主轴及包含该主轴的加工机的制作方法

本实用新型涉及加工机，尤指具有刀库的立式加工中心机或钻孔攻牙机。

背景技术：

立式加工中心机或钻孔攻牙机主要是以主轴座及主轴上下移动的方式对下方工件进行加工，今日的钻孔攻牙机已经具有自动换刀的功能，主要是将刀库安装于主轴座前侧上方，当主轴在下方的加工工位进行加工时，刀库即可在旁待命，当主轴需要更换刀具时，只需将主轴座向上移动，刀库即可直接夹扣于刀把并进行更换，如twm494667号中国台湾专利中所述的加工机即属一例。

上述的加工机在更换主轴刀具时，需要将主轴座向上移动，移动过程中，摇臂会受到凸轮板的抵顶而摆动，将主轴中的拉刀杆与夹爪向下推动，使刀把从主轴松开，同时刀库的置刀架能夹持刀把，以避免刀把坠落，主轴座继续向上移动后，即可将刀把与主轴分离，待刀库旋转更换其他刀把后，主轴座再向下移动，将另一刀把插置于主轴，摇臂、拉刀杆与夹爪也反向移动复位，即可将刀把夹持固定，供主轴座带动主轴继续向下移动进行加工。

前述加工机或其他具有主轴的类似加工机在更换刀具时，是凭借移动夹爪以放松刀把，为避免刀把与主轴之间受到自紧式锥度、热胀冷缩或摩擦力作用紧密结合而不能拆卸，在夹爪向下移动的过程中，会利用拉刀杆抵顶刀把末端的拉拴，将刀把向下顶出，相关机构在加工机相关技术领域中称为松刀机构或打刀机构，除前述twm494667号中国台湾专利之外，例如twi651155号中国台湾专利对此类机构也有所描述。

技术实现要素：

上述的松刀机构，如twm494667号中国台湾专利的图4所示，在拉刀杆与刀把拉拴之间均会保留一间隔距离，在将刀把顶出时，可先移动拉刀杆而将夹爪移动松开，使夹爪不接触刀把拉拴，待夹爪完全张开松开后，拉刀杆才接触刀把拉拴，并将刀把顶出，在拉刀杆移动的过程中，拉刀杆会先移动经过间隔距离，才接触并且将刀把拉拴顶出，仅只在移动行程的末段将刀把顶出些微距离，确保刀把已经松动即可，能避免刀把移动幅度过大而与刀库错位，因此，拉刀杆与拉拴在未松刀前之间隔距离仅略小于拉刀杆与夹爪的移动行程。

然而，在上述立式加工中心机或钻孔攻牙机中，刀把可能因为连续换刀或其他因素没有紧密结合于主轴，刀把将会在夹爪向下移动松开的同时受重力作用而向下移动，在换刀过程的时序变化及其机构设计中，必须要考虑刀把可能的移动而将主轴座及主轴上移的速度降低，甚或在换刀过程的特定阶段中将主轴座留停于一个或数个特定位置，等待刀库确实夹持刀把，才能继续上移完成换刀，使换刀的速度有所局限。

其次，若不考虑刀把可能卡抵于主轴也可能不卡抵于主轴所发生的位置误差，直接将主轴座与主轴连续上移完成换刀，则可能因为刀把位置的不稳定造成刀把与刀库撞击，甚或造成刀把、主轴、夹爪或拉刀杆的磨损而降低其使用寿命。

有鉴于此，本实用新型的其中一项目的即在于提供一种主轴，能够安装在加工机中，并能降低主轴在换刀过程中的延迟，提高换刀速度。

为了达成上述及其他目的，本实用新型提供一种主轴，适于组装于一加工机中，该主轴用于夹持一刀把以进行加工，该主轴包含一转轴与一顶刀组。该转轴的一端具有一刀槽，该刀槽供该刀把插置，该转轴能受带动绕一轴线转动并带动该刀把一同转动。该顶刀组可移动地插置于该转轴中，该顶刀组可沿该轴线相对于该转轴于一拉刀位置、一顶刀位置与一松刀位置之间移动，该顶刀位置位于该拉刀位置与该松刀位置之间，该顶刀组位于该拉刀位置时该顶刀组与插置于该刀槽的刀把之间相隔一顶刀间隙，该顶刀组位于该顶刀位置时该顶刀组接触插置于该刀槽的刀把，该顶刀组从该顶刀位置向该松刀位置移动时由该刀槽向外顶推插置于该刀槽的刀把，该顶刀位置与该松刀位置之间的距离，不小于该拉刀位置与该松刀位置之间的距离的0.3倍。

在某些情况中，该顶刀位置与该松刀位置之间的距离不大于该拉刀位置与该松刀位置之间的距离的0.85倍，具体而言，拉刀位置与该松刀位置之间的距离可能是6毫米，该顶刀位置与该松刀位置之间的距离可能介于2毫米至5毫米之间。

在某些情况中，该主轴还包含一夹爪组，该夹爪组围绕设置于该顶刀组而随该顶刀组移动，该刀槽适于供具有一拉拴的刀把插置，该顶刀组位于该拉刀位置时该夹爪组夹持插置于该刀槽的刀把的拉拴，该顶刀组移动至该松刀位置时该夹爪组释放插置于该刀槽的刀把的拉拴；较佳者，该夹爪组为倍力夹爪组，该主轴可进一步包括一拉刀弹性件，该拉刀弹性件提供一弹性力使该顶刀组随时向该拉刀位置复位。

为了达成上述及其他目的，本实用新型还提供一种加工机，包括前述的主轴、一机架、一主轴座、一拉刀控制组、一刀库与一刀库控制组。该主轴座可相对于该机架移动，该主轴设置于该主轴座而可随该主轴座相对于该机架移动。该拉刀控制组与该顶刀组连动而可带动该顶刀组于该拉刀位置、该顶刀位置与该松刀位置之间移动。该刀库设置于该机架并可于一待命位置与一换刀位置之间移动，该刀库具有复数个刀把承架，该刀库位于该换刀位置时其中一刀把承架夹持插置于该刀槽的刀把。该刀库控制组与该刀库连动而可带动该刀库于该待命位置与该换刀位置之间移动。

在某些情况中，该拉刀控制组包含一连接座、一摇臂与一拉刀凸轮板，该连接座可滑动地设置于该主轴，该连接座与该顶刀组连动，该摇臂可转动地设置于该主轴座，该拉刀凸轮板设置于该机架，该主轴座相对于该机架移动时该摇臂与该拉刀凸轮板分离或接触，使该拉刀凸轮板选择性地推抵该摇臂，进而使该摇臂转动而推抵该连接座，令该顶刀组朝向该松刀位置移动；较佳者，该主轴座的移动方向与该顶刀组的移动方向平行，该主轴座相对于该机架移动的速度与该顶刀组相对于该主轴移动的速度大小相同且方向相反。

如此，本实用新型所提供的加工机及其主轴在换刀的过程中，不论刀把是否与主轴的转轴紧密结合，均能将刀把顶出而位于固定的位置，使刀库能够快速流畅地夹持刀把，无须在特定位置留停等待夹持刀把，提高换刀的流畅度并降低换刀所需要的操作时间。

附图说明

图1为本实用新型加工机的侧面示意图。

图2为本实用新型加工机的局部放大剖面图。

图3为本实用新型加工机的动作示意图。

图4为本实用新型加工机中顶刀组移动至松刀位置时的局部放大剖面图。

图5为本实用新型加工机中顶杆与刀把的剖面示意图。

图6为本实用新型加工机中拉刀位置与顶刀位置的比较示意图。

图7为本实用新型加工机中顶刀位置与松刀位置的比较示意图。

图8至图10为本实用新型加工机的连续动作示意图。

附图标记说明：机架10；衍架11；座部21；马达221；螺杆222；螺座223；主轴30；本体31；转轴32；刀槽321；动力组33；顶刀组34；顶杆341；连接杆342；夹爪组35；拉刀弹性件36；连接座41；摇臂42；一端421；另一端422；拉刀凸轮板43；抵靠面431；刀库50；枢轴51；刀把承架52、52’；刀库控制组60；刀库凸轮板61；刀库弹性件62；刀把90；拉拴91。

具体实施方式

请参考图1与图2，本实施例揭示一种加工机，包括一机架10、一主轴座、一主轴30、一拉刀控制组、一刀库50与一刀库控制组60。

机架10为直立式的架体，向上延伸以供组装其他各部件，机架10上端还具有向前延伸的衍架11，机架10下方则可能具有底座与加工台面，以供待加工的工件放置固定。

主轴座设置于机架10并可沿垂直方向移动，供组装其他部件，其中，主轴座包括一座部21与一升降组，座部21设置于机架10并可沿垂直方向移动，升降组包括马达221、螺杆222与螺座223，马达221设置固定于机架10，螺座223设置固定于座部21，螺杆222连接于马达221并且螺合于螺座223，可于马达221带动螺杆222沿正/反方向转动时带动螺座223与座部21沿垂直方向上/下移动。

主轴30设置于主轴座的座部21而可随座部21相对于机架10移动，请参考图1与图2，主轴30包括本体31、转轴32、动力组33、顶刀组34、夹爪组35与拉刀弹性件36。本体31设置固定于座部21，转轴32可转动地设置于本体31中，动力组33例如是马达，设置于本体31的顶端，动力组33连接于转轴32而可带动转轴32旋转；在本实施例中，动力组33位于本体31的顶端，而属直结式的主轴，惟若将动力组设置于本体内而成为如twm494667号中国台湾专利所述的内藏式主轴者，也无不可。转轴32的底端具有刀槽321，刀槽321具有圆锥形的壁面，可供刀把90插置，其中，刀把90例如是符合bt40规格的刀把，且转轴32刀槽321的几何形状可与刀把90相匹配。顶刀组34包括顶杆341与连接杆342，顶杆341的底端穿伸面向于刀槽321，与刀把90的拉栓91之间相隔一顶刀间隙，顶杆341的顶端则螺锁于连接杆342的底端，顶杆341与连接杆342可移动地插置于转轴32中。夹爪组35围绕设置于顶杆341而可于顶杆341移动时受顶杆341带动移动，从而夹持或放松插置于刀槽321中的刀把90的拉栓91，其中夹爪组35可为不具倍力能力的夹爪，或者也可为例如twm374929或twi418424号中国台湾专利中所述的倍力夹爪组。拉刀弹性件36设置于本体31中并且套设于连接杆342，拉刀弹性件36一弹性力推抵于连接杆342，使连接座41、连接杆342与顶杆341能随时向上移动复位；在本实用新型其他可能的实施例中，拉刀弹性件36也可能改抵顶于连接座41，或凭借其他元件间接推抵连接杆342向上移动复位，均属可行的具体实施方式。

拉刀控制组包括连接座41、摇臂42与拉刀凸轮板43。连接座41大致呈环形并套设于本体31，可相对于本体31沿垂直方向滑动，利用插销穿设于连接杆342与连接座41之间使连接杆342与连接座41连动，令连接座41与连接杆342一同移动。摇臂42可转动地设置于主轴座的座部21，可相对于座部21转动并可随座部21一同沿垂直方向移动，摇臂42的一端421抵靠于连接座41的顶面，另一端422则朝向拉刀凸轮板43延伸。拉刀凸轮板43设置固定于机架10并且具有一抵靠面431，抵靠面431位于摇臂42另一端422的上方。

刀库50设置于机架10前侧的衍架11并可绕其枢轴51相对于机架10摆动，刀库50具有多个环形布设的刀把承架52、52’，各个刀把承架52、52’供放置并分别夹持刀把90，在本实施例中，刀库50可枢摆而相对于机架10移动，惟将刀库改为可直线移动或以其他方式移动者，也无不可。

刀库控制组60包括一刀库凸轮板61与一刀库弹性件62。刀库凸轮板61设置固定于主轴座的座部21，可随座部21一同沿垂直方向移动，刀库弹性件62为拉伸弹簧，其两端分别设置于刀库50与机架10，凭借其弹性力使刀库50的一侧随时朝向主轴30偏摆，并且抵靠于刀库凸轮板61的一侧表面。

利用上述装置，当使用者欲进行加工时，如图1所示，可以将刀把90插置组装于转轴底端的刀槽中，同时参考图2，可由夹爪组35夹持刀把90的拉栓91，并利用马达221控制主轴座的座部21升降，进一步利用动力组33带动转轴32与刀把90旋转进行加工，此时，刀库50抵靠于刀库凸轮板61的表面并位于待命位置，顶刀组34位于拉刀位置，夹爪组35闭合夹持于拉栓91，顶刀组34与拉栓91之间，也即顶杆341的底端与拉栓的91顶端之间相隔一顶刀间隙。

请参考图3，当使用者欲更换刀把时，可利用马达221控制主轴座的座部21上升，使主轴30、摇臂42与刀库凸轮板61也一同上升，由于刀库凸轮板61受刀库50抵靠的一侧轮廓向其底端渐缩，刀库50因为抵靠于刀库凸轮板61以及受到刀库弹性件的弹性力作用影响，逐渐摆动靠近主轴30而移动至换刀位置，使刀库50的其中一个刀把承架52抵靠并夹持刀把90。

另一方面，座部21上升的过程中，摇臂42的其中另一端422会接触并抵靠于拉刀凸轮板43的抵靠面431，凭借抵靠面431的推抵使摇臂42转动，使摇臂42的一端421向下移动并压抵于连接座41，如图4所示，进一步带动连接座41、顶刀组的连接杆342与顶杆341以及夹爪组35相对于主轴30向下移动。

请参考图4至图7，在顶刀组的连接杆342与顶杆341向下移动的过程中，首先如图5所示，顶刀组初始位于一拉刀位置，夹爪组35闭合夹持于刀把90的拉栓91，顶杆341的底端与刀把90的拉栓91之间相隔一顶刀间隙；请参考图6，当顶刀组受到连接座带动而向下移动，顶刀组首先移动到一顶刀位置，顶杆341的底端接触于刀把90的拉栓91，此时夹爪组35大致仍呈现闭合状态，刀把90及其拉栓91仍保持未移动；请参考图7，当顶刀组继续向下移动，顶刀组将会移动至一松刀位置，顶杆341向下移动而带动夹爪组35向下移动并且张开，释放刀把90的拉栓91，同一时间顶杆341的底端推抵拉栓91向下移动，使刀把90被向下顶出。

请参考图6与图7，为了将刀把90顺利顶出，顶刀组位于拉刀位置时的顶刀间隙不大于该拉刀位置与该松刀位置之间的距离的0.75倍，较佳者，也不小于0.15倍，也即图6左半所示的顶杆341与拉拴91之间之间隙介于图6左半与图7右半之间所示的顶杆341的移动距离的0.15倍至0.75倍之间，换言之，图7左半与右半之间所示的顶杆341的移动距离是顶刀组从图6左半所示的拉刀位置移动到图7右半所示的松刀位置的移动行程的0.25至0.85倍，具体而言，在本实施例中顶刀组由拉刀位置移动至松刀位置的移动行程例如是6毫米，顶刀间隙则是4.5毫米、4毫米、3.5毫米、3毫米、2.5毫米、2毫米、1.5毫米或1毫米，较佳者，顶刀间隙介于2.5毫米至3.5毫米之间，而顶杆341由顶刀位置移动至松刀位置的移动行程，也即顶杆341向外推送刀把90的顶出量，例如是1.5毫米、2毫米、2.5毫米、3毫米、3.5毫米、4毫米、4.5毫米或5毫米，较佳者，顶刀位置移动至松刀位置的移动行程介于2.5毫米至3.5毫米之间，如此，可使顶刀组在移动时快速接触刀把90，将刀把90顶出一定距离，避免顶出刀把90时未确实顶出，并且可减少刀把在夹爪组放松时的位置误差，降低刀把位置的不确定性。

本实施例中顶杆341由拉刀位置移动至松刀位置的移动行程为6毫米，是适用bt40规格刀把的主轴通用规格，惟受到各元件实际尺寸误差的影响，拉刀位置移动至松刀位置的实际移动行程也可能介于5.5毫米至6.5毫米之间，其间增加或减少的移动行程误差值，可能可以由顶刀位置至松刀位置的移动行程吸收。

请参考图4与图8，刀把90被向下顶出以及顶刀组相对于主轴及其转轴向下移动的同时，座部21与主轴正在向上移动，较佳者，顶刀组相对于转轴向下移动的速度与主轴向上移动的速度方向相反且大小相同，可使刀把90在被顶出的过程中，刀把90相对于刀库保持不动，而可提高刀库夹持刀把时的稳定度。

请参考图8，刀把90被向下顶出后被刀库50的刀把承架52夹持，座部21可进一步继续上升，即可将刀把与主轴分离，随后即可转动刀库，如图9所示，将准备使用的另一刀把对准主轴，即可利用马达221控制座部21下降，如图10所示，使刀把插置于转轴的刀槽，且刀库、摇臂、连接座、顶刀组均各自反向复位，而回复至如图1与图2所示的位置，以夹爪组夹持刀把的拉栓，供继续进行后续的加工作业。

如此，上述实施例所述的加工机可以利用顶刀组的顶杆推抵刀把的拉拴，在松刀、换刀时将刀把顺利且确实地顶出，而纵使加工机在加工后换刀，造成刀把与主轴紧密结合，或者是加工机连续换刀，刀把未紧密结合于主轴，刀把顶出的时序与位置均趋于一致，可供刀库的刀把承架对准，正确且确实地夹持刀把，有助于换刀流程顺利进行。

承上述，由于能够精确地估算刀把顶出的时序与位置，主轴座的座部于上升进行更换刀把，或者于下降组合插置刀把时，均能顺利且流畅地完成连续动作，无须在特定步骤或阶段减速或停等刀库的刀把承架夹持刀把，有助于降低换刀所需的时间。

其次，由于顶杆欲移动将刀把顶出时，仅需移动小距离的顶刀间隙即可接触刀把拉拴，可快速接触并将刀把顶出，提高换刀过程时序进行的速度与流畅度。

此外，在本实施例中的夹爪组可以采用倍力夹爪，在刀把需求的夹持力不变的情形下，可以降低将顶刀组与夹爪组向上移动复位并夹持刀把拉拴所需要的回复力，可以选用弹性系数较小的拉刀弹性件，而拉刀控制组的摇臂42于压抵连接座41并带动顶刀组向下移动时所需要克服的弹性力将会降低，使摇臂能较轻易且灵活地带动顶刀组移动，提高换刀流程的流畅度。

在上述实施例中，刀把具有拉拴而可由夹爪组夹持固定，然而，主轴的转轴与刀把之间改以自紧锥度或其他方式组装，而省去夹爪组与拉拴者，仍然可以改将顶刀组直接抵顶于刀把，而能具有相似于上述实施例的使用方式及功能。

总结以上说明，本实用新型阐述了加工机及其主轴，能够确实、流畅且灵活地进行换刀，具有较低的换刀时间或换刀延迟，进而能提高加工机的整体工作效率。