JP4624030B2 - Machine frame of metal machine tool and casting method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、研削装置、切削装置、旋盤等の金属工作機械の機枠(ベッドやコラム)に関する。この機枠は、振動減衰性に優れる。 The present invention relates to a machine frame (a bed or a column) of a metal machine tool such as a grinding device, a cutting device, or a lathe. This machine frame is excellent in vibration damping.
金属工作機械のベッド(フレ−ム)やコラム(スタンド)は、機械加工性に優れたねずみ鋳鉄(ズク鋳物)を素材としており、鋳造後、フライス加工や研削加工されて生産される。金属工作機械は一般に水平ベッドとこのベッドに取り付けられたコラムを有しており、金属工作機械の種類によりワ−クおよび工具の固定ユニット、および駆動ユニットがベッドおよびコラムに配置されている。 Beds (frames) and columns (stands) of metal machine tools are made of gray cast iron (zuku cast) with excellent machinability, and are produced by milling or grinding after casting. A metal machine tool generally has a horizontal bed and a column attached to the bed. Depending on the type of metal machine tool, a work and tool fixing unit and a drive unit are arranged on the bed and column.
図3に示す平面研削装置1において、3は砥石車、4は水平方向に往復移動可能なテ−ブル、5は作業台部、7は前後方向に往復移動可能なサドル、8は操作盤、8bは砥石上下切り込み手動パルス発生ハンドル、9はコラム、10は砥石頭、11は砥石軸、12は砥石3を垂直方向に移動する昇降機構、13はモ−タ−、15は中空ボ−ルネジ、17は安全保護カバ−、18は研削液供給ノズル、19はベッド、20は研削液タンク、21はフィルタ−、22はポンプ、26は油圧装置、27はオイルミスト潤滑エア−取入口、28は研削液高さ位置読取窓である。ワ−クは、テ−ブル4上に電磁チャックを介して載置され、テ−ブル4の左右移動、サドル7の前後移動、砥石車3の上下移動による相対的な動きによりワ−クは研削加工される。 In the surface grinding apparatus 1 shown in FIG. 3, 3 is a grinding wheel, 4 is a table that can reciprocate horizontally, 5 is a work table, 7 is a saddle that can reciprocate back and forth, 8 is an operation panel, 8b is a handle for generating a manual pulse for cutting the grinding wheel up and down, 9 is a column, 10 is a grinding wheel head, 11 is a grinding wheel shaft, 12 is a lifting mechanism for moving the grinding wheel 3 in the vertical direction, 13 is a motor, and 15 is a hollow ball screw. , 17 is a safety protection cover, 18 is a grinding fluid supply nozzle, 19 is a bed, 20 is a grinding fluid tank, 21 is a filter, 22 is a pump, 26 is a hydraulic device, 27 is an oil mist lubricating air inlet, 28 Is a grinding fluid height position reading window. The workpiece is placed on the table 4 via an electromagnetic chuck, and the workpiece is moved by the relative movement caused by the horizontal movement of the table 4, the back and forth movement of the saddle 7, and the vertical movement of the grinding wheel 3. Grinded.
ベッド19上に設置されたコラム9の比較的大きい荷重や、ベッドを設置する際の調整誤差や、温度変化や温度勾配が原因で、コラムがベッドに対して曲げ運動またはねじれ運動が生じる。このような変形運動は、ワ−クの加工精度に悪影響を及ぼす。よって、ベッドやコラム内に温度管理のパイプを配備したり、ベッドやコラムの荷重を減らす工夫が成されている。例えば、ベッドやコラムを反応性樹脂コンクリ−トで一体鋳造し、振動減衰性を高める方法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
また、ベッドやコラム鋳造時に、冷却液流通パイプを鋳込む方法が提案されている(例えば、特許文献2および特許文献3参照。)。
In addition, a method of casting a coolant circulation pipe at the time of casting a bed or a column has been proposed (see, for example, Patent Document 2 and Patent Document 3).
特許文献1に記載される機枠に反応性樹脂コンクリ−トを用いる方法は、小型の工作機械においては、振動減衰性を高め、および機枠を軽量化するためには良好であろうが、耐久性、重量感に乏しく、信頼性に欠ける。特に、コネクタ−、パンチ、タイバ−等のワ−クの大型研削装置において、ワ−クテ−ブルやツ−ルテ−ブルをリニアモ−タで高速往復移動させるときは、テ−ブル、ベッド、コラムの振動を抑える必要があり、反応性樹脂コンクリ−ト機枠では、ひび割れが生じる。本発明は、振動減衰性、耐久性に優れ、重量感のある機枠を提供することを目的とする。 The method of using a reactive resin concrete in the machine frame described in Patent Document 1 is good for increasing vibration damping and reducing the machine frame in a small machine tool, It lacks durability and weight and lacks reliability. In particular, in a large grinding machine for workpieces such as connectors, punches, tie bars, etc., when a work table or a tool table is reciprocated at high speed with a linear motor, the table, bed, column In the reactive resin concrete machine frame, cracks are generated. It is an object of the present invention to provide a machine frame that is excellent in vibration damping and durability and has a heavy feeling.
請求項1の発明は、砂を粘結剤で固めた中子(37)およびこの中子を固定する中空ケレン(38)であってその中空部に崩壊性砂(41)が残されている中空ケレン(38)またはその中空部の先をタップ(38d、38e)で蓋をした中空ケレン(38)を鋳鉄で埋設させた機枠(30)であって、この機枠(30)は鋳鉄と砂の容積比が、砂 1重量部に対して鋳鉄 7〜10重量部の割合で構成されていることを特徴とする、金属工作機械の機枠(30)を提供するものである。 The invention of claim 1 is a core (37) in which sand is hardened with a binder and a hollow kelen (38) for fixing the core, and the collapsible sand (41) is left in the hollow portion. A machine frame (30) in which hollow kelen (38) or a hollow kelen (38) covered with a tap (38d, 38e) at the tip of the hollow part is embedded in cast iron, and the machine frame (30) is cast iron. A machine frame (30) of a metal machine tool is provided, wherein the volume ratio of sand and sand is comprised of 7 to 10 parts by weight of cast iron with respect to 1 part by weight of sand.
請求項2の発明は、鋳型(31a,31b)のキャビティ(32)に、砂をフラン樹脂粘結剤で固めた中子(37)を鋳鉄製または鋼製の中空ケレン(38)を用いて固定し、砂を珪酸ナトリウムで粘着させ、これに炭酸ガスを吹き込んで珪酸ナトリウムと反応させて硬化させた崩壊性砂(41)で前記中空ケレン(38)の中空部を充填した後、キャビティ(32)に鋳鉄溶湯を注湯し、溶湯を冷却して固化することを特徴とする、砂と鋳鉄と重量比が、砂 1重量部に対して鋳鉄 7〜10重量部の割合で構成されている金属工作機械の機枠(30)を鋳造する方法を提供するものである。
According to a second aspect of the invention, a mold (31a, 31b) into the cavity (32) of the hollow core of hardened sand with furan resin binder (37) made of cast iron or steel Ke les down (38) using fixed to, sand is adhered in sodium silicate and filling the hollow portion of the hollow Ke Le emissions (38) in which the disintegrating sand cured by reaction with sodium silicate by blowing carbon dioxide gas (41) After that, molten iron is poured into the cavity (32) , and the molten metal is cooled and solidified. The ratio of sand to cast iron is 7 to 10 parts by weight of cast iron with respect to 1 part by weight of sand. A method of casting a machine frame (30) of a metal machine tool constituted by the above is provided.
鋳鉄の比重が7.1〜7.3であり、砂の比重が2.07〜2.10(嵩比重は1.5g/cm3前後)であるので、鋳鉄のみで構成される機枠と比較し、機枠の重量は軽量化される(機枠の比重は6.47〜6.88)。機枠の表面は鋳鉄で構成されるので、外観から見た機枠の重量感は損なわれない。鋳鉄内に内蔵された砂が、ワ−クの機械加工時のテ−ブルや機枠の振動を減衰させるので、得られるワ−クの加工精度が向上する。 Since the specific gravity of cast iron is 7.1 to 7.3 and the specific gravity of sand is 2.07 to 2.10 (bulk specific gravity is around 1.5 g / cm 3 ), In comparison, the weight of the machine casing is reduced (the specific gravity of the machine casing is 6.47 to 6.88). Since the surface of the machine frame is made of cast iron, the weight of the machine frame as viewed from the exterior is not impaired. The sand incorporated in the cast iron attenuates the vibration of the table and machine frame during machining of the workpiece, so that the machining accuracy of the workpiece obtained is improved.
以下、図を用いて本発明をさらに詳細に説明する。
図1は鋳型の断面図、および、図2は機枠の部分断面図である。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a sectional view of a mold, and FIG. 2 is a partial sectional view of a machine frame.
図1に示す鋳型30おいて、鋳型30は上型30aと下型30bとからなる。31は型枠、31aは上型枠、31bは下型枠、31cはフランジ、32はキャビティ、33は湯口、34は湯道、35は押湯、36はセキ、37は中子、38はケレン、39は冷やし金、および40はパ−ティングラインである。
In the
上型30aと下型30bは、鋳物製品である金属工作機械の機枠の形に近い模型を使用し、形成する。上型30aは、上型枠31aに粘結剤をまぶした鋳物砂を突き固め、下型30bは、下型枠31bに粘結剤をまぶした鋳物砂31dを突き固めて形成し、パ−ティングライン40面で上型と下型を合わせて鋳物製品である機枠の外形に似たキャビティ32を形成する。突き固め機としては、モ−ルディングマシ−ン、サイドリンガ−、コ−アブロア−、シェルモ−ルディングマシ−ン、ジョルトスクイ−ズモ−ルディングマシ−ンが用いられる。
The
鋳型の通気性、崩壊性、耐熱性を高めるため、鋳物砂、粘結剤に、必要により添加剤、例えば、炭素質、糖類、繊維質、木屑が加えられる。また、鋳型の崩壊性、耐熱性、素肌を高めるため黒鉛等の塗型剤を鋳型表面に塗ることもある。鋳物砂としては一般に珪砂が使用され、粘結剤としてはフラン樹脂、フェノ−ル樹脂、ベントナイト、珪酸ナトリウムが用いられる。粘結剤は鋳型の崩壊性、強度を考慮して選択される。また、珪酸ナトリウムは大気中の炭酸ガスを吸って硬化または炭酸ガスを吹き込むことにより硬化される。 In order to improve the air permeability, disintegration property, and heat resistance of the mold, additives such as carbonaceous material, sugar, fiber, and wood waste are added to the foundry sand and the binder as necessary. In addition, a coating agent such as graphite may be applied to the mold surface in order to enhance the mold disintegration, heat resistance, and bare skin. Silica sand is generally used as foundry sand, and furan resin, phenol resin, bentonite, and sodium silicate are used as binders. The binder is selected in consideration of mold disintegration and strength. Sodium silicate is cured by absorbing carbon dioxide in the atmosphere or by blowing carbon dioxide.
中子37は、中子取型を用い、粘結剤を混ぜた鋳物砂、ほろ砂(古砂+川砂+粘土水)、あるいは、油砂を固めて成型したものである。鋳物砂としては、珪砂、古砂が使用され、粘結剤としてはフラン樹脂、フェノ−ル樹脂、ベントナイト、珪酸ナトリウムが用いられる。中子成型方法としては、中子37の強度、手作業性の面から、砂をフラン樹脂で自硬化させるフラン・ホットボックス方法、または、砂をフェノ−ル樹脂と混練してレジンコ−テッドサンドとし、これを250〜350℃で加熱硬化させるシェルモ−ルド成型方法が好ましい。中子の厚みは、5〜100mm、好ましくは、10〜50mmである。
The
中子37を鋳型30のキャビティ32内に安定に収納するために、鋳鉄製または鋼製の中空ケレン38を用いる。中空ケレン38は、角筒または円筒の胴体部38aの外周に鍔38bが設けられた構造を有し、胴体部38aの一端は上型30aまたは下型30bに面接触し、他端は中子37の砂内に埋設されている。ケレン38の中子37を押さえる鍔38bと胴体部38a一端の型の鋳物砂に接触している面で、鋳型30のキャビティ32内に鋳鉄溶湯を注湯した際の中子37が浮き上がるのを防止する(図1参照)。中空ケレン38の高さは、鋳物製品の厚みに依存するが、例えば、10mm、18mm、22mm、28mm、32mmである。
In order to stably store the
中子取型として割型を用い、中空ケレン38の他端が中子37の砂内に埋設されている中子37を成型し、型割して中空ケレン38が付属している中子37を取り出す。ケルン38の中空部38cはガス抜き孔の機能をなす。中空ケレン38の胴体部38aの中空部38c内には、砂を珪酸ナトリウムで粘着させ、これに炭酸ガスを吹き込んで珪酸ナトリウムと反応させて硬化させた崩壊性砂41で前記中空ケレン37の中空部を充填し、注湯時の中子37砂の流出を防止させる。ケレンの使用数、中空部38cの断面積は、中子37にかかる浮力に応じて決める。中空ケレンの胴体部の中空部38c内面にはタップネジ溝を設けてあってもよい。
A
中空ケレン38、中子37、鋳物砂を備えた上型30aと下型30bとをパ−ティングライン40面で合わせてキャビティ32、湯道34を形成させ、フランジ31cを金具で締め付け、上型30aに湯口陶器33を固定して鋳型30を成型する。
The
鋳鉄溶湯を湯口33より注湯し、湯道34を通ってキャビティ32内を溶湯で充満させ、ついで、溶湯を冷却・固化させて砂と鋳鉄との重量比が、砂1重量部に対して鋳鉄7〜10重量部の割合で構成されている金属工作機械の機枠(鋳物製品)を製造する。
The molten cast iron is poured from the
注湯、固化が終了し、鋳型の温度が80℃以下となったら、鋳物製品を鋳型30から取り出す型バラシを行う。型バラシ後、中空ケレン38の中空部38c内に存在する崩壊性砂41の全部または一部を取り出し、中空ケレン38の胴体部38aの両端を溶接38dして溶接部を栓として利用するか、中空部38c内にタップネジ溝が形成されている中空ケレン38であればネジ付きタップ38eで蓋する(図2参照)。得られた鋳物製品をショットブラストすることにより鋳肌を良くし、更にバリ取りし、機枠(鋳物製品)を得る。
When pouring and solidification are completed and the temperature of the mold becomes 80 ° C. or lower, mold casting is performed to take out the cast product from the
鋳物製品の中子37の存在する(鋳物+中子)部分の厚みは25〜150mm、好ましくは、30〜100mmである。機枠は、リブ(筋)が設けられた構造であってもよいし、中子37の他に冷却パイプが埋設された構造であってもよい。鋳物製品の中子37の存在する部分の厚みが20mm以下であると注湯時に発生したガス圧で機枠のリブ部にヒビが入ることがあるので、安全を見て厚みを25mm以上とする。鋳鉄は、製品表面から中子37までの鋳鉄厚みを最小10mm、好ましくは最小20mmの厚みとすることが必要である。
The thickness of the (casting + core) portion where the
機枠(鋳物製品)の砂と鋳鉄と重量比は、砂1重量部に対して鋳鉄7〜10重量部の割合である。中空ケレン38内に崩壊性砂41が残されている場合は、この砂も砂の重量費に算入される。また、中空ケレン38の金属重量は鋳鉄の重量に算入される。機枠の厚み、長さ、幅等により砂と鋳鉄の重量比は変わる。厚みが薄いと砂に対する鋳鉄の使用量は大きくなる。機枠の振動減衰性を向上させるには砂の機枠重量に占める重量割合が大きい方がよい。
The weight ratio of sand and cast iron of the machine frame (cast product) is a ratio of 7 to 10 parts by weight of cast iron with respect to 1 part by weight of sand. When the
機枠としては、ベッド(フレ−ム)やコラム(スタンド)が挙げられる。 The machine frame includes a bed (frame) and a column (stand).
本発明の機枠は、砂を含む鋳鉄で構成されており、ワ−クテ−ブルやツ−ルテ−ブルをリニアモ−タで高速往復移動させてワ−クを機械加工する際の機枠の振動減衰性、耐久性に優れるので、寸法精度のよい機械加工製品が得られる。また、機枠を鋳鉄で鋳造するとき、中空ケレンを用い中子より発生するガス抜きを行っているので、フクレのない鋳造製品(機枠)が製造できる。 The machine frame of the present invention is made of cast iron containing sand, and the machine frame for machining the workpiece by reciprocating the work table or tool table at high speed with a linear motor. Since it is excellent in vibration damping and durability, a machined product with good dimensional accuracy can be obtained. In addition, when casting the machine frame with cast iron, degassing generated from the core is performed using hollow kelen, so that a cast product (machine frame) without blisters can be manufactured.
30 鋳型
30a 上型
30b 下型
31 型枠
32 キャビティ
33 湯口
34 湯道
37 中子
38 ケレン
40 パ−ティングライン
w 機枠
30
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