KR20220127321A

KR20220127321A - 공작 기계

Info

Publication number: KR20220127321A
Application number: KR1020227029241A
Authority: KR
Inventors: 타다요시 사토
Original assignee: 가부시키가이샤 하루 기쥬츠 겐큐쇼
Priority date: 2020-09-25
Filing date: 2020-09-25
Publication date: 2022-09-19
Also published as: EP4219049A1; KR102716397B1; CN115151373A; JPWO2022064629A1; WO2022064629A1; EP4219049A4; CN115151373B; US20230330794A1; JP7536335B2

Abstract

이동 가능한 드럼 가대(4)와, 드럼 가대(4)에 결합되고, 외형이 원형상인 드럼(5)과, 드럼(5)의 중심축 방향으로 관통하고, 드럼(5)으로부터의 돌출여유가 조정 가능한 퀼식 주축(6)을 구비하고, 드럼 가대(4)와 드럼(5) 사이에, 드럼(5)의 외주를 따라서 설치된 베어링이 개재되어 있음으로써, 드럼(5)은 드럼 가대(4) 내에서 회전 가능하며, 드럼 가대(4)의 이동, 드럼(5)의 회전 및 퀼식 주축(6)의 드럼(5)으로부터의 돌출여유 조정에 따라, 퀼식 주축(6)에 장착된 공구(10)의 위치 결정이 가능하다.

Description

공작 기계

본 발명은, 공구를 회전시키면서 워크의 가공을 행하는 공작 기계에 관한 것이다.

공작 기계인 머시닝 센터로서, 입형(立形) 머시닝 센터와 횡형(橫形) 머시닝 센터가 알려져 있다. 이중, 횡형 머시닝 센터는, 공구(칼날)의 회전축은 가로방향(설치면에 평행)이며, 공구의 위치는 3축 방향으로 제어 가능하다. 예를 들면, X축 방향(좌우방향)에 있어서 테이블의 이동을 제어함으로써, 공구가 테이블과 일체로 이동하고, X축 방향에 있어서 공구를 원하는 위치로 이동시킬 수 있다.

테이블의 이동 기구로서 LM 가이드(Linear Motion Guide) 등의 기구가 사용되는데, 테이블의 이동 방향인 X축 방향에 있어서 모터나 레일이 연장되기 때문에, X축 방향에서의 설치 치수가 커진다. 이 때문에, 특허문헌 1에 기재된 공간 절약형 자동 공작 기계에 있어서는, 선회축의 회전에 의해 가공용 주축(主軸)을 스윙 운동시켜서 가공용 주축에 X축 방향의 변위를 부여하도록 해서 이동 스트로크를 단축시켜 공작기계의 소형화를 도모하고 있다.

일본 특허공개공보 특개소63-52937호

그러나, 특허문헌 1에 기재된 공간 절약형 자동 공작 기계에 있어서는, 가공용 주축을 스윙 운동시키는 기구는, 선회축과 가공용 주축 사이에 아암 형상의 스핀들 브래킷이 개재되어 있다. 이 구성은, 가공시에 있어서는 가공용 주축의 추력이 스핀들 브래킷을 통해서 선회축에 전달되기 때문에 강성 확보에 불리한 구성이었다.

또한, 이 구성에 있어서는, 아암 형상의 스핀들 브래킷의 회전에 수반하여, 스핀들 브래킷의 자중에 의한 스핀들 브래킷의 중량 밸런스가 점차 변화한다. 이 구성은 스핀들 브래킷이 위치 규제되는 구조는 아니기 때문에, 중량 밸런스의 변화에 의해 주축의 위치 정밀도에 대한 영향이 생길 수 있게 된다. 이 때문에, 이 구성은 가공용 주축의 위치 결정 정밀도를 확보하는데 불리한 구성이었다.

본 발명은, 상기와 같은 종래의 문제를 해결하는 것으로, 소형화를 실현하면서, 주축의 이동 기구의 강성 확보에 유리하며, 또 주축의 위치 결정 정밀도의 확보에도 유리한 공작 기계를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 공작 기계는, 이동 가능한 드럼 가대(架臺)와, 상기 드럼 가대에 결합되고, 외형이 원형상인 드럼과, 상기 드럼의 중심축 방향으로 관통하고, 상기 드럼으로부터의 돌출여유(出代)가 조정 가능한 퀼식 주축을 구비하고, 상기 드럼 가대와 상기 드럼 사이에 상기 드럼의 외주를 따라 설치된 베어링이 개재되어 있음으로써, 상기 드럼은 상기 드럼 가대 내에서 회전 가능하고, 상기 드럼 가대의 이동, 상기 드럼의 회전 및 상기 퀼식 주축의 상기 드럼으로부터의 돌출여유 조정에 의해, 상기 퀼식 주축에 장착한 공구의 위치 결정이 가능한 것을 특징으로 한다.

상기 본 발명의 공작 기계에 따르면, 공구의 지름방향에서의 공구의 위치 결정은, 드럼의 회전으로 실현할 수 있기 때문에, LM 가이드와 같은 공구의 지름방향으로 연장되는 기구는 불필요해져, 소형화에 따른 공간 절약화를 도모할 수 있다. 또한, 본 발명의 공작 기계는, 퀼식 주축을 채용하고 있으므로, 돌기물 등이 있는 워크에 대해서도 접근성이 양호해지고, 또한 워크 가공시에서의 진동 흡수성이 우수하고, 절삭면의 상태도 양호해진다. 아울러, 퀼식 주축은, 슬라이딩부는 간단한 구조로 충분하고, 대형 커버는 불필요해져, 이 점에 있어서도 워크에 대한 접근성이 좋아지고, 이것은 절삭시의 응력 경로가 짧아질 수 있어 절삭성도 좋아진다.

또한, 본 발명에 있어서는, 퀼식 주축은 드럼으로 지지되고, 드럼은 외주를 따라 베어링을 설치한다. 이 구성에 의하면, 퀼식 주축에 장착한 공구로 워크를 가공할 때에, 퀼식 주축의 추력에 의해, 드럼측에 작용하는 힘의 대부분은, 베어링 부분에 작용하는 스러스트 하중에 머물고, 스러스트 하중은 드럼의 전체 둘레에 설치된 베어링 부분에서 모두 받기 때문에, 드럼 자체를 특별히 보강할 필요는 없어서 강성 확보에 유리해진다. 또한, 스러스트 하중을 베어링 부분에서 모두 받음으로써, 드럼 지름을 크게 해도 특별히 보강할 필요는 없어서 장치의 깊이 치수가 커지는 일도 없다.

그리고 또한, 외형이 원형상인 드럼은, 회전해도 배치 상태는 변화하지 않고, 중량 밸런스의 변화를 일으키지 않는 것에 더해, 베어링이 드럼의 전체 둘레를 둘러싸고 있기 때문에, 드럼이 회전해도 드럼의 위치는 항상 규제되고, 드럼이 회전해도 드럼의 위치 정밀도가 악화되는 일이 없고, 드럼에 지지된 퀼식 주축의 위치 정밀도가 악화되는 일도 없다.

상기 본 발명의 공작 기계에 있어서는, 상기 공작 기계는, 베드 상에 본체를 설치하여 사용하는 것이며, 상기 본체에, 상기 드럼 가대의 이동, 상기 드럼의 회전, 상기 퀼식 주축의 상기 드럼으로부터의 돌출여유 조정 및 상기 퀼식 주축에 장착한 공구의 회전을 행하는 기구가 일체로 되어 있는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 본체를 베드로부터 분리시켜서 본체를 베드의 다른 위치에 설치하거나, 다른 베드 상에 설치해서 사용하는 것이 가능해진다.

또한, 상기 본 발명의 공작 기계에 있어서는, 상기 드럼은, 상기 드럼의 외주부를 회전시킴으로써 회전하는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 드럼의 내측에 배치되어 있는 퀼식 주축의 이동량은, 드럼의 외주부의 이동량보다도 작아진다. 이 때문에, 퀼식 주축의 위치가 드럼의 외주부로부터 멀어져도, 퀼식 주축의 위치 결정 정밀도가 증폭되는 일은 없다.

본 발명의 효과는 상기한 바와 같고, 요약하면, 본 발명에 의하면, 소형화에 의한 공간 절약화를 도모할 수 있고, 퀼식 주축을 채용하고 있음으로써, 워크에 대한 접근성이 양호해지고, 또 워크 가공시에서의 진동 흡수성이 우수하고, 절삭면의 상태도 양호해진다. 또한, 퀼식 주축은 드럼으로 지지되고, 드럼은 외주를 따라 베어링을 설치하고 있기 때문에, 강성 확보에 유리해져 드럼 지름을 크게 해도, 특별히 보강할 필요는 없어서 장치의 깊이 치수가 커지는 일도 없다. 그리고 또한, 외형이 원형상인 드럼은, 회전해도 배치 상태는 변화하지 않고, 중량 밸런스의 변화를 일으키지 않는 것에 더하여, 베어링이 드럼의 전체 둘레를 둘러싸고 있기 때문에, 드럼이 회전해도 드럼의 위치는 항상 규제되고, 드럼이 회전해도 드럼의 위치 정밀도가 악화되는 일은 없고, 드럼에 지지된 퀼식 주축의 위치 정밀도가 악화되는 일도 없다.

도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 따른 공작 기계의 외관 사시도이고,
도 2는, 도 1에 나타낸 본체의 주요부의 내부 구조를 나타내는 사시도이고,
도 3은, 본 발명의 일 실시형태에 있어서, 공구의 가공 영역을 나타내는 도면이고,
도 4는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 공작기계의 정면도이고,
도 5는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 공작 기계의 측면도이고,
도 6은, 본 발명의 일 실시형태에 있어서, 공구에 의해 워크가 가공되어 있는 상태를 나타내는 측면도이고,
도 7은, 도 6의 상태에서 공구를 후퇴시키고, 한층 더 상승시킨 상태를 나타내는 측면도이고,
도 8은, 도 7의 상태에서 ATC의 회전 원반에 공구가 장착된 상태를 나타내는 측면도이고,
도 9는, 도 8의 상태에 이어서 퀼식 주축으로부터 공구가 제거된 상태를 나타내는 측면도이고,
도 10은, 본 발명의 일 실시형태에 있어서, 드럼 및 퀼식 주축의 구동 구조의 다른 예를 나타내는 사시도이다.

본 발명은 공작 기계에 관한 것이지만, 보다 구체적으로는 복수의 공구(칼날)를 자동 교환할 수 있어, NC(수치제어)의 프로그래밍 제어에 따라 드릴링이나 밀링 가공 등의 다종의 가공을 한 대로 실현할 수 있는 머시닝 센터이다. 이하, 본 발명의 일 실시형태에 관해서 도면을 참조하면서 설명한다.

도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 따른 공작기계(1)의 외관 사시도이다. 도 1에 있어서 좌우방향(가로방향)이 X축 방향, 상하 방향이 Y축 방향, 전후 방향이 Z축 방향이다. 도시의 편의를 위해, 도 1에 있어서는, 도 4 및 도 5에 나타낸 ATC(자동공구교환장치)(40)의 도시는 생략한다. 본체(2)에 장착된 레일(3)에 드럼 가대(4)가 계합(係合)되어 있다. 드럼 가대(4)에는 외형이 원형상인 드럼(5)이 끼워넣어져 있다. 드럼(5)에는, 드럼(5)으로부터의 돌출여유가 조정 가능한 퀼식 주축(6)이 드럼(5)의 중심축 방향으로 관통되어 있다.

드럼 가대(4)에는 연장부(7)가 일체로 되어 있고, 연장부(7)에 너트(8)가 고정되어 있다. 너트(8)에는 상하 축 볼 나사(11)가 나사 결합되어 있다. 상하 축 볼 나사(11)가 회전하면, 이 회전 방향에 따라서 너트(8)가 상방향 또는 하방향으로 이동하고, 이와 일체로 연장부(7) 및 드럼 가대(4)가 상방향 또는 하방향으로 이동한다. 보다 구체적으로는, 상하 축 볼나사(11)의 회전에 의해, 드럼 가대(4)가 Y축 방향으로 이동하여, 드럼 가대(4)에 장착된 드럼(5), 드럼(5)에 장착된 퀼식 주축(6) 및 퀼식 주축(6)에 장착된 공구(10)가 Y축 방향으로 이동한다. 즉, 상하 축 볼나사(11)의 회전에 의해 공구(10)의 Y축 방향에서의 위치 결정이 가능해진다.

상하 축 볼 나사(11)의 회전 구동의 구동원은 Y축 구동 모터(13)이다. 케이스(14) 내에는, 한 쌍의 풀리(15,16)가 배치되어 있고, 풀리(15)는 Y축 구동 모터(13)에 장착되고, 풀리(16)는 상하 축 볼 나사(11)에 장착되어 있다. 풀리(15,16)에는 타이밍 벨트(17)가 맞물려 있다. Y축 구동 모터(13)의 회전축의 회전은, 풀리(15), 타이밍 벨트(17) 및 풀리(16)에 전달되어서 상하 축 볼 나사(11)가 회전한다.

이하, 도 2를 참조하면서 퀼식 주축(6) 및 드럼(5)의 구동에 관해서 설명한다. 도 2는, 도 1에 나타낸 본체(2)의 주요부의 내부 구조를 나타내는 사시도이다. 드럼(5)은, 드럼 가대(4) 내에 베어링(20)을 통해서 회전 가능하게 장착되어 있다. 베어링(20)은 지름이 큰 구름 베어링이다. 드럼(5)의 중심선(21)과 퀼식 주축(6)의 중심선(22)은 평행이며, 드럼(5)의 중심선(21) 방향(Z축 방향)에 있어서, 드럼(5)을 가로지르도록 퀼식 주축(6)이 드럼(5)을 삽입 통과한다. 퀼식 주축(6)과 드럼(5)의 구멍과의 사이에는 미끄럼 베어링(19)이 개재되어 있다. 퀼식 주축(6)은 원통체에 회전축(9)이 내장된 것이며, 회전축(9)의 선단부에 공구(10)의 일부가 끼워넣어진다.

퀼식 주축(6)은, 외주부인 원통체는 회전하지 않고, 내부의 회전축(9)이 중심선(22)을 중심으로 회전하고, 이와 일체로 공구(10)가 회전해서 워크를 가공한다. 퀼식 주축(6)의 회전 구동의 구동원은 주축 구동 모터(23)이다. 브래킷(24) 내에는, 한 쌍의 풀리(25,26)가 배치되어 있고, 풀리(25)는 주축 구동 모터(23)에 장착되고, 풀리(26)는 회전축(9)의 후단부에 장착되어 있다. 풀리(25,26)에는 타이밍 벨트(27)가 맞물려 있다. 주축 구동 모터(23)의 회전축의 회전은, 풀리(25), 타이밍 벨트(27) 및 풀리(26)에 전달되어서, 주축 구동 모터(23)의 회전축의 회전 방향에 따라서 퀼식 주축(6)의 회전축(9)이 회전하고, 이것과 일체로 공구(10)가 회전한다(화살표 a방향).

드럼 구동 모터(30)에는, 기어(31)가 장착되어 있고, 기어(31)는 드럼(5)의 외주부의 전체 둘레에 설치된 이빨(32)과 맞물려 있다. 이빨(32)은, 드럼(5)에 장착된 기어의 이빨이어도 되고, 드럼(5)에 직접 형성한 것이어도 된다. 드럼 구동 모터(30)의 회전축이 회전하면, 기어(31)가 회전하여 기어(31)에 맞물려 있는 이빨(32)이 회전하고, 이와 일체로 드럼 구동 모터(30)의 회전축의 회전 방향을 따라서 드럼(5)이 회전한다(화살표 b방향). 드럼(5)이 회전하면, 이와 일체로 드럼(5)에 장착되어 있는 퀼식 주축(6)도 회전한다.

상기한 바와 같이, 퀼식 주축(6)의 드럼(5)으로부터의 돌출여유가 조정 가능하다. 이 돌출여유 조정의 구동원은 Z축 구동 모터(33)이다. Z축 구동 모터(33)에는 전후 축 볼 나사(34)가 장착되어 있다. 전후 축 볼 나사(34)는 모터 지지체(35)를 삽입 통과하고 있으며, 이에 따라 Z축 구동 모터(33)는 모터 지지체(35)에 의해 지지되어 있다.

도시의 편의를 위해, 모터 지지체(35)는 파단하여 도시하였는데, 모터 지지체(35)는, 드럼(5) 측으로 연장되고, 선단이 드럼(5)에 고정되어 있다. 전후 축 볼 나사(34)에는 너트(36)가 나사 결합되어 있다. 이러한 구성에 의하면, Z축 구동 모터(33)의 회전축이 회전하면, 이 회전 방향에 따라서 너트(36)가 Z축 방향(전후방향)으로 이동한다.

너트(36)는 브래킷(24)에 고정되어 있다. 또한, 퀼식 주축(6) 및 주축 구동 모터(23)도 브래킷(24)에 고정되어 있다. 이 때문에, 너트(36)의 Z축 방향(전후방향)의 이동과 일체로, 퀼식 주축(6)도 Z축 방향으로 이동하여, 드럼(5)으로부터의 퀼식 주축(6)의 돌출여유가 조정된다.

또한, 전술한 바와 같이, Z축 구동 모터(33)를 지지하는 모터 지지체(35)는 드럼(5)에 고정되고, 너트(36), 퀼식 주축(6) 및 주축 구동 모터(23)는 브래킷(24)에 고정되어 있기 때문에, 드럼(5)이 회전하면, 이것과 일체로 퀼식 주축(6)뿐만 아니라, 모터 지지체(35), 브래킷(24) 및 주축 구동 모터(23)도 회전한다.

이하, 도 3을 참조하면서 공구(10)의 가공 영역에 관해서 설명한다. 전술한 바와 같이, 드럼 가대(4)는 상하방향(Y축방향)으로 이동하고, 이것과 일체로 드럼(5)도 상하 이동한다. 도 3A는, 드럼(5)이 완전히 상승한 상단 위치에서의 드럼(5)을 나타내고, 도 3C는 드럼(5)이 완전히 하강한 하단 위치에서의 드럼(5)을 나타내고, 도 3B는, 상단 위치와 하단 위치의 중간인 중간단 위치에서의 드럼(5)을 나타내고 있다.

도 3B에 있어서, 공구(10)의 회전 반경을 R로 하면, 공구(10)의 중심점(29)의 궤적은 드럼(5)의 중심점(28)을 중심으로 하는 원(40)이 된다. 이 경우, X축 방향에 있어서의 공구(10)의 중심점(29)의 가동 범위는 2R이 되고, X축 방향에 있어서는 공구(10)의 중심점(29)은, 2R의 가동 범위 내의 임의의 위치로 이동 가능하다. 단, 드럼(5)의 중심점(28)이 고정되어 있으면, 공구(10)의 중심점(29)은 원(40) 위를 이동하는 것에 머물러, 예를 들면 원(40) 상의 점 P1보다도 아래의 점 P2의 위치에는 공구(10)의 중심점(29)은 이동하지 않는다.

한편, 드럼(5)을 도 3B의 위치에서 △V만큼 하강시키면, 점 P1의 위치에 있던 공구(10)의 중심점(29)은, 점 P2의 위치에 도달하게 된다. 마찬가지로, 드럼(5)을 적절히 상하 이동시킴으로써, 점 P3와 점 P4을 연결하는 수직선(41) 상의 임의의 위치에 공구(10)의 중심점(29)을 이동시킬 수 있다. 점 P3은, 드럼(5)이 상단 위치에 있을 때의 공구(10)의 중심점(29)의 궤적이 되는 원(42) 상의 점이며, 점 P4는, 드럼(5)이 하단 위치에 있을 때의 공구(10)의 중심점(29)의 궤적이 되는 원(43) 상의 점이다.

수직선(41) 상에 있어서, 임의의 위치에 공구(10)의 중심점(29)을 이동할 수 있는 것에 대해서는, 원(42)의 상반부의 원호상의 점과 원(43)의 하반부의 원호상의 점을 연결하는 수직선이면 마찬가지이다. 이 때문에, 공구(10)의 중심점(29)은, X축 방향에서의 2R의 가동 범위 내에 있어서, 원(42)의 상반부의 원호와 원(43)의 하반부의 원호와의 사이의 영역이 가동 영역이 된다.

따라서, 드럼(5)의 회전 이동량과 드럼(5)의 상하 이동량을 적절히 조합함으로써, 가동 영역 내의 임의의 위치에 공구(10)를 위치 결정하는 것이 가능해진다. 보다 구체적으로는, 공구(10)의 평면상의 목표 위치는, X축 방향의 위치와 Y축 방향의 위치로 결정된다. 이 때문에, 드럼(5)을 회전시켜서 공구(10)를 X축 방향의 목표 위치에 위치 결정하고, 이어서 드럼(5)을 상하 방향으로 이동시켜서 공구(10)를 Y축 방향의 목표 위치에 위치 결정하면, 공구(10)를 목표 위치에 위치 결정하는 것이 가능해진다. 공구(10)를 목표 위치에 위치 결정한 후에는, 드럼(5)으로부터 퀼식 주축(6)을 신장시켜서(Z축 방향), 공구(10)에 의해 워크를 가공한다.

본 실시형태에 있어서는, 공구(10)의 X축 방향의 위치 결정은, 드럼(5)의 회전으로 실현할 수 있기 때문에, LM 가이드와 같은 X축 방향으로 연장하는 기구는 불필요해져, 소형화에 의한 공간 절약화를 도모할 수 있다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 퀼식 주축(6)을 채용하고 있고, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다. 공구(10)의 워크로의 접근시에는, 면적이 큰 드럼 가대(4)는 이동하지 않고, 외형이 원통상인 퀼식 주축(6)이 Z축 방향으로 신장해서 공구(10)가 워크에 접근한다. 이 구성에 의하면, 돌기물 등이 있는 워크에 대해서도 접근성이 양호해진다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 퀼식 주축(6)은 미끄럼 베어링(19)을 통해서 드럼(5)에 장착되어 있다. 이 구성에서는, 퀼식 주축(6)을 Z축 방향으로 이동시키지 않는 밀링 가공시에는 미끄럼 베어링(19)에 정지(靜止) 마찰력이 발생하고, 퀼식 주축(6)을 Z축 방향으로 이동시키는 드릴링 가공시에는 미끄럼 베어링(19)에 동(動)마찰력이 발생한다. 이 때문에, 퀼식 주축(6)은 워크 가공시에서의 진동 흡수성이 우수하고, 절삭면의 상태도 양호해진다. 한편, LM 가이드를 이용한 유닛 이동식에서는, 구름 마찰력 밖에 발생하지 않기 때문에 덜덜거리기 쉬워진다.

또한, 유닛 이동식에서는, 그 슬라이딩부인 LM 가이드에는 절삭 분진을 넣지 않기 위한 대형 커버가 필요하고, 가공 대상물로부터 스핀들이 멀어진다. 이에 대해, 퀼식 주축(6)의 슬라이드는, 도 2에 나타낸 바와 같은 미끄럼 베어링(19) 내를 퀼식 주축(6)이 슬라이딩하는 구성이다. 이 때문에, 슬라이딩부는 간단한 구조로 충분하고, 대형 커버는 불필요해져 워크에 대한 퀼식 주축(6)의 접근성이 양호해진다. 이것은 절삭시의 응력 경로가 짧아질 수도 있어, 절삭성도 양호해진다.

이어서, 본 실시형태에 있어서는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 퀼식 주축(6)의 지지 구조는, 드럼 가대(4) 내에 베어링(20)을 통해서 회전 가능하게 장착된 드럼(5)으로 퀼식 주축(6)을 지지하는 구조(이하,「드럼식」이라고 한다)이다. 드럼식에서는, 퀼식 주축(6)에 장착한 공구(10)로 워크를 가공할 때에, 퀼식 주축(6)의 추력에 의해, 드럼(5)측에 작용하는 힘의 대부분은, 베어링(20) 부분에 작용하는 스러스트 하중에 머무른다. 스러스트 하중은 드럼(5)의 전체 둘레에 마련된 베어링(20) 부분에서 모조리 받기 때문에, 드럼(5) 자체를 특별히 보강할 필요는 없으며, 드럼식은 강성 확보에 유리한 구조이다. 한편, 아암의 일단에 선회축을 장착하고, 아암의 타단에 주축을 지지하는 구조(이하,「아암식」이라고 한다)에서는, 워크의 가공시에, 주축의 추력이 직접적으로 아암을 변형시키는 방향으로 작용하며, 또 선회축에 전해지므로 강성 확보에 불리한 구조가 된다.

이것은, 공구의 회전 반경이 커질수록 현저해진다. 예를 들면, 아암식에 있어서는, 회전 반경이 2배가 되면 워크의 가공시에 공구가 받는 반력(反力)에 의해 선회축을 지지하는 베어링에 작용하는 모멘트가 2배가 되어, 베어링에 작용하는 힘이 커진다. 이 경우, 선회축을 굵게 해서 강성을 높이거나, 선회축을 길게 해서 베어링에 작용하는 힘을 경감시키는 대책이 필요해진다. 선회축을 길게 하면, 장치의 깊이 치수도 그에 따라 커져 버린다. 이에 비해, 드럼식은, 전술한 바와 같이, 워크의 가공시의 스러스트 하중은, 드럼(5)의 전체 둘레에 설치한 베어링(20) 부분에서 모두 받기 때문에, 드럼 지름을 크게 해도, 특별히 보강할 필요는 없으며 장치의 깊이 치수가 커지는 일도 없다.

또한, 아암식은, 주축의 위치 결정 정밀도가 아암의 길이에 비례해서 정밀도 악화의 방향으로 증폭되어 간다. 이에 비해, 도 2에 도시된 드럼식은 드럼(5)의 외주부를 회전 구동시켰을 때에 드럼(5)의 내측에 배치되어 있는 퀼식 주축(6)의 이동량은 드럼(5)의 외주부의 이동량보다도 작아진다. 이 때문에, 퀼식 주축(6)의 위치가 드럼(5)의 외주부로부터 멀어져 있어도, 퀼식 주축(6)의 위치 결정 정밀도는 증폭되는 일은 없다. 즉, 도 2에 도시한 바와 같은 드럼(5)의 외주부가 회전 구동되는 드럼식은, 퀼식 주축(6)의 위치 결정 정밀도에 유리해진다.

그리고 또한, 아암식에 있어서는, 아암의 회전에 따라 아암의 배치 상태가 변화하고, 아암의 자중에 의한 아암의 중량 밸런스가 시시각각 변화하지만, 아암식은 일단이 자유단(自由端)이고, 자유단이 지지되는 구조가 아니기 때문에 중량 밸런스의 변화에 따라 주축의 위치 정확도에 대한 영향이 발생할 수 있다.

이에 비해, 외형이 원형상인 드럼(5)은, 회전해도 배치 상태는 변화하지 않고, 중량 밸런스의 변화도 발생하지 않는다. 또, 도 2에 도시된 바와 같이, 드럼(5)은 베어링(20)을 통해 드럼 가대(4) 내에 지지되어 있고, 이 베어링 구조에 의해 드럼(5)의 위치는 규제되어 있다. 베어링(20)은 드럼(5)의 전체 둘레를 둘러싸고 있으므로, 드럼(5)이 회전해도 드럼(5)의 위치는 항상 규제된다. 이 때문에, 드럼(5)이 회전해도, 드럼(5)의 위치 정밀도가 악화하는 일은 없으며, 드럼(5)에 지지된 퀼식 주축(6)의 위치 정밀도가 악화되는 일도 없다. 이것은, 미소한 위치 정밀도의 악화도 문제가 되는 워크의 가공 정밀도 확보에 유리해진다.

이어서, 도 4 및 도 5를 참조하면서 공작 기계(1)에 대하여 보다 구체적으로 설명한다. 도 4는 공작 기계(1)의 정면도이고, 도 5는 공작 기계(1)의 측면도이다. 도 4 및 도 5에 있어서는, 도 1에서는 도시를 생략한 ATC(자동공구교환 장치)(40)를 도시하고 있다. 도 4에 있어서, ATC(40)는, 회전 원반(41)을 구비하고 있으며, 회전 원반(41)에 복수의 공구(44)가 착탈 가능하게 장착되어 있다. 회전 원반(41)은 도 5에 나타낸 ATC 회전 모터(42)에 의해 회전 구동되고, 도 4에 나타낸 회전 원반(41)의 중심(43)을 중심으로 회전한다(화살표 c). 공구의 교환시에는, Y축 방향에 있어서 드럼 가대(4)가 상승하고(화살표 d), 퀼식 주축(6)의 선단에 장착된 공구(10)와, ATC(40)의 회전 원반(41)에 장착된 공구(44)가 교환된다.

도 4에 있어서, 본체(2)는 베드(47) 상에 설치되어 있다. 본체(2)는 외장 케이스(48) 내에 수용되어 있다. 도시의 편의를 위해, 도 5~도 9에 있어서는, 외장 케이스(48)의 도시를 생략하고 있다. 도 5에 나타낸 바와 같이, Y축 구동 모터(13)는 케이스(14)를 통해서 본체(2)와 일체로 되어 있고, 주축 구동 모터(23) 및 Z축 구동 모터(33)는 본체(2)와 일체로 되어 있다. 도 1 및 도 2(본체(2)의 내부 구조)에 나타낸 바와 같이, Y축 구동 모터(13), 주축 구동 모터(23) 및 Z축 구동 모터(33)에 의해 구동되는 기구는, 케이스(14) 또는 본체(2) 내에 내장되어 있다. 또, 도 2에 도시된 바와 같이, 드럼 구동 모터(30) 및 드럼 구동 모터(30)로 구동되는 기구도 본체(2)에 내장되어 있다.

즉, 본체(2)에, Y축 구동 모터(13)를 구동원으로 하는 드럼 가대(4)를 이동시키는 기구, 주축 구동 모터(23)를 구동원으로 하는 퀼식 주축에 장착한 공구(10)의 회전을 행하는 기구, Z축 구동 모터(33)를 구동원으로 하는 퀼식 주축(6)의 드럼(5)으로부터의 돌출여유 조정을 행하는 기구 및 드럼 구동 모터(30)를 구동원으로 하는 드럼(5)을 회전시키는 기구가 일체로 되어 있다. 이 구성에 의하면, 본체(2)를 베드(47)로부터 분리시켜서, 본체를 베드(47)의 다른 위치에 설치하거나, 다른 베드(47) 상에 설치해서 사용하는 것이 가능해진다. 예를 들면, 3대의 본체(2)를 베드(47) 상에 설치함으로써, T자형의 워크에 대해서, 3방향에서의 동시 가공이 가능해지지만, 동 워크의 가공이 휴지(休止)하고 있는 동안에, 공작 기계(1) 전체를 이동시키지 않고, 예를 들면 1기분의 본체(2)만을 다른 베드(47) 상에 설치함으로써, 다른 워크의 가공을 수행할 수 있다.

이하, 도 5~도 9를 참조하면서 공작 기계(1)의 동작에 관해서 공정순으로 설명한다. 도 5에 있어서, 워크 지지대(46) 상에 워크(45)가 지지되어 있다. 워크 지지대(46) 및 워크(45)는 개략적으로 도시되어 있고, 워크(45)의 지지 구조의 도시는 생략되어 있다. 도 5의 상태에서는, 드럼(5)(도 4 참조)의 회전 이동과 상하 이동에 의해, 공구(10)의 X축 방향의 위치와 Y축 방향의 위치가, 워크(45)의 가공 부위에 대향하는 위치로 위치 결정되어 있다.

도 5의 상태로부터, Z축 구동 모터(33)를 구동해서 퀼식 주축(6)을 Z축 방향에 있어서 전진시킴으로써(화살표 e방향), 퀼식 주축(6)의 선단에 장착된 공구(10)가 워크(45)의 목표 가공 부위에 도달한다. 이 상태에서는 퀼식 주축(6)의 회전축(9)(도 2 참조)과 일체의 공구(10)는, 주축 구동 모터(23)의 구동에 의해 회전하고, 공구(10)에 의해 워크(45)의 가공이 가능해진다.

도 6은, 공구(10)에 의해 워크(45)가 가공되고 있는 상태를 나타내고 있다. 가공중, 공구(10)는 퀼식 주축(6)의 중심선(22)(도 2 참조) 주위로 회전한다. 공구(10)로서 드릴을 이용함으로써, 드릴링 가공을 행할 수 있고, 탭을 이용함으로써, 태핑 가공을 행할 수 있다. 또한, 공구(10)로서 엔드밀을 사용함으로써, 밀링 가공을 행할 수도 있다. 이 경우는, 드럼 구동 모터(30)(도 2 참조), Y축 구동 모터(13) 및 Z축 구동 모터(33)를 구동시켜서, XYZ 방향으로 공구(10)의 위치를 적절히 위치 결정하면서 가공을 행한다.

공구(10)에 의한 가공이 종료되고, 공구(10)를 교환해서 새로운 가공을 행할 때는, ATC(40)에 의해 공구 교환을 수행한다. 도 7은 공구 교환 직전의 상태를 나타내고 있다. 도 7은 도 6의 상태로부터 공구(10)를 후퇴시켜 더욱 상승시킨 상태이다. 도 8은 공구(10)가 ATC(40)의 회전 원반(41)에 전달된 상태를 나타낸다. 이 동안, ATC(40)는 이동하지 않고, 도 7의 상태로부터 드럼 가대(4)를 상승시킴으로써, 공구(10)를 ATC(40)의 회전 원반(41)에 장착할 수 있다.

도 8은, ATC(40)의 회전 원반(41)에 공구(10)가 장착된 상태를 나타낸다. 이 상태에서 퀼식 주축(6)을 후퇴시키면(화살표 f), 퀼식 주축(6)으로부터 공구(10)가 제거된다. 도 9는 퀼식 주축(6)으로부터 공구(10)가 제거된 상태를 나타낸다. 도 9의 상태에서 회전 원반(41)을 회전시킴으로써(도 4의 화살표 c 참조), 다음의 가공에 필요한 공구(44)를 퀼식 주축(6)에 대향시킬 수 있다. 이후는, 상기의 역 동작에 의해, 퀼식 주축(6)에 새로운 공구(44)를 장착하고, 공구(44)를 워크(45)에 대향시키고, 이어서 워크(45)의 가공을 행할 수 있다.

이상, 본 발명의 일 실시형태에 관해서 설명했지만, 상기 실시형태는 일례이며, 적절히 변경한 것이어도 좋다. 도 10은 드럼(5)의 구동 구조의 다른 예를 나타내는 사시도이다. 도 10은 도 2와 마찬가지로 공작 기계(1)의 주요부의 내부 구조를 나타낸 것이고, 도 2와 동일 구성 또는 동일 구성의 것은 동일 번호를 붙이고 그 설명은 생략한다.

도 10에 있어서, 퀼식 주축(6)은 브래킷(37), 이동 브래킷(38) 및 브래킷(39)의 홀(孔)(53), 홀(54) 및 노치(55)를 삽통하고 있고, 퀼식 주축(6)에 이동 브래킷(38)이 고정되어 있다. 도시는 생략하지만, 주축 구동 모터(23)와 퀼식 주축(6) 내의 회전축(9)과의 사이에는, 풀리 및 타이밍 벨트로 구성되는 회전 기구가 개재되어 있다. 주축 구동 모터(23)에 의해 회전축(9)이 회전 구동되고, 이것과 일체로 공구(10)가 회전한다(화살표 a방향).

드럼 구동 모터(30)에, 감속기(51)를 통해서 드럼 회전축(50)이 장착되어 있다. 드럼 회전축(50)은 드럼(5)에 고정되어 있다. 드럼 구동 모터(30)의 회전축이 회전하면, 감속기(51)를 통해서 드럼 회전축(50)이 회전하고, 이와 일체로 드럼 구동 모터(30)의 회전축의 회전 방향에 따라서 드럼(5)이 회전한다(화살표 b방향). 감속기(51) 대신에 풀리 및 타이밍 벨트로 구성된 회전기구가 사용될 수 있다.

Z축 구동 모터(33)에는 전후 축 볼 나사(52)가 장착되어 있다. 전후 축 볼 나사(52)는 브래킷(39)의 홀(57)을 삽통하고, 이에 따라 Z축 구동 모터(33)는 브래킷(39)에 의해 지지되어 있다. 또한, 전후 축 볼 나사(52)에는 브래킷(38)과 일체의 너트(56)가 나사 결합되어 있다. 이러한 구성에 의하면, Z축 구동 모터(33)의 회전축이 회전하면, 이 회전 방향에 따라서 너트(56)와 일체의 이동 브래킷(38)이 Z축 방향(전후방향)으로 이동한다.

퀼식 주축(6)은, 이동 브래킷(38)에 고정되어 있다. 한편, 퀼식 주축(6)은 브래킷(37)의 홀(53) 부분에서는 브래킷(37)에 대하여 독립적으로 이동 가능하다. 이 때문에, 이동 브래킷(38)의 Z축 방향(전후방향)의 이동과 일체로, 퀼식 주축(6) 및 주축 구동 모터(23)도 Z축 방향으로 이동하여, 드럼(5)으로부터의 퀼식 주축(6)의 돌출여유가 조정된다. 퀼식 주축(6)의 돌출여유가 늘어날 때는, 주축 구동 모터(23)는 브래킷(39)의 노치(55)를 통과하므로, 주축 구동 모터(23)와 브래킷(39)이 간섭하지 않는다.

또한, 퀼식 주축(6)에 이동 브래킷(38)이 고정되고, 퀼식 주축(6)에는 주축 구동 모터(23)가 일체로 되어 있고, 그리고 또한 드럼 회전축(50)에 브래킷(37) 및 브래킷(39)이 고정되어 있다. 따라서, 드럼 회전축(50)이 회전하면, 드럼(5), 퀼식 주축(6), 주축 구동 모터(23) 및 이동 브래킷(38)뿐만 아니라 브래킷(37), 브래킷 (39) 및 Z축 구동 모터(33)도 회전한다.

전술한 바와 같이, 도 10은 드럼(5)의 구동 구조의 다른 예이며, 도 10의 드럼(5)의 구동 구조에서는, 도 2와 같은 기어(31) 및 기어(32)로 구성된 구동 기구를 생략할 수 있다.

이상, 드럼(4) 및 퀼식 주축(6)의 구동 구조의 다른 예를 설명했는데, 다른 구성에 대해서도 적절히 변경한 것이어도 좋다. 예를 들면, 도 5에 있어서, ATC 회전 모터(42)는 회전축이 세로방향이 되도록 배치되어 있는데, 회전축이 가로방향이 되도록 배치하고, 회전 모터(42)를 회전 원반(41)에 직접 장착해도 좋다.

또한, 상기 실시형태의 공작기계(1)는 퀼식 주축(6)을 가로로 배치한 횡형의 예로 설명했지만, 퀼식 주축(6)을 세로로 배치한 입형이어도 된다. 횡형에서는, 상기와 같이 드럼 가대(4)는 상하방향(수직방향)으로 이동하는데, 입형에서는, 드럼 가대(4)는 좌우 방향(수평방향)으로 이동한다.

1; 공작 기계
4; 드럼 가대
5; 드럼
6; 퀼식 주축
10,44; 공구
13; Y축 구동 모터
20; 베어링
23; 주축 구동 모터
30; 드럼 구동 모터
33; Z축 구동 모터
40; ATC(자동공구교환장치)
45; 워크
47; 베드

Claims

이동 가능한 드럼 가대(架臺)와,
상기 드럼 가대에 결합되고, 외형이 원형상인 드럼과,
상기 드럼의 중심축 방향으로 관통하고, 상기 드럼으로부터의 돌출여유(出代)가 조정 가능한 퀼식 주축(主軸)을 구비하고,
상기 드럼 가대와 상기 드럼 사이에, 상기 드럼의 외주를 따라서 설치한 베어링이 개재되어 있음으로써, 상기 드럼은 상기 드럼 가대 내에서 회전 가능하며,
상기 드럼 가대의 이동, 상기 드럼의 회전 및 상기 퀼식 주축의 상기 드럼으로부터의 돌출여유 조정에 따라, 상기 퀼식 주축에 장착한 공구의 위치 결정이 가능한 것을 특징으로 하는 공작 기계.
제1항에 있어서,
상기 공작 기계는, 베드 상에 본체를 설치해서 사용하는 것이며, 상기 본체에 상기 드럼 가대의 이동, 상기 드럼의 회전, 상기 퀼식 주축의 상기 드럼으로부터의 돌출여유 조정 및 상기 퀼식 주축에 장착된 공구의 회전을 행하는 기구가 일체로 되어 있는 공작 기계.
제1항에 있어서,
상기 드럼은, 상기 드럼의 외주부를 회전시킴으로써 회전하는 공작 기계.