KR101287797B1 - 머시닝센터 - Google Patents

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KR101287797B1
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이건구
고영환
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고영환
이건구
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Abstract

본 발명은 툴체인지를 수평으로 배치하여 공구의 교체가 편리하고, 스핀들 척을 잡아주는 그립퍼를 모터방식으로 동작시켜 종래 에어콤프레서 방식에 비하여 소음이 발생되지 않으며, 조작패널에는 키보드와 조이스틱이 서랍식으로 출입되는 보조패널을 구비함으로써, 상기 조이스틱으로 스핀들을 수동조작시킬 수 있으므로 자동 가공과 병행하여 원하는 위치를 수동으로도 가공할 수 있는 소규모 방식에 적합한 머시닝센터에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 본체에서 공작물이 놓이는 작업대의 후방에 수직으로 세워져 X축 방향으로 왕복되는 좌우이송대가 구비되고, 상기 좌우이송대의 상부에 외팔보 형태로 구비된 전후이송대에는 수직으로 세워져 Y축 방향으로 왕복되는 상하이송대가 구비되며, 상기 상하이송대에는 Z축 방향으로 왕복되는 스핀들이 구비되어 상기 공작물을 자동 가공하도록 한 머시닝센터에 있어서, 상기 스핀들의 하단에는 공구가 끼워진 척을 잡아주는 그립퍼가 양쪽으로 구비되고, 상기 각 그립퍼에는 모터로 회전되는 편심된 레버가 구비되어 상기 레버의 회전으로 그립퍼가 벌어져 상기 척이 스핀들에서 분리되며, 상기 본체의 전방에는 터치패드를 갖는 조작패널이 구비되는데, 상기 조작패널의 하부에는 서랍식으로 출입되는 보조패널이 구비되고, 상기 보조패널에는 키보드의 양쪽으로 한쌍의 조이스틱이 구비되어 상기 공작물의 추가 가공위치 선정 및 수동 가공이 가능하도록 한 특징이 있다.

Description

머시닝센터{The machining center}
본 발명은 머시닝센터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 툴체인지를 수평으로 배치하여 공구의 교체가 편리하고, 스핀들 척을 잡아주는 그립퍼를 모터방식으로 동작시켜 종래 에어콤프레서 방식에 비하여 소음이 발생되지 않으며, 조작패널에는 키보드와 조이스틱이 서랍식으로 출입되는 보조패널을 구비함으로써, 상기 조이스틱으로 스핀들을 수동조작시킬 수 있으므로 자동 가공과 병행하여 원하는 위치를 수동으로도 가공할 수 있는 소규모 방식에 적합한 머시닝센터에 관한 것이다.
일반적으로 머시닝센터는 자동화된 선반이나 밀링 공작기계를 말하는데, 이러한 자동화된 공작기계는 공구를 회전시키는 스핀들이 X,Y,Z축으로 이동되면서 가공대상물의 원하는 위치를 절삭한다. 종래의 머시닝센터는 대부분 대형화된 것으로서, 스핀들은 공구가 결합된 척을 공압방식으로 잡고 있기 때문에 에어컴프레서가 필요한데, 이러한 에어컴프레서는 소음이 심하고 또한 압력탱크가 필요하므로 별도의 공간을 차지하는 등의 단점이 있으며, 상기 에어컴프레서와 스핀들을 에어호스로 연결하는 과정이 필요하므로 구조가 복잡한 등의 단점이 있었다.
그리고 가공대상물의 원점을 잡기 위하여 프로그램을 키보드로 입력하다 보니 조작이 느리고 입력된 프로그램대로 자동가공하는 과정에서 치수를 보정하거나 또는 가공위치를 변경하고자 할 경우 원점을 다시 설정하고 보정된 프로그램을 다시 입력해야 되는 등의 불편함이 있었다. 또한 턴테이블 방식으로 작동되는 툴체인지는 회전축이 수평으로 설치되어 공구가 수평으로 놓이기 때문에 상기 턴테이블에서 빠지지 않도록 잡아주는 수단이 필요하였다.
본 발명은 종래의 문제점을 감안하여 개발한 것으로서, 본 발명의 목적은 툴체인지를 수평으로 배치하여 공구의 교체가 편리하고, 스핀들 척을 잡아주는 그립퍼를 모터방식으로 동작시켜 종래 에어콤프레서 방식에 비하여 소음이 발생되지 않으며, 조작패널에는 키보드와 조이스틱이 서랍식으로 출입되는 보조패널을 구비함으로써, 상기 조이스틱으로 스핀들을 수동조작시킬 수 있으므로 자동 가공과 병행하여 원하는 위치를 수동으로도 가공할 수 있는 소규모 방식에 적합한 머시닝센터를 제공함에 있다.
이를 위하여 본 발명은 본체에서 공작물이 놓이는 작업대의 후방에 수직으로 세워져 X축 방향으로 왕복되는 좌우이송대가 구비되고, 상기 좌우이송대의 상부에 외팔보 형태로 구비된 전후이송대에는 수직으로 세워져 Y축 방향으로 왕복되는 상하이송대가 구비되며, 상기 상하이송대에는 Z축 방향으로 왕복되는 스핀들이 구비되어 상기 공작물을 자동 가공하도록 한 머시닝센터에 있어서, 상기 스핀들의 하단에는 공구가 끼워진 척을 잡아주는 그립퍼가 양쪽으로 구비되고, 상기 각 그립퍼에는 모터로 회전되는 편심된 레버가 구비되어 상기 레버의 회전으로 그립퍼가 벌어져 상기 척이 스핀들에서 분리되며, 상기 본체의 전방에는 터치패드를 갖는 조작패널이 구비되는데, 상기 조작패널의 하부에는 서랍식으로 출입되는 보조패널이 구비되고, 상기 보조패널에는 키보드의 양쪽으로 한쌍의 조이스틱이 구비되어 상기 공작물의 추가 가공위치 선정 및 수동 가공이 가능하도록 한 특징이 있다.
본 발명에 따르면 툴체인지는 회전축이 수직으로 배치되어 턴테이블이 수평으로 놓이므로 상기 턴테이블에 꼽히는 공구들이 자중에 의해 세워진 상태가 유지되어 별도의 구속수단이 불피요한 이점이 있다. 또한 스핀들의 하부에 결합되는 척은 그립퍼에 의해 고정되는데, 상기 그립퍼는 서보 방식의 모터로 작동되는 레버로 동작된다. 상기 레버는 모터 축에 편심 결합되므로 상기 레버가 편심 회전되면 상기 그립퍼가 벌어지면서 척이 스핀들에서 분리되는 구성이므로, 종래 에어컴프레서방식에 비하여 구조가 간단하고 작동소음이 발생되지 않는 등의 이점이 있다.
또한 조작패널에는 터치패드가 구비되어 조작이 편리하고, 상기 조작패널의 하부에는 서랍식으로 출입되는 보조패널이 구비되는데, 상기 보조패널에는 키보드 및 조이스틱이 구비된다. 상기 조이스틱은 가공원점을 설정할 수 있으며, 또한 자동 가공중에 수동으로 원하는 위치를 가공할 수 있다. 따라서 추가 가공위치 선정 및 수동가공이 상기 조이스틱으로 이뤄지므로 조작이 편리하고, 자동가공과 병행하여 수동가공이 이뤄지므로 프로그램을 재설정할 필요가 없는 이점이 있으며, 본 발명의 머시닝센터는 소규모 작업장에 적합하게 구현할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명 한 실시예의 머시닝센터의 사시도
도 2는 본 발명 한 실시예의 조작패널의 사시도
도 3은 본 발명 한 실시예의 스핀들 조립체의 사시도
도 4는 본 발명 한 실시예의 스핀들 조립체의 단면도
도 5는 본 발명 한 실시예의 스핀들 조립체의 작동상태 단면도
도 6은 본 발명 한 실시예의 툴체인지의 사시도
도 7은 본 발명 한 실시예의 툴체인지의 단면도
도 1내지 도 2에서 본 발명 한 실시예의 머시닝센터는 직육면체의 박스형 본체(100)가 구비되고, 상기 본체(100)의 전방에는 슬라이드 식으로 여닫히는 투명 유리창을 갖는 도어(101)가 구비된다. 그리고 상기 본체(100)의 내부 바닥에는 공작물을 올려놓을 수 있는 작업대(102)가 구비되며, 상기 작업대(102)의 후방에 수직으로 세워져 X축 방향으로 왕복되는 좌우이송대(200)가 구비된다.
상기 좌우이송대(200)의 상부에는 외팔보 형태의 전후이송대(201)가 일체로 구비되고, 상기 전후이송대(201)에는 수직으로 세워져 Y축 방향으로 이동되는 상하이송대(202)가 구비되며, 상기 상하이송대(202)에는 스핀들(300)을 갖는 스핀들프레임(301)이 Z축 방향으로 이동되게 구비된다.
그리고 상기 작업대(102)의 우측단에는 다양한 직경의 공구(401)들이 놓이는 툴체인지(400)가 수평으로 구비되며, 상기 본체(100)의 외부 전방에는 조작패널(103)이 구비된다. 상기 조작패널(103)은 터치패드(104)가 구비되어 공작물의 작업 원점을 설정하거나 또는 가공하고자 하는 도면 데이터를 프로그램화 하여 입력하는 작업을 수행한다. 또한 조작패널(103)의 하부에는 서랍식으로 출입되는 보조패널(105)이 구비된다.
상기 보조패널(105)은 키보드(106)의 양쪽으로 한쌍의 조이스틱(107)이 구비된 구성인데, 상기 조이스틱(107)은 수작업 가공이 가능하다. 상기 조이스틱(107)은 프로그램에 의한 자동가공 중에 추가 가공위치를 선정하거나 또는 작업자가 직접 수동으로 수정가공을 할 수 있도록 해준다. 따라서 종래 수정가공을 위해 프로그램을 다시 설정해야 되는 번거로움이 해소된다.
도 3 내지 도 5에서 본 발명의 스핀들 조립체는 스핀들 프레임(301)이 상하이송대(202)이 설치되어 Z축 방향의 수직으로 이동안내되는데, 상기 스핀들 프레임(301)에는 스핀들외통(302)이 체결되고, 상기 스핀들외통(302)의 내부에는 베어링(303)으로 회전지지되는 스핀들(300)이 구비된다. 그리고 상기 스핀들(300)의 하단 양쪽에는 중심핀(305)에 의해 벌어지는 한쌍의 그립퍼(304)가 구비되어 공구(401)를 잡는 척(402)을 고정시킨다.
또한 상기 각 그립퍼(304)에는 모터(306)가 구비되고 각 모터(306)에는 편심된 레버(307)가 구비되어 해당 그립퍼(304)를 눌러준다. 상기 모터(306)가 정지상태에서 상기 레버(307)는 그립퍼(304)에서 떨어진 상태가 되고 이때 해당 그립퍼(304)는 내장된 스프링에 의해 중심핀(305)을 기준으로 안쪽으로 회동되어 척(402)을 잡아준다. 반대로 상기 모터(306)가 회전되면 편심된 레버(307)가 작동되어 해당 그립퍼(304)를 눌러주고 이때 척(402)이 구속해제되어 스핀들(300)에서 자중에 의해 빠진다.
도 6 및 도 7에서 본 발명의 툴체인지는 본체(100)의 작업대(102)에 고정되는 고정대(403)가 구비되고, 상기 고정대(403)의 상부에는 회전축(404)이 수직으로 구비된다. 상기 회전축(404)의 상단에는 상,하측 한쌍의 턴테이블(405)이 구비되는데, 상기 턴테이블(405)에는 방사상으로 다수개의 받침구멍(406)이 천공되어 척(402)이 놓인다. 그리고 상기 회전축(404)의 하단은 종동풀리(409)가 구비되고, 상기 고정대(403)에는 모터(407)로 회전되는 구동풀리(408)가 구비되어 이들 풀리(408)(409)가 벨트(410)로 연결된다.
이처럼 구성된 본 발명 한 실시예의 머시닝센터는 작업대(102)에 공작물을 올려놓고 조작패널(103)로 프로그램을 입력하여 가공이 수행된다. 본 발명은 범용의 2D, 또는 3D 캐드(CAD)화일을 변환하는 기능이 조작패널(103) 내부의 인베디드 컴퓨터에 내장된 것으로서, 고가의 3D프로그램으로 도면을 작업할 필요가 없다. 상기 조작패널(103)을 이용하여 작업 원점을 설정하고 나면 자동으로 가공이 수행된다.
먼저 좌우이송대(200) 및 상하이송대(202)가 툴체인지(400) 쪽으로 자동 이동되면, 스핀들프레임(301)이 상하이송대(202)를 타고 하강된다. 이때 툴체인지(400)는 가공순서에 맞는 공구(401)를 스핀들(300)의 중심 위치로 이동시킨다. 툴체인지(400)는 모터(407)가 작동되면 구동풀리(408), 벨트(410) 및 종동풀리(409)에 의해 회전축(404)이 회전되어 원하는 공구(401)가 스핀들(300)의 중심에 놓인다. 따라서 스핀들(300)이 하강되면 공구를 물고 있는 척(402)이 스핀들(300)에 결합되고 이때 그립퍼(304)에 의해 척(402)이 스핀들(300)에 고정된다. 스핀들(300)이 하강되는 동안 그립퍼(304)가 척(402)의 외주면을 타고 미끄러지면서 벌어진 뒤 척(402)의 홈에 걸리면서 고정된다.
이후 입력된 프로그램 순서에 따라 자동 가공이 수행된다. 또한 자동가공 중간에 공작물의 가공위치를 변경하거나 또는 추가적인 가공위치가 발생되면 보조패널(105)에 있는 조이스틱(107)을 이용하여 추가 가공위치를 선정하거나 또는 수동으로 가공을 수행한다. 수동 가공이 완료되면 입력된 프로그램에 의해 자공 가공이 재수행 된다.
가공 중간에 공구를 교체하기 위해 스핀들(300)이 툴체인지(400)로 위치되면 턴테이블(405)에서 척(402)이 놓이지 않은 받침구멍(406)과 스핀들(300)이 일치된다. 이후 스핀들(300)이 하강되어 척(402)이 받침구멍(406)에 끼워지면 모터(306)를 작동시켜 레버(307)로 그립퍼(304)를 벌려주고 이와 동시에 스핀들(300)을 상승시킨다. 이후 툴체인지(400)가 회전되어 새로운 공구(401)가 스핀들(300)의 중심과 일치되면 다시 하강되어 새로운 척(402)이 스핀들(300)에 결합되고 이때 그립퍼(304)에 의해 새로운 척(402)이 고정되므로 새로운 공구로 공작물을 계속 자동 가공할 수 있다.
100 : 본체 101 : 도어
102 : 작업대 103 : 조작패널
104 : 터치패드 105 : 보조패널
106 : 키보드 107 : 조이스틱
200 : 좌우이송대 201 : 전후이송대
202 : 상하이송대 300 : 스핀들
301 : 스핀들프레임 302 : 스핀들외통
303 : 베어링 304 : 그립퍼
305 : 중심핀 306 : 모터
307 : 레버 400 : 툴체인지
401 : 공구 402 : 척
403 : 고정대 404 : 회전축
405 : 턴테이블 406 : 받침구멍
407 : 모터 408 : 구동풀리
409 : 종동풀리 410 : 벨트

Claims (3)

  1. 본체(100)에서 공작물이 놓이는 작업대(102)의 후방에 수직으로 세워져 X축 방향으로 왕복되는 좌우이송대(200)가 구비되고, 상기 좌우이송대(200)의 상부에 외팔보 형태로 구비된 전후이송대(201)에는 수직으로 세워져 Y축 방향으로 왕복되는 상하이송대(202)가 구비되며, 상기 상하이송대(202)에는 Z축 방향으로 왕복되는 스핀들(300)이 구비되어 상기 공작물을 자동 가공하도록 한 머시닝센터에 있어서,
    상기 스핀들(300)의 하단에는 공구(401)가 끼워진 척(402)을 잡아주는 그립퍼(304)가 양쪽으로 구비되고, 상기 각 그립퍼(304)에는 모터(306)로 회전되는 편심된 레버(307)가 구비되어 상기 레버(307)의 회전으로 그립퍼(304)가 벌어져 상기 척(402)이 스핀들(300)에서 분리되며,
    상기 본체(100)의 전방에는 터치패드(104)를 갖는 조작패널(103)이 구비되는데, 상기 조작패널(103)의 하부에는 서랍식으로 출입되는 보조패널(105)이 구비되고,
    상기 보조패널(105)에는 키보드(106)의 양쪽으로 한쌍의 조이스틱(107)이 구비되어 상기 공작물의 추가 가공위치 선정 및 수동 가공이 가능하도록 한 것을 특징으로 하는 머시닝센터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 작업대(102)의 일측단에는 툴체인지(400)가 구비되는데, 상기 툴체인지(400)에는 다수개의 척(402)을 수직으로 세워서 받쳐주는 턴테이블(405)이 수평으로 구비되어, 상기 스핀들(300)이 상기 턴테이블(405)의 어느 한 척(402)과 동일중심에 놓이면 상기 스핀들(300)의 하강으로 해당 척(402)이 그립퍼(304)에 의해 상기 스핀들(300)에 결합되도록 한 것을 특징으로 하는 머시닝센터.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 툴체인지(400)는 상기 작업대(102)의 끝단에 고정되는 고정대(403)가 구비되고,
    상기 고정대(403)의 상부에는 베어링으로 회전되는 회전축(404)이 구비되며, 상기 회전축(404)의 상부에 상기 턴테이블(405)이 고정되며, 상기 회전축(404)의 하단에는 종동풀리(409)가 구비되고, 상기 고정대(403)에는 상기 종동풀리(409)와 벨트(410)로 연결된 구동풀리(408)를 회전시키는 모터(407)가 구비됨을 특징으로 하는 머시닝센터.
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