KR20200131921A - 램 스핀들을 구비한 수평형 공작기계 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 램 스핀들을 구비한 수평형 공작기계는, 베이스프레임 상에 수직방향으로 설치되는 컬럼의 전면과 후면에, 각각 전면 엘엠가이드와 후면 엘엠가이드를 설치하여, 상기 컬럼 상에서 수평방향으로 설치된 램 스핀들이 상기 컬럼으로부터 이탈되지 않고 상기 컬럼의 전면과 후면을 따라 상하 방향으로 안정적으로 슬라이드 이동하게 한다. 따라서 진동이 억제되고, 컬럼의 동강성이 개선됨으로 공작물의 가공정밀도는 향상시킨다. 또한, 진동과 동강성 저하가 개선됨으로 인해 컬럼의 무게와 크기를 최소화하고, 나아가 컬럼을 구성하는 철재 소재의 량을 줄이므로 제조비용도 줄일 수 있게 된다.

Description

램 스핀들을 구비한 수평형 공작기계{Horizontal machine tool having a ram spindle unit}

본 발명은 램 스핀들을 구비한 수평형 공작기계에 관한 것으로, 구체적으로는 컬럼 상에서 수평 및 수직 방향으로 슬라이드 이동하는 램 스핀들의 슬라이드 구조를 가지는 수평형 공작기계에 관한 것이다.

인용발명(대한민국 등록특허 10-0779836호,특허문헌 1)에 개시된 도 1의 수평형 머시닝센터와 같이, 일반적으로 수평형 머시닝센터와 같은 공작기계는 베이스 프레임 상에서 수평방향으로 슬라이드 이동하는 수직 방향의 컬럼(20)이 설치되고, 이 컬럼(20)에는 공구를 회전시키며 컬럼(20) 상에서 수평방향으로 전진 또는 후진 함과 동시에 수직 방향으로 슬라이드 이동하는 램 스핀들(30)이 설치된다.

보다 구체적으로, 상기 램 스핀들(30)은 컬럼(20)의 수직 안내면을 따라 서보모터(70)에 의해 상하로 슬라이드 이동함과 동시에, 수평 방향으로 출몰하도록 설치된다. 이 램 스핀들(30)은 그 선단에 회전하는 스핀들(40)을 포함하고, 후단에는 스핀들(40)을 회전시키는 스핀들모터(80)를 구비한다.

한편, 상기 컬럼(20)에는 수직 방향으로 슬라이드 이동하는 램 스핀들(30)의 원활한 이동을 위해 전방 수직 안내면에 엘엠가이드(LM Guide)를 설치한다.

또한, 컬럼(20)은 램 스핀들(30)이 상하 이동과 수평 방향으로 출몰하면서 회전함에 따라 발생하는 동강성 문제를 극복하기 위해 그 크기와 무게를 일정 규모 이상으로 확대 한다.

그러나 컬럼(20) 상에서 수직 및 수평 방향으로 이동하는 램 스핀들(30)은 내부에 램 스핀들(30)을 출몰시키는 구동장치와, 또 램 스핀들(30)을 회전시키는 스핀들모터(80) 등을 포함하고 있어, 그 자체로 중량물일 뿐만 아니라, 컬럼(20) 상에서 수직 및 수평방향으로 이동하면서 공작물을 가공함에 따라, 그 위치에 따라 진동과 함께 컬럼(20)의 동강성을 약화시키는 문제가 발생한다. 특히 램 스핀들(30)이 컬럼(20)의 상단에 위치하고, 또한 전방으로 최대한 돌출한 상태인 경우에는 컬럼(20)의 무게중심이 전방 수직 안내면의 엘엠가이드를 기준으로 전방으로 쏠림에 따라, 램 스핀들(30)에는 더욱 심한 진동이 발생하고, 컬럼(20)의 동강성은 더욱 약화되는 문제가 발생한다.

이와 같은 진동과 동강성의 약화는 궁극적으로 공작물의 가공정밀도를 떨어뜨리게 된다.

이와 같은 문제를 해결하기 위해 종래에는 컬럼(20)의 크기를 확대하고, 소재의 무게를 증대시키고, 컬럼(20)의 전면에 설치되는 엘엠가이드를 더욱 크게 설치하였다.

그러나 이와 같이 종래의 컬럼(20)의 구조에도 불구하고, 램 스핀들(30)이 컬럼(20)의 상단에서 전방으로 최대한 전진한 상태에서 가공작업을 위해 회전을 할 경우 진동 문제와 컬럼(20)의 동강성 약화 문제를 해소하는 데는 한계가 있다.

또한, 이와 같이 컬럼(20)의 구조를 필요 이상으로 크고 무겁게 제조함으로 인해 공작기계의 제조원가를 증가시킬 뿐만 아니라, 컬럼(20)을 구동하는 서보모터(70)의 크기가 커지고, 그에 따른 전력소모가 증가하여 비경제적인 면이 발생하였다.

KR10-0779836 B 공작기계의 초정밀 수직 이송장치 및 방법(2007년11월28일 공고)

본 발명은, 전술한 문제점을 보완하기 위한 것으로, 수직 방향의 컬럼 상에서 상하 방향으로 슬라이드 하면서 수평방향으로 출몰하는 램 스핀들을 가지는 공작기계에서, 컬럼에 대한 램 스핀들의 슬라이드 구조를 개선하여 진동을 억제함과 동시에 컬럼의 동강성을 개선하고, 이를 통해 공작기계의 가공정밀도를 향상시키는 데 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 스핀들의 진동과 컬럼의 동강성을 개선하기 위해 컬럼의 크기와 무게를 필요 이상으로 크게 하지 않고, 최소화 하는데 목적이 있다.

본 발명의 목적은, 상기 명시적으로 서술된 목적에 국한되는 것은 아니며, 본 발명에 대한 구체적이고 예시적인 하기의 설명에서 도출될 수 있는 효과를 달성하는 것을 그 목적에 당연히 포함한다.

본 발명에 따른 수평형 공작기계는, 바닥 면을 형성하는 베이스프레임과, 상기 베이스프레임 상에서 수직방향으로 설치되며 수평방향으로 슬라이딩 이동하는 컬럼과, 상기 컬럼에 수평 방향으로 설치되어 전후 방향으로 출몰함과 동시에 상기 컬럼의 수직 방향의 일 측면에 안내되어 상하 방향으로 슬라이드 이동함과 동시에 선단에 파지된 공구를 회전시키는 램 스핀들과, 상기 램 스핀들이 상기 컬럼으로부터 이탈되지 않고 상기 컬럼의 전면에서 상하 방향으로 슬라이드 이동하도록 상기 컬럼의 전면 양측과, 상기 컬럼의 전면 양측과 대응되는 위치의 램 스핀들 전방 양측에 수직 방향으로 설치되는 한 쌍의 전방 엘엠가이드와, 상기 램 스핀들이 상기 컬럼으로부터 이탈되지 않고 상기 컬럼의 후면에서 상하 방향으로 슬라이드 이동하도록 상기 컬럼의 후면과, 상기 컬럼의 후면과 대응되는 위치의 상기 램 스핀들의 후면에 수직 방향으로 설치되는 하나의 후면 엘엠가이드를 포함하여 이루어진다.

한편, 상기 전면 엘엠가이드와 후면 엘엠가이드는, 상기 컬럼의 전면과 후면에 각각 수직 방향으로 설치되는 가이드레일과, 상기 램 스핀들의 전면과 후단에 각각 체결되어 상기 가이드레일과 슬라이드 이동 가능하게 결합되는 가이드블록으로 이루어진다.

또한, 상기 후면 엘엠가이드의 가이드블록은 브라켓을 통해 상기 램 스핀들의 후단 일측에 체결된다.

다른 실시예로서, 상기 후면 엘엠가이드는, 상기 컬럼의 후면과 상기 램 스핀들의 후단 좌우 양측에 한 쌍으로 설치할 수도 있다.

전술한 본 발명 또는, 하기에서 첨부된 도면과 함께 상세히 설명되는 본 발명의 적어도 일 실시예에 따른 수평형 공작기계는, 공작기계의 컬럼 전면과 후면에 램 스핀들의 안내면 구조를 개선함으로써, 컬럼 상에서 수직 또는 수평 방향으로 이동하는 램 스핀들과 스핀들에 의해 발생하는 진동과 컬럼의 강성 약화를 최소화 할 수 있다.

또한, 본 발명은 램 스핀들의 진동 억제와 컬럼의 동강성 개선을 통해 공작기계의 가공정밀도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 컬럼의 크기와 무게를 최소화 함으로써 공작기계의 제조원가를 낮추고, 공작기계의 크기를 줄일 수 있다.

도 1은 종래기술의 일 예로서, 수평형 머시닝센터의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예로서, 전방에서 보여지는 수평형 머시닝센터의 내부 구조를 나타내는 조립도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예로서, 후방에서 보여지는 수평형 머시닝센터의 내부 구조를 나타내는 조립도이다.
도 4는 도 3의 A 부분의 확대 상세도이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예로서, 램 스핀들이 후방으로 후퇴한 상태의 수평형 머시닝센터의 측면 조립도이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예로서, 램 스핀들이 전방으로 돌출된 상태의 수평형 머시닝센터의 측면 조립도이다.

이하에서는, 본 발명에 따른 다양한 실시예들에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

이하의 본 발명에 따른 실시예들의 설명과 첨부된 도면에 있어서, 부기된 동일 번호는 특별한 사정이 없는 한 동일한 구성요소를 지칭한다. 물론, 설명의 편의와 이해에의 도움을 위해, 필요에 따라서는 동일한 구성요소에 대해서도 서로 다른 번호로 부기될 수도 있다.

이하 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 구성을 설명한다.

본 발명은, 지면에 설치되어 바닥 면을 형성하는 베이스프레임(10)을 가진다. 상기 베이스프레임(10)의 상부 일 측에는 상기 베이스프레임(10) 상에서 수평방향으로 슬라이딩 이동하는 컬럼(20)이 수직으로 설치된다.

상기 컬럼(20)은 좌우와 전후 방향으로 일정한 폭을 가지며, 강성을 가지는 철재 구조물로서, 전면과 후면은 수직으로 형성된다.

상기 컬럼(20)의 내부에서 수평 방향으로 설치되어 전후 방향으로 출몰함과 동시에 서보모터(70)에 의해 상하 방향으로 슬라이드 이동하는 램 스핀들(30)이 설치된다.

또한, 상기 램 스핀들(30)은 전면부 일측에는 선단에 공구를 파지하여 회전하는 스핀들(40)이 설치되고, 후단에 상기 스핀들(40)을 구동하는 스핀들모터(80)를 구비하며, 내부에는 상기 램 스핀들(30)을 전후 방향으로 출몰 구동하는 장치(미도시)를 내장하고 있다.

또한, 상기 컬럼(20)과 램 스핀들(30)의 전면에는, 상기 램 스핀들(30)이 상기 컬럼(20) 상에서 이탈하지 않고 수직 방향으로 상하 슬라이드 이동할 수 있도록 상기 컬럼(20)의 전면 좌우와, 상기 컬럼(20)의 전면 좌우와 대응되는 위치의 상기 램 스핀들(30)의 전방 좌우에 수직 방향으로 한 쌍의 전방 엘엠가이드(50)가 설치된다.

또한, 상기 컬럼(20)과 램 스핀들(30)의 후면에는, 상기 램 스핀들(30)이 상기 컬럼(20)으로부터 이탈되지 않고 수직 방향으로 상하 슬라이드 이동할 수 있도록 상기 컬럼(20)의 후면과, 상기 컬럼(20)의 후면과 대응되는 위치의 램 스핀들(30)의 후단에 수직 방향으로 하나의 후면 엘엠가이드가 설치된다.

바람직한 실시예로서, 상기 후면 엘엠가이드는, 상기 컬럼(20)의 후면 일측과 상기 램 스핀들(30)의 후단 일측에 한 개만 설치해도 된다.

다른 실시예로서, 공작기계의 크기가 큰 대형 공작기계인 경우에는, 상기 후면 엘엠가이드는, 상기 컬럼(20)의 후면과 상기 램 스핀들(30)의 후단 좌우 양측에 한 쌍으로 설치할 수도 있다.

또한, 상기 전면 엘엠가이드와 후면 엘엠가이드는, 상기 컬럼(20)의 전면과 후면에 각각 수직 방향으로 가이드레일(61)을 설치하고, 상기 램 스핀들(30)의 전방과 후단에는 각각 상기 가이드레일(61)과 결합되어 슬라이드 이동 가능하게 가이드블록(62)이 체결된다.

한편, 상기 후면 엘엠가이드의 가이드블록(62)은 램 스핀들(30)의 후단에 브라켓(63)을 통해 체결된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작동에 대해 설명한다.

도 5a는 본 발명의 일 실시예로서, 램 스핀들(30)이 후방으로 후퇴한 상태의 수평형 머시닝센터의 측면 조립도이고, 도 5b는 본 발명의 일 실시예로서, 램 스핀들(30)이 전방으로 돌출된 상태의 수평형 머시닝센터의 측면 조립도이다.

도 5a에 개시된 바와 같이, 공작물(W)이 컬럼(20)의 전방에 인접하여 거치된 상태에서는 램 스핀들(30)이 컬럼(20)의 후방으로 후퇴한 상태에서 공작물(W)을 가공하게 된다. 이 때는 램 스핀들(30)이 가공작업을 위해 전방 엘엠가이드(50)와 후방 엘엠가이드(60)에 안내되어 컬럼(20) 상에서 수직 방향으로 상부로 이동한 상태일지라도, 램 스핀들(30)이 전방으로 돌출한 상태가 아니므로, 램 스핀들(30)은 컬럼(20) 상에서 수평 방향으로 무게중심이 비교적 안정된 상태이므로 스핀들(40) 회전에 의한 진동은 작게 발생하며, 동시에 램 스핀들(30)의 무게에 의해 컬럼(20)이 전방으로 휘어지는 동강성 저하도 적게 발생한다.

하지만, 도 5b에 개시된 바와 같이, 공작물(W)이 컬럼(20)의 전방으로부터 먼 위치에 거치된 경우에는 램 스핀들(30)이 컬럼(20)의 전방으로 최대한 전진한 상태에서 공작물(W)을 가공하게 된다. 이에 더하여 램 스핀들(30)이 컬럼(20)의 상부로 이동한 상태인 경우에는 램 스핀들(30)의 무게 중심이 컬럼(20)의 전방으로 이동하게 된다.

그러나 램 스핀들(30)의 후단이 후방 엘엠가이드(60)에 의해 컬럼(20)의 후면에 지지됨으로 인해, 컬럼(20)이 전방으로 휘어지려는 강성 저하는 최소한으로 억제된다.

또한, 이와 같은 상태에서 가공작업을 위해 램 스핀들(30)이 전방 엘엠가이드(50)와 후방 엘엠가이드(60)에 안내되어 컬럼(20) 상에서 수직 방향으로 상하 슬라이드 이동하더라도 컬럼(20)의 동강성 저하가 최소화 되고 안정된 상태에서 스핀들(40) 회전이 이루어지므로 진동은 매우 적게 발생한다.

따라서, 진동과 동강성이 개선됨으로 공작물(W)의 가공정밀도는 향상된다.

또한, 진동과 동강성 저하가 개선됨으로 인해, 이를 극복하기 위해 불필요하게 컬럼(20)의 무게와 크기를 크게 했던 것을 줄일 수 있게 되어 공작기계의 크기를 줄일 수 있고, 더 나아가 컬럼(20)을 구성하는 철재 소재의 중량을 줄이므로 제조비용도 줄일 수 있게 된다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예들은, 예시의 목적을 위해 개시된 것으로, 당업자라면, 이하 첨부된 청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상과 그 기술적 범위 내에서, 또 다른 다양한 실시예들을 개량, 변경, 대체 또는 부가 등이 가능할 것이다.

10: 베이스프레임
20: 컬럼
30: 램 스핀들
40: 스핀들
50: 전방 엘엠가이드
60: 후방 엘엠가이드
61: 가이드레일
62: 가이드블록
63: 브라켓
70: 서보모터
80: 스핀들모터

Claims (4)

1. 바닥 면을 형성하는 베이스프레임과,
   상기 베이스프레임 상에서 수직방향으로 설치되며 수평방향으로 슬라이딩 이동하는 컬럼과,
   상기 컬럼에 수평 방향으로 설치되어 전후 방향으로 출몰함과 동시에 상기 컬럼의 수직 방향의 일 측면에 안내되어 상하 방향으로 슬라이드 이동함과 동시에 선단에 파지된 공구를 회전시키는 램 스핀들과,
   상기 램 스핀들이 상기 컬럼으로부터 이탈되지 않고 상기 컬럼의 전면에서 상하 방향으로 슬라이드 이동하도록 상기 컬럼의 전면 양측과, 상기 컬럼의 전면 양측과 대응되는 위치의 램 스핀들 전방 양측에 수직 방향으로 설치되는 한 쌍의 전방 엘엠가이드와,
   상기 램 스핀들이 상기 컬럼으로부터 이탈되지 않고 상기 컬럼의 후면에서 상하 방향으로 슬라이드 이동하도록 상기 컬럼의 후면과, 상기 컬럼의 후면과 대응되는 위치의 상기 램 스핀들의 후면에 수직 방향으로 설치되는 하나의 후면 엘엠가이드를
   포함하는 것을 특징으로 하는 램 스핀들을 구비한 수평형 공작기계.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 후면 엘엠가이드는, 상기 컬럼의 후면과 상기 램 스핀들의 후단 좌우 양측에 한 쌍으로 설치되는 것을 특징으로 하는 램 스핀들을 구비한 수평형 공작기계.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 전면 엘엠가이드와 후면 엘엠가이드는, 상기 컬럼의 전면과 후면에 각각 수직 방향으로 설치되는 가이드레일과, 상기 램 스핀들의 전면과 후단에 각각 체결되어 상기 가이드레일과 슬라이드 이동 가능하게 결합되는 가이드블록으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 램 스핀들을 구비한 수평형 공작기계..
4. 제 3항에 있어서,
   상기 후면 엘엠가이드의 가이드블록은 브라켓을 통해 상기 램 스핀들의 후단 일측에 체결되는 것을 특징으로 하는 램 스핀들을 구비한 수평형 공작기계.

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