KR20190133144A - 멀티-스핀들 공작 기계의 개선 - Google Patents

멀티-스핀들 공작 기계의 개선 Download PDF

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산드로 지. 벨파노
폴 피. 프란시아
조셉 켄트 팔마
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브링크만 프로덕츠, 인크.
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Abstract

본 발명은 기계식 멀티-축 공작 기계에 대한 특정한 추가적인 개선 사항을 제공한다. 이들 개선 사항은, (1) 스핀들이 서로 독립적으로, 각각의 축을 중심으로 부재에 대해 회전할 수 있도록 하고, (2) 값 비싼 엔코더 등을 사용하지 않고도, 프레임에 대한 부재의 각도 위치를 결정하는 비용이 저렴하면서도 매우 효과적인 센서 장치를 제공하며, (3) 회전 가능한 부재를 프레임에 대해 보다 정확하게 장착하고, (4) 공작물에 작용을 인가하기 위해 프레임에 제로-백래시 툴 슬라이드를 제공하는 것을 포함한다.

Description

멀티-스핀들 공작 기계의 개선
본 발명은 일반적으로는 공작 기계, 특히 기계식 멀티-스핀들 공작 기계의 성능을 향상시키기 위해 상기 공작 기계에 적용할 수 있는 다양한 개선 사항에 관한 것이다. 개선 사항은 특히, Davenport® 멀티-스핀들 자동 스크류 머신과 사용하기에 적합하지만, 이에 국한된 것은 아니다.
자동 스크류 머신은 바-스톡(bar-stock)으로부터 매우 다양한 부품을 가공하는 공작 기계다. 바-스톡은 둥글거나, 정사각형 또는 다각형의 횡단면을 가질 수 있고, 10 내지 12피트 정도의 축 방향 길이로 스크류 머신에 공급될 수 있다. 스크류 머신은 통상적으로, 지지 프레임에 회전 가능하게 장착되는 헤드를 구비한다. 헤드는 연속하는 복수의 각도 위치(angular position)를 통해, 헤드 축을 중심으로 제어 가능하게 인덱싱될 수 있다. 원형으로 이격되어 있는 복수의 스핀들 조립체들이 헤드에 장착되되, 헤드 축을 중심으로 헤드와 함께 회전하고, 다양한 개별적인 스핀들 조립체 축을 중심으로 헤드에 대해 회전하도록 장착된다. 기다란 바-스톡들이 각각의 스핀들 조립체에 축 방향으로 공급되어, 헤드 조립체와 함께 헤드 축을 중심으로 회전한다. 따라서, 회전 가능한 헤드와, 다양한 스핀들 조립체에 공급되는 바-스톡은 그 외관이 마치 개틀링 기관총과 유사하다. 스크류 머신은 헤드의 다양한 각도 위치에서 스핀들 조립체 콜릿에 의해 홀드되어 상기 콜릿을 지나 연장하는 바-스톡(즉, 공작물)의 캔틸레버 길이에서 다양한 가공 작업을 수행하기에 적합하다.
통상적으로, 각각의 스핀들 조립체는 헤드에 회전 가능하게 장착되는 외측 스핀들을 구비하고, 자신의 개별적인 스핀들 조립체 축을 따라 길게 연장한다. 각각의(several) 스핀들 조립체 축은 헤드 축에 평행하다. 각각의 외측 스핀들은 내측으로, 그리고 전방으로 향하는 원추형 캠 표면을 구비한다. 내측 스핀들이, 관련된 스핀들 조립체 축을 중심으로 외측 스핀들과 함께 회전하도록 외측 스핀들 내에 배치되고, 관련된 외측 스핀들에 대해 제한된 축 방향 이동을 하도록 장착된다. 외측 스핀들에 대해 하나의 축 방향으로 내측 스핀들을 제어 가능하게 이동시키기 위해, 스핀들-이동 수단 또는 메커니즘이 내측 스핀들에 힘을 인가하도록 작동 가능하게 배치된다. 콜릿이 내측 스핀들과 이동하도록 내측 스핀들에 장착된다. 콜릿은 본체로부터 전방으로 연장하는 복수의 핑거를 구비한다. 이들 핑거는, 각도 방향으로 분할되어 있는 외측 및 후방을 향하는 원추형 캠 표면을 구비하며, 이 표면은 관련된 외측 스핀들의 내측을 향하는 캠 표면과 맞닿는다. 각각의 핑거는, 내측 스핀들이 외측 스핀들에 대해 하나의 축 방향으로 이동될 때, 바-스톡의 관통(penetrant) 부분과 맞닿기 위해, 반경 방향으로 내측으로 이동되기에 적합한 패드를 구비한다. 스핀들-이동 메커니즘이 내측 스핀들에 인가된 힘을 해제할 때, 내측 스핀들은 관련된 외측 스핀들에 대해 반대쪽 축 방향으로 이동하고, 콜릿 핑거들은 그들의 원래 위치를 향해 반경 방향으로 외측으로 이동하도록 (즉, 스프링 백 하도록) 허용되어, 콜릿 패드들은 바-스톡으로부터 분리되고 바-스톡을 해제할 것이다.
공급 튜브가 각각의 내측 스핀들 내에 배치되되, 관련된 스핀들 조립체 축을 중심으로 회전하고, 상기 스핀들 조립체 축에 대해 축 방향으로 이동하도록 배치된다. 공급 튜브는, 바-스톡의 공급 튜브로의 관통 길이와 맞닿기에 적합한 복수의 공급 핑거를 구비한다. 선택적으로, 공급 튜브와 공급 핑거들이 내측 스핀들에 대해 하나의 축 방향으로 선택적으로 왕복 운동(즉, 앞뒤로 이동)하도록 하는, 공급 튜브 이동 수단 또는 메커니즘이 제공된다. 공급 튜브의 이러한 운동이 콜릿의 작동과 조화되어, 콜릿이 개방되도록 콜릿 핑거들이 공작물로부터 반경 방향으로 멀어지도록 이동되었을 때, 공급 핑거들이 콜릿을 향해 전방으로, 그리고 콜릿을 지나도록 바-스톡을 전진시킬 수 있다. 콜릿이 폐쇄되었을 때, 공급 튜브는 콜릿으로부터 멀어지도록 후방으로 이동되고, 공급 핑거들은 폐쇄된 콜릿에 홀딩되는 바-스톡을 따라 슬라이딩한다.
하나의 특정 유형의 스크류 머신은 Davenport® 5-스핀들 자동 스크류 머신이다. Davenport®는, 주소지가 14611 뉴욕, 로체스터, 167 에임스 스트리트인 Brinkman Products Inc.와, 동일 주소의 Davenport Machine의 모회사의 등록 상표이다. 원래의 Davenport® 머신들은 19세기 및 20세기 초반에 개발되었다. 오늘날, 많은 초기-버전의 Davenport® 머신들 및 재생산된 Davenport® 머신들이 여전히 공급되고 있으며, 완전히 새로운 머신들도 판매되고 있다.
Davenport® Model B 5-스핀들 스쿠류 머신의 기본 구조 및 작동은 http://www.youtube.com/watch?v=N8hBtoNi3EI에서 볼 수 있는 "Davenport Model B - Multi-Spindle Screw Machine #1"이라는 제목의 비디오와, https://www.youtube.com/watch?v=ppQydP2bd4k에서 볼 수 있는 "Davenport Model B - Multi-Spindle Screw Machine #2"라는 제목의 비디오에 나타나 있고 설명되며, 이들 비디오의 종합적인 개시는 본 명세서에 참조로서 통합된다. 인덱싱 메커니즘은 프레임에 대한 5개의 순차적인 인덱싱 위치(즉, 0˚, 72˚, 144˚, 216˚, 288˚, ...)사이에서(throught), 헤드를 프레임에 대해 제어 가능하게 회전시키기에 적합하다. 이들 머신은 복수의 절단 및 성형 툴을 구비하는데, 상기 절단 및 성형 툴은 프레임에 장착되어, 헤드의 각도 방향으로 이격된 각각의 다양한 인덱스 위치에서 각각의 스핀들 조립체의 콜릿에 의해 홀딩되고 상기 콜릿을 지나 연장하는 바-스톡(즉, 공작물)의 캔틸레버 길이와 맞닿도록 작동 가능하게 배치된다. 단일 모터가 기어 트레인을 통해 동작하고, 각각의 5개의 스핀들 조립체를 동일한 각속도(angular speed)로 각자의 개별적인 스핀들 조립체 축을 중심으로 동시에 회전시킨다. 절단 및 성형 툴들은 모터 출력 샤프트에 기계적으로 결합되어, 각각의 헤드 인덱스 위치에 있는 공작물에 (축방향 및 반경 방향으로) 다양한 작업을 수행하도록 (다양한 캠 및 종동절을 통해) 시간설정(timed) 된다.
수년간, 이들 Davenport® 머신의 성능은, 서보 제어의 추가(예를 들어, US 6,421,895 B2참조), 인간-기계 인터페이스 제어(위와 동일)의 추가, 개선된 헤드, 고정밀도의 스핀들 조립체(예를 들어, US 6,817,273 B2 및 US 7,036,991 B2 참조), 신속-교체형 베어링 조립체(예를 들어, US 7,402,927 B2 참조), 특대형 바-스톡을 수용하기 위한 더 큰 스핀들 조립체(예를 들어, 2016년 3월 31일에 출원된 미국 특허출원번호 제15/087,381호 참조), 개선된 콜릿(위와 동일)의 사용 등에 의해 개선되어왔다. 실제로, 이러한 Davenport® 머신들에 대해 인지된 개선 사항들과 관련하여 많은 특허가 출원되었다(예를 들어, US 6,000,499 A, US 5,356,244 A, 및 US 5,205,376 A 참조). 이러한 모든 선행 기술 특허문헌 및 특허 출원의 종합적인 개시는, 이러한 Davenport® 머신들의 관련 부분 및 그에 대한 각각의 특정한 개선 사항을 나타내기 위해 참조로서 본 명세서에 통합된다. 따라서, 기계식 Davenport® 5-스핀들 자동 스크류 머신들은 능력, 정확도 및 성능을 업그레이드하는 다양한 개선사항들로 일종의 르네상스를 겪어왔다.
또 다른 종류의 이러한 공작 기계는 Penta 518 5-스핀들 선반(lathe)으로, 이는 보도에 따르면 주소지가 46268 인디애나, 인디애나폴리스, 4950 웨스트 79th 스트리트인 ZPS America LLC(www.zpsamerica.com)와 주소지가 체코슬로바키아, 말레노비체, 틸른, CA-76487, 크베트나 1180, 트리다 3인 Tajmac-ZPS, a.s.에 의해 제조 및 판매된다. Penta 518 머신은 또 다른 기계식 멀티-스핀들 공작 기계이며, 가격이 약 _____인 것으로 보도되어 있다. Penta 518 머신은 Production Machining 지의 Vol. 17, 3번째 발행본 (2017년 3월)에 기재된 "Five-Spindle Lathe Expands CNC Multi Line"이라는 기사에 도시 및 기재되어 있다.
최근 몇 년간, 다양한 스핀들 조립체의 회전을 서로 독립적으로 제어하고, 다양한 툴의 작동을 제어하며, 비싼 인코터를 사용하여 프레임에 대한 헤드의 위치를 모니터하기 위해, 디지털 기술을 사용하는 개선된 CNC 스크류 머신들이 개발되었다. 이들 CNC 머신은 확실히 유능하긴 하지만, 구매하기에는 비싸고, 일반적으로 이러한 머신을 프로그래밍하기 위해 특별히-훈련받은 작업자가 필요하다. 따라서, 이들 CNC 머신들은 특히, 높은 비용의 프로그래밍 및 설정이 대량으로 생산되는 부품들에 걸쳐 분산되는 장기간 생산에 적절하다. 현재의 CNC 머신은 전술한 ZPS America 및 Tajmac-ZPS, a.s.에 의해 제조 및 판매되는 것으로 보도된다. 이러한 CNC 머신의 값은 $800,000을 초과하는 것으로 보도된다.
하지만, 기존의 기계식 공작 기계, 예컨대 Davenport® 5-스핀들 스크류 머신에 정확도, 성능 및 수명을 더 향상시키기 위한 추가적인 개선이 이루어질 수도 있다. 일반적으로, 이러한 공작 기계들은 보다 최근의 CNC 머신들보다 더 빠르고, 더 생산적이며, 더 경제적이다.
따라서, (1) 스핀들 조립체들이 서로 독립적으로 각자의 축을 중심으로 헤드에 대해 회전될 수 있도록 하고, (2) 비싼 인코더 등을 사용하지 않고도, 프레임에 대한 헤드의 각도 위치를 결정하는, 저렴하면서 효과적인 수단을 제공하며, (3) 프레임에 대해 보다 정밀하게 헤드를 장착하고, (4) 공작물에 작용을 부여하도록 프레임에 제로-백 래쉬 툴 슬라이드를 제공하는, 일반적으로는 이러한 기계식 멀티-스핀들 스크류 머신들, 특히 Davenport® 5-스핀들 스크류 머신의 개선 사항에 대한 필요성이 지속적으로 존재한다고 여겨진다.
본 발명은, 제한하기 위한 것이 아니라, 단지 예시를 위한 목적으로 게시된 실시예(들)의 대응하는 부품, 부분 또는 표면들을 참조하여, 공작 기계에서 사용하기 위한 몇 가지 개선 사항을 제공한다.
일 양태에서, 본 발명은 개선된 멀티-스핀들 공작 기계(20)를 제공하며, 상기 공작 기계(20)는 대략적으로, 프레임(22); 부재 축(x1-x1)을 중심으로 회전하도록 프레임에 장착되는 부재(21); 부재로 하여금, 각도 방향으로 이격되는 복수의 인덱스 위치들 사이에서 순차적으로 프레임에 대해 선택적으로 회전하도록, 프레임과 부재 사이에서 작용하는 인덱싱 메커니즘(25); 부재와 함께 회전하도록 장착되는 복수의 스핀들 조립체(28)로서, 각각이 자신의 개별적인 스핀들 조립체 축을 중심으로 부재에 대해 회전하도록 장착되는 스핀들 조립체; 프레임에 장착되는 복수의 모터(29); 및 부재에 장착되어 각자 하나의 스핀들 조립체와 맞물리는 링 기어(30)로, 각각이 모터들 중 각자 하나의 모터에 의해 구동되는 링 기어;를 포함하며, 모터들은 각각의 스핀들 조립체들을 희망하는 회전 속도로 부재에 대해 선택적으로 회전하기 위해, 서로 독립적으로 작동될 수 있다.
링 기어들은 부재 축을 따라 서로로부터 축 방향으로 이격될 수 있다.
각각의 모터는 출력 샤프트 및 상기 출력 샤프트에 장착되는 구동 기어를 구비할 수 있고, 각각의 구동 기어는 각자 하나의 링 기어를 회전시키도록 배치된다.
복수라는 것은 5개일 수 있다.
공작 기계는 Davenport® 자동 스크류 머신일 수 있으며, 부재는 스크류 머신의 헤드일 수 있다.
인덱싱 메커니즘은 Geneva 인덱싱 메커니즘일 수 있다.
또 다른 양태에서, 본 발명은, 프레임(22); 부재 축(x1-x1)을 중심으로 회전하도록 프레임에 장착되는 부재(21); 부재로 하여금, 각도 방향으로 이격되어 있는 복수의 인덱스 위치들 사이에서 순차적으로 프레임에 대해 선택적으로 회전하도록, 프레임과 부재 사이에서 작용하는 인덱싱 메커니즘(25); 및 프레임에 대해 부재의 각도 위치를 결정하는 센서 장치(40);를 대략적으로 포함하는 공작 기계(20)를 제공하고, 상기 센서 장치는, 프레임과 부재 중 하나에 장착되되, 프레임과 부재 중 다른 하나를 향하도록 배치되는 센서들로, 제1 어레이로 배치되는 제1의 복수의 센서(50, 51, 52); 각각의 인덱스 위치에서 프레임과 부재들 중 다른 하나에 제공되되, 센서들을 향하도록 배치되는 피쳐(feature)들로, 제2 어레이로 배치되는 제2의 복수의 피쳐(55-61); 및 센서로부터 신호를 발생시켜, 신호가 프레임에 대한 부재의 특정한 인덱스 위치를 표시하도록 하는 수단(62);을 포함한다.
제2의 복수라는 것은 인덱스 위치들 중 일부에서 제1의 복수와 다를 수 있다.
센서들은, 프레임과 부재 사이의 경계면에 걸쳐 재료의 존재 또는 부재를 감지하도록 작동 가능하게 배치되는 근접 센서일 수 있다. 피쳐들은 프레임과 부재 중 다른 하나에 제공되는 적어도 하나의 홀을 포함할 수 있다.
제1 어레이는, 부재가 각각의 인덱스 위치에 있을 때, 제2 어레이를 향하도록 배치될 수 있다.
부재는, 그 위에 장착되어 있는 복수의 스핀들 조립체를 구비하는 헤드일 수 있으며, 헤드는 헤드 축을 구비하고, 각각의 스핀들 조립체는 개별적인 스핀들 축을 구비하며, 스핀들 조립체들은, 헤드 축을 중심으로 헤드와 함께 회전하고, 각자의 개별적인 스핀들 축을 중심으로 헤드에 대해 회전하도록 장착된다.
공작 기계는 Davenport® 자동 스크류 머신일 수 있다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 개선된 멀티-스핀들 공작 기계(20)를 제공하며, 상기 공작 기계는 대략적으로, 프레임(22); 부재 축(x1-x1)을 중심으로 회전하도록 프레임에 장착되는 부재(21); 부재로 하여금, 각도 방향으로 이격되어 있는 복수의 인덱스 위치들 사이에서 순차적으로 부재 축을 중심으로 프레임에 대해 선택적으로 회전하도록, 프레임과 부재 사이에서 작용하는 인덱싱 메커니즘(21); 부재와 함께 회전하도록 부재에 장착되는 복수의 스핀들 조립체(28)로, 각각이 각자 개별적인 스핀들 조립체 축을 중심으로 부재에 대해 회전하도록 장착되는 스핀들 조립체; 및 각각의 인덱스 위치에서 프레임에 대한 부재의 위치가 제어될 수 있도록, 부재와 프레임 사이에서 작용하는 적어도 하나의 롤링-요소(64) 베어링;을 포함한다.
공작 기계는 Davenport® 자동 스크류 머신일 수 있고, 부재는 스크류 머신의 헤드일 수 있다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 개선된 멀티-스핀들 공작 기계(20)를 제공하며, 상기 공작 기계는 대략적으로, 프레임(22); 부재 축(x1-x1)을 중심으로 회전하도록 프레임에 장착되는 부재(21); 부재로 하여금, 각도 방향으로 이격되어 있는 복수의 인덱스 위치 사이에서 순차적으로 부재 축을 중심으로 프레임에 대해 회전하도록, 프레임과 부재 사이에서 작용하는 인덱싱 머신(25); 부재와 함께 회전하도록 부재에 장착되는 복수의 스핀들 조립체(28)로, 각각의 각자 개별적인 스핀들 축을 중심으로 부재에 대해 회전하도록 장착되는 스핀들 조립체; 공작물을 홀드하도록 각각의 스핀들 조립체에 장착되는 척(chuck); 각각의 스핀들 조립체를 희망하는 각속도로 서로 독립적으로 제어 가능하게 회전시키는 수단; 프레임에 장착되되, 각각의 인덱스 위치에서 공작물에 대해 제어 가능하게 배치되는, 제로-백 래시 툴 슬라이드(65); 및 공작물(W)에 작용을 부여(impart)하도록 슬라이드에 장착되는 툴(72);을 포함한다.
툴 슬라이드는 볼 스크류를 포함할 수 있다.
툴 슬라이드는 선형 레일을 포함할 수 있다.
공작 기계는 Davenport® 5-스핀들 자동 스크류 머신일 수 있으며, 부재는 스크류 머신의 헤드일 수 있다.
따라서, 볼 발명의 일반적인 목적은, 일반적으로는 이러한 기계식 멀티-스핀들 스크류 머신, 특히 Davenport® 멀티-축 자동 스크류 머신에, (1) 스핀들 조립체들이 각자의 축을 중심으로, 서로 독립적으로 헤드에 대해 회전할 수 있도록 하고, (2) 비싼 인코더 등을 사용하지 않고도, 프레임에 대한 헤드의 각도 위치를 결정하는, 저렴하고 효과적인 수단을 제공하며, (3) 프레임에 대해 보다 정확하게 헤드를 장착하고, 및/또는 (4) 공작물에 작용을 부여하는 제로-백 래시 툴 슬라이드를 프레임에 제공하기 위한 개선사항을 제공하는 것이다. 이들 다양한 개선 사항은 독단적으로, 또는 서로 조합되어 사용될 수 있다.
이들 목적 및 다른 목적과 이점들이 전술된 설명 및 이하의 설명, 도면 및 첨부된 청구항으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 개선 사항들을 포함하는 멀티-축 공작 기계, 특히 개선된 Davenport® 5-스핀들 자동 스크류 머신의 부분적인 정면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 Davenport® 5-스핀들 자동 스크류 머신의 부분 평면도이다.
도 3은 일반적으로 도 1의 선 3-3에서 자른, 부분 수직 단면도이다.
도 4는 도 3에 표시된 타원형 내부를 취한, 헤드에 스핀들 조립체를 장착하는 개선된 수단의 확대 상세도이다.
도 5는, 가드에 장착되되, 인덱싱 메커니즘의 피동 기어의 피쳐들과 상호 작용하도록 배치되는 센서 장치의 한 형태를 나타내는, 헤드와 인덱싱 메커니즘의 일부에 대한 부분 측면도이다.
도 6은, 일반적으로 도 5의 선 6-6으로부터 취한, 부분 수직 단면도이다.
도 7은 개선된 툴 슬라이드의 부분 측면도이다.
도 8은 도 7에 도시된 툴 슬라이드의 부분 평면도이다.
도 9는, 일반적으로 도 7의 선 9-9로부터 취한, 부분 횡방향 수진 단면도이다.
먼저, 어떤 요소, 부분 또는 표면은 본 상세한 설명이 일부로서 포함되는 전체 명세서에서 추가적으로 기재 또는 설명될 수 있으므로, 유사한 도면부호는 몇몇의 도면 전반에서 일관되게 동일한 구조적 요소, 부분 또는 표면을 식별하도록 의도된다는 것을 명확하게 이해해야 한다. 달리 표시되지 않는 한, 도면들은 명세서와 함께 판독(예를 들어, 크로스-해칭, 부품의 배치, 비율, 각도 등)되도록 의도되며, 도면은 본 발명의 상세한 설명의 일부로서 고려되어야 한다. 이하의 설명에서 사용되는, "수평", "수직", "좌측", "우측", "위", "아래"와 같은 표면 및 이들의 형용사 및 부사적 파생어(예를 들어, "수평으로", "우측으로", "위쪽으로" 등)는 단순히, 독자가 특정 도면을 보았을 때, 도시된 구조의 배향을 지칭한다. 유사하게, "내측으로" 및 "외측으로"는 일반적으로, 적합하게 길이방향 또는 회전축에 대한 표면의 배향을 지칭한다.
도면을 참조하면, 본 발명은 공작 기계에 특정한 개선 사항을 제공한다. 도면에서, 특정 유형의 공작 기계로서 Davenport® 5-스핀들 자동 스크류 머신으로 도시되어 있다. 하지만, 개선 사항들이 이러한 Davenport® 머신들에 사용되는 것으로 제한되는 것이 아니라, 다른 유형의 멀티-축 공작 기계{에도 일반적으로 적용될 수 있음을 명확하게 이해해야 한다. 따라서, 본 명세서에서 사용되는 "공작 기계"라는 용어는 공작물에 작용을 부여할 수 있는 머신을 지칭하며, "멀티-스핀들 공작 기계"는, 부재 축을 중심으로 프레임에 대해 회전 운동하도록 장착되는 "부재"(종종 "헤드" 또는 "드럼"으로 지칭됨)에 장착되는 2개 이상의 스핀들 조립체를 구비하는 공작 기계를 지칭하도록 의도된다. 많은 경우에, 각도 방향으로 이격되어 있는 복수의 인덱스 위치들 사이에서 순차적으로 부재를 회전시키기 위해, 예컨대 Geneva-유형 메커니즘과 같은 인덱싱 메커니즘이 작동 가능하게 배치된다.
전술한 바와 같이, 수년간, 기계식 멀티-축 공작 기계의 정확도 및 능력을 향상시키기 위해 상기 공작 기계에 특정한 개선사항이 제공되어왔다. 이러한 종래 기술의 개선사항들은, 서보 제어의 추가, 인간-기계 인터페이스 제어의 추가, 개선된 헤드, 고정밀도 스핀들 조립체, 신속-교체 베어링 조립체, 대형 바-스톡을 수용하기 위한 더 큰 사이즈의 스핀들 조립체, 개선된 콜릿의 사용 등을 포함한다.
본 발명은 이러한 기계식 멀티-축 공작 기계를 위한 추가적인 특정 개선 사항을 제공한다. 이들 개선 사항은, (1) 스핀들들이 서로 독립적으로 부재에 대해 각자 축을 중심으로 회전할 수 있도록 하는 것, (2) 저렴하고 효과가 높은 센서 장치로, 비싼 인코더와 같은 것을 사용하지 않고도 프레임에 대한 부재의 각도 위치를 결정할 수 있는 수단을 제공하는 것, (3) 회전 가능한 부재를 프레임에 대해 보다 정밀하게 장착하는 것, 및 (4) 공작물에 작용을 부여하기 위해, 프레임에 제로-백레시 툴 슬라이드를 제공하는 것을 포함한다. 이들 개선된 특징들은 이하에서 순차적으로 논의될 것이다.
독립적인 스핀들 조립체 회전(도 1 내지 도 4)
도 1은, 일반적으로 도면부호 20으로 표기되는 Davenport®의 5-스핀들 자동 스크류 머신의 일부를 나타내는 부분 정면도다. 이하의 설명에서, "기존의(old)" (즉, 종래 기술에 포함되는) 스크류 머신의 일부에 대한 상세한 설명은 명확성을 위해 생략될 것이다. 이 머신은 부재 축(x1-x1)을 중심으로 회전하도록 프레임(22)에 장착되는 부재 또는 헤드(21)를 구비하는 것으로 도시되어 있다. 예컨대 Geneva 드라이브와 같은 인덱싱 메커니즘(23)이 프레임과 헤드 사이에서 작동하도록 배치되어, 선택적으로 헤드를 헤드 축(x1-x1)을 중심으로 회전시키되, 각도 방향으로 이격되어 있는 5개의 인덱스 위치들 사이에서 순차적으로 회전시키도록 작동할 수 있다. 도 1 내지 도 4에는 전체 인덱싱 메커니즘이 도시되지 않지만, 도 5 및 도 6에는 상기 메커니즘의 피동 휠(24)이 도시되어 있다. Geneva 유형의 인덱싱 메커니즘은 널리 공지되어 있으며, Davenport® 머신들에 수년간 사용되어왔다.
도 1에는, 헤드(21)가, 원형으로 이격되어 있고 길이 방향으로 연장하는 5개의 개구로, 각각이 스핀들 조립체를 수용하기에 적합한 개구를 구비하는 것으로 도시되어 있다. 5-스핀들 머신의 경우, 이들 인덱스 위치 사이의 회전 간격은 72˚이다. 이들 5개의 헤드 개구는 각자 도면부호 25로 표시되며, 각각 문자 A, B, C, D, E로 개별적으로 식별된다. 스핀들 조립체(26) 자체는 개별적으로 "기존의" 것이며, 2016년 3월 31일에 출원되고, 전체적인 개시가 본 명세서에 참조로서 통합되는 미국 특허출원 제15/087,381호에 보다 완전하게 도시 및 설명되어 있다.
5개의 스핀들 조립체(26)는 각각의 헤드 개구당 하나씩 존재한다. 스핀들 조립체들은 각각, 접미어 A 내지 E에 의해 개별적으로 식별된다. 따라서, 스핀들 조립체(26A)는 헤드 개구(25A)에 작동 가능하게 배치되고, 스핀들 조립체(26B)(도시되지 않음)는 헤드 개구(25B)에 작동 가능하게 배치되는 등이다. 도 4에는, 이러한 스핀들 조립체(26A) 하나가 관련 부분에 외측 스핀들(28A)을 포함하는 것이 도시되어 있다. 내측 스핀들, 콜릿, 공급 핑거들, 공작물 및 공작물을 전진시키고 각각의 스핀들 조립체의 콜릿을 작동시키기 위한 수단은, 본 개선 사항을 명확하게 하기 위해 생략되었다. 여기서는, 각각의 스핀들 조립체(26)가 관련 헤드 개구(25) 내에 위치되고 각자의 스핀들 조립체 축을 따라 길게 연장된다는 것만 언급하면 충분하다. 도 2 및 도 4에는, 도 1 및 도 3에 도시된 12시 위치에 있는 스핀들 조립체(26A)가 스핀들 축(xA-xA)을 갖는 것이로 도시되어 있다. 유사하게, 다른 스핀들 조립체들(도시되지 않음)도 각자의 스핀들 축(xB-xB, xC-xC, xD-xD, xE-xE)을 따라 길게 연장된다. 각각의 스핀들 조립체 축은 헤드 축(x1-x1)에 평행하다. 각각의 스핀들 조립체는 헤드와 함께 회전하도록 헤드에 장착되며, 자신의 개별적인 스핀들 축을 중심으로 헤드에 대해 회전하도록 장착된다.
도 1에는, 각자 도면부호 29로 표시되고 개별적으로 접미어 A, B, ..., E로 식별되는 복수의 모터들이 프레임에 장착되는 것으로 도시되어 있다. 도 4에 가장 잘 도시되어 있는 바와 같이, 각각이 도면부호 30으로 표시되고 개별적으로 접미어 A, B, ..., E로 식별되는 복수의 링 기어가 헤드에 장착되되, 헤드 축을 따라 축방향으로 이격된 다양한 위치에 장착되어, 스핀들 조립체(26)들 중 관련된 하나의 스핀들 조립체를, 각각이 도면부호 31로 표시되고 개별적으로 접미어 A, B, ..., E로 식별되는 동기벨트를 통해 회전시키도록 배치된다. 도 4는 링 기어(30A)가 중간 기어(32A)를 통해 외측 스핀들(26A)에 결합되는 것을 나타낸다. 유사하게, 링 기어(30B, 30C, 30D, 30E)들도 각각, 유사한 중간 기어(32B, 32C, 32D, 32E(도시되지 않음))를 통해 각자의 외측 스핀들(26B, 26C, 26D, 26E(도시되지 않음))에 결합된다. 따라서, 모터(29A)는 동기 벨트(31A), 링 기어(30A) 및 중간 기어(32A)를 통해 스핀들 조립체(26A)를 회전시키도록 배치되고, 모터(29B)는 동기 벨트(31B), 링 기어(30B) 및 중간 기어(32B)를 통해 스핀들 조립체(26B)를 회전시키도록 배치되며, 모터(29C)는 동기 벨트(31C), 링 기어(30C) 및 중간 기어(32C)를 통해 스핀들 조립체(26C)를 회전시키도록 배치되고, 모터(29D)는 동기 벨트(31D), 링 기어(30D) 및 중간 기어(32D)를 통해 스핀들 조립체(26D)를 회전시키도록 배치되며, 모터(29E)는 동기 벨트(31E), 링 기어(30E) 및 중간 기어(32E)를 통해 스핀들 조립체(26E)를 회전시키도록 배치된다.
도 4에서, 각각의 링 기어(30A, 30B, ..., 30E)는 각자 롤러 베어링(33A, 33B, ..., 33E)을 통해 헤드에 회전 가능하게 장착된다. 이들 각각의 중간 기어들은 관련된 스핀들 조립체의 외측 스핀들(28)에 고정되는 내측 표면을 가질 수 있고, 관련된 링의 내측 표면과 맞물리는(meshing engagement) 외측 표면을 가질 수 있다.
스핀들 조립체는, 예컨대 US 6,817,273 B2 및/또는 US 7,036,991 B2에 도시되고 설명되는 것과 같은 고정밀 베어링 조립체에 의해 헤드에 장착될 수 있다.
모터(29)들은 서보 모터, 스테핑 모터 등일 수 있다. 다양한 모터들은 각자의 관련 스핀들 조립체들을 희망하는 회전 속도로 헤드에 대해 선택적으로 회전시켜, 각각의 인덱스 위치에 홀딩되는 공작물의 회전 속도를 제어 가능하게 변화시키기 위해, 서로 독립적으로 작동될 수 있다. 더욱이, 이러한 개선 사항은 각 인덱스 위치에서의 작동 중에, 공작물을 정지, 반전(reverse) 및 배향할 수 있는 능력을 제공한다.
따라서, 이러한 제1 양태는 대략적으로, 프레임(21); 부재 축(x1-x1)을 중심으로 회전하도록 프레임에 장착되는 부재(22); 부재로 하여금, 각도 방향으로 이격되어 있는 복수의 인덱스 위치 사이에서 순차적으로, 부재 축을 중심으로 프레임에 대해 선택적으로 회전하도록, 프레임과 부재 사이에서 작용하는 인덱싱 메커니즘(23); 부재와 함께 회전하도록 부재에 장착되는 복수의 스핀들 조립체(26A, 26B, 26C, 26D, 26E)로, 각각이 자신의 개별적인 스핀들 조립체 축(xA-xA, xB-xB, ..., xE-xE)을 중심으로 부재에 대해 회전하도록 장착되는, 스핀들 조립체; 프레임에 장착되는 복수의 모터(29A, 29B, ..., 29E); 및 부재에 장착되어 각자 하나의 스핀들 조립체(26A, 26B, ..., 26E)에 맞물리는 복수의 링 기어(30A, 30B, ..., 30E)로, 각각이 모터들 중 각자 하나에 의해 구동되는 링 기어들;을 포함하는 멀티-스핀들 공작 기계(20)로, 모터들이 각자의 스핀들 조립체를 부재에 대해 희망하는 각속도로 선택적으로 회전시키기 위해 서로 독립적으로 작동될 수 있는, 멀티-스핀들 공작 기계를 제공한다.
헤드 위치 센서(도 5 - 도 6)
이제 도 5 내지 도 6을 참고하면, Geneva-유형 인덱싱 메커니즘(23)의 피동 휠(24)이, 헤드에 있는 톱니 부분(38)과 맞물리는 외측 톱니 부분(36)을 갖는 것으로 도시되어 있다. 피동 휠(24)은, 상기 피동 휠의 외측 표면에, 원주 방향으로 이격되는 다양한 위치로부터 반경 방향 내측으로 연장하는 복수의 블라인드 슬롯을 구비한다. 이들 블라인드 슬롯은 Geneva 메커니즘의 구동 휠(도시되지 않음)에 장착되는 핀(도시되지 않음)을 수용하기에 적합하다. 공지된 방식으로, Geneva 구동 휠의 회전은, 72˚로 이격되는 5개의 연속적인 각도 방향 인덱스 위치 사이에서 Geneva 피동 휠이 그 축(x2-x2)을 중심으로 회전하도록 한다. 이는, 결과적으로 헤드(21)의 인덱싱 운동과 비슷한 것을 야기한다.
아치형 가드(39)가 프레임(22)에 장착되어, Geneva 피동 휠(24)의 일부를 밀접하게 둘러싼다. 일반적으로 도면부호 49로 표시되는 센서 장치는 가드에 장착되는 3개의 근접 센서(50, 51, 52)를 포함하고, 근접 센서들은 Geneva 피동 휠에 있는 협력적인 피쳐들을 가까이서 마주하도록 배치되는 센싱 헤드를 구비한다. 도시된 실시예에서, 이들 피쳐는 5개의 인덱스 위치의 각각에서 피동 휠 내로 드릴링된 다양한 패턴의 홀들이다.
헤드 개구(25A)가 (도 6에서 볼 때의) 12시 위치에 있을 때, 근접 센서(50, 51)들은 피동 휠 내로 드릴링된 블라인드 홀(53, 54)과 반경 방향으로 정렬된다. 하지만, 근접 센서(52)는 어떤 홀과도 정렬되지 않으며, 이웃하는 피동 휠의 근접 부분의 존재를 감지한다.
인덱싱 메커니즘이 헤드 개구(25B)를 (도 6에서 볼 때의) 12시 위치로 이동시키도록 작동되면, 근접 센서(51)는 피동 휠 내로 드릴링된 블라인드 홀(55)과 정렬될 것이다. 하지만, 근접 센서(50, 52)들은 어떤 홀과도 정렬되지 않을 것이고, 이웃하는 피동 휠의 근접 부분의 존재를 감지할 것이다.
인덱싱 메커니즘이 헤드 개구(25C)를 (도 6에서 볼 때의) 12시 위치로 이동시키도록 작동되면, 근접 센서(50)는 어떤 홀과도 정렬되지 않고, 이웃하는 피동 휠의 근접 부분의 존재를 감지할 것이다. 하지만, 근접 센서(51, 52)들은 각각, 피동 휠 내로 드릴링된 블라인드 홀(56, 58)과 정렬될 것이다.
인덱싱 메커니즘이 헤드 개구(25D)를 (도 6에서 볼 때의) 12시 위치로 이동시키도록 작동되면, 근접 센서(50, 52)들은 각각, 피동 휠에 드릴링된 블라인드 홀(59, 60)에 정렬될 것이다. 하지만, 근접 센서(51)는 어떤 홀과도 정렬되지 않고, 이웃하는 피동 휠의 근접 부분의 존재를 감지할 것이다.
인덱싱 메커니즘이 헤드 개구(25E)를 (도 6에서 볼 때의) 12시 위치로 이동시키도록 작동되면, 근접 센서(52)는 피동 휠 내로 드릴링된 블라인드 홀(61)과 정렬될 것이다. 하지만, 근접 센서(50, 51)들은 어떤 홀과도 정렬되지 않고, 인접한 피동 휠의 근접 부분의 존재를 감지할 것이다.
따라서, 3개의 근접 센서(50, 51, 52)들은 가드에 장착되어, 5개의 인덱스 위치들의 각각에서 피동 휠에 있는 피쳐들과 상호작용하도록 배치된다. 이들 피쳐들은 단순히, 각각의 근접 센서가 각 인덱스 위치에서 상기 근접 센서를 향하는 재료의 존재 또는 부재를 감지 또는 결정할 수 있도록, 각각의 인덱스 위치에 있는 하나 이상의 홀들의 협력적인 배열일 수 있다. 각각의 인덱스 위치에서 피쳐들의 배열이 다르기 때문에, 근접 센서들로부터의 출력 신호들은 각 인덱스 위치에서 프레임에 대한 헤드의 각 위치를 표시하는 데 사용될 수 있다. 이러한 장치는 저렴하지만 효과적이며, CNC 머신에서 흔히 볼 수 있는 비싼 인코더 또는 리솔버를 회피한다.
따라서, 이러한 양태는, 프레임(22); 부재 축(x1-x1)을 중심으로 회전하도록 프레임에 장착되는 부재(21); 부재로 하여금, 각도 방향으로 이격되어 있는 복수의 인덱스 위치 사이에서 순차적으로, 프레임에 대해 선택적으로 회전하도록, 프레임과 부재 사이에서 작용하는 인덱싱 메커니즘(23); 및 프레임에 대한 부재의 각도 위치를 결정하는 센서 장치(40);를 대략적으로 포함하는 공작 기계(20)를 제공하며, 상기 센서 장치는, 프레임과 부재 중 하나에 장착되되 프레임과 부재 중 다른 하나를 향하도록 배치되는 제1의 복수의 센서(50, 51, 52)들로, 제1 배열로 배치되는 센서들; 각각의 인덱스 위치에서 프레임과 부재 중 다른 하나에 제공되되, 센서들을 향하도록 배치되는 제2의 복수의 피쳐(53, 54, 55, 56, 58, 59, 60, 61)로, 제2 배열로 배치되는 피쳐들; 및 센서들로부터 신호를 생성하여, 상기 신호가 프레임에 대한 부재의 특정한 인덱스 위치를 표시하도록 하는 수단(62);을 포함한다.
센서 장치는 (전술한 것과 같은) 근접 센서들, 자기 센서, 또는 피동 기어에 센서를 접촉시키거나 접촉시키지 않는 다른 유형의 센서를 사용할 수 있다. 센서 장치는 헤드 자체의 인덱스 위치를 직접적으로 감지하도록 배치될 수도 있다.
개선된 헤드 장착(도 4)
공지되어 있는 종래 기술 형태의 기계-유형 멀티-스핀들 공작 기계에서, 부재(또는 헤드)는 통상적으로, 외측을 향하는 큰 직경의 원통 표면을 구비하고, 상기 헤드의 표면은 큰 직경의 헤드 개구에 단순히 저널링(journalled)되며, 헤드 개구는 내측으로 향하는 원통형 표면을 구비하고, 상기 개구의 표면은 상기 헤드의 원통형 표면들을 향하도록 배치된다. 따라서, 헤드는 헤드 축을 중심으로 회전하도록 프레임에 단순히 저널링 되었다. 하지만, 헤드와 프레임의 마주보는 원통 표면들 사이의 반경 방향 틈이 공작 허용 오차에 기여하고, 공작 기계의 정확도와 정밀도를 감소시켰다.
도 4에는, 본 발명이, 헤드와 프레임 사이에 각각 도면부호 63으로 표시되는 베어링을 제공하는 것으로 도시되어 있다. 이들 베어링은 각각, 내경(inner race)과 외경 사이에 배치되는 적어도 하나의 롤러 요소, 예컨대 롤러 볼(64)을 구비한다. 따라서, 이러한 장치는 프레임에 대한 헤드의 재빠른 회전을 가능하게 함과 동시에, 헤드가 단순히 프레임에 저널링되는 종래 기술의 설계에서 존재했던, 반경 방향 틈을 제거한다.
따라서, 본 발명의 이러한 양태는 대략적으로, 프레임(22); 부재 축(x1-x1)을 중심으로 회전하도록 프레임에 장착되는 부재(21); 부재로 하여금, 각도 방향으로 이격되는 복수의 인덱스 위치들 사이에서 순차적으로, 프레임에 대해 부재 축을 중심으로 선택적으로 회전하도록, 프레임과 부재 사이에서 작용하는 인덱싱 메커니즘(25); 부재와 함께 회전하도록 부재에 장착되는 복수의 스핀들 조립체(28)로, 각각이 각자 개별적인 스핀들 조립체 축을 중심으로 부재에 대해 회전하도록 장착되는 스핀들 조립체; 및 각각의 인덱스 위치에서 프레임에 대한 부재의 위치가 제어될 수 있도록, 부재와 프레임 사이에서 작용하는 적어도 하나의 롤링-요소(64);를 포함하는, 개선된 멀티-스핀들 공작 기계(20)를 제공한다.
개선된 툴 슬라이드(도 7 내지 도 9)
도 7 내지 도 9를 참조하면, 일반적으로 도면부호 65로 표시되는 개선된 툴 슬라이드가 머신 프레임(22)에 장착되는 것으로 도시되어 있다. 툴 슬라이드는 재순환 볼 스크류(66) 및 선형 레일(68)을 포함한다. 볼 스크류는 머신 프레임에 장착되는 모터(M)에 의해 회전되도록 배치된다. 선형 레일은 프레임에 장착되는 고정식 레일형 부분(69)을 구비하고, 레일형 부분에 의해 안내되어 볼 스크류에 의해 구동되는 가동 부분(70)을 구비한다. 툴 홀더(71)가 가동 부분에 장착되어, 공작물(W)을 향해 그리고 그로부터 멀어지는 방향으로 툴(72)을 이동하도록 배치된다. 개선된 툴 슬라이드의 핵심적인 특징은, 실질적으로 백 래시(backlash)가 전혀 없도록(zero) 공작물을 향해 그리고 그로부터 멀어지도록 이동될 수 있다는 점이다. 따라서, 툴의 이동dl 볼 스크류 모터에 공급되는 전류의 극성(polarity) 및 크기에 실질적으로 비례하여, 툴 위치가 전기적으로 제어될 수 있다.
개선된 툴 슬라이드는 희망하는 대로, 툴을 공작물에 대해 축방향 또는 반경 방향으로 선택적으로 이동시키도록, 프레임에 작동 가능하게 장착될 수 있다.
따라서, 이러한 본 발명의 양태는, 프레임(22); 부재 축(x1-x1)을 중심으로 회전하도록 프레임에 장착되는 부재(21); 부재로 하여금, 각도 방향으로 이격되어 있는 복수의 인덱스 위치들 사이에서 순차적으로, 부재 축을 중심으로 프레임에 대해 회전하도록, 프레임과 부재 사이에서 작용하는 인덱싱 메커니즘(25); 부재와 함께 회전하도록 부재에 장착되는 복수의 스핀들 조립체(28)로, 각각의 스핀들이 자신의 개별적인 스핀들 축을 중심으로 부재에 대해 회전하도록 장착되는, 스핀들 조립체들; 공작물을 홀딩하기 위해 각각의 스핀들 조립체에 장착되는 척; 각각의 스핀들 조립체를 희망하는 각속도로 서로 독립적으로 제어 가능하게 회전시키는 수단; 프레임에 장착되어 각각의 인덱스 위치에서 공작물에 대해 제어 가능하게 이동하도록 배치되는 제로-백 래시 툴 슬라이드(65); 및 공작물(W)에 작용을 부여하도록 슬라이드에 장착되는 툴(72);을 포함하는 개선된 멀티-스핀들 공작 기계(20)를 제공한다.
변형예
본 발명은 많은 변경 및 변형들이 이루어질 수 있음을 고려한다. 예를 들어, 서보 모터 등이 바람직하지만, 다른 종류의 모터로 대체될 수 있다. 유사하게, 본 발명은 동기 벨트 구동부와 사용하는 것으로 제한되지 않는다. 다른 종류의 구동부로 용이하게 대체될 수 있다.
바람직한 형태에서, 근접 센서들은 센서 장치의 일부로서 사용된다. 하지만, 다른 종류의 센서, 예컨대 자기 센서 등으로 대체될 수 있다.
청구범위에서 Davenport® 멀티-축 스크류 머신에 대한 참조는 청구 범위를 제한하려는 것이다.
따라서, 본 발명의 바람직한 형태들이 도시되고 설명되었고, 이에 대한 몇가지 변경 및 변형이 기재되었지만, 통상의 기술자는 다음의 청구항에서 정의 및 차별화되는 바와 같이, 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 다양한 추가적인 변경 및 변형들이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (18)

  1. 프레임;
    부재 축을 중심으로 회전하도록 상기 프레임에 장착되는 부재;
    상기 부재로 하여금, 각도 방향으로 이격되어 있는 복수의 인덱스 위치들 사이에서 순차적으로 회전하되, 상기 부재 축을 중심으로 상기 프레임에 대해 선택적으로 회전하도록, 상기 프레임과 부재 사이에서 작용하는 인덱싱 메커니즘;
    상기 부재와 회전하도록 상기 부재에 장착되는 복수의 스핀들 조립체들로, 각각의 스핀들 조립체가 자신의 개별적인 스핀들 조립체 축을 중심으로 상기 부재에 대해 회전하도록 장착되는, 스핀들 조립체들;
    상기 프레임에 장착되는 복수의 모터들; 및
    상기 부재에 장착되어 상기 스핀들 조립체들 중 각각 하나에 맞물리는 복수의 링 기어들로, 각각의 링 기어가 상기 모터들 중 각자 하나에 의해 구동되는, 링 기어들;을 포함하는, 멀티-스핀들 공작기계로,
    상기 모터들이, 각각의 스핀들 조립체를 희망하는 회전 속도로 상기 부재에 대해 선택적으로 회전시키도록, 서로 독립적으로 작동될 수 있는 것을 특징으로 하는, 멀티-스핀들 공작 기계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 링 기어들은 상기 부재 축을 따라 서로로부터 축 방향으로 이격되어 있는 것을 특징으로 하는, 멀티-스핀들 공작 기계.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 모터들의 각각이 출력 샤프트와 상기 출력 샤프트에 장착되는 구동 기어를 구비하고, 각각의 구동 기어는 각자 상기 링 기어들 중 하나를 회전시키도록 배치되는 것을 특징으로 하는, 멀티-스핀들 공작 기계.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수는 5개를 가리키는 것을 특징으로 하는, 멀티-스핀들 공작 기계.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 공작 기계는 Davenport® 자동 스크류 머신이고, 상기 부재는 상기 스크류 머신의 헤드인 것을 특징으로 하는, 멀티-스핀들 공작 기계.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 인덱싱 메커니즘은 Geneva 인덱싱 메커니즘인 것을 특징으로 하는, 멀티-스핀들 공작 기계.
  7. 프레임;
    부재 축을 중심으로 회전하도록 상기 프레임에 장착되는 부재;
    상기 부재로 하여금, 각도 방향으로 이격되어 있는 복수의 인덱스 위치들 사이에서 순차적으로 회전하되, 상기 프레임에 대해 선택적으로 회전하도록, 상기 프레임과 부재 사이에서 작용하는 인덱싱 메커니즘; 및
    상기 프레임에 대한 상기 부재의 각도 위치를 결정하는 센서 장치;를 포함하는 공작 기계로,
    상기 센서 장치는,
    상기 프레임과 부재 중 하나에 장착되되, 상기 프레임과 부재 중 다른 하나를 향하도록 배치되는 제1의 복수의 센서들로, 제1 어레이로 배치되는 제1의 복수의 센서들;
    각각의 인덱스 위치에서 상기 프레임과 부재 중 다른 하나에 제공되되, 상기 센서 쪽을 향하도록 배치되는 제2의 복수의 피쳐(feature)들로, 제2 어레이로 배치되는 제2의 복수의 피쳐들; 및
    상기 센서들로부터 신호를 생성하여, 상기 신호가 상기 프레임에 대한 상기 부재의 특정 인덱스 위치를 표시하도록 하는, 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 공작 기계.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 인덱스 위치들 중 일부에서, 상기 제2의 복수는 상기 제1의 복수와 다른 것을 특징으로 하는, 공작 기계.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 센서들은, 상기 프레임과 부재 사이의 경계면에 걸쳐 재료의 존재 또는 부재를 감지하도록 작동 가능하게 배치되는 근접 센서들이며, 상기 피쳐들은 상기 프레임과 부재 중 다른 하나에 제공되는 적어도 하나의 홀을 포함하는 것을 특징으로 하는, 공작 기계.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 부재가 각각의 인덱스 위치에 있을 때, 상기 제1 어레이는 상기 제2 어레이를 향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는, 공작 기계.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 부재는, 그 위에 장착되는 복수의 스핀들 조립체를 구비하는 헤드이고, 상기 헤드는 헤드 축을 구비하며, 각각의 스핀들 조립체는 개별적인 스핀들 축을 구비하고, 상기 스핀들 조립체들은, 상기 헤드 축을 중심으로 상기 헤드와 함께 회전하도록, 그리고 각각의 개별적인 스핀들 축을 충심으로 상기 헤드에 대해 회전하도록 상기 헤드에 장착되는 것을 특징으로 하는, 공작 기계.
  12. 제11항에 있어서,
    Davenport® 자동 스크류 머신인 것을 특징으로 하는, 공작 기계.
  13. 프레임;
    부재 축을 중심으로 회전하도록 상기 프레임에 장착되는 부재;
    상기 부재로 하여금, 각도 방향으로 이격되어 있는 복수의 인덱스 위치들 사이에서 순차적으로 회전하되, 상기 부재 축을 중심으로 상기 프레임에 대해 선택적으로 회전하도록, 상기 프레임과 부재 사이에서 작용하는 인덱싱 메커니즘;
    상기 부재와 함께 회전하도록 상기 부재에 장착되는 복수의 스핀들 조립체들로, 각각의 스핀들 조립체가 각자 개별적인 스핀들 조립체 축을 중심으로 상기 부재에 대해 회전하도록 장착되는, 스핀들 조립체들; 및
    각각의 상기 인덱스 위치들에서, 상기 프레임에 대한 상기 부재의 위치가 제어될 수 있도록, 상기 부재와 프레임 사이에서 작용하는 적어도 하나의 롤링-요소 베어링;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 멀티-스핀들 공작 기계.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 공작 기계는 Davenport® 자동 스크류 머신이고, 상기 부재는 상기 스크류 머신의 헤드인 것을 특징으로 하는, 멀티-스핀들 공작 기계.
  15. 프레임;
    부재 축을 중심으로 회전하도록 상기 프레임에 장착되는 부재;
    상기 부재로 하여금, 각도 방향으로 이격되어 있는 복수의 인덱스 위치들 사이에서 순차적으로 회전하되, 상기 부재 축을 중심으로 상기 프레임에 대해 회전하도록, 상기 프레임과 부재 사이에서 작용하는 인덱싱 메커니즘;
    상기 부재와 함께 회전하도록 상기 부재에 장착되는 복수의 스핀들 조립체들로, 상기 스핀들들의 각각이, 각자 개별적인 스핀들 축을 중심으로 상기 부재에 대해 회전하도록 장착되는, 스핀들 조립체들;
    공작물을 홀드하도록 각각의 스핀들 조립체에 장착되는 척(chuck);
    상기 스핀들 조립체들의 각각을 희망하는 각속도로 서로 독립적으로 제어 가능하게 회전시키는 수단;
    상기 프레임에 장착되되, 각각의 인덱스 위치에서 상기 공작물에 대해 제어 가능하게 이동되도록 배치되는, 제로-백래시(zero-backlash) 툴 슬라이드; 및
    상기 공작물에 작용을 부여(impart)하도록 상기 슬라이드에 장착되는 툴;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 멀티-스핀들 공작 기계.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 툴 슬라이드는 볼 스크류를 포함하는 것을 특징으로 하는, 멀티-스핀들 공작 기계.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 툴 슬라이드는 선형 레일을 포함하는 것을 특징으로 하는, 멀티-스핀들 공작 기계.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 공작 기계는 Davenport® 5-스핀들 자동 스크류 머신이고, 상기 부재는 상기 스크류 머신의 헤드인 것을 특징으로 하는, 멀티-스핀들 공작 기계.
KR1020197006244A 2017-04-21 2017-04-21 멀티-스핀들 공작 기계의 개선 KR20190133144A (ko)

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