工具機及其進給鞍座結構的制作方法

本發明涉及一種工具機及進給鞍座結構的技術，特別是涉及一種具有多個導軌的工具機及其進給鞍座結構。

背景技術：

在現有的四軸或五軸工具機(第一種型式)中，主軸頭是架構在一動柱下進行作動，且該動柱是由位于其底部的二水平導軌予以支撐及移動。

但是，因上述第一種型式的工具機的動柱較長，使得該二水平導軌距離該主軸頭較遠，以致該工具機的剛性較弱，進而演化出具有較短動柱的工具機(第二種型式)，由此提高該工具機的剛性并增加該主軸頭的抗彎強度。

又，為顧及上述第二種型式的工具機在進給時的動態性能，因而改變該動柱與該二水平導軌的高低配置，以提供具有不同高低的二水平導軌的工具機(第三種型式)，并降低該動柱的質量與慣量，進而增加該工具機的動態性能。

另外，隨著工件(或產品)的周期日益縮短，該工具機的加工效能必須不斷提升，故該工具機的進給速度與加速度也隨之增加，在此種高響應的進給系統下，上述第三種型式的工具機也難以滿足。同時，為獲得最短的力流結構，并能夠大幅降低該工具機的動件的重量，遂提出具有定柱與三垂直導軌的工具機(第四種型式)。

然而，上述第四種型式的工具機中，僅在該定柱的垂直側設置該三垂直導軌，以致該定柱的支撐力較差，且該工具機的頭座與主軸頭的抗彎強度也較差，進而減少該工具機的動剛性及靜剛性。

因此，如何克服上述現有技術的問題，實已成目前亟欲解決的課題。

技術實現要素：

本發明提供一種工具機及其進給鞍座結構，其可提高工具機的動剛性與靜剛性。

本發明的工具機包括：頭座；以及進給鞍座結構，其用以承載及移動該頭座。該進給鞍座結構包括：定柱，其具有相鄰的第一垂直側與水平側；進給鞍座，其具有分別對應于該定柱的第一垂直側與水平側并且相鄰的第二垂直側與底部；至少一第一導軌與至少一第二導軌，其分別設置于該定柱的第一垂直側與水平側上；以及至少一第一滑塊與至少一第二滑塊，其分別設置于該進給鞍座的第二垂直側與底部上，且該第一滑塊與該第二滑塊分別結合于該第一導軌與該第二導軌。

本發明的工具機的進給鞍座結構包括：定柱，其具有相鄰的第一垂直側與水平側；進給鞍座，其具有分別對應于該定柱的第一垂直側與水平側并且相鄰的第二垂直側與底部；至少一第一導軌與至少一第二導軌，其分別設置于該定柱的第一垂直側與水平側上；以及至少一第一滑塊與至少一第二滑塊，其分別設置于該進給鞍座的第二垂直側與底部上，且該第一滑塊與該第二滑塊分別結合于該第一導軌與該第二導軌。

由上述內容可知，本發明的工具機及其進給鞍座結構中，主要是在定柱的第一垂直側與水平側分別設置至少一第一導軌與至少一第二導軌，并在進給鞍座的第二垂直側與底部分別設置至少一第一滑塊與至少一第二滑塊以分別結合于該第一導軌與第二導軌。由此，本發明可提高該定柱的支撐力、該進給鞍座結構的承載能力與該工具機的動剛性及靜剛性。

同時，因該進給鞍座結構的定柱的水平側與進給鞍座的底部分別設有互相結合的第二導軌與第二滑塊，故該定柱的水平側與該第二導軌可提供較大的支撐力，以使該進給鞍座結構具有較大的承載能力以承載該進給鞍座與頭座等構件，并強化該頭座等構件的抗彎強度，進而增加該工具機的動剛性及靜剛性。

附圖說明

圖1A與圖1B分別為本發明的工具機及其進給鞍座結構的第一實施例的正視圖及側視圖；

圖2為本發明的工具機及其進給鞍座結構的第二實施例的側視圖；

圖3為本發明的工具機及其進給鞍座結構的第三實施例的側視圖；

圖4為本發明的工具機及其進給鞍座結構的第四實施例的側視圖；

圖5為本發明的工具機及其進給鞍座結構的第五實施例的側視圖；

圖6為本發明的工具機及其進給鞍座結構的第六實施例的側視圖；

圖7A為本發明的工具機在X軸向的動態頻率響應圖；

圖7B為本發明的工具機在Y軸向的動態頻率響應圖；以及

圖7C為本發明的工具機在Z軸向的動態頻率響應圖。

符號說明

1 工具機

2 頭座

3 進給鞍座結構

31 定柱

311 第一垂直側

312 水平側

32 進給鞍座

321 第二垂直側

322 底部

323 第三垂直側

33 第一導軌

34 第二導軌

35 第一滑塊

36 第二滑塊

37 第三導軌

38 第三滑塊

39 第一進給裝置

391 第一螺桿

392 第一馬達

40 第二進給裝置

401 第二螺桿

402 第二馬達

5 主軸頭

6 旋轉裝置

7 工作臺

71 工件

72 第四導軌

73 第四滑塊

8 第三進給裝置

81 第三馬達

9 座體

A1至A3、B1至B3 位置點

D 方向

X、Y、Z 軸向。

具體實施方式

以下通過特定的具體實施例說明本發明的實施方式，熟悉此技術的人士可由本說明書所揭示的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效，也可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用。

圖1A繪示本發明的工具機1及其進給鞍座結構3的第一實施例的正視圖，圖1B繪示本發明的工具機1及其進給鞍座結構3在圖1A的方向D的側視圖。如圖所示，工具機1主要包括一頭座2與一進給鞍座結構3，以通過該進給鞍座結構3承載及移動該頭座2等構件。

在圖1A與圖1B中，該進給鞍座結構3包括一定柱31、一進給鞍座32、二第一導軌33、一第二導軌34、二第一滑塊35與一第二滑塊36。

該定柱31具有相鄰的第一垂直側311(Z軸向)與水平側312(X軸向)，該定柱31的水平側312位于該第一垂直側311的下端并垂直于該第一垂直側311，且該定柱31的第一垂直側311與水平側312可構成L型或類似L型。

該進給鞍座32具有相鄰的第二垂直側321(Z軸向)與底部322(X軸向)，且該進給鞍座32的第二垂直側321與該底部322分別對應(平行)于該定柱31的第一垂直側311與水平側312。

該二第一導軌33與該第二導軌34分別設置于該定柱31的第一垂直側311與水平側312上，且該二第一導軌33與該第二導軌34均平行于該定柱31的水平側312(X軸向)，該二第一導軌33舉例可分別位于該定柱31的第一垂直側311的上段及中段。

該二第一滑塊35與該第二滑塊36分別設置于該進給鞍座32的第二垂直側321與底部322上，且該二第一滑塊35與該第二滑塊36分別結合(對 應)于該二第一導軌33與該第二導軌34，該二第一滑塊35舉例可分別位于該進給鞍座32的第二垂直側321的上段及中段。

該進給鞍座結構3可包括一具有第一螺桿391與第一馬達392的第一進給裝置39，且該第一進給裝置39可設置于該二第一導軌33(二第一滑塊35)下方或之間。該第一螺桿391位于該定柱31的第一垂直側311與該進給鞍座32的第二垂直側321之間，并平行于該二第一導軌33與該第二導軌34，以通過該第一馬達392驅動該第一螺桿391以帶動該進給鞍座32在該二第一導軌33與該第二導軌34上進行X軸向的水平移動(水平進給)。

該進給鞍座32可具有相對于該第二垂直側321的第三垂直側323(Z軸向)，該進給鞍座結構3可包括二第三導軌37與四第三滑塊38。該二第三導軌37分別設置于該第三垂直側323上，且該四第三滑塊38分別設置于該頭座2上(如頭座2的四個角落)以結合(對應)于該二第三導軌37。在其他實施例中，該四第三滑塊38也可改換成至少二第三滑塊38。

該進給鞍座結構3可包括一具有第二螺桿401與第二馬達402的第二進給裝置40。該第二螺桿401位于該定柱31的第三垂直側323與該頭座2之間，并可介于該二第三導軌37之間以平行于該二第三導軌37，以通過該第二馬達402驅動該第二螺桿401以帶動該頭座2在該二第三導軌37上進行Z軸向的垂直移動(垂直進給)。

該工具機1可為四軸工具機(或加工機)，并包括一設置于該頭座2上的主軸頭5，以通過該進給鞍座結構3承載及移動該頭座2與主軸頭5。或者，該工具機1可為五軸工具機(或加工機)，并包括一設置于該頭座2上的旋轉裝置6與一設置于該旋轉裝置6上的主軸頭5，以通過該進給鞍座結構3承載及移動該頭座2、主軸頭5與旋轉裝置6。而且，該旋轉裝置6可依據預定的角度(如45度角)進行旋轉，進而帶動該主軸頭5依據該角度進行旋轉。

該工具機1可包括一工作臺7，一位于該工作臺7上的工件71對應于該主軸頭5，以供該主軸頭5加工該工件71。

該工具機1可包括二第四導軌72與至少二第四滑塊73。該二第四滑塊73設置于該工作臺7的下方或水平側(Y軸向)，并分別結合(對應)于該二第四導軌72。

該工具機1可包括一具有第三螺桿(圖中未繪示)與第三馬達81的第三進給裝置8。該第三螺桿可位于該二第四導軌72之間以平行于該二第四導軌 72，以通過該第三馬達81驅動該第三螺桿以帶動該工作臺7與該工件71在該二第四導軌72上進行Y軸向的水平移動(水平進給)。

該工具機1可包括一座體9，該定柱31、工作臺7與二第四導軌72分別設置于該座體9上，且該定柱31可通過如螺栓的鎖固元件(圖中未繪示)固定于該座體9上。

圖2繪示本發明的工具機1及其進給鞍座結構3的第二實施例的側視圖，且圖2大致相同于上述圖1B(圖1A)，其主要差異如下：

在圖2中，該進給鞍座結構3包括互相結合(對應)的一第一導軌33與一第一滑塊35，該第一導軌33位于該定柱31的第一垂直側311的上段，且該第一滑塊35位于該進給鞍座32的第二垂直側321的上段。

圖3繪示本發明的工具機1及其進給鞍座結構3的第三實施例的側視圖，且圖3大致相同于上述圖1B(圖1A)，其主要差異如下：

在圖3中，該進給鞍座結構3包括互相結合(對應)的三第一導軌33與三第一滑塊35，該三第一導軌33分別位于該定柱31的第一垂直側311的上段、中段及下段，且該三第一滑塊35分別位于該進給鞍座32的第二垂直側321的上段、中段及下段。

圖4繪示本發明的工具機1及其進給鞍座結構3的第四實施例的側視圖，且圖4大致相同于上述圖1B(圖1A)，其主要差異如下：

在圖4中，該進給鞍座結構3包括互相結合(對應)的一第一導軌33與一第一滑塊35，該第一導軌33位于該定柱31的第一垂直側311的上段，且該第一滑塊35位于該進給鞍座32的第二垂直側321的上段。

同時，在圖4中，該進給鞍座結構3也包括互相結合(對應)的二第二導軌34與二第二滑塊36，且圖4的定柱31的水平側312的面積與進給鞍座32的底部322的面積分別大于圖1B的定柱31的水平側312的面積與進給鞍座32的底部322的面積，以供圖4的二第二導軌34與二第二滑塊36分別設置于該定柱31的水平側312及該進給鞍座32的底部322上。

圖5繪示本發明的工具機1及其進給鞍座結構3的第五實施例的側視圖，且圖5大致相同于上述圖1B(圖1A)，其主要差異如下：

在圖5中，該進給鞍座結構3包括互相結合(對應)的二第二導軌34與二第二滑塊36，且圖5的定柱31的水平側312的面積與進給鞍座32的底部322的面積分別大于圖1B的定柱31的水平側312的面積與進給鞍座32的 底部322的面積，以供圖5的二第二導軌34與二第二滑塊36分別設置于該定柱31的水平側312及該進給鞍座32的底部322上。

圖6繪示本發明的工具機1及其進給鞍座結構3的第六實施例的側視圖，且圖6大致相同于上述圖1B(圖1A)，其主要差異如下：

在圖6中，該進給鞍座結構3包括互相結合(對應)的三第一導軌33與三第一滑塊35，該三第一導軌33分別位于該定柱31的第一垂直側311的上段、中段及下段，且該三第一滑塊35分別位于該進給鞍座32的第二垂直側321的上段、中段及下段。

同時，在圖6中，該進給鞍座結構3也包括互相結合(對應)的二第二導軌34與二第二滑塊36，且圖6的定柱31的水平側312的面積與進給鞍座32的底部322的面積分別大于圖1B的定柱31的水平側312的面積與進給鞍座32的底部322的面積，以供圖6的二第二導軌34與二第二滑塊36分別設置于該定柱31的水平側312及該進給鞍座32的底部322上。

圖7A繪示本發明的工具機1于X軸向的動態頻率響應圖，圖7B繪示本發明的工具機1在Y軸向的動態頻率響應圖，圖7C繪示本發明的工具機1在Z軸向的動態頻率響應圖。而且，圖7A至圖7C為上述圖3的工具機1的測試結果，以供舉例說明之。

在圖7A至圖7C中，虛線表示圖3的進給鞍座結構3的定柱31的水平側312與進給鞍座32的底部322未設有第二導軌34及第二滑塊36，實線表示圖3的進給鞍座結構3的定柱31的水平側312與進給鞍座32的底部322分別設有第二導軌34及第二滑塊36。

如圖7A所示圖3的X軸向的動態頻率響應(動柔度)，在該進給鞍座結構3不具有該第二導軌34及該第二滑塊36的情形下，虛線的位置點A1的頻率與振幅分別為29.293赫茲(Hz)及0.27368微米/牛頓(μm/N)；而在該進給鞍座結構3具有該第二導軌34及該第二滑塊36的情形下，實線的位置點B1的頻率與振幅分別為29.349赫茲及0.268微米/牛頓。據此，可計算出圖3的工具機1的動柔度(振幅)減少大約2％((0.268-0.27368)÷0.27368＝-0.02)，即該工具機1的動剛性增加大約2％，其中動剛性為動柔度的倒數。

如圖7B所示圖3的Y軸向的動態頻率響應(動柔度)，在該進給鞍座結構3不具有該第二導軌34及該第二滑塊36的情形下，虛線的位置點A2的頻率與振幅分別為26.51赫茲及0.032微米/牛頓；而在該進給鞍座結構3具 有該第二導軌34及該第二滑塊36的情形下，實線的位置點B2的頻率與振幅分別為30.7赫茲及0.022微米/牛頓。據此，可計算出圖3的工具機1的動柔度(振幅)減少大約31％((0.022-0.032)÷0.032＝-0.31)，即該工具機1的動剛性增加大約31％。

如圖7C所示圖3的Z軸向的動態頻率響應(動柔度)，在該進給鞍座結構3不具有該第二導軌34及該第二滑塊36的情形下，虛線的位置點A3的頻率與振幅分別為26.569赫茲及0.305微米/牛頓；而在該進給鞍座結構3具有該第二導軌34及該第二滑塊36的情形下，實線的位置點B3的頻率與振幅分別為30.7赫茲及0.219微米/牛頓。據此，可計算出圖3的工具機1的動柔度(振幅)減少大約28％((0.219-0.305)÷0.305＝-0.28)，即該工具機1的動剛性增加大約28％。

另外，在圖3的工具機1中，經測試結果，該工具機1的X軸向的靜剛性可增加大約2.7％，Y軸向的靜剛性可增加大約6.2％，Z軸向的靜剛性可增加大約13.95％。

要說明的是，上述圖3的工具機1的動剛性(動柔度)與靜剛性的測試結果及數值僅為舉例說明，且該測試結果及該些數值會依據不同的頻率(位置點)、不同數量的第一導軌33(第一滑塊35)與第二導軌34(第二滑塊36)而有所差異。

由上述內容可知，本發明的工具機及其進給鞍座結構中，主要是在定柱的第一垂直側與水平側分別設置至少一第一導軌與至少一第二導軌，并在進給鞍座的第二垂直側與底部分別設置至少一第一滑塊與至少一第二滑塊以結合于該第一導軌與第二導軌。由此，本發明可提高該定柱的支撐力、該進給鞍座結構的承載能力與該工具機的動剛性及靜剛性。

同時，因該進給鞍座結構的定柱的水平側與進給鞍座的底部分別設有互相結合的第二導軌與第二滑塊，故該定柱的水平側與該第二導軌可提供較大的支撐力，以使該進給鞍座結構具有較大的承載能力以承載該進給鞍座、頭座與主軸頭(旋轉裝置)等構件，并強化該頭座與主軸頭(旋轉裝置)等構件的抗彎強度，進而增加該工具機的動剛性及靜剛性。

上述實施例僅例示性說明本發明的原理、特點及其功效，并非用以限制本發明的可實施范疇，任何熟悉此項技術的人士均可在不違背本發明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾與改變。任何運用本發明所揭示內容而完 成的等效改變及修飾，均仍應為本發明的權利要求書所涵蓋。因此，本發明的權利保護范圍，應如權利要求書所列。