KR102215366B1 - 금속 가공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속 가공방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가공대상을 회전시키면서 가공하는 공정, 가공대상을 고정한 상태에서 공구를 회전시키면서 가공하는 공정 및 가공대상을 절단하는 절단 단계의 형태로 세부적으로 나누어 수행함으로써 다양한 형태의 가공을 수행할 수 있는 금속 가공방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 금속 가공방법은 가공대상을 절단하는 절단 단계, 그리고 상기 가공대상을 회전시키면서 가공하는 회전 가공 단계, 상기 가공대상을 고정시킨 상태에서 가공하는 고정 가공 단계 중 적어도 하나를 포함하는 가공 단계를 포함하고, 상기 절단 단계는, 상기 가공대상을 안착플레이트에 안착시키는 안착 단계, 상기 안착플레이트의 일 측에 구비된 가동고정구가 이동하면서 상기 가공대상을 대응고정구에 밀착 고정시키는 홀딩 단계, 커터가 고정된 상기 가공대상을 절단하는 커팅 단계를 포함한다.

Description

금속 가공방법{METHOD OF WORKING METALLIC MATERIALS}

본 발명은 금속 가공방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가공대상을 회전시키면서 가공하는 공정, 가공대상을 고정한 상태에서 가공하는 공정, 절단 공정 등과 같은 금속 가공에 따른 일련의 공정에 있어서 자동화를 실현하고, 나아가 공정 운영의 효율성을 제고시킨 금속 가공방법에 관한 것이다.

일상 속에서 대부분 금속으로 된 제품은 원하는 모양으로 성형된 것을 쉽게 찾아볼 수 있다. 이러한 금속 제품은 금속 가공을 통해 원하는 모양으로 가공이 되고, 금속 가공은 크게 소성가공과 절삭가공으로 구분할 수 있다.

소성가공은 금속에 외력을 가한 후 제거하여도 원래의 형태로 돌아가지 않고 영구 변형으로 남아있는 성질, 즉 금속을 완전히 파괴시키지 않고 영구적으로 변형시킬 수 있는 것을 소성변형(plastic deformation)이라고 한다. 이와 같이 소성의 성질을 이용하여 가공하는 것을 소성가공이라고 하고, 절삭가공은 성형하고자 하는 금속보다 경도(hardness)가 큰 밀링머신(milling machine), 선반(lathe) 등 절삭공구(cutting tools)를 이용하여 금속으로부터 칩(chip)을 깎아내어 원하는 형상의 금속을 만드는 것을 의미한다.

본 발명은 금속 가공 중에서도 특히 절삭 가공에 관한 것이고, 다양한 기계, 장비 등에서 특정 기능을 수행하기 위해 사용되는 가공대상의 절삭, 절단에 관한 방법에 관한 것이다.

그리고 이러한 절삭 가공을 수행하기 위해서는 각 기계나 장비 등에 대응되는 가공 조건, 가공형상, 가공동작 등을 특정할 필요가 있다.

이와 관련하여 금속 가공 방법에 관한 종래의 기술로, 공개특허 제10-2008-0045069호(2008년05월22일)(이하 종래기술)가 있는데 작업물의 표면에 다수의 미세한 홈 등을 형성하기 위한 평면가공에 대해 제시하고 있다.

그러나 종래기술의 경우 축 가공이나 평단면을 절단하기 위한 가공조건 등에 대해서는 제시하고 있지 않아, 평면가공 뿐만 아니라 축 가공이나 단면 절단도 수행하여 가공하려는 가공대상을 다양한 형태로 가공할 수 있는 방법이 필요한 실정이다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 가공대상을 회전시키면서 원주면을 절삭하는 회전 가공 단계, 가공대상의 회전 없이 공구를 회전시켜 평면을 절삭하는 고정 가공 단계 및 커팅 장치로 단면을 절단 하는 절단 단계를 포함함으로써 원주면과 평면의 절삭 및 단면의 절단을 수행하여 가공대상의 형상이나 모양에 구애 받지 않고, 원하는 가공을 수행하는 방법의 제공을 목적으로 한다.

특히 절단 공정에서, 본 발명의 고유의 절단장치를 통해 절단 대상의 견고한 고정을 제공하고, 또한 효율적인 구동만으로 대상의 밀착 고정을 실현하며, 나아가 절단을 수행하는 블레이드의 정위치 확보에 따른 오차를 최소화하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제의 해결을 목적으로 하는 본 발명에 따른 금속 가공방법은 가공대상을 절단하는 절단 단계, 그리고 상기 가공대상을 회전시키면서 가공하는 회전 가공 단계, 상기 가공대상을 고정시킨 상태에서 가공하는 고정 가공 단계 중 적어도 하나를 포함하는 가공 단계를 포함하고, 상기 절단 단계는, 상기 가공대상을 안착플레이트에 안착시키는 안착 단계, 상기 안착플레이트의 일 측에 구비된 가동고정구가 이동하면서 상기 가공대상을 대응고정구에 밀착 고정시키는 홀딩 단계, 커터가 고정된 상기 가공대상을 절단하는 커팅 단계를 포함한다.

또한 상기 커터는 상기 안착플레이트의 일 측에 구비된 베이스, 일 단이 상기 베이스에 회동 결합된 블레이드를 포함하고, 상기 절단 단계는 상기 블레이드가 상기 베이스로부터 회동되어 상기 가공대상의 절단예정부위에 접촉 배치되는 배치 단계를 더 포함하고, 상기 커팅 단계에서, 상기 블레이드는 상기 절단예정부위를 수평 왕복 이동하면서 상기 가공대상을 절단하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 대응고정구는 상기 안착플레이트의 상면 측단에서 상부로 연장되어 구비되고, 상기 대응고정구는 상기 블레이드에 상응하는 위치에 이격부를 구비하고, 상기 이격부에 의해 일 측 제1대응고정구 및 타 측 제2대응고정구로 분체화되며, 상기 안착플레이트는 상기 블레이드에 상응하는 위치에 이격부를 구비하고, 상기 이격부에 의해 일 측 제1안착플레이트 및 타 측 제2안착플레이트로 분체화되는 것을 특징으로 한다.

상기 구성, 단계 및 특징을 갖는 본 발명은 가공하려는 가공대상을 회전시켜 절삭하는 회전 가공 단계, 가공대상의 회전 없이 공구를 회전시켜 절삭하는 고정 가공 단계 및 단면을 커팅 장치로 절단하는 절단 단계를 포함함으로써 다양한 형태의 가공대상을 가공할 수 있게 된다.

특히 절단 공정에 있어서, 절단 대상의 견고한 고정을 제공하고, 또한 효율적인 구동만으로 대상의 밀착 고정을 실현하며, 나아가 절단을 수행하는 블레이드의 정위치 확보에 따른 오차를 최소화한다는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 공정을 나타낸 블록도.
도 2는 제1장치를 나타낸 도면.
도 3은 제2장치를 나타낸 도면.
도 4는 제3장치를 나타낸 도면.
도 5는 제4장치를 나타낸 도면.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 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 명세서 상에 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.

본 명세서에서 기재한 ~제1~, ~제2~ 등은 서로 다른 구성 요소들임을 구분하기 위해서 지칭할 것일 뿐, 제조된 순서에 구애받지 않는 것이며, 발명의 상세한 설명과 청구범위에서 그 명칭이 일치하지 않을 수 있다.

본 발명은 금속 가공방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가공대상(M)을 회전시키면서 가공하는 공정, 가공대상(M)을 고정한 상태에서 공구를 회전시키면서 가공하는 공정 및 가공대상(M)을 절단하는 절단 단계의 형태로 세부적으로 나누어 수행함으로써 다양한 형태의 가공을 수행할 수 있는 금속 가공방법에 관한 것이다.

도 1 내지 도 5를 참고하여 본 발명의 구체적인 실시예들을 소개하면, 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 금속 가공방법은 회전 가공 단계, 고정 가공 단계 및 절단 단계를 포함한다.

상기 회전 가공 단계는 제1장치(100)를 통하여 수행되고, 이러한 회전 가공 단계는 가공대상(M)을 회전시키면서 가공 하는 공정으로 먼저 가공대상(M)의 일단을 척(110)에, 상기 가공대상(M)의 타단을 지지부(120)에 고정시킨다.

회전 가공 단계에 필요한 제1장치(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 척(110)이 주축 선단에 부착되어 가공대상(M)을 처킹(chucking)하게 되고, 상기 척(110)은 유압 또는 공기압력 등으로 상기 가공대상(M)을 처킹하게 된다.

또한 상기 척(110)의 돌출된 부분에 해당하는 척죠(111)(chuck jaw)를 작동시키는 실린더는 로터리 실린더를 사용하여 상기 가공대상(M)의 회전 중에도 상기 가공대상(M)의 물림압력이 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다. 이러한 척죠(111)는 열처리된 하드죠(hard jaw), 가공대상(M)의 형상에 따라 가공하여 사용할 수 있는 소프트죠(soft jaw) 등으로 구성될 수 있다.

그리고 지지부(120)는 상기 척(110)의 반대편에 위치하여 상기 가공대상(M)의 회전 시에 불안정할 수 있는 축의 흔들림을 방지하기 위한 장치로 상기 가공대상(M)의 원주 중심을 지지하는 장치에 해당한다. 가령, 가늘고 긴 가공대상(M)의 경우에는 상기 척(110)에 고정된 상태가 불안정할 수 있으므로, 가공 시에 휨 현상, 떨림 및 이탈되는 것을 방지하기 위한 구성인 것이다. 그리고 이러한 지지부(120) 또한 유압, 공기압 등을 사용하여 상기 가공대상(M)을 안정적으로 고정하게 된다.

그리고 공구 고정 툴박스(toolbox)는 각종 공구를 장착시키기 위한 구성으로 회전 드럼(130)을 포함하고, 상기 회전 드럼(130)의 원주면을 따라 구비된 복수의 공구 고정홈에 각종 공구를 장착할 수 있고, 제어부(140)의 제어 값에 의해 회전 드럼(130)을 회전시켜 원하는 공구를 선택해 사용할 수 있다. 상기 제어부(140)의 구체적인 실시예로는 소형 컴퓨터 등을 들 수 있다.

그리고 도 2에 도시된 바와 같이 회전 드럼(130)의 분할 수는 8 ~ 12 개 정도로 구성될 수 있고, 또한 이러한 회전 드럼(130)의 회전력은 유압, 전기 모터 등으로부터 동력을 받아 회전할 수 있게 된다. 그리고 상기 회전 드럼(130)은 전술했듯이, 상기 제어부(140)의 제어 값을 받아 회전 드럼(130)이 회전되면서 원하는 공구로 교체할 수도 있다. 또한 도 2에 도시된 바와 같이 상기 제어부(140)의 제어 값을 받아 x방향레일(150a)과 y방향레일(150b)을 따라 회전 드럼(130)이 이동될 수도 있게 된다. 그리고 본 명세서에서 도면을 기준으로 x방향은 우측을, y방향은 도면을 뚫고 들어가는 방향을, z방향은 상측을 의미한다.

상기 회전 드럼(130)이 x방향레일(150a)을 따라 이동함으로써 상기 가공대상(M)의 길이방향을 따라 가공할 수 있는 것이며, y방향레일(150b)을 따라 이동함으로써 상기 가공대상(M)과 공구가 접촉할 수 있는 것이다. 그리고 y방향레일의 경우 보다 정확하게는 y-z 방향이기는 하지만 y방향의 역할이 더 크므로 간단하게 y방향레일이라고 칭하기로 한다.

그리고 제어부(140)는 사용자가 조작판을 조작하여 그 조작에 따른 명령들을 수행하게 되며, 상기 조작판은 제1장치(100)를 조작할 수 있는 디스플레이 키보드 유닛, 모드 스위치, 기타 조작 및 연관 스위치 등을 포함한다.

이와 같은 제1장치(100)를 이용하여 수행되는 회전 가공 단계에 대한 일 실시예를 살펴보면, 회전 가공 단계는 가공대상(M) 일단을 척(110)에, 상기 가공대상(M) 타단을 지지부(120)에 고정하는 고정 단계, 제어부(140)가 회전 가공 장치에 제어 값을 부여하는 제어 단계, 회전 드럼(130)이 상기 제어 값을 수신하여 y방향레일을 따라 공구를 상기 가공대상(M) 측으로 이동시키는 x방향 이동 단계, 상기 척(110)이 회전되면서 상기 가공대상(M)이 회전하는 회전 단계 및 상기 공구가, 상기 제어 값에 따라 회전하는 상기 가공대상(M)의 원주면을 절삭 가공하는 원주면 절삭 단계를 포함한다.

또한 상기 회전 드럼(130)이 x방향레일(150a)을 따라 이동하는 x방향 이동 단계를 더 포함하고, 이러한 x방향 이동 단계를 통해 상기 가공대상(M)의 길이 방향으로의 절삭 가공도 수행될 수 있다.

그리고 상기 제어 값은 외경절삭을 위한 외경절삭 제어 값, 보링을 위한 보링 제어 값, 드릴링을 위한 드릴링 제어 값, 널링절삭을 위한 널링절삭 제어 값, 테이퍼절삭을 위한 테이퍼절삭 제어 값, 정면절삭을 위한 정면절삭 제어 값, 곡면절삭을 위한 곡면절삭 제어 값, 총형절삭을 위한 총형절삭 제어 값, 나사내기를 위한 나사내기 제어 값, 단면절삭을 위한 단면절삭 제어 값을 포함하는데, 이러한 다수의 제어 값들은 MMI(Man Machine Interface), PLC(Programmable Logic Controller), MCU(Machine Control Unit), NCK(Numerical control kernel)를 통하여 입력/연산/출력이 될 수 있다. 즉, 소형 컴퓨터를 내장하여 가공형상, 가공조건, 가공동작 등의 데이터를 컴퓨터에 의해 자동 프로그래밍을 하여 수치제어 데이터로 변환시키고, 펄스 신호화된 상태로 보유하여 필요에 따라서 제1장치(100)를 가동하게 되는 것이다.

따라서 회전 가공 단계는 외경절삭, 보링, 드릴링, 널링절삭, 테이퍼절삭, 정면절삭, 곡면절삭, 총형절삭, 절단, 나사내기, 단면절삭 가공을 더 포함할 수 있다.

그 다음으로 상기 고정 가공 단계는 제2장치(200)를 통하여 수행되고, 이러한 고정 가공 단계는 가공대상(M)은 회전 없이 고정시켜놓고, 공구의 회전과 가공대상(M)의 이송에 의해 가공 되는 공정에 해당한다. 즉, 여기서 사용되는 '고정'은 가공대상(M)의 회전이 존재하지 않는 상태를 말하는 것이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 제2장치(200)는 상기 제2장치(200)의 상부에 위치한 몸체(220), 상기 몸체(220)의 끝단에 결합되되, 툴(tool)(240)에 회전력을 부여하는 주축(230), 상기 주축(230)의 홈에 끼워져 결합된 툴(240), 제2장치(200)의 하단에 구비되되, 상기 툴(240) 보다 하단에 위치하고, 상기 가공대상(M)을 안착시킬 수 있는 공간을 제공하는 작업대(210), 상기 작업대(210)의 상면에 결합되되, 가공대상(M)을 고정하기 위한 고정블록(251), 이동블록(252) 및 가이드레일(253)을 포함하는 바이스(250) 및 상기 작업대(210)는 상기 작업대(210)의 하단 측에 구비되고, 상기 작업대(210)를 이송시키는 이송부를 더 포함한다.

구성 각각을 살펴보면, 상기 몸체(220)는 컨트롤부(260)의 제어 값을 수신하여 상기 주축(230)의 상하(z축방향) 운동성을 부여하게 되는데, 이러한 제어 값을 수신하여 가공할 부분에서는 상기 툴(240)이 하측으로 이동하게 되고, 가공하지 않을 부분에서는 상기 툴(240)이 상측으로 이동할 수 있게끔 제어가 된다.

그리고 상기 몸체(220)의 내부에는 상기 주축(230)의 상하 운동을 위한 z축 방향 스테이지가 형성되어 있어, 이러한 z축 방향 스테이지를 따라 상기 몸체(220)는 z축 방향으로 상하 운동을 하게 되고, 이러한 회전 동력은 상기 몸체(220) 내부에 리니어 모터를 구비함으로써 실현된다. 그리고 상기 몸체(220)는 가공 과정에서 발생하는 진동에 견딜 수 있어야 함은 자명한 사실이다.

그리고 상기 주축(230)은 상기 툴(240)을 고정시켜주는 구성으로 상기 주축(230)의 회전에 의해 상기 툴(240)이 회전하면서 작업대(210) 상에 위치한 가공대상(M)을 가공하게 된다. 그리고 이러한 주축(230)의 회전 동력은 전동 모터 등을 통해 실현할 수 있으나 꼭 전동모터에 한정되는 것은 아니고, 회전 동력을 부여할 수 있는 다양할 구성을 채용할 수 있다.

그리고 상기 제2장치 바이스(250) 상에 위치한 상기 가공대상(M)은 상기 고정블록(251)과 상기 이동블록(252)에 의해 고정되며, 이러한 고정은 상기 이동블록(252)이 가이드레일(253)을 따라 이동하면서 상기 가공대상(M)을 상기 고정블록(251) 측으로 압력을 가함으로써 고정하게 된다. 구체적인 실시예로 파워바이스를 들 수 있으나 파워바이스에 한정하지 않고, 상기 가공대상(M)을 고정할 수 있는 다양한 형태의 바이스를 포함한다.

그리고 상기 이송부는 상기 작업대(210)의 하단에 구비되고, 상기 이송부에 구비되는 리니어 모터 등에 의해 x방향 이송레일을 따라 상기 작업대(210)를 x방향으로 이송시키게 된다. 또한 같은 원리로 y방향 이송레일을 따라 상기 작업대(210)를 y방향으로도 이송시킬 수 있다. 또한 이는 컨트롤부(260)의 컨트롤 값에 따라 이송되며, 상기 작업대(210)의 x방향, y방향으로의 이동으로 가공대상(M)의 모든 상면과 측면에 걸쳐 절삭 가공을 수행할 수 있게 되는 것이다. 물론 전술했듯 상기 몸체(220)는 z방향을 따라 이동하면서 가공할 위치와 가공하지 않을 위치를 조절할 수 있게 된다. 또한 여기서 가공대상(M)의 상면은 상기 툴(240)을 바라보는 면을 말하는 것이다.

그리고 상기 컨트롤부(260)의 구체적인 실시예로, 상기 제1장치(100)와 같이 소형 컴퓨터를 내장하여 가공형상, 가공조건, 가공동작 등의 데이터를 컴퓨터에 의해 자동 프로그래밍을 하여 수치제어 데이터로 변환시키고, 펄스 신호화된 상태로 보유하여 필요에 따라서 제2장치(200)를 컨트롤하고, 이러한 컨트롤은 상기 주축(230)의 z방향으로의 운동 및 상기 작업대(210)의 x방향, y방향으로의 운동의 컨트롤을 포함한다.

또한 자동공구교환장치를 통하여 컨트롤부(260)의 컨트롤 값에 따라 주축(230)을 자동으로 교환할 수 있다. 상기 자동공구교환장치는 교환하려는 주축(230)과 현재 몸체(220)의 끝단에 결합된 주축(230)의 사이에 위치하고, 컨트롤부(260)의 컨트롤 값을 받아 자동공구교환장치의 양 쪽의 암이 각 주축(230)을 파지한 상태에서 180도 회전함에 따라 주축(230)이 교환될 수 있게 된다.

상기 자동공구교환장치는 주축(230)을 아랫방향으로 이송시킬 수 있는 모터와 암을 회전시키기 위한 모터 등이 구비될 것이며 전술한 바와 같이 소형 컴퓨터를 통해 프로그램화되어 자동 교환이 수행된다. 구체적인 실시예로 mct 머신에 통상적으로 구비되는 자동공구교환장치를 들 수 있다.

이러한 제2장치(200)를 통하여 고정 가공 단계는 상기 가공대상(M)의 일단을 바이스 상부에 구비된 고정블록(251)에, 상기 가공대상(M)의 타단을 상기 고정블록(251)과 정면으로 마주보는 이동블록(252)에 픽싱(fixing)하는 픽싱 단계, 상기 툴(240)을 파지하는 주축(230)이 상기 툴(240)을 상기 가공대상(M) 측으로 이동시키는 툴 이동 단계 및 상기 툴(240)이 회전하면서 상기 가공대상(M)의 상면이나 측면을 절삭 가공하는 밀링 절삭 단계를 포함한다.

또한 상기 작업대(210)를 x방향이나 y방향으로 이동시키는 작업대 이동 단계를 더 포함하여 가공대상(M)의 모든 상면과 측면에 대한 절삭 가공을 수행할 수 있다.

여기서 상기 밀링 절삭 단계는 가공대상(M)의 상면을 정면 밀링 커터를 이용하여 절삭 가공하는 정면 절삭, 엔드밀을 이용하여 가공대상(M)의 측면을 절삭 가공하는 측면 절삭, 엔드밀을 이용하여 가공대상(M)의 측면 전체를 걸쳐 절삭 가공하는 윤곽 절삭, 각(angle) 밀링 커터를 이용하여 가공대상(M)의 내측면을 절삭 가공하는 더보테일 절삭, 엔드밀을 이용하여 가공대상(M) 상면에 키 홈을 내는 키 홈 절삭, 볼 엔드밀을 이용하여 곡면 형상의 상면을 절삭 가공하는 곡면 절삭 등을 포함할 수 있다.

또한 전술한 고정블록(251)과 정면으로 마주보는 제2부고정부(252)란 상기 작업대(210) 상부에 평행하게 배치되되, y방향 성분만으로 운동하여도 고정블록(251)과 포개질 수 있는 배치를 말한다.

또한 상기 작업대(210) 상부에 구비된 상기 제2장치 바이스(250)는 분리가 가능하여 가공대상(M)의 형상, 크기 등에 구애 받지 않고, 상기한 고정 가공 단계를 수행할 수 있게 된다.

그 다음으로 상기 절단 단계는 제3장치(300)를 통하여 수행되고, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제3장치(300)는 작업 공간을 제공하는 테이블(310)의 상부에 구비되되, 가공대상(M)이 안착될 수 있는 안착플레이트(311), 그리고 상기 안착플레이트(311)의 길이방향으로 연장되어 형성된 연장 안착플레이트(312), 그리고 상기 안착플레이트(311)의 상면 일 측에 구비되는 가동고정구, 그리고 상기 가동고정구에 평행하게 배치되되, 상기 안착플레이트(311)의 상면 측단에서 상부로 연장되어 구비되는 대응고정구(313), 그리고 상기 테이블(310)의 전면과 상기 안착플레이트(311)의 일 측에 구비되는 베이스(320), 상기 베이스(320)에 회동 결합된 블레이드(331)를 포함하는 커터(330)를 포함한다.

또한 상기 테이블(310)은 전면에 각도조절 클램핑(314)을 더 포함하는데, 상기 각도조절 클램핑(314)은 상기 베이스(320)의 회전을 제어하는 구성으로, 상기 각도조절 클램핑(314)을 좌우로 회동시켜 상기 베이스(320)가 회전 운동을 하지 못하도록 고정시키거나 회전 운동을 할 수 있도록 개방시키게 된다.

물론 이러한 각도 조절을 위해서 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 베이스(320)가 상기 테이블(310)에 회동 결합됨은 자명한 사실이며, 이러한 각도조절 클램핑(314)은 회전 운동을 수행하는 부분을 제어하기 위한 일반적인 클램프가 사용된다.

그리고 이에 따라 원하는 각도로 베이스(320)를 회전시켜 가공대상(M)을 사선방향으로 절단하는 각도 절단을 수행할 수 있다.

각각의 구성들을 상세히 살펴보면, 상기 안착플레이트(311)는 가공대상(M)을 안착시켜 놓는 공간에 해당하고, 또한 가공대상(M)의 길이가 긴 경우에도 안정적으로 안착시키기 위해 길이 방향으로 연장되어 형성된 연장 안착플레이트(312)를 더 포함시킬 수도 있다.

또한 여기서의 길이 방향이란 도 4에 도시된 바와 같이 상기 커터(330)에 수직하고, 상기 가동고정구와 상기 대응고정구(313)에 평행한 방향을 의미한다.

또한 상기 안착플레이트(311)는 가공대상(M)의 안정적인 각도 절단을 위해 안착플레이트(311)의 표면에 소정의 홈을 더 구비할 수 있는데, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 가공대상(M)과 평행한 방향이 아닌 사선 방향으로 안착홈을 구비할 수 있다.

그리고 상기 안착플레이트(311)의 일단에 구비된 지그(340)는 상기 안착플레이트(311)에 안착된 가공대상(M)을 고정하기 위한 구성이며, 전면에 가동고정구, 후면에 상기 가동고정구의 수평 운동을 제어하기 위한 제어핸들(342), 가동고정구를 고정시키기 위한 고정레버(341)를 포함한다. 상기 지그(340)의 실시예로 기계식 바이스 등 다양한 종류의 바이스를 들 수 있고, 이러한 바이스는 통상의 기술자에게 일반적으로 널리 알려진 기술에 해당하는바 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

그리고 상기 베이스(320)는 상부에 제어반(350)을 수용하는 수용부를 포함하며, 하단에는 블레이드(331)의 회전 동력을 부여하는 회동부를 포함하는데, 상기 회동부의 회동에 따라 상기 블레이드(331)가 회동하게 되며, 궁극적으로는 상기 블레이드(331)에 수직 방향 성분의 운동을 부여할 수 있게 된다. 그리고 상기 회동부는 일반적인 전기 모터 등 회전 동력을 부여할 수 있는 어떠한 장치가 사용되어도 무방하다.

그리고 상기 블레이드(331)는 상기 회동부와 결합되는 부분인 회동결합부를 포함하고, 전술했듯이 상기 회동부와 상기 회동결합부의 결합으로 인하여 상기 블레이드(331)는 회동을 할 수 있게 된다.

또한 상기 커터(330)는 내부에 수평이동장치를 포함하고, 상기 수평이동장치는 상기 블레이드(331), 구동 모터, 벨트풀리 등으로 구성될 수 있다. 그리고 상기 블레이드(331)는 상기 구동 모터와 축 결합한 기어, 벨트풀리 등을 통하여 동력을 전달 받아 수평 운동을 수행할 수 있게 된다. 또한 커터(330)는 텐션핸들(332)을 더 포함할 수 있는데, 상기 텐션핸들(332)을 조작하여 상기 블레이드(331)의 텐션을 조절할 수 있게 된다.

또한 상기 제어반(350)은 상기 회동부를 구동하는 모터 및 상기 커터(330)에 내장되어 상기 블레이드(331)의 수평운동을 부여하는 구동 모터와 전기적으로 연결되어, 상기 블레이드(331)의 수직운동(회동에 의한)과 수평운동을 제어하게 된다.

그리고 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 대응고정구(313)는 상기 안착플레이트(311)의 상면 측단에서 상부로 연장되어 구비되고, 상기 대응고정구(313)는 상기 블레이드(331)에 상응하는 위치에 이격부를 구비하고, 상기 이격부에 의해 일 측 제1대응고정구(313a) 및 타 측 제2대응고정구(313b)로 분체화되며, 상기 안착플레이트(311)는 상기 블레이드(331)에 상응하는 위치에 이격부를 구비하고, 상기 이격부에 의해 일 측 제1안착플레이트(311a) 및 타 측 제2안착플레이트(311b)로 분체화된다.

여기서 상기 대응고정구(313)가 상기 블레이드(331)에 상응하는 위치에 구비된 이격부의 의미는 상기 블레이드(331)가 회동하여 하측 방향으로 수직 운동 성분을 갖고 내려오거나 올라갈 때, 상기 대응고정구(313)와 접촉하지 않도록 하면서도 상기 각도조절 클램핑(314)의 수평 각도 제어에 따라 각도 절단을 하는 경우에도 상기 블레이드(331)가 제어되는 수평 각도만큼 상기 대응고정구(313)와 접촉하지 않도록 구비된 이격 공간을 뜻한다.

즉, 이에 따라 상기 대응고정구(313)는 상기 이격부를 기준으로 하여 제1대응고정구(313a) 및 제2대응고정구(313b)로 분체화되고, 상기 블레이드(331)가 가공대상(M)에 접촉하여 절단할 수 있는 공간을 확보할 수 있게 되는 것이다.

그리고 상기 안착플레이트(311) 또한 상기 이격부를 기준으로 일 측 제1안착플레이트(311a) 및 타 측 제2안착플레이트(311b)로 분체화되는데, 이러한 이격부를 통해 상기 블레이드(331)가 가공대상(M)과 접촉하여 절단을 수행할 때 상기 블레이드(331)가 가공대상(M)을 수직으로 완전하게 관통하여 절단을 마무리할 수 있게 된다.

이러한 제3장치(300)를 통한 절단 단계는, 상기 가공대상(M)을 안착플레이트(311)에 안착시키는 안착 단계, 상기 안착플레이트(311)의 일 측에 구비된 가동고정구가 이동하면서 상기 가공대상(M)을 대응고정구(313)에 밀착 고정시키는 홀딩 단계, 커터가 고정된 상기 가공대상(M)을 절단하는 커팅 단계를 포함한다.

또한 상기 절단 단계는 상기 블레이드(331)가 상기 베이스(320)로부터 회동되어 상기 가공대상(M)의 절단예정부위에 접촉 배치되는 배치 단계를 더 포함하고, 상기 커팅 단계에서, 상기 블레이드(331)는 상기 절단예정부위를 수평 왕복 이동하면서 상기 가공대상(M)을 절단한다.

또한 이격부를 구비함으로써 상기 커팅 단계는 상기 블레이드(331)가 상기 가공대상(M)을 완전히 통과하여 마무리 절단을 수행하는 마무리 커팅 단계를 더 포함한다.

또한 제4장치(400)는 도 5에 도시된 바와 같이, 바닥면에 접지되는 받침대(420), 상기 받침대(420)의 상면에서 상방향으로 연장되는 지지축(430), 상기 지지축(430)에 승강이 가능하도록 설치되는 워크벤치(440) 및 상기 지지축(430)의 상단에 구비되는 헤드부(450)를 포함하여 구성된다. 상기 워크벤치(440)는 상기 지지축(430)의 외주면에 브라켓(442)으로 슬라이드 가능하게 결합되고, 핸들(444) 조작에 의해 지지축(430)을 따라 슬라이드 시키도록 되어 있다.

또한 상기 헤드부(450)는 드릴(456) 등의 절삭공구가 장착되는 회전축(452)과 상기 회전축(452)을 회전시키도록 구비되는 구동모터(454)를 포함하여 구성된다.

이때 상기 회전축(452)과 구동모터(454)의 결합관계는 상세하게 도시하지 않았지만 벨트풀리를 매개로 연결될 것은 너무나 당연하며, 상기 회전축(452)의 끝단부에는 드릴(456)을 구속하거나 구속 해제하는 드릴 척(458)이 구비될 것이다. 즉, 상기 헤드부(450)는 회전축(452), 구동모터(454), 벨트풀리 등을 포함한 작동수단들로 구성되는 것이다.

이렇게 구성된 제4장치(400)는 회전축(452) 끝에 드릴(456)을 장착한 후 드릴(456) 하부까지 상기 가공대상(M)이 놓여진 워크벤치(440)을 상승시켜 구동모터(454)로 드릴(456)을 회전시키면서 레버(459)로 상하운동을 시켜 구멍을 천공한다.

이러한 제4장치(400)를 이용하여 상기 가공대상(M)을 천공하는 천공 단계를 더 포함할 수 있다.

한편, 본 발명에서, 제3장치(300)가 가공대상(M)의 절단 시에 가공대상(M)을 측면에서 가압하여 고정하는 경우, 가공대상(M)을 고정하기 위해 과도한 가압력이 작용할 수 있고, 이는 가공대상(M)에 손상을 입히는 결과를 초래할 수 있다. 특히 이는 가공하고자 하는 가공대상(M)이 무른 경우 더욱 부각될 수 있다.

이에 본 발명은 도 6에 도시된 바와 같이, 제3장치(300)가 가공대상(M)의 측면을 가압하여 고정하는 힘이 과도하게 작용하지 않도록 가공대상(M)의 전후방 이동을 제한하여 고정을 강화하는 제한수단(R)을 더 포함할 수 있음을 특징으로 한다.

상기한 제한수단(R)은 가공대상(M)의 이동 제한 위치에 구비되어 가공대상(M)의 이동을 제한하는 리시버(R2), 이동면 상에 구비되고 가공대상(M)에 의해 가압되는 트리거(R1), 그리고 트리거(R1)의 눌림 동작에 의해 리시버(R2)를 승강시키는 액추에이터(R3)를 포함한다.

먼저 상기 트리거(R1)에 대해서 살펴보면, 상기 트리거(R1)는 안착플레이트(311)의 표면에 해당하는 이동면 상에 구비되는데, 상기 트리거(R1)는 상기 이동면의 상부로 노출되며 상기 가공대상(M)의 이동방향(이하 이동방향)을 따라 상향 경사를 갖는 노출상부와 상기 노출상부의 하부에 연결되고 상기 이동면의 하측으로 내장된 내장하부 및 상기 내장하부의 하단에 형성된 접점부를 포함한다.

먼저 상기 노출상부는 상기 이동면 상에 노출되는 구성으로, 상기 가공대상(M)이 기 노출상부를 가압함으로써 상기 접점부와 상기 단자부가 접촉하여 상기 제한수단(R)을 작동시키게 된다.

그리고 상기 가공대상(M)이 기 노출상부를 가압하는 경우 상기 노출상부는 상기 이동면의 내부로 하강하게 되고, 상기 가공대상(M)이 기 노출상부를 용이하게 가압시키기 위해서는 상기 노출상부는 상기 가공대상(M)의 이동방향으로 상향 경사를 가져야하고, 상향 경사의 초입의 높이는 이동면의 높이보다 같거나 낮아야 한다.

또한 트리거(R1)의 하단에는 가공대상의 가압이 해제될 경우, 접점부와 단자부를 다시 이격시키기 위해 탄성체 등과 같은 소정의 복귀수단이 구비될 수 있고, 이러한 복귀수단은 특별히 어느 한 형태로 한정되지 않는다.

그리고 이러한 트리거(R1)가 액추에이터(R3)의 단자부 측으로 이동하여 접촉 불량 없이 온전하게 전기적신호를 발생시키기 위해서는 첫째로 가공대상(M)이 리거(R1) 측으로의 초기 진입이 용이하여야 하고, 둘째로 초기 진입 이후에는 트리거(R1)의 적절한 수직 변위 값을 확보할 필요가 있다.

이에 따라 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 트리거(R1)의 노출상부는 상기 가공대상(M)과 접촉하고 상기 이동 방향을 따라 기울기가 점증하는 경사점증부(R11) 및 상기 경사점증부(R11)에서 상기 이동방향으로 연장되고 상기 이동방향을 따라 기울기가 점감하는 경사점감부(R12)를 포함하고, 상기 트리거(R1)는 상기 경사점감부(R12)에서 상기 이동방향으로 연장되고 상부로 돌출 구비된 상단돌기부(R13)를 더 포함하고, 상기 상단돌기부(R13)는 상기 경사점증부(R11)와 상기 경사점감부(R12)의 조합과 동일한 경사 구조를 갖는다.

먼저 여기서 상기 이동방향이란 상기 안착플레이트(311)의 길이방향을 의미한다.

그리고 상기 경사점증부(R11)는 기울기 0의 경사로 시작하여 기울기가 점점 증가하는 지수 함수 형태의 모양을 띄며, 기울기 0의 경사로 시작해 그 기울기가 점차 증가하기 때문에 상기 가공대상(M)이 기 트리거(R1) 측으로 원활하게 초기 진입을 수행할 수 있게 된다.

그리고 상기 가공대상(M)이 곡점을 지나서 상기 경사점감부(R12) 측으로 진입을 하게 되는데, 상기 경사점감부(R12)는 급격했던 기울기가 완만하게 줄어드는 형태로, 상기 가공대상(M)이 직 방향으로 상기 경사점감부(R12)를 가압함으로써 상기 트리거(R1)가 상기 액추에이터(R3)의 단자부 측으로 원활하게 이동할 수 있게 된다.

또한 상기 경사점증부(R11)의 높이 h1과 상기 경사점감부(R12)의 높이 h2의 비는 다양한 실험 결과 1:3에 해당하는 것이 바람직한데, 이를 통해 상기 가공대상(M)의 초기진입의 용이성을 확보하면서도 상기 트리거(R1)의 수직변위 이동 폭을 극대화 시킬 수 있기 때문이다.

그리고 상기 가공대상(M)이 기 경사점감부(R12)를 지난 이후 상기 상단돌기부(R13)에 진입하게 되는데, 상기 상단돌기부(R13)는 상기 경사점증부(R11) 및 상기 경사점감부(R12)의 경사 형태를 모두 포함하는 구성에 해당한다. 이를 통해 노출상부로의 진입의 용이성 및 트리거(R1)의 큰 수직변위 이동 폭 확보 효과를 한 번 더 얻을 수 있게 된다.

그 다음으로 상기 가공대상(M)이 기 트리거(R1)를 지난 이후에는 전술했듯이 상기 가공대상(M)의 이동 제한 위치에 구비된 상기 리시버(R2)는 상기 액추에이터(R3)에 의해 상기 이동면의 상부로 상승 이동하게 된다.

즉, 상기 리시버(R2)는 상기 이동면을 기준으로 하여 상기 이동면의 내부에 은폐되어 있다가 상기 액추에이터(R3)에 의해 상기 이동면의 상부로 상승 이동하게 되어 상기 가공대상(M)의 전후 운동을 제어하게 된다. 또한 이러한 리시버(R2)는 이동면 상에 구비될 수도 있고, 상기 이동면과 이격된 위치에 따로 구비될 수도 있다. 즉, 이동면과 동일한 높이를 갖는 이격된 위치에 구비될 수도 있는 것이다.

그리고 여기서 이동 제한 위치는 상기 가공대상(M)의 이동방향을 기준으로 하여 상기 트리거(R1) 보다 후측에 있는 위치를 말하고, 자명하게도 상기 가공대상(M)이 이동 제한 위치 도착 전에 승강수단에 의해 상기 리시버(R2)가 완전 상승할 수 있는 위치여야 한다.

그리고 상기 리시버(R2)는 내부에 내장된 자성체(R20) 및 상기 이동방향에 수직하게 배치되는 연직부와 상기 이동방향에 평행하게 배치되는 평행부가 상기 가공대상(M)과 접촉하는 제한부(R22)를 형성하는 탄성리시버(R21)를 포함하고, 상기 탄성리시버(R21)는 상기 평행부에서 상측으로 연장된 제2연직부 및 상기 제2연직부의 상단에서 수평으로 연장된 제2평행부에 의해 형성되고 상기 제한부(R22)보다 큰 상하 폭을 갖는 제2제한부(R23)를 더 포함한다.

먼저 상기 자성체(R20)는 리시버(R2)의 중심에 위치함으로써 상기 가공대상(M)의 무게중심 측을 안정적으로 지지할 수 있게 된다.

그리고 상기 탄성리시버(R21)는 상기 가공대상(M)과의 충돌로 인한 충격을 안정적으로 흡수하기 위해 탄성을 갖는 물질로 구성되는데 라텍스, 우레탄 등 다양한 탄성고분자를 포함할 수 있다.

그리고 이에 더하여 상기 탄성리시버(R21)는 전술한 바와 같이 제한부(R22), 제2제한부(R23), 제3제한부(R24) 등 제n제한부를 포함함으로써 상기 가공대상(M)의 높이에 따라 대응되는 제n제한부가 상기 가공대상(M)의 전면과 상면을 안정적으로 지지할 수 있게 된다.

그 다음으로 상기 액추에이터(R3)는 상기 노출상부의 높이만큼 상기 접점부의 하부에 이격 구비된 단자부, 일단이 상기 단자부에 연결되어 상기 접점부와 상기 단자부의 접촉에 의해 구동신호를 전달하는 신호전달부 및 상기 신호전달부의 타단에 연결되어 상기 구동신호에 의해 상기 리시버(R2)를 승강시키는 승강수단을 포함한다.

먼저 상기 단자부는 상기 트리거(R1)의 접점부의 접촉에 의해 전기적 신호가 발생하게 되는데, 이러한 접촉에 의한 전기적 신호의 발생은 기 공지된 터치 스위치의 작동 원리를 참고할 수 있다.

그리고 발생된 전기적 신호를 상기 신호전달부가 상기 승강수단 측으로 전달하여 상기 승강수단은 상기 이동면의 내부에 은폐돼 있던 상기 리시버(R2)를 상기 이동면의 상부로 상승하게 만든다.

그리고 이러한 승강수단은 실린더방식, 크랭크방식, 권상기방식, 리프트방식 등 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 이에 대한 구체적인 실시는 본 발명의 범위를 벗어난 것으로 통상의 기술자의 일반상식 또는 기 공지된 기술을 참고할 수 있다.

이상에서 첨부된 도면을 참조하여 설명한 본 발명은 통상의 기술자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

M : 가공대상
100 : 제1장치
110 : 척 120 : 지지부
130 : 회전 드럼 140 : 제어부
150a : x방향레일 150b : y방향레일
200 : 제2장치
210 : 작업대 220 : 몸체
230 : 주축 240 : 툴
250 : 바이스
300 : 제3장치
310 : 테이블 320 : 베이스
330 : 커터 340 : 지그
350 : 제어반
400 : 제4장치
420 : 받침대 430 : 지지축
440 : 워크벤치 450 : 헤드부

Claims (4)

1. 가공대상을 절단하는 절단 단계; 및
   상기 가공대상을 회전시키면서 가공하는 회전 가공 단계, 상기 가공대상을 고정시킨 상태에서 가공하는 고정 가공 단계 중 적어도 하나를 포함하는 가공 단계;
   를 포함하고,
   상기 절단 단계는, 상기 가공대상을 안착플레이트에 안착시키는 안착 단계, 상기 안착플레이트의 일 측에 구비된 가동고정구가 이동하면서 상기 가공대상을 대응고정구에 밀착 고정시키는 홀딩 단계, 커터가 고정된 상기 가공대상을 절단하는 커팅 단계를 포함하고,
   상기 커터는 상기 안착플레이트의 일 측에 구비된 베이스, 일 단이 상기 베이스에 회동 결합된 블레이드를 포함하고,
   상기 절단 단계는 상기 블레이드가 상기 베이스로부터 회동되어 상기 가공대상의 절단예정부위에 접촉 배치되는 배치 단계를 더 포함하고,
   상기 커팅 단계에서, 상기 블레이드는 상기 절단예정부위를 수평 왕복 이동하면서 상기 가공대상을 절단하고,
   상기 대응고정구는 상기 안착플레이트의 상면 측단에서 상부로 연장되어 구비되고,
   상기 대응고정구는 상기 블레이드에 상응하는 위치에 이격부를 구비하고, 상기 이격부에 의해 일 측 제1대응고정구 및 타 측 제2대응고정구로 분체화되며,
   상기 안착플레이트는 상기 블레이드에 상응하는 위치에 이격부를 구비하고, 상기 이격부에 의해 일 측 제1안착플레이트 및 타 측 제2안착플레이트로 분체화되고,
   상기 절단 단계는 제3장치를 통하여 수행되고,
   상기 제3장치는 상기 가공대상의 전진을 제한하는 제한수단을 더 포함하고,
   상기 제한수단은, 상기 가공대상의 이동 제한 위치에 구비되고, 상기 가공대상이 전후진 하는 이동면의 상부로 상승하거나 또는 상기 이동면의 하부로 하강하는 리시버,
   상기 이동면 상에 구비되고, 상기 이동면의 상부로 노출되며 상기 가공대상의 이동방향(이하 이동방향)을 따라 상향 경사를 갖는 노출상부, 상기 노출상부의 하부에 연결되고 상기 이동면의 하측으로 내장되는 내장하부 및 상기 내장하부의 하단에 형성된 접점부를 포함하는 트리거 및
   상기 노출상부의 높이만큼 상기 접점부의 하부에 이격 구비된 단자부, 일단이 상기 단자부에 연결되어 상기 접점부와 상기 단자부의 접촉에 의해 구동신호를 전달하는 신호전달부 및 상기 신호전달부의 타단에 연결되어 상기 구동신호에 의해 상기 리시버를 승강시키는 승강수단을 포함하는 액추에이터를 포함하고,
   상기 노출상부는 상기 가공대상과 선 접촉하고 상기 이동 방향을 따라 기울기가 점증하는 경사점증부 및 상기 경사점증부에서 상기 이동방향으로 연장되고 상기 이동방향을 따라 기울기가 점감하는 경사점감부를 포함하고,
   상기 노출상부는 상기 경사점감부에서 상기 이동방향으로 연장되고 상부로 돌출 구비된 상단돌기부를 더 포함하고,
   상기 상단돌기부는 상기 경사점증부와 상기 경사점감부의 조합과 동일한 경사 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 금속 가공방법.
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