TW200416096A - Machine tool - Google Patents

Description

200416096 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關具備沿既定方向移 、 7办動的移動體的工作機 【先前技術】 例如工作機械之一的切削中心是由床台、床柱、主轴 頭、主軸、鞍座、工作台等各結構體所構成，Nc車床是由 床台、主軸台、絲、鞍座、刀具台、尾座等結構體所構 成。 此外’要求此各結構體具有適當的剛性、振動衰減性 ’因此，再加上考慮製造上的加工性、成本等之後，至今 ’一般使用鑄鐵、鋼等。 另方面，近年來，為了提高加工效率，發展高速化 ，有關上述結構體巾能沿適t進韩移動之床柱、主轴頭 鞍座、工作台、刀具台等移動體，為了滿足高速化的要 求，摸索該移動體之輕量化，曾嘗試將铭合金、陶变等材 料適用於該移動體。 【發明内容】 不過，鋁合金，其線膨脹係數約為鑄鐵或鋼的2倍， 故有合易產生熱變形的問題，此外，p勾瓷則有昂貴的問題 〇 t發明，係有鑑於以上問題而開發出的技術，其目的 在於提供一種工作機械，其移動體重量輕並且在振動衰減 6 200416096 性及熱特性等方面優異。 發明之掘示 一 1 — - -之· — 翻驶· *奸 /用/σ既疋方向移動之a -，，、特徵在於.該移動體，係由金屬 ’係將溶有氣體原子的溶融狀態金屬自既定方向緩；:：: 而凝固成的金屬，且隨著該金屬的溫度降低，該 =量降低而使該氣體原子析出，複數個空隙便二 向形成細長狀。 n 別工遇，本發明的該移動 ^ 係由所謂的多孔性金 /成，該金屬，係將溶有氣體原子㈣融狀態金屬自 :方向緩慢冷卻而凝固成之金屬，因此於凝固過程中， 軋體原子析出，使複數個空隙沿該方向形成細長狀。 —般，溶解於炫融金屬的氣體原子之量，係、 體的壓力而改變’若該氣體的壓力高，氣體原子便大: 解丄並且若壓力低，則僅有少量溶解。多㈣金屬里 據前述性質，在既定壓力下控制含有溶解之氣體原子 王屬之冷部、滅固之狀態，亦即將該熔融金屬自既 ^緩慢冷卻而凝固成之金屬，藉由凝固過程中析出的 分子，使複數個空隙沿該方向形成細長狀。 ^至今一般人均認為金屬中不規則形狀的空隙是使 等：低的缺陷’不過，如上述，使各空隙以其長邊方 疋方向之方式規則形成，金屬的結晶組織便能沿前 向形成，沿該空隙之形成方向具有強度，並且重量比 外形尺寸的實心體更輕。 7 200416096 此外，該多孔性金屬，蕻針 —Μ 4- ㈢j述二隙而具有内部摩捧比 貫心體大的優點，故能有效抑 別振動並且能透過前诚夂 空隙有效排出該多孔性金屬所具有的数。 再者，多孔性金屬有兩種，一種的空隙是沿一方㈣ :二另-種之空隙是以放射狀形成的。前者，可將炫融 方朝其相反側冷卻來製•，後者，可將炫 自其周圍朝中心部冷卻來製造。 “ r:體此故本發明，以多孔性金屬來構成工作機械的 ::追二 體之重量輕量化，例如可提高對_ 思 又可猎由振動抑制效果來抑制高頻振動等， Γ藉由排熱效果抑制熱位移，藉此，可大幅提高加工精 ，可二輕量化’便可減輕移動所需之動力負荷 此外，則述移動體，例如在切削中心之情形下，例如 二床柱、主軸頭、鞍座、工作台等，在NC車床之情形 例如有鞍座、刀具台等。 ㈣下 、〔移動冑I常構成移動體的各構成零件是藉由螺 =螺接或炫接等來接合構成。此外，在以溶接來接合 、,、八零件之情形下，熔接部附近，在機械性質上，隨前 含碳量之增加，容易因淬火硬化而變硬脆，故於 二曰P刀谷易產生裂痕等缺陷。因此，前述金屬最好是僅含 ^量碳的低碳鋼。 至I =在則述金屬為低碳鋼之情形下，前述氣體原子最好 夕含有氮原子。如此一來，於前述空隙形成時，在該空 8 200416096 隙部的金屬表層，氮原子能與構成低碳鋼的紹或絡、 :等反二產生氮化物，藉由該氮化物能使該金屬表層硬 。如此-來，氮化的多孔性金屬，儘管存在空 一 :該空隙之方向上的強度仍與相同外形尺寸之實心體之： 度相當。 只^饈之強 【實施方式】 =了更詳細說明本發明，根據圖式加以說明。 圖所不，本例的工作機械丨係 心類型的工作機械，其且 &式切削中 床柱12、被床…撐1二：於床台11上的 被主軸頭13支撐成能旋轉自 轴頭13 配設成能沿與2轴正交之γ轴方^ /由14、於床台11上 =:Λ配設成能沿與ζ軸及γ軸二:t:轴:，於 工作」:°、16等’於前述主轴14裝設有工具T，方：移 乍。16載置有工件w。 “T，於前述 此外，前述工作機械丨，係具 :移動的Z軸進給機構部(圖略)、使鞍座:碩13沿Z軸方 :的γ轴進給機構部(圖略)、使工15，γ轴方向移 η軸進給機構部（圖略）' 以及。^x轴方向移動 二置是用來根據NC指令分別控制該等;置=)’㈣ 、Y轴進給機構部(圖略) 進：機構部(圖 =達(圖略)的動作，主軸頭13;= 部(圖略)的各 g各進給機構部(圖略)能沿各轴方15及工作台u 移動，於工具Τ與 9 200416096 件W之間便進行相對運動，對該工件w加工。 ”二V作為移動體的前述主軸頭13、鞍座15及工作 :伟將^有结構部件，係由所謂多孔性金屬所構成，該金屬 而凝固：之：Γ子的溶融狀態金屬自既定方向緩慢冷卻 子的、、二 隨著該金屬的溫度降低，前述氣體原 于的心解$降低而借 述冷卻方向形成細綠 複數個空隙便沿前 體㈣！，溶解於炼融金屬的氣體原子之量，係隨著該氣 —而改變，若該氣體的壓力高，氣體原子便大量溶 ，係根據前述量溶解。多孔性金屬 子的炫下控制含有溶解之氣體原 自既屬的冷卻、凝固之狀態，亦即將前述溶融金屬 析出緩慢冷卻而凝固成之金屬，藉由在凝固過程中 ，體分子’使複數個空隙沿前述方向形成細長狀。 ^體而言’多孔性金屬可例如使用第2圖所示之製造 衣置2或第3圖所示之製造裝置3來製造。如第2圖及第 室圖 =，這一些製造裝置2、3由分別具備密閉空間的加熱 嘁固至B等構成，凝固室B配置於加埶 :等:也進行:氣真空及供氣加壓。此外，於第、；i:: 3 ^ X相同付號標示相同之構成部分。 21a Γ則迷加熱室Α配設有：於底面中央部形成有貫通孔 2卜用以加熱掛禍21的加熱裝置22、上端部 二室Α上面向上突出且下端部封閉前述貫通孔21&的 才干23'設於坩堝21上方的氣體吸氣管24以及氣體供 10 應管25。 前述封閉桿91γ、* 在下限位置時复下山當的圖略昇降裝置能上下昇降， 氣體吸氣管24、、.：部便封閉前述貫通孔21a。又，前述 d連接於圖略吸名 連接於圖略氣體供應袭置。衣置’前述氣體供應管25 於前述凝固室B配#古 的冷卻裝置30、第2 ^ 模具26、用以冷卻模具26 冷她、以及設於模=冷卻部31或第3圖所示之 乂 、 、/、 6上方的壓力調整管27, 28。 成中==二係^ 水管33及排水f 34，^；^別連接於冷卻構件32的供 底部，另_方面，31是用來冷卻模具26的 圍 刖、’〔冷郃部35則具備配設於模具26周 件36…形成巾空的冷卻構# 36、以及分別連接於冷卻構 件36的供水管37及排 模具26的㈣。 以㈣35是用來冷卻 料，冷卻水分別自冷卻裝置3()的冷卻水循環裝置（ ㈤）經由供水管33’ 37供應至前述各冷卻構件_， 所供應之冷卻水分別經由排水管34,38回流至冷卻水循環 ^置（圖略）。又，前述壓力調整管27,28分別連接於圖略 壓力調整裝置。 又，於前述加熱室A的底面及前述凝固室B的上面以 跨坐於該等兩者上的方式配設有導入構件29，於此導入構 件29:成有導入孔29a，該孔，係上側開口部與前述坩堝 21的貫通孔21a連通，下側開口部於前述模具％上方開 200416096 依據如此構成的多孔性金屬製造裝置2, 3，首先，在 將固體的低碳鋼適當搬入坩堝21内之後，加熱室A内的氣 體藉由吸氣裝置（圖略）經由氣體吸氣管24進行吸氣，使該 加熱室A内部成為真空狀態。又，凝固室b内的壓力藉壓 力調整裝置（圖略）經由壓力調整管27,28調整為既定壓力 ’藉冷卻水循環裝置（圖略）供應至各冷卻構件32,36内， 藉循環的冷卻水來冷卻模具2 6。 接著，藉加熱裝置22將坩堝21内的固體低碳鋼加熱 至既定溫度，藉此，該低碳鋼熔融成液狀。並且，為了使 加熱室A内部的壓力達到既定壓力，含有氮氣的氣體藉氣 體供應裝置（圖略）經由氣體供應管25供應至該加熱室A内 所t、應之氣體溶解於前述液狀低碳鋼。 一 \¥封閉桿23藉昇降裝置（圖略）而上昇時，坩堝 ^内的低碳鋼即通過貫通孔21a及導入孔29a，流入模具 26内，流入的低碳鋼則藉冷卻裝置3〇冷卻而凝固。 、告壯且，在第2圖所示製造裝置2之情形與第3圖所示製 衣置3之情形的流入模具26内的低碳鋼冷卻、凝固之 :’係不同’於製造裝置2之情形下，由於其冷卻部 =卻模具26的底面，故低碳鋼自模具26的底面側至： 側緩慢冷卻、凝@，藉此，如帛4圖所示，過 - 更析出而使複數個空隙^模具⑼的上下方 。且，篦4同+ ,、" 战、、、田長狀 圖之（a)係圖示該多孔性金屬 之(b)係其剖面圖。 4之俯視圖’第4圖 12 200416096 另-方面，於製造裝置3之情形下’由於其冷卻 用來冷卻模具26的周圍，故低碳鋼自模具26的周 心緩慢冷卻、凝固，藉此，如第5圖所示，過飽 析出而使複數個空隙κ形成細長狀。且，第5::(= 不该多孔性金屬之剖面圖’第5圖之⑻圖係其側視圖。 又圖及第5圖所示’空隙κ分別形成各種 〃中亦有形成相互連通狀之空隙。 並且’如以上製造的多孔性金屬依其性狀適當用 為移動體的前述主聋由頭〗Cj、鉍、卞 笑…。 軸頭13鞍座15及工作台16等各構成 々件。亦即，將前述多孔性金屬適當加卫成所希望之 :構成零件之後，將該等零件藉由螺絲類的螺接或熔接 來接合’分別組裝成前述主軸頭13、較座15及工作台Μ 規則2-般人認為作為素材材料的低碳鋼中所形成之不 =的空隙是使強度等降低的缺陷。不過，藉由如上述， 开,成工隙以各工隙的長邊方向沿既定方向之方式規則地 碳鋼的結晶組織便沿前述方向形成，沿前述各空 =形成方向具有強度，並且比相同外形尺寸的實心體更 •又由於此多孔性金屬藉由前述空隙而具有内部摩擦比 二：體大的優點，故能有效抑制振動，並能經由前述各空 1承有效排出該多孔性金屬所具有的熱。 如此，依據本例之工作機械1，L、；夕 兮τ ^ 1 M多孔性金屬來構成 z 作機械1的主軸頭13、鞍座1 $爲 压15及工作台16等移動體 13 200416096 便旎將該移動體的重量輕量化，而例如古 =性，又可藉由振動抑制效果來抑制高^ 猎由排熱效果來抑制熱位移，藉此，可大幅寻更可 #又，藉由將移動體輕量化，便可減輕移動戶:：精度 荷，可抑制耗電量。 而動力負 八田不例 一來,I小阳吸赒，故含碳量少， 糟由炼接來接合前述移動Μ的各構成零件卩 亦不易出現裂痕等缺陷„ 在邊熔接部 中，==例中’使含氮氣之氣體溶解於溶融低碳鋼 I故在别迷空隙Κ形成時’於該空隙部κ的金屬表居 虱原子即與構成低碳鋼的鋁或鉻、鈦原 m 化物，藉此氮化物可使該金屬表層硬化，前述多孔性金： :儘管存在空隙K，沿平行於該空隙κ方向的強度仍魚同 外形尺寸的實心體的強度相當。 以上雖然就本發明一實施形態加以說明，不過，本發 月可採用之具體態樣並無任何限制。 "例如，上述例子中，雖然由多孔性金屬來構成立式切 削:心的移動體，不過，不限於此，柯由前述多孔性金 屬來構成臥式切削中心或NC車床等各種工作機械的移動體 此外’移動體，於臥式切削中心之情形下，例如有床 柱或主轴頭、工作台等，於NC車床之情形下，例如有鞍座 或刀具台等。 200416096 如以上，本發明之工作機械，其移動體重量輕且在振 動衰減性、熱特性等方面優異，故適合高速加工。 【圖式簡單說明】 (一）圖式部分 第1圖係圖示本發明較佳工作機械之概略構造之立體 圖。 第2圖及第3圖係圖示多孔性金屬製造裝置之概略構 造之剖面圖。 第4圖及第5圖係用來說明多孔性金屬之内部構造之 說明圖。 (二）元件代表符號 1 工作機械 2〜3 製造裝置 11 床台 12 床柱 13 主軸頭 14 主軸 15 鞍座 16 工作台 21 坩堝 21a 貫通孔 22 加熱裝置 15 200416096 23 封閉桿 24 氣體吸氣管 25 氣體供應管 26 模具 27、28 壓力調整管 29 導入構件 29a 導入孔 30 冷卻裝置 31、35 冷卻部 32、36 冷卻構件 33、37 供水管 34、38 排水管 A 加熱室 B 凝固室 T 工具 W 工件 16

Claims (1)

1. 200416096 拾、申請專利範圍： 1 · 一種工作機械，係具備沿既定方向移動之移動體； 其特徵在於： 該移動體，係由金屬所構成，該金屬，係將溶有氣體 原子^融狀態金屬自既定方向缓慢冷卻而凝固成的金屬 ，且隨著該金屬的溫度降低，該氣體原子之溶解量降低而 使該氣體原子析出，複數個空隙便沿該方向形成細長狀-。 2·如申請專利範圍第丨項之工作 、 忭機械，其中，該全眉 由低碳鋼構成。 氧 3.如申請專利範圍第2項之工作機械，其， 原子，係至少含有氮原子，當空隙 ’、 以氣體 屬表層產生氮化物。 工隱4的金 拾壹、圖式： 如次頁 17