KR102491385B1 - 소재 가공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소재 가공방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가공대상(소재)을 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.
이러한 본 발명은, 소재를 절단하는 절단단계(S1); 절단된 소재를 회전시키면서 가공하는 회전 가공 단계(S21), 및 절단된 소재를 고정시킨 상태에서 가공하는 고정 가공 단계(S22) 중 하나 이상을 포함하는 가공단계(S2); 및 가공된 소재를 용접하는 단계(S31)를 포함하는 후처리단계(S3);를 포함한다.

Description

소재 가공방법{MATERIAL PROCESSING METHOD}

본 발명은 소재 가공방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가공대상(소재)을 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 가공대상(소재)의 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 가공대상(소재)을 다양한 형태로 가공할 수 있는 방법이 필요한 실정이다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 가공대상(소재)을 회전시키면서 원주면을 절삭하는 회전 가공 단계, 가공대상(소재)의 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 가공대상(소재)의 형상이나 모양에 구애 받지 않고, 원하는 가공을 수행하는 소재 가공방법의 제공을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 가공대상(소재)을 보다 쉽게 고정하여 가공할 수 있도록 하는 소재 가공방법의 제공을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 보다 다양한 크기를 갖는 소재를 가공할 수 있도록 하는 소재 가공방법의 제공을 목적으로 한다.

상기 과제의 해결을 목적으로 하는 본 발명은 다음의 구성 및 특징을 갖는다.

소재를 절단하는 절단단계(S1); 절단된 소재를 회전시키면서 가공하는 회전 가공 단계(S21), 및 절단된 소재를 고정시킨 상태에서 가공하는 고정 가공 단계(S22) 중 하나 이상을 포함하는 가공단계(S2); 및 가공된 소재를 용접하는 단계(S31)를 포함하는 후처리단계(S3);를 포함한다.

또한 상기 고정 가공 단계는(S22), 폭 방향을 따라 형성된 홈이 길이 방향을 따라 간격을 두고 다수 배치된 작업대 상에 절단된 소재를 배치하는 단계(S221) 및 고정장치를 이용하여 절단된 소재를 작업대에 고정하는 단계(S222)를 포함하되, 상기 고정장치는, 상기 작업대 상에 구비되고 상기 절단된 소재의 높이와 상응하는 높이를 갖는 돌출부; 상기 작업대에 연결되고 상기 돌출부보다 내측에 배치되는 수직부, 및 상기 수직부 상부에 구비되되 상기 수직부보다 큰 외경을 갖는 헤드부를 포함하는 축부재; 및 외측이 상기 작업대 상부에 배치되고, 상기 수직부가 관통되어 상기 수직부를 중심으로 회전되는 회전부재;를 포함할 수 있다.

또한 상기 회전부재는, 그 길이 방향을 따라 상부와 하부를 관통하도록 형성된 장공을 포함하고, 상기 장공의 단축 방향 길이는 상기 헤드부의 외경보다 작을 수 있다.

상기 구성 및 특징을 갖는 본 발명은 가공대상(소재)을 회전시키면서 원주면을 절삭하는 회전 가공 단계, 가공대상(소재)의 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 가공대상(소재)의 형상이나 모양에 구애 받지 않고, 원하는 가공을 수행할 수 있다는 효과를 갖는다.

또한 본 발명은 가공대상(소재)을 보다 쉽게 고정하여 가공할 수 있다는 효과를 갖는다.

또한 본 발명은 보다 다양한 크기를 갖는 소재를 가공할 수 있다는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소재 가공방법을 설명하기 위한 개략적인 흐름도이다.
도 2는 제3장치를 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4는 제1장치를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제2장치를 나타낸 도면이다.
도 6은 고정장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 제2장치를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 추가 실시예를 설명하기 위한 도면이다.

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.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결" 되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소재 가공방법을 설명하기 위한 개략적인 흐름도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 소재 가공방법은 금속과 같은 소재(M)를 다양한 형상으로 가공하기 위한 것으로서, 이하에서는 설명의 편의상 '본 방법'이라 칭하기로 한다.

도 1을 참조하면, 본 방법(본 발명의 일 실시예에 따른 소재 가공방법)은 절단단계(S1), 가공단계(S2), 및 후처리단계(S3)를 포함한다.

도 2는 제3장치를 나타낸 도면이다.

도 1 및 도 3을 참조하면, 절단단계(S1)는 소재(M)(가공대상)를 절단하는 단계이다. 절단단계(S1)는 제3장치(300)(절단기)에 의해 수행될 수 있다. 절단단계(S1)는 제3장치(300)에 의해 소재(M)를 절단한다.

예시적으로 제3장치(300)는 작업 공간을 제공하는 테이블(310)의 상부에 구비되되, 소재(M)가 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.

제3장치(300)는 공지된 것으로서, 종래기술인 등록특허 제10-2215366호(출원인 : ㈜신호이엔지)에 기재되어 있어, 보다 구체적인 제3장치(300)의 설명은 등록특허 제10-2215366호의 설명으로 대체하기로 한다.

도 3 및 도 4는 제1장치를 나타낸 도면이다. 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제2장치를 나타낸 도면이다. 도 6은 고정장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 제2장치를 나타낸 도면이다.

도 1, 도 3 내지 도 7을 참조하면, 가공단계(S2)는 절단된 소재(M)(상기 (S1) 단계 이후의 소재(M))를 회전시키면서 가공하는 회전 가공 단계(S21), 및 절단된 소재(M)를 고정시킨 상태에서 가공하는 고정 가공 단계(S22) 중 하나 이상을 포함한다. 상기 고정 가공 단계(S2)는 제2장치(200)(제2가공기)에 의해 수행된다.

고정 가공 단계는 소재(M)는 회전 없이 고정시켜놓고, 공구의 회전과 소재(M)의 이송에 의해 가공 되는 공정에 해당한다. 즉, 여기서 사용되는 '고정'은 소재(M)의 회전이 존재하지 않는 상태를 말하는 것이다.

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 소재(M)를 안착시킬 수 있는 공간을 제공하는 작업대(210), 및 상기 작업대(210)의 하단 측에 구비되고, 상기 작업대(210)를 이송시키는 이송부를 더 포함한다.

도 1 및 도 6을 참조하면, 고정 가공 단계(S22)는 폭 방향을 따라 형성된 홈이 길이 방향을 따라 간격을 두고 다수 배치된 작업대(210) 상에 절단된 소재(M)(절단단계(S1) 이후의 소재(M))를 배치하는 단계(S221)를 포함할 수 있다.

또한 고정 가공 단계(S22)는 상기 작업대(210)의 상면에 결합되되, 소재(M)를 고정하기 위한 고정블록(251), 이동블록(252) 및 가이드레일(253)을 포함하는 바이스(250)를 이용하여 절단된 소재(M)를 작업대(210)에 고정하는 단계(S223)(도 5 참조) 또는 고정정치(2)를 이용하여 절단된 소재(M)를 작업대(210)에 고정하는 단계(S222)(도 6 참조)를 포함할 수 있다.

상기 (S223) 단계는 이동블록(252)이 가이드레일(253)을 따라 이동하면서 상기 소재(M)를 상기 고정블록(251) 측으로 압력을 가함으로써 고정하게 된다. 구체적인 실시예로 파워바이스를 들 수 있으나 파워바이스에 한정하지 않고, 상기 소재(M)를 고정할 수 있는 다양한 형태의 바이스를 포함한다.

상기한 고정장치(2)는 제2장치(200)와 별도의 장비로서, 본 발명에서 제2장치(200)에 소재(M)를 분리 가능하게 고정하여 가공되도록 하기 위한 것이다.(마찬가지로 상기 바이스(250) 또한 제2장치(200)의 별도로 구성된 장치일 수 있다)

고정장치(2)를 도 6을 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 고정장치(2)는 작업대(210) 상에 구비되고 절단된 소재(M)의 높이와 상응하는 높이를 갖는 돌출부(21)를 포함할 수 있다. 여기에서 높이란 수직 방향(도 6을 기준으로 상하 방향) 길이를 의미하고, 작업대(210) 상에 배치된 소재(M)의 두께 길이를 의미한다.

상기한 돌출부(21)는 작업대(210)를 평면상에서 봤을 때 작업대(210)의 길이 방향(도 6의 'A' 방향과 평행한 방향)과 평행한 중심선을 기준으로 양 측(전방 및 후방)에 한 쌍이 배치될 수 있다.

또한 고정장치(2)는 작업대(210)에 연결되고 상기 돌출부(21)보다 내측에 배치되는 수직부(미도시), 및 상기 수직부 상부에 구비되되 상기 수직부보다 큰 외경을 갖는 헤드부(22a)를 포함하는 축부재(22)를 포함할 수 있다. 상기 수직부는 수직 방향의 길이를 가지는 것으로 외주에 나사산이 구비될 수 있다.

여기에서 내측이란 상기 작업대(210)의 길이 방향과 평행한 중심선 측을 의미한다. 마찬가지로 축부재(22) 또한 한 쌍이 구비될 수 있다.

고정장치(2)는 외측이 상기 작업대(210) 상부에 배치되고, 상기 수직부(미도시)가 관통되어 상기 수직부를 중심으로 회전하는 회전부재(23)를 포함할 수 있다.

고정장치(2)의 각 구성(회전부재(23))의 설명들은 고정장치(2)가 도 6과 같이 소재(M)를 작업대(210) 상에 고정한 상태, 즉, 회전부재(23)의 길이 방향(후술하는 장공(23a)의 장축 방향)이 작업대(210)의 폭 방향(상기 작업대(210)의 길이 방향과 평면상에서 직교되는 방향)과 평행한 상태를 기준으로 설명하기로 한다.

또한 회전부재(23)는 상부(상면)와 하부(하면)를 관통하되 길이 방향(회전부재(23)의 길이 방향으로 작업대(210)의 폭 방향과 평행)을 따라 형성된 장공(23a)을 포함할 수 있다.

이때 상기 장공(23a)의 단축 방향 길이는 상기 축부재(22)의 헤드부(22a)보다 작을 수 있다.

즉, 축부재(22)는 수직부가 상기 장공(23a)을 관통하여, 상기 회전부재(23)는 상기 축부재(22)를 중심으로 하여 회전할 수 있다. 이때 상술한 바와 같이 헤드부(22a)의 외경이 장공(23a)의 단축보다 크므로 회전부재(23)가 상측으로 이동하여 축부재(22)와 분리되는 것이 제한된다.

상기한 회전부재(23)가 그 길이 방향이 상기 작업대(210)의 폭 방향(도 6의 'A' 방향과 직교되는 방향)과 평행하게 정렬될 경우, 소재(M)를 작업대(210)에 고정할 수 있고, 회전부재(23)가 축부재(22)를 중심으로 하여 회전하여 상기 회전부재(23)의 길이 방향(장공(23a)의 장축 방향)이 상기 작업대(210)의 길이 방향과 평행해지는 경우 소재(M)와 작업대(210)의 고정 상태는 해제될 수 있다.

이를 통해 회전부재(23)를 단순히 축부재(22)를 중심으로 회전시키는 동작만으로 작업대(210) 상에 배치된 소재(M)를 작업대(210)에 고정할 수 있는 것이다.

상술 하였듯이 작업대(210)는 그 폭 방향을 따라 홈이 형성되고, 상기 홈은 길이 방향을 따라 간격을 두고 다수 배치된다고 하였는데, 이를 통해 작업대(210) 상에 배치된 소재(M)를 쉽게 들어 올릴 수 있다. 또한 작업대(210) 상에 소재(M)를 가공할 때 공급되는 윤활유 등이 유일하게 배수되도록 할 수 있다.

상술하였듯이 회전부재(23)는 회전부재(23)의 길이 방향(작업대(210)의 폭 방향과 평행)을 따라 장공(23a)이 형성된다고 하였는데, 이를 통해 회전부재(23)를 작업대(210)의 폭 방향을 따라 이동시킬 수 있다. 따라서 다양한 폭을 가지는 소재(M)를 작업대(210)에 고정할 수 있다는 이점이 있다.

예시적으로 상기 수직부는 외면에 나사산이 구비될 수 있으며 상기한 헤드부(22a)는 상기 수직부와 나사 체결되는 너트부재일 수 있다. 이를 통해 회전부재(23)를 작업대(210)의 폭 방향으로 이동시키고 고정시킬 수 있으며, 상기 회전부재(23)를 회전시키고 고정시킬 수 있다.

또한 예시적으로 고정장치(2)는 상기 작업대(210)의 상부에서 하측으로 함몰 형성되고 상기 수직부의 하단부와 체결되는 너트홈을 포함할 수 있다. 이를 통해 작업대(210)에서 상기 축부재(22)를 분리하여 회전부재(23)를 유지보수 할 수 있다.

도 1 및 도 6을 참조하면, 고정 가공 단계(S22)는 제2장치(200)의 절삭공구(상기 툴(240))를 이용하여 소재(M)를 가공하는 단계(S223)를 포함할 수 있다.

상기 (S223) 단계를 수행하는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제2가공기(제2장치(200)는 밀링 장비(도 7 참조)일 수 있으며, 본 발명의 제2 실시예에 따른 제2가공기는 MCT(Machining Center Tool) 장비(도 5 및 도 6 참조)일 수 있다.

밀링(도 7 참조) 장비는 해당 분야에서 통상적으로 사용되는 것이기 때문에 보다 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

이하에서는 도 5 및 도 6을 참조하며, 본 발명의 제2 실시예에 따른 제2장치(200)(제2가공기)를 설명하기로 한다.

제2장치(200)를 보다 자세히 설명하면, 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 소재(M)를 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.

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 소재(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 소재(M)의 상면은 상기 툴(240)을 바라보는 면을 말하는 것이다.

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.

도 1, 도 3, 및 도 4를 참조하면, 상기 회전 가공 단계(S21)는 제1장치(100)(제1가공기)에 의해 수행된다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1가공기는 선반(computer numerical control) 장비일 수 있으며, 본 발명의 제2 실시예에 따른 제1가공기는 CNC 장비일 수 있다.

회전 가공 단계(S1)를 수행하는 제1가공기는 CNC인 것이 보다 자람직할 수 있다.

이하에서는 도 3 및 도 4를 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 제1장치(100)(제1가공기)에 대해 보다 자세히 설명하기로 한다.

척(110)이 주축 선단에 부착되어 소재(M)를 처킹(chucking)하게 되고, 상기 척(110)은 유압 또는 공기압력 등으로 상기 소재(M)를 처킹하게 된다.

또한 상기 척(110)의 돌출된 부분에 해당하는 척죠(111)(chuck jaw)를 작동시키는 실린더는 로터리 실린더를 사용하여 상기 소재(M)의 회전 중에도 상기 소재(M)의 물림압력이 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다. 이러한 척죠(111)는 열처리된 하드죠(hard jaw), 소재(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 소재(M)의 회전 시에 불안정할 수 있는 축의 흔들림을 방지하기 위한 장치로 상기 소재(M)의 원주 중심을 지지하는 장치에 해당한다. 가령, 가늘고 긴 소재(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 소재(M)를 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 회전드럼(130)은 전술했듯이, 상기 제어부(140)의 제어 값을 받아 회전 드럼(130)이 회전되면서 원하는 공구로 교체 할 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 소재(M)의 길이방향을 따라 가공할 수 있는 것이며, y방향레일(150b)을 따라 이동함으로써 상기 소재(M)와 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 소재(M) 일단을 척(110)에, 상기 소재(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 소재(M) 측으로 이동시키는 x방향 이동 단계, 상기 척(110)이 회전되면서 상기 소재(M)가 회전하는 회전 단계 및 상기 공구가, 상기 제어 값에 따라 회전하는 상기 소재(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 소재(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.

도 1을 참조하면, 후처리단계(S3)는 가공된 소재(M)(가공단계(S2) 이후의 소재(M))를 용접하는 단계(S31)를 포함한다.

상기 (S31) 단계는 아크 용접기, 가스 용접기 등 해당 분야에서 통상적으로 사용되는 용접기에 의해 수행될 수 있다.

상기 후처리단계(S3)는 상기 (S31) 단계 이후에 다른 공정이 포함될 수 있다.

한편, 상기 고정장치(2)는 회전부재(23) 외면에 도포되는 방수재(GS) 및 기능성첨가재(G)를 포함할 수 있다.

방수재(GS)는 회전부재(23)의 외면에 도포되고 우레탄 5 중량부를 포함(후술하는 라텍스 0.2 중량부 대비)할 수 있다. 방수재(GS)는 우레탄을 포함하여 상기 회전부재(23)에 방수성을 부가한다.

상기 기능성첨가재(G)는 라텍스 0.2 중량부를 포함하고, 섬유상이고 상기 방수재(GS)에 분산 배치되는 신축성 외피재(G1), 비스무트 니켈 철산화물 0.4 중량부를 포함하고, 입자 형상이되 상기 신축성 외피재(G1)의 내부에 수용되는 가변재(G2), 마그네타이트(magnetite), 폴리메타크릴산(polyacrylic acid), 폴리옥시에틸렌(polyoxyethylene)의 혼합물 0.2 중량부를 포함하고, 상기 신축성 외피재(G1)의 양 측 단부 중 어느 한 측 단부에 구비는 양이온재(G3), 및 피-스티렌술포닉산(p-styrenesulfonic acid, SSNa) 0.2 중량부를 포함하고, 상기 신축성 외피재(G1)의 양 측 단부 중 다른 한 측 단부에 구비되는 음이온성 폴리머 물질(G4)을 포함한다(기능성첨가재(G) 각 성분의 비율은 라텍스 0.2 중량부를 기준으로 하였다).

도 8을 참조하여, 기능성첨가재(G)를 보다 구체적으로 설명하면, 신축성 외피재(G1)는 후술하는 가변재(G2)의 부피 변화에 대응하기 위해 탄성 변형이 가능한 라텍스를 포함한다.

신축성 외피재(G1)의 라텍스가 0.2 중량부 미만일 경우, 후술하는 가변재(G2)를 충분한 두께로 충분히 감싸지 못해 가변재(G2)가 소실될 우려가 있으며, 라텍스가 0.2 중량부를 초과하는 경우 기능성첨가재(G)의 무게를 지나치게 증가시켜 방수재(GS)와 혼합된 상태에서 기능성첨가재(G)가 방수재(GS) 하측으로 이동하기 때문에 분산성을 저하시킨다는 문제점이 있다.

방수재(GS)와 같은 일반적인 물질들은 일반적으로 온도가 상승할수록 부피가 증가한다. 그러나 가변재(G2)에 포함되고 산화물 세라믹 재료인 비스무트 니켈 철산화물(BiNi1-xFexO3)은 반대로 온도가 증가할수록 부피가 감소되는 것이다. 비스무트 니켈 철산화물은 실온 상태에서 기존 재료(예시적으로 지르코늄 바나데이트 등)의 2배 이상의 '음의 열팽창' 효과가 있어 사용되었다.

도 8의 [A]는 실온 중 제1온도(예시적으로 10℃)에서 기능성첨가재(G)를 설명하기 위한 도면이다. 도 8의 [B]는 실온 중 상기한 제1온도보다 높은 제2온도(예시적으로 20℃)에서 기능성첨가재(G)를 설명하기 위한 도면이다.

도 8에서 방수재(GS)는 상기 제1온도에서 상기 제2온도로 상승할 경우, 부피가 증가하게 된다. 이러할 경우 방수재(GS)는 구부러지고, 우글쭈글해지는 문제점이 있다. 이를 통해 도포된 방수재(GS)가 회전부재(23)와 분리되어 박리 등이 발생할 수 있다는 문제점이 있다.

상기한 기능성첨가재(G)는 온도 상승에 따른 방수재(GS)의 부피 증가(또는 수평 방향(도 8을 기준으로 좌우 방향)으로 늘어남)를 억제하기 위한 것으로, 상기 가변재(G2)는 상술한 바와 같이 온도가 상승함에 따라 오히려 부피가 감소하게 된다.

신축성 외피재(G1)는 탄성 변형되는 재료라고 하였는데, 상기한 가변재(G2)가 도 8의 [B]와 같이 부피가 감소됨에 따라 탄성 복원되어 마찬가지로 부피가 감소된다. 이와 같이, 기능성첨가재(G)가 가변재(G2)를 포함함으로써, 방수재(GS)가 온도 변화에 따라 부피가 변화되는 것을 억제하여 우글쭈글해지는 것을 억제하고, 따라서 박리 등이 발생하는 것을 효과적으로 억제할 수 있다는 이점이 있다.

가변재(G2)의 비스무트 니켈 철산화물은 0.4 중량부가 사용되는 것이 바람직한데, 비스무트 니켈 철산화물이 0.4 중량부 미만이 사용될 경우 방수재(GS)의 부피 변화를 효과적으로 억제할 수 없다는 문제점이 있고, 비스무트 니켈 철산화물이 0.4 중량부를 초과할 경우 기능성첨가재(G)의 무게를 지나치게 증가시켜 기능성첨가재(G)의 분산성이 저하된다는 문제점이 있다.

가변재(G2)(비스무트 니켈 철산화물)는 입자 형상인 것이 바람직하고, 섬유상의 신축성 외피재(G1)에 입자 형상의 다수의 가변재(G2)가 수용될 수 있다. 이와 같이, 가변재(G2)의 비스무트 니켈 철산화물가 다수의 입자 형상을 띄기 때문에 이동이 자유로워 섬유상이고 탄성 변형이 가능한 신축성 외피재(G1)의 형상 변화를 꾀할 수 있으며, 본 조성물(기능성첨가재(G) 및 방수재(G)의 혼합물)이 도포되는 회전부재(23)의 형상에 대응하여 기능성첨가재(G)의 형상 또한 다양하게 변화될 수 있다. 예를 들어 도 8에서 기능성첨가재(G)는 '-'자 형을 띄지만 구부러져 'ㄱ'자, 'ㄴ'자, 'S'자 등 다양한 형상으로 변화될 수 있다. 즉, 방수재(GS)와 기능성첨가재(G)의 부착성을 향상시킬 수 있는 것이다.

또한 기능성첨자제(G)의 외피재(G1)는 탄성 재료이고, 상술한 바와 같이 섬유상을 띄는 라텍스를 포함하여 방수재(GS)에 강인성을 부가할 수 있어, 방수재(GS)가 찢어지거나 파손되는 것들을 효과적으로 억제할 수 있다는 이점이 있다.

양이온재(G3)는 신축성 외피재(G1)의 양 측 단부 중 어느 한 측 단부(도 8에서 우측 단부)에 구비되는 것으로 상술한 바와 같이, 마그네타이트(magnetite), 폴리메타크릴산(polyacrylic acid) 및 폴리옥시에틸렌(polyoxyethylene)을 포함하여 기능성첨가재(G)의 어느 한 측에 양극성을 부가하기 위해 사용되었다.

마그네타이트는 외부 자기장을 받았을 때 자성을 띠다가 외부 자기장을 제거하면 잔류된 자기가 사라지면서 잔류자기로 인한 부작용이 없어 사용되었다. 마그네타이트는 상기한 신축성 외피재(G1)의 어느 한 측 단부 측에 구비될 수 있다.

폴리메타크릴산은 상기 마그네타이트의 표면에 코팅되는 것으로, 다수의 카복실기를 함유하여 마그네타이트와 다중 결합점에서 배위결합을 형성하므로 코팅 안정성을 높일 수 있다.

폴리옥시에틸렌은 폴리메타크릴산의 표면에서 마그네타이트와 배위결합을 형성하지 않은 카복실기와 반응하여 아마이드 결합을 통해 안정적인 결합을 이루어 상기 마그네타이트에 양전하 특성을 부여할 수 있다. 상기한 양이온재(G3)의 표면 양전하는 +30 mV 이상의 표면 제타전위를 가질 수 있다.

양이온재(G3)는 0.2 중량부가 사용되는 것이 바람직한데, 양이온재(G3)가 0.2 중량부 미만 사용될 경우 기능성첨가재(G)의 양전하가 충분하지 않으며, 양이온재(G3)가 0.2 중량부를 초과하여 사용되는 경우 기능성첨가재(G)의 무게를 지나치게 증대시킨다는 문제점이 있다.

음이온성 폴리머 물질(G4)은 신축성 외피재(G1)의 양 측 단부 중 다른 한 측에 구비되는 것으로서, 상술한 바와 같이 피-스티렌술포닉산을 포함할 수 있는데, 더하여 하이드로겔 프레-폴리머를 더 포함할 수 있다.

음이온성 폴리머 물질(G4)은 피-스티렌술포닉산과 하이드로겔 프레-폴리머를 혼합(1:19 비율)하고 UV 경화된 것일 수 있다.

음이온성 폴리머 물질(G4)의 피-스티렌술포닉산는 0.2 중량부가 포함되는 것이 바람직한데, 피-스티렌술포닉산이 0.2 중량부 미만이 사용될 경우 기능성첨가재(G)의 음전하가 충분하지 않으며, 피-스티렌술포닉산이 0.2 중량부가 초과되는 경우 기능성첨가재(G)의 무게를 지나치게 증대시켜 분산성을 저하시킨다는 문제점이 있다.

방수재(GS)에 기능성첨가재(G)의 단위체(GU)가 다수 포함되는 경우, 교반(혼합) 상황에서 전단력에 의해 이웃하는 단위체(GU)가 분리되어 본 조성물에서 각 성분들의 분산성을 향상시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 기능성첨가재(G)는 신축성 외피재(G1)의 양 측 단부에 각각 양이온재(G3)의 음이온성 폴리머 물질(G4)을 포함한다고 하였는데, 혼합 후 방수재(GS)가 회전부재(23)에 도포된 이후에는 이웃하는 단위체(GU)들이 정전기적 인력에 의해 부착될 수 있고, 이러할 경우 방수재(GS)는 섬유상의 신축성 외피재(G1) 뿐만 아니라 양이온재(G3)와 음이온성 폴리머 물질(G4) 간의 정전기적 인력에 의해 강인성이 부여될 수 있다.

이때 양이온재(G3)의 마그네타이트는 광물로서 충격에 의해 파손될 우려가 있는 것인데, 음이온성 폴리머 물질(G4)은 고분자 물질로서 기본적으로 광물보다 변형이 용이한 것이다. 따라서 이웃하는 단위체(GU)가 정전기적 인력에 의해 상호 부착될 때 양이온재(G3)에 의해 음이온성 폴리머 물질(G4)의 형상이 변화되고, 따라서 양이온재(G3)에 가해지는 충격을 저감시키기 때문에 기능성첨가재(G)가 파손되는 것을 효과적으로 억제할 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.

제1장치: 100 제2장치: 200
작업대: 210 제3장치: 300
고정장치: 2 돌출부: 21
축부재: 22 헤드부: 22a
회전부재: 23 장공: 23a

Claims (4)

1. 소재를 절단하는 절단단계(S1);
   절단된 소재를 회전시키면서 가공하는 회전 가공 단계(S21), 및 절단된 소재를 고정시킨 상태에서 가공하는 고정 가공 단계(S22) 중 하나 이상을 포함하는 가공단계(S2); 및
   가공된 소재를 용접하는 단계(S31)를 포함하는 후처리단계(S3);
   를 포함하고,
   상기 고정 가공 단계는(S22),
   폭 방향을 따라 형성된 홈이 길이 방향을 따라 간격을 두고 다수 배치된 작업대 상에 절단된 소재를 배치하는 단계(S221) 및 고정장치를 이용하여 절단된 소재를 작업대에 고정하는 단계(S222)를 포함하되,
   상기 고정장치는,
   상기 작업대 상에 구비되고 상기 절단된 소재의 높이와 상응하는 높이를 갖는 돌출부;
   상기 작업대에 연결되고 상기 돌출부보다 내측에 배치되는 수직부, 및 상기 수직부 상부에 구비되되 상기 수직부보다 큰 외경을 갖는 헤드부를 포함하는 축부재; 및
   외측이 상기 작업대 상부에 배치되고, 상기 수직부가 관통되어 상기 수직부를 중심으로 회전되는 회전부재;
   를 포함하고,
   상기 회전부재는,
   그 길이 방향을 따라 상부와 하부를 관통하도록 형성된 장공을 포함하고,
   상기 장공의 단축 방향 길이는 상기 헤드부의 외경보다 작고,
   상기 고정장치는, 상기 회전부재의 외면에 도포되는 방수재(GS) 및 기능성첨가재(G)를 포함하되,
   상기 방수재(GS)는 상기 회전부재의 외면에 도포되고,
   상기 기능성첨가재(G)는,
   라텍스 0.2 중량부를 포함하고, 섬유상이고 상기 방수재(GS)와 혼합되는 신축성 외피재(G1);
   상기 라텍스 0.2 중량부 대비, 비스무트 니켈 철산화물 0.4 중량부를 포함하고, 입자 형상이되 상기 신축성 외피재(G1)의 내부에 수용되는 가변재(G2);
   상기 라텍스 0.2 중량부 대비, 마그네타이트(magnetite), 폴리메타크릴산(polyacrylic acid), 폴리옥시에틸렌(polyoxyethylene)의 혼합물 0.2 중량부를 포함하고, 상기 신축성 외피재(G1)의 양 측 단부 중 어느 한 측 단부에 구비는 양이온재(G3); 및
   상기 라텍스 0.2 중량부 대비, 피-스티렌술포닉산(p-styrenesulfonic acid, SSNa) 0.2 중량부를 포함하고, 상기 신축성 외피재(G1)의 양 측 단부 중 다른 한 측 단부에 구비되는 음이온성 폴리머 물질(G4);
   포함하고,
   상기 방수재(GS)는 상기 라텍스 0.2 중량부 대비, 우레탄 5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 소재 가공방법.
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