KR101897586B1 - 터렛 구조를 갖는 공작 기계에서의 가이드 부시 제어 장치 및 그 방법 - Google Patents

터렛 구조를 갖는 공작 기계에서의 가이드 부시 제어 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소구경의 가공물을 지지하기 위해 가이드 부시를 터렛의 홀더에 설치하고 회전하는 주축과 가이드 부시 제어용 회전 모터를 동기화하여 회전시키는 터렛 구조를 갖는 공작 기계에서의 가이드 부시 제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 장착된 가공물을 제1 회전속도로 회전시키는 메인 스핀들부(210); 상기 메인 스핀들부(210)에 장착된 가공물을 가공하는 가공 수단(231)을 구비하는 제1 터렛부(230); 상기 메인 스핀들부(210)에 장착된 가공물이 관통하도록 지지하는 가이드 부시(221)를 구비하고, 상기 구비된 가이드 부시(221)에 의해 상기 지지된 가공물을 동기 회전시키는 제2 터렛부(220); 및 상기 메인 스핀들부(210)의 회전속도와 상기 가이드 부시(221)의 회전속도를 동기화시켜 상기 가공물을 가공시키는 제어부(240)를 포함함에 기술적 특징이 있다.

Description

터렛 구조를 갖는 공작 기계에서의 가이드 부시 제어 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING GUIDE BUSH IN MACHINE TOOL WITH TURRET}
본 발명은 터렛 구조를 갖는 공작 기계에서의 가이드 부시 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 터렛 구조를 갖는 공작 기계에서 회전하는 주축과 가이드 부시를 동기화하여 회전시킴으로써, 가공물을 강력절삭하고 소구경의 소재를 가공할 수 있는, 터렛 구조를 갖는 공작 기계에서의 가이드 부시 제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 공작기계에서 소형선반과 같은 터닝 머신은 콜렛(Collet) 방식의 척(Chuck)을 사용하여 비교적 간단한 구조로서 작은 치수의 소재를 효율적으로 클램핑하여 절삭 가공하는 구조를 갖는다.
종래의 터렛 구조를 갖는 터닝센터는 회전 가공물을 지지하기 위해 방진구를 사용하였다. 터렛 구조를 갖는 터닝센터에서 가공으로 인한 소재 진동을 최소화하여 가공 정밀도를 향상시키기 위해, 방진구(Steady rest)를 사용하고 있는 것이 일반화된 가공소재의 지지 방식이다. 종래의 방진구는 구비된 롤러가 회전하면서 단순히 가공물을 지지하는 역할만을 한다. 이때, 단순한 지지 역할로 인해, 가공물의 강력절삭이 불가능하다. 특히, 소구경(예컨대, 직경 20mm 이내)의 소재에 대해서는 가공물을 지지할 수 없었다.
도 1은 종래의 터렛 구조를 갖는 공작 기계의 예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 터렛 구조를 갖는 공작 기계(100)는 스핀들(110) 및 방진구(121)를 구비한 터렛(120)을 포함한다. 종래의 방진구(121)는 두 개의 핑거 형태의 소재로 클램프 및 언클램프하는 방식으로 동작된다.
종래의 방진구(121)는 가공물을 고정하며 위치 이동은 사용자의 명령 및 작동에 따라 이동되는 방식으로 이루어진다. 종래의 방진구(121)는 가공물을 클램핑 방식으로 지지하는 방식에는 한계가 있다. 이때, 종래의 방진구(121)는 스핀들(110)과 동기 회전을 하지 않고, 단순히 가공물을 지지하는 역할만 수행한다. 이로 인해, 종래의 터렛 구조를 갖는 공작 기계(100)는 가공물을 가공시 강력절삭과 소구경 소재를 지지할 수 없는 문제점이 있었다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 소구경의 가공물을 지지하기 위해 가이드 부시를 터렛의 홀더에 설치하고 회전하는 주축과 가이드 부시 제어용 회전 모터를 동기화하여 회전시키는 터렛 구조를 갖는 공작 기계에서의 가이드 부시 제어 장치 및 그 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 상부 터렛 및 하부 터렛의 이송 축을 동기화시켜 가공물을 가공할 수 있는, 터렛 구조를 갖는 공작 기계에서의 가이드 부시 제어 장치 및 그 방법을 제공함에 다른 목적이 있다.
본 발명에 따른 장치는, 장착된 가공물을 제1 회전속도로 회전시키는 메인 스핀들부(210); 상기 메인 스핀들부(210)에 장착된 가공물을 가공하는 가공 수단(231)을 구비하는 제1 터렛부(230); 상기 메인 스핀들부(210)에 장착된 가공물이 관통하도록 지지하는 가이드 부시(221)를 구비하고, 상기 구비된 가이드 부시(221)에 의해 상기 지지된 가공물을 동기 회전시키는 제2 터렛부(220); 및 상기 메인 스핀들부(210)의 회전속도와 상기 가이드 부시(221)의 회전속도를 동기화시켜 상기 가공물을 가공시키는 제어부(240)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 방법은, 메인 스핀들부에 가공물을 장착하고, 상기 메인 스핀들부에 장착된 가공물이 지지되도록 제2 터렛부에 구비된 가이드 부시를 상기 가공물에 관통시키는 단계; 상기 메인 스핀들부(210)의 회전속도와 상기 가이드 부시(221)의 회전속도를 동기화시켜 상기 가공물을 회전시키는 단계; 및 제1 터렛부에 구비된 가공 수단을 이용하여 상기 동기화되어 회전되는 가공물을 가공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은 가이드 부시와 메인 스핀들을 동기화하여 회전시킴으로써, 원형 또는 다각형 형태의 가공물을 가공할 때 메인 스핀들과 하부 스핀들의 출력과 토크를 일부 분배함으로써, 소재 진동을 최소화하여 가공 정밀도를 향상시킬 수 있으며 소구경 가공물에 대한 강력절삭이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 상부의 가공 이송축과 가이드 부시의 이송 축을 동기화하여 가공함으로써, 가공 편의성 및 작업 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 두 개의 스핀들 축에 대해 위치 제어를 수행하고, 그 위치에 대해 피드백 제어를 통해 각각의 위치를 동기화시켜 제어함으로써, 스핀들 축의 위치에 대한 동기 오차를 최소화시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 터렛 구조를 갖는 공작 기계의 예시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 터렛 상에 형성된 가이드 부시를 이용한 공작 기계의 일실시예 예시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 터렛 구조를 갖는 공작 기계의 가이드 부시 제어 장치의 일실시예 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 가이드 부시 제어 장치의 제어부에 의한 속도 및 위치 과정에 대한 일실시예 설명도이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 터렛 상에 형성된 가이드 부시를 이용한 공작 기계의 일실시예 예시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 터렛 구조를 갖는 공작 기계의 가이드 부시 제어 장치의 일실시예 구성도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 가이드 부시 제어 장치(200)는 메인 스핀들부(210), 가이드 부시(221)를 구비한 제2 터렛부(220), 공작 수단(231)을 구비한 제1 터렛부(230) 및 제어부(240)를 포함한다.
이하, 가이드 부시 제어 장치(200)의 구성요소 각각에 대해서 살펴보면 다음과 같다.
메인 스핀들부(210)는 가공물을 가공하기 위하여 가공물을 회전시키는 구성 요소이다. 메인 스핀들부(210)는 장착된 가공물을 제1 회전속도로 회전시킨다.
제1 터렛부(230)는 가공 수단(231)을 구비한다. 그리고 제1 터렛부(230)는 가공 수단(231)을 통해 메인 스핀들부(210)에 장착된 가공물을 가공한다.
제2 터렛부(220)는 메인 스핀들부(210)에 장착된 가공물이 관통하도록 지지하는 가이드 부시(221)를 구비한다. 그리고 제2 터렛부(220)는 구비된 가이드 부시(221)에 의해 가공물을 동기 회전시킨다. 여기서, 가이드 부시(221)는 터렛에 장착 가능한 홀더형태로서, 제1 터렛부(220) 상에 형성되어 메인 스핀들부(210)의 가공물을 지지한다. 가이드 부시(221)는 원형 또는 다각형 형태로 이루어져서 원형 또는 다각형 형태의 가공물을 지지한다.
제어부(240)는 메인 스핀들부(210)의 회전속도와 가이드 부시(221)의 회전속도를 동기화시켜 가공물을 가공시킨다. 즉, 제어부(240)는 가이드 부시(221)를 제어하여 메인 스핀들부(210)의 모터와 동기화시킨다. 메인 스핀들부(210)와 가이드 부시(221)의 동기화 전에, 제어부(240)는 터닝 센터에서 제어적으로 메인 스핀들을 원점으로 복귀시키고, 특정 명령어를 지령하여 가이드 부시(221)로 가공물을 지지시킨다.
제어부(240)는 가공 수단(231)이 가공물 상에서 이송하는 이송 축과 가이드 부시(221)가 이송하는 이송 축이 동기화되어 가공물이 가공되도록 제1 터렛부(230)와 제2 터렛부(220)를 제어한다. 가이드 부시(221)는 소구경의 가공물을 지지하기 위해 제2 터렛부(220)의 홀더에 설치된다. 제어부(240)는 회전하는 주축과 가이드 부시 제어용 회전 모터를 동기회전시킴과 동시에 상부의 가공 이송축(Z1축)과 가이드 부시의 이송축(Z2축) 역시 동기화하여 가공물을 가공함으로써, 제2 터렛부(220) 상에 소구경 가공물을 지지하고 가공할 수 있게 한다.
가이드 부시(221)와 메인 스핀들부(210)를 동기회전시켜 봉형 소재를 가공할 경우, 제어부(240)는 메인 스핀들부(210)와 가이드 부시(221)의 출력과 토크를 일부 분배하여 가공물을 강력 절삭하고 직경이 작은 소재를 가공할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 가이드 부시 제어 장치의 제어부에 의한 속도 및 위치 과정에 대한 일실시예 설명도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제어부(240)는 메인 스핀들부(210)와 하드웨어적으로 연결된 제1 터렛부(230) 및 제2 터렛부(220)에 있는 스핀들의 속도와 모드(C축, RIGID TAP) 등을 서로 동기제어 한다. 또한, 제어부(240)는 메인 스핀들부(210)의 위치와 가이드 부시(221)의 위치를 피드백 받고, 그 피드백된 위치들 간의 위치 오차를 보정하도록 위치 제어한다. 제어부(240)는 두 개의 스핀들 축에 대해 위치를 제어하고, S1 및 S2 모터 검출기 간 하드웨어된 피드백 컨트롤을 각각 반영하여 동기오차를 최소화한다. 제어부(240)는 상부의 가공 이송 축과 가이드 부시(221)의 이송축을 동기화하여 가공한다.
따라서, 본 발명에 따른 제어부(240)는 메인 스핀들부(210)에 가공물을 장착하고, 가이드 부시(221)를 가공물이 통과하도록 제2 터렛부(220)를 이송한다. 이후, 제어부(240)는 메인 스핀들부(210)와 가이드 부시(221)를 동기 회전시킨다. 필요한 경우, 제어부(240)는 가공물의 가공시 제1 터렛부(230)의 Z1 축과 제2 터렛부(220)의 Z2 축을 동시에 이송시켜 가공의 편의성을 도모한다.
이로 인해, 본 발명의 가이드 부시 제어 장치(200)는 메인 스핀들부(210)와 가이드 부시(221)가 가공 시 발생하는 토크 및 가공 외력을 분산하여 강력절삭을 가능하게 하며 직경이 작은 가공물을 가공할 수 있다.
또한, 제어부(240)는 가이드 부시(221)용 모터와 메인 스핀들부(210)의 모터와의 동기화를 온(ON) 시킨다. 그리고 제어부(240)는 두 개의 스핀들 모터를 동기화하도록 제어한다. 이로 인하여, 메인 스핀들부(210)와 가이드 부시(221)가 동기 회전하게 되고, 필요 시 Z1 축과 Z2 축을 동시에 이송시켜 가공을 용이하게 한다.
도 5는 본 발명에 따른 터렛 구조를 갖는 공작 기계의 가이드 부시 제어 방법에 대한 일실시예 흐름도이다. 도 6은 본 발명에 따른 터렛 구조를 갖는 공작 기계의 가이드 부시 제어 방법에 대한 일실시예 설명도이다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 가이드 부시 제어 장치(200)는 "605 및 610" 과정과 같이, 가공물을 준비하고 그 준비된 가공물을 메인 스핀들부(210)에 로딩시킨다(S505).
가이드 부시의 툴 변경을 위해, 가이드 부시 제어 장치(200)는 제2 터렛부(220)를 원점으로 복귀시킨다(S510).
가이드 부시 제어 장치(200)는 가이드 부시(221) 전용 툴을 변경한다(S515).
그리고 가이드 부시 제어 장치(200)는 메인 스핀들부(210)를 원점으로 복귀시킨다(S520).
이어서, 가이드 부시 제어 장치(200)는 "615" 과정과 같이, 제2 터렛부(220)를 제어하여 가이드 부시(221)의 X축 위치를 결정한 후, Z축 위치를 결정한다(S525). 이를 통해, 가이드 부시(221)는 메인 스핀들부(210)에 장착된 가공물이 관통되는 위치로 이동된다.
그리고 가이드 부시 제어 장치(200)는 "620" 과정과 같이, 메인 스핀들부(210)에 장착된 가공물이 지지되도록 제2 터렛부(220)에 구비된 가이드 부시(221)를 가공물에 진입시킨다(S530).
이후, 가이드 부시 제어 장치(200)는 메인 스핀들부(210)와 가이드 부시(221)의 동기화 명령이 있는지 여부를 확인한다(S535).
상기 확인 결과(S535), 메인 스핀들부(210)와 가이드 부시(221)의 동기화 명령이 있는 경우, 가이드 부시 제어 장치(200)는 메인 스핀들부(210)와 가이드 부시(221)의 회전속도를 동기화시킨다(S540). 즉, 가이드 부시 제어 장치(200)는 메인 스핀들부(210)의 회전속도와 가이드 부시(221)의 회전속도를 동기화시킨다.
가이드 부시 제어 장치(200)는 "625" 과정과 같이, 제1 터렛부(230)에 구비된 가공 수단(231)의 Z1축을 가공을 원하는 위치로 이동시킨다(S545).
가이드 부시 제어 장치(200)는 "630" 과정과 같이, 제1 터렛부(230)의 Z1축 및 제2 터렛부(220)의 Z2축을 동기화시켜 이송시킨다(S550). 즉, 가이드 부시 제어 장치(200)는 가공 수단(231)이 이송하는 이송 축과 가이드 부시(221)가 이송하는 이송 축을 동기화시킨다.
가이드 부시 제어 장치(200)는 속도가 동기화된 가공물의 가공 작업을 수행한다(S555)
이후, 가이드 부시 제어 장치(200)는 가공물의 가공 작업이 완료되면, 가이드 부시(221)를 해제한다(S560).
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
200: 가이드 부시 제어 장치 210: 메인 스핀들부
220: 제2 터렛부 221: 가이드 부시
230: 제1 터렛부 231: 가공 수단
240: 제어부

Claims (7)

  1. 장착된 가공물을 제1 회전속도로 회전시키는 메인 스핀들부(210);
    상기 메인 스핀들부(210)에 장착된 가공물을 가공하는 가공 수단(231)을 구비하는 제1 터렛부(230);
    상기 메인 스핀들부(210)에 장착된 가공물이 관통하도록 지지하는 가이드 부시(221)와 함께 가공물을 가공하기 위한 복수의 공구가 장착되고, 상기 가이드 부시(221)에 가공물을 지지하여 가공하는 경우에는 상기 가이드 부시에 지지된 가공물을 동기 회전시키는 제2 터렛부(220); 및
    상기 가이드 부시(221)에 지지된 가공물을 가공하는 경우에는 상기 메인 스핀들부(210)의 회전속도와 상기 가이드 부시(221)의 회전속도를 동기화시키고 상기 제1 터렛부(230)의 가공 수단(231)을 사용하여 상기 가공물을 가공시키는 제어부(240)
    를 포함하며,
    상기 가이드 부시(221)에 지지된 가공물을 가공하는 경우에는 상기 제어부(240)가 상기 제1 터렛부(230)의 상기 가공 수단(231)이 상기 가공물 상에서 이송하는 이송 축과 상기 제2 터렛부(220)의 상기 가이드 부시(221)가 이송하는 이송 축을 동기화하여 상기 제1 터렛부(230)의 상기 가공 수단(231)이 상기 가공물을 가공하는 위치와 상기 제2 터렛부(220)의 상기 가이드 부시(221)가 상기 가공물을 지지하는 위치 간의 거리를 일정하게 유지한 상태로 상기 가공물이 가공되도록 상기 제1 터렛부(230)와 상기 제2 터렛부(220)를 제어하는 것을 특징으로 하는 터렛 구조를 갖는 공작 기계의 가이드 부시 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부(240)는,
    상기 메인 스핀들부(210)의 회전 위치와 상기 가이드 부시(221)의 회전 위치를 피드백 받고, 상기 피드백된 위치들 간의 위치 오차를 보정하도록 위치 제어하는 것을 특징으로 하는 터렛 구조를 갖는 공작 기계의 가이드 부시 제어 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 가이드 부시(221)는,
    원형 또는 다각형 형태로 이루어져서 상기 가공물을 지지하는 것을 특징으로 하는 터렛 구조를 갖는 공작 기계의 가이드 부시 제어 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
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