TWM469128U - 具刀臂提讓功能之自動刀具交換裝置 - Google Patents

Description

具刀臂提讓功能之自動刀具交換裝置

本創作係與自動刀具交換裝置有關，更詳而言之乃係指一種具有交換刀臂可精準扣住刀具，並於刀具置入主軸之錐度孔行程中，使刀臂自動產生提讓動作，以避免因慣性作用與錐度孔產生撞擊、造成損壞之自動刀具交換裝置。

習用的CNC綜合切削工具機大多設有刀具庫以及自動刀具交換裝置，俾以於加工過程中因應加工耗損或加工需求之不同，以一交換刀臂自動將刀具庫內所存放之刀具與工具機主軸上之加工刀具交換，以達到自動化及加速加工流程之目的。

一般工具機主軸係以交換刀臂抽出主軸之原刀具後，以旋轉等動作更換刀具庫內之新刀具，並將新刀具推送進入主軸之錐度孔內，再利用刀具拉桿及瓣爪等裝置，來達到將刀具之刀把座拉緊固定於工具機主軸錐度孔內之目的。然而，交換刀臂為能快速完成換刀動作，不論是旋轉及升降、推送動作皆需於極短之時間內完成，快速的動作即會產生相當大之慣性作用。當交換刀臂快速上升將刀具置入錐度孔內時，交換刀臂容易因為慣性作用、不易停止，導致刀把座與錐度孔發生撞擊，而衍生刀具之刀把座與主軸錐度孔毀損之問題。

本創作為解決上述習用產生之缺失與不便之處，提出一種具刀臂提讓功能之自動刀具交換裝置的方案，該方案於平板凸輪之驅動環槽進一步凹設有一提讓凹槽，使驅動環槽於提讓凹槽處具有較大寬度，俾使得交換刀臂可於入刀過程中產生提讓緩衝動作。避免因快速動作使交換刀臂產生過大慣性作用，防止工具機主軸與刀具碰撞毀損之優點。

本創作係提供一種具刀臂提讓功能之自動刀具交換裝置，包含：

一刀臂座，其內設有一刀臂心軸，俾使該刀臂心軸可於刀臂座內產生旋向轉動及軸向滑移，且該刀臂心軸之一端係突露於刀臂座外，以供設置一交換刀臂；

一平板凸輪，其係以一轉動軸心可旋轉地軸設於該刀臂座內，其上並凹設有一驅動環槽，且該驅動環槽係由一入刀段、一第一升降段、一拔刀段及一第二升降段所依序組成；

一驅動臂，其兩端分別為一軸設於刀臂座內之轉動端及一驅動端，該轉動端及驅動端間設有一可於驅動環槽內移動之滾動件，且該驅動端係連接於該刀臂心軸處，俾使得該平板凸輪轉動時，驅動臂可沿驅動環槽之形狀變化，帶動該刀臂心軸產生軸向滑移，並使得交換刀臂得以帶動至少一刀具產生拔刀及入刀之動作；

其中，該驅動環槽之第二升降段處係設有一提讓凹槽，以於交換刀臂入刀時產生提讓動作。

本創作之主要目的在於：該提讓凹槽可使驅動環槽於提讓凹槽處具有比入刀段、第一升降段、拔刀段及第二升降段較大寬度，俾使得交換刀臂可於入刀過程中產生提讓緩衝動作，先使交換刀臂快速上升帶動刀具進入主軸之錐度孔內，並於刀具接近錐度孔壁面時產生提讓緩衝動作，使刀具得以緩速地靠緊錐度孔壁面。避免因快速動作使交換刀臂產生過大慣性作用，防止工具機主軸與刀具碰撞毀損。

本創作之次要目的在於：該入刀段、第一升降段、拔刀段及第二升降段之徑向寬度係約略等於該滾動件之尺寸，當滾動件於入刀段滑移時，可使交換刀臂精準地保持於同一水平高度，俾使得交換刀臂轉動扣刀時，可準確地與刀具對準扣合。

為便於說明本創作於上述新型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說明之比例、尺寸、變形量或位移量而描繪，而非按實際元件的比例予以繪製，合先敘明。且以下的說明中，類似的元件是以相同的編號來表示。

如圖1~圖3所示，本創作係為一種具刀臂提讓功能之自動刀具交換裝置，包含：

一刀臂座10，其內設有一刀臂心軸11，俾使該刀臂心軸11可於刀臂座10內產生旋向轉動及軸向滑移，且該刀臂心軸11之一端係突露於刀臂座10外，以供設置一交換刀臂12；其中，該交換刀臂12之兩端各設有一扣刀裝置13。再者，該刀臂心軸11係可直接或間接與一動力源連接，以驅動該刀臂心軸11旋向轉動。

一平板凸輪20，其係以一轉動軸心21可旋轉地軸設於該刀臂座10內，其上並凹設有一驅動環槽22，且該驅動環槽22係由一入刀段23、一第一升降段24、一拔刀段25及一第二升降段26所依序組成，並於該驅動環槽22之第二升降段26處係設有一提讓凹槽27；其中，該驅動環槽22係具有一內壁面221及一外壁面222，而該提讓凹槽27係設於第二升降段26之外壁面222處，並於該提讓凹槽27之兩端係各設有一斜面271。再者，該提讓凹槽27係設於第二升降段26鄰接入刀段23處。或者，該提讓凹槽27係可自第二升降段26鄰接入刀段23延伸至入刀段23處。

一驅動臂30，其兩端分別為一軸設於刀臂座10內之轉動端31及一驅動端32，該轉動端31及驅動端32間設有一可於驅動環槽22內移動之滾動件33，且該驅動端32係連接於該刀臂心軸11處，其中，該刀臂心軸11上設有一環槽111，該環槽111係可供驅動臂30之驅動端32可滑動地接合於其內。俾使得該平板凸輪20轉動時，滾動件33可沿驅動環槽22之形狀變化，驅動驅動臂30以轉動端31為軸心，使驅動臂30上下擺動，以使驅動端32帶動該刀臂心軸11產生軸向滑移。

其中，該入刀段23與拔刀段25係為一圓弧段，該入刀段23與轉動軸心21之徑向距離係小於拔刀段25與轉動軸心21之徑向距離。且該第一升降段24與第二升降段26上各點至轉動軸心21之徑向距離係大於入刀段23與轉動軸心21之徑向距離，而小於拔刀段25與轉動軸心21之徑向距離。其中，該入刀段23、第一升降段24、拔刀段25及第二升降段26之徑向寬度係等於該滾動件33，而該驅動環槽22於提讓凹槽27處之徑向寬度係大於該滾動件33。

再者，如圖4所示，其係為本創作平板凸輪20之時序示意圖，以圖3標示0∘處為起點，平板凸輪20以圖面逆時針方向轉動，其縱軸為驅動環槽22外壁面222至轉動軸心21之距離，其中，入刀段23與轉動軸心21之徑向距離為D1，拔刀段25與轉動軸心21之徑向距離為D2，而提讓凹槽27與轉動軸心21之徑向距離為D3，D3較佳的實施例係大於D2約0.005mm~0.01mm。

而上述之自動刀具交換裝置，如圖1及圖2所示，其係設置於至少一刀具庫40及一工具機主軸50間，該刀具庫40內可供收藏有複數具有刀把座61之刀具60，且該刀把座61具有一可供扣刀裝置13扣合之刀槽62(如圖7)。而該工具機主軸50內如圖7所示，係於一軸孔51內設有一拉刀桿52，該拉刀桿52端部係可以瓣爪座53及瓣爪54，或其他習知的固定裝置，將一刀具60’之刀把座61’拉緊，以定位於軸孔51端部之一錐度孔511內，以使得該工具機主軸50可帶動刀具60’轉動以進行切削、鑽孔等加工作業。

明瞭上述本案詳細結構後，以下係針對本案之動作原理逐一詳細說明：

如圖3~圖6所示，當該平板凸輪20轉動時，該滾動件33可沿驅動環槽22之形狀變化，驅動驅動臂30以轉動端31為軸心，使驅動臂30上下擺動，連帶使驅動端32於環槽111動作，以帶動該刀臂心軸11產生軸向滑移。其中，由於該入刀段23與轉動軸心21之徑向距離係小於拔刀段25與轉動軸心21之徑向距離。且該第一升降段24與第二升降段26上各點至轉動軸心21之徑向距離係大於入刀段23與轉動軸心21之徑向距離，而小於拔刀段25與轉動軸心21之徑向距離。因此，當滾動件33位於入刀段23時該交換刀臂12位於第一高度，當滾動件33位於拔刀段25時該交換刀臂12位於第二高度，其中，該第一高度係高於第二高度，而該滾動件33位於第一升降段24或第二升降段26時，則使交換刀臂12於第一高度及第二高度間位移。

搭配該刀臂心軸11之旋向轉動動作，俾使得該交換刀臂12可自預備位置(如圖1)於第一高度旋向轉動，此時，滾動件33係位於入刀段23(如圖4所示之拔刀點A)，以使交換刀臂12兩端之扣刀裝置13扣合於刀具庫40及工具機主軸50處刀具60、60’之刀槽62、62’內。接著，隨著平板凸輪20之轉動，滾動件33由第一升降段24往拔刀段25位移(如圖4所示之拔刀定位點B)，使交換刀臂12自第一高度往第二高度下降，而使刀具60、60’與刀具庫40及工具機主軸50脫出，而完成拔刀動作。

再者，刀臂心軸11之旋向轉動使原位於刀具庫40及工具機主軸50處刀具60、60’相互交換位置後，滾動件33由第二升降段26往入刀段23位移(如圖4所示之入刀點C)，而使交換刀臂12自第二高度往第一高度上升，使刀具60、60’進入工具機主軸50與刀具庫40內固定，且扣刀裝置13鬆放刀具60、60’後，交換刀臂12反向旋向轉動回預備位置後，即完成自動換刀動作。

其中，如圖6及圖7所示，當刀具庫40內之刀具60隨著交換刀臂12之旋轉扣刀、下降拔刀以及旋轉交換位置至工具機主軸50下方等動作，而使刀具60自刀具庫40被取出並移動對準錐度孔511。此時，滾動件33係隨著平板凸輪20之轉動而進入於驅動環槽22之第二升降段26，而在平板凸輪20持續轉動動作下，滾動件33由第二升降段26往入刀段23位移，而使交換刀臂12帶動刀具60上昇，並往錐度孔511內部深入。而由於提讓凹槽27係設於第二升降段26鄰接入刀段23處，且提讓凹槽27處之徑向寬度係大於該滾動件33，當刀具60深入接近錐度孔511壁面時，滾動件33會落入提讓凹槽27(如圖4所示之入刀定位點D)，而使交換刀臂12產生提讓緩衝動作，使刀具60與錐度孔511壁面保持一距離(如圖7)，藉以緩衝交換刀臂12產生之慣性作用。

接著，如圖8所示，平板凸輪20持續轉動動作，滾動件33自第二升降段26欲移至入刀段23時，滾動件33同時會沿著提讓凹槽27之斜面271移動，而使交換刀臂12上升一小段距離，即可將刀具60緊靠錐度孔511壁面。更值得一提的是，當滾動件33進入提讓凹槽27後(如圖4所示之入刀定位點D)，該工具機主軸50之拉刀桿52即可對刀具60主動進行拉刀固定動作，以瓣爪座53及瓣爪54將刀把座61端部往錐度孔511內部拉緊，更可免除刀具60緊靠錐度孔511時瓣爪座53及瓣爪54發生碰撞之疑慮。

藉由上述動作，交換刀臂12可於入刀過程中產生提讓緩衝動作，先使交換刀臂12快速上升帶動刀具60進入工具機主軸50之錐度孔511內，並於刀具60接近錐度孔511壁面時產生提讓緩衝動作，使刀具60得以在緩衝、停頓動作後再緩速地靠緊錐度孔511壁面。避免因交換刀臂12快速動作產生過大慣性作用，而使工具機主軸50與刀具60碰撞毀損。

再加上，該入刀段23、第一升降段24、拔刀段25及第二升降段26之徑向寬度係約略等於該滾動件33之尺寸，當滾動件33於驅動環槽22內滑移時，可使交換刀臂12精準地控制於正確的高度。

由以上詳細說明，可使熟知本項技藝者明瞭本創作確實與習用之技術截然不同，具有相當之新穎性。且本創作具有習用技術所無法預期的功效，實已符合專利核准之積極要件，爰依法提出專利申請。

雖本創作是以一較佳實施例作說明，但精於此技藝者能在不脫離本創作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創作而已，非用以限制本創作之範圍。舉凡不違本創作精神所從事的種種修改或變化，俱屬本創作意欲保護之範疇。

10‧‧‧刀臂座
11‧‧‧刀臂心軸
111‧‧‧環槽
12‧‧‧交換刀臂
13‧‧‧扣刀裝置
20‧‧‧平板凸輪
21‧‧‧轉動軸心
22‧‧‧驅動環槽
23‧‧‧入刀段
24‧‧‧第一升降段
25‧‧‧拔刀段
26‧‧‧第二升降段
27‧‧‧提讓凹槽
221‧‧‧內壁面
222‧‧‧外壁面
271‧‧‧斜面
30‧‧‧驅動臂
31‧‧‧轉動端
32‧‧‧驅動端
33‧‧‧滾動件
40‧‧‧刀具庫
50‧‧‧工具機主軸
51‧‧‧軸孔
511‧‧‧錐度孔
52‧‧‧拉刀桿
53‧‧‧瓣爪座
54‧‧‧瓣爪
60‧‧‧刀具
61‧‧‧刀把座
62‧‧‧刀槽
D1、D2、D3‧‧‧距離
A‧‧‧拔刀點
B‧‧‧拔刀定位點
C‧‧‧入刀點
D‧‧‧入刀定位點

[圖1]係本創作實施之立體外觀圖(一)。 [圖2]係本創作實施之立體外觀圖(二)。 [圖3]係本創作之剖面示意圖。 [圖4]係本創作之平板凸輪時序示意圖。 [圖5]係本創作之剖面動作示意圖(一)。 [圖6]係本創作之剖面動作示意圖(二)。 [圖7]係本創作交換刀臂之入刀動作示意圖(一)。 [圖8]係本創作交換刀臂之入刀動作示意圖(二)。

10‧‧‧刀臂座

11‧‧‧刀臂心軸

12‧‧‧交換刀臂

13‧‧‧扣刀裝置

40‧‧‧刀具庫

50‧‧‧工具機主軸

Claims (10)

1. 一種具刀臂提讓功能之自動刀具交換裝置，包含： 一刀臂座，其內設有一刀臂心軸，俾使該刀臂心軸可於刀臂座內產生旋向轉動及軸向滑移，且該刀臂心軸之一端係突露於刀臂座外，以供設置一交換刀臂； 一平板凸輪，其係以一轉動軸心可旋轉地軸設於該刀臂座內，其上並凹設有一驅動環槽，且該驅動環槽係由一入刀段、一第一升降段、一拔刀段及一第二升降段所依序組成； 一驅動臂，其兩端分別為一軸設於刀臂座內之轉動端及一驅動端，該轉動端及驅動端間設有一可於驅動環槽內移動之滾動件，且該驅動端係連接於該刀臂心軸處，俾使得該平板凸輪轉動時，驅動臂可沿驅動環槽之形狀變化，帶動該刀臂心軸產生軸向滑移，並使得交換刀臂得以帶動至少一刀具產生拔刀及入刀之動作； 其中，該驅動環槽之第二升降段處係設有一提讓凹槽，以於交換刀臂入刀時產生提讓動作。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具刀臂提讓功能之自動刀具交換裝置，其中，該驅動環槽具有一內壁面及一外壁面，該提讓凹槽係設於第二升降段之外壁面處。
3. 如申請專利範圍第2項所述之具刀臂提讓功能之自動刀具交換裝置，其中，該提讓凹槽係設於第二升降段鄰接入刀段處。
4. 如申請專利範圍第2項所述之具刀臂提讓功能之自動刀具交換裝置，其中，該提讓凹槽之兩端係各設有一斜面。
5. 如申請專利範圍第2項所述之具刀臂提讓功能之自動刀具交換裝置，其中，該入刀段與拔刀段係為一圓弧段。
6. 如申請專利範圍第5項所述之具刀臂提讓功能之自動刀具交換裝置，其中，該入刀段與轉動軸心之徑向距離係小於拔刀段與轉動軸心之徑向距離。
7. 如申請專利範圍第5項所述之具刀臂提讓功能之自動刀具交換裝置，其中，該第一升降段與第二升降段上各點至轉動軸心之徑向距離係大於入刀段與轉動軸心之徑向距離，而小於拔刀段與轉動軸心之徑向距離。
8. 如申請專利範圍第1項所述之具刀臂提讓功能之自動刀具交換裝置，其中，該驅動環槽於入刀段、第一升降段、拔刀段及第二升降段之徑向寬度係等於該滾動件，而該驅動環槽於提讓凹槽處之徑向寬度係大於該滾動件。
9. 如申請專利範圍第1項所述之具刀臂提讓功能之自動刀具交換裝置，其中，該刀臂心軸上設有一環槽，該環槽係可供驅動臂之驅動端可滑動地接合於其內。
10. 如申請專利範圍第1項所述之具刀臂提讓功能之自動刀具交換裝置，其中，該交換刀臂之兩端各設有一扣刀裝置。