KR101336414B1 - 공작 기계 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이송 컬럼에 이송 가능하게 설치된 유압 실린더를 이용하여 이송 컬럼의 무게 중심과 이송력 작용점 간의 간격을 최소화할 수 있는 공작 기계를 개시한다. 본 발명에 따른 공작 기계는 베드 상에 설치되어 제 1 구동부의 구동에 의하여 제 1 수평 방향으로 이송하는 프레임; 프레임 상에 설치되어 제 2 구동부의 구동에 의한 볼 스크류의 회전에 의하여 프레임에 대하여 제 1 수평 방향과 직교하는 제 2 수평 방향으로 이송하는 이송 컬럼; 이송 컬럼의 전면에 설치되어 제 3 구동부의 구동에 의하여 이송 컬럼에 대하여 수직 이송하는 이송 헤드; 및 프레임에 고정된 가이드 부재를 따라 이송 가능하게 프레임에 고정적으로 설치되며, 작동 로드가 이송 컬럼에 고정되어 이송 컬럼의 실질 무게 중심을 이상적인 무게 중심으로 강제 변위시키는 발란스 실린더 조립체를 포함한다. 여기서, 발란스 실린더 조립체는, 프레임의 가이드 부재에 이송 가능하게 장착된 이송 블록; 및 이송 블록에 설치되며, 작동 로드가 이송 컬럼에 고정된 발란스 실린더를 포함하며, 특히 이송 블록에 고정되며, 발란스 실린더가 장착된 제 1 브라켓트; 및 이송 컬럼에 장착되며, 발란스 실린더의 작동 로드가 힌지 운동 가능하게 고정된 제 2 브라켓트를 더 포함할 수 있다.

Description

공작 기계{Machining center}
본 발명은 공작 기계에 관한 것으로서, 특히 이동 가능한 웨이트 발란스를 구비한 공작 기계에 관한 것이다.
일반적으로 사용되는 공작 기계, 예를 들어 일본공개특허공보 특개2007-216319호에 개시된 구조를 갖는 공작 기계는 하부에 안정적인 균형 및 지지를 위한 베드 및 베드 상에서 제 1 수평 방향, 제 1 수평 방향과 직교하는 제 2 수평 방향 및 수직 방향으로 이송하는 새들을 포함한다.
도 1은 일반적인 공작 기계, 즉 수직 머시닝 센터의 새들을 개략적으로 도시한 도면으로서, 새들은 베드(도시되지 않음) 상에 설치되어 제 1 구동부(도시되지 않음)의 구동에 의한 볼 스크류(도시되지 않음)의 회전에 따라 제 1 수평 방향으로 이송하는 프레임(10); 프레임(10) 상에 설치되어 제 2 구동부(도시되지 않음)의 구동에 의한 볼 스크류(B)의 회전에 의하여 안내 레일(11, 12)을 따라 프레임(10)에 대하여 (제 1 수평 방향과 직교하는) 제 2 수평 방향으로 이송하는 이송 컬럼(30); 그리고 이송 컬럼(30)의 전면에 설치되어 제 3 구동부(도시되지 않음)의 구동에 의한 볼 스크류(도시되지 않음)의 회전에 따라 이송 컬럼(30)에 대하여 수직 이송하는 이송 헤드(20)를 포함한다.
이와 같은 구조를 갖는 새들에서, 도 1에 도시된 바와 같이 이송 헤드(20)가 장착되어 있는 이송 컬럼(30)의 수평 방향 무게 중심(Wh)은 이송 컬럼(30)의 이상적인 무게 중심인 이송력 작용점, 즉 이송 컬럼(30)을 이송시키는 볼 스크류(B; 이하, "이송력 작용점"이라 칭함)의 위치와 수평 방향으로 소정 거리(H1) 이격된 상태가 된다. 이와 함께, 이송 컬럼(30)의 수직 방향 무게 중심(Wv)은 이송 컬럼(30)의 이송력 작용점(B)과 수직 방향으로 소정 거리(V1) 이격된다.
이와 같이 이송 컬럼(30)의 무게 중심(Wv)과 이송 컬럼(30)의 이송력 작용점(B)이 수직 방향으로 일치하지 않은 상태에서는 이송시 이송 컬럼(30)이 흔들리는 현상이 발생한다.
또한, 이송 컬럼(30)의 무게 중심(Wh)이 이송 컬럼(30)의 이송력 작용점(B)에 대하여 수평 방향으로 어느 한 쪽으로 편중된 조건에서는 이송 컬럼(30)의 이송을 안내하는 (프레임(10) 상에 설치된) 2개의 안내 레일(11, 12) 중 이송 컬럼(30)의 무게 중심과 가까운 레일(주로, 이송 헤드(20)에 인접한 레일(11))에 하중이 집중적으로 작용하여 2개의 안내 레일(11, 12)에 균등한 반력이 발생하지 않게 된다. 특히, 이송 컬럼(30)의 하중이 큰 경우에는 이송 컬럼(30)의 무게 중심에서 상대적으로 멀리 위치한 안내 레일(12)에서는 반력의 방향이 변화될 수 있다.
이와 같은 이송 컬럼(30)의 무게 중심(Wv, Wh)과 이송 컬럼(30)의 이송력 작용점(B)의 수직 바향 및 수평 방향 불일치는 장기적으로 머시닝 센터를 이용한 피공작물의 가공 정도에 심각한 영향을 야기한다.
이송 컬럼(30)의 무게 중심(Wv, Wh)과 이송 컬럼(30)의 이송력 작용점(B)의 불일치를 해결하기 위하여, 도 2에 도시된 바와 같이 이송 컬럼(30)의 소정 영역, 일반적으로 이송 헤드(20)가 장착된 영역의 반대 영역에 웨이트 발란서(40;weight balancer)를 장착한다.
이송 컬럼(30)의 무게 중심을 이송력 작용점(B)으로 이동시키기 위해 소정 무게의 웨이트 발란서(40)를 이송 컬럼(30)의 후방에 장착하면, 이송 컬럼(30)의 수평 방향 무게 중심(Wh)은 수평적으로 이송력 작용점(B)과 일치한다.
그러나, 이송 컬럼(30)의 수직 방향 무게 중심(Wv)과 이송 컬럼(30)의 이송력 작용점(B)의 수직 방향 간격(V2)은 웨이트 발란서(40)가 설치되지 않은 조건에서의 거리(도 1의 V1)보다 더 증가한다. 이와 같이, 이송 컬럼(30)의 수직 방향 무게 중심(Wv)과 이송 컬럼(30)의 이송력 작용점(B)의 수직 방향 간격(V2)이 증가하면, 이송 컬럼(30)의 이송시 롤링에 의한 이송 컬럼(30)의 제어가 불가능할 수 있다.
또한, 웨이트 발란서(40)의 장착으로 인하여 이송 컬럼(30)의 중량이 증가하여 동일한 용량의 구동부의 사용시 가속 및 감속 시간이 증가할 수 밖에 없다.
한편, 이송 컬럼(30)에 웨이트 발란서(40)를 장착하기 위하여 별도의 공간이 필수적으로 요구된다. 이와 함께, 웨이트 발란서(40)는 그 무게가 고정되어 있으며, 따라서 작업 환경의 변화에도 불구하고 웨이트 발란서(40)를 교체할 수 없다는 문제점도 갖게 된다.
본 발명은 머시닝 센터, 즉 공작 기계에서의 이송 컬럼의 무게 중심과 이송력 작용점 간의 수직 및 수평 간격으로 인하여 발생할 수 있는 문제점을 해결하기 위한 것으로, 이송 컬럼에 이송 가능하게 설치된 유압 실린더를 이용하여 이송 컬럼의 무게 중심과 이송력 작용점 간의 간격을 최소화할 수 있는 공작 기계를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 공작 기계는 베드 상에 설치되어 제 1 구동부의 구동에 의하여 제 1 수평 방향으로 이송하는 프레임; 프레임 상에 설치되어 제 2 구동부의 구동에 의한 볼 스크류의 회전에 의하여 프레임에 대하여 제 1 수평 방향과 직교하는 제 2 수평 방향으로 이송하는 이송 컬럼; 이송 컬럼의 전면에 설치되어 제 3 구동부의 구동에 의하여 이송 컬럼에 대하여 수직 이송하는 이송 헤드; 및 프레임에 고정된 가이드 부재를 따라 이송 가능하게 프레임에 고정적으로 설치되며, 작동 로드가 이송 컬럼에 고정되어 이송 컬럼의 실질 무게 중심을 이상적인 무게 중심으로 강제 변위시키는 발란스 실린더 조립체를 포함한다.
여기서, 발란스 실린더 조립체는, 프레임의 가이드 부재에 이송 가능하게 장착된 이송 블록; 및 이송 블록에 설치되며, 작동 로드가 이송 컬럼에 고정된 발란스 실린더를 포함하며, 특히 이송 블록에 고정되며, 발란스 실린더가 장착된 제 1 브라켓트; 및 이송 컬럼에 장착되며, 발란스 실린더의 작동 로드가 힌지 운동 가능하게 고정된 제 2 브라켓트를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 발란스 실린더는 이송 컬럼을 이송시키는 볼 스크류와 동일 수평면 상 그리고 일직선 상에 배치된다.
이상과 같은 본 발명에 따른 공작 기계는 이송 컬럼의 무게 중심과 이송력 작용점 간의 수직 및 수평 간격으로 인하여 발생할 수 있는 문제점을 해결할 수 있으며, 특히 이송 컬럼에 이송 가능하게 설치된 유압 실린더를 이용하여 이송 컬럼의 무게 중심과 이송력 작용점 간의 간격을 최소화할 수 있다.
도 1은 일반적인 수직 머시닝 센터의 새들을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 수직 머시닝 센터의 이송 컬럼 웨이트 발란스를 장착한 상태를 도시한 도면.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 수직 머시닝 센터의 새들의 개략적인 측면도 및 배면도.
도 5는 도 3의 "A" 부의 상세도.
이하, 본 발명을 첨부한 도면을 통하여 상세히 설명한다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 공작 기계, 예를 들어 수직 머시닝 센터의 새들의 개략적인 측면도 및 배면도로서, 본 발명에 따른 수직 머시닝 센터는 하부에 안정적인 균형 및 지지를 위한 베드 및 베드 상에서 제 1 수평 방향, 제 1 수평 방향과 직교하는 제 2 수평 방향 및 수직 방향으로 이송하는 새들을 포함한다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 새들은 베드(도시되지 않음) 상에 설치되어 제 1 구동부(도시되지 않음)의 구동에 의한 볼 스크류(도시되지 않음)의 회전에 의하여 제 1 수평 방향으로 이송하는 프레임(100); 프레임(100) 상에 설치되어 제 2 구동부(도시되지 않음)의 구동에 의한 볼 스크류(B)의 회전에 의하여 안내 레일(110, 120)을 따라 프레임(100)에 대하여 (제 1 수평 방향과 직교하는) 제 2 수평 방향으로 이송하는 이송 컬럼(300); 그리고 이송 컬럼(300)의 전면에 설치되어 제 3 구동부(도시되지 않음)의 구동에 의한 볼 스크류(도시되지 않음)의 회전에 따라 이송 컬럼(300)에 대하여 수직 이송하는 이송 헤드(200)를 포함한다.
본 발명의 가장 큰 특징은 이와 같은 구조를 갖는 새들에서 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 프레임(100)의 후단부에 각각 설치된 발란스 실린더 조립체(500) 및 발란스 실린더(500)의 이송을 안내하는 가이드 부재(600)를 설치한 것이다.
프레임(100)에 설치된 발란스 실린더 조립체(500)는 이송 헤드(200)가 장착되어 있는 이송 컬럼(300)의 후단부에 고정된다. 한편, 가이드 부재(600)는 소정 길이를 가지며, 프레임(100)의 폭 방향으로 연장된 상태에서 프레임(100)에 고정되어 있다. 따라서, 볼 스크류(B)에 의하여 이송 컬럼(300)이 프레임(100)에 대하여 제 2 수평 방향으로 이송할 때 발란스 실린더 조립체(500)는 가이드 부재(600)를 따라 이송한다.
여기서, 발란스 실린더 조립체(500)는 도 4에 도시된 바와 같이 이송 컬럼(300)의 이상적인 무게 중심(B; 즉, 이송 스크류)과 일직선 상에 위치하면서 발란스 실린더 조립체(500)와 무게 중심(B)을 연결하는 선이 가이드 부재(600)와 직교하는 것이 바람직하다.
도 5는 도 3의 "A" 부의 상세도로서, 발란스 실린더 조립체(500)의 세부 구성과 함께 발란스 실린더 조립체(500), 가이드 부재(600), 이송 컬럼(300) 그리고 프레임(100)의 상호 관계를 도시한다.
가이드 부재(600)는 프레임(100)에 고정되며, 프레임(100)의 폭 방향으로 연장된다.
발란스 실린더 조립체(500)는 가이드 부재(600)에 이송 가능하게 장착된 이송 블록(530), 이송 블록(530)에 고정된 제 1 브라켓트(510), 제 1 브라켓트(510)에 설치된 발란스 실린더(540), 이송 컬럼(300)에 장착되며 발란스 실린더(540)의 작동 로드(541)가 힌지 축(521)을 중심으로 힌지 운동 가능하게 고정된 제 2 브라켓트(520)를 포함한다.
여기서, 발란스 실린더 조립체(500)의 발란스 실린더(540)는 이송 컬럼(300)을 이송시키는 볼 스크류(B)와 동일 수평면 상에 배치되는 것이 바람직하다.
이러한 구조의 발란스 실린더 조립체(500)에서는, 이송 컬럼(300)의 무게 및 이송 컬럼(300)에 장착된 이송 헤드(200)의 하중에 따라 발란스 실린더(540) 내의 압력을 조절하여 할 수 있으며, 따라서 이송 컬럼(300)에 편중되는 하중(즉, 무게 중심의 변화)를 방지할 수 있다.
즉, 이송 컬럼(300)의 후방 무게 및 이송 블록(530)의 하중에 의하여 이송 컬럼(300)의 실질 무게 중심이 이송 컬럼(300)의 이상적인 무게 중심(B; 즉, 이송 스크류)으로부터 이송 헤드(200)쪽으로 치우칠 경우, 발란스 실린더(540)가 압축되어 이송 컬럼(300)의 수평 방향 무게 중심을 이상적인 무게 중심(B; 이송 스크류)으로 강제적으로 이동시킨다.
한편, 발란스 실린더 조립체(500)의 발란스 실린더(540)가 이송 컬럼(300)을 이송시키는 볼 스크류(B)와 동일 수평면 상에 배치되어 있기 때문에 이송 컬럼(300)의 수직 방향 무게 중심은 이상적인 무게 중심(B; 이송 스크류)과 수평 선상에 위치한다.
여기서, 중량(重量)의 이송 컬럼(300)의 무게 중심을 강제로 이동시키기 위하여 유압 실린더를 발란스 실린더(540)로 이용하는 이용하는 것이 바람직하며, 또한, 다양한 형태의 유압 회로를 발란스 실린더(540)에 적용할 수 있음은 물론이다.
이와 같은 구조, 즉 이송 블록(530)이 프레임(100)에 고정된 가이드 부재(600)에 따라 이송될 수 있기 때문에 피가공물의 가공을 위하여 이송 컬럼(300)이 프레임(100)에 대하여 이송될 때, 이송 컬럼(300)에 (제 2 브라켓트(520)를 통하여) 고정된 발란스 실린더(540) 역시 가이드 부재(600)에 따라 이송될 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한, 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 기술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다.
예를 들어, 위의 설명 및 도면에서는 본 발명을 머시닝 센터를 예를 들어 설명하였지만, 위에서 설명한 무게 중심으로 인하여 문제가 발생하는 모든 종류의 공작 기계에 적용할 수 있음은 물론이다.

Claims (4)

  1. 베드 상에 설치되어 제 1 구동부의 구동에 의하여 제 1 수평 방향으로 이송하는 프레임;
    프레임 상에 설치되어 제 2 구동부의 구동에 의한 볼 스크류의 회전에 의하여 프레임에 대하여 제 1 수평 방향과 직교하는 제 2 수평 방향으로 이송하는 이송 컬럼;
    이송 컬럼의 전면에 설치되어 제 3 구동부의 구동에 의하여 이송 컬럼에 대하여 수직 이송하는 이송 헤드; 및
    프레임에 고정된 가이드 부재를 따라 이송 가능하게 프레임에 고정적으로 설치되며, 작동 로드가 이송 컬럼에 고정되어 이송 컬럼의 실질 무게 중심을 이상적인 무게 중심으로 강제 변위시키는 발란스 실린더 조립체를 포함하되,
    발란스 실린더 조립체는 프레임의 가이드 부재에 이송 가능하게 장착된 이송 블록; 및 이송 블록에 설치되며, 작동 로드가 이송 컬럼에 고정된 발란스 실린더를 포함하는 공작 기계.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 발란스 실린더 조립체는,
    이송 블록에 고정되며, 발란스 실린더가 장착된 제 1 브라켓트; 및
    이송 컬럼에 장착되며, 발란스 실린더의 작동 로드가 힌지 운동 가능하게 고정된 제 2 브라켓트를 더 포함하는 공작 기계.
  4. 제 1 항에 있어서, 발란스 실린더는 이송 컬럼을 이송시키는 볼 스크류와 동일 수평면 상에 그리고 일직선 상에 배치되는 공작 기계.
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