工具机及其进给鞍座结构的制作方法

本发明涉及一种工具机及进给鞍座结构的技术，特别是涉及一种具有多个导轨的工具机及其进给鞍座结构。

背景技术：

在现有的四轴或五轴工具机(第一种型式)中，主轴头是架构在一动柱下进行作动，且该动柱是由位于其底部的二水平导轨予以支撑及移动。

但是，因上述第一种型式的工具机的动柱较长，使得该二水平导轨距离该主轴头较远，以致该工具机的刚性较弱，进而演化出具有较短动柱的工具机(第二种型式)，由此提高该工具机的刚性并增加该主轴头的抗弯强度。

又，为顾及上述第二种型式的工具机在进给时的动态性能，因而改变该动柱与该二水平导轨的高低配置，以提供具有不同高低的二水平导轨的工具机(第三种型式)，并降低该动柱的质量与惯量，进而增加该工具机的动态性能。

另外，随着工件(或产品)的周期日益缩短，该工具机的加工效能必须不断提升，故该工具机的进给速度与加速度也随之增加，在此种高响应的进给系统下，上述第三种型式的工具机也难以满足。同时，为获得最短的力流结构，并能够大幅降低该工具机的动件的重量，遂提出具有定柱与三垂直导轨的工具机(第四种型式)。

然而，上述第四种型式的工具机中，仅在该定柱的垂直侧设置该三垂直导轨，以致该定柱的支撑力较差，且该工具机的头座与主轴头的抗弯强度也较差，进而减少该工具机的动刚性及静刚性。

因此，如何克服上述现有技术的问题，实已成目前亟欲解决的课题。

技术实现要素：

本发明提供一种工具机及其进给鞍座结构，其可提高工具机的动刚性与静刚性。

本发明的工具机包括：头座；以及进给鞍座结构，其用以承载及移动该头座。该进给鞍座结构包括：定柱，其具有相邻的第一垂直侧与水平侧；进给鞍座，其具有分别对应于该定柱的第一垂直侧与水平侧并且相邻的第二垂直侧与底部；至少一第一导轨与至少一第二导轨，其分别设置于该定柱的第一垂直侧与水平侧上；以及至少一第一滑块与至少一第二滑块，其分别设置于该进给鞍座的第二垂直侧与底部上，且该第一滑块与该第二滑块分别结合于该第一导轨与该第二导轨。

本发明的工具机的进给鞍座结构包括：定柱，其具有相邻的第一垂直侧与水平侧；进给鞍座，其具有分别对应于该定柱的第一垂直侧与水平侧并且相邻的第二垂直侧与底部；至少一第一导轨与至少一第二导轨，其分别设置于该定柱的第一垂直侧与水平侧上；以及至少一第一滑块与至少一第二滑块，其分别设置于该进给鞍座的第二垂直侧与底部上，且该第一滑块与该第二滑块分别结合于该第一导轨与该第二导轨。

由上述内容可知，本发明的工具机及其进给鞍座结构中，主要是在定柱的第一垂直侧与水平侧分别设置至少一第一导轨与至少一第二导轨，并在进给鞍座的第二垂直侧与底部分别设置至少一第一滑块与至少一第二滑块以分别结合于该第一导轨与第二导轨。由此，本发明可提高该定柱的支撑力、该进给鞍座结构的承载能力与该工具机的动刚性及静刚性。

同时，因该进给鞍座结构的定柱的水平侧与进给鞍座的底部分别设有互相结合的第二导轨与第二滑块，故该定柱的水平侧与该第二导轨可提供较大的支撑力，以使该进给鞍座结构具有较大的承载能力以承载该进给鞍座与头座等构件，并强化该头座等构件的抗弯强度，进而增加该工具机的动刚性及静刚性。

附图说明

图1A与图1B分别为本发明的工具机及其进给鞍座结构的第一实施例的正视图及侧视图；

图2为本发明的工具机及其进给鞍座结构的第二实施例的侧视图；

图3为本发明的工具机及其进给鞍座结构的第三实施例的侧视图；

图4为本发明的工具机及其进给鞍座结构的第四实施例的侧视图；

图5为本发明的工具机及其进给鞍座结构的第五实施例的侧视图；

图6为本发明的工具机及其进给鞍座结构的第六实施例的侧视图；

图7A为本发明的工具机在X轴向的动态频率响应图；

图7B为本发明的工具机在Y轴向的动态频率响应图；以及

图7C为本发明的工具机在Z轴向的动态频率响应图。

符号说明

1 工具机

2 头座

3 进给鞍座结构

31 定柱

311 第一垂直侧

312 水平侧

32 进给鞍座

321 第二垂直侧

322 底部

323 第三垂直侧

33 第一导轨

34 第二导轨

35 第一滑块

36 第二滑块

37 第三导轨

38 第三滑块

39 第一进给装置

391 第一螺杆

392 第一马达

40 第二进给装置

401 第二螺杆

402 第二马达

5 主轴头

6 旋转装置

7 工作台

71 工件

72 第四导轨

73 第四滑块

8 第三进给装置

81 第三马达

9 座体

A1至A3、B1至B3 位置点

D 方向

X、Y、Z 轴向。

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效，也可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用。

图1A绘示本发明的工具机1及其进给鞍座结构3的第一实施例的正视图，图1B绘示本发明的工具机1及其进给鞍座结构3在图1A的方向D的侧视图。如图所示，工具机1主要包括一头座2与一进给鞍座结构3，以通过该进给鞍座结构3承载及移动该头座2等构件。

在图1A与图1B中，该进给鞍座结构3包括一定柱31、一进给鞍座32、二第一导轨33、一第二导轨34、二第一滑块35与一第二滑块36。

该定柱31具有相邻的第一垂直侧311(Z轴向)与水平侧312(X轴向)，该定柱31的水平侧312位于该第一垂直侧311的下端并垂直于该第一垂直侧311，且该定柱31的第一垂直侧311与水平侧312可构成L型或类似L型。

该进给鞍座32具有相邻的第二垂直侧321(Z轴向)与底部322(X轴向)，且该进给鞍座32的第二垂直侧321与该底部322分别对应(平行)于该定柱31的第一垂直侧311与水平侧312。

该二第一导轨33与该第二导轨34分别设置于该定柱31的第一垂直侧311与水平侧312上，且该二第一导轨33与该第二导轨34均平行于该定柱31的水平侧312(X轴向)，该二第一导轨33举例可分别位于该定柱31的第一垂直侧311的上段及中段。

该二第一滑块35与该第二滑块36分别设置于该进给鞍座32的第二垂直侧321与底部322上，且该二第一滑块35与该第二滑块36分别结合(对 应)于该二第一导轨33与该第二导轨34，该二第一滑块35举例可分别位于该进给鞍座32的第二垂直侧321的上段及中段。

该进给鞍座结构3可包括一具有第一螺杆391与第一马达392的第一进给装置39，且该第一进给装置39可设置于该二第一导轨33(二第一滑块35)下方或之间。该第一螺杆391位于该定柱31的第一垂直侧311与该进给鞍座32的第二垂直侧321之间，并平行于该二第一导轨33与该第二导轨34，以通过该第一马达392驱动该第一螺杆391以带动该进给鞍座32在该二第一导轨33与该第二导轨34上进行X轴向的水平移动(水平进给)。

该进给鞍座32可具有相对于该第二垂直侧321的第三垂直侧323(Z轴向)，该进给鞍座结构3可包括二第三导轨37与四第三滑块38。该二第三导轨37分别设置于该第三垂直侧323上，且该四第三滑块38分别设置于该头座2上(如头座2的四个角落)以结合(对应)于该二第三导轨37。在其他实施例中，该四第三滑块38也可改换成至少二第三滑块38。

该进给鞍座结构3可包括一具有第二螺杆401与第二马达402的第二进给装置40。该第二螺杆401位于该定柱31的第三垂直侧323与该头座2之间，并可介于该二第三导轨37之间以平行于该二第三导轨37，以通过该第二马达402驱动该第二螺杆401以带动该头座2在该二第三导轨37上进行Z轴向的垂直移动(垂直进给)。

该工具机1可为四轴工具机(或加工机)，并包括一设置于该头座2上的主轴头5，以通过该进给鞍座结构3承载及移动该头座2与主轴头5。或者，该工具机1可为五轴工具机(或加工机)，并包括一设置于该头座2上的旋转装置6与一设置于该旋转装置6上的主轴头5，以通过该进给鞍座结构3承载及移动该头座2、主轴头5与旋转装置6。而且，该旋转装置6可依据预定的角度(如45度角)进行旋转，进而带动该主轴头5依据该角度进行旋转。

该工具机1可包括一工作台7，一位于该工作台7上的工件71对应于该主轴头5，以供该主轴头5加工该工件71。

该工具机1可包括二第四导轨72与至少二第四滑块73。该二第四滑块73设置于该工作台7的下方或水平侧(Y轴向)，并分别结合(对应)于该二第四导轨72。

该工具机1可包括一具有第三螺杆(图中未绘示)与第三马达81的第三进给装置8。该第三螺杆可位于该二第四导轨72之间以平行于该二第四导轨 72，以通过该第三马达81驱动该第三螺杆以带动该工作台7与该工件71在该二第四导轨72上进行Y轴向的水平移动(水平进给)。

该工具机1可包括一座体9，该定柱31、工作台7与二第四导轨72分别设置于该座体9上，且该定柱31可通过如螺栓的锁固元件(图中未绘示)固定于该座体9上。

图2绘示本发明的工具机1及其进给鞍座结构3的第二实施例的侧视图，且图2大致相同于上述图1B(图1A)，其主要差异如下：

在图2中，该进给鞍座结构3包括互相结合(对应)的一第一导轨33与一第一滑块35，该第一导轨33位于该定柱31的第一垂直侧311的上段，且该第一滑块35位于该进给鞍座32的第二垂直侧321的上段。

图3绘示本发明的工具机1及其进给鞍座结构3的第三实施例的侧视图，且图3大致相同于上述图1B(图1A)，其主要差异如下：

在图3中，该进给鞍座结构3包括互相结合(对应)的三第一导轨33与三第一滑块35，该三第一导轨33分别位于该定柱31的第一垂直侧311的上段、中段及下段，且该三第一滑块35分别位于该进给鞍座32的第二垂直侧321的上段、中段及下段。

图4绘示本发明的工具机1及其进给鞍座结构3的第四实施例的侧视图，且图4大致相同于上述图1B(图1A)，其主要差异如下：

在图4中，该进给鞍座结构3包括互相结合(对应)的一第一导轨33与一第一滑块35，该第一导轨33位于该定柱31的第一垂直侧311的上段，且该第一滑块35位于该进给鞍座32的第二垂直侧321的上段。

同时，在图4中，该进给鞍座结构3也包括互相结合(对应)的二第二导轨34与二第二滑块36，且图4的定柱31的水平侧312的面积与进给鞍座32的底部322的面积分别大于图1B的定柱31的水平侧312的面积与进给鞍座32的底部322的面积，以供图4的二第二导轨34与二第二滑块36分别设置于该定柱31的水平侧312及该进给鞍座32的底部322上。

图5绘示本发明的工具机1及其进给鞍座结构3的第五实施例的侧视图，且图5大致相同于上述图1B(图1A)，其主要差异如下：

在图5中，该进给鞍座结构3包括互相结合(对应)的二第二导轨34与二第二滑块36，且图5的定柱31的水平侧312的面积与进给鞍座32的底部322的面积分别大于图1B的定柱31的水平侧312的面积与进给鞍座32的 底部322的面积，以供图5的二第二导轨34与二第二滑块36分别设置于该定柱31的水平侧312及该进给鞍座32的底部322上。

图6绘示本发明的工具机1及其进给鞍座结构3的第六实施例的侧视图，且图6大致相同于上述图1B(图1A)，其主要差异如下：

在图6中，该进给鞍座结构3包括互相结合(对应)的三第一导轨33与三第一滑块35，该三第一导轨33分别位于该定柱31的第一垂直侧311的上段、中段及下段，且该三第一滑块35分别位于该进给鞍座32的第二垂直侧321的上段、中段及下段。

同时，在图6中，该进给鞍座结构3也包括互相结合(对应)的二第二导轨34与二第二滑块36，且图6的定柱31的水平侧312的面积与进给鞍座32的底部322的面积分别大于图1B的定柱31的水平侧312的面积与进给鞍座32的底部322的面积，以供图6的二第二导轨34与二第二滑块36分别设置于该定柱31的水平侧312及该进给鞍座32的底部322上。

图7A绘示本发明的工具机1于X轴向的动态频率响应图，图7B绘示本发明的工具机1在Y轴向的动态频率响应图，图7C绘示本发明的工具机1在Z轴向的动态频率响应图。而且，图7A至图7C为上述图3的工具机1的测试结果，以供举例说明之。

在图7A至图7C中，虚线表示图3的进给鞍座结构3的定柱31的水平侧312与进给鞍座32的底部322未设有第二导轨34及第二滑块36，实线表示图3的进给鞍座结构3的定柱31的水平侧312与进给鞍座32的底部322分别设有第二导轨34及第二滑块36。

如图7A所示图3的X轴向的动态频率响应(动柔度)，在该进给鞍座结构3不具有该第二导轨34及该第二滑块36的情形下，虚线的位置点A1的频率与振幅分别为29.293赫兹(Hz)及0.27368微米/牛顿(μm/N)；而在该进给鞍座结构3具有该第二导轨34及该第二滑块36的情形下，实线的位置点B1的频率与振幅分别为29.349赫兹及0.268微米/牛顿。据此，可计算出图3的工具机1的动柔度(振幅)减少大约2％((0.268-0.27368)÷0.27368＝-0.02)，即该工具机1的动刚性增加大约2％，其中动刚性为动柔度的倒数。

如图7B所示图3的Y轴向的动态频率响应(动柔度)，在该进给鞍座结构3不具有该第二导轨34及该第二滑块36的情形下，虚线的位置点A2的频率与振幅分别为26.51赫兹及0.032微米/牛顿；而在该进给鞍座结构3具 有该第二导轨34及该第二滑块36的情形下，实线的位置点B2的频率与振幅分别为30.7赫兹及0.022微米/牛顿。据此，可计算出图3的工具机1的动柔度(振幅)减少大约31％((0.022-0.032)÷0.032＝-0.31)，即该工具机1的动刚性增加大约31％。

如图7C所示图3的Z轴向的动态频率响应(动柔度)，在该进给鞍座结构3不具有该第二导轨34及该第二滑块36的情形下，虚线的位置点A3的频率与振幅分别为26.569赫兹及0.305微米/牛顿；而在该进给鞍座结构3具有该第二导轨34及该第二滑块36的情形下，实线的位置点B3的频率与振幅分别为30.7赫兹及0.219微米/牛顿。据此，可计算出图3的工具机1的动柔度(振幅)减少大约28％((0.219-0.305)÷0.305＝-0.28)，即该工具机1的动刚性增加大约28％。

另外，在图3的工具机1中，经测试结果，该工具机1的X轴向的静刚性可增加大约2.7％，Y轴向的静刚性可增加大约6.2％，Z轴向的静刚性可增加大约13.95％。

要说明的是，上述图3的工具机1的动刚性(动柔度)与静刚性的测试结果及数值仅为举例说明，且该测试结果及该些数值会依据不同的频率(位置点)、不同数量的第一导轨33(第一滑块35)与第二导轨34(第二滑块36)而有所差异。

由上述内容可知，本发明的工具机及其进给鞍座结构中，主要是在定柱的第一垂直侧与水平侧分别设置至少一第一导轨与至少一第二导轨，并在进给鞍座的第二垂直侧与底部分别设置至少一第一滑块与至少一第二滑块以结合于该第一导轨与第二导轨。由此，本发明可提高该定柱的支撑力、该进给鞍座结构的承载能力与该工具机的动刚性及静刚性。

同时，因该进给鞍座结构的定柱的水平侧与进给鞍座的底部分别设有互相结合的第二导轨与第二滑块，故该定柱的水平侧与该第二导轨可提供较大的支撑力，以使该进给鞍座结构具有较大的承载能力以承载该进给鞍座、头座与主轴头(旋转装置)等构件，并强化该头座与主轴头(旋转装置)等构件的抗弯强度，进而增加该工具机的动刚性及静刚性。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理、特点及其功效，并非用以限制本发明的可实施范畴，任何熟悉此项技术的人士均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。任何运用本发明所揭示内容而完 成的等效改变及修饰，均仍应为本发明的权利要求书所涵盖。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。