KR200387761Y1 - 컴퓨터 제어에 의한 전자동 드릴링 머신 - Google Patents

Abstract

본 고안은 컴퓨터 제어에 의한 전자동 드릴링 머신에 관한 것으로, 그 목적은 범용의 드릴링 머신의 구조 전체를 변경하여 컴퓨터에 의해 가공 공정이 자동제어 될 수 있도록 제작하여 정확한 위치 결정에 의한 구멍가공과 생산성 향상 및 안전사고 방지가 가능하도록 구성된 컴퓨터 제어에 의한 전자동 드릴링 머신을 제공하는데 있다. 본 고안의 구성은 스테핑모터와, 이 스테핑모터와 연동되어 공작물을 고정하는 척을 포함하여 구성된 주축부와; 상기 주축부에 물린 공작물을 지지하는 공압실린더에 의해 이송하는 심압축 슬리브와, 이 심압축 슬리브의 전진을 제어하는 근접센서수단과, 심압축 슬리브의 전진을 1,2차로 나뉘어 전진시키는 1차 공압조절밸브 및 2차공압조절밸브로 구성된 심압부와; 상기 공압 및 유압에 의해 전진되는 드릴수단과, 상하 LM가이드수단과, 좌우 LM가이드수단에 의해 안내되고 서보모터로 작동하는 좌우 이송용 볼 스크류수단과, 경사부로 구성된 이송부와; 공작물 형상을 설계하는 CAD프로그램을 내장한 컴퓨터와, 컴퓨터로부터 설계된 정보를 전달받아 내장된 PLC 회로에서 데이터를 처리하여 기계의 각축에 설치된 모터에 의해 기계가 구동되도록 구성된 컨트롤러로 이루어진 제어부로 결합구성된다.

Description

컴퓨터 제어에 의한 전자동 드릴링 머신{Drilling machine controlled by computer}

본 고안은 컴퓨터 제어에 의한 전자동 드릴링 머신에 관한 것으로, 고가의 CNC머신을 사용하지 않으면서도 다양한 드릴링 작업이 가능토록 구성한 장치에 관한것이다.

기존 드릴링머신을 이용한 구멍 가공 작업은 수작업에 의존함으로 인해 대량 생산을 위한 생산성과 정밀성이 저하되는 등의 문제점이 있다. 즉, 기존의 드릴링 머신에 의한 구멍가공은 정확한 구멍의 위치선정과 불균형한 추력 방향의 힘에 의한 구멍의 휨과 이로 인한 드릴의 파손, 또한 칩에 의한 작업자의 사소한 안전사고 등이 가장 큰 문제점으로 되고 있다.

이와 같은 드릴링 작업 중 하나를 예로 들어 설명하자면 중공을 가지는 원통구조에 다수의 구멍을 천공한 후 여기에 고체카본으로 메워 완성되는 오일리스 베어링과 같은 경우, 숙련된 작업자가 원통 둘레에 다수의 구멍을 일일히 수작업으로 레버를 움직여 드릴을 접근시킨 후 숙련자의 힘으로 소재를 관통시키고, 다시 새로운 작업지점으로 원통을 회전시킨 후 다시 드릴을 접근시켜 천공시키는 작업을 반복하게 하게 된다. 이와 같은 수작업은 전술한 바와 같이 생산성과 정밀성이 떨어지게 되는 문제점이 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위한 장치 수단으로는 CNC드릴링 머신이 있는데, 이경우 상기예로 든 것과 같은 작업을 하기 위해서는 추가적인 인덱스 장치가 필요하고 이러한 장비의 설치에 따른 비용이 더 소요되어, 전체비용이 거의 9천만원 가량 들게 된다. 따라서 CNC드릴링 머신의 도입은 빈약한 재정의 중소기업에서는 경제적인 무리가 따른다는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 고안의 목적은 범용의 드릴링 머신을 이용 컴퓨터에 의해 가공 공정이 자동제어 될 수 있도록 제작하여 정확한 위치 결정에 의한 구멍가공과 생산성 향상 및 안전사고 방지가 가능하도록 구성된 컴퓨터 제어에 의한 전자동 드릴링 머신을 제공하는데 있다.

상기와 같은 본 고안의 목적은 주축 스핀들과 이송은 위치결정이 정확한 각종 모터를 사용하고 축 이송은 충격에 강한 공압에 의하여 제어될 수 있게 하였으며, CAD에 의해 그려진 도면을 전송하면 컨트롤러를 거쳐 서보기구로 정보가 전달, 가공되도록 구성한 전자동 드릴링 머신을 제공함으로써 달성된다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 고안의 구성은 가공 대상물에 구멍을 천공하도록 드릴 및 드릴에 회전력을 제공하는 모터등의 수단으로 구성된 드릴링 머신에 있어서,

컨트롤러로부터 전달된 정보에 의하여 지령된 일정 각 만큼 회전후 정지하는 스테핑모터와, 이 스테핑모터의 회전과 연동되는 주축의 끝단에 설치되어 공작물을 고정하는 척을 포함하여 구성된 주축부와;

상기 주축부에 일측이 물린 공작물을 타측에서 지지하도록 공압실린더에 의해 이송하는 심압축 슬리브와, 이 심압축 슬리브에 설치된 고정구가 공작물에 접근하면 공압실린더에 공급되는 공압을 제어하는 근접센서수단과, 작동이 멈춘 심압축 슬리브가 약하게 전진하도록 공압실린더에 저압의 압축공기를 공급하는 1차 공압조절밸브와, 1차공압조절밸브에 의해 전진된 심압축 슬리브가 정확한 위치로 결정되면 공압실린더에 고압의 압축공기를 공급하는 2차공압조절밸브로 구성된 심압부와;

상기 주축부와 심압부 사이에 고정된 공작물에 구멍을 천공하도록 공압실린더의 공압에 의한 급이송과 유압실린더의 유압에 의한 절삭이송이 순차로 제공되는 드릴수단과, 이 드릴수단을 상하로 이송하도록 그 하부에 장치된 상하 LM가이드수단과, 이 상하 LM가이드수단 하부에 장치되어 좌우 LM가이드수단에 의해 가이드되고 서보모터에 의해 작동하는 좌우이송용 볼 스크류수단과, 상기 드릴수단이 공작물에 대하여 수직하게 전진하도록 하방향으로 일정각도를 가지고 기울어져 공작물의 내부 중심을 향하도록 좌우 볼 스크류 하부에 장치된 경사부로 구성된 이송부와;

공작물의 형상을 설계하는 CAD프로그램을 내장한 컴퓨터와, 컴퓨터로부터 CAD프로그램에 의해 설계된 정보를 전달받아 내장된 PLC 회로에서 데이터를 처리하여 기계의 각축에 설치된 모터에 의해 기계가 구동하도록 하는 컨트롤러로 이루어진 제어부를 포함하여 결합구성된 것을 특징으로 한다.

상기 주축부 및 심압부는 공작물이 중공 축으로 되어 있을 경우 이를 지지하는 원추형의 지지구를 더 포함하여 구성하였다.

상기 이송부는 이송의 정밀도를 높이기 위하여 위치결정이 정확한 서보모터를 사용하여 이를 이송축의 볼 스크류와 커플링 연결하고, 서보모터는 컨트롤러로부터 전달된 정보에 따라 회전하여 볼 스크류를 회전시키고 이것과 연결된 볼 스크류 너트는 상부에 설치된 드릴수단이 정확한 위치에서 구멍가공이 이루어지도록 구성하였다.

상기 이송부는 절입시 공압에 의하여 공작물에 급 이송으로 접근하다가 공작물 가까이 접근했을 때는 드릴 헤드에 부착된 근접센서에 의해 유압구동으로 바꿔 절삭이 이루어지도록 하고, 후진은 공압으로 급 이송토록 하여 가공시간을 단축하며, 절입의 이송속도는 유압실린더에 부착된 유량조절밸브로 조절하도록 구성하였다.

상기 경사부의 각도는 드릴이 베드의 수평면과 60°각도를 이루도록 가공된다.

이하 본 고안의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 고안의 장치구성을 보인 실시사진이고, 도 2는 본 고안의 장치 구성을 보인 정면도인데, 본 고안의 구성은 크게 스테핑모터(11), 주축(12)및 척(13)으로 구성된 주축부(1)와; 공압실린더(21)에 의해 이송하는 심압축 슬리브(22), 근접센서수단(도시없음), 1차 공압조절밸브(23), 2차공압조절밸브(24)로 구성된 심압부(2)와; 실린더(31)에 장치된 드릴수단(32), 상하 LM가이드수단(33), 좌우 LM가이드수단(342)에 의해 가이드되고 서보모터(341)에 의해 작동되는 좌우 이송용 볼 스크류수단(34), 경사부(35)로 구성된 이송부(3)와; 컴퓨터(41), 컨트롤러(42)로 이루어진 제어부(4)를 포함하여 결합구성된다.

보다 자세히 설명하자면 본 고안은 구멍가공에서 문제점이라 할 수 있는 여러 가지 요소들을 해결하고자 각 이송기구에 서보모터와 스테핑모터를 장착하고 컴퓨터에 의해 가공 공정이 자동제어 될 수 있도록 제작하여 산업현장에서 절실히 요구되고 있는 정확한 위치 결정에 의한 구멍가공과 기존의 수동식 드릴링 작업에 비하여 획기적으로 빠르게 가공될 수 있도록 구성하였다.

즉, 탁상드릴머신의 형상을 과감히 탈피하여 회전하는 척에 장착된 공작물이 컨트롤러(42)로부터 받은 정보로 스테핑 모터(11)에 의해 원주분할이 되도록 하여 원주면의 직각방향에서 가공되도록 배치하고, 둥근 공작물이나 평판의 공작물이 견고하게 지지될 수 있도록 반대편에 심압축 슬리브(22)를 제작 설치하였다.

드릴수단(32)의 드릴은 베드의 수평면과 60°가 되도록 하여 뒤쪽에 배치하고 충격에 강한 공압으로 제어될 수 있도록 하였으며, 항상 드릴의 날끝이 공작물의 중심을 향하여 이송될 수 있도록 구성하였다.

드릴은 공작물 길이방향으로 이송할 경우 정확한 위치결정이 이루어지도록 좌우 LM가이드수단(342)에 의해 가이드되고 서보모터(341)에 의해 작동되는 좌우 이송용 볼 스크류수단(34)을 이용하고 그 상부에 상하 이송을 위한 상하 LM가이드(33)를 설치하여 정확한 이송과 하중에 견디도록 설계하였다.

이때 기계가공 시간이 범용기계의 가공속도보다 5배수 이상이 되도록 하고 작업공간의 활용을 극대화하기 위하여 컨트롤러(42)를 기계 본체와 분리하여 제작하였다.

몸체는 일반강재로 만들어 기계의 강성을 높이고 구멍 가공시 절삭력 및 공구의 회전운동으로 인한 진동을 방지하기 위해 다리부분에 진동방지용 받침대를 설치하였다.

또한 CAD로 그려진 도면을 읽어 이것을 컨트롤러(42)로 정보를 전달하고, 서보기구로 정보가 전달되어 기계가 작동하고 구멍이 가공 되도록 구성하였다.

도 3은 본 고안에 따라 설계된 도면의 컴퓨터 화면이고, 도 4는 컴퓨터로부터 설계도면을 받아 각 장치 구동을 위해 변환하는 컨트롤러의 사진인데, 본 고안의 제어부는 컴퓨터(41)에 공작물 원주상의 분할을 위한 구멍수, 구멍위치, 구멍깊이, 편위각을 설정하고 CAD로 그려진 그림을 컨트롤러(42)에 전송하면 컨트롤러의 PLC 회로에서 데이터를 처리하여 기계의 각축에 설치된 모터에 의해 기계가 구동되도록 구성하였다.

도 5는 주축부의 사진이고, 도 6은 중공의 공작물을 지지한 지지구의 모양인데, 주축부(1)의 회전운동은 스테핑 모터를 장착하여 컨트롤러로부터 전달된 정보에 의하여 지령된 일정한 각만큼 회전하여 정지하도록 하고 스테핑 모터(11)와 주축(12)의 동력 전달은 타이밍 벨트(14)를 이용하였다.

공작물을 고정하는 척(13)은 일반 연동척을 사용하여 드릴이 진입하여 절삭가공을 하더라도 흔들림 없이 지지될 수 있도록 하였다.

공작물이 오일레스 베어링처럼 중공 축으로 되어 있을 경우 이를 편리하게 고정할 수 있도록 원추형의 지지구(15)를 제작하여 양 센터작업이 가능하도록 하였고, 이때 가공할 수 있는 최대 직경이 300mm가 되도록 하였다.

도 7은 이송부의 좌측사진, 도 8은 이송부의 우측사진, 도 9는 경사부를 포함한 이송부의 측면도인데, 이송부는 전면에서 좌우로 최고 300mm까지의 긴 공작물이 가공될 수 있도록 드릴의 이송이 가능토록 하였고, 이송 축은 볼 스크류(34)를 사용하였으며, 상하에 LM가이드(33)를 설치하여 흔들림과 하중에 견디도록 설계하였다.

이송의 정밀도를 높이기 위하여 위치결정이 정확한 서보모터(341)를 사용하여 이를 이송축의 좌우 이송용 볼 스크류(34)와 커플링 연결하였고, 서보모터는 컨트롤러(42)로부터 전달된 정보에 따라 회전하여 볼 스크류(34)를 회전시키고 이것과 연결된 볼 스크류 너트(도시없음)는 위에 설치된 드릴이 좌우 LM가이드수단(342)에 의해 가이드되어 정확한 위치에서 구멍가공이 이루어지도록 구성하였다.

드릴의 상하이송은 급이송과 절삭이송으로 나누어 급 이송은 공압을 이용하고 절삭이송은 충격에 강하고 힘이 좋은 유압을 사용하여 충격에 의한 드릴의 파손을 최소화하였다.

절입에서는 공압에 의하여 공작물에 급 이송으로 접근하다가 공작물 가까이 접근했을 때는 드릴 헤드에 부착된 근접센서(도시없음)에 의해 유압구동으로 바꿔서 절삭이 이루어지도록 하고, 후진은 공압으로 급 이송토록 하여 가공시간을 단축하였다. 절입의 이송속도는 유압실린더에 부착된 유량조절밸브(도시없음)를 이용하였다. 이때 드릴의 회전은 일반 AC모터를 사용하였다.

도 10은 심압부의 사진, 도 11은 심압부의 정면도인데, 심압 실린더의 이송은 전부 공압에 의한 방식으로 하고 작업자의 손이 심압축 슬리브(22)에 끼여져 안전사고를 유발시킬 수 있으므로 심압축 슬리브가 공작물에 접근하면 근접센서수단(도시없음)에 의해 멈추게 하고 1차 압력에서는 1차 공압조절밸브(23)에 의해 미약한 힘으로 접근하게 하고 정확한 위치가 결정되었을 때는 공압실린더(21)에 고압의 공압을 공급하는 2차공압조절밸브(24)의 시작 버튼을 누르면 고압으로 견고하게 공작물을 지지하도록 하였다.

상기 센서 수단은 공작물의 점근을 확인할 수 있는 심압부의 위치 어디에 설치해도 된다. 단지 근접을 감지할 수 있는 센서이기만 하면 된다.

상기와 같이 구성된 본 고안의 작용을 살펴보면 다음과 같다.

작업자가 공작물을 주축부(1) 척에 끼운 다음 심압축 슬리브를 전진시켜 공작물을 단단히 고정시키면, 이후 CAD로 설계된 형상에 따라 컨트롤러가 각 장치를 제어하면서 공작물을 주축부(1) 스템핑모터(11)를 이용 일정각도로 회전시키면서 자동 드릴링하게 된다.

본 고안은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 고안의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

상기와 같은 본 고안은 서보기구에 의한 정확한 위치결정에 의한 정밀가공으로 제품의 신뢰성이 높아진다는 장점과, 호환성이 높아져 제품의 품질이 향상되었을 뿐 아니라 작업자의 작업공정이 단순화되고 공작물 셋팅시간이 대폭 단축되었다는 장점과, 생산제품이 표준화되었을 뿐만 아니라 드릴링 가공시간의 단축으로 생산성이 향상되었다는 장점과, 컴퓨터에 의한 자동제어로 수작업시 수시로 발생하던 안전사고가 거의 없어졌다는 장점과, 5배 이상 빠른 가공속도로 생산성이 획기적으로 향상되었다는 장점과, CNC드릴링 머신에 비해 제작 원가가 약 1/3수준으로 경제적이라는 장점과, 인건비가 절감되었다는 장점을 가진 유용한 고안으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 고안인 것이다.

도 1은 본 고안의 장치구성을 보인 실시사진,

도 2는 본 고안의 장치 구성을 보인 정면도,

도 3은 본 고안에 따라 설계된 도면의 컴퓨터 화면,

도 4는 컴퓨터로부터 설계도면을 받아 각 장치 구동을 위해 변환하는 컨트롤러 사진,

도 5는 주축부의 사진,

도 6은 중공의 공작물을 지지한 지지구 모양,

도 7은 이송부의 좌측사진,

도 8은 이송부의 우측사진,

도 9는 경사부를 포함한 이송부의 측면도,

도 10은 심압부의 사진,

도 11은 심압부의 정면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(1) : 주축부 (2) : 심압부

(3) : 이송부 (4) : 제어부

(11) : 스테핑모터 (12) : 주축

(13) : 척 (15) : 원추형지지구

(14) : 타이밍벨트 (21) : 공압실린더

(22) : 심압축 슬리브 (23) : 1차 공압조절밸브

(24) : 2차공압조절밸 (31) : 실린더

(32) : 드릴수단 (33) : 상하 LM가이드수단

(34) : 좌우 이송용 볼 스크류수단 (35) : 경사부

(41) : 컴퓨터 (42) : 컨트롤러

(341) : 서보모터 (342) : 좌우 LM가이드수단

Claims (5)

1. 가공 대상물에 구멍을 천공하도록 드릴 및 드릴에 회전력을 제공하는 모터등의 수단으로 구성된 드릴링 머신에 있어서,

   컨트롤러로부터 전달된 정보에 의하여 지령된 일정 각 만큼 회전후 정지하는 스테핑모터(11)와, 이 스테핑모터(11)의 회전과 연동되는 주축(12)의 끝단에 설치되어 공작물을 고정하는 척(13)을 포함하여 구성된 주축부(1)와;

   상기 주축부에 일측이 물린 공작물을 타측에서 지지하도록 공압실린더에 의해 이송하는 심압축 슬리브와, 이 심압축 슬리브가 공작물에 접근하면 공압실린더에 공급되는 공압을 제어하는 근접센서수단과, 작동이 멈춘 심압축 슬리브가 빠르고 약한 힘으로 전진하도록 공압실린더에 저압의 압축공기를 공급하는 1차 공압조절밸브와, 1차공압조절밸브에 의해 전진된 심압축 슬리브가 정확한 위치로 결정되면 공압실린더에 고압의 압축공기를 공급하는 2차공압조절밸브로 구성된 심압부와;

   상기 주축부와 심압부 사이에 고정된 공작물에 구멍을 가공하도록 공압에 의한 급이송과 유압에 의한 절삭이동이 순차로 제공되는 실린더에 장치된 드릴수단과, 이 드릴수단을 상하로 이송하도록 그 하부에 장치된 상하 LM가이드수단과, 상하 LM가이드수단이 좌우로 이송하도록 좌우 LM가이드수단에 의해 가이드되고 서보모터에 의해 작동되는 좌우 이송용 볼 스크류수단과, 상기 드릴수단이 공작물에 대하여 수직하게 전진하도록 하방향으로 일정각도를 가지고 기울어져 공작물의 축 중심을 향하도록 좌우 볼 스크류 하부에 장치된 경사부로 구성된 이송부와;

   공작물의 형상을 설계하는 CAD프로그램을 내장한 컴퓨터와, 컴퓨터로부터 CAD프로그램에 의해 설계된 정보를 전달받아 내장된 PLC 회로에서 데이터를 처리하여 기계의 각축에 설치된 모터에 의해 기계가 구동하도록 하는 컨트롤러로 이루어진 제어부를 포함하여 결합구성된 것을 특징으로 하는 컴퓨터 제어에 의한 전자동 드릴링 머신.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 주축부 및 심압부는 공작물이 중공 축으로 되어 있을 경우 이를 지지하는 원추형의 지지구를 더 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 컴퓨터 제어에 의한 전자동 드릴링 머신.
3. 제 1항에 있어서,

   이송부는 이송의 정밀도를 높이기 위하여 위치결정이 정확한 서보모터를 사용하여 이를 이송축의 볼 스크류와 커플링 연결하고, 서보모터는 컨트롤러로부터 전달된 정보에 따라 회전하여 볼 스크류를 회전시키고 이것과 연결된 볼 스크류 너트는 상부에 설치된 LM가이드 및 드릴수단이 정확한 위치에서 구멍가공이 이루어지도록 구성한 것을 특징으로 하는 컴퓨터 제어에 의한 전자동 드릴링 머신.
4. 제 1항 또는 3항중 어느 한항에 있어서,

   상기 이송부는 절입시 공압에 의하여 공작물에 급 이송으로 접근하다가 공작물 가까이 접근했을 때는 드릴 헤드에 부착된 근접센서에 의해 유압구동으로 바꿔 절삭이 이루어지도록 하고, 후진은 공압으로 급 이송토록 하여 가공시간을 단축하며, 절입의 이송속도는 유압실린더에 부착된 유량조절밸브로 조절하도록 구성한 것을 특징으로 하는 컴퓨터 제어에 의한 전자동 드릴링 머신.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 경사부의 각도는 드릴이 베드의 수평면과 60°각도를 이루어 진입될 수 있도록 가공된 것을 특징으로 하는 컴퓨터 제어에 의한 전자동 드릴링 머신.