驱动机构与机械装置的制作方法

本发明涉及一种驱动机构与机械装置，特别是涉及一种交换工具用或托盘用的驱动机构与机械装置。

背景技术：

现有一种机械装置，如日本特开平8-197362号所公开的综合加工机的器具交换机械装置，包含一个受马达驱动的驱动齿轮、一个啮合该驱动齿轮而能被带动的被动齿轮、一个能连动地连接该被动齿轮并包括一个呈V型的倾斜沟槽的第一圆筒凸轮、一个设置于该第一圆筒凸轮的外侧并包括一个内外贯穿的凸轮槽的第二圆筒凸轮、一个一端能沿该倾斜沟槽滑移地穿设过该凸轮槽的移动销，及一个连接该移动销而能被带动旋转及移动的移动件。该凸轮槽具有一对内外贯穿的水平沟槽，及一个连接所述水平沟槽且内外贯穿的垂直沟槽。通过单一个驱动源及不同的沟槽形状设计即能进行该移动件的不同路径的旋转与移动的型态。然而，由于该凸轮槽为内外贯穿，所以会使得该第二圆筒凸轮的强度变差，且无法将该凸轮槽形成于该第二圆筒凸轮的全周上，而使得该移动件的旋转角度无法大幅超过180度，进而局限了机械装置的应用范围。

技术实现要素：

本发明的第一目的在于提供一种高强度且无旋转范围限制的驱动机构。

本发明的驱动机构，适用于安装在一个框架上，并包含一个第一轴件、一个第二轴件、一个第三轴件、一个第一导引单元，及一个第二导引单元。该第一轴件包括一个围绕一条轴线的第一外周面。该第二轴件能旋转且滑移地套设于该第一轴件的外侧，并包括一个围绕该第一外周面的第二内周面，及一个相反于该第二内周面的第二外周面。该第三轴件能旋转且滑移地套设于该第二轴件的外侧，并包括一个围绕该第二外周面的第三内周面。该第一导引单元包括一个凹设于 该第一外周面及该第二内周面的其中一者的第一球沟，及一个第一球体。该第一球体设置于该第一外周面及该第二内周面的另外一者，并能沿该第一球沟移动。该第二导引单元包括一个凹设于该第二外周面及该第三内周面的其中一者的第二球沟，及一个第二球体。该第二球体设置于该第二外周面及该第三内周面的另外一者，并能沿该第二球沟移动。其中，定义该第一轴件、该第二轴件及该第三轴件的其中一者为一个驱动轴，非该驱动轴的该第一轴件、该第二轴件及该第三轴件的其中一者为一个引导轴，非该驱动轴及该引导轴的该第一轴件、该第二轴件及该第三轴件的其中一者为一个输出轴。该驱动轴能受驱动而绕该轴线旋转。该引导轴固设于该框架。该输出轴能被该驱动轴及该引导轴带动而沿该轴线方向旋转及移动。

本发明的驱动机构，该第一轴件及该第三轴件的其中一者为该驱动轴，该驱动轴能旋转地设置于该框架上，该第一轴件及该第三轴件的另外一者为该引导轴。

本发明的驱动机构，该第一球沟及该第二球沟的其中一者呈一个引导该输出轴沿该轴线方向移动的形状，该第一球沟及该第二球沟的另外一者呈一个引导该输出轴沿该轴线方向旋转的形状。

本发明的驱动机构，该第一球沟实质上呈V型，该第二球沟具有一对分别沿该轴线方向延伸且间隔设置地垂直沟部，及一个连接于所述垂直沟部之间的水平沟部。

本发明的第二目的在于提供一种高强度且无旋转范围限制的机械装置。

本发明的机械装置，包含一个框架、一个第一轴件、一个第二轴件、一个第三轴件、一个第一导引单元、一个第二导引单元，及一个被驱动件。该第一轴件包括一个围绕一条轴线的第一外周面。该第二轴件能旋转且滑移地套设于该第一轴件的外侧，并包括一个围绕该第一外周面的第二内周面，及一个相反于该第二内周面的第二外周面。该第三轴件能旋转且滑移地套设于该第二轴件的外侧，并包括一个围绕该第二外周面的第三内周面。该第一导引单元包括一个凹设于该第一外周面及该第二内周面的其中一者的第一球沟，及一个第一球体。该第一球体设置于该第一外周面及该第二内周面的另外一者，并能沿 该第一球沟移动。该第二导引单元包括一个凹设于该第二外周面及该第三内周面的其中一者的第二球沟，及一个第二球体。该第二球体设置于该第二外周面及该第三内周面的另外一者，并能沿该第二球沟移动。其中，定义该第一轴件、该第二轴件及该第三轴件的其中一者为一个驱动轴，非该驱动轴的该第一轴件、该第二轴件及该第三轴件的其中一者为一个引导轴，非该驱动轴及该引导轴的该第一轴件、该第二轴件及该第三轴件的其中一者为一个输出轴。该驱动轴能受驱动而绕该轴线旋转。该引导轴固设于该框架。该输出轴能被该驱动轴及该引导轴带动而沿该轴线方向旋转及移动。该被驱动件设置于该输出轴上而被该输出轴驱动。

本发明的机械装置，该第一轴件及该第三轴件的其中一者为该驱动轴，该驱动轴能旋转地设置于该框架上，该第一轴件及该第三轴件的另外一者为该引导轴。

本发明的机械装置，该第一球沟及该第二球沟的其中一者呈一个引导该输出轴沿该轴线方向移动的形状，该第一球沟及该第二球沟的另外一者呈一个引导该输出轴沿该轴线方向旋转的形状。

本发明的机械装置，该第一球沟实质上呈V型，该第二球沟具有一对分别沿该轴线方向延伸且间隔设置地垂直沟部，及一个连接于所述垂直沟部之间的水平沟部。

本发明的机械装置，该被驱动件为一个用于交换工具用或托盘用的交换臂。

本发明的有益效果是通过该第一球沟及该第二球沟非内外贯穿所述轴件，使得所述轴件能维持高强度的特性，且能于所述轴件的全周面上形成球沟，而达到不限制旋转范围的功效。

附图说明

本发明的其他的特征及功效，将于参照图式的实施方式中清楚地呈现，其中：

图1是一个平面剖视图，说明本发明驱动机构与机械装置的一个第一较佳实施例；

图2是由该图1的F2方向的视角的一个平面图；

图3是该第一较佳实施例的一个平面剖视图，说明一个第一轴 件被驱动的初始状态；

图4是对应于该图3的一个第一及第二球体分别于一个第一及第二球沟的相对位置关系示意图；

图5是该第一较佳实施例的一个平面剖视图，说明一个第二轴件被导引带动而沿轴向朝上移动；

图6是对应于该图5的该第一及第二球体分别于该第一及第二球沟的相对位置关系示意图；

图7是该第一较佳实施例的一个平面剖视图，说明该第二轴件被导引带动而绕轴向顺时针旋转；

图8是对应于该图7的该第一及第二球体分别于该第一及第二球沟的相对位置关系示意图；

图9是该第一较佳实施例的一个平面剖视图，说明该第二轴件被导引带动而绕轴向顺时针旋转并停止；

图10是对应于该图9的该第一及第二球体分别于该第一及第二球沟的相对位置关系示意图；

图11是该第一较佳实施例的一个平面剖视图，说明该第二轴件被导引带动而沿轴向朝下移动；

图12是对应于该图11的该第一及第二球体分别于该第一及第二球沟的相对位置关系示意图；及

图13是一个平面局部剖视图，说明本发明驱动机构与机械装置的一个第二较佳实施例。

具体实施方式

在本发明被详细描述之前，应当注意在以下的说明内容中，类似的元件是以相同的编号来表示。

参阅图1与图2，本发明机械装置的第一较佳实施例为一个工具自动交换装置，包含一个框架1、一个驱动单元2、一个第一轴件3、一个第二轴件4、一个第三轴件5、一个第一导引单元6、一个第二导引单元7，及一个被驱动件8。

该驱动单元2设置于该框架1内，并包括一个固设于该框架1内的马达21、一个能被该马达21驱动旋转的蜗杆22，及一个啮合该蜗杆22的蜗轮23。

该第一轴件3包括一个围绕一条轴线X的第一外周面31。

该第二轴件4能旋转且滑移地套设于该第一轴件3的外侧，并包括一个围绕该第一外周面31的第二内周面41，及一个相反于该第二内周面41的第二外周面42。

该第三轴件5能旋转且滑移地套设于该第二轴件4的外侧，并包括一个围绕该第二外周面42的第三内周面51。

定义该第一轴件3及该第三轴件5的其中一者为一个驱动轴9，该第一轴件3及该第三轴件5的另外一者为一个引导轴10，该第二轴件4为一个输出轴20。在本实施例中，该第一轴件3为该驱动轴9，该第三轴件5为该引导轴10。

该驱动轴9(该第一轴件3)能受驱动而能与该蜗轮23同轴地绕该轴线X旋转地设置于该蜗轮23上。在本实施例中，该第一轴件3通过该蜗轮23、该蜗杆22及该马达21而设置于该框架1上。

该引导轴10(该第三轴件5)固设于该框架1。

该输出轴20(该第二轴件4)能被该驱动轴9及该引导轴10带动而沿该轴线X方向旋转及移动。

该第一导引单元6包括一个凹设于该第一外周面31及该第二内周面41的其中一者的第一球沟61，及一个第一球体62。该第一球体62设置于该第一外周面31及该第二内周面41的另外一者，并能沿该第一球沟61移动。

该第二导引单元7包括一个凹设于该第二外周面42及该第三内周面51的其中一者的第二球沟71，及一个第二球体72。该第二球体72设置于该第二外周面42及该第三内周面51的另外一者，并能沿该第二球沟71移动。

该第一球沟61及该第二球沟71的其中一者呈一个引导该输出轴20沿该轴线X方向移动的形状。该第一球沟61及该第二球沟71的另外一者呈一个引导该输出轴20沿该轴线X方向旋转的形状。

在本实施例中，该第一球沟61凹设于该第一外周面31而不贯穿该第一外周面31，并实质上呈尖点朝上的V型，且实质上沿该第一外周面31绕该轴线X半圈。该第一球体62凸设于该第二内周面41，且被一个设置于该第二轴件4的底侧的保持机构30所保持。该保持机 构30能采用磁力的方式将该第一球体62吸附而保持，但由于该保持机构30将该第一球体62吸附而保持的手段为熟悉此项技术领域的人士所易于了解，且其并非本发明的特点所在，所以在此不赘述其详细手段及运作。

在本实施例中，该第二球沟71凹设于该第二外周面42而不贯穿该第二外周面42，并具有一对分别沿该轴线X方向延伸且间隔设置地垂直沟部711，及一个沿环向连接于所述垂直沟部711的底端之间且实质上沿该第二外周面42绕该轴线X半圈的水平沟部712。该第二球体72凸设于该第三内周面51，且被一个设置于该第三轴件5的顶侧的保持机构40所保持。该保持机构40能采用磁力的方式将该第二球体72吸附而保持，但由于该保持机构40将该第二球体72吸附而保持的手段为熟悉此项技术领域的人士所易于了解，且其并非本发明的特点所在，所以在此不赘述其详细手段及运作。

该被驱动件8设置于该输出轴20上而被该输出轴20驱动。在本实施例中，该被驱动件8为一个用于交换工具用或托盘用的交换臂。

参阅图3与图4，在说明本发明的作动编程之前，要说明的是，在以下说明的方向与位置皆以图3作为参考基准。在初始状态时，该第一球体62位于该第一球沟61的左下端部611，且该第二球体72位于该第二球沟71的右边的垂直沟部711的上端部713。

参阅图3至图6，此时，驱动该驱动单元2使该第一轴件3被带动而顺时针旋转，并使本发明由该图3作动至该图5的状态。通过此旋转作动，使得该第一球体62具有由该第一球沟61的左下端部611沿着该第一球沟61旋转且移动至该第一球沟61的顶端部612的势能，然而在此同时，该第二球体72因只能沿右边的垂直沟部711朝下移动至下端部714，所以限制了该第二轴件4的旋转自由度，而只能朝该轴线X方向向上移动，最后抵达该图5的位置。

参阅图5与图6，当该第一球体62位于该第一球沟61的顶端部612，且该第二球体72位于右边的垂直沟部711的下端部714时，因该第二球体72受到右边的垂直沟部711的下端部714的限制，该第二轴件4无法再向上移动。但由于该驱动单元2持续驱动该第一轴件3沿顺时针方向旋转，所以此时该第一球体62将固定于该第一球沟 61的顶端部612的位置不作动，进而带动该第二球体72也沿顺时针方向旋转。

参阅图7与图8，为该第二球体72被带动而沿该水平沟部712的右端部715移动至左端部716的过程，此时，该第二轴件4仅进行顺时针方向的旋转作动。

参阅图9与图10，当由该水平沟部712的右端部715移动至左端部716时，该第二轴件4相对于初始状态(见图3)实质上旋转了180度。

参阅图9至图12，此时，再通过该驱动单元2持续驱动该第一轴件3沿顺时针方向旋转，并使本发明由该图9作动至该图11的状态。通过此旋转作动，使得该第一球体62具有由该第一球沟61的顶端部612沿着该第一球沟61旋转且移动至该第一球沟61的右下端部613的势能，然而在此同时，该第二球体72因只能沿左边的垂直沟部711的下端部714朝上移动至上端部713，所以限制了该第二轴件4的旋转自由度，而只能朝该轴线X方向向下移动，最后抵达该图11的位置。

参阅图11与图12，当该第一球体62移动至该第一球沟61的右下端部613，且该第二球体72移动至左边的垂直沟部711的上端部713时，即完成将该被驱动件8沿该轴线X上升，并顺时针旋转180度，最后沿该轴线X下降的作动编程。

参阅图1与图2，接着，能通过反转该马达21的旋转方向，而达成将该被驱动件8沿该轴线X上升，并逆时针旋转180度，最后沿该轴线X下降的反向作动编程。

因此，通过所述轴件3、4、5的相互关系且所述导引单元6、7的导引，使得该被驱动件8能被带动绕该轴线X旋转且沿该轴线X方向移动，再通过该第一球沟61及该第二球沟71非内外贯穿所述轴件3、4、5，使得所述轴件3、4、5即使在所述导引单元6、7进行作动的过程中，仍能维持高强度的特性，且能于所述轴件3、4、5的全周面上形成球沟，而达到不限制旋转范围的功效。

本发明驱动机构包含该第一轴件3、该第二轴件4、该第三轴件5、该第一导引单元6，及该第二导引单元7。

参阅图13，本发明机械装置的第二较佳实施例与该第一较佳实施例相似，其差异在于该驱动轴9与该引导轴10的相对位置相互交换。

该驱动单元2设置于该框架1内，并包括一个固设于该框架1内的马达21(图未示，能参考图2的标号21处)，及一个能被该马达21驱动旋转的蜗杆22。

该第一轴件3为该引导轴10而固设于该框架1。

该第三轴件5为该驱动轴9，并包括该第三内周面51，及一个形成于该第三内周面51上且啮合该蜗杆22的卡合沟52。在本实施例中，该第三轴件5通过该蜗杆22及该马达21而设置于该框架1上。

如此，该第二较佳实施例也能达到与上述第一较佳实施例相同的目的与功效。

参阅图1，值得一提的是，该驱动轴9也能为该第一轴件3、该第二轴件4及该第三轴件5的其中一者，非该驱动轴9的该第一轴件3、该第二轴件4及该第三轴件5的其中一者为该引导轴10，非该驱动轴9及该引导轴10的该第一轴件3、该第二轴件4及该第三轴件5的其中一者为该输出轴20。三者间的角色皆能随机互换，且也皆能达到相同的功效及目的。在本发明所公开的两个实施例中皆为采用较佳且较为稳定的配置方式，也就是说将该第二轴件4做为该输出轴20。主因为该第二轴件4为介于该第一轴件3与该第三轴件5之间，所以无论该第一轴件3也或是该第三轴件5做为该驱动轴9皆能直接地驱动该第二轴件4，而能减少能量传递损失以及作动不稳定的问题，所以为较佳的配置方式。

此外，该第一轴件3在本发明所公开的两个实施例中皆呈实体圆柱状，但该第一轴件3也能为具有足够厚度且不被该第一球沟61贯穿的圆筒状。

另外，所述球沟61、71的形状、位置及形成范围皆能视机械装置的应用方式及驱动型态做随意变更。例如所述球沟61、71在本发明所公开的两个实施例中皆为绕该轴线X半圈的型式，但也能视用途将所述球沟61、71分别绕该轴线X一圈的型式。

综上所述，通过该第一球沟61及该第二球沟71非内外贯穿所述轴件3、4、5，使得所述轴件3、4、5能维持高强度的特性，且能于 所述轴件3、4、5的全周面上形成球沟，而达到不限制旋转范围的功效，所以确实能达成本发明的目的。

以上所述者，仅为本发明的实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明的范围。