KR20180017898A - 360° 절삭범위를 가지는 고하중용 공작기계 헤드부 - Google Patents

360° 절삭범위를 가지는 고하중용 공작기계 헤드부 Download PDF

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Abstract

본 발명은 360° 절삭범위를 가지는 고하중용 공작기계 헤드부에 관련되며, 이때 360° 절삭범위를 가지는 고하중용 공작기계 헤드부는 피가공물에 간섭없이 저면 영역까지 절삭범위가 확대되면서 각도조절방향으로 작용하는 하중으로 부터 안정적으로 지지되어 황삭을 포함하는 고하중 작업에도 가공정밀도가 향상되도록 하기 위해 수평축암(10), 수직암(20)을 포함하여 주요구성으로 이루어진다.

Description

360° 절삭범위를 가지는 고하중용 공작기계 헤드부 {Machine tool head attachment for high load}
본 발명은 360° 절삭범위를 가지는 고하중용 공작기계 헤드부에 관련되며, 보다 상세하게는 피가공물에 간섭없이 저면 영역까지 절삭범위가 확대되면서 각도조절방향으로 작용하는 하중으로 부터 안정적으로 지지되어 황삭을 포함하는 고하중 작업에도 가공정밀도가 향상되는 360° 절삭범위를 가지는 고하중용 공작기계 헤드부에 관한 것이다.
통상 머시닝센터는 주축(main shaft)에 툴이 장착되어 회전운동 및 Z축으로 이송되고, 피가공물이 안착된 테이블은 X, Y축으로 이동하면서 툴에 의해 절삭가공이 이루어진다. 이때 주축 이송방향이 Z축으로 제한되고, 그와 대응하는 방향으로 가공범위가 제한됨에 따라 절삭 각도를 변경하기 위해서는 일일이 피가공물을 방향전환해야 하는 실정이다.
이에 종래에 공개특허 10-2015-65247호에서, 중앙선에 대해 대칭되게 틸팅 바디부의 좌측부와 우측부에 각각 설치되는 2개의 틸팅 유닛에 의해 틸팅 유닛의 구동정밀도와 동력전달효율을 향상시키고, 스핀들 헤드부의 틸팅시에 발생하는 진동을 최소화하여 공작물의 가공정밀도를 향상시키도록 하는 기술이 선공개된바 있다.
그러나, 상기 종래기술은 2개의 틸팅 유닛에 의해 스핀들 헤드부가 지지되는 기술이나, 틸팅바디부가 'ㄷ'형으로 형성되어 스핀들 헤드부 좌,우측 대칭되는 위치에 각각 설치된 상태로 지지되는 구조 즉, 단일 축선상에서 스핀들 헤드부가 지지됨에 따라 절삭공정시 스핀들이 회전하려는 반발력이 동축상에 위치된 틸팅축으로 집중되어 유동이 발생되고, 이는 툴의 진동(진동)을 유발함과 더불어 틸팅축의 미세한 유동에도 틸팅축과 원거리에 위치된 툴의 선회각이 증가되므로 정밀가공이 불가능한 문제점이 따랐다.
또한, 스핀들 헤드부 선회각을 정밀 제어하기 위해 틸팅바디부 양측에 구동유닛, 구동기어 부품들을 포함하는 2개의 틸팅 유닛을 대칭되도록 배치함에 따라 헤드 어태치먼트의 중량 증가로 Z축 이송에 고출력의 서보모터를 필요로 하면서 이송속도 저하되며, 특히 헤드 어태치먼트의 부피가 증가되어 피가공물과 간섭으로 가공영역이 축소되는 폐단이 따랐다.
이에 따라 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 착안 된 것으로서, 피가공물에 간섭없이 저면 영역까지 절삭범위가 확대되면서 각도조절방향으로 작용하는 하중으로 부터 안정적으로 지지되어 황삭을 포함하는 고하중 작업에도 가공정밀도가 향상되는 360° 절삭범위를 가지는 고하중용 공작기계 헤드부를 제공하는 것에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 특징은, 공작기계에 설치되어 위치이동되고, 구동원(11)에 의해 회전각이 조절되도록 구비되는 수평축암(10); 상기 수평축암(10) 단부에 종방향으로 연결되고, 툴(T)이 장착되도록 주축(22)이 구비되는 수직암(20); 및 상기 수평축암(10)의 회전 각도에 의해 수직암(20)에 장착된 툴(T)의 절삭각도가 제어되는 구성을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 주축(22)은 수평축암(10) 내부 관통홀(12)에 설치되는 구동축(14)에 연결되어 구동력이 전달되도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 주축(22)은 수직암(20) 내부에 설치되는 구동원(M)에 연결되어 절삭회전력이 전달되도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수평축암(10)은 회전가능하게 수용하는 고정슬리브(32), 고정슬리브(32) 일측에 돌출되어 수평축암(10)을 감싸면서 외주면에 제1경사면(34a)이 구비되는 복수의 밀편(34), 밀편(34)의 제1경사면(34a)을 가압하도록 내주면에 제2경사면(36a)이 형성되는 작동슬리브(36)를 포함하여 구성되는 클램핑수단(30)에 의해 각도 고정되도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 작동슬리브(36)는 일단부에 피스톤링(38)이 구비되고, 피스톤링(38)은 고정슬리브(32)를 감싸도록 설치되는 실린더(39)에 수용되어, 유압 또는 공압에 의해 피스톤링(38) 이송이 제어되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수평축암(10)은 마찰패드, 키결합을 포함하는 클램핑수단(30') 중 어느 하나의 택일 구성에 의해 각도 고정되도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수평축암(10)에 고정되고, 등각기어(44)가 구비되는 회전링(40)과, 회전링(40)과 동심원을 이루면서 등각기어(44) 연장선상에 일치되도록 다른 등각기어(44)가 구비되는 기준링(41); 상기 회전링(40)과 기준링(41) 측으로 가압시 등각기어(44)에 치합되도록 또 다른 등각기어(44)가 구비되는 가압링(42)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수평축암(10)은 단부에서 동심원을 이루면서 회전가능하게 설치되는 커플러(50)가 구비되고, 커플러(50)는 구동수단(52)에 의해 위치이동되어 수평축암(10)의 돌출길이가 제어되도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
이상의 구성 및 작용에 의하면, 본 발명은 수평축암의 회전 각도 변경에 따라 수직암이 툴과 함께 수평축암을 중심으로 회전되어 절삭각도가 간단하게 변경되고, 특히 수직암이 수평축암에 의해 일단부가 국부적으로 지지됨에 따라 수평축암 각도를 변경하여 피가공물 상면, 측면은 물론 저면 영역까지 절삭범위가 확대되는 효과가 있다.
그리고, 작동슬리브 작동에 의해 제2경사면이 제1경사면을 가압하면 경사면간의 미끄럼운동에 의해 복수개의 밀편이 수축되면서 수평축암 외주면이 가압되어 고하중의 외력이 작용하더라도 각도 고정상태가 견고하게 유지되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 360° 절삭범위를 가지는 고하중용 공작기계 헤드부를 전체적으로 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 360° 절삭범위를 가지는 고하중용 공작기계 헤드부의 주축 구동구조를 나타내는 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 360° 절삭범위를 가지는 고하중용 공작기계 헤드부의 수평축암의 각도 고정 구조를 나타내는 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 360° 절삭범위를 가지는 고하중용 공작기계 헤드부의 등각 각도 고정구조를 나타내는 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 360° 절삭범위를 가지는 고하중용 공작기계 헤드부를 이용한 절삭가공 상태를 나타내는 구성도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명은 360° 절삭범위를 가지는 고하중용 공작기계 헤드부에 관련되며, 이때 360° 절삭범위를 가지는 고하중용 공작기계 헤드부는 피가공물에 간섭없이 저면 영역까지 절삭범위가 확대되면서 각도조절방향으로 작용하는 하중으로 부터 안정적으로 지지되어 황삭을 포함하는 고하중 작업에도 가공정밀도가 향상되도록 하기 위해 수평축암(10), 수직암(20)을 포함하여 주요구성으로 이루어진다.
본 발명에 따른 수평축암(10)은 공작기계에 설치되어 위치이동되고, 구동원(11)에 의해 회전각이 조절되도록 구비된다. 수평축암(10)은 고정슬리브(32)와 같은 지지관체에 회전가능하도록 횡방향으로 삽입 설치되고, 지지관체를 포함하는 헤드부 조립체는 고정플레이트, 클램프를 포함하는 체결수단(도시생략)에 의해 공작기계에 탈부착가능하게 장착되어 이송베드를 타고 위치조절된다. 그리고 수평축암(10)은 모터와 기어조립체로 구성되는 구동원(11)에 의해 회전되어 후술하는 수직암 각도를 제어하도록 구비된다.
또한, 본 발명에 따른 수직암(20)은 수평축암(10) 단부에 종방향으로 연결되고, 툴(T)이 장착되도록 주축(22)이 구비된다. 도 1처럼 수직암(20)과 수평축암(10)은 T형을 이루도록 연결되고, 수직암(20) 길이방향으로 주축(22)이 구비되며, 주축(22) 단부에 커터를 포함하는 툴(T)이 탈부착가능하게 장착된다.
이에 수평축암(10)의 회전 각도 변경에 따라 수직암(20)이 툴(T)과 함께 수평축암(10)을 중심으로 회전되어 절삭각도가 간단하게 변경되고, 특히 수직암(20)이 수평축암(10)에 의해 일단부가 국부적으로 지지됨에 따라 도 5와 같이 수평축암(10) 각도를 변경하여 피가공물(A) 상면, 측면은 물론 저면 영역까지 절삭범위가 확대되는 이점이 있다.
그리고, 상기 주축(22)은 모터를 포함하는 구동원에 의해 회전되도록 구비되는바, 도 2 (a)에서 주축(22)은 수평축암(10) 내부 관통홀(12)에 설치되는 구동축(14)에 연결되어 구동력이 전달되도록 구비된 상태를 도시하고, 이러한 구동축(14)을 통한 동력전달구성으로 수직암(20)의 경량화를 도모하고, 또 도 2 (b)에서 주축(22)은 수직암(20) 내부에 설치되는 구동원(M)에 연결되어 절삭회전력이 전달되는 구성으로서, 이때 구동원(M)이 툴(T) 반대측 수직암(20) 단부에 배치되어 수평축암(10)을 중심으로 힘의 균형이 유지되도록 구비된다.
이처럼 수직암(20)이 수평축암(10) 단부에 연결되어, 수평축암(10)의 회전 각도에 의해 수직암(20)에 장착된 툴(T)의 절삭각도가 제어되는 간단한 구조를 가짐에 따라 고장률이 낮고, 저출력 구동원을 이용한 작동제어가 가능한 이점이 있다.
또한, 상기 수평축암(10)은 회전가능하게 수용하는 고정슬리브(32), 고정슬리브(32) 일측에 돌출되어 수평축암(10)을 감싸면서 외주면에 제1경사면(34a)이 구비되는 복수의 밀편(34), 밀편(34)의 제1경사면(34a)을 가압하도록 내주면에 제2경사면(36a)이 형성되는 작동슬리브(36)를 포함하여 구성되는 클램핑수단(30)에 의해 각도 고정되도록 구비된다. 밀편(34)은 수평축암(10)을 중심으로 복수개소에 방사형으로 이격 배치되어, 밀편(34) 자체 탄성변형력에 의해 가압력이 해제되면 복원되도록 구비된다.
이에 도 3 (a)에 도시된 바와 같이, 작동슬리브(36)의 이동에 의해 제2경사면(36a)의 가압력이 해제된 상태에서 수평축암(10)의 회전력에 의해 툴(T)의 절삭각도가 변경되고, 이후, 작동슬리브(36) 작동에 의해 제2경사면(36a)이 제1경사면(34a)을 가압하면 경사면간의 미끄럼운동에 의해 복수개의 밀편(34)이 수축되면서 수평축암(10) 외주면을 가압하여 고하중의 외력이 작용하더라도 각도 고정상태가 견고하게 유지된다.
이때, 상기 작동슬리브(36)는 모터 또는 유,공압실린더에 의해 작동력이 발생되는바, 일실시예로서 작동슬리브(36) 일단부에 피스톤링(38)이 구비되고, 피스톤링(38)은 고정슬리브(32)를 감싸도록 설치되는 실린더(39)에 수용되어, 유압 또는 공압에 의해 피스톤링(38) 이송이 제어된다. 이처럼 피스톤링(38)과 실린더(39) 구성이 작동슬리브(36)에 일체형으로 구비됨에 따라 콤팩트한 구조로 취급이 간단하면서 공작기계에 설치 및 운전시 주변에 간섭없이 운용되는 이점이 있다.
또한, 클램핑수단(30')의 다른 실시예로서, 상기 수평축암(10)은 마찰패드, 키결합 중 어느 하나의 택일 구성에 의해 수평축암(10)의 각도 고정되도록 구비된다. 도 3 (b) 내지 (c)에서, 클램핑수단(30')은 작동슬리브(36) 내부에 마찰패드 또는 키를 설치하여 유,공압실린더에 의해 작동되도록 구비되고, 키를 적용할 경우에는 수평축암(10) 외주면에 키와 맞물리는 키홈이 형성되도록 한다.
도 4에서, 상기 수평축암(10)에 고정되고, 등각기어(44)가 구비되는 회전링(40)과, 회전링(40)과 동심원을 이루면서 등각기어(44) 연장선상에 일치되도록 다른 등각기어(44)가 구비되는 기준링(41); 상기 회전링(40)과 기준링(41) 측으로 가압시 등각기어(44)에 치합되도록 또 다른 등각기어(44)가 구비되는 가압링(42)을 포함하여 이루어진다. 등각기어(44)는 360°를 등각분할한 각도분할기어로서, 회전링(40), 기준링(41) 및 가압링(42)에 각각 형성된다. 이때 기준링(41)은 회전링(40) 내측에 위치되어 수평축암(10) 회전에 간섭받지 않고 고정상태를 유지하고, 회전링(40)과 기준링(41)에 형성되는 등각기어는 평면상에 일치되도록 구비된다.
이에 상기 가압링(42)이 회전링(40)과 기준링(41) 측으로 이송되어 가압시 가압링(42)의 등각기어(44)가 회전링(40)과 기준링(41)에 구비된 등각기어(44)에 치합되면서 정확한 등각위치에 고정된다. 즉, 등각기어(44)가 1°간격으로 360개소에 형성되는 조건에서, 수평축암(10)을 35°회전시, 구동원(11)에 의해 수평축암(10)의 회전각도가 34.5°로 조절되더라도 등각기어(44)간의 맞물림작동으로 35°등각 위치에서 정확하게 각도고정됨은 물론 각도 고정 후 등각기어(44)에 의한 맞물린 고정력에 의해 고하중의 외력이 작용하더라도 각도 고정상태가 견고하게 유지된다.
이에 상기 수평축암(10)은 클램핑 수단에 의해 각도 고정되거나, 클램핑 수단과 등각기어(44)에 의해 이중으로 각도고정되는바, 즉 수평축암(10)은 등각기어(44)의 맞물림 작동으로 등각기어(44)에 설정된 등각위치에서 각도 고정된 상태로 클램핑수단에 의해 이중으로 각도 고정되거나, 등각기어(44) 등각과 수평축암의 각도 고정 위치가 불일치 할 경우 클램핑수단만으로 임의의 회전 각도에서 각도 고정되도록 구비된다.
10: 수평축암 20: 수직암

Claims (8)

  1. 공작기계에 설치되어 위치이동되고, 구동원(11)에 의해 회전각이 조절되도록 구비되는 수평축암(10);
    상기 수평축암(10) 단부에 종방향으로 연결되고, 툴(T)이 장착되도록 주축(22)이 구비되는 수직암(20);
    상기 수평축암(10)의 회전 각도에 의해 수직암(20)에 장착된 툴(T)의 절삭각도가 360°제어되는 구성을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 360° 절삭범위를 가지는 고하중용 공작기계 헤드부.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 주축(22)은 수평축암(10) 내부 관통홀(12)에 설치되는 구동축(14)에 연결되어 구동력이 전달되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 360° 절삭범위를 가지는 고하중용 공작기계 헤드부.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 주축(22)은 수직암(20) 내부에 설치되는 구동원(M)에 연결되어 절삭회전력이 전달되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 360° 절삭범위를 가지는 고하중용 공작기계 헤드부.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 수평축암(10)은 회전가능하게 수용하는 고정슬리브(32), 고정슬리브(32) 일측에 돌출되어 수평축암(10)을 감싸면서 외주면에 제1경사면(34a)이 구비되는 복수의 밀편(34), 밀편(34)의 제1경사면(34a)을 가압하도록 내주면에 제2경사면(36a)이 형성되는 작동슬리브(36)를 포함하여 구성되는 클램핑수단(30)에 의해 각도 고정되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 360° 절삭범위를 가지는 고하중용 공작기계 헤드부.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 작동슬리브(36)는 일단부에 피스톤링(38)이 구비되고, 피스톤링(38)은 고정슬리브(32)를 감싸도록 설치되는 실린더(39)에 수용되어, 유압 또는 공압에 의해 피스톤링(38) 이송이 제어되는 것을 특징으로 하는 360° 절삭범위를 가지는 고하중용 공작기계 헤드부.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 수평축암(10)은 마찰패드, 키결합을 포함하는 클램핑수단(30') 중 어느 하나의 택일 구성에 의해 각도 고정되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 360° 절삭범위를 가지는 고하중용 공작기계 헤드부.
  7. 제 1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수평축암(10)에 고정되고, 등각기어(44)가 구비되는 회전링(40)과, 회전링(40)과 동심원을 이루면서 등각기어(44) 연장선상에 일치되도록 다른 등각기어(44)가 구비되는 기준링(41); 상기 회전링(40)과 기준링(41) 측으로 가압시 등각기어(44)에 치합되도록 또 다른 등각기어(44)가 구비되는 가압링(42)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 360° 절삭범위를 가지는 고하중용 공작기계 헤드부.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 수평축암(10)은 등각기어(44)의 맞물림 작동으로 등각기어(44)에 설정된 등각위치에서 각도 고정된 상태로 클램핑수단에 의해 이중으로 각도 고정되거나, 등각기어(44) 등각과 수평축암의 각도 고정 위치가 불일치 할 경우 클램핑수단만으로 임의의 회전 각도에서 각도 고정되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 360° 절삭범위를 가지는 고하중용 공작기계 헤드부.
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