专利名称：机床导向结构滑动面堆焊方法及该导向结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及用转移式等离子弧焊进行堆焊加工形成机床主轴、工作台等导向部的导向滑动面的机床导向结构滑动面的堆焊方法及所述导向结构。
在机床中，为了支承进行滑动运动的工作台、主轴的荷重，同时为了进行导向，使对于相对运动方向所产生的摩擦阻力尽可能减少而设置静压型或动压型轴承。特别是在要求高精度的精密机床中较多采用在运动精度上能发挥优良特性的静压型轴承。
后述图5表示传统静压轴承衬垫(パッド)。在机床中，此作为为对工作台等直线滑动运动进行直线导向而采用的静压轴承。在导向面上形成凹槽2，通过节流向此凹槽2内供给润滑油。用位于凹槽2周围和移动体4间的轴承间隙的润滑油的静压力支承移动体4。
通常，在设计此类静压轴承中，按照重视刚性还是滑动特性来选择不同的导向面材料。在将重点放在刚性的场合，大多选铁系材料，当把重点放在滑动特性上时，即选择铜系材料。一般说，由于在选用单一铜系材料为轴承材料时，母材的刚性通常较低，而且，存在变形量为铁系材料的两倍的问题，因此，常采用加工铜合金板材形成滑动面，将此板材贴附在铁系材料的母材上的方式。
此外，为弥补轴承材料的缺点，也有通过对母材表面进行堆焊加工来形成导向面的。以往，进行此种堆焊加工应用TIG焊接、MIG焊接。
另外，对于动压型轴承来说，以往是面接触的导向面方式作为最优良的滑动面。但是，从性能和价格方面考虑，一般采用更价廉的商标为塔加伊脱(Turcite)的合成树脂制滑动导向面。
然而近来转移式等离子弧焊正被应用于堆焊加工。此转移式等离子弧焊就是向在被加工物(母材)和钨电极间发生的等离子电弧中投放合金粉末，使其熔化后熔敷在被加工物表面上的焊接技术，常被应用于对耐摩性有特别要求的构件的表面堆焊处理加工等中。作为此方面的传统技术，例如可列举在日本发明专利公开1980年第5126号公报上所记载的内容。
据此通过向在被用惰性气体密封起来的钢铁母材和不消耗电极间发生的电弧中供给合金铜粉末混合物，在钢铁母材表面进行堆焊能加工成具有非常高的硬度，而不发生裂纹的表面硬化堆焊层，且能不使被焊接母材产生较大熔化。
在静压轴承中，在将上述铜系材料的板材进行贴附的场合，此板材一般为价格远高于钢材的高价材料。而且，铜系材料的板材，若从作为滑动面所必需的功能考虑，对于仅需数毫米厚就足够，但大都必需使用数十毫米厚的材料进行加工形成，因而成本高，而且，在用贴附方式形成静压轴承的场合，由于结构上不能达到紧凑，刚性不能提高，此成为妨碍达到高精度化的主要原因。
此外，如后述图6所示，在用根据TIG、MIG焊接的堆焊加工使母材5上产生堆焊6而形成滑动面的场合，最大的缺点在于，堆焊材料中的来自母材的过熔物7约达30％的程度，其从滑动面的表面析出，成为咬住的原因。此外，在焊接边界因存在气泡8、不纯物而使堆焊层6和母材5难以牢固熔敷。
能举出作为机床用静压轴承所必需具有的性能之一是发热少。对此，在把由铜系材料构成的板材进行贴附方式的静压轴承中，在因滑动速度将静压油切断时发生的热量容易向机体一侧传递，此外，板材与机体间的线热膨胀系数的不同成为热位移的主要原因。一旦产生此热位移，将助长静压间隙的变形，产生油量不足等问题，同时，还产生油的热恶化，以及时效变化。再有，考虑了热位移的板材加工，以往大多依赖于经验，此外，在进行板材贴附方面，当使用环氧树脂作为粘接材料进行贴合，以及需加工型环槽时，需要较多的组装工序。
此外，在动压轴承中，在其导向方式上采用塔加伊脱滑动导向面的场合，在提高刚性上存在问题。此外，在面接触导向方式的动压轴承中，在可得到优良滑动面的另一面，存在因加工、粘接困难而使其成为昂贵产品的问题。
因此，本发明正是为解决上述传统技术中问题，目的在于提供与传统的采用板材贴附方式、堆焊加工结果相比，在强度上、滑动特性上具有优良静压滑动面的机床导向结构。
此外，本发明的另一目的在于提供作为精度加工用机床的动压滑动面而发挥优良性能的机床导向结构。
此外，本发明的又一目的在于提供能通过无形状约束进行堆焊加工，形成母材的熔透点少的优良滑动面，且适于自动化，有助于降低成本的滑动面堆焊加工方法。
为达到上述目的，本发明机床导向结构滑动面的堆焊加工方法的特点在于，通过边把以铜为主体组成成份的铜合金粉末送入被惰性气体封住的等离子弧中边在轴承本体的由铁系材料组成的母材表面上施行转移式等离子弧焊，对作为轴承要素的滑动面材料进行堆焊加工。
此外，根据本发明的机床导向结构，其对进行相对滑动运动的移动体的沿运动方向的运动进行导向，具备如下的静压轴承要素，即，该静压轴承要素具有通过边把以铜为主体组成成份的铜合金粉末送入被惰性气体密封起来的等离子弧中，边在轴承本体的由铁系材料组成的母材表面上进行转移式等离子弧焊，从而堆焊加工成所述滑动面。
此外，根据本发明的机床导向结构，其对进行相对滑动运动的移动体的沿运动方向的运动进行导向，具备如下所述的动压轴承要素，即，该动压轴承要素具有通过边把以铜不主体组成成份的铜合金粉末送入被用惰性气体密封起来的等离子弧中，边在轴承主体的铁系材料组成的母材表面上进行转移式等离子弧焊，从而堆焊加工成所述滑动面。
对附图的简单说明
图1为对本发明一实施例的滑动面堆焊焊接方法的说明图，图2为对本发明适用于静压轴承衬垫实施例的说明图，图3为对本发明适用于铣刀轴动压滑动面实施例的说明图，图4为表示可适用本发明的砂轮轴一例的说明图，图5为对传统静压轴承衬垫结构的说明图，图6为表示在传统的母材堆焊焊接成的滑动面上的母材熔深的说明图，图7为表示静压轴承凸台焊接区金相组织的显微照片，图7(a)为实施本发明的静压轴承衬垫，图7(b)为传统采用MIG焊接的堆焊例。
以下，参照附图对本发明一实施例进行说明。
图1为表示采用转移式等离子弧焊进行堆焊加工的图，随着将铜合金粉末10向等离子电弧11供给，对母材12的表面进行堆焊。
图中，13为钨电极，14为直流弧焊电源连接成，母材12为阳极，钨电极13为阴极。15为密封气体喷嘴，喷出作为惰性气体的氩用以覆盖等离子电弧。容纳钨电极13的内筒17和外筒18之间为铜合金粉末10的供给通道。因此，若在母材12和钨电极13间产生等离子弧11，并供给铜合金粉末10，铜合金粉末10即在电弧中熔融，在母材12的表面上进行堆焊。
图2表示用转移式等离子弧焊将静压轴承衬垫材料进行堆焊加工而形成的实施例。
此外，作为母材的铜材使用JISG 3101 SS400，铜合金粉末使用以铜为主体，由下列表1所示粒径为60-200号的铜合金粉末。
铜合金粉末的组成(重量％)
在使用转移式等离子弧焊场合，由于仅对衬垫凸台部20进行堆焊，据此造成在中央形成凹槽部21，这与传统的复贴板材的方式相比，因仅用在最小限度范围内的滑动面的堆焊所必需的材料就行，因而能节省材料。
此外，在使用转移式等离子弧焊场合，由于能使具有高强度的铜材和具有良好滑动面特性的铜合金组合的自由度变大，因而能获得同时利用两种材料特性的良好的静压滑动面。
此外，图7为表示静压轴承衬垫材料在焊接边界的金相组织的200倍放大率拍摄的显微照片。其中，图7(a)表示实施本发明的静压轴承衬垫材料，图7(b)表示用传统MIG焊接进行堆焊后的焊接边界，以与上述进行对比，若比较这些照片即可看出，采用本发明形成的母材过熔小于采用传统的MIG焊接或TIG焊接进行堆焊形成的过熔，此外，因在焊接边界存在的气孔，不纯物少，以致密的面牢固熔敷，所以，使生成的堆焊层发生剥离的问题得以解决。
而且，与传统的贴附方式相比，由于容易形成薄的堆焊层，因而能使静压轴承结构紧凑的同时，且能获得高精度化、高衰减性。
图3表示在铣刀轴22内可移动地设置镗轴的镗床中，用转移式等离子弧焊形成镗轴的导向动压滑动面23的实施例。
在此场合，若采用转移式等离子弧焊，因能将焊轮24水平插入铣刀轴22的轴孔内进行堆焊加工，从而能进行沿纵向不受约束，自由度高的堆焊加工。此外，采用转移式等离子电弧焊，能将动压滑动面作为面接触面使加工成本便宜。
以上，对于本发明的各实施形态作了说明，然而，本发明能适用于各种机床的具有静压滑动面，动压滑动面的导向导向结构。例如，如图4所示也同样能有效适用于磨床砂轮轴25的静压滑动面26。
由以上说明可知，根据本发明，通过采用转移式等离子弧焊，能在致密的母材上形成牢固的焊接边界而不发生剥离问题。此外，能形成在滑动面无气泡和不纯物的刚性高的滑动面。此外，由于能形成薄的堆焊层能以必要最小限度的材料直接在母材上进行堆焊，因而使材料不浪费，且因加工上的约束条件少，能进行自由度大的焊接，因而适用于自动化加工，且能实现降低机床滑动面材料的加工成本。
此外，根据本发明，由于堆焊方式为低温转移式等离子焊接，所以能形成向母材的过熔为零的良好的滑动面。而且，在作为母材的铜材上用堆焊形成起来的滑动面能发挥铜合金的特点，使发生的变形少，强度增强。
此外，根据本发明，能使动压滑动面成为低成本形成的面接触导向面，可使动态刚性提高。
权利要求
1.机床导向结构滑动面堆焊方法，其特征在于，通过边把以铜为主体组成成分的铜合金粉末送入被惰性气体密封的等离子弧中，边在轴承本体的由铁系材料组成的母材表面上施行转移式等离子电弧焊，对作为轴承要素的滑动面材料进行堆焊加工。
2.为实施权利要求1所述方法的机床导向结构用于对进行相对滑动运动的移动体的沿运动方向的运动进行导向，其特征在于具备如下所述的静压轴承要素，即，该静压轴承要素具有通过一面把以铜为主体组成成分的铜合金粉末送入被惰性气体密封的等离子弧中，一面在轴承本体的由铁系材料组成的母材表面上施行转移式等离子电弧焊，从而堆焊加工成的滑动面。
3.为实施权利要求1所述方法的机床导向结构，对进行相对滑动运动的移动体的沿运动方向的运动进行导向，其特征在于具备如下所述的动压轴承要素，就是，该动压轴承要素具有通过一面把以铜为主体组成成份的铜合金粉末送入被惰性气体密封的等离子电弧中，一面在轴承本体的由铁系材料组成的母材表面上施行转移式等离子电弧焊，从而堆焊加工成的滑动面。
全文摘要
机床导向结构的滑动面堆焊方法及该机床导向结构，特点在于，通过边把以铜为主体组成成分的铜合金粉末送入被惰性气体密封的等离子电弧中，边在轴承本体的由铁系材料组成的母材表面上施行转移式等离子电弧焊，对轴承要素的滑动面材料进行堆焊加工，具有能通过无形状约束地进行堆焊加工形成滑动面，特别适于自动化加工，有助于降低成本等优点。
文档编号B23K35/30GK1147437SQ9611181
公开日1997年4月16日 申请日期1996年8月8日 优先权日1995年8月8日
发明者落合奛, 羽山定治, 佐佐木恭一, 林英树, 本多孝政 申请人:东芝机械株式会社