KR20090045036A

KR20090045036A - 정밀 롤 선삭 선반

Info

Publication number: KR20090045036A
Application number: KR1020080106218A
Authority: KR
Inventors: 다까노부 아끼야마
Original assignee: 도시바 기카이 가부시키가이샤
Priority date: 2007-10-30
Filing date: 2008-10-29
Publication date: 2009-05-07
Also published as: TW200940221A; US8272302B2; KR101021379B1; US20090120250A1; TWI411481B

Abstract

종래의 롤 선삭 선반에 비해 극적으로 더 높은 속도로 미세 홈의 가공을 수행할 수 있어서, 하나의 홈을 가공하기 위해 걸리는 시간을 현저하게 단축시키는 정밀 롤 선삭 선반이 제공된다. 정밀 롤 선삭 선반은 베드; 베드 상에 장착되어, 척에 의해 롤의 일 단부를 유지하면서 작업편인 롤을 회전시키기 위한 주 스핀들을 갖는 주축대; 롤의 타 단부를 회전 가능하게 지지하기 위해, 베드 상에 장착되어 주축대에 대향하여 배치된 심압대; 롤의 종방향으로 이동 가능하게 베드 상에 장착된 안장, 및 롤의 종방향에 대해 직교하는 방향으로 이동 가능하게 안장 상에 장착된 테이블을 포함하는 캐리지; 종방향으로 롤에 대해 평행하게 연장되는 안내 레일, 안내 레일 상에서 부유 상태로 주행할 수 있는, 다이아몬드 공구를 갖는 공기 슬라이더, 및 공기 슬라이더를 구동하기 위한 선형 모터를 포함하는, 테이블 상에 장착된 공기 슬라이드 장치를 포함한다.

롤 선삭 선반, 안내 레일, 공기 슬라이더, 미세 가공 유닛, 절삭 칩 흡입 장치, 관성력 교정 섹션

Description

정밀 롤 선삭 선반 {Precision Roll Turning Lathe}

본 발명은 정밀 롤 선삭 선반에 관한 것이고, 특히 렌즈 시트와 같은 광학 제품의 압출 성형을 위한 롤 주형의 가공에 사용하기 위한 정밀 롤 선삭 선반에 관한 것이다.

롤 선삭 선반은 롤을 가공하기 위한 기계 공구 중 하나이다. 롤 선삭 선반은 예를 들어 다이아몬드 공구가 부착되는 공구 기둥이 캐리지 내에 장착된 선반이고, 기본적으로 롤을 주축대에 의해 회전시키고 캐리지를 롤의 측방향(X-축 방향)으로 공급함으로써 롤 내에 원주방향 홈을 가공하기 위해 사용된다. 롤 내에 축방향 홈을 가공할 때, 캐리지는 롤을 주축대(C 축)에 의해 인덱싱하면서, 롤의 종방향(Z-축 방향)으로 공급되어, 축방향 홈을 생성한다.

기계 제어 기술의 최근의 발전은 롤 선삭 선반에 의한 초정밀 가공을 실현했다. 오늘날의 롤 선삭 선반은 광학 렌즈의 성형을 위한 주형을 가공하기 위해 사용된다. 본 출원인은 그러한 초정밀 가공을 가능케 하는 정밀 롤 선삭 선반을 제안했다 (일본 특허 출원 제2006-130066호, 제2006-135560호, 제2006-156388호, 제2006-165144호 및 제2006-166404호).

이러한 정밀 롤 선삭 선반은 액정 패널의 백라이트 내에서 사용되는 렌티큘라(lenticular) 렌즈 시트, 크로스 렌티큘라 렌즈 시트, 프리즘 시트 등의 압출 성형에 사용하기 위한 초정밀 롤 주형의 가공을 가능케 한다. 그러한 롤 선삭 선반에 의한 롤 주형의 초정밀 가공은 하나의 롤의 가공을 완료하는 데 시간이 오래 걸리는 문제를 수반한다. 대형 액정 디스플레이를 지향하는 최근의 진행에서, 롤 주형도 커지고 있다. 예를 들어, 심지어 2 미터의 길이를 갖는 렌즈 시트를 위한 롤 주형이 롤 선삭 선반으로 가공되는 경우가 있다.

롤 내에 하나의 홈을 가공하는 데 긴 시간이 필요치 않다. 상기 롤의 경우에, 하나의 종방향 홈을 축방향으로 가공하기 위해 단지 약 1분이 걸린다. 그러나, 하나의 홈의 미세함 때문에, 수 많은 홈들이 전체적으로 가공되어야 하는 것이 렌즈용 롤 주형의 특유한 특징이다. 30,000개의 종방향 (축방향) 홈이 롤 내에 가공되어야 한다고 가정하면, 중단이 없이 롤 내에 모든 홈을 가공하기 위해서는 약 30,000분, 즉 500시간 또는 3주가 걸릴 것이다.

문제를 해결하기 위해, 롤의 종방향으로의 절삭 공구의 고속 선형 이동을 위해, 롤 선삭 선반의 공구 기둥 상에 장착된 공기 슬라이드 장치의 사용에 대한 연구가 본 출원인에 의해 이루어졌다. 공기 슬라이드 장치가 롤의 정밀 가공에 사용될 때, 공기 슬라이더에 공기 및 전력을 어떻게 공급할지가 문제이다. 공기 슬라이드에 대해 일반적으로 사용되는 방법은 공기 슬라이더의 이동에 의해 구부러지는 케이블 체인에 의해 공기 및 전력을 공급하는 것이다. 그러나, 이러한 방법은 케이블 체인이 변형될 때 공기 슬라이더가 진동할 수 있어서, 가공 정밀도의 저하로 이어지는 결점을 갖는다.

공기 슬라이더는 공기 슬라이더가 이동하기 시작하거나 정지하는 시점에서 또는 방향을 전환하는 시점에서 관성력으로 인해 진동할 수도 있다. 진동은 가공 정밀도를 현저하게 저하시킬 것이다. 이 또한 해결되어야 할 문제로 떠올랐다.

그러므로, 본 발명의 목적은 배경 기술의 상기 문제를 해결하고, 종래의 롤 선삭 선반에 비해 극적으로 더 높은 속도로 미세 홈의 가공을 수행할 수 있어서, 하나의 홈을 가공하기 위해 걸리는 시간을 현저하게 단축시키는 정밀 롤 선삭 선반을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 롤의 초정밀 가공 중에, 공구 기둥 상에 장착된 공기 슬라이드 장치의 진동을 방지하고 많은 초정밀 가공 작업량을 갖는 롤 가공을 더 높은 정밀도로 수행하는 것을 보조하기 위한 다양한 기능을 갖는 정밀 롤 선삭 선반을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 베드; 베드 상에 장착되어, 척에 의해 롤의 일 단부를 유지하면서 작업편인 롤을 회전시키기 위한 주 스핀들을 갖는 주축대; 롤의 타 단부를 회전 가능하게 지지하기 위해, 베드 상에 장착되어 주축대에 대향하여 배치된 심압대; 롤의 종방향으로 이동 가능하게 베드 상에 장착된 안장, 및 롤의 종방향에 대해 직교하는 방향으로 이동 가능하게 안장 상에 장착된 테이블을 포함하는 캐리지; 종방향으로 롤에 대해 평행하게 연장되는 안내 레일, 안내 레일 상에서 부유 상태로 주행할 수 있는, 다이아몬드 공구를 갖는 공기 슬라이더, 및 공기 슬라이더를 구동하기 위한 선형 모터를 포함하는, 테이블 상에 장착된 공기 슬라이드 장치를 포함하는 정밀 롤 선삭 선반을 제공한다.

본 발명의 양호한 실시예에서, 복수의 절삭 공구가 부착되는 공구 기둥을 갖는 스위블이 테이블 상에 장착되고, 공기 슬라이드 장치가 공구 기둥 상에 장착된다.

공기 슬라이드 장치는 양호하게는 압전 소자에 대한 전압 인가 시의 압전 소자의 팽창 및 수축을 이용함으로써 절삭 방향으로의 다이아몬드 공구의 절삭날의 위치의 약간의 변위를 일으키기 위한 미세 가공 유닛을 구비한다.

정밀 롤 선삭 선반은 양호하게는 공기 슬라이드 장치를 가공 위치에 위치시키기 위해 롤의 종방향에 대해 직교하는 방향으로 테이블 상의 스위블을 이동시키기 위한 X 축과, 롤의 종방향으로 안장을 이동시키기 위한 Z1 축과, 선형 모터에 의해 공기 슬라이더를 이동시키기 위한 Z2 축과, 스위블의 선회 축인 B 축을 갖는다.

본 발명의 양호한 실시예에서, 정밀 롤 선삭 선반은 공기 슬라이더와 동기하여 공기 슬라이드 장치의 공기 슬라이더와 동일한 방향으로 이동하는 가동 테이블과, 가동 테이블에 의해 지지되는 절삭 칩 흡입 섹션과, 공기 슬라이더에 공기, 냉각수 및 전력을 공급하기 위해, 절삭 칩 흡입 섹션을 따라 이어지는 케이블 다발을 포함하는 절삭 칩 흡입 장치를 더 포함한다.

본 발명의 양호한 실시예에서, 정밀 롤 선삭 선반은 공기 슬라이드 장치의 공기 슬라이더가 이동하기 시작하거나, 정지하거나, 방향을 전환할 때, 안장이 공기 슬라이더 내에서 생성된 관성력을 소거하기 위해 공기 슬라이더의 이동 방향에 대향한 방향으로 이동되는 방식으로 Z1 및 Z2 축을 제어하기 위한 관성력 교정 수 단을 더 포함한다.

본 발명은 또한 정밀 롤 선삭 선반 내에서 전용으로 사용하기 위한 공기 슬라이드 장치를 제공하고, 상기 공기 슬라이드 장치는 롤 선삭 선반의 공구 기둥 상에 장착되어 절삭 공구를 롤의 종방향으로 고속으로 선형 이동시키고, 종방향으로 롤에 대해 평행하게 연장되는 안내 레일과, 안내 레일 상에서 부유 상태로 주행할 수 있는, 다이아몬드 공구를 갖는 공기 슬라이더와, 공기 슬라이더를 구동하기 위한 선형 모터와, 안내 레일, 공기 슬라이더 및 선형 모터를 일체로 수용하는 케이스를 포함한다.

본 발명의 정밀 롤 선삭 선반은 종래의 롤 선삭 선반에 비해 극적으로 더 높은 속도로 미세 홈의 가공을 수행할 수 있어서, 하나의 홈을 가공하기 위해 걸리는 시간을 현저하게 단축시킨다. 아울러, 많은 초정밀 가공 작업량을 갖는 롤 가공이 더 높은 정밀도 및 더 높은 효율로 수행될 수 있다.

또한, 본 정밀 롤 선삭 선반은 롤의 초정밀 가공 중에 공구 기둥 상에 장착된 공기 슬라이드 장치의 진동을 방지하고 롤 가공을 더 높은 정밀도로 수행하는 것을 보조하기 위한 다양한 기능을 가질 수 있다.

본 발명의 양호한 실시예가 이제 도면을 참조하여 설명될 것이다.

<제1 실시예>

도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 정밀 롤 선삭 선반의 사시 정면도이고, 도2는 그 안에 롤 세트가 없는 정밀 롤 선삭 선반의 사시 후면도이다.

도1 및 도2에서, 도면 부호 10은 베드를 표시한다. 베드(10) 상에, 주축대(12), 심압대(14) 및 캐리지(16)가 장착된다. 작업편인 롤(W)이 주축대(12) 및 심압대(14)에 의해 회전 가능하게 지지된다.

주축대(12)는 베드(10)의 하나의 종방향 단부 상에 배치된다. 주축대(12)는 본체(17), 주 스핀들(18), 주 스핀들(18)의 전방 단부에 고정된 척(19), 및 주 스핀들(18)을 구동하기 위한 서보 모터(20)를 포함한다. 주 스핀들(18)은 본체(17) 내에 제공된 도시되지 않은 정수압 오일 베어링에 의해 지지된다. 척(19)은 롤(W)의 스핀들을 유지하고, 주 스핀들(18)의 회전을 롤(W)로 전달한다.

주축대(12) 내에서, 주 스핀들(18)을 구동하기 위한 서보 모터(20)는 주 스핀들(18)을 직접 구동하는 내장형 서보 모터이다. 주 스핀들(18)의 회전은 엔코더로 검출된다. 엔코더의 검출 신호는 주 스핀들(18)의 위치 제어 및 속도 제어를 수행하기 위해 피드백된다. 따라서, 주축대(12)는 롤(W)의 원주방향 인덱싱을 수행하기 위한 인덱싱 축(C 축)으로서 기능할 수 있고, 또한 주 스핀들(18)을 (분당 수백 회전수까지의) 일정한 회전 속도로 연속적으로 회전시키도록 기능할 수 있다.

도1 및 도2를 참조하면, 심압대(14)는 베드(10) 상에서 주축대(12)에 대향하여 배치된다. 도시되지 않은 안내 표면이 베드(10)의 상부 표면 상에 제공되어, 심압대(14)가 안내 표면을 따라 이동될 수 있다. 심압대(14)는 종래의 공통 심압대 스핀들 대신에 주 스핀들(24)을 갖고, 주 스핀들(24)에 장착된 척(25)에 의해 롤(W)의 스핀들을 회전 가능하게 지지한다. 그러한 심압대(14)는 기본적으로 주축 대(12)와 동일한 구성을 갖는다.

이제 캐리지(16)의 설명이 주어질 것이다.

캐리지(16)는 롤(W)의 축방향으로 이동 가능하게 베드(10) 상에 장착된 안장(26)을 포함한다. 안장(26) 상에, 롤(W)의 축방향에 대해 직교하는 방향으로 이동 가능하게 테이블(28)이 장착된다.

이러한 실시예의 정밀 롤 선삭 선반에서, 안장(26)을 공급하는 축은 Z1 축으로 지칭되고, 안장(26) 상에서 테이블(28)을 공급하는 축은 X 축으로 지칭된다. X 축 및 Z1 축에 추가하여, 주축대(12)는 C 축을 갖고, 테이블(28) 상에 장착된 공구 스위블(30)은 B 축을 갖는다. 정밀 롤 선삭 선반은 이후에 상세하게 설명될 바와 같이 Z2 축 및 W 축을 또한 갖는다.

공구 기둥(32)이 공구 스위블(30) 상에 장착된다. 이러한 실시예에서, 보통의 절삭 공구(31) 이외에, 공기 슬라이드 장치(40)가 부착물로서 공구 기둥(32)에 부착되고 그로부터 제거될 수 있다.

절삭 공구(31)들은 공구 기둥(32) 내에서 소정의 간격으로 원주방향으로 배열된다. 이러한 실시예에서, 4개의 절삭 공구(31)가 공구 기둥(32) 내에 제공되고, 각각의 공구(31)는 공구 기둥(32)을 60°만큼 선회시킴으로써 인덱싱될 수 있다. 초정밀 가공의 경우에, 다이아몬드 공구가 절삭 공구(31)로서 사용된다.

이러한 실시예의 정밀 롤 선삭 선반에서, 공구 기둥(32)은 다음의 공기 슬라이드 장치(40)를 구비한다.

도3은 공기 슬라이드 장치(40)의 본체를 도시하는 사시도이다. 공기 슬라이 드 장치(40)는 다이아몬드 공구를 롤(W)의 종방향으로 고속으로 선형 이동시키고, 축방향 홈을 높은 효율로 가공하기 위해, 공구 기둥(32)에 부착물로서 장착된다.

이러한 실시예의 공기 슬라이드 장치(40)는 선형 모터에 의해 공기 슬라이더(41)를 구동하여, 공기 슬라이더(41)는 안내 레일(42)을 따라 고속으로 부유 상태로 주행한다. 다이아몬드 공구(50)가 미세 가공 유닛(44)을 거쳐 공기 슬라이더(41)에 부착된다. 공기 슬라이더(41)는 케이스(45) 내부에서 주행하고, 다이아몬드 공구(50)는 케이스(45) 내에 형성된 슬릿으로부터 돌출하여 이동한다. 따라서, 공기 슬라이드 장치(40)는 긴 박스형 케이스(45) 내에 수용되어 통합되고, 케이스(45)와 함께, 공구 기둥(32)에 부착되거나 그로부터 제거될 수 있다. 공기 슬라이드 장치(40)가 공구 기둥(32) 상에 장착되지 않을 때, 공구 기둥(32)은 보통의 공구 기둥으로서 절삭 공구(31)에 의한 가공을 수행할 수 있다.

도4는 케이스(45)가 제거된, 공기 슬라이드 장치(40)의 공기 슬라이더(41) 및 안내 레일(42)을 도시한다.

롤(W)에 대해 평행하게 되도록 위치된 안내 레일(42)은 대형의 길다란 롤(W)이 가공될 수 있도록 대형 롤 선삭 선반의 경우에 예컨대 약 2 내지 3 미터의 긴 길이를 갖는다. 당연히, 짧은 롤을 가공할 때 짧은 레일을 사용하는 것이 가능하다. 안내 레일(42)은 T형 단면을 갖고, 그의 수평 부분(42a)은 그의 수직 부분(42b)과 직각으로 교차한다. 공기 슬라이더(41)는 수평 부분(42a) 상에 이를 감싸는 것처럼 끼워진다. 선형 모터의 고정자를 구성하는 자석(46)들이 레일의 종방향으로 안내 레일(42)의 수평 부분(42a)의 상부 표면 내에서 중심에 배열된다.

도5에 도시된 바와 같이, 공기 슬라이더(41)를 위한 슬라이딩 표면(43a, 43b, 43c)이 안내 레일(42)의 수평 부분(42a)의 상부, 하부 및 측 표면 내에 형성된다. 공기 슬라이더(41)는 정수압 공기 베어링(44a, 44b, 44c)을 구비한다. 공기가 정수압 공기 베어링(44a, 44b, 44c)으로부터 슬라이딩 표면(43a, 43b, 43c)을 향해 분출되어, 공기 슬라이더(41)는 슬라이딩 표면(43a, 43b, 43c) 약간 위에서 그들 사이에 베어링 갭이 형성된 채로 부유한다. 선형 모터의 가동자(48)는 냉각 블록(47) 상에 보유되어, 자석(46)과 대면하도록 공기 슬라이더(41)의 바닥 내에 배치된다. 냉각수가 냉각 블록(47)에 공급되어 가동자(48)의 과열을 방지한다. 선형 모터는 공기 슬라이더(41)를 이동시키고 공기 슬라이더(41)의 위치 및 속도를 제어하기 위한 Z2-축 구동 메커니즘을 구성한다.

도5에 도시된 바와 같이, 공구 홀더(49)가 공기 슬라이더(41)의 롤(W) 대면측 표면 아래의 위치에서 미세 가공 유닛(44)을 거쳐 공기 슬라이더(41)에 장착된다. 다이아몬드 공구(50)가 공구 홀더(49)에 고정된다.

미세 가공 유닛(44)은 압전 소자에 대한 전압 인가 시의 압전 소자의 약간의 변형을 이용함으로써 절삭 방향으로의 다이아몬드 공구(50)의 절삭날의 위치의 약간의 변위를 일으키기 위한 장치이다. 롤(W)의 가공 시에, 다이아몬드 공구(50)의 절삭날은 롤(W)의 축을 포함하는 X-Y 평면 상에 놓인다. 절삭 공구(50)를 X 축으로 이동시킴으로써 절삭날을 롤(W)의 주변에 대략적으로 위치시킨 후에, 소정의 전압이 미세 가공 유닛(44) 내의 압전 소자에 인가되어 압전 소자를 팽창시킨다. 이는 다이아몬드 공구(50)의 절삭 깊이의 설정을 가능케 한다.

전술한 공기 슬라이드 장치(40)의 구성요소들의 완전한 세트는 케이스(45) 내에 수용되고, 공기 슬라이드 장치(40)는 케이스(45)와 함께, 사용될 때 공구 기둥(32) 상에 장착되고, 케이스(45)의 양 단부는 다음의 방식으로 지지된다.

도1 및 도6을 참조하면, 다리(51)들이 케이스(45)에 이의 단부 부근의 위치에서 장착된다. 공기 패드(52a, 52b)가 각각의 다리(51)의 하단부에 장착된다. 공기 패드(52a, 52b)는 다공성 재료로 형성되어, 미세 기공을 통한 진공화에 의해, 공기 패드(52a, 52b)는 베드(10) 상에 배치된 받침대(54)에 고정될 수 있다. 공기 슬라이드 장치(40)를 공구 기둥(32)과 함께 X-축 방향으로 이동시킬 때, 공기 패드(52a, 52b)는 공기 패드로부터 공기를 분출함으로써 받침대(54)의 표면 약간 위에서 부유될 수 있다.

도1 및 도2에서, 도면 부호 60은 절삭 칩 흡입 장치를 표시한다. 절삭 칩 흡입 장치(60)는 제어 축으로서, 공기 슬라이드 장치(40)의 Z2 축과 동기화되는 W 축을 갖는다. 흡입구(61)가 공기 슬라이더(41)의 다이아몬드 공구(50) 부근에 배치된다.

제1 실시예에 따른 이렇게 구성된 정밀 롤 선삭 선반의 작동이 이제 설명될 것이다.

제1 실시예의 정밀 롤 선삭 선반은 공구 기둥(32) 상에 장착된 공기 슬라이드 장치(40)와 함께, 또는 공기 슬라이드 장치(40)를 사용하지 않고서, 즉 일반적인 롤 선삭 선반으로서, 롤(W)을 가공하기 위해 사용될 수 있다. 공기 슬라이드 장치(40)를 사용하여 롤 내에 축방향 홈을 가공하는 경우의 설명이 먼저 이루어질 것이다.

가공 전에, 롤(W)의 중심 설정이 롤을 주축대(12) 및 심압대(14)에 장착할 때 수행된다. 다음으로, 공구 기둥(32) 상에 장착된 공기 슬라이드 장치(40)가 롤(W)에 대해 평행하게 되도록 B 축으로 인덱싱된다. 그 후에, 공구 스위블(30)은 테이블(28)과 함께, 다이아몬드 공구(50)의 절삭날을 롤(W)로부터 거의 0인 거리의 위치에 위치시키도록 X 축으로 공급된다.

도6을 참조하면, 공기 슬라이드 장치(40)가 상기 위치로 이동할 때, 공기가 다리(51)의 공기 패드(52a, 52b)로부터 연속적으로 분출되어, 공기 패드(52a, 52b)는 받침대(54)의 표면 약간 위에서 부유 상태로 유지된다. (2점 쇄선에 의해 도시된) 공기 슬라이드 장치(40)의 X-축 위치 설정 후에, 공기 패드(52a, 52b)는 패드의 진공화를 통해 받침대(54)에 부착되어, 공기 슬라이드 장치(40)가 클램핑될 수 있다. 받침대(54) 상에서의 공기 슬라이드 장치(40)의 이동 및 클램핑은 이러한 방식으로 공기 패드(52a, 52b)를 사용함으로써 원활하게 수행될 수 있다.

공기 슬라이드 장치(40)가 이렇게 클램핑될 때, 다이아몬드 공구(50)의 절삭날과 롤(W) 사이의 거리는 거의 0이다. 이어서, 가공될 롤(W)의 전체 표면 영역 내에 가공 기준 표면을 생성하기 위해, 전체 표면의 가공이 롤(W)을 회전시키면서 공기 슬라이더(41)를 Z2 축으로 공급함으로써 수행된다. 전체 표면 가공은 가공을 위한 기준을 확립한다. 이어서, 다이아몬드 공구(50)에 의한 초정밀 가공이 수행된다.

주된 초정밀 가공이 이제 롤(W)의 전체 표면 위에 미세한 축방향 홈을 가공 하는 경우를 일례로 취하여 설명될 것이다. 이러한 경우에, 미세 홈은 공기 슬라이더(41)를 고속으로 이동시킴으로써 롤(W) 내에서 하나씩 가공된다. 하나의 홈의 가공의 완료 시에, 롤(W)은 C 축으로 인덱싱되고, 공기 슬라이더(41)는 이동되어 롤(W) 내에 다음의 홈을 가공한다. 이러한 작업이 반복되어 롤(W)의 전체 표면 내에 홈을 가공한다.

롤(W) 전체에 미세한 축방향 홈을 가공하는 경우에, 넓은 가공 영역에 추가하여, 홈의 개수가 막대하다.

이러한 실시예의 정밀 선삭 선반은 아래에서 설명되는 바와 같이, 그러한 과중한 가공을 증가된 효율로 수행할 수 있다.

우선, 공구 기둥(32)을 보유하는 캐리지(16)를 공급하기 위한 Z1 축에 추가하여, Z2 축을 구성하는 공기 슬라이드 장치(40)를 구비한 본 정밀 롤 선삭 선반은 공기 슬라이드 장치(40)의 높은 속도를 완전히 사용할 수 있다. 특히, Z2 축을 구성하는 공기 슬라이드 장치(40)는 다이아몬드 공구(50)를 갖는 공기 슬라이더(41)가 고속으로 주행하도록 허용하면서 홈을 가공할 수 있다. 이러한 가공 방식은 공구 기둥(32)을 보유하는 캐리지(16)가 홈을 가공하기 위해 공급되는 종래의 롤 가공 방식에 비해 현저하게 더 높은 속도로 절삭 공구를 공급할 수 있다.

실제로, 종래의 롤 선삭 선반의 빠른 캐리지라도 최대 약 15 m/min의 속도로 주행할 수 있고, 반면에 공기 슬라이드 장치(40)의 공기 슬라이더(41)는 이전 속도의 3배인 45 m/min으로 주행할 수 있다.

고속 성능뿐만 아니라, 공기 슬라이드 장치(40)는 공기 베어링에 의해 공기 슬라이더(41)를 부유시키고 선형 모터 구동에 의해 공기 슬라이더(41)를 선형 이동시킴으로써, 높은 이동 직선성, 무마찰, 및 위치 및 속도의 고정밀 제어의 장점을 갖는다.

둘째로, 롤(W) 내에 미세 홈을 가공할 때, 하나의 홈을 마무리하기 위해 다이아몬드 공구에 의한 절삭을 수 차례 수행할 필요가 있다. 이와 관련하여, 절삭날의 위치를 변화시키고, 또한 X 축에서의 절삭 깊이를 조정하는 것이 종래의 관행이다.

공기 슬라이더(41)가 미세 가공 유닛(44)을 구비하고 다이아몬드 공구(50)가 미세 가공 유닛(44)을 거쳐 공기 슬라이더(41)에 부착되는 이러한 실시예의 롤 선삭 선반에 따르면, 다이아몬드 공구(50)의 절삭 깊이는 압전 소자에 인가되는 전압에 의해 미세하게 제어될 수 있다. 따라서, 다이아몬드 공구(50)의 절삭날의 초기 X-축 위치가 결정되면, 절삭날의 위치는 이후에 미세 가공 유닛(44)에 의해 약간 변위될 수 있다. 그러므로, 홈은 더 높은 정밀도로 가공될 수 있다. 또한, X 축으로의 약간의 이동에 대한 필요가 없기 때문에, 가공 효율은 극적으로 증가될 수 있다.

따라서, 이러한 실시예의 롤 선삭 선반은 롤(W)의 전체 표면 내에서의 축방향 홈의 초정밀 가공을 종래의 롤 선삭 선반에 비해 현저하게 증가된 효율로 수행하는 것을 가능케 한다. 실제로, 수 만개의 홈이 이러한 실시예의 롤 선삭 선반을 사용함으로써 약 2주 내에 대형 롤 내에 가공될 수 있지만, 종래의 롤 선삭 선반이 그러한 가공을 완료하는 데에는 대체로 3주 내지 1개월이 걸린다는 것이 확인되었 다.

롤(W) 내의 축방향 홈의 가공이 설명되었지만, 공기 슬라이드 장치(40)를 사용함으로써 롤(W) 내에 미세한 원주방향 홈을 가공하는 것도 당연히 가능하다. 원주방향 홈의 경우에, 공기 슬라이더(41)는 각각의 홈의 가공 후에 축방향으로 약간의 거리로 공급된다.

공기 슬라이드 장치(40)가 공구 기둥(32)으로부터 제거된 이러한 실시예의 정밀 롤 선삭 선반을 사용하여 롤의 가공을 수행하는 것, 즉 공구 기둥(32)의 절삭 공구(31)를 사용하여 종래의 방식으로 롤의 가공을 수행하는 것도 당연히 가능하다.

롤 선삭 선반이 선택적으로 공기 슬라이드 장치를 선반에 부착함으로써 Z2 축을 갖는 실시예를 참조하여 본 발명의 정밀 롤 선삭 선반이 설명되었지만, 고정된 방식으로, 즉 공기 슬라이드 장치를 선반 내에 고정시킴으로써 롤 선삭 선반에 Z2 축을 제공하는 것도 가능하다.

<제2 실시예>

본 발명의 제2 실시예에 따른 정밀 롤 선삭 선반이 이제 도7을 참조하여 설명될 것이다.

이러한 실시예의 롤 선삭 선반은 도7에 도시된 절삭 칩 흡입 장치(60)의 제공을 특징으로 한다. 도7에 도시된 바와 같이, 절삭 칩 흡입 장치(60)는 가동 테이블(61) 및 지지 아암(62)을 포함한다. 가동 테이블(61)은 공기 슬라이더(41)의 이동 방향에 대해 평행한 방향으로 베드(10) 상에서 이동한다. 볼 스크루가 제어 축으로서 W 축을 갖는 가동 테이블(61)을 위한 구동 메커니즘으로서 채용된다.

지지 아암(62)은 가동 테이블(61) 상에 고정되고, 지지 아암(62)은 롤(W)을 향해 연장된다. 흡입 파이프(63)가 지지 아암(62)에 의해 지지된다. 조인트(64)가 흡입 파이프(63)의 하방으로 구부러진 단부에 장착되고, 흡입 노즐(65)이 조인트(64)를 거쳐 흡입 파이프(63)에 연결된다. 흡입 노즐(65)의 전방 단부는 다이아몬드 공구(50)에 밀접하게 위치되어야 한다.

흡입 파이프(63)의 말단은 가동 테이블(61)의 이동에 의해 구부러지는 케이블 체인(68: 도1 참조)에 연결된 말단 커넥터(66)에 연결된다. 케이블 체인(68)은 가동 테이블(61) 및 공기 슬라이드 장치(40)에 각각 전력 및 냉각수를 공급하기 위한 케이블 및 파이프와, 공기 슬라이드 장치(40)에 공기를 공급하기 위한 공기 파이프와, 흡입 파이프(63)를 진공화하기 위한 진공화 파이프를 포함한다.

이러한 실시예에서, 공기 슬라이드 장치(40)의 공기 슬라이더(41)에 공기, 냉각수 및 전력을 공급하기 위한 케이블 및 파이프로 구성된 가요성 케이블 다발(70)이 흡입 파이프(63)를 따라 장착되어 공기 슬라이더(41)에 연결된다.

도7에서, 도면 부호 80은 NC 유닛을 표시한다. NC 유닛(80)은 X, Z1, Z2, B, C, 및 W 축을 수치 제어한다.

안장(26)의 이동을 제어하기 위한 Z1 축, 공기 슬라이드 장치(40)를 제어하기 위한 Z2 축, 및 절삭 칩 흡입 장치(60)를 제어하기 위한 W 축에 대해, 이러한 실시예의 롤 선삭 선반은 호스트 제어기(82)에 의해 부여되는 다음의 제어 기능을 갖는다.

먼저, W-축 제어 섹션(83) 및 Z2-축 제어 섹션(84)을 이들이 동기하여 작동하도록 제어하는 동기화 제어 섹션(86)이 호스트 제어기(82) 상에 소프트웨어로서 설치된다.

아울러, Z1 축 및 Z2 축에 대해, 공기 슬라이드 장치(40)의 공기 슬라이더(41)가 이동하기 시작하거나, 정지하거나, 방향을 전환할 때, 안장(26)이 공기 슬라이더(41)의 이동 방향에 대향한 방향으로 이동되어 공기 슬라이더(41) 내에서 생성된 관성력을 소거하는 방식으로 Z1-축 제어 섹션(85) 및 Z2-축 제어 섹션(84)을 제어하는 관성력 교정 섹션(87)이 호스트 제어기(82) 상에 설치된다.

이러한 실시예의 정밀 선삭 선반은 아래에서 설명되는 바와 같이, 과중한 롤 가공을 증가된 효율로 수행할 수 있다.

실제로, 종래의 롤 선삭 선반의 빠른 캐리지라도 최대 약 15 m/min의 속도로 주행할 수 있지만, 공기 슬라이드 장치(40)의 공기 슬라이더(41)는 이전 속도의 3배인 45 m/min으로 주행할 수 있다.

고속 성능뿐만 아니라, 공기 슬라이드 장치(40)는 공기 슬라이더(41)를 부유 상태로 선형 이동시킴으로써, 높은 이동 직선성, 무마찰, 및 위치 및 속도의 고정밀 제어의 장점을 갖는다.

그러한 공기 슬라이드 장치(40)의 공기 슬라이더(41)를 고속으로 이동시키기 위해, 가공 중에 선형 모터에 전기를 공급하고 공기 슬라이더(41)에 공기 및 냉각수를 연속적으로 공급할 필요가 있다.

이와 관련하여, 이러한 실시예에서, 공기 슬라이드 장치(40)에 전력을 공급하기 위한 케이블, 냉각수 파이프, 및 공기 파이프로 구성된 케이블 다발(70)이 절삭 칩 흡입 파이프(36)를 따라 이어져서 공기 슬라이더(41)에 연결된다. 또한, 절삭 칩 흡입 장치(60)의 W 축은 공기 슬라이드 장치(40)의 Z2 축과 동기화된다. 따라서, 절삭 칩 흡입 장치(60)의 흡입 노즐(65)은 공기 슬라이더(41)의 이동에 의해 이동하여, 가공에 의해 생성된 절삭 칩이 흡입되어 제거된다. 이는 공기 슬라이더(41)의 안내 레일에 대한 절삭 칩의 접착과 같은 칩 문제를 방지할 수 있다.

또한, 케이블 다발(70)이 또한 공기 슬라이더(41)의 이동과 동기하여 이동하기 때문에, 이를 공기 슬라이더(41)의 이동에 의해 구부러지는 케이블 체인에 연결시킬 필요가 없다. 그러므로, 공기 슬라이더(41)는 가공 중에, 케이블의 휨에 기인하는 진동으로부터 자유롭다. 이는 공기 슬라이드 장치(40)의 이점, 특히 이동의 직선성 및 높은 속도를 가장 잘 사용하는 것을 가능케 한다.

공기 슬라이드 장치(40) 내에서 발생할 수 있는 진동과 관련하여, 공기 슬라이더(41)는 또한 그가 이동하기 시작하거나, 정지하거나, 방향을 전환할 때의 관성 력으로 인해 진동할 수 있다. 이와 관련하여, 위에서 설명된 바와 같이, 이러한 실시예의 롤 선삭 선반은 공기 슬라이더(41)의 이동 방향에 대향한 방향으로 안장(26)을 이동시킴으로써, 공기 슬라이더(41) 내에서 생성된 관성력을 소거하는 기능을 구비한다. 그러므로, 공기 슬라이더(41) 내에서의 진동의 발생은 효과적으로 방지될 수 있다.

예를 들어, 공기 슬라이더(41)가 이동하기 시작할 때, 공기 슬라이더(41)의 "가속도 x 질량"에 상응하는 관성 반작용력이 공구 기둥(32) 상에 작용할 것이다. 반작용력은 공기 슬라이더(41)의 진동을 일으킬 것이다.

그러므로, 이러한 실시예에서, 공기 슬라이더(41) 내에서 생성된 관성력은 공기 슬라이더(41) 내에서 생성된 관성력과 동일한 정도이지만 그에 대향한 방향으로의 관성력을 안장(26) 내에서 생성함으로써 소거된다. 따라서, 두 관성력들은 전체 캐리지(16)의 "가속도 x 질량"을 공기 슬라이더(41)의 "가속도 x 질량"에 상응하게 만들기 위한 가속도로 공기 슬라이더(41)의 이동 방향에 대향한 방향으로 안장(26)을 이동시킴으로써 서로 소거된다.

안장(26)의 관성력 소거 작동은 공기 슬라이드 장치(40)의 이점, 특히 이동의 직선성 및 높은 속도의 이점을 가장 잘 사용하는 것을 가능케 한다.

도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 정밀 롤 선삭 선반의 사시 정면도.

도2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 정밀 롤 선삭 선반의 사시 후면도.

도3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 정밀 롤 선삭 선반 내에서 사용하기 위한 공기 슬라이드 장치의 외관을 도시하는 사시도.

도4는 도3의 공기 슬라이드 장치의 공기 슬라이더 및 안내 레일을 도시하는 사시도.

도5는 공기 슬라이더의 측면도.

도6은 롤에 대한 공기 슬라이드 장치의 위치를 도시하는, 정밀 롤 선삭 선반의 측면도.

도7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 정밀 롤 선삭에 사용하기 위한 공기 슬라이드 장치에 연결된 절삭 칩 흡입 장치의 측면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 베드

12 : 주축대

14 : 심압대

16 : 캐리지

26 : 안장

28 : 테이블

40 : 공기 슬라이드 장치

41 : 공기 슬라이더

42 : 안내 레일

60 : 절삭 칩 흡입 장치

87 : 관성력 교정 섹션

Claims

정밀 롤 선삭 선반이며,

베드와,

베드 상에 장착되어, 척에 의해 롤의 일 단부를 유지하면서 작업편인 롤을 회전시키기 위한 주 스핀들을 갖는 주축대와,

롤의 타 단부를 회전 가능하게 지지하기 위해, 베드 상에 장착되어 주축대에 대향하여 배치된 심압대와,

롤의 종방향으로 이동 가능하게 베드 상에 장착된 안장, 및 롤의 종방향에 대해 직교하는 방향으로 이동 가능하게 안장 상에 장착된 테이블을 포함하는 캐리지와,

종방향으로 롤에 대해 평행하게 연장되는 안내 레일, 안내 레일 상에서 부유 상태로 주행할 수 있는, 다이아몬드 공구를 갖는 공기 슬라이더, 및 공기 슬라이더를 구동하기 위한 선형 모터를 포함하는, 테이블 상에 장착된 공기 슬라이드 장치를 포함하는 정밀 롤 선삭 선반.
제1항에 있어서, 복수의 절삭 공구가 부착되는 공구 기둥을 갖는 스위블이 테이블 상에 장착되고, 공기 슬라이드 장치가 공구 기둥 상에 장착되는 정밀 롤 선삭 선반.
제1항에 있어서, 공기 슬라이드 장치는 압전 소자에 대한 전압 인가 시의 압전 소자의 팽창 및 수축을 이용함으로써 절삭 방향으로의 다이아몬드 공구의 절삭날의 위치의 약간의 변위를 일으키기 위한 미세 가공 유닛을 구비하는 정밀 롤 선삭 선반.
제2항에 있어서, 상기 선반은 공기 슬라이드 장치를 가공 위치에 위치시키기 위해 롤의 종방향에 대해 직교하는 방향으로 테이블 상의 스위블을 이동시키기 위한 X 축과, 롤의 종방향으로 안장을 이동시키기 위한 Z1 축과, 선형 모터에 의해 공기 슬라이더를 이동시키기 위한 Z2 축과, 스위블의 선회 축인 B 축을 갖는 정밀 롤 선삭 선반.
제2항에 있어서, 공기 슬라이드 장치는 공구 기둥에 부착되고 그로부터 제거될 수 있는 부착물로서 구성되는 정밀 롤 선삭 선반.
제1항에 있어서, 공기 슬라이더와 동기하여 공기 슬라이드 장치의 공기 슬라이더와 동일한 방향으로 이동하는 가동 테이블과, 가동 테이블에 의해 지지되는 절삭 칩 흡입 섹션과, 공기 슬라이더에 공기, 냉각수 및 전력을 공급하기 위해, 절삭 칩 흡입 섹션을 따라 이어지는 케이블 다발을 포함하는 절삭 칩 흡입 장치를 더 포함하는 정밀 롤 선삭 선반.
제4항에 있어서, 공기 슬라이드 장치의 공기 슬라이더가 이동하기 시작하거나, 정지하거나, 방향을 전환할 때, 안장이 공기 슬라이더 내에서 생성된 관성력을 소거하기 위해 공기 슬라이더의 이동 방향에 대향한 방향으로 이동되는 방식으로 Z1 및 Z2 축을 제어하기 위한 관성력 교정 수단을 더 포함하는 정밀 롤 선삭 선반.
정밀 롤 선삭 선반 내에서 전용으로 사용하기 위한 공기 슬라이드 장치이며,

상기 공기 슬라이드 장치는 롤 선삭 선반의 공구 기둥 상에 장착되어 절삭 공구를 롤의 종방향으로 고속으로 선형 이동시키고,

종방향으로 롤에 대해 평행하게 연장되는 안내 레일과,

안내 레일 상에서 부유 상태로 주행할 수 있는, 다이아몬드 공구를 갖는 공기 슬라이더와,

공기 슬라이더를 구동하기 위한 선형 모터와,

안내 레일, 공기 슬라이더 및 선형 모터를 일체로 수용하는 케이스를 포함하는 공기 슬라이드 장치.
제8항에 있어서, 압전 소자에 대한 전압 인가 시의 압전 소자의 팽창 및 수축을 이용함으로써 절삭 방향으로의 다이아몬드 공구의 절삭날의 위치의 약간의 변위를 일으키기 위한 미세 가공 유닛을 더 포함하는 공기 슬라이드 장치.
제8항에 있어서, 안내 레일은 공기 슬라이더가 끼워지는 수평 부분, 및 수직 부분을 갖고, 수평 부분이 수직 부분과 직각으로 교차하는 T형 단면을 갖고, 선형 모터의 자석들이 안내 레일의 종방향으로 수평 부분의 상부 표면 내에서 중심에 배열되고, 공기 슬라이더가 부유 상태로 이동하는 슬라이딩 표면은 자석 열의 양 측면 상에 형성되는 공기 슬라이드 장치.
제8항에 있어서, 공기 슬라이드 장치를 수평 위치에 지지하기 위해, 케이스에 장착된 다리와, 다리를 활주 가능하게 지지하기 위한 받침대를 더 포함하는 공기 슬라이드 장치.
제11항에 있어서, 공기를 분출하고 흡입하기 위한 공기 패드가 다리의 하단부에 장착되어, 공기 패드로부터 공기를 분출함으로써, 공기 슬라이드 장치는 받침대의 표면 상에서 부유할 수 있고, 공기 패드를 진공화함으로써, 공기 슬라이드 장치는 임의의 위치에서 받침대 상에 고정될 수 있는 공기 슬라이드 장치.