KR102137286B1 - 공작 기계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공작물을 가공하는 가공 영역과 상기 가공 영역 주변의 비가공 영역을 포함하는 공작 기계에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 공작 기계는 상기 가공 영역에 설치되며 공작물을 지지하는 테이블과, 상기 비가공 영역에 설치되며 복수의 공구를 수납하는 툴 매거진과, 상기 가공 영역에서 상기 테이블에 지지된 공작물을 가공하고 상기 비가공 영역으로 이동하여 공구를 교환하는 주축과, 상기 비가공 영역에서 상기 툴 매거진으로부터 공구를 전달받아 상기 주축에 클램핑된 공구를 교환하는 자동 공구 교환 장치와, 상기 주축, 상기 자동 공구 교환 장치, 및 상기 툴 매거진의 아래에 위치하여 상기 주축을 이송시키는 하나 이상의 주축 이송 장치, 그리고 상기 비가공 영역에서 상기 주축, 상기 자동 공구 교환 장치, 및 상기 툴 매거진의 아래를 왕복 이동하며 상기 주축 이송 장치를 커버하는 칩 팬 장치를 포함한다.

Description

공작 기계{MACHINE TOOL}

본 발명의 실시예는 공작 기계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공구 교환시 공구로부터 이물질이 비산되는 것을 방지한 공작 기계에 관한 것이다.

일반적으로 공작 기계는 여러 절삭 가공 방법 또는 비절삭 가공 방법으로 금속 또는 비금속의 공작물을 각종 공구를 이용하여 원하는 형상 및 치수로 가공할 목적으로 사용하는 기계를 말한다.

공작 기계는 가공 방법에 따라 크게 터닝 센터(turning center)와 머시닝 센터(machining center)로 분류된다. 여기서, 터닝 센터는 가공물을 회전시켜 가공하며, 머시닝 센터는 공구를 회전시켜 가공한다. 따라서, 공작 기계는 공작물 또는 공구를 회전시키기 위한 주축(spindle) 장치를 갖는다.

또한, 공작 기계는 다수의 공구들이 수납된 툴 매거진과, 가공 종류에 따라 선택된 특정 공구를 툴 매거진에서 인출하여 주축에 장착하는 툴 체인저를 포함하는 자동 공구 교환 장치를 갖는다. 이와 같이, 자동 공구 교환 장치에 의해 공구가 툴 매거진에서 인출되어 주축에 장착되거나 주축에서 분리되어 툴 매거진에 수납되는 과정을 공구 교환이라 한다.

일반적으로 공구 교환은 비가공 영역에서 수행되는데, 공구 교환시 자동 공구 교환 장치 또는 툴 매거진의 회전력에 의해 공구로부터 이물질이 분리되어 비산되고 있다.

이와 같이, 비가공 영역에서 공구로부터 비산된 이물질은 정밀한 구동이 요구되는 이송계와 그 밖에 주요 부품들을 손상시키는 문제점이 있다.

본 발명의 실시예는 공구 교환시 공구로부터 이물질이 비산되는 것을 방지한 공작 기계를 제공한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 공작 기계는 공작물을 가공하는 가공 영역과 상기 가공 영역 주변의 비가공 영역을 포함한다. 그리고 공작 기계는 상기 가공 영역에 설치되며 공작물을 지지하는 테이블과, 상기 비가공 영역에 설치되며 복수의 공구를 수납하는 툴 매거진과, 상기 가공 영역에서 상기 테이블에 지지된 공작물을 가공하고 상기 비가공 영역으로 이동하여 공구를 교환하는 주축과, 상기 비가공 영역에서 상기 툴 매거진으로부터 공구를 전달받아 상기 주축에 클램핑된 공구를 교환하는 자동 공구 교환 장치와, 상기 주축, 상기 자동 공구 교환 장치, 및 상기 툴 매거진의 아래에 위치하여 상기 주축을 이송시키는 하나 이상의 주축 이송 장치, 그리고 상기 비가공 영역에서 상기 주축, 상기 자동 공구 교환 장치, 및 상기 툴 매거진의 아래를 왕복 이동하며 상기 주축 이송 장치를 커버하는 칩 팬(chip pan) 장치를 포함한다.

상기 비가공 영역은 상기 주축과 상기 자동 공구 교환 장치 간의 공구 교환이 수행되는 공구 교환 영역과, 상기 툴 매거진이 위치하는 공구 보관 영역으로 구분될 수 있다. 그리고 상기 칩 팬 장치는 상기 주축이 상기 자동 공구 교환 장치를 통해 공구 교환을 할 때 상기 공구 교환 영역에서 대기하고, 상기 툴 매거진이 상기 자동 공구 교환 장치와 공구를 주고받을 때 상기 공구 보관 영역에서 대기할 수 있다.

상기 칩 팬 장치는 상기 주축이 비가공 영역으로 이동할 때, 상기 주축이 클램핑한 공구가 통과하는 개구부를 갖는 칩 팬 본체와, 상기 칩 팬 본체를 상기 공구 교환 영역과 상기 공구 보관 영역 사이에서 왕복 이동시키는 칩 팬 이송부를 포함할 수 있다.

상기 칩 팬 장치는 상기 칩 팬 본체의 개구부에 설치되어 공구가 상기 개구부를 통과할 때 공구의 표면을 스크래핑(scraping)하는 한 쌍의 탄성판으로 형성된 와이퍼 도어를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 칩 팬 장치는 상기 칩 팬 본체에서 돌출 형성되어 상기 툴 매거진에 공구가 수납될 때 공구의 표면을 스크래핑하는 와이퍼 프레임을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 공작 기계는 공구 교환시 공구로부터 이물질이 비산되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작 기계의 사시도이다.
도 2는 도 1의 공작 기계에 사용된 칩 팬 장치의 측면도이다.
도 3은 도 1의 공작 기계에 사용된 칩 팬 장치의 정면도이다.
도 4 및 도 5는 도 1의 공작 기계의 동작 상태를 확대 도시한 부분 확대 사시도들이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.

본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.

이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 공작 기계(101)를 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작 기계(101)는 테이블(300), 툴 매거진(800), 주축(200), 자동 공구 교환 장치(700), 주축 이송 장치(410, 420), 및 칩 팬(chip pan) 장치(500)를 포함한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 공작 기계(101)는 가공 영역(CA)과 가공 영역(CA) 주변의 비가공 영역(NCA)을 포함한다. 구체적으로, 테이블(300)은 가공 영역(CA)에 배치되고, 툴 매거진(800)과 자동 공구 교환 장치(700)는 비가공 영역(NCA)에 배치된다. 그리고 주축(200)은 주축 이송 장치(410, 420)에 의해 가공 영역(CA)과 비가공 영역(NCA) 사이를 왕복 이동할 수 있다. 또한, 주축 이송 장치(410, 420)는 비가공 영역(NCA)과 가공 영역(CA) 모두에 걸쳐 배치될 수 있다.

테이블(300)은 가공 영역(CA)에서 공작물을 지지한다. 즉, 테이블(300)에 지지된 공작물을 주축(200)이 클램핑한 공구(10)로 가공한다.

툴 매거진(800)은 비가공 영역(NCA)에서 복수의 공구(10)를 수납한다. 툴 매거진(800)은 회전하면서 필요한 공구(10)를 인덱싱(indexing)하고 선택된 공구(10)를 후술할 자동 공구 교환 장치(700)에 전달한다.

본 발명의 일 실시예에서, 툴 매거진(800)은 원형의 홀더 프레임을 가지고 복수의 공구들(10)을 수납한다. 홀더 프레임이 회전하여 선택된 공구(10)가 인출 포트로 이동하고, 인출 포트에서 공구(10)가 아래를 향하도록 회전한 후 대기하면 자동 공구 교환 장치(700)가 공구(10)를 교환한다.

자동 공구 교환 장치(700)는 양 방향에 한 쌍의 툴 그립부가 형성된 체인져 암(710)과, 체인저 암(710)을 주축(200)의 회전 방향과 동일한 방향으로 180도 이상 회전시키는 체인져 암 회전 구동부(730), 그리고 체인져 암(710)을 주축(200)의 길이 방향으로 전후진 이동시키는 체인져 암 전후진 구동부(740)를 포함한다. 여기서, 체인져 암 회전 구동부(730)는 로터리 장치를 포함하고, 체인져 암 전후진 구동부(740)는 유압 또는 공압을 이용하는 실린더 장치를 포함할 수 있다.

즉, 자동 공구 교환 장치(700)는 체인저 암(710)의 툴 그립부로 주축(200)에 장착된 공구(10)를 파지하고 체인저 암(710)을 전진시켜 공구(10)를 주축(200)으로부터 분리시킨다. 그리고 체인저 암(710)을 180도 회전시킨 후 다시 후진하면서 다른 툴 그립부에 파지된 공구(10)를 주축(200)에 장착시키는 동작 과정을 통해 주축(200)에 공구(10)를 공급하거나 주축(200)이 클램핑할 공구(10)를 교환할 수 있다.

또한, 자동 공구 교환 장치(700)는 전술한 과정 중에 툴 매거진(800)에 공구(10)를 수납시키고 새로운 공구(10)를 인출 받을 수 있다.

주축(200)은 공구(10)를 클램핑하여 회전시킨다. 즉, 공구(10)는 주축(200)에 의해 회전하면서 가공 영역(CA)에서 테이블(300)에 지지된 공작물과 접촉하여 공작물을 가공한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에서, 주축(200)은 가공 영역(CA)에서 테이블(300)에 지지된 공작물을 가공하고 비가공 영역(NCA)으로 이동하여 자동 공구 교환 장치(700)를 통해 공구(10)를 교환 받는다.

주축 이송 장치(410, 420)는 주축(200), 공구 교환 장치(700), 및 툴 매거진(800)의 아래에 위치하여 주축(200)을 이송시킨다. 주축 이송 장치(410, 420)는 주축(200)을 이송시키고자 하는 방향에 따라 복수개 마련될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 주축 이송 장치(410, 420)는 볼스크류를 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에서, 비가공 영역(NCA)은 공구 교환 영역(NCA1)과, 공구 보관 영역(NCA2)으로 구분될 수 있다.

공구 교환 영역(NCA1)은 주축(200)과 자동 공구 교환 장치(700) 간의 공구(10) 교환이 수행되는 영역이며, 공구 보관 영역(NCA2)은 툴 매거진(800)이 위치하는 영역이다. 그리고 주축(200)은 구체적으로 가공 영역(CA)과 비가공 영역(NCA)의 공구 교환 영역(NCA1) 사이를 왕복한다.

칩 팬(chip pan) 장치(500)는 비가공 영역(NCA)에서 주축(200), 공구 교환 장치(700), 툴 매거진(800)의 아래를 왕복 이동하며 주축 이송 장치(410, 420)를 커버한다. 특히, 칩 팬 장치(500)는 공구 교환 영역(NCA1)과 공구 보관 영역(NCA2) 사이를 왕복 운동하며 주축 이송 장치(410, 420)를 커버한다. 즉, 칩 팬 장치(500)는 공구(10) 교환시 자동 공구 교환 장치(700) 또는 툴 매거진(800)의 회전력에 의해 공구(10)에 붙어 있던 이물질이 비산되어 주축 이송 장치(410, 420)를 비롯한 비가공 영역(NCA)의 여러 부품들을 손상시키는 것을 방지한다.

구체적으로, 칩 팬 장치(500)는 주축(200)이 가공 영역(CA)에서 비가공 영역(NCA)으로 이동하기 전에 먼저 비가공 영역(NCA)의 공구 교환 영역(NCA1)으로 이동한다. 그리고 칩 팬 장치(500)가 공구 교환 영역(NCA1)에서 주축 이송 장치(410, 420)를 커버하는 상태에서 주축(200)이 자동 공구 교환 장치(700)를 통해 공구(10)를 교환한다. 그리고 툴 매거진(800)과 자동 공구 교환 장치(700)가 서로 공구(10)를 주고받고자 할 때, 칩 팬 장치(500)는 먼저 공구 보관 영역(NCA2)으로 이동하여 대기한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 칩 팬 장치(500)는, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 칩 팬 본체(510)와, 칩 팬 이송부(580)를 포함한다. 여기서, 칩 팬 이송부(580)는 유압 또는 공압을 이용한 실린더 장치를 포함할 수 있다. 그리고 칩 팬 장치(500)는 와이퍼 도어(560) 및 와이퍼 프레임(570)을 더 포함할 수 있다.

칩 팬 본체(510)는 주축(200), 자동 공구 교환 장치(700), 또는 툴 매거진(800)에서 공구(10)에 부착된 이물질이 주축 이송 장치(410, 420)를 비롯한 비가공 영역에 설치된 여러 부품들로 비산되는 것을 차단한다.

칩 팬 본체(510)는 주축 이송 장치(410, 420)와 대향하는 바닥부와, 바닥부에서 절곡 연장된 격벽부를 포함할 수 있다.

또한, 칩 팬 본체(510)가 공구 교환 영역(NCA1)에서 대기하고 주축(200)이 가공 영역(CA)에서 비가공 영역(NCA)으로 이동할 때, 주축(200)이 클램핑한 공구(10)가 칩 팬 본체(510)의 격벽부를 통과하도록 칩 팬 본체(510)의 격벽부에 개구부(519)가 형성된다.

와이퍼 도어(560)는 칩 팬 본체(510)의 개구부(519)에 설치된다. 그리고 와이퍼 도어(560)는 한 쌍의 탄성판으로 형성될 수 있다.

와이퍼 도어(560)는 주축(200)이 가공 영역(CA)에서 비가공 영역(NCA)으로 이동함에 따라 공구(10)가 칩 팬 본체(510)의 개구부(519)를 통과할 때 공구(10)의 표면을 스크래핑(scraping)한다. 즉, 공구(10)가 가공 영역(CA)에서 비가공 영역(NCA)으로 넘어 오기 전에 미리 공구(10)에 붙어있는 이물질을 최대한 제거한다. 따라서, 비가공 영역(NCA)에서 공구(10)로부터 이물질이 비산하는 것을 최소화할 수 있다.

칩 팬 이송부(580)는 칩 팬 본체(510)를 공구 교환 영역(NCA1)과 공구 보관 영역(NCA2) 사이에서 왕복 이동시킨다. 즉, 칩 팬 이송부(580)는 칩 팬 본체(510)를 주축(200)이 가공 영역(CA)에서 비가공 영역(NCA)으로 이동하기 전에 먼저 공구 교환 영역(NCA1)으로 이동 대기시키고, 툴 매거진(800)과 자동 공구 교환 장치(700)가 서로 공구(10)를 주고받기 전에 먼저 칩 팬 본체(510)를 공구 보관 영역(NCA2)으로 이동 대기시킨다.

와이퍼 프레임(570)은 칩 팬 본체(510)의 격벽부에서 내측으로 돌출 형성되어 툴 매거진(800)에 공구(10)가 수납될 때, 공구(10)의 표면을 스크래핑한다. 이때, 와이퍼 프레임9570)에 의해 스크래핑되는 공구(10)의 표면은 와이퍼 도어(560)에 의해 스크래핑되는 공구(10)의 표면과 상이할 수 있다. 주축(200)이 가공 영역(CA)에서 비가공 영역(NCA)으로 이동하는 방향과 툴 매거진(800)에 공구(10)가 수납되는 방향은 서로 교차하므로, 와이퍼 프레임(570)에 의해 스크래핑되는 공구(10)의 표면은 와이퍼 도어(560)에 의해 스크래핑되는 공구(10)의 표면과 달라질 수 있다.

이와 같이, 공구(10)의 여러 표면을 스크래핑하여 칩 팬 본체(510)의 내부에 포집함으로써, 툴 매거진(800)이 회전할 때 공구(10)로부터 이물질이 비산하는 것을 최소화할 수 있다.

이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작 기계(101)는 공구(10) 교환시 공구(10)로부터 비가공 영역(NCA)에서 이물질이 비산되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

이하, 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 공작 기계(101)의 동작 원리를 살펴본다.

먼저, 도 4에 도시한 바와 같이, 칩 팬 이송부(580)가 칩 팬 본체(510)를 공구 교환 영역(NCA1)으로 이동시키면 주축(20)이 가공 영역(CA)에서 비가공 영역(NCA), 특히 공구 교환 영역(NCA1)으로 이동한다. 주축(200)이 클램핑한 공구(10)가 주축(200)의 이동에 따라 칩 팬 본체(510)의 개구부(519)를 통과하면, 와이퍼 도어(560)가 공구(10)의 표면을 스크래핑하여 공구(20)에 부착된 이물질을 긁어 낸다.

다음, 도 5에 도시한 바와 같이, 툴 매거진(800)이 자동 공구 교환 장치(700)로부터 공구(10)를 받아 수납하고자 할 때, 칩 팬 이송부(580)는 칩 팬 본체(510)를 공구 보관 영역(NCA2)으로 이동시킨다. 그리고 도 5에서는 주축(200)이 비가공 영역(NCA)에 있는 것으로 나타내나, 이때 주축(200)은 가공 영역(CA)으로 이동한 상태일 수 있다.

그리고 툴 매거진(800)은 공구 보관 영역(NCA2)에서 공구(10)를 회동시켜 원형의 홀더 프레임에 수납한다. 이때, 공구(10)가 회전하면서 와이프 프레임(570)과 접촉하여 스크래핑된다. 이에, 공구(10)에 부착된 이물질을 한번 더 긁어낼 수 있다. 따라서, 공구(10)가 툴 매거진(800)에 수납된 상태에서 툴 매거진(800)이 회전하여도 공구(10)로부터 비산되는 이물질을 최소화할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 공작 기계(101)는 공구(10) 교환시 비가공 영역(NCA)에서 공구(10)로부터 이물질이 비산되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

101: 공작 기계 200: 주축
300: 테이브블 410, 420: 주축 이송 장치
500: 칩 팬 장치 510: 칩 팬 본체
519: 개구부 560: 와이퍼 도어
570: 와이퍼 프레임 580: 칩 팬 이송부
700: 자동 공구 교환 장치 710: 체인져 암
730: 체인져 암 회전 구동부 740: 체인져 암 전후진 구동부
800: 툴 매거진

Claims (5)

1. 공작물을 가공하는 가공 영역과 상기 가공 영역 주변의 비가공 영역을 포함하는 공작 기계에 있어서,
   상기 가공 영역에 설치되며 공작물을 지지하는 테이블;
   상기 비가공 영역에 설치되며 복수의 공구를 수납하는 툴 매거진;
   상기 가공 영역에서 상기 테이블에 지지된 공작물을 가공하고 상기 비가공 영역으로 이동하여 공구를 교환하는 주축;
   상기 비가공 영역에서 상기 툴 매거진으로부터 공구를 전달받아 상기 주축에 클램핑된 공구를 교환하는 자동 공구 교환 장치;
   상기 주축, 상기 자동 공구 교환 장치, 및 상기 툴 매거진의 아래에 위치하여 상기 주축을 이송시키는 하나 이상의 주축 이송 장치; 및
   상기 비가공 영역에서 상기 주축, 상기 자동 공구 교환 장치, 및 상기 툴 매거진의 아래를 왕복 이동하며 상기 주축 이송 장치를 커버하는 칩 팬(chip pan) 장치
   를 포함하고,
   상기 비가공 영역은 상기 주축과 상기 자동 공구 교환 장치 간의 공구 교환이 수행되는 공구 교환 영역과, 상기 툴 매거진이 위치하는 공구 보관 영역으로 구분되며,
   상기 칩 팬 장치는 상기 주축이 상기 자동 공구 교환 장치를 통해 공구 교환을 할 때 상기 공구 교환 영역에서 대기하고, 상기 툴 매거진이 상기 자동 공구 교환 장치와 공구를 주고받을 때 상기 공구 보관 영역에서 대기하는 공작 기계.
2. 삭제
3. 제1항에서,
   상기 칩 팬 장치는,
   상기 주축이 비가공 영역으로 이동할 때, 상기 주축이 클램핑한 공구가 통과하는 개구부를 갖는 칩 팬 본체와;
   상기 칩 팬 본체를 상기 공구 교환 영역과 상기 공구 보관 영역 사이에서 왕복 이동시키는 칩 팬 이송부
   를 포함하는 공작 기계.
4. 제3항에서,
   상기 칩 팬 장치는 상기 칩 팬 본체의 개구부에 설치되어 공구가 상기 개구부를 통과할 때 공구의 표면을 스크래핑(scraping)하는 한 쌍의 탄성판으로 형성된 와이퍼 도어를 더 포함하는 공작 기계.
5. 제3항에서,
   상기 칩 팬 장치는 상기 칩 팬 본체에서 돌출 형성되어 상기 툴 매거진에 공구가 수납될 때, 공구의 표면을 스크래핑하는 와이퍼 프레임을 더 포함하는 공작 기계.
   

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