TWI649153B - 以預鬆刀執行快速換刀之方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種以預鬆刀執行快速換刀之方法，用於控制主軸、鬆刀缸及換刀臂之作動，主軸之一夾持端於一夾緊位置夾持刀具，其方法包含下列步驟：一預鬆步驟：於更換刀具前，主軸之夾持端由夾緊位置移動至一預鬆位置夾持已使用之刀具，由鬆刀缸頂推已使用之刀具，使已使用之刀具脫離主軸之錐度；一換刀步驟：換刀臂旋轉且扣住已使用之刀具，並將已使用之刀具拔離主軸，再將欲使用之刀具對應夾持端；以及一插刀步驟：換刀臂將欲使用之刀具插入夾持端，於欲使用之刀具插入同時夾持住。藉此，以縮減鬆刀與夾刀之時間流程，達到快速換刀之效果。

Description

以預鬆刀執行快速換刀之方法

本發明係關於一種換刀方法，尤指一種以預鬆刀執行快速換刀之方法。

請參閱圖1至圖2所示，其換刀作動流程為：(一)於加工主軸帶動刀具加工完成後，加工主軸帶動已使用之刀具1回到原點A停止；於確定加工主軸停止後，換刀臂2再由待機位置2a旋轉至主軸位置2b，而換刀臂2之一端扣住已使用之刀具1，換刀臂2之另一端裝設欲使用之刀具3；當確認換刀臂2扣住已使用之刀具1後，加工主軸之夾持端再將已使用之刀具1進行鬆刀動作B，其中，此流程於圖1中以(一)表示；(二)換刀臂2將已使用之刀具1拉離加工主軸，接著，換刀臂2旋轉將欲使用之刀具3對應於加工主軸之夾持端；由換刀臂2將欲使用之刀具3插入加工主軸之夾持端，其中，此流程於圖1中以(二)表示；(三)加工主軸於確認欲使用之刀具3已插入夾持端後，再將欲使用之刀具3進行夾刀動作C，其中，此流程於圖1中以(三)表示；(四)於確認欲使用之刀具3被夾緊後，換刀臂2再由主軸位置2b旋轉回待機位置2a，以完成一次換刀作動流程，其中，此流程於圖1中以(四)表示。

再者，於圖2中，加工主軸位置時序圖4(以箭頭4表示)，換刀臂旋轉時序圖5(以箭頭5表示)，換刀臂移動時序圖6(以箭頭6表示)。習知控制換刀臂2之動力源為凸輪及馬達，由馬達驅動凸輪，由凸輪帶動換刀臂作動。當加工主軸於加工完成回到原點A停止後，控制換刀臂2由待機位置2a旋轉至主軸位置2b；接者，馬達需於凸輪轉動20度的停滯角內剎停，並等待動力源完成加工主軸之鬆刀動作B，換刀臂2再將已使用之刀具1拉離；而當換刀臂2經過旋轉移動，而欲使用之刀具3插入加工主軸後，馬達需剎車使凸輪停止於另一20度的停滯角內，等待夾刀動作C完成；接著，馬達需再次驅動換刀臂旋轉，使換刀臂回到待機位置2a，並使凸輪剎車停在原點A之20度停滯角內，再進行後續流程。其中，於圖2中，加工主軸位置時序圖4受控制換刀臂動力源係凸輪影響。

然而，以凸輪轉動360度為完成一次換刀作動流程而言，凸輪需消耗於鬆刀動作B及夾刀動作C各20度無效的停滯區，因而延長換刀動作之時間，而且為配合鬆刀動作B與夾刀動作，凸輪之工作曲線設計則會受到限制，而導致噪音及磨損增加，縮短使用壽命。另外，馬達為控制凸輪帶動換刀臂2，需配合原點A停止、鬆刀動作B及夾刀動作C，馬達需要分三段控制，導致馬達於一次換刀流程中，需要啟動與停止三次，如此一來，除了會延長換刀動作之時間外，亦會造成馬達負擔，縮減馬達之使用壽命。

為解決上述課題，本發明提供一種以預鬆刀執行快速換刀之方法，藉由於加工完成後換刀作業前，先控制主軸之夾持端以預鬆位置夾持刀具，再由鬆刀缸頂推刀具，使刀具脫離主軸之錐度，而換刀臂便能夠一次性進行換 刀作業之旋轉及移動，減少等待鬆刀動作與夾刀動作之時間，藉以提升換刀流程時間，達到快速換刀之效果。

本發明之一項實施例提供一種以預鬆刀執行快速換刀之方法，用於控制主軸、鬆刀缸及換刀臂之作動，其中，由第一動力源帶動主軸之一夾持端於一夾緊位置夾持刀具，第一動力源控制主軸帶動刀具進行加工；由第二動力源控制鬆刀缸作動；由第三動力源控制換刀臂更換刀具，以預鬆刀執行快速換刀之方法包含下列步驟：一預鬆步驟：於加工完成後到第三動力源控制換刀臂更換刀具前，第一動力源控制主軸之夾持端由夾緊位置移動至一預鬆位置夾持已使用之刀具；由第二動力源控制鬆刀缸作動，使鬆刀缸頂推已使用之刀具，令已使用之刀具脫離主軸之錐度，再由第二動力源帶動鬆刀缸回退一退刀距離，使已使用之刀具重新與夾持端接觸；一換刀步驟：第三動力源控制換刀臂旋轉且扣住已使用之刀具，並將已使用之刀具拔離主軸之夾持端，再由第三動力源控制換刀臂旋轉，將欲使用之刀具對應主軸之夾持端；以及一插刀步驟：第三動力源控制換刀臂將欲使用之刀具插入主軸之夾持端，由主軸之夾持端於插入同時夾持住欲使用之刀具。

藉由上述，本發明藉由於加工完成後換刀作業前，先由預鬆位置夾持已使用之刀具，以預先略為鬆開且保持已使用之刀具不直接鬆脫之方式夾持，當換刀臂作動後，便能夠直接於扣住已使用之刀具後將已使用之刀具拔離，減少習知等待鬆刀動作之時間；而且當欲使用之刀具被插入鬆刀缸時，鬆刀缸便會直接將欲使用之刀具夾住，無須再額外等待習知夾刀動作之時間，藉以提升換刀流程時間，達到快速換刀之效果。

再者，本發明之第三動力源能夠一次性流暢之控制換刀臂作動， 改善習知須配合等待之停頓與時間消耗，進而提高換刀動作之穩定性，提升第三動力源之使用壽命。

<習知>

1‧‧‧已使用之刀具

2‧‧‧換刀臂

2a‧‧‧待機位置

2b‧‧‧主軸位置

3‧‧‧欲使用之刀具

4‧‧‧加工主軸位置時序圖

5‧‧‧換刀臂旋轉時序圖

6‧‧‧換刀臂移動時序圖

A‧‧‧原點

B‧‧‧鬆刀動作

C‧‧‧夾刀動作

<本發明>

10‧‧‧鬆刀缸位置時序圖

20‧‧‧換刀臂旋轉時序圖

30‧‧‧換刀臂移動時序圖

40‧‧‧預鬆位置

50‧‧‧退刀距離

T1‧‧‧第一時間

T2‧‧‧第二時間

T3‧‧‧第三時間

T4‧‧‧第四時間

T5‧‧‧第五時間

S1‧‧‧預鬆步驟

S2‧‧‧換刀步驟

S3‧‧‧插刀步驟

圖1係習知換刀作動流程示意圖。

圖2係習知換刀作動時序示意圖。

圖3係本發明流程示意圖。

圖4係本發明換刀作動時序示意圖。

圖5係本發明與習知時序比對示意圖。

為便於說明本發明於上述發明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。

請參閱圖3至圖5所示，本發明提供一種以預鬆刀執行快速換刀之方法，用於主軸、鬆刀缸及換刀臂之作動流程；由第一動力源控制主軸之一夾持端於一夾緊位置夾持刀具，其中，主軸之夾持端內緣具有錐度，於夾緊位置時，刀具與主軸之夾持端錐度緊配合，透過錐度之自著力，使刀具被夾緊，且由第一動力源控制主軸帶動刀具對工件進行加工，於加工完成後，由第二動力源頂推刀具，使刀具脫離主軸之錐度；接著，能夠由第三動力源控制換刀臂更換刀具；其中，第一動力源係馬達，第二動力源係氣壓或油壓，第三動力源係 馬達驅動凸輪，於本發明實施例中，第二動力源係氣壓；於圖3至圖5中，鬆刀缸位置時序圖10(以箭頭10表示)，換刀臂旋轉時序圖20(以箭頭20表示)，換刀臂移動時序圖30(以箭頭30表示)。

本發明以預鬆刀執行快速換刀之方法包含下列步驟：一預鬆步驟S1：於加工完成後到第三動力源控制換刀臂更換刀具前，第一動力源控制主軸由加工位置移動至換刀位置之過程中，主軸之夾持端由夾緊位置移動至一預鬆位置40夾持已使用之刀具；接著，第二動力源控制鬆刀缸之打刀軸頂推已使用之刀具，使已使用之刀具脫離主軸之錐度，以解除錐度自著力；接著，第二動力源控制鬆刀缸回退一退刀距離50，使已使用之刀具重新與主軸之夾持端接觸，其中，退刀距離50係相對沿主軸之軸向距離。

於圖3至圖5中，預鬆位置40於鬆刀缸時序圖上之位置以箭頭40表示，退刀距離50於鬆刀缸時序圖上之位置以箭頭50表示；於本發明實施例中，加工位置為主軸帶動刀具對工件加工之位置；換刀位置為主軸帶動刀具回到原點等待換刀臂進行換刀之位置。

再者，夾緊位置之夾持緊度大於預鬆位置之夾持緊度，進一步說明，夾緊位置係主軸之夾持端已完全緊固之方式夾緊刀具；預鬆位置係以預先略為鬆開且保持刀具不會直接鬆脫之方式夾持；也就是說，主軸之夾持端具有錐度，於夾緊位置時，透過主軸夾持端之錐度增加刀具之夾持力；於預鬆位置時，透過鬆刀缸頂推刀具，而刀具不會直接鬆脫並且使脫離主軸夾持端之錐度，以解除錐度自著；而鬆刀缸退回至退刀距離50，主軸夾持端使已使用之刀具重新與主軸之夾持端接觸，保持已加工刀具能穩固的結合於主軸之夾持端，以承受取刀瞬間所產生的衝擊。

此外，於預鬆步驟時，用以裝設加工用的複數刀具之刀庫已完成準備動作，而換刀臂具有第一端及第二端，其中，換刀臂之第一端用以夾持刀庫中之欲使用之刀具，換刀臂之第二端用以夾持已使用之刀具。進一步說明，第一動力源控制主軸由加工位置移動至換刀位置之過程中，第一動力源會同時控制主軸之夾持端由夾緊位置移動至預鬆位置夾持已使用之刀具，而且在第一動力源作動之過程中，刀庫亦同時開啟完成準備動作。

一換刀步驟S2：經由預鬆步驟S1後，第三動力源控制換刀臂由原始位置進行旋轉，由換刀臂之第二端扣住已使用之刀具，換刀臂之第一端扣住欲使用之刀具；當換刀臂之第二端將已使用之刀具拔離主軸之夾持端，同時換刀臂之第一端將欲使用之刀具拔離刀庫；接著，再由第三動力源控制換刀臂旋轉，令換刀臂之第一端將欲使用之刀具對應主軸之夾持端。

於圖3至圖5中，換刀臂旋轉並扣住已使用之刀具，於換刀臂旋轉時序圖20及換刀臂移動時序圖30上以第一時間T1表示；將已使用之刀具拔離主軸之夾持端，於換刀臂旋轉時序圖20及換刀臂移動時序圖30上以第二時間T2表示；換刀臂旋轉令欲使用之刀具對應主軸之夾持端，於換刀臂旋轉時序圖20及換刀臂移動時序圖30上以第三時間T3表示。

於本發明實施例中，換刀臂具有旋轉軸，第三動力源則以旋轉軸為轉動中心，控制換刀臂旋轉；而且第三動力源能夠控制換刀臂沿旋轉軸之軸向往復運動，因此，當換刀臂需將已使用之刀具拔離主軸之夾持端時，則第三動力源控制換刀臂沿旋轉軸之軸向朝遠離夾持端之方向移動，便能夠將已使用之刀具拔離夾持端。

一插刀步驟S3：第三動力源控制換刀臂沿旋轉軸之軸向朝向夾持 端之方向，將欲使用之刀具插入主軸之夾持端，由主軸之夾持端於插入同時夾持住欲使用之刀具；接著，第三動力源控制換刀臂旋轉回到原始位置；其中，欲加工刀具插入主軸之夾持端時，能夠是透過夾持端之結構自動將欲使用之刀具夾持，或是由第一動力源控制主軸之夾持端夾住欲使用之刀具。於圖3至圖5中，換刀臂將欲使用之刀具插入夾持端，於換刀臂旋轉時序圖20及換刀臂移動時序圖30上以第四時間T4表示；換刀臂旋轉回到原始位置，於換刀臂旋轉時序圖20及換刀臂移動時序圖30上以第五時間T5表示。

再者，如圖3至圖5所示，由換刀步驟S2至插刀步驟S3間，第三動力源控制換刀臂作動之過程係連續不間斷。進一步說明，經由預鬆步驟S1將已使用之刀具預先略為鬆夾，而第三動力源於換刀步驟S2開始，便能夠無須等待，連貫性進行將已使用之刀具拔離夾持端，並且將欲使用之刀具插入夾持端之動作。

因此，本發明於加工完成後換刀作業前，先由預鬆位置夾持已使用之刀具，以預先略為鬆開且保持已使用之刀具不直接鬆脫之方式夾持，當換刀臂作動後，便能夠直接於扣住已使用之刀具後將已使用之刀具拔離，而且當欲使用之刀具被插入夾持端時，夾持端便會直接將欲使用之刀具夾住，藉此，縮短鬆刀及夾刀之流程，提升換刀流程時間，達到快速換刀之效果。

再者，本發明之第三動力源能夠一次性流暢之控制換刀臂作動，提升換刀過程之穩定，進而增加第三動力源之使用壽命。

另外，由圖5可以清楚看出，本發明鬆刀缸位置時序圖10、換刀臂旋轉時序圖20及換刀臂移動時序圖30之曲線斜率，相較於習知加工主軸位置時序圖4、換刀臂旋轉時序圖5及換刀臂移動時序圖6之曲線斜率小，因此，於換 刀流程中，更為穩定且速度較快，也能夠有效降低換刀流程中，噪音與損耗問題，進而提升換刀效率。

以上所舉實施例僅用以說明本發明而已，非用以限制本發明之範圍。舉凡不違本發明精神所從事的種種修改或變化，俱屬本發明意欲保護之範疇。

Claims (8)

1. 一種以預鬆刀執行快速換刀之方法，用於控制主軸、鬆刀缸及換刀臂之作動，其中，由第一動力源帶動主軸之一夾持端於一夾緊位置夾持刀具，第一動力源控制主軸帶動刀具進行加工；由第二動力源控制鬆刀缸作動；由第三動力源控制換刀臂更換刀具，該以預鬆刀執行快速換刀之方法包含下列步驟： 一預鬆步驟：於加工完成後到第三動力源控制換刀臂更換刀具前，第一動力源控制主軸之夾持端由該夾緊位置移動至一預鬆位置夾持已使用之刀具；由第二動力源控制鬆刀缸作動，使鬆刀缸頂推已使用之刀具，令已使用之刀具主軸解除錐度自著，再由第二動力源帶動鬆刀缸回退一退刀距離，使已使用之刀具重新與該夾持端接觸； 一換刀步驟：第三動力源控制換刀臂旋轉且扣住已使用之刀具，並將已使用之刀具拔離主軸之該夾持端，再由第三動力源控制換刀臂旋轉，將欲使用之刀具對應主軸之夾持端；以及 一插刀步驟：第三動力源控制換刀臂將欲使用之刀具插入主軸之夾持端，由主軸之夾持端於插入同時夾持住欲使用之刀具。
2. 如請求項1所述之以預鬆刀執行快速換刀之方法，其中，該夾緊位置之夾持緊度大於該預鬆位置之夾持緊度。
3. 如請求項1所述之以預鬆刀執行快速換刀之方法，其中，於該預鬆步驟時，用以裝設刀具之刀庫已完成準備動作。
4. 如請求項3所述之以預鬆刀執行快速換刀之方法，其中，於該換刀步驟時，換刀臂之一端夾持欲使用之刀具。
5. 如請求項1所述之以預鬆刀執行快速換刀之方法，其中，於該插刀步驟，由第一動力源控制主軸之夾持端夾持住欲使用之刀具。
6. 如請求項1所述之以預鬆刀執行快速換刀之方法，其中，由該換刀步驟至該插刀步驟，第三動力源控制換刀臂作動過程係連續不間斷。
7. 如請求項1或3所述之以預鬆刀執行快速換刀之方法，其中，於該預鬆步驟時，第一動力源控制主軸由加工位置移動至換刀位置之過程中，第一動力源同時控制主軸之夾持端由該夾緊位置移動至該預鬆位置夾持已使用之刀具。
8. 如請求項1所述之以預鬆刀執行快速換刀之方法，其中，該退刀距離係相對沿主軸之軸向距離。