KR101366961B1 - 레이저 예열 가공장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 공작기계에 회전가능하게 결합되며, 공작공구가 장착되는 스핀들, 스핀들의 일측에 고정 결합되는 고정부, 고정부에 결합되며, 수평방향으로 제1가이드가 마련된 연결부, 연결부의 제1가이드에 슬라이딩 가능하게 설치되며, 수직방향으로 제2가이드가 마련된 이동지지대, 이동지지대의 제2가이드에 슬라이딩 가능하게 설치되는 레이저모듈, 연결부 및 레이저모듈에 연결되도록 이동지지대에 설치되며, 이동지지대가 제1가이드 상에서 슬라이딩 이동되도록 하고, 레이저모듈은 제2가이드 상에서 슬라이딩 이동되도록 하면서, 레이저모듈의 수평 및 수직 방향 위치를 조절할 수 있게 하는 위치이동구동수단을 포함하는 레이저 예열 가공장치를 제공한다.
이와 같이, 레이저 예열 가공장치는, 위치이동구동수단에 의해 레이저모듈이 이동지지대의 제2가이드 및 연결부의 제1가이드 상에서 수직 및 수평방향으로 이동할 수 있다. 따라서, 가공대상부재의 표면형상에 따라 레이저모듈을 수직 및 수평방향으로 이동되면서 레이저모듈과 가공대상부재의 가공부위 사이 거리를 일정하게 유지시킬 수 있으므로 가공부위가 일정한 예열 온도로 가열될 수 있다.

Description

레이저 예열 가공장치{Laser assisted machining}

본 발명은 레이저 예열 가공장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가공대상소재의 가공 부위를 국부적으로 가열하여 연화시킨 후 가공하는 레이저 예열 가공장치에 관한 것이다.

일반적으로, 티타늄 합금, 초합금, 텅스텐 및 세라믹 등과 같은 재료들로 이루어진 공작물은 단열성, 고온강도, 내마모성 및 내식성과 같은 특징이 우수하여 자동차, 우주항공 등과 같은 최첨단 분야에 넓게 이용된다. 그러나, 이러한 재료들로 이루어진 공작물은 높은 경도와 취성으로 인하여 가공에 많은 어려움이 있는 바, 근래에는 공작물을 절삭, 가공하기 위한 공구나 장비가 동일의 장치에 통합되어 구비되는 복합가공화장치의 연구 및 개발이 진행되고 있다.

이중, 레이저기술을 접목시키기 위한 연구 및 개발이 활발히 진행되고 있는데, 앞서 설명한 바와 같은 난삭재료로 이루어진 공작물 가공할 경우, 절삭전에 레이저 열원을 이용하여 공작물의 가공 부위를 국부적으로 가열하여 연화시키면, 상기 공작물은 보다 용이하게 절삭될 수 있게되며, 가공성 또한 향상된다.

이러한, 복합가공화장치로 대한민국등록특허공보 제2005-0051233호(2006.6.30)에 제시되고 있다. 그러나, 선출원된 복합가공화장치는 절삭공구와 별개로 레이저발생부가 설치된 바, 공작물의 형상에 따라 상기 레이저발생부에서 조사되는 레이저와 상기 공작물 사이의 거리를 일정하게 조절하기 어려운 문제점이 있다.

본 발명은, 가공대상소재의 형상에 따라 소재표면과 레이저간의 거리변화를 고려하여 레이저 초점을 용이하게 조절할 수 있는 레이저 예열 가공장치를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은, 공작기계에 회전가능하게 결합되며, 공작공구가 장착되는 스핀들, 상기 스핀들의 일측에 고정 결합되는 고정부, 상기 고정부에 결합되며, 수평방향으로 제1가이드가 마련된 연결부, 상기 연결부의 제1가이드에 슬라이딩 가능하게 설치되며, 수직방향으로 제2가이드가 마련된 이동지지대, 상기 이동지지대의 제2가이드에 슬라이딩 가능하게 설치되는 레이저모듈, 상기 연결부 및 상기 레이저모듈에 연결되도록 상기 이동지지대에 설치되며, 상기 이동지지대가 상기 제1가이드 상에서 슬라이딩 이동되도록 하고, 상기 레이저모듈은 상기 제2가이드 상에서 슬라이딩 이동되도록 하면서, 상기 레이저모듈의 수평 및 수직 방향 위치를 조절할 수 있게 하는 위치이동구동수단을 포함하는 레이저 예열 가공장치를 제공한다.

또한, 상기 고정부는, 상기 스핀들의 외주면을 감싸도록 'C'형상을 가지는 밴드부와, 상기 밴드부의 길이방향 양단을 조이면서 상기 밴드부가 상기 스핀들의 외주면에 밀착상태로 고정 결합되게 하는 나사부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 위치이동구동수단은, 상기 연결부와 연결 설치되어, 상기 연결부를 밀거나 당기면서 상기 이동지지대가 상기 제1가이드 상에서 슬라이딩 이동되게 하는 제1구동부와, 상기 레이저모듈과 연결 설치되어, 상기 레이저모듈을 밀거나 당기면서 상기 레이저모듈이 상기 제2가이드 상에서 슬라이딩 이동되게 하는 제2구동부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1구동부 및 상기 제2구동부는, 상기 이동지지대에 설치된 상태로 로드 단부가 상기 연결부 및 상기 레이저모듈에 연결되는 실린더일 수 있다.

또한, 상기 제1구동부 및 상기 제2구동부는, 리니어모터일 수 있다.

또한, 상기 연결부는 상기 고정부 일측에 상하방향으로 회전 가능하게 힌지 결합될 수 있다.

본 발명에 따른 레이저 예열 가공장치는, 위치이동구동수단에 의해 레이저모듈이 이동지지대의 제2가이드 및 연결부의 제1가이드 상에서 수직 및 수평방향으로 이동할 수 있다. 따라서, 가공대상부재의 표면형상에 따라 레이저모듈을 수직 및 수평방향으로 이동되면서 레이저모듈과 가공대상부재의 가공부위 사이 거리를 일정하게 유지시킬 수 있으므로 가공부위가 일정한 예열 온도로 가열될 수 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 예열 가공장치의 사시도이다.
도 3은 도 1의 개략 구성단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 예열 가공장치의 대략 가공상태도이다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 예열 가공장치의 사시도이며, 도 3은 도 1의 개략 구성단면도이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 레이저 예열 가공장치는, 스핀들(100), 고정부(200), 연결부(300), 이동지지대(400), 레이저모듈(500), 위치이동구동수단(600)을 구비하고 있다.

상기 스핀들(100)은 공작기계(도면미도시)에 회전 가능하게 결합 구비된다. 즉, 상기 스핀들(100)은 상기 공작기계에 장착 구비된 상태에서 상기 공작기계의 구동장치로부터 구동력을 전달받아 축회전하게 된다. 이러한, 상기 스핀들(100)의 단부에는 축회전하면서 가공대상부재(도면미도시)를 가공할 수 있도록 공작공구(10)가 장착된다. 여기서, 상기 스핀들(100)의 단부에는 상기 공작공구(10)를 결합 설치할 수 있도록 툴홀더(도면미도시)가 구비된다. 따라서, 상기 스핀들(100)은 상기 공작기계의 구동장치로부터 구동력을 전달받아 상기 툴홀더가 회전되게 한다.

상기 고정부(200)는 이후 설명될 연결부(300)를 상기 스핀들(100)에 연결 설치할 수 있게 한다. 즉, 상기 고정부(200)는 상기 스핀들(100)의 일측에 고정 결합된 상태로 상기 연결부(300)가 연결 설치된다. 이러한, 상기 고정부(200)는 상기 스핀들(100)의 외주면을 감싸도록 'C'형상을 가지는 밴드부(210)와, 상기 밴드부(210)의 길이방향 양단을 조이면서 상기 밴드부(210)가 상기 스핀들(100)의 외주면에 밀착상태로 고정 결합되게 하는 나사부(220)를 포함한다. 이같이, 상기 고정부(200)는 상기 밴드부(210)와 상기 나사부(220)로 구성된 상태로 상기 스핀들(100)에 고정 결합되는 것으로 도시하였으나, 이에 한정하지 않고 상기 스핀들(100)과 같은 축 형상 부재의 외주면에 고정 결합될 수 있는 다양한 결합부재를 선택적용가능함은 물론이다.

상기 연결부(300)는 상기 고정부(200)에 연결 설치된다. 이러한, 상기 연결부(300)는 상기 고정부(200) 일측에 상하방향으로 회전가능하게 힌지 결합된다. 이같이, 상기 연결부(300)는 상기 고정부(200)에 연결된 상태에서 상방 또는 하방으로 회전하면서, 이후 설명될 레이저모듈(500)에서 발생되는 레이저 빔의 상기 가공대상부재에 대한 조사 초점각도를 조절할 수 있게 된다.

그리고, 상기 연결부(300)의 일측에는 수평방향으로 제1가이드(310)가 마련된다. 이러한, 상기 제1가이드(310)는 이후 설명될 위치이동구동수단(600)의 구동력에 의해 이동지지대(400)를 수평방향으로 슬라이딩 이동되게 가이드하게 된다.

상기 이동지지대(400)는 상기 연결부(300)에 슬라이딩 가능하게 설치된다. 즉, 상기 이동지지대(400)는 상기 연결부(200)의 제1가이드(310)에 슬라이딩 가능하게 설치되어, 상기 위치이동구동수단(600)에서 발생된 구동력에 의해 상기 제1가이드(310) 상에서 이동하게 된다. 이같이, 상기 이동지지대(400)는 상기 연결부(300)의 제1가이드(310) 상에서 수평방향으로 슬라이딩 이동하면서, 이후 설명될 레이저모듈(500)에서 발생되는 레이저 빔의 상기 가공대상부재에 대한 수평방향 조사위치를 조절할 수 있게 된다.

그리고, 상기 이동지지대(400)의 일측에는 수직방향으로 제2가이드(410)가 마련된다. 이러한, 상기 제2가이드(410)는 이후 설명될 위치이동구동수단(600)의 구동력에 의해 레이저모듈(500)을 수직방향으로 슬라이딩 이동되게 가이드하게 된다.

상기 레이저모듈(500)은 상기 가공대상부재의 가공부위로 국부적으로 가열하여 연화시킬 수 있도록 상기 레이저 빔을 발생시킨 후 조사시킨다. 여기서, 상기 레이저모듈(500)은 레이저 빔을 발생시킨 후 대상물에 조사할 수 있는 공지의 레이저발생장치를 선택적용할 수 있다. 이러한, 상기 레이저모듈(500)은 상기 이동지지대(400)의 제2가이드(410)에 슬라이딩 가능하게 설치된다. 따라서, 상기 레이저모듈(500)은 이후 설명될 위치이동구동수단(600)의 구동력에 의해 상기 제2가이드(410) 상에서 수직방향으로 슬라이딩 이동하면서, 레이저 빔의 상기 가공대상부재에 대한 수직방향 조사위치를 조절할 수 있게 된다.

상기 위치이동구동수단(600)은 상기 이동지지대(400) 및 상기 레이저모듈(500)을 각각 상기 연결부(300)의 제1가이드(310) 및 상기 이동지지대(400)의 제2가이드(410) 상에서 슬라이딩 이동될 수 있도록 구동력을 발생시킨다. 즉, 상기 위치이동구동수단(600)은 상기 이동지지대(400)를 상기 제1가이드(310) 상에서 수평방향으로 슬라이딩 이동되게 하고, 상기 레이저모듈(500)은 상기 제2가이드(410) 상에서 수직방향으로 슬라이딩 이동되게 하면서, 결과적으로 상기 레이저모듈(500)에서 조사되는 레이저 빔의 수평 및 수직 방향에 대한 조사위치를 조절할 수 있게 한다. 이러한, 상기 위치이동구동수단(600)은 제1구동부(610), 제2구동부(620)를 포함한다.

여기서, 상기 제1구동부(610)는 상기 이동지지대(400)를 상기 제1가이드(310) 상에서 슬라이딩 이동되도록 구동력을 발생시킨다. 이러한, 상기 제1구동부(610)는 상기 이동지지대(400)에 설치된 상태로 상기 연결부(300)의 일측에 연결된다. 따라서, 상기 제1구동부(610)는 상기 연결부(300)를 밀거나 당기면서 상기 이동지지대(400)가 상기 연결부(300)의 제1가이드(310) 상에서 수평방향으로 슬라이딩 이동되게 한다.

그리고, 상기 제2구동부(620)는 상기 레이저모듈(500)을 상기 제2가이드(410) 상에서 슬라이딩 이동되도록 구동력을 발생시킨다. 이러한, 상기 제2구동부(620)는 상기 이동지지대(400)에 설치된 상태로 상기 레이저모듈(500) 일측에 연결된다. 따라서, 상기 제2구동부(620)는 상기 레이저모듈(500)을 밀거나 당기면서 상기 레이저모듈(500)이 상기 이동지지대(400)의 제2가이드(410) 상에서 수직방향으로 슬라이딩 이동되게 한다.

이러한, 상기 제1구동부(610) 및 상기 제2구동부(620)는 각각 상기 이동지지대(400)에 설치된 상태로 상기 연결부(300) 및 상기 레이저모듈(500)에 연결되는 실린더를 선택적용할 수 있다. 즉, 한 쌍의 상기 실린더를 각각 상기 이동지지대(400)의 일측에 설치한 상태에서 각 상기 실린더의 로드 단부가 상기 연결부(300) 일측 및 상기 레이저모듈(500) 일측에 연결 결합시켜, 상기 실린더의 작동에 따라 이동하는 로드가 상기 연결부(300) 및 상기 레이저모듈(500)을 밀거나 당기면서 상기 레이저모듈(500)에서 발생되는 레이저 빔의 수평 및 수직 조사방향을 조절할 수 있게 된다.

더불어, 상기 제1구동부(610) 및 상기 제2구동부(620)의 다른 실시예로서 리니어모터를 선택적용할 수도 있음은 물론이다. 이러한, 상기 리어어모터를 적용할 경우에도 한 쌍의 상기 리니어모터를 각각 상기 이동지지대(400)의 일측에 설치한 상태에서 각 가동자가 상기 연결부(300) 일측 및 상기 레이저모듈(500) 일측에 연결 결합되어, 상기 가동자가 LM가이드 상에서 직선 이동함에 따라 상기 연결부(300) 및 상기 레이저모듈(500)을 밀거나 당기면서 상기 레이저 빔의 수평 및 수직 조사방향을 조절할 수 있게 된다.

또한, 일실시예에 따른 상기 위치이동구동수단(600)에는, 상기 가공대상부재의 형상에 따라 상기 레이저모듈(500)과 상기 가공대상부재의 가공부위 간의 거리를 일정하게 유지시키도록 상기 제1구동부(610) 및 상기 제2구동부(620)의 동작을 제어하는 제어구동부(도면미도시)를 구비할 수도 있음은 물론이다. 이러한, 상기 제어구동부는 상기 레이저모듈(500)과 상기 가공대상부재의 가공부위 간의 거리를 측정할 수 있는 센서부(도면미도시) 및, 상기 센서부에서 측정된 거리를 통해 상기 제1구동부(610) 및 상기 제2구동부(620)의 동작을 제어하는 제어부(도면미도시)를 포함할 수 있다.

이와 같이 구성되는 일실시예에 따른 상기 레이저 예열 가공장치의 동작을 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 스핀들(100)의 회전에 대응되게 상기 레이저모듈(500)이 회전함과 동시에 상기 레이저모듈(500)로 전원이 인가되면서 레이저 빔이 발생된다. 그러면, 상기 가공대상부재의 상기 공작공구(10)에 의해 가공작업이 이루어지는 가공부위에 상기 레이저 빔이 조사되면서 가공부위는 국부적으로 가열되며 연화된 상태에서 상기 공작공구(10)에 의한 가공이 이루어지게 된다.

이때, 상기 가공대상부재의 형상이 평면이 아닐 경우에는, 상기 레이저모듈(500)과 상기 가공대상부재의 가공부위 간의 거리를 일정하게 유지시키도록 상기 위치이동구동수단(600)에 의해 상기 레이저모듈(500)의 수평 및 수직방향 위치를 조절하게 된다. 즉, 상기 위치이동구동수단(600)의 제2구동부(620)는 상기 레이저모듈(500)을 상기 이동지지대(400)의 제2가이드(410) 상에서 수직방향으로 이동시키면서, 상기 레이저모듈(500)에서 상기 가공대상부재의 가공부위로 조사되는 레이저 빔의 수직방향 조사위치를 조절한다. 그리고, 상기 위치이동구동수단(600)의 제1구동부(610)는 상기 이동지지대(400)를 상기 연결부(300)의 제1가이드(310) 상에서 수평방향으로 이동시키면서, 상기 레이저모듈(500)에서 상기 가공대상부재의 가공부위로 조사되는 레이저 빔의 수평방향 조사위치를 조절한다.

이렇게, 도 4와 같이 상기 레이저모듈(500)에서 조사되는 레이저 빔에 의해 상기 가공대상부재의 가공부위에 대한 국부적인 가열이 먼저 완료된 후, 연화된 상태에서 상기 공작공구(10)에 의한 상기 가공대상부재의 가공이 이루어지게 된다.

이와 같이, 일실시예의 상기 레이저 예열 가공장치는, 상기 위치이동구동수단(600)에 의해 상기 레이저모듈(500)이 상기 이동지지대(400)의 제2가이드(410) 및 상기 연결부(300)의 제1가이드(310) 상에서 수직 및 수평방향으로 이동할 수 있다. 따라서, 상기 가공대상부재의 표면형상에 따라 상기 레이저모듈(500)을 수직 및 수평방향으로 이동시키면서, 상기 레이저모듈(500)과 상기 가공대상부재의 가공부위 사이 거리를 일정하게 유지시킬 수 있으므로 가공부위가 일정한 예열 온도로 가열될 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100: 스핀들 200: 고정부
210: 밴드부 220: 나사부
300: 연결부 310: 제1가이드
400: 이동지지대 410: 제2가이드
500: 레이저모듈 600: 위치이동구동수단
610: 제1구동부 620: 제2구동부

Claims (6)

1. 공작기계에 회전가능하게 결합되며, 공작공구가 장착되는 스핀들과;
   상기 스핀들의 일측에 고정 결합되는 고정부와;
   상기 고정부에 결합되며, 수평방향으로 제1가이드가 마련된 연결부와;
   상기 연결부의 제1가이드에 슬라이딩 가능하게 설치되며, 수직방향으로 제2가이드가 마련된 이동지지대와;
   상기 이동지지대의 제2가이드에 슬라이딩 가능하게 설치되는 레이저모듈; 및
   상기 연결부 및 상기 레이저모듈에 연결되도록 상기 이동지지대에 설치되며, 상기 이동지지대가 상기 제1가이드 상에서 슬라이딩 이동되도록 하고, 상기 레이저모듈은 상기 제2가이드 상에서 슬라이딩 이동되도록 하면서, 상기 레이저모듈의 수평 및 수직 방향 위치를 조절할 수 있게 하는 위치이동구동수단을 포함하며,
   상기 위치이동구동수단은,
   상기 연결부와 연결 설치되어, 상기 연결부를 밀거나 당기면서 상기 이동지지대가 상기 제1가이드 상에서 슬라이딩 이동되게 하는 제1구동부와, 상기 레이저모듈과 연결 설치되어, 상기 레이저모듈을 밀거나 당기면서 상기 레이저모듈이 상기 제2가이드 상에서 슬라이딩 이동되게 하는 제2구동부와, 상기 레이저모듈과 가공대상부재의 가공부위 간의 거리를 측정할 수 있는 센서부 및, 상기 센서부에서 측정된 거리를 통해 상기 제1구동부 및 상기 제2구동부의 동작을 제어하는 제어부로 구성된 제어구동부를 포함하고,
   상기 고정부는,
   상기 스핀들의 외주면을 감싸도록 'C'형상을 가지는 밴드부와, 상기 밴드부의 길이방향 양단을 조이면서 상기 밴드부가 상기 스핀들의 외주면에 밀착상태로 고정 결합되게 하는 나사부를 포함하며,
   상기 연결부는 상기 고정부 일측에 상하방향으로 회전 가능하게 힌지 결합된 레이저 예열 가공장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1구동부 및 상기 제2구동부는, 상기 이동지지대에 설치된 상태로 로드 단부가 상기 연결부 및 상기 레이저모듈에 연결되는 실린더인 레이저 예열 가공장치.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1구동부 및 상기 제2구동부는, 리니어모터인 레이저 예열 가공장치.
   
   
   
   
6. 삭제

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