CN2449865Y - 具有主轴方向倍速相对运动特性的电脑数控车床 - Google Patents

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Abstract

一种具有主轴方向倍速相对运动特性的电脑数控车床,包含:一机台及一螺杆,该螺杆包括螺旋方向相反的一正旋螺纹段及一反旋螺纹段,沿纵长主轴方向可转动但不可移动地枢设于机台;一工件台总成沿纵长主轴方向可相对移动地结合于机台,包括一配合于该螺杆的反旋螺纹段的螺帽,一刀具座总成包括一配合于该螺杆的正旋螺纹段的螺帽。本实用新型可提高刀具座与工件台在主轴方向上的移动速度,而提升加工效率。

Description

具有主轴方向倍速相对运动特性的电脑数控车床
本实用新型是关于一种电脑数控车床。
一般电脑数值控制(Computer Numerical Control；简称CNC)的加工机具，为达成以刀具切削工件的目的，除必须设有可在切削操作期间进给刀具以接触工件材料的机构装置以外，亦必须设有可在非切削期间使刀具依设定程序接近或远离工件的机构设备。在切削期间，刀具进给速度是必须根据被加工的材料特性而有特定要求，故无法加速。但，若在非切削期间提高刀具接近或远离工件的移动速度，则整体的操作速度及加工效率将可显著提升。
如图1所示，一般习知卧式车床，其工件是夹固于一固定位置的工件主轴S上，因此该工件仅可被转动但无法产生位移。用以对工件进行切削加工的刀具是固设于一可对该工件产生位移的刀具座B上。该刀具座B一般是在工件的主轴方向(Z轴方向)上，以一螺杆R(较佳为滚珠螺杆)配合一固定于刀具座的螺帽N，以利用一伺服马达M驱动旋转该螺杆R以驱使刀具座接近/离开该工件。该刀具座更可在一垂直于工件主轴的方向上，亦可利用如前述的螺杆/螺帽机构，使刀具可在另一方向(X轴方向)上可经由转动螺杆而相对于工件产生移动。
如图2所示，一般习知CNC立式车床，其待加工的工件是可转动地被夹设于一不可移位的工件置放台T，其刀具则类似前进习知卧式车床，在一工件主轴方向(Z轴方向)及一垂直于工件主轴的方向(X轴方向)分别以一螺杆配合一螺帽，使刀具座可在二维方向接近或远离工件。
如图3所示，一般习知主轴倒逆式立式车床，其构造大致与图2所示的立式车床相仿，惟其刀具座B是不可移动，而工件则夹固在可对于刀具座B转动的工件座T。该种习知主轴倒逆式立式车床，类似于前述的习知立式车床，是在一主轴方向(Z轴方向)及一垂直于主轴的方向(X轴方向)分别以螺杆/螺帽构造，使工件与刀具的间可产生二维的移动。
习知利用螺杆/螺帽机构是可使刀具与工件在同一座标轴方向接近或远离的机构及操作方式，若欲加快刀具接近工件的速度，则仅可藉提高驱动螺杆转动的伺服马达的转速方可达成，但以现有可供运用的伺服马达，尚无法使刀具及工件在非切削期间达到令人满意的移动速度。
尤其，当习知的螺杆/螺帽机构运用在使刀具座及工件台于直立方向移动时，例如运用在图2所示的CNC立式车床的直立轴方向时，因刀具座B受重力影响，使伺服马达M用以正转驱动螺杆R以上升刀具座B所受的负荷明显大于反转驱动刀具座B下降所受的负荷，除影响伺服马达的寿命，并且不利于操作速度的控制。习知技术为克服该种因重力影响造成在上升、下降产生不同负荷的问题乃利用链条或钢索连接一配重(balance weight)，以平衡被上、下移动物体的重量，而避免伺服马达在正/反转驱动螺杆而将刀具座向上、下移动时产生过度负荷差异。但这将使构造相当复杂而不利于制造及保养，并使机器笨重。
如图2所示的习知CNC立式车床，其刀具座B是以一伺服马达M正、反向转动螺杆R以使刀具座B可在直立方向上升、下降移动。该种以伺服马达M配合螺杆/螺帽机构以将刀具座B上、下移动的机构及操作方式，在停电或伺服马达失去动力时，刀具座B将因本身的重量驱使螺杆R转动而使刀具座B逐渐下移，进而可能使刀具碰撞到工件、工件置放台或机器的其它部位而造成损伤。
本实用新型的目的在于提供一种具有主轴方向倍速相对运动特性的电脑数控车床，使刀具座与工件台在主轴方向上的相对移动速度为传统以伺服马达配合螺杆/螺帽机构所可达成的移动速度的二倍，以显著缩短CNC车床的非切削操作时间，而提升整体加工速度及效率。
本实用新型的另一目的在于提供一种具有主轴方向倍速相对运动特性的电脑数控立式车床，其刀具座与工件台在直立方向移动是以伺服马达驱动一具有正、反向螺纹的螺杆配合二个分别固设于刀具座与工件置放台的螺帽所达成，该伺服马达正、反向转动螺杆以便刀具座相对于工件置放台接近或远离所受负荷大致相同，而不必另外增设配重；并且在停电或机台关机时，可使刀具座避免碰撞工件或机台。
为了达到上述目的，本实用新型提供一种具有主轴方向倍速相对运动特性的电脑数控车床，其特征在于：包含：
一机台，具有一纵长主轴方向及一垂直于该主轴方向的横宽方向；
一螺杆，包括螺旋方向相反的一正旋螺纹段及一反旋螺纹段，沿纵长主轴方向可转动但不可移动地枢设于机台；
一设置工件的工件台总成，沿纵长主轴方向可相对移动地结合于机台，包括一配合于该螺杆的反旋螺纹段的螺帽，该螺帽固设于工件台总成上；
一设置刀具的刀具座总成，沿纵长主轴方向可相对移动地结合于机台，包括一配合于该螺杆的正旋螺纹段的螺帽，该螺帽固设于刀具座总成上。
所述的具有主轴方向倍速相对运动特性的电脑数控车床，其特征在于：该螺杆是被一可正、反向转动的伺服马达驱动。
所述的具有主轴方向倍速相对运动特性的电脑数控车床，其特征在于：该机台的纵长主轴方向可以是一直立方向，而该机台包含一机台底座及一直立向上延伸于该机台底座的机台立柱，该螺杆是沿直立主轴方向枢设于机台立柱，且刀具座总成及工件台总成是受该螺杆驱动而沿直立主轴方向作上、下反向相对运动。
所述的具有主轴方向倍速相对运动特性的电脑数控车床，其特征在于：该刀具座总成是位于工件台总成的上方。
上述的具有主轴方向倍速相对运动特性的电脑数控车床，其特征在于：该工件台总成的重量不小于刀具座总成的重量；
所述的具有主轴方向倍速相对运动特性的电脑数控车床，其特征在于：该刀具座总成是位于工件台总成的下方。
上述的具有主轴方向倍速相对运动特性的电脑数控车床，其特征在于：其中该刀具座总成的重量不小于工件台总成的重量。
所述的具有主轴方向倍速相对运动特性的电脑数控车床，其特征在于：该机台沿纵长主轴方向形成有二平行滑轨，而该工件座总成及刀具座总成均设有与该滑轨形成动配合的滑块。
本实用新型的具有主轴方向倍速相对运动特性的电脑数控车床，使刀具座与工件台在主轴方向上的相对移动速度为传统以伺服马达配合螺杆/螺帽机构所可达成的移动速度的二倍，以显著缩短CNC车床的非切削操作时间，而提升整体加工速度及效率。
本实用新型的具有主轴方向倍速相对运动特性的电脑数控立式车床，其刀具座与工件台在直立方向移动是以伺服马达驱动一具有正、反向螺纹的螺杆配合二个分别固设于刀具座与工件置放台的螺帽所达成，该伺服马达正、反向转动螺杆以使刀具座相对于工件置放台接近或远离所受负荷是大致相同，而不必另外增设配重。
本实用新型的具有主轴方向倍速相对运动特性的电脑数控立式车床，其在停电或机台关机时，可使刀具座避免碰撞工件或机台。
本实用新型的电脑数控车床，以具有正、反旋螺纹段的螺杆配合分别固定于刀具座总成及工件台总成的螺帽，而可以单一伺服马达转动该螺杆，使刀具座总成可以双倍速度接近或远离工件台总成，以缩短非切削操作时间，提高工作效率。
本实用新型的目的、操作原理、构造特征及操作状态，经所附图式显示的较佳具体实施例配合如下的详细说明，应可更具体被充分了解。
附图图面的说明：
图1是一般习知卧式车床的立体构造示意图，显示刀具座利用伺服马达配合螺杆/螺帽机构而可在X轴及Z轴方向上接近或远离夹设在工件转轴的工件；
图2是一般习知立式车床的立体构造示意图，显示刀具座利用伺服马达配合螺杆/螺帽机构而可在X轴及Z轴方向接近或远离夹设在工件转轴的工件；
图3是一般习知主轴倒逆式立式车床的立体构造示意图，显示刀具座利用伺服马达配合螺杆/螺帽机构而可在X轴及Z轴方向接近或远离夹设在工件置放台的工件；
图4是根据本实用新型的CNC车床的第一较佳实施例的立体构造示意图，显示一卧式CNC车床其水平纵长方向枢设一具有正、反向螺纹的螺杆，用以分别配合设在工件台总成与刀具座总成的螺帽，使工件台总成与刀具座总成二者在主轴方向上同时反向运动，以增加刀具座总成接近或远离工件台总成的相对移动速度；
图5是根据本实用新型的具有正、反向螺纹的螺杆配合二分别固定于刀具座总成及工件台总成的螺帽的操作示意图，显示螺杆顺时钟方向转动(正转)而使分别固定于刀具座总成及工件台总成的螺帽互相接近移动的状态；
图6是本实用新型的另一操作示意图，显示螺杆逆时钟方向转动(反转)而使分别固定于刀具座总成及工件台总成的螺帽互相远离移动的状态；
图7是根据本实用新型的CNC车床的第二较佳实施例的立体构造示意图，显示一CNC立式车床，其直立主轴方向枢设一具有正、反向螺纹的螺杆以同时驱动刀具座总成及工件台总成，使刀具座总成及工件台总成可在直立主轴方向互相接近或远离；及
图8是根据本实用新型的CNC车床的第三较佳实施例的立体构造示意图，显示一主轴倒逆式立式车床，其直立主轴方向枢设一具有正、反向螺纹的螺杆以同时驱动刀具座总成及工件台总成，使其可在直立轴方向互相接近或远离。
为便于说明，以下所称X、Y、Z轴方向是互相垂直的三座标轴方向且为各相关附图中所标示的方向，直立方向则指大致垂直于地面的方向，而且相同的参考号码代表相同的元件。
如图4所示，根据本实用新型第一较佳具体实施例的CNC车床，是一CNC卧式车床，主要包含：一机台1、一工件台总成2及一刀具座总成3；其中该机台1具有一长度较长的纵长主轴方向Z的及一垂直于该纵长方向且长度较短的横宽方向X。该机台1、沿纵长主轴方向Z设有二平行滑轨11。螺杆12包含一段正旋螺纹段121以及一段螺旋方向与该正旋螺纹段121相反的反旋螺纹段122。该螺杆12沿机台的纵长主轴方向Z与滑轨11平行地枢设于机台1，并以一伺服马达M驱动而可正、反向转动。
工件台总成2包含一工件台21、二滑块22及一螺帽23。该工件台21可设有一由电动马达(未标号)驱动旋转的车削主轴S，其一端设有夹具以夹固工件。二滑块22固设于工件台21底部，用以分别与机台1的滑轨11配合，而使工件台总成2可沿Z轴纵长方向在机台1上自由滑移。螺帽23固设于工件台21底部，用以与螺杆12的正旋螺纹段121配合，而可于螺杆12被伺服马达M转动时，配合该正旋螺纹段121而可在机台1的纵长方向Z来回移动。
刀具座总成3包含一Z轴移动座31、一X轴移动座32及一刀具台33；其中，该Z轴移动座31的底部设有二滑块311及一螺帽312，用以分别与机台1的滑轨11及螺杆12的反旋螺纹段122配合，而可于螺杆12被转动时，使该Z轴移动座31可在机台1上沿纵长方向Z被来回移动。该Z轴移动座31的上部沿X轴方向设有二平行滑轨313并枢设一螺杆314。X轴移动座32的底部设有二滑块321及一螺帽(未示)，用以分别与Z轴移动座31的滑轨313及螺杆314配合，而可在Z轴移动座31上大致沿X轴方向移动。刀具座33则可调整地固定于X轴移动座32的上部。
如图4、5、6所示，由于沿纵长主轴方向枢设于机台1的螺杆12具有正旋螺纹段121与反旋螺纹段122，用以分别配合可沿主轴方向滑移的工件台总成2及刀具座总成3的螺帽23及312，因此当螺杆12于一方向(例如顺时钟方向)转动时，螺帽23及312会同时反向相对运动而互相接近(如图5)，进而使工件台总成2及刀具座总成3同时反向相对运动而互相接近。如图6所示，当螺杆12于一相反方向(例如逆时钟方向)转动时，螺帽23及312乃同时反向相对运动而互相远离(如图6)，进而使工件台总成2及刀具座总成3同时反向相对运动而互相远离。无论用以驱动螺杆转动的伺服马达的转速如何改变，运用本实用新型所提供的具有二段不同螺旋方向的螺纹的螺杆使刀具座及工件台在主轴方向同时反向移动的驱动方式，其刀具座与工件台之间的相对移动速度永远为习知以单向螺纹/螺杆机构仅驱动刀具座移向/移离工件的速度的二倍，故而可在主要运动方向(即主轴方向)上将刀具快速移向或移离工件；再者，因主轴方向是车床操作时，刀具相对于工件必须长距离移动的方向，因此使刀具座总成及工件台总成在该纵长主轴方向同时反向相对运动，可显著缩短CNC车床的非切削操作时间，进而显著缩短整体加工时间并提高加工效率。
如图7所示，根据本实用新型第二较佳具体实施例的CNC车床是一CNC立式车床，其构造类似于如图4所示第一实施例的卧式车床，惟其主轴是成直立方向延伸而非成水平方向延伸。该第二实施例的CNC立式车床主要包含：一机台1’、一工件台总成2’及一刀具座总成3’；其中该机台1’，包含一机台底座13及一直立沿伸于其上的机台立柱14。该机台立柱14沿直立主轴方向Z形成有二平行滑轨11’，并枢设一具有正旋螺纹段121’及反旋螺纹段122’的螺杆12’，该螺杆12’以一伺服马达M驱动而可正反向转动。
工件台总成2’包含一工件台21’、二滑块22’，及一螺帽23’。该工件台21’可设有一由电动马达(未标号)驱动旋转的车削主轴S，其一端设有夹具以夹固工件，二滑块22’固设于工件台21’一侧，用以分别与机台1’的滑轨11’配合，而使工件台总成2’可在机台1’沿直立Z轴方向上、下自由滑移。螺帽23’固设于工件台21’一侧，用以与螺杆12’的正旋螺纹段121’配合，而可于螺杆12’被伺服马达M转动时，配合该正旋螺纹段121’而可在机台1’的直立主轴方向Z上、下移动。
刀具座总成3’包含一Z轴移动座31’、一X轴移动座32’及一刀具台33’；其中，该Z轴移动座31’的一侧设有二滑块311’及一螺帽312’，用以分别与机台1’的滑轨11’及螺杆12’的反旋螺纹段122’配合，而可于螺杆12’被转动时，使该Z轴移动座31’可在机台立柱14上沿主轴方向Z被上下移动。该Z轴移动座31’的另一侧沿X轴方向设有二平行滑轨313’并枢设一螺杆314’。X轴移动座32’的一侧设有二滑块321’及一螺帽322’，用以分别与Z轴移动座31’的滑轨313’及螺杆314’配合，而可在Z轴移动座31’上大致沿X轴方向移动。刀具台33’是固设于X轴移动座32’的接近工件台的一侧。
由于直立Z轴方向的螺杆12’具有二段不同螺旋方向的螺纹段121’及122’用以分别配合工件台总成2’的螺帽23’及刀具座总成3’的螺帽312’，若使工件台总成2’的总重量大致等于刀具座总成3’的总重量，则工件台总成2’受重力而对螺杆12’在一转动方向产生的扭转力，恰可被刀具座总成3’受重力而对螺杆12’在一相反转动方向产生的扭转力所抵消；因此，伺服马达M正、反向转动螺杆12’所需的扭转力或负荷大致相同，故不必额外增设配重以平衡物体在直立方向被向上及向下移动所产生的显著负荷差异。
当工件台21’上置放有工件时，若此时突然停电或机台关机，则工件台总成2’的重量以及其上的工件的重量总合将略大于刀具座总成3’的总重量，故可使工件台总成2’缓慢下降，并对螺杆12’产生一扭转力而使刀具座总成3’缓慢向上移动。因此在突然停电或机台关机的情况下，刀具座或刀具不会使刀具座受重力影响而下移碰撞工件。
如图8所示为根据本实用新型第三较佳具体实施例的CNC主轴倒逆式立式车床，其构造类似于前述如图7所示的第二实施例的立式车床，惟其工件台总成2”是倒逆式设于刀具座总成3”的上方。该工件台总成2”及刀具座总成3”在直立轴方向上均可受具有正旋螺121”及反旋螺纹段122”的螺杆12”的驱动而可快速反向相对运动。于该种倒逆式立式车床的实施例中，可使刀具座总成3”的重量大致等于或略大于工件台总成2”加上其所夹固工件的重量总合，可于突然停电或机台关机的情况下，使工件台总成2”不致于受重力作用而下降碰撞刀具或刀具座总成3”。

Claims (8)

1．一种具有主轴方向倍速相对运动特性的电脑数控车床，其特征在于：包含：
一机台，具有一纵长主轴方向及一垂直于该主轴方向的横宽方向；
一螺杆，包括螺旋方向相反的一正旋螺纹段及一反旋螺纹段，沿纵长主轴方向可转动但不可移动地枢设于机台；
一设置工件的工件台总成，沿纵长主轴方向可相对移动地结合于机台，包括一配合于该螺杆的反旋螺纹段的螺帽，该螺帽固设于工件台总成上；
一设置刀具的刀具座总成，沿纵长主轴方向可相对移动地结合于机台，包括一配合于该螺杆的正旋螺纹段的螺帽，该螺帽固设于刀具座总成上。
2、如权利要求1所述的具有主轴方向倍速相对运动特性的电脑数控车床，其特征在于：该螺杆是被一可正、反向转动的伺服马达驱动。
3、如权利要求1所述的具有主轴方向倍速相对运动特性的电脑数控车床，其特征在于：该机台的纵长主轴方向是一直立方向，而该机台包含一机台底座及一直立向上延伸于该机台底座的机台立柱，该螺杆是沿直立主轴方向枢设于机台立柱，且刀具座总成及工件台总成是受该螺杆驱动而沿直立主轴方向作上、下反向相对运动。
4．如权利要求3所述的具有主轴方向倍速相对运动特性的电脑数控车床，其特征在于：该刀具座总成是位于工件台总成的上方。
5、如权利要求4所述的具有主轴方向倍速相对运动特性的电脑数控车床，其特征在于：该工件台总成的重量不小于刀具座总成的重量；
6、如权利要求3所述的具有主轴方向倍速相对运动特性的电脑数控车床，其特征在于：该刀具座总成是位于工件台总成的下方。
7、如权利要求6所述的具有主轴方向倍速相对运动特性的电脑数控车床，其特征在于：其中该刀具座总成的重量不小于工件台总成的重量。
8、如权利要求1所述的具有主轴方向倍速相对运动特性的电脑数控车床，其特征在于：该机台沿纵长主轴方向形成有二平行滑轨，而该工件座总成及刀具座总成均设有与该滑轨形成动配合的滑块。
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