感应伺服换刀机构模块技术领域
本发明关于一种换刀机构模块，特别是指一种感应伺服换刀机构模
块。
背景技术
工具机为目前机械加工业重要的加工机具之一，而CNC工具机则是
由可编程逻辑控制器(PLC)执行控制自动换刀机构(Automatic Tool
Change mechanism；ATC)马达，以控制换刀的动作。然而，此种通过PLC
控制换刀机构的马达则会产生许多问题。此外，不同厂牌以及级别的控
制器，以及不同的PLC撰写模式皆会影响ATC停止的定位点，因而使得
ATC可能会产生超过预定位置的问题。例如，PLC输出一旋转换刀的控
制指令至换刀机构的马达，并由马达带动换刀机构的换刀动作，并于旋
转至90度时执行一暂停的停止动作，再回传一回馈信号至PLC。然而，
实际上换刀手臂可能在已经旋转至91度时才将回馈信号回传至PLC执行
暂停的停止动作，因而造成换刀机构定位的错误。
请参阅图1，其为现有CNC工具机由可编程逻辑控制器电性控制自
动换刀机构的示意图。当可编程逻辑控制器1输出例如换刀的控制指令
至自动换刀机构2的马达21时，马达21带动凸轮22转动，进一步带动换
刀手臂23以进行换刀的动作。然而，由于目前CNC工具机的可编程逻辑
控制器1并无法同时电性控制自动换刀机构2的马达21以及刀仓马达，因
而造成在换刀时操作的不便。
再者，针对不同的加工条件、不同的国家地理位置或是不同的客户
需求，ATC常常因为断电、操作不慎或其它原因而导致例如卡刀的异常
状态，致使换刀手臂无法回归至原点位置，造成操作人员必须爬上工具
机台进行换刀手臂的原点回归动作。
此外，当工具机执行的动作越细腻，撰写的PLC程序将越复杂。例
如，PLC程序可针对换刀的速度以及换刀手臂的定位角度等参数设定，
然而，一旦使用者欲针对上述参数进行变更时，则必须耗费许多时间从
复杂的链接库里找出程序代码的位置以进行修改参数的动作。
此外，由于现有ATC的操作模式仅有一种操作速度，亦即全速运转
的模式。因此，当ATC以此种全速运转的模式运转时，则容易使得负责
提供输出运转动力的马达产生损坏。再者，一般的马达会因为惯性的作
用，使得马达在加、减速或停止时会产生较大的晃动。
再者，根据不同的负载大小，操作人员必须对应调整换刀机构不同
的马达转速比。例如，当负载重时，操作人员必须调整马达转速为高速
比；当负载轻时，操作人员必须调整马达转速为低速比，而调整的动作
必须做高、低速比马达的装卸，因此，在无法调整控制换刀机构马达转
速比的情况下，若需要处理不同的负载条件越多，则必须对应保存越多
的马达零件，因而造成管理零件库存的增加。
因此，上述现有方式仍有诸多缺失，实非一良善的设计，而亟待加
以改良。
发明内容
有鉴于上述问题，本发明主要目的在于提供一种感应伺服换刀机构
模块，包括自动换刀机构马达、刀仓马达、感应伺服驱动器以及可编程
逻辑控制器。自动换刀机构马达驱动换刀机构。刀仓马达驱动刀仓转盘。
感应伺服驱动器电性控制刀仓马达以及自动换刀机构马达，并接收自动
换刀机构马达的至少一角度位置信号。可编程逻辑控制器输入控制自动
换刀机构马达及刀仓马达的一控制指令至感应伺服驱动器。
相较于现有仅能以PLC控制自动换刀机构马达，本发明通过在可编
程逻辑控制器和自动换刀机构马达以及刀仓马达之间设置感应伺服驱
动器，可达到同时电性控制自动换刀机构马达以及刀仓马达的功效。
此外，通过本发明的感应伺服驱动器，可使ATC达到快速反应、定
位精准、运转平顺的功效。再者，感应伺服驱动器包括单键复归原点的
功能、智能煞车停止功能、转速输出百分比调节功能、智能ATC曲线多
段速以及多区间控制及调整功能以及内建5组ATC角度位置信号，以便
于操作人员可因应各种加工条件及环境调整参数及设定。
再者，通过选购附加的刀仓马达模块卡，可进一步控制刀仓马达的
各种参数及设定。
附图说明
图1为现有CNC工具机由可编程逻辑控制器电性控制自动换刀机构
的示意图。
图2A为本发明感应伺服驱动器电性控制自动换刀机构马达及刀仓
马达的示意图。
及图2B为本发明感应伺服驱动器电性连接自动换刀机构及刀仓马
达的示意图。
图3为本发明感应伺服换刀机构模块包括译码器的示意图。
图4为本发明感应伺服换刀机构模块包括刀仓马达模块卡的示意
图。
符号说明
10 感应伺服换刀机构模块
1 可编程逻辑控制器
2 自动换刀机构
21 马达
22 凸轮
23 换刀手臂
3 刀仓马达
4 感应伺服驱动器
41 译码器
42 刀仓马达模块卡
具体实施方式
请一并参阅图2A及图2B，其为本发明感应伺服驱动器电性控制自动
换刀机构马达及刀仓马达的示意图，以及感应伺服驱动器电性连接自动
换刀机构及刀仓马达的示意图。本发明的感应伺服换刀机构模块10包括
自动换刀机构(ATC)马达21、刀仓马达3、感应伺服驱动器4以及可编
程逻辑控制器1。自动换刀机构马达21驱动自动换刀机构2的凸轮22，进
一步带动换刀手臂23，用以执行换刀动作。刀仓马达3驱动置放刀具的
刀仓转盘。感应伺服驱动器4电性控制刀仓马达3以及自动换刀机构马达
21，并接收自动换刀机构马达21的至少一角度位置信号。可编程逻辑控
制器1(PLC)输入控制自动换刀机构马达21及刀仓马达3的一控制指令
至感应伺服驱动器4。
请参阅图3，其为本发明感应伺服换刀机构模块包括译码器的示意
图。感应伺服驱动器4包括一译码器41(encoder)，与自动换刀机构2的马
达21连动设置，用以侦测自动换刀机构马达21的至少一角度位置信号，
以传送至少一角度位置信号至电性连接的感应伺服驱动器4。据此，感
应伺服驱动器4可根据接收的角度位置信号控制自动换刀机构马达21的
转速以及加速度，以进一步确保换刀手臂23的定位准确度。
感应伺服驱动器4接收的角度位置信号包括换刀机构2的换刀手臂
23的角度位置信号。于本发明的一实施例中，角度位置信号包括至少五
个，分别为煞车角度位置信号、持刀角度位置信号、原点角度位置信号
以及二预设角度位置信号。预设角度位置信号则可根据用户的需求选择
任意的二个角度设定。据此，操作人员可依据需求重新编排五组角度位
置信号的定义，以更广泛灵活地运用所获得的五组角度位置信号。
本发明通过在可编程逻辑控制器1和自动换刀机构马达21以及刀仓
马达3之间设置感应伺服驱动器4，以电性控制自动换刀机构马达21以及
刀仓马达3。感应伺服驱动器4包括一输入面板，以便于使用者输入控制
参数以及控制模式。感应伺服驱动器4包括多个换刀机构的转速模式，
便于用户通过输入面板选择其中一种转速模式。或者，感应伺服驱动器
4亦可根据可编程逻辑控制器1的控制指令调整自动换刀机构2的转速模
式。
承上所述，多个自动换刀机构2的转速模式根据不同的电流大小切
换，亦即针对不同的转速提供不同的输出电流至自动换刀机构2的马达
21，以进一步产生不同的换刀速度。换句话说，感应伺服驱动器4可分
区段调整及控制输入电流，以便于进一步以多段数控制自动换刀机构2
的马达21以及刀仓马达3的转速。再者，通过输入不同的电流大小控制
自动换刀机构2的马达21转速，可进一步使得ATC快速反应、定位精准
以及运转平顺。
此外，感应伺服驱动器4另外包括百分比转速模式，使自动换刀机
构2可根据百分比转速模式调整转速。百分比转速模式根据自动换刀机
构2的换刀手臂23长度或者刀具的使用条件设定。例如，在操作人员还
不了解新置换刀具的状态下，为了准确及安全起见，可以百分比转速模
式操控换刀机构的作动。据此，操作人员可以简易的方式设置转速百分
比，以达到降低换刀时间及速度的功效。此外，通过百分比转速模式调
整转速的功能，更可简易的针对不同的负载大小调整马达转速比，以进
一步减少马达零件库存的种类。
再者，感应伺服驱动器4包括停止模式，使自动换刀机构2根据预定
煞车角度停止。进一步而言，上述自动换刀机构2在运转的过程中，若
感应伺服驱动器4感测到换刀手臂23在到达煞车停止的角度时未能停
止，感应伺服驱动器4的停止模式则根据预定的煞车角度切断输出电流
至ATC马达，进一步停止换刀手臂23的动作，使得ATC根据预设的煞车
角度停止作动，以避免ATC超过预定的定位位置，并防止异常状况发生。
若ATC超过预定的定位位置，或者尚未到达预定的定位位置即停止，则
感应伺服驱动器4亦可输出一补偿信号至可编程逻辑控制器1，以针对偏
差的角度进行补偿。
如现有技术所述，由于现有的ATC仅有全速运转的模式，因此，通
过本发明上述各种控制自动换刀机构2转速的模式可达到保护马达、延
长马达寿命的功效，并可更准确、弹性的因应各种加工条件调整ATC马
达的转速、加减速度等参数。再者，控制自动换刀机构2的转速模式实
际上亦即控制换刀手臂23的转速，而换刀手臂23的旋转角度位置则攸关
换刀的动作是否能快速、准确、平顺地完成。
再者，感应伺服驱动器4可依据使用的工具机机型特性，产生可调
整及可控制的多段速以及多区间的转速模式，并依据作动的需求作相对
应的参数调整，以节省撰写以及检验复杂PLC复合式指令的成本及时间。
可调整及可控制的参数包括ATC特定区间的转速以及加减速斜率、立式
工具机机型的刀臂下拉影响上下晃动的惯量以及卧式工具机机型的换
刀臂180度旋转惯量，都可通过模块化的PLC控制指令进行参数的调整及
控制。
此外，回归原点为工具机重要的设定之一，而当机构无法顺利回归
原点设定时，将造成后续动作的定位错误。上述的感应伺服驱动器4除
了接收自动换刀机构马达21的角度位置信号之外，亦接收自动换刀机构
2的一原点重置信号。当感应伺服驱动器4于接收原点重置信号后，以低
运转速度自动回归换刀机构的换刀手臂23至原点。一般而言，回归原点
的运转速度低于自动换刀机构2平均运转的速度。再者，本发明的感应
伺服驱动器4是于输入面板上设置单键回归原点的功能，以便于操作人
员不需爬上工具机台，则可直接在输入面板上执行回归原点的动作。此
外，在自动换刀机构2的机身上可设置一原点刻度盘，用以指示换刀手
臂23的各种定位点刻度，例如夹刀持刀点刻度、原点刻度以及松刀持刀
点刻度。
请参阅图4，其为本发明感应伺服换刀机构模块包括刀仓马达模块
卡的示意图。感应伺服驱动器4包括电性连接自动换刀机构马达21及刀
仓马达3的刀仓马达模块卡42，用以控制刀仓马达3的转速。据此，本发
明的感应伺服换刀机构模块10可在单一的感应伺服驱动器4上透过附加
的刀仓马达模块卡42达到同时控制自动换刀机构马达21以及刀仓马达3
的功效。
刀仓马达模块卡42控制刀仓马达3的正转或反转，以便于操作人员
可透过刀仓马达模块卡42选择正转或反转，以更快速地完成换刀动作。
此外，刀仓马达模块卡42箝制(clamp)刀仓马达3的输入电流，以达到限
流过载保护的功效。此外，刀仓马达模块卡42亦可独立设定刀仓马达3
的加减速度。
综上所述，相较于现有仅能以PLC控制自动换刀机构马达，本发明
通过在可编程逻辑控制器和自动换刀机构马达以及刀仓马达之间设置
感应伺服驱动器，可达到同时电性控制自动换刀机构马达以及刀仓马达
的功效。
此外，通过本发明的感应伺服驱动器，可使ATC达到快速反应、定
位精准、运转平顺的功效。再者，感应伺服驱动器包括单键复归原点的
功能、智能煞车停止功能、转速输出百分比调节功能、智能ATC曲线多
段速以及多区间控制及调整功能以及内建5组ATC角度位置信号，以便
于操作人员可因应各种加工条件及环境调整参数及设定。
再者，通过选购附加的刀仓马达模块卡，可进一步控制刀仓马达的
各种参数及设定。
综上所述，仅为本发明的较佳可行实施例，非因此即局限本发明的
专利范围，举凡运用本发明说明书及图式内容所为之等效结构变化，均
理同包含于本发明的范围内，合予陈明。