專利名稱：龍門銑床機械裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型是關于一種CNC銑床機械裝置，特別是有關一種具有動程規劃的龍門銑床機械裝置，是通過數值控制器對于鉆孔攻牙等循環切削中，加工時間與機臺震動的改
良ο
背景技術：
首先，請參考圖1，是一現有的立式銑床機械裝置示意圖。立式銑床機械裝置包含一個底座1，立柱3其一端配置于底座1的一側邊上，立柱3的縱軸配置一個第一馬達4，此第一馬達4的頂端連接一個頭部2，使得頭部2通過第一馬達4于Z軸進行上下移動，頭部 2上再配置一主軸9與另一第四馬達11連接，其中主軸9用以裝配刀具，使得第四馬達11 可以驅動旋轉主軸9 ；一個滑軌座10固定于底座1上；一個工作平臺5經由一個鞍座6與滑軌座10結合，且工作平臺5上配置可以驅動在不同方向移動的第二馬達7及第三馬達8， 使得工作平臺5通過第二馬達7及第三馬達8能于X、Y方向移動。因此，銑床機械裝置可通過第一馬達4、第二馬達7及第三馬達8于X、Y、Z三軸的起點與終點間移動。當上述的立式銑床機械裝置為一個攻牙機時，對于執行一來回往復的加工的攻牙循環時，其動作說明如下攻牙機的頭部2先到達起始點后，主軸9與頭部2同步由靜止開始執行進刀運動，此時頭部2通過第一馬達4沿Z軸向下移動，當頭部2到達孔底時，主軸9 亦同步停止轉動；接下來主軸9與頭部2同步反方向運動，以完成退刀并回到起始點，完成一次單孔加工循環。在進行加工過程中，當機臺加減速過于劇烈時，機臺可能產生震動，因此傳統立式銑床機械裝置(例如攻牙機)皆會根據機臺性能進行運動沖量(Jerk)控制，以避免機臺因震動產生而降低精度，并用以延長機臺的使用壽命。此外，傳統立式銑床機械裝置的運動方式如圖2所示，在孔底處，使用非零沖量減少加速度至速度靜止，如圖2中的步驟7處；同時也會在速度靜止后，使用非零沖量增加加速度以及速度，如圖2中的步驟8處。然而傳統方式在孔底會有以下兩種缺點1.在折返點用非零等沖量的減速或加速浪費加工時間；2.在孔底時不為零的沖量控制，會造成機臺多余的震動而減少機臺使用壽命。

實用新型內容為解決現有技術的問題及缺點，本實用新型主要目的在于提供一種新型CNC銑床機械裝置。依據上述的目的，本實用新型提供一種龍門銑床機械裝置，包含一底座，兩平行的立柱，其一端配置于底座的一側邊上，其另一端與一橫梁連接，且于該兩平行的立柱與該橫梁接合處，則各配置一第一馬達與一第二馬達；一滑軌座橫向配置于該兩平行的立柱上，同時經由一滑軌槽與該第一馬達與該第二馬達連接，該滑軌座上承載一個鉆頭部與一個第三馬達，同時，鉆頭部上亦配置一主軸及與該主軸連接的第五馬達，該主軸用以裝配刀具，一工作平臺配置于該底座之上，并與一第四馬達連接，以及一控制該刀具在孔底處的速度、沖量以及位置誤差剛好為零的數值控制器。工作平臺可于Y方向前后移動，其中龍門銑床機械裝置中，所有馬達各具有一沖量最大值以及一加速度最大值，且沖量最大值以及加速度最大值已輸入至一數值控制器中，而此龍門銑床機械裝置的特征在于輸入一加工程序至數值控制器中，使得龍門銑床機械裝置相關運動軸向(攻牙時的主軸與Z軸；鉆孔時的Z軸)在進行來回往復加工時，于孔底處的速度、沖量以及位置誤差剛好為零。本實用新型接著提供一種立式銑床機械裝置包含一個底座，立柱其一端配置于底座的一側邊上，立柱的縱軸配置一個第一馬達，此第一馬達的頂端連接一個頭部，使得頭部由第一馬達于Z軸進行上下移動，頭部上再配置一主軸與另一第四馬達連接，其中主軸用以裝配刀具，使得第四馬達可以驅動旋轉主軸；一個滑軌座固定于底座上；一個工作平臺經由一個鞍座與滑軌座結合，且工作平臺上配置可以驅動在不同方向移動的第二馬達及第三馬達，使得工作平臺由第二馬達及第三馬達能于X、Y方向移動，其中立式銑床機械裝置中，所有馬達各具有一沖量最大值以及一加速度最大值，且沖量最大值以及加速度最大值已輸入至一數值控制器中，而此立式銑床機械裝置的特征在于輸入一加工程序至數值控制器中，使得立式銑床機械裝置相關運動軸向(攻牙時的主軸與Z軸；鉆孔時的Z軸)在進行來回往復加工時，于孔底處的速度、沖量以及位置誤差剛好為零。本實用新型接著再提供一種臥式銑床機械裝置，包含一底座，一立柱其一端配置于底座的一側邊上，立柱的另一端上配置一第一馬達；一鉆頭部配置于立柱之上并經由立柱中的滑軌槽與第一馬達連接，使得鉆頭部可直接由第一馬達驅動于立柱兩端的Z軸間進行上下移動；此外，鉆頭部上配置一主軸與一第四馬達，此第四馬達是用以驅動旋轉主軸， 其中主軸的面向Y軸的一側邊上裝配一刀具；一滑軌座固定于底座上；一工作平臺經由一鞍座與滑軌座結合，且工作平臺上配置不同方向的第二馬達及第三馬達，使得工作平臺由第二馬達及第三馬達于X與Y方向移動，其中臥式銑床機械裝置中，所有馬達各具有一沖量最大值以及一加速度最大值，且沖量最大值以及加速度最大值已輸入至一數值控制器中， 而此臥式銑床機械裝置的特征在于輸入一加工程序至數值控制器中，使得臥式銑床機械裝置相關運動軸向(攻牙時的主軸與Y軸；鉆孔時的Y軸)在進行來回往復加工時，于孔底處的速度、沖量以及位置誤差剛好為零。本實用新型的有益效果本實用新型提供的新型CNC銑床機械裝置，對于執行一來回往復的加工，例如鉆孔攻牙切削循環時，于孔底處相關運動軸向(攻牙時的主軸與Z 軸；鉆孔時的Z軸)皆以零沖量的減速方式減速至零，然后再維持零沖量的加速運動退回起始點，使得經過孔底的沖量恒為零，因此可以降低機臺多余的震動，使得加工精度得以提升，并可以有效縮短所需的加工時間。此外，為改善伺服落后造成相關運動軸向(攻牙時的主軸與Z軸；鉆孔時的Z軸) 于孔底處，無法正確到達使用者想要目標位置所衍生的位置誤差，本實用新型另一目的是通過伺服落后量的預估，重新修正命令，使得最終相關運動軸向的馬達實際位置都能精準到位。
圖1是立式銑床機構示意圖；圖2是傳統速度規劃示意圖；圖3是本實用新型的速度規劃示意圖；圖4是本實用新型的加速度規劃示意圖；圖5是本實用新型的沖量規劃示意圖；圖6是本實用新型的另一速度規劃示意圖；圖7是本實用新型的孔底位置誤差改善示意圖；圖8是龍門銑床機構示意圖；圖9是臥式銑床機構示意圖；主要元件符號說明Vmax預設的速度絕對值的最大值；Amax預設的加速度絕對值的最大值；Jmax預設的沖量絕對值的最大值。S起始點X孔底(轉折點)1底座3/53/54/73立柱4/55/56/74馬達5/12/75工作平臺2/58/72鉆頭部6/76鞍座7/61/77馬達8/60/78馬達11/62/81馬達9/59/79主軸10/57/80滑軌座
具體實施方式
本實用新型提供一種CNC銑床機械裝置，特別是對于執行一來回往復加工的CNC 機械裝置，例如鉆孔攻牙切削循環的CNC機械裝置。固為于本實用新型中所提及的動程規劃及CNC機械裝置的圖式，亦并未依據實際的相關尺寸完整繪制，其作用僅在表達與本實用新型特征有關的示意圖。特別要說明，在下述說明中的各種說明為本發明的實施例，并非用以限制本發明。由于銑床機械裝置每次所要執行加工的路程并不相同，因此配置于銑床機械裝置上的數字控制裝置必須針對不同行程長短的路徑以最快的速度完成所要執行加工的路程。為了方便說明在此我們使用下列幾個符號Vmax代表預設的速度絕對值的最大值；[0045]Amax代表預設的加速度絕對值的最大值；Jmax代表預設的沖量絕對值的最大值。由于攻牙時，主軸馬達位置命令與進給軸馬達位置命令間，會因為牙距、機械齒輪比等等因素，存在一固定比值關系，因此兩軸速度、加速度與沖量命令也同樣存在此例關系，故在以下描述中，上述Vamx/Amax/Jmax將同時隱含兩軸攻牙過程中，所對應的物理量； 鉆孔時則僅為Z軸表示。使用數字控制裝置來控制銑床機械裝置運動時，銑床機械裝置的沖量最大值已知；而驅動銑床機械裝置運動的馬達所能提供的加速度最大值也是已知。當銑床機械裝置為一攻牙機時，可以將所要加工的程序(例如要攻5毫米深度的孔)輸入至數字控制裝置， 然后再將已知銑床機械裝置的沖量最大值設定為預設的沖量絕對值的最大值Jmax，以及已知的馬達加速度最大值設定為預設的加速度絕對值的最大值Amax也一并輸入至數字控制裝置中，以產生一相應的速度與時間的動程規劃。很明顯地，銑床機械裝置的沖量最大值以及馬達所能提供的加速度最大值均是已知并且固定的，因此，數字控制裝置所產生的動程規劃會依據所要加工的行程而有不同的速度與時間的動程規劃。首先，說明本實用新型的較佳實施例。當銑床機械裝置的加工行程足夠使速度絕對值達到預設的最大值時，數字控制裝置執行控制所對應的速度-時間圖、加速度-時間圖以及沖量-時間圖分別示于圖3、圖4以及圖5 ；以下為銑床機械裝置的加工行程控制步驟1.銑床機械裝置的Z軸移動至起始點準備開始動作；2.如圖4中步驟A，銑床機械裝置的主軸與Z軸同時由靜止開始運動，各以使用者設定的最大正向沖量值(Jmax)，朝孔底作等沖量正向加速度運動，直到加速度達使用者設定的最大正向加速度值(Amax)；3.如圖4中步驟B，銑床機械裝置的主軸與Z軸同時各以使用者設定的最大正向加速度(Amax)值作等加速度運動；4.如圖4中步驟C，當銑床機械裝置的主軸與Z軸速度各自快達到使用者設定的加工正向速度(Vmax)時，各以使用者設定的最大負向沖量(-Jmax)作等沖量正向加速度運動(即朝轉折點進行減加速度運動)，直到速度達使用者設定的加工正向速度；5.如圖4中步驟D，當銑床機械裝置的主軸與Z軸速度各達使用者設定的加工正向速度(Vmax)后，開始進行等速度運動；6.如圖4中步驟E，當需要開始減速時，銑床機械裝置的主軸與Z軸同時各以使用者設定最大負向沖量值(-Jmax)，作等沖量負向加速度運動，直到加速度達使用者設定的最大負向加速度值(-Amax)；7.如圖4中步驟F，銑床機械裝置的主軸與Z軸同時各以使用者設定的最大負向加速度值(-Amax)作等加速度運動，并維持此最大負向加速度減速，使得通過孔底時，速度剛好為零；8.如圖4中步驟G，通過孔底后，銑床機械裝置的主軸與Z軸同時反向朝起始點， 并依然保持使用者設定的最大負向加速度值(-Amax)作等加速度運動；9.如圖4中步驟H，當銑床機械裝置的主軸與Z軸速度快達到使用者設定的加工負向速度時，各以使用者設定的最大正向沖量(Jmax)作等沖量負向加速度運動，直到速度達使用者設定的加工負向速度值(-Vmax)；[0059]10.如圖4中步驟I，當銑床機械裝置的主軸與Z軸速度各達使用者設定的加工負向速度(-Vmax)后，開始進行等速度運動；11.如圖4中步驟J，當需要開始減速時，銑床機械裝置的主軸與Z軸同時各以使用者設定最大正向沖量值(Jmax)，作等沖量正向加速度運動，直到加速度達使用者設定的最大正向加速度值(Vmax)；12.如圖4中步驟K，銑床機械裝置的主軸與Z軸同時各以使用者設定的最大正向加速度值(Amax)作等加速度運動；13.最后，如圖4中步驟L，將至起始點時，主軸與Z軸同時各以使用者設定最大負向沖量值(Jmax)作等沖量正向加速度運動，使得到達起始點時，速度、加速度均為零，流程結束。很明顯地，當本實用新型銑床機械裝置進行攻牙切削循環時，于孔底處主軸與Z 軸速度與沖量剛好為零，因此可以降低機臺多余的震動，使得加工精確度提高；在此同時， 主軸與Z軸經過孔底時，加速度值不會以等沖量下降至零后(即經過孔底時，其加速度值不會為零)，再以等沖量重新提升加速度，而是直接以所設定的最大值通過，故可以省去不必要的時間浪費。本實用新型的另一較佳實施例，就是當遇到連續性的鉆孔攻牙循環時，不管是如圖6步驟F/G所示的孔底處，或是如圖6步驟K/L所示的第二孔起始點處，其相關運動軸向 (攻牙時的主軸與Z軸；鉆孔時的Z軸)均先以零沖量的減速方式減速至零，然后再維持零沖量的加速方式，加速至使用者目標速度，使得經過起始點或孔底的沖量恒為零，因此可以降低機臺多余的震動，使得加工精度得以提升，并可以有效縮短所需的加工時間。由于執行攻牙或鉆孔循環時，各孔的起點、終點、最大加加速度以及最大加速度等均是一致的，因此所產生如圖5或圖6所示的動程規劃結果也是固定的，故馬達伺服落后對于各孔在孔底處，所產生的位置誤差亦是相同的。此外，由于馬達運動特性可近似于一個一階系統，因此可以透過仿真方式取得單孔位置誤差量，將其累加后修正于原始命令中后，再重新進行動程規劃，并再次進行模擬，如此往覆數次后，必然可以達成各孔于孔底處位置誤差改良的目的。圖7為本實用新型的另一較佳實施例說明，使用者必須先在數字控制裝置中，設定仿真次數上限值參數，以及位置誤差容忍值參數。接著本實用新型的銑床機械裝置將根據使用者目標深度L進行單孔動程規劃，以及進行馬達伺服落后的仿真，取得位置誤差Lel 后，將其累加于原始命令中，此時目標深度變更為L+Lel，之后再次進行動程規劃以及馬達伺服落后仿真，如此反復執行直到模擬次數大于設定值，或是位置誤差小于設定值時，即停止模擬。最后，以最終所得目標深度作為接下來各孔切削循環的動程規劃依據，并實際將規劃結果的命令發送至馬達開始進行切削動作使得最終相關運動軸向的馬達實際位置都能精準到位，即攻牙時的主軸與Z軸或鉆孔時的Z軸在到達孔底位置的誤差剛好為零。經由實際的測試比較，以本實用新型銑床機械裝置與背景技術的機臺進行測試后；若對0. 2秒加速至6000轉、主軸轉速6000轉、R點距離2mm、進給深度9mm、M3的牙作測試，其結果顯示，現有技術的機臺在單孔攻牙時間需要0. 8503秒，孔底深度誤差為27um， 而用本實用新型銑床機械裝置需0. 7982秒，孔底深度誤差為Oum ；若對0. 2秒加速至6000 轉、主軸轉速6000轉、R點距離2mm、進給深度18mm、M6的牙作測試，其結果顯示，現有技術的機臺在單孔攻牙時間需要0. 8100秒，孔底深度誤差為53um，而用本實用新型銑床機械裝置需0. 7569秒，孔底深度誤差為Ium ；本新型銑床機械裝置比現有技術節省了超過百分之六的時間，以及零誤差的孔底精度。接下來，將詳細說明本實用新型的各種銑床機械裝置的實施方式。首先，以圖1的立式銑床機械裝置來說明本實用新型的第一實施例。如圖1中所示，立式銑床機械裝置包含一個底座1，立柱3其一端配置于底座1的一側邊上，立柱3的縱軸配置一個第一馬達4， 此第一馬達4的頂端連接一個頭部2，使得頭部2通過第一馬達4于Z軸進行上下移動，頭部2上再配置一主軸9與另一第四馬達11連接，其中主軸9用以裝配刀具，使得第四馬達 11可以驅動旋轉主軸9 ；一個滑軌座10固定于底座1上；一個工作平臺5經由一個鞍座6 與滑軌座10結合，且工作平臺5上配置可以驅動在不同方向移動的第二馬達7及第三馬達 8，使得工作平臺5通過第二馬達7及第三馬達8能于X、Y方向移動。故可通過本實施例的立式銑床機械裝置上的第一馬達4、第二馬達7及第三馬達8執行X、Y及Z三軸的起點與終點間作往復運動。接著在數字控制裝置中，將立式銑床機械裝置已知的沖量最大值設定為預設的沖量絕對值的最大值Jmax，以及已知的加速度最大值設定為預設的加速度絕對值的最大值 Amax,以產生一相應的速度與時間的動程規劃。再接著，操作者將所要的加工程序輸入至數字控制裝置中，假設立式銑床機械裝置的加工行程足夠使速度絕對值達到預設的最大值。 此時，本實施例的立式銑床機械裝置依據圖3至圖5的控制結果，可以使得立式銑床機械裝置的相關運動軸向(攻牙時的主軸與Z軸；鉆孔時的Z軸)主軸與在進行來回往復加工時，于孔底處速度與沖量剛好為零，因此可以降低立式銑床機械裝置多余的震動，使得加工精確度提高；在此同時，經過孔底時，加速度值不會以等沖量下降至零后(即經過孔底時， 其加速度值不會為零)，再以等沖量重新提升加速度，而是直接以所設定的最大值通過，故可以省去不必要的時間浪費。接著，請參考圖8，是本實用新型的銑床機械裝置的另一實施例的示意圖。如圖8 所示，一種龍門銑床機械裝置，包含一底座1，兩平行的立柱53/54，其一端配置于底座1的一側邊上，其另一端與一橫梁連接，且于兩平行的立柱53Λ4與橫梁接合處，則各配置第一馬達55與第二馬達56 ；—滑軌座57橫向配置于兩平行的立柱53Λ4上，同時經由滑軌槽 57A與第一馬達55與第二馬達56連接，使得滑軌座57可直接由第一馬達55與第二馬達 56的控制于橫梁與底座1間的Z軸進行上下移動；此外滑軌座57上承載一個鉆頭部58與一個第三馬達60，可由第三馬達60驅動鉆頭部58進行X軸左右移動，同時，鉆頭部58上亦配置一主軸59與一第五馬達62，主軸59用以裝配刀具，第五馬達62則用以驅動旋轉主軸 59，其中，主軸是以直接或是皮帶傳動方式被第五馬達驅動；一工作平臺12配置于底座1之上，并透過第四馬達61驅動，使得工作平臺12可于Y方向前后移動。因此，本實施例的龍門銑床機械裝置，可通過第一馬達55與第二馬達56、第三馬達60及第四馬達61來執行X、 Y及Z三軸的起點與終點間作往復運動。接著于數字控制裝置中，將龍門銑床機械裝置已知的沖量最大值設定為預設的沖量絕對值的最大值Jmax，以及已知的加速度最大值設定為預設的加速度絕對值的最大值 Amax,以產生一相應的速度與時間的動程規劃。再接著，操作者再將所要的加工程序輸入至數字控制裝置中，假設龍門銑床機械裝置的加工行程足夠使速度絕對值達到預設的最大值。此時，本實施例的龍門銑床機械裝置依據圖3至圖5的控制結果，可以使得龍門銑床機械裝置的相關運動軸向(攻牙時的主軸與Z軸；鉆孔時的Z軸)在進行來回往復加工時，于孔底處速度與沖量剛好為零，因此可以降低龍門銑床機械裝置多余的震動，使得加工精確度提高；在此同時，經過孔底時，加速度值不會以等沖量下降至零后(即經過孔底時，其加速度值不會為零)，再以等沖量重新提升加速度，而是直接以所設定的最大值通過，故可以省去不必要的時間浪費。再接著，請參考圖9，是本實用新型的CNC銑床機械裝置的再一實施例的示意圖。 如圖9所示，一種臥式銑床機械裝置，包含一底座1，一立柱73其一端配置于底座1的一側邊上，立柱73的另一端上配置一第一馬達74 ；—鉆頭部72配置于立柱73之上并經由立柱 73中的滑軌槽73A與第一馬達74連接，使得鉆頭部72可直接由第一馬達74驅動于立柱 73兩端的Z軸間進行上下移動；此外，鉆頭部72上配置一主軸79與一第四馬達81，此第四馬達81是用以驅動旋轉主軸79，其中主軸79的面向Y軸的一側邊上裝配一刀具；一滑軌座80固定于底座1上；一工作平臺75經由一鞍座76與滑軌座80結合，且工作平臺75上配置不同方向的第二馬達77及第三馬達78，使得工作平臺75通過第二馬達77及第三馬達 78沿于X與Y方向移動。因此，本實施例的臥式銑床機械裝置，可通過第一馬達74、第二馬達77及第三馬達78于X、Y與Z三軸的原與終點間作往復運動。接著于數字控制裝置中，將臥式銑床機械裝置已知的沖量最大值設定為預設的沖量絕對值的最大值Jmax，以及已知的加速度最大值設定為預設的加速度絕對值的最大值 Amax,以產生一相應的速度與時間的動程規劃。再接著，操作者再將所要的加工程序輸入至數字控制裝置中，假設臥式銑床機械裝置的加工行程足夠使速度絕對值達到預設的最大值。此時，本實施例的臥式銑床機械裝置依據圖3至圖5的控制結果，可以使得臥式銑床機械裝置的相關運動軸向(攻牙時的主軸與Y軸；鉆孔時的Y軸)在進行來回往復加工時，于孔底處速度與沖量剛好為零，因此可以降低臥式銑床機械裝置多余的震動，使得加工精確度提高；在此同時，經過孔底時，加速度值不會以等沖量下降至零后(即經過孔底時，其加速度值不會為零)，再以等沖量重新提升加速度，而是直接以所設定的最大值通過，故可以省去不必要的時間浪費。以上針對本實用新型較佳實施例的說明是為闡明的目的，而無意限定本實用新型的精確應用形式，由以上的教導或由本實用新型的實施例學習而作某種程度修改是可能的。因此，本實用新型的技術思想將由以下的申請專利范圍及其均等來決定。
權利要求1.一種龍門銑床機械裝置，其特征在于，該裝置包含一底座；兩平行的立柱，其一端配置于該底座的一側邊上，其另一端與一橫梁連接，且于該兩平行的立柱與該橫梁接合處，則各配置一第一馬達與一第二馬達；一滑軌座橫向配置于該兩平行的立柱上，同時經由一滑軌槽與該第一馬達及該第二馬達連接，該滑軌座上承載一個鉆頭部與一個第三馬達，同時， 鉆頭部上亦配置一主軸及與該主軸連接的第五馬達，該主軸用以裝配刀具；一工作平臺配置于該底座之上，并與一第四馬達連接；以及一控制該刀具在孔底處的速度、沖量以及位置誤差剛好為零的數值控制器。
2.根據權利要求1所述的龍門銑床機械裝置，其特征在于，其中該主軸是以直接或是皮帶傳動方式被該第五馬達驅動。
專利摘要本實用新型是一種龍門銑床機械裝置，包含一個底座；兩平行的立柱，其一端配置于底座的一側邊上，其另一端與一個橫梁連接，且于兩平行的立柱與橫梁接合處，則各配置一個第一馬達與一個第二馬達；一滑軌座橫向配置于兩平行的立柱上，同時經由一個滑軌槽與第一馬達及第二馬達連接，滑軌座上承載一個鉆頭部與一個第三馬達，同時，鉆頭部上亦配置一個主軸及與主軸連接的第五馬達，主軸用以裝配刀具；一個工作平臺配置于底座之上，并與一個第四馬達連接；以及一個控制刀具在孔底處的速度、沖量以及位置誤差剛好為零的數值控制器。
文檔編號B23Q5/04GK202225026SQ201120306289
公開日2012年5月23日 申請日期2010年9月30日 優先權日2010年9月30日
發明者張宏安, 陳弘真, 黃煒生 申請人:新代科技股份有限公司