KR20180136637A - 수평형 머시닝 센터 - Google Patents

Abstract

틸팅 테이블 타입의 수평형 머시닝 센터가 개시된다. 수평형 머시닝 센터는 제1 방향을 따라 연장하고 제1 방향과 수직한 제2 방향을 따라 이동 가능한 한 쌍의 칼럼 및 각 칼럼을 따라 연장하는 수직 이송부재를 구비하는 칼럼 구조물, 제1 및 제2 방향과 수직한 제3 방향을 따라 연장하도록 한 쌍의 칼럼 사이에 배치되어 스핀들 헤드와 결합하고 제3 방향을 따라 이동 가능한 몸체, 몸체를 둘러싸는 새들, 몸체와 새들 사이에 배치되어 몸체를 지지하는 지지부재 및 몸체와 새들을 수용하고 수직 이송부재에 결합되어 제1 방향을 따라 이동 가능한 스핀들 하우징을 구비하는 스핀들 어셈블리, 스핀들 헤드의 축 방향과 평행하게 위치하는 제1 위치와 스핀들 헤드와 마주보도록 위치하는 제2 위치 사이에서 회전하는 틸팅 테이블(tilting table), 및 칼럼 구조물과 틸팅 테이블이 설치되는 메인 프레임을 포함한다. 스핀들 어셈블리의 처짐과 칼럼 구조물의 열변형을 방지하고 축적되는 가공 칩에 의한 슬라이드 커버의 손상을 방지한다.

Description

수평형 머시닝 센터 {Horizontal machining center}

본 발명은 수평형 머시닝 센터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 회전축을 중심으로 테이블이 회전하는 틸팅 테이블을 구비하는 수평형 머시닝 센터에 관한 것이다.

대형 구조물에서부터 미세 부품에 이르기까지 다양한 형상과 사이즈를 갖는 가공물에 대하여 높은 정밀도를 갖고 대량으로 생산될 것이 요구됨에 따라 수치제어 알고리즘으로 가공 공정을 자동으로 제어할 수 있는 수치제어 공작기계(Numerical Control Machining Tool)에 대한 활용이 증가하고 있다.

이와 같은 머시닝 센터는 스핀들이 베드에 대하여 수직방향의 회전축을 갖는 수직형과 수평방향의 회전축을 갖는 수평형으로 구분된다. 일반적으로 수평형 머시닝 센터는 수직형 머시닝 센터와 비교하여 대형 공작기계로 제작되고 다축가공 설비를 구비하여 연속적인 다축 및 다공정 가공을 통하여 단일한 머시닝 센터에서 복잡한 형상과 치수를 가공하는 용도로 널리 활용되고 있다. 이에 따라, 수평형 머시닝 센터는 수직형 머시닝 센터와 비교하여 대형 공작물의 가공에 활용되고 있다.

일반적으로 머시닝 센터의 가공위치는 칼럼과 새들 및 스핀들이 이동하여 3차원의 작업공간에서 특정되므로 공작물에 대한 가공 정밀도와 효율은 칼럼과 새들 및 스핀들의 이동속도와 정확도에 의해 큰 영향을 받는다. 이에 따라, 상기 새들과 스핀들은 칼럼에 대하여 외팔보 구조로 구성하여 이송속도를 높이고 있다.

그러나, 스핀들이 z축 방향을 따라 외팔보 형상의 칼럼으로부터 돌출되어 고속으로 회전하는 경우 외팔보 구조의 특성에 의해 스핀들 헤드의 처짐(deflection)에 취약하게 되고 이는 가공위치의 정밀도를 저하시키는 원인이 된다. 이와 같은 스핀들 처짐에 의한 가공위치 불량은 가공 대상 공작물의 사이즈가 클수록 더욱 치명적이게 된다.

또한, 대형 공작물을 가공하는 수평형 머시닝 센터의 경우에는 가공 칩의 원활한 배출을 위해 공작물을 틸팅 테이블에 수평하게 고정한 후 테이블 자체를 회전시켜 베드에 대하여 수직하게 배치된 공작물에 대하여 가공하게 된다. 따라서, 가공효율을 위해 칼럼의 높이 방향(y 방향)을 따라 이동하는 새들 및 스핀들은 상대적으로 고속으로 이송하게 된다. 그러나, 외팔보 형상을 갖는 칼럼 및 새들의 특성에 의해 스핀들의 고속 이송은 칼럼과 새들의 열 변형을 초래하게 되고 이는 스핀들의 열 변형을 초래하여 가공위치 정밀도를 더욱 악화시키는 원인이 된다.

뿐만 아니라, 대형 공작물에 의해 대량으로 발생하는 가공 칩이 자유낙하에 의해 칩 가이드에 쌓이는 경우, 상기 칩 가이드와 인접하게 배치되고 새들 및 스핀들의 이송에 따라 고속으로 이송하는 슬라이드 커버를 손상시키게 된다.

이에 따라, 스핀들의 처짐과 새들 및 칼럼의 열변형을 방지하고 가공 칩에 의한 슬라이드 커버 손상을 방지할 수 있는 테이블 틸팅 타입 수평형 머시닝 센터가 요구된다.

본 발명의 목적은 한 쌍의 수직 칼럼 사이에 스핀들을 배치하고 스핀들 몸체를 둘러싸는 박스형 새들 사이에 스핀들 지지부재를 배치하고 별도의 이송부재를 구비하여 스핀들의 처짐과 칼럼 및 새들의 열변형을 방지함으로써 가공 정밀도를 높일 수 있는 테이블 틸팅 타입 수평형 머시닝 센터를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 수평형 머시닝 센터는 수직방향인 제1 방향을 따라 연장하고 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향을 따라 이동 가능한 한 쌍의 칼럼 및 상기 각 칼럼을 따라 연장하는 수직 이송부재를 구비하는 칼럼 구조물, 상기 제1 및 제2 방향과 수직한 제3 방향을 따라 연장하도록 상기 한 쌍의 칼럼 사이에 배치되어 스핀들 헤드와 결합하고 상기 제3 방향을 따라 이동 가능한 몸체, 상기 몸체를 둘러싸는 새들, 상기 몸체와 상기 새들 사이에 배치되어 상기 몸체를 지지하는 지지부재 및 상기 몸체와 상기 새들을 수용하고 상기 수직 이송부재에 결합되어 상기 제1 방향을 따라 이동 가능한 스핀들 하우징을 구비하는 스핀들 어셈블리, 상기 스핀들 헤드의 축 방향과 평행하게 위치하는 제1 위치와 상기 스핀들 헤드와 마주보도록 위치하는 제2 위치 사이에서 회전하는 틸팅 테이블(tilting table), 및 상기 칼럼 구조물과 상기 틸팅 테이블이 설치되는 메인 프레임을 포함한다.

일실시예로서, 상기 새들은 상기 몸체를 둘러싸는 속빈 구조물(hollow structure)을 포함하고 상기 지지부재는 상기 몸체의 외측면과 상기 속빈 구조물의 내측면에 접촉하고 상기 몸체를 둘러싸도록 배치되는 베어링 구조물을 포함한다.

일실시예로서, 상기 베어링 구조물은 상기 스핀들 헤드와 인접하도록 상기 몸체의 전단부(front end portion)에 배치되고 상기 몸체의 상부보다 하부에 더 많은 롤러(roller)가 배치된 제1 롤러 베어링 팩 및 상기 제3 방향을 따라 상기 전단부와 이격된 후단부(rear end portion)에 배치되고 상기 몸체의 하부보다 상부에 더 많은 롤러(roller)가 배치된 제2 롤러 베어링 팩을 구비한다. 일실시예로서, 상기 수직이송 부재는 볼 스크류를 포함한다.

일실시예로서, 상기 각 칼럼으로부터 제2 방향을 따라 상기 메인 프레임의 단부까지 연장하고 상기 스핀들 헤드로부터 제1 방향을 따라 연장하고 상기 칼럼 구조물 및 상기 스핀들 어셈블리의 이동에 따라 길이가 가변적으로 변하는 슬라이드 커버, 및 상기 틸팅 테이블과 상기 칼럼 구조물 사이에 위치하는 상기 메인 프레임의 상면으로부터 리세스되고 측벽이 상기 슬라이드 커버보다 후방에 배치되는 칩 배출 트렌치의 내부에 배치되어 가공 칩을 제거하는 칩 컨베이어를 구비하는 칩 배출장치를 더 포함한다.

상술한 바와 같은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 수평형 머시닝 센터에 의하면, 스핀들 몸체를 둘러싸는 박스형상의 새들과 상기 새들과 몸체 사이에 배치되어 외력에 대하여 충분한 지지반력을 제공하는 지지부재를 구비함으로써 스핀들 몸체의 처짐(deflection)을 방지할 수 있다. 또한, 칼럼 구조물에 대한 스핀들 어셈블리의 상대적인 이동은 별도의 수직 이송부재에 의해 수행됨으로써 고속 가공에서도 새들 및 칼럼 구조물의 열변형을 원천적으로 방지할 수 있다. 이에 따라, 스핀들 어셈블리의 처짐과 새들 및 칼럼 구조물의 열변형을 방지함으로써 가공 정밀도를 현저하게 높일 수 있다.

뿐만 아니라, 칩 트렌치의 측벽을 후방으로 더욱 확장하여 칩 트렌치의 상부에 슬라이드 커버의 하단부를 배치시킴으로써 슬라이드 커버 주변부에 가공 칩이 축적되는 것을 방지함으로써 슬라이드 커버의 손상을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 수평형 머시닝 센터를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 수평형 머시닝 센터의 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 수평형 머시닝 센터의 스핀들 어셈블리와 칼럼의 결합구조를 상세하게 나타내는 사시도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 3에 도시된 스핀들 어셈블리에 구비된 지지부재의 배치관계를 나타내는 사시도이다.

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에" 와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는" 과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 수평형 머시닝 센터를 나타내는 사시도이며, 도 2는 도 1에 도시된 수평형 머시닝 센터의 단면도이다. 이하에서, 수직 칼럼이 연장하는 높이 방향을 머시닝 센터의 제1 방향(I) 및 수직 칼럼이 이송하고 가공 칩을 배출하는 칩 트렌치가 연장하는 방향을 제2 방향(II)으로 정의한다. 또한, 스핀들 축의 축방향을 제1 및 제2 방향(I,II)과 수직한 제3 방향(III)으로 정의한다. 아울러, 가공 대상물이 위치하고 스핀들 헤드가 향하는 방향을 스핀들의 전방이라 하고 칼럼을 기준으로 전방과 대칭되는 방향을 후방이라 한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 수평형 머시닝 센터(1000)는 메인 프레임(100), 상기 메인 프레임(100)에 결합된 틸팅 테이블(200)과 칼럼 구조물(300), 틸팅 테이블(200)과 칼럼 구조물(300) 사이에 형성된 작업 공간(S)을 향하도록 배치되는 스핀들 어셈블리(400) 및 가공 대상물로부터 발생되는 부산물인 가공 칩(chip)을 외부로 배출하는 칩 배출장치(600)로 구성된다. 스핀들의 전방은 슬라이딩 커버(500)에 의해 후방과 분리되어 가공 칩으로부터 칼럼 구조물(300)을 보호할 수 있다.

예를 들면, 상기 메인 프레임(100)은 머시닝 센터(1000)의 기저를 제공하며 제1 방향(I)을 따른 길이와 제3 방향(III)을 따른 폭 및 제2 방향을 따른 소정의 높이(II)를 갖는 평판으로 구성될 수 있다.

본 실시예의 경우, 상기 메인 프레임(100)은 상기 틸팅 테이블(200)이 결합되는 제1 프레임(110)과 상기 칼럼 구조물(300)이 결합되는 제2 프레임(120)을 구비한다.

상기 제1 프레임(110)은 베드 구조물로서 기능하며 상부에 가공 대상물이 고정되는 테이블(200)이 설치되고 상기 테이블(200)을 일정한 각도로 회전시키기 위한 회전 구동부재(미도시)를 구비한다. 상기 회전 구동부재는 제2 방향(II)을 따라 연장하는 테이블 회전축(미도시)을 구비하여 가공목적에 따라 상기 테이블(200)을 일정한 각도까지 회전할 수 있다. 이에 따라, 상기 테이블(200)은 공구가 결합되는 스핀들 헤드(420)에 대하여 설정된 각도로 기울어지게 설치할 수 있다.

본 실시예의 경우, 상기 제1 프레임(110)은 스핀들 헤드(420)의 램 축(421)과 평행하게 위치하는 제1 위치와 램 축(421)과 마주보는 제2 위치 사이에서 가공에 필요한 각도만큼 회전할 수 있다. 제1 위치에서는 램 축(421)의 방향이 테이블(200)과 수평하게 위치하므로 가공 대상물에 대하여 수평가공이 수행되지만, 제2 위치에서는 램 축(421)의 방향이 테이블(200)과 수직하게 위치하므로 가공 대상물에 대하여 수직가공이 수행된다.

상기 제2 프레임(120)에는 칼럼 구조물(300) 및 기타 필요한 부수장치가 결합될 수 있다. 칼럼 구조물(300)은 테이블(200)이 위치하는 영역으로부터 일정한 제3 방향(III)을 따라 일정한 거리만큼 이격되어 설치되고 제1 방향(I)을 따라 소정의 높이를 갖는 구조물로 제공된다.

특히, 상기 테이블(200)은 제1 프레임(110)의 주변부로 일정거리만큼 이격되도록 배치되고 제2 프레임(120)은 제1 프레임(110)의 주변부와 접속하도록 배치되어 상기 테이블(200)과 칼럼 구조물(300) 사이에 배치되는 제1 프레임(110)의 상부공간은 테이블(200)에 고정된 가공 대상물을 가공하는 작업영역(S)으로 제공된다.

작업영역(S)에 대응하는 메인 프레임(100)의 상면은 일정깊이 만큼 리세스되어 가공 대상물에 대한 가공과정에서 발생하는 부산물인 가공 칩을 배출하는 칩 트렌치(CT)가 배치된다. 테이블(200)의 하면으로부터 하방으로 경사진 평판인 칩 가이드(CG)가 구비되어 가공 과정에서 생성되는 가공 칩을 자연스럽게 칩 트렌치(CT)로 유도할 수 있다.

예를 들면, 상기 틸팅 테이블(200)이 90 회전하여 테이블(200)과 스핀들 헤드(420)가 서로 마주보도록 배치되는 경우, 테이블(200)과 칼럼 구조물(300) 사이의 공간은 작업공간(S)으로 제공되고 작업공간(S)을 한정하는 메인 프레임(100)에는 칩 가이드(CG)에 의해 테이블(200)의 하부와 연결되는 칩 트렌치(CT)가 제공된다.

상기 칼럼 구조물(300)은 제1 방향(I)을 따라 연장하고 제2 방향을 따라 이동 가능한 한 쌍의 수직 칼럼(310) 및 상기 각 칼럼(310)을 따라 연장하는 수직 이송부재(330)를 구비한다. 상기 스핀들 어셈블리(400)는 칼럼 구조물(300)에 설치되어 제1 및 제3 방향(I, III)을 따라 이동한다. 따라서, 상기 램 축(421)은 스핀들 어셈블리(400)의 이동과 칼럼 구조물(300)의 이동을 통하여 3차원의 작업 공간(S) 내부에서 작업위치를 탐색할 수 있다.

도 3은 도 1에 도시된 수평형 머시닝 센터의 스핀들 어셈블리와 칼럼의 결합구조를 상세하게 나타내는 사시도이며, 도 4a 및 도 4b는 도 3에 도시된 스핀들 어셈블리에 구비된 지지부재의 배치관계를 나타내는 사시도이다.

도 3 내지 4b를 참조하면, 상기 수직 칼럼(310)은 제2 방향(II)을 따라 일정거리만큼 이격되어 배치되고 상단부는 연결부재(320)에 의해 서로 연결되어 단일한 칼럼 구조물(300)을 제공한다. 상기 칼럼 구조물(300)은 칼럼 구동기(미도시)에 의해 제2 방향(II)을 따라 이송할 수 있도록 구성된다. 이에 따라, 테이블(200)에 고정된 가공 대상물의 길이방향을 따라 이동하면서 가공위치를 조절할 수 있다.

상기 수직 칼럼(310)에는 수직 이송부재(330)가 개별적으로 구비되어 후술하는 스핀들 어셈블리(400)와 결합된다. 이에 따라, 상기 스핀들 어셈블리(400)는 수직 칼럼(310)을 따라 제1 방향(I)으로 이동하여 가공 대상물의 높이방향으로 가공위치를 조절할 수 있다.

상기 수직 이송부재(330)는 자체 구동력에 의해 이송하여 이송부재(330)에 결합된 스핀들 어셈블리(400)의 제1 방향(I)을 따른 위치를 결정할 수 있다. 예를 들면, 상기 수직 이송부재(330)는 볼 스크류로 구성할 수 있다. 이에 따라, 스핀들 어셈블리(400)의 이송부하에 의해 칼럼 구조물(300) 및 새들(430)이 열변형되는 것을 방지할 수 있다.

상기 스핀들 어셈블리(400)는 제3 방향(III)을 따라 연장하도록 상기 한 쌍의 수직 칼럼(310) 사이에 배치되어 스핀들 헤드(420)와 결합하고 상기 제3 방향(III)을 따라 이동 가능한 몸체(410), 상기 몸체(410)를 둘러싸는 새들(430), 상기 몸체(410)와 상기 새들(430) 사이에 배치되어 상기 몸체(410)를 지지하는 지지부재(440) 및 상기 몸체(410)와 상기 새들(430)을 수용하고 상기 수직 이송부재(330)에 결합되어 상기 제1 방향(I)을 따라 이동 가능한 스핀들 하우징(450)을 포함한다.

상기 몸체(410)는 한 쌍의 상기 수직칼럼(310) 사이에 배치되고 제 3방향(III)울 따라 연장하는 세형 부재로 제공되고 스핀들 어셈블리(400)의 전방과 인접한 전단부에 스핀들 헤드(420)가 부착된다. 스핀들 헤드(420)에는 공구를 부착할 수 있는 램 축(421)이 구비되어 가공 대상물을 가공하기 위한 작업공구 또는 작업공구를 보조할 수 있는 다양한 어태치먼트들이 부착될 수 있다. 상기 몸체(410)는 벌크형 로드 또는 속이 빈 쉘(shell)형 로드로 제동될 수 있으며 램 축의 작동 진동이나 외란으로부터 스핀들 헤드(420)의 변형을 방지할 수 있을 정도의 충분한 강성을 가질 수 있다면 다양한 형상으로 제공될 수 있다.

스핀들 헤드(420)는 몸체(410)의 전단부에 결합되어 작업공간(S)을 향하도록 배치되며 단부에 램 축(421)이 구비된다. 따라서, 스핀들 헤드(420)는 틸팅 테이블(200)에 고정된 가공 대상물에 대하여 테이블의 회전에 따라 수평하게 또는 수직하게 배치될 수 있다.

상기 새들(430)은 상기 몸체(410)을 둘러싸도록 속빈 구조물(hollow structure)로 제공된다. 이에 따라, 상기 몸체(410)는 새들(430)을 관통하는 구조로 배치되어 상기 몸체(410)와 스핀들 헤드(420)의 결합체를 스핀들 하우징(450)에 고정하는 매개물로 기능한다. 따라서, 상기 새들(430)은 몸체(410)를 둘러싸기에 적당할 정도의 길이를 갖도록 제3 방향(III)을 따라 연장한다.

본 실시예의 경우, 상기 몸체(410)와 스핀들 헤드(420)는 직육면체 형상으로 제공되고 상기 새들(430)은 직육면체 형상의 몸체(410)와 스핀들 헤드(420)를 둘러싸는 박스 형상으로 제공된다.

종래에는 외팔보 구조를 갖는 칼럼 구조물에 외팔보 형상을 갖는 새들을 이용하여 스핀들 어셈블리(400)를 칼럼 구조물에 지지하여 스핀들 어셈블리(300)가 제3 방향(III)을 따라 작업공간(S)으로 연장되는 경우 몸체(410)와 스핀들 헤드(420)의 자중에 의해 처짐이 발생하여 가공위치 결정에 오차가 발생하였다.

그러나, 본 발명에 의하면 박스형상의 새들(430)에 의해 몸체(410)와 스핀들 헤드(420)의 상하 및 좌우를 모두 지지할 수 있으므로 스핀들 헤드(420)가 작업공간(S)으로 충분히 길게 연장되더라도 스핀들 헤드(420)와 몸체(410)의 하방 처짐을 충분히 방지할 수 있다.

특히, 상기 스핀들 헤드(420)와 몸체(410)의 하방 처짐은 새들(430)과 몸체(410) 사이에 배치되는 별도의 지지부재(440)에 의해 최소화 될 수 있다.

상기 새들(430)을 몸체(410)와의 사이에 충분한 이격공간을 확보하도록 배치하고 그 사이에 몸체(410)의 외측면과 새들(430)의 내측면에 접촉하고 상기 몸체(410)를 둘러싸는 지지부재(440)를 배치한다.

이때, 상기 몸체(410)는 제3 방향(III)을 따라 전방 및 후방으로 필요에 따라 이동하므로, 상기 지지부재(440)는 램축 방향의 이동을 허용하면서 몸체(410)를 지지할 수 있는 베어링 구조물로 구성될 수 있다. 이에 따라, 상기 몸체(410) 및 스핀들 헤드(420)의 처짐(deflection)을 충분히 방지할 수 있다.

본 실시예에서는 상기 몸체(410) 및 새들(430)이 직육면체 형상을 가지므로 상기 베어링 구조물은 몸체(410)의 각 측면에 배치되어 몸체(410)로 인가되는 다양한 외력에 대하여 반력을 제공할 수 있다.

특히, 상기 몸체(410)는 제3 방향을 따라 연장하는 세형부재로 제공되고 스핀들 헤드(420)가 작업공간(S)으로 연장되어 처짐이 크게 발생하는 경우 몸체(410)에 작용하는 외력은 새들(430)의 전단부에서는 주로 하면으로 집중되어 작용하고 후단부에서는 상면으로 집중되어 작용하게 된다. 이에 따라, 상기 지지부재(440)는 몸체(410)에 작용하는 외력의 분포에 따라 적절한 지지반력을 형성하도록 제3 방향(III)을 따라 적절하게 분포하도록 다수의 베어링 구조물로 구성할 수 있다.

본 실시예에서는 도 4a 및 도 4b에 도시한 바와 같이 상기 몸체(410)의 전단부에서는 상기 몸체(410)의 상면보다 하면에 더 많은 롤러(roller)가 배치된 제1 롤러 베어링 팩(442)이 배치되고, 상기 후단부에서는 상기 몸체(410)의 하면보다 상면에 더 많은 롤러(roller)가 배치된 제2 롤러 베어링 팩(444)이 배치될 수 있다.

이에 따라, 스핀들 헤드(420) 및 몸체(410)가 작업공간(S)으로 충분히 길게 연장된다 할지라도 몸체(410)에 대한 지지반력을 충분히 제공하여 하방 처짐을 방지할 수 있다. 이에 따라, 램 축(421)의 위치불량을 방지함으로써 가공 정밀도를 현저하게 높일 수 있다.

지지부재(440)를 매개로 결합한 새들(430)과 몸체(410)는 스핀들 하우징(450)의 내부에 수용되고 상기 스핀들 하우징(450)은 각 수직칼럼(310)에 배치된 수직 이송부재(330)에 각각 결합된다. 따라서, 수직 이송부재(330)의 구동에 의해 스핀들 하우징(450)은 제1 방향(I)을 따라 이동하게 된다.

종래에는 새들이 직접 칼럼 구조물을 따라 이동함으로써 스핀들 어셈블리가 고속으로 이동하는 경우 구동열에 의한 열변형이 새들과 칼럼 구조물에 발생하여 램 축(421)의 위치불량을 야기하는 원인으로 기능하였다. 특히, 이와 같은 열변형에 의한 공구의 가공위치 불량은 가공 대상물이 대형 구조물이고 틸팅 테이블(200)에 고정되어 수직가공이 이루어지는 경우 가공 대상물의 폭과 너비 및 높이가 충분히 큰 대형 공작물에 대하여 고속 가공이 수행되는 경우 가공 정밀도를 저하시키는 주된 요인으로 기능하였다.

그러나, 본 실시예의 경우 칼럼 구조물(300)에 대한 스핀들 어셈블리(400)의 상대적인 이동은 별도의 수직 이송부재(330)에 의해 수행됨으로써 고속 가공에서도 새들(430) 및 칼럼 구조물(300)의 열변형을 원천적으로 방지할 수 있으며 대형 공작물에 대한 고속 가공의 가공 정밀도를 현저하게 높일 수 있다.

다시 도 2를 참조하면, 상기 스핀들 어셈블리(300)의 전방에는 슬라이드 커버(500)가 배치되어 작업공간(S)에서 발생한 가공 칩이 스핀들 어셈블리(300)의 후방으로 확산되는 것을 방지한다.

상기 슬라이드 커버(500)는 상기 각 수직칼럼(310)으로부터 제2 방향(II)을 따라 상기 메인 프레임(100)의 단부까지 연장하는 수평 슬라이드 커버 및 상기 수직칼럼(310) 사이에서 스핀들 헤드(320)의 상부 및 하부로부터 제1 방향(I)을 따라 연장하는 수직 슬라이드로 구성된다.

상기 슬라이드 커버(500)는 작업공간(S)에서 가공 대상물이 가공되는 동안 발생하는 가공 칩이 칼럼 구조물(300)을 통과하여 스핀들 어셈블리(300)의 후방으로 확산되는 것을 방지하고, 메인 프레임(100)의 하부에 배치된 칩 트렌치(CT)로 안내한다.

상기 수평 슬라이드 커버는 각 수직칼럼(310)과 메인 프레임(100)의 길이방향으로 대칭적인 단부까지 독립적으로 커버하는 한 쌍의 커버로 구성되어 상기 칼럼 구조물(300)이 제2 방향을 따라 이동하는 동안 대응하는 커버의 길이가 변화하는 구조를 갖는다. 따라서, 상기 칼럼 구조물(300)의 제2 방향(II)을 따른 이동과 무관하게 작업공간(S)과 스핀들 어셈블리(300)의 후방을 차단시킬 수 있다.

마찬가지로, 상기 수직 슬라이드 커버는 상기 새들(430)의 상면으로부터 작업공간(S)의 상부까지 연장하고 새들(430)의 하면으로부터 작업공간(S)의 하부까지 연장하는 한 쌍의 커버로 구성되어 상기 스핀들 어셈블리(300)가 제1 방향(I)을 따라 이동하는 동안 대응하는 커버의 길이가 변화한다. 따라서, 상기 스핀들 어셈블리(300)의 제1 방향(I)을 따른 이동과 무관하게 작업공간(S)과 스핀들 어셈블리(300)의 후방을 차단시킬 수 있다.

상기 작업공간(S)으로 노출된 메인 프레임(100)의 상면은 일정한 깊이까지 리세스되어 작업공간(S)에서 발생한 가공 칩을 수집하여 외부로 배출하기 위한 칩 트렌치(CT)가 제공된다.

상기 칩 트렌치(CT)는 가공 대상물의 높이를 고려하여 틸팅 테이블(200)로부터 일정거리만큼 이격되도록 배치되고 상기 테이블(200)의 하부에서 칩 트렌치(CT)까지의 메인 프레임(100)은 경사면인 칩 가이드(CG)로 구성되어 가공 대상물로부터 생성되는 가공 칩이 칩 가이드(CG)를 따라 칩 트렌치(CT)로 수집되도록 한다.

이때 상기 칩 트렌치(CT)의 제1 측벽(SW1)은 칩 가이드(CG)의 단부보다 테이블(200)과 더욱 가깝게 배치되어 칩 가이드(CG)와 경계영역에 단턱(stepped portion, SP)이 제공되고, 상기 칩 트렌치(CT)의 제2 측벽(SW2)은 상기 슬라이드 커버(500)보다 상기 스핀들 어셈블리(300)의 후방에 더욱 가깝게 배치되어 슬라이드 커버(500)의 하단부가 상기 칩 트렌치(CT)의 상부에 제공된다.

종래에는 칩 트렌치(CT)의 제2 측벽(SW2)이 슬라이드 커버(500) 보다 작업영역(S)에 더욱 가깝게 배치되어 슬라이드 커버(500)의 하단부는 칩 트렌치(CT)로부터 후방으로 일정거리만큼 이격되어 배치되고 슬라이드 커버(500)의 하단부로부터 상기 칩 트렌치(CT)까지 가공 칩을 안내하는 추가적인 칩 가이드가 배치되어 있었다.

그러나, 본 발명의 경우, 상기 칩 트렌치(CT)의 제2 측벽(SW2)을 후방으로 더욱 확장하여 칩 트렌치(CT)의 상부에 슬라이드 커버(500)의 하단부를 배치시킴으로써 슬라이드 커버(500) 주변부에 수집된 가공 칩은 칩 트렌치(CT)로 직접 떨어질 수 있다. 이에 따라, 슬라이드 커버(500) 하단부의 칩 가이드에 축적된 가공 칩에 의해 슬라이드 커버(500)가 손상되는 것을 방지할 수 있다.

선택적으로, 슬라이드 커버(500)의 하단부를 수용할 수 있을 정도로 상기 칩 트렌치(CT)의 폭을 확장함으로써 상기 메인 프레임(100)의 강성이 저하될 수 있다. 이에 따라, 상기 메인 프레임(100)의 강성을 보강할 수 있는 보강부재를 칩 트렌치(CT) 주변에 더 배치할 수 있다.

본 실시예의 경우, 상기 칩 트렌치(CT)의 바닥부에 배치되는 제1 보강부재(610), 칩 트렌치(CT)의 상부에 배치되는 제2 보강부재(620) 및 칩 트렌치(CT)의 측부에 배치되는 제3 보강부재(630)를 더 제공할 수 있다.

상기 칩 트렌치(CT)의 내부에는 제2 방향을 따라 배치되어 칩 트렌치(CT)의 내부로 수집된 가공 칩을 머시닝 센터(1000)의 외부로 배출하는 칩 컨베이어(640)를 배치한다. 이에 따라, 가공 대상물에 대한 가공이 진행되는 동안 가공 칩을 연속적으로 외부로 배출할 수 있다. 칩 컨베이어(640)의 단부에는 이송된 가공 칩을 수집하여 외부로 운반하기 위한 칩 컬렉터(C)가 배치된다.

이에 따라, 메인 프레임(100)의 강성을 저하시키지 않으면서 칩 트렌치(CT)를 확장함으로써 슬라이드 커버 하부에 가공 칩이 축적되어 슬라이드 커버(500)의 운동을 방해하는 것을 방지할 수 있다.

상술한 바와 같은 수평형 머시닝 센터에 의하면, 스핀들 몸체를 둘러싸는 박스형상의 새들과 상기 새들과 몸체 사이에 배치되어 외력에 대하여 충분한 지지반력을 제공하는 지지부재를 구비함으로써 스핀들 몸체의 처짐(deflection)을 방지할 수 있다. 또한, 칼럼 구조물에 대한 스핀들 어셈블리의 상대적인 이동은 별도의 수직 이송부재에 의해 수행됨으로써 고속 가공에서도 새들 및 칼럼 구조물의 열변형을 원천적으로 방지할 수 있다. 이에 따라, 스핀들 어셈블리의 처짐과 새들 및 칼럼 구조물의 열변형을 방지함으로써 가공 정밀도를 현저하게 높일 수 있다.

뿐만 아니라, 칩 트렌치의 측벽을 후방으로 더욱 확장하여 칩 트렌치의 상부에 슬라이드 커버의 하단부를 배치시킴으로써 슬라이드 커버 주변부에 가공 칩이 축적되는 것을 방지함으로써 슬라이드 커버의 손상을 방지할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (5)

1. 수직방향인 제1 방향을 따라 연장하고 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향을 따라 이동 가능한 한 쌍의 칼럼 및 상기 각 칼럼을 따라 연장하는 수직 이송부재를 구비하는 칼럼 구조물;
   상기 제1 및 제2 방향과 수직한 제3 방향을 따라 연장하도록 상기 한 쌍의 칼럼 사이에 배치되어 스핀들 헤드와 결합하고 상기 제3 방향을 따라 이동 가능한 몸체, 상기 몸체를 둘러싸는 새들, 상기 몸체와 상기 새들 사이에 배치되어 상기 몸체를 지지하는 지지부재 및 상기 몸체와 상기 새들을 수용하고 상기 수직 이송부재에 결합되어 상기 제1 방향을 따라 이동 가능한 스핀들 하우징을 구비하는 스핀들 어셈블리;
   상기 스핀들 헤드의 축 방향과 평행하게 위치하는 제1 위치와 상기 스핀들 헤드와 마주보도록 위치하는 제2 위치 사이에서 회전하는 틸팅 테이블(tilting table); 및
   상기 칼럼 구조물과 상기 틸팅 테이블이 설치되는 메인 프레임을 포함하는 수평형 머시닝 센터.
2. 제1항에 있어서, 상기 새들은 상기 몸체를 둘러싸는 속빈 구조물(hollow structure)을 포함하고 상기 지지부재는 상기 몸체의 외측면과 상기 속빈 구조물의 내측면에 접촉하고 상기 몸체를 둘러싸도록 배치되는 베어링 구조물을 포함하는 수평형 머시닝 센터.
3. 제2항에 있어서, 상기 베어링 구조물은 상기 스핀들 헤드와 인접하도록 상기 몸체의 전단부(front end portion)에 배치되고 상기 몸체의 상부보다 하부에 더 많은 롤러(roller)가 배치된 제1 롤러 베어링 팩 및 상기 제3 방향을 따라 상기 전단부와 이격된 후단부(rear end portion)에 배치되고 상기 몸체의 하부보다 상부에 더 많은 롤러(roller)가 배치된 제2 롤러 베어링 팩을 구비하는 수평형 머시닝 센터.
4. 제1항에 있어서, 상기 수직이송 부재는 볼 스크류를 포함하는 수평형 머시닝 센터.
5. 제1항에 있어서, 상기 각 칼럼으로부터 제2 방향을 따라 상기 메인 프레임의 단부까지 연장하고 상기 스핀들 헤드로부터 제1 방향을 따라 연장하고 상기 칼럼 구조물 및 상기 스핀들 어셈블리의 이동에 따라 길이가 가변적으로 변하는 슬라이드 커버; 및
   상기 틸팅 테이블과 상기 칼럼 구조물 사이에 위치하는 상기 메인 프레임의 상면으로부터 리세스되고 측벽이 상기 슬라이드 커버보다 후방에 배치되는 칩 배출 트렌치의 내부에 배치되어 가공 칩을 제거하는 칩 컨베이어를 구비하는 칩 배출장치를 더 포함하는 수평형 머시닝 센터.

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