KR20150050958A - 공작 기계 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예는 공작 기계에 관한 것으로, 공작 기계는 공구를 회전시키는 스핀들과, 상기 스핀들의 단부에 연결되어 상기 스핀들을 회전시키는 구동 모터와, 상기 스핀들에 공급할 다수의 공구를 수납하는 툴매거진을 포함한 자동 공구 교환 장치, 그리고 상기 스핀들의 회전 동력을 상기 자동 공구 교환 장치의 툴매거진에 전달하는 회전 동력 전달 장치를 포함한다.

Description

공작 기계{MACHINE TOOL}

본 발명의 실시예는 공작 기계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자동 공구 교환 장치를 통해 스핀들에 공구를 공급하는 공작 기계에 관한 것이다.

일반적으로 공작 기계는 여러 절삭 가공 방법 또는 비절삭 가공 방법으로 금속 또는 비금속의 공작물을 각종 공구를 이용하여 원하는 형상 및 치수로 가공할 목적으로 사용하는 기계를 말한다.

공작 기계는 가공 방법에 따라 크게 터닝 센터(turning center)와 머시닝 센터(machining center)로 분류된다. 여기서, 터닝 센터는 공작물을 회전시켜 가공하며, 머시닝 센터는 공구를 회전시켜 가공한다. 따라서, 공작 기계는 공작물 또는 공구를 회전시키기 위한 스핀들(spindle) 장치를 갖는다.

또한, 공작 기계는 다수의 공구들이 수납된 툴매거진과, 가공 종류에 따라 선택된 특정 공구를 툴매거진에서 인출하여 스핀들에 장착하는 툴체인저를 포함하는 자동 공구 교환 장치(automatic tool changer, ATC)를 갖는다. 이와 같이, 자동 공구 교환 장치에 의해 공구가 툴매거진에서 인출되어 스핀들에 장착되거나 스핀들에서 분리되어 툴매거진에 수납되는 과정을 공구 교환이라 한다.

또한, 자동 공구 교환 장치는 툴매거진에 수납된 다수의 공구들 중 선택된 특정 공구를 인출 위치로 이동시키기 위해 툴매거진에 회전 동력을 공급하는 모터를 더 포함하고 있다.

하지만, 자동 공구 교환 장치에 일반적으로 사용되는 기어드 모터(geared motor)는 자체 감속비를 가지며 기계적인 제동 장치 내재하고 있으나, 장시간 사용하게 되면 제동에 대한 신뢰성이 떨어져 잦은 유지 보수에 시간과 비용을 낭비하게 되는 문제점이 있다.

이에, 기어드 모터를 상대적으로 고가인 서보 모터(servo motor)로 대체할 경우, 자동 공구 교환 장치의 정밀도와 조작성은 향상되나 공작 기계의 전체적인 제조 비용이 상승하여 가격 경쟁력이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명의 실시예는 효과적으로 스핀들과 자동 공구 교환 장치에 동력을 공급하는 공작 기계를 제공한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 공작 기계는 공구를 회전시키는 스핀들과, 상기 스핀들의 단부에 연결되어 상기 스핀들을 회전시키는 구동 모터와, 상기 스핀들에 공급할 다수의 공구를 수납하는 툴매거진을 포함한 자동 공구 교환 장치, 그리고 상기 스핀들의 회전 동력을 상기 자동 공구 교환 장치의 툴매거진에 전달하는 회전 동력 전달 장치를 포함한다.

상기 회전 동력 전달 장치는 상기 스핀들에 장착되어 상기 스핀들과 함께 회전하는 구동 베빌 기어와, 상기 구동 베벨 기어와 맞물리는 피니언 베벨 기어와, 상기 피니언 베벨 기어와 연동하여 동일 방향으로 회전하는 동력 전달 기어, 그리고 상기 동력 전달 기어와 연동하여 회전 동력을 상기 툴매거진에 전달하는 공구 교환 구동 기어를 포함할 수 있다.

또한, 상기 회전 동력 전달 장치는 상기 공구 교환 구동 기어와 동축으로 연결된 배럴캠(barrel cam)를 더 포함할 수 있으며, 상기 자동 공구 교환 장치는 상기 툴매거진의 일측에 설치되어 상기 배럴캠이 전달하는 요동 운동으로 상기 툴매거진을 회전시키는 롤러 캠 베어링(roller cam bearing)를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 회전 동력 전달 장치는 상기 동력 전달 기어와 상기 공구 교환 구동 기어 사이에 배치되어 동력을 전달하는 하나 이상의 아이들 기어를 더 포함할 수 있다.

그리고 상기 하나 이상의 아이들 기어는 상기 동력 전달 기어에서 상기 공구 교환 구동 기어로 전달하는 회전 동력의 속도를 감속시킬 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 공작 기계는 효과적으로 스핀들과 자동 공구 교환 장치에 동력을 공급할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작 기계의 사시도이다.
도 2는 도 1의 공작 기계의 스핀들의 내부를 일부 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1의 공작 기계의 여러 기어들의 연동 구조를 중심으로 도시한 사시도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.

본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 공작 기계 (101)를 설명한다.

도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작 기계(101)는 스핀들(200), 구동 모터(300), 자동 공구 교환 장치(automatic tool changer, ATC)(400), 및 회전 동력 전달 장치(500)를 포함한다.

스핀들(200)은 회전력을 전달하는 스핀들 본체와, 다양한 베어링들을 이용하여 스핀들 본체를 회전 가능하게 지지 수납하는 스핀들 헤드를 포함한다. 그리고 스핀들 본체의 단부에는 콜렛이 설치되어 공구(T)를 클램핑할 수 있다. 스핀들(200)은 해당 기술 분야의 종사자에게 공지된 다양한 구조로 형성될 수 있다.

구동 모터(300)는 스핀들(200)의 단부에 연결되어 스핀들(200)에 회전 동력을 공급한다. 이에, 스핀들(200)은 클램핑한 공구(T)를 회전시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 구동 모터(300)는 빠른 응답과 넓은 속도 제어의 범위를 가진 서보 모터(servo motor)일 수 있다.

자동 공구 교환 장치(400)는 다수의 공구들(T)을 수납하는 툴매거진(450)을 포함한다. 또한, 자동 공구 교환 장치(400)는, 도시하지는 않았으나, 가공 종류에 따라 선택된 특정 공구(T)를 툴매거진(450)에서 인출하여 스핀들(200)에 장착하는 툴체인저를 더 포함할수 있다. 하지만, 본 발명의 일 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 툴체인저를 생략하고 툴매거진(450)이 직접 필요에 따라 선택된 특정 공구(T)를 스핀들(200)에 공급할 수도 있다.

도 1에서, 툴매거진(450)는 원형으로 형성되나, 본 발명의 일 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 툴매거진(450)은 체인 구조 등과 같이 해당 기술 분야의 종사자에게 공지된 다양한 구조를 가질 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에서, 자동 공구 교환 장치(400)는 롤러 캠 베어링(roller cam bearing, 470)을 더 포함할 수 있다. 롤러 캠 베어링(470)은 툴매거진(450)의 일측에 설치된다. 구체적으로, 롤러 캠 베어링(470)은 툴매거진(450)의 회전 중심 부근에 설치될 수 있다.

회전 동력 전달 장치(500)는 구동 베벨 기어(510), 피니언 베벨 기어(520), 동력 전달 기어(530), 아이들 기어(550), 공구 교환 구동 기어(560), 및 배럴캡(570)을 포함한다.

구동 베벨(bevel) 기어(510)는 스핀들(200)에 장착되어 함께 회전한다. 즉, 구동 베벨 기어(510)는 스핀들(200)과 회전 중심이 동일하게 동축 회전할 수 있다.

피니언 베벨 기어(520)는 구동 베벨 기어(510)와 교차하여 맞물린다. 즉, 피니언 베벨 기어(520)는 구동 베벨 기어(510)와 회전 중심이 교차한다.

동력 전달 기어(530)는 피니언 베벨 기어(520)와 연동하여 피니언 베벨 기어(520)와 동일한 방향으로 회전한다. 일례로, 동력 전달 기어(530)는 피니언 베벨 기어(520)와 동축 연결될 수 있다. 하지만, 본 발명의 일 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.

공구 교환 구동 기어(560)는 동력 전달 기어(530)와 연동하여 회전 동력을 툴매거진(450)에 전달한다.

아이들 기어(550)는 동력 전달 기어(530)와 공구 교환 구동 기어(560) 사이에 배치되어 동력 전달 기어(530)로부터 공구 교환 구동 기어(560)로 회전 동력을 전달한다. 아이들 기어(550)는 하나 이상 마련될 수 있다.

하지만, 본 발명의 일 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 동력 전달 기어(530)와 공구 교환 구동 기어(560)가 직접 맞물릴 수도 있다.

또한, 하나 이상의 아이들 기어(551, 552)는 동력 전달 기어(530)에서 공구 교환 구동 기어(560)로 전달하는 회전 동력의 속도는 감속시키고 토크는 증가시킬 수 있다. 즉, 하나 이상의 아이들 기어(551, 552)는 감속비를 갖는다.

툴매거진(450)은 스핀들(200)과 동일하게 빠른 속도로 회전할 필요성이 적다. 그리고 툴매거진(450)은 다수의 공구들(T)을 수납하고 상대적으로 큰 크기를 가지므로, 이를 회전시키기 위해서는 높은 토크가 요구된다.

이에, 본 발명의 일 실시예에서는, 하나 이상의 아이들 기어(551, 552)를 이용하여 효과적으로 동력 전달 기어(530)에서 공구 교환 구동 기어(560)로 전달하는 회전 동력의 속도는 감속시키고 토크는 증가시킬 수 있다.

배럴캠(barrel cam, 570)은 공구 교환 구동 기어(560)와 동축으로 연결될 수다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작 기계(101)의 회전 동력 전달 장치(500)는 공구 교환 구동 기어(560)와 배럴캠(570)을 연결하는 공구 교환 구동축(565)을 더 포함할 수 있다. 배럴캠(570)은 공구 교환 구동 기어(560)가 공구 교환 구동축(565)에 전달한 회전 운동을 요동 운동으로 변환시킨다. 그리고 배럴캠(570)은 요동 운동을 자동 공구 교환 장치(400)의 롤러 캠 베어링(470)에 전달한다.

이에, 롤러 캠 베어링(470)이 배럴캠(570)과 접촉하여 배럴캠(570)이 전달하는 요동 운동으로 툴매거진(450)을 회전시킬 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 하나의 구동 모터(300)를 이용하여 스핀들(200)을 회전시킬 뿐만 아니라 자동 공구 교환 장치(400)의 툴매거진(450)에도 동력을 제공할 수 있다.

즉, 툴매거진(450)은 스핀들(200)에 연결되어 스핀들(200)을 구동시키는 구동 모터(300)에 의해 회전하며, 구동 모터(300)는 공작 기계(101)의 제어부의 신호에 따라 툴매거진(450)을 회전시켜 툴매거진(450)이 수납한 다수의 공구들(T) 중 특정 공구(T)를 인출시킬 수 있도록 인덱싱한다.

또한, 도시하지는 않았으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작 기계(101)는 동력 전달 기어(530), 하나 이상의 아이들 기어(551, 552), 및 공구 교환 구동 기어(560) 등을 커버하는 커버 부재를 더 포함할 수 있다.

이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작 기계(101)는 효과적으로 스핀들(200)과 자동 공구 교환 장치(400)에 동력을 공급할 수 있다.

구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 공자 기계(101)는 하나의 구동 모터(300)를 사용하여 스핀들(200)의 회전시키면서 동시에 자동 공구 교환 장치(400)의 툴매거진(450)을 회전시킬 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

101: 공작 기계 200: 스핀들
300: 구동 모터 400: 자동 공구 교환 장치
450: 툴매거진 470: 롤러 캠 베어링
500: 회전 동력 전달 장치 510: 구동 베벨 기어
520: 피니언 베벨 기어 530: 동력 전달 기어
550: 아이들 기어 560: 공구 교환 구동 기어
565: 공구 교환 구동축 570: 배럴캠

Claims (5)

1. 공구를 회전시키는 스핀들;
   상기 스핀들의 단부에 연결되어 상기 스핀들을 회전시키는 구동 모터;
   상기 스핀들에 공급할 다수의 공구를 수납하는 툴매거진을 포함한 자동 공구 교환 장치; 및
   상기 스핀들과 연결되어 상기 스핀들의 회전 동력을 상기 자동 공구 교환 장치의 툴매거진에 전달하는 회전 동력 전달 장치
   를 포함하는 공작 기계.
2. 제1항에서,
   상기 회전 동력 전달 장치는,
   상기 스핀들에 장착되어 상기 스핀들과 함께 회전하는 구동 베빌 기어;
   상기 구동 베벨 기어와 맞물리는 피니언 베벨 기어;
   상기 피니언 베벨 기어와 연동하여 동일 방향으로 회전하는 동력 전달 기어; 및
   상기 동력 전달 기어와 연동하여 회전 동력을 상기 툴매거진에 전달하는 공구 교환 구동 기어
   를 포함하는 공작 기계.
3. 제2항에서,
   상기 회전 동력 전달 장치는 상기 공구 교환 구동 기어와 동축으로 연결된 배럴캠(barrel cam)를 더 포함하며,
   상기 자동 공구 교환 장치는 상기 툴매거진의 일측에 설치되어 상기 배럴캠이 전달하는 요동 운동으로 상기 툴매거진을 회전시키는 롤러 캠 베어링(roller cam bearing)
   을 더 포함하는 공작 기계.
4. 제2항에서,
   상기 회전 동력 전달 장치는 상기 동력 전달 기어와 상기 공구 교환 구동 기어 사이에 배치되어 동력을 전달하는 하나 이상의 아이들 기어를 더 포함하는 공작 기계.
5. 제4항에서,
   상기 하나 이상의 아이들 기어는 상기 동력 전달 기어에서 상기 공구 교환 구동 기어로 전달하는 회전 동력의 속도를 감속시키는 공작 기계.

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