KR20090053690A - 공작기계 및 센서모듈 - Google Patents

Abstract

작업물의 치수를 기기 내에서 계측할 수 있으며, 또한 기계의 소형화와 센서의 장수명화를 양립시킬 수 있는 공작기계를 제공한다.

주축(2)에 파지(把持)된 작업물(12)을 가공하는 공작기계로서, 복수의 공구부착면을 갖는 터릿 절삭공구대(7)와, 상기 공구부착면 중 하나에 부착되며, 터릿 절삭공구대(7)의 지름방향으로 기립하는 지지기둥(22)과, 지지기둥(22)의 헤드부(22b)에 고정되어 작업물의 치수를 계측하는 센서(24)와, 지지기둥(22)의 베이스(21)에 지지되는 커버편(25) 및 커버편(26)을 구비하고, 커버편(25) 및 커버편(26)은, 터릿 절삭공구대(7)의 둘레방향으로 개폐가능하며, 폐쇄된 위치에서 지지기둥(22)과 센서(24)를 덮는다.

Description

공작기계 및 센서모듈{MACHINE TOOL AND SENSOR MODULE}

본 발명은 공작기계에 관한 것으로서, 특히 작업물의 치수를 기기 내에서 계측할 수 있는 공작기계에 관한 것이다.

종래, 공작기계 중 하나로서, 회전식의 공구선택기구인 터릿을 구비한 터릿선반이 사용되고 있다.

도 16은 일반적인 터릿선반의 주요부의 일례를 나타낸 외관 사시도이다. 도 16에 도시된 터릿선반(1)은 주축(2) 및 터릿(3)을 구비한다.

주축(2)은 베드(4)에 설치되는 주축대(5)에 지지되며, 주축 척(6)에 의해 작업물(도시생략)을 파지(把持)한다. 터릿(3)은 터릿 절삭공구대(7), 인덱스기구(8) 및 터릿 슬라이드(9)로 이루어진다.

터릿 절삭공구대(7)는 회전축의 주위에 복수의 공구부착면(10)을 가지고, 인덱스기구(8)에 의해 회전가능하게 지지되어 있다. 공구부착면(10)에는 바이트 등의 공구(11)가 장착된다.

인덱스기구(8)는 터릿 슬라이드(9)에 설치되며, 모터구동에 의해 터릿 절삭공구대(7)를 회전시킴으로써 원하는 공구부착면(10)을 작업물측에 위치시키고, 또 한 터릿 절삭공구대(7)를 주축(2)의 축방향인 Z축 방향으로 이동시킨다.

터릿 슬라이드(9)는 베드(4) 상에 Z축 방향과 직교하는 X축 방향으로 이동이 가능하게 설치되며, 모터구동에 의해 터릿 절삭공구대(7) 및 인덱스기구(8)와 함께 X축 방향으로 이동한다.

이러한 구성은, 통상적으로는 하우징(도시생략)에 수납되며, 하우징 내에서 작업물의 가공이 이루어진다.

터릿선반 등의 공작기계로서는, 작업물의 치수를 기기 내에서 계측하는 기능을 갖는 것이 있다. 이러한 기능을 이용하여, 예컨대 작업물을 매번 기기 외부로 꺼내지 않고 치수를 계측함으로써 작업효율을 향상시킬 수 있다. 또 온도변화 등 기기 내의 환경변화에 따른 작업물이나 기체(機體)의 변위를 계측하여 공작기계에 대한 제어량을 교정함으로써 높은 치수정밀도를 유지할 수 있다. 이러한 기능을 갖는 터릿선반은 예컨대, 공구부착면(10) 중 하나에 부착된 센서에 의해 작업물의 치수를 계측한다.

그러나, 센서를 공구부착면(10)에 부착한 것에서는, 작업물 가공시에 비산(飛散)하는 절삭분 및 쿨런트(coolant)로 뒤덮이는 등으로 인하여 센서가 손상되기 쉽고, 또 센서의 신뢰성 저하나 수명단축을 초래하기 쉽다.

이에, 작업물의 치수를 기기 내에서 계측할 수 있으며, 또한 센서의 장수명화를 도모한 터릿선반이 제안된 바 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조).

특허문헌 1에 개시되는 터릿선반은, 터릿의 전방에서 터릿 중심의 비회전부재에 선회가능하게 지지되어 터릿의 장착공구보다 외측으로 연장되는 센서부착아암 을 설치하고, 상기 아암의 선단에 주축의 작업물을 계측하는 기기 내 계측센서를 부착하며, 상기 아암을 주축으로부터 멀어지는 퇴피(退避)각도로 유지하는 퇴피유지기구와, 상기 아암을 터릿의 회전부분에 걸림 및 이탈이 가능하도록 연결하는 선회용 연결기구를 설치하여 이루어진다.

상기 구성에 따르면, 기기내 계측센서를, 터릿의 회전과는 관계없이 적시에 퇴피시켜, 퇴적 절삭분이나 쿨런트와의 접촉을 저감시킬 수 있다. 그 결과, 센서가 손상되기 어려워져, 센서의 신뢰성 향상 및 장수명화에 도움이 된다.

[특허문헌1] 일본 실용신안공개공보 H7-3902호

그러나, 종래의 기술에 따르면, 센서를 부착하기 위한 아암을 터릿 절삭공구대와는 별개로 설치하므로, 터릿선반의 소형화는 곤란하다. 또한, 아암을 터릿 절삭공구대의 전방에 설치하므로, 공구교환시에 아암이 방해가 되기 쉽다.

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 작업물의 치수를 기기내에서 계측할 수 있는 공작기계로서, 공작기계의 소형화와 센서의 장수명화가 양립하는 공작기계, 및 공작기계에 이러한 효과를 가져오는 센서모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 공작기계는, 주축에 파지(把持)된 작업물을 가공하는 공작기계로서, 복수의 공구부착면을 갖는 터릿 절삭공구대와, 상기 공구부착면 중 하나에 부착된 베이스와, 상기 베이스에 회동 또는 직선운동이 가능하게 부착되며, 회동 또는 직선운동함에 따라 상기 베이스가 부착된 공구부착면과의 거리를 변경할 수 있는 가동부와, 상기 가동부에 부착되어 상기 작업물의 치수를 계측하는 센서와, 상기 가동부가 상기 베이스에 대하여 회동 또는 직선운동함에 따라 개폐되며, 폐쇄된 위치에서 상기 센서를 덮는 제 1 커버편 및 제 2 커버편을 구비한다.

또, 상기 제 1 커버편 및 제 2 커버편은 상기 베이스에 의해 지지되며, 상기 공작기계는 상기 가동부를 상기 터릿 절삭공구대의 지름방향으로 왕복이동시키는 구동기구와, 상기 가동부와 상기 제 1 커버편을 연결하는 제 1 링크와, 상기 가동부와 상기 제 2 커버편을 연결하는 제 2 링크를 더 구비할 수도 있다.

또, 상기 제 1 커버편 및 제 2 커버편은 상기 가동부에 의해 지지되며, 상기 공작기계는 상기 가동부를 상기 베이스에 대하여 회전시키는 구동기구와, 상기 가동부에 대하여, 상기 가동부의 회동축과 평행한 방향으로 이동가능하게 부착된 슬라이드부재와, 상기 가동부의 상기 베이스에 대한 회동을, 상기 슬라이드부재의 병진(竝進)으로 변환시키는 변환기구와, 상기 슬라이드부재와 상기 제 1 커버편을 연결하는 제 1 링크와, 상기 슬라이드부재와 상기 제 2 커버편을 연결하는 제 2 링크를 더 구비할 수도 있다.

상기 구성에 따르면, 센서가 상기 커버편에 의해 덮임으로써 절삭분이나 쿨런트로부터 보호되어 센서의 장수명화가 도모되는 동시에, 공작기계의 소형화에 도움이 되는 다음과 같은 특징을 얻을 수 있다.

즉, 가동부, 센서 및 커버편 모두가 터릿의 공구부착면에 부착되므로, 종래와 같이 센서를 부착하기 위한 아암을 터릿 절삭공구대와 별개로 설치하는 구성과는 달리 기기 내의 공간이 쓸데없이 점유되는 일이 없다. 또한, 다른 공구부착면에 대한 절삭공구의 탈부착에 쉽게 방해가 되지 않는다. 또한, 커버편이 터릿 절삭공구대의 둘레방향으로 개폐하므로, 절삭공구의 선회반경을 크게 이탈하지 않으면서 커버를 개폐할 수 있다. 그리고, 지지기둥의 기립방향으로 왕복이동하는 구동기구와 링크에 의해 커버편이 개폐되므로, 예컨대 커버편을 외측으로부터 잡아당겨 개폐하는 구성에 비해 소형으로 실현가능하다.

또, 상기 공작기계는 상기 제 1 커버편과 상기 제 2 커버편을 폐쇄하는 방향으로 가압하는 탄성체를 더 구비하고, 상기 제 1 링크와 상기 제 2 링크는 상기 가동부가 움직임에 따라 상기 제 1 커버편과 상기 제 2 커버편을, 폐쇄된 위치와 개방된 위치의 사이에서 가장 넓게 개방되는 위치를 통과하여 이동시켜도 무방하다.

상기 구성에 따르면, 상기 구동기구로부터의 구동력이 도중에 끊어졌을 경우에도, 상기 탄성체의 가압력에 의해 상기 커버편의 개폐상태가 안정적으로 유지되므로, 불시의 정전 등에 있어서의 페일 세이프(fail safe)에 도움이 된다.

본 발명은, 이러한 공작기계로서 실현가능할 뿐만 아니라, 이러한 공작기계에 이용되는 센서모듈로서도 실현가능하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 공작기계에 따르면, 지지기둥, 센서 및 커버편을 모두 터릿의 공구부착면에 부착하여, 커버편이 상기 터릿 절삭공구대의 둘레방향으로 개폐가능해지도록 구성하였기 때문에, 작업물의 치수를 기기 내에서 계측할 수 있고, 또한 공작기계의 소형화와 센서의 장수명화를 양립시키는 공작기계 및 공작기계에 이러한 효과를 가져오는 센서모듈을 실현할 수가 있다.

(제 1 실시형태)

본 발명의 제 1 실시형태에서의 공작기계의 일례로서의 터릿선반에 대하여, 도면을 참조하면서 상세하게 설명하도록 한다.

우선, 터릿선반의 구성에 대하여 설명한다.

상기 터릿선반은, 도 16에 도시된 종래의 일반적인 터릿선반과 마찬가지로 회전식의 공구선택기구인 터릿(3)을 구비하고, 터릿 절삭공구대(7)의 공구부착면(10) 중 하나에 센서모듈(110)을 구비하여 이루어진다.

센서모듈(110)은 크게 센서와, 센서를 보호하는 커버와, 커버를 개폐하기 위한 기구를 갖는다.

도 1은 터릿선반의 작업물 방향을 향하는 공구부착면 부근을 좌측 전방에서 본 확대 사시도이다. 도 1에는 공구부착면에 부착되며, 커버가 개방된 위치(즉, 커버편이 멀어진 위치)에 있는 센서모듈(110)의 일례가 도시되어 있다.

센서모듈(110)은, 지지기둥의 베이스부로서 공구부착면에 체결되는 베이스(21)와, 베이스(21)로부터 터릿 절삭공구대(7)의 지름방향으로 기립하는 지지기둥(22)과, 지지기둥(22)에 고정되어 작업물(12)의 치수를 계측하는 센서(24)와, 제 1 커버편 및 제 2 커버편으로서의 커버편(25) 및 커버편(26)을 갖는다.

지지기둥(22)은 분리된 지지기둥 다리부(22a)와 지지기둥 헤드부(22b)로 이루어진다. 지지기둥 다리부(22a)에는 지지기둥(22)의 기립방향으로 왕복이동하는 플런저(32)를 갖는 구동기구(도시생략)가 고정된다. 지지기둥 헤드부(22b)는 구동기구의 플런저(32)에 부착된다. 플런저(32)는 지지기둥 헤드부(22b)를 터릿 절삭공구대(7)의 지름방향으로 왕복이동시킨다.

구동기구는 예컨대, 도시되지 않은 펌프로부터 터릿(3)의 회전축 내부 및 공구부착면을 경유하여 공급되는 공기에 의해 작동하는 에어 실린더이다. 절삭분 및 쿨런트의 블로잉용으로 공급되는 공기를 에어 실린더의 구동에 이용할 수도 있다.

센서(24)는 예컨대 센서(24)의 선단과 작업물간의 접촉을 검출하는 접촉센서로서, 지지기둥 헤드부(22b)에 고정된다.

커버편(25) 및 커버편(26)은 베이스(21)의 지지기둥(22)을 낀 양측에 설치되는 지지축에 의해, 터릿 절삭공구대(7)의 둘레방향으로 개폐가능하게 축지지된다.

센서모듈(110)은 커버를 개폐하기 위한 기구로서, 플런저(32)에 고정되어 플런저(32)를 연장시키는 브래킷(35)과, 브래킷(35) 및 커버편(25)을 연결하는 링크(33)와, 브래킷(35) 및 커버편(26)을 연결하는 링크(34)와, 커버편(25) 및 커버편(26)을 폐쇄하는 방향으로 가압하는 탄성체로서의 스프링(36)을 더 갖는다.

본 실시형태에 있어서, 일체로 동작하는 플런저(32), 브래킷(35) 및 지지기둥 헤드부(22b)가 가동부의 일례이다.

도 1에 도시된 커버가 개방된 상태는, 플런저(32)가 터릿 외주측 단부로 진출한 상태에 대응한다.

도 2는 커버가 폐쇄된 상태(즉, 커버편(25) 및 커버편(26)이 접한 상태)의 센서모듈(110)의 외관을 나타낸 확대 사시도이다. 상기 커버가 폐쇄된 상태는, 플런저(32)가 터릿 내주측 단부로 퇴입된 상태에 대응한다.

커버편(25) 및 커버편(26)은 상기 폐쇄된 위치에서 지지기둥(22) 및 센서(24)를 덮는 동시에, 터릿 절삭공구대(7)가 회전했을 경우에 다른 구성부와 간섭하지 않는 한계반경인 절삭공구의 선회반경 내에 수용된다.

커버편(25) 및 커버편(26)은 플런저(32)가 움직임에 따라 개방된 위치와 폐쇄된 위치의 사이를 이동한다.

다음으로, 커버의 개방상태 및 폐쇄상태를 안정적으로 유지하는 기구에 대하여 설명한다.

도 3은 플런저(32)가 이동범위의 양단부에 있는 경우의, 베이스(21), 지지기둥 다리부(22a), 지지기둥 헤드부(22b), 커버편(25), 커버편(26), 링크(33), 링크(34), 브래킷(35) 및 스프링(36)의 위치를 설명하는 도면이다. 플런저(32)가 터릿 내주측 단부에 있는 경우의 위치를 실선 및 점선으로 나타내고, 플런저(32)가 터릿 외주측 단부에 있는 경우의 위치를 2점 쇄선으로 나타낸다.

플런저(32)의 이동범위의 양단부는, 스프링(36)의 가압력에 의해 플런저(32)가 각각의 단부에 밀어붙여지는 위치에 설치된다.

플런저(32)가 터릿 내주측(도면 우측)의 단부에 있는 경우에는, 링크(33)의 브래킷(35)측의 접속점이 커버편(25)측의 접속점보다 우측에 있고, 또 링크(34)의 브래킷(35)측의 접속점이 커버편(26)측의 접속점보다 우측에 있다.

상기 위치에서, 스프링(36)의 가압력은 브래킷(35)을 우측으로 밀어내는 방향으로 작용하므로, 플런저(32)는 이동범위의 터릿 내주측 단부에 밀어붙여진다.

플런저(32)가 터릿 외주측(도면 좌측)으로 이동함에 따라, 커버편(25) 및 커버편(26)의 개방각은 증가해간다. 그리고, 링크(33) 및 링크(34)가 플런저(32)의 이동방향에 대하여 수직이 되는 위치에서, 커버편(25) 및 커버편(26)의 개방각이 최대가 된다. 플런저(32)가 이 위치를 통과하면 커버편은 폐쇄되기 시작하고, 이동범위의 터릿 외주측의 단부에 도달할 때까지, 커버편(25) 및 커버편(26)의 개방각은 감소되어 간다.

플런저(32)가 터릿 외주측의 단부에 있을 경우에는, 링크(33)의 브래킷(35)측의 접속점이 커버편(25)측의 접속점보다 좌측에 있고, 또 링크(34)의 브래킷(35)측의 접속점이 커버편(26)측의 접속점보다 좌측에 있다.

상기 위치에서, 스프링(36)의 가압력은 브래킷(35)을 좌측으로 밀어내는 방향으로 작용하므로, 플런저(32)는 이동범위의 터릿 외주측 단부에 밀어붙여진다.

상기 구성에 의해, 구동기구로부터의 구동력이 도중에 끊어졌을 경우에도, 스프링(36)의 가압력에 의해, 커버의 개방상태 및 폐쇄상태가 안정적으로 유지되므로, 불시의 정전 등에 있어서의 페일 세이프에 도움이 된다.

다음으로, 상기한 바와 같이 구성된 터릿선반의 동작에 대하여 설명한다.

작업물(12)을 계측할 때, 터릿선반의 제어장치(도시생략)는 인덱스기구(8)를 제어함으로써, 터릿 절삭공구대(7)의 센서모듈(110)이 부착된 절삭공구 부착면을 작업물(12)의 방향으로 위치결정한다.

그리고, 구동기구에 공기를 공급함으로써, 플런저(32)를 이동범위의 터릿 외주측 단부로 이동시킨다. 이에 따라, 커버가 개방되어 지지기둥 헤드부(22b)와 함께 센서(24)가 작업물(12)의 방향으로 진출한다.

이 상태에서 작업물(12)의 계측이 이루어진다. 즉, 제어장치는 터릿 슬라이드(9)를 이동시켜, 작업물(12) 직경상의 2점의 Ｘ좌표를 센서(24)의 접촉에 의해 특정함으로써 작업물(12)의 직경을 계측한다.

커버편(25) 및 커버편(26)은 터릿 절삭공구대(7)의 둘레방향으로, 공구의 선회반경으로부터 크게 벗어나지 않고 개폐하므로, 커버편(25) 및 커버편(26)을 퇴피시키기 위한 공간을 굳이 마련할 필요가 없어, 터릿선반의 소형화의 측면에서 유리하다.

또, 커버편(25) 및 커버편(26)은 작업물(12)로부터 멀어지는 방향으로 개방되므로, 커버편(25) 및 커버편(26)과 작업물(12)간의 간섭이 일어나기 어렵다. 커버편(25) 및 커버편(26)은, 작업물(12)과의 간섭회피의 측면에서, 인접하는 공구와의 간섭이 발생하지 않는 한 넓게 개방되는 것이 바람직하다.

또한, 지지기둥 헤드부(22b)와 함께 센서(24)가 작업물 방향으로 진출함으로써, 커버편(25) 및 커버편(26)과 센서(24)간의 클리어런스가 증대하는 것도, 커버편(25) 및 커버편(26)과 대형 작업물(12)간의 간섭을 회피함에 있어서 유리하다.

작업물(12)에 대한 치수의 계측이 종료되면, 제어장치는 다시 구동기구에 공기를 공급함으로써, 플런저(32)를 이동범위의 터릿 내주측 단부로 이동시킨다. 이에 따라, 지지기둥 헤드부(22b)와 함께 센서(24)가 터릿 내주측으로 인입되어 커버 가 폐쇄된다.

이 상태에서 지지기둥(22), 센서(24), 플런저(32)는 커버편(25) 및 커버편(26)에 의해 덮여, 절삭분이나 쿨런트가 날아와 접촉하는 문제로부터 보호된다. 또한, 커버편(25) 및 커버편(26)은 절삭공구의 선회반경 내에 수용되어, 터릿 절삭공구대(7)가 회전했을 경우에도 다른 구성부와 간섭하지 않는다.

이러한 보호가 실현된 상태에서, 제어장치는 터릿 절삭공구대(7)를 회전시킴으로써 적합한 공구를 작업물(12) 방향으로 위치결정하여 작업물(12)의 가공을 속행한다.

또한, 본 실시형태에 있어서, 커버편(25)과 커버편(26)을 폐쇄하는 방향으로 가압하는 탄성체는 스프링(36)으로 한정되지 않는다. 예컨대, 커버편(25) 및 커버편(26)의 각각과 베이스(21)에 걸쳐지는 토션 스프링이어도 무방하다.

또, 커버편(25) 및 커버편(26)의 지지축을 터릿의 전면측을 향해 좁아지는 비평행형으로 배치하여도 무방하다. 이렇게 하면, 커버편(25) 및 커버편(26) 각각의 센서(24)측의 선단부가 개방되면서 터릿의 전면측으로 이동하기 때문에, 작업물(12)로부터 보다 멀어질 수 있다. 이는, 커버편(25) 및 커버편(26)과 대형 작업물(12)간의 간섭을 회피함에 있어서 유리하다.

이상, 제 1 실시형태에서 설명한 공작기계 및 센서모듈의 구성에 따르면, 커버편(25) 및 커버편(26)이 터릿 절삭공구대(7)의 둘레방향으로 개폐하므로, 절삭공구의 선회반경을 크게 벗어나지 않으면서 커버를 개폐할 수 있다. 또한, 터릿 절삭공구대(7)의 지름방향으로 왕복이동하는 구동기구와 링크기구에 의해 커버편(25) 및 커버편(26)이 개폐되므로, 예컨대 커버편을 외측으로부터 잡아당겨 개폐하는 구성에 비해 소형으로 실현가능하다.

(제 2 실시형태)

본 발명의 제 2 실시형태로서, 단부에 센서(24)를 구비하는 아암(122)이 회동함으로써, 센서와 공구부착면(10)간의 거리인 센서거리를 신축시킬 수 있는 센서모듈(120)을 구비하는 터릿선반(100)에 대하여 설명한다. 터릿선반(100)은 본 발명의 공작기계의 다른 일례이다.

또한, 제 2 실시형태의 터릿선반(100)의 기본적인 구성은, 제 1 실시형태의 터릿선반(1)과 같다. 따라서, 제 2 실시형태에서 특징적인 구성부인 센서모듈(120)을 중심으로 설명하도록 한다.

우선, 도 4~도 7을 이용하여 제 2 실시형태에서의 센서모듈(120)의 기본적인 구성에 대하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 제 2 실시형태에서의 센서모듈(120)의 외관을 나타낸 확대 사시도이다.

센서모듈(120)은 베이스(121)와, 베이스(121)에 부착되어 회동하는 아암(122)과, 아암(122)과 일체로 회동하는 기어박스(123)와, 아암(122)의 회동을 구동하는 구동부(124)와, 센서(24, 도 4에서는 도시생략)를 덮는 제 1 커버편(125) 및 제 2 커버편(126)과, 아암(122)의 선단부에 고정된 후부 커버(127)를 갖는다.

본 실시형태에 있어서, 일체로 동작하는 아암(122)의 선단부 및 후부 커버(127)가 가동부의 일례이다.

도 4는 아암(122)을 내측에 수용함으로써 센서거리를 줄인 상태의 센서모듈(120)을 나타낸다. 이 상태에서 구동부(124)는 아암(122)을 180도 회동시킬 수 있다.

아암(122)의 단부에 유지되어 있는 센서(24)는, 아암(122)이 회동함에 따라 공구부착면(10)과의 거리가 늘어나게 된다.

도 5는 도 4에 도시된 상태로부터 아암(122)이 90도 회동한 상태의 센서모듈(120)의 외관을 나타낸 확대 사시도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 아암(122)의 회동에 따라 제 1 커버편(125)과 제 2 커버편(126)이 개방된다.

도 6은 도 5에 도시된 상태로부터 아암(122)이 90도 더 회동한 상태의 센서모듈(120)의 외관을 나타낸 확대 사시도이다.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 아암(122)이 도 4에 도시된 상태로부터 180도 회동하면, 센서거리가 늘어난 상태가 되어, 제 1 커버편(125)과 제 2 커버편(126)이 완전히 개방된다.

이와 같이 센서모듈(120)은 아암(122)을 회동시킴으로써 센서(24)의 지름방향의 위치를 공구부착면(10)으로부터 먼 위치로 가져 갈 수가 있다. 즉, 센서거리를 늘릴 수가 있다.

이와 같이 센서거리를 늘림으로써, 센서(24)에 의해 작업물의 직경의 양단 위치를 직접 계측할 수 있게 된다.

또한, 구동부(124)는 예컨대, 에어 실린더와 랙 앤드 피니언(rack and pinion)으로 구성되어 있으며, 에어 실린더를 구동원으로 하여 아암(122)을 회동시킬 수 있다.

또, 구동부(124)로 에어 실린더를 이용했을 경우에는, 상술한 바와 같이, 절삭분의 블로잉 등을 위해 터릿 절삭공구대(7)에 공급되는 공기를 이용할 수가 있다.

또, 아암(122)과 구동부(124)에 의해 본 발명의 공작기계 및 센서모듈에서의 거리신축기구가 실현된다.

또, 도 6에 도시된 상태로부터, 아암(122)이 반대로 180도 회동하면, 도 4에 도시된 상태, 즉, 센서거리를 줄이며 제 1 커버편(125)과 제 2 커버편(126)이 폐쇄된 상태가 된다.

이러한 제 1 커버편(125) 및 제 2 커버편(126)의 개폐동작은, 본 실시형태에서는 기어박스(123) 및 링크기구에 의해 실현된다. 링크기구의 상세에 대해서는 후술하도록 한다.

다음으로, 도 7~도 13을 이용하여 제 2 실시형태의 센서모듈(120)의 구성 및 동작의 상세에 대해 설명한다.

도 7은 제 2 실시형태의 센서모듈(120)의 구성을 나타낸 평면도이다.

도 7에 도시된 바와 같이 센서모듈(120)은 상술한 아암(122) 등의 구성부 이외에 캠(128)과 슬라이드부재(129)를 구비하고 있다.

또, 구동부(124)는 터릿 절삭공구대(7)의 회전축과 평행한, 즉 Z축에 평행한 방향의 구동축(124a)을 갖는다.

아암(122)은 구동축(124a)과 연결되어 있으며, 구동부(124)는 구동축(124a)을 통해 아암(122)을 회동시킬 수 있다.

이 때, 아암(122)에 부착되어 있는 기어박스(123)는, 아암(122)과 함께 회동한다. 이러한 회동에 따라 기어박스(123) 내부의 기어가 회전하여, 캠(128)을 Z축 방향과 평행한 방향으로 이동시킨다.

이와 같이 캠(128)이 이동함으로써, 캠(128)에 연결된 슬라이드부재(129)가 동일 방향으로 이동한다.

또한, 슬라이드부재(129)는 아암(122) 및 기어박스(123)에 대하여 Z축 방향에 평행한 방향으로만 슬라이드될 수 있다. 이에 따라, 슬라이드부재(129)에 연결된 캠(128)은, 아암(122) 및 기어박스(123)에 대하여 회전하지 않는다.

도 8은 캠(128)의 외관을 나타낸 사시도이다.

캠(128)은 기어박스(123) 내부의 기어 내주의 돌기가 걸림결합하여 슬라이딩하는 캠 홈(128a)과, 슬라이드부재(129)가 부착되는 부위인 슬라이드부재 부착부(128b)를 갖는다.

도 9는 기어박스(123) 내부구조의 개요를 나타낸 도면이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 기어박스(123)는 기어 케이스(123a)와, 제 1 기어(123b)와, 제 2 기어(123c)와, 제 3 기어(123d)를 갖는다.

이들 3개의 기어 중, 제 1 기어(123b)만이 베이스(121)에 대하여 회전하지 않는다. 구체적으로는, 베이스(121)의 원통부(121a, 도 7 참조)에 고정되어 있다.

이 때문에, 기어박스(123)가 구동축(124a)을 중심으로 회동하면, 제 1 기 어(123b)는 기어 케이스(123a)에 대하여 상대적으로 회전하게 된다.

또, 제 3 기어(123d)의 내주에는 돌기(123e)가 설치되어 있어, 제 3 기어(123d) 내측의 구멍에 삽입된 캠(128)의 캠 홈(128a)과 걸림결합 되어 있다. 또한, 캠 홈(128a)의 방향은, 제 3 기어(123d)의 회전면에 대하여 비스듬한 방향이다.

상기 구조에 있어서, 제 3 기어(123d)가 회전함에 따라, 기어박스(123)에 대하여 회전하지 않는 캠(128)은, Z축에 평행한 방향, 즉, 도 9의 안쪽 방향 또는 앞방향으로 이동한다.

예컨대, 구동축(124a)이 도 9에 도시된 바와 같이 시계방향으로 회동하면, 이에 따라 기어박스(123)가 동일한 방향으로 회동한다.

이 때, 베이스(121)에 고정된 제 1 기어(123b)는 기어 케이스(123a)에 대해서는 반시계방향으로 회전한다.

상기 제 1 기어(123b)의 회전력은 제 2 기어(123c)를 통해 제 3 기어(123d)에 전달되며, 제 3 기어(123d)는 반시계방향으로 회전한다. 이에 따라 캠(128)은 Z축에 평행한 방향으로 이동한다.

도 10은 캠(128)이 이동하는 모습을 나타낸 모식도이다.

도 10에 도시된 바와 같이 돌기(123e)는, 캠 홈(128a)을 추적하면서 Z축에 수직인 방향으로 이동한다. 이에 따라, 캠(128)은 Z축에 평행한 방향으로 이동한다.

예컨대, 도 10의 좌방향이 도 9의 안쪽 방향일 경우, 기어박스(123)가 시계 방향으로 회동함으로써, 제 3 기어(123d)는 반시계방향으로 회전한다. 이에 따라, 캠(128)은 도 9의 앞방향(도 10의 우방향)으로 이동한다.

또, 기어박스(123)가 반시계방향으로 회동하면, 캠(128)은 도 9의 안쪽 방향(도 10의 좌방향)으로 이동한다.

이러한 캠(128)의 이동에 따라 슬라이드부재(129)가 이동하고, 링크기구에 의해 제 1 커버편(125) 및 제 2 커버편(126)이 개폐한다.

도 11은 제 1 커버편(125) 및 제 2 커버편(126)이 폐쇄된 상태를 나타낸 도면이다.

도 11에 도시된 바와 같이, 제 1 커버편(125)은 제 1 핀(125a)에 의해 후부 커버(127)와 회동가능하게 연결되어 있으며, 제 1 핀(125a)을 회동축으로 하여 회동할 수 있다.

또, 제 2 커버편(126)은 제 2 핀(126a)에 의해 후부 커버(127)와 회동가능하게 연결되어 있으며, 제 2 핀(126a)을 회동축으로 하여 회동할 수 있다.

또, 제 1 커버편(125) 및 제 2 커버편(126)의 각각은 제 1 링크(125b) 및 제 2 링크(126b)에 의해 슬라이드부재(129)와 연결되어 있다.

도 11에 도시된 상태로부터, 캠(128)이 센서(24)가 존재하는 방향, 즉 도 11에서의 우방향으로 이동하면, 슬라이드부재(129)도 우방향으로 이동한다.

슬라이드부재(129)가 우방향으로 이동하면, 제 1 링크(125b)에 의해 제 1 커버편(125)이 도 11의 상방향으로 회동한다. 또한, 제 2 링크(126b)에 의해 제 2 커버편(126)이 하방향으로 회동한다. 즉, 제 1 커버편(125) 및 제 2 커버편(126) 이 개방되도록 회동한다.

이와 같이 캠(128)이 우방향으로 이동함에 따라, 제 1 커버편(125) 및 제 2 커버편(126)이 차례로 개방되어, 도 12에 도시된 상태를 거쳐 도 13에 도시된 상태가 된다.

도 12는 제 1 커버편(125) 및 제 2 커버편(126)이 완전히 개방되기 전의 상태를 나타낸 도면이며, 도 13은 이들이 완전히 개방된 상태를 나타낸 도면이다.

도 13에 도시된 바와 같이, 제 1 커버편(125) 및 제 2 커버편(126)의 각각이 거의 90도만큼 회동함으로써, 센서(24)에 의해 작업물의 치수를 계측할 때 이들 커버편이 방해되는 일이 없다.

또, 이들 커버편 내에 절삭분 등의 먼지가 존재할 경우에도, 그 먼지를 커버편 내부에서 외부로 배출할 수 있다. 즉, 이들 커버편 내부에 먼지가 퇴적하는 것을 막을 수 있다.

또한, 도 13에 도시된 상태로부터 캠(128)이 좌방향으로 이동함으로써, 제 1 커버편(125) 및 제 2 커버편(126)은 도 11에 도시된 위치까지 복귀한다.

도 14는 제 1 커버편(125) 및 제 2 커버편(126)이 개방될 때의 센서모듈(120)의 동작의 흐름을 나타낸 도면이다.

또한, 도 14의 상단은 도 11에 대응하는 도면, 도 14의 중간단은 도 12에 대응하는 도면, 도 14의 하단은 도 13에 대응하는 도면이다.

도 14의 상단은 센서거리가 가장 짧은 상태이며, 이 상태로부터 아암(122)이 90도 회동하면 도 14의 중간단에 도시된 상태가 된다. 아암(122)이 90도 더 회동 하면 도 14의 하단에 도시된 상태가 된다.

이와 같이, 아암(122)이 회동함에 따라 슬라이드부재(129)가 이동하고, 슬라이드부재(129)에 연결된 제 1 링크(125b) 및 제 2 링크(126b)에 의해 제 1 커버편(125) 및 제 2 커버편(126)이 차례로 개방되어 간다.

또, 도 14의 하단에 도시된 바와 같이, 센서거리가 늘어난 상태가 되면, 아암(122)은 회동을 정지하고, 작업물(12)의 치수에 대한 계측이 개시된다.

그리고, 작업물(12)의 치수에 대한 계측이 종료되면, 아암(122)은 역방향으로 회동하여, 다시 도 14의 상단에 도시된 바와 같이 센서거리가 줄어들며, 또한 제 1 커버편(125) 및 제 2 커버편(126)이 폐쇄된 상태로 복귀한다.

또한, 이러한 아암(122)의 회동 및 터릿 절삭공구대(7)의 이동은, 제 1 실시형태에서의 지지기둥(22)의 신축 등과 마찬가지로, 도시되지 않은 제어장치에 의해 제어된다.

또, 본 실시형태에 있어서, 센서모듈(120)의 아암(122)의 회동축이 되는 구동축(124a)은, 터릿 절삭공구대(7)의 회전축과 평행한 것으로 하였다. 그러나, 구동축(124a)은 다른 방향을 향하고 있어도 무방하다.

요컨대, 구동축(124a)의 방향은, 아암(122)을 회동시킴으로써 터릿 절삭공구대(7)의 회전에 방해가 되지 않으며 계측대상인 작업물의 직경을 직접 계측할 수 있도록 센서거리를 신축시킬 수 있는 방향이면 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 공작기계의 일례로서의 터릿선반에 따르면, 센서(24)가 커버편에 의해 덮임으로써 절삭분이나 쿨런트로부터 보호되어 센 서(24)의 장수명화가 도모되는 동시에, 터릿선반의 소형화에 도움이 되는 다음과 같은 많은 특징을 얻을 수가 있다.

즉, 센서(24)와 커버편 및 커버편을 개폐하는 기구 모두가 터릿의 공구부착면에 체결되는 베이스 상에 설치되기 때문에, 종래와 같이 센서를 부착하기 위한 아암을 터릿 절삭공구대와 별개로 설치하는 구성과 달리, 기기 내의 공간이 쓸데없이 점유되는 일이 없다. 또한, 다른 공구부착면에 대한 절삭공구의 탈부착에도 방해가 되기 어렵다.

나아가, 베이스로부터 상부의 구조는 공구부착면에 부착되는 센서모듈로 하여 터릿(3)과는 독립적으로 설계할 수 있고, 또한, 터릿(3)에는 종래의 아암과 같은 복잡한 기구를 추가하지 않는다. 이 때문에, 터릿선반의 합리적인 설계개발이 가능해지고, 터릿선반의 신뢰성의 향상에도 도움이 된다.

이상으로, 본 발명의 공작기계의 일례로서의 터릿선반에 대하여 실시형태에 근거하여 설명하였으나, 본 발명은 본 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한, 당업자가 생각하는 각종 변형을 본 실시형태에 대하여 실시한 것도 본 발명의 범위 내에 포함된다.

예컨대, 에어 실린더 대신에, 오일 실린더, 전자 솔레노이드 또는 전기모터에 의해 구동기구를 실현하는 것도 물론 가능하다.

또, 센서모듈(120)을 이용하여 작업물의 직경 이외의 치수를 계측할 수도 있다. 예컨대, 보링(boring)가공에 의해 형성되는 구멍의 직경인 구멍의 내경을 계측할 수도 있다.

또, 센서(24)는 터치식 센서가 아니어도 되며, 광학적으로 작업물의 형상 및 위치 등을 계측하는 센서여도 무방하다. 더욱이, 치수 이외의 온도 등의 물성치를 계측하는 센서여도 된다.

또, 회전식 공구선택기구로서의 터릿을 구비하는 공작기계로는, 터릿선반 이외에도 머시닝 센터 등이 있을 수 있다.

본 발명에 관련되는 공작기계는, 예컨대 터릿선반이나 머시닝 센터와 같은, 공구선택기구로서의 터릿을 갖는 공작기계로서 널리 이용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에서의 커버가 개방된 상태의 센서모듈의 외관을 나타낸 확대 사시도이다.

도 2는 커버가 폐쇄된 상태의 센서모듈의 외관을 나타낸 확대 사시도이다.

도 3은 커버의 개방상태 및 폐쇄상태를 안정적으로 유지하는 기구를 설명하는 도면이다.

도 4는 본 발명의 제 2 실시형태에서의 센서모듈의 외관을 나타낸 확대 사시도이다.

도 5는 도 4에 도시된 상태로부터 아암이 90도 회동한 상태의 센서모듈의 외관을 나타낸 확대 사시도이다.

도 6은 도 5에 도시된 상태로부터 아암이 90도 더 회동한 상태의 센서모듈의 외관을 나타낸 확대 사시도이다.

도 7은 제 2 실시형태의 센서모듈의 구성을 나타낸 평면도이다.

도 8은 캠의 외관을 나타낸 사시도이다.

도 9는 기어박스의 내부구조의 개요를 나타낸 도면이다.

도 10은 캠이 이동하는 모습을 나타낸 모식도이다.

도 11은 제 1 커버편 및 제 2 커버편이 폐쇄된 상태를 나타낸 도면이다.

도 12는 제 1 커버편 및 제 2 커버편이 완전히 개방되기 전의 상태를 나타낸 도면이다.

도 13은 제 1 커버편 및 제 2 커버편이 완전히 개방된 상태를 나타낸 도면이 다.

도 14는 제 1 커버편 및 제 2 커버편이 개방될 때의 센서모듈의 동작의 흐름을 나타낸 도면이다.

도 15는 작업물의 직경을 계측할 때의, 센서모듈과 작업물의 위치관계의 일례를 나타낸 도면이다.

도 16은 일반적인 터릿선반의 일례를 나타낸 외관사시도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 터릿선반 2 : 주축

3 : 터릿 4 : 베드

5 : 주축대 6 : 주축 척

7 : 터릿 절삭공구대 8 : 인덱스기구

9 : 터릿 슬라이드 10 : 공구부착면

11 : 공구 12 : 작업물

21 : 베이스 22 : 지지기둥

22a : 지지기둥 다리부 22b : 지지기둥 헤드부

24 : 센서 25, 26 : 커버편

32 : 플런저 33, 34 : 링크

35 : 브래킷 122 : 아암

123 : 기어박스 123a : 기어 케이스

123b : 제 1 기어 123c : 제 2 기어

123d : 제 3 기어 123e : 돌기

124 : 구동부 124a : 구동축

125 : 제 1 커버편 125b : 제 1 링크

126 : 제 2 커버편 126b : 제 2 링크

127 : 후부 커버 128 : 캠

128a : 캠 홈 128b : 슬라이드부재 부착부

129 : 슬라이드부재

Claims (5)

1. 주축에 파지(把持)된 작업물을 가공하는 공작기계로서,

   복수의 공구부착면을 갖는 터릿 절삭공구대와,

   상기 공구부착면 중 하나에 부착된 베이스와,

   상기 베이스에 회동 또는 직선운동이 가능하게 부착되며, 회동 또는 직선운동함에 따라 상기 베이스가 부착된 공구부착면과의 거리를 변경할 수 있는 가동부와,

   상기 가동부에 부착되어 상기 작업물의 치수를 계측하는 센서와,

   상기 가동부가 상기 베이스에 대하여 회동 또는 직선운동함에 따라 개폐되며, 폐쇄된 위치에서 상기 센서를 덮는 제 1 커버편 및 제 2 커버편을 구비하는 것을 특징으로 하는 공작기계.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제 1 커버편 및 제 2 커버편은 상기 베이스에 의해 지지되며,

   상기 공작기계는,

   상기 가동부를 상기 터릿 절삭공구대의 지름방향으로 왕복이동시키는 구동기구와,

   상기 가동부와 상기 제 1 커버편을 연결하는 제 1 링크와,

   상기 가동부와 상기 제 2 커버편을 연결하는 제 2 링크를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 공작기계.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 공작기계는,

   상기 제 1 커버편과 상기 제 2 커버편을 폐쇄하는 방향으로 가압하는 탄성체를 더 구비하고,

   상기 제 1 링크와 상기 제 2 링크는 상기 가동부가 움직임에 따라, 상기 제 1 커버편과 상기 제 2 커버편을, 폐쇄된 위치와 개방된 위치의 사이에서 가장 넓게 개방되는 위치를 통과하여 이동시키는 것을 특징으로 하는 공작기계.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 제 1 커버편 및 제 2 커버편은 상기 가동부에 의해 지지되며,

   상기 공작기계는,

   상기 가동부를 상기 베이스에 대하여 회전시키는 구동기구와,

   상기 가동부에 대하여, 상기 가동부의 회동축과 평행한 방향으로 이동가능하게 부착된 슬라이드부재와,

   상기 가동부의 상기 베이스에 대한 회동을, 상기 슬라이드부재의 병진(竝進)으로 변환하는 변환기구와,

   상기 슬라이드부재와 상기 제 1 커버편을 연결하는 제 1 링크와,

   상기 슬라이드부재와 상기 제 2 커버편을 연결하는 제 2 링크를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 공작기계.
5. 터릿 절삭공구대의 회전축의 주위에 복수로 설치되는 공구부착면 중 하나에 부착되는 센서모듈로서,

   상기 공구부착면 중 하나에 부착된 베이스와,

   상기 베이스에 회동 또는 직선운동이 가능하게 부착되며, 회동 또는 직선운동함에 따라 상기 베이스가 부착된 공구부착면과의 거리를 변경할 수 있는 가동부와,

   상기 가동부에 부착되어 상기 작업물의 치수를 계측하는 센서와,

   상기 가동부가 상기 베이스에 대하여 회동 또는 직선운동함에 따라 개폐되며, 폐쇄된 위치에서 상기 센서를 덮는 제 1 커버편 및 제 2 커버편을 구비하는 것을 특징으로 하는 센서모듈.

Images