KR20110110195A - 공작기계에서 램의 낙하를 보상하기 위한 보상 시스템 - Google Patents

공작기계에서 램의 낙하를 보상하기 위한 보상 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공작기계에서 램의 낙하를 보상하기 위한 보상 시스템에 관한 것으로서, 부착용 램을 포함하는 수직 병진 캐리지(1)와, 상기 캐리지(1) 위에 배치되는 적어도 하나 바람직하게는 2개의 천공된 판(2)들을 포함하고, 상기 판들의 각각의 위에는, 고정 슬라이딩 블럭(3) 및 가동 슬라이딩 블럭(4)들이 포함되고, 블럭들은 램의 병진 운동을 위한 가이드와 연결되어, 상기 램의 낙하는 판(2)들의 제어된 굴곡에 의하여 보상된다.

Description

공작기계에서 램의 낙하를 보상하기 위한 보상 시스템{COMPENSATION SYSTEM FOR COMPENSATING FOR THE DROP OF THE RAM IN A MACHINE TOOL}
본 발명은 공작기계들의 분야에서 이용되는 램(ram)의 낙하(drop)를 보상하기 위한 시스템들에 관한 것으로, 더욱 구체적으로, 그 목적을 위하여, 밀링 머신들에서, 램과 그에 따른 기구의 헤드(head)에 유도된 편차(deviation)를 보정하는 굴곡되는 카운터 가이드(counter-guide)들에 기초한 보상 시스템을 제안하는 것이다.
더욱 양호한 품질의 마감 상태를 갖는 부품들 및 정확도에 대한 탐색은 공작기계 분야에서의 제조를 위한 연속적인 개선 공정이다.
의뢰인들이 가공된 부품들에서 더 작은 공차(tolerance)를 요구하는 일이 증가하고 있고, 이러한 수요에 대한 응답은 예를 들어, 작업 평면 위에서 기구의 완전한 수직 위치를 유지하는 것과 같이, 가공 공정에서 일정한 편차가 제거된 경로를 유지하는 것이다.
횡단 이동에 의해 기계의 컬럼(column)에서 멀어지도록 이동할 경우에 조립체(assembly)의 중량에 의해 유도된 중력 효과로 인해 램과, 그에 따른 기구의 헤드에 유도된 편차들은 가공될 부품 위에서의 기구의 위치 결정시에 정확도 오차들을 초래한다.
이 정확도 오차들은 수치 제어(CNC)에 의해 관리되는 장치들을 이용하여 보정될 수 있지만, 기구가 기계의 가동 소자(movable element)들로부터 멀어지도록 이동하였을 때, 발생하는 임의의 편차는 거리에 의해 증가되어, 수치 제어 프로그래밍에 의해 상기 오차를 보정하는 것이 더욱 복잡해진다.
이러한 개념에 기초하여, 램 자체의 중량과, 횡단 병진 운동에서 그 헤드의 중량에 의해 야기되는, 밀링머신과 같은 공작기계들에서 램의 편차를 보정하기 위한 상이한 시스템들이 존재하고, 이 시스템들은 회전 시스템들 및 소자들에 의하여 동작되는 장치들에 기초하고 있다.
이탈리아 특허 IT1318293은 그 자체의 중량에 의해 야기되는 피칭(pitching)을 해소하기 위하여 램의 승강을 달성하는 기어 방식의 모터의 작용에 의하여 편심 회전 운동(eccentric rotational movement)을 수행하는 피봇(pivot)들의 조립체에 기초하여 램의 낙하를 보정하기 위한 시스템을 갖는 밀링머신과 같은 공작기계를 개시하고 있다.
체코공화국 특허들 CZ279142(B6) 및 CZ278763(B6)은 그 컬럼으로부터 멀어지도록 이동할 경우에 그 병진 운동 중에 그 수평 위치를 유지하는 램의 낙하를 균형추(counterweight)의 작용에 의하여 방지하는 풀리(pulley)들의 조립체에 기초한 2개의 다른 시스템들을 개시하고 있다.
이탈리아 특허 IT1311789는 램 위에서 작용하여 램의 낙하를 방지하는 풀리 및 체인(chain) 시스템의 작용에 의하여, 바람직하게는 수평 방향에서 맨드릴 낙하(mandrel drop)를 보상하기 위한 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 기계의 컬럼으로부터 멀어지도록 이동하면서 램이 상승하도록 하는 굴곡되는 카운터 가이드들의 작동에 의하여, 밀링머신 등에서 램의 낙하로부터 유발되는 오차들을 보정하기 위한 시스템이 제안되고, 이것에 의하여 그 전체 병진 운동 중의 램의 완전한 수평 위치와, 작동 중인 기구의 완전한 수직 위치를 달성한다.
발명의 시스템 대상물은 굴곡되는 카운터 가이드로서 작동하는 적어도 하나, 바람직하게 2개의 천공된 판(plate)들과, 고정된 슬라이딩 블럭과, 바람직하게는 2개의 가동 슬라이딩 블럭들이 존재할 것이지만, 각각의 판 위에 배치되는 적어도 하나의 가동 슬라이딩 블럭으로 이루어지고, 고정된 슬라이딩 블럭 및 가동 슬라이딩 블럭은 기계의 컬럼에 대한 상기 램의 병진 운동을 위한 기존의 가이드와 연결된다.
연속적인 측정 제어는 그 횡단 운동과 그 헤드의 수직 위치를 검사하고, 카운터 가이드 판들 위에서 작동되는 동작 중인 조립체에 신호를 송신하고, 이들을 변형시키고 가동 슬라이딩 블럭들을 구동하고, 램이 승강되도록 하고, 그 병진 운동을 보정하는 것에 의하여 램의 낙하를 제어한다.
발명의 시스템 대상물과 위에서 설명된 회전 소자들에 기초한 시스템들을 차별화시키는 개념은 카운터 가이드 판들의 탄성 굴곡 변형(elastic bending deformation)이며, 이 카운터 가이드 판들에는, 상기 지점들에서 정확하게 굴곡되는 것이 유리하도록 하기 위하여 그 측면 윤곽들 내에 노치(notch)들이 구비될 수 있다.
이에 따라, 램의 낙하를 보상하기 위한 보상 시스템이 달성되고, 이 보상 시스템은 그 구조적, 기능적인 특징들로 인해 매우 장점이 많으며, 대응하는 기계의 컬럼으로부터의 램의 완전한 수평 탈출과 기구의 완전한 수직 배치를 달성하는 것과 관련되어 의도된 부착 기능을 위한 그 자체의 독자성 및 바람직한 특징을 취득한다.
도 1은 본 발명의 대상물에 따른 공작기계의 램의 낙하를 보상하기 위한 보상 시스템의 사시도를 도시한다.
도 2는 도 1과 관련된 분해 사시도를 도시한다.
도 3은 상기 시스템 위에 조립된 램에 의해 상기 기계의 수직 컬럼 위의 부착 부위에 배치된 본 발명의 시스템 대상물의 정면도를 도시한다.
도 4는 램의 낙하를 보상하기 위한 보상 시스템의 평면도이다.
도 5는 보상 시스템의 후방부로부터의 측면도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 시스템 대상물에서 굴곡되는 카운터 가이드와 같이 작용하는 것들의 천공판(perforated plate)의 사시도이다.
도 7은 도 6의 천공판의 정면도이다.
도 8 및 도 8a는 각각 램의 낙하를 보상하기 위한 보상 시스템의 고정 슬라이딩 블럭의 단면도와 분해 단면도이다.
도 9 및 도 9a는 각각 램의 낙하를 보상하기 위한 보상 시스템의 가동 슬라이딩 블럭의 단면도와 분해 단면도이다.
도 10 및 도 10a는 각각 램의 가이드(guide)와 접촉하기 위한 접촉 부품들의 단면도와 분해 단면도이다.
도 11 및 도 11a는 각각 램의 낙하를 보상하기 위한 보상 시스템의 또 다른 가동 슬라이딩 블럭의 단면도와 분해 단면도이다.
도 12는 가동 슬라이딩 블럭들 중의 하나와 관련된 선형 운동측정을 위한 센서에 의해 램의 낙하를 보상하기 위한 보상 시스템의 사시도를 도시한다.
본 발명의 대상물은 예를 들어, 밀링머신들에서, 기계의 컬럼으로부터 램의 완전 수평 탈출과 기구의 완전 수직 배치를 달성하기 위하여, 공작기계들에서 이용되는 램의 낙하를 보상하기 위한 보상 시스템에 관한 것이다.
도 1에서 관찰되는 바와 같이, 발명의 시스템 대상물은 적어도 하나의 천공판(2) 바람직하게는, 굴곡되는 카운터 가이드로서 작동하는 2개의 천공판(2)이 그 위에 위치되는 수직 병진 캐리지(vertical translation carriage)(1)와, 고정된 슬라이딩 블럭(3)과, 상기 판(2)들의 각각의 위에 배치되는 적어도 하나, 첨부된 도면들에서 도시된 바와 같이 바람직하게는 2개의 가동 슬라이딩 블럭(4, 5)으로 이루어진다. 고정 슬라이딩 블럭(3) 및 가동 슬라이딩 블럭(4, 5)은 도 3에 따라 부착 공작기계의 컬럼(7)에 대한 램(6)의 횡단 운동을 위하여 기존의 가이드(도시하지 않음)와 연결된다.
고정 슬라이딩 블럭(3)은 각각의 판(2)의 측면 윤곽(side profile)과, 캐리지(1)의 내부 하우징(16) 내에 형성된 면 사이의 중간에 위치되는 정지부(stop)(8)들에 의하여 캐리지(1)(도 8 및 도 8a 참조)에 유지되고, 임의의 유형의 운동을 방지하고, 이에 따라, 이 슬라이딩 블럭(3)은 전체 시스템이 스윙(swing)하는 고정된 지점이다. 도 9 및 도 11에서와 같이, 가동 슬라이딩 블럭들(4, 5)은 캐리지(1)에 유지되는 것이 아니라 판(2)들에만 유지되어, 판(2)의 측면 윤곽들과 캐리지(1)의 내부 하우징(16)의 면들 사이에 존재하는 작은 여유도(allowance)로 인해 약간의 회전 운동을 가질 수 있다.
도 6 및 도 7은 상기 판(2)들의 탄성 변형(elastic deformation)을 허용하는 그 측면 윤곽들의 하나의 단부에서 판(2)들이 어떻게 노치(notch)(9)들을 가지는지를 도시하고, 상기 지점들에서는 그 굴곡이 유리하다.
본 발명의 시스템 대상물은 예를 들어, 기계의 컬럼(7)에 대한 조립체의 병진 운동 중에 램(6) 및 헤드(10)의 실제 위치를 판독하는 절대값 인코더(absolute encoder)에 기초한 연속적인 측정 제어부를 가진다.
이에 따라, 절대값 인코더는 설정 지점 신호를 동작 중인 조립체(11)에 송신하고, 이 동작하는 조립체(11)는 커플링(coupling)이 뒤따르는 기어 모터와, 플래니터리(planetary) 롤러 나사 지지체 또는 유사한 해결수단들로 이루어질 수 있고, 동작 중인 조립체(11)는 매우 감소된 운동, 즉, 느리지만 큰 힘에 의하여 지지체들(14)에 의해 서로 부착된 판(2)들을 밀고, 판(2)들을 변형시키며 가동 슬라이딩 블럭들(4, 5)을 (대략 0.1 mm) 구동하고, 램(6)을 상승하게 하고, 그 낙하에 의해 야기되는 오차를 보정한다.
도 12에 도시된 바와 같이, 연속적인 측정 제어부는 선형 운동을 측정하기 위한 센서(17), 구체적으로는, 캐리지(1) 위에 배치되고 가동 슬라이딩 블럭들(4, 5) 중의 하나와 관련되는 선형 검출 장치로 이루어질 수 있고, 바람직하게는, 작동 중인 기구를 운반하는 헤드(10)에 대하여 더 높은 위치에서 가장 멀리 떨어진 가동 슬라이딩 블럭(5)과 관련되어 있다.
램 자체 및 그 헤드의 중량에 의해 야기되는 낙하의 효과를 방지하기 위하여, 램의 횡단 운동에는 기본적으로 그 수직 운동이 삽입되고, 공작기계에서 조립된 헤드의 유형에 따라서는 상이한 삽입 경사(ramp)가 달성된다.
마찰을 최소화하는 댐핑 재료(damping material)를 통한 램(6)의 횡단 운동을 위하여 가이드(도시하지 않음)와 접촉하기 위한 접촉 부품들(12)은 가동 슬라이딩 블럭들(4, 5) 사이에 위치되고, 더욱 평탄한 운동이 발생되어, 장비 마모 효과를 감소시킨다.
이와 마찬가지로, 플랜지(flange)(13)들이 가동 슬라이딩 블럭들(4, 5)과, 슬라이딩 조절을 위한 부품들(12) 사이에 위치되고, 부싱(bushing)들이 끼워지는 구멍들보다 작은 직경을 갖는 부싱들에 의하여 플랜지들이 판(2)들에 고정되고, 이에 따라, 판(2)들의 회전을 가능하게 하지만, 변형 및 수평 운동을 제거한다.
정적 팽창 계수(static expansion coefficient)가 동적 팽창 계수(dynamic expansion coefficient)보다 약간 작은 댐핑 재료의 시트(sheet)(15)들은 판(2)들 및 캐리지(1) 사이에 배치될 수도 있고, 이것에 의하여, 판(2)들 및 캐리지(1)의 표면 사이의 접촉 중에 일정한 운동을 달성하고, (스틱 슬립(stick-slip) 효과로 알려진) 동적 저킹(dynamic jerking)의 발생이 최소화된다.
판(2)들과 캐리지(1) 사이에 윤활제(그리스(grease) 또는 오일)의 자유로운 순환을 위한 홈(groove)들이 시트(15)들에 구비되는 것도 가능하고, 이것은 전체 조립체에 댐핑 효과를 제공한다.
상기한 바에 기초하여, 램의 낙하로 인해 유발되는 오차를 보정하도록 하고, 댐핑 시스템과 같이 작동할 수 있는 가이딩 시스템(guiding system)이 위와 같이 얻어진다.

Claims (7)

  1. 작동 중인 기구를 운반하는 헤드(10)를 포함하는 램(6)을 지지하는 컬럼(7) 위에 수직 병진 캐리지(1)를 포함하는 유형이며, 공작기계에서 램의 낙하를 보상하기 위한 보상 시스템에 있어서,
    상기 캐리지(1) 위에는, 적어도 하나의 천공판(2)과, 바람직하게는 굴곡되는 카운터 가이드(counter-guide)로서 작동하는 2개의 판(2)이 위치되고, 고정 슬라이딩 블럭(3)과, 적어도 하나의 가동 슬라이딩 블럭과, 바람직하게는 2개의 가동 슬라이딩 블럭들(4, 5)이 상기 판(2)들의 각각의 위에 배치되고, 상기 고정 슬라이딩 블럭(3) 및 상기 가동 슬라이딩 블럭들(4, 5)은 상기 공작기계의 상기 컬럼(7)에 대한 상기 램(6)의 횡단 운동을 위한 가이드와 연결되어, 상기 램(6)의 낙하는 상기 판(2)들의 제어된 굴곡에 의하여 보상되는 것을 특징으로 하는 공작기계에서 램의 낙하를 보상하기 위한 보상 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정 슬라이딩 블럭(3)은 상기 각각의 판(2)의 측면 윤곽과 상기 캐리지(1)의 내부 하우징(16) 내에 형성된 면의 사이에 위치된 정지부(8)들에 의하여 상기 캐리지(1) 위에 유지되고, 상기 슬라이딩 블럭(3)은 전체 시스템이 스윙하는 지점을 결정하는 것을 특징으로 하는 공작기계에서 램의 낙하를 보상하기 위한 보상 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 판(2)들은 그 측면 윤곽들의 하나의 단부에 노치(notch)(9)들을 가지며, 상기 측면 윤곽들은 그 영역에서의 탄성 변형에 의하여 굴곡이 유리한 것을 특징으로 하는 공작기계에서 램의 낙하를 보상하기 위한 보상 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    댐핑 재료에 의하여 상기 램(6)의 병진 운동을 위한 가이드와 접촉하는 부품들(12)은 가동 슬라이딩 블럭들(4, 5) 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 공작기계에서 램의 낙하를 보상하기 위한 보상 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    플랜지(flange)들이 상기 가동 슬라이딩 블럭들(4, 5)과 슬라이딩 조절을 위한 부품들(12) 사이에 위치되고, 상기 플랜지들은 그 회전을 가능하게 하는 부싱(bushing)들에 의하여 상기 판(2)들에 고정되는 것을 특징으로 하는 공작기계에서 램의 낙하를 보상하기 위한 보상 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    댐핑 재료로 된 홈이 형성된 시트(15)들이 상기 판(2)들 및 상기 캐리지(1) 사이에 위치되어, 윤활제의 순환이 조립체에 댐핑 효과를 제공하도록 하는 것을 특징으로 하는 공작기계에서 램의 낙하를 보상하기 위한 보상 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 가동 슬라이딩 블럭들(4, 5) 중의 하나와 관련된 선형 운동, 바람직하게는, 상기 작동 중인 기구를 운반하는 상기 헤드(1)에 대해 가장 높은 위치에서 가장 먼 상기 가동 슬라이딩 블럭(5)과 관련된 선형 운동을 측정하기 위한 센서(17)가 상기 캐리지(1) 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 공작기계에서 램의 낙하를 보상하기 위한 보상 시스템.
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