KR101986184B1

KR101986184B1 - 티타늄 및 티타늄합금의 가공방법

Info

Publication number: KR101986184B1
Application number: KR1020190002656A
Authority: KR
Inventors: 이전행
Original assignee: 이전행
Priority date: 2019-01-09
Filing date: 2019-01-09
Publication date: 2019-06-05

Abstract

본 발명은 순차적으로 이루어진 소재공급부, CNC 공작부, 및 후처리부로 이루어진 장치를 이용하여 티타늄 및 티타늄합금으로 이루어진 소재를 가공하는 방법으로, 상기 소재를 소재공급부를 통하여 CNC 공작부로 전달하는 단계; 상기 CNC 공작부에서 상기 소재를 절삭가공하는 단계; 및 가공이 완료된 소재를 후처리부에서 후처리하는 단계;로 이루어지고, 상기 CNC 공작부는 내부에 작업공간을 구비하는 하우징과, 상기 하우징 내부의 작업공간에 구비되는 고정척, 팁부재, 백스핀들(back spindle), 커터, 유체분사부재 및 상기 하우징의 일측에 구비되어 상기 소재공급부에서 전달되는 소재가 유입되는 개구부로 이루어지는 소재유입홀을 포함하고, 상기 고정척은 상기 소재를 고정시키고, 상기 팁부재는 상기 소재를 절삭가공하고, 상기 백스핀들은 상기 고정척에 대면하도록 구비되어 상기 고정척에서 상기 소재를 전달받아 소재를 고정시키고, 상기 커터는 상기 소재를 절단하며, 상기 유체분사부재는 상기 소재로 물을 분사하도록 구비되는 티타늄 및 티타늄합금 가공방법에 관한 것이다.

Description

티타늄 및 티타늄합금의 가공방법 {METHODS FOR PROCESSING TITANIUM AND TITANIUM ALLOYS}

본 발명은 티타늄 및 티타늄합금의 가공방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고가로 형상제어가 어려운 티타늄 티타늄합금을 로스가 없이 효율적으로 가공하고, 정밀한 형상으로 제어가 가능한 티타늄 및 티타늄합금의 가공방법에 관한 것이다.

일반적으로, 기계구조용 재료는 강 또는 강의 합금으로 이루어진 금속이 많이 사용되어 왔고, 이 중 티타늄 또는 티타늄 합금이나, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 등이 주로 사용되고 있다.

티타늄은 알루미늄보다 높은 용융점으로, 대략 1400℃ 이상이고 이에 항공기의 엔진, 터빈, 우주선 외관 등에 널리 사용되고 있다. 또한, 티타늄 및 이를 포함하는 티타늄합금은 높은 비강도, 고인성, 고내식성, 경량성 등의 특성을 가지고 있는 것으로서, 항공우주산업, 전자산업, 해양산업, 생체의료산업, 스포츠산업 등 산업분야 전반에 걸쳐 사용되고 있으며 그 수요가 증가하고 있는 추세에 있다.

특히, 티타늄 또는 티타늄합금 재료는 인체에 무해하고 생체적합성(bio-compatibility)이 우수한 소재로서, 현재 의료용 제품의 제조에도 많이 활용되고 있다.

하지만, 티타늄 또는 티타늄합금 재료는 용융점이 높고 고온에서 쉽게 산화하는 등의 단점이 있으며, 티타늄 소재류나 기계부품류 등을 제조함에 있어 우수한 기계적 강도를 유지하는 형태로 제조하는데 기술적 한계 및 어려움이 존재하는 실정에 있다.

또한, 티타늄 또는 티타늄합금은 절삭 가공이 용이하지 않아 난삭재(難削材)로 분류되고 재료의 가격이 높아 국내에서는 티타늄 또는 티타늄 합금에 대한 절삭특성의 연구가 미흡하고, 이에 티타늄 또는 티타늄합금을 이용하여 항공기 부품이나 발전용 터빈 블레이드를 가공하는 업체에서는 대다수가 정확한 가공조건으로 절삭하기 보다는 숙련된 작업자의 가공경험을 기반으로 공정이 수행되는 현실이다.

이에, 티타늄 또는 티타늄합금을 절삭 등의 가공을 보다 효율적으로 수행하기 위하여 다양한 연구가 진행되고 있다.

(선행특허) 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0061779호

본 발명의 목적은 티타늄 또는 티타늄합금을 재현성있게 가공할 수 있는 티타늄 및 티타늄합금의 가공방법을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 고가의 티타늄 또는 티타늄합금을 로스없이 가공할 수 있고, 티타늄 및 티타늄합금의 재료 공급이 자동화되어 공정효율이 향상된 티타늄 및 티타늄합금의 가공방법을 제공하기 위함이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 가공 대상물인 소재를 자동으로 공급함으로써 공정효율이 향상되고, 가공시 배출되는 칩에 의한 가공 공간의 간섭을 방지할 수 있는 티타늄 및 티타늄합금의 가공방법을 제공하기 위함이다.

본 발명의 일측면에 따르면, 본 발명의 실시예들은 순차적으로 이루어진 소재공급부, CNC 공작부, 및 후처리부로 이루어진 장치를 이용하여 티타늄 및 티타늄합금으로 이루어진 소재를 가공하는 방법으로, 상기 소재를 소재공급부를 통하여 CNC 공작부로 전달하는 단계; 상기 CNC 공작부에서 상기 소재를 절삭가공하는 단계; 및 가공이 완료된 소재를 후처리부에서 후처리하는 단계;로 이루어질 수 있다.

상기 CNC 공작부는 내부에 작업공간을 구비하는 하우징과, 상기 하우징 내부의 작업공간에 구비되는 고정척, 팁부재, 백스핀들(back spindle), 커터, 유체분사부재 및 상기 하우징의 일측에 구비되어 상기 소재공급부에서 전달되는 소재가 유입되는 개구부로 이루어지는 소재유입홀을 포함할 수 있다.

상기 고정척은 상기 소재를 고정시키고, 상기 팁부재는 상기 소재를 절삭가공하고, 상기 백스핀들은 상기 고정척에 대면하도록 구비되어 상기 고정척에서 상기 소재를 전달받아 소재를 고정시키고, 상기 커터는 상기 소재를 절단하며, 상기 유체분사부재는 상기 소재로 물을 분사하도록 구비될 수 있다.

상기 소재공급부는 상기 소재를 상기 고정척의 내부의 관통부로 자동으로 공급하고, 상기 소재공급부는 순차적으로 로딩부, 이송부 및 언로딩부로 이루어지되 상기 언로딩부는 상기 소재유입홀에 인접하게 구비될 수 있다.

상기 로딩부와 언로딩부는, 상기 소재를 지지하는 로딩지지판, 상기 로딩지지판의 하부에 구비되어 상기 로딩지지판을 일방향으로 이송시키는 로딩컨베이어벨트, 상기 로딩컨베이어벨트의 하부에 구비되어 상기 로딩지지판을 상부 및 하부로 이동시키는 로딩샤프트, 및 상기 로딩지지판에 구비되어 상기 소재의 위치를 센싱하는 로딩센서로 이루어질 수 있다.

상기 이송부는, 상기 로딩부와 언로딩부 사이에 구비되어 상기 로딩부에서 전달받은 소재를 지지하는 이송지지판, 및 상기 이송지지판의 하부에 구비되어 상기 이송지지판을 일방향으로 이송시키는 이송컨베이어벨트로 이루어질 수 있다.

상기 이송지지판의 상부에는 상기 소재에 마찰력을 제공하여 상기 소재가 미끄러지는 것을 방지하는 실리콘부재가 더 구비되고, 상기 실리콘부재의 외면에는 복수개의 돌기가 형성되고, 상기 로딩부는 상기 이송부보다 상부측에 위치하도록 구비된 후 상기 로딩부로 상기 소재가 적재되고, 상기 로딩부의 로딩샤프트의 이동에 의하여 상기 로딩부는 상기 로딩지지판이 상기 이송지지판에 대응하도록 하부측으로 이송하고, 상기 로딩부의 로딩컨베이어의 이동에 의하여 상기 소재는 상기 로딩부에서 상기 이송부로 전달되고, 상기 이송부에서 상기 이송컨베이어에 의하여 상기 소재는 상기 이송부의 후단에서 상기 이송부의 전단으로 이송되고, 상기 언로딩부는 상기 이송부에서 소재를 전달받고 상기 로딩샤프트에 의하여 상기 이송부보다 상부측으로 이송되고, 상기 언로딩부는 상기 소재를 상기 소재유입홀을 통하여 상기 고정척의 관통부로 전달할 수 있다.

상기 CNC 공작부는 상기 소재유입홀을 가역적으로 덮는 개폐판과, 상기 개폐판을 이동시키는 개폐실린더로 이루어지는 소재공급개폐부를 더 포함하고, 상기 고정척은 내부에 홀의 형태로 관통부를 구비하는 원통형으로 구비되고, 상기 고정척의 전면은 상기 팁부재에 대면하고 상기 고정척의 후면은 상기 소재유입홀에 대면하고, 상기 언로딩부로 상기 소재가 전달되어 상기 언로딩부가 상부측으로 이송하는 경우, 상기 언로딩부에 구비된 로딩센서는 제어부로 전달하여 상기 제어부는 상기 개폐실린더를 작동시켜 상기 개폐판을 이동시키고, 상기 소재유입홀을 통하여 유입되는 소재는 상기 관통부를 통과하여 상기 고정척의 전면으로 배출될 수 있다.

상기 소재는 막대형태의 장선재로 구비되고, 상기 소재는 상기 소재공급부에서 순차적으로 로딩부, 이송부 및 언로딩부를 통하여 상기 소재유입홀로 전달되며, 상기 소재는 상기 소재유입홀을 통과하여 상기 고정척의 관통부에 안착되어 고정되고, 상기 고정척은 상기 소재를 고정하면서 회전하고, 상기 팁부재는 상기 소재를 전면부를 절삭가공하고, 가공이 완료된 소재는 상기 고정척에 대면하도록 구비되는 백스핀들로 전달되어 상기 소재의 전면부는 상기 백스핀들에 삽입되어 고정되고, 상기 백스핀들과 상기 고정척에 의하여 고정된 소재는 상기 커터에 의하여 절단되고, 상기 백스핀들에 의하여 고정된 소재는 상기 소재의 후면부가 노출되도록 구비되어 상기 팁부에 의하여 상기 소재의 후면부가 절삭가공될 수 있다.

상기 CNC 공작부는 상기 소재유입홀을 가역적으로 덮는 개폐판과, 상기 개폐판을 이동시키는 개폐실린더로 이루어지는 소재공급개폐부를 더 포함하고, 상기 소재유입홀은 원형의 홀과 상기 홀을 에워싸도록 사각형의 단면으로 단차지도록 구비되는 단차부로 이루어지고, 상기 개폐판은 상기 단차부보다 작은 면적으로 구비되어 상기 단차부에 삽입되어 슬라이딩 이동하도록 구비되어 상기 홀을 가역적으로 개폐할 수 있다.

상기 소재는 회전하는 고정척과 함께 회전하면서 상기 팁부재와 접촉하여 절삭가공되고, 상기 팁부재는 상기 소재의 전면부의 측면에 접촉하면서 일정 간격으로 진동운동하도록 구비되고, 상기 진동운동은 상기 소재가 회전하는 방향으로 시계 또는 반시계 방향으로 왕복이동하고, 상기 소재에서 팁부재에 의하여 절삭되는 부분인 칩은 소정 단위로 절단되어 구비될 수 있다.

상기 유체분사부재는 가공되는 소재를 향하여 물과 상기 물을 둘러싸도록 공기를 분사하는 헤드부와, 상기 헤드부에서 상기 헤드부를 지지하도록 자바라형태로 연결되어 헤드부의 위치를 변형시키는 자바라부, 및 상기 헤드부에 연결되되 상기 자바라부를 일단에서 타단까지 헬리컬형태로 감싸도록 구비되는 노즐부로 이루어지고, 상기 헤드부의 전면은 중심부에 물이 분사되는 물분사영역과, 상기 물분사영역을 감싸도록 테두리부에서 공기가 분사되는 공기분사영역으로 이루어지며, 상기 자바라부의 내부를 통하여 물이 통과하여 상기 헤드부의 물분사영역으로 전달되고, 상기 노즐부의 내부를 통과하여 공기가 통과하여 상기 헤드부의 공기분사영역으로 전달되며, 상기 공기는 상기 노즐부가 에워싸는 자바라부의 내부를 통과하는 물을 냉각시키는 냉매로 작용할 수 있다.

상기 하우징은 상기 작업공간의 하부에서 상기 유체분사부에서 분사되는 물의 흐름을 가이드하도록 내측으로 오목하게 구비되는 유체가이드부가 구비되는 바디부를 더 포함하고, 상기 유체가이드부는 상기 소재와 상기 팁부재에 나란하게 구비되는 메인흐름부와, 상기 메인흐름부를 중심으로 상기 메인흐름부의 일측 및 타측에서 상기 메인흐름부보다 작은 직경으로 상기 메인흐름부에 수직하게 구비되는 제1 사이드흐름부와 제2 사이드흐름부를 포함하고, 상기 제1 사이드흐름부는 상기 메인흐름부의 일단에서 복수개가 서로 이격되어 구비되고, 상기 제2 사이드흐름부는 상기 메인흐름부의 타단에서 복수개가 서로 이격되어 구비되되 상기 제1 사이드흐름부에 대응하지 않도록 상기 제1 사이드흐름부와 교대로 구비되며, 상기 제1 및 제2 사이드흐름부는 상기 메인흐름부를 향하는 방향으로 경사지도록 구비되어 상기 물과 함께 유동하는 칩이 상기 제1 및 제2 사이드흐름부에서 상기 메인흐름부로 유동할 수 있다.

상기 바디부는 내부에 공간을 구비하는 박스형태로 이루어지는 탑부와 상기 탑부의 하부에 구비되어 탄성력을 제공하는 버퍼부 및 상기 버퍼부의 하부에서 상기 버퍼부를 보호하는 바텀부로 이루어지며, 상기 탑부는 상기 작업공간에 구비되는 장치를 지지하도록 스테인리스 스틸로 이루어지되 상기 공간에는 노즐이 연결되어 상기 유체가이드부에서 전달되는 물과 칩을 수납한 후 상기 노즐을 통하여 상기 물과 칩을 외부로 배출하고, 상기 버퍼부는 내부에 탄소섬유를 구비한 우레탄폼으로 이루어지고, 상기 바텀부는 판상형으로 구비되는 스테인리스 스틸로 이루어지고, 상기 버퍼부에는 복수개의 위치센서가 구비되어 상기 바디부에 의하여 지지되는 장치에 의하여 상기 바디부의 위치변동을 측정하고, 상기 위치센서는 측정된 위치변동을 제어부로 전달하며, 상기 위치센서는 상기 버퍼부에서 모서리와 중심에 각각 구비될 수 있다.

이상 살펴본 바와 같은 본 발명에 따르면, 티타늄 또는 티타늄합금을 재현성있게 가공할 수 있는 티타늄 및 티타늄합금의 가공방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 고가의 티타늄 또는 티타늄합금을 로스없이 가공할 수 있고, 티타늄 및 티타늄합금의 재료 공급이 자동화되어 공정효율이 향상된 티타늄 및 티타늄합금의 가공방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 가공 대상물인 소재를 자동으로 공급함으로써 공정효율이 향상되고, 가공시 배출되는 칩에 의한 가공 공간의 간섭을 방지할 수 있는 티타늄 및 티타늄합금의 가공방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 티타늄 및 티타늄합금 가공방법에 의하여 가공된 소재의 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 티타늄 및 티타늄합금 가공방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 티타늄 및 티타늄합금의 가공장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 CNC 공작부를 나타낸 사시도이다.
도 5은 도 4의 고정척이 소재를 고정한 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6는 소재유입홀과 소재공급개폐부의 작동상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7는 고정척에 고정된 소재가 팁부재에 의하여 절삭가공되는 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7의 팁부재에 의하여 소재의 외면이 가공되는 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9은 고정척에 고정된 소재가 본 발명의 다른 실시예에 따른 팁부재에 의하여 절삭가공되는 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 10은 도 9의 팁부재에 의하여 소재의 외면이 가공되는 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 11는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 팁부재의 사시도이다.
도 12은 도 11의 팁부재의 메인팁과 사이드팁의 분해사시도이다.
도 13은 도 3의 유체공급부의 사시도이다.
도 14는 도 13의 헤드부를 나타낸 도면이다.
도 15은 도 13의 바디부를 상부면에서 도시한 도면이다.
도 16는 도 15의 A-A (a) 및 B-B (b)에 따른 단면을 도시한 도면이다.
도 17는 도 15의 C-C에 따른 단면도이다.
도 18은 도 17의 버퍼부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 19은 도 3의 소재공급부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 20은 본 실시예에서 소재가 고정척에서 백스핀들에 전달되는 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 21는 본 실시예에 따라 CNC 공작부에서 가공된 소재에 대해서 가공순서를 도시한 도면이다.
도 22은 도 21의 가공된 소재의 상부방향에서 도시한 도면이다.
도 23은 도 21의 가공된 소재의 하부방향에서 도시한 도면이다.
도 24는 도 22의 D-D에 따른 단면도이다.
도 25은 도 3의 후처리부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 26는 본 발명의 그 외의 실시예에 따라 전처리부가 추가된 상태를 도시한 도면이다.
도 27는 도 26의 전처리부를 개략적으로 도시한 도면이다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 매체를 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 도면에서 본 발명과 관계없는 부분은 본 발명의 설명을 명확하게 하기 위하여 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

이하, 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 본 발명은 순차적으로 이루어진 소재공급부(100), CNC 공작부(200), 및 후처리부(300)로 이루어진 장치를 이용하여 티타늄 및 티타늄합금으로 이루어진 소재(1)를 가공하는 방법으로, 상기 소재(1)를 소재공급부(200)를 통하여 CNC 공작부(200)로 전달하는 단계; 상기 CNC 공작부(200)에서 상기 소재(1)를 절삭가공하는 단계; 및 가공이 완료된 소재(1)를 후처리부(300)에서 후처리하는 단계;로 이루어질 수 있다.

상기 소재공급부(100)는 상기 소재(1)를 외부에서 상기 CNC 공작부(200)로 자동으로 공급할 수 있어 공정의 효율성을 향상시킬 수 있으며, 상기 CNC 공작부(200)의 작업공간(201)과 외부와의 불필요한 접촉을 차단시킬 수 있어 이물질 등의 유입을 방지할 수 있다.

상기 CNC 공작부(200)에서는 하우징(210)의 내부에 구비되는 작업공간(201)에서 소재(1)를 제어부(290)에 입력된 설계치에 대응하도록 가공할 수 있다.

상기 후처리부(300)에서는 가공이 완료된 소재(1)를 CNC 공작부(200)에서 바로 전달받아 후처리할 수 있는데, 이에 상기 소재(1)와 공기, 이물질 등과의 접촉 시간을 단축시키고, 바로 표면처리 등을 수행함으로써 상기 소재(1)의 물성을 보다 향상시킬 수 있다.

상기 CNC 공작부(200)는 내부에 작업공간(201)을 구비하는 하우징(210)과, 상기 하우징(210) 내부의 작업공간(201)에 구비되는 고정척(220), 팁부재(230), 백스핀들(back spindle)(240), 커터(250), 유체분사부재(260) 및 상기 하우징(210)의 일측에 구비되어 상기 소재공급부(100)에서 전달되는 소재(1)가 유입되는 개구부의 형태로 이루어지는 소재유입홀(270)을 포함할 수 있다.

상기 하우징(210)은 내부에 소재(1)를 가공할 수 있는 다양한 장치 등이 구비되는 작업공간(201)을 포함할 수 있고, 상기 작업공간(201)과 외부를 차단 및 연통시킬 수 있는 하우징도어(211)가 구비될 수 있다. 또한, 상기 작업공간(201)에는 팁부재(230)과 커터(250)를 이송시키고 제어하는 공구부(231)가 구비될 수 있다.

상기 CNC 공작부(200)에서 가공 대상물인 소재(1)는 다양한 품목일 수 있고, 그에 따라 고정척(220)의 형상이나 공구부(231)에 장착된 팁부재(230)과 커터(250) 역시 다양하게 교체, 변경될 수 있다. 다만, 특정 품목의 대량생산 체제하에서는 CNC 공작부(200)를 해당 품목에 맞게 하우징(210)의 크기나 고정척(220)의 형상 및 공구부(231)에 장착된 팁부재(230)과 커터(250)의 종류를 특정하기도 한다.

상기 고정척(220)은 상기 소재(1)를 고정시키고, 상기 팁부재(230)는 상기 소재(1)를 절삭가공하고, 상기 백스핀들(240)은 상기 고정척(220)에 대면하도록 구비되어 상기 고정척(220)에서 상기 소재(1)를 전달받아 소재(1)를 고정시키고, 상기 커터(250)는 상기 소재(1)를 절단하며, 상기 유체분사부재(260)는 상기 소재(1)로 물을 분사하도록 구비될 수 있다.

상기 CNC 공작부(200)는 소재(1)를 가공하는 부분으로, 상기 CNC 공작부(200) 내에는 소재(1)를 고정시키고 회전시키는 고정척(220)과 상기 소재(1)를 절삭하는 다양한 형태의 팁부재(230)를 이용하여 상기 소재(1)를 가공하 수 있다. 또한, 상기 소재(1)는 상기 백스핀들(240)에 삽입 고정된 후, 커서(250)에 의하여 상기 소재(1)가 절단되어 소재(1)의 후면부(1c)가 형성된다.

상기 백스핀들(240)은 상기 소재(1)를 고정시키고, 상기 백스핀들(240)에 의하여 고정된 소재(1)의 후면부(1c)는 다시 팁부재(230)에 의하여 가공됨으로써, 소재(1)의 가공을 완료할 수 있다.

본 실시예에 따른 티타늄 및 티타늄합금 가공장치(10)는 일방향으로 연장되어 구비되는 소재(1)를 이용하되, 상기 소재(1)를 커터(250)로 절단하면서 소재를 가공시킬 수 있다. 이에, 소재(1)를 상기 CNC 공작부(200)로 효율적으로 유입시킬 수 있어, 공정효율을 보다 향상시킬 수 있고, 원료물질의 소재의 로스(loss)없이 사용함으로써, 생산비를 절감할 수 있다.

상기 고정척(220)은 내부에 홀의 형태로 관통부(221)를 구비하는 원통형으로 구비되고, 상기 고정척(220)의 전면(220a)은 상기 팁부재(230)에 대면하고 상기 고정척(220)의 후면(220b)은 상기 소재유입홀(270)에 대면하고, 상기 소재유입홀(270)을 통하여 유입되는 소재(1)는 상기 관통부(221)를 통과하여 상기 고정척(220)의 전면(220a)으로 배출될 수 있다.

상기 소재공급부(100)와 상기 CNC 공작부(200)의 상부측 사이에는 상기 소재가 전달되는 공간을 제공하도록 상기 소재공급부(100)와 상기 CNC 공작부(200)를 연통시키는 박스형태의 제1 브리지부(410)이 구비되고, 상기 CNC 공작부(200)와 상기 후처리부(300)의 하부측 사이에는 가공이 완료된 소재가 전달되는 공간을 제공하도록 상기 CNC 공작부(200)와 상기 후처리부(300)를 연통시키는 제2 브릿지부(420)가 구비될 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 브릿지부(410, 420)는 각각 일면 및 타면이 개구되되, 상기 일면 및 타면에는 각각 센서에 의하여 자동적으로 개폐가 제어되는 도어가 구비될 수 있다.

상기 제1 브릿지부(410)는 상기 소재공급부(100)와 상기 CNC 공작부(200) 사이에 구비되어 평소에는 폐쇄된 상태를 유지한다. 상기 소재공급부(100)에 의하여 소재(1)가 공급되는 경우 센서가 센싱하여 이를 제어부(400)에 전달하여 도어를 개방하고, 이에 의하여 소재(1)를 상기 CNC 공급부(200)로 전달할 수 있다. 또한, 상기 제2 브릿지부(420)도 상기 제1 브릿지부(410)와 유사하게 작동한다. 이에 의하여, 상기 제1 및 제2 브릿지부(410, 420)는 소개(1)가 이동하는 경우에만 도어를 개폐하므로, 상기 소재공급부(100), CNC 공작부(200) 및 후처리부(300)가 서로에게 영향을 미치지 않고, 청정한 환경을 유지할 수 있도록 할 수 있다.

상기 소재유입홀(270)은 원형의 홀(271)과 상기 홀(271)을 에워싸도록 사각형의 단면으로 단차지도록 구비되는 단차부(272)로 이루어질 수 있다. 상기 소재유입홀(270)은 상기 소재(1)가 CNC 공작부(200)의 하우징(210) 내로 유입되어 상기 고정척(220)의 관통부(221)로 삽입되도록 상기 소재유입홀(270)과 상기 관통부(221)과 서로 연통되도록 구비될 수 있다.

상기 CNC 공작부(200)를 사용하지 않는 경우 등과 같이 불필요한 상황에서도 상기 소재유입홀(270)이 개구되어 있는 상태는 먼지나 이물질 등의 유입에 의하여 CNC 공작부(200)의 내부를 오염시키는 등의 문제를 발생할 수 있다.

반면, 본 실시예에 따른 CNC 공작부(200)는 상기 소재유입홀(270)을 가역적으로 폐쇄할 수 있도록 상기 소재유입홀(270)을 가역적으로 덮는 개폐판(271)과, 상기 개폐판(273)을 이동시키는 개폐실린더(274)로 이루어지는 소재공급개폐부(273, 274)를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 소재유입홀(270)는 소재(1)가 유입되도록 소재(1)의 횡단면에 대응하는 크기로 구비되는 원형의 홀(271)과 상기 홀(271)보다 넓은 면적으로 이루어지는 단차부(272)로 이루어진다. 상기 개폐판(273)은 단차부(272)에 안척되어 상기 홀(271)을 덮을 수 있다. 상기 개폐판(273)은 상기 단차부(272) 내로 삽입되어 주변에 대해서 돌출되지 않도록 평탄한 면으로 구비될 수 있다. 상기 단차부(272)보다 작은 면적으로 구비되어 상기 단차부(272)에 삽입되어 슬라이딩 이동하도록 구비되어 상기 홀(271)을 가역적으로 개폐할 수 있다. 이에, 상기 고정척(220)의 후면에 대응하도록 구비되는 상기 소재유입홀(270)과 상기 소재공급개폐부(273, 274)에 의하여, 상기 고정척(220)은 상기 하우징(210)의 내부에서 공간의 들뜸없이 안정적으로 부착될 수 있으며, 상기 고정척(220)과 상기 하우징(210) 사이의 불필요한 이격공간 (틈새)가 형성되는 것을 방지하여 먼지나 이물질이 사이에 쌓여 설비를 오염시키는 것을 방지한다.

상기 소재(1)는 회전하는 고정척(220)과 함께 회전하면서 상기 팁부재(230)와 접촉하여 절삭가공되고, 상기 팁부재(230)는 상기 소재(1)의 전면부(1a)의 측면에 접촉하면서 일정 간격으로 진동운동하도록 구비되고, 상기 진동운동은 상기 소재(1)가 회전하는 방향으로 시계 또는 반시계 방향으로 왕복이동하고, 상기 소재(1)에서 팁부재(230)에 의하여 절삭되는 부분인 칩(2)은 소정 단위로 절단되어 구비될 수 있다.

상기 팁부재(230)는 상기 소재(1)가 회전하는 방향과 동일한 방향으로 진동하는 경우에는 더 빠른 속도(강한 힘, a)로 상기 소재(1)를 절삭하고, 상기 소재(1)가 회전하는 방향과 반대 방향으로 진동하는 경우에는 상대적으로 늦은 속도(약한 힘, b)로 상기 소재(1)를 절삭하게 된다. 이에 의하여 상기 소재(1)에서 절삭된 부분인 칩(2)은 종래와 같이 리본처럼 길게 연장되어 구비되는 것이 아닌 소정 단위로 절단되어 작은 크기로 배출된다.

종래 소재에서 절삭된 부분이 긴 리본과 같은 형태로 연장되어 구비되는 경우에는, 이러한 부분이 뭉쳐져서 덩어리의 형태로 구비되고 이에 의하여 가공이 수행되는 공간을 간섭하여 불량의 원인이 되어 왔다.

반면, 본 실시예에 따른 팁부재(230)는 진동으로 왕복이동함으로써, 소재(1)에 가해지는 힘이 강한 힘(a)과 약한 힘(b)으로 주기적으로 변화하여 가공이 수행되고 이에 의하여 발생하는 칩(2)은 연장되지 않고, 주기적으로 변화하는 힘에 따라 절단되어 배출된다. 따라서, 상기 칩(2)은 상기 팁부재(230)에 의하여 가공하는 공간을 간섭하지 않고 낙하하여 소재의 가공 정밀도를 보다 향상시킬 수 있다.

상기 소재(1)는 회전하는 고정척(220)과 함께 회전하면서 상기 팁부재(230a)와 접촉하여 상기 소재(1)의 전면부(1a)에 내경(1b)이 형성되도록 절삭가공될 수 있다. 상기 팁부재(230a)는 상기 소재(1)의 전면부(1a)의 말단면에 접촉하면서 일정 간격으로 진동운동하도록 구비될 수 있다. 상기 진동운동은 상기 소재(1)의 전면부(1a)의 말단면에 수직하도록 상기 팁부재(230a)가 연장되는 방향으로 왕복이동하고, 상기 팁부재(230a)에는 상기 소재의 내경을 향하여 물을 분사하는 물분사홀(231a)이 구비되고, 상기 팁부재(230a)에 의하여 절삭되는 부분인 칩(2a)은 소정 단위로 절단되어 구비될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르며, 상기 팁부재(230a)는 상기 소재(1)의 전면부(1a)의 말단면에 대해서 수직하게 왕복이동하여 드릴링하여 소재(1)의 내경(1b)을 형성시킬 수 있다. 이때, 상기 팁부재(230a)의 말단에는 물분사홀(231a)이 구비되어, 상기 소재(1)의 가공되는 부분인 내경(1b)에 물을 분사하여 냉각시킬 수 있다. 이에, 상기 팁부재(230a)의 가공으로 발생하는 마찰열이 상기 내경(1b)에 집중되는 것을 방지하고 이에 보다 정밀한 가공이 수행되도록 할 수 있다.

또한, 상기 팁부재(230a)는 진동운동함으로써 상기 소재(1)의 내경(1b)을 형성시키면서 절삭되는 부분인 칩(2a)이 소정 간격으로 절단되도록 하여 상기 팁부재(230a)에 의하여 가공하는 공간을 간섭하지 않도록 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 팁부재(230b)는 상기 고정척에 고정되어 회전하는 소재를 가공하는 메인팁(231)과, 상기 메인팁(231)의 측면에서 가역적으로 체결되어 구비되는 하나 이상의 사이드팁(232)으로 이루어질 수 있다.

상기 메인팁(231)은 일단에서 타단으로 연장되는 막대형태로 구비되고, 상기 메인팁(231)의 일단은 상기 소재의 일면과 대면하도록 구비되어 상기 소재의 말단부를 가공하고 상기 메인팁(231)의 타단은 상기 팁부재(230b)를 왕복이동시키는 팁샤프트부(233)와 체결되며, 상기 메인팁(231)의 측면에는 내측으로 오목하게 구비되어 내주연에 나사산이 형성된 하나 이상의 제1-1 체결부(234)가 구비되어 상기 사이드팁(232)과 체결될 수 있다.

상기 사이드팁(232)은 상기 메인팁(231)보다 작은 직경으로 구비되고 일단에서 타단으로 연장되되 각도를 갖도록 절곡되어 연장되도록 구비되고, 상기 사이드팁(232)의 일단은 상기 메인팁(231)의 일단에서 이격되어 구비되어 상기 메인팁(231)을 향하도록 연장되고 상기 사이드팁(232)의 타단은 상기 메인팁(231)의 제1-1 체결부(234)와 나사결합으로 체결되도록 외면에 나사산으로 이루어지는 제1-2 체결부(235)가 구비될 수 있다.

상기 메인팁(231)은 상기 소재의 말단의 중심부를 내측으로 오목하게 가공하거나, 혹은 상기 소재의 말단의 측면을 테이퍼지도록 가공하도록 구비될 수 있다. 상기 사이드팁(232)은 상기 메인팁(231)에 가역적으로 체결되도록 구비될 수 있는데, 필요한 경우에 한하여 상기 메인팁(231)의 제1-1 체결부(234)와 상기 사이드팁(232)의 제1-2 체결부(235)와 체결될 수 있다. 상기 사이드팁(232)은 상기 메인팁(231)보다 작은 직경으로 구비되어 상기 메인팁(231)과 함께 소재를 가공할 수 있다.

예컨대, 소재의 말단부의 중심부를 메인팁(231)이 절삭가공하면서 동시에 상기 사이드팁(232)은 상기 소재의 측면을 절삭가공하여 가공의 효율성을 향상시키며, 또한 가공의 위치에 대한 균일도 및 정밀도를 재현성있게 할 수 있다. 또한, 상기 사이드팁(232)은 일단에서 타단으로 연장되는 절곡되는 각도, 사이드팁(232)의 길이 등을 다양하게 구현함으로써, 상기 소재의 가공형상을 다양하게 변형시킬 수 있다.

상기 유체분사부재(260)는 가공되는 소재를 향하여 물과 상기 물을 둘러싸도록 공기를 분사하는 헤드부(261)와, 상기 헤드부(261)에서 상기 헤드부(261)를 지지하도록 자바라형태로 연결되어 헤드부의 위치를 변형시키는 자바라부(262), 및 상기 헤드부(261)에 연결되되 상기 자바라부(262)를 일단에서 타단까지 헬리컬형태로 감싸도록 구비되는 노즐부(263)로 이루어질 수 있다.

상기 헤드부(261)의 전면은 중심부에 물이 분사되는 물분사영역(261a)과, 상기 물분사영역(261a)을 감싸도록 테두리부에서 공기가 분사되는 공기분사영역(261b)으로 이루어지며, 상기 자바라부(262)의 내부를 통하여 물이 통과하여 상기 헤드부(261)의 물분사영역(261a)으로 전달되고, 상기 노즐부(263)의 내부를 통과하여 공기가 통과하여 상기 헤드부(261)의 공기분사영역(261b)으로 전달되며, 상기 공기는 상기 노즐부(263)가 에워싸는 자바라부(262)의 내부를 통과하는 물을 냉각시키는 냉매로 작용할 수 있다.

상기 소재를 가공하는 과정에서 상기 유체분사부(260)를 통하여 물과 공기가 분사될 수 있다. 상기 물은 상기 소재를 가공하면서 발생하는 마찰열을 제어하고 소재의 칩을 하부로 낙하시켜 가공이 보다 효율적으로 정밀하게 수행되도록 할 수 있다. 또한, 상기 공기는 상기 물을 냉각시킴으로써 상기 물이 마찰열을 보다 효율적으로 제어하도록 할 수 있다.

상기 유체분사부(260)에서 헤드부(261)는 중심부에는 물분사영역(261a)이 구비되고, 상기 물분사영역(261a)을 에워싸도록 공기분사영역(261b)이 구비된다. 상기 헤드부(261)를 통하여 물이 분사되는 영역은 상기 공기에 의하여 가로막혀져 상기 물의 분사를 가이드함으로써 상기 물이 상기 작업공간의 내부에서 불필요하게 비산하는 것을 방지함으로써 기계 등의 장치에 녹이 발생하는 것과 같은 열화를 방지할 수 있다.

상기 하우징(210)은 상기 작업공간(201)의 하부에서 상기 유체분사부(260)에서 분사되는 물의 흐름을 가이드하도록 내측으로 오목하게 구비되는 유체가이드부(281, 282, 283)가 구비되는 바디부(280)를 더 포함할 수 있다.

상기 유체가이드부(281, 282, 283)는 상기 소재(1)와 상기 팁부재(230)에 나란하게 구비되는 메인흐름부(281)와, 상기 메인흐름부(281)를 중심으로 상기 메인흐름부(281)의 일측 및 타측에서 상기 메인흐름부(281)보다 작은 직경으로 상기 메인흐름부(281)에 수직하게 구비되는 제1 사이드흐름부(282)와 제2 사이드흐름부(283)를 포함할 수 있다.

상기 제1 사이드흐름부(282)는 상기 메인흐름부(281)의 일단에서 복수개가 서로 이격되어 구비되고, 상기 제2 사이드흐름부(283)는 상기 메인흐름부(281)의 타단에서 복수개가 서로 이격되어 구비되되 상기 제1 사이드흐름부(282)에 대응하지 않도록 상기 제1 사이드흐름부(282)와 교대로 구비될 수 있다.

상기 제1 및 제2 사이드흐름부(282, 283)는 상기 메인흐름부(281)를 향하는 방향으로 경사지도록 구비되어 상기 물과 함께 유동하는 칩이 상기 제1 및 제2 사이드흐름부(282, 283)에서 상기 메인흐름부(281)로 유동할 수 있다.

상기 하우징(210)의 바디부(280)는 상기 작업공간(201)의 내부에 구비되는 복수의 장치를 지지하면서 동시에 상기 소재를 절삭하는 과정에서 발생하는 칩과 물을 수납하도록 유체가이드부(281, 282, 283)가 더 구비될 수 있다. 상기 유체가이드부(281, 282, 283)는 상기 바디부(280)에서 내측으로 오목하게 구비되는데, 상기 제1 및 제2 사이드흐름부(282, 283)는 상기 메인흐름부(281)를 사이에 두고 양측에 각각 구비된다.

상기 제1 및 제2 사이드흐름부(282, 283)는 서로 대응하지 않도록 교대로 구비될 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 사이드흐름부(282, 283)는 일단에서 타단으로 연장되도록 경사지도록 구비될 수 있는데, 이때 상기 제1 및 제2 사이드흐름부(282, 283)는 상기 메인흐름부(281)가 더 낮은 위치에 구비되도록 하향하여 경사지게 구비된다. 이에 의하여 상기 물과 함께 유동하는 칩은 상기 제1 및 제2 사이드흐름부(282, 283)에 의하여 가이드되어 상기 메인흐름부(281)로 전달된다. 상기 메인흐름부(281)의 하부에는 노즐(284)이 연결되어 물과 칩을 배출할 수 있다.

상기 유체가이드부(281, 282, 283)에 의하여 상기 작업공간 내부에서 물과 칩을 한곳에 모아 외부로 배출할 수 있어, 작업공간이 클린한 상태로 유지되도록 할 수 있으며 상기 칩을 용이하게 재사용할 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 사이드흐름부(282, 283)는 상기 메인흐름부(281)를 중심에 두고 서로 교대로 구비됨으로써 상기 물과 칩을 보다 효율적으로 수거할 수 있으며, 또한 상기 유체가이드부에 의하여 상기 바디부의 기계적 강도가 저하되는 것을 방지할 수 있다.

상기 바디부(280)는 내부에 공간(285a)을 구비하는 박스형태로 이루어지는 탑부(285)와 상기 탑부(285)의 하부에 구비되어 탄성력을 제공하는 버퍼부(286) 및 상기 버퍼부(286)의 하부에서 상기 버퍼부(286)를 보호하는 바텀부(287)로 이루어질 수 있다.

상기 탑부(285)는 상기 작업공간에 구비되는 장치를 지지하도록 스테인리스 스틸로 이루어지되 상기 공간(285a)에는 노즐(284)이 연결되어 상기 유체가이드부(281, 282, 283)에서 전달되는 물과 칩을 수납한 후 상기 노즐(284)을 통하여 상기 물과 칩을 외부로 배출하고, 상기 버퍼부(286)는 내부에 탄소섬유를 구비한 우레탄폼으로 이루어지고, 상기 바텀부(287)는 판상형으로 구비되는 스테인리스 스틸로 이루어지고,

상기 버퍼부(286)에는 복수개의 위치센서(286a)가 구비되어 상기 바디부(280)에 의하여 지지되는 장치에 의하여 상기 바디부(280)의 위치변동을 측정하고, 상기 위치센서(286a)는 측정된 위치변동을 제어부(290)로 전달할 수 있다. 상기 위치센서(286a)는 상기 버퍼부(286)에서 모서리와 중심에 각각 구비될 수 있다.

상기 바디부(280)는 무거운 장치를 지지하도록 무겁고 높은 강도를 갖는 소재로 이루어지나, 상기 작업공간(201) 내에서 소재를 가공하는 과정에서 발생하는 진동과 장치 자체의 무게에 의하여 일부의 위치가 변동되는 등의 문제가 발생할 수 있다. 이에 상기 버퍼부(286)를 구비함으로써, 탄성력을 제공하여 갑작스러운 위치변동이 발생하는 것을 방지하며 또한 외부에서 전달되는 외력에 대해서도 유연하게 대체하도록 할 수 있다. 또한, 상기 버퍼부(286)에는 위치센서(286a)가 구비되어 상기 바디부의(280) 레벨링이 틀어지는 경우, 이를 측정하여 제어부(290)로 전달함으로써 상기 CNC 공작부(200)의 유지보수가 보다 용이하게 수행되도록 할 수 있다.

상기 소재공급부(100)는 상기 소재(1)를 상기 고정척의 내부의 관통부로 자동으로 공급하고, 상기 소재공급부(100)는 순차적으로 로딩부(110), 이송부(120) 및 언로딩부(130)로 이루어지되 상기 언로딩부(130)는 상기 소재유입홀에 인접하게 구비될 수 있다.

상기 로딩부(110)와 언로딩부(130)는, 상기 소재를 지지하는 로딩지지판(111, 131), 상기 로딩지지판(111, 131)의 하부에 구비되어 상기 로딩지지판(111, 131)을 일방향으로 이송시키는 로딩컨베이어벨트(112, 132), 상기 로딩컨베이어벨트(112, 132)의 하부에 구비되어 상기 로딩지지판(111, 131)을 상부 및 하부로 이동시키는 로딩샤프트(113, 133), 및 상기 로딩지지판에 구비되어 상기 소재의 위치를 센싱하는 로딩센서(114, 134)로 이루어질 수 있다.

상기 이송부(120)는, 상기 로딩부(110)와 언로딩부(130) 사이에 구비되어 상기 로딩부(110)에서 전달받은 소재를 지지하는 이송지지판(121), 및 상기 이송지지판(121)의 하부에 구비되어 상기 이송지지판(121)을 일방향으로 이송시키는 이송컨베이어벨트(122)로 이루어질 수 있다.

본 실시예에 따른 티타늄 및 티타늄합금 가공장치(10)에서는 상기 CNC 공작부(200)에서 소재(1)를 소정의 형상으로 가공할 수 있다. 이때, 상기 CNC 공작부(200)에는, 제어부(290)에 기입력된 소재의 설계 등에 따라, 고정척(220), 팁부재(230) 등을 제어하여 소재(1)를 가공한다. 이때, 소재(1)를 각각 개별적으로 상기 CNC 공작부(200)로 전달하는 경우, 그 과정에서 시간의 로스(loss)가 발생하여 공정효율을 저하시킬 수 있다.

반면, 본 실시예에 따른 티타늄 및 티타늄합금 가공장치(10)는 상기 CNC 공작부(200)로 상기 소재(1)를 자동공급하는 소재공급부(100)를 구비하여 상기 소재(1)의 상기 CNC 공작부(200)로의 입출입에 따른 공정효율 저하를 방지할 수 있다. 또한, 상기 소재공급부(100)는 상기 CNC 공작부(200)의 제어부(290)와 연결되어, 상기 소재(1)를 프로그램에 따라 적시에 공급할 수 있어 소재(1)의 가공효율을 보다 향상시킬 수 있다.

상기 이송지지판(121)의 상부에는 상기 소재에 마찰력을 제공하여 상기 소재가 미끄러지는 것을 방지하는 실리콘부재(123)가 더 구비되고, 상기 실리콘부재(123)의 외면에는 복수개의 돌기(123a)가 형성될 수 있다.

상기 로딩부(110)는 상기 이송부(120)보다 상부측에 위치하도록 구비된 후 상기 로딩부(110)로 상기 소재가 적재되고, 상기 로딩부(110)의 로딩샤프트(113)의 이동에 의하여 상기 로딩부(110)는 상기 로딩지지판(111)이 상기 이송지지판(121)에 대응하도록 하부측으로 이송하고, 상기 로딩부(110)의 로딩컨베이어(112)의 이동에 의하여 상기 소재는 상기 로딩부(110)에서 상기 이송부(120)로 전달될 수 있다.

상기 이송부(120)에서 상기 이송컨베이어(122)에 의하여 상기 소재는 상기 이송부(120)의 후단에서 상기 이송부의 전단으로 이송되고, 상기 언로딩부(130)는 상기 이송부(120)에서 소재를 전달받고 상기 로딩샤프트(133)에 의하여 상기 이송부(120)보다 상부측으로 이송되고, 상기 언로딩부(130)는 상기 소재를 상기 소재유입홀(270)을 통하여 상기 고정척(220)의 관동부(221)로 전달할 수 있다.

상기 이송부(120)에 구비되는 실리콘부재(123)에 의하여 미끄러운 외면을 갖는 금속으로 이루어지는 소재가 상기 이송부(120)를 통하여 이송하는 과정에서 외부로 미끄러지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 실리콘부재(123)의 외면에는 복수개의 돌기(123a)가 엠보형태로 구비되어 상기 소재와 상기 실리콘부재(123) 사이의 접촉면적을 증가시켜 상기 소재를 보다 안정적으로 고정시킬 수 있다.

상기 CNC 공작부(200)는 상기 소재유입홀(270)을 가역적으로 덮는 개폐판(273)과, 상기 개폐판(273)을 이동시키는 개폐실린더(274)로 이루어지는 소재공급개폐부(273, 274)를 더 포함할 수 있다.

상기 언로딩부(130)로 상기 소재가 전달되어 상기 언로딩부(130)가 상부측으로 이송하는 경우, 상기 언로딩부(130)에 구비된 로딩센서(134)는 제어부(290)로 전달하고, 상기 제어부(290)는 상기 개폐실린더(274)를 작동시켜 상기 개폐판(273)을 이동시킬 수 있다.

상기 소재(1)는 막대형태의 장선재로 구비될 수 있다. 상기 소재(1)는 상기 소재공급부(100)에서 순차적으로 로딩부(110), 이송부(120) 및 언로딩부(130)를 통하여 상기 소재유입홀(270)로 전달될 수 있다. 상기 소재(1)는 상기 소재유입홀(270)을 통과하여 상기 고정척(220)의 관통부에 안착되어 고정될 수 있다.

상기 고정척(220)은 상기 소재(1)를 고정하면서 회전하고, 상기 팁부재(230)는 상기 소재(1)를 전면부(1a)를 절삭가공하고, 전면부의 가공이 완료된 소재(1)는 상기 고정척(220)에 대면하도록 구비되는 백스핀들(240)로 전달되어 상기 소재(1)의 전면부(1a)는 상기 백스핀들(240)에 삽입되어 고정될 수 있다.

상기 백스핀들(240)과 상기 고정척(220)에 의하여 고정된 소재(1)는 상기 커터(250)에 의하여 절단되고, 상기 백스핀들(240)에 의하여 고정된 소재(1)는 상기 소재(1)의 후면부(1c)가 노출되도록 구비되어 상기 팁부재에 의하여 상기 소재의 후면부가 절삭가공될 수 있다.

구체적으로, 도 21 내지 도 24를 참조하면, 본 실시예에 따른 소재(1)는 도 21와 같은 형태로 가공될 수 있다.

상기 소재(1)는 장선재로 막대형태로 이루어져 상기 CNC 공작부(200)에서 치과용 보철물로 가공된다. 상기 CNC 공작부(200)에서는, 상기 소재(1)를 고정척(220)으로 고정시키고, 상기 팁부재(230)는 상기 고정척(220)에서 돌출되는 소재(1)의 전면부(1a)의 말단면을 드릴(drill)하여 상기 소재(1)의 전면부(1a)의 말단면에 키홈인 내경(1b)을 구비시키는 전면가공을 수행할 수 있다.

상기 내경가공이 완료된 소재(1)는 상기 소재(1)의 전면부(1a)의 말단면에서 연장되는 측면에 터닝 모형으로 선삭하는 외경가공이 수행되고, 외경가공이 완료된 소재(1)는 백스핀들(240)로 상기 소재(1)의 전면부(1a)를 고정시킨 후 상기 커터(250)를 이용하여 상기 소재(1)를 절단하여 소재(1)의 후면부(1c)를 형성시킬 수 있다.

상기 백스핀들(240)에 의하여 고정된 소재(1)는 상기 소재(1)의 후면부(1c)가 노출되도록 구비되어 상기 팁부재(230)에 의하여 상기 소재(1)의 후면부(1c)의 말단면을 드릴(drill)하여 상기 소재(1)의 후면부의 말단면에 키홈인 내경을 구비시키는 배면가공을 수행할 수 있다.

상기 소재(1)는 전면가공과 상기 외경가공이 완료된 후, 상기 절단하기 전 순차적으로 디컷(D.Cut)을 수행하는 엔드밀 (end mill)가공과 (상부방향), 볼 엔드밀가공 (하부방향), 백터닝 모형선삭가공, 및 엔드밀가공이 더 수행될 수 있다. 이들 가공들은 수치 등 기 입려된 설계에 따라서 상기 팁부재(230)의 말단부의 형태를 변경하고, 상기 팁부재(230)와 상기 소재(2) 사이의 간격, 위치 등을 제어하여 전술한 외경가공과 유사한 방식으로 수행될 수 있다.

상기 백스핀들(240)에 고정되어 후면부(1c)까지 절삭가공이 완료된 소재(1)는 상기 CNC 공작부(200)에서 후처리부(300)로 전달되어 후처리된다. 상기 후처리부(300)는, 진공글로브박스로 이루어진 후처리박스(310), 상기 후처리박스(310) 내에 구비되는 석영으로 이루어져 상기 CNC 공작부(200)에서 전달되는 소재를 수납하는 후처리용기(320), 상기 후처리용기(320) 내에 구비되어 소재를 가열하는 할로겐램프(330), 상기 소재로 자외선을 조사하는 수은램프(340), 및 상기 후처리박스(310) 내로 염소가스를 투입하는 염소가스부(350),로 이루어질 수 있다.

상기 할로겐램프(330)는 120V 및 1kW이고 상기 소재를 180℃로 가열하고, 상기 수은램프(340)는 상기 소재로 200nm 내지 600nm의 파장범위에서 40mW/㎠ 내지 50mW/㎠의 세기의 자외선을 10분 동안 조사하고, 상기 염소가스부(350)에서 전달되는 염소가스의 유량은 25ml/min이고, 압력은 65torr일 수 있다.

상기 후처리부(300)에서 상기 소재를 UV/Ci2를 이용한 건식세정을 함으로써, 상기 소재의 가공된 표면의 손상없이 소재를 표면처리할 수 있다. 또한, 티타늄 또는 티타늄합금으로 이루어진 소재에서, 상기 티타늄 또는 티타늄합금은 염화물이 형성되기 보다는 산화물이나 실리사이드를 형성하는 경향이 커서, 상기 UV/Ci2에 의하여 형성되는 염소라디컬에 의한 영향을 거의 받지 않는다.

따라서, 본 실시예에 따른 후처리부(300)에서 수행된 후처리는 소재의 영향을 없이 소재의 오염물을 안정적으로 처리할 수 있으며, 이에 의하여 상기 티티늄 및 티타늄합금 가공장치에 의하여 치과용 보철물 등을 제조하는 경우, 상기 치과용 보철물과 레진과의 결합력을 보다 향상시킬 수 있다.

도 26 및 도 27는 본 발명의 다른 실시예에 대한 것으로, 상기 소재(1)는 소재공급부(100)로 공급되기 전에 전처리부(500)에서 전처리되는 것을 더 포함한다.

상기 전처리부(500)는, 상기 소재를 수납하고 복수개의 홀이 형성된 망상형태의 침지용기(510), 초음파 조사장치(521)와 제1 히터(522)를 구비하고, 제1 코팅조성물이 구비된 제1 반응기(520), 상기 제1 반응기(520)에 인접하게 구비되어 플라즈마 생성기(531)를 구비하고, 제2 코팅조성물이 구비된 제2 반응기(530), 상기 침지용기(510)에 연결되어 상기 침지용기(510)를 가역적으로 상하이동시키는 하나 이상의 침지샤프트(540), 상기 침지샤프트(540)에 연결되어 상기 침지용기(510)를 가역적으로 좌우이동시키는 이동레일(50), 및 상기 제2 반응기(530)의 상부에 구비되어 상기 소재로 열풍을 가하는 열풍건조기(560),로 이루어질 수 있다.

상기 초음파 조사장치(521)는 30 내지 45 kHz의 초음파 에너지 주파수와 100 내지 110 Watt의 초음파 출력으로 10분 동안 상기 제1 반응기(520)에 구비된 제1 코팅조성물로 조음파를 조사할 수 있다. 상기 제1 코팅조성물은 인산계용액으로 아연이온(Zn²⁺) 1.3g/ℓ, 칼슘이온(Ca²⁺) 1.2g/ℓ 인산염이온 (PO₄ ^2-) 15g/ℓ, 질산염이온 (NO₃ ^-) 3.09 g/ℓ 아질산이온 (NO₂ ^-) 0.1ℓ 니켈이온(Ni²⁺) 0.3 g/ℓ, 전산도 18.7 및 유리산도 0.89이루어질 수 있다.

상기 제2 반응기 (530)에 구비되는 상기 제2 코팅조성물은 (2-디에틸포스페이토에틸)트리에톡시실란이고, 상기 플라즈마 생성기(531)는 5ms 간격으로 온-오프 상태를 반복하는 방식으로 수행되고, 피크-대-피크 전압은 30 kV이고, 주파수는 6kHz일 수 있다.

상기 전처리부(500)에서 상기 소재는 소재공급부(100)로 전달되기 전에 전처리되고, 상기 소재의 전처리는, 상기 소재를 침지용기(510)에 구비시킨 후 상기 침지샤프트(540)에 상기 침지용기(510)를 장착시키고, 상기 제1 코팅조성물을 준비하고 상기 제1 코팅조성물이 준비된 제1 반응기(520) 중에 상기 침지샤프트(540)를 이용하여 상기 침지용기(510)를 상기 제1 코팅조성물 중에 침지시킨다.

상기 침지용기(510)는 제1 반응기(520)에서 상기 제1 코팅조성물 중에 상기 침지용기(510)는 65℃의 온도에서 15분 동안 침지되어 상기 소재의 표면을 코팅시키고, 코팅이 완료된 소재는 상기 침지샤프트(540)를 이용하여 상기 침지용기(510)를 상승시킨 후 상기 제1 반응기(520)의 상부에서 2시간 동안 유지시켜 상기 소재를 자연건조시킨다.

상기 이송레일(550)을 이용하여 상기 침지용기(510)를 상기 제2 반응기(530)의 상부로 이송시킨 후 상기 열풍건조기(560)를 이용하여 35℃의 온도의 열풍을 20분 동안 분사하여 상기 소재를 열풍건조시키고, 상기 침지샤프트(540)를 이용하여 상기 침지용기(510)를 상기 제2 반응기(510)에 넣고 상기 침지샤프트(540)를 상기 침지용기(510)에서 분리시킨 후 상기 제2 반응기(530)를 밀폐시키고, 상기 제2 반응기(530)에서 질소는 25 L/min의 흐름속도로 3bar의 질소분위기를 형성하고, 상기 제2 코팅조성물을 전구체로 하여 상기 플라즈마 생성기(531)에 의하여 플라즈마코팅을 수행할 수 있다.

상기 전처리에 의하여 소재의 표면의 물리적인 특성이 균일해짐으로써, 소재를 가공하는 과정에서 소재의 물성의 차이에 기인하는 가공 정밀도의 저하를 방지하여, 소재를 보다 정밀하게 가공할 수 있다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 소재공급부
110 : 로딩부
120 : 이송부
130 : 언로딩부
200 : CNC 공작부
210 : 하우징
220 : 고정척
230 : 팁부재
300 : 후처리부
500 : 전처리부

Claims

순차적으로 이루어진 소재공급부, CNC 공작부, 및 후처리부로 이루어진 장치를 이용하여 티타늄 및 티타늄합금으로 이루어진 소재를 가공하는 방법으로,
상기 소재를 소재공급부를 통하여 CNC 공작부로 전달하는 단계;
상기 CNC 공작부에서 상기 소재를 절삭가공하는 단계; 및
가공이 완료된 소재를 후처리부에서 후처리하는 단계;로 이루어지고,
상기 CNC 공작부는 내부에 작업공간을 구비하는 하우징과, 상기 하우징 내부의 작업공간에 구비되는 고정척, 팁부재, 백스핀들(back spindle), 커터, 유체분사부재 및 상기 하우징의 일측에 구비되어 상기 소재공급부에서 전달되는 소재가 유입되는 개구부로 이루어지는 소재유입홀을 포함하고,
상기 고정척은 상기 소재를 고정시키고, 상기 팁부재는 상기 소재를 절삭가공하고, 상기 백스핀들은 상기 고정척에 대면하도록 구비되어 상기 고정척에서 상기 소재를 전달받아 소재를 고정시키고, 상기 커터는 상기 소재를 절단하며, 상기 유체분사부재는 상기 소재로 물을 분사하도록 구비되고,
상기 소재공급부는 상기 소재를 상기 고정척의 내부의 관통부로 자동으로 공급하고, 상기 소재공급부는 순차적으로 로딩부, 이송부 및 언로딩부로 이루어지되 상기 언로딩부는 상기 소재유입홀에 인접하게 구비되고,
상기 로딩부와 언로딩부는,
상기 소재를 지지하는 로딩지지판,
상기 로딩지지판의 하부에 구비되어 상기 로딩지지판을 일방향으로 이송시키는 로딩컨베이어벨트,
상기 로딩컨베이어벨트의 하부에 구비되어 상기 로딩지지판을 상부 및 하부로 이동시키는 로딩샤프트, 및
상기 로딩지지판에 구비되어 상기 소재의 위치를 센싱하는 로딩센서로 이루어지고,
상기 이송부는,
상기 로딩부와 언로딩부 사이에 구비되어 상기 로딩부에서 전달받은 소재를 지지하는 이송지지판, 및
상기 이송지지판의 하부에 구비되어 상기 이송지지판을 일방향으로 이송시키는 이송컨베이어벨트로 이루어지는 티타늄 및 티타늄합금 가공방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 이송지지판의 상부에는 상기 소재에 마찰력을 제공하여 상기 소재가 미끄러지는 것을 방지하는 실리콘부재가 더 구비되고, 상기 실리콘부재의 외면에는 복수개의 돌기가 형성되고,
상기 로딩부는 상기 이송부보다 상부측에 위치하도록 구비된 후 상기 로딩부로 상기 소재가 적재되고,
상기 로딩부의 로딩샤프트의 이동에 의하여 상기 로딩부는 상기 로딩지지판이 상기 이송지지판에 대응하도록 하부측으로 이송하고,
상기 로딩부의 로딩컨베이어의 이동에 의하여 상기 소재는 상기 로딩부에서 상기 이송부로 전달되고,
상기 이송부에서 상기 이송컨베이어에 의하여 상기 소재는 상기 이송부의 후단에서 상기 이송부의 전단으로 이송되고,
상기 언로딩부는 상기 이송부에서 소재를 전달받고 상기 로딩샤프트에 의하여 상기 이송부보다 상부측으로 이송되고,
상기 언로딩부는 상기 소재를 상기 소재유입홀을 통하여 상기 고정척의 관통부로 전달하는 티타늄 및 티타늄합금 가공방법.
제3항에 있어서,
상기 CNC 공작부는 상기 소재유입홀을 가역적으로 덮는 개폐판과, 상기 개폐판을 이동시키는 개폐실린더로 이루어지는 소재공급개폐부를 더 포함하고,
상기 고정척은 내부에 홀의 형태로 관통부를 구비하는 원통형으로 구비되고, 상기 고정척의 전면은 상기 팁부재에 대면하고 상기 고정척의 후면은 상기 소재유입홀에 대면하고,
상기 언로딩부로 상기 소재가 전달되어 상기 언로딩부가 상부측으로 이송하는 경우, 상기 언로딩부에 구비된 로딩센서는 제어부로 전달하여 상기 제어부는 상기 개폐실린더를 작동시켜 상기 개폐판을 이동시키고,
상기 소재유입홀을 통하여 유입되는 소재는 상기 관통부를 통과하여 상기 고정척의 전면으로 배출되는 티타늄 및 티타늄합금 가공방법.
제4항에 있어서,
상기 소재는 막대형태의 장선재로 구비되고,
상기 소재는 상기 소재공급부에서 순차적으로 로딩부, 이송부 및 언로딩부를 통하여 상기 소재유입홀로 전달되며,
상기 소재는 상기 소재유입홀을 통과하여 상기 고정척의 관통부에 안착되어 고정되고,
상기 고정척은 상기 소재를 고정하면서 회전하고, 상기 팁부재는 상기 소재를 전면부를 절삭가공하고,
가공이 완료된 소재는 상기 고정척에 대면하도록 구비되는 백스핀들로 전달되어 상기 소재의 전면부는 상기 백스핀들에 삽입되어 고정되고,
상기 백스핀들과 상기 고정척에 의하여 고정된 소재는 상기 커터에 의하여 절단되고,
상기 백스핀들에 의하여 고정된 소재는 상기 소재의 후면부가 노출되도록 구비되어 상기 팁부에 의하여 상기 소재의 후면부가 절삭가공되는 티타늄 및 티타늄합금 가공방법.
제5항에 있어서,
상기 CNC 공작부는 상기 소재유입홀을 가역적으로 덮는 개폐판과, 상기 개폐판을 이동시키는 개폐실린더로 이루어지는 소재공급개폐부를 더 포함하고,
상기 소재유입홀은 원형의 홀과 상기 홀을 에워싸도록 사각형의 단면으로 단차지도록 구비되는 단차부로 이루어지고,
상기 개폐판은 상기 단차부보다 작은 면적으로 구비되어 상기 단차부에 삽입되어 슬라이딩 이동하도록 구비되어 상기 홀을 가역적으로 개폐하는 티타늄 및 티타늄합금 가공방법.
제6항에 있어서,
상기 소재는 회전하는 고정척과 함께 회전하면서 상기 팁부재와 접촉하여 절삭가공되고, 상기 팁부재는 상기 소재의 전면부의 측면에 접촉하면서 일정 간격으로 진동운동하도록 구비되고, 상기 진동운동은 상기 소재가 회전하는 방향으로 시계 또는 반시계 방향으로 왕복이동하고, 상기 소재에서 팁부재에 의하여 절삭되는 부분인 칩은 소정 단위로 절단되어 구비되는 티타늄 및 티타늄합금 가공방법.
제1항에 있어서,
상기 유체분사부재는 가공되는 소재를 향하여 물과 상기 물을 둘러싸도록 공기를 분사하는 헤드부와, 상기 헤드부에서 상기 헤드부를 지지하도록 자바라형태로 연결되어 헤드부의 위치를 변형시키는 자바라부, 및 상기 헤드부에 연결되되 상기 자바라부를 일단에서 타단까지 헬리컬형태로 감싸도록 구비되는 노즐부로 이루어지고,
상기 헤드부의 전면은 중심부에 물이 분사되는 물분사영역과, 상기 물분사영역을 감싸도록 테두리부에서 공기가 분사되는 공기분사영역으로 이루어지며, 상기 자바라부의 내부를 통하여 물이 통과하여 상기 헤드부의 물분사영역으로 전달되고, 상기 노즐부의 내부를 통과하여 공기가 통과하여 상기 헤드부의 공기분사영역으로 전달되며, 상기 공기는 상기 노즐부가 에워싸는 자바라부의 내부를 통과하는 물을 냉각시키는 냉매로 작용하는 티타늄 및 티타늄합금 가공방법.
제8항에 있어서,
상기 하우징은 상기 작업공간의 하부에서 상기 유체분사부에서 분사되는 물의 흐름을 가이드하도록 내측으로 오목하게 구비되는 유체가이드부가 구비되는 바디부를 더 포함하고,
상기 유체가이드부는 상기 소재와 상기 팁부재에 나란하게 구비되는 메인흐름부와, 상기 메인흐름부를 중심으로 상기 메인흐름부의 일측 및 타측에서 상기 메인흐름부보다 작은 직경으로 상기 메인흐름부에 수직하게 구비되는 제1 사이드흐름부와 제2 사이드흐름부를 포함하고,
상기 제1 사이드흐름부는 상기 메인흐름부의 일단에서 복수개가 서로 이격되어 구비되고, 상기 제2 사이드흐름부는 상기 메인흐름부의 타단에서 복수개가 서로 이격되어 구비되되 상기 제1 사이드흐름부에 대응하지 않도록 상기 제1 사이드흐름부와 교대로 구비되며,
상기 제1 및 제2 사이드흐름부는 상기 메인흐름부를 향하는 방향으로 경사지도록 구비되어 상기 물과 함께 유동하는 칩이 상기 제1 및 제2 사이드흐름부에서 상기 메인흐름부로 유동하는 티타늄 및 티타늄합금 가공방법.
제9항에 있어서,
상기 바디부는 내부에 공간을 구비하는 박스형태로 이루어지는 탑부와 상기 탑부의 하부에 구비되어 탄성력을 제공하는 버퍼부 및 상기 버퍼부의 하부에서 상기 버퍼부를 보호하는 바텀부로 이루어지며,
상기 탑부는 상기 작업공간에 구비되는 장치를 지지하도록 스테인리스 스틸로 이루어지되 상기 공간에는 노즐이 연결되어 상기 유체가이드부에서 전달되는 물과 칩을 수납한 후 상기 노즐을 통하여 상기 물과 칩을 외부로 배출하고, 상기 버퍼부는 내부에 탄소섬유를 구비한 우레탄폼으로 이루어지고, 상기 바텀부는 판상형으로 구비되는 스테인리스 스틸로 이루어지고,
상기 버퍼부에는 복수개의 위치센서가 구비되어 상기 바디부에 의하여 지지되는 장치에 의하여 상기 바디부의 위치변동을 측정하고, 상기 위치센서는 측정된 위치변동을 제어부로 전달하며,
상기 위치센서는 상기 버퍼부에서 모서리와 중심에 각각 구비되는 티타늄 및 티타늄합금 가공방법.