KR101514036B1 - 스핀들 세척부를 구비한 가공장치 및 이를 이용한 스핀들 세척방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 스핀들 세척부를 구비한 가공장치는 스핀들을 포함하는 가공장치에 있어서, 상기 가공장치 일측에 상기 스핀들을 세척하기 위한 세척부를 포함한다.

Description

스핀들 세척부를 구비한 가공장치 및 이를 이용한 스핀들 세척방법{Processing Apparatus Having Spindle Cleaning Element and Spindle Cleaning Method Using the Same}

본 발명은 스핀들 세척부를 구비한 가공장치 및 이를 이용한 스핀들 세척방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스핀들의 콜릿에 묻어 있는 절삭유를 일정 주기로 세척하여 툴의 착탈을 용이하게 하고, 이로 인해 툴이 이탈되지 않아 발생할 수 있는 툴 및 스핀들의 파손을 미연에 방지할 수 있는 스핀들 세척부를 구비한 가공장치 및 이를 이용한 스핀들 세척방법에 관한 것이다.

최근의 공작기계는 정확하고 빠르게 가공 대상물을 가공하는 것을 목표로 자동화, 고속화 되어가고 있는 추세이다. 이러한 공작기계 중 대표적인 장치로는 보링 머신(Boring Machine), 밀링 머신(Milling Machine), 드릴링 머신(Drilling Machine) 및 전술한 보링 머신, 밀링 머신 및 드릴링 머신을 하나로 복합한 머시닝센터(Machining Center) 등이 있다.

보링 머신은 이미 뚫려 있는 구멍을 둥글게 깎아 구멍의 직경을 넓히는 작업을 주 목적으로 하고, 밀링 머신은 밀링커터를 회전시켜 평면절삭, 홈 절삭, 절단 등 복잡한 절삭이 가능하도록 한다. 또한, 드릴링 머신은 회전하는 스핀들에 드릴의 등 툴(Tool)을 장착하고, 툴을 회전시킴과 동시에 상하 운동을 통해 공작 대상물에 구멍을 뚫는 것을 목적으로 하는 장치이다.

머시닝센터는 직선운동, 회전운동 및 주축회전운동을 통하여 한 번의 셋팅으로 다축가공 및 다공정 가공이 가능하도록 하는 장치이다. 특히, 수치제어공자기계(Numerical Control Machine Tool)라 하여, 절삭공구의 움직임 또는 주축(스핀들)의 회전 수 등을 설계도의 요구대로 미리 기록하고, 그것을 제어장치에 넣어 가공하는 장치가 개시되어 있다.

전술한 장치들은 모두 공통적으로 스핀들에 장착된 툴을 스핀들의 회전력을 이용하여 공작 대상물을 가공한다.

스핀들은 고속으로 회전하며 공작 대상물을 가공하기 때문에 고온의 마찰열이 발생하고, 공작 대상물을 가공하며 다량의 가공칩을 발생시킨다. 이러한 마찰열은 가공대상물의 변형을 초래할 수 있고, 공작 대상물에서 발생한 가공칩은 가공 대상물의 표면에 스크래치를 발생시킬 수 있다.

스핀들을 이용한 공작 대상물의 가공 시 툴과 접촉하며 발생하는 마찰열을 감소시키고, 가공칩을 세척하기 위하여 절삭유를 분사하며 가공 작업을 수행한다.

하지만, 절삭유는 스핀들, 특히 스핀들의 콜릿과 툴의 결합면 사이에서 굳거나, 장시간 사용시 가공칩 또는 분진 등과 혼합되며 끈적거리는 문제점이 발생한다.

절삭유의 끈적임으로 인해 스핀들의 장착된 툴의 자동 교체 시 툴의 이탈이 용이하지 않아, 콜릿의 클로를 확장시키더라도 툴이 이탈되지 않고 콜릿에 결합되는 문제점이 발생될 수 있다. 이와 같이, 툴이 절삭유의 점성으로 인해 콜릿에 붙어있는 상태에서 이종의 툴로 교체를 시도하면, 이종의 툴이 상호 충돌이 발생하여 툴의 파손이 발생하고, 심각한 경우 스핀들의 파손까지 초래할 수 있다.

또한, 콜릿의 내부에 가공칩이 붙어 있으면 툴의 결합 상태가 틀어져 미세한 작업 시 오차가 발생할 수 있는 문제점이 있다.

본 발명은 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 스핀들의 콜릿에 묻어 있는 절삭유를 일정 주기로 세척하여 툴의 착탈을 용이하게 하고, 이로 인해 툴이 이탈되지 않아 발생할 수 있는 툴 및 스핀들의 파손을 미연에 방지할 수 있는 스핀들 세척부를 구비한 가공장치 및 이를 이용한 스핀들 세척방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 스핀들 세척부를 구비한 가공장치는 스핀들을 포함하는 가공장치에 있어서, 상기 가공장치 일측에 상기 스핀들을 세척하기 위한 세척부를 포함한다.

또한, 상기 세척부는 브러시일 수 있다.

또한, 상기 브러시는 상기 스핀들의 콜릿의 내경과 대응되는 직경으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 가공장치의 프레임 일측에는 상기 스핀들에 결합되는 툴을 보관하는 툴 베이스를 더 포함하고, 상기 세척부는 상기 툴 베이스 일측에 구비될 수 있다.

또한, 상기 세척부는 교환이 가능하도록 착탈 가능하게 구비될 수 있다.

또한, 상기 세척부는 복수 구비될 수 있다.

다른 카테고리로써, 본 발명의 목적을 달성하기 위한 스핀들 세척방법은 전술한 스핀들 세척부를 구비한 가공장치를 이용한 스핀들 세척방법에 있어서, 스핀들의 콜릿을 제어하여 상기 스핀들에 결합된 툴을 제거하는 단계, 상기 툴이 제거된 상기 스핀들을 상기 세척부로 이송하는 단계, 상기 세척부를 통해 상기 스핀들의 콜릿을 세척하는 단계 및 상기 세척이 완료된 상기 스핀들을 이송하여 상기 툴을 고정하는 단계를 포함한다.

이때, 상기 세척부는 브러시이고, 상기 콜릿 세척 단계는 상기 스핀들의 상기 콜릿 내부로 상기 브러시가 삽탈되도록 반복 승강하며 상기 콜릿을 세척할 수 있다.

또한, 상기 콜릿 세척은 일정 주기로 이루어질 수 있다.

본 발명의 스핀들 세척부를 구비한 가공장치 및 이를 이용한 스핀들 세척방법은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 가공장치의 일측에 구비된 세척부를 통해 툴이 장착되는 스핀들, 바람직하게는 콜릿을 자동으로 세척할 수 있는 효과가 있다.

둘째, 세척부는 가공 툴을 보관하는 툴 베이스의 일측에 구비되기 때문에 스핀들의 이동거리를 최소화하여, 스핀들의 세척을 위해 소모되는 시간을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

셋째, 스핀들을 일정 주기로 자동으로 세척하기 때문에 사용자가 스핀들의 세척 주기를 잊더라도 스핀들을 정기적으로 세척할 수 있는 효과가 있다.

넷째, 복수의 툴을 사용하여 가공 대상물을 가공하는 경우, 툴의 교체 시 스핀들의 콜릿을 세척하도록 프로그램 하여 세척을 위하여 별도로 툴을 분리할 필요 없기 때문에 공정을 중간에 중지할 필요 없는 효과가 있다. 이로 인해 종래의 장치와 비교하여 가공 대상물의 가공시간과 비교하여 가공시간의 변화가 거의 없는 효과가 있다.

다섯째, 스핀들의 콜릿을 주기적으로 세척하기 때문에 툴 교체 시 콜릿에 툴이 절삭유의 점성으로 인해 붙어 있는 것을 방지하여, 툴 및 스핀들의 파손을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

여섯째, 콜릿을 주기적으로 세척하여 절삭유뿐만 아니라 칩도 세척하여 콜릿과 툴의 결합면에 칩이 끼이는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다. 이로 인해 콜릿과 툴의 결합을 용이하게 하여 툴이 정 위치에 결합할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 효과들은 상기 언급한 효과에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명에 따른 스핀들 세척부를 구비한 가공장치의 사시도;
도 2는 본 발명에 따른 스핀들 세척부를 구비한 가공장치의 측면도;
도 3은 본 발명에 따른 스핀들 세척부를 구비한 가공장치의 스핀들 세척방법을 순차적으로 나타낸 순서도; 및
도 4는 본 발명에 따른 스핀들 세척방법을 순차적으로 나타낸 개략적인 측면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

스핀들 세척부를 구비한 가공장치의 구성

도 1은 본 발명에 따른 스핀들 세척부를 구비한 가공장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 스핀들 세척부를 구비한 가공장치의 측면도이다. 본 발명에 따른 스핀들 세척부를 구비한 가공장치(10)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 스핀들(200)을 이용한 가공장치(10) 및 세척부(300)를 포함한다.

가공장치(10)는 스핀들(200)을 이용하여 가공 대상물을 가공 및 연마하는 장치이다. 이러한 가공장치(10)는 선반, 밀링 또는 드릴링 머신 등과 같이, 스핀들(200)을 이용하는 전반적인 장치를 의미한다.

스핀들(200)은 선반, 밀링 또는 드릴링 머신 등에 구비되어 공작물 또는 절삭 공구 등의 툴(400)을 장착하여 회전하며 가공 대상물을 절삭 또는 연마하는 장치이다. 이러한 스핀들(200)의 종단에는 툴(400)을 장착하기 위한 콜릿(Collet)(210)이 구비된다.

콜릿(210)은 다양한 툴(400)을 스핀들(200)에 고정시키기 위한 것으로서, 전체적으로 원기둥 형상으로 이루어지며, 복수로 분할된 클로(Claw)로 구성된다. 이러한 콜릿(210)은 어댑터와 함께 스핀들(200)에 결합되며 어댑터의 동작에 따라 복수로 분할되어 있는 클로를 핸들로 조작하여 툴(400)을 장착하여 고정하거나, 툴(400)의 장착을 해제하는 장치이다.

세척부(300)는 가공장치(10)의 일측, 바람직하게는 가공장치(10)의 프레임(100) 일측에 구비되어 스핀들(200)을 세척하는 장치이다. 만일, 가공장치(10)의 일측에 스핀들(200)에 착탈되는 툴(400)을 보관하는 툴 베이스(110)가 구비되면 세척부(300)는 툴 베이스(110) 일측에 구비되는 것이 좋다.

이러한 세척부(300)는 스핀들(200), 바람직하게는 스핀들(200)의 콜릿(210)을 세척할 수 있는 장치라면 어떠한 장치를 사용하여도 무방하다.

일예로, 세척부(300)는 브러시로 이루어질 수 있다. 이때, 브러시는 콜릿(210)의 내경과 대응되는 직경을 갖도록 구비되어 스핀들(200)의 승강 동작만으로도 콜릿(210)의 내측면이 세척될 수 있도록 하는 것이 좋다.

전술한 바와 같이, 브러시로 이루어진 세척부(300)는 브러시의 세척 및 교환을 위하여 가공장치(10)의 프레임(100) 또는 툴 베이스(110)에 착탈 가능하게 구비된다. 또한, 세척부(300)는 사용양태에 따라 복수 구비될 수도 있다.

전술한 실시예에서는 세척부(300)가 브러시로 이루어진 구성을 중심으로 설명하였으나, 사용양태에 따라서는 브러시 외에 콜릿(210)을 세척할 수 있는 장치라면 어떠한 장치를 사용하여도 무방하다. 일예로, 고압의 공기를 분사하여 콜릿(210)에 묻어있는 절삭유를 털어내는 공기 분사장치 등과 같은 세척장치를 사용할 수도 있다.

스핀들 세척부를 구비한 가공장치의 스핀들 세척방법

스핀들(200)이 구비된 가공장치(10)는 스핀들(200)에 장착된 툴(400)을 고속으로 회전시키며, 가공 대상물을 절삭 또는 연마하게 된다. 이때, 절삭 또는 연마되는 부위는 고속으로 회전하는 툴(400)에 의해 높은 마찰열이 발생하게 된다. 이러한 마찰열의 온도를 낮춰주지 않으면 가공 대상물에 변형이 발생하거나, 절삭 또는 연마 부위의 강성이 낮아지는 문제가 발생한다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 가공장치(10)는 가공 대상물의 가공 부위에 절삭유를 분사하여 발열을 최소화한다.

절삭유는 전술한 바와 같이, 툴(400) 및 가공 대상물에서 발생하는 발열을 최소화할 수 있는 효과가 있지만, 절삭유를 장시간 사용하거나, 마찰열에 의해 절삭유가 굳거나, 칩(Chip) 및 분진 등이 절삭유와 혼합되며 절삭유가 끈적해지며 툴(400)의 분리가 용이하지 않을 수 있다. 이러한 문제점을 방지하기 위하여 스핀들(200)의 콜릿(210)을 일정 주기로 세척해주어야 한다.

이하에서는 전술한 스핀들 세척부를 구비한 가공장치(10)를 이용하여 자동으로 스핀들(200)의 콜릿(210)을 세척하는 방법을 상세하게 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 스핀들 세척부를 구비한 가공장치의 스핀들 세척방법을 순차적으로 나타낸 순서도이고, 도 4는 본 발명에 따른 스핀들 세척방법을 순차적으로 나타낸 개략적인 측면도이다. 먼저, 도 3 및 도 4(a)에 도시된 바와 같이, 스핀들(200)의 콜릿(210)에 장착되어 있던 툴(400)을 분리한다(S100). 툴(400)의 분리는 제어부의 제어에 의해 스핀들(200)을 툴(400) 베이스(110)로 이동시킨 후 툴(400)을 툴 베이스(110)에 안착되도록 스핀들(200)을 하강시킨 상태에서 콜릿(210)의 클로를 확장하여 툴(400)을 스핀들(200)에서 분리한다.

다음으로, 도 4(a)에 도시된 바와 같이, 툴(400)이 제거된 스핀들(200)을 세척부(300)와 대응되는 위치로 이송한다(S200). 이때, 콜릿(210)의 클로는 확장된 상태를 유지한 상태로 이송된다. 이러한 스핀들(200)의 이송은 제어부에 입력된 세척부(300)의 위치정보를 통해 자동으로 이송된다.

다음으로, 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 세척부(300)를 이용하여 스핀들(200), 바람직하게는 스핀들(200)의 콜릿(210)을 세척한다(S300). 세척부(300)가 브러시인 경우에는 스핀들(200)을 반복 승강하여 콜릿(210)의 내부로 브러시가 반복 삽탈되며 콜릿(210)을 세척한다.

만일, 세척부(300)가 브러시가 아닌 경우에는 세척부(300)에 대응되도록 세척을 수행한다. 일예로, 세척부(300)가 고압의 공기를 분사하는 공기 분사장치인 경우에는 콜릿(210)으로 고압의 공기를 분사하여 콜릿(210)에 묻어있는 절삭유를 공압을 통해 밀어내며 콜릿(210)을 세척한다.

다음으로, 도 4(c)에 도시된 바와 같이, 스핀들(200)을 툴 베이스(110) 측으로 이송하여 후속 공정에 필요한 툴(400)을 장착하여 고정한다(S400).

전술한 과정 중 콜릿(210) 세척 단계(S300)는 스핀들(200)에서 툴(400)을 분리할 때마다 수행할 수 있고, 제어부(미도시)에 입력된 시간마다 일정 주기로 수행할 수도 있다. 이와 같이, 콜릿(210)의 세척은 제어부에 기 입력된 프로그램에 따라 수행 여부가 결정된다.

일예로, 제어부에 스핀들(200)에서 툴(400)을 분리할 때마다 콜릿(210)을 세척하도록 프로그래밍되어 있다면, 스핀들(200)에서 툴(400)이 1분 후에 분리되거나, 1시간 뒤에 분리되거나 시간에 무관하게 스핀들(200)에서 툴(400)이 분리되는 시기에 콜릿(210)을 세척하도록 할 수 있다.

다른 예로, 일정 시간 주기로 콜릿(210)을 세척하도록 제어부에 프로그래밍 되어 있다면, 스핀들(200)은 일정 시간마다 툴(400)을 분리 후 콜릿(210)을 세척하게 된다. 이와 같이, 일정 주기로 콜릿(210)을 세척하도록 프로그램되는 경우도 크게 두 가지 경우로 구분될 수 있다.

첫째로, 시스템 구동 또는 콜릿(210) 세척 후 제어부에 입력된 일정 시간이 지나면 스핀들(200)은 작업을 중지하고, 툴 베이스(110)에 툴(400)을 분리한 후 콜릿(210)을 세척한 후 중지된 작업을 이어서 진행하도록 할 수 있다.

이러한 경우는, 공작 대상물이 여러 종류의 툴(400)을 사용하지 않고, 하나의 툴(400)을 지속적으로 사용하는 경우에 사용하는 것이 좋다. 한 종류의 툴(400)만을 사용하는 경우에는 툴(400)이 교체가 필요할 정도로 마모되지 않는 이상 툴(400)을 분리할 필요가 없기 때문에 일정 시간이 지나면 세척만을 위하여 툴(400)을 분리 후 콜릿(210)을 세척한다.

두 번째로, 시스템 구동 또는 콜릿(210) 세척 후 제어부에 입력된 일정 시간이 지나더라도 스핀들(200)은 진행 중인 작업을 완료 후 툴(400)을 분리 후 콜릿(210)을 세척한 후 후속 공정을 진행한다.

이러한 경우는, 공작 대상물이 여러 종류의 툴(400)을 번갈아 가며 작업을 수행하는 경우에 사용하는 것이 좋다. 이를 실시예를 통해서 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

일예로, 공작 대상물은 다양한 작업을 위하여 A, B 및 C의 3가지 종류의 툴(400)을 사용하고, 30분을 기준으로 콜릿(210)을 세척하도록 설정되어 있는 것을 기준으로 설명한다.

이때, A툴의 작업시간 20분, B툴의 작업시간 15분, C툴의 작업시간 30분으로 프로그래밍 되어 있다.

스핀들(200)에 A툴을 장착하여 20분간 작업을 수행한 후, 스핀들(200)은 툴 베이스(110)로 이동하여 B툴로 교체한다. 이때, 콜릿(210) 세척 주기가 안되었기 때문에 스핀들(200)은 콜릿(210)의 세척 없이 바로 A툴에서 B툴로 교체 후 공정을 지속적으로 수행한다.

B툴을 이용하여 작업 후 10분이 경과하면 A툴의 작업시간 20분가 합쳐 콜릿(210) 세척주기인 30분이 경과하게 된다. 이러한 경우에는 작업을 중지하지 않고, B툴을 이용한 작업을 완료한다.

이후, 스핀들(200)에서 B툴을 C툴로 교체 시점에서 스핀들(200)은 B툴의 장착을 해지하고, 세척부(300)를 통해 콜릿(210)을 세척한 후 C툴을 장착한 후 공정을 지속적으로 수행한다.

C툴을 이용한 작업은 콜릿(210)의 세척주기와 동일한 30분이기 때문에 C툴을 이용한 작업이 완료되면 C툴의 장착을 해지하고, 세척부(300)를 통해 콜릿(210)을 세척한 후 A툴을 장착한 후 공정을 지속적으로 수행한다.

전술한 바와 같이, 콜릿(210)의 세척 주기가 돌아오더라도 공정을 중지 후 콜릿(210)을 세척하지 않고, 콜릿(210)의 세척 주기 이후 돌아오는 툴(400)의 교체 시에 콜릿(210)을 세척한다. 이와 같이, 툴(400)의 교체 시에 콜릿(210)을 세척하기 때문에 콜릿(210)의 세척을 위해 공정을 중지할 필요 없고, 세척을 위한 스핀들(200)의 이동을 최소화할 수 있다.

또한, 세척부(300)는 툴(400)을 보관하는 툴 베이스(110) 일측에 구비되기 때문에 스핀들(200)의 이동거리 역시 최소화되고, 이를 통해 스핀들(200)의 세척을 위해 소모되는 시간을 보다 감소할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술한 실시예들은 모든 면에 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 가공장치
100 : 프레임
110 : 툴 베이스
200 : 스핀들
210 : 콜릿
300 : 세척부
400 : 툴

Claims (9)

1. 스핀들을 포함하는 가공장치에 있어서,
   상기 가공장치 일측에 상기 스핀들을 세척하기 위하여 상기 스핀들의 툴 삽입홈과 수직으로 고정되도록 구비되는 세척부를 포함하고,
   상기 세척부는 상기 스핀들의 콜릿의 내경과 대응되는 직경을 갖는 브러시로 구성되고,
   상기 세척부는 교환이 가능하도록 착탈 가능하게 구비되는 스핀들 세척부를 구비한 가공장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 가공장치의 프레임 일측에는 상기 스핀들에 결합되는 툴을 보관하는 툴 베이스를 더 포함하고,
   상기 세척부는 상기 툴 베이스 일측에 구비되는 스핀들 세척부를 구비한 가공장치.
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서,
   상기 세척부는 복수 구비되는 세척부를 포함하는 스핀들 세척부를 구비한 가공장치.
7. 제 1항, 제 4항 및 제 6항 중 어느 한 항에 따른 스핀들 세척부를 구비한 가공장치를 이용한 스핀들 세척방법에 있어서,
   스핀들의 콜릿을 제어하여 상기 스핀들에 결합된 툴을 제거하는 단계;
   상기 툴이 제거된 상기 스핀들을 상기 세척부로 이송하는 단계;
   상기 세척부를 통해 상기 스핀들의 콜릿을 세척하는 단계; 및
   상기 세척이 완료된 상기 스핀들을 이송하여 상기 툴을 고정하는 단계;
   를 포함하는 스핀들 세척방법.
8. 제 7항에 있어서,
   상기 세척부는 브러시이고,
   상기 콜릿 세척 단계는 상기 스핀들의 상기 콜릿 내부로 상기 브러시가 삽탈되도록 반복 승강하며 상기 콜릿을 세척하는 스핀들 세척방법.
9. 제 7항에 있어서,
   상기 콜릿 세척은 일정 주기로 이루어지는 스핀들 세척방법.
   

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