KR20140080836A

KR20140080836A - 터렛 공구대를 구비한 공작 기계

Info

Publication number: KR20140080836A
Application number: KR1020120149090A
Authority: KR
Inventors: 주태환; 정철안
Original assignee: 두산인프라코어 주식회사
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2014-07-01

Abstract

본 발명의 실시예는 터렛 공구대를 구비한 공작 기계에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 공작 기계는 단부에 치형이 형성된 구동축을 포함하며 500 토크(kg.cm) 이상의 최대 회전 구동력을 갖는 서보 모터와, 상기 단부에 치형이 형성된 구동축과 대비하여 1/6 내지 1/12 범위 내에 속하는 감속비를 가지고 상기 서보 모터의 상기 구동축과 연결된 터렛 기어와 상기 터렛 기어와 일체로 결합되며 공구를 장착하는 터렛 헤드를 포함하는 터렛을 포함한다.

Description

터렛 공구대를 구비한 공작 기계{MACHINIE TOOL WITH TOOL TURRET}

본 발명의 실시예는 공작 기계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 터렛 공구대를 구비한 공작 기계에 관한 것이다.

공작기계는 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. 이 중 터닝 센터는 다수의 공구를 장착하고 가공 과정에서 필요한 공구를 인덱싱(indexing)하는 터렛 공구대를 구비하고 있다.

터렛 공구대는 유압 모터 또는 서보 모터를 통해 터렛을 회전시키는데, 터렛은 다수의 기어들을 사용하여 모터로부터 동력을 전달받는다.

그런데 동력을 전달하기 위한 다수의 기어들에서 발생된 소음은 정숙한 작업 환경을 구현하는데 장애가 되고 있다. 또한, 다수의 기어들에서 누적된 백래시(backlash)는 터렛 공구대에 흔들림을 유발하고, 이러한 흔들림을 제어하기 위해서는 모터의 속도를 감속시켜야 하는 문제점이 있다. 그리고 다수의 기어들을 지지하기 위한 공간과 추가적인 부품들도 요구되고 있다.

본 발명의 실시예는 구조를 단순화하고 백래시를 최소화한 터렛 공구대를 구비한 공작 기계를 제공한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 터렛 공구대를 구비한 공작 기계는 단부에 치형이 형성된 구동축을 포함하며 500 토크(kg.cm) 이상의 최대 회전 구동력을 갖는 서보 모터(servo motor)와, 상기 단부에 치형이 형성된 구동축과 대비하여 1/6 내지 1/12 범위 내에 속하는 감속비를 가지고 상기 서보 모터의 상기 구동축과 연결된 터렛 기어와 상기 터렛 기어와 일체로 결합되며 공구를 장착하는 터렛 헤드를 포함하는 터렛을 포함한다.

상기 터렛 기어와 상기 서보 모터의 상기 구동축의 단부에 형성된 치형은 직접 치합될 수 있다.

상기 터렛 기어와 상기 서보 모터의 상기 구동축의 단부에 형성된 치형 사이에 배치되어 상기 터렛 기어 및 상기 구동축에 형성된 치형과 각각 치합된 아이들 기어를 더 포함할 수 있다.

상기 서보 모터는 회전 속도가 0 rpm 초과 1000 rpm 이하인 구간에서 500 토크(kg.cm) 이상의 회전 구동력을 유지할 수 있다.

상기 서보 모터는 상기 구동축의 단부에 형성된 치형이 갖는 백래시를 보정하기 위한 백래시 조정부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 터렛 공구대를 구비한 공작 기계는 구조를 단순화하고 백래시를 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 터렛 공구대를 구비한 공작 기계의 부분 사시도이다.
도 2는 도 1의 단면도이다.
도 3은 도 1의 서보 모터의 회전 구동력을 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 터렛 공구대를 구비한 공작 기계의 부분 사시도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 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 실시예들에 한정되지 않는다.

또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1 실시예에서 설명하고, 그 외의 제2 실시예에서는 제1 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.

도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 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 및 도 2를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 터렛(turret) 공구대(101)를 구비한 공작 기계를 설명한다. 도 1 및 도 2는 터렛(10)과 서보 모터(20)를 중심으로 도시한다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 터렛 공구대를 구비한 공작 기계(101)는 터렛(10)과 서보 모터(20)를 포함한다.

본 발명의 제1 실시예에서, 서보 모터(20)는 모터 본체(21)와, 엔코더(24), 그리고 구동축(25)을 포함한다. 또한, 서보 모터(20)는 모터 본체(21)의 일측에 설치된 백래시 조정부(29)를 더 포함한다.

구동축(25)은 단부에 치형(257)이 형성된다. 즉, 본 발명의 제1 실시예에서, 서보 모터(20)의 구동축(25)은 직접 기어로써 동작한다. 그리고 백래시 조정부(29)는 구동축(25)의 단부에 형성된 치형(257)이 갖는 백래시(backlash)를 보정한다.

엔코더(24)는 서보 모터(20)가 터렛(10)을 정밀하게 인덱싱(indexing)하기 위한 회전 정보를 모터 본체(21)에 제공하며, 이 정보를 기초로 구동축(25)을 회전시킨다.

또한, 본 발명의 제1 실시예에서, 서보 모터(20)는 500 토크(kg.cm) 이상의 최대 회전 구동력을 갖는다.

터렛(10)은 터렛 헤드(11)와 터렛 기어(17)를 포함한다.

터렛 헤드(11)에는 공구가 장착되며, 터렛 기어(17)는 서보 모터(20)의 구동축(25)과 연결되어 서보 모터(20)로부터 회전력을 전달받는다. 터렛 헤드(11)와 터렛 기어(17)는 일체로 결합된다.

또한, 본 발명의 제1 실시예에서, 터렛 공구대를 구비한 공작 기계(101)는 아이들 기어(idle gear, 30)를 더 포함한다.

또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 터렛 공구대를 구비한 공작 기계(101)는 아이들 기어(30)를 지지하는 아이들 기어 지지 베어링(38)을 더 포함할 수 있다.

아이들 기어(30)는 터렛 기어(17)와 서보 모터(20)의 구동축(25)에 형성된 치형(257) 사이에 배치되어 터렛 기어(17) 및 구동축(25)에 형성된 치형(257)과 각각 치합된다.

아이들 기어(30)는 서보 모터(20)의 구동축(25)으로부터 터렛(10)의 터렛 기어(17)로 동력을 전달한다. 한편, 아이들 기어(30)에 의해 서보 모터(20)로부터 터렛 기어(17)가 전달받는 회전 동력은 반대 방향으로 바뀌게 된다.

본 발명의 제1 실시예에서, 아이들 기어(30)와 아이들 기어(30)를 지지하는 아이들 기어 지지 베어링(38)은 터렛(10)을 구동하는 과정에서 터렛(10)에서 서보 모터(20)로 전해지는 충격 하중과 모멘트를 완화시킨다. 이에, 서보 모터(20)의 내구성과 수명을 향상시킬 수 있다.

아이들 기어(30)의 구체적인 동작 원리를 살펴보면, 터렛(10)은 인덱싱 후 가공 과정에서 절삭 저항을 이겨내도록 클램핑되고, 가공 후에는 인덱싱을 위해 다시 언클램핑된다. 이때, 터렛(10)은 순간 가속되어 고속으로 회전하고 다시 급속 정지된다. 이 과정에서 터렛 기어(17)에 응력에 의한 변형이 발생되며, 이러한 변형력은 터렛 기어(17)와 치합된 아이들 기어(30)에 전달된다.

아이들 기어(30)는 아이들 기어 지지 베어링(38)에 지지되므로, 터렛 기어(17)로부터 전달된 변형력이 아이들 기어 지지 베이링(38)에 의해 흡수된다. 따라서, 터렛 기어(17)에서 발생된 변형력이 서보 모터(20)의 구동축(25)에 영향을 미치는 것을 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 터렛 공구대를 구비한 공작 기계(101)는 아이들 기어 조정부(39)를 더 포함한다. 아이들 기어 조정부(39)는 서보 모터(20)의 백래시 조정부(29)와 함께 서보 모터(20)의 구동축(25)에 형성된 치형(257)과, 아이들 기어(30), 그리고 터렛 기어(17)가 서로 적당한 백래시를 가지고 치합되도록 조정할 수 있다.

또한, 본 발명의 제1 실시예에서, 단부(257)에 치형이 형성된 서보 모터(20)의 구동축(25)과 터렛 기어(17) 간의 최종 감속비는 1/6 내지 1/12 범위 내에 속한다. 따라서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 터렛 공구대를 구비한 공작 기계(101)는 컴팩트한 크기를 구현할 수 있다.

단부에 치형(257)이 형성된 서보 모터(20)의 구동축(25)과 터렛 기어(17) 간의 최종 감속비가 1/6보다 감소되면 서보 모터(20)의 이용 효율이 저하되고 공작 기계(101)의 전체적인 성능이 저하된다. 반면, 단부에 치형(257)이 형성된 서보 모터(20)의 구동축(25)과 터렛 기어(17) 간의 최종 감속비가 1/6보다 증가되면 컴팩트한 크기를 구현하는데 한계가 발생한다.

그리고 본 발명의 제1 실시예에 따른 터렛 공구대를 구비한 공작 기계(101)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 회전 속도가 0 rpm 초과 1000rpm 이하인 구간에서 500 토크(kg.cm) 이상의 회전 구동력을 갖는 서보 모터(20)를 사용한다.

따라서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 터렛 공구대를 구비한 공작 기계(101)는 서보 모터(20)가 터렛(10)에 회전 동력을 전달하는데 사용되는 중간 기어들을 최소화함으로써 감소되는 감속비를 저속 구간에서 고토크의 회전 구동력을 갖는 서보 모터(20)를 사용하여 만회할 수 있다.

반면, 서보 모터(20)의 회전 구동력이 0 rpm 초과 1000rpm 이하인 구간에서 500 토크(kg.cm) 미만일 경우 공작 기계(101)의 전체적인 성능이 저하된다.

이와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 터렛 공구대를 구비한 공작 기계(101)는 구동축(25)에 직접 치형(257)이 형성된 서보 모터(20)를 사용함으로써, 별도의 기어를 구동축(25)과 조립할 경우 발생되는 조립 오차 또는 공차에 의한 기어 구동 소음을 제거할 수 있을 뿐만 아니라 공간 활용을 극대화할 수 있다.

또한, 본 발명의 제1 실시예에서는 서보 모터(20)의 구동축(25)에 형성된 치형(257)이 아이들 기어(30)과 치합되어 터렛 기어(17)에 회전 동력을 전달한다. 즉, 아이들 기어(30) 이외에 추가되는 중간 기어들을 모두 제거하여 중간 기어들의 사용을 최소화함으로써, 저소음의 정숙한 환경에서 작업이 가능하다.

또한, 본 발명의 제1 실시예에서는 서보 모터(20)가 터렛(10)에 회전 동력을 전달하는데 사용되는 기어의 수를 줄임으로써, 누적되는 백래시도 최소화할 수 있으며, 이에 터렛(10)의 흔들림도 최대한 억제할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 터렛 공구대를 구비한 공작 기계(101)는 서보 모터(20)를 보다 고속으로 구동할 수 있으므로, 공구 교환 시간을 효과적으로 단축 시킬 수 있다.

그리고 본 발명의 제1 실시예에 따른 터렛 공구대를 구비한 공작 기계(101)는 서보 모터(20)와 터렛(10) 사이에서 누적되는 백래시가 감소되므로, 더욱 정밀하게 터렛(10)을 제어할 수 있다.

이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 터렛 공구대를 구비한 공작 기계(101)는 구조를 단순화하고 백래시를 최소화할 수 있다.

이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 터렛 공구대를 구비한 공작 기계(102)를 설명한다.

도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 터렛 공구대를 구비한 공작 기계(102)는 터렛(10)의 터렛 기어(17)와 서보 모터(20)의 구동축(25)에 형성된 치형(257)이 서로 직접 치합된다. 즉, 본 발명의 제2 실시예에서는, 앞서 도 1에 도시한 아이들 기어(30)가 생략된다.

또한, 본 발명의 제2 실시예에서, 단부(257)에 치형이 형성된 서보 모터(20)의 구동축(25)과 터렛 기어(17) 간의 감속비는 1/6 내지 1/12 범위 내에 속한다.

이와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 서모 모터(20)의 구동축(25)에 형성된 치형(257)이 터렛 기어(17)와 직접 치합되므로, 기어의 사용을 더욱 감소시켜 소음을 크게 줄일 수 있을 뿐만 아니라 누적되는 백래시도 최소화할 수 있다.

또한, 소음과 누적되는 백래시를 더욱 감소시킬 수 있으므로, 서보 모터(20)를 더욱 빠르게 구동할 수 있을 뿐만 아니라 터렛(10)을 더욱 정밀하게 제어할 수 있다.

또한, 공간 활용이 극대화되므로, 본 발명의 제2 실시예에 따른 터렛 공구대를 구비한 공작 기계(102)는 더욱 컴팩트한 크기를 구현할 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.

10: 터렛 11: 터렛 헤드
17: 터렛 기어 20: 서보 모터
21: 모터 본체 24: 엔코더
25: 구동축 29: 백래시 조정부
30: 아이들 기어 38: 아이들 기어 지지 베어링
39: 아이들 기어 조정부
257: 치형
101: 공작 기계

Claims

터렛(turret) 공구대를 구비한 공작 기계에 있어서,
단부에 치형이 형성된 구동축을 포함하며 500 토크(kg.cm) 이상의 최대 회전 구동력을 갖는 서보 모터(servo motor); 및
상기 단부에 치형이 형성된 구동축과 대비하여 1/6 내지 1/12 범위 내에 속하는 감속비를 가지고 상기 서보 모터의 상기 구동축과 연결된 터렛 기어와 상기 터렛 기어와 일체로 결합되며 공구를 장착하는 터렛 헤드를 포함하는 터렛
을 포함하는 터렛 공구대를 구비한 공작 기계.
제1항에서,
상기 터렛 기어와 상기 서보 모터의 상기 구동축의 단부에 형성된 치형은 직접 치합된 터렛 공구대를 구비한 공작 기계.
제1항에서,
상기 터렛 기어와 상기 서보 모터의 상기 구동축의 단부에 형성된 치형 사이에 배치되어 상기 터렛 기어 및 상기 구동축에 형성된 치형과 각각 치합된 아이들 기어를 더 포함하는 터렛 공구대를 구비한 공작 기계.
제1항에서,
상기 서보 모터는 회전 속도가 0 rpm 초과 1000 rpm 이하인 구간에서 500 토크(kg.cm) 이상의 회전 구동력을 유지하는 터렛 공구대를 구비한 공작 기계.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서,
상기 서보 모터는 상기 구동축의 단부에 형성된 치형이 갖는 백래시를 보정하기 위한 백래시 조정부를 더 포함하는 터렛 공구대를 구비한 공작 기계.