JP4624030B2 - 金属工作機械の機枠およびその鋳造方法 - Google Patents

Description

本発明は、研削装置、切削装置、旋盤等の金属工作機械の機枠（ベッドやコラム）に関する。この機枠は、振動減衰性に優れる。

金属工作機械のベッド（フレ−ム）やコラム（スタンド）は、機械加工性に優れたねずみ鋳鉄（ズク鋳物）を素材としており、鋳造後、フライス加工や研削加工されて生産される。金属工作機械は一般に水平ベッドとこのベッドに取り付けられたコラムを有しており、金属工作機械の種類によりワ−クおよび工具の固定ユニット、および駆動ユニットがベッドおよびコラムに配置されている。

図３に示す平面研削装置１において、３は砥石車、４は水平方向に往復移動可能なテ−ブル、５は作業台部、７は前後方向に往復移動可能なサドル、８は操作盤、８ｂは砥石上下切り込み手動パルス発生ハンドル、９はコラム、１０は砥石頭、１１は砥石軸、１２は砥石３を垂直方向に移動する昇降機構、１３はモ−タ−、１５は中空ボ−ルネジ、１７は安全保護カバ−、１８は研削液供給ノズル、１９はベッド、２０は研削液タンク、２１はフィルタ−、２２はポンプ、２６は油圧装置、２７はオイルミスト潤滑エア−取入口、２８は研削液高さ位置読取窓である。ワ−クは、テ−ブル４上に電磁チャックを介して載置され、テ−ブル４の左右移動、サドル７の前後移動、砥石車３の上下移動による相対的な動きによりワ−クは研削加工される。

ベッド１９上に設置されたコラム９の比較的大きい荷重や、ベッドを設置する際の調整誤差や、温度変化や温度勾配が原因で、コラムがベッドに対して曲げ運動またはねじれ運動が生じる。このような変形運動は、ワ−クの加工精度に悪影響を及ぼす。よって、ベッドやコラム内に温度管理のパイプを配備したり、ベッドやコラムの荷重を減らす工夫が成されている。例えば、ベッドやコラムを反応性樹脂コンクリ−トで一体鋳造し、振動減衰性を高める方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
また、ベッドやコラム鋳造時に、冷却液流通パイプを鋳込む方法が提案されている（例えば、特許文献２および特許文献３参照。）。
特開平６−１５５２０５号公報 特開平６−１２６５６４号公報 特開２０００−２７１８６６号公報

特許文献１に記載される機枠に反応性樹脂コンクリ−トを用いる方法は、小型の工作機械においては、振動減衰性を高め、および機枠を軽量化するためには良好であろうが、耐久性、重量感に乏しく、信頼性に欠ける。特に、コネクタ−、パンチ、タイバ−等のワ−クの大型研削装置において、ワ−クテ−ブルやツ−ルテ−ブルをリニアモ−タで高速往復移動させるときは、テ−ブル、ベッド、コラムの振動を抑える必要があり、反応性樹脂コンクリ−ト機枠では、ひび割れが生じる。本発明は、振動減衰性、耐久性に優れ、重量感のある機枠を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、砂を粘結剤で固めた中子（３７）およびこの中子を固定する中空ケレン（３８）であってその中空部に崩壊性砂（４１）が残されている中空ケレン（３８）またはその中空部の先をタップ（３８ｄ、３８ｅ）で蓋をした中空ケレン（３８）を鋳鉄で埋設させた機枠（３０）であって、この機枠（３０）は鋳鉄と砂の容積比が、砂 １重量部に対して鋳鉄 ７〜１０重量部の割合で構成されていることを特徴とする、金属工作機械の機枠（３０）を提供するものである。

請求項２の発明は、鋳型（３１ａ，３１ｂ）のキャビティ（３２）に、砂をフラン樹脂粘結剤で固めた中子（３７）を鋳鉄製または鋼製の中空ケレン（３８）を用いて固定し、砂を珪酸ナトリウムで粘着させ、これに炭酸ガスを吹き込んで珪酸ナトリウムと反応させて硬化させた崩壊性砂（４１）で前記中空ケレン（３８）の中空部を充填した後、キャビティ（３２）に鋳鉄溶湯を注湯し、溶湯を冷却して固化することを特徴とする、砂と鋳鉄と重量比が、砂 １重量部に対して鋳鉄 ７〜１０重量部の割合で構成されている金属工作機械の機枠（３０）を鋳造する方法を提供するものである。

鋳鉄の比重が７．１〜７．３であり、砂の比重が２．０７〜２．１０（嵩比重は１．５ｇ／ｃｍ^３前後）であるので、鋳鉄のみで構成される機枠と比較し、機枠の重量は軽量化される（機枠の比重は６．４７〜６．８８）。機枠の表面は鋳鉄で構成されるので、外観から見た機枠の重量感は損なわれない。鋳鉄内に内蔵された砂が、ワ−クの機械加工時のテ−ブルや機枠の振動を減衰させるので、得られるワ−クの加工精度が向上する。

以下、図を用いて本発明をさらに詳細に説明する。
図１は鋳型の断面図、および、図２は機枠の部分断面図である。

図１に示す鋳型３０おいて、鋳型３０は上型３０ａと下型３０ｂとからなる。３１は型枠、３１ａは上型枠、３１ｂは下型枠、３１ｃはフランジ、３２はキャビティ、３３は湯口、３４は湯道、３５は押湯、３６はセキ、３７は中子、３８はケレン、３９は冷やし金、および４０はパ−ティングラインである。

上型３０ａと下型３０ｂは、鋳物製品である金属工作機械の機枠の形に近い模型を使用し、形成する。上型３０ａは、上型枠３１ａに粘結剤をまぶした鋳物砂を突き固め、下型３０ｂは、下型枠３１ｂに粘結剤をまぶした鋳物砂３１ｄを突き固めて形成し、パ−ティングライン４０面で上型と下型を合わせて鋳物製品である機枠の外形に似たキャビティ３２を形成する。突き固め機としては、モ−ルディングマシ−ン、サイドリンガ−、コ−アブロア−、シェルモ−ルディングマシ−ン、ジョルトスクイ−ズモ−ルディングマシ−ンが用いられる。

鋳型の通気性、崩壊性、耐熱性を高めるため、鋳物砂、粘結剤に、必要により添加剤、例えば、炭素質、糖類、繊維質、木屑が加えられる。また、鋳型の崩壊性、耐熱性、素肌を高めるため黒鉛等の塗型剤を鋳型表面に塗ることもある。鋳物砂としては一般に珪砂が使用され、粘結剤としてはフラン樹脂、フェノ−ル樹脂、ベントナイト、珪酸ナトリウムが用いられる。粘結剤は鋳型の崩壊性、強度を考慮して選択される。また、珪酸ナトリウムは大気中の炭酸ガスを吸って硬化または炭酸ガスを吹き込むことにより硬化される。

中子３７は、中子取型を用い、粘結剤を混ぜた鋳物砂、ほろ砂（古砂＋川砂＋粘土水）、あるいは、油砂を固めて成型したものである。鋳物砂としては、珪砂、古砂が使用され、粘結剤としてはフラン樹脂、フェノ−ル樹脂、ベントナイト、珪酸ナトリウムが用いられる。中子成型方法としては、中子３７の強度、手作業性の面から、砂をフラン樹脂で自硬化させるフラン・ホットボックス方法、または、砂をフェノ−ル樹脂と混練してレジンコ−テッドサンドとし、これを２５０〜３５０℃で加熱硬化させるシェルモ−ルド成型方法が好ましい。中子の厚みは、５〜１００ｍｍ、好ましくは、１０〜５０ｍｍである。

中子３７を鋳型３０のキャビティ３２内に安定に収納するために、鋳鉄製または鋼製の中空ケレン３８を用いる。中空ケレン３８は、角筒または円筒の胴体部３８ａの外周に鍔３８ｂが設けられた構造を有し、胴体部３８ａの一端は上型３０ａまたは下型３０ｂに面接触し、他端は中子３７の砂内に埋設されている。ケレン３８の中子３７を押さえる鍔３８ｂと胴体部３８ａ一端の型の鋳物砂に接触している面で、鋳型３０のキャビティ３２内に鋳鉄溶湯を注湯した際の中子３７が浮き上がるのを防止する（図１参照）。中空ケレン３８の高さは、鋳物製品の厚みに依存するが、例えば、１０ｍｍ、１８ｍｍ、２２ｍｍ、２８ｍｍ、３２mmである。

中子取型として割型を用い、中空ケレン３８の他端が中子３７の砂内に埋設されている中子３７を成型し、型割して中空ケレン３８が付属している中子３７を取り出す。ケルン３８の中空部３８ｃはガス抜き孔の機能をなす。中空ケレン３８の胴体部３８ａの中空部３８ｃ内には、砂を珪酸ナトリウムで粘着させ、これに炭酸ガスを吹き込んで珪酸ナトリウムと反応させて硬化させた崩壊性砂４１で前記中空ケレン３７の中空部を充填し、注湯時の中子３７砂の流出を防止させる。ケレンの使用数、中空部３８ｃの断面積は、中子３７にかかる浮力に応じて決める。中空ケレンの胴体部の中空部３８ｃ内面にはタップネジ溝を設けてあってもよい。

中空ケレン３８、中子３７、鋳物砂を備えた上型３０ａと下型３０ｂとをパ−ティングライン４０面で合わせてキャビティ３２、湯道３４を形成させ、フランジ３１ｃを金具で締め付け、上型３０ａに湯口陶器３３を固定して鋳型３０を成型する。

鋳鉄溶湯を湯口３３より注湯し、湯道３４を通ってキャビティ３２内を溶湯で充満させ、ついで、溶湯を冷却・固化させて砂と鋳鉄との重量比が、砂１重量部に対して鋳鉄７〜１０重量部の割合で構成されている金属工作機械の機枠（鋳物製品）を製造する。

注湯、固化が終了し、鋳型の温度が８０℃以下となったら、鋳物製品を鋳型３０から取り出す型バラシを行う。型バラシ後、中空ケレン３８の中空部３８ｃ内に存在する崩壊性砂４１の全部または一部を取り出し、中空ケレン３８の胴体部３８ａの両端を溶接３８ｄして溶接部を栓として利用するか、中空部３８ｃ内にタップネジ溝が形成されている中空ケレン３８であればネジ付きタップ３８ｅで蓋する（図２参照）。得られた鋳物製品をショットブラストすることにより鋳肌を良くし、更にバリ取りし、機枠（鋳物製品）を得る。

鋳物製品の中子３７の存在する（鋳物＋中子）部分の厚みは２５〜１５０ｍｍ、好ましくは、３０〜１００ｍｍである。機枠は、リブ（筋）が設けられた構造であってもよいし、中子３７の他に冷却パイプが埋設された構造であってもよい。鋳物製品の中子３７の存在する部分の厚みが２０ｍｍ以下であると注湯時に発生したガス圧で機枠のリブ部にヒビが入ることがあるので、安全を見て厚みを２５ｍｍ以上とする。鋳鉄は、製品表面から中子３７までの鋳鉄厚みを最小１０ｍｍ、好ましくは最小２０ｍｍの厚みとすることが必要である。

機枠（鋳物製品）の砂と鋳鉄と重量比は、砂１重量部に対して鋳鉄７〜１０重量部の割合である。中空ケレン３８内に崩壊性砂４１が残されている場合は、この砂も砂の重量費に算入される。また、中空ケレン３８の金属重量は鋳鉄の重量に算入される。機枠の厚み、長さ、幅等により砂と鋳鉄の重量比は変わる。厚みが薄いと砂に対する鋳鉄の使用量は大きくなる。機枠の振動減衰性を向上させるには砂の機枠重量に占める重量割合が大きい方がよい。

機枠としては、ベッド（フレ−ム）やコラム（スタンド）が挙げられる。

本発明の機枠は、砂を含む鋳鉄で構成されており、ワ−クテ−ブルやツ−ルテ−ブルをリニアモ−タで高速往復移動させてワ−クを機械加工する際の機枠の振動減衰性、耐久性に優れるので、寸法精度のよい機械加工製品が得られる。また、機枠を鋳鉄で鋳造するとき、中空ケレンを用い中子より発生するガス抜きを行っているので、フクレのない鋳造製品（機枠）が製造できる。

鋳型の断面図である。 機枠の部分断面図である。 研削装置の斜視図である。

符号の説明

３０ 鋳型
３０ａ 上型
３０ｂ 下型
３１ 型枠
３２ キャビティ
３３ 湯口
３４ 湯道
３７ 中子
３８ ケレン
４０ パ−ティングライン
ｗ 機枠

Claims (2)

1. 砂を粘結剤で固めた中子（３７）およびこの中子を固定する中空ケレン（３８）であってその中空部に崩壊性砂（４１）が残されている中空ケレン（３８）またはその中空部の先をタップ（３８ｄ、３８ｅ）で蓋をした中空ケレン（３８）を鋳鉄で埋設させた機枠（３０）であって、この機枠（３０）は鋳鉄と砂の容積比が、砂 １重量部に対して鋳鉄 ７〜１０重量部の割合で構成されていることを特徴とする、金属工作機械の機枠（３０）。
2. 鋳型（３１ａ，３１ｂ）のキャビティ（３２）に、砂をフラン樹脂粘結剤で固めた中子（３７）を鋳鉄製または鋼製の中空ケレン（３８）を用いて固定し、砂を珪酸ナトリウムで粘着させ、これに炭酸ガスを吹き込んで珪酸ナトリウムと反応させて硬化させた崩壊性砂（４１）で前記中空ケレン（３８）の中空部を充填した後、キャビティ（３２）に鋳鉄溶湯を注湯し、溶湯を冷却して固化することを特徴とする、砂と鋳鉄と重量比が、砂 １重量部に対して鋳鉄 ７〜１０重量部の割合で構成されている金属工作機械の機枠（３０）を鋳造する方法。

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