KR101978198B1

KR101978198B1 - 모바일 가공기용 주축헤드

Info

Publication number: KR101978198B1
Application number: KR1020170087566A
Authority: KR
Inventors: 김창주; 노승국; 박천홍
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2017-07-11
Filing date: 2017-07-11
Publication date: 2019-05-14
Also published as: KR20190006644A

Abstract

모바일 가공기용 주축헤드는 주축유닛, 회전부, 지지유닛, 하부 고정유닛 및 구동유닛들을 포함한다. 상기 주축유닛은 끝단에 공구부가 고정된다. 상기 회전부는 상기 주축유닛에 대하여 슬라이딩되도록 상기 주축유닛의 하단에 고정된다. 상기 지지유닛은 상기 회전부에 고정되며 공작물의 표면에 탈부착된다. 상기 하부 고정유닛은 상기 회전부에 대하여 회전가능하도록 상기 회전부의 외면에 결합된다. 상기 복수의 구동유닛들은 상기 주축유닛 및 상기 하부고정유닛 각각과 회전가능하도록 동시에 연결된다.

Description

모바일 가공기용 주축헤드{MAIN SPINDLE HEAD FOR A MOBILE MACHINES}

본 발명은 가공기용 주축헤드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 별도의 공작기계용 고정 구조물을 생략하여 공작물 상에서 자유롭게 이송이 가능한 모바일 가공기에 사용되는 모바일 가공기용 주축헤드에 관한 것이다.

전통적으로 가공기 또는 공작기계는 공작물을 가공하는 공구를 고정하며, 상기 공구를 공작물 상에서 필요한 위치로 이송시키기 위한 고정 프레임, 이송 가이드 등의 기계 구조물을 포함한다. 이 경우, 공구와 공작물이 모두 이동이 가능한 베드 구조를 포함하도록 구성될 수도 있으나, 이러한 경우에도 고정된 형태의 기계 구조물을 필수적으로 포함한다.

이상과 같이, 공작기계가 기계 구조물을 포함함에 따라, 특히, 대형 공작물을 가공하는 경우, 공작기계의 기계 구조물이 커져야 하는 문제가 있으며, 나아가 복합 가공을 수행하여야 하는 경우, 매 가공시마다 해당 공작기계에 좌표를 일치시켜야 하는 등의 문제가 있어, 보다 효과적인 가공의 수행에 어려움이 있다.

이러한 전통적인 공작기계를 통한 가공 상의 문제를 해결하기 위해, 특히 대형 공작물의 가공이나, 복합 가공 등이 필요한 경우, 기존의 공작기계의 기계 구조물을 생략한 이동형 가공기가 개발되고 있다.

이러한 이동형 가공기의 대표적인 기술로 대한민국 공개특허 제10-2016-0025439호에서는 대형 공작물의 복합 가공에 효과적으로 사용될 수 있으며 보다 안정적인 구조를 가지는 이동형 가공기 이송기구를 개시하고 있으며 이를 통해, 대형 공작물의 가공에 있어 필요한 위치로의 효과적인 이송이 가능한 기술이 개발되었다.

그러나, 이동형 가공기를 통해 직접 대형 공작물을 가공하기 위해서는 가공을 수행하는 주축 헤드에 대한 정밀한 설계가 필요하지만, 현재까지 이동형 가공기에서 주축 헤드의 구조 등에 대한 기술은 개발되지 못하고 있는 상황이다.

대한민국 공개특허 제10-2016-0025439호

이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 상대적으로 큰 절삭력에도 안정적인 구조로 보다 정밀하고 정확한 가공이 가능하며, 다양한 형태의 대형 공작물에 대하여 복합 가공시 다양한 자세로 가공을 수행할 수 있는 모바일 가공기용 주축헤드에 관한 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 모바일 가공기용 주축헤드는 주축유닛, 회전부, 지지유닛, 하부 고정유닛 및 구동유닛들을 포함한다. 상기 주축유닛은 끝단에 공구부가 고정된다. 상기 회전부는 상기 주축유닛에 대하여 슬라이딩되도록 상기 주축유닛의 하단에 고정된다. 상기 지지유닛은 상기 회전부에 고정되며 공작물의 표면에 탈부착된다. 상기 하부 고정유닛은 상기 회전부에 대하여 회전가능하도록 상기 회전부의 외면에 결합된다. 상기 복수의 구동유닛들은 상기 주축유닛 및 상기 하부고정유닛 각각과 회전가능하도록 동시에 연결된다.

일 실시예에서, 상기 구동유닛들 각각에 인가되는 구동력에 의해, 상기 회전부가 상기 주축유닛에 대하여 슬라이딩되고 상기 하부 고정유닛에 대하여 회전되어, 상기 공구부의 위치가 설정될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 회전부 및 상기 지지유닛은 상기 주축유닛에 대하여 상기 주축유닛의 연장방향으로만 이송될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 공작물에 대한 가공시 상기 회전부 및 상기 지지유닛은 상기 주축유닛에 대하여 상부방향으로 슬라이딩되어, 상기 공구부가 상기 지지유닛의 하부로 돌출될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 지지유닛은, 상기 회전부에 연결되는 고정지지부, 상기 고정지지부로부터 평행하게 연장되는 복수의 연장지지부들, 및 상기 연장지지부들 각각의 끝단에 연결되며 공작물의 표면에 탈부착되는 복수의 발판부들을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 회전부의 외면은 구(sphere)의 일부 형상을 가질 수 있다.

일 실시예에서, 상기 하부 고정유닛은 서로 수직인 제1 및 제2 방향들이 형성하는 제1 평면에 평행하게 위치하며, 상기 회전부, 상기 주축유닛 및 상기 지지유닛은 상기 제1 평면의 임의의 축을 기준으로 회전될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 주축유닛은, 상기 회전부가 슬라이딩되는 슬라이딩부, 상기 슬라이딩부의 상측에 연결되는 바디부, 및 상기 바디부의 외면을 따라 고정되는 상부 고정유닛을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 구동유닛들 각각은, 상기 상부 고정유닛에 회전가능하도록 연결되는 상부 연결부재, 및 상기 하부 고정유닛에 회전가능하도록 연결되는 하부 연결부재를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 상부 및 하부 연결부재들 각각은 볼 조인트(ball joint)를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 구동유닛들 각각은, 상기 상부 연결부재에 연결되는 구동부, 상기 구동부의 하부 방향으로 연장되는 연장부, 및 상기 연장부로부터 연장되며 상기 하부 연결부재에 연결되는 고정부를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 구동부는 상기 연장부 상에서 상기 연장부의 연장방향을 따라 슬라이딩되며 상기 주축유닛의 위치를 변화시킬 수 있다.

본 발명의 실시예들에 의하면, 구동유닛으로 인가되는 구동력에 의해, 주축유닛 및 이에 연결된 공구부가 다양한 위치 및 다양한 자세로 고정된 상태에서 공작물에 대한 가공을 수행할 수 있으므로, 특히 다양한 형태의 대형 공작물에 대한 모바일 가공을 효율적으로 수행할 수 있다.

보다 구체적으로, 구동유닛에 인가되는 구동력에 의해 구동유닛들 각각은 슬라이딩 구동만 하지만, 상기 구동유닛, 상기 주축유닛, 상기 지지유닛, 상기 회전부 및 상기 하부 고정유닛 등의 결합관계를 통하여 상기 주축유닛이 2축을 중심으로 한 회전운동 및 1축 직선운동이 가능하므로, 다양한 자세로 위치할 수 있어, 모바일 가공의 효율적 수행이 가능하다.

즉, 상기 주축유닛에 고정된 회전부는 외면이 볼 형태로 형성되며 하부 고정유닛에 대하여 회전 가능하도록 연결되고, 상기 구동유닛은 상부는 바디부에 볼 조인트로 회전 가능하도록 연결되고 하부는 상기 하부 고정유닛에 볼 조인트로 회전 가능하도록 연결됨으로써, 상기와 같은 다양한 자세로의 위치가 가능하다.

특히, 상기 하부 고정유닛이 연장되는 평면상의 임의의 축을 중심으로 상기 주축유닛이 회전이 가능하도록 설계됨에 따라, 보다 정확한 위치에서 보다 정밀하게 상기 다양한 형태의 공작물의 가공이 가능하게 되어, 모바일 가공의 장점을 보다 잘 구현할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 모바일 가공기를 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 모바일 가공기용 주축헤드를 도시한 사시도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2의 모바일 가공기용 주축헤드의 주축유닛이 상하방향으로 이동하는 상태를 도시한 측면도들이다.
도 4는 도 2의 모바일 가공기용 주축헤드의 주축유닛이 회전하는 상태를 도시한 측면도이다.
도 5a 및 도 5b는 도 2의 모바일 가공기용 주축헤드의 주축유닛이 X축 및 Y축으로 회전하는 상태의 예들을 도시한 사시도들이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 종래 기술에 의한 모바일 가공기를 도시한 개념도이다.

도 1을 참조하면, 종래 기술에 의한 모바일 가공기(1)는 상대적으로 큰 대형 공작물(2)의 표면상에서 가공을 수행하되, 상기 공작물(2)의 표면 상에서 가공이 필요한 위치로 이동된 상태에서 가공을 수행하는 것을 특징으로 한다.

즉, 종래 전통적인 가공기에서 고정 프레임에서 제한적으로 고정된 위치에서만 공작물을 가공하는 형태가 아닌, 공작물(2) 상에서 필요한 위치로 이동되어 해당 위치에서 가공을 수행하는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 공작물(2)은 대형 공작물이면서도, 표면이 소정의 곡률을 가지는 등의 다양한 형상을 가질 수 있으므로, 상기 모바일 가공기(1)는 상기 다양한 형상의 공작물의 표면에서 다양한 자세로 위치하면서 상기 공작물(2)에 대한 가공을 수행할 필요가 있다.

이에, 본 발명의 일 실시예에 의한 하기 모바일 가공기용 주축헤드(10)는 상기 예시된 모바일 가공기(1)의 주축헤드로 장착될 수 있으며, 이를 통해 다양한 형상을 가지는 공작물(2)의 표면에서 다양한 자세로 위치한 상태로 상기 공작물(2)에 대한 가공을 수행할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 모바일 가공기용 주축헤드를 도시한 사시도이다.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 의한 모바일 가공기용 주축헤드(10)는 주축유닛(100), 복수의 구동유닛들(200, 300, 400), 하부 고정유닛(500), 회전부(600) 및 지지유닛(700)을 포함한다.

상기 주축유닛(100)은 전체적으로 원통형 형상을 가지는 가공기의 주축에 해당되는 것으로, 끝단에는 공구부(140)가 고정되고, 바디부(110), 슬라이딩부(120) 및 상부 고정유닛(130)을 포함한다.

상기 바디부(110)는 원통형 형상을 가지며 끝단에 고정된 공구부(140)의 회전을 위한 회전 스핀들(미도시)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 바디부(110)의 상측으로부터는 상기 회전 스핀들의 구동을 위한 구동력, 제어신호 또는 윤활유 등을 제공하는 제공 라인이 연결된다.

상기 슬라이딩부(120)는 상기 바디부(110)의 하측으로 연장되며, 내측에 상기 회전 스핀들(미도시)을 포함할 수 있다. 즉, 상기 공구부(140)를 회전시키는 회전 스핀들은 상기 바디부(110) 및 상기 슬라이딩부(120) 중 어느 하나 또는 상기 바디부(110) 및 상기 슬라이딩부(120)에 걸쳐 위치할 수 있다.

상기 슬라이딩부(120)의 외면을 따라서는 후술되는 상기 회전부(600)가 슬라이딩되며, 상기 회전부(600)의 슬라이딩을 가이드하기 위한 슬라이딩 가이드(121)가 형성된다.

상기 상부 고정유닛(130)은 상기 바디부(110)의 외면을 따라 고정되며, 내부가 개구된 링(ring) 형상을 가진다.

상기 상부 고정유닛(130)에는 후술되는 상기 복수의 구동유닛들(200, 300, 400)이 회전 가능하도록 고정된다.

이 경우, 상기 상부 고정유닛(130)의 외면에는 복수의 제1 연결부들(131)이 형성되며, 상기 제1 연결부들(131)을 통해 상기 구동유닛들(200, 300, 400)과 연결된다.

상기 공구부(140)는 상기 공작물을 가공하는 것으로, 상기 공작물의 가공을 수행하는 경우 후술되는 상기 지지유닛(700)의 하부방향으로 돌출되어 상기 공작물의 표면에 직접 가공을 수행하게 된다.

상기 주축유닛(100)은 상기 모바일 가공기용 주축헤드(10)의 중앙에 위치하면서, 다양한 위치로 자세를 변경할 수 있고, 이에 따라 상기 공구부(140)는 상기 공작물의 외면의 형태에 따라 다양한 자세에서 상기 공작물에 대한 가공을 수행할 수 있다.

상기 복수의 구동유닛들(200, 300, 400)은 예를 들어, 제1 내지 제3 구동유닛들(200, 300, 400)을 포함할 수 있으며, 이와 달리 다양한 개수의 구동유닛들이 구비될 수도 있다.

상기 제1 내지 제3 구동유닛들 각각은 모두 동일한 구조, 형상 및 동작을 가지므로 이하에서는 제1 구동유닛(200)을 중심으로 설명한다.

상기 제1 구동유닛(200)은 제1 구동부(210), 제1 연장부(220) 및 제1 고정부(230)를 포함한다.

상기 제1 구동부(210)는 외부로부터 구동력을 제공받아 상기 제1 구동유닛(200)을 구동시킨다. 즉, 상기 제1 구동부(210)는 구동모터가 내부에 포함될 수 있다.

상기 제1 연장부(220)는 상기 제1 구동부(210)로부터 제공되는 구동력을 통해, 상기 제1 구동부(210)에 대하여 상하방향으로 이송된다. 즉, 상기 제1 연장부(220)의 길이는 상기 제1 구동부(210)의 구동에 따라 연장되거나 축소되도록 동작된다.

상기 제1 고정부(230)는 후술되는 상기 하부 고정유닛(500)의 외면에 고정된다.

상기 제1 구동부(210)는 내측방향으로 연장되는 제1 상부 연결부재(211)를 통해 상기 상부 고정유닛(130)의 제1 연결부(131)에 연결된다. 이 경우, 상기 제1 구동부(210)는 상기 제1 연결부(131)와 회전 가능하도록 연결되며, 이를 위해 상기 제1 상부 연결부재(211)는 볼 조인트(ball joint)일 수 있다.

그리하여, 상기 제1 구동부(210)는 상기 상부 고정유닛(130)에 대하여 다양한 위치로 위치할 수 있게 된다.

한편, 상기 제1 구동유닛(200) 외에, 상기 제2 및 제3 구동유닛들(300, 400)도 상기 제1 연결부(131)를 통해 상기 상부 고정유닛(130)에 대하여 회전 가능하도록 제2 및 제3 상부 연결부재들(311, 411)을 통해 연결된다. 그리하여, 상기 제2 및 제3 구동유닛들(300, 400)의 제2 및 제3 구동부들(310, 410)도 상기 상부 고정유닛(130)에 대하여 다양한 위치로 위치할 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 상기 구동유닛들은 3개의 제1 내지 제3 구동유닛들(200, 300, 400)을 포함하므로, 상기 제1 내지 제3 구동유닛들(200, 300, 400)은 120도(ㅀ)의 간격으로 상기 바디부(110)의 외면을 따라 위치한 상기 제1 연결부(131)에 각각 연결되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 고정부(230)도 내측방향으로 연장되는 제1 하부 연결부재(231)를 통해 상기 하부 고정유닛(500)의 제2 연결부(501)에 연결된다. 이 경우, 상기 제1 고정부(230)는 상기 제2 연결부(501)와 회전 가능하도록 연결되며, 이를 위해 상기 제1 하부 연결부재(231)는 볼 조인트(ball joint)일 수 있다.

그리하여, 상기 제1 고정부(230)는 상기 하부 고정유닛(500)에 대하여 다양한 위치로 위치할 수 있게 된다.

한편, 상기 제1 구동유닛(200) 외에, 상기 제2 및 제3 구동유닛들(300, 400)도 상기 제2 연결부(501)를 통해 상기 하부 고정유닛(500)에 대하여 회전 가능하도록 제2 및 제3 하부 연결부재들(331, 431)을 통해 연결된다. 그리하여, 상기 제2 및 제3 구동유닛들(300, 400)의 제2 및 제3 고정부들(330, 430)도 상기 하부 고정유닛(500)에 대하여 다양한 위치로 위치할 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 실시예에서는 상기 구동유닛들은 3개의 제1 내지 제3 구동유닛들(200, 300, 400)을 포함하므로, 상기 제1 내지 제3 구동유닛들(200, 300, 400)은 120도(ㅀ)의 간격으로 상기 슬라이딩부(120)의 외면을 따라 연결되는 상기 제2 연결부(501)에 각각 연결되는 것이 바람직하다.

이상과 같이, 상기 제1 내지 제3 구동유닛들(200, 300, 400) 각각은 상측의 제1 내지 제3 구동부들(210, 310, 410)은 상기 주축유닛(100) 중 상측의 바디부(110)에 회전 가능하도록 볼 조인트로 연결되고, 하측의 제1 내지 제3 고정부들(230, 330, 430)은 상기 주축유닛(100) 중 하측의 슬라이딩부(120)에 회전 가능하도록 볼 조인트로 연결된다.

또한, 상기 제1 내지 제3 구동유닛들(200, 300, 400) 각각은 개별적으로 구동되어 상기 제1 내지 제3 연장부들(220, 320, 420)의 길이를 축소 또는 연장한다.

그리하여, 상기 주축유닛(100)은 상기 하부 고정유닛(500)에 대하여 다양한 자세로 위치할 수 있으며, 이에 대한 구체적인 설명은 도면을 참조하여 후술한다.

상기 회전부(600)는 상기 주축유닛(100)의 슬라이딩부(120)에 슬라이딩이 가능하도록 결합된다. 즉, 상기 회전부(600)는 내측은 상기 슬라이딩부(120)의 슬라이딩 가이드(121)에 슬라이딩되도록 결합된다.

한편, 상기 회전부(600)의 외면은 구(sphere)의 일부 형상으로 형성된다. 즉, 상기 회전부(600)는 구 형상 중 상측 및 하측을 잘라내어 중앙부만 남긴 형상으로, 상기 하부 고정유닛(500)의 높이만큼의 높이를 가지면서 외면은 구의 외면 형상을 가진다.

결국, 상기 회전부(600)는 중앙을 상기 슬라이딩부(120)가 관통하며 슬라이딩 결합되며, 외면에는 상기 하부고정유닛(500)이 결합된다. 이 경우, 상기 회전부(600)는 상기 하부 고정유닛(500)의 내측에서 다양한 방향으로 회전이 가능하도록 결합된다.

상기 하부 고정유닛(500)은 내측에는 상기 회전부(600)가 회전이 가능하도록 연결되고, 외면에는 복수의 제2 연결부들(501)이 고정되며, 상기 제2 연결부들(501) 각각에는 전술한 바와 같이 상기 제1 내지 제3 하부 연결부재들(231, 331, 431)이 볼 조인트 형태로 결합된다.

그리하여, 상기 하부 고정유닛(500)에 대하여, 상기 제1 내지 제3 구동유닛들(200, 300, 400) 및 상기 주축유닛(100)은 다양한 위치 및 자세로 상대적인 동작이 가능하게 된다.

상기 지지유닛(700)은 상기 회전부(600)의 하측에 고정되며, 도시하지는 않았으나 이동시나 위치 설정시 상기 공작물의 표면에 탈부착된다.

보다 구체적으로, 상기 지지유닛(700)은 고정지지부(710), 연장지지부(720) 및 발판부(730)를 포함한다.

상기 고정지지부(710)는 상기 회전부(600)의 하측에 고정되며 소정 두께의 플레이트 형상으로 상기 회전부(600)의 하측을 지지한다.

상기 연장지지부(720)는 상기 고정지지부(710)로부터 평행한 방향으로 연장되며, 도시된 바와 같이, 예를 들어 3개의 방향으로 서로 120도(ㅀ)의 각을 이루면서 연장될 수 있다.

상기 발판부(730)는 상기 연장지지부(720)의 끝단에 하측 방향으로 연장되고, 상기 발판부(730)의 하측 끝단에는 상기 공작물에 부착될 수 있는 부착면이 형성된다. 이 경우, 상기 부착면은 상기 공작물과 고정 또는 탈착될 수 있는 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 도시된 바와 같이 내부에 진공을 형성하며 고정되거나 탈착되는 압축 고무판의 형태로 형성될 수 있다.

상기 지지유닛(700)은 상기 회전부(600)에 대하여 상대적으로 이동되지 않도록 고정되며, 이에 따라 상기 회전부(600)가 상기 하부 고정유닛(500)에 대하여 자세가 변경되면 상기 지지유닛(700)도 상기 하부 고정유닛(500)에 대하여 자세가 변경된다.

이에 따라, 상기 공작물의 표면의 형태가 다양하게 변경되는 경우, 상기 발판부(730)는 다양한 자세로 위치할 수 있으므로, 상기 다양한 형태의 공작물의 표면에 탈부착이 가능하게 된다.

한편, 상기 발판부(730)는 상기 모바일 가공기용 주축헤드(10)가 상기 공작물에 대한 가공을 시작하기 전, 상기 공작물 상에서 이동되거나 상기 공작물에 대하여 가공위치가 설정된 후에는 상기 공작물의 표면으로부터 탈착되며, 상기 공구부(140)가 상기 지지유닛(700)의 하부로 도출된다. 그리하여, 상기 공작물에 대한 가공이 수행될 수 있다.

이하에서는 도면을 참조하여, 보다 구체적인 상기 모바일 가공기용 주축헤드(10)의 자세 변화에 대하여 설명한다.

도 3a 및 도 3b는 도 2의 모바일 가공기용 주축헤드의 주축유닛이 상하방향으로 이동하는 상태를 도시한 측면도들이다.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 상기 제1 내지 제3 구동유닛들(200, 300, 400)이 도 3a에 도시된 바와 같이, 동일한 위치에서 위치한 상태에서, 상기 제1 내지 제3 구동부들(210, 310, 410)이 구동되어 상기 제1 내지 제3 연장부들(220, 320, 420)의 연장길이가 동일한 길이만큼 축소되면, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 하부 고정유닛(500) 및 상기 회전부(600)는 상기 슬라이딩부(120) 상에서 제3 방향을 따른 상부방향(+Z축 방향)으로 슬라이딩되며 이동된다.

그리하여, 상기 공구부(140)는 제3 방향을 따른 하부방향(-Z축 방향)으로 돌출되며, 공작물에 근접하게 된다.

즉, 상기 제1 내지 제3 연장부들(220, 320, 420)이 상기 제3 방향(Z축)을 따라 서로 동일한 길이만큼 축소 또는 확장되도록 구동되면, 상기 회전부(600)는 상기 하부 고정유닛(500)에 대하여 회전하지 않으며 상기 슬라이딩부(120)를 따라 상기 제3 방향으로만 슬라이딩된다.

도 4는 도 2의 모바일 가공기용 주축헤드의 주축유닛이 회전하는 상태를 도시한 측면도이다.

도 4를 참조하면, 상기 주축유닛(100)의 회전과 관련하여, 상기 제1 및 제3 구동유닛들(200, 400)의 구동방향과 상기 제2 구동유닛(300)의 구동방향이 서로 다른 경우, 상기 회전부(600)는 상기 하부 고정유닛(500)에 대하여 회전한다.

즉, 상기 제1 구동부(210)의 구동에 따라 상기 제1 연장부(220)의 길이가 증가하고, 상기 제2 구동부(310)의 구동에 따라 상기 제2 연장부(320)의 길이는 감소하고, 상기 제3 구동부(410)의 구동에 따라 상기 제3 연장부(420)의 길이가 상기 제1 연장부(220)의 길이와 동일하게 증가하면, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 회전부(600)는 상기 하부 고정유닛(500)에 대하여 상기 제3 방향(Z)에 수직인 제1 방향(X)을 중심으로 시계 방향으로 회전한다.

또한, 상기 회전부(600)가 상기 하부 고정유닛(500)에 대하여 회전함에 따라, 상기 회전부(600)에 고정된 상기 지지유닛(700) 및 상기 회전부(600)에 대하여 상하방향으로만 슬라이딩되는 상기 주축유닛(100)도 상기 하부 고정유닛(500)에 대하여 동일한 양만큼 회전하게 된다.

이 경우, 상기 회전하는 양(θ)은 상기 제1 및 제3 연장부들(220, 420)과 상기 제2 연장부(320)의 상대적인 길이 차이에 따라 결정되므로, 상기 제1 내지 제3 구동부들(210, 310, 410)의 구동을 제어하여 결정할 수 있다.

한편, 도 4에서는 상기 회전부(600)가 상기 하부 고정유닛(500)에 대하여 특정 방향으로 회전하는 예를 도시하였으나, 상기 제1 내지 제3 연장부들(220, 320, 420)의 상대적인 길이 차이를 제어함으로써 회전하는 방향 및 회전하는 양을 제어할 수 있음은 자명하다.

이 경우, 상기 회전부(600)가 상기 하부 고정유닛(500)에 대하여 상대적으로 제3 방향(Z)을 회전축으로 회전하는 것을 방지하기 위해, 상기 회전부(600)의 외면에는 핀(610)이 고정되며, 상기 하부 고정유닛(500)의 내면에는 상기 핀(610)의 움직임을 구속하는 스롯(510)이 가공되어 있다.

이상에서는 상기 회전부(600)가 제3 방향(Z)을 따라서만 슬라이딩되거나, 제1 방향(X)을 기준으로 회전하는 것만 예시하였으나, 슬라이딩 동작 및 회전 동작이 다양하게 조합됨으로써 다양한 위치로의 자세변경이 가능하게 된다.

다만, 상기 도 4에 도시된 바와 같은, 제1 방향을 기준으로한 회전은 상기 회전부(600)의 외면의 형태에 따라 제한될 수 있으며, 예를 들어 상기 회전각(θ)은 +20도(ㅀ) 내지 ??20도(ㅀ) 범위일 수 있다.

도 5a 및 도 5b는 도 2의 모바일 가공기용 주축헤드의 주축유닛이 X축 및 Y축으로 회전하는 상태의 예들을 도시한 사시도들이다.

도 5a에 도시된 바와 같이, 상기 제1 내지 제3 구동유닛들(200, 300, 400)에서 상기 제1 내지 제3 구동부들(210, 310, 410)의 구동에 의해 상기 제1 내지 제3 연장부들(220, 320, 420)의 길이를 각각 변화시킬 수 있으며, 이를 통해 상기 회전부(600)가 상기 하부 고정유닛(500)에 대하여 제1 방향(X)을 중심으로 회전할 수 있다.

이 경우, 상기 회전부(600)에 고정된 상기 지지유닛(700) 및 상기 주축유닛(100)도 상기 하부 고정유닛(500)에 대하여 제1 방향(X)을 중심으로 회전하게 된다.

또한, 상기 제1 방향을 중심으로 한 회전양 및 상기 주축유닛(100) 상에서의 상기 회전부(600)의 슬라이딩 양은 상기 제1 내지 제3 구동부들(210, 310, 410)에 의해 개별적으로 구동되는 상기 제1 내지 제3 연장부들(220, 320, 420) 각각의 길이에 따라 제어된다.

마찬가지로, 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 제1 내지 제3 구동유닛들(200, 300, 400)에서 상기 제1 내지 제3 구동부들(210, 310, 410)의 구동에 의해 상기 제1 내지 제3 연장부들(220, 320, 420)의 길이를 각각 변화시킬 수 있으며, 이를 통해 상기 회전부(600)가 상기 하부 고정유닛(500)에 대하여 상기 제1 및 제3 방향들에 모두 수직인 제2 방향(Y)을 중심으로 회전할 수 있다.

이 경우, 상기 회전부(600)에 고정된 상기 지지유닛(700) 및 상기 주축유닛(100)도 상기 하부 고정유닛(500)에 대하여 제2 방향(Y)을 중심으로 회전하게 된다.

나아가, 도시하지는 않았으나, 상기 회전부(600)가 상기 하부 고정유닛(500)에 대하여 회전하는 회전축은 상기 제1 방향(X) 및 상기 제2 방향(Y) 외에, 상기 제1 평면(XY 평면) 상의 임의의 축일 수 있으며, 이에 따라 상기 회전부(600)는 상기 하부 고정유닛(500)에 대하여 다양한 자세로 회전된 상태로 위치할 수 있다.

또한, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 회전부(600)는 상기 슬라이딩부(120) 상에서 상하방향으로 슬라이딩될 수 있다.

즉, 본 실시예에서의 상기 모바일 가공기용 주축헤드(10)는 상기 제1 및 제2 방향들에 의해 형성되는 제1 평면상의 임의의 축을 기준으로 회전될 수 있으며, 나아가 상기 주축유닛(100)의 연장방향을 따라 이송이 가능하므로, 이른바 2축 회전 및 1축 직선이송이 가능하게 된다.

따라서, 상기 회전 상태 및 슬라이딩 상태의 조합을 통해, 상기 주축유닛(100) 끝단에 위치한 상기 공구부(140)는 상기 하부 고정유닛(500)에 대하여 다양한 위치 및 자세로 위치할 수 있으며, 이에 따라 모바일 가공에서 공작물의 형상이나 가공이 필요한 위치와 무관하게 효과적인 가공을 수행할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 모바일 가공기용 주축헤드는 모바일 가공기의 주축헤드에 사용될 수 있는 산업상 이용 가능성을 갖는다.

10 : 모바일 가공기용 주축헤드 100 : 주축유닛
110 : 바디부 120 : 슬라이딩부
130 : 상부 고정유닛 140 : 공구부
200 : 제1 구동유닛 210 : 제1 구동부
220 : 제1 연장부 230 : 제1 고정부
211 : 제1 상부연결부재 231 : 제1 하부연결부재
300 : 제2 구동유닛 400 : 제3 구동유닛
500 : 하부 고정유닛 600 : 회전부
700 : 지지유닛 710 : 고정지지부
720 : 연장지지부 730 : 발판부

Claims

끝단에 공구부가 고정된 주축유닛;
상기 주축유닛에 대하여 슬라이딩되도록 상기 주축유닛의 하단에 고정되는 회전부;
상기 회전부에 고정되며 공작물의 표면에 탈부착되는 지지유닛;
상기 회전부에 대하여 회전가능하도록 상기 회전부의 외면에 결합되는 하부고정유닛; 및
상기 주축유닛 및 상기 하부고정유닛 각각과 회전가능하도록 동시에 연결되는 복수의 구동유닛들을 포함하는 모바일 가공기용 주축헤드.
제1항에 있어서,
상기 구동유닛들 각각에 인가되는 구동력에 의해,
상기 회전부가 상기 주축유닛에 대하여 슬라이딩되고 상기 하부 고정유닛에 대하여 회전되어, 상기 공구부의 위치가 설정되는 것을 특징으로 하는 모바일 가공기용 주축헤드.
제1항에 있어서,
상기 회전부 및 상기 지지유닛은 상기 주축유닛에 대하여 상기 주축유닛의 연장방향으로만 이송되는 것을 특징으로 하는 모바일 가공기용 주축헤드.
제3항에 있어서,
상기 공작물에 대한 가공시 상기 회전부 및 상기 지지유닛은 상기 주축유닛에 대하여 상부방향으로 슬라이딩되어, 상기 공구부가 상기 지지유닛의 하부로 돌출되는 것을 특징으로 하는 모바일 가공기용 주축헤드.
제3항에 있어서, 상기 지지유닛은,
상기 회전부에 연결되는 고정지지부;
상기 고정지지부로부터 평행하게 연장되는 복수의 연장지지부들; 및
상기 연장지지부들 각각의 끝단에 연결되며 공작물의 표면에 탈부착되는 복수의 발판부들을 포함하는 것을 특징으로 하는 모바일 가공기용 주축헤드.
제3항에 있어서,
상기 회전부의 외면은 구(sphere)의 일부 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 모바일 가공기용 주축헤드.
제6항에 있어서,
상기 하부 고정유닛은 서로 수직인 제1 및 제2 방향들이 형성하는 제1 평면에 평행하게 위치하며,
상기 회전부, 상기 주축유닛 및 상기 지지유닛은 상기 제1 평면의 임의의 축을 기준으로 회전되는 것을 특징으로 하는 모바일 가공기용 주축헤드.
제1항에 있어서, 상기 주축유닛은,
상기 회전부가 슬라이딩되는 슬라이딩부;
상기 슬라이딩부의 상측에 연결되는 바디부; 및
상기 바디부의 외면을 따라 고정되는 상부 고정유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 모바일 가공기용 주축헤드.
제8항에 있어서, 상기 구동유닛들 각각은,
상기 상부 고정유닛에 회전가능하도록 연결되는 상부 연결부재; 및
상기 하부 고정유닛에 회전가능하도록 연결되는 하부 연결부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 모바일 가공기용 주축헤드.
제9항에 있어서,
상기 상부 및 하부 연결부재들 각각은 볼 조인트(ball joint)를 포함하는 것을 특징으로 하는 모바일 가공기용 주축헤드.
제9항에 있어서, 상기 구동유닛들 각각은,
상기 상부 연결부재에 연결되는 구동부;
상기 구동부의 하부 방향으로 연장되는 연장부; 및
상기 연장부로부터 연장되며 상기 하부 연결부재에 연결되는 고정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 모바일 가공기용 주축헤드.
제11항에 있어서,
상기 구동부는 상기 연장부 상에서 상기 연장부의 연장방향을 따라 슬라이딩되며 상기 주축유닛의 위치를 변화시키는 것을 특징으로 하는 모바일 가공기용 주축헤드.