KR20240017839A - 툴 매거진이 있는 다중축 머시닝 센터 - Google Patents

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KR20240017839A
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디에고 스타비오
다니엘르 프란체시아 빌라
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바이젤 에스.피.에이.
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Abstract

두 개의 독립적인 캐리지(14', 14'')들을 포함하고, 이들은, 종 방향을 따라 연장되고 지지 구조(12)에 대해 상승된 포지션에서 고정된 일 쌍의 평행한 수평 레일(16a, 16b)들에 의해, 각각의 종 방향 병진 운동 축(X', X'')들을 따라 슬라이드 할 수 있도록 지지되는 머시닝 센터가 개시된다. 상기 캐리지(14', 14'')들의 각각은, 가이드 수단(18', 18'', 20', 20'', 24', 24'')들에 의해 가로 병진 운동 축(Y', Y'')을 따라 그리고 수직 병진 운동 축(Z', Z'')을 따라 이동할 수 있는 머시닝 헤드(22', 22'')를 지지한다. 상기 머시닝 헤드(22', 22'')들의 각각은, 회전 지지 수단(26', 26'')에 의해 수평 회전 축(Yr', Yr'')에 대해 회전할 수 있도록 각각의 툴 홀딩 스핀들(28', 28'')을 지지한다. 수평 방향 및 종 방향으로 연장되는 제 1 회전 축(Xr)에 대해 회전할 수 있도록 상기 지지 구조(12)의 베이스(30', 30'')에서 워크피스 홀딩 테이블(34)가 지지된다. 상기 지지 구조(12)의 반대되는 종 방향 단부들에 있는 두 개의 기계화된 툴 매거진(36', 36'')들은 상기 스핀들(28', 28'')들에 의해 접근할 수 있다.

Description

툴 매거진이 있는 다중축 머시닝 센터
본 발명은 기계화된(mechanized) 툴 매거진(magazine)이 있는 다중축(multiple-axis) 머시닝 센터에 관한 것이다.
알려진 바와 같이, 다중축 머시닝 센터는, 워크피스(workpiece)가 밀링(milling), 보링(boring), 탭핑(tapping) 등과 같은 연속적인 상이한 머시닝 프로세스들을 받기 위해, 워크피스에 대해 둘 이상의 축들을 따라 이동할 수 있는 머시닝 헤드에 장착(mount)된 전동(motorized) 툴 홀딩 스핀들을 일반적으로 포함할 수 있다.
스핀들의 축은 수평적으로 또는 수직적으로 배열될 수 있다.
또한, 위에서 인용된 유형의 머시닝 센터들은 기계화된 툴 매거진을 제공하고, 스핀들이 머시닝 헤드의 공간 이동성을 활용하여 다양한 머시닝 단계들에 사용될 툴들을 자동으로 픽업하는 것으로 알려져 있다.
특히 신뢰성이 높은 것으로 알려진 유형의 툴 매거진은, 전동 툴 홀딩 드럼을 포함한다. 수평 축이 있는 스핀들의 경우, 픽업될 툴들을 후자에 제시하기 위해, 툴 홀딩 드럼은 축이 수평이고 스핀들의 축에 직각이 되도록 스핀들 앞에 배열될 수 있다.
생산성을 높이기 위해서, 머시닝 센터에는, 다중의 워크피스들을 동시에 가공(machine)하기 위한 단일 머시닝 헤드 상에 장착된 다중의 평행 스핀들들이 제공될 수 있다.
위에서 인용된 유형의 머시닝 센터들은, 그들이 단일의 포지셔닝 작동으로 워크피스에 대한 수많은 머시닝 프로세스들을 수행할 수 있기 때문에, 머시닝 정밀도 및 그들의 생산성에 대해 높은 평가를 받고 있지만, 특히, 예를 들어, 자동차 분야나 산업 분야의 소형 기계 부품들과 같은 중소형(medium-small) 워크피스들 머시닝에 적합하기에 한계가 있다.
차량(vehicle)의 새시(chassis) 또는 바디의 부분들 같은 대형 워크피스들은, 현재 상이한 머신 툴들에서 연속적인 머시닝 프로세스들을 받을 수 있고, 워크피스가 한 머신 툴에서 다음 머신 툴로 이송될 때마다 다시 포지셔닝되어야 하기 때문에, 결과적으로 생산성 및 머시닝 정밀도가 크게 저하된다.
대형 워크피스들에서 상이한 머시닝 프로세스들을 수행할 수 있는 이른바 멀티태스킹 머신들이 알려져 있지만, 그들 역시 다중축들(예: 5 축들)에 대해 이동할 수 있는 단일 스핀들이 있기 때문에, 생산성 면에서 한계가 있다.
또한, 알려진 멀티태스킹 머신들은, 단일 스핀들을 사용함에도 불구하고, 매우 벌키(bulky)하고 따라서 생산 시설 내에 배치하기 어렵다.
따라서, 본 발명의 목적은 중소형의 워크피스들을 가공하도록 설계된 머시닝 센터들과 실질적으로 동일한 머시닝 다기능성(versatility) 및 동일한 치수들을 가지면서, 차량들의 새시 또는 바디의 부분들 같은 대형 워크피스들을 머시닝할 수 있는 기계화된 툴 매거진이 있는 다중축 머시닝 센터를 제공하는 것이다.
이러한 목적 내에서, 발명의 목적은 대형 워크피스들 머시닝을 위해 현재 알려진 멀티태스킹 머신들보다 훨씬 높은 생산성을 갖는 다중축 머시닝 센터를 제공하는 것이다.
이러한 목적과 다음의 설명으로부터 더 명확해질 다른 목적들은 청구항 1에 청구된 머시닝 센터에 의해 달성되고, 종속항들은 발명의 다른 유리한 특성들을 규정한다.
이제 발명은, 첨부된 도면들에 비제한적인 실시 예들을 통해 예시된, 바람직하지만 배타적이지는 않은 실시 예들을 참조하여 보다 상세하게 설명된다:
도 1은 본 발명에 따른 머시닝 센터의 개략적인 평면도이다.
도 2는 도 1의 머시닝 센터의 개략적인 상승 측면도(lateral elevation view)이다.
도면들을 참조하면, 발명에 따른 머시닝 센터(10)는 지지 구조(12)를 포함하고, 지지 구조(12)는 도시된 개략 실시 예에서 박스형 프로파일을 가지고, 이 안에서 작업 영역(MA)은 규정된다.
상승된 포지션에서, 바람직하게는 지지 구조(12) 상단에서 고정되고 종 방향으로 연장되는 일 쌍의 평행한 수평 레일(16a, 16b)들에 의해, 두 개의 독립적인 캐리지(14', 14'')들이 슬라이드 할 수 있도록 이들은 지지된다.
따라서 두 개의 캐리지(14', 14'')들의 각각은 각각의 종 방향 병진 운동(translation) 축(X', X'')을 따라서 슬라이드 할 수 있다.
두 개의 캐리지(14', 14'')들의 각각은 각각의 슬라이더(18', 18'')를 지지하고, 각각의 슬라이더(18', 18'')는 각각의 수평 가이드(20', 20'')를 따라 슬라이드 할 수 잇고, 각각의 수평 가이드(20', 20'')는 캐리지(14', 14'')에 일체형이고 각각의 가로(transverse) 병진 운동 축(Y', Y'')을 따라 연장된다.
슬라이더(18', 18'')들의 각각은 각각의 머시닝 헤드(22', 22'')들을 지지하고, 각각의 머시닝 헤드(22', 22'')들은 각각의 수직 가이드(24', 24'') 상에 차례로 슬라이딩으로 지지되고, 각각의 수직 가이드(24', 24'')는 슬라이더(18', 18'')와 일체형이고 각각의 수직 병진 운동 축(Z', Z'')을 따라 연장된다.
특히, 머시닝 헤드(22', 22'')에, 머시닝 헤드(22', 22'')의 하단부에서, 포크형 지지부(26', 26'')가 제공되고(도 2), 이것에 의해 툴 홀딩 스핀들(28', 28'')을 지지하여 수평 회전 축(Yr', Yr'')에 대해 회전할 수 있도록 한다. 바람직하게는, 포크형 지지부(26', 26'')는 각각의 수직 병진 운동 축(Z', Z'')에 평행하거나 일치하는 수직 회전 축(Zr', Zr'')에 대해 회전할 수 있다.
스핀들(28', 28'')은 밀링, 보링, 탭핑, 기타 같은 종류의 것과 같은 머시닝 프로세스들을 위한 상이한 타입들의 툴들을 장착할 수 있다.
발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 지지 구조(12)는, 칩 배출 영역 안으로 이끄는 적어도 하나의 슈트(chute), 유리하게는 종 방향으로 상호 반대되고 중심 칩 배출 영역(32)으로 이끄는 두 개의 슈트(30', 30'')들을 포함하는 베이스를 가진다.
베이스(30', 30'')는 회전 축(Xr)이 수평 방향 및 종 방향으로 연장된 회전하는 툴 홀딩 드럼(35)을 지지한다. 워크피스 홀딩 테이블(34)은 워크피스 홀딩 드럼(35) 상에 지지되고, 바람직하게는 워크피스 홀딩 드럼(35)의 회전 축에 수직인 자체의 회전 축(Hr)에 대해 회전할 수 있도록 지지된다.
이 실시 예에서, 워크피스 고정 테이블(34)은, 본원에서 후에 상세한 설명으로 명확해질 목적들을 위해, 종 방향으로 중심이 되고 가로로(transversely) 오프셋된 포지션(즉, 워크피스 홀딩 드럼(35)의 축이 머시닝 센터의 중심선에 대해 횡 방향으로(laterally) 오프셋됨)에 유리하게 배열된다.
그 자체로 알려진 방식으로, 가공될 워크피스(W)(점선으로 개략적으로 도시됨)는 워크피스 홀딩 고정구(E)(점선으로 개략적으로 도시됨)에 의해 워크피스 홀딩 테이블(34)에 고정될 수 있다.
머시닝 센터(10)에는 두 개의 기계화된 툴 매거진(36', 36'')들이 제공되고, 이들은 각각 두 개의 스핀들(28', 28'')들에 의해 접근될 수 있도록 지지 구조(12)의 반대되는 종 방향 단부들에 배열된다.
이 실시 예에서, 두 개의 툴 매거진(36', 36'')들의 각각은, 복수 개의 툴(40', 40'')들을 주변으로(peripherally) 지지하는, 회전하는 툴 홀딩 드럼(38', 38'')을 포함한다. 회전하는 툴 홀딩 드럼(38', 38'')들은 그들의 축들이 가로 병진 운동 축(Y', Y'')들에 평행하고 수평이도록 배열된다. 툴 매거진(36', 36'')들의 각각에서, 툴(40', 40'')들은, 각각의 툴 홀딩 드럼(38', 38'')의 하나, (예시된 예와 같이) 둘 또는 다중의(multiple) 각지게(angularly) 이격된 행들 상에도 배치되고, 상기 행들은 각각의 툴 홀딩 드럼(38', 38'')의 축에 평행하게 연장된다.
스핀들(28', 28'')들은 각각의 기계화된 툴 매거진(36', 36'')들로부터 다양한 머시닝 단계들에 사용될 툴(40', 40'')들을 자동으로 픽업하고, 각각의 머시닝 헤드(22', 22'')들의 공간 내 이동성을 활용한다. 툴이 툴 홀딩 드럼(38', 38'') 상에 위치되는 곳에 의존하여, 드럼은 일 열 또는 다른 열의 툴들을 각각의 스핀들(28', 28'')에 제시하기 위해 회전된다.
유리하게는, 툴 매거진(36', 36')들의 각각에는 차폐부(42', 42'')가 제공되고, 이 실시 예에서, 이는 각각의 툴 홀딩 드럼(38', 38'')에 고정된다. 머시닝 중에, 툴 홀딩 드럼(38', 38'')은 각각의 차폐부(42', 42'')를 작업 영역(MA)을 향해 지향하도록, 각각의 툴 매거진(36', 36'')을 숨기고 머시닝 칩들로부터 이를 보호하도록 회전된다.
다른 실시 예에서, 차폐부들은 각각의 드럼들과 독립적으로 이동 가능할 수 있다.
물론, 위에서 설명된 머시닝 센터의 모든 이동 가능한 컴포넌트들은, 예를 들어, 전기 액추에이터들, 유압 액추에이터들 및/또는 공압 액추에이터들과 같은 통상적인 유형의 구동 시스템들에 의해 전동이고(motorized), 이 구동 시스템들은 그 자체로 현장에서 통상적인 방식으로 제어 유닛(미도시)에 의해 지배된다.
전기/유체 제어 유닛(44)(도면들에서 점선으로 개략적으로 도시됨)은 지지 구조(12)의 두 개의 종 방향 단부들 중 하나에서 선택적으로 배열된다.
물론, 지지 구조(12)에는, 현장에서 그 자체로 통상적인 방식으로 하나 이상의 사이드 상에 검사를 위한 도어들 및 창문들(미도시)이 제공될 수 있다.
작동에서, 가공될 워크피스(W)는 고정구(E)에 의해 회전하는 테이블(34)에 고정된다.
워크피스(W)는 생산성을 증가시키기 위해 양 스핀들(28', 28'')들에 의해 동시에 가공될 수 있고, 일부 경우들에서, 알려진 해결책들에 비해 두 배까지 증가시킬 수도 있다.
예를 들어, 스핀들(28', 28'')들은 워크피스(W)의 양 반대되는 사이드들에서 동일한 작동을 수행할 수 있고, 또는 완전히 독립적인 경우, 각각의 툴 매거진(36', 36'')으로부터 다른 유형의 툴들을 가져와서 상이한 작동들을 수행할 수 있다.
머시닝 중에, 차폐부(42', 42'')들은 툴 매거진(36', 36'')들을 머시닝 칩들로부터 보호하고, 따라서 이들은 슈트(30', 30'')들을 통해 칩 수집 영역(32) 안으로 떨어진다.
스핀들(28', 28'')들은 세 개의 데카르트 축들을 따라 이동할 수 있고, 또한 각각의 가로 회전 축(Yr', Yr'')들 및 수직 회전 축(Zr', Zr'')들에 대해 회전할 수 있다. 워크피스 홀딩 테이블(34)이 자체 축에 대한 그리고 워크피스 홀딩 드럼(35)의 축에 대한 회전이 제공됨으로써 추가적인 자유도가 제공되어서, 단일의 포지셔닝 작동으로 임의의 대형 워크피스가 작업 영역(MA)을 향해 지향되는 임의의 방향으로 및 임의의 사이드에서 실질적으로 가공될 수 있다.
다른 실시 예에서, 포크형 지지부(26', 26'')는 수직 회전 축(Zr', Zr'')에 대해 회전 불가능(nonrotatable)할 수 있다.
워크피스 홀딩 테이블(34)은 또한 축(Hr)에 대해 회전 가능한 대신 워크피스 홀딩 드럼(35) 상에 고정되도록 장착될 수 있다.
통상의 기술자가 알 수 있듯이, 발명의 일 이점은 두 개의 캐리지(14', 14'')들이 종 방향에서의 병진 이동을 위해 동일한 트랙(16a, 16b)들을 공유한다는 것이다. 이 방식에서, 두 개의 스핀들(28', 28'')들의 각각은, 종 방향으로, 다른 스핀들에 의해 차지(occupy)되는 작업 영역의 절반 위로 "침입"("trespass")할 수 있으므로, 높은 다기능성을 제공한다.
이 바람직한 실시 예에서, 회전하는 테이블의 가로로의 오프셋 포지션은, 수평 가이드(20', 20'')들(가로 축들(Y', Y''))의 유용한(useful) 스트로크(stroke)에 대해 훨씬 더 큰(상기 치수들의 실질적으로 2배만큼) 워크피스들을 스핀들(28', 28'')들이 가공할 수 있게 한다.
발명의 바람직한 일부 실시 예들이 설명되었지만, 통상의 기술자는 물론 청구범위의 범위 내에서 다양한 수정들 및 변형들을 적용할 수 있다.
예를 들어, 워크피스 홀딩 드럼(35)은 두 개의 워크피스 홀딩 테이블을 지지하여서 두 개의 스핀들(28', 28'')들 각각이 각각의 워크피스 홀딩 테이블에 장착된 두 개의 작은 워크피스들을 동시에 가공할 수 있다. 본원에서 설명되고 예시된 머시닝 센터는 자동차, 항공, 항해 및 이와 유사한 분야들의 새시 또는 바디의 부분들과 같은 대형 워크피스들을 가공하도록 고안되었지만, 실제로는 동일한 원리들이 중소형 워크피스들을 가공하는 머시닝 센터에 적용될 수 있고 몇몇의 이점들을 달성할 수 있음이 실제로 관찰되었다.
또한, 워크피스 홀딩 테이블의 가로로의 오프셋 포지션은 발명의 유리한 특성으로 이해되어야 하지만 필수적인 특성은 아니다.
머시닝 센터의 다양한 이동 가능한 요소들의 병진 운동 또는 회전을 허용하는 가이드 수단은, 롤링 베어링들, 저마찰 슬라이더들, 기타 같은 종류의 것을 사용하는 회전하는 지지부들 또는 슬라이딩 지지부들과 같이, 통상의 기술자에게 잘 알려진, 현장에서 일반적으로 사용되는 기술들에 의해 제공될 수 있다.
스핀들(28', 28'')들을 회전 가능하게 지지하는 포크형 지지부(26', 26'')는, 물론, 상이한 형태의 회전하는 지지 수단(예: 포크들의 경우와 같이 두 개의 평행한 아암들 대신에 단일의 아암이 제공되는 회전하는 지지부들)으로 대체될 수 있다.
위에서 설명된 유형의 툴 매거진들이 특히 신뢰성이 높지만, 툴 매거진들 중 하나 또는 둘 다 상이한 유형(예: 체인형 툴 매거진들)일 수도 있다.
마지막으로, 병진 운동/회전 축들의 기능적 순서는 물론 설명되고 예시된 것과 관련하여 가변되고 역순으로 될 수 있다.
이 출원에서 우선권을 주장하는 이탈리아 특허 출원 제102021000015131호의 개시들은 본원에 참조로 통합된다.
임의의 청구항에 언급된 기술적 특징들 뒤에 참조 부호들이 붙는 경우, 해당 참조 부호들은 청구항들의 명확성을 증가시키기 위한 목적으로만 포함되었고, 따라서 해당 참조 부호들은 해당 참조 부호들에 의해 예시적으로 식별되는 각 요소의 해석에 어떠한 제한적인 영향도 미치지 않는다.

Claims (11)

  1. 머시닝 센터에 있어서, 상기 머시닝 센터는, 두 개의 독립적인 캐리지(14', 14'')들을 포함하고, 상기 두 개의 독립적인 캐리지(14', 14'')들 모두는, 종 방향을 따라 연장되고 지지 구조(12)에 대해 상승된 포지션에서 고정된 일 쌍의 평행한 수평 레일(16a, 16b)들에 의해, 각각의 종 방향 병진 운동 축(X', X'')들을 따라 슬라이드 할 수 있도록 지지되고, 상기 캐리지(14', 14'')들의 각각은, 각각의 가이드 수단(18', 18'', 20', 20'', 24', 24'')들에 의해 각각의 가로 병진 운동 축(Y', Y'')을 따라 그리고 각각의 수직 병진 운동 축(Z', Z'')을 따라 이동할 수 있는 각각의 머시닝 헤드(22', 22'')를 지지하고, 상기 머시닝 헤드(22', 22'')들의 각각은, 회전 지지 수단(26', 26'')에 의해 수평 회전 축(Yr', Yr'')에 대해 회전할 수 있도록 각각의 툴 홀딩 스핀들(28', 28'')을 지지하고, 상기 머시닝 센터(10)는, 수평 방향 및 종 방향으로 연장되는 제 1 회전 축(Xr)에 대해 회전할 수 있도록 상기 지지 구조(12)의 베이스(30', 30'')에서 지지되는 워크피스 홀딩 테이블(34), 및 상기 스핀들(28', 28'')들의 각각에 의해 접근할 수 있도록 상기 지지 구조(12)의 반대되는 종 방향 단부들에서 지지되는 두 개의 기계화된 툴 매거진(36', 36'')들을 더 포함하는 머시닝 센터(10).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가이드 수단은, 상기 캐리지(14', 14'')들의 각각에 대한, 상기 캐리지(14', 14'')에 일체형이고 가로 방향으로 연장된 각각의 수평 가이드(20', 20'')를 따라 슬라이드 할 수 있는 슬라이더(18', 18''), 및 상기 슬라이더(18', 18'')들의 각각에 대한, 상기 슬라이더(18', 18'')에 일체형이고 상기 머시닝 헤드(22', 22'')들의 각각에 의해 슬라이딩으로 맞물리는 수직 가이드(24', 24'')를 포함하는 머시닝 센터(10).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 회전 지지 수단은 포크형 지지부(26', 26'')를 포함하는 머시닝 센터(10).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지 구조(12)는 칩 배출 영역(32) 안으로 이끄는 적어도 하나의 슈트(30', 30'')를 포함하는 베이스를 포함하는 머시닝 센터(10).
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 베이스는 중심 칩 배출 영역(32) 안으로 이끄는 종 방향으로 상호 반대되는 두 개의 슈트(30', 30'')들을 포함하는 머시닝 센터(10).
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 하나 이상의 항에 있어서,
    상기 워크피스 홀딩 테이블(34)은 종 방향으로 중심이 되고 가로로 오프셋되는 포지션에서 배열되는 머시닝 센터(10).
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 하나 이상의 항에 있어서,
    상기 툴 매거진(36', 36'')들 중 적어도 하나는 회전하는 툴 홀딩 드럼(38', 38'')을 포함하고, 상기 회전하는 툴 홀딩 드럼(38', 38'')은 축이 수평 및 가로이도록 배열되고 복수 개의 툴(40', 40'')들을 주변으로 지지하는 머시닝 센터(10).
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 툴 매거진(36', 36'')들의 각각에는, 머시닝 중에 각각의 툴 매거진(36', 36'')을 머시닝 칩들로부터 보호하도록 된 차폐부(42', 42'')가 제공되는 머시닝 센터(10).
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 차폐부(42', 42'')는 각각의 툴 홀딩 드럼(38', 38'')에 고정된 머시닝 센터(10).
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 하나 이상의 항에 있어서,
    상기 회전 지지 수단(26', 26'')들의 각각은, 각각의 수직 병진 운동 축(Z', Z'')에 대해 평행하거나 일치하는 수직 회전 축(Zr', Zr'')에 대해 회전할 수 있는 머시닝 센터(10).
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 하나 이상의 항에 있어서,
    상기 워크피스 홀딩 테이블(34)은 상기 워크피스 홀딩 테이블(34)이 상기 제 1 회전 축(Xr)에 수직한 제 2 회전 축(Hr)에 대해서도 회전할 수 있도록 지지되는 머시닝 센터(10).
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