KR100971168B1

KR100971168B1 - 5축 절삭가공장치

Info

Publication number: KR100971168B1
Application number: KR1020100020667A
Authority: KR
Inventors: 황영식
Original assignee: (주)프로텍이노션
Priority date: 2010-03-09
Filing date: 2010-03-09
Publication date: 2010-07-20
Also published as: WO2011111902A1

Abstract

본 발명에 따른 5축 절삭가공장치는, X축, Y축 및 Z축 방향으로 이동 가능하게 마련되고, 장착된 절삭공구를 회전시키는 스핀들 유닛; 및 상기 절삭공구에 의해 가공되는 작업대상물을 지지하고, 상기 작업대상물을 A축 및 B축 방향으로 회전시키는 회전 구동유닛을 포함한다. 본 발명에 의하면, 보다 다양한 위치 및 각도에서 작업대상물을 절삭가공할 수 있고, 이송 속도 및 위치 정밀도를 향상시킬 수 있다.

Description

5축 절삭가공장치{5-Axis Milling Machine}

본 발명은, 5축 절삭가공장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 5축 절삭가공장치에서 A축 및 B축 회전 메커니즘에 관한 것이다.

일반적으로 5축 절삭가공장치라 함은 CNC(Computerized Numerical Control) 기반의 절삭가공장치에서 작업대상물(Work-Piece)을 다양한 위치 및 각도에서 절삭가공할 수 있도록 X축, Y축 및 Z축 방향의 이송은 물론, A축 및 B축 방향의 이송 혹은 회전이 가능한 절삭가공장치를 말한다.

한편, 종래의 5축 절삭가공장치는 B축 회전 메커니즘이 절삭공구가 장착되는 스핀들 및 새들에 마련되고 스핀들에 장착된 절삭공구가 B축 방향으로 회전하도록 구성된다.

그런데, 위와 같은 구성을 갖는 종래의 5축 절삭가공장치는 스핀들에 장착된 절삭공구가 B축 방향으로 회전하도록 구성되기 때문에, A축 및 B축 방향의 회전 각도에 대한 제한이 커지는 문제점이 있다.

또한, 종래의 5축 절삭가공장치는 B축 회전 메커니즘이 절삭공구가 장착되는 스핀들 및 새들에 마련되기 때문에 스핀들 및 새들의 중량이 증가하여 스핀들 및 새들의 X축, Y축 및 Z축 이송 속도가 떨어지고, B축 회전 메커니즘이 X축, Y축 및 Z축 이송 메커니즘과 독립적으로 작동하지 못하므로 위치 정밀도가 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은, 보다 다양한 위치 및 각도에서 작업대상물을 절삭가공할 수 있고, 이송 속도 및 위치 정밀도를 향상시킬 수 있는 5축 절삭가공장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, X축, Y축 및 Z축 방향으로 이동 가능하게 마련되고, 장착된 절삭공구를 회전시키는 스핀들 유닛; 및 상기 절삭공구에 의해 가공되는 작업대상물을 지지하고, 상기 작업대상물을 A축 및 B축 방향으로 회전시키는 회전 구동유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 5축 절삭가공장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 스핀들 유닛은, 상기 절삭공구를 클램핑하여 상기 절삭공구를 회전시키는 스핀들; 및 상기 스핀들의 주축 상에 마련되어 상기 스핀들을 통해 상기 절삭공구에 초음파 진동을 인가하는 자기변형 변환기를 포함할 수 있다.

상기 자기변형 변환기는, 터페놀-디(Terfenol-D)를 포함할 수 있다.

상기 회전 구동유닛은, 상기 작업대상물을 클램핑하기 위한 지그를 상기 A축 방향으로 회전시키는 A축 서보 모터; 및 상기 지그를 상기 B축 방향으로 회전시키는 B축 서보 모터를 포함할 수 있다.

상기 회전 구동유닛은, 상기 B축 방향으로 회전 가능하게 마련되어 상기 A축 서보 모터와 상기 B축 서보 모터를 상호 연결하는 회전 브라켓을 더 포함할 수 있다.

상기 회전 구동유닛은, 일단부에 상기 A축 서보 모터가 결합되고 타단부에 상기 B축 서보 모터가 결합되며, 상기 B축 서보 모터에 의해 상기 B축 방향으로 회전하는 회전 브라켓을 더 포함할 수 있다.

상기 회전 브라켓은, 상기 타단부가 상기 일단부로부터 절곡된 형상을 가질 수 있다.

상기 A축 서보 모터는, 그 회전축이 상기 회전 브라켓의 상기 일단부를 관통한 상태로 상기 회전 브라켓에 결합되고, 모터결합용 브라켓을 통해 상기 회전 브라켓을 기준으로 맞은 편에 배치된 상기 지그와 연결될 수 있다.

상기 지그는, 링 형상의 베이스 지그; 상기 베이스 지그의 내측에 삽입 결합되는 링 형상의 위크 지그; 및 상기 작업대상물을 상기 위크 지그 상에서 고정시키기 위한 클램핑 수단을 포함할 수 있다.

본 발명은, 작업대상물을 지지하는 회전 구동유닛이 작업대상물을 A축 방향은 물론 B축 방향으로도 회전시킬 수 있도록 마련됨으로써, 스핀들에 장착된 절삭공구가 B축 방향으로 회전하도록 구성된 종래의 5축 절삭가공장치와 대비하여, A축 및 B축 방향의 회전 각도에 대한 제한이 대폭 줄어들기 때문에, 보다 다양한 위치 및 각도에서 작업대상물을 절삭가공할 수 있다.

또한, 본 발명은, B축 회전 메커니즘이 스핀들 및 새들을 포함하는 스핀들 유닛에 마련되는 종래의 5축 절삭가공장치와 다르게, B축 회전 메커니즘이 작업대상물을 지지하는 회전 구동유닛에 마련됨으로써, 스핀들 유닛에서 B축 회전 메커니즘을 위한 수단을 생략할 수 있으므로 스핀들 유닛의 경량화를 통해 스핀들 유닛의 X축, Y축 및 Z축 이송 속도를 향상시키는 한편, B축 회전 메커니즘이 X축, Y축 및 Z축 이송 메커니즘과 독립적으로 작동하므로 위치 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은, 절삭공구에 초음파 진동을 인가하는 수단으로 자기변형소자를 채용함으로써, 압전소자를 채용하는 종래의 초음파 절삭가공장치와 대비하여 보다 효율적으로 절삭효과를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 5축 절삭가공장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 5축 절삭가공장치의 개략적인 측면도이다.
도 3은 도 1의 5축 절삭가공장치에서 작업대상물을 클램핑하기 위한 지그의 분해 사시도이다.
도 4는 도 1의 'F'영역을 확대한 부분 사시도이다.
도 5는 도 4에서 작업대상물을 A축 방향으로 회전시킨 부분 사시도이다.
도 6은 도 4에서 작업대상물을 B축 방향으로 회전시킨 부분 사시도이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 5축 절삭가공장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 5축 절삭가공장치의 개략적인 측면도이며, 도 3은 도 1의 5축 절삭가공장치에서 작업대상물을 클램핑하기 위한 지그의 분해 사시도이고, 도 4는 도 1의 'F'영역을 확대한 부분 사시도이고, 도 5는 도 4에서 작업대상물을 A축 방향으로 회전시킨 부분 사시도이며, 도 6은 도 4에서 작업대상물을 B축 방향으로 회전시킨 부분 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 5축 절삭가공장치(1)는 절삭공구(T)가 장착되고 이를 회전시키는 스핀들 유닛(10)과, 스핀들 유닛(10)을 지지하여 스핀들 유닛(10)을 Z축 방향(상하 방향)으로 이동시키는 Z축 구동유닛(20)과, Z축 구동유닛(20)을 지지하여 스핀들 유닛(10)을 X축 방향(좌우 방향)으로 이동시키는 X축 구동유닛(30)과, X축 구동유닛(30)을 지지하여 스핀들 유닛(10)을 Y축 방향(전후 방향)으로 이동시키는 Y축 구동유닛(40)과, 스핀들 유닛(10)에 장착된 절삭공구(T)에 의해 가공되는 작업대상물(Work-Piece, 도시생략)을 지지하고 작업대상물을 A축 및 B축 방향으로 회전시키는 회전 구동유닛(50)을 포함한다. 다시 말해서, 본 실시예에서 스핀들 유닛(10)은 X축, Y축 및 Z축 방향으로 이동 가능하게 마련되고, 작업대상물은 회전 구동유닛(50)에 의해 A축 및 B축 방향으로 회전 가능하게 마련된다.

스핀들 유닛(10)은 절삭공구(T)를 클램핑하여 절삭공구(T)를 회전시키는 스핀들(13)과, 스핀들(13)이 장착되는 새들(11)과, 스핀들(13)의 주축(14) 상에 마련되어 스핀들(13)을 통해 절삭공구(T)에 진동을 인가하는 자기변형 변환기(15)를 포함한다.

자기변형 변환기(15)는 자기적 에너지를 기계적인 에너지로 변환하는 자기변형소자(Magnetostrictive Device)를 포함한다. 자기변형 변환기(15)는 전력 발생기(Power Generator, 도시생략)에 의해 소정의 전력이 인가된다. 자기변형 변환기(15)에 전력이 인가되면, 막대 형상의 자기변형소자의 주위에 자계가 형성되고, 형성된 자계에 의해 자기변형소자는 그 길이가 변화하여 기계적인 초음파 진동을 발생시킨다. 이처럼, 자기변형 변환기(15)에 의해 발생하는 초음파 진동은 스핀들(13)을 통해 절삭공구(T)에 인가되어 절삭효과를 향상시킨다.

절삭효과를 향상시키기 위해 절삭공구에 초음파 진동을 인가하는 초음파 절삭가공장치에 있어서, 초음파 진동을 발생시키는 수단으로서 종래에는 주로 전기적 에너지를 기계적인 에너지로 변환하는 압전소자(Piezoelectric Device)가 사용되고 있다. 그러나, 본 실시예에 따른 5축 절삭가공장치(1)는 절삭공구(T)에 초음파 진동을 인가하는 수단으로 종래의 압전소자 대신에 자기변형소자를 이용하는 자기변형 변환기(15)를 포함하고 있다. 여기서, 자기변형소자는 자기적 에너지를 기계적인 에너지(변위 혹은 응력 등)로 변환하는, 즉 주위에 자계가 인가되면 전체 에너지를 최소로 보존하기 위하여 길이가 변화하는 특성을 갖는 소자로서, 현재 선형모터, 미소변위조절, 센서 등의 분야에서 극히 제한적으로 사용되고 있다.

이러한 자기변형소자는 종래의 초음파 절삭가공장치에 사용되는 압전소자에 비해 변위가 크고 에너지 밀도가 매우 높다. 즉, 자기변형소자는 압전소자에 비해 즉 낮은 입력 전력으로 큰 변위를 얻을 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 자기변형 변환기(15)를 구성하는 자기변형소자로서 터페놀-디(Terfenol-D)를 사용한다. 터페놀-디는 가장 대표적인 자기변형소자로, Tb_x Dy₁ _-x Fe_y의 화학식(x = 0.27 ~ 0.3, y = 1.9 ~ 2.0)을 갖는 단결정 합금이다. 이러한 터페놀-디는 상당히 넓은 주파수대역에서 거의 일정하고 큰 변위를 발생시킬 수 있으며, 공진주파수대를 이용하면 훨씬 큰 변위를 얻을 수 있는 이점이 있다. 또한, 터페놀-디는 상당히 긴 시간 동안 사용해도 피로 현상(Fatigue)이 일어나지 않으므로 동작 특성을 오랜 시간 동안 일정하게 유지시킬 수 있다는 이점이 있다.

이에 따라, 절삭공구(T)에 초음파 진동을 인가하는 수단으로 자기변형소자(터페놀-디)를 이용하는 본 실시예에 따른 5축 절삭가공장치(1)는, 압전소자를 이용하는 종래의 초음파 절삭가공장치와 대비하여 보다 효율적으로 절삭효과를 향상시킬 수 있다.

또한, 압전소자를 이용하는 종래의 초음파 절삭가공장치에서는 압전소자 자체의 변위가 작으므로 압전소자에 의해 발생하는 초음파 진동을 증폭시켜 절삭공구에 전달하기 위한 증폭 혼(Horn)이 필수적으로 요구되는데, 이러한 증폭 혼은 공진 현상을 이용하는 것으로 압전소자의 특성과 증폭 혼의 규격 등을 고려하여 전체 시스템의 공진을 맞추어야 하는 설계상의 제한이 따르는 문제점이 있다. 반면, 본 실시예에 따른 5축 절삭가공장치(1)는 절삭효과를 향상시키기 위해 요구되는 크기의 진폭을 갖는 초음파 진동을 자체적으로 발생시키는 자기변형소자를 이용하기 때문에 위와 같은 종래의 초음파 절삭가공장치의 문제점을 해결할 수 있다.

Z축 구동유닛(20)은 스핀들 유닛(10)을 지지하여 스핀들 유닛(10)을 Z축 방향으로 이동시키는 수단이다. 이를 위해, Z축 구동유닛(20)은 스핀들 유닛(10)의 새들(11)의 상단부에 결합되는 Z축 연결 프레임(21)과, Z축 볼 스크루(28) 및 이를 회전시키는 Z축 서보 모터(25)가 설치되는 칼럼(24)과, Z축 연결 프레임(21)과 칼럼(24)을 연결하는 Z축 LM 가이드(23, Linear Motion Guide)를 포함한다. Z축 LM 가이드(23)의 가이드 레일(23a)은 칼럼(24)의 전면에 한 쌍으로 마련되고 Z축 LM 가이드(23)의 가이드 블럭(23b)은 Z축 연결 프레임(21)의 후면에 가이드 레일(23a)과 대응하도록 마련되어 가이드 레일(23a)과 결합된다.

X축 구동유닛(30)은 스핀들 유닛(10)과 함께 Z축 구동유닛(20)을 지지하여 스핀들 유닛(10)을 X축 방향으로 이동시키는 수단이다. 이를 위해, X축 구동유닛(30)은 Z축 구동유닛(20)의 칼럼(24)의 하단부에 결합되는 X축 연결 프레임(31)과, X축 볼 스크루(34) 및 이를 회전시키는 X축 서보 모터(35)가 설치되고 Z축 구동유닛(20)을 지지하는 칼럼 베이스(36)와, X축 연결 프레임(31)과 칼럼 베이스(36)를 연결하는 X축 LM 가이드(33)를 포함한다. X축 LM 가이드(33)의 가이드 레일(33a)은 칼럼 베이스(36)의 상면에 한 쌍으로 마련되고 X축 LM 가이드(33)의 가이드 블럭(33b)은 X축 연결 프레임(31)의 하면에 가이드 레일(33a)과 대응하도록 마련되어 가이드 레일(33a)과 결합된다.

Y축 구동유닛(40)은 스핀들 유닛(10) 및 Z축 구동유닛(20)과 함께 X축 구동유닛(30)을 지지하여 스핀들 유닛(10)을 Y축 방향(전후 방향)으로 이동시키는 수단이다. 이를 위해, Y축 구동유닛(40)은 X축 구동유닛(30)의 칼럼 베이스(36)의 하단부에 결합되는 Y축 연결 프레임(41)과, Y축 볼 스크루(45) 및 이를 회전시키는 Y축 서보 모터(46)가 설치되고 X축 구동유닛(30)을 지지하는 베드(44)와, Y축 연결 프레임(41)과 베드(44)를 연결하는 Y축 LM 가이드(43)를 포함한다. Y축 LM 가이드(43)의 가이드 레일(43a)은 베드(44)의 상면에 한 쌍으로 마련되고 Y축 LM 가이드(43)의 가이드 블럭(43b)은 Y축 연결 프레임(41)의 하면에 가이드 레일(43a)과 대응하도록 마련되어 가이드 레일(43a)과 결합된다.

정리하면, X축, Y축 및 Z축 구동유닛(30,40,20)은 볼 스크루를 회전시키는 방식을 이용하여 절삭공구(T)가 장착된 스핀들 유닛(10)을 주어진 데이터에 따라 X축, Y축 및 Z축 방향으로 이동시킨다. 다만, 본 발명에서 절삭공구(T)가 장착된 스핀들 유닛(10)을 X축, Y축 및 Z축 방향으로 이동시키는 방식은 본 실시예와 같은 볼 스크루 방식에 한정되지 아니하고 리니어 모터(Linear Motor)를 이용하는 방식을 포함하여 다양한 방식이 적용될 수 있음은 물론이다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 회전 구동유닛(50)은 스핀들 유닛(10)에 장착된 절삭공구(T)에 의해 가공되는 작업대상물(도시생략)을 지지하고 작업대상물을 A축 및 B축 방향으로 회전시키는 수단이다. 여기서, A축 및 B축 방향 회전이란 통상의 5축 절삭가공장치에서 일반적으로 사용되는 용어로서, A축 방향 회전은 도 1 및 도 3에서 X축을 중심축으로 하는 회전을 의미하고, B축 방향 회전은 도 1 및 도 3에서 Y축을 중심축으로 하는 회전을 의미한다.

구체적으로, 회전 구동유닛(50)은 작업대상물을 클램핑하기 위한 지그(60)를 A축 방향으로 회전시키는 A축 서보 모터(54)와, 지그(60)를 B축 방향으로 회전시키는 B축 서보 모터(53)와, A축 서보 모터(54)와 B축 서보 모터(53)를 상호 연결하는 회전 브라켓(52)과, 베드(44) 상에 마련되어 이들 부품들을 지지하는 지지 프레임(51)을 포함한다.

본 실시예에서 작업대상물을 클램핑하기 위한 지그(60)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 링 형상의 베이스 지그(61)와, 베이스 지그(61)의 내측에 삽입 결합되는 링 형상의 위크 지그(63)와, 작업대상물을 위크 지그(63) 상에서 고정시키기 위한 클램핑 수단(65)을 포함한다. 이때, 링 형상의 베이스 지그(61)는 모터결합용 브라켓(55)이 결합되는 부분의 반대 쪽에 절단면(61a)이 형성된다. 지그(60)는 베이스 지그(61)와 위크 지그(63)로 분리되는 구조를 가짐으로써 다양한 작업대상물을 보다 안정적으로 클램핑할 수 있다. 또한, 지그(60)는 전체적으로 중앙 영역이 관통된 링 형상을 가짐으로써 작업대상물을 A축 방향으로 ±180° 회전한 위치에서도 작업대상물을 절삭가공할 수 있다. 다만, 본 발명에서 지그의 형상 및 구조는 본 실시예에 한정되지 아니하고 작업대상물의 종류 및 절삭가공의 패턴 등에 따라 적절히 변경될 수 있음은 물론이다.

A축 서보 모터(54)는 지지 프레임(51)의 전방에 배치되고 회전 브라켓(52)의 일단부(52a)에 결합된다. 이때, A축 서보 모터(54)는 그 회전축이 회전 브라켓(52)의 일단부(52a)를 관통하여 모터결합용 브라켓(55)의 축홈(55a)에 삽입된 상태로 회전 브라켓(52)에 결합되고, 모터결합용 브라켓(55)을 통해 회전 브라켓(52)을 기준으로 맞은 편에 배치된 지그(60)와 연결된다. A축 서보 모터(54)는 작업대상물이 클램핑된 지그(60)를 A축 방향으로 회전시킨다.

B축 서보 모터(53)는 지지 프레임(51)의 후방에 배치되고 그 회전축이 지지 프레임(51)을 관통한 상태로 지지 프레임(51)을 기준으로 맞은 편에 배치된, 즉 지지 프레임(51)의 전방에 배치된 회전 브라켓(52)의 타단부(52b)에 결합된다. B축 서보 모터(53)는 회전 브라켓(52)을 B축 방향으로 회전시킴으로써 작업대상물이 클램핑되는 지그(60)를 B축 방향으로 회전시킨다.

회전 브라켓(52)은 실질적으로 'ㄱ'자의 절곡된 형상으로, 그 일단부(52a)에는 A축 서보 모터(54)가 결합되고 그 타단부(52b)에는 B축 서보 모터(53)가 결합된다. 회전 브라켓(52)은 지지 프레임(51) 상에서 B축 방향으로 회전 가능하게 마련되므로, 그 타단부(52b)에 결합된 B축 서보 모터(53)가 회전함에 따라 이와 함께 B축 방향으로 회전한다. 이때, 절곡된 형상을 갖는 회전 브라켓(52)은 그 일단부(52a, A축 서보 모터(54)가 결합된 부분)에 지그(60)가 결합되므로, 작업대상물이 클랭핑되는 지그(60)는 회전 브라켓(52)이 회전함에 따라 이와 함께 B축 방향으로 회전한다. 결과적으로, B축 서보 모터(53)는 회전 브라켓(52)을 통해 지그(60)를 B축 방향으로 회전시킨다.

위와 같은 구성을 갖는 회전 구동유닛(50)에 의한 작업대상물의 A축 및 B축 방향 회전을 도 3 내지 도 5를 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 지그(60)에 장착된 작업대상물은 도 3의 초기 위치(A축 및 B축의 회전 각도가 0° 위치)에서 A축 서보 모터(54)의 동작에 따라 소정의 각도만큼 A축 방향으로 회전하여 도 4에 도시된 위치로 이동할 수 있다. 이때, A축 방향의 회전 각도는 실질적으로 제한이 없으므로, 예컨대 지그(60)에 장착된 작업대상물은 A축 방향으로 ±180° 회전한 위치에서도 절삭가공이 가능하다. 이에 따라, 스핀들(13)에 장착된 절삭공구(T)에 의해 가공할 수 있는 작업대상물의 영역이 확대되는 효과를 얻을 수 있다.

다음으로, 지그(60)에 장착된 작업대상물은 도 4에 도시된 위치에서 B축 서보 모터(53)의 동작에 따라 소정의 각도만큼 B축 방향으로 회전하여 도 5에 도시된 위치로 이동할 수 있다. 이때, B축 방향의 회전 각도는 B축 서보 모터(53)가 다른 부품들과 간섭되지 않는 범위 내에서 자유롭게 설정될 수 있으므로, 예컨대 지그(60)에 장착된 작업대상물은 B축 방향으로 -90° 회전한 위치, 즉 지그(60)가 스핀들(13)에 장착된 절삭공구(T)와 작업대상물이 장착된 지그(60)가 수직을 이루는 위치에서도 절삭가공이 가능하다. 특히, 이러한 B축 방향으로 -90° 회전한 위치에서의 절삭가공은 임플란트 바(Implant Bar)의 홀(Hole) 가공에 매우 적합하다. 이에 따라, 이에 따라, 스핀들(13)에 장착된 절삭공구(T)에 의해 가공할 수 있는 작업대상물의 영역은 더욱 확대될 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 5축 절삭가공장치(1)는, 작업대상물을 지지하는 회전 구동유닛(50)이 작업대상물을 A축 방향은 물론 B축 방향으로도 회전시킬 수 있도록 마련됨으로써, 스핀들에 장착된 절삭공구가 B축 방향으로 회전하도록 구성된 종래의 5축 절삭가공장치와 대비하여, A축 및 B축 방향의 회전 각도에 대한 제한이 대폭 줄어들기 때문에, 보다 다양한 위치 및 각도에서 작업대상물을 절삭가공할 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 5축 절삭가공장치(1)는, B축 회전 메커니즘이 스핀들 및 새들을 포함하는 스핀들 유닛에 마련되는 종래의 5축 절삭가공장치와 다르게, B축 회전 메커니즘이 작업대상물을 지지하는 회전 구동유닛(50)에 마련됨으로써, 스핀들 유닛(10)에서 B축 회전 메커니즘을 위한 수단을 생략할 수 있으므로 스핀들 유닛(10)의 경량화를 통해 스핀들 유닛(10)의 X축, Y축 및 Z축 이송 속도를 향상시키는 한편, B축 회전 메커니즘이 X축, Y축 및 Z축 이송 메커니즘과 독립적으로 작동하므로 위치 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 5축 절삭가공장치(1)는, 절삭공구(T)에 초음파 진동을 인가하는 수단으로 자기변형소자(터페놀-디)를 채용함으로써, 압전소자를 채용하는 종래의 초음파 절삭가공장치와 대비하여 보다 효율적으로 절삭효과를 향상시킬 수 있다.

본 발명은 전술한 실시예들에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

1 : 5축 절삭가공장치
10 : 스핀들 유닛
15 : 자기변형 변환기
20 : Z축 구동유닛
30 : X축 구동유닛
40 : Y축 구동유닛
50 : 회전 구동유닛
52 : 회전 브라켓
53 : B축 서보 모터
54 : A축 서보 모터
60 : 지그

Claims

X축, Y축 및 Z축 방향으로 이동 가능하게 마련되고, 장착된 절삭공구를 회전시키는 스핀들 유닛; 및
상기 절삭공구에 의해 가공되는 작업대상물을 지지하고, 상기 X축을 중심축으로 하여 회전하는 방향인 A축 방향 및 상기 Y축을 중심축으로 하여 회전하는 방향인 B축 방향으로 상기 작업대상물을 회전시키는 회전 구동유닛을 포함하고,
상기 회전 구동유닛은,
상기 작업대상물을 클램핑하기 위한 지그를 상기 A축 방향으로 회전시키는 A축 서보 모터;
상기 지그를 상기 B축 방향으로 회전시키는 B축 서보 모터; 및
상기 B축 방향으로 회전 가능하게 마련되어 상기 A축 서보 모터와 상기 B축 서보 모터를 상호 연결하는 회전 브라켓을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 5축 절삭가공장치.
제1항에 있어서,
상기 스핀들 유닛은,
상기 절삭공구를 클램핑하여 상기 절삭공구를 회전시키는 스핀들; 및
상기 스핀들의 주축 상에 마련되어 상기 스핀들을 통해 상기 절삭공구에 초음파 진동을 인가하는 자기변형 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 5축 절삭가공장치.
제2항에 있어서,
상기 자기변형 변환기는,
터페놀-디(Terfenol-D)를 포함하는 것을 특징으로 하는 5축 절삭가공장치.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 회전 브라켓은,
일단부에 상기 A축 서보 모터가 결합되고 타단부에 상기 B축 서보 모터가 결합되며, 상기 B축 서보 모터에 의해 상기 B축 방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는 5축 절삭가공장치.
제6항에 있어서,
상기 회전 브라켓은,
상기 타단부가 상기 일단부로부터 절곡된 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 5축 절삭가공장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 지그는,
링 형상의 베이스 지그;
상기 베이스 지그의 내측에 삽입 결합되는 링 형상의 위크 지그; 및
상기 작업대상물을 상기 위크 지그 상에서 고정시키기 위한 클램핑 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 5축 절삭가공장치.