KR20210019327A - 공구매거진의 진동 감쇠 장치 - Google Patents

Abstract

공작기계 본체와 결합되는 프레임과, 상기 프레임에 회전 가능하게 공구매거진의 드럼을 설치하고, 이 드럼의 바깥쪽 원주 방향으로는 일정한 간격으로 복수의 공구포트가 설치되며, 상기 프레임 일측에는 상기 드럼을 회전시키는 기어드모터를 설치한다.
또한, 상기 기어드모터와 인접한 위치의 상기 프레임 상에는 상기 기어드모터와 동일한 방향으로 공진주파수가 서로 다른 질량부재와 댐핑부재의 결합으로 이루어지는 복수의 동조질량감쇠기를 설치하여 공구매거진의 진동 감쇠 장치를 구성한다

Description

공구매거진의 진동 감쇠 장치{Vibration damping device of machine tool magazine}

본 발명은 공작기계 공구매거진의 진동 감쇠 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공구매거진에서 공구교환 동작이 일어날 때 공구매거진의 진동을 감쇠하는 진동 감쇠장치에 관한 것이다.

공작기계의 공구매거진은 복수의 공구포트를 구비하고, 이 공구포트들은 제어장치의 지령에 따라 구동하는 회전모터에 의해 공구교환 위치로 회전 후 정지하게 된다.

공구매거진은 그 유형에 따라 메트릭스 방식과 체인 방식, 드럼 방식이 있다. 일반적으로, 메트릭스 방식의 공구매거진은 메트릭스 형태로 된 공구수납부에 공구포트를 여러 개 장착하고 서보모터에 의해 구동되는 공구교환장치가 이동하여 해당 공구를 장착 또는 탈착하는 형식이다.

또한 체인 방식의 공구매거진은 일정한 통로를 따라 선회하는 체인에 공구포트들이 장착되고, 체인을 서보모터에 의해 회전시켜 공구포트를 공구교환 위치로 이동시키는 방식이다. 이와 같은 메트릭스 방식과 체인 방식의 공구매거진은 공구포트를 이동시키거나 공구교환 동작을 서보모터에 의해 정밀하게 제함으로 진동이나 충격이 거의 발생하지 않고 동작된다.

하지만 이러한 방식은 서보모터가 고가의 부품으로 공작기계의 가격을 상승시키는 문제점이 있다.

한편, 드럼 방식의 공구매거진은 서보모터에 비해 월등히 가격이 저렴한 일반모터에 해당하는 기어드모터를 사용할 수 있다. 그러나 주지하다시피 기어드모터는 서보모터와 달리 정밀한 위치 제어가 불가능하여 공구 교환 시 공구포트의 회전과 정지에 따른 진동이 발생한다. 이러한 진동은 공구교환 중에도 가공작업을 수행하는 공구와 공작물에 영향을 끼쳐 공작물의 조도와 가공정밀도를 떨어뜨리는 부작용을 야기 한다.

보다 정확하게는 공구교환 동작에 따른 공구매거진의 진동이 프레임을 통해 공작기계의 스핀들과 공작물을 거치하고 있는 테이블에 전달되고, 이로 인해 스핀들에 장착된 공구와 테이블에 거치된 공작물에 진동이 전달되어 가공 중인 공작물의 가공표면 조도를 떨어뜨리는 문제를 야기한다.

도 1을 참조하여 드럼 방식의 공구매거진(10)에 대해 좀더 자세히 설명한다. 드럼 방식의 공구매거진(10)은, 공작기계 본체에 결합된 프레임(20) 상에 회전 가능하게 드럼(40)이 설치되고, 이 드럼(40)의 바깥쪽 원주 방향으로는 일정한 간격으로 복수의 공구포트(41)가 설치된다. 또 상기 드럼(40)이 설치된 프레임(20)의 일측에는 상기 드럼(40)을 회전시키는 기어드모터(30)가 설치된다. 상기 기어드모터(30)는 출력축에 회전 속도를 감속시키고 토크를 증대시키는 감속기어(31)가 장착되고, 상기 감속기어(31) 후단에는 상기 드럼(40)을 회전 시키는 매거진 캠(32)이 장착된다.

한편, 상기 드럼(40)에는 상기 매거진 캠(32)과 대응되는 위치에 원주방향으로 캠팔로워(42)가 설치된다.

또한, 상기 프레임(20)의 일측에는 상기 드럼(40) 상에 배치된 공구포트(41)와 공작기계의 스핀들 사이에서 공구를 교환하는 자동공구교환장치(60)가 부착되어 있다.

이와 같이 구성된 드럼 형식의 공구매거진(10)은 제어장치에 의해 공구교환 지령이 내려지면 기어드모터(30)가 회전하고, 이 기어드모터(30)가 1회전 회전할 때마다 기어드모터(30)의 출력단에 장착된 매거진 캠(32)이 회전하여 드럼(40)에 설치된 캠팔로워(42)를 구동하여 하나의 공구포트(41) 거리 만큼씩 드럼(40)을 이동시켜 해당 공구포트(41)를 공구교환 위치로 이동시키게 된다.

상기 드럼(40)이 공구교환위치에 정지한 후에는 자동공구교환장치(60)가 상하 이동 및 회전 동작을 실시하여 드럼(40) 상의 공구포트(41)와 공작기계 스핀들 사이에서 공구를 교환을 수행한다.

그러나 이와 같이 드럼 형식의 공구매거진(10)은, 공구교환 동작을 수행하기 위해 기어드모터(30)에 의해 중량물인 드럼(40)의 회전과 정지 동작을 반복함으로 인해 충격과 진동이 발생하고, 이 충격과 진동은 공구매거진(10)의 프레임(20)에 잔류 진동을 발생시킨다. 또한 프레임(20)의 충격과 잔류 진동은, 프레임(20)과 연결된 스핀들과 공작기계 본체에도 전달된다.

한편, 스핀들에서 공작물을 가공하는 도중에 프레임(20)을 통해 전달된 충격과 잔류 진동은, 도 2에서 개시한 바와 같이, 스핀들에 장착된 공구 선단에서 발생하는 공진주파수에 따른 컴플라이언스(compliance)를 나타낸다.

이와 같이 공구매거진(10)의 진동으로 인해 가공 동작 중인 공구와 공작물에 진동을 유발하여 공작물의 가공면 조도를 떨어뜨리게 되며, 더 나아가 공작물의 가공정밀도를 저하시키는 문제를 야기하게 된다.

한편, 이와 같은 충격과 잔류 진동을 줄이기 위해 인버터를 사용하여 기어드모터(30)를 일정 수준까지 부드럽게 제어 하거나, 공작물 가공 중에는 공구교환동작을 중지하여 공구매거진(10)으로부터 진동이 발생하지 않게 하거나, 또는 공구교환 시 기어드모터(30)의 회전 속도를 줄여 드럼(40)의 회전과 정지에 의한 진동을 억제하는 방법이 있으나, 이러한 방법은 공구매거진(10)의 공구교환 시간을 느리게 하여 공작기계의 가공 생산성을 떨어뜨리고, 또한 공작기계의 제조비용을 증가시키는 결과를 초래하여 바람직한 해결책이 못 된다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 공구매거진의 회전 구동원으로서 서보모터에 비해 가격이 저렴한 기어드모터와 같은 일반 모터를 사용하되, 공구교환 동작 시 공구매거진에서 발생하는 충격과 진동을 감쇠하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 공구매거진의 충격과 진동을 감쇠함으로서 공작물의 가공 정밀도를 향상시키는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 공구매거진 진동 감쇠 장치는, 공작기계 본체와 결합되며 수평방향으로 연장된 형태를 가지는 프레임과, 상기 프레임에 회전 가능하게 설치되며 바깥쪽 원주 방향으로는 일정한 간격으로 복수의 공구포트가 설치되는 드럼과, 상기 프레임 일측에 설치되어 상기 드럼을 회전시키는 기어드모터와, 상기 기어드모터와 인접한 위치의 상기 프레임 상에 기어드모터의 설치 방향과 동일한 방향으로 설치되며 공진주파수가 서로 다른 질량부재와 댐핑부재의 결합으로 이루어지는 복수의 동조질량감쇠기를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 기어드모터는 출력축에 회전 속도를 감속시키고 토크를 증대시키는 감속기어가 장착되고, 상기 감속기어 후단에는 상기 드럼을 회전 시키는 매거진 캠이 장착된다.

또한, 상기 드럼은 일측 벽면에 원주방향으로 상기 기어드모터의 매거진 캠에 의해 구동되어 상기 드럼을 회전시키는 캠팔로워가 설치된다.

또한, 상기 동조질량감쇠기는 상기 프레임 상에 모듈식으로 장착과 탈착이 가능하게 장착된다.

또한, 상기 동조질량감쇠기는 상기 기어드모터의 출력축 하부의 상기 프레임에 장착된 브라켓 상에 설치된다.

다른 실시예로서, 상기 동조질량감쇠기는 상기 기어드모터가 장착된 프레임의 동일 평면상에 인접하여 설치된다.

한편, 상기 동조질량감쇠기는 자기동조 질량으로 이루어진 상부의 질량부재와, 상기 질량부재의 하부에 설치되며 탄성을 가진 고무재질의 댐핑부재의 결합으로 이루어진다.

본 발명의 공구매거진 진동 감쇠 장치는 서보모터를 사용하지 않고 기어드모터와 같은 일반모터를 사용하되, 공구교환 동작을 위해 공구매거진이 회전과 정지 동작을 반복할 때 발생하는 충격과 진동을 감쇠할 수 있다.

또한, 본 발명의 공구매거진 진동 감쇠 장치는 공구매거진의 충격과 진동을 감쇠함으로 인해 공작물의 가공조도를 향상시키고, 나아가 가공 정밀도를 향상시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 공구매거진 진동 감쇠 장치는 공진주파수 특성을 달리하는 복수의 동조질량감쇠기를 사용함으로써 공구매거진의 다양한 공진주파수에 대해 진동 감쇠 효과를 나타낸다.

또한, 본 발명의 공구매거진 진동 감쇠 장치는 모듈식 동조질량감쇠기를 채용함으로써 공구매거진의 다양한 진동 특성에 대응하여 동조질량감쇠기를 손쉽게 교체하여 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 공구매거진 진동 감쇠 장치는 공구매거진의 회전 구동원을 서보모터에 비해 가격이 저렴한 기어드모터와 같은 일반 모터를 사용함으로써 공구매거진의 제조 비용을 줄일 수 있다.

도 1은 종래기술로, 드럼 형식의 공구매거진 사시도이다.
도 2는 종래기술로, 드럼 형식 공구매거진의 공진주파수 특성을 나타내는 그래프의 예시이다.
도 3는 본 발명의 실시예로서, 동조질량감쇠기를 설치한 드럼 형식 공구매거진의 사시도이다.
도 4는 도 3의 A부분의 확대도로서, 기어드모터를 확대한 사시도이다.
도 5는 도 3의 B부분의 확대도로서, 모듈화된 동조질량감쇠기의 확대 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예로서, 동조질량감쇠기의 댐핑부재의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예로서, 동조질량감쇠기가 기어드모터와 동일 평면상의 프레임에 설치된 사시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부 도면 도 3 내지 도 7을 참조하여 설명한다.

도 3에 개시한 바와 같이, 본 발명의 프레임(20)은 공작기계 본체와 결합되며 수평방향으로 연장된 형태로 설치된다. 상기 프레임(20)의 선단에는 회전 가능하게 공구매거진(10)의 드럼(40)이 설치된다. 상기 드럼(40)의 바깥쪽 원주 방향으로는 일정한 간격으로 복수의 공구포트(41)가 설치된다. 이 공구포트(41)에는 공구(미도시)가 수납된다.

한편, 상기 프레임(20)의 일측 평면 상에는 수직 방향으로 상기 드럼(40)을 회전시키는 기어드모터(30)가 설치된다. 상기 기어드모터(30)는 출력축에는 기어드모터(30)의 회전 속도는 감속시키고 토크는 증대시키는 감속기어(31)가 장착된다. 또한, 상기 감속기어(31) 후단에는 상기 드럼(40)을 회전 시키는 매거진 캠(32)이 장착된다.

한편, 상기 드럼(40)은 일측 벽면에 원주방향으로 상기 기어드모터(30)의 매거진 캠(32)에 의해 구동되는 캠팔로워(42)가 설치되며, 이 캠팔로워(42)가 구동됨에 따라 상기 드럼(40)이 회전하게 된다.

한편, 상기 프레임(20)의 일측에는 상기 기어드모터(30)와 동일한 방향으로 복수의 동조질량감쇠기(50)가 착탈가능하게 설치된다. 상기 동조질량감쇠기(50)는 공진주파수가 서로 다른 질량부재(51)와 댐핑부재(52)의 상하 결합으로 이루어진다.

한편, 상기 동조질량감쇠기(50)는 공진주파수가 서로 다른 질량부재(51)와 댐핑부재(52)의 조합으로 복수의 모듈식으로 이루어진다.

또한, 바람직한 실시예로서, 상기 동조질량감쇠기(50)는 상기 기어드모터(30)의 출력축 하부의 상기 프레임(20)에 브라켓(53)을 설치하고, 이 브라켓(53) 상부에 수직 방향으로 설치한다.

또 다른 실시예로서, 상기 동조질량감쇠기(50)는 상기 기어드모터(30)가 장착된 프레임(20)과 동일한 평면상에, 상기 기어드모터(30)와 인접하여 설치한다.

한편, 상기 동조질량감쇠기(50)를 구성하는 상부의 질량부재(51)는 자기동조 질량부재(51)로 이루어지며, 상기 질량부재(51)의 하부에 설치되는 댐핑부재(52)는 탄성을 가진 고무재질의 댐핑부재(52)로 이루어지며, 상기 질량부재(51)와 댐핑부재(52)는 상하 결합으로 이루어진다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 공구매거진(10)의 작동은, 제어장치(미도시)로부터 공구교환 지령이 전달되면, 기어드모터(30)가 회전하게 되고, 이 기어드모터(30)의 회전은 출력축에 설치된 감속기어(31)를 통해 속도는 감속되고 토크는 증가되어 감속기어(31) 하단에 부착된 매거진 캠(32)을 회전시킨다. 매거진 캠(32)이 회전함에 따라 매거진 캠(32)에 의해 구동되는 캠팔로워(42)가 이동하게 된다. 이 때 캠팔로워(42)는 공구매거진(10)의 드럼(40)의 일측면에 원주방향으로 공구포트(41)의 개수에 비례하여 등간격으로 설치되어 있어, 캠팔로워(42)의 이동에 따라 드럼(40)의 외주면에 등간격으로 설치된 공구포트(41)도 이동하게 된다.

한편, 캠팔로워(42)의 개수는 드럼(40)의 외주연에 설치된 공구포트(41)와 동일한 개수로 설치되거나, 공구포트(41)와 동일 비율의 개수로 설치되어 있어 캠팔로워(42)가 이동한 개수에 비례하여 공구포트(41)도 이동하게 된다.

즉, 공구교한 지령이 내려지면 기어드모터(30)가 드럼(40)을 회전시켜 교환할 공구포트(41)를 공구매거진(10)의 프레임(20) 하부에 부착된 자동공구교환장치(60)의 교환 위치까지 이동시킨다.

이와 같이 기어드모터(30)가 드럼(40)을 회전 시킬 때, 매거진 캠(32)이 공구포트(41)를 한 포트씩 이동시킬 때마다 중량물인 드럼(40)은 진동을 발생시키고, 또한 드럼(40)이 공구교환 위치에 도달하여 그 회전을 정지할 때에는 드럼(40)의 무게에 의한 회전관성이 작용하여 충격이 발생한다.

이와 같은 기어드모터(30)와 드럼(40)의 회전동작에 의해 발생한 진동과 충격은 잔류진동으로 지속되어, 드럼(40)과 기어드모터(30)를 지지하고 있는 프레임(20)에 전달된다. 이 때 진동과 충격은 드럼(40)의 회전속도와 공구포트(41)의 개수나 무게 등에 의해 몇 가지의 다른 주파수 특성으로 나타난다.

이와 같이 프레임(20)에 전달된 진동과 충격은, 프레임(20)의 일측에 설치된 동조질량감쇠기(50)에도 전달된다.

한편, 동조질량감쇠기(50)는 진동과 충격이 발생하는 기어드모터(30)와 인접하여 동일한 방향으로 설치함으로써 프레임(20)을 통해 전달되는 충격과 진동을 최대한 흡수한다. 또한 동조질량감쇠기(50)는 진동 주파수 특성이 다른 복수의 동조질량감쇠기(50)로 구성함으로써, 서로 다른 진동 주파수 특성을 가진 진동과 충격을 효과적으로 감쇠할 수 있다.

한편, 본 실시예에서 동조질량감쇠기(50)는 진동 주파수 특성을 달리하는 두 개의 상부의 질량부재(51)와 하부의 댐핑부재(52)가 각각 결합되어 이루어짐으로써, 프레임(20)으로부터 전달되는 적어도 두 가지 진동 주파수 특성의 진동과 충격을 감쇠시킨다.

한편, 다른 실시예로서, 동조질량감쇠기(50)를 진동과 충격이 발생하는 기어드모터(30)가 설치된 프레임(20)과 동일한 평면상에 설치하되, 기어드모터(30)와 동일한 방향인 수직으로 설치함으로써 프레임(20)을 통해 전달되는 충격과 진동을 흡수할 수 있다.

이와 같이 동조질량감쇠기(50)의 설치 위치는 진동과 충격이 주로 발생하는 기어드모터(30)나 드럼(40)의 회전축이 설치된 프레임(20)으로부터 가까운 곳에 설치하여 진동과 충격을 최대한 흡수하도록 하면 된다.

또한, 본 발명의 다른 실시예로서, 상기 동조질량감쇠기(50)는 공진주파수가 서로 다른 질량부재(51)와 댐핑부재(52)의 조합으로 모듈식으로 설치함으로써, 공구매거진(10)의 진동 주파수 특성에 따라 이에 대응되는 진동 주파수 특성를 가지는 동조질량감쇠기(50)를 추가로 설치하거나, 기존 동조질량감쇠기(50)를 쉽게 교체할 수 있도록 설치할 수 있다.

상기와 같이 본 발명의 공구매거진 진동 감쇠 장치는 서보모터를 사용하지 않고 기어드모터(30)와 같은 일반모터를 사용하되, 공구교환 동작을 위해 공구매거진(10)이 회전과 정지 동작을 반복할 때 발생하는 충격과 진동을 효과적으로 감쇠하고, 이를 통해 공작물의 가공조도를 향상시키고, 나아가 공작물의 가공 정밀도를 향상시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 공구매거진 진동 감쇠 장치는 공진주파수 특성을 달리하는 복수의 동조질량감쇠기(50)를 사용함으로써 공구매거진(10)의 다양한 공진주파수에 대해 진동 감쇠 효과를 나타내며, 모듈식 동조질량감쇠기(50)를 채용하므로써 공구매거진(10)의 다양한 진동 특성에 대응하여 동조질량감쇠기(50)를 손쉽게 교체할 수 있다.

또한, 본 발명의 공구매거진 진동 감쇠 장치는 공구매거진(10)의 회전 구동원을 서보모터에 비해 가격이 저렴한 기어드모터(30)와 같은 일반 모터를 사용함으로써 공구매거진(10)의 제조 비용을 줄일 수 있다.

10 공구매거진
20 프레임
30 기어드모터
31 감속기어
32 매거진 캠
40 드럼
41 공구포트
42 캠팔로워
50 동조질량감쇠기
51 질량부재
52 댐핑부재
53 브라켓
60 자동공구교환장치

Claims (7)

1. 공작기계 본체와 결합되며 수평방향으로 연장된 형태를 가지는 프레임,
   상기 프레임에 회전 가능하게 설치되며 바깥쪽 원주 방향으로는 일정한 간격으로 복수의 공구포트가 설치되는 드럼,
   상기 프레임 일측에 설치되어 상기 드럼을 회전시키는 기어드모터,
   상기 기어드모터와 인접한 위치의 상기 프레임 상에 상기 기어드모터의 설치 방향과 동일한 방향으로 설치되며 공진주파수가 서로 다른 질량부재와 댐핑부재의 결합으로 이루어지는 복수의 동조질량감쇠기를 포함하는 공구매거진의 진동 감쇠 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 기어드모터는 출력축에 회전 속도를 감속시키고 토크를 증대시키는 감속기어가 장착되고, 상기 감속기어 후단에는 상기 드럼을 회전 시키는 매거진 캠이 장착된 것을 특징으로 하는 공구매거진의 진동 감쇠 장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 드럼은 일측 벽면 원주방향으로 상기 기어드모터의 매거진 캠에 의해 구동되어 상기 드럼을 회전시키는 캠팔로워가 설치된 것을 특징으로 하는 공구매거진의 진동 감쇠 장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 동조질량감쇠기는 상기 프레임 상에 모듈식으로 장착과 탈착이 가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 공구매거진의 진동 감쇠 장치.
5. 제 1항에 있어서, 상기 동조질량감쇠기는 상기 기어드모터의 출력축 하부의 상기 프레임에 장착된 브라켓 상에 설치된 것을 특징으로 하는 공구매거진의 진동 감쇠 장치.
6. 제 1항에 있어서, 상기 동조질량감쇠기는 상기 기어드모터가 설치된 프레임의 동일 평면상에 인접하여 설치된 것을 특징으로 하는 공구매거진의 진동 감쇠 장치.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 동조질량감쇠기는 자기동조 질량으로 이루어진 상부의 질량부재와, 상기 질량부재의 하부에 설치되며 탄성을 가진 고무재질의 댐핑부재의 결합으로 이루어진 것을 특징으로 하는 공작기계의 진동 감쇠 장치.

Images