KR100633571B1 - 머시닝 센터의 가공장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 머시닝 센터의 가공장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가공부의 구조변경을 통해 스핀들헤드간의 설치거리를 최소화시킬 수 있도록 함으로 장치의 크기를 증가시키지 않고도 스핀들의 다축 설계가 가능하도록 하기위한 것이다.
이를 실현하기 위한 본 발명은, 본체(2)의 하부에는 전후진 되는 작업대(3)가 다수 구비됨과 함께 상부에는 좌우측으로 유동되는 이송대(4)가 구비되어져 있으며, 상기 이송대(4)의 전면부에는 작업대(3)상에 올려진 피가공물을 가공하기 위한 스핀들 부재가 제1실린더(201)에 의해 승강동작 가능하도록 장착되어져 있는 다수의 제1가이드부(100)가 좌우 수평방향으로 유동 가능하도록 구성되어져 있는 머시닝 센터(1)에 있어서, 상기 제1가이드부(100)의 전면부에는 판상의 제3가이드부(300)가 수직방향으로 돌출되어지도록 장착되어져 있고; 상기 제3가이드부(300)의 내측면에는 제4가이드부(400)에 의해 지지되는 툴 매거진(403)을 전후방향으로 안내하기 위해 소정 길이를 갖는 레일(301)이 구비되어져 있으며; 상기 제4가이드부(400)를 레일(301)을 따라 직선 유동시키기 위한 제2실린더(401)가 제3가이드부(300)의 하단측에 구성되어진 것을 특징으로 한다.

Description

머시닝 센터의 가공장치{MACHINING CENTER}
도 1은 본 발명에 의한 머시닝 센터를 도시한 사시도,
도 2는 본 발명에 의한 머시닝 센터의 주요부를 도시한 사시도,
도 3은 도 2의 측면도,
도 4는 도 2의 저면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1: 머시닝 센터 2: 본체
3: 작업대 4: 이송대
100: 제1가이드부 200: 제2가이드부
201: 제1실린더 202: 브러시
203: 스핀들 204: 구동모터
205: 공구 205': (새로운)공구
300: 제3가이드부 301: 레일
400: 제4가이드부 401: 제2실린더
402: 서보모터 403: 툴 매거진
404: 제3실린더
본 발명은 머시닝 센터의 가공장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실린더의 작용 및 모터의 제어에 의해 머시닝 센터의 툴 매거진 및 스핀들 연동시켜서 피가공물에 사용되는 공구가 자동으로 교체되어질 수 있도록 한 머시닝 센터의 가공장치에 관한 것이다.
일반적으로, 수치제어 공작기계에 툴(TOOL)을 자동으로 교환할 수 있도록 하는 교환수단을 부착한 공작기계를 머시닝 센터(MACHINING CENTER)라 칭하고 있다. 이러한 머시닝 센터는 스핀들의 방향에 따라 수직형과 수평형으로 구분되고 있으며 X, Y, Z 방향으로 배치되는 3축을 포함하는 구조로 되어 있다.
상기 머시닝 센터는 다수개의 가공용 툴을 회전구동수단에 연결하여 툴 선택시 회전할 수 있도록 되어 있으며, 선택된 툴을 툴 매거진으로부터 빼내고, 스핀들 헤드에 장착된 툴을 빼내어 이들 툴을 교환할 수 있는 수단을 보유하고 있다. 따라서 가공에 필요한 모든 툴을 툴 매거진에 장착한 경우, 하나의 머시닝 센터에서 다양한 작업을 행할 수 있게 된다. 이러한 머시닝 센터는 스핀들 헤드에 장착된 툴(공구)과, 툴 매거진에 장착된 툴을 교환할 때 툴을 클램프하는 조우의 오므려짐과 벌려짐이 동시에 이루어져야 툴의 교환시간을 단축시킬 수 있다.
그러나, 상기와 같은 종래의 머시닝 센터는 다음과 같은 단점이 있었다.
첫째, 교체용 툴을 장착하고 있는 매거진이 각각의 스핀들헤드 사이에 위치한 상태에서 좌우유동이 가능하도록 장착되어지게 됨으로 인해, 스핀들 헤드 사이 의 간격이 상대적으로 증가된 상태로 설계되어야 하고, 이로인한 공간활용 측면에 악영향을 미치게 되었다.
둘째, 가공툴의 교체시 스핀들 헤드가 직접 승강 동작되어짐으로 인해 승강모터의 부하가 발생하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술이 갖는 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 스핀들헤드 사이의 간격을 최소화할 수 있도록 매거진의 장착위치를 변경함으로서 동일한 공간에 보다 많은 스핀들헤드의 설치가 가능하도록 하여 가공 생산성을 향상시키는데 목적이 있다.
또한, 본 발명의 또다른 목적은 가공 툴의 교체시 매거진이 직접 승강동작되어질 수 있도록 함으로서 스핀들 헤드의 부하발생을 방지토록 하는데 있다.
상기 목적은, 본체의 하부에는 전후진 되는 작업대가 다수 구비됨과 함께 상부에는 좌우측으로 유동되는 이송대가 구비되어져 있으며, 상기 이송대의 전면부에는 작업대상에 올려진 피가공물을 가공하기 위한 스핀들 부재가 제1실린더에 의해 승강동작 가능하도록 장착되어져 있는 다수의 제1가이드부가 좌우 수평방향으로 유동 가능하도록 구성되어져 있는 머시닝 센터에 있어서, 상기 제1가이드부의 전면부에는 판상의 제3가이드부가 수직방향으로 돌출되어지도록 장착되어져 있고; 상기 제3가이드부의 내측면에는 제4가이드부에 의해 지지되는 툴 매거진을 전후방향으로 안내하기 위해 소정 길이를 갖는 레일이 구비되어져 있으며; 상기 제4가이드부를 레일을 따라 직선 유동시키기 위한 제2실린더가 제3가이드부의 하단측에 구성되어진 것을 특징으로 하는 머시닝 센터의 가공장치를 통해 이룰 수 있게된다.
한편, 머시닝 센터의 기계적인 장치는 일반적으로 5종류로 구분된다. 즉, 다수 다종의 공구를 보관하는 매거진 장치, 공구를 교환시켜 주는 공구교환장치, 교환된 공구로 가공물을 작업하게 되는 스핀들 장치, 가공물을 교체해 주는 팔레트 이송장치, 가공물이 장착되고 이송을 행하는 축이송장치 등이 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 첨부도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 머시닝 센터를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명에 의한 머시닝 센터의 주요부를 도시한 사시도이며, 도 3은 도 2의 측면도이고, 도 4는 도 2의 저면도이다.
먼저, 본 발명 장치의 전체적인 구성을 살펴보면 머시닝 센터(1)의 본체(2)의 하부 좌우측에 작업대(3)가 각각 설치되는데, 이 작업대(3)는 본체(2)의 내부와 외부의 직선방향으로 슬라이딩 유동 가능하도록 구성된다. 그리고 본체(2)의 상부에는 좌우측으로 유동이 가능한 이송대(4)가 구비된다.
상기 이송대(4)의 전면부에는 제1가이드부(100)가 고정 설치되며, 제1가이드부(100)의 전면부에는 도 2 및 도 3에 나타내어진 바와같이 제2가이드부(200)가 감합 설치되어 상하로 유동될 수 있게 구비된다.
제1가이드부(100)의 상부에는 제1실린더(201)가 설치되어, 해당 로드가 제2가이드부(200)를 승강시킬 수 있도록 상부에 고정 설치되며, 상기 제2가이드부 (200)의 중간부에는 구동모터(204)의 구동축과 연결된 스핀들(203)이 구비되는데, 상기 스핀들(203) 중앙에는 삽입공(미도시)이 형성되어져 있어 공구(205)의 결합시 진공 흡입력에 의한 위치고정이 이루어질 수 있도록 진공압이 걸리게 된다.
그리고, 제2가이드부(200)의 일측에는 한쌍의 레일(301)이 전후방향으로 형성된 제3가이드부(300)가 수직으로 돌출 형성되어져 있다.
특히, 제3가이드부(300)의 레일(301)에는 제4가이드부(400)가 감합 설치되어져 있는데, 상기 제4가이드부(400)는 제3가이드부(300)의 하부에 설치된 제2실린더(401)의 로드와 연결되어 전후방향으로의 슬라이딩 유동이 가능하게 구성된다.
또한, 상기 제4가이드부(400)의 전면부에는 다수의 교체공구(205')가 탑제되어지는 툴 매거진(403)이 구비되는데, 상기 툴 매거진(403)에는 교체공구(205')의 입출이 가능하도록 일측이 개방되어져 있는 다수의 클램프(207)가 원주를 따라 일정 간격으로 배열되어져 있으며, 상기 툴 매거진(403)을 스텝방식으로 회전시키기 위한 서보모터(402)가 상부에 장착되어져 있다.
상기 제4가이드부(400)의 상부에는 툴 매거진(403)의 승강 동작을 위한 제3실린더(404)가 장착되었다.
도면중 미설명 부호 202는 가공시 발생되는 분진을 차단하여 별도 설치되어진 안내덕트(미도시)를 통해 배출되도록 하기 위한 브러시를 나타낸다.
이러한 구성으로 이루어진 본 실시예에 따른 머시닝 센터의 가공장치는 4개의 피가공물에 대한 동시 작업이 가능하도록 4축으로 설계된 것으로 각각의 개별동작과정을 다음에서 살펴보기로 한다.
먼저, 작업자에 의해서 피가공물이 작업대(3)에 놓아진다. 그리고 제어부(미도시)에 의해 제어신호가 머시닝 센터(1)에 전달되면, 좌우측 소정의 위치로 이송대(4)가 유동된다. 그러면 본 발명에 의한 머시닝 센터의 가공장치가 상기 피가송물 상에 위치하게 된다.
이후, 제1실린더(201)가 작동하여 제2가이드부(200)를 피가공물 상의 소정의 위치에 위치시킨다. 그리고 전원이 공급되면 구동모터(204)에 연결된 스핀들(203)과, 이 스핀들(203)의 진공 중심축에 삽입되어 고정된 공구(205)가 고속으로 회전하며 상기 피가공물을 절삭가공하게 된다.
이러한, 가공작업시에는 작업대(3)는 미설명된 하부 대차를 따라 전후방향으로의 유동이 이루어짐과 함께, 구동모터(204)에 의해 동작이 이루어지는 스핀들(203)은 제1실린더(201)에 의한 승강 및 좌우 유동이 이루어짐으로서 피가공물에 대한 3차원 가공작업이 이루어지게 되는 것이다.
한편, 피가공물에 대한 부위별 작업시 절삭의 용도에 따라 스핀들(203)에 설치되어져 있는 공구(205)를 변경하고자 하는 경우에는 제어 신호에 따라 제3가이드부(300)에 설치된 제2실린더(401)의 로드가 도 4에서와 같이 수축된 후 다시 신장 동작되게 되면, 이때 툴 매거진(403)의 비어져 있던 클램프(207)에 공구(205)가 삽입됨과 동시에 스핀들(203)의 진공이 해제됨으로서 공구(205)의 회수가 이루어진 후 새로운 공구(205')로의 교체작업이 진행되게 된다.
즉, 상기 공구(205)의 회수동작 완료 후 서보모터(402)의 동작에 의해 교체될 공구(205')가 스핀들(203) 대향 위치에 위치되도록 툴 매거진(403)이 회전되어 지면, 제3실린더(404)에 의해 하강동작이 이루어지고 이와함께 제2실린더(401)가 수축동작됨으로서 해당 공구(205')가 스핀들(203)의 대향 하부위치까지 이동되어게 된다. 이후 제3실린더(404)에 의해 승강동작이 이루어지면서 스핀들(203)축에 삽입되어짐과 동시에 진공압에 의해 상기 공구(205')는 고정된 상태를 이루게 되고 이후 툴 매거진(403)은 제2실린더(401)의 신장동작에 의해 원위치로 이동하게 되는 동작경로(도 3의 화살표로 나타낸 경로)를 따라 이동함으로 공구의 교체가 완료되게 된다.
따라서, 종래에는 툴 매거진이 스핀들헤드 측면에 장착되어 좌우 이동형태로 구성됨으로 인해 스핀들헤드간의 일정 거리를 확보해야 하고 이에따라 2축이상으로는 설계가 불가능하였으나, 본 발명에서와 같이 툴 매거진(403)이 전후 동작 가능하도록 선단측에 장착되어 가공축간의 거리(L)를 근접시켜 최소화할 수 있게됨으로 4축 이상으로의 다축 설계가 가능하게 됨을 알 수 있다.
또한, 공구교체작업시는 스핀들헤드는 정지한 상태에서 툴 매거진(403)의 이동 동작에 의해 작업이 이루어지게 됨으로 구동모터(204)의 부하발생을 방지할 수 있게됨을 알 수 있다.
이상에서는, 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 스핀들헤드간의 거리를 감소시킬 수 있게됨으로 장치의 길이를 증가시키지 않고도 다축으로의 설계가 가능한 효과를 나타낸다.
또한, 공구의 교체작업시 스핀들헤드는 정지한 상태에서 툴 매거진이 유동되어지게 됨으로 스핀들헤드 구동모터에 대한 부하발생을 방지할 수 있는 이점을 나타낸다.

Claims (3)

  1. 본체(2)의 하부에는 전후진 되는 작업대(3)가 다수 구비됨과 함께 상부에는 좌우측으로 유동되는 이송대(4)가 구비되어져 있으며, 상기 이송대(4)의 전면부에는 작업대(3)상에 올려진 피가공물을 가공하기 위한 스핀들 부재가 제1실린더(201)에 의해 승강동작 가능하도록 장착되어져 있는 다수의 제1가이드부(100)가 좌우 수평방향으로 유동 가능하도록 구성되어져 있는 머시닝 센터(1)에 있어서,
    상기 제1가이드부(100)의 전면부에는 판상의 제3가이드부(300)가 수직방향으로 돌출되어지도록 장착되어져 있고;
    상기 제3가이드부(300)의 내측면에는 제4가이드부(400)에 의해 지지되는 툴 매거진(403)을 전후방향으로 안내하기 위해 소정 길이를 갖는 레일(301)이 구비되어져 있으며;
    상기 제4가이드부(400)를 레일(301)을 따라 직선 유동시키기 위한 제2실린더(401)가 제3가이드부(300)의 하단측에 구성되어진 것을 특징으로 하는 머시닝 센터의 가공장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제4가이드부(400)에는 클램프(207)에 의해 지지되는 다수의 교체용 공구(205')가 각각 외주를 따라 구비되어져 있는 툴 매거진(403)을 승강 동작시키기 위한 제3실린더(404)가 구성되어진 것을 특징으로 하는 머시닝 센터의 가공장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스핀들부재의 저면에는 절삭 가공용 공구(205)를 진공으로 흡착 고정시키는 스핀들(203)이 구비된 것을 특징으로 하는 머시닝 센터의 가공장치.
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