TWI434743B - 自動饋入及卸除裝置及其操作方法 - Google Patents

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TWI434743B TW097134544A TW97134544A TWI434743B TW I434743 B TWI434743 B TW I434743B TW 097134544 A TW097134544 A TW 097134544A TW 97134544 A TW97134544 A TW 97134544A TW I434743 B TWI434743 B TW I434743B
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Description

自動饋入及卸除裝置及其操作方法 發明領域
本發明係有關於根據申請專利範圍獨立項第1項之一種用以自動饋入胚料或半成品工作件至機械工具(特別是一CNC車床)，及自動卸除經機械加工之該工作件的裝置，且本發明係有關於一種根據申請專利範圍第6項之操作此裝置的方法。
 發明背景
除了主要用於具有多數工作站(輸送機)之機械工具之極大批生產程序的自動機器之外；兩種用以饋入(或根據另一常見術語為裝載)意欲由機器加工之胚料或半完成工作件至機械工具及/或卸除由機器加工之工作件的自動裝置可被區別分類為兩種型式，也就是門型裝載機及已知的棒材送料機。
棒材送料機(例如本發明之發明者所設計且描述於EP－0 900 612中的類型)配置於車床之車頭或心軸的後部。該送料機已經存在市場上約50年，且係用於加工因長度的緣故而被排除進入心軸前方之加工空間的棒材(於大部分CNC車床，此可進入的區域平均延伸的長度為約0.3至0.6公尺，而所謂的短棒材長度界於約1至1.5公尺)。儘管這些送料機可自動供給車床這類型棒材，但仍然遭受重大的缺點。首先，主要缺點係有關於棒材的殘屑。事實上，為了 獲得高精確性之由機器加工的工作件，必須預防棒材的任何浮動，其意味著，精確引導車床之心軸中的棒材之必要性。藉由引入車床之心軸及其內徑與原料(即該棒材)的直徑一致的至少一漸縮元件(管或套筒)，可確保此精確的引導；然而其使棒材的殘屑不可能被抓住，即不可能從心軸後部抽出殘屑。因此，該棒材的殘屑總是會由車床的機械加工區域向前拋出至切屑輸送帶。然而，此棒材的殘屑可輕易地達到5公斤或甚至更重，且其等之掉落不只造成輸送帶的損害，也損害位於掉落路線上的所有部件。當考慮到具有至少四個軸的新式車床，其中工具轉台會直接位於加工區域的下方(即掉落的路線上)時，此嚴重的缺點會更擴大。可了解的是，於多重轉台車床使用前述類型的送料機似乎是審慎考慮的或甚至實際上是不相容的。再者，或許為較不嚴重但仍然相當困擾的缺點是，實際上由機器加工的工作件回收後係成推，而非由一控制的方法自動地置於貯藏區域的所欲位置或置於供檢驗用的試驗台，此檢驗尤其對高精確的部份而言是絕對必須的。
門型裝載機係用以自動饋入除了上述關於送料機所述的棒材以外之胚料或半完成的工作件，並於機器加工後自動地卸除此物件，，即夾定部件、軸的長度大部分是在250至500 mm範圍內、及鑄件(cast parts)。此裝載機在20年前已經出現於市場上，且雖然此裝載機沒有前述關於棒材送料機的缺點，但其無法透過心軸自動供給棒材給車床或其他切削機(machining centers)。且除了不可能自動供給棒 材給車床之外，甚至手動供給此型式的物件(棒材)也似乎不可能，因為實際上幾乎於所有案例中，錨固於地面上的門架阻礙了任何進入心軸後部的路徑。
因此數十年來，物件的製造業者，主要為轉包商，已在自動饋入裝置之每次採購中面臨問題，此問題的重要性增長至或許會妨礙現今企業的發展或成長的程度。事實上，這些製造業者通常不知道他們將來將會製造甚麼：持續至今所執行之機器加工作業的類型(例如棒材的機械加工)；或者相反地，適於市場之必要調整(涉及例如夾定部件或鑄件的加工，以取代或補足棒材的加工)。現今，當購買自動裝置的兩種型式其中之一將容許機械加工，例如夾定部件和鑄件，但非棒材，且反之亦然，製造業者無論如何必須有能力適應於所有臨時的可能性，除非藉由每種型式的裝置購買至少一個以實質增加財務投資。再者，市場及機械工具雙方面的雙重發展，導致增加變換的頻率，且要求製造業者有能力於工作上件執行越來越複雜的機器加工作業，其涉及使用裝備數個轉台及加工軸之多用途的機械工具。
 發明概要
本發明之目的在於解決此問題且附帶地克服前述討論之兩種型式的裝置－棒材送料機及門型裝載/卸除機－的缺點，藉由容許有利地實施本發明之申請專利範圍獨立項第1項及依附項之特徵部分定義的裝置，提供解決辦法。
此等裝置使得該裝載/卸除裝置成為具有最適化適應性之工具，其藉由提供下列至少一項而成為真正通用的：－自動供給夾定部件、軸、及鑄件通過機械加工的空間，例如自前側引入此等物件入機械工具的車床心軸或筒夾之中；－從後方及經由該機械工具的心軸自動輸送棒材；－於機器加工作業後，控制地卸除所有該等工作件(貯藏或入庫，及可能的機器加工測量公差的檢驗)；－當該車床用以機器加工棒材時，回收超出該車床之機器加工區的棒材殘屑(棒材的末端部份)；－在最短時間內，進行處理一特定類型物件(例如鑄件)與處理另一類型物件(例如棒材)之間之變更的轉換；－當使用雙重心軸車床時，同時機器加工一棒材與另一工作件(夾定部件、軸、或鑄件)的可能性，該棒材係夾定於左側的車床心軸，且已由後方經由左側心軸饋入，該工作件係夾定於右側的車床心軸，且已由前方經由機械加工空間饋入。
所有上列皆係最低成本。
圖式簡單說明
現將參考附圖之描述本發明之裝載/卸除裝置的一示範性較佳實施例。
第1A圖顯示出該裝置的概要立體圖，第1B圖顯示出與移除部份的第1A圖相似的視圖， 第2圖顯示出根據第1A圖中之箭頭F的裝置的前視圖，第3圖顯示出根據第1A圖中之箭頭R的裝置的後視圖，第4圖顯示例示說明從棒材饋入機的一斜面傳送待機器加工的棒材至心軸的中心的概要圖，第5和6圖顯示出第4圖的細節，第7圖顯示出一多用途工作件的裝載及卸除頭，第8和9圖顯示出在機械加工空間中，捉住由棒材機械加工而成的一工作件，第10圖顯示位在待卡住及待機械加工之工作件上方或正好已放置之工作件的位置之裝載/卸除頭，以及第11、12、和13圖顯示出在機械加工一棒材後回收棒材殘屑的程序。
應注意到的是，該圖示比例並非一致的。
 較佳實施例之詳細說明
於下文中稱為通用型裝置的自動工作件裝載/卸除裝置1，於第1A、1B圖(立體圖)、第2圖和第3圖(分別為根據1A圖中之箭頭F和R的正視圖及後視圖)的概要圖中加以例示說明。在車床2的機械加工空間5係為可見的情況下，必須由切削機向後配置，且於機械加工空間中，在車頭或心軸3的延長線上之車床心軸4具有軸3A。
通用型裝置1包含一自動裝載/卸除門架50，其具有整合型棒材饋入裝置20及可移除之特定的或多用途的倉槽10，即此倉槽10係為了待機械加工之不同類型的胚料或半 完成的工作件及/或為了經機械加工的工作件而準備。於此範例中，倉槽10係為多用途的型式，因為其一方面可容納棒材，另一方面也可容納其他工作件，例如夾定部件、鑄件、及/或軸。通用型裝置1更包含輔助元件，即供容納殘餘物與不良品的回收箱6，及一檢測與測量區塊7。
門架50具有一由兩個垂直樑51，52組成的框架，該等垂直樑之上端係由水平樑53連接並形成一倒U的形狀，每一垂直樑係由與水平樑垂直地延伸的樑54所形成的基底部來支撐。一方面，此框架的上端部份支撐導樑55，一載架56沿著該導樑55於Y軸(Y軸正反方向)上位移，及一於Z軸(方向Z＋ 及Z－ )垂直位移的樑57係連接於該導樑55，且一多用途頭40係固定於該垂直位移的樑57之下部。另一方面，一導樑30係固定於界在該倒U形框架之垂直樑間的框架的水平樑53上，一馬達31與載架21係個別地配置於該導樑30的上部及下部，且馬達31與輸送架21係藉由一為了容置於導樑30中的移動傳動裝置32而彼此互相連接，於本範例中，該移動傳動裝置係由為馬達31所驅動的螺桿，以便使載架21以一定的距離於W軸(方向W＋ 及W－ )垂直地位移。於一變化中，導樑30可被省略，且所有前述之與其連接的元件可連接至直垂樑51或52其中之一。於一變化中，該門架50可設計成導樑55及因此樑57能夠額外地於與軸Y及Z垂直之未繪出的水平軸上移動。該框架及因此支撐在該框架上的元件係較佳地以已決定的有限距離d(第2圖中的D＋和D－箭頭)，於平台8上橫向地移動，即與車床的心軸之軸 線3A垂直地移動。
第7圖係例示說明一配置於樑57下部部份的多用途頭40之範例。此多價頭包含一基座41及一轉台42。該轉台係架設於該基座之一傾斜45°的平面43上，並且可環繞軸44滑動。轉台42包含具有個別顎夾46和48的二車床心軸45和47。因此，藉由從第7圖所例示說明的位置使轉台轉動180°，原本在水平位置的車床心軸45將位在另一個車床心軸47的垂直位置，反之亦然。可了解的是，熟習此技藝者可領悟其他更特定適於已知類型工作件的其他形式之頭及轉台(例如具有用於裝載/卸除軸之二心軸)。
工作件/經機械加工之工作件倉槽10係配置於載架21對面。如上文所示，該所例示說明的倉槽係為多用途的形式，且於其上部區段包含了一系列可放置工作件的抽屜11、12、和13(胚料或半完成之夾定部件、軸、及/或鑄件、及/或經機械加工的夾定部件、軸、及/或鑄件和由棒材機械加工的部件)。每個抽屜皆各自裝備了一致動拖架14。至少有一個具斜面的台15(見第3、4及5圖)位於該倉槽下部區段，即位於上述提及的抽屜下方，在該台上放置待機械加工的連續的棒材18。連續的棒材18的第一棒材18A係由肩部16擋住(或者於一未繪出的變化中，係藉由可縮回的擋止部擋住)，該肩部具有卡緊台之平面的溝槽17(見第6圖)。
一用以饋入未加工或半完成的棒材於車床之裝置20係連接於載架21，該裝置基本上即為一V形工作台與一推動器的總成，其結構與作用類似於序言中所提及的EP－0 900 612 中所詳細敘述之一般稱為棒材送料機之裝置，象徵性地在第1B圖中由倉槽被移除的位置之V形工作台22所代表。爪23係由其所連接之V形工作台22下方延伸，該等爪係配置於傾斜之台的溝槽17之對面，使得爪23能通過溝槽17。如上述所提及，載架21及因此載架21和工作台22的總成係在馬達31的作動之下沿W軸垂直位移，另一方面，工作台22和爪23的總成係進一步地在透過致動托架24與工作台22接合的馬達25的作動之下，於X軸(方向X＋ ，X－ )上水平位移。
從棒材機械加工成一工作件的循環如下。
第一階段(見第4和5圖)係由將第一棒材18A(即肩部16所擋住的棒材)，自台15傳遞至工作台22，及至軸18C與心軸3的軸線3A(第3和5圖)重疊的位置所組成。此傳遞係藉由執行沿著W軸(載架及工作台和爪的總成)和X軸(僅工作台和爪的總成)之適當的移動而完成，概要如第4圖中所示，同時棒材18B係靠著下肩部16靜止於一等待位置。
第二階段係由下列動作所組成：基於自棒材18A機械加工第一工作件，藉由根據前述EP－0 900 612中所詳述的已知方法的推動器，將該棒材引入心軸，直至達到車床心軸4外部的預定位置；；及於棒材已夾定於心軸4之後，接著進行機械加工操作。
當機械加工完成後，第三階段係由下列動作所組成：藉由應用已知且一般常用的程序中之一，例如分離及扭轉，從該棒材的剩餘物中分離經機械加工的工作件，及也許在通過檢驗與測量工作台7之後，將該工作件放置於貯藏 庫。
根據第8圖，於分離完成至材料細長條(元件符號26)之後，於適當定位多用途頭40之轉檯42之車床心軸後，將經機械加工之工作件緊握於該車床心軸中；接著轉動車床的車床心軸4，以導致該長條斷裂及達到釋放經機械加工之工作件27A。在此之後，該經機械加工之工作件可－藉由在Y及Z軸上進行適當的移動－直接地或間接地，亦即通過檢驗與測量工作台之後，傳遞至倉槽10，，以有條理的方式貯藏，除非發現瑕疵(例如無法滿足測量公差)，於此情況，該經機械加工之工作件將被丟入回收箱(見第10圖，其假定經機械加工之工作件27A係嵌入抽屜12之未參考的袋套)。
第11、12及13圖顯示出於棒材完全經機械加工之後，回收留在車床心軸4中的材料殘餘物28(或棒材殘屑)的操作順序。為此目的，多用途頭40係置於該棒材殘屑對面，該多用途頭40之一車床心軸裝配有一直徑顯著大於棒材直徑的回收管29，如此軸28A可收容該棒材殘屑。繼而於推動器(未參考)的作動之下，將該棒材殘屑由車床心軸4中抽出(第12圖)。縮回車床心軸4並將其引導至為饋入新的棒材至心軸的位置；同時，回收管29係置於回收箱6上方(藉由執行於Y軸和Z軸的移動)，藉由以軸44轉動轉台將棒材殘屑倒入回收箱6(見上述及第13圖)。
供給車床除棒材外之其他工作件(夾定部件、軸、鑄件)，及於機械加工操作結束後移除工作件，係由一已知程 序完成：即待機械加工之工作件係依一有條理的方法貯存，例如置於倉槽10之抽屜有適當橫斷面(未顯示)的袋套(舉例而言，在第3圖中可看見三個及在第4圖中可看到四個)，其倉槽10係依已決定的方式置於門架之框架的對面。參閱第10圖，其假定抽屜13(之前係被視為抽屜12)容納待機械加工之工作件27B，可以看見的是，放置多用途頭40係定位以供緊握一明確的工作件，以致能將此工作件傳遞至機械加工空間5，並將其放入車床的車床心軸4之中。當工作件被夾定，且該裝載及卸除臂已自機械加工區域移開之後，工作件27B立即被機器加工。當機械加工操作完成之後，發生反向的傳遞，在此方面係以上文提到之同樣的方法。此外，在其貯藏之前，該機器加工完成之工作件也可遞送至檢驗與測量工作台。
可了解的是，可執行其他階段，例如有鑒於第二個機械加工循環(例如未經機械加工的後端)，藉由未例示說明之任擇的裝置送回一工作件。
以一般的方式，在數值控制下，有利地執行所有上文中所描述的操作。
01‧‧‧通用型裝置的一般參考
02‧‧‧切削機/CNC車床
03‧‧‧心軸/車頭
03A‧‧‧車床心軸/心軸(mandrel/spindle)的軸線
04‧‧‧車床心軸
05‧‧‧機械加工空間
06‧‧‧剩餘材料回收箱
07‧‧‧檢驗及測量區塊
08‧‧‧框架平台
10‧‧‧未加工或半完成及/或經機械加工的工作件之倉槽
11‧‧‧工作件抽屜
12‧‧‧工作件抽屜
13‧‧‧工作件抽屜
14‧‧‧致動拖架
15‧‧‧傾斜台/面
16‧‧‧台15的下肩部
17‧‧‧位於下肩部16卡在台之平面的溝槽
18‧‧‧棒材
18A‧‧‧第一棒材
18B‧‧‧第二棒材
20‧‧‧棒材饋入裝置/自動棒材饋 入機
21‧‧‧載架
22‧‧‧工作台
23‧‧‧爪
24‧‧‧致動拖架
25‧‧‧驅動馬達(X＋ 、X－ 方向)
26‧‧‧材料的細長條(分開的)
27A‧‧‧經機械加工之工作件
27B‧‧‧待機械加工之工作件(夾定部件)
28‧‧‧殘餘物
29‧‧‧回收管
30‧‧‧導樑(W＋ 、W－ )
31‧‧‧馬達(沿W軸驅動)
32‧‧‧螺桿
40‧‧‧多用途頭(裝載/卸除)
41‧‧‧基座
42‧‧‧轉台
43‧‧‧共同傾斜滑動面
44‧‧‧轉動軸(傾斜45°)
45‧‧‧車床心軸
46‧‧‧車床心軸45的顎夾
47‧‧‧車床心軸
48‧‧‧車床心軸47的顎夾
50‧‧‧門架
51‧‧‧垂直樑
52‧‧‧垂直樑
53‧‧‧倒U形的上部水平樑
54‧‧‧底部樑
55‧‧‧上部水平導樑(Y)
56‧‧‧導樑55上的載架(Y軸方向位移)
57‧‧‧Z軸方向位移樑
第1A圖顯示出該裝置的概要立體圖，第1B圖顯示出與移除部份的第1A圖相似的視圖，第2圖顯示出根據第1A圖中之箭頭F的裝置的前視圖，第3圖顯示出根據第1A圖中之箭頭R的裝置的後視圖， 第4圖顯示例示說明從棒材饋入機的一斜面傳送待機器加工的棒材至心軸的中心的概要圖，第5和6圖顯示出第4圖的細節，第7圖顯示出一多用途工作件的裝載及卸除頭，第8和9圖顯示出在機械加工空間中，捉住由棒材機械加工而成的一工作件，第10圖顯示位在待卡住及待機械加工之工作件上方或正好已放置之工作件的位置之裝載/卸除頭，以及第11、12、和13圖顯示出在機械加工一棒材後回收棒材殘屑的程序。
08‧‧‧框架平台
20‧‧‧棒材饋入裝置/自動棒材饋入機
21‧‧‧載架
22‧‧‧工作台
23‧‧‧爪
25‧‧‧驅動馬達(X＋ 、X－ 方向)
30‧‧‧導樑(W＋ 、W－ )
31‧‧‧馬達(沿W軸驅動)
32‧‧‧螺桿
51‧‧‧垂直樑
52‧‧‧垂直樑
53‧‧‧倒U形的上部水平樑
54‧‧‧底部樑
55‧‧‧上部水平導樑(Y)
56‧‧‧導樑55上的載架(Y軸方向位移)
57‧‧‧Z軸方向位移樑

Claims (5)

  1. 一種自動饋入及卸除裝置，其用以自動饋入毛胚或半完成工作件至機械工具，及自動卸除經機械加工完成之工作件，該機械工具特別是一CNC車床，該裝置包含：一用以支撐工作件裝載/卸除裝置的框架，該框架係至少能夠依序地或同時地在垂直的Z軸及水平的Y軸上移動，以致能將待機械加工的工作件引導通過該車床前方的機械加工空間中，及在機械加工之後，從該空間抽出該工作件；一工作件倉槽；及一用於剩餘材料或不良品的回收箱；其中該裝置包含一可經由該車床之心軸的後部裝載棒材的整合型饋入裝置，該倉槽可接收至少一待機械加工之棒材，且其中該饋入裝置包含在一馬達裝置的作動之下於W軸垂直位移的一載架、及一與爪連接的V型工作台，該工作台與爪的總成與該載架一起垂直位移，且該工作台裝備一可與該馬達裝置合作的連接裝置，並在一馬達構件的作動之下自主地於X軸水平位移。
  2. 如申請專利範圍第1項之自動饋入及卸除裝置，其特徵在於該等待機械加工之棒材係配置於該倉槽的一傾斜台上，該傾斜台的端部具有可使該等爪通過的溝槽，以便使一棒材可傳遞至該工作台上。
  3. 如申請專利範圍第2項之自動饋入及卸除裝置，其特徵 在於藉由執行X軸和W軸上的移動，將該待機械加工之棒材定位於該車床之心軸的軸上。
  4. 如申請專利範圍第1或3項中任一項之自動饋入及卸除裝置，其特徵在於該倉槽包含至少一抽屜以供貯藏待機械加工及/或經機器加工之工作件，每一個抽屜係裝備一可與該馬達構件合作的連接工具，用以打開及闔上該抽屜。
  5. 一種用於操作如申請專利範圍第1-4項中任一項之自動饋入及卸除裝置的方法，其特徵在於每次當棒材已完全機械加工完成後，即驅動裝載/卸除樑，以致能回收機械加工空間中的該棒材殘屑(bar end)，並將其傳遞至用於剩餘材料與不良品的垃圾箱。
TW097134544A 2007-09-10 2008-09-09 自動饋入及卸除裝置及其操作方法 TWI434743B (zh)

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