工具机的制作方法

本发明涉及一种工具机，特别是涉及一种具有液静压导轨的工具机。

背景技术：

工具机(machinetool)为一种具有工作台及刀具的加工机械设备，刀具可拆卸地设置于动件机构的刀具夹持头(或俗称主轴鼻端)，而动件机构可经由设置于一滑动总成而得以相对工具机台底座滑动，从而使刀具可在工作台作相对运动，以让刀具可切削或研磨在工作台上的工件。

此外，为有效降低滑动总成活动时的摩擦力，液静压轴承成为不可缺少的关键技术。但，采用液静压的手段会在工具机的动件机构与机台底座之间产生一层油层，从而导致动件机构在刀具接触工件的过程中相对机台底座产生扭转的情况，若不设法降低或消除该扭转的情形，则会严重地影响刀具的切削精度。然而，一般对于液静压轴的油室的配置，通常都是以沿机台的基本轴向的方式施加液静压力，其中，最多只有单一轴向上的油室用于提供刚性来抵抗动件机构的扭转，在现今对于工具机台的动态表现要求愈趋严苛的情况下，现有工具机的滑动总成逐渐无法满足需求。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种工具机，以有效降低运转时产生的扭转问题。

根据本发明所揭露的一种工具机，包含一机台底座、二液静压导轨以及一动件主结构，动件主结构经由二液静压导轨可滑移地设置于机台底座上，二液静压导轨各具有多个导滑面朝向并用以导引动件主结构，工具机定义彼此相正交的一x轴方向、一y轴方向以及一z轴方向，z轴方向平行于工具机的一刀具夹持头的一转轴方向，y轴方向平行于动件主结构相对机台底座的一滑移方向，其中：二液静压导轨可的导滑面的法线方向均不平行于工具机的x轴方向、y轴方向、z轴方向以及二液静压导轨的一连线。

本发明所揭露的工具机的驱动模块，由于液静压导轨的导滑面的法线方向均不平行于工具机的x轴方向、y轴方向、z轴方向以及液静压导轨的连线，即，液静压力都不仅单一地沿工具机的基本轴向朝液静压导轨的导引表面施压，而是都具有分力可同时作用于多个基本轴向，从而可提升例如对x轴方向的拘束力来避免或消除工具机的动件主结构于运作时产生扭转的问题，进而可维持加工的精度。

以上的关于本发明揭露内容的说明及以下的实施方式的说明，用以示范与解释本发明的精神与原理，并且提供本发明的权利要求更进一步的解释。

附图说明

图1为本发明的一实施例的工具机的立体示意图；

图2为本发明的一实施例的工具机的示意图；

图3为图1的工具机的分解示意图；

图4为图1的工具机于液静压油层形成时液静压力施加于液静压导轨的放大示意图；

图5为本发明的另一实施例的工具机的示意图；

图6为本发明的又一实施例的工具机的示意图。

符号说明

1、2、3工具机

10机台底座

20动件主结构

11导轨组装槽

12下马达组装槽

21液静压室

22上马达组装槽

30线性马达

40液静压导轨

50连接结构

51容置空间

111第一设置面

112第二设置面

121第一斜面

122第二斜面

211第一内端面

212第二内端面

213第三内端面

221第一斜面

222第二斜面

310定子组装座

320马达定子

330马达动子

410第一导滑面

420第二导滑面

430第三导滑面

510连接段

520悬臂段

911工作台

921刀具夹持头、主轴鼻端

c入油道

d排列方向

dm驱动模块

f液静压力

l液静压油层

o油腔

n1法线方向

n2法线方向

n3法线方向

r连线

θ夹角

x、y、z轴

具体实施方式

以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何熟悉相关技术者，了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的内容、权利要求及附图，任何熟悉相关技术者可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。

此外，以下将以附图揭露本发明的实施例，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到的是，这些实务上的细节非用以限制本发明。

并且，为达图面整洁的目的，一些现有惯用的结构与元件在附图可能会以简单示意的方式绘示之。另外，本案的附图中部分的特征可能会略为放大或改变其比例或尺寸，以达到便于理解与观看本发明的技术特征的目的，但这并非用于限定本发明。依照本发明所揭露的内容所制造的产品的实际尺寸与规格应是可依据生产时的需求、产品本身的特性、及搭配本发明如下所揭露的内容据以调整，于此先声明之。

另外，在下文中可能会使用「端」、「部」、「部分」、「区域」、「处」等术语来描述特定元件与结构或是其上或其之间的特定技术特征，但这些元件与结构并不受这些术语所限制。在下文中，也可能会使用「及/或(and/or)」的术语，其是指包含了一或多个所列相关元件或结构的其中一者或全部的组合。以下文中也可能使用「实质上」、「基本上」、「约」或「大约」等术语，其与尺寸、浓度、温度或其他物理或化学性质或特性的范围结合使用时，为意欲涵盖可能存在于该等性质或特性的范围的上限及/或下限中的偏差、或表示容许制造公差或分析过程中所造成的可接受偏离，但仍可达到所预期的效果。

再者，除非另有定义，本文所使用的所有词汇或术语，包括技术和科学上的词汇与术语等具有其通常的意涵，其意涵能够被熟悉此技术领域者所理解。更进一步的说，上述的词汇或术语的定义，在本说明书中应被解读为与本发明相关技术领域具有一致的意涵。除非有特别明确的定义，这些词汇或术语将不被解释为过于理想化的或正式的意涵。

首先，请参照图1～图3，图1为依据本发明的一实施例的工具机的立体示意图，图2为依据本发明的一实施例的工具机的示意图，而图3为图1的工具机1的分解示意图，其中，为使图面简洁，省略工具机1上的刀具、螺丝、走线、镂空设计等元件与结构。本实施例提出一种工具机1，可以但不限于是一种立式三轴液静压轨道线性马达铣床。如图所示，工具机1包含一机台底座10、一动件主结构20以及一驱动模块dm。动件主结构20可经由驱动模块dm可滑移地设置于机台底座10上，使得动件主结构20的刀具夹持头(或俗称主轴鼻端)921可相对机台底座10上的工作台911活动。

此外，在本实施例中，工具机1定义有彼此相正交的x轴方向、y轴方向与z轴方向，以作为后续实施例的元件于方位上的参考基础。z轴方向平行于工具机1的刀具夹持头921的转轴(axis)(或俗称刀具主轴)，y轴方向平行于动件主结构20相对机台底座10的滑移方向，至于x轴方向，则是同时与前述y轴方向与z轴方向正交的方向，但本发明并非以此为限；在其他实施例中，y轴与x轴也可相互对调。补充说明的是，前述x轴方向、y轴方向与z轴方向所构成的坐标系，即为工具机1在生产时设定以用来确定工件、刀具等在其上的位置的基本坐标系(或称工具机坐标系)，即为工具机1的基本轴向，且各轴向的相互关系是以笛卡尔直角坐标系(cartesiancoordinatesystem)来确立。

进一步来看，如图3所示，机台底座10具有二导轨组装槽11以及位于导轨组装槽11之间的一下马达组装槽12。导轨组装槽11与下马达组装槽12均位于机台底座10朝向动件主结构20的一侧。就图面视角来看，导轨组装槽11与下马达组装槽12均为v型槽。这里所述的v形槽，是指由二个斜面所围绕而成的空间，且该二斜面之间的夹角不限于是锐角、直角或钝角，且该二斜面衔接处可以但不限于是连续曲面。

具体来说，导轨组装槽11沿z轴方向(如负z轴方向)渐缩，且是由一第一设置面111与一第二设置面112所构成，其中，第一设置面111与第二设置面112之间的夹角(未标示)不限于是锐角、直角或钝角，且第一设置面111与第二设置面112的衔接处可以但不限于是连续曲面。此外，第一设置面111与第二设置面112的法线方向(未绘示)均不平行于x轴方向、y轴方向与z轴方向。另一方面，下马达组装槽12也是沿z轴方向渐缩，且是由一第一斜面121与一第二斜面122所构成，其中，第一斜面121与第二斜面122之间的夹角(未标示)不限于是锐角、直角或钝角，且第一斜面121与第二斜面122的衔接处可以但不限于是连续曲面。此外，第一斜面121与第二斜面122的法线方向(未绘示)也均不平行于x轴方向、y轴方向与z轴方向。

动件主结构20具有二液静压室21以及位于液静压室21之间的一上马达组装槽22。液静压室21与上马达组装槽22均位于动件主结构20朝向机台底座10的一侧，且分别对应机台底座10的导轨组装槽11之间的下马达组装槽12。就图面视角来看，液静压室21略呈四边形槽，而上马达组装槽22为v型槽，但为倒v型。

进一步来看，液静压室21是由一第一内端面211、一第二内端面212以及一第三内端面213所构成，其中，第二内端面212衔接于第一内端面211与第三内端面213之间，且第二内端面212实质上与第一内端面211以及第三内端面213垂直，但发明并非以此为限，并且，第一内端面211、第二内端面212以及第三内端面213的法线方向(未绘示)均不平行于x轴方向、y轴方向与z轴方向。另一方面，上马达组装槽22沿z轴方向(如正z轴方向)渐缩，且是由一第一斜面221与一第二斜面222所构成，其中，第一斜面221与第二斜面222之间的夹角(未标示)不限于是锐角、直角或钝角，且第一斜面221与第二斜面222的衔接处可以但不限于是连续曲面。此外，第一斜面221与第二斜面222的法线方向(未绘示)也均不平行于x轴方向、y轴方向与z轴方向。

另外，在本实施例与其他实施例中，动件主结构20还具有多个油腔o以及分别连通该些油腔o的多个入油道c。该些油腔o分别设置并连通液静压室21的第一内端面211、第二内端面212以及第三内端面213。该些入油道c可连接于一供油装置(未绘示)，该供油装置存有液静压油体，并可将液静压油体依序经由入油道c与油腔o注入液静压室21。但提醒的是，本发明并非以液静压油体的数量、种类、入油道c的路线规划或尺寸、及油腔o形状或尺寸等为限。

在本实施例中，连接结构50包含一连接段510与二悬臂段520。连接段510固定于动件主结构20的上马达组装槽22的第一斜面221或第二斜面222，本发明并非以此为限。悬臂段520分别连接于连接段510的相对两端以与连接段510共同围绕形成一容置空间51，其中悬臂段520与动件主结构20以及机台底座10均相分离。因此，当一定程度的外力施加于悬臂段520时，可使其相对连接段510、动件主结构20以及机台底座10等元件摆动。

在本实施例中，驱动模块dm包含一线性马达30、二液静压导轨40以及一连接结构50。

线性马达30至少部分容置于连接结构50的该容置空间51中。进一步来看，线性马达30包含一定子组装座310、二马达定子320以及二马达动子330。定子组装座310固定于机台底座10的下马达组装槽12的第一斜面121或第二斜面122，本发明并非以此为限。马达定子320分别固定于定子组装座310的相对两侧，使得马达定子320可经由定子组装座310而固定于机台底座10上。马达动子330分别固定于悬臂段520的内侧，使得马达定子320介于马达动子330之间并与马达动子330保持相分离的状态。

在本实施例中，线性马达30相对于工具机1的基本坐标系(即前述由x轴方向、y轴方向与z轴方向所构成的坐标系)来说呈倾斜的配置。具体来说，线性马达30的马达动子330、马达定子320与定子组装座310沿一排列方向d排列，该排列方向d非平行于x轴方向、y轴方向与z轴方向。可理解的是，在定子组装座310是固定于机台底座10的第二斜面122的其他实施例的情况中，线性马达30也是呈倾斜的配置，其排列方向也非平行于x轴方向、y轴方向与z轴方向。

当线性马达30从关闭状态切换至启动状态时，马达动子330与马达定子320之间会因为磁力吸引而产生相对靠近的力量，但由于马达动子330固定于悬臂段520上，因此即使马达动子330受到磁力吸引而相对靠近马达定子320，马达动子330的活动仅会连动悬臂段520，但不会影响动件主结构20，从而可避免动件主结构20因线性马达30的启动而产生形变的问题，进而可维持刀具移动的精准度，即维持加工精度。简言之，通过连接结构50的设计，可降低线性马达30启动时所产生的不必要的形变或扰动对于动件主结构20的影响。但，连接结构50为选用，本发明并非以此为限；例如于其他实施例中，驱动模块也可不具有前述的连接结构50，在此情况下，马达动子也可改以直接固定于动件主结构上。

液静压导轨40固定于机台底座10上。具体来说，液静压导轨40分别设置于机台底座10的导轨组装槽11而分别位于线性马达30的相对两侧。如图所示，在本实施例中，液静压导轨40与线性马达30大致上沿x轴方向排列。以下，将以其中一液静压导轨40为例来说明。在本实施例中，液静压导轨40固定于机台底座10的第一设置面111与第二设置面112而位于导轨组装槽11中，其中，液静压导轨40固定于第一设置面111与第二设置面112可以但不限于是以螺丝锁固等手段来实现，但本发明并非以此为限。

液静压导轨40朝向动件主结构20的相邻三侧分别具有一第一导滑面410、一第二导滑面420以及一第三导滑面430。第一导滑面410、第二导滑面420与第三导滑面430分别对应动件主结构20的液静压室21的第一内端面211、第二内端面212以及第三内端面213。在本实施例中，液静压导轨40相对于工具机1的基本坐标系(即前述由x轴方向、y轴方向与z轴方向所构成的坐标系)来说呈倾斜的配置。具体来说，第一导滑面410具有一法线方向n1，第二导滑面420具有一法线方向n2，而第三导滑面430具有一法线方向n3，法线方向n1～n3均非平行于x轴方向、y轴方向与z轴方向，此外，法线方向n1～n3实质上分别垂直于液静压室21的第一内端面211、第二内端面212以及第三内端面213。

据此，当液静压油体从油腔o注入液静压室21后，会于液静压导轨40的第一导滑面410、第二导滑面420与第三导滑面430以及液静压室21的第一内端面211、第二内端面212与第三内端面213之间形成一液静压油层l(如后续图4)，并沿液静压导轨40的第一导滑面410、第二导滑面420与第三导滑面430的法线方向n1～n3对液静压导轨40施加液静压力(如后续图4所示的f)，从而增加液静压导轨40与动件主结构20之间的距离。相较于传统的线性滑轨，本案采用液静压油体来支撑工具机的动件与不动件的手段，具有非直接接触、高阻尼、界面刚性高且可调整等优势。

在本实施例中，液静压导轨40的第一导滑面410、第二导滑面420与第三导滑面430的法线方向n1～n3与x轴方向的夹角θ均约为45度，但本发明并非以此为限。

此外，在本实施例与其他实施例中，定义该二液静压导轨40具有一连线r同时通过该二液静压导轨40，而该连线r非平行于液静压导轨40的第一导滑面410、第二导滑面420与第三导滑面430的法线方向n1～n3。这里所述的连线r，例如是指两个液静压导轨40的形心(centroid)(未绘示)或彼此最靠近或最远离的边缘(未标号)的连线，或指两个液静压导轨40相对应的结构之间的连线，但本发明并非以此为限。并且，在本实施例中，连线r可以但不限于平行于x轴方向，且连线r也不平行于线性马达30的马达动子330、马达定子320与定子组装座310的排列方向d。也就是说，在液静压导轨的连线r在满足前述其不平行于液静压导轨的法线方向或线性马达的排列方向的前提下，其在空间中的绝对位置或方位并没有予以限制。另外，前述线性马达30的排列方向d也不平行于液静压导轨40的第一导滑面410、第二导滑面420与第三导滑面430的法线方向n1～n3。

由前述可知，液静压导轨40的第一导滑面410、第二导滑面420与第三导滑面430的法线方向n1～n3不仅非平行于x轴方向、y轴方向与z轴方向，也同时不平行于两个液静压导轨40之间的连线r以及线性马达30的排列方向d。

简言之，在本实施例与其他实施例中，液静压导轨40与线性马达30相对于工具机1的基本坐标系(即前述由x轴方向、y轴方向与z轴方向所构成的坐标系)来说，均呈倾斜的配置，且液静压导轨40与线性马达30相对于彼此来说，也是呈倾斜的配置。但其中，液静压导轨40与线性马达30相对于工具机1的基本坐标(即前述所定义的x轴方向、y轴方向、z轴方向所构成的坐标系)的倾斜程度可相同或不相同；举例来说，在本实施例或其他实施例中，线性马达30的排列方向d与x轴方向的夹角也可约为45度或可为其他角度值，但本发明并非以此为限。

另外，在本实施例与其他实施例中，就图面视角来看，该二液静压导轨40以z轴为对称轴来看可以但不限于为镜像对称的配置，其倾斜方向彼此相反，且液静压导轨40实质上可以但不限于沿x轴方向排列。由此配置，液静压油体施加于该些液静压导轨40的力实质上可相互抵消，有助于降低液静压力对于工具机1所造成的形变量。

接着，请并同图3接续参阅图4，图4为本实施例的工具机1于液静压油层l形成时液静压力f施加于液静压导轨40的放大示意图。如图所示，当工具机1启动且液静压油体注入液静压室21时，液静压导轨40与动件主结构20的间距增加而形成液静压油层l，由于液静压导轨40呈倾斜的配置，液静压油体对其朝向动件主结构20的任一表面(即第一导滑面410、第二导滑面420或第三导滑面430)所施加的压力(如图4的液静压力f)均非平行于x轴方向、y轴方向与z轴方向。据此，液静压导轨40用于导引动件主结构20的所有表面上的液静压油体的压力都具有分量施加于工具机1的各基本轴向(即x轴方向、y轴方向与z轴方向)，进而有助于降低或消除工具机1的动件主结构20相对机台底座10产生扭转的问题，从而可提升工具机1于加工时的整体动态表现。

简言之，通过液静压导轨40的第一导滑面410、第二导滑面420与第三导滑面430的法线方向n1～n3非平行于x轴方向、y轴方向、z轴方向以及液静压导轨40的连线r的配置，所有油腔o所施加给液静压导轨40每一表面的压力都不仅单一地作用于基本轴向，而是都具有分力可同时作用于多个基本轴向，从而可提升例如对x轴方向的拘束力来避免或消除工具机1的动件主结构20于运作时产生扭转的问题，进而可维持加工的精度。

同时，通过将马达动子330固定于连接结构50的悬臂段520的配置，可有效降低线性马达30启动时所产生的不必要的形变或扰动而对动件主结构20的影响。

此外，为了形成液静压油层l，施加于液静压导轨40上的液静压力f非常的大，但由于机台底座10上用于容置液静压导轨40与线性马达30的导轨组装槽11以及下马达组装槽12均为v型槽，在几何结构上具有较高的结构强度，从而可避免机台底座10受到液静压力f的影响而产生变形的问题。

由此可知，只要可使液静压导轨的导引面的法线方向非平行于液静压导轨的连线以及工具机的基本轴向的配置，均属于本发明所欲涵盖的范畴。举例来说，请参阅图5与6，图5为依据本发明的另一实施例的工具机2的示意图，而图6为依据本发明的又一实施例的工具机3的示意图。图5～图6的实施例与前述实施例的差异仅在于液静压导轨40的倾斜程度。在图5中，液静压导轨40仍呈倾斜配置，但相较于前一实施例来说较为直立；在图6中，液静压导轨40仍呈倾斜配置，但相较于前述实施例来说较为平躺。在图5～图6的实施例中，施加于液静压导轨40各侧上的液静压力f都非平行于工具机坐标系的基本轴向(即附图的x轴方向、y轴方向、z轴方向)以及液静压导轨40的连线r，即液静压导轨40用于导引的表面的法线方向，如同前述实施例一样也非平行于x轴方向、y轴方向、z轴方向以及液静压导轨40的连线r。因而，前述实施例的工具机2～3可如前述工具机1达到提升抗扭转的效果。可理解的是，在其他实施例中，液静压导轨40当然可依据其他需求调整其倾斜程度，本发明并非以此为限，且不再依序赘述。

另外，还需补充说明的是，虽然前述实施例的线性马达30是以定子组装座310组装于机台底座10方式配置，且液静压导轨40是以固定于机台底座10的方式配置，但本发明并非以此为限。例如在其他实施例中，线性马达30也可改以定子组装座310组装于动件主结构20的方式配置，而液静压导轨40也可改以固定于动件主结构20的方式配置，而其他与的搭配的元件则可相应调整所设置的位置。

由本发明前述的工具机，由于液静压导轨的导滑面的法线方向均不平行于工具机的x轴方向、y轴方向、z轴方向以及液静压导轨的一连线，即，液静压力都不仅单一地沿工具机的基本轴向朝液静压导轨的导引表面施压，而是都具有分力可同时作用于多个基本轴向，从而可提升例如对x轴方向的拘束力来避免或消除工具机的动件主结构于运作时产生扭转的问题，进而可维持加工的精度。

此外，通过将马达动子固定于连接结构的悬臂段的配置，可有效降低线性马达启动时所产生的不必要的形变或扰动而对动件主结构及动件主结构的影响。

另外，用于容置液静压导轨与线性马达的导轨组装槽以及下马达组装槽略呈v型，在几何结构上具有较高的结构强度，从而可避免机台底座10受到液静压力f的影响而产生变形的问题。