KR20130100511A - Laser assisted machining - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A laser preheat processor is provided to perform a process by tools in a stable preheat state by uniformly maintaining a distance between the surface of a target processing material and a laser generating module. CONSTITUTION: A laser preheat processor comprises a spindle (100), a tool (200), and a laser generating module (300). The spindle is rotatably installed in a machine tool. The tool is mounted on the spindle and a laser through-hole (220) is formed in the processing direction of a target processing member. The laser generating module irradiates a laser beam through the laser through-hole and preheats the target processing member prior to a process by the tool.

Description

레이저 예열 가공장치{Laser assisted machining}Laser preheated machining device

본 발명은 레이저 예열 가공장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가공대상소재의 가공 부위를 국부적으로 가열하여 연화시킨 후 가공하는 레이저 예열 가공장치에 관한 것이다.The present invention relates to a laser preheating processing apparatus, and more particularly, to a laser preheating processing apparatus for processing after locally heating and softening the processing portion of the material to be processed.

일반적으로, 티타늄 합금, 초합금, 텅스텐 및 세라믹 등과 같은 재료들로 이루어진 공작물은 단열성, 고온강도, 내마모성 및 내식성과 같은 특징이 우수하여 자동차, 우주항공 등과 같은 최첨단 분야에 넓게 이용된다. 그러나, 이러한 재료들로 이루어진 공작물은 높은 경도와 취성으로 인하여 가공에 많은 어려움이 있는 바, 근래에는 공작물을 절삭, 가공하기 위한 공구나 장비가 동일의 장치에 통합되어 구비되는 복합가공화장치의 연구 및 개발이 진행되고 있다.In general, workpieces made of materials such as titanium alloys, superalloys, tungsten, ceramics, and the like have excellent characteristics such as heat insulation, high temperature strength, abrasion resistance, and corrosion resistance, and thus are widely used in high-tech fields such as automobiles, aerospace, and the like. However, a workpiece made of such materials has a lot of difficulty in processing due to its high hardness and brittleness. In recent years, a study on a complex machining apparatus in which tools or equipment for cutting and processing a workpiece are integrated into the same apparatus. And development is underway.

이중, 레이저기술을 접목시키기 위한 연구 및 개발이 활발히 진행되고 있는데, 앞서 설명한 바와 같은 난삭재료로 이루어진 공작물 가공할 경우, 절삭전에 레이저 열원을 이용하여 공작물의 가공 부위를 국부적으로 가열하여 연화시키면, 상기 공작물은 보다 용이하게 절삭될 수 있게되며, 가공성 또한 향상된다.Among them, research and development for incorporating laser technology are actively in progress. In the case of processing a workpiece made of a difficult material as described above, when the workpiece is locally heated and softened using a laser heat source before cutting, Workpieces can be cut more easily, and workability is also improved.

이러한, 복합가공화장치로 대한민국등록특허공보 제2005-0051233호(2006.6.30)에 제시되고 있다. 그러나, 선출원된 복합가공화장치는 절삭공구와 별개로 레이저발생부가 설치된 바, 공작물의 형상에 따라 상기 레이저발생부에서 조사되는 레이저와 상기 공작물 사이의 거리를 일정하게 유지하기 어려운 문제점이 있다.Such a compound processing apparatus is proposed in Korean Patent Publication No. 2005-0051233 (2006.6.30). However, the pre- filed composite machining apparatus has a problem in that it is difficult to keep the distance between the laser and the workpiece irradiated from the laser generating unit according to the shape of the workpiece.

본 발명은, 가공대상소재 표면과 레이저 사이의 거리를 일정하게 유지시켜 안정적인 예열 가공이 가능하게 하는 레이저 예열 가공장치를 제공하는데 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a laser preheating processing apparatus which enables a stable preheating process by maintaining a constant distance between a surface of a workpiece and a laser.

본 발명은, 공작기계에 회전가능하게 설치되는 스핀들, 상기 스핀들에 장착되며, 가공대상부재의 가공 방향으로 레이저관통공이 형성된 공작공구, 상기 스핀들에 설치되며, 상기 레이저관통공을 통해 레이저빔 조사시키면서 상기 공작공구의 가공전에 상기 가공대상부재를 예열시키는 레이저발생모듈을 포함하는 레이저 예열 가공장치를 제공한다.The present invention is a spindle that is rotatably installed in a machine tool, a tool tool is mounted to the spindle, the laser tool hole is formed in the machining direction of the member to be processed, is installed on the spindle, while irradiating a laser beam through the laser hole It provides a laser preheating processing apparatus including a laser generation module for preheating the object to be processed before the machining tool.

또한, 상기 레이저발생모듈은 상기 스핀들의 회전에 대응되게 회전하도록 상기 스핀들에 고정 결합될 수 있다.In addition, the laser generation module may be fixedly coupled to the spindle to rotate corresponding to the rotation of the spindle.

또한, 상기 공작공구에는 원주방향에 대해 상호 이격되게 배치된 복수개의 바이트가 결합 구비되며, 상기 레이저관통공은 인접하는 상기 바이트와 상기 바이트 사이에 위치하도록 상기 공작공구에 형성될 수 있다.In addition, the tool is provided with a plurality of bytes coupled to be spaced apart from each other in the circumferential direction, the laser through hole may be formed in the work tool to be located between the adjacent bite and the bite.

또한, 상기 바이트와 상기 레이저관통공의 이격거리가 커질수록 상기 레이저빔에 의한 상기 가공대상부재의 예열시간이 길어질 수 있다.In addition, as the separation distance between the bite and the laser through hole increases, the preheating time of the member to be processed by the laser beam may increase.

본 발명에 따른 레이저 예열 가공장치는, 공작기계의 스핀들에 레이저발생모듈을 고정 결합시킨 상태에서, 레이저발생모듈에서 발생된 레이저빔이 공작공구의 레이저관통공을 통해 가공대상부재 상으로 조사되게 하는 바, 가공대상소재 표면과 레이저발생모듈 사이의 거리를 일정하게 유지시킴으로서 안정적인 예열이 이루어지는 상태에서 공작공구에 의한 가공이 이루어질 수 있게 한다.In the laser preheating apparatus according to the present invention, the laser beam generated from the laser generating module is irradiated onto the object to be processed through the laser through hole of the tool in a state in which the laser generating module is fixedly coupled to the spindle of the machine tool. Bar, by maintaining a constant distance between the surface of the material to be processed and the laser generating module can be processed by the tool in a stable preheating state.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 예열 가공장치의 개략 구성단면도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 공작공구의 저면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of a laser preheating apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a bottom view of the tool tool shown in FIG. 1. FIG.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 예열 가공장치의 개략 구성단면도이다. 도 1을 참조하면, 상기 레이저 예열 가공장치는, 스핀들(100), 공작공부(200), 레이저발생모듈(300)을 구비하고 있다.1 is a schematic cross-sectional view of a laser preheating apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the laser preheating apparatus includes a spindle 100, a work tool 200, and a laser generation module 300.

상기 스핀들(100)은 공작기계(도면미도시)에 회전 가능하게 결합 구비된다. 즉, 상기 스핀들(100)은 상기 공작기계에 장착 구비된 상태에서 상기 공작기계의 구동장치로부터 구동력을 전달받아 축회전하게 된다. 여기서, 상기 스핀들(100)의 단부에는 이후 설명될 공작공구(200)를 고정상태로 장착할 수 있도록 툴홀더(도면미도시)가 구비된다. 따라서, 상기 스핀들(100)은 상기 공작기계의 구동장치로부터 구동력을 전달받아 상기 툴홀더가 회전되게 하면서 상기 공작공구(200)를 대응되게 회전되도록 하여 가공대상부재에 대한 가공이 이루어지게 한다.The spindle 100 is rotatably coupled to a machine tool (not shown). That is, the spindle 100 is axially rotated by receiving a driving force from the driving device of the machine tool in the state equipped with the machine tool. Here, a tool holder (not shown) is provided at the end of the spindle 100 so as to mount the tool tool 200 to be described later in a fixed state. Therefore, the spindle 100 receives the driving force from the driving device of the machine tool and causes the tool holder to rotate while correspondingly rotating the tool tool 200 so as to process the object to be processed.

상기 공작공구(200)는 상기 스핀들(100)의 단부에 장착되어, 상기 스핀들(100)의 회전에 대응되게 회전하면서 상기 가공대상부재와 접촉시, 상기 가공대상부재를 가공한다. 이러한, 상기 공작공구(200)에는 상기 가공대상부재의 가공을 위한 복수개의 바이트(210)가 결합 구비된다. 여기서, 상기 바이트(210)는 축회전하면서 상기 가공대상부재에 대한 가공이 안정적으로 이루어지도록 상기 공작공구(200)의 원주방향으로 상호 이격되게 설치된다.The tool tool 200 is mounted to the end of the spindle 100, and rotates in correspondence with the rotation of the spindle 100, when processing the object to be processed in contact with the member to be processed. Such, the tool tool 200 is provided with a plurality of bytes 210 for the processing of the member to be processed. Here, the bite 210 is installed to be spaced apart from each other in the circumferential direction of the work tool 200 so that the processing to the processing target member is made while rotating the shaft.

그리고, 상기 공작공구(200) 일측에는 이후 설명될 레이저발생모듈(300)에서 발생된 레이저빔을 상기 가공대상부재 상으로 조사할 수 있도록 레이저관통공(220)이 관통 형성된다. 이때, 상기 레이저관통공(220)은 상기 레이저발생모듈(300)에서 발생된 레이저빔을 상기 가공대상부재 상으로 조사할 수 있도록 상기 가공대상부재의 가공방향을 향하도록 형성된다. 여기서, 상기 레이저관통공(220)은 일직선 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 만약, 상기 레이저관통공(220)에 절곡된 부분이 형성될 경우에는 상기 레이저발생모듈(300)에서 조사되는 레이저빔을 상기 가공대상부재 상으로 진행될 수 있도록 일정각도로 반사시키는 반사경(도면미도시)을 절곡된 부분에 배치할 수 있다.In addition, a laser through hole 220 is formed at one side of the tool tool 200 so that the laser beam generated by the laser generating module 300 to be described later is irradiated onto the object to be processed. In this case, the laser through hole 220 is formed to face the processing direction of the member to be processed so that the laser beam generated by the laser generation module 300 can be irradiated onto the member to be processed. Here, the laser through hole 220 is preferably formed in a straight shape. If the bent portion is formed in the laser through hole 220, a reflecting mirror reflecting the laser beam irradiated from the laser generating module 300 at a predetermined angle so as to proceed on the object to be processed (not shown in the drawings). ) Can be placed in the bent portion.

이러한, 상기 레이저관통공(220)은 상호 인접하는 상기 바이트(210)와 상기 바이트(211) 사이에 위치하도록 상기 공작공구(200)에 형성된다. 여기서, 상기 레이저관통공(220)은 상기 바이트(210)와 이격거리가 클수록 상기 레이저발생모듈(300)에서 조사되는 레이저빔에 의한 상기 가공대상부재의 예열시간이 걸어지게 된다. 즉, 도 2를 참조하면, 상기 스핀들(100)의 회전시 상기 가공대상부재에 대한 가공을 시작하는 위치에 배치된 상기 바이트(210)의 회전방향 전방으로 상기 레이저관통공(220)이 형성된 상태에서, 상기 바이트(210)와 상기 레이저관통공(220)의 이격거리인 't'가 커질수록 상기 스핀들(100)이 회전하는 상태에서 상기 레이저빔에 의한 상기 가공대상부재의 조사 후 상기 바이트(210)에 의한 가공이 늦게 이루어지는데, 결과적으로 상기 가공대상부재의 예열시간을 길어지게 한다.The laser through hole 220 is formed in the tool tool 200 to be positioned between the bite 210 and the bite 211 adjacent to each other. Here, the laser penetration hole 220 is a pre-heating time of the object to be processed by the laser beam irradiated from the laser generation module 300 as the distance from the byte 210 is greater. That is, referring to FIG. 2, when the spindle 100 rotates, the laser through hole 220 is formed in a forward direction of the rotation of the bite 210 disposed at a position at which machining of the member to be processed is started. In the byte 210 and the distance between the laser penetration hole 220 't' is larger as the 't' becomes larger after the irradiation of the member to be processed by the laser beam in the state in which the spindle 100 rotates the bite ( The processing by 210 is performed late, resulting in a longer preheating time of the member to be processed.

상기 레이저발생모듈(300)은 상기 가공대상부재의 가공부위에 대해 국부적으로 가열하여 연화시킬 수 있도록 상기 레이저빔을 발생시킨 후 조사시킨다. 여기서, 상기 레이저발생모듈(300)은 상기 레이저빔을 발생시킨 후 대상물에 조사할 수 있는 공지의 레이저발생장치를 선택적용할 수 있다. 이러한, 상기 레이저발생모듈(300)은 상기 스핀들(100)의 일측에 고정 설치된다. 따라서, 상기 레이저발생모듈(300)은 상기 스핀들(100)의 회전에 대응되게 회전하게 된다. 여기서, 상기 레이저발생모듈(300)에서 발생된 상기 레이저빔은 광도파관(310)을 통해 상기 공작공구(200)의 레이저관통공(220)으로 유도될 수 있다. 더불어, 상기 광도파관(310)에는 상기 레이저빔의 유도에 따른 온도상승을 억제시키도록 냉각수단(도면미도시)을 구비할 수도 있다.The laser generation module 300 generates and irradiates the laser beam so as to be softened by locally heating the processed portion of the member to be processed. Here, the laser generation module 300 may selectively use a known laser generation device that can irradiate an object after generating the laser beam. The laser generating module 300 is fixedly installed at one side of the spindle 100. Therefore, the laser generation module 300 is rotated to correspond to the rotation of the spindle (100). Here, the laser beam generated by the laser generation module 300 may be guided to the laser through hole 220 of the tool tool 200 through the optical waveguide 310. In addition, the optical waveguide 310 may be provided with a cooling means (not shown) to suppress the temperature rise due to the induction of the laser beam.

이와 같이 구성되는 일실시예에 따른 상기 레이저 예열 가공장치의 동작을 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.The operation of the laser preheating apparatus according to an embodiment configured as described above will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

먼저, 가공하고자하는 상기 가공대상부재를 배치한 후, 상기 공작기계를 작동시킨다. 즉, 상기 공작기계의 구동장치를 작동시켜 상기 스핀들(100)을 회전 구동시킨다. 그러면, 상기 스핀들(100)의 회전에 대응되게 상기 공작공구(200)가 회전하게 되며 상기 레이저발생모듈(300)도 동시에 회전하게 된다.First, after arranging the member to be processed, the machine tool is operated. That is, the spindle 100 is driven by operating the drive device of the machine tool. Then, the tool tool 200 is rotated to correspond to the rotation of the spindle 100 and the laser generation module 300 is also rotated at the same time.

이후, 상기 레이저발생모듈(300)로 전원이 인가되면서 레이저빔이 발생된다. 그러면, 상기 레이저빔은 상기 공작공구(200)의 레이저관통공(220)을 통해 상기 가공대상부재의 가공작업이 이루어질 가공부위에 조사되면서 국부적으로 가열이 이루어지게 되며, 연화된 상태에서 상기 공작공구(10)의 바이트(210)에 의한 가공이 이루어지게 된다.Thereafter, a laser beam is generated while power is applied to the laser generation module 300. Then, the laser beam is locally heated while being irradiated to the processing site where the processing target member is to be processed through the laser through hole 220 of the tool tool 200, and the heating is performed in the softened state. Processing by the bite 210 of (10) is made.

이와 같이, 일실시예의 상기 레이저 예열 가공장치는, 상기 공작기계의 스핀들(100)에 상기 레이저발생모듈(300)을 고정 결합시킨 상태로, 상기 레이저발생모듈(300)에서 발생된 레이저빔이 상기 공작공구(200)의 레이저관통공(220)을 통해 상기 가공대상부재 상으로 조사되게 하는 바, 상기 가공대상소재 표면과 상기 레이저발생모듈(300) 사이의 거리를 일정하게 유지시킴으로서 안정적인 예열이 이루지는 상태에서 상기 공작공구에 의한 가공이 이루어질 수 있게 한다.As such, the laser preheating apparatus of the embodiment is a state in which the laser generation module 300 is fixedly coupled to the spindle 100 of the machine tool, and the laser beam generated by the laser generation module 300 is Through the laser through hole 220 of the tool tool 200 to be irradiated onto the object to be processed, a stable preheating is achieved by maintaining a constant distance between the surface of the material to be processed and the laser generation module 300 In this state, the machining by the tool can be made.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

100: 스핀들 200: 공작공구
210: 바이트 220: 레이저관통공
300: 레이저발생모듈100: spindle 200: tool tool
210: byte 220: laser through hole
300: laser generation module

Claims (4)

공작기계에 회전가능하게 설치되는 스핀들과;
상기 스핀들에 장착되며, 가공대상부재의 가공 방향으로 레이저관통공이 형성된 공작공구; 및,
상기 스핀들에 설치되며, 상기 레이저관통공을 통해 레이저빔 조사시키면서 상기 공작공구에 의한 가공전에 상기 가공대상부재를 예열시키는 레이저발생모듈을 포함하는 레이저 예열 가공장치.A spindle rotatably installed in the machine tool;
A tool tool mounted to the spindle and having a laser through hole formed in a machining direction of a member to be processed; And
And a laser generation module installed on the spindle and for preheating the object to be processed before being processed by the work tool while irradiating a laser beam through the laser through hole. 청구항 1에 있어서,
상기 레이저발생모듈은 상기 스핀들의 회전에 대응되게 회전하도록 상기 스핀들에 고정 결합된 레이저 예열 가공장치.The method according to claim 1,
The laser generating module is a laser preheating processing device fixedly coupled to the spindle so as to rotate corresponding to the rotation of the spindle. 청구항 1에 있어서,
상기 공작공구에는 원주방향에 대해 상호 이격되게 배치된 복수개의 바이트가 결합 구비되며,
상기 레이저관통공은 인접하는 상기 바이트와 상기 바이트 사이에 위치하도록 상기 공작공구에 형성된 레이저 예열 가공장치.The method according to claim 1,
The tool is provided with a plurality of bytes coupled to be spaced apart from each other in the circumferential direction,
And the laser through hole is formed in the tool to be positioned between the adjacent bite and the bite. 청구항 3에 있어서,
상기 바이트와 상기 레이저관통공의 이격거리가 커질수록 상기 레이저빔에 의한 상기 가공대상부재의 예열시간이 길어지는 레이저 예열 가공장치.
The method according to claim 3,
And a preheating time of the member to be processed by the laser beam increases as the distance between the bite and the laser through hole increases.
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