TWI446990B

TWI446990B - 刀具握持器轉塔

Info

Publication number: TWI446990B
Application number: TW096107763A
Authority: TW
Inventors: Bernardi Franco De
Original assignee: Duplomatic Automazione S P A
Priority date: 2005-11-11
Filing date: 2007-03-07
Publication date: 2014-08-01
Also published as: ATE446820T1; EP1785227A1; TW200836876A; EP1785227B1; ES2335220T3; DE602005017404D1

Description

刀具握持器轉塔

本發明係關於一種如申請專例範圍第1項所述之刀具握持器轉塔。

刀具握持器轉塔在本技術領域中早為眾所週知，而且，經常被用於扭轉及/或銑磨物件，可將此轉塔安裝於機器刀具的習知位置內。

刀具握持器轉塔的其中一種範例係顯示於美國專利第5,787,767號。根據上述目前本項技術的技術水平，刀具握持器圓盤係被一個含有同軸驅動軸的控制機構所驅動，此軸同驅動軸係與轉塔的縱向軸同心，且一端被連接到刀具握持器圓盤，而另一端則連接到一個例如電動馬達的外部控制單元。將電動馬達定位於轉塔的本體外側，會導致涉及成本的許多問題，這是因為需要有用於將驅動軸以及旋轉刀具握持器圓盤等互相連接起來的齒輪機構，而且，當轉塔被安裝於機器刀具上時，還會有涉及尺寸等的問題。

為了排除上述缺點，所以，在本技術中已經建議出將刀具握持器圓盤的電動驅動馬達直接放置在該刀具握持器圓盤的本體內側，其然後放置於此轉子周圍的一個同心位置上，因此，會顯著減少轉塔的軸向尺寸。這類連接方式的一種範例係顯示於美國專利申請案第2002/0170397號。該專利案雖然降低了轉塔本體的軸向尺寸等問題，但是，仍引起一連串龐大的缺點。首先，具有統一類型的徑向柄之刀具握持器，並無法被安裝於此圓盤上，除非刀具握持器圓盤的徑向尺寸增加到令人無法接受的程度，而且，也無法安裝具有旋轉徑向柄的刀具固持器。

另一種替代的方案建議將電動馬達安裝於轉塔中空本體的內側，且使轉子直接連接到刀具握持器圓盤上，此方案係揭示於美國專利第5,664,470號中。根據上述技術解決方式，電動馬達係存放於轉塔的靜止底座本體內側，定子藉由一撓性壁而被固定至靜止底座本體，而此撓性壁被放置在該定子的一端上且相對於轉塔軸橫向配置。以相同的方式，在面朝刀具握持器圓盤的側邊上，轉子藉由一管狀元件的撓性凸緣(位於轉塔軸的橫向上)而軸向連接至刀具握持器圓盤，此管狀元件係與該轉塔的軸同心。因此，在此已知的方式中，定子與轉子會自由地產生搖動，因而產生軸向移動，因而當轉子相對於轉塔的靜止本體鎖住與開鎖時，由於刀具握持器圓盤的相同軸向移動之緣故，而導致用於此轉子。因此，該種技術方案在馬達連接到刀具握持器圓盤以及轉塔本體所運用的撓性零件上會經常遭受破裂，而且，會遭遇到一些在馬達的定子與轉子之間的同軸性損失之緣故而發生的缺點，如此一來，可能會導致馬達卡住以及轉塔的無法使用。

申請人所建議的另一種方案係揭示於國際專利申請案第WO 2004/087370號。根據本技藝領域的上述技術水平，刀具握持器轉塔包含：一個靜止底座本體，其具有一個沿著縱軸延伸的凹穴；一刀具握持器圓盤，可繞著此縱向軸相對於底座本體旋轉；閉鎖機構，用以相對於底座本體鎖住與閉鎖此刀具握持器圓盤；第一環狀元件，其作用於該閉鎖機構且可以在刀具固持器圓盤的第一閉鎖位置以及刀具握持器圓盤的第二開鎖位置之間軸向移動；致動機構，用以使該第一環狀元件在閉鎖位置與開鎖位置之間移動；以及，控制機構，用以使該刀具握持器圓盤在縱向軸周圍角度上相互隔開的多個工作位置之間移動。控制機構包含一電動馬達以及一第二環狀元件，此第二環狀元件係同心式地放置在第一環狀元件內側，而且在一端軸向旋轉式地牢牢連接到刀具握持器圓盤上，而在相反端連接至電動馬達的轉子上。

上述的轉塔雖然能減少先前轉塔所存在的問題，但是，其仍存有一些缺點。首先，係關於電動馬達的轉子以及第二環狀元件之間的連接。根據上述文件所提到的實施例中，這類連接方式是由螺絲固定零件所構成，因此，需要兩個元件完美的同軸性，才能獲得馬達的最佳性能，並且能夠防止由於欠缺同軸性而導致馬達卡住的問題。當製造物件而且當安裝刀具握持器轉塔時，需要特殊的方式，如此，又導致較高的製造成本。

因此，本發明之目的是要提出一種刀具握持器轉塔，其結構與功能的特點能夠符合上述要求，而且，同時消除先前技術的技術水平之轉塔所存在的缺點。

該目的係藉由申請專利範圍第1項之刀具握持器轉塔而達成。

從以下伴隨附圖所作之較佳實施例詳細說明，能夠對依據本發明的刀具握持器轉塔之其他特徵與優點有更加明顯的了解，這些較佳實施例僅作為說明性的非限定用途。

參考附圖，元件符號1係指整個刀具握持器轉塔。

刀具握持器轉塔1包含一個靜止底座本體2，其具有一個沿著縱向軸X-X延伸的凹穴3。一刀具握持器圓盤4可以相對於此靜止底座本體2繞著一條與縱向軸X-X一致的同軸旋轉軸而以可旋轉的方式進行安裝。

透過固定機構6(例如，螺絲)而與本體2形成整體的第一環狀元件5，係被安裝到一個與軸X-X同心的位置上。此環狀元件5帶有一冠狀齒輪7，其與轉塔1的底座本體2形成一體。另一方面，此冠狀齒輪7也可以由轉塔1的底座本體2直接承載。

本身具有冠狀齒輪9的第二環狀元件8，係以同心方式定位於第一環狀元件5的內側。此環狀元件8係藉由對應的固定機構10(例如：螺絲)而固定至刀具握持器圓盤4，而且與該刀具握持器圓盤4整體地旋轉。另一方面，此冠狀齒輪9也可以藉由刀具握持器圓盤4直接承載。

本身設有面朝向冠狀齒輪7與9的冠狀齒輪12之第三環狀元件11，係被放置在凹穴3的內側。此環狀元件11可以在一個閉鎖位置以及一個開鎖位置之間軸向移動。在閉鎖位置時，冠狀齒輪12同時與冠狀齒輪7、9囓合，因此能鎖住此刀具握持器圓盤4。而在開鎖位置時，冠狀齒輪12會與冠狀齒輪7、9的齒部脫離，因而使得刀具握持器圓盤4能夠旋轉。

上述冠狀齒輪7、9與12整個界定出一個閉鎖機構，用以相對於此靜止底座本體2閉鎖並開鎖刀具握持器圓盤4。可以藉由不同的結構而實施出該閉鎖機構7、9、12，例如，藉由類似具有液壓驅動軸襯的單一或多個圓盤煞車之結合構件。

透過用以在刀具握持器圓盤4的閉鎖位置以及開鎖位置之間移動此閉鎖機構7、9、12之致動機構，可以實施出閉鎖機構7、9、12的致動。

可以供應例如加壓流體、液壓流體等到致動機構上。另一方面，供應源可以是氣動式、電子式或電磁式。

在此範例中，致動機構包含此環狀致動元件11，其可以在軸向上移動，以便閉鎖與開鎖此閉鎖機構7、9、12，也就是說，能夠與冠狀齒輪7、9、12囓合與脫離。

轉塔1另外包含控制機構，當被鎖住時，可以使刀具握持器圓盤4在縱向軸X-X周圍角度上互相隔開的多個工作位置之間移動。

控制機構包含一電動馬達，整個標示為元件符號16，其具有一個轉子元件17以及一個定子元件18，兩者均存放在轉塔1的靜止底座本體2內。

定子元件18係與轉塔1的靜止底座本體2形成一體，且被放置在凹穴3的內側並與軸X-X同軸；而轉子元件17亦放置在凹穴3內側並與軸X-X以及定子元件18同軸。

定子元件17是一單件式元件，其從定子元件18軸向延伸於靜止底座本體2的凹穴3內側，直到其頭部尾端17a面對刀具握持器圓盤4且接近後者為止，而且，定子元件在該頭部尾端17a處以軸向旋轉方式牢牢地與刀具握持器圓盤4結合。

藉此方式，轉子元件17相對於定子元件18的旋轉，會導致刀具握持器圓盤4相對於靜止底座本體2的對應旋轉。而且，電動馬達16完全整合到轉塔1內，亦即，整合到轉塔1的靜止底座本體2內，致使，轉塔1的該底座本體2其作用如同馬達本體或電動馬達16的外殼一樣。

在附圖所示的範例中，轉子元件17其頭部尾端17a藉由固定螺絲20而被固定至環狀元件8。由於此環狀元件8藉由固定螺絲10而依次被固定至刀具握持器圓盤4，所以，轉子元件17係以軸向旋轉方式牢牢地與刀具握持器圓盤4結合。

另一方面，萬一刀具握持器圓盤4承載著冠狀齒輪9的話，轉子元件可以在其頭部尾端直接固定至刀具握持器圓盤。

為了相對於靜止底座本體2而閉鎖與開鎖刀具握持器圓盤4，所以，轉子元件17可與閉鎖機構7、9、12以及致動機構11一起合作，這一點從以下的說明便能理解。

有利地，致動機構包含：一環狀元件14，此環狀元件相對於軸X-X而被安裝於凹穴3內的同軸位置上；一容室11a，用以致動閉鎖機構7、9、12的閉鎖，以及，一容室11b，用以致動閉鎖機構7、9、12的開鎖。從以下的說明將清楚明白，轉子元件17能夠與致動機構11、14一起合作，以便使此閉鎖機構7、9、12產生閉鎖與開鎖。

閉鎖容室11a係位於環狀元件11以及環狀元件14之間，而且，係藉由底座本體2的一部分內壁2a以及轉子元件17的一部分外壁17c所界定。

相反地，開鎖容室11b係藉由底座本體2的一部分內壁2a以及環狀元件5與11所界定。

轉子元件17另外具有從轉子元件17突出到底座本體2的凹穴3內之一抵靠元件19。在附圖所示的範例中，此抵靠元件19是由一環狀凸緣或肩部所組成，此凸緣或肩部是從轉子元件17朝向底座本體2的內壁2a徑向地突出到凹穴3內。

肩部19其作用如同一個用於致動機構的環狀元件14之抵靠元件。特別地，此環狀元件14係用以透過插入一軸向軸承13而抵靠在轉子元件17的肩部19上。

換句話說，肩部19能結束使閉鎖機構7、9、12產生閉鎖與開鎖的反作用力。事實上，肩部19係藉由轉子元件17而與帶有冠狀齒輪9的環狀元件8形成一體。

準備將加壓流體(典型為液壓流體)供應至閉鎖容室11a 與開鎖容室11b，另一方面，也可以使用氣動供應源。

為了在閉鎖條件下致動此閉鎖機構7、9、12，所以，將液壓加壓流體引進此容室11a內，以便軸向地移動環狀元件11。該液壓加壓流體作用於環狀元件11的一側上，使得環狀元件產生軸向移動而與齒部7、9、12結合。在另一側上，液壓流體作用於環狀元件14上，此環狀元件藉由軸向軸承13而被肩部19固持於適當位置。

肩部19藉由轉子元件17而將此反作用力傳送至帶有齒部9的環狀元件8上，以便結束作用於齒部7、9與12上的閉鎖力方式。

藉由引進加壓流體到容室11b內，而使環狀元件11產生軸向移動並與齒部7、9、12分開，藉此，獲得開鎖條件。

有利地，轉子元件17被塑形成為一個單件式中空軸，在轉子元件17的兩端17a與17b具有一個貫通的凹穴3a。，轉子元件17的凹穴3a在環狀元件8附近的固定區域，被一個具有預定徑向厚度S的圓形冠狀物所限定。此徑向厚度係根據欲傳送的扭曲應力值，以及存放螺絲構件20以便將轉子元件17的尾端17a固定至閉鎖機構7、9、12的環狀元件8所需要的徑向空間總量而定。

刀具握持器圓盤4設有一個凹穴21，而且，在圖1所示的方式中，係用以存放具有徑向柄23的刀具握持器22，用以安裝靜止刀具24。

根據圖2所示的另一實施例，刀具握持器圓盤4a缺乏內凹穴，且被設置成能夠存放具有軸向柄23a的刀具握持器 22a，用以安裝靜止刀具24a。

根據圖1與圖2的結構方案中，由於並未使用轉子中空軸17的軸向凹穴3a，所以，指向刀具握持器圓盤4或4a的尾端17a則被一可移除式橫向插塞25所關閉。以此相同方式，此相反端17b係藉由一個軸向固定至底座本體2的可移除蓋26所關閉。

根據一較佳實施例，電動馬達16是一個伺服馬達，其習知地結合至一個裝配至轉子中空軸17的位置轉換器27。

伺服馬達16與轉換器27係藉由在附圖中未顯示的電子裝置所控制。

參考圖4，對應於圖1所示的元件之轉塔101的結構元件均標示相同的元件符號。

轉塔101被配置成能夠與旋轉刀具130一起操作，此旋轉刀具被安裝於刀具握持器132的心軸131上，此刀具握持器以軸133徑向地插入於刀具固持器圓盤4上。

整個標示成元件符號134的驅動組件，就其本身而言是習知的，且被放置於刀具握持器圓盤4的凹穴21中。此驅動組件被設置成能夠使刀具130產生旋轉。旋轉移動係藉由軸向馬達136所扭轉的一驅動軸135而傳送至此組件134。此軸向馬達被固定至轉塔1的靜止底座本體2，且藉由習知一連串的驅動齒輪137、138與139而連接到驅動軸135。

驅動軸135被放置於一中空支撐元件140的內側，其橫向地通過轉子中空軸17的凹穴3a，其中，蓋子26與插塞25早已經事先移開。

凹穴3a可以被用於供流體管路的通過，或者用於電氣連接。

如圖4所示，除了具有用於旋轉刀具130的刀具握持器132之外，刀具握持器圓盤104可以裝配有用於靜止刀具24的刀具握持器22。

因此，依據本發明的轉塔可以與用於靜止刀具的刀具握持器，或者與用於旋轉刀具的刀具握持器一起使用，然而，仍可維持一個非常小的軸向與橫向尺寸。

參考圖5與6，對應於圖1所示的元件之轉塔201的結構元件均標示相同的元件符號。

轉塔201具有如同圓盤煞車的閉鎖機構。

特別地，環狀元件211的移動能夠摩擦接觸到與靜止底座本體2形成一體的環狀元件205之前表面205a，接觸到與刀具握持器圓盤4以及轉子元件17形成一體的環狀元件208之相反前表面208a，以及，接觸到正對著表面205a的環狀元件205之前表面205b，而使得一平板230被固定於環狀元件208且被放置於環狀元件205與211之間的閉鎖容室211b內。

該閉鎖機構是以與具有冠狀齒輪7、9、12的實施例所敘述之相同方式產生作用，但是卻用平板230取代此冠狀齒輪7、9、12。

特別地，當加壓流體被引進到容室211a內，且環狀元件211軸向移動而接觸到平板230並緊靠著環狀元件205 時，便發生上述煞車作用。而且，通過環狀元件14以及轉子元件17的反作用力會擠壓此環狀元件208，使其緊靠著環狀元件205。此結果就是藉由平板230與環狀元件205之間，以及環狀元件208與環狀元件205之間的摩擦力所引起的煞車作用。

被固定至環狀元件208的平板230能夠在致動機構的環狀元件211之推力下，使其本身產生軸向變形，以便能夠藉由環狀元件211的摩擦力而接觸環狀元件205。此平板230另外能確保在扭曲方向中的閉鎖堅固。

必須指出的是，也可以省略掉此平板230，因此使得環狀元件211能夠直接接觸環狀元件205。在這樣的情形中，煞車作用僅能從表面205a與208a之間的接觸衍生出來，反之，環狀元件211與環狀元件205的表面205b之間的接觸並未導致任何的煞車作用，這是由於環狀元件211在扭曲方向上並不能被認為是堅硬的緣故。在此情形中，在環狀元件11上應該要具有更高的流體壓力，在不具有平板230的情形下，環狀元件11的推力並無法產生任何的煞車作用。

相反地，當開鎖時，環狀元件208會從環狀元件205移開，且環狀元件211會返回並使平板230不會脫離環狀元件208。因此，轉子元件17會產生旋轉，但是在元件205、208、211之間並未具有任何摩擦力。

有利地，轉塔201包含兩個徑向軸承231，用以堅硬地徑向支撐著轉子元件17，因此能使其本身產生出正確的旋轉。

參考具有前齒部7、9、12的系統，要注意的是，並不需要該等徑向軸承231，這是由於在轉子元件17以及致動機構的環狀元件14之間，以及被固定於轉子17的環狀元件8以及環狀元件5之間的摩擦力，能獲得上述支撐的緣故。在這樣的一個情形中，可留下一個很小的徑向活動空間，以便在閉鎖期間能夠使閉鎖機構的前齒部7、9、12產生正確的調整。

應該要點出的是，該等徑向軸承231可以被用於具有前齒部7、9、12的方式中，然而，在閉鎖期間，仍會留下一個很小的徑向活動空間以供調整。

由於轉子元件17可以被旋轉於徑向軸承231上，所以，假如適當控制的話，當閉鎖機構處於開鎖結構內時，該轉子元件17可以代表一個轉塔用的旋轉軸。

因此，轉塔也可以變成具有一個控制旋轉軸，其中，乃是藉由馬達16來提供旋轉控制。此馬達16可以是同步的，而且，可以藉由一電子單元(圖形中並未顯示)而獲得適當控制，此電子單元係用以控制馬達的位置、速度以及角度移動。

可以從上述說明推斷得出，依據本發明的轉塔能夠符合上述要求，且能夠減少在先前引言中提到關於先前技術的技術水平所產生之缺點。

事實上，此轉塔能允許具有一個與轉塔本體同軸且完全整合至該轉塔內的直流馬達。

特別地，此電動馬達係完全整合到轉塔內，亦即，整合到轉塔的靜止底座本體內，致使，轉塔的底座本體其作用如同電動馬達的驅動本體或外殼。

而且，依據本發明，具有整合的馬達之轉塔，相對於先前技術水平所提到的轉塔來說，具有較少數量的物件。這一點不僅在製造成本上有利，而且，整個尺寸較小，因而在組裝期間具有較高的簡易性與正確性。

而且，轉塔也可以變成是一個旋轉軸，就其位置、速度以及角度移動而言，均受到控制。

而且，將電動馬達的單件式轉子元件直接固持於刀具握持器圓盤上，以及將其定位在轉塔的靜止本體內側，能使得此轉塔更為小巧，並確保驅動元件的較佳同軸性。

顯然地，為了符合一些特殊且緊急的要求，本技藝中的技術人員可以對本發明的刀具握持器轉塔產生好幾種的修變與變化，然而，這些修改與變化仍落在本發明申請專利範圍所界定並保護的範圍內。

1‧‧‧刀具握持器轉塔

2‧‧‧靜止底座本體

2a‧‧‧內壁

3‧‧‧凹穴

3a‧‧‧凹穴

4‧‧‧刀具握持器圓盤

5‧‧‧第一環狀元件

6‧‧‧固定機構

7‧‧‧冠狀齒輪

8‧‧‧第二環狀元件

9‧‧‧冠狀齒輪

10‧‧‧固定機構

11‧‧‧第三環狀元件

11a‧‧‧容室

11b‧‧‧容室

12‧‧‧冠狀齒輪

13‧‧‧軸向軸承

14‧‧‧環狀元件

16‧‧‧電動馬達

17‧‧‧轉子元件

17a‧‧‧尾端

17b‧‧‧尾端

17c‧‧‧外壁

18‧‧‧定子元件

19‧‧‧肩部

20‧‧‧固定螺絲

21‧‧‧凹穴

22‧‧‧刀具握持器

22a‧‧‧刀具握持器

23‧‧‧徑向柄

24‧‧‧靜止刀具

25‧‧‧橫向插塞

26‧‧‧可移除蓋

27‧‧‧轉換器

101‧‧‧轉塔

130‧‧‧轉子刀具

132‧‧‧刀具握持器

133‧‧‧軸

134‧‧‧驅動組件

135‧‧‧驅動軸

136‧‧‧軸向馬達

137‧‧‧驅動齒輪

138‧‧‧驅動齒輪

139‧‧‧驅動齒輪

201‧‧‧轉塔

205‧‧‧環狀元件

205a‧‧‧前表面

208‧‧‧環狀元件

211‧‧‧環狀元件

211a‧‧‧容室

211b‧‧‧容室

230‧‧‧平板

231‧‧‧徑向軸承

S‧‧‧徑向厚度

X-X‧‧‧縱向軸

圖1顯示出依據本發明轉塔的縱向剖面圖，其被設置成用於安裝靜止刀具用的徑向刀具握持器。

圖2顯示圖1中用於轉塔的刀具握持器圓盤之細節，係用以安裝靜止刀具用的軸向刀具握持器。

圖3顯示在刀具握持器圓盤的側邊上所作之圖1的轉塔之前視圖。

圖4顯示依據本發明轉塔的縱向剖面圖，其被設置成用於安裝旋轉刀具用具有徑向柄的刀具握持器。

圖5顯示依據本發明轉塔的不同實施例之縱向剖面圖，其被設置成用於安裝靜止刀具用的徑向刀具握持器。

圖6顯示圖5中所示的轉塔之閉鎖機構的細節。