TWI408021B - Simulated automatic shovel device - Google Patents

Description

仿真式自動鏟花裝置

本發明係關於一種鏟花裝置，尤指一種可方便且自動地加工出與專業師父技術相同鏟花技術的仿真式自動鏟花裝置者。

機械加工產品都會要求加工出來的產品平面度、真直度、真圓度…等能達到一定的需求，尤其由於現在的產品走向精緻化，尺寸上有越來越小的趨勢，工具機所加工出的尺寸勢必要有更加嚴謹的要求，但由於工具機「母性原理」的問題，機械加工出來的工件精度會有無法超越該工具機精度的障礙，若是依此推論，則第一代工具機加工出之工件所組裝的第二代工具機，其再加工出之工件精度將會越來越差，將產生一代不如一代的現象；然而，事實上並非如此，工具機發展至今已超過兩百年的歷史，這種現象並未發生，研究發現這都要歸功於剷花技術；剷花作業係使用人力移除微量的剷削加工，藉以矯正機械加工所遺留下來的些微誤差，而經驗豐富的師傅能夠調整出非常好的精度，將第二代工具機調整組裝出比第一代工具機還要好的加工精度，雖然了解到剷花技術對提升機械加工產品是極為重要的，但由於這項工作極為辛苦，必須經過長時間歷練才能具有一定的技術，因此願意投入這份工作的人也就越來越少；既有硬軌軌道面於裝配時均需經過精密的鏟花處理，方可進行組裝使用，其中鏟配技術主要係將硬軌滑動面較高的粗糙處鏟除，使機具的精度提昇且於鏟花凹槽(鏟斑)處能儲存潤滑油，使配合面接觸滑動時能更為平滑，大幅提高硬軌滑動面精度壽命，其中阻尼愈大(鏟斑含油)則減振的效果愈佳，加工時之動態剛性也越大(動態彈性越小)，精度也就越高，因此，鏟配技術是高精度高負荷的硬軌移動平台組立過程中奠立基礎的重要步驟，且對於整體移動平台產業的精度品質及可靠度具有決定性的影響；既有進行鏟花處理時主要係透過人工方式進行鏟花，其可分成人工鏟花與人工半自動鏟花兩大類，其中人工鏟花方式以兩大鏟花法為主，一為腰力鏟法，其主要係以手持鏟花刀柄靠在腰部，利用半蹲時瞬間站立且往前推進，使鏟花刀在工件上產生刮削，二為臂力鏟法，其係將鏟花刀柄靠在手臂上，利用瞬間力量使鏟花刀在工件上進行刮削，而人工半自動鏟花則是將一半自動的鏟花機背在肩上，啟動馬達後使鏟花刀頭產生快速的前後往返作動，進而在工件上產生刮削，藉以在硬軌軌道上鏟出一道道的微小凹坑，以便於這些微小凹坑中成儲存潤滑油，藉以減少軌道間的磨耗並提供一高精度高負荷的效果；然而，前述的人工鏟花或半自動鏟花方式雖可在軌道上產生凹坑，但既有人工進行鏟法的方式，需以人拿著鏟花刀或者提著剷花機的方式進行鏟花，皆需透過人力的方式來調整剷花的位置、深度、大小…等等，需要仰賴長久的經驗累積，加上受到產品與加工環境的影響，必須長時間的彎腰與半蹲進行加工，因此在操作上，姿勢相當不舒服，人工鏟花技術不僅不易學習且辛苦又費時，造成人才不易養成，加上人工夾持的半自動鏟花機本身相當笨重，需要相當好的技術方可進行操作，相對增加培養此相技術培養的困難度，誠有加以改進之處。

因此，本發明人有鑑於既有人工鏟花方式，不僅需長久的經驗累積方可維持鏟花品質，且鏟花技術不易學習的不足與問題，特經過不斷的研究與試驗，終於發展出一種能改進既有缺失之本發明。

本發明之目的係在於提供一種仿真式自動鏟花裝置，其係可透過精簡的結構配置方式，達到提供一可方便且自動地加工出與專業師父技術相同鏟花技術之目的者。

為達到上述目的，本發明係提供一種仿真式自動鏟花裝置，其係包含有一滑軌組、一驅動組與一鏟刀組，其中：該滑軌組係設有一結合架、一水平移動架、一垂直升降架及一刀具架，其中該水平移動架係可滑動地與該結合架相結合，該垂直升降架係可滑動地與該水平移動架相結合，而該刀具架係可轉動地與該垂直升降架相結合；該驅動組係與該滑軌組相結合且設有兩線性運動元件及一迴轉運動元件，其中兩線性運動元件係分別用以驅動該水平移動架相對該結合架產生移動與用以驅動該垂直升降架相對該水平移動架產生移動，該迴轉運動元件係固設於該滑軌組的刀具架且朝前伸出一轉動軸；以及該鏟刀組係與驅動組相結合且設有一刀具頭及一鏟花刀，其中該刀具頭係固設於該迴轉運動元件的轉動軸上，而該鏟花刀係與刀具頭相結合。

進一步，該迴轉運動元件於轉動軸的外部係套設有一角接觸的滾珠軸承，而該刀具頭係固設於該迴轉運動元件的轉動軸上且與該滾珠軸承相貼靠。

再進一步，該結合架於兩相對側邊的內表面係設有一橫向軌條，該水平移動架於兩相對側邊的外表面係分別設有一與該結合架水平軌條相結合的滑塊，且該水平移動架於兩相對側邊的內側面係分別設有一縱向軌條，該垂直升降架設有兩分別設於該垂直升降架的兩相對側邊的外表面且分別與該水平移動架的縱向軌條相結合的滑軌塊。

較佳地，該垂直升降架係設有一弧形調整長槽及一結合塊，該調整長槽係貫穿設於該垂直升降架的一側邊，而該結合塊係設於該垂直升降架設有調整長槽的側邊外表面上，該結合塊係貫穿設有一與調整長槽相連通的結合孔。

較佳地，兩線性運動元件係分別為一X軸線性運動元件及一Z軸線性運動元件，該X軸線性運動元件係固設於該結合架上，藉以驅動該水平移動架相對該結合架產生X軸方向的移動，而該Z軸線性運動元件係固設於該水平移動架上，藉以驅動該垂直升降架相對該水平移動架產生Z軸方向的移動。

較佳地，該刀具頭於前端係設有至少一結合面，而該鏟花刀係與該刀具頭的至少一結合面相結合且於前端係設有一鏟花板。

較佳地，該結合架係略呈一U形之結構且可與一工具機的主軸或者一三向滑軌裝置相結合。

藉由上述的技術手段，本發明的仿真式自動鏟花裝置，係可剷出常用且與專業鏟花師傅人工鏟花相似的的方形、三角形、半月形、千鳥形等的鏟花斑紋，且透過利用機電控制鏟花刀的路徑作動方式，不僅可避免人為因素與經驗的影響，進而剷出品質穩定且精細的鏟花斑紋，大幅提升鏟花作業的自動化與加工效率，且於迴轉運動元件上裝設一滾珠軸承，可有效避免迴轉運動元件因需帶動鏟刀組的緣故，而容易於鏟花過程中將力量直接撞擊至迴轉運動元件的軸心，進而影響迴轉運動元件使用壽命的缺失，且不會干擾軸心帶動刀具頭轉動的情形，另外，藉由滾珠軸承的固定效果，讓鏟刀組在進行剷花時，不會因撞擊力使得鏟花刀與剷削方向無法保持平行，而產生向左或向右的擺動情形，藉以提供一方便且自動地加工出與專業師父技術相同鏟花技術的仿真式自動鏟花裝置者。

為能詳細瞭解本發明的技術特徵及實用功效，並可依照說明書的內容來實施，玆進一步以如圖式所示的較佳實施例，詳細說明如后，請參閱如圖1至3所示，本發明之仿真式自動鏟花裝置，其係包含有一滑軌組10、一驅動組20與一鏟刀組30，其中：該滑軌組10係可拆卸地組裝於一CNC工具機的主軸上或者組設於一如圖1所示之三向滑軌裝置50上，該滑軌組10係設有一結合架11、一水平移動架12、一垂直升降架13及一刀具架14，其中該結合架11係略呈一U形之結構且與工具機的主軸或者三向滑軌裝置50相結合，該結合架11於兩相對側邊的內表面係設有一橫向軌條111，該水平移動架12係可滑動地與該結合架11相結合，該水平移動架12於兩相對側邊的外表面係分別設有一與該結合架11水平軌條111相結合的滑塊121，且該水平移動架12於兩相對側邊的內側面係分別設有一縱向軌條122；該垂直升降架13係可滑動地與該水平移動架12相結合且設有兩滑軌塊131、一弧形調整長槽132及一結合塊133，其中兩滑軌塊131係分別設於該垂直升降架13的兩相對側邊的外表面且分別與該水平移動架12的縱向軌條122相結合，該調整長槽132係貫穿設於該垂直升降架13的一側邊，而該結合塊133係設於該垂直升降架13設有調整長槽132的側邊外表面上，該結合塊133係貫穿設有一與調整長槽132相連通的結合孔134，而該刀具架14係如圖3所示可轉動地與該垂直升降架13相結合；該驅動組20係與該滑軌組10相結合且設有兩線性運動元件(21，22)及一迴轉運動元件23，其中兩線性運動元件(21，22)係分別為一X軸線性運動元件21及一Z軸線性運動元件22，該X軸線性運動元件21係固設於該結合架11上，藉以驅動該水平移動架12相對該結合架11產生如圖6所示之X軸方向的移動，而該Z軸線性運動元件22係固設於該水平移動架12上，藉以驅動該垂直升降架13相對該水平移動架12產生如圖7所示之Z軸方向的移動，較佳地，兩線性運動元件(21，22)係可分別為一直線步進馬達，該迴轉運動元件23係固設於該滑軌組10的刀具架14且朝前伸出一轉動軸231，較佳地，如圖4及5所示，該迴轉運動元件23於轉動軸231的外部係套設有一角接觸的滾珠軸承232，較佳地，該迴轉運動元件23係可為一伺服馬達；以及該鏟刀組30係與驅動組20相結合且設有一刀具頭31及一鏟花刀32，其中該刀具頭31係固設於該迴轉運動元件23的轉動軸231上且與該滾珠軸承232相貼靠，較佳地，該刀具頭31於前端係設有至少一結合面311，而該鏟花刀32係與該刀具頭31的至少一結合面311相結合且於前端係設有一鏟花板321。

藉由上述的技術手段，本發明仿真式自動鏟花裝置於使用時，將該驅動組的各馬達(21，22，23)與一電腦(圖未示)相電性連接，其中該電腦係設有一軸控卡與一由Lab-View所撰寫成的控制程式，使該電腦能達到控制該驅動組20的作動時序，使鏟刀組30產生如圖8所示的刺、推與挑的作動方式，進而於工件60表面產生生微小的凹坑61，其中利用Labview操控兩線性運動元件(21，22)配合迴轉運動元件23的方式，對於鏟花刀32的路徑進行規劃，進而剷出不同形狀、大小及深度的鏟花斑紋；如圖9所示先將鏟花板321下壓至工件60處，並使鏟花板321水平向前推進，最後將朝上昇起鏟花板321使其與工件60相分離，即可產生如圖14所示之方形鏟花，如圖10所示先將鏟花板321下壓至工件60處，再使鏟花板321水平向前推進並同時朝上昇起而與工件60相分離，即可產生如圖14所示之三角形鏟花，如圖11所示先將鏟花板321下壓至工件60處，再使鏟花板321水平向前推進且同時朝一側翻轉，即可產生如圖14所示之半月形鏟花，另如圖12所示先將鏟花板321下壓至工件60處，使鏟花板321水平向前推進且同時朝一側翻轉，且在向前推進一半距離時，將鏟花板321朝另一側翻轉，即可產生如圖14所示之千鳥形鏟花，其中圖13係表列出產生各種鏟花形狀時，該驅動組20各馬達(21，22，23)的作動情形。

藉由上述的技術手段並配合參看如圖14所示，本發明所研發的仿真式自動鏟花裝置，係可剷出常用且與專業鏟花師傅人工鏟花相似的的方形、三角形、半月形、千鳥形等的鏟花斑紋，且透過利用機電控制鏟花刀32的路徑作動方式，不僅可避免人為因素與經驗的影響，進而剷出品質穩定且精細的鏟花斑紋，大幅提升鏟花作業的自動化與加工效率；再則，本發明仿真式自動鏟花裝置於迴轉運動元件23上裝設一滾珠軸承232的方式，透過滾珠軸承232的傳遞方式將衝擊的力量分散至迴轉運動元件23的外部，而不會直接對於迴轉運動元件23的軸心產生撞擊，有效避免迴轉運動元件23因需帶動鏟刀組30的緣故，而容易於鏟花過程中將力量直接撞擊至迴轉運動元件23的軸心，進而影響迴轉運動元件23使用壽命的缺失，且不會干擾軸心帶動刀具頭31轉動的情形，另外，藉由滾珠軸承232的固定效果，讓鏟刀組30在進行剷花時，不會因撞擊力使得鏟花刀32與剷削方向無法保持平行，而產生向左或向右的擺動情形，藉以提供一方便且自動地加工出與專業師父技術相同鏟花技術的仿真式自動鏟花裝置者。

以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明作任何形式上的限制，任何所屬技術領域中具有通常知識者，若在不脫離本發明所提技術方案的範圍內，利用本發明所揭示技術內容所作出局部更動或修飾的等效實施例，並且未脫離本發明的技術方案內容，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。

10．．．滑軌組

11．．．結合架

111．．．水平軌條

12．．．水平移動架

121．．．滑塊

122．．．縱向軌條

13．．．垂直升降架

131．．．滑軌塊

132．．．調整長槽

133．．．結合塊

134．．．結合孔

14．．．刀具架

20．．．驅動組

21．．．X軸線性運動元件

22．．．Z軸線性運動元件

23．．．迴轉運動元件

231．．．轉動軸

232．．．滾珠軸承

30．．．鏟刀組

31．．．刀具頭

311．．．結合面

32．．．鏟花刀

321．．．鏟花板

50．．．三向滑軌裝置

60．．．工件

61．．．凹坑

圖1係本發明仿真式自動鏟花裝置組裝於一三向滑軌裝置之立體外觀示意圖。

圖2係本發明仿真式自動鏟花裝置之立體外觀圖。

圖3係本發明仿真式自動鏟花裝置之刀具架轉動操之側視示意圖。

圖4係本發明仿真式自動鏟花裝置之迴轉運動元件的側視示意圖。

圖5係本發明迴轉運動元件之滾珠軸承之局部放大剖面側視示意圖。

圖6係本發明仿真式自動鏟花裝置之水平移動架移動操之側視示意圖。

圖7係本發明仿真式自動鏟花裝置之垂直升降架移動操之側視示意圖。

圖8係本發明仿真式自動鏟花裝置鏟花加工之側視示意圖。

圖9係本發明仿真式自動鏟花裝置產生方形鏟花之操作側視示意圖。

圖10係本發明仿真式自動鏟花裝置產生三角形鏟花之操作側視示意圖。

圖11係本發明仿真式自動鏟花裝置產生半月形鏟花之操作側視示意圖。

圖12係本發明仿真式自動鏟花裝置產生千鳥形鏟花之操作側視示意圖。

圖13係本發明仿真式自動鏟花裝置產生不同鏟花形狀時，各馬達作動的狀態表格。

圖14係本發明仿真式自動鏟花裝置產生的鏟花與人工鏟花之比較圖。

10‧‧‧滑軌組

11‧‧‧結合架

111‧‧‧水平軌條

12‧‧‧水平移動架

121‧‧‧滑塊

13‧‧‧垂直升降架

131‧‧‧滑軌塊

133‧‧‧結合塊

14‧‧‧刀具架

20‧‧‧驅動組

23‧‧‧迴轉運動元件

231‧‧‧轉動軸

30‧‧‧鏟刀組

31‧‧‧刀具頭

32‧‧‧鏟花刀

321‧‧‧鏟花板

Claims (9)

1. 一種仿真式自動鏟花裝置，其係包含有一滑軌組、一驅動組與一鏟刀組，其中：該滑軌組係設有一結合架、一水平移動架、一垂直升降架及一刀具架，其中該水平移動架係可滑動地與該結合架相結合，該垂直升降架係可滑動地與該水平移動架相結合，而該刀具架係可轉動地與該垂直升降架相結合；該驅動組係與該滑軌組相結合且設有兩線性運動元件及一迴轉運動元件，其中兩線性運動元件係分別用以驅動該水平移動架相對該結合架產生移動與用以驅動該垂直升降架相對該水平移動架產生移動，該迴轉運動元件係固設於該滑軌組的刀具架且朝前伸出一轉動軸，且該迴轉運動元件於轉動軸的外部係套設有一角接觸的滾珠軸承；以及該鏟刀組係與驅動組相結合且設有一刀具頭及一鏟花刀，其中該刀具頭係固設於該迴轉運動元件的轉動軸上且與該滾珠軸承相貼靠，而該鏟花刀係與刀具頭相結合。
2. 如申請專利範圍第1項所述之仿真式自動鏟花裝置，其中該結合架於兩相對側邊的內表面係設有一橫向軌條，該水平移動架於兩相對側邊的外表面係分別設有一與該結合架水平軌條相結合的滑塊，且該水平移動架於兩相對側邊的內側面係分別設有一縱向軌條，該垂直升降架設有兩分別設於該垂直升降架的兩相對側邊的外表面且分別與該水平移動架的縱向軌條相結合的滑軌塊。
3. 如申請專利範圍第2項所述之仿真式自動鏟花裝置，其中該垂直升降架係設有一弧形調整長槽及一結合塊， 該調整長槽係貫穿設於該垂直升降架的一側邊，而該結合塊係設於該垂直升降架設有調整長槽的側邊外表面上，該結合塊係貫穿設有一與調整長槽相連通的結合孔。
4. 如申請專利範圍第3項所述之仿真式自動鏟花裝置，其中兩線性運動元件係分別為一X軸線性運動元件及一Z軸線性運動元件，該X軸線性運動元件係固設於該結合架上，藉以驅動該水平移動架相對該結合架產生X軸方向的移動，而該Z軸線性運動元件係固設於該水平移動架上，藉以驅動該垂直升降架相對該水平移動架產生Z軸方向的移動。
5. 如申請專利範圍第4項所述之仿真式自動鏟花裝置，其中該刀具頭於前端係設有至少一結合面，而該鏟花刀係與該刀具頭的至少一結合面相結合且於前端係設有一鏟花板。
6. 如申請專利範圍第5項所述之仿真式自動鏟花裝置，其中該結合架係略呈一U形之結構且可與一工具機的主軸或者一三向滑軌裝置相結合。
7. 如申請專利範圍第1項所述之仿真式自動鏟花裝置，其中該垂直升降架係設有一弧形調整長槽及一結合塊，該調整長槽係貫穿設於該垂直升降架的一側邊，而該結合塊係設於該垂直升降架設有調整長槽的側邊外表面上，該結合塊係貫穿設有一與調整長槽相連通的結合孔。
8. 如申請專利範圍第1項所述之仿真式自動鏟花裝置，其中兩線性運動元件係分別為一X軸線性運動元件及一Z軸線性運動元件，該X軸線性運動元件係固設於該結合架上，藉以驅動該水平移動架相對該結合架產生X軸方向的移 動，而該Z軸線性運動元件係固設於該水平移動架上，藉以驅動該垂直升降架相對該水平移動架產生Z軸方向的移動。
9. 如申請專利範圍第1項所述之仿真式自動鏟花裝置，其中該刀具頭於前端係設有至少一結合面，而該鏟花刀係與刀具頭的至少一結合面相結合且於前端係設有一鏟花板。