KR101207727B1 - 공작 기계 - Google Patents

Abstract

장척의 피가공물에 대하여, 공간이 절약되고, 또한 효율이 양호한 다면 가공을 실행할 수 있는 공작 기계를 제공한다. 이를 위해, 공구(T)를 착탈 가능하게 장착하는 주축(45)을 해당 주축(45)의 축심과 직교하는 연직축 주위로 선회시키는 동시에, 워크(W)를 주축(45)의 축심 및 연직축과 직교하는 수평축 주위로 회전시킨다.

Description

공작 기계{MACHINE TOOL}

본 발명은 공구와 피가공물을 상대 이동시켜서 해당 피가공물을 가공하는 공작 기계에 관한 것이다.

머시닝 센터(machining center) 등의 공작 기계에 있어서는, 주축에 착탈 가능하게 장착되는 공구와, 테이블에 장착되는 워크(work)를, 상대 이동시키는 것에 의해 해당 워크의 가공을 실행하고 있다. 이러한 공작 기계중에는, 주축과 워크를 직교 3축 방향으로 상대 이동시키는 이동 기구에 부가하여, 장착된 공구의 가공 자세의 자유도를 증가시키기 위해서, 주축의 방향을 복수의 방향으로 선회시키는 선회 기구나, 워크를 복수의 방향으로 회전시키는 회전 기구 등을 구비한 것이 제공되어 있다.

이에 의해, 워크에 대하여 다면(多面) 가공을 행할 수 있도록 되어 있고, 이러한 종래의 공작 기계는 예를 들어 특허문헌 1에 개시되어 있다.

일본 공개 특허 제 2001-287102 호 공보

그러나, 상기 종래의 공작 기계를 이용하여 장척(長尺)의 워크를 가공할 경우에는, 워크의 휘둘림(swing)이 커지기 때문에, 그만큼 기계의 대형화를 초래해버린다. 또한, 특히 횡형의 공작 기계에 있어서는, 경사 구멍 등의 가공 위치에 따라서는, 기계 구조물의 상호 간섭을 회피하기 위해서, 공구 길이를 길게 설정할 필요가 있다. 이에 의해, 공구의 강성이 저하할 뿐만 아니라, 셋업 교체의 증가를 초래하여, 가공 효율의 저하를 초래할 우려가 있다.

따라서, 본 발명은 상기 과제를 해결하는 것으로서, 장척의 피가공물에 대하여, 공간이 절약되고, 또한 효율이 양호한 다면 가공을 실행할 수 있는 공작 기계를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하는 제 1 발명에 따른 공작 기계는,

피가공물을 가공하는 공구를 착탈 가능하게 장착하는 주축과,

상기 주축을 상기 주축의 축심과 직교하는 선회축 주위로 선회시키는 주축 선회 수단과,

피가공물을 상기 주축의 축심 및 선회축과 직교하는 워크 회전축 주위로 회전시키는 피가공물 회전 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 과제를 해결하는 제 2 발명에 따른 공작 기계는,

상기 주축을 회전시키는 주축 회전 수단을 구비하고,

상기 주축 회전 수단과 상기 주축 선회 수단을 동축상에, 또는 직교하는 2개의 축상에 각각 배치하는 것을 특징으로 한다.

상기 과제를 해결하는 제 3 발명에 따른 공작 기계는,

상기 주축 선회 수단은, 그 축심이 선회축상에 배치되고, 또한 상기 주축을 회전 가능하게 지지하는 선회축 부재를 갖고,

상기 주축과 상기 주축 회전 수단을 상기 선회축 부재내에서 연결하는 것을 특징으로 한다.

상기 과제를 해결하는 제 4 발명에 따른 공작 기계는,

상기 주축은 수평축 주위로 회전 가능하게 지지되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 공작 기계에 의하면, 주축을 해당 주축의 축심과 직교하는 선회축 주위로 선회시키는 동시에, 피가공물을 주축의 축심 및 선회축과 직교하는 워크 회전축 주위로 회전시키는 것에 의해, 피가공물의 휘둘림을 작게 할 수 있으므로, 장척의 피가공물에 대하여, 공간이 절약되고, 또한 효율이 양호한 다면 가공을 실행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작 기계의 개략 사시도,
도 2는 새들의 확대도,
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 화살표에서 본 단면도,
도 4는 중간 가공 위치에 배치된 워크의 가공의 모양을 도시한 도면으로서, (a)는 평면도, (b)는 측면도,
도 5는 상부 가공 위치에 배치된 워크의 가공의 모양을 도시한 도면으로서, (a)는 평면도, (b)는 측면도,
도 6은 하부 가공 위치에 배치된 워크의 가공의 모양을 도시한 도면으로서, (a)는 평면도, (b)는 측면도.

이하, 본 발명에 따른 공작 기계에 대해서 도면을 이용하여 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작 기계의 개략 사시도, 도 2는 새들(saddle)의 확대도, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 화살표에서 본 단면도, 도 4는 중간 가공 위치에 배치된 워크의 가공의 모양을 도시한 도면으로서, (a)는 평면도, (b)는 측면도, 도 5는 상부 가공 위치에 배치된 워크의 가공의 모양을 도시한 도면으로서, (a)는 평면도, (b)는 측면도, 도 6은 하부 가공 위치에 배치된 워크의 가공의 모양을 도시한 도면으로서, (a)는 평면도, (b)는 측면도이다. 또한, 각 도면에 기재되는 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향은 각각이 직교하는 직교 3축 방향을 나타내는 것이다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 공작 기계(1)에는, 베드(bed; 11)가 마련되어 있고, 이 베드(11)의 상면에는, Z축 방향으로 연장하는 좌우 한쌍의 가이드 레일(12a, 12b)이 마련되어 있다. 가이드 레일(12a, 12b)에는, 칼럼(column; 13)이 Z축 방향으로 미끄럼운동 가능하게 지지되어 있다. 따라서, 도시하지 않은 칼럼 구동 모터나 칼럼 이송 나사 기구 등으로 이루어지는 칼럼 구동 수단을 구동시키는 것에 의해, 칼럼(13)은 Z축 방향으로 이동 가능하게 되어 있다.

칼럼(13)의 전방면에는, Y축 방향으로 연장하는 좌우 한쌍의 가이드 레일(14a, 14b)이 형성되어 있고, 이 가이드 레일(14a, 14b)에는, 새들(saddle; 15)이 Y축 방향으로 미끄럼운동 가능하게 지지되어 있다. 따라서, 도시하지 않은 새들 구동 모터나 새들 이송 나사 기구 등으로 이루어지는 새들 구동 수단을 구동시키는 것에 의해, 새들(15)은 Y축 방향으로 이동 가능하게 되어 있다.

또한, 베드(11)의 상면에 있어서의 가이드 레일(12a, 12b)의 단부 근방에는, X축 방향으로 연장하는 좌우 한쌍의 가이드 레일(16a, 16b)이 마련되어 있다. 가이드 레일(16a, 16b)에는, 테이블 베이스(17)가 X축 방향으로 미끄럼운동 가능하게 지지되어 있고, 또한 테이블 베이스(17)의 상면에는, 좌우 한쌍의 테이블 지지판(18)이 세워져 있다. 그리고, 이들 테이블 지지판(18)의 선단 사이에는, 회전 테이블(19)이 회전 가능하게 지지되어 있고, 이 회전 테이블(19)에는, 장착 지그(20)를 거쳐서 장척의 워크(W)가 착탈 가능하게 장착되어 있다.

따라서, 도시하지 않은 테이블 구동 모터나 테이블 이송 나사 기구 등으로 이루어지는 테이블 구동 수단을 구동시키는 것에 의해, 테이블 베이스(17)에 테이블 지지판(18)을 거쳐서 회전 가능하게 지지되는 회전 테이블(19)은 X축 방향으로 이동 가능하게 되어 있다. 또한, 도시하지 않은 테이블 회전 모터 등으로 이루어지는 테이블 회전 수단(피가공물 회전 수단)을 구동시키는 것에 의해, 회전 테이블(19)은 수평축(워크 회전축) 주위로 회전 가능하게 되어 있다.

다음에, 도 2 및 도 3을 이용하여 새들(15)의 구성에 대하여 설명한다.

도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 새들(15)의 선단부는 대략 원통형상을 하고 있고, 그 선단부내에는, 통형상의 중공부(31)가 형성되어 있다. 중공부(31)는 소경(小徑) 중공부(31a) 및 대경(大徑) 중공부(31b)로 구성되어 있고, 대경 중공부(31b)는 소경 중공부(31a)의 내경보다도 큰 내경을 갖고, 또한 그 축방향 중간부에 형성되어 있다. 또한, 대경 중공부(31b)의 선단측에는, 새들(15)의 전방면으로 개구되는 개구부(31c)가 형성되어 있다.

중공부(31)내에는, 원통형상의 선회축 부재(41)가 회전 가능하게 지지되어 있다. 선회축 부재(41)는 소경축부(41a) 및 대경축부(41b)로 구성되어 있고, 대경축부(41b)는 소경축부(41a)의 외경보다도 큰 외경을 갖고, 또한 그 축방향 중간부에 형성되어 있다. 그리고, 선회축 부재(41)의 소경축부(41a)는 중공부(31)의 소경 중공부(31a)내에 베어링(42)을 거쳐서 회전 가능하게 지지되어 있다. 소경 중공부(31a)와 소경축부(41a) 사이에는, 선회 구동 모터(43)가 마련되어 있고, 이 선회 구동 모터(43)는 소경 중공부(31a)의 내주면에 고정되는 스테이터(43a)와, 소경축부(41a)의 외주면에 고정되는 로터(43b)로 구성되어 있다. 한편, 선회축 부재(41)의 대경축부(41b)는 중공부(31)의 대경 중공부(31b)내에서 그 측면이 개구부(31c)에 면하도록 배치되어 있다. 대경축부(41b)내에는, 베어링(44)을 거쳐서 주축(45)이 회전 가능하게 지지되어 있고, 이 주축(45)의 선단에는, 공구(T)가 착탈 가능하게 장착되어 있다.

선회축 부재(41)의 소경축부(41a)의 상단 외측에는, 환형의 환형 부재(46)가 마련되는 한편, 소경축부(41a)의 하단 외측에는, 원반형상의 원반 부재(47)가 마련되어 있다. 또한, 소경축부(41a)의 상단 및 환형 부재(46)의 상면에는, 주축 모터(48)가 마련되어 있고, 이 주축 모터(48)의 출력축(49)은 소경축부(41a) 내부 및 대경축부(41b) 내부에 삽입되어 있다. 그리고, 출력축(49)의 선단에는, 베벨 기어(49a)가 형성되어 있고, 이 베벨 기어(49a)는 주축(45)의 외주면에 형성되는 베벨 기어(45a)와 맞물려 있다.

즉, 주축 모터(48)를 구동시키는 것에 의해, 그 구동력이 출력축(49)의 베벨 기어(49a)로부터 주축(45)의 베벨 기어(45a)에 전달되어, 주축(45)과 함께 공구(T)도 수평축 주위로 회전 구동하게 된다. 또한, 선회 구동 모터(43)를 구동시켜서, 외측의 스테이터(43a)에 대하여 내측의 로터(43b)를 회전시키는 것에 의해, 새들(15)의 중공부(31)에 대하여 선회축 부재(41)가 연직축(선회축) 주위로 회전하게 되므로, 그 대경축부(41b)내에 지지되는 주축(45)과 함께 공구(T)도 선회 구동하게 된다. 이 때, 주축 모터(48)는 선회축 부재(41)의 소경축부(41a)에 고정되어 있으므로, 선회축 부재(41)의 회전(선회)시에는, 주축 모터(48)도 동시에 연직축 주위로 회전하게 된다. 이에 의해, 출력축(49)으로부터의 구동력이 베벨 기어(45a, 49a)를 거쳐서 주축(45)에 적절하게 전달되게 된다.

또한, 중공부(31), 선회축 부재(41), 선회 구동 모터(43), 주축 모터(48), 및 출력축(49)은 동축상에 배치되어 있다. 그리고, 중공부(31), 선회축 부재(41), 선회 구동 모터(43) 등은 주축 선회 수단을 구성하고, 또한 테이블 지지판(18), 회전 테이블(19) 등은 피가공물 회전 수단을 구성하고, 더욱이 선회축 부재(41), 주축(45), 주축 모터(48), 출력축(49) 등은 주축 회전 수단을 구성하는 것이다. 또한, 본 실시예에 있어서는, 주축 모터(48)를 선회 구동 모터(43)와 동축상에 마련하도록 했지만, 주축(45)과 동축상에 마련하도록 해도 무방하다.

따라서, 워크(W)를 5면 가공할 경우에는, 우선 장착 지그(20)가 최상위에 배치되도록 회전 테이블(19)을 수평축 주위로 할출(割出, 인덱싱) 회전시킨 후, 이 상태에서 장착 지그(20)에 워크(W)를 장착한다[도 5의 (b) 참조].

다음에, 도 4의 (a) 및 (b)에 도시하는 바와 같이, 회전 테이블(19)을 할출 회전시켜서, 워크(W)를 칼럼(13)[새들(15)]과 대향하는 중간 가공 위치(P1)에 배치시킨다. 그리고, 주축 모터(48)를 구동시켜서 공구(T)를 회전시키면서, 칼럼(13)을 Z축 방향으로 이동시키거나, 새들(15)을 Y축 방향으로 이동시키거나, 선회 구동 모터(43)에 의해 공구(T)를 연직축 주위로 선회시키거나, 회전 테이블(19)을 X축 방향으로 이동시키거나 한다. 이에 의해, 도 4의 (a)의 이점쇄선으로 도시하는 바와 같이, 공구(T)가 이동하게 되어, 중간 가공 위치(P1)에 배치된 워크(W)의 단부면(Wa, Wd, We)에 대한 가공이 행해진다. 또한, 공구(T)의 형상에 따라서는, 워크(W)의 단부면(Wb, Wc)에 대해서도 가공을 행할 수 있다.

다음에, 도 5의 (a) 및 (b)에 도시하는 바와 같이, 회전 테이블(19)을 할출 회전시켜서, 워크(W)를 최상위의 상부 가공 위치(P2)에 배치시킨다. 그리고, 주축 모터(48)를 구동시켜서 공구(T)를 회전시키면서, 칼럼(13)을 Z축 방향으로 이동시키거나, 새들(15)을 Y축 방향으로 이동시키거나, 선회 구동 모터(43)에 의해 공구(T)를 연직축 주위로 선회시키거나, 회전 테이블(19)을 X축 방향으로 이동시키거나 한다. 이에 의해, 도 5의 (a)의 이점쇄선으로 도시하는 바와 같이, 공구(T)가 이동하게 되어, 상부 가공 위치(P2)에 배치된 워크(W)의 단부면(Wc, Wd, We)에 대한 가공이 행해진다. 또한, 공구(T)의 형상에 따라서는, 워크(W)의 단부면(Wa)에 대해서도 가공을 행할 수 있다.

다음에, 도 6의 (a) 및 (b)에 도시하는 바와 같이, 회전 테이블(19)을 할출 회전시켜서, 워크(W)를 최하위의 하부 가공 위치(P3)에 배치시킨다. 그리고, 주축 모터(48)를 구동시켜서 공구(T)를 회전시키면서, 칼럼(13)을 Z축 방향으로 이동시키거나, 새들(15)을 Y축 방향으로 이동시키거나, 선회 구동 모터(43)에 의해 공구(T)를 연직축 주위로 선회시키거나, 회전 테이블(19)을 X축 방향으로 이동시키거나 한다. 이에 의해, 도 6의 (a)의 이점쇄선으로 도시하는 바와 같이, 공구(T)가 이동하게 되어, 하부 가공 위치(P3)에 배치된 워크(W)의 단부면(Wb, Wd, We)에 대한 가공이 행해진다. 또한, 공구(T)의 형상에 따라서는, 워크(W)의 단부면(Wa)에 대해서도 가공을 행할 수 있다.

또한, 필요에 따라서, 워크(W)가 소정의 형상으로 가공될 때까지, 해당 워크(W)를 가공 위치(P1, P2, P3)와 무관하게 임의의 각도로 배치시켜서 가공을 행한다.

따라서, 본 발명에 따른 공작 기계에 따르면, 주축(45)을 해당 주축(45)의 축심과 직교하는 연직축 주위로 선회시키는 동시에, 워크(W)를 주축(45)의 축심 및 연직축과 직교하는 수평축 주위로 회전시키는 것에 의해, 워크(W)의 휘둘림을 작게 할 수 있으므로, 장척의 워크(W)에 대하여, 공간이 절약되고, 또한 효율이 양호한 다면 가공을 실행할 수 있다. 또한, 선회 구동 모터(43)와 주축 모터(48)를 동축상에 배치하는 것에 의해, 간소한 구성으로 할 수 있으므로, 소형화를 도모할 수 있다.

더욱이, 공구(T)가 어떤 자세에 있어서도, 주축(45)의 선단과 워크(W)의 거리를 단축할 수 있으므로, 공구 길이를 단축할 수 있어, 공구(T)의 강성을 향상시킬 수 있다. 게다가, 공작 기계(1)를 공구(T)가 수평축 주위로 회전하는 횡형으로 한 것에 의해, 워크(W)에 절삭분(切削分)이 퇴적할 일이 없으므로, 공구 수명을 향상시킬 수 있다.

(산업상의 이용 가능성)

본 발명은 장척의 워크를 단시간에 가공할 수 있는 공작 기계에 적용 가능하다.

Claims (4)

1. 피가공물을 가공하는 공구를 착탈 가능하게 장착하는 주축과,
   상기 주축을 상기 주축의 축심과 직교하는 선회축 주위로 선회시키는 주축 선회 수단과,
   피가공물을 상기 주축의 축심 및 선회축과 직교하는 워크 회전축 주위로 회전시키는 피가공물 회전 수단과,
   상기 주축을 회전시키는 주축 회전 수단을 구비하고,
   상기 주축 회전 수단과 상기 주축 선회 수단을 동축상에, 또는 직교하는 2개의 축상에 각각 배치하며,
   상기 주축 선회 수단은, 그 축심이 선회축상에 배치되고, 또한 상기 주축을 회전 가능하게 지지하는 선회축 부재를 갖고,
   상기 주축과 상기 주축 회전 수단을 상기 선회축 부재 내에서 연결하는 것을 특징으로 하는
   공작 기계.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 주축은 수평축 주위로 회전 가능하게 지지되는 것을 특징으로 하는
   공작 기계.

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