本發(fā)明關(guān)于一種換刀機構(gòu)模塊，特別是指一種感應伺服換刀機構(gòu)模塊。

背景技術(shù)：

工具機為目前機械加工業(yè)重要的加工機具之一，而CNC工具機則是由可編程邏輯控制器(PLC)執(zhí)行控制自動換刀機構(gòu)(Automatic Tool Change mechanism；ATC)馬達，以控制換刀的動作。然而，此種通過PLC控制換刀機構(gòu)的馬達則會產(chǎn)生許多問題。此外，不同廠牌以及級別的控制器，以及不同的PLC撰寫模式皆會影響ATC停止的定位點，因而使得ATC可能會產(chǎn)生超過預定位置的問題。例如，PLC輸出一旋轉(zhuǎn)換刀的控制指令至換刀機構(gòu)的馬達，并由馬達帶動換刀機構(gòu)的換刀動作，并于旋轉(zhuǎn)至90度時執(zhí)行一暫停的停止動作，再回傳一回饋信號至PLC。然而，實際上換刀手臂可能在已經(jīng)旋轉(zhuǎn)至91度時才將回饋信號回傳至PLC執(zhí)行暫停的停止動作，因而造成換刀機構(gòu)定位的錯誤。

請參閱圖1，其為現(xiàn)有CNC工具機由可編程邏輯控制器電性控制自動換刀機構(gòu)的示意圖。當可編程邏輯控制器1輸出例如換刀的控制指令至自動換刀機構(gòu)2的馬達21時，馬達21帶動凸輪22轉(zhuǎn)動，進一步帶動換刀手臂23以進行換刀的動作。然而，由于目前CNC工具機的可編程邏輯控制器1并無法同時電性控制自動換刀機構(gòu)2的馬達21以及刀倉馬達，因而造成在換刀時操作的不便。

再者，針對不同的加工條件、不同的國家地理位置或是不同的客戶需求，ATC常常因為斷電、操作不慎或其它原因而導致例如卡刀的異常狀態(tài)，致使換刀手臂無法回歸至原點位置，造成操作人員必須爬上工具機臺進行換刀手臂的原點回歸動作。

此外，當工具機執(zhí)行的動作越細膩，撰寫的PLC程序?qū)⒃綇碗s。例 如，PLC程序可針對換刀的速度以及換刀手臂的定位角度等參數(shù)設定，然而，一旦使用者欲針對上述參數(shù)進行變更時，則必須耗費許多時間從復雜的鏈接庫里找出程序代碼的位置以進行修改參數(shù)的動作。

此外，由于現(xiàn)有ATC的操作模式僅有一種操作速度，亦即全速運轉(zhuǎn)的模式。因此，當ATC以此種全速運轉(zhuǎn)的模式運轉(zhuǎn)時，則容易使得負責提供輸出運轉(zhuǎn)動力的馬達產(chǎn)生損壞。再者，一般的馬達會因為慣性的作用，使得馬達在加、減速或停止時會產(chǎn)生較大的晃動。

再者，根據(jù)不同的負載大小，操作人員必須對應調(diào)整換刀機構(gòu)不同的馬達轉(zhuǎn)速比。例如，當負載重時，操作人員必須調(diào)整馬達轉(zhuǎn)速為高速比；當負載輕時，操作人員必須調(diào)整馬達轉(zhuǎn)速為低速比，而調(diào)整的動作必須做高、低速比馬達的裝卸，因此，在無法調(diào)整控制換刀機構(gòu)馬達轉(zhuǎn)速比的情況下，若需要處理不同的負載條件越多，則必須對應保存越多的馬達零件，因而造成管理零件庫存的增加。

因此，上述現(xiàn)有方式仍有諸多缺失，實非一良善的設計，而亟待加以改良。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于上述問題，本發(fā)明主要目的在于提供一種感應伺服換刀機構(gòu)模塊，包括自動換刀機構(gòu)馬達、刀倉馬達、感應伺服驅(qū)動器以及可編程邏輯控制器。自動換刀機構(gòu)馬達驅(qū)動換刀機構(gòu)。刀倉馬達驅(qū)動刀倉轉(zhuǎn)盤。感應伺服驅(qū)動器電性控制刀倉馬達以及自動換刀機構(gòu)馬達，并接收自動換刀機構(gòu)馬達的至少一角度位置信號?？删幊踢壿嬁刂破鬏斎肟刂谱詣訐Q刀機構(gòu)馬達及刀倉馬達的一控制指令至感應伺服驅(qū)動器。

相較于現(xiàn)有僅能以PLC控制自動換刀機構(gòu)馬達，本發(fā)明通過在可編程邏輯控制器和自動換刀機構(gòu)馬達以及刀倉馬達之間設置感應伺服驅(qū)動器，可達到同時電性控制自動換刀機構(gòu)馬達以及刀倉馬達的功效。

此外，通過本發(fā)明的感應伺服驅(qū)動器，可使ATC達到快速反應、定位精準、運轉(zhuǎn)平順的功效。再者，感應伺服驅(qū)動器包括單鍵復歸原點的功能、智能煞車停止功能、轉(zhuǎn)速輸出百分比調(diào)節(jié)功能、智能ATC曲線多段速以及多區(qū)間控制及調(diào)整功能以及內(nèi)建5組ATC角度位置信號，以便 于操作人員可因應各種加工條件及環(huán)境調(diào)整參數(shù)及設定。

再者，通過選購附加的刀倉馬達模塊卡，可進一步控制刀倉馬達的各種參數(shù)及設定。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有CNC工具機由可編程邏輯控制器電性控制自動換刀機構(gòu)的示意圖。

圖2A為本發(fā)明感應伺服驅(qū)動器電性控制自動換刀機構(gòu)馬達及刀倉馬達的示意圖。

及圖2B為本發(fā)明感應伺服驅(qū)動器電性連接自動換刀機構(gòu)及刀倉馬達的示意圖。

圖3為本發(fā)明感應伺服換刀機構(gòu)模塊包括譯碼器的示意圖。

圖4為本發(fā)明感應伺服換刀機構(gòu)模塊包括刀倉馬達模塊卡的示意圖。

符號說明

10 感應伺服換刀機構(gòu)模塊

1 可編程邏輯控制器

2 自動換刀機構(gòu)

21 馬達

22 凸輪

23 換刀手臂

3 刀倉馬達

4 感應伺服驅(qū)動器

41 譯碼器

42 刀倉馬達模塊卡

具體實施方式

請一并參閱圖2A及圖2B，其為本發(fā)明感應伺服驅(qū)動器電性控制自動換刀機構(gòu)馬達及刀倉馬達的示意圖，以及感應伺服驅(qū)動器電性連接自動換刀機構(gòu)及刀倉馬達的示意圖。本發(fā)明的感應伺服換刀機構(gòu)模塊10包括 自動換刀機構(gòu)(ATC)馬達21、刀倉馬達3、感應伺服驅(qū)動器4以及可編程邏輯控制器1。自動換刀機構(gòu)馬達21驅(qū)動自動換刀機構(gòu)2的凸輪22，進一步帶動換刀手臂23，用以執(zhí)行換刀動作。刀倉馬達3驅(qū)動置放刀具的刀倉轉(zhuǎn)盤。感應伺服驅(qū)動器4電性控制刀倉馬達3以及自動換刀機構(gòu)馬達21，并接收自動換刀機構(gòu)馬達21的至少一角度位置信號?？删幊踢壿嬁刂破?(PLC)輸入控制自動換刀機構(gòu)馬達21及刀倉馬達3的一控制指令至感應伺服驅(qū)動器4。

請參閱圖3，其為本發(fā)明感應伺服換刀機構(gòu)模塊包括譯碼器的示意圖。感應伺服驅(qū)動器4包括一譯碼器41(encoder)，與自動換刀機構(gòu)2的馬達21連動設置，用以偵測自動換刀機構(gòu)馬達21的至少一角度位置信號，以傳送至少一角度位置信號至電性連接的感應伺服驅(qū)動器4。據(jù)此，感應伺服驅(qū)動器4可根據(jù)接收的角度位置信號控制自動換刀機構(gòu)馬達21的轉(zhuǎn)速以及加速度，以進一步確保換刀手臂23的定位準確度。

感應伺服驅(qū)動器4接收的角度位置信號包括換刀機構(gòu)2的換刀手臂23的角度位置信號。于本發(fā)明的一實施例中，角度位置信號包括至少五個，分別為煞車角度位置信號、持刀角度位置信號、原點角度位置信號以及二預設角度位置信號。預設角度位置信號則可根據(jù)用戶的需求選擇任意的二個角度設定。據(jù)此，操作人員可依據(jù)需求重新編排五組角度位置信號的定義，以更廣泛靈活地運用所獲得的五組角度位置信號。

本發(fā)明通過在可編程邏輯控制器1和自動換刀機構(gòu)馬達21以及刀倉馬達3之間設置感應伺服驅(qū)動器4，以電性控制自動換刀機構(gòu)馬達21以及刀倉馬達3。感應伺服驅(qū)動器4包括一輸入面板，以便于使用者輸入控制參數(shù)以及控制模式。感應伺服驅(qū)動器4包括多個換刀機構(gòu)的轉(zhuǎn)速模式，便于用戶通過輸入面板選擇其中一種轉(zhuǎn)速模式?；蛘撸袘欧?qū)動器4亦可根據(jù)可編程邏輯控制器1的控制指令調(diào)整自動換刀機構(gòu)2的轉(zhuǎn)速模式。

承上所述，多個自動換刀機構(gòu)2的轉(zhuǎn)速模式根據(jù)不同的電流大小切換，亦即針對不同的轉(zhuǎn)速提供不同的輸出電流至自動換刀機構(gòu)2的馬達21，以進一步產(chǎn)生不同的換刀速度。換句話說，感應伺服驅(qū)動器4可分區(qū)段調(diào)整及控制輸入電流，以便于進一步以多段數(shù)控制自動換刀機構(gòu)2 的馬達21以及刀倉馬達3的轉(zhuǎn)速。再者，通過輸入不同的電流大小控制自動換刀機構(gòu)2的馬達21轉(zhuǎn)速，可進一步使得ATC快速反應、定位精準以及運轉(zhuǎn)平順。

此外，感應伺服驅(qū)動器4另外包括百分比轉(zhuǎn)速模式，使自動換刀機構(gòu)2可根據(jù)百分比轉(zhuǎn)速模式調(diào)整轉(zhuǎn)速。百分比轉(zhuǎn)速模式根據(jù)自動換刀機構(gòu)2的換刀手臂23長度或者刀具的使用條件設定。例如，在操作人員還不了解新置換刀具的狀態(tài)下，為了準確及安全起見，可以百分比轉(zhuǎn)速模式操控換刀機構(gòu)的作動。據(jù)此，操作人員可以簡易的方式設置轉(zhuǎn)速百分比，以達到降低換刀時間及速度的功效。此外，通過百分比轉(zhuǎn)速模式調(diào)整轉(zhuǎn)速的功能，更可簡易的針對不同的負載大小調(diào)整馬達轉(zhuǎn)速比，以進一步減少馬達零件庫存的種類。

再者，感應伺服驅(qū)動器4包括停止模式，使自動換刀機構(gòu)2根據(jù)預定煞車角度停止。進一步而言，上述自動換刀機構(gòu)2在運轉(zhuǎn)的過程中，若感應伺服驅(qū)動器4感測到換刀手臂23在到達煞車停止的角度時未能停止，感應伺服驅(qū)動器4的停止模式則根據(jù)預定的煞車角度切斷輸出電流至ATC馬達，進一步停止換刀手臂23的動作，使得ATC根據(jù)預設的煞車角度停止作動，以避免ATC超過預定的定位位置，并防止異常狀況發(fā)生。若ATC超過預定的定位位置，或者尚未到達預定的定位位置即停止，則感應伺服驅(qū)動器4亦可輸出一補償信號至可編程邏輯控制器1，以針對偏差的角度進行補償。

如現(xiàn)有技術(shù)所述，由于現(xiàn)有的ATC僅有全速運轉(zhuǎn)的模式，因此，通過本發(fā)明上述各種控制自動換刀機構(gòu)2轉(zhuǎn)速的模式可達到保護馬達、延長馬達壽命的功效，并可更準確、彈性的因應各種加工條件調(diào)整ATC馬達的轉(zhuǎn)速、加減速度等參數(shù)。再者，控制自動換刀機構(gòu)2的轉(zhuǎn)速模式實際上亦即控制換刀手臂23的轉(zhuǎn)速，而換刀手臂23的旋轉(zhuǎn)角度位置則攸關(guān)換刀的動作是否能快速、準確、平順地完成。

再者，感應伺服驅(qū)動器4可依據(jù)使用的工具機機型特性，產(chǎn)生可調(diào)整及可控制的多段速以及多區(qū)間的轉(zhuǎn)速模式，并依據(jù)作動的需求作相對應的參數(shù)調(diào)整，以節(jié)省撰寫以及檢驗復雜PLC復合式指令的成本及時間?？烧{(diào)整及可控制的參數(shù)包括ATC特定區(qū)間的轉(zhuǎn)速以及加減速斜率、立式 工具機機型的刀臂下拉影響上下晃動的慣量以及臥式工具機機型的換刀臂180度旋轉(zhuǎn)慣量，都可通過模塊化的PLC控制指令進行參數(shù)的調(diào)整及控制。

此外，回歸原點為工具機重要的設定之一，而當機構(gòu)無法順利回歸原點設定時，將造成后續(xù)動作的定位錯誤。上述的感應伺服驅(qū)動器4除了接收自動換刀機構(gòu)馬達21的角度位置信號之外，亦接收自動換刀機構(gòu)2的一原點重置信號。當感應伺服驅(qū)動器4于接收原點重置信號后，以低運轉(zhuǎn)速度自動回歸換刀機構(gòu)的換刀手臂23至原點。一般而言，回歸原點的運轉(zhuǎn)速度低于自動換刀機構(gòu)2平均運轉(zhuǎn)的速度。再者，本發(fā)明的感應伺服驅(qū)動器4是于輸入面板上設置單鍵回歸原點的功能，以便于操作人員不需爬上工具機臺，則可直接在輸入面板上執(zhí)行回歸原點的動作。此外，在自動換刀機構(gòu)2的機身上可設置一原點刻度盤，用以指示換刀手臂23的各種定位點刻度，例如夾刀持刀點刻度、原點刻度以及松刀持刀點刻度。

請參閱圖4，其為本發(fā)明感應伺服換刀機構(gòu)模塊包括刀倉馬達模塊卡的示意圖。感應伺服驅(qū)動器4包括電性連接自動換刀機構(gòu)馬達21及刀倉馬達3的刀倉馬達模塊卡42，用以控制刀倉馬達3的轉(zhuǎn)速。據(jù)此，本發(fā)明的感應伺服換刀機構(gòu)模塊10可在單一的感應伺服驅(qū)動器4上透過附加的刀倉馬達模塊卡42達到同時控制自動換刀機構(gòu)馬達21以及刀倉馬達3的功效。

刀倉馬達模塊卡42控制刀倉馬達3的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，以便于操作人員可透過刀倉馬達模塊卡42選擇正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，以更快速地完成換刀動作。此外，刀倉馬達模塊卡42箝制(clamp)刀倉馬達3的輸入電流，以達到限流過載保護的功效。此外，刀倉馬達模塊卡42亦可獨立設定刀倉馬達3的加減速度。

綜上所述，相較于現(xiàn)有僅能以PLC控制自動換刀機構(gòu)馬達，本發(fā)明通過在可編程邏輯控制器和自動換刀機構(gòu)馬達以及刀倉馬達之間設置感應伺服驅(qū)動器，可達到同時電性控制自動換刀機構(gòu)馬達以及刀倉馬達的功效。

此外，通過本發(fā)明的感應伺服驅(qū)動器，可使ATC達到快速反應、定 位精準、運轉(zhuǎn)平順的功效。再者，感應伺服驅(qū)動器包括單鍵復歸原點的功能、智能煞車停止功能、轉(zhuǎn)速輸出百分比調(diào)節(jié)功能、智能ATC曲線多段速以及多區(qū)間控制及調(diào)整功能以及內(nèi)建5組ATC角度位置信號，以便于操作人員可因應各種加工條件及環(huán)境調(diào)整參數(shù)及設定。

再者，通過選購附加的刀倉馬達模塊卡，可進一步控制刀倉馬達的各種參數(shù)及設定。

綜上所述，僅為本發(fā)明的較佳可行實施例，非因此即局限本發(fā)明的專利范圍，舉凡運用本發(fā)明說明書及圖式內(nèi)容所為之等效結(jié)構(gòu)變化，均理同包含于本發(fā)明的范圍內(nèi)，合予陳明。