KR100462820B1 - 작업공구유닛의 배열을 이용한 가공기계장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 작업공구유닛의 배열을 이용한 공작기계장치에 관한 것으로서 특히, 평면과 곡면, 또는 그들의 조합으로 구성된 3차원 형상의 몸체에 가공물 표면을 공작, 증착, 변환, 및 검사 등의 기능을 갖는 기계유닛들을 배열 구성하여 작업물을 작업하기 위한 것으로서, 원통형 배열을 예로 들어볼 때, 중심부에 회전축(11)이 설치되며, 원통형으로 형성되는 몸체(10)와; 상기 몸체(10)의 일측단으로부터 원주 방향을 따라 바깥 방향을 향하여 일정 간격으로 적어도 한 열 이상 설치되는 동일한 작업기능을 갖거나 또는 서로 다른 작업기능을 갖는 가공유닛의 합성으로 이루어지는 작업공구유닛(20)의 배열로 구성되어, 실린더 보어면과 같은 개구면(A)이나, 정밀기계 부품의 내외측면, 또는 광학기기의 표면 등의 어떠한 3차원적 가공물 표면에서도 해당 작업을 수행할 수 있는 것이다.

Description

작업공구유닛의 배열을 이용한 가공기계장치 {Manufacturing apparatus utilizing tool arrays with various functions}

본 발명은 작업공구유닛의 배열을 이용한 공작기계장치에 관한 것으로서 평면과 곡면, 또는 그들의 조합으로 구성된 3차원 형상의 몸체에 가공물 표면을 공작, 증착, 변환, 및 검사 등의 기능을 갖는 기계유닛들을 배열 구성함으로써, 자동차 실린더의 보어(bore)면과 같은 개구면이나 정밀기계 부품의 내외측면, 또는 광학기기의 표면 등의 어떠한 3차원적 가공물 표면에서도 해당 작업을 수행할 수 있는 작업공구유닛의 배열을 이용한 공작기계장치에 관한 것이다.

일반적으로 광학기기 표면이나 크게 굴곡이 진 곡면을 기계적으로 연마, 연삭 작업하기 위해서는 이들 곡면에 최적화된 상태로 공구 및 작업물을 회전시키거나, 공구를 곡면에 맞게 배치함으로써 작업을 수행하여야 한다.

보통은 공구가 회전하는 회전축을 공전시키고, 작업물을 x, y, 및 z 축으로 이송하며 연마 및 연삭 작업을 수행하게 되나, 이를 위해서는 상기 공구의 회전축을 공진시키기 위하여 작업물보다 매우 큰 거대한 기계장치를 필요로 한다.

한편, 상기한 방법과는 다르게, 여러 개의 작업요소를 배치함으로써, 연마 공구를 회전할 필요 없이 작업하는 경우도 있는데, 이는 도 1에서 도시하는 바와 같이, 회전하는 작업물(1) 위에 접촉하여 하측에 다수개의 연마 패드(3)가 부착되는 유동막(2)이 위치하고, 그 위에 에어 베어링(6)이 연결된 액츄에이터(5)가 브리지(8)에 삽입되어 구성되어, 상기 유동막(2)에 연결된 좌측의 선형모터(4a)와, 상기 브리지(8)의 좌우측에 연결된 선형모터(7)의 작동에 의하여, 상기 브리지(8)가 좌우로 이송되며 상기 연마 패드(3)에 의하여 작업물(1)을 연마하게 된다.

그러나 상기와 같은 종래의 연마장치에서는 유동막 위에 위치하여 이송되어 작업을 수행하는 각 액츄에이터 유닛들이 독립적으로 가공 작업을 수행할 능력이 없으며, 따라서 이 유닛들을 이송시키기 위한 큰 기계장치가 필요하고, 더욱이 작업물을 회전시키는 별도의 장치가 필요한 단점이 있다.

또한, 오직 연마 및 미세 연삭 작업만이 가능하며, 거친 연삭이나 기타 다른 작업은 수행할 수가 없고, 실린더의 내면과 같은 곡률이 큰 표면은 작업이 불가능한 문제점이 있었다.

본 발명은 상기의 결점을 해소하기 위한 것으로, 자동차 실린더의 보어(bore)면과 같은 개구면이나 정밀기계 부품의 내외측면, 또는 광학기기의 표면 등의 어떠한 3차원적 가공물 표면에서도 해당 작업을 수행할 수 있는 작업공구유닛의 배열을 이용한 공작기계장치를 제공하고자 한다.

이러한 본 발명은 평면과 곡면, 또는 그들의 조합으로 구성된 3차원 형상의 몸체에 가공물 표면을 공작, 증착, 변환, 및 검사 등의 기능을 갖는 작업공구유닛들을 배열하여 구성함으로써 달성된다.

도 1은 종래의 광학기기 연마장치를 나타내는 측단면도,

도 2는 본 발명의 작업공구유닛의 배열을 이용한 공작기계장치의

제1실시예를 나타내는 개략 사시도,

도 3은 본 발명의 작업공구유닛의 배열을 이용한 공작기계장치의

제2실시예를 나타내는 개략 사시도,

도 4는 본 발명의 작업공구유닛의 배열을 이용한 공작기계장치의

제3실시예를 나타내는 개략 사시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 몸체 11 : 회전축

21 : 연삭기계유닛 22 : 연마기계유닛

20 : 작업공구유닛

본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 평면 또는 곡면 혹은 그들의 합성면을 갖는 어떠한 3차원적 몸체(10) 위에 다양한 작업기능을 가진 작업공구유닛(20)들을 배열하여 작업물을 독립적으로 또는 연속적으로 가공하는 것을 그 기술상의 특징으로 한다.

상기 몸체(10)의 형상으로는 원통형, 삼각, 사각 등의 다각기둥, 럭비공 형상, 원뿔, 삼각, 사각 등의 각뿔 형상 등 어떠한 형상으로 하여도 관계없고, 해당 작업의 성질에 따라 최적의 형상을 채택하면 된다.

이하, 구체적인 실시예는 원통형 몸체, 또는 판형 몸체를 이용한 연마, 연삭 결합기능을 예로 들어 설명한다.

도 2는 본 발명의 작업공구유닛의 배열을 이용한 공작기계장치의 제1실시예를 나타내는 개략 사시도로서, 본 발명은, 중심부에 회전축(11)이 설치되며, 원통형으로 형성되는 몸체(10)와; 상기 몸체(10)의 일측단으로부터 원주 방향을 따라 바깥 방향을 향하여 일정 간격으로 적어도 한 열 이상 설치되는 작업공구유닛(20)으로 구성되어, 실린더 보어면과 같은 개구면(A)에 삽입되어 연마 및 연삭하도록 하는 것을 그 기술상의 특징으로 한다.

도 3은 본 발명의 작업공구유닛의 배열을 이용한 공작기계장치의 제2실시예를 나타내는 개략 사시도로서, 내측이 비어있는 원통각 형상으로 형성되는 몸체(10)와; 상기 몸체(10)의 일측단으로부터 원주 방향을 따라 공구가 상기 몸체(10)의 내측 방향을 향하도록 일정 간격으로 적어도 한 열 이상 설치되는 작업공구유닛(20)으로 구성되어, 상기 몸체(10)의 내측에 작업물(B)을 삽입하여 회전시키면서 작업할 수 있도록 함을 그 기술상의 특징으로 한다.

상기 도 2 및 도 3에서, 상기 작업공구유닛(20)은 일례로 연삭기계유닛(21)과, 상기 연삭기계유닛(21)에 이웃하여 상기 몸체(10)의 원주 방향을 따라 바깥 방향을 향하여 일정 간격으로 적어도 한 열 이상 설치되는 연마기계유닛(22)으로 구성함으로써, 해당 작업면을 이동하면서 연삭 작업과 연마 작업을 동시에 수행할 수 있도록 한다(몸체(10)를 따라 배열된 작은 원통은 모두 작업공구유닛(20)을 의미함.)

또한, 도 4는 본 발명의 작업공구유닛의 배열을 이용한 공작기계장치의 제3실시예를 나타내는 개략 사시도로서, 본 발명은, 중심부에 회전축(11)이 설치된 판형의 몸체(10)와; 상기 몸체(10)를 관통하여 상기 중심부에 대하여 원주방향 또는 상기 중심부로부터 방사상 패턴으로 적어도 한 열 이상 설치되는 작업공구유닛(20)으로 구성되어, 판형 또는 렌즈 및 거울형상의 완곡한 곡면을 가지는 물체(C) 등의 표면을 작업할 수 있도록 함을 그 기술상의 특징으로 한다.

한편, 상기 작업공구유닛(20)은 상기 몸체와 부착되는 부분에, 선형 액츄에이터(미도시)와, 상기 액츄에이터의 하측에 설치되며, 그 하부에 위치하는 작업물에 가하는 힘을 모니터하기 위한 로드 셀 또는 압전 동력계로 이루어지는 힘 센서(미도시)로 구성되어, 상기 몸체(10)에 대한 작업공구유닛(20)의 작업공구의 깊이를 조절 가능하도록 함으로써, 상기 제1실시예인 경우에는 작업하려는 개구면(A)의 크기가 작을 경우에는 상기 작업공구유닛(20)의 설치 깊이를 내측으로 조절하여 개구면(A)에 삽입한 후에, 다시 그 깊이를 조절하여 적정한 위치에서 작업을 행할 수 있다.

상기 제2실시예의 경우에는 상기 몸체(10)의 내측에 삽입되어 작업되는 작업물(B)의 크기에 따라서 적정위치로 상기 작업공구유닛(20)의 설치 깊이를 조절하여 작업을 행하는 것이며, 제 3실시예의 경우에도 작업하려는 물체(C)의 표면의 형상에 따라서 적정위치로 작업공구유닛(20)의 깊이를 조절하여 작업할 수 있는 것이다.

이하, 상기 도 2 내지 도 4를 참고하여 본 발명의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 작업공구유닛(20)으로는 상기 연삭기계유닛(21) 및 연마기계유닛(22) 외에도, 공작기능, 증착기능, 변형, 변질기능, 또는 검사, 측정기능 등을 수행할 수 있는 가공도구유닛 중 어느 하나 또는 그 이상을 선택적으로 배열함으로써, 해당 공정을 연속적으로 수행할 수 있다.

즉, 일례로, 연삭기계유닛(21)과 연마기계유닛(22)을 이웃하여 배열하고, 그에 이웃하여 측정을 위한 검사기계유닛(미도시)을 배열하여 작업하는 경우에는, 연삭 작업 및 연마 작업이 이루어지고, 그 후에 작업한 공간을 측정하는 작업까지 연속적으로 이루어질 수 있는 것이며, 이는 상기한 공작기능, 증착기능, 변형, 변질기능, 또는 검사, 측정기능 등을 수행할 수 있는 가공도구유닛에도 그대로 적용될 수 있다.

이하, 상기 도 2 내지 도 4에서 도시하는, 연삭기계유닛(21)과 연마기계유닛(22)을 배열하여 장착한 상태를 중심으로 각 실시예 별로, 본 발명의 작용 및 효과를 설명한다.

먼저, 도 2에서 도시하는 제1실시예의 경우에는 우선, 실린더 블록의 보어면과 같은 개구면(A)에 본 발명의 공작기계장치의 일측단을 삽입한다. 이때, 개구면(A)이 작을 경우에는 상기 작업공구유닛(20)을 내측(중심축 방향)으로 이동시켜 용이하게 삽입이 될 수 있도록 한다.

더욱이 개구면(A)의 크기가 깊이에 따라 변화된다 하더라도, 상기 액츄에이터를 작동하여 작업공구유닛(20)을 내외측으로 이동하여, 그 해당 작업면을 따라 작업할 수 있는 것이다.

도 2에서는 일측단에 연삭기계유닛(21)이 3열 배치되고, 그에 이웃하여 연마기계유닛(22)이 2열 배치되어있는 상태를 도시하고 있다.

따라서, 상기 개구면(A)에 연삭기계유닛(21)이 삽입되면서 연삭 작업이 이루어지고, 이후에 연마기계유닛(22)이 잇따라 삽입되면서 상기 연삭 작업이 이루어진 표면에 연마 작업을 행하게 되는 것이다.

다음, 제2실시예를 도시하는 도 3에서는 일측단에 연삭기계유닛(21)이 내측으로 3열 배치되고, 그에 이웃하여 연마기계유닛(22)이 3열 배치되어있는 상태를 도시하고 있다.

이 경우에는 먼저, 상기 연삭기계유닛(21)의 위치를 작업물(B)의 크기에 맞게 조절한 후에, 몸체(10)의 내측으로 작업물(B)을 삽입하며 작업을 진행하게 된다.

즉, 먼저 상기 연삭기계유닛(21)에 의하여 연삭 작업이 수행되고, 상기 작업물(B)을 화살표 방향으로 보다 깊이 삽입하면서 연마기계유닛(22)에 의하여 연마 작업도 수행되게 되는 것이다.

마지막으로 제3실시예를 도시하는 도 4의 경우에는 판형의 몸체(10)에 작업공구유닛(20)이 설치되어, 렌즈나 거울면 등의 광학기계 표면을 연삭 및 연마할 수 있으며, 반도체 웨이퍼의 표면 등 정밀한 연삭 및 연마가 필요한 표면을 작업할 수 있는 것이다.

상기한 바와 같이, 액츄에이터와 힘 센서를 이용하여 해당 표면에 적합한 상태로 접촉하여 작업이 가능하므로 평면이 아닌 렌즈면과 같은 굽은 면도 작업이 가능하며, 곡률반경이 작은 크게 굽은 면도 자유롭게 작업이 가능한 것이다.

이상과 같은 본 발명은 평면과 곡면, 또는 그들의 조합으로 구성된 3차원 형상의 몸체에 가공물 표면을 공작, 증착, 변환, 및 검사 등의 기능을 갖는 기계유닛들을 배열하여 구성함으로써, 자동차 실린더의 보어(bore)면과 같은 개구면이나 정밀기계 부품의 내외측면, 또는 광학기기의 표면 등의 어떠한 3차원적 가공물 표면에서도 해당 작업을 수행할 수 있는 효과가 있는 발명인 것이다.

Claims (7)

1. 평면 또는 곡면 혹은 그들의 합성면을 갖는 어떠한 3차원적 몸체 위에, 다양한 작업기능을 가진 것으로, 선형 액츄에이터와, 상기 액츄에이터의 하측에 설치되며, 그 하부에 위치하는 작업물에 가하는 힘을 모니터하기 위한 로드 셀 또는 압전 동력계로 이루어지는 힘 센서로 이루어져, 상기 몸체에 설치하는 깊이를 조절 가능하도록 하는 작업공구유닛들을 상기 몸체와 부착되는 부분에 배열하여, 작업물을 독립적으로 또는 연속적으로 가공하는 것을 특징으로 하는 작업공구유닛의 배열을 이용한 공작기계장치.
2. 중심부에 회전축이 설치되며, 원통형으로 형성되는 몸체와;

   상기 몸체의 일측단으로부터 원주 방향을 따라 바깥 방향을 향하여 일정 간격으로 적어도 한 열 이상 설치되는 것으로, 상기 몸체와 부착되는 부분에, 선형 액츄에이터와, 상기 액츄에이터의 하측에 설치되며, 그 하부에 위치하는 작업물에 가하는 힘을 모니터하기 위한 로드 셀 또는 압전 동력계로 이루어지는 힘 센서로 이루어져, 상기 몸체에 설치하는 깊이를 조절 가능하도록 하는 작업공구유닛으로 구성되어,

   실린더 보어면과 같은 개구면에 삽입되어 작업하도록 하는 것을 특징으로 하는 작업공구유닛의 배열을 이용한 공작기계장치.
3. 내측이 비어있는 원통각 형상으로 형성되는 몸체와;

   상기 몸체의 일측단으로부터 원주 방향을 따라 공구가 상기 몸체의 내측 방향을 향하며, 일정 간격으로 적어도 한 열 이상 설치되는 것으로, 상기 몸체와 부착되는 부분에, 선형 액츄에이터와, 상기 액츄에이터의 하측에 설치되며, 그 하부에 위치하는 작업물에 가하는 힘을 모니터하기 위한 로드 셀 또는 압전 동력계로 이루어지는 힘 센서로 이루어져, 상기 몸체에 설치하는 깊이를 조절 가능하도록 하는 작업공구유닛으로 구성되어,

   상기 몸체의 내측에 작업물을 삽입하여 회전시키면서 작업할 수 있도록 함을 특징으로 하는 작업공구유닛의 배열을 이용한 공작기계장치.
4. 중심부에 회전축이 설치된 판형의 몸체와;

   상기 몸체를 관통하여 상기 중심부에 대하여 원주방향 또는 상기 중심부로부터 방사상 패턴으로 적어도 한 열 이상 설치되는 작업공구유닛으로 구성되어,

   판형 또는 렌즈 및 거울형상의 등의 평면 및 완만한 곡면을 작업할 수 있도록 함을 특징으로 하는 작업공구유닛의 배열을 이용한 공작기계장치.
5. 제 4항에 있어서, 상기 작업공구유닛은 상기 몸체와 부착되는 부분에, 선형 액츄에이터와, 상기 액츄에이터의 하측에 설치되며, 그 하부에 위치하는 작업물에 가하는 힘을 모니터하기 위한 로드 셀 또는 압전 동력계로 이루어지는 힘 센서로 구성되어,

   상기 몸체에 설치하는 깊이를 조절 가능함을 특징으로 하는 작업공구유닛의 배열을 이용한 공작기계장치.
6. 제 1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 작업공구유닛은,

   상기 몸체의 일측에 원주 방향을 따라 적어도 한 열 이상 설치되는 연삭기계유닛과, 상기 연삭기계유닛에 이웃하여 상기 몸체의 원주 방향을 따라 바깥 방향을 향하여 일정 간격으로 적어도 한 열 이상 설치되는 연마기계유닛으로 구성되는 것을 특징으로 하는 작업공구유닛의 배열을 이용한 공작기계장치.
7. 제 1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 작업공구유닛은,

   가공, 증착, 변형, 변질, 검사, 측정 기능을 가진 기계유닛 중 어느 하나 또는 그 이상을 선택적으로 배열하여 하나 또는 그 이상의 해당 작업들을 연속적으로 수행할 수 있도록 함을 특징으로 하는 작업공구유닛의 배열을 이용한 공작기계장치.