KR100864052B1 - 수직형 머시닝센터 - Google Patents

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KR100864052B1
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강대준
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강석규
노창석
홍상표
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서영상
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권남석
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Abstract

본 발명은 머시닝센터에 관한 것으로써, 더욱 구체적으로는 상기 머시닝센터를 이용한 공작물의 가공 도중 발생되는 분진이나 이물질의 비산을 방지함과 더불어 그 제거가 원활히 이루어질 수 있도록 한 새로운 형태의 집진장치가 구비된 머시닝센터에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 몸체를 이루는 베드; 그 상면으로 공작물이 얹혀지는 테이블; 상기 베드의 후방에 장착되며, 수직으로 세워진 컬럼; 상기 컬럼의 전방에 그 상하 방향 및 좌우 방향으로의 이동이 가능하게 설치되며, 절삭 공구가 결합된 적어도 하나 이상의 스핀들을 갖는 스핀들 어셈블리; 그리고, 상기 스핀들 어셈블리에 설치된 상태로 공작물의 가공시 상기 스핀들에 결합된 절삭 공구를 선택적으로 감싸도록 동작되고, 공작물의 가공시 비산되는 가공 찌꺼기를 흡입하는 집진장치:가 포함되어 구성됨을 특징으로 하는 수직형 머시닝센터가 제공된다.
수직형 머시닝센터, 집진장치, 공구 교환

Description

수직형 머시닝센터{vertical machining center}
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수직형 머시닝센터를 나타낸 사시도
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수직형 머시닝센터를 나타낸 정면도
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수직형 머시닝센터를 나타낸 측면도
도 4 내지 도 6은 도 3의 “A”부가 동작되는 상태를 설명하기 위해 나타낸 확대도
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100. 베드 200. 테이블
300. 컬럼 310. 제1가이드
320. 제2가이드 400. 스핀들 어셈블리
410. 스핀들 510. 연결부
520. 흡입부 521. 관체
522. 결합단 523. 포크단
524. 결합 파이프 525. 흡입호스
530. 실린더부 531. 실린더 하우징
532. 실린더 로드
본 발명은 머시닝센터에 관한 것으로써, 더욱 구체적으로는 상기 머시닝센터를 이용한 공작물의 가공 도중 발생되는 분진이나 이물질의 비산을 방지함과 더불어 그 제거가 원활히 이루어질 수 있도록 한 새로운 형태의 집진장치가 구비된 머시닝센터에 관한 것이다.
일반적으로, 머시닝센터(machining center)는 선반, 밀링, 드릴링, 보링머신 등에서 할 수 있는 광범위한 가공을 수행하는 공작기계이다.
이러한 머시닝센터는 통상 주축이 수직으로 장착된 수직형 머시닝센터와, 주축이 수평으로 장착된 수평형 머시닝센터로 구분된다.
여기서, 상기 수직형 머시닝센터는 크게 베드와, 상기 베드의 상부에 설치되어 공작물이 얹혀지는 테이블과, 상기 베드의 후방에 수직으로 장착된 컬럼과, 이 컬럼에 장착된 스핀들을 포함하여 구성된다.
즉, 상기한 수직형 머시닝센터는 상기 스핀들에 절삭 공구를 설치한 상태에서 수평 방향 및 수직 방향으로 이동되면서 테이블에 얹혀진 공작물을 가공하도록 구성되는 것이다.
이때, 상기 스핀들은 하나로만 구성될 수도 있지만, 일반적으로 다수의 가공 물을 동시에 가공할 수 있도록 다수로 제공된다.
그러나, 전술한 종래의 머시닝센터는 공작물을 가공하는 도중 칩(chip) 등과 같은 가공 찌꺼기가 비산되는 문제점이 있었다.
특히, 상기한 가공 찌꺼기의 비산에 따른 문제점으로 인해 작업자의 건강에 해로운 영향을 야기하게 될 뿐 아니라, 상기 가공 찌꺼기가 가공물이나 절삭 공구로 날려 가공 정밀도를 저하시키게 된 문제점 역시 발생되었다.
이에 종래에는, 상기 가공 찌꺼기의 비산을 방지하기 위한 다양한 연구가 이루어지고 있으나, 스핀들로부터 절삭 공구의 교체를 위한 작업시 상기 가공 찌꺼기의 비산 방지를 위한 구조가 간섭되지 않아야만 한다는 필요 조건을 만족시키는 구성은 제공되지 않고 있다.
특히, 상기 가공 찌꺼기의 비산 방지를 위한 구조를 적용할 경우에는 절삭 공구를 교체하거나 장착하기 위해서는 그 간섭이 방지되도록 상기 비산 방지를 위한 구조의 완전 분해를 위한 별도의 작업이 필요시됨으로써 그 적용은 이루어지지 않고 있다.
본 발명은 전술한 종래의 각종 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 절삭 공구의 교체시 간섭되지 않으면서도 공작물의 가공시에는 비산되는 가공 찌꺼기를 원활히 제거할 수 있도록 한 새로운 집진장치가 구비된 수직형 머시닝센터를 제공하고자 한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수직형 머시닝센터에 따르면, 몸체를 이루는 베드; 그 상면으로 공작물이 얹혀지는 테이블; 상기 베드의 후방에 장착되며, 수직으로 세워진 컬럼; 상기 컬럼의 전방에 그 상하 방향 및 좌우 방향으로의 이동이 가능하게 설치되며, 절삭 공구가 결합된 적어도 하나 이상의 스핀들을 갖는 스핀들 어셈블리; 그리고, 상기 스핀들 어셈블리에 설치된 상태로 공작물의 가공시 상기 스핀들에 결합된 절삭 공구를 선택적으로 감싸도록 동작되고, 공작물의 가공시 비산되는 가공 찌꺼기를 흡입하는 집진장치:가 포함되어 구성됨을 특징으로 한다.
여기서, 상기 집진장치는 상기 스핀들 어셈블리의 저면 중 상기 스핀들에 설치된 절삭 공구의 후방측 부위에 설치되는 연결부와, 상기 연결부에 회동 가능하게 결합되며, 상기 절삭 공구를 선택적으로 감싸면서 진공 흡입력을 제공받아 절삭물의 가공시 비산되는 가공 찌꺼기를 흡입하는 흡입부와, 일단은 상기 스핀들 어셈블리의 배면에 결합되고, 타단은 상기 흡입부에 회동 가능하게 결합되어 상기 흡입부가 상기 연결부와의 회동 중심을 기준으로 선택적으로 회동시키는 실린더부를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
이때, 상기 흡입부는 상기 진공 흡입력을 제공받아 가공 찌꺼기를 흡입하는 내부가 빈 관체와, 상기 관체의 일단에 형성되며, 상기 연결부에 회동 가능하게 결합되는 결합단과, 상기 관체의 타단에 형성되면서 상기 절삭 공구를 선택적으로 감싸는 포크단을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
이와 함께, 상기 관체의 후면에는 진공 흡입력을 전달하기 위한 흡입호스가 결합되는 결합파이프가 상기 관체 내의 공간과 연통되게 형성됨을 특징으로 하며, 상기 포크단은 그 후단이 상기 관체의 둘레면을 감싸도록 형성되고, 그 선단에는 내측 부위로 상기 절삭 공구가 위치되도록 절개홈이 형성됨을 특징으로 한다.
이하, 전술한 본 발명에 따른 수직형 머시닝센터에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명하도록 한다.
첨부된 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수직형 머시닝센터는 크게 베드(100)와, 테이블(200)과, 컬럼(300)과, 스핀들 어셈블리(400) 그리고, 집진장치를 포함하여 구성되며, 이를 각 구성별로 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 베드(100)에 대하여 설명한다.
상기 베드(100)는 지면에 설치되는 부위로써, 수직형 머시닝센터의 몸체를 이룬다.
다음으로, 상기 테이블(200)에 대하여 설명한다.
상기 테이블(200)은 그 상면으로 공작물이 얹히는 부위로써, 상기 베드(100)의 상면에 전후 방향(Y축 방향)으로의 이동이 가능하게 설치된다.
물론, 상기 테이블(200)의 상면에 별도의 보조 테이블(도시는 생략됨)이 더 설치되며, 상기 보조 테이블의 상면으로 공작물이 얹히도록 구성될 수도 있다.
특히, 상기한 테이블(200)에는 진공 유로(도시는 생략됨)가 형성되어, 상기 공작물이 상기 진공 유로를 통해 제공되는 진공력에 의해 그 고정이 이루어지도록 구성된다.
다음으로, 상기 컬럼(column)(300)에 대하여 설명한다.
상기 컬럼(300)은 상기 베드(100)의 후방 양측으로부터 수직하게 세워진 일련의 구성으로써, 후술하는 스핀들 어셈블리(400)의 좌우 방향(X축 방향)으로의 이동 및 상하 방향(Z축 방향)으로의 이동이 가능하도록 지지하는 구성이다.
이때, 상기 컬럼(300)에는 제1가이드(310) 및 제2가이드(320)가 각각 구비된다.
상기한 제1가이드(310)는 제2가이드(320)의 안내를 받아 베드(100)의 좌 혹은, 우측 방향(X축 방향)으로 이동될 수 있도록 구성되고, 상기 스핀들 어셈블리(400)는 상기 제1가이드(310)에 상하 방향(Z축 방향)을 따라 이동 가능하게 설치된다. 이때, 상기 제2가이드(320)는 상기 베드(100)의 좌우 방향을 따라 형성되며, 상기 컬럼(300)의 상단을 이루도록 구성된다.
특히, 상기 제1가이드(310) 및 제2가이드(320)는 엘엠 가이드(LM guide)로 구성되고, 상기 스핀들 어셈블리(400)는 제1엘엠 모터(도시는 생략됨)에 의해 상기 제1가이드(310)의 안내를 받으면서 상하 이동되도록 구성되고, 상기 제1가이드(310)는 제2엘엠 모터(도시는 생략됨)에 의해 상기 제2가이드(320)의 안내를 받으면서 좌우 이동되도록 구성된다.
다음으로, 상기 스핀들 어셈블리(400)에 대하여 설명한다.
상기 스핀들 어셈블리(400)는 기 전술된 바와 같이 제1가이드(310)에 설치된 상태로 상기 제1가이드(310)의 안내를 받아 승강되도록 설치되는 일련의 구성으로써, 상기 컬럼(300)의 전방에 그 상하 방향(Z축 방향) 및 좌우 방향(X축 방향)으로 이동 가능하게 설치되는 구성이다.
이때, 상기 스핀들 어셈블리(400)의 하단에는 적어도 하나 이상의 스핀들(410)이 구비되며, 상기 스핀들(410)은 그의 고속 회전에 의한 절삭 공구(11)의 회전을 통해 각종 공작물을 가공하도록 구성된다.
특히, 상기 스핀들(410)은 그의 저면 중앙측으로 공구(11)를 클램핑할 수 있는 척(chuck)으로 형성되며, 상기한 절삭 공구(11)의 클램핑 혹은, 언클램핑은 자동 제어에 의해 이루어지도록 구성된다.
또한, 상기한 스핀들(410)은 하나로만 구성될 수도 있지만, 본 발명의 실시예에서는 다수의 공작물을 동시에 일괄 가공할 수 있도록 둘 이상의 다수로 구성됨을 제시한다.
다음으로, 상기 집진장치에 대하여 첨부된 도 2 내지 도 6을 참조하여 설명한다.
상기 집진장치는 상기 스핀들 어셈블리(400)에 설치된 상태로 공작물의 가공시 상기 스핀들(410)에 결합된 절삭 공구(11)를 선택적으로 감싸면서 비산되는 가공 찌꺼기를 흡입하도록 구성된 장치로써, 크게 연결부(510)와, 흡입부(520) 및 실린더부(530)를 포함하여 구성된다. 즉, 상기한 집진장치는 공작물의 가공이 이루어지지 않을 경우에는 상기 절삭 공구로부터 이격된 곳에 위치되어 있다가 공작물의 가공 작업이 시작될 경우 상기 절삭 공구를 감싸도록 동작된 후 진공 흡입력을 제공하여 상기 가공 찌꺼기를 흡입하도록 구성되는 것이다.
여기서, 상기 연결부(510)는 첨부된 도 4 내지 도 6과 같이 상기 스핀들 어 셈블리(400)의 저면 중 상기 스핀들(410)에 설치되는 절삭 공구(11)의 후방측 부위에 설치되며, 서로 이격된 한 쌍의 브라켓으로 구성된다.
또한, 상기 흡입부(520)는 비산되는 가공 찌꺼기를 흡입하는 부위로써, 첨부된 도 4 내지 도 6과 같이 상기 연결부(510)에 회동 가능하게 결합되며, 절삭 작업시 상기 절삭 공구(11)를 선택적으로 감싸도록 위치되면서 진공 흡입력을 제공받아 상기 가공 찌꺼기를 흡입하게 된다.
상기한 흡입부(520)는 상기 진공 흡입력을 제공받아 가공 찌꺼기를 흡입하는 내부가 빈 관체(521)와, 상기 관체(521)의 일단에 형성되면서 상기 연결부(510)를 이루는 두 브라켓 사이에 회동 가능하게 결합되는 결합단(522)과, 상기 관체(521)의 타단에 형성되면서 상기 절삭 공구(11)를 선택적으로 감싸는 포크단(523)을 포함하여 구성된다.
이때, 상기 관체(521)의 후면에는 상기 관체(521) 내의 공간과 연통되는 결합 파이프(524)가 형성되며, 상기 결합 파이프(524)는 진공 흡입력을 전달하기 위해 진공 펌프(도시는 생략됨)에 연결된 흡입호스(525)가 결합된다. 상기 진공 펌프와 상기 흡입호스(525) 사이에는 도시되지는 않았지만 흡입된 가공 찌꺼기를 집진하기 위한 집진부가 더 구비된다.
이와 함께, 상기 포크단(523)은 그 후단이 상기 관체(521)의 둘레면을 감싸도록 형성되고, 첨부된 도 2에 도시된 바와 같이 그 선단에는 내측 부위로 상기 절삭 공구(11)가 위치되도록 절개홈(523a)이 형성된다.
또한, 상기 포크단(523)의 저면은 실시예로 첨부된 도 4 내지 도 6과 같이 측면에서 봤을 때 평면을 이루도록 형성될 수도 있는 반면, 도시되지는 않았지만 상기 관체(521)가 위치된 부위로 갈수록 점차 상향 경사지거나 혹은, 라운드지게 형성하여 공기의 흡입 유동이 더욱 원활히 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.
또한, 상기 실린더부(530)는 공작물의 가공 작업에 대한 실시 여부에 따라 상기 흡입부(520)의 포크단(523)이 상기 절삭 공구(11)를 감싸도록 위치시키거나 혹은, 상기 절삭 공구(11)가 스핀들(410)로부터의 교체시 간섭되지 않도록 위치시키는 역할을 수행한다.
즉, 공작물의 가공 작업이 수행되는 도중에는 상기 포크단(523)이 상기 절삭 공구(11)를 감싸도록 위치시키고, 상기 공작물의 가공 작업이 완료되었거나 혹은, 상기 절삭 공구(11)를 교체하고자 할 경우에는 상기 흡입부(520)가 상기 절삭 공구(11)의 교체를 위한 영역으로부터 이격되도록 동작되는 것이다.
상기와 같은 실린더부(530)는 유압을 적용받는 실린더 하우징(531)과, 상기 실린더 하우징(531)으로부터 전진 및 후퇴 가능하게 설치되는 실린더 로드(532)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 실린더 하우징(531)의 끝단(도면상 상단)은 상기 스핀들 어셈블리(400)의 배면에 회동 가능하게 결합되고, 상기 실린더 로드(532)의 선단은 상기 흡입부(520)의 관체(521)에 회동 가능하게 결합된다.
하기에서는, 전술한 본 발명의 실시예에 따른 수직형 머시닝센터의 동작 과정에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 가공하고자 하는 공작물을 테이블(200)(혹은, 보조 테이블)의 상면에 설치한다. 이때, 상기 공작물들은 상기 테이블(200)에 형성된 진공 유로(도시는 생략됨)를 통해 제공되는 진공력에 의해 고정 설치된다.
또한, 스핀들 어셈블리(400)의 스핀들(410)에 절삭 공구(11)를 각각 설치한다.
이때, 상기 절삭 공구(11)의 설치가 진행되는 도중 집진장치를 구성하는 흡입부(520)는 상기 절삭 공구(11)의 탈착 방향으로부터 이탈된 곳에 위치된 상태를 유지하게 된다. 이의 상태는 첨부된 도 4와 같다.
그리고, 상기한 스핀들(410)에의 절삭 공구(11) 설치가 완료되면 집진장치를 구성하는 실린더부(530)의 동작이 이루어지면서 실린더 하우징(531)로부터 실린더 로드(532)가 돌출된다.
이로 인해, 상기 실린더 로드(532)의 선단에 결합된 흡입부(520)의 관체(521)는 상기 연결부(510)와 연결된 부위를 회동 중심으로 하여 첨부된 도 5와 같이 점진적으로 회동되면서 결국, 첨부된 도 6과 같이 그의 포크부(523)가 상기 절삭 공구(11)를 감싸도록 위치된다.
특히, 이때에는 관체(521)의 공기 유입측이 테이블(200)의 상면과 대향되도록 위치된다.
상기한 상태에서, 전원을 공급하여 기기를 동작시키게 되면 상기 스핀들(410)의 고속회전이 이루어지면서 공구(11)를 고속 회전시키게 됨과 더불어 스핀들 어셈블리(400)의 좌우 이동(X축 방향으로의 이동) 및 상하 이동(Z축 방향으로의 이동)과, 테이블(200)의 전후 이동(Y축 방향으로의 이동)이 기 프로그래밍된 내용 에 따라 동작되면서 공작물을 가공하게 된다.
전술한 공작물의 가공이 진행될 때에는 상기 공작물이 절삭되면서 발생되는 가공 찌꺼기가 비산된다.
그러나, 상기한 공작물의 가공이 진행될 경우 집진장치를 구성하는 진공 펌프의 구동 역시 이루어진다.
즉, 상기 진공 펌프의 구동이 이루어지면서 흡입호스(525)로부터 진공 흡입력이 전달되고, 이렇게 전달된 진공 흡입력은 흡입부(520)를 구성하는 결합 파이프(524)를 통해 관체(521)로 제공되기 때문에 상기 비산되는 가공 찌꺼기는 상기 관체(521)와 결합 파이프(524)와 흡입호스(525)를 통해 지속적으로 제거되는 것이다.
따라서, 상기 비산되는 가공 찌꺼기로 인한 가공 정밀도의 저하는 방지된다.
한편, 전술한 일련의 과정을 통해 절삭물에 대한 절삭 작업이 완료되면 스핀들 어셈블리는 원위치(영점 설정의 기준이 되는 최초의 위치)로 복귀된다.
또한, 상기와 같이 스핀들 어셈블리(400)가 원위치로 복귀하게 되면 집진장치를 구성하는 진공 펌프의 구동이 중단되고, 계속해서 실린더부(530)의 동작이 이루어지면서 실린더 로드(532)가 후퇴된다.
이로 인해, 상기 실린더 로드(532)의 선단에 결합된 흡입부(520)는 상기 연결부(510)와 연결된 부위를 회동 중심으로 하여 첨부된 도 5와 같이 점진적으로 회동되면서 결국, 첨부된 도 4와 같이 그의 포크단(523)이 상기 절삭 공구(11)로부터 완전히 이격된 상태로 위치된다.
따라서, 상기 스핀들 어셈블리(400)의 스핀들(410)에 장착된 절삭 공구(11)는 그의 교체가 가능한 상태를 이루게 되며, 이후 필요에 따라 상기 절삭 공구(11)의 교체가 이루어진다.
즉, 상기 집진장치를 완전히 분해하지 않더라도 절삭 공구(11)를 하향 탈거하는 과정이 가능하게 되며, 이로 인해 절삭 공구(11)를 수직한 방향(도면상 상하 방향)으로 교체하도록 구성되는 자동 공구 교환장치(ATC;Auto Tool Changer)를 적용할 수도 있게 된다.
이상에서 설명된 바와 같이 본 발명에 따른 수직형 머시닝센터는 후술하는 바와 같은 각종 효과를 가진다.
우선, 본 발명에 따른 수직형 머시닝센터는 집진장치를 추가로 구비함으로써, 절삭 가공시 비산되는 절삭물의 가공 찌꺼기에 대한 원활한 제거가 가능하다는 효과를 가진다.
이에 따라, 상기한 가공 찌꺼기로 인한 가공 정밀도의 저하에 따른 문제점을 미연에 방지할 수 있게 된 효과 역시 가진다.
또한, 본 발명에 따른 수직형 머시닝센터의 집진장치는 공작물의 가공시에만 절삭 공구를 선택적으로 감싸면서 가공 찌꺼기를 흡입하고, 공작물의 가공이 완료되었을 경우에는 상기 공구의 교환에 전혀 간섭을 주지 않는 곳에 위치되도록 동작되기 때문에 스핀들로부터 절삭 공구를 교환하는 과정은 원활히 진행될 수 있다.
이로 인해, 자동으로 공구를 교환하는 교환장치가 추가적으로 설치될 수 있 다는 효과를 가진다. 즉, 절삭 공구를 수직한 방향(도면상 상하 방향)으로 교체하도록 구성되는 자동 공구 교환장치(ATC;Auto Tool Changer)를 적용할 수도 있다는 효과를 가진다.

Claims (5)

  1. 몸체를 이루는 베드;
    그 상면으로 공작물이 얹혀지는 테이블;
    상기 베드의 후방에 장착되며, 수직으로 세워진 컬럼;
    상기 컬럼의 전방에 그 상하 방향 및 좌우 방향으로의 이동이 가능하게 설치되며, 절삭 공구가 결합된 적어도 하나 이상의 스핀들을 갖는 스핀들 어셈블리;
    상기 스핀들 어셈블리의 저면 중 상기 스핀들에 설치된 절삭 공구의 후방측 부위에 설치되는 연결부와, 상기 연결부에 회동 가능하게 결합됨과 더불어 상기 절삭 공구를 선택적으로 감싸면서 진공 흡입력을 제공받아 절삭물의 가공시 비산되는 가공 찌꺼기를 흡입하는 흡입부와, 일단은 상기 스핀들 어셈블리의 배면에 결합됨과 더불어 타단은 상기 흡입부에 회동 가능하게 결합되어 상기 흡입부가 상기 연결부와의 회동 중심을 기준으로 선택적으로 회동시키는 실린더부를 포함하여 구성되어, 공작물의 가공시에는 상기 흡입부가 상기 스핀들에 결합된 절삭 공구를 선택적으로 감싸도록 위치됨과 더불어 공작물의 가공이 진행되지 않는 상태에서는 상기 절삭 공구로부터 이격되면서 상기 절삭 공구의 교체시 간섭되지 않게 위치되도록 구성된 집진장치:를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 수직형 머시닝센터.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡입부는
    상기 진공 흡입력을 제공받아 가공 찌꺼기를 흡입하는 내부가 빈 관체와,
    상기 관체의 일단에 형성되며, 상기 연결부에 회동 가능하게 결합되는 결합단과,
    상기 관체의 타단에 형성되면서 상기 절삭 공구를 선택적으로 감싸는 포크단을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 수직형 머시닝센터.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 관체의 후면에는 진공 흡입력을 전달하기 위한 흡입호스가 결합되는 결합파이프가 상기 관체 내의 공간과 연통되게 형성됨을 특징으로 하는 수직형 머시닝센터.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 포크단은 그 후단이 상기 관체의 둘레면을 감싸도록 형성되고, 그 선단 에는 내측 부위로 상기 절삭 공구가 위치되도록 절개홈이 형성됨을 특징으로 하는 수직형 머시닝센터.
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