KR100643709B1

KR100643709B1 - 쓰리디 모델링 머신

Info

Publication number: KR100643709B1
Application number: KR1020050006984A
Authority: KR
Inventors: 장봉기; 서인덕
Original assignee: (주)우미정보기술
Priority date: 2005-01-26
Filing date: 2005-01-26
Publication date: 2006-11-10
Also published as: KR20060086094A

Abstract

본 발명은 3D 모델링 머신에 관한 것으로, 보다 상세히는 본체수직베이스(11)와 상기 본체수직베이스의 하부에 연결된 본체수평테이블(12) 및 상기 본체수평테이블의 하부에 부착되는 본체하우징(13)으로 구성되는 본체(10)와 상기 본체수직베이스(11)의 전면에 부착되어 수직방향으로의 운동이 가능한 수직이송부(30)와 상기 수직이송부의 전면에 모듈화되어 탈착 가능하도록 부착되는 주축모터(20)와 상기 주축모터의 회전축에 탈착가능한 공작물척(21)과 상기 본체수평베이스테이블(12)의 상부에 부착며 전후방향으로의 운동이 가능한 전후이송부(50)와 상기 전후이송부의 상부에 부착되며 좌우방향으로의 운동이 가능한 좌우이송부(40)와 상기 좌우이송부의 상부에 탈착가능한 바이스(60)와 상기 좌우이송부의 상부에 탈착가능한 절삭공구고정용 공구대(61)와 상기 본체수평베이스의 상부에 부착되는 수평방향주축모터 고정부(70)와 상기 본체하우징의 내부에 부착되며 주축모터의 회전방향 및 회전속도의 제어가 가능한 주축모터 제어모듈(80)과 상기 본체하우징의 내부에 부착되는 파워서플라이(81)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3D 모델링 머신에 관한 것이다.

이와 같이 본 발명은 비교적 간단하고 저렴한 구조의 가공장치로서 드릴링이나 밀링 선반작업등 다양한 가공방법을 실습해보고 교육할 수 있다는 효과가 있다.

교육용, 가공기구, 선반, 밀링

Description

쓰리디 모델링 머신{.}

도1 : 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 모델링 머신의 사시도

도2 : 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 모델링 머신의 수직이송부 사시도

도3 : 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 모델링 머신의 좌우이송부 사시도

도4 : 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 모델링 머신의 전후이송부 사시도

도5 : 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 모델링 머신의 선반작업 사시도

<도면의 주요부에 사용된 기호의 설명>

10: 본체 11: 본체수직베이스

12: 본체수평베이스테이블

20: 주축모터 21: 공작물척

30: 수직이송부 40: 좌우이송부

50: 전후이송부 60: 바이스

70: 수평방향주축모터 고정부

80: 주축모터제어모듈

90: 이송제어모듈

본 발명은 3D 모델링 머신에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수직방향이송부와 전후방향이송부, 좌우방향이송부로 이루어진 이송부와, 위치를 바꾸어 탈착가능한 주축모터 및 탈착가능한 공작물고정용 바이스와 탈착가능한 공작물고정대를 이용하여 선반작업은 물론 밀링작업 등 정밀기계공과에서 필요한 절삭가공 실습을 동시에 가능하도록 하는 3D 모델링 머신에 관한 것이다.

기존의 CNC머신이나 산업용 가공장치는 크기가 크고 설치 및 유지,보수에 많은 노력과 비용이 필요하며, 그 가격이 매우 비싼 편이어서 교육용으로 다수를 장비하여 실습을 하는 것은 비용과 장소면에서 부적절하다는 문제점을 가지고 있었다.

본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로, 정밀기계공과에서 가장 중요한 범용공작기계, CNC공작기계를 이용한 절삭에 관련된 이론 및 실기 지도 시 실제 모형제작이 가능한 가공장치를 단순하고 저렴한 구조로 가능하도록 하여, 시간과 공간의 제약을 최소화하며 관련된 지식을 쉽게 습득하고 가공에 필요한 각종 측정기, 공구 등을 활용, 가공공정을 강의실에서 보여줄 수 있는 교육훈련매체를 제공하는 것을 주목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 본체수직베이스(11)와 상기 본체수직베이스의 하부에 연결된 본체수평테이블(12) 및 상기 본체수평테이블의 하부에 부착되는 본체하우징(13)으로 구성되는 본체(10)와 상기 본체수직베이스(11)의 전면에 부착되어 수직방향으로의 운동이 가능한 수직이송부(30)와 상기 수직이송부의 전면에 모듈화되어 탈착가능 하도록 부착되는 주축모터(20)와 상기 주축모터의 회전축에 탈착가능한 공작물척(21)과 상기 본체수평베이스테이블(12)의 상부에 부착되며 전후방향으로의 운동이 가능한 전후이송부(50)와 상기 전후이송부의 상부에 부착되며 좌우방향으로의 운동이 가능한 좌우이송부(40)와 상기 좌우이송부의 상부에 탈착가능한 바이스(60)와 상기 좌우이송부의 상부에 탈착가능한 절삭공구고정용 공구대(61)와 상기 본체수평베이스의 상부에 부착되는 수평방향주축모터 고정부(70)와 상기 본체하우징의 내부에 부착되며 주축모터의 회전방향 및 회전속도의 제어가 가능한 주축모터 제어모듈(80)과 상기 본체하우징의 내부에 부착되는 파워서플라이(81)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 일실시예에 따른 3D 모델링 머신를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 본체(10) ,주축모터(20), 수직이송부(30), 좌우이송부(40), 전후이송부(50)로 구성된다.

먼저 본체(10)에 대해 설명하기로 한다. 상기 본체(10)는 본체수직베이스(11)와 상기 본체수직베이스의 하부에 연결된 본체수평테이블(12) 및 상기 본체수평베이스의 하부에 부착되는 본체하우징(13)으로 구성된다. 상기본체수직베이스(11)에는 수직이송부(30)가 부착되며, 상기 본체수평테이블(12)에는 전후이송부(40)와 수평방향주축모터고정부(70)가 부착된다. 상기본체하우징(13)은 작업위치를 적절한 높이로 할 수 있도록 함과 동시에, 그 내부에 주축모터제어모듈(80), 파워서플라이(81), 이송제어모듈(91)등을 설치할 공간을 가진다. 또한 상기 본체하우징(13)의 내부의 공간에는 본 발명의 실시에 있어 공작형태에 따라 교환되어지며 사용되는 각종 공구나 바이트, 드릴날 등의 기구를 체계적으로 정리하고 수납할 수 있는 공구 및 기구수납함을 설치하는 것이 바람직하다. 한편 상기 본체하우징(13)의 하부에는 가공장치의 이동의 용이성을 위하여 이동용 바퀴(14)를 장착하는 것이 바람직하다. 상기 이동용바퀴(14)는 모든방향으로의 이동이 가능하도록 캐스터형식 등을 이용하는 것이 바람직하며, 또한 이동의 용이성과 함께 가공작업시의 안정성과 고정을 위해 바퀴의 회전을 정지시켜 고정시킬수 있는 브레이크 기능을 가지는 것이 바람직하다.

다음으로 주축모터(20)에 관해 설명한다. 주축모터는 작업형태에 따라 장착위치를 손쉽게 변경시킬수 있도록 모듈화 되어 있으며, 회전축에는 작업형태에 따라 공구 또는 공작물을 고정시킬 수 있는 공작물척(21)이 부착되어 있다. 밀링작업이나 드릴링작업등을 하는 경우 상기 주축모터(20)는 도1에 도시된 바와 같이 수직이송부(30)에부착돤 주축모터장착용고정부(22)에 장착된다. 한편 선반 작업을 하는 경우에는 도5에 도시된 바와 같이 수평방향주축모터장착용고정부(70)에 장착되게 된다. 상기 주축모터(20)는 주축모터제어모듈(80)에 의해 정방향 또는 역방향의 회전이 가능하며 회전속도의 제어도 가능하다.

다음으로 수직이송부(30)에 관해 설명한다. 상기 수직이송부(30)는 도2에 도시된 바와 같이 상하회전축손잡이(31)와 이 손잡이에 연결된 상하스크류 기어(32) 및 상하슬라이딩베이스구조물(33)로 구성된다.

상기 상하회전축손잡이(31)를 잡고 회전을 시키면 상하회전축손잡이와 연결된 상기 상하스크류기어(32)도 함께 회전을 하게 되며 상기 상하스크류 기어는 본체수직베이스(11)에 고정되어 있다. 상기 상하스크류기어(32)가 상기 상하슬라이딩 베이스 구조물(33)에 부착된 상하 스크류기어의 암나사부분을 관통하며, 상기 상하슬라이딩베이스구조물(33)은 상기 본체수직베이스(11)에 밀착되도록 하여 상하로 이동시 이탈이나 흔들림이 없도록 하는 것이 바람직하다. 한편 상기 상하슬라이딩베이스구조물(33)은 도2에 도시된 바와 같이 주축모터장착용고정부(22 )와 연결되어 있다. 상기 상하스크류기어(32)가 회전하면 나선피치 간격만큼 상하로의 이송이 가능하게 된다. 정밀조정 값은 손잡이의 회전반경이 클수록, 스크류기어의 피치 간격이 작을수록 높아지지만 상대적으로 움직임 거리값은 감소한다. 한편 상기 수직이송부(30)는 앞서 서술한 수동조작방법 외에도, 이송제어모듈(90)과 서보모터(91)를 이용한 자동제어도 가능하도록 할 수 있다.

다음으로 좌우이송부(40)에 관해 설명한다. 상기 좌우이송부(40)는 도3에 도시된 바와 같이 좌우회전축손잡이(41)와 이 손잡이에 연결된 좌우스크류 기어(42) 및 좌우슬라이딩베이스(43), 그리고 좌우가이드(44) 및 좌우가이드레일(45)로 구성된다. 상기 좌우회전축손잡이(41)를 잡고 회전을 시키면 좌우회전축손잡이와 연결된 상기 좌우스크류기어(42)도 함께 회전을 하게 되며 상기 좌우스크류 기어는 도3에 도시된 바와 같이 전후이송부(50)의 상부에 고정되어 있다. 상기 좌우스크류기어(42)의 암나사부분은 상기 좌우슬라이딩 베이스(43)의 하부에 부착된다. 한편 공작물의 하중이나 가공시 부하가 걸리는 것을 고려할 때, 상기 수직이송부(30)와는 달리 상기 좌우이송부(40)의 이송시 또는 가공시 떨림 현상을 방지하기 위하여는 좌우가이드레일(45)을 도3에 도시한 것과 같이 전후슬라이딩베이스구조물(53)의 상부에 2개소 설치하는 것이 바람직하며, 상기 좌우가이드레일(45)위에, 상기 좌우슬라이딩베이스(43)의 하부에 설치된 좌우가이드(44)가 위치하여 좌우 방향의 움직임을 유도하도록 한다. 상기 좌우이송부(40)의 이송방법은 상기 수직이송부(30)의 이송방법과 동일한 방법으로, 상기 좌우스크류기어(42)가 회전하면 나선피치 간격만큼 좌우로의 이송이 가능하게 된다. 정밀조정 값은 손잡이의 회전반경이 클수록, 스크류기어의 피치 간격이 작을수록 높아지지만 상대적으로 움직임 거리값은 감소한다. 한편 상기 좌우이송부(40)는 앞서 서술한 수동조작방법 외에도, 이송제어모듈(90)과 서보모터(91)를 이용한 자동제어도 가능하도록 할 수 있다. 한편 3D 모델링 머신라는 본 발명의 목적을 고려해 볼 때, 상기 좌우슬라이딩베이스(43)는 공작물의 가공상태를 상세히 관찰할 수 있도록 강도를 확보하는 한도 내에서 아크릴 등의 투명소재를 사용하는 것이 바람직하다.

다음으로 전후이송부(50)에 관해 설명한다. 상기 전후이송부(50)는 도4에 도시된 바와 같이 전후회전축손잡이(51)와 이 손잡이에 연결된 전후스크류 기어(52) 및 전후슬라이딩베이스(53), 그리고 전후가이드(54) 및 전후가이드레일(55)로 구성된다. 그 구성 및 작동원리는 전술한 좌우이송부와 동일하며, 단지 설치방향이 좌우방향이 아닌 전후방향이라는 점과, 전후가이드레일(55)이 본체수평테이블(12)의 상부에 부착되어 있다는 점에 차이가 있다. 한편 3D 모델링 머신라는 본 발명의 목적을 고려해 볼 때, 상기 전후슬라이딩베이스(53) 역시 공작물의 가공상태를 상세히 관찰할 수 있도록 강도를 확보하는 한도 내에서 아크릴 등의 투명소재를 사용하는 것이 바람직하다.

다음으로 바이스(60)에 관하여 설명하고자 한다. 상기 바이스(60)는 모듈화 되어있어 상기 좌우이송부(40)의 좌우슬라이딩베이스(43)의 상부에 간단하게 탈착가능 하도록 부착되며, 드릴링이나 밀링 작업시 공작물을 고정시켜주는 역할을 한다. 한편 3D 모델링 머신라는 본 발명의 목적을 고려해 볼 때, 상기 바이스(60)는 공작물의 가공상태를 상세히 관찰할 수 있도록 강도를 확보하는 한도 내에서 아크릴 등의 투명소재를 사용하는 것이 바람직하다.

다음으로 절삭공구고정용 공구대(61)에 관하여 설명하고자 한다. 상기 절삭공구고정용 공구대(61)는 모듈화 되어있어 상기 좌우이송부(40)의 좌우슬라이딩베이스(43)의 상부에 간단하게 탈착가능하도록 부착되며, 본 발명을 선반가공장치로 사용하는 경우 절삭공구를 부착하는 기능을 갖는다.

다음으로 수평방향주축모터 고정부(70)에 관하여 설명한다. 상기 수평방향주축모터 고정부(70)는 상기 본체수평테이블(12)의 상부 상기 전후이송부(50)의 측면에 고정되며, 본 발명을 선반가공장치로 사용하는 경우 상기 주축모터(20)를 장착하는 데 사용된다.

다음으로 주축모터제어모듈(80)에 관해 설명한다. 상기 주축모터제어모듈(80)은 상기 주축모터(20)에 공급되는 전류를 제어하여 주축모터의 정방향 또는 역방향회전 및 속도제어를 가능하게 하는 기능을 한다. 상기 주축모터제어모듈(80)은 파워서플라이(81)에 의해 필요한 전력을 공급받는다. 한편 상기 주축모터제어모듈(80)에서 상기 주축모터(20)의 속도를 제어하는 방법으로는 먼저 전압조정에 의한 방법이 가능하나, 이 경우 출력이나 회전수가 일정하지 않고 정교한 조정이 힘들다는 점을 감안할때, 펄스폭 조절(Pulse-Width Modulation: PWM) 제어방식을 사용하는 것이 바람직하다. 펄스폭 조절 제어방식에 의한 직류모터의 속도제어 방법은 본발명이 속하는 기술 분야에서 주지의 기술이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다. 한편, 본 발명의 사용자가 교육을 받는 학생이나 초보자인 점을 감안하여, 위험한 상황이 발생하는 경우 급속정지를 위한 안전스위치를 상기 본체수평테이블(12)의 전면부 등 접근이 용이한 위치에 설치하도록 하는 것이 바람직하다.

다음으로 이송제어모듈(90)에 관하여 설명한다. 상기 이송제어모듈(90)은 상기 본체하우징(13)의 내부에 설치되며, 마이크로 프로세서와 엔코더 및 디코더를 이용하여 구동부하검출, 회전부하방향검출 등의 기능을 가지며 사용자가 지정한 값 또는 미리 프로그래밍된 내용에 따라 서보모터(91)에 제어신호를 보내 수직이송부(30),좌우이송부(40) 및 전후이송부(50)의 위치와 움직임을 제어하는 기능을 가진다. 상기 서보모터(91)는 DC 스텝모터와 제어회로로 구성된다. 한편, 상기 이송제어모듈(90)은 에이치피지엘(HP Graphics Language; HPGL) 및 공작기계구동언어(G-Code)를 받아들이도록 하여 현재 사용되는 여러 CAD/CAM 소프트웨어와도 연결이 가능하도록 하는 것이 바람직하다. 마이크로프로세서를 사용하여 서보모터를 제어하여 위치와 운동을 제어하는 방법은 본 발명이 속하는 기술 분야에서는 주지의 기술이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다. 한편, 이송제어모듈을 이용하여 각 이송부의 위치와 움직임을 제어하는 경우 안전성을 고려하여 급속이송을 배제하도록 하는 것이 바람직하다.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 3D 모델링 머신의 작용에 대해 설명하기로 한다.

먼저 본발명을 드릴링을 위하여 사용하는 경우, 먼저 주축모터(20)를 상기 주축모터장착용고정구(22)상에 장착하고, 상기 바이스(60)에 가공하고자 하는 공작물을 고정 시킨뒤 , 좌우이송부(40)와 전후이송부(50)의 위치를 조절하여 필요한 공작물의 가공위치를 고정한 후 상기 주축모터(20)의 공작물척(21)에 고정시킨 드 릴을 회전시키며 상기 수직이송부(30)를 상하로 이동시켜 공작물을 가공한다.

한편 본 발명을 밀링 작업을 위해 사용하는 경우, 먼저 주축모터(20)를 상기 주축모터장착용고정구(22)상에 장착하고, 상기 바이스(60)에 가공하고자 하는 공작물을 고정 시킨뒤 상기 주축모터(20)의 공작물척(21)에 고정시킨 작업탭을 회전시키며 상기 좌우이송부(40)와 전후이송부(50) 및 수직이송부(30)의 위치를 조절해 가며 공작물을 가공한다.

다음으로, 본 발명을 선반작업을 위해 사용하는 경우에 관해 설명한다. 이 경우 먼저 주축모터(20)를 상기 수평방향주축모터고정부(70)에 장착하고, 상기 절삭공구고정용공구대(61)를 상기 좌우이송부(40)의 좌우 슬라이딩베이스의 상부에 장착한 후 상기 주축모터(20)의 공작물척(21)에 가공하고자 하는 공작물을 고정시키고 상기 절삭공구고정용공구대(61)에 적절한 작업탭을 장착한다. 이후에 주축모터를 회전시켜 공작물을 회전시키며, 상기 좌우이송부(40)와 전후이송부(50)를 조절하여 필요한 선반작업을 수행하게 된다. 한편 이 경우, 수직이송부(30)는 작업의 안전을 위하여 최대한 상승시켜 놓는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하는 경우 주축모터(20)의 장착위치를 변경하 고, 가공작업의 필요에 따라 바이스(60)나 절삭공구고정용공구대(61)를 착탈하여가며, 수직이송부(30), 좌우이송부(40) 및 전후이송부(50)의 위치를 조절하여 간단하고 저렴한 장치로도 정밀기계가공에 필요한 거의 대부분의 작업을 실습하고 교육할 수 있다는 장점이 있다.

또한 이송부의 위치조절에 마이크로프로세서를 이용한 이송제어모듈(90)과 서보모터(91)를 이용하는 경우, 가공공정을 미리 프로그래밍하여 가공하는 과정도 실습할 수 있으며, 더 나아가 적절한 프로그램을 이용하는 경우 LAN등을 이용하는 원격제어에 의한 가공도 가능하도록 할 수 있다.

Claims

본체수직베이스(11)와 상기 본체수직베이스의 하부에 연결된 본체수평테이블(12) 및 상기 본체수평테이블의 하부에 부착되는 본체하우징(13)으로 구성되는 본체(10);

상기 본체수직베이스(11)의 전면에 부착되어 수직방향으로의 운동이 가능한 수직이송부(30);

상기 수직이송부의 전면에 모듈화 되어 탈착 가능하도록 부착되는 주축모터(20);

상기 주축모터의 회전축에 탈착가능한 공작물척(21);

상기 본체수평베이스테이블(12)의 상부에 부착되어 전후방향으로의 운동이 가능한 전후이송부(50);

상기 전후이송부의 상부에 부착되어 좌우방향으로의 운동이 가능한 좌우이송부(40);

상기 좌우이송부의 상부에 탈착가능한 바이스(60);

상기 좌우이송부의 상부에 탈착가능한 절삭공구고정용 공구대(61);

상기 본체수평베이스의 상부에 부착되는 수평방향주축모터 고정부(70);

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상기 본체하우징의 내부에 부착되며 주축모터의 회전방향 및 회전속도의 제어가 가능한 주축모터 제어모듈(80);

상기 본체하우징의 내부에 부착되는 파워서플라이(81)로 구성되는 것을 특징으로 하는 3D 모델링 머신
청구항1에 있어서

전후이송부(50)와 좌우이송부(40) 및 수직이송부(30)는 서보모터(91)와 이송제어모듈(90)을 이용한 자동제어가 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 3D 모델링 머신
청구항1 또는 청구항2에 있어서,

본체하우징(13)의 하부에 고정가능한 이동용 바퀴(14)가 부착되는 것을 특징으로 하는 3D 모델링 머신
청구항3에 있어서

본체하우징(13)의 내부에 공구와 기구의 수납을 위한 수납함을 설치하는 것을 특징으로 하는 3D 모델링 머신
청구항4에 있어서

본체수평테이블(12)의 전면부에 급속정지를 위한 안전스위치를 설치하는 것을 특징으로 하는 3D 모델링 머신