KR20050004127A

KR20050004127A - 공작기계

Info

Publication number: KR20050004127A
Application number: KR1020040051673A
Authority: KR
Inventors: 미츠조노마사아키; 야마사키히로미
Original assignee: 도시바 기카이 가부시키가이샤
Priority date: 2003-07-02
Filing date: 2004-07-02
Publication date: 2005-01-12
Also published as: TW200515961A; TWI241931B; KR100602612B1; JP4027856B2; JP2005022034A

Abstract

예컨대, 도광판 성형용 금형에 렌즈홈을 서변가공하는 경우, 비트의 칼끝위치를 근소하게 이동시켜줌으로써 비트의 칼끝 각도를 변하도록 해서 고정밀도의 서변가공을 할 수 있도록 하기 위해,

베드(10) 상을 좌우방향으로 이동하는 새들(16)과, 이 새들(16) 상을 전후방향으로 이동할 수 있도록 설치되어 피가공물이 올려놓아지는 테이블(22), 상기 베드(10) 상에 설치된 칼럼(12) 및, 이 상기 칼럼(12)에 수직방향으로 이동할 수 있게 설치된 도물대(18)를 갖춰 이루어진 공작기계에서, 상기 도물대(18)에, 비트(100)의 선회중심으로 되는 선회축(44)을 갖고서, 이 선회축(44)의 축선에 대해 상기 비트(100)의 칼끝위치가 같거나 또는 아래쪽에 사축헤드(20)가 설치된 구조로 되어 있다.

Description

공작기계{Machine tool}

본 발명은 예컨대 도광판 성형용(導光板成型用) 금형 등을 초정밀로 가공하는데 쓰이는 공작기계에 관한 것으로, 특히 홈의 경사각도가 1개마다 조금씩 변화하도록 서변홈(徐變溝)을 가공하기에 적합한 공작기계에 관한 것이다.

도 7은 이런 종류의 서변가공이 실시되는 피가공물(W)의 예로서 도광판 성형용(導光板成型用) 금형의 렌즈홈 형상을 나타낸 도면이다. 여기서 평행하게 뻗은 각 렌즈홈(L1 ~ L4)의 각도는, 도 7에서 왼쪽의 렌즈홈일수록 서서히 각도가 커지도록 되어 있다.

도 7에서 참조부호 100은 비트(bit)를 나타낸다. 이와 같은 서변홈가공을 실행하는 종래의 공작기계에서는, 비트(100)의 칼끝각도를 바꾸기 위한 비트선회대(bit 旋回臺)를 갖도록 되어 있다.

도 5 및 도 6은 종래의 공작기계의 비트선회대를 나타낸 것이다. 이 비트선회대가 설치된 공작기계에서는, 새들(saddle)의 좌우방향의 수평이동 직선축이 Y축, 새들 상에 설치된 테이블의 전후방향의 수평이동 직선축은 X축, 도물대(刀物臺)의 상하이동 직선축은 Z축으로서, 이들은 모두 공통되는 구조로 되어 있다.

여기서, 상기 비트선회대에 대해 설명하면, 이 비트선회대(110)는 도물대(111)의 하단부에 부착되고서 1개의 비트(100)를 장착하도록 되어 있다. 참조부호 114는 X축에 평행한 축으로 선회축선이고, 참조부호 115는 비트선회대(110)를 선회축선(114)을 회전중심으로 해서 구동하는 서보모터이다.

도 5에 도시된 종래의 비트선회대(110)를 가진 공작기계로 도광판 성형용 금형으로 되는 피가공물(W)에 렌즈홈(L1 ~ L4)을 프레너가공하는 경우에는, 도 7에 도시된 것과 같이 비트(100)의 절삭날(101)을 각도 Φ로 해서 합쳐질 수 있게 경사지도록 한 상태에서 비트(100)를 Z축방향으로 하강시키고, 소정의 위치로 위치 결정하여 테이블의 X축으로 전후 이동시켜 면(F)을 가공하게 된다.

이어, 면(F)을 가공한 후, 이어 면(R)을 가공하기 위해서는 다음과 같은 동작이 필요하게 된다.

즉, 비트(100)를 피가공물(W)에서 벗어나게 하고서 비트선회대(110)를 선회시켜 주면 비트(100)의 절삭날(102)이 면(r)의 경사가 같아지도록 한다(도 7에서 쇄선으로 나타냄). 그런데, 비트선회대(110)의 선회에 따라 비트(100)의 칼끝(A)의 Y축위치가 렌즈홈의 골 바닥 정점과 크게 벗어나기 때문에, Y축이동을 수행한 비트(100)의 칼끝을 렌즈홈의 골 바닥 정점과 맞춰지도록 해야만 한다. 그리고, 비트(100)를 Z축방향으로 하강시켜 소정의 위치로 위치결정하고서, 테이블의 X축의 전후방향으로 면(r)을 가공하게 된다.

한편, 이상과 같은 V자형 홈모양을 서변홈가공함에 있어, 절삭성을 좋게 하기 위한 공구를 궁리한 절삭장치가 예컨대 일본국 특개2002-346819호 공보에 제안되고 있다.

그러나, 이러한 종래의 절삭장치는, 비트(100)의 각도를 변하게 하려면, 선회축선(114)을 중심으로 비트(100)를 선회시키게 되는바, 이 경우 비트(100)의 칼끝의 선회반경(R)이 크게 되면, 인덱스정밀도의 영향을 크게 받아 칼끝(A)의 위치에 오차가 커지게 되어, Y축 및 Z축에 의한 위치결정 정밀도의 영향을 받기 때문에, 비트(100)의 칼끝위치가 목표로 하는 렌즈홈의 골 바닥 정점에서 벗어나게 되고, 그 결과 렌즈홈의 홈피치의 불량이나 깊이에 불량이 생기게 되고 만다는 문제가 있었다.

이에 본 발명은, 상기와 같은 종래의 기술이 갖고 있는 문제를 해소하기 위해 발명한 것으로, 도광판 성형용 금형에 렌즈홈을 서변가공(徐變加工)하는 경우, 비트의 칼끝위치의 근소한 이동으로 비트의 각도가 변하도록 해서 고정밀도의 서변가공을 실행할 수 있도록 된 공작기계를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은, 본 발명의 1실시예에 따른 공작기계를 나타낸 정면도,

도 2는, 동 실시예에 따른 공작기계의 측면도,

도 3은, 동 실시예에 따른 공작기계에 구비되는 사축헤드의 측면도,

도 4는, 서변홈의 가공을 함에 있어 비트의 칼끝의 움직임을 나타낸 설명도,

도 5는, 종래의 공작기계에 설치되는 비트선회대의 예를 든 설명도,

도 6은, 도 5의 X축방향에서 바라본 비트선회대를 나타낸 도면,

도 7은, 도광판 성형용 금형의 렌즈의 설명도이다.

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 베드(bed) 상을 좌우방향으로 이동하는 새들과, 이 새들의 위를 전후방향으로 이동할 수 있도록 설치되어 피가공물이 올려놓아지는 테이블, 상기 베드 상에 설치된 칼럼(column), 수직방향으로 이동할 수 있게 상기 칼럼에 설치된 도물대 및, 이 도물대의 하단부에 부착되어 비트의 선회중심을 이루는 경사진 선회축을 갖고서, 이 선회축의 축선에 대해 당해 비트의 칼끝위치가 같거나 또는 아래쪽으로 편위된 위치로 되어 있는 사축헤드를 갖추어 이루어진 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에서, 상기 사축헤드가, 베어링에 의해 회전할 수 있게 지지되고서 수평면에 대해 축선이 경사진 선회축과, 이 선회축의 축선에서 경사져 축방향으로 뻗은 연장축, 이 연장축의 선단부에 부착되어 상기 비트를 보유 지지하는 비트홀더 및, 상기 선회축을 회전시켜 비트의 선회각도를 인덱스하는 선회인덱스부를 갖도록 하는 것이 바람직하다.

이상과 같이 구성된 본 발명에 의하면, 도광판 성형용 금형에 렌즈홈을 서변가공하는 경우, 비트 칼끝위치의 근소한 이동으로 비트의 각도를 변하게 함으로써 고정밀도의 서변가공을 실행할 수가 있게 된다.

(실시예)

이하, 본 본 발명에 따른 공작기계의 1실시예에 대해 첨부된 도면을 참조로 하면서 설명한다.

도 1은 본 발명의 1실시예에 다른 공작기계의 전체구성을 나타낸 정면도이고, 도 2는 동 공작기계의 측면을 나타낸 도면이다. 도 1 및 도 2에서 참조부호 10은 베드를 나타내는 것으로, 이 베드(10)의 상부면에는 칼럼(12)이 설치되어 있다.

칼럼(12)에는 도물대(18)가 상하방향으로 이동할 수 있게 부착되어 있는바, 이 도물대(18)는 밸런스실린더(19)에 의해 지지되도록 되어 있다. 그리고, 상기 도물대(18)의 하단부에 부착되어 있는 것이 사축헤드(20)인바, 이 사축헤드(20)의 선단부에는 비트(100)가 보유 지지되어 있다.

또, 도 1에서 베드(10)의 상부면에는 새들(16)이 좌우방향으로 이동할 수 있게 부착되어 있다. 이 새들(16) 위에는 테이블(22)이 전후방향으로 이동할 수 있게 부착되어 있는바, 이 테이블(22)은 피가공물(W)을 고정시키는 진공흡착 척(23)을 갖도록 되어 있다.

한편, 상기 테이블(22) 위에는 선삭가공(旋削加工)에 대응할 수 있도록 하기 위해, 가공의 종류에 따라서는 서보모터로 구동되는 회전테이블을 설치할 수도 있다.

도 1 및 도 2에서, 본 실시예에 따른 공작기계의 경우, 테이블(22)을 수평방향으로 이동시키는 축이 X축으로서, 이 X축의 볼나사 이송기구를 구동하는 것이 X축 서보모터(27)이다. 새들(16)을 수평 방향으로 이동시키는 축이 Y축으로서, 이 Y축의 볼나사 이송기구를 구동하는 것이 Y축 서보모터(28)이다. 또, 상기 도물대(18)를 상하방향으로 이동시키는 축이 Z축으로서, 이 Z축의 볼나사 이송기구를 구동하는 것이 Z축 서보모터(29)이다.

상기 도물대(18)의 하단부에는 도 5에 도시된 종래의 비트선회대(110) 대신, 도 3에 도시된 것과 같은 경사진 선회축(44)을 가진 사축헤드(20)가 부착되어 있는바, 이 사축헤드(20)를 채용하게 됨으로써, 비트(100)의 칼끝 가까이에 선회중심을 설정하게 되면, 미소하게 칼끝위치를 이동함으로써 비트(100)의 절삭날의 각도가 변해지도록 할 수 있도록 되어 있다.

도 3은 사축헤드(20)를 나타낸 것으로, 이 도면에서 참조부호 50은 선회축(44)의 축선(軸線)이다. 도 참조부호 52는 수평면(테이블면)을 나타낸 것이고, α는 선회축(44)의 축선(50)과 테이블면(52)이 이루는 경사각도이다.

상기 사축헤드(20)는 선회축(44)의 축선(50)이 테이블면(52)에 대해 경사각도(α)를 이루도록 브래킷(42)에 의해 보유 지지됨과 더불어 지지부재(43)에 의해 견고하게 지지되도록 되어 있다. 이 실시예에 따른 사축헤드(20)에서는, 선회축(44)의 축선(50)의 경사각도(α)가 10°로 설정되도록 되어 있다. 이 선회축(44)의 경사각도(α)는, 비트(100)의 경사각(rake angle)의 변화가 적어지도록 하기 위해서는 작으면 작을수록 좋지만, 30° 이내로 하는 것이 바람직하다.

상기 사축헤드(20)는, 헤드본체(45)와 선회축(44), 연장축(46), 비트(100)를 보유 지지하는 비트홀더(47) 및 비트(100)의 선회각도를 표시(index)하는 선회인덱스부(48)로 구성되어 있다. 한편, 헤드본체(45)에서는 테이블면(52)과 간섭하는 부분을 극력 면깎기를 해서 경사각도(α)를 작아지게 할 수 있도록 하고 있다. 또, 연장축(46)의 테이블면(52) 쪽은 비트(100)를 선회시키더라도 테이블면(52)에 간섭을 받지 않고 면깎기를 실행하도록 되어 있다.

상기 선회축(44)의 앞끝에는 축선(50)에 대해 경사져 뻗은 연장축(46)의 기단부(起端部)가 걸려지도록 되어 있는바, 이 연장축(46)은 테이블면(52)과 대략 평행(수평)하도록 앞끝 쪽으로 뻗도록 되어 있다. 그리고 상기 연장축(46)의 앞끝에는 비트홀더(47)가 부착되어 있는바, 이 비트홀더(47)는 비트(100)를 수직자세로 보유 지지하게 된다. 이와 같은 연장축(46)은 강성(剛性)을 갖도록 할 수가 있어서, 사축헤드(20)가 높은 강성을 가진 구조로 되어 있다.

한편, 도 3에 도시된 것과 같이 본 실시예에서는, 상기 비트(100)의 칼끝(A)이 선회축(44)의 축선(50) 상에 있지 않고, 축선(50)에서 보다 아래쪽에 위치하도록 되어 있다. 즉, 본 실시예에서는, 비트(100)의 선회중심이 칼끝(A) 보다 비트홀더(47) 쪽에 위치해 있어서, 칼끝(A)이 선회중심에서 아래로 20mm 정도 벗어난 위치로 설정되도록 되어 있다. 그러나, 연장축(46)에 의해 비트(100)의 칼끝(A)이 선회축(44)의 축선(50)에 있도록 할 수도 있다. 비트(100)의 칼끝이 축선(50)에서 벗어나는 길이는 도광판 성형용 금형의 서변홈을 가공하는 경우 0 ~ 30mm의 범위로 하는 것이 적합하다.

다음, 상기 선회인덱스부(48)는, 서보모터(54)에 의해 구동되게 된다. 그리고, 로터리인코더(rotary encoder; 56)에 의해 위치가 피드백되어 서보모터(54)의 회전을 제어함으로써, 10만 분의 1도(°)의 정밀도로 선회축(44)의 선회각도를 표시할 수가 있도록 되어 있다. 이와 같은 선회인덱스부(48)의 제어축이 A축인 것이다.

한편, 베드본체(45)의 내부에는 A축의 인덱스정밀도에 대응시키기 위해 선회축(44)을 회전할 수 있게 지지하는 베어링으로서 공기베어링(58)이 조립되어 있다.

다음에는 이상과 같이 구성된 본 실시예에 따른 공작기계를 가지고 가공하는 예로서, 도광판 성형용 금형에다 렌즈홈을 절삭하는 서변홈가공을 들어 설명한다.

도 4a ~ 도 4c는 서변가공을 함에 있어 비트(100)의 움직임을 순서대로 나타낸 도면이다. 피가공물(W)에서 평행하게 나란히 배열된 각 렌즈홈의 각도는, 왼쪽의 렌즈홈일수록 서서히 각도가 커지도록 되어 있다. 또, 각 렌즈홈에서의 양쪽 경사면의 경사각도는 같게 되어 있다. 본 실시예에서는 이와 같은 렌즈홈을 아래와 같이 가공하게 된다.

가공하기 전의 준비로서, 사축헤드(20)에서는, 비트홀더(47)에 부착되어 있는 비트(100)에 대해, 도 3에 도시된 것과 같이 칼끝(A)이 선회축(44)의 축선(50)에서 20mm 정도 벗어나도록, 정해진 길이로 정확히 맞춰지도록 한다.

한편, 도 1에서와 같이 렌즈홈을 절삭할 대상인 피가공물(W)을 테이블(22)에다 진공흡착 척(23)으로 고정시킨다.

그런 다음, 새들(16)을 Y축 이동해서 사축헤드(20)를 가공위치로 이동시켜, 도 4a에 2점쇄선으로 나타난 것과 같이 비트(100)의 Y축 위치가 렌즈홈 면(f)의 골 바닥 정점위치에 맞춰지도록 한다. 그리고, B축 서보모터(54)로 선회인덱스부(48)를 구동시켜 선회축(44)이 선회하여, 비트(100)의 절삭날(101)의 각도가 면(f1)의 경사각도(Φ1)와 일치하도록 한다.

이와 같이 해서 비트(100)의 절삭날(101)의 각도가 면(f1)의 경사각(Φ1)에 맞춰지도록 하고 나서, Z축 이동으로 비트(100)를 하강시키고, 소정의 위치에 달했을 때 테이블(22)을 X축 이동시켜 비트(100)의 절삭날(101)이 피가공물(W)로 파고들게 해서 면(f1)을 형성시킨다.

이렇게 면(f1)을 형성한 시점에서는, 비트(100)의 칼끝(A)이 렌즈홈의 골 바닥 정점에 위치해 있게 된다. 이에 대해, 사축헤드(20)에 있어서는, 비트(100)의 선회중심이 도 4에서의 비트(100)의 선단부인 B점에 있게 된다. 따라서, 비트(100)가 칼끝(A)을 렌즈홈의 골 바닥 정점에 맞춰진 그대로는 선회할 수가 없기 때문에, 일단은 도 4b에 점선으로 도시된 것과 같이 Z축 이동으로 비트(100)의 칼끝을 렌즈홈에서 벗어나게 해야 한다.

그리고, 면(f1)에 이어 면(r1)을 가공하기 위해서는, B축 선회로 비트(100)를 선회중심(B) 주위로 도 4b에서 반시계방향으로 선회시켜, 비트(100)의 절삭날(102)을 면(r1)의 경사각도에 맞춰지게 할 수 있어야 한다(도 4b에 2점쇄선으로 나타냄). 이때, 비트(100)의 칼끝(A)의 Y축 상의 위치는, △Y만큼 렌즈홈의 골 바닥 정점에서 어긋나 있게 된다. 따라서, 도 4c에 2점 쇄선으로 도시된 것과 같이, Y축 이동으로 △Y만큼 비트(100)를 이동시키면, 비트(100)의 칼끝(A)의 Y축 상의 위치를 렌즈홈의 골 바닥 정점과 맞춰지도록 할 수 있다.

다음, 도 4c에서, Z축이동으로 비트(100)를 하강시키고, 소정의 위치에 달했을 때 테이블(22)을 X축 이동시켜 비트(100)의 절삭날(102)을 피가공물(W)에 파고들게 해서 면(r1)을 형성하도록 한다.

이와 같이 해서 렌즈홈의 가공이 끝나면 Z축이동으로 비트(100)를 렌즈홈에서 벗어나게 하고서, Y축 이동으로 비트(100)를 인접한 면(f2)의 렌즈홈 위치로 이동시킨다. 그리고, 비트(100)의 칼끝(A)의 Y축 상의 위치를 렌즈홈의 골 바닥 정점에 맞춰지도록 하고 나서, B축선회로 비트(100)의 절삭날(101)의 각도를 면(f2)의 경사각(Φ2)에 맞추는바, 이하 최초의 렌즈홈의 경우와 마찬가지 동작을 되풀이함으로써 면(f2)과 면(r2)을 연속해서 가공할 수가 있게 된다. 여기서는 설명의 편의를 위해 비트(100)를 Z축방향으로 벗어나는 것으로 설명하였으나, 실제의 가공에서는 비트(100)를 피가공물(W)로부터 X축방향의 위치로 벗어나도록 되어 있기 때문에, Z축방향으로 벗어나지 않도록 하여도 좋다.

이상과 같이 선회축(44)의 축선(50)에 대해 비트(100)의 칼끝(A)이 편위(偏位)되어 있는 구조를 가진 사축헤드(20)에 의하면, 근소한 Y축의 이동과 B축에 의한 선회동작만으로 비트(100)의 절삭날의 각도를 면(f)과 면(r)에 맞춰지도록 할 수가 있게 된다. 그 다음, Y축 이동에 대해 도 5에 도시된 종래의 도물대선회기구와 비교해 보면, 통상의 도물대의 경우 짧은 비트에서도 선회반경이 100mm 정도로 된다. 이에 대해, 본 실시예의 사축헤드(20)에 의하면, 비트(100)의 선단부에 선회중심을 설정하도록 되어 있어서, 선회반경이 선회축(44)의 축선에서 벗어나는 선단부의 길이가 약 20mm에 지나지 않게 된다. 그에 따라, 도 5의 도물대선회기구에 비해 비트(100)가 선회할 때 생기는 칼끝위치의 오차가 크게 나게 되지 않게 된다. 또, 면(f)을 가공한 후 면(r)에 절삭날의 각도를 맞추려 할 때의 Y축 이동량을 작게 할 수가 있게 된다. 또, 연장축(46)이 선회축(44)에서 경사져 높은 강성을 가진 축 구조로 될 수가 있게 된다.

한편, 사축헤드(20)에서는 경사진 선회축(44)을 이용해서 선회위치를 비트(100)의 선단부로 설정하도록 되어 있기 때문에, 선회에 따라 비트(100)의 뜨는 각도가 변화하게 되지만, 선회축(44)의 경사각도(α)가 10°정도라고 하면 비트(100)의 뜨는 각도의 변화에 따른 문제는 없게 된다.

그리고, 상기 경사진 선회축(44)은 공기베어링(58)으로 지지되도록 되어 있는 점 및 서보모터(54)로 구동되는 선회인덱스부(48)를 A축으로 해서 수치제어에 의해 비트(100)의 선회운동을 실현하기 때문에 높은 정밀도의 표시정밀도를 얻을 수 있게 된다.

이상과 같이 본 고안에 의하면, 베드 상을 좌우방향으로 이동하는 새들과, 이 새들 상을 전후방향으로 이동할 수 있도록 설치되어 피가공물이 올려놓아지는 테이블, 상기 베드 상에 설치된 칼럼 및, 이 상기 칼럼에 수직방향으로 이동할 수 있게 설치된 도물대를 갖춰 이루어진 공작기계에서, 상기 도물대에, 비트의 선회중심으로 되는 선회축을 갖고서, 이 선회축의 축선에 대해 상기 비트의 칼끝위치가 같거나 또는 아래쪽에 사축헤드가 설치된 구조로 되어 있도록 하여, 비트의 칼끝위치를 근소하게 이동시켜줌으로써 비트의 칼끝 각도를 변하도록 해서 고정밀도의 가공을 할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Claims

베드 상을 좌우방향으로 이동하는 새들과,

이 새들의 위를 전후방향으로 이동할 수 있게 설치되어 피가공물이 올려놓아지는 테이블,

상기 베드 상에 설치된 칼럼,

수직방향으로 이동할 수 있게 상기 칼럼에 설치된 도물대 및,

이 도물대의 하단부에 부착되어 비트의 선회중심을 이루는 경사진 선회축을 갖고서,

이 선회축의 축선에 대해 당해 비트의 칼끝위치가 같거나 또는 아래쪽으로 편위된 위치에 있는 사축헤드를 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 공작기계.
제1항에 있어서, 상기 사축헤드가,

베어링에 의해 회전할 수 있게 지지되고서 수평면에 대해 축선이 경사진 선회축과,

이 선회축의 축선에서 경사져 축방향으로 뻗은 연장축,

이 연장축의 선단부에 부착되어 상기 비트를 보유 지지하는 비트홀더,

상기 선회축을 회전시켜 비트의 선회각도를 표시하는 선회인덱스부를 갖도록 된 것을 특징으로 하는 공작기계.
제2항에 있어서, 상기 선회축의 축선이, 수평명과 30°이내의 각도를 이루고서 상기 비트의 칼끝이 상기 축선에서 0 ~ 30mm 정도 아래쪽으로 편위된 것을 특징으로 하는 공작기계.
제3항에 있어서, 상기 선회축의 축선과 수평면이 이루는 각도가 10°전후인 것을 특징으로 하는 공작기계.
제4항에 있어서, 상기 선회축이, 테이블면과 대략 평행으로 뻗음과 더불어 이 테이블면과의 간섭을 회피하는 면깎기부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 공작기계.
제2항에 있어서, 상기 베어링이, 공기베어링으로 이루어진 것을 특징으로 하는 공작기계.
제2항에 있어서, 상기 선회인덱스부가, 상기 선회축을 구동하는 서보모터와, 상기 선회축의 선회각도를 검출하는 인코더를 갖도록 된 것을 특징으로 하는 공작기계.
제2항에 있어서, 상기 테이블을 수평방향으로 이동시키는 X축과, 새들을 X축과 직교하는 수평방향으로 이동시키는 Y축, 상기 도물대를 수직방향으로 이동시키는 Z축 및, 선회인덱스부를 제어하는 A축으로 이루어진 제어축을 갖도록 된 것을 특징으로 하는 공작기계.