KR20040106694A - 슬로팅 공작기계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금형 다이에 슬로팅 절삭작업을 수행하기 위한 공작기계에 관한 것이다. 본 발명에 의한 슬로팅 공작기계는, 이송모터와 상기 이송모터에 연결된 스크류에 의해 수직방향으로 이송되는 상하 이송부와; 상기 상하 이송부와 연동되고, 기어 구조부와 전동 액츄에이터 작동 기구부에 의하여 비회전 공구의 회전량을 조절하는 회전 구동부와; 상기 회전 구동부의 하부에 위치하며, 리니어 모터와 가이드 레일에 의하여 상기 금형 다이를 평면상에서 이송하는 작업 테이블과; 그리고 절삭될 슬로팅 라인을 따라 상기 작업 테이블과 상기 회전 구동부를 제어하는 제어부로 구성되어, 상기 비회전 공구가 상기 슬로팅 라인의 접선에 대해 항상 수직방향으로 유지되면서 미세한 깊이의 홈이 절삭 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

슬로팅 공작기계{Slotting machine tool}

본 발명은 금형 다이에 슬로팅 절삭작업을 수행하기 위한 공작기계에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비회전 공구가 슬로팅 라인의 접선에 대해 항상 수직방향으로 유지되도록 하여 미세한 깊이의 홈이 절삭 가능하도록 구성되는 슬로팅 공작기계에 관한 것이다.

일반적으로 금형 다이에서 절삭작업을 할 경우, 공구가 이동해야 하는 경로의 생성이 필요하게 되고, 이렇게 생성되는 공구경로를 CL 데이터(Cutter location data)라 한다. 그리고, 상기 CL 데이터를 특정한 공작기계의 기구학적 구조에 상응한 기계축값(joint values)으로 변환시키고, NC 컨트롤러의 입력형식에 맞도록 변환시키는 작업이 필요하게 된다.

이와 같이, CL 데이터를 NC 컨트롤러의 입력형식에 맞도록 변화하는 작업을 포스트프로세싱(postprocessing)이라고 하고, 이러한 변환프로그램을 포스트프로세서(postprocessor)라고 한다. 이러한 포스트프로세싱에 의하여 생성되는 NC 데이터를 이용하여, 공작기계의 공구가 공구경로를 따라 이동하는 것에 의하여 실질적인 가공이 수행된다.

한편, 최근들어 미세 가공이 필요한 기술분야가 날로 늘어나는 추세이며, 그에 따라 적합한 기능을 가진 공작기계도 개발되고 있으나, 수 ㎛ 정도 깊이의 홈을 절삭가공하는 슬로팅 공작기계의 개발은 거의 이루어지고 있지 아니할 뿐 아니라, CL 데이터를 NC 데이터로 변환하여 NC 데이터가 생성될 때, 공구의 경로가 어떠한 과정을 거쳐 생성되는가에 대한 것도 거의 알려진 바가 없어 나노급의 정밀가공을 통한 초소형 부품의 제조에 많은 문제점이 있어왔다.

따라서, 본원 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 금형 다이에 슬로팅 절삭작업시 비회전 공구가 슬로팅 라인의 접선에 대해 항상 수직방향으로 유지되도록 하여 미세한 깊이의 홈이 절삭 가능하도록 상기 비회전 공구의 경로를 생성하도록 하여 슬로팅 절삭작업이 가능한 공작기계를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 슬로팅 공작기계의 사시도

도 2는 비회전 공구에 의해 절삭가공된 슬로팅 라인

도 3은 도 2에 따른 슬로팅 절삭작업의 개념도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10....상하 이송부 12....이송모터

14....스크류 20....회전 구동부

22...비회전 공구 30....작업 테이블

32....리니어 모터 34....가이드 레일

36....금형 다이 40....제어부

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의하면, 금형 다이에 슬로팅 절삭작업을 수행하기 위한 공작기계로써, 이송모터와 상기 이송모터에 연결된 스크류에 의해 수직방향으로 이송되는 상하 이송부와; 상기 상하 이송부와 연동되고, 기어 구조부와 전동 액츄에이터 작동 기구부에 의하여 비회전 공구의 회전량을 조절하는 회전 구동부와; 상기 회전 구동부의 하부에 위치하며, 리니어 모터와 가이드 레일에 의하여 상기 금형 다이를 평면상에서 이송하는 작업 테이블과; 그리고 절삭될 슬로팅 라인을 따라 상기 작업 테이블과 상기 회전 구동부를 제어하는 제어부로 구성되어, 상기 비회전 공구가 상기 슬로팅 라인의 접선에 대해 항상 수직방향으로 유지되면서 미세한 깊이의 홈이 절삭 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

다음에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 슬로팅 공작기계에 대하여 첨부된 도면을 기초하면서 자세히 설명하고자 한다.

먼저, 도 1은 본 발명에 따른 슬로팅 공작기계를 나타낸 것이다. 상부에는 이송모터(12)와 스크류(14)로 구성되는 상하 이송부(10)가 위치하게 되는데, 이송모터(12)가 구동을 하게 되면 연결된 스크류(14)도 회전을 하게 되어, 비회전 공구(22)가 취부되어 있는 하부의 회전 구동부(20)가 상하로, 즉 Z 방향으로 수직이송이 가능하게 된다.

한편, 상기 회전 구동부(20)에는 기어 구조부와 전동 액츄에이터 작동 구조부(미도시)가 내부에 구성되어 있어, 여기에 취부되는 비회전 공구의 회전방향과 회전각도를 적절히 조절하게 된다. 즉, 상기 기어 구조부와 전동 액츄에이터 작동 구조부는 일반적으로 회전각도를 정밀하게 제어하고자 하는 분야에서 널리 이용되고 있는 장치로써, 상대적으로 직경이 작은 전동 액츄에이터와 상대적으로 직경이 훨씬 큰 기어가 상호 결합되어 있으므로, 회전각도를 더욱 미세하게 분할할 수가 있게 된다. 따라서, 상기 기어의 축에 같이 취부되는 비회전 공구(22)는 Z축을 중심으로 아주 미세한 각도까지 회전이 제어가능하게 된다.

그리고, 상기 회전 구동부(20)의 하부에는 금형 다이(36)를 올려놓을 수 있는 작업 테이블(30)이 위치하게 되는데, 상기 작업 테이블(30)은 X-Y축 평면상에서 각 축 방향으로 장착된 리니어 모터(32)와 가이드 레일(34)에 의하여 상기 금형 다이(36)를 원하는 소정의 위치로 정확하게 이송할 수가 있게 된다. 상기 리니어 모터(32)는 회전분해능이 매우 뛰어나, 이송거리를 정확하게 제어할 수가 있을 뿐 아니라, 이송시 정숙한 구동도 가능한 이점이 있다.

본 발명에서 상기 상하 이송부(10)와 회전 구동부(20) 및 작업 테이블(30)의 작동 및 제어는 모두 제어부(40)를 통하여 이루어지며, 상기 제어부(40)는 자체 프로그램에 의해서 뿐만 아니라 퍼스널 컴퓨터에 연결가능하도록 하여 퍼스널 컴퓨터의 NC 데이터에 의해 제어될 수도 있다. 그리고 상기 제어부(40)는 작업 테이블(30) 하부에 위치한 공간상에 형성되도록 하고 있다.

한편, 금형 다이상에 절삭될 슬로팅 라인이 먼저 정해지게 되면 상기 슬로팅 라인에 따라 절삭작업이 이루어지는데, 이때 상기 비회전 공구(22)는 X-Y 평면상에서 이송되지 않고, 대신에 상기 작업 테이블이 이송되도록 함으로써, 결과적으로 비회전 공구(22)가 슬로팅 라인을 따라 금형 다이를 소정의 깊이로 절삭가공하게 되는 것이다. 여기서, 도 2는 금형 다이가 하부에 위치하는 절삭 테이블에 의해 X-Y 평면상을 이동을 함에 따라 비회전 공구에 의해 절삭가공되는 슬로팅 라인을 도시한 개념도이며, 점선으로 표시된 비회전 공구는 절삭 테이블에 의해 슬로팅 라인을 따라 상대적으로 이동되는 것을 단순히 나타낸 것이다.

따라서, 상기 비회전 공구(22)는 X-Y 평면상에서는 고정된 상태에서 단지 Z축을 중심으로 회전방향과 회전각도, 그리고 Z축 방향으로의 이송만 제어되게 되며, 동시에 금형 다이가 놓이게 되는 작업 테이블은 X-Y 평면으로 이송만 제어되게 됨으로써, 상기 비회전 공구와 작업 테이블간의 상대 운동에 의하여 상기 도 2에 도시한 바와 같은 슬로팅 라인이 형성되게 되는 것이다.

여기서, 상기 슬로팅 라인은 미리 평면상의 좌표값 즉, (X, Y)값과, 홈의 깊이 즉, Z값 그리고 상기 (X, Y)에서 비회전 공구의 회전각도에 대한 값들을 미리 프로그램화한 후 이를 제어부에 입력시킨 후 이를 활용하는 방법으로 형성될 수도 있으며, 외부에 위치하는 샘플의 이미지를 그대로 읽어들여 이를 수치화해서 재현하는 방법으로도 형성될 수도 있다.

한편, 이와 같이 구성된 본원 발명의 슬로팅 공작기계를 사용하여 수 ㎛ 정도 깊이의 홈을 절삭가공하기 위해서는, 앞서 상술한 바와 같이 CL 데이터를 NC 데이터로 변환하여 NC 데이터가 생성될 때, 슬로팅 작업시 공구의 경로가 어떠한 과정을 거쳐 생성되는가에 대한 것이 미리 정의되어야 한다. 즉, 공구의 경로가 상기과정을 거치도록 생성되어야만 되며, 이러한 것은, 실질적으로는 일정한 프로그램에 의하여 진행될 것이다.

따라서, 상기와 같은 슬로팅 라인이 형성되기 위해서는 무엇보다 공구의 경로, 즉 공구의 절삭방향은 평면상의 좌표값 즉, (X, Y)값에서 Z축에 대한 비회전 공구의 회전각도가 상기 슬로팅 라인의 접선에 대해 항상 수직방향으로 유지되도록 하여 달성되게 된다.

즉, 작업 테이블에 의해 금형 다이가 X-Y 평면상에서 연속적으로 움직임에 대하여 상기 공구는 항상 공구의 절대 작업면에 직각 방향으로 절삭이 이루어 지도록 하면서 미세한 깊이의 홈이 절삭되도록 하는데, 도 3은 이와 같이 하여 이루어지는 슬로팅 절삭작업의 개념도를 나타낸 것이다.

도면에 나타난 바와 같이, 작업이 시작되는 지점인 ①에서 끝나는 지점인 ⑤와 같이 형성된 슬로팅 라인에 따라 상기 비회전 공구에 의해 절삭작업이 이루어지기 위하여는, 절삭될 슬로팅 라인상에 있는 각 지점들이 비회전 공구가 위치해 있는 ① 지점을 향해서 연속해서 이송되어져야 하는데, 이는 X-Y 평면상에서 연속적으로 이송 가능한 상기 작업 테이블에 의해 달성되어 진다.

따라서, 상기 도면에서 화살표를 공구의 절삭방향이라고 할 경우, 상기 비회전 공구는 X-Y 평면상에서 정지한 상태에서 상기 작업 테이블에 의하여 슬로팅 라인을 따라 이송되어지는 금형 다이에 대하여, 단지 슬로팅 라인의 접선에 대해 항상 수직방향으로 유지되도록 Z축에 대하여 회전각도만 조절만 하면 되는 것이다.

앞서 상술한 바와 같이, 도 3에 도시한 슬로팅 라인은 실질적으로 NC 데이터를 이용하여 슬롯팅 공작기계에서 절삭작업이 수행될 때, 상기 비회전 공구의 제어 개념도를 보인 것이다. 따라서, 본 발명에 의한 절삭작업은 슬로팅 공작기계에서 기계적인 동작을 제어하는 것에 의하여 이루어질 것이고, 실질적으로는 CL 데이터를 NC 데이터로 변환하여, NC 데이터가 생성될 때 비회전 공구의 제어가 상기와 같은 과정을 거치도록 생성되어야 할 것이다. 이러한 것은, 실질적으로 일정한 프로그램에 의하여 진행될 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의하면 비회전 공구를 구비하 슬로팅 공작기계에 의하여 금형 다이가 미세한 홈으로 절삭작업이 이루어질 경우, 상기 비회전 공구가 상기 슬로팅 라인의 접선에 대해 항상 수직방향으로 유지되도록 하는 것을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다. 이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의하면, CL 데이터를 NC 데이터로 변환하여, NC 데이터가 생성될 때 비회전 공구의 제어가 슬로팅 라인의 접선에 대해 항상 수직방향으로 유지되도록 하는 과정을 거치도록 생성되도록 하여 미세한 깊이의 홈도 절삭이 가능할 수가 있게 된다.

또한, 이를 적용한 슬로팅 공작기계을 통하여 나노급의 정밀가공에 기초한 초소형 부품의 제조가 보다 유리하게 되는 등 산업전반에 걸쳐 그 파급효과가 매우 크다고 할 수 있다.

Claims (2)

1. 금형 다이에 슬로팅 절삭작업을 수행하기 위한 공작기계로써,

   이송모터(12)와 상기 이송모터에 연결된 스크류(14)에 의해 수직방향으로 이송되는 상하 이송부(10)와;

   상기 상하 이송부와 연동되고, 기어 구조부와 전동 액츄에이터 작동 기구부에 의하여 비회전 공구(22)의 회전량을 조절하는 회전 구동부(20)와;

   상기 회전 구동부의 하부에 위치하며, 리니어 모터(32)와 가이드 레일(34)에 의하여 상기 금형 다이를 평면상에서 이송하는 작업 테이블(30)과; 그리고

   절삭될 슬로팅 라인을 따라 상기 작업 테이블과 상기 회전 구동부를 제어하는 제어부(40)로 구성되어, 상기 비회전 공구(22)가 상기 슬로팅 라인의 접선에 대해 항상 수직방향으로 유지되면서 미세한 깊이의 홈이 절삭 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 슬로팅 공작기계.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부(40)는 퍼스널 컴퓨터에 연결가능하고, 또한 상기 퍼스널 컴퓨터의 NC 데이터에 의해 제어가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 슬로팅 공작기계.