KR101180566B1

KR101180566B1 - 공작 기계

Info

Publication number: KR101180566B1
Application number: KR1020107011699A
Authority: KR
Inventors: 아쯔시 이노우에; 사또시 후루따떼; 도모하루 하세가와; 히로유끼 도오마루
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2007-11-29
Filing date: 2008-04-11
Publication date: 2012-09-06
Also published as: EP2228169A4; TWI418428B; US20100310331A1; KR20100080620A; JP2009131924A; EP2228169A1; JP5357419B2; CN101878091A; TW200922718A; US8668414B2; CN101878091B; EP2228169A8; WO2009069325A1

Abstract

공작 기계에 있어서, 베드(11) 상에 컬럼 베이스(12)를 수평 방향으로 이동 가능하게 지지하고, 컬럼 베이스(12) 상에 컬럼(13)을 세워 설치하고, 컬럼(13)의 측면에 새들(14)을 연직 방향으로 이동 가능하게 지지하고, 새들(14)에 램 스톡(15)을 수평 방향으로 이동 가능하게 지지하고, 램 스톡(15)에 주축(16)을 구동 회전 가능하게 지지하여 구성하고, 컬럼(13) 내에 램 스톡(15)과 평행을 이루는 방향을 따라서 웨이트(22)를 이동 가능하게 지지하고, 이 웨이트(22)를 서보 모터(23)에 의해 수평 방향을 따라서 이동 가능하게 하고, NC 장치(25)가, 램 스톡(15)의 이동에 동기하여 서보 모터(23)에 의해 웨이트(22)를 이동하여 컬럼(13)의 밸런스를 조정함으로써, 장치의 소형화 및 공간 절약화를 가능하게 한다.

Description

공작 기계 {MACHINE TOOL}

본 발명은, 예를 들어 수평 보링 밀링 머신(horizontal boring and milling machine) 등의 공작 기계에 관한 것으로, 특히 주축을 갖는 이동체가 수평으로 이동할 때의 밸런스를 조정하는 밸런스 조정 기구를 갖는 공작 기계에 관한 것이다.

예를 들어, 수평 보링 밀링 머신에 있어서, 베드에는 컬럼 베이스가 이 베드의 길이 방향을 따라서 이동 가능하게 지지되어 있고, 이 컬럼 베이스에는 컬럼이 연직 방향을 따라서 설치되어 있다. 그리고, 이 컬럼에는 새들이 연직 방향을 따라서 이동 가능하게 지지되어 있고, 이 새들에는 램 스톡(ram stock)이 컬럼 베이스의 이동 방향과 직교하는 수평 방향을 따라서 이동 가능하게 지지되어 있다. 또한, 램 스톡에는 주축이 구동 회전 가능하게 지지되어 있고, 이 주축의 선단부에 공구가 장착 가능하게 되어 있다.

따라서, 주축의 선단부에 소정의 공구를 장착하는 한편, 테이블의 측방에 피가공물을 보유 지지하고, 이 상태로 주축을 구동 회전하여, 컬럼 베이스를 수평 이동하는 동시에 새들을 연직 이동하고, 또한 램 스톡을 수평 이동함으로써, 공구에 의해 피가공물에 대해 소정의 가공이 행해진다.

그런데, 연직 방향으로 설치된 컬럼에 대해, 공구가 장착된 주축을 갖는 램 스톡이 수평 이동할 때, 컬럼 전체의 종합 무게 중심을 일정하게 유지할 필요가 있다. 그로 인해, 컬럼에 모멘트 밸런스용 웨이트가 설치되어 있고, 램 스톡의 이동 방향과 역방향으로 웨이트를 이동함으로써, 컬럼 전체의 종합 무게 중심을 일정하게 유지하고 있다.

이와 같은 밸런스 장치로서는, 하기 특허 문헌 1에 기재된 것이 있다. 이 특허 문헌 1에 기재된 헤드 스톡의 밸런스 장치는 컬럼의 상단부에 현수 금속 부재를 회전 가능하게 설치하고, 이 현수 금속 부재에 지지된 와이어로프 부재의 일단부를 헤드 스톡에 연결하고, 와이어로프 부재의 타단부를 웨이트에 연결함으로써, 헤드 스톡이 전방으로 이동할 때, 웨이트가 후방으로 이동하여 컬럼 전체의 종합 무게 중심을 일정하게 유지하는 것이다.

특허 문헌 1 : 일본 특허 공고 소62-047125호 공보

상술한 종래의 헤드 스톡의 밸런스 장치에서는 컬럼의 상방으로 돌출되어 현수 금속 부재를 회전 가능하게 설치하고, 이 현수 금속 부재로부터 수직 하강된 와이어로프 부재의 단부를 헤드 스톡과 웨이트에 연결하고 있다. 그로 인해, 현수 금속 부재나 와이어로프 부재가 컬럼의 외측으로 돌출되게 되어, 장치가 대형화되어 버린다고 하는 문제가 있다. 또한, 헤드 스톡의 이동에 수반하여 현수 금속 부재나 와이어로프 부재가 이동하므로, 다른 설비와의 간섭을 고려하여 작업 스페이스를 크게 확보할 필요가 있어, 공작 기계의 설비에 제약을 받거나, 공작 기계 전체의 수용 스페이스가 커져 버린다. 또한, 안전면에서 보아도, 주위에 방호책 등을 배치할 필요가 있어, 장치가 대규모의 것으로 되는 동시에, 불필요한 스페이스가 필요해진다.

본 발명은 상술한 과제를 해결하는 것으로, 장치의 소형화 및 공간 절약화를 가능하게 하는 공작 기계를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 청구항 1의 발명의 공작 기계는, 공작 기계 본체와, 상기 공작 기계 본체에 대해 수평 방향을 따라서 이동 가능하게 지지되는 수평 이동체와, 상기 수평 이동체에 구동 회전 가능하게 지지되는 동시에 선단부에 공구를 장착 가능한 주축을 갖는 공작 기계이며, 상기 공작 기계 본체 내에 상기 수평 이동체와 평행을 이루는 방향을 따라서 이동 가능하게 지지되는 웨이트와, 상기 웨이트를 수평 방향을 따라서 이동시키는 웨이트 이동 수단과, 상기 수평 이동체의 이동에 동기하여 상기 웨이트 이동 수단에 의해 상기 웨이트를 이동시킴으로써 상기 수평 이동체의 밸런스를 조정하는 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.

청구항 2의 발명의 공작 기계에서는, 상기 공작 기계 본체에 대해 연직 방향을 따라서 연직 이동체가 이동 가능하게 지지되고, 상기 연직 이동체에 상기 수평 이동체가 수평 방향을 따라서 이동 가능하게 지지되고, 상기 웨이트는 상기 공작 기계 본체의 내부에 연직 방향을 따라서 배치되는 중량물인 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 3의 발명의 공작 기계에서는, 상기 웨이트는 회전 가능하게 지지되어 직경 방향으로 복수의 환상실(環狀室)이 병설되는 동시에 상기 복수의 환상실에 소정량의 유체가 봉입되는 회전체와, 상기 회전체를 소정 속도로 회전시키는 회전체 구동 수단을 갖는 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 4의 발명의 공작 기계에서는, 상기 웨이트는 상기 공작 기계의 내부에 연직 방향을 따라서 배치되는 중량물인 제1 웨이트와, 직경 방향으로 복수의 환상실이 병설되는 동시에 상기 복수의 환상실에 소정량의 유체가 봉입되어 회전 가능한 회전체인 제2 웨이트를 갖는 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 5의 발명의 공작 기계에서는, 상기 수평 이동체의 선단부에 어태치먼트를 통해 공구가 장착 가능하고, 상기 웨이트는 상기 어태치먼트 및 상기 공구의 중량에 따라서 중량이 조정 가능한 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 1의 발명의 공작 기계에 따르면, 공작 기계 본체 내에 수평 이동체와 평행을 이루는 방향을 따라서 웨이트를 이동 가능하게 지지하고, 이 웨이트를 웨이트 이동 수단에 의해 수평 방향을 따라서 이동 가능하게 하고, 제어 수단이, 수평 이동체의 이동에 동기하여 웨이트 이동 수단에 의해 웨이트를 이동함으로써 수평 이동체의 밸런스를 조정하도록 하고 있다. 따라서, 웨이트를 공작 기계 본체 내에 이동 가능하게 수용함으로써, 공작 기계 본체의 외측으로의 돌출물이 없어져, 장치를 소형화할 수 있고, 또한 수평 이동체의 이동에 동기하여 웨이트를 수평 이동시킴으로써, 웨이트가 다른 설비와 간섭하지 않고, 작업 스페이스가 감소하여 공간 절약화를 가능하게 할 수 있다.

청구항 2의 발명의 공작 기계에 따르면, 공작 기계 본체에 대해 연직 방향을 따라서 연직 이동체를 이동 가능하게 지지하고, 이 연직 이동체에 수평 이동체를 수평 방향을 따라서 이동 가능하게 지지하고, 웨이트를 공작 기계 본체의 내부에 연직 방향을 따라서 배치하는 중량물로 하므로, 웨이트를 공작 기계 본체의 내부에 효율적으로 배치함으로써, 공작 기계 본체의 종합 무게 중심을 일정하게 유지할 수 있다.

청구항 3의 발명의 공작 기계에 따르면, 웨이트로서, 회전 가능하게 지지되어 직경 방향으로 복수의 환상실이 병설되는 동시에 복수의 환상실에 소정량의 유체가 봉입되는 회전체와, 회전체를 소정 속도로 회전시키는 회전체 구동 수단을 설치하므로, 회전체 구동 수단에 의해 회전체를 회전시키면, 각 환상실 내의 유체가 외주측으로 이동하여 회전체 전체의 질량이 증가하게 되어, 저중량의 웨이트에 의해 대중량의 수평 이동체와의 중량 밸런스를 조정할 수 있고, 또한 장치의 소형화를 가능하게 할 수 있다.

청구항 4의 발명의 공작 기계에 따르면, 웨이트를, 공작 기계의 내부에 연직 방향을 따라서 배치되는 중량물인 제1 웨이트와, 직경 방향으로 복수의 환상실이 병설되는 동시에 복수의 환상실에 소정량의 유체가 봉입되어 회전 가능한 회전체인 제2 웨이트에 의해 구성하므로, 웨이트를, 규정 중량의 제1 웨이트와, 가변 중량의 제2 웨이트에 의해 구성함으로써, 공작 기계 본체의 중량 밸런스를 적정한 중량 범위로 조정할 수 있는 한편, 장치의 소형화를 가능하게 할 수 있다.

청구항 5의 발명의 공작 기계에 따르면, 수평 이동체의 선단부에 어태치먼트를 통해 공구를 장착 가능하게 하고, 웨이트의 중량을 어태치먼트 및 공구의 중량에 따라서 조정 가능하게 하므로, 어태치먼트나 공구의 중량에 따라서 웨이트의 중량이 조정됨으로써, 어태치먼트나 공구를 장착한 수평 이동체의 중량에 대해, 적정한 중량의 웨이트로 조정할 수 있어, 장치의 소형화를 가능하게 할 수 있는 동시에, 범용성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 관한 공작 기계로서의 수평 보링 밀링 머신의 평면도이다.
도 2는 제1 실시예의 수평 보링 밀링 머신 정면도이다.
도 3은 제1 실시예의 수평 보링 밀링 머신을 도시하는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 관한 공작 기계로서의 수평 보링 밀링 머신의 평면도이다.
도 5는 제2 실시예의 수평 보링 밀링 머신에 장착된 웨이트의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 관한 공작 기계로서의 수평 보링 밀링 머신의 평면도이다.

이하에 첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 관한 공작 기계의 적절한 실시예를 상세하게 설명한다. 또한, 본 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

(제1 실시예)

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 관한 공작 기계로서의 수평 보링 밀링 머신의 평면도, 도 2는 제1 실시예의 수평 보링 밀링 머신 정면도, 도 3은 제1 실시예의 수평 보링 밀링 머신을 도시하는 개략도이다.

제1 실시예의 수평 보링 밀링 머신에 있어서, 도 3에 도시한 바와 같이, 소정의 위치에 설치되는 베드(11)는 그 상면에 한 쌍의 가이드 레일(11a)이 형성되어 있고, 컬럼 베이스(12)가 이 가이드 레일(11a)에 의해 베드(11)의 길이 방향을 따라서 이동 가능하게 지지되어 있다. 컬럼 베이스(12)는 상면에 상자 형상을 이루는 컬럼(공작 기계 본체)(13)이 연직 방향을 따라서 배치되어 있다. 그리고, 이 컬럼(13)은 그 측면에 한 쌍의 가이드 레일(13a)이 형성되어 있고, 새들(연직 이동체)(14)이 이 가이드 레일(13a)에 의해 연직 방향을 따라서 이동 가능하게 지지되어 있다. 새들(14)은 그 측면에 한 쌍의 가이드 레일(14a)이 형성되어 있고, 램 스톡(수평 이동체)(15)이 이 가이드 레일(14a)에 의해 컬럼 베이스(12)의 이동 방향과 직교하는 수평 방향을 따라서 이동 가능하게 지지되어 있다. 그리고, 이 램 스톡(15)에는 램 스톡(15)의 이동 방향과 평행을 이루는 방향을 따라서 주축(16)이 관통하여, 도시하지 않은 베어링에 의해 회전 가능하게 지지되는 동시에, 이 램 스톡(15)에 내장된 구동 모터에 의해 구동 회전 가능하게 되어 있다. 이 주축(16)은 단부가 램 스톡(15)으로부터 외측으로 돌출되어 있고, 공구를 장착 가능하게 되어 있다. 또한, 램 스톡(15)의 선단부에는 도시하지 않은 어태치먼트를 통해 공구를 장착 가능하게 되어 있다.

따라서, 주축(16)의 선단부에 소정의 공구를 장착하는 한편, 테이블(11)의 측방에 피가공물을 보유 지지하고, 이 상태에서, 주축(16)을 구동 회전하여, 컬럼 베이스(12)를 수평 이동하는 동시에 새들(14)을 연직 이동하고, 또한 램 스톡(15)을 수평 이동함으로써, 공구에 의해 피가공물에 대해 소정의 가공을 행할 수 있다.

이 경우, 컬럼 베이스(12) 및 새들(14)은 도시하지 않은 구동 장치에 의해 이동 가능하고, 램 스톡(15)은 구동 모터(17)(도 1 참조)에 의해 이동 가능하게 되어 있다.

또한, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 컬럼(13)은 중공 형상을 이루고, 내부에 수평한 지지면(21)이 형성되고, 이 지지면(21)에 램 스톡(15)의 이동 방향과 평행을 이루는 가이드 레일(21a)이 부설되고, 이 가이드 레일(21a)을 따라서 웨이트(22)가 수평 이동 가능하게 지지되어 있다. 이 웨이트(22)는 지지면(21)으로부터 연직 방향에 있어서의 상방에 세워 설치되고, 램 스톡(15)의 중량에 대응한 중량을 갖는 철제의 중량물로, 컬럼(13) 내에 수용되어 있다.

또한, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 컬럼(13)의 지지면(21)에는 서보 모터(웨이트 이동 수단)(23)가 고정되어 있고, 이 서보 모터(23)의 출력축에 고정 연결된 볼 나사(24)가 웨이트(22)에 나사 결합되어 있다. 따라서, 이 서보 모터(24)를 구동함으로써, 볼 나사(24)를 회전 구동하고, 이 볼 나사(24)가 나사 결합하는 웨이트(22)를 가이드 레일(21a)을 따라서 수평 왕복 이동할 수 있다. 또한, 이 서보 모터(23)는 출력축의 회전 속도나 회전 위치 등을 목표치로 한 피드백(클로즈드 루프) 제어가 가능한 전동기이고, 예를 들어 영구 자석식 교류 동기 모터(브러시리스 DC 모터)이다.

본 발명의 제어 수단으로서의 NC(Numerical Control machining) 장치(25)는, 미리 설정된 NC 프로그램 데이터에 기초하여, 컬럼 베이스(12), 새들(14), 램 스톡(15), 주축(16) 등을 수치 제어 가능하다. 즉, NC 장치(25)는 NC 프로그램 데이터에 기초하여 구동 모터(17)를 구동 제어함으로써, 램 스톡(15)의 이동을 제어 가능하게 되어 있다. 또한, NC 장치(25)는 이 램 스톡(15)의 이동에 동기하여 서보 모터(23)를 구동 제어함으로써, 웨이트(22)를 이동하여 램 스톡(15)의 밸런스를 조정, 즉 컬럼(13)의 밸런스를 조정하여, 이 컬럼(13) 전체의 종합 무게 중심이 일정해지도록 조정한다.

이 경우, 컬럼(13)의 무게 중심을 G, 램 스톡(15)의 무게 중심을 Gr, 웨이트의 무게 중심을 Gw, 램 스톡(15)의 질량을 mr, 웨이트의 질량을 mw, 컬럼(13)의 무게 중심(G)으로부터 램 스톡(15)의 무게 중심(Gr)까지의 거리를 Lr, 컬럼(13)의 무게 중심(G)으로부터 웨이트의 무게 중심(Gw)까지의 거리를 Lw로 하면, NC 장치(25)는 하기 수식이 성립되도록, 구동 모터(17)의 구동 제어에 대해, 서보 모터(23)를 구동 제어한다.

Lw ＝ (mr/mw)ㆍLr

따라서, NC 장치(25)는 NC 프로그램 데이터에 기초하여, 구동 모터(17)를 구동 제어하여 램 스톡(15)을 이동하여, 소정의 가공을 행하는 한편, 이 램 스톡(15)의 이동에 따라서, 서보 모터(23)를 구동 제어하여 웨이트(22)를 램 스톡(15)과 역방향으로 이동하여, 컬럼(13) 전체의 종합 무게 중심이 일정해지도록 한다.

또한, 본 실시예의 수평 보링 밀링 머신에서는 램 스톡(15)의 주축(16)에 대해 공구가 장착 가능하지만, 램 스톡(15)의 선단부에 어태치먼트를 통해 공구가 장착 가능하고, 이 어태치먼트는 가공 방법이나 공구의 종류에 따라서 그 형상이나 중량이 다르다. 그로 인해, 예를 들어, 도 2에 2점 쇄선으로 나타낸 바와 같이, 웨이트(22)를, 분할 웨이트(22a, 22b, 22c …)로 구성함으로써, 컬럼(13)에 탑재하는 웨이트(22)의 총 중량을, 어태치먼트나 공구의 중량에 따라서 조정 가능하도록 해도 좋다.

이와 같이 제1 실시예의 수평 보링 밀링 머신에 있어서는, 베드(11) 상에 컬럼 베이스(12)를 수평 방향으로 이동 가능하게 지지하고, 컬럼 베이스(12) 상에 컬럼(13)을 세워 설치하고, 컬럼(13)의 측면에 새들(14)을 연직 방향으로 이동 가능하게 지지하고, 새들(14)에 램 스톡(15)을 수평 방향으로 이동 가능하게 지지하고, 램 스톡(15)에 주축(16)을 구동 회전 가능하게 지지하여 구성하고, 컬럼(13) 내에 램 스톡(15)과 평행을 이루는 방향을 따라서 웨이트(22)를 이동 가능하게 지지하고, 이 웨이트(22)를 서보 모터(23)에 의해 수평 방향을 따라서 이동 가능하게 하고, NC 장치(25)가, 램 스톡(15)의 이동에 동기하여 서보 모터(23)에 의해 웨이트(22)를 이동함으로써 컬럼(13)의 밸런스를 조정하도록 하고 있다.

따라서, 웨이트(22)를 컬럼(13) 내에 이동 가능하게 수용함으로써, 이 컬럼(13)으로부터 외측으로의 돌출물이 없어져, 장치를 소형화할 수 있고, 또한 램 스톡(15)의 이동에 동기하여 컬럼(13) 내에서 웨이트(22)를 수평 이동시켜 컬럼(13)의 중량 밸런스를 조정함으로써, 이 웨이트(22)가 다른 설비와 간섭하는 일은 없고, 작업 스페이스가 감소하여 공간 절약화를 가능하게 할 수 있다.

또한, 제1 실시예의 수평 보링 밀링 머신에서는, 컬럼(13)에 대해 새들(14)을 연직 방향을 따라서 이동 가능하게 지지하고, 이 새들(14)에 램 스톡(15)을 수평 방향을 따라서 이동 가능하게 지지하고, 웨이트(22)를 컬럼(13)의 내부에 연직 방향을 따라서 배치하는 중량물로 하고 있다. 따라서, 웨이트(22)를 컬럼(13)의 내부에 효율적으로 배치함으로써, 컬럼(13)의 밸런스를 조정하는 데 필요한 충분한 중량을 확보할 수 있어, 램 스톡(15)을 포함한 컬럼(13) 전체의 종합 무게 중심을 일정하게 유지할 수 있고, 또한 컬럼(13)이 수평 방향으로 대형화되지 않아, 공간 절약화를 가능하게 할 수 있다.

또한, 제1 실시예의 수평 보링 밀링 머신에서는, 주축(16)의 선단부에 공구를 장착 가능하게 하거나, 램 스톡(15)의 선단부에 어태치먼트를 통해 공구를 장착 가능하게 하고, 웨이트(22)를 분할 웨이트(22a, 22b, 22c …)로 구성하여, 어태치먼트나 공구의 중량에 따라서 웨이트(22)의 중량을 조정 가능하게 하고 있다. 따라서, 어태치먼트나 공구를 장착한 램 스톡(15)의 중량 변화에 대해, 분할 웨이트(22a, 22b, 22c …)를 착탈하여 웨이트(22)의 중량을 조정할 수 있고, 장치의 소형화를 가능하게 할 수 있는 동시에, 범용성을 향상시킬 수 있다.

(제2 실시예)

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 관한 공작 기계로서의 수평 보링 밀링 머신의 평면도, 도 5는 제2 실시예의 수평 보링 밀링 머신에 장착된 웨이트의 개략도이다. 또한, 전술한 실시예에서 설명한 바와 같은 기능을 갖는 부재에는 동일한 번호를 부여하여 중복되는 설명은 생략한다.

제2 실시예의 수평 보링 밀링 머신에 있어서, 도 4에 도시한 바와 같이, 도시하지 않은 컬럼 베이스(12)에 세워 설치된 컬럼(13)에는 새들(14)이 가이드 레일(12a)을 따라서 연직 방향으로 이동 가능하게 지지되고, 이 새들(14)에는 램 스톡(15)이 가이드 레일(14a)을 따라서 수평 방향으로 이동 가능하게 지지되어 있다. 그리고, 램 스톡(15)에는 주축(16)이 구동 회전 가능하게 지지되고, 이 주축(16)의 선단부에는 공구가 장착 가능하게 되어 있다. 또한, 램 스톡(15)의 선단부에는, 도시하지 않은 어태치먼트를 통해 공구가 장착 가능하게 되어 있다. 이 경우, 램 스톡(15)은 구동 모터(17)에 의해 이동 가능하게 되어 있다.

컬럼(13)은 중공 형상을 이루고, 지지면(21)에 램 스톡(15)의 이동 방향과 평행을 이루는 가이드 레일(21a)이 부설되고, 이 가이드 레일(21a)을 따라서 웨이트(31)가 수평 이동 가능하게 지지되어 있다. 또한, 컬럼(13)의 지지면(21)에는 서보 모터(23)가 고정되어 있고, 이 서보 모터(23)의 출력축에 고정 연결된 볼 나사(24)가 웨이트(31)에 나사 결합되어 있다. 따라서, 이 서보 모터(23)를 구동함으로써, 볼 나사(24)를 통해 웨이트(31)를 가이드 레일(21a)을 따라서 수평 왕복 이동할 수 있다.

상술한 웨이트(31)는 회전 가능하게 지지되어 직경 방향으로 복수의 환상실이 병설되는 동시에 각 환상실에 소정량의 유체가 봉입되는 회전체(32)와, 이 회전체(32)를 소정 속도로 회전시키는 구동 모터(회전체 구동 수단)(33)로 구성되어 있고, 회전체(32)의 회전 축심이 수평 방향을 따르도록 배치되어 있다. 즉, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 컬럼(13)의 지지면(21)에 부설된 가이드 레일(21a)에는 웨이트(31)의 하우징(34)이 이동 가능하게 지지되어 있다. 이 하우징(34)은 상자형 중공 형상을 이루고, 내부에 구동 모터(33)가 고정되어 있고, 이 구동 모터(33)의 출력축(33a)에 회전체(32)가 고정 연결되어 있다. 이 회전체(32)는 상방이 개방되는 원통 형상을 이루는 케이스(35) 내에, 직경이 다른 복수(본 실시예에서는, 3개)의 링 형상을 이루는 구획판(36a, 36b, 36c)이 고정되고, 상부에 원판 형상을 이루는 덮개(37)가 고정됨으로써 구성되어 있다. 또한, 케이스(35)와 구획판(36a, 36b, 36c)과 덮개(37)의 접촉부에는 시일 부재로서의 O링(38)이 장착되어 있다.

그로 인해, 케이스(35)와 구획판(36a, 36b, 36c)과 덮개(37)에 의해 복수의 환상실(39a, 39b, 39c)이 직경 방향으로 구획되게 되고, 이 각 환상실(39a, 39b, 39c)에 소정량의 유체로서의 물이 봉입되어 있다.

따라서, 구동 모터(33)에 의해 회전체(32)를 회전시키면, 각 환상실(39a, 39b, 39c)에 봉입되어 있는 물이 그 원심력에 의해 외주측의 벽면에 붙게 되어, 회전체(32)의 체적에 물의 밀도를 승산한 질량이 발생하여, 회전체(32) 전체의 질량이 증가한다. 즉, 물의 밀도를 ρ, 회전체(32)[환상실(39a, 39b, 39c)]의 각 반경을 Ra, Rb, Rc, 회전체(32)[환상실(39a, 39b, 39c)]의 깊이를 L로 하면, 회전체(32)가 회전할 때, 이 회전체(32)에 봉입된 물에 의한 부가 질량(mf)은 하기 수식에 의해 산출된 것으로 된다.

mf ＝ π × ρ × (Ra² ＋ Rb² ＋ Rc²) × L

이 수식으로 산출되는 부가 질량(mf)은 회전체(32)의 각 환상실(39a, 39b, 39c)을 만수로 했을 때의 질량과 동등하고, 복수의 환상실(39a, 39b, 39c)을 형성함으로써, 물이 없는 복수의 공동부를 설치하여, 회전체(32)의 정지 시의 질량을 저감시킬 수 있다.

이 경우, 예를 들어, 회전체의 반경 ＝ 0.25m, 높이 ＝ 0.2m로 하고, 5층의 환상실을 형성하여 물을 봉입하고, 이때의 회전체의 질량이 약 5㎏일 때, 이 회전체를 소정 속도 이상으로 회전시키면, 질량은 약 120㎏으로 되어, 물의 질량을 1/24로 감소시킬 수 있다.

또한, 회전체(32)에 형성된 각 환상실(39a, 39b, 39c)에, 소정량의 유체로서 물을 봉입하였지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 유체로서, 갈린스탄(Galinstan)(갈륨, 인듐, 주석의 공정 합금), 수은 등을 사용함으로써, 한층 경량화를 가능하게 할 수 있다.

또한, NC 장치(25)는 미리 설정된 NC 프로그램 데이터에 기초하여, 컬럼(13)에 대해 새들(14), 램 스톡(15), 주축(16) 등을 수치 제어 가능하다. 즉, NC 장치(25)는 NC 프로그램 데이터에 기초하여 구동 모터(17)를 구동 제어함으로써, 램 스톡(15)의 이동을 수치 제어 가능하게 되어 있다. 또한, NC 장치(25)는 웨이트(31)의 구동 모터(33)를 구동함으로써, 회전체(32)를 회전시켜, 부가 질량을 발생시키는 것이 가능하게 되어 있다. 그리고, NC 장치(25)는 이 램 스톡(15)의 이동에 동기하여 서보 모터(23)를 구동 제어함으로써, 부가 질량이 발생한 웨이트(31)를 이동하여 램 스톡(15)의 밸런스를 조정, 즉 컬럼(13)의 밸런스를 조정하여, 이 컬럼(13) 전체의 종합 무게 중심이 일정해지도록 조정한다.

따라서, NC 장치(25)는, 우선 구동 모터(33)에 의해 회전체(32)를 소정의 속도 이상으로 회전시킴으로써, 회전체(32)에 봉입된 물에 부가 질량을 발생시킴으로써, 웨이트(31) 전체의 질량을 증가시킨다. 다음에, NC 장치(25)는 이 상태에서, NC 프로그램 데이터에 기초하여, 구동 모터(17)를 구동 제어하고 램 스톡(15)을 이동하여, 소정의 가공을 행하는 한편, 이 램 스톡(15)의 이동에 따라서, 서보 모터(23)를 구동 제어하여 웨이트(31)를 램 스톡(15)과 역방향으로 이동하여, 컬럼(13) 전체의 종합 무게 중심이 일정해지도록 한다.

이와 같이 제2 실시예의 수평 보링 밀링 머신에 있어서는, 컬럼(13)의 측면에 새들(14)을 연직 방향으로 이동 가능하게 지지하고, 새들(14)에 램 스톡(15)을 수평 방향으로 이동 가능하게 지지하고, 램 스톡(15)에 주축(16)을 구동 회전 가능하게 지지하여 구성하고, 컬럼(13) 내에 웨이트(31)를 이동 가능하게 지지하고, 이 웨이트(31)를, 회전 가능하게 지지되어 직경 방향으로 복수의 환상실(39a, 39b, 39c)이 병설되는 동시에 각 환상실(39a, 39b, 39c)에 물이 봉입된 회전체(32)와, 이 회전체(32)를 소정 속도로 회전시키는 구동 모터(33)로 구성하고, 웨이트(31)를 서보 모터(23)에 의해 수평 방향을 따라서 이동 가능하게 하고, NC 장치(25)가, 램 스톡(15)의 이동에 동기하여 서보 모터(23)에 의해 웨이트(31)를 이동시킴으로써 컬럼(13)의 밸런스를 조정하도록 하고 있다.

따라서, 웨이트(31)를 컬럼(13) 내에 이동 가능하게 수용함으로써, 이 컬럼(13)으로부터 외측으로의 돌출물이 없어져, 장치를 소형화할 수 있고, 또한 램 스톡(15)의 이동에 동기하여 컬럼(13) 내에서 웨이트(31)를 수평 이동시켜 컬럼(13)의 중량 밸런스를 조정함으로써, 이 웨이트(31)가 다른 설비와 간섭하는 일이 없어, 작업 스페이스가 감소하여 공간 절약화를 가능하게 할 수 있다.

또한, 제2 실시예의 수평 보링 밀링 머신에서는 복수의 환상실(39a, 39b, 39c)에 물이 봉입되어 회전 가능한 회전체(32)와, 이 회전체(32)를 소정 속도로 회전시키는 구동 모터(33)에 의해 웨이트(31)를 구성하고 있다. 따라서, 구동 모터(33)에 의해 회전체(32)를 회전시키면, 각 환상실(39a, 39b, 39c) 내의 물이 외주측으로 이동하여 회전체(32) 전체의 질량이 증가하게 되고, 회전체(32)의 정지 시의 질량을 감소시킴으로써, 저중량의 웨이트(31)에 의해 대중량의 램 스톡(15)과의 중량 밸런스를 조정할 수 있어, 한층 장치의 소형화를 가능하게 할 수 있다.

또한, 상술한 제2 실시예에서는, 웨이트(31)를 구성하는 회전체(32)의 내부에 3개의 환상실(39a, 39b, 39c)을 형성하고, 여기서 물을 봉입하였지만, 환상실의 개수는 회전체의 크기, 또는 램 스톡(15)의 중량 등에 따라서 적절하게 설정하면 좋다.

또한, 본 실시예의 수평 보링 밀링 머신에서는, 램 스톡(15)의 주축(16)에 대해 공구가 장착 가능하지만, 램 스톡(15)의 선단부에 어태치먼트를 통해 공구가 장착 가능하고, 이 어태치먼트는 가공 방법이나 공구의 종류에 따라서 그 형상이나 중량이 다르다. 그로 인해, 예를 들어, 웨이트(31)를 구성하는 회전체(32)의 내부에 복수의 환상실을 형성해 두고, 각 환상실로 유체를 공급 또는 배출함으로써, 회전에 의해 질량이 증감하는 환상실의 개수를 조정하여, 컬럼(13)에 탑재하는 웨이트(31)의 총 중량을, 어태치먼트나 공구의 중량에 따라서 조정 가능하게 해도 좋다.

(제3 실시예)

도 6은 본 발명의 제3 실시예에 관한 공작 기계로서의 수평 보링 밀링 머신의 평면도이다. 또한, 전술한 실시예에서 설명한 바와 같은 기능을 갖는 부재에는 동일한 번호를 부여하여 중복되는 설명은 생략한다.

제3 실시예의 수평 보링 밀링 머신에 있어서, 도 6에 도시한 바와 같이, 도시하지 않은 컬럼 베이스에 세워 설치된 컬럼(13)에는 새들(14)이 가이드 레일(12a)을 따라서 연직 방향으로 이동 가능하게 지지되고, 이 새들(14)에는 램 스톡(15)이 가이드 레일(14a)을 따라서 수평 방향으로 이동 가능하게 지지되어 있다. 그리고, 램 스톡(15)에는 주축(16)이 구동 회전 가능하게 지지되고, 이 주축(16)의 선단부에는 공구가 장착 가능하게 되어 있다. 이 경우, 램 스톡(15)은 구동 모터(17)에 의해 이동 가능하게 되어 있다.

컬럼(13)은 중공 형상을 이루고, 지지면(21)에 램 스톡(15)의 이동 방향과 평행을 이루는 가이드 레일(21a)이 부설되고, 이 가이드 레일(21a)을 따라서 웨이트(41)가 수평 이동 가능하게 지지되어 있다. 또한, 컬럼(13)의 지지면(21)에는 서보 모터(23)가 고정되어 있고, 이 서보 모터(23)의 출력축에 고정 연결된 볼 나사(24)가 웨이트(41)에 나사 결합되어 있다. 따라서, 이 서보 모터(24)를 구동함으로써, 볼 나사(24)를 통해 웨이트(41)를 가이드 레일(21a)을 따라서 수평 왕복 이동할 수 있다.

상술한 웨이트(41)는 컬럼(13) 내에 수용되어 있고, 철제의 중량물인 제1 웨이트(42)와, 직경 방향으로 복수의 환상실이 병설되는 동시에 각 환상실에 소정량의 유체가 봉입되어 회전 가능한 회전체인 제2 웨이트(43)로 구성되어 있다. 이 경우, 제1 웨이트(42)는 제1 실시예에서 설명한 웨이트(22)와 동일한 구성을 이루고, 제2 웨이트(43)는 회전체(43)와 구동 모터(44)를 갖고, 제2 실시예에서 설명한 웨이트(31)와 동일한 구성을 이루고 있고, 하우징(45) 내에 수용되어 일체로 구성되어 있다. 여기서는, 제1 웨이트(42) 및 제2 웨이트(43)에 있어서의 상세한 설명은 생략한다.

따라서, 구동 모터(44)에 의해 회전체(43)를 회전시키면, 각 환상실에 봉입되어 있는 유체가 그 원심력에 의해 외주측의 벽면에 붙게 되어, 회전체(43)의 체적에 유체의 밀도를 승산한 질량이 발생하여, 회전체(43) 전체의 질량이 증가한다.

또한, NC 장치(25)는 미리 설정된 NC 프로그램 데이터에 기초하여, 컬럼(13)에 대해 새들(14), 램 스톡(15), 주축(16) 등을 수치 제어 가능하다. 즉, NC 장치(25)는 NC 프로그램 데이터에 기초하여 구동 모터(17)를 구동 제어함으로써, 램 스톡(15)의 이동을 수치 제어 가능하게 되어 있다. 또한, NC 장치(25)는 웨이트(41)의 구동 모터(44)를 구동함으로써, 회전체(43)를 회전시켜, 부가 질량을 발생하는 것이 가능하게 되어 있다. 그리고, NC 장치(25)는 이 램 스톡(15)의 이동에 동기하여 서보 모터(23)를 구동 제어함으로써, 부가 질량이 발생한 웨이트(41)를 이동하여 램 스톡(15)의 밸런스를 조정, 즉 컬럼(13)의 밸런스를 조정하여, 이 컬럼(13) 전체의 종합 무게 중심이 일정해지도록 조정한다.

따라서, NC 장치(25)는, 우선 구동 모터(44)에 의해 회전체(43)를 소정의 속도 이상으로 회전시킴으로써, 회전체(43)에 봉입된 물에 부가 질량을 발생시킴으로써, 웨이트(41) 전체의 질량을 증가시킨다. 다음에, NC 장치(25)는 이 상태에서, NC 프로그램 데이터에 기초하여, 구동 모터(17)를 구동 제어하여 램 스톡(15)을 이동시켜, 소정의 가공을 행하는 한편, 이 램 스톡(15)의 이동에 따라서, 서보 모터(23)를 구동 제어하여 웨이트(41)를 램 스톡(15)과 역방향으로 이동하여, 컬럼(13) 전체의 종합 무게 중심이 일정해지도록 한다.

이와 같이 제3 실시예의 수평 보링 밀링 머신에 있어서는, 컬럼(13)의 측면에 새들(14)을 연직 방향으로 이동 가능하게 지지하고, 새들(14)에 램 스톡(15)을 수평 방향으로 이동 가능하게 지지하고, 램 스톡(15)에 주축(16)을 구동 회전 가능하게 지지하여 구성하고, 컬럼(13) 내에 웨이트(41)를 이동 가능하게 지지하고, 이 웨이트(41)를, 철제의 중량물인 제1 웨이트(42)와, 직경 방향으로 복수의 환상실이 병설되는 동시에 각 환상실에 소정량의 유체가 봉입되어 회전 가능한 회전체인 제2 웨이트(43)로 구성하고, 웨이트(41)를 서보 모터(23)에 의해 수평 방향을 따라서 이동 가능하게 하고, NC 장치(25)가 램 스톡(15)의 이동에 동기하여 서보 모터(23)에 의해 웨이트(41)를 이동시킴으로써 컬럼(13)의 밸런스를 조정하도록 하고 있다.

따라서, 웨이트(41)를 컬럼(13) 내에 이동 가능하게 수용함으로써, 이 컬럼(13)으로부터 외측으로의 돌출물이 없어져, 장치를 소형화할 수 있고, 또한 램 스톡(15)의 이동에 동기하여 컬럼(13) 내에서 웨이트(41)를 수평 이동시켜 컬럼(13)의 중량 밸런스를 조정함으로써, 이 웨이트(41)가 다른 설비와 간섭하는 일은 없어, 작업 스페이스가 감소하여 공간 절약화를 가능하게 할 수 있다.

또한, 제3 실시예의 수평 보링 밀링 머신에서는, 웨이트(41)를, 컬럼(13)의 내부에 연직 방향을 따라서 배치되는 중량물인 제1 웨이트(42)와, 직경 방향으로 복수의 환상실이 병설되는 동시에 복수의 환상실에 소정량의 유체가 봉입되어 회전 가능한 회전체인 제2 웨이트(43)에 의해 구성하고 있다. 따라서, 웨이트(41)를, 규정 중량의 제1 웨이트(42)와, 가변 중량의 제2 웨이트(43)에 의해 구성함으로써, 컬럼(13)의 중량 밸런스를 적정한 중량 범위 중에서 조정할 수 있는 한편, 장치의 소형화를 가능하게 할 수 있다.

즉, 본 실시예의 수평 보링 밀링 머신에서는, 램 스톡(15)의 주축(16)에 대해 공구가 장착 가능하지만, 램 스톡(15)의 선단부에 어태치먼트를 통해 공구가 장착 가능하고, 이 어태치먼트는 가공 방법이나 공구의 종류에 따라서 그 형상이나 중량이 다르다. 그로 인해, 제2 웨이트(42)의 회전체(43)를 회전 또는 정지시킴으로써, 웨이트(41)의 중량을 변경할 수 있고, 컬럼(13)에 탑재하는 웨이트(41)의 총중량을, 어태치먼트나 공구의 중량에 따라서 조정 가능하게 할 수 있다.

이 경우, 회전체(43) 내의 복수의 환상실을 각각 단독으로 회전 가능하게 함으로써, 회전하는 환상실을 선택함으로써, 컬럼(13)에 탑재하는 웨이트(41)의 총중량을, 어태치먼트나 공구의 중량에 따라서 조정 가능하게 해도 좋다.

또한, 상술한 각 실시예에서는, 본 발명의 웨이트 이동 수단을 서보 모터(23)로서 구성하고, 서보 모터(23)와 웨이트(22, 31, 41)를 볼 나사에 의해 연결하였지만, 이 구성으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 리니어 모터와 리니어 가이드 또는 샤프트 모터 등을 적용해도 좋다.

또한, 본 발명의 공작 기계를 수평 보링 밀링 머신에 적용하여 설명하였지만, 공작 기계 본체에 주축을 갖는 수평 이동체가 수평 이동 가능한 구성을 갖는 것이면, 다른 공작 기계에 적용해도 동일한 작용 효과를 가질 수 있다.

본 발명에 관한 공작 기계는 장치의 소형화 및 공간 절약화를 가능하게 하는 것으로, 어떤 공작 기계에도 적용할 수 있다.

11 : 베드
12 : 컬럼 베이스
13 : 컬럼
14 : 새들(연직 이동체)
15 : 램 스톡(수평 이동체)
16 : 주축
17 : 구동 모터
22, 31, 41 : 웨이트
23 : 서보 모터(웨이트 이동 수단)
25 : NC 장치(제어 수단)
32 : 회전체
33 : 구동 모터(회전체 구동 수단)
39a, 39b, 39c : 환상실

Claims

컬럼 베이스 위에 세워 설치된 컬럼과, 상기 컬럼에 대해 수평 방향을 따라서 이동 가능하게 지지되는 수평 이동체와, 상기 수평 이동체에 구동 회전 가능하게 지지되는 동시에 선단부에 공구를 장착 가능한 주축을 갖는 공작 기계이며,
상기 컬럼 내에 이동 가능하게 수용되어 상기 수평 이동체와 평행을 이루는 방향을 따라서 이동 가능하게 지지되는 웨이트와,
상기 컬럼 내에서 상기 웨이트를 수평 방향을 따라서 이동시키는 웨이트 이동 수단과,
상기 수평 이동체의 이동에 동기하여 상기 웨이트 이동 수단에 의해 상기 웨이트를 상기 컬럼 내에서 상기 수평 이동체와 반대 방향으로 이동시킴으로써 상기 수평 이동체의 밸런스를 조정하는 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는, 공작 기계.
제1항에 있어서, 상기 컬럼에 대해 연직 방향을 따라서 연직 이동체가 이동 가능하게 지지되고, 상기 연직 이동체에 상기 수평 이동체가 수평 방향을 따라서 이동 가능하게 지지되고, 상기 웨이트는 상기 컬럼의 내부에 연직 방향을 따라서 배치되는 중량물인 것을 특징으로 하는, 공작 기계.
제1항에 있어서, 상기 웨이트는 회전 가능하게 지지되는 회전체와, 상기 회전체를 소정 속도로 회전시키는 회전체 구동 수단을 갖고, 상기 회전체는 내부에 복수의 환상실(環狀室)이 직경 방향으로 병설되는 동시에 상기 복수의 환상실에 소정량의 유체가 봉입되도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 공작 기계.
제1항에 있어서, 상기 웨이트는 상기 컬럼의 내부에 연직 방향을 따라서 배치되는 중량물인 제1 웨이트와, 회전 가능한 회전체로서 내부에 직경 방향으로 복수의 환상실이 병설되는 동시에 상기 복수의 환상실에 소정량의 유체가 봉입되도록 구성되는 제2 웨이트를 갖는 것을 특징으로 하는, 공작 기계.
제1항에 있어서, 상기 수평 이동체의 선단부에 어태치먼트를 통해 공구가 장착 가능하고, 상기 웨이트는 상기 어태치먼트 및 상기 공구의 중량에 따라서 중량이 조정 가능한 것을 특징으로 하는, 공작 기계.