阅读说明：本技术 轴的转动及直线位移控制系统及具有该轴的自动换刀机构 (Rotation and linear displacement control system of shaft and automatic tool changing mechanism with shaft ) 是由 张庆三 于 2018-07-06 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种轴的转动及直线位移控制系统及具有该轴的自动换刀机构,其中控制系统包括主轴、第一传动单元及第二传动单元。主轴同时穿过第一传动单元的第一轴套与第二传动单元的第二轴套,其中主轴与第一轴套以滑动对配合而与第二轴套以螺旋对配合,通过有效控制驱使第一轴套及/或第二轴套转动,即能操控主轴转动及/或轴向移动。自动换刀机构进一步包括换刀臂组装于主轴一端,换刀臂随着主轴的转动及/或轴向移动而完成换刀动作。(The invention discloses a rotation and linear displacement control system of a shaft and an automatic tool changing mechanism with the shaft, wherein the control system comprises a main shaft, a first transmission unit and a second transmission unit. The main shaft simultaneously passes through the first shaft sleeve of the first transmission unit and the second shaft sleeve of the second transmission unit, wherein the main shaft is in sliding pair fit with the first shaft sleeve and in spiral pair fit with the second shaft sleeve, and the rotation and/or axial movement of the main shaft can be controlled by effectively controlling and driving the first shaft sleeve and/or the second shaft sleeve to rotate. The automatic tool changing mechanism further comprises a tool changing arm assembled at one end of the main shaft, and the tool changing arm completes tool changing action along with the rotation and/or axial movement of the main shaft.)

轴的转动及直线位移控制系统及具有该轴的自动换刀机构

技术领域

本发明是与轴的应用有关；特别是指一种轴的转动及直线位移控制系统及具有该轴的自动换刀机构。

背景技术

已知轴的运用广泛，其可被以转动或是直线位移的方式控制着。以加工机的自动换刀机构为例，设置在刀具库与加工机的主轴头之间，其包括有主轴及结合于主轴一端的换刀臂，主轴通过两个马达而被控制着产生转动或是直线位移，藉此以带动换刀臂对刀具库及主轴头上的刀具进行交换。如中国台湾公告第I310717号“刀库换刀机构”发明专利即公开使用两个马达分别用于驱使主轴转动或是直线位移，然而该专利技术因结构体积大而占用空间，且其传动构件多徒增检修不便，更使得部分连接构件间潜藏负载过大而有受剪力破坏之虞。

本案发明人为改善上述缺失而有中国台湾公告第I375604号“轴之转动及直线位移控制系统及具有该轴之加工机自动换刀机构”发明专利在案，惟发明人本于精益求精的态度，认为在换刀时序上可以再强化以缩短换刀时间，并且在结构空间上可以再改善以减缩体积，遂有本发明的产生。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种轴的转动及直线位移控制系统及具有该轴的自动换刀机构，可缩短换刀时间，并改善结构体积。

缘以达成上述目的，本发明提供一种轴的转动及直线位移控制系统，包含机座、主轴、第一传动单元及第二传动单元。其中主轴可转动地安装于机座并可沿着轴向往复移动；第一传动单元包括第一轴套及第一动力源，主轴穿设第一轴套且与第一轴套以滑动对方式配合，第一动力源驱使第一轴套带动主轴旋转；第二传动单元包括第二轴套及第二动力源，主轴穿设第二轴套且与第二轴套以螺旋对方式配合，第二动力源驱使第二轴套转动以使主轴相对第二轴套于轴向上移动。

本发明另提供的一种自动换刀机构，包括上述轴的转动及直线位移控制系统，并且于主轴穿出机座的一端结合换刀臂。

本发明结构在换刀时序中适时使第一马达及第二马达同步作动而达成缩短换刀时间的目的，且通过主轴与第一轴套为滑动对配合，主轴与第二轴套为螺旋对的配合，使可收减缩结构体积的效果。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的自动换刀机构的立体图；

图2为本发明较佳实施例的控制系统当中的机座与主轴立体图；

图3为图1的前视图；

图4为图1的部分构件立体图；

图5为图4中的部分构件分解图；

图6为图4中的部分构件剖视图；

图7为本发明的控制系统当中的部分构件的另一种实施态样；

图8为图1的部分构件立体图；

图9为图8中的部分构件分解图；

图10为图8中的部分构件剖视图；

图11至图15为本发明较佳实施例的自动换刀机构的换刀动作示意图。

其中，附图标记

100 控制系统

10 机座

12 上盖 14 马达座 16 本体

18 底座

20 主轴

22 外螺旋结构 24 直向沟槽

30 第一传动单元

31 第一轴套 31a 直向沟槽 32 第一轴座

32a 穿孔 33 保持器 33a 滚珠

33b 油封 34 钢珠 34a 油封

35 第一马达 35a 第一输出轴 36 第一皮带轮

36a 穿孔 36’ 第一皮带轮 37 第一皮带

38 螺栓 39 螺栓 31A 第一轴套

31B 凸肋

40 第二传动单元

41 第二轴套 41a 内螺旋结构 41b 螺孔

42 第二轴座 43 保持器 44 钢珠

45 第二马达 45a 第二输出轴 46 第二皮带轮

46a 穿孔 46’ 第二皮带轮 47 第二皮带

48 螺栓 49 螺栓

200 换刀臂

A、B 刀具

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细的描述，以更进一步了解本发明的目的、方案及功效，但并非作为本发明所附权利要求保护范围的限制。

为能更清楚地说明本发明，兹举一较佳实施例并配合图式详细说明如后。合先叙明，本发明轴的转动及直线位移控制系统于以下实施例中是以应用于中心切削加工机为例，但不以此为限，其中，控制系统构成加工机的自动换刀机构的一部分，所述自动换刀机构尚包括一换刀臂。

请参图1至图3所示，本发明较佳实施例的控制系统100包括机座10、主轴20、第一传动单元30及第二传动单元40。其中，机座10由自上而下依序对接而成的上盖12、马达座14、本体16及底座18组成，主轴20以可转动的方式穿设于上盖12、马达座14、本体16及底座18之间，且可受操作而沿着轴向往复移动，另，主轴20的顶端为上盖12遮掩，底端则向下穿出底座18并固接换刀臂200。

主轴20为经过特殊加工处理而具有良好刚性与耐磨性的圆柱体，在本实施例中，主轴20上半段表面具有外螺旋结构22及多道沿着轴向凹设的直向沟槽24，其中，外螺旋结构22为沿着轴向绕设的螺旋沟槽，直向沟槽24划切外螺旋结构22，然而在其他的实施例中，不排除外螺旋结构与直向沟槽可以是采分段设置而没有交集的。

第一传动单元30用以驱使主轴20转动，第二传动单元40用以驱使主轴20沿着轴向移动。在本实施例中，第一传动单元30包括一第一轴套31，第二传动单元40包括一第二轴套41，其中，主轴20穿设第一轴套31与第二轴套41，且主轴20与第一轴套31以滑动对(slidingpair)方式配合，主轴20与第二轴套41以螺旋对(screw pair)方式配合。

请参图4至图6所示，第一传动单元30尚包括第一轴座32、保持器33、多个钢珠34、以第一马达35为例的第一动力源、二第一皮带轮36,36’及第一皮带37。其中，第一轴座32通过多个螺栓38穿过穿孔32a后锁固于机座10的本体16内部，第一轴套31穿设于第一轴座32中且与第一轴座32之间设置有保持器33，保持器33包括有多个滚珠33a及油封33b，使得第一轴套31得以顺畅地相对第一轴座32于原处旋转；另，第一轴套31内壁亦具有多道沿着轴向凹设的直向沟槽31a，该些钢珠34填充于第一轴套31的直向沟槽31a与主轴20的直向沟槽24之间，且钢珠34受到油封34a的限制而不散落，至此，主轴20得以相对第一轴套31作轴向的滑动。另外说明的是，上述螺旋沟槽与直向沟槽的槽底可以是凹弧面也可以是V型槽底或是梯型槽底。前述第一轴套31与主轴20之间通过填充钢珠34而彼此连动，然其等连动方式另可采取凸肋与沟槽的配合方式，如图7所示的结构，第一轴套31A内壁设置有数量与主轴20的直向沟槽24数量相当的凸肋31B，凸肋31B位于直向沟槽24中且在第一轴套31A被控制转动时可推动主轴20旋转。

第一马达35固接在本体16外部，其具有可转动且伸入至本体16内部的第一输出轴35a；该二第一皮带轮36,36’具有不同的齿数比，其中第一皮带轮36通过多个螺栓39穿过穿孔36a而锁固在第一轴套31底部并与第一轴套31同轴心设置，主轴20穿过第一皮带轮36，另一个第一皮带轮36’则通过连结于第一输出轴35a一端而位在本体16内部的一侧；该第一皮带37绕设第一皮带轮36与第一皮带轮36’。藉此，当第一马达35的第一输出轴35a被驱使转动时，将通过第一皮带37同步带动第一轴套31转动，第一轴套31再因钢珠34的关系而牵动主轴20旋转。

请再参图8至图10所示，第二传动单元40尚包括第二轴座42、保持器43、多个钢珠44、以第二马达45为例的第二动力源、二第二皮带轮46,46’及第二皮带47。其中，第二轴座42通过多个螺栓48穿过穿孔42a后锁固于机座10的马达座14内，第二轴套41穿设于第二轴座42中，且通过结构相同于保持器33的保持器43居间设置而得以相对第二轴座42于原处旋转；另外，第二轴套41具有与主轴20的外螺旋结构22配合而同为螺旋沟槽的内螺旋结构41a，该些钢珠44填充于外螺旋结构22与内螺旋结构41a的螺旋沟槽之间，并可于内、外螺旋结构中循环滚动。

第二马达45固接在马达座14外部，其具有可转动且伸入至马达座14内部的第二输出轴45a；该二第二皮带轮46,46’具有不同的齿数比，其中第二皮带轮46通过多个螺栓49穿过穿孔46a并锁入第二轴套41的螺孔41b中而与第二轴套41同轴心设置，主轴20并穿过第二皮带轮46，至于另一个第二皮带轮46’则连结于第二输出轴45a一端，第二皮带47绕设第二皮带轮46与第二皮带轮46’。藉此，当第二马达45的第二输出轴45a被驱使转动时，第二皮带47将间接带动第二轴套41原处转动，转动的第二轴套41将使得钢珠44在内螺旋结构41a与外螺旋结构22之间循环滚动，据以导推主轴20上升或是下降。

上述即为本发明的控制系统100的结构叙述，以下以操控主轴20的转动及直线移动来说明其可应用于加工机的自动换刀机构的换刀程序，所述换刀程序即驱使换刀臂200依序进行包括：旋转扣刀、松刀下降、旋转换刀、上升夹刀及旋转归位等动作，在此声明，以下所述第一转向以逆时针方向为例，第二转向则为顺时针方向。

请配合图1所示，表示换刀臂200处于待命状态。而当控制系统100接收到换刀指令时，第一个步骤即是同步启动第一马达35及第二马达45，其中第一马达35的第一输出轴35a以第一转向旋转，而通过上述结构说明可知，随之转动的第一轴套31将因钢珠34居间位于第一轴套31的直向沟槽31a与主轴20的直向沟槽24之间，而得以带动主轴20亦作第一转向旋转，然而，因主轴20同时与第二轴套41以螺旋对方式配合，而为了避免旋转的主轴20因的产生轴向移位，选择同步启动第二马达45以驱使第二轴套41作第二转向的转动，即可促使主轴20不产生轴向移位，如图11所示，主轴20即是以原处转动的方式来带动换刀臂200进行旋转扣刀的动作，此时换刀臂200的两端分别扣住刀具库(图未示)提供的刀具A以及加工机主轴头(图未示)上的刀具B。

请续配合图12所示，当换刀臂200完成旋转扣刀后，第一马达35旋即停止作动而使主轴20不再转动，于此同时，第二马达45持续驱使第二轴套41作第二转向转动，因主轴20与第二轴套41是以螺旋对方式配合，且主轴20与第一轴套31为滑动对配合，故原处转动的第二轴套41将驱使主轴20往下移动而使换刀臂200执行松刀下降的动作。

图13揭示换刀臂200进行旋转换刀的动作。在此程序中，第一马达35再次被启动且维持控制第一轴套31作第一转向的旋转，使得换刀臂200作出旋转180度的换刀动作，而在此期间，第二马达45先是快速地驱使第二轴套41作第一转向转动，紧接着又驱使第二轴套41改变为第二转向的转动，前者使得主轴20再为往下沉移，后者则是带动主轴20上移，换句话说，换刀臂200的180度旋转被区分出两个阶段：第一阶段的换刀臂200在转动90度的同时随着主轴20下降，第二阶段的换刀臂200则是在续转90度的同时随着主轴20而上升，前述第一阶段及第二阶段的转换时点即在于主轴20下降至最低点位置时，而达成前述动作者有赖于第一马达35及第二马达45的同步动作，如此更能有效率地加快旋转换刀的速度。从图13中可以看出刀具A及刀具B的位置已被交换。

图14揭示换刀臂200的上升夹刀动作。在此程序中，第一马达35被控制停止作动以避免对主轴20造成转动，而第二马达45仍是维持著作动但其驱使第二轴套41改变为第一转向的转动，同样因主轴20与第二轴套41为螺旋对配合、与第一轴套31为滑动对配合的关系，使得主轴20不转动地被往上带至夹刀位置。亦即刀具A被交换至加工机的主轴头所夹持，而刀具B则***刀具库的对应刀套中。

当完成夹刀动作之后，再次启动第一马达35，不同的是，第一马达35驱使第一轴套31改变为第二转向的转动，而第二马达45仍持续作动但改变第二轴套41为第一转向的转动，此一程序在于促使主轴20不会产生轴向的移位，同时主轴20以第二转向旋转可使换刀臂200反向旋转归位至如图15所示的状态，以待下一次的换刀。亦即换刀臂200的两端能在不撞击刀具的情况下与刀具A及刀具B脱离。

在上述的换刀程序中，以极短的时间完成旋转扣刀、松刀下降、旋转换刀、上升夹刀及旋转归位等动作，且本发明在部分的程序中通过同步启动第一马达35及第二马达45以使主轴20同时产生转动及轴向移动的方式，将更为缩短换刀时间以提升效率。另外，由于主轴20同时与第一轴套31为滑动对配合、与第二轴套41为螺旋对配合，又第一轴套31及第二轴套41分别为第一马达35及第二马达45所驱转，故而可收减缩控制系统100体积的效果。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。