KR101724057B1 - W축 이송부를 구비한 멀티 스핀들 머시닝 센터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 W축 이송부를 구비한 멀티 스핀들 머시닝 센터에 관한 것으로, 하나의 Z축 스크류에 연결되어 Z축 방향으로 이동 가능한 메인 새들; 상기 메인 새들 후면에 연결되어 상기 메인 새들을 X축 방향으로 이동시키는 X축 리니어 가이드; 피가공물에 대하여 동일한 가공을 수행하도록, 다수개의 스핀들이 일정한 간격으로 나란히 상기 메인 새들 전면에 고정 설치되는 공작 기계부; 상기 피가공물을 위치시키고 Y축 리니어 가이드에 의해 Y축 방향으로 이동가능한 적어도 하나의 이송 스테이지를 포함하되, 상기 다수의 스핀들은 독립적으로 Z축 방향 이동 가능한 W축 이송부가 상기 메인 새들에 설치되는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명은 다수개의 피가공물을 동시에 동일한 가공을 빠르고 효율적으로 수행할 수 있고, 공구 교환이나 그 밖에 변수에 따른 Z축 위치 가공오차를 빠르게 개별적으로 보정할 수 있으며, 정확한 보정에 의한 정밀 가공이 가능하게 될 뿐만 아니라, 오차 보정에 따른 소요시간을 단축하여 전체 공정시간을 훨씬 단축할 수 있게 된다.

Description

W축 이송부를 구비한 멀티 스핀들 머시닝 센터{Multi-Spindle Machining Center with W-axis conveying uint}

본 발명은 머시닝 센터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 동시에 동일한 다수의 피가공물 가공이 가능하고 정확한 보정에 의한 정밀 가공이 가능하며, 오차 보정에 따른 소요시간을 단축하여 전체 공정시간을 훨씬 단축할 수 있는 개선된 W축 이송부를 구비한 멀티 스핀들 머시닝 센터 관한 것이다.

종래, 수직형 머시닝 센터는 컬럼과, 상기 컬럼에 지지되어 X축 방향으로 구동되는 새들과; 상기 새들의 전면에 가이드장치를 통해 Z축 방향으로 구동되고 스핀들이 탑재되어 있는 Z축 슬라이드를 포함하고, 상기 새들의 하부에 설치되어 새들의 전면으로 침입되는 절삭칩 등의 이물질을 차단하는 롤 커버장치가 설치되어 있다.

이때 축 구성은 스핀들을 탑재한 Z축 슬라이드의 하부에 리니어모션 블록이 결합되고, 새들의 상부에 리니어모션 레일이 결합되도록 구성되어지게 한 후 새들상에서 Z축 슬라이드가 서보모터와 볼스크류에 의한 구동이 가이드웨이의 슬라이딩으로 상하방향으로 이송 가능하게 Z축이 구성되어지고, Z축 구성요소를 포함한 새들이 좌우 방향으로 이송가능하게 X축이 구성되고, 테이블이 전후로 이송가능하게 Y축이 구성된다.

그리고, 이와 같은 종래 대다수의 수직형 머시닝 센터는 공작물이 X-Y방향으로 이송하여 가공이 이루어지고, Z축 방향으로 스핀들 유닛 및 자동공구교환장치(ATC)등이 고정되어 있어, 자동화대응에 어려운 점이 있고, 라인 자동화에 쉽고 경제적인 대응이 어려울 뿐만 아니라, 알루미늄 마그네슘 등 경량합금 소재의 전자부품 가공, 자동차용 부품 가공에 활용될 수 있는 머시닝 센터가 필요한 실정이다.

또한, 종래의 수직형 머시닝 센터는 하나의 스핀들만을 구성하는 관계로, 가공물에 대한 연속 가공시 작업시간이 많이 소요되면서 생산성이 저하될수 밖에 없고, 절삭 전용 가공기에서 다기능 범용장비로의 요구, 폭넓은 가공대상물을 동시에 가공하여 생산효율을 높이기 위한 요구 등 시장의 변화와 요구에 부응하지 못하는 문제점이 있었다.

이에 연속공정과 공정시간의 단축을 위해 대한민국 공개번호 제10-2009-0111489호(공개일자:2009년10월27일)에 개시된 발명에서 이중 스핀들 구조를 가지는 수직형 머시닝센터를 제안하고 있다.

도 1은 종래의 이중 스핀들 구조를 가지는 수직형 머시닝 센터를 나타낸 도면이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 종래의 이중 스핀들 구조를 가지는 수직형 머시닝 센터는, 베드부(10), Z축 이송유닛(20)(전후방향, 컬럼부(30), X축 이송유닛(40)(좌우방향), Y축 이송유닛(50)(상하방향), 스핀들(SP1)(SP2), 공구자동교환 유닛(60), 그리고 제어유닛(70)을 포함한다.

상기 베드부(10)는 피가공물이 올려지면서, 상기 Z축 이송유닛(20)에 의해 Z축의 방향, 즉 전후진이 가능한 테이블(11)이 구성된 것으로, 이는 열변형에 의한 휨을 최소화하여 정도유지 대응이 가능하도록 주물로 제작된다. 여기서, 상기 베드부(10)의 내부에는 기계정적 및 동적 정도 보정과 가공시 가공물 절삭 부하에 의한 떨림이 방지되도록 몰타르와 같은 충진재(미도시)가 충진되어 구성된다.

그러나 이와 같은, 종래의 이중 스핀들 구조를 가지는 수직형 머시닝 센터는 2개의 스핀들에 각각 상하(Y축) 이송유닛을 구비하여 제어하고 있지만, 동일한 가공물에 대한 동일한 가공을 대량으로 수행하는 경우에 있어서, 독립적 구동에 의한 가공 오차발생 우려가 있다.
이와 달리, 하나의 상하방향 이송유닛을 구비하여 동시 동일가공을 수행하는 경우에도 어느 하나의 스핀들의 공구를 교환하는 경우에 교환하지 않는 공구와 미세하게 길이차가 발생하게 되어 오차를 보정하기가 어려울 뿐만 아니라, 수작업으로 이 오차를 보정하기 위해서는 장시간이 소요되는 문제점이 있다. 또한, 하나의 가공물 지지 스테이지로 구성되어 다수의 가공물을 동시에 대량으로 가공하기 어려워 공정효율이 떨어지고, 정밀한 미세가공이 어렵다는 단점이 있다.

상술한 문제를 해결하고자 하는 본 발명의 과제는 다수개의 피가공물에 대해 동시에 동일한 가공을 효율적으로 수행할 수 있고, 공구 교환이나 그 밖에 변수에 따른 Z축 위치 가공오차를 빠르게 개별적으로 보정할 수 있으며, 정확한 보정에 의한 정밀 가공이 가능하게 될 뿐만 아니라, 오차 보정에 따른 소요시간을 단축하여 전체 공정시간을 훨씬 단축할 수 있는 개선된 멀티 스핀들 머시닝 센터를 제공하고자 함이다.

상술한 과제를 해결하는 본 발명의 특징은, 하나의 Z축 스크류에 연결되어 Z축 방향으로 이동 가능한 메인 새들; 상기 메인 새들 후면에 연결되어 상기 메인 새들을 X축 방향으로 이동시키는 X축 리니어 가이드; 피가공물에 대하여 동일한 가공을 수행하도록, 다수개의 스핀들이 일정한 간격으로 나란히 상기 메인 새들 전면에 고정 설치되는 공작 기계부; 상기 피가공물을 위치시키고 Y축 리니어 가이드에 의해 Y축 방향으로 이동가능한 적어도 하나의 이송 스테이지를 포함하되, 상기 다수의 스핀들은 독립적으로 Z축 방향 이동 가능한 W축 이송부가 상기 메인 새들에 설치되는 것이다.

여기서, 상기 메인 새들, X 및 Y축 리니어 가이드 및 W축 이송부의 구동을 제어하는 통합제어부를 더 포함하는 것이 바람직하고, 상기 공작기계부는, 고속으로 회전하는 스핀들과, 상기 스핀들 후면에 상기 스핀들을 독립적으로 Z축 이송이 가능하도록 하는 W축 이송부와, 상기 스핀들에 장착되어 상기 가공물을 가공하는 공구를 장착하는 공구 교환기를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 바람직하게는, 상기 메인 새들 상단에 상기 메인 새들의 Z축 이동을 구동하는 메인 모터가 설치되고, 상기 각 W축 이송부는 상단에 상기 각 스핀들의 Z축 이동을 구동하는 서보모터가 설치된 것일 수 있고, 상기 통합제어부는, 상기 메인 새들, X 및 Y축 리니어 가이드 및 W축 이송부와 연결되어 CNC 수치 제어하는 것일 수 있다.

더하여, 상기 공작 기계부는, 상기 메인 새들에 4개의 스핀들이 일정한 간격으로 이격되어 나란히 설치된 것이 바람직하고, 상기 이송 스테이지는, 상기 메인 새들 하단에 상기 X축 리니어 가이드와 나란한 방향으로 일정 거리로 이격되어 2개가 고정 설치된 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명은 다수의 피가공물을 동시에 동일한 가공을 빠르고 효율적으로 수행할 수 있고, 공구 교환이나 그 밖에 변수에 따른 Z축 위치 가공오차를 빠르게 개별적으로 보정할 수 있으며, 정확한 보정에 의한 정밀 가공이 가능하게 될 뿐만 아니라, 오차 보정에 따른 소요시간을 단축하여 전체 공정시간을 훨씬 단축할 수 있게 된다.

또한, 이송과 가공을 통합 제어함으로써, 공정 관리 및 제어가 편리하고, 공정의 정밀성을 높일 수 있으며, 공작 기계부, 리니어 가이드 및 이송부를 CNC 수치 제어함으로써, 가공의 정밀성을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 필요에 따라 보정을 빠르게 수행할 수 있게 되어 전체 공정시간을 현저히 단축할 수 있게 된다.

도 1은 종래의 수직형 머시닝 센터의 구성을 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 W축 이송부를 구비한 멀티 스핀들 머시닝 센터의 구성을 나타내는 정면도이고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 W축 이송부를 구비한 멀티 스핀들 머시닝 센터의 구성을 나타내는 측면도이고,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 W축 이송부를 구비한 멀티 스핀들 머시닝 센터의 구성을 나타내는 평면도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 통해 설명될 것이다. 그러나 본 발명은 여기에서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지, 본 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여 제공되는 것이다.

도면들에 있어서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니며 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소를 나타낸다.

본 명세서에서 "및/또는"이란 표현은 전후에 나열된 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용된다. 또한, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, 명세서에서 사용되는 "포함한다" 또는 "포함하는"으로 언급된 구성요소, 단계, 동작 및 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작, 소자 및 장치의 존재 또는 추가를 의미한다.

이하에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 W축 이송부를 구비한 멀티 스핀들 머시닝 센터의 구성을 나타내는 정면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 W축 이송부를 구비한 멀티 스핀들 머시닝 센터의 구성을 나타내는 측면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 W축 이송부를 구비한 멀티 스핀들 머시닝 센터의 구성을 나타내는 평면도이다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 W축 이송부(230)를 구비한 멀티 스핀들(250) 머시닝 센터는, 하나의 Z축(상하) 스크류에 연결되어 Z축 방향으로 이동 가능한 메인 새들(100); 상기 메인 새들(100) 후면에 연결되어 상기 메인 새들(100)을 X축(좌우) 방향으로 이동시키는 X축 리니어 가이드(300); 피가공물에 대하여 동일한 가공을 수행하도록, 다수개의 스핀들(250)이 일정한 간격으로 나란히 상기 메인 새들(100) 전면에 고정 설치되는 공작 기계부(200); 상기 피가공물을 위치시키고 Y축 리니어 가이드(410)에 의해 Y축(전후) 방향으로 이동가능한 적어도 하나의 이송 스테이지(400)를 포함하되, 상기 다수의 스핀들(250)은 독립적으로 Z축 방향 이동 가능한 W축 이송부(230)가 상기 메인 새들(100)에 설치되는 것을 특징으로 한다.

이처럼, 본 발명의 실시예는 Z축 및 X축 이송이 가능한 하나의 메인 새들(100)에 다수개의 스핀들(250)을 일정한 간격으로 배치하고, 하부에 Y축 이송이 가능한 피가공물을 위치시키는 다수개의 이송스테이지를 설치하여, 다수개의 스핀들(250)을 통해 동일한 가공한 동시에 수행할 수 있도록 하고, 각각의 스핀들(250) 자체에 개별 독립적으로 Z축(W축 이송부(230): 독립된 스핀들(250) Z축을 이하에서 W축이라 한다.) 이송이 가능하도록 함으로써, 다수개의 스핀들(250) 구동에 의한 동일한 가공에서 발생될 수 있는 각각의 미세한 가공오차에 따른 Z축 위치 보정이 가능한 W축 이송부(230)를 구비한 멀티 스핀들(250) 머시닝 센터를 제공한다.

즉, 종래 일반적인 머시닝 센터는 X,Y,Z 3축으로 구성되어 있으나, 본 발명의 실시예는 다수개의 스핀들(250)이 설치되어 다수개의 피가공물을 동일하게 동시 가공이 가능하고, 스핀들(250) 각각의 개별적 Z축 이동이 가능한 W축이 부가되어 있는 구조이다.

이와 같은 본 발명의 실시예는 다수개의 스핀들(250) 각각 공구를 장착하여 동일한 가공을 하게 되는데 공구를 교환시 교환하지 않는 공구와 미세하게 길이차가 발생할 수 있고, 이 오차를 보정하기 위해 스피들 컬럼 내부에 별도의 W축(Z축)을 내장시켜 오차 보정할 수 있는 구조를 제안함으로써, W 축이 없는 경우 오차 보정을 위해 장시간이 소요되지만, 본 발명의 실시예에 따른 머시닝 센터는 오차 보정시간이 약 3분 정도 소요되어 공정시간을 훨씬 단축할 수 있는 큰 장점이 있다.

이하에서 본 발명의 실시예에 따른 W축 이송부(230)를 구비한 멀티 스핀들(250) 머시닝 센터의 각 구성요소를 도 2 내지 도 4를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 메인 새들(100)은 다수의 스핀들(250) 전체를 고정 지지하는 하나의 지지체이고, X축 리니어 가이드(300)를 통해 X축 이송이 가능하고, 수직으로 형성된 Z축을 통해 Z축 이송이 가능한 구조를 제안한다.

메인 새들(100)은 상단에 Z축 스크류를 구동시키는 메인 서보모터(110)가 설치되고, 하단에 Z축 스크류와 연결되어 Z축으로 수직 이동이 가능한 스핀들(250) 지지 프레임이 설치되어 있어서, 상기 지지 프레임에 일정간격으로 수평방향으로 나란히 설치된 스핀들(250)이 동시에 Z축 이동이 가능하게 된다. 또한, 메인 새들(100)의 후면에는 X축 리니어 가이드(300)와 볼 스크류 연결되어 X축 리니어 가이드(300)를 통해 메인 새들(100) 전체가 X축 이동이 가능하게 된다. 그리고, 스핀들(250)을 포함하는 공작 기계부(200) 하단에는 피가공물을 위치시키고, Y축으로 이송이 가능한 이송 스테이지(400)가 구비되어, 본 발명의 실시예에 따른 머시닝 센터의 XYZ의 3축 구동이 가능하게 된다.

여기서, 상기 공작 기계부(200)는, 고속으로 회전하는 스핀들(250)과, 상기 스핀들(250) 후면에 상기 스핀들(250)을 독립적으로 Z축 이송이 가능하도록 하는 W축 이송부(230)와, 상기 스핀들(250)에 장착되어 상기 가공물을 가공하는 공구를 장착하는 공구 교환기를 포함하여 구성된다. 즉, W축 이송부(230)는 상기 스핀들(250) 후면에 장착되는 컬럼에 스핀들(250)이 각각 독립적으로 Z축 이송이 가능하도록 Z축 스크류를 구비하고, 상부에 서보모터(235)를 연결하여 볼 스크류 방식으로 Z축 이동할 수 있는 구조를 제안한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 머시닝 센터의 공작 기계부(200)는, 다수개의 스핀들(250)을 동일한 일정 간격의 수평방향으로 나란히 설치하는 것이 바람직한데, 본 발명의 실시예에서는 상기 메인 새들(100)에 4개의 스핀들(250)이 일정한 간격으로 이격되어 나란히 설치된 것을 예시한다.

이처럼 본 발명의 실시예에서와 같이, 4개의 스핀들(250)이 일정 간격으로 나란히 배치된 구조를 제안하고, 각각의 스핀들(250)이 W축 이송부(230)에 의해 개별 독립적으로 Z축 이송이 가능하게 되면, 다수개의 피가공물을 동시에 동일한 가공을 효율적으로 할 수 있고, 공구 교환이나 그 밖에 변수에 따른 Z축 위치 가공오차를 빠르게 개별적으로 보정할 수 있으며, 정확한 보정에 의한 정밀 가공이 가능하게 될 뿐만 아니라, 오차 보정에 따른 소요시간을 단축하여 전체 공정시간을 훨씬 단축할 수 있게 된다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 W축 이송부(230)를 구비한 멀티 스핀들(250) 머시닝 센터의 평면도를 나타낸 도면으로서, 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에서는 Y축 이송 스테이지(400)가 수평방향으로 나란히 2개 설치된 것을 예시한다.

하나의 이송 스테이지(400)에 나란히 다수개의 가공물을 위치시키고, 상기 4개의 각 스핀들(250)에 의해 동시 동일한 가공을 수행하는 것이 가능한데, 이송 스테이지(400)는 상술한 바와 같이 Y축으로 이송 가능하게 되어, 머시닝 센터의 3축(XYZ축) 가공을 가능하게 한다. 그러나, 하나의 이송 스테이지(400)에서 다수개의 가공물을 위치시켜 동시 동일한 가공을 하게 되면, 다수개의 피가공물을 대량으로 가공해야 하는 경우, 가공이 완료된 피가공물 제공하고 다른 피가공물을 이송스테이지에 다시 위치시키는 작업을 해야 한다는 점에서, 가공 준비작업에 따른 공정시간이 길어지는 문제점이 있다.

이에 본 발명의 실시예에서는 공작 기계부(200)가 장착된 메인 새들(100)이 롱 스트로크를 갖는 X축 리니어 가이드(300)를 통해 충분한 거리를 확보되어 자유롭게 X축 이동이 가능하기 때문에, 2개의 이송 스테이지(400)를 X축 방향으로 나란히 설치하여, 하나의 이송 스테이지(400)에서 가공 공정이 완료된 후, 바로 X축 리니어 가이드(300)를 통해 다른 이송 스테이지(400)로 상기 메인 새들(100)을 이동시켜 가공을 수행할 수 있는 구조를 제안하여, 대량으로 가공 공정이 가능하게 되고, 전체 공정시간을 훨씬 단축할 수 있는 큰 장점이 있게 된다.

그리고 본 발명의 실시예에 따른 W축 이송부(230)를 구비한 멀티 스핀들(250) 머시닝 센터는, 상기 메인 새들(100), X 및 Y축 리니어 가이드(410) 및 W축 이송부(230)의 구동을 제어하는 통합제어부를 더 포함하는 것이 바람직하고, 상기 메인 새들(100), X 및 Y축 리니어 가이드(410) 및 W축 이송부(230)와 연결되어 CNC 수치 제어하는 것이 바람직한데, 이는 상기 리니어 가이드 및 W축 이송부(230)를 하나의 통합제어부로 이송과 가공을 통합 제어함으로써, 공정 관리 및 제어가 편리하고, 공정의 정밀성을 높일 수 있기 때문이다.(도시하지 않음)

그리고, 각 리니어 가이드 및 이송부에 설치된 서보모터는 상기 통합 제어부에 의해 CNC 수치 제어함으로써, 가공의 정밀성을 높일 수 있게 되고, 필요에 따라 보정을 빠르게 수행할 수 있게 되어 전체 공정시간을 단축할 수 있게 된다.

이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능 하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

100: 메인 새들, 200: 공작 기계부, 230: W축 이송부,
250: 스핀들, 300: X축 리니어 가이드, 400: 이송 스테이지

Claims (7)

1. 피가공물에 대하여 동일한 가공을 수행하도록, 고속으로 회전하는 다수개의스핀들과, 상기 스핀들 후면에 상기 각 스핀들을 독립적으로 Z축 이송이 가능하도록 하는 W축 이송부와, 상기 스핀들에 장착되어 상기 피가공물을 가공하는 공구를 장착하는 공구 교환기를 포함하는 공작기계부;
   하단은 Z축 스크류와 연결되어 Z축으로 수직 이동이 가능한 스핀들 지지프레임 형성되고 상기 스핀들 지지프레임에 일정한 간격을 두고 수평 방향으로 나란히 다수개의 스핀들이 설치되어 상기 공작기계부를 지지하고, 상단은 상기 Z축 스크류를 구동시키는 메인 서보모터가 설치된 메인 새들;
   상기 메인 새들 후면에 볼 스크류로 연결되어 상기 메인 새들을 X축 방향으로 이동시키는 X축 리니어 가이드; 및
   상기 피가공물을 위치시키고 Y축 리니어 가이드에 의해 Y축 방향으로 이동가능한 적어도 하나의 이송 스테이지를 포함하되,
   상기 각 W축 이송부는 상단에 상기 각 스핀들의 Z축 이동을 구동하는 서보모터가 설치된 것을 특징으로 하는 W축 이송부를 구비한 멀티 스핀들 머시닝 센터.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 메인 새들, X 및 Y축 리니어 가이드 및 W축 이송부의 구동을 제어하는 통합제어부를 더 포함하고,
   상기 통합제어부는, 상기 메인 새들, X 및 Y축 리니어 가이드 및 W축 이송부와 연결되어 CNC 수치 제어하는 것을 특징으로 하는 W축 이송부를 구비한 멀티 스핀들 머시닝 센터.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 공작 기계부는, 상기 메인 새들에 4개의 스핀들이 일정한 간격으로 이격되어 나란히 설치된 것을 특징으로 하는 W축 이송부를 구비한 멀티 스핀들 머시닝 센터.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 이송 스테이지는,
   상기 메인 새들 하단에 상기 X축 리니어 가이드와 나란한 방향으로 일정 거리로 이격되어 2개가 고정 설치된 것을 특징으로 하는 W축 이송부를 구비한 멀티 스핀들 머시닝 센터.
   
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