KR20140012296A

KR20140012296A - 선형 모션 스테이지 받침 구조를 갖는 복합 가공 가변 머시닝 장치

Info

Publication number: KR20140012296A
Application number: KR1020120078736A
Authority: KR
Inventors: 박종권; 이성철; 노승국; 김병섭; 김경한; 장성권
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2012-07-19
Filing date: 2012-07-19
Publication date: 2014-02-03

Abstract

회전운동이 극대화된 단일의 머시닝 장치를 이용하여 X-Y 스테이지 상부에 안착된 가공 대상물에 대하여 레이저 가공, 밀링 가공 및 연삭 가공을 안정적으로 수행할 수 있는 선형 모션 스테이지 받침 구조를 갖는 복합 가공 가변 머시닝 장치에 관하여 개시한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 베이스프레임과, 구상의 외형을 가지되, 회동 방향으로 양측이 대칭된 형상을 갖는 상부몸체와 상부몸체에 비해 축소된 형상으로 양측이 대칭된 형상을 갖는 하부몸체를 포함하며, 베이스프레임의 상부에서 회동하는 회동프레임과, 베이스프레임의 상면 내측에 교차하여 지지되며, 회동프레임의 내부 수용공간에 배치되어 가공 대상물이 장착되는 선형 모션 스테이지와, 회동프레임의 수직 상단을 관통하여 가공 대상물에 대향 배치되는 레이저 가공 모듈과, 레이저 가공 모듈의 일측으로 이격된 위치에서 회동프레임을 관통하여 가공 대상물에 대향 배치되는 밀링 주축 및, 레이저 가공 모듈의 타측으로 이격된 위치에서 회동프레임을 관통하여 가공 대상물에 대향 배치되는 연삭 주축을 포함하는 선형 모션 스테이지 받침 구조를 갖는 복합 가공 가변 머시닝 장치를 제공한다.

Description

선형 모션 스테이지 받침 구조를 갖는 복합 가공 가변 머시닝 장치{RECONFIGURABLE MACHINING APPARATUS HAVING LINEAR MOTION STAGE SUPPORT STRUCTURE }

본 발명은 선형 모션 스테이지 받침 구조를 갖는 복합 가공 가변 머시닝 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 회전운동이 극대화된 단일의 머시닝 장치를 이용하여, X-Y 스테이지 상부에 안착된 가공 대상물에 대하여 레이저 가공은 물론, 밀링 및 연삭 가공을 동시 또는 순차적으로 수행할 수 있는 복합 가공 가변 머시닝 장치에 관한 것이다.

가공 대상물의 3차원 입체 가공에 사용되는 대표적인 것으로 레이저 가공 장치와 다축 머시닝 장치가 소개되어 있다. 레이저 가공 장치의 경우 체적이 큰 대상물에 비해 작은 가공 대상물을 가공하는데 주로 이용되며, 이와 달리 다축 머시닝 공작기계의 경우 체적이 상대적으로 큰 가공 대상물의 가공에 주로 이용된다.

다만, 다축 머시닝 장치는 대다수 몸체 부피가 큰 편이며, 가공 대상물의 3차원 입체 가공을 위하여 테이블 상에 위치 고정된 가공 대상물의 주변으로 공구가 상하, 전후 및 좌우로 이동하면서 가공을 수행해야 했기에, 공구의 이동거리가 늘어남에 따라 가공오차가 커져 정교하고 복잡한 형상의 제품을 가공하기 위해서는 다소 무리가 따랐다.

나아가, 다축 머시닝 장치의 경우 대부분 다축 병진 운동만으로 가공 대상물의 가공을 수행하는 까닭에 비교적 구조가 복잡하며, 이에 포함되는 부품 수도 많아 고가의 가격대를 형성하고 있다. 또한, 복잡한 형상의 제품을 가공하기 위해서는 공구의 움직임이 더 많이 요구되므로, 불필요하게 에너지 소모가 심해지는 단점도 있었다.

이 같은 불편을 해결하기 위하여, 회전운동이 극대화된 구동 메커니즘을 갖는 머시닝 장치에 대한 관심이 고조되고 있다. 특히, 차세대 BT 및 IT 마이크로 가공 분야에까지 활용할 수 있으며, 특정 가공 분야에만 제한적으로 활용되는 기존의 머시닝 장치에서 벗어나 단일의 장치 내에서 다양한 가공(예: 레이저 가공, 밀링 가공, 연삭 가공 등)을 처리할 수 있는 복합 가공 머시닝 장치에 대한 필요성이 대두되고 있는 실정이다.

본 발명은 회전운동이 극대화된 단일의 머시닝 장치를 이용하여, 가공 대상물에 대한 레이저 가공은 물론, 밀링 및 연삭 가공을 함께 처리할 수 있는 선형 모션 스테이지 받침 수행할 수 있는 선형 모션 스테이지 받침 구조를 갖는 복합 가공 가변 머시닝 장치를 제공한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제에 국한되지 않으며, 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 베이스프레임; 구상의 외형을 가지되, 회동 방향으로 양측이 대칭된 형상을 갖는 상부몸체와, 상기 상부몸체에 비해 축소된 형상으로 양측이 대칭된 형상을 갖는 하부몸체를 포함하며, 상기 베이스프레임의 상부에서 회동하는 회동프레임; 상기 베이스프레임의 상면 내측에 교차하여 지지되며, 상기 회동프레임의 내부 수용공간에 배치되어 가공 대상물이 장착되는 선형 모션 스테이지; 상기 회동프레임의 수직 상단을 관통하여 가공 대상물에 대향 배치되는 레이저 가공 모듈; 상기 레이저 가공 모듈의 일측으로 이격된 위치에서 상기 회동프레임을 관통하여 가공 대상물에 대향 배치되는 밀링 주축; 및 상기 레이저 가공 모듈의 타측으로 이격된 위치에서 상기 회동프레임을 관통하여 가공 대상물에 대향 배치되는 연삭 주축;을 포함하는 선형 모션 스테이지 받침 구조를 갖는 복합 가공 가변 머시닝 장치를 제공한다.

상기 회동프레임은, 상기 상부몸체의 수직 상단을 통해 상기 레이저 가공 모듈이 설치되는 삽입 슬롯과, 상기 삽입 슬롯의 일측으로 이격되어 상기 밀링 주축이 장착되는 제1장착 홈과, 상기 삽입 슬롯의 타측으로 이격되어 상기 연삭 주축이 장착되는 제2장착 홈을 구비한다.

상기 베이스프레임은, 상기 회동프레임과 간격을 두고 외곽 상에 배치되는 고리형의 상단몸체와, 상기 상단몸체의 하측으로 돌출된 반구형의 하단몸체를 포함하는 몸체부; 상기 몸체부를 바닥으로부터 상향으로 입설시켜 지지하는 지지부; 및 상기 몸체부와 상기 지지부 사이에 개재되어 지면으로부터 전달된 진동을 흡수하는 방진부재;를 포함한다.

여기서, 상기 방진부재는, 상기 지지부가 바닥에 접촉 지지된 위치와 동일 선상에 적어도 하나 이상 배치되는 에어쿠션(air cushion)일 수 있다.

또한, 상기 상단몸체의 상면에는, 상기 회동프레임을 회동시키도록 연결된 한 쌍의 구동모터가 장착되되, 상기 한 쌍의 구동모터는, 상기 상단몸체를 상하 방향으로 관통하여 삽입된 후 브래킷에 의해 고정될 수 있다.

그리고 상기 선형 모션 스테이지는, 상기 한 쌍의 구동모터 각각으로부터 서로 대향하는 방향으로 돌출된 복수의 연결부재에 연결되어 상기 회동프레임의 내부를 가로 질러 배치되는 제1지지부재와, 상기 제1지지부재와 교차하는 방향으로 연결되어 제2지지부재가 교차하는 위치에 배치된다.

또한, 상기 회동프레임의 양측에는 상기 복수의 연결부재가 관통하는 호형 장공이 구비되되, 상기 호형 장공은, 상기 회동프레임의 회동 동작 시 상기 호형 장공을 관통한 복수의 연결부재에 의해 간섭되지 않도록 상기 회동프레임의 회동 범위에 대응하는 길이 및 각도로 형성될 수 있다.

한편, 상기 하단몸체에는, 칩 배출용 개폐 도어가 마련되어 있을 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 선형 모션 스테이지 받침 구조를 갖는 복합 가공 가변 머시닝 장치에 의하면, 기존의 직선운동 기반의 기구학적 메커니즘에서 벗어나 회전운동이 극대화된 구동 메커니즘을 적용하였다.

그리고 단일의 머시닝 장치에서 레이저 가공은 물론, 밀링 및 연삭 가공을 함께 수행할 수 있다. 그 결과 가공 정도가 복잡하고 정밀한 부품 산업, 예를 들면 BT 및 IT 마이크로 가공 분야에까지 다양하게 활용할 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 선형 모션 스테이지 받침 구조를 갖는 복합 가공 가변 머시닝 장치에 의하면, 복합적인 가공이 요구되는 가공 대상물을 운반하거나 가공 위치를 재설정해 줄 필요가 없어져, 가공 준비 시간을 대폭 줄일 수 있다. 아울러 가공 오차 발생을 최소화시킬 수 있다. 이에 따라 가공 정밀도가 향상된다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 선형 모션 스테이지 받침 구조를 갖는 복합 가공 가변 머시닝 장치에 의하면, 구상의 회동프레임의 내부 수용공간에 X-Y 스테이지 받침 구조를 두고, 그 상부에 가공 대상물을 배치시킴에 따라 가공 중 발생 가능한 가공 대상물의 위치 오차를 줄일 수 있다.

아울러, X-Y 스테이지 받침 구조의 하부를 베이스프레임으로부터 연장된 십(十)자 형태 지지부재를 통해 견고하게 지지해 줄 수 있어 가공 대상물의 안정적인 배치 상태를 지속적으로 유지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 선형 모션 스테이지 받침 구조를 갖는 복합 가공 가변 머시닝 장치를 간략히 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 선형 모션 스테이지 받침 구조를 갖는 복합 가공 가변 머시닝 장치를 간략히 도시한 분해사시도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 선형 모션 스테이지 받침 구조를 갖는 복합 가공 가변 머시닝 장치의 구성 중 베이스프레임을 확대 도시한 사시도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 선형 모션 스테이지 받침 구조를 갖는 복합 가공 가변 머시닝 장치의 구성 중 회동프레임을 확대 도시한 사시도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 선형 모션 스테이지 받침 구조를 갖는 복합 가공 가변 머시닝 장치의 구성 중 회동프레임을 확대 도시한 X-Z평면도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 선형 모션 스테이지 받침 구조를 갖는 복합 가공 가변 머시닝 장치의 구성 중 회동프레임을 확대 도시한 Y-Z평면도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 선형 모션 스테이지 받침 구조를 갖는 복합 가공 가변 머시닝 장치에서 회동프레임 내에 레이저 가공 모듈, 밀링 주축, 연삭 주축이 장착된 모습을 나타낸 사시도.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 선형 모션 스테이지 받침 구조를 갖는 복합 가공 가변 머시닝 장치에서 회동프레임 내에 레이저 가공 모듈, 밀링 주축, 연삭 주축이 장착된 모습을 나타낸 Y-Z평면도.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 선형 모션 스테이지 받침 구조를 갖는 복합 가공 가변 머시닝 장치에서 복합 가공이 이루어지는 작동상태를 개념적으로 모사한 작동상태도.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해 질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. 단지 여기에서 설명될 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선형 모션 스테이지 받침 구조를 갖는 복합 가공 가변 머시닝 장치(이하, 간략히 '복합 가공 가변 머시닝 장치'라 지칭함)에 관하여 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 복합 가공 가변 머시닝 장치를 간략히 도시한 사시도이며, 도 2는 도 1의 분해사시도이다.

도시된 복합 가공 가변 머시닝 장치(100)는, 베이스프레임(110)과, 베이스프레임(110)의 상부에서 회동하는 구상의 회동프레임(130)과, 회동프레임(130)의 내부 수용공간에 배치되어 가공 대상물이 장착되는 선형 모션 스테이지(즉, X-Y 스테이지)(160)와, 회동프레임의 수직 상단에 설치되는 레이저 가공 모듈(170)과, 이의 양측으로 장착되는 밀링 주축(180) 및 연삭 주축(190)을 포함한다.

베이스프레임(110)은 회동프레임(130)을 바닥으로부터 지탱하여 상향 위치시키는 동시에, 회동프레임(130)의 회동 시 안정적인 자세 유지(예: 진동 감쇠)는 물론, 주변 진동이 지면을 통해 장치 내로 전달되는 현상을 방지하는 역할을 담당한다. 이와 동시에 베이스프레임(110)은 회동프레임(130)에 필요한 구동력을 제공하는 한 쌍의 구동모터(121)의 위치를 고정시켜주는 기능도 제공한다.

베이스프레임(110)은 그 세부 구성으로서, 몸체부(111)와 지지부(113) 및 방진부재(115)를 포함한다.

몸체부(111)는 회동프레임(130)과 간격을 두고 이의 외곽 상에 배치되는 환형의 상단몸체(111a)와, 상기 상단몸체의 하측으로 돌출된 반구형의 하단몸체(111b)를 포함한다.

상단몸체(111a)의 상면에는 회동프레임(130)을 회동시키는 한 쌍의 구동모터(121)가 서로 마주보며 배치된다. 이때, 한 쌍의 구동모터(121)는 도 2에 도시된 바와 같이 상단몸체(111a)를 상하 방향으로 관통하는 설치공(118)을 통해 구동모터(121) 각각의 하단(121a)이 삽입 장착된다.

베이스프레임(110)의 배면 쪽의 형상 구조는 도 3을 통해 구체적으로 확인할 수 있다. 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 선형 모션 스테이지 받침 구조를 갖는 복합 가공 가변 머시닝 장치의 구성 중 베이스프레임을 확대 도시한 사시도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 베이스프레임(110)은 환형의 상단몸체(111a)와, 그 내측에서 하방으로 연결된 반구형의 하단몸체(111b)로 이루어진다. 그리고 이러한 하단몸체(111b)의 바닥면에는 칩 및 분진을 포함한 가공 부산물이 포집될 수 있는데, 이를 배출시키기 위하여 개폐 도어(117)가 마련되어 있다. 이러한 개폐 도어(117)는 포집된 칩을 포함한 이물질을 수거하여 외부로 배출시키는 용도로 이용된다. 이러한 개폐 도어(117)의 형상 및 구조는 도 3을 참조하면 확인할 수 있다. 도시된 개폐 도어(117)는 슬라이딩 방식으로 개폐되는 구조로 나타나 있으나, 힌지에 의해 여닫이 방식으로 개폐되는 구조로 실시 변경되어도 무방하다.

지지부(113)는 몸체부(111)(특히, 상단몸체(111a))의 하면과 일정한 간격을 사이에 두고 바닥에 지지되는 부재로서, 도시된 바와 같이, 바닥으로부터 입설되는 복수 개(예: 4개)의 다리를 구비하며, 지지부(113)의 끝단 즉, 바닥에 접촉 지지되는 부위에는 높낮이 조절이 가능한 받침대(116)를 구비할 수 있다. 여기서, 받침대(116)는 나사 체결 및 해제를 통해 리드 폭 만큼 높이 조절되는 구조로 이루어질 수 있다.

방진부재(115)는 몸체부(111)(특히, 상단몸체(111a))의 하면과 지지부(113)의 상면 사이에 설정된 간격(예: 90ㅀ)을 두고 삽입되어 가공 중 발생될 수 있는 진동을 흡수하는 역할을 담당한다. 구체적인 예로, 에어쿠션(air cushion)이 이용될 수 있다. 특히, 방진부재(115)는 지지부(113)가 바닥에 접촉 지지된 위치와 동일 선상, 즉 복수 개의 다리가 위치한 상부에 배치되는 것이 바람직하다. 이러한 위치 관계에 따라 지면으로부터 주변 진동이 장치로 전달되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 이는 가공 정밀도 향상의 효과를 가져 온다.

이어서, 회동프레임(130)에 관하여 설명하기로 한다. 회동프레임(130)의 구체적인 형상 및 구조는 도 4 내지 도 6을 참조하여 확인할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 선형 모션 스테이지 받침 구조를 갖는 복합 가공 가변 머시닝 장치의 구성 중 회동프레임을 확대 도시한 사시도이며, 도 5는 X-Z평면도이고, 도 6은 Y-Z평면도이다.

도 4 내지 도 6을 병행 참조하면, 회동프레임(130)은 베이스프레임의 상부에서 일측 방향(즉, X축 방향)으로 연결되어 회동 작동되는 구성이다.

회동프레임(130)의 몸체의 외형은 구(球)상 형태로 이루어지며, 몸체의 내부에는 빈 수용공간이 마련되어 있어, 이 수용공간 중앙에 가공 대상물이 배치되어 복합 가공이 이루어진다.

더 구체적으로 설명하자면, 회동프레임(130)은 한 쌍의 구동모터에 연결되는 축 연결부(137)를 기준으로 상, 하부에 서로 다른 몸체 형상을 가지는데, 설명의 편의상 몸체의 상부 부위를 상부몸체(130a)라 지칭하며, 몸체의 하부 부위를 하부몸체(130b)라 지칭한다.

상부몸체(130a)는 회동 방향으로 양측이 대칭된 형상을 가지며, 하부몸체(130b)는 상부몸체(130a)에 비해 축소된 형상으로 양측이 대칭된 형상을 갖는다.

여기서, 상부몸체(130a)에는 레이저 가공 모듈을 비롯한 밀링 주축, 연삭 주축 등이 장착되며, 하부몸체(130b)는 상부몸체(130a)의 회동 동작 시 무게 밸런스(weight balance)를 맞춰주는 일종의 추와 같은 역할을 담당할 수 있다.

도 6을 참조하면 상부몸체(130a)에 비해 축소된 형태인 하부몸체(130b)의 형상을 구체적으로 확인할 수 있다. 다만, 도시된 상부몸체(130a) 및 하부몸체(130b)의 형상 및 비율은 머시닝 장치의 규모 및 성능에 따라 조금씩 달리 실시되어도 무방하다.

다시 도 4를 참조하면, 회동프레임(130)은 한 쌍의 구동모터(도 1의 121)의 구동축과 연결되는 축 연결부(137)가 양쪽으로 대향 배치되며, 이 축 연결부(137)를 기준으로 양쪽으로 대칭되어 형성되는 한 쌍의 호형 장공(139)이 마련되어 있다.

호형 장공(139)은 후술될 복수의 연결부재(도 7의 125)가 삽입되어 관통하는 부위로서, 상기 회동프레임(130)의 회동 동작 시 호형 장공(139)을 관통한 복수의 여결부재에 의해 회동프레임(130)의 회동 변위에 간섭을 주지 않도록 형성된다. 다시 말해서, 회동프레임(130)의 회동 범위에 대응하는 길이 및 각도로 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 회동프레임(130)에는 구동모터(도 1의 121)와 연결되는 방향에 교차하는 방향(즉, Y축 방향)을 따라 삽입 슬롯(131) 및 이의 양측에 간격을 두고 형성된 한 쌍의 장착 홈(132)이 마련되어 있다.

삽입 슬롯(131)은 레이저 가공 모듈(도 1의 170)이 삽입되어 설치되는 공간에 해당되며, 그 주변으로 설정된 간격을 두고 마련된 한 쌍의 장착 홈(132)은 밀링 주축(도 1의 180) 및 연삭 주축(도 1의 190)이 장착되는 홈에 해당된다. 이러한 삽입 슬롯(131) 및 한 쌍의 장착 홈(132)의 위치 관계는 도 6을 통해 확인할 수 있다. 다만, 여기서 삽입 슬롯(131)과 한 쌍의 장착 홈(132) 사이에 벌어진 각도는 다양한 실시예에 따라 조금씩 다르게 설계될 수 있으며, 도시된 특정 형태에 본 발명은 제한될 필요가 없다.

그리고 회동프레임(130)의 상부몸체(130a)와 하부몸체(130b) 사이에는 서로 대칭되는 크기로 절개된 개방부위(133)가 마련되어 있으며, 이 개방부위(133)는 전술한 바와 같이 전체 회동프레임(130)의 무게 밸런스를 고려하여 그 크기가 선정될 수 있으며, 추가적으로 가공 중 가공 대상물의 가공 상태를 작업자가 실시간으로 확인할 수 있는 기능도 제공한다.

그리고 한편, 회동프레임(130)의 상부몸체(130a)의 상면에는 복수의 통공(134)이 회동 방향에 교차하는 방향(즉, X축 방향)으로 마련되어 있는데, 도시된 바로는 상향 배치된 제1통공(134a)에 비해 하향 배치된 제2통공(134b)의 크기가 축소된 형태로 이루어져 있다. 그리고 도 5를 참조하면, 이러한 복수의 통공(134)은 삽입 슬롯(131)을 기준으로 대칭되는 형태로 상단몸체(130a)의 양쪽에 동일하게 배치되어 있는 것을 확인할 수 있다. 이러한 복수의 통공(134)은 회동프레임(130)의 무게를 저감시키는 효과를 발휘하는 동시에, 상기에서 언급한 바와 같이 회동프레임(130)의 무게 밸런스까지 고려하여 마련된 것으로, 특정 형상 및 개수에 본 발명은 제한될 필요가 없다.

이어서, 회동프레임 내에 배치된 선형 모션 스테이지의 형상 및 구조를 비롯하여, 회동프레임 상부몸체에 장착되는 레이저 가공 모듈, 밀링 주축, 연삭 주축의 설치 구조에 관하여 도 7 및 도 8을 병행 참조하여 설명하기로 한다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 선형 모션 스테이지 받침 구조를 갖는 복합 가공 가변 머시닝 장치에서 회동프레임 내에 레이저 가공 모듈, 밀링 주축, 연삭 주축이 장착된 모습을 나타낸 사시도이며, 도 8은 이러한 모습을 다른 각도에서 보여 주는 Y-Z평면도이다.

도시된 바와 같이, 회동 프레임(130)의 양측으로는 한 쌍의 구동모터(121)가 연결 설치되어 회동 프레임(130)에 필요한 회전력을 제공한다. 그리고 구동모터(121) 각각은 별도의 브래킷(123)에 의해 베이스프레임(도 1의 110)에 결합된다. 회동프레임(130)의 수직 상단에 마련된 삽입 슬롯(131)을 통해 레이저 가공 모듈(170)이 설치되며, Y축 방향으로 이격 배치된 제1, 2 장착 홈(132)을 통해 밀링 주축(180) 및 연삭 주축(190)이 장착된다.

이때 가공 대상물은 회동프레임(130)의 내부 수용공간에 위치하게 되는데, 가공 대상물을 안착시켜 위치를 정해주는 수단으로서 선형 모션 스테이지, 즉 X-Y 스테이지(160)가 마련되어 있다. X-Y 스테이지(160)는 베이스프레임(도 1의 110)의 상면 내측에 교차하여 하부에서 지지되는 구조로 이루어지는데, 도시된 바와 같이, 서로 교차하여 연결 고정되는 제1지지부재(140)와 제2지지부재(150)의 상부에 놓여 고정된다.

제1지지부재(140)는 구동모터(121)와 회동프레임이 연결되는 방향(즉, X축 방향)으로 가로 질러 배치되는 부재로서, 도시된 특정 형상은 본 발명을 한정하지 않으며, 다양한 형상으로 조금씩 달리 실시되어도 무방하다. 이러한 제1지지부재(140)는 한 쌍의 구동모터(121)(더 구체적으로 설명하자면, 한 쌍의 브래킷(123)) 각각으로부터 서로 대향하는 방향으로 돌출된 복수의 연결부재(예: 한 쌍의 연결부재(125)에 양쪽이 연결된다.

제2지지부재(150)는 상기 제1지지부재(150)와 교차하는 방향(즉, Y축 방향)으로 베이스프레임(도 1의 110)의 상면을 통해 연결되는 부재로서, 도시된 특정 형상에 따라 본 발명이 제한될 필요가 없으며, 다양한 형상으로 조금씩 다르게 실시되어도 무방하다. 도 8을 참조하면, 제2지지부재(150)의 구체적인 형상이 나타나 있는데, 양단(150a)의 형상은 베이스프레임의 상면에 거치되어 고정될 수 있도록 베이스프레임의 상면에 결합 가능한 단차 형상을 띠고 있다. 또한, 제2지지부재(150)의 내측 하단의 형상은 아치 형상을 띠고 있는데, 이는 구조적인 강성을 확보하기 위함이다.

이러한 제1지지부재(140) 및 제2지지부재(150)는 상호 간에 교차하는 부위에서 서로 간에 결합 가능한 대응 단차가 마련되어, 서로 간의 교차 부위에서 평탄한 상면을 형성한다. 그리고 이러한 교차 부위에 X-Y 스테이지(160)가 고정되며, 상기 X-Y 스테이지(160)의 상면에 안착된 가공 대상물은 설정된 위치에 맞게 안정적으로 놓여 질 수 있게 된다.

한편, 작업자의 실시간 지령 또는 기 저장된 프로그램에 연동하여 구동모터(121)가 회전력을 출력하면, 회동프레임(130)에 부속된 레이저 가공 모듈(170)은 물론, 밀링 주축(180) 및 연삭 주축(190)도 함께 회동프레임(130)의 회전 방향에 따라 위치 및 자세가 변화된다. 이러한 방식으로 단일의 장치 내에서 복합적인 가공 공정이 수행될 수 있다.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 선형 모션 스테이지 받침 구조를 갖는 복합 가공 가변 머시닝 장치에서 복합 가공이 이루어지는 작동상태를 개념적으로 모사한 작동상태도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 선형 모션 스테이지 받침 구조를 갖는 복합 가공 머시닝 장치에서는, 회동프레임의 회동에 연동하여 레이저 가공 모듈(170), 밀링 주축(180) 및 연삭 주축(190)이 설정된 방향으로 회전할 수 있게 된다. 이와 동시에, 레이저 가공 모듈(170), 밀링 주축(180) 및 연삭 주축(190)은 각각 개별적으로 또는 상호 연동하여 승강 높이가 조절될 수 있으며, 구조적인 안정성이 확보된 X-Y 스테이지(160) 상에서 가공 대상물(S)은 X-Y 평면을 따라 정밀한 위치 조절까지 구현될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 선형 모션 스테이지 받침 구조를 갖는 복합 가공 가변 머시닝 장치에 의하면, 기존의 직선운동 기반의 기구학적 메커니즘에서 벗어나 회전운동이 극대화된 구동 메커니즘을 적용하였다. 그리고 단일의 머시닝 장치에서 레이저 가공은 물론, 밀링 및 연삭 가공을 함께 수행할 수 있다. 그 결과 가공 정도가 복잡하고 정밀한 부품 산업, 예를 들면 BT 및 IT 마이크로 가공 분야에까지 다양하게 활용할 수 있다.

그리고 별도의 가공 공정을 수행하기 위해 가공 대상물을 운반하거나 가공 위치를 재설정할 필요가 없으므로 이에 소요되는 가공 준비 시간을 대폭 줄일 수 있으며, 가공 오차 발생을 최소화 시킬 수 있다. 그 결과 가공 정밀도가 향상될 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 선형 모션 스테이지 받침 구조를 갖는 복합 가공 가변 머시닝 장치에 관한 바람직한 실시예에 관하여 살펴보았다.

전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 이 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 복합 가공 가변 머시닝 장치
110: 베이스프레임
111: 몸체부
110a: 상단몸체 110b: 하단몸체
113: 지지부 115: 방진부재
116: 받침대 117: 개폐 도어
118: 설치공
121: 구동모터 123: 브래킷
125: 연결부재
130: 회동프레임
130a: 상부몸체 130b: 하부몸체
131: 삽입 슬롯 132: 장착 홈
133: 개방부위 134: 통공
137: 축 연결부 139: 호형 장공
140: 제1지지부재 150: 제2지지부재
160: X-Y 스테이지
170: 레이저 가공 모듈
180: 밀링 주축
190: 연삭 주축

Claims

베이스프레임;
구상의 외형을 가지되, 회동 방향으로 양측이 대칭된 형상을 갖는 상부몸체와, 상기 상부몸체에 비해 축소된 형상으로 양측이 대칭된 형상을 갖는 하부몸체를 포함하며, 상기 베이스프레임의 상부에서 회동하는 회동프레임;
상기 베이스프레임의 상면 내측에 교차하여 지지되며, 상기 회동프레임의 내부 수용공간에 배치되어 가공 대상물이 장착되는 선형 모션 스테이지;
상기 회동프레임의 수직 상단을 관통하여 가공 대상물에 대향 배치되는 레이저 가공 모듈;
상기 레이저 가공 모듈의 일측으로 이격된 위치에서 상기 회동프레임을 관통하여 가공 대상물에 대향 배치되는 밀링 주축; 및
상기 레이저 가공 모듈의 타측으로 이격된 위치에서 상기 회동프레임을 관통하여 가공 대상물에 대향 배치되는 연삭 주축;을 포함하는 선형 모션 스테이지 받침 구조를 갖는 복합 가공 가변 머시닝 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 회동프레임은,
상기 상부몸체의 수직 상단을 통해 상기 레이저 가공 모듈이 설치되는 삽입 슬롯과, 상기 삽입 슬롯의 일측으로 이격되어 상기 밀링 주축이 장착되는 제1장착 홈과, 상기 삽입 슬롯의 타측으로 이격되어 상기 연삭 주축이 장착되는 제2장착 홈을 구비하는 선형 모션 스테이지 받침 구조를 갖는 복합 가공 가변 머시닝 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 베이스프레임은,
상기 회동프레임과 간격을 두고 외곽 상에 배치되는 고리형의 상단몸체와, 상기 상단몸체의 하측으로 돌출된 반구형의 하단몸체를 포함하는 몸체부;
상기 몸체부를 바닥으로부터 상향으로 입설시켜 지지하는 지지부; 및
상기 몸체부와 상기 지지부 사이에 개재되어 지면으로부터 전달된 진동을 흡수하는 방진부재;를 포함하는 선형 모션 스테이지 받침 구조를 갖는 복합 가공 가변 머시닝 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 방진부재는,
상기 지지부가 바닥에 접촉 지지된 위치와 동일 선상에 적어도 하나 이상 배치되는 에어쿠션(air cushion)인 선형 모션 스테이지 받침 구조를 갖는 복합 가공 가변 머시닝 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 상단몸체의 상면에는, 상기 회동프레임을 회동시키도록 연결된 한 쌍의 구동모터가 장착되되,
상기 한 쌍의 구동모터는, 상기 상단몸체를 상하 방향으로 관통하여 삽입된 후 브래킷에 의해 고정되는 선형 모션 스테이지 받침 구조를 갖는 복합 가공 가변 머시닝 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 선형 모션 스테이지는,
상기 한 쌍의 구동모터 각각으로부터 서로 대향하는 방향으로 돌출된 복수의 연결부재에 연결되어 상기 회동프레임의 내부를 가로 질러 배치되는 제1지지부재와, 상기 제1지지부재와 교차하는 방향으로 연결되어 제2지지부재가 교차하는 위치에 배치되는 선형 모션 스테이지 받침 구조를 갖는 복합 가공 가변 머시닝 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 회동프레임의 양측에는 상기 복수의 연결부재가 관통하는 호형 장공이 구비되되,
상기 호형 장공은,
상기 회동프레임의 회동 동작 시 상기 호형 장공을 관통한 복수의 연결부재에 의해 간섭되지 않도록 상기 회동프레임의 회동 범위에 대응하는 길이 및 각도로 형성되는 선형 모션 스테이지 받침 구조를 갖는 복합 가공 가변 머시닝 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 하단몸체에는, 칩 배출용 개폐 도어가 마련되어 있는 선형 모션 스테이지 받침 구조를 갖는 복합 가공 가변 머시닝 장치.