KR100393848B1 - 수평스핀들을구비한공작기계 - Google Patents

Abstract

지지부(10)상에 배치된 두 개의 주축대(16,17)로 이루어지며, 이 주축대는 그들의 높이와 세로방향에 따라 서로 독립적으로 이동한다. 상기 주축대의 하나(17)는 작업편 케리어(20)상에 부착된 작업편의 처리를 하는 동안, 다른 주축대(16)는 공구대로부터 공구를 수용하기 위하여 공구대(24) 뒤에서 이동가능하다. 반면, 하나의 주축대는 작업편에 작업을 하는 동안, 다른 공구를 구비한 다른 주축대는 이미 원하는 작업 회전 속도로 가속되어질 수 있고 공구에 전진할 수 있다. 그래서 공구의 교환에 필요한 시간이 대폭적으로 감소된다.

Description

수평 스핀들을 구비한 공작기계{Machine tool with horizontal spindles}

본 발명은 최소한 두 개의 주축대(headstocks)로 이루어지며, 작업편(workpieces)을 드릴링(drilling) 그리고/또는 그라인딩(grinding) 처리하는 공작기계에 관한 것이다.

여기서 주축대는 고정된 또는 이동가능한 공구대(tool magazine)로 부터/내로 직접적으로 공구를 제거하거나 또는 개별적으로 복귀시키는 것으로 알려져 있다. 그와 같은 공구대에서, 주축대는 처리 공정의 완성을 위하여는 공구대로 전진되어져야만 한다. 공구대에서, 공구가 교환되고, 주축대가 연이어 작업편으로 안내되어 복귀한다. 이와 같은 공구의 교환은 상당한 시간을 요구하고, 이는 주축대에 의하여 수행되어지는 이동 공정에 의한 것만이 아니고, 작업 스핀들의 감속과 가속에 기인한 시간손실에도 기인한다 공구가 교환되는 전 기간동안 공간기계는 처리공정에 이용될 수 없다.

리볼버(revolver) 형상으로, 많은 수의 작업 스핀들로 이루어진 공작기계에 있어서, 작업편으로 부터 하나의 작업 스핀들의 제거와 커플링(coupling)을 따른 작업편으로 또 다른 작업 스핀들의 전진과 공정의 가속에는 상당한 시간을 요한다. 비록 하나의 작업 스핀들이 작동하는 동안에 또 다른 작업 스핀톤에 새로운 공구가 구비될 수 있는데, 이는 작업 스핀들에서 상당한 경비를 요한다. 더 나아가, 그와 같은 것은 작동 위치에 위치한 리볼버 시스템으로 전진하는 공구대의 사용을 필요로 하게 된다.

청구항 1에서 전제부의 기초가 되는 공작기계는 JP 59-69242 A에서 알려져 있다. (일본 특허초록 M-317, 1994. 8. 15, vol 8, No 177) 이 공구대는 지지부(asupport)를 구비하는데, 여기서 두 개의 주축대는 서로에 독립적으로 수직방향으로 이동가능하다. 각 주축대는 주축대와 함께 이동하며 그 상부에 배치된 전용 공구대(dedicated tool magazine)를 갖고 있다. 공구대로부터 관련 주축대(appertaining headstock)로 공구의 전송은 회전 암(swival arm)에 의하여 수행된다. 공구대의 전체 지지부는 공급방향(feeding direction, 공구를 향하여)에서 변위할 수 있다. 이 공구대는 주축대의 개개의 것이 작업편과 연동할 수 있고, 반면에 공구의 교환은 다른 주축대에 의하여 수행되므로 잇점을 가지고 있다. 그래서 공구의 교환에 필요한 시간이 없으므로 상당한 시간을 절약할 수 있다.

더 나아가, 특허 DD 263 725로부터 알려진 공작기계가 있다. 이는 지지대 상에서 수직으로 변위되어지는 단일의 주축대로 이루어져 있다. 부가적으로, 주축대는 세로 방향에서 수평으로 이동할 수 있어서 공구대를 사용하는 공구의 교환이 가능하다. 이 공구대는 기계 지지부 앞에 배치되어 있고, 수평으로 이동가능한 슬라이더상에서 여러종류의 공구를 이송한다. 그래서 각 공구는 주축대를 향한 전송위치로 움직일 수 있다. 공구대용 안내로는 최소한 공구를 이송하는 슬라이더 길이의 최소한 2배이다.

본 발명의 목적은 구조면에서 아주 간단하고 공구의 교환이 매우 신속할 수 있는 공작기계를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 상기 목적은 청구항 1에 나타난 특징에 의하여 해결될 수 있다.

본 발명의 공작기계에 있어서, 두 개의 주축대는 수직 가이드(vertical guides)를 따라 지지부상에서 서로 독립적으로 이동가능하다. 더 나아가, 각 주축대는 세로 방향에서 수평으로 이동가능하다. 주축대의 하나가 공구에 의하여 작업편에 처리작업을 수행하는 동안, 다른 주축대는 작업편대로 이동이 없고, 전의 공구를 비치하거나 새로운 공구를 취부할 수 있다. 처리공정을 수행하는 주축대가 작동을 종료할 때, 그것은 후퇴하고, 새로운 공구를 이송하는 주축대가 작업편에 작업을 수행할 것이다. 이 방법에서, 처리 스텝의 종료 후에 공구 교환 시간은 하나의 작동 위치에서 다른 위치로 정상적으로 처리공정에 필요한 시간의 길이에 대하여 제한될 수 있다. 그래서 공구를 교환하는데 추가적인 시간이 거의 필요하지 않다. 공구의 교환은 약 1초내에 이루어질 수 있다. 작업편의 처리는 두 개의 주축대를 교대로 작동함으로서 수행된다. 여기서 하나의 주축대가 작업편을 처리하는 동안에 다른 것은 스탠바이 위치에서 대기중이거나 또는 공구의 교환작업을 행하게 된다.

보통 두 개의 주축대를 위한 공구대는 각각의 주축대를 위한 즉, 두 개의 교환 위치를 갖는다. 공구대의 자동제어하에서, 개개의 공구는 각각의 주축대를 위한 교환위치로 움직인다. 주축대는 교환위치에서 위치한 공구를 취하기 위하여 공구대 뒤에서 단순한 전진운동을 수행함으로서 안내된다. 그러므로, 공구대와 주축대 사이에 필요한 전송장치가 없다. 공구대는 짧은 구조적인 길이를 갖고 공구를 위한큰 저장용량을 갖는다. 양 주축대는 회전대(circualting magazine)의 수평 하부 스트랜드(strand)에 의하여 공급되어지고, 교환위치는 동일 높이에서 배치된다.

주축대의 이중배치는 처리공정(필요한 작동시간)과 공구의 교환(부가적 공정 시간)을 위한 이동 시퀀스(moving sequence) 사이에서 디커플링(decoupling)을 위하여 구비된다. 새로운 공구를 구비한 각각의 주축대를 교대로 사용하고 작업 전환 속도를 가속시킴으로서, 비생산적인 추가적인 처리공정 시간이 실제적으로 제거된다. 상기 디커플링 효과에 기인하여, 공구의 교환에 포함된 이동 공정이 가속 점프와 졸트(acceleration and jolts)가 크게 방지되는 방법으로, 특히 주축대의 작업 스핀들의 런업(run-up)과 슬로우-다운(slow-down)동안에, 대(magazine)와 공구 클램핑 운동동안에, 공구 교환을 위한 주축대의 축, 이동동안에 결정되어질 수 있다. 그래서, 구성요소의 기계적, 전기적 수명이 증가된다.

주축대는 별개의 동력으로 설계될 수 있다. 그리고 각각의 처리는 그 처리 공정에 적당한 주축대에 의하여 수행된다. 그래서, 예를 들면, 하나의 주축대는 커다란 그라인딩 공구에 의하여 동력가공을 위하여 크기가 정해질 수 있고 다른 것은 고속 드릴링 공구의 사용을 위하여 크기가 정해질 수 있다.

본 발명은, 비록 공구의 교환에 필요한 시간이 더 걸리기는 하지만, 하나의 주축대가 사용하지 못할 경우에도 공작기계의 작동성이 유지되므로 또 다른 장점을 갖는다. 본 발명은 더 나아가, 두 개의 작업편을 동시에 그리고 평행으로 처리할 경우에도 가능하다.

공작기계의 지지부는 바람직하기로는 두 개의 수직 포스트(posts)와 크로스헤드(crosshead)로 이루어지는 포털 지지대(portal support)인 것이 바람직하다. 이런 배치에서, 주축대의 안내로는 포스트의 상호 인접하는 내측에 위치한다. 또한, 단일의 포스트로 이루어진 지지대를 사용하는 것도 가능한데, 여기서는 스핀들 헤드의 안내로는 상호 거스르는 외측에 위치한다. 공구대는 지지부의 전면측상의 전진위치에 배치된다.

비록 하단, 즉 기계의 기부내에 배치하는 것도 가능하지만, 공구대는 지지부의 상단에 배치하는 것이 바람직하다. 만약 공구대가 지지부의 상단에 제공되면, 커다란 높이는 작업자가 공구를 가지고 공구대를 로드하기 어렵게 만들 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 공구대는 그 단부의 거의 하나의 축에 대하여 선회될 수 있고 그래서 로딩 위치(loading position)내로 타단을 낮춘다.

본 발명에 따른 공작기계에서, 주축대의 세로 방향으로 횡단하는 작업편 케리어는 수평으로 변위가능하다. 이런 종류의 공작기계는 자기 처리 유닛(self-contained treatment unit)을 구성한다. 작업편 케리어를 전송라인(transfer line)으로 집접함으로서, 기계는 또는 상호 링크된 시스템내에서 유연한 작업 스테이션으로서 사용되어질 수 있다.

바람직하게, 공작기계의 제어는 완전히 수학적으로 수행된다. 즉, 주축대의 모든 이동공정, 공구대와 작업편 케리어는 미리 결정된 프로그램 시퀀스에 따라 조절된고, 서로 조화되어 모든 동작은 자동으로 수행된다.

본 발명의 실시예는 도면을 참조로 하여 보다 상세히 설명될 것이다.

제1도는 공작기계의 부분절단 사시도이고,

제2도는 횡단면에서 본 공구대와 상단부를 갖는 공작기계의 측면도,

제3도는 제1도의 부분사시도로서, 로딩 위치로 선회 다운된 공구대를 구비하고 있다.

제1도에 따르면, 공구대는 베이스(11)로부터 돌출된 지지부(10)로 구성된다. 지지부(10)는 그들의 상단이 크로스 헤드(13)에 의하여 서로 연결된 두 개의 상호 이격된 수직 포스트(posts, 12)로 이루어지는 포털 지지부(potal support)로서 구비된다.

포스트(12)의 상호 직면하는 내측에 배치된 수직 가이드(14)는 각각 이동가능한 슬라이더(15)에 수직하다. 각 슬라이더(15)는 주축대(16, 17)의 수평운동을 위한 수평가이드로 이루어진다. 주축대(16,17)내에서, 주축대의 전단부로부터 돌출되고 공구를 위하여 수용하는 부분으로 이루어진 작업 스핀들(18)을 위한 구동 유닛이 배치된다.

지지부(10)의 전면에, 작업편 케리어(20)가 주축대(16,17)의 세로 방향을 횡단하는 수평 가이드 수단(21)을 따라 변위를 허용하는 방법으로 베이스(11)상에 배치된다. 이 작업편 케리어(20)의 이동 방향은 X 방향이다. 수직방향은 Y 방향이고 주축대(16,17)의 세로 방향은 Z 방향이다.

설명된 실시예에서, 작업편 케리어(20)는 X 방향으로 배타적으로 이동가능하고, Y, Z 방향내애서의 이동은 개개의 주축대에 의하여 수행된다.

작업편 케리어(20)는 회전테이블(rotary table), 회전배치부(turningarrangement), 팰릿 클램핑 장치(pallet clamping device), 펠릿 교환 장치등으로 구비될 수 있다. 작업편 케리어(20)가 매우 정확하고 규정된 방법으로 작업편을 수용하고 위치할 수 있는 것이 필요하다.

주축대(16,17)의 수직이동을 위한 구동 유닛(22,23)은 크로스 헤드(13)상에 배치된다. 주축대는 개개가 서로에 대하여 Y, Z 방향에서 독립적으로 변위가능하다. 반면, 예를들면, 주축대(17)는 작업편의 처리에 포함되고, 주축대(16)은 공구 교환을 위하여 취부 위치내로 이동될 수 있다.

공구대(24)는 지지부(10)상에서 고정된 위치에서 전진위치(즉, 지지부의 전면)에 배치된다. 공구대는 수직면에서 무한 이동을 위하여 배치된 체인과 같은 무한 전송수단으로 이루어지고, 그에 부착된 외측으로 돌출된 공구 고정 유닛(25)을 갖는다. 공구대(24)는 길다란 형상이고 공구 고정 유닛(25)은 수평 하부 스트랜드로부터 돌출하고 주축대에 의하여 연동될 수 있다. 공구 고정 수단(25)은 하나의 공구(26)을 각각 고정하기 위한 그리퍼 아암(gripper arms)을 구비한다.

제2도에서 알 수 있는 바와 같이, 주축대(16)는 공구대(24)의 뒤에서 취부 위치(takeover position, UP)내로 상부로 이동될 수 있다. 취부 위치는 Y 방향에서 주축대(16)의 상단위치이고, 동시에 Z 방향에서 후단위치(rear end position)이다. 취부위치에서, 스핀들(18)은 공구대(24)의 수평 하부 스트랜드에서의 교환 위치(WP)에 있는 공구(26) 뒤에서 축상 정렬된다. 주축대(16)가 Z축 방향의 취부 위치에서 약간 전진할 때, 주축대(16)는 작업 스핀들(18)의 수용 위치에 의하여 공구(26)의 후단부를 잡는다. 동시에, 공구(26)는 작업 스핀들(18)에 의하여 잠겨진다. 이어서, 주축대(16)는 아래로 이동할 수 있고, 그렇게 함으로서, 공구대(24)로부터 공구(26)를 분리한다. 그 하부 스트랜드의 높이에서, 공구대(24)는 각 주축대에 하나씩 두 개의 교환위치를 갖는다.

지지부(10)의 상단에 배열된 공구대(24)내로 공구를 수동으로 로드하는 것을 작업자가 보다 용이하게 하기 위하여, 공구대는 제1도에 나타난(명확하게 도시되지 않았음) 수평 선회축(30)에 대하여 선회될 수 있다. 이 선회축(30)은 연장된 공구대의 일단 부근에 배치된다. 공구대를 선회축(30)에 대하여 선회할 때, 이는 제3도에 도시된 선회위치를 잡게된다. 여기서 단부(24a)는 하부로 선회된다. 그래서, 하부로 선회된 단부(24a) 근처에서 공구(26)는 쉽게 접근가능하다. 공구대를 선회하기 위하여, 실린더(31)가 크로스헤드(13)상에 배열된다. 공구대(24)의 체인은 수치제어된 구동 유닛에 의해서 구동되어 개개의 공구 고정 유닛(25)은 각각 원하는 위치로 이동될 수 있다.

공구대(24)는 지지부의 상단에 부착된 후드(hood, 32)에 의하여 덮어지고 오직 하부 방향으로만 개방된다.

Claims (5)

1. 수평의 세로방향으로 이동되는 두 개의 주축대(16,17)가 그 위에 배치된 지지부(10)와, 양 주축대(16,17)를 위하여 지지부(10)의 앞쪽에 순환대(circulating magazine)로서 배치된 보통의 공구대(24)를 포함하는 공작기계에 있어서,

   상기 주축대(16,17)는, 지지부(10)의 수직 가이드(14)를 따라 서로 독립적으로 이동될 수 있고,

   상기 공구대(24)는, 순환무한 이송수단을 구비한 연장된 모양(elongated shapes)으로 형성되며, 그 하부 스트랜드 상에 각 주축대를 위한 두 개의 교환위치(WP)를 가지고

   상기 주축대(16,17)의 각각은, 공구대(24)의 교환위치(WP) 중 하나에 있는 공구(26)를 공구대로부터 수용하기 위하여 취부 위치(takever position, UP)로 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 공작기계.
2. 제1항에 있어서,

   공구대(24)는 지지부(10) 상단의 고정된 높이로 배치되게 한 것을 특징으로 하는 공작기계.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   공구대(24)는 로딩 위치로 타단을 하강하기 위하여 그 단부의 일단 근처의선회축(30)에 대하여 선회될 수 있는 것을 특징으로 하는 공작기계.
4. 제1항 또는 지지부 제2항에 있어서,

   작업편 케리어(20)는 지지부(10)의 전면에 배치되고, 주축대(16,17)의 세로 방향을 가로질러 수평으로 변위될 수 있는 것을 특징으로 하는 공작기계.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   각각의 주축대(16,17)는, 공구대(24)의 교환위치(WP)의 하나에 위치한 공구를 건네받기 위하여, 그 취부위치(UP)에서 세로의 축방향으로 이동될 수 있는 것을 특징으로 하는 공작기계.

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