机床的制造方法以及机床的制作方法

机床的制造方法以及机床的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种机床的制造方法以及机床。在如下机床的制造方法中，预先准备由碳素纤维强化塑料构成的不同形状的多种构造材料，组合所述不同形状的构造材料而构成所述主轴箱主体，该机床具备具有载置工件(W)的工件载置面的工作台(13)、主轴箱(43)、以及使所述主轴箱相对于所述工作台移动的相对移动机构，所述主轴箱包含如下部分而构成：主轴箱主体(51)、经由轴承机构(56)而能够旋转地支撑于该主轴箱主体并在顶端具有工具(54)的主轴(52)、以及使该主轴旋转驱动的旋转驱动源(53)。
【专利说明】机床的制造方法以及机床
【技术领域】
[0001]本发明涉及机床的制造方法以及机床。详细而言，涉及如下机床的制造方法以及机床，该机床具备:载置工件的工作台；主轴箱；以及使所述主轴箱相对于所述工作台相对移动的相对移动机构。
【背景技术】
[0002]近年来，在机床中，由于生产率提高的要求，高速化的请求增多。
[0003]为了响应该请求，在机床中，已知以轻量化以及高刚性为目的而将一部分的部件例如横轨使用碳素纤维强化塑料(carbon fiber reinforced plastics:CFRP) 一体成形的机床(参照文献1:日本特开2000-263356号公报)。
[0004]另外，在进行微细加工的机床中，尤其必须进行主轴箱的轻量化。因此，考虑对构成主轴箱的主体部分也使用CFRP构成。
[0005]作为CFRP的成形法，已知如下方法等成形法:预浸料(prepreg)法,层叠若干片使将碳素纤维沿一个方向拉齐的带(tape)、织物浸溃塑料而制成的中间素材(预浸料)，放入作为加压容器的高压釜，在高温下加压、固化；手糊(hand layup)法，在模内铺设预浸料等中间素材，一边重复混合了固化剂的熔融塑料树脂的涂布、浸溃、脱泡，一边成形为既定厚度；或者RTM法，在将碳素纤维的织物设置于模内之后，在浸溃成为母材的树脂之后固化。
[0006]然而，上述成形法存在装置变得大型、或者由于制造费事费时故变得极为高价的问题。

【发明内容】

[0007]本发明的目的在于，针对此种现有的问题，提供能够使主轴箱廉价并轻量化的机床的制造方法以及机床。
[0008]本发明的机床的制造方法是如下机床的制造方法，所述机床具备具有载置工件的工件载置面的工作台、主轴箱、以及使所述主轴箱相对于所述工作台移动的相对移动机构，所述主轴箱包含如下部分而构成:主轴箱主体、经由轴承机构而能够旋转地支撑于该主轴箱主体并在顶端具有工具的主轴、以及使该主轴旋转驱动的旋转驱动源，其特征在于，预先准备由碳素纤维强化塑料构成的不同形状的多种构造材料，组合所述不同形状的构造材料而构成所述主轴箱主体。
[0009]在此,作为碳素纤维强化塑料,可以是将聚丙烯腈(polyacrylonitrile)纤维烧成的PAN类、将作为煤炭、石油化学的残渣产生的浙青(pitch)熔融纺丝后烧成的浙青类的任一种。
[0010]根据此种构成，由于预先准备有通过碳素纤维强化塑料构成且不同基本形状的多种构造材料，故能够将这些构造材料组合并接合，例如，通过粘合剂、铆钉等而接合，构成主轴箱主体。从而,能够使主轴箱廉价并轻量化,因而能够实现主轴箱的高速化,其结果,能够适用于微细加工，并且能够有助于生产率的提高。[0011]在本发明的机床的制造方法中，优选地，所述主轴箱主体形成为如下构造，即为正面、两侧面以及背面中至少三个面由包括面材料的构造材料包围的角筒形状，该角筒形状的下表面由包括下表面材料的构造材料封闭，所述主轴经由所述轴承机构而能够旋转地支撑于所述下表面材料。
[0012]根据此种构成，由于所述主轴箱主体形成为如下构造，即为正面、两侧面以及背面中至少三个面由包括面材的构造材料包围的角筒形状，下表面由包括下表面材料的构造材料封闭，故能够成为变形、歪曲较少产生的构造。从而，能够维持机床的高精度化。
[0013]在本发明的机床的制造方法中，优选地，在所述角筒形状内，在上下方向的中间位置上，与所述下表面材料大致平行地介在有包括加强面材料的构造材料。
[0014]根据此种构成，由于在角筒形状的中间位置上介在有包括加强面材料的构造材料，故能够通过该加强面材料提高主轴箱主体的刚性，能够抑制变形、歪曲等的发生。
[0015]在本发明的机床的制造方法中，优选地，作为所述构造材料，与所述面材料一起，准备截面C形、I形、L形、H形、T形、四角形、三角形、圆形中的至少一种形材料。
[0016]根据此种构成，若将截面C形、I形、L形、H形、T形、四角形、三角形、圆形中的至少一种形材料与面材料组合，则能够简单地构成具有任意形状、构造、强度的主轴箱主体。
[0017]在本发明的机床的制造方法中，优选地，所述相对移动机构包括:X轴移动机构，其使所述工作台向相对于工件载置面平行的X轴方向移动；门形柱，其跨过所述工作台而设置；鞍架(saddle)，其能够向相对于所述工作台的工件载置面平行且相对于所述X轴方向正交的Y轴方向移动地设于该门形柱的水平横梁，并且支撑所述主轴箱；Y轴移动机构，其使该鞍架向Y轴方向移动；以及Z轴移动机构，其使所述主轴箱相对于所述鞍架而向相对于所述X、Y轴方向正交的Z轴方向升降，组合所述不同形状的构造材料而构成所述工作台以及鞍架。
[0018]根据此种构成，由于工作台以及鞍架均组合由碳素纤维强化塑料构成的构造材料而构成，故能够维持高强度、高弹性率，并且谋求轻量化。从而，作为机床整体，能够维持高精度化并且进行闻速化，因而能够期待生广率的提闻。
[0019]本发明的机床的特征在于，由上述任一项所述的机床的制造方法制造。
[0020]根据此种构成，能够期待在制造方法中说明的效果。
【专利附图】

【附图说明】
[0021]图1是示出本发明的实施方式所涉及的机床的立体图。
[0022]图2是示出在所述实施方式中主轴装置及其周边部分的图。
[0023]图3是示出在所述实施方式中工作台的构成的图。
[0024]图4是示出在所述实施方式中鞍架的构成的图。
[0025]图5是示出在所述实施方式中主轴箱主体的构成的图。
[0026]图6Α是示出在所述实施方式中构造材料的示例的图。
[0027]图6Β是示出在所述实施方式中构造材料的示例的图。
[0028]图6C是示出在所述实施方式中构造材料的示例的图。
[0029]图6D是示出在所述实施方式中构造材料的示例的图。
[0030]图6Ε是示出在所述实施方式中构造材料的示例的图。[0031]图6F是示出在所述实施方式中构造材料的示例的图。
[0032]图6G是示出在所述实施方式中构造材料的示例的图。
[0033]图6H是示出在所述实施方式中构造材料的示例的图。
[0034]图61是示出在所述实施方式中示出构造材料的示例的图。
[0035]图7是示出所述主轴箱的其他示例的图。
【具体实施方式】
[0036]以下，基于【专利附图】

【附图说明】本发明的实施方式。
[0037]<实施方式的构成>
如图1所示，本机床由如下部分构成:基座I ;工作台13，其能够经由作为X轴移动机构的X轴导引机构11以及X轴线性电动机机构12而向X轴方向移动地设于该基座1，在上表面上具有载置工件W的工件载置面；门形柱20，其跨过该工作台13而设置；以及主轴装置30，其能够经由作为Y轴移动机构的Y轴导引机构21以及Y轴线性电动机机构22而向Y轴方向移动地设于该门形柱20的水平横梁20A。
[0038]X轴导引机构11包含如下部分而构成:导轨11A，其沿着X轴方向相互平行地配置于基座I的上表面；以及滑动部件11B，其能够沿着导轨IlA滑动地设于工作台13的下表面。
[0039]X轴线性电动机机构12由线性电动机构成，该线性电动机包括:磁体12A，其在基座I的上表面处在导轨IlA之间与它们平行地排列；以及线圈12B，其与该磁体12A隔开间隙并安装于工作台13的下表面。
[0040]如图2也示出的那样，Y轴导引机构21包含如下部分而构成:导轨21A，其沿着Y轴方向相互平行地配置于门形柱20的水平横梁20A的上表面；以及滑动部件21B，其能够沿着导轨21A滑动地设于主轴装置30的下表面。
[0041 ] Y轴线性电动机机构22由线性电动机构成，该线性电动机包括:磁体22A，其在门形柱20的水平横梁20A的上表面处在导轨21A之间与它们平行地排列；以及线圈22B，其与该磁体22A隔开间隙并安装于主轴装置30的下表面。
[0042](主轴装置的说明:参照图2)
如图2也示出的那样，主轴装置30由以下部分构成:作为主轴箱支撑部件的鞍架33，其能够经由Y轴导引机构21以及Y轴线性电动机机构22而向Y轴方向移动地设于门形柱20的水平横梁20A ;主轴箱43，其能够经由作为Z轴移动机构的Z轴导引机构41以及作为升降机构的Z轴线性电动机机构42而升降地设于该鞍架33 ；以及平衡缸44，其产生支撑该主轴箱43的重量的至少一部分的作用力。
[0043]Z轴导引机构41包含如下部分而构成:导轨41A，其沿着Z轴方向相互平行地配置于主轴箱43的内表面；以及滑动部件41B，其固定于鞍架33的正面，能够滑动地引导导轨41A。
[0044]Z轴线性电动机机构42由线性电动机构成，该线性电动机包括:磁体42A，其在主轴箱43的内表面处在导轨41A之间与它们平行地排列；以及线圈42B，其与该磁体42A隔开间隙并安装于鞍架33的正面。
[0045]在此，使用隔热部件42C覆盖线圈42B的周围。作为隔热部件42C，通过铝或塑料等材料而形成为箱状。
[0046]如图1所示，主轴箱43包含如下部分而构成:主轴箱主体51 ;主轴52，其经由轴承机构56而能够旋转地支撑于该主轴箱主体51 ;以及旋转驱动源53，其使该主轴52旋转驱动。工具54能够装卸地安装于主轴52。旋转驱动源53由电动机构成。
[0047]平衡缸44分别设于隔着主轴箱43的两侧。
[0048]各平衡缸44由如下部分构成:缸主体44A，其上端经由支架55而支撑于鞍架33 ；以及活塞杆44B，其在上端具有能够滑动地收纳于缸主体44A内的活塞，下端连结于主轴箱43的下端。
[0049]来自省略图示的空气供应源的空气经由压力调节器等而供应至由活塞划分的缸主体44A的下室。其结果，通过平衡缸44，与主轴箱43的重量平衡的作用力向上地施加于主轴箱43。
[0050]在本实施方式中，在使工作台13与主轴箱43相对移动的相对移动机构中，可动侧部件通过预先由碳素纤维强化塑料(CFRP)构成的不同基本形状的多种构造材料的组合而构成。
[0051]在此，在构成机床的构成要素中，工作台13、鞍架33、主轴箱主体51通过由碳素纤维强化塑料(以下有时也称为CFRP)构成的不同形状的多种构造材料的组合而构成。接下来，说明它们的制造方法以及构造。
[0052](关于工作台13的制造方法)
如图3所示，工作台13由以下部分构成:截面C形的CFRP制构造材料13A，其配置于四角形状的工作台13的四边；截面I形的CFRP制加强构造材料13B，其架设于由该构造材料13A包围的前后的构造材料13A之间；四角形的CFRP制面材料13C，其配置于构造材料13AU3B的上下表面；以及CFRP制加强面材料13D，其粘合于下表面。
[0053](关于鞍架33的制造方法)
如图4所示，鞍架33由以下部分构成:截面L形状的CFRP制构造材料33A，其配置于箱形状的鞍架33的四角；四角形的CFRP制侧面材料33B，其粘合于各构造材料33A之间；四角形的CFRP制上表面材料33C，其粘合于上表面；以及CFRP制下表面材料33D，其粘合于。
[0054](关于主轴箱主体51的制造方法)
如图5所示，主轴箱主体51由以下部分构成:CFRP制侧面材料51A，其相互平行地配置；CFRP制背面材料51B，其粘合于该侧面材料51A的背面；CFRP制上表面材料51C以及下表面材料51D，其粘合于侧面材料51A的上表面以及底面；CFRP制加强面材料51E，其插入侧面材料51A的中间；以及CFRP制加强面材料51F，其粘合于侧面材料51A以及背面材料51B的下端部。即，形成为正面以及上表面的前半部分敞开的纵长箱形状。在下表面材料51D的中心形成有用于插入主轴52的孔51G。
[0055]〈实施方式的作用、效果〉
在此种构成的机床中，在加工工件W时，在将工件W设置于工作台13上之后，一边使工作台13向X轴方向移动，使鞍架33向Y轴方向移动，使主轴箱43向Z轴方向移动，一边使用工具54加工工件W。
[0056]在本实施方式中，由于这些可动侧部件(即工作台13、鞍架33、构成主轴箱43的主轴箱主体51)由碳素纤维强化塑料构成，故能够使这些部件轻量化。因此,能够使这些部件的移动速度高速化，因而能够期待生产率的提高。
[0057]而且，工作台13、鞍架33、构成主轴箱43的主轴箱主体51通过由碳素纤维强化塑料构成的不同形状的多种构造材料的组合而制造，因而能够廉价地进行制造。
[0058]特别地，主轴箱主体51形成为如下构造，S卩，为正面、两侧面以及背面中至少三个面(两侧面以及背面)由包括CFRP制侧面材料51A、背面材料51B的构造材料包围的角筒形状，上表面以及下表面由包括CFRP制上表面材料51C以及下表面材料51D的构造材料封闭，因而，能够为较少产生变形、歪曲等的构造。从而，能够维持机床的高精度化。
[0059]另外，由于在角筒形状的中间位置上介在有CFRP制加强面材料51E，故能够通过该加强面材料51E提高主轴箱主体51的刚性，能够抑制变形、歪曲等的发生。
[0060]此外，由于主轴箱主体51的正面敞开，故存在在将支持主轴52的轴承机构56、旋转驱动源54组装于主轴箱主体51内时易于作业的优点。
[0061]另外，由于使主轴箱43升降的升降机构包含如下Z轴线性电动机机构42而构成，故能够使主轴箱43流畅且高精度地升降动作，该Z轴线性电动机机构42包含:磁体42A，其沿着主轴箱43的升降方向而设于主轴箱43 ;以及线圈42B，其与磁体42A相向并配置于鞍架33。
[0062]而且，由于构成Z轴线性电动机机构42的线圈42B的周围由隔热部件42C覆盖，故能够防止来自线圈的发热导致主轴箱主体51等引起热变形的情况。从而，能够维持高精度。
[0063]<变形例>
此外，本发明不局限于所述实施方式，在能够达成本发明的目的的范围内的变形、改良等包含于本发明。
[0064]在所述实施方式中，作为构造材料，使用了截面C形、I形、L形的形材料和面材料，但不限于此。例如，如图6A?图6D所示，在截面C形、I形、L形的形材料和面材料之外，如图6E?图61所示，准备截面H形、T形、三角形、圆形、四角形等构造材料，从它们中选择需要的构造材料，构成机械的部件也可。
[0065]此外,在预先制造这些构造材料时,通过适于构造材料的截面形状的成形法而进行。例如，在为三角形、圆形、四角形等的构造材料时，优选将使树脂染入连续的碳素纤维的材料缠绕于芯骨而成形为筒状。
[0066]在所述实施方式中，仅仅通过面材料(侧面材料51A、背面材料51B、上表面材料51C、下表面材料51D、加强面材料51E、51F)构成主轴箱主体51，但不限于此，还可以形成为如图7所示的构造。即，如图7所示，还可以是如下构造，即在侧面材料51A、背面材料51B之夕卜，组合包括CFRP制构造材料的正面材料51H而形成为四角筒形状，将截面L形状的CFRP制构造材料511接合于该四角。
[0067]若是此种构造，则由于主轴箱主体51的正面由正面材料51H封闭，S卩，由于形成为主轴箱主体51闭合的角筒形状，故存在能够为更高刚性的优点。
[0068]在所述本实施方式中，在使工作台13与工具54相对移动的相对移动机构中，对于可动侧部件，通过预先由碳素纤维强化塑料构成的不同形状的多种构造材料的组合而构成，但不限于此。[0069]例如，还可以组合由碳素纤维强化塑料构成的不同形状的多种构造材料而构成门形柱20的水平横梁20A，或者，还可以组合由碳素纤维强化塑料构成的不同形状的多种构造材料而构成机床的主要构造材料的全部，也包含基座I。
[0070]在所述实施方式中，作为机床，工作台13能够向X轴方向、主轴箱43能够向Y轴方向以及Z轴方向移动，但不限于此。总之，只要是主轴箱43能够向至少一维(一个轴方向)以上移动的构造，则可以是任何构造。
[0071]另外，在所述实施方式中，通过线性电动机机构，即X轴线性电动机机构12、Y轴线性电动机机构22、Z轴线性电动机42而构成各轴移动机构，但也可以不一定是线性电动机机构。还可以是使用了滚珠丝杠的进给机构。
[0072]另外，在所述实施方式中，作为主轴52的旋转驱动源53，使用了电动机，但不限于此，例如，也可以是空气涡轮机构等。
[0073]另外，在所述实施方式中，通过平衡缸44而产生与主轴箱43的重量平衡的作用力，但也可以不一定是与主轴箱43的重量平衡的作用力，还可以是产生支撑主轴箱43的重量的至少一部分的作用力的构成。
【权利要求】
1.一种机床的制造方法，其是如下机床的制造方法，所述机床具备具有载置工件的工件载置面的工作台、主轴箱、以及使所述主轴箱相对于所述工作台移动的相对移动机构，所述主轴箱包含如下部分而构成:主轴箱主体、经由轴承机构而能够旋转地支撑于该主轴箱主体并在顶端具有工具的主轴、以及使该主轴旋转驱动的旋转驱动源，其特征在于， 预先准备由碳素纤维强化塑料构成的不同形状的多种构造材料， 组合所述不同形状的构造材料而构成所述主轴箱主体。
2.根据权利要求1所述的机床的制造方法，其特征在于， 所述主轴箱主体形成为如下构造，即为正面、两侧面以及背面中至少三个面由包括面材料的构造材料包围的角筒形状，该角筒形状的下表面由包括下表面材料的构造材料封闭， 所述主轴经由所述轴承机构而能够旋转地支撑于所述下表面材料。
3.根据权利要求2所述的机床的制造方法，其特征在于， 在所述角筒形状内，在上下方向的中间位置上，与所述下表面材料大致平行地介在有包括加强面材料的构造材料。
4.根据权利要求1所述的机床的制造方法，其特征在于， 作为所述构造材料，与所述面材料一起，准备截面C形、I形、L形、H形、T形、四角形、三角形、圆形中的至少一种形材料。
5.根据权利要求1所述的机床的制造方法，其特征在于， 所述相对移动机构包括:x轴移动机构，其使所述工作台向相对于工件载置面平行的X轴方向移动；门形柱，其跨过所述工作台而设置；鞍架，其能够向相对于所述工作台的工件载置面平行且相对于所述X轴方向正交的Y轴方向移动地设于该门形柱的水平横梁，并且支撑所述主轴箱；Y轴移动机构，其使该鞍架向Y轴方向移动；以及Z轴移动机构，其使所述主轴箱相对于所述鞍架而向相对于所述X、Y轴方向正交的Z轴方向升降， 组合所述不同形状的构造材料而构成所述工作台以及鞍架。
6.一种机床，其特征在于，由权利要求1至权利要求5中的任一项所述的机床的制造方法制造。
【文档编号】B23Q1/25GK103659293SQ201310324514
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年7月30日 优先权日:2012年7月31日
【发明者】田中克敏, 山西纪男, 大曾根渡 申请人:东芝机械株式会社