KR100495380B1 - 공작기계의 직선 이송계 급 가감속시 완충 보호장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공작기계에서 고속 직선이송체의 비상정지 또는 급 가/감속시에 이송계의 보호를 위해 디스크 스프링을 이용하여 디스크 스프링이 가지는 탄성에너지로 이송체의 운동에너지를 흡수하고 발산시키는 공작기계의 직선 이송계 보호장치에 관한 것이다. 이를 위해, X,Y,Z축을 갖는 수직형 공작기계에 있어서, X축 가이드 볼트의 소정길이가 X축 수지류 블록을 관통하여 구비되고 관통된 상기 X축 가이드 볼트의 단부에 디스크 스프링이 끼워져 X축 이송계의 좌,우 양단부에 각각 나사결합되는 X축 이송계 보호수단; Y축 가이드 볼트의 소정길이가 Y축 수지류 블록을 관통하여 구비되고 관통된 상기 Y축 가이드 볼트의 단부에 디스크 스프링이 끼워져 Y축 리니어 가이드의 양단부에 체결한 스톱퍼에 각각 나사결합되는 Y축 이송계 보호수단; 및 Z축 가이드 볼트의 소정길이가 Z축 수지류 블록을 관통하여 구비되고 관통된 상기 Z축 가이드 볼트의 단부에 디스크 스프링이 끼워져 X축 이송계의 상,하 양단부에 각각 나사결합되는 Z축 이송계 보호수단;을 포함하는 이루어지는 것이 특징이다.

Description

공작기계의 직선 이송계 급 가감속시 완충 보호장치{A Linear Transfer System Impact Absorbing Protection Device Of A Manufacturing Machine}

본 발명은 공작기계의 이송계 보호장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공작기계에서 고속 직선이송체의 비상정지 또는 급 가/감속시에 이송계의 보호를 위해 디스크 스프링을 이용하여 디스크 스프링이 가지는 탄성에너지로 이송체의 운동에너지를 흡수하고 발산시키는 공작기계의 직선 이송계 급 가감속시 완충 보호장치에 관한 것이다.

일반적으로 공작기계의 공작물이나 바이트가 이송되는 이송계에는 이송계 보호장치가 있다. 공작기계에서 이송계는 비상시 혹은 급 가/감속시 급정지가 일어났을 때 관성에 의한 정지거리가 충분치 않을 때 공작기계의 행정거리를 벗어나게 된다. 이때 높은 속도를 가지는 이송계는 그 자체가 가지는 운동에너지를 발산 시켜야 한다.

그러나, 종래의 회전형 모터를 적용한 공작기계에서는 이송계 자체의 마찰에 의한 관성력의 감소로 인해 이송계 보호장치의 중요성이 크게 대두 되지 않았다. 단지, 이송계 보호를 위해 수지류의 재질을 사용하여 이송계 끝부분에 부착하였다.

이는 비상상태시 이송체 관성의 영향이 크지 않기 때문이다. 또한 회전형 모터를 이용한 공작기계의 최대 이송속도는 최고 60 m/min 수준이다.

그러나, 리니어 모터의 경우 이송속도는 최대 120 m/min 이상의 속도를 낼 수 있기 때문에 속도에 제곱에 비례한 운동에너지의 양이 증가한다.

이러한 리니어 모터 구동 시스템은 영구자석과 코일이 각각 이송체와 고정체에 부착되어 직선으로 움직이는 반면 일반 회전형 모터 구동은 회전형 모터와 볼스크류 그리고 이들을 연결시키는 장치로 구성되어 있다.

따라서, 공작기계의 비상정지시 회전형 모터와 볼스크류는 그 자체의 마찰이 존재하고 있기 때문에 이송체의 관성력을 떨어뜨릴 수 있으나 이와 달리, 리니어 모터 구동부와 가동체 사이에는 별다른 마찰이 존재하지 않아 별도의 이송계 보호장치가 필요하다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점들을 감안하여 안출된 것으로써, 본 발명의 제 1목적은 공작기계에서 고속 직선이송체의 비상정지시에 이송계의 보호를 위해 수지류 블록과 가이드 볼트에 삽입된 디스크 스프링을 이용하여 디스크 스프링이 가지는 탄성에너지로 이송체의 운동에너지를 흡수하고 발산시키는 공작기계의 직선 이송계 급 가감속시 완충 보호장치를 제공하는 것이다.

그리고, 본 발명의 제 2목적은 비상시 혹은 급 가/감속시, 급정지가 일어났을 때, 관성에 의한 정지거리가 충분치 않을 때, 공작기계의 행정거리를 벗어나 높은 속도를 가지는 경우에도 이송계 전체를 보호함으로서 공작기계의 정밀도 유지와 내구성을 높일 수 있는 공작기계의 직선 이송계 급 가감속시 완충 보호장치를 제공하는 것이다.

이러한 본 발명의 목적들은, 수직형 공작기계의 X,Y,Z축을 따라 통상의 리니머모터 방식으로 각기 부상 이동하는 X,Y,Z축이송계가 각 X,Y,Z축의 행정거리 끝부분에서 비상 정지시키기 위한 이송계 보호장치에 있어서,상기 X축이송계, Y축이송계 및 Z축이송계의 각 축방향 끝단에 각기 위치되어 충격을 감쇄시키는 하나 이상의 수지류 블록들과;상기 X,Y,Z축이송계의 끝단면에 고정 설치되어 상기 수지류 블록을 그 축방향으로 일정 구간내에서 이동 안내하는 복수개의 가이드 볼트와;상기 가이드 볼트들에 각기 삽입되고 상기 X,Y,Z축이송계의 각 끝단면과 상기 수지류 블록들과의 사이에 각기 개재되어 해당 이송계의 운동에너지를 탄성에너지로 흡수하는 복수개의 디스크 스프링이 포함되어 달성된다.

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본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

이하에서 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 직선이송체의 각축에 이송계 보호장치가 구비된 공작기계의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 직선이송체의 각축에 이송계 보호장치가 구비된 공작기계의 정면도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 주축이 X축, Y축, Z축으로 된 3축에 의해 움직일 수 있는 구조의 수직형 공작기계(10)로 X,Y,Z축 이송계(100,200,300)가 각각 리니어모터를 사용하여 고속 직선이송이 가능하다.

상기와 같은 구조로 공작물을 고정하기 위한 테이블(30)이 베이스 프레임(20)의 중앙에 설치되고, 상기 베이스 프레임(20)의 좌우양측으로 평행하게 설치되는 Y축 리니어 가이드(210)에 의해 전후방향으로 직선 안내되면서 Y축 리니어모터에 의해 Y축 이송계(200)가 직선이동된다.

여기서, 상기 Y축 이송계(200) 위에는 크로스 프레임(40)이 장착되어 상기 베이스 프레임(20)의 위를 좌우로 가로지르며, 상기 Y축 이송계(200)에 의해 전후방향으로 직선운동된다.

그리고, 상기 크로스 프레임(40)의 좌우로 수평하게 설치되는 X축 리니어 가이드(110)에 의해 좌우방향으로 직선안내되면서 상기 X축 리니어 가이드(110)에 장착된 X축 이송계(100)가 X축 리니어모터에 의해 좌우방향으로 직선이동된다.

또한, 상기 X축 이송계(100)에 수직으로 설치되는 Z축 리니어 가이드(310)에 의해 상하방향으로 직선안내되면서 주축이 고정되는 Z축 이송계(300)가 Z축 리니어모터에 의해 직선이동된다.

아울러, 측면지지체(25)의 후방측 상단부에 설치되는 크로스패널(50)상에 회전형 공구매거진(60)을 설치하여 공구교환시 상기 공구매거진(60)은 회전운동되고, 주축이 X,Y,Z축에 의해 공구매거진(60)이 위치된 곳으로 움직이면서 직접 공구를 교환할 수 있다.

그리고, 일반적으로 X,Y,Z축 리니어모터는 고정자와 가동자로 구분되며, 보통의 경우 고정자는 레일형태의 영구자석이며, 가동자는 코일이 된다.

이상과 같이, 상기 수직형 공작기계(10)는 프레임의 X,Y,Z 각 축에 이송계가 구비되어 상기 이송계가 상기 프레임상의 X축, Y축을 따라 이송하고 주축은 상기 이송계의 Z축을 따라 상하로 이송된다.

여기서, 상기 X,Y,Z축을 갖는 수직형 공작기계(10)의 프레임의 X,Y,Z축 이송계(100,200,300)에는 각각 이송계 보호수단이 구비되어 상기 X,Y,Z 각축을 따라 상기 X,Y,Z축 이송계(100,200,300)의 이송시에 비상정지 또는 급 가/감속의 경우 상기 이송계의 운동에너지를 탄성에너지로 흡수 변환시켜 완충, 보호하게 된다.

도 3은 도 2의 C-C선에 따른 공작기계의 Z축 이송계 보호수단이 구비된 단면도이다.

먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 Z축 이송계 보호수단은 주축이 고정되는 Z축 이송계(300)가 X축 이송계(100)에 설치된 Z축 리니어 가이드(310)를 따라 상하 방향으로 직선이동시에 상기 X축 이송계(100)와의 부딪힘을 완충, 보호하게 된다.

상기 Z축 이송계 보호수단은 상기 Z축 이송계(300)와 X축 이송계(100)의 사이 즉, X축 이송계(100)의 상,하 단부에 설치된다. 이러한 상기 Z축 이송계 보호수단은 Z축 수지류 블록(330)을 관통하여 고정되는 Z축 가이드 볼트(320)에 의하여 상기 X축 이송계(100)의 상,하부에 장착되고 상기 Z축 수지류 블록(330)과 X축 이송계(100)의 상단면 사이에 디스크 스프링(400)이 구비된다.

즉, 상기 Z축 가이드 볼트(320)는 소정길이가 상기 Z축 수지류 블록(330)을 관통하여 상기 X축 이송계(100)에 나사결합으로 고정되고 상기 Z축 수지류 블록(330)은 상기 Z축 가이드 볼트(320)를 따라 상하로 일정구간 유동할 수 있도록 설치된다.여기서 Z축 수지류 블록(330)은 충격을 흡수 감쇄시켜 에너지 흡수 기능을 수행한다.

또한, 상기 디스크 스프링(400)은 중공의 원판 형상으로 외주연과 내주연의 높이가 상호 다른 중공판이 다수개가 상호 적층된 형태로서 외주연과 내주연의 높이차로 인하여 압력이나 충격력에 대한 에너지를 탄성에너지로 흡수하여 완충작용이 이루어진다.

이러한, 상기 디스크 스프링(400)은 상기 Z축 수지류 블록(330)과 상기 X축 이송계(100)의 사이에 구비되며 중공 부분이 상기 Z축 가이드 볼트(320)에 삽입되어 설치된다. 이로써, 상기 Z축 이송계(300)가 상하로 이송시에 상기 디스크 스프링(400)이 가지는 탄성에너지를 이용하여 Z축 이송계(300)의 운동에너지를 흡수하고 발산시켜 Z축 이송계(300)를 보호하게 된다.

도 4는 도 2의 B-B선에 따른 공작기계의 Y축 이송계 보호수단이 구비된 단면도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 Y축 이송계 보호수단은 베이스 프레임(20)의 좌우양측으로 평행하게 설치되는 Y축 리니어 가이드(210)에 의해 전후방향으로 직선 안내되는 Y축 이송계(200)와의 부딪힘을 완충, 보호하게 된다.

상기 Y축 이송계 보호수단은 상기 Y축 리니어 가이드(210)의 양단부에 장착되는 스톱퍼(250)에 설치되는 것으로 상기 Y축 리니어 가이드(210)의 각 단부에서 상기 Y축 이송계(200)를 보호하게 된다.

상기 스톱퍼(250)는 상기 Y축 리니어 가이드(210)의 양단부에 볼트를 이용하여 단단하게 체결됨으로서 일종의 벽을 이루는 돌출블록이다. 이러한 상기 스톱퍼(250)에 상기 Y축 이송계 보호수단의 Y축 가이드 볼트(220)가 소정길이 Y축 수지류 블록(230)을 관통하여 상기 Y축 리니어 가이드(210)와 평행하게 나사결합된다.

그리고, 상기 Y축 가이드 볼트(220)에 끼워져 상기 Y축 수지류 블록(230)과 상기 스톱퍼(250)의 사이에는 디스크 스프링(400)이 구비된다.

이상과 같은, Y축 이송계 보호수단은 앞서 설명한 Z축 이송계 보호수단과 동일한 구조이며 다만, 설치되는 위치의 차이를 갖게 된다. 따라서, 상기 스톱퍼(250)에 Y축 가이드 볼트(220)로 끼움 결합된 Y축 수지류 블록(230)이 상기 Y축 가이드 볼트(220)를 따라 전후로 일정구간 유동할 수 있는 구조로 설치된다.

이러한, Y축 이송계 보호수단에 사용되는 상기 디스크 스프링(400)도 다수개의 중공판이 상호 적층된 형태로서 운동에너지를 탄성에너지로 흡수하여 완충작용이 이루어져 Y축 이송계(200)를 보호하게 된다. 이때 Y축 수지류 블록(230)도 충격에너지를 흡수하여 충격을 감쇄시키는 역할을 하게 된다.

도 5는 도 4의 A-A선에 따른 공작기계의 X축 이송계 보호수단이 구비된 단면도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 X축 이송계 보호수단은 크로스 프레임(40)의 좌우로 수평하게 설치되는 X축 리니어 가이드(110)에 의해 좌우방향을 직선 안내되는 X축 이송계(100)와의 부딪힘을 완충, 보호하게 된다.

상기 X축 이송계 보호수단은 상기 크로스 프레임(40)에 설치된 X축 리니어 가이드(110)에 의해 좌우로 운동하는 X축 이송계(100)의 좌,우 양단부에 설치되는 것으로 측면지지체(25)의 양면에 부딪힘으로부터 상기 X축 이송계(100)를 보호하게 된다.

상기 X축 이송계(100)에 설치되는 X축 이송계 보호수단은 앞서 설명한 Z축 이송계 보호수단 및 Y축 이송계 보호수단과 마찬가지로 소정길이가 X축 수지류 블록(130)을 관통하는 X축 가이드 볼트(120)에 의하여 디스크 스프링(400)이 구비된 채 상기 X축 이송계(100)에 나사결합되어 장착된다.

따라서, 상기 X축 이송계(100)가 좌우로 이동시에 상기 X축 가이드 볼트(120)로 끼움 결합된 X축 수지류 블록(130)이 상기 X축 가이드 볼트(120)를 따라 좌우로 유동할 수 있는 구조로 상기 디스크 스프링(400)에 의하여 운동에너지를 탄성에너지로 흡수하여 완충작용이 이루어진다. 이때 X축 수지류 블록(130)도 충격에너지를 흡수하여 충격을 감쇄시키는 역할을 하게 된다.

이상과 같은 X,Y,Z축 이송계 보호수단은 디스크 스프링(400)을 소정개수 조합하여 상기 디스크 스프링(400)의 스트로크를 결정한 뒤 이를 각 축 행정거리 끝부분에 설치함으로서, 특히 비상상태에 대하여 대비하게 된다.

아울러, 상기 디스크 스프링(400)의 설치에 대해 좀 더 자세히 살펴 보면 디스크 스프링(400) 하나가 가지는 스트로크와 강성치를 직렬 혹은 병렬(직렬 연결시 스트로크 증가, 병렬 연결시 강성 값 증가)로 조합할 수 있다.

이로써, 디스크 스프링(400)의 적절한 강성 값과 스트로크를 결정하여 이를 가이드하고 체결을 유지시켜주는 X,Y,Z축 가이드 볼트(120,220,320)를 각각 이용하여 디스크 스프링(400)을 이용한 보호장치를 간단하게 구성할 수 있다. 그리고, 작은 설치공간과 설치시 필요한 디스크 스프링(400)의 예압을 동시에 고려하여 설계 적용할 수 있다.

상기 디스크 스프링(400)의 적절한 예압은 설계자가 원하는 탄성에너지에 의해 결정되어지며, 이에 설계자가 이송체의 운동에너지를 계산하여 적절한 디스크 스프링(400)의 예압을 결정하여 설치 하도록 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 공작기계의 직선 이송계 보호장치에 의하면 공작기계(10)에서 고속 직선이송체의 비상정지시에 이송계의 보호를 위해 수지류 블록과 가이드 볼트에 삽입된 디스크 스프링(400)을 이용하여 디스크 스프링(400)이 가지는 탄성에너지로 이송체의 운동에너지를 흡수하고 발산시켜 이송계를 보호할 수 있게 되었다.

그리고, 비상시 혹은 급 가/감속시, 급정지가 일어났을 때, 관성에 의한 정지거리가 충분치 않을 때, 공작기계(10)의 행정거리를 벗어나 높은 속도를 가지는 경우에도 이송계 전체를 보호함으로서 공작기계(10)의 정밀도 유지와 내구성을 높일 수 있게 되었다.

따라서, 이송계가 상대적 이송 고정체로의 충격량을 디스크 스프링(400)을 이용한 이송계 보호장치의 영향으로 감소시킴으로 인해 전체 이송계를 보호하고 비상정지시에 우려되는 안전에 효과가 있다.

비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 첨부된 청구의 범위는 본 발명의 진정한 범위내에 속하는 그러한 수정 및 변형을 포함할 것이라고 여겨진다.

도 1은 본 발명에 따른 직선이송체의 각축에 이송계 보호장치가 구비된 공작기계의 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 직선이송체의 각축에 이송계 보호장치가 구비된 공작기계의 정면도,

도 3은 도 2의 C-C선에 따른 공작기계의 Z축 이송계 보호수단이 구비된 단면도,

도 4는 도 2의 B-B선에 따른 공작기계의 Y축 이송계 보호수단이 구비된 단면도,

도 5는 도 4의 A-A선에 따른 공작기계의 X축 이송계 보호수단이 구비된 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 공작기계 20 : 베이스 프레임

25 : 측면지지체 30 : 테이블

40 : 크로스 프레임 50 : 크로스패널

60 : 공구매거진 100 : X축 이송계

110 : X축 리니어 가이드 120 : X축 가이드 볼트

130 : X축 수지류 블록 200 : Y축 이송계

210 : Y축 리니어 가이드 220 : Y축 가이드 볼트

230 : Y축 수지류 블록 250 : 스톱퍼

300 : Z축 이송계 310 : Z축 리니어 가이드

320 : Z축 가이드 볼트 330 : Z축 수지류 블록

400 : 디스크 스프링

Claims (3)

1. 수직형 공작기계(10)의 X,Y,Z축을 따라 통상의 리니머모터 방식으로 각기 부상 이동하는 X,Y,Z축이송계(100,200,300)가 각 X,Y,Z축의 행정거리 끝부분에서 비상 정지시키기 위한 이송계 보호장치에 있어서,

   상기 X축이송계(100), Y축이송계(200) 및 Z축이송계(300)의 각 축방향 끝단에 각기 위치되어 충격을 감쇄시키는 하나 이상의 수지류 블록(130,230,330)과;

   상기 X,Y,Z축이송계(100,200,300)의 끝단면에 고정 설치되어 상기 수지류 블록(130,230,330)을 그 축방향으로 일정 구간내에서 이동 안내하는 복수개의 가이드 볼트(120,220,320)와;

   상기 가이드 볼트(120,220,320)에 삽입되고 상기 X,Y,Z축이송계(100,200,300)의 각 끝단면과 상기 수지류 블록(130,230,330)과의 사이에 각기 개재되어 해당 이송계의 운동에너지를 탄성에너지로 흡수하는 하나이상의 디스크 스프링(400)이 포함된 것을 특징으로 하는 공작기계의 직선 이송계 급 가감속시 완충 보호장치.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 디스크 스프링(400)은 다수개가 직렬 또는 병렬로 적층하여 스트로크의 가감을 조절하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 직선 이송계 보호장치.