專利名稱：機(jī)床導(dǎo)向結(jié)構(gòu)滑動面堆焊方法及該導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用轉(zhuǎn)移式等離子弧焊進(jìn)行堆焊加工形成機(jī)床主軸、工作臺等導(dǎo)向部的導(dǎo)向滑動面的機(jī)床導(dǎo)向結(jié)構(gòu)滑動面的堆焊方法及所述導(dǎo)向結(jié)構(gòu)。
在機(jī)床中，為了支承進(jìn)行滑動運(yùn)動的工作臺、主軸的荷重，同時為了進(jìn)行導(dǎo)向，使對于相對運(yùn)動方向所產(chǎn)生的摩擦阻力盡可能減少而設(shè)置靜壓型或動壓型軸承。特別是在要求高精度的精密機(jī)床中較多采用在運(yùn)動精度上能發(fā)揮優(yōu)良特性的靜壓型軸承。
后述圖5表示傳統(tǒng)靜壓軸承襯墊(パッド)。在機(jī)床中，此作為為對工作臺等直線滑動運(yùn)動進(jìn)行直線導(dǎo)向而采用的靜壓軸承。在導(dǎo)向面上形成凹槽2，通過節(jié)流向此凹槽2內(nèi)供給潤滑油。用位于凹槽2周圍和移動體4間的軸承間隙的潤滑油的靜壓力支承移動體4。
通常，在設(shè)計此類靜壓軸承中，按照重視剛性還是滑動特性來選擇不同的導(dǎo)向面材料。在將重點放在剛性的場合，大多選鐵系材料，當(dāng)把重點放在滑動特性上時，即選擇銅系材料。一般說，由于在選用單一銅系材料為軸承材料時，母材的剛性通常較低，而且，存在變形量為鐵系材料的兩倍的問題，因此，常采用加工銅合金板材形成滑動面，將此板材貼附在鐵系材料的母材上的方式。
此外，為彌補(bǔ)軸承材料的缺點，也有通過對母材表面進(jìn)行堆焊加工來形成導(dǎo)向面的。以往，進(jìn)行此種堆焊加工應(yīng)用TIG焊接、MIG焊接。
另外，對于動壓型軸承來說，以往是面接觸的導(dǎo)向面方式作為最優(yōu)良的滑動面。但是，從性能和價格方面考慮，一般采用更價廉的商標(biāo)為塔加伊脫(Turcite)的合成樹脂制滑動導(dǎo)向面。
然而近來轉(zhuǎn)移式等離子弧焊正被應(yīng)用于堆焊加工。此轉(zhuǎn)移式等離子弧焊就是向在被加工物(母材)和鎢電極間發(fā)生的等離子電弧中投放合金粉末，使其熔化后熔敷在被加工物表面上的焊接技術(shù)，常被應(yīng)用于對耐摩性有特別要求的構(gòu)件的表面堆焊處理加工等中。作為此方面的傳統(tǒng)技術(shù)，例如可列舉在日本發(fā)明專利公開1980年第5126號公報上所記載的內(nèi)容。
據(jù)此通過向在被用惰性氣體密封起來的鋼鐵母材和不消耗電極間發(fā)生的電弧中供給合金銅粉末混合物，在鋼鐵母材表面進(jìn)行堆焊能加工成具有非常高的硬度，而不發(fā)生裂紋的表面硬化堆焊層，且能不使被焊接母材產(chǎn)生較大熔化。
在靜壓軸承中，在將上述銅系材料的板材進(jìn)行貼附的場合，此板材一般為價格遠(yuǎn)高于鋼材的高價材料。而且，銅系材料的板材，若從作為滑動面所必需的功能考慮，對于僅需數(shù)毫米厚就足夠，但大都必需使用數(shù)十毫米厚的材料進(jìn)行加工形成，因而成本高，而且，在用貼附方式形成靜壓軸承的場合，由于結(jié)構(gòu)上不能達(dá)到緊湊，剛性不能提高，此成為妨礙達(dá)到高精度化的主要原因。
此外，如后述圖6所示，在用根據(jù)TIG、MIG焊接的堆焊加工使母材5上產(chǎn)生堆焊6而形成滑動面的場合，最大的缺點在于，堆焊材料中的來自母材的過熔物7約達(dá)30％的程度，其從滑動面的表面析出，成為咬住的原因。此外，在焊接邊界因存在氣泡8、不純物而使堆焊層6和母材5難以牢固熔敷。
能舉出作為機(jī)床用靜壓軸承所必需具有的性能之一是發(fā)熱少。對此，在把由銅系材料構(gòu)成的板材進(jìn)行貼附方式的靜壓軸承中，在因滑動速度將靜壓油切斷時發(fā)生的熱量容易向機(jī)體一側(cè)傳遞，此外，板材與機(jī)體間的線熱膨脹系數(shù)的不同成為熱位移的主要原因。一旦產(chǎn)生此熱位移，將助長靜壓間隙的變形，產(chǎn)生油量不足等問題，同時，還產(chǎn)生油的熱惡化，以及時效變化。再有，考慮了熱位移的板材加工，以往大多依賴于經(jīng)驗，此外，在進(jìn)行板材貼附方面，當(dāng)使用環(huán)氧樹脂作為粘接材料進(jìn)行貼合，以及需加工型環(huán)槽時，需要較多的組裝工序。
此外，在動壓軸承中，在其導(dǎo)向方式上采用塔加伊脫滑動導(dǎo)向面的場合，在提高剛性上存在問題。此外，在面接觸導(dǎo)向方式的動壓軸承中，在可得到優(yōu)良滑動面的另一面，存在因加工、粘接困難而使其成為昂貴產(chǎn)品的問題。
因此，本發(fā)明正是為解決上述傳統(tǒng)技術(shù)中問題，目的在于提供與傳統(tǒng)的采用板材貼附方式、堆焊加工結(jié)果相比，在強(qiáng)度上、滑動特性上具有優(yōu)良靜壓滑動面的機(jī)床導(dǎo)向結(jié)構(gòu)。
此外，本發(fā)明的另一目的在于提供作為精度加工用機(jī)床的動壓滑動面而發(fā)揮優(yōu)良性能的機(jī)床導(dǎo)向結(jié)構(gòu)。
此外，本發(fā)明的又一目的在于提供能通過無形狀約束進(jìn)行堆焊加工，形成母材的熔透點少的優(yōu)良滑動面，且適于自動化，有助于降低成本的滑動面堆焊加工方法。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明機(jī)床導(dǎo)向結(jié)構(gòu)滑動面的堆焊加工方法的特點在于，通過邊把以銅為主體組成成份的銅合金粉末送入被惰性氣體封住的等離子弧中邊在軸承本體的由鐵系材料組成的母材表面上施行轉(zhuǎn)移式等離子弧焊，對作為軸承要素的滑動面材料進(jìn)行堆焊加工。
此外，根據(jù)本發(fā)明的機(jī)床導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，其對進(jìn)行相對滑動運(yùn)動的移動體的沿運(yùn)動方向的運(yùn)動進(jìn)行導(dǎo)向，具備如下的靜壓軸承要素，即，該靜壓軸承要素具有通過邊把以銅為主體組成成份的銅合金粉末送入被惰性氣體密封起來的等離子弧中，邊在軸承本體的由鐵系材料組成的母材表面上進(jìn)行轉(zhuǎn)移式等離子弧焊，從而堆焊加工成所述滑動面。
此外，根據(jù)本發(fā)明的機(jī)床導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，其對進(jìn)行相對滑動運(yùn)動的移動體的沿運(yùn)動方向的運(yùn)動進(jìn)行導(dǎo)向，具備如下所述的動壓軸承要素，即，該動壓軸承要素具有通過邊把以銅不主體組成成份的銅合金粉末送入被用惰性氣體密封起來的等離子弧中，邊在軸承主體的鐵系材料組成的母材表面上進(jìn)行轉(zhuǎn)移式等離子弧焊，從而堆焊加工成所述滑動面。
對附圖的簡單說明

圖1為對本發(fā)明一實施例的滑動面堆焊焊接方法的說明圖，圖2為對本發(fā)明適用于靜壓軸承襯墊實施例的說明圖，圖3為對本發(fā)明適用于銑刀軸動壓滑動面實施例的說明圖，圖4為表示可適用本發(fā)明的砂輪軸一例的說明圖，圖5為對傳統(tǒng)靜壓軸承襯墊結(jié)構(gòu)的說明圖，圖6為表示在傳統(tǒng)的母材堆焊焊接成的滑動面上的母材熔深的說明圖，圖7為表示靜壓軸承凸臺焊接區(qū)金相組織的顯微照片，圖7(a)為實施本發(fā)明的靜壓軸承襯墊，圖7(b)為傳統(tǒng)采用MIG焊接的堆焊例。
以下，參照附圖對本發(fā)明一實施例進(jìn)行說明。
圖1為表示采用轉(zhuǎn)移式等離子弧焊進(jìn)行堆焊加工的圖，隨著將銅合金粉末10向等離子電弧11供給，對母材12的表面進(jìn)行堆焊。
圖中，13為鎢電極，14為直流弧焊電源連接成，母材12為陽極，鎢電極13為陰極。15為密封氣體噴嘴，噴出作為惰性氣體的氬用以覆蓋等離子電弧。容納鎢電極13的內(nèi)筒17和外筒18之間為銅合金粉末10的供給通道。因此，若在母材12和鎢電極13間產(chǎn)生等離子弧11，并供給銅合金粉末10，銅合金粉末10即在電弧中熔融，在母材12的表面上進(jìn)行堆焊。
圖2表示用轉(zhuǎn)移式等離子弧焊將靜壓軸承襯墊材料進(jìn)行堆焊加工而形成的實施例。
此外，作為母材的銅材使用JISG 3101 SS400，銅合金粉末使用以銅為主體，由下列表1所示粒徑為60-200號的銅合金粉末。
銅合金粉末的組成(重量％)
在使用轉(zhuǎn)移式等離子弧焊場合，由于僅對襯墊凸臺部20進(jìn)行堆焊，據(jù)此造成在中央形成凹槽部21，這與傳統(tǒng)的復(fù)貼板材的方式相比，因僅用在最小限度范圍內(nèi)的滑動面的堆焊所必需的材料就行，因而能節(jié)省材料。
此外，在使用轉(zhuǎn)移式等離子弧焊場合，由于能使具有高強(qiáng)度的銅材和具有良好滑動面特性的銅合金組合的自由度變大，因而能獲得同時利用兩種材料特性的良好的靜壓滑動面。
此外，圖7為表示靜壓軸承襯墊材料在焊接邊界的金相組織的200倍放大率拍攝的顯微照片。其中，圖7(a)表示實施本發(fā)明的靜壓軸承襯墊材料，圖7(b)表示用傳統(tǒng)MIG焊接進(jìn)行堆焊后的焊接邊界，以與上述進(jìn)行對比，若比較這些照片即可看出，采用本發(fā)明形成的母材過熔小于采用傳統(tǒng)的MIG焊接或TIG焊接進(jìn)行堆焊形成的過熔，此外，因在焊接邊界存在的氣孔，不純物少，以致密的面牢固熔敷，所以，使生成的堆焊層發(fā)生剝離的問題得以解決。
而且，與傳統(tǒng)的貼附方式相比，由于容易形成薄的堆焊層，因而能使靜壓軸承結(jié)構(gòu)緊湊的同時，且能獲得高精度化、高衰減性。
圖3表示在銑刀軸22內(nèi)可移動地設(shè)置鏜軸的鏜床中，用轉(zhuǎn)移式等離子弧焊形成鏜軸的導(dǎo)向動壓滑動面23的實施例。
在此場合，若采用轉(zhuǎn)移式等離子弧焊，因能將焊輪24水平插入銑刀軸22的軸孔內(nèi)進(jìn)行堆焊加工，從而能進(jìn)行沿縱向不受約束，自由度高的堆焊加工。此外，采用轉(zhuǎn)移式等離子電弧焊，能將動壓滑動面作為面接觸面使加工成本便宜。
以上，對于本發(fā)明的各實施形態(tài)作了說明，然而，本發(fā)明能適用于各種機(jī)床的具有靜壓滑動面，動壓滑動面的導(dǎo)向?qū)蚪Y(jié)構(gòu)。例如，如圖4所示也同樣能有效適用于磨床砂輪軸25的靜壓滑動面26。
由以上說明可知，根據(jù)本發(fā)明，通過采用轉(zhuǎn)移式等離子弧焊，能在致密的母材上形成牢固的焊接邊界而不發(fā)生剝離問題。此外，能形成在滑動面無氣泡和不純物的剛性高的滑動面。此外，由于能形成薄的堆焊層能以必要最小限度的材料直接在母材上進(jìn)行堆焊，因而使材料不浪費(fèi)，且因加工上的約束條件少，能進(jìn)行自由度大的焊接，因而適用于自動化加工，且能實現(xiàn)降低機(jī)床滑動面材料的加工成本。
此外，根據(jù)本發(fā)明，由于堆焊方式為低溫轉(zhuǎn)移式等離子焊接，所以能形成向母材的過熔為零的良好的滑動面。而且，在作為母材的銅材上用堆焊形成起來的滑動面能發(fā)揮銅合金的特點，使發(fā)生的變形少，強(qiáng)度增強(qiáng)。
此外，根據(jù)本發(fā)明，能使動壓滑動面成為低成本形成的面接觸導(dǎo)向面，可使動態(tài)剛性提高。
權(quán)利要求
1.機(jī)床導(dǎo)向結(jié)構(gòu)滑動面堆焊方法，其特征在于，通過邊把以銅為主體組成成分的銅合金粉末送入被惰性氣體密封的等離子弧中，邊在軸承本體的由鐵系材料組成的母材表面上施行轉(zhuǎn)移式等離子電弧焊，對作為軸承要素的滑動面材料進(jìn)行堆焊加工。
2.為實施權(quán)利要求1所述方法的機(jī)床導(dǎo)向結(jié)構(gòu)用于對進(jìn)行相對滑動運(yùn)動的移動體的沿運(yùn)動方向的運(yùn)動進(jìn)行導(dǎo)向，其特征在于具備如下所述的靜壓軸承要素，即，該靜壓軸承要素具有通過一面把以銅為主體組成成分的銅合金粉末送入被惰性氣體密封的等離子弧中，一面在軸承本體的由鐵系材料組成的母材表面上施行轉(zhuǎn)移式等離子電弧焊，從而堆焊加工成的滑動面。
3.為實施權(quán)利要求1所述方法的機(jī)床導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，對進(jìn)行相對滑動運(yùn)動的移動體的沿運(yùn)動方向的運(yùn)動進(jìn)行導(dǎo)向，其特征在于具備如下所述的動壓軸承要素，就是，該動壓軸承要素具有通過一面把以銅為主體組成成份的銅合金粉末送入被惰性氣體密封的等離子電弧中，一面在軸承本體的由鐵系材料組成的母材表面上施行轉(zhuǎn)移式等離子電弧焊，從而堆焊加工成的滑動面。
全文摘要
機(jī)床導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的滑動面堆焊方法及該機(jī)床導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，特點在于，通過邊把以銅為主體組成成分的銅合金粉末送入被惰性氣體密封的等離子電弧中，邊在軸承本體的由鐵系材料組成的母材表面上施行轉(zhuǎn)移式等離子電弧焊，對軸承要素的滑動面材料進(jìn)行堆焊加工，具有能通過無形狀約束地進(jìn)行堆焊加工形成滑動面，特別適于自動化加工，有助于降低成本等優(yōu)點。
文檔編號B23K35/30GK1147437SQ9611181
公開日1997年4月16日 申請日期1996年8月8日 優(yōu)先權(quán)日1995年8月8日
發(fā)明者落合奛, 羽山定治, 佐佐木恭一, 林英樹, 本多孝政 申請人:東芝機(jī)械株式會社