TWI592253B - 可縮減換刀行程之換刀裝置 - Google Patents

Description

可縮減換刀行程之換刀裝置

本發明係有關一種換刀裝置，特別是指一種可縮減換刀行程之換刀裝置，透過馬達驅轉換刀臂接近扣刀位置時，使馬達降速並於低頻範圍內保持運轉，達到縮減換刀行程以及馬達防護之效果。

按，用於自動化加工之工具機上通常設有一換刀裝置，其設置在工具機之主軸與刀庫之間，透過驅動換刀裝置，可實現主軸與刀庫上的刀具進行交換，以使工具機進行不同之加工作業。

而然，習知換刀裝置主要透過一驅動馬達進行旋轉作動，且在換刀時，係輸入一起動頻率（約為60Hz）至驅動馬達，以便驅動換刀裝置自起始位置轉動至扣刀位置，而當換刀裝置接近扣刀位置時，則輸入一剎車指令至驅動馬達，使其逐漸地剎車並將轉速降至為零，以便使換刀裝置停留在扣刀位置上等待打刀缸進行打刀，待刀庫與主軸上之刀具抓持固定後，再將兩邊刀具進行拔刀動作，接著，再次地啟動驅動馬達，以使換刀裝置作180度旋轉，而促使兩邊刀具進行交換，以完成換刀作業。

而如圖1所示，係為習知驅動馬達動作示意圖。其於換刀裝置接近扣刀位置時，馬達需進行剎車並將轉速降至為零，而當換刀裝置於旋轉復位時，驅動馬達必須再次地將轉速從零開始提昇，如此，於換刀過程中無形地浪費換刀裝置之等待時間，增加了換刀空行程，而不利於加工作業之經濟性。再者，驅動馬達每當停止再啟動時，因啟動時須突破最大靜磨擦力加上無慣性的輔助，使得起動電流為運轉電流的數倍，也就是說較為耗電，且驅動馬達於停止再啟動如此耗損為最大，容易使馬達有過熱之問題，且電子元件易有過載之情形發生，更甚者，馬達銅線更易衰竭，因此，前述換刀裝置之驅動馬達使用壽命相對地較短，非為產業所樂見之情形。

為解決上述課題，本發明揭露一種可縮減換刀行程之換刀裝置，其利用變頻器控制馬達驅轉換刀臂，使換刀臂旋轉接近扣刀位置時，使馬達進行降速動作，並於低頻範圍內保持運轉，以減少馬達再次提昇至全運轉之時間，而能達到縮減換刀行程之目的。

為達上述目的，本發明係提供一種可縮減換刀行程之換刀裝置，其設置於一刀庫與一工具機之主軸之間，換刀裝置包括：一換刀臂；一馬達，係驅動換刀臂進行旋轉；一打刀機構，係設置於主軸頂端，並具有一打刀行程，以對一安裝於主軸之刀具，進行鬆刀、夾刀作業；一變頻器，係電性連接於馬達；一控制器，係電性連接於變頻器以及打刀機構，其中，控制器用以控制變頻器輸出一第一頻率至馬達，以使馬達進行啟動，而當換刀臂旋轉接近一扣刀位置時，控制器控制變頻器輸出一第二頻率至馬達，第二頻率低於第一頻率，以使馬達進行降速，並於低頻範圍內保持運轉。

藉此，本發明之馬達驅動換刀臂接近扣刀位置採取降速動作，而不停止運轉，緊接著執行後續之扣刀、拔刀以及交換動作，如此相較於習知結構，無須將馬達停止後再啟動，無形之中減少了馬達再次提昇至全運轉之時間，故能縮減換刀之行程。

再者，馬達無須於運轉中剎車停止後重新啟動，即能夠完成驅動換刀臂之換刀作業，如此可大大降低馬達發熱之問題，避免因馬達發熱而導致結構變形的風險；且能保護電子元件不易發生過載，以及馬達銅線不易衰竭，進而促使馬達提昇其使用之壽命，達到防護之功效。

另外，由於馬達無須在每一次換刀作業中，啟動後停止再啟動，故消耗電能較少，而能節省電費，有利於降低產業之成本。

為便於說明本發明於上述發明內容一欄中所表示的中心思想，茲以具體實施例表達。實施例中各種不同物件係按適於列舉說明之比例，而非按實際元件的比例與以繪製，合先敘明。

請參閱圖2至圖4所示，本發明之可縮減換刀行程之換刀裝置10，係設置於一工具機100上，特別係設置於一刀庫20及一主軸30之間，用以執行刀庫20之刀具201與主軸30之刀具200之換刀作業，而換刀裝置10更包括一換刀臂11、一馬達12、一打刀機構40及一電控結構。另外，電控結構部分包括一變頻器50及一控制器60。

變頻器50係與馬達12、控制器60電性連接，馬達12並受變頻器50輸入頻率，而能驅動換刀臂11進行旋轉。較佳地，係使換刀臂11於一初始位置、一扣刀位置以及一換刀位置之間轉動。

打刀機構40，係設置於主軸30頂端，並具有一打刀行程，以對安裝於主軸30之刀具200，進行鬆刀、夾刀作業。於本發明中，打刀行程為8.5至8.7mm。

控制器60，係電連接於變頻器50與打刀機構40，控制器60可內建控制程式或是輸入加工用之控制程式，用以使控制器60依控制程式之指令，使變頻器50輸入頻率至馬達12，以使馬達12啟動、降速或停止等動作。又，控制器60則能控制打刀機構40，在換刀臂11旋轉至扣刀位置時，執行鬆刀作業，以便使換刀臂11進行換刀作業。

接著，說明本發明如何達到縮減換刀行程，本發明在換刀作業過程中，控制器60用以控制變頻器50輸出一第一頻率（為60Hz）至馬達12，以令馬達12進行啟動，使換刀臂11能夠至初始位置往扣刀位置旋轉，以當換刀臂11旋轉並接近扣刀位置時，控制器60則控制變頻器50輸出一第二頻率（為20至30Hz）至馬達12，由於第二頻率低於第一頻率，則使得馬達12進行降速，並於低頻範圍內保持運轉，接著換刀臂11進行扣刀動作，以使換刀臂11扣持主軸30之刀具200，此時換刀臂11未完全停止，故能對刀具200提供約20kg之拉力，此一拉力係為主軸30所能承受之合理範圍，不致影響主軸30結構強度或是精度。隨後，等待打刀機構40執行打刀行程後，使換刀臂11可進行拔刀動作，並180度旋轉至換刀位置，即使主軸30之刀具200與刀庫20之刀具201進行交換動作，以便完成換刀作業後，換刀臂11旋轉復位。

配合圖4所示，係為本發明馬達12之動作示意圖，馬達12驅動換刀臂11接近扣刀位置時，降頻至20Hz至30Hz，而使馬達12降速且不停止運轉，緊接著執行後續之扣刀、拔刀以及交換動作，如此相較於習知結構（如圖1），無須將馬達12停止後再啟動，無形之中減少了馬達12再次提昇至全運轉之時間，即本發明再啟動時係從20Hz至30Hz爬昇至60Hz，相較於習知結構需再從0Hz爬昇至60Hz較為節省時間，故實際上可實質減少換刀作業之時間。

另外，本發明之換刀臂11於扣刀位置，藉由馬達12尚處於低轉速階段，而能對於主軸30上之刀具200提供20kg之拉力，如此打刀機構40進行打刀時，僅需要約8.5至8.7mm的打刀行程，即能夠完成鬆刀之動作，以利於後續之拔刀作業，因此，本發明相較於習知結構不需要較長之打刀行程（習知約為13mm），據此，本發明可節省約40%之打刀時間，進而使整體換刀作業時間有效地降低。

再者，由於馬達12無須於運轉中剎車停止後重新啟動，即能夠完成驅動換刀臂11之換刀作業，如此可大大降低馬達12發熱之問題，避免因馬達12發熱而導致結構變形的風險；且能保護電子元件不易發生過載，以及馬達12銅線不易衰竭，進而促使馬達12提昇其使用之壽命，達到防護之功效。

另外，由於馬達12無須在每一次換刀作業中，啟動後停止再啟動，故消耗電能較少，而能節省電費，有利於降低產業之成本。

雖然本發明是以一個最佳實施例作說明，精於此技藝者能在不脫離本發明精神與範疇下作各種不同形式的改變。以上所舉實施例僅用以說明本發明而已，非用以限制本發明之範圍。舉凡不違本發明精神所從事的種種修改或改變，俱屬本發明申請專利範圍。

100‧‧‧工具機
10‧‧‧換刀裝置
12‧‧‧馬達
30‧‧‧主軸
50‧‧‧變頻器
200、201‧‧‧刀具
11‧‧‧換刀臂
20‧‧‧刀庫
40‧‧‧打刀機構
60‧‧‧控制器

[圖1]係為習知驅動馬達之運作示意圖。 [圖2]係為本發明之結構示意圖(一)。 [圖3]係為本發明之結構示意圖(二)。 [圖4]係為本發明之馬達動作示意圖。

100‧‧‧工具機

200、201‧‧‧刀具

10‧‧‧換刀裝置

11‧‧‧換刀臂

12‧‧‧馬達

20‧‧‧刀庫

30‧‧‧主軸

40‧‧‧打刀機構

50‧‧‧變頻器

60‧‧‧控制器

Claims (2)

1. 一種可縮減換刀行程之換刀裝置，其設置於一刀庫與一工具機之主軸之間，該換刀裝置包括：一換刀臂；一馬達，係驅動該換刀臂進行旋轉；一打刀機構，係設置於該主軸頂端，並具有一打刀行程，以對一安裝於該主軸之刀具，進行鬆刀、夾刀作業；一變頻器，係電性連接於該馬達；一控制器，係電性連接於該變頻器以及該打刀機構，其中，該控制器用以控制該變頻器輸出一第一頻率至該馬達，以使該馬達進行啟動，而當該換刀臂旋轉接近一扣刀位置時，該控制器控制該變頻器輸出一第二頻率至該馬達，該第二頻率低於該第一頻率，其中，該第一頻率為60Hz，該第二頻率為20至30Hz，以使該馬達進行降速，並於低頻範圍內保持運轉。
2. 如請求項1所述之可縮減換刀行程之換刀裝置，其中，該打刀行程為8.5至8.7mm。