TWI592248B - Processing machine drive mechanism - Google Patents

Description

加工機之驅動機構

本發明是有關於一種驅動機構與機械裝置，特別是指一種交換工具用或托盤用的加工機之驅動機構。

習知一種機械裝置，如日本特開平8-197362號所揭露之綜合加工機的器具交換機械裝置，包含一受馬達驅動之驅動齒輪、一嚙合該驅動齒輪而可被帶動之被動齒輪、一可連動地連接該被動齒輪並包括一呈V型之傾斜溝槽的第一圓筒凸輪、一設置於該第一圓筒凸輪之外側並包括一內外貫穿之凸輪槽的第二圓筒凸輪、一一端可沿該傾斜溝槽滑移地穿設過該凸輪槽之移動銷，及一連接該移動銷而可被帶動旋轉及移動之移動件。該凸輪槽具有一對內外貫穿之水平溝槽，及一連接該等水平溝槽且內外貫穿之垂直溝槽。透過單一驅動源及不同的溝槽形狀設計即可進行該移動件之不同路徑的旋轉與移動的型態。然而，由於該凸輪槽為內外貫穿，故會使得該第二圓筒凸輪之強度變差，且無法將該凸輪槽形成於該第二圓筒凸輪之全周上，而使得該移動件之旋轉角度無法大幅超過180度，進而侷限了機械裝置的應用範圍。

因此，本發明之目的，即在提供一種高強度且無旋轉範圍限制之加工機之驅動機構。

於是，本發明加工機之驅動機構，適用於安裝在一框架上，並包含一第一軸件、一第二軸件、一第三軸件、一第一導引單元，及一第二導引單元。該第一軸件包括一圍繞一軸線之第一外周面。該第二軸件可旋轉且滑移地套設於該第一軸件之外側，並包括一圍繞該第一外周面之第二內周面，及一相反於該第二內周面之第二外周面。該第三軸件可旋轉且滑移地套設於該第二軸件之外側，並包括一圍繞該第二外周面之第三內周面。該第一導引單元包括一凹設於該第一外周面及該第二內周面之其中一者的第一球溝，及一第一球體。該第一球體設置於該第一外周面及該第二內周面之另外一者，並可沿該第一球溝移動。該第二導引單元包括一凹設於該第二外周面及該第三內周面之其中一者的第二球溝，及一第二球體。該第二球體設置於該第二外周面及該第三內周面之另外一者，並可沿該第二球溝移動。其中，定義該第一軸件、該第二軸件及該第三軸件之其中一者為一驅動軸，非該驅動軸之該第一軸件、該第二軸件及該第三軸件之其中一者為一引導軸，非該驅動軸及該引導軸之該第一軸件、該第二軸件及該第三軸件之其中一者為一輸出軸。該驅動軸可受驅動而繞該軸線旋轉。該引導軸固設於該框架。該輸出軸可被該驅動軸及該引導軸帶動而沿該軸線方向旋轉及移動。

於是，本發明加工機之驅動機構，包含一框架、一第一軸件、一第二軸件、一第三軸件、一第一導引單元、一第二導引單元，及一被驅動件。該第一軸件包括一圍繞一軸線之第一外周面。該第二軸件可旋轉且滑移地套設於該第一軸件之外側，並包括一圍繞該第一外周面之第二內周面，及一相反於該第二內周面之第二外周面。該第三軸件可旋轉且滑移地套設於該第二軸件之外側，並包括一圍繞該第二外周面之第三內周面。該第一導引單元包括一凹設於該第一外周面及該第二內周面之其中一者的第一球溝，及一第一球體。該第一球體設置於該第一外周面及該第二內周面之另外一者，並可沿該第一球溝移動。該第二導引單元包括一凹設於該第二外周面及該第三內周面之其中一者的第二球溝，及一第二球體。該第二球體設置於該第二外周面及該第三內周面之另外一者，並可沿該第二球溝移動。其中，定義該第一軸件、該第二軸件及該第三軸件之其中一者為一驅動軸，非該驅動軸之該第一軸件、該第二軸件及該第三軸件之其中一者為一引導軸，非該驅動軸及該引導軸之該第一軸件、該第二軸件及該第三軸件之其中一者為一輸出軸。該驅動軸可受驅動而繞該軸線旋轉。該引導軸固設於該框架。該輸出軸可被該驅動軸及該引導軸帶動而沿該軸線方向旋轉及移動。該被驅動件設置於該輸出軸上而被該輸出軸驅動。

本發明之功效是藉由該第一球溝及該第二球溝非內外貫穿該等軸件，使得該等軸件可維持高強度的特性， 且可於該等軸件之全周面上形成球溝，而達到不限制旋轉範圍的功效。

1‧‧‧框架

2‧‧‧驅動單元

21‧‧‧馬達

22‧‧‧蝸桿

23‧‧‧蝸輪

3‧‧‧第一軸件

31‧‧‧第一外周面

4‧‧‧第二軸件

41‧‧‧第二內周面

42‧‧‧第二外周面

5‧‧‧第三軸件

51‧‧‧第三內周面

52‧‧‧卡合溝

6‧‧‧第一導引單元

61‧‧‧第一球溝

611‧‧‧左下端部

612‧‧‧頂端部

613‧‧‧右下端部

62‧‧‧第一球體

7‧‧‧第二導引單元

71‧‧‧第二球溝

711‧‧‧垂直溝部

712‧‧‧水平溝部

713‧‧‧上端部

714‧‧‧下端部

715‧‧‧右端部

716‧‧‧左端部

72‧‧‧第二球體

8‧‧‧被驅動件

9‧‧‧驅動軸

10‧‧‧引導軸

20‧‧‧輸出軸

30‧‧‧保持機構

40‧‧‧保持機構

X‧‧‧軸線

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一平面剖視圖，說明本發明加工機之驅動機構之一第一較佳實施例；圖2是由該圖1之F2方向的視角之一平面圖；圖3是該第一較佳實施例之一平面剖視圖，說明一第一軸件被驅動之初始狀態；圖4是對應於該圖3之一第一及第二球體分別於一第一及第二球溝之相對位置關係示意圖；圖5是該第一較佳實施例之一平面剖視圖，說明一第二軸件被導引帶動而沿軸向朝上移動；圖6是對應於該圖5之該第一及第二球體分別於該第一及第二球溝之相對位置關係示意圖；圖7是該第一較佳實施例之一平面剖視圖，說明該第二軸件被導引帶動而繞軸向順時針旋轉；圖8是對應於該圖7之該第一及第二球體分別於該第一及第二球溝之相對位置關係示意圖；圖9是該第一較佳實施例之一平面剖視圖，說明該第二軸件被導引帶動而繞軸向順時針旋轉並停止；圖10是對應於該圖9之該第一及第二球體分別於該第一及第二球溝之相對位置關係示意圖； 圖11是該第一較佳實施例之一平面剖視圖，說明該第二軸件被導引帶動而沿軸向朝下移動；圖12是對應於該圖11之該第一及第二球體分別於該第一及第二球溝之相對位置關係示意圖；及圖13是一平面局部剖視圖，說明本發明加工機之驅動機構之一第二較佳實施例。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1與圖2，本發明加工機之驅動機構之第一較佳實施例為一工具自動交換裝置，包含一框架1、一驅動單元2、一第一軸件3、一第二軸件4、一第三軸件5、一第一導引單元6、一第二導引單元7，及一被驅動件8。

該驅動單元2設置於該框架1內，並包括一固設於該框架1內之馬達21、一可被該馬達21驅動旋轉之蝸桿22，及一嚙合該蝸桿22之蝸輪23。

該第一軸件3包括一圍繞一軸線X之第一外周面31。

該第二軸件4可旋轉且滑移地套設於該第一軸件3之外側，並包括一圍繞該第一外周面31之第二內周面41，及一相反於該第二內周面41之第二外周面42。

該第三軸件5可旋轉且滑移地套設於該第二軸件4之外側，並包括一圍繞該第二外周面42之第三內周面51。

定義該第一軸件3及該第三軸件5之其中一者為一驅動軸9，該第一軸件3及該第三軸件5之另外一者為一引導軸10，該第二軸件4為一輸出軸20。在本實施例中，該第一軸件3為該驅動軸9，該第三軸件5為該引導軸10。

該驅動軸9(該第一軸件3)可受驅動而可與該蝸輪23同軸地繞該軸線X旋轉地設置於該蝸輪23上。在本實施例中，該第一軸件3透過該蝸輪23、該蝸桿22及該馬達21而設置於該框架1上。

該引導軸10(該第三軸件5)固設於該框架1。

該輸出軸20(該第二軸件4)可被該驅動軸9及該引導軸10帶動而沿該軸線X方向旋轉及移動。

該第一導引單元6包括一凹設於該第一外周面31及該第二內周面41之其中一者的第一球溝61，及一第一球體62。該第一球體62設置於該第一外周面31及該第二內周面41之另外一者，並可沿該第一球溝61移動。

該第二導引單元7包括一凹設於該第二外周面42及該第三內周面51之其中一者的第二球溝71，及一第二球體72。該第二球體72設置於該第二外周面42及該第三內周面51之另外一者，並可沿該第二球溝71移動。

該第一球溝61及該第二球溝71之其中一者呈一引導該輸出軸20沿該軸線X方向移動的形狀。該第一球溝61及該第二球溝71之另外一者呈一引導該輸出軸20沿該軸線X方向旋轉的形狀。

在本實施例中，該第一球溝61凹設於該第一外周面31 而不貫穿該第一外周面31，並實質上呈尖點朝上之V型，且實質上沿該第一外周面31繞該軸線X半圈。該第一球體62凸設於該第二內周面41，且被一設置於該第二軸件4之底側的保持機構30所保持。該保持機構30可採用磁力之方式將該第一球體62吸附而保持，但由於該保持機構30將該第一球體62吸附而保持的手段為熟悉此項技術領域之人士所易於瞭解，且其並非本發明之特點所在，故在此不贅述其詳細手段及運作。

在本實施例中，該第二球溝71凹設於該第二外周面42而不貫穿該第二外周面42，並具有一對分別沿該軸線X方向延伸且間隔設置地垂直溝部711，及一沿環向連接於該等垂直溝部711的底端之間且實質上沿該第二外周面42繞該軸線X半圈的水平溝部712。該第二球體72凸設於該第三內周面51，且被一設置於該第三軸件5之頂側的保持機構40所保持。該保持機構40可採用磁力之方式將該第二球體72吸附而保持，但由於該保持機構40將該第二球體72吸附而保持的手段為熟悉此項技術領域之人士所易於瞭解，且其並非本發明之特點所在，故在此不贅述其詳細手段及運作。

該被驅動件8設置於該輸出軸20上而被該輸出軸20驅動。在本實施例中，該被驅動件8為一用以交換工具用或托盤用之交換臂。

參閱圖3與圖4，在說明本發明之作動程序之前，要說明的是，在以下說明之方向與位置皆以圖3作為參考 基準。在初始狀態時，該第一球體62位於該第一球溝61之左下端部611，且該第二球體72位於該第二球溝71之右邊的垂直溝部711的上端部713。

參閱圖3至圖6，此時，驅動該驅動單元2使該第一軸件3被帶動而順時針旋轉，並使本發明由該圖3作動至該圖5之狀態。藉由此旋轉作動，使得該第一球體62具有由該第一球溝61之左下端部611沿著該第一球溝61旋轉且移動至該第一球溝61之頂端部612的勢能，然而在此同時，該第二球體72因只能沿右邊的垂直溝部711朝下移動至下端部714，故限制了該第二軸件4之旋轉自由度，而只能朝該軸線X方向向上移動，最後抵達該圖5之位置。

參閱圖5與圖6，當該第一球體62位於該第一球溝61之頂端部612，且該第二球體72位於右邊的垂直溝部711之下端部714時，因該第二球體72受到右邊的垂直溝部711之下端部714的限制，該第二軸件4無法再向上移動。但由於該驅動單元2持續驅動該第一軸件3沿順時針方向旋轉，故此時該第一球體62將固定於該第一球溝61之頂端部612的位置不作動，進而帶動該第二球體72亦沿順時針方向旋轉。

參閱圖7與圖8，為該第二球體72被帶動而沿該水平溝部712之右端部715移動至左端部716的過程，此時，該第二軸件4僅進行順時針方向的旋轉作動。

參閱圖9與圖10，當由該水平溝部712之右端部715移動至左端部716時，該第二軸件4相對於初始狀態(見 圖3)實質上旋轉了180度。

參閱圖9至圖12，此時，再藉由該驅動單元2持續驅動該第一軸件3沿順時針方向旋轉，並使本發明由該圖9作動至該圖11之狀態。藉由此旋轉作動，使得該第一球體62具有由該第一球溝61之頂端部612沿著該第一球溝61旋轉且移動至該第一球溝61之右下端部613的勢能，然而在此同時，該第二球體72因只能沿左邊的垂直溝部711之下端部714朝上移動至上端部713，故限制了該第二軸件4之旋轉自由度，而只能朝該軸線X方向向下移動，最後抵達該圖11之位置。

參閱圖11與圖12，當該第一球體62移動至該第一球溝61之右下端部613，且該第二球體72移動至左邊的垂直溝部711之上端部713時，即完成將該被驅動件8沿該軸線X上升，並順時針旋轉180度，最後沿該軸線X下降之作動程序。

參閱圖1與圖2，接著，可藉由反轉該馬達21的旋轉方向，而達成將該被驅動件8沿該軸線X上升，並逆時針旋轉180度，最後沿該軸線X下降之反向作動程序。

因此，藉由該等軸件3、4、5之相互關係且該等導引單元6、7的導引，使得該被驅動件8可被帶動繞該軸線X旋轉且沿該軸線X方向移動，再藉由該第一球溝61及該第二球溝71非內外貫穿該等軸件3、4、5，使得該等軸件3、4、5即使在該等導引單元6、7進行作動的過程中，仍可維持高強度的特性，且可於該等軸件3、4、5之全周 面上形成球溝，而達到不限制旋轉範圍的功效。

本發明加工機之驅動機構包含該第一軸件3、該第二軸件4、該第三軸件5、該第一導引單元6，及該第二導引單元7。

參閱圖13，本發明加工機之驅動機構之第二較佳實施例與該第一較佳實施例相似，其差異在於該驅動軸9與該引導軸10之相對位置相互交換。

該驅動單元2設置於該框架1內，並包括一固設於該框架1內之馬達21(圖未示，可參考圖2之標號21處)，及一可被該馬達21驅動旋轉之蝸桿22。

該第一軸件3為該引導軸10而固設於該框架1。

該第三軸件5為該驅動軸9，並包括該第三內周面51，及一形成於該第三內周面51上且嚙合該蝸桿22之卡合溝52。在本實施例中，該第三軸件5透過該蝸桿22及該馬達21而設置於該框架1上。

如此，該第二較佳實施例也可達到與上述第一較佳實施例相同的目的與功效。

參閱圖1，值得一提的是，該驅動軸9亦可為該第一軸件3、該第二軸件4及該第三軸件5之其中一者，非該驅動軸9之該第一軸件3、該第二軸件4及該第三軸件5之其中一者為該引導軸10，非該驅動軸9及該引導軸10之該第一軸件3、該第二軸件4及該第三軸件5之其中一者為該輸出軸20。三者間的角色皆可隨機互換，且亦皆可達到相同的功效及目的。在本發明所揭露之二實施例中皆為 採用較佳且較為穩定的配置方式，亦即將該第二軸件4做為該輸出軸20。主因為該第二軸件4為介於該第一軸件3與該第三軸件5之間，故無論該第一軸件3亦或是該第三軸件5做為該驅動軸9皆可直接地驅動該第二軸件4，而可減少能量傳遞損失以及作動不穩定的問題，故為較佳的配置方式。

此外，該第一軸件3在本發明所揭露之二實施例中皆呈實體圓柱狀，但該第一軸件3亦可為具有足夠厚度且不被該第一球溝61貫穿之圓筒狀。

另外，該等球溝61、71之形狀、位置及形成範圍皆可視機械裝置之應用方式及驅動型態做隨意變更。例如該等球溝61、71在本發明所揭露之二實施例中皆為繞該軸線X半圈之型式，但亦可視用途將該等球溝61、71分別繞該軸線X一圈的型式。

綜上所述，藉由該第一球溝61及該第二球溝71非內外貫穿該等軸件3、4、5，使得該等軸件3、4、5可維持高強度的特性，且可於該等軸件3、4、5之全周面上形成球溝，而達到不限制旋轉範圍的功效，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧框架

2‧‧‧驅動單元

22‧‧‧蝸桿

23‧‧‧蝸輪

3‧‧‧第一軸件

31‧‧‧第一外周面

4‧‧‧第二軸件

41‧‧‧第二內周面

42‧‧‧第二外周面

5‧‧‧第三軸件

51‧‧‧第三內周面

6‧‧‧第一導引單元

61‧‧‧第一球溝

62‧‧‧第一球體

7‧‧‧第二導引單元

71‧‧‧第二球溝

711‧‧‧垂直溝部

712‧‧‧水平溝部

72‧‧‧第二球體

8‧‧‧被驅動件

9‧‧‧驅動軸

10‧‧‧引導軸

20‧‧‧輸出軸

30‧‧‧保持機構

40‧‧‧保持機構

X‧‧‧軸線

Claims (9)

1. 一種加工機之驅動機構，適用於安裝在一框架上，並包含：一第一軸件，包括一圍繞一軸線之第一外周面；一第二軸件，可旋轉且滑移地套設於該第一軸件之外側，並包括一圍繞該第一外周面之第二內周面，及一相反於該第二內周面之第二外周面；一第三軸件，可旋轉且滑移地套設於該第二軸件之外側，並包括一圍繞該第二外周面之第三內周面；一第一導引單元，包括一凹設於該第一外周面及該第二內周面之其中一者的第一球溝，及一第一球體，該第一球體設置於該第一外周面及該第二內周面之另外一者，並可沿該第一球溝移動；及一第二導引單元，包括一凹設於該第二外周面及該第三內周面之其中一者的第二球溝，及一第二球體，該第二球體設置於該第二外周面及該第三內周面之另外一者，並可沿該第二球溝移動；其中，定義該第一軸件、該第二軸件及該第三軸件之其中一者為一驅動軸，非該驅動軸之該第一軸件、該第二軸件及該第三軸件之其中一者為一引導軸，非該驅動軸及該引導軸之該第一軸件、該第二軸件及該第三軸件之其中一者為一輸出軸，該驅動軸可受驅動而繞該軸線旋轉，該引導軸固設於該框架，該輸出軸可被該驅動軸及該引導軸帶動而沿該軸線方向旋轉及移動。
2. 如請求項1所述的加工機之驅動機構，其中，該第一軸件及該第三軸件之其中一者為該驅動軸，該驅動軸可旋轉地設置於該框架上，該第一軸件及該第三軸件之另外一者為該引導軸。
3. 如請求項1或2所述的加工機之驅動機構，其中，該第一球溝及該第二球溝之其中一者呈一引導該輸出軸沿該軸線方向移動的形狀，該第一球溝及該第二球溝之另外一者呈一引導該輸出軸沿該軸線方向旋轉的形狀。
4. 如請求項3所述的加工機之驅動機構，其中，該第一球溝實質上呈V型，該第二球溝具有一對分別沿該軸線方向延伸且間隔設置地垂直溝部，及一連接於該等垂直溝部之間的水平溝部。
5. 一種加工機之驅動機構，包含：一框架；一第一軸件，包括一圍繞一軸線之第一外周面；一第二軸件，可旋轉且滑移地套設於該第一軸件之外側，並包括一圍繞該第一外周面之第二內周面，及一相反於該第二內周面之第二外周面；一第三軸件，可旋轉且滑移地套設於該第二軸件之外側，並包括一圍繞該第二外周面之第三內周面；一第一導引單元，包括一凹設於該第一外周面及該第二內周面之其中一者的第一球溝，及一第一球體，該第一球體設置於該第一外周面及該第二內周面之另外一者，並可沿該第一球溝移動； 一第二導引單元，包括一凹設於該第二外周面及該第三內周面之其中一者的第二球溝，及一第二球體，該第二球體設置於該第二外周面及該第三內周面之另外一者，並可沿該第二球溝移動；及一被驅動件；其中，定義該第一軸件、該第二軸件及該第三軸件之其中一者為一驅動軸，非該驅動軸之該第一軸件、該第二軸件及該第三軸件之其中一者為一引導軸，非該驅動軸及該引導軸之該第一軸件、該第二軸件及該第三軸件之其中一者為一輸出軸，該驅動軸可受驅動而繞該軸線旋轉，該引導軸固設於該框架，該輸出軸可被該驅動軸及該引導軸帶動而沿該軸線方向旋轉及移動，該被驅動件設置於該輸出軸上而被該輸出軸驅動。
6. 如請求項5所述的加工機之驅動機構，其中，該第一軸件及該第三軸件之其中一者為該驅動軸，該驅動軸可旋轉地設置於該框架上，該第一軸件及該第三軸件之另外一者為該引導軸。
7. 如請求項5或6所述的加工機之驅動機構，其中，該第一球溝及該第二球溝之其中一者呈一引導該輸出軸沿該軸線方向移動的形狀，該第一球溝及該第二球溝之另外一者呈一引導該輸出軸沿該軸線方向旋轉的形狀。
8. 如請求項7所述的加工機之驅動機構，其中，該第一球溝實質上呈V型，該第二球溝具有一對分別沿該軸線方向延伸且間隔設置地垂直溝部，及一連接於該等垂直溝 部之間的水平溝部。
9. 如請求項5所述的加工機之驅動機構，其中，該被驅動件為一用以交換工具用或托盤用之交換臂。