专利名称：刀具转换同动装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种可以机械方式自动完成更换刀具动作的刀具转换装置。(automatic tool changer，简称ATC)。
目前工业界所普遍使用之立式综合加工机中，多具有自动刀具转换装置，以便将主轴头和刀库中之刀具进行自动交换之动作，以适应各种不同之加工状况。然而，已知之一般综合加工机中，如
图1及图2中所示，其自动刀具转换装置10之功能皆仅为利用一滚齿凸轮11带动一从动滚子组12以转动一换刀臂13，并以设于该滚齿凸轮11上之一面凸轮14驱动一连杆组15以便上下移动该换刀臂13，而当此换刀臂13旋转至主轴头16下方之适当位置时，主轴头16上刀具之松刀或夹刀的动作，皆需另外藉由感测器(sensor)侦测换刀臂3的位置，待确定换刀臂13至定位时，感测器将确认之电子信号传出，始得致动主轴头16上之油压缸或气压缸17，进行松、夹刀之动作(clamp&unclamp)。此种作动方式具有二大缺点，其一为主轴头16上松夹刀之动作与换刀臂之旋转及上下移动无法一气呵成，换刀过程中必需有数次停顿的时间以确认感测器之信号，因此，综合加工机之换刀时间通常皆需4秒钟以上，加工机之工作效率无法有效地提升。习知之综合加工机之另一缺点，在于其必须设置感测器、电磁阀等多项电子装置，以及一油压缸或一气压缸17以进行松夹刀之动作，不仅造成加工机之生产成本高，维修不易，且于操作过程中可能发生故障之机率亦高。
同时，习知一般综合加工机之设置方式，皆将自动刀具转换装置10之驱动马达18设于自动刀具转换装置10之顶部，如
图1所示，而马达18之动力输出则须经由一连串之皮带、皮带轮、蜗杆或斜齿轮组所构成之减速装置等多项元件，始可将马达18之动力减速及改变方向，以驱动自动刀具转换装置10中之滚齿凸轮11。上述一连串颇为复杂之传动构件不仅徒增制造成本，且使加工机于操作期间发生故障之可能性提高。
此外，习知综合加工机之自动刀具转换装置10与刀库19系设于一由铸件所制之主体介面20上，再将此主体介面20与加工机之机身固定，此主体介面20通常需要相当厚重，以提供刀库19与自动刀具转换装置10较佳之刚性，以避免其于加工机运作过程中，或于自动刀具转换装置10之换刀过程中产生不当之振动或摇晃。然而，此种设置方式徒增加工机之重量及不必要之组件，即使加工机之装配复杂化，提高其制造成本，又增加综合加工机维修时之麻烦。
本实用新型的目的即为克服习知技术之缺点，提供一种换刀时间极短、构造简单、制造成本低廉、可靠度高的刀具转换同动装置。
本实用新型的另一目的，在于提供一种刀具转换同动装置，它的驱动马达直接设置于刀库之轴心位置，而其动力输出可直接传送至复合式滚齿凸轮，进而执行换刀之动作，不仅省略了复杂之传动机构，降低生产成本，更可因此而减低加工机发生故障之机率。
本实用新型的又一目的，在于提供一种刀具转换同动装置，其驱动装置系设于一刀库之旋转轴上，该刀库内设有一第二转动装置与该驱动装置相连，而该驱动装置系同时驱动第一转动装置与第二转动装置，该第二转动装置进而带动一与一刀套相接之第四从动件，以配合换刀机构之动作，同步改变其所欲更换之刀具的位置。
本实用新型的技术方案是一种刀具转换同动装置，设于一综合加工机上，其特征在于包括一驱动装置；一第一转动装置，系由该驱动装置所驱动，其一侧设置一第一从动件，而该第一从动件之一端则设于一换刀机构上；该第一转动装置另与一第二从动件相接，该第二从动件系设于该换刀机构上；该第一转动装置另相接一第三从动件，该第三从动件与一设于主轴头上之连动总成相接；该驱动装置转动该第一转动装置，可同时驱动该第一、第二及第三从动件，藉由该第一从动件以控制该换刀机构之垂直位置以进行拔刀及插刀之动作，同时另一方面驱动该第二从动件以转动该换刀机构以进行抓刀及换刀之动作，又可同时带动该第三从动件，进而驱动该连动总成以使主轴头进行松刀或夹刀之动作。
所述的刀具转换同动装置，其特征在于其直接固定于综合加工机之机壳上。
所述的刀具转换同动装置，其特征在于该第一转动装置为一复合式滚齿凸轮，其与该第一从动件相接侧设有一沟槽凸轮，而该第一从动件以一滚针轴承结合于该沟槽凸轮之沟槽内；故当该复合式滚齿凸轮旋转时，该第一从动件可依其沟槽上下摆动；该第二从动件以滚子与设于该复合式滚齿凸轮之圆周表面上之滚齿咬合；故当该复合式滚齿凸轮旋转时，该第二从动件可同时被该等滚齿带动而旋转该复合式滚齿凸轮一端之圆周外缘为一平面凸轮，该第三从动件即依附于此平面凸轮上；故当该复合式滚齿凸轮旋轮时，该第三从动件可同时依该平面凸轮之轨迹而摆动。
所述的刀具转换同动装置，其特征在于该驱动装置设于一刀库之旋转轴上，而该刀库内设有一第二转动装置与该驱动装置相连，该驱动装置系同时驱动该第一转动装置与该第二转动装置，该第二转动装置进而带动一与一刀套相接之第四从动件，以配合该换刀机构之动作，同步改变其所欲更换之刀具的位置。
所述的刀具转换同动装置，其特征在于该第二转动装置为一端面沟槽凸轮，而该第四从动件则以一滚针轴承与该端面沟槽凸轮上之沟槽相结合，当该端面沟槽凸轮被该驱动装置转动时，该第四从动件即依该沟槽轨迹移动，进而导引该刀套至一预定位置以供该换刀机构进行抓刀之动作。
所述的刀具转换同动装置，其特征在于设于主轴头上之该连动总成包括一与该第三从动件接触的松夹刀连杆，当该第三从动件被该第一转动装置带动时，该松夹刀连杆即转动一与其相连接之转轴，进而转动设于该转轴上另一侧之两段式连杆，该两段式连杆即带动一与其相接之间隙调整连杆，进而带动一设于主轴上之主轴连杆以进行松刀动作。
所述的刀具转换同动装置，其特征在于该两段式连杆系与一单动气压缸相接，当该第三从动件被该第一转动装置带动至一未对该松夹刀连杆施力之位置时，该单动气压缸可提供一反向之作用力以将该间隙调整连杆与该主轴连杆推回至原始位置，以进行夹刀动作。
所述的刀具转换同动装置，其特征在于该单动气压缸可切换至手动方式以进行换刀动作。
本实用新型的效果是本实用新型为一种刀具转换同动装置，设于一立式综合加工机上，包括一驱动装置以提供动力，一第一转动装置，系由该驱动装置所驱动，其一侧设置一第一从动件，而该第一从动件之一端则设于一换刀机构上以控制其垂直位置以进行拔刀及插刀之动作，该第一转动装置另与一第二从动件相接以将其转动，该第二从动件系设于该换刀机构上，以转动该换刀机构，该第一转动装置另可同时带动一第三从动件，该第三从动件系与一设于主轴头上之连动总成相接，以控制主轴头之松夹刀动作。当欲更换刀具时，由该驱动装置转动该第一转动装置。而当该第一转动装置转动时，可同时驱动该第一、第二及第三从动件，藉由该第一从动件以控制该换刀机构之垂直位置，进行拔刀及插刀之动作，同时另一方面驱动该第二从动件以转动该换刀机构以进行抓刀及换刀之动作，又可同时带动该第三从动件，进而驱动该连动总成以使主轴头进行松刀或夹刀之动作。
由以上之说明可知，当该复合式滚齿凸轮40被转动时，可同步操控三项动作，即旋转刀臂55，变换刀臂55之上下行程，以及主轴头60之松夹刀动作；其详细运作时之时序图系显示于图8。因此，本实用新型之刀具转换同动装置31可利用简单之机械方式依序进行抓刀、主轴松刀、拔刀、换刀、插刀、以及主轴夹刀等动作，且此一连串之动作仅需由该复合式滚齿凸轮40转动一周，即360°即可迅速完成，免除习知加工机于换刀过程中必须一再停顿以确认信号之不连续动作，将综合加工机之换刀时间缩短至1秒以内，甚至仅需0.6秒即可达成，大幅提升加工机之使用效率。此外，本实用新型之设计方式免除了习知之综合加工机必备之感测器及电磁阀等多项电子装置，以及一进行松夹刀动作所需之油压缸或空油压缸，不仅减低加工机之生产成本，更把操作过程中之故障机率降至最低。
本实用新型另一优点，在于其将刀具转换同动装置31之驱动装置32设于刀库70之轴心位置(如图9)，而其动力输出则可直接传送至复合式滚齿凸轮40上，或可配合设计上之需要，经由一齿轮组36后再输出至该复合式滚齿凸轮40(如图4)，进而执行换刀之动作，不仅省略习知技术之一连串的皮带、皮带轮、蜗杆或斜齿轮组等多项元件构成之复杂传动机构，降低生产成本，更可因此而减低加工机发生故障之机率。此外，本实用新型之刀具转换同动装置31整体系直接固设于加工机30之机壳71上，如图9中所示，因此，本实用新型省却了习知加工机中由厚重之铸件所成之主体介面20(如
图1)，既减轻加工机之整体重量，减少生产之成本，又简化其装配与维修的过程，且此种将刀具转换同动装置31直接固设于加工机机壳71之方式，更可获得较习知加工机更佳之刚性。
本实用新型之又一优点，则请参阅
图10，该驱动装置32系设于该刀库70之旋转轴上，而该刀库70内则设一第二转动装置，如本较佳实施例之导刀端面沟槽凸轮72。驱动装置32系同时驱动复合式滚齿凸轮40与此导刀端面沟槽凸轮72。一第四从动件，如图中所示之导刀连杆73，以滚针轴承74与该导刀端面沟槽凸轮72相结合。当此导刀端面沟槽凸轮72被驱动装置32带动旋转时，导刀连杆73即随沟槽75之轨迹而上下移动，因此，当选刀马达76(见图9)带动一圆筒凸轮77以将所欲更换之刀具(图未示)移动到指定之位置后，导刀连杆73即可带动一内具刀杆79之刀套78，以将所欲更换之刀具移动到预定位置，如
图10中假想线所示之位置，以供换刀臂55(如图4、5)进行抓刀之动作，或于刀具更换后将其置回刀库70内。由于此导刀之动作与先前所述之抓刀、主轴松刀、拔刀、换刀、插刀以及主轴夹刀等动作皆由同一驱动装置32来带动，故此导刀动作亦可与上述其他动作同步进行，如图8中之时序图所示，充分减少换刀所需之时间。提高综合加工机之工作效率。
本实用新型之构造与特点，可参阅下列图示及较佳实施例之详细说明而获得清楚地了解。
图1为习知综合加工机之立体示意图；图2为习知加工机之自动刀具转换装置之平面示意图；图3为将本实用新型装设于加工机上之相关位置示意图；图4为本实用新型之一较佳实施例中主要元件之立体分解示意图；图5A为本实用新型之一较佳实施例之剖面示意图；图5B显示为本实用新型之一较佳实施例的一种松夹刀摆臂之形态；图5C显示本实用新型较佳实施例之另一种松夹刀摆臂的形态；图5D显示本实用新型中图5B之较佳实施例的松夹刀摆臂58A与连动总成61之松夹刀连杆62之位置关系；图6及图7以不同角度显示本实用新型之一较佳实施例之连动总成之详细结构与其作动方式；图8为本实用新型之一较佳实施例之刀具转换同动装置之动作行程时序图；图9为本实用新型之一较佳实施例之刀具转换同动装置的立体示意图；及
图10为本实用新型之一较佳实施例的剖面示意图，以显示刀库部分之内部结构。
本实用新型为一种刀具转换同动装置31，其于综合加工机30上之相关位置系示意于图3。以下为本实用新型之较佳实施例的详细说明。图4为本实用新型之主要构成元件的分解示意图，包括一驱动装置32以提供动力，此驱动装置32可包括一驱动马达33、一减速机34与一刹车器35，驱动装置32之动力可直接输出至一第一转动装置，或可配合设计上之需要，经由一齿轮组36后再输出至该第一转动装置。于本实用新型实施例中，该第一转动装置系一复合式滚齿凸轮40，其一侧设有一沟槽凸轮41。一第一从动件，如图4中之摇臂50，系以一滚针轴承51结合于该沟槽凸轮41之沟槽42内。该摇臂50之一端设于一限位轮52上，该限位轮52则与一换刀机构53固定相接。该换刀机构53包括一旋转轴54与一设于其底端之换刀臂55。摇臂50之另一端系枢接于刀具转换同动装置31之机体上，因此，当该复合式滚齿凸轮40被驱动而旋转时，摇臂50即随着沟槽凸轮41之轨迹而上下摆动，如图5中所示，并藉由限位轮52控制该换刀机构53之垂直位置，以进行拔刀与插刀之动作。
该复合式滚齿凸轮40之圆周面上设有弯曲状之滚齿43。一第二从动件，如图示中之旋转塔56，以滚子57与该等滚齿43咬合。该旋转塔56系与换刀机构53之旋转轴54同轴固定结合，故当该复合式滚齿凸轮40转动时，该旋转塔56即可同时被该等滚齿43配合滚子57带动而旋转，进而转动换刀臂55以进行抓刀及换刀之动作。复合式滚齿凸轮40与旋转塔56间之配合系经设计，使得当该复合式滚齿轮40转动360°时，该旋转塔56恰可转动180°。
该复合式滚齿凸轮40一端之圆周外缘为一平面凸轮44。一第三从动件，如图4中所示之松夹刀摆臂58B，系依附于此平面凸轮44上。图5B与图5C中显示两种不同形态之松夹刀摆臂58A及58B，其系以一转轴58枢接于本实用新型之机壳37上，如图5D中所示，当该复合式滚齿凸轮40旋转时，此松夹刀摆臂58A或58B即可同时依此转轴58随着该平面凸轮44之轨迹而摆动。松夹刀摆臂58A或58B系与一设于主轴头60上之连动总成61相接，以控制主轴头60之松夹刀动作，图5D显示松夹刀摆臂58A与一松夹刀边杆之相关位置。图6与图7中则详示连动总成61之结构，当加工机30(如图3)欲进行换刀之动作时，主轴头60(如图6、7所示)可先沿图中之箭头所指之轴向移动至一指定之适当位置，使得该连动总成61之松夹刀连杆62与松夹刀摆臂58A或58B接触，如图5D中所示。该连动总成61包括一与该松夹刀摆臂58A或58B接触之松夹刀连杆62。当该松夹刀摆臂58A或58B被该复合式滚齿凸轮40带动时，该松夹刀连杆62即转动一与其相连接之转轴63，进而转动设于该转轴63上另一侧之一两段式连杆64，该两段式连杆64即带动一与其相接之间隙调整连杆65，进而带动一设于主轴66上之主轴连杆67以使主轴头60进行松刀动作。该两段式连杆64另与一单动气压缸68相接，当该松夹刀摆臂58A或58B被该复合式滚齿凸轮40带动至一未对该松夹刀连杆62施力之位置时，该单动气压缸68可提供一反向之作用力以将该间隙调整连杆65与该主轴连杆67推回至原始位置，以将主轴头60上之刀杆79(如图9、10)夹紧。该单动气压缸68之另一功能为当刀具转换同动装置31发生故障时，仍可将其切换至手动换刀，以确保综合加工机30可持续运作。
权利要求1.一种刀具转换同动装置，设于一综合加工机上，其特征在于包括一驱动装置；一第一转动装置，系由该驱动装置所驱动，其一侧设置一第一从动件，而该第一从动件之一端则设于一换刀机构上；该第一转动装置另与一第二从动件相接，该第二从动件系设于该换刀机构上；该第一转动装置另相接一第三从动件，该第三从动件与一设于主轴头上之连动总成相接；该驱动装置转动该第一转动装置，可同时驱动该第一、第二及第三从动件，藉由该第一从动件以控制该换刀机构之垂直位置以进行拔刀及插刀之动作，同时另一方面驱动该第二从动件以转动该换刀机构以进行抓刀及换刀之动作，又可同时带动该第三从动件，进而驱动该连动总成以使主轴头进行松刀或夹刀之动作。
2.根据权利要求1所述的刀具转换同动装置，其特征在于其直接固定于综合加工机之机壳上。
3.根据权利要求1所述的刀具转换同动装置，其特征在于该第一转动装置为一复合式滚齿凸轮，其与该第一从动件相接侧设有一沟槽凸轮，而该第一从动件以一滚针轴承结合于该沟槽凸轮之沟槽内；故当该复合式滚齿凸轮旋转时，该第一从动件可依其沟槽上下摆动；该第二从动件以滚子与设于该复合式滚齿凸轮之圆周表面上之滚齿咬合；故当该复合式滚齿凸轮旋转时，该第二从动件可同时被该等滚齿带动而旋转，该复合式滚齿凸轮一端之圆周外缘为一平面凸轮，该第三从动件即依附于此平面凸轮上；故当该复合式滚齿凸轮旋轮时，该第三从动件可同时依该平面凸轮之轨迹而摆动。
4.根据权利要求1所述的刀具转换同动装置，其特征在于该驱动装置设于一刀库之旋转轴上，而该刀库内设有一第二转动装置与该驱动装置相连，该驱动装置系同时驱动该第一转动装置与该第二转动装置，该第二转动装置进而带动一与一刀套相接之第四从动件，以配合该换刀机构之动作，同步改变其所欲更换之刀具的位置。
5.根据权利要求4所述的刀具转换同动装置，其特征在于该第二转动装置为一端面沟槽凸轮，而该第四从动件则以一滚针轴承与该端面沟槽凸轮上之沟槽相结合，当该端面沟槽凸轮被该驱动装置转动时，该第四从动件即依该沟槽轨迹移动，进而导引该刀套至一预定位置以供该换刀机构进行抓刀之动作。
6.根据权利要求1所述的刀具转换同动装置，其特征在于设于主轴头上之该连动总成包括一与该第三从动件接触的松夹刀连杆，当该第三从动件被该第一转动装置带动时，该松夹刀连杆即转动一与其相连接之转轴，进而转动设于该转轴上另一侧之两段式连杆，该两段式连杆即带动一与其相接之间隙调整连杆，进而带动一设于主轴上之主轴连杆以进行松刀动作。
7.根据权利要求6所述的刀具转换同动装置，其特征在于该两段式连杆系与一单动气压缸相接，当该第三从动件被该第一转动装置带动至一未对该松夹刀连杆施力之位置时，该单动气压缸可提供一反向之作用力以将该间隙调整连杆与该主轴连杆推回至原始位置，以进行夹刀动作。
8.根据权利要求7所述的刀具转换同动装置，其特征在于该单动气压缸可切换至手动方式以进行换刀动作。
专利摘要一种刀具转换同动装置,设于一立式综合加工机上,包括一驱动装置、第一转动装置,其一侧设置一第一从动件,而该第一从动件之一端则设于一换刀机构上;该第一转动装置另与一第二从动件相接,第一转动装置另可同时带动一第三从动件,该第三从动件系与一设于主轴头上之连动总成相接,以控制主轴头之松夹刀动作。本实用新型以机械方式于极短之时间内可同步完成更换刀具的动作。
文档编号B23Q3/00GK2356803SQ98241460
公开日2000年1月5日 申请日期1998年10月23日 优先权日1998年10月23日
发明者陈锡宽, 赵维忠 申请人:台湾凸轮股份有限公司