KR100266904B1 - 초과 구동 복합 공정형 머시닝센터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복합 공정형 머시닝센터에 관한 것으로서, 고정된 원형의 수평가이드 위를 이송하는 3개의 수평이송부들, 상기 3개의 수평이송부에 각각 직결된 총 3개의 수직가이드들, 각 수직가이드 위를 이송하는 총 3개의 수직이송부들, 1축회전관절에 의하여 상기 3개의 수직이송부들에 각각 연결된 총 3개의 고정길이링크들, 3축회전관절에 의하여 상기 3개의 고정길이링크들에 연결되어 있으며 스핀들모터가 장착되어 있고 공구가 달린 하나의 작업평판을 포함하는 병렬 구조의 머시닝센터에 있어서, 상기 3개의 수평이송부들과 상기 3개의 수직이송부들의 총 6개의 구동관절들을 구동하기 위한 총 6개의 액츄에이터 이외에, 하나나 그 이상의 수동관절을 구동하는 초과 구동 액츄에이터(들)를 포함하여, 6자유도 병렬 구조가 가지는 특이점 문제를 해결하여, 주축의 경사가 0°에서 90°로 기울어질 때 구동 장치 특이점 문제를 해결한 것이다.

Description

초과 구동 복합 공정형 머시닝센터

본 발명은 금속 재료를 가공하는 머시닝센터에 관한 것으로서, 특히, 단일 셋업으로 5면 가공이 가능하고, 밀링 작업 뿐만 아니라 선삭, 보링, 드릴링, 연삭 등의 복합 공정이 가능한 것을 특징으로 하는 머시닝센터에 관한 것이다.

머시닝센터는 금속을 가공하는 장치인 공작 기계의 일종이다. 공작 기계는 금속을 절삭 또는 연삭하여 원하는 모양, 치수 및 표면을 가지는 제품을 얻는데 사용되는데, 기계 본체와 공구의 두 부분으로 구성되어 동력에 의하여 기계를 운전하고 공구에 의하여 금속 재료를 가공한다. 공작 기계에서 공구를 교환할 수 있도록 되어 있는 공작 기계를 '머시닝센터'라고 한다.

머시닝센터를 이용하여 원하는 형상 및 모양을 가지는 제품을 가공하기 위하여는, 공작 기계 중 공구의 3차원 위치 및 자세를 제어하는 것이 필요하다. 본 출원인들은 머시닝센터의 공구의 3차원 위치 및 자세를 제어하기 위한 기구학적 구조로서 신규한 병렬 기구 구조를 개발하여 출원한 바 있다(대한민국 특허출원 제97-58254호, 제97-58255호).

상기한 신규한 병렬 기구 구조는 직렬 기구 구조나 종래의 병렬 기구 구조인 '스튜어트 플랫폼' 구조 또는 '옥타헤드럴 헥사포드' 구조의 문제점을 해결한 것으로서, 주축의 경사 각도를 확장시켜서 주축 경사를 90°까지 가능하게 하고, 주축이 소재의 주위를 선회 운동할 수 있는 6자유도 병렬 기구 구조이다.

또한, 본 출원인들은 상기한 신규한 병렬 기구 구조를 구현한 머시닝센터를 제작하여 출원하였다(대한민국 특허출원 제97-59556호). 상기한 머시닝센터는 3개의 수직이송용 모터와 3개의 수평이송용 모터에 의한 6자유도 운동에 의하여, 소재의 5면을 가공할 수 있으며, 수직 선삭 가공이 가능하여 각형 및 원형의 형상을 지닌 복합 형상 가공물을 가공할 수 있다.

그러나, 상기한 복합공정형 머시닝센터에서도 일반적인 기계에서 관찰되는 구동 장치의 특이점(actuator singularity)이 존재할 수 있다. 특이점의 존재로 인하여, 주축의 회전이 부드럽지 못하고 국소적으로 덜렁거리는 문제가 발생할 수도 있다.

특별히, 수직 선삭 가공을 위하여 주축의 경사가 90°로 기울어지는 과정에서 이러한 특이점이 존재함으로 인한 덜렁거림 문제가 발생할 수 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 본 출원인들이 제안한 병렬 기구 구조를 구조학적으로 해석하여 특이점의 존재를 확인하고, 병렬 기구 구조를 가지면서도 이러한 특이점을 회피할 수 있는 복합공정형 머시닝센터를 제공하는데 있다.

도1은 단일 셋업으로 5면을 밀링(miling) 가공하는 것을 설명하는 도면,

도2는 복합 공정을 설명하는 것으로서, 도2a는 선반(turning) 공정을, 도2b는 연삭(grinding) 공정을 설명하는 도면,

도3은 본 발명에 의한 머시닝센터의 기구학적 구조를 나타내는 도면,

도4는 6축 머시닝센터에서, 주축 경사각이 0°에서 90°로 기울어질 때, 병렬 기구 구조의 구속식을 수동관절 변수에 대하여 미분한 자코비안에 상태를 표시한 도면,

도5는 초과 구동 액추에이터들이 장착될 수직이송부의 수동 관절을 표시한 도면,

도6은 하향식 수직이송부의 수동관절에 초과 구동 액추에이터가 장착된 7축 머시닝센터을 사용하여, 주축 경사각이 0°에서 90°로 기울어질 때, 병렬 기구 구조의 구속식을 수동관절 변수에 대하여 미분한 자코비안에 상태를 표시한 도면,

도7은 도4에서 나타나있는 왼쪽의 특이점 장벽(주축의 경사각이 약 36°부근)을 따라가면서, 각 수동관절의 민감도를 구한 것,

도8은 도4에서 나타나있는 오른쪽의 특이점 장벽(주축의 경사각이 약 55°부근)을 따라가면서 각 수동관절의 민감도를 구한 것,

도9는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 8축 머시닝센터의 사시도,

도10은 도9에 도시된 8축 머시닝센터의 평면도,

도11은 도10에 도시된 A-A 단면도로서 회전단면도법에 의하여 도시된 8축 머시닝센터의 단면도,

도12는 8축 머시닝센터에서 초과 구동 액츄에이터가 장착된 상향식 수직이송부를 상세도,

도13은 8축 머시닝센터에서 초과 구동 액츄에이터가 장착된 하향식 수직이송부를 상세도.

* 도면의 주요한 부분에 대한 부호의 설명 *

21 : 소재테이블 22 : 공구

31 : 수평가이드 321,322,323 : 수평이송부

331,332,333 : 수직가이드 341,342,343 : 수직이송부

351,352,353 : 고정길이링크 361,362,363 : 1축회전관절

371,372,373 : 3축회전관절 38 : 스핀들모터

39 : 작업평판

91 : 볼너트 92 : 볼스크류

93 : 커플링 94 : 공작물고정부재

95 : 척 96 : 풀리

97 : V-벨트 98 : 공압실린터

99 : 풀리구동용 모터

111,112,113 : 수직이송용 액츄에이터

121,122,123 : 수평이송용 액츄에이터

130 : 제1 초과 구동 액츄에이터

131 : 제2 초과 구동 액츄에이터

10,10' : 수직가이드 충돌방지용 리밋스위치

11 : 수직이송제한용 리밋스위치

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 복합공정형 머시닝센터는, 고정된 원형의 수평가이드 위를 이송하는 3개의 수평이송부들, 상기 3개의 수평이송부에 각각 직결된 총 3개의 수직가이드들, 각 수직가이드 위를 이송하는 총 3개의 수직이송부들, 1축회전관절에 의하여 상기 3개의 수직이송부들에 각각 연결된 총 3개의 고정길이링크들, 3축회전관절에 의하여 상기 3개의 고정길이링크들에 연결되어 있으며 스핀들모터가 장착되어 있고 공구가 달린 하나의 작업평판을 포함하는 병렬 구조의 머시닝센터에 있어서, 상기 3개의 수평이송부들과 상기 3개의 수직이송부들의 총 6개의 구동관절들을 구동하기 위한 총 6개의 액츄에이터 이외에, 하나 또는 그 이상의 수동관절을 구동하는 초과 구동 액츄에이터(들)를 더 포함하는 것임을 특징으로 한다.

상기한 본 발명에 의한 머시닝센터에서, 상기 3개의 수직가이드들 중 하나는 상기 원형의 수평가이드를 중심으로 아래쪽으로 설치되는 하향식인 것임을 특징으로 한다.

상기한 본 발명에 의한 머시닝센터에서, 상기 초과 구동 액츄에이터는 상기 3개의 수직가이드들 중 하나의 수직가이드의 수동관절을 구동하는 단일의 초과 구동 액츄에이터로서, 전체 머시닝센터는 7축 머시닝센터임을 특징으로 한다.

상기한 7축 머시닝센터에서, 상기 초과 구동 액츄에이터는 하향식 수직가이드의 수동관절을 구동하는 것임을 특징으로 한다.

상기한 본 발명에 의한 머시닝센터에서, 상기 초과 구동 액츄에이터들은 상기 3개의 수직가이드들 중 2개의 수직가이드들의 수동관절들을 구동하는 2개의 초과 구동 액츄에이터들로서, 전체 머시닝센터는 8축 머시닝센터임을 특징으로 한다.

상기 8축 머시닝센터에서, 상기 2개의 초과 구동 액츄에이터들은 하향식 수직가이드의 수동관절을 구동하는 제1 초과 구동 액츄에이터와, 나머지 상향식 수직가이드들 중 하나의 수직가이드의 수동관절을 구동하는 제2 초과 구동 액츄에이터로 구성된 것임을 특징으로 한다.

상기한 본 발명에 의한 머시닝센터는, 상기 초과 구동 액츄에이터들이 상기 3개의 수직가이드들 모두의 수동관절들을 구동하는 3개의 초과 구동 액츄에이터들로서, 전체 머시닝센터는 9축 머시닝센터임을 특징으로 한다.

상기한 본 발명에 의한 머시닝센터는, 머시닝센터의 강성을 높이기 위하여, 원형의 수평가이드를 기준으로 머시닝센터의 상부와 하부에 상기 수직가이드들을 지지하는 원형 가이드를 더 포함하는 것임을 특징으로 한다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 의한 복합공정형 머시닝센터를 상세하게 설명한다.

본 발명에 의한 복합공정형 머시닝센터는 단일 셋업으로 5면 가공이 가능하고, 수직 선삭 가공을 포함한 복합 공정이 가능하다.

도1은 단일 셋업으로 5면을 밀링(miling) 가공하는 것을 설명한다. 도1에서 보이는 바와 같이, 단일 셋업으로 5면을 밀링 가공하기 위하여, 소재 테이블(21)은 고정되고, 공구(22)는 주축을 중심으로 회전운동한다. 특별히 5면 가공을 위하여는 주축이 소재를 중심으로 90°기울어지는 것이 필요하다.

도2는 복합 공정을 설명하는 것으로서, 도2a는 선반(turning) 공정을, 도2b는 연삭(grinding) 공정을 설명하는 것이다. 도2a에서 보이는 바와 같이, 선반 공정을 위하여 소재 테이블(21)이 회전하고, 공구(22)는 회전하지 않는다. 공구(22)를 수직으로 이동시키는 경우, 수직 선삭 가공이 가능하다. 도2b에서 보이는 바와 같이, 연삭 공정을 위하여 소재 테이블(21)이 회전하고 공구(22) 역시 주축을 중심으로 회전 운동한다, 공구(22)는 또한 주축을 중심으로 회전하면서 수직으로 이동할 수 있으므로 수직 연삭 가공이 가능하다.

도3은 본 발명에 의한 머시닝센터의 기구학적 구조를 나타낸다.

도3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 머시닝센터의 기구 구조는, 고정된 원형의 수평가이드(31) 위를 이송하는 3개의 수평이송부들(321,322,323)을 포함한다. 각 수평이송부(321,322,323)에는 각 수직 가이드(331,332,333)가 직결되고, 각 수직 이송부(341,342,343)는 각 수직 가이드(331,332,333) 위를 이송한다. 각 수직 이송부(341,342,343)에는 고정 길이 링크(351,352,353)가 1축 회전 관절(361,362,363)로 연결되어 있는데, 각 고정 길이 링크(351,352,353)의 다른 한쪽 끝은 3축 회전 관절(371,372,373)을 통하여 스핀들모터(38)가 장착되고 공구가 달린 작업 평판(39)을 지지하게 된다.

전체적으로 3개의 수직 가이드(331,332,333)와 3개의 고정 길이 링크(351,352,353)가 있으며, 이러한 고정 길이 링크들과 주축의 간섭으로 인하여 작업 공간이 작아지는 것을 방지하기 위하여, 3개의 수직 가이드(331,332,333)중 하나(331)는 아래쪽으로 향한다.

도3에 도시된 머시닝센터는 주축을 회전시키는 스핀들모터(38)를 포함하고, 3개의 수평이송부들(321,322,323)과 3개의 수직이송부들(341,342,343)을 구동하는 6개의 액추에이터들을 기본적으로 포함하는 6축 모델이다.

대칭 구조의 6자유도 병렬 기구 구조에서 구동 장치 특이점이 있을 수 있다. 특이점에서는 구동 관절들이 독립적으로 구동할 수 없게 되어서 국소적으로 덜렁거리는 문제가 발생할 수 있다. 먼저, 상기한 6축 머시닝센터에서의 구동 장치 특이점 문제를 설명한다.

병렬 기구 구조의 구속식은 다음의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.

g(u,v)=0, u∈Rⁿ, v∈R^m, g : Rⁿ×R^m→R^m

상기 수학식 1에서 u는 구동 관절, v는 수동 관절을 나타낸다. 상기 수학식 1으로부터 관절 공간은 (n+m)차원 공간에 놓여있는 n차원 다양체(manifold)를 형성함을 알 수 있다. 또한, 음함수 정리에 의하여, 만일 가 인버터블(invertible)하다면, v는 u의 함수로 표현될 수 있다.

만약, 의 랭크(rank)가 떨어져 인버터블하지 않다면, 병렬 기구 구조의 특이점이 생기는데, 병렬 기구 구조의 특이점은 구동 장치 특이점, C-공간 특이점 및 말단계 특이점의 세가지로 구분할 수 있다.

구동 장치 특이점(actuator singularity)은 의 랭크(rank)가 떨어져, v가 u의 함수로 표현될 수 없는 경우이다. 즉, 모든 구동 관절을 독립적으로 구동할 수 없게 된다. 물리적으로는 이 특이점에서 외력에 대하여 어떠한 반력도 발생시킬 수 없으므로, 국소적으로 덜렁거리게 된다. 만일 다른 구동관절을 선택하게 된다면, 동일한 구조에서도 특이점을 회피할 수도 있다.

C-공간 특이점(C-space singularity)은 관절 공간 다양체의 특이점에 해당하는 경우이다. 물리적인 현상은 구동 장치 특이점과 동일하나, 어떠한 구동 관절을 선택하는 것에 관계없이 특이점을 회피할 수 없다.

말단계(end-effector singularity) 특이점은 직렬 기구 구조에 존재하는 특이점과 동일하다. 말단계의 자유도가 감소하여, 특정 방향으로 움직일 수 없다. 작업 평판의 중심에 말단계(end-effector)를 부착하였을 때 발생한다. 그러나, 이러한 말단계 특이점은 본 발명에 의한 머시닝센터에서는 문제가 되지 않는다.

따라서, 본 발명에서는 도3에 도시된 병렬 기구 구조의 머시닝센터의 구동 장치 특이점을 회피하는 것을 목적으로 한다.

도4는 6축 머시닝센터에서, 주축 경사각이 0°에서 90°로 기울어질 때, 상기 수학식 1과 같은 구속식을 수동관절 변수에 대하여 미분한 자코비안에 상태를 표시한 것이다.

도4에서 가로축은 주축의 경사각이고, 세로축은 주축이 0°에서 90°로 기울어질 때의 주축이 회전하는 회전각(γ)이다.

도4에서 옅은 색으로 표시된 상태는 주축이 부드럽게 기울어질 수 있는 바람직한 상태이고, 짙은 색으로 표시된 상태는 구동 장치의 특이점이 존재하는 위치로서 이 특이점에서는 모든 구동 관절이 독립적으로 구동할 수 없게 되어서 외력에 대하여 어떠한 반력도 발생시킬 수가 없으므로, 국소적으로 덜렁거리게 된다.

주축의 회전각(γ)이 0°일 때, 주축 경사각 중 36° 부근과 57°부근에서 특이점이 발생하는 것을 알 수 있다. 도4에서 짙은 색으로 표시된 이러한 특이점 장벽은 주축의 회전각(γ)을 어떻게 설정하여도, 주축의 경사각이 0°에서 90°로 기울어지기 위하여는 반드시 존재하게 된다. 즉, 주축을 회전시킴으로 인한 여유 자유도인 γ를 이용하여도 구동 장치의 특이점을 회피할 수 없다는 것이다. 이를 특이점 장벽이라고 한다.

본 발명에서는 상기한 구동 장치 특이점 문제를 해결하기 위하여, 6개의 구동 관절을 구동하기 위한 6개의 액츄에이터이외에, 3개의 수직이송부 중 하나의 수직이송부의 수동관절에 액추에이터가 부가된 7축 모델 머시닝센터를 제안한다. 이와 같이, 자유도보다 많은 구동 장치를 가지고 있는 구조를 초과-구동 메커니즘(over-actuator) 메커니즘이라고 한다.

도5는 초과 구동 액추에이터가 장치될 수직이송부의 수동 관절들을 표시한 것이다.

초과 구동 액추에이터는 1번수동관절(51), 2번수동관절(52) 또는 3번수동관절(53) 중에 하나의 수동관절에 장착될 수 있고, 대칭 구조를 위하여 1번수동관절(51)에 장착하는 것이 가장 바람직하다.

도6은 1번수동관절(51)에 초과 구동 액추에이터가 장착된 7축 머시닝센터를 사용하여, 주축 경사각이 0°에서 90°로 기울어질 때, 상기 수학식 1과 같은 구속식을 수동관절 변수에 대하여 미분한 자코비안에 상태를 표시한 것이다.

도6에서 보이는 바와 같이, 1축수동관절에 초과 구동 액츄에이터를 장착한 7축 머시닝센터의 경우, 특이점의 장벽이 사라지고, 특이점이 점으로 존재하게 되었다. 또한, 주의 경사각이 36°인 부근은 특이점 장벽은 아니지만, 여전히 상태가 좋지 않은 것을 알 수 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 또 다른 수동관절에 초과 구동 액츄에이터를 장착하여 전체적으로 2개의 수동관절에 각각 초과 구동 액츄에이터들을 장착한 8축 머시닝센터를 제안한다.

다음의 도7과 도8은 2개의 초과 구동 액츄에이터를 사용할 때, 어느 수동 관절에 장착하는 것이 가장 바람직한 것인지를 알아보기 위한 것이다.

도7은 도4에서 나타나있는 왼쪽의 특이점 장벽(주축의 경사각이 약 36°부근)을 따라가면서, 각 수동관절의 민감도를 구한 것이고, 도8은 도4에서 나타나있는 오른쪽의 특이점 장벽(주축의 경사각이 약 55°부근)을 따라가면서 각 수동관절의 민감도를 구한 것이다.

도7에서 보이는 바와 같이, 왼쪽의 특이점 장벽을 따라서는, 1번수동관절의 민감도가 다른 수동관절들의 민감도에 비하여 매우 작다가, 주축의 회전각이 커짐에 따라서 민감도가 커짐을 알 수 있다. 그러나, 도8에서 보이는 바와 같이, 오른쪽의 특이점 장벽에서는 2번수동관절 및 3번수동관절의 민감도가 1번수동관절의 민감도에 비하여 작았다.

도7 및 도8에서 보이는 바와 같이, 1번수동관절에 하나의 초과 구동 액츄에이터를 장착한 7축 머시닝센터의 경우, 주축의 경사각이 37°부근에서의 왼쪽 특이점 장벽의 문제를 완전하게 해결하지 못하는 것을 알 수 있다.

8축 머시닝센터에서 제1 초과 구동 액츄에이터는 1번수동관절(51)에 장착되고, 나머지의 또 하나의 제2 초과 구동 액츄에이터는 2번수동관절(52) 또는 3번수동관절(53)에 장착한다.

8축 머시닝센터에 의하여 실험한 결과, 모든 특이점이 사라지고, 주축 경사각이 0°에서 90°까지 자연스럽게 기울어지는 것을 확인하였다.

본 발명에서는 또한, 머시닝센터의 대칭성을 고려하고, 강성을 더욱 높이기 위하여, 3개의 수동관절들(51,52,53) 모두에 초과 구동 액츄에이터가 장착된 9축 머시닝센터를 제안한다. 즉 6자유도를 가지는 머시닝센터에 9개의 액츄에이터가 장착된 초과구동 머시닝센터를 제안한다.

또한, 머시닝센터의 강성을 높이기 위하여, 고정된 수평 가이드(31)를 중심으로 상부와 하부에 수직가이드를 지지하기 위한 원형가이드를 장치하는 것을 제안한다.

이하에서는 상기한 바와 같은 메커니즘에 따라서, 본 출원인들에 의하여 제작된 2개의 초과 구동 액츄에이터를 사용하는 8축 머시닝센터의 각부 구조 및 그 기능을 상세하게 설명한다.

도9는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 8축 머시닝센터의 사시도이고, 도10은 도9에 도시된 8축 머시닝센터의 평면도이고, 도11은 도10에 도시된 A-A 단면도로서 회전단면도법에 의하여 도시된 8축 머시닝센터의 단면도이다.

도12는 8축 머시닝센터에서 초과 구동 액츄에이터가 장착된 상향식 수직이송부를 상세하게 도시한 것이고, 도13은 8축 머시닝센터의 초과 구동 액츄에이터가 장착된 하향식 수직이송부를 도시한 것이다.

도9, 도10, 도11에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 8축 머시닝센터는 공구와 공구의 회전을 구동하는 스핀들모터(38)로 구성된 주축계, 공구의 위치와 자세를 결정하는 이송계, 및 공작물 회전계로 구성된다. 특히, 공구의 위치 및 자세를 결정하는 이송계는, 3개의 수직이송용 액츄에이터(111,112,113)와 3개의 수평이송용 액츄에이터(121,122,123)로 구성된 6개의 액츄에이터에, 초과 구동을 위한 2개의 초과 구동 액츄에이터(130)를 포함하여 총 8개의 액츄에이터로 구성된다.

3개의 수직이송용 액츄에이터(111,121,131)는 각각의 고정길이링크(351,352,353)의 수직 방향의 이송을 구동한다. 수직이송용 액츄에이터(111,121,131)의 회전 구동력이 각각의 볼스크류(92)를 통하여 볼너트(91)에 전달되고, 볼너트(91)에 연결된 1축회전관절(361,362,363)을 통하여 고정길이링크(351,352,353)에 전달되어, 결과적으로 고정길이링크(351,352,353)가 볼스크류(92)에 의하여 제공된 수직이송경로를 따라서 이송한다.

3개의 수평이송용 액츄에이터(121,122,123)는 각각의 수평이송부(321,322,323)가 원형 수평가이드(31)에 의하여 제공된 수평적인 원주 경로를 따라서 이송하도록 구동한다.

제1 초과 구동 액츄에이터(130)은 하향식 수직가이드(331)의 수동관절을 초과 구동하고, 제2 초과 구동 액츄에이터(131)는 상향식 수직가이드 중 하나의 수직가이드(332)의 수동관절을 초과 구동하여, 고정길이링크들(351,352,353)을 주축계에 연결하는 3축회전관절들(371,372,373)에 무리가 가지 않도록 한다.

2개의 초과 구동 액츄에이터들(130,131)에 의한 초과 구동에 의하여 구동 장치의 특이점 문제를 해결하여, 수직 선삭 가공 등을 위하여 주축의 경사각을 0°에서 90°로 기울일 때 고정길이링크들의 덜렁거리는 현상이 없앤다.

본 발명에 의한 7축 머시닝센터는 또한, 수직이송범위를 제한하기 위하여, 각 수직가이드는 고정길이링크 수직이송 제한용 리밋스위치(11)를 포함하여, 고정길이링크들(351,352,353)의 수직이송이 수직이송 제한용 리밋스위치(11)에 의하여 제한되도록 한다.

본 발명에 의한 7축 머시닝센터는 또한, 3개의 수직가이드들이 각각의 수평이송용 액츄에이터들에 의하여 구동되어 원형 수평가이드(31)상에서 360°수평이송하므로 3개의 수직가이드들이 서로 충돌할 상황에 대비하여, 수직가이드 충돌방지용 리밋스위치(10,10')를 포함한다. 이러한 수직가이드 충돌방지용 리밋스위치(10,10')가 서로 접촉하면 수직가이드가 접근한 사실을 감지하게 된다.

본 발명에 의한 8축 머시닝센터에서, 공작물을 회전시키는 공작물 회전계는 금속 재료인 공작물을 고정하는 공작물고정부재(94), 상기 공작물고정부재(94)를 지지하는 척(95), 상기 척(95)에 연결된 공압실린더(96), 상기 척(95)을 회전시키기 위한 풀리(96), 상기 풀리(96)를 구동하는 풀리구동용모터(99)를 포함하며, 상기 풀리구동용모터(99)가 직결식이 아닌 경우에, 풀리구동용모터(99)의 회전 구동력을 상기 풀리(96)로 전달하기 위한 V-벨트(34)를 더 포함할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 복합공정형 머시닝센터는, 6자유도 병렬 기구 구조에서, 3개의 수평이송부들과 상기 3개의 수직이송부들의 총 6개의 구동관절들을 구동하기 위한 총 6개의 액츄에이터 이외에, 하나나 그 이상의 수동관절을 구동하는 초과 구동 액츄에이터(들)를 더 포함하여, 6자유도 병렬 구조가 가지는 특이점 문제를 해결하여, 주축의 경사가 0°에서 90°로 기울어질 때 구동 장치 특이점을 해결한 것이다.

Claims (8)

1. 복합공정형 머시닝센터에 있어서,

   고정된 원형의 수평가이드 위를 이송하는 3개의 수평이송부들, 상기 3개의 수평이송부에 각각 직결된 총 3개의 수직가이드들, 각 수직가이드 위를 이송하는 총 3개의 수직이송부들, 1축회전관절에 의하여 상기 3개의 수직이송부들에 각각 연결된 총 3개의 고정길이링크들, 3축회전관절에 의하여 상기 3개의 고정길이링크들에 연결되어 있으며 스핀들모터가 장착되어 있고 공구가 달린 하나의 작업평판을 포함하는 병렬 구조의 머시닝센터에서, 상기 3개의 수평이송부들과 상기 3개의 수직이송부들의 총 6개의 구동관절들을 구동하기 위한 총 6개의 액츄에이터 이외에, 하나나 그 이상의 수동관절을 구동하는 초과 구동 액츄에이터(들)를 더 포함하는 것임을 특징으로 하는 초과 구동 복합 공정형 머시닝센터.
2. 제1항에 있어서, 상기 3개의 수직가이드들 중 하나는 상기 원형의 수평가이드를 중심으로 아래쪽으로 설치되는 하향식인 것임을 특징으로 하는 초과 구동 복합공정형 머시닝센터.
3. 제2항에 있어서, 상기 초과 구동 액츄에이터는 상기 3개의 수직가이드들 중 하나의 수직가이드의 수동관절을 구동하는 단일의 초과 구동 액츄에이터로서, 전체 머시닝센터는 7축 머시닝센터임을 특징으로 하는 초과 구동 복합공정형 머시닝센터.
4. 제3항에 있어서, 상기 초과 구동 액츄에이터는 하향식 수직가이드의 수동관절을 구동하는 것임을 특징으로 하는 초과 구동 복합공정형 머시닝센터.
5. 제2항에 있어서, 상기 초과 구동 액츄에이터들은 상기 3개의 수직가이드들 중 2개의 수직가이드들의 수동관절들을 구동하는 2개의 초과 구동 액츄에이터들로서, 전체 머시닝센터는 8축 머시닝센터임을 특징으로 하는 초과 구동 복합공정형 머시닝센터.
6. 제5항에 있어서, 상기 2개의 초과 구동 액츄에이터들은 하향식 수직가이드의 수동관절을 구동하는 제1 초과 구동 액츄에이터와, 나머지 상향식 수직가이드들 중 하나의 수직가이드의 수동관절을 구동하는 제2 초과 구동 액츄에이터로 구성된 것임을 특징으로 하는 초과 구동 복합공정형 머시닝센터.
7. 제2항에 있어서, 상기 초과 구동 액츄에이터들이 상기 3개의 수직가이드들 모두의 수동관절들을 구동하는 3개의 초과 구동 액츄에이터들로서, 전체 머시닝센터는 9축 머시닝센터임을 특징으로 하는 초과 구동 복합공정형 머시닝센터.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 한에 있어서, 상기 머시닝센터는,

   머시닝센터의 강성을 높이기 위하여, 원형의 수평가이드를 기준으로 머시닝센터의 상부와 하부에 상기 수직가이드들을 지지하는 원형 가이드를 더 포함하는 것임을 특징으로 하는 초과 구동 복합공정형 머시닝센터.