专利名称：综合加工机自动换刀传动装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种综合加工机自动换刀传动装置，且具体地涉及一种除增加换刀效率、降低噪音外，还简化油压动力传输设备而颇具经济效益的综合加工机自动换刀传动装置。
传统工具机仅由电动机、机架、主轴等机械零部件组成，其产业价值低而随着工业在自动化上的需求，配合微处理器的发展，传统工具机可以电脑数字地自动控制工具机的加工行程，除取代人工操作的不便，使加工精度及速度也相对提升，工具机的零部件精度亦相对提高，设计的困难度亦相对增大，其中包括高速加工主轴、自动换刀机构等。而自动换刀机构ATC目前已广泛地应用于各种综合加工机中，用以交换新旧刀具以适应不同的加工状况，其中，以油、空压动作方式作为自动换刀机构ATC的动力装置，乃因其取得方便，已俨然成为业界的标准配备，但其缺点是整体换刀机构复杂，需另购置油压或空压泵，体积庞大用电量高且噪音大。
如
图1所示，为目前综合加工机的自动换刀机构ATC，基本上包括刀盘10、换刀机构20及打刀机构30，如图2所示，该换刀机构20通过蜗杆21传动蜗轮22，使滚齿凸轮23的环边凸轮槽231带动六栓槽轴24上的滚珠齿头241，使六栓槽轴24旋动下端的抓刀臂25进行换刀的动作，而取刀的的动作则通过滚齿凸轮23上的凸轮槽沟232所牵动的连杆26控制六栓槽轴24的上、下位移，使当换刀时，通过凸轮槽沟232的弧曲行程设计，滚齿凸轮23即通过六栓槽轴24控制抓刀臂25两端分别位于刀盘10及主轴32固刀位置(请参见图3所示)，此时连杆26即受凸轮槽沟232的控制，而配合打刀机构30的动作同时向下拉取刀具并旋转180度再上行，一并完成置刀、换刀动作后即复原待机状态。由此可知，换刀机构20控制六栓槽轴24的抓刀臂25所需上、下行移的距离L，请参见图9A所示，其必与滚齿凸轮23的凸轮槽沟232的上、下顶点距R1、R2成正比，此就是连杆26控制的栓槽轴24的行程，故欲得较大工作行程距离L，滚齿凸轮23必须呈较大直径尺寸，方足以设计凸轮槽沟232以提供六栓槽轴24行移所需的范围，此不仅耗材、体积大，且以单一连杆26传动，支点荷重大所形成的压力角θ1愈大，连杆愈长，力距愈大，就易造成传动力不必要的损耗，所产生的磨擦阻力及高温会损害自动换力机构的寿命，又为避免因此而造成滚子262不良抖动的情形，故传统设计只能以蜗杆21与蜗轮22的较大减速比来带动滚齿凸轮23的动作；另因连杆26一端以支轴261固定在盖体上，中端以滚子262位在滚齿凸轮23的凸轮槽沟232以牵动连杆前端控制六栓槽轴24动作，此设计使支轴261干涉连杆26上方的空间，而致传动空间受限；基于以上结构分析可知，此就是使抓刀臂25换刀时间也相对地受限，而无法有效地提升其作业时间的原因，其动作约需4、5秒时间。
而位于打刀机构30工作头31上的动力装置33，在配合换刀机构20抓刀臂25换刀时，瞬间撞击工作头31的主轴32令其松弛对刀具的固位情形，使抓刀臂25顺利执行取刀、换刀的动作，因工作头31内设有强力盘形弹簧311，荷重1～2吨，如
图10所示，当主轴32受动力装置33撞击下行时，刀爪321即自会松刀供抓刀臂25取刀，其同时也产生1～2吨的回复弹力，而该动力装置33即为前述传统油、空压缸的结构，其皆利用外来电力作功，故必需要有较大的力量源，方足以应付打刀的作业，故不仅噪音大，且需另设置输出功率较高的泵外，还使占用空间颇大，维修单元增加，作业耗电，此就是目前油压气缸的缺点。
鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种综合加工机自动换刀传动装置，其具有利用三摇臂使以短距离连动，获得长距离行程传动效果的换刀机构，可提供较大传动空间，且另设一连杆来控制一送油机构，使可自动输油于动力装置。
本实用新型的进一目的在于提供一种综合加工机自动换刀传动装置，其具有利用换刀机构的连杆运动配合抓刀臂的动作，且自动输送油压于动力装置执行打刀动作，而免除另置油压设备的打刀机构。
本实用新型的再一目的在于提供一种综合加工机自动换刀传动装置，其在送油机构及动力装置内分设有重负荷及轻负荷弹簧，以配合主轴复位的弹力，使在一往一复的压缩及弹力的作用下，减少动力的损耗，达到省电的经济功效。
本实用新型的上述目的是通过以下技术方案实现的一种综合加工机自动换刀传动装置，主要通过换刀机构的抓刀臂进行刀盘及打刀机构的工作头主轴换取刀具的动作，而工作头上方以动力装置撞击主轴以进行卸刀动作；其中，换刀机构，在本体内设有传动齿盘、滚齿凸轮、连杆、三支摇臂、六栓槽轴，前方则设有送油机构，该传动齿盘与滚齿凸轮上各形成有凸轮槽沟而分别传动连杆及三支摇臂，其中，连杆中端以支轴固定在盖体上，一端受传动齿盘凸轮槽沟的控制，而使另一端连动送油机构的油压杆，另第一、三摇臂一端固位在本体上，而第一摇臂另一端以滚子入位于滚齿凸轮的凸轮沟槽，并以第二摇臂连动第三摇臂，第三摇臂另一端则控制六栓槽轴，而送油机构连杆上端为油压杆头，而入位在油压缸体内，在油压杆头下方与油压缸体间设有弹簧，在缸盖上设有油管而与位于工作头上的动力装置相通；而动力装置，依序设有气压部、中座、油压部及底座，而气压部内的柱塞则常位在中座的油压室内行移，油压部则设有内、外油槽，内油槽设有油压活塞且正位在油压室下方，中座的油压室设有供油管与内油槽相通的油孔，且位于外油槽上方处设有注油孔及受螺丝控制的排泄孔，并外设有电磁阀分别控制与内、外油槽呈通路的第一、第二油孔，在外油槽设有浮筒及与第一油孔相通的吸油管，另在中座设有入气孔与外油槽相通；底座内的孔位中设有中心柱，上端为柱塞，而柱塞设有凸出头部并置有盘形弹簧而顶靠油压活塞，在柱塞侧边设有一槽，其下方在孔位间设有弹簧，中心柱底端凸伸出孔位而设以撞击块，撞击块形成有向下出气孔，另外中心柱以一通孔与底座孔位及撞击块出气孔相通，在底座孔位壁上设有入位于柱塞边槽的保持栓及入气孔。
通过一可行实施例，配合以下附图对本实用新型进一步说明如下
图1为传统综合加工机的示意图。
图2为
图1的换刀机构示意图。
图3为
图1的打刀机构示意图。
图4为本实用新型的自动换刀装置的位置示意图。
图5为本实用新型的换刀机构的动作示意图(一)。
图6为本实用新型的换刀机构的动作示意图(二)。
图7为本实用新型的打刀机构传动油气压缸示意图。
图8为图7的剖示图。
图9A、B为本实用新型与传统换刀机构的连杆传动比较图。
图10C、D为工作头主轴松刀与固刀的动作图。
10刀盘 60动力装置20换刀机构 61气压部21蜗杆 611柱塞22蜗轮 612空压盘23滚齿凸轮 613气压室231环边凸轮槽614气容室232凸轮槽沟 615T型逆止阀24六栓槽轴 62中座241滚珠齿头 620油压室242工型套筒 621注油孔25抓刀臂 622泄气阀26连杆 623调整螺丝261支轴 624排泄孔262滚子 625油孔
30打刀机构 626入气孔31工作头 627电磁阀311盘形弹簧627A第一油孔32主轴 627B第二油孔321刀爪628吸油管33动力装置 629浮筒40换刀机构 9291电源线41本体 63油压部42传动齿盘 631外油槽421凸轮槽沟632内油槽43滚齿凸轮 633油压活塞431凸轮槽沟64底座44第一摇臂 641中心柱441支轴6411柱塞442滚子6412凸出头部443轴 6413通孔45第二摇臂 6414槽46第三摇臂 642撞击块461支轴6421出气孔462滚子643入气孔47连杆 644保持栓471滚子645盘形弹簧472滚子646弹簧473支轴647孔位48斜齿轮 65感测器50送油机构 R1上顶点距51油压杆 R2下顶点距511油压杆头L行程
53框体 θ1压力角54轴套 θ2压刀角55油压缸体 X撞击距离56弹簧57油压室58缸盖59油管591排气阀本实用新型的综合加工机自动换刀传动装置的主要设计特征在于换刀机构40除具传动换刀速度快外，更设有送油机构50，如图4所示，使同具油压泵功能传输油压于动力装置60，而获得体积小结构简单、免电力的经济效益，且动力装置60更具备结构简单，可提供手动换刀功能，简易排气设计，及降低动力损耗，减少马达负荷的效能，克服了传统油、空压装置的缺点。
首先先略述本实用新型的改良特征为一、本实用新型的换刀机构40在运动时，即如图5、6所示，其动作原理同于传统以凸轮槽沟的不同径特征传动抓刀臂25旋动的方式，但其所不同的是传动六栓槽轴24的设计，是以三支摇臂44、45、46连动的方式，以第一摇臂44的滚子442位在滚齿凸轮43的凸轮槽沟431内从动，而连动其余摇臂45、46控制六栓槽轴24，因摇臂44、46的支轴441、461被固位在本体41上，而得以改变传统固位在盖体上，令支轴的位置妨碍传动齿轮的设位，而使具有较大空间供置传动齿盘42，以可配合斜齿轮48进行较快传动的效率，提高抓臂25的换刀速度(因采用三摇臂连动的设计，故可使滚齿凸轮的直径缩小、省材质轻，又可达到换刀快速，经实际成品传动结果，可达1.5秒而大大地节省了时间)，此为本实用新型设计特征之一。
二、借助于三支摇臂44、45、46具有放大凸轮传动行程的效果，如图9所示，其可令凸轮槽沟431的凸轮弧径缩小，相对的滚齿凸轮43直径也可缩小，除相对地可令压力角θ2减小，而使传动损耗减少，磨擦阻力降低外，亦得到节省材积、重量的功效，为本实用新型设计特征之二。
三、因传动齿盘42位在摇臂44、45、46之上，故可利用其上面另设以凸轮槽沟421做为传动媒介，本实用新型即利用此项功能，另于本体41前设以送油机构50，通过凸轮槽沟421传动一以支轴473固位在盖体上的连杆47，控制送油机构50自动油压于打刀机构30的动力装置60，故通过换刀机构40本身自有的传动功能直接传输油压的设计，而可免除电力，免除设置油压泵装置且噪音小，是为本实用新型设计特征之三。
四、本实用新型设计特征之四，在于动力装置60设有内、外油槽632、631及中座62的连结所构成的油压回路，除由换刀装置40的送油机构50自动油压于内油槽631产生动源外，亦设有复位弹簧装置，使达到动作迅捷的目的，且另并同时具备有半自动空压控制的设计。
五、本实用新型设计特征之五，乃具有降低动力损耗，并产生较大功率的效益，在送油机构50内设有重负荷弹簧56，在动力装置60内则设有低负荷的弹簧646，使当打刀时，工作头31内的盘形弹簧311，瞬间被压缩，而内蓄的1～2吨压力也立即将主轴32向上复原，此时，即同时配合传动齿盘42的凸轮槽沟421的行程，而压缩送油机构50内的重负荷弹簧56，待下次打刀行程时，就可再行配合轮槽沟421的行程而释放弹力；借此，重负荷弹簧56的设计，配合凸轮槽沟421的行程及主轴32复位弹力的作用，可获得减少动力的损耗，降低马达的负荷的功效。
请参见图5所示，为本实用新型的换刀机构40的实施例图示，在本体41内设有一传动齿盘42受一马达传动的斜齿轮48的传动而可同并传动下位的滚齿凸轮43，而滚齿凸轮43即以同于传统设计的功能传动六栓槽轴24的滚珠齿头241以控制抓刀臂25的旋转，本实用新型在此换刀机构40的改良特征即在于在本体41前加设一送油机构50，且传动齿盘42与滚齿凸轮43上皆设有凸轮槽沟421、431，而分别以连杆47及摇臂44、45、46传动送油机构50的油压杆51及六栓槽轴24的下、上行移，其中，第一摇臂44一端以支轴441固位于本体41上，中间则以滚子442入位于凸轮槽沟431内从动，另一端则以轴443连动第二摇臂45，第二摇臂45另一端则连动于第三摇臂46的中部，该第三摇臂46一端以支轴461固位于本体41上，另一端则以滚子462入位于六栓槽轴24的工型套筒242，通过此三支摇臂44、45、46的连动关系，可以放大凸轮控制上、下行程的效果，故而在同一六栓槽轴24的上、下行程下，该滚齿凸轮43直径就可比传统滚齿凸轮的小，且利用传动齿盘42传动，又可提供连杆47受凸轮槽沟421的传动给送油机构50的效果。
其中，连杆47中端以支轴473固位在盖体上，两端分别以滚子471、472入位于传动齿盘42的凸轮槽沟421及送油机构50的油压杆51的工型套筒52上。而送油机构50则以一框体53设在本体41前方，而框体53在油压杆51垂直运动位置上、下设有轴套54，在框体53上设有油压缸体55，而油压杆51在上端为油压杆头511正入位在缸体55内，在杆头511下方受有重负荷的弹簧56的顶制，上方则为油压室57，而顶端缸盖58则设有可排除油压内空气的排气阀591，以一油管59使油压室57与动力装置60相连。
本实用新型的综合加工机自动换刀传动装置中位于打刀机构30上的动力装置60，请同时参照图7、8所示，其分成气压部61、中座62、油压部63及底座64四部份，气压部61通过内设的柱塞611和空压盘612将其上、下部分成气压室613及气容室614两空间，柱塞611下端则入位于中座62的油压室620，而气压部61顶设有可控制单向流通的T型逆止阀615，因空压盘612受力面积大，而柱塞611前端用以施力于油压室620的接触面小，故借此可有效提高下方的油压活塞633下行打刀的压力速度，而气容室614下方的中座62设有泄气阀622，以可供空压盘612下行时气容室614的排气，而当空压盘612上行复原时，则气压室613的气体则由T型逆止阀615排出，此气压部61的动作是为提供手动换刀时的需要而设计的。
中座62则位于气压部61与油缸部63间，中央为油压室620供柱塞611常位于其中行移，此中座62可谓是控制油压部63的外油槽631与内油槽632的控制单元，使具有入油、去除残余气体及简化操作的功能，其上设有一注油孔621，可将新油质注入外油槽631，并设有一浮筒629伸入外油槽631，以控制外油槽631的存量，当低于一定值时，即会由外接电源线6291发出讯号；而介于内、外油槽632、631之间的通路，是从一位于外油槽631内设有滤网的吸油管628，经第一油孔627A，由第二油孔627B进入内油槽632，而第一、二油孔627A、627B经一外设的电磁阀627控制进入内油槽632的通路，当欲排除内油槽632气泡时才与外油槽631形成通路。排气的设计是在中座62上设有一入气孔626与外油槽631相通，及一与内油槽632相通的排泄孔624，该排泄孔624则由一调整螺丝623控制其通路，当内油槽632有气泡产生时，则中心柱641上、下程将会有误差产生，由感测器65得知后即发生讯号，工作人员就可通过入气孔626将高压空气送入，也同时令电磁阀627启开通路，迫使外油槽631的油自吸油管628循第一、第二油孔627A、627B快速进入内油槽632，而将气体由排泄孔624排出之后，再锁紧螺丝623即可，或打开排气阀591令气泡排出；若新启用要将油注入内油槽632时，亦循同样动作，即可快速完成作业，操作简单方便，是本实用新型的动力装置60特征之一。
油压部63设有外油槽631及内油槽632，而内油槽632与中座62的油压室620同位，在内油槽632下设有一油压活塞633，可控制底座64中心柱641下行打刀的动作。
底座64设有中心柱641，上端为柱塞6411，而柱塞6411还设有凸出头部6412，可通过凸出头部6412置入盘形弹簧645固位，而使可缓冲活塞633的瞬间下行冲击的噪音，且柱塞6411下方的弹簧646乃配合送油机构50下行的动作，而有助中心柱641复位以保持与主轴32的撞击距离X。其中，该中心柱641及弹簧646被设置位于底座64的孔位647内，中心柱641另凸出于底座64而置有撞击块642以行施力打刀，在柱塞6411侧边形成一槽6414，而在其行经的底座64的孔位647壁面上，设有保持栓644并入位于该槽6414中，以辅导中心柱641一定的直向运动，而不致旋动。
另外为防止工作头31工作时，渗入切削油入加工残屑，致影响主轴32持刀的精确性，特于底座64上设有一入气孔643，而中心柱641与撞击块642设有向下的通孔6413与出气孔6421，使当撞击块642瞬间撞击主轴32卸刀时，即会由入气孔643输入高压气体，经通孔6413、出气孔6421迅速吹入主轴32的中心孔，而一并将油渍、残屑清除。
在待机状态时，换刀机构40及动力装置60即如图4、5、8所示，此时换刀机构40的油压杆51受连杆47控制而呈下行位置，同时重负荷的弹簧56亦被压缩，当传动齿盘42旋动令连杆47带动油压杆51上行时(如图6所示)，重负荷的弹簧56的弹力释放，加上马达的动力产生瞬间油压，趋使动力装置60的中心柱641迅速撞击主轴32动作，之后主轴32同受工作头31内的盘形弹簧311的复位弹力趋使上行，而会同时顶持撞击块642推中心柱641上行，而此时传动齿盘42的凸轮槽沟421处在亦令连杆51控制油压杆51下行的位置，而牵动油压杆51使重负荷的弹簧56又很自然地受到压缩，待传动齿盘42的下一行程时再行释放，借此，利用主轴32回复的弹力，及重负荷弹簧56的一来一往的作功，而可令马达的负荷减少，而传统油、空压装置则需耗费较大马力控制中心柱的打刀及复位动作。
综上所述，本实用新型的综合加工机自动换刀传动装置，不仅结构简单，动作迅速且省时省力噪音小，克服了传统机具的缺失，具有显著的实用价值及经济效益。
权利要求1.一种综合加工机自动换刀传动装置，主要通过换刀机构的抓刀臂进行刀盘及打刀机构的工作头主轴换取刀具的动作，而工作头上方以动力装置撞击主轴以进行卸刀动作；其中，换刀机构，在本体内设有传动齿盘、滚齿凸轮、连杆、三支摇臂、六栓槽轴，前方则设有送油机构，该传动齿盘与滚齿凸轮上各形成有凸轮槽沟而分别传动连杆及三支摇臂，其中，连杆中端以支轴固定在盖体上，一端受传动齿盘凸轮槽沟的控制，而使另一端连动送油机构的油压杆，另第一、三摇臂一端固位在本体上，而第一摇臂另一端以滚子入位于滚齿凸轮的凸轮沟槽，并以第二摇臂连动第三摇臂，第三摇臂另一端则控制六栓槽轴，而送油机构连杆上端为油压杆头，而入位在油压缸体内，在油压杆头下方与油压缸体间设有弹簧，在缸盖上设有油管而与位于工作头上的动力装置相通；而动力装置，依序设有气压部、中座、油压部及底座，而气压部内的柱塞则常位在中座的油压室内行移，油压部则设有内、外油槽，内油槽设有油压活塞且正位在油压室下方，中座的油压室设有供油管与内油槽相通的油孔，且位于外油槽上方处设有注油孔及受螺丝控制的排泄孔，并外设有电磁阀分别控制与内、外油槽呈通路的第一、第二油孔，在外油槽设有浮筒及与第一油孔相通的吸油管，另在中座设有入气孔与外油槽相通；底座内的孔位中设有中心柱，上端为柱塞，而柱塞设有凸出头部并置有盘形弹簧而顶靠油压活塞，在柱塞侧边设有一槽，其下方在孔位间设有弹簧，中心柱底端凸伸出孔位而设以撞击块，撞击块形成有向下出气孔，另外中心柱以一通孔与底座孔位及撞击块出气孔相通，在底座孔位壁上设有入位于柱塞边槽的保持栓及入气孔。
专利摘要一种动作快速,结构简单、动作确实的综合加工机自动换刀传动装置,其是在换刀机构设有滚齿凸轮,以三摇臂连动六栓槽轴控制抓刀臂快速下行换刀的动作,并由一具凸轮槽沟的传动齿盘连动一直接与打刀机构动力装置相通的送油机构,并通过动力装置及送油机构的弹簧的设置使在作业时,通过三摇臂、连杆对送油机构的控制及动力装置的配合,得以实现免除设置油压帮浦、换刀快速、省时省力、噪音小又经济的目的。
文档编号B23Q3/155GK2386918SQ9920551
公开日2000年7月12日 申请日期1999年3月10日 优先权日1999年3月10日
发明者李宜键 申请人:德士凸轮股份有限公司