CN101797697A - 工具机旋转喷嘴装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种工具机旋转喷嘴装置及其控制方法。该方法包括：步骤1、将含有马达及减速机的一工具机旋转喷嘴装置设置于工具机的刀具主轴的一侧；步骤2、将主轴鼻端至刀尖距离及原点补偿距离与工具机旋转喷嘴装置的水平工作距离分别作为一直角三角形的二边；步骤3、一控制程序根据步骤2计算出该直角三角形的正切角；步骤4、驱动该工具机旋转喷嘴装置旋转该正切角。通过将所有工具机刀库内的各加工刀具的主轴鼻端至刀尖距离参数作成数据库，在工具机的加工过程中，供控制程序读取，使旋转喷嘴装置能完全自动化的将冷却液自动喷注于各加工刀具上。

Description

工具机旋转喷嘴装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种工具机旋转喷嘴装置及其控制方法，尤其涉及用于冷却加工刀具的旋转喷嘴装置，能够配合各加工刀具的主轴鼻端至刀尖距离作成数据库，使得控制程序自动调整旋转喷嘴装置的旋转角度。

背景技术

参见图7所示，为现有技术喷嘴的结构示意图，该现有技术为中国台湾省专利第092204119号《(可程序喷嘴结构)》，包括：一前端盖7、一减速马达4、一轴承座72、一喷嘴轴5、一PCB板6、一喷嘴52、一接水座71、一插心接头54以及一切削液输入管53，该喷嘴轴5轴身上加工有一缺角51，该缺角51作为一PCB板6上的原点开关61碰触用，以确定基准原点，并在该PCB板6上设置喷嘴轴5的控制电路与相关组件，当该PCB板6配合程序代码更换刀具时驱动减速马达4，让减速马达4转动喷嘴轴5，使喷嘴轴5自动调整角度将喷嘴对准刀具的三坐标刀具原点，使得当使用不同刀长的刀具时，均能自动且有效的达到切削液喷注的效果。

上述现有技术的喷嘴轴5与插心接头54，透过一束管夹531与切削液输入管53固接在一起，由此当喷嘴轴5自动调整角度时，插心接头54、切削液输入管53以及束管夹531一同连动旋转，此时，易造成束管夹531松脱而减弱加工刀具的冷却效果。

而且上述现有技术中未设原点补偿值，使得该现有技术仅限于单一机种，然而工具机的规格有大、小之分，喷嘴的安装位置坐标也有所差异；由此该现有技术需针对每一机型进行设置，并且还要更换PCB板的内容，使得该现有技术使用弹性不大，也不适于大量生产。

再参见图8所示，当上述现有的可程序喷嘴结构在工具机作钻孔时，特别是在钻深孔时，该可程序喷嘴结构的切削液喷注角度无法作适时的修正，导致冷却切削液73会喷注在被加工物74上，而如果阻断切削液73就无法冷却加工刀具75。

发明内容

本发明的主要目的在于提供完全程序自动控制的一种工具机旋转喷嘴装置及其控制方法。

本发明的次要目的在于提供加工程序内动态调整的一种工具机旋转喷嘴装置及其控制方法。

本发明的另一目的在于提供适用于各类机型的工具机的一种工具机旋转喷嘴装置及其控制方法。

本发明的再一目的在于提供稳定冷却效果的一种工具机旋转喷嘴装置及其控制方法。

为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种工具机旋转喷嘴装置的控制方法，包含以下步骤：步骤1、将含有马达及减速机的一工具机旋转喷嘴装置设置于工具机的刀具主轴的一侧；步骤2、将主轴鼻端至刀尖距离及原点补偿距离与工具机旋转喷嘴装置的水平工作距离分别作为一直角三角形的二边；步骤3、一控制程序根据步骤2计算出该直角三角形的正切角；步骤4、驱动该工具机旋转喷嘴装置旋转该正切角。通过将工具机的刀库中各加工刀具的主轴鼻端至刀尖距离作成数据库，在工具机的加工过程中，用于被控制程序读取，使工具机旋转喷嘴装置能完全自动化的将冷却液自动喷注于各加工刀具上。在工具机钻深孔的加工程序中，在其数据库内设有多个与其对应的多段修正值，或为一子程序用于被控制程序呼叫读取，逐步修正正切角。

为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明还提供了一种工具机旋转喷嘴装置，包括：一马达及减速机，该马达及减速机前、后端分别设一前端轴和后端轴；一旋转喷嘴，该旋转喷嘴上设置一进水口和一个以上出水口，该旋转喷嘴固设于该马达及减速机的前端轴；一回授单元，包括一归零感测组件和一次数感测组件，其中，归零感测组件设置于所述马达及减速机的前端轴，次数感测组件设置于所述马达及减速机的后端轴；一控制程序，根据接收的外部参数，计算出所述工具机旋转喷嘴装置的旋转角度，再配合所述次数感测组件，使得所述马达及减速机的前端轴旋转所需的角度。

由以上说明得知，本发明与现有技术相比，可以达到如下功能：

1、本发明的主轴鼻端至刀尖距离及水平工作距离易于从外部量取，所以首次要输入主轴鼻端至刀尖距离及喷嘴装置的水平工作距离，并且容易将工具机刀库内各加工刀具的主轴鼻端至刀尖距离作成数据库，在工具机的加工过程中，该控制程序可呼叫数据库内的数据，由控制程序自动计算出工具机旋转喷嘴装置的旋转角度(即正切角)并且喷出冷却液，由此任何加工程序就能完全自动化的将冷却液自动喷注于加工刀具上。

2、本发明在工具机钻深孔的加工程序中，在其数据库内设有多个与其对应的多段修正值，或为一子程序用于被控制程序呼叫读取，逐步修正正切角，使得能在钻深孔加工程序内动态调整正切角(钻得愈深，正切角愈小)，使钻深孔时也能将冷却液喷注加工刀具上。

3、本发明由于参数的设定中还包含一原点补偿距离机制，且通过软件程序参数设定方式，补偿校正旋转喷嘴装置的安装位置坐标，就不需要更改硬件结构，使本发明能适用于各类机型的工具机。

4、本发明的冷却液输入管固接于块体，故当旋转喷嘴旋转时，冷却液输入管并不会与旋转喷嘴连动，因此，提供了加工刀具稳定的冷却效果。

附图说明

图1为本发明工具机旋转喷嘴装置的控制方法较佳实施例的步骤流程图；

图2a为本发明工具机旋转喷嘴装置较佳实施例的结构分解示意图；

图2b为图2a所示的工具机旋转喷嘴装置的剖面图；

图3a为本发明工具机旋转喷嘴装置另一较佳实施例的立体图；

图3b为图3a所示的工具机旋转喷嘴装置的结构分解示意图；

图3c为图3a所示的工具机旋转喷嘴装置的剖面图；

图3d为图3c中沿a-a方向的剖面图；

图4为本发明工具机旋转喷嘴装置较佳实施例的操作动作流程图；

图5a为本发明工具机旋转喷嘴装置较佳实施例固设于刀具主轴的示意图；

图5b为本发明工具机旋转喷嘴装置较佳实施例的控制程序操作示意图；

图6a为本发明工具机旋转喷嘴装置另一实施例固设于刀具主轴的示意图；

图6b为本发明工具机旋转喷嘴装置另一实施例的控制程序操作示意图；

图7为现有技术喷嘴的结构示意图；

图8为图7所示的喷嘴的部分操作示意图。

附图标记说明：

11-马达及减速机；    111-前端轴；         112-后端轴；

113-蜗杆及蜗轮；     12-旋转喷嘴；        121-进水口；

122-出水口；         123-出水小管体；     13-回授单元；

131-归零感测组件；   132-次数感测组件；   14-壳体；

15-块体；            151-轴孔；           152-环槽；

153-止水环；         154-孔洞；           21-数据库；

211-多段修正值；     3-刀具主轴；         31-主轴鼻端；

32-冷却液；          33-被加工物；        34-加工刀具；

35-冷却液输入管；    θ-正切角；          X-水平工作距离；

Y-垂直工作距离；     dy-原点补偿距离；    L-主轴鼻端与刀尖距离；

4-减速马达；         5-喷嘴轴；           51-缺角；

52-喷嘴；            53-切削液输入管；    531-束管夹；

54-插心接头；  6-PCB板；        61-原点开关；

7-前端盖；     71-接水座；      72-轴承座；

73-切削液；    74-被加工物；    75-加工刀具。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

参见图1所示，为本发明工具机旋转喷嘴装置的控制方法较佳实施例的步骤流程图，本发明的一种工具机旋转喷嘴装置的控制方法实施例，包括以下步骤：步骤101，将含有马达及减速机的一工具机旋转喷嘴装置设置于工具机的刀具主轴的一侧；步骤102，将主轴鼻端至刀尖距离及原点补偿距离与工具机旋转喷嘴装置的水平工作距离分别作为一直角三角形的二边；步骤103，一控制程序根据步骤102计算出该直角三角形的正切角；步骤104，将精确控制马达转速的一切手段与该控制程序产生连结，驱动工具机旋转喷嘴装置旋转该正切角。

上述精确控制马达转速的手段是以步进马达作为马达，或以伺服马达作为马达以及再包括一回授单元，或以一般马达作为马达以及再包括一回授单元。

参见图2a、图2b和图5a所示，为本发明工具机旋转喷嘴装置较佳实施例，该工具机旋转喷嘴装置包括：一壳体14、一马达及减速机11、一旋转喷嘴12、一块体15、一回授单元13和一控制程序；

其中，壳体14，包覆整个马达及减速机11、块体15、回授单元13和部份旋转喷嘴12，此外，在壳体14的预设位置设置一固定座，该固定座便于将本发明工具机旋转喷嘴装置固定于工具机的刀具主轴3的侧边预设位置；

马达及减速机11的前、后端分别凸伸，设置一前端轴111和后端轴112，前端轴111为马达及减速机11的动力输出端，通常马达及减速机11具有预设的减速比，由此前端轴111的转速比后端轴112的转速慢；

旋转喷嘴12的一端固设于马达及减速机11的前端轴111，并在该旋转喷嘴12的两端封闭的管体的侧边设置一进水口121和至少一个以上出水口122，该出水口122螺设一出水小管体123，同时，该旋转喷嘴12由于马达及减速机11的驱动而旋转角度；

块体15，起到转接的作用，其设有一轴孔151用于包覆马达及减速机11的前端轴111和旋转喷嘴12的进水口121，对应于该进水口121的轴孔151预设位置再挖一较大内径的一环槽152，并在该环槽152的两侧的轴孔151的预设位置各设多个止水环153，使该进水口121位于环槽152之间，块体15再设置一孔洞154从侧边直接贯穿于环槽152，孔洞154外接一冷却液输入管35，使冷却液能够进入旋转喷嘴12而没有泄漏冷却液的情况，当旋转喷嘴12旋转时，冷却液输入管35并不会与旋转喷嘴12连动，因此，冷却液输入管35可以实现提供加工刀具34稳定的冷却效果的目的；

回授单元13，包括一归零感测组件131和一次数感测组件132，其中，归零感测组件131设置于前端轴111上，该归零感测组件131可以是光电传感器(Sensor)，用于感测前端轴111的原点位置；该次数感测组件132设置于马达及减速机11的后端轴112上，用于感测后端轴112的旋转圈数，一般情况下，后端轴112旋转一圈，次数感测组件132接收两个讯号，该讯号可以精确管控马达及减速机11的马达转动圈数，再通过减速比间接控制了马达及减速机11的精确角度输出；

控制程序，通过接收到的外部参数，例如主轴鼻端与刀尖距离L及喷嘴装置的水平工作距离X，前述的两个参数容易由人员外部量度，至于另一参数原点补偿距离dy，是工具机内定的一默认值，配合反三角函数计算出旋转喷嘴12的旋转角度θ，然后再配合次数感测元132，使得马达及减速机11的前端轴111旋转至所需角度为止，并且冷却液32能喷至加工刀具34。控制程序可以是工具机(CNC工具机)加工的计算机控制器内的程序指令，或者也可以是存入工具机(传统工具机)的控制电路板上的控制芯片或微处理器。

参见图3a、图3b、图3c、图3d和图5a所示，为本发明工具机旋转喷嘴装置另一较佳实施例，为配合工具机的刀具主轴3所能运用的空间，本实施例中马达及减速机11与旋转喷嘴12互为垂直方向固接，在马达及减速机11的前端轴111与旋转喷嘴12之间加装一组蜗杆及蜗轮113，以达到马达及减速机11与旋转喷嘴12互为垂直方向固接的目的，归零感测组件131设置于蜗轮的预设位置，用于感测蜗轮的原点，也就是旋转喷嘴12的原点(参见图3c和图3d所示)。

参见图4、图5a和图5b所示，本发明工具机旋转喷嘴装置较佳实施例的操作方法如下：将本发明工具机旋转喷嘴装置固接于工具机刀具主轴3的侧边，用Y代表垂直工作距离(主轴鼻端至刀尖距离L+原点补偿距离dy)，用X代表水平工作距离(工具机旋转喷嘴装置的水平工作距离)，以反三角函数计算出该工具机旋转喷嘴装置的正切角θ＝tan^-1(Y/X)，所以只要将外部参数的主轴鼻端至刀尖距离L及水平工作距离X，以工具机计算机指令的方式初次输入并预存于工具机的计算机控制器内，而原点补偿距离dy为工具机的预定值，是无法从外部量取的，该原点补偿距离dy随工具机的类型不同而有所不同；当工具机加工过程中欲启动冷却液32喷注时，呼叫执行控制程序，再配合马达及减速机11后端轴112上的次数感测组件132，输出马达及减速机11的正切角θ，并使工具机旋转喷嘴装置旋转至正切角θ，然后冷却液32被启动，冷却液32自动喷注于各加工刀具34上，即开始加工；当换下一个加工程序时，执行换刀操作，即刀具主轴3会换下一个加工刀具34，此时，主轴鼻端至刀尖距离L会有所变动，工具机加工且执行控制程序时，从数据库21呼叫与新的加工刀具34对应的主轴鼻端至刀尖距离L的预存数据，即重新计算正切角θ并调整工具机旋转喷嘴装置的旋转角度，以便能使冷却液32自动喷注于各加工刀具34上；加工完毕后，停止喷注冷却液，并配合归零感测组件131，使得旋转喷嘴12复位，为下一次加工操作做准备。

由于工具机的种类繁多，故工具机旋转喷嘴装置安装于刀具主轴3的侧边位置会有所不同，有时工具机旋转喷嘴装置的原点位置会高于主轴鼻端31(如图5a所示)，有时工具机旋转喷嘴装置的原点位置会低于主轴鼻端31(如图6a所示)，因此，垂直工作距离Y有两种情况，例如Y＝L+dy和Y＝L-dy，这就致使控制程序也相应的有两种情况(如图5b和图6b所示)，然后再根据马达及减速机11的每齿对应工具机旋转喷嘴装置的旋转角度，控制程序便能精确控制工具机旋转喷嘴装置的正切角θ的输出。参见图5a、图5b、图6a和图6b所示，在工具机做钻深孔的加工程序中，在数据库21内会设有多个与其对应的多段修正值211或一子程序，以供控制程序呼叫读取，逐步修正正切角θ，使得能够在钻深孔的加工程序中动态调整正切角θ(钻得愈深，正切角愈小)，不再是只固定喷注在加工刀具34的同一地方，使钻深孔时也能将冷却液32喷注在加工刀具34上，而不被加工物33所阻档。

特别的，控制程序及主轴鼻端至刀尖距离L数据库21可以是工具机(CNC工具机)加工计算机指令形式，也可以是存入工具机(传统工具机)的控制电路板上的控制芯片或微处理器的形式。

综上所述，本发明工具机旋转喷嘴装置及其控制方法，首次只要输入工具机刀库内的各加工刀具的主轴鼻端至刀尖距离、原点补偿距离及工具机旋转喷嘴装置的水平工作距离，便可由控制程序计算出工具机旋转喷嘴装置的各种旋转角度，以使冷却液能完全自动化喷至各种程序的加工刀具，从而保证加工刀具加工顺畅，且其结构又未曾见于书刊或公开使用，符合发明专利申请条件，恳请钧局明鉴。

需要说明的是，以上所述是本发明的具体实施例所运用的技术原理，如果依据本发明的构思所作的改变，其所产生的功能作用仍未超出说明书和附图所涵盖的精神时，均应在本发明的范围内。

Claims (12)

1.一种工具机旋转喷嘴装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将含有马达及减速机的一工具机旋转喷嘴装置设置于工具机的刀具主轴的一侧；

步骤2、将主轴鼻端至刀尖距离及原点补偿距离与工具机旋转喷嘴装置的水平工作距离分别作为一直角三角形的二边；

步骤3、一控制程序根据步骤2计算出该直角三角形的正切角；

步骤4、驱动该工具机旋转喷嘴装置旋转该正切角。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

将工具机的刀库中各加工刀具的主轴鼻端至刀尖距离作成一数据库。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述数据库包括一个以上多段修正值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制程序包括一个以上多段修正值，该多段修正值为子程序。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制程序是CNC工具机的计算机控制器内的程序指令。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制程序是存入电路板上的控制芯片或微处理器。

7.一种工具机旋转喷嘴装置，其特征在于，包括：

一马达及减速机，该马达及减速机前、后端分别设一前端轴和后端轴；

一旋转喷嘴，该旋转喷嘴上设置一进水口和一个以上出水口，该旋转喷嘴固设于该马达及减速机的前端轴；

一回授单元，包括一归零感测组件和一次数感测组件，其中，归零感测组件设置于所述马达及减速机的前端轴，次数感测组件设置于所述马达及减速机的后端轴；

一控制程序，根据接收的外部参数，计算出所述工具机旋转喷嘴装置的旋转角度，再配合所述次数感测组件，使得所述马达及减速机的前端轴旋转所需的角度。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述控制程序还包括一数据库，该数据库用于被控制程序读取呼叫，该数据库包括一个以上多段修正值。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述控制程序包括一个以上多段修正值，该多段修正值为子程序。

10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述控制程序是CNC工具机的计算机控制器内的程序指令。

11.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述控制程序是存入电路板上的控制芯片或微处理器。

12.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述次数感测组件设置于所述马达及减速机的后端轴，用于感测后端轴的旋转圈数，再反馈给控制程序。

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