TWI779932B - 恆力式主軸可快速轉換力控軸向之加工裝置及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種恆力式主軸可快速轉換力控軸向之加工裝置及其加工方法，有快拆單元以第一快接件固設於恆力控制單元，且以第二快接件及第三快接件分別與主軸相連而同動，第一快接件隨多軸向移載單元之工作端位移而與第二快接件可快拆地結合或脫離，且結合時定義一第一軸向與力控軸向同軸；或第一快接件隨多軸向移載單元之工作端位移而與第三快接件可快拆地結合或脫離，且結合時定義一第二軸向與力控軸向同軸，第一軸向與第二軸向不相平行而具有夾角，使主軸能選擇以第一軸向或第二軸向同軸於力控軸向，而快速轉換力控軸向以對工件進行加工。

Description

恆力式主軸可快速轉換力控軸向之加工裝置及其加工方 法

本發明係提供一種加工裝置，尤指一種恆力式主軸可快速轉換力控軸向之加工裝置及其加工方法。

習知的加工裝置，例如砂輪機，可安裝為砂布輪之刀具，而藉由手持以對工件表面進行研磨之加工，加工方向大致可分為軸向研磨以及徑向研磨，前者常見如片狀砂布輪之研磨方式，而後者常見如輪狀砂布輪之研磨方式。習知的自動加工裝置，可透過主軸連接恆力控制元件，並安裝前述的砂布輪對工件之表面進行研磨，此時砂布輪可透過恆力控制元件在對工件之表面研磨時保持恆力。

然而，前述設有恆力控制元件之所述加工裝置具有以下問題：

1.恆力控制元件和主軸間呈固定式地連接，非常態可快速拆離或組裝，因此若要改變刀具之加工方向，只能將原來的主軸透過人工拆離，再由人工更換不同加工方向的主軸，而此人工更換主軸的過程耗費時間及人力，造成製程效率不佳且人力成本難以節省。

2.假設所述恆力控制元件和主軸間為可快速拆離或組裝，但恆力控制元件只能提供同一主軸加工時在固定的力控軸向保持恆力，例如恆力控制元件設定為主軸安裝片狀砂布輪對工件軸向研磨時保持恆力，當同一主軸改成 安裝輪狀砂布輪而轉換為徑向研磨，此時恆力控制元件即無法繼續提供保持恆力的功能。

3.再假設恆力控制元件在連接主軸以外，還串接有例如可調整角度元件，藉由恆力控制元件可在一角度範圍內樞擺而調整力控軸向。然而，若力控軸向需要大角度的調整(例如90度)，所述調整角度元件透過樞擺之調整難以一次到位，也就無法快速地大角度變換力控軸向，且多此調整角度元件之串接可能造成加工誤差的增加，以及恆力控制的敏感度降低的問題。

發明人遂竭其心智悉心研究，進而研發出一種恆力式主軸可快速轉換力控軸向之加工裝置及其加工方法，以期在自動化加工過程可達到快速地大角度轉換力控軸向。

本發明提供一種恆力式主軸可快速轉換力控軸向之加工裝置，其包含一多軸向移載單元、一主軸、一恆力控制單元，以及一快拆單元。多軸向移載單元包括一工作端，該工作端受該多軸向移載單元控制而能夠相對一工件呈三維軸向位移；該主軸可拆裝加工所述工件之刀具；該恆力控制單元在相異的兩端具有一第一端和一第二端，該恆力控制單元以該第一端固設於該工作端而定義一力控軸向；以及一快拆單元，其包括一第一快接件於該第二端固設於該恆力控制單元，且包括一第二快接件及一第三快接件分別與該主軸相連而同動，該第一快接件隨該工作端位移而與該第二快接件可快拆地結合或脫離，且結合時定義一與該力控軸向同軸之第一軸向；或該第一快接件隨該工作端位移而與該第三快接件可快拆地結合或脫離，且結合時定義一與該力控軸向同軸之第二軸向， 該第一軸向與該第二軸向不相平行而具有一夾角，使該主軸能選擇以該第一軸向或該第二軸向同軸於該力控軸向而加工所述工件。

本發明另提供一種恆力式主軸可快速轉換力控軸向之加工裝置之加工方法，其係以自動化控制執行，包含以下步驟：該多軸向移載單元控制該工作端位移至該第一快接件對準該第二快接件或該第三快接件且結合，而能夠選擇該第一軸向或該第二軸向與該力控軸向同軸而組裝該主軸於該工作端；該多軸向移載單元控制該工作端位移至一所述刀具之放置處進行取刀；該多軸向移載單元控制該工作端位移，而以所選擇與該力控軸向同軸之該第一軸向或該第二軸向對所述工件加工；以及該多軸向移載單元控制該工作端位移至一所述刀具之放置處進行置刀。

藉此，本發明的加工裝置可隨加工方向之需求，而透過主軸選擇以該第一軸向或該第二軸向同軸於該力控軸向，即能夠大角度且快速地變換力控軸向，而在變換加工方向加工工件時能夠保持恆力，以解決製程效率不佳及人力成本難以節省的問題，且解決因增加元件之串接所造成加工誤差的增加，及導致恆力控制之敏感度降低的問題，進而達到加工精度穩定以及製程效率提昇之功效。

100:加工裝置

10:多軸向移載單元

11:工作端

20:主軸

21:打刀部

22:馬達

30:恆力控制單元

31:第一端

32:第二端

40:快拆單元

41:第一快接件

411:第一座部

412:凸部

413:球體

414:銷件

42:第二快接件

421:第二座部

422:凹部

423:溝部

424:銷槽

43:第三快接件

431:第二座部

432:凹部

433:溝部

434:銷槽

50:固定座

51:第一板部

52:第二板部

53:夾座

60:工作台

61:刀架

62:治具

T1:輪狀砂布輪

T2:片狀砂布輪

W:工件

X、Y、Z:軸向

CA:力控軸向

FA:第一軸向

SA:第二軸向

θ:夾角

圖1係本發明實施例之加工裝置於第一軸向連接主軸之使用狀態示意圖。

圖2係本發明實施例之主軸、固定座及恆力控制單元之分解圖。

圖3係本發明實施例之第二快接件和第三快接件設於固定座上之剖視構造圖。

圖4係本發明實施例之第一快接件和第二快接件或第三快接件之構造圖。

圖5係本發明實施例之第一快接件和第二快接件或第三快接件相接時之構造圖。

圖6係本發明實施例之恆力控制單元於第一軸向連接主軸之動作示意圖。

圖7係延續圖5之主軸隨工作端位移以取刀(或歸刀)之動作示意圖。

圖8係延續圖7之主軸在取刀後對工件以第一軸向加工之示意圖。

圖9係本發明實施例之加工裝置於第二軸向連接主軸之使用狀態示意圖。

圖10係本發明實施例之主軸於第二軸向連接恆力控制單元而隨工作端位移以取刀(或歸刀)之動作示意圖。

圖11係延續圖10之主軸在取刀後對工件以第二軸向加工之示意圖。

為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明，說明如後：請參考圖1至圖11所示，本發明提供一種本發明提供一種恆力式主軸可快速轉換力控軸向之加工裝置100，其包含一多軸向移載單元10、一主軸20、一恆力控制單元30，以及一快拆單元40，且於以下實施例中進一步包括一固定座50以及一工作台60，其中：所述多軸向移載單元10，如圖1所示，包括一工作端11，工作端11受多軸向移載單元10的控制，而能夠相對一工件W呈三維軸向位移。在一實施例中，多軸向移載單元10為機械手臂，但本發明不以機械手臂為限，凡能提供工作端11相對工件W呈三維(X-Y-Z)軸向位移者，例如龍門加工機，即為本發明之多軸向移載單元所欲保護之範疇。所述多軸向移載單元10，其係由包括可程序控 制器、感應器以及致動器之自動控制系統(圖中未示)控制所述三維軸向位移，而能夠可程式控制以進行自動化加工。

所述主軸20，如圖7及圖10所示，其可拆裝加工工件W之刀具。在一實施例中，如圖2所示，主軸20包括一打刀部21以及一馬達22，打刀部21被以流體驅動而進行打刀動作，包括安裝刀具時之夾刀及鬆刀(圖中未示)，所述流體於本實施例中為高壓氣體，而在不同實施態樣亦可為油壓；馬達22是被以電力驅動，而當主軸20以打刀部21安裝有刀具時，以馬達22驅動刀具旋轉而對工件W加工。於本實施例中，刀具為砂布輪，包括輪狀砂布輪T1及片狀砂布輪T2，但不以此為限。

所述恆力控制單元30，主要提供刀具對工件W加工時能夠保持恆力，恆力控制單元30在相異的兩端具有一第一端31和一第二端32，恆力控制單元30以第一端31固設於工作端11而定義一力控軸向CA(如圖2所示)。所述恆力控制單元30，例如以伸縮機構、三維加速規及荷重元(圖中未示)來提供所述保持恆力的功能。

所述快拆單元40，其包括一第一快接件41於第二端32固設於恆力控制單元30；如圖3所示，快拆單元40並包括一第二快接件42及一第三快接件43而分別與主軸20相連而同動，第一快接件41隨工作端11位移而與第二快接件42可快拆地結合或脫離，且結合時定義一與力控軸向CA同軸之第一軸向FA；或者，第一快接件41隨工作端11位移而與第三快接件43可快拆地結合或脫離，且結合時定義一與力控軸向CA同軸之第二軸向SA(如圖3所示)，第一軸向FA與第二軸向SA不相平行而具有一夾角θ，使主軸20能選擇以第一軸向FA或第二軸向SA同軸於力控軸向CA而加工所述工件W。所述第一軸向FA和第二軸向SA不以本實施 例為限，而在不同實施態樣時，第一軸向FA可以是第二軸向SA，而第二軸向SA也可以是第一軸向FA。

在一實施例中，如圖4所示，第一快接件41具有一第一座部411、一凸部412以及一第一快拆部，凸部412係自第一座部411的一側呈凸起狀，該第一快拆部設於第一座部411及/或凸部412。較佳地，本實施例之第一快拆部為複數球體413，該複數球體413設於凸部412之環周，複數球體413之作動為相對凸部412的徑向連動而凸出或縮入凸部412。

在一實施例中，如圖4所示，第二快接件42具有一第二座部421、一凹部422以及一第二快拆部，其中，凹部422係自第二座部421的一側呈凹入狀；第三快接件43具有一第二座部431、一凹部432以及一第二快拆部，其中，凹部432係自第三座部431的一側呈凹入狀，凸部412和凹部422、432的形狀為凹凸對應而能夠相接，所述可快拆地結合或脫離係該第一快拆部相對該第二快拆部作動所致。較佳地，第二快接件42和第三快接件43之第二快拆部分別係一溝部423、433，溝部423設於第二座部421之凹部422中，溝部433設於第二座部431之凹部432中。當凸部412和凹部422相接時，複數球體413呈所述凸出以扣入溝部423而結合；另當凸部412和凹部432相接時，複數球體413呈所述凸出以扣入溝部433而結合。複數球體413呈所述縮入而可脫離對應之溝部423、433，使凸部412和所相接之各凹部422、432能夠被拆開。

在一實施例中，如圖4、5所示，第一快接件41之凸部412設於第一座部411的中央，且第一座部411於本實施例在凸部412的相對兩側設有一對銷件414；第二快接件42之凹部422設於第二座部421的中央，且第二座部421於所設之凹部422的相對兩側設有一對銷槽424，凸部412和凹部422相接時，銷件414對 應插設於銷槽424中以輔助定位；第三快接件43之凹部432設於第二座部431的中央，且第二座部431於所設之凹部432的相對兩側亦設有一對銷槽434，凸部412和凹部432相接時，銷件414對應插設於銷槽434中以輔助定位。

所述固定座50，其具有一第一板部51和一第二板部52且呈L形，第一板部51及/或第二板部52在一側設有一夾座53，主軸20被夾座53所夾持而固定；第二快接件42和第三快接件43分別在固定座50的內角側設於第一板部51和第二板部52而與主軸20相連，且夾角θ呈90度。較佳地，夾座53於本實施例係設於第一板部51而設置方位和第二快接件42的相反，夾座53能夠被例如螺栓之固定元件(圖中未示)固定於第一板部51用以夾持主軸20。本發明之所述夾角，不以上述實施例90度為限，在可預期的角度變換下，仍屬本發明欲保護之範疇。

所述工作台60，其設有一刀架61以及一治具62，其中刀架61可供複數刀具放置，例如前述輪狀砂布輪T1及片狀砂布輪T2等不同加工型態之刀具，固定座50在第一快接件41結合第二快接件42或第三快接件43而固定在工作端11時，主軸20可隨工作端11之位移而於刀架61對所放置之任一刀具進行換刀；固定座50可隨第一快接件41脫離第二快接件42或第三快接件43而與工作端11分開，且被暫時放置在治具62上。

上述實施例之恆力式主軸可快速轉換力控軸向之加工裝置100，其加工方法係以自動化控制執行，包含以下步驟：以多軸向移載單元10控制工作端11位移至第一快接件41對準第二快接件42且結合，此時為選擇第一軸向FA與力控軸向CA同軸而組裝主軸20於工作端11；或者，以多軸向移載單元10控制工作端11位移至第一快接件41對準第三快接件43且結合，此時為選擇第二軸向SA與力控軸向CA同軸而組裝主軸20於 工作端11。接著，在多軸向移載單元10控制工作端11位移至一刀具之放置之刀架61處進行取刀；取刀後，多軸向移載單元10控制工作端11位移，而以所選擇與力控軸向CA同軸該之第一軸向FA或第二軸向SA對工件W加工。加工完成後，多軸向移載單元10控制工作端11位移至刀具之放置之刀架61處進行置刀。

試舉一例說明，假設加工時之刀具對工件W加工的工序，是先以輪狀砂布輪T1對工件W的表面進行研磨加工後，再以片狀砂布輪T2對工件W的表面進行研磨加工，工序可先選擇第一軸向FA與力控軸向CA同軸，使第一快接件41對準第二快接件42且結合而組裝主軸20於工作端11(如圖6所示)；接著，由多軸向移載單元10控制工作端11位移至刀架61放置輪狀砂布輪T1之處取刀(如圖7所示)，之後多軸向移載單元10控制工作端11位移，由輪狀砂布輪T1以第一軸向FA與力控軸向CA同軸對工件W加工(如圖8所示)。

承上，當以輪狀砂布輪T1加工完成後，多軸向移載單元10控制工作端11位移至刀具之放置之刀架61處進行置刀，接著使第一快接件41對準第三快接件43且結合而組裝主軸20於工作端11(如圖9所示)，再由多軸向移載單元10控制工作端11位移至刀架61放置片狀砂布輪T2之處取刀(如圖10所示)，之後由多軸向移載單元10控制工作端11位移，由片狀砂布輪T2以第二軸向SA與力控軸向CA同軸對工件W加工(如圖11所示)，以完成上述工序。本發明之加工方法的步驟執行順序，不以上述實施例或申請專利範圍之請求項所列順序為限，所列步驟可預期之變換，皆屬本發明之加工方法保護之範疇。

由上述之說明不難發現本發明之特點在於，本發明的加工裝置100可隨加工方向之需求，而透過主軸20選擇以第一軸向FA同軸於力控軸向CA，或者選擇以第二軸向SA同軸於力控軸向CA，即能夠大角度且快速地變換力控軸 向CA，而在變換加工方向加工工件W時能夠保持恆力，相對於習知恆力控制元件和主軸間呈固定式地連接者，以解決製程效率不佳及人力成本難以節省的問題；另相對於習知恆力控制元件有主軸連接還串接可樞擺之調整角度元件者，可解決因增加元件之串接所造成加工誤差的增加，及導致恆力控制之敏感度降低的問題，因此，本發明可達到加工精度穩定以及製程效率提昇之功效。

本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。

100:加工裝置

10:多軸向移載單元

11:工作端

20:主軸

30:恆力控制單元

40:快拆單元

41:第一快接件

42:第二快接件

43:第三快接件

50:固定座

60:工作台

61:刀架

62:治具

T1:輪狀砂布輪

X、Y、Z:軸向

Claims (8)

1. 一種恆力式主軸可快速轉換力控軸向之加工裝置，其包含：一多軸向移載單元，其包括一工作端，該工作端受該多軸向移載單元控制而能夠相對一工件呈三維軸向位移；一主軸，可拆裝加工所述工件之刀具；一恆力控制單元，其在相異的兩端具有一第一端和一第二端，該恆力控制單元以該第一端固設於該工作端而定義一力控軸向；以及一快拆單元，其包括一第一快接件於該第二端固設於該恆力控制單元，且包括一第二快接件及一第三快接件分別與該主軸相連而同動，該第一快接件隨該工作端位移而與該第二快接件可快拆地結合或脫離，且結合時定義一與該力控軸向同軸之第一軸向；或該第一快接件隨該工作端位移而與該第三快接件可快拆地結合或脫離，且結合時定義一與該力控軸向同軸之第二軸向，該第一軸向與該第二軸向不相平行而具有一夾角，使該主軸能選擇以該第一軸向或該第二軸向同軸於該力控軸向而加工所述工件；其中，該第一快接件具有一第一座部、一凸部以及一第一快拆部，該凸部係自該第一座部的一側呈凸起狀，該第一快拆部為複數球體設於該凸部之環周，所述作動為該複數球體相對該凸部的徑向連動而凸出或縮入該凸部；該第二快接件和該第三快接件分別具有一第二座部、一凹部以及一第二快拆部，各 該凹部係自所在之各該第二座部的一側呈凹入狀，該凸部和各該凹部的形狀為凹凸對應而能夠相接，各該第二快拆部係一溝部設於所在之各該第二座部之凹部中，所述可快拆地結合或脫離係該第一快拆部相對該第二快拆部作動所致，且該凸部和各該凹部相接時，該複數球體呈所述凸出以扣入對應之該溝部而結合；該複數球體呈所述縮入而可脫離對應之該溝部，使該凸部和所相接之各該凹部能夠被拆開。
2. 如請求項1所述之恆力式主軸可快速轉換力控軸向之加工裝置，其中，該多軸向移載單元為機械手臂。
3. 如請求項1所述之恆力式主軸可快速轉換力控軸向之加工裝置，其中，該第一快接件之該凸部設於該第一座部的中央，且該第一座部在該凸部的至少一側設有一銷件；該第二快接件和該第三快接件之該凹部設於所在之該第二座部的中央，且各該第二座部於所設之各該凹部的至少一側設有一銷槽，該凸部和各該凹部相接時，該銷件對應插設於各該銷槽中以輔助定位。
4. 如請求項2所述之恆力式主軸可快速轉換力控軸向之加工裝置，其中，該主軸包括一以流體驅動之打刀部以及一以電力驅動之馬達，該主軸以該打刀部安裝所述刀具，且以該馬達驅動所述刀具旋轉而對所述工件加工。
5. 如請求項4所述之恆力式主軸可快速轉換力控軸向之加工裝置，進一步包括一固定座，其具有一第一板部和一第二板部且呈L形，該第一板部及/或該第二板部在一側設有一夾座，該主軸被 該夾座所夾持而固定；該第二快接件和該第三快接件分別在該固定座的內角側設於該第一板部和該第二板部而與該主軸相連，且該夾角呈90度。
6. 如請求項5所述之恆力式主軸可快速轉換力控軸向之加工裝置，進一步包括一工作台，其設有一刀架以及一治具，其中該刀架可供複數不同加工型態之所述刀具放置，該固定座在該第一快接件結合該第二快接件或該第三快接件而固定在該工作端時，該主軸可隨該工作端之位移而於該刀架對所放置之任一所述刀具進行換刀；該固定座可隨該第一快接件脫離該第二快接件或該第三快接件而與該工作端分開，且被暫時放置在該治具上。
7. 一種恆力式主軸可快速轉換力控軸向之加工裝置，其包含：一機械手臂，其包括一工作端，該工作端受該機械手臂控制而能夠相對一工件呈三維軸向位移；一主軸，包括一以流體驅動之打刀部以及一以電力驅動之馬達，該主軸以該打刀部安裝所述刀具，且以該馬達驅動所述刀具旋轉而對所述工件加工；一恆力控制單元，其在相異的兩端具有一第一端和一第二端，該恆力控制單元以該第一端固設於該工作端而定義一力控軸向；一固定座，其具有一第一板部和一第二板部且呈L形，該第一板部及/或該第二板部在一側設有一夾座，該主軸被該夾座所夾持而固定； 一第一快接件，其於該第二端固設於該恆力控制單元，該第一快接件具有一第一座部、一凸部以及複數球體，該凸部係自該第一座部的一側呈凸起狀，且該凸部設於該第一座部的中央，而該第一座部在該凸部的至少一側設有一銷件，該複數球體設於該凸部之環周，該複數球體相對該凸部的徑向連動而凸出或縮入該凸部；一第二快接件和一第三快接件，分別設於該第一板部和該第二板部而與該主軸相連，該第二快接件和該第三快接件分別具有一第二座部、一凹部以及一溝部，各該凹部係自所在之各該第二座部的一側呈凹入狀，且各該凹部設於所在之該第二座部的中央，各該第二座部於所設之各該凹部的至少一側設有一銷槽，各該溝部設於所在之各該第二座部之凹部中，該凸部和各該凹部的形狀為凹凸對應而能夠相接，相接時該複數球體呈所述凸出以扣入對應之該溝部而結合，且該銷件對應插設於各該銷槽中以輔助定位，而該複數球體呈所述縮入而可脫離對應之該溝部，且該銷件脫離各該銷槽，使該凸部和所相接之各該凹部能夠被拆開；以及一工作台，其設有一刀架以及一治具，其中該刀架可供複數不同加工型態之所述刀具放置，該固定座在該第一快接件結合該第二快接件或該第三快接件而固定在該工作端時，該主軸可隨該工作端之位移而於該刀架對所放置之任一所述刀具進行 換刀；該固定座可隨該第一快接件脫離該第二快接件或該第三快接件而與該工作端拆開，且被暫時放置在該治具上；該第一快接件隨該工作端位移而與該第二快接件可快拆地結合或脫離，且結合時定義一與該力控軸向同軸之第一軸向；該第一快接件隨該工作端位移而與該第三快接件可快拆地結合或脫離，且結合時定義一與該力控軸向同軸之第二軸向，該第一軸向與該第二軸向不相平行而具有一90度之夾角，使該主軸能選擇以該第一軸向或該第二軸向同軸於該力控軸向而加工所述工件。
8. 一種如請求項1或7所述之加工裝置之加工方法，其係以自動化控制執行，包含以下步驟：該多軸向移載單元控制該工作端位移至該第一快接件之該凸部對準該第二快接件之該凹部或該第三快接件之該凹部而相接，且以該複數球體呈所述凸出以扣入對應之該溝部而結合，而能夠選擇該第一軸向或該第二軸向與該力控軸向同軸而組裝該主軸於該工作端；該多軸向移載單元控制該工作端位移至一所述刀具之放置處進行取刀；該多軸向移載單元控制該工作端位移，而以所選擇與該力控軸向同軸之該第一軸向或該第二軸向對所述工件加工；以及該多軸向移載單元控制該工作端位移至所述刀具之放置處進行置刀； 該多軸向移載單元控制該工作端位移至該複數球體呈所述縮入而脫離對應之該溝部，使該凸部和所相接之各該凹部被拆開。

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