WO2020050523A1 - 수평형 멀티스핀들 가공센터 - Google Patents

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WO2020050523A1
WO2020050523A1 PCT/KR2019/010580 KR2019010580W WO2020050523A1 WO 2020050523 A1 WO2020050523 A1 WO 2020050523A1 KR 2019010580 W KR2019010580 W KR 2019010580W WO 2020050523 A1 WO2020050523 A1 WO 2020050523A1
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정성일
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주식회사 성림엔지니어링
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    • Y10T483/18—Tool transfer to or from matrix
    • Y10T483/1873—Indexing matrix
    • Y10T483/1882—Rotary disc

Definitions

  • the present invention relates to a machining center, and more specifically, to install a feed driving unit of two axes (Y, Z axis) or three axes (X, Y, Z axis) in a machining center installed to cut a workpiece, respectively.
  • the main axis (spindle) mounted ram is moved in the vertical direction of the workpiece, in the front-rear direction or in the left-right direction, but a plurality of workpieces can be simultaneously processed by configuring the number of the main axes in a plurality of 2 to 8 axes.
  • It is a horizontal multi-spindle processing center that improves production efficiency by improving tool change speed by simultaneously performing tool change by the number of spindles by ATC for cutting tools that are fixed to the spindle and cut the workpiece.
  • a general-purpose machine tool that is, a CNC lathe or a machining center (MCT) uses a single spindle (spindle) to process a workpiece, which increases the time required for machining the workpiece, which in turn decreases production efficiency. Effect.
  • a dedicated machine tool has been developed and used.
  • a dedicated machine tool it is made only for the purpose of producing only one product, so even if the structure of the product is slightly changed, the design change of the machine tool is essential.
  • processing centers especially line centers
  • processing centers often deviate from the concept of conventional general-purpose machine tools, and many are installed at the same time with the advantage that several production lines can be connected and installed at the same time, so that the production process can be done in a lined form.
  • the aforementioned problems of the dedicated machine tool cannot be solved.
  • a bed is provided, a column configured on the upper portion of the bed, which flows back and forth in the Y-axis direction, and a spindle portion and a tool magazine configured on one side of the column and sliding up and down in the Z-axis direction and comprising a plurality of spindles
  • the tool magazine is configured on the upper part of the bed, a plurality of tool grip bars are arranged in a row and row, the tool magazine is arranged horizontally characterized in that the tool magazine is arranged
  • a multi-axis vertical machining center has been proposed.
  • the size of the bed is inevitably increased because the tool magazine is configured on the upper part of the bed, which makes it inconvenient to place the work piece on the work surface where the work piece is placed on the upper part of the bed. Overall, the weight increases, and the installation area increases, making it difficult to efficiently place it in the automation line. There is a problem.
  • the line center in the line center for cutting a work piece, includes a base 10 installed on the ground, a column 30 installed on the upper portion of the base 10, and the column 30. It comprises a spindle 41 that moves along the tool rest 40 and the chuck 42, which is mounted on the tool rest 40, and at one end, the cutting tool 1 is fastened, and the spindle 41 ) Is installed in a direction parallel to the installation surface of the base 10, and is composed of at least two or more pluralities, so that it can be machined simultaneously by two or more plural tools on the workpiece, and the spindle 41 of the column 30
  • Tool exchange is made by a tool magazine 60 that is installed on the top and configured in a circular shape, and the tool magazine 60 can be mounted by cutting tools as many as the number of spindles 41 into sectors (S1 to S4).
  • the tool to be replaced is rotated by rotation of the tool magazine 60
  • the spindle 41 moves forward in the z-axis direction when there is no tool on the chuck 42 of the spindle 41.
  • the tool is mounted, it is reversed in the z-axis direction, then descended in the y-axis direction, and then advanced again in the z-axis direction to perform workpiece processing.
  • the chuck of the spindle 41 is moved by the movement of the spindle 41
  • the cutting tool (1) fixed to the (42) is inserted into the tool grip bar (61), and the tool magazine body (76) in which the tool magazine (60) and the tool magazine rotating shaft (70) are coupled is provided to the cylinder (77).
  • a safety device is provided so as to form a groove for measurement as many as possible and install a sensor on one side so that the tool can be replaced by moving the column 30 only after confirming the correct position of the tool magazine 60 by measurement of the sensor.
  • a characteristic horizontal multi-axis line center is proposed. Since it has a z-axis motor at the top of the base, it takes a lot of driving force as it transfers all the components that are combined with the column, including the column.
  • the present invention is to install a two-axis or three-axis transfer drive to the machining center installed to cut the workpiece, respectively, to move the ram mounted with the main shaft (spindle) in the up-down direction, the front-rear direction, or the left-right direction of the workpiece, but each drive unit Through the synchronous control of each other, the movement path of the main shaft is minimized to reduce the power consumption due to the movement of the main shaft, and the number of main shafts can be composed of several to process multiple workpieces at the same time, and fixed to multiple spindles to cut the workpiece.
  • the purpose of the tool is to provide a horizontal multi-spindle processing center that improves production efficiency by improving tool change speed by simultaneously performing tool change by ATC.
  • the tool gripper twice as many as the number of spindles on one side of the tool magazine of the ATC, and configuring the number of tools mounted on one side of the tool magazine as twice the number of spindles, two types of tool magazines are not rotated.
  • a horizontal type that can continuously process and shorten the tool change time to reduce the non-working time of the workpiece, and can flexibly cope with various types of machining by installing 2 times the number of tools compared to the conventional tool magazine.
  • Another purpose is to provide a multi-spindle processing center.
  • Y-axis drive motor which is one of the components of the Y-axis drive part, on both sides of the birds.
  • synchronous control of the two Y-axis drive motors ensures stable movement of the birds and can withstand strong cutting loads.
  • Another object is to provide a balanced multi-spindle processing center.
  • the jig installed on the front of the machining center can be used to selectively use one of three types: A-axis rotation type, B-axis rotation type, and A, B-axis simultaneous rotation type, depending on the workpiece.
  • Another object is to provide a horizontal multi-spindle processing center with improved applicability.
  • the horizontal multi-spindle machining center is a machining center for cutting a workpiece, wherein the machining center is fixed to the ground (1), and installed on the base (1), and an X-axis driving unit ( The column (2) which is moved in the left and right directions of the workpiece by 10), the ram (3) installed inside the column (2) and supporting the main shaft (4, spindle) on which the cutting tool (8) is mounted, and Y-axis driving unit 20 for moving the saddle 9 supporting the ram 3 in the vertical direction of the work W, and Z-axis driving unit for moving the ram 3 in the front-rear direction of the work ( 30), a servo motor (5) for rotating the main shaft (4), and is installed on the front surface of the main shaft (4) and is composed of a jig (40) for fixing the work piece (W). It is characterized in that the ATC (50) capable of mounting a cutting tool is configured.
  • the horizontal multi-spindle machining center is equipped with a main shaft (spindle) in the up-down direction, the front-rear direction, or the left-right direction of the workpiece by installing a two-axis or three-axis transfer drive unit in a machining center installed to cut a workpiece.
  • the tool change speed is improved by simultaneously performing tool change by ATC, and with the remarkable effect of improving production efficiency by improving the tool change speed, the number of spindles on one side of the tool magazine of the ATC
  • the tool gripper twice the number of tools mounted on one side of the tool magazine is composed of twice the spindle. Since two types of machining can be performed continuously without rotating the tool magazine, the tool change time can be shortened and the non-working time of the workpiece can be reduced, and by installing multiple tools twice as many as the conventional tool magazine.
  • FIG. 3 is an overall configuration view of FIG. 2 seen from another point of view.
  • Figure 4 is a front configuration of the present invention
  • Figure 5 is a rear configuration of the present invention
  • Figure 6 is a side configuration diagram of the present invention
  • 11 to 13 is an exemplary configuration of the ATC according to the present invention
  • the present invention relates to a machining center, and more specifically, to install a feed driving unit of 2 axes (Y, Z axis) or 3 axes (X, Y, Z axis) respectively in a machining center installed to cut a workpiece.
  • the main axis (spindle) mounted ram is moved in the vertical direction of the workpiece, in the front-rear direction or in the left-right direction, but a plurality of workpieces can be simultaneously processed by configuring the number of the main axes in a plurality of 2 to 8 axes.
  • It is a horizontal multi-spindle processing center that improves production efficiency by improving tool change speed by simultaneously performing tool change by the number of spindles by ATC for cutting tools that are fixed to the spindle and cut the workpiece.
  • the X-axis direction defined in the present invention means the left-right direction of the main axis that is horizontal with the bottom surface of the base
  • the Y-axis direction means the vertical direction of the main axis that is perpendicular to the bottom surface of the base
  • the Z-axis direction is the base. It means the front-rear direction of the main axis, which is horizontal with the bottom surface of each.
  • the A-axis direction is a direction in which the movement line in the X-axis direction is rotated around the central axis
  • the B-axis direction is a direction in which the movement line in the Y-axis direction is rotated around the central axis
  • the C-axis direction is a central axis in the Z-axis movement line It is defined as the direction of rotation.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of the present invention
  • FIG. 2 is a partial configuration diagram of the present invention
  • FIG. 3 is an overall configuration view of FIG. 2 from other perspectives
  • FIG. 4 is a front configuration diagram of the present invention
  • FIG. 5 Is a rear configuration diagram of the present invention
  • FIG. 6 is a side configuration diagram of the present invention, wherein the horizontal multi-spindle machining center according to the present invention is a machining center for cutting a work piece, and the machining center is fixedly installed on the ground.
  • the base (1) to be installed the column (1) is installed on the upper portion and the column (2) is moved in the left and right direction of the workpiece by the X-axis drive unit 10, and installed inside the column (2) cutting tool (8 ) Is mounted on the main shaft (4, spindle) ram (3) and the saddle (9) supporting the ram (3) Y-axis drive unit 20 for moving in the vertical direction of the work (W)
  • the Z-axis driving unit 30 for moving the ram 3 in the front-rear direction of the workpiece, and rotating the main shaft 4 Servo motor (5) is installed on the front surface of the main shaft (4) and is composed of a jig (40) for fixing the work piece (W), the upper part of the main shaft is equipped with an ATC (50) for mounting a cutting tool It is composed.
  • the illustrated machining center is a machining center capable of driving in three axes, that is, driving in the X, Y, and Z axes, and may be configured by excluding the driving unit in the X axis in some cases.
  • the base 1 is configured to be fixedly installed on the ground or the floor, and corresponds to a bed of a general machine tool, and an upper surface of the base 1 has an approximately hexahedral column 2 with front and rear surfaces open. It is installed to be moved in the left and right directions of the work piece by the shaft drive unit 10.
  • the X-axis driving unit 10 is an X-axis driving motor 11, a ball screw 12 rotated by the X-axis driving motor 11, and a guide rail fixed to the upper portion of the base 1 Consisting of (13) and a guide block (14) fixed to the column (2) and moved along the guide rail (13), the ball screw (12) is rotated by rotation of the X-axis drive motor (11). , By rotating the ball screw 12, the guide block 14 is moved along the guide rail 13, and eventually the column 2 is moved.
  • a Y-axis driving unit 20 for moving the main shaft 4 in the vertical direction of the work W is configured, and a main shaft 4 is installed on one side of the Y-axis driving unit 20.
  • a Z-axis driving unit 20 for moving in the front-rear direction is installed, and the main shaft 4 is equipped with a cutting tool 8 for cutting a workpiece such as a drill, reamer or tap, and the main shaft 4 )
  • a jig 30 for fixing a work piece is installed on the front side.
  • a guide rail 13 is fixedly installed on the base on the upper part of the base 1, the column 2 is moved along the guide rail 13, and Y is provided on one side of the column 2
  • a shaft drive unit 20 and a Z-axis drive unit 30 are installed, and inside the column 2, a ram 3 on which four main shafts 4 are mounted is installed, and the ram 3 is a saddle 9 ),
  • the transfer in the Z-axis direction is supported and moved, and the column 2, the ram 3 and the saddle 9 are moved in the left-right direction of the workpiece by the X-axis driving unit 10, and the ram ( 3) is moved in the front-rear direction of the workpiece by the Z-axis driving unit 30, the ram 3 and the saddle 9 are configured to move in the vertical direction of the workpiece by the Y-axis driving unit 20, the ram (3, ram) is performed by the Z-axis driving unit 30 to move out and enter the column (2).
  • surface processing or the like of the workpiece can be performed by moving in the X-axis direction, and the workpiece W is rotated by the rotation of the main tool 4, that is, the cutting tool 8 having the Z-axis direction as the central axis. It can be used for cutting such as hole processing, and can move the tool and move the tool to the machining point by moving in the Y-axis direction.
  • the horizontal multi-spindle processing center can withstand a strong cutting load by moving the column 2 itself in a configuration for movement in the X-axis direction with respect to the main shaft 4, and X with respect to the main axis
  • the movement path of the main shaft can be minimized, thereby reducing cycle time for cutting.
  • a single servo motor 5 drives two main shafts 4, thereby totaling 4 in the machining center.
  • Two servomotors 5 are provided to rotate the four main shafts 4.
  • the servo motor 5 is rotated by the applied power to rotate the main shaft 4, the illustrated form forms a motor pulley 6 on the motor shaft of the thermomotor 5, the main shaft (4)
  • the main shaft pulley (7) is also formed on one side to transmit power by applying a timing belt between the pulleys on both sides.
  • the machining center according to the present invention shown in FIGS. 1 to 4 has a total of four main axes 4, and in some cases, may have two to eight main axes in addition to the four main axes.
  • the machining center is closer to a dedicated machine that can complete simple machining of a specific workpiece in a relatively short time, rather than various complex machining of various and complex workpieces.
  • a servo motor can directly drive one main shaft, that is, a direct driving method. In this case, it is advantageous when rotating at a high speed. In the case where heat may occur in the transmission belt or the like, a method of rotating one main shaft with one servo motor may be used.
  • the load applied to the servo motor increases, which may shorten the life of the servo motor, and if the cutting load is relatively high, the machining speed decreases. Since the cutting surface may be rough, it is desirable to divide the power into two sets to distribute the cutting force, or to apply a direct drive method in which one servo motor rotates one main axis.
  • the servo motor installed in such a direct drive method can be driven separately when constructing a program, so that it can be used for processing various workpieces, such as products requiring only two holes, products requiring only one hole, or products having different distances between holes.
  • the processing range is wider than that of a general-purpose machine, and this feature has the same versatility as a machining center (MCT).
  • the Y-axis driving unit 20 moves the saddle 9 along the guide rail 23 fixed to the column 2, but two Y on both sides of the saddle 9
  • the axial drive motor 21 is installed, and the two Y-axis drive motors 21 are synchronously controlled to move the saddle 9 on which the ram 3 is mounted in the vertical direction of the workpiece W.
  • a guide rail 23 such as an LM guide is fixedly installed in the Y-axis direction
  • a guide block 24 such as an LM block so as to move along the guide rail 23
  • the Y-axis drive motor 21 and the ball screw 22 are formed on both sides of the column 2
  • the nut (housing) of the ball screw 22 is fixedly coupled to the saddle 9
  • the nut is moved in the Y-axis direction by a screw rotated by the Y-axis drive motor 21, and eventually the ram 3 and the saddle 9 are moved in the Y-axis direction.
  • the Y-axis driving motor 21 is installed on both sides of the saddle 9, and synchronously controlled by moving the saddle 9 in the Y-axis direction, thereby enabling more stable support for the saddle 9, in particular
  • the ram 3 with the main shaft 4 mounted is moved in the Y-axis direction, when machining a workpiece, the force capable of withstanding the cutting load due to machining is increased, so that the workpiece can be cut within an earlier time and vibration caused by cutting By absorbing, the cutting surface can be processed more smoothly.
  • these two Y-axis drive motors 21 can increase the precision for assembly of the saddle 9 and the stability for movement, which are set based on one guide rail 23 and then guide rails on the other side. (23) of the assembly by adjusting the position according to the guide block 24 coupled to the saddle 9, or by finely adjusting the position of the guide block 24 when the guide rail 23 is fixed.
  • the precision can be secured together with the convenience, and the saddle 9 is moved by the guide block 24 guided by both guide rails 23 fixed to the column 2, so that the movement path is precisely made and rigidity is achieved. It can be secured, which can increase stability.
  • the two Y-axis drive motors 21 measure the load applied to each drive motor and compare the measured loads with each other, but the load amount of one drive motor differs from the set amount of load than the load amount of the other drive motor. In the event of a fray, the processing center can be shut down.
  • the workpiece W fixed to the jig 40 is usually made of the same machining by the cutting tool 8 fixed to the main shaft 4, and when the same machining is performed, the same cutting load is driven on both sides of the Y axis. It will act on the motor 21, but if the load applied by one Y-axis drive motor differs to a certain extent from the load applied by the other Y-axis drive motor, it is judged that abnormal cutting such as damage to the cutting tool is made. In this case, it is possible to prevent the occurrence of defective products in advance by stopping the operation of the processing center.
  • the servomotor 5 used for driving the main shaft 4 can also measure the load and use it for comparison between the normal machining state and the abnormal machining state.
  • thermomotors 5 measure the load amount applied to each servo motor and compare the measured load amount to each other, but the load amount of one servo motor differs more than a set range than the load amount of the other servo motor. In this case, the operation of the processing center can be stopped.
  • the load value applied to each of the servomotors 5 can be compared with each other by displaying them in real time on the instrument panel for inputting work instructions and programs to the machining center. It can be configured to be checked.
  • the X-axis driving unit 10 and the Y-axis driving unit 20 are illustrated as guide rails 13 and 23 and guide blocks 14 and 24 in the form of LM rails and LM blocks, but may be cast in some cases.
  • the box guide way of the material that is, the entire frame can be manufactured and then polished to make it slide-contact with each other. In the case of the box guide way, rigidity to withstand strong cutting loads is secured. In addition, maintenance is not required even for long-term use, and processing precision can be further increased.
  • the present invention is to fix the workpiece using a jig
  • the jig 30 is A-axis rotation type 32, B-axis rotation type ( 31) and A, B axis co-rotating type (33) can be used one of the three, depending on the workpiece can be used by selecting one of the three or can be used in combination.
  • the jig shown in FIG. 7 is an APC (Auto Pallet Changer), that is, an automatic pallet changing device, and after machining of a fixed work piece is completed, the jig is rotated to discharge the finished product and simultaneously before being processed.
  • a jig of a method of moving a workpiece to a machining position, and the jig shown in FIG. 8 is a B-axis rotation type 31, that is, an index table or a rotary table, centering on an arrow direction, that is, an axis balanced with the Y-axis moving direction axis of the birds.
  • this type of jig (31) is a type that can be mounted to the workpiece on the jig formed on the other side while performing the machining for the workpiece located in front of the main shaft (4), rotates around the B axis It is possible to form grooves in the horizontal direction of the workpiece or to perform circular processing, etc., along with general drilling and tapping.
  • the jig shown in FIG. 9 is an A-axis rotation type 32, that is, a tilting type jig, and can rotate about an arrow direction, that is, an axis balanced with the X-axis movement direction axis of the birds, and this type of jig centers on the A-axis. As it can be rotated, it can process the front, back, top and bottom surfaces of the workpiece along with general drilling and tapping.
  • the jig shown in FIG. 10 is a multi-tilting rotary table type jig, which is a simultaneous rotation type (33) of the A axis and the B axis, and rotates about an arrow direction, that is, an axis balanced with the X axis movement direction axis (A axis rotation) Or, it can rotate around the axis that is in parallel with the axis of movement of the birds' Y axis (B axis rotation), and this type of jig can be combined with basic cutting that can be performed as the jig shown in FIGS. 7 to 9. Through synchronous control, more diverse processing can be performed.
  • the non-explanatory code is an ATC (50, Auto Tool Changer), that is, an automatic tool changer, which is configured on one side of the column 2 and is equipped with a cutting tool 8 to be mounted on the main shaft 4, and then in one step. After the machining is finished, the tool is placed in an empty place of the tool magazine 51 and the tool magazine 51 is rotated to mount a tool to be processed in the next step.
  • ATC Auto Tool Changer
  • the ATC shown in FIGS. 11 to 13 is a rotating type ATC in which a total of 32 tool grippers 52 are installed so that 32 tools can be mounted on one tool magazine 51. It can be divided into sectors so as to be one sector. In this case, four tool grippers become one sector, so that a total of eight processing can be performed.
  • the ATC 50 includes a tool magazine 51, a tool gripper 52 formed in the tool magazine 51 and equipped with a cutting tool 8 to be mounted on the main shaft 4, and the tool It is composed of a drive motor (53) for rotating the magazine (51), one side of the tool magazine (51) is formed with a tool gripper (52) twice the number of the main shaft.
  • a conventional tool magazine that is, a tool magazine with 4 tools on one side
  • the spindle must wait for the time the tool magazine is rotated, which requires a total of 4 tool magazine rotation times, while 8 tools are installed on one side 4 Machining is performed using two tools, and the tool can be exchanged even if the main axis is moved in the X-axis direction a little by the distance between the centers of the tool grippers, so machining can be completed in just two revolutions of the tool magazine. It can be significantly reduced. If the movement of the main axis in the X-axis direction is limited, the ATC itself may be configured to be shifted, that is, the ATC can be moved a certain distance in the X-axis direction to exchange tools.
  • the spindle 4 is mounted on an odd numbered tool gripper 52a and an even numbered tool gripper 52b among cutting tools mounted on the tool gripper 52. It will be used to cross cutting tools.
  • the tool grippers 52 mounted on one side of the tool magazine 51 is numbered from 1 to 8 along the rotational direction, the tool grippers of odd numbers 1, 3, 5, and 7 (# 1 , # 3, # 5, # 7) Drilling with a cutting tool such as a drill mounted on the # 2, # 4, # 6, # 8, and even numbered tool grippers (# 2, # 4, # 6, # 8) )
  • a cutting tool such as a tap mounted on the tool
  • tool exchange can be performed without rotating the tool magazine 51 on four workpieces, so drilling and tapping can be performed, and between the tool gripper and the tool gripper It is possible to take a narrow gap, which in turn can reduce the size of the ATC, thereby reducing material cost and driving power, increasing tool change speed, and increasing the number of tools that can be installed, cutting various workpieces. By performing processing, it is possible to increase processing performance.
  • FIG. 14 and 15 are exemplary views of another embodiment of the ATC according to the present invention, and the shape of the tool magazine is formed in a hexagonal 8-angle shape instead of a 4-angle shape, and a total of 8 tool grippers are formed on one side of the tool magazine. will be.
  • the tool magazine of the octagonal shape can also be equipped with a larger number of tools than the tool magazine of the octagonal shape.
  • the horizontal multi-spindle machining center is provided with a two-axis or three-axis feed driving unit in a machining center installed to cut a workpiece, respectively, and the main axis (spindle) in the vertical direction, front-rear direction, or left-right direction of the workpiece.
  • a two-axis or three-axis feed driving unit in a machining center installed to cut a workpiece, respectively, and the main axis (spindle) in the vertical direction, front-rear direction, or left-right direction of the workpiece.
  • the tool change speed is improved by simultaneously performing tool change by ATC, and with the remarkable effect of improving production efficiency by improving the tool change speed, the spindle of one side of the tool magazine of the ATC
  • the number of tools mounted on one side of the tool magazine is doubled by forming the tool gripper twice the number.

Abstract

본 발명은 가공센터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공작물을 절삭가공하기 위해 설치되는 가공센터에 2축(Y, Z축) 또는 3축(X, Y, Z축)의 이송구동부를 각각 설치하여 공작물의 상하방향과 전후방향 또는 좌우방향으로 주축(스핀들)이 탑재된 램을 이동시키되, 상기 주축의 수를 2축 내지 8축 등 복수로 구성하여 다수의 공작물을 동시에 가공할 수 있으며, 복수의 주축에 고정되어 공작물을 절삭 가공하는 절삭공구에 대해서는 ATC에 의해 주축의 수만큼 공구교환을 동시에 진행함으로써 공구교환속도를 향상시켜 생산효율을 향상시킨 수평형 멀티스핀들 가공센터이다.

Description

수평형 멀티스핀들 가공센터
본 발명은 가공센터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공작물을 절삭가공하기 위해 설치되는 가공센터에 2축(Y, Z축) 또는 3축(X, Y, Z축)의 이송구동부를 각각 설치하여 공작물의 상하방향과 전후방향 또는 좌우방향으로 주축(스핀들)이 탑재된 램을 이동시키되, 상기 주축의 수를 2축 내지 8축 등 복수로 구성하여 다수의 공작물을 동시에 가공할 수 있으며, 복수의 주축에 고정되어 공작물을 절삭 가공하는 절삭공구에 대해서는 ATC에 의해 주축의 수만큼 공구교환을 동시에 진행함으로써 공구교환속도를 향상시켜 생산효율을 향상시킨 수평형 멀티스핀들 가공센터이다.
일반적으로 범용공작기계 즉, CNC선반이나 머시닝센터(MCT)는 하나의 주축(스핀들)을 사용하여 공작물을 가공하게 되며, 이로써 공작물 가공에 소요되는 시간의 소모가 많아지고 이는 곧 생산능률의 저하를 초래하게 된다.
이러한 불합리한 점을 개선하고자 전용공작기계가 개발되어 사용되고 있는데, 전용공작기계의 경우 하나의 물품만을 생산하기 위한 목적만을 가지고 만들어지게 되어 물품의 구조가 약간만 변하여도 공작기계의 설계변형이 반드시 필요하며, 심하게 변하거나 다른 물품을 생산하기 위해서는 사용이 불가능하여 생산능률의 향상에도 불구하고 전용공작기계의 사용을 꺼리는 문제가 있었다.
한편 가공센터(특히 라인센터)는 기존 범용공작기계의 개념에서 탈피하여 생산라인에 여러 대가 동시에 연결 설치되어 생산공정이 라인화된 형태로 이루어질 수 있다는 장점으로 여러 대를 동시에 설치하는 경우가 많으나, 이러한 경우 역시 상술한 전용공작기계의 문제를 해결할 수 없다.
이러한 하나의 스핀들을 가지는 라인센터와 관련된 종래기술로서는 공개특허공보 제10-2013-0119292호에 제안되어 있는 수평식 자동공구교환장치가 구비된 다축 수직형 머시닝센터 및 툴 교환 방법이 있다.
상기 특허에는 베드가 구비되고, 상기 베드의 상부에 구성되되 Y축 방향으로 전후 유동하는 칼럼, 상기 칼럼의 일 측에 구성되되 Z축 방향으로 상하로 슬라이딩되며 다수개의 스핀들이 구성된 스핀들부 및 툴 매거진으로 구성되는 수직형 머시닝 센터에 있어서, 상기 툴 매거진은 상기 베드의 상부에 구성되며, 다수의 툴 그립바가 열과 행을 이루며 정렬배치된 툴 매거진이 구성된 것을 특징으로 하는 수평식 자동공구교환장치가 구비된 다축 수직형 머시닝센터가 제안되어 있는데, 툴 매거진이 베드의 상부에 구성됨으로써 베드의 크기가 커질 수밖에 없고 이로써 베드 상부에 놓여 공작물이 안착되는 작업대에 공작물을 놓기가 불편하며, 머시닝센터의 크기가 전체적으로 커져 중량이 많이 나가고 설치면적이 커져 자동화라인에 효율적인 배치가 어려운 문제가 있다.
또 다른 종래기술로서는 본 출원인이 선출원 등록한 특허 제10-1630144호에 제안되어 있는 수평형 다축 라인센터가 있다.
상기 특허에는 공작물을 절삭가공하기 위한 라인센터에 있어서, 상기 라인센터는 지면에 설치되는 베이스(10)와, 상기 베이스(10)의 상부에 설치되는 컬럼(30)과, 상기 컬럼(30)을 따라 움직이는 공구대(40)와, 상기 공구대(40)에 장착되며 일단에는 절삭공구(1)가 체결되는 척(42)이 결합되어 있는 스핀들(41)을 포함하여 구성되며, 상기 스핀들(41)은 베이스(10)의 설치면과 평행한 방향과 설치되며 적어도 2개 이상 복수로 구성되어 공작물에 2개 이상 복수의 공구로써 동시 가공이 가능하고, 상기 스핀들(41)은 컬럼(30)의 상부에 설치되고 원형으로 구성된 툴 매거진(60)에 의해 공구교환이 이루어지되, 상기 툴 매거진(60)은 스핀들(41) 수만큼의 절삭공구가 섹터별(S1~S4)로 나뉘어져 장착될 수 있으며, 상기 툴 매거진(60)의 회전에 의해 교환하고자 하는 공구가 스핀들(41)의 전면으로 위치되며, 교환하고자 하는 공구가 스핀들(41)의 전면으로 위치되면 스핀들(41)의 척(42)에 공구가 없는 상태에서는 스핀들(41)이 z축 방향으로 전진 이동하여 공구가 장착되고, 이후 z축 방향으로 후진한 뒤 y축 방향으로 하강하고 다시 z축 방향으로 전진하여 공작물 가공을 수행하며, 공작물 가공이 끝나면 스핀들(41)의 이동에 의해 스핀들(41)의 척(42)에 고정되어 있는 절삭공구(1)를 툴 그립바(61)에 넣으며, 상기 툴 매거진(60)과 툴 매거진 회전축(70)이 결합된 툴 매거진 바디(76)는 실린더(77)에 의해 z축 방향으로 이동시킬 수 있어, 공구의 길이가 비교적 긴 경우에도 공구교환이 용이하게 이루어질 있으며, 공구교환을 위해 툴 매거진(60)이 회전되고 나면 정확한 위치에 툴 매거진(60)이 위치하고 있는지 확인하기 위해, 툴 매거진(60)에 섹터의 수만큼 측정용 홈을 형성하고 일측에는 센서를 설치하여 상기 센서의 측정에 의해 툴 매거진(60)의 정위치를 확인한 뒤에만 컬럼(30)을 이동시켜 공구교환을 행할 수 있도록 안전장치를 마련한 것이 특징인 수평형 다축 라인센터가 제안되어 있는데, 베이스 상부에 z축모터를 구비하여 컬럼을 비롯한 컬럼과 결합되어 있는 구성들을 모두 이송시킴에 따라 구동력이 많이 들고, 툴 매거진에 의한 동시 공구교환방식이므로 가공이 끝난 절삭공구를 툴 매거진의 빈자리에 꽂고 툴 매거진을 회전시킨 다음 새로운 공구를 장착하는 방식이므로 툴 매거진이 회전하는 동안 시간의 로스가 발생하며, 툴 매거진의 구조적 한계로 인해 장착할 수 있는 공구의 수와 종류가 한정적일 수밖에 없었다.
따라서 본 발명은 공작물을 절삭가공하기 위해 설치되는 가공센터에 2축 또는 3축의 이송구동부를 각각 설치하여 공작물의 상하방향과 전후방향 또는 좌우방향으로 주축(스핀들)이 탑재된 램을 이동시키되 각 구동부 간의 동기제어를 통해 주축의 이동경로를 최소화하여 주축의 이동에 따른 소모동력을 줄이고, 상기 주축의 수를 여러 개로 구성하여 다수의 공작물을 동시에 가공할 수 있으며, 여러 개의 주축에 고정되어 공작물을 절삭 가공하는 공구에 대해서는 ATC에 의해 공구교환을 동시에 진행함으로써 공구교환속도를 향상시켜 생산효율을 향상시킨 수평형 멀티스핀들 가공센터를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 상기 ATC의 툴 매거진의 한 면에 주축의 수보다 2배의 툴 그리퍼를 구성하여 툴 매거진의 한쪽 면에 장착되는 공구의 수를 주축의 2배로 구성함으로써 툴 매거진을 회전시키지 않고도 2종류의 가공을 연속적으로 행할 수 있어 공구교환시간을 단축하게 되어 공작물의 비가공시간을 줄일 수 있고, 종래의 툴매거진에 비해 2배수의 다양한 공구를 장착함으로써 여러 종류의 가공에 유연하게 대처할 수 있는 수평형 멀티스핀들 가공센터를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
또한, 상기 Y축 구동부의 구성 중 하나인 Y축 구동모터를 새들의 양측에 구성하여 두 개의 Y축 구동모터를 동기제어함으로써 새들의 안정적인 움직임을 확보함과 동시에 강한 절삭부하를 견딜 수 있도록 한 수평형 멀티스핀들 가공센터를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
또한, 가공센터의 전면에 설치되어 공작물이 고정되는 지그를 공작물에 따라 A축 회전타입, B축 회전타입 및 A, B축 동시회전타입의 3가지 중 하나를 선택적으로 사용할 수 있도록 함으로써 공작물 가공의 적용성을 높인 수평형 멀티스핀들 가공센터를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명에 의한 수평형 멀티스핀들 가공센터는 공작물을 절삭가공하기 위한 가공센터에 있어서, 상기 가공센터는 지면에 고정 설치되는 베이스(1)와, 상기 베이스(1) 상부에 설치되며 X축 구동부(10)에 의해 공작물의 좌우방향으로 이동되는 칼럼(2)과, 상기 칼럼(2) 내부에 설치되며 절삭공구(8)가 장착되는 주축(4, 스핀들)을 지지하는 램(3)과, 상기 램(3)을 지지하고 있는 새들(9)을 공작물(W)의 상하방향으로 이동시키기 위한 Y축 구동부(20)와, 상기 램(3)을 공작물의 전후방향으로 이동시키기 위한 Z축 구동부(30)와, 상기 주축(4)을 회전시키는 서보모터(5)와, 상기 주축(4)의 전면에 설치되며 공작물(W)의 고정을 위한 지그(40)로 구성되며, 상기 주축의 상부에는 절삭공구를 장착할 수 있는 ATC(50)가 구성되어 있는 것이 특징이다.
본 발명에 의한 수평형 멀티스핀들 가공센터는 공작물을 절삭가공하기 위해 설치되는 가공센터에 2축 또는 3축의 이송구동부를 각각 설치하여 공작물의 상하방향과 전후방향 또는 좌우방향으로 주축(스핀들)이 탑재된 램을 이동시키되 각 구동부 간의 동기제어를 통해 주축의 이동경로를 최소화하여 주축의 이동에 따른 소모동력을 줄이고, 상기 주축의 수를 여러 개로 구성하여 다수의 공작물을 동시에 가공할 수 있으며, 여러 개의 주축에 고정되어 공작물을 절삭 가공하는 공구에 대해서는 ATC에 의해 공구교환을 동시에 진행함으로써 공구교환속도를 향상시켜 생산효율을 향상시킨 현저한 효과와 함께, 상기 ATC의 툴 매거진의 한 면에 주축의 수보다 2배의 툴 그리퍼를 구성하여 툴 매거진의 한쪽 면에 장착되는 공구의 수를 주축의 2배로 구성함으로써 툴 매거진을 회전시키지 않고도 2종류의 가공을 연속적으로 행할 수 있어 공구교환시간을 단축하게 되어 공작물의 비가공시간을 줄일 수 있고, 종래의 툴매거진에 비해 2배수의 다양한 공구를 장착함으로써 여러 종류의 가공에 유연하게 대처할 수 있는 현저한 효과가 있으며, 상기 Y축 구동부의 구성 중 하나인 Y축 구동모터를 새들의 양측에 구성하여 두 개의 Y축 구동모터를 동기제어함으로써 새들의 안정적인 움직임을 확보함과 동시에 강한 절삭부하를 견딜 수 있으며, 가공센터의 전면에 설치되어 공작물이 고정되는 지그를 공작물에 따라 A축 회전타입, B축 회전타입 및 A, B축 동시회전타입의 3가지 중 하나를 선택적으로 사용할 수 있도록 함으로써 공작물 가공의 적용성을 높인 현저한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 전체구성도
도 2는 본 발명의 일부구성도
도 3은 도 2를 타관점에서 본 전체구성도
도 4는 본 발명의 정면구성도
도 5는 본 발명의 배면구성도
도 6은 본 발명의 측면구성도
도 7 내지 도 10은 본 발명에 의한 지그의 구성예시도
도 11 내지 도 13는 본 발명에 의한 ATC의 구성예시도
도 14와 도 15는 본 발명에 의한 ATC의 타실시 예시도
본 발명은 가공센터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공작물을 절삭가공하기 위해 설치되는 가공센터에 2축(Y, Z축) 또는 3축(X, Y, Z축)의 이송구동부를 각각 설치하여 공작물의 상하방향과 전후방향 또는 좌우방향으로 주축(스핀들)이 탑재된 램을 이동시키되, 상기 주축의 수를 2축 내지 8축 등 복수로 구성하여 다수의 공작물을 동시에 가공할 수 있으며, 복수의 주축에 고정되어 공작물을 절삭 가공하는 절삭공구에 대해서는 ATC에 의해 주축의 수만큼 공구교환을 동시에 진행함으로써 공구교환속도를 향상시켜 생산효율을 향상시킨 수평형 멀티스핀들 가공센터이다.
본 발명에서 정의하는 X축 방향은 베이스의 바닥면과 수평을 이루는 주축의 좌우방향을 의미하고, Y축 방향은 베이스의 바닥면과 수직을 이루는 주축의 상하방향을 의미하며, Z축 방향은 베이스의 바닥면과 수평을 이루는 주축의 전후방향을 각각 의미한다.
또한, A축 방향은 X축 방향의 이동선을 중심축으로 회전하는 방향이고, B축 방향은 Y축 방향의 이동선을 중심축으로 회전하는 방향이며, C축 방향은 Z축 방향의 이동선을 중심축으로 회전하는 방향으로 정의한다.
이하, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 전체구성도이고, 도 2는 본 발명의 일부구성도이며, 도 3은 도 2를 타관점에서 본 전체구성도이고, 도 4는 본 발명의 정면구성도이며, 도 5는 본 발명의 배면구성도이고, 도 6은 본 발명의 측면구성도로써, 본 발명에 의한 수평형 멀티스핀들 가공센터는 공작물을 절삭가공하기 위한 가공센터에 있어서, 상기 가공센터는 지면에 고정 설치되는 베이스(1)와, 상기 베이스(1) 상부에 설치되며 X축 구동부(10)에 의해 공작물의 좌우방향으로 이동되는 칼럼(2)과, 상기 칼럼(2) 내부에 설치되며 절삭공구(8)가 장착되는 주축(4, 스핀들)을 지지하는 램(3)과, 상기 램(3)을 지지하고 있는 새들(9)을 공작물(W)의 상하방향으로 이동시키기 위한 Y축 구동부(20)와, 상기 램(3)을 공작물의 전후방향으로 이동시키기 위한 Z축 구동부(30)와, 상기 주축(4)을 회전시키는 서보모터(5)와, 상기 주축(4)의 전면에 설치되며 공작물(W)의 고정을 위한 지그(40)로 구성되며, 상기 주축의 상부에는 절삭공구를 장착할 수 있는 ATC(50)가 구성되어 있는 것이 특징이다.
먼저, 도시된 가공센터는 3축 구동 즉, X, Y, Z축의 구동이 가능한 가공센터이며, 경우에 따라 X축의 구동부를 제외하여 구성할 수 있다.
상기 베이스(1)는 지면이나 바닥면에 고정설치되는 구성이며, 일반적인 공작기계의 베드에 해당되고, 상기 베이스(1)의 상부에는 전면과 후면이 개방된 대략 육면체 형상의 칼럼(2)이 X축 구동부(10)에 의해 공작물의 좌우방향으로 이동될 수 있도록 설치된다.
즉, 상기 X축 구동부(10)는 X축 구동모터(11)와, 상기 X축 구동모터(11)에 의해 회전되는 볼스크류(12)와, 상기 베이스(1)의 상부에 고정되는 가이드레일(13)과, 상기 칼럼(2)에 고정되고 가이드레일(13)을 따라 이동되는 가이드블록(14)으로 구성되어, X축 구동모터(11)의 회전에 의해 볼스크류(12)가 회전되고, 볼스크류(12)의 회전에 의해 가이드블록(14)이 가이드레일(13)을 따라 이동되게 되어 결국 칼럼(2)이 움직이게 된다.
상기 칼럼(2)의 일측에는 공작물(W)의 상하방향으로 주축(4)을 이동시키기 위한 Y축 구동부(20)가 구성되고, 상기 Y축 구동부(20)의 일측에는 주축(4)을 공작물의 전후방향으로의 이동을 위한 Z축 구동부(20)가 설치되며, 상기 주축(4)에는 드릴이나 리머 또는 탭과 같은 공작물을 절삭가공하기 위한 절삭공구(8)가 장착되고, 상기 주축(4)의 전면에는 공작물의 고정을 위한 지그(30)가 설치된다.
도시된 실시예는 상기 베이스(1)의 상부에는 가이드레일(13)이 베이스에 고정 설치되고, 상기 가이드레일(13)을 따라 칼럼(2)이 이동되며, 상기 칼럼(2)의 일측에는 Y축 구동부(20)와 Z축 구동부(30)가 설치되고, 상기 칼럼(2)의 내부에는 4개의 주축(4)이 탑재된 램(3)이 설치되며, 상기 램(3)은 새들(9)에 의해 Z축 방향으로의 이송이 지지되어 이동되며, 상기 칼럼(2)과 램(3) 및 새들(9)은 X축 구동부(10)에 의해 공작물의 좌우방향으로 이동되고, 상기 램(3)은 Z축 구동부(30)에 의해 공작물의 전후방향으로 이동되며, Y축 구동부(20)에 의해 램(3)과 새들(9)이 공작물의 상하방향으로 움직이도록 구성되어 있으며, 상기 램(3, ram)은 Z축 구동부(30)에 의해 컬럼(2)에서 나오고 들어가는 동작을 수행하게 된다.
따라서, X축 방향으로의 이동에 의해 공작물의 표면가공 등을 행할 수 있고, 주축(4)의 회전방향 즉, Z축 방향을 중심축으로 이루어지는 절삭공구(8)의 회전에 의해 공작물(W)의 홀 가공 등의 절삭가공을 할 수 있으며, Y축 방향으로의 이동에 의해 공작물의 가공과 함께 공작물의 가공지점에 대한 이동과 공구교환 등을 수행할 수 있다.
부연하면, 본 발명에 의한 수평형 멀티스핀들 가공센터는 주축(4)에 대한 X축 방향으로의 이동을 위한 구성으로 칼럼(2) 자체를 이동시켜 강한 절삭부하를 견딜 수 있고, 주축에 대한 X축 이동, Y축 이동 및 Z축 이동을 서로 동기제어함으로써 주축의 이동경로를 최소화할 수 있어 절삭가공을 위한 사이클타임을 줄일 수 있다.
또한, 상기 주축(4)은 서보모터(5)에 의해 자전되면서 공작물(W)의 절삭가공을 수행하되, 하나의 서보모터(5)가 2개의 주축(4)을 구동함으로써 가공센터에는 총 4개의 주축(4)을 회전시키기 위해 2개의 서보모터(5)가 구비된다.
상기 서보모터(5)는 인가된 전력에 의해 회전되어 주축(4)을 회전시키게 되는데, 도시된 형태는 서모모터(5)의 모터축에 모터풀리(6)를 형성하고, 주축(4)의 일측에도 주축풀리(7)를 형성하여 양측의 풀리 사이에 타이밍벨트를 걸어서 동력을 전달해주는 방식이다.
즉, 도 1 내지 도 4에 도시된 본 발명에 의한 가공센터는 총 4개의 주축(4)을 가지게 되는데, 경우에 따라서는 4개의 주축 이외에 2~8개의 주축을 가지도록 구성할 수 있고, 이러한 가공센터는 NC선반이나 머시닝센터 등의 범용공작기계와 달리 그 특성상 다양하고 복잡한 공작물에 대한 여러 가지의 복합적인 가공보다는 특정한 공작물에 대한 단순한 가공을 비교적 이른 시간 내에 완료할 수 있는 전용가공기에 가까운 것이 유리하고, 이로써 주축(스핀들)의 수를 다축으로 구성하여 동시에 여러 개의 제품을 가공하도록 구성하는 것이 유리한데, 하나의 가공센터에 복수의 주축을 구성하여 주축의 수에 해당되는 제품을 동시에 가공할 수 있고, 하나의 서보모터가 2개의 주축에 대한 구동을 담당함으로써 모터비용에 대한 절감과 함께 새들의 구동력에 대한 부담을 줄일 수 있다.
또한, 경우에 따라 하나의 서보모터가 주축 하나를 직접 구동하는 방식 즉, 다이렉트 구동방식을 사용할 수 있는데, 이러한 경우는 고속회전시 유리하며 특히 절삭량이 많은 제품을 가공하는 경우나 고속회전으로 인한 동력전달로 벨트 등에 발열이 일어날 수 있는 경우 이를 방지하기 위해 하나의 서보모터로써 하나의 주축을 회전시키는 방식을 사용할 수 있다.
만약, 하나의 서보모터로써 4개의 주축(스핀들)을 동시에 구동할 경우 서보모터에 가해지는 부하가 증대되어 서보모터의 수명이 단축될 수 있고, 절삭부하를 비교적 많이 받을 경우 가공속도가 저하됨과 동시에 절삭면이 거칠어질 수 있으므로, 2개씩 세트로 나누어 절삭력을 배분하여 받도록 하거나, 하나의 서보모터가 하나의 주축을 회전시키는 직접구동방식을 적용하는 것이 바람직하다.
또한, 이러한 직접구동방식으로 설치된 서보모터는 프로그램을 구성할 때 별도로 구동시킬 수 있고, 이로써 2개의 홀만 필요한 제품이나, 하나의 홀만 필요한 제품, 홀 사이의 거리가 다른 제품 등 다양한 공작물의 가공에 사용할 수 있어 일반적인 전용기보다는 가공범위가 넓어지게 되며, 이러한 특징은 머시닝센터(MCT)와 같은 범용성을 가지게 되는 특징이다.
다음, Y축 구동부에 대해 살펴보면, 상기 Y축 구동부(20)는 칼럼(2)에 고정된 가이드레일(23)을 따라 새들(9)을 이동시키되, 상기 새들(9)의 양측에 2개의 Y축 구동모터(21)가 설치되고, 상기 2개의 Y축 구동모터(21)는 서로 동기제어되면서 램(3)이 탑재된 새들(9)을 공작물(W)의 상하방향으로 이동시키게 된다.
즉, 상기 칼럼(2)에는 LM가이드와 같은 가이드레일(23)이 Y축 방향으로 고정 설치되고, 상기 새들(9)에는 상기 가이드레일(23)을 따라 이동되도록 LM블록과 같은 가이드블록(24)이 고정되어 있으며, 칼럼(2)의 양측에는 Y축 구동모터(21)와 볼스크류(22)가 형성되고, 상기 볼스크류(22)의 너트(하우징)는 새들(9)과 고정 결합되어 Y축 구동모터(21)에 의해 회전되는 스크류에 의해 너트는 Y축 방향으로 이동되게 되어 결국 램(3)과 새들(9)을 Y축 방향으로 이동시키게 된다.
이때 상기 Y축 구동모터(21)는 새들(9)의 양측에 설치되어 있으며 서로 동기제어되면서 새들(9)을 Y축 방향으로 이동시키게 됨으로써 새들(9)에 대해 보다 안정적인 지지가 가능하고, 특히 Y축 방향으로 주축(4)이 탑재된 램(3)이 이동되면서 공작물을 가공할 경우 가공에 따른 절삭부하를 견딜 수 있는 힘이 높아져 보다 이른 시간 내에 공작물의 절삭이 가능하고, 절삭에 따른 진동을 흡수하여 절삭면이 보다 매끄럽게 가공될 수 있다.
또한, 이러한 2개의 Y축 구동모터(21)는 새들(9)의 조립에 대한 정밀성과 이동에 대한 안정성을 높일 수 있는데, 한쪽의 가이드레일(23)을 기준으로 설정하고 이후 다른 쪽의 가이드레일(23)은 새들(9)에 결합되어 있는 가이드블록(24)에 따라 그 위치를 맞추어 주거나, 가이드레일(23)이 고정되어 있을 경우 가이드블록(24)의 위치를 미세하게 조절해줌으로써 조립의 편리성과 함께 정밀성을 확보할 수 있으며, 컬럼(2)에 고정된 양쪽 가이드레일(23)에 의해 안내되는 가이드블록(24)에 의해 새들(9)이 이동됨으로써 이동경로가 정밀하게 이루어지고 강성의 확보가 가능하여 안정성을 높일 수 있다.
또한, 상기 2개의 Y축 구동모터(21)는 각각의 구동모터에 걸리는 부하량을 측정하고, 측정된 부하량을 서로 비교하되, 한쪽 구동모터의 부하량이 다른 쪽 구동모터의 부하량보다 설정된 범위 이상으로 차이가 날 경우 가공센터의 가동을 중단시킬 수 있다.
즉, 지그(40)에 고정된 공작물(W)은 주축(4)에 고정된 절삭공구(8)에 의해 동일한 가공이 이루어지는 것이 보통인데, 동일한 가공이 이루어질 경우 동일한 절삭부하가 양쪽의 Y축 구동모터(21)에 작용하게 될 것이나, 한쪽의 Y축 구동모터에 의해 걸리는 부하량이 다른 쪽의 Y축 구동모터에 의해 걸리는 부하량보다 어느 정도 차이가 날 경우 절삭공구의 파손 등 비정상적인 절삭이 이루어지는 것으로 판단하여, 이러한 경우 가공센터의 구동을 중단함으로써 불량품의 발생을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 주축(4)의 구동을 위해 사용하는 서보모터(5) 역시 부하량을 측정하여 이를 정상가공상태와 비정상가공상태의 비교를 위해 사용할 수 있다.
즉, 상기 2개의 서모모터(5)는 각각의 서보모터에 걸리는 부하량을 측정하고, 측정된 부하량을 서로 비교하되, 한쪽 서보모터의 부하량이 다른 쪽 서보모터의 부하량보다 설정된 범위 이상으로 차이가 날 경우 가공센터의 가동을 중단시킬 수 있다.
이러한 각각의 서보모터(5)에 걸리는 부하량값은 가공센터에 작업지시와 프로그램의 입력을 위한 계기판에 실시간 표시되도록 하여 서로 비교할 수 있으며, 이로써 사용자에 의해 절삭공구의 이상 유무나 공구교환시기를 바로 확인할 수 있도록 구성할 수 있다.
상술한 실시예에서 X축 구동부(10)와 Y축 구동부(20)는 LM레일과 LM블록 형태의 가이드레일(13, 23)과 가이드블록(14, 24)으로 도시되어 있으나, 경우에 따라 주물소재의 박스가이드웨이(Box Guide Way)방식 즉, 프레임을 통째로 제작한 다음 표면을 연마하여 서로 미끄럼접촉이 되도록 만들어 사용할 수도 있으며, 이러한 박스가이드웨이 방식의 경우 강한 절삭부하를 견딜 수 있는 강성이 확보되고 장기간 사용에도 유지보수가 필요치 않으며, 가공정밀도를 더욱 높일 수 있다.
도 7 내지 도 10은 본 발명에 의한 지그의 구성예시도로써, 본 발명에서는 지그를 이용하여 공작물의 고정을 행하게 되는데, 상기 지그(30)는 A축 회전타입(32), B축 회전타입(31) 및 A,B축 동시회전타입(33)의 3가지 중 하나를 사용할 수 있으며, 공작물에 따라 3가지 중 하나를 선택하여 사용하거나 복합적으로 교체하여 사용할 수 있다.
먼저, 도 7에 나타나 있는 지그는 APC(Auto Pallet Changer) 즉, 자동팔레트교환장치이며, 한쪽에 고정된 공작물의 가공이 완료되고 나면 지그가 회전되어 가공이 끝난 제품을 배출함과 동시에 가공되기 전의 공작물을 가공위치로 이동시키는 방식의 지그이며, 도 8에 나타나 있는 지그는 B축 회전타입(31) 즉, 인덱스테이블 또는 로터리테이블로써 화살표 방향 즉, 새들의 Y축 이동방향축과 평형한 축을 중심으로 회전할 수 있으며, 이러한 타입의 지그(31)는 주축(4)의 전면에 위치하는 공작물에 대해 가공을 수행하는 동안 반대쪽에 형성된 지그에 공작물을 장착할 수 있는 타입이며, B축을 중심으로 회전할 수 있어 일반적인 드릴링, 탭핑 등의 가공과 함께 공작물의 가로 방향의 홈을 형성하거나 원호가공 등을 행할 수 있다.
도 9에 나타나 있는 지그는 A축 회전타입(32) 즉, 틸팅타입 지그로써 화살표 방향 즉, 새들의 X축 이동방향축과 평형한 축을 중심으로 회전할 수 있으며, 이러한 타입의 지그는 A축을 중심으로 회전할 수 있어 일반적인 드릴링, 탭핑 등의 가공과 함께 공작물의 전면, 배면, 상면 및 저면을 가공할 수 있다.
도 10에 나타나 있는 지그는 멀티 틸팅 로터리테이블방식의 지그로써 A축과 B축의 동시회전타입(33)이며 화살표 방향 즉, 새들의 X축 이동방향축과 평형한 축을 중심으로 회전(A축 회전)하거나, 새들의 Y축 이동방향축과 평형한 축을 중심으로 회전(B축 회전)할 수 있으며, 이러한 타입의 지그는 도 7 내지 도 9에 나타나 있는 지그로서 수행할 수 있는 기본적인 절삭가공과 함께 복합적인 동기제어를 통해 더욱 다양한 가공을 수행할 수 있다.
미설명부호는 ATC(50, Auto Tool Changer) 즉, 자동공구교환장치로써, 칼럼(2)의 일측에 구성하여, 주축(4)에 장착할 절삭공구(8)를 장착하고 있다가 한 단계의 가공이 끝난 뒤 툴매거진(51)의 빈 곳에 가공이 끝난 절삭공구를 넣어두고 상기 툴매거진(51)을 회전시켜 다음 단계의 가공을 행할 공구를 장착하도록 구성한 것이다.
도 11 내지 도 13에 나타나 있는 ATC는 하나의 툴매거진(51)에 32개의 공구를 장착할 수 있도록 총 32개의 툴그리퍼(52)가 설치되는 회전타입 ATC로써, 주축이 4개인 경우 4개의 공구가 하나의 섹터가 되도록 섹터별로 나누어 구성할 수 있는데, 이러한 경우 4개의 툴그리퍼가 하나의 섹터가 됨으로써 총 8가지의 가공을 행할 수 있다.
부연하면, 상기 ATC(50)는 툴매거진(51)과, 상기 툴매거진(51)에 형성되어 주축(4)에 장착할 절삭공구(8)를 장착하고 있는 툴그리퍼(52)와, 상기 툴매거진(51)을 회전시키기 위한 구동모터(53)로 구성되며, 상기 툴매거진(51)의 한쪽 면에는 주축의 수보다 2배수의 툴그리퍼(52)가 형성되어 있다.
즉, 툴매거진(51)의 한쪽 면에 8개의 툴그리퍼(52)가 형성되어 있으므로, 4개의 주축이 동일한 가공을 행한다고 할 경우 4개의 툴그리퍼(52)에 장착된 절삭공구를 이용해 공작물의 절삭가공을 행하고, 사용이 끝난 절삭공구는 비어있는 툴그리퍼(52)에 끼운 다음 주축이 X축 방향으로 툴그리퍼 중심선 사이의 거리만큼 이동하여 앞으로 사용할 절삭공구를 장착하여 가공을 행함으로써 결국 툴매거진이 회전하지 않아도 2가지의 절삭가공을 행할 수 있으므로 공구교환에 필요한 시간을 줄일 수 있다.
예로써, 툴매거진 전체에 16개의 공구가 장착되어 있고 주축이 4개일 경우 4개의 주축마다 동일한 4가지 가공을 행한다면, 종래의 툴매거진 즉, 한쪽 면에 4개의 공구가 장착되어 있는 툴매거진의 경우 한번 가공이 끝나면 공구교환을 위해 툴매거진이 회전되어야 하므로 툴매거진이 회전되는 시간 동안 주축이 기다려야 하고 이로써 총 4번의 툴매거진 회전시간이 필요한 반면, 한쪽 면에 8개의 공구가 장착되어 있는 경우 4개의 공구를 이용해 가공을 행하고 주축의 위치를 툴그리퍼 중심선 사이의 거리만큼 X축 방향으로 조금만 이동시켜도 공구교환을 할 수 있으므로 툴매거진이 2회전만 하면 가공을 끝낼 수 있어 결국 공작물의 비가공시간을 현저히 줄일 수 있다. 만약, 주축에 대해 X축 방향으로의 이동이 제한되어 있다면 ATC 자체에 시프팅기능 즉, ATC를 X축 방향으로 일정거리 이동될 수 있도록 하여 공구교환을 하도록 구성할 수도 있다.
또한, 툴매거진 자체의 툴그리퍼 수가 많아져 가공할 수 있는 가공범위가 넓어짐은 당연하고, 경우에 따라서는 스페어 공구를 장착하여 일정 수량의 가공을 행한 다음에는 스페어 공구를 이용해 공구교환을 행하도록 하여 절삭공구의 마모나 파손에 의한 불량품의 발생을 미연에 방지할 수 있다.
다음, 도 12를 참조하면, 상기 주축(4)은 툴그리퍼(52)에 장착된 절삭공구 중에서 홀수 번호의 툴그리퍼(52a)에 장착된 절삭공구와 짝수 번호의 툴그리퍼(52b)에 장착된 절삭공구를 교차하여 사용하게 된다.
즉, 툴매거진(51)의 한쪽 면에 장착된 툴그리퍼(52)를 회전방향을 따라 1번부터 8번까지 번호를 정한다면, 1, 3, 5, 7번의 홀수 번호의 툴그리퍼(#1, #3, #5, #7)에 장착된 드릴과 같은 절삭공구를 이용해 드릴링 가공을 한 다음 2, 4, 6, 8번의 짝수 번호의 툴그리퍼(#2, #4, #6, #8)에 장착된 탭과 같은 절삭공구를 이용해 나사 가공을 행함으로써 4개의 공작물에 툴매거진(51)을 회전시키지 않고도 공구교환을 할 수 있어 드릴링 및 탭핑을 수행할 수 있고, 툴그리퍼와 툴그리퍼 사이의 간격을 좁게 가져갈 수 있어서 결국 ATC의 크기를 줄일 수 있고, 이로써 자재비용과 구동동력을 줄일 수 있으며, 공구교환속도를 높일 수 있음과 동시에, 장착할 수 있는 공구의 수를 늘려 다양한 공작물의 절삭가공을 수행함으로써 가공성능을 높일 수 있다.
도 14와 도 15는 본 발명에 의한 ATC의 타실시 예시도로써, 툴매거진의 형상을 4각이 아닌 6각 8각으로 형성한 것이며, 툴매거진의 한쪽 면에는 총 8개의 툴그리퍼를 형성한 것이다.
도 14에 나타나 있는 6각 형상의 툴매거진의 경우 보다 많은 수의 공구를 장착할 수 있어서 그 범용성이 높아지며, 특히 주축의 수가 4개인 경우 12종류의 절삭가공을 행할 수 있으며, 도 15에 나타나 있는 8각 형상의 툴매거진 역시 4각 형상의 툴매거진보다 더욱 많은 수의 공구를 장착할 수 있다.
결국, 본 발명에 의한 수평형 멀티스핀들 가공센터는 공작물을 절삭가공하기 위해 설치되는 가공센터에 2축 또는 3축의 이송구동부를 각각 설치하여 공작물의 상하방향과 전후방향 또는 좌우방향으로 주축(스핀들)이 탑재된 램을 이동시키되 각 구동부 간의 동기제어를 통해 주축의 이동경로를 최소화하여 주축의 이동에 따른 소모동력을 줄이고, 상기 주축의 수를 여러 개로 구성하여 다수의 공작물을 동시에 가공할 수 있으며, 여러 개의 주축에 고정되어 공작물을 절삭 가공하는 공구에 대해서는 ATC에 의해 공구교환을 동시에 진행함으로써 공구교환속도를 향상시켜 생산효율을 향상시킨 현저한 효과와 함께, 상기 ATC의 툴 매거진의 한 면에 주축의 수보다 2배의 툴 그리퍼를 구성하여 툴 매거진의 한쪽 면에 장착되는 공구의 수를 주축의 2배로 구성함으로써 툴 매거진을 회전시키지 않고도 2종류의 가공을 연속적으로 행할 수 있어 공구교환시간을 단축하게 되어 공작물의 비가공시간을 줄일 수 있고, 종래의 툴매거진에 비해 2배수의 다양한 공구를 장착함으로써 여러 종류의 가공에 유연하게 대처할 수 있는 현저한 효과가 있으며, 상기 Y축 구동부의 구성 중 하나인 Y축 구동모터를 새들의 양측에 구성하여 두 개의 Y축 구동모터를 동기제어함으로써 새들의 안정적인 움직임을 확보함과 동시에 강한 절삭부하를 견딜 수 있으며, 가공센터의 전면에 설치되어 공작물이 고정되는 지그를 공작물에 따라 A축 회전타입, B축 회전타입 및 A, B축 동시회전타입의 3가지 중 하나를 선택적으로 사용할 수 있도록 함으로써 공작물 가공의 적용성을 높인 현저한 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 공작물을 절삭가공하기 위한 가공센터에 있어서,
    상기 가공센터는 지면에 고정 설치되는 베이스(1)와, 상기 베이스(1) 상부에 설치되며 X축 구동부(10)에 의해 공작물의 좌우방향으로 이동되는 칼럼(2)과, 상기 칼럼(2) 내부에 설치되며 절삭공구(8)가 장착되는 주축(4, 스핀들)을 지지하는 램(3)과, 상기 램(3)을 지지하고 있는 새들(9)을 공작물(W)의 상하방향으로 이동시키기 위한 Y축 구동부(20)와, 상기 램(3)을 공작물의 전후방향으로 이동시키기 위한 Z축 구동부(30)와, 상기 주축(4)을 회전시키는 서보모터(5)와, 상기 주축(4)의 전면에 설치되며 공작물(W)의 고정을 위한 지그(40)로 구성되며, 상기 주축의 상부에는 절삭공구를 장착할 수 있는 ATC(50)가 구성되어 있으며,
    상기 베이스(1)의 상부에는 가이드레일(13)이 베이스(1)에 고정 설치되고, 상기 가이드레일(13)을 따라 칼럼(2)이 이동되며, 상기 칼럼(2)의 일측에는 Y축 구동부(20)와 Z축 구동부(30)가 설치되고, 상기 칼럼(2)의 내부에는 4개의 주축(4)이 탑재된 램(3)이 설치되고, 상기 램(3)은 새들(9)에 의해 Z축 방향의 이송이 지지되며, 상기 칼럼(2)과 램(3) 및 새들(9)은 X축 구동부(10)에 의해 공작물의 좌우방향으로 이동되고, 상기 램(3)은 Z축 구동부(30)에 의해 공작물의 전후방향으로 이동되며, Y축 구동부(20)에 의해 상기 램(3)과 새들(9)은 공작물의 상하방향으로 움직이도록 구성되고,
    상기 Y축 구동부(20)는 칼럼(2)에 고정된 가이드레일(23)을 따라 새들(9)을 이동시키되, 상기 새들(9)의 양측에 2개의 Y축 구동모터(21)가 설치되고, 상기 2개의 Y축 구동모터(21)는 서로 동기제어되며,
    상기 2개의 Y축 구동모터(21)는 각각의 구동모터에 걸리는 부하량을 측정하고, 측정된 부하량을 서로 비교하되, 한쪽 구동모터의 부하량이 다른 쪽 구동모터의 부하량보다 설정된 범위 이상으로 차이가 날 경우 가공센터의 가동을 중단시키는 것이 특징인 수평형 멀티스핀들 가공센터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 ATC(50)는 툴매거진(51)과, 상기 툴매거진(51)에 형성되어 주축(4)에 장착할 절삭공구(8)를 장착하고 있는 툴그리퍼(52)와, 상기 툴매거진(51)을 회전시키기 위한 구동모터(53)로 구성되며, 상기 툴매거진(51)의 한쪽 면에는 주축의 수보다 2배수의 툴그리퍼(52)가 형성되어 있는 것이 특징인 수평형 멀티스핀들 가공센터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 주축(4)은 툴그리퍼(52)에 장착된 절삭공구 중에서 홀수 번호의 툴그리퍼(52a)에 장착된 절삭공구와 짝수 번호의 툴그리퍼(52b)에 장착된 절삭공구를 교차하여 사용하는 것이 특징인 수평형 멀티스핀들 가공센터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 주축(4)은 서보모터(5)에 의해 자전되면서 공작물(W)의 절삭가공을 수행하되, 하나의 서보모터(5)가 2개의 주축(4)을 구동함으로써 가공센터에는 총 4개의 주축(4)을 회전시키기 위해 2개의 서보모터(5)가 구비되고,
    상기 2개의 서모모터(5)는 각각의 서보모터에 걸리는 부하량을 측정하고, 측정된 부하량을 서로 비교하되, 한쪽 서보모터의 부하량이 다른 쪽 서보모터의 부하량보다 설정된 범위 이상으로 차이가 날 경우 가공센터의 가동을 중단시키는 것이 특징인 수평형 멀티스핀들 가공센터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 주축(4)은 서보모터(5)에 의해 자전되면서 공작물(W)의 절삭가공을 수행하되, 하나의 서보모터(5)가 하나의 주축(4)을 구동함으로써 가공센터에는 총 4개의 주축(4)을 회전시키기 위해 4개의 서보모터(5)가 구비되고,
    상기 4개의 서모모터(5)는 각각의 서보모터에 걸리는 부하량을 측정하고, 측정된 부하량을 서로 비교하되, 한쪽 서보모터의 부하량이 다른 쪽 서보모터의 부하량보다 설정된 범위 이상으로 차이가 날 경우 가공센터의 가동을 중단시키는 것이 특징인 수평형 멀티스핀들 가공센터.
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