KR20020023784A

KR20020023784A - 수직형 ｃｎｃ 밀링 머신

Info

Publication number: KR20020023784A
Application number: KR1020010080758A
Authority: KR
Inventors: 여민우; 유영일; 신영진
Original assignee: 김중근; (주)미래로시스템
Priority date: 2001-12-18
Filing date: 2001-12-18
Publication date: 2002-03-29

Abstract

본 발명은 수직형 CNC 밀링 머신에 관한 것으로서, 베이스를 가진 프레임; 상기 베이스에 대해 직립되게 설치된 칼럼을 따라 Z축방향으로 왕복 이동 가능하게 설치된 니이(knee)부재; 가공하고자 할 공작물이 세팅되며, 상기 니이부재의 상면에 대해 X축방향으로 왕복 이동 가능하도록 상기 니이부재에 설치된 테이블(table)부재; 상기 공작물을 가공할 수 있는 툴(tool)이 구비되며, 상기 테이블부재에 대해 수직되게 설치되고, 상기 테이블부재의 슬라이딩 방향과 교차되는 Y축방향으로 왕복 이동 가능하도록 상기 프레임에 설치된 주축 헤드 어셈블리(spindle head assembly); 상기 테이블부재를 X축방향으로 왕복 이동시키기 위해, 상기 테이블부재와 니이부재 사이에 설치된 X축방향 이송유니트; 상기 주축 헤드 어셈블리를 Y축방향으로 왕복 이동시키기 위해, 상기 주축 헤드 어셈블리와 프레임 사이에 설치된 Y축방향 이송유니트; 및 상기 니이부재를 Z축방향으로 왕복 이동시키기 위해, 상기 니이부재와 베이스 사이에 설치된 Z축방향 이송유니트를 구비한다.

Description

수직형 ＣＮＣ 밀링 머신 {CNC milling machine for vertical type}

본 발명은 수직형 CNC 밀링 머신에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 테이블 (table)을 Y축 방향으로 이송시키기 위한 새들(saddle)을 배제시키고, 주축 헤드 어셈블리(spindle head assembly)를 Y축 방향으로 이송시킬 수 있는 램(ram) 구조를 채용한 수직형 CNC 밀링 머신에 관한 것이다.

일반적으로, CNC 밀링 머신은 주로 밀링 절삭에 사용되는 것으로서, 평면 절삭, 곡면 절삭, 각종 홈 절삭은 물론 나사, 기어, 캠 등의 절삭 가공도 능률적으로 수행할 수 있는 공작기계를 말하며, 수직 및 수평 밀링 작업과 공작물의 평면, 측면 및 사면 가공 작업을 병행할 수 있고, 통상 상하 및 전후,좌우로 구동 범위를 갖는 테이블의 이송을 조절하여 가공물을 가공하며, 가공물의 강도, 형태, 성질에 따라 삭성, 연마, 천공 등의 가공 속도를 간편하게 조절할 수 있고, 일시작업 또는 연속 작업을 임의로 조절하여 정교한 가공과 가공 능률을 향상시킬 수 있는 구조를 가진다.

이와 같은 CNC 밀링 머신의 종류로는 그 구조에 따라 크게 니형(knee type)과, 베드형(bed type)으로 분류되며, 주축 헤드의 설치 위치에 따라 수평형과 수직형으로 분류된다.

이 중에서, 현재 가장 많이 사용되고 있는 CNC 밀링 머신은 니형 수직 밀링 머신으로서, 주요 구성으로는 크게 칼럼(column), 니이(knee), 새들(saddle)이 구비되는 바, 새들과 테이블이 지지된 니이가 칼럼을 따라 상하로 왕복 이송되며, 새들이 니이의 상면에서 전후 방향으로 이송되고, 테이블이 새들 위에서 좌우로 이송되는 구조를 가진다.

그런데, 종래의 수직형 CNC 밀링 머신은 새들과 테이블이 지지된 니이가 리드 스크류에 의해 칼럼을 따라 승강 가능하게 설치되기 때문에, 테이블, 새들, 니이의 총 하중이 리드 스크류에 가중됨에 따라 리드 스크류의 마모가 발생하게 되고, 이에 따라 가공물의 가공 정밀도가 저하될 뿐만 아니라, 잦은 고장이 발생하게 되는 문제점이 있다. 또한, 새들과 테이블이 전방으로 이송되는 경우, 새들과 테이블의 하중이 전방으로 쏠려 전체적인 밀링 머신의 구동 범위가 가변됨에 따라 가공 정밀도가 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 개선하기 위하여 착상된 것으로서, 테이블을 Y축 방향으로 이송시키기 위한 새들을 배제시키고 주축 헤드 어셈블리를 Y축 방향으로 이송시킬 수 있는 램(ram) 구조를 채용하여 니이에 작용되는 하중을 테이블로 한정시킴으로써 테이블, 니이 및 주축 헤드 어셈블리의 X,Y,Z축 방향 이송 동작시 이들의 하중이 한쪽으로 집중되는 것을 방지하여 밀링 머신의 잦은 고장 발생을 억제하고, 가공 정밀도를 향상시킬 수 있는 구조를 가진 수직형 CNC 밀링 머신을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수직형 CNC 밀링 머신의 구성을 개략적으로 도시한 사시도.

도 2는 도 1의 정면 구성도.

도 3은 도 1의 측면 구성도.

도 4는 도 1에 도시한 주축 헤드 어셈블리의 구조를 나타내 보인 단면 구성도.

도 5는 도 1에 도시한 테이블부재를 X축 방향으로 이송시키기 위한 X축방향 이송유니트의 구조를 나타내 보인 종단면 구성도.

도 6은 도 5의 횡단면 구성도.

도 7은 도 1에 도시한 주축 헤드 어셈블리를 Y축 방향으로 이송시키기 위한 Y축방향 이송유니트의 구조를 나타내 보인 종단면 구성도.

도 8은 도 7의 횡단면 구성도.

도 9는 도 1에 도시한 테이블부재를 Z축 방향으로 이송시키기 위한 Z축방향 이송유니트의 구조를 나타내 보인 종단면 구성도.

도 10은 도 9의 횡단면 구성도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110... 콘트롤부재 120... 수동핸들

130... 프레임 140... 니이(knee)부재

150... 테이블(table)부재

160... 주축 헤드 어셈블리(spindle head assembly)

210... X축방향 이송유니트 213.. X서보 모터

214... X볼스크류 축 215... X볼스크류 너트

220... Y축방향 이송유니트 221... Y가이드레일

222... 램 베이스 223... Y가이드부

224... 램 본체 225... Y서보 모터

226... Y볼스크류 축 227... Y볼스크류 너트

230... Z축방향 이송유니트 231... Z가이드레일

232... Z가이드부 233... Z서보 모터

234... Z볼스크류 축 236... Z볼스크류 너트

T... 툴(tool)

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 베이스를 가진 프레임; 상기 베이스에 대해 직립되게 설치된 칼럼을 따라 Z축방향으로 왕복 이동 가능하게 설치된 니이(knee)부재; 가공하고자 할 공작물이 세팅되며, 상기 니이부재의 상면에 대해 X축방향으로 왕복 이동 가능하도록 상기 니이부재에 설치된 테이블(table)부재; 상기 공작물을 가공할 수 있는 툴(tool)이 구비되며, 상기 테이블부재에 대해 수직되게 설치되고, 상기 테이블부재의 슬라이딩 방향과 교차되는 Y축방향으로 왕복 이동 가능하도록 상기 프레임에 설치된 주축 헤드 어셈블리(spindle head assembly); 상기 테이블부재를 X축방향으로 왕복 이동시키기 위해, 상기 테이블부재와 니이부재 사이에 설치된 X축방향 이송유니트; 상기 주축 헤드 어셈블리를 Y축방향으로 왕복 이동시키기 위해, 상기 주축 헤드 어셈블리와 프레임 사이에 설치된 Y축방향 이송유니트; 및 상기 니이부재를 Z축방향으로 왕복 이동시키기 위해, 상기 니이부재와 베이스 사이에 설치된 Z축방향 이송유니트를 구비한다.

본 발명에 따른 수직형 CNC 밀링 머신에 있어서, 상기 X축방향 이송유니트는: 상기 테이블부재를 니이부재의 상면에 대해 좌,우 방향으로 왕복 슬라이딩시킬 수 있도록 상기 니이부재의 상면에 형성된 X가이드레일; 상기 X가이드레일에 슬라이딩 결합되도록 상기 테이블부재의 저면에 길이 방향을 따라 형성된 X가이드부; X서보 모터에 의해 소정 회전수로 회전 가능하며, 상기 테이블부재의 길이 방향을 따라 상기 니이부재에 설치된 X볼스크류 축; 및 상기 X볼스크류 축의 회전운동을 직선운동으로 변환시켜 상기 테이블부재를 X축방향으로 슬라이딩시킬 수 있도록 상기 테이블부재의 저면에 설치되어 상기 X볼스크류 축에 나사 결합된 X볼스크류 너트를 구비한다.

본 발명에 따른 수직형 CNC 밀링 머신에 있어서, 상기 Y축방향 이송유니트는: 상기 테이블부재의 이송방향과 교차되는 방향으로 상기 프레임에 설치되며, 상기 주축 헤드 어셈블리를 테이블부재에 대해 전,후 방향으로 이송시킬 수 있도록 Y가이드레일을 가진 램 베이스(ram base); 상기 주축 헤드 어셈블리가 설치되며, 상기 램 베이스의 Y가이드레일에 슬라이딩 결합되도록 Y가이드부를 가진 램(ram)본체; Y서보 모터에 의해 소정 회전수로 회전 가능하며, 상기 램 베이스의 길이 방향을 따라 상기 램 본체에 설치된 Y볼스크류 축; 및 상기 Y볼스크류 축의 회전운동을 직선운동으로 변환시켜 상기 램 본체를 Y축방향으로 슬라이딩시킬 수 있도록 상기 램 베이스의 상면에 설치되어 상기 Y볼스크류 축에 나사 결합된 Y볼스크류 너트를 구비한다.

본 발명에 따른 수직형 CNC 밀링 머신에 있어서, 상기 Z축방향 이송유니트는: 상기 니이부재를 칼럼에 대해 상,하 방향으로 이송시킬 수 있도록 상기 칼럼에 마련된 Z가이드레일; 상기 Z가이드레일에 슬라이딩 결합되도록 상기 칼럼에 대응되는 니이부재에 마련된 Z가이드부; Z서보 모터에 의해 소정 회전수로 회전 가능하며, 상기 베이스에 직립되게 마련된 스탠드에 삽입 가능하도록 상기 니이부재에 설치된 Z볼스크류 축; 및 상기 Z볼스크류 축의 회전운동을 직선운동으로 변환시켜 상기 니이부재를 Z축방향으로 슬라이딩시킬 수 있도록 상기 Z볼스크류 축이 삽입되는 스탠드의 단부측에 설치되어 상기 Z볼스크류 축에 나사 결합된 Z볼스크류 너트를 구비한다.

본 발명에 따른 수직형 CNC 밀링 머신에 있어서, 상기 Z축방향 이송유니트는: 상기 Z서보 모터의 회전력을 상기 Z볼스크류 축에 전달할 수 있도록 상기 Z서보 모터의 회전축에 설치되며, 상기 Z볼스크류 축에 치합되는 스파이럴 기어(spiral gear)를 더 구비한다.

본 발명에 따른 수직형 CNC 밀링 머신은, 상기 테이블부재가 X축방향으로 슬라이딩되며 칼럼에 대해 Z축방향으로 각각 슬라이딩되는 니이부재의 슬라이딩 접촉부위와, 상기 램 본체가 Y축방향으로 슬라이딩되는 램 베이스의 슬라이딩 접촉부위로 윤활유를 공급할 수 있도록 상기 프레임에 설치된 윤활유 급유유니트를 더 구비한다.

본 발명에 따른 수직형 CNC 밀링 머신에 있어서, 상기 윤활유 급유유니트는: 소정 펌핑력에 의해 윤활유를 상기 슬라이딩 접촉부위로 각각 급송시킬 수 있도록 상기 프레임에 설치된 급유펌프; 및 상기 각각의 슬라이딩 접촉부위와 상기 급유펌프에 연결된 급유라인을 구비한다.

따라서, 본 발명은 종래와 달리, 테이블부재를 Y축 방향으로 이송시키기 위한 새들을 배제시키고 주축 헤드 어셈블리를 Y축 방향으로 이송시키는 램(ram) 구조를 가지므로, 니이부재에 작용되는 하중을 테이블부재로 한정시킴으로써 테이블부재, 니이부재 및 주축 헤드 어셈블리의 X,Y,Z축 방향 이송 동작시 이들의 하중이 한쪽으로 집중되는 것을 방지할 수 있으며, X축 방향으로 이송되는 테이블부재가 Z축 방향으로 이송되는 니이부재에 지지되는 구조를 가지므로, 니이부재에 작용되는 하중이 저감됨에 따라 니이부재를 승강시키기 위한 이송유니트의 마모가 방지되어 밀링 머신의 고장 발생이 억제되고, 가공 정밀도가 향상될 뿐만 아니라, 주축 헤드 어셈블리를 Y축 방향으로 이송시키는 램(ram) 구동 방식에 의해 공작물로의 접근성이 용이하며, 최소한의 공간에서 여유 있는 Y축 이송이 가능하고, 새들이 배제된 간단한 구조를 가지는 바, 저렴한 가격으로 가공 업체에 보급할 수 있기 때문에 경제적인 측면에서 상대적인 경쟁적 우위를 확보할 수 있는 점에 그 특징이 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수직형 CNC 밀링 머신을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수직형 CNC 밀링 머신의 구성을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 정면 구성도이고, 도 3은 도 1의 측면 구성도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수직형 CNC 밀링 머신(100)은, 종래와 달리, 테이블부재(150)를 Y축 방향으로 이송시키기 위한 새들(saddle)을 배제시키고 주축 헤드 어셈블리(160)를 Y축 방향으로 이송시키는 램(ram) 구조를 채용하여 니이부재(140)에 작용되는 하중을 테이블부재(150)로 한정시킴으로써, 테이블부재(150), 니이부재(140) 및 주축 헤드 어셈블리(160)의 X,Y,Z축 방향 이송 동작시 이들의 하중이 한쪽으로 집중되는 것을 방지할 수 있는 구조를 가진다.

이를 위한 상기 수직형 CNC 밀링 머신(100)은, 베이스(132)를 가진 프레임 (130)과, 베이스(132)에 대해 직립되게 설치된 칼럼(134: column)을 따라 Z축방향으로 왕복 이동 가능하게 설치된 니이(knee)부재(140)와, 가공하고자 할 공작물(미도시)이 세팅되며 니이부재(140)의 상면에 대해 X축방향으로 왕복 이동 가능하도록 니이부재(140)에 설치된 테이블(table)부재(150)와, 공작물을 가공할 수 있는 툴(T: tool)이 장착되며 테이블부재(150)에 대해 수직되게 설치되고 테이블부재 (150)의 슬라이딩 방향과 교차되는 Y축방향으로 왕복 이동 가능하도록 프레임(130)에 설치된 주축 헤드 어셈블리(160: spindle head assembly)와, 테이블부재(150)를 X축방향으로 왕복 이동시키기 위해 테이블부재(150)와 니이부재(140) 사이에 설치된 X축방향 이송유니트(210: 도 5)와, 주축 헤드 어셈블리(160)를 Y축방향으로 왕복 이동시키기 위해 주축 헤드 어셈블리(160)와 프레임(130) 사이에 설치된 Y축방향 이송유니트(220: 도 7)와, 니이부재(140)를 Z축방향으로 왕복 이동시키기 위해 니이부재(140)와 베이스(132) 사이에 설치된 Z축방향 이송유니트(230: 도 9)를 구비한다.

또한, 상기 수직형 CNC 밀링 머신(100)은, 통상의 NC 공작기계와 동일한 NC언어에 의해 데이터 입력 및 가공 조작은 물론 패턴 프로그램에 의한 구멍, 평면, 측면, 홈, 포켓 등의 가공을 대화 형식으로 이루어지며, 누구라도 프로그램 작성이 가능한 수치제어 방식 콘트롤부재(110)를 가지며, 수동핸들(120)의 조작으로 범용기와 같은 감각으로 공작물을 가공할 수 있는 구조를 가진다.

상기 콘트롤부재(110)는 다수개의 기능을 가진 스위치(111)가 마련된 조작패널(112)을 구비하여 사용자의 프로그램 조작에 의해 원하는 가공을 자동적으로 제어할 수 있는 통상의 구조를 가진다.

상기 프레임(130)은 하단에 넓게 마련되어 공작물의 가공시 발생되는 칩을 수거할 수 있는 팬(pan) 형상의 칩 트레이(131: chip tray)과, 칩 트레이(131)의 상면에 마련된 베이스(132)와, 칩 트레이(131)으로부터 상측으로 직립되게 설치되어 공작물의 가공시 공작물로부터 칩이 산발되는 것을 방지하기 위한 칩 커버(133: chip cover)와, 칩 커버(133)의 대략 중앙 부분에 베이스(132)측으로 직립되게 마련된 칼럼(134)을 구비한다.

상기 프레임(130)에는 공작물의 가공시 툴(T)과 공작물 간의 마찰에 의해 발생되는 열을 냉각시키기 위해 공작물측으로 절삭유를 급유시키기 위한 절삭유 급유탱크(미도시)가 마련되며, 급유탱크로부터 공작물측으로 절삭유를 공급하기 위한 파이프 노즐(미도시)이 설치되는 것이 바람직하다.

상기 니이부재(140)는 칼럼(134)에 슬라이딩 지지되어 상, 하방향으로 이송 가능한 구조를 가지며, 상면에 대해 상기 테이블부재(150)가 좌,우 방향으로 슬라이딩 가능하게 설치된다.

상기 테이블부재(150)는, 니이부재(140)의 상면에 지지된 통상의 새들 (saddle)에 대해 좌,우 방향으로 슬라이딩되는 구조를 가진 종래와 달리, 니이부재(140)의 상면에 대해 좌,우방향으로 슬라이딩되는 구조를 가진다.

상기 테이블부재(150)는 박스형 주물구조로 이루어져 강성이 증대되는 구조를 가지며, 소정 공작물을 세팅할 수 있도록 통상의 바이스(미도시)가 체결되는 T홈(151)이 길이 방향을 따라 다수개 마련된다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 주축 헤드 어셈블리(160)는 후술되는 Y축방향 이송유니트(220)에 의해 테이블부재(150)의 슬라이딩 방향과 교차되는 방향으로 왕복 이동될 수 있도록 프레임(130)의 상측에 설치되며, 테이블부재 (150)에 대해 수직되게 설치된다.

상기 주축 헤드 어셈블리(160)는 통상의 주축 헤드의 구조를 가진 것으로서, 소정 회전수의 회전력을 제공하는 스핀들 모터(161: spindle motor)와, 스핀들 모터(161)의 회전력을 전달받아 회전 운동하며 통상의 툴(T) 예컨데, 밀링 커터가 체결되는 스핀들(162: spindle)을 구비한다.

상기 스핀들(162)은 스핀들 모터(161)의 회전력을 제공받을 수 있도록 스핀들 모터(161)의 회전축에 설치된 구동풀리(163)와 V-벨트(164)로 연결된 종동풀리 (165)가 일단부에 설치되며, 툴(미도시)이 형합되는 형합홈(166)이 타단부에 마련된다.

상기 스핀들(162)은 스핀들 모터(161)의 선택적인 회전에 의해 툴(T)을 간단한 동작으로 결합시킬 수 있도록 스핀들 커버(167)의 내측에 위치되어 형합홈(166)의 홈영역으로 돌출된 드로잉 볼트(168)를 구비한다.

부가적으로, 상기 주축 헤드 어셈블리(160)는 사용자의 수조작에 의해 스핀들(162)의 회전을 선택적으로 구속시킬 수 있도록 브레이크 라이너(171: brake liner)를 가진 통상의 브레이크부재(170)가 마련되며, 사용자의 선택적인 수조작에 의해 스핀들(162)의 회전수를 고속 또는 저속으로 조절할 수 있도록 조절레버(181)를 가진 통상의 회전수 조절부재(180)가 구비된다. 바람직하게 상기 스핀들(162)은 회전수 조절부재(180)에 의해 고속시에는 4,500rpm, 저속시에는 10rpm으로 회전된다.

상기 주축 헤드 어셈블리(160)는 스위치 동작에 의해 스핀들 모터(161)를 선택적으로 회전시켜 툴(T)을 스핀들(162)의 드로잉 볼트(168)에 장착하거나 스핀들(162)의 드로잉 볼트(168)로부터 이탈시키기 위한 통상의 공구 착탈부재(미도시)를 구비한다. 참조부호 190는 브레이크부재(170)를 작동시키기 위한 브레이크레버를 나타낸 것이다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 X축방향 이송유니트(210)는, 테이블부재(150)를 니이부재(140)의 상면에 대해 좌,우 방향으로 왕복 슬라이딩시킬 수있도록 니이부재(140)의 상면에 테이블부재(150)의 길이 방향을 따라 길게 형성된 X가이드레일(211)과, X가이드레일(211)에 상보적으로 슬라이딩 결합되며 테이블부재(150)가 X가이드레일(211)을 따라 기설정된 길이 범위 내에서 좌,우 방향으로 슬라이딩되도록 테이블부재(150)의 저면에 형성된 X가이드부(212)와, X서보 모터(213)에 의해 소정 회전수로 회전 가능하도록 테이블부재(150)의 길이 방향을 따라 니이부재(140)에 설치된 X볼스크류 축(214)과, X볼스크류 축(214)의 회전운동을 직선운동으로 변환시켜 테이블부재(150)를 X축방향으로 슬라이딩시킬 수 있도록 테이블부재(150)의 저면에 설치되어 X볼스크류 축(214)에 나사 결합된 X볼스크류 너트(215)를 구비한다.

따라서, 상기 테이블부재(150)는, 양단이 니이부재(140)에 회전 가능하게 지지된 X볼스크류 축(214)이 X서보 모터(213)의 정,역회전 운동에 의해 정,역방향으로 회전되는 경우, X볼스크류 너트(215)가 테이블부재(150)에 고정되어 X볼스크류 축(214)에 나사 결합되어 있기 때문에, X서보 모터(213)의 회전운동이 직선운동으로 변환됨에 따라 X축 방향으로 슬라이딩되는 것이다.

상기 X축방향 이송유니트(210)는 니이부재(140)의 상면에 마련된 X가이드레일(211)과 X가이드레일(211)에 슬라이딩 접촉되는 테이블부재(150)의 X가이드부 (212) 사이에 압입된 테이퍼 형상의 기브(216: gib)를 구비한다.

상기 기브(216)는 X가이드레일(211)과 X가이드부(212)의 슬라이딩 접촉면의 유격을 조정하기 위해 설치되는 것으로서, 조정나사(217)의 조임 동작 또는 조임 해제 동작에 의해 X가이드레일(211)과 X가이드부(212)의 유격이 선택적으로 조정된다.

도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 Y축방향 이송유니트(220)는, 테이블부재(150)의 이송방향과 교차되는 방향으로 프레임에 설치되며 주축 헤드 어셈블리 (160)를 테이블부재(150)의 이송 방향에 교차되는 전,후 방향으로 이송시킬 수 있도록 프레임(130)의 상단에 마련되며 주축 헤드 어셈블리(160: 도 1)의 이송 방향을 따라 형성된 Y가이드레일(221)을 가진 램 베이스(222: ram base)와, 주축 헤드 어셈블리(160)가 설치되고 램 베이스(222)의 Y가이드레일(221)에 상보적으로 슬라이딩 결합되며 램 베이스(222)의 Y가이드레일(221)을 따라 기설정된 길이 범위 내에서 전,후 방향으로 슬라이딩되도록 Y가이드부(223)를 가진 램(ram)본체(224)와, Y서보 모터(225)에 의해 소정 회전수로 회전 가능하도록 램 베이스(222)의 길이 방향을 따라 램 본체(224)에 설치된 Y볼스크류 축(226)과, Y볼스크류 축(226)의 회전운동을 직선운동으로 변환시켜 램 본체(224)를 Y축 방향으로 슬라이딩시킬 수 있도록 램 베이스(222)에 설치되어 Y볼스크류 축(226)의 동축 상에 나사 결합된 Y볼스크류 너트(227)를 구비한다.

따라서, 상기 램 본체(224)는, 양단이 램 본체(224)에 회전 가능하게 지지된 Y볼스크류 축(226)이 Y서보 모터(225)의 정,역회전 운동에 의해 정,역방향으로 회전되는 경우, Y볼스크류 너트(227)가 램 베이스(222)에 고정되어 Y볼스크류 축(226)에 나사 결합되어 있기 때문에, Y서보 모터(225)의 회전운동이 직선운동으로 변환됨에 따라 Y축 방향으로 슬라이딩되는 것이다.

상기 Y축방향 이송유니트(220)는 램 베이스(222)에 마련된 Y가이드레일(221)과 Y가이드레일(221)에 슬라이딩 접촉되는 램 본체(224)의 Y가이드부(223) 사이에 압입된 테이퍼 형상의 기브(228)를 구비한다.

상기 기브(228)는 Y가이드레일(221)과 Y가이드부(223)의 슬라이딩 접촉면의 유격을 조정하기 위해 설치되는 것으로서, 조정나사(229)의 조임 동작 또는 조임 해제 동작에 의해 Y가이드레일(221)과 Y가이드부(223)의 유격이 선택적으로 조정된다.

도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 Z축방향 이송유니트(230)는, 니이부재(140)를 칼럼(134)에 대해 상,하 방향으로 이송시킬 수 있도록 칼럼(134)의 길이 방향을 따라 상,하측으로 길게 형성된 Z가이드레일(231)과, Z가이드레일(231)에 상보적으로 슬라이딩 결합되며 니이부재(140)가 Z가이드레일(231)을 따라 기설정된 길이 범위 내에서 상,하 방향으로 슬라이딩 가능하도록 니이부재(140)에 형성된 Z가이드부(232)와, Z서보 모터(233)에 의해 소정 회전수로 회전 가능하며 베이스(132)에 직립되게 마련된 스탠드(235)에 삽입 가능하도록 니이부재(140)에 설치된 Z볼스크류 축(234)과, Z볼스크류 축(234)의 회전운동을 직선운동으로 변환시켜 니이부재(140)를 Z축방향으로 슬라이딩시킬 수 있도록 Z볼스크류 축(234)이 삽입되는 스탠드(235)의 단부측에 설치되어 Z볼스크류 축(234)에 나사 결합된 Z볼스크류 너트(236)를 구비한다.

따라서, 상기 테이블부재(150)는, 양단이 니이부재(140)에 회전 가능하게 지지된 Z볼스크류 축(234)이 Z서보 모터(233)의 정,역회전 운동에 의해 정,역방향으로 회전되는 경우, Z볼스크류 너트(236)가 스탠드(235)에 고정되어 Z볼스크류축(234)에 나사 결합되어 있기 때문에, Z서보 모터(233)의 회전운동이 직선운동으로 변환되어 니이부재(140)가 Z축 방향으로 슬라이딩됨에 따라 니이부재(140)와 함께 Z축방향으로 이송되는 것이다.

상기 Z축방향 이송유니트(230)는 Z서보 모터(233)의 회전력을 Z볼스크류 축(234)으로 전달할 수 있도록 Z서보 모터(233)의 회전축(233a)에 설치되며, Z볼스크류 축(234)에 상보적으로 치합되는 스파이럴 기어(237: spiral gear)를 구비한다.

상기 Z축방향 이송유니트(230)는 칼럼(134)의 미끄럼면에 마련된 Z가이드레일(231)과 Z가이드레일(231)에 슬라이딩 접촉되는 니이부재(140)의 Z가이드부(232) 사이에 압입된 테이퍼 형상의 기브(237)를 구비한다.

상기 기브(237)는 Z가이드레일(231)과 Z가이드부(232)의 슬라이딩 접촉면의 유격을 조정하기 위해 설치되는 것으로서, 조정나사(238)의 조임 동작 또는 조임 해제 동작에 의해 Z가이드레일(231)과 Z가이드부(232)의 유격이 선택적으로 조정된다.

본 발명의 수직형 CNC 밀링 머신(100)은, 테이블부재(150)가 X축 방향으로 슬라이딩되는 테이블부재(150) 및 니이부재(140)의 슬라이딩 접촉부위와(도 5 및 도 6 참조), 칼럼(134)에 대해 Z축 방향으로 각각 슬라이딩되는 칼럼(134) 및 니이부재(140)의 슬라이딩 접촉부위와(도 9 및 도 10 참조), 램 본체(224)가 Y축 방향으로 슬라이딩되는 램 본체(224) 및 램 베이스(222)의 슬라이딩 접촉부위(도 7 및 도 8)로 윤활유를 선택적으로 공급할 수 있도록 프레임(130: 도 1)에 설치된 윤활유 급유유니트(240)를 더 구비한다.

상기 윤활유 급유유니트(240)는 소정 펌핑력에 의해 윤활유를 각각의 슬라이딩 접촉부위로 급유시킬 수 있도록 프레임(130)에 설치된 급유펌프(241)와, 각각의 슬라이딩 접촉부위와 급유펌프(241)에 연결된 급유라인(242)을 구비한다.

상기 급유펌프(241)는 윤활유의 유량이 일정량 이하로 내려가면 부저음을 발생시켜 사용자로 하여금 윤활유가 부족하다는 것을 인식시킬 수 있는 구조를 가지는 것이 바람직하다.

따라서, 급유펌프(241)로부터 공급된 윤활유가 급유라인(242)을 통해 각각의 슬라이딩 접촉부위로 급유됨으로써, 각각의 슬라이딩 접촉부위가 마모되는 것을 방지할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 수직형 CNC 밀링 머신(100)은 툴(T)에 의해 가공되는 공작물측으로 압축 공기를 급분사시켜 칩을 제거하거나, 테이블부재 (150)에 산재된 칩을 제거시키기 위한 공기 분사유니트(250)를 구비한다.

상기 공기 분사유니트(250)는 프레임(130)에 설치된 압축 공기 탱크(251)와, 압축 공기 탱크(251)의 압축 공기를 테이블부재(150)측으로 급분사시킬 수 있도록 압축 공기 탱크(251)와 연결된 호스(252)와, 호스(252)에 연결되어 주축 헤드 어셈블리(160)측에 배치되는 공기 분사 노즐(253)을 구비한다.

따라서, 압축 공기 탱크(251) 내에 수용된 압축 공기는 공기 분사 노즐(253)을 통해 테이블부재(150)측으로 급분사된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수직형 CNC 밀링 머신의 동작을 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 수직형 CNC 밀링 머신(100)은 주축 헤드 어셈블리(160)의 스핀들(162: 도 2)에 소정 가공 용도의 툴(T)을 설치함과 동시에 테이블부재(150)의 상면에 소정 공작물을 세팅한 상태에서, 테이블부재(150)를 X,Z축 방향으로 이송시키고 주축 헤드 어셈블리(160)를 Y축 방향으로 이송시켜 콘트롤부재(110)에 세팅된 임의의 프로그램대로 공작물을 가공하게 된다. 이하에서는 편의상 테이블부재(150)가 X축 방향으로 이송되고, 주축 헤드 어셈블리(160)가 Y축 방향으로 이송되며, 테이블부재(150)가 Z축 방향으로 이송되는 순서대로 이들의 이송 동작을 설명을 하게 되는데, 이에 한정되지 않고, 가공 프로그램에 따라 X,Y,Z축 이송이 순서대로 이루어지지 않고, 순서와 무관하게 이루어질 수 있음을 밝혀두는 바이다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 테이블부재(150)를 X축 방향으로 이송시키기 위해서는 우선, X서보 모터(213)를 구동시킨다.

그러면, 니이부재(140)에 고정된 X볼스크류 축(214)은 X서보 모터(213)에 의해 선택적으로 정,역회전되고, X볼스크류 축(214)의 회전 운동은 테이블부재(150)에 고정되며 X볼스크류 축(214)에 나사 결합된 X볼스크류 너트(215)에 의해 직선 운동으로 변환된다.

이어서, 상기 테이블부재(150)는 X서보 모터(213)에 의해 X볼스크류 축(214)이 정,역 방향으로 회전됨에 따라 니이부재(140)에 가이드되면서 좌,우측 방향(X축 방향)으로 슬라이딩된다.

도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 주축 헤드 어셈블리(160)를 Y축 방향으로 이송시키기 위해서는 우선, Y서보 모터(225)를 구동시킨다.

그러면, 램 본체(224)에 고정된 Y볼스크류 축(226)은 Y서보 모터(225)에 의해 선택적으로 정,역회전되고, Y볼스크류 축(226)의 회전 운동은 램 베이스(222)에 고정되며 Y볼스크류 축(226)에 나사 결합된 Y볼스크류 너트(227)에 의해 직선 운동으로 변환된다.

이어서, 상기 램 본체(224)는 Y서보 모터(225)에 의해 Y볼스크류 축(226)이 정,역 방향으로 회전됨에 따라 램 베이스(222)에 가이드되면서 전,후 방향(Y축 방향)으로 슬라이딩된다.

도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 테이블부재(150)를 Z축 방향으로 이송시키기 위해서는 우선, Z서보 모터(233)를 정,역방향 모드로 가동시켜 스파이럴 기어(237)을 구동시킨다.

그러면, 니이부재(140)에 고정된 Z볼스크류 축(234)은 스파이럴 기어(237)의 구동에 의해 선택적으로 정,역회전되고, Z볼스크류 축(234)의 회전 운동은 스탠드(235)에 고정되며 Z볼스크류 축(234)에 나사 결합된 Z볼스크류 너트(236)에 의해 직선 운동으로 변환된다.

이어서, 상기 니이부재(140)는 Z서보 모터(233)에 의해 Z볼스크류 축(234)이 정,역 방향으로 회전됨에 따라 칼럼(134)에 가이드되면서 상,하측 방향(Z축 방향)으로 슬라이딩된다. 따라서, 상기 니이부재(140)에 지지된 테이블부재(150)는 상술한 바와 같은 동작에 의해 Z축 방향으로 이송된다.

한편, 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 툴(T)이 장착된 주축 헤드 어셈블리(160)의 스핀들(162)은 스핀들 모터(161)가 소정 회전수로 회전됨에 따라 스핀들 모터(161)의 회전축에 설치된 구동풀리(163)와 V-벨트(164)로 연결된 종동풀리 (165)에 의해 스핀들 모터(161)의 회전력을 전달받아 회전하게 된다. 그러면, 테이블부재(150)에 세팅된 공작물은, 테이블부재(150)가 X,Z축 방향으로 이송됨과 동시에, 주축 헤드 어셈블리(160)가 Y축 방향으로 이송됨에 따라, 이들의 이송 동작 및 툴(T)의 회전 동작에 의해 소정 형상으로 가공된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수직형 CNC 밀링 머신은 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째, 종래와 달리, 테이블부재를 Y축 방향으로 이송시키기 위한 새들을 배제시키고 주축 헤드 어셈블리를 Y축 방향으로 이송시키는 램(ram) 구조를 가지므로, 니이부재에 작용되는 하중을 테이블부재로 한정시킴으로써 테이블부재, 니이부재 및 주축 헤드 어셈블리의 X,Y,Z축 방향 이송 동작시 이들의 하중이 한쪽으로 집중되는 것을 방지한다.

둘째, X축 방향으로 이송되는 테이블부재가 Z축 방향으로 이송되는 니이부재에 지지되는 구조를 가지므로, 종래와 달리 니이부재에 작용되는 하중이 저감됨에 따라 니이부재를 승강시키기 위한 이송유니트의 마모가 방지되어 밀링 머신의 고장 발생이 억제되고, 가공 정밀도가 향상된다.

셋째, 주축 헤드 어셈블리를 Y축 방향으로 이송시키는 램(ram) 구동 방식에의해 공작물로의 접근성이 용이하며, 최소한의 공간에서 여유 있는 Y축 이송이 가능하다.

넷째, 새들이 배제된 간단한 구조를 가지는 바, 저렴한 가격으로 가공 업체에 보급할 수 있기 때문에, 경제적인 측면에서 상대적인 경쟁적 우위를 확보할 수 있다.

Claims

베이스를 가진 프레임;

상기 베이스에 대해 직립되게 설치된 칼럼을 따라 Z축방향으로 왕복 이동 가능하게 설치된 니이(knee)부재;

가공하고자 할 공작물이 세팅되며, 상기 니이부재의 상면에 대해 X축방향으로 왕복 이동 가능하도록 상기 니이부재에 설치된 테이블(table)부재;

상기 공작물을 가공할 수 있는 툴(tool)이 구비되며, 상기 테이블부재에 대해 수직되게 설치되고, 상기 테이블부재의 슬라이딩 방향과 교차되는 Y축방향으로 왕복 이동 가능하도록 상기 프레임에 설치된 주축 헤드 어셈블리(spindle head assembly);

상기 테이블부재를 X축방향으로 왕복 이동시키기 위해, 상기 테이블부재와 니이부재 사이에 설치된 X축방향 이송유니트;

상기 주축 헤드 어셈블리를 Y축방향으로 왕복 이동시키기 위해, 상기 주축 헤드 어셈블리와 프레임 사이에 설치된 Y축방향 이송유니트; 및

상기 니이부재를 Z축방향으로 왕복 이동시키기 위해, 상기 니이부재와 베이스 사이에 설치된 Z축방향 이송유니트를 구비하는 것을 특징으로 하는 수직형 CNC 밀링 머신.
제1항에 있어서,

상기 X축방향 이송유니트는:

상기 테이블부재를 니이부재의 상면에 대해 좌,우 방향으로 왕복 슬라이딩시킬 수 있도록 상기 니이부재의 상면에 형성된 X가이드레일;

상기 X가이드레일에 슬라이딩 결합되도록 상기 테이블부재의 저면에 길이 방향을 따라 형성된 X가이드부;

X서보 모터에 의해 소정 회전수로 회전 가능하며, 상기 테이블부재의 길이 방향을 따라 상기 니이부재에 설치된 X볼스크류 축; 및

상기 X볼스크류 축의 회전운동을 직선운동으로 변환시켜 상기 테이블부재를 X축방향으로 슬라이딩시킬 수 있도록 상기 테이블부재의 저면에 설치되어 상기 X볼스크류 축에 나사 결합된 X볼스크류 너트를 구비하는 것을 특징으로 하는 수직형 CNC 밀링 머신.
제1항에 있어서,

상기 Y축방향 이송유니트는:

상기 테이블부재의 이송방향과 교차되는 방향으로 상기 프레임에 설치되며, 상기 주축 헤드 어셈블리를 테이블부재에 대해 전,후 방향으로 이송시킬 수 있도록 Y가이드레일을 가진 램 베이스(ram base);

상기 주축 헤드 어셈블리가 설치되며, 상기 램 베이스의 Y가이드레일에 슬라이딩 결합되도록 Y가이드부를 가진 램(ram)본체;

Y서보 모터에 의해 소정 회전수로 회전 가능하며, 상기 램 베이스의 길이 방향을 따라 상기 램 본체에 설치된 Y볼스크류 축; 및

상기 Y볼스크류 축의 회전운동을 직선운동으로 변환시켜 상기 램 본체를 Y축방향으로 슬라이딩시킬 수 있도록 상기 램 베이스의 상면에 설치되어 상기 Y볼스크류 축에 나사 결합된 Y볼스크류 너트를 구비하는 것을 특징으로 하는 수직형 CNC 밀링 머신.
제1항에 있어서,

상기 Z축방향 이송유니트는:

상기 니이부재를 칼럼에 대해 상,하 방향으로 이송시킬 수 있도록 상기 칼럼에 마련된 Z가이드레일;

상기 Z가이드레일에 슬라이딩 결합되도록 상기 칼럼에 대응되는 니이부재에 마련된 Z가이드부;

Z서보 모터에 의해 소정 회전수로 회전 가능하며, 상기 베이스에 직립되게 마련된 스탠드에 삽입 가능하도록 상기 니이부재에 설치된 Z볼스크류 축; 및

상기 Z볼스크류 축의 회전운동을 직선운동으로 변환시켜 상기 니이부재를 Z축방향으로 슬라이딩시킬 수 있도록 상기 Z볼스크류 축이 삽입되는 스탠드의 단부측에 설치되어 상기 Z볼스크류 축에 나사 결합된 Z볼스크류 너트를 구비하는 것을 특징으로 하는 수직형 CNC 밀링 머신.
제4항에 있어서,

상기 Z축방향 이송유니트는:

상기 Z서보 모터의 회전력을 상기 Z볼스크류 축에 전달할 수 있도록 상기 Z서보 모터의 회전축에 설치되며, 상기 Z볼스크류 축에 치합되는 스파이럴 기어(spiral gear)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 수직형 CNC 밀링 머신.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 테이블부재가 X축방향으로 슬라이딩되며 칼럼에 대해 Z축방향으로 각각 슬라이딩되는 니이부재의 슬라이딩 접촉부위와, 상기 램 본체가 Y축방향으로 슬라이딩되는 램 베이스의 슬라이딩 접촉부위로 윤활유를 공급할 수 있도록 상기 프레임에 설치된 윤활유 급유유니트를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 수직형 CNC 밀링 머신.
제6항에 있어서,

상기 윤활유 급유유니트는:

소정 펌핑력에 의해 윤활유를 상기 슬라이딩 접촉부위로 각각 급송시킬 수 있도록 상기 프레임에 설치된 급유펌프; 및

상기 각각의 슬라이딩 접촉부위와 상기 급유펌프에 연결된 급유라인을 구비하는 것을 특징으로 하는 수직형 CNC 밀링 머신.