TWM586188U - Ｃｎｃ工具機的斷電保護系統 - Google Patents

Abstract

一種CNC工具機的斷電保護系統，包含：驅動器，刀具，儲存單元及CNC控制單元；驅動器驅動刀具轉軸；刀具安裝於刀具轉軸；儲存單元用以儲存抬刀條件參數與安全抬刀參數；CNC控制單元與驅動器、儲存單元電性連接，用以在取得一斷電警示訊號後，將當下CNC工具機使用的刀具型態及加工程序分別與對應的抬刀條件參數、安全抬刀參數進行比對，判斷當下CNC工具機的斷電保護系統適合執行一抬刀保護程序或一剎車程序，並根據判斷結果，控制刀具轉軸執行相對應的處理程序。

Description

CNC工具機的斷電保護系統

本創作為一種CNC工具機的斷電保護系統，特別是有關於CNC工具機供電不穩時的自動退刀決策之系統。

如圖1所示，在頻繁發生打雷或是供電不穩的地區容易發生跳電，使供電產生問題，若是CNC工具機1在加工到一半突然停止電力供應，刀具轉軸10上的刀具11會因為突然的斷電，在剎車還沒夾緊之前便掉落，這樣不僅會導致刀具11直接撞擊到加工工件12的表面，使刀具11壽命降低，甚至是損毀，還會在加工工件12上留下加工紋路，進而使加工工件12的表面光潔度降低，甚至成為廢品，而這樣所執行的許多道加工工序都將前功盡棄。目前因應上述問題而提出的解決方案為，當斷電時，CNC工具機便直接執行斷電抬刀。

然而，在實際加工過程中，CNC工具機的刀塔往往具有許多把刀，有的刀具的型態在進行加工時適合斷電抬刀(如圖2所示之外圓切削加工刀具)，有的刀具並不適合斷電抬刀(如圖3所示之攻牙刀具、圖4所示之成型刀具及圖5所示之另一成型刀具)。若加工時使用的刀具為攻牙刀或成型刀， CNC工具機卻在斷電時卻進行抬刀，將有可能會損傷刀具轉軸、刀具或是工件。

本創作的目的在於提供一種CNC工具機的斷電保護系統，根據一斷電警示訊號來啟動CNC控制單元進行CNC工具機之抬刀或剎車決策，以在CNC工具機斷電時保護刀具、機台及加工工件。

為達成上述CNC工具機的斷電保護系統之目的，本創作提供的CNC工具機的斷電保護系統包含：一驅動器，用以驅動一刀具轉軸；至少一刀具，係安裝於該刀具轉軸，用以對一工件進行多個加工程序；一儲存單元，用以儲存包含一抬刀條件參數與一安全抬刀參數，該抬刀條件參數包含涵蓋該些加工程序之任一刀具型態與其所對應之能否抬刀資訊以及涵蓋任一該些加工程序與其所對應之能否抬刀資訊，該安全抬刀參數包括一抬刀距離；以及一CNC控制單元，係與該驅動器、該儲存單元電性連接，用以在取得一斷電警示訊號後，將當下該CNC工具機使用的刀具型態及加工程序分別與對應的該抬刀條件參數、該安全抬刀參數進行比對，判斷當下該CNC工具機的斷電保護系統適合執行一抬刀保護程序或一剎車程序，並根據該判斷結果，控制該刀具轉軸執行相對應的處理程序。

在一系統實施態樣，更包含一電力品質監控單元，其係與該CNC控制單元電性連接，用以即時監控該CNC工具機的供電品質，並在該CNC工具機的供電品質低於一預設值以下時，發出該斷電警示訊號。

在一系統實施態樣，該CNC工具機的供電品質包含電壓值或電流值。

在一系統實施態樣，該CNC控制單元判斷當下該CNC工具機的斷電保護系統適合執行抬刀保護程序的條件包含：取得該斷電警示訊號的當下所進行的該加工程序的刀具型態適合執行抬刀保護程序、取得該斷電警示訊號的當下進行的該加工程序適合執行抬刀保護程序以及取得該斷電警示訊號的當下的加工位置之該抬刀距離不會超過該機台的行程極限。

在一系統實施態樣，該CNC控制單元判斷當下該CNC工具機的斷電保護系統適合執行該剎車程序的條件包含：取得該斷電警示訊號的當下所進行的該加工程序的刀具型態不適合執行抬刀保護程序、取得該斷電警示訊號的當下進行的該加工程序不適合執行抬刀保護程序或取得該斷電警示訊號的當下的加工位置之抬刀距離超過該機台的行程極限。

在一系統實施態樣，適合執行該剎車程序之刀具型態包含成型刀具、攻牙刀具或鑽孔刀具。

在一系統實施態樣，適合執行該剎車程序的加工方式包含成型、攻牙、鑽孔或撈邊。

在一系統實施態樣，該儲存單元係內建於該CNC控制單元或設置於一與該CNC控制單元連線的遠端伺服器之中。

在一系統實施態樣，該CNC控制單元包含記錄CNC工具機的即時加工狀態於該儲存單元，並在該CNC工具機復電時，於該斷電當下未完成的加工位置繼續進行加工。

本創作特點包含：本創作的CNC控制器可根據使用者輸入的參數(如加工刀具之型態、加工條件等)，在CNC工具機突然斷電或供電不穩時，CNC控制器能從電壓或電流值的改變狀況得知目前需進行斷電保護機制，並依照當下的加工刀具之型態以及加工狀態，判斷應進行斷電抬刀或是直接剎車以避免在不可抬刀的加工中，做出斷電抬刀動作，損傷刀具轉軸、刀具、工件甚至是CNC工具機。如此一來，即使CNC工具機在加工過程中遭遇突然斷電的情況，也不會影響到工件加工品質與刀具壽命。

1‧‧‧CNC工具機

10‧‧‧刀具轉軸

11‧‧‧刀具

12‧‧‧加工工件

2‧‧‧CNC工具機的斷電保護系統

21‧‧‧驅動器

211‧‧‧刀具轉軸

22‧‧‧刀具

23‧‧‧儲存單元

231‧‧‧抬刀條件參數

232‧‧‧安全抬刀參數

24‧‧‧CNC控制單元

25‧‧‧電力品質監控單元

251‧‧‧斷電警示訊號

W‧‧‧工件

圖1為CNC工具機的刀具加工時斷電而直接抬刀的立體示意圖；圖2為CNC工具機所應用的外圓切削加工程序之斷電直接抬刀示意圖；圖3為CNC工具機所應用的攻牙加工程序之斷電直接抬刀示意圖；圖4為CNC工具機所應用的成型刀具示意圖；圖5為CNC工具機所應用的另一成型刀具示意圖；圖6為本創作之CNC工具機的斷電保護系統之驅動器包含電力品質監控單單元的系統方塊圖；圖7為本創作之CNC工具機的斷電保護系統之CNC控制單元包含電力品質監控單單元的系統方塊圖；圖8為本創作之CNC工具機的斷電保護系統之外接式電力品質監控單單元的系統方塊圖。

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。

首先請參照圖6、圖7或圖8所示。本實施例為一種CNC工具機的斷電保護系統2，包含：驅動器21、至少一刀具22、一儲存單元23以及一CNC控制單元24。該驅動器21可以是CNC工具機的刀具轉軸馬達驅動器，用以驅動一刀具轉軸211；該刀具22係安裝於該刀具轉軸211，用以對一工件W進行多個加工程序。儲存單元23用以儲存包含一抬刀條件參數231與一安全抬刀參數232，該抬刀條件參數231包含「涵蓋該些加工程序之任一刀具型態與其所對應之能否抬刀資訊」以及「涵蓋任一該些加工程序與其所對應之能否抬刀資訊」，該安全抬刀參數232包括一抬刀距離；CNC控制單元24係與該驅動器21、該儲存單元23電性連接，用以在取得一斷電警示訊號251(即供給CNC工具機(未繪示)的電力下降至無法維持正當運作時發出該斷電警示訊號251)後，將當下該CNC工具機使用的刀具型態及加工程序分別與對應的該抬刀條件參數231、該安全抬刀參數232進行比對，判斷當下該CNC工具機的斷電保護系統2適合執行一抬刀保護程序或一剎車程序，並根據該判斷結果，控制該刀具轉軸211執行相對應的處理程序。在一實施例中，儲存單元23中內建有當CNC工具機發生斷電或電力供應不穩定的情況時，適合或不適合執行抬刀的刀具型態以及加工程序。舉例來說，當CNC工具機發生斷電或電力供應不穩定的情況時，CNC控制單元24會取得斷電警示訊號251，CNC控制單元24會判斷當下CNC工具機是否正使用成型、攻牙 或鑽孔等刀具來執行成型、攻牙、鑽孔或撈邊等加工程序。由於在儲存單元23中上述刀具及加工程序是屬於在供電不穩定時不適合執行抬刀的，因此CNC控制單元24會判斷CNC工具機的斷電保護系統2適合執行剎車程序，CNC控制單元24會發出停止命令給刀具轉軸馬達之驅動器21。

另一方面，CNC控制單元24取得斷電警示訊號251後，若判斷當下CNC工具機使用的是如圖2的外圓切削加工刀具來執行外圓切削的加工程序，且當下將外圓切削加工刀具抬起的抬刀距離在安全範圍內，代表CNC工具機的斷電保護系統2適合執行抬刀保護程序，CNC控制單元24會發出抬刀命令給刀具轉軸馬達驅動器。

在本創作實施例中，儲存單元23係內建於CNC控制單元24或設置於一與CNC控制單元24連線的遠端伺服器之中。如此一來，使用者可直接在CNC工具機上更新或修改儲存單元23中的資料，或者在遠端伺服器中更新或修改儲存單元23的資料後上傳至CNC工具機。值得注意的是，使用者除了可在儲存單元23中建立供電不穩時，適合或不適合執行抬刀的刀具型態以及加工程序對照表以及抬刀距離外。另一方面，使用者還可在儲存單元23中設定機構參數(如機構耦合型態與螺桿節距)與軌跡參數(如重力方向、最高衝量與最高加速度)，以利CNC控制單元24規劃抬刀速度與抬刀方向。

在一實施例中，CNC控制單元24包含記錄CNC工具機的即時加工狀態於儲存單元23，並在CNC工具機復電時，於斷電當下未完成的加工位置繼續進行加工。舉例來說，當CNC控制單元24取得斷電警示訊號251後，會將CNC工具機當下的加工狀態(如工件加工情況或刀具位置)記錄於儲存單元23中，後續CNC工具機復電後，會根據儲存單元23中的記錄資訊接續加工流程。在另一 實施例中，CNC控制單元24無須取得斷電警示訊號251也可定時(如每間隔3秒)或不定時(如間隔1秒、5秒與7秒)的在CNC工具機加工過程中記錄加工狀態於儲存單元23，可依據使用者需求隨時調整記錄時間。

在一實施例中(同樣請參照圖6、圖7或圖8)，該CNC工具機的斷電保護系統2更包含一電力品質監控單元25，其係與該CNC控制單元24耦接，用以即時監控該CNC工具機的供電品質，並在該CNC工具機的供電品質低於一預設值(一般為供給CNC工具機的電力下降至無法維持正當運作的數值，惟該預設值不以此設定邏輯為限)以下時，發出該斷電警示訊號251。前述中該CNC工具機的供電品質包含任何可推算出供電內容之因子，例如當下供電的電壓值或當下供電的電流值。在一實施例中，電力品質監控單元25可以是安裝於CNC控制單元24(如圖7所示)或驅動器21中(如圖6所示)的電力品質監控程式；在另一實施例中，電力品質監控單元25也可以是外接於CNC控制單元24或驅動器21的硬體裝置(如圖8所示)，本創作對此不加以限制。

在一實施例中，該CNC控制單元24判斷當下該CNC工具機的斷電保護系統2適合執行抬刀保護程序的條件包含符合下列各項始成立：1.取得該斷電警示訊號251的當下所進行的該加工程序的刀具型態適合執行抬刀保護程序、2.取得該斷電警示訊號251的當下進行的該加工程序適合執行抬刀保護程序且3.取得該斷電警示訊號的當下的加工位置之該抬刀距離不會超過該機台的行程極限，詳細說明如下。

舉例來說，當CNC工具機的供電品質不穩定時，CNC控制單元24會取得斷電警示訊號251，若CNC控制單元24判斷當下CNC工具機使用的是外圓切削加工刀具，代表上述第1項條件成立；若CNC控制單元24判斷當下執行的是 外圓切削加工程序，代表上述第2項條件成立；若CNC控制單元24判斷當下將外圓切削加工刀具抬起的抬刀距離不會超過預先設定的機台行程極限，代表上述第3項條件成立。CNC控制單元24在上述1~3項條件皆成立的情況下，判斷CNC工具機的斷電保護系統2適合執行抬刀保護程序，CNC控制單元24會發出抬刀命令給刀具轉軸馬達驅動器。

在一實施例中，該CNC控制單元24判斷當下該CNC工具機的斷電保護系統2適合執行該剎車程序的條件包含符合下列任一項即成立：1.取得該斷電警示訊號251的當下所進行的該加工程序的刀具型態不適合執行抬刀保護程序、2.取得該斷電警示訊號的當下進行的該加工程序不適合執行抬刀保護程序或3.取得該斷電警示訊號的當下的加工位置之抬刀距離超過該機台的行程極限，詳細說明如下。

舉例來說，當CNC工具機的供電品質不穩定時，CNC控制單元24會取得斷電警示訊號251，若CNC控制單元24判斷當下CNC工具機使用的是成型、攻牙或鑽孔等刀具，代表上述第1項條件成立；若CNC控制單元24判斷當下執行的是成型、攻牙、鑽孔或撈邊等加工程序，代表上述第2項條件成立；若CNC控制單元24判斷當下將成型、攻牙或鑽孔等刀具抬起的抬刀距離會超過預先設定的機台行程極限，代表上述第3項條件成立。CNC控制單元24在上述1~3項任一項條件成立的情況下，判斷CNC工具機的斷電保護系統2適合執行剎車程序，CNC控制單元24會發出停止命令給刀具轉軸馬達之驅動器21。

Claims (9)

1. 一種CNC工具機的斷電保護系統，包含：一驅動器，用以驅動一刀具轉軸；至少一刀具，係安裝於該刀具轉軸，用以對一工件進行多個加工程序；一儲存單元，用以儲存包含一抬刀條件參數與一安全抬刀參數，該抬刀條件參數包含涵蓋該些加工程序之任一刀具型態與其所對應之能否抬刀資訊以及涵蓋任一該些加工程序與其所對應之能否抬刀資訊，該安全抬刀參數包括一抬刀距離；以及一CNC控制單元，係與該驅動器、該儲存單元電性連接，用以在取得一斷電警示訊號後，將當下該CNC工具機使用的刀具型態及加工程序分別與對應的該抬刀條件參數、該安全抬刀參數進行比對，判斷當下該CNC工具機的斷電保護系統適合執行一抬刀保護程序或一剎車程序，並根據該判斷結果，控制該刀具轉軸執行相對應的處理程序。
2. 如請求項第1項所述的CNC工具機的斷電保護系統，更包含一電力品質監控單元，其係與該CNC控制單元耦接，用以即時監控該CNC工具機的供電品質，並在該CNC工具機的供電品質低於一預設值以下時，發出該斷電警示訊號。
3. 如請求項第2項所述的CNC工具機的斷電保護系統，其中該CNC工具機的供電品質包含電壓值或電流值。
4. 如請求項第1項所述的CNC工具機的斷電保護系統，其中該CNC控制單元判斷當下該CNC工具機的斷電保護系統適合執行抬刀保護程序的條件包含：取得該斷電警示訊號的當下所進行的該加工程序的刀具型態適合執行抬刀保護程序、取得該斷電警示訊號的當下進行的該加工程序適合執行抬刀保護程序以及取得該斷電警示訊號的當下的加工位置之該抬刀距離不會超過該機台的行程極限。
5. 如請求項第1項所述的CNC工具機的斷電保護系統，其中該CNC控制單元判斷當下該CNC工具機的斷電保護系統適合執行該剎車程序的條件包含：取得該斷電警示訊號的當下所進行的該加工程序的刀具型態不適合執行抬刀保護程序、取得該斷電警示訊號的當下進行的該加工程序不適合執行抬刀保護程序或取得該斷電警示訊號的當下的加工位置之抬刀距離超過該機台的行程極限。
6. 如請求項第5項所述的CNC工具機的斷電保護系統，其中適合執行該剎車程序之刀具型態包含成型刀具、攻牙刀具或鑽孔刀具。
7. 如請求項第5項所述的CNC工具機的斷電保護系統，其中適合執行該剎車程序的加工方式包含成型、攻牙、鑽孔或撈邊。
8. 如請求項第1項所述的CNC工具機的斷電保護系統，其中該儲存單元係內建於該CNC控制單元或設置於一與該CNC控制單元連線的遠端伺服器之中。
9. 如請求項第1項所述的CNC工具機的斷電保護系統，其中該CNC控制單元包含記錄CNC工具機的即時加工狀態於該儲存單元，並在該CNC工具機復電時，於該斷電當下未完成的加工位置繼續進行加工。