KR102621326B1 - 드리븐 툴을 구비한 갱타입 cnc선반 자동화장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 드리븐 툴을 구비한 갱타입 CNC선반 자동화장치에 관한 것으로, 갱타입 CNC선반에서 파이프와 같은 중공형 가공물을 반복적으로 연속 생산 가능토록 완전 자동화할 수 있다. 이를 위한 본 발명은, 가공물을 x축 방향으로 고정하여 축 회전시키는 스핀들 척, 베드에 장착되어 x축, y축, z축으로 이동 가능한 공구대로 된 드리븐 툴을 구비한 갱타입 CNC선반 자동화장치에 있어서, 상기 공구대 중간부에 구비된 드리븐 툴 블럭에 x축 방향으로 장착되어 드리븐 툴 홀더에 장착된 회전형 절삭공구가 가공물의 내경으로 진입하여 상기 가공물 내면을 절삭 가공하게 되는 드리븐 툴; 상기 공구대의 상부에 장착되어 상기 가공물을 스핀들 척에 x축 방향으로 투입하게 되는 가공물 공급부; 및 상기 공구대의 하부에 장착되어 가공을 마친 가공물을 상기 스핀들 척에서 x축 방향으로 분리 배출시키는 가공물 배출부;를 포함하고, 상기 가공물 공급부는 제 1 핑거가 일측 제 1 엑추에이터에 의해 x축 방향으로 전진하여 상기 스핀들 척의 상부 가공실 일측에 부분적으로 노출되어 있는 가공물 인입부를 통해 개별적으로 제공되는 가공물을 고정한 상태로 후진 복귀한 다음, 공구대가 z축 방향으로 일정 구간 하강하여 상기 가공물을 상기 스핀들 척에 투입하기 위해 상기 제 1 핑거가 x축 방향으로 전진하게 되며; 상기 드리븐 툴은 일측 구동모터에 의해 구동하는 회전형 절삭공구의 둘레면에 나선 방향으로 형성된 복수 개의 절삭날로 상기 가공물의 내면을 절삭 가공함에 따라 발생되는 전단형 칩(Shear type chip)이 절삭유를 따라 분리되어 상기 회전형 절삭공구에 절삭칩의 엉김이 방지되며; 상기 가공물 배출부는 전방 제 2 핑거가 제 2 엑추에이터에 의해 x축 방향으로 전진하여 상기 스핀들 척의 가공 완료된 가공물을 고정한 상태로 후진하여 상기 가공물을 상기 스핀들 척에서 분리시켜 저부 배출통로로 하향 배출하게 되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 드리븐 툴을 구비한 갱타입 CNC선반 자동화장치에 관한 것으로, 갱타입 CNC선반에서 파이프와 같은 중공형 가공물을 반복적으로 연속 생산 가능토록 완전 자동화할 수 있는 드리븐 툴을 구비한 갱타입 CNC선반 자동화장치에 관한 것이다.
일반적 자동화 공작기계인 CNC선반은 본체 전방 도어로 개폐되는 가공실 내의 일측 스핀들에 가공물을 고정시켜 회전 가능하고 스핀들 전방 일측에 구비되는 베드면을 따라 슬라이딩 작동 가능한 공구대에는 가공물을 가공하기 위한 공구(Tool)가 장착된다.
이러한 CNC선반은 공구대의 타입에 따라 회전 공구대(Turret)가 구비된 터렛 타입 선반(Turret type lathe)과 툴 테이블(Tool table)이 구비된 갱 타입 선반(Gang type lathe)으로 구분할 수 있다.
터렛 타입 CNC선반(Turret type lathe)는 터렛 타입 공구대에 회전 드럼의 공구 핑거에 각종 공구를 장착하고 프로그램에 의해 선택적으로 사용 가능하여 여러 개의 공구를 장착할 수 있는데 비해, 공구을 선택 적용하기 위한 회전 시간이 증가되어 가공 사이클 타임(Cycle time)이 지연되고 작업공간을 많이 차지하는 단점이 있다.
갱 타입 CNC선반(Gang type lathe)은 테이블 위의 공구가 병열식으로 배치된 갱 타입 공구대로 공구 선택 회전시간을 줄일 수 있어 작업이 빠르고 고강성이나 공수가 비교적 적은 단순 가공에 적합하다.
한편, 상기한 CNC선반에 관한 종래의 선행기술(특허문헌)을 살펴보면, (특허문헌 0001) 국내 공개특허공보 제10-2003-0057584(공개일자 2003년07월07일) '공작기계의 터렛장치', (특허문헌 0002) 국내 등록특허공재 제10-1896195(등록일자 2018년08월31일) 'CNC선반' 등이 공지된 바에 있으며, 이를 참조하면 좀더 쉽게 이해가 될 것이다.
그런데, 기존에는 CNC선반으로 관체(파이프)와 같은 중공형태의 가공물(이하 '가공물'이라 함)의 내경을 가공시, 절삭 칩(Chip)이 가공 툴(바이트, Bite)에 엉기어 누적되면서 절삭성 및 가공 품질을 저해시키는 주요 원인으로 작용하였다.
즉, 일반적인 내경 가공용 바이트를 사용하여 내경을 가공할 때에는 공구의 인선부가 소재와 연속적으로 접촉(헬리컬 형상으로)하기 때문에 탄소함유량이 낮거나 절삭성이 나쁜 재료의 경우 가공시 발생하는 칩이 끊어지지 않아 공구나 제품에 감기는 현상이 발생하여 가공 완료 후 수작업으로 칩을 제거해야 하기 때문에 소재를 자동으로 공급하는 장치를 부착하기 어려운 문제가 있었다.
특히, S20C(기계구조용 저탄소강)와 같은 연강의 경우에는 유동형 칩과 같이 절삭칩이 연속적으로 배출되면서 정착되어 절삭칩을 방치하게 되면 가공물의 품질저하나 제품 불량률이 증가함은 물론 가공툴 역시 심각한 손상 및 파손을 유발할 수 있는 문제점이 있다.
이로 인해, 작업자는 고압 에어나 갈고리 등의 도구를 사용하여 절삭칩을 가공툴에서 분리시키는 번거로운 작업을 매번 수행함은 물론 이로 인한 작업시간이 더욱 지연되고 있는 실정이다.
또한 본체 도어를 개방시, 가공실 내의 절삭유 및 유해성분이 외부로 유출되면서 작업자 신체(호흡기, 피부 등)에 심각한 유해를 발생시키는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 갱타입 CNC선반에서 드리븐 툴로 파이프 형태의 가공물 내면을 절삭 가공하여 파이프 내부에서 전단형 칩(Shear type chip) 형태로 원활히 배출시키게 되므로 본체 도어를 개방하지 않고도 가공물(원재료) 투입공정에서부터 내경 가공공정 그리고 가공물(완제품) 배출공정에 이르는 일련의 가공 공정이 끊김 없이 연속적으로 반복 생산 가능토록 완전 자동화시켜 생산성을 월등히 향상시킬 수 있는 드리븐 툴을 구비한 갱타입 CNC선반 자동화장치에 관한 것이다.
상기의 목적을 달성하고자 하는 본 발명은, 가공물을 x축 방향으로 고정하여 축 회전시키는 스핀들 척, 베드에 장착되어 x축, y축, z축으로 이동 가능한 공구대로 된 드리븐 툴을 구비한 갱타입 CNC선반 자동화장치에 있어서, 상기 공구대 중간부에 구비된 드리븐 툴 블럭에 x축 방향으로 장착되어 드리븐 툴 홀더에 장착된 회전형 절삭공구가 가공물의 내경으로 진입하여 상기 가공물 내면을 절삭 가공하게 되는 드리븐 툴; 상기 공구대의 상부에 장착되어 상기 가공물을 스핀들 척에 x축 방향으로 투입하게 되는 가공물 공급부; 및 상기 공구대의 하부에 장착되어 가공을 마친 가공물을 상기 스핀들 척에서 x축 방향으로 분리 배출시키는 가공물 배출부;를 포함하고, 상기 가공물 공급부는 제 1 그립퍼가 일측 제 1 엑추에이터에 의해 x축 방향으로 전진하여 상기 스핀들 척의 상부 가공실 일측에 부분적으로 노출되어 있는 가공물 인입부를 통해 개별적으로 제공되는 가공물을 고정한 상태로 후진 복귀한 다음, 공구대가 z축 방향으로 일정 구간 하강하여 상기 가공물을 상기 스핀들 척에 투입하기 위해 상기 제 1 그립퍼가 x축 방향으로 전진하게 되며; 상기 드리븐 툴은 일측 구동모터에 의해 구동하는 회전형 절삭공구의 둘레면에 나선 방향으로 형성된 복수 개의 절삭날로 상기 가공물의 내면을 절삭 가공하게 되되, 상기 회전형 절삭공구는 둘레면의 절삭날에 칩 배출홈이 형성된 프로파일 엔드밀(Profile end mill) 또는 리머(reamer), 밀커터(Mill cutter) 중에서 선택된 하나의 것으로 이루어지고, 상기 스핀들 척이 200~300RPM의 속도로 상기 가공물을 반시계 방향 저속 회전시킴과 함께 상기 드리븐 툴은 1500~2000RPM의 속도로 상기 회전형 절삭공구를 시계 방향 고속 회전시키게 되며, 상기 회전형 절삭공구가 상기 가공물의 내면을 원주 방향으로 편심 가공하면서 절삭칩을 단속시켜 발생되는 전단형 칩(Shear type chip)이 절삭유를 따라 분리되어 상기 회전형 절삭공구에 절삭칩의 엉김이 방지되며; 상기 가공물 공급부는 상기 제 1 그립퍼의 전방에 구비된 제 1 핑거가 오므려지면서 가공전 미(未) 가공물을 파지 및 고정하거나 또는 역으로 고정을 해제할 수 있으며, 상기 제 1 그립퍼와 상기 제 1 엑추에이터 사이에 제 1 완충 스프링을 구비하여 상기 제 1 그립퍼가 상기 가공물을 파지하기 위해 전진시, 상기 가공물에 탄성적으로 밀착되어 완충작용할 수 있으며; 상기 가공물 배출부는 전방 제 2 그립퍼가 제 2 엑추에이터에 의해 x축 방향으로 전진하여 상기 스핀들 척의 가공 완료된 가공물을 고정한 상태로 후진하여 상기 가공물을 상기 스핀들 척에서 분리시켜 저부 배출통로로 하향 배출하게 되며; 상기 가공물 배출부는 상기 제 2 그립퍼의 전방에 구비된 제 2 핑거가 오므려지면서 상기 가공물을 파지 및 고정하거나 또는 역으로 고정을 해제할 수 있으며, 상기 제 2 그립퍼와 상기 제 2 엑추에이터 사이에 제 2 완충 스프링을 구비하여 상기 제 2 그립퍼가 상기 가공물을 파지하기 위해 전진시, 상기 가공물에 탄성적으로 밀착되어 완충작용할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 드리븐 툴을 구비한 갱타입 CNC선반 자동화장치를 제안하고자 한다.
본 발명은 갱타입 CNC선반에서 드리븐 툴로 파이프 형태의 가공물 내경을 절삭 가공하여 절삭칩이 전단칩 형태로 절삭유와 함께 외부로 원활히 배출되므로 절삭성 및 정밀도, 가공 품질 등이 향상되는 효과가 있다.
또한 본 발명은 소재공급수단에 의해 가공물을 스핀들(척)에 반복적으로 자동 투입시켜 (작업자에 의한 별도의 수작업 없이도) 소재 공급 및 가공, 완제품 배출까지 연속적으로 생산 가능하여 생산공정을 완전 자동화할 수 있으며, 생산성 향상은 물론 생산인력 감소, 제조 원가를 현저히 낮출 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 드리븐 툴을 구비한 갱타입 CNC선반 자동화장치(100)를 도시한 사시도임.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 드리븐 툴을 구비한 갱타입 CNC선반 자동화장치(100)의 정면도임.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 드리븐 툴을 구비한 갱타입 CNC선반 자동화장치(100)의 주요부를 확대하여 도시한 도면임.
도 4는 회전형 절삭공구(118)로 가공물(P)의 안지름 내면을 절삭 가공하는 모습을 단면으로 도시한 측면도임.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 드리븐 툴을 구비한 갱타입 CNC선반 자동화장치(100)의 정면도임.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 드리븐 툴을 구비한 갱타입 CNC선반 자동화장치(100)의 주요부를 확대하여 도시한 도면임.
도 4는 회전형 절삭공구(118)로 가공물(P)의 안지름 내면을 절삭 가공하는 모습을 단면으로 도시한 측면도임.
먼저, 본 발명을 상세하게 설명하기에 앞서 본 발명은 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시 예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.
상기 도면에 따르면 본 발명은, 가공물(P)을 x축 방향으로 고정하여 축 회전시키는 스핀들 척(210), 베드(220)에 장착되어 x축, y축, z축으로 이동 가능한 공구대(222)로 된 드리븐 툴을 구비한 갱타입 CNC선반 자동화장치에 있어서, 상기 공구대(222) 중간부에 구비된 드리븐 툴 블럭(112)에 x축 방향으로 장착되어 드리븐 툴 홀더(114)에 장착된 회전형 절삭공구(118)가 가공물(P)의 내경으로 진입하여 상기 가공물(P) 내면을 절삭 가공하게 되는 드리븐 툴(110); 상기 공구대(222)의 상부에 장착되어 상기 가공물(P)을 스핀들 척(210)에 x축 방향으로 투입하게 되는 가공물 공급부(120); 및 상기 공구대(222)의 하부에 장착되어 가공을 마친 가공물(P)을 상기 스핀들 척(210)에서 x축 방향으로 분리 배출시키는 가공물 배출부(130);를 포함하고, 상기 가공물 공급부(120)는 제 1 그립퍼(122)가 일측 제 1 엑추에이터(124)에 의해 x축 방향으로 전진하여 상기 스핀들 척(210)의 상부 가공실(202) 일측에 부분적으로 노출되어 있는 가공물 인입부(150)를 통해 개별적으로 제공되는 가공물(P)을 고정한 상태로 후진 복귀한 다음, 공구대(222)가 z축 방향으로 일정 구간 하강하여 상기 가공물(P)을 상기 스핀들 척(210)에 투입하기 위해 상기 제 1 그립퍼(122)가 x축 방향으로 전진하게 되며; 상기 드리븐 툴(110)은 일측 구동모터(116)에 의해 구동하는 회전형 절삭공구(118)의 둘레면에 나선 방향으로 형성된 복수 개의 절삭날로 상기 가공물(P)의 내면을 절삭 가공하게 되되, 상기 회전형 절삭공구(118)는 둘레면의 절삭날에 칩 배출홈이 형성된 프로파일 엔드밀(Profile end mill) 또는 리머(reamer), 밀커터(Mill cutter) 중에서 선택된 하나의 것으로 이루어지고, 상기 스핀들 척(210)이 200~300RPM의 속도로 상기 가공물(P)을 반시계 방향 저속 회전시킴과 함께 상기 드리븐 툴(110)은 1500~2000RPM의 속도로 상기 회전형 절삭공구(118)를 시계 방향 고속 회전시키게 되며, 상기 회전형 절삭공구(118)가 상기 가공물(P)의 내면을 원주 방향으로 편심 가공하면서 절삭칩을 단속시켜 발생되는 전단형 칩(Shear type chip)이 절삭유를 따라 분리되어 상기 회전형 절삭공구(118)에 절삭칩의 엉김이 방지되며; 상기 가공물 공급부(120)는 상기 제 1 그립퍼(122)의 전방에 구비된 제 1 핑거(123)가 오므려지면서 가공전 미(未) 가공물(P)을 파지 및 고정하거나 또는 역으로 고정을 해제할 수 있으며, 상기 제 1 그립퍼(122)와 상기 제 1 엑추에이터(124) 사이에 제 1 완충 스프링(127)을 구비하여 상기 제 1 그립퍼(122)가 상기 가공물(P)을 파지하기 위해 전진시, 상기 가공물(P)에 탄성적으로 밀착되어 완충작용할 수 있으며; 상기 가공물 배출부(130)는 전방 제 2 그립퍼(132)가 제 2 엑추에이터(134)에 의해 x축 방향으로 전진하여 상기 스핀들 척(210)의 가공 완료된 가공물(P)을 고정한 상태로 후진하여 상기 가공물(P)을 상기 스핀들 척(210)에서 분리시켜 저부 배출통로(160)로 하향 배출하게 되며; 상기 가공물 배출부(130)는 상기 제 2 그립퍼(132)의 전방에 구비된 제 2 핑거(133)가 오므려지면서 상기 가공물(P)을 파지 및 고정하거나 또는 역으로 고정을 해제할 수 있으며, 상기 제 2 그립퍼(132)와 상기 제 2 엑추에이터(134) 사이에 제 2 완충 스프링(137)을 구비하여 상기 제 2 그립퍼(132)가 상기 가공물(P)을 파지하기 위해 전진시, 상기 가공물(P)에 탄성적으로 밀착되어 완충작용할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.
위를 좀 더 자세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 드리븐 툴을 구비한 갱타입 CNC선반 자동화장치(100)를 도시한 사시도이다. 그리고 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 드리븐 툴을 구비한 갱타입 CNC선반 자동화장치(100)의 정면도이며, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 드리븐 툴을 구비한 갱타입 CNC선반 자동화장치(100)의 주요부를 확대하여 도시한 도면이다. 도 4는 회전형 절삭공구(118)로 가공물(P)의 안지름 내면을 절삭 가공하는 모습을 단면으로 도시한 측면도이다.
상기 도면들을 참조하며, 본 발명의 일실시 예에 따른 드리븐 툴을 구비한 갱타입 CNC선반 자동화장치(100)는 가공물(P)을 회전시키는 스핀들 척(210), 공구가 장착되는 공구대(222), 공구대(222)에 장착되는 드리븐 툴(110), 가공물을 공급하는 가공물 공급부(120) 및 가공물(P)을 배출하는 가공물 배출부(130)를 포함하여 구성된다.
갱타입 CNC선반(200)의 스핀들 척(210)은 가공물(P)을 자동으로 고정하기 위한 유압식 척(Chuck)으로 조오(212, Jaw) 가공물(P)을 고정한 채, x축 방향 스핀들이 일측 구동수단에 의해 축 회전할 수 있다.
갱타입 CNC선반(200)의 공구대(222)는 선반 가공실(202) 내에 z축 방향으로 전방을 향해 비스듬히 하향 경사진 베드(220) 면에 설치되어 x축(좌우) 또는 y축(전후) 그리고 z축(상하) 방향으로 이동할 수 있다.
공구대(222)는 상면에 드리븐 툴(110)과 가공물 공급부(120) 그리고 가공물 배출부(130)가 장착된다.
드리븐 툴(110)은 회전형 절삭공구(118)가 장착되는 것으로, 스핀들 척(210)의 중심과 동일한 x축 방향으로 설치되어 일측 구동모터(116)의 회전력에 의해 회전형 절삭공구(118)를 x축을 중심으로 회전시킬 수 있다. 구동모터(116)는 모터축이 드리븐 툴 블록(112) 내의 샤프트를 통해 드리븐 툴 홀더(114)에 축 결합된다.
드리븐 툴(110)은 공구대(222) 중간부에 드리븐 툴 블록(112)이 고정되고 드리븐 툴 블록(112)에 장착된 드리븐 툴 홀더(114)에 회전형 절삭공구(118)를 장착할 수 있다. 드리븐 툴 홀더(114)는 샤프트를 통해 구동모터(116)와 축 결합하여 회전 구동할 수 있다.
회전형 절삭공구(118)는 둘레면에 절삭날 및 칩 배출홈들이 직선 또는 나선 방향으로 형성되어 가공물(P)의 안지름 내면을 절삭 가공할 수 있으며, 칩 배출홈을 통해 절삭칩이 신속히 배출되므로 절삭성을 저해하지 않아 절삭면이 깨끗하고 정밀도가 우수하다.
한편, 구동모터(116)는 회전력을 발생시키는 것으로, 회전 속도 및 회전 방향의 제어가 가능한 서보모터(Servor motor)가 바람직하며, 공기압(에어)에 의한 에어모터, 유압에 의한 유압모터, 전기에너지에 의한 전기모터 등을 포함하여 구성할 수 있다.
회전형 절삭공구(118)는 둘레면의 절삭날로 가공물(P)의 내경을 절삭함과 함께 칩 배출이 원활하도록 칩 배출홈이 형성된 프로파일 엔드밀(Profile end mill) 또는 리머(reamer), 초경 팁(Tip)이 부착된 밀커터(Mill cutter) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
회전형 절삭공구(118)는 절삭날이 가공물(P) 내면의 절삭 가공 형상에 대응하여, '∨' 또는 '∧', '└┘' 또는 '┌┐', '' 또는 '', '∪' 또는 '∩' 중에서 선택된 형태로 형성될 수 있다.
다시말해, 가공물(P) 내면의 절삭 가공 형상에 따라 절삭날이 형상을 '∨' 내지는 '└┘', '', '∪' 형태로 오목한 요(凹)부, 또는 '∧' 내지 '┌┐', '', '∩' 형태로 철(凸)부를 선택된 하나 또는 복수의 형태로 다양하게 형성하여 가공물(P) 내면을 다양한 형태로 절삭 가공할 수 있다.
즉, 가공물(P) 내면의 가공 형상에 상응하는 복수개의 절삭공구를 개별적으로 사용하지 않고도 회전형 절삭공구(118)로 가공물(P) 내면을 한번에 신속히 절삭 가공 가능하여 가공시간 단축 및 생산성을 높이고 품질을 향상시킬 수 있다.
한편, 공구대(222)에는 드리븐 툴(110) 일측에 내면 및 외면, 측면 또는 가공면 모서리 부분을 모따기(Chamfering) 가공할 수 있는 내경 바이트(170) 외경 바이트(172)를 장착할 수 있다.
다음, 가공물 공급부(120)는 공구대(222)의 상부에 x축 방향으로 구비되어 드리븐 툴(110)과 동일한 방향으로 나란히 장착된다.
가공물 공급부(120)는 가공물 인입부(150)에서 제공되는 가공물(P)을 스핀들 척(210)으로 하나씩 투입시켜 스핀들 척(210)에 의해 고정할 수 있도록 한다.
가공물 공급부(120)는 가공물(P)을 파지 및 고정하는 제 1 그립퍼(122), 제 1 그립퍼(122)를 작동시키는 제 1 엑추에이터(124)를 포함할 수 있다.
제 1 엑추에이터(124)는 공구대(222)에 클램프(128)로 고정되며, 일측 전방의 제 1 작동 샤프트(126)에 결합된 제 1 그립퍼(122)를 x축 방향으로 전진 또는 후진 복귀시킬 수 있다.
가공물 공급부(120)는 제 1 그립퍼(122)의 전방 제 1 핑거(123)가 오므려지면서 가공전 미(未) 가공물(P)을 파지 및 고정시키거나, 또는 역으로 제 1 핑거(123)를 펴서 가공물(P)의 고정을 해제할 수 있다.
제 1 그립퍼(122)는 제 1 엑추에이터(124) 사이에 제 1 완충 스프링(127)을 구비하여 완충작용할 수 있다. 제 1 완충 스프링(127)은 제 1 작동 샤프트(126)에 끼워져 제 1 그립퍼(122)가 가공물(P)을 파지하기 위해 전진시, 가공물(P)에 탄성적으로 밀착토록 쿠션(Cushion)을 제공할 수 있다.
가공물 배출부(130)는 가공을 마친 가공물(P)을 스핀들 척(210)에서 분리 배출시킬 수 있다.
가공물 배출부(130)는 가공물(P)을 파지 및 고정하는 제 2 그립퍼(132), 제 2 그립퍼(132)를 작동시키는 제 2 엑추에이터(134)를 포함한다.
제 2 엑추에이터(134)는 공구대(222)에 클램프(128)로 고정되며, 일측 전방의 제 2 작동 샤프트(136)에 결합된 제 2 그립퍼(132)를 x축 방향으로 전진 또는 후진 복귀시킬 수 있다.
가공물 배출부(130)는 제 2 그립퍼(132)의 전방 제 2 핑거(133)가 오므려지면서 가공물(P)을 파지 및 고정시키거나, 또는 역으로 제 2 핑거(133)를 펴서 가공물(P)의 고정을 해제할 수 있다.
제 2 그립퍼(132)는 제 2 엑추에이터(134) 사이에 제 2 완충 스프링(137)을 구비하여 완충작용할 수 있다. 제 2 완충 스프링(137)은 제 2 작동 샤프트(136)에 끼워져 제 2 그립퍼(132)가 가공물(P)을 파지하기 위해 전진시, 가공물(P)에 탄성적으로 밀착토록 쿠션(Cushion)을 제공할 수 있다.
한편, 제 1 및 제 2 그립퍼(122, 132)는 방사상으로 분할 형성되어 가공물(P)의 일측 단부를 파지(把持) 및 고정 또는 해제할 수 있는 콜릿 척(Collet chuck), 또는 전기 에너지에 의한 자기력(磁氣力)으로 가공물을 흡착 및 고정 또는 해제할 수 있는 마그네틱 척(Magnetic chuck)을 포함하여 구성될 수 있다.
드리븐 툴 블록(112) 및 클램프(128)는 공구대(222)의 'T'자형 고정홈(223)에 볼트 머리를 끼워 나사 고정할 수 있다.
또한 본 발명의 일실시 예에 따른 드리븐 툴을 구비한 갱타입 CNC선반 자동화장치(100)는 동작 제어를 위한 컨트롤러 및 동작 스위치, 감지센서 등을 포함하여 구성되며, 별도 컨트롤러 또는 CNC선반 제어반(컨트롤러)의 제어신호에 따라 가공물(P)을 스핀들 척(210)에 자동 공급 또는 자동 배출할 수 있도록 전기 및 전자적인 자동화 시스템을 구성할 수 있다.
다음, 가공물 인입부(150)는 CNC선반(200) 외부에서 제공되는 가공물(P)을 선반 가공실(202) 내측 가공물 인입구(150)를 통해 하나씩 가공물 공급부(120)로 공급할 수 있다.
가공물 투입부(140)는 원형 파츠 피더(142), 제 1 이송실린더(143), 엘리베이터(144), 제 2 이송실린더(145), 이동통로(146), 가공물 인입구(150)로 구성할 수 있다.
가공물 투입부(140)는 원형 파츠 피더(142) 내에 불규칙하게 투입되는 다수의 원통형(파이프) 가공물(P)을 중심선 방향으로 일직선이 되게 정렬시켜 하나씩 순서대로 배출시키킬 수 있다.
제 1 이송실린더(143)는 원형 파츠 피더(142) 배출되는 가공물(P)을 일측 엘리베이터(144) 하단부로 이동시킬 수 있다. 엘리베이터(144)는 가공물(P)을 수직 방향으로 들어올려 제 2 이송실린더(145)까지 일정 구간 상승시킬 수 있다.
제 2 이송실린더(145)는 가공물(P)을 CNC선반(200) 본체 내에 마련된 이동통로(146)로 일측 단부로 투입하여 이동통로(146) 타측 단부의 가공물 인입구(150)로 공급할 수 있다. 가공물 인입구(150)는 가공물(P)을 대기하고 있다가 가공물 공급부(120)에 하나씩 제공할 수 있다.
가공물 인입구(150)는 선반 가공실(202)의 일측 스핀들 척(210) 상부에 부분적으로 노출되고 이동통로(146) 말단에 연결되어 CNC선반(200) 외부 가공물 투입부(140)로부터 가공물(P)을 전달받아 개별적으로 하나씩 가공물 공급부(120)로 제공할 수 있다.
한편, 제 1 및 제 2 엑추에이터(124, 134) 그리고 제 1 및 제 2 이송실린더(143, 145)는 직선 방향으로 구동력을 발생시키는 것으로, 공기압(에어)에 의한 에어실린더 또는 유압에 의한 유압실린더, 전기에너지에 의한 전동실린더를 포함하여 구성될 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일실시 예에 따른 드리븐 툴을 구비한 갱타입 CNC선반 자동화장치(100)는 가공물 투입부(140)에서 제공되는 가공물(P)을 가공물 공급부(120)로 스핀들 척(210)에 투입하고 회전형 절삭공구(118)로 가공물(P)의 안지름 내면을 절삭 가공한 후 가공물 배출부(130)가 가공물(P)을 배출시킬 수 있다.
좀더 구체적으로 가공물 공급부(120)는 제 1 그립퍼(122)가 일측 제 1 엑추에이터(124)에 의해 x축 방향으로 전진하여 가공물 인입구(150)에서 제공되는 가공물(P)을 파지(고정)한 상태로 후진 복귀할 수 있다.
이후, 공구대(222)가 비스듬히 경사진 배드(220)를 따라 z축 방향으로 일정 구간 하강하여 제 1 그립퍼(122)가 스핀들 척(210)의 축 중심에 도달한다. 이어, 제 1 그립퍼(122)가 x축 방향으로 전진하여 가공물(P)을 스핀들 척(210)에 삽입시켜 척에 고정할 수 있다.
다음, 공구대(222)가 z축 방향으로 일정 구간 상승하여 드리븐 툴(110)이 스핀들 척(210) x축 중심에 도달한다. 이어, 드리븐 툴(110)은 x축 방향으로 전진하여 회전형 절삭공구(118)가 가공물(P) 안지름 내측으로 진입한 후, 일정 구간 절삭 깊이만큼 이동(하강 또는 수평 이동)하여 회전하는 절삭날이 가공물(P)의 내면을 파고들면서 절삭 가공할 수 있다.
이때 도 4에서처럼, 스핀들 척(210)이 반시계 방향으로 드리븐 툴(110)보다 천천히 저속 회전하고 회전형 절삭공구(118)는 시계 방향으로 고속 회전하면서 가공물(P)의 내면을 원주방향으로 절삭 가공할 수 있다.
바람직하게 가공물(P)은 저속회전(200~300RPM) 회전형 절삭공구(118)는 고속회전(1500~2000RPM)하면서 앤드밀을 편심으로 이동하여 단속 가공하기 때문에 절삭칩이 연속적으로 발생하지 않아 절삭공구나 제품에 감기는 현상을 방지할 수 있다.
이처럼, 가공물(P)의 안지름 내면을 회전형 절삭공구(118)로 절삭 가공시 전단형 칩(Shear type chip) 형태로 발생되므로 절삭유에 의해 씻겨져 원활히 흘러내면서 신속히 배출 가능하며 절삭칩이 회전형 절삭공구(118)에 엉겨붙지 않게 된다. 그리고 절삭칩이 전단칩 형태로 절삭유와 함께 원활히 배출되므로 가공물(P)의 내면(가공면) 손상을 방지하고 절삭성, 정밀도 향상은 물론 가공 품질 저하를 방지할 수 있다.
다음, 가공물(P)의 절삭 가공이 완료된 후에는 드리븐 툴(110)이 후진 복귀하고, 가공물 배출부(130)가 z축 방향으로 일정 구간 상승하여 스핀들 척(210) 중심에 도달된다.
이어, 가공물 배출부(130)는 전방 제 2 그립퍼(132)가 x축 방향으로 전진하여 상기의 가공물(P)을 고정하고 스핀들 척(210)에서 분리시킨 후, 후진 복귀할 수 있다.
이후, 제 2 그립퍼(132)의 고정을 해제하면 가공물(P)이 추락하여 선반 가공실(202) 저부에 마련된 가공물 배출통로(160)를 통해 선반 가공실(202) 외부로 하향 배출될 수 있다.
가공물 배출통로(160)는 선반 가공실(202) 저부에 부분적으로 개구부를 형성되며, 가공물 배출부(130)로부터 가공 완료된 가공물(P)을 전달받아 가공실(202) 외부로 이동시키는 호퍼(162), 가공물(P)이 담기는 수거함(164)을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기의 가공물 공급부(120)와 가공물 배출부(130)는 x축 방향으로 동작시, 제 1 그립퍼(122)가 가공물 인입부(150)에 대기중인 가공물(P)을 고정함과 함께 제 2 그립퍼(132)로 스핀들 척(210)의 가공물(P)을 동시 고정하여 한번에 가공물(P)을 공급 및 배출 가능하여 가공시간(싸이클 타임)을 단축할 수 있다,
이처럼, 본 발명의 일실시 예에 따른 드리븐 툴을 구비한 갱타입 CNC선반 자동화장치(100)는 소재공급수단을 통해 가공물(P)을 스핀들 척(210)에 지속적으로 반복 투입 가능하므로, (선반 가동 멈춤 없이, 작업자에 의한 별도의 수작업 없이도) 원소재 공급공정에서부터 절삭 가공공정, 완제품 배출공정에 이르기까지 자동으로 연속 생산 가능하여 관체(파이프)와 같은 원통형 가공물(P)의 생산 공정을 완전 자동화할 수 있다.
100: 드리븐 툴을 구비한 갱타입 CNC선반 자동화장치
110: 드리븐 툴(Driven tool)
112: 드리븐 툴 블럭(Driven tool block)
114: 드리븐 툴 홀더(Driven tool holder)
116: 구동모터(Motor) 118: 회전형 절삭공구
120: 가공물 공급부 122: 제 1 그립퍼(Gripper)
124: 제 1 엑추에이터(Actuator) 130: 가공물 배출부
132: 제 2 그립퍼(Gripper)
134: 제 2 엑추에이터(Actuator) 140: 가공물 투입부
142: 파츠 피더(Part's feeder)
143: 제 1 이송실린더(Cylinder) 144: 엘리베이터(Elevator)
145: 제 2 이송실린더(Cylinder) 146: 이동통로
150: 가공물 인입구 160: 가공물 배출통로
200: CNC선반 210: 스핀들 척(Spindle)
222: 공구대 P: 가공물
110: 드리븐 툴(Driven tool)
112: 드리븐 툴 블럭(Driven tool block)
114: 드리븐 툴 홀더(Driven tool holder)
116: 구동모터(Motor) 118: 회전형 절삭공구
120: 가공물 공급부 122: 제 1 그립퍼(Gripper)
124: 제 1 엑추에이터(Actuator) 130: 가공물 배출부
132: 제 2 그립퍼(Gripper)
134: 제 2 엑추에이터(Actuator) 140: 가공물 투입부
142: 파츠 피더(Part's feeder)
143: 제 1 이송실린더(Cylinder) 144: 엘리베이터(Elevator)
145: 제 2 이송실린더(Cylinder) 146: 이동통로
150: 가공물 인입구 160: 가공물 배출통로
200: CNC선반 210: 스핀들 척(Spindle)
222: 공구대 P: 가공물
Claims (2)
- 가공물(P)을 x축 방향으로 고정하여 축 회전시키는 스핀들 척(210), 베드(220)에 장착되어 x축, y축, z축으로 이동 가능한 공구대(222)로 된 드리븐 툴을 구비한 갱타입 CNC선반 자동화장치에 있어서,
상기 공구대(222) 중간부에 구비된 드리븐 툴 블럭(112)에 x축 방향으로 장착되어 드리븐 툴 홀더(114)에 장착된 회전형 절삭공구(118)가 가공물(P)의 내경으로 진입하여 상기 가공물(P) 내면을 절삭 가공하게 되는 드리븐 툴(110);
상기 공구대(222)의 상부에 장착되어 상기 가공물(P)을 스핀들 척(210)에 x축 방향으로 투입하게 되는 가공물 공급부(120); 및
상기 공구대(222)의 하부에 장착되어 가공을 마친 가공물(P)을 상기 스핀들 척(210)에서 x축 방향으로 분리 배출시키는 가공물 배출부(130);를 포함하고,
상기 가공물 공급부(120)는 제 1 그립퍼(122)가 일측 제 1 엑추에이터(124)에 의해 x축 방향으로 전진하여 상기 스핀들 척(210)의 상부 가공실(202) 일측에 부분적으로 노출되어 있는 가공물 인입부(150)를 통해 개별적으로 제공되는 가공물(P)을 고정한 상태로 후진 복귀한 다음, 공구대(222)가 z축 방향으로 일정 구간 하강하여 상기 가공물(P)을 상기 스핀들 척(210)에 투입하기 위해 상기 제 1 그립퍼(122)가 x축 방향으로 전진하게 되며;
상기 드리븐 툴(110)은 일측 구동모터(116)에 의해 구동하는 회전형 절삭공구(118)의 둘레면에 나선 방향으로 형성된 복수 개의 절삭날로 상기 가공물(P)의 내면을 절삭 가공하게 되되,
상기 회전형 절삭공구(118)는 둘레면의 절삭날에 칩 배출홈이 형성된 프로파일 엔드밀(Profile end mill) 또는 리머(reamer), 밀커터(Mill cutter) 중에서 선택된 하나의 것으로 이루어지고, 상기 스핀들 척(210)이 200~300RPM의 속도로 상기 가공물(P)을 반시계 방향 저속 회전시킴과 함께 상기 드리븐 툴(110)은 1500~2000RPM의 속도로 상기 회전형 절삭공구(118)를 시계 방향 고속 회전시키게 되며, 상기 회전형 절삭공구(118)가 상기 가공물(P)의 내면을 원주 방향으로 편심 가공하면서 절삭칩을 단속시켜 발생되는 전단형 칩(Shear type chip)이 절삭유를 따라 분리되어 상기 회전형 절삭공구(118)에 절삭칩의 엉김이 방지되며;
상기 가공물 공급부(120)는 상기 제 1 그립퍼(122)의 전방에 구비된 제 1 핑거(123)가 오므려지면서 가공전 미(未) 가공물(P)을 파지 및 고정하거나 또는 역으로 고정을 해제할 수 있으며, 상기 제 1 그립퍼(122)와 상기 제 1 엑추에이터(124) 사이에 제 1 완충 스프링(127)을 구비하여 상기 제 1 그립퍼(122)가 상기 가공물(P)을 파지하기 위해 전진시, 상기 가공물(P)에 탄성적으로 밀착되어 완충작용할 수 있으며;
상기 가공물 배출부(130)는 전방 제 2 그립퍼(132)가 제 2 엑추에이터(134)에 의해 x축 방향으로 전진하여 상기 스핀들 척(210)의 가공 완료된 가공물(P)을 고정한 상태로 후진하여 상기 가공물(P)을 상기 스핀들 척(210)에서 분리시켜 저부 배출통로(160)로 하향 배출하게 되며;
상기 가공물 배출부(130)는 상기 제 2 그립퍼(132)의 전방에 구비된 제 2 핑거(133)가 오므려지면서 상기 가공물(P)을 파지 및 고정하거나 또는 역으로 고정을 해제할 수 있으며, 상기 제 2 그립퍼(132)와 상기 제 2 엑추에이터(134) 사이에 제 2 완충 스프링(137)을 구비하여 상기 제 2 그립퍼(132)가 상기 가공물(P)을 파지하기 위해 전진시, 상기 가공물(P)에 탄성적으로 밀착되어 완충작용할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 드리븐 툴을 구비한 갱타입 CNC선반 자동화장치. - 삭제
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |