KR101241008B1 - 마찰교반용접기용 헤드 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마찰교반용접이 완료된 경우, 별도의 이동 없이 바로 표면을 가공할 수 있는 마찰교반용접기용 헤드 구조를 제공하는 것에 그 목적이 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 X, Y, Z, 방향의 이송이 가능한 헤드를 갖는 마찰교반용접기용 헤드 구조에 있어서, 상기 헤드는 마찰교반용접용 회전 공구와 표면 가공용 가공 공구가 선택적으로 결합하는 것을 특징으로 한다.
본발명은 마찰교반용접이 완료된 후 바로 표면 절삭용 공구를 교체 장착하여 용접에 의하여 형성된 표면을 동일한 용접용 프로그램에 의하여 가공할 수 있어, 모재의 용접 및 표면 가공의 시간을 대폭 줄일 수 있는 효과가 있으며, 또한 용접용 지그만으로 전체 가공이 가능하므로 절삭 가공용 지그가 별도로 필요 없어 투자비를 줄일 수 있는 효과가 있다.

Description

마찰교반용접기용 헤드 장치{Head device for friction stir welding mechine}

본 발명은 마찰교반용접기용 헤드 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 마칠교반용접용 회전 공구가 장착되는 헤드에 절삭 가공용 공구를 바로 장착할 수 있는 마찰교반용접기용 헤드 장치에 관한 것이다.

마찰교반용접(Friction Stir Welding, FSW)은 모재를 지그 등을 이용하여 고정시킨 후 양 모재의 맞대기 면을 따라 상기 모재에 비하여 경한 재질을 지닌 회전 공구의 일부분이 삽입되도록 하여 상기 공구를 회전시키면, 모재와 공구의 상대적 운동에 의해 마찰열이 발생되어 공구 주변의 접합부가 소성변형이 발생된다. 이로 인하여 회전 공구가 삽입된 부분 주위로 연화된 소위“서드바디(Third-body)”라고 불리는 영역이 생성되며, 이러한 서드바디에 기계적 힘을 가하여 회전 공구가 접합선을 따라 이동하도록 함으로써 가열된 부위가 회전 공구의 앞부분에서 뒤쪽으로 압출되고, 상기와 같은 마찰열과 기계적 가공의 조합에 의해 고상접합부가 형성된다.

상기와 같은 접합공정을 위한 회전 공구는 모재에 소정의 각도를 이루도록 삽입되는 핀(Pin)과 상기 핀에 의해 가열된 부분을 확장시키는 숄더(Shoulder)로 구성되며, 상기 숄더는 연화된 부분을 가압하여 매끈한 용접면을 형성하게 된다.

그리고, 상기와 같은 공구는 다수의 가이드와 모터에 의해 X,Y,Z 축으로 이동이 가능하도록 하는 마찰교반접합장치에 장착되어 상기 핀이 접합모재의 이음선을 따라 지나갈 때 맞대어진 면을 보다 안정적으로 이동하면서 용접을 수행할 수 있게 된다.

상기와 같은 마찰교반용접기와 회전공구는 헤드에 회전 공구 삽입용 척을 장착하고 상기 척에 회전 공구를 장착하는 구조이다.

상기 척은 장착된 회전 공구를 회전시켜 마찰교반용접이 수행되며, 회전 공구의 수명이 다한 경우에는 다른 회전 공구로 교환 가능하다.

한편, 마찰교반용접이 완료된 모재의 경우 접합부 즉, 용접이 수행된 부분의 경우에는 용접되지 않은 부분과 다른 표면을 가지며, 그 높이 또한 차이를 나타내므로 별도의 가공기를 이용하여 표면을 가공한다.

그러나, 상기와 같은 방식은 용접이 완료된 복잡한 형태의 모재를 분리하고 또한 별도로 마련된 가공용 지그에 다시 장착하여 표면을 다른 가공기로 추가적으로 가공하므로 가공시간이 많이 걸리는 단점이 있어, 마찰교반용접기 자체에서 표면을 가공할 수 있는 방식이 필요한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래 마찰교반용접기의 단점을 극복하기 위하여 안출된 것으로 마찰교반용접이 완료된 경우, 별도의 이동 없이 바로 표면을 가공할 수 있는 마찰교반용접기용 헤드 장치를 제공하는 것에 그 목적이 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 X, Y, Z, 방향의 이송이 가능한 헤드를 갖는 마찰교반용접기용 헤드 구조에 있어서, 상기 헤드는 마찰교반용접용 회전 공구와 표면 가공용 가공 공구가 선택적으로 결합하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 회전 공구는 상기 헤드의 고정 실린더와 결합하는 다수의 고정부를 포함하는 상면을 포함하며, 상기 가공 공구는 상기 헤드의 고정 실린더와 결합하는 다수의 가공 고정부를 포함하는 가공 상면을 포함하며, 상기 상면과 상기 가공 상면은 동일한 크기와 동일한 형태이며, 상기 고정부가 고정되는 상면의 위치와 상기 가공 고정부가 고정되는 가공 상면의 위치가 동일한 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는 상기 상면의 중앙에는 하부의 공구셋에 회전을 전달하는 기어 조립체가 위치하고, 상기 가공 상면의 중앙에는 하부의 가공용 척에 회전을 전달하는 가공 기어 조립체가 위치하고, 상기 기어 조립체와 상기 가공 기어 조립체는 헤드의 회전체와 동일한 방식으로 기어 결합하는 것을 특징으로 한다.

상기의 과제 해결 수단에 의하여 본 발명은 마찰교반용접이 완료된 후 바로 표면 절삭용 공구를 교체 장착하여 용접에 의하여 형성된 표면을 동일한 용접용 프로그램에 의하여 가공할 수 있어, 모재의 용접 및 표면 가공의 시간을 대폭 줄일 수 있는 효과가 있으며, 또한 용접용 지그만으로 전체 가공이 가능하므로 절삭 가공용 지그가 별도로 필요 없어 투자비를 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 헤드 구조에서 장착되는 회전 공구의 측면도이며,
도 2는 도 1의 정면도이며,
도 3은 도 1의 배면도이며,
도 4는 본 발명에 따른 헤드 구조에 장착되는 가공 공구를 설명하는 설명도이다.

이하 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명에 헤드 구조에서 장착되는 회전 공구의 측면도이며, 도 2는 도 1의 정면도이며, 도 3은 도 1의 배면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 헤드 구조에 장착되는 가공 공구를 설명하는 설명도이다.

본 발명은 마찰교반용접기 용 헤드에 있어서, 상기 헤드에 1차로 용접용 회전 공구를 장착하고, 용접이 완료된 경우 상기 회전 공구를 탈착하고, 표면 가공용 가공공구를 장착할 수 있는 헤드(10) 구조에 그 특징이 있다.

먼저, 용접용 회전 공구(100)의 장착 구조를 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다.

상기 회전 공구(100)는 용접기의 헤드(10)에 접속하기 위한 구조를 포함하는데, 먼저 헤드(10) 케이스에 고정되기 위한 사각형 평면 형태의 상판(110)을 포함한다. 상기 상판(110)은 회전력을 상기 헤드(10)의 회전축과 연결하기 위한 기어 조립체(120)가 중앙에 위치하며, 또한 하부에 위치하는 공구셋(130)의 회전을 위한 서보 모터 조립체(140)가 설치되어 공구셋(130)을 상기 상판(110)에 대하여 회전 시켜 적절한 공구셋(130)의 방향을 설정하는 역할을 한다.

따라서, 상기 서보 모터 조립체(140)는 하부에 위치하는 공구셋(130)과 기어 결합되어 있다.

또한, 상기 상판(110)은 상면으로 상기 헤드(10)에 위치하는 고정 실린더(20)와 결합하기 위한 다수의 고정부(150)를 포함한다.

상기 고정부(150)는 걸림턱(151)을 포함하고 있어 도 2에 도시된 바와 같이 상기 고정 실린더(20)의 끝단(22)와 결합하여 전체 회전 공구(100)을 고정시킨다.

또한, 상기 고정 실린더(20)는 하부로 내려와 상기 고정부(150)를 록킹한 후 다시 상단으로 상승하여 상기 회전 공구(100)를 헤드에 안착하는 기능을 수행한다.

여기서 상기 고정 실린더(20)의 수와 고정부(120)의 수는 동일하며, 필요에 따라 다양한 수로 선정 가능하나, 적절한 고정력과 균등한 고정력을 위해서는 4개가 바람직하다.

한편, 상기 상판(110)의 하부에는 공구셋(130)이 위치한다.

상기 공구셋(130)은 상기 서보 모터 조립체(140)에 의하여 회전하는 제1프레임(132)을 포함한다.

상기 제1프레임(132)의 내부에는 상기 기어 조립체(120)의 회전을 하부에 위치하는 프로브(200)에 전달하기 위한 다수의 베벨 기어를 수용하는 제2프레임(134)을 또한 포함한다.

상기 제2프레임(134)은 상기 프로브(200)와 상기 기어 조립체(120)와의 축간의 각도를 조절하기 위한 구성으로 수동으로 축의 상대적인 각도를 조절한다.

예를 들면, 상기 제2프레임(134)에 웜휠이 장착되고, 상기 제1프레임(132)에 웜을 장착하여 상호 결합하는 경우 상기 웜의 회전에 의하여 제2프레임(134)을 회전시키고 또한 제2프레임(134)를 별도의 고정 장치 없이 고정할 수 있게 구현할 수 있다.

한편, 상기 제1프레임(132) 내부 상면 하단에는 상기 기어 조립체(120)와 직결된 제1베벨기어(160)이 위치한다. 물론 상기 제1베벨기어(160)은 상기 기어 조립체(120)의 회전과 동일한 방향으로 동일한 속도로 회전한다.

그리고 상기 제2프레임(134) 내부 측면에는 상기 제1베벨기어(160)과 기어링하는 제2베벨기어(162)가 위치하며, 상기 제1베벨기어(160)의 회전 축과 90도 변경된 방향으로 회전이 발생한다.

그리고, 상기 제2프레임(134)의 하단에는 상기 제2베벨기어(162)와 기어링하는 제3베벨기어(164)가 위치하여 상기 제2베벨기어(162)의 회전 축과 90도 방향으로 변경된 방향으로 회전을 전달한다.

상기 제3베벨기어(164)는 마찰교반용접용 프로브(200)과 연결되어 최종적으로 상기 기어 조립체(120)의 회전이 상기 프로브(200)로 전달된다.

상기 제2프레임(134)의 하부에는 상기 프로브(200)가 축결합하여 상기 제3베벨기어(164)와 연결된다.

상기 공구셋(130)은 프로브(200)의 회전축을 일부 틸트시키기 위하여 3개의 베벨기어를 이용하여 동력전달 장치를 구성한 것에 그 특징이 있다.

다음은 가공 공구(300)의 헤드(10) 장착 구조를 도 4를 참조하여 설명한다.

상기 가공 공구(300)는 모재의 용접이 끝난 후에 용접 접합부의 표면을 바로 가공하기 위한 것으로 통상의 절삭용 공구와 동일한 기능을 하므로 표면 가공용 절삭 공구를 포함한다.

상기 가공 공구(300)도 헤드(10)와 장착되는 부분은 상기 회전 공구(100)와 동일한 크기에 동일한 형태인 가공용 상판(310)을 포함한다.

상기 가공용 상판(310)의 중앙에는 가공용 기어 조립체(320)이 위치하여 헤드(10)의 회전축과 연결되어 하부에 위치하는 가공 척(330)을 포함한다.

또한, 상기 가공용 상판(310)에는 다수의 가공용 고정부(340)를 포함하며, 상기 가공용 고정부(340)에는 걸림턱(342)이 형성되어 상기 헤드(10) 내부에 위치하는 고정 실린더(20)와 결합한다.

상기 고정 실린더(20)는 상기한 회전 공구(100)의 결합과 동일한 방식으로 상기 가공용 상판(310)의 가공용 고정부(340)와 결합한다.

또한, 상기 가공용 기어 조립체(320)는 헤드(20)의 회전체와 결합하여 회전하는 것으로 하부에는 가공척(330)이 결합하는 결합부(322)가 형성되어 있다.

특히 상기 결합부(322)는 상기 가공 척(330)에 형성된 테이퍼부(332)와 결합하며, 필요한 경우 상기 가공 척(330) 끝단에 형성된 걸림부(334)와 추가적으로 결합한다.

상기 가공 척(330) 하단 중앙에는 모재 표면 가공을 위한 절삭 공구(350)가 고정된다. 상기 절삭 공구(350)는 회전에 의하여 모재 표면을 가공하는 역할을 하므로 통상의 절삭공구가 사용된다.

특히, 용접용 회전 공구(100)의 상판(110)과 가공용 상판(310)은 그 크기가 동일하며, 또한 고정부(150)과 가공용 고정부(340)는 동일한 형태이며, 동일한 위치에 형성된다.

또한 기어 조립체(120)과 가공용 기어 조립체(320)도 상기 헤드(10)의 회전체와 동일한 방식으로 연결되게 구성한다.

이러한 양자의 동일성에 의하여 용접용 회전 공구(100)와 가공 공구(300)는 동일한 헤드(10)에서 동일한 방식으로 탈부착이 가능하므로 필요 시 상호 변경하여 장착되는 특징이 있다.

이러한 특징에 의하여 본 발명에 따른 헤드 구조를 포함하는 용접기는 먼저 헤드(10)에 회전 공구(100)을 장착하여 모재의 용접을 실시한다.

용접이 완료된 경우에는 상기 헤드(10)에 내부의 고정 실린더(20)를 동작시켜 상기 회전 공구(100)을 탈착한다.

상기 회전 공구(100)의 탈착이 완료된 경우 가공 공구(300)를 상기 고정 실린더(20)에 고정하여 다시 상기 고정 실린더(20)를 작동시켜 헤드(10)에 장착한다.

상기 가공 공구(300)의 장착이 완료된 경우, 용접의 경로에 따라 다시 가공 공구(300)를 이동시켜 용접에 의하여 형성된 불균일한 모재 표면을 바로 가공한다.

특히, 이러한 방식은 가공 공구(300)의 경로를 별도로 프로그램하지 않고 바로 용접용 경로를 이용할 수 있는 장점이 있어, 매우 효율적으로 모재의 용접과 가공을 바로 수행할 수 있는 장점이 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.

10: 헤드 20: 고정 실린더
22: 끝단 100: 회전 공구
110: 상판 120: 기어 조립체
130: 공구셋 132: 제1프레임
134: 제2프레임 140: 서보 모터 조립체
150: 고정부 151: 걸림턱
160: 제1베벨기어 162: 제2베벨기어
164: 제3베벨기어 200: 프로브
300: 가공 공구 310: 가공용 상판
320: 가공용 기어 조립체 322: 결합부
330: 가공척 332: 테이퍼부
334: 걸림부 340: 가공용 고정부
342: 걸림턱 350: 절삭공구

Claims (3)

1. 삭제
2. 삭제
3. X, Y, Z, 방향의 이송이 가능한 헤드를 갖는 마찰교반용접기용 헤드 구조에 있어서,
   상기 헤드는 마찰교반용접용 회전 공구와 표면 가공용 가공 공구가 선택적으로 결합하며,
   상기 회전 공구는 상기 헤드의 고정 실린더와 결합하는 다수의 고정부를 포함하는 상면을 포함하며,
   상기 가공 공구는 상기 헤드의 고정 실린더와 결합하는 다수의 가공 고정부를 포함하는 가공 상면을 포함하며,
   상기 상면과 상기 가공 상면은 동일한 크기와 동일한 형태이며,
   상기 고정부가 고정되는 상면의 위치와 상기 가공 고정부가 고정되는 가공 상면의 위치가 동일하며,
   상기 상면의 중앙에는 하부의 공구셋에 회전을 전달하는 기어 조립체가 위치하고,
   상기 가공 상면의 중앙에는 하부의 가공용 척에 회전을 전달하는 가공 기어 조립체가 위치하고,
   상기 기어 조립체와 상기 가공 기어 조립체는 헤드의 회전체와 동일한 방식으로 기어 결합하는 것을 특징으로 하는 마찰교반용접기용 헤드 장치.
   

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