TWI428202B - Servo positioning device for tool change mechanism of compact CNC machine - Google Patents

Description

精簡式CNC機器之換刀機構用伺服定位裝置

本發明有關於一種適用於CNC機器之換刀機構安裝之伺服定位裝置，其特徵係於一體式定位裝置中包含有馬達、驅動板及控制板，據以精確控制馬達轉子旋周數及角度，以便換刀機構正確進行刀具交換作業。

一般CNC機器(電腦數值控制Computer Numerical Control)，係利用NC程式由電腦控制的工作工具(母)機，業界統稱為CNC機器，藉由數值控制工具機各軸向間之距離，最常應用的CNC工具機包括CNC車床、CNC銑床及加工中心等工作母機。

CNC機器具有連續更換使用不同刀具及進行不同程序工作特性，因此CNC加工機器通常會配置一台刀塔、刀庫或自動刀具交換器等換刀機構，該換刀機構中一般設置有一轉盤或刀架，轉盤或刀架上呈放射狀排列有複數各種刀具、鑽頭或加工具，該換刀機構主司由轉盤或刀架內複數刀具中選擇或交換下次欲使用之正確刀具並交予CNC加工機。

但因刀具交換因涉及精密之程序及指令，尤其是對換刀機構馬達轉子定位的控制要求甚為嚴格，其轉子之旋轉周數及停止角度定位精確與否將影響刀具交換的正確性，因此如第七圖至第九圖所示，傳統如上換刀機構馬達的作業作方式，係於換刀機構外部，除了必備之CNC控制器外，額外設有動作控制器(主要內含控制器)及伺服放大器[變頻器或剎車繼電器](主要內含驅動器)，另於刀具交換器之運動機構或馬達轉子上設有編碼器或剎車器，藉由動作控制器傳輸訊號給伺服放大器、變頻器或剎車繼電器，並由運動機構或馬達之轉子上之編碼器回饋譯碼給伺服放大器、變頻器或剎車繼電器，而發出驅動或剎車指令予驅動馬達進行旋轉或停止動作。

如上所述，目前控制刀具交換器定位方式，其伺服放大器、變頻器或剎車繼電器與刀具交換器馬達本體或伺服馬達間之電源線及訊號線之複雜連結，對已相當複雜之換刀機構而言，甚感累贅，且造成刀具交換機構、電控設計人員及製造人員相當的困擾，也增加不少人工與材料費用。

另泛用伺服馬達轉子上所設編碼器，係由精密光學玻璃鏡面製成，易受震動或觸碰而損壞，若使用一般感應馬達定位，必須依賴感應馬達急速剎車之方式達成，除易造成擾人之噪音外，對馬達與剎車組件損耗甚大，因此，業者如何精簡CNC機器刀具交換定位控制裝置、路線連結及轉子定位偵測方式，實為一值得研究的課題。

鑑於傳統習知CNC機器刀具交換定位裝置之缺失，發明人據以研發完成此「精簡式CNC機器之換刀機構用伺服定位裝置」發明創作內容。

如第六圖所示，本發明技術特徵，係將等同傳統動作控制器之控制板及等同傳統伺服放大器之驅動板設置於換刀機構之馬達內，並於馬達轉子端緣設有位置檢知磁石，另於相鄰設置之控制板對應處設有轉子位置譯碼器(偵測IC)，並由轉子位置譯碼器(偵測IC)回饋訊號精確控制馬達轉子之旋轉周數及定位角度。

本發明定位方式採用位置檢知磁石及轉子位置譯碼器，精確堅固不易損壞，藉由調變馬達的速度與扭力達到定位功能，故無急剎車之噪音及馬達受損之虞。

本發明中驅動馬達之交流電輸入連接於驅動板，而控制板受CNC控制器、訊號轉板及通訊裝置輸入或設定資料並由控制板之轉子位置譯碼器回饋訊號，據以精確控制馬達轉子之行程、旋轉周數及定位角度，進而驅動CNC機器換刀機構正確由刀具轉盤中選擇或交換所需刀具，其由第六圖與第七圖至第九圖原理方塊圖比較，即可以明顯分辨本發明與傳統泛用裝置之差異。

請參第一圖及第二圖所示，本發明精簡式CNC機器之換刀機構用伺服定位裝置，主要係於永磁式或感應式馬達本體(1)一端延伸有一容納腔體(11)，其內固設有控制板(2)及驅動板(3)，容納腔體(11)另端封閉一外蓋(12)。

該永磁式或感應式馬達本體(1)上包含電源輸入線(13)及訊號輸出入連接線(14)，其轉子(15)延伸至上述容納腔體(11)一側，轉子(15)端緣上固定有一位置檢知磁石(16)。

如第三圖及第五圖所示，該控制板(2)鄰近固定於永磁式或感應式馬達本體(1)之轉子(15)端，永磁式或感應式馬達本體(1)之訊號輸出入連接線(14)，其一端電性連接於CNC控制器，另端電性連接於控制板(2)，控制板(2)上設有控制電路，且對應於轉子(15)之位置檢知磁石處設有轉子位置譯碼器(21)。

永磁式或感應式馬達本體(1)之電源輸入線(13)電性連接於驅動板(3)輸入電源，驅動板(3)上設有控制電路及驅動電路，且驅動板(3)輸出連接於永磁式或感應式馬達本體(1)之驅動線圈(17)，其輸出驅動電流可啟動轉子(15)旋轉。

據上，本發明裝置即同時具備一般CNC機器之換刀機構用伺服定位裝置中等同馬達之永磁式或感應式馬達本體(1)、等同動作控制器之控制板(2)及等同伺服放大器之驅動板(3)創作特徵。

本發明實施時，其控制永磁式或感應式馬達本體(1)轉子(15)旋轉或停止，係利用永磁式或感應式馬達本體(1)之電源輸入線(13)輸入電源於驅動板(3)，驅動板(3)按CNC控制器之指令輸出電源予永磁式或感應式馬達本體(1)之驅動線圈(17)而驅動轉子(15)旋轉。

本發明實施時，其控制永磁式或感應式馬達本體(1)轉子(15)之旋轉行程、周數及角度，係由CNC控制器之程式設定指令加上轉子位置譯碼器(21)偵測位置檢知磁石(16)之結果並回饋給CNC控制器，經邏輯運算發出之指令所執行。

(1)．．．永磁式或感應式馬達本體

(11)．．．容納腔體

(12)．．．外蓋

(13)．．．電源輸入線

(14)．．．訊號輸出入連接線

(15)．．．轉子

(16)．．．位置檢知磁石

(17)．．．驅動線圈

(2)．．．控制板

(21)．．．轉子位置譯碼器

(3)．．．驅動板

第一圖為本發明分解立體圖。

第二圖為本發明剖視圖。

第三圖為本發明組件正視圖及線路連結示意圖。

第四圖為本發明控制板側視圖。

第五圖為本發明控制板背視圖。

第六圖為本發明主要結構原理方塊示意圖。

第七圖為傳統伺服器相關產品結構原理方塊示意圖。

第八圖為傳統變頻器相關產品結構原理方塊示意圖。

第九圖為傳統剎車器相關產品結構原理方塊示意圖。

(1)．．．永磁式或感應式馬達本體

(11)．．．容納腔體

(12)．．．外蓋

(13)．．．電源輸入線

(14)．．．訊號輸出入連接線

(16)．．．位置檢知磁石

(2)．．．控制板

(3)．．．驅動板

Claims (4)

1. 一種精簡式CNC機器之換刀機構用伺服定位裝置，主要包含：一永磁式或感應式馬達本體(1)，其一端延伸有一容納腔體(11)，其內固設有控制板(2)及驅動板(3)，容納腔體(11)另端封閉一外蓋(12)，永磁式或感應式馬達本體(1)上包含連接電源端之電源輸入線(13)及連接於CNC控制器之訊號輸出入連接線(14)，其轉子(15)延伸至上述容納腔體(11)一側，轉子(15)端緣上固定有一位置檢知磁石(16)；一控制板(2)，其鄰近轉子(15)端固設於永磁式或感應式馬達本體(1)之容納腔體(11)內，永磁式或感應式馬達本體(1)之訊號輸出入連接線(14)另端電性連接於控制板(2)，控制板(2)上設有控制電路，且對應於轉子(15)之位置檢知磁石(16)處設有轉子位置譯碼器(21)；一驅動板(3)，固設於永磁式或感應式馬達本體(1)之容納腔體(11)內，永磁式或感應式馬達本體(1)之電源輸入線(13)另端電性連接於驅動板(3)輸入電源，驅動板(3)上設有控制電路及驅動電路，且驅動板(2)輸出連接於永磁式或感應式馬達本體(1)之驅動線圈(17)，其輸出驅動電流可啟動轉子(15)旋轉。
2. 如申請專利範圍第1項所述精簡式CNC機器之換刀機 構用伺服定位裝置，同時具備一般CNC機器之換刀機構用伺服定位裝置中等同馬達之永磁式或感應式馬達本體(1)、等同動作控制器之控制板(2)及等同伺服放大器之驅動板(3)。
3. 如申請專利範圍第1項所述精簡式CNC機器之換刀機構用伺服定位裝置，其控制永磁式或感應式馬達本體(1)轉子(15)旋轉或停止，係利用永磁式或感應式馬達本體(1)之電源輸入線(13)輸入電源於驅動板(3)，驅動板(3)按CNC控制器之指令輸出電源予永磁式或感應式馬達本體(1)之驅動線圈(17)而驅動轉子(15)旋轉。
4. 如申請專利範圍第1項所述精簡式CNC機器之換刀機構用伺服定位裝置，其控制永磁式或感應式馬達本體(1)轉子(15)之旋轉行程、周數及角度，係由CNC控制器之程式設定指令加上轉子位置譯碼器(21)偵測位置檢知磁石(16)之結果並回饋給CNC控制器，經邏輯運算發出之指令所執行。