KR20030001209A - Nc 공작기계 - Google Patents

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Abstract

공작물을 그 위에 싣는 테이블(15, 115)과, 공구를 설정하는 스핀들(14, 114 )을, X축용, Y축용 및 Z축용의 3가지의 이송기구(18∼20, 118∼120)에 의해서 상대적으로 이동하여 기계가공을 하는 구성을 갖는 NC 공작기계이다. 랙·피니온(21, 22,24,25,27,28,121,122,124,125,127,128)을 사용하고, 또한 각각의 축으로 2개의 모터(16,23,29)를 사용하여, X축용, Y축용 및 Z축용의 3가지의 이송기구의 모두에 예하중을 걸어 랙·피니온에 있어서의 백래시를 방지한다.

Description

NC 공작기계{NC MACHINE TOOL}

본 발명은, 공작물(work)을 그 위에 싣는 테이블과, 공구(tool)를 설정하는스핀들을, 이송기구(feed mechanism)에 의해서 상대적으로 이동하여 기계가공을 하는 구성을 갖는 NC 공작기계에 관한 것이다.

종래의 공작기계에 있어서는, 볼 스쿠루(ball screw)를 사용한 이송기구가 일반적이고, 이에 의해 테이블이나 스핀들을 이동된다.

최근 공작기계의 고속화가 발전되어, 테이블이나 스핀들을 고속으로 공급하는 것이 요구되고 있다.

고속화를 도모하기 위하여, 구동원으로서 직선형 전동기(linear motor)를 사용하는 이송기구 등이 시험적으로 제작되었지만, 충분한 성과는 얻어지고 있지 않다.

종래의 볼 스쿠루 방식의 이송기구는, 고정밀도로 매끄러운 이송을 실현할 수 있다. 그러나, 볼 스쿠루 방식에서는, 이송 속도에 한계가 있기 때문에, 고속화에 대응하는 것은 어려웠다.

본 발명의 목적은, 이송 속도를 고속화할 수가 있으며, 고정밀도로 매끄러운 이송이 가능한 이송기구를 구비한 NC 공작기계를 제공하고자 함에 있다.

본 발명의 해결수단을 설명하면, 다음과 같다.

(1) 공작물을 그 위에 싣는 테이블(15,115)과, 공구를 설정하는 스핀들(14, 114)을, X축용, Y축용 및 Z축용의 3가지의 이송기구(18∼20,118∼120)에 의해서 상대적으로 이동하여 기계가공을 하는 구성을 갖는 NC 공작기계에 있어서, 랙·피니온(rack-pinion)을 사용하고, 또한 각각의 축으로 2개의 모터를 사용하여, X축용,Y축용 및 Z축용의 3가지의 이송기구의 모두에 예하중(preload)을 걸어 랙·피니온에 있어서의 백래시(backlash)를 방지하는 것을 특징으로 하는 NC 공작기계.

(2) 수평방향으로 배치된 랙(rack)은, 아래쪽으로 향한 톱니를 갖는 것을 특징으로 하는 NC 공작기계.

(3)랙·피니온으로서, 헬리컬 랙·피니온(helical rack-pinion)을 쓰는 것을 특징으로 하는 NC 공작기계.

(4)랙·피니온으로서, 이중 나선 랙·피니온(double-helical rack-pinion)이 사용되는 것을 특징으로 하는 NC 공작기계.

본 발명에 의한 NC 공작기계는, 공작물을 그 위에 싣는 테이블과, 공구를 설정하는 스핀들을, X축용, Y축용 및 Z축용의 3가지의 이송기구에 의해서 상대적으로 이동하여 기계가공을 행한다. X축용, Y축용 및 Z축용의 3가지의 이송기구의 모두에는, 랙·피니온이 사용된다.

각 축에 대하여 2개의 모터를 사용하여 구동력을 배로 하고, 예하중 (preload)에 의해 랙과 피니언의 백래쉬를 제거한다.

더구나, 수평방향에 배치된 랙은 하향 또는 측면을 향하는 톱니를 갖는다. 그에 따라, 랙 톱니면에 이물질이 체류하는 것을 방지할 수 있다.

랙·피니온으로서는, 헬리컬 랙·피니온이나 이중 나선 랙·피니온이 사용될 수 있다. 이들을 사용함으로써, 보다 매끄러운 이송을 실현할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 NC 공작기계의 제 1 실시예를 개념적으로 나타내는 개념도이다.

도 2는 본 발명에 의한 NC 공작기계의 제 2 실시예를 개념적으로 나타내는 개념도이다.

도 3A는 NC 공작기계에 사용되는 헬리컬랙을 나타내는 사시도이며, 도 3B는 같이 이중 헬리컬 랙과 이중 헬리컬 피니온을 나타내는 사시도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10,110 : NC 공작기계 14,114 : 스핀들

15,115 : 테이블 18∼20, 118∼120 : 이송기구

21,24,27,121,124,127 : 랙

22,25,28,122,125 : 피니온

21a : 이중 나선 랙 22a : 이중 나선 피니온

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.

도 1은, 본 발명에 의한 NC 공작기계의 제 1 실시예를 개념적으로 나타내는 사시도이다.

수직형 공작기계(10)는, 테이블과 스핀들의 이송기구 이외는, 통상의 공작기계와 동일한 구성을 갖는다.

상기 공작기계(10)는 베이스(11)를 갖고, 그 위에 테이블(15)이 배치된다. 상기 테이블은, 레일과 같은 안내수단(도시하지 않음)에 의해 Y축 방향을 따라 이동가능하도록 안내되어 있고, Y축용의 이송기구(20)에 의해서 구동된다.

Y축용의 이송기구(20)는, 1개의 랙(27), 2개의 피니온(28), 2개의 서보모터 (servo motor)(29)로 구성된다. 1개의 랙(27)은 테이블의 하면에 Y축 방향을 따라 고정되어 있다. 2개의 서보모터(29)는 베이스(11)에 설치되어 있다. 2개의 피니온(28)은, 2개의 모터(29)의 출력축(output shaft)에 각각 설치되어 있고, 랙(27)에 걸어멈춤되어 있다. 이 랙(27)으로는, 도 3A에 나타낸 바와 같은 헬리컬 타입을 사용할 수 있다.

랙·피니온으로서는, 이중 나선 랙·피니온(21a,22a)이 또한 사용될 수 있다.

게이트 형상(gate-shaped)의 각부를 갖는 컬럼(12)이 베이스(11)의 윗쪽에 형성되어 있다.

컬럼(12)에는 스핀들 헤드(spindle head)(13)가 배치되어 있다.

스핀들 헤드(13)는, 레일과 같은 안내수단(도시하지 않음)으로 X축에 따라 이동가능하도록 안내되어 있고, X축용의 이송기구(19)에 의해서 구동된다.

X축용의 이송기구(19)는, 1개의 랙(24), 2개의 피니온(25), 2개의 서보모터 (16)로 구성된다. 1개의 랙(24)는, 스핀들 헤드(13)의 하부면에 X방향을 따라서 배치되어 있다. 2개의 서보모터(16)는 칼럼(12)에 설치되어 있다. 2개의 피니온 (25)은, 2개의 모터의 출력축에 각각 연결되어 있고, 1개의 랙(24)에 걸어멈춤된다.

스핀들 헤드(13)에는 스핀들(14)이 길이방향으로 배치되어 있다.

스핀들(14)은, 연직방향(Z축 방향)으로 스핀들 헤드(13)와 상대적으로 이동가능하도록 안내되어 있고, Z축용의 이송기구(18)에 의해서 구동된다.

Z축용의 이송기구(18)는, 1개의 랙(21), 2개의 피니온(22), 서보모터(23)로 구성된다. 1개의 랙(21)은, 스핀 들헤드(14)의 완전한 중앙부분과 평행하게 고정되어 있다. 2개의 서보모터(23)는 스핀들 헤드(13)에 설치되어 있다. 2개의 피니온(22)은, 2개의 모터(23)의 출력축에 각각 연결되어 있고, 1개의 랙(21)에 걸어멈춤된다.

스핀들(14)은, 자동공구교환 아암(17)에 의해서 자동적으로 착탈가능하게 공구를 장착할 수 있다.

공구장착대(tool magazine)와 전체 공작기계를 제어하는 제어 유니트(16)는 상기 자동공구교환 아암(17)에 이웃하여 배치되어 있다.

다음에, 제2도를 참조하여, 본 발명의 제 2 실시예를 간략히 설명한다.

횡형(lateral type) 공작기계(110)에 있어서, 스핀들(114)는 수평방향으로 배치되고, Y축용의 이송기구(20)에 의해서 Y축 방향으로 이동가능하다.

테이블(115)은, X축 및 Z축에 따라 이동가능하도록 구성되어 있다.

테이블(115)의 아래쪽에는 새들(saddle)(130)이 배치되어 있다. 이 새들 (130)은, 레일과 같은 안내수단에 의해서 Z 방향으로 이동가능하도록 안내되어, Z축용의 이송수단에 의해서 구동된다.

새들(130)의 상부면에는 테이블(115)이 X축 방향으로 이동가능하도록 안내되어 있고, X축용의 이송수단(119)에 의해서 구동된다.

X∼Z축용의 이송수단(119, 120 및 118)은, 상술한 실시예의 이송수단과 마찬가지로, 1개의 랙과 2개의 피니온과 2개의 서보모터를 사용하여 구성된다.

상술한 어느 실시예에 있어서도, 또한, 위치(속도) 피드백(feed back)에 의해 제어되는 토크(torque)에 대하여, 2개의 모터의 조합에 의하여 예하중 기능이 마련되고, 오프셋(offset)이 적용되고, 2개의 모터에 연결된 2개의 축(주축과 종축)에 서로 반대방향의 토크를 걸어, 1개의 랙에 대하여 2개의 피니온이 항상 경쟁하는 상태로 한다. 이러한 예하중 기능에 의해, 랙·피니온에 대한 백래쉬에 의한 영향을 저감한다.

또한, 수평방향에 배치된 랙(24, 27, 121 및 124)은 톱니가 하향으로 되어 있다. 즉, 피니온이 랙의 하부측을 지지하는 모양이 되고 있다.

본 발명에 의한 NC 공작기계에 있어서는, 각 축의 이송기구가 1개의 랙과 2개의 피니온과 2개의 모터를 사용하여 구성되기 때문에, 구동력이 배로 되고, 2개의 모터에 의한 예하중 기능에 의해 랙·피니온의 백래시를 방지할 수 있다. 그결과, 삼차원에서의 이송 속도가 높아질 수 있으며, 더구나 고정밀도로 매끄러운 이송을 실현할 수 있다. 볼 스쿠루처럼 접점부분이 많지 않기 때문에, 발열에 의한 열변위도 없다. 그러므로, 가공의 고속화에 충분히 대응할 수 있다.

또한, 수평방향으로 배치된 랙은 톱니가 하향으로 되어 있다. 이 때문에, 랙의 톱니면에 이물질이 체류하는 것을 방지할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

특히, 헬리컬 랙·피니온, 이중 나선 랙·피니온을 사용함으로써 보다 매끄러운 이송이 가능해진다.

본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명은, 모두 수직형, 횡형 머시닝센터, 게이트형 머시닝센터, NC 밀링머신, 드릴, 금형가공기 등에도 적용될 수 있다.

Claims (4)

  1. 공작물을 그 위에 싣는 테이블(15, 115)과, 공구를 설정하는 스핀들(14, 114)을, X축용, Y축용 및 Z축용의 3가지의 이송기구(18∼20, 118∼120)에 의해서 상대적으로 이동하여 기계가공을 하는 구성을 갖는 NC 공작기계에 있어서,
    랙·피니온(21,22,24,25,27,28,121,122,124,125,127,128)을 사용하고, 또한 각각의 축으로 2개의 모터(16,23,29)를 사용하여, X축용, Y축용 및 Z축용의 3가지의 이송기구의 모두에 예하중을 걸어 랙·피니온에 있어서의 백래시를 방지하는 것을 특징으로 하는 NC 공작기계.
  2. 제 1 항에 있어서, 수평방향으로 배치된 랙(24,27,121,124)은, 아래쪽으로 향한 톱니를 갖는 것을 특징으로 하는 NC 공작기계.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 랙·피니온으로서, 헬리컬 랙·피니온 (21,22,24,25,27,28,121,122,124,125,127,128)을 쓰는 것을 특징으로 하는 NC 공작기계.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 랙·피니온으로서, 이중 나선 랙·피니온(21a,22a)을 쓰는 것을 특징으로 하는 NC 공작기계.
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