KR100738385B1 - Ultra narrow vertical machining center - Google Patents

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Abstract

An ultra-narrow vertical machining center is provided to machine a material at higher speed and higher precision while maintaining the same machining capacity as a conventional machining center. An ultra-narrow vertical machining center includes a base, a closed type column(12), an automatic tool exchange unit(14), a Y-axis slide, a Z-axis table, a main shaft(16), and a C-axis index table(11). The column is integrally formed with the base at the upper side of the base. The automatic tool exchange unit is embedded in the column. The Y-axis slide is installed at an upper portion of the column and is moved forward and rearward. The Z-axis table is installed on the front surface of the Y-axis slide and is moved upward and downward. The main axis is vertically mounted on the front surface of the Z-axis table. The C-axis index table is mounted on the upper side of the base at the front side of the column. The main axis can be moved along the Y-axis and the Z-axis, and the C-axis index table is rotated to correspond to the polar coordinate displayed as the CY coordinate.

Description

극협 수직 머시닝 센터{Ultra Narrow Vertical Machining Center}Ultra Narrow Vertical Machining Center

도 1은 본 발명에 따른 수직 머시닝 센터의 개략적인 형태를 도시한 것이다. 1 shows a schematic form of a vertical machining center according to the invention.

도 2는 본 발명에 따른 수직 머시닝 센터의 수직 구조를 개략적으로 도시한 것이다.2 schematically shows a vertical structure of a vertical machining center according to the present invention.

도 3의 (가) 및 (나)는 각각 종래의 수직 XYZ 컨트롤 머시닝 센터와 X축이 대체된 CYZ 컨트롤 머시닝 센터의 비교를 도시한 것이다.3A and 3B show comparisons between a conventional vertical XYZ control machining center and a CYZ control machining center in which the X axis is replaced.

본 발명은 수직 머시닝 센터에 관한 것이고, 구체적으로 종래의 XYZ축을 기준으로 하는 수직 머시닝 센터에 비하여 동일한 가공 능력, 향상된 속도 및 정밀도를 유지하면서 설치 면적을 극소로 감소시킬 수 있는 수직 머시닝 센터에 관한 것이다. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a vertical machining center, and more particularly, to a vertical machining center capable of minimizing the installation area while maintaining the same machining capability, improved speed and precision as compared to a vertical machining center based on a conventional XYZ axis. .

머시닝 센터는 밀링, 보링 또는 절삭과 같은 다양한 작업이 요구되는 공작물을 자동으로 가공하는 수치제어 공작 기계를 말하고 그리고 주축의 위치에 따라 수평 머시닝 센터 및 수직 머시닝 센터로 분류될 수 있다. 수직 머시닝 센터는 베이스, 베이스의 상부에 설치되는 새들, 공작물이 위치하는 테이블, 스핀들을 장착하 기 위한 컬럼 및 공구를 자동으로 교환하기 위한 자동 공구 교환 장치를 포함한다. 이와 같은 공지의 수직 머시닝 센터의 경우 컬럼은 주축 스핀들을 지지하고 그리고 공작물을 가공하기 위하여 필요한 강성을 유지하면서 가공 정밀도를 조절하는 기능을 한다. 이로 인하여 자동 공구 교환 장치는 머시닝 센터의 측면 또는 상부에 배치되어 머시닝 센터의 폭 및 높이의 확보를 위하여 큰 면적이 요구된다는 단점을 가진다. 그리고 가공영역 내에 위치하는 자동 공구 교환 장치는 가공 과정에서 발생하는 칩(chip) 및 분진의 비산으로 인하여 툴 교환이 이루어지는 경우 툴 홀더(tool holder) 및 스핀들 접촉부에 분진이 유착되어 가공 정밀도를 저하시킨다는 단점을 가진다. 또 좌우 방향으로 운동되는 X축 테이블은 직선 운동의 슬라이드(Slide) 구조로써 장비의 폭을 결정하는데 있고, 본 발명은 공지된 발명의 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다. Machining centers refer to numerically controlled machine tools that automatically machine workpieces that require a variety of tasks, such as milling, boring or cutting, and may be classified into horizontal machining centers and vertical machining centers depending on the position of the spindle. The vertical machining center includes a base, saddles mounted on top of the base, a table on which the workpiece is located, a column for mounting the spindle and an automatic tool changer for the automatic change of tools. In the case of such known vertical machining centers, the column serves to support the spindle spindle and to adjust the machining precision while maintaining the stiffness necessary to machine the workpiece. For this reason, the automatic tool changer is disposed on the side or top of the machining center, so that a large area is required to secure the width and height of the machining center. And the automatic tool changer located within the machining area is said to reduce the precision of machining due to the adhesion of dust to the tool holder and the spindle contact when the tool change occurs due to the scattering of chips and dust generated during the machining process. Has its drawbacks. In addition, the X-axis table is moved in the horizontal direction to determine the width of the equipment as a slide (Slide) structure of linear motion, the present invention is to solve this problem of the known invention has the following object.

본 발명의 목적은 종래의 XYZ축 구조의 머시닝 센터에 비해 동일한 가공 내용을 수행하면서 선삭가공이 가능하고 장비의 설치면적을 60%이상 축소하는 극협 머시닝 센터를 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide a very narrow machining center capable of turning while reducing the installation area of the equipment by performing the same machining content compared to the conventional machining center of the XYZ axis structure.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 극협 수직 머시닝 센터는 베이스; 베이스 위쪽으로 베이스와 일체화된 쌍주식 컬럼 상부에 전후로 운동하는 Y축 슬라이드(Slide); Y축 슬라이드(Slide) 전면에 상하 운동하는 Z축 슬라이드(Slide); 컬럼에 내장되는 자동 공구 교환 장치; Z축 슬라이드에 수직으로 장착되는 주축; 및 컬 럼의 앞쪽으로 베이스 위에 장착되는 C축 인덱스 테이블을 포함하고, 상기에서 주축은 Y축 및 Z축으로 이동 가능하고 그리고 C축 인덱스 테이블은 CY 좌표계로 표시되는 극좌표에 대응되어 회전한다. According to a preferred embodiment of the invention, the ultra narrow vertical machining center comprises a base; A Y-axis slide which moves back and forth over the base and on the upper portion of the twin stock column integrated with the base; A Z-axis slide vertically moving in front of the Y-axis slide; Automatic tool changer embedded in the column; A main shaft mounted perpendicular to the Z axis slide; And a C-axis index table mounted on the base in front of the column, wherein the main axis is movable in the Y-axis and the Z-axis, and the C-axis index table rotates corresponding to the polar coordinates indicated by the CY coordinate system.

본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 극협 수직 머시닝 센터는 냉각액 공급을 위한 장치를 더 포함한다. According to another suitable embodiment of the present invention, the ultra narrow vertical machining center further comprises a device for cooling liquid supply.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 베이스 및 컬럼은 강성을 극대화하기 위해 일체형이 된다.According to another suitable embodiment of the present invention, the base and the column are integral to maximize rigidity.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, XY 슬라이드 유닛(Slide Unit)은 서보 모터에 의하여 Y축 및 Z축 방향으로 이동되며, C축 인덱스 테이블은 다이렉트 드라이버 모터(Direct Drive Motor)에 의해 회전운동 한다. According to another suitable embodiment of the present invention, the XY slide unit is moved in the Y-axis and Z-axis directions by the servo motor, and the C-axis index table is rotated by the direct drive motor. do.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면을 이용하여 실시 예를 제시하여 상세하게 설명이 된다. 제시된 실시 예는 예시적인 것으로 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다. In the following the present invention will be described in detail by presenting an embodiment using the accompanying drawings. The examples presented are exemplary and are not intended to limit the scope of the invention.

본 명세서에서 C축은 극좌표에서 각을 표시하기 위한 기준 축을 의미한다. 그리고 CY 좌표는 극좌표를 의미한다. In the present specification, the C axis means a reference axis for displaying an angle in polar coordinates. And CY coordinates mean polar coordinates.

도 1은 본 발명에 따른 수직 머시닝 센터의 개략적인 형태를 도시한 것이다. 1 shows a schematic form of a vertical machining center according to the invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 수직 머시닝 센터는 베이스(B)의 위쪽으로 베이스(B)와 일체화되는 컬럼(12), 베이스(B)와 컬럼(12) 사이에 내장되는 자동 공구 교환 장치(14), 자동 공구 교환 장치(14)의 앞쪽에 설치되는 C축 테이블(11), 및 컬럼(12)에 수직으로 설치되는 주축(16)을 포함한다. 본 명세서에서 Z축은 베이 스(B)를 기준으로 주축(16)의 상하 운동방향; 그리고 Y축은 베이스(B)를 기준으로 주축(16)의 전후 운동방향을 각각 의미한다. X축 슬라이드(15)는 컬럼(12) 상부에 설치되며, Z축 슬라이드(13)는 Y축 슬라이드 전면에 배치되는 구조이며, 주축(16)은 Z축 슬라이드(13) 전면에 배치되어 있는 구조이다. C축은 C축 테이블(11)에서 극좌표의 기준이 되는 축을 의미하고 그리고 C축 테이블(11)의 이동 위치는 C축을 기준으로 극좌표로 표시될 수 있다. 그러나 공작물의 작업 위치는 평면 좌표 XY 좌표로 입력되고 그리고 입력된 평면 좌표에 따라 변환프로그램에 의하여 자동으로 극좌표로 변환이 된다. 그리고 그에 따라 C축 테이블(11)이 입력된 평면 좌표 값에 대응되도록 회전이 된다. C축 테이블(11)은 C축 인덱스 테이블에 내장된 다이렉트 드라이브 모터에 의하여 회전될 수 있고 그리고 좌표 값에 따른 이동양 또는 회전각은 머시닝 센터의 NC 컨트롤러(Controller)에 의하여 조정될 수 있다. 주축(16)의 Y축 및 Z축 이동은 각각 Y축 서보 모터(121) 및 Z축 서보 모터(122)에 의하여 이루어진다. 설치 면적 및 조절 용이성을 고려하여 Y축 서보 모터(121)는 Y축 슬라이드(15)의 뒤쪽에 설치되고 그리고 Z축 서보 모터(122)는 Y축 슬라이드(15)의 위쪽에 설치될 수 있다. Y축 슬라이드(15)의 앞쪽에 수직으로 설치된 주축(16)의 사이에 상하방향으로 운동하는 Z축 슬라이드(13)가 설치된다. 본 발명에 따른 수직 머시닝 센터는 전체 설치 면적을 극소로 감소시키고 그리고 작업 능률을 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 한다. 이를 위하여 종래 머시닝 센터의 X축 이동을 C축 테이블(11)의 회전으로 변환시키고 그리고 그에 적합한 아래와 같은 수직 구조를 가진다. Referring to FIG. 1, a vertical machining center according to the present invention is an automatic tool changer embedded between a base 12, a base B, and a column 12 that are integrated with the base B above the base B. 14, the C-axis table 11 provided in front of the automatic tool changer 14, and the main shaft 16 installed perpendicular to the column 12. In the present specification, the Z axis is a vertical movement direction of the main axis 16 based on the base B; And Y axis means the front and rear direction of movement of the main shaft 16, respectively, relative to the base (B). The X-axis slide 15 is installed on the column 12, the Z-axis slide 13 is disposed on the front of the Y-axis slide, the main axis 16 is disposed on the front of the Z-axis slide 13 to be. The C axis means an axis that is a reference of the polar coordinates in the C axis table 11, and the movement position of the C axis table 11 may be displayed in polar coordinates based on the C axis. However, the work position of the workpiece is entered in plane coordinates XY coordinates and automatically converted to polar coordinates by the conversion program according to the entered plane coordinates. Accordingly, the C-axis table 11 is rotated to correspond to the input plane coordinate value. The C-axis table 11 may be rotated by a direct drive motor embedded in the C-axis index table, and the amount of movement or the rotation angle according to the coordinate value may be adjusted by an NC controller of the machining center. Y-axis and Z-axis movement of the main shaft 16 is made by the Y-axis servo motor 121 and the Z-axis servo motor 122, respectively. In consideration of the installation area and ease of adjustment, the Y-axis servo motor 121 may be installed at the rear of the Y-axis slide 15, and the Z-axis servo motor 122 may be installed at the top of the Y-axis slide 15. A Z-axis slide 13 that moves in the vertical direction is provided between the main shafts 16 installed vertically in front of the Y-axis slide 15. The vertical machining center according to the invention is characterized by being able to minimize the total installation area and to improve the working efficiency. To this end, the X-axis movement of the conventional machining center is converted into the rotation of the C-axis table 11 and has a vertical structure as follows.

도 2는 본 발명에 따른 수직 머시닝 센터의 수직 구조를 개략적으로 도시한 것이다. 2 schematically shows a vertical structure of a vertical machining center according to the present invention.

도 2를 참조하면, 수직 머시닝 센터는 아래로부터 베이스 또는 프레임(B), C축 테이블(11), 공작물(W), 자동 공구 교환 장치(ATC)(14), 컬럼(12), 스핀들 또는 주축(16), Y축 슬라이드 축(15) 및 Z축 슬라이드 테이블(21)이 각각 위치하게 된다. 컬럼(12)은 베이스 또는 프레임(B)과 일체로 형성되고 그리고 자동 공구 교환 장치(14)는 컬럼(12)에 내장된다. 자동 공구 교환 장치(14)는 ATC 구동 서보 모터(24)에 의하여 회전되어 주축(16)으로부터 요구되는 툴(23)을 제공한다. 자동 공구 교환 장치(14)의 매거진은 임의의 수의 그립퍼(Gripper)(27)를 가질 수 있지만 바람직하게는 20개의 그립퍼(27)를 가지고 그리고 암-레스(Arm-less) 형태가 될 수 있다. 그리고 베이스(B)의 뒤쪽에 냉각액을 공급하기 위한 장치(25) 또는 전력을 공급하기 위한 구동 장치 및 컨트롤 박스(26)가 설치될 수 있다.Referring to FIG. 2, the vertical machining center is provided from below with a base or frame (B), a C axis table (11), a workpiece (W), an automatic tool changer (ATC) 14, a column 12, a spindle or a spindle. (16), the Y-axis slide axis 15 and the Z-axis slide table 21 are positioned respectively. The column 12 is formed integrally with the base or frame B and the automatic tool changer 14 is embedded in the column 12. The automatic tool changer 14 is rotated by the ATC drive servo motor 24 to provide the tool 23 required from the main shaft 16. The magazine of the automatic tool changer 14 may have any number of grippers 27 but preferably has 20 grippers 27 and may be in arm-less form. . In addition, a device 25 for supplying a coolant or a driving device and a control box 26 for supplying power may be installed at the rear of the base B.

도 3의 (가) 및 (나)는 공지된 XY축 제어 수직 머시닝 센터의 정면도 및 본 발명에 따른 CYZ축 제어 극협 머시닝 센터의 정면도를 도시한 것이다. 3A and 3B show a front view of a known XY axis controlled vertical machining center and a front view of a CYZ axis controlled ultra narrow machining center according to the present invention.

도 3에서 수치는 각각 ㎜ 단위로 표시된 실제 적용되는 머시닝 센터의 치수를 개략적으로 나타낸 것이다. 도 3에 제시된 것처럼 본 발명에 따른 수직 머시닝 센터는 C축 인덱스 테이블 및 내장 자동 공구 교환 장치를 적용하여 공지 발명에 비하여 설치 면적을 크게 감소시킬 수 있다는 장점을 가진다는 것을 알 수 있다. The figures in FIG. 3 schematically show the dimensions of the machining centers which are actually applied in mm units. As shown in Figure 3 it can be seen that the vertical machining center according to the present invention has the advantage that the installation area can be significantly reduced compared to the known invention by applying the C-axis index table and the built-in automatic tool changer.

위에서 설명한 것과 같은 구성을 가진 본 발명에 따른 극협 수직 머시닝 센터는 아래와 같은 방법으로 작동한다. The ultra narrow vertical machining center according to the present invention having the configuration as described above operates in the following manner.

도 1을 참조하면, 작업이 이루어져야 할 공작물은 C축 테이블(11) 위에 위치하게 된다. C축 테이블(11)은 인덱스 테이블이 되고 그리고 인덱스는 종래의 X축 좌표를 CY축 동기 극-좌표계 자동 변환 프로그램에 의하여 제어되고 그리고 그에 따라 C축 다이렉트 드라이브 모터에 의하여 C축 테이블(11)이 인덱스에 해당하는 값까지 회전하게 된다. 공작물이 C축 테이블(11)에 위치하게 되면 작업 순서가 결정되고 그에 따라 자동 공구 교환 장치(14)로부터 주축(16)에 공급이 되어야 할 툴이 결정된다. 베이스(B)와 컬럼(12)은 일체로 형성되고 그리고 자동 공구 교환 장치(14)는 컬럼(12)의 내부에 장착되는 그립퍼(gripper)를 가진 암-레스(arm-less) 형태로 공구의 교환이 이루어진다. 이로 인하여 공구의 교환 시간이 2초 내에 이루어질 수 있다. 툴이 스핀들 또는 주축(16)에 장착되면 쌍주식 컬럼(12) 상부에 위치하는 Y(15)-Z(21) 슬라이드에 의해 Z축 및 Y축 방향으로 이동하여 공작물의 가공 위치로 이동하게 된다. 가공 과정에서 X축 방향의 이동은 고속 및 고강성의 C축 인덱스 유닛으로 대체되어 일반 직선운동 슬라이드 구조에서 안정된 원형 테이블로 변형을 시킬 수 있다. C축 테이블은 최대 120 m/min 이상의 직선 속도에 해당하는 회전 속도를 가지므로 일반 슬라이드 구조의 최대 60 m/min에 비하여 이송속도가 향상된다. 또한 C축 인덱스 유닛은 고강성 및 고속 형태로 최대 회전수 200rpm/Φ600mm까지 고속 회전이 가능하여 종래 최대 30 rpm의 속도를 가지는 종래 인덱스 테이블에 비하여 3배 이상의 속도 구현이 가능하다. 이로 인하여 본 발명에 따른 수직 머시닝 센터는 선삭 기능을 발휘할 수 있는 복합 가공이 가능하도록 한다. Referring to Figure 1, the workpiece to be worked is located on the C-axis table (11). The C-axis table 11 becomes an index table and the index is controlled by a CY-axis synchronous pole-coordinate system automatic conversion program for conventional X-axis coordinates and accordingly the C-axis table 11 is driven by a C-axis direct drive motor. It will rotate up to the value corresponding to the index. When the workpiece is placed in the C-axis table 11, the work order is determined and accordingly the tool to be supplied to the spindle 16 from the automatic tool changer 14 is determined. The base B and the column 12 are integrally formed and the automatic tool changer 14 is formed in the arm-less form with a gripper mounted inside the column 12. The exchange is made. This can result in a change time of the tool within 2 seconds. When the tool is mounted on the spindle or spindle 16, the Y (15) -Z (21) slide located above the twin column 12 moves in the Z-axis and Y-axis directions to the machining position of the workpiece. . The movement in the X-axis direction during the machining process is replaced by a high-speed and high rigidity C-axis index unit, which can be transformed into a stable circular table in a general linear slide structure. Since the C-axis table has a rotational speed corresponding to a linear speed of up to 120 m / min or more, the feed rate is improved compared to the maximum 60 m / min of the general slide structure. In addition, the C-axis index unit can be rotated at a high speed up to 200 rpm / Φ600 mm in a high rigidity and high speed form, and thus can realize three times more speed than the conventional index table having a speed of 30 rpm. This allows the vertical machining center according to the present invention to enable a complex machining capable of exhibiting a turning function.

위에서 본 발명은 실시 예를 이용하여 상세하게 설명이 되었다. 제시된 실시 예는 예시적인 것으로 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 제시된 실시 예에 대한 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명의 범위는 이러한 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않고 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의해서만 제한된다. The present invention has been described above in detail by using an embodiment. The presented embodiments are exemplary and can be made by those skilled in the art to various modifications and modifications to the disclosed embodiments without departing from the spirit of the present invention. The scope of the invention is not limited by these modifications and variations, but only by the claims appended below.

본 발명에 따른 극협 수직 머시닝 센터는 종래의 머시닝 센터와 동일한 가공 능력을 가지면서 더욱 고속 및 고정밀도의 가공을 가능하도록 하고, 도3과 같이 설치 면적을 종래 머시닝 센터에 비하여 60 % 이상 감소되도록 한다는 이점을 가진다. 또한 본 발명에 따른 극협 수직 머시닝 센터는 가공 생산성을 향상시키면서 다공정 가공에서 선삭 기능을 포함하는 복합 가공을 가능하도록 한다는 이점을 가진다. The ultra narrow vertical machining center according to the present invention has the same machining capability as the conventional machining center, and enables more high speed and high precision machining, and as shown in FIG. 3, the installation area is reduced by 60% or more compared with the conventional machining center. Has an advantage. In addition, the ultra narrow vertical machining center according to the present invention has the advantage of enabling a complex machining including a turning function in a multi-process machining while improving machining productivity.

Claims (5)

수직 머시닝 센터에 있어서, In the vertical machining center, 베이스; Base; 베이스 위쪽으로 베이스와 일체화되는 쌍주식 컬럼; A twin stock column integrated with the base above the base; 컬럼에 내장되는 자동 공구 교환 장치;Automatic tool changer embedded in the column; 컬럼 상부에 설치되는 전후방향으로 운동하는 Y축 슬라이드;A Y-axis slide moving forward and backward installed on the column; Y축 슬라이드 전면에 상하 방향으로 운동하는 Z축 테이블; A Z-axis table moving up and down in front of the Y-axis slide; Z축 테이블의 전면에 수직으로 장착되는 주축; 및 A main shaft mounted perpendicularly to the front of the Z axis table; And 컬럼의 앞쪽으로 베이스 위에 장착되는 C축 인덱스 테이블을 포함하고, A C-axis index table mounted on the base in front of the column, 상기에서 주축은 Y축 및 Z축으로 이동 가능하고 그리고 C축 인덱스 테이블은 CY좌표로 표시되는 극좌표에 대응되도록 회전하는 것을 특징으로 하는 극협 수직 머시닝 센터. Wherein the main axis is movable in the Y-axis and the Z-axis, and the C-axis index table rotates to correspond to the polar coordinates indicated by the CY coordinates. 청구항 1에 있어서, 냉각액 공급을 위한 장치를 더 포함하는 극협 수직 머시닝 센터.The narrow vertical machining center of claim 1, further comprising a device for supplying a coolant. 청구항 1에 있어서, 베이스 및 컬럼은 일체형이 되는 것을 특징으로 하는 극협 수직 머시닝 센터.The narrow vertical machining center of claim 1, wherein the base and the column are integral. 청구항 1에 있어서, 주축은 서보 모터에 의하여 Y축 및 Z축 방향으로 이동되는 것을 특징으로 하는 극협 수직 머시닝 센터. The ultra narrow vertical machining center according to claim 1, wherein the main axis is moved in the Y-axis and Z-axis directions by the servo motor. 청구항 1에 있어서, C축 인덱스 테이블은 다이렉트 드라이브 모터에 의하여 회전운동 되는 것을 특징으로 하는 극협 수직 머시닝 센터.The vertical machining center of claim 1, wherein the C-axis index table is rotated by a direct drive motor.
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