WO2018174344A1 - 5축 가공용 머시닝 센터 - Google Patents

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WO2018174344A1
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이달호
김제왕
코르프데니스
슈펭글러세바스찬
노박에릭
잘리지베자드
지버마크
회르너요하네스
슈나이더토마스
한상묵
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Definitions

  • the present invention relates to a machining center for 5-axis machining. More specifically, the present invention relates to a machining center for 5-axis machining. More specifically, the size of the whole apparatus can be reduced by integrating the bed and the column, Axis machining center to minimize the relative vibration and displacement between the axes, thereby achieving high-precision machining.
  • a machining center is a machine that processes workpieces using a three-axis moving spindle.
  • the machining center has a table for rotating the workpiece about a tilting axis perpendicular to the rotation axis and the rotation axis for 5-axis machining, and the main axis moves in three axes and the workpiece moves in two axes .
  • a machining center capable of performing such 5-axis machining is generally referred to as a 5-axis machining center.
  • 1 is a view showing a conventional machining center for 5-axis machining.
  • a conventional machining center 10 for 5-axis machining includes a bed 11 lying on a floor, a column 12 placed on the bed 11, A main shaft 13 capable of moving up and down in the Y axis direction on the column 12 and capable of mounting a tool for machining the workpiece, and a main shaft 13 on which the workpiece is placed and rotates the workpiece about the rotational axis b And a table 14 capable of tilting about a tilting axis a perpendicular to the rotation axis b is provided.
  • a saddle is provided between the bed 11 and the column 12 to move the column 12 on the X-axis and Y-axis planes.
  • the main spindle 13 can be linearly moved on the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis, and the workpiece can be rotated about the rotation axis b and the tilting axis a, have.
  • a saddle attached to the first side of the base and movable in the Y axis direction;
  • a Z-axis ram having a main shaft coupled to the saddle for movement in the Z-axis direction and capable of mounting a tool at its tip;
  • an X-axis ram attached to a second side orthogonal to the first side of the base, the X-axis ram having a table capable of moving in the X-axis direction and capable of mounting a workpiece at a tip toward the main axis,
  • a table main body rotatable about an a axis parallel to the X axis and a table surface rotatable about a b axis perpendicular to the a axis on the table main body and on which a workpiece is mounted, And a function of a column on which the table can be placed and a function of a bed on which the table can be placed.
  • a chip generated in the workpiece falls freely to the ground.
  • the base has a third side surface on the first side surface and the second side surface, and the third side surface has a predetermined angle with the first side surface and the second side surface, respectively.
  • the horizontal line passing through the third side and the Z and X axes form a triangle.
  • the base includes a fourth side contacting the first side, and a fifth side contacting one side of the fourth side and the other side contacting the second side, wherein the first side, the second side, And ribs for supporting the load when the rams linearly move are provided on the inner surface of the side surface, the fourth side surface, or the fifth side surface.
  • the rib has an X-shape.
  • the Y-axis guider is attached to the first side surface in the Y-axis direction so that the saddle can linearly move in the Y-axis direction;
  • a Y-axis motor fixed to a predetermined portion of the base;
  • a Y-axis ball screw rotated by the Y-axis motor, connected to the saddle and causing the saddle to linearly move in the Y-axis direction by rotation;
  • a Z-axis guider attached to the saddle in the Z-axis direction and allowing the Z-axis ram to move linearly in the Z-axis direction;
  • a Z-axis motor fixed to the Z-axis ram;
  • a Z-axis ball screw rotated by the Z-axis motor, connected to the saddle, and causing the Z-axis ram to linearly move in the Z-axis direction by rotation.
  • the X-axis guider is attached to the second side surface in the X-axis direction so that the X-axis ram can linearly move in the X-axis direction;
  • An X-axis motor fixed to a predetermined portion of the base;
  • an X-axis ball screw rotated by the X-axis motor, connected to the X-axis ram, and causing the X-axis ram to linearly move in the X-axis direction by rotation.
  • the tool magazine is provided at a predetermined portion of the base and tools to be mounted on the main shaft are mounted.
  • the tool magazine is located above the main spindle and rotates a plurality of tools around a rotational axis parallel to the Z axis to position the tool to be replaced at a specific tool change position.
  • the present invention has the following excellent effects.
  • the machining center for 5-axis machining since one base functions as a bed and a column, the structure can be simplified, manufacturing cost can be reduced, and a reduction in rigidity can be minimized.
  • the vibration and displacement generated in any one of the rams can be transmitted to other rams quickly, so that the displacement difference between the rams is reduced, and the machining accuracy can be greatly improved.
  • chips generated from workpieces can be freely dropped to the ground without being accumulated on the apparatus, so that there is an advantage that chips can be collected easily.
  • machining center for 5-axis machining of the present invention it is possible to minimize the moving path of the force between the tool of the main axis and the workpiece, thereby maximizing the dynamic performance.
  • FIG. 1 is a view showing a conventional machining center for 5-axis machining
  • FIG. 2 is a view showing a machining center for 5-axis machining according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a plan view of a machining center for 5-axis machining according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a front view of a machining center for 5-axis machining according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing a machining center for 5-axis machining according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a plan view of a machining center for 5-axis machining according to an embodiment of the present invention.
  • 5 is a front view of a machining center for axial machining.
  • a machining center (hereinafter referred to as a 'machining center') 100 for 5-axis machining includes a base 110, a saddle 120, Axis ram 130 and a X-axis ram 140.
  • the Z-axis ram 130 is provided at its tip with a main shaft 131 for mounting a tool, A table 150 on which workpieces can be mounted.
  • the base 110 is a structure for supporting other components and is mounted on the ground.
  • the base 110 has a pentagonal prism shape and includes a first side 111, a second side 112, a third side 113, a fourth side 114, and a fifth side 115, Respectively.
  • the first side surface 111 is in contact with the fourth side surface 114 and the fourth side surface 114 is in contact with the fifth side surface 115.
  • the second side surface 112 is in contact with the fifth side surface 114, .
  • the third side surface 113 is in contact with the first side surface 111 at one side and the second side surface 112 at the other side.
  • the first side surface 111 and the fourth side surface 114, the fourth side surface 114 and the fifth side surface 115, the fifth side surface 115 and the second side surface 112 may have an angle of 135 degrees with respect to each other.
  • the angle formed by the side surfaces is not limited to the angle described above.
  • the saddle 120 is coupled to the first side 111 of the base 110 and moves in the Y-axis direction.
  • the Y-axis guider 160 for fastening the first side surface 111 and the saddle 120 to each other and allowing the saddle 120 to linearly move in the Y-axis direction is formed on the first side surface 111 Respectively.
  • the Y-axis guider 160 may be an LM guide (Linear Motion Guide).
  • a Y-axis motor 161 is provided at an upper end of the base 110 and the rotational axis of the Y-axis motor 161 and the saddles 120 are connected to each other using a Y-axis ball screw 162.
  • One side of the Y-axis ball screw 162 is connected to the rotation axis of the Y-axis motor 161, and the other side is screwed to the saddle 120.
  • the saddle 120 can be linearly moved in the Y-axis direction by the rotation of the Y-axis ball screw 162.
  • a clutch capable of controlling power transmission may be provided between one side of the Y-axis ball screw 162 and the rotation axis of the Y-axis motor 161.
  • the Z-axis ram 130 is coupled to the saddle 120 so as to be linearly movable in the Z-axis direction.
  • the saddle 120 is provided with a Z-axis guider 163 for fastening the Z-axis ram 130 to move in the Z-axis direction.
  • the Z-axis guider 163 may be an LM guide (Linear Motion Guide).
  • the Z-axis ram 130 is provided at its tip with a main shaft 131 for mounting a tool capable of machining a workpiece and for rotating the mounted tool.
  • a Z-axis motor 164 is provided at a rear end of the Z-axis ram 130.
  • the rotation axis of the Z-axis motor 164 and the saddle 120 are connected through a Z-axis ball screw 165.
  • the Z-axis ram 130, the Z-axis motor 164, and the Z-axis ball screw 165 are fixed in position relative to each other.
  • the Z-axis ball screw 165 has one side connected to the rotation axis of the Z-axis motor 164, and the other side is screwed to the saddle 120.
  • a clutch can be provided between the Z axis motor 164 and the Z axis ball screw 165 to control the transmission of the power of the Z axis motor 164 to the Z axis ball screw 165 have.
  • a motor for rotating the main shaft 131 may be provided in the Z-axis ram 130.
  • the X-axis ram 140 is attached to the second side 112 of the base 110 so as to be linearly movable in the X-axis direction and includes a table 150 .
  • the table 150 includes a table body 151 rotatable about an a axis parallel to the Z axis at the tip of the Z axis ram 140 and a table body 151 rotatable about the axis a And a table surface 152 rotatable about an axis and capable of mounting a workpiece.
  • the Z-axis ram 130 can linearly move in the Y-axis and Z-axis directions
  • the X-axis ram 140 can move in the X-axis direction
  • 150 can rotate the work around the a-axis and the b-axis, so that the 5-axis machining is possible.
  • a chip generated when the workpiece placed on the table 150 is processed can freely fall down vertically downward (f) and fall on the ground, so that the chip can be collected easily.
  • the lower surface of the table surface 152 is located close to the axis a, which is the rotation axis of the table body 151. As shown in Fig.
  • offset distance d which is the distance between the upper end of the table surface 152 and the a-axis, can be minimized, and the position of the workpiece is closer to the a-axis, which can increase the dynamic behavior performance.
  • the X-axis ram 140 is attached to the second side 112 of the base 110 in the X-axis direction and is connected to the X-axis ram 140 to allow the X-axis ram 140 to linearly move in the X-
  • An X-axis guider 170 is provided.
  • the X-axis guider 170 may be an LM guide.
  • An X-axis motor 171 is provided on a side surface of the base 110 and a rotation axis of the X-axis motor 171 and the X-axis ram 140 are connected to each other via an X-axis ball screw (not shown) do.
  • one side of the X-axis ball screw is connected to the rotation axis of the X-axis motor 171 and the other side is screwed to the X-axis ram 140.
  • the reason why the X-axis ball screw is directly fastened to the X-axis ram 140 without using any saddle is to minimize the distance between the X-axis and the a-axis to increase the dynamic behavior performance.
  • a clutch for controlling power transmission may be provided between the rotation axis of the X-axis motor 171 and the X-axis ball screw.
  • the machining center 100 is advantageous in that, since one base 110 also functions as the bed 11 and the column 12 as compared with the conventional machining center 10, The structure can be simplified and the volume can be reduced.
  • the machining center 100 may further include ribs on the inner surfaces of the first, second, third, fourth, and fifth sides 111, 112, 113, 114, and 115, When the Z-axis ram 130 and the X-axis ram 130 are driven, supports the load to prevent the base 110 from being twisted.
  • the ribs may be provided on all sides of the base 110, or may be provided only on a specific surface.
  • the rib may have an X-shaped shape, which is capable of supporting a load regardless of a linear movement in the direction of the linear movement of the rams 130 and 140, Axis or the Z-axis, thereby improving dynamic performance.
  • a machining center 100 may further include a tool magazine provided at an upper end of the base 110 for mounting tools to be mounted on the main shaft 131 .
  • the tool magazine is provided in a circular shape and can rotate around a C axis parallel to the Z axis and mounts the tools radially on the outer periphery.
  • the tool magazine rotates around the C-axis to position a particular tool at a desired tool change position and then mount or mount the tool on the main spindle 131.
  • the present invention provides a machining center for 5-axis machining that can simplify the structure and reduce the manufacturing cost and can be miniaturized.

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Abstract

본 발명은 머시닝 센터에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 베드와 컬럼이 일체화되어 전체 장치의 사이즈를 줄일 수 있고, 제작 비용을 절감할 수 있으며, 5축 각각에서 발생하는 진동 및 변위가 다른 축에 빠르게 전달되어 축간의 상대적인 진동 및 변위를 최소화함으로써 고정밀 가공을 수행할 수 있는 머시닝 센터에 관한 것이다.

Description

5축 가공용 머시닝 센터
본 발명은 5축 가공용 머시닝 센터에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 베드와 컬럼이 일체화되어 전체 장치의 사이즈를 줄일 수 있고, 제작 비용을 절감할 수 있으며, 5축 각각에서 발생하는 진동 및 변위가 다른 축에 빠르게 전달되어 축간의 상대적인 진동 및 변위를 최소화함으로써 고정밀 가공을 수행할 수 있는 5축 가공용 머시닝 센터에 관한 것이다.
일반적으로 머시닝 센터는 3축으로 움직이는 주축을 이용하여 가공물을 가공하는 가공기이다.
또한, 머시닝 센터는 5축 가공을 위해서 가공물을 회전축과 회전축에 수직인 틸팅축을 중심으로 회전시키는 테이블을 구비하며, 주축이 3축으로 움직이고 가공물이 2축으로 움직여 총 5축 방향으로 가공을 수행할 수 있다.
이렇게 5축 가공을 수행할 수 있는 머시닝 센터를 일반적으로 5축 가공기라고도 한다.
도 1은 종래의 5축 가공용 머시닝 센터를 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 5축 가공용 머시닝 센터(10)는 지면에 놓이는 베드(11,bed), 상기 베드(11) 상에 세워지는 컬럼(12,column), 상기 컬럼(12) 상에 구비되어 상기 컬럼(12) 상에서 Y축 방향으로 상하로 움직일 수 있고, 가공물을 가공하는 공구(tool)를 장착할 수 있는 주축(13) 및 가공물이 놓이고 가공물을 회전축(b)에 대해 회전시킬 수 있고, 상기 회전축(b)에 수직인 틸팅 축(a)을 중심으로 틸팅시킬 수 있는 테이블(14)이 구비된다.
또한, 도시하지는 않았으나 상기 베드(11)와 상기 컬럼(12) 사이에는 상기 컬럼(12)을 X축과 Y축의 평면상에서 움직이게 할 수 있는 새들(saddle)이 구비된다.
즉, 상기 주축(13)은 X축, Y축, Z축 상에서 직선이동 가능하고, 가공물은 상기 회전축(b)과 상기 틸팅축(a)을 중심으로 회전할 수 있으므로 가공물을 5축 가공할 수 있다.
한편, 종래의 5축 가공용 머시닝 센터(10)는 상기 컬럼(12)이 상기 베드(11)에서 분리되어 있고, 주축(13)이 3축 상에서 이동하여야 하므로 가공 영역에서 다른 구조물과의 간섭을 줄이기 위해 동적 성능이 증대되어야 한다.
이러한 동적 성능 증대를 위해서는 필연적으로 부가 장치들이 추가되어야 하는데 이에 따라 장치의 가격이 상승하고, 부피가 커지는 문제점이 있다.
또한, 종래의 5축 가공용 머시닝 센터(10)는 컬럼(12)과 베드(11)가 서로 분리되어 있으므로 주축(13)에서 발생하는 진동이나 (열)변위 등이 테이블(14)에 전달되기 어려워 축 간의 상대적인 변위 차가 큰 문제점이 있다.
다시 말해서, 주축(13)이 어떠한 원인에 의해 진동하고, 테이블(14)의 가공물이 상대적으로 고정되어 있다면, 주축(13)과 가공물 간의 상대적인 변위 차는 커지고 이로 인해 가공 정밀도가 낮아지는 문제점이 발생한다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 본 발명의 목적은 구조를 단순화하여 제작비용을 절감할 수 있고 소형화가 가능한 5축 가공용 머시닝 센터를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명은 5축 가공시 각 축 간의 상대적인 변위를 최소화하여 가공 정밀도를 매우 향상시킬 수 있는 5축 가공용 머시닝 센터를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명은 가공물에서 발생하는 칩의 배출성능을 향상시킬 수 있는 5축 가공용 머시닝 센터를 제공하는 데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 지면에 Y축 방향으로 세워지는 베이스; 상기 베이스의 제1 측면에 부착되어 Y축 방향으로 이동할 수 있는 새들(saddle); 상기 새들에 Z축 방향으로 이동할 수 있도록 결합하고 선단에 공구를 장착할 수 있는 주축을 갖는 Z축 램(ram); 및 상기 베이스의 제1 측면과 직교하는 제2 측면에 부착되고, X축 방향으로 이동할 수 있으며, 상기 주축을 향하는 선단에 가공물을 장착할 수 있는 테이블을 갖는 X축 램;을 포함하고, 상기 테이블은 X축과 나란한 a축을 중심으로 회전할 수 있는 테이블 본체와 상기 테이블 본체 상에서 a축과 수직인 b축을 중심으로 회전할 수 있으며 가공물이 장착되는 테이블 면을 포함하고, 상기 베이스는 상기 주축이 이동할 수 있는 컬럼(column)의 기능과 상기 테이블이 놓일 수 있는 베드(bed)의 기능을 겸하는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시 예에 있어서, 상기 가공물에서 발생하는 칩(chip)은 지면으로 자유낙하한다.
바람직한 실시 예에 있어서, 상기 베이스는 상기 제1 측면과 상기 제2 측면 사에에 제3 측면을 갖고, 상기 제3 측면은 상기 제1 측면 및 상기 제2 측면과 각각 소정의 각도를 이룬다.
바람직한 실시 예에 있어서, 상부에서 상기 베이스를 바라보았을 때, 상기 제3 측면을 지나는 수평선과 Z축 및 X축은 삼각형을 이룬다.
바람직한 실시 예에 있어서, 상기 베이스는 상기 제1 측면과 접하는 제4 측면 및 일측은 상기 제4 측면과 접하고 타측은 상기 제2 측면과 접하는 제5 측면을 포함하고, 상기 제1 측면, 상기 제2 측면, 상기 제4 측면 또는 상기 제5 측면의 내면에는 상기 램들이 직선 이동할 때, 하중을 지지하는 리브(rib)가 구비된다.
바람직한 실시 예에 있어서, 상기 리브는 X자 형상을 갖는다.
바람직한 실시 예에 있어서, 상기 제1 측면에 Y축 방향으로 부착되어 상기 새들이 Y축 방향으로 직선 이동할 수 있게 하는 Y축 가이더; 상기 베이스의 소정부분에 고정되는 Y축 모터; 상기 Y축 모터에 의해 회전하고, 상기 새들과 연결되며 회전에 의해 상기 새들이 Y축 방향으로 직선 이동하게 하는 Y축 볼 스크류; 상기 새들에 Z축 방향으로 부착되며, 상기 Z축 램이 Z축 방향으로 직선 이동할 수 있게 하는 Z축 가이더; 상기 Z축 램에 고정되는 Z축 모터; 및 상기 Z축 모터에 의해 회전하고, 상기 새들과 연결되며, 회전에 의해 상기 Z축 램이 Z축 방향으로 직선 이동하게 하는 Z축 볼 스크류;를 포함한다.
바람직한 실시 예에 있어서, 상기 제2 측면에 X축 방향으로 부착되어 상기 X축 램이 X축 방향으로 직선 이동할 수 있게 하는 X축 가이더; 상기 베이스의 소정부분에 고정되는 X축 모터; 및 상기 X축 모터에 의해 회전하고, 상기 X축 램과 연결되며, 회전에 의해 상기 X축 램이 X축 방향으로 직선 이동하게 하는 X축 볼 스크류;를 포함한다.
바람직한 실시 예에 있어서, 상기 베이스의 소정부분에 구비되고, 상기 주축에 장착될 공구들이 거치되는 공구 매거진을 포함한다.
바람직한 실시 예에 있어서, 상기 공구 매거진은 상기 주축의 상부에 위치하고, 상기 Z축과 나란한 회전축을 중심으로 복수의 공구들을 회전시켜 교체하고자 하는 공구를 특정 공구 교환위치에 위치시킨다.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.
먼저, 본 발명에 따른 5축 가공용 머시닝 센터에 의하면, 하나의 베이스가 베드와 컬럼의 기능을 겸하므로 구조를 단순화하여 제작비용을 절감할 수 있고, 강성 저하를 최소화할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 5축 가공용 머시닝 센터에 의하면, 어느 하나의 램에서 발생하는 진동이나 변위가 다른 램으로 빠르게 전달될 수 있으므로 램들 간의 변위 차가 줄어들어 가공 정밀도를 매우 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 5축 가공용 머시닝 센터에 의하면, 가공물에서 발생하는 칩이 장치에 쌓이지 않고 지면으로 자유 낙하할 수 있으므로 칩의 수거가 매우 용이한 장점이 있다.
또한, 본 발명의 5축 가공용 머시닝 센터에 의하면, 주축의 공구와 공작물 간의 힘의 이동 경로를 최소화할 수 있으므로 동적 성능을 극대화할 수 있다.
도 1은 종래의 5축 가공용 머시닝 센터를 보여주는 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 5축 가공용 머시닝 센터를 보여주는 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 5축 가공용 머시닝 센터의 평면도,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 5축 가공용 머시닝 센터의 정면도이다.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시 예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 5축 가공용 머시닝 센터를 보여주는 도면, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 5축 가공용 머시닝 센터의 평면도, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 5축 가공용 머시닝 센터의 정면도이다.
도 2 내지, 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 5축 가공용 머시닝 센터(이하 '머시닝 센터'라 함)(100)는 베이스(110,base), 새들(120,saddle), Z축 램(130,ram) 및 X축 램(140)을 포함하고, 상기 Z축 램(130)의 선단에는 공구를 장착할 수 있는 주축(131)이 구비되고, 상기 X축 램(140)의 선단에는 가공물을 장착할 수 있는 테이블(150)이 구비된다.
또, 상기 베이스(110)는 타 구성요소들을 지지하기 위한 구조물이며 지면에 세워진다.
또한, 상기 베이스(110)는 5각 기둥의 형상을 가지며, 제1 측면(111), 제2 측면(112), 제3 측면(113), 제4 측면(114) 및 제5 측면(115)을 갖는다.
또한, 상기 제1 측면(111)은 상기 제4 측면(114)과 접하고, 상기 제4 측면(114)은 상기 제5 측면(115)과 접하며, 상기 제2 측면(112)은 상기 제5 측면과 접한다.
또한, 상기 제3 측면(113)은 일측이 상기 제1 측면(111)과 접하고 타측은 상기 제2 측면(112)과 접한다.
또한, 상기 제1 측면(111)과 상기 제4 측면(114), 상기 제4 측면(114)과 상기 제5 측면(115), 상기 제5 측면(115)과 상기 제2 측면(112)은 각각 서로 90도의 각도를 이루고, 상기 제1 측면(111)과 상기 제3 측면(113), 상기 제2 측면(112)과 상기 제3 측면(113)은 각각 서로 135도의 각도를 이룰 수 있다.
그러나 상기 측면들이 이루는 각도는 꼭 전술한 각도에 한정되는 것은 아니다.
다만, 상기 제3 측면(113)을 지나는 수평선(h)과 X축 및 Y축이 만나는 점을 연결하였을 때, 삼각형(t)을 이루어야 한다.
이는 상기 제1 측면(111)과 상기 제2 측면(112) 사이에서 가공물이 가공될 때, 테이블(150)이나 주축(131) 또는 가공물이 상기 베이스(110)에 간섭되지 않도록 하기 위함이며, 아래에서 설명할 Z축 램(130) 또는 X축 램(140)이 구동할 때, 발생하는 힘이 상기 제3 측면(113)을 따라 다른 램에 전달되게 하여 힘의 이동 경로를 최소화하여 동적 성능을 극대화하기 위함이다.
상기 새들(120)은 상기 베이스(110)의 제1 측면(111)에 결합 되고, Y축 방향으로 이동한다.
또한, 상기 제1 측면(111)에는 상기 제1 측면(111)과 상기 새들(120)을 서로 체결하며, 상기 새들(120)이 Y축 방향으로 직선 이동할 수 있게 하는 Y축 가이더(160)가 구비된다.
예를 들면, 상기 Y축 가이더(160)는 LM 가이드(Linear Motion Guide) 일 수 있다.
또한, 상기 베이스(110)의 상단에는 Y축 모터(161)가 구비되고, 상기 Y축 모터(161)의 회전축과 상기 새들(120)은 Y축 볼 스크류(162)를 이용하여 서로 연결된다.
또한, 상기 Y축 볼 스크류(162)는 일측이 상기 Y축 모터(161)의 회전축에 연결되고, 타측은 상기 새들(120)에 나사결합한다.
즉, 상기 Y축 볼 스크류(162)의 회전에 의해 상기 새들(120)은 Y축 방향으로 직선이동할 수 있다.
또한, 상기 Y축 볼 스크류(162)의 일측과 상기 Y축 모터(161)의 회전축 사이에는 동력 전달을 조절할 수 있는 클러치가 구비될 수 있다.
상기 Z축 램(130)은 상기 새들(120) 상에서 Z축 방향으로 직선 이동할 수 있도록 결합한다.
또한, 상기 새들(120)에는 상기 Z축 램(130)이 Z축 방향으로 이동할 수 있도록 체결하는 Z축 가이더(163)가 구비된다.
또한, 상기 Z축 가이더(163)는 LM가이드(Linear Motion Guide)일 수 있다.
또한, 상기 Z축 램(130)의 선단에는 가공물의 가공할 수 있는 공구를 장착하고, 장착된 공구를 회전시킬 수 있는 주축(131)이 구비된다.
또한, 상기 Z축 램(130)의 후단에는 Z축 모터(164)가 구비되고, 상기 Z축 모터(164)의 회전축과 상기 새들(120)은 Z축 볼 스크류(165)를 통해 연결된다.
즉, 상기 Z축 램(130), 상기 Z축 모터(164) 및 상기 Z축 볼 스크류(165)는 서로 상대적으로 위치가 고정된다.
또한, 상기 Z축 볼 스크류(165)는 일측이 상기 Z축 모터(164)의 회전축과 연결되고 타측은 상기 새들(120)과 나사결합한다.
즉, 상기 Z축 볼 스크류(165)가 회전할 경우, 상기 Z축 볼 스크류(165)는 상기 새들(120) 상에서 Z축 방향으로 직선이동하고, 상기 Z축 볼 스크류(165)의 이동에 의해 상기 Z축 램(130)이 Z축 방향으로 직선 이동하게 된다.
또한, 상기 Z축 모터(164)와 상기 Z축 볼 스크류(165) 사이에는 상기 Z축 모터(164)의 동력이 상기 Z축 볼 스크류(165)로 전달되는 것을 조절할 수 있는 클러치가 구비될 수 있다.
또한, 도시하지는 않았으나 상기 Z축 램(130)의 내부에는 상기 주축(131)을 회전시키기 위한 모터가 구비될 수 있다.
상기 X축 램(140)은 상기 베이스(110)의 제2 측면(112)에 X축 방향으로 직선 이동할 수 있도록 부착되며, 상기 주축(131)을 향하는 선단에 가공물을 장착할 수 있는 테이블(150)이 구비된다.
또한, 상기 테이블(150)은 상기 Z축 램(140)의 선단에서 Z축과 나란한 a축을 중심으로 회전할 수 있는 테이블 본체(151)와 상기 테이블 본체(151) 상에서 상기 a축과 수직인 b축을 중심으로 회전할 수 있으며 가공물을 장착할 수 있는 테이블 면(152)을 포함하여 이루어진다.
즉, 본 발명의 머시닝 센터(100)는 상기 Z축 램(130)이 Y축 및 Z축 방향으로 직선 이동할 수 있고, 상기 X축 램(140)이 X축 방향으로 이동할 수 있으며, 상기 테이블(150)이 가공물을 a축 및 b축을 중심으로 회전시킬 수 있으므로 5축 가공이 가능하다.
또한, 도 4에 도시한 바와 같이 상기 테이블(150)의 하방에는 다른 구조물이 존재하지 않는다.
즉, 상기 테이블(150)에 거치된 가공물을 가공할 때 발생하는 칩(chip)이 수직 하방(f)으로 자유낙하 하여 지면에 떨어질 수 있으므로 칩의 수거를 용이하게 수행할 수 있다.
또한, 도 3에 도시한 바와 같이 상기 테이블 면(152)은 하단이 상기 테이블 본체(151)의 회전축인 a축에 근접하여 위치한다.
이는 상기 테이블 면(152)의 상단과 a축 간의 거리인 옵셋(offset) 거리(d)를 최소화할 수 있는 것을 의미하며, 가공물의 위치가 a축과 가까워져 동적 거동성능을 증대시킬 수 있다.
또한, 상기 베이스(110)의 제2 측면(112)에는 X축 방향으로 부착되고, 상기 X축 램(140)과 연결되어, 상기 X축 램(140)이 X축 방향으로 직선 이동할 수 있게 하는 X축 가이더(170)가 구비된다.
또한, 상기 X축 가이더(170)는 LM 가이드일 수 있다.
또한, 상기 베이스(110)의 측면에는 X축 모터(171)가 구비되며, 상기 X축 모터(171)의 회전축과 상기 X축 램(140)은 X축 볼 스크류(도시하지 않음)를 통해 연결된다.
즉, 상기 X축 볼 스크류의 일측은 상기 X축 모터(171)의 회전축에 연결되고, 타측은 상기 X축 램(140)과 나사결합 하며, 회전할 때, 상기 X축 램(140)이 X축 방향으로 직선 이동하게 한다.
여기서 상기 X축 볼 스크류가 별도의 새들을 이용하지 않고 상기 X축 램(140)에 직접 체결되는 이유는 X축과 a축 간의 거리를 최소화하여 동적 거동 성능을 증대시키기 위함이다.
또한, 상기 X축 모터(171)의 회전축과 상기 X축 볼 스크류 사이에는 동력 전달을 조절하기 위한 클러치가 구비될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 머시닝 센터(100)는 종래의 머시닝 센터(10)와 비교하여 하나의 베이스(110)가 베드(11)와 컬럼(12)의 기능을 겸하기 때문에 장치의 구조를 간소화할 수 있고 부피를 줄일 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 머시닝 센터(100)에 의하면, 상기 Z축 램(130)과 상기 X축 램(140)이 상기 베이스(110)에 함께 연결되어 있으므로 어느 하나의 램에서 발생하는 진동이나 (열)변위가 다른 램으로 빠르게 전달되어 램들 간의 상대적인 위치 또는 변위, 온도의 차이가 최소화되어 가공 정밀도를 매우 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 도시하지는 않았으나 본 발명의 일 실시 예에 따른 머시닝 센터(100)는 상기 제1,2,3,4,5 측면(111,112,113,114,115)의 내면에 리브(rib)가 더 구비될 수 있고, 상기 리브는 상기 Z축 램(130)과 상기 X축 램(130)이 구동될 때, 하중을 지지하여 상기 베이스(110)의 뒤틀림을 방지한다.
또한, 상기 리브는 상기 베이스(110)의 각 측면에 모두 구비될 수도 있고 선택적으로 특정 면에만 구비될 수 있다.
또한, 상기 리브는 X자 형상을 가질 수 있으며, 이는 상기 램들(130,140)이 직선이동할 때, 어느 방향으로 직선이동 하더라도 하중을 지지할 수 있는 형태이며, 상기 리브에서 발생하는 힘이 X축, Y축 또는 Z축에 집중될 수 있게 하여 동적 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 도시하지는 않았으나 본 발명의 일 실시 예에 따른 머시닝 센터(100)는 상기 베이스(110)의 상단에 구비되고, 상기 주축(131)에 장착될 공구들을 거치하는 공구 매거진(magazine)이 더 구비될 수 있다.
또한, 상기 공구 매거진은 원형으로 구비되고 Z축과 나란한 C축을 중심으로 회전할 수 있으며, 외주에 방사상으로 공구들을 거치한다.
또한, 상기 공구 매거진은 C축을 중심으로 회전하여 특정 공구를 원하는 공구 교환위치에 위치시킨 후 상기 주축(131)에 공구를 장착하거나 장착된 공구를 교체할 수 있게 한다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 구조를 단순화하여 제작비용을 절감할 수 있고 소형화가 가능한 5축 가공용 머시닝 센터를 제공하는 데 있다.
그리고 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 균등한 타 실시 예로의 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람에게 있어서 명백할 것이다.

Claims (10)

  1. 지면에 Y축 방향으로 세워지는 베이스;
    상기 베이스의 제1 측면에 부착되어 Y축 방향으로 이동할 수 있는 새들(saddle);
    상기 새들에 Z축 방향으로 이동할 수 있도록 결합하고 선단에 공구를 장착할 수 있는 주축을 갖는 Z축 램(ram); 및
    상기 베이스의 제1 측면과 직교하는 제2 측면에 부착되고, X축 방향으로 이동할 수 있으며, 상기 주축을 향하는 선단에 가공물을 장착할 수 있는 테이블을 갖는 X축 램;을 포함하고,
    상기 테이블은 X축과 나란한 a축을 중심으로 회전할 수 있는 테이블 본체와 상기 테이블 본체 상에서 a축과 수직인 b축을 중심으로 회전할 수 있으며 가공물이 장착되는 테이블 면을 포함하고,
    상기 베이스는 상기 주축이 이동할 수 있는 컬럼(column)의 기능과 상기 테이블이 놓일 수 있는 베드(bed)의 기능을 겸하는 것을 특징으로 하는 5축 가공용 머시닝 센터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가공물에서 발생하는 칩(chip)은 지면으로 자유 낙하하는 것을 특징으로 하는 5축 가공용 머시닝 센터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스는 상기 제1 측면과 상기 제2 측면 사이에 제3 측면을 갖고, 상기 제3 측면은 상기 제1 측면 및 상기 제2 측면과 각각 소정의 각도를 이루는 것을 특징으로 하는 5축 가공용 머시닝 센터.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상부에서 상기 베이스를 바라보았을 때, 상기 제3 측면을 지나는 수평선과 Z축 및 X축은 삼각형을 이루는 것을 특징으로 하는 5축 가공용 머시닝 센터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스는 상기 제1 측면과 접하는 제4 측면 및 일측은 상기 제4 측면과 접하고 타측은 상기 제2 측면과 접하는 제5 측면을 포함하고,
    상기 제1 측면, 상기 제2 측면, 상기 제4 측면 또는 상기 제5 측면의 내면에는 상기 램들이 직선 이동할 때, 하중을 지지하는 리브(rib)가 구비되는 것을 특징으로 하는 5축 가공용 머시닝 센터.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 리브는 X자 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 5축 가공용 머시닝 센터.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 측면에 Y축 방향으로 부착되어 상기 새들이 Y축 방향으로 직선 이동할 수 있게 하는 Y축 가이더;
    상기 베이스의 소정부분에 고정되는 Y축 모터;
    상기 Y축 모터에 의해 회전하고, 상기 새들과 연결되며 회전에 의해 상기 새들이 Y축 방향으로 직선이동하게 하는 Y축 볼 스크류;
    상기 새들에 Z축 방향으로 부착되며, 상기 Z축 램이 Z축 방향으로 직선 이동할 수 있게 하는 Z축 가이더;
    상기 Z축 램에 고정되는 Z축 모터; 및
    상기 Z축 모터에 의해 회전하고, 상기 새들과 연결되며, 회전에 의해 상기 Z축 램이 Z축 방향으로 직선 이동하게 하는 Z축 볼 스크류;를 포함하는 것을 특징으로 하는 5축 가공용 머시닝 센터.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 측면에 X축 방향으로 부착되어 상기 X축 램이 X축 방향으로 직선 이동할 수 있게 하는 X축 가이더;
    상기 베이스의 소정부분에 고정되는 X축 모터; 및
    상기 X축 모터에 의해 회전하고, 상기 X축 램과 연결되며, 회전에 의해 상기 X축 램이 X축 방향으로 직선 이동하게 하는 X축 볼 스크류;를 포함하는 것을 특징으로 하는 5축 가공용 머시닝 센터.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스의 소정부분에 구비되고, 상기 주축에 장착될 공구들이 거치되는 공구 매거진을 포함하는 것을 특징으로 하는 5축 가공용 머시닝 센터.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 공구 매거진은 상기 주축의 상부에 위치하고, Z축과 나란한 회전축을 중심으로 복수의 공구들을 회전시켜 교체하고자 하는 공구를 특정 공구 교환위치에 위치시키는 것을 특징으로 하는 5축 가공용 머시닝 센터.
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