TWI637810B - Multi-axis rotary working device of processing machine - Google Patents

Abstract

一種加工機之多軸旋轉工作裝置，其包含第四軸旋轉機構及第五軸旋轉機構，該第四軸旋轉機構係於其第一基座內設有第一驅動源，該第一驅動源以第一減速器連結驅動第一轉軸，該第五軸旋轉機構係設有連結於該第一轉軸之第二基座，於該第二基座內設有第二驅動源，該第二驅動源以第二減速機連結驅動供架置加工件之第二轉軸，並使該第二轉軸與該第一轉軸的軸心相交，而可使加工件以第一轉軸與第二轉軸之軸心交點為中心作分度旋轉；藉此，利用第一、二減速器的連結驅動方式，即可確保第四、五軸旋轉機構輸出足夠的扭力，以精準的驅動加工件作分度旋轉，並達到提升加工精度及節省設備成本之實用效益。

Description

加工機之多軸旋轉工作裝置

本發明尤指其提供一種利用第一、二減速器的連結驅動方式，以確保第四、五軸旋轉機構輸出足夠的扭力，以精準的驅動加工件作分度旋轉，並可提升加工精度及節省設備成本之加工機之多軸旋轉工作裝置。

在現今，加工機為因應不同加工需求，其加工軸向已由三軸加工演進至五軸加工；請參閱第1圖所示，係坊間習知之五軸加工機10，其係設有可驅動作X-Y軸向位移之移動座11及可驅動可作Z軸向位移之加工主軸12，另於該移動座11上裝設有旋轉工作台裝置，該旋轉工作台裝置係設有一可由第四軸驅動機構13驅動作X軸向分度旋轉之台座14，並於該台座14上裝設可由第五軸驅動機構15驅動作Z軸向分度旋轉之工作台16，以供架置工件；於進行加工作業時，即以該第四軸驅動機構13驅動台座14、第五軸驅動機構15、工作台16及工件作X軸向之分度旋轉動作，該第五軸驅動機構15則驅動工作台16及工件作Z軸向之分度旋轉動作，並搭配移動座11的X-Y軸向位移動作及加工主軸12的Z軸向位移動作，以因應不同加工需求；惟，該第四軸驅動機構13及第五軸驅動機構15之旋轉驅動源一般為直驅式之伺服馬達，而可精準的驅動工作台16作任意角度的分度旋轉，以因應複雜形狀加工件之加工作業需求，然而，一般伺服馬達於低轉速驅動時，常會產生輸出扭力不足的情況，而影響驅動工作 台16作分度旋轉的精準度，為使該第四軸驅動機構13及第五軸驅動機構15可輸出足夠的輸出扭力，即必須於第四軸驅動機構13及第五軸驅動機構15配置高功率之伺服馬達，其不僅使得第四軸驅動機構13或第五軸驅動機構15整體的重量加重，且體積龐大，更大幅增加設備成本。

有鑑於此，本發明人遂以其多年從事相關行業的研發與製作經驗，針對目前所面臨之問題深入研究，經過長期努力之研究與試作，終究研創出一種加工機之多軸旋轉工作裝置，以有效改善先前技術之缺點，此即為本發明之設計宗旨。

本發明之目的一，係提供一種加工機之多軸旋轉工作裝置，其包含第四軸旋轉機構及第五軸旋轉機構，該第四軸旋轉機構係於其第一基座內設有第一驅動源，該第一驅動源以第一減速器連結驅動第一轉軸，該第五軸旋轉機構係設有連結於該第一轉軸之第二基座，於該第二基座內設有第二驅動源，該第二驅動源以第二減速機連結驅動供架置加工件之第二轉軸，並使該第二轉軸與該第一轉軸的軸心相交，而可以第四軸旋轉機構及第五軸旋轉機構分別驅動加工件，使加工件以第一轉軸與第二轉軸之軸心交點為中心作分度旋轉；藉此，利用第一、二減速器的連結驅動方式，即可確保第四、五軸旋轉機構輸出足夠的扭力，以精準的驅動加工件作分度旋轉，而達到提升加工精度之實用目的。

本發明之目的二，係提供一種加工機之多軸旋轉工作裝置，其中，該第四軸旋轉機構及第五軸旋轉機構之第一、二驅動源係分別利用第一、二減速器的連結驅動第一、二轉軸，以確保第四、五軸旋轉機構輸出足夠的扭力，而可於第四、五軸旋轉機構分別配置小功率之第一、二驅動源，以縮減整體的體積及重量，並達 到節省設備成本之實用目的。

習知部分：

10‧‧‧五軸加工機

11‧‧‧移動座

12‧‧‧加工主軸

13‧‧‧第四軸驅動機構

14‧‧‧台座

15‧‧‧第五軸驅動機構

16‧‧‧工作台

本發明部份：

20‧‧‧第四軸旋轉機構

21‧‧‧第一基座

211‧‧‧第一容置部

212‧‧‧第一抵掣環面

213‧‧‧第一供氣孔

22‧‧‧第一驅動源

23‧‧‧第一減速器

24‧‧‧第一轉軸

25‧‧‧第一定位盤

251‧‧‧第一內環部

252‧‧‧第一外環部

253‧‧‧第一間隔部

26‧‧‧第一壓掣件

27‧‧‧連結座

271‧‧‧第一承板

272‧‧‧第二承板

30‧‧‧第五軸旋轉機構

31‧‧‧第二基座

311‧‧‧第二容置部

312‧‧‧第二抵掣環面

313‧‧‧第二供氣孔

32‧‧‧第二驅動源

33‧‧‧第二減速器

34‧‧‧第二轉軸

341‧‧‧端座

3411‧‧‧套合槽

3412‧‧‧容室

342‧‧‧定位銷

343‧‧‧套管

3431‧‧‧導孔

3432‧‧‧穿槽

344‧‧‧卡掣件

345‧‧‧桿件

3451‧‧‧活塞

3452‧‧‧頂掣段

3453‧‧‧容置段

346‧‧‧彈性元件

35‧‧‧第二定位盤

351‧‧‧第二內環部

352‧‧‧第二外環部

353‧‧‧第二間隔部

36‧‧‧第二壓掣件

40‧‧‧定位治具

41‧‧‧承座

42‧‧‧套座

421‧‧‧定位槽

422‧‧‧套環

423‧‧‧套置孔

424‧‧‧擋環

50‧‧‧加工件

第1圖：係習知五軸加工機之外觀示意圖。

第2圖：本發明之結構示意圖。

第3圖：係第2圖之A部分放大示意圖。

第4圖：係第2圖之B部分放大示意圖。

第5圖：係第2圖之C部分放大示意圖。

第6圖：本發明於套接定位治具及加工件之動作示意圖(一)。

第7圖：本發明於套接定位治具及加工件之動作示意圖(二)。

第8圖：本發明於套接定位治具及加工件之動作示意圖(三)。

第9圖：本發明於驅動定位治具及加工件分度旋轉之動作示意圖。

第10圖：係第9圖之D部分放大示意圖。

第11圖：係第9圖之E部分放大示意圖。

第12圖：本發明於定位分度旋轉角度位置之動作示意圖。

第13圖：係第12圖之F部分放大示意圖。

第14圖：係第12圖之G部分放大示意圖。

第15圖：本發明於更換定位治具及加工件之動作示意圖。

為使 貴審查委員對本發明作更進一步之瞭解，茲舉一較佳實施例並配合圖式，詳述如后：請參閱第2~5圖所示，本發明之多軸旋轉工作裝置係包含第四軸旋轉機構20及第五軸旋轉機構30；該第四軸旋轉機構20係設有第一基座21，於該第一基座21內設有第一容置部211，並於該第一容置部211內裝設有一為伺服馬達之第一驅動源22，該第一驅動源22之輸出軸連結一為諧波式減速器 (Harmonic Drive)之第一減速器23，該第一減速器23之輸出端則連結第一轉軸24，而使該第一驅動源22經由該第一減速器23連結驅動第一轉軸24作分度旋轉；一第一定位結構係於該第一轉軸24上固設一第一定位盤25，該第一定位盤25設有第一內環部251及第一外環部252，該第一內環部251與第一外環部252間則設有第一間隔部253，並使該第一間隔部253厚度略小於該第一內環部251與第一外環部252之厚度，使該第一定位盤25之第一外環部252可產生微量的變形，另於該第一基座21裝設一可由流體壓力驅動壓抵該第一定位盤25之第一外環部252第一側面的第一壓掣件26，以及供抵掣該第一定位盤25之第一外環部252第二側面的第一抵掣環面212，其中，該第一定位盤25之第一外環部252的第二側面係貼合於該第一基座21之第一抵掣環面212，而可驅動第一壓掣件26壓抵該第一定位盤25之第一外環部252，使該第一壓掣件26及該第一抵掣環面212夾掣該第一定位盤25之第一外環部252，以穩固定位該第一轉軸24之旋轉角度位置；一第一氣浮結構係於該第一基座21之第一抵掣環面212上環佈設有複數個連通氣壓源(圖式中未顯示)之第一供氣孔213，以於該各第一供氣孔213輸出高壓氣體，使該第一定位盤25之第一外環部252的第二側面可與該第一基座21之第一抵掣環面212以氣浮方式微量分離，使該第一驅動源22可經由該第一減速器23連結驅動第一轉軸24作分度旋轉；該第五軸旋轉機構30係設有第二基座31，並使該第二基座31連結於該第四軸旋轉機構20之第一轉軸24；於本實施例中，該第四軸旋轉機構20之第一轉軸24係於端部固設一連結座27，以供連結該第二基座31；於本實施例中，該連結座27係概呈L型，並於該連結座27設有連結固定於該第一轉軸2 4端部之第一承板271及連結固定於該第二基座31之第二承板272，使該第一轉軸24可經由該連結座27連結帶動該第二基座31；於該第二基座31內設有第二容置部311，並於該第二容置部311內裝設有一為伺服馬達之第二驅動源32，該第二驅動源32之輸出軸連結一為諧波式減速器(Harmonic Drive)之第二減速器33，該第二減速器33之輸出端則連結第二轉軸34，使該第二驅動源32經由該第二減速器33連結驅動第二轉軸34作分度旋轉，並使該第二轉軸34與第一轉軸24的軸心相交，而可以第四軸旋轉機構20及第五軸旋轉機構30分別驅動架置於該第二轉軸34上之加工件，使加工件以第一轉軸24與第二轉軸34之軸心交點為中心作分度旋轉；於本實施例中，該第二轉軸34之軸心係正交於第一轉軸24之軸心；一第二定位結構係於該第二轉軸34上固設一第二定位盤35，該第二定位盤35設有第二內環部351及第二外環部352，該第二內環部351與第二外環部352間則設有第二間隔部353，並使該第二間隔部353厚度略小於該第二內環部351與第二外環部352之厚度，使該第二定位盤35之第二外環部352可產生微量的變形，另於該第二基座31裝設一可由流體壓力驅動壓抵該第二定位盤35之第二外環部352第二側面的第二壓掣件36，以及供抵掣該第二定位盤35之第二外環部352第二側面的第二抵掣環面312，其中，該第二定位盤35之第二外環部352的第二側面係貼合於該第二基座31之第二抵掣環面312，而可驅動第二壓掣件36壓抵該第二定位盤35之第二外環部352，使該第二壓掣件36及該第二抵掣環面312夾掣該第二定位盤35之第二外環部352，以穩固定位該第二轉軸34之旋轉角度位置；一第二氣浮結構係於該第二基座31之第二抵掣環面312上環佈設有複數個連通氣壓源(圖 式中未顯示)之第二供氣孔313，以於該各第二供氣孔313輸出高壓氣體，使該第二定位盤35之第二外環部352的第二側面可與該第二基座31之第二抵掣環面312以氣浮方式微量分離，使該第二驅動源32可經由該第二減速器33連結驅動第二轉軸34作分度旋轉；另於該第二轉軸34之前端設有套接結構，以便於該第二轉軸34快速的拆裝供架置加工件之定位治具，該套接結構係於該第二轉軸34之前端固設有端座341，該端座341之前端面上設有定位銷342，並於該端座341之中央位置設有具錐形環面之套合槽3411，另於該端座341之套合槽3411內固設一套管343，該套管343內設有導孔3431，並於外環面上環佈開設有複數個連通該導孔3431之穿槽3432，該各穿槽3432內則分別裝設有可為鋼珠之卡掣件344；一桿件345係穿伸於該套管343之導孔3431內，並於該端座341後方位置設有連通流體壓力源(圖式中未顯示)之容室3412，該容室3412內則裝設一連接於該桿件345後端之活塞3451，而以該容室3412內輸入的流體壓力推動該桿件345之活塞3451，使該桿件345往前位移，於該桿件345之活塞3451與該第二轉軸34之端座341間又環佈設有複數個彈性元件346，而以該各彈性元件346之彈力抵推該桿件345之活塞3451，使該桿件345往後位移復位，另於該桿件345之外環面上設有呈擴張斜面狀之頂掣段3452，以供抵推該各卡掣件344凸伸出該套管343之外環面，該頂掣段3452之後方位置則設有呈環槽狀之容置段3453，以提供該各卡掣件344的內縮空間，進而可控制該桿件345作軸向的往復位移，當該桿件345之頂掣段3452位移至各卡掣件344位置時，即以該桿件345之頂掣段3452抵推各卡掣件344，使該各卡掣件34 4凸伸出該套管343之外環面，以卡掣定位加工件之定位治具，當該桿件345之容置段3453位移至各卡掣件344位置時，則使該各卡掣件344可內縮而脫離卡掣供承置加工件之定位治具。

請參閱第6圖所示，本發明之多軸旋轉工作裝置係可配置於一加工機之工作台上，以作為加工機之第四軸及第五軸的旋轉工作裝置，以帶動加工件作各種角度位置的分度旋轉，並搭配由加工主軸上的刀具對加工件進行加工作業，以因應各種不同加工需求；於進行加工作業時，其係於該第五軸旋轉機構30之第二轉軸34搭配套接一定位治具40，該定位治具40係設有承座41，以供承置加工件50，並於承座41之一端設有套座42，該套座42之端面外側位置係設有定位槽421，並於中央位置設有具錐形環面之套環422，另於該套座42內部設有套置孔423，並於該套置孔423之內環面上設有具擋止斜面之擋環424。

請參閱第7圖所示，於第五軸旋轉機構30之第二轉軸34上套接定位治具40時，其係於該容室3412內輸入的流體壓力而推動該桿件345之活塞3451，使該桿件345往前位移，並使該桿件345之容置段3453位移至各卡掣件344位置，以提供各卡掣件344的內縮空間，各卡掣件344即可內縮而將定位治具40之套座42的套環422順利套合於該端座341之套合槽3411內，該套管343則穿入該套座42之套置孔423內。

請參閱第8圖所示，接著停止於該容室3412內輸入流體壓力，而利用該各彈性元件346之彈力抵推該桿件345之活塞3451，使該桿件345往後位移復位，並以該桿件345之頂掣段3452抵推各卡掣件344，使該各卡掣件344凸 伸出該套管343之外環面而卡掣該套座42之擋環424，並使該套環422之錐形環面與該端座341之套合槽3411的錐形環面相互迫緊套合，而可將定位治具40穩固套接定位於該第五軸旋轉機構30之第二轉軸34上，並使該加工件50位於該第四軸旋轉機構20之第一轉軸24與第五軸旋轉機構30之第二轉軸34的軸心相交位置。

請參閱第9、10、11圖所示，於進行加工件50之加工作業時，其係先於該第一基座21之各第一供氣孔213輸出高壓氣體，使該第一定位盤25之第一外環部252的第二側面與該第一基座21之第一抵掣環面212以氣浮方式微量分離，該第四軸旋轉機構20之第一驅動源22即可經由該第一減速器23連結驅動第一轉軸24作分度旋轉，並經由該連結座27連結帶動第五軸旋轉機構30、定位治具40及加工件50以該第一轉軸24與第二轉軸34之軸心交點為中心作分度旋轉；另相同於該第二基座31之第二供氣孔313輸出高壓氣體，使該第二定位盤35之第二外環部352的第二側面與該第二基座31之第二抵掣環面312以氣浮方式微量分離，該第五軸旋轉機構30之第二驅動源32即可經由該第二減速器33連結驅動第二轉軸34作分度旋轉，並帶動定位治具40及加工件50以該第一轉軸24與第二轉軸34之軸心交點為中心作分度旋轉，進而利用第四軸旋轉機構20及第五軸旋轉機構30分別驅動定位治具40及加工件50以該第一、二轉軸24、34之軸心交點為中心作分度旋轉，以搭配加工主軸於加工件50上執行加工作業；藉此，當驅動第一、二轉軸24、34作分度旋轉時，由於該第一、二定位盤25、35之第一、二外環部252、352的第二側面係分別與該第一、二基座21之第一、二抵掣環面212、312以氣浮方式微量分離，即 可避免干涉第一、二轉軸24、34的分度旋轉動作，並防止第一、二定位盤25、35與第一、二基座21、31之第一、二抵掣環面212、312相互摩擦而產生磨損的情況，另利用該第一、二減速器23、33的連結驅動方式，即可確保第四、五軸旋轉機構20、30輸出足夠的扭力，其不僅可於第四、五軸旋轉機構20、30分別配置小功率之第一、二驅動源22、32，以縮減整體的體積及重量，更可平順且精準的驅動加工件50以該第一轉軸24與第二轉軸34之軸心交點為中心作分度旋轉，而可大幅降低加工運算誤差，進而達到提升加工精度及節省設備成本之實用目的。

請參閱第12、13、14圖所示，另外，為因應加工需求，而必須使加工件50定位於預設的角度位置時，則先停止於該第一、二基座21、31之各第一、二供氣孔213、313輸出高壓氣體，另驅動第一、二壓掣件26、36分別壓抵該第一、二定位盤25、35之第一外環部252、352，使該第一、二壓掣件26、36及該第一抵掣環面212、312分別夾掣該第一、二定位盤25、35之第一外環部252、352，即可穩固定位該第一、二轉軸24、34之旋轉角度位置，進而使加工件50穩固定位於預設的角度位置，以搭配加工主軸於加工件50上執行其他加工作業。

請參閱第15圖所示，當完成加工件50之加工作業後，再以流體壓力推動該桿件345之活塞3451，使該桿件345往前位移，並使該桿件345之容置段3453位移至各卡掣件344位置，以提供各卡掣件344的內縮空間，各卡掣件344即可內縮使各卡掣件344脫離卡掣定位治具40之套座42，而可將定位治具40及加工件50取出，進而可便於該第二轉軸34快速的拆裝更換另一具加工件之定位治具。

據此，本發明實為一深具實用性及進步性之設計，然未見有相同之產品及刊物公開，從而允符發明專利申請要件，爰依法提出申請。

Claims (10)

1. 一種加工機之多軸旋轉工作裝置，其係包含有：第四軸旋轉機構：係設有第一基座，於該第一基座內設有第一驅動源，該第一驅動源以第一減速器連結驅動第一轉軸，一第一定位結構係於該第一轉軸上固設有第一外環部之第一定位盤，並於該第一基座裝設一供驅動壓抵該第一定位盤之第一外環部第一側面的第一壓掣件，以及供抵掣該第一定位盤之第一外環部第二側面的第一抵掣環面，一第一氣浮結構則於該第一基座之第一抵掣環面上環佈設有複數個第一供氣孔，以供輸出高壓氣體，使該第一定位盤之第一外環部的第二側面與該第一基座之第一抵掣環面以氣浮方式分離；第五軸旋轉機構：係設有連結於該第四軸旋轉機構之第一轉軸的第二基座，於該第二基座內設有第二驅動源，該第二驅動源以第二減速器連結驅動第二轉軸，並使該第二轉軸之軸心與該第一轉軸之軸心相交，一第二定位結構係於該第二轉軸上固設有具第二外環部之第二定位盤，並於該第二基座裝設供驅動壓抵該第二定位盤之第二外環部第二側面的第二壓掣件，以及供抵掣該第二定位盤之第二外環部第二側面的第二抵掣環面，一第二氣浮結構係於該第二基座之第二抵掣環面上環佈設 有複數個第二供氣孔，以供輸出高壓氣體，使該第二定位盤之第二外環部的第二側面與該第二基座之第二抵掣環面以氣浮方式分離，另於該第二轉軸之前端設有套接結構，以供拆裝具加工件之定位治具，並使該加工件位於該第一、二轉軸之軸心相交位置。
2. 依申請專利範圍第1項所述之加工機之多軸旋轉工作裝置，其中，該第四軸旋轉機構之第一驅動源及該第五軸旋轉機構之第二驅動源係為伺服馬達。
3. 依申請專利範圍第1項所述之加工機之多軸旋轉工作裝置，其中，該第四軸旋轉機構之第一減速器及該第五軸旋轉機構之第二減速器係為諧波式減速器。
4. 依申請專利範圍第1項所述之加工機之多軸旋轉工作裝置，其中，該第五軸旋轉機構之第二轉軸的軸心係正交於該第四軸旋轉機構之第一轉軸的軸心。
5. 依申請專利範圍第1項所述之加工機之多軸旋轉工作裝置，其中，該第四軸旋轉機構之第一轉軸係於端部固設一連結座，以供連結該第五軸旋轉機構之第二基座。
6. 依申請專利範圍第5項所述之加工機之多軸旋轉工作裝置，其中，該連結座係概呈L型，並於該連結座設有連結固定於該第四軸旋轉機構之第一轉軸端部的第一承板及連結固定於該第五軸旋轉機構之第二基座的第二承板。
7. 依申請專利範圍第1項所述之加工機之多軸旋轉工作裝置，其中，該第四軸旋轉機構之第一定位結構的第一定位盤係設有第一內環部，該第一內環部與該第一外環部間則設有第一間隔 部，並使該第一間隔部之厚度略小於該第一內環部與該第一外環部之厚度。
8. 依申請專利範圍第1項所述之加工機之多軸旋轉工作裝置，其中，該第五軸旋轉機構之第二定位結構的第二定位盤係設有第二內環部，該第二內環部與該第二外環部間則設有第二間隔部，並使該第二間隔部之厚度略小於該第二內環部與該第二外環部之厚度。
9. 依申請專利範圍第1項所述之加工機之多軸旋轉工作裝置，其中，該第五軸旋轉機構之套接結構係於該第二轉軸之前端固設有端座，並於該端座之中央位置設有具錐形環面之套合槽，另於該端座之套合槽內固設一套管，該套管內設有導孔，並於外環面上環佈開設有複數個連通該導孔之穿槽，該各穿槽內則分別裝設有卡掣件，於該套管之導孔內穿伸一桿件，並於該端座後方位置設有連通流體壓力源之容室，該容室內則裝設一連接於該桿件後端之活塞，而以該容室內輸入的流體壓力往前推動該桿件之活塞，於該活塞與該端座間又環佈設有複數個彈性元件，以供抵推該活塞，使該桿件往後位移復位，另於該桿件之外環面上設有呈擴張斜面狀之頂掣段，以供抵推該各卡掣件凸伸出該套管之外環面，該頂掣段之後方位置則設有呈環槽狀之容置段，以提供該各卡掣件的內縮空間。
10. 依申請專利範圍第9項所述之加工機之多軸旋轉工作裝置，其中，該第五軸旋轉機構之套接結構係於該端座之前端面上設有定位銷。