KR20030022718A - 밀링 가공 센터 및 드릴링 가공 센터 - Google Patents

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콘라드조세프 포프
로베르트 메르크
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에마크 마쉬넨파브릭 게엠베하
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Abstract

본 발명은, 가공되는 공작물의 수용을 위한 다축 이송형 공작물 캐리어(11), 수평 작업 스핀들(7), 기계 스탠드(1, 2)를 갖는 밀링 가공 센터 및 드릴링 가공 센터에 관한 것이다. 자동 공구 교체를 위하여, 수평 작업 스핀들(7)을 갖는 스핀들 하우징(6)은 제1 수평축(9)으로 모터에 의해 이송 가능한 형태로 기계 스탠드(1, 2)의 상단 고정형 스탠드 부품(2)에 배치되며, 공작물 캐리어(11)는 자동 작동형 공작물 고정 장치(19)를 갖는데, 이 공작물 고정 장치는, 제1 수평축(9)에 대해 수직인 제2 수평축(13)과 이에 대해 수직인 수직축(13) 사이에서 이송 가능한 형태로 상단 스탠드 부품(2)에 현수된 상태로 배치되며, 자동 공작물 교체를 위하여 작업 스핀들(7) 전단의 작업 구간과 작업 스핀들(7)에 배치된 공작물 준비 장치(24) 사이에서 이송될 수 있다.

Description

밀링 가공 센터 및 드릴링 가공 센터{MILLING MACHINING CENTER AND DRILLING MACHINING CENTER}
기술 분야
본 발명은 제1청구항의 상위 개념에 따른 밀링 가공 센터 및 드릴링 가공 센터에 관한 것이다.
배경기술
종래 방식의 밀링 가공 센터 및 드릴링 가공 센터는 일반적으로 콘솔 구조(console style), 베드 구조(bed style) 및 문형 구조(portal style)로 구분된다. 주절삭 회전 운동을 이행하는 공구는, 공작물에 대해 상대적으로 이동 가능한 스핀들 하우징(spindle housing) 내에서 고정되는 회전형 작업 스핀들(workingspindle)에 수용된다. 가공되어야 하는 공작물은 대게 크로스 테이블(cross table), 교체 테이블(change table), 로타리 테이블(rotary table) 또는 팔레트(pallet) 상에서 고정된다. 일반적으로 이런 종류의 가공 센터(MACHINING CENTER)는 다양한 가공 작업에 필요한 공구의 신속한 자동 교체를 가능케 하는 자동 공구 교체 장치를 갖는다. 이런 자동 공구 교체 장치를 통해 공구의 수동 교체가 필요치 않는 공구의 완전한 자동 교체가 가능하다. 추가적인 자동 공작물 교체 장치를 통해 비생산적인 부수 작업에 소요되는 시간을 줄일 수 있으며 자동화율을 더욱 개선할 수 있다. 이런 공작물 교체 장치로는 주로 팔레트 교체 장치가 사용되는데, 이 팔레트 교체 시스템(pallet change system)은, 후단에 위치된 팔레트에 대해 작업 공간에 위치된 팔레트를 교체하기 위해 사용되며, 수직 회전축에 대해 회전 가능하고 수직축에서 이동 가능한 팔레트 캐리어(pallet carrier)를 갖는다. 팔레트가 작업 공간 내에 존재하는 동안에는 후단에 위치된 다른 팔레트에서 완성된 공작물이 추출되고 새로운 공작물이 고정될 수 있다. 팔레트 교체기의 경우 상응하는 가이드(guide), 특수한 구동 장치, 및 부수적인 제어 장치가 포함된 별도의 추가 장치가 필요하므로, 이런 종류의 팔레트 교체기는 기술적으로 상당히 복잡한 구조를 갖는다. 따라서 이로 인해 투자비용이 상승된다. 이외에도 팔레트 교체기가 장착된 가공 센터는 넓은 설치 면적을 필요로 한다.
DE 44 22 416 Cl에서는, 기계 베드(machine bed)와 여기에서 위로 돌출되는 스탠드 부품을 포함하는, 전술된 종류의 가공 센터가 공지되어 있다. 컬럼 새들(column saddle)을 통해 수평 및 수직으로 이동 가능한 공작물 고정장치(workpiece fastening device)를 갖는 공작물 캐리어(carrier)가 스탠드에 배치되어 있다. 이것은 공작물의 자동 교체를 위하여, 작업 스핀들 측에 배치된 공작물 이송 장치와 작업 스핀들 전단의 작업 구간 사이를 왕복할 수 있다. 이런 종류의 잘 알려진 가공 센터의 경우 이 작업 스핀들은 스핀들 하우징 내에 장착되는데, 이 스핀들 하우징은 기계 베드의 상단에 배치된다.
본 발명의 목적은, 자동 공작물 교체를 통해 높은 자동화율을 실현시키며, 힘 전달이 개선된, 저렴하고 공간 절약적(compact) 구조의 밀링 가공 센터 및 드릴링 가공 센터를 제작하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 드릴링 가공 센터 및 밀링 가공 센터의 기본 구조가 개략적으로 도시된 도면이다.
이 목적은 제1청구항의 특징을 갖는 밀링 가공 센터 및 드릴링 가공 센터를 통해 실현된다.
본 발명에 따른 밀링 가공 센터 및 드릴링 가공 센터의 주요 이점은, 작업 스핀들 뿐 아니라 복수의 축으로 이송되는 공작물 고정 장치도 모노 블록 구조(mono-block style)로 설계된 공동의 스탠드 부품에 배치되는 것이다. 이렇게 함으로서 높은 힘 전달 및 우수한 강성이 보장된다. 컬럼 새들을 통해 스탠드 상단에 배치된 공작물 캐리어는 공작물 가공을 위해 필요한, X 축 및 Y 축에서의 직선 운동만을 이행하는 것이 아니라, 자동 공작물 교체를 위한 이송 운동도 이행한다.컬럼 새들의 간단한 이송 운동으로 인해 자동 공작물 교체가 간단한 방식으로 이행될 수 있다. 별도의 조작 시스템 또는 고가의 팔레트 교체 장치가 필요치 않다. 공작물 캐리어에 공작물에 현수된 상태로 배치되므로 픽업 방식(pick-up method)의 매우 신속한 공작물 교체가 이루어진다. 완전히 가공된 공작물을 예를 들어 이송 벨트(conveyer belt)로서 설계된 공작물 준비 장치에 올려놓고, 여기에서 새로운 공작물을 작업 구간으로 운반하기 위하여, 단지 비교적 짧은 이송 운동 거리만이 필요하다. 이렇게 함으로써 고정에 필요한 시간이 단축될 수 있다.
본 발명에 따른 기계 설계 컨셉(concept)의 다른 이점은, 가공 칩(cutting chip)의 배출이 양호하다는 것이다. 공작물을 현수된 형태로 고정함으로써 가공 칩은 예를 들어 하단 프레임에 형성된 개구부(opening)를 통해 자유롭게 낙하한다. 따라서 작업 구간은 방해가 되는 가공 칩이 존재하지 않는 상태로 유지될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예 및 합목적적 형태는 종속항에 기술되어 있다.
본 발명에 따른 특히 바람직한 실시예의 경우 공작물 캐리어는 공작물 고정부(workpiece acceptance head)를 갖는데, 여기에는 공작물 고정 장치가 자신의 중심축(B-축)을 중심으로 모터에 의해 회전할 수 있도록 배치되어 있다. 공작물 고정부는 제2의 수평축(X-축)에 대해 평행한 회전축(A-축)을 중심으로 회전 가능한 형태로 앵글 홀더(angle holder) 내에 배치되어 있다. 이 두 개의 추가적인 회전축, 및 컬럼 새들을 통해 이행되는, X-축 및 Y-축에서의 직선 운동, 및 Z-축에서의 작업 스핀들의 직선 운동을 통해 5면 가공이 이행될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예의 경우, 공작물 준비 장치는 수평으로 순환되며,두 개의 별도의 이송 궤도를 갖는 무한 벨트 형태의 이송 벨트이다. 이런 종류의 이송 벨트에는 복수의 공작물이 적재될 수 있는데, 적재 후 공작물 캐리어에 의해 탈착될 수 있도록 이런 공작물은 작업 스핀들에 인접한 전달점으로 이송될 수 있다. 아직 가공 중인 공작물을 사전에 지정 가능한 전달점으로 이송하거나 또는 이미 완전히 가공된 공작물을 특정한 추출 위치로 이송하는 과정은 가공 중에 이행될 수 있다.
스핀들 하우징 하단에는 예를 들어 플레이트 매거진(plate magazine) 또는 디스크 매거진(disc magazine) 형태의 공구 매거진이 배치되어 있다. 스핀들 하우징에 조립된 이중 그립 구조(double gripper style)의 공구 교체기를 통해 신속한 자동 공구 교체가 이행될 수 있다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은, 본 발명에 따른 드릴링 가공 센터 및 밀링 가공 센터의 기본 구조가 개략적으로 도시된 도면을 근거로 한 바람직한 실시예에 대한 설명을 통해 기술된다.
도면에 도시된 밀링 가공 센터 및 드릴링 가공 센터에는, 하단 프레임(1)을 갖는 기계 스탠드 및 모노 블록 구조로 설계된 상단 고정형 스탠드 부품(2)이 포함되는데, 이 스탠드 부품은 서로 이격된 측방의 지주(pillar)(3, 4) 및 제3의 관통형 지주(5) 상에 배치된다. 기계 구조에 대한 이해를 돕기 위해 도면에서는 좌측 측방 지주(4)의 일부가 절단되어 있다. 하지만 이것은 우측면에 도시된 지주(3)와 동일한 구조를 갖는다. 스탠드 부품(2) 하단면에는 회전될 수 있도록 지지되며, 모터에 의해 구동되는 수평 작업 스핀들(7)이 포함된 스핀들 하우징(6)이 지주(3, 4,5) 사이에 현수 상태로 배치되어 있다. 작업 스핀들(7)이 포함된 스핀들 하우징(6)은 평행한 가이드 레일(8)을 통해 스탠드 부품(2)의 하단면에서 이동 가능한 형태로 안내되며, 여기에는 도시되지 않은 구동 장치를 통해 제1 수평축(9)(Z-축)으로 이송될 수 있다.
가공되어야 하는 공작물(10)은 공작물 캐리어(11)에 의해 고정되는데, 이 공작물 캐리어는 제1 수평축(9)(Z-축)에 대해 수직인 제2 수평축(13)(X-축) 및 여기에 대해 수직인 수직축(14)(Y-축)에서 컬럼 새들(12)을 통해 이송될 수 있도록 고정형 스탠드 부품(2)에 배치되어 있다. 컬럼 새들(12)은, 스탠드 부품(2)의 정면(16)에서 수평 가이드 레일(15)을 통해 모터에 의해 X-축으로 이송 가능한 종송대(transverse slide)(17)로 구성되는데, 이 종송대는 모터를 통해 Y-축에 대해 이송될 수 있는 수직 이송대(vertical slide)(18)를 지지한다. 종송대(17) 및 수직 이송대(18)의 상응하는 이송 운동을 통해 가공에 필요한 X-축 및 Y-축에서의 직선 운동이 이행되는 반면, Z-축에서의 직선 운동은 스핀들 하우징(6)의 위치 제어를 통해 이루어진다.
수직 이송대(18)의 하단면에 배치된 공작물 캐리어(11)에는 자동으로 작동될 수 있는 공작물 고정 장치(19)가 포함되어 있는데, 이 공작물 고정 장치는 예를 들어 클램핑 죠(clamping jaw)를 갖는 척(chuck)의 형태 또는 이와 유사한 구조를 갖는다. 도면에 도시된 실시예의 경우에는 척으로서 형성된 공작물 고정 장치(19)가 적합한 구동 장치를 통해 자신의 중심축(20)(B-축)을 중심으로 회전될 수 있도록 공작물 고정부(21)에 배치되어 있다. 공작물 고정부(21)는 수직 이송대의 하단면에고정된 앵글 홀더(22)에서 X-축에 대해 평행한 회전축(23)(A-축)을 중심으로 모터 구동을 통해 회전될 수 있도록 배치된다. 공작물 고정 장치(19) 및 공작물 고정부(21)는 예를 들어 하모닉 드라이브(Harmonic-Drive) 구동장치를 통해 이루어질 수 있는데, 이 하모닉 드라이브는 앵글 홀더(22) 또는 공작물 고정부에 내장된다. 이 두 개의 추가적 회전축(20, 23)을 통해 1회 고정으로 5면 가공이 가능하다.
종송대를 지지하는 정면(16)이 하단 프레임(1) 상에서 작업 스핀들에 대해 측방으로 엇갈리게 배치된 공작물 준비 장치(24)의 상단에서 이동되고, 이것을 부분적으로나마 교차할 수 있도록, 모노 블록 구조로 설계된 상단 스탠드 부품(2)이 형성된다. 이렇게 함으로써 공작물 준비 장치에서 완전히 가공된 공작물을 내려 놓고 가공되어야 하는 다음 공작물을 고정하기 위하여, 공작물 캐리어(11)는 종송대(17) 및 수직 이송대(18)의 간단한 이송 운동을 통해 공작물 준비 장치(24)로 이송될 수 있다. 도면에 도시된 실시예의 경우 두 개의 별도의 이송 궤도(25, 26)가 장착된 무한 벨트 형태의 순환형 이송 벨트인데, 이 이송 벨트는 하단 프레임(1) 상에서 관통형 지주(5)와 배전함(27) 사이에 배치된다. 이송 벨트에는 복수의 공작물이 장착될 수 있는데, 이 공작물들은 사전이 지정 가능한 프로그램 진행에 따라서 공구 홀더를 통해 추출되기 위한 특정한 전달 위치로 자동으로 이송될 수 있다. 가공 공정이 완료된 후 공구 홀더를 통해 다시 이송 벨트로 놓여진 완성된 공작물이 이송 벨트에서 추출 위치로 이송된다. 이송 벨트는 하단 프레임(1)에서 측방으로 돌출되는 탈장착 구간(28)을 갖는데, 이 탈장착 구간은 여기에는 도시되지 않은 보호 챔버(protection chamber)의 상응하는 개구(opening)를 통해 외측으로 돌출된다. 이 구간에서는 이송 벨트에 새로운 공작물이 장착되고 이미 가공된 공작물은 이송 벨트에서 추출될 수 있다.
스핀들 하우징(6) 하단의 하단 프레임(1) 상에는 플레이트 매거진 구조의 공구 매거진(29)이 고정된 형태로 조립되어 있다. 작업 스핀들(7)과 공구 매거진(29) 사이에서 이루어지는, 공구 교체를 위해 필요한 공구의 이송은 스핀들 하우징(6)의 스핀들 헤드 구간에 배치된 공구 교체기(30)에 의해 이루어지는데, 이 공구 교체기는 이중 그립 구조로 설계되며, 서로 90°엇갈리게 배치된 두 개의 공구 그리퍼(tool gripper)를 갖는다. 작업 스핀들의 수평 중심축에 대해 하단으로 경사진 회전축을 중심으로 한 공구 교체기(30)의 45°회전, 및 스핀들 하우징의 상응하는 이송 운동, 및 스핀들 하우징에 대한 공구 그리퍼의 상대적인 이송을 통해 자동 공구 교체가 이행될 수 있다. 각 지주(3, 4)사이에 형성된 통로를 통해 가공에 필요한 공구가 공구 매거진(29)에 장착될 수 있다.
하단 프레임(1)에는 조작 패널(operating panel)(32)이 포함된 조작 콘솔(operation console)(31)이 배치된다. 이외에도 하단 프레임(1)에는 작업 스핀들(7)의 스핀들 헤드 하단에 위치하는 개구(33)가 존재하는데, 가공 시 발생하는 칩이 이 개구를 통해 아래로 낙하될 수 있다. 이렇게 함으로써 작업 구간은 칩이 없는 상태로 유지될 수 있다. 아래로 낙하되는 칩은 상자(34)에 수집되거나 또는 자동 칩 이송기(35)를 통해 배출될 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 자동 공작물 교체를 통해 높은 자동화율을 실현시킬 수 있고, 힘 전달이 개선된, 저렴하고 공간 절약적(compact) 구조의 밀링 가공 센터 및 드릴링 가공 센터를 제공할 수 있다.

Claims (9)

  1. 제1 수평축(9)에 대해 수직인 제2 수평축(13)과 이에 대해 수직인 수직축(13) 사이에서 이송 가능한 형태로 상단 스탠드 부품(2)에 현수된 상태로 배치되며, 자동 공작물 교체를 위하여 작업 스핀들(7) 전단의 작업 구간과 작업 스핀들(7)에 배치된 공작물 준비 장치(24) 사이에서 이송 가능한, 자동 작동형 공작물 고정 장치(19)가 포함된 공작물 캐리어(11), 기계 스탠드(1, 2)에서 제1 수평축(9)으로 모터에 의해 이송 가능한 형태로 배치되어 있으며 수평 작업 스핀들(7)을 갖는 스핀들 하우징(6), 하단 프레임(1) 및 상단 고정형 스탠드 부품(2)을 갖는 기계 스탠드(1, 2)가 포함된 밀링 가공 센터 및 드릴링 가공 센터에 있어서,
    지주(3, 4, 5) 상에 배치된 상단 스탠드 부품(2)이 모노 블록 구조로 설계되어 있고, 수평 작업 스핀들(7)을 갖는 스핀들 하우징(6)이 기계 스탠드(1, 2)의 고정형 스탠드 부품(2)의 하단에서 현수 상태로 배치되는 것을 특징으로 하는 밀링 가공 센터 및 드릴링 가공 센터.
  2. 제 1 항에 있어서, 컬럼 새들(12)의 종송대(17)가 수평 가이드 레일(15)을 통해 제2 수평축(13)으로 이송될 수 있도록 배치되어 있으며, 적어도 부분적으로나마 공작물 준비 장치(24)에서 돌출되는 정면(16)이 스탠드 부품(2)에 포함되는 것을 특징으로 하는 밀링 가공 센터 및 드릴링 가공 센터.
  3. 제 2 항에 있어서, 하단면에 공작물 캐리어(11)가 배치되어 있으며, 종송대(17)에서 수직축(14)으로 이송 가능한 수직 이송대(18)가 컬럼 새들(12)에 포함되는 것을 특징으로 하는 밀링 가공 센터 및 드릴링 가공 센터.
  4. 제 1 항에 있어서, 공작물 고정 장치(19)가 자신의 중심축(B-축)을 중심으로 모터에 의해 이송될 수 있도록 배치되어 있는 공작물 고정부(21)가 공작물 캐리어(11)에 포함되는 것을 특징으로 하는 밀링 가공 센터 및 드릴링 가공 센터.
  5. 제 2 항에 있어서, 공작물 고정부(21)가 제2 수평축(X-축)에 대해 평행한 회전축(A-축)을 중심으로 모터에 의해 이송될 수 있도록 배치되어 있는 앵글 홀더(22)가 공작물 캐리어(11)에 포함되는 것을 특징으로 하는 밀링 가공 센터 및 드릴링 가공 센터.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 공작물 준비 장치(24)는 적어도 하나의 이송 궤도(25, 26)를 갖는, 무한 벨트로서 순환되는 수평 이송 벨트인 것을 특징으로 하는 밀링 가공 센터 및 드릴링 가공 센터.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 스핀들 하우징(6) 하단의 기계 프레임(1, 2)의 하단 프레임(2) 상에 공구 매거진(29)이 배치되는 것을 특징으로 하는 밀링 가공 센터 및 드릴링 가공 센터.
  8. 제 7 항에 있어서, 작업 스핀들(7)과 공구 매거진(29) 사이에서 자동으로 공구를 이송하기 위한 공구 교체기(30)가 스핀들 하우징(6)에 배치되는 것을 특징으로 하는 엔진.
  9. 제 8 항에 있어서, 공구 교체기(30)는 이중 그립 구조의 공구 교체기인 것을 특징으로 하는 밀링 가공 센터 및 드릴링 가공 센터.
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