KR101162320B1 - 방진 절삭을 위한 선반 및 그의 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 피가공물 표면에서 미리 정한 범위의 절삭 가공이 완료되면, 피가공물의 회전이 멈추지 않은채, 피가공물에 가해지는 척킹 압력이 감소됨과 동시에 다음 범위의 절삭 가공을 위해 피가공물이 위치 이동하는 것을 특징으로 하는, 방진 절삭을 위한 선반에 관한 것이다.
본 발명은, 피가공물을 절삭 가공할 때 척킹장치가 척킹 압력을 증가시키는 단계, 미리 정한 범위의 절삭 가공이 완료되면 척킹장치의 척킹압력이 감소하는 단계, 상기 척킹압력의 감소와 동시에 서보모터가 피가공물을 위치 이동하는 단계를 포함하는 방진 절삭을 위한 선반의 제어 방법에 관한 것이다.

Description

방진 절삭을 위한 선반 및 그의 제어 방법{LATHE FOR ANTI-VIBRATION CUTTING AND METHOD FOR CONTROLLING THE LATHE}

본 발명은, 피가공물 표면에서 미리 정한 범위의 절삭 가공이 완료되면, 피가공물의 회전이 멈추지 않은채, 피가공물에 가해지는 척킹 압력이 감소됨과 동시에 다음 범위의 절삭 가공을 위해 피가공물이 위치 이동하는 것을 특징으로 하는, 방진 절삭을 위한 선반에 관한 것이다.

본 발명은, 피가공물을 절삭 가공할 때 척킹장치가 척킹 압력을 증가시키는 단계, 미리 정한 범위의 절삭 가공이 완료되면 척킹장치의 척킹압력이 감소하는 단계, 상기 척킹압력의 감소와 동시에 서보모터가 피가공물을 위치 이동하는 단계를 포함하는 방진 절삭을 위한 선반의 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 선반은 피가공물을 척킹장치에 고정시키고, 절삭공구를 이용하여 절삭작업을 수행하여 원하는 형상으로 가공하는 필수적인 장비로서, 다양한 형태의 자동선반이 선보이고 있다.

이들 자동선반들 중 CNC선반, NC선반, 머시닝 센터 등은 크게 스핀들모터, 척킹장치, 유압탱크 및 가이드 구성 등을 구비하여 수치제어시스템에 의해 동작이 제어되면서 회전절삭작업을 수행하게 된다.

구체적으로 보면, 선반에서 이루어지는 가공작업은 외경절삭, 내경절삭, 테이퍼절삭, 단면절삭, 나사절삭 등이 있으며, 이들은 선반의 주축대에 구비된 척킹장치에 피가공물을 고정시킨 후 스핀들모터로 피가공물을 회전시킴과 동시에 절삭공구로 피가공물의 내경 또는 외경을 절삭 가공하는 작업을 의미한다.

도 1은 종래기술에 의한 선반(10)을 개략적으로 도시한 것으로서, 몸체(11), 척킹장치(12), 공구대(14) 및 절삭공구(15)가 구비되어 있다.

도 2의 경우에는, 심압대(23)가 구비된 종래기술에 의한 선반(20)을 도시하고 있다.

일반적으로, 수치제어시스템은 유압탱크를 이용하여 척킹장치(12)를 구동하고, 스핀들 모터를 통해 피가공물(P)를 회전시키면서 절삭공구(15)를 이용하여 절삭 가공을 수행하게 된다.

그런데 척킹장치(12)가 주축대에 위치하고 있어서, 절삭 가공이 이루어지는 피가공물의 끝 단에서는 진동이 있을 수밖에 없으며 결국 가공 정밀도에 영향을 받게 됨은 물론 중절삭이 불가능해지게 된다.

또한 유압탱크를 이용한 척킹장치(12)의 제어는 온/오프(ON/OFF) 제어로만 이루어지므로, 척킹장치(12)가 오프될 때에는 피가공물의 회전을 일시적으로 멈출 수밖에 없으므로 가공 시간이 많이 소요되는 문제점이 발생된다.

도 3은 가공 정밀도가 요구되는 가공물의 일예를 개략적으로 도시한 도면으로서, 도 3 (a)는 요철이 있는 방추형상의 가공물로서 반도체 장비의 레일 등에 사용되는 부품이고, 도 3 (b)는 다단형상의 가공물로서 쇽업쇼버용 로드(rod) 부품이다.

도 3의 예와 같이, 가공 정밀도가 요구되며, 연속작업으로 중절삭이 이루어져야 하는 경우에는, 도 1의 선반(10)으로는 상기 서술한 바와 같이 중절삭이 불가능함은 물론 가공 시간이 많이 소요되게 된다.

더욱이 도 2의 경우와 같이 심압대가 도 3(a)의 부품을 양쪽에서 밀어내게 되면, 중간에 요철이 형성되어 소재의 두께가 얇아지는 상황에서는 밑으로 쳐져서 변형이 발생되는 문제점도 발생된다.

따라서 가공 정밀도가 요구되는 부품에 대해 진동을 방지하여 중절삭이 가능하면서, 연속작업으로 생산 속도를 높일 수 있는 선반이 절실한 상황이다.

종래에 출원된 특허문헌을 검토해보면, 먼저 공개실용신안공보 실1998-022204호에는 듀얼 척킹 유압회로가 기재되어 있다.

개략적으로 보면, 제1, 2 솔레노이드 밸브를 구비하여 서로 다른 설정 압력에서 척킹실린더를 작동하는 것에 특징이 있는 것으로서, 하나의 압력게이지의 설치가 가능하면서 설치공간을 작게 하는 효과가 있다 하겠다.

그런데 이는 척킹장치의 온/오프 제어에 기반하되, 유압회로의 구성을 개선한 것인바, 이 같은 유압회로를 채용하더라도 피가공물의 회전을 중간에 멈추어야 하는 문제점이 남아 있으며, 더욱이 진동을 방지할 수 있는 구성도 개시되어 있지않다.

두 번째로, 공개실용신안공보 실1999-0015254호에는 다단의 클램핑력을 갖는 척킹장치가 기재되어 있다.

개략적으로 보면, 유압라인에서의 압력이 HIGH, LOW 신호일 때의 클램핑 상태에 따라 유압라인의 경로를 변경하는 것에 특징이 있다 하겠다.

이는 공작물의 재질에 따라 압력을 조절할 수 있다는 점에서 효과적이라고 할 수 있으나, 피가공물의 회전을 중간에 멈추어야 하는 것은 물론, 더욱이 절삭 가공 중에 피가공물의 형상에 따라 정밀하게 압력을 조절하지 못하는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은, 가공 정밀도가 요구되는 부품에 대해, 진동을 방지하여 중절삭이 가능하면서 연속작업으로 생산 속도를 높일 수 있는 선반을 제공함에 있다.

구체적으로 보면, 척킹 장치를 주축대에 설치하지 않고 절삭공구가 위치한 지점과 근접한 위치에 설치하여, 가공단에서의 진동을 방지할 수 있는 선반을 제공함에 있다.

또한 가공하려는 형상에 맞게, 척킹 장치를 구동하는 유압수단을 정밀하게 제어하여 절삭 가공 도중에 척킹 압력을 조절할 수 있는 선반을 제공함에 있다.

또한 서보모터를 별도로 구비하여, 절삭이 이루어는 과정에서 척킹 압력의 조절과 함께 피가공물을 이동하여 위치 제어를 할 수 있는 선반을 제공함에 있다.

본 발명은, 피가공물 표면에서 미리 정한 범위의 절삭 가공이 완료되면, 피가공물의 회전이 멈추지 않은채, 피가공물에 가해지는 척킹 압력이 감소됨과 동시에 다음 범위의 절삭 가공을 위해 피가공물이 위치 이동하는 것을 특징으로 하는, 방진 절삭을 위한 선반을 제공함으로써, 기술적 과제를 해결하고자 한다.

본 발명은, 피가공물을 절삭 가공할 때 척킹장치가 척킹 압력을 증가시키는 단계, 미리 정한 범위의 절삭 가공이 완료되면 척킹장치의 척킹압력이 감소하는 단계, 상기 척킹압력의 감소와 동시에 서보모터가 피가공물을 위치 이동하는 단계를 포함하는 방진 절삭을 위한 선반의 제어 방법을 제공함으로써, 기술적 과제를 해결하고자 한다.

본 발명인 방진 절삭을 위한 선반은, 가공 정밀도가 요구되는 부품에 대해, 진동을 방지하여 중절삭이 가능하면서 연속작업으로 생산 속도를 높일 수 있는 현저한 효과를 보유하고 있다.

본 발명인 방진 절삭을 위한 선반은, 척킹 장치를 주축대에 설치하지 않고 절삭공구가 위치한 지점과 근접한 위치에 설치하여, 가공단에서의 진동을 방지할 수 있는 현저한 효과를 보유하고 있다.

본 발명인 방진 절삭을 위한 선반은, 가공하려는 형상에 맞게, 척킹 장치를 구동하는 유압수단을 정밀하게 제어하여 절삭 가공 도중에 척킹 압력을 조절할 수 있는 현저한 효과를 보유하고 있다.

본 발명인 방진 절삭을 위한 선반은, 서보모터를 별도로 구비하여, 절삭이 이루어는 과정에서 척킹 압력의 조절과 함께 피가공물을 이동하여 위치 제어를 할 수 있는 현저한 효과를 보유하고 있다.

도 1, 2는 종래기술에 의한 선반을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3 (a), (b)는 가공 정밀도가 요구되는 가공물의 일예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선반의 주요 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5 (a), (b)는 접촉가이드부의 일 예의 구성과 동작을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6 (a), (b)는 척킹 장치의 일 예로서의 척킹휠의 구성과 동작을 개략적으로 도시한 도면이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

특별히 정의되는 용어의 정의로서, 피가공물은 절삭가공이 이루어지기 전의 대상물을 의미하며, 가공물은 절삭가공이 완료된 상태의 대상물을 의미한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 도면을 참조하여 설명하기에 앞서, 본 발명의 요지를 드러내기 위해서 필요하지 않은 사항 즉 통상의 지식을 가진 당업자가 자명하게 부가할 수 있는 공지 구성에 대해서는 도시하지 않거나, 구체적으로 기술하지 않았음을 밝혀둔다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선반의 주요 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 선반(100)의 주요 구성은 서보모터(110), 접촉가이드부(120), 척킹장치(130), 절삭공구(140), 제어부(150), 유압수단(160) 및 몸체(170)를 포함한다.

먼저, 제어부(150) 및 유압수단(160)은 몸체(170) 또는 주축대(미도시) 또는 별도의 장치 등에 부가되거나 별개의 구성으로서 형성될 수 있음을 밝혀둔다.

또한 피가공물(P)을 회전하기 위한 스핀들 모터(미도시)가 이미 형성되어 있다는 것을 밝혀둔다.

선반(100)의 몸체(170)는 절삭 가공을 위한 장치들이 장착되는 지지구조물로서, 강도가 우수한 강재로 이루어지며 지면에 대해 수평으로 설치되도록 한다.

설계조건에 따라, 몸체(170)에는 절삭 가공 중에 발생되는 진동에 의한 흔들림을 방지하기 위해 진동 방지를 위한 탄성 부재가 부가되어 마련될 수 있다.

척킹장치(130)는 주축대에 설치하지 않고 절삭공구(140)가 위치한 지점과 근접한 위치에 설치하여, 가공단에서의 진동을 방지할 수 있도록 구성된다.

척킹장치(130)의 척킹 압력은 가공하려는 가공물의 형상에 맞게, 제어부(150)가 유압수단(160)을 통해 절삭 가공 도중에 조절할 수 있도록 구성된다.

일 예로, 도 3 (a)의 요철 형상에 맞게끔 절삭이 이루어지는 과정에서 척킹 압력이 조절되도록 한다.

즉 피가공물(P)이 회전되면서 일정 범위의 절삭이 완료되면, 피가공물(P)이 서보모터(110)에 의해 이동되기 위하여 척킹 압력은 감소하며, 이동 후에는 척킹 압력이 증가하도록 구성된다.

여기에서, 척킹 압력은 피공작물(P)의 형상에 따라, 예를 들어 대략 3kg/㎠ 내지 30kg/㎠ 가 되는 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

유압수단(160)은 유압탱크 및 유압관로 등으로 구성되어 척킹장치(130)의 척킹 압력을 제공하는 수단이다.

설계조건에 따라, 유압탱크는 복수 개가 채용될 수도 있으며, 유압관로도 그에 따라 구성될 수 있음은 물론이다.

서보모터(110)는 피가공물(P)을 밀어내는 동작을 통해 위치이동을 수행하는 기능을 수행하며, 제어부(150)에 의해 동작된다.

즉 절삭이 이루어는 과정에서 일정 범위의 절삭이 완료되면, 피가공물(P)의 회전은 멈추지 않은채 다음 범위의 절삭을 위해서, 서보모터(110)에 의해 피가공물(P)이 위치 이동되도록 구성된다.

접촉가이드부(120)는 서보모터(110)에 연결되어 피가공물(P)이 위치 이동할 때 가이드 역할을 하도록 구성된다.

제어부(150)는 서보모터(110) 및 유압수단(160)을 제어하여, 절삭 가공 중에 척킹장치(130)의 척킹 압력을 조절하고, 피가공물(P)의 위치를 이동시키는 기능을 수행한다.

바람직하게, 제어부(150)는 가공물의 형상에 대응하여 절삭 가공이 이루어질 수 있는 데이터 값, 예를 들어 형상에 대응한 척킹 압력, 시간에 대응되는 척킹 압력 및 위치 이동 변위 등에 대한 값이 미리 저장된 메모리(미도시)를 구비하도록 한다.

도 5 (a), (b)는 접촉가이드부의 일 예의 구성과 동작을 개략적으로 도시한 도면이다.

접촉가이드부(120)는 서보모터(110)에 연결되어 피가공물(P)이 위치 이동할 때 가이드 기능을 수행하는데, 피가공물(P)이 지속적으로 회전하고 있는 상황에서 위치 이동을 가이드 하도록 구성된다.

도 5에 도시된 일 예와 같이, 접촉가이드부(120) 자체가 회전하도록 구성하되, 내부에는 접촉가이드편(121)을 세 개 구성하여, 피공작물(P)의 외주면에서 축방향으로 가압이 자유롭게 형성한다.

예를 들어, 위치 이동을 하지 않을 때에는 접촉가이드편(121)이 약간 헐겁게 하고, 위치 이동을 할 때는 접촉가이드편(121)이 피공작물(P)의 외주면에 약간 압력을 가해 순간적으로 서보모터(110)에 의해 위치 이동이 가능하도록 구성된다.

반면에 설계조건이나 피가공물(P)의 형상에 따라서는, 그 반대의 경우도 가능함을 밝혀둔다.

또한 피가공물(P)의 형상에 맞게 접촉가이드편(121)의 가압 고정이 필요할 때에는 압력을 보다 가할 수 있도록 동작할 수 있음은 물론이다.

도 6 (a), (b)는 척킹 장치의 일 예로서의 척킹휠의 구성과 동작을 개략적으로 도시한 도면이다.

척킹장치(130)의 척킹 압력은 가공하려는 가공물의 형상에 맞게 조절되도록 구성되며, 도 6의 일 예와 같이 척킹휠(131)을 포함하도록 구성될 수 있다.

도면을 참조하면, 척킹장치(130)는 중심에서 일정 간격 서로 이격되어 배치된 3개의 척킹휠(131)을 포함하며, 각각의 척킹휠(131)은 유압에 의해 피가공물(P)을 고정하게 된다.

예를 들어, 절삭 가공 중에 피가공물(P)의 위치 이동이 필요할 때, 상기 척킹휠(131)에 인가되는 유압은 감소되면, 상기 척킹휠(131)은 피가공물(P) 가압하는 상태에서 약간 미끄러지면서 척킹 압력이 감소되며, 이 때에 서보모터(110)에 의하여 피가공물(P)의 위치가 이동된다.

또한 피가공물(P)이 서보모터(110)에 의해 이동된 후에는, 척킹 압력이 다시 증가하여, 척킹휠(131)의 척킹 압력이 증가하도록 구성된다.

도 4 내지 도 6을 이용하여 서술한 선반(100)에서 피가공물(P)을 절삭 가공하는 과정을 설명하면 다음과 같다.

우선, 척킹장치(130)와 접촉가이드부(120)에 피가공물(P)을 정렬한 다음에, 척킹장치(130)의 척킹 압력을 증가하여, 즉 척킹휠(131)을 축방향으로 이동시켜 가압함으로써 상기 공작물을 견고하게 고정한다.

상기 장착된 피가공물(P)이 스핀들 모터(미도시)에 의해 회전하기 시작하면, 상기 척킹장치(130) 및 접촉가이드부(120)는 상기 피가공물(P)과 함께 회전하게 되고, 상기 회전 속도가 정상 속도에 도달하게 되면, 절삭공구(140)는 공작물의 표면을 절삭하기 시작한다.

미리 정한 범위에 대한 절삭 가공이 완료되면, 척킹장치(130)의 척킹횔(131)에 인가되는 가압력이 일시적으로 감소하게 되고, 접촉가이드부(120)의 접촉가이드편(121)에 인가되는 가압력은 일시적으로 증가하게 된다.

이때 서보모터(110)의 전진 동작에 의해, 피가공물(P)의 위치는 이동되며, 설계조건에 따라서, 이동 중 절삭 가공되는 속도와 상기 서보모터(110)에 의해 전진되는 속도는 동일하도록 제어한다.

물론 피가공물(P)의 형상에 대응하여, 절삭 가공 속도와 전진 속도를 별개로 조절할 수 있음은 물론이다.
다시 말해서, 척킹장치(130)의 척킹휠(131)에 인가되는 가압력이(척킹압력)이 감소하게 되면, 이와 동시에, 피가공물(P)과 함께 회전하고 있던 접촉가이드부(120)의 접촉가이드편(121)에 인가되는 가압력이 일시적으로 증가됨으로써 피가공물(P)을 파지하여 회전시키게 되며, 이때 서보모터(110)의 전진 동작에 의해 피가공물(P)의 위치가 이동되는 것이다.

위치 이동 후에는, 척킹장치(130)의 척킹횔(131)에 인가되는 가압력이 다시 증가하고, 접촉가이드부(120)의 접촉가이드편(121)에 인가되는 가압력은 다시 감소하게 되어, 계속적으로 절삭 작업이 이루어지게 된다.

한편, 상기에서 도 1 내지 도 6을 이용하여 서술한 것은, 본 발명의 주요한 사항만을 서술한 것으로, 그 기술적 범위 내에서 다양한 설계가 가능한 만큼, 본 발명이 도 1 내지 도 6의 구성에 한정되는 것이 아님은 자명하다.

10, 20: 선반
11, 21: 몸체
12, 22: 척킹장치
23: 심압대
14: 공구대
15, 25: 절삭공구
100: 선반
110: 서보모터
120: 접촉가이드부
121: 접촉가이드편
130: 척킹장치
131: 척킹휠
140: 절삭공구
150: 제어부
160: 유압수단
170: 몸체
P : 피가공물

Claims (10)

1. 가공 단부에 설치되어 피가공물에 척킹 압력을 가하는 척킹장치;
   상기 척킹장치에 척킹 압력을 제공하는 유압수단;
   피가공물의 위치를 이동시키는 서보모터;
   상기 서보모터와 피가공물 사이에 설치되어 피가공물을 위치 이동할 때 가이드하는 접촉가이드부;
   상기 척킹장치, 유압수단, 서보모터 및 접촉가이드부를 제어하는 제어부;를 포함하고,
   상기 제어부는, 상기 척킹장치의 척킹 압력을 감소시킴과 동시에, 상기 접촉가이드부의 가압력을 증가하고 상기 서보모터가 피가공물의 위치를 이동시키게 하는 것을 특징으로 하는, 방진 절삭을 위한 선반.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 척킹장치는 피가공물을 가압하는 척킹휠;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방진 절삭을 위한 선반.
   
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 접촉가이드부는 피가공물을 가압하는 접촉가이드편;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방진 절삭을 위한 선반.
   
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 척킹 압력의 감소 및 피가공물의 위치 이동의 량은 피가공물의 형상에 대응되어 미리 정해진 것을 특징으로 하는, 방진 절삭을 위한 선반.
   
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 척킹장치는 피가공물을 가압하는 척킹휠;을 포함하고,
   상기 접촉가이드부는 피가공물을 가압하는 접촉가이드편;을 포함하되,
   상기 척킹휠 및 접촉가이드편은 피가공물의 축을 기준으로 3개가 일정 거리 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는, 방진 절삭을 위한 선반.
   
10. 청구항 1에 기재된 방진 절삭을 위한 선반의 제어 방법에 있어서,
    피가공물을 절삭 가공할 때 척킹장치가 척킹 압력을 증가시키는 단계;
    미리 정한 범위의 절삭 가공이 완료되면 척킹장치의 척킹압력이 감소하는 단계;
    상기 척킹압력의 감소와 동시에, 접촉가이드부의 가압력이 증가하고, 서보모터가 피가공물을 위치 이동하는 단계;를 포함하는 방진 절삭을 위한 선반의 제어 방법.

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