TWM573678U - Multi-spindle tool change system - Google Patents

Abstract

一種多主軸加工機床的主軸刀具更換系統，其多軸加工機床包含一機台、多個設置在機台的主軸，各個主軸可移動到一更換刀具的換刀位置，多主軸刀具更換系統包含：固定式刀架以及第一移動式刀架，固定式刀架具有多排架體、各排架體設置有多個供該主軸的刀具夾置的刀架座，第一移動式刀架包含可在三維空間方向移動的桿體，桿體上設置取放單元，取放單元移動路徑包含取得固定式刀架上的刀具固定式刀架位置、一等待換刀位置及一換刀位置。

Description

多主軸刀具更換系統

本創作係有關於一種加工機床的主軸刀具更換系統，尤其是涉及一種應用於多軸加工機床上的多主軸刀具更換系統。

現有的加工機床，如CNC銑床的換刀系統根據刀庫種類可分為刀臂式、夾臂式、斗笠式、排刀式...等等，依據機床的加工屬性及性能，會對應地配置各種的換刀系統，不過這些換刀系統都是針對單一主軸進行更換，也就是說此主軸在進行換刀時都是一對一的情形，無法做到一對多的情形。一般在2個主軸以上多主軸的場合下基本上沒有見過CNC銑床有帶換刀系統的，在沒有換刀系統的情況下，在加工時若要更換刀具就需要耗費比較多的人力時間，對每把刀進行更換，在人工手動換刀時比較容易發生操作上面的危險，導致人員受傷產生工安問題。

從以上的例子可以得知，對於單主軸的一對一換刀系統已經呈現很成熟且穩定的趨勢，但是在多主軸的環境要進行換刀動作目前沒有提供一個相對較為完整的換刀系統方案，對於客戶在使用上效率就會大大的打折，無法表現出多主軸能夠同時間完成數個單一產品優勢。

本創作的目的在於解決多主軸加工機床的多主軸刀具人工換刀的危險性及因換刀效率不彰導致多主軸加工效率低落的問題。

為達成上述系統的目的，本創作提供一種多主軸刀具更換系統，適於設置在一多軸加工機床上，該多軸加工機床包含一機台、多個設置於該機台的主軸，各個主軸可分別移動至一更換刀具的換刀位置，該多主軸刀具更換系統包含：一固定式刀架，其具有多排架體、每排架體設置有多個供刀具夾置的刀架座；以及一第一移動式刀架，其包含具有三維空間方向移動能力一第一移動機構，與設置於該第一移動機構上的一桿體，該桿體上設置多個第一取刀座，各個第一取刀座可夾取或釋放刀具，各個第一取刀座移動路徑包含各個刀架座的位置、一等待換刀位置和一換刀位置。

在一實施態樣中，本創作之該固定刀具每排的刀架座數量與該些第一取刀座的數量一致。

在一實施態樣中，本創作之該第一移動式刀架上所設的各個第一取刀座可調整其位於該第一移動式刀架的設置位置。該固定式刀架之每排架體所設置的各個刀架座可個別調整其位於該排架體的設置位置。

在一實施態樣中，該第一移動式刀架之該些第一取刀座係以多組第一移動機構的組成進行三維空間移動，每組第一移動機構係以伺服馬達帶動螺桿機構或以伺服馬達帶動齒輪再經由齒條傳動機構來作動。

在一實施態樣中，本創作更包含一第二移動式刀架，其包含具有三維空間移動能力的多個第二取刀座，各個第二取刀座可夾取或釋放刀具，各個第二取刀座移動路徑包含各個刀架座的位置、該等待換刀位置和該換刀位置。

本創作的特點在於：本創作提供一個完整的換刀系統方案，提供給客戶一種多主軸的加工場合可以進行換刀的系統，減少人員對於機床的操作並且減少加工的時間，增加生產的效率展現出多主軸加工的優勢的部分，且減少人員操作所造成的危險發生。本創作可將取刀座(第一取刀座、第二取刀座)及刀架座的設置位置設計為可調整，因此，即使在每個主軸擁有多個(如3個)取刀座組成一組時，每組取刀座可根據主軸與主軸間的相對位置進行調整，而每組取刀座的間格距離則是參考各主軸本身的寬度為主，這樣就可以佈置取刀座在移動式刀架上，以利刀具更換，且根據上述的取刀座設計可一次取多把供換刀使用，節省刀具本身替換時間。本創作可再增加一組移動式刀架(第二移動式刀架)，當其中一隻移動式刀架換完刀時，另一隻刀架可以接著等待進行換刀，以免在固定事刀架上取換刀時間過長，導致加工停擺等待，且其作動流程與單隻移動式刀架幾近相同，當移動式刀架更換完上面所有刀具後，移動到固定式刀架換刀位置，同時原先在上方以取完刀具的另一移動式刀下移動到換刀等待點進行等待換刀，提高換刀效率。本創作之換刀系統設計並非只能用於多主軸上，在單個主軸的環境下一樣可以使用本創作之換刀系統，可以體現出比一般排刀式再備更多刀具數目的換刀系統。再者，本創作對固定式刀架之每排置放刀具的架體，可作為可拆卸式結構，而該取放刀具的取放單元可應用架體取放器將單排架體取下，以降低多個取刀座批次個別取刀時發生取刀失敗的機率。

1,1’‧‧‧多軸加工機床

11‧‧‧機台

12‧‧‧主軸

2,2’‧‧‧多主軸刀具更換系統

21‧‧‧固定式刀架

211,211’‧‧‧架體

212‧‧‧刀架座

22‧‧‧第一移動式刀架

221‧‧‧第一移動機構

222‧‧‧桿體

223‧‧‧取放單元

2231‧‧‧第一取刀座

2232‧‧‧架體取放器

23,23’‧‧‧伺服馬達

24‧‧‧第二移動式刀架

241‧‧‧第二移動機構

242‧‧‧桿體

2421‧‧‧第二取刀座

a,b,c,d,e,f‧‧‧移動路徑

a’,b’,c’,d’,e’,f’‧‧‧移動路徑

L1‧‧‧換刀位置

L2‧‧‧刀架座的位置

L2’‧‧‧架體的對應位置

L3‧‧‧等待換刀位置

S‧‧‧刀具

S1‧‧‧待換刀具

X‧‧‧水平座標軸

Y‧‧‧垂直座標軸

Z‧‧‧高度座標軸

步驟S10~S15‧‧‧單個移動式刀架之多主軸刀具更換方法之步驟

步驟S20~S24‧‧‧雙個移動式刀架之多主軸刀具更換方法之步驟

步驟S30~S35‧‧‧具架體取放器之多主軸刀具更換方法之步驟

[圖1]繪示本創作之具有單個移動式刀架的多主軸刀具更換系統實施例的立體圖；[圖2]繪示圖1實施例之另一視角的立體圖；[圖3]繪示圖1實施例之前視圖；[圖4]繪示圖1實施例之右側視圖；[圖4A]繪示圖1實施例的第一移動式刀架的取放單元之多個第一取刀座到固定式刀架取下多個刀具的側視示意圖；[圖4B]繪示本創作之另一具有單個移動式刀架的多主軸刀具更換系統實施例的立體圖[圖4C]繪示圖4B實施例的第一移動式刀架的取放單元之架體取放器到固定式刀架取下置放多個刀具的架體的側視示意圖；[圖5]繪示本創作之具有雙個移動式刀架的多主軸刀具更換系統實施例的立體圖；[圖6]繪示圖5實施例之另一視角的立體圖；[圖7]繪示圖5實施例之前視圖；[圖8]繪示圖5實施例之右側視圖；[圖9]繪示本創作之具有單個移動式刀架的多主軸刀具更換系統之實施方法的步驟流程圖；[圖10]繪示本發明之具有雙個移動式刀架的多主軸刀具更換系統之實施方法的步驟流程圖。

[圖11]繪示本發明之以架體取放器抓取包含多個刀具的多主軸刀具更換系統之實施例方法的步驟流程圖。

茲配合圖式將本創作實施例詳細說明如下，其所附圖式主要為簡化之示意圖，僅以示意方式說明本創作之基本結構，因此在該等圖式中僅標示與本創作有關之元件，且所顯示之元件並非以實施時之數目、形狀、尺寸比例等加以繪製，其實際實施時之規格尺寸實為一種選擇性之設計，且其元件佈局形態有可能更為複雜。

請參見圖1至圖4，以及圖4A所示，其為本創作之具有單側式移動式刀架的多主軸刀具更換系統實施例的立體圖。本實施例的多主軸刀具更換系統2，適於設置在一多軸加工機床1上，該多軸加工機床1包含一機台11、多個設置於該機台11的主軸12，各個主軸12可分別移動至一換刀位置L1用以更換主軸12的刀具，該多主軸刀具更換系統2包含：一固定式刀架21，其具有多排架體211、每排架體211設置有多個供刀具S夾置的刀架座212；以及一第一移動式刀架22，其包含具有三維空間方向(如圖式之X-Y-Z軸方向)移動能力的一第一移動機構221，與設置於該第一移動機構221上的一桿體222，該桿體222設置有至少一取放單元223，藉由移動該桿體222連動該取放單元223，以使該取放單元223取出設置在該固定式刀架21上的該些刀具S(可一次取出整排架體211至該取放單元223上，即可將該架體211上的刀具S一次取出，或至架體211上的刀架座212逐個取出刀具至該取放單元223上)，該取放單元223的移動路徑包含該固定式刀架21之各個架體的對應位置L2’、一靠近該多軸加工機床1之換刀位置L1的等待換刀位置L3及該多軸加工機床1之一換刀位置L1。

請協同參照圖4A所示，上述實施例中，該取放單元223係包含設置於該桿體222的多個第一取刀座2231，各個第一取刀座2231可夾取或釋放刀具S，各個第一取刀座2231移動路徑包含該換刀位置L1(即對應於上述之該架體的對應位置L2’)、各個刀架座的位置L2和一靠近該換刀位置L1的等待換刀位置L3。每排架體211上所設的刀架座212數目與該桿體222上所設的該些第一取刀座2231的數量一致。該桿體222上所設的各個第一取刀座2231可個別調整其位於該桿體222上的設置位置，以利微調使其對應於該固定式刀架21之每排架體211所設置的各個刀架座212的位置，達到一次取刀動作即可由該些刀架座212抓取多支刀具S的目的。當然，該固定式刀架21之每排架體211所設置的各個刀架座212可個別調整其位於該排架體211的設置位置，使其易於與該桿體222上的各個第一取刀座2231相互對正。

再者，上述具有三維空間方向移動能力的第二移動機構241主要是為了移動該桿體222，使其各個第一取刀座2231在包含該換刀位置L1、各個刀架座的位置L2和一靠近該換刀位置L1的等待換刀位置L3之間移動。在本實施例中，該第二移動機構241係由三組伺服馬達23及螺桿機構組，配合滑軌及滑塊所組成，第一組伺服馬達23及螺桿機構組在其滑塊上承載第二組伺服馬達23及螺桿機構組，第二組伺服馬達23及螺桿機構組在其滑塊上承載第三組伺服馬達23及螺桿機構組，再由第三組伺服馬達23及螺桿機構組的滑塊承載桿體222。第一組伺服馬達23帶動螺桿機構正、反轉，以沿著如圖1中所示的直角座標系統之垂直座標軸Y前後移動；第二組伺服馬達帶動螺桿機構正、反轉，以沿著如圖1中所示的直角座標系統之高度座標軸Z上下移動；第三組伺服馬達帶動螺桿機構正、反轉，以沿著如圖1中所示的直角座標系統之水平座標軸X左右移動，該第一移動 機構除了以伺服馬達帶動螺桿機構之外，也可以伺服馬達帶動齒輪再經由齒條傳動機構來作動，此種三維空間方向移動的第一、第二移動機構(221,241)的變更設計，屬於本創作技術領域者所能理解並應用，在此不再贅述。

請再參見圖4B、圖4C。在本創作另一實施例中，該多軸加工機床1採用整個架體221’(包含該架體211’之刀架座212上的所有刀具S)取出的方式。在本實施例之該多主軸刀具更換系統2中，同樣包含前述實施例之多軸加工機床1、固定式刀架21、第一移動式刀架22等構件。

惟該固定式刀架21之該些架體211’係可分離式地固定於該固定式刀架21，該取放單元223係包含設置於該桿體222的一架體取放器2232，該架體取放器2232可藉著該桿體222的移動而夾取該固定式刀架21上的該些置放多個刀具S的架體211’之一或放置包含載有已經置換完待換刀具S之架體211’回到該固定式刀架21上。如圖4B所示，本實施例中，架體取放器2232可夾取或釋放載有多個刀具S的整排的架體211’，架體取放器2232移動路徑包含該換刀位置L1(即對應於上述之該架體的對應位置L2’)、各個架體的位置L2’和一靠近該換刀位置L1的等待換刀位置L3。

在一改進的實施例中，如圖5至圖8所示。本實施例是在單個移動式刀架的基礎上，再增加一組移動式刀架，形成雙個移動式刀架的多主軸刀具更換系統2’，其主要是在第一移動式刀架22的另一側機台11上設置一第二移動式刀架24，其包含具有三維空間移動能力的一第二移動機構241，與設置於該第二移動機構241上的一桿體242，該桿體242上設置多個第二取刀座2421，各個第二取刀座2421可夾取或釋放刀具S，各個第二取刀座2421移動路徑包含該換刀位置L1、各個刀架座的位置L2及該等待換刀位置L3。

接著請參照圖9並對照圖4A所示，本實施例為一種單個移動式刀架之多主軸刀具更換方法，其步驟包含：步驟S10：提供前述單個移動式刀架之多主軸刀具更換系統2；步驟S11：初始化設定，根據該多軸加工機床1的資訊(該資訊包含：該多軸加工機床1的主軸12數目、各主軸12之間的間距及其使用的刀具S尺寸)，設定該些第一取刀座2231的數目；並根據該些第一取刀座2231的數目，對應設置該固定式刀架21之每排架體211上的刀架座212所夾持的刀具S數目；步驟S12：取刀更換等待，移動該些第一取刀座2231至刀架座的位置L2，使其對應的該些刀架座212並取出原架設於該些刀架座212上的刀具S，其中該些第一取刀座2231包含一未夾持任何刀具S的第一取刀座空位，移動該些第一取刀座2231及其夾持刀具S至該等待換刀位置L3(如圖4A之箭頭所示的依序的移動路徑a,b,c,d，當然，移動時也可Z軸與Y軸同時移動，而非單一軸向順序移動)；步驟S13：主軸更換刀具，當該主軸12需要更換其待換刀具S1時，該主軸12先移入至該換刀位置L1，再以該第一取刀座空位接住該主軸12之待換刀具S1，再移動持有刀具S之該些第一取刀座2231，使其中一刀具S對準該主軸12，並再次移動該主軸12至該換刀位置L1，以使主軸12接取該刀具S(如圖4A之箭頭所示的移動路徑e)；步驟S14：當有任一主軸12未更換待換刀具S1時，移動該些第一取刀座2231及其夾持刀具S回到該等待換刀位置L3(如圖4A之箭頭所示的移動路徑f)，並跳回該主軸更換刀具步驟(即步驟S13)，以對未換刀的主軸12進行其待換刀具S1的更換。

另外，在一實施例中更包含：步驟S15，當該些第一取刀座2231上的刀具S皆已更換過，且有任一主軸12未更換待換刀具S1時，先移動該些第一取刀座2231至該些刀架座212更換刀具S，之後再移動該些第一取刀座2231及其刀具S回到該等待換刀位置L3之步驟。

再請參見圖10，並對照圖4A、圖4B所示，本實施例為一種雙單個移動式刀架之多主軸刀具更換方法，其步驟包含：步驟S20：提供雙個移動式刀架之多主軸刀具更換系統2’；步驟S21：初始化設定，根據該多軸加工機床1’的資訊(該資訊包含：該多軸加工機床1’的主軸12數目、各主軸12之間的間距及其使用的刀具S尺寸)，設定該些第一取刀座2231與該些第二取刀座2421的數目；並根據該些第一取刀座2231、第二取刀座2421的數目，對應設置該固定式刀架21之每排架體211上的刀架座212所夾持的刀具S數目；步驟S22：取刀更換等待，分別移動該些第一取刀座2231、第二取刀座2421至對應的該些刀架座212並取出該些刀架座212上的刀具S，且其中該些第一取刀座2231包含一未夾持刀具S之第一取刀座空位，並移動該些第一取刀座2231及其夾持刀具S至該等待換刀位置L3；步驟S23：主軸更換刀具，當該主軸12移入該換刀位置L1時，以該第一取刀座空位接住該主軸12之待換刀具S1，再移動持有刀具S之該些第一取刀座2231，使其中一刀具S對準該主軸12，並再次移動該主軸12至該換刀位置L1，以使主軸12接取該刀具S，同時，在該些第一取刀座2231移出該等待換刀位置L3之後，移動該些第二取刀座2421及其夾持刀具S至該等待換刀位置L3(該些第二取刀座2421已在該第一取刀座更換該主軸12之待換刀具S1並按裝新的刀具S期 間，先至刀架座的位置L2抓取刀具S)，以使該些第一取刀座2231與該些第二取刀座2421輪換對應於不同的主軸12的待換刀具S1進行更換；步驟S24：當有任一主軸12未更換待換刀具S1時，移動該些第一取刀座2231或第二取刀座2421回到該等待換刀位置L3，並回到該主軸更換刀具步驟(即步驟S23)，以對未換刀的主軸12進行待換刀具S1的更換，當該些第一取刀座2231上的刀具S皆已更換過，且有任一主軸12未更換待換刀具S1時，先移動該些第一取刀座2231至該些刀架座212更換刀具S(即移至刀架座的位置L2位置)，之後再移動該些第一取刀座及其刀具回到該等待換刀位置。

接著請參照圖11並對照圖4所示，本實施例為一種單個移動式刀架及抓取整個架體之多主軸刀具更換方法，其步驟包含：步驟S30：提供前述包含架體取放器2232之多主軸刀具更換系統2；步驟S32，取刀更換等待，移動該架體取放器2232至架體的對應位置L2’，並將該架體211’取出，且其中該架體211’之該些刀架座212包含一未夾持刀具S之空位，並移動該架體211’至該等待換刀位置L3(如圖4C之箭頭所示依序的移動路徑a’,b’,c’,d’，當然，移動時也可Z軸與Y軸同時移動，而非單一軸向順序移動)；步驟S33，主軸12更換刀具，當該主軸12移入該換刀位置L1時，以該刀架座212的空位接住該主軸12之待換刀具S1，再移動持有刀具S之該些刀架座212，使其中一刀具S對準該主軸12，並再次移動該主軸12至該換刀位置L1，以接取該刀具S(如圖4C之箭頭所示的移動路徑e’)；步驟S34，當有任一主軸12未更換待換刀具S1時，移動該些刀架座212及其夾持刀具S回到該等待換刀位置L3(如圖4C之箭頭所示的移動路徑f’)， 並回到該主軸更換刀具步驟(步驟S33)，以對未換刀的主軸12進行待換刀具S1的更換。

另外，在一實施例中更包含：步驟S35，當該些刀架座212上的刀具S皆已更換過，且有任一主軸12未更換待換刀具S1時，先移動該架體取放器2232至該固定式刀架21更換插置有刀具S的另一層架體211’，之後再移動該架體211’及其刀具S回到該等待換刀位置L3之步驟。

在上述方法中，當其中一隻移動式刀架換完刀時，另一隻移動式刀架可以接著等待進行換刀，以免在固定式刀架上取換刀時間過長，導致加工停擺等待，且雙隻移動式刀架的換刀步驟流程與單隻移動式刀架幾近相同，沒有學習曲線需要適應。

上述實施形態僅例示性說明本創作之原理、特點及其功效，並非用以限制本創作之可實施範疇，任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本創作之精神及範疇下，對上述實施形態進行修飾與改變。任何運用本創作所揭示內容而完成之等效改變及修飾，均仍應為下述之申請專利範圍所涵蓋。因此，本創作之權利保護範圍，應如申請專利範圍所列。

Claims (8)

1. 一種多主軸刀具更換系統，適於設置在一多軸加工機床上，該多軸加工機床包含一機台、多個設置於該機台的主軸，各個主軸可分別移動至一更換刀具的換刀位置，該多主軸刀具更換系統包含：一固定式刀架，其具有多排架體、每排架體設置有多個供刀具夾置的刀架座；以及一第一移動式刀架，其包含具有三維空間方向移動能力的一第一移動機構，與設置於該第一移動機構上的一桿體，該桿體設置至少一取放單元，藉由移動該桿體連動該取放單元，以使該取放單元取用或置回設置在該固定式刀架上的該些刀具，該取放單元移動路徑包含該固定式刀架之各架體的對應位置、一靠近該多軸加工機床之換刀位置的等待換刀位置及該多軸加工機床之一換刀位置。
2. 如申請專利範圍第1項所述之多主軸刀具更換系統，其中，該取放單元為設置於該桿體的多個第一取刀座，各個第一取刀座可夾取或釋放刀具，各個第一取刀座移動路徑包含各個刀架座的位置、一等待換刀位置和一換刀位置，每排架體的刀架座數量與該桿體上所設的該些第一取刀座的數量一致。
3. 如中請專利範圍第2項所述之多主軸刀具更換系統，其中，該桿體上所設的各個第一取刀座可調整其設置位置。
4. 如中請專利範圍第3項所述之多主軸刀具更換系統，其中，該固定式刀架之每排架體所設置的各個刀架座可個別調整其位於該排架體的設置位置。
5. 如申請專利範圍第2項所述之多主軸刀具更換系統，其中，該第一移動機構係以伺服馬達帶動螺桿機構帶動或以伺服馬達帶動齒輪再經由齒條傳動機構帶動。
6. 如申請專利範圍第2項所述之多主軸刀具更換系統，更包含：一第二移動式刀架，其包含具有三維空間移動能力的一第二移動機構，與設置於該第二移動機構上的一桿體，該桿體上設置多個第二取刀座，各個第二取刀座可夾取或釋放刀具，各個第二取刀座移動路徑包含各個刀架座的位置、該等待換刀位置和該換刀位置。
7. 如申請專利範圍第1項所述之多主軸刀具更換系統，其中，該些架體係可拆卸地固定於該固定式刀架，該取放單元為設置於該桿體的一架體取放器，該架體取放器可藉著該桿體的移動而夾取或釋該固定式刀架上的該些置放多個刀具的架體之一，或置回該架體至該固定式刀架上。
8. 如申請專利範圍第1項所述之多主軸刀具更換系統，更包含：一第二移動式刀架，其包含具有三維空間移動能力的一第二移動機構，與設置於該第二移動機構上的一桿體，該桿體上設置多個第二取刀座，各個第二取刀座可夾取或釋放刀具，各個第二取刀座移動路徑包含各個刀架座的位置、該等待換刀位置和該換刀位置。