工。其中，該工作平台911形成有數個刀具孔911a，該數個刀具94之一端係對應容置於該數個刀具孔911a內，使該數個刀具94之另一端凸出於該工作平台911之上表面，以便該主軸931進行打刀及拉刀作業。

請參照第1至3圖所示，該習知物件加工裝置9在對該工件96進行切削加工的過程中，若欲更換該刀具94時，該升降座93係先帶動該主軸931及刀具94沿該第三滑軌95c上升至一初始高度(如第1圖所示)，以確保後續換刀過程中，避免該主軸931移動之空間受到其他物品干涉碰撞。

接著，該平移座92沿該第二滑軌95b移動，同時該工作平台911沿該第一滑軌95a移動，直到該主軸931與該工作平台911之刀具孔911a互相對位時，該升降座93沿該第三滑軌95c由該初始高度下降至一預定位置，使該刀具94之一端對位容置於該刀具孔911a內，且該主軸931係解除與該刀具94之間的夾持狀態，以完成打刀作業(如第2圖所示)。

然後，該升降座93沿該第三滑軌95c上升至該初始高度，且該平移座92沿該第二滑軌95b移動，直到該主軸931與該另一刀具94互相對位時，該升降座93則沿該第三滑軌95c由該初始高度下降至該預定位置，以便該主軸931進行夾持該另一刀具94，以完成拉刀作業(如第3圖所示)。

最後，該升降座93再沿該第三滑軌95c上升至該初始高度，且該平移座92沿該第二滑軌95b移動，直到該主軸931與該工件96對位，以便再對該工件96進行切削加工。

該習知物件加工裝置9主要係利用該平移座92沿該第二滑軌95b水平來回移動，該升降座93沿該第三滑軌95c垂直往復升降，以完成打刀及拉刀作業。然而，該主軸931在換刀的移動過程中同時受到該主軸931及刀具94的尺寸大小，以及僅能沿著該第二、第三滑軌95b、95c移動的諸多限制，以致該主軸931及刀具94必須繞道移動，甚至需要沿該第二滑軌95b橫跨過該工作平台911平移至該另一刀具94上，以避免與該習知物件加工裝置9之其他構件相碰撞而受損。因此，造成換刀路徑過長及換刀效率不佳的情況發生，進而影響到該習知物件加工裝置9的工作效率。基於上述原因，前述習知物件加工裝置9確實有加以改善之必要。

本發明目的係提供一種旋轉式換刀之物件加工裝置，用以解決習知技術換刀效率不佳之缺點，並提供一種縮短換刀路徑，可有效提升換刀效率之旋轉式換刀之物件加工裝置。

為達到前述發明目的，本發明所運用之技術手段及藉由該技術手段所能達到之功效包含有：一種旋轉式換刀之物件加工裝置，係包含：一固定座，具有三個滑軌及三個滑動單元，各該滑軌係分別沿著X、Y及Z軸線設置，各該滑動單元係可移動地分別結合於各該滑軌；一加工主軸，其一端設有一夾具；一刀具座，係設置於該固定座，且在Y-Z平面上與該加工主軸相對位，該刀具座具有數個刀具，各該刀具之一端朝向該加工主軸；及一轉動單元，將該加工主軸設置於該其中一滑動單元，用以帶動該加工主軸沿X軸線旋轉，使該加工主軸之夾具與該刀具座上欲更換之刀具相對以進行換刀；其中，該加工主軸具有一旋轉中心，該夾具夾持有該刀具，旋轉時該旋轉中心到該刀具座之刀具的距離大於該旋轉中心到該夾具上的刀具前端的距離。

本發明利用該加工主軸轉動的軸心位置與該夾具之間的長度，來縮短該加工主軸沿Y軸線方向所需移動之行程，使該夾具可快速與該刀具進行打刀及拉刀作業，有效提升換刀效率。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

請參照第4至10圖所示，本發明以下所述之「X軸線」係指一平行於水平面之第一軸線；以下所述之「Y軸線 」係指一平行於水平面並與該第一軸線成90°夾角之第二軸線；以下所述之「Z軸線」係指與該水平面之第一軸線、第二軸線相互垂直之第三軸線。其中，該X軸線、Y軸線及Z軸線如各圖所示，係屬熟悉該技藝者所可以理解。

請參照第4圖所示，本發明較佳實施例之旋轉式換刀之物件加工裝置較佳可應用於車床、銑床、磨床及放電加工機台等各式物件加工裝置，以藉由縮短刀具(或加工模組)更換時所需移動之行程，可快速完成多種刀具(或加工模組)的交換，有效提升換刀效率。為方便後續說明，本發明以下係以「刀具」為例進行說明。

本發明之旋轉式換刀之物件加工裝置係包含一固定座1、一加工主軸2及一刀具座3，該加工主軸2及刀具座3均設置於該固定座1。

該固定座1具有三個滑軌11及三個滑動單元12，各該滑軌11係分別沿著X、Y及Z軸線設置，各該滑動單元12係可滑動的分別結合於各該滑軌11。更詳言之，在本實施例中，該固定座1設有一底座13、二立柱14及一橫樑15，該底座13沿X軸線方向設有一第一滑軌11a，且該第一滑軌11a上呈可滑動的設有一第一滑動單元12a，使該第一滑動單元12a可於X軸線方向往復移動，且該第一滑動單元12a上可供置放一工件4。該二立柱14係相對應垂直設置於該底座13頂面；該橫樑15之兩端分別連結該二立柱13之頂端，且該橫樑15沿Y軸線方向設有一第二滑軌11b，該第二滑軌11b上呈可滑動的設有一第二滑動單元12b，使該第二滑動單元12b可於Y軸線方向往復移動 ；該第二滑動單元12b沿Z軸線方向設有一第三滑軌11c，且該第三滑軌11c上呈可滑動的設有一第三滑動單元12c，使該第三滑動單元12c可於Z軸線方向往復移動。

該加工主軸2係設置於該第三滑動單元12c，使該加工主軸2可被該第三滑動單元12c帶動，並同時沿著Y及Z軸線方向往復移動。在本實施例中，係藉由一轉動單元5連結該加工主軸2及第三滑動單元12c，該轉動單元5係可帶動該加工主軸2沿X軸線轉動，且該轉動單元5較佳可選擇使用一伺服馬達，以便精確控制該加工主軸2轉動之角度。此外，該加工主軸2之一端設有一夾具21，並藉由一動力元件(未標示)連結該夾具21，以帶動該夾具21沿Z軸線旋轉。

請參照第4及5圖所示，該刀具座3係設置於該固定座1，且在Y-Z平面上與欲進行換刀作業之加工主軸2相對位，在本實施例中，該刀具座3係選擇設置於該其中一立柱14。該刀具座3具有數個刀具31及數個容置槽32，該刀具31之兩端分別為一刃部311及一夾持部312。各該刀具31之刃部311係對應容設於各該容置槽32內，各該刀具31之夾持部312係凸伸出該容置槽32外，且朝向該加工主軸2，以便該加工主軸2之夾具21可與各該刀具31之夾持部312進行夾持或解除夾持之動作。

藉此，請再參照第5圖所示，當該加工主軸2之夾具21已結合該其中一刀具31，且該工件4設置於該第一滑動單元12a上，藉由該夾具21可沿著該第二滑軌11b及第三滑軌11c往復移動，該第一滑動單元12a則可沿著該第一 滑軌11a往復移動，使該夾具21能夠相對該第一滑動單元12a具有X、Y及Z三個軸線方向的相對移動，且透過該夾具21及該第一滑動單元12a之間的相對位移，使該夾具21與該工件4互相對位，同時該加工主軸2之動力元件係帶動該夾具21旋轉，以便該刀具31之刃部311對該工件4進行切削加工。

為方便後續說明，以下所述之「軸心點A」係指該加工主軸2的旋轉中心；以下所述之「轉動半徑」係指該軸心點A到該夾具21上的刀具31前端的距離；以下所述之「高度差」係指該軸心點A到該工件4之加工面的距離；以下所述之「間距」係指該軸心點A到該刀具座3上各該刀具31之夾持部312的距離。

請參照第6及7圖所示，當本發明之旋轉式換刀之物件加工裝置於加工過程中欲進行刀具更換時，該第二、第三滑動單元12b、12c係分別沿該第二、第三滑軌11b、11c滑動，使該加工主軸2遠離該工件4而移動至一〝換刀位置〞(如第6圖所示)。該〝換刀位置〞係指該高度差及間距均大於該轉動半徑，以避免該加工主軸2於轉動過程中與該工件4或刀具座3碰撞而受損。接著，在本實施例中，若該刀具座3之容置槽32的開口指向與Y軸線間夾角為0度，則該轉動單元5驅動該加工主軸2順時針轉動90度與Y軸線相互平行，且該夾具21與該刀具座3之其中一容置槽32相對位(如第7圖所示)。在另一實施例中，若該刀具座3之容置槽32的開口指向與Y軸線間夾角為45或負45度，則該轉動單元5亦可帶動該加工主軸2順 時針轉動45或135度，使該加工主軸2之夾具21與該刀具座3之其中一容置槽32相對位。換言之，視該刀具座3之容置槽32的開口指向與Y軸線間夾角而定，該轉動單元5可帶動該加工主軸2順時針轉動45與135度之間，使該加工主軸2之夾具21與該刀具座3之其中一容置槽32相對位。

請參照第8圖所示，該第二滑動單元12b係沿該第二滑軌11b朝向該刀具座3滑動，以便將該夾具21所夾持之刀具31的刃部311置放於該容置槽32內，此時該夾具21係解除與該刀具31之夾持部312的夾持狀態，即可完成打刀作業。又，在另一實施例中，若該容置槽32的開口指向與Y軸線間夾角為45或負45度，則該第二、第三滑動單元12b、12c係等速度分別沿該第二、第三滑軌11b、11c朝向該刀具座3滑動，使該加工主軸2相對該刀具座3呈線性移動，以便將該夾具21所夾持之刀具31對位置入該容置槽32內。由此可知，視該容置槽32的開口指向與Y軸線間夾角而定，使用者可分別控制該第二、第三滑動單元12b、12c沿該第二、第三滑軌11b、11c滑動的速度，使該加工主軸2朝向該刀具座3線性移動，以便進行打刀及拉刀作業。

又，請參照第9及10圖所示，該第二滑動單元12b沿該第二滑軌11b滑動，以帶動該加工主軸2遠離該刀具座3，使該間距大於該轉動半徑，且該第三滑動單元12c再沿該第三滑軌11c下降，使該夾具21與該刀具座3之另一刀具31的夾持部312相對位(如第9圖所示)。接著， 該第二滑動單元12b沿該第二滑軌11b朝向該刀具座3滑動，使該加工主軸2之夾具21能夠夾持該刀具31之夾持部312，以完成拉刀作業(如第10圖所示)。

最後，請參照第11圖所示，該第二、第三滑動單元12b、12c分別沿該第二、第三滑軌11b、11c滑動，使該加工主軸2回到該〝換刀位置〞，該轉動單元5即帶動該加工主軸2逆時針轉動90度，使該加工主軸2上之刀具31的刃部311朝向該工件4；且該第二、第三滑動單元12b、12c分別再沿該第二、第三滑軌11b、11c滑動，使該夾具21再次與該工件4互相對位，以便對該工件4再進行切削加工。

本發明旋轉式換刀之物件加工裝置之技術特點在於：藉由將該轉動單元5設置於該加工主軸2與該第三滑動單元12c之間，並使該刀具座3在Y-Z平面上與該加工主軸2相對位，以便該轉動單元5帶動該加工主軸2轉動朝向該刀具座3，使該加工主軸2可與Y軸線互相平行。藉此，利用該軸心點A與該夾具21之間的長度，來縮短該加工主軸2沿Y軸線方向所需移動之行程，使該夾具21可快速與該刀具31進行打刀及拉刀作業，有效提升換刀效率。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，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。

［本發明〕

1‧‧‧固定座

11‧‧‧滑軌

11a‧‧‧第一滑軌

11b‧‧‧第二滑軌

11c‧‧‧第三滑軌

12‧‧‧滑動單元

12a‧‧‧第一滑動單元

12b‧‧‧第二滑動單元

12c‧‧‧第三滑動單元

13‧‧‧底座

14‧‧‧立柱

15‧‧‧橫樑

2‧‧‧加工主軸

21‧‧‧夾具

3‧‧‧刀具座

31‧‧‧刀具

311‧‧‧刃部

312‧‧‧夾持部

32‧‧‧容置槽

4‧‧‧工件

5‧‧‧轉動單元

A‧‧‧軸心點

〔習用〕

9‧‧‧物件加工裝置

91‧‧‧機台

911‧‧‧工作平台

911a‧‧‧刀具孔

912‧‧‧立柱

913‧‧‧橫樑

92‧‧‧平移座

93‧‧‧升降座

931‧‧‧主軸

94‧‧‧刀具

95‧‧‧滑軌

95a‧‧‧第一滑軌

95b‧‧‧第二滑軌

95c‧‧‧第三滑軌

96‧‧‧工件

第1圖：習知物件加工裝置正視圖。

第2至3圖：習知物件加工裝置之換刀作動情形圖。

第4圖：本發明旋轉式換刀之物件加工裝置之立體圖。

第5圖：本發明旋轉式換刀之物件加工裝置之正視圖。

第6至11圖：本發明旋轉式換刀之物件加工裝置之作動情形圖。

1．．．固定座

11．．．滑軌

11a．．．第一滑軌

11b．．．第二滑軌

11c．．．第三滑軌

12．．．滑動單元

12a．．．第一滑動單元

12b．．．第二滑動單元

12c．．．第三滑動單元

13．．．底座

14．．．立柱

15．．．橫樑

2．．．加工主軸

21．．．夾具

3．．．刀具座

31．．．刀具

311．．．刃部

312．．．夾持部

4．．．工件

5．．．轉動單元

Claims (8)

1. 一種旋轉式換刀之物件加工裝置，包含：一固定座，具有三個滑軌及三個滑動單元，各該滑軌係分別沿著X、Y及Z軸線設置，各該滑動單元係可移動地分別結合於各該滑軌；一加工主軸，其一端設有一夾具；一刀具座，係設置於該固定座，且在Y-Z平面上與該加工主軸相對位，該刀具座具有數個刀具，各該刀具之一端朝向該加工主軸；及一轉動單元，將該加工主軸設置於該其中一滑動單元，用以帶動該加工主軸沿X軸線旋轉，使該加工主軸之夾具與該刀具座上欲更換之刀具相對以進行換刀；其中，該加工主軸具有一旋轉中心，該夾具夾持有該刀具，旋轉時該旋轉中心到該刀具座之刀具的距離大於該旋轉中心到該夾具上的刀具前端的距離。
2. 依申請專利範圍第1項所述之旋轉式換刀之物件加工裝置，其中該加工主軸沿X軸線轉動之角度介於45與135度之間。
3. 依申請專利範圍第1或2項所述之旋轉式換刀之物件加工裝置，其中該加工主軸沿X軸線轉動之角度為90度。
4. 依申請專利範圍第1項所述之旋轉式換刀之物件加工裝置，其中該刀具座設有數個容置槽，各該刀具設有一刃部及一夾持部，各該刀具之刃部係對應容設於各該容 置槽內，各該刀具之夾持部係凸伸出該容置槽外，並朝向該加工主軸。
5. 依申請專利範圍第1項所述之旋轉式換刀之物件加工裝置，其中該固定座設有一底座及二立柱，該二立柱係相對應垂直設置於該底座頂面。
6. 依申請專利範圍第5項所述之旋轉式換刀之物件加工裝置，其中一滑軌係沿X軸線方向設置於該底座，且另外兩滑動單元的其中之一設置於該滑軌上，該刀具座設置於該其中一立柱。
7. 依申請專利範圍第1項所述之旋轉式換刀之物件加工裝置，其中該加工主軸具有一旋轉中心，該夾具夾持有該其中一刀具，旋轉時該旋轉中心到一工件的距離大於該旋轉中心到該夾具上的刀具前端的距離。
8. 依申請專利範圍第1項所述之旋轉式換刀之物件加工裝置，其中該轉動單元為一伺服馬達。