KR100469009B1 - 컴퓨터 수치제어 선반기계용 공구보정장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 컴퓨터 수치제어 선반기계의 일측에 고정된 소정형상의 하우징과, 하우징의 일측에 회전가능하게 연결되고 선단에 터치센서가 장착된 아암과, 하우징의 내부에 장착되어 아암을 회전시키기 위한 동력을 제공하는 구동모터와, 구동모터의 동력을 아암이 회전할 수 있도록 전달하는 동력전달수단과, 아암의 일방향 회전을 제한하도록 하우징의 내부에 설치된 스톱퍼를 구비한 공구보정장치에 관한 것으로서, 동력전달수단은 구동모터의 회전축에 동력전달이 가능하게 연결되고 일단에 플랜지가 제공되어 있고 축방향의 요홈을 외부면에 갖는 샤프트와; 샤프트의 외주면을 축방향이동이 가능하게 감싸고 있고 샤프트의 요홈에 삽입되는 키에 의해서 샤프트와 동력전달이 가능하게 결합되는 원통형 제1기어와; 제1기어의 일단부와 샤프트의 플랜지 사이에서 샤프트를 감싸고 있고 제1기어가 샤프트의 타단을 향하도록 제1기어를 탄성지지하는 스프링과; 제1기어와 소정의 경사각을 유지한 상태로 치합하고 있으며 아암의 기단부에 연결되는 제2기어로 구성되고, 구동모터의 동력이 동력전달수단을 경유해서 아암에 전달되어 아암은 회전하는 것을 특징으로 하므로, 구동모터에 과부하가 인가되지 않고도 터치센서를 감지위치에 유지할 수 있다.

Description

컴퓨터 수치제어 선반기계용 공구보정장치{A tool compensating device for the computerized numerically controlled machine tool}
본 발명은 컴퓨터 수치제어 선반기계용 공구보정장치에 관한 것이고, 더 상세하게는 구동모터의 동작이 정지된 상태에서도 터치센서가 장착된 아암이 공구를 감지하는 감지위치에 정지하여 구동모터에 과부하가 인가되는 것을 방지할 수 있는 컴퓨터 수치제어 선반기계용 공구보정장치에 관한 것이다.
일반적으로, 컴퓨터 수치제어 선반기계(CNC 선반기계; computerized numerically controlled machine tool)는 컴퓨터에 입력된 가공 수치 및 형상, 공구이송속도 등의 가공조건에 의해서 자동적으로 공구의 위치를 결정하고 또한 공작물을 자동으로 가공하는 기기로서, 공장 자동화 및 공작물의 대량 생산에 유리하므로 널리 보급되고 있다.
컴퓨터 수치제어 선반기계는, 도 1에 도시된 바와 같이 가로방향의 베드(11)를 갖는 프레임(1)과, 프레임(1)의 일측에 고정되며 공작물의 일단을 파지하는 주축(21)이 장착된 주축대(2)와, 베드(11)의 상측에 장착되어 수평방향으로 이동하면서 공작물을 가공하는 공구가 구비된 공구대(3)와, 베드(11) 상에서 주축대(2)의 반대측에 이동가능하게 장착되어 공작물의 타단을 파지하는 심압대(4)와, 주축의 회전수 및 각종 서보모터의 이동거리를 제어하는 제어부(미도시)로 이루어진다.
따라서, 주축(21)과 심압대(4)에 의해서 양단이 지지되어 있는 공작물은 회전하는 동안 컴퓨터에 입력되어 있는 가공조건에 따라 수평방향으로 이동하는 공구에 의해서 가공된다.
한편, 수치제어 선반기계에 의한 가공이 오랜시간동안 수행되면 공구가 마모되어 가공정밀도가 떨어진다. 이러한 문제점을 해소하기 위하여 수치제어 선반기계에서 공작물을 가공하는 공구와 기준좌표 사이의 편차량을 보정하여 가공작업시 프로그램의 조작이 편리하게 하도록 공구보정장치가 제공된다. 즉, 공구보정장치가 공구의 선단위치를 감지하고 그 위치를 메인 프로그램이 내장된 제어부에 제공하면, 제어부에서는 공구의 최초선단위치로부터 변경위치의 변화량을 계산하고 그변화량만큼 공구위치를 보정하여 가공정도를 향상되도록 한다. 이러한 공구보정장치는 새로운 공구의 설치시에도 최초 공구위치를 설정하기 위하여 사용된다.
도 2를 참조하면, 공구보정장치(9)는 주축대(2)의 일측에 설치되고 구동모터가 내장되어 있는 구동박스(91)와, 구동박스(91)에 회전가능하게 장착되고 선단에 터치센서(93)가 제공된 외팔보 구조의 아암(92)을 갖는다.
이러한 공구보정장치의 아암(92)은 터치센서(93)가 포켓컵(미도시)에 수용되는 대기상태로 유지되어 있다가 공작물을 가공하기 전에 공구의 선단위치를 감지하기 위하여 구동모터의 동작에 의해서 공구대(3)에 장착된 공구의 이동경로 상으로 회전하게 된다. 결과적으로, 아암(92)은 구동모터의 동작에 의해서 터치센서(93)가 포켓컵에 수용되는 초기위치와 공구대(3)에 고정된 공구를 터치센서(93)가 감지하는 감지위치 사이에서 회전하게 된다.
대체적으로, 공구의 위치보정작업은 공작물을 가공하기 전에 이루어진다. 즉, 공작물이 공작기계 상에 장착된 상태에서, 구동모터의 가동에 의해서 아암(92)이 감지위치로 선회동작한 후에 공구대(3)는 아암의 선단에 장착된 터치센서(93)가 공구를 감지할 때까지 베드(11) 상에서 이동한다. 공구가 터치센서(93)에 의해서 감지되면 이를 기준점으로 하여 컴퓨터에 입력된 좌표계에서 영점조정이 이루어진다. 영점조정이 완료되면 구동모터의 역가동에 의해서 아암은 초기위치로 복귀되고 가공물은 공구에 의해서 가공된다.
이와 같은 공구의 위치보정에 의해서, 공구의 셋팅시간을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라 가공중 공구의 마모량을 체크하여 마모된 값을 보정함으로써 가공정밀도 및 작업능률을 향상시킨다.
한편, 상술된 바와 같이 공구의 위치를 보정하기 위하여 터치센서가 공구대에 장착된 공구를 감지할 때까지 아암을 감지위치에 유지하기 위하여 구동모터는 계속 동작을 하게 된다. 그 결과 과부하가 인가되어 구동모터가 소손되는 경우가 발생된다.
본 발명은 상기된 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 터치센서에 의해서 공구대에 장착된 공구를 감지하는 동안 구동모터의 동작을 중지하여 구동모터의 소손을 방지할 수 있는 컴퓨터 수치제어 공작기계용 공구보정장치를 제공하고자 하는 것이다.
도 1은 일반적인 컴퓨터 수치제어 선반기계를 도시한 사시도;
도 2는 종래 실시예에 따른 컴퓨터 수치제어 선반기계용 공구보정장치를 개략적으로 도시한 도면;
도 3은 본 발명에 따른 컴퓨터 수치제어 선반기계용 공구보정장치를 도시한 도면;
도 4는 본 발명에 따른 컴퓨터 수치제어 선반기계용 공구보정장치의 내부를 도시한 측면도;
도 5는 본 발명에 따른 컴퓨터 수치제어 선반기계용 공구보정장치의 아암이 감지위치로 이동하는 상태를 도시한 도면;
도 6은 본 발명에 따른 컴퓨터 수치제어 선반기계용 공구보정장치의 원통형 워엄기어가 축방향으로 이동하는 상태를 도시한 도면;
도 7은 본 발명에 따른 컴퓨터 수치제어 선반기계용 공구보정장치의 원통형 워엄기어가 후퇴하는 상태를 도시한 도면;
도 8은 본 발명에 따른 컴퓨터 수치제어 선반기계용 공구보정장치의 아암이초기위치로 이동하는 상태를 도시한 도면.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 공구보정장치
102 : 하우징
110 : 구동모터
112 : 기어열
114 : 샤프트
116 : 원통형 베벨기어
118 : 압축 스프링
120 : 베벨휠
122 : 스톱퍼
126 : 볼클러치
본 발명에 따르면, 컴퓨터 수치제어 선반기계의 주축대에 고정된 소정형상의 하우징과, 상기 하우징의 일측에 회전가능하게 연결되고 선단에 터치센서가 장착된 아암과, 상기 하우징의 내부에 장착되어 상기 아암을 회전시키기 위한 동력을 제공하는 구동모터와, 상기 구동모터의 동력을 상기 아암이 회전할 수 있도록 전달하는 동력전달수단과, 상기 아암의 일방향 회전을 제한하도록 상기 하우징의 내부에 설치된 스톱퍼를 구비한 공구보정장치에 있어서, 상기 동력전달수단은 상기 구동모터의 회전축에 동력전달이 가능하게 연결되고 일단에 플랜지가 제공되어 있고 축방향의 요홈을 외부면에 갖는 샤프트와; 상기 샤프트의 외주면을 축방향이동이 가능하게 감싸고 있고 상기 샤프트의 요홈에 삽입되는 키에 의해서 상기 샤프트와 동력전달이 가능하게 결합되는 원통형 제1기어와; 상기 제1기어의 일단부와 샤프트의 플랜지 사이에서 상기 샤프트를 감싸고 있고 제1기어가 샤프트의 타단을 향하도록 상기 제1기어를 탄성지지하는 스프링과; 상기 제1기어와 소정의 경사각을 유지한 상태로 치합하고 있으며 상기 아암의 기단부에 연결되는 제2기어로 구성되고, 상기 구동모터의 동력이 동력전달수단을 경유해서 상기 아암에 전달되어 아암은 회전하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하고 동일 구성은 동일 도면번호를 채택한다.
먼저, 컴퓨터 수치제어 선반기계용 공구보정장치(100)는 선반기계의 일측, 예를 들어 주축대(2)의 일측에 고정된 소정형상의 중공형 하우징(102)을 갖는다. 하우징(102)의 일측에는 공구대에 장착된 공구의 위치를 감지하는 터치센서(93)가 일단에 장착된 아암(92)이 회전가능하게 장착된다. 하우징(102)의 내부에는 아암(92)을 회전시키기 위한 동력을 제공하는 구동모터(110)가 설치된다. 아암(92)은 구동모터(110)의 작동에 의해서 선반기계의 작업공간으로 선회되어 공구대(3)에 고정된 공구를 터치센서(93)가 감지하는 감지위치와 상기 작업공간으로부터 이격되어 포켓컵에 터치센서(93)가 수용되어 대기상태로 유지되는 초기위치 사이를 선회동작하게 된다. 이때, 하우징(102)의 내부에는 아암(92)이 감지위치에도달하였을 때 아암(92)의 일방향 회전(예를 들어 도 5에서 시계반대방향의 회전)을 제한하기 위한 스톱퍼(122)가 제공된다.
이때, 하우징(102)의 내부에는 아암(92)이 회전할 수 있도록 구동모터(110)의 동력을 전달하는 동력전달수단이 제공된다.
먼저, 동력전달수단은 구동모터(110)의 회전축에 일단이 연결된 기어열(112)을 갖는다. 기어열(112)의 타단에는 샤프트(114)가 회전가능하게 연결된다. 샤프트(114)의 외부면에는 축방향을 따라서 형성된 요홈(114a)이 제공되고, 샤프트(114)의 일단부에는 플랜지(114c)가 제공된다.
원통형 워엄기어(116)는 샤프트(114)의 외부면을 감싸도록 제공된다. 원통형 워엄기어(116)의 길이는 샤프트(114)의 길이보다 짧게 유지된다. 원통형 워엄기어(116)의 내측면에는 키홈(미도시)이 형성된다. 키홈과 샤프트(114)의 요홈(114a)에 키(key; 128)를 삽입시킴으로써 워엄기어(116)와 원통형 샤프트(114)는 키결합되며 그 결과 샤프트(114)가 회전함에 따라 원통형 워엄기어(116)는 동일방향으로 회전하게 된다. 한편, 원통형 워엄기어(116)가 샤프트(114)의 축방향을 따라서 이동하게 되면 키(128)는 요홈(114a)을 따라서 이동하게 된다.
원통형 워엄기어(116)의 일단부와 샤프트(114)의 일단부에 제공된 플랜지(114c) 사이에는 탄성부재, 예를 들어 압축 스프링(118)이 제공된다. 원통형 워엄기어(116)는 압축 스프링(118)의 탄성력에 의해서 샤프트(114)의 타단부를 향하여 힘을 받는다. 그 결과, 원통형 워엄기어(116)의 타단부는 샤프트(114)의 타단부에 제공된 단턱부(114b)에 접촉된 상태로 유지된다.
원통형 워엄기어(116)에는 휠(wheel) 구조의 워엄휠(120)이 치합된다. 워엄휠(120)에는 연결축(92a)을 통해서 아암(92)이 결합된다. 한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 워엄휠(120)과 연결축(92a)의 사이에는 볼클러치(126)가 제공된다. 그 결과, 아암(92)은 워엄휠(120)의 회전에 의해서 회전할 수 있을 뿐만 아니라 구동모터(110)의 고장시 또는 비상시에 수동으로도 회전할 수 있게 된다.
따라서, 구동모터(110)의 동력은 하우징(102)에 내장되어 있는 동력전달장치를 통해서 아암(92)을 회전시키도록 전달된다.
도면에서, 미설명 도면번호 124a와 124b는 구동모터의 동작을 제어할 수 있도록 아암의 회전동작시 아암의 근접상태를 감지하는 근접 스위치이다.
이하, 본 발명에 따른 컴퓨터 수치제어 선반기계용 공구보정장치의 작동에 대하여 설명한다.
먼저, 컴퓨터 수치제어 선반기계의 심압대(4)와 주축대(2)의 주축(21)에 의해 양단부가 파지되어 있는 공작물을 가공하기 전에 공구대(4)에 장착된 공구의 선단위치를 감지하기 위하여 외부로부터 동작신호가 제공되면, 구동모터(110)가 작동한다.
이때, 도 5를 참조하면, 구동모터(110)의 동력은 기어열(112)을 경유해서 샤프트(114)에 전달되어 샤프트(114)는 소정방향, 예를 들어 화살표 방향(①)으로 회전하게 된다. 이러한 샤프트(114)의 회전에 의해서 원통형 워엄기어(116)는 화살표 방향(②)으로 회전하고 또한 워엄기어(116)와 치합하고 있는 워엄휠(120)은 아암(92)이 스톱퍼(122)에 도착할 때까지 화살표 방향(③)으로 회전하게 된다. 아암(92)이 스톱퍼(122)에 도착하게 되면 아암(92)의 선단에 제공된 터치센서(93)는 공구의 선단을 감지하기 위한 감지위치에 정지하게 된다.
이 후에, 도 6를 참조하면, 상술된 바와 같이 아암(92)이 스톱퍼(122)에 도착하면 워엄휠(120)은 더 이상 회전하지 못하고 정지하게 된다. 이러한 상태에서 구동모터(110)가 소정시간 예를 들어 약 0.5초 동안 동작하게 되면 샤프트(114)는 화살표 방향(①)으로 계속 회전하게 된다. 이때, 정지되어 있는 워엄휠(120)과 치합하고 있는 워엄기어(116)는 회전하면서 화살표 방향(④)으로 이동하게 된다. 그 결과, 워엄기어(116)의 타단부는 샤프트(114)의 단턱부(114b)로부터 소정 크기의 간격(G)만큼 이격되고 압축 스프링(118)은 이에 대응하는 만큼 압축된다.
그리고, 도 7에 도시된 바와 같이, 구동모터(110)가 정지하게 되면 워엄기어(116)에는 압축 스프링(118)의 탄성력이 화살표 방향(⑤)으로 작용하게 되며, 이때 워엄기어(116)와 치합하고 있는 워엄휠(120)에는 시계방향으로 힘이 작용하게 된다. 그 결과, 구동모터(110)가 정지된 상태에서도 아암(92)은 스톱퍼(122)와 접촉된 상태로 유지되어 터치센서(93)는 감지위치에 고정된다.
이러한 상태에서 터치센서(93)에 의해서 근접하는 공구의 선단위치가 감지되고 또한 공구의 선단위치가 보정되면 아암(92)을 초기위치로 복귀시키기 위하여 구동모터(110)는 역방향으로 동작하게 된다.
도 8을 참조하면, 구동모터(110)가 역방향으로 동작하게 되면, 샤프트(114)가 화살표 방향(⑥)으로 회전하게 되므로 워엄기어(116)는 샤프트(114)의 회전력과압축 스프링(118)의 탄성력에 의해서 화살표 방향(⑦, ⑧)을 따라서 회전운동과 직선운동을 동시에 수행하게 된다. 워엄기어(116)에 치합하고 있는 워엄휠(120)은 아암(92)의 터치센서(93)가 포켓컵(미도시)에 수용될 때까지 화살표 방향(⑨)으로 회전하게 된다.
이 후에, 공작물은 위치보정된 공구에 의해서 정밀하게 가공된다.
본 발명에 따르면, 컴퓨터 수치제어 선반기계의 공구대에 장착된 공구의 선단위치를 감지하기 위하여 감지위치에 도착한 아암은 구동모터의 동작이 없어도 감지위치에 고정될 수 있으므로 구동모터에 과부하가 인가되는 것을 방지하여 공구보정장치의 내구성을 향상시킬 수 있다.
상기 내용은 본 발명의 바람직한 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명이 속하는 분야의 당업자는 첨부된 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 요지로부터 벗어나지 않고 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다는 것을 인식하여야 한다.

Claims (3)

  1. 컴퓨터 수치제어 선반기계의 주축대에 고정된 소정형상의 하우징과, 상기 하우징의 일측에 회전가능하게 연결되고 선단에 터치센서가 장착된 아암과, 상기 하우징의 내부에 장착되어 상기 아암을 회전시키기 위한 동력을 제공하는 구동모터와, 상기 구동모터의 동력을 상기 아암이 회전할 수 있도록 전달하는 동력전달수단과, 상기 아암의 일방향 회전을 제한하도록 상기 하우징의 내부에 설치된 스톱퍼를 구비한 공구보정장치에 있어서,
    상기 동력전달수단은 상기 구동모터의 회전축에 동력전달이 가능하게 연결되고 일단에 플랜지가 제공되어 있고 축방향의 요홈을 외부면에 갖는 샤프트와; 상기 샤프트의 외주면을 축방향이동이 가능하게 감싸고 있고 상기 샤프트의 요홈에 삽입되는 키에 의해서 상기 샤프트와 동력전달이 가능하게 결합되는 원통형 제1기어와; 상기 제1기어의 일단부와 샤프트의 플랜지 사이에서 상기 샤프트를 감싸고 있고 제1기어가 샤프트의 타단을 향하도록 상기 제1기어를 탄성지지하는 스프링과; 상기 제1기어와 소정의 경사각을 유지한 상태로 치합하고 있으며 상기 아암의 기단부에 연결되는 제2기어로 구성되고,
    구동모터의 동력이 동력전달수단을 경유해서 상기 아암에 전달되어 아암은 회전하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 수치제어 선반기계용 공구보정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1기어는 베벨기어이고, 상기 제2기어는 베벨휠인 것을 특징으로 하는 컴퓨터 수치제어 선반기계용 공구보정장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2기어와 아암은 볼클러치를 통해서 연결되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 수치제어 선반기계용 공구보정장치.
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