KR102361544B1 - 초음파 진동을 이용한 정밀 절삭가공장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초음파 진동을 이용한 정밀 절삭가공장치에 관한 것으로, 가공대상물을 절삭가공하는 가공툴(110)을 포함하는 공작기계(100), 상기 가공대상물이 일면에 안착되는 가공테이블(200) 및 상기 가공대상물로 초음파 진동을 가하는 초음파 발생부(300)를 포함하되, 상기 초음파 발생부(300)는 상기 가공테이블(200) 상에 설치되도록 이루어져, 보다 다양한 종류의 가공툴을 사용할 수 있음과 더불어 초음파 발생부의 고장을 방지할 수 있는 초음파 진동 정밀 절삭가공장치이다.

Description

초음파 진동을 이용한 정밀 절삭가공장치{PRECISION CUTTING DEVICE USING ULTRASONIC VIBRATION}
본 발명은 초음파 발생부가 구비되어 가공대상물을 보다 정밀하게 가공하는 정밀 절삭가공장치에 관한 것이다.
절삭가공은 공작기계에 형성된 가공툴을 이용하여 가공대상물을 깎아 가공 성형하는 것으로, 절삭가공 내에서도 고정식 공구나 회전식 공구와 같이 사용되는 공구의 종류에 따라 다양하게 분류된다. 이 중에서 회전식 공구를 사용하는 절삭가공 또한 밀링(Milling), 드릴링(Drilling) 및 보링(Boring) 등으로 구분될 수 있으며, 상기 밀링은 밀링 커터를 이용하여 가공대상물을 절삭하는 것을, 상기 드릴링은 가공대상물에 구멍을 뚫는 것을, 상기 보링은 뚫은 구멍을 크게 하는 가공 방법을 의미한다.
이와 같이 회전식 공구를 사용하는 공작기계는 최근 미국공개특허공보 제2011-0268516호("ULTRASONIC MACHINING ASSEMBLY FOR USE WITH PORTABLE DEVICES", 2011.11.03. 공개)에서 나타난 바와 같이 초음파 가공과 더불어 사용되고 있다. 이때 도 1을 참조하여 해당 문헌을 간략히 설명하자면, 초음파 기계가공 조립체(1)는 전파 드릴비트(2), 콜렛(3) 진동전달체(6) 및 초음파 트랜스듀서(7)를 포함하여 구성되되, 드릴 헤드에 장착되어 회전하도록 구성된다.
즉, 종래 초음파 발생부가 구비된 절삭가공장치는, 초음파 발생부가 절삭가공을 수행하는 가공툴과 일체로 구성되거나 가공툴이 장착되는 헤드에 설치되어 사용되고 있다. 이에 따라 가공툴과 일체로 구성되는 경우에는 각각의 가공툴마다 초음파 발생부를 별도로 구비해야 하며, 헤드 부분에 설치되는 경우에는 설치된 초음파 발생부와 호환되는 가공툴에 한해서만 사용이 가능하였다.
아울러 종래의 공작기계에 설치되는 초음파 발생부는 가공툴과 함께 회전하도록 구성됨에 따라, 초음파 발생부가 고속으로 회전하면서 고장이 발생되는 경우가 빈번하였으며, 장치의 내구성 저하와 효율 감소 등의 문제가 발생될 수 있었다.
US 2011/0268516 A1 ("ULTRASONIC MACHINING ASSEMBLY FOR USE WITH PORTABLE DEVICES") 2011.11.03. 공개 KR 10-1561531 B1 ("초음파 밀링 가공 장치") 2015.11.02. 공고 KR 10-2015-0124005 A ("초음파 밀링용 진동자") 2015.11.05. 공개
이에 따라, 본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 다양한 형태의 가공툴과의 호환이 가능하면서도 고장이 발생되는 것을 보다 방지할 수 있도록, 작업테이블 상에 초음파 발생부가 내장되는 초음파 진동을 이용한 정밀 절삭가공장치에 관한 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 진동 정밀 절삭가공장치는, 가공대상물을 절삭가공하는 가공툴을 포함하는 공작기계, 상기 가공대상물이 일면에 안착되는 가공테이블 및 상기 가공대상물로 초음파 진동을 가하는 초음파 발생부를 포함하며, 상기 초음파 발생부는 상기 가공테이블 상에 설치될 수 있다.
이때 본 발명은 상기 가공테이블을 축 방향으로 이동시키는 축 구동수단 및 상기 가공테이블을 회전시키는 회전수단을 더 포함할 수 있다.
아울러 본 발명은 상기 가공테이블이 경사지도록 기울이는 틸팅수단을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
여기서 본 발명의 상기 가공테이블 및 틸팅수단은 지지플레이트 상에 고정되고, 상기 축 구동수단 및 회전수단이 상기 지지플레이트를 조절하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 가공툴은 드릴, 밀링 커터 및 레이저 등의 툴 중 선택되는 어느 하나의 툴로 이루어질 수 있다.
또한 상기 가공테이블은, 정밀가공 테이블 및 절삭가공 테이블을 포함하고, 상기 정밀가공 테이블 상에 초음파 발생부가 설치되되, 상기 정밀가공 테이블이 상기 절삭가공 테이블 상에서 위치가 가변될 수 있다.
상술된 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 초음파 진동 정밀 절삭가공장치는, 가공대상물을 절삭가공하는 가공툴을 포함하는 공작기계, 상기 가공대상물이 일면에 안착되는 가공테이블, 상기 가공대상물로 초음파 진동을 가하는 초음파 발생부, 상기 가공테이블을 회전시키는 회전수단 및 상기 가공테이블이 경사지도록 기울이는 틸팅수단을 포함할 수 있다. 이때 상기 가공툴은 레이저로 이루어질 수 있다.
아울러 본 발명의 다양한 실시예에 따른 초음파 진동 정밀 절삭가공장치를 이용한 본 발명의 정밀가공 방법은, 상기 가공테이블 상에 가공대상물을 배치하는 준비단계 및 상기 공작기계의 가공툴로 상기 가공대상물을 절삭가공하는 가공단계를 포함하며, 상기 가공단계에서 상기 초음파 발생부가 상기 가공대상물로 초음파 진동을 가하도록 형성될 수 있다.
이때 상기 가공단계는, 상기 틸팅수단이 상기 가공테이블을 기울이는 틸팅단계 및 상기 회전수단이 상기 가공테이블을 회전시키는 회전단계를 포함하되, 상기 틸팅단계 이후, 기울어진 가공테이블 상에 배치된 가공대상물에 대해 상기 회전단계에서 절삭가공이 이루어질 수 있다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 초음파 진동을 이용한 정밀 절삭가공장치는, 작업테이블 상에 초음파 발생부가 내장됨에 따라, 다양한 가공툴을 사용하여 절삭가공이 이루어질 수 있어 보다 범용적으로 사용할 수 있는 장점이 있음과 더불어, 초음파 발생부의 고장을 방지할 수 있는 장점이 있다.
그리고 본 발명은 가공테이블을 축방향 이동, 회전 및 기울이는 수단을 포함하도록 구성되어 보다 정밀한 가공이 이루어질 수 있으며, 가공 시에 가공테이블을 기울여 회전시킴에 따라 고 종횡비의 미세 홀이나 형상 가공이 가능해지는 장점이 있다.
또한 본 발명은 초음파 발생부가 상기 가공테이블에 설치되되 함께 기울어짐에 따라, 가공대상물이 기울어져도 이와 결부된 초음파 발생부의 가진 방향이 일정하게 유지될 수 있어, 작업이 보다 용이해지는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 초음파 기계가공 조립체의 분해도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 초음파 진동을 이용한 정밀 절삭가공장치를 나타낸 정면도.
도 3 및 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 초음파 진동을 이용한 정밀 절삭가공장치를 나타낸 요부확대도.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 초음파 진동을 이용한 정밀 절삭가공장치를 나타낸 정면도.
도 6 및 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 초음파 진동을 이용한 정밀 절삭가공장치를 나타낸 요부확대도.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 초음파 진동을 이용한 정밀 절삭가공장치를 나타낸 개략도.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 레이저 가공툴을 이용한 정밀 절삭가공을 도시한 도면.
도 11 및 도 12는 본 발명의 제4 실시예에 따른 가공테이블을 나타낸 정단면도.
도 12는 본 발명의 제4 실시예에 따른 가공테이블의 평면도.
도 13은 초음파 진동 정밀 절삭가공장치를 이용한 정밀가공 방법의 플로차트.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예에 따른 초음파 진동 정밀 절삭가공장치 및 이를 이용한 정밀가공 방법을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
이때 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
[초음파 진동 정밀 절삭가공장치]
<제1 실시예>
도 2는 본 발명인 초음파 진동을 이용한 정밀 절삭가공장치의 제1 실시예에 관한 것으로, 도 2는 초음파 진동 정밀 절삭가공장치의 정면도를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 정밀 절삭가공장치는, 가공대상물을 절삭가공하는 가공툴(110)을 포함하는 공작기계(100), 상기 가공대상물이 일면에 안착되는 가공테이블(200) 및 상기 가공대상물로 초음파 진동을 가하는 초음파 발생부(300)를 포함하며, 상기 초음파 발생부(300)는 상기 가공테이블(200) 상에 설치될 수 있다.
이때 상기 가공툴(110)은 드릴, 밀링 커터 및 레이저 등의 툴 중 선택되는 어느 하나로 이루어져, 밀링, 드릴링 또는 보링 등의 정밀 절삭가공작업을 수행할 수 있다. 여기서 상기 공작기계가 드릴링머신이나 밀링머신으로 구성되는 경우에는 전동기가 구비되어 상기 가공툴(110)에 회전력을 전달하도록 구성될 수 있다. 그리고 상기 가공툴(110)은 상기 공작기계(100)의 주축헤드와 탈착 가능하게 형성되어, 하나의 공작기계(100)에 다양한 종류와 형태의 가공툴(110)을 사용할 수 있도록 형성될 수 있다.
또한 상기 초음파 발생부(300)는, 압전 세라믹 또는 BLT(Bolt Clamped Langevin Type) 진동자로 이루어지거나, 이 외의 니켈 진동자나 페라이트 진동자 등에서 선택되어 이루어질 수도 있다. 여기서 상기 초음파 발생부(300)는 가공대상물(O)이 안착되는 가공테이블(200) 상에 설치되기 때문에, 상기 가공툴(110)의 회전과 무관하게 상기 가공대상물(O)로 진동을 가할 수 있다. 이에 따라 상기 초음파 발생부(300)는 기존기술 보다 장기간 사용할 수 있으며, 다양한 종류의 가공툴(110)을 상기 공작기계(100)에 장착하여 사용할 수 있는 장점이 있다. 그리고 상기 초음파 발생부(300)는 상기 가공테이블(200) 상에서 부착 위치에 따라 주축방향이나 주축방향과 직교하는 방향 등 여러 방향에 대해 초음파 진동을 가하도록 형성될 수 있으며, 상기 가공테이블(200) 내부에는 상기 초음파 발생부(300)를 냉각하는 냉각모듈이 추가로 포함될 수도 있다.
아울러 본 발명은 상기 가공테이블(200)의 위치 및 자세를 제어하는 수단을 더 포함할 수 있으며, 보다 상세히는 상기 가공테이블(200)을 축 방향으로 이송하는 축 구동수단(400) 및 상기 가공테이블(200)이 경사지도록 기울이는 틸팅수단(500)을 포함할 수 있다. 이때 도 2에서 도시된 바와 같이, 본 발명은 상기 축 구동수단(400)이 상기 가공테이블(200) 및 틸팅수단(500)이 고정된 플레이트를 축 방향으로 이동시키되, 상기 틸팅수단(500)이 플레이트 상에서 상기 가공테이블(200)의 기울기를 조절하도록 이루어지거나, 상기 축 구동수단(400)이 플레이트에 고정되되 상기 틸팅수단(500)이 플레이트의 기울기를 조절하는 등 다양한 형태로 제공될 수 있다.
상기 축 구동수단(400) 및 틸팅수단(500)은 각각 제1동력부(M1) 및 제2동력부(M2)를 포함할 수 있으며, 상기 제1동력부(M1) 및 제2동력부(M2)는 적어도 하나 이상의 동력발생장치가 포함될 수 있다. 여기서 동력발생장치는 모터나 실린더와 같은 장치로 구성될 수 있다.
그리고 본 발명은 작업대(120)를 포함할 수 있으며, 주축이 상하로 이루어지는 경우에 상기 작업대(120)의 상면에 상기 가공테이블(200)이 배치되도록 구성될 수 있다. 또한 상기 축 구동수단(400)은 상기 작업대(120) 내에 설치되어 상기 가공테이블(200)을 축 방향으로 이동할 수 있게 동력을 전달할 수 있다. 여기서 본 발명은 가공테이블(200) 상에 안착되는 가공대상물(O)을 고정하기 위한 구성으로 바이스(Vise) 등이 더 포함될 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명인 초음파 진동을 이용한 정밀 절삭가공장치의 제1 실시예에 관한 것으로, 도 3 및 도 4는 각각 가공테이블이 축 이동 및 기울어지는 것을 도시하기 위한 초음파 진동 정밀 절삭가공장치의 요부확대도를 나타낸다.
먼저 도 3을 참조하면, 상기 가공테이블(200)은 상기 축 구동수단(400)의 축 조절부(410)를 통해 축 방향으로의 조절이 이루어질 수 있다. 이때 본 발명은 주축 방향의 조절을 포함하여 주축과 직교하는 평면으로의 조절 또한 가능할 수 있다. 그리고 상기 축 구동수단(400)이 다축 조절장치로 구성되는 경우에는 내부에 포함되는 동력부가 다수로 구성될 수 있다.
상기 축 구동수단(400)이 주축방향인 상기 가공테이블(200)과 가공툴(110) 사이의 거리를 조절하는 경우에는, 미세조절이 이루어지도록 구성되되, 상기 공작기계 상에 설치되는 별도의 승강장치와 호환되도록 구성될 수도 있다. 상기 축 구동수단(400)을 통한 주축방향 미세조절은 5um 내지 30mm 사이의 범위에서 이루어질 수도 있으며, 가공 시에 가공대상물이 절삭되는 깊이 값을 결정할 수 있다. 이에 따라 상기 대상물 상에 드릴링이나 밀링된 홈이 기 설정된 값 보다 깊이와 거칠기 등이 정밀하게 되므로, 가공된 제품의 품질이 향상될 수 있다.
그리고 본 발명은 상기 축 구동수단(400)이 상기 가공테이블(200)과 직접 연결되어 상하 방향으로의 조절이 되거나, 상기 축 구동수단(400)이 지지플레이트(600) 상에 고정되되 상기 축 구동수단(400)이 상기 지지플레이트(600)의 상하높이를 조절하여 상기 가공테이블(200)의 위치를 가변하도록 구성될 수도 있다. 여기서 상기 축 구동수단(400)이 상기 지지플레이트(600)의 상하높이를 조절하는 경우에는, 상기 지지플레이트(600) 상에 다른 동력수단이 더 형성될 수 있다. 도 3에서는 상기 지지플레이트(600) 상에 상기 가공테이블(200)을 기울이는 틸팅수단(500)이 형성된 것을 도시하고 있으며, 이에 대해서는 도 4를 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 4에서 도시된 바와 같이, 상기 틸팅수단(500)은 상기 가공테이블(200)을 기울여 상기 가공테이블(200) 상에 안착된 가공대상물이 가변되도록 제공한다. 이를 보다 명확히 설명하기 위해 상기 가공툴(110)과 가공대상물의 좌측 상단과 우측 상단이 동일 위치에 배치된 평행한 상태라고 가정한다면, 상기 틸팅수단(500)의 기울임은 좌측 상단 또는 우측 상단이 상대적으로 상측에 배치되도록 상기 가공테이블(200)을 조절하는 것을 의미할 수 있다.
상기 틸팅수단(500)은 상기 가공테이블(200)의 기울여지는 각도가 상기 주축방향과 직교하는 평면 또는 선 기준으로 0.05° 이상이 가능하도록 형성될 수 있다. 그리고 기울여지는 각도의 제어구간은 상기 틸팅수단(500)에 포함되는 제2구동부(M2)의 분해능만큼 구획되도록 구성되어, 유무선 제어가 가능하도록 이루어질 수 있다.
상기 틸팅수단(500)은 도 4에서 도시된 바와 같이 지지플레이트(600) 상에서 고정브라켓(510)을 통해 고정되되, 내포된 제2구동부(M2)가 상기 가공테이블(200)로 동력을 전달하도록 연결될 수 있다. 그리고 상기 제2구동부(M2)와 가공테이블(200) 간의 결합은, 상기 제2구동부(M2) 상에 상기 가공테이블(200)이 직접 결합되어 구동되거나, 상기 가공테이블(200)과 지지플레이트(600) 사이를 연결해주는 별도의 지지축이 포함되어 상기 가공툴(110)로부터 인가되는 동력이 틸팅수단(500)으로 전달되는 것을 방지할 수도 있다. 또는 상기 지지플레이트(600)에 고정되되 상기 가공테이블(200)의 가변 위치를 결정해주는 별도의 가이드부재가 형성될 수도 있다.
<제2 실시예>
도 5는 본 발명인 초음파 진동을 이용한 정밀 절삭가공장치의 제2 실시예에 관한 것으로, 도 5는 초음파 진동 정밀 절삭가공장치의 정면도를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 정밀 절삭가공장치는, 가공대상물을 절삭가공하는 가공툴(110)을 포함하는 공작기계(100), 상기 가공대상물이 일면에 안착되는 가공테이블(200) 및 상기 가공대상물로 초음파 진동을 가하는 초음파 발생부(300)를 포함하고, 상기 가공테이블(200)의 자세를 가변하는 구성들을 더 포함하여 이루어질 수 있다. 여기서 상기 가공테이블(200)의 자세를 가변하는 구성들은 상술한 바와 같이 축 구동수단(400) 및 틸팅수단(500) 중에서 선택될 수 있다. 아울러 본 발명은 상기 가공테이블(200)의 회전을 제어하는 회전수단(700)이 더 포함할 수 있다.
상기 축 구동수단(400), 틸팅수단(500) 및 회전수단(700)은 각각 제1동력부(M1), 제2동력부(M2) 및 제3동력부(M3)를 포함할 수 있다. 여기서 상기 제1동력부(M1), 제2동력부(M2) 및 제3동력부(M3)는 적어도 하나 이상의 동력발생장치가 포함될 수 있다. 여기서 동력발생장치는 모터나 실린더와 같은 장치로 구성될 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명인 초음파 진동을 이용한 정밀 절삭가공장치의 제2 실시예에 관한 것으로, 도 6 및 도 7은 가공테이블의 자세가 제어되는 것을 도시하기 위한 초음파 진동 정밀 절삭가공장치의 요부확대도를 나타낸다.
먼저 도 6을 참조하면, 본 발명은, 상기 축 구동수단(400)이 상기 가공테이블(200)의 축 방향 이동 제어를 하고, 상기 회전수단(700)이 상기 가공테이블(200)의 회전 제어를 하도록 구성할 수 있다. 이때 상기 축 구동수단(400)은 상기 가공테이블(200)을 상하로 이동시켜 절삭홈의 깊이를 조절하되, 상기 회전수단(700)과의 호환을 통해 홈의 가공상태가 보다 고 정밀하게 이루어지도록 제공할 수 있다.
그리고 상기 회전수단(700)은 고정플레이트 상에 고정되되, 상기 축 구동수단(400)이 상기 고정플레이트를 축 방향으로 이동시켜, 상기 회전수단(700) 및 상기 회전수단(700)과 연결된 가공테이블(200)을 함께 이동하도록 구성될 수도 있다. 또는 상기 축 구동수단(400)이 고정플레이트 상에 고정되고 상기 회전수단(700)이 상기 고정플레이틀 회전시켜 가공테이블(200)이 함께 회전되도록 구성될 수도 있다.
또한 상기 회전수단(700)은 내부 제3동력부(M3)와 연결된 회전축(710)이 마련될 수 있으며, 상기 회전축(710)이 상기 가공테이블(200)로 연결되거나, 상기 가공테이블(200)을 지지하는 지지플레이트 상에 연결되어 동력을 전달하도록 구성될 수 있다. 여기서 상기 회전수단(700)의 회전축(710)은 360°의 회전각도를 조절하도록 구성될 수 있으며, 상기 회전수단(700) 내 제3동력부(M3)의 분해능(N)에 따라 360°/N 각도로 회전정밀도를 제어하도록 구성될 수 있다. 일 예로 분해능이 1800으로 이루어졌다면 상기 회전정밀도가 0.2° 각도로 제어될 수 있다.
이어 도 7을 참조하면, 본 발명의 팅틸수단(500)은 상술한 바와 같이 상기 가공테이블(200)을 기울이는 구성으로, 상기 회전수단(700)과의 호환을 통해 동일한 가공툴로 가공대상물을 다양한 형상으로 보다 깊고 정밀하게 가공하도록 구성될 수 있다. 즉, 본 발명은 동일한 구경의 가공툴로 보다 높은 종횡비(Aspect Ratio)를 가지는 정밀 절삭가공장치를 제공할 수 있다.
<제3 실시예>
도 8 및 도 9는 본 발명인 초음파 진동을 이용한 정밀 절삭가공장치의 제3 실시예에 관한 것으로, 도 8은 초음파 진동 정밀 절삭가공장치의 개략도를 나타내며, 도 9는 레이저 가공툴을 이용한 절삭가공을 나타낸 도면이다.
먼저 도 8을 참조하면, 본 발명은, 가공대상물을 절삭가공하는 가공툴(110)을 포함하는 공작기계(100), 상기 가공대상물이 일면에 안착되는 가공테이블(200) 및 상기 가공대상물로 초음파 진동을 가하는 초음파 발생부(300)를 포함하되, 상기 가공툴(110)이 레이저 가공툴로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다. 이때 상기 공작기계(100)는 레이저 광원이 출력되는 레이저 발생부와, 상기 레이저 발생부로부터 출력된 레이저 빔의 경로 상에 배치되는 편광판, 집광렌즈 등이 포함되어 구성될 수 있다.
그리고 본 발명은 상기 가공툴(110)로부터 가공대상물(O)로 조사되는 레이저를 통해 가공되는 홀은 상기 초음파 발생부(300)로부터 발생되는 초미세 진동으로 보다 깊고 정밀하게 가공될 수 있다. 여기서 본 발명은 상기 가공대상물(O)이 안착된 가공테이블(200)의 높이 조절기능을 포함하는 축 구동수단(400), 상기 가공테이블(200)을 기울이는 틸팅수단(500) 및 상기 가공테이블(200)을 회전시키는 회전수단(700) 중 선택되는 적어도 하나 이상의 것을 포함하여 구성될 수도 있다. 그리고 본 발명의 가공툴(110) 또한 트레파닝이 가능하도록 구성되어, 초점이 맞춰진 레이저가 원 운동을 하면서 원형의 홀을 가공할 수도 있으며, 광학헤드가 다수가 구비될 수도 있다. 여기서 본 발명은 일정한 종횡비를 가진 레이저 가공툴(110)에 대해서 상기 틸팅수단(500) 및 회전수단(700)을 통한 틸팅(Tilting) 및 회전(Rotating)을 제어하여 보다 고 종횡비로 정밀하게 가공이 이루어지도록 제공될 수 있다. 즉, 상기 레이저의 초점이 보다 깊은 지점에서 형성되도록 구성할 수 있다. 이와 더불어 상기 축 구동수단(400)이 상기 가공테이블(200)을 상하로 이송함에 따라, 그 성능을 보다 향상시키는 효과 또한 발생될 수 있다.
도 9를 참조하여 이를 보다 상세히 설명하자면 다음과 같다. 레이저 가공툴(110)을 통해 가공대상물(O)에 대해서 가공이 이루어질 때, 상기 가공대상물(O)에는 상기 레이저 가공툴(110)에 의해 가공되는 홀이 깊이(D) 값을 가진다. 이때 상기 홀은 구멍 직경 대비 깊이 값인 종횡비가 형성되기 마련이며, 일반적으로는 1:5 내지 1:10 사이의 값을 가진다. 이때 상기 종횡비는 앞서 기재한 바와 같은 트레파닝과 같은 기법이나 다수의 광학헤드를 구비하거나 초음파 발생수단(200) 혹은 플라즈마 채널링 현상 등을 이용하여 높아질 수 있다.
본 발명은 레이저 가공툴(110)의 종횡비를 높이고 가공되는 표면을 보다 정밀하게 가공하기 위한 것으로, 상기 초음파 발생수단(200)과 더불어 가공대상물(O)의 기울기를 미세하게 조절하여, 보다 고 종횡비를 확보할 수 있다. 아울러 상기 레이저 가공툴(110)은 가공대상물(O)의 기울기를 미세하게 조절한 후에 360° 회전이 이루어져, 하나의 툴로 다양한 가공이 가능해지는 장점이 있다.
<제4 실시예>
도 10 내지 도 12는 본 발명인 초음파 진동을 이용한 정밀 절삭가공장치의 제4 실시예에 관한 것으로, 도 10 및 도 11은 가공테이블의 정단면도를, 도 12는 가공테이블의 평면도를 각각 나타낸다.
먼저 도 10을 참조하면, 본 발명의 가공테이블(200)은, 정밀가공 테이블(210) 및 절삭가공 테이블(220)을 포함할 수 있다. 그리고 상기 가공대상물(O)은, 가공방식에 따라 정밀가공 테이블(210) 또는 절삭가공 테이블(220)에 놓여 가공이 이루어질 수 있다. 여기서 상기 초음파 발생부(300)는 상기 정밀가공 테이블(210) 상에 설치되어 정밀 가공이 이루어질 수 있다.
이때 상기 절삭가공 테이블(220)은 고정되되, 상기 정밀가공 테이블(210)은 상기 절삭가공 테이블(220) 상에서 위치가 가변될 수 있도록 형성될 수 있다. 이에 대한 구조의 일 예로 상기 절삭가공 테이블(220)은 서로 상하로 이격 배치되는 상플레이트(221) 및 하플레이트(222)와, 상기 상플레이트(221) 및 하플레이트(222)를 연결하되 서로 고정시키는 고정부재(223)를 포함할 수 있다. 그리고 상기 정밀가공 테이블(210)은 상기 상플레이트(221)의 중공부 상에 배치되어 상기 가공대상물(O)이 상면에 안착될 수 있는 받침부재(211)와, 상기 받침부재(211)의 하측에 결합되되 상기 상플레이트(221) 및 하플레이트(222) 사이에 배치되는 가변부재(212)를 포함할 수 있다. 여기서 상기 가변부재(212)는 상기 상플레이트(221)의 홀(H) 상에 삽입되는 제1가이드부재(214) 및 상기 하플레이트(222)의 홀(H) 상에 삽입되는 제2가이드부재(215)를 포함할 수 있으며, 상기 가변부재(212)의 저면과 상기 하플레이트(222)의 상면 사이에 댐퍼(213)가 포함되어 초음파 발생부(300)에서 생성된 초음파 진동이 적당한 비율로 감쇠되도록 구성될 수 있다.
그리고 도 11에서 도시된 바와 같이, 상기 가변부재(212)는 한 쌍으로 형성되어 상하로 배치되되, 그 사이에 초음파 발생부(300)가 형성될 수 있다. 그리고 상기 초음파 발생부(300)의 저면은 하측의 가변부재(212)의 상면과 접하도록 형성될 수 있다. 아울러 본 발명은 하측에 배치된 가변부재(212)의 저면과 상기 하플레이트(222)의 상면 사이에 댐퍼가 없는 구조로 형성될 수도 있으며, 이러한 경우에는 상기 초음파 발생부(300)의 하우징이 댐퍼 기능을 하도록 구성될 수 있다. 이때 상기 초음파 발생부(300)의 하우징은 Nodal Point 상이 고정되도록 구성될 수 있다.
이어 도 12를 참조하면, 상기 받침부재(211)는 상기 상플레이트(221)의 중공 상에 배치되되, 상기 받침부재(211)의 단면적과 상기 상플레이트(221) 중공의 넓이가 서로 대응하도록 구성될 수 있다. 또한 상기 제1가이드부재(214)는 복수로 이루어질 수 있으며, 상기 상플레이트(221)에 복수로 형성된 홀의 크기에 대응하도록 구성될 수 있다. 여기서 상기 상플레이트(221)의 홀은 중공의 둘레를 따라 배치될 수 있다.
[초음파 진동 정밀 절삭가공장치를 이용한 정밀가공 방법]
도 13은 상술한 다양한 실시예에 따른 초음파 진동 정밀 절삭가공장치를 이용한 정밀가공 방법에 관한 것으로, 도 13은 정밀가공 방법의 플로차트를 나타낸다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 정밀가공 방법은, 상기 가공테이블(200) 상에 가공대상물을 배치하는 준비단계 및 상기 공작기계(100)의 가공툴(110)로 상기 가공대상물을 절삭가공하는 가공단계를 포함하며, 상기 가공단계에서, 상기 초음파 발생부(300)가 상기 가공대상물로 초음파 진동을 가하는 것을 특징으로 할 수 있다. 이에 따라 본 발명은 가공대상물 상에서 화학반응이 일어나는 것을 방지함과 더불어 가공효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
여기서 상기 가공단계는, 상기 틸팅수단(700)이 상기 가공테이블(200)을 기울이는 틸팅단계 및 상기 회전수단이 상기 가공테이블을 회전시키는 회전단계를 포함하되, 상기 틸팅단계 이후, 기울어진 가공테이블 상에 배치된 가공대상물에 대해 상기 회전단계에서 절삭가공이 이루어질 수 있다.
이때 상기 틸팅단계는 공작기계(100) 상에 설치된 제어모듈을 통해 제어신호를 상기 틸팅수단(700)으로 전송하고, 상기 틸팅수단(700)은 수신 받은 제어신호, 즉 데이터에 따라 상기 가공테이블(200)의 기울기 각도를 조절할 수 있다. 그리고 상기 제어신호에는 제어하고자 하는 기울기 각도에 대한 데이터가 포함되어 상기 틸팅수단(700)이 이를 입력받아 수행하도록 구성되고, 별도의 센서가 마련되어 이를 검증하도록 구성될 수도 있다.
이어 앞선 틸팅단계에서 설정각도만큼 틸팅 작업이 완료되면, 본 발명은 회전단계와 절삭가공이 병행하여 상기 가공대상물(O)에 대한 가공이 이루어질 수 있다. 여기서 각도 a° 만큼 기울어진 상태에서 상기 회전단계가 360° 회전하여 절삭가공이 이루어지면, 설정수치로 가공되었는지를 판단할 수 있다. 여기서 설정수치는 가공하고자 하는 깊이나 형상, 폭 등 다양한 데이터 중에 선택될 수 있다.
본 발명은 설정수치만큼 가공이 완료되면 후처리 작업 또는 작업 완료로 이어질 수 있다. 그리고 본 발명은 설정수치만큼 가공이 완료되지 않으면, 상기 틸팅단계로 회귀하여 다른 설정각도로 상기 가공테이블을 기울이도록 구성될 수 있다. 여기서 각도 b°만큼 기울어진 상태에서 상기 회전단계가 360° 회전하면서 절삭가공이 완료되면 다시 설정수치로 가공되었는지를 판별하여, 회귀 또는 작업 종료가 이루어질 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 일 실시예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술되는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
H : 홀 O : 가공대상물
100 : 공작기계
110 : 가공툴 120 : 작업대
200 : 가공테이블
210 : 정밀가공 테이블
211 : 받침부재 212 : 가변부재
213 : 댐퍼 214 : 제1가이드부재
215 : 제2가이드부재
220 : 절삭가공 테이블
221 : 상플레이트 222 : 하플레이트
223 : 고정부재
300 : 초음파 발생부
400 : 축 구동수단 410 : 축 조절부
500 : 틸팅수단 510 : 고정브라켓
600 : 지지플레이트
700 : 회전수단 710 : 회전축

Claims (10)

  1. 가공대상물을 절삭가공하는 가공툴을 포함하는 공작기계;
    상기 가공대상물이 일면에 안착되는 가공테이블;
    상기 가공대상물로 초음파 진동을 가하는 초음파 발생부;
    상기 가공테이블을 축 방향으로 이동시키는 축 구동수단;
    상기 가공테이블을 회전시키는 회전수단; 및
    상기 가공테이블이 경사지도록 기울이는 틸팅수단;
    을 포함하며,
    상기 초음파 발생부는 상기 가공테이블 상에 설치되어,
    상기 초음파 발생부가 상기 가공대상물 및 가공테이블과 함께 축 이동 및 회전되고,
    상기 초음파 발생부는 상기 가공대상물 및 가공테이블과 함께 기울어지며,
    상기 가공테이블은,
    정밀가공 테이블 및 절삭가공 테이블을 포함하고,
    상기 정밀가공 테이블 상에 초음파 발생부가 설치되되,
    상기 정밀가공 테이블이 상기 절삭가공 테이블 상에서 위치가 가변되도록,
    상기 절삭가공 테이블은,
    상하로 이격 배치되는 상플레이트 및 하플레이트, 상기 상플레이트 및 하플레이트를 연결하여 서로 고정시키는 고정부재를 포함하고,
    상기 정밀가공 테이블은,
    상기 상플레이트의 중공부 상에 배치되어 상기 가공대상물이 상면에 안착되는 받침부재, 상기 받침부재의 하측에 결합되되 상기 상플레이트 및 하플레이트 사이에 배치되는 가변부재, 상기 가변부재의 상측에 연결되어 상기 상플레이트의 홀에 삽입되는 제1가이드부재 및 상기 가변부재의 하측에 연결되어 상기 하플레이트의 홀에 삽입되는 제2가이드부재를 포함하고,
    상기 가변부재가 한 쌍으로 이루어져 서로 상하로 배치되되, 한 쌍의 상기 가변부재 사이에 초음파 발생부가 개재되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동 정밀 절삭가공장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가공테이블이 경사지도록 기울이는 틸팅수단;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 진동 정밀 절삭가공장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가공테이블 및 틸팅수단은 지지플레이트 상에서 고정되고,
    상기 축 구동수단 및 회전수단이 상기 지지플레이트를 조절하는 것을 특징으로 하는 초음파 진동 정밀 절삭가공장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가공툴은,
    드릴, 밀링 커터 및 레이저 중 선택되는 어느 하나의 툴로 이루어지는 것을 특징으로 하는 초음파 진동 정밀 절삭가공장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
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