KR102073744B1

KR102073744B1 - 3차원 금속 세공기

Info

Publication number: KR102073744B1
Application number: KR1020190171561A
Authority: KR
Inventors: 이의규
Original assignee: 이의규
Priority date: 2019-12-20
Filing date: 2019-12-20
Publication date: 2020-02-05

Abstract

본 발명은 가공대상물을 절삭하여 소형 기계부품을 제작할 때 가공대상물이 놓인 받침부재가 X축 및 Y 방향으로 이동함과 아울러 공구가 상하 이동 및 회전하면서 가공대상물을 입체 형상으로 세공할 수 있도록 자동화함으로써 세공의 정밀도를 향상시킴과 아울러 생산성을 증대시킬 수 있도록 한 3차원 금속 세공기에 관한 것으로,
가공대상물이 안착되는 안착부(15)가 구비된 받침부재(10)와; 상부면에 상기 받침부재(10)가 연결되어 상기 받침부재(10)를 X축 방향으로 이동시키는 X축 구동부재(20)와; 상부면에 상기 X축 구동부재(20)가 연결되어 상기 X축 구동부재(20)와 받침부재(10)를 Y축 방향으로 이동시키는 Y축 구동부재(30)와; 내부에 상기 X축 구동부재(20) 및 Y축 구동부재(30)가 구비되며 밀폐 구조로 형성되는 육면체 형상의 베이스(40)와; 가공대상물을 가공하기 위한 공구(55)를 상하 방향으로 이동시키는 Z축 구동부재(50)와; 상기 베이스(40)로부터 상측에 위치하도록 상기 베이스(40)의 모서리 부분에 각각 설치된 복수개의 지지기둥(45)에 의해 지지되며 상기 Z축 구동부재(50)가 설치되는 상부커버(70)와; 상기 X축 구동부재(20)와 Y축 구동부재(30) 및 Z축 구동부재(50)를 제어하는 드라이버(100);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

3차원 금속 세공기{3 Dimesion Metal Cutting Machine}

본 발명은 3차원 금속 세공기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가공대상물을 절삭하여 소형 기계부품을 제작할 때 가공대상물이 놓인 받침부재가 X축 및 Y 방향으로 이동함과 아울러 공구가 상하 이동 및 회전하면서 가공대상물을 입체 형상으로 세공할 수 있도록 자동화함으로써 세공 정밀도를 향상시킴과 아울러 생산성을 증대시킬 수 있도록 한 3차원 금속 세공기에 관한 것이다.

일반적으로 금속제 기계부품은 금속 가공에 의해 제조되고 있다. 금속 가공이란 소성 변형을 수반하는 가공방법으로, 금속을 용해하여 주형에 주입하여 형성한 주물 제품을 원하는 형상으로 가공하게 되며, 압연이나 단조, 선긋기 등이 이에 해당하고, 주조 역시 금속 가공에 속하고 있다.

한편, 1차적으로 가공된 금속 제품을 기계부품으로 가공하기 위해서는 공작기계를 사용하고 있다. 공작기계는 절삭, 연삭 등과 같이 절삭 칩을 내면서 금속 등의 재료를 가공하여 원하는 형상으로 만드는 기계로서, 피가공물을 원하는 형상으로 깎아내기 위하여 바이트나 드릴비트, 밀링커터와 같은 절삭공구를 사용하고 있다. 그리고, 공작기계는 피가공물 또는 절삭공구를 회전시키거나 왕복운동시켜 강제적으로 절삭 가공하게 되며, 선반이나 밀링, 플레이너, 셰이퍼, 나사절삭기, 기어 절삭기 등이 이에 속하고 있다.

그러나, 공작기계는 대부분 수작업을 동반하도록 하고 있어 생산성이 떨어지는 단점이 있다. 이에 따라 최근에는 NC 선반이나 CNC 선반 등과 같이 자동화 작업이 가능한 공작기계가 개발되어 사용되고 있다.

하지만, 자동화 작업이 가능한 공작기계는 대부분 대형이면서 고가의 공작기계로서, 구조가 단순한 소형 기계부품을 제작하는데 사용하기는 적합하지 않다.

한편, 본 발명과 관련한 선행기술을 조사한 결과 다수의 선행기술문헌이 검색되었으며, 그 중 일부를 소개하면 다음과 같다.

특허문헌 1은, 가공할 금속 제품을 고정하는 지그; 지그를 X축, Y축, Z축 및 회전시키는 이송 기구; 및 이송 기구 위에 배치되는 가공 공구를 포함하고, 이송 기구는, 베이스 프레임; 베이스 프레임 위에서 Z축 방향으로 상향 연장되고 X축으로 이동 가능하게 베이스 프레임에 결합되는 수직 프레임; 수직 프레임에 대해 직교하여 Y축 방향으로 연장되고 Z축 방향으로 이동 가능하게 수직 프레임에 결합되는 수평 프레임; 수평 프레임 상에서 Y축 방향으로 이동 가능한 작업대; 및 수평 프레임에서 작업대의 이송 방향 단부에 배치되는 회전체를 포함하고, 지그는 금속 제품을 장착한 상태로 작업대 상에서 Y축 방향으로 순차로 이송되고, 가공 공구는 가공 순서에 따라 Y축 방향으로 배치되어 수직 프레임의 상단측에 장착되어 작업대를 따라 이송되는 지그 상의 금속 제품을 순차로 가공하며, 지그는 장착된 금속 제품에 대한 가공이 완료된 후에 회전체에 의해 회전하여 낙하하도록 구성된 금속 제품의 자동 가공장치를 개시하고 있다.

특허문헌 2는, 작업대의 일측면에 X-축 이송장치의 볼 스크류와 가이드 레일이 장착되고, X-축 이송장치의 제 1 슬라이더가 볼 스크류에 의해 가이드 레일을 따라 좌우로 이송되며, X-축 이송장치의 제 1 슬라이더에 Z-축 이송장치의 베이스 블록이 장착되고, 베이스 블록에 대해 Z-축 이송장치의 케이블 박스가 상대적으로 승하강되며, 케이블 박스의 상부 받침판에 Y-축 이송장치의 베이스 플레이트가 장착되고, Y-축 이송장치의 제 2 슬라이더에 드릴용 스핀들과 태핑용 스핀들이 나란하게 장착됨으로써, 드릴용 스핀들과 태핑용 스핀들의 3축 방향 제어가 가능하고, Y-축 이송장치의 제 2 슬라이더에 드릴용 스핀들과 태핑용 스핀들이 나란하게 장착되고, 컨트롤 박스에 드릴용 스핀들을 기준으로 하여 드릴용 스핀들에 대한 태핑용 스핀들의 기본 이격값이 저장되어, 컨트롤 박스가 X-축 이송장치의 서보모터를 제어함으로써, 드릴링 가공후 태핑 가공을 위해 태핑용 스핀들의 중심이 드릴용 스핀들의 중심 위치로 이동되고, 컨트롤 박스에 의해 X-축 이송장치의 서보모터의 작동이 제어되도록 함으로써 공작물의 측면을 드릴링 및 태핑 가공할 수 있는 수평식 자동 가공기를 개시하고 있다.

KR

10-2017-0091807

A

KR

10-1715643

B1

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 구조가 단순한 소형 기계부품을 자동으로 가공 및 생산할 수 있고 가공 정밀도와 생산성이 향상됨은 물론 고가의 공작기계를 사용할 필요가 없어 소형 기계부품의 제조원가를 절감할 수 있도록 한 3차원 금속 세공기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 3차원 금속 세공기는, 가공대상물이 안착되는 안착부가 구비된 받침부재와; 상부면에 상기 받침부재가 연결되어 상기 받침부재를 X축 방향으로 이동시키는 X축 구동부재와; 상부면에 상기 X축 구동부재가 연결되어 상기 X축 구동부재와 받침부재를 Y축 방향으로 이동시키는 Y축 구동부재와; 내부에 상기 X축 구동부재 및 Y축 구동부재가 구비되며 밀폐 구조로 형성되는 육면체 형상의 베이스와; 가공대상물을 가공하기 위한 공구를 상하 방향으로 이동시키는 Y축 구동부재와; 상기 베이스로부터 상측에 위치하도록 상기 베이스의 모서리 부분에 각각 설치된 복수개의 지지기둥에 의해 지지되며 상기 Y축 구동부재가 설치되는 상부커버와; 상기 X축 구동부재와 Y축 구동부재 및 Z축 구동부재를 제어하는 드라이버;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 3차원 금속 세공기에 따르면, 상기 드라이버에 의해 제어되며 상기 Z축 구동부재를 회전시키는 회전 구동부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 3차원 금속 세공기에 따르면, 상기 회전 구동부재는 상부커버의 저면에 설치되고 외주면에 가이드홈이 구비된 원통형상의 하우징과, 일측 단부에 상기 가이드홈에 삽입되는 가이드돌기가 구비되고 타측 단부는 상기 Z축 구동부재에 연결되어 상기 하우징의 외면을 따라 회전하면서 상기 공구를 회전시키는 회전부재와, 상기 하우징의 내부에 고정 설치되어 상기 회전부재에 회전력을 제공하는 회전구동모터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 3차원 금속 세공기에 따르면, 상기 X축 구동부재는 상면에 상기 받침부재가 연결되는 연결판과, 구동모터의 회전력에 따라 연결판을 수평 이동시키는 볼스크루와, 상기 연결판의 수평 이동을 안내하도록 상기 볼스크루의 양측에 배치되는 LM 가이드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 3차원 금속 세공기에 따르면, 상기 베이스에 설치되는 지지기둥의 외측에 각각 측면커버가 부착되어 가공부의 전면만 개방되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 3차원 금속 세공기는 소형 기계부품의 제작을 위한 가공대상물이 놓인 받침부재를 좌우(X축)방향 및 전후(Y축)방향으로 이동시키면서 공구를 상하(Z축)방향으로 이동시켜 가공대상물을 절삭 가공하되 드라이버를 이용하여 X축 구동부재와 Y축 구동부재 및 Z축 구동부재를 각각 자동으로 제어하게 되므로, 소형 기계부품의 가공 정밀도가 향상됨은 물론 자동화로 인해 생산성이 증가하게 되는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 3차원 금속 세공기에 따르면, 회전 구동부재를 이용하여 Z축 구동부재와 공구를 회전시킴으로써 곡면 가공이 가능하게 되는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 3차원 금속 세공기에 따르면, 가공대상물의 절삭이 이루어지는 가공부의 상부는 물론 좌우면과 배면이 모두 커버로 차단됨에 따라 가공대상물의 절삭과정에서 발생하는 불꽃이나 칩으로 인한 피해가 방지되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 3차원 금속 세공기를 나타낸 외관 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 3차원 금속 세공기의 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 X축 구동부재 및 Y축 구동부재의 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 Y축 구동부재 및 회전구동부재의 구성도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 발명의 기술적 사항에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.

아울러, 본 발명의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예이다.

그리고, 아래 실시예에서의 방향을 나타내는 용어는 도면을 기준으로 한 것이고, 선택적인 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로서, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.

이에, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.

첨부도면, 도 1은 본 발명에 따른 3차원 금속 세공기를 나타낸 외관 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 3차원 금속 세공기의 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 X축 구동부재 및 Y축 구동부재의 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 Y축 구동부재 및 회전구동부재의 구성도이다.

본 발명에 따른 3차원 금속 세공기는 도 1 내지 4에 도시된 바와 같이, 받침부재(10)와, X축 구동부재(20), Y축 구동부재(30), 베이스(40), Z축 구동부재(50), 회전 구동부재(60), 상부커버(70) 및 드라이버(100)를 포함한다.

상기 받침부재(10)는 가공대상물이 안착되는 안착부(15)가 구비되는 것으로, 상기 베이스(40)의 중앙측에 배치되며 상기 베이스(40)의 상면으로부터 일정 정도 이격되도록 설치된다.

상기 X축 구동부재(20)는 상부면에 상기 받침부재(10)가 연결되어 상기 받침부재(10)를 X축 방향으로 이동시키기 위한 것으로, 상기 베이스(40)의 내부에 구비된다. 구체적으로, 상기 X축 구동부재(10)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상면에 상기 받침부재(10)가 연결되는 연결판(25)과, 구동모터(21)의 회전력에 따라 연결판을 수평 이동시키는 볼스크루(22)와, 상기 연결판(25)의 수평 이동을 안내하도록 상기 볼스크루(22)의 양측에 배치되는 LM 가이드(23)를 포함한다.

그리고, 상기 Y축 구동부재(30)는 상부면에 상기 X축 구동부재(20)가 연결되어 상기 X축 구동부재(20)와 받침부재(10)를 Y축 방향으로 이동시키는 것으로, 상기 X축 구동부재(20)와 동일한 구성으로 이루어져 상기 X축 구동부재(20)와 직교하게 배치된다.

이상에서는 도면을 기준으로 하여 상기 X축 구동부재(20)가 받침부재(10)를 이동시키고, 상기 Y축 구동부재(30)가 X축 구동부재(20)를 이동시키는 것으로 설명하였으나, 이와 반대로 Y축 구동부재(30)가 받침부재(10)를 이동시키고, X축 구동부재(20)가 Y축 구동부재(20)를 이동시키도록 구성되더라도 무방하다.

상기 베이스(40)는 내부에 상기 X축 구동부재(20) 및 Y축 구동부재(30)가 구비되는 것으로, 상기 X축 구동부재(20) 및 Y축 구동부재(30)가 외부로 드러나지 않도록 밀폐 구조로 형성되며, 육면체 형상으로 형성된다. 이때, 상기 베이스(40)의 내부에는 절삭 과정에서 발생하는 절삭칩을 흡입하여 저장하는 칩 저장부가 구비되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 Z축 구동부재(50)는 가공대상물을 가공하기 위한 공구(55)를 상하 방향으로 이동시키기 위한 것으로, 상기 베이스(40)의 상측에 배치된다. 이때, 상기 Z축 구동부재(50)도 X축 구동부재(20)와 마찬가지로 구동모터와 볼스크루 및 LM 가이드를 포함한다. 이때, 상기 공구(55)는 별도의 회전수단에 의해 회전되도록 구성됨으로써, 회전을 통해 가공대상물을 절삭하도록 하는 것이 바람직하다.

상기 회전구동부재(60)는 상기 드라이버(100)에 의해 제어되어 가공대상물을 곡면 형태로 가공할 수 있도록 상기 Z축 구동부재(50) 및 공구(55)를 회전시키게 된다. 이를 위하여 상기 회전구동부재(60)는 도 4에 도시된 바와 같이, 상부커버(70)의 저면에 설치되고 외주면에 가이드홈(64)이 구비된 원통형상의 하우징(63)과, 일측 단부에 상기 가이드홈(64)에 삽입되는 가이드돌기(66)가 구비되고 타측 단부는 상기 Z축 구동부재(50)에 연결되어 상기 하우징(63)의 외면을 따라 회전하면서 상기 공구(55)를 회전시키는 회전부재(65)와, 상기 하우징(63)의 내부에 고정 설치되어 상기 회전부재(65)에 회전력을 제공하는 회전구동모터(61)를 포함한다.

그리고, 상기 상부커버(70)는 베이스(40)의 모서리 부분에 각각 설치된 복수개의 지지기둥(45)에 의해 지지되어 상기 베이스(40)의 상측에 위치하는 것으로, 상기 Z축 구동부재(50)와 회전구동부재(60)가 설치된다. 이때, 상기 베이스(40)에 설치되는 지지기둥(45)의 외측에 각각 측면커버(75)가 부착되어 가공부의 전면만 개방되도록 하는 것이 바람직하다. 이는 가공대상물을 가공하는 과정에서 발생하는 불꽃이나 분진 및 절삭칩이 외부로 비산하여 발생하는 사고를 방지하기 위한 것이다.

상기 드라이버(100)는 상부커버(70)의 일측에 구비되는 것으로, 외부의 입력신호에 따라 상기 X축 구동부재(20)와 Y축 구동부재(30), Z축 구동부재(50) 및 회전구동부재(60)를 각각 제어하게 된다.

한편, 상기 X축 구동부재(20)와 Y축 구동부재(30)에 의한 가공대상물의 위치 제어 및 상기 Z축 구동부재(50)와 회전구동부재(60)에 의한 공구의 위치 제어를 위하여 각각의 구동부재에는 모터의 회전량을 감지하는 엔코더와, 이동량을 제한하기 위한 리미트 센서 및 위치 확인용 포토센서가 구비되는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 3차원 금속 세공기를 이용하여 가공대상물을 가공하는 것에 대하여 설명하면 다음과 같다.

받침부재(10)의 안착부(15)에 가공대상물을 안착시켜 고정한 후, 외부 컨트롤러를 통해 드라이버(100)를 구동한다. 상기 드라이버(100)는 외부에서 입력된 신호에 따라 X축 구동부재(20)와 Y축 구동부재(30), Z축 구동부재(50) 및 회전 구동부재(60)에 각각 신호를 전달함으로써 상기 받침부재(10)가 좌우(X축)방향 또는 전후(Y축)방향으로 이동하고 공구(55)가 승강 및 회전하도록 한다.

즉, 상기 드라이버(100)의 신호를 전달받은 X축 구동부재(20)에 의해 상기 받침부재(10)가 좌우방향으로 이동되고, 상기 드라이버(100)의 신호를 전달받은 Y축 구동부재(30)에 의해 상기 받침부재(10)가 전후방향으로 이동되도록 한다. 상기 Y축 구동부재(30)에 의해 받침부재(10)가 전후방향으로 이동할 때에는 상기 X축 구동부재(20)가 받침부재(10)와 함께 이동하게 된다.

그리고, 상기 드라이버(100)의 신호를 받은 Z축 구동부재(50)에 의해 공구(55)가 하강하여 상기 받침부재(10)에 안착된 가공대상물을 가공하게 되는데, 상기 Z축 구동부재(50)에 의해 공구(55)의 높이가 조절되고 상기 X축 구동부재(20)와 Y축 구동부재(30)에 의해 받침부재(10)가 좌우방향 및 전후방향으로 이동됨에 따라 가공대상물이 3차원 형상으로 가공된다. 그리고, 상기 드라이버(100)의 신호를 받은 회전 구동부재(60)가 공구(55)가 구비된 상기 Z축 구동부재(50)를 회전시킴에 따라 가공대상물을 곡면 형상으로 가공할 수 있게 된다.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 실시 예들과 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 명세서에 기재된 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 통상의 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

10...받침부재
15...안착부
20....X축 구동부재
21...구동모터
22...볼스크루
23...LM 가이드
25...연결판
30...Y축 구동부재
40...베이스
45....지지기둥
50...Z축 구동부재
55...공구
60...회전구동부재
61...회전구동모터
63...하우징
64...가이드홈
65...회전부재
66...가이드돌기
70...상부커버
75...측면커버
100...드라이버

Claims

가공대상물이 안착되는 안착부(15)가 구비된 받침부재(10)와;
상부면에 상기 받침부재(10)가 연결되어 상기 받침부재(10)를 X축 방향으로 이동시키는 X축 구동부재(20)와;
상부면에 상기 X축 구동부재(20)가 연결되어 상기 X축 구동부재(20)와 받침부재(10)를 Y축 방향으로 이동시키는 Y축 구동부재(30)와;
내부에 상기 X축 구동부재(20) 및 Y축 구동부재(30)가 구비되며 밀폐 구조로 형성되는 육면체 형상의 베이스(40)와;
가공대상물을 가공하기 위한 공구(55)를 상하 방향으로 이동시키는 Z축 구동부재(50)와;
상기 베이스(40)로부터 상측에 위치하도록 상기 베이스(40)의 모서리 부분에 각각 설치된 복수개의 지지기둥(45)에 의해 지지되며 상기 Z축 구동부재(50)가 설치되는 상부커버(70)와;
상기 X축 구동부재(20)와 Y축 구동부재(30) 및 Z축 구동부재(50)를 제어하는 드라이버(100); 및
상기 드라이버(100)에 의해 제어되며 상기 Z축 구동부재(50)를 회전시키는 회전 구동부재(60);를 포함하고,
상기 회전 구동부재(60)는 상부커버(70)의 저면에 설치되고 외주면에 가이드홈(64)이 구비된 원통형상의 하우징(63)과, 일측 단부에 상기 가이드홈(64)에 삽입되는 가이드돌기(66)가 구비되고 타측 단부는 상기 Z축 구동부재(50)에 연결되어 상기 하우징(63)의 외면을 따라 회전하면서 상기 공구(55)를 회전시키는 회전부재(65)와, 상기 하우징(63)의 내부에 고정 설치되어 상기 회전부재(65)에 회전력을 제공하는 회전구동모터(61)를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 금속 세공기.
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제1항에 있어서,
상기 X축 구동부재(20)는 상면에 상기 받침부재(10)가 연결되는 연결판(25)과, 구동모터(21)의 회전력에 따라 연결판을 수평 이동시키는 볼스크루(22)와, 상기 연결판(25)의 수평 이동을 안내하도록 상기 볼스크루(22)의 양측에 배치되는 LM 가이드(23)를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 금속 세공기.
제1항 또는 제4항에 있어서,
상기 베이스(40)에 설치되는 지지기둥(45)의 외측에 각각 측면커버(75)가 부착되어 가공부의 전면만 개방되는 것을 특징으로 하는 3차원 금속 세공기.