KR101681215B1 - 핫스탬핑 금형 제조용 다축 가공장치를 이용한 핫스탬핑 금형 제조방법 - Google Patents

Abstract

금형의 제조시간이 단축되어 생산성이 향상되도록, 본 발명은 복수의 가공툴이 상호 구분되도록 매칭되어 수납되는 복수의 수납부 중 가이드홀의 가공을 위한 가이드드릴이 수납된 하나가 기설정된 툴교환위치에 위치되되, 헤드부의 X축 및 Y축 이동 및 X축을 중심축을 한 A방향 회전에 따라 상기 헤드부의 툴결합부가 상기 툴교환위치로 이동되어 상기 가이드드릴이 상기 툴결합부에 장착되는 제1단계; 금형 가공을 위한 작업대상물이 고정된 지그부의 Z축 이동 및 Z축을 중심축으로 한 C방향 회전, Y축을 중심축으로 한 B방향 회전에 따라 상기 장착된 가이드드릴이 기설정된 냉각홀의 드릴링라인과 정렬되어 건드릴의 외경에 대응되는 내경을 갖되 중앙부에 센터가이더가 함몰 형성된 가이드홀이 드릴링 형성되는 제2단계; 상기 가이드드릴이 재수납되도록 상기 툴결합부가 상기 툴교환위치로 이동되되, 상기 수납부 중 상기 건드릴이 수납된 하나가 상기 툴교환위치로 이동되어 상기 툴결합부에 상기 건드릴이 장착되는 제3단계; 및 상기 건드릴의 외주가 상기 가이드홀의 내주에 회전지지되도록 상기 장착된 건드릴이 상기 드릴링라인과 정렬되어 상기 냉각홀이 드릴링 형성되는 제4단계를 포함하는 핫스탬핑 금형 제조용 다축 가공장치를 이용한 핫스탬핑 금형 제조방법을 제공한다.

Description

핫스탬핑 금형 제조용 다축 가공장치를 이용한 핫스탬핑 금형 제조방법{method for manufacturing hot stamping mold using multi axis machining apparatus}

본 발명은 핫스탬핑 금형 제조용 다축 가공장치를 이용한 핫스탬핑 금형 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 금형의 제조시간이 단축되어 생산성이 향상되는 핫스탬핑 금형 제조용 다축 가공장치를 이용한 핫스탬핑 금형 제조방법에 관한 것이다.

최근 차량 업계에서는 차량 경량화와 안정성 향상 등의 목표에 부합하기 위해 중량 대비 강도가 높은 초고강도 강판과 같은 소재가 확대 적용되고 있다.

이때, 초고강도 강판은 낮은 성형성을 지니고 과도한 스프링백을 일으키기 때문에, 초고강도 강판의 성형시 강판을 높은 온도로 가열한 뒤 프레스로 성형하며 냉각하는 핫스탬핑 공법이 적용되고 있다.

한편, 핫스탬핑 공법의 경우, 높은 온도의 강판과 반복적인 접촉시 발생되는 열손상을 방지하고, 프레스된 강판을 신속하게 냉각시키기 위해 금형의 내부에 냉각홀이 형성된다.

이때, 상기 냉각홀은 강판과 접촉되는 금형의 표면과 인접한 부분을 따라 긴 길이의 딥홀 형식으로 형성되며, 상기 냉각홀을 형성하기 위해 건드릴을 사용하는 것이 일반적이다.

그러나, 종래에는 표면 가공된 금형을 건드릴 가공이 가능한 타업체로 맡겨, 금형의 표면 가공과 금형 내부의 냉각홀 형성이 별도로 이루어지므로 금형의 제조기간이 길어져 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.

특히, 건드릴을 통한 냉각홀 형성을 위해서는, 냉각홀의 드릴링 시작점에 냉각홀의 경사방향과 수직한 가이드면을 형성하고, 상기 가이드면에 건드릴용 가이더관을 설치하는 등 추가 공정이 요구되었으며, 가이드면과 가이더관의 설치 흔적으로 인해 금형의 강도가 저하되는 문제점이 있었다.

한국 공개특허 제10-2016-0074247호

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 금형의 제조시간이 단축되어 생산성이 향상되는 핫스탬핑 금형 제조용 다축 가공장치 및 그를 이용한 핫스탬핑 금형 제조방법을 제공하는 것을 해결과제로 한다.

상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 복수의 가공툴이 상호 구분되도록 매칭되어 수납되는 복수의 수납부 중 가이드홀의 가공을 위한 가이드드릴이 수납된 하나가 기설정된 툴교환위치에 위치되되, 헤드부의 X축 및 Y축 이동 및 X축을 중심축을 한 A방향 회전에 따라 상기 헤드부의 툴결합부가 상기 툴교환위치로 이동되어 상기 가이드드릴이 상기 툴결합부에 장착되는 제1단계; 금형 가공을 위한 작업대상물이 고정된 지그부의 Z축 이동 및 Z축을 중심축으로 한 C방향 회전, Y축을 중심축으로 한 B방향 회전에 따라 상기 장착된 가이드드릴이 기설정된 냉각홀의 드릴링라인과 정렬되어 건드릴의 외경에 대응되는 내경을 갖되 중앙부에 센터가이더가 함몰 형성된 가이드홀이 드릴링 형성되는 제2단계; 상기 가이드드릴이 재수납되도록 상기 툴결합부가 상기 툴교환위치로 이동되되, 상기 수납부 중 상기 건드릴이 수납된 하나가 상기 툴교환위치로 이동되어 상기 툴결합부에 상기 건드릴이 장착되는 제3단계; 및 상기 건드릴의 외주가 상기 가이드홀의 내주에 회전지지되도록 상기 장착된 건드릴이 상기 드릴링라인과 정렬되어 상기 냉각홀이 드릴링 형성되는 제4단계를 포함하는 핫스탬핑 금형 제조용 다축 가공장치를 이용한 핫스탬핑 금형 제조방법을 제공한다.

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이때, 상기 제1단계 및 상기 제4단계 중 적어도 어느 하나의 단계는, 상기 작업대상물의 표면 가공을 위한 베이스드릴이 상기 툴결합부에 장착되도록 상기 수납부 중 상기 베이스드릴이 수납된 하나가 상기 툴교환위치로 이동되되, 상기 툴결합부가 상기 툴교환위치로 이동되는 단계와, 상기 헤드부 및 상기 지그부의 이동 및 회전에 따라 상기 베이스드릴 및 상기 작업대상물의 상대 위치가 제어되어 상기 작업대상물의 표면이 가공되는 단계를 포함함이 바람직하다.

상기의 해결 수단을 통해서, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 종래에 금형의 표면 가공과 금형 내부의 딥홀 가공이 별도의 업체에서 이루어지는 것과 달리, 상기 매거진부에 수납된 건드릴, 베이스드릴, 가이드드릴 등의 가공툴이 가공공정단계별로 헤드부에 착탈되며 금형의 표면 가공과 금형 내부의 냉각홀 등 딥홀 가공이 하나의 다축 가공장치를 통해 동시에 수행될 수 있으므로 신속한 금형 제조가 가능하여 제품의 생산성 및 경제성이 현저히 개선될 수 있다.

둘째, 상기 헤드부가 지면과 수직방향으로 배치된 상태에서, 상기 헤드부의 X, Y축 이동 및 상기 지그부의 B, C방향 회전에 따라 상기 건드릴의 긴 길이로 인한 작업영역의 제한 없이 상기 툴결합부 및 드릴링라인이 용이하게 정렬될 수 있으며, 상기 툴결합부 및 드릴링라인의 정렬시 지그부의 승강만을 통해 드릴링 가공이 수행되므로 냉각홀과 같은 딥홀 가공의 정확성이 개선될 수 있다.

셋째, 상기 건드릴보다 짧은 길이의 가이드드릴을 통해 가이드홀이 1차 드릴링되고 상기 건드릴의 외주가 상기 가이드홀의 내주에 의해 회전 지지되므로 긴 길이로 인한 건드릴의 회전반경방향측 유동이 최소화되어 딥홀 가공시 정확성이 개선될 수 있다.

넷째, 상기 툴결합부가 툴결합위치로 이동된 상태에서, 선행 가공공정시 사용된 가공툴이 수납되도록 설정된 수납부 및 후속 가공공정시 사용될 가공툴이 수납된 수납부가 툴결합위치로 순차 이동되며, 상기 헤드부가 Y축으로 이동되도록 교환제어부 및 가공제어부가 연동됨에 따라 각 가공공정단계에 맞는 가공툴이 정확하게 수납 및 교체될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 핫스탬핑 금형 제조용 다축 가공장치를 나타낸 정면도.
도 2은 본 발명의 일실시예에 따른 핫스탬핑 금형 제조용 다축 가공장치를 나타낸 측면도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 핫스탬핑 금형 제조용 다축 가공장치를 나타낸 블록도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 핫스탬핑 금형 제조용 다축 가공장치를 이용한 핫스탬핑 금형 제조방법을 나타낸 흐름도.
도 5a 및 도 5c는 본 발명의 일실시예에 따른 핫스탬핑 금형 제조용 다축 가공장치를 이용한 핫스탬핑 금형 제조방법에서 냉각홀의 형성과정을 나타낸 예시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 핫스탬핑 금형 제조용 다축 가공장치 및 그를 이용한 핫스탬핑 금형 제조방법을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 핫스탬핑 금형 제조용 다축 가공장치를 나타낸 정면도이며, 도 2은 본 발명의 일실시예에 따른 핫스탬핑 금형 제조용 다축 가공장치를 나타낸 측면도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 핫스탬핑 금형 제조용 다축 가공장치를 나타낸 블록도이다.

도 1 내지 도 3에서 보는 바와 같이, 상기 핫스탬핑 금형 제조용 다축 가공장치(100)는 베이스프레임(10), 작업베드부(30), 헤드부(20), 툴결합부(21), 가공제어부(50)을 포함한다.

이때, 상기 핫스탬핑 금형의 내부에는 고온 가열된 강재(강판)의 프레스 가공시 냉각 등을 위한 냉각홀(f)이 구비되며, 상기 핫스탬핑 금형 제조용 다축 가공장치(100)는 상기 핫스탬핑 금형을 제조하기 위해 금형의 소재가 되는 금속재 작업대상물의 표면과 작업대상물 내부의 냉각홀(f)을 가공할 수 있는 장치를 의미한다.

여기서, 상기 베이스프레임(10)은 작업공간을 커버하도록 구비된다. 상기 작업공간은 상기 금형의 소재가 되는 금속재 작업대상물이 위치되는 공간을 의미하며, 상기 작업공간은 상기 금형의 체적과 외형을 고려한 작업대상물의 최대 크기를 초과하도록 구비됨이 바람직하다.

그리고, 상기 베이스프레임(10)은 작업베드부(30) 및 헤드부(20)이 결합되는 지지프레임과, 상기 지지프레임의 일단부에 전방측으로 절곡되도록 연결되어 후술될 매거진부(40)가 결합되는 보조프레임을 포함하여 구비됨이 바람직하다.

한편, 상기 작업베드부(30)는 Z축 방향으로 승강되도록 상기 베이스프레임(10)의 하부에 설치된다.

이때, 상기 작업베드부(30)는 볼/스크류, 랙/피니언 등의 원동기계장치를 통해 상기 베이스프레임(10)에 결합되어 승강될 수 있으며, 상기 작업베드부(30)의 상면부에는 상기 작업대상물을 고정하기 위한 지그부(31)가 구비된다.

여기서, 상기 지그부(31)는 서보모터 등의 원동장치를 통해 상기 작업베드부(30)의 상면부에 결합되어 회전될 수 있으며, 상기 작업베드부(30) 상면부의 수선방향인 Z축을 회전축으로 한 C방향으로 회전될 수 있다.

그리고, 상기 헤드부(20)는 상기 작업베드부(30)의 상부에 배치되도록 상기 베이스프레임(10)에 설치되며, 볼/스크류, 랙/피니언 등의 원동장치를 통해 X축 및 Y축으로 이동되되 서보모터 등의 원동장치를 통해 상기 X축을 중심축으로 한 A방향으로 회전되도록 구비된다.

이때, 상기 헤드부(20)의 내부에는 유압모터 등을 통해 고속 회전되는 스핀들(미도시)이 구비되며, 상기 툴결합부(21)는 상기 스핀들에 연결되어 고속 회전될 수 있다.

한편, 상기 툴결합부(21)는 상기 헤드부(20)의 하면부에 구비되되, 상기 툴결합부(21)에는 상기 금형의 가공공정단계에 대응되는 가공툴(미도시)이 선택적으로 착탈될 수 있다.

이때, 상기 가공툴(미도시)은 상기 작업대상물의 표면을 상기 금형의 표면에 대응되도록 가공하는 베이스드릴(미도시), 상기 작업대상물의 내부를 따라 냉각홀에 대응되는 긴 길이의 딥홀을 가공하는 건드릴(미도시) 등을 포함하며, 상기 툴결합부(21)는 각 드릴을 고정할 수 있는 콜렛척 등으로 구비됨이 바람직하다.

예를 들어, 상기 작업대상물의 표면을 가공하는 가공공정단계에서는 상기 베이스드릴이 상기 툴결합부(21)에 장착되며, 상기 냉각홀을 가공하는 가공공정단계에서는 상기 건드릴이 상기 툴결합부(21)에 장착될 수 있다.

여기서, 상기 툴결합부(21)는 상기 각 드릴에 대한 고정 및 풀림 상태가 자동 전환되도록 구비되되 고정 및 풀림 상태에 대한 전환 상태가 가공제어부(50)에 제어됨이 바람직하다.

이때, 상기 베이스드릴은 단부면과 측면부가 절삭날로 구비된 앤드밀 등을 의미하며, 상기 건드릴은 단부면에 절삭날이 구비되되 측면부 혹은 내부에 절삭유가 유동되는 홈 또는 홀이 형성된 긴 길이의 공구를 의미한다.

그리고, 상기 가공제어부(50)는 기설정된 금형의 외형 정보에 따라 상기 작업베드부(30), 상기 헤드부(20)의 회전 및 이동을 독립적으로 제어함으로써 상기 작업대상물 및 상기 가공툴의 상대 위치를 제어할 수 있다.

즉, 상기 가공제어부(50)는 상기 헤드부(20)의 X축 및 Y축 이동, A방향 회전, 상기 작업베드부(30)의 Z축 이동, 지그부(31)의 C방향 회전을 동시에 독립적으로 제어할 수 있으며, 이를 통해 상기 작업대상물의 각 면에 대한 경사, 곡면 가공, 상기 작업대상물의 내부에 대한 딥홀 가공 등이 이루어질 수 있다.

한편, 상기 건드릴, 상기 베이스드릴 등의 가공툴은 상기 작업베드부(30)로부터 상기 Y축에 대응되는 일측에 배치된 매거진부(40)에 수납될 수 있다. 즉, 상기 매거진부(40)는 상기 헤드부(20)의 A방향 회전 및 Y축 이동에 따라 상기 툴결합부(21)와 대향 배치 가능한 위치에 구비됨이 바람직하다.

이에 따라, 상기 매거진부(40)가 상기 작업베드부(30)의 승강에 간섭되지 않는 위치에 배치될 수 있다. 즉, 상기 작업베드부(30) 및 상기 헤드부(20)의 이동 및 회전에 따라 가공공정이 수행되는 작업공간과 간섭되지 않은 위치에서 상기 매거진부(40)를 통한 가공툴의 교환이 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 매거진부(40)는 수납부(41), 이송수단(42), 그리고 교환제어부(43)를 포함한다.

상세히, 상기 수납부(41)는 복수로 구비되며, 상기 각 수납부(41)에 상기 각 가공툴이 상호 구분되도록 매칭되어 수납될 수 있다. 즉, 하나의 수납부(41)에 하나의 가공툴이 매칭되어 수납될 수 있다.

여기서, 상기 각 수납부(41)에 상기 각 가공툴이 매칭되어 수납된다는 의미는 하나의 수납부에는 가공공정단계에 대응되는 하나의 가공툴의 수납되도록 설정된다는 의미로 이해함이 바람직하다.

이때, 상기 수납부(41)는 각 가공툴이 Y축에 대응되는 방향을 따라 수납되도록 구비됨이 바람직하다.

그리고, 상기 이송수단(42)은 상기 각 수납부(41)를 기설정된 툴교환위치(k)를 포함하는 궤적을 따라 순차적으로 회전 이송한다. 여기서, 상기 각 수납부(41)가 이송되는 궤적은 X축 및 Z축에 의해 정의되는 평면상에 설정됨이 바람직하다.

즉, 상기 수납부는 X축 및 Z축에 의해 정의된 평면을 따라 원형으로 배열된 복수개가 상호 체인 연결되어, 각 수납부가 상기 툴교환위치(k)를 통과하도록 순차 이송될 수 있으며, 상기 각 수납부(41)에 수납된 가공툴이 상호 간섭되지 않고 회전 이송될 수 있다.

그리고, 상기 툴교환위치(k)는 상기 헤드부(20)가 Y축과 평행하게 배치되도록 A방향 회전된 상태에서 상기 툴결합부(21)의 대향되는 위치에 설정됨이 바람직하다.

이에 따라, 툴교환을 위한 추가적인 구동축 없이 상기 작업대상물의 가공을 위한 헤드부(20)의 이동 및 회전을 이용하여 상기 툴결합부(21)에 가공툴이 착탈될 수 있다.

즉, 상기 툴결합부(21)가 상기 매거진부(40)를 향해 회전된 상태에서, 상기 헤드부(20)가 X축 이동하여 툴교환위치(k)와 툴결합부(21)가 정렬되면, 헤드부(20)가 Y축을 따라 매거진부(40)를 향해 이동됨에 따라 툴교환위치(k)로 이송된 수납부(41)의 가공툴이 툴결합부(21)에 장착될 수 있다.

그리고, 상기 교환제어부(43)는 상기 수납부(41) 중 상기 각 가공공정단계에 대응되는 가공툴이 수납된 하나가 상기 툴교환위치(k)로 선택 이송되도록 상기 이송수단(42)을 제어한다.

이때, 상기 교환제어부(43)에는 각 수납부(41)를 배치각도별로 구분하되, 구분된 각 수납부별로 수납대상 가공툴이 설정된 구분정보가 구비된다.

예를 들어, 상기 수납부(41)가 8개로 구비된 경우, 각 수납부(41)는 시계방향을 따라 45도 간격으로 이격 배치되며, 0도에 대응되는 첫번째 수납부로부터 315도에 대응되는 8번째 수납부까지 구분될 수 있다.

이때, 상기 구분정보는 각 수납부별로 수납되거나 수납될 가공툴의 종류 혹은 가공공정단계로 구비될 수 있다.

즉, 상기 구분정보는 첫번째 수납부에 표면 가공단계에 사용되는 베이스드릴이 수납되고, 두번째 수납부에 가이드홀 가공에 사용되는 가이드드릴이 수납되고, 세번째 수납부에 냉각홀 가공에 사용되는 건드릴이 수납된다는 정보를 포함하여 구비될 수 있다.

이때, 가공공정단계 혹은 가공툴의 종류가 선택되면, 상기 교환제어부(43)는 상기 구분정보를 통해 해당 가공툴이 수납된 수납부(41)의 배치각도를 추출하고, 상기 추출된 배치각도와 상기 툴교환위치(k) 각의 이격각도를 상기 이송수단의 현재 회전각도에 따라 보정하여, 선택된 가공툴이 수납된 수납부가 툴교환위치(k)로 이동되도록 상기 이송수단(42)을 제어할 수 있다.

이에 따라, 선행 공정단계에서 사용되어 툴결합부(21)에 기장착된 가공툴이 수납될 수납부가 상기 툴교환위치(k)에 배치될 수 있고, 후속 공정단계에서 사용될 가공툴이 수납된 수납부가 상기 툴교환위치(k)에 배치될 수 있으며, 상기 각 가공공정단계에 대응되는 가공툴이 손쉽게 수납 및 교체될 수 있다.

한편, 상기 가공툴은 상기 건드릴의 드릴링을 가이드하기 위한 가이드홀을 가공하는 가이드드릴을 더 포함함이 바람직하다.

여기서, 상기 가이드드릴은 상기 건드릴보다 짧은 길이로 구비되되, 상기 건드릴의 외경에 대응되는 외경의 절삭날을 갖는 공구로, 상기 가이드드릴의 단부에는 센터가이더를 형성하기 위한 돌출부가 구비됨이 바람직하다.

즉, 상기 가이드홀은 상기 건드릴의 외경에 대응되는 내경을 갖되, 중앙부에 센터가이더가 함몰 형성되며, 내부에 건드릴이 삽입되면 건드릴이 유동 없이 드릴링방향으로 정렬된 상태를 유지할 수 있는 길이로 구비됨이 바람직하다.

이때, 상기 가공제어부(50)는 상기 툴결합부(21)가 상기 툴교환위치(k)와 정렬되도록 상기 헤드부(20)의 X축 이동 및 A방향 회전을 제어하며, 상기 가공툴 중 선행 가공공정단계에 대응되는 하나가 수납부에 수납되되 후속 가공공정단계에 대응되는 다른 하나가 상기 툴결합부(21)에 장착되도록 상기 교환제어부(43)와 연동되어 상기 헤드부(20)의 Y축 이동을 제어함이 바람직하다.

여기서, 선행 가공공정단계는 현재 툴결합부(21)에 장착된 가공툴을 이용한 가공공정단계를 의미하며, 후속 가공공정단계는 기장착된 가공툴의 분리후 교환된 가공툴을 이용한 가공공정단계를 의미하는 것으로 이해함이 바람직하다.

즉, 상기 툴결합부(21)는 헤드부(20)의 X축 이동 및 A방향 회전을 통해 상기 툴교환위치(k)와 정렬되되, 상기 매거진부(40)로부터 Y축으로 이격된 위치로 이동될 수 있다.

이때, 상기 교환제어부(43)는 상기 구분정보에 따라 선행 가공공정단계에서 사용된 가공툴이 수납될 수납부가 상기 툴교환위치(k)로 이동되도록 상기 이송수단(42)을 제어한다.

그리고, 상기 수납부가 상기 툴교환위치(k)로 이동되면, 선행 가공공정단계의 가공툴이 이동된 수납부로 수납되도록 상기 툴결합부(21)가 상기 매거진부(40)를 향해 Y축 이동되며, 상기 수납된 가공툴이 상기 툴결합부(21)로부터 분리되도록 상기 툴결합부(21)가 상기 매거진부(40)로부터 Y축으로 이격된 위치로 이동된다.

이때, 상기 기장착된 가공툴의 분리 및 수납이 완료되면, 상기 교환제어부(43)는 상기 구분정보에 따라 후행 가공공정단계에 사용될 가공툴이 수납된 수납부가 상기 툴교환위치(k)로 이동되도록 상기 이송수단(42)을 제어한다.

그리고, 상기 수납부가 상기 툴교환위치(k)로 이동되면, 가공툴이 분리된 상태의 툴결합부(21)가 상기 매거진부(40)를 향해 Y축 이동되며, 상기 수납부에 수납된 가공툴이 상기 툴결합부(21)에 결합될 수 있다.

이처럼, 상기 교환제어부(43) 및 상기 가공제어부(50)가 연동되어, 수납부의 회전 및 상기 헤드부(20)의 Y축 이동이 연계 제어되므로 각 가공공정단계에 따라 가공툴이 손쉽게 수납 및 교체될 수 있다.

이때, 상기 지그부(31)는 Y축을 중심축으로 한 B방향 회전되도록 구비되며, 상기 지그부(31)의 B방향 회전은 상기 가공제어부(50)에 의해 제어될 수 있다.

즉, 상기 작업베드부(30)의 내부에는 회전공간(k)이 구비되며, 상기 회전공간(k)에 Y축을 중심축으로 한 B방향으로 회전되는 회전베드부(32)가 구비되고, 상기 회전베드부(32)의 상면부에 상기 지그부(31)가 C방향 회전되도록 구비됨이 바람직하다.

이때, 상기 헤드부(20)에 상기 베이스드릴이 장착된 상태에서는 상기 작업베드부(30) 및 지그부(31)의 Z축 이동, C방향 회전, 헤드부(20)의 X, Y축 이동 및 A방향 회전을 통해 상기 작업대상물의 표면을 가공할 수 있다.

이에 따라, 상기 베이스드릴 및 상기 작업대상물 간의 상대 위치 제어가 일반적인 5축 가공 장치와 동일한 알고리즘으로 용이하게 수행될 수 있다.

그리고, 상기 헤드부(20)에 상기 건드릴 내지 상기 가이드드릴이 장착되면, 상기 헤드부(20)가 A방향 회전되어 상기 툴결합부(21)가 수직방향으로 배치된 상태에서 상기 헤드부(20)의 X, Y축 이동, 상기 지그부(31)의 B, C방향 회전에 따라, 툴결합부(21) 및 상기 작업대상물의 드릴링 위치가 정렬되고, 상기 지그부(31)가 Z축으로 승강되어 냉각홀이나 가이드홀 등의 드릴링 가공이 수행될 수 있다.

이에 따라, 상기 건드릴의 긴 길이로 인한 작업영역의 제한이 최소화되고 냉각홀 등의 딥홀 가공이 원활하게 수행될 수 있다.

한편, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 핫스탬핑 금형 제조용 다축 가공장치를 이용한 핫스탬핑 금형 제조방법을 나타낸 흐름도이며, 도 5a 및 도 5c는 본 발명의 일실시예에 따른 핫스탬핑 금형 제조용 다축 가공장치를 이용한 핫스탬핑 금형 제조방법에서 냉각홀의 형성과정을 나타낸 예시도이다.

도 4 내지 도 5c에서 보는 바와 같이, 상기 핫스탬핑 금형 제조용 다축 가공장치를 이용한 핫스탬핑 금형 제조방법은 다음과 같은 과정으로 이루어진다.

먼저, 상기 가이드드릴(22)이 수납된 수납부가 상기 툴교환위치(k)에 위치되도록 상기 교환제어부(43)에 의해 이송수단(42)이 제어되되, 상기 툴결합부(21)가 상기 툴교환위치(k)로 정렬되어 이동되도록 상기 헤드부(20)의 X축 및 Y축 이동 및 A방향 회전이 상기 가공제어부(50)에 의해 제어된다(s10).

이때, 상기 툴결합부(21)에 건드릴(23) 또는 베이스드릴 등의 가공툴이 기장착된 경우에는, 상기 가공툴이 기장착된 툴결합부(21)가 상기 툴교환위치(k)로 정렬 이동되되, 상기 건드릴(23) 또는 베이스드릴이 수납되도록 설정된 수납부 및 상기 가이드드릴(22)이 수납된 수납부가 상기 툴교환위치(k)로 순차 이동되며 상기 툴결합부(21)가 Y축 이동되도록 상기 가공제어부(50) 및 상기 교환제어부(43)가 연동됨이 바람직하다.

즉, 상기 헤드부(20)의 X축 이동 및 A방향 회전에 따라 상기 툴결합부(21) 및 상기 툴교환위치(k)가 정렬되면, 기장착된 가공툴이 수납될 수납부가 툴교환위치(k)로 이동되고 상기 헤드부(20)가 Y축으로 이동되어 기장착된 가공툴이 상기 툴결합부(21)로부터 분리되어 수납부에 수납될 수 있다.

그리고, 상기 툴결합부(21)가 상기 툴교환위치(k)에서 Y축 방향으로 후퇴되고, 상기 가이드드릴(22)이 수납된 수납부가 툴교환위치(k)로 이동된 후 상기 툴결합부(21)가 Y축 방향으로 이동되어 상기 툴결합부(21)에 상기 가이드드릴(22)이 장착될 수 있다.

이처럼, 상기 수납부의 이동 및 상기 헤드부의 Y축 이동이 연계 제어됨에 따라 각 가공공정단계별로 기사용된 가공툴이 수납부에 재수납되고 후속 사용될 가공툴이 상기 툴결합부(21)에 장착되는 툴교환이 정확하게 이루어질 수 있다.

그리고, 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 상기 툴결합부(21)에 가이드드릴(22)이 장착되면, 상기 지그부의 Z축 이동 및 B방향 회전, C방향 회전, 상기 헤드부(20)의 X, Y축 이동, A방향 회전이 상기 가공제어부(50)에 의해 제어되어 상기 장착된 가이드드릴(22)이 기설정된 냉각홀(f)의 드릴링라인(d)과 정렬되어 이동된다(s20).

여기서, 상기 헤드부(20)는 지면과 수직한 방향으로 배치되도록 A방향 회전된 상태에서, 상기 헤드부(20)의 X, Y축 이동 및 상기 지그부의 B방향 회전, C방향 회전에 따라 상기 가이드드릴(22)이 상기 드릴링라인(d)과 정렬 배치된다.

이때, 가이드드릴(22)이 상기 드릴링라인(d)과 정렬 배치되면, 상기 가공제어부(50)는 상기 헤드부(20)의 스핀들을 구동하며, 상기 지그부(31) 내지 상기 작업베드부(30)의 Z방향 승강에 따라 상기 스핀들에 의해 고속 회전되는 가이드드릴(22)이 상기 드릴링라인(d)을 따라 가이드홀(e)을 형성할 수 있다.

여기서, 상기 가이드드릴(22)은 상기 건드릴(23)보다 짧은 길이로 구비되어 상기 툴결합부(21)에 결합된 상태에서 회전반경방향으로의 흔들림이 최소화될 수 있으며, 가이드홀(e)이 정확한 형태로 드릴링될 수 있다.

그리고, 상기 가이드드릴(22)은 상기 건드릴(23)의 외경에 대응되는 외경의 절삭날을 갖되, 단부에 쐐기형의 돌출부(22a)가 구비된다.

이에 따라, 상기 드릴링라인(d)에서 상기 작업대상물의 표면과 인접한 단부측에 상기 건드릴(23)의 외경에 대응되는 내경을 갖는 가이드홀(e)이 형성될 수 있으며, 상기 돌출부(22a)에 의해 상기 가이드홀(e)의 중앙부에 센터가이더(g)가 함몰 형성될 수 있다.

이때, 상기 가이드홀(e)의 길이는 상기 건드릴(23)의 첨단부를 안내 가능한 길이로 구비됨이 바람직하다. 즉, 상기 가이드홀(e)은 상기 드릴링라인(d)의 방향과 상기 작업대상물의 표면 각도를 고려하여, 내부에 삽입된 상기 건드릴(23)의 첨단부측 외주를 원주방향으로 완전하게 지지할 수 있는 깊이로 형성됨이 바람직하다.

이에 따라, 상기 가이드홀(e)은 상기 센터가이더(g)를 통해 상기 건드릴(23)의 드릴링 시작점을 안내할 수 있으며, 내부에 삽입된 건드릴(23)의 외주를 지지하여 긴 길이로 인한 건드릴(23)의 회전반경방향측의 유동을 최소화시킬 수 있다.

한편, 상기 가이드홀(e)이 형성되면(s20), 상기 가이드드릴(22)이 재수납되도록 상기 툴결합부(21)가 상기 툴교환위치(k)로 이동된다(s30).

즉, 상기 가이드드릴(22)이 수납되도록 설정된 수납부가 툴교환위치(k)로 이동되고 상기 툴결합부(21)가 상기 툴교환위치(k)로부터 Y축으로 이격된 위치로 정렬된 상태에서 Y축을 따라 상기 매거진부(40)를 향해 이동되며 상기 가이드드릴(22)이 상기 툴결합부(21)로부터 분리되어 상기 수납부에 재수납될 수 있다.

그리고, 상기 가이드드릴(22)이 분리된 툴결합부(21)가 상기 Y축을 따라 상기 매거진부(40)로부터 이격되도록 이동된 후, 상기 건드릴(23)이 수납된 수납부가 상기 툴교환위치(k)로 이동된다.

이때, 상기 툴결합부(21)가 Y축을 따라 상기 매거진부(40)를 향해 이동됨에 따라 상기 건드릴(23)이 상기 툴결합부(21)에 장착될 수 있다(s30).

한편, 도 5b 내지 도 5c를 참조하면, 상기 건드릴(23)이 장착되면(s30), 상기 헤드부(20)가 A방향 회전되어, 지면과 수직한 방향으로 배치되며, 상기 헤드부(20)의 X축 및 Y축 이동, 상기 지그부(31)의 B, C방향 회전을 통해 상기 툴결합부(21)가 상기 가이드홀(e)과 대향되도록 상기 드릴링라인(d)과 정렬 배치된다.

이때, 상기 건드릴(23)과 상기 가이드홀(e)이 대향 배치되면, 상기 지그부(31) 내지 상기 작업베드부(30)의 Z방향 승강에 따라 상기 건드릴(23)의 첨단부가 상기 가이드홀(e)에 삽입된다.

그리고, 상기 헤드부(20)의 스핀들이 구동되며, 상기 지그부(31)가 Z방향 승강에 따라 상기 스핀들에 의해 고속 회전되는 건드릴(23)이 상기 드릴링라인(d)을 따라 냉각홀(f)을 형성할 수 있다.

이처럼, 상기 헤드부(20)가 지면과 수직방향으로 배치된 상태에서, 상기 헤드부(20)의 X, Y축 이동 및 상기 지그부(31)의 B, C방향 회전에 따라, 상기 건드릴의 긴 길이로 인한 작업 영역의 제한 없이 상기 툴결합부(21) 및 드릴링라인(d)이 용이하게 정렬될 수 있다.

또한, 상기 툴결합부(21) 및 상기 드릴링라인(d)이 정렬되면, 상기 건드릴(23)이 지면과 수직방향으로 배치된 상태에서 상기 지그부(31) 내지 상기 작업베드부(30)의 승강만을 통해 드릴링 가공이 수행되므로 냉각홀(f)과 같은 딥홀 가공의 정확성이 개선될 수 있다.

더욱이, 상기 건드릴(23)의 첨단이 상기 가이드홀(e)의 센터가이더(g)에 의해 안내되고, 상기 건드릴(23)의 외주가 상기 가이드홀(e)의 내주에 의해 회전 지지되므로, 긴 길이로 인한 건드릴(23)의 회전반경방향측 유동이 최소화될 수 있으며, 냉각홀(f)과 같은 딥홀 가공시 정확성이 개선될 수 있다.

이에 따라, 종래에 건드릴을 통한 드릴링시 가이드면을 형성하고, 가이드면에 건드릴용 가이더관을 설치하는 등의 번거로운 추가 작업 없이도 정확한 딥홀 가공이 가능하다.

한편, 상기 가이드홀(e)의 형성을 위한 가이드드릴(22) 장착 단계(s10)의 이전 혹은 상기 냉각홀(f)의 형성 단계(s40) 이후에 상기 작업대상물의 표면이 가공될 수 있다.

이때, 상기 작업대상물의 표면 가공을 위한 베이스드릴(미도시)이 상기 툴결합부(21)에 장착되도록 상기 수납부 중 상기 베이스드릴이 수납된 하나가 상기 툴교환위치(k)로 이동되되, 상기 툴결합부(21)가 상기 툴교환위치로 이동된다.

물론, 상기 툴결합부(21)에 베이스드릴 이외의 다른 가공툴이 장착된 경우에는 해당 가공툴이 수납되도록 설정된 수납부가 먼저 툴교환위치(k)로 이동되어 툴결합부(21)에 장착된 가공툴이 재수납된 후 베이스드릴이 수납된 수납부가 툴교환위치(k)로 이동되도록 상기 툴결합부(21)의 Y축 이동 및 상기 수납부의 회전이 연계 제어될 수 있다.

그리고, 상기 툴결합부(21)에 상기 베이스드릴이 장착되면, 상기 스핀들의 구동을 통해 베이스드릴이 고속회전되는 상태에서, 상기 헤드부(20)의 X축 및 Y축 이동, A방향 회전, 상기 작업베드부(30)의 Z축 승강, 상기 지그부의 C방향 회전에 따라 상기 베이스드릴 및 상기 작업대상물의 상대 위치가 제어된다.

이때, 상기 베이스드릴은 첨단과 측면부가 절삭날로 구비된 앤드밀 등으로 상기 베이스드릴이 상기 금형의 외형 정보에 대응되도록 상기 작업대상물의 표면을 따라 이동되며, 상기 작업대상물의 표면이 가공될 수 있다.

이처럼, 상기 매거진부(40)에 수납된 건드릴, 베이스드릴, 가이드드릴 등의 가공툴이 금형의 가공공정단계에 따라 상기 헤드부(20)에 선택적으로 착탈되며, 금형의 표면 가공과 금형 내부의 냉각홀 등 딥홀 가공이 하나의 다축 가공장치를 통해 동시에 수행될 수 있다.

이에 따라, 종래에 금형의 표면 가공과 금형 내부의 딥홀 가공이 별도의 업체에 의해 이루어지는 것과 달리, 배송 등으로 인한 지연 없이 신속한 금형 제조가 가능하여 제품의 생산성 및 경제성이 현저히 개선될 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 각 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 청구항에서 청구하는 범위를 벗어남 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형 실시되는 것은 가능하며, 이러한 변형 실시는 본 발명의 범위에 속한다.

100: 다축 가공장치 10: 베이스프레임
20: 헤드부 21: 툴결합부
30: 작업베드부 31: 지그부
40: 매거진부 41: 수납부
42: 이송수단 43: 교환제어부
50: 가공제어부

Claims (5)

1. 복수의 가공툴이 상호 구분되도록 매칭되어 수납되는 복수의 수납부 중 가이드홀의 가공을 위한 가이드드릴이 수납된 하나가 기설정된 툴교환위치에 위치되되, 헤드부의 X축 및 Y축 이동 및 X축을 중심축을 한 A방향 회전에 따라 상기 헤드부의 툴결합부가 상기 툴교환위치로 이동되어 상기 가이드드릴이 상기 툴결합부에 장착되는 제1단계;
   금형 가공을 위한 작업대상물이 고정된 지그부의 Z축 이동 및 Z축을 중심축으로 한 C방향 회전, Y축을 중심축으로 한 B방향 회전에 따라 상기 장착된 가이드드릴이 기설정된 냉각홀의 드릴링라인과 정렬되어 건드릴의 외경에 대응되는 내경을 갖되 중앙부에 센터가이더가 함몰 형성된 가이드홀이 드릴링 형성되는 제2단계;
   상기 가이드드릴이 재수납되도록 상기 툴결합부가 상기 툴교환위치로 이동되되, 상기 수납부 중 상기 건드릴이 수납된 하나가 상기 툴교환위치로 이동되어 상기 툴결합부에 상기 건드릴이 장착되는 제3단계; 및
   상기 건드릴의 외주가 상기 가이드홀의 내주에 회전지지되도록 상기 장착된 건드릴이 상기 드릴링라인과 정렬되어 상기 냉각홀이 드릴링 형성되는 제4단계를 포함하는 핫스탬핑 금형 제조용 다축 가공장치를 이용한 핫스탬핑 금형 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1단계 및 상기 제4단계 중 적어도 어느 하나의 단계는,
   상기 작업대상물의 표면 가공을 위한 베이스드릴이 상기 툴결합부에 장착되도록 상기 수납부 중 상기 베이스드릴이 수납된 하나가 상기 툴교환위치로 이동되되, 상기 툴결합부가 상기 툴교환위치로 이동되는 단계와,
   상기 헤드부 및 상기 지그부의 이동 및 회전에 따라 상기 베이스드릴 및 상기 작업대상물의 상대 위치가 제어되어 상기 작업대상물의 표면이 가공되는 단계를 포함함을 특징으로 하는 핫스탬핑 금형 제조용 다축 가공장치를 이용한 핫스탬핑 금형 제조방법.
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