KR101484569B1

KR101484569B1 - 금속 판재 적층 기반의 기계부품 제작 시스템 및 제작 방법

Info

Publication number: KR101484569B1
Application number: KR1020140060408A
Authority: KR
Inventors: 김기법
Original assignee: 김기법
Priority date: 2014-05-20
Filing date: 2014-05-20
Publication date: 2015-01-21

Abstract

본 발명은 금속 판재 적층 기반의 금형의 코어와 케비티 및 기계부품 제작 시스템 및 제작 방법 CMW(cut metalplate and weld) 에 관한 것이다.
본 발명의 제 1 측면은, 금속 판재 적층 기반의 금형의 코어와 케비티 및 기계부품 제작 시스템은, 3차원 금속 구조물인 금속 판재(1)의 3차원 캐드 데이터(cad data)로부터 등고선 형태(두께 0.01mm 내지 1mm)로 단면 데이터를 추출하여 연산 제어부(11); 및 같은 두께의 금속 판재(1)를 동시 4축 제어 레이저(13a)로 커팅하고 절단된 단면들을 용접하고 적층하여 원하는 3차원 입체 형상의 금속 제품(기계부품, 금형의 코어 및 케비티)을 제작하는 수치 제어 장치(13); 를 포함하는 금속 판재 적층 기반의 기계부품 제작 시스템을 제공하는 것에 있다.

Description

금속 판재 적층 기반의 기계부품 제작 시스템 및 제작 방법{System and method for procucting core and cavity of mold, and machine component based on stacking metallic plate}

본 발명은 금속 판재 적층 기반의 기계부품 제작 시스템 및 제작 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 기존의 금속 적층 시스템(metal 3D 프린터)은 재료를 분말 형태로 용융하여 소결하는 방식의 SLS(selective laser sintering) 방식과 DED (direct energy deposition) 방식으로 금속 분말의 가격이 매우 고가이고 적층 되어진 금속 제품이 적층 된 두께에 따라 오차를 발생시키는 문제점이 있으므로, 이에 대한 한계점을 극복하기 위해 소재를 저렴한 일반 금속 판재로 사용하여 레이저나 전자빔을 이용하여 특수 절단 및 용접하는 방식(cut metalplate and welding: 이후, "절단용접가공"이라 합니다)을 사용함으로써 작업시간이 빠르고 정밀도가 매우 우수한 장점을 제공하도록 하기 위한 금속 판재 적층 기반의 금형의 코어와 케비티 및 기계부품 제작 시스템 및 제작 방법에 관한 것이다.

종래의 금속 3D 프린터를 금속 적층 시스템 기술은 절삭 공구를 사용하거나 금속 분말을 용융 소결하여 원하는 제품을 제작하였으나(SLS, DED 방식) 금속분말의 가격이 매우 고가임으로 제품의 단가가 높아지는 한계점이 있다.

또한, 종래의 기술은 레이저 광원을 수직 용융 접착함으로써, 층간의 두께에 의한 치수 정밀도가 낮아져 정밀 금속 제품에 대한 적용에는 한계점이 있다.

그리고 종래의 금속 적층 기술의 경우 단면 데이터 산출 방식은 수직 적층 되는 것을 전제로 하였기 때문에 치수 오차는 필연적이며, 오차를 줄이기 위해 적층 되는 두께를 얇게 하는 것으로 치수 정밀도를 보완하고 있지만 이러한 방식은 제작 시간이 증가하는 문제점이 있었다.

특허 1 : 대한민국 특허출원 제10-2008-7031440호

특허 2 : 대한민국 특허출원 제10-1989-0701079호

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 금속 소재를 금속 판재를 사용함으로써 제품의 단가를 획기적 수준(1/3 이하)으로 낮출 수 있도록 하기 위한 금속 판재를 절단하고 용접하는 또는 용접하고 절단하는 절단용접가공(Cut metalplate and weld) 기반의 금형의 코어와 케비티 및 기계부품 제작 시스템 및 제작 방법을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 레이저 광원에 대한 최적의 유효 경사각을 적용함으로써 제품의 치수 정밀도를 높일 수 있도록 하기 위한 금속 판재 적층 기반의 금형의 코어와 케비티 및 기계부품 제작 시스템 및 제작 방법을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 작업의 정밀도를 보장하기 위해 Z 축 방향으로만 이송하는 별도의 작업대를 사용하고 각 소재 간의 두께에 의해 생기는 형상 오차를 줄이기 위해 전단면과 후단면의 경사각을 구하여 동시 4축 제어 레이저 헤드를 사용하여 투사하고 절단하며 용접은 직각 용접하여 정밀도를 높일 수 있도록 하기 위한 금속 판재 적층 기반의 금형의 코어와 케비티 및 기계부품 제작 시스템 및 제작 방법을 제공하기 위한 것이다.

그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 금속 판재 적층 기반의 금형의 코어와 케비티 및 기계부품 제작 시스템은, 3차원 금속 구조물인 금속 판재의 3차원 캐드 데이터(cad data)로부터 등고선 형태(두께 0.01mm 내지 1mm)로 단면 데이터를 추출하여 연산 제어부; 및 같은 두께의 금속 판재를 레이저로 커팅하고 절단된 단면들을 용접하고 적층하여 원하는 3차원 입체 형상의 금속 제품(기계부품, 금형의 코어 및 케비티)을 제작하는 수치 제어 장치; 를 포함한다.

이때, 연산 제어부는, 3차원 금속 구조물에 해당하는 금속 판재의 3차원 캐드 데이터(cad data)의 단면 추출을 통해 단면 데이터를 획득하며, 두 단면 간의 각도 데이터를 연산하는 것이 바람직하다.

또한, 연산 제어부는, 한 장의 금속 판재를 자석판 이나 진공흡착판이 설치된 작업대로 이송 명령에 따라 이송을 완료하며, 수치 제어 장치의 제어에 따라 절단되고 남은 금속 판재를 진공흡착판 이나 자석판에 대한 제어를 통해 들어올려 외부로 배출하며, 새로운 금속 판재를 작업대로 유입 후 작업대 1을 금속 판재의 두께만큼 -z축으로 이송되도록 하고 작업대 2를 금속 판재의 두께만큼 +z축으로 이송되도록 제어하는 것이 바람직하다.

또한, 연산 제어부는, 3차원 금속 구조물에 해당하는 금속 판재의 3차원 캐드 데이터(cad data)에서 단면 데이터의 추출과 레이저의 경로가 될 단면 커브 내에서 허용 오차 내의 점 군을 생성한다. 이것은 공구궤적을 얻는 알고리즘과 동일하다. 각도 데이터의 연산 제어부에 의한 연산시, y=f(x)의 그래프 위의 점 p(x1, y1)에서 접선의 방정식을 (y-y1) = f'(x)·(x1-x1), 법선 방정식을 (y-y1)= -1/f'(x1)·(x-x1) 으로 설정하고, 금속 판재(a)의 임의의 점(x1, y1)과 최단거리에 있는 금속 판재(b)의 점 (x2, y2)와의 각도 계산식을 금속 판재의 두께를 D1라고 하고 두 점 사이의 거리를 L1 라고 설정하고 각도 Q1을 구하고, 각도 Q2에 대해서 Q2 = arcsine(D1 / L1)으로 연산하는 것이 바람직하다.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 금속 판재 적층 기반의 금형의 코어와 케비티 및 기계부품 제작 방법은, 연산 제어부가 3차원 금속 구조물에 해당하는 금속 판재의 3차원 캐드 데이터(cad data)의 단면 추출을 통해 단면 데이터를 획득하며, 각도 데이터를 연산하는 제 1 단계; 연산 제어부는 한 장의 금속 판재를 자석판이 설치된 작업대로 이송 명령에 따라 이송을 완료하는 제 2 단계; 수치 제어 장치가 연산 제어부로부터 입력된 단면 데이터와 각도 데이터를 활용하여 레이저나 전자빔 광원을 이용하여 금속 판재에 대한 절단 명령을 수행하고, 적층된 금속 판재에 대한 용접을 수행하는 제 3 단계; 및 연산 제어부가 절단되고 남은 금속 판재를 자석판에 대한 제어를 통해 들어올려 외부로 배출한 뒤, 새로운 금속 판재를 작업대로 유입 후 작업대를 금속 판재의 두께만큼 z축으로 이송되도록 제어하는 제 4 단계; 를 포함한다.

이때, 수치 제어 장치는, 두 번째부터 연산 제어부로부터 제공받은 단면 데이터에 대해서는 금속 판재의 두께로 인한 오차를 보정하기 위하여 그 전 단면 데이터와의 경사각(Q1, Q2)를 구하여 보정된 단면 데이터로 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 따른 금속 판재 적층 기반의 금형의 코어와 케비티 및 기계부품 제작 시스템 및 제작 방법은, 금속 소재를 금속 판재를 사용함으로써 제품의 단가를 획기적 수준(1/3 이하)으로 낮출 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속 판재 적층 기반의 금형의 코어와 케비티 및 기계부품 제작 시스템 및 제작 방법은, 레이저 광원에 대한 최적의 유효 경사각을 적용함으로써 제품의 치수 정밀도를 높일 수 있는 효과를 제공한다.

뿐만 아니라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속 판재 적층 기반의 금형의 코어와 케비티 및 기계부품 제작 시스템 및 제작 방법은, 각 소재 간의 두께에 의해 생기는 형상 오차를 줄이기 위해 별도의 작업 테이블은 금속 판재의 두께만큼 +Z방향이나 -z방향으로만 이송되는 것으로 한정하고, 전단면과 후단면의 경사각을 구하여 동시 4축 제어 레이저를 투사하여 절단하고 용접은 직각 용접하여 정밀도를 높일 수 있는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 금속 판재 적층 기반의 금형의 코어와 케비티 및 기계부품 제작 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2 a는 도 1의 금속 판재 적층 기반의 금형의 코어와 케비티 및 기계부품 제작 시스템에서 작업대, 그리고 레이저에 의한 작업 개념을 나타내는 도면이다.
도 2 b는 도 1의 금속 판재 적층 기반의 금형의 코어와 케비티 및 기계부품 제작 시스템에서 작업대로 이송된 진공흡착판을 나타내는 도면이다.
도 2 c는 도 1의 금속 판재 적층 기반의 금형의 코어와 케비티 및 기계부품 제작 시스템에서 작업대 1과 작업대 2를 나타내는 도면이다.
도 3 a는 도 1의 금속 판재 적층 기반의 금형의 코어와 케비티 및 기계부품 제작 시스템에서 동시 4축 제어 레이저 광원에 대한 최적의 유효 경사각을 도시하는 단면도이다.
도 3 b는 도 1의 금속 판재 적층 기반의 금형의 코어와 케비티 및 기계부품 제작 시스템에서 동시 4축 제어 레이저 광원에 대한 최적의 유효 경사각을 도시하는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 금속 판재 적층 기반의 금형의 코어와 케비티 및 기계부품 제작 방법을 나타내는 흐름도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 금속 판재 적층 기반의 금형의 코어와 케비티 및 기계부품 제작 시스템을 나타내는 도면이다. 도 2의 a 내지 c는 도 1의 금속 판재 적층 기반의 금형의 코어와 케비티 및 기계부품 제작 시스템에서 작업대(12-1. 12-2), 그리고 레이저(13a)에 의한 작업 개념을 나타내는 도면이다. 도 3의 a 및 b는 도 1의 금속 판재 적층 기반의 금형의 코어와 케비티 및 기계부품 제작 시스템에서 동시 4축제어 레이저(13a) 광원에 대한 최적의 유효 경사각을 적용 개념을 설명하기 위한 도면이다.

먼저, 도 1 및 도 2를 참조하면, 금속 판재 적층 기반의 금형의 코어와 케비티 및 기계부품 제작 시스템은 연산 제어부(11), 작업대(12), 그리고 수치 제어 장치(13)를 포함함으로써, 3차원 금속 구조물인 금속 판재(1)의 3차원 캐드 데이터(cad data)로부터 등고선 형태(두께 0.01mm 내지 1mm)로 단면 데이터를 추출하여 같은 두께의 금속 판재(1)를 레이저(13a)로 커팅하고 절단된 단면들을 용접하고 적층하거나 용접을 먼저 하고 절단하여 원하는 3차원 입체 형상의 금속 제품(기계부품, 금형의 코어 및 케비티)을 얻는 제작 시스템이다.

작업대(12)는 진공흡착판이나 자석판(12a)을 상부에 구비하며, 수치 제어 장치(13)는 레이저(13a)를 제어한다.

보다 구체적으로 수치 제어 장치(13)에 대해서 살펴보면, 수치 제어 장치(13)는 연산 제어부(11)로부터 입력된 단면 데이터와 각도 데이터를 활용하여 레이저(13a)나 전자빔 광원을 이용하여 금속 판재(1)에 대한 절단 명령을 수행한다. 여기서 수치 제어 장치(13)는 두 번째부터 연산 제어부(13)로부터 제공받은 단면 데이터에 대해서는 금속 판재(1)의 두께로 인한 오차를 보정 하기 위하여 그 전 단면 데이터와의 경사도를 구하여 옵셋(Offset)하여 보정된 단면 데이터로 사용한다.

또한, 수치 제어 장치(13)는 적층 되어진 금속 판재(1)에 대한 용접을 수행한다. 즉, 수치 제어장치(13)는 레이저(13a)를 장착 한 절단 및 용접 기계장치에 해당한다.

연산 제어부(11)는 3차원 금속 구조물에 해당하는 금속 판재(1)의 3차원 캐드 데이터(cad data)의 단면 추출을 통해 단면 데이터를 획득하며, 각도 데이터(Q1, Q2) 를 연산한다.

연산 제어부(11)는 한 장의 금속 판재(1)를 자석판(12a)이 설치된 작업대(12)로 이송 명령에 따라 이송을 완료하며, 수치 제어 장치(13)의 제어에 따라 절단되고 남은 금속 판재를 진공흡착판이나 자석판(12a)에 대한 제어를 통해 들어올려 외부로 배출한다.

그리고 연산 제어부(11)는 작업대 1(12-1)를 금속판재의 두께만큼 -z축으로 이송 되도록 제어하고 진공 흡착판을 사용하여 새로운 금속 판재(1)를 작업대 1(12-1)로 유입 후 작업대 2(12-2)를 금속 판재의 두께만큼 +z축으로 이송되도록 제어한다(도 2a 내지 도 2c 참조).
이때, 도 2c에 도시된 바와 같이, 작업대(12)는 지지대(12-3)에 의해 작업대(12-1) 및 작업대(12-2)로 구획되어 있다.

한편, 연산 제어부(11)에 의한 3차원 금속 구조물에 해당하는 금속 판재(1)의 3차원 캐드 데이터(cad data)의 단면 추출을 통해 단면 데이터를 획득하며, 각도 데이터를 연산에 대해서 도 2 및 도 3을 참조하여 구체적으로 살펴보도록 한다.

3차원 금속 구조물에 해당하는 금속 판재(1)의 3차원 캐드 데이터(cad data)에서 단면 데이터의 추출해서 레이저의 경로가 될 단면 커브 내에서 허용 오차 내 의 점군을 생성 한다. 이것은 공구궤적을 얻는 알고리즘과 동일하다. 각도 데이터의 연산 제어부(11)에 의한 연산시, y=f(x)의 그래프 위의 점 p(x1, y1)에서 접선의 방정식은 (y-y1) = f'(x)·(x1-x1) 이고, 법선 방정식은 (y-y1)= -1/f'(x1)·(x-x1)으로 설정하고 각도 Q1을 구한다.
이때, 상기 각도 Q1을 구하기 위해 그래프 선위의 한점 p(x1, y1)을 선택할 수 있다.
도 3에서 보여주는 바와 같이, 상기 접선은 원과 하나의 점 p(x1, y1)에서 만나는 선분이고, 상기 법선은 평면 곡선 위의 한 점 p(x1,y1)을 지나고 그 점 p(x1,y1)에서의 접선에 수직인 직선을 의미한다.

이에 따라 연산 제어부(11)는 금속 판재(a)의 임의의 점(x1, y1)과 최단거리에 있는 금속 판재(b)의 점 (x2, y2)와의 각도 계산식은 금속 판재의 두께를 D1라고 하고 두 점 사이의 거리를 L1 라고 하면 각도 Q2는 Q2 = arcsine(D1 / L1)으로 연산할 수 있다.

즉, 기존의 단면 계산 장치들은 단면 데이터가 모두 두께와 X, Y 정보만을 산출 하지만 본 발명에서의 연산 제어부(11)는 두 번째부터의 단면은 금속 판재(1)의 두께로 인한 오차를 보정하기 위하여 그 전 단면과의 경사도를 구하여 옵셋하여 보정된 데이터를 단면 데이터로 사용한다.

또한, 종래의 금속 3D 프린터를 금속 적층 시스템 및 장치들은 금속 분말을 용융 소결하여 적층 하는데 본 발명에 따른 금속 판재 적층 기반의 금형의 코어와 케비티 및 기계부품 제작 시스템은 금속 판재를 절단하여 용접하여 적층함으로써, 비용과 시간을 줄일 수 있는 장점을 제공한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 금속 판재 적층 기반의 금형의 코어와 케비티 및 기계부품 제작 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 1 내지 도 4를 참조하면, 연산 제어부(11)는 3차원 금속 구조물에 해당하는 금속 판재(1)의 3차원 캐드 데이터(cad data)의 단면 추출을 통해 단면 데이터를 획득하며, 각도 데이터(Q1,Q2)를 연산한다(S11).

단계(S11) 이후, 연산 제어부(11)는 한 장의 금속 판재(1)를 자석판(12a)이 설치된 작업대(12)로 이송 명령에 따라 이송을 완료한다(S12).

단계(S12) 이후, 수치 제어 장치(13)는 연산 제어부(11)로부터 입력된 단면 데이터와 각도 데이터를 활용하여 동시 4축 제어 레이저(13a)나 전자빔 광원을 이용하여 금속 판재(1)에 대한 절단 명령을 수행한다(S13). 단계(S13)에서 수치 제어 장치(13)는 두 번째부터 연산 제어부(13)로부터 제공받은 단면 데이터에 대해서는 금속 판재(1)의 두께로 인한 오차를 보정하기 위하여 그 전 단면 데이터와의 경사도를 구하여 보정된 단면 데이터로 사용한다.

단계(S13) 이후, 수치 제어 장치(13)는 적층 되어진 금속 판재(1)에 대한 용접을 수행한다(S14).

작업 에 환경에 따라 S14 단계를 먼저 수행하고 S13단계를 수행할 수도 있게 한다.

단계(S14) 이후, 연산 제어부(11)는 절단되고 남은 금속 판재를 자석판(12a)에 대한 제어를 통해 들어올려 외부로 배출한다(S15).

단계(S15) 이후, 연산 제어부(11)는 작업대 1(12-1)를 금속판재의 두께 만큼 -z축으로 이송 되도록 제어하고 진공 흡착판을 사용하여 새로운 금속 판재(1)를 작업대1(12-2)로 유입 후 작업대 2(12-2)를 금속 판재의 두께만큼 z+ 축으로 이송하도록 제어한다(S16).

단계(S16) 이후, 연산 제어부(11)는 모든 작업에 대한 완료 여부를 판단하여(S17), 완료되지 않은 경우 단계(S11)로 회귀하여 단계(S11) 내지 단계(S17)의 과정을 반복적으로 수행한다. 즉, 단면 데이터와 각도 데이터 연산, 수치 제어장치(13)에서 금속 판재(1)를 자석판(12a)이 설치된 작업대(12)로 이송 명령, 수치 제어 장치(13)에서 레이저 광원을 이용하여 금속 판재(1)에 대한 절단 명령, 적층 되어진 금속 판재 용접, 절단되고 남은 금속 판재(1)를 자석판(12a)이 들어올려 밖으로 배출, 새로운 금속판재(1)를 작업대(12)로 유입, 작업대(12)를 금속 판재(1) 두께만큼 z축으로 이송 과정을 반복수행한다.

한편, 기존 장치들은 3축 제어 레이저 광원을 직각으로 투사를 하여 소재를 용융하는데 본 발명에 따른 금속 판재 적층 기반의 금형의 코어와 케비티 및 기계부품 제작 방법은 각 소재 간의 두께에서 생기는 형상 오차를 줄이기 위해 별도의 작업테이블은 금속 판재(1)의 두께만큼 +z방향이나 -z방향으로만 이송되는 것으로 한정하고, 축전단면과 후단면의 경사각을 구하여 동시 4축 제어 레이저(13a) 광원을 투사하여 절단하고 용접은 직각 용접하여 정밀도를 높일 수 있는 장점을 제공한다.

또한, 기존의 금형 가공방식은 코어, 케비티, 인서트를 각각 따로 제작하여 야 하는 제한이 있으나 본 발명에 따른 금속 판재 적층 기반의 금형의 코어와 케비티 및 기계부품 제작 방법은 절단폭이 0.002 - 0.05의 광선을 이용하여 한 번의 작업에 코어, 케비티, 인서트를 동시에 작업할 수 있는 장점을 제공한다.

이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

11: 연산 제어부 12-1, 12-2: 작업대
12a: 자석판 13: 수치 제어 장치
13a: 레이저

Claims

3차원 금속 구조물인 금속 판재의 3차원 캐드 데이터(cad data)로부터 두께 0.01mm 내지 1mm의 등고선 형태로 금속판의 두께를 통해 단면 데이터를 추출하여 각도 데이터(Q1, Q2)를 연산하는 연산 제어부;
상기 연산 제어부는,
상기 3차원 금속 구조물에 해당하는 금속 판재의 3차원 캐드 데이터(cad data)에서 단면 데이터의 추출해서 공구궤적을 얻는 알고리즘에 의해 레이저의 경로가 될 단면 커브 내에서 허용 오차 내의 점 군을 생성하고, 두 단면 사이의 각도 데이터의 연산 제어부에 의한 연산시, y=f(x)의 그래프 위의 점 p(x1, y1)에서 접선의 방정식을 (y-y1) = f'(x)·(x1-x1), 법선 방정식을 (y-y1)= -1/f'(x1)·(x-x1) 으로 설정하고 각도 Q1을 구하고,
금속 판재(a)의 임의의 점(x1, y1)과 최단거리에 있는 금속 판재(b)의 점 (x2, y2)와의 각도 계산식을 금속 판재의 두께를 D1라고 하고 두 점 사이의 거리를 L1 라고 설정한 뒤, 각도 Q2에 대해서 Q2 = arcsine(D1 / L1)으로 연산하며,
상기 금속 판재를 동시 4축 제어된 레이저 헤드로 커팅하고 절단된 단면들을 용접하고 적층하거나 절단용접가공(CMW)을 실시하여 용접을 먼저 수행하고 절단을 수행하여 적층하여 원하는 3차원 입체 형상의 금속제품을 제작하는 수치 제어 장치; 및
지지대가 설치되어 절단될 금속 판재의 배치와 이송을 하기 위하여 z축 방향으로만 이송되는 작업대1 및 작업대 2로 이루어지는 작업대를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 판재 적층 기반의 기계부품 제작 시스템.
삭제
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 연산 제어부는,
한 장의 상기 금속 판재를 자석판을 이용하여 작업대로 이송을 완료하며, 상기 수치 제어 장치의 제어에 따라 절단되고 남은 금속 판재를 상기 자석판에 대한 제어를 통해 들어올려 외부로 배출하며, 새로운 금속 판재를 상기 작업대1로 유입 후, 상기 작업대 1을 금속 판재의 두께만큼 -z축으로 이송되도록 하고 상기 작업대 2를 금속 판재의 두께만큼 +z축으로 이송되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 금속 판재 적층 기반의 기계부품 제작 시스템.
삭제
삭제
금형의 코어와 케비티와 같은 기계부품의 제작을 위하여,
연산 제어부가 3차원 금속 구조물에 해당하는 금속 판재의 3차원 캐드 데이터(cad data)의 단면 추출을 통해 단면 데이터를 획득하며, 각도 데이터를 연산하는 제 1 단계;
상기 연산 제어부는,
3차원 금속 구조물에 해당하는 금속 판재의 3차원 캐드 데이터(cad data)에서 단면 데이터의 추출해서 공구궤적을 얻는 알고리즘에 의해 레이저의 경로가 될 단면 커브 내에서 허용 오차 내 의 점군을 생성 하고, 두 단면 사이의 각도 데이터의 연산 제어부에 의한 연산시, y=f(x)의 그래프 위의 점 p(x1, y1)에서 접선의 방정식을 (y-y1) = f'(x)·(x1-x1), 법선 방정식을 (y-y1)= -1/f'(x1)·(x-x1) 으로 설정하고 각도 Q1을 구하고,
금속 판재(a)의 임의의 점(x1, y1)과 최단거리에 있는 금속 판재(b)의 점 (x2, y2)와의 각도 계산식을 금속 판재의 두께를 D1라고 하고 두 점 사이의 거리를 L1 라고 설정한 뒤, 각도 Q2에 대해서 Q2 = arcsine(D1 / L1)으로 연산한 후,
한 장의 금속 판재를 자석판을 이용하여 작업대로 이송을 완료하는 제 2 단계;
수치 제어 장치가 연산 제어부로부터 입력된 단면 데이터와 각도 데이터를 활용하여 레이저나 전자빔 광원을 이용하여 금속 판재에 대한 절단 명령을 수행하고, 적층 되어진 금속 판재에 대한 용접을 수행하는 제 3 단계; 및
연산 제어부가 절단되고 남은 금속 판재를 자석판에 대한 제어를 통해 들어올려 외부로 배출한 뒤, 새로운 금속 판재를 작업대로 유입 후 작업대 1를 금속 판재의 두께만큼 -z축으로 이송되도록 하고 작업대 2를 금속 판재의 두께만큼 +z축으로 이송되도록 제어하는 제 4 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 판재 적층 기반의 기계부품 제작 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 수치 제어 장치는,
상기 연산 제어부로부터 제공받은 단면 데이터에 대해서는 금속 판재의 두께로 인한 오차를 보정하기 위하여 그 전 단면 데이터와의 경사도를 구하여 각도가 포함된 단면 데이터로 사용하는 것을 특징으로 하는 금속 판재 적층 기반의 기계부품 제작 방법.