KR20040009568A - 공작기계와 공구 및 공구홀더 - Google Patents

공작기계와 공구 및 공구홀더 Download PDF

Info

Publication number
KR20040009568A
KR20040009568A KR1020020043566A KR20020043566A KR20040009568A KR 20040009568 A KR20040009568 A KR 20040009568A KR 1020020043566 A KR1020020043566 A KR 1020020043566A KR 20020043566 A KR20020043566 A KR 20020043566A KR 20040009568 A KR20040009568 A KR 20040009568A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
tool
main shaft
generator
motor
holding
Prior art date
Application number
KR1020020043566A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100938728B1 (ko
Inventor
코우이치 카토우
야스노리 카토우
타카즈미 와타나베
마코토 사가라
Original Assignee
도시바 기카이 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 도시바 기카이 가부시키가이샤 filed Critical 도시바 기카이 가부시키가이샤
Priority to KR1020020043566A priority Critical patent/KR100938728B1/ko
Publication of KR20040009568A publication Critical patent/KR20040009568A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100938728B1 publication Critical patent/KR100938728B1/ko

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q5/00—Driving or feeding mechanisms; Control arrangements therefor
    • B23Q5/02—Driving main working members
    • B23Q5/04—Driving main working members rotary shafts, e.g. working-spindles
    • B23Q5/20—Adjusting or stopping working-spindles in a predetermined position
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q3/00—Devices holding, supporting, or positioning work or tools, of a kind normally removable from the machine
    • B23Q3/155—Arrangements for automatic insertion or removal of tools, e.g. combined with manual handling
    • B23Q3/1552—Arrangements for automatic insertion or removal of tools, e.g. combined with manual handling parts of devices for automatically inserting or removing tools
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q5/00—Driving or feeding mechanisms; Control arrangements therefor
    • B23Q5/02—Driving main working members
    • B23Q5/04—Driving main working members rotary shafts, e.g. working-spindles
    • B23Q5/043—Accessories for spindle drives
    • B23Q5/048—Speed-changing devices

Abstract

본 발명은 주축에 대한 자세를 변경할 수 있음과 더불어 가공재의 가공정도를 높이고, 진동이나 열이 발생하기 어려우며, 수명이 길고, 비용을 절감할 수 있는 공구 및 공구홀더를 제공하기 위한 것으로, 가공재를 가공하는 가공구와, 가공구에 출력축이 연결되어 가공구를 회전시키는 전동기, 가공구 및 전동기를 보유지지하는 제 1보유지지부, 주축에 장착되는 장착부, 주축으로부터 장착부를 매개로 회전력이 전달되어 전동기를 구동하기 위한 전력을 발생시키는 발전기, 장착부가 자유롭게 회전되도록 보유지지하면서 발전기를 보유지지하고, 공작기계의 회전하지 않는 부분에 걸어맞춰지는 제 2보유지지부, 주축에 대한 가공구의 자세를 변경할 수 있도록 제 1보유지지부와 제 2보유지지부를 연결하는 자세조정기구 및, 주축의 축선 주위에 제 1보유지지부의 회전위치를 조정하는 회전위치조정기구를 갖추고 있다.

Description

공작기계와 공구 및 공구홀더 {Machine tool, tool, and tool holder}
본 발명은 공구와 공구홀더 및 공작기계에 관한 것이다.
머시닝센터는 면삭, 구멍내기, 보오링, 태핑 등의 여러 가지 가공을 복합적으로 실시할 수 있는 복합공작기계이다. 머시닝센터에 의한 복합가공에는 공구 자체에 기구를 갖춘 소위 부속장치를 이용한 가공도 포함되며, 이 부속장치에는 예컨대 머시닝센터의 주축에 대해 커터의 방향을 바꾸어 가공재를 절삭할 수 있는 것, 또는 주축의 회전수보다 커터의 회전수를 더 상승시키기 위한 것 등이 알려져 있다.
주축에 대해 커터의 방향을 바꾸어 가공재를 가공할 수 있는 부속장치에는, 주축에 대한 커터의 자세를 변경하기 위한 경사기구나 주축에 대해 주축의 회전력을 커터에 전달하기 위한 치차기구 등의 전달기구가 필요하게 된다.
그러나, 경사기구나 전달기구가 주축과 커터 사이에 있게 되면, 경사기구나 전달기구의 기계적 오차가 가공재의 가공정도에 영향을 미치기 쉽다. 또, 주축과 커터 사이에 치차기구 등이 있게 되면 진동이나 열이 발생하기 쉽고, 이러한 것들이 가공재의 가공정도에 영향을 미치기 쉽다. 더욱이, 치차기구 등의 전달기구를 이용하면 수명이 비교적 짧아지게 된다. 또, 경사기구나 전달기구를 한정된 공간의 부속물에 내장하기 때문에 구조가 복잡해지며 제조비용도 상승된다.
본 발명의 목적은, 주축에 착탈가능하게 장착되는 공구에 있어서, 주축에 대한 공구의 자세를 변경할 수 있음과 더불어 가공재의 가공정도를 높이고, 진동이나열의 발생이 어려울 뿐만 아니라 수명이 길어지며, 제조비용을 줄일 수 있는 공구 및 공구홀더를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 상기 공구 및 공구홀더를 구비한 공작기계를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 공구는, 공작기계의 주축에 착탈가능하게 장착되는 공구에 있어서, 가공재를 가공하는 가공구와, 이 가공구에 출력축이 연결되어 가공구를 회전시키는 전동기, 가공구 및 전동기를 보유지지하는 제 1보유지지부, 주축에 장착되는 장착부, 주축으로부터 장착부를 매개로 회전력이 전달되어 전동기를 구동하기 위한 전력을 발생시키는 발전기, 장착부가 자유롭게 회전되도록 보유지지하면서 발전기를 보유지지하고, 공작기계의 회전하지 않는 부분에 걸어맞춰지는 제 2보유지지부 및, 주축에 대한 가공구의 자세를 변경할 수 있도록 제 1보유지지부와 제 2보유지지부를 연결하는 자세조정기구를 갖추고 있다.
본 발명의 공구홀더는, 가공재를 가공하는 가공구를 자유롭게 회전되도록 보유지지하고 공작기계 본체의 주축에 착탈가능하게 장착되는 공구홀더에 있어서, 가공구를 회전시키는 전동기와, 가공구를 자유롭게 회전되도록 보유지지하면서 전동기를 보유지지하는 제 1보유지지부, 주축에 장착되는 장착부, 주축으로부터 장착부를 매개로 회전력이 전달되어 전동기를 구동하기 위한 전력을 발생시키는 발전기, 장착부가 자유롭게 회전되도록 보유지지하면서 발전기를 보유지지하고, 공작기계의 회전하지 않는 부분에 걸어맞춰지는 제 2보유지지부, 주축에 대한 가공구의 자세를 변경할 수 있도록 제 1보유지지부와 제 2보유지지부를 연결하는 자세조정기구를 갖추고 있다.
본 발명의 공작기계는, 주축과 이 주축을 구동시키는 구동수단 및 주축과 가공재의 상대위치를 변경시키는 적어도 하나의 제어축을 구비하는 공작기계 본체와, 가공프로그램에 따라 구동수단 및 제어축을 구동제어하는 제어장치 및, 공작기계 본체의 주축에 착탈가능하게 장착되는 공구를 갖추되, 이 공구는 가공재를 가공하는 가공구와, 가공구에 출력축이 연결되어 가공구를 회전시키는 전동기, 가공구 및 전동기를 보유지지하는 제 1보유지지부, 주축에 장착되는 장착부, 주축으로부터 장착부를 매개로 회전력이 전달되어 전동기를 구동하기 위한 전력을 발생시키는 발전기, 장착부가 자유롭게 회전되도록 보유지지하면서 발전기를 보유지지하고, 공작기계의 회전하지 않는 부분에 걸어맞춰지는 제 2보유지지부 및, 주축에 대한 가공구의 자세를 변경할 수 있도록 제 1보유지지부와 제 2보유지지부를 연결하는 자세조정기구를 갖추고 있다.
본 발명에서는 주축이 회전하면 발전기가 발전되며, 발전기에서 발전된 전력은 전동기에 공급되어 이 전동기에 의해 가공구가 구동된다. 공구의 회전속도는 발전기와 전동기의 특성에 대응해서 주축의 회전속도에 대해 변속된다.
또, 본 발명에서는 주축에 대한 가공구의 자세를 변경할 수 있다. 즉, 가공재에 대한 가공구의 자세를 변경할 수 있기 때문에 여러 가지의 가공에 대응할 수 있으며, 가공구의 자세를 변경했을 때 전동기의 자세도 바뀌므로 가공구에 회전력을 전달시키는 전달기구가 필요없게 된다.
도 1은 본 발명이 적용된 공작기계의 일예인 머시닝센터의 구성도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 공구의 구성을 나타낸 정면도,
도 3은 도 2에 도시된 공구를 화살표(B)방향에서 본 측면도,
도 4는 도 2에 도시된 공구의 A-A선방향 단면도,
도 5는 제 1보유지지부(65)의 보유지지부재(66)의 양측부(66a)의 구조를 나타낸 측면도,
도 6은 제 3부재(90)의 플랜지부(90b)의 구성을 나타낸 측면도,
도 7은 발전기(170)에 3상 동기발전기가 이용되고 전동기(180)에는 3상 유도전동기가 이용될 때, 발전기(170)와 전동기(180)의 결선상태를 나타낸 도면,
도 8은 공구(60)의 제 1보유지지부(65)의 자세를 제 2보유지지부(85)에 대해 조정한 일예를 나타낸 도면이다.
도 1은 본 발명이 적용된 공작기계의 일예인 머시닝센터의 구성도로서, 머시닝센터는 소위 복합가공이 가능한 NC(수치제어)공작기계이다.
도 1에서, 머시닝센터(1)는 문틀(門型)의 기둥(38)의 각 축에 의해 양단부가 이동가능하게 지지된 가로대(37)를 구비하고 있다. 램(45)은 가로대(37)상에 이동가능하게 지지된 새들(44;saddle)을 매개로 연직방향(Z축방향)으로 이동가능하게 설치되어 있다.
새들(44)에는 수평방향으로 가로대(37)내를 관통하는 나사부(도시되지 않음)가 형성되어 있고, 이 나사부의 외주에는 나사부가 형성된 이송축(41)이 나사결합되어 있다.
이송축(41)의 한쪽 단부에는 서보모터(19)가 접속되어 있으며, 이송축(41)은 이 서보모터(19)에 의해 회전구동된다.
이송축(41)의 회전구동에 의해 새들(44)은 Y축방향으로 이동가능하게 되며, 이에 따라 램(45)의 Y축방향의 이동 및 위치결정이 이뤄진다.
더욱이, 새들(44)에는 연직방향으로 나사부(방향은 도시되지 않음)가 형성되어 있고, 이 새들(44)의 나사부에는 외주에 나사부가 형성된 이송축(42)이 나사결합되어 있으며, 이송축(42)의 단부에는 서보모터(20)가 접속되어 있다.
이송축(42)은 서보모터(20)에 의해 회전구동되고, 이송축(42)의 회전에 의해 새들(44)에 이동가능하게 설치된 램(45)의 Z축방향의 이동 및 위치결정이 이뤄진다.
램(45)내에는 주축모터(31)가 내장되어 있고, 이 주축모터(31)는 램(45)에 자유롭게 회전되도록 보유지지된 주축(46)을 회전구동시킨다.
주축(46)의 선단에는 엔드밀 등의 공구(T)가 장착되어 주축(46)의 회전에 의해 공구(T)가 구동된다.
램(45)의 아래쪽에는 테이블(35)이 X축방향으로 이동가능하게 설치되어 있다. 이 테이블(35)에는 나사부(도시되지 않음)가 형성되어 있고, 이 나사부에 X축방향을 따라 설치된 이송축(도시되지 않음)이 나사결합되어 있으며, 이 이송축에 서보모터(18)가 접속되어 있다.
테이블(35)은 서보모터(18)의 회전구동에 의해 X축방향의 이동 및 위치결정이 이뤄진다.
2개의 문형의 기둥(38)에는 나사부(도시되지 않음)가 각각 형성되어 있고, 이 나사부에 나사결합되는 이송축(32a)을 가로대 승강용 모터(32)에 의해 회전구동시킴으로써 가로대(37)가 상승된다.
자동공구교환장치(39;ATC)는 주축(46)에 대해 각종 공구(T)를 자동교환한다.
이 자동공구교환장치(39)는, 예컨대 공구홀더에 의해 매거진(magazine;도시되지 않음)에 보유지지된 각종 공구(T)를 수납하고 있다. 주축(46)에 장착된 공구(T)를 공구교환아암(도시되지 않음)에 의해 매거진에 수납하고, 필요한 공구(T)를 공구교환아암에 의해 주축(46)에 장착한다.
NC장치(51)는, 상기 서보모터(18,19,20)와 가로대 승강용 모터(32) 및 주축모터(31)의 구동제어를 실시한다.
또한 NC장치(51)는, 구체적으로는 가공프로그램에서 미리 규정된 가공재의 가공순서에 따라 서보모터(18,19,20)에 의한 공구(T)와 가공재 사이의 위치 및 속도제어를 실시한다. 또, NC장치(51)는 가공프로그램에서 예컨대 S코드로 규정된 주축(31)의 회전수를 해독하여 주축(46)의 회전수를 제어한다.
또, NC장치(51)는 가공프로그램에서 예컨대 M코드로 규정된 공구(T)의 교환동작을 해독하여 각종 공구(T)의 자동교환을 실행한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 공구의 구성을 나타낸 정면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 공구를 화살표(B)방향에서 본 측면도, 도 4는 도 2에 도시된 공구의 A-A선방향의 단면도이다.
도 2에 도시된 것과 같이, 공구(60)는 절단공구(100)와, 이 절단공구(100)를 보유지지하는 공구홀더(61)로 구성되며, 상기 절단공구(100)는 본 발명의 가공구의 일실시예이다.
공구홀더(61)는 제 1보유지지부(65)와 제 2보유지지부(85) 및 장착부(62)를 구비하고 있다. 또한, 공구홀더(61)는 도 4에 도시된 것과 같이 제 1보유지지부(65)에 내장된 전동기(180)를 구비하고 있다.
장착부(62)는 파지되는 파지부(62a)와, 상기 주축(46)의 선단부에 형성된 테이퍼슬리이브(46a)에 장착되는 테이퍼다리부(62b), 이 테이퍼다리부(62b)의 선단부에 형성된 풀스터드(62c;pull stud) 및, 축부(62d)를 구비하고 있다.
장착부(62)의 파지부(62a)는, 상기 자동공구교환장치(39)의 공구교환아암에 의해 자동공구교환장치(39)의 매거진으로부터 주축(46)에 장착될 때와, 주축(46)으로부터 자동공구교환장치(39)의 매거진으로 반송될 때 파지된다.
장착부(62)의 테이퍼다리부(62b)는, 주축(46)의 테이퍼슬리이브(46a)에 장착됨으로써 중심축이 주축(46)의 중심축과 동심을 이루게 된다.
장착부(62)의 풀스터드(62c)는, 장착부(62)가 주축(46)의 테이퍼슬리이브(46a)에 장착되면 주축(46)에 내장된 고정기구(도시되지 않음)의 고리에 의해 고정된다. 한편, 주축(46)에 내장된 고정기구는 주지기술이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
장착부(62)의 축부(62d)는, 도 4에 도시된 것과 같이 제 2보유지지부(85)에 설치된 복수의 구름베어링(BR)에 의해 자유롭게 회전되도록 보유지지되어 있다.
제 1보유지지부(65)는, 도 4에 도시된 것과 같이 내부에 관통홀(66b)과, 이 관통홀(66b)과 연통되는 수용홀(66h)을 구비한 보유지지부재(66)를 갖추고 있으며, 이 보유지지부재(66)의 상단측 양측부(66a)는 서로 평행하게 배치되어 있다.
보유지지부재(66)는 양측부(66a)에 각각 설치된 지지축(98)에 의해 지지되어 있고, 지지축(98)을 중심으로 선회가능하게 되어 있다.
보유지지부재(66)의 수용홀(66h)내에는 전동기(180)가 고정되어 있고, 관통홀(66b)내에는 베어링(BR)을 매개로 회전축(68)이 자유롭게 회전되도록 보유지지되어 있다. 이 회전축(68)의 한쪽 단부는 커플링(69)에 의해 전동기(180)의 출력축(181)과 연결되어 있다.
회전축(68)의 다른쪽 단부는 보유지지부재(66)에서 베어링(BR)이 이탈되는 것을 방지하도록 설치된 이탈방지부재(71)를 관통하며, 선단에는척부재(70;chucking member)가 고정되어 있다.
척부재(70)는, 예컨대 드릴이나 엔드밀 등으로 된 절단공구(100)를 물리게 한다.
보유지지부재(66)의 수용홀(66h)의 상단쪽은 개구되어 있고, 이 개구는 캡(105)에 의해 폐쇄되어 있다. 이 캡(105)은 절삭가공 중에 사용되는 오일이나 냉각수가 수용홀(66h)내로 침입하는 것을 방지한다.
제 2보유지지부(85)는 도 4에 도시된 것과 같이 제 1부재(95)와 제 2부재(86) 및 제 3부재(90)를 갖추고 있다.
제 1부재(95)는 원판형상부(95b)와, 이 원판형상부(95b)의 윗면쪽에 고리형상으로 형성된 끼워맞춤부(95c) 및, 원판형상부(95b)의 아랫면쪽으로 평형하게 연장되는 지지부(95a)를 갖추고 있다.
각 지지부(95a)는 보유지지부재(66)의 양측부(66a) 사이의 폭과 대략 같은 간격이 되도록 설치되고, 양측부(66a)를 바깥쪽에서 끼워넣는다.
이들 각 지지부(95a)에는 지지축(98)이 각각 설치되어 있다.
제 2부재(86)는 도 4에 도시된 것과 같이 상단쪽에 플랜지부(85a)를 갖춘 원통형상의 부재로 되어 있다. 이 제 2부재(86)의 하단부의 내주에는 제 1부재(95)의 끼워맞춤부(95c)가 끼워지고, 제 2부재(86)와 제 1부재(95)의 끼워맞춤부(95c)는 예컨대 볼트 등의 체결부재에 의해 고정된다.
제 2부재(86)의 내주에는 도 4에 도시된 것과 같이 플랜지부재(87)가 끼워져 볼트 등의 체결부재에 의해 고정되며, 이 플랜지부재(87)의 아랫면쪽에는발전기(170)가 고정된다.
이 발전기(170)의 입력축(171)은 장착부(62)의 축부(62d)에 연결되어 있다.
제 3부재(90)는 도 4에 도시된 것과 같이 원통형상의 부재로 되어 있고, 상단쪽에 장착부(62)의 축부(62d)가 삽입되는 삽입홀(90d)을 갖추고 있으며, 원통부(90c)의 외주가 제 2부재(86)의 내주에 끼워지게 되어 있어서, 제 2부재(86)가 제 3부재(90)에 대해 회전가능하게 된다.
제 3부재(90)의 내주에는 복수의 베어링(BR)을 매개로 장착부(62)의 축부(62d)가 자유롭게 회전하도록 보유지지되어 있으며, 복수의 베어링(BR)은 제 3부재(90)의 하단쪽에 고정된 이탈방지부재(88)에 의해 이탈이 방지된다.
제 3부재(90)의 플랜지부(90b)는 제 2부재(85)의 플랜지부(85a)와 복수의 볼트(121)에 의해 연결된다.
또, 도 2에 도시된 것과 같이 제 3부재(90)의 한쪽 단부(90a)에는 회전방지핀(91)이 장착부(62)쪽으로 돌출되듯이 설치되어 있다. 이 회전방지핀(91)은 장착부(62)가 주축(46)의 테이퍼슬리이브(46a)에 장착됨으로써 주축(46)쪽의 예컨대 램(45) 등의 비회전부(47)에 형성된 끼워맞춤구멍(47a)에 삽입된다.
이에 따라, 제 3부재(90) 즉, 제 2보유지지부(85) 및 제 1보유지지부(65)는 주축(46)이 회전해도 회전이 규제된다.
자세조정기구
상기 제 1보유지지부(65)는 제 2보유지지부(85)에 대해 자세를 변경할 수 있게 연결되어 있다.
도 5는 제 1보유지지부(65)의 보유지지부재(66)의 양측부(66a)의 구조를 나타낸 측면도이다.
도 5에 도시된 것과 같이, 보유지지부재(66)의 양측부(66a)에는 위치결정용 나사구멍(67)이 지지축(98)을 중심으로 원주방향을 따라 등간격으로 복수개 형성되어 있는데, 예컨대 지지축(98)을 중심으로 30도 간격으로 배열되어 있다. 이 나사구멍(67)의 간격은 제 2보유지지부(85)에 대한 제 1보유지지부(65)의 자세를 조정할 때의 최소조정각도이며, 나사구멍(67)의 간격을 좁힐수록 자세를 더 미세하게 조정할 수 있게 된다.
나사구멍(67)에는 도 2 및 도 4에 도시된 복수(4개)의 볼트(99)가 나사결합됨으로써 제 1보유지지부(65)와 제 2보유지지부(85)가 연결된다. 볼트(99)를 풀고 제 2보유지지부(85)에 대한 제 1보유지지부(65)의 경사각도를 조정한 후에 다시 볼트(99)를 체결함으로써, 도 2의 화살표(S)방향으로 제 1보유지지부재(65)의 자세조정을 실시할 수 있다.
회전위치조정기구
상기 제 2보유지지부(85)의 제 2부재(86)와 제 3부재(90)는, 주축(46)에 대해 제 1보유지지부(65)의 회전위치를 변경할 수 있도록 연결되어 있다.
도 6은 제 3부재(90)의 플랜지부(90b)의 구성을 나타낸 측면도이다.
도 6에 도시된 것과 같이, 플랜지부(90b)에는 원주방향을 따라 등간격으로위치결정용 나사구멍(90h)이 복수개 형성되어 있다. 나사구멍(67)은 예컨대 지지축(98)을 중심으로 30도 간격으로 배열되어 있고, 나사구멍(90h)의 간격은 주축(46)에 대해 제 1보유지지부(65)의 회전위치를 조정할 때의 최소조정각도이다.
나사구멍(90h)에는 도 2 내지 도 4에 도시된 것과 같이 복수(4개)의 볼트(121)가 나사결합되어 제 2부재(86)와 제 3부재(90)를 연결한다.
볼트(121)를 풀고 제 3부재(90)에 대해 제 2부재(86)를 회전시켜 제 3부재(90)와 제 2부재(86)의 상대회전위치를 정한 후에 볼트(121)를 다시 체결함으로써, 도 2의 화살표(R)방향으로 주축(46)에 대한 제 1보유지지부(65)의 회전위치를 조정할 수 있다.
발전기(170)의 입력축(171)은 장착부(62)의 축부(62d)와 동심으로 연결되어 있고, 주축(46)의 회전력이 장착부(62)를 매개로 발전기(170)에 입력되는데, 발전기(170)로는 예컨대 3상 동기발전기가 이용된다.
발전기(170)에서 발전된 전력은 전동기(180)에 공급되며, 전동기(180)는 발전기(170)로부터 공급되는 전력에 의해 구동되는데, 전동기(180)로는 예컨대 3상 유도전동기가 이용된다.
도 7은 발전기(170)로 3상 동기발전기를 이용하고, 전동기(180)로는 3상 유도전동기를 이용할 때의 발전기(170)와 전동기(180)의 결선상태를 나타낸 도면이다.
도 7에 도시된 것과 같이, 전동기(180)와 발전기(170)는 3개의 도전케이블(Wx,Wy,Wz)에 의해 접속되며, 전동기(180)에는 발전기(170)에서 발전된3상교류가 공급된다.
다음으로, 상기 구성의 공구(60)의 동작의 일예에 관해 설명한다.
절단공구(100)를 보유지지한 공구홀더(61)가 머시닝센터(1)의 주축(46)에 장착된 상태에서, 주축(46)을 회전수(N0)로 회전시키면 공구홀더(61)의 장착부(62)가 회전되고 주축(46)의 회전력이 발전기(170)에 전달된다.
이 때, 회전저지핀(91)은 램(45) 등의 비회전부(47)에 형성된 끼워맞춤구멍(47a)에 삽입되어 있으므로, 공구홀더(61)의 장착부(62)만 회전한다.
이에 따라 발전기(170)가 발전되는데, 발전기(170)로 3상 동기발전기를 이용했을 때에는 3상교류를 발전시킨다.
발전기(170)에서 발생되는 3상교류의 주파수(f)는, 발전기(170)의 극수를 P1로 하고 주축(46)의 회전수를 N0[rpm]로 하면 다음의 식(1)로 나타내어진다.
f = P1×N0/120 [Hz]…(1)
따라서, 주축(46)을 회전수(N0)로 회전시키면 상기 식(1)로 나타내어진 주파수(f)의 3상교류전력이 전동기(180)에 공급된다.
여기서, 전동기(180)로 3상 유도전동기를 이용할 때 전동기(180)의 극수가 P2가 되면, 전동기(180)는 3상교류의 1싸이클에서 2/P2회전하게 되어 전동기(180)의 동기속도(N1)가 다음의 식(2)로 나타내어진다.
N1= 120 ×f / P2[rpm]…(2)
이에 따라, 주축(46)의 회전수(N0)에 대한 공구의 회전수(N1)는 다음의 식(3)으로 나타내어진다.
N1= N0×P1/ P2[rpm]…(3)
식(3)으로 알 수 있듯이, 주축(46)의 회전수(N0)는 식(3)의 회전수(N1)로 변속된다.
식(3)에 나타내어진 것과 같이, 발전기(170)의 극수(P1)와 전동기(180)의 극수(P2)의 비를 적절하게 설정함으로써 주축(46)의 회전수(N2)에 대한 공구의 회전수(N1)의 변속비를 임의로 설정할 수 있다.
즉, 주축(46)의 회전수(N0)를 증속하고 싶을 때에는 극수비(P1/P2)를 1보다 크게 하고, 주축(46)의 회전수(N0)를 감속하고 싶을 때에는 극수비(P1/P2)를 1보다 작게 한다. 바람직한 극수비(P1/P2)를 얻기 위해서는 발전기(170)의 극수(P1) 및 전동기(180)의 극수(P2)를 미리 선택하는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 구성의 공구(60)를 이용한 가공재의 가공방법의 일예에 관해 설명한다.
예컨대, 금형 등의 가공재를 절삭가공할 때에는 가공재에 대한 절단공구(100)의 자세를 변경하여 절삭하는 것이 필요한 경우가 있다.
한편, 머시닝센터(1)의 제어축은 제한되어 있고, 가공재에 대한절단공구(100)의 자세를 제어축의 제어만으로는 변경할 수 없는 경우도 있다.
따라서, 예컨대 도 8에 도시된 것과 같이 상기 구성의 공구(60)의 제 1보유지지부(65)의 자세를 제 2보유지지부(85)에 대해 소정 각도, 예컨대 90도 선회시키거나, 제 1보유지지부(65)의 화살표(R)방향의 회전위치를 적절하게 조정한 것을 미리 복수개 준비해 둔다.
즉, 가공재의 가공조건에 대응하여 자세나 회전위치를 적절하게 조정한 공구(60)를 머시닝센터(1)의 자동공구교환장치(39)의 매거진에 미리 수용한다.
또, 알루미늄합금재 등의 난삭재(難削材)로 된 가공재를 가공할 때에는, 절단공구(100)의 회전수를 주축(46)의 최대회전수(Nmax)보다 크게 하고 싶을 때가 있다.
이와 같은 경우를 위해, 공구(60)의 증속비가 예컨대 10이 되는 상기 극수비(P1/P2)가 10인 3상 동기발전기 및 3상 유도전동기를 내장하여 머시닝센터(1)의 자동공구교환장치(39)의 매거진에 미리 수용해 둔다.
다음으로, 주축(46)에 통상의 공구와 동일한 방식으로 복수의 공구(60) 외에 필요한 공구(60)를 자동공구교환장치(39)에 의해 자동장착한다. 여기서, 통상의 공구란 공구홀더에 절단공구가 고정된 것이다.
주축(46)은 주축모터(31)를 구동시킴으로써 회전되지만, 공구홀더(61)에 보유지지된 절단공구(100)의 회전수는 주축(46)의 회전수에 의해 제어된다. 즉, NC장치(51)에 다운로드되는 가공프로그램에서 주축(46)의 회전수를 S코드로 지정함으로써 공구홀더(61)에 보유지지된 절단공구(100)의 회전수를 규정해 놓는다.
예컨대, 공구홀더(61)에 보유지지된 절단공구(100)를 30000rpm으로 회전시키고 싶을 때에는 극수비(P1/P2)가 10인 3상 동기발전기 및 3상 유도전동기를 내장한 공구(60)를 주축(46)에 장착한다. 또, 가공프로그램에서 S코드로 주축(46)의 회전수를 3000rpm으로 지정해 놓는다.
주축(46)을 3000rpm으로 회전시키면, 발전기(170)는 주축(46)의 회전수 및 극수(P1)에 대응되는 주파수의 3상교류를 발생시킨다.
전동기(180)는 발전기(170)로부터 공급되는 3상교류에 의해 구동되어 공구홀더(61)에 보유지지된 절단공구(100)가 대략 30000rpm의 회전수로 회전된다.
상기와 같이 절단공구(100)가 증속된 상태에서 테이블(35)에 고정된 가공재와 절단공구(100;주축(46))를 가공프로그램에 따라 상대이동시킴으로써 가공재의 절삭가공이 실시된다.
이에 따라, 주축의 최대회전수(Nmax)가 제한되는 머시닝센터(1)를 사용한 경우에도 알루미늄합금재 등의 난삭재로 된 가공재의 고속가공이 가능해진다.
또, 가공재를 가공할 때 가공재의 피가공면의 경사각도 등에 대응하여 절단공구(100)의 자세를 조정한 공구(60)를 적절하게 선택하고 자동공구교환장치(39)에 의해 주축(46)에 자동장착한다.
이에 따라, 예컨대 가공재의 피가공면이 복잡한 형상을 가진 경우에도 공구(60)를 적절하게 선택함으로써 쉽게 대응할 수 있다.
즉, 본 실시예에 따르면 제어축의 수가 한정된 머시닝센터(1)에서 절단공구(100)의 자세를 임의로 조정할 수 있는 공구(60)를 이용함으로써, 머시닝센터(1)를 개조하지 않고도 머시닝센터(1)의 가공가능한 범위를 대폭 확대시킬 수 있게 된다.
또, 본 실시예에 따르면 통상의 공구와 마찬가지로 유니트화된 공구(60)에 발전기(170)와 전동기(180)를 내장하고, 발전기(170)에서 발생된 전력으로 구동되는 전동기(180)에 의해 절단공구(100)를 직접 회전시키기 때문에, 치차장치와 같이 발열이 증대하거나 진동이 발생하지 않으면서 가공정도의 저하가 억제된다.
또한, 본 실시예에서는 발전기(170)와 전동기(180)를 이용하여 변속하기 때문에, 치차장치 등의 치합에 의한 전달기구를 이용하는 것보다 비용이 절감되며 소음도 억제할 수 있다.
또, 본 실시예에 따르면 공구(60)를 주축(46)에 대해 자유롭게 착탈가능하게 장착하면서 통상의 공구와 마찬가지로 자동공구교환장치(39)에 의해 교환할 수 있기 때문에 공구교환을 신속하게 실시할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따르면 주축(46)의 회전으로 발전된 전력에 의해 절단공구(100)를 구동시키기 때문에, 외부에서 구동전류를 공급할 필요가 없고, 그 결과 전원공급을 위한 결선이 필요없게 된다.
더욱이, 본 실시예에서는 발전기(170)로서 3상 동기발전기를 이용하고 전동기(180)로서 3상 유도전동기를 이용하는 구성이므로, 공구홀더(61)에 보유지지되는절단공구(100)의 회전수를 주축(46)의 회전수에 의해 용이하게 제어할 수 있게 된다. 즉, 3상 동기발전기는 주축(46)의 회전수에 정확하게 비례하는 주파수의 전압을 발생시키고, 3상 유도전동기는 이 주파수에 비례하는 회전수로 공구를 구동시키므로, 주축(46)의 회전수 및 3상 동기발전기와 3상 유도전동기의 극수비에 의한 절단공구(100)의 회전수를 쉽고 정확하게 제어할 수 있다.
또, 발전기(180)에 로터의 회전위치를 검출하기 위한 위치검출소자가 필요없기 때문에 NC장치(51)와 공구홀더(61) 사이에 배선이 필요없고, 공구(60)를 주축(46)에서 완전히 독립시킬 수 있으며, 통상의 공구와 동일한 방식으로 취급할 수 있다.
한편, 상기 설명된 실시예에서는 알루미늄합금재의 고속가공에 대한 적용에 관해 설명하였지만 본 발명은 주축(46)의 회전수를 증속시킬 필요가 있는 가공이라면 어떤 것도 적용가능한데, 예컨대 초경합금, 유리, 세라믹 등 각종 난삭재의 가공에도 적용할 수 있다.
또, 상기 설명된 실시예에서는 주축(46)의 회전수를 증속시키는 경우에 관해 설명하였지만 주축(46)의 회전수를 감속시킬 수도 있으며, 이 경우에는 절단공구(100)에 주축(46)보다 큰 토크를 작용시킬 수 있다.
또한, 상기 설명된 실시예에서는 발전기(170)로서 3상 동기발전기를 이용하고 전동기(180)로는 3상 유도전동기를 이용하는 경우에 관해 설명하였지만, 절단공구(100)의 회전수를 관리한다는 관점에서는 불리하지만 예컨대 주축(46)의 회전수를 직류발전기와 직류전동기의 조합에 의해 변속하는 구성을 채용할 수도 있다.즉, 직류전동기의 회전수는 직류발전기로부터 공급되는 전압이나 부하에 따라 결정되기 때문에 주축(46)의 회전수로부터 절단공구(100)의 회전수를 직접적으로 제어하는 것은 어렵지만, 직류전동기와 직류발전기의 출력특성이나 부하특성에 관해 미리 측정해 둠으로써 주축(46)의 회전수를 직류발전기와 직류전동기의 조합에 의해 일정한 증속비 또는 감속비로 변속하는 것이 가능해지며, 다른 종류의 발전기와 전동기를 사용하는 것도 가능해진다.

Claims (16)

  1. 가공재를 가공하는 가공구와,
    이 가공구에 출력축이 연결되어 상기 가공구를 회전시키는 전동기,
    상기 가공구 및 전동기를 보유지지하는 제 1보유지지부,
    주축에 장착되는 장착부,
    상기 주축으로부터 상기 장착부를 매개로 회전력이 전달되어 상기 전동기를 구동하기 위한 전력을 발생시키는 발전기,
    상기 장착부가 자유롭게 회전되도록 보유지지하면서 상기 발전기를 보유지지하고, 상기 공작기계의 회전하지 않는 부분에 걸어맞춰지는 제 2보유지지부 및,
    상기 주축에 대한 가공구의 자세를 변경할 수 있도록 상기 제 1보유지지부와 제 2보유지지부를 연결하는 자세조정기구를 갖춘, 공작기계의 주축에 착탈가능하게 장착되는 공구.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 주축의 축선 주위에 상기 제 1보유지지부의 회전위치를 변경할 수 있도록 된 회전위치조정기구를 더 구비하는 공구.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 주축의 회전수에 대한 상기 가공구의 회전수가 상기발전기와 전동기의 극수에 따라 결정되는 소정의 변속비에 의해 변속되는 공구.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 발전기는 상기 주축의 회전수에 대응되는 주파수의 전력을 전동기에 공급하는 교류발전기이고, 상기 전동기는 상기 주파수에 대응되는 회전수로 회전되는 교류전동기인 공구.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 발전기는 3상 동기발전기이고, 상기 전동기는 3상 유도전동기인 공구.
  6. 가공구를 회전시키는 전동기와,
    상기 가공구를 자유롭게 회전되도록 보유지지하면서 상기 전동기를 보유지지하는 제 1보유지지부,
    주축에 장착되는 장착부,
    상기 주축으로부터 장착부를 매개로 회전력이 전달되어 상기 전동기를 구동하기 위한 전력을 발생시키는 발전기,
    상기 장착부가 자유롭게 회전되도록 보유지지하면서 상기 발전기를 보유지지하고, 상기 공작기계의 회전하지 않는 부분에 걸어맞춰지는 제 2보유지지부 및,
    상기 주축에 대한 가공구의 자세를 변경할 수 있도록 상기 제 1보유지지부와 제 2보유지지부를 연결하는 자세조정기구를 갖춘, 가공재를 가공하는 가공구를 자유롭게 회전되도록 보유지지하고 공작기계 본체의 주축에 착탈가능하게 장착되는 공구홀더.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 주축의 축선 주위에 상기 제 1보유지지부의 회전위치를 변경할 수 있도록 된 회전위치조정기구를 더 구비하는 공구홀더.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 주축의 회전수에 대한 상기 가공구의 회전수가 상기 발전기와 전동기의 극수에 따라 결정되는 소정의 변속비에 의해 변속되는 공구홀더.
  9. 제 6항에 있어서, 상기 발전기는 상기 주축의 회전수에 대응되는 주파수의 전력을 전동기에 공급하는 교류발전기이고, 상기 전동기는 상기 주파수에 대응되는 회전수로 회전되는 교류전동기인 공구홀더.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 발전기는 3상 동기발전기이고, 상기 전동기는 3상 유도전동기인 공구홀더.
  11. 주축과 이 주축을 구동시키는 구동수단 및 상기 주축과 가공재의 상대위치를 변경시키는 적어도 하나의 제어축을 구비하는 공작기계 본체와, 가공프로그램에 따라 상기 구동수단 및 제어축을 구동제어하는 제어장치 및, 상기 공작기계 본체의 주축에 착탈가능하게 장착되는 공구를 갖추되, 상기 공구는
    상기 공구는 가공재를 가공하는 가공구와,
    이 가공구에 출력축이 연결되어 가공구를 회전시키는 전동기,
    상기 가공구 및 전동기를 보유지지하는 제 1보유지지부,
    상기 주축에 장착되는 장착부,
    상기 주축으로부터 상기 장착부를 매개로 회전력이 전달되어 상기 전동기를 구동하기 위한 전력을 발생시키는 발전기,
    상기 장착부가 자유롭게 회전되도록 보유지지하면서 상기 발전기를 보유지지하고, 상기 공작기계의 회전하지 않는 부분에 걸어맞춰지는 제 2보유지지부 및,
    상기 주축에 대한 가공구의 자세를 변경할 수 있도록 상기 제 1보유지지부와 제 2보유지지부를 연결하는 자세조정기구를 갖춘 공작기계.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 주축의 축선 주위에 상기 제 1보유지지부의 회전위치를 변경할 수 있도록 된 회전위치조정기구를 더 구비하는 공작기계.
  13. 제 11항에 있어서, 상기 주축에 대해 상기 공구를 착탈가능하게 장착하는 자동공구교환장치를 더 갖춘 공작기계.
  14. 제 11항에 있어서, 상기 주축의 회전수에 대한 상기 가공구의 회전수가 상기 발전기와 전동기의 극수에 따라 결정되는 소정의 변속비에 의해 변속되는 공작기계.
  15. 제 11항에 있어서, 상기 발전기는 상기 주축의 회전수에 대응되는 주파수의 전력을 전동기에 공급하는 교류발전기이고, 상기 전동기는 상기 주파수에 대응되는 회전수로 회전되는 교류전동기인 공작기계.
  16. 제 9항에 있어서, 상기 발전기는 3상 동기발전기이고, 상기 전동기는 3상 유도전동기인 공작기계.
KR1020020043566A 2002-07-24 2002-07-24 공작기계와 공구 및 공구홀더 KR100938728B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020020043566A KR100938728B1 (ko) 2002-07-24 2002-07-24 공작기계와 공구 및 공구홀더

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020020043566A KR100938728B1 (ko) 2002-07-24 2002-07-24 공작기계와 공구 및 공구홀더

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20040009568A true KR20040009568A (ko) 2004-01-31
KR100938728B1 KR100938728B1 (ko) 2010-01-26

Family

ID=37318474

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020020043566A KR100938728B1 (ko) 2002-07-24 2002-07-24 공작기계와 공구 및 공구홀더

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100938728B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101440817B1 (ko) * 2012-12-28 2014-09-23 주식회사 다인정공 회전 강성이 강화된 앵귤러 헤드
CN109475993A (zh) * 2016-07-15 2019-03-15 株式会社牧野铣床制作所 加工程序生成装置及加工方法
WO2021210523A1 (ja) * 2020-04-17 2021-10-21 ファナック株式会社 工作機械

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0333395Y2 (ko) * 1986-10-11 1991-07-16
JPH027929U (ko) * 1988-06-27 1990-01-18
JPH05177485A (ja) * 1991-12-27 1993-07-20 Tsutsui Seimitsu Kogyo Kk 速度増減装置
JP2584805Y2 (ja) * 1992-08-31 1998-11-11 共立精機株式会社 工作機械の加工ヘッド

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101440817B1 (ko) * 2012-12-28 2014-09-23 주식회사 다인정공 회전 강성이 강화된 앵귤러 헤드
CN109475993A (zh) * 2016-07-15 2019-03-15 株式会社牧野铣床制作所 加工程序生成装置及加工方法
US11577353B2 (en) 2016-07-15 2023-02-14 Makino Milling Machine Co., Ltd. Machining program generation device and machining method
WO2021210523A1 (ja) * 2020-04-17 2021-10-21 ファナック株式会社 工作機械

Also Published As

Publication number Publication date
KR100938728B1 (ko) 2010-01-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6825630B2 (en) Machine tool, tool, and tool holder
US6746188B2 (en) Machine tool
KR101182040B1 (ko) 공구와 방전전극 홀더 및 공작기계
US6682277B2 (en) Tool, tool holder, and machine tool
US6840896B2 (en) Attachment of machine tool and machine tool
US20030102287A1 (en) Tool, tool holder, and machine tool
JP4242883B2 (ja) 工作機械、工具および工具ホルダ
KR100938728B1 (ko) 공작기계와 공구 및 공구홀더
JP4153189B2 (ja) 工具、工具ホルダおよび工作機械
JP2001341045A (ja) 工作機械、工具の変速装置および工作機械における工具の駆動方法
JP3958029B2 (ja) 工具、工具ホルダおよび工作機械
JP2003170327A (ja) 工具、工具ホルダおよび工作機械
JP4007419B2 (ja) 工具、工具ホルダおよび工作機械
JP4652208B2 (ja) 工作機械及び変速装置
JP4236796B2 (ja) 工具、変速装置及び工作機械
JP3944375B2 (ja) 工具、工具ホルダおよび工作機械
JP3944374B2 (ja) 工具、工具ホルダおよび工作機械
JPH05318206A (ja) Ｎｃ旋盤及びその制御方法
JP2003159627A (ja) 工具、工具ホルダおよび工作機械
JP4036871B2 (ja) 変速装置
JP2003170320A (ja) 工作機械
JP2003165086A (ja) 産業用ロボット、これを用いた加工方法およびエンドエフェクタ

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20121227

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131218

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141230

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee