KR100569524B1 - 복합가공공작기계 및 복합가공공작기계에 있어서의 가공방법 - Google Patents

복합가공공작기계 및 복합가공공작기계에 있어서의 가공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 과제는, 범용의 복합가공 공작기계에 의해 공작물에 다양한 형상의 나선형 홈을 가공할 수 있는 복합가공 공작기계 및 그 복합가공 공작기계에 있어서의 가공방법을 제공하는 것이다.
공작기계의 주축에 대해서, 주축의 축선과 평행한 제1직선방향 및 직교하는 제2직선방향에 상대적으로 이동가능하게 설치된 공구대본체와, 공구대본체에 대해서 제 1 및 제 2직선방향과 직교하는 방향의 선회축(73)을 중심으로 선회가능하게 설치된 선회공구대(72)와, 주축의 회전운동, 선회축의 회전으로 선회공구대의 선회운동 및 공구대본체의 상대이동을 제어하는 제어수단을 가지고, 제어수단은, 선회공구대의 선회축을 중심으로 한 선회운동과, 공구대본체의 제1직선방향 및 제2직선방향의 상대이동에 의한 원호운동을 병행하여, 또한 동기(同期)하여 행함으로써, 선회공구대에 대해서, 선회축과는 다른 임의의 위치를 중심으로 하는 선회운동을 행하게 할 수 있는 것이다.
나선홈, 주축, 공구대 본체, 선회축, 선회공구대, 원호운동, 선회운동, 복합가공공작기계, 바이트, 선삭가공, 마감가공

Description

복합가공공작기계 및 복합가공공작기계에 있어서의 가공방법{MULTI-FUNCTION MACHINE TOOL AND MACHINING METHOD IN MULTI-FUNCTION MACHINE TOOL}
도 1은, 본 발명의 복합가공공작기계의 전체구성을 나타낸 도면.
도 2는, 공구주축의 공구장착부에 비회전공구를 장착한 상태를 나타낸 확대단면도.
도 3은, 공구주축의 공구장착부에 회전공구를 장착한 상태를 나타낸 확대단면도.
도 4는, 복합가공공작기계에 의해 가공되는 나선홈 형상의 일예를 나타낸 도면.
도 5는, 나선홈의 가공방법을 나타낸 도면.
도 6은, 복합가공공작기계에 의한 나선홈의 가공상태를 나타낸 도면.
도 7은, 공작물에 대한 나선홈 이외의 부위의 가공상태를 나타낸 도면.
도 8은, 나선홈의 마감가공 순서를 나타낸 도면.
도 9는, 나선홈의 마감가공 순서를 나타낸 도면.
도 10은, 나선홈의 마감가공 순서를 나타낸 도면.
도 11은, 나선홈의 마감가공 순서를 나타낸 순서도.
도 12는, 판형상 바이트의 형상을 나타낸 도면.
도 13은, 다른 형태의 선회공구대의 구성을 나타낸 도면.
도 14는, 판형상 바이트의 날부의 폭과 다른 홈폭의 나선홈을 가공하는 순서를 나타낸 도면.
도 15는, 공작물 부착수단에 공작물을 부착한 상태를 나타낸 확대단면도.
도 16은, 다른 형태의 공작물부착수단의 구성을 나타낸 도면.
[도면의 주요부분에 대한 부호설명]
1-복합가공공작기계, 2-베드, 3-주축대(主軸臺), 5-새들(saddle), 6-컬럼(column), 7-공구대, 8-자동공구 교환장치, 10-공작물, 11-나선홈, 12-중앙공(中央孔), 13, 14-측벽, 21-심압대 가이드레일, 22-이송나사, 23-심압대 이동모터, 24-Z축 가이드레일, 31-주축, 32-척, 33-부착부재, 34-심압대, 35-심압축, 36-지지부, 37-공작물 부착수단, 40-공구주축, 43-공구장착부, 45-섕크부, 46, 48-결합요입부, 51-Y축 가이드레일, 52-볼가이드본체, 61-X축 가이드레일, 62-X축이송나사, 71-공구대 본체, 72, 72c-선회공구대, 73-선회축, 75, 76-바이트, 77-판형상 바이트, 78-엔드밀, 79-내경(內徑)가공용 바이트, 80-더미공구, 90, 90a-스플래시가드, 91-가공영역
본 발명은, 회전가능한 주축선단의 공작물 부착수단에 지지 또는 유지된 공작물을, 선회운동 및 2방향이상의 직선운동이 가능한 선회공구대에 장착된 공구에 의하여 가공하는 복합가공공작기계 및 그 복합가공공작기계에 있어서의 가공방법에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는, 공작물에 다양한 형상의 나선형 홈을 가공할 수 있는 복합가공공작기계 및 그 복합가공 공작기계에 있어서의 가공방법에 관한 것이다.
종래에 있어서, 공작물에 복잡한 형상의 나선홈을 가공하는 방법으로서는, 후술하는 특허문헌 1, 특허문헌 2 등에 기재된 기술이 알려져 있다. 특허문헌 1(일본국 특허공표공보 헤이세이 6-506640호)에는, 공작물을 회전시키는 동시에 공구를 선회시켜 스크루 압축기(screw compressor)의 나선홈을 가공하는 방법이 기재되어 있다. 그러나, 이 방법을 실시하기 위한 공작기계는 전용기(專用機)로 되어, 홈 폭, 홈 반경(공구선회반경), 홈 단면 형상 등을 임의로 설정하기는 어려웠다. 또, 이와 같은 가공을 하기 위해 전용기를 도입할 필요가 있었기 때문에, 가공비용의 증대를 초래하였다.
특허문헌 2(일본국 특허 제3170790호 공보)에는, 공작물을 회전시키는 동시에 테이블을 선회시키고, 또한 가공을 X축및 Y축방향으로 이동시켜 롤러기어캠의 캠홈을 가공하는 방법이 기재되어 있다. 그러나, 여기에는 테이블의 선회, 공구의 X축 및 Y축방향이동을 구체적으로 어떻게 실행하여 원하는 형상의 홈가공을 행하는지가 기재되어 있지 않고, 실제로 홈가공을 행하기 위해 어떠한 NC가공프로그램이 필요한지도 불분명하였다. 따라서, 원하는 형상을 가공하기 위한 공구의 운동궤적 등을 컴퓨터 등에 의해 계산할 필요가 있으며, 그 계산결과로부터 실제의 NC가공프로그램을 작성할 필요가 있었다.
이상과 같이, 공작물에 복잡한 형상의 나선홈을 가공할려면, 종래에는, 전용기를 필요로 하여 가공비용의 증대를 불렀으며, 홈 폭, 홈 반경, 홈 단면 형상 등을 임의로 설정하기가 어려웠다. 또, 테이블의 선회와 공구의 XY축이동을 조합하여 홈가공을 하는 것에서는, 공구의 운동경로의 산출이 복잡해진다는 문제점이 있었다.
그래서, 본 발명은, 범용의 복합가공공작기계에 의해 공작물에 다양한 형상의 나선홈을 가공할 수 있는 복합가공공작기계 및 그 복합가공공작기계에 있어서의 가공방법에 관한 것이다.
상기 목적을 달성하기위해, 본 발명의 복합가공공작기계는, 공작기계의 기체(基體)에 대해서 회전가능하게 설치되고, 선단에 공작물을 부착하기위한 공작물부착수단을 갖춘 주축과, 상기 주축에 대해서, 상기 주축의 축선과 평행한 제1직선방향, 및 상기 제1직선방향과 직교하는 제2직선방향으로 상대적으로 이동가능하게 설치된 공구대본체와, 상기 공구대본체에 설치되고, 또한 공구를 장착가능하며, 상기 공구대본체에 대해서 상기 제1직선방향 및 상기 제2직선방향의 양방향에 직교하는 방향에 축선을 가지는 선회축을 중심으로 선회가능하게 설치된 선회공구대와, 상기 주축의 축선의 회전으로 상기 주축의 회전운동, 상기 선회축의 축선의 회전으로 상기 선회공구대의 선회운동 및 상기 제1직선방향 및 상기 제2직선방향의 상기 주축과 상기 공구대본체의 상대이동을 제어하는 제어수단을 가지고, 상기 제어수단은, 상기 선회공구대의 상기 선회축을 중심으로 한 선회운동과, 상기 공구대본체의 상기 제1직선방향 및 상기 제2직선방향의 상대이동에 의한 원호운동을 병행하여 또한 동기(同期)하여 행함으로써, 상기 선회공구대에 대해서, 상기 선회축과는 다른 임의의 위치를 중심으로 한 선회운동을 행하게 할 수 있는 것이다.
또, 상기 복합가공공작기계에 있어서, 상기 공구대본체는, 상기 기체에 대해서 상기 제1직선방향 및 상기 제2직선방향으로 이동가능하게 설치되어 있는 것이 바람직하다.
또, 상기 복합가공공작기계에 있어서, 상기 제어수단은, 상기 선회운동 및 상기 원호운동과 병행, 동기(同期)하는 상기 주축의 축선회전으로 상기 공작물의 선회운동을 행함으로써, 상기 공작물에 나선홈 가공을 할 수 있는 것이 바람직하다.
또, 상기 복합가공공작기계에 있어서, 상기 선회공구대는, 상기 나선홈의 가공을 실시하는 공구로서 판형상 바이트를 장착할 수 있는 것이 바람직하다.
또, 상기 복합가공공작기계에 있어서, 상기 선회공구대는, 상기 공작물에 선삭가공(旋削加工)을 행하는 선삭공구를 장착할 수 있고, 상기 제어수단은, 공작물의 상기 나선홈 가공과 상기 선삭가공을 연속하여 행할 수 있는 것이 바람직하다.
또, 상기 복합가공공작기계에 있어서, 상기 선회공구대는, 상기 나선홈 가공을 행하는 공구를 분리 가능하게 장착하는 제1장착부와, 상기 선삭가공을 행하는 선삭공구를 분리 가능하게 장착하는 제2장착부를 적어도 갖춘 것이 바람직하다.
또, 상기 복합가공공작기계에 있어서, 상기 선회공구대는, 상기 나선홈의 초벌가공을 행하는 밀링 공구 및 상기 나선홈의 마감가공을 행하는 판형상 바이트를 적어도 장착할 수 있는 것이 바람직하다.
또, 상기 복합가공공작기계에 있어서, 상기 선회공구대는, 회전 가능한 공구 주축을 갖춘 것으로서, 상기 공구 주축의 선단부(先端部)에는 공구장착부가 설치되어있고, 상기 공구장착부는, 상기 밀링공구 및 상기 판형상 바이트를 장착할 수 있는 것이 바람직하다.
또, 상기 복합가공공작기계에 있어서, 상기 공구장착부는, 상기 판형상 바이트가 장착된 경우에 상기 판형상 바이트가 상기 공구주축의 회전으로 회전하는 것을 제어하는 회전규제수단을 갖춘 것이 바람직하다.
또, 상기 복합가공공작기계에 있어서, 상기 공작물 부착수단은, 상기 주축의 축선상의 전방측에, 상기 주축으로부터 소정거리만큼 떨어진 위치에 상기 공작물을 부착 가능한 것으로서, 상기 선회공구대의 상기 선회축을 중심으로 한 선회운동과, 상기 공구대 본체의 상기 제1직선방향 및 상기 제2직선방향의 상대운동에 의한 원호운동을 병행하고 또한 동기(同期)하여 행함으로써, 상기 선회공구대에 대해서, 상기 선회축과는 다른 임의의 위치를 중심으로 한 선회운동을 행하게 했을 때에, 상기 기체에 설치되어 가공영역 내에서 발생한 비산물이 가공영역의 외부에 비산하지않도록 한 스플래시가드(splash guard) 또는 상기 기체 자체와, 상기 선회공구대가 간섭하지않도록 하는 것이 바람직하다.
또, 본 발명의 복합가공공작기계에 있어서의 가공방법은, 공작기계의 기체에 대해서 회전가능하게 설치되고, 선단에 공작물을 부착하기 위한 공작물부착수단을 갖춘 주축과, 상기 주축에 대해서, 상기 주축의 축선과 평행한 제1직선방향, 및 상기 제1직선방향과 직교하는 제2직선방향으로 상대적으로 이동가능하게 설치된 공구대 본체와, 상기 공구대 본체에 설치되고, 또한 공구를 장착가능하며, 상기 공구대 본체에 대해서 상기 제1직선방향 및 상기 제2직선방향의 양방향과 직교하는 방향에 축선을 가지는 선회축을 중심으로 선회가능하게 설치된 선회공구대를 갖춘 복합가공공작기계에 있어서의 가공방법으로서, 상기 선회공구대에 장착된 상기 공구에 실행시키는 선회운동의 중심위치를, 상기 선회축과는 다른 임의의 위치에 설정하는 순서와, 상기 공구에 상기 선회운동을 실행시키기 위해 필요한, 상기 공구대 본체의 상기 제 1직선방향 및 상기 제2직선방향의 상대이동에 의한 원호운동을 구하는 순서와, 상기 선회공구대에 상기 선회축을 중심으로 한 선회운동을 실행시키는 동시에, 상기 선회공구대의 상기 선회운동에 병행, 동기하여 상기 공구대 본체에 상기 원호운동을 실행시켜, 상기 공구에 상기 중심위치를 중심으로 한 상기 선회운동을 하게 하여 상기 공작물에 가공을 행하는 순서를 가지는 것이다.
또, 상기 복합가공공작기계에 있어서의 가공방법에 있어서, 상기 원호운동을 구하는 순서와, 상기 공구에 실행시키는 선회운동의 중심위치로부터 상기 공구의 선단위치까지의 제1치수를 설정하는 순서와, 상기 선회운동의 중심위치로부터 상기 선회축의 중심위치까지의 제2치수를 구하는 순서와, 상기 공구에 실행시키는 선회운동의 개시각도위치 및 종료각도위치와 상기 제2치수로부터, 상기 원호운동의 반경, 개시위치 및 종료위치를 구하는 순서를 가지는 것이 바람직하다.
또, 상기 복합가공공작기계에 있어서의 가공방법에 있어서, 상기 공작물에 가공을 행하는 순서는, 상기 선회운동 및 상기 원호운동을 병행하고 또한 동기(同期)하는 상기 주축의 축선 회전의 상기 공작물의 회전운동을 따라 상기 공작물에 나선홈 가공을 행하는 것이 바람직하다.
또, 상기 복합가공공작기계에 있어서의 가공방법에 있어서, 상기 공작물에 가공을 행하는 순서는, 상기 공작물의 회전운동에 대해 위상관계가 다른 상기 선회운동 및 상기 원호운동을 행하도록 하여, 상기 공구 날부의 폭 이상의 홈폭의 홈가공을 행할 수도 있다.
[실시예]
본 발명의 실시예에 대해서 도면을 참조하면서 설명하기로 한다.
도면 1은, 본 발명의 복합가공공작기계(1)의 전체 구성을 나타낸 도면이다. 복합가공공작기계(1)의 기체로서의 베드(2)에는, 주축대(3)가 고정배치되어 있다. 주축대(3)에는, 공작물을 회전구동하기 위한 주축(31)이 회전가능하게 설치되어 있다. 주축(31)은 그 중심축선이 수평방향이 되도록 배치되어 있고, 그 중심축선방향이 직교좌표계의 Z축방향으로 되어 있다.
그리고, 주축(31)의 선단에는 공작물을 부착하기 위한 공작물 부착수단(37)이 고정되어 있다. 주축(31)은, 공작물부착수단(37)에 공작물을 부착한 상태로, 빌트인(bulit-in)형의 주축(主軸)모터(도시생략)에 의해 회전구동된다. 또, 주축(31)의 회전운동의 제어를 행하는 NC장치(도시생략)는, 선삭가공하기위해 주축(31)의 연속회전을 하는 기능과, 주축(31)을 C축방향 (Z축의 둘레방향)의 정역방향(正逆方向)으로 회전ㆍ위치결정하는 기능을 갖추었다.
베드(2)에 형성된 전방을 향한 수직면에는, Z축방향에 2개의 심압대(tailstock) 가이드레일(21),(21)이 고정배치되어 있다. 이 심압대 가이드레일(guide rail)(21),(21)에는, 심압대(tail stock)(34)가 Z축방향으로 이동가능하게 지지 되어 있다. 심압대 가이드레일(21),(21)의 사이에는 이송나사(22)가 베어링(23a),(23b)에 의해 회전가능하게 지지 되어 있다. 베어링(23b)에는 심압대 이동모터(23)가 부착되어 있다. 심압대 이동모터(23)의 출력축과 이송나사(22)는 연결부재(도시생략)로 연결되어 있다.
또한, 심압대(34)에는 볼너트(도시생략)가 고정되어 있고, 이송나사(22) 및 볼너트가 볼나사기구를 구성하고 있다. 심압대(34)는, 심압대이동모터(23) 및 볼나사기구에 의해, Z축방향으로 이동 및 위치결정된다. 심압대(34)에는, 주축(31)과 대향(對向)하여, 공작물을 주축(31)의 반대측으로부터 지지하기 위한 심압축(35)이 회전가능하게 설치되어 있다.
베드(2)의 수평의 상면에는, 2개의 Z축가이드레일(24)이 Z축방향으로 고정배치되어 있다. 그 Z축가이드레일(24)에는, 새들(saddle)(5)이 Z축방향으로 이동가능하게 배치되어 있다. 새들(5)의 하면에는, 도시생략된 볼너트(ball nut) 및 Z축이송나사로 이루어진 볼나사기구가 배치되어 있다. 그 Z축이송나사를 Z축이송모터(도시생략)에 의해 회전구동함으로써, 새들(5)을 Z축방향으로 이동시킬 수 있다.
또한, 새들(5)의 상면에는, 2개의 Y축가이드레일(51)이 각각 수평으로 고정배치되어 있다. Y축가이드레일(51)의 방향은, Y축방향으로서, Z축과 직교하는 방향이다. 아울러, 여기에서는 Y축가이드레일(51)이 수평으로 배치되어 있으나, Y축가이드레일은 수평일 필요없이, 경사져 배치되어 있어도 상관없다. 각 Y축가이드레일(51)에는, 볼가이드(ball guide)본체(52)가 이동가능하게 설치되어 있다. Y축가이드레일(51)과 볼가이드본체(52)는 직동(直動)롤링 안내(rolling guide)를 구성한다.
볼가이드본체(52)위에는, 칼럼(column)(6)이 탑재되어 있다. 칼럼(6)은, 새들(5) 위를 Y축방향으로 이동가능하다. 칼럼(6)의 하면에는, 도시생략된 볼너트 및 Y축이송나사로 이루어진 볼나사기구가 배치되어 있다. 그 Y축이송나사를 Y축이송모터(도시생략)에 의해 회전구동함으로써, 칼럼(6)을 Y축방향으로 이동시킬 수 있다.
칼럼(6)의 전면측(前面側)에는 공구대(7)가 배치되어 있다. 공구대(7)는 공구대본체(71)와 선회공구대(72)로 구성되어 있다. 칼럼(6)의 전면측(前面側)의 수직면에는, 2개의 X축가이드레일(61)이 수직방향으로 고정배치되어 있다. X축가이드레일(61)의 방향은, X축방향으로서, Y축 및 Z축에 직교하는 방향이다. 2개의 X축가이드레일(61)이 수직평면내에 배치되어 있으므로, 절삭시의 절삭가루의 배출을 효율좋게 행할 수 있다. 각 X축가이드레일(61)위에는, 볼가이드본체(도시생략)가 이동가능하게 설치되어있고, 이 볼가이드본체 위에는, 공구대본체(71)가 탑재되어있다. 공구대본체(71)는, 칼럼(6) 전면(前面)을 X축방향 즉 수직방향으로 이동가능하다. 또, 공구대본체(71)에는, 선회가능하게 선회공구대(72)가 배치되어있다.
공구대본체(71)의 후면측에는, 볼너트(도시생략)가 고정배치되어있다. 그 볼너트에는, X축이송나사(62)가 결합되어있고, 볼너트 및 X축이송나사(62)가 볼나사기구를 구성하고있다. X축이송나사(62)는 베어링(62a),(62b)에 의해 회전가능하게 지지되고, 베어링(62a),(62b)은 칼럼(6)에 설치되어 있다. X축이송나사(62)와 X축이송모터(도시생략)의 출력축에는, 이붙이 풀리(synchronous pulley)ㆍ 이붙이 벨트 (synchronous belt)기구가 설치되어있고, X축이송모터에 의해 X축이송나사(62)가 회전구동된다.
X축이송모터를 구동하여, X축이송나사(62)를 회전시킴으로써, 공구대본체(71) 및 선회공구대(72)를 X축방향으로 이동시킬 수 있다. 또, 이상의 X, Y, Z축방향의 이동기구에서, X축이송모터, Y축이송모터, Z축이송모터 및 심압대이동모터로서는, 예를 들면, 서보모터와 같은 제어모터가 사용된다. 또한, 이들 각 모터는 NC장치에 의해 제어된다. 또, 각 축의 안내부로서는, 직동(直動)롤링안내(rolling guide)나 미끄럼 안내(slide guide)등의 임의의 안내기구를 사용할 수 있다.
선회공구대(72)는, 공구대본체(71)에 대해서, Y축과 평행한 방향에 설치된 선회축(73)을 중심으로 선회 가능하게 설치되어있다. 이 선회공구대(72)의 선회운동은, NC장치에 의해 B축이동하여 제어가 행해진다. B축의 구동기구는, B축이송모터(도시생략)의 구동력을 롤러기어캠기구, 웜ㆍ웜휠기구등의 전달기구를 통해서 선회공구대(72)에 전달하고, 선회축(73)을 중심으로 선회동작시키는 것이다. B축이송모터로서는, 예컨대, 서보모터와 같은 제어모터가 사용된다. 이 B축이동은, 선회축(73)의 회전의 180도의 범위에서 임의 각도위치로 이동 및 위치결정이 가능하다. 즉, 선회공구대(72)에 부착된 공구를 임의 방향으로 선회이동 및 위치결정할 수 있다.
또, 선회공구대(72)에는, 중심축선 T를 가진 공구주축(40)(도2참조)이 회전가능하게 설치되어 있다. 공구주축(40)의 선단부에는 공구장착부(43)가 만들어져 있고, 이 공구장착부(43)에는 자동공구 교환장치(8)의 교환암(8a)에 의해 판형상 바이트(77)등의 각종 공구가 자동적으로 부착, 분리되게 된다. 즉, 공구를 자동교환할 수 있다. 교환하여 사용하는 공구는 공구매거진(8b)에 수납되어 있다. 공구주축(40)은, 선회공구대(72)에 내장된 빌트인 모터(도시생략)에 의해 회전구동된다.
선회공구대(72)의 측면에는 선삭(旋削)용 바이트(75,76)가 공구부착부재를 통하여 부착되어 있다. 바이트(75,76)는 자동공구교환장치(8)에 의해 자동교환할 수는 없으나 그 대신 지지강성(剛性)이 크고 편향(deflection)이나 진동 등을 감소시켜 고정밀도의 선삭가공을 하는 것이 가능하다. 이들 바이트(75,76)는 고정밀도의 선삭가공을 하기 위하여 설치하는 것이 바람직하나 없어도 된다.
베드(2)에는 스플래시가드(90, 90a)가 부착되어 있다. 스플래시가드(90,90a)는 가공영역(91)에서 발생하는 절삭(切削)밥(scrap)이나 절삭유(油)등의 비산물(飛散物)이 가공영역(91) 밖으로 비산되지 않도록 가공영역(91)을 덮도록 설치되어 있다.
도2 및 도3은 공구주축(40) 및 공구장착부(43)의 구성을 나타낸 확대 단면도이다. 도2는 공구장착부(43)에 판형상 바이트(77)등의 비회전공구를 장착한 상태를 나타낸 것이다. 공구장착부(43)의 장착구(43a)에는 판형상 바이트(77)의 툴 섕크(tool shank)의 섕크부(45)가 삽입되며 섕크부(45)의 후단부는 견인봉(draw bar)(43b)에 의해 장착구(43a) 내로 끌어 들여진다. 또한, 견인봉(43b)의 인장력에 의해 섕크부(45)가 장착구(43a)에 밀착 고정된다.
또 판형상 바이트(77)의 툴 섕크의 플랜지부에는 결합요입부(48)가 형성되어 있으며 공구주축(40)의 선단면에는 결합 키(43c)가 설치되어 있다. 또 결합키 (43c)에 근접하는 선회공구대(72)측에는 비회전공구용 회동제지 키(43d)가 설치되어 있다. 공구장착부(43)에 판형상 바이트(77)의 툴 섕크를 장착하기 전에, 결합키(43c)와 회동제지키(43d)가 동위상(同位相)이 되도록 공구주축(40)의 축회전의 각도 위치를 위치결정한다. 판형상 바이트(77)를 공구장착부(43)에 장착하면, 결합요입부(48)에 회전규제수단으로서의 회동제지 키(43d)가 끼워넣어져 판형상 바이트(77)의 축회전의 회동(回動)을 저지한다. 이때 결합요입부(48)에는 결합 키(43c)도 끼워져 있다.
도3은 공구장착부(43)에 엔드밀(end mill)(78)등의 회전공구를 장착한 상태를 나타낸 것이다.
공구장착부(43)의 장착구(裝着口)(43a)에는 엔드밀(78)의 툴 섕크의 섕크부(45)가 삽입되며 섕크부(45)의 후단부는 견인봉(43b)에 의해 장착구(43a)내에 끌어 들여진다. 그리고 견인봉(draw bar)(43b)의 인장력에 의해 섕크부(45)가 장착구(43a)에 밀착 고정된다.
엔드밀(78)의 플랜지부의 섕크부측의 부분(78a)은 회동제지 키(43d)와는 결합하지 않는 형상으로 형성되어 있다. 또 이 부분(78a)은 결합요입부(46)가 형성되어 있다. 공구장착부(43)에 엔드밀(78)의 툴 섕크를 장착하면, 결합요입부에 결합 키(43c)가 끼워지고, 엔드밀(78)의 툴 섕크와 공구주축(40)의 축회전의 상대적 위치를 고정한다. 즉, 엔드밀(78)의 툴 섕크는 공구주축(40)과 일체적으로 회전한다. 따라서 엔드밀(78)은 회동제지 키(43d)와 결합하지 않고 공구주축(40)에 의해 회전 구동할 수 있다.
또 도2 및 도3에 있어서, 결합 키(43c), 회동제지 키(43d), 결합요입부(46), (48)는 1곳만이 표시되어 있으나 이들은 원주상 180도 대향한 위치에 2곳에 설치해도 되고 또 3곳 이상 설치해도 된다. 또 회전규제수단은, 선회공구대(72)측에 공구주축(40)에 대하여 결합분리 가능한 위치결정부재를 설치하여 공구주축(40)의 피결합부에 위치결정부재를 결합시킴으로써 공구주축(40) 및 판형상 바이트(77)의 축회전의 회동(回動)을 저지하는 것이나, 선회공구대(72)와 공구주축(40) 사이에 결합, 분리가 가능한 한쌍의 커플링을 설치하여 커플링을 결합시킴으로써 공구주축(40) 및 판형상 바이트(77)의 축회전의 회동을 저지하는 것이어도 된다.
또 여기에서는 툴 섕크의 내주 홈에 견인봉(43b)의 볼을 결합시켜 섕크부(45)를 장착구(43a)에 밀착 고정시키고 있으나, 툴 섕크에 풀스터드를 고정하고 이 풀스터드를 콜릿(collet)식 인장기구나 볼식 인장기구로 당김으로써 밀착 고정시키는 것이어도 괜찮다.
다음으로, 도15를 참조하여 공작물부착수단(37)의 구성을 설명하기로 한다.
도15는 공작물부착수단(37)에 공작물(10)을 부착한 상태를 나타낸 확대 단면도이다. 주축(31) 및 공작물부착수단(37) 내에는 견인봉(37b)이 진퇴 가능하게 설치되어 있다. 또 주축(31)의 후부에는 척 실린더(37c)(도1참조)가 설치되어 있다. 견인봉(37b)은 척 실린더(37c)에 의해 구동되어 이동한다. 또 견인봉(37b)은 상시 스프링 부재에 의해 주축(31)후방측으로 가세(加勢)되어 클램프 상태로 되고 언클램프상태로 할 때에만 척 실린더(37c)에 압압(押壓)되는 것이어도 괜찮다.
공작물부착수단(37)의 전단(前端)에는 테이퍼공부(孔部)를 가진 공작물장착부(37d)가 마련되어 있다. 공작물(10)은 부착부재(37a)에 볼트로 고정되어 있다. 부착부재(37a)에는 테이퍼 축부(軸部)가 형성되어 있다. 공작물장착부(37d)의 테이퍼공부에 부착부재(37a)의 테이퍼축부가 삽입되고 부착부재(37a)가 견인봉(37b)에 의해 공작물장착부(37d)에 끌어 들여진다. 그리고 견인봉(37b)의 인장력에 의해 부착부재 (37a)가 공작물장착부(37d)에 밀착 고정된다.
도16은 공작물부착수단의 다른 형태를 나타낸 도면이다. 이 형태에서는 주축(31)의 선단측에 척(32)이 설치되어 있다. 공작물(10)은 부착부재(33)(부착지그)의 선단측에 고정되어 있고, 이 부착부재(33)의 후방측을 척(32)의 협지편에 의해 협지하였다. 여기에서는 척(32)및 부착부재(33)가 공작물부착수단을 구성하고 있다.
이와 같이, 공작물부착수단은 주축(31)의 축선(軸線)상의 전방(前方)측에 ,주축(31)에서 소정의 거리만큼 떨어진 위치에 공작물(10)을 부착가능한 것이면 된다. 공장물부착수단을 이와 같이 구성함으로써 선회공구대(72)가 도시한 바와 같이 선회한 경우라도 스플래시가드(90a)나 베드(2)와, 선회공구대(72)가 간섭하는 일이 없다.
도4는 본발명의 복합가공공작기계(1)에 의해 가공하는 나선홈 형상의 일예를 나타낸 도면이다. 대략 원통형의 공작물(10)의 외주면에 소정의 홈폭, 및 단면형상의 나선홈(11)이 복수줄로 형성되어 있다. 이들 나선홈(11)의 깊이는 공작물(10)의 축방향에 대하여 변화된다. 이와 같은 나선홈의 가공은 펌프의 로터나, 롤러 캠샤프트 등의 제조에 필요하다. 예컨대, 펌프에 사용되는 나선홈의 형상은, 펌프의 사양, 즉, 펌프의 각 부재의 치수, 배치 등에 따라 요구되는 것으로, 여러가지의 것들이 있다.
도 5는 공작물(10)의 나선홈(11)의 가공방법을 나타낸 도면이다. 공작물(10)은 중심축선(10c)을 따라 중앙공(12)을 가지고, 전체 형상은 대략 원통형상을 이루고 있다. 그 공작물(10)을 중심축선(10c) 회전으로 소정의 일정 속도로 회전시키면서, 그것과 병행하여, 또한 동기하여서 판형상 바이트(77)등의 공구에 의해 나선홈의 가공을 행한다. 판형상 바이트(77)의 운동은 공구의 선회중심 M을 중심으로 하는 일정속도의 선회운동이다. 판형상 바이트(77)는 도시한 바와 같이 공구의 선회중심 M을 중심으로 하여 공구의 중심축선이 부호 T1로 표시되는 각도위치에서 부호 T2로 표시되는 각도위치가 될 때까지 선회시킨다.
공구의 선회중심 M의 위치와, 선회중심 M에서 공구 칼날까지의 거리 즉 공구 칼날의 선회반경(r)에 의해 공구의 선회운동이 결정된다. 공구의 선회중심 M의 위치는 공작물(10)의 중심축선(10c)과 선회중심 M 사이의 거리 a에 의해 표시된다. 도5에 나타낸 방법으로 가공되는 나선홈의 형상은, 공작물(10)의 중심축선(10c) 회전의 회전운동 (C축회전운동), 공구의 선회운동및 공구형상에 의해 결정된다. 따라서 공구의 선회중심 M의 위치를 임의의 위치로 설정할 수가 있으며 여러가지 형상의 나선홈의 가공을 할 수 있다.
도6은 복합가공공작기계(1)에 의한 나선홈의 가공상태를 나타낸 도면이다. 도6을 참조하여, 선회중심 M을 중심으로 한 공구의 선회운동을 어떻게 하여 실현하는가를 설명한다. 선회공구대(72)는 공구대본체(71)에 대하여 선회축(73)을 중심으로 하여 선회가능하므로 공구의 중심축선 T의 방향을 임의 방향으로 향하게 할 수 있다. 또 공구대 본체(71)는 공작물(10)에 대하여 X, Z 축방향으로 이동 가능하므로 선회중심 M이 항상 일정한 위치에 머물도록 공구대 본체(71)를 이동 제어할 수 있다.
공구대 본체(71)가 선회중심 M을 중심으로 한 선회운동을 하기 위해서는, 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 공구대 본체(71) 및 선회축(73)이 선회중심 M을 중심으로 하는 원호운동을 할 필요가 있다. 다시 말하면, 선회축(73)의 회전으로 선회공구대(72)의 선회운동(B축 선회운동)과, 공구대 본체(71)의 X, Z축에서의 원호운동을 병행하여, 또한 동기(同期)하여 시행함으로써 선회공구대(72) 및 공구에 선회중심 M을 중심으로 하는 선회운동을 하게할 수 있다.
선회축(73)의 중심이 지나는 원호궤적의 시점(始點) P와 종점(終點) Q의 X, Z축 좌표를 P(xp, zp), Q(xq, zq)로 하면, 시점 P의 좌표값은 시점 P에서의 B축 선회각도에 의해 계산할 수 있고, 종점 Q의 좌표값은 종점 Q에서의 B축 선회각도에 의해 계산할 수 있다. 구체적인 계산방법은 후술한다. 공구의 선회중심 M을 중심으로 하는 선회운동과 공작물(10)의 C축 회전운동을 병행하여, 또한 동기하여 시행함으로써 공작물(10)에 소정 형상의 나선홈을 가공할 수 있다.
실제로 가공을 할려면 공작물(10)을 공작물부착수단(37)에 고정한다. 공작물부착수단(37)은 주축(31)의 전부(前部)에 고정되어 있다. 또 가공영역(91)에서 주 축대(主軸臺)(3)측에 절삭밥이나 절삭유 등이 비산하는 것을 방지하기 위하여, 스플래시가드(90a)( screen 커버)가 설치되어 있다. 주축(31)의 축선 방향 전방으로 뻗은 공작물부착수단 (37)을 사용하는 것은, 선회공구대(72)와 스플래시가드(90a)등이 간섭하는 것을 피하기 위함이다. 또 공작물(10)의 공작물부착수단(37)과 반대측의 단부(端部)는, 심압대(34)의 심압축(35)에 고정된 지지부(36)에 의해 지지되어 있다. 지지부(36)는 공작물(10)의 중앙공(12)에 결합하여 공작물(10)을 지지가능한 형상으로 형성되어 있다.
공구(t)로서, 먼저 회전공구인 엔드밀을 장착하고, 공작물(10)의 C축 회전운동과 공구(t)의 선회중심 M을 중심으로 하는 선회운동을 동기하여 시행하여 나선홈의 초벌가공을 한다. 다음으로 공구(t)를 판형상 바이트로 자동교환하여 공작물(10)의 C축회전운동과 공구(t)의 선회중심 M을 중심으로 하는 선회운동과 동기하여 시행하여 나선홈의 마감가공을 한다. 판형상 바이트에 의한 마감가공에 대해서는 뒤에 상세하게 설명하기로 한다.
도7은 공작물(10)에 대한 나선홈 이외의 부위의 가공상태를 나타낸 도면이다. 나선홈 이외의 부위 가공은 엔드밀, 판형상 바이트에 의한 나선홈의 가공전에 하는 것이 바람직하다. 선회공구대(72)의 가공장착부(43)에 내경 가공용 바이트(79)의 툴 섕크 등을 자동공구교환장치(8)로 공구를 교환하여 장착한다. 그리고 선회공구대(72)를 도7의 부호 72b로 표시한 위치에 이동시켜 선회공구대(72)의 공구장착부(43)에 장착한 내경 가공용 바이트(79)에 의해 공작물(10)의 중앙공(12) 단부(端部)를 선삭(旋削)하여 초벌가공한다. 또 공구장착부(43)에 외경 가공용 바이트의 툴 섕크를 장착하는 동시에 선회공구대(72)를 90도 선회시킨 상태로 하여 공작물(10)의 외주부를 선삭하여 초벌가공 등을 해도 된다.
다음으로 선회공구대(72)를 부호 72a로 표시한 위치로 이동시켜 선회공구대(72)의 한쪽 측면에 고정된 바이트(76)에 의해 공작물(10)의 중앙공(12)의 단면(端面)등을 선삭하여 마감가공 한다. 또 이 때에는 심압대(34)는 대피(待避)위치로 대피시켜 둔다. 또 선회공구대(72)를 도7의 실선으로 표시한 위치로 이동시켜, 선회공구대 (72)의 다른 쪽 측면에 고정된 바이트(75)에 의해 공작물(10)의 외주부등을 선삭하여 마감가공 한다.
또 공작물(10)의 단부(端部)를 선삭 마감가공, 중앙공(12)의 선삭 마감가공 등은 나선홈의 초벌가공 후 또는 나선홈의 마감가공 후에 해도 된다. 또 선삭가공은 외주면, 단면(端面), 내주면의 가공의 일부만 행하여도 된다.
이상과 같이 본 발명의 복합가공공작기계(1)에 의하면 여러가지 형상의 나선홈의 가공을 할 수 있다. 또 공작물(10)에 대한 나선홈의 가공뿐 아니라, 나선홈의 가공 전후에 공작물(10)의 다른 부위의 가공도 연속하여 할 수 있다. 이것에 의해 공작물의 가공능률을 대폭 향상시킬 수 있다. 이것은 전용기에 의한 나선홈 가공에서는 실현할 수 없는 이점이다.
도8부터 도10은 판형상 바이트(77)에 의한 나선홈의 마감가공의 상세한 순서를 나타낸 도면이다. 공작물(10)에는 엔드밀에 의해 이미 나선홈의 초벌가공이 실시되어 있다. 그 초벌가공상태의 나선홈에 대하여 공구인 판형상 바이트(77)의 절삭량을 단계적으로 증가시켜 마감가공을 한다. 도8은, 공구의 선단부가 공작물(10)에 대하여 절삭되지 않은 상태를 나타내고 있다. 공작물(10)의 중심축에서 공구의 선회중심 M까지의 거리 a는 나선홈의 형상을 지정하기 위한 파라미터(Parameter)로서 설정되어 있다.
선회공구대(72)의 선회축(73)의 중심에서 공구장착부(43)의 장착 기준면까지의 거리가 부호 i로 표시되어 있다. 거리 i는 선회공구대(72), 즉, 복합가공 공작기계(1)에 고유한 값으로서 가공 중에 변화하는 일은 없다. 거리 i의 값은 복합가공공작기계(1)를 제어하는 NC장치 중의 메모리의 소정영역에 기억되어 있다. 공구장착부(43)의 장착 기준면에서 공구의 칼날 선단까지의 거리는 부호 h로 표시되어 있다. 거리 h는 공구의 고유 값이다. 공구교환을 하였을 때 NC장치 중의 메모리의 소정 영역에 현재의 공구에 대한 거리 h의 값이 설정된다.
거리 g0는, 공구의 칼날 선단이 공작물(10)의 중심축선(10c)에 가장 근접하였을 때의, 공구의 칼날 선단과 공작물(10)의 중심축선(10c)과의 거리이다. 거리 g0는 공작물(10)의 반경보다도 소정량 크도록 선택되어 있다. 거리 r0는 공구의 칼날 선단과 선회중심 M과의 거리로, 공구의 칼날 선단이 그리는 원호의 반경이다. 거리 a는 공작물(10)의 중심축선(10c)과 공구의 선회중심 M과의 사이의 거리로서, 부품의 가공도면에 지시되는 치수이다.
거리 a, 거리 g0, 거리 r0는, a = r0 + g0 의 관계가 있다. 이것에 의해 거리 g0와 거리 r0는 한쪽으로부터 다른 쪽을 구할 수 있다. 거리 e0는 선회축(73)의 중심과 선회중심 M과의 거리로서, 선회축(73)의 중심이 그리는 원호의 반경이다. 도8에서 거리 e0는 다음 식으로 구할 수 있다.
e0 = i + h - r0
여기에서 a = r0 + g0 이므로 위식은 다음 식과 같이 쓸 수도 있다. 즉 거리 e0를 거리 g0에서 구할 수도 있다.
e0 = i + h + g0 - a
공구의 선회중심 M의 (X좌표, Z좌표)는 (a, zm)인 것으로 한다. 또한 선반이나 터닝센터(turning center)의 NC 가공프로그램에서는 통상 공작물(10)의 중심축선(10c)이 X좌표축의 0위치이며, 주축(31)에 대하여 공구대(7)가 이동해 나가는 방향을 각각 +X방향, +Z방향(도1참조)으로 하고 있으므로 이에 기초하여 설명한다.
선회공구대(72)의 선회축(73)은 위치 P0로 표시되는 시점(始點)에서 위치 Q0로 표시되는 종점(終點)까지 원호운동을 하도록 제어된다. 시점 P0에서의 공구의 중심축과 수직선(중심축선(10c)과 직교하는 직선)이 이루는 각도를 θ1이라 하고, 종점 Q0에서의 공구의 중심축과 수직선이 이루는 각도를 θ2라 한다. 시점 P0의(X좌표, Z좌표)를 (xp0, zp0)로 하고 시점 Q0의 (X좌표, Z좌표)를 (xq0,zq0)로 한다. 시점 P0와 종점 Q0의 각 좌표값은 다음식에 의하여 구할 수 있다.
xpO = a + e0ㆍcos(θ1)
zp0 = zm - e0ㆍsin(θ1)
xq0 = a + e0ㆍcos(θ2)
zq0 = zm + e0ㆍsin(θ2)
따라서 선회축(73)의 중심이 위 식에서 구해지는 시점 P0와 종점 Q0를 지나, 반경이 거리 e0가 되는 원호(이 경우에는 시계도는 방향의 원호) 를 그리도록 제어 하면 된다. 또 선반이나 터닝센터의 NC가공 프로그램에서는 통상 X좌표를 직경표시로 나타내나 여기에서는 설명을 간소화 하기 위하여 X좌표의 값도 거리 그 자체의 값으로 표시하고 있다. 직경 표시로 할려면 여기에서의 X좌표의 값을 2배로 할 필요가 있다.
공구대 본체(71)의 선회축(73)의 중심이 시점 P0와 종점 Q0를 지나는 반경 e0의 원호궤적 위를 운동하도록 X축및 Z축을 제어하는 동시에, 그것과 동기하여 선회공구대(72)의 선회축(73)회전의 B축 선회운동을, 각도θ1에 대응하는 선회각도에서 각도θ2에 대응하는 선회각도까지 시행한다. 또 이들의 운동과 병행하여 또한 동기하여, 공작물(10)을 중심축선(10c) 회전으로 회전되는 C축 회전운동을 함으로써 공구의 칼날이 공작물(10)의 나선홈을 따라 운동을 하게 되는 것이다.
다음으로 도9에서는 공구를 나선홈내로 절삭하기위하여 가장 근접한 상태에서의 공구 칼날 선단과 공작물(10)의 중심축선(10c)과의 거리 g1을 도8에서의 거리 g0보다도 감소시켰다. 즉, 거리 g1는 공작물(10)의 반경보다도 작게 되도록 선택되었다. 이 때에는 공구의 칼날 선단이 그리는 원호의 반경 r1은 도8에서의 반경 r0보다 크게 되며, 선회축(73)의 중심이 그리는 원호의 반경 e1은 도8에서의 반경 e0보다도 작게 된다. 도9에서 거리 e1은 다음 식으로 구해진다.
e 1 = i + h - r 1
선회공구대(72)의 선회축(73)은 위치 P1으로 표시되는 시점에서 위치 Q1으로 표시되는 종점까지 원호운동을 하도록 제어된다. 선회공구대(72)의 선회축(73)회전의 B축 선회운동은, 도8의 경우와 동일한 개시각도 및 종료각도이다. 시점 P1의 (X좌표, Z좌표)를 (xp1, zp1)로 하고, 종점 Q1의 (X좌표, Z좌표)를 (xq1, zq1)로 한다. 시점 P1과 종점 Q1의 각 좌표 값은 다음 식에 의해 구해진다.
x p 1 = a + e1ㆍcos(θ1)
z p 1 = z m - e1ㆍsin(θ1)
x q 1 = a + e1ㆍcos(θ2)
z q 1 = zm + e1ㆍsin(θ2)
이와 같이, 공구의 칼날 선단이 그리는 원호의 반경 r1(또는 거리 g1)에서 공구대 본체(71)의 선회축(73)의 중심이 그리려는 원호궤적이 구해진다. 공구대 본체 (71)의 선회축(73)의 중심이 시점 P1과 종점 Q1을 지나는 반경 e1의 원호궤적을 운동하도록 X축 및 Z축을 제어하는 동시에, 그것과 동기하여 선회공구대(72)의 선회축(73) 회전의 B축 선회운동을, 각도 θ1에 대응하는 선회각도에서 각도 θ2에 대응하는 선회각도까지 시행한다. 또 그들의 운동과 병행하여 또한 동기하여 공작물(10)을 중심축선(10c) 회전으로 회전되는 C축 회전운동을 행함으로써 공구의 칼날이 공작물(10)의 나선홈을 따라 운동을 하여 나선홈의 마감가공을 하는 것이다.
다음으로 도10에서는 공구를 나선홈 내로 다시 절삭하기 위하여 가장 근접한 상태에서의 공구의 칼날 선단과 공작물(10)의 중심축선(10c)과의 거리 g2를 도9에서의 거리 g1보다도 감소시켰다. 이 때에는 공구의 칼날 선단이 그리는 원호의 반경 r2는 도9에서의 반경 r1보다도 크게 되며, 선회축(73)의 중심이 그리는 원호의 반경 e2 은 도9에서의 반경 e1보다도 작게 된다. 도10에서 거리 e2는 다음 식에서 구해진다.
e2 = i + h - r2
선회공구대(72)의 선회축(73)은 위치 P2로 표시되는 시점에서 위치 Q2로 표시되는 종점까지 원호운동을 하도록 제어된다. 선회공구대(72)의 선회축(73) 회전의 B축 선회운동은 도8 및 도9의 경우와 동일한 개시각도 및 종료각도이다. 시점 P2의 (X좌표, Z좌표)를 (xp2, zp2)로 하고, 종점 Q2의 (X 좌표, Z좌표)를 (xq2, zq2)로 한다. 시점 P2와 종점 Q2의 각 좌표값은 다음 식에 의해 구해진다.
xp2 = a + e2ㆍcos(θ1)
zp2 = zm - e2ㆍsin(θ1)
xq2 = a + e2ㆍcos(θ2)
zq2 = zm + e2ㆍsin(θ2)
이와 같이, 공구의 칼날 선단이 그리는 원호의 반경 r2 (또는 거리 g2)에서, 공구대본체(71)의 선회축(73)의 중심이 그리려는 원호궤적이 구해진다. 공구대본체(71)의 선회축(73)의 중심이, 시점P2와 종점 Q2를 지나는 반경 e2의 원호궤적상을 운동하도록 X축 및 Z축을 제어하는 동시에, 그것과 동기하여 선회공구대(72)의 선회축(73) 회전의 B축 선회운동을, 각도 θ1에 대응하는 선회각도에서 각도 θ2에 대응하는 선회각도까지 시행한다. 또 그들의 운동과 병행, 동기하여서, 공작물(10)을 중심축선(10c) 회전으로 회전되는 C축 회전운동을 함으로써 공구의 칼날이 공작물(10)의 나선홈을 따라 운동을 하여 나선홈이 마감가공을 하는 것이다.
이상 도8에서 도10에 나타낸 바와 같이, 공구의 나선홈 내로의 절삭량을 단계적으로 증가시키고 복수회의 가공을 반복함으로써 나선홈의 마감가공을 완료한 다. 각 절삭량에 있어서의 공구대 본체(71)의 선회축(73) 중심이 그리는 원호궤적은, 이상의 설명에서 나타낸 바와 같이 공구의 칼날 선단이 그리는 원호의 반경, 또는 가장 근접한 상태에서의 공구의 칼날 선단과 공작물(10)의 중심축선(10c)과의 거리에서 구해진다.
도11은 나선홈의 마감가공의 순서를 나타낸 순서도이다. 이 순서도에서는 공구의 칼날 선단이 그리는 원호의 반경을 칼날 선회반경 r로 표시하며, 공구대 본체(71)의 선회축(73)의 중심이 그리려는 원호궤적의 반경을 선회축 선회반경 e로 표시하며 원호궤적의 시점 P와 종점 Q의 좌표를 P(xp, zp) 및 Q(xq, zq)로 표시하고 있다. 또 선회중심 M의 위치를 특정하기 위한 데이터는 미리 설정되어 있다.
먼저 순서 101에서 공구대 본체(71)의 X, Z축의 제어를 하여 대피위치로 이동시킨다. 다음으로 순서 102에서 공구선회반경 r에서 선회축 선회반경 e 를 계산한다. 또 도8의 설명에서 논술한 바와 같이, 가장 근접한 상태에서 공구의 칼날 선단과 공작물의 중심축선과의 거리 g에 의해 선회축 선회반경 e를 계산해도 된다. 다음으로 순서 103에서 선회축 선회반경 e와 각도 θ1, θ2에서 공구대본체(71)의 선회축(73)의 중심이 그리려는 원호궤적의 시점 P (xp,zp)와 종점 Q(xq,zq)의 X, Z축좌표를 계산한다.
그리고 순서 104에서 선회공구대(72)의 선회축(73)회전의 B축 선회이동을 하도록 하여 각도 θ1에 대응하는 선회각도로 한다. 또 공구대 본체(71)의 Z축의 제어를 하여 시점위치 zp로 이동한다. 또 공구대 본체(71)의 X축의 제어를 하여 시점위치 xp로 이동한다.
다음으로 순서 105에서 이하의 X, Z축의 제어, B축의 제어및 C축의 제어를 동기하여 동작시킨다. X, Z축 제어는, 공구대 본체(71)의 선회축(73)의 중심을, 시점P에서 종점 Q까지 반경 e의 원호 위를 이동시키는 원호보간(圓弧補間, circular arc interpolation)동작이다. B축 제어는, 선회공구대(72)의 선회축(73) 회전으로 각도θ1에 대응하는 선회각도에서 각도θ2에 대응하는 선회각도까지 선회시키는 선회동작이다. C축 제어는, 공작물(10)을 중심축선(10c) 회전으로 소정의 개시각도에서 소정의 종료각도까지 회전시키는 C축 회전동작이다. C축 회전의 개시각도 및 종료각도는 나선홈의 형상에 따라 설정된다. 이 순서 105의 X,Z축제어, B축제어 및 C축제어는 동기동작(同期動作)으로, 이들 각각 축의 제어가 병행, 동기(同期)되어 시행된다. 즉, 이들 각각 축의 모든 동작이 동시에 개시되고 또한 종료되도록 제어된다.
그리고 순서 106에서 공구대 본체(71)의 X,Z축의 제어를 하여 대피위치로 이동시킨다. 다음으로 순서 107에서, 칼날 선회반경 r 이 최종반경에 도달했는지의 여부를 판단한다. 단, 최종반경이란, 칼날선회 반경 r 을 순차 증가시켜 나선홈의 마감가공을 할 때의 최종적인 칼날 선회 반경이다. 칼날 선회반경 r이 최종반경에 도달하였으면 마감가공의 순서를 모두 종료하고, 칼날 선회반경 r이 최종반경에 도달하지않았으면 순서 108로 진행한다. 순서 108에서는, 칼날 선회반경 r을 소정량Δr만큼 증가시킨다. 그리고 순서102로 돌아가, 순서102 이하의 순서를 반복한다. 즉, 칼날선회반경 r이 최종반경에 도달할 때까지 칼날선회반경 r을 순차 단계적으로 증가시켜, 즉, 절삭량을 단계적으로 증가시켜 마감 가공을 한다.
도12는 판형상 바이트(77)의 형상을 나타낸 도면이다. 도12(a)는 판형상 바 이트(77)의 정면도이며, 도12(b)는 판형상 바이트(77)의 측면도이다. 판형상 바이트(77)의 선단부에는 칼날인 판형상 팁(77t)이 고정되어 있다. 팁(77t)의 정면측이 절삭면이다. 팁(77t)은 공구의 중심축선 T 에 대하여 정면측에서 보아 좌우대칭으로, 또한 절삭면이 중심축선 T를 지나도록 부착되어 있다.
팁(77t)의 절삭면 형상이, 가공하는 홈의 단면형상이 된다. 따라서 도12(c)에 나타낸 바와 같이 팁(77t)의 절삭면을 선단측이 퍼진 형상으로 하면 그 절삭면 형상에 따라 도12 (d)에 나타낸 바와 같은 단면형상의 나선홈의 가공도 가능하다. 또 팁(77t)의 절삭면형상을 변경함에 의하여 기타 임의의 단면형상의 나선홈의 가공도 가능하다.
도13은 다른 형태의 선회공구대(72c)의 구성을 나타낸 도면이다. 선회공구대(72c)는 도1에 나타낸 선회공구대(72)와 비교하면 판형상 공구(77)가 고정적으로 부착되어 있는 점이 다르다. 즉, 판형상 바이트(77)는 자동공구교환장치(8)에 의해 자동교환할 수는 없으나, 지지강성이 큰 상태로 부착, 분리 가능하게 선회공구대(72c)에 부착되어 있다. 도13(a)에서는 자동공구교환이 가능한 공구장착부에는 회전공구인 엔드밀(78)이 장착되어 있다.
여기에서 엔드밀(78)의 중심축선 Ta와 판형상 바이트(77)의 중심축선 Tb는 함께 선회축(73)의 중심을 지나 소정 각도에서 교차하고 있다. 이것은 엔드밀(78)로 가공할 때 판형상 바이트(77)와 공작물의 간섭을 방지하기 위한 것이다. 나선홈의 초벌가공은, 도13(a)에 나타낸 바와 같이, 공구장착부에 엔드밀(78)을 장착하여 엔드밀(78)에 의해 시행한다.
나선홈의 마감가공은 도13(b)에 나타낸 바와 같이 공구장착부에서 엔드밀(78)을 떼어내고, 더미(dummy)공구(80)를 장착하여 판형상 바이트(77)에 의해 실시한다. 더미공구(80)는 공구장착부를 덮어 공구장착부 내부에 절삭밥이나 절삭유등의 이물이 침입하지 않도록 하기 위한 것이다. 마감가공의 순서는 도8 내지 도11에서 설명한 바와 동일하게 시행할 수 있다.
도14는 판형상 바이트 날부의 폭 치수와 다른 홈폭의 나선홈을 가공하는 순서를 나타낸 도면이다. 먼저, 도14(a)에 나타낸 바와 같이, 나선홈(11)의 한쪽측벽(13)을 판형상 바이트(77)로 가공한다. 이것은 도8 내지 도10에서 설명한 바와 같이 판형상 바이트(77)를 소정 각도 선회시키는 동시에 공작물(10)을 소정 각도 회전시켜 시행한다. 다음으로 판형상 바이트(77)의 선회와 공작물(10)의 회전의 위상관계를 조금 비켜놓고 도14(b)에 나타낸 바와 같이 나선홈(11)의 다른쪽 측벽(14)을 판형상 바이트(77)로 가공한다.
판형상 바이트(77)의 선회와 공작물(10)의 회전의 위상을 비켜놓기위해서는 공구대 본체 (71)의 선회축(73)의 중심이 그리려는 원호궤적의 시점 P와 종점 Q의 위치를 비켜놓으면 된다. 즉, 각도 θ1. θ2의 값을 어긋나게 하는 것이 된다. 또는, 공작물(10) 회전의 개시각도와 종료각도를 어긋나게 해도 된다. 도14(a), 도14(b)에 나타낸 바와 같이 가공을 함으로써 팁(77t) 날부의 폭 치수보다 넓은 홈폭의 나선홈 가공을 할 수 있다.
이상으로 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 공작물에 대하여 복잡한 형상의 나선홈을 가공할 경우에도 일반적인 NC장치가 구비되어 있는 원호보간(圓弧補間)동작, B축 선회동작 및 C축 회전동작을 조합하여 동기동작시킴으로써 용이하게 가공할 수 있다. 또 나선홈의 형상에 관해서도 범용성이 높은 다양한 형태의 가공을 할 수 있다. 또 나선홈의 가공에 전후하여 공작물의 다른 부위의 가공도 연속하여 할 수 있어 공작물의 가공능률을 대폭 향상시킬 수 있다.
본 발명은 이상으로 설명한 바와 같이 구성되어 있기 때문에 다음과 같은 효과를 낸다.
선회공구대의 선회운동과 원호운동을 병행, 동기(同期)하여 시행함으로써 선회공구대에 대하여 임의의 위치를 중심으로 하는 선회운동이 가능하게 되고, 공작물에 대하여 복잡한 형상의 가공을 용이하게 할 수 있다.
선회공구대의 선회운동 및 원호운동과 공작물의 회전운동을 병행, 동기하여 시행함으로써 공작물에 복잡한 형상의 나선홈의 가공을 용이하게 할 수 있게 된다. 나선홈의 형상에 관해서도 범용성이 높은 다양한 형상의 가공을 할 수 있다. 또한, 나선홈의 가공에 전후하여 공작물의 다른 부위의 가공도 연속하여 할 수 있어 공작물의 가공능률을 대폭 향상시킬 수 있다.

Claims (14)

  1. 공작기계의 기체(基體)(2)에 대해서 회전가능하게 설치되고, 선단에 공작물(10)을 부착하기 위한 공작물부착수단(37)을 갖춘 주축(31)과,
    상기 주축(31)에 대해서, 상기 주축(31)의 축선과 평행한 제1직선방향과, 상기 제1직선방향과 직교하는 제2직선방향으로 상대적인 이동이 가능하게 설치된 공구대본체(71)와,
    상기 공구대본체(71)에 설치되고, 또한 공구를 장착가능하며, 상기 공구대본체(71)에 대해서 상기 제1직선방향과 상기 제2직선방향의 양방향에 직교하는 방향으로 축선을 가진 선회축(73)을 중심으로 선회가능하게 설치된 선회공구대(72)와,
    상기 주축(31)의 축선의 회전으로 상기 주축(31)의 회전운동, 상기 선회축(73)의 축선의 회전으로 상기 선회공구대(72)의 선회운동과, 상기 제1직선방향과 상기 제2직선방향의 상기 주축(31)과 상기 공구대본체(71)의 상대이동을 제어하는 제어수단을 가지며,
    상기 제어수단은, 상기 선회공구대(72)의 상기 선회축(73)을 중심으로 한 선회운동과, 상기 공구대본체(71)의 상기 제1직선방향과 상기 제2직선방향의 상대이동에 의한 원호운동을 병행하고 또한 동기(同期)하여 행함으로써, 상기 선회공구대(72)에 대해서, 상기 선회축(73)과는 다른 임의의 위치를 중심으로 한 선회운동을 할 수 있게 된 복합가공공작기계.
  2. 제 1항에 있어서,
    공구대본체(71)는, 기체(2)에 대해서 상기 제1직선방향과 상기 제2직선방향으로 이동가능하게 설치된 복합가공공작기계.
  3. 제 1항에 있어서,
    제어수단은, 선회축(73)을 중심으로 한 선회운동과 원호운동을 병행하고 또한 동기(同期)하는 상기 주축(31)의 축선회전으로 상기공작물(10)의 회전운동을 행함으로써, 상기 공작물(10)에 나선홈 가공을 할 수 있게 된 복합가공공작기계.
  4. 제 3항에 있어서,
    선회공구대(72)는, 나선홈의 가공을 실시하는 공구로서 판형상 바이트(77)를 장착할 수 있게 된 복합가공공작기계.
  5. 제 3항에 있어서,
    선회공구대(72)는, 공작물(10)에 선삭가공(旋削加工)을 행하는 선삭공구(75, 76, 79)를 장착할 수 있고,
    상기제어수단은, 공작물의 상기 나선홈 가공과 상기 선삭가공을 연속하여 행할 수 있게 된 복합가공공작기계.
  6. 제 5항에 있어서,
    선회공구대(72)는, 상기 나선홈 가공을 행하는 공구를 분리 가능하게 장착하는 제1장착부(43)와, 상기 선삭가공을 행하는 선삭공구를 분리 가능하게 장착하는 제2장착부를 구비하여서 된 복합가공공작기계.
  7. 제 4항에 있어서,
    선회공구대(72)는, 나선홈의 초벌가공을 행하는 밀링 공구(78)을 장착할 수 있게 된 복합가공공작기계.
  8. 제 7항에 있어서,
    선회공구대(72)는, 회전 가능한 공구 주축(40)을 구비한 것으로,
    상기 공구 주축(40)의 선단부(先端部)에는 공구장착부(43)가 설치되어 있고,
    상기 공구장착부(43)는, 밀링공구(78)와 판형상 바이트(77)를 장착할 수 있게 된 복합가공공작기계.
  9. 제 8항에 있어서,
    공구장착부(43)는, 판형상 바이트(77)가 장착된 경우에 상기 판형상 바이트(77)가 상기 공구 주축(43)의 회전으로 회전하는 것을 규제하는 회전규제수단(43d)을 구비하여서 된 복합가공공작기계.
  10. 제 1항 내지 9항 중, 어느 한 항에 있어서,
    공작물 부착수단(37)은, 상기 주축(31)의 축선상의 전방측에, 상기 주축(31)에서 소정거리만큼 떨어진 위치에 상기 공작물을 부착 가능한 것이며,
    상기 선회공구대(72)의 상기 선회축(73)을 중심으로 한 선회운동과, 상기 공구대 본체(71)의 상기 제1직선방향과 상기 제2직선방향의 상대운동에 의한 원호운동을 병행하고 또한 동기(同期)하여 행함으로써, 상기 선회공구대(72)에 대해서, 상기 선회축(73)과는 다른 임의의 위치를 중심으로 한 선회운동을 행하게 할 때, 상기 기체(2)에 설치되어 가공영역내에서 발생한 비산물이 가공영역의 외부로 비산하지않도록 한 스플래시가드(splash guard)(90, 90a) 또는 상기 기체(2) 자체와, 상기 선회공구대(72)가 간섭하지않도록 한 것을 특징으로 하는 복합가공공작기계.
  11. 공작기계의 기체(2)에 대해서 회전가능하게 설치되고, 선단에 공작물을 부착하기위한 공작물부착수단(37)을 갖춘 주축(31)과,
    주축(31)에 대해서, 상기 주축(31)의 축선과 평행한 제1직선방향과, 상기 제1직선방향과 직교하는 제2직선방향으로 상대적으로 이동가능하게 설치된 공구대 본체(71)와,
    상기 공구대 본체(71)에 설치되고, 또한 공구(77, 78)를 장착가능하며, 상기 공구대 본체(71)에 대해서 상기 제1직선방향과 상기 제2직선방향의 양방향과 직교하는 방향에 축선을 가지는 선회축(73)을 중심으로 선회가능하게 설치된 선회공구대(72)를 갖춘 복합가공공작기계에 있어서의 가공방법으로서,
    상기 선회공구대(72)에 장착된 상기 공구(77, 78)에 실행시키는 선회운동의 중심위치 M을, 상기 선회축(73)과는 다른 임의의 위치에 설정하는 순서와,
    상기 공구(77, 78)에 상기 선회운동을 실행시키기위해 필요한, 상기 공구대 본체(71)의 상기 제 1직선방향과 상기 제2직선방향의 상대이동에 의한 원호운동을 구하는 순서와,
    상기 선회공구대(72)에 상기 선회축(73)을 중심으로 한 선회운동을 실행시키는 동시에, 상기 선회공구대(72)의 상기 선회운동에 병행하고 또한 동기하여 상기 공구대 본체(71)에 상기 원호운동을 실행시켜, 상기 공구(77, 78)에 상기 중심위치 M을 중심으로 한 상기 선회운동을 실행시켜 상기 공작물(10)에 가공을 행하는 순서를 가진 복합가공공작기계에 있어서의 가공방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 원호운동을 구하는 순서와,
    공구(77, 78)에 실행시키는 선회운동의 중심위치 M으로부터 상기 공구(77, 78)의 선단위치까지의 제1치수를 설정하는 순서와,
    상기 선회운동의 중심위치 M으로부터 선회축(73)의 중심위치까지의 제2치수를 구하는 순서와,
    상기 공구(77, 78)에 실행시키는 선회운동의 개시각도위치 및 종료각도위치와 상기 제2치수로부터, 원호운동의 반경, 개시위치 및 종료위치를 구하는 순서를 가진 복합가공공작기계에 있어서의 가공방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 공작물(10)에 가공을 행하는 순서는, 상기 선회축(73)을 중심으로 한 선회운동과 원호운동을 병행하고 또한 동기(同期)하는 주축(31)의 축선회전으로 상기 공작물(10)의 회전운동을 수반하여 상기 공작물(10)에 나선홈 가공을 행하는 복합가공공작기계에 있어서의 가공방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    공작물(10)에 가공을 행하는 순서는, 상기 공작물(10)의 회전운동에 대해 위상관계가 다른 선회축(73)을 중심으로 한 선회운동과 원호운동을 행하여, 공구(77, 78) 날부의 폭 이상의 홈폭의 홈가공을 행하는 복합가공공작기계에 있어서의 가공방법.
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