TWI796080B

TWI796080B - 加工軸反向動平衡方法與結構

Info

Publication number: TWI796080B
Application number: TW111100766A
Authority: TW
Inventors: 簡禎祈; 劉宣志
Original assignee: 大量科技股份有限公司
Priority date: 2022-01-07
Filing date: 2022-01-07
Publication date: 2023-03-11
Also published as: TW202327788A

Abstract

一種加工軸反向動平衡方法與結構，包括以下步驟：在工作模式中，透過加工主軸抓起刀具且預備進行加工作業；於加工狀態，加工主軸進行第一孔加工時，於工作區域下降至作業工作高度；加工主軸進行下鑽且平衡軸進行上升以維持平衡；加工主軸上升至作業工作高度且平衡軸下降以維持平衡；判斷該加工主軸處於加工狀態下或非加工狀態下；如果加工主軸處於非加工狀態，則加工主軸於工作區域上升至作業安全高度且平衡軸下降至起始位置。

Description

加工軸反向動平衡方法與結構

本發明是有關於一種加工機台，特別是指一種加工主軸與平衡軸反向移動之加工軸反向動平衡方法與結構。

按，就近年來為加工業界所用綜合加工機，係採具有X、Y、Z多軸動柱式之進給機構作為控制主軸座高速進給技術之型態，主要利用架設有刀具裝置之主軸座定位於進給機構其一軸之移動結構上，所述進給機構皆採用渦輪渦桿傳動或直驅式馬達系統作各軸間的驅動控制。

惟，此種習知結構型態於實際使用經驗中發現仍存在下述之問題點：1、傳統綜合加工機機台結構慣量大，致使結構不易輕量化，造成整個機台加速性無法大幅提昇，運動速度受到限制，加工速度無法提升。2、增加負荷量且相當浪費能量，容易造成馬達的使用壽命降低，且主軸座移動時會產生運動慣量，將不利於主軸座達到既定位置時作剎止定位，此也是造成精準度不佳的原因。3、主軸座在立柱上沿Z軸上下運動時，因為重力加速度的關係會產生極大的運動慣量及摩擦力，直接影響到加工精準度及機台的使用壽命。4.平衡軸在任何時候都與加工軸進行反向、同速與同距離的作動，大幅增加平衡軸移動距離與作動時間，佔據較大設備空間並縮短平衡軸的使用壽命。

是以，如何解決上述現有技術之問題與缺失，即為相關業者所亟欲研發之課題所在。

本發明提出一種加工軸反向動平衡方法，能夠有效減少加工時所產生的震動且延長平衡軸的使用壽命。

本發明提供一種加工軸反向動平衡方法，尤用於加工軸反向動平衡結構，加工軸反向動平衡結構包括基板、第一驅動模組、二滑軌、配重塊、第二驅動模組、溜板與下鑽驅動馬達。基板具有上半部區域與下半部區域，第一驅動模組設置在基板之上半部區域。第一驅動模組具有上線圈與上磁鐵，上線圈設置連接至基板，且上磁鐵設置浮接至上線圈，其中上磁鐵在上線圈之範圍內移動。二滑軌彼此平行設置於基板的兩側，配重塊設置連接至上磁鐵與二滑軌上。第二驅動模組設置在基板之下半部區域，第二驅動模組具有下線圈與下磁鐵，下線圈設置連接至基板，且下磁鐵設置浮接至下線圈，其中下磁鐵在下線圈之範圍內移動。溜板設置連接至下磁鐵與二滑軌上，下鑽驅動馬達設置連接至溜板，其中下鑽驅動馬達之一端具有刀具。上磁鐵的移動方向與該下磁鐵的移動方向相反，並且配重塊與下鑽驅動馬達在同一Z軸線上。第一驅動模組與配重塊為一平衡軸，並且第二驅動模組、溜板與下鑽驅動馬達為加工主軸，加工軸反向動平衡方法包括以下步驟：在工作模式中，透過加工主軸抓起該刀具且預備進行加工作業，在加工狀態中，當加工主軸進行第一孔加工作業時，該加工主軸於工作區域下降至一作業工作高度，加工主軸進行下鑽且平衡軸進行上升以維持平衡，該加工主軸上升至作業工作高度且平衡軸下降以維持平衡，判斷加工主軸是否處於一非加工狀態，如果加工主軸處於非加工狀態，則加工主軸於工作區域上升至一作業安全高度且平衡軸下降至起始位置，加工主軸進行置放刀具或更換刀具，回到在工作模式中透過加工主軸抓起刀具且預備進行加工作業之步驟

在本發明之一實施例中，如果於加工狀態下，則回到加工主軸進行下鑽且平衡軸進行上升以維持平衡之步驟。

在本發明之一實施例中，配重塊與下鑽驅動馬達之移動速度相同。

在本發明之一實施例中，配重塊透過加速度來補償本身之重量，並且配重塊與下鑽驅動馬達之移動速度不同，且加速度為1g至6g之間。

在本發明之一實施例中，在下鑽驅動馬達的刀具於Z軸方向下降至作業工作高度，下鑽第一孔即開始作用。

本發明提供一種加工軸反向動平衡結構，包括基板、第一驅動模組、二滑軌、配重塊、第二驅動模組、溜板與下鑽驅動馬達。基板具有上半部區域與下半部區域。第一驅動模組設置在基板之上半部區域，第一驅動模組具有上線圈與上磁鐵，上線圈設置連接至基板，且上磁鐵設置浮接至上線圈，其中上磁鐵在上線圈之範圍內移動。二滑軌彼此平行設置於該基板的兩側。配重塊設置連接至上磁鐵與二滑軌上。第二驅動模組設置在基板之下半部區域，第二驅動模組具有下線圈與下磁鐵，下線圈設置連接至基板，且下磁鐵設置浮接至下線圈，其中下磁鐵在下線圈之範圍內移動。溜板設置連接至下磁鐵與二滑軌上。下鑽驅動馬達設置連接至溜板，其中下鑽驅動馬達之一端具有一刀具，其中上磁鐵的移動方向與下磁鐵的移動方向相反，且配重塊與下鑽驅動馬達在同一Z軸線上。加工軸反向動平衡結構進行以下步驟：在工作模式中，透過加工主軸抓起該刀具且預備進行加工作業，在加工狀態中，當該加工主軸進行第一孔加工作業時，加工主軸於工作區域下降至作業工作高度，加工主軸進行下鑽且平衡軸進行上升以維持平衡，加工主軸上升至作業工作高度且平衡軸下降以維持平衡，判斷加工主軸是否處於非加工狀態，如果加工主軸處於該非加工狀態，則加工主軸於工作區域上升至作業安全高度且平衡軸下降至起始位置，加工主軸進行置放刀具或更換刀具，回到在工作模式中透過加工主軸抓起該刀具且預備進行加工作業之步驟。

綜上所述，本發明所揭露之加工軸反向動平衡方法與結構能夠達到以下功效：1.減少加工時所產生的震動；2.加工機台的動態平衡；以及3.提高運動反應速率以及延長平衡軸的使用壽命。

底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

100:加工軸反向動平衡結構

101:基板

101A:上半部區域

101B:下半部區域

102:第一驅動模組

1021:上線圈

1022:上磁鐵

103:滑軌

104:配重塊

105:第二驅動模組

1051:下線圈

1052:下磁鐵

106:溜板

107:下鑽驅動馬達

108:刀具

110:平衡軸

120:加工主軸

300:加工軸反向動平衡流程

S310、S320、S330、S340、S350、S360、S370:步驟

第一圖係為本發明的加工軸反向動平衡結構之正視圖。

第二圖係為本發明的加工軸反向動平衡結構之剖視圖。

第三圖係為本發明的加工軸反向動平衡結構之作動示意圖。

第四圖係為本發明的加工軸反向動平衡方法之流程圖。

為能解決現有加工時產生震動與平衡軸壽命不夠長的諸多問題，發明人經過多年的研究及開發，據以改善現有產品的詬病，後續將詳細介紹本發明如何以一種加工軸反向動平衡方法與結構來達到最有效率的功能訴求。

請同時參閱第一圖至第四圖，第一圖係為本發明的加工軸反向動平衡結構之正視圖。第二圖係為本發明的加工軸反向動平衡結構之剖視圖。第三圖係為本發明的加工軸反向動平衡結構之作動示意圖。第四圖係為本發明的加工軸反向動平衡方法之流程圖。如第一圖與第二圖所示，本發明實施例之加工軸反向動平衡結構100包括基板101、第一驅動模組102、二滑軌103、配重塊104、第二驅動模組105、溜板106與下鑽驅動馬達107。基板101具有一上半部區域101A與一下半部區域101B。第一驅動模組102設置在基板101之上半部區域101A，第一驅動模組102具有上線圈1021與上磁鐵1022，上線圈1021設置連接至基板101，且上磁鐵1022設置浮接至上線圈1021，其中上磁鐵1022在上線圈1021之範圍內移動並且在上線圈1021處於通電狀態時，上磁鐵1022會懸浮於上線圈1021之上面。二滑軌103彼此平行設置於基板101的兩側。配重塊104設置連接至上磁鐵1022與二滑軌103上。第一驅動模組102與配重塊104為一平衡軸110。

此外，第二驅動模組105設置在基板101之下半部區域101B，第二驅動模組105具有下線圈1051與下磁鐵1052，下線圈1051設置連接至基板101，且下磁鐵1052設置浮接至下線圈1051，其中下磁鐵1052在下線圈1051之範圍內移動並且在下線圈1051處於通電狀態時，下磁鐵1052會懸浮於下線圈1051之上面。溜板106設置連接至下磁鐵1052與二滑軌103上。下鑽驅動馬達107設置連接至溜板106，其中下鑽驅動馬達107之一端具有刀具108，第二驅動模組105、溜板106與下鑽驅動馬達107為加工主軸120。

進一步來說，請同時參照第一圖至第四圖，第三圖係為本發明的加工軸反向動平衡結構之作動示意圖。第四圖係為本發明的加工軸反向動平衡方法之流程圖。由第三圖與第四圖可以知道本發明實施例的加工軸反向動平衡結構100之運作機制。上磁鐵1022的移動方向與下磁鐵1052的移動方向相反，且配重塊104與下鑽驅動馬達107在同一Z軸線上。在一發明實施例中，配重塊104與下鑽驅動馬達107之移動速度相同，在另一發明實施例中，配重塊104可以透過加速度來補償本身之重量，其中配重塊104與下鑽驅動馬達107之移動速度不同，且加速度為1g至6g之間，可視實際需求進行設定以達到不同的速度來達到動態平衡。值得注意的是，本發明實施例之加工軸反向動平衡方法包括以下步驟：在工作模式中，透過加工主軸抓起該刀具且預備進行加工作業(步驟S310)；在加工狀態中，當加工主軸進行第一孔加工作業時，加工主軸於工作區域下降至一作業工作高度(步驟S320)；加工主軸進行下鑽且平衡軸進行上升以維持平衡(步驟S330)；加工主軸上升至作業工作高度且該平衡軸下降以維持平衡(步驟S340)；判斷加工主軸是否處於非加工狀態(步驟S350)；如果加工主軸處於非加工狀態，則加工主軸於工作區域上升至作業安全高度且該平衡軸下降至起始位置(步驟S360)；加工主軸進行置放刀具或更換刀具(步驟S370)；接下來回到在工作模式中透過加工主軸抓起刀具且預備進行加工作業的步驟S320。須了解的是，上述之加工狀態與非加工狀態都屬於在工作模式下。

詳細來說，本發明實施例之加工軸反向動平衡流程300主要用於本發明第一圖至第三圖之加工軸反向動平衡結構100，加工軸反向動平衡結構100會先進入工作模式，而在工作模式下，加工主軸120會抓起刀具108且預備進行一加工作業，接下來則會在加工作業的加工狀態中，當加工主軸120進行第一孔加工作業時，加工主軸120在工作區域會下降至一作業工作高度，其作業工作高度可為操作者或設計者依據實際需求來設定，其不會作為限制本發明。接下來進入到步驟S330，加工主軸120會進行下鑽，並且平衡軸110會進行上升以維持整體的平衡。在下鑽的作業完成之後，進入到步驟S340，加工主軸120會上升至另一作業工作高度，並且平衡軸110同時也會下降以維持整體的平衡，上述之作業安全高度為一範圍值，例如在X1~Y1之間的值都算是作業安全高度，可由設計者依據實際需求來進行設定。在本實施例中，於加工作業過程中(亦即加工軸反向動平衡結構100處於加工狀態下)，會重複步驟S330與步驟S340，後續會有更進一步的運作機制的說明。之後，加工軸反向動平衡結構100會進入步驟S350來判斷加工主軸120是否處於一非加工狀態。如果加工主軸120處於非加工狀態中，則會直接進入到步驟S360，加工主軸120於工作區域會上升至作業安全高度且平衡軸110則同時會下降至起始位置，其作業安全高度可為操作者依據實際需求來設定，其不會作為限制本發明。

如果加工主軸120處於該加工狀態下，則會回授進入到步驟S330來繼續進行尚未完成的加工作業。上述之步驟S360完成後，則加工軸反向動平衡結構100會進入到步驟S370，加工主軸120會進行置放刀具108或更換刀具108，接下來加工軸反向動平衡結構100會回授至步驟S310，以在工作模式中再度開始進行下一個加工作業。值得注意的是，由上述流程可知，本發明實施例的平衡軸110只會在步驟S330與步驟S340中作動，也就是說平衡軸110只有在加工軸反向動平衡結構100進行加工作業時才會進行作動，如此一來，平衡軸110之移動距離或作動時間較少，其使用壽命或工作效率皆可大幅提升。

另外，需要注意的，在加工軸反向動平衡結構100的下鑽驅動馬達107的刀具108於Z軸方向下降至作業工作高度，且下鑽第一孔來開始作用上述的運作機制。當加工主軸120往下時，也就是第二驅動模組105的上磁鐵1052在下線圈1051往下移動，並且帶動溜板106在滑軌103的路徑往下移動且溜板會帶動下鑽驅動馬達107往下移動。同時，另一方面平衡軸110則會往上移動，亦即第一驅動模組102的上磁鐵1022在上線圈1021往上移動。同理，當加工主軸120往上時，平衡軸110則會往下，並且加工主軸120與平衡軸110都在同一軸線上，透過上述的反向作動達到加工軸反向動平衡結構100的動態平衡。此外，平衡軸110上可再增加重量以作為平衡負載的調節。

綜上所述，本發明所揭露之加工軸反向動平衡結構能夠達到以下功效：1.減少加工時所產生的震動；2.加工機台的動態平衡；以及3.提高運動反應速率以及延長平衡軸的使用壽命。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，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。

300:加工軸反向動平衡流程

S310、S320、S330、S340、S350、S360、S370:步驟

Claims

一種加工軸反向動平衡方法，尤用於一加工軸反向動平衡結構，該加工軸反向動平衡結構包括一基板、一第一驅動模組、二滑軌、一配重塊、一第二驅動模組、一溜板與一下鑽驅動馬達，該基板具有一上半部區域與一下半部區域，該第一驅動模組設置在該基板之該上半部區域，該第一驅動模組具有一上線圈與一上磁鐵，該上線圈設置連接至該基板，且該上磁鐵設置浮接至該上線圈，其中該上磁鐵在該上線圈之範圍內移動，該些滑軌彼此平行設置於該基板的兩側，該配重塊設置連接至該上磁鐵與該二滑軌上，該第二驅動模組設置在該基板之該下半部區域，該第二驅動模組具有一下線圈與一下磁鐵，該下線圈設置連接至該基板，且該下磁鐵設置浮接至該下線圈，其中該下磁鐵在該下線圈之範圍內移動，該溜板設置連接至該下磁鐵與該二滑軌上，該下鑽驅動馬達設置連接至該溜板，其中該下鑽驅動馬達之一端具有一刀具，其中該上磁鐵的移動方向與該下磁鐵的移動方向相反，且該配重塊與該下鑽驅動馬達在同一Z軸線上，其中該第一驅動模組與該配重塊為一平衡軸，且該第二驅動模組、該溜板與該下鑽驅動馬達為一加工主軸，該加工軸反向動平衡方法包括：在一工作模式中，透過該加工主軸抓起該刀具且預備進行一加工作業；在一加工狀態中，當該加工主軸進行第一孔加工作業時，該加工主軸於工作區域下降至一作業工作高度；該加工主軸進行下鑽且該平衡軸進行上升以維持平衡；該加工主軸上升至該作業工作高度且該平衡軸下降以維持平衡；判斷該加工主軸是否處於一非加工狀態；如果該加工主軸處於該非加工狀態，則該加工主軸於工作區域上升至一作業安全高度且該平衡軸下降至起始位置；以及該加工主軸進行置放該刀具或更換該刀具；回到在該工作模式中透過該加工主軸抓起該刀具且預備進行一加工作業之步驟。
如請求項1所述之加工軸反向動平衡方法，其中如果該加工主軸處於該加工狀態下，則回到該加工主軸進行下鑽且該平衡軸進行上升以維持平衡之步驟。
如請求項1所述之加工軸反向動平衡方法，其中該配重塊與該下鑽驅動馬達之移動速度相同。
如請求項1所述之加工軸反向動平衡方法，其中該配重塊透過加速度來補償本身之重量，並且該配重塊與該下鑽驅動馬達之移動速度不同，且加速度為1g至6g之間。
如請求項1所述之加工軸反向動平衡方法，其中在該下鑽驅動馬達的該刀具於Z軸方向下降至該作業工作高度，且下鑽第一孔來開始作用。
一種加工軸反向動平衡結構，包括：一基板，其具有一上半部區域與一下半部區域；一第一驅動模組，其設置在該基板之該上半部區域，該第一驅動模組具有一上線圈與一上磁鐵，該上線圈設置連接至該基板，且該上磁鐵設置浮接至該上線圈，其中該上磁鐵在該上線圈之範圍內移動；二滑軌，彼此平行設置於該基板的兩側；一配重塊，其設置連接至該上磁鐵與該二滑軌上，其中該第一驅動模組與該配重塊為一平衡軸；一第二驅動模組，其設置在該基板之該下半部區域，該第二驅動模組具有一下線圈與一下磁鐵，該下線圈設置連接至該基板，且該下磁鐵設置浮接至該下線圈，其中該下磁鐵在該下線圈之範圍內移動；一溜板，其設置連接至該下磁鐵與該二滑軌上；以及一下鑽驅動馬達，其設置連接至該溜板，其中該下鑽驅動馬達之一端具有一刀具，其中該上磁鐵的移動方向與該下磁鐵的移動方向相反，且該配重塊與該下鑽驅動馬達在同一Z軸線上，其中該第二驅動模組、該溜板與該下鑽驅動馬達為一加工主軸，其中該加工軸反向動平衡結構進行以下步驟，在一工作模式中，透過該加工主軸抓起該刀具且預備進行一加工作業，在一加工狀態中，當該加工主軸進行第一孔加工作業時，該加工主軸於工作區域下降至一作業工作高度，該加工主軸進行下鑽且該平衡軸進行上升以維持平衡，該加工主軸上升至該作業工作高度且該平衡軸下降以維持平衡，判斷該加工主軸是否處於一非加工狀態，如果該加工主軸處於該非加工狀態，則該加工主軸於工作區域上升至一作業安全高度且該平衡軸下降至起始位置，該加工主軸進行置放該刀具或更換該刀具，回到在該工作模式中透過該加工主軸抓起該刀具且預備進行一加工作業之步驟。
如請求項6所述之加工軸反向動平衡結構，其中如果該加工主軸處於該加工狀態下，則回到該加工主軸進行下鑽且該平衡軸進行上升以維持平衡之步驟。
如請求項6所述之加工軸反向動平衡結構，其中該配重塊透過加速度來補償本身之重量，並且該配重塊與該下鑽驅動馬達之移動速度不同，且加速度為1g至6g之間。
如請求項6所述之加工軸反向動平衡結構，其中在該下鑽驅動馬達的該刀具於Z軸方向下降至該作業工作高度，且下鑽第一孔來開始作用。