WO2016163789A1 - 5축 가공기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 5축 가공기에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 5축 가공기는 공작물을 가공하기 위한 공구를 회전시키는 스핀들과, 상기 스핀들을 회전 가능하게 지지하는 스핀들 헤드, 그리고 상기 스핀들에 회전 동력을 전달하는 동력 전달부와 상기 스핀들 헤드를 틸팅시키는 틸팅 구동부를 갖는 틸팅 헤드를 포함한다.

Description

5축 가공기

본 발명은 5축 가공기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스핀들의 틸팅이 가능한 5축 가공기에 관한 것이다.

일반적으로 공작 기계는 여러 절삭 가공 방법 또는 비절삭 가공 방법으로 금속 또는 비금속의 공작물을 각종 공구를 이용하여 원하는 형상 및 치수로 가공할 목적으로 사용하는 기계를 말한다.

공작 기계는 가공 방법에 따라 크게 터닝 센터(turning center)와 머시닝 센터(machining center)로 분류된다. 여기서, 터닝 센터는 공작물을 회전시켜 가공하며, 머시닝 센터는 공구를 회전시켜 공작물을 가공한다.

머시닝 센터는 보링 머신(Boring Machine), 밀링 머신(Milling Machine), 및 드릴링 머신(Drilling Machine) 등을 하나로 복합 구성하여 절삭과 천공 및 탭핑 등과 같은 모든 가공 작업이 가능한 복합 공작 기계로서, 공구를 회전시키는 스핀들을 3축 방향으로 직선 이송시켜 가공하는 3축 가공 작업이 가능하다.

근래에는, 자동차, 조선, 항공 산업의 발전에 따라 복잡한 형상을 가진 부품이 많아지고 있으며, 이러한 부품 가공의 생산성 향상을 위해 3축 가공 작업을 수행하는 여러 대의 머시닝 센터로 나누어 가공하던 방식에서 5축 가공이 가능한 5축 가공기가 널리 이용되고 있다. 여기서, 종전의 3축 가공에 부가된 2축 가공은 공작물을 지지하는 테이블을 회전시키는 회전축과, 스핀들을 틸팅시키는 틸팅축을 포함할 수 있다.

그런데, 공작물 가공 중에 공구가 장착된 스핀들을 틸팅축 중심으로 회전시키거나 직선축 이송 방향으로 이송시킬 때 절삭 진동이 공구를 거쳐 틸팅축에 영향을 주게 된다.

이와 같이, 절삭 진동이 스핀들을 틸팅시키는 틸팅축에 영향을 미치게 되면, 그 영향으로 공작물의 표면에 무늬가 생기면서 표면 조도가 불량해지는 문제점이 있다. 즉, 이러한 무늬는 공작물에 대한 가공 품위를 저하시키는 원인이 되고 있다.

본 발명의 실시예는 절삭 진동에 의한 가공 품위 저하를 개선한 5축 가공기를 제공한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 5축 가공기는 공작물을 가공하기 위한 공구를 회전시키는 스핀들과, 상기 스핀들을 회전 가능하게 지지하는 스핀들 헤드, 그리고 상기 스핀들에 회전 동력을 전달하는 동력 전달부와 상기 스핀들 헤드를 틸팅시키는 틸팅 구동부를 갖는 틸팅 헤드를 포함한다.

상기 동력 전달부는 상기 스핀들에 동력을 전달하는 동력 전달축과 상기 동력 전달축에 연결된 하나 이상의 기어를 포함하는 동력 전달 기어 장치와, 상기 동력 전달축의 외주면에 결합되어 상기 동력 전달축과 함께 회전하는 댐핑 디스크, 상기 댐핑 디스크의 일측면에 대향하여 상기 댐핑 디스크를 지지하는 댐핑 서포트, 및 상기 댐핑 디스크의 타측면에 대향하여 상기 댐핑 디스크의 타측면을 가압하는 댐핑링을 포함하는 댐핑 장치를 포함한다.

상기 댐핑링은 유압을 공급받아 상기 댐핑 디스크의 타측을 가압하며, 상기 댐핑링에 공급되는 유압은 상기 스핀들이 회전시키는 공구에서 발생하는 절삭 진동이 커질수록 증가하고 절삭 진동이 작아질수록 감소할 수 있다.

상기 댐핑 장치는 상기 댐핑 디스크의 일측면과 상기 댐핑 서포트 사이 및 상기 댐핑 디스크의 타측면과 상기 댐핑링 사이에 각각 마련된 슬라이딩 베어링을 더 포함할 수 있다.

상기 댐핑링은 유압 유로가 형성된 댐핑링 본체부와, 일부가 상기 댐핑링 본체부와 이격되며 상기 댐핑 디스크의 타측면을 가압하는 댐핑링 가압부와, 상기 댐핑링 본체부와 상기 댐핑링 가압부 사이의 이격된 공간이며 작동유가 채워지고 일측이 개구된 댐핑링 챔버, 그리고 상기 댐핑링 챔버의 개구를 밀폐하며 오목한 부위가 상기 댐핑링 챔버를 향하도록 마련된 댐핑용 U 타입(U-type) 실링 부재를 포함할 수 있다.

상기 틸팅 구동부는 상기 스핀들 헤드와 연결되어 상기 스핀들 헤드를 틸팅시키는 틸팅 구동축과 상기 틸팅 구동축에 회전 동력을 공급하는 틸팅 구동 모터를 포함하는 틸팅 장치와, 상기 틸팅 구동축의 외주면에 결합되어 상기 틸팅 구동축과 함께 회전하는 클램핑 디스크 및 상기 클램핑 디스크의 일측면에 대향하여 상기 클램핑 디스크의 일측면을 가압하는 클램핑링을 포함하는 클램핑 장치를 포함할 수 있다.

상기 클램핑링은 유압 유로가 형성된 클램핑링 본체부와, 일부가 상기 클램핑링 본체부와 이격되며 상기 클램핑 디스크의 타측면을 가압하는 클램핑링 가압부와, 상기 클램핑링 본체부와 상기 클램핑링 가압부 사이의 이격된 공간이며 작동유가 채워지고 일측이 개구된 클램핑링 챔버, 그리고 상기 클램핑링 챔버의 개구를 밀폐하며 오목한 부위가 상기 클램핑링 챔버를 향하도록 마련된 클램핑용 U 타입(U-type) 실링 부재를 포함할 수 있다.

상기한 5축 가공기는 상기 틸팅 장치의 틸팅 구동 모터, 상기 댐핑 장치, 및 상기 클램핑 장치를 제어하는 제어 밸브부를 더 포함할 수 있다.

상기 제어 밸브부는 상기 틸팅 구동 모터를 제어하는 모터 제어 밸브와, 상기 댐핑 장치를 제어하는 제1 댐핑 제어 밸브 및 제2 댐핑 제어 밸브, 그리고 상기 클램핑 장치를 제어하는 클램핑 제어 밸브를 포함할 수 있다.

상기 제어 밸브부는 클램핑 모드, 댐핑 모드, 및 언클램핑 모드 중 어느 하나로 선택되어 구분 동작할 수 있다. 그리고 상기 클램핑 모드는 강력 절삭 가공을 수행할 때 선택되고, 상기 댐핑 모드는 중절삭 가공을 수행할 때 선택되며, 상기 언클램핑 모드는 경절삭 가공을 수행할 때 선택될 수 있다.

또한, 상기 클램핑 모드에서는 상기 모터 제어 밸브와, 상기 제1 댐핑 제어 밸브, 그리고 상기 클램핑 제어 밸브가 온(on) 동작하고, 상기 댐핑 모드에서는 상기 제2 댐핑 제어 밸브가 온(on) 동작하며, 상기 언클램핑 모드에서는 상기 모터 제어 밸브와, 상기 제1 댐핑 제어 밸브와, 상기 제2 댐핑 제어 밸브, 그리고 상기 클램핑 제어 밸브가 오프(off) 동작할 수 있다.

상기 제1 댐핑 제어 밸브가 온 동작하면 상기 제2 댐핑 제어 밸브가 온 동작 하는 경우보다 상기 댐핑링이 상기 댐핑 디스크를 상대적으로 더 큰 압력으로 가압할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 5축 가공기는 절삭 진동에 의한 가공 품위 저하를 효과적으로 개선할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 5축 가공기의 사시도이다.

도 2는 도 1의 스핀들과 틸팅 헤드의 내부 구조를 나타낸 평면도이다.

도 3은 도 2의 III-III선에 따른 단면도이다.

도 4는 도 3의 댐핑 장치를 중심으로 확대 도시한 단면도이다.

도 5는 도 4의 댐핑 장치의 댐핑 디스크를 나타낸 사시도이다.

도 6은 도 4의 댐핑 장치의 댐핑 서포트를 나타낸 사시도이다.

도 7은 도 3의 클램핑 장치를 중심으로 확대 도시한 단면도이다.

도 8은 도 1의 5축 가공기에 사용되는 제어 밸브부를 중심으로 도시한 구성도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도면들은 개략적이고 축척에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 축소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.

본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.

이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 5축 가공기(101)를 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 5축 가공기(101)는 스핀들(200), 스핀들 헤드(250), 및 틸팅 헤드(300)를 포함한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 5축 가공기(101)는 주축 구동 모터(280), 슬라이드(450), 컬럼(400), 베드(800), 새들(700), 테이블(600), 상하 이송 장치(530), 좌우 이송 장치(520), 전후 이송 장치(510), 및 테이블 회전 구동부(750)를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 5축 가공기(101)는 제어 밸브부(900)를 더 포함한다.

스핀들(200)은 공작물과 접촉하여 공작물을 가공하는 공구에 회전 동력을 전달한다. 즉, 스핀들(200)은 공작물을 가공하기 위한 공구를 일단부에 클램핑하여 회전시킨다. 스핀들(200)의 내부에는 공구를 클램핑하기 위한 클램핑 장치(미도시)가 마련될 수 있다. 여기서, 클램핑 장치로는 해당 기술 분야의 종사자에게 공지된 다양한 종류의 클램핑 장치가 사용될 수 있으며, 일반적으로 콜릿(collet)을 포함하는 클램핑 장치가 사용될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에서, 스핀들(200)은 스핀들 샤프트(210)와, 스핀들 샤프트(210)를 둘러싸도록 스핀들 샤프트(210)의 외주면에 형성된 주축 베벨 기어(230)를 포함한다.

스핀들 헤드(250)는 스핀들(200)을 둘러싸며 스핀들(200)을 회전 가능하게 지지한다. 스핀들 헤드(250)가 스핀들(200)을 회전 가능하게 지지하기 위하여 스핀들 헤드(250)와 스핀들(200) 사이에 베어링이 설치될 수 있다.

주축 구동 모터(280)는 스핀들(200)과 기구적으로 연결되어 스핀들(200)에 회전 동력을 공급한다. 주축 구동 모터(280)로는 해당 기술 분야의 종사자에게 공지된 다양한 종류의 모터가 사용될 수 있다.

틸팅 헤드(300)는 스핀들 헤드(250)를 틸팅 가능하게 지지할 뿐만 아니라 주축 구동 모터(280)가 공급하는 회전 동력을 스핀들(200)에 전달한다.

구체적으로, 도 2에 도시한 바와 같이, 틸팅 헤드(300)는 스핀들(200)에 회전 동력을 전달하는 동력 전달부(310)와, 스핀들 헤드(200)를 틸팅시키는 틸팅 구동부(360)를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에서, 동력 전달부(310)는 동력 전달 기어 장치(330)와, 댐핑 장치(320)를 포함한다.

동력 전달 기어 장치(330)는 주축 구동 모터(280)가 공급한 회전 동력을 스핀들(200)에 전달한다. 구체적으로, 동력 전달 기어 장치(330)는 동력 전달축(331)과 동력 전달축(331)의 일단부에 형성되어 스핀들(200)의 주축 베벨 기어(230)와 맞물리는 동력 전달 베벨 기어(334)를 포함한 복수의 동력 전달 기어들(335)을 포함한다.

댐핑 장치(320)는, 도 3 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 댐핑 디스크(321)와, 댐핑 서포트(322), 그리고 댐핑링(323)을 포함할 수 있다.

또한, 댐핑 장치(320)는 슬라이드 베어링(328)을 더 포함할 수 있다.

댐핑 디스크(321)는 동력 전달축(331)의 외주면에 결합되어 동력 전달축(331)과 함께 회전한다.

댐핑 서포트(322)는 댐핑 디스크(321)의 일측면에 대향하여 댐핑 디스크(321)의 일측면을 지지한다.

댐핑링(323)은 댐핑 디스크(321)의 타측면에 대향하여 댐핑 디스크(321)의 타측면을 가압한다.

이와 같이, 댐핑 디스크(321)는 동력 전달축(331)과 함께 회전하나 댐핑 서포트(322)와 댐핑링(323)은 회전하지 않고 고정된다.

댐핑링(323)이 댐핑 디스크(321)를 가압하면 댐핑 디스크(321)는 댐핑 서포트(322)와 댐핑링(323) 사이에 물리면서 마찰되고, 이러한 마찰력에 의해 공구가 공작물 가공 중에 발생되어 스핀들(200)을 거쳐 동력 전달축(331)으로 전달되는 절삭 진동이 저감된다.

즉, 댐핑 장치(320)의 댐핑링(323)이 댐핑 디스크(321)를 가압하더라도 스핀들(200)에 회전 동력을 전달하는 동력 전달축(331)의 회전을 정지시키는 것은 아니다. 댐핑 서포트(322)와 댐핑링(323) 사이에 물린 댐핑 디스크(321)는 동력 전달축(331)과 함께 회전하면서 스핀들(200)을 거쳐 동력 전달축(331)에 전달되는 절삭 진동을 흡수한다.

본 발명의 일 실시예에서, 댐핑링(323)은 유압을 공급받아 댐핑 디스크(321)의 타측을 가압할 수 있다. 그리고 댐핑링(323)에 공급되는 유압은 스핀들(200)이 회전시키는 공구에서 발생하는 절삭 진동이 커질수록 증가하고 절삭 진동이 작아질수록 감소할 수 있다.

여기서, 절삭 진동의 크기는 해당 기술 분야의 종사자에게 공지된 다양한 방법으로 측정하거나 산출하여 판단할 수 있다.

일례로, 절삭 진동의 크기는 5축 가공기(101)에 설치된 수치 제어(NC) 장치(미도시)를 통해 판단할 수 있다. 수치 제어(NC) 장치는 입력된 수치 제어 프로그램(NC-Program)에 따라 5축 가공기의 동작을 제어한다.

수치 제어 장치는 공작물에 대한 공구의 절삭 가공 방법과, 공작물의 소재, 그리고 공구의 이송축에 대한 정보를 가지므로, 수치 제어 장치는 현재 가공 상태에서 발생될 절삭 진동의 크기를 추정치로 산출할 수 있다. 이때, 절삭 가공 방법에는 강력 절삭, 고속 절삭, 일반 절삭 등이 있다.

즉, 강력 절삭 중에 공구가 이동하면서 공작물을 가공한다면 절삭 진동이 상대적으로 크게 발생하는 것으로 판단하고, 공구가 이동 없이 회전하면서 일반 절삭을 수행한다면 절삭 진동이 상대적으로 작게 발생하는 것으로 판단할 수 있다.

또한, 5축 가공기(101)는 센서를 사용하여 절삭 진동의 크기를 정밀하게 검출할 수도 있다.

구체적으로, 댐핑링(323)은 댐핑링 본체부(3235)와, 댐핑링 가압부(3231)와, 댐핑링 챔버(3233), 그리고 댐핑용 U 타입(U-type) 실링 부재(3234)를 포함할 수 있다.

댐핑링 본체부(3235)에는 유압이 공급되거나 회수되기 위한 댐핑용 유압 유로(3236)가 형성된다.

댐핑링 가압부(3231)는 일부가 댐핑링 본체부(3235)와 이격되며 댐핑 디스크(321)의 타측면을 가압한다.

댐핑링 챔버(3233)는 댐핑링 본체부(3235)와 댐핑링 가압부(3231) 사이의 이격된 공간이며, 댐핑링 챔버(3233)에는 작동유가 채워지고, 댐핑링 챔버(3233)의 일측은 개구된다.

댐핑용 U 타입(U-type) 실링 부재(3234)는 댐핑링 챔버(3233)의 개구를 밀폐시킨다. 이때, 댐핑용 U 타입 실링 부재(3234)는 오목한 부위가 댐핑링 챔버(3233)를 향하도록 설치된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 댐핑링 챔버(3233)에 작동유가 채워져 댐핑링 가압부(3231)를 가압하면, 댐핑링 가압부(3231)가 댐핑 디스크(321)의 타측면을 가압하면서 동시에 댐핑링 챔버(3233)의 개구 크기가 증가하게 된다.

이때, 댐핑용 U 타입 실링 부재(3234)는 댐핑링 챔버(3233)에 채워진 작동유의 압력에 의해 벌어지면서, 크기가 증가된 댐핑링 챔버(3233)의 개구를 효과적으로 밀폐시킬 수 있다.

즉, 댐핑링 챔버(3233)에 채워진 작동유가 댐핑링 가압부(3231)를 가압하면 동시에 댐핑용 U 타입 실링 부재(3234)를 벌어지게 하여 댐핑링 챔버(3233)의 개구 크기가 변하더라도 효과적으로 댐핑링 챔버(3233)의 개구를 밀폐시킬 수 있다.

또한, 전술한 바와 같이, 댐핑 서포트(322)와 댐핑 디스크(231) 사이 및 댐핑 디스크(321)와 댐핑링(323) 사이에는 마찰이 발생하므로, 마찰에 의한 마모를 줄이고 댐핑 디스크(321)의 수명을 증가시키기 위하여, 슬라이딩 베어링(328)이 댐핑 디스크(321)의 일측면과 댐핑 서포트(322) 사이 및 댐핑 디스크(321)의 타측면과 댐핑링(323) 사이에 각각 마련된다.

본 발명의 일 실시예에서, 틸팅 구동부(360)는 틸팅 장치(380)와, 클램핑 장치(370)를 포함한다.

틸팅 장치(380)는 스핀들(200)을 회전 가능하게 지지하는 스핀들 헤드(250)를 틸팅시킨다. 구체적으로, 틸팅 장치(380)는 스핀들 헤드(250)와 연결되어 스핀들 헤드(250)를 틸팅시키는 틸팅 구동축(381)과, 틸팅 구동축(381)에 회전 동력을 공급하는 틸팅 구동 모터(388)를 포함한다.

또한, 틸팅 장치(380)는 틸팅 구동 모터(388)와 틸팅 구동축(381)을 기구적으로 연결하는 하나 이상의 틸팅 구동 기어(385)를 더 포함할 수 있다.

클램핑 장치(370)는, 도 3 및 도 7에 도시한 바와 같이, 클램핑 디스크(371)와 클램핑링(373)을 포함한다.

클램핑 디스크(371)는 틸팅 구동축(381)의 외주면에 결합되어 틸팅 구동축(381)과 함께 회전한다.

클램핑링(373)은 클램핑 디스크(371)의 일측면에 대향하여 클램핑 디스크(371)의 일측면을 가압한다.

이와 같이, 클램핑 디스크(371)는 틸팅 구동축(381)과 함께 회전하나 클램핑링(373)은 회전하지 않고 고정된다.

클램핑링(373)이 클램핑 디스크(371)를 강하게 가압하여 서로 맞물리면 마찰력에 의해 틸팅 구동축(381)이 클램핑된다.

이에, 스핀들(200)의 틸팅 각도가 고정된 상태에서 스핀들이 회전시키는 공구가 공작물을 가공할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 클램핑링(373)은 유압을 공급받아 클램핑 디스크(371)의 일측을 가압할 수 있다.

구체적으로, 클램핑링(373)은 클램핑링 본체부(3735)와, 클램핑링 가압부(3731)와, 클램핑링 챔버(3733), 그리고 클램핑용 U 타입(U-type) 실링 부재(3734)를 포함할 수 있다.

클램핑링 본체부(3735)에는 유압이 공급되거나 회수되기 위한 유압 유로(미도시)가 형성된다. 도 7에는 유압 유로가 나타나지 않았으나, 클램핑링 본체부(3735)에 형성된 유압 유로는 전술한 댐핑링 본체부(3235)에 형성된 유압 유로와 동일한 기술적 사상으로 형성될 수 있다.

클램핑링 가압부(3731)는 일부가 클램핑링 본체부(3735)와 이격되며 클램핑 디스크(371)의 일측면을 가압한다.

클램핑링 챔버(3733)는 클램핑링 본체부(3735)와 클램핑링 가압부(3731) 사이의 이격된 공간이며, 클램핑링 챔버(3733)에는 작동유가 채워지고는, 클램핑링 챔버(3733)의 일측은 개구된다.

클램핑용 U 타입(U-type) 실링 부재(3734)는 클램핑링 챔버(3733)의 개구를 밀폐시킨다. 이때, 클램핑용 U 타입 실링 부재(3734)는 오목한 부위가 클램핑링 챔버(3733)를 향하도록 설치된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 클램핑링 챔버(3733)에 작동유가 채워져 클램핑링 가압부(3731)를 가압하면, 클램핑링 가압부(3731)가 클램핑 디스크(371)의 일측면을 가압하면서 동시에 클램핑링 챔버(3733)의 개구 크기가 증가하게 된다.

이때, 클램핑용 U 타입 실링 부재(3734)는 클램핑링 챔버(3733)에 채워진 작동유의 압력에 의해 벌어지면서, 크기가 증가된 클램핑링 챔버(3733)의 개구를 효과적으로 밀폐시킬 수 있다.

즉, 클램핑링 챔버(3733)에 채워진 작동유가 클램핑링 가압부(3731)를 가압하면 동시에 클램핑용 U 타입 실링 부재(3734)를 벌어지게 하여 클램핑링 챔버(3733)의 개구 크기가 변하더라도 효과적으로 클램핑링 챔버(3733)의 개구를 밀폐시킬 수 있다.

제어 밸브부(900)는, 도 8에 도시한 바와 같이, 틸팅 장치(380)의 틸팅 구동 모터(388), 댐핑 장치(320), 및 클램핑 장치(370)를 제어하기 위해 마련된다.

구체적으로, 제어 밸브부(900)는 틸팅 구동 모터(388)를 제어하는 모터 제어 밸브(980)와, 댐핑 장치(320)를 제어하는 제1 댐핑 제어 밸브(921) 및 제2 댐핑 제어 밸브(922), 그리고 클램핑 장치(370)를 제어하는 클램핑 제어 밸브(970)를 포함할 수 있다.

여기서, 제어 밸브부(900)에 의한 댐핑 장치(320)의 제어는 절삭 진동의 크기에 따라 구분하여 제어될 수 있다. 즉, 강력 절삭, 고속 절삭, 일반 절삭 등과 같이 5축 가공기(101)가 수행하는 절삭 가공의 종류에 따라 발생하는 절삭 진동의 크기가 달라진다. 따라서, 제어 밸브부(900)는 강력 절삭의 제어에 사용되는 제1 댐핑 제어 밸브(921)와, 강렬 절삭 이외의 제어에 사용되는 제2 댐핑 제어 밸브(922)를 포함할 수 있다.

또한, 틸팅 구동 모터(388)를 제어하는 모터 제어 밸브(980)는 틸팅 구동 모터(388)를 락(lock) 또는 언락(unlock) 시킬 수 있다.

앞서, 도 1에서 도시한 바와 같이, 베드(800)는 후술할 새들(700)과 컬럼(400)을 슬라이딩 가능하게 지지한다.

구체적으로, 베드(800)는 메인 프레임(801)과, 메인 프레임(801) 상에 형성되어 새들(700) 및 컬럼(400)과 슬라이딩 가능하게 결합된 리니어 가이드(810, 820)를 포함할 수 있다. 여기서, 리니어 가이드는 전후 리니어 가이드(810)와 좌우 리니어 가이드(820)를 포함할 수 있다.

새들(700)은 베드(800) 상에 슬라이딩 가능하게 결합되어 베드(800)의 전후 리니어 가이드(810)를 따라 직선 왕복 운동할 수 있다. 즉, 새들(700)은 전후 방향(이하, "Z축 방향"이라 한다)으로 직선 왕복 운동할 수 있다.

전후 이송 장치(이하, "Z축 이송 장치"라 한다)(510)는 베드(800)와 새들(700) 사이에 설치되어, 새들(700)을 베드(800) 상에서 직선 왕복 운동시킨다.

테이블(600)은 스핀들(200)에 의해 회전하는 공구가 가공할 공작물을 지지한다. 그리고 테이블(600)은 새들(700) 상에 설치되어 새들(700)을 따라 직선 왕복 운동하게 된다.

또한, 테이블 회전 구동부(750)가 테이블(600)과 새들(700) 사이에 마련되어, 공작물이 안착된 테이블(600)을 회전시킨다. 이때, 테이블(600)의 회전축은 테이블(600)의 평면에 수직한 방향과 평행하다.

컬럼(400)은 테이블(600)보다 후방에 위치하도록 베드(800)의 후방 쪽 일영역에 수직하게 세워질 수 있다.

그리고 컬럼(400)도 베드(800) 상에 슬라이딩 가능하게 결합되어 베드(800)의 좌우 리니어 가이드(820)를 따라 직선 왕복 운동할 수 있다. 즉, 컬럼(400)은 좌우 방향(이하, "X축 방향"이라 한다)으로 직선 왕복 운동할 수 있다.

좌우 이송 장치(이하, "X축 이송 장치"라 한다)(520)는 베드(800)와 컬럼(400) 사이에 설치되어, 컬럼(400)을 베드(800) 상에서 직선 왕복 운동시킨다.

또한, 컬럼(400)은 테이블(600) 방향 일측에 형성된 상하 리니어 가이드(430)를 포함할 수 있다.

슬라이드(450)는 컬럼(400)의 테이블(600) 방향 일측에 슬라이딩 가능하게 결합되어 컬럼(400)의 상하 리니어 가이드(430)를 따라 직선 왕복 운동할 수 있다. 즉, 슬라이드(450)는 상하 방향(이하, "Y축 방향"이라 한다)으로 직선 왕복 운동할 수 있다.

상하 이송 장치(이하, "Y축 이송 장치"라 한다)(530)는 컬럼(400)과 슬라이드(450) 사이에 설치되어, 슬라이드(450)를 상하 방향으로 직선 왕복 운동시킨다.

또한, 슬라이드(450)는 전술한 틸팅 헤드(300)와 주축 구동 모터(280)를 지지한다.

즉, 스핀들(200), 스핀들 헤드(250), 틸팅 헤드(300), 및 주축 구동 모터(280)는 슬라이드(450)와 함께 Y축 방향으로 직선 왕복 운동할 수 있다.

일례로, Z축 이송 장치(510), X축 이송 장치(520), 및 Y축 이송 장치(530)는 볼스크류 이송 장치일 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 5축 가공기(101)는 Z축 이송 장치(510), X축 이송 장치(520), 및 Y축 이송 장치(530)를 통해 Z축 방향, X축 방향, Y축 방향으로 직선축 구동이 가능하다.

또한, 테이블(600)의 회전과 틸팅 헤드(300)의 틸팅을 포함하는 2축 방향의 회전축 구동이 가능하다.

이에, 본 발명의 일 실시예에 따른 5축 가공기(101)는 총 5축 구동에 의한 가공 작업이 가능하다.

이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 5축 가공기(101)는 절삭 진동에 의한 가공 품위 저하를 효과적으로 개선할 수 있다.

구체적으로, 댐핑 장치(320)를 통해 절삭 진동을 효과적으로 흡수할 수 있으며, 클램핑 장치(370)를 통해 스핀들(200)의 틸팅 각도를 효과적으로 고정시킬 수 있다.

이하, 도 3 및 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 5축 가공기(101)의 동작 원리를 단계별로 상세히 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 스핀들 헤드(250)의 양측에 각각 배치된 댐핑 장치(320)와 클램핑 장치(370) 그리고 이들을 제어하는 제어 밸브부(900)는 클램핑 모드, 댐핑 모드, 및 언클램핑 모드 중 어느 하나로 선택되어 구분 동작할 수 있다.

클램핑 모드는 스핀들 헤드(250)를 완전히 클램핑하거나 5축 가공기(101)가 강력 절삭 가공을 수행할 때 선택될 수 있다.

그리고 클램핑 모드에서는 제어 밸브부(900)의 모터 제어 밸브(980)와, 제1 댐핑 제어 밸브(921), 그리고 클램핑 제어 밸브(970)가 온(on) 동작한다. 이에, 틸팅 구동 모터(388)를 락(lock) 시키고, 제1 댐핑 제어 밸브(921)의 제어에 따라 댐핑 장치(320)의 댐핑링(323)이 댐핑 디스크(321)를 상대적으로 강한 압력으로 가압한다. 여기서, 상대적으로 강한 압력이란 제2 댐핑 제어 밸브(922)의 제어에 따라 댐핑 장치(320)의 댐핑링(323)이 댐핑 디스크(321)를 가압하는 압력보다 상대적으로 강함을 의미한다. 즉, 제1 댐핑 제어 밸브(921)가 온 동작하면 제2 댐핑 제어 밸브(922)가 온 동작 하는 경우보다 댐핑링(323)이 댐핑 디스크(321)를 상대적으로 더 큰 압력으로 가압할 수 있다.

또한, 클램핑 장치(370)도 동작하여 스핀들 헤드(250)를 클램핑 시킴으로써, 높은 절삭력이 걸리는 강력 절삭에 대응할 수 있게 된다.

댐핑 모드는 5축 가공기(101)가 일반 절삭 또는 중절삭 등과 같은 절삭 가공을 수행할 때 선택될 수 있다.

그리고 댐핑 모드에서는 제어 밸브부(900)의 제2 댐핑 제어 밸브(922)가 온(on) 동작한다. 이때, 댐핑 장치(320)의 댐핑링(323)이 댐핑 디스크(321)를 가압하더라도 스핀들(200)에 회전 동력을 전달하는 동력 전달축(331)의 회전을 정지시키는 것은 아니다. 댐핑 서포트(322)와 댐핑링(323) 사이에 물린 댐핑 디스크(321)는 동력 전달축(331)과 함께 회전하면서 스핀들(200)을 거쳐 동력 전달축(331)에 전달되는 절삭 진동을 흡수한다. 즉, 일반 절삭 또는 중절삭에 대응하여 절삭 진동을 최소한으로 줄여 가공품 품질을 유지할 수 있게 된다.

언클램핑 모드는 5축 가공기(101)가 경절삭 등과 같이 절삭력이 거의 발생하지 않는 절삭 가공을 수행할 때 선택될 수 있다.

그리고 언클램핑 모드에서는 제어 밸브부(900)의 모터 제어 밸브(980)와, 제1 댐핑 제어 밸브(921)와, 제2 댐핑 제어 밸브(922), 그리고 클램핑 제어 밸브(970)가 오프(off) 동작한다. 즉, 경절삭에 대응하여 댐핑에 의한 에너지 손실 없이 가공을 수행할 수 있게 된다.

이와 같은 동작 방법에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 5축 가공기(101)는 절삭 진동에 의한 가공 품위 저하를 효과적으로 개선할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명의 실시예에 따른 5축 가공기는 절삭 진동에 의한 가공 품위 저하를 개선하는데 사용할 수 있다.

Claims (11)

1. 공작물을 가공하기 위한 공구를 회전시키는 스핀들;

   상기 스핀들을 회전 가능하게 지지하는 스핀들 헤드; 및

   상기 스핀들에 회전 동력을 전달하는 동력 전달부와 상기 스핀들 헤드를 틸팅시키는 틸팅 구동부를 갖는 틸팅 헤드

   를 포함하며,

   상기 동력 전달부는,

   상기 스핀들에 동력을 전달하는 동력 전달축과 상기 동력 전달축에 연결된 하나 이상의 기어를 포함하는 동력 전달 기어 장치와;

   상기 동력 전달축의 외주면에 결합되어 상기 동력 전달축과 함께 회전하는 댐핑 디스크, 상기 댐핑 디스크의 일측면에 대향하여 상기 댐핑 디스크를 지지하는 댐핑 서포트, 및 상기 댐핑 디스크의 타측면에 대향하여 상기 댐핑 디스크의 타측면을 가압하는 댐핑링을 포함하는 댐핑 장치

   를 포함하는 5축 가공기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 댐핑링은 유압을 공급받아 상기 댐핑 디스크의 타측을 가압하며,

   상기 댐핑링에 공급되는 유압은 상기 스핀들이 회전시키는 공구에서 발생하는 절삭 진동이 커질수록 증가하고 절삭 진동이 작아질수록 감소하는 것을 특징으로 하는 5축 가공기.
3. 제1항에 있어서,

   상기 댐핑 장치는 상기 댐핑 디스크의 일측면과 상기 댐핑 서포트 사이 및 상기 댐핑 디스크의 타측면과 상기 댐핑링 사이에 각각 마련된 슬라이딩 베어링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 5축 가공기.
4. 제1항에 있어서,

   상기 댐핑링은,

   유압 유로가 형성된 댐핑링 본체부와;

   일부가 상기 댐핑링 본체부와 이격되며 상기 댐핑 디스크의 타측면을 가압하는 댐핑링 가압부와;

   상기 댐핑링 본체부와 상기 댐핑링 가압부 사이의 이격된 공간이며 작동유가 채워지고 일측이 개구된 댐핑링 챔버; 그리고

   상기 댐핑링 챔버의 개구를 밀폐하며 오목한 부위가 상기 댐핑링 챔버를 향하도록 마련된 댐핑용 U 타입(U-type) 실링 부재

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 5축 가공기.
5. 제1항에 있어서,

   상기 틸팅 구동부는,

   상기 스핀들 헤드와 연결되어 상기 스핀들 헤드를 틸팅시키는 틸팅 구동축과 상기 틸팅 구동축에 회전 동력을 공급하는 틸팅 구동 모터를 포함하는 틸팅 장치와;

   상기 틸팅 구동축의 외주면에 결합되어 상기 틸팅 구동축과 함께 회전하는 클램핑 디스크 및 상기 클램핑 디스크의 일측면에 대향하여 상기 클램핑 디스크의 일측면을 가압하는 클램핑링을 포함하는 클램핑 장치

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 5축 가공기.
6. 제5항에 있어서,

   상기 클램핑링은,

   유압 유로가 형성된 클램핑링 본체부와;

   일부가 상기 클램핑링 본체부와 이격되며 상기 클램핑 디스크의 타측면을 가압하는 클램핑링 가압부와;

   상기 클램핑링 본체부와 상기 클램핑링 가압부 사이의 이격된 공간이며 작동유가 채워지고 일측이 개구된 클램핑링 챔버; 그리고

   상기 클램핑링 챔버의 개구를 밀폐하며 오목한 부위가 상기 클램핑링 챔버를 향하도록 마련된 클램핑용 U 타입(U-type) 실링 부재

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 5축 가공기.
7. 제5항에 있어서,

   상기 틸팅 장치의 틸팅 구동 모터, 상기 댐핑 장치, 및 상기 클램핑 장치를 제어하는 제어 밸브부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 5축 가공기.
8. 제7항에 있어서,

   상기 제어 밸브부는 상기 틸팅 구동 모터를 제어하는 모터 제어 밸브와, 상기 댐핑 장치를 제어하는 제1 댐핑 제어 밸브 및 제2 댐핑 제어 밸브, 그리고 상기 클램핑 장치를 제어하는 클램핑 제어 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 5축 가공기.
9. 제8항에 있어서,

   상기 제어 밸브부는 클램핑 모드, 댐핑 모드, 및 언클램핑 모드 중 어느 하나로 선택되어 구분 동작하며,

   상기 클램핑 모드는 강력 절삭 가공을 수행할 때 선택되고,

   상기 댐핑 모드는 중절삭 가공을 수행할 때 선택되며,

   상기 언클램핑 모드는 경절삭 가공을 수행할 때 선택되는 것을 특징으로 하는 5축 가공기.
10. 제9항에 있어서,

    상기 클램핑 모드에서는 상기 모터 제어 밸브와, 상기 제1 댐핑 제어 밸브, 그리고 상기 클램핑 제어 밸브가 온(on) 동작하고,

    상기 댐핑 모드에서는 상기 제2 댐핑 제어 밸브가 온(on) 동작하며,

    상기 언클램핑 모드에서는 상기 모터 제어 밸브와, 상기 제1 댐핑 제어 밸브와, 상기 제2 댐핑 제어 밸브, 그리고 상기 클램핑 제어 밸브가 오프(off) 동작하는 것을 특징으로 하는 5축 가공기.
11. 제8항에 있어서,

    상기 제1 댐핑 제어 밸브가 온 동작하면 상기 제2 댐핑 제어 밸브가 온 동작 하는 경우보다 상기 댐핑링이 상기 댐핑 디스크를 상대적으로 더 큰 압력으로 가압하는 것을 특징으로 하는 5축 가공기.

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