KR20090046687A - 공작 기계 - Google Patents

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KR20090046687A
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마사히로 가와스미
사토루 오자와
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스타 마이크로닉스 컴퍼니 리미티드
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Abstract

배면 가공을 포함하는 각종 가공을 공작물에 대하여 행할 때, 큰 장치와 높은 비용과 많은 시간이 필요하다.
본 발명에 따른 공작 기계는, 공작물을 파지하여 회전 가능한 주축과, 서로 직교하는 3개 축의 각각의 방향으로의 이동과 3개 축 중에서 주축에 직교하는 소정의 축을 중심으로 한 선회가 가능한 공구 주축과, 공구 주축에 대하여, 주축에 파지된 공작물의 가공에 사용되는 제1 공구와, 공작물의 파지에 사용되는 파지 기구를 장착 및 분리하는 자동 공구 교환 장치와, 공구 주축에 장착된 파지 기구에 의해 파지된 공작물에 대한 가공에 사용되는 제2 공구가 설치된 공구대를 구비하여 구성되어 있다.

Description

공작 기계{MACHINE TOOL}
본 발명은, 공작 기계에 관한 것이다.
NC(Numerical Control) 선반 등 공작 기계를 사용하여, 가공 대상이 되는 소재(공작물)에 대하여 정면 가공 및 배면 가공을 행함으로써, 원하는 정밀 부품이 제조된다.
도 12는 종래의 NC 선반(1)을 나타내고 있다. NC 선반(1)은, 정면 가공을 위해 공작물 W를 파지하는 주축(2)을 구비하는 정면 주축대(3)와, 주축(2)의 방향(Z축 방향)에서 정면 주축대(3)와 대면하는 배면 주축대(4)를 구비한다. 배면 주축대(4)는, 배면 가공을 위해 공작물을 파지하는 배면 주축(5)를 구비한다. 또한, NC 선반(1)은 공구 주축(6)을 가지는 공구 주축대(7)를 구비한다. NC 선반(1)에서는, 도시하지 않은 컴퓨터가 소정의 프로그램에 따라, 주축(2) 및 배면 주축(5)에 대해서는, 모두 Z축을 중심으로 한 회전의 제어(C1축 제어)를 행할 수 있다. 또한, 공구 주축대(7)에 대해서는, Z축 방향 및 Z축 방향에 직각인 방향(X축 방향, Y축 방향)으로의 이동의 제어, 공구 주축(6)의 축을 중심으로 한 공구 주축(6)의 회전의 제어(C2축 제어), 및 Y축 방향의 주위에 공구 주축대(7)를 선회시 키는 제어(B축 제어)를 행할 수 있다.
이러한 구성 하에서, 주축(2)에 파지된 공작물 W에 대하여, 공구 주축(6)이 장착하는 공구(8)에 의한 정면 가공이 행해진다. 그 후, 주축(2)으로부터 떼어내어 배면 주축(5)에 파지된 정면 가공 후의 공작물 W에 대하여, 공구 주축(6)이 장착하는 공구(8)[공구(8) 자체는 변경됨]에 의한 배면 가공이 행해진다. 그리고, 도 12(도 13도 마찬가지임)에 나타낸 Y축 방향은, 정확하게는 지면에 대하여 수직인 방향이 된다.
또한, 자동 공구 교환 장치(ATC)를 사용하여, 주축 헤드에 대하여, 공구와 주축에 장착된 상태로 공작물을 파지하여 주축과 함께 회전 가능한 파지 기구를 교환하여 장착 및 분리될 수 있는 스탠드형 머시닝 센터가 알려져 있다(특허 문헌 1참조).
또한, 공구가 장착되는 선회 가능한 공구 주축대에 대하여, ATC에 의해 클램프 부재를 장착하고, 클램프 부재가 공작물을 파지함으로써, 공작물을 장착하기 위한 주축대에 대하여 공작물의 장착 및 분리를 행하는 공작 기계가 알려져 있다(특허 문헌 2 참조).
또한, 이전 가공 주축에 파지된 공작물에 대하여 2차 가공을 하기 위한 2차 가공 공구를 자동적으로 장전하는 공구 주축과, 이전 가공이 종료하고 절단된 부품을 취출하여 배면 가공을 행하기 위한 배면 가공 주축을 L자형 선회 유닛의 각 돌출단부에 형성한, 자동 선반에서의 2차 가공 장치가 알려져 있다(특허 문헌 3 참조).
[특허 문헌 1] 일본 특허번호 2760749호 공보
[특허 문헌 2] 일본 특허출원 공개번호 2002-263909호 공보
[특허 문헌 3] 일본 특허출원 공개번호 평1-240201호 공보
전술한 종래 기술에서는 다음과 같은 과제가 있었다.
즉, 도 12에 나타낸 NC 선반(1)에서는, 공작물 W에 대한 배면 가공을 실현하기 위해 배면 주축대(4)를 설치하고 있다. 그러므로, NC 선반(1)의 Z축 방향의 치수는, 적어도 정면 주축대(3), 공구 주축대(7) 및 배면 주축대(4)의 각각의 길이 방향의 길이의 합계에, 공작물 W의 길이와 공구(8)의 길이를 더한 사이즈가 필요하게 되므로, 장치가 매우 커지게 되어 있었다.
또한, 전술한 특허 문헌 1에서는, 주축의 움직임이, 축 회전과, X 방향, Y 방향 및 Z 방향으로의 이동으로 한정되어 있었다. 그러므로, 회전축이 수평 방향을 향하는 회전 테이블에 공작물을 세팅하기 위해서는, 공작물을 수직 방향과 수평 방향의 2방향으로 회전 이동 가능한, 주축 헤드의 파지 기구와는 별도의 파지 장치를 준비할 필요가 있고, 장치 비용이 상승된다. 또한, 주축의 움직임이 전술한 바와 같이 한정되어 있는 만큼, 경사면 가공 등의 정밀한 가공이 곤란하고, 가공 능력에 문제가 있었다.
또한, 전술한 특허 문헌 2에서는, 엘보 형상과 같은 양단의 축심이 서로 다른 공작물을 공구 주축대에 장착된 클램프 부재에 의해 제1 주축대로부터 제2 주축대로 주축 축심과 일치하도록 전달할 수 있도록 하고 있다. 그러나, 공작물에 대한 가공은 항상 공작물을 제1 주축대 및 제2 주축대에 장착한 상태에서 행하므로, 도 12에 나타낸 종래의 NC 선반(1)과 마찬가지로 기계가 매우 커지는 문제가 있었 다. 여기에 더하여, 2개의 주축대와 공구 주축대를 필요로 하기 때문에, 장치 비용이 높아지는 문제도 있었다.
또한, 전술한 특허 문헌 3에서는, 공작물의 이전 가공(이전 가공에서의 2차 가공)과 배면 가공을 행하기 위하여, 배면 가공 주축과 공구 주축을 각각의 돌출단부에 형성된 L자형의 선회 유닛을 구비할 필요가 있으므로, 장치의 구성이 대규모가 되고, 또한 높은 비용을 필요로 하고 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 행해진 것이며, 공작물에 대한 배면 가공을 포함하는 각종 가공을, 종래보다 저비용이면서 또한 작은 장치 구성에 의해 실현될 수 있는 공작 기계를 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 공작 기계는, 공작물을 파지하여 회전 가능한 주축과, 서로 직교하는 3개 축의 각각의 방향으로의 이동과 3개 축 중에서 주축에 직교하는 소정의 축을 중심으로 한 선회가 가능한 공구 주축과, 공구 주축에 대하여, 주축에 파지된 공작물의 가공에 사용되는 제1 공구와 공작물의 파지에 사용되는 파지 기구를 장착 및 분리하는 자동 공구 교환 장치와, 공구 주축에 장착된 파지 기구에 의해 파지된 공작물에 대한 가공에 사용되는 제2 공구가 설치된 공구대를 구비하는 구성으로 하고 있다.
전술한 구성에서는, 주축에 파지된 공작물에 대하여, 공구 주축에 장착된 제1 공구에 의해 정면 가공을 행한다. 그리고, 정면 가공 후의 공작물을, 공구 주축에 장착된 파지 기구에 의해 주축으로부터 운반하여, 파지 기구로 정면 가공 후의 공작물을 파지한 상태에서 공작물을 공구대의 제2 공구에 접촉시킴으로써, 공작물에 대한 배면 가공을 행할 수 있다. 이와 같이 본 발명에 의하면, 종래와 같이 배면 가공을 위한 배면 주축대를 구비하지 않고, 공작물에 대한 정면 가공 및 배면 가공을 행할 수 있으므로, 장치 전체의 소형화 및 저비용화를 실현할 수 있다. 또한, 공구 주축은 선회가 가능하므로, 정면 가공 및 배면 가공 각각의 가공에서, 공작물에 대한 경사면 가공이 용이하게 된다.
본 발명의 다른 예로서, 공구대는, 주축을 포함하는 소정의 면에서 제2 공구를 이동시킬 수 있으며, 주축이 파지하는 공작물에 대하여, 제2 공구를 작용시켜도 된다.
전술한 구성에 의하면, 공작물의 정면 가공을 제1 공구와 제2 공구를 사용하여 행할 수 있다. 또한, 봉재(棒材)가 공작물로서 주축에 공급되고 있는 경우, 봉재의 정면 가공 후의 부위를 공구 주축에 장착된 파지 기구에 의해 파지한 상태로, 제2 공구를 봉재에 작용시킴으로써, 봉재의 정면 가공 후의 부위를 포함하는 소정 길이의 범위를 떼어내고, 떼어내어 이루어진 공작물을 이후의 배면 가공의 대상으로 할 수도 있다. 여기에 더하여, 공구 주축의 공구 변환의 시간을 이용하여, 주축에 파지된 공작물에 제2 공구로 가공이 실시될 수 있다.
본 발명의 다른 예로서, 공작 기계는, 공구 주축에 장착된 파지 기구가 도달 가능한 범위 내로 공작물을 이동시키는 공작물 이동 수단을 더 구비할 수도 있다. 그리고, 공구 주축은, 공작물 이동 수단에 의해 상기 범위 내로 이동된 공작물의 파지 기구에 의한 집어올림, 및 파지 기구에 의해 파지된 공작물의 공작물 이동 수 단으로 전달되어도 된다. 보다 구체적으로 설명하면, 공작물 이동 수단을, 공작물 반송용 팰릿과 팰릿을 이동시키는 팰릿 이동 장치에 의해 구성하고, 공구 주축은, 팰릿 이동 장치에 의해 상기 범위 내로 이동된 팰릿으로부터의 공작물의 집어올림, 및 공작물의 팰릿으로 전달을 행해도 된다.
전술한 구성에 의하면, 공작물 이동 수단에 의해 공작물을 공구 주축의 근방까지 공급하여, 공구 주축으로 공작물을 공작물 이동 수단(팰릿)으로부터 집어올려서 주축에 전달하고, 또한 가공된 공작물을 공구 주축으로 공작물 이동 수단(팰릿)으로 되돌릴 수 있다. 그러므로, 가공 전의 공작물의 주축으로의 세팅(공급)으로부터 배면 가공 후의 공작물을 팰릿에 되돌릴 때까지의 일련의 작업을 단시간에 행할 수 있다.
본 발명의 다른 예로서, 공구 주축은 내부에 형성된 공급 경로를 통하여, 가압된 쿨란트액을 파지 기구에 공급하고, 파지 기구는, 쿨란트액의 공급에 따라 개폐 동작을 행해도 된다. 가압된 쿨란트액은, 압축 공기와 비교하여 파지 기구에 작용하는 압력이 훨씬 높으므로, 강력하고 정확하게 파지 기구의 개폐 동작을 행할 수 있다.
도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 1은 본 실시예에 따른 NC 선반(110)의 개략적 구성을, 하나의 측면으로부터 예시하고 있다. NC 선반(110)은 공작 기계의 일종이다. NC 선반(110)의 본체에서의 하우징(110a)의 내부는, 가공실(70), 쿨란트액 탱크(80) 및 팰릿 스테이 션(90)으로 실질적으로 구성된다. 가공실(70) 내에는, 주축대(정면 주축대)(10), 공구 주축대(20), ATC(30), 공구대(40), 공구 매거진(50) 및 중간 스테이션(60)이 각각 소정의 위치에 실질적으로 설치되어 있다.
쿨란트액 탱크(80)는, 도 1에 나타낸 예에서는 가공실(70)의 아래쪽에 구비되어 있고, 내부에 쿨란트액을 저장하고 있다. 또한, 도 1에 나타낸 예에서는, 가공실(70) 근처에 팰릿 스테이션(90)이 구비되어 있고, 팰릿 스테이션(90) 내에는, 복수의 팰릿(91)이 수용되어 있다. 팰릿(91)은, 가공실(70) 내외에 공작물 W를 반송하기 위한 것이며, 팰릿(91) 상에 소정 개수의 공작물 W를 탑재할 수 있다.
또한, NC 선반(110)은, 하우징(11Oa)의 외부(내부라도 됨)에 NC 장치(10O)를 구비하고 있다. NC 장치(10O)는, 주로 컴퓨터로 이루어지고, 이 외에도 사용자에 대한 표시 화면으로서의 디스플레이(도시하지 않음)나 사용자로부터 조작을 받아들이기 위한 버튼 등의 조작 접수부(도시하지 않음)를 가진다. NC 장치(10O)는, 소정의 가공 프로그램에 따라서, 주축대(10), 공구 주축대(20), ATC(30), 공구대(40), 공구 매거진(50) 및 중간 스테이션(60) 등, 하우징(110a) 내의 각 구성에 대하여 지령을 보냄으로써, 각 구성의 위치나 동작 상태(이동, 회전, 선회 등)를 개별적으로 수치 제어할 수 있다. 이하에 설명하는 각각의 동작은, 기본적으로 모두 NC 장치(10O)에 의한 제어에 기초하여 실현된다.
주축대(10)는, Z축 방향을 향하는 주축(11)을 가지고, 주축(11)의 회전 제어(회전수의 제어나, 이른바 C1축 제어로 불리는 회전각 제어)를 행한다. 도 1에 나타낸 예에서는 Z축은 좌우 방향(수평 방향)을 향하고 있다. 주축(11)은 그 선단 에 가지는 척(11a)에 의해 공작물 W를 파지할 수 있다.
공구 주축대(20)는 공구 주축(21)를 가진다. 공구 주축대(20)는, 도 1에 나타낸 초기 위치[주축(11)보다 위쪽의 소정 위치]에서는 그 축이 상하 방향(X축 방향)을 향하고 있다. 공구 주축대(20)는, 공구 주축(21)의 축심 주위의 회전 제어(회전수의 제어나, 이른바 C2축 제어로 불리는 회전각 제어)를 행한다. 또한, 공구 주축대(20)는, 주축(11)의 축심 방향인 Z축, 공구(51)의 공작물 W로의 진퇴 방향인 X축, X축 및 Z축과 직교하는 Y축의 각각의 축 방향으로 이동이 가능하다. 도 1(도 2∼도 10도 마찬가지)에 나타낸 Y축 방향은, 정확하게는 지면에 대하여 수직인 방향이다. 또한, 공구 주축대(20)는, Y축을 중심으로 한 선회각의 제어(B축 제어)가 행해진다. 바꾸어 말하면, 공구 주축대(20)는 Y축 방향에 대하여 수직인 면을 선회할 수 있다.
ATC(30)는, 초기 위치의 공구 주축대(20)의 공구 주축(21)에 대하여, 공작물 W의 가공에 사용되는 공구(51)(제1 공구에 해당)나, 공작물 W의 파지에 사용되는 파지 기구(52)를 적절하게 장착하고, 또한, 장착된 공구(51)나 파지 기구(52)를 공구 주축(21)으로부터 분리할 수 있다. 도 1에서는 간략화하고 있지만, 공구 매거진(50)에는, 공구(51)나 파지 기구(52)가 각각 복수 종류 탑재되어 있다. ATC(30)는, 예를 들면 공구 매거진(50)으로부터 공구(51) 등을 선회부(31)에 의해 취득하고, 취득한 공구(51) 등을 선회부(31)의 선회 동작(도 1에 나타낸 예에서는 수평면에서의 선회 동작)에 의해 공구 주축(21)에 위치맞춤하여 공구 주축(21)에 장착한다. 또한, ATC(30)는, 선회부(31)에 의해 공구 주축(21)으로부터 공구(51) 등을 분리하고, 선회부(31)를 선회시켜서 분리된 공구(51) 등을 공구 매거진(50) 측으로 되돌린다. 그리고, ATC(30)와 공구 매거진(50) 사이에는 중간 스테이션(60)이 개재되어 있다. 공구 매거진(50) 측으로부터 ATC(30) 측으로의 공구(51) 등의 전달, 및 ATC(30) 측으로부터 공구 매거진(50) 측으로의 공구(51) 등의 전달은, 중간 스테이션(60)이 실현한다.
공구대(40)는, 공작물 W의 가공 등에 사용되는 공구(41)(제2 공구에 해당함)를 구비한다. 도 1의 예에서는, 공구대(40)는 주축(11)보다 아래쪽에 배치되어 있다. 공구대(40)의 선단(도 1의 우측)에는 타렛이 형성되어 있다. 타렛에는 복수의 면이 설치되고, 각 면에 공구(41)가 구비되어 있다.
공구(41)는, 고정된 공구일 수도 있고 회전하는 공구일 수도 있다. 도 1의 예에서는, 공구(41)는 X축 방향을 향해 돌출되어 있다. 공구(41)는, 주축(11)의 축선을 포함하고 Y축 방향에 대하여 수직인 면[주축(11)을 포함하는 소정의 면의 일례]에 배치되어 있다. 이러한 상황에서 공구대(40)는 X축 방향 및 Z축 방향으로의 이동이 가능하다. 또한, 공구대(40)는 Y축 방향으로의 이동이 가능할 수도 있다.
이하, NC 선반(110)에 의해 행해지는 공작물 W의 가공 처리에 대하여 설명한다.
먼저, NC 선반(110)에서는, 공구 주축(21)에 대하여, 가공 전의 공작물 W를 파지하기 위한 파지 기구(52)가 장착된다. 즉, 전술한 ATC(30)[및 중간 스테이션(60)]의 동작에 의해, 공구 매거진(50)에 준비된 파지 기구(52)이며 가공 전의 공작물 W의 파지에 적합한 파지 기구(52)를, 초기 위치의 공구 주축대(20)의 공구 주축(21)에 대하여 장착한다.
다음에, 공구 주축(21)에 장착된 파지 기구(52)에 의해 가공 전의 공작물 W가 취득된다.
도 2는 파지 기구(52)에 의해 가공 전의 공작물 W를 취득하는 모습의 일례를 나타내고 있다. 그리고, 도 2(도 3∼도 9도 마찬가지임)에서는, ATC(30), 공구 매거진(50), 중간 스테이션(60), 쿨란트액 탱크(80), 및 NC 장치(10O) 등의 기재는 생략하고 있다.
파지 기구(52)에 의해 가공 전의 공작물 W를 취득하는 경우, 가공 전의 공작물 W를 탑재한 하나의 팰릿(91)이, 팰릿 이동 장치(92)에 의해, 팰릿 스테이션(90)으로부터 가공실(70) 내의 소정의 팰릿 이동 위치로 이동한다. 팰릿(91) 및 팰릿 이동 장치(92)는, 공작물 이동 수단의 일례에 해당한다. 팰릿 이동 위치는, X축, Y축, Z축의 각각의 축 방향으로의 이동이 가능한 공구 주축대(20)[공구 주축(21)]에 장착된 파지 기구(52)가 팰릿(91)에 탑재된 각 공작물 W에 도달 가능한 공간 내의 소정 위치를 일컫는다.
팰릿 이동 장치(92)는, 팰릿(91)을 팰릿 스테이션(90)으로부터 팰릿 이동 위치로 이동시키면서, 또한 팰릿 이동 위치로부터 팰릿 스테이션(90) 내로 이동시킬 수 있는 기구이면 된다. 팰릿 이동 장치(92)는, 예를 들면, 팰릿(91)을 수평 이동시키는 반송기나 팰릿 스테이션(90) 내에서 팰릿(91)을 승강시키는 승강기 등을 포함한다. 팰릿 이동 장치(92)도, 그 움직임은 NC 장치(100)에 의해 제어된다.
파지 기구(52)를 장착한 공구 주축대(20)는, 팰릿 이동 위치에 존재하는 팰릿(91)에 탑재된 가공 전의 하나의 공작물 W와 X 축 방향에서 대면하는 소정 위치까지 이동한 후, X축 방향의 이동을 더 행하여 하나의 공작물 W에 접근한다. 그리고, 파지 기구(52)는, 선단에 설치한 척 클릭의 개폐 동작에 의해, 하나의 공작물 W를 파지한다.
도 11은 파지 기구(52)를 일부 단면도에 의해 간략하게 나타내고 있다. 다만, 도 11에서는 도면을 보기 쉽게 하기 위해, 단면 부분의 해칭을 생략하고 있다. 파지 기구(52)는, 실질적으로 공작물 W와 직접 접촉하는 척 클릭(52a)과, 공구 주축(20)에 장착되는 척 본체(52b)로 이루어진다. 척 본체(52b)는 후단부에, 소정의 규격에 따른 형상의 접속부(52b7)를 구비한다. 척 본체(52b)의 후단을 공구 주축(21)에 삽입했을 때, 접속부(52b7)가 공구 주축(21) 측의 중심 부위와 끼워맞추어짐으로써, 파지 기구(52)가 공구 주축(21)에 대하여 장착된다.
척 본체(52b)의 내부에는, 쿨란트액 유입 공간(52b6), 피스톤(52b4), 압축 스프링(52b5), 시프터(52b3) 및 마스터 죠(52b1)가 구비되어 있다. 본 실시예에서는, 척 클릭(52a)을 열린 상태로 하기 위하여, 쿨란트액 유입 공간(52b6)에 대하여, 공구 주축(21) 내부에 형성된 쿨란트액 공급용 공급 경로(21a) 및 접속부(52b7)의 내부를 통하여, 가압된 쿨란트액(고압 쿨란트액)이 공급된다. 고압 쿨란트액의 압력으로서는, 예를 들면 7.0 MPa 정도가 적합하다.
피스톤(52b4)은, 척 본체(52b)의 피스톤 이동 공간(52b8) 내에서 압축 스프링(52b5)에 의해 척 본체(52b)의 후단 측으로 가압되어 있다. 쿨란트액 유입 공 간(52b6)에 고압 쿨란트액이 유입되어 있지 않은 경우, 압축 스프링(52b5)은 피스톤 이동 공간(52b8) 내에서 가장 연장된 상태에 있고, 또한 척 클릭(52a)은 닫힌 상태가 되어 있다.
척 클릭(52a)을 열린 상태로 하기 위하여, NC 장치(100)의 제어에 의해 쿨란트액 유입 공간(52b6)에 고압 쿨란트액이 유입되면, 고압 쿨란트액에 가압되어 피스톤(52b4)이 피스톤 이동 공간(52b8) 내를 파지 기구(52)의 선단측으로 소정 거리만큼 이동한다. 이러한 이동에 따라, 피스톤(52b4)에 고정된 시프터(52b3)도 척 본체(52b) 내에서 파지 기구(52)의 선단측으로 이동한다. 시프터(52b3)는, 마스터 죠(52b1)와 접촉하는 소정의 면(52b2)이 파지 기구(52)의 선단측으로부터 후단측으로 경사지게 잘라진 테이퍼형으로 되어 있다. 마스터 죠(52b1)는, 척 본체(52b) 내에서, 공구 주축(21)의 축선 방향으로의 이동을 금지되면서 축선 방향과 직교하는 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 설치되어 있다. 마스터 죠(52b1)에는 척 클릭(52a)이 고정되어 있다. 따라서, 파지 기구(52)의 선단측으로의 시프터(52b3)의 이동에 따라 마스터 죠(52b1)는, 전술한 면(52b2)에 압출되도록 하여 공구 주축(21)의 축선으로부터 이격되는 방향으로 이동하고, 동시에 척 클릭(52a)이나 공구 주축(21)의 축선으로부터 이격되는 방향으로 각각 이동한다[즉, 척 클릭(52a)이 열린다].
한편, NC 장치(10O)의 제어에 의해 고압 쿨란트액의 유입을 정지하면, 압축 스프링(52b5)의 가압력에 의해 피스톤(52b4)이 피스톤 이동 공간(52b8) 내를 파지 기구(52)의 후단측으로 이동하고, 쿨란트액 유입 공간(52b6)으로부터 고압 쿨란트 액이 유출된다(빼내어진다). 이 이동에 따라 시프터(52b3)도 파지 기구(52)의 후단측으로 이동하고, 마스터 죠(52b1) 및 척 클릭(52a)이 공구 주축(21)의 축선에 근접하는 방향으로 이동한다[즉, 척 클릭(52a)이 닫힌다].
이와 같이 본 실시예에서는, 고압 쿨란트액의 척 본체(52b)로의 유입 및 척 본체(52b)로부터의 유출에 의해 척 클릭(52a)의 개폐 동작을 실현하고 있다.
파지 기구(52)에 의해 가공 전의 공작물 W가 파지되면, 다음에, 공구 주축대(20)는 가공 전의 공작물 W를 주축(11)에 공급한다.
도 3은 가공 전의 공작물 W를 주축(11)에 공급하는 모습의 일례를 나타내고 있다. 공구 주축대(20)는, 팰릿(91)으로부터 가공 전의 공작물 W를 취득한 위치로부터 주축(11) 근방의 소정 위치까지 이동하고, 또한 B축 제어에 의해 선회하여, 파지 기구(52)에 의해 파지된 가공 전의 공작물 W와 주축(11)을 동일 축 상에 위치시킨다. 그리고, 공작물 W를 주축(11)과 동일축 상에 위치시킨 상태로, 공구 주축대(20)는 주축대(10)에 접근하여 공작물 W를 주축(11)에 전달한다. 주축(11)은 척(11a)에 의해 공작물 W를 파지한다.
다음에, 공구 주축(21)으로부터 파지 기구(52)가 분리되고, 또한 공구 주축(21)에 대하여, 공작물 W의 정면 가공을 행하기 위한 공구(51)가 장착된다. 즉, 공구 주축대(20)는, 가공 전의 공작물 W를 주축(11)에 공급한 위치로부터 초기 위치로 되돌아온다. 그리고, ATC(30) 및 중간 스테이션(60)의 협동에 의해, 초기 위치로 되돌아온 공구 주축대(20)의 공구 주축(21)으로부터 파지 기구(52)를 분리하여 공구 매거진(50)에 되돌리는 동작과, 공구 매거진(50)에 탑재되어 있는 공 구(51)이며 공작물 W의 정면 가공에 적합한 공구(51)를 공구 주축(21)에 장착하는 동작이 행해진다. 그리고, 이 파지 기구(52)와 공구(51)의 장착 및 분리 동작이 행해지는 동안, 주축(11)에 파지된 공작물 W에 공구대(40)의 공구(41)로 정면 가공을 행해도 된다.
다음에, 주축(11)이 파지하는 공작물 W에 대한 정면 가공이 행해진다.
도 4는 공작물 W에 대하여 정면 가공을 행하는 모습의 일례를 나타내고 있다. 공구 주축(21)에 공구(51)가 장착되면, 공구 주축대(20)는, 주축(11)이 파지한 공작물 W에 공구(51)가 접촉 가능한 소정 위치까지 이동하고, 공구(51)를 공작물 W에 작용시켜서 소정의 가공을 행한다. 이에 따라, 공작물 W의 일단 측에 대하여, 예를 들면 터닝 가공이나, 크로스 구멍 가공이나, 정면 구멍 가공 등의 각종 가공이 가능하게 된다. 또한, 전술한 바와 같이 공구 주축대(20)는 B축 제어를 행할 수 있다. 그러므로, 도 4에 나타낸 바와 같이 주축(11)의 축선에 대하여 공구 주축(21)의 축선을 경사지게 한 상태에서 공구(51)를 공작물 W에 작용시킴으로써, 공작물 W의 경사면에 대한 정밀한 가공이 가능하게 된다.
공작물 W의 정면 가공은, 공구 주축(21)이 장착한 공구(51)만으로 행할 수도 있고, 또한 공구대(40)가 구비하는 공구(41)를 사용하여 행할 수도 있다. 이 경우, 도 4에 나타낸 바와 같이 공구(51)와 공구(41)를 공작물 W에 동시에 작용시켜도 되고, 예를 들면, 도 5와 같이 공구(51)와 공구(41)를 각각 다른 타이밍에서 공작물 W에 작용시켜도 된다. 전술한 바와 같이 공구대(40)는, 주축(11)의 축선을 포함하고 Y축 방향에 대하여 수직인 면에서 X축 방향 및 Z축 방향으로의 이동이 가 능하다. 그러므로, 공구대(40)의 이동에 의해, 주축(11)이 파지하는 공작물 W에 공구(41)를 작용시킬 수 있다.
다음에, 공구 주축(21)으로부터 공구(51)가 분리되고, 또한 공구 주축(21)에 대하여 파지 기구(52)가 장착된다. 즉, 공구 주축대(20)는, 공작물 W에 대한 정면 가공을 행한 위치로부터 초기 위치로 되돌아온다. 그리고, ATC(30) 및 중간 스테이션(60)의 협동에 의해, 초기 위치로 되돌아온 공구 주축대(20)의 공구 주축(21)으로부터 공구(51)를 분리하여 공구 매거진(50)으로 되돌리는 동작과, 공구 매거진(50)에 탑재되어 있는 파지 기구(52)이며 정면 가공이 행해진 공작물 W의 일단측을 파지하기에 적합한 파지 기구(52)를 공구 주축(21)에 장착하는 동작이 행해진다. 그리고, 이 파지 기구(52)와 공구(51)의 장착 및 분리 동작이 행해지는 동안, 주축(11)에 파지된 공작물 W에 공구대(40)의 공구(41)로 정면 가공을 행해도 된다.
다음에, 공구 주축대(20)는, 정면 가공이 행해진 공작물 W를 주축(11)으로부터 취득한다.
도 6은 정면 가공이 행해진 공작물 W를 주축(11)으로부터 취득하는 모습의 일례를 나타내고 있다. 공구 주축대(20)는, 초기 위치로부터 주축(11) 근방의 소정 위치까지 이동하고, 또한 B축 제어에 의해 선회하여 공구 주축(21)과 주축(11)을 동일 축 상에 위치시킨다. 그리고, 이 상태에서 공구 주축대(20)는 주축대(10)에 접근하고, 또한 파지 기구(52)에 의해, 정면 가공이 행해진 공작물 W의 일단측을 파지한다. 이 때, 주축(11)은 척(11a)에 의한 공작물 W의 파지를 해제한다.
다음에, 공구 주축(21)에 장착된 파지 기구(52)가 정면 가공 후의 공작물 W 를 파지한 상태에서, 공작물 W에 대한 배면 가공이 행해진다.
도 7은 공작물 W에 대하여 배면 가공을 행하는 모습의 일례를 나타내고 있다. 주축(11)으로부터 공작물 W를 취득한 공구 주축대(20)는, 파지 기구(52)에 의해 파지된 공작물 W의 타단측이 공구대(40)의 공구(41)에 접촉하는 소정 위치까지 이동하고, 또한 공구(41)에 공작물 W의 타단측을 접촉시켜 소정의 가공을 행한다. 이에 따라, 공작물 W의 타단측에 대해서도, 예를 들면, 선삭 가공이나, 터닝 가공이나, 크로스 구멍 가공이나, 정면 구멍 가공 등의 각종 가공이 가능하게 된다. 그리고, 공구대(40)의 타렛면을 선회시킴으로써, 공구(41)는 일련의 가공 처리 때마다 필요하게 되는 공구로 적절하게 변경된다. 공구 주축대(20)는 B축 제어를 행할 수 있다. 그러므로, 도 7에 나타낸 바와 같이 공구 주축(21)의 축선을 공구(41)의 축선에 대하여 경사지게 한 상태에서 공구(41)를 공작물 W에 작용시킴으로써, 공작물 W의 경사면에 대한 정밀한 가공도 가능하게 된다. 배면 가공을 행할 때의 공구대(40)의 위치는 기본적으로, 공구(41)에 의해 정면 가공을 행했을 때의 위치와 다르며, Z축 방향으로 주축대(10)로부터 이격된 위치가 된다.
공작물 W의 배면 가공이 종료되면, 공구 주축대(20)는, 배면 가공 후의 공작물 W를 팰릿(91)으로 되돌린다.
도 8은 배면 가공 후의 공작물 W를 팰릿(91)에 되돌리는[즉, 공작물 W를 팰릿(91)에 탑재하는] 모습의 일례를 나타내고 있다. 팰릿(91)은, 가공 전의 하나의 공작물 W가 공구 주축대(20)에 의해 취득된 후, 하나의 공작물 W에 대한 배면 가공이 종료될 때까지, 가공실(70) 내의 팰릿 이동 위치에서 대기하고 있어도 된다. 다만, 공구 주축대(20) 등의 움직임을 방해하기 쉬우므로, 도 2∼도 7에 나타낸 바와 같이, 팰릿 이동 장치(92)는, 가공 전의 하나의 공작물 W가 공구 주축대(20)에 의해 취득된 후, 일단 팰릿 스테이션(90) 내에 팰릿(91)을 되돌리고, 하나의 공작물 W에 대한 배면 가공이 종료한 타이밍에서 팰릿 스테이션(90)으로부터 팰릿(91)을 팰릿 이동 위치로 이동시켜도 된다.
배면 가공 후의 공작물 W를 파지 기구(52)에 의해 파지한 공구 주축대(20)는, 팰릿 이동 위치에 존재하는 팰릿(91) 상의 위치이며, 현재 파지하고 있는 공작물 W가 가공 전에 탑재되어 있던 팰릿(91)의 빈 공간과 X축 방향에서 대면하는 소정 위치까지 이동한다. 또한, 공구 주축대(20)는, X축 방향의 이동을 행하고 팰릿(91)에 접근하고, 또한 파지 기구(52)에 의한 공작물 W의 파지를 해제하고, 배면 가공 후의 공작물 W를 팰릿(91)으로 되돌린다.
전술한 일련의 가공 처리를, 팰릿(91)에 의해 반송되는 각 공작물 W에 대하여 행함으로써, 정면 및 배면으로부터의 6면 가공이 행해진 정밀 부품을 양산할 수 있다.
이와 같이 본 실시예의 NC 선반(110)에서는, X축, Y축 및 Z축의 각 방향으로의 이동, C2축 제어 및 B축 제어가 가능한 공구 주축대(20)의 공구 주축(21)에 파지 기구(52)를 장착 및 분리 가능하도록 했다. 그리고, 파지 기구(52)에 의해 파지된 정면 가공 후의 공작물 W에 대하여, 공구 주축대(20)와 X축 방향에서 실질적으로 대면하는 공구대(40)의 공구(41)를 작용시켜서 배면 가공을 행하도록 했다. 따라서, 종래와 같이 배면 가공을 행하기 위해, 공작물 W를 파지하는 배면 주축대 를 가공실(70) 내에 설치할 필요가 없어지고, 결과적으로 NC 선반(110)의 소형화 및 저가격화를 실현할 수 있다.
또한, 종래와 같이 배면 주축대가 존재하는 경우, 도 13에 나타낸 NC 선반(1)과 같이, 배면 추축대(4) 및 공구 주축대(7)를 피하여 우회하는 공급 경로에 의해 주축(2)까지 공작물 W를 공급하는 로드/언로드 장치(9)를 사용하여, 주축(2)에 대하여 공작물 W를 공급하고 있었다. 그러나, 본 실시예에서는, 가공실(70) 내에 배면 주축대가 존재하지 않는다. 그러므로, 팰릿 이동 장치(92)에 의해 공구 주축대(20) 근방의 팰릿 이동 위치까지 팰릿(91)을 이동시킬 수 있으면서, 또한 팰릿(91)으로부터의 공작물 W의 취득 및 팰릿(91)으로 공작물 W를 되돌리는 동작을 파지 기구(52)에 의해 행한다. 그러므로, 가공 전의 공작물 W의 공급 및 가공 후의 공작물 W를 되돌리는 작업이 매우 순조롭게 행해지고, 공작물 W의 가공이 더 단시간에 행해진다. 또한, 로드/언로드 장치(9)가 불필요하므로, 선반의 소형화 및 저가격화가 가능하게 된다.
전술한 실시예의 팰릿 스테이션(90)에는 팰릿 이동 장치(92)를 가지고 있지만, 팰릿(91)을, 예를 들면 팰릿 스테이션(90) 내에 고정하고, 공구 주축(21)에 장착한 파지 기구(52)를 가지는 공구 주축대(20)의 이동 범위를 팰릿(91)의 공작물 W를 집어올리거나 되돌릴 수 있는 범위까지 확대해도 된다. 이 경우, 팰릿 이동 장치(92)가 불필요하게 되므로, 더 염가로 실현될 수 있다.
본 발명에서는, 전술한 실시예 외에도 다양한 변형예를 채용할 수 있다. 전술한 바에 의하면, 하나씩 절단된 공작물 W를 대상으로 NC 선반(110)을 이용하여 가공을 행하는 경우를 전제로 설명하였다. 그러나, 가공 전의 공작물 W가 봉형의 소재(봉재 S)로서 공급되는 경우에도 NC 선반(110)을 이용할 수 있다.
도 9에 나타낸 바와 같이, 봉재 S는, 봉재 공급 장치(120)에 의해 주축대(10)의 한쪽(도면의 좌측)으로부터 주축대(10) 내의 중심을 통과하여 Z축 방향으로 보내진다. 그리고, 그 선단 부분이 주축대(10)의 다른쪽(도면의 우측)으로부터 소정 길이 만큼 외부로 돌출된 상태로 주축(11)에 의해 파지된다.
주축(11)에 파지된 봉재 S의 선단 부분에 대하여, 공구 주축(21)에 장착된 공구(51)[및 또는 공구대(40)가 구비하는 공구(41)]에 의한 정면 가공이 행해진다. 다음에, 공구 주축(21)에서는, 공구(51)로부터 파지 기구(52)로의 교체가 행해지고, 교체 가능한 파지 기구(52)에 의해, 도 9에 나타낸 바와 같이 봉재 S의 선단이 파지된다. 다음에, 공구대(40)는, 공구(41)가 주축(11)으로부터 외부로 돌출된 봉재 S의 선단 부분의 밑부분에 맞닿도록 이동하고, 또한 상기 밑부분에 공구(41)를 작용시키고 뚫고나가는 가공을 행한다. 그 결과, 봉재 S로부터 상기 선단 부분이 분리된다. 공구 주축(21)은, 파지 기구(52)와 봉재 S의 선단 부분, 즉 공작물 W를 파지한 상태로 이동하고, 공작물 W를 공구대(40)의 공구(41)에 접촉시키고, 공작물 W의 배면 가공을 행한다. 그리고, 봉재 S로부터 분리되고 배면 가공이 행해진 공작물 W는, 팰릿 이동 장치(92)에 의해 이동되는 팰릿(91)에 탑재되고, 가공실(70) 밖으로 반송되도록 해도 된다.
또 다른 예로서, 도 10에 나타낸 바와 같이, 공구대(40)는, 그 위치가 가공실(70) 내에서 고정되고, 또한 Z축 방향을 향하는 복수의 공구(41)를 구비하도록 해도 된다. 공구대(40)의 위치가 고정된 경우에도, 공구 주축대(20)는 X축, Y축 및 Z축의 각 방향으로의 이동이 가능하다. 그러므로, 공구 주축(21)에 장착된 파지 기구(52)에 의해 정면 가공 후의 공작물 W가 파지된 상태에서, 공작물 W를 공구대(40)의 각 공구(41)에 접촉시키고, 배면 가공을 행할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이 공구 주축대(20)는 B축 제어를 행할 수 있다. 그러므로, 공구 주축(21)의 축선을 Z축 방향으로 향하는 공구(41)의 축선에 대하여 경사지게 한 상태로 공구(41)에 공작물 W를 접촉시킴으로써, 공작물 W의 경사면에 대한 가공이 가능하게 된다.
또한, 공구대(40) 및 공구(41)의 태양은 도시한 것에 한정되지 않고, XY 평면이나, XZ 평면이나, YZ 평면에 대하여 각각 직교하는 복수의 공구(41)를 설치해도 된다.
또한, 본 발명은 전술한 실시예나 변형예에 한정되지 않고, 그 요지를 벗어나지 않는 범위에서 각종 태양으로 행해질 수 있다.
또한, 공작물 이동 수단의 구체적인 예로서는, 팰릿(91)이나 팰릿 이동 장치(92)를 이용하지 않고, 공작물 W를 단독으로 이동시키는 장치를 사용해도 된다. 이러한 장치로서는, 벨트 컨베이어나 암식 로더 등이 있다.
도 1은 NC 선반의 개략적인 구성을 나타낸 설명도이다.
도 2는 팰릿으로부터 공작물을 취득하는 모습을 나타낸 설명도이다.
도 3은 주축에 공작물을 공급하는 모습을 나타낸 설명도이다.
도 4는 공작물에 정면 가공을 행하는 모습을 나타낸 설명도이다.
도 5는 공작물에 정면 가공을 행하는 모습의 다른 예를 나타낸 설명도이다.
도 6은 주축으로부터 공작물을 취득하는 모습을 나타낸 설명도이다.
도 7은 공작물에 배면 가공을 행하는 모습을 나타낸 설명도이다.
도 8은 공작물을 팰릿으로 되돌리는 모습을 나타낸 설명도이다.
도 9는 변형예에 따른 NC 선반의 개략적인 구성의 일부를 나타낸 설명도이다.
도 10은 다른 변형예에 따른 NC 선반의 개략적인 구성을 나타낸 설명도이다.
도 11은 파지 기구 등의 일부 단면도이다.
도 12는 종래의 NC 선반의 개략적인 구성을 나타낸 설명도이다.
도 13은 종래의 NC 선반의 개략적인 구성을 나타낸 설명도이다.
[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]
10: 주축대 11: 주축
20: 공구 주축대 21: 공구 주축
21a: 공급 경로 30: ATC
40: 공구대 41: 공구(제2 공구)
50: 공구 매거진 51: 공구(제1 공구)
52: 파지 기구 52a: 척 클릭
52b: 척 본체 52b1: 마스터 죠
52b2: 면 52b3: 시프터
52b4: 피스톤 52b5: 압축 스프링
52b6: 쿨란트액 유입 공간 52b7: 접속부
60: 중간 스테이션 70: 가공실
80: 쿨란트액 탱크 90: 팰릿 스테이션
91: 팰릿 92: 팰릿 이동 장치
100: NC 장치 110: NC 선반
120: 봉재 공급 장치

Claims (7)

  1. 공작물을 파지하여 회전 가능한 주축,
    서로 직교하는 3개 축의 각각의 방향으로의 이동과 상기 3개 축 중에서 상기 주축에 직교하는 소정의 축을 중심으로 한 선회가 가능한 공구 주축,
    상기 공구 주축에 대하여, 상기 주축에 파지된 공작물의 가공에 사용되는 제1 공구와 공작물의 파지에 사용되는 파지 기구를 장착 및 분리하는 자동 공구 교환 장치, 및
    상기 공구 주축에 장착된 상기 파지 기구에 의해 파지된 상기 공작물에 대한 가공에 사용되는 제2 공구가 설치된 공구대
    를 포함하는 공작 기계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공구대는, 상기 주축을 포함하는 소정의 면에서 상기 제2 공구를 이동시킬 수 있으며, 상기 주축이 파지한 공작물에 대하여 상기 제2 공구를 작용시키는, 공작 기계.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 공구 주축에 장착된 상기 파지 기구가 도달 가능한 범위 내로 공작물을 이동시키는 공작물 이동 수단을 더 포함하고,
    상기 공구 주축은, 상기 공작물 이동 수단에 의해 상기 범위 내로 이동된 공작물을 상기 파지 기구에 의해 집어들고, 상기 파지 기구에 의해 파지된 공작물을 상기 공작물 이동 수단 측으로 전달하는, 공작 기계.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 공구 주축에 장착된 상기 파지 기구가 도달 가능한 범위 내로 공작물을 이동시키는 공작물 이동 수단을 더 포함하고,
    상기 공구 주축은, 상기 공작물 이동 수단에 의해 상기 범위 내로 이동된 공작물을 상기 파지 기구에 의해 집어들고, 상기 파지 기구에 의해 파지된 공작물을 상기 공작물 이동 수단 측으로 전달하는, 공작 기계.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 공작물 이동 수단은, 공작물 반송용 팰릿과 상기 팰릿을 이동시키는 팰릿 이동 장치로 이루어지고,
    상기 공구 주축은, 상기 팰릿 이동 장치에 의해 상기 범위 내로 이동된 팰릿으로부터 공작물을 집어들고, 공작물을 상기 팰릿 측으로 전달하는, 공작 기계.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 공작물 이동 수단은, 공작물 반송용 팰릿과 상기 팰릿을 이동시키는 팰릿 이동 장치로 이루어지고,
    상기 공구 주축은, 상기 팰릿 이동 장치에 의해 상기 범위 내에 이동된 팰릿으로부터 공작물을 집어들고, 공작물을 상기 팰릿 측으로 전달하는, 공작 기계.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공구 주축은 내부에 형성된 공급 경로를 통하여, 가압된 쿨란트액을 상기 파지 기구에 공급하고, 상기 파지 기구는 상기 쿨란트액의 공급에 따라 개폐 동작을 행하는, 공작 기계.
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