KR101307793B1

KR101307793B1 - 취성재료의 드릴링장치

Info

Publication number: KR101307793B1
Application number: KR1020120021572A
Authority: KR
Inventors: 김형재; 조형호; 김성렬; 이상직; 김도연; 박철진; 이태경
Original assignee: 한국생산기술연구원
Priority date: 2012-03-02
Filing date: 2012-03-02
Publication date: 2013-09-26
Also published as: KR20130100413A

Abstract

본 발명의 목적은 드릴링하고 있는 취성재료에 작용하는 과부하를 차단할 수 있음과 함께 양호한 드릴링가공이 이루어질 수 있는 구조의 드릴링장치를 제공하는 것이다. 이에 따라 본 발명에 따른 취성재료의 드릴링장치는, 전동기에 의해 회전하는 스핀들과, 상기 스핀들에 장착되는 드릴이 설치되어 취성재료를 드릴링하기 위한 드릴작동체; 상기 드릴작동체가 상기 스핀들의 길이방향으로 슬라이딩될 수 있도록 드릴작동체가이드에 의해 부착되는 가동지지체; 상기 가동지지체가 상기 스핀들의 길이방향으로 슬라이딩될 수 있도록 가동지지체 가이드에 의해 부착되는 메인프레임; 상기 메인프레임에 고정되어 상기 가동지지체를 상기 스핀들의 길이방향으로 이동시키는 절입구동기; 상기 드릴작동체가 상기 취성재료를 드릴링하는 상기 스핀들의 길이방향에 대하여 설정된 가압력을 상기 드릴작동체에 작용시키는 부하제한수단; 및 상기 부하제한수단의 상기 가압력에 의해 상기 드릴작동체의 이동이 발생하지 않도록 상기 가동지지체에 설치되어 상기 드릴작동체 또는 상기 부하제한수단을 받치는 받침수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

취성재료의 드릴링장치{DRILLING DEVICE FOR BRITTLE MATERIALS}

본 발명은 취성재료의 드릴링장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 사파이어잉곳, 유리, 콘크리트 등 취성재료의 드릴링에 있어서 재료의 파손을 방지할 수 있도록 취성재료에 가해지는 부하가 제한될 수 있는 구조의 드릴링장치에 관한 것이다.

사파이어 잉곳을 원기둥 형상으로 가공하는 코어드릴링 머신은, 회전하는 스핀들의 하단에 파이프형상의 코어드릴을 장착한 것으로, 사파이어 잉곳을 천공함으로써 정형화된 원통형 사파이어 잉곳을 얻을 수 있다. 그 작업과정에서 코어드릴에 의해 가해지는 과부하는 사파이어 잉곳에 균열을 발생시키거나 파손을 유발하는 문제점이 있었고, 그러한 문제점은 사파이어 잉곳 뿐 아니라 취성이 높은 유리, 콘크리트 등의 재료에 대하여 코어드릴링, 천공드릴링 등을 행할 때 동일하게 발생하는 것이다.

한국등록특허 제10-1074257호에는 코어드릴링 작업에 있어서 취성이 높은 사파이어 잉곳에 과부하가 작용하지 않도록 구성한 드릴링장치가 기재되어 있다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 상기 드릴링 장치는 베이스에 사파이어 잉곳을 고정한 후, 스핀들(10)을 회전시키면서 헤드(20)를 하강하면, 파이프 형상의 코어드릴(12)이 사파이어 잉곳을 천공하여 원기둥형상의 사파이어 잉곳을 얻을 수 있다.

그 과정에서 상기 코어드릴(12)의 마모와 같은 절삭조건의 변화로 인해 사파이어 잉곳에 과부하가 작용하면, 코어드릴(12)의 상측에 설치된 압축스프링(32)이 과부하를 흡수함으로써 과부하상태를 해소할 수 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 드릴링 장치는 코어드릴(12)이 사파이어 잉곳에 접촉하는 초기시점부터 압축스프링(32)의 압축이 발생하므로 절입속도를 제어하기 위해서는 압축스프링(32)의 압축량도 고려되어야 하는 바, 적절한 절입속도에 대한 정확한 제어가 어렵고 절입작업도 비효율적으로 진행될 수 있다.

또한, 드릴링이 거의 완료되는 시점에서 계속 압축되어 있던 압축스프링(32)의 탄성력에 의해 원기둥형상으로 가공된 사파이어 블록이 원재료에서 갑자기 떨어져 나오게 된다. 이는 가공된 원기둥형상의 사파이어블록에 결함을 발생시키는 것으로, 드릴링의 완료단계에서 그 절입속도의 제어를 매우 어렵게 한다.

또한, 코어드릴(12)과 압축스프링(32)이 직결됨으로써 드릴링 작업 중 진동을 발생시키는 또다른 원인이 되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있도록 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 드릴링하고 있는 취성재료에 작용하는 과부하를 차단할 수 있음과 함께 양호한 드릴링가공이 이루어질 수 있는 구조의 드릴링장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 드릴링하고 있는 취성재료에 과부하가 작용하지 않는 범위내에서 가장 효율적인 절입속도로 작업이 이루어질 수 있는 구조의 드릴링장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 취성재료의 드릴링장치는, 전동기에 의해 회전하는 스핀들과, 상기 스핀들에 장착되는 드릴이 설치되어 취성재료(M)를 드릴링하기 위한 드릴작동체; 상기 드릴작동체가 상기 스핀들의 길이방향으로 슬라이딩될 수 있도록 드릴작동체가이드에 의해 상기 드릴작동체가 부착되는 가동지지체; 상기 가동지지체가 상기 스핀들의 길이방향으로 슬라이딩될 수 있도록 가동지지체가이드에 의해 상기 가동지지체가 부착되는 메인프레임; 상기 메인프레임에 고정되어 상기 가동지지체를 상기 스핀들의 길이방향으로 이동시키는 절입구동기; 상기 취성재료를 드릴링하기 위한 상기 스핀들의 길이방향에 대하여, 설정된 가압력을 상기 드릴작동체에 작용시키는 부하제한수단; 및 상기 부하제한수단의 상기 가압력에 의해 상기 드릴작동체의 이동이 발생하지 않도록 상기 가동지지체에 설치되어 상기 드릴작동체 또는 상기 부하제한수단을 받치는 받침수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

다른 관점에서 본 발명에 따른 취성재료의 드릴링장치는, 전동기와, 전동기에 의해 회전하는 스핀들과, 상기 스핀들에 장착되는 드릴이 설치되어 하측의 취성재료를 드릴링하기 위한 드릴작동체; 상기 드릴작동체가 수직방향으로 슬라이딩될 수 있도록 드릴작동체가이드에 의해 상기 드릴작동체가 부착되는 가동지지체; 상기 가동지지체가 수직방향으로 슬라이딩될 수 있도록 가동지지체가이드에 의해 상기 가동지지체가 부착되는 메인프레임; 상기 메인프레임에 고정되어 상기 가동지지체를 수직방향으로 이동시키는 절입구동기; 상기 가동지지체에 설치되어 설정된 가압력으로 상기 드릴작동체를 하측방향으로 가압하는 부하제한수단; 및 상기 부하제한수단의 상기 가압력에 의해 상기 드릴작동체의 이동이 발생하지 않도록 상기 가동지지체에 설치되어 상기 드릴작동체 또는 상기 부하제한수단을 받치는 받침수단을 포함함으로써, 상기 부하제한수단의 상기 가압력 및 상기 드릴작동체의 자중에 의해 설정되는 한계부하를 이기는 부하가, 상기 드릴에 상측방향으로 발생하는 경우, 상기 드릴작동체가 상기 가동지지체를 기준으로 상측으로 슬라이딩되는 것을 특징으로 한다.

또 다른 관점에서 본 발명에 따른 취성재료의 드릴링장치는, 전동기와, 전동기에 의해 회전하는 스핀들과, 상기 스핀들에 장착되는 드릴이 설치되어 하측의 취성재료를 드릴링하기 위한 드릴작동체; 상기 드릴작동체가 수직방향으로 슬라이딩될 수 있도록 드릴작동체가이드에 의해 상기 드릴작동체가 부착되는 가동지지체; 상기 가동지지체가 수직방향으로 슬라이딩될 수 있도록 가동지지체가이드에 의해 상기 가동지지체가 부착되는 메인프레임; 상기 메인프레임에 고정되어 상기 가동지지체를 수직방향으로 이동시키는 절입구동기; 상기 가동지지체에 설치되어 상기 드릴작동체를 가압하는 가압력을 조절할 수 있는 부하제한수단; 및 상기 부하제한수단의 상기 가압력 및 상기 드릴작동체의 자중에 의해 상기 드릴작동체가 하측방향으로 이동하지 않도록 상기 가동지지체에 설치되어 상기 드릴작동체를 받치는 받침수단을 포함함으로써, 상기 부하제한수단의 상기 가압력 및 상기 드릴작동체의 자중의 합력에 의해 설정되는 한계부하를 이기는 부하가, 상기 드릴에 상측방향으로 발생하는 경우, 상기 드릴작동체가 상기 가동지지체를 기준으로 상측으로 슬라이딩되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 취성재료의 드릴링장치는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 본 발명은 부하제한수단이 설치되고 드릴작동체가 가동지지체에 대하여 상대적인 슬라이딩이 가능하도록 하여 취성재료와 드릴 사이에 미리 설정되어 있는 한계부하 이상의 과부하가 작용하는 경우, 그 과부하를 원천적으로 차단할 수 있다. 이에 따라, 신속한 드릴링가공을 위해 절입속도를 높이더라도 드릴링되는 취성재료의 균열 또는 파손을 방지할 수 있다.

둘째, 본 발명은 절입구동기가 작동하여 드릴작동체를 하강시킴에 의해 설정된 한계부하보다 낮은 정상부하가 취성재료에 작용하는 경우에는, 취성재료와의 접촉에 의한 드릴의 후퇴가 없으므로 절입구동기에 의해 드릴의 절입속도를 정확히 조절할 수 있다. 전술한 종래기술에서는 절입의 초기단계에서부터 스프링의 압축으로 드릴의 후퇴가 발생하고 있는 바, 초기단계에서는 실제로 제어된 절입깊이보다 작은 깊이의 절삭이 이루어진다.

셋째, 본 발명은 부하제한수단의 가압력에 의해 설정된 한계부하보다 큰 부하가 취성재료에 가해지는 경우, 드릴작동체가 가동지지체에 대하여 상대적인 슬라이딩이 이루어짐과 함께, 로드셀 또는 감지센서에 의해 그 슬라이딩이동을 감지하게 되므로 즉시 제어장치가 절입구동기의 절입속도를 낮추어 부하를 조절할 수 있다. 이에 따라, 원천적으로 과부하 발생 및 취성재료의 파손을 방지함과 함께 과부하발생 순간에 제어장치가 즉시 대응할 수 있다.

넷째, 본 발명은 받침수단으로 로드셀이 설치됨으로써 드릴링작업동안 취성재료에 가해지는 부하의 변화를 제어장치가 입력받아 판단할 수 있고, 그 데이터를 기초로 취성재료에서 허용되는 한계부하의 범위내에서 최상의 절입속도로 작업할 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 드릴링장치의 사시도
도 2는 종래기술에 따른 드릴링장치에서 완충장치의 단면구성도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 취성재료의 드릴링장치의 구성도
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 취성재료의 드릴링장치에서 받침수단이 변형된 구성도
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 취성재료의 드릴링장치의 작용설명도
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 취성재료의 드릴링장치에서 부하제한수단이 변형된 구성도
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 취성재료의 드릴링장치에서 부하제한수단이 변형된 다른 구성도
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 취성재료의 드릴링장치에서 받침수단과 감지센서가 함께 설치된 상태를 도시하는 구성도
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 취성재료의 드릴링장치에서 부하제한수단이 양방향 구동이 가능한 공압실린더장치로 변형된 구성도
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 취성재료의 드릴링장치에서 부하제한수단이 양방향으로 압축 및 인장이 가능한 탄성체로 변형된 구성도

본 발명의 실시예를 도면을 참고하여 보다 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 취성재료의 드릴링장치로서, 전동기(120)에 의해 회전하는 스핀들(110)과, 상기 스핀들(110)에 장착되는 드릴(130)이 설치되어 취성재료(M)를 드릴링하기 위한 드릴작동체(100)와, 상기 드릴작동체(100)가 스핀들(110)의 길이방향으로 슬라이딩될 수 있도록 드릴작동체가이드(161,162)에 의해 부착되는 가동지지체(200)와, 상기 가동지지체(200)가 상기 스핀들(110)의 길이방향으로 슬라이딩될 수 있도록 가동지지체가이드(271,272)에 의해 부착되는 메인프레임(310)과, 상기 메인프레임(310)에 고정되어 상기 가동지지체(200)를 상기 스핀들(110)의 길이방향으로 이동시키는 절입구동기(320)와, 상기 드릴작동체(100)가 상기 취성재료(M)를 드릴링하는 상기 스핀들(110)의 길이방향에 대하여 설정된 가압력을 상기 드릴작동체(100)에 작용시키는 부하제한수단(400)과, 상기 부하제한수단(400)의 가압력에 의해 상기 드릴작동체(100)의 이동이 발생하지 않도록 상기 가동지지체(200)에 설치되어 상기 드릴작동체(100) 또는 상기 부하제한수단(400)을 받치는 받침수단을 포함한다.

상기 드릴작동체(100)는 드릴(130)을 장착하고 회전시키기 위한 것으로, 드릴(130)이 장착되는 스핀들(110)과 상기 스핀들(110)을 구동시키는 전동기(120)와, 스핀들(110)을 지지하는 하우징(160)이 설치되고, 전동기(120)가 스핀들(110)을 회전시킴으로써 드릴(130)이 회전할 수 있다. 드릴작동체가이드(161,162)는 가이드블록(161)이 드릴작동체(100)의 하우징(160)의 측면에 고정되고 가이드레일(162)이 가동지지체(200)의 측면에 고정되어 구성되고, 가이드블록(161)이 고정된 드릴작동체(100)가 가이드레일(162)를 따라 수직으로 슬라이딩이동이 가능하다. 드릴작동체(100)의 절입은 절입구동기(320)가 가동지지체(200)를 하강시킴으로써 가동지지체(200)와 함께 하강하면서 이루어진다.

상기 드릴(130)은 취성재료(M) 즉, 사파이어잉곳, 유리, 콘크리트 등의 재료에서 원기둥형상을 뽑아내는 코어드릴링용 드릴 뿐아니라 단순히 천공구멍을 형성하기 위한 천공용 드릴이 될 수 있다.

상기 가동지지체(200)는 드릴작동체(100)가 부착되고 절입구동기(320)에 의해 메인프레임(310)에서 하강할 수 있다. 가동지지체(200)와 드릴작동체(100)는 드릴작동체가이드(161,162)에 의해 슬라이딩이 가능하도록 설치되는 바, 드릴작동체(100)에 고정된 가이드블록(161)이 가동지지체(200)의 측면에 설치된 가이드레일(162)을 타고 스핀들(110)의 길이방향인 수직방향으로 슬라이딩될 수 있다. 상기 드릴작동체가이드(161,162)는 엘엠(LM)가이드가 바람직하다.

참고로, 전술하고 있는 스핀들(110)의 길이방향은 통상 드릴링장치에서 수직으로 배치되는 것이나, 수평으로 배치하여 드릴링하는 것도 가능하다.

드릴작동체(100)의 하우징(160)에 고정되어 드릴작동체(100)와 일체로 운동하는 돌출연결체(150)가 상기 가동지지체(200)의 내부까지 연장되어 있고, 돌출연결체(150)는 드릴작동체(100)와 일체로 가이드레일(162)을 따라 상하로 이동이 가능하다. 돌출연결체(150)은 본 명세서에서 드릴작동체(100)의 일부를 구성하고 있다.

상기 돌출연결체(150)의 상측에는 가동지지체(200)에 고정되어 돌출연결체(150)에 설정된 가압력을 가하는 부하제한수단(400)이 설치되고, 돌출연결체(150)의 하측에는 돌출연결체(150)가 부하제한수단(400)의 가압력에 의해 하측방향으로 움직이지 않도록 받침수단인 로드셀(510)이 받치고 있다. 따라서, 돌출연결체(150)는 상측으로 이동할 수 있으나, 하측방향으로는 이동할 수 없다.

상기 부하제한수단(400)과 받침수단은 가동지지체(200)에 고정된 상태에서 각각 드릴작동체(100)에 가압력을 가하고, 드릴작동체(100)가 그 가압력에 의해 밀리는 것을 받치는 역할이므로 상기와 같은 돌출연결체(150)없이 드릴작동체(100)의 하우징(160)에 직접 작용하도록 구성될 수도 있다.

도 4는 받침수단의 위치를 변경한 구성을 도시하는 것으로, 받침수단(510a)은 부하제한수단(400)이 드릴작동체(100)에 가하는 가압력에 의해 드릴작동체(100)가 밀리는 것을 방지하는 것이므로, 받침수단(510a)이 부하제한수단(400)인 실린더로드(412)를 직접 받치도록 변경하여 구성하고 있다.

한편, 도 3을 참조하면, 상기 메인프레임(310)은 드릴링장치의 골격을 형성하는 것으로, 메인프레임(310)의 측면에 수직방향으로 가이드레일(272)이 설치되고, 그 가이드레일(272)을 타고 이동하는 가이드블록(271)은 가동지지체(200)에 고정된다.

또한, 메인프레임(310)에는 절입구동기(320) 즉, 서보모터(321)와 서보모터(321)에 의해 회전하는 볼스크류(322)가 설치되어 볼스크류(322)에 스크류결합된 가동지지체(200)가 가동지지체가이드(271,272)의 안내를 받아 상하로 이동이 가능하다. 가동지지체가이드(271,272)는 엘엠(LM)가이드로서, 메인프레임(310)에 설치되는 가이드레일(272)과 가동지지체(200)에 설치되는 가이드블록(271)으로 이루어지고 가이드블록(271)이 드릴작동체(100)의 스핀들(110)의 길이방향으로 연장되어 있는 가이드레일(272)을 타고 이동한다.

상기 절입구동기(320)는 가동지지체(200)를 수직방향으로 이송시키고 그 이송량을 조절하기 위한 것이므로 이송량이 조절될 수 있는 이송실린더장치 등으로 대체될 수 있으나, 서보모터(321)와 볼스크류(322)에 의한 구성이 가장 바람직하다. 상기 서보모터(321)는 제어장치(520)에 의해 제어됨으로써 볼스크류(322)에 의한 이송량이 조절되고, 그 이송량은 드릴작동체(100)의 절입량이 된다.

상기 부하제한수단(400)은 전술한 바와 같이, 드릴작동체(100)가 상기 취성재료(M)를 드릴링하는 상기 스핀들(110)의 길이방향 즉, 본 실시예에서 수직방향에 대하여 설정된 가압력을 드릴작동체(100)에 작용시키는 것이다. 그 가압력에 의해 드릴작동체(100)에 설정되는 한계부하, 즉 상기 가압력과 드릴작동체(100)의 자중의 합보다 큰 반력이 취성재료(M)로부터 드릴(130)에 작용하는 경우, 드릴작동체(100)가 가이드레일(162)을 따라 가동지지체(200)를 기준으로 상대적인 상승이 발생하도록 하는 것이다. 이는 드릴(130)과 취성재료(M) 사이에 발생하는 부하를 설정치(한계부하)까지만 허용하고 그 이상의 부하가 발생하는 경우에는 드릴(130)이 하강(절입)하지 않도록 제한하여 취성재료(M)의 파손을 방지하기 위함이다. 이 때, 상기 한계부하는 취성재료(M)의 파괴강도보다는 약간 낮은 값으로서, 드릴(130)이 취성재료(M)에 가할 수 있는 한계부하는 드릴작동체(100)의 자중과 부하제한수단(400)의 가압력을 합한 값이 된다.

상기 부하제한수단(400)은 가동지지체(200)에 고정되는 유체압실린더장치이고, 실린더로드(412)가 돌출연결체(150)에 스핀들(110)의 길이방향인 하측방향으로 설정된 가압력을 가하고 있다. 유체압실린더장치는 유압실린더장치일 수 있으나, 공압실린더장치(410)가 더 바람직하고, 압력조절기(416)가 설치됨으로써 작동압력을 조절 및 셋팅할 수 있다.

공압실린더장치(410)의 공압에 의해 설정된 가압력과 드릴작동체(100)의 자중이 함께 드릴(130)과 취성재료(M) 사이에 작용하더라도 취성재료(M)의 파괴가 발생하지 않도록 상기 공압이 셋팅되어야 한다.

상기 받침수단은 부하제한수단(400)의 가압력에 의해 드릴작동체(100)가 하강하지 않도록 받치고 있는 수단으로서, 돌출연결체(150)에 접촉하여 지지하고 있으며, 전술한 도 4와 같이, 받침수단이 부하제한수단(400)인 실린더로드(412)를 직접 받치도록 구성할 수도 있다. 받침수단은 드릴작동체(100)가 자중 및 부하제한수단(400)의 가압력으로 움직이는 것을 막고 있다. 즉, 가동지지체(200)를 기준으로 드릴작동체(100)가 상대적으로 하측방향으로 이동하는 것을 방지하고, 상대적으로 상측방향으로 이동하는 것만 허용한다.

본 실시예에서 상기 받침수단은 로드셀(510)이다. 로드셀(510)은 돌출연결체(150)를 받치고 있고, 돌출연결체(150)로부터 부하를 받는 상태이다. 로드셀(510)이 받는 부하는 실린더로드(412)가 하측방향으로 가하는 부하와 드릴작동체(100)의 자중의 합에서 드릴작동체(100)가 취성재료(M)으로부터 상측방향으로 받는 반력을 감한 부하가 된다.

로드셀(510)에서 감지된 측정신호는 제어장치(520)로 전송되고 그것에 따라 제어장치(520)는 서보모터(321)의 작동을 제어한다.

이하, 전술한 실시예의 작용을 설명한다.

도 5를 참고하면, 취성재료의 물성치와 드릴작동체(100)의 자중에 관한 데이터가 입력되어 있는 상태에서, 제어장치(520)는 공압실린더장치(410)의 압력조절기(416)에 제어신호를 전송하여 공압실린더장치(410)의 내부압력을 설정한다. 상기 공압실린더장치(410)에는 내부에 작동압력(P)이 발생하더라도 공압실린더장치(410)와 받침수단인 로드셀(510)이 가동지지체(200)에 고정되어 있고, 로드셀(510)이 받치고 있으므로 실린더로드(412)의 신장은 발생하지 않는다.

이후, 제어장치(520)의 작동신호에 의해 드릴작동체(100)의 전동기(120)가 드릴(130)을 회전시키고, 서보모터(321)가 회전하여 가동지지체(200)를 하강시킨다. 가동지지체(200)가 하강하면, 드릴작동체(100)는 가동지지체(200)와 함께 하강한다. 그 상태에서 드릴작동체(100)의 돌출연결체(150)가 공압실린더(410)의 실린더로드(412)와 로드셀(510) 사이에서 지지되어 가동지지체(200)에 대하여 상측이나 하측으로 상대적인 이동이 발생하지 않는다.

드릴작동체(100)의 하강으로 드릴(130)이 취성재료(M)에 절입되면, 드릴링작업이 시작되고 절입구동기(320)의 서보모터(321)는 설정된 속도로 회전하여 가동지지체(200)을 하강시킨다.

그 과정에서 드릴(130)의 마모, 과도한 절입속도에 기인하여 드릴절삭이 원활하지 않은 경우 과도한 부하(F)가 드릴(130)과 취성재료(M) 사이에 발생한다. 그러한 과도한 부하(F)는 드릴링되는 취성재료(M)에 균열이나 파손을 발생시킨다.

상기 과도한 부하(F)가 발생하는 시점에서, 절입구동기(320)에 의해 가동지지체(200)가 하강하더라도 드릴작동체(100)는 가동지지체(200)와 함께 하강하지 않고, 가동지지체(200)에 대하여 상대적인 상승 즉, 후퇴가 가능하다.

즉, 공압실린더장치(410)의 내부압력은 상기 취성재료(M)의 파손이 발생하는 부하에서 드릴작동체(100)의 자중을 뺀 값보다 약간 낮은 가압력으로 설정되므로, 상기 내부압력에 의한 가압력과 드릴작동체(100)의 자중의 합인 한계부하를 이기는 부하가 취성재료(M)로부터 발생하면 드릴작동체(100)는 공압실린더장치(410)의 실린더로드(412)를 밀어 올릴 수 있고, 그 동작은 드릴작동체(100)가 가동지지체(200)를 기준으로 상대적으로 슬라이딩되는 후퇴가 이루어지는 것이다.

그와 같은 드릴작동체(100)의 슬라이딩은 취성재료(M)를 드릴(130)이 더 이상 가압하지 않도록 하므로 취성재료(M)에 가해지는 부하를 공압실린더장치(410)에 의해서 설정되는 한계부하까지만 제한하게 되는 것이다. 공압실린더장치(410)에 의해 한계부하가 설정된다는 것은 드릴작동체(100)의 자중이 일정하므로 공압의 조절에 의해 한계부하의 설정이 이루어진다는 것이다.

공압실린더장치(410)에서 셋팅한 한계부하 이하의 상태에서는 드릴링을 위한 절입작업이 부하제한수단(400)의 영향없이 정상적으로 이루어진다.

한편, 받침수단으로 설치된 로드셀(510)은 취성재료(M)와 드릴(130) 사이에 작용하는 부하를 실시간으로 감지할 수 있다. 로드셀(510)이 받는 부하는 실린더로드(412)가 하측방향으로 가하는 가압력과 드릴작동체(100)의 자중의 합에서 드릴작동체(100)가 취성재료(M)로부터 상측방향으로 받는 반력을 감한 부하가 된다.

제어장치(520)는 로드셀(510)에서 감지된 측정신호에 따라 현재 취성재료(M)가 받는 부하를 측정할 수 있다. 로드셀(510)의 측정신호가 제로(“0”)가 되는 경우에는 돌출연결체(150)가 로드셀(510)으로부터 이격된 것으로, 설정된 부하 이상의 부하가 취성재료(M)에 작용한 것으로 판단할 수 있으므로 제어장치(520)는 절입구동기(320)의 서보모터(321)를 감속시킨다.

이후, 로드셀(510)의 측정신호를 입력받아 절입속도가 제어될 수 있고, 그 측정치가 높으면 절입속도를 높이고, 그 측정치가 제로(“0”)에 근접하면 절입속도를 낮추는 방식으로 제어한다.

상기와 같은 작용에 따라, 드릴링작업 중 설정된 한계부하 이상은 취성재료(M)에 가해질 수 없도록 제한되고 있으므로 작업 중 취성재료(M)의 파괴가 발생할 수 없다. 다만, 각 취성재료(M)의 물성데이터가 제어수단(520)에 입력되어 있어야만 부하제한수단(400)의 셋팅이 가능하다.

상기 로드셀(510)에 의해 드릴링작업동안 취성재료에 가해지는 부하의 변화를 제어장치가 입력받아 판단할 수 있고, 그 데이터를 기초로 취성재료에서 허용되는 한계부하의 범위 내에서 절입속도를 높여 가장 효율적인 절입속도로 작업이 가능해진다.

한편, 도 6 및 도 7은 본 발명의 부하제한수단을 다른 구성으로 치환한 드릴링장치를 도시하고 있다.

먼저, 도 6을 참고하면, 부하제한수단(400′)은 가동지지체(200)에 설치되어 드릴작동체(100)에 가압력을 가하도록 미리 셋팅될 수 있는 탄성체이다.

상기 탄성체는 스프링(420)과, 스프링(420)의 탄성력을 조절할 수 있는 탄성조절수단(422)이 포함되어 사전에 탄성조절수단(422)이 스프링(420)를 조여 압축시킨 상태로 설치된다. 이에 따라, 탄성체는 드릴작동체(100)를 처음부터 설정된 가압력으로 가압하고 있으며, 상기 가압력과 드릴작동체(100)의 자중의 합이 취성재료(M)의 파괴강도를 고려하여 그보다 약간 낮은 값이 되도록 설정한다. 탄성조절수단(422)는 제어장치(520)에 의해 탄성력변동이 자동조절될 수 있도록 하는 구동장치가 포함될 수 있다.

그 셋팅된 가압력에 의해 설정되는 한계부하보다 낮은 부하가 취성재료(M)에 작용할 경우에는 받침부재인 로드셀(510)이 전부 담당하고 있던 가압력을 드릴작동체(100)가 일부 나누고 있을 뿐, 상기 탄성체의 스프링(420)을 전혀 압축하지 못한다. 취성재료(M)에 상기 가압력과 드릴작동체(100)의 자중의 합(한계부하)보다 큰 부하가 작용하는 경우에만 비로소 탄성체가 압축되어 로드셀(510)과 드릴작동체(100)의 돌출연결체(150)가 이격될 수 있다.

도 7은 상기 부하제한수단(400″)을 중량이 조절되는 무게추(430)로 변경한 것이다. 무게추(430)는 돌출연결체(150)의 상측에 올려짐으로써 드릴작동체(100)에 중력에 의한 가압력을 사전에 작용시킨다. 상기 무게추(430)는 다수개로 분리가능하도록 하고, 드릴링작업될 취성재료(M)의 물성을 고려하여 가압력을 결정한 후, 무게추(430)의 개수를 조절한다. 무게추(430)가 부하제한수단(400″)으로 설치되는 경우에는 무게추(430)가 중력에 의해 가압력을 드릴작동체(100)에 가할 수 있도록 스핀들(110)의 길이방향이 수직방향으로 배치되어야 한다.

상기와 같이, 부하제한수단(400′,400″)을 탄성체 또는 무게추로 변경하더라도 취성재료(M)에 가해지는 부하를 제한하는 작용은 공압실린더장치(410)를 설치한 경우와 동일하다.

한편, 도 8은 전술한 로드셀(510)을 설치하지 않고, 로드셀(510)의 기능을 대체할 수 있는 받침수단(512)과 감지센서(530)가 설치된 구성을 도시하고 있다.

상기 받침수단(512)은 단순히 돌출연결체(150)의 하부를 받치고 있는 부재이고, 감지센서(530)는 드릴작동체(100)가 상기 부하제한수단(400)의 가압력의 방향과 반대방향으로 상기 가동지지체(200)에 대하여 이동하는 것을 감지한다.

상기 감지센서(530)는 접점센서 또는 근접센서가 될 수 있다.

절입구동기(320)가 가동지지체(200)를 하강시킴에 따라 드릴(130)과 취성재료(M) 사이에 한계부하를 이기는 부하(F)가 발생하면, 드릴작동체(100)는 가동지지체(200)에 대하여 상측으로 상대적인 슬라이딩을 한다.

그 과정에서 상기 접점센서의 접점이 단락될 것이고, 근접센서의 경우에는 측정된 간격에 변화가 발생할 것이므로, 그 감지신호를 제어장치(520)가 입력받아 절입구동기(320)를 감속시킨다. 이에 따라, 취성재료(M)의 균열이나 파손없이 가장 효율적인 절입속도에서 드릴링작업을 계속 수행할 수 있다.

다음은, 전술한 실시예의 경우와 달리, 드릴작동체(100)의 자중이 취성재료(M)에 균열 등을 발생시키는 부하보다 큰 경우에, 적용될 수 있는 본 발명의 다른 실시예를 설명한다.

도 9를 참조하면, 본 실시예에서 부하제한수단(400a)으로 설치되는 공압실린더(410a)는 양방향 구동이 가능한 것으로, 실린더로드(412)가 하측방향으로 가압력을 작용하는 것뿐 아니라, 상측방향으로 상승하는 압력을 받을 수 있도록 상하측에 각각 공압이 유입되는 상측 및 하측포트가 설치된다. 또한, 실린더로드(412)의 끝단은 돌출연결체(150)에 힌지(414)에 의해 결합되어 돌출연결체(150)을 상측으로 끌어올릴 수 있다.

드릴작동체(100)의 자중이 취성재료(M)의 파괴가 발생하는 부하보다 큰 경우에는, 취성재료(M)에 균열 등이 발생하기 전에 드릴작동체(100)가 가동지지체(200)에 대하여 상측으로 상대적인 슬라이딩을 하는 작용은 발생할 수 없으므로, 드릴작동체(100)의 자중을 상쇄시킬 수 있는 힘이 사전에 부가될 필요가 있다.

그 경우, 상기 공압실린더(410a)에는 실린더로드(412)가 상측방향으로 힘을 가하도록 공압이 작용하면, 드릴작동체(100)에 상측방향으로 상승력을 부가함으로써 드릴작동체(100)의 자중을 상쇄시킬 수 있고, 드릴작동체(100)의 자중과 공압실린더(410a)의 가압력의 합인 한계부하를 취성재료(M)의 파괴부하보다 약간 낮은 설정치로 조절할 수 있다.

그 상태에서 절입구동기(320)가 가동지지체(200)를 하강시킴에 따라 드릴(130)과 취성재료(M) 사이에 부하제한수단(400)에서 설정되는 가압력(상승력)과 드릴작동체(130)의 자중의 합력을 이기는 부하(F)가 발생하면, 드릴작동체(100)는 가동지지체(200)에 대하여 상측으로 상대적인 슬라이딩을 할 수 있고, 드릴링 중에 취성재료(M)의 파괴를 방지할 수 있다.

드릴작동체(100)의 자중값과 가공될 취성재료(M)의 물성치가 제어장치(520)에 입력되면, 제어장치(520)는 드릴작동체(100)의 자중값과 가공될 취성재료(M)의 파괴하중을 비교하여 공압실린더(410a)의 가압방향(상측 또는 하측) 및 가압력을 결정한 후, 압력조절기(416)를 제어하게 된다.

도 10은 참고하면, 부하제한수단(400′a)은 가동지지체(200)에 설치되어 드릴작동체(100)에 상승력을 가하도록 작업전 셋팅될 수 있는 탄성체이다.

상기 탄성체는 스프링(420)과, 스프링(420)의 탄성력을 조절할 수 있는 탄성조절수단(425)이 포함되고 탄성조절수단(425)은 스프링(420)을 압축시키거나 인장시키는 상하방향 신축조절이 제어장치(520)에 의해 자동으로 이루어진다. 본 실시예에서 드릴작동체(100)의 자중이 취성재료(M)에 부가될 수 있는 한계부하보다 큰 상태이므로, 드릴링 작업전에 탄성조절수단(425)이 스프링(420)를 인장시키도록 셋팅되어 드릴작동체(100)에 상승력을 부가한다. 이에 따라, 탄성체는 드릴작동체(100)에 설정된 상승력을 가하여 그 자중을 상쇄시키고 있으며, 상기 상승력과 드릴작동체(100)의 자중의 합이 취성재료(M)의 파괴강도를 고려하여 그보다 약간 낮은 값이 되도록 설정한다.

물론, 드릴작동체(100)의 자중이 취성재료(M)의 파괴강도보다 작은 경우에는 전술한 실시예와 같이 탄성조절수단(425)이 스프링(420)을 압축하여 드릴작동체(100)를 하측방향으로 가압함으로써 한계부하를 설정할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 전술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능하다.

100; 드릴작동체 110; 스핀들
120; 전동기 130; 드릴
150; 돌출연결체 160; 하우징
161,271; 가이드블록 162,272; 가이드레일
200; 가동지지체 310; 메인프레임
320; 절입구동기 321; 서보모터
322; 볼스크류 400,400′,400″,400a,400′a; 부하제한수단
410,410a; 공압실린더장치 412; 실린더로드
414; 힌지 416; 압력조절기
422; 탄성조절수단 420; 스프링
430; 무게추 510; 로드셀
510a,512; 받침수단 520; 제어장치
530; 감지센서 M; 취성재료

Claims

전동기(120)에 의해 회전하는 스핀들(110)과, 상기 스핀들(110)에 장착되는 드릴(130)이 설치되어 취성재료(M)를 드릴링하기 위한 드릴작동체(100);
상기 드릴작동체(100)가 상기 스핀들(110)의 길이방향으로 슬라이딩될 수 있도록 드릴작동체가이드(161,162)에 의해 상기 드릴작동체(100)가 부착되는 가동지지체(200);
상기 가동지지체(200)가 상기 스핀들(110)의 길이방향으로 슬라이딩될 수 있도록 가동지지체가이드(271,272)에 의해 상기 가동지지체(200)가 부착되는 메인프레임(310);
상기 메인프레임(310)에 고정되어 상기 가동지지체(200)를 상기 스핀들(110)의 길이방향으로 이동시키는 절입구동기(320);
상기 취성재료(M)를 드릴링하기 위한 상기 스핀들(110)의 길이방향에 대하여 설정된 가압력을 상기 가동지지체(200)로부터 상기 드릴작동체(100)에 작용시키는 것으로서, 설정된 상기 가압력을 이기는 부하가 상기 취성재료(M)로부터 상기 가압력의 반대방향으로 상기 드릴작동체(100)에 작용시 상기 드릴작동체(100)가 상기 가동지지체(200) 상에서 상기 가압력의 반대방향으로 슬라이딩되는 것을 허용하는 부하제한수단; 및
상기 부하제한수단의 상기 가압력에 의해 상기 가동지지체(200)에 대하여 상기 드릴작동체(100)의 이동이 발생하지 않도록 상기 가동지지체(200)에 설치되어 상기 드릴작동체(100) 또는 상기 부하제한수단을 받치는 받침수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 취성재료의 드릴링장치
제1항에 있어서,
상기 부하제한수단(400)은
상기 가동지지체(200)에 설치되고 실린더로드(412)가 상기 드릴작동체(100)에 상기 가압력을 가하는 유체압실린더장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 취성재료의 드릴링장치
제1항에 있어서,
상기 부하제한수단(400′)은
상기 가동지지체(200)에 설치되어 상기 드릴작동체(100)에 상기 가압력을 가하도록 셋팅된 상태의 탄성체를 포함하는 것을 특징으로 하는 취성재료의 드릴링장치
제1항에 있어서,
상기 스핀들(110)의 길이방향은 수직방향이고,
상기 부하제한수단(400″)은
설정된 중량으로 상기 드릴작동체(100)에 설치된 무게추를 포함하는 것을 특징으로 하는 취성재료의 드릴링장치
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 드릴작동체(100)가 상기 부하제한수단의 가압력의 방향과 반대방향으로 상기 가동지지체(200)에 대하여 이동하는 것을 감지하는 감지센서(530)와,
상기 감지센서(530)의 신호를 입력받는 제어장치(520)를 포함하고,
상기 제어장치(520)는 상기 감지센서(530)가 상기 드릴작동체(100)의 상기 가동지지체(200)에 대한 이동을 감지하면 상기 절입구동기(320)를 정지 또는 감속시키는 것을 특징으로 하는 취성재료의 드릴링장치
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 받침수단은 상기 드릴작동체(100)에 접촉되어 부하를 측정하고 있는 로드셀(510)이고,
상기 로드셀(510)의 측정신호를 입력받아 상기 절입구동기(320)의 작동을 제어하는 제어장치(520)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 취성재료의 드릴링장치
제6항에 있어서,
상기 절입구동기(320)는
서보모터(321)와, 상기 서보모터(321)에 의해 회전하여 상기 가동지지체(200)를 상기 스핀들(110)의 길이방향으로 이동시키는 볼스크류(322)를 포함하고,
상기 제어장치(520)는 상기 로드셀(510)의 측정신호를 입력받아 상기 서보모터(321)의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 취성재료의 드릴링장치
전동기(120)와, 전동기(120)에 의해 회전하는 스핀들(110)과, 상기 스핀들(110)에 장착되는 드릴(130)이 설치되어 하측의 취성재료(M)를 드릴링하기 위한 드릴작동체(100);
상기 드릴작동체(100)가 수직방향으로 슬라이딩될 수 있도록 드릴작동체가이드(161,162)에 의해 상기 드릴작동체(100)가 부착되는 가동지지체(200);
상기 가동지지체(200)가 수직방향으로 슬라이딩될 수 있도록 가동지지체가이드(271,272)에 의해 상기 가동지지체(200)가 부착되는 메인프레임(310);
상기 메인프레임(310)에 고정되어 상기 가동지지체(200)를 수직방향으로 이동시키는 절입구동기(320);
상기 가동지지체(200)에 설치되어 설정된 가압력을 상기 가동지지체(200)로부터 상기 드릴작동체(100)에 하측방향으로 작용시키는 부하제한수단; 및,
상기 부하제한수단의 상기 가압력에 의해 상기 가동지지체(200)에 대하여 상기 드릴작동체(100)의 이동이 발생하지 않도록 상기 가동지지체(200)에 설치되어 상기 드릴작동체(100) 또는 상기 부하제한수단을 받치는 받침수단을 포함함으로써,
상기 부하제한수단의 상기 가압력 및 상기 드릴작동체(100)의 자중에 의해 설정되는 한계부하를 이기는 부하가, 상기 드릴(130)에 상측방향으로 발생하는 경우, 상기 드릴작동체(100)가 상기 가동지지체(200) 상에서 상기 드릴작동체가이드(161,162)에 의해 상측으로 슬라이딩되는 것을 특징으로 하는 취성재료의 드릴링장치
제8항에 있어서,
상기 부하제한수단(400)은
상기 가동지지체(200)에 설치되고 실린더로드(412)가 상기 드릴작동체(100)에 상기 가압력을 가하는 유체압실린더장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 취성재료의 드릴링장치
제8항에 있어서,
상기 부하제한수단(400′)은
상기 가동지지체(200)에 설치되어 상기 드릴작동체(100)에 상기 가압력을 가하도록 셋팅된 상태의 탄성체를 포함하는 것을 특징으로 하는 취성재료의 드릴링장치
제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 드릴작동체(100)가 상기 가동지지체(200)를 기준으로 상측으로 이동하는 것을 감지하는 감지센서(530)와,
상기 감지센서(530)의 신호를 입력받는 제어장치(520)를 포함하고,
상기 제어장치(520)는 상기 감지센서(530)가 상기 드릴작동체(100)의 상기 가동지지체(200)에 대한 상대적인 이동을 감지하면 상기 절입구동기(320)를 감속시키는 것을 특징으로 하는 취성재료의 드릴링장치
제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 받침수단은 상기 드릴작동체(100)에 접촉되어 부하를 측정하고 있는 로드셀(510)이고,
상기 로드셀(510)의 측정신호를 입력받아 상기 절입구동기(320)의 작동을 제어하는 제어장치(520)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 취성재료의 드릴링장치
제12항에 있어서,
상기 절입구동기(320)는
서보모터(321)와, 상기 서보모터(321)에 의해 회전하여 상기 가동지지체(200)를 수직방향으로 이동시키는 볼스크류(322)를 포함하고,
상기 제어장치(520)는 상기 로드셀(510)의 측정신호를 입력받아 상기 서보모터(321)의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 취성재료의 드릴링장치
전동기(120)와, 전동기(120)에 의해 회전하는 스핀들(110)과, 상기 스핀들(110)에 장착되는 드릴(130)이 설치되어 하측의 취성재료(M)를 드릴링하기 위한 드릴작동체(100);
상기 드릴작동체(100)가 수직방향으로 슬라이딩될 수 있도록 드릴작동체가이드(161,162)에 의해 상기 드릴작동체(100)가 부착되는 가동지지체(200);
상기 가동지지체(200)가 수직방향으로 슬라이딩될 수 있도록 가동지지체가이드(271,272)에 의해 상기 가동지지체(200)가 부착되는 메인프레임(310);
상기 메인프레임(310)에 고정되어 상기 가동지지체(200)를 수직방향으로 이동시키는 절입구동기(320);
상기 가동지지체(200)에 설치되어 상기 가동지지체(200)로부터 상기 드릴작동체(100)를 가압하는 가압력을 조절하여 설정할 수 있는 부하제한수단; 및
상기 부하제한수단의 상기 가압력 및 상기 드릴작동체(100)의 자중의 합력에 의해 상기 드릴작동체(100)가 상기 가동지지체(200)에 대하여 하측방향으로 이동하지 않도록 상기 가동지지체(200)에 설치되어 상기 드릴작동체(100)를 받치는 받침수단을 포함함으로써,
상기 부하제한수단의 상기 가압력 및 상기 드릴작동체(100)의 자중의 합력에 의해 설정되는 한계부하를 이기는 부하가, 상기 드릴(130)에 상측방향으로 발생하는 경우, 상기 드릴작동체(100)가 상기 가동지지체(200) 상에서 상기 드릴작동체가이드(161,162)에 의해 상측으로 슬라이딩되는 것을 특징으로 하는 취성재료의 드릴링장치
제14항에 있어서,
상기 부하제한수단(400)은 상기 드릴작동체(100)에 상측방향 및 하측방향의 어느 쪽으로도 상기 가압력을 가할 수 있도록 조절되는 것을 특징으로 하는 취성재료의 드릴링장치
제15항에 있어서,
상기 부하제한수단(400a)은
상기 가동지지체(200)에 설치되고 실린더로드(412)가 양방향 구동이 가능하여 상기 드릴작동체(100)에 상측 및 하측방향으로 모두 상기 가압력을 가할 수 있는 유체압실린더장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 취성재료의 드릴링장치
제15항에 있어서,
상기 부하제한수단(400′a)은
상기 가동지지체(200)에 설치되고 상기 드릴작동체(100)에 상측 및 하측방향으로 모두 상기 가압력을 가할 수 있도록 압축 및 인장상태로 셋팅될 수 있는 탄성체를 포함하는 것을 특징으로 하는 취성재료의 드릴링장치