KR100957524B1 - 3ｄ 가변축 머신 - Google Patents

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박형욱
손흥선
정영상
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한국기계연구원
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Abstract

본 발명은 3D 가변축 머신에 관한 것으로, 이를 위해 지면에 이격되어 공작물의 상부면에 배치되는 프레임과, 상기 프레임에 한쌍으로 연결되는 아치 형상의 전/후 회동프레임과, 상기 전/후 회동프레임과 교차 연결될 수 있도록 상기 전/후 회동프레임 보다 상대적으로 낮은 높이를 갖는 아치 형상의 좌/우 회동프레임과, 상기 전/후 회동프레임과, 좌/우 회동프레임의 교차부위에 수직으로 삽입되어 전/후/좌/우 회동프레임을 따라 회동하는 주축을 포함하여 이루어지되, 상기 주축은 미끄럼부재에 결합되고, 상기 미끄럼부재는 전/후 회동프레임의 하부면과, 좌/우 회동프레임의 상부면에 슬라이딩 결합되는 것을 특징으로 한다.
3D, 가변축, 프레임, 공작기계

Description

3Ｄ 가변축 머신{variable-axes machine of three-dimensional}
본 발명은 공작물을 가공하는 주축이 1개로 구성되되, 상기 주축은 상/하/좌/우/전/후로 가변되어 구조가 매우 간편하면서도 공작물을 입체가공 할 수 있는 구조의 3D 가변축 머신에 관한 것으로, 보다 상세하게는 지면에 이격되어 공작물의 상부면에 배치되는 프레임과, 상기 프레임에 한쌍으로 연결되는 아치 형상의 전/후 회동프레임과, 상기 전/후 회동프레임과 교차 연결될 수 있도록 상기 전/후 회동프레임 보다 상대적으로 낮은 높이를 갖는 아치 형상의 좌/우 회동프레임과, 상기 전/후 회동프레임과, 좌/우 회동프레임의 교차부위에 수직으로 삽입되어 전/후/좌/우 회동프레임을 따라 회동하는 주축을 포함하여 이루어지되, 상기 주축은 미끄럼부재에 결합되고, 상기 미끄럼부재는 전/후 회동프레임의 하부면과, 좌/우 회동프레임의 상부면에 슬라이딩 결합되는 것을 특징으로 하는 3D 가변축 머신에 관한 것이다.
일반적으로 공작물을 입체가공하기 위해 발명된 것이 레이져 가공기이다.
하지만 이러한 레이져 가공기는 큰 공작물을 보다는 작은 공작물을 주로 가공할때 쓰인다.
따라서 큰 공작물을 입체 가공하기 위해서 3축, 4축, 5축 머시닝 공작기계가 개발되었다.
하지만 이러한 다축 머시닝 공작기계는 규모가 대형이고, 주축이 여러개 있기 때문에 구조가 매우 복잡하고, 이에 따른 가격이 매우 고가인 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 공작물을 가공하는 주축이 1개로 구성되되, 상기 주축은 상/하/좌/우/전/후로 가변되어 구조가 매우 간편하면서도 공작물을 입체가공 할 수 있는 구조의 3D 가변축 머신를 제공하는데 있다.
더 나아가 본 발명의 목적은, 지면에 이격되어 공작물의 상부면에 배치되는 프레임과, 상기 프레임에 한쌍으로 연결되는 아치 형상의 전/후 회동프레임과, 상기 전/후 회동프레임과 교차 연결될 수 있도록 상기 전/후 회동프레임 보다 상대적으로 낮은 높이를 갖는 아치 형상의 좌/우 회동프레임과, 상기 전/후 회동프레임 과, 좌/우 회동프레임의 교차부위에 수직으로 삽입되어 전/후/좌/우 회동프레임을 따라 회동하는 주축을 포함하여 이루어지되, 상기 주축은 미끄럼부재에 결합되고, 상기 미끄럼부재는 전/후 회동프레임의 하부면과, 좌/우 회동프레임의 상부면에 슬라이딩 결합되는 것을 특징으로 하는 3D 가변축 머신을 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 3D 가변축 머신에 따르면, 구조가 간단하고 저렴한 가격에 3D 가공이 가능한 공작기계를 제공할 수 있는 장점이 있다.
또한 공작물을 가공하는 주축이 1개로 구성되되, 상기 주축은 아치 형상의 전/후 회동프레임과, 좌/우 회동프레임을 통해 상/하/좌/우/전/후로 가변되어 공작물을 입체가공 할 수 있는 특징이 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 3D 가변축 머신에 관하여 첨부되어진 도면과 함께 더불어 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 3D 가변축 머신의 사시도이고, 도 2는 도 1에서 발췌된 미끄럼부재의 사시도이고, 도 3은 도 2에서 A-A선에 따른 미끄럼부재의 단면도이며, 도 4는 도 1에서 발췌된 미끄럼부재와 주축의 결합도이다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명은 공작물을 가공하는 주축이 1개로 구성되되, 상기 주축은 아치형상의 전/후 회동프레임과, 좌/우 회동프레임을 통해 상/하/좌/우/전/후로 가변되어 공작물을 입체가공 할 수 있는 구조의 3D 가변축 머신(100)에 관한 것이다.
이러한 3D 가변축 머신(100)은 5부분으로 구성되는데, 이는 프레임(10)과, 상기 프레임(10)에 결합되는 전/후 회동프레임(20) 및 좌/우 회동프레임(30)과, 상기 전/후 회동프레임(20)과, 좌/우 회동프레임(30)의 교차부위 삽입되는 주축(50) 및 미끄럼부재(40)로 구성된다.
여기서 상기 프레임(10)은 중앙에 공작물(미도시)을 두고 4개의 지지대(11)에 의해 지면에 이격되는 구조이다.
이러한 프레임(10)은 전/후 회동프레임(20) 및 좌/우 회동프레임(30)이 결합될 수 있도록 사방 면이 가로막힌 사각 형상으로 배치된다.
아울러 상기 전/후 회동프레임(20)은 프레임(10)의 좌/우 면에 한쌍으로 연결되는 아치 형상으로 구성된다.
이러한 전/후 회동프레임(20)은 프레임(10)에 고정된 모터(M)에 의해 강제 회동하는 구조이다.
그리고 좌/우 회동프레임(30) 역시 프레임(10)의 전/후면에 한쌍으로 연결되는 아치 형성으로 구성된다.
이 때 상기 전/후 회동프레임(20)과 교차 연결될 수 있도록 상기 전/후 회동프레임(20) 보다 상대적으로 낮은 높이를 갖는다.
한편 상기 전/후 회동프레임(20) 및 좌/우 회동프레임(30)은 모터(M)에 의해 강제 회동하는 구조이며, 각각 한쌍으로 구성된다.
이 때 프레임(10)에는 전/후 회동프레임(20) 및 좌/우 회동프레임(30)이 모터에 의해 원활이 회동될 수 있도록 2개의 모터 무게에 상응하는 2개의 웨이트밸런스(12)가 결합된 구조이다.
한편 상기 전/후 회동프레임(20) 및 좌/우 회동프레임(30)은 간격 유지 및 강성을 증대시키기 위해 다수의 보강대(21,31)가 결합되어 구성된다. 그리고 전/후 회동프레임(20) 및 좌/우 회동프레임(30) 각각의 간격은 주축(50)이 결합될 수 있는 간격이라야 한다. 때문에 상기 보강대(21,31)는 주축이 삽입될 수 있도록 주축(50)의 직경보다 길어야 되는 것이 선행되어야 한다.
그리고 주축(50)은 상기 전/후 회동프레임(20)과, 좌/우 회동프레임(30)의 교차부위에 수직으로 삽입되어 전/후/좌/우 회동프레임(20,30)을 따라 회동하는 구조이다.
이러한 주축(50)은 미끄럼부재(40)에 결합되고, 상기 미끄럼부재(40)는 전/후 회동프레임(20)의 하부면과, 좌/우 회동프레임(30)에 상부면에 슬라이딩 결합되는 구조이다.
상기 미끄럼부재(40)는 도 2 및 도 3와 같이, 상호 회전가능하고, 높이 차를 갖도록 회전베어링(44)을 사이에 두고 회전베어링(44)의 하부 외측에 장착되는 제 1미끄럼틀(41)과, 상기 회전베어링의 상부 안측에 결합되는 제 2미끄럼틀(42)로 구성된다.
이 때 제 2미끄럼틀(42)과, 회전베어링(44)은 주축(50)에 고정되고, 제 1미끄럼틀(41)은 회전베어링(44)에 외측에 장착되어 회전되는 구조이다.
그리고 상기 제 2미끄럼틀(42)에는 전/후 회동프레임(20)의 저면에 밀착되는 2개의 제 1롤러(421)가 결합되고, 상기 제 1미끄럼틀(41)에는 좌/우 회동프레임(30)의 상부면에 밀착되는 2개의 제 2롤러(411)가 결합되는 구조이다.
즉 이러한 미끄럼부재(40)의 구성은 주축(50)이 이동되면 주축을 이탈됨이 없이 각 회동프레임(20,30)에 지지시키고, 또한 제 1미끄럼틀(41)을 제 2미끄럼틀(42)에 대해 회전시켜 각 회동프레임(20,30)의 간섭을 없앨수 있는 구조이다.
때문에 이와 같은 구조를 통해 본 3D 가변축 머신(100)은 2개의 모터(M)를 통해 각각 개별적으로 회동하는 전/후 회동프레임(20)과, 좌/우 회동프레임(30)으로 주축(50)을 상/하/좌/우/전/후로 가변시켜 공작물을 입체가공 할 수 있는 것이다.
또한 본 발명에서는 언급되지 않았지만, 주축(50)에 리니어모터를 결합시켜 주축 역시 상/하로 이송되게 결합되는 것은 자명할 것이다.
도 5는 다른 실시예의 미끄럼부재를 적용한 3D 가변축 머신의 사시도이고, 도 6은 도 5에서 발췌된 미끄럼부재와 주축의 결합도이다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 다른 실시예의 미끄럼부재(40)는 탄성수단(60)에 의해 제 2미끄럼틀(42)과 탄력적으로 연결되는 제 3롤러(431)가 장착되는 제 3미끄럼틀(43)을 더 포함하여 구성된다.
여기서 상기 제 3미끄럼틀(43)은 전/후 회동프레임(20)의 상부면에 밀착되되, 상기 제 2미끄럼틀(42)과는 탄성수단(60)을 통해 상호 탄력적으로 연결된다.
이 때 상기 탄성수단(60)은 제 2미끄럼틀(42)과 제 3미끄럼틀(43)에 결합된 연결바(61)와, 상기 각 연결바(61)를 연결하는 스프링(62)으로 구성된다.
이러한 구성은 제 2미끄럼틀(42)에 결합된 제 1롤러(421)가 밀착되지 않을시의 문제점을 감안하여 제 3미끄럼틀(43)을 전/후 회동프레임(20)의 상부면에 결합시킨 것이다.
즉, 제 2롤러(411)는 미끄럼부재(40)의 자중에 의해 항시적으로 밀착될 수 있지만, 제 1롤러(421)는 미끄럼부재(40)의 자중에 의해 밀착되지 않을 수 있어 제 3미끄럼틀(43)에 결합된 제 3롤러(431)를 전/후 회동프레임(20)에 상부면에 결합시켜 이를 극복할 수 있다.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 첨부된 청구의 범위는 본 발명의 진정한 범위내에 속하는 그러한 수정 및 변형을 포함할 것이라고 여겨진다.
도 1은 본 발명에 따른 3D 가변축 머신의 사시도,
도 2는 도 1에서 발췌된 미끄럼부재의 사시도,
도 3은 도 2에서 A-A선에 따른 미끄럼부재의 단면도,
도 4는 도 1에서 발췌된 미끄럼부재와 주축의 결합도,
도 5는 다른 실시예의 미끄럼부재를 적용한 3D 가변축 머신의 사시도,
도 6은 도 5에서 발췌된 미끄럼부재와 주축의 결합도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 프레임 11: 지지대
12: 웨이트밸런스
20: 전/후 회동프레임 21: 보강대
30: 좌/우 회동프레임 31: 보강대
40: 미끄럼부재 41: 제 1미끄럼틀
411: 제 2롤러 42: 제 2미끄럼틀
421: 제 1롤러 43: 제 3미끄럼틀
431: 제 3롤러 44: 회전베어링
50: 주축
60: 탄성수단 61: 연결바
62: 스프링
100: 3D 가변축 머신
M: 모터

Claims (7)

  1. 지면에 이격되어 공작물의 상부면에 배치되는 프레임(10)과,
    상기 프레임(10)에 한쌍으로 연결되는 아치 형상의 전/후 회동프레임(20)과,
    상기 전/후 회동프레임(20)과 교차 연결될 수 있도록 상기 전/후 회동프레임(20) 보다 상대적으로 낮은 높이를 갖는 아치 형상의 좌/우 회동프레임(30)과,
    상기 전/후 회동프레임(20)과, 좌/우 회동프레임(30)의 교차부위에 수직으로 삽입되어 전/후/좌/우 회동프레임(20,30)을 따라 회동하는 주축(50)을 포함하여 이루어지되,
    상기 주축(50)은 미끄럼부재(40)에 결합되고, 상기 미끄럼부재(40)는 전/후 회동프레임(20)의 하부면과, 좌/우 회동프레임(30)의 상부면에 슬라이딩 결합되는 것을 특징으로 하는 3D 가변축 머신.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전/후 회동프레임(20) 및 좌/우 회동프레임(30)은 각각 모터(M)와 연결되어 강제 회동하는 것을 특징으로 하는 3D 가변축 머신.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 전/후 회동프레임(20) 및 좌/우 회동프레임(30)은 한쌍으로 구성되며, 간격 유지 및 강성을 증대시키기 위해 다수의 보강대(21,31)가 결합되어 구성되는 것을 특징으로 하는 3D 가변축 머신.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 미끄럼부재(40)는 상호 회전가능하고, 높이 차를 갖도록 회전베어링(44)을 사이에 두고 회전베어링(44)의 하부 외측에 장착되는 제 1미끄럼틀(41)과, 상기 회전베어링(44)의 상부 안측에 결합되는 제 2미끄럼틀(42)로 구성되며,
    상기 제 2미끄럼틀(42)에는 전/후 회동프레임(20)의 저면에 밀착되는 2개의 제 1롤러(421)가 결합되고, 상기 제 1미끄럼틀(41)에는 좌/우 회동프레임(30)의 상부면에 밀착되는 2개의 제 2롤러(411)가 결합되는 것을 특징으로 하는 3D 가변축 머신.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 미끄럼부재(40)는 제 2미끄럼틀(42)과 탄성수단(60)에 의해 탄력적으로 연결되는 제 3롤러(431)가 장착되는 제 3미끄럼틀(43)을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3D 가변축 머신.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 탄성수단(60)은 제 2미끄럼틀(42) 및 제 3미끄럼틀(43)에 결합된 연결바(61)와, 상기 각 연결바(61)를 연결하는 스프링(62)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 3D 가변축 머신.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 제 3미끄럼틀(43)은 전/후 회동프레임(20)의 상부면에 밀착되는 것을 특징으로 하는 3D 가변축 머신.
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