KR101381891B1

KR101381891B1 - 가공 헤드, 흡입관, 및 가공 장치 이송용의 구조적 연결 프레임을 구비하는 공작물 가공 장치

Info

Publication number: KR101381891B1
Application number: KR1020117026277A
Authority: KR
Inventors: 레오니드 제이거맨
Original assignee: 트럼프 인크.
Priority date: 2009-04-07
Filing date: 2010-04-06
Publication date: 2014-04-08
Also published as: US8466388B2; EP2416917B1; CN102378665B; KR20120017032A; CN102378665A; EP2416917A1; WO2010118002A1; US20100252542A1

Abstract

레이저 커팅 장치와 같은 공작물 가공 장치는 해당 구동부를 구비하는 모션 유닛(3), 모션 유닛(3) 상에 장착되고 빔을 전달하도록 구성된 가공 헤드, 및 모션 유닛과 함께 이동하고 공작물 가공 작업 동안에 커팅 헤드 아래에 개구가 위치되도록 모션 유닛(3)에 커플링되는 흡입관 또는 다른 형태의 빔 차단기를 포함한다. 커팅 장치는 또한 모션 유닛을 지지하도록 구성되고, 모션 유닛의 이동 영역을 한정하는 프레임(1)을 포함하며, 이 프레임은 이동 영역의 거의 중앙에서 이동 영역 아래에 배치된다.

Description

가공 헤드, 흡입관, 및 가공 장치 이송용의 구조적 연결 프레임을 구비하는 공작물 가공 장치{A WORKPIECE PROCESSING MACHINE WITH A PROCESSING HEAD, A SUCTION DUCT AND STRUCTURAL CONNECTING FRAME SECTION FOR TRANSPORTING THE PROCESSING MACHINE}

본 발명은, 레이저 빔을 사용하여 시트 금속을 커팅하는 등에 의해 시트 형태 공작물을 가공하기 위한 것과 같은 공작물 가공 시스템에 관한 것이다.

시트 금속을 소망하는 구성요소로 가공하기 위한 다수의 장치는 매우 대형 시스템으로, 구체적으로는 폭과 길이 모두에서 수 피트일 수 있는 표준 금속 시트를 가공하는 것이다. 일반적으로, 장치는 가공중에 커팅 헤드와 같은 가공 헤드에 대하여 시트의 기지의 위치를 유지하는 것은 중요한 것으로 간주된다. 다수의 그러한 장치에서, 시트 금속 공작물은, 커팅 헤드가 공작물 가공 영역에 대해 공작물을 가로지를 때 고정된 상태로 유지되는 지지체 상에 배치된다. 이러한 장치는 일반적으로, 공작물과 가공 헤드 양자 모두를 지지하는 중량의 강성 프레임과, 상대 이동을 제공하는 필수 모션 시스템을 채용한다. 그러한 프레임의 중량은 예컨대 수천 파운드를 초과할 수 있다.

레이저 빔과 같은 고출력 빔을 채용하여 공작물을 가공하는 가공 장치에 있어서, 이때 빔이 공작물을 넘어 편향되지 않는 상태로 통과하여, 공작물 가공 영역의 반대측 상의 장치 구성요소를 손상시킬 가능성이 발생할 수 있다.

본 발명의 목적은 레이저 빔을 사용하여 시트 금속을 커팅하는 등에 의해 시트 형태 공작물을 가공하기 위한 것과 같은 공작물 가공 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 일양태는, 상승된 공작물 가공 영역에 걸쳐 공작물을 가공하는 동안에 시트 형태 공작물을 지지하도록 구성된 장치 프레임을 포함하는 공작물 가공 장치를 특징으로 한다. 가공 장치의 가공 헤드는, 공작물 가공 영역에서 지지되는 공작물과 맞물리고 이 공작물을 가공하도록 가공 빔을 공작물 가공 영역으로 방출하는 동안 공작물 가공 영역을 제어 가능하게 가로지르도록 구성된다. 가공 장치는 가공 헤드의 반대측에 있는 공작물 가공 영역의 측부 상에 위치되고, 공작물 가공 영역을 떠나는 편향되지 않은 가공 빔 방사선을 차단하도록 위치된 상태로 유지되도록 하기 위해 커팅 헤드와 함께 적어도 하나의 축을 따라 공작물 가공 영역을 가로질러 이동하도록 제어되는 빔 차단기를 포함한다. 장치 프레임은 공작물 가공 영역의 양측부를 따라 연장되고 가공 헤드를 지지하는 대향 측부 프레임 섹션과, 대향 측부 프레임 섹션을 연결하고 가공 헤드 반대측에 있는 공작물 가공 영역의 측부 상에서 공작물 가공 영역에 결쳐 연장장되는 구조적 연결 프레임 섹션을 포함한다. 빔 차단기는 가공 헤드와 연결 프레임 섹션 사이의 공작물 가공 영역을 가로지르며, 이에 따라 연결 프레임 섹션의 재료는 공작물을 가공하는 동안에 빔 차단기에 의해, 편향되지 않은 커팅 빔 방사선으로부터 보호된다.

연결 프레임 섹션은 바람직하게는, 가공 장치를 손상시키는 일 없이 단일 유닛인 커팅 시스템의 리프팅을 가능하게 하도록 충분한 구조 강도와 강성도의 것이다.

몇몇 실시예에서, 연결 프레임 섹션은 대향 측부 프레임 섹션을 구조적으로 연결하고 가공 장치의 무게중심과 정렬되는 주요 빔을 포함한다. 연결 프레임 섹션은 몇몇 경우에, 대향 측부 프레임 섹션으로부터 이격되고 장치 프레임의 측부 프레임 부재에 주요 빔을 연결하는 적어도 하나의 측부 프레임 보강 빔을 더 포함한다. 다른 몇몇 예에서, 연결 프레임 섹션은 가공 장치의 무게중심과 측방향으로 정렬된 주요 빔으로 주로 구성된다.

몇몇 실시예에서, 연결 프레임의 주요 빔은 삼각형 횡단면의 것이다. 주요 빔은, 삼각형 횡단면의 상부 꼭지점이 가공 장치의 무게중심의 높이에 배치되도록 구성될 수 있다. 가공 장치는 몇몇 예에서, 가공 장치의 무게중심에 상응하는 위치와 같은, 대향 측부 프레임 섹션으로부터 이격된 주요 빔을 따른 소정 위치에서 주요 빔에 탈착 가능하게 연결되는 리프팅 디바이스를 포함한다.

몇몇 예에서, 연결 프레임 섹션은, 각각 대향 측부 프레임 섹션을 연결하는 다수의 평행 빔을 포함한다.

몇몇 실시예에서, 가공 헤드는 공작물 가공 영역 위에 배치되고, 연결 프레임 섹션은 공작물 가공 영역 아래에 배치된다.

공작물 스크랩 용기가 연결 프레임 섹션 아래에 배치되도록 마련될 수 있으며, 이때 연결 프레임 섹션의 상면은 공작물 가공 영역 아래에 놓이고 수직선에 대해 경사지며, 이에 따라 공작물로부터 절단되어 연결 프레임 섹션의 상면으로 떨어지는 조각이 스크랩 용기로 안내된다.

몇몇 실시예에서, 가공 헤드는 시트 금속 공작물을 관통하여 절단하도록 충분한 출력의 빔을 방축하도록 구성된 레이저 헤드 형태이다.

몇몇 실시예에서, 가공 헤드는 대향 측부 프레임 섹션들 사이에서 연장되는 상부 빔으로부터 지지되는 모션 유닛 상에 장착되며, 이 모션 유닛은 공작물 가공 영역을 가로지르는 측방향으로 제어 가능하게 이동 가능하다. 연결 프레임 섹션은 상부 빔의 전방 길이 방향 에지와 수직 방향으로 정렬될 수 있다. 몇몇 경우에, 모션 유닛과 빔 차단기는 공통 구동 시스템에 의해 제어 가능하게 이동되며, 공통 동작을 위해 물리적으로 커플링될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 빔 차단기는, 가공 빔으로부터의 에너지를 흡수하도록 구성된 긴 부재를 포함할 수 있는 흡입관을 특징으로 한다. 몇몇 구성에서, 긴 부재는 샤프트이며, 이 샤프트는 샤프트에 연결된 배출 슈트(chute)를 개방하도록 피봇 가능하다. 샤프트는 중공형일 수 있으며, 빔으로부터 흡수된 에너지를 소산시키도록 액체 냉각제 흐름에 접속될 수 있다.

본 발명의 다른 양태는 모션 유닛, 이 모션 유닛에 장착되고 가공 힘을 전달하도록 구성된 커팅 헤드 및 모션 유닛을 지지하도록 구성되고 모션 유닛의 빔 이동 영역을 형성하는 프레임을 포함하는 공작물 가공 장치를 이송하는 방법을 특징으로 한다. 상기 방법은, 빔 이동 영역의 거의 중앙에서 공작물 지지 높이 아래에 배치되는 가공 장치의 구조 부재를 파지하는 것과, 구조 부재에 의해 공작물 가공 장치를 리프팅하는 것을 포함한다.

본 명세서에 개시된 다수의 개념은 레이저 커팅 장치 툴과 같은, 부분적으로 공작물 가공 영역에 걸쳐 연장되는 연결 프레임 섹션의 통합으로 인해 보다 작은 중량으로 필요한 강성을 제공하고, 대향 측부 프레임 섹션들 사이의 연결을 강화하는 공작물 가공 시스템의 설계에 유용할 수 있다. 그러한 연결 프레임 섹션은 흡입관과 같은 이동 빔 차단기 또는 제한 유닛에 의해 손상으로부터 보호될 수 있다. 본 발명의 하나 이상의 실시예에 관한 세부사항은 첨부 도면과 아래의 설명에서 제시된다. 본 발명의 다른 특징 및 장점은 아래의 설명과 도면, 그리고 청구범위로부터 명백해질 것이다.

도 1은 레이저 커팅 시스템의 정면도이다.
도 2는 선 A-A를 따라 취한 도 1의 레이저 커팅 시스템의 단면도이다.
도 3은 도 1의 영역 I의 확대 상세도이다.
도 4 및 도 4a는 명확성을 위해 모션 유닛과 이송 유닛이 생략되고(도 4), 모션 유닛과 이송 유닛이 포함된(도 4a) 레이저 커팅 시스템용의 장치 프레임의 사시도이다.
도 5는 스크랩 수납부와 수납부 디바이더가 설치된, 도 4 및 도 4a에 도시된 장치 프레임의 사시도이다.
도 6은 도 3의 일부분의 확대도로서, 도 6에서는 3개의 상이한 위치, 즉 폐쇄 위치, 회전 위치 및 회전/변위 위치에 있는 배출 슈트(18)가 도시되어 있다.
도 7은 도 2의 좌측부에 도시된 흡입 채널의 확대도이다(도 6의 영역 Ⅱ).
도 8은 도 1의 선 A-A를 따라 취한 흡입 시스템의 캐쳐부의 단면도이다.
도 7은 도 2의 선 D-D를 따라 취한 흡입 채널의 단면도이다.
도 10 및 도 10a는 커팅 시스템의 모션 유닛에 흡입 시스템의 캐쳐부를 부착하는 것에 관한 세부사항을 보여주는 부분적인 사시도이다.
도 11은 다른 장치 프레임 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
유사한 도면 부호는 유사한 요소를 나타낸다.

아래에서 보다 상세히 설명되는 레이저 커팅 시스템은 흡입관과 같은 빔 차단기 또는 제한 디바이스를 포함하며, 이 빔 차단기는 적어도, 하나의 축을 따라 커팅 헤드의 동작과 함께 이동하도록 구성되고, 이것은 빔 제한 유닛을 가공 헤드 시스템에 구조적으로 연결함으로써 또는 필요한 동작의 조합을 제공하도록 제어되는 별도의 구동부를 사용함으로써 달성될 수 있다. 흡입관 또는 다른 빔 제한/차단 디바이스는 커팅 빔을 안전하게 차단 또는 제한하도록 구성되어, 흡입관 아래에 구조물이 배치되도록 한다. 그 결과, 아래에서 상세히 설명할 장치 프레임은 커팅 빔의 이동 영역 내에 배치되는 구성요소를 포함할 수 있으며, 이때 이러한 구성요소는 커팅 빔에 의해 손상되는 일이 없다. 특히, 장치 프레임은 단일 유닛인 가공 장치를 이동시키는 지지 구조체와 리프팅 지점을 제공하도록 커팅 빔의 이동 영역에 걸쳐 연장되는, 바람직하게는 가공 장치의 무게중심과 정렬 배치되는 구조 부재를 포함할 수 있다,

도 1과 도 4 및 도 5를 참고하면, 레이저 커팅 시스템은 전방벽과 후방벽에 슬롯(9)을 포함하는 장치 프레임(1)을 포함한다. 도 4 및 도 4a에 도시된 바와 같이, 장치 프레임은 양단부에 제1 서브프레임 및 제2 서브프레임, 즉 대향 측부 프레임 섹션(108, 109)들, 상부 빔(2, 103) 및 구조적 연결 프레임 섹션(102)을 포함한다. 레이저 커팅 시스템은, 통상의 방식으로 모션 유닛(3)에 장착되는 커팅 헤드(5)를 포함한다. 흡입관 형태의 긴 빔 차단기(7)가 X축을 따라 모션 유닛(3)과 함께, 그리고 이에 따라 커팅 헤드(5)와 함께 이동하도록 하는 방식으로 모션 유닛(3)에 긴 빔 차단기(7)가 장착된다. 이에 따라, 모션 유닛(3)과 빔 차단기(7) 양자 모두를 이동시키는 데에는 (구동 모터, 해당 모터 제어기 및 적절한 동력 전달 구성요소와 같은) 단지 하나의 모션 유닛 드라이브가 필요하다. 빔 차단기(7)의 장착은, 예컨대 지지 브라켓(6)에 의해 달성될 수 있는데, 이 지지 브라켓의 구조는 아래에서 상세히 설명될 것이다. 레이저 커팅 시스템은 또한 지지 슬랫(4)(도 3)을 포함하며, 지지 슬랫은 커팅 헤드(5)에 의해 커팅되는 공작물을 지지한다. 대안으로서, 다른 구성에서는 모션 유닛(3)과 빔 차단기(7) 각각이 각각의 구동 시스템에 의해 구동되며, 이 구동 시스템은 조합 동작을 야기하도록 제어된다. 이러한 후자의 구성은, 공작물 지지 구조가 그 측부를 따라 장치 프레임에 연결되는 것이 바람직한 장치에 매우 유용하다.

이제 도 2 및 도 3을 참고하면, 빔 차단기(7)는 슬롯(9)을 따라 움직이며, 흡입관은 모션 유닛에 커플링되어 있기 때문에 항상 그 흡입 개구(10)와 샤프트가 레이저 빔(11) 바로 아래에 있는 상태로 위치된다. [레이저 빔(11)이 샤프트(19)와 직접 정렬된 그 실제 위치로부터 약간 오프셋된 상태로 도시되어 있다는 념에 유념하라.]

전술한 바와 같이, 장치 프레임(1)은, 상부 부분(24)과 베이스 부분(25)의 용접물로서 형성된 구조적 연결 프레임 섹션(102)을 포함한다. 상부 부분과 하부 부분은 절곡된 5/16 인치(8 mm) 냉간 압연 강 시트로 형성되고, 1/4 인치(6 mm) 연속 용접부에 의해 함께 용접된다. 6개의 보강 강판(31)이 4 m 길이의 구조적 연결 프레임 섹션(102) 내에서 이 연결 부재의 중간 지점 근처에서는 보다 근접 이격된 상태로 용접된다.

구조적 연결 프레임 섹션(102)은 커팅 영역 바로 아래에 위치되는데, 이는 커팅 헤드로부터 나온 빔을 항상 수용하는 빔 차단기(7)의 빔 제한 기능으로 인해 가능하다. 바람직하게는, 구조적 연결 프레임 섹션은 장치 프레임의 길이로 연장되며 도 1에 도시된 바와 같이 대향 측부 프레임 섹션(108, 109) 상의 장치 프레임의 단부에서 모션 유닛과 커팅 헤드를 지지하는 상부 빔(2, 103)의 에지와 정렬된다. 구조적 연결 프레임 섹션은 일반적으로 단면이 삼각형이고, 이에 따라 대향하게 각진 표면을 형성하며, 삼각형의 꼭짓점은 커팅되는 공작물에 가장 근접하게 위치된다.

구조적 연결 프레임 섹션은 다수의 기능을 수행한다.

첫번째로, 구조적 연결 프레임 섹션(102)은 프레임을 강화하여, 프레임이 커팅 작업 동안에 생성되는 관성힘을 흡수하는 데 필요한 구조적 무결성을 제공한다.

두번째로, 구조적 연결 프레임 섹션은 단일 픽업 포인트를 제공하여, 전체 커팅 장치(중량이 대략 8 톤 또는 8000 kg에 이름)가 리프팅되고 단일 연결부에서 구조적 연결 프레임 섹션으로 이송되도록 한다. 이것은, 가공 장치에 손상을 초래할 수 있는 다른 픽업 포인트를 사용하여 커팅 장치를 픽업해야 할 필요성을 제거한다. 예컨대, 가공 장치가 상부 빔(2, 103)에 의해 픽업되면, 이로 인해 가공 장치의 정확도가 저하되는데, 그 이유는 이 빔이 모션 유닛의 이동과, 이에 따라 커팅 빔을 안내하기 때문이다. 커팅 장치의 리프팅에 기여하도록, 리프팅 디바이스(104)가 도 4a에 도시된 바와 같이 임시로 프레임 상에 설치될 수 있다. 리프팅 디바이스(104)는 크레인 또는 다른 리프팅 메커니즘을 위한 확실하고 편리한 연결 지점을 제공하고, 구조적 연결 프레임 섹션(102)의 내면에 용접된 너트와 맞물리는 나사형 파스너에 의해 구조적 연결 프레임 섹션(102)에 고착된다. 다양한 조립 상태에서의 장치의 무게중심에 대응하는 리프팅 디바이스(104)를 위한 다수의 장착 지점이 구조적 연결 프레임 섹션(102) 상에 마련된다. 구조적 연결 프레임 섹션(102)의 정점이 상부 빔(2, 103)의 수직 에지와 수직 방향으로 정렬된 상태에서, 리프팅 디바이스는 상부 빔을 클리어하기에 충분할 만큼 전방으로 오프셋된다.

세번째로, 구조적 연결 프레임 섹션의 삼각형 단면에 의해 형성되는 각진 표면은 슬라이딩면을 제공하는데, 이 슬라이딩면은 공작물에서 떨어져나와 배출된 조각과 스크랩이 공작물 스크랩 용기(22, 23)로 안내한다(도 1, 2 및 도 5). 구조적 연결 프레임 섹션은 또한 수납부 디바이더(105)(도 5)를 지지하며, 수납부 디바이더는 커팅중에 공작물에서 스크랩 수납부로 떨어지는 입자 및 작은 조각을 안내하는 경사진 상면을 갖는다. 수납부 디바이더(105)는 구조적 연결 프레임 섹션(102)에서 하측 프레임 하우징 부재(106)로 연장된다. 몇몇 구성에서, 수납부 디바이더(105)와 하측 프레임 하우징 부재는 장치 프레임에 추가의 구조적 강성을 제공하도록 구성되고 연결된다.

이제, 본 명세서에 개시된, 장치 프레임과 함께 사용하기 위한 흡입관을 설명하겠다. 다른 세부사항은 2009년 4월 7일자로 출원된, 발명의 명칭이 빔을 사용하는 공작물 가공(WORKPIECE PROCESSING USING A BEAM)이고 일련 번호가 61/167,289인, 본원과 공동 출원된 특허 출원에서 확인할 수 있으며, 이 특허 출원의 전체 내용은 본 명세서에 포함된다. 유리하게는, 흡입관은 바람직하게는 비교적 작은 흡입 용적을 갖고, 이에 따라 먼지와 부스러기의 양호한 제거를 얻기 위해 대형 흡입 유닛을 필요로 하지 않는다. 예컨대, 몇몇 경우에 흡입 유닛은 약 700 m³/h 미만 또는 심지어는 500 m³/h 미만의 흡입 용량을 가질 수 있다. 몇몇 구현예에서, 이로 인해 비교적 저가의 흡입 유닛이 사용되고, 이에 따라 커팅 시스템의 효율성을 저하시키는 일 없이 커팅 시스템의 전체 비용이 줄어든다. 흡입관은 또한 커팅 시스템의 전체 커팅 영역에 걸쳐 균일한 흡입이 이루어지게 하도록 설계된다.

빔 차단기(7)는 2개의 측부 흡입 챔버(12, 13)(도 3 및 도 6)를 포함하며, 이들 측부 흡입 챔버는 벽(112, 113)(도 6)에 의해 형성된다. 벽(112)과 대향 벽(113)은 흡입 개구(14, 15)(도 6 및 도 8)를 포함하며, 이 흡입 개구들은 서로 이격되어 있다. 이들 개구는 측부 흡입 챔버(12, 13)와, 커팅 시스템의 작동중에 커팅 영역 아래에 배치되는 중앙 용적(114)을 진공 연통시킨다. 모든 커팅 위치 근처에서 흡입이 이루어지도록 하고, 커팅 헤드의 전체 가공 영역에 걸쳐 흡입의 균일성(균일한 공기 속도)를 증대시키기 위해, 흡입 개구들은 오프셋되어 있다. 측부 흡입 챔버(12, 13)는 출력 챔버(16)에 있는 흡입관의 일단부에서 연결된다(도 7 내지 도 8). 출력 챔버(16)는 출력관(17)에 의해, 장치 프레임의 후방부 상에 배치되고 흡입 유닛(도시하지 않음)에 자체가 연결되는 흡입 채널(8)에 연결된다.

커팅 헤드의 이동중에, 출력관(17)은 흡입 채널(8)의 부재(26)의 길이를 따라 이동하는 반면, 부재(26)는 고정된 상태로 유지된다. 이러한 상대 이동중에 흡입을 유지하기 위해, 좌측 벨로우(27)(도 7 및 도 9)과 우측 벨로우(28)(도 9)는 출력관(19)의 하부 부분에 연결된다. 좌측 벨로우와 우측 벨로우는 하나의 벨로우를 압박하고 나머지 벨로우를 끌어당겨 부재(26)의 개구(29)를 계속해서 시일하는 유출관(17)의 이동에 응답하여 교대로 팽창 및 수축한다. 벨로우는 바람직하게는 난연성 재료 또는 내화성 재료로 형성된다.

공작물을 커팅하기 위한 커팅 헤드의 작동중에, 연기, 부스러기 및 작은 조각이 빔 차단기(7)의 개구(10)로 떨어진다. 연기와 미세 먼지는 공기 흐름과 함께 흡입 개구(14, 15)를 통과하여 이동하고, 흡입 유닛으로 인출된다. 보다 큰 부스러기와 작은 조각은 중앙 용적(114)의 베이스에 배치된 스크랩 또는 배출 슈트(18)에 의해 배출된다. 스크랩 슈트는 도 6에 도시된 바와 같은 3개의 위치 사이에서 이동 가능하다. 배출 슈트(18)는 상시 폐쇄 위치에서, 벽(112, 113)의 바닥에 대하여 시일하여, 스크랩과 조각이 빠져나가는 것을 방지한다. 배출 슈트(18)는 2 단계로, 스크랩과 조각이 흡입관으로부터 배출될 수 있는 회전/변위 위치로 회전 가능하고, 그 후 병진 운동 가능하다. 이제, 이러한 동작을 상세히 설명하겠다.

도 6을 참고하면, 배출 슈트(18)는 샤프트(19) 상에 장착된다. 샤프트(19)는 배출 슈트(18)를 위한 피봇축으로서의 역할을 하며, 또한 커팅중에 레이저 빔 에너지를 흡수한다. 샤프트(19)는 과열되는 일 없이 그리고 결과적으로 손상되는 일 없이 레이저 에너지 빔을 흡수하도록 하기 위해 수냉각된다.

커팅 단계가 완료되면, 모션 유닛(3)과, 이에 따라 빔 차단기(7)는 커팅 영역을 지나 "정지" 위치로, 예컨대 도 1에 도시된 우측 위치로 이동한다. 이 위치에서, 제한 유닛은 샤프트(19)를 (도 6에서 시계 방향으로) 회전시키는 고정식 정지부(도시하지 않음)에 접촉하여, 신장 스프링(21)을 신장시킨다. 신장 스프링(21)은 그 단부(121)에서 흡입관의 외면에, 그리고 그 반대측 단부에서 슈트에 연결된다. 이에 따라, 신장 스프링은, 배출 슈트(18)가 개방될 때에는 연장되고, 제한 유닛이 정착 위치로부터 멀어지도록 이동할 때에는 배출 슈트(18)를 상시 폐쇄 위치로 복귀시키는 복귀 스프링으로서 작용한다.

배출 슈트(18)는 우선, 샤프트(19)의 초기 회전에 응답하여 그 회전 위치로 90도만큼 회전한다. 그 동작의 종료점을 향한 모션 유닛(3)의 추가의 움직임은 (도 6에서 좌측으로의) 샤프트(19)의 변위를 유발한다. 이에 따라, 샤프트(19)와 연결된 배출 슈트(18)는 바깥쪽으로 이동하여, 스크랩 배출을 위한 큰 간극을 제공한다.

배출된 조각 및 스크랩은 공작물 스크랩 용기(22, 23)(도 1, 도 2 및 도 5)로 떨어지고, 전술한 구조적 연결 프레임 섹션의 상부 부분(24)에 의해 보조되며, 이 상부 부분은 슬라이딩면으로서 작용한다. 그 후, 커팅 시스템은 다음 처리 사이클을 위해 준비된다. 조각과 스크랩은 핸들(123)을 이용하여 스크랩 수납부를 밖으로 잡아당김으로써 공작물 스크랩 용기(22, 23)로부터 제거될 수 있다.

다음 처리 사이클이 개시될 때, 모션 유닛(3)은 그 정착 위치로부터 멀어지도록 이동하고, 스프링(21)은 배출 슈트(18)를 폐쇄한다. 이로 인해, 다음 사이클 동안에 빔 차단기(7)가 스크랩과 조각을 받아들일 준비가 되며, 샤프트(19)가 레이저 빔 에너지를 흡수하도록 위치된다. 샤프트(19)는 외경이 7/8 인치(22 mm)이고 두께가 1/8 인치(3 mm)인 심리스 스테인레스강 튜브(seamless stainless steel tube)이며, 시일된 장착 블럭(도시하지 않음)의 보어에서 회전하도록 각 단부에서 장착된다. 샤프트 직경은 레이저 빔이 샤프트와 접촉할 때의 레이저 빔의 폭에 상응하도록 선택된다(빔의 발산으로 인해 확장되지만, 도면에서는 좁은 라인 11로 나타냄). 샤프트(19)는 레이저 커팅중에 샤프트를 따른 분당 2.8 리터의 흐름과 같은 흐르는 증류수에 의해 냉각된다. 증류수는, 예컨대 커팅 장치의 미러 및 다른 온도에 민감한 구성요소를 냉각하는 동일한 냉각제일 수 있으며, 수냉각기로 돌아가는 동안 샤프트를 통과하도록 라우팅된다.

안전성 피쳐로서, 공작물 지지체[슬랫(4)]와 빔 차단기(7) 사이에 긴 조각이 끼는 경우에 커팅 시스템이 손상되는 것을 방지하기 위해, 모션 유닛에 흡입관을 장착하는 것은 바람직하게는 이탈 피쳐(break-away feature)를 포함한다. 그러한 피쳐의 일례가 도 10 및 도 10a에 도시되어 있다. 이 구현예에서는, 모션 유닛(3)을 빔 차단기(7)에 연결하는 브라켓(120)이 각 측부 상에서 단일 파스너(예컨대, 나사 또는 볼트)와 연결된다. 이러한 파스너는 슬롯(124)에 장착되고, 충분한 예하중으로 유지되며, 정상 작동중에 파스너를 고정된 상태로 유지하도록 파스너의 헤드 아래에서 압축되는 일련의 접시 스프링 와셔(Belleville washer)에 의해 유지된다. 그러나, 상호 맞물림 경우 동안의 충격력은 파스너(122)가 슬롯 내에서 슬라이딩하게 하고 스위치(126)를 활성화시킨다(도 10a). 이러한 스위치는 커팅 시스템을 정지시켜, 최악의 손상을 방지한다.

다른 장치 프레임 구성이 도 11에 도시되어 있다. 이 구성에서, 모션 유닛(3)은 커팅 헤드(5)를 지지하고, 공작물 가공 영역에서 연장되는 X축(51)을 따라 이동하고, 대향 측부 프레임 섹션(108a, 109a) 상의 양측부에서 지지된다. 빔 차단기(7)는 대향 측부 프레임 섹션(108a, 109a)을 따른 슬롯(110)을 따라 안내되고, 측방향 서브프레임 내에 장착된 별도의 구동부에 의해 구동되며, 측방형 서브프레임은 또한 공작물 지지 슬랫[도시하지는 않았지만, 커팅 헤드(5)와 빔 차단기(7) 사이에서 연장됨]을 그 길이를 따라 지지한다. 커팅 헤드(5)는 모션 유닛(3)을 따라 측방향으로 Y축(52)을 따라 공작물 가공 영역을 가로질러, 공작물을 가공한다. 대향 측부 프레임 섹션(108a, 109a)은 그 사이에 스크랩 수납부 개구를 형성하도록 이격되어 있는 3개의 프레임 연결 부재 (102a)에 의해 구조적으로 연결된다. 프레임 연결 부재(102a)는 전체 장치에 충분한 강성도를 제공하여, 사용중에 위치를 유지하고, 중앙 프레임 연결 부재의 중심 근처의 단일 리프팅 지점에 의해 또는 2개의 외측 프레임 연결 부재로부터 전체 장치를 리프팅하는 것을 가능하게 한다.

본 발명의 다수의 실시예를 설명하였다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나는 일 없이 다양한 변형이 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예컨대, 레이저 커팅 시스템을 전술하였지만, 다른 빔 커팅 헤드, 예컨대 플레임 제트 커팅을 사용할 수 있다. 다른 예로서,배출 슈트(18)를 위한 상이한 회전/병진 메커니즘을 사용할 수 있다. 따라서, 다른 실시예도 후속하는 청구범위의 범주 내에 속한다.

Claims

공작물 가공 장치로서,
상승된 공작물 가공 영역을 가로질러 공작물을 가공하는 동안에 시트 형태 공작물을 지지하도록 구성된 장치 프레임(1); 및
공작물 가공 영역에서 지지되는 공작물과 맞물려 공작물을 가공하도록 가공 빔을 공작물 가공 영역으로 방출하는 동안, 공작물 가공 영역을 제어 가능하게 가로지르도록 구성된 가공 헤드(5);
를 포함하고, 상기 장치 프레임은,
공작물 가공 영역의 양측부를 따라 연장되고 가공 헤드(5)를 지지하는 대향 측부 프레임 섹션(108, 109); 및
대향 측부 프레임 섹션을 연결하는 구조적 연결 프레임 섹션(102)
을 포함하며,
빔 차단기(7)가 가공 헤드 반대측에 있는 공작물 가공 영역의 측부 상에 배치되어, 공작물 가공 영역을 빠져나가는 편향되지 않은 가공 빔(11) 방사선을 차단하도록 위치된 상태로 유지되도록 적어도 하나의 축을 따라 가공 헤드와 함께 공작물 가공 영역을 가로질러 이동하도록 제어되고,
상기 구조적 연결 프레임 섹션(102)은 가공 헤드(5)의 반대측에 있는 공작물 가공 영역의 측부 상에서 공작물 가공 영역을 가로질러 연장되며,
상기 빔 차단기(7)는 가공 헤드와 구조적 연결 프레임 섹션 사이의 공작물 가공 영역을 가로지르며, 이에 따라 공작물을 가공하는 동안에 구조적 연결 프레임 섹션(102)의 재료가 빔 차단기(7)에 의해 편향되지 않은 커팅 빔 방사선으로부터 보호되고,
상기 구조적 연결 프레임 섹션(102)은, 장치를 손상시키는 일 없이 단일 유닛인 공작물 가공 장치의 리프팅을 가능하게 하고 단일 픽업 포인트를 제공하기에 충분한 구조적 강도와 강성도를 갖는, 공작물 가공 장치.
제1항에 있어서, 구조적 연결 프레임 섹션은, 대향 측부 프레임 섹션을 구조적으로 연결하고 공작물 가공 장치의 무게중심과 정렬되는 주요 빔을 포함하는 것인 공작물 가공 장치.
제2항에 있어서, 연결 프레임 섹션은 대향 측부 프레임 섹션(108, 109)으로부터 이격되고 주요 빔을 장치 프레임의 측부 프레임 부재(106)에 연결하는 적어도 하나의 수납부 디바이더(105)를 더 포함하는 것인 공작물 가공 장치.
제2항에 있어서, 상기 주요 빔은 삼각형 횡단면을 갖는 빔이고, 삼각형 횡단면의 상부 꼭지점은 공작물 가공 장치의 무게중심 높이에 배치되는 것인 공작물 가공 장치.
제2항에 있어서, 대향 측부 프레임 섹션(108, 109)으로부터 이격된 주요 빔을 따른 위치에서 주요 빔에 탈착 가능하게 연결되는 리프팅 디바이스(104)를 더 포함하고, 리프팅 디바이스는 공작물 가공 장치의 무게중심에 대응하는 위치에서 주요 빔에 탈착 가능하게 연결되는 것인 공작물 가공 장치.
제1항에 있어서, 연결 프레임 섹션은 다수의 프레임 연결 부재(102a)를 포함하고, 각각의 프레임 연결 부재는 대향 측부 프레임 섹션(108a, 109a)에 연결되는 것인 공작물 가공 장치.
제1항에 있어서, 가공 헤드(5)는 공작물 가공 영역 위에 배치되고, 구조적 연결 프레임 섹션(102)은 공작물 가공 영역 아래에 배치되는 것인 공작물 가공 장치.
제1항에 있어서, 연결 프레임 섹션 아래에 배치되는 공작물 스크랩 용기(22, 23)를 더 포함하고, 공작물 가공 영역 아래에 놓이는 구조적 연결 프레임 섹션(102)의 상부 부분(24)은 수직 방향에 대해 경사지며, 이에 따라 공작물로부터 분리되어 연결 프레임 섹션의 상면에 떨어지는 세그먼트가 스크랩 용기로 안내되거나, 또는 가공 헤드(5)는 시트 금속 공작물을 관통하여 커팅하기에 충분한 출력의 빔(11)을 방출하도록 구성된 레이저 헤드를 포함하는 것인 공작물 가공 장치.
제1항에 있어서, 가공 헤드(5)는 대향 측부 프레임 섹션(108, 109) 사이에서 연장되는 상부 빔(2, 103)으로부터 지지되는 모션 유닛(3) 상에 장착되고, 모션 유닛은 공작물 가공 영역을 가로지르는 측방향으로 제어 가능하게 이동 가능한 것인 공작물 가공 장치.
제9항에 있어서, 구조적 연결 프레임 섹션(102)은 상부 빔(2, 103)의 전방 길이 방향 에지와 수직 방향으로 정렬되거나 또는 모션 유닛(3)과 빔 차단기(7)는 공통 구동 시스템에 의해 제어 가능하게 이동되며, 모션 유닛(3)과 빔 차단기(7)는 공통 모션을 위해 물리적으로 커플링되는 것인 공작물 가공 장치.
제1항에 있어서, 빔 차단기는 흡입관을 포함하고, 흡입관은 가공 빔(11)으로부터의 에너지를 흡수하도록 구성된 긴 부재를 포함하는 것인 공작물 가공 장치.
제11항에 있어서, 긴 부재는 샤프트(19)이며, 이 샤프트는 샤프트에 연결된 배출 슈트(18)를 개방하도록 피봇 가능하며, 샤프트는 중공형이고, 액체 냉각제 흐름에 접속되는 것인 공작물 가공 장치.
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