KR100738390B1 - 에이티씨 컬럼 내장형 극협 수직 머시닝 센터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종래 수직 머시닝 센터의 X축을 대체하는 C축 테이블을 가진 극협 수직 머시닝 센터에 관한 것이고, 구체적으로 종래의 XYZ축을 기준으로 하는 수직 머시닝 센터의 동일한 가공 능력, 향상된 속도 및 정밀도를 유지하면서 설치 면적을 극소로 감소시킬 수 있는 X축을 대체한 C축 테이블을 가진 극협 수직 머시닝 센터에서 컬럼 내부 설치형 자동공구 교환 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 수직 머시닝 센터는 베이스; 베이스 위쪽에 베이스와 일체화로 구성되는 컬럼; 컬럼에 내장되는 자동 공구 교환 장치; 컬럼 상부에 설치되는 YZ축 슬라이드 유니트; Z축 슬라이드 전면에 수직으로 장착되는 주축; 및 컬럼의 앞쪽으로 베이스 위에 장착되는 C축 인덱스 테이블을 포함하고, 상기에서 주축은 Y축 및 Z축으로 이동 가능하고 그리고 C축 인덱스 테이블은 종래 머시닝 센터의 Z축 대신 CY좌표계로 표시되는 극좌표에 대응되도록 회전되며, 그리고 컬럼 내장형 자동 공구 교환 장치는 서보 모터에 의해 구동되는 것을 특징으로 한다.

극협, 암-레스, 그립퍼, 인덱스 테이블, 극좌표

Description

에이티씨 컬럼 내장형 극협 수직 머시닝 센터{Ultra Narrow Vertical Machining Center With Column Inside Auto Tool Changer}

도 1은 본 발명에 따른 ATC 컬럼 내장형 수직 머시닝 센터의 개략적인 형태를 도시한 것이다.

도 2의 (가) 및 (나)는 공지된 머시닝 센터 및 본 발명에 따른 머시닝 센터를 간략하게 도시한 것이다.

도 3은 공지된 X축 테이블 및 본 발명에 따른 C축 인덱스 테이블을 각각 개략적으로 도시한 것이다.

도 4는 본 발명에 따라 컬럼 내부에 내장되는 ATC의 구조를 개략적으로 도시한 것이다.

본 발명은 X축이 대체된 C축 테이블을 가진 ATC 컬럼 내장형 수직 머시닝 센터에 관한 것이고, 구체적으로 설치면적 및 가공 능력을 향상시키기 위하여 C축을 기본 축으로 설정하고 그리고 자동 공구 교환 장치를 컬럼에 내장한 C축 테이블을 가진 수직 머시닝 센터에 관한 것이다.

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 장착하기 위한 컬럼 및 공구를 자동으로 교환하기 위한 자동 공구 교환기를 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 교환기는 머시닝 센터의 측면 또는 상부에 배치되어 머시닝 센터의 폭 및 높이의 확보를 위하여 큰 면적이 요구된다는 단점을 가진다. 그리고 이로 인하여 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.

본 발명은 공지된 발명의 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.

본 발명의 목적은 C축 인덱스 테이블을 가진 ATC 컬럼 내장형 수직 머시닝 센터를 제공하는 것이다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 극협 수직 머시닝 센터는 베이스; 베이스 위쪽으로 베이스와 일체화된 쌍주식 컬럼 상부에 전후로 운동하는 Y축 슬라이 드(Slide); Y축 슬라이드(Slide) 전면에 상하 운동하는 Z축 슬라이드(Slide); 컬럼에 내장되는 자동 공구 교환 장치; Z축 슬라이드에 수직으로 장착되는 주축; 및 컬럼의 앞쪽으로 베이스 위에 장착되는 C축 인덱스 테이블을 포함하고, 상기에서 C축 인덱스 테이블은 XYZ축 좌표를 입력받아 대응되는 CY축 좌표로 자동 변환 이동하고 그리고 자동 공구 교환 장치는 서보 모터에 의하여 구동된다.

본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 자동 공구 교환 장치는 20 내지 24개의 그립퍼를 수용한다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 컬럼은 쌍주식이 된다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 수직 머시닝 센터의 폭은 700mm 이내가 된다.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면을 이용하여 실시 예를 제시하여 상세하게 설명이 된다. 제시된 실시 예는 예시적인 것으로 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.

본 명세서에서 C축은 극좌표에서 각을 표시하기 위한 기준 축을 의미한다. 그리고 CY 좌표는 극좌표를 의미한다.

도 1은 본 발명에 따른 수직 머시닝 센터의 개략적인 형태를 도시한 것이다.

본 명세서에서 ATC(Auot Tool Changer)는 자동 공구 교환 장치를 의미한다.

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 수직 방향으로 설치되는 주축(16)을 포함한다. 본 명세서에서 Z축은 베이스(B)를 기준으로 주축(16)의 상하 운동방향; 그리고 Y축은 베이스(B)를 기준으로 주축(16)의 전후 운동방향을 각각 의미한다. 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. 여기에서 Y축 슬라이드(15)는 컬럼(12) 상부에 위치한다. 본 발명에 따른 수직 머시닝 센터는 전체 설치 면적을 극소로 감소시키고 그리고 이로 인하여 작업 능률을 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 수직 머시닝 센터는 Y축 및 Z축과 함께 C축을 기본 축으로 가진다. C축은 주축(16)의 종래 머시닝 센터 X축 방향 이동을 X 테이블 위에서 XY 좌표가 아닌 극좌표로 표시하는 것을 말한다.

본 발명에 따른 수직 머시닝 센터는 C축을 기본 축으로 설정하고 그리고 ATC를 컬럼 내부에 내장한 것을 특징으로 한다. 아래에서 본 발명에 따른 이러한 특징을 차례대로 설명한다.

도 2의 (가) 및 (나)는 공지된 머시닝 센터 및 본 발명에 따른 머시닝 센터를 간략하게 도시한 것이다.

도 2의 (가)를 참조하면, 공지된 수직 머시닝 센터의 경우 X축 테이블(11a)의 위쪽에 컬럼(12a)이 설치되고 그리고 수직으로 주축(16a)이 설치된다. 그리고 머시닝 센터의 각각의 측면에 X축 테이블(11a)에서 X축 방향의 이동을 위한 X축 좌우 스트로크(Stroke)에 대한 면적이 확보되어야 한다. 이에 비하여 도 2의 (나)를 살펴보면, 본 발명에 따른 수직 머시닝 센터의 경우 C축 테이블(11)의 위쪽으로 컬럼(12)이 설치되고 그리고 주축(16)은 컬럼(12)의 전방으로 설치가 된다. 그리고 ATC(14)는 컬럼(12) 내부에 내장되고 수직 머시닝 센터의 조작을 위한 조작반(도시되지 않음)은 장비 전면에 설치된다. 그러므로 별도의 X축 좌우 이동거리에 대한 면적이 요구되지 않는다. 이에 따라 공지된 수직 머시닝 센터를 설치하기 위하여 폭 방향으로 1,600 내지 2,200mm의 길이가 요구되지만 본 발명에 따른 수직 머시닝 센터는 700mm 이내의 길이만이 필요하다. 그러므로 전체 설치 면적이 감소될 뿐만 아니라 각종 공구의 이동 거리의 감소로 인하여 작업 능률이 향상될 수 있다. 이와 같은 구조를 가진 본 발명에 따른 수직 머시닝 센터의 C축 테이블의 구조가 도 3에 도시되어 있다.

도 3은 공지의 X축 테이블 및 본 발명에 따른 C축 인덱스 테이블을 각각 개 략적으로 도시한 것이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 C축 테이블(11)은 베이스 위에서 회전 가능하도록 설치가 된다. 이에 비하여 공지의 X축 테이블(11a)은 고정된 상태를 유지한다. 각각의 테이블에 위치하는 공작물의 가공을 위하여 X축 테이블(11a)은 도 3의 (가)에 도시된 것처럼 좌측 및 우측 스트로크(stroke) 공간을 필요로 한다. 그러므로 X축 테이블을 가진 수직 머시닝 센터를 설치하는 경우 이와 같은 좌우측 스트로크 공간을 고려하여 설치되어야 한다. 이에 비하여 본 발명에 따른 C축 테이블(11)은 테이블이 회전하므로 테이블에 대각선 길이에 해당하는 공간만을 필요로 한다. 도 3의 (나)에 도시된 것처럼, C축 테이블(11)은 각각의 모서리가 절단된 정사각형 형태가 될 수 있지만, 이는 예시적인 것으로 임의의 형태가 될 수 있다. C축 테이블(11)은 인덱스 테이블이 되고 그리고 극좌표 값을 기준으로 회전하게 된다. 극좌표의 기준 축은 임의로 설정될 수 있지만 바람직하게는 Y축이 되고, 그리고 Y축이 극좌표의 기준 축이 되는 경우 C축 테이블(11)은 CY 좌표계를 가지게 된다.

C축 테이블은 극좌표를 기준으로 하는 인덱스 테이블을 가지고 있지만 작업 과정에서 반드시 극좌표가 입력되어야 하는 것은 아니다. 작업과정에서 종래의 XYZ 좌표가 입력되면 좌표 변화 소프트웨어에 의하여 좌표가 CYZ 좌표로 변화되고 그리고 해당 좌표 값으로 주축이 이동되고 그리고 C축 테이블(11)이 회전하게 된다. 그러므로 기준 작업 방법과 동일한 방법으로 작업이 이루어질 수 있다. C축 회전 테이블은 다이렉트 드라이버 모터에 의하여 회전될 수 있다.

도 4는 본 발명에 따라 컬럼 내부에 내장되는 ATC의 구조를 개략적으로 도시한 것이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 ATC(14)는 툴(41)을 유지하기 위한 다수 개의 그립퍼(45)를 가진 매거진(44)을 포함한다. 매거진(44)은 서보 모터(42)에 의하여 회전하는 회전 테이블(43)에 고정되어 제어 장치로부터 요구되는 경우 회전하여 툴(41)을 그립퍼(45)에 결합한다. 매거진의 그립퍼(45)의 수는 임의의 개수가 될 수 있지만 바람직하게는 20 내지 24개가 된다. 이와 같이 본 발명에 따라 컬럼에 내장되는 ATC는 암-레스 그립퍼(Arm-less Gripper) 타입이 될 수 있다.

위에서 설명한 것과 같은 C축 테이블을 가진 본 발명에 따른 수직 머시닝 센터는 아래와 같은 방법으로 작동한다.

도 1을 참조하면, 작업이 이루어져야 할 공작물은 C축 테이블(11)에 위치하게 된다. C축 테이블(11)은 인덱스 테이블이 되고 그리고 인덱스는 X축 좌표를 CY축 동기 극-좌표계 자동 변환 프로그램에 의하여 제어되고 그리고 그에 따라 C축 다이렉트 드라이버 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 Z(13)-Y(15)축 슬라이드는 Z축 및 Y 축 방향으로 이동하여 공작물의 가공 위치로 이동하게 된다. 가공 과정에서 X축 방향의 이동은 X축 고속 및 고강성의 C축 인덱스 유닛으로 대체되어 일반 슬라이드 구조에서 안정된 원형 테이블로 변형을 시킬 수 있다. C축 테이블은 최대 120 m/min의 직선 속도에 해당하는 회전 속도를 가지므로 일반 슬라이드 구조의 최대 60 m/min에 비하여 가공 속도가 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.

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.

본 발명에 따른 극협 수직 머시닝 센터는 종래의 머시닝 센터와 동일한 가공 능력을 가지면서 더욱 고속 및 고정밀도의 가공을 가능하도록 하면서 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.

Claims (4)

1. 수직 머시닝 센터에 있어서,

   베이스;

   베이스 위쪽에 설치되는 컬럼;

   컬럼 상부에 설치되는 전후방향으로 운동하는 Y축 슬라이드;

   Y축 슬라이드 전면에 상하방향으로 운동하는 Z축 테이블;

   Z축 테이블의 전면에 수직으로 장착되는 주축;

   컬럼에 내장되는 암-레스 그립퍼 형태의 자동 공구 교환 장치; 및

   컬럼의 앞쪽으로 베이스 위에 장착되는 서보 보터에 의하여 회전되는 인덱스 테이블을 가진 C축 인덱스 테이블을 포함하고,

   상기에서 C축 인덱스 테이블은 XYZ축 좌표를 입력받아 대응되는 CY축 좌표로 변환 이동하여 그리고 자동 공구 교환 장치는 서보 모터에 의하여 구동되는 것을 특징으로 하는 수직 머시닝 센터.
2. 청구항 1에 있어서, 자동 공구 교환 장치는 20 내지 24개의 그립퍼를 수용하는 것을 특징으로 하는 수직 머시닝 센터.
3. 청구항 1에 있어서, 컬럼은 쌍주식이 되는 것을 특징으로 하는 수직 머시닝 센터.
4. 청구항 1에 있어서, 수직 머시닝 센터의 폭은 700mm 이내가 되는 것을 특징으로 하는 수직 머시닝 센터.

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