KR101027214B1

KR101027214B1 - 공작 기계 및 공작 기계의 공기압 절환 방법

Info

Publication number: KR101027214B1
Application number: KR1020090066587A
Authority: KR
Inventors: 유 구리바야시
Original assignee: 브라더 고오교오 가부시키가이샤
Priority date: 2008-07-23
Filing date: 2009-07-22
Publication date: 2011-04-06
Also published as: CN101633133B; KR20100010908A; JP2010023202A; CN101633133A

Abstract

본 발명의 공작 기계는 검출부와 공기압 절환 장치와 제어 장치를 구비한다. 검출부는 공구의 선단부에 공급하는 절삭유의 유무를 검출한다. 공기압 절환 장치는 공기 시일 형성 회로가 공급하는 공기의 압력을 고압과 저압으로 절환한다. 제어 장치는 검출부의 검출에 기초하여, 절삭유의 공급 중에는 공기 시일 형성 회로가 공급하는 공기의 압력을 고압으로 하도록 공기압 절환 장치를 제어한다. 제어 장치는, 절삭유의 비공급 중에는 공기 시일 형성 회로가 공급하는 공기의 압력을 저압으로 하도록 공기압 절환 장치를 제어한다. 절삭유의 공급 중에는 고압의 공기의 시일막이 절삭유를 확실하게 차단하여, 주축의 베어링으로 침입하는 것을 방지한다. 절삭유의 비공급 중에는 공기의 소비량을 적게 하여 운전 비용을 저감시킨다.

공작 기계, 공기압 절환 장치, 절삭유, 제어 장치, 베어링

Description

공작 기계 및 공작 기계의 공기압 절환 방법 {MACHINE TOOL AND METHOD FOR SWITCHING AIR-PRESSURE OF THE SAME}

본 발명은 주축에 설치하는 공구의 선단부에 절삭유를 공급 가능하고, 또한 공구 및 주축의 주위에 공기의 시일막을 형성할 수 있는 공작 기계 및 공기압 절환 방법에 관한 것이다.

머시닝 센터(Machining Center)는 플라이스 가공, 펀칭 가공, 탭핑 가공 등의 다종류의 가공을, 공구를 자동 교환함으로써 실행하는 공작 기계이다. 머시닝 센터는 공구 수납부와 공구 교환 장치를 구비하고 있다. 공구 수납부는 공구 홀더에 유지한 다종류의 공구를 수납하고 있다. 공구 수납부는 필요한 공구를 교환 위치로 송출한다. 공구 교환 장치는 공구 수납부가 송출하는 공구를 교환 위치에서 수취한다. 공구 교환 장치는 수취한 공구를 반송하여 주축에 설치한다. 동시에 공구 교환 장치는 사용을 종료한 공구를 주축으로부터 제거한다. 공구 교환 장치는 제거한 공구를 교환 위치로 반송하여 공구 수납부로 복귀시킨다.

주축에 설치한 공구는 주축이 회전함으로써 회전하여 공작물을 가공한다. 머시닝 센터는 공구가 공작물을 가공함으로써 절삭 칩을 발생한다. 발생하는 절삭 칩은 공구 홀더에 부착되어 공구 교환 시에 공구 홀더와 주축 사이로 들어가는 경우가 있다. 상기 절삭 칩은 공구의 위치 결정을 방해한다고 하는 문제, 주축 및 공구 홀더를 손상시킨다고 하는 문제 등 많은 문제가 발생한다.

종래의 공작 기계는 절삭 칩이 야기하는 문제를 해소하기 위해, 가공 중인 공구의 선단으로부터 절삭유를 분출하여 절삭 칩을 씻어내고 있다. 공구의 선단으로부터 절삭유를 분출한 경우, 절삭유는 공작물에 부딪쳐 튕겨져 나와, 주축을 지지하는 베어링으로 침입하는 경우가 있다. 침입한 절삭유는 베어링의 윤활용 그리스를 씻어내어, 베어링의 내구성이 저하된다고 하는 문제가 있다.

일본 공개 실용 신안 공보, 1991년 제130341호 공보에 기재된 공작 기계는 주축과 베어링 커버의 간극으로부터 공기를 분출하고, 또한 상기 간극에 차폐링을 설치하고 있다. 차폐링은 분출하는 공기 및 절삭유를 방사 방향으로 방향 전환한다. 공작물로부터 튕겨져 나오는 절삭유는 분출하는 공기와 차폐링에 의해 베어링으로 침입하지 않는다.

일본 공개 실용 신안 공보, 1991년 제130341호 공보에 기재된 공작 기계는 차폐링을 설치되고 있어, 부품 개수가 늘어나, 제조 비용이 고가로 된다. 차폐링은 간극으로부터 고압의 공기를 분출함으로써 불필요해진다. 이 경우에는 공기의 소비량이 많아, 공작 기계의 운전 비용이 증대된다.

본 발명의 목적은, 드릴 등의 공구의 선단부에 절삭유를 공급할 때에는 공기 시일 형성 회로가 분출하는 공기를 고압으로 절환하도록 한 공작 기계 및 공작 기계의 공기압 절환 방법을 제공하는 것이다.

청구항 1의 공작 기계는, 주축에 설치한 공구의 선단부에 절삭유를 공급하는 절삭유 공급 회로와, 주축 하우징의 단부로부터 공기를 분출하여, 상기 주축 및 공구의 주위를 환 형상으로 둘러싸는 공기의 시일막을 형성하는 공기 시일 형성 회로를 구비하는 공작 기계에 있어서, 상기 절삭유 공급 회로가 절삭유를 공급하고 있는지 여부를 검출하는 검출부와, 상기 공기 시일 형성 회로가 공급하는 공기의 압력을, 고압과 저압으로 절환하는 공기압 절환 장치와, 상기 검출부가 절삭유의 공급을 검출한 경우에, 상기 공기압 절환 장치를 고압측으로 절환하고, 상기 검출부가 절삭유의 공급을 검출하고 있지 않은 경우에, 상기 공기압 절환 장치를 저압측으로 절환 동작하는 제어 장치를 구비하고 있다.

검출부는 주축에 설치한 공구의 선단부에 절삭유를 공급하고 있는지 여부를 검출한다. 제어 장치는 검출부의 검출에 기초하여 공기압 절환 장치의 절환 동작을 제어한다. 공기 시일 형성 회로가 공급하는 공기의 압력은 공기압 절환 장치가 동작함으로써 고압이 된다. 공기 시일 형성 회로는 주축 및 공구의 주위를 견고하게 둘러싸는 환 형상의 시일막을 형성한다. 시일막은 공작물로부터 튕겨져 나오는 절삭유를 차단한다. 그로 인해, 상기 절삭유는 상기 주축을 지지하는 베어링으로 침입하지 않는다. 공기 시일 형성 회로가 공급하는 공기의 압력은 절삭유의 비공급 중에는 저압으로 하여 공기의 소비량을 저감한다.

청구항 2의 공작 기계에 있어서, 상기 검출부는 가공 프로그램의 제어 지령에 기초하여 상기 절삭유의 공급의 유무를 검출한다.

검출부는 가공 프로그램의 제어 지령에 기초하여 절삭유의 공급의 유무를 검출하므로 절삭유의 공급을 전용의 검출기를 사용하지 않고 확실하게 검출할 수 있다.

청구항 3의 공작 기계에 있어서, 상기 공기압 절환 장치는 상기 공기 시일 형성 회로에 배치한 전자기 비례 압력 제어 밸브와, 상기 전자기 비례 압력 제어 밸브를 제어하는 밸브 제어부를 갖는다.

공기 압력 절환 장치는 전자기 비례 압력 제어 밸브와, 이 전자기 비례 압력 제어 밸브를 제어하는 밸브 제어부를 가지므로, 공기의 압력의 크기를 적절하게 설정할 수 있다.

청구항 4의 공작 기계에 있어서, 상기 공기압 절환 장치는 상기 공기 시일 형성 회로에 병렬로 배치한 저압 레귤레이터 및 고압 레귤레이터와, 상기 저압 레귤레이터 및 고압 레귤레이터 사이에서 공기의 흐름을 절환하는 방향 절환 밸브를 구비하고 있다.

공기압 절환 장치는 공기 시일 형성 회로의 도중에 배치한 압력 제어 밸브, 또는 저압 레귤레이터, 고압 레귤레이터 및 방향 절환 밸브에 의해 간소하게 구성 할 수 있다. 압력 제어 밸브는 비례 압력 제어 밸브로 함으로써, 고압 및 저압의 크기를 적절하게 설정할 수 있다.

청구항 5의 공작 기계의 공기압 절환 방법은, 주축에 설치한 공구의 선단부에 절삭유를 공급하는 절삭유 공급 회로와, 주축 하우징의 단부로부터 공기를 분출하여, 상기 주축 및 공구의 주위를 환 형상으로 둘러싸는 공기의 시일막을 형성하는 공기 시일 형성 회로를 구비하는 공작 기계의 공기압 절환 방법에 있어서, 상기 절삭유 공급 회로가 절삭유를 공급하는 경우에, 상기 공기 시일 형성 회로가 공급하는 공기의 압력을 고압으로 하고, 상기 절삭유 공급 회로가 절삭유를 공급하지 않는 경우에, 상기 공기 시일 형성 회로가 공급하는 공기의 압력을 저압으로 하고 있다.

절삭유 공급 회로가 절삭유를 주축에 설치한 공구의 선단부에 공급하지 않는 경우, 공기 시일 형성 회로는 공급하는 공기의 압력을 저압으로 설정하고, 절삭유 공급 회로가 절삭유를 주축에 설치한 공구의 선단부에 공급하는 경우, 공기 시일 형성 회로는 공급하는 공기의 압력을 고압으로 설정한다. 전술한 공작 기계의 공기압 절환 방법은 공구의 선단으로부터 분출하여 워크로부터 튕겨져 나오는 절삭유를 고압의 공기로 시일한다. 그로 인해, 절삭유가 주축의 베어링의 측으로 침입하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

공기 시일 형성 회로가 공급하는 공기의 압력은, 절삭유의 비공급 중에는 저압으로 하여 공기의 소비량을 저감한다.

본 발명에 따르면, 드릴 등의 공구의 선단부에 절삭유를 공급할 때에는 공기 시일 형성 회로가 분출하는 공기를 고압으로 절환하도록 한 공작 기계 및 공작 기계의 공기압 절환 방법을 제공할 수 있다.

이하 본 발명을, 바람직한 실시 형태를 나타내는 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 공작 기계(1)(머시닝 센터)는 주철제의 베이스(2)와, 상기 베이스(2)의 상부를 덮는 스플래시 커버(4)를 구비하고 있다. 스플래시 커버(4)는 베이스(2) 상에 설치한 기계 본체(3)(도 2 참조)의 외측을 둘러싸고 있다.

도 1, 도 2에 도시한 바와 같이, 베이스(2)는 Y축 방향(전후 방향)으로 긴 직육면체 형상이다. 베이스(2)는 하부의 4코너에 설치한 다리부(2a)로 바닥면 상에 설치한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 스플래시 커버(4)는 직육면체의 상자이다. 스플래시 커버(4)는 베이스(2) 상에 고정되어 있다. 2매의 도어(5, 6)가 스플래시 커버(4)의 전방부에 배치되어 있다. 도어(5, 6)는 유리창(5a, 6a)과 손잡이(5b, 6b)를 구비하고 있다. 도어(5, 6)는 좌우 방향으로 이동 가능하다. 작업자는 손잡이(5b, 6b)를 잡고 도어(5, 6)를 이동함으로써 스플래시 커버(4)의 전방면을 개폐한다. 작업자는 도어(5, 6)를 개방하여 기계 본체(3)의 테이블(10) 상에 공작물을 착탈한다. 테이블(10) 상의 공작물은 도어(5, 6)를 폐쇄한 상태로 가공한다. 작 업자는 도어(5, 6)에 설치한 유리창(5a, 6a)을 통해 공작물의 가공 상태를 확인한다.

공작 기계(1)를 조작하는 조작 패널(80)은 스플래시 커버(4)의 전방부 우측에 설치되어 있다. 조작 패널(80)은 조작부(81)와 표시부(82)를 구비하고 있다. 조작부(81)는 각종 수치를 설정하기 위한 텐 키, 각종 조작을 지령하기 위한 조작 키 등을 갖는 키보드이다. 표시부(82)는 공작 기계(1)의 운전 상태, 조작부(81)의 조작 내용 등을 화면에 표시하는 디스플레이이다. 작업자는 표시부(82)의 표시를 보고 조작부(81)를 조작함으로써, 공작물의 가공 프로그램, 사용하는 공구(26)(도 3 참조)의 종류 등을 지정한다.

도 10에 도시한 바와 같이, 조작 패널(80)의 조작부(81)는 제어 장치(50)의 입력 인터페이스(54)에 접속되어 있다. 제어 장치(50)는 CPU(51)와 ROM(52)과 RAM(53)을 버스(57)로 접속하고 있는 마이크로 컴퓨터이다. 제어 장치(50)의 CPU(51)는 인력 인터페이스(54)를 통해 조작부(81)의 조작 내용을 판독한다. CPU(51)는 조작부(81)의 조작 내용을 참조하여, ROM(52)에 저장한 제어 프로그램에 따라서 동작함으로써 공작 기계(1)를 제어한다.

조작 패널(80)의 표시부(82)는 제어 장치(50)의 출력 인터페이스(55)에 표시부 구동 회로(65)를 통해 접속되어 있다. 제어 장치(50)의 CPU(51)는 출력 인터페이스(55)를 통해 표시부 구동 회로(65)에 동작 지령을 부여한다. 표시부(82)는 표시부 구동 회로(65)가 동작함으로써 필요한 표시를 행한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 기계 본체(3)는 베이스(2)의 상부 중앙에 설치한 테이블(10)과, 테이블(10)의 후방측에 설치한 지주(Column)(16)를 구비하고 있다.

테이블(10)은 베이스(2)의 상부에 직육면체 형상을 갖는 지지대(12)를 통해 지지되어 있다. 지지대(12)는 그 상부에 X축 방향(좌우 방향)으로 연장되는 X축 이송 가이드(도시 생략)를 구비하고 있다. X축 이송 가이드는 테이블(10)을 이동 가능하게 지지하고 있다. 테이블(10)은 X축 모터(71)(도 10 참조)가 회전함으로써, X축 이송 가이드를 따라서 좌우 방향으로 이동한다.

베이스(2)는 그 상부에 Y축 방향(전후 방향)으로 연장되는 Y축 이송 가이드(도시 생략)를 구비하고 있다. Y축 이송 가이드는 지지대(12)를 이동 가능하게 지지하고 있다. 지지대(12) 및 테이블(10)은 Y축 모터(72)(도 10 참조)가 회전함으로써, Y축 이송 가이드를 따라서 전후 방향으로 이동한다.

X축 이송 가이드의 상부는 신축식 커버(13, 14)로 덮여 있다. 커버(13, 14)는 테이블(10)의 좌우의 측면에 접속되어 있다. 커버(13, 14)는 테이블(10)이 X축 방향으로 이동함으로써 신축하여 X축 이송 가이드의 상부를 항상 덮는다.

Y축 이송 가이드의 전방측 상부는 신축식 전방 커버(15)로 덮여 있다. 전방 커버(15)는 지지대(12)의 전방면에 접속되어 있다. 전방 커버(15)는 지지대(12) 및 테이블(10)이 Y축 방향으로 이동함으로써 신축한다. Y축 이송 가이드의 후방측 상부는 산형의 후방 커버(도시 생략)로 덮여 있다. 후방 커버의 전단부는 지지대(12)의 후방면에 접속되어 있다. 후방 커버의 후단부는 지주(16)의 하부를 관통하여 후방으로 연장되어 있다. 후방 커버는 지지대(12) 및 테이블(10)이 Y축 방향으로 이동함으로써 전후 방향으로 이동한다. 전방 커버(15) 및 후방 커버는 Y축 이송 가이드의 상부를 항상 덮는다.

커버(13, 14), 전방 커버(15) 및 후방 커버는 테이블(10) 상에서 공작물을 가공할 때에 비산하는 절삭 칩 및 절삭유의 비말이, X축 이송 가이드 및 Y축 이송 가이드에 부착되는 것을 방지한다. 테이블(10)은 X축 이송 가이드를 따라서 원활하게 이동할 수 있다. 테이블(10) 및 지지대(12)는 Y축 이송 가이드를 따라서 원활하게 이동할 수 있다.

지주(16)는 베이스(2) 상에 설치한 시트부(23)에 연직 상향으로 솟아오르도록 설치되어 있다. 지주(16)는 그 전방부에 Z축 방향(상하 방향)으로 연장되는 Z축 이송 가이드(도시 생략)를 구비하고 있다. Z축 이송 가이드는 주축 헤드(7)를 지지하고 있다. 주축 헤드(7)는 Z축 모터(73)(도 10 참조)가 회전함으로써, Z축 이송 가이드를 따라서 상승 및 하강한다.

주축 헤드(7)는 하방으로 돌출되는 주축 하우징(9)을 구비하고 있다. 주축 하우징(9)은 상하 방향으로 긴 원통형이고, 연직축을 중심으로 하여 회전하는 주축(9a)(도 6, 도 7 참조)을 내부에 구비하고 있다. 주축 하우징(9)의 내부의 주축(9a)은 주축 모터(8)를 구동함으로써 회전한다. 도 2, 도 3, 도 5에 도시한 바와 같이, 주축 모터(8)는 주축 헤드(7)의 상부에 설치되어 있다.

도 10에 도시한 바와 같이, X축 모터(71)는 제어 장치(50)의 출력 인터페이스(55)에 X축 구동 회로(61)를 통해 접속되어 있다. Y축 모터(72)는 제어 장치(50)의 출력 인터페이스(55)에 Y축 구동 회로(62)를 통해 접속되어 있다. Z축 모터(73)는 제어 장치(50)의 출력 인터페이스(55)에 Z축 구동 회로(63)를 통해 접 속되어 있다. 주축 모터(8)는 제어 장치(50)의 출력 인터페이스(55)에 주축 구동 회로(64)를 통해 접속되어 있다.

제어 장치(50)의 CPU(51)는 출력 인터페이스(55)를 통해, X축 구동 회로(61), Y축 구동 회로(62), Z축 구동 회로(63) 및 주축 구동 회로(64)에 개별로 동작 지령을 부여한다. X축 모터(71)는 X축 구동 회로(61)가 동작함으로써 회전한다. Y축 모터(71)는 Y축 구동 회로(62)가 동작함으로써 회전한다. Z축 모터(73)는 Z축 구동 회로(63)가 동작함으로써 회전한다. 주축 모터(8)는 주축 구동 회로(64)가 동작함으로써 회전한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 지주(16)는 그 후방측에 제어 상자(19)를 지지하고 있다. 제어 장치(50)는 제어 상자(19)의 내부에 수납되어 있다. 지주(16)는 그 우측에 공구 교환 장치(ATC)(20)를 지지하고 있다. 공구 교환 장치(20)는 공구 매거진(21)과, 교환 아암(22)을 구비하고 있다.

도 3에 도시한 바와 같이, 공구 매거진(21)은 주축 헤드(7)의 우측에 배치되어 있다. 교환 아암(22)은 공구 매거진(21)과 주축 하우징(9) 사이에 배치되어 있다. 공구 매거진(21)은 가공에 사용하는 복수종의 공구를 수납한다. 공구 매거진(21)은 제어 장치(50)의 지령에 따라서 공구를 교환 위치로 송출한다.

교환 아암(22)은 상하 방향으로 연장되는 아암축(22c)의 하단에 설치되어 있다. 교환 아암(22)은 아암축(22c)이 회전하면, 수평면 내에서 회전한다. 교환 아암(22)은 아암축(22c)이 축방향으로 이동하면 상승 및 하강한다. 도 4에 도시한 바와 같이, 교환 아암(22)은 아암축(22c)을 중심으로 하여 서로 역방향으로 연장되 는 2개의 아암(22b, 22b)과, 아암(22b, 22b)의 선단의 손잡이부(22a, 22a)를 구비하고 있다.

도 6, 도 7에 도시한 바와 같이, 주축(9a)은 중공의 축으로, 주축 하우징(9)의 내부에 상하로 이격하여 배치한 베어링(9b, 9c)으로 지지되어 있다.

도 6 내지 도 8에 도시한 바와 같이, 주축(9a)은 그 하단부에 공구 설치 구멍(29)을 구비하고 있다. 공구 설치 구멍(29)은 상방을 향해 테이퍼 형상으로 직경 축소되는 형상을 갖는다. 주축(9a)은 그 내측에, 당김 막대(25)와 파지 기구(28)를 구비하고 있다. 당김 막대(25)는 압박 기구(27)에 의해 상향으로 압박되어 있다. 파지 기구(28)는 공구 설치 구멍(29)의 상부에 배치되어 있다. 파지 기구(28)는 당김 막대(25)의 하단에 연결되어 있다.

교환 아암(22)의 손잡이부(22a, 22a)는 교환 아암(22)이 회전하면, 주축 하우징(9)의 하부 위치와 공구 매거진(21)의 교환 위치로 교대로 이동한다. 교환 위치에 있는 손잡이부(22a)는 공구 매거진(21)이 송출하는 공구(26)의 공구 홀더(60)를 파지한다. 주축 하우징(9)의 하부 위치에 있는 손잡이부(22a)는 주축(9a)에 설치한 공구(26)의 공구 홀더(60)를 파지한다.

도 3에 도시한 바와 같이, 공구(26)는 공구 홀더(60)에 유지되어 있다. 공구 홀더(60)는 섕크(shank)부(60a)와 풀 스터드(retention knob)부(60b)를 구비하고 있다. 섕크부(60a)는 선단을 향해 테이퍼 형상으로 직경 축소되는 원추 형상을 갖는다. 풀 스터드부(60b)는 섕크부(60a)의 선단부에 고정한 둥근 막대이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 교환 아암(22)의 손잡이부(22a, 22a)는 섕크 부(60a) 및 풀 스터드부(60b)가 상향이 되도록 공구 홀더(60)를 파지한다. 손잡이부(22a, 22a)가 파지한 공구(26, 26)의 공구 홀더(60, 60)는 교환 아암(22)이 하강하면, 공구 매거진(21) 및 주축(9a)의 하방으로 이격된다. 공구(26, 26)의 공구 홀더(60, 60)는 교환 아암(22)이 180° 회전하면 위치를 바꾼다. 교환 아암(22)은 180° 회전한 후에 상승하면, 한쪽의 손잡이부(22a)가 파지한 공구(26)의 공구 홀더(60)를 주축(9a)에 설치하고, 또한 다른 쪽의 손잡이부(22a)가 파지한 공구(2)의 공구 홀더(60)를 공구 매거진(21)으로 복귀시킨다.

공구 홀더(60)의 섕크부(60a)는 교환 아암(22)이 상승함으로써, 주축(9a)에 형성한 공구 설치 구멍(29)에 밀착하여, 공구 홀더(60) 및 공구(26)를 주축(9a)의 축심 상에 위치 결정한다. 공구 홀더(60)의 풀 스터드부(60b)는 공구 설치 구멍(29)에 연속하는 파지 기구(28)에 진입한다. 파지 기구(28)는 진입한 풀 스터드부(60b)의 선단을 파지함으로써 공구 홀더(60) 및 공구(26)의 탈락을 방지한다.

공작 기계(1)는 절삭유 공급 회로를 구비하고 있다. 도 9에 도시한 바와 같이 절삭유 공급 회로는 2개의 펌프(76, 78)를 구비하고 있다. 펌프(76)는 절삭유 탱크(79)가 저장하는 절삭유를 빨아올려, 가압하여 토출한다. 도 2, 도 5에 도시한 바와 같이, 펌프(76)가 토출하는 절삭유는 주축 헤드(7)의 측부에 설치한 토출 노즐(11)의 선단으로부터 토출된다. 토출 노즐(11)은 굴곡 가능하게 되어 있어, 선단의 방향을 바꿀 수 있다. 토출 노즐(11)이 토출하는 절삭유는 테이블(10) 상에서 가공 중인 공작물에 접촉하여, 공작물 및 공구(26)를 냉각하고, 또한 발생하는 절삭 칩을 씻어낸다.

펌프(78)는 절삭유 탱크(79)가 저장하는 절삭유를 빨아올려, 가압하여 토출한다. 펌프(78)의 토출측은 절삭유 호스(31) 및 조인트(30)를 통해 주축 모터(8)의 상부에 접속되어 있다. 도 6에 도시한 바와 같이, 조인트(30)는 절삭유 통로(24a, 25a)에 연결되어 있다. 절삭유 통로(24a)는 주축 모터(8)의 출력축(24)에 형성한 통로이다. 절삭유 통로(25a)는 주축(9a) 내의 당김 막대(25)의 축심부에 관통 형성한 통로이다. 펌프(78)가 토출하는 절삭유는 절삭유 호스(31) 및 절삭유 통로(24a, 25a)의 내부를 통해 주축(9a)의 선단부에 도달한다.

주축(9a)의 선단에 도달한 절삭유는 공구 설치 구멍(29)에 설치한 공구 홀더(60) 및 공구(26)의 내부 통로(도시 생략)를 통해 공구(26)의 선단으로부터 분출된다. 분출되는 절삭유는 공작물 및 공구(26)를 냉각하고, 또한 발생하는 절삭 칩을 씻어낸다.

도 10에 도시한 바와 같이, 펌프(76, 78)는 제어 장치(50)의 출력 인터페이스(55)에 펌프 구동 회로(66, 68)를 통해 접속되어 있다. 제어 장치(50)의 CPU(51)는 출력 인터페이스(55)를 통해, 펌프 구동 회로(66, 68)에 개별로 동작 지령을 부여하여 펌프(76, 78)를 구동한다.

공작 기계(1)는 공기 시일 형성 회로를 구비하고 있다. 도 4, 도 8에 도시한 바와 같이, 공기 시일 형성 회로는 주축 하우징(housing)(9)의 하단부에 형성한 공기 토출구(32)를 구비하고 있다. 공기 토출구(32)는 주축(9a)의 하단부의 외측을 둘러싸도록 환 형상으로 개방된다.

도 6 내지 도 8에 도시한 바와 같이, 주축 하우징(9)은 하단부에 복수개의 볼트(33a)로 고정한 베어링 커버(33)를 구비하고 있다. 베어링 커버(33)는 직경 방향으로 관통하는 공기 통로(33c)를 구비하고 있다. 공기 통로(33c)의 내측 단부는 베어링 커버(33)와 주축(9a) 사이에 설치한 환 형상의 공기실(34) 내로 개방되어 있다. 공기 통로(33c)의 외측 단부는 조인트(38) 및 공기 호스(39)를 통해 공기 공급원(49)(도 13 참조)에 연결되어 있다.

주축(9a)은 래버린스(labyrinth) 부재(35)를 하단부의 외주에 구비하고 있다. 래버린스 부재(35)는 베어링 커버(33)와의 경계부에 복수개의 볼트(35a)로 고정되어 있다. 래버린스 부재(35)는 베어링 커버(33)와의 사이에서의 래버린스 통로(37)를 형성한다. 래버린스 통로(37)는 베어링 커버(33)와 주축(9a) 사이의 환 형상 통로(36)를 통해 공기실(34)에 연결된다. 공기 토출구(32)는 래버린스 통로(37)에 연속하도록 래버린스 부재(35)의 하면에 형성되어 있다.

공기 시일 형성 회로는 공기 공급원(49)이 발생하는 가압 공기를, 공기 호스(39) 및 조인트(38)를 통해 공기 통로(33c)로 송입한다. 공기 통로(33c) 내의 가압 공기는 공기실(34), 환 형상 통로(36) 및 래버린스 통로(37)를 통해, 환 형상의 공기 토출구(32)로부터 하방으로 분출된다. 공기 토출구(32)가 분출하는 공기는 주축(9a)의 주위를 환 형상으로 둘러싸는 공기의 시일막을 형성한다. 공기의 시일막은 공구(26)의 선단으로부터 분출되어, 공작물에 부딪쳐 튕겨 나오는 절삭유를 차단한다.

공기 시일 형성 회로는 공기 통로(33c)로 송입하는 공기의 압력을, 고압(예를 들어, 0.1㎫)과 저압(예를 들어, 0.03㎫)으로 절환하는 공기압 절환 장치(40)를 구비하고 있다. 도 13에 도시한 바와 같이, 공기압 절환 장치(40)는 공기 공급원(49)의 토출 관로(43)에 배치한 압력 제어 밸브(41)를 구비하고 있다. 압력 제어 밸브(41)는 전자기 비례 압력 제어 밸브이다. 토출 관로(43)는 공기 호스(39)에 접속되어 있다.

도 10에 도시한 바와 같이, 압력 제어 밸브(41)는 제어 장치(50)의 출력 인터페이스(55)에 밸브 구동 회로(69)를 통해 접속되어 있다. 제어 장치(50)의 CPU(51)는 출력 인터페이스(55)를 통해, 밸브 구동 회로(69)에 동작 지령을 부여한다. 밸브 구동 회로(69)는 압력 제어 밸브(41)의 솔레노이드(42)를 구동한다. 토출 관로(43)로 송출하는 공기의 압력은, 예를 들어 압력 제어 밸브(41)의 솔레노이드(42)를 구동함으로써 고압으로 된다.

공작 기계(1)는 공구(26)의 선단에 공급하는 절삭유의 유무를 검출하는 검출 장치를 구비한다. 검출 장치는 절삭유 공급 회로의 펌프(78)의 구동을 지시하는 제어 지령을 검출함으로써, 절삭유의 공급을 검출할 수 있다.

도 11은 공작물의 가공 중에 조작 패널(80)의 표시부(82)가 표시하는 가공 프로그램의 일례를 나타내고 있다. 가공 프로그램은 NC 언어로 기술되어 있다. 표시부(82)는 가공 프로그램을 복수행의 블록으로 표시한다. 가공 프로그램의 블록은 테이블(10) 상의 공작물과 공구(26)의 상대 이동, 공구(26)의 회전 등의 동작을 실행하는 데에 필요한 제어 지령을 포함하고 있다.

도 11 중의 「M494」는 공구(26)의 선단에 절삭유를 공급하는 것을 지시하는 제어 지령이다. 「M495」는 절삭유의 공급 정지를 지시하는 제어 지령이다. 제어 장치(50)의 CPU(51)는 제어 지령 「M494」의 실행 시부터, 제어 지령 「M495」의 실행 시까지의 동안을, 절삭유의 공급 중이라고 판정한다.

도 12의 흐름도에 기초하여, 제어 장치(50)가 실행하는 공기압 절환 제어에 대해 설명한다. 도 12 중의 Si(i ＝ 1, 2…)는 CPU(51)의 동작 스텝을 나타내는 스텝 번호이다.

공기압 절환 장치(40)의 압력 제어 밸브(41)는, 공작 기계(1)의 기동 시에는 저압측으로 절환되어 있다. 공기 토출구(32)는 저압의 공기를 항시 토출한다. 공작 기계(1)는 소정의 가공 프로그램에 따라서 CPU(51)가 동작함으로써 테이블(10) 상의 공작물을 가공한다. 가공 프로그램은 작업자가 조작 패널(80)의 조작부(81)를 조작함으로써 선택한다. CPU(51)는 선택한 가공 프로그램을 RAM(53)의 작업 영역에 판독하여, 가공 프로그램에 따르는 가공 처리를 시작한다.

제어 장치(50)의 CPU(51)는 공작 기계(1)의 기동 시에 초기 설정 동작을 행한다(S1). 초기 설정 동작은 압력 제어 밸브(41)를 저압측으로 절환하는 동작, 조작부(81)의 조작에 의한 가공 프로그램의 선택 대기 동작을 포함한다.

제어 장치(50)의 CPU(51)는 선택한 가공 프로그램을 블록 단위로 판독하여, 지령 내용을 해석한다(S2). 제어 장치(50)의 CPU(51)는 지령 내용이 저압 절삭유의 분출 지령인지 여부를 판정한다(S3). 분출 지령인 경우(S3 ; 예), 제어 장치(50)의 CPU(51)는 저압 절삭유의 공급을 시작한다(S4).

저압 절삭유는 토출 노즐(11)이 토출하는 절삭유이다. S4에 있어서 제어 장치(50)의 CPU(51)는 펌프 구동 회로(66)에 동작 지령을 부여하여 펌프(76)를 구동 한다. 토출 노즐(11)이 토출하는 저압 절삭유는 테이블(10) 상에서 가공 중의 공작물에 부딪쳐 공작물 및 공구(26)를 냉각한다. S2의 지령 내용이, 저압 절삭유의 분출 지령이 아닌 경우(S3 ; 아니오), 제어 장치(50)의 CPU(51)는 지령 내용이 저압 절삭유의 분출 정지 지령인지 여부를 판정한다(S5). 분출 정지 지령인 경우(S5 ; 예), 제어 장치(50)의 CPU(51)는 저압 절삭유의 공급을 정지한다(S6). S6에 있어서 제어 장치(50)의 CPU(51)는 펌프 구동 회로(66)의 동작 지령을 멈추고, 펌프(76)를 정지한다.

S2의 지령 내용이, 저압 절삭유의 분출, 정지 지령 중 어느 것도 아닌 경우(S3, S5 ; 아니오), 제어 장치(50)의 CPU(51)는 지령 내용이 고압 절삭유의 분출 지령인지 여부를 판정한다(S7). 고압 절삭유의 분출 지령인 경우(S7 ; 예), 제어 장치(50)의 CPU(51)는 고압 절삭유의 공급을 시작하고, 또한 공기압 절환 장치(40)가 공급하는 공기압을 고압(예를 들어, 0.1㎫)으로 절환한다(S8).

고압 절삭유는 주축(9a)의 내부를 통과하여, 공구(26)의 선단으로부터 분출되는 절삭유이다. S8에 있어서 제어 장치(50)의 CPU(51)는 펌프 구동 회로(68)에 동작 지령을 부여하여 펌프(78)를 구동한다. 공구(26)의 선단으로부터 분출되는 절삭유는 공구(26) 및 공작물을 냉각하고, 또한 공작물을 가공함으로써 발생하는 절삭 칩을 씻어낸다.

동시에 제어 장치(50)의 CPU(51)는 밸브 구동 회로(69)에 동작 지령을 부여하여, 압력 제어 밸브(41)의 솔레노이드(42)를 구동한다. 공기 토출구(32)는 고압의 공기를 토출하여, 주축(9a) 및 공구(26)의 주위를 환 형상으로 둘러싸는 공기의 시일막을 견고하게 형성한다. 공기의 시일막은 공작물에 부딪쳐 튕겨 나오는 절삭유가 베어링(9b)에 침입하는 것을 방지한다. 그로 인해, 공작 기계(1)는 베어링(9b)의 윤활용 그리스가 절삭유에 의해 용출되는 문제가 없어진다.

고압 공기의 분출은 공구(26)의 선단으로부터 절삭유를 분출하는 동안에만 실시한다. 공기의 소비량은 낮게 억제할 수 있어, 공작 기계(1)의 운전 비용을 저감시킬 수 있다. 본 발명은 공기압 절환 장치(40)를 추가하는 것만으로 간단하게 실시할 수 있다.

고압 절삭유의 분출 개시는 도 12의 흐름도에 따라서 제어 장치(50)의 CPU(51)가 동작하는 경우, 저압 절삭유의 분출 정지가 조건이 된다. 저압 절삭유와 고압 절삭유는 동시에 병행하여 분출할 수 있다.

S2의 지령 내용이 고압 절삭유의 분출 지령이 아닌 경우(S7 ; 아니오), 제어 장치(50)의 CPU(51)는 지령 내용이 고압 절삭유의 분출 정지 지령인지 여부를 판정한다(S9). 분출 정지 지령인 경우(S9 ; 예), 제어 장치(50)의 CPU(51)는 고압 절삭유의 공급을 정지하고, 또한 공기압을 공급하는 공기압 절환 장치(40)를 저압(예를 들어, 0.03㎫)으로 절환한다(S10).

S10에 있어서 제어 장치(50)의 CPU(51)는 펌프 구동 회로(68)에 부여하는 동작 지령을 멈추어 펌프(78)를 정지한다. 동시에 제어 장치(50)의 CPU(51)는 밸브 구동 회로(69)에 부여하는 동작 지령을 멈추어, 압력 제어 밸브(41)의 솔레노이드(42)의 구동을 정지한다.

S2의 지령 내용이, 저압 절삭유의 분출, 정지 지령 및 고압 절삭유의 분출, 정지 지령 중 어느 것도 아닌 경우(S3, S5, S7, S9 ; 아니오), 제어 장치(50)의 CPU(51)는 지령 내용이 프로그램 종료 지령인지 여부를 판정한다(S11). 지령 내용이 프로그램 종료 지령인 경우(S11 ; 예), 제어 장치(50)의 CPU(51)는 제어 동작을 종료한다.

지령 내용이 프로그램 종료 지령이 아닌 경우(S11 ; 아니오), 제어 장치(50)의 CPU(51)는 개개의 지령 내용에 따라서 그 밖의 처리를 실행한다(S12).

제어 장치(50)의 CPU(51)는 가공 프로그램의 다음 블록으로 이행하여(S13), S2로 복귀되어 새로운 지령 내용을 해석한다. 제어 장치(50)의 CPU(51)는 S4, S6, S8, S10의 실행 후에도 S13을 실행한다.

이상의 동작에 있어서, 제어 장치(50)의 CPU(51)는 고압 절삭유의 공급 개시 및 공급 정지를, 제어 지령(「M494」 및 「M495」)에 기초하여 판정하고 있다. 고압 절삭유의 공급의 유무는 전용의 검출 장치를 사용하지 않고 확실하게 검출할 수 있다. S3, S5, S7, S9를 실행하는 CPU(51)는 검출부에 상당한다. S8, S10을 실행하는 CPU(51)는 밸브 제어부에 상당한다.

전자기 비례 압력 제어 밸브는 밸브 구동 회로(69)가 출력하는 전압에 비례하여, 전자기 비례 압력 제어 밸브를 통과하는 공기의 유량을 변경한다. 압력 제어 밸브(41)는 전자기 비례 압력 제어 밸브로 함으로써, 고압 공기 및 저압 공기의 압력의 크기를 필요에 따라서 변경할 수 있다. 전술한 저압 공기의 압력(0.03㎫)과, 고압 공기의 압력(0.1㎫)은 예시이고, 적절하게 변경할 수 있다.

도 14는 공기압 절환 장치의 제2 실시 형태를 도시하고 있다. 도 14의 공기 압 절환 장치(40A)는 공기 공급원(49)의 토출 관로(43)에 배치한 저압 레귤레이터(91), 고압 레귤레이터(92) 및 방향 절환 밸브(93)를 구비한다. 저압 레귤레이터(91)와 고압 레귤레이터(92)는 병렬로 접속되어 있다. 방향 절환 밸브(93)는 저압 레귤레이터(91) 및 고압 레귤레이터(92)의 하류측에 배치되어 있다.

방향 절환 밸브(93)는 제어 장치(50)로부터의 동작 지령에 따라서 절환 동작한다. 공기 공급원(49)이 발생하는 공기의 흐름은 방향 절환 밸브(93)가 제1 절환 위치에 있을 때 저압 레귤레이터(91)를 지나간다. 공기 시일 형성 회로는 저압의 공기를 송출한다. 공기 공급원(49)이 발생하는 공기의 흐름은 방향 절환 밸브(93)가 제2 절환 위치에 있을 때 고압 레귤레이터(92)를 지나간다. 공기 시일 형성 회로는 고압의 공기를 송출한다.

압력계(94)는 저압 레귤레이터(91)와 방향 절환 밸브(93) 사이에 배치되어 있다. 압력계(95)는 고압 레귤레이터(92)와 방향 절환 밸브(93) 사이에 배치되어 있다. 압력계(94, 95)의 검출 압력은 저압 절삭유의 공급 개시, 공급 정지 및 고압 절삭유의 공급 개시, 공급 정지의 검출에 사용한다.

압력계는 도 15[압력계(97)로서 도시] 및 도 16[압력 센서(99)로서 도시]에 도시한 바와 같이 배치해도 좋다.

도 15에 있어서 압력계(97)는 펌프(78)로부터 연장되는 절삭유 호스(31)를 주축 모터(8)의 상부에 접속하는 조인트(30)에 설치되어 있다. 압력계(97)는 공구 홀더(60) 및 공구(26)의 내부 통로에 공급하는 절삭유의 압력을 검출한다.

제어 장치(50)는 압력계(97)의 검출 신호가 기준치(예를 들어, 1V) 미만일 때, 저압 절삭유의 공급 중이라고 판정한다. 제어 장치(50)는 압력계(97)의 검출 신호가 기준치와 동등하거나, 또는 기준치보다 클 때, 고압 절삭유의 공급 중이라고 판정한다.

도 16에 있어서 압력 센서(99)는 주축 하우징(9)의 선단부 외주로 개방되는 압력 구멍에 설치되어 있다. 압력 구멍은 주축(9a)의 선단부에 연결되어 있다. 압력 센서(99)는 주축(9a)의 선단부에 도달한 절삭유의 압력을 검출한다. 압력 센서(99)는 공구(26)의 선단으로부터 분출되어, 공작물과 부딪쳐 튕겨 나오는 절삭유의 충격압을 검출한다.

압력 센서(99)의 검출 신호는 0V 내지 5V의 범위에서 변화된다. 검출 신호의 변화량은 절삭유의 충격압에 대응한다. 압력 센서(99)의 검출 신호가 Vd[V]인 경우, 제어 장치(50)의 CPU(51)는 공기 시일 형성 회로가 공급하는 고압 공기의 압력(㎩)[㎫]을, 예를 들어 ㎩＝ (1/50) × Vd가 되도록 변화시킨다.

고압 공기의 압력은 공작물로부터 튕겨져 나오는 절삭유의 충격압의 크기에 따라서 미세하게 조정할 수 있다.

이상에 설명한 실시 형태를 부분적으로 변경한 변경 형태에 대해 설명한다.

1) 공기 호스(39)의 접속 위치는 실시 형태에 나타내는 위치로 한정되지 않는다. 공기 호스(39)는 주축 헤드(7) 또는 주축 하우징(9)에 설치한 공기 통로(33c)의 단부에 접속해도 좋다.

2) 실시 형태에 있어서 절삭유 공급로(24a, 25a)는 주축 모터(8)의 출력축(24)과 당김 막대(25)에 설치되어 있다. 절삭유 호스(31)는 출력축(24)과 당김 막대(25)의 결합부에 설치한 로터리 조인트에 접속하여, 절삭유 공급로(25a)의 내부에 직접 절삭유를 공급해도 좋다.

3) 실시 형태의 공작 기계(1)는 테이블(10)과 공구(26)가 상하로 이격되어 배치되어 있는 종형의 공작 기계이다. 본 발명은 횡형의 공작 기계에도 적용 가능하다.

이상의 상세한 설명에 명백한 바와 같이 본 발명의 공작 기계는 검출부와 공기압 절환 장치와 제어 장치를 구비한다. 검출부는 공구의 선단부로부터 분출되는 절삭유의 유무를 검출한다. 공기압 절환 장치는 공기 시일 형성 회로가 공급하는 공기의 압력을 고압과 저압으로 절환한다. 제어 장치는 검출부의 검출에 기초하여 공기압 절환 장치의 절환 동작을 제어한다. 절삭유의 공급 중에는 공기 시일 형성 회로가 공급하는 공기의 압력을 고압으로 하여, 공구 및 주축의 주위를 둘러싸는 환 형상의 공기의 시일막을 견고하게 형성한다. 공기의 시일막은 절삭유를 차단하여 내부에 멈추게 하여, 주축을 지지하는 베어링으로 침입하는 것을 방지한다. 베어링은 윤활용 그리스의 용출을 방지한 양호한 상태를 유지한다. 절삭유의 비공급 중에는 공기 시일 형성 회로가 공급하는 공기의 압력을 저압으로 한다. 그로 인해, 공작 기계는 공기의 소비량을 적게 하여, 운전 비용을 저감시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 공작 기계의 정면도.

도 2는 도 1의 공작 기계의 기계 본체의 사시도.

도 3은 주축 헤드 및 공구 교환 장치의 정면도.

도 4는 주축 및 공구 교환 장치의 하방에서 본 평면도.

도 5는 주축 헤드 및 주축을 구비하는 컬럼의 정면도.

도 6은 주축 헤드에 설치한 주축의 측면도.

도 7은 도 6의 주요부의 확대도.

도 8은 주축의 선단 부분의 확대 단면도.

도 9는 절삭유 공급 회로의 구성도.

도 10은 공작 기계의 제어계의 블록도.

도 11은 가공 프로그램의 일례를 나타내는 도면.

도 12는 공기압 절환 제어의 수순을 도시하는 흐름도.

도 13은 공기압 절환 장치의 구성을 도시하는 블록도.

도 14는 공기압 절환 장치의 제2 실시 형태의 구성을 도시하는 블록도.

도 15는 공기압 절환 장치의 제2 실시 형태에 있어서, 압력계를 설치한 도 6 상당의 도면.

도 16은 공기압 절환 장치의 제2 실시 형태에 있어서, 압력 센서를 설치한 도 6 상당의 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 공작 기계

2 : 베이스

4 : 스플래시 커버

5, 6 : 도어

10 : 테이블

11 : 토출 노즐

26 : 공구

60 : 공구 홀더

80 : 조작 패널

81 : 조작부

82 : 표시부

Claims

주축에 설치한 공구의 선단부에 절삭유를 공급하는 절삭유 공급 회로와, 주축 하우징의 단부로부터 공기를 분출하여, 상기 주축 및 공구의 주위를 환 형상으로 둘러싸는 공기의 시일막을 형성하는 공기 시일 형성 회로를 구비하는 공작 기계에 있어서,

상기 절삭유 공급 회로가 절삭유를 공급하고 있는지 여부를 검출하는 검출부와,

상기 공기 시일 형성 회로가 공급하는 공기의 압력을 고압과 저압으로 절환하는 공기압 절환 장치와,

상기 검출부가 절삭유의 공급을 검출한 경우에, 상기 공기압 절환 장치를 고압측으로 절환하고, 상기 검출 수단이 절삭유의 공급을 검출하고 있지 않은 경우에, 상기 공기압 절환 장치를 저압측으로 절환하는 제어 장치를 구비한 것을 특징으로 하는, 공작 기계.
제1항에 있어서, 상기 검출부는 가공 프로그램의 제어 지령에 기초하여 상기 절삭유의 공급의 유무를 검출하는 것을 특징으로 하는, 공작 기계.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 공기압 절환 장치는,

상기 공기 시일 형성 회로에 배치한 전자기 비례 압력 제어 밸브와,

상기 전자기 비례 압력 제어 밸브를 제어하는 밸브 제어부를 갖는, 공작 기계.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 공기압 절환 장치는 상기 공기 시일 형성 회로에 병렬로 배치한 저압 레귤레이터 및 고압 레귤레이터와, 상기 저압 레귤레이터 및 고압 레귤레이터 사이에서 공기의 흐름을 절환하는 방향 절환 밸브를 갖는 것을 특징으로 하는, 공작 기계.
주축에 설치한 공구의 선단부에 절삭유를 공급하는 절삭유 공급 회로와, 주축 하우징의 단부로부터 공기를 분출하여, 상기 주축 및 공구의 주위를 환 형상으로 둘러싸는 공기의 시일막을 형성하는 공기 시일 형성 회로를 구비하는 공작 기계의 공기압 절환 방법에 있어서,

상기 절삭유 공급 회로가 절삭유를 공급하는 경우에, 상기 공기 시일 형성 회로가 공급하는 공기의 압력을 고압으로 하고, 상기 절삭유 공급 회로가 절삭유를 공급하지 않는 경우에, 상기 공기 시일 형성 회로가 공급하는 공기의 압력을 저압으로 하는 것을 특징으로 하는, 공작 기계의 공기압 절환 방법.