ITMI20012105A1 - COMPUTER NUMERIC CONTROL LATHE WITH DOUBLE SPEED MOVEMENT CHARACTERISTIC IN THE SPINDLE AXIS - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
La presente invenzione riguarda un tornio a controllo numerico a computer (CNC), e particolarmente un tornio CNC impiegante un'asta filettata avente una sezione a filettatura positiva ed una sezione a contro-filettatura in associazione con due dadi rispettivamente fissati su un complesso porta utensile ed un complesso a tavola di lavoro per spostare simultaneamente il complesso porta utensile ed il complesso tavola di lavoro in sensi opposti lungo l'asse di un mandrino, così da aumentare in grado significativo la velocità di spostamento relativa tra il complesso porta utensile ed il complesso a tavola di lavoro, per minimizzare il tempo nondi taglio del tornio CNC. The present invention relates to a computer numerical control (CNC) lathe, and particularly a CNC lathe employing a threaded rod having a positive thread section and a counter-thread section in association with two nuts respectively fixed on a tool holder assembly. and a work table assembly for simultaneously moving the tool holder assembly and the work table assembly in opposite directions along the axis of a spindle, thereby significantly increasing the relative travel speed between the tool holder assembly and the assembly at the work table, to minimize the non-cutting time of the CNC lathe.
Generalmente, per raggiungere lo scopo di tagliare un pezzo di lavoro mediante un utensile, una macchina utensile a controllo numerico a computer (CNC) è dotata di mezzi per alimentare o far avanzare l'utensile verso il pezzo di lavoro durante un periodo operativo di taglio e di mezzi per variare e regolare le posizioni relative tra l'utensile e il pezzo di lavoro durante un periodo in cui non viene eseguita alcuna operazione di taglio. Nell'operazione di taglio, la velocità di avanzamento dell'utensile verso il pezzo di lavoro e determinata dalle caratteristiche del materiale che deve essere lavorato, e pertanto non sarà variata o aumentata arbitrariamente. Tuttavia, se la velocità per spostare o regolare le posizioni relative tra l'utensile e il pezzo di lavoro durante il periodo in cui non viene eseguita l'operazione di taglio è aumentata, la velocità di lavorazione d’efficenza totali della macchina utensile saranno grandemente migliorate. Generally, to achieve the purpose of cutting a work piece by means of a tool, a computer numerical control (CNC) machine tool is equipped with means to feed or advance the tool towards the work piece during an operational cutting period. and means for varying and adjusting the relative positions between the tool and the work piece during a period when no cutting operation is being performed. In the cutting operation, the feed speed of the tool towards the work piece is determined by the characteristics of the material to be machined, and therefore will not be changed or increased arbitrarily. However, if the speed for moving or adjusting the relative positions between the tool and the work piece during the period when the cutting operation is not performed is increased, the total efficiency machining speed of the machine tool will be greatly improved.
La figura 1 illustra un convenzionale tornio orizzontale avente un mandrino S disposto orizzontalmente e girevolmente su una base stazionaria fissata su un telaio del tornio, per impegnare un pezzo di lavoro che deve essere lavorato. Poiché un pezzo di lavoro che deve essere lavorato viene impegnato su un'estremità del mandrino S o imperniata su una base stazionaria, esso è girevole ma non traslabile. Un porta utensile B è applicato per ritenere un utensile per il taglio del pezzo di lavoro, ed è spostabile rispetto al pezzo di lavoro. Generalmente, il porta utensile B è mobile di moto alternativo lungo l'asse del mandrino (ad esempio l'asse Z) grazie ad un'asta filettata R fatta ruotare mediante un servomotore M in associazione con un dado N fissato al porta utensile B, per cui l'utensile può avvicinarsi al o allontanarsi dal pezzo di lavoro quando il servomotore M fa ruotare l'asta filettata R in senso orario oppure in senso antiorario. Il porta utensile B è pure dotato lungo un asse perpendicolare all'asse del mandrino di un' ulteriore asta filettata, simile a quella disposta girevolmente lungo l'asse del mandrino, per cui l'utensile può essere spostato lungo un'altra direzione (ad esempio l'asse X) rispetto al pezzo di lavoro, quando l'ulteriore asta filettata è fatta ruotare. Figure 1 illustrates a conventional horizontal lathe having a mandrel S disposed horizontally and rotatably on a stationary base fixed to a frame of the lathe, for engaging a work piece to be machined. Since a work piece to be machined is engaged on one end of the spindle S or pivoted on a stationary base, it is rotatable but not translatable. A tool holder B is applied to hold a tool for cutting the work piece, and is movable relative to the work piece. Generally, the tool holder B is mobile with reciprocating motion along the spindle axis (for example the Z axis) thanks to a threaded rod R rotated by a servomotor M in association with a nut N fixed to the tool holder B, therefore the tool can approach or move away from the work piece when the servomotor M rotates the threaded rod R clockwise or counterclockwise. The tool holder B is also equipped along an axis perpendicular to the axis of the spindle with a further threaded rod, similar to the one rotatably disposed along the axis of the spindle, so that the tool can be moved along another direction (e.g. for example the X axis) with respect to the work piece, when the further threaded rod is rotated.
La figura 2 illustra un convenzionale tornio verticale CNC, in cui un pezzo di lavoro che deve essere lavorato viene impegnato su un mandrino disposto girevolmente su una tavola di lavoro stazionaria T. Similmente al tornio orizzontale convenzionale descritto precedentemente, un utensile fissato su un porta utensile B del tornio verticale convenzionale è mobile di moto alternativo rispettivamente lungo l'asse del mandrino (asse Z) rispettivamente mediante un meccanismo ad aste filettate-dadi, in modo tale che l'utensile può avvicinarsi al o allontanarsi dal pezzo di lavoro in direzioni bidimensionali. Figure 2 illustrates a conventional CNC vertical lathe, in which a work piece to be machined is engaged on a spindle rotatably disposed on a stationary work table T. Similar to the conventional horizontal lathe described above, a tool fixed on a tool holder B of the conventional vertical lathe is movable with reciprocating motion respectively along the axis of the spindle (Z axis) respectively by means of a threaded rod-nut mechanism, so that the tool can approach or move away from the workpiece in two-dimensional directions .
La figura 3 illustra un convenzionale tornio verticale a mandrino a inversione CNC convenzionale avente una costruzione sostanzialmente identica a quella del tornio convenzionale, con l'eccezione che un porta utensile B di esso è montato in modo stazionario sul telaio, ed un pezzo di lavoro che deve essere lavorato è impegnato su un mandrino disposto girevolmente su una tavola di lavoro T spostabile rispetto all'utensile. Similmente al tornio verticale convenzionale descritto precedentemente, il tornio verticale a mandrino a inversione convenzionale è mobile di moto alternativo lungo l'asse del mandrino (asse Z) e l'asse X perpendicolare all'asse del mandrino, rispettivamente, mediante un meccanismo ad asta filettata/dado per cui il pezzo di lavoro può essere spostato rispetto all 'utensile in due dimensioni. Figure 3 illustrates a conventional conventional CNC reverse spindle vertical lathe having a construction substantially identical to that of the conventional lathe, with the exception that a tool holder B thereof is stationary mounted to the frame, and a work piece which to be machined is engaged on a spindle rotatably arranged on a work table T which can be moved relative to the tool. Similar to the conventional vertical lathe described above, the conventional inversion vertical spindle lathe is reciprocating along the spindle axis (Z axis) and the X axis perpendicular to the spindle axis, respectively, by means of a rod mechanism. threaded / nut whereby the work piece can be moved relative to the tool in two dimensions.
Facendo riferimento al modo di applicazione convenzionale di un meccanismo ad asta filettata/dado, ad esempio il meccanismo di trasmissione includente la coppia di filettature dell'asta filettata R e del dado N illustrato in figura 1, per variare le posizioni relative tra un porta utensile ed una tavola di lavoro, se si desidera aumentare la velocità per il porta utensile per l'avvicinamento alla o l'allontanamento dalla tavola di lavoro, tale scopo può essere raggiunto solamente aumentando la velocità di rotazione dell'asta filettata impiegando un servomotore di velocità più alta. Tuttavia capita che nessuno dei servomotori esistenti commercialmente disponibili è suscettibile di soddisfare la necessità di fornire una velocità di spostamento soddisfacente tra il porta utensile e la tavola di lavoro durante il periodo in cui non viene svolta alcuna operazione di taglio. Referring to the conventional way of applying a threaded rod / nut mechanism, for example the transmission mechanism including the thread pair of the threaded rod R and the nut N illustrated in Figure 1, to vary the relative positions between a tool holder and a work table, if it is desired to increase the speed for the tool holder for approaching or moving away from the work table, this purpose can only be achieved by increasing the rotation speed of the threaded rod using a speed servomotor highest. However, it happens that none of the commercially available existing servomotors is capable of satisfying the need to provide a satisfactory travel speed between the tool holder and the work table during the period in which no cutting operation is performed.
In particolare, quando il meccanismo ad asta filettata/dado convenzionale è applicato per spostare di moto alternativo il porta utensile lungo un'asse verticale, ad esempio quando il porta utensile B è spostato di moto alternativo lungo 1'asse Z verticale mediante 1'asta filettata R in associazione con il dado N del convenzionale tornio verticale CNC illustrato in figura 2, il carico del servomotore M per far ruotare l'asta filettata R per spostare verso 1'alto il porta utensile B è notevolmente superiore al carico del servomotore M per spostare verso il basso il porta utensile B, a causa del peso del porta utensile B stesso. Ciò non solamente riduce la vita di servizio del servomotore, ma è pure svantaggioso per il controllo della velocità di funzionamento. Per superare il problema per il quale il servomotore deve sopportare carichi differenti nell’azionare un'asta filettata per spostare verso l'alto e verso il basso il porta utensile B, la tecnica convenzionale prevede l'applicazione di una catena, filo metallico o simile per tirare un peso di equilibratura, per equilibrare il peso del porta utensile B e evitare il problema che il servomotore sia sottoposto a carichi differenti durante lo spostamento verso l'alto e verso il basso del porta utensile B. Benché ciò sia possibile e in effetti, ciò rende complicata, ingombrante e voluminosa la costruzione del tornio, e risulta svantaggioso per la fabbricazione e la manutenzione. Facendo riferimento al convenzionale tornio verticale CNC illustrato in figura 2, il porta utensile B è spostato verso l'alto o verso il basso quando il servomotore M fa ruotare in senso orario o in senso antiorario l'asta filettata R. Questo modo operativo e tale costruzione di applicare un servomotore M in associazione con un meccanismo ad asta filettata/dado per spostare verso l'alto o verso il basso un porta utensile B, quando energia elettrica risulta improvvisamente mancante o il servomotore non è eccitato, il peso del porta utensile B crea una coppia per far ruotare l'asta filettata liberamente girevole R, ed essendo gradualmente spostata verso il basso dal peso del porta utensile B. Ciò avrebbe come conseguenza il fatto che il porta utensile B potrebbe impattare contro e danneggiare il pezzo di lavoro, tavola di lavoro o altre parti della macchina. In particular, when the conventional threaded rod / nut mechanism is applied to reciprocate the tool holder along a vertical axis, for example when the tool holder B is reciprocated along the vertical Z axis by the rod threaded R in association with the nut N of the conventional CNC vertical lathe illustrated in Figure 2, the load of the servomotor M to rotate the threaded rod R to move the tool holder B upwards is considerably higher than the load of the servomotor M for move the tool holder B downwards, due to the weight of the tool holder B itself. This not only reduces the service life of the servomotor, but is also disadvantageous for the control of the operating speed. To overcome the problem whereby the servomotor has to bear different loads in operating a threaded rod to move the tool holder B up and down, the conventional technique involves the application of a chain, wire or similar. to pull a balance weight, to balance the weight of tool holder B and avoid the problem of the servomotor being subjected to different loads when moving tool holder B up and down. Although this is possible and indeed , this makes the construction of the lathe complicated, bulky and bulky, and is disadvantageous for manufacturing and maintenance. Referring to the conventional CNC vertical lathe illustrated in Figure 2, the tool holder B is moved up or down when the servomotor M rotates the threaded rod R clockwise or counterclockwise. construction of applying a servomotor M in association with a threaded rod / nut mechanism to move a tool holder B up or down, when electricity is suddenly missing or the servomotor is not energized, the weight of the tool holder B creates a torque to rotate the freely rotatable threaded rod R, and being gradually displaced downward by the weight of tool holder B. This would result in tool holder B impacting against and damaging the work piece, table work or other parts of the machine.
Uno scopo della presente invenzione è quello di fornire un tornio CNC, in cui la velocità di spostamento relativa lungo il mandrino tra l'utensile e il pezzo di lavoro sia doppia della velocità di spostamento relativa di un tornio convenzionale in cui un meccanismo ad asta filettata/dado è applicato semplicemente per spostare l'utensile o il pezzo di lavoro. La presente invenzione applica un'asta filettata avente due sezioni di filettature opposte, cioè una sezione a filettatura positiva ed una sezione a contro-filettatura, in associazione con due dadi fissati separatamente sul complesso porta utensile e sul complesso di tavola di lavoro, per realizzare il movimento o spostamento relativo dell'utensile e del pezzo di lavoro lungo l'asse del mandrino, in modo tale che il tempo dell'operazione non di taglio di un tornio CNC è significativamente ridotto, e la velocità e l'efficenza di lavorazione complessive sono migliorate. Un ulteriore scopo della presenta invenzione è quello di fornire un tornio verticale CNC in cui un complesso porta utensile ed un complesso a tavola di lavoro siano disposti per compiere movimento alternativo lungo un asse verticale del mandrino grazie ad un'asta filettata avente due sezioni a filettature opposte, cioè una sezione a filettatura positiva ed una sezione a contro-filettatura, rispettivamente, in associazione con due dadi rispettivamente fissati sul complesso porta utensile e sul complesso tavola di lavoro in modo tale che un servomotore, nel far ruotare l'asta filettata in senso orario o in senso antiorario per spostare la posizione relativa lungo 1'asse del mandrino verticale tra il complesso porta utensile ed il complesso tavola di lavoro, sia sottoposto a carico sostanzialmente identico e costante, senza impiegare alcun peso di equilibratura addizionale. An object of the present invention is to provide a CNC lathe in which the relative travel speed along the spindle between the tool and the work piece is twice the relative travel speed of a conventional lathe in which a threaded rod mechanism The nut is simply applied to move the tool or work piece. The present invention applies a threaded rod having two sections of opposite threads, i.e. a positive thread section and a counter-thread section, in association with two nuts fixed separately on the tool holder assembly and on the work table assembly, to make the relative movement or displacement of the tool and the work piece along the spindle axis, such that the time of the non-cutting operation of a CNC lathe is significantly reduced, and the overall machining speed and efficiency have improved. A further object of the present invention is to provide a CNC vertical lathe in which a tool holder assembly and a work table assembly are arranged to perform reciprocating movement along a vertical axis of the spindle thanks to a threaded rod having two threaded sections. opposite, i.e. a positive thread section and a counter-thread section, respectively, in association with two nuts respectively fixed on the tool holder assembly and on the work table complex in such a way that a servomotor, in rotating the threaded rod in clockwise or counterclockwise to move the relative position along the axis of the vertical spindle between the tool holder assembly and the work table assembly, is subjected to substantially identical and constant load, without using any additional balancing weight.
Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di fornire un tornio verticale CNC atto a impedire al porta utensile di collidere con il pezzo di lavoro o con la macchina quando l'energia elettrica viene improvvisamente a mancare o il servomotore non è eccitato. A further object of the present invention is to provide a CNC vertical lathe adapted to prevent the tool holder from colliding with the work piece or machine when the electrical power suddenly fails or the servomotor is not energized.
Addizionali scopi, principi operativi, costruzione, vantaggi, struttura e caratteristiche della presente invenzione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione e dalle rivendicazioni accluse, considerate in unione con i disegni acclusi, in cui i numeri di riferimento uguali indicano elementi uguali. Additional objects, operating principles, construction, advantages, structure and features of the present invention will become apparent from the following description and the appended claims, considered in conjunction with the appended drawings, in which like reference numerals indicate like elements.
La figura 1 è una vista prospettica schematica di un convenzionale tornio CNC orizzontale, illustrante che il porta utensile è spostabile lungo l'asse-Z (asse del mandrino) e l'asse-X per avvicinarsi a o allontanarsi da un pezzo di lavoro impegnato sul mandrino grazie ad un dado in associazione con un'asta filettata fatta ruotare mediante un servomotore; Figure 1 is a schematic perspective view of a conventional horizontal CNC lathe, illustrating that the tool holder is movable along the Z-axis (spindle axis) and X-axis to approach or move away from an engaged work piece on the spindle thanks to a nut in association with a threaded rod rotated by a servomotor;
la figura 2 è una vista prospettica schematica di un convenzionale tornio verticale CNC mostrante come il porta utensile sia spostabile lungo l'asse-Z (asse del mandrino) e l'asse-X per avvicinarsi a o allontanarsi da un pezzo di lavoro impegnato sul mandrino, grazie ad un dado in associazione con un'asta filettata fatta ruotare mediante un servomotore; Figure 2 is a schematic perspective view of a conventional CNC vertical lathe showing how the tool holder is movable along the Z-axis (spindle axis) and the X-axis to approach or move away from a work piece engaged on the spindle , thanks to a nut in association with a threaded rod rotated by a servomotor;
la figura 3 è una vista prospettica schematica di un convenzionale tornio verticale a mandrino a inversione CNC mostrante come il porta utensili sia spostabile lungo l'asse-Z (asse del mandrino) e l'asse-X per avvicinarsi a o allontanarsi da un pezzo di lavoro impegnato sul mandrino, grazie ad un dado in associazione con un'asta filettata fatta ruotare mediante un servomotore; Figure 3 is a schematic perspective view of a conventional CNC inversion vertical spindle lathe showing how the tool holder is movable along the Z-axis (spindle axis) and the X-axis to approach or move away from a workpiece. work engaged on the spindle, thanks to a nut in association with a threaded rod rotated by a servomotor;
la figura 4 è una vista prospettica schematica di un tornio CNC secondo una prima forma di realizzazione preferita della presente invenzione, mostrante come un tornio orizzontale CNC sia dotato di un'asta filettata avente due sezioni a filettature opposte e disposta girevolmente lungo l'asse del mandrino longitudinale per l'associazione con due dadi rispettivamente fissati sul complesso del porta utensile e complesso della tavola di lavoro in modo tale che il complesso della tavola di lavoro ed il complesso del porta utensile sono simultaneamente spostabili in sensi opposti lungo l'asse longitudinale del mandrino per aumentare la velocità di spostamento relativa tra il complesso del porta utensile ed il complesso della tavola di lavoro; Figure 4 is a schematic perspective view of a CNC lathe according to a first preferred embodiment of the present invention, showing how a CNC horizontal lathe is equipped with a threaded rod having two sections with opposite threads and rotatably disposed along the axis of the longitudinal spindle for the association with two nuts respectively fixed on the tool holder assembly and the work table assembly in such a way that the work table assembly and the tool holder assembly are simultaneously movable in opposite directions along the longitudinal axis of the spindle to increase the relative speed of movement between the tool holder assembly and the work table assembly;
la figura 5 è una vista operativa schematica dell'asta filettata secondo la presente invenzione avente una sezione a filettatura positiva ed una sezione a contro-filettatura in associazione con due dadi rispettivamente fissati sul complesso della tavola di lavoro e sul complesso del porta utensile, mostrante come l'asta filettata stia ruotando in senso orario, per cui due dadi rispettivamente fissati sul complesso della tavola di lavoro e sul complesso del porta utensile si avvicinano l'uno all'altro; Figure 5 is a schematic operational view of the threaded rod according to the present invention having a positive thread section and a counter thread section in association with two nuts respectively fixed on the work table assembly and on the tool holder assembly, showing how the threaded rod is rotating clockwise, whereby two nuts respectively fixed on the work table assembly and on the tool holder assembly approach each other;
la figura 6 è un'altra vista operativa schematica dell'asta filettata secondo la presente invenzione, illustrante come l'asta filettata ruoti in senso antiorario, in maniera tale che i due dadi rispettivamente fissati sul complesso della tavola di lavoro e sul complesso del porta utensile si stanno allontanando l'uno dall'altro; Figure 6 is another schematic operational view of the threaded rod according to the present invention, illustrating how the threaded rod rotates counterclockwise, so that the two nuts respectively fixed on the work table assembly and on the door assembly tool are moving away from each other;
la figura 7 è una vista prospettica schematica di un tornio CNC conforme ad una seconda forma di realizzazione preferita della presente invenzione, mostrante come il tornio verticale CNC sia dotato di un'asta filettata avente due sezioni a filettature opposte e disposte girevolmente lungo l 'asse longitudinale verticale del mandrino in maniera tale che il complesso del porta utensile e il complesso della tavola di lavoro sono spostabili simultaneamente in sensi opposti lungo l'asse verticale del mandrino; e Figure 7 is a schematic perspective view of a CNC lathe according to a second preferred embodiment of the present invention, showing how the CNC vertical lathe is equipped with a threaded rod having two sections with opposite threads and rotatably arranged along the axis vertical longitudinal of the spindle such that the tool holder assembly and the work table assembly are movable simultaneously in opposite directions along the vertical axis of the spindle; And
la figura 8 è una vista prospettica schematica di un tornio CNC secondo una terza forma di realizzazione preferita della presente invenzione mostrante come un tornio verticale a mandrino e in versione CNC sia dotato di un'asta filettata avente due sezioni di filettature opposte e disposta girevolmente lungo l'asse del mandrino longitudinale verticale in modo tale che il complesso del porta utensile ed il complesso della tavola di lavoro possano essere spostati simultaneamente in sensi opposti lungo l'asse del mandrino verticale. Figure 8 is a schematic perspective view of a CNC lathe according to a third preferred embodiment of the present invention showing how a vertical spindle and CNC version lathe is equipped with a threaded rod having two sections of opposite threads and rotatably disposed along the axis of the vertical longitudinal spindle such that the tool holder assembly and the work table assembly can be moved simultaneously in opposite directions along the axis of the vertical spindle.
Nella seguente descrizione sarà impiegata per convenienza, e non per scopo limitativo, una certa terminologia. Ad esempio, i termini "in avanti", "all'indietro", "verso destra", "verso sinistra", "superiore" e "inferiore" indicano direzioni nei disegni a cui ha fatto riferimento, i termini "verso l'interno", "interno", o "in dentro" e "in fuori", "esterno" o "verso l'esterno" riferendosi rispettivamente a direzioni verso il ed in allontanamento dal centro per l'elemento indicato, i termini "radiale" ed "assiale" riferendosi rispettivamente a direzioni o a piani perpendicolari e paralleli all'asse centrale longitudinale dell'elemento contrassegnato. Terminologia di significato simile e diversa dalle parole specificatamente e precedentemente menzionate deve analogamente essere considerata come impiegata per fini di convenienza piuttosto che in un qualsiasi senso limitativo. Per facilitare l'illustrazione e la descrizione, gli assi X, Y e Z che saranno menzionati successivamente vengono chiamati i tre assi delle coordinate perpendicolari l'uno all'altro e indicati nei disegni acclusi. La direzione verticale è disegnata come una direzione sostanzialmente perpendicolare al suolo. Numeri di riferimento uguali indicano elementi uguali nei disegni acclusi. In the following description a certain terminology will be used for convenience, and not for limiting purposes. For example, the terms "forward", "backward", "to the right", "to the left", "upper" and "lower" indicate directions in the drawings you referred to, the terms "inward "," internal ", or" inward "and" outward "," external "or" outward "referring respectively to directions towards and away from the center for the indicated element, the terms" radial "and "axial" referring respectively to directions or planes perpendicular and parallel to the central longitudinal axis of the marked element. Terminology of similar meaning to and different from the words specifically and previously mentioned must likewise be regarded as used for convenience rather than in any limiting sense. To facilitate illustration and description, the X, Y and Z axes which will be mentioned later are called the three coordinate axes perpendicular to each other and indicated in the accompanying drawings. The vertical direction is drawn as a direction substantially perpendicular to the ground. Like reference numerals indicate like elements in the accompanying drawings.
Come è illustrato in figura 4, un tornio CNC secondo la prima forma di realizzazione preferita della presente invenzione, è un tornio CNC orizzontale comprendente un telaio 1, un complesso a tavola di lavoro 2 ed un complesso porta utensile 3; in cui il telaio 1 ha una direzione mandrino longitudinale Z ed una direzione trasversale X perpendicolare alla direzione Z longitudinale del mandrino. Due rotaie parallele 11 sono previste sul telaio 1 lungo la direzione dell'asse longitudinale Z del mandrino. Un'asta filettata 12 comprendente una sezione a filettatura positiva 121 ed una sezione a contro-filettatura 122 è disposta girevolmente sul telaio 1 lungo la direzione Z dell'asse longitudinale del mandrino e azionata mediante un servomotore M per ruotare in senso orario o in senso antiorario . As shown in Figure 4, a CNC lathe according to the first preferred embodiment of the present invention is a horizontal CNC lathe comprising a frame 1, a work table assembly 2 and a tool holder assembly 3; wherein the frame 1 has a longitudinal mandrel direction Z and a transverse direction X perpendicular to the longitudinal direction Z of the mandrel. Two parallel rails 11 are provided on the frame 1 along the direction of the longitudinal axis Z of the spindle. A threaded rod 12 comprising a positive threaded section 121 and a counter-threaded section 122 is rotatably disposed on the frame 1 along the Z direction of the longitudinal axis of the spindle and driven by a servomotor M to rotate clockwise or clockwise. counterclockwise.
Il complesso 2 della tavola di lavoro comprende una tavola di lavoro 21, due slitte 22 e un dado 23. La tavola di lavoro 21 è dotata di un mandrino di lavorazione S azionato girevolmente mediante un motore elettrico (non rappresentato) per impegnare un pezzo di lavoro che deve essere lavorato ad un'estremità di esso. Due slitte 22 sono fissate in corrispondenza del fondo della tavola di lavoro 21 per impegnare separatamente e scorrevolmente le rotaie parallele 11 per guidare il complesso 2 della tavola di lavoro per spostarsi liberamente sul telaio 1 lungo la direzione dell'asse longitudinale Z del mandrino. Il dado 23 è fissato in corrispondenza del fondo della tavola di lavoro 21 e impegna la sezione a filettatura positiva 121 dell'asta filettata 12 per cui quando il servomotore M fa ruotare l'asta filettata 12, il complesso 2 della tavola di lavoro può spostarsi di moto alternativo sul telaio 1 lungo la direzione longitudinale Z dell'asse del mandrino grazie al dado 23 in associazione con la sezione a filettatura positiva 121 dell'asta filettata 12. The work table assembly 2 comprises a work table 21, two slides 22 and a nut 23. The work table 21 is equipped with a machining spindle S rotatably driven by an electric motor (not shown) to engage a workpiece. work that needs to be worked at one end of it. Two slides 22 are fixed at the bottom of the work table 21 to separately and slidingly engage the parallel rails 11 to guide the assembly 2 of the work table to move freely on the frame 1 along the direction of the longitudinal axis Z of the spindle. The nut 23 is fixed at the bottom of the work table 21 and engages the positive thread section 121 of the threaded rod 12 so that when the servomotor M rotates the threaded rod 12, the assembly 2 of the work table can move of reciprocating motion on the frame 1 along the longitudinal direction Z of the spindle axis thanks to the nut 23 in association with the positive thread section 121 of the threaded rod 12.
Il complesso 3 del porta utensili comprende una sede 31 di spostamento dell'asse Z, una sede 32 di spostamento dell'asse X ed un porta utensili 33, in cui la sede 31 di spostamento dell'asse Z è dotata in corrispondenza del suo fondo di due slitte 311 impegnanti le rotaie parallele 11 ed un dado 312 impegnante la sezione controfilettata 122 dell'asta filettata 12, per cui quando l'asta filettata 12 è fatta ruotare, la sede 31 di spostamento dell'asse Z è mobile di moto alternativo sulle rotaie 11 del telaio 1 in un senso opposto alla direzione al senso di spostamento del complesso 2 della tavola di lavoro lungo l'asse longitudinale Z del mandrino. La sede 31 di spostamento dell'asse Z è inoltre dotata, lungo l'asse X, di due rotaie parallele 313 e di un'asta filettata 314 disposta girevolmente su esse. La sede 32 di spostamento dell'asse X è dotata, in corrispondenza del suo fondo, di due slitte 321 per impegnare scorrevolmente le rotaie parallele 313, e un dado (non rappresentato) per impegnare l'asta filettata 314 per cui la sede 32 di spostamento dell'asse X è mobile di moto alternativo lungo l'asse X quando l'asta filettata 314 è fatta ruotare mediante un servomotore (non rappresentato). Il porta utensili 33 è fissato in modo regolabile sulla sede 32 di spostamento dell'asse X. The tool holder assembly 3 comprises a seat 31 for moving the Z axis, a seat 32 for moving the X axis and a tool holder 33, in which the seat 31 for moving the Z axis is provided at its bottom of two slides 311 engaging the parallel rails 11 and a nut 312 engaging the counter-threaded section 122 of the threaded rod 12, so that when the threaded rod 12 is made to rotate, the seat 31 for displacement of the axis Z is movable with a reciprocating motion on the rails 11 of the frame 1 in a direction opposite to the direction of displacement of the assembly 2 of the work table along the longitudinal axis Z of the spindle. The seat 31 for moving the Z axis is also provided, along the X axis, with two parallel rails 313 and with a threaded rod 314 rotatably disposed thereon. The seat 32 for moving the X axis is equipped, at its bottom, with two slides 321 for slidingly engaging the parallel rails 313, and a nut (not shown) for engaging the threaded rod 314 so that the seat 32 of displacement of the X axis is reciprocating along the X axis when the threaded rod 314 is rotated by means of a servomotor (not shown). The tool holder 33 is fixed in an adjustable manner on the seat 32 for moving the X axis.
Facendo riferimento alle figure 4, 5 e 6, a causa dell'asta filettata 12 disposta girevolmente sul telaio 1 lungo l'asse Z del mandrino e comprendente la sezione a filettatura positiva 121 e la sezione a controfilettatura 122 rispettivamente in associazione con i dadi 23 e 312 rispettivamente fissati sul complesso 2 della tavola di lavoro e sul complesso 3 del porta utensile, quando l'asta filettata 12 è fatta ruotare in un senso (ad esempio senso orario) mediante il servomotore M, i dadi 23 e 312 sono simultaneamente spostati in sensi opposti lungo la direzione Z del mandrino per avvicinarsi l'uno all'altro (vedere figura 5), per cui il complesso 2 della tavola di lavoro ed il complesso 3 del porta utensili sono pure simultaneamente spostati in sensi opposti lungo 1'asse Z così da avvicinarsi l'uno all'altro. Facendo riferimento alla figura 6, quando l'asta filettata 12 e fatta ruotare nell'altro senso (ad esempio il senso antiorario) mediante il servomotore M, i dadi 23 e 312 sono simultaneamente spostati in senso opposto lungo l'asse Z per allontanarsi l'uno dall'altro, facendo pure sì che il complesso 2 della tavola di lavoro ed il complesso 3 del porta utensili siano pure spostati simultaneamente in sensi opposti lungo l'asse-Z. Indipendentemente da come un servomotore aumenti la rotazione di un'asta filettata, la velocità di spostamento relativa tra il complesso del porta utensile ed il complesso della tavola di lavoro lungo l'asse del mandrino realizzata impiegando l'asta filettata 12 avente una sezione a filettatura positiva 121 ed una sezione a contro-filettatura 122 in associazione con due dadi 23 e 312 per spostare simultaneamente l’utensile, il complesso della tavola di lavoro 2 e il complesso del porta utensili in sensi opposti come suggerito dalla presente invenzione è doppia di quella convenzionale realizzata impiegando un'asta filettata convenzionale avente una singola filettatura in associazione con un dado per spostare semplicemente o il porta utensili o la tavola di lavoro. Perciò, la velocità di spostamento relativa tra il complesso della tavola di lavoro ed il complesso del porta utensili lungo una direzione di spostamento principale, ad esempio l'asse del mandrino, è significativamente aumentata. Inoltre, poiché un tornio richiede normalmente che l'utensile abbia a spostarsi frequentemente rispetto al pezzo di lavoro lungo l'asse del mandrino per una lunga distanza, la caratteristica che il complesso del porta utensili e il complesso della tavola di lavoro si spostano simultaneamente in sensi opposti lungo l'asse del mandrino riduce in grado significativo il tempo non di taglio del tornio CNC, per cui il tempo di lavorazione totale risulta abbreviato e l'efficenza migliorata. With reference to Figures 4, 5 and 6, due to the threaded rod 12 rotatably disposed on the frame 1 along the Z axis of the mandrel and comprising the positive thread section 121 and the counter thread section 122 respectively in association with the nuts 23 and 312 respectively fixed on the assembly 2 of the work table and on the assembly 3 of the tool holder, when the threaded rod 12 is rotated in one direction (for example clockwise) by the servomotor M, the nuts 23 and 312 are simultaneously displaced in opposite directions along the Z direction of the spindle to approach each other (see Figure 5), whereby the work table assembly 2 and the tool holder assembly 3 are also simultaneously displaced in opposite directions along the axis Z so as to get closer to each other. Referring to Figure 6, when the threaded rod 12 is rotated in the other direction (e.g. counterclockwise) by the servomotor M, the nuts 23 and 312 are simultaneously moved in the opposite direction along the Z axis to move away from it. one from the other, while also causing the assembly 2 of the work table and the assembly 3 of the tool holder to be moved simultaneously in opposite directions along the Z-axis. Regardless of how a servomotor increases the rotation of a threaded rod, the relative speed of movement between the tool holder assembly and the work table assembly along the axis of the spindle made using the threaded rod 12 having a threaded section 121 and a counter-thread section 122 in association with two nuts 23 and 312 for simultaneously moving the tool, the work table assembly 2 and the tool holder assembly in opposite directions as suggested by the present invention is double that conventional made using a conventional threaded rod having a single thread in association with a nut to simply move either the tool holder or the work table. Therefore, the relative travel speed between the work table assembly and the tool holder assembly along a main travel direction, e.g., the spindle axis, is significantly increased. Also, since a lathe normally requires the tool to frequently move relative to the work piece along the spindle axis over a long distance, the feature is that the tool holder assembly and the work table assembly move simultaneously in opposite directions along the spindle axis significantly reduces the non-cutting time of the CNC lathe, so that the total machining time is shortened and efficiency is improved.
La figura 7 illustra un tornio verticale CNC conforme alla seconda forma di realizzazione preferita della presente invenzione, avente una costruzione sostanzialmente identica a quella del tornio orizzontale CNC illustrato in figura 4, con l'eccezione che il mandrino di esso si estende in una direzione verticale invece che in una direzione orizzontale. Il tornio verticale CNC della seconda forma di realizzazione comprende un telaio 1 ', un complesso 2' di tavola di lavoro ed un complesso 3' di porta utensile, in cui il telaio 1' comprende fondamenta 13 del telaio ed un montante verticale 14 estendentesi verticalmente verso l'alto dalle fondamenta o basamento 13 del telaio. Il montante verticale 14 e dotato di due rotaie parallele 11' lungo l'asse-Z verticale del mandrino e un'asta filettata 12' disposta girevolmente lungo il montante verticale 14. L'asta filettata 12' comprende una sezione a filettatura positiva 121' e una sezione a contro-filettatura 122' ed è fatta ruotare mediante un servomotore M. Figure 7 illustrates a CNC vertical lathe according to the second preferred embodiment of the present invention, having a construction substantially identical to that of the CNC horizontal lathe illustrated in Figure 4, with the exception that the spindle thereof extends in a vertical direction. instead of in a horizontal direction. The CNC vertical lathe of the second embodiment comprises a frame 1 ', a work table assembly 2' and a tool holder assembly 3 ', in which the frame 1' comprises foundations 13 of the frame and a vertical upright 14 extending vertically upwards from the foundations or base 13 of the frame. The vertical upright 14 is equipped with two parallel rails 11 'along the vertical Z-axis of the mandrel and a threaded rod 12' rotatably disposed along the vertical upright 14. The threaded rod 12 'comprises a positive thread section 121' and a counter-threaded section 122 'and is rotated by a servomotor M.
Il complesso 2' della tavola di lavoro comprende una tavola di lavoro 21', due slitte 22' e un dado 23'. La tavola di lavoro 21' è dotata di un mandrino di lavorazione S azionato tramite un motore elettrico (non rappresentato) per impegnare un pezzo di lavoro che deve essere lavorato. Due slitte 22' sono fissate in corrispondenza di un lato della tavola di lavoro 21' per guidare rispettivamente in associazione con due rotaie parallele 11' il complesso 2' della tavola di lavoro per muoversi di moto alternativo verso l'alto e verso il basso sul montante verticale 14 lungo l'asse-Z verticale. Il dado 23' è fissato in corrispondenza di un lato della tavola di lavoro 21' per impegnare la sezione a filettatura positiva 121' dell'asta filettata 12' per cui il dado 23', in associazione con l'asta filettata 12 ' sposta di moto alternativo il complesso 2' della tavola di lavoro verso l'alto o verso il basso lungo l'asse verticale-Z del mandrino quando l'asta filettata 12' è fatta ruotare dal servomotore M. The work table assembly 2 'comprises a work table 21', two slides 22 'and a nut 23'. The work table 21 'is equipped with a machining spindle S driven by an electric motor (not shown) to engage a work piece to be machined. Two slides 22 'are fixed at one side of the work table 21' to guide respectively in association with two parallel rails 11 'the assembly 2' of the work table to reciprocate up and down on the vertical upright 14 along the vertical Z-axis. The nut 23 'is fixed at one side of the work table 21' to engage the positive thread section 121 'of the threaded rod 12' so that the nut 23 ', in association with the threaded rod 12', moves by reciprocating motion the assembly 2 'of the work table upwards or downwards along the vertical-Z axis of the spindle when the threaded rod 12' is made to rotate by the servomotor M.
Il complesso del porta utensile 3' comprende la sede 31' di spostamento dell'asse Z, una sede 32' di spostamento dell'asse X, e un porta utensili 33' in cui la sede 31' di spostamento dell'asse Z è dotata in corrispondenza di un suo lato di due slitte 311' impegnanti scorrevolmente le rotaie parallele 11' del montante verticale 14 e un dado 312' impegnante la sezione a controfilettatura 122' dell'asta filettata 12' in modo tale che la sede 31' di spostamento dell'asse Z può spostarsi di moto alternativo,verso l'alto o verso il basso lungo il montante verticale 14 lungo l'asse-Z del mandrino. La sede 31' di spostamento dell'asse Z è dotata in corrispondenza dell'altro lato di essa di sue rotaie parallele 313' estendentesi lungo l'asse-X e un'asta filettata 314'. La sede 32' di spostamento dell'asse-X è dotata in corrispondenza di un lato di essa di due slitte .321' impegnanti le rotaie parallele 313'.della sede 31' di spostamento dell'asse-Z e un dado 322' impegnante l'asta filettata 314' per cui la sede 32' di spostamento dell'asse-X e mobile di moto alternativo lungo l'asse-X sulla sede 31' di spostamento dell'asse-Z. Il porta utensili 33' è fissato in modo regolabile sulla sede 32' di spostamento dell'asse X in corrispondenza di un'estremità di essa rivolta al complesso 2' della tavola di lavoro. The assembly of the tool holder 3 'comprises the seat 31' for moving the Z axis, a seat 32 'for moving the X axis, and a tool holder 33' in which the seat 31 'for moving the Z axis is provided in correspondence of one of its sides with two slides 311 'slidingly engaging the parallel rails 11' of the vertical upright 14 and a nut 312 'engaging the counter-threading section 122' of the threaded rod 12 'so that the displacement seat 31' of the Z axis can move in reciprocating motion, upwards or downwards along the vertical upright 14 along the Z-axis of the spindle. The Z-axis displacement seat 31 'is provided at the other side thereof with parallel rails 313' extending along the X-axis and a threaded rod 314 '. The X-axis displacement seat 32 'is equipped at one side of it with two slides .321' engaging the parallel rails 313 '. Of the Z-axis displacement seat 31' and a nut 322 'engaging the threaded rod 314 'whereby the X-axis displacement seat 32' is movable with reciprocating motion along the X-axis on the Z-axis displacement seat 31 '. The tool holder 33 'is fixed in an adjustable manner on the seat 32' for moving the X axis at one end thereof facing the assembly 2 'of the work table.
Poiché l'asta filettata 12' è disposta girevolmente lungo l'asse verticale-Z del mandrino ed è formata con la sezione a filettatura positiva 121' e la sezione a contro-filettatura 122' e rispettivamente in associazione con il dado 23' del complesso 2' della tavola di lavoro e dado 312' del complesso 3' del porta utensili, se il complesso 2' della tavola di lavoro è concepito per avere un peso totale sostanzialmente equivalente al peso totale del complesso 3' del porta utensili, allora una coppia creata dal peso del complesso 3' del porta utensili per far ruotare 1'asta filettata 12' in un senso sarà annullata o neutralizzata da una coppia antagonista creata dal peso del complesso 2' della tavola di lavoro per far ruotare l'asta filettata 12' nell'altro senso. Perciò, i carichi per il servomotore M per la rotazione dell'asta filettata 12'in senso orario e in senso antiorario sono sostanzialmente identici fra loro, e pertanto non e necessario prevedere alcun peso di equilibratura addizionale per ridurre la differenza di carico per il servomotore per far ruotare l'asta filettata verticale in senso orario e in senso antiorario. Since the threaded rod 12 'is rotatably disposed along the vertical-Z axis of the mandrel and is formed with the positive threaded section 121' and the counter-threaded section 122 'and respectively in association with the nut 23' of the assembly 2 'of the work table and nut 312' of the assembly 3 'of the tool holder, if the assembly 2' of the work table is designed to have a total weight substantially equivalent to the total weight of the assembly 3 'of the tool holder, then a pair created by the weight of the tool holder assembly 3 'to rotate the threaded rod 12' in one direction will be canceled or neutralized by an antagonist pair created by the weight of the work table assembly 2 'to rotate the threaded rod 12' in the other direction. Therefore, the loads for the servomotor M for the rotation of the threaded rod 12 'clockwise and counterclockwise are substantially identical to each other, and therefore it is not necessary to provide any additional balancing weight to reduce the load difference for the servomotor. to rotate the vertical threaded rod clockwise and counterclockwise.
Durante il funzionamento del tornio verticale CNC, se improvvisamente viene a mancare la potenza quando un pezzo di lavoro è posizionato sul complesso 2' della tavola di lavoro, poiché il peso totale del complesso 2' della tavola di lavoro e del pezzo di lavoro è leggermente superiore al peso totale del complesso 3' del porta utensile, il complesso 2' della tavola di lavoro si sposta lentamente verso il basso, e crea una coppia per far ruotare l'asta filettata 12' per spostare verso l'alto lentamente il complesso del porta utensile 3'. Conseguentemente, l'utensile fissato sul complesso del porta utensile 3' non colliderà mai contro il pezzo di lavoro posizionato sul complesso 2' della tavola di lavoro quando il tornio verticale viene connettato in spegnimento o improvvisamente dovesse mancare l'energia elettrica. During CNC vertical lathe operation, if power suddenly fails when a work piece is placed on the work table assembly 2 ', as the total weight of the work table assembly 2' and the work piece is slightly greater than the total weight of the tool holder assembly 3 ', the work table assembly 2' moves slowly downwards, and creates a torque to rotate the threaded rod 12 'to slowly move the assembly of the tool holder 3 '. Consequently, the tool fixed on the tool holder assembly 3 'will never collide with the work piece positioned on the work table assembly 2' when the vertical lathe is switched off or suddenly there is a power failure.
La figura 8 illustra un tornio verticale a mandrino a inversione CNC conforme alla terza forma di realizzazione preferita della presente invenzione avente una costruzione simile a quella del tornio verticale CNC della seconda forma di realizzazione illustrata in figura 7 con l'eccezione costituita dal fatto che il complesso 2'' della tavola di lavoro è disposto inversamente al di sopra del complesso del porta utensili 3''. Il complesso 2 '' della tavola di lavoro ed il complesso 3'' del porta utensili sono simultaneamente mobili di moto alternativo in sensi opposti lungo 1 'asse-Z verticale del mandrino con azionamento mediante una sezione a filettatura positiva 121' ed una sezione a contro-filettatura 122' formate su un'asta filettata 12''. In un simile tornio verticale a mandrino a inversione CNC, il complesso 3'' del porta utensile può essere progettato per avere un peso totale sostanzialmente equivalente o leggermente superiore al peso totale del complesso 2'' della tavola di lavoro, e di un pezzo di lavoro posizionato su di essa, per cui il complesso 2'' della tavola di lavoro non colliderà mai contro l'utensile od il complesso 3'' del porta utensile. Figure 8 illustrates a CNC reverse spindle vertical lathe according to the third preferred embodiment of the present invention having a construction similar to that of the CNC vertical lathe of the second embodiment illustrated in Figure 7 with the exception that the assembly 2 '' of the work table is inversely arranged above the assembly of the tool holder 3 ''. The assembly 2 '' of the work table and the assembly 3 '' of the tool holder are simultaneously movable with reciprocating motion in opposite directions along the vertical Z-axis of the spindle with actuation by means of a positive thread section 121 'and a section with 122 'counter-thread formed on a 12' 'threaded rod. In such a vertical CNC inversion spindle lathe, the 3 '' tool holder assembly can be designed to have a total weight substantially equivalent to or slightly more than the total weight of the 2 '' work table assembly, and a workpiece. work positioned on it, so that the assembly 2 '' of the work table will never collide with the tool or the assembly 3 '' of the tool holder.
La forma di realizzazione della presente invenzione precedentemente descritta e solamente illustrativa. Numerose forme di realizzazione alternative possono essere concepite da esperti del ramo senza allontanarsi The embodiment of the present invention described above is illustrative only. Numerous alternative embodiments can be devised by those skilled in the art without departing
dall'ambito protettivo delle rivendicazioni seguenti. from the protective scope of the following claims.
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