KR20190051153A - 축방향 표시장치를 구비한 다축 공작기계 - Google Patents

Abstract

스핀들의 정면을 향하여 회동 가능하게 설치되는 회전축과, 상기 스핀들의 방향을 가리키는 표시부가 스핀들 커버의 전면에 돌출되고, 상기 회전축과 함께 회동 가능하게 중심부가 상기 회전축의 선단에 고정되는 축방향표시기와, 상기 회전축의 원주방향 일측에 회전축과 수직방향으로 돌출되게 장착되는 가이드부재와, 상기 스핀들의 내부에서 상기 회전축의 중심을 향하도록 상기 회전축의 원주방향에 설치되며, 상기 회전축의 중심을 향하여 출몰하는 로드를 가지는 액츄에이터와, 상기 액츄에이터의 로드 선단에 장착되며, 상기 로드가 신장될 때 상기 가이드부재가 상기 로드와 일직선 상으로 정렬되도록 상기 가이드부재를 안내하는 가이드블럭을 가지는 축방향 표시 장치를 구비한 다축 공작기계.

Description

축방향 표시장치를 구비한 다축 공작기계{An axial direction indicator of multi axis machine tool}

본 발명은 스핀들이 일정 각도로 틸팅되는 다축 공작기계에서 스핀들의 방향 표시장치에 관한 것이다.

최근의 공작기계는 공구를 장착한 부위와 공작물을 장착한 부위가 독립적으로 또는 복합적으로 전후, 좌우, 위아래 방향으로 이동하거나 회전 운동을 하는 다축 공작기계가 대부분이다.

이들 다축 공작기계는 일반적으로 본체 상에서 전후 또는 좌우 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 장착되는 컬럼과, 이 컬럼 상에서 수평 또는 수직방향으로 슬라이드이동 하도록 설치되는 스핀들을 구비한다. 또한 이 스핀들은 상기 컬럼 상에서 시계 방향 또는 반시계 방향으로 틸킹되기도 하며, 회전 공구를 장착한다.

또한 다축 공작기계는 공작물을 거치하는 테이블을 가지며, 이 테이블은 수평방향으로 좌우 이동하거나 회전하기도 한다.

도 1에서와 같이 다축 공작기계의 일종인 수직형 머시닝센터를 예로 들어보면, 이 공작기계의 컬럼(40)은 본체(20) 위에서 좌.우방향(X축)으로 슬라이드 이동함과 동시에, 전.후방향(Y축)으로 슬라이드 이동 가능하게 장착되어 있다. 또 상기 컬럼(40)의 일 측면에는 선단에 회전 공구(60)를 장착한 스핀들(50)이 아래.위방향(Z축)으로 슬라이드 이동하기도 하고, 시계방향 또는 반시계방향으로 틸팅(B축) 되도록 장착되어 있다.

한편 공작기계 본체(10) 상에는 좌.우방향으로 슬라이드 이동 가능함과 동시에 중앙부는 회전(C축) 가능하게 테이블(30)이 장착된다.

이와 같이 도 1에서 예시한 공작기계는 적어도 5개 이상의 회전축 개념을 가지는 다축 공작기계 이다.

한편, 다축 공작기계는 공구(60)를 장착한 스핀들(50)을 단순히 3축(X, Y, Z축) 제어만 하여 단순한 공작물을 가공할 수도 있으나, 5축제어를 위해 추가적으로 스핀들(50)을 틸팅(B축) 시키고, 좌우 이동하는 테이블(30)의 중앙부는 테이블(30)이 회전(C축) 가능하도록 하여 복잡한 공작물을 가공할 수 있다.

보통 이러한 다축 공작기계는 제어반에 3축제어 상태인지 5축제어 상태인지를 표시하고 있으나, 그 표시가 매우 작은 글씨로 되어 있어 공작물 주위에서 주로 작업을 하는 작업자가 직관적으로 파악 하기에는 매우 불편한 상태이다.

따라서 일반적인 다축 공작기계에서는 작업자가 쉽게 인지할 수 있도록 스핀들 커버(81) 전면에 스핀들(50)이나 공구(60)의 방향을 표시하는 축방향표시기(70)를 설치한다.

이러한 축방향표시기(70)는 좌우방향(X축)을 표시하는 좌우방향 표시부(71)와 상하방향(Z축)을 표시하는 상하방향 표시부(72)를 구비한다.

한편, 이와 같은 축방향표시기(70)는 도 2와 같이 스핀들(50)에 고정된 형태이거나, 또는 도 3과 같이 상하방향 표시부(72)는 항상 수직 방향을, 좌우방향 표시부(71)는 항상 수평 방향을 가리키도록 스핀들(50)에 회동 가능한 상태로 장착된다.

그런데, 도 2에서와 같이 축방향표시기(70)가 스핀들(50)에 고정된 형태에서, 스핀들(50)이 일정 각도로 틸팅된 상태에서 3축(X,Y,Z축) 제어 상태로 공작물 가공작업을 할 경우, 축방향표시기(70)의 상하방향 표시부(72)는 항상 스핀들(50)의 길이방향과 동일한 방향으로 경사져 있음으로 인해, 상하방향 보다는 오히려 좌우방향으로 보여질 수도 있다. 또 축방향표시기(70)의 좌우방향 표시부(71)는 스핀들(50)의 길이방향과 직각 방향으로 고정되어 있음으로 인해 좌우방향 보다는 오히려 상하방향으로 보여질 수 있다.

이 상태에서 작업에 문제가 발생하여 작업자가 공구(60)를 위쪽 방향으로 이동 지령하고자 한다면, 축방향표시기(70)가 좌 또는 우측으로 기울어져 있음으로 인해 방향을 착각할 수 있다. 다시 말해 수직인 Z축 방향으로 스핀들(50)을 이동시킨다는 것을 축방향표시기(70)의 좌우방향 표시부(71)가 위쪽으로 경사진 것을 보고, 착각하여 X축 방향인 수평방향으로 스핀들(50)을 이동시켜 공구(60)가 공작물에 부딪히는 사고를 유발 할 수 있다.

한편, 도 3과 같이 축방향표시기(70)가 스핀들(50)에 회동 가능하게 장착된 형태에서, 즉 축방향표시기(70)의 상하방향 표시부(72)는 항시 수직방향을 가리키고, 좌우방향 표시부(71)는 항시 수평방향을 가리키는 상태에서, 3축제어로 작업을 하다가 작업자가 스핀들(50)을 수직 위 방향으로 이동 지령할 때는 스핀들(50)이 일정 각도로 틸팅된 것과 상관없이 축방향표시기(70)의 방향표시에 의존하여 이동 지령을 하면 문제가 없다.

그러나 5축 제어로 스핀들(50)을 일정 각도로 틸팅시킨 상태에서 경사진 구멍 가공과 같은 작업을 하다가 이상이 생겨 공구(60)를 후퇴시켜야 할 경우, 작업자는 항상 경사지게 진입된 공구(60)를 진입 방향과 동일한 방향인 스핀들(50)의 길이방향(Z축 방향)으로 이동 지령을 하여야 한다. 그러나 이 때 축방향표시기(70)에서 Z축의 방향을 가리키는 상하방향 표시부(72)는 틸팅된 스핀들(50)의 방향과는 달리 수직 수평방향으로 정렬되어 있고 오히려 좌우방향 표시부(71)가 스핀들(50)의 길이방향을 가리키는 것으로 착각할 수 있다. 이와 같이 축방향표시기(70)와 스핀들(50)의 방향이 어긋나 있음으로 인해 작업자는 스핀들(50)의 방향을 오인하여 스핀들(50)을 Z축 방향으로 이송한다는 것을 반대인 방향인 X축 방향으로 이송하여 공구(60)가 공작물에 부딪히는 사고를 유발 할 수 있다.

이와 같이 종래의 다축 공작기계에서는, 특히 스핀들(50)을 틸팅한 상태에서 공작물에 진입한 공구(60)를 진입방향과 동일한 방향으로 후퇴 시킬 때, 즉 Z축 방향으로 이송시킬 때, 축방향표시기(70)의 방향표시를 잘못 인식하여 스핀들(50)을 반대 방향인 X축 방향으로 이송 지령함으로써 공구(60)를 공작물에 충돌시키는 사고가 잦다.

한편, 일부 다축 공작기계에서는 3축 또는 5축 제어상태에 따라 스핀들 커버(81) 정면에 LCD나 LED를 이용하여 스핀들(50)의 축 방향을 표시하는 것도 있으나, 이와 같은 방식은 LCD나 LED에 절삭유나 칩 등이 달라붙어 시인성이 떨어지고 파손 가능성이 높으며, 별도의 제어 프로그램을 통해 구현해야 하는 문제점이 있다.

이에 본 발명은, 상기한 문제점들을 해결하기 위한 수단으로, 스핀들(50)이 틸팅되는 다축 공작기계에서, 스핀들에 장착되는 축방향표시기를 3축제어 상태인지 5축제어 상태인지를 구분하여, 3축제어 상태일 때는 스핀들의 틸팅 여부와 상관 없이 축방향표시기가 항상 수직과 수평 방향을 가리키도록 스핀들에 회동 가능한 상태로 유지하고, 5축제어 상태일 때는 축방향표시기를 스핀들의 틸팅 방향과 항상 일치하도록 스핀들에 고정하는 수단을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 이를 통해 작업자가 3축 또는 5축제어 상태에서 스핀들의 방향에 착오를 일으키지 않고 스핀들 이송명령을 할 수 있도록 안내 수단을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 해결 수단은, 스핀들 헤드의 정면을 향하여 회동 가능하게 설치되는 회전축과, 상기 스핀들의 방향을 가리키는 표시부가 스핀들 커버의 전면에 돌출되고, 회전축과 함께 회동 가능하게 중심부가 상기 회전축의 선단에 고정되는 축방향표시기와, 상기 회전축의 원주방향 일측에 회전축과 수직방향으로 돌출되게 장착되는 가이드부재와, 상기 스핀들의 내부에서 상기 회전축의 중심을 향하도록 상기 회전축의 원주방향에 설치되며, 상기 회전축의 중심을 향하여 출몰하는 로드를 가지는 액츄에이터와, 상기 액츄에이터의 로드 선단에 장착되며, 상기 로드가 신장될 때 상기 가이드부재가 상기 로드와 일직선 상으로 정렬되도록 상기 가이드부재를 안내하는 가이드블럭으로 이루어진 축방향 표시장치를 구성함으로써, 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.

또한, 본 발명의 해결 수단으로, 상기 축방향표시기는 좌우방향 표시부와 상하방향 표시부를 가지며, 상기 상하방향 표시부의 하단에는 무게추가 부착되고, 상기 가이드부재는 선단에 가이드롤러를 장착하여 이루어진다.

또한, 본 발명의 해결 수단으로, 상기 액츄에이터는 공작기계가 3축제어 상태일 때는 상기 로드가 후퇴된 상태로 유지되고, 공작기계가 5축제어 상태일 때는 상기 로드가 전진하여 상기 가이드부재와 일직선 되도록 정렬되는 것이 특징이다. 이러한 상기 액츄에이터는 유압 또는 공압으로 작동되는 실린더이거나 전기식 솔레노이드로 이루어진다

또한, 본 발명의 해결 수단으로, 상기 가이드블럭은 상기 가이드부재가 상기 가이드블럭의 중심으로 안내되도록 서로 마주보는 경사면을 가지며, 이 경사면의 중앙에는 상기 가이드부재를 수용하는 U자 형상의 유자(U)홈을 가진다.

이상과 같이 본 발명은, 스핀들이 틸팅되는 다축 공작기계에서 3축제어 상태일 때는 스핀들의 틸팅 여부와 상관 없이 축방향표시기가 항상 수직과 수평 방향을 일정하게 가리키도록 유지하고, 5축제어 상태일 때는 축방향표시기가 스핀들의 틸팅 방향과 항상 일치하도록 유지함으로써, 작업자가 3축 또는 5축제어 상태에서 스핀들의 이송 방향에 착오를 일으키지 않고 스핀들 이송 명령을 할 수 있다.

또 이를 통해 스핀들에 장착된 공구와 공작물이 부딪히는 것을 예방할 수 있어 공구나 공작물의 파손을 방지할 수 있다.

도 1은 종래기술로, 5축 공작기계의 내부 구성도이다.
도 2는 종래기술로, 축방향표시기가 스핀들에 고정된 형태로, 스핀들이 수직 또는 좌우측으로 틸팅되었을 때의 스핀들 정면도를 나타낸다.
도 3는 종래기술로, 축방향표시기가 스핀들에 회동 가능한 형태로, 스핀들이 수직 또는 좌우측으로 틸팅되었을 때의 스핀들 정면도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 예로서, 축방향 표시장치를 스핀들 내부에서 바라본 정면도이다
도 5는 본 발명의 일 예로서, 도 4의 A-A선 단면도로서, 축방향 표시장치의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 예로서, 실린더 로드가 전진함에 따라 가이드롤러가 가이드블럭에 안내되는 상태의 축방향 표시장치의 정면도이다.
도 7은 본 발명의 일 예로서, 축방향 표시장치가 3축제어 상태에서 5축제어 상태로 전환될 때 가이드롤러가 가이드블럭에 안내되어 축방향표시기가 스핀들의 길이 방향으로 정렬되는 과정을 나타내는 동작 상태도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 4와 도5에 개시된 바와 같이, 스핀들 커버(81)를 관통하여 회동 가능하게 회전축(73)을 설치한다.

축방향표시기(70)는 상기 외부로 돌출된 회전축(73)의 선단에 중심부가 고정되어 상기 회전축(73)과 함께 회동 가능하게 설치하되, 상기 축방향표시기(70)는 스핀들 커버(81) 외면에 인접하여 설치한다.

상기 축방향표시기(70)는 대략 십자가 형상으로 스핀들(50)의 좌측과 우측을 가리키는 좌우방향 표시부(71)와, 스핀들(50)의 위 또는 아래 방향을 가리키는 상하방향 표시부(72)를 가진다.

상기 상하방향 표시부(72)는 위 쪽 선단부에는 Z축의 플러스 방향을 표시(“+Z”) 하고, 아래 쪽 선단부에는 Z축의 마이너스 방향을 표시(“-Z”) 해 둔다. 또 상기 좌우방향 표시부(71)는 왼쪽 선단부에는 X축의 마이너스 방향을 표시(“-X”) 하고, 오른쪽 선단부에는 X축의 플러스 방향을 표시(“+X”) 해 둔다.

또 상기 상하방향 표시부(72)의 아래 쪽 하단에는 무게추(78)를 부착하여 축방향표시기(70)의 Z축 마이너스 방향 표시(“-Z”)가 항상 수직 아래 방향을 향하도록 한다.

또 상기 회전축(73)의 원주방향 일측에는 상기 회전축(73)과 직각 방향으로 가이드부재를 돌출되게 설치한다. 상기 가이드부재는 선단에 가이드롤러(74)를 장착하였다.

또한 상기 스핀들 커버(81)의 내부 일 측에는 상기 회전축(73)의 중심을 향하여 액츄에이터를 설치한다. 이 액츄에이터는 공압으로 작동되는 실린더(76)와 상기 회전축(73)의 중심을 향하여 출몰하는 실린더 로드(77)를 가지며, 이 실린더 로드(77)의 선단에는 실린더 로드(77)가 신장될 때 상기 가이드롤러(74)를 안내하여 상기 가이드롤러(74)가 상기 실린더 로드(77)와 일직선 상으로 정렬되도록 경사면(79)를 가지는 가이드블럭(75)이 구비된다.

한편, 상기 액츄에이터는 유압으로 작동되는 실린더 일수도 있으며, 경우에 따라서는 전기식 솔레노이드로 대체 할 수도 있다.

한편, 상기 가이드블럭(75)은 상기 실린더 로드(77)가 상기 가이드롤러(74)를 향해 전진할 때, 상기 가이드롤러(74)가 상기 가이드블럭(75)의 중심으로 안내되도록 서로 마주보는 브이자(V) 형상의 경사면(79)을 가진다.

또 상기 가이드블럭(75)의 경사면(79)의 중앙에는 상기 가이드롤러(74)를 수용하는 유자(U)홈(80)을 더 가진다.

상기와 실시 예와 같이 구성된 본 발명의 축방향 표시 장치는, 도 6 내지 도7에서 개시한 바와 같이, 작업자가 3축제어 상태를 선택하여 작업할 때는 상기 실린더 로드(77)가 후퇴된 상태로 유지되어, 실린더 로드(77)의 선단에 부착된 가이드블럭(75)과 회전축(73)에 설치된 가이드롤러(74)는 분리된 상태가 유지된다.

이와 같이 가이드블럭(75)과 가이드롤러(74)가 분리된 상태에서는 축방향표시기(70)는 상하방향 표시부(72)의 하단에 부착된 무게추(78)에 의해 스핀들(50)의 틸팅 여부와 상관없이 좌우방향 표시부(71)는 수평으로 정렬되고, 상하방향 표시부(72)는 수직으로 정렬된 상태를 유지한다.

이와 같이 3축제어 상태에서 작업자가 공작물의 가공작업을 중단하고 스핀들(50)을 수직으로 상승 이동 시키고자 할 경우에는, 작업자는 축방향표시기(70)의 상하방향 표시부(72)를 보고 직관적으로 판단하여 스핀들(50)을 수직 방향으로 상승 이송하면 된다.

한편, 작업자가 3축제어 상태에서 5축제어 상태로 전환하면(미도시한 5축지령선택버튼을 누르면) 상기 실린더(76)가 전진함에 따라 실린더 로드(77)의 선단에 부착된 가이드블럭(75)이 회전축(73)에 설치된 가이드롤러(74)를 향해 전진하게 된다.

이 때 스핀들(50)이 일정 각도로 좌측 또는 우측으로 틸팅되어 있다면, 가이드롤러(74)는 가이드블럭(75)의 경사면(79)에 유도되어 회전축(73)을 실린더 로드(77)와 일직선이 되도록 회전시키게 된다. 이 때 회전축(73)의 선단에 고정된 축방향표시기(70)는 상하방향 표시부(72)가 스핀들(50)의 틸팅 방향과 일치되도록 회전된 후 실린더 로드(77)가 최대로 전진한 위치에서 고정된다.

한편, 실린더 로드(77)가 최대로 전진한 위치에 도달하는 과정에, 가이드롤러(74)는 가이드블럭(75)의 경사면(79)을 지나 중앙부에 위치한 유자(U)홈(80)에 안착되어 회전축(73)의 중심과 가이드롤러(74), 실린더 로드(77)가 더욱 확실하게 일직선으로 정렬된다. 이는 곧, 축방향표시기(70)가 스핀들(50)의 틸팅 각도와 정확하게 일치하게 되는 것이다.

한편, 상기와 같이 3축제어 상태에서 5축제어 상태로 전환은, 스핀들(50)의 틸팅 각도가 가이드롤러(74)가 가이드블럭(75)의 경사면(79)에 안내되어 축방향표시기(70)의 상하방향 표시부(72)가 스핀들(50)의 길이 방향과 정렬 가능한 각도 범위 내에서만 전환이 이루어지도록 제어장치를 통해 제한된다. 즉, 회전축(73)의 중심으로부터 연장된 가이드롤러(74)의 중심축 선이 가이드블럭(75)의 경사면(79)과 90도 미만의 각도 범위 내에 있을 때만 3축제어에서 5축제어로 전환이 가능하도록 제한 된다.

이는 가이드블럭(75)의 경사면(79) 각도가 100도 내지 120도 범위 이내로 제작하는 점을 고려할 때, 스핀들(50)이 좌측 또는 우측 방향으로 50도 내지 60도 범위 미만으로 틸팅되었을 때 5축제어로 전환이 이루어져야 하는 것을 의미하며, 이러한 5축제어 전환 시 스핀들(50)의 틸팅 각도범위는 제어장치의 설정에 의해 무리 없이 설정 가능하다.

통상적으로 작업자는 상기 각도를 벗어나는 범위에서는 5축제어 전환을 하지 않는다.

한편, 본 발명의 다른 실시예로, 작업자가 3축제어 상태에서 5축제어 상태로 전환하면(미도시한 5축지령선택버튼을 누르면) 축방향표시기(70)의 상하방향 표시부(72)와 좌우방향 표시부(71)에 LED와 같은 발광체를 추가하여 신인성을 높일 수 있다.

또 이러한 발광체는 각 표시 방향별로 색깔을 달리하여 표시함으로써 시인성을 더욱 높일 수도 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 실시예로, 축방향표시기(70)에서 스핀들(50)의 축방향을 나타내는 상하방향 표시부(72)만을 표시하거나, 또는 작업자로 하여금 더욱 단순하게 인식할 수 있도록 하기 위해 스핀들(50)의 상부 방향인 Z축방향만을 표시할 수도 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 이 분야에 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 일부를 변경하여 실시할 수 있으나, 이러한 변경은 본 발명의 범위를 벗어날 수 없는 것이다.

10 본체
20 베드
30 테이블
40 컬럼(40)
50 스핀들
60 공구
70 축방향표시기
71 좌우방향 표시부
72 상하방향 표시부
73 회전축
74 가이드롤러
75 가이드블럭
76 실린더
77 실린더 로드
78 무게추
79 경사면
80 유자(U)홈
81 스핀들 커버

Claims (8)

1. 스핀들의 정면을 향하여 회동 가능하게 설치되는 회전축;
   상기 스핀들의 방향을 가리키는 표시부가 스핀들 커버의 전면에 돌출되고, 상기 회전축과 함께 회동 가능하게 중심부가 상기 회전축의 선단에 고정되는 축방향표시기;
   상기 회전축의 원주방향 일측에 회전축과 수직방향으로 돌출되게 장착되는 가이드부재;
   상기 스핀들의 내부에서 상기 회전축의 중심을 향하도록 상기 회전축의 원주방향에 설치되며, 상기 회전축의 중심을 향하여 출몰하는 로드를 가지는 액츄에이터;
   상기 액츄에이터의 로드 선단에 장착되며, 상기 로드가 신장될 때 상기 가이드부재가 상기 로드와 일직선 상으로 정렬되도록 상기 가이드부재를 안내하는 가이드블럭;
   을 특징으로 하는 축방향 표시 장치를 구비한 다축 공작기계.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 축방향표시기는 좌우방향 표시부와 상하방향 표시부를 가지며, 상기 상하방향 표시부의 하단에 무게추가 부착된 것을 특징으로 하는 축방향 표시 장치를 구비한 다축 공작기계.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 가이드부재는 선단에 가이드롤러를 장착한 것을 특징으로 하는 축방향 표시 장치를 구비한 다축 공작기계.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 액츄에이터는 공작기계가 3축제어 상태일 때는 상기 로드가 후퇴된 상태를 유지하고, 공작기계가 5축제어 상태일 때는 상기 로드가 전진 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 축방향 표시 장치를 구비한 다축 공작기계.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 액츄에이터는 유압 또는 공압으로 작동되는 실린더인 것을 특징으로 하는 축방향 표시 장치를 구비한 다축 공작기계.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 액츄에이터는 전기식 솔레노이드인 것을 특징으로 하는 축방향 표시 장치를 구비한 다축 공작기계.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 가이드블럭은 상기 가이드부재가 상기 가이드블럭의 중심으로 안내되도록 서로 마주보는 경사면을 가지는 것을 특징으로 하는 축방향 표시 장치를 구비한 다축 공작기계.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 서로 마주보는 경사면의 중앙에는 상기 가이드부재를 수용하는 U자 형상의 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 축방향 표시 장치를 구비한 다축 공작기계.

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