KR101726447B1 - 고강성 복합가공기 - Google Patents

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하현표
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23Q1/00Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/01Frames, beds, pillars or like members; Arrangement of ways
    • B23Q1/017Arrangements of ways
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23BTURNING; BORING
    • B23B3/00General-purpose turning-machines or devices, e.g. centre lathes with feed rod and lead screw; Sets of turning-machines
    • B23B3/06Turning-machines or devices characterised only by the special arrangement of constructional units
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23PMETAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P23/00Machines or arrangements of machines for performing specified combinations of different metal-working operations not covered by a single other subclass
    • B23P23/02Machine tools for performing different machining operations

Abstract

본 발명은 축 구성을 컬럼의 중심부에 근접하여 구성한 구조를 갖음으로써 좌우요동(rolling)과 상하요동(pitching)을 저감시킬 수 있으며, 강성증진을 위해 새들부위에 단이 형성된 구조의 고강성 복합가공기에 관한 것으로, 상면에 길이방향으로 Z축가이드웨이(Z1, Z2)가 형성된 베드(400)와, 상기 길이방향에 수직인 전후방향으로 Y축가이드웨이(Y1, Y2)가 형성되고 상기 베드(400)의 상면에 대해 상응하는 형상으로 하면이 배치되고 상기 Z축가이드웨이(Z1, Z2)를 따라 상기 베드(400)의 길이방향으로 이송하는 구조의 새들(300)과, 상기 길이방향에 수직인 상하방향으로 X축가이드웨이(X1, X2)가 형성되고 상기 새들(300)의 상부에 배치되어 상기 Y축가이드웨이(Y1, Y2)를 따라 전후방향으로 이송하는 구조의 컬럼(100) 및 상기 컬럼(100)의 전방에 배치되어 상기 X축가이드웨이(X1, X2)를 따라승하강하는 구조의 가공축(200)을 포함하고, 상기 Y축가이드웨이(Y1, Y2)가 상기 컬럼(100)의 하단부로부터 상방으로 소정거리 이격된 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 고강성 복합가공기.

Description

고강성 복합가공기{A High-rigidity Multipurpose Manufacturing Device}
본 발명은 복합가공기의 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 축 구성을 컬럼의 중심부에 근접하여 구성한 구조를 갖음으로써 좌우요동(rolling)과 상하요동(pitching)을 저감시킬 수 있으며, 강성증진을 위해 새들부위에 단이 형성된 구조의 고강성 복합가공기에 관한 것이다.
일반적으로 복합가공기는 선삭가공과 밀링가공이 모두 가능한 다축공작기계를 의미하며 스핀들에 장착하는 도구의 종류에 따라 선삭 또는 밀링가공이 가공하다.
이러한 복합가공기는 높이방향의 컬럼에 3축방향의 직선이송 구조(X, Y, Z축)와 틸팅운동이 가능한 구조의 축(B축)을 포함하고 있으며, 측부에는 공작물을 고정시키기 위한 선삭 스핀들이 구비되어 있다.
복합 가공기의 구동 방식은 Y축의 구성에 따라 램구동(ram moving) 방식과, 컬럼구동(column moving) 방식으로 나뉜다. 램구동(ram moving) 방식은 컬럼은 고정된 채로 주축의 램이 Y축 전방으로 빠져나오는 방식이고, 컬럼구동(column moving) 방식은 컬럼자체가 Y축 전후로 움직이는 방식이다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 대표적인 램구동 방식의 복합 가공기를 도시하고 있다. 도 1a는 특허문헌 1(일본공개특허 제2006-263862호)에 개시된 램구동 방식의 복합 가공기이고, 도 1b는 특허문헌 2(일본공개특허 제2009-113170호)에 개시된 램구동 방식 복합가공기이다.
도 1a에 도시된 특허문헌 1의 램구동 방식 복합 가공기는 램(14)을 Y축방향으로 전후 이동시키는 램구동부(13, 13a)가 X축 상부에 위치함으로써 Z축 이송계의 무게중심이 상향되었다. 이를 보완하기 위해 새들(12) 상부에 볼스크류(16)를 설치하였고 상부 볼스크류(16)를 고정하기 위한 후면 고정 구조물(10)이 설치되어 있다. 이러한 구성에 따라 특허문헌 1의 경우 구조적 안정성을 도모할 수 있었으나 추가적인 후면 고정 구조물(10)에 의해 원가 경쟁력이 낮고 공간을 많이 차지한다는 문제가 있다.
도 1b에 도시된 특허문헌 2의 램구동 방식 복합 가공기는 특허문헌 1에서 후면 고정 구조물의 Z축 방향(좌우)방향 거리가 길어지는 경우 자중에 의한 처짐 현상을 개선하기 위해 제안된 것으로서 베드(17) 상에 설치되는 Z축용 가이드레일(27)만으로 이동체(8)의 하중을 지지함으로써, 상부 빔(19)과 이동체(8) 사이의 힘 전달을 차단함으로써 고정밀의 Z축 이송을 달성하고자 하였다. 그러나, 특허문헌 2의 경우에도 공구 스핀들(14)을 Y축방향으로 전후 이송시키는 램구동부(도면부호 미표시)에 의해 Z축 이송계의 무게중심이 상향된다는 문제점은 여전히 상존하고 있고, 이를 보완하기 위해 후면 구조물(11)이 필요하다는 점은 특허문헌 1과 동일하다.
한편, 도 1c에는 컬럼구동방식의 복합가공기의 개략도가 도시되어 있다. 도시된 것과 같이 컬럼구동방식은 Y축 가이드웨이(Y1', Y2')를 따라 컬럼(100')자체가 Y축을 따라 전후 이송되는 것이 특징이다. 그리고 공구 스핀들을 회전시키는 가공축(200')은 컬럼(100')상에서 X축 가이드웨이(X1', X2')를 따라 X축상을 상하로 이동하고, 컬럼(100')은 베드(400) 상에서 Z축을 따라 이송된다. 컬럼구동방식은 램구동방식에서 요구되었던 후면 구조물을 제거함으로써 적은 구성요소와 간단한 구성으로 원가 경쟁력을 개선하였다.
그러나, 종래의 컬럼구동방식 복합가공기는 가공축(200')이 컬럼(100')상부에 위치함으로써 높은 무게중심(G)으로 컬럼(100')이 이송시에 롤링(수평요동, rolling) 및 피칭(상하요동, pitching)이 발생하고, 컬럼(100') 무게중심(G)과 Y축 가이드웨이(Y1', Y2')까지의 거리가 멀기 때문에 루프(loop, 정상 진동 또는 정상파에 있어서 변위가 가장 큰 곳) 강성이 약하다는 문제가 있다.
또한, 종래의 컬럼구동방식 복합가공기는 컬럼(100') 위 구조물 대비 얇은 판 구조의 Z축 새들(300')로 인하여 낮은 강성이 문제가 될 수 있다. 이를 보완하기 위해 도시된 것과 같이 여러 개, 예컨대 3개의 Z축 가이드웨이(Z1', Z2', Z3')를 장착해야 한다는 설계상 제한이 있었다.
[특허문헌 1] 일본공개특허 제2006-263862호 (2006.10.5. 공개) [특허문헌 2] 일본공개특허 제2009-113170호 (2009.5.28. 공개)
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 전후 및 좌우 요동을 저감시킬 수 있도록 석삭 스핀들에 대한 전후이송(Y축 이송) 위치의 높이를 컬럼의 무게중심에 근접하게 배치하여, 강성증진을 위해 수평방향 또는 좌우이송(Z축 이송)을 위한 새들부에 단을 형성한 구조의 고강성 복합가공기를 제공하는 것이다.
이상의 과제 해결을 위해 본 발명의 고강성 복합가공기는, 상면에 길이방향으로 Z축가이드웨이(Z1, Z2)가 설치된 베드(400)와, 상기 길이방향에 수직인 전후방향으로 Y축가이드웨이(Y1, Y2)가 형성되고 상기 베드(400)의 상기 Z축가이드웨이(Z1, Z2)를 따라 상기 베드(400)의 길이방향으로 이송하는 구조의 새들(300)과, 상기 길이방향에 수직인 상하방향으로 X축가이드웨이(X1, X2)가 형성되고 상기 새들(300)의 상부에 설치되어 상기 Y축가이드웨이(Y1, Y2)를 따라 전후방향으로 이송하는 컬럼(100) 및 상기 컬럼(100)의 전방에 배치되어 상기 X축가이드웨이(X1, X2)를 따라 승강 및 하강하는 가공축(200)을 포함하고, 상기 Y축가이드웨이(Y1, Y2)가 상기 새들(300)의 하단부로부터 상방으로 소정거리 이격된 위치에 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 베드(400)는 전방에서 후방으로 갈수록 상하방향 높이가 높아지도록 상면에 제1 경사부(410)가 형성된다.
상기 새들(300)의 하면에는 상기 제1 경사부(410)에 대응하는 제2 경사부(310)가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 Z축가이드웨이(Z1, Z2)는 전방의 제1 Z축가이드웨이(Z1)와 후방의 제2 Z축가이드웨이(Z2)를 포함하고 상기 제2 Z축가이드웨이(Z2)는 상기 제1 Z축가이드웨이(Z1)보다 상방으로 소정거리 이격된 위치에 배치되는 것을 특징으로 한다.
그리고 새들(300)의 후방부로부터 전방부로 갈수록 상하방향 두께가 점진적으로 커지는 것이 바람직하다.
이상과 같은 본 발명에 따른 고강성 복합가공기에 따르면, 컬럼의 무게중심에 근접한 위치에 가공축이 배치되는 구조이기 때문에, 가공에 따른 요동이 저감되므로 이에 따라 가공정밀도가 향상되는 특징이 있다.
아울러 베드 및 새들에 단부를 두어 후부로 갈수록 높아지는 형상을 가짐으로써, 이에 따라 전반적인 강성을 증진시킬 수 있는 효과가 있다.
즉, 본 발명은 Y축 이송면을 컬럼(100)의 하부에서 중심부로 상향이동시킴으로써 롤링(수평요동, rolling) 및 피칭(상하요동, pitching) 문제를 해결하고, 새들(300)의 하면을 후방부로부터 전방부로 갈수록 두꺼워지는 단차구조를 적용함으로써 종래의 램구동 방식(도 1a, 도 1b)에서 요구되던 후방 구조물이 없이도 충분한 고강성을 달성할 수 있게 되었다.
즉, Y축 가이드웨이(Y1, Y2)를 컬럼(100)의 하부에서 중심부로 상향 이동시킴으로써 컬럼(100)의 Y축 이송을 무게중심(G)에 보다 근접한 상태에서 수행할 수 있게 되므로 종래의 컬럼 이송방식(도 1c)에서 문제점으로 지적되었던 롤링(수평요동, rolling) 및 피칭(상하요동, pitching)이 현저히 저감되었다.
또한, 새들(300) 하면의 단차 구조, 즉 새들(300)의 하면에 제2 경사부(310)를 마련함으로써 후방부로부터 전방부로 갈수록 상하방향 두께를 두껍게 가져갈 수 있으므로 종래 컬럼 이송방식(도 1c)의 얇은 판 구조의 새들에서 문제점을 지적되었던 구조적 강성 문제도 개선하였다.
이와 같이 새들(300)의 구조 강성을 개선함으로써 다수개(예: 3개 이상)의 Z축 이송가이드가 요구되었던 종래 컬럼 이송 방식(도 1c)과 달리 본 발명에서는 최소한의 개수(예: 2개)의 Z축 이송가이드만으로도 Z축 이송 안정성 및 정밀성을 도모할 수 있다.
또한, 새들(300) 하면의 단차 구조를 점진적인 경사형태, 즉 새들(300)의 하면에 제2 경사부(310)를 마련함으로써 후방부로부터 전방부로 갈수록 상하방향 두께가 점진적으로 두껍게 가져가는 경우 하중 집중으로 인한 구조물 강성 저하의 문제를 더욱 저감시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 고강성 복합가공기의 구성도,
도 2는 도 1에 도시된 컬럼 및 가공축의 구성도이다.
이하 본 발명에 따른 고강성 복합가공기에 관하여 첨부된 도면과 더불어 설명하기로 한다.
이하의 설명에서 '길이방향'은 복합가공기를 정면에서 바라보았을 때 좌우방향 또는 Z축방향을 의미한다. '상하방향'은 복합가공기의 Z축에 대해 수직인 상하방향 또는 X축방향을 의미한다. '전후방향'은 복합가공기의 Z축 및 X축에 수직이면서 복합가공기를 정면에서 바라보았을 때 깊이 방향 또는 Y축방향을 의미한다.
도 2는 본 발명에 따른 고강성 복합가공기의 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 복합가공기는 전방에 삭선가공을 위한 선삭 스핀들(500)이 위치하고 있고, 후방으로 갈수록 상방으로 높아지는 형상으로 상부에 제1 경사부(410)가 형성된 베드(400)와, 베드(400)의 상부에 위치한 컬럼(100) 등을 포함하여 구성되어 있다.
컬럼(100)에는 상하방향으로 한쌍의 X축가이드웨이(X1, X2)가 형성되고 새들(300)의 상부에 배치되어 한쌍의 Y축가이드웨이(Y1, Y2)를 따라 전후방향으로 이송하는 구조로 되어 있다.
가공축(200)은 컬럼(100)의 전방에 배치되어 X축가이드웨이(X1, X2)를 따라 상하방향으로 승하강하는 구조로 되어 있다. 가공축(200)의 전방에는 공구를 부착하는 밀링 스핀들(210)이 설치되어 있다.
아울러 컬럼(100)의 하부에 위치하여 컬럼(100)이 가공축(200)과 함께 전후 이송될 수 있도록 떠받치고 있는 것이 새들(300)이다.
새들(300)에는 길이방향에 수직인 전후방향으로 한쌍의 Y축가이드웨이(Y1, Y2)가 형성되어 있고, 베드(400)의 하면에는 상면에 대해 상응하는 형상의 제2 경사부(310)가 배치되어 있어서, Z축가이드웨이(Z1, Z2)를 따라 베드(400)의 길이방향으로 이송하는 구조로 되어 있다.
따라서 가공축(200)은 상하방향을 따라 승강(X축 이송)이 가능하면서 컬럼(100)이 새들(300)을 따라 전후방향 이송(Y축 이송)할 수 있는 등 2축 이송이 가능한 구조가 마련된다.
이 때 새들(300)의 하부에 결합되는 것이 베드(400)인데, 새들(300)의 하부와 베드(400)의 상부는 가공축(200)의 후방으로 갈수록 높아지는 형상으로 가공되어 밀착 결합되어 있다. 베드(400)에는 상면에 길이방향으로 Z축가이드웨이(Z1, Z2)가 형성되어 있다.
여기서 Z축가이드웨이(Z1, Z2)는 후방의 제2 Z축가이드웨이(Z2)는 전방의 제1 Z축가이드웨이(Z1)보다 상방으로 소정거리 이격된 위치에 배치되어 있다.
즉 베드(400)의 상부는 가공축(200)의 후방으로 갈수록 상대적으로 높아지는 형상의 제1 경사부(410)가 형성되어 있고 이러한 제1 경사부(410)의 형상에 대해 새들(300)의 하부가 대응하는 형상을 가짐으로써 서로 형상적으로 대응하는 구조로 설치될 수 있다. 이와 같은 제1 경사부(410)의 형성구조는, 가공이 이루어지는 가공축(200)과 컬럼(100)의 후부가 보다 큰 하중과 부피의 베드(400)로 지지되는 구조를 이룰 수 있다.
이 때 새들(300)은 그 떠받치고 있는 컬럼(100) 및 가공축(200)과 함께 베드(400)의 길이방향을 따라 이송(Z축 이송)되는 구조로 결합되어 있다.
따라서 가공축(200)은 컬럼(100)의 높이방향을 따라 승강(X축 이송)하면서 컬럼(100)과 함께 새들(300)을 따라 이송(Y축 이송)될 수 있는 구조이며, 또한 베드(400)를 따라 새들(300), 컬러 및 가공축(200)이 이송(Z축 이송)하는 등 3축 이송구조가 마련될 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 Y축 이송면을 컬럼(100)의 하부에서 중심부로 상향이동시킴으로써 롤링(수평요동, rolling) 및 피칭(상하요동, pitching) 문제를 해결하고, 새들(300)의 하면을 후방부로부터 전방부로 갈수록 두꺼워지는 단차구조를 적용함으로써 종래의 램구동 방식(도 1a, 도 1b)에서 요구되던 후방 구조물이 없이도 충분한 고강성을 달성할 수 있게 되었다.
즉, Y축 가이드웨이(Y1, Y2)를 컬럼(100)의 하부에서 중심부로 상향 이동시킴으로써 컬럼(100)의 Y축 이송을 무게중심(G)에 보다 근접한 상태에서 수행할 수 있게 되므로 종래의 컬럼 이송방식(도 1c)에서 문제점으로 지적되었던 롤링(수평요동, rolling) 및 피칭(상하요동, pitching)이 현저히 저감되었다.
또한, 새들(300) 하면의 단차 구조, 즉 새들(300)의 하면에 제2 경사부(310)를 마련함으로써 후방부로부터 전방부로 갈수록 상하방향 두께를 두껍게 가져갈 수 있으므로 종래 컬럼 이송방식(도 1c)의 얇은 판 구조의 새들에서 문제점을 지적되었던 구조적 강성 문제도 개선하였다.
이와 같이 새들(300)의 구조 강성을 개선함으로써 다수개(예: 3개 이상)의 Z축 이송가이드가 요구되었던 종래 컬럼 이송 방식(도 1c)과 달리 본 발명에서는 최소한의 개수(예: 2개)의 Z축 이송가이드만으로도 Z축 이송 안정성 및 정밀성을 도모할 수 있다.
또한, 새들(300) 하면의 단차 구조를 점진적인 경사형태, 즉 새들(300)의 하면에 제2 경사부(310)를 마련함으로써 후방부로부터 전방부로 갈수록 상하방향 두께가 점진적으로 두껍게 가져가는 경우 하중 집중으로 인한 구조물 강성 저하의 문제를 더욱 저감시킬 수 있다.
도 2b는 도 1에 도시된 컬럼(100) 및 가공축(200)의 구성도이다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 컬럼(100)의 전방에 가공축(200)이 설치되어 있다. 이러한 가공축(200)은 컬럼(100)의 높이방향을 따라 승강이 가능하도록 구성되어 있다. 그리고 컬럼(100)의 하면은 베드(400)의 제1 경사부(410) 및 새들(300)의 제2 경사부(310)의 형태에 상응하도록 제3 경사부(110)가 마련되어 전방에서 후방으로 갈수록 상하방향 두께가 작아지도록, 보다 바람직하게는 경사면을 따라 점진적으로 작아지도록 설계된다.
가공축(200)의 전방에는 밀링 스핀들(210)이 부착되어 밀링을 위한 공구가 설치될 수 있는 구조가 마련된다.
여기서 컬럼(100)은, 가공축(200)의 승강길이보다 짧은 구조를 이루는 형상으로 가공되어 있기 때문에, 새들(300)의 상부가 떠받쳐 올릴 수 있는 구조가 마련될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
즉, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술사상을 한정하는 것이 아니라 설명하기 위한 것이기 때문에 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
따라서, 본 발명의 보호범위는 아래 청구범위의 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 컬럼 110: 제3 경사부
200: 가공축 210: 밀링 스핀들
300: 새들 310: 제2 경사부
400: 베드 410: 제1 경사부
500: 선삭 스핀들 X1, X2: X축 가이드웨이
Y1, Y2: Y축 가이드웨이 Z1, Z2: Z축 가이드웨이

Claims (4)

  1. 상면에 길이방향으로 Z축가이드웨이(Z1, Z2)가 설치된 베드(400)와;
    상기 길이방향에 수직인 전후방향으로 Y축가이드웨이(Y1, Y2)가 형성되고 상기 베드(400)의 상기 Z축가이드웨이(Z1, Z2)를 따라 상기 베드(400)의 길이방향으로 이송하는 새들(300)과;
    상기 길이방향에 수직인 상하방향으로 X축가이드웨이(X1, X2)가 형성되고 상기 새들(300)의 상부에 설치되어 상기 Y축가이드웨이(Y1, Y2)를 따라 전후방향으로 이송하는 컬럼(100); 그리고
    상기 컬럼(100)의 전방에 배치되어 상기 X축가이드웨이(X1, X2)를 따라 승강 및 하강하는 가공축(200)
    을 포함하고,
    상기 Y축가이드웨이(Y1, Y2)가 상기 새들(300)의 하단부로부터 상방으로 소정거리 이격된 위치에 배치되며,
    상기 컬럼(100)의 하단부는 상기 새들(300)의 내측으로 삽입되고,
    상기 X축가이드웨이(X1, X2)는 상기 새들(300)의 상단부보다 아래로 연장된 것을 특징으로 하는 고강성 복합가공기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 베드(400)는 전방에서 후방으로 갈수록 상하방향 높이가 높아지도록 상면에 제1 경사부(410)가 형성되고,
    상기 새들(300)의 하면에는 상기 제1 경사부(410)에 대응하는 제2 경사부(310)가 형성되는 것을 특징으로 하는 고강성 복합가공기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 Z축가이드웨이(Z1, Z2)는 전방의 제1 Z축가이드웨이(Z1)와 후방의 제2 Z축가이드웨이(Z2)를 포함하고,
    상기 제2 Z축가이드웨이(Z2)는 상기 제1 Z축가이드웨이(Z1)보다 상방으로 소정거리 이격된 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 고강성 복합가공기.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 새들(300)의 후방부로부터 전방부로 갈수록 상하방향 두께가 점진적으로 커지는 것을 특징으로 하는 고강성 복합가공기.
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