KR101619917B1

KR101619917B1 - 복합 가공 방법 및 복합 가공 장치

Info

Publication number: KR101619917B1
Application number: KR1020147020009A
Authority: KR
Inventors: 요시히로 야마구치; 가즈유키 기타무라; 게이타 곤도
Original assignee: 고마쓰 산기 가부시키가이샤
Priority date: 2012-03-28
Filing date: 2013-02-18
Publication date: 2016-05-11
Also published as: DE112013001725T8; CN104093523B; CN104093523A; JP2013202723A; KR20140109981A; US20150027999A1; JP5865753B2; DE112013001725T5; US9481049B2; WO2013145929A1; DE112013001725B4

Abstract

간소하며 저렴한 복합 가공 장치에서 열 절단 및 기계 가공을 행할 수 있도록 한다. 이 방법은, 열 절단 및 기계 가공에 의해 원판으로부터 절단 부재를 잘라내는 방법으로서, 구멍 절단 단계와, 마무리 단계와, 외주 절단 단계를 포함한다. 구멍 절단 단계는, 마무리 치수에 대하여 가공 여유를 남기고 열 절단에 의해 원판에 구멍을 형성한다. 마무리 단계는, 구멍 절단 단계에서 형성된 구멍에 절삭 공구를 삽입하고, 구멍의 내주면을 따라 절삭 공구를 주회시킴으로써 열 절단 단면을 절삭하고, 구멍을 마무리 치수로 가공한다. 외주 절단 단계는, 열 절단에 의해 절단 부재의 외주를 절단하고, 원판으로부터 절단 부재를 잘라낸다.

Description

복합 가공 방법 및 복합 가공 장치{COMBINED PROCESSING METHOD AND COMBINED PROCESSING DEVICE}

본 발명은, 복합 가공 방법, 특히, 열 절단(thermal cutting) 및 기계 가공에 의해 원판에 구멍을 형성하고, 구멍을 포함하는 절단 부재를 원판으로부터 잘라내는 복합 가공 방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은, 이상과 같은 복합 가공 방법을 실시하기 위한 복합 가공 장치에 관한 것이다.

교량이나 건설 기계, 산업 기계 등의 본체 프레임을 구성하는 용접 구조물은, 원판으로부터 각종 형상의 절단 부재를 잘라내는 것에 의해 얻어진다. 이와 같은 절단 부재의 잘라냄에 있어서는, 프로그램에 의해 임의의 형상의 절단이 가능한 플라즈마 절단, 가스 절단, 레이저 절단 등의 열 절단이 사용되고 있다.

또한, 특허 문헌 1에는, 플라즈마 토치, 가스 토치, 레이저 헤드 등이 탑재된 열 절단용의 가공 헤드와는 별도로, 드릴이나 엔드밀 등의 절삭 공구를 장착할 수 있는 기계 가공용의 헤드를 장비한 복합 가공 장치가 나타나 있다. 이와 같은 복합 가공 장치는, 열 절단에 더하여, 열 절단에서는 대응이 곤란한 고정밀도의 구멍, 또는 건축용 철골의 조인트부의 구멍과 같이, 기계 가공에 의해 가공하는 것이 규격에 의해 정해져 있는 구멍, 또는 용접용의 개선 등의 가공을 행하기 위해 사용된다.

또한, 특허 문헌 2에는, 펀치 가공 헤드와 레이저 가공 헤드를 가지는 복합 가공 장치가 나타나 있다. 이 장치에서는, 판재에 레이저 가공 헤드에 의해 아래쪽 구멍이 형성되고, 그 후, 형성된 아래쪽 구멍에 펀치 가공 헤드에 의해 마무리 가공(fine―processing)이 행해진다.

일본 공개특허 소59―196115호 공보 일본 공개특허 평09―216021호 공보

복합 가공 장치에 있어서는, 예를 들면, 절삭 가공 등의 기계 가공을 고능률로 행하기 위해서는, 고출력의 모터와, 큰 가공 반력(反力)을 받기 위한 고강성(高剛性)의 프레임이 필요해진다. 또한, 가공 시의 반력에 의한 원판의 이동, 진동을 억제하기 위해, 원판을 고정시키기 위한 클램핑(clamping) 기구(機構)가 탑재 테이블에 설치되어 있다. 따라서, 장치의 제조 비용이 매우 고가로 된다.

그리고, 드릴 가공에 의해 원판에 구멍을 형성하는 경우에는, 특허 문헌 1에 나타낸 바와 같은 클램프 기구를 생략하는 것도 가능하다. 즉, 드릴 공구가 장착된 가공 헤드는 가공 시에 상하 방향으로 이동할뿐이므로, 원판을 가압하기 위한 기구를 가공 헤드에 설치함으로써, 원판의 이동 및 진동을 방지할 수 있다. 또한, 이를 위한 기구도 간단한 구성으로 실현 가능하다.

그러나, 다른 예를 들면, 엔드밀 가공에서는, 가공 헤드를 수평 방향으로도 이동할 필요가 있어, 원판을 가압하기 위한 기구를 가공 헤드에 설치할 수는 없다. 또한, 드릴 가공에서는 수평 방향의 힘이 걸리지 않는 데 대하여, 엔드밀 가공에서는 수평 방향의 힘이 걸린다. 따라서, 기계 본체의 강성(剛性)이 드릴 가공보다 필요로 하는 데 더하여, 원판에 대해서도 수평 방향으로의 이동을 누르기 위한 견고한 클램프 기구가 필요해진다. 그러므로, 드릴 가공 및 엔드밀 가공을 포함하는 각종 기계 가공을 행하기 위한 복합 가공 장치에서는, 특허 문헌 1에 나타낸 바와 같은 대형의 클램프 기구를 별도로 설치하고 있다.

또한, 열 절단 장치에 드릴 가공용의 헤드를 병설한 장치에서는, 전술한 바와 같이, 대형의 클램프 기구를 폐지할 수도 있다. 그러나, 각종 직경의 구멍을 형성하기 위해서는, 대응하는 직경을 가지는 다수의 드릴 공구를 준비할 필요가 있어, 자동 공구 교환기(ATC: Auto Tool Changer)가 필요해진다. 그러므로, 장치 전체가 고가로 된다.

특허 문헌 2의 장치에서는, 각종 상이한 구멍 직경에 대하여 각각 대응하는 펀치를 준비할 필요가 있고, 이 장치에 있어서도 자동 공구 교환기가 필요해진다. 따라서, 상기와 마찬가지로, 장치의 제조 비용가 매우 고가로 된다.

이상과 같은 각종 문제점을 포함하여, 열 절단용의 가공 헤드 및 기계 가공용의 가공 헤드를 가지는 종래의 복합 가공 장치의 문제점을 정리하면, 다음과 같다.

(1) 기계 가공의 절삭량이 많이 가공 반력이 크기 때문에, 가공 헤드를 유지하는 기계 본체의 강성을 높게 할 필요가 있다. 또한, 원판을 탑재 테이블에 클램프하기 위한 클램프 기구나, 또는 원판을 탑재 테이블에 가압하기 위한 푸셔(pusher) 등의 기구를 설치할 필요가 있어, 가공기가 복잡하며 고가로 된다.

(2) 드릴 가공의 경우에는 ATC가 필요해지고, 가공기가 고가로 된다.

(3) 종래의 복합 가공기에서는, 기계 가공 시에서의 절삭량이 많기 때문에, 예를 들면, 플라즈마 토치와 원판과의 사이의 간극(절단 높이)이 수㎜인데 대하여, 비교적 큰 실형(絲狀) 또는 나선형의 칩이 발생한다. 이 칩은, 원판 상에 산란되고, 열 절단 시의 토치 운행의 장해가 된다. 특히 실형·나선형의 철사형의 칩은, 열 절단의 커팅홈에 걸려 버리면 가스로 날려 버리거나 브러시로 제거하거나 할 수 없다.

(4) 종래의 복합 가공기에서는, 기계 가공 시의 절삭량이 많기 때문에, 가공 속도가 열 절단과 비교하여 늦어지게 되므로, 복합 가공을 행함으로써, 전체의 생산성이 저하된다.

(5) 대사이즈의 원판을 가공할 때, 원판을 크레인에 의해 탑재 테이블 상에 반입하고, 그에 더하여 크레인에 의해 클램프 기구에 대한 위치 결정을 행할 필요가 있다. 이와 같은 크레인에 의한 원판의 위치 결정은 실용적이지 않다.

이상과 같은 각종 과제에 의해, 열 절단 및 기계 가공의 양 가공을 행할 수 있도록 한 복합 가공기는, 간단하게 클램프할 수 있는 비교적 소사이즈의 원판에 대하여 적용되는 것은 있어도, 교량이나 건설 기계, 산업 기계 등에 사용되는 대사이즈의 원판[예를 들면, 6m를 초과하는 장척(長尺)의 원판]으로부터 대형의 절단 부재를 잘라내는 분야에서는, 이용되고 있지 않다.

특히, 엔드밀 가공기와 열 절단기와의 복합 가공기가 실용화되고 있지 않은 이유는 다음과 같다.

열 절단기에서는, 원판은 탑재 테이블 상에 탑재되는 것뿐이며, 원판은 탑재 테이블에 클램프 기구로 고정되지 않는다. 즉, 열 절단 작업에 있어서는, 수평 방향의 부하가 원판에 걸리지 않는 데다가, 큰 원판으로부터 복수의 절단 부재를 잘라낸다는 작업 실체로부터, 클램프 기구는 설치되어 있지 않다. 또한, 원판 교환 작업에서는, 크레인을 사용하여 큰 원판을 교체하기 위한, 탑재 테이블 상의 원판의 위치는 그만큼 양호한 정밀도의 것은 아닌 것도, 클램프 기구가 설치되어 있지 않은 이유의 하나이다.

이에 대하여, 드릴 가공이나 펀치 프레스(punch press) 가공의 경우, 드릴이나 펀칭 금형의 주위에 원판 가압 기구를 설치하면 되지만, 전술한 바와 같이, 엔드밀 가공의 경우에는, 공구 자신이 수평 방향으로 이동하므로, 단순한 원판 가압 기구를 설치할 수 없다. 또한, 엔드밀 가공에서는, 수평 방향으로 가공 부하가 생긴다.

이상과 같이, 엔드밀 가공과 열 절단 가공이란, 작업 형태에 있어서 요구되는 조건이 상이하게 되어 있고, 따라서, 엔드밀 가공기와 클램프 기구를 가지지 않는 열 절단기와의 복합 가공기는 실용화되어 있지 않다.

본 발명의 과제는, 특히 대사이즈의 원판에 대하여, 간소하며 저렴한 복합 가공 장치에서 열 절단 및 기계 가공을 행할 수 있도록 하는 것에 있다.

본 발명의 제1 측면에 관한 복합 가공 방법은, 열 절단 및 기계 가공에 의해 원판에 구멍을 형성하고, 구멍을 포함하는 절단 부재를 원판으로부터 잘라내는 방법으로서, 구멍 절단 단계와, 마무리 단계와, 외주 절단 단계를 포함한다. 구멍 절단 단계는, 마무리 치수에 대하여 가공 여유를 남기고 열 절단에 의해 원판에 구멍을 형성한다. 마무리 단계는, 구멍 절단 단계에서 형성된 구멍에 절삭 공구를 삽입하고, 구멍의 내주면을 따라 절삭 공구를 주회(周回)시킴으로써 열 절단 단면(端面)을 절삭하고, 구멍을 마무리 치수로 가공한다. 외주 절단 단계는, 열 절단에 의해 절단 부재의 외주를 절단하고, 원판으로부터 절단 부재를 잘라낸다. 또한, 구멍 절단 단계와 마무리 단계 사이에, 구멍 절단 단계에서 열 절단된 단부재가 구멍 내에 남아 있는지의 여부를 확인하는 확인 단계를 더 포함한다.

그리고, 복수의 절단 부재가 있는 경우에는, 다음과 같은 순서로 가공할 수 있다.

(a) 절단 부재마다 구멍 절단→마무리→외주 절단의 순으로 단계를 실시한다.

(b) 복수의 절단 부재에 대하여, 구멍 절단→마무리의 각각의 단계를 모아서 실시하고, 그 후 외주 절단을 모아서 실시한다.

(c) 구멍 절단을 반복, 그 후 마무리 가공을 반복한 후, 외주 절단을 모아서(altogether) 실시한다.

이상으로부터 명백한 바와 같이, 외주 절단 단계는, 반드시 마무리 단계 후에 실시할 필요가 있다. 즉, 마무리 가공을 실시하는 시점은, 외주 절단 전이며, 각 절단 부재가 원판과 일체로 되어 있는 것이 필요하다.

이상과 같은 가공 방법에서는, 구멍 절단 단계에 있어서, 적은 가공 여유를 남기고 열 절단에 의해 구멍을 형성하는 것에 의해, 마무리 단계에서의 절삭 가공 시의 부하를 작게 할 수 있다. 그러므로, 이 가공 방법을 실시하기 위한 장치에 있어서, 종래와 비교하여 프레임의 강성을 낮게 할 수 있는 동시에, 기계 가공을 위한 모터를 소형화하는 것이 가능하게 된다. 또한, 기계 가공에 의한 구멍의 마무리 가공을 실시하는 시점에서는, 외주 절단 단계의 전이므로, 마무리 가공을 행하는 구멍 부분을 포함하는 절단 부재는, 원판과 분리되어 지지 않는다. 그러므로, 특히 대사이즈의 원판에 있어서는, 원판의 자중에 의해 탑재 테이블 상에 원판이 유지되고, 절삭 공구의 직경이나 가공 여유를 적절히 설정함으로써, 클램핑(clamping)하지 않아도 가공 반력에 의한 원판의 이동을 방지할 수 있다.
구멍 절단을 실행하면, 통상은 구멍 내부의 단부재는 테이블의 남은 간극으로부터 아래쪽으로 낙하한다. 그러나, 구멍 절단이 가로대를 걸치도록 하여 실행되면, 단부재가 가로대의 위에 남거나, 단부재가 구멍의 내주면에 당겨 걸리는 등에 의해 구멍 내에 남는 경우가 있다. 이와 같은 상황에서는, 마무리 단계에 있어서, 절삭을 위한 공구를 구멍 내부에 삽입할 수 없다.
그래서 이 방법에서는, 절단된 구멍의 내부에 당부재가 남아 있는지의 여부를 확인하도록 되어 있다. 그리고, 단부재가 남아 있는 경우에는, 마무리 단계를 실행하지 않거나, 또는 단부재를 꺼낸 후에 마무리 단계를 실행하는 등의 처리가 행해진다.
본 발명의 제2 측면에 관한 복합 가공 방법은, 제1 측면 방법에 있어서, 구멍 절단 단계 및 외주 절단 단계에서의 열 절단은, 원판의 표면측에 플라즈마 아크를 발생시키는 플라즈마 절단이며, 구멍 절단 단계에서는, 구멍의 원판 표면측 단부(端部)에 가공 여유가 남도록 열 절단을 행한다.

삭제

플라즈마 절단에 의해 구멍을 형성하면, 플라즈마 아크가 맞닿은 측인 구멍의 원판 표면측의 직경은 이면측(裏面側)의 직경보다 커지는 경향이 있다.

그래서, 이 제2 측면에 관한 방법에서는, 구멍 절단 단계에 있어서, 구멍의 원판 표면측 단부에 가공 여유가 남도록 열 절단을 행한다. 이 경우에, 구멍 절단 단계에서의 구멍 표면측의 목표 치수를, 개략 마무리 치수로 함으로써, 마무리 단계에서의 절삭량을 매우 적게 할 수 있다.

본 발명의 제3 측면에 관한 복합 가공 방법은, 제1 측면 방법에 있어서, 구멍 절단 단계 및 외주 절단 단계에서의 열 절단은, 원판의 표면으로부터 레이저를 조사(照射)하는 레이저 절단 또는 가스를 분사하는 가스 절단이며, 구멍 절단 단계에서는, 구멍의 원판 이면측 단부에 가공 여유가 남도록 열 절단을 행한다.

레이저 또는 가스에 의해 구멍을 형성하면, 플라즈마 절단과는 반대로, 레이저 조사 측 또는 가스 분사측인 구멍의 원판 표면측의 직경은 이면측의 직경보다 작아지는 경향이 있다.

그래서, 이 제3 측면에 관한 방법에서는, 구멍 절단 단계에 있어서, 구멍의 원판 이면측 단부에 가공 여유가 남도록 열 절단을 행한다. 이 경우에, 구멍 절단 단계에서의 구멍 이면측의 목표 치수를, 개략 마무리 치수로 함으로써, 마무리 단계에서의 절삭량을 매우 적게 할 수 있다.

본 발명의 제4 측면에 관한 복합 가공 방법은, 제1 내지 제3 측면 중 어느 하나의 방법에 있어서, 구멍 절단 단계로부터 외주 절단 단계에서는, 원판을 클램프하지 않고 가공을 행한다.

여기서, 전술한 바와 같이, 본 발명의 방법을 행하는 것에 의해, 가공 시에 있어서 원판에 작용하는 가공 반력이 작아진다. 그러므로, 원판을 클램프하지 않고 기계 가공을 행할 수 있다.

본 발명의 제5 측면에 관한 복합 가공 방법은, 제1 내지 제4 측면 중 어느 하나의 방법에 있어서, 마무리 단계에서는, 회전하는 절삭 공구를 사용하여 구멍의 열 절단 단면을 절삭한다. 그리고, 절삭 공구 직경은 원판 두께의 2배 이하이다.

통상, 절삭 가공에 있어서는, 공구 직경이 큰 것을 사용하면 할수록, 절삭 속도(공구 직경×스핀들 회전수)가 커지고 가공 능률이 향상되므로, 가능한 범위에서 큰 공구 직경의 것을 사용하는 것이 통례이다.

그러나, 원판을 클램프하지 않고 기계 가공을 행하는 경우, 원판이 진동하지 않도록 연구할 필요가 있다.

여기서, 원판의 판두께가 두꺼워질수록, 자중이 증대하여 자중에 의한 구속력(탑재 테이블로의 유지력)이 증가된다. 따라서, 원판을 클램프하지 않고 기계 가공하는 경우, 판두께와 절삭 공구의 직경에는 서로 관련성이 있다.

발명자들의 가공 테스트의 결과로부터, 원판을 클램프하지 않고 절삭 가공하는 경우, 절삭 공구 직경을 판두께의 2배 이하로 하면, 각종 원판에 대하여, 원판이 진동하거나 이동하거나 하는 경우가 없는 범위에서, 최고 속도의 가공 속도로 양호한 마무리 가공할 수 있는 것이 판명되었다.

그리고, 절삭 공구 직경의 하한은 장착 샤프트 직경에 의해 규제된다. 또한, 장착 샤프트 직경은, 장착된 절삭 공구가 도구로서 기능하는 강도에 따라 정해진다. 따라서, 절삭 공구 직경은, 도구로서 기능하는 강도를 가지는 직경 이상인 것은 물론이다.

그래서, 이 제5 측면에 관한 방법에서는, 절삭 공구의 직경을 원판 두께의 2배 이하로 하고 있다. 그리고, 절삭 공구 직경을 원판 두께의 1배 이하로 하면, 더욱 바람직하다.

본 발명의 제6 측면에 관한 복합 가공 방법은, 제1 내지 제5 측면 중 어느 하나의 방법에 있어서, 마무리 단계의 전(前) 단계로서, 구멍의 높이 위치를 계측하는 계측 단계를 더 포함한다. 또한, 마무리 단계에서는, 계측 단계에서의 계측 결과 및 원판의 판두께 데이터로부터 절삭 공구의 높이 위치를 제어한다.

여기서, 열 절단기에서는, 탑재 테이블 상에 놓여진 원판의 높이는, 테이블의 가로대(crosspiece)에 부착된 드로스(dross)나 원판의 굴곡에 의해 한결같지 않다. 또한, 테이블의 가로대는 소모품이므로, 가로대 상면의 높이도 수㎜ 정도의 불균일이 있다.

이와 같은 상황에 있어서, 미리 구해진 테이블면의 높이나 원판 두께의 데이터에 기초하여 구멍의 내주면(절단 단면)을 기계 가공하면, 구멍의 바닥부 부근에 미가공 부분이 남거나, 반대로 가로대나 드로스를 절삭하거나 하게 된다. 이와 같이, 가로대나 드로스를 절삭하는 경우가 있는 것을 전제로 하면, 기계 가공 속도를 늦게 할 필요가 있고, 또한 가공 반력이 커지므로, 프레임의 강성을 높게 할 필요가 있다.

그래서, 이 제6 측면에 관한 방법에서는, 마무리 단계 전에, 구멍의 높이 위치를 계측하고, 이 계측 결과에 기초하여 절삭 공구의 높이 위치를 제어하도록 하고 있다. 그러므로, 구멍의 내주면만을 정확하게 절삭할 수 있다.

그리고, 구멍의 높이 위치는, 구멍 근방의 원판의 표면 높이를 계측함으로써 용이하게 계측할 수 있다.

본 발명의 제7 측면에 관한 복합 가공 방법은, 제1 내지 제6 측면 중 어느 하나의 방법에 있어서, 구멍 절단 단계와 마무리 단계와의 사이에, 구멍 절단 단계에서 열 절단된 단부재(端部材)가 구멍 내에 남아 있는지의 여부를 확인하는 확인 단계를 더 포함한다.

구멍 절단을 실행하면, 통상은 구멍 내부의 단부재는 테이블의 가로대의 간극으로부터 아래쪽으로 낙하한다. 그러나, 구멍 절단(hole cutting)이 가로대를 걸쳐지도록(straddling)하여 실시되면, 단부재가 가로대 상에 남거나 단부재가 구멍의 내주면에 걸리는 등에 의해 구멍에 남는 경우가 있다. 이와 같은 상황에서는, 마무리 단계에 있어서, 절삭을 위한 공구를 구멍 내부에 삽입할 수 없다.

그래서, 이 제7 측면에 관한 방법에서는, 절단된 구멍의 내부에 단부재가 남아 있는지의 여부를 확인하도록 하고 있다. 그리고, 단부재가 남아 있는 경우에는, 마무리 단계를 실행하지 않거나, 또는 단부재를 인출한 후에 마무리 단계를 실행하는 등의 처리가 실행된다.

본 발명의 제8 측면에 관한 복합 가공 방법은, 제1 내지 제6 측면 중 어느 하나의 방법에 있어서, 확인 단계는, 마무리 단계에서 사용하는 절삭 공구를 구멍에 삽입함으로써 행한다.

여기서는, 마무리 단계용의 절삭 공구에 의해 구멍 내의 단부재의 유무를 확인하므로, 특별한 센서 등이 불필요하게 된다.

본 발명의 제9 측면에 관한 복합 가공 방법은, 제1 내지 제8 측면 중 어느 하나의 방법에 있어서, 마무리 단계에서는, 구멍 절단 단계에서 형성된 구멍의 절단 단면을 엔드밀에 의해 절삭한다.

여기서는, 엔드밀에 의해 구멍의 절단 단면을 절삭하므로, 각종 구멍 직경에 대하여 1개의 공구로 대응할 수 있다.

본 발명의 제10 측면에 관한 복합 가공법은, 제1 내지 제9 측면 중 어느 하나의 방법에 있어서, 마무리 단계에서는, 회전하는 절삭 공구를 에어 모터에 의해 구동한다.

절삭 공구를 에어 모터에 의해 회전시킴으로써, 가공 부하가 커지면, 공구 회전수가 저하된다. 그러므로, 원판의 이동을 더욱 억제할 수 있다.

본 발명의 제11 측면에 관한 복합 가공 장치는, 열 절단 및 기계 가공에 의해 원판에 구멍을 형성하고, 구멍을 포함하는 절단 부재를 원판으로부터 잘라내는 장치로서, 원판이 탑재되는 탑재 테이블과, 탑재 테이블 상에 있어서 비(非)클램프 상태의 원판에 대하여 열 절단을 행하기 위한 제1 헤드와, 탑재 테이블 상에 있어서 비클램프 상태의 원판에 대하여 기계 가공하기 위한 제2 헤드와, 제1 헤드 및 제2 헤드를 탑재 테이블에 대하여 상대적으로 수평 방향 및 상하 방향으로 이동시키는 이동 기구와, 탑재 테이블에 탑재된 원판의 상하 방향 위치를 검출하는 높이 위치 검출 센서와, 제1 헤드 및 제2 헤드의 탑재 테이블에 대한 상대 이동, 및 제1 헤드 및 제2 헤드에 의한 열 절단 및 기계 가공을 제어하는 제어부를 구비하고 있다. 제어부는, 구멍 절단 기능부와, 마무리 기능부와, 외주 절단 기능부를 가진다. 구멍 절단 기능부는 마무리 치수에 대하여 가공 여유를 남기고 열 절단에 의해 원판에 구멍을 형성한다. 제2 기능부는, 구멍 절단 기능부에 의해 형성된 구멍에 절삭 공구를 삽입하고, 구멍의 내주면을 따라 절삭 공구를 주회시킴으로써 열 절단 단면을 절삭하고, 구멍을 마무리 치수로 가공한다. 외주 절단 기능부는, 열 절단에 의해 절단 부재의 외주를 절단하고, 원판으로부터 절단 부재를 잘라낸다. 또한, 제어부는, 열 절단된 단부재가 구멍 내에 남아있는지의 여부를 확인하는 확인 기능부를 더 가진다.

이 복합 가공 장치에서는, 적은 가공 여유를 남기고 열 절단에 의해 구멍을 형성하는 것에 의해, 구멍 내 주위면의 마무리에 있어서, 절삭 가공 시의 부하를 작게 할 수 있다. 그러므로, 종래와 비교하여 장치 프레임의 강성을 낮게 할 수 있는 동시에, 기계 가공을 위한 모터를 소형화하는 것이 가능하게 된다. 또한, 원판을 가압하기 위한 클램프 기구가 불필요하게 된다.

본 발명의 제12 측면에 관한 복합 가공 장치는, 제11 측면의 장치에 있어서, 제2 헤드는 원판 두께의 2배 이하의 직경을 가지는 절삭 공구를 가지고 있다.

전술한 바와 같이, 공구 직경이 작아질수록, 공구가 장착된 주축(主軸) 및 원판에 작용하는 반력이 작아진다. 그러므로, 절삭 공구의 직경을 원판 두께의 2배 이하로 함으로써, 기계 가공 시의 진동 등을 더욱 억제할 수 있다. 그리고, 절삭 공구 직경을 원판 두께의 1배 이하로 하면, 더욱 바람직하다.

본 발명의 제13 측면에 관한 복합 가공 장치는, 제11 또는 제12 측면의 장치에 있어서, 제어부는, 열 절단된 단부재가 구멍 내에 남아 있는지의 여부를 확인하는 확인 기능부를 더 구비한다.

본 발명의 제14 측면에 관한 복합 가공 장치는, 제11 또는 제12 측면의 장치에 있어서,에 있어서, 제어부는, 제2 헤드에 장착된 절삭 공구를 구멍에 삽입함으로써 단부재의 유무를 확인한다.

본 발명의 제15 측면에 관한 복합 가공 장치는, 제11 내지 제14 측면의 장치에 있어서, 제2 헤드에는 엔드밀이 장착된다.

본 발명의 제16 측면에 관한 복합 가공법은, 제11 내지 제15 측면 중 어느 하나의 장치에 있어서, 제2 헤드는 절삭 공구를 구동시키기 위한 에어 모터를 가지고 있다.

이상과 같은 본 발명에서는, 특히 대사이즈의 원판에 대하여, 간소하며 저렴한 복합 가공 장치를 사용하여 열 절단 및 기계 가공을 행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시형태에 의한 복합 가공 장치의 외관 구성도이다.
도 2는 복합 가공 장치의 정면도이다.
도 3은 복합 가공기의 시스템 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일실시형태에 의한 복합 가공 방법의 처리 수순을 나타낸 도면이다.
도 5a는 복합 가공 시에서의 각 부의 배치를 나타낸 도면이다.
도 5b는 복합 가공 시에서의 각 부의 배치를 나타낸 도면이다.
도 6은 플라즈마 절단에 의한 구멍 형상을 설명하는 단면도(斷面圖)이다.
도 7은 원판의 높이 위치를 검출하는 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 마무리 단계의 개략 평면도이다.
도 9는 마무리 단계에 있어서, 축 방향으로 복수 회 가공하는 경우의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 10은 마무리 단계에 있어서, 반경 방향으로 복수 회 가공하는 경우의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 11은 마무리 단계에서의 업 커팅과 다운 커팅을 설명하기 위한 평면도이다.

[복합 가공 장치의 구성]

도 1에 본 발명의 일실시형태에 의한 복합 가공 장치(1)의 전체 구성을 나타낸다. 또한, 도 2에 복합 가공 장치(1)의 정면 개략도를 나타낸다.

이 복합 가공 장치(1)는, 원판인 강판(W0)이 탑재되는 탑재 테이블(2)과, 열 절단용의 플라즈마 토치(제1 헤드)(3)와, 기계 가공용의 헤드(제2 헤드)(4)와, 높이 검출 센서(5)와, 컨트롤러(6)를 구비하고 있다.

여기서는, 복합 가공 장치(1)에 의해, 원판(W0)으로부터, 각각 구멍(H)을 가지는 복수의 절단 부재(W1, W2)를 잘라내는 경우에 대하여 설명한다.

탑재 테이블(2)의 상면에는 복수의 가로대(7)가 배치되어 있고, 가공이 완료된 단부재 등은 가로대(7) 간의 간극으로부터 아래쪽으로 낙하하게 되어 있다. 또한, 탑재 테이블(2)의 아래쪽의 공간은, 도시하지 않은 집진 장치에 접속되어 있다.

탑재 테이블(2)의 측방에는 X축 레일(10)이 배치되어 있다. X축 레일(10)에는 X축 대차(臺車; carriage)(11)가 X축 방향으로 이동 가능하게 지지되어 있다. X축 대차(carriage)(11)에는 X축 방향과 직교하는 Y축 방향으로 연장되는 Y축 암(arm)(12)이 고정되어 있다. Y축 암(12)은 탑재 테이블(2)의 위쪽에 위치하고 있다. 그리고, Y축 암(12)에는 Y축 대차(13)가 Y축 방향으로 이동 가능하게 지지되어 있다. 그리고, X축 대차(11) 및 Y축 대차(13)는, 각각 도 3에 나타낸 X축 모터 Mx 및 Y축 모터 My에 의해 구동된다.

플라즈마 토치(3)는, Y축 대차(13)에 지지된 Z축 대차(15)에 Z축 방향(상하 방향)으로 이동 가능하게 장착되어 있다. 플라즈마 토치(3)는, 선단부가 끝이 뽀족한 대략 원통형상의 것으로서, 토치 케이블 등을 통하여 플라즈마 전원 유닛(17)(도 3 참조)에 접속되어 있다. 그리고, 플라즈마 토치(3)를 상하 방향으로 구동시키기 위해, 도 3에 나타낸 제1 Z축 모터(Mz1)가 설치되어 있다.

기계 가공용 헤드(4)는, 도 3에 나타낸 제2 Z축 모터(Mz2), Z축 방향으로 이동 가능한 주축(18) 등을 가지고 있고, 주축(18)의 선단에는 엔드밀(19)이 장착되어 있다.

여기서, 엔드밀(19)로서, 이 실시형태에서는, 절삭 시의 반력이 작고, 절삭시에 원판(W0)이 쉽게 이동하지 않는 거친 절삭용의 러핑 엔드밀(roughing endmill)을 사용하고 있다.

또한, 전술한 바와 같이, 발명자들의 가공 테스트의 결과로부터, 원판을 클램프하지 않고 절삭 가공하는 경우, 절삭 공구 직경을 판두께의 2배 이하로 하면, 각종 원판에 대하여, 원판이 진동하거나 이동하거나 하는 경우가 없는 범위에서, 최고 속도의 가공 속도로 양호한 마무리 가공할 수 있는 것이 판명되었다.

그래서, 엔드밀(19)의 직경은, 원판(W0)의 판두께의 2배 이하인 것이 바람직하지만, 원판(W0)의 판두께의 1배 이하가 더욱 바람직하다.

그리고, 제2 Z축 모터(Mz2)로서는, 이 실시형태에서는, 에어 모터를 사용하고 있다. 전동 모터의 경우에는, 가공 여유가 많이 부하 토크(torque)가 크게 되었을 경우, 모터 용량에 여유가 있는 경우에는 회전수를 저하시키지 않고 절삭 가공을 하게 된다. 그러면, 본 발명의 경우, 원판(W0)은 클램프하지 않고 절삭 가공되므로, 원판(W0)이 이동되어 버릴 가능성이 있다.

한편, 에어 모터에 의해 엔드밀(19)을 구동하도록 한 경우, 부하 토크가 커지면 모터의 회전수가 저하된다. 따라서, 전술한 바와 같이, 가공 여유가 많은 경우에는, 무리하게 일정한 회전수로 절삭하는 것은 아니고, 저회전수로 절삭하게 된다. 그러므로, 원판(W0)이 이동하는 것을 방지할 수 있어, 원판(W0)을 클램프하지 않고 항상 정확한 가공을 행할 수 있다.

높이 검출 센서(5)는, Y축 대차(11)에 지지되어 있고, Z축 방향으로 이동 가능하다. 그리고, 높이 검출 센서(5)를 상하 방향으로 구동시키기 위한 기구에 대해서는 생략하고 있다.

이상과 같은 구성에 의해, 플라즈마 토치(3) 및 기계 가공용 헤드(4)를, 탑재 테이블(2) 상에 탑재된 원판(W0)에 대하여, 수평 방향(X축, Y축 방향) 및 상하 방향(Z축 방향)의 임의의 위치로 이동시키는 것이 가능하다. 즉, X축 대차(11), Y축 대차(13), Z축 대차(15), 주축(18)의 각각을 구동시키기 위한 모터(Mx, My, Mz1, Mz2)에 의해, 플라즈마 토치(3) 및 기계 가공용 헤드(4)를 각각의 방향으로 이동시키기 위한 이동 기구가 구성되어 있다.

그리고, 후술하는 바와 같이, 플라즈마 토치(3) 및 기계 가공용 헤드(4)를 1개의 Z축 방향 구동용의 모터와 1개의 에어 실린더로 Z축 방향으로 이동시키도록 해도 된다.

컨트롤러(6)는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 구멍 절단 기능부(21)와, 마무리 기능부(22)와, 외주 절단 기능부(23)와, 확인 기능부(24)와, 가공 라인 데이터 획득부(25)를 가지고 있다. 구멍 절단 기능부(21), 마무리 기능부(22), 외주 절단 기능부(23), 및 확인 기능부(24)는 프로그램에 의해 구성되어 있다.

구멍 절단 기능부(21)는, 마무리 치수에 대하여 가공 여유를 남기고 플라즈마 절단에 의해 원판에 구멍을 형성하는 기능을 가진다. 마무리 기능부(22)는, 구멍 절단 기능부(21)에 의해 형성된 구멍에 엔드밀(19)을 삽입하고, 구멍의 내주면을 따라 엔드밀(19)을 주회시킴으로써 열 절단 단면을 절삭하고, 구멍을 마무리 치수로 가공하는 기능을 가진다. 외주 절단 기능부(23)는, 플라즈마 절단에 의해 절단 부재의 외주를 따라 절단홈을 형성하고, 절단 부재를 원판(W0)으로부터 잘라내는 기능을 가진다. 확인 기능부(24)는, 구멍 절단 기능부(21)에 의해 플라즈마 절단된 단부재가 구멍 내에 남아 있는지의 여부를 확인하는 기능을 가진다.

컨트롤러(6)에는, 자동 프로그램 장치(26)가 접속되어 있다. 자동 프로그램 장치(26)는, 절단 부재의 형상에 따라 가공 라인의 데이터를 프로그램하는 장치이다. 이 자동 프로그램 장치(26)에 의해 프로그램된 가공 데이터가 컨트롤러(6)의 가공 라인 데이터 획득부(25)에 송신된다.

또한, 컨트롤러(6)에는, 높이 검출 센서(5)와 각각의 축 방향의 이동 캐리지(11, 13, 15) 및 주축(18)을 구동시키기 위한 모터(Mx, My, Mz1, Mz2)가 접속되어 있다. 또한, 컨트롤러(6)에는, 플라즈마 전원 유닛(17)이 접속되어 있고, 이로써, 플라즈마 아크의 발생이 제어되도록 되어 있다.

[가공 방법]

이상의 복합 가공 장치(1)에 의해 실행되는 가공 방법을, 도 4, 도 5a 및 도 5b를 참조하여 설명한다. 도 4는 가공 방법의 수순을 나타내고, 도 5a 및 도 5b는 각각의 단계에서의 각 부의 배치를 나타내고 있다.

그리고, 원판(W0)으로부터 복수의 절단 부재를 잘라내는 경우, 다음과 같은 순서로 가공할 수 있다.

(c) 구멍 절단을 반복, 그 후 마무리 가공을 반복 후, 외주 절단을 모아서 실시한다.

이상의 각각의 방법에 있어서, 외주 절단 단계는, 반드시 마무리 단계 후에 실시할 필요가 있다. 즉, 마무리 가공을 실시하는 시점에서는, 외주 절단 전이며, 각 절단 부재가 원판과 일체로 되어 있는 것이 필요하다.

여기서는, 1개의 구멍을 가지는 1개의 절단 부재를 원판(W0)으로부터 잘라내는 경우를 예로 들어 설명한다.

먼저 스텝 S1에서는, 플라즈마 토치(3)를 기동하여, 원판(W0)에 구멍의 절단 가공을 행한다[도 5a의 (a) 참조]. 여기서, 플라즈마 절단에 의해 구멍 절단을 행하면, 플라즈마 절단의 특성으로부터, 도 6에 나타낸 바와 같이, 형성되는 구멍은 역원뿔 사다리꼴이 된다. 즉, 플라즈마 아크가 닿는 원판의 표면측의 구멍 직경(d1)이 이면측의 구멍 직경(d2)보다 크게 된다.

그래서, 스텝 S1에서의 구멍 절단에 있어서는, 구멍 절단에 의해 형성되는 원판 표면측의 구멍 직경(d1)이 대략 마무리 치수로 되도록 설정한다. 즉, 후속 단계의 절삭 가공에 있어서, 원판 표면측에 가공 여유가 존재하고, 또한 그 가공 여유가 최소로 되도록, 구멍 절단에서의 목표 치수를 설정한다. 그리고, 도 6에서는, 절삭 가공에 있어서 삭제되는 부분을 사선으로 나타내고 있다.

다음에, 스텝 S2에서는, 원판(W0)의 표면의 높이 위치를 계측한다. 구체적으로는, 이하의 2가지의 방법 중 어느 하나에 의해 계측한다.

(a) 엔드밀(19)의 선단을 원판(W0)의 표면에 접촉시키고, 이 상태에서의 엔드밀(19)의 높이(선단 위치)를 검출한다[도 5a의 (b) 참조]. 이 처리에 의해 얻어진 데이터와, 미리 파악되어 있는 원판(W0)의 판두께 데이터로부터 원판(W0)의 표면의 높이 위치를 구한다.

(b) 엔드밀(19)의 기계 가공 헤드(4)로부터의 돌출 길이가 미리 파악되어 있는 경우에는, 높이 검출 센서(5)에 의해, 원판(W0)의 표면의 높이를 계측한다[도 5a의 (c) 참조]. 그리고, 이 계측에 의해 얻어진 데이터와, 엔드밀의 돌출 길이와 원판(W0)의 판두께 데이터로부터, 원판(W0)의 표면의 높이를 구한다.

그리고, 엔드밀(19) 또는 높이 검출 센서(5)를 원판(W0)에 접촉시키는 위치는, 스텝 S1에서 형성된 구멍 근방이다.

(a)의 방법을 이용한 경우에는, 엔드밀(19)을 원판(W0)에 접촉시키고, 그 반력이나 전기적인 통전 등의 수단에 의해 원판(W0)의 표면 위치를 검출하므로, 특수한 센서가 불필요가 되어, 구조가 간단하게 된다는 장점이 있다.

한편, (b)의 방법을 이용한 경우에는, 높이 검출 전용의 센서를 설치함으로써, 검출 속도가 빨라지고, 또한 검출 정밀도가 높아지는 장점이 있다.

이상의 처리에 의해, 엔드밀(19)을 어느 정도 하강시키면 엔드밀(19)의 선단이 원판(W0)의 이면과 같은 높이로 될 것인지를 알 수 있다. 즉, 원판(W0)의 판두께 데이터는 미리 컨트롤러(6)에 파악되어 있으므로, 이 판두께 데이터와 검출된 엔드밀(19)의 선단 위치로부터, 엔드밀(19)을 검출된 위치로부터 판두께 분만큼 하강시킴으로써, 엔드밀(19)의 선단과 원판(W0)의 이면의 위치가 일치하게 된다.

그래서, 엔드밀(19)의 하강량을, 원판(W0)의 판두께＋α로 설정한다. 여기서, 「α」는, 탑재 테이블의 가로대나 드로스를 깎는 일 없이, 또한 구멍 내 주위면에 커팅 불량이 없는 것과 같은 값이 설정된다.

여기서, 기계 가공 헤드만을 가지는 가공기에서는, 정반(定盤) 상에 지그 및 공작물이 탑재되고, 가공된다. 그리고, 정반 표면의 높이 위치는 컨트롤러에 미리 파악되어 있다. 따라서, 기계 가공 헤드만을 가지는 가공기에서는, 이상과 같은, 원판의 표면 높이의 위치의 계측이나 하강량의 연산은 불필요하다.

본 발명의 대상으로 하는 복합 가공기에 있어서도, 원판(W0)의 두께나 탑재 테이블(2)의 가로대(7)의 높이 위치는, 미리 데이터로서 컨트롤러(6)에 파악되어 있다. 따라서, 원판(W0)의 표면을 계측하지 않고, 데이터에 기초하여 후속 단계의 절삭 가공을 행하는 것도 가능하다.

그러나, 도 7에 나타낸 바와 같이, 플라즈마 절단을 포함하는 열 절단을 행하는 장치에서는, 탑재 테이블(2) 상에 놓여진 원판(W0)의 높이는, 테이블(2)의 가로대(7)에 부착된 드로스(D)나 원판(W0)의 굴곡에 의해 한결같지 않다. 또한, 테이블(2)의 가로대(7)는 소모품이므로, 가로대(7)의 상면의 높이도 수㎜ 정도의 불균일이 있다.

이와 같은 상황에 있어서, 전술한 바와 같이, 미리 구해진 데이터에 기초하여 원판(W0)에 형성된 구멍의 내주면을 기계 가공하면, 도 7의 (a)에 나타낸 바와 같이, 엔드밀(19)의 선단이 원판(W0)을 관통하고, 드로스(D)나 가로대(7)에 도달하는 경우가 있다. 이와 같이, 가로대(7)나 드로스(D)를 절삭하면 가공 시의 진동이 커지고, 또한 엔드밀(19)의 손상을 초래하게 된다.

그래서, 스텝 S2에 있어서, 실제의 원판(W0)의 높이, 특히 형성된 구멍 근방의 원판(W0)의 높이를 계측하고, 이 계측 결과에 기초하여 후속 단계에서의 엔드밀(19)의 이동을 제어하도록 하고 있다. 이와 같은 처리는, 본건 발명의 대상으로 하는 복합 가공기에서는 필수로 된다. 이상의 처리에 의해, 도 7의 (b)에 나타낸 바와 같이, 드로스나 가로대를 깎는 일 없이, 또한 구멍의 내주면에 커팅 불량이 없는 마무리 가공을 행할 수 있다.

다음에 스텝 S3에서는, 스텝 S1에서 형성된 구멍의 내부에 단부재가 남아 있지 않은지의 여부를 확인한다. 즉, 스텝 S1에서 구멍 절단을 행하면, 통상은, 구멍의 내부의 단부재는 탑재 테이블(2)의 가로대(7)의 간극으로부터 아래쪽으로 낙하한다. 그러나, 경우에 따라서는, 단부재가 구멍의 단면에 걸리거나, 구멍의 내부에 남는 경우가 있다.

그래서, 이 스텝 S3에서는, 구멍의 내부에 단부재가 남아 있지 않은지의 여부를 확인하도록 하고 있다. 구체적으로는, 엔드밀(19)을 구멍 중에 삽입하는 처리를 실행한다. 도 5b의 (a)에 나타낸 바와 같이, 구멍의 내부에 단부재가 남아 있는 경우에는, 엔드밀(19)의 선단이 단부재에 충돌하고, 하강하지 않는다. 이 엔드밀(19)의 위치를 검출함으로써, 구멍의 내부에서의 단부재의 유무를 검출할 수 있다.

구멍의 내부에 단부재가 있는 것이 확인된 경우에는, 스텝 S3로부터 스텝 S4로 이행한다. 스텝 S4에서는, 일단 가공 처리를 정지한다. 그리고, 경고 램프를 점등하는 등에 의해 오퍼레이터에게 통지한다. 오퍼레이터는 단부재를 제거하고, 가공 처리의 재개를 지령한다.

구멍 내부에 단부재가 없었던 경우, 또는 단부재가 제거된 경우에는, 스텝 S5로 이행한다. 스텝 S5에서는, 엔드밀(19)에 의한 절삭 가공(마무리 가공)을 행한다. 구체적으로는, 엔드밀(19)에 의해, 도 6의 사선으로 나타낸 구멍의 내주 단면을 절삭한다[도 5b의 (b) 참조].

도 8에 구멍(H)의 열 절단 단면(Hf)을 엔드밀(19)에 의해 절삭 가공할 때의 평면도를 나타내고 있다. 마무리 가공에서는, 먼저, 엔드밀(19)을 구멍(H)에 삽입한다. 그리고, 구멍(H)의 내주면인 열 절단 단면(Hf)을 따라 엔드밀(19)을 파선(破線) 화살표로 나타낸 바와 같이, 주회시켜 열 절단 단면(Hf)을 절삭하고, 구멍(H)을 마무리 치수로 가공한다.

이 마무리 가공에 있어서는, 효율의 저하를 방지하기 위해, 엔드밀(19)을 구동하는 모터(전술한 바와 같이, 에어 모터를 사용하고 있음)의 부하를 작게 하고, 절삭 속도를 저하시키지 않도록 하는 것이 바람직하다. 그래서, 가공 여유에 따라서는, 도 9의 (a), (b)에 나타낸 바와 같이, 축 방향으로 복수회로 나누어 가공하거나, 또는 도 10의 (a), (b)에 나타낸 바와 같이, 반경 방향으로 복수회로 나누어 가공하거나 하는 것이 바람직하다. 이러한 경우는, 엔드밀(9)을 복수 회 정도 주회시키게 된다.

또한, 엔드밀(19)로 절삭 가공하는 경우, 도 11의 (a)에 나타낸 바와 같은 업 커팅(up-cutting)과, 동 도면(b)에 나타낸 바와 같은 다운 커팅(down-cutting)이 있다. 업 커팅은, 공구의 날이 절삭 끝난 부분에 닿거나, 깎아내리는(cutting downward) 커팅 방법이다. 또한, 다운 커팅은, 공구의 날이 미절삭된 부분에 닿거나, 깎아내리는 커팅 방법이다. 이들을 비교한 경우, 다운 커팅 쪽이 절삭면은 거칠지만 이송 속도를 높인다. 또한, 같은 이송 속도의 경우에는, 다운 커팅 쪽이 절삭 시의 반력이 작아, 원판(W0)이 쉽게 이동하지 않는다.

이상의 이유에서, 이 실시형태에서는, 엔드밀(19)로 구멍(H)을 마무리 가공하는 경우에는, 다운 커팅으로 가공하도록 하고 있다.

여기서, 탑재 테이블(2)의 가로대(7)에 드로스(D)가 부착되는 것에 의해, 원판(W0)의 높이 위치가 변화되어 있는 경우가 있다. 그러나, 앞의 스텝 S2의 처리에 의해, 엔드밀(19)을 원판(W0)의 이면과 같은 위치까지 정확하게 하강시킬 수 있다. 따라서, 구멍의 내주 단면의 모든 영역을 확실하게 절삭할 수 있다. 또한, 동일한 이유에 의해, 엔드밀(19)에 의해 드로스(D)나 가로대(7)가 절삭되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기와는 반대로, 플라즈마 절단의 상황에 따라서는 가로대(7)가 마모되어, 원판(W0)의 높이 위치가 아래쪽으로 내려가 있는 경우가 있다. 이와 같은 경우에, 원판(W0)의 표면 높이를 검출하지 않으면, 엔드밀(19)의 선단 위치는 원판(W0)의 이면까지 도달하지 않고, 커팅 불량이 생기게 된다. 그러나, 앞의 스텝 S2의 처리에 의해, 이와 같은 문제점을 방지할 수 있다.

다음에 스텝 S6에서는, 플라즈마 토치(3)를 절단 부재의 외주를 따라 이동시키고, 절단 부재의 외주를 절단한다. 이로써, 구멍의 형성된 절단 부재를 원판(W0)으로부터 잘라내는 것을 할 수 있다.

[특징]

(1) 구멍 절단 단계에 있어서, 적은 가공 여유를 남기고 플라즈마 절단에 의해 구멍을 형성하는 것에 의해, 마무리 단계에서의 절삭 가공 시의 부하를 작게 할 수 있다. 그러므로, 절삭 가공 시의 진동을 작게 할 수 있어, 프레임의 강성을 낮게 할 수 있는 동시에, 엔드밀을 구동시키기 위한 모터를 소형화할 수 있다. 또한, 가공 시에서의 가공 반력이 작아져, 원판을 가압하기 위한 클램프 기구가 불필요하게 된다.

(2) 엔드밀의 직경을 원판(W0)의 두께의 2배 이하로 하고 있으므로, 가공 시의 진동을 억제하고, 또한 가공 반력을 작게 할 수 있다.

(3) 마무리 가공의 전에, 구멍 근방의 원판(W0)의 높이를 계측하고, 이 계측 결과 및 원판(W0)의 판두께 데이터로부터 엔드밀의 이동을 제어하고 있다. 그러므로, 구멍의 내주면만을 정확하게 절삭할 수 있다.

(4) 구멍 절단 단계에서 절단된 단부재가 구멍 내에 남아 있는지의 여부를 확인하고, 마무리 가공을 행하므로, 확실하게 정확한 마무리를 행할 수 있다. 또한, 이 확인을 엔드밀에 의해 행하므로, 특별한 센서 등이 불필요하게 된다.

(5) 엔드밀(19)을 에어 모터에 의해 구동하고 있으므로, 절삭 가공 시에 있어서, 원판(W0)의 이동을 억제할 수 있다. 또한, 엔드밀(19)으로서 러핑 엔드밀을 사용하고, 또한 다운 커팅에 의해 가공을 행하고 있으므로, 원판(W0)의 이동을 더욱 억제할 수 있다.

[다른 실시형태]

본 발명은 이상과 같은 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 범위를 일탈하지 않고 각종 변형 또는 수정이 가능하다.

(a) 상기 실시형태에서는, 구멍의 내부에 단부재가 있는 경우, 가공을 일단 중단하여 오퍼레이터에 의한 단부재의 제거를 기다려 가공을 재개하도록 했지만, 단부재의 제거는 자동으로 행하도록 해도 된다.

(b) 마무리 가공에 사용하는 공구는 엔드밀에 한정되지 않는다. 그라인더 등의 다른 절삭 공구를 사용해도 된다.

(c) 가공되는 구멍 형상은, 진원 형상에 한정되지 않는다. 예를 들면, 긴 구멍이나 직사각형 등의 구멍을 형성하는 경우에도 본 발명을 마찬가지로 적용할 수 있다.

(d) 상기 실시형태에서는, 플라즈마 토치(3)를 구동시키기 위한 제1 Z축 모터(Mz1)와 기계 가공용 헤드(4)를 구동시키기 위한 제2 Z축 모터(Mz2)를 설치하였으나, 이들을 Z축 방향으로 이동시키기 위한 기구는 상기 실시형태에 한정되지 않는다.

예를 들면, 플라즈마 토치(3) 및 기계 가공용 헤드(4)를 Z축 방향으로 이동 가능한 대차에 지지하고, 이 대차를 1개의 모터로 Z축 방향으로 구동하고, 플라즈마 토치(3) 및 기계 가공용 헤드(4) 중 어느 하나를 에어 실린더로 Z축 방향으로 구동하도록 해도 된다.

이 경우, 기계 가공용 헤드(4)와 비교하여 플라즈마 토치(3)는 가공 시에 반력을 쉽게 받지 않으므로, 플라즈마 토치(3)를 에어 실린더로 구동하도록 하는 것이 바람직하다.

(e) 열 절단으로서 플라즈마 절단을 사용하였지만, 다른 레이저나 가스를 사용한 열 절단과 기계 가공의 복합 가공에 있어서도, 본 발명과 마찬가지로 적용할 수 있다.

여기서, 레이저 또는 가스에 의해 구멍을 형성하면, 플라즈마 절단과는 반대로, 레이저 조사 측 또는 가스 분사측인 구멍의 원판 표면측의 직경은 이면측의 직경보다 작아지는 경향이 있다.

그래서, 레이저 또는 가스에 의해 구멍을 절단하는 경우에는, 구멍의 원판 이면측 단부에 가공 여유가 남도록 열 절단을 행할 필요가 있다. 그리고, 구멍 절단 단계에서의 구멍 이면측의 목표 치수를, 개략 마무리 치수로 함으로써, 마무리 단계에서의 절삭량을 매우 적게 할 수 있다.

[산업 상의 이용 가능성]

본 발명에 의하면, 특히 대사이즈의 원판에 대하여, 간소하며 저렴한 복합 가공 장치를 사용하여 열 절단 및 기계 가공을 행할 수 있다.

1 복합 가공 장치
2 탑재 테이블
3 플라즈마 토치
4 기계 가공 헤드
5 높이 검출 센서
6 컨트롤러
10 X축 레일
11 X축 대차
12 Y축 암
13 Y축 대차
15 Z축 대차
21 구멍 절단 기능부
22 마무리 기능부
23 외주 절단 기능부
24 확인 기능부

Claims

열 절단(thermal cutting) 및 기계 가공에 의해 원판에 구멍을 형성하고, 상기 구멍을 포함하는 절단 부재를 상기 원판으로부터 잘라내는 복합 가공 방법으로서,
마무리 치수에 대하여 가공 여유를 남기고 열 절단에 의해 원판에 구멍을 형성하는 구멍 절단 단계;
상기 구멍 절단 단계에서 형성된 구멍에 절삭 공구를 삽입하고, 상기 구멍의 내주면을 따라 상기 절삭 공구를 주회(周回)시킴으로써 열 절단 단면(端面)을 절삭하고, 상기 구멍을 마무리 치수로 가공하는 마무리 단계; 및
열 절단에 의해 상기 절단 부재의 외주를 절단하고, 상기 원판으로부터 상기 절단 부재를 잘라내는 외주 절단 단계; 및
상기 구멍 절단 단계와 상기 마무리 단계 사이에, 상기 구멍 절단 단계에서 열 절단된 단부재(端部材)가 구멍 내에 남아있는지의 여부를 확인하는 확인 단계;
를 포함하고,
상기 확인 단계는, 상기 마무리 단계에서 사용하는 절삭 공구를 상기 구멍에 삽입함으로써 행하는,
복합 가공 방법.
제1항에 있어서,
상기 구멍 절단 단계 및 상기 외주 절단 단계에서의 열 절단은, 상기 원판의 표면측에 플라즈마 아크를 발생시키는 플라즈마 절단이며,
상기 구멍 절단 단계에서는, 상기 구멍의 원판 표면측 단부(端部)에 가공 여유가 남도록 열 절단을 행하는, 복합 가공 방법.
제1항에 있어서,
상기 구멍 절단 단계 및 상기 외주 절단 단계에서의 열 절단은, 상기 원판의 표면으로부터 레이저를 조사(照射)하는 레이저 절단 또는 가스를 분사하는 가스 절단이며,
상기 구멍 절단 단계에서는, 상기 구멍의 원판 이면측(裏面側) 단부에 가공 여유가 남도록 열 절단을 행하는, 복합 가공 방법.
제1항에 있어서,
상기 구멍 절단 단계로부터 상기 외주 절단 단계에서는, 상기 원판을 클램핑(clamping)하지 않고 가공을 행하는, 복합 가공 방법.
제1항에 있어서,
상기 마무리 단계에서는, 회전하는 절삭 공구를 사용하여 구멍의 열 절단 단면을 절삭하고,
상기 절삭 공구 직경은 상기 원판 두께의 2배 이하인, 복합 가공 방법.
제1항에 있어서,
상기 마무리 단계의 전(前) 단계로서, 상기 구멍의 높이 위치를 계측하는 계측 단계를 더 포함하고,
상기 마무리 단계에서는, 상기 계측 단계에서의 계측 결과 및 원판의 판두께 데이터로부터 절삭 공구의 높이 위치를 제어하는, 복합 가공 방법.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 마무리 단계에서는, 상기 구멍 절단 단계에서 형성된 구멍의 열 절단 단면을 엔드밀(endmill)에 의해 절삭하는, 복합 가공 방법.
제1항에 있어서,
상기 마무리 단계에서는, 회전하는 절삭 공구를 에어 모터에 의해 구동하는, 복합 가공 방법.
열 절단 및 기계 가공에 의해 원판에 구멍을 형성하고, 상기 구멍을 포함하는 절단 부재를 상기 원판으로부터 잘라내는 복합 가공 장치로서,
원판이 탑재되는 탑재 테이블;
상기 탑재 테이블 상에 탑재된 원판에 대하여 열 절단을 행하기 위한 제1 헤드;
상기 탑재 테이블 상에 탑재된 원판에 대하여 기계 가공하기 위한 제2 헤드;
상기 제1 헤드 및 제2 헤드를 상기 탑재 테이블에 대하여 상대적으로 수평 방향 및 상하 방향으로 이동시키는 이동 기구;
상기 탑재 테이블에 탑재된 원판의 상하 방향 위치를 검출하는 높이 위치 검출 센서; 및
상기 제1 헤드 및 제2 헤드의 상기 탑재 테이블에 대한 상대 이동, 및 상기 제1 헤드 및 제2 헤드에 의한 열 절단 및 기계 가공을 제어하는 제어부;
를 포함하고,
상기 제어부는,
마무리 치수에 대하여 가공 여유를 남기고 열 절단에 의해 원판에 구멍을 형성하는 구멍 절단 기능부;
상기 구멍 절단 기능부에 의해 형성된 구멍에 절삭 공구를 삽입하고, 상기 구멍의 내주면을 따라 상기 절삭 공구를 주회시킴으로써 열 절단 단면을 절삭하고, 상기 구멍을 마무리 치수로 가공하는 마무리 기능부;
열 절단에 의해 상기 절단 부재의 외주를 절단하고, 상기 원판으로부터 상기 절단 부재를 잘라내는 외주 절단 기능부; 및
열 절단된 단부재가 구멍 내에 남아있는지의 여부를 상기 제2 헤드에 장착된 절삭 공구를 상기 구멍에 삽입함으로써 단부재의 유무를 확인하는 확인 기능부
를 가지는, 복합 가공 장치.
제11항에 있어서,
상기 제2 헤드는 원판 두께의 2배 이하의 직경을 가지는 절삭 공구를 가지고 있는, 복합 가공 장치.
삭제
삭제
제11항에 있어서,
상기 제2 헤드에는 엔드밀이 장착되는, 복합 가공 장치.
제11항에 있어서,
상기 제2 헤드는 상기 절삭 공구를 구동시키기 위한 에어 모터를 가지고 있는, 복합 가공 장치.