加工机器及其制造方法

专利名称：加工机器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及用于加工工件的加工机器，所述工件优选至少部分地由木材、 木质材料、塑料、金属等制成，并且具有至少一个支撑机器零件和与所述支 撑机器零件连接的至少一个加工单元，其中支撑机器零件至少部分地由混凝 土制成。在此，在本发明的框架内，混凝土应当被理解为矿物结合的，尤其 还是水泥质混凝土。
背景技术：
上述类型的加工机器广泛地应用于家具和建筑部件工业和多种其他工业 分支中的工件的加工和制造。这些机器的加工单元通常设置在支撑机器零件 上，所述支撑机器零件传统上由钢或钢板制成。与此有关的加工机器的加工 速度和动力的增长导致支撑机器零件的振动特性变得越来越重要。
针对该背景，建议用矿物铸件(mineral casting)制造作为必要承载(支 撑)机器零件的机床床身，所述矿物铸件为合成粘结剂和添加剂的混合物(例 如见文献DE20 2006 019 323 U1)。然而，矿物铸件所必需的合成粘结剂难 于加工并且伴随着高成本。
此外，作为可选方案，近来也已经使用了全部或部分由混凝土构成的机 床床身。例如，DE3734 895A1公开了用于内圆磨床的混凝土框架，其具有 横截面构造为双重双T形梁(dualdouble-T-beam)的混凝土床身。然而，结 果证明己知的混凝土框架由于随时间变化的收缩变形而弯曲，使得出现工件 的精(平面磨削)加工中不期望的尺寸误差。甚至在DE 37 34 895 Al中提到 的混凝土浇铸(concrete-cast)钢架对于所述缺点也不能改变什么，更甚的是 这些钢架导致了混凝土框架的复杂构造。

发明内容
因此，本发明的目的是提供一种通用类型的加工机器，所述加工机器具 有低尺寸偏差的简单构造并且制造廉价。
4根据本发明，通过根据权利要求1的加工机器和根据权利要求8的加工 机器的制造方法来实现所述目的。本发明的特别地优选实施例在从属权利要 求中进行了限定。本发明基于的观点是，构造至少部分由混凝土制成的承载 (支撑)机器零件，以便大大地消除收縮变形从而不会出现必须通过复杂的 构造来补偿的反作用力。针对该背景本发明预想到，在通用类型的加工机器
中，承载机器零件的混凝土由具有至多0.30的水灰比(water-binderratio)的
混凝土形成。
这样，可以确保在混凝土凝结和硬化时，混凝土中的水的总量几乎在相 对短的时间内已经被凝结(限制)，使得包含在混凝土中的、作为导致收縮的 主要原因的水被大量地去除。这导致本发明的平面磨削设备的基座主体在基 座主体制造后的早期仅具有很小的收缩变形，使得根本不会产生畸变 (distortion)现象或其他尺寸偏差。应该注意到，为了实现该结果，不需要 诸如钢架等的辅助的安装或推动(urging)设备。
在加工中证明，根据本发明的另一个实施例，如果支撑机器零件的混凝 土具有至多0.25、优选至多0.20的水灰比，则混凝土的收縮趋势能够再次不 成比例地减小。
为了实现上述优点，可选择地或除了本发明的水灰比以外可以预想到承 载机器零件的混凝土具有至少15Mpa的弯曲抗拉强度(bending tensile strength)。因此，产生了用于承载机器零件的全新的设计可能性。例如，由 于本发明的另一个实施例的混凝土成分，还能够放弃诸如钢筋条等条形加强 插入物的利用。这里，"条形加强插入物"应该被理解为对于机器零件的静和/ 或动载荷量作出可数的贡献的加强件。用于运输目的、局部载荷施加等的所 谓的"构造上的加强件"或辅助加强件不属于加强插入物。通过放弃加强插入 物，基座主体的构造进一步被简化并且造成对基座主体的极高的设计自由度。
根据本发明的另一个实施例，如果混凝土具有至少20Mpa、优选至少 25Mpa的弯曲抗拉强度，则上面的描述尤其正确。为了同时确保承载部件的 高强度和耐久性，根据本发明的另一个实施例可以预想到，承载部件的混凝 土包括纤维、尤其金属纤维和/或合成纤维。应该注意到的是，在本发明的框 架内，可以利用由各种各样的材料构成的纤维。
尤其优选的是承载部件的混凝土具有至少90Mpa、优选至少120Mpa， 更优选的至少150Mpa的抗压强度。因此，承载机器零件还适于高负荷加工 操作。在本发明的框架中，承载机器零件可以涉及通用类型的加工机器的各种 各样的机器零件，其中在许多情况下，也可以是动态加载机器零件。在一些 应用中，机器零件的关于混凝土的发明构造还适用于外壳零件等。然而，根 据本发明的另一个实施例，可以预想到承载机器零件形成了选自由机床床身、 支架(底座)、悬臂、刚架横梁、控制台、基座支架和壳体组成的组中的机器 零件。发明人已经意识到由特定混凝土制成的这些机器零件的发明构造使得 上述优点尤其显著，也就是说以低价提供了具有简单构造、低尺寸偏差和高 耐久性的机器零件。
在权利要求8中限定了一种制造根据本发明的加工机器的尤其有利的方 法。其特征在于承载(支撑)机器零件在浇铸混凝土后被热处理并且随后将 其与加工单元相连接。首先，混凝土的热处理使得可以进一步改善硬化的混
凝土的收缩特性，以使机器零件的尺寸精度和耐久性因此被最优化。而且， 混凝土的强度也能够被增加。最后但并不是最不重要的，由于热处理，制造 机器零件必要的时间能够被縮短，不仅带来了时间方面的优势而且减少了必 要的框架模型和其他辅助装置的数量。
根据本发明方法的另一个实施例，可以预想到根据德国工业标准1045-1 (DIN 1045-1)执行热处理，以使热处理后的混凝土的收縮度(收縮值)为 最终收縮度(最终收縮值)的至少90%、优选为至少95%。因此，热处理后 混凝土的收縮在很大程度上终止变得可能，以使在将承载机器零件连接到加 工单元上后仅仅产生可忽略不计的收縮变形。因此，作为材料的混凝土进入 迄今仅对金属支架保留的尺寸精度的区域。
为了实现混凝土的特别有效的并且同时柔和的热处理，本发明的另一个 实施例预想到在70。C至12(TC的范围内、优选在80。C至IO(TC的范围内的温 度下执行热处理。因此，接着产生对收縮特性特别有效的改善而不会引起混 凝土中不期望的裂纹形成或缺陷形成。
而且，根据本发明的另一个实施例，结果证明执行热处理持续至少24 小时并且优选至少36小时是有利的。因此，接着不仅仅产生了快速的制造处 理，而且也产生了对收縮特性柔和且有效的改善以及增加了负荷容量。


图1示意性地示出了作为本发明的第一优选实施例的加工机器的立体
图2示意性地示出了作为本发明的第二优选实施例的加工机器的立体图。
具体实施例方式
下文中，将参考附图详细地描述本发明的优选实施例。
在图1中以立体图的方式示意性地示出了作为第一优选实施例的加工机 器l。在本实施例中，加工机器l为用于加工由诸如木材、木质材料、塑料、 金属等各种材料制成的工件的平面磨床。为此，加工机器1包括在图1中仅 仅示意性地示出的加工单元14。例如，加工单元14可以为圆周无端磨削装 置(circumferential endless grinding means)或其他适当的磨肖ll设备。
而且，应当注意到的是在本发明的框架内，不限制加工类型或待加工工 件的类型。例如，加工机器也可以是钻床或铣床、封(胶合)边机、激光加 工机器或将这些和其他加工操作结合的加工中心。而且，例如，可以是图1 所示的固定式机器，也可以是贯穿进给机器，在贯穿进给机器中工件在输送 的方向上在适当的输送装置上被输送并且在输送操作的过程中被加工。
在本实施例中，被构造为在加工期间夹持或输送待加工工件(未示出) 的工件夹具16被设置在加工单元14下方。在本实施例中，工件夹具16也可 以是在加工单元14下面输送工件的输送带。
在本实施例中，加工单元14安装在支架12上，因此支架12用作加工单 元14的承载(支撑)机器零件。支架12由混凝土制成，下面将详细描述混 凝土的性能。
支架12通过虚线所示的壳体4连接到在本实施例中也是由混凝土制成的 机床床身2。尽管机床床身2的混凝土和支架12的混凝土可以具有不同性能， 但在本实施例中它们原则上被设计为具有相同的性能，如下文所述。
所述混凝土为矿物结合的，尤其也是水泥质混凝土，即不是例如所谓的 "聚合混凝土"。因此，尽管混凝土还可以包括例如铸造时改善其流动特性的 各种合成添加剂，但所述混凝土基本上没有聚合物粘结剂(polymeric binders )。
7混凝土的发明特性是其具有至多0.30的低水灰比和至少15Mpa的高弯 曲抗拉强度。水灰比被定义为有效含水量的质量(kg)和相关粘结剂含量的 质量(kg)之间的比。可以在棱柱形试验体上进行的四点弯曲试验的框架内 确定弯曲抗拉强度，例如通过在德国混凝土协会(German concrete association) (DeutscherBetonverein)的指南中定义的四点弯曲试验来确定弯 曲抗拉强度。
在本实施例中，混凝土可以具体地具有大约0.18的水灰比和大约30Mpa 的弯曲抗拉强度。混凝土的另一个重要的材料参数为其抗压(爆破)强度， 在本实施例中抗压(爆破)强度为至少150Mpa，其中混凝土的抗压强度被 定义为根据德国工业标准1045-1的抗压强度的测量值。
对于实现这些强度值的一个贡献是在本实施例中混凝土包括纤维，诸如 金属纤维、合成纤维或其他适当的纤维。因此，不仅仅增加了混凝土的强度 值，而且混凝土也不易于破裂、具有改善的收縮特性和增强的耐久性。而且， 在混凝土中设置纤维有助于减小在承载机器零件中的诸如肋状加强钢条的条 形加强插入物的必要性，使得根据本申请和混凝土的特性，在很多情况下可 以完全放弃这样的加强插入物。然而，在这些情况下，可以存在构造上的加 强件，例如在运输期间保护承载机器零件或者提供局部载荷施加点。
通过所利用的混凝土的特殊的性能，本发明可以制造由混凝土制成的各 种各样的承载(可能非承载)机器零件，诸如例如图l所示的机床床身或图 1中所示的支架，而且也可以制造诸如刚架横梁、控制台、基座支架、外壳 零件等其他部件，尽管这些未在图中示出。
这里讨论的混凝土、尤其是纤维性混凝土的制造和加工原则上是本领域 已知的并且因此是技术人员已知的，并且在原则上对应于在建筑(结构工程 学)领域中使用的方法。因此，例如，可以根据Deutscher Ausschufi fiir Stahlbeton (德国钢筋混凝土委员会)的题目为"Stahlfaserbeton"(纤维增强型 混凝土) (2005年4月的第21项草案)的指南执行纤维性混凝土的制造。关 于混凝土的制造和加工，同样可以求助于Francais de Genie Civile协会的题目 为"关于超高性能纤维增强型混凝土的暂行条例"(2002)的出版物。
考虑到这些已知的基本原理，图1中所示的加工机器的制造可以如下进 行。首先，制造具有上述水灰比并且被构造为当硬化时其成分具有25Mpa的 弯曲抗拉强度的新拌混凝土。然后，混凝土被浇铸成用于机床床身2或支架 12的适当的模型并且尽可能地压实。其后，混凝土通过在80'C至100'C的范围内的温度下存储24至36小时 而在未示出的一个设备中经受热处理。在该热处理的过程中，混凝土快速地 硬化，包含在新拌混凝土中的水几乎完全与粘结剂凝结或甚至在某种程度上 蒸发。这样，在热处理后混凝土的收縮已经在很大程度上终止。
因此，承载机器零件已经可以从模型中取出并且在所需时间点直接或间 接与机器零件以及与至少一个加工单元14相连接以形成加工机器1。
在图2中以立体图的方式示意性地示出了根据本发明的第二优选实施例 的另一个加工机器l。图2中示出的实施例与第一实施例的区别在于，首先， 其不是磨床而是加工中心。因此，图2中示出的加工机器包括设置在基座主 体2上的加工台26，例如以也可以由或用混凝土零件制成的己知的控制台的 形式。
此外，导向装置28设置在基座主体2上，悬臂22以使得悬臂22沿导向 装置28可平移的方式设置在导向装置28上。加工单元24以使得加工单元 24沿悬臂22可平移的方式设置在悬臂22上。例如，加工单元可以为加工心 轴，其中各种加工工具或加工成套装置可以根据需要被替换。这样，设置在 加工台26上的工件可以通过加工单元24以各种方式被加工。
除了机床床身2以外，在本实施例中悬臂22也由混凝土制成，其中混凝 土具有与在上述第一实施例中的相同的性能。这样，在两个实施例中，能够 获得新颖的加工机器，其具有低尺寸偏差、制造简单便宜并且允许甚高动态 的加工操作。
关于根据上述实施例由混凝土制成的承载机器零件2、 12和22，应当注 意到这些零件显示为一体制成的混凝土零件。然而，应当注意到的是由混凝 土制成的承载机器零件还可以构造为若干零件并且可以为混合部件，即其中 混凝土主体与诸如钢梁等其他部件连接的部件。因此，可以将若干混凝土部 件和/或其他零件胶合在一起。同样，由混凝土制成的承载机器零件可以具有 例如由钢制成的并且被设置在混凝土中的各种安装和锚固点。其示例为图1 和图2中示出的锚固点6，外壳4、加工台26或其他部件可以连接到锚固点 6上。
权利要求
1、一种用于加工工件的加工机器(1)，所述工件至少部分由木材、木质材料、塑料、金属等制成，所述加工机器(1)包括至少一个承载机器零件(2、12、22)和与所述承载机器零件相连接的至少一个加工单元(14、24)，其中所述承载机器零件(2、12、22)至少部分地由混凝土制成，其特征在于，所述承载机器零件(2、12、22)的混凝土由具有至多0.30的水灰比和/或至少15Mpa的弯曲抗拉强度的混凝土形成。
2、 根据权利要求1所述的加工机器，其特征在于，所述承载机器零件(2、 12、 22)的混凝土具有至多0.25、优选至多0.20的水灰比。
3、 根据权利要求1或2所述的加工机器，其特征在于，所述承载机器零 件(2、 12、 22)的混凝土具有至少20Mpa、优选至少25Mpa的弯曲抗拉强 度。
4、 根据前述权利要求中任一项所述的加工机器，其特征在于，所述承载 机器零件(2、 12、 22)的混凝土可以没有条形加强插入物。
5、 根据前述权利要求中任一项所述的加工机器，其特征在于，所述承载 机器零件(2、 12、 22)的混凝土包括纤维，尤其是金属纤维和/或合成纤维。
6、 根据前述权利要求中任一项所述的加工机器，其特征在于，所述承载 机器零件(2、 12、 22)的混凝土具有至少90Mpa、优选至少120Mpa、更优 选为至少150Mpa的抗压强度。
7、 根据前述权利要求中任一项所述的加工机器，其特征在于，所述承载 机器零件(2、 12、 22)形成选自由机床床身(2)、支架(12)、悬臂(22)、 刚架横梁、控制台、基座支架和外壳组成的组中的机器零件。
8、 一种制造根据前述权利要求中任一项所述的加工机器(1)的方法， 包括以下步骤利用具有至多0.30、优选至多0.25的水灰比的混凝土制造承载机器零件 (2、 12、 22)，热处理所述混凝土，以及将所述承载机器零件(2、 12、 22)与加工单元(14、 24)连接在一起。
9、 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，根据德国工业标准1045-1， 在热处理之后所述混凝土的收縮度为最终收縮度的至少90%、优选至少95%。
10、 根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，在7(TC至120。C的 范围内、优选在8(TC至IO(TC的范围内的温度下执行热处理的步骤。
11、 根据权利要求8至IO中任一项所述的方法，其特征在于，热处理的 步骤被执行至少24小时并且优选至少66小时的时间。
全文摘要
本发明涉及一种用于加工工件的加工机器(1)，所述工件优选至少部分地由木材、木质材料、塑料、金属等制成，所述加工机器(1)包括至少一个承载机器零件(2、12、22)和连接到所述承载机器零件上的至少一个加工单元(14、24)，其中所述承载机器零件(2、12、22)至少部分地由混凝土制成。本发明的加工机器的特征在于所述承载机器零件(2、12、22)的混凝土由具有至多0.30的水灰比和/或至少15MPa的弯曲抗拉强度的混凝土形成。
文档编号B28B11/00GK101607368SQ200910134450
公开日2009年12月23日 申请日期2009年4月15日 优先权日2008年6月20日
发明者汉斯-贝恩德·洪普, 马丁·塞特莱 申请人:布特费林研磨技术有限公司;豪迈木加工系统股份公司