专利名称：联动式刀库换刀装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种换刀装置，尤指一种工作快速稳定、耐用的换刀装置。
背景技术：
传统的刀库换刀模式是一旋转刀盘由一分度器驱动以转动预定角度至定位，然后主轴降下其鼻端的夹爪以抓取刀具后，再继续下降使得夹爪被向外推开；当夹爪被推开，其根部所配置的扭力弹簧即变形储存一弹性势能；当主轴再升起时，原本被外推的夹爪由弹性势能驱动复归原位。由以上所述，扭力弹簧的作用力为驱动夹爪复位摆动的主要作用力。然而此种机构具有以下缺点1、当扭力弹簧在不断的作动后，其容易产生弹性疲劳甚至断裂，进而在主轴快速上升、下降的过程中无法迅速复位至预定位置，因此造成换刀速度无法提高，影响换刀的效率；此外在扭力弹簧疲劳时，每次换刀动作时会使夹爪的同位度不同，导致夹爪与主轴间的对位产生误差。2、扭力弹簧因需负载大的作用力，所以每次作动所产生的磨擦及夹爪与主轴间的误差，都会造成明显的噪音。Brother公司设计一种夹爪摆动机构，请参阅图la，其仍以一扭力弹簧11作为驱动力的来源。夹爪(刀具夹臂)12上配置有一中空圆管13且内置有一钢珠14与弹簧15 的组合，一刀库16 —侧具有一行程轨迹面17对应钢珠14 ；其次一夹爪滚轮18配置在夹爪 12 —端，且一具有预定轨迹的导板19配置在主轴头座20上与夹爪滚轮18接触。请参阅图lb，当主轴头座20向下降，则夹爪滚轮18沿导板19表面的轨迹移动，而且中空圆管13摆动使钢珠沿行程轨迹面17移动；此时夹爪12摆动以远离主轴头座20的端部。因为Brother公司的设计以其他构件间的匹配来使得各机件间的相对运动更准确，所以可解决传统扭力弹簧机构易造成对位误差的缺失；但是扭力弹簧因具较大负载而易疲劳的问题未获解决。请参阅图2a，一种换刀装置(例如中国台湾专利M320455号或Faunc公司设计) 是一刀库21搭配一枢轴27可摆动的枢设在机座22上；主轴头座23上配置具有轨道M的导板25 ；刀库21上配置有滚轮沈且嵌入轨道M内。请参阅图2b，当主轴头座23上、下位移，滚轮沈可以沿着轨道M移动，同时带动整个刀库21摆动，从而使得夹爪28能接近/远离主轴头座23的端部以执行换刀动作。
上述的结构是利用滚轮沈嵌入轨道M内，且利用轨道M的形状来限制及改变刀座21摆动角度；其可克服图Ia所示结构的扭力弹簧易于疲劳的缺失，但由于整个刀库21 在每次换刀时皆需摆动，所以枢轴27与机座立柱容易变形，进而影响加工时的精度。
发明内容
本发明主要目的在于改进现有技术的不足，提供一种工作快速稳定、耐用的联动式刀库换刀装置。为实现上述目的，本发明采用以下技术方案一种联动式刀库换刀装置，是位于一刀库与一主轴头座之间，且用以夹持一刀柄插入或抽离该主轴头座的一端，它包含一导板，是配置在所述主轴头座上；一第一轨道，是形成在所述导板上，且为槽道构造；一刀具夹臂，是配置在所述刀库上，且其具有一摆动的摆臂，该摆臂一端相对所述主轴头座；一第一滚轮，是转动地组设在所述刀具夹臂的摆臂上，且嵌入所述第一轨道内滚动；其中该主轴头座作线性位移时，使得该第一滚轮沿着该第一轨道滚转及移动，且该摆臂随该第一滚轮相对该第一轨道的位移运动而产生摆动，并据此夹持该刀柄进行换刀或是脱离该刀柄。所述联动式刀库换刀装置还包含一扭力弹簧，其配置在该刀具夹臂的摆臂上，且对该摆臂施以一扭力。所述联动式刀库换刀装置还包含一第二滚轮及一第二轨道，该第二滚轮转动的组设在该摆臂上，而该第二轨道形成在所述导板上第一轨道外侧面的板缘，且该第二滚轮靠置在该第二轨道。所述第一轨道具有一第一线性段连接一第一曲线段，且该第一曲线段邻近该主轴头座的底端。所述第一曲线段由不同斜率的线性构造及弧形构造所组成。所述第二轨道具有一第二线性段连接一第二曲线段，且该第二曲线段邻近该主轴头座的底端。所述第二曲线段由不同斜率的线性构造及弧形构造所组成。所述联动式刀库换刀装置还包含一开口，其一端连通所述第一轨道的第一曲线段，另一端与外界相通。本发明的有益效果为负载小，换刀反应快速、稳定且噪音低；扭力弹簧不易产生弹性疲劳；较耐用。下面通过附图对本发明作进一步说明。
图Ia是一现有换刀装置的结构示意图。图Ib是一现有换刀装置的换刀动作示意图。图加是另一现有换刀装置的结构示意图。图2b是另一现有换刀装置的换刀动作示意图。图3是本发明的结构示意图。图4是本发明导板与主轴头座的组合图。图5是本发明导板、滚轮及刀具夹臂配置组合图。图6是本发明导板、滚轮及刀具夹臂配置示意图。
图7是本发明动作示意图一。
图8是本发明动作示意图二。
图9是本发明动作示意图三。
主要标号说明
11扭力弹簧12夹爪(刀具夹臂)
13中空圆管14钢珠
15弹簧16刀库
17行程轨迹面18夹爪滚轮
19导板20主轴头座
21刀库22机座
23主轴头座M轨道
25导板沈滚轮
27枢轴28夹爪
30主轴头座40刀库
41旋转盘42刀具夹臂
43基座44摆臂
45扭力弹簧50导板
51第一轨道511第一线性段
512第一曲线段52第二轨道
521第二线性段522第二曲线段
53开口61第一滚轮
62第二滚轮70刀柄
具体实施例方式请参阅图3，图中显示工具机的主轴头座30与一刀库40相邻；刀库40具有一旋转盘41，且若干个刀具夹臂42组设在旋转盘41上(图中显示一刀具夹臂)；特别是，刀具夹臂42具有一基座43及一摆臂44，其中基座43固定于旋转刀盘41上，且摆臂44可摆动的配置在基座43上；更有一扭力弹簧45配置在刀具夹臂42的摆臂44上，其一端可以固定于基座43，另一端固定于摆臂44。上述的刀具夹臂42的一端相对主轴头座30且用以夹持一刀柄(未显示)；该刀具夹臂42更搭配一导板50，使得该刀具夹臂42的摆臂44可以摆动而将刀柄插入或抽离主轴头座30。请参阅图4，主轴头座30的一侧可配置一导板50 ；为了使本发明的设计能够稳定的操作及使用，在主轴头座30的另一侧对称地配置另一具有相同构造的导板50。导板50具有一第一轨道51及一第二轨道52。其中第一轨道51为一槽道构造；第二轨道52位在导板50的外侧，特别是，利用导板50的外侧的板缘轮廓而形成轨道构造。更进一步而言，第一轨道51具有一第一线性段511连接一第一曲线段512，其中第一曲线段512由不同斜率的线性构造及弧形构造所组成，且其接近主轴头座30的底端。又第二轨道52由一第二线性段521连接一第二曲线段522构成；其中第二曲线段522由不同斜率的线性构造及弧形构造所组成，且第二曲线段522接近主轴头座30的底端。特别是，一开口 53形成在导板50上，其一端连通第一轨道51的第一曲线段512，
另一端与外界相通。请参阅图5及图6，本发明包含一第一滚轮61，其可转动地组设在刀具夹臂42上且匹配靠置在导板50的第一轨道51 ；特别是，第一滚轮61可以配置在一轮座63上，且轮座63固设于刀具夹臂42，从而达成第一滚轮61可转动的位于刀具夹臂42的结构形式；其次第一滚轮61可嵌入第一轨道51内且为可滚动状态。又本发明包含一第二滚轮62，其可转动地组设在刀具夹臂42上，且第二滚轮62靠置第二轨道52。由于主轴头座30的另一侧具有另一导板50，所以刀具夹臂42的另一侧也同样具
有一第一滚轮及一第二滚轮，且第一滚轮与第二滚轮分别对应匹配导板上的第一轨道及第二轨道。请参阅图7，当要执行换刀时，主轴头座30向上运动，此时第一滚轮61及第二滚轮 62沿着第一轨道51及第二轨道52滚转及移动，从而使得刀具夹臂42的摆臂44摆向主轴头座30的底端，并用以夹持刀柄70。请参阅图8，当主轴头座30持续向上运动，则第一滚轮61会自开口 53处脱出第一轨道51，且第二滚轮62也脱离第二轨道52 ；换言之，刀柄70可以被抽离主轴头座30的底端，而且此时刀具夹臂42的摆臂44与导板50之间因不具备结合形式，因此可驱动旋转盘 41转动，使适当的刀具夹臂42及刀柄70的组合移动到对应主轴头座30的位置。接着主轴头座30向下运动，则刀具夹臂42及刀柄70的组合与主轴头座30的相对位置将由图8的状态变化到图7的状态；此时已被选用的刀柄70及刀具(未显示)可被插入主轴头座30内。请参阅图9，当主轴头座30持续上升，第一滚轮61及第二滚轮62会移动到第一线性段511及第二线性段521，且刀具夹臂42的摆臂44脱离刀柄70 ；此时位于主轴头座30 底端的刀柄70及刀具(未显示)可对工件进行加工。由图7的状态变化到图8的状态，以及由图8状态变化到图7的状态，分别说明了本发明利用第一滚轮61与第二滚轮62搭配第一轨道51及第二轨道52可以有效的将刀柄 70抽出主轴头座30与插入主轴头座30，从而顺利的完成换刀动作；再者由图7状态变化到图9状态，说明第一滚轮61及第一滚轮62可分别移动到第一轨道51的第一线性段511及第二轨道52的第二线性段521，使得刀具夹臂42的摆臂44脱离刀柄70而不影响加工动作的进行。另外本发明所配置的扭力弹簧45是对刀具夹臂42的摆臂44提供一适当且小的扭力，该扭力的作用是让刀具夹臂42的摆臂44可以靠近导板50，使得第二滚轮62可以接触第二轨道52。在本发明所揭露的实施例中，因为第一滚轮61与第二滚轮62可以沿着第一轨道 51与第二轨道52运动，所以刀具夹臂42的摆臂44可以产生快速且稳定的摆动。又由前述说明已知本发明的扭力弹簧45产生的扭力并非用来驱动刀具夹臂42 的摆臂44产生摆动，因此即使选用较小扭力值的扭力弹簧45也可以顺利的使摆臂44摆动且完成换刀动作。更进一步而言，当第二滚轮62靠置在第二轨道52时，第一滚轮61可位于第一轨道51内；换言之，第二滚轮62的功能在于确保第一滚轮61能够可滚动的嵌入第一轨道51内；事实上，在精确的结构下，即使没有第二滚轮62，第一滚轮61也可以顺利在第一轨道51内移动，甚至仍可通过开口 63而进出第一轨道51且无碍于摆臂44的摆动。根据以上所述，本发明以滚轮搭配轨道构造来驱动刀具夹臂，而已有专利案以滚轮搭配轨道构造来驱动整座刀库，相较之下，本发明的负载小可以达到换刀反应快速及稳定的效果。再者本发明的扭力弹簧提供辅助作用力，使刀具夹臂的摆臂靠近导板而非用以驱动摆臂进行换刀动作；反观已有的换刀装置是以扭力弹簧来驱动刀具夹臂的摆臂进行换刀，所以扭力弹簧因作用力大而容易产生疲劳，且使换刀不顺畅及引发震动噪音；是以本发明具有显著的进步性。上述关于第一滚轮61及第二滚轮62的形式及配置位置，皆仅作为示例说明，并非以此为限。以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明权利要求保护的范围，即凡依本发明权利要求所述的形状、构造、特征及精神所作出的均等变化与修饰，均应属于本发明的权利要求保护范围之内。
权利要求
1.一种联动式刀库换刀装置，是位于一刀库与一主轴头座之间，且用以夹持一刀柄插入或抽离该主轴头座的一端，其特征在于，它包含一导板，是配置在所述主轴头座上；一第一轨道，是形成在所述导板上，且为槽道构造；一刀具夹臂，是配置在所述刀库上，且其具有一摆动的摆臂，该摆臂一端相对所述主轴头座；一第一滚轮，是转动地组设在所述刀具夹臂的摆臂上，且嵌入所述第一轨道内滚动；其中该主轴头座作线性位移时，使得该第一滚轮沿着该第一轨道滚转及移动，且该摆臂随该第一滚轮相对该第一轨道的位移运动而产生摆动，并据此夹持该刀柄进行换刀或是脱离该刀柄。
2.如权利要求1所述的联动式刀库换刀装置，其特征在于，它还包含一扭力弹簧，其配置在该刀具夹臂的摆臂上，且对该摆臂施以一扭力。
3.如权利要求1所述的联动式刀库换刀装置，其特征在于，它还包含一第二滚轮及一第二轨道，该第二滚轮转动的组设在该摆臂上，而该第二轨道形成在所述导板上第一轨道外侧面的板缘，且该第二滚轮靠置在该第二轨道。
4.如权利要求1所述的联动式刀库换刀装置，其特征在于，所述第一轨道具有一第一线性段连接一第一曲线段，且该第一曲线段邻近该主轴头座的底端。
5.如权利要求4所述的联动式刀库换刀装置，其特征在于，所述第一曲线段由不同斜率的线性构造及弧形构造所组成。
6.如权利要求3所述的联动式刀库换刀装置，其特征在于，所述第二轨道具有一第二线性段连接一第二曲线段，且该第二曲线段邻近该主轴头座的底端。
7.如权利要求6所述的联动式刀库换刀装置，其特征在于，所述第二曲线段由不同斜率的线性构造及弧形构造所组成。
8.如权利要求1所述的联动式刀库换刀装置，其特征在于，它还包含一开口，其一端连通所述第一轨道的第一曲线段，另一端与外界相通。
全文摘要
一种联动式刀库换刀装置，是位于一刀库与一主轴头座之间，且用以夹持一刀柄插入或抽离该主轴头座的一端，它包含一导板，是配置在所述主轴头座上；一第一轨道，是形成在所述导板上，且为槽道构造；一刀具夹臂，是配置在所述刀库上，且其具有一摆动的摆臂，该摆臂一端相对所述主轴头座；一第一滚轮，是转动地组设在所述刀具夹臂的摆臂上，且嵌入所述第一轨道内滚动；其中该主轴头座作线性位移时，使得该第一滚轮沿着该第一轨道滚转及移动，且该摆臂随该第一滚轮相对该第一轨道的位移运动而产生摆动，并据此夹持该刀柄进行换刀或是脱离该刀柄。本发明的有益效果为负载小，换刀反应快速、稳定且噪音低；扭力弹簧不易产生弹性疲劳；较耐用。
文档编号B23Q3/155GK102205503SQ20101013558
公开日2011年10月5日 申请日期2010年3月30日 优先权日2010年3月30日
发明者刘宗志, 黄俊嘉 申请人:财团法人精密机械研究发展中心