KR20170002515U - 용적형 금속 물체의 가공 장치 - Google Patents

용적형 금속 물체의 가공 장치 Download PDF

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Abstract

본 고안은 무작위 형상 및 크기를 갖는 용적형 금속 물체의 3D 가공을 위한, 특히 조립된 상태의 금속 캐비닛 내의 개구부 및 무작위 윤곽의 서멀 및/또는 레이저 커팅을 위한 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 프레임(1), 선형 가이드웨이가 고정되는 수평 지향된 빔들(5)로 구성되고, 선형 가이드웨이에는 2개의 수직 지향된 캐리지들(6)이 배치되고, 캐리지들(6)은 상부 단부에서 X축을 향해 지향되고 Y축에 수직인 크로스 빔(7)과 연결되고, 상기 크로스 빔(7)에는 X축에 따른 이동 가능성을 갖는 수평 지향된 캐리지(8)가 연결되는 적어도 2개의 선형 가이드웨이들이 장착되며, 캐리지(8)에 대해서는 램(ram)(9)이 장착되고, 상기 램(9)은 Z축에 따른 수직 방향으로의 이동 가능성을 가지고 캐리지(8) 내에서 이동한다.

Description

용적형 금속 물체의 가공 장치{MACHINE FOR PROCESSING OF VOLUMETRIC METAL OBJECTS}
본 고안은 무작위 형상 및 크기를 갖는 용적형 금속 물체(volumetric metal objects)의 3D 가공을 위한, 특히 조립된 상태의 금속 캐비닛에서의 구멍 및 무작위 윤곽의 서멀(thermal) 및/또는 레이저 커팅을 위한 장치에 관한 것이며, 여기서 처리된 표면은 틸팅되고 비평면 구성이 될 수 있다. 또한, 상기 장치는 시트 재료의 가공에도 적합하다.
산업의 다양한 분야는 다양한 목적을 갖는 전기적 조정, 스위칭 및 제어 요소뿐만 아니라 다른 목적을 갖는 요소를 포함하도록 의도된 용적형 금속 캐비닛의 제조가 요구된다. 이러한 금속 캐비닛은 우선 하부면, 후면, 도어, 내부 분리(dividing) 요소들 또는 분할(partitioning) 요소들과 같이 개별적으로 제조되고, 다음에 금속 캐비닛의 특정 요구 사항에 따라 모든 요소들을 기계적으로 조립하거나 또는 영구 단일 피스(single-piece) 구성으로 용접한다. 완성된 금속 캐비닛의 주변 및 내부 표면에는 특정 요소들이 설치되어야 한다.
금속 캐비닛의 가공을 위한 장치, 특히 개구부가 밀링 및 서멀 커팅에 의해 형성되는, 다양한 목적을 갖는 기술적 요소들의 설치를 위해 지정된 전기 캐비닛 내의 개구부를 형성하기 위한 장치가 공지되어 있다.
다양한 개구부 및 슬롯의 제작은 캐비닛이 모놀리식(monolithic)일 때 장치의 작업 영역을 향해 캐비닛을 수동으로 리포지셔닝(터닝) 하여 개별적인 주변 표면/평면을 가공하거나, 또는 해체 후에 개별 구성요소를 순차적으로 가공함으로써 달성된다. 이러한 방식의 금속 캐비닛 가공은 많은 수동 작업을 요구하며, 이는 시간의 손실을 초래할 뿐만 아니라 리포지셔닝에 기인한 부정확성을 가져온다.
가공된 물체, 예를 들어 편평한 금속 시트의 설치(emplacement)을 위해 설계된 작업 테이블 위로 이동하는 크로스 빔으로 구성되는, 편평한 시트 금속의 레이저 커팅을 위한 장치가 공지되어 있다.
편평한 시트 금속의 레이저 커팅 및 드릴링을 위한 복합 장치가 EP0491747B1에 공지되어 있는데, 작업 테이블을 갖는 프레임으로 구성되며, 프레임 상에, 수직 및 수평 빔의 포탈(portal) 구조상에는 두 개의 상호 직교 축(X 및 Y)을 갖는 좌표계를 따라 이동하는 옵션을 갖는 레이저 커팅 헤드가 장착된 가동 매니퓰레이터(movable manipulator)가 부착된다.
편평한 금속 시트의 복합 레이저 커팅 및 드릴링을 위한 기계가 EP2444195에 공지되어 있는데, 비가동(immovable) C형 프레임으로 구성되며, 2개의 상호 직교하는 축(X 및 Y)을 갖는 좌표계에 따라 이동하는 좌표 테이블이 프레임의 하부에 장착되는 반면, 프레임의 상부에는 레이저 커팅 헤드 및 드릴링 헤드가 고정되어 있으며, 각각은 개별 구동 기구에 의해, 바람직하게 선형 모터에 의해 구동된다.
공지된 레이저 커팅 장치의 단점은 제한된 응용분야로 표현된다 - 예를 들어, 구조체, 특히 구동 기구의 구조체 및 커팅 헤드의 이동 자유가 용적형 물체의 가공을 허용하지 않기 때문에, 시트 재료만을 커팅하기 위한 커팅 장치이다. 전기 공학은 금속 캐비닛의 제조를 요구하는데, 이는 다양한 목적을 갖는 전기적 조정, 스위칭 및 제어 요소들뿐만 아니라 다른 목적을 갖는 요소들을 공간에서의 일반 위치(general position)를 갖는 표면 상에 포함하도록 의도된다.
이 분야의 전술한 공지의 기술 수준을 고려할 때, 본 고안의 목적은 서멀 커팅을 통해 대형 물체의 주변 표면을 처리하는 동시에 모든 개구부 및/또는 슬롯 가공의 고정밀도를 제공할 수 있는 금속 캐비닛의 가공 장치를 제안하는 것이다.
전술한 목적은 조립된 상태의 용적형 금속 물체를 처리하기 위한 장치로 달성되는데, 상기 장치는 5-좌표 CNC(computer numeric control) 장치이고, 공간에서의 작업 본체의 임의 배치 및 전체 운동(motion) 범위에 따른 매끄러운 이동을 위한 옵션을 제공하는 각각 3개의 병진(translational) 및 2개의 회전 디지털 제어 축을 가진다.
상기 장치는 프레임으로 구성되며, 프레임의 하부에는 2개의 상호 직교 축(X 및 Y), 개별 구동 기구에 의해 구동되는 커팅 공구 및 드릴링 헤드를 갖는 좌표계를 따라 이동하는 매니퓰레이터를 위한 옵션을 갖는 테이블이 장착된다.
본 고안에 따르면, 프레임의 외부/단부 부분에서, 수평 지향된 빔에는 Y축을 한정하는 선형 가이드웨이가 설치 및 고정되고, 가이드웨이의 상부에는 서로 평행한 2개의 수직으로 지향된 캐리지들이 배치되며, 캐리지들은 그 상부 단부에서 X축을 따라 지향되고 Y축에 수직인 크로스 빔에 연결된다.
크로스 빔에는 수평 지향된 캐리지가 연결되고 X축을 따라 이동하는 옵션을 갖는 2개 이상의 선형 가이드가 설치되어 있는 반면, 램(ram)은 그것에 설치된 가이드웨이로 캐리지에 부착되며, 상기 램은 X축을 따라 캐리지와 이동하고 Z축에 따른 수직 운동을 위한 옵션을 제공한다.
램의 하부 단부에는 2개의 회전축(각각 수직축을 중심으로 회전할 수 있는 "C" 축 및 수평축을 중심으로 회전할 수 있는 "B" 축)이 설치되어 있고, "B" 축의 구동 기구는 "C" 축의 구동 기구에 장착되고, "C"축의 구동 유닛에는 가동 캐리지가 구비된 부가적인 병진 "LH" 축의 구동 유닛이 장착되며, "LH" 축에는 커팅 공구가 부착되고 캐리지와 공구의 축은 동축으로 지향된다.
조립된 상태의 캐비닛을 가공하기 위한 장치에서, 임펄스 작동 모드를 갖는 파이버 레이저가 작동 커팅 공구로 사용된다. 본 고안을 대상으로 하는 장치의 샘플 버전에서, "B" 축의 구동 기구는 "C" 축의 작동 유닛에 설치된다.
부가적인 중계(relaying) 축 "LH"은 커팅 헤드의 축과 동축인 것이 바람직한데, 이는 이러한 이동이 가공된 표면의 평탄도 부족을 보상하고 커팅 헤드(예를 들어, 레이저 헤드)와 금속 표면 사이의 일정한 거리를 유지하기 위해 사용되기 때문이다.
병진 축들(X, Y, Z) 및 회전 축들(B, C)의 구동 기구의 매끄러운 이동을 달성하기 위해, 각각의 이동은 볼 스크류 및 웨이브 기어 박스를 사용하여 내부 간극(clearance)(백래시; backlash)이 없는 기구로 달성된다.
장치의 하나의 선택적 실행에 따르면, 병진 축들(X, Y, Z)은 선형 모터에 의해 구동되고, 회전 축들(B 및 С)은 회전 모터에 의해 구동된다.
특정 용적형 물체의 가공에 따라, 드릴링 또는 스레딩((threading) 헤드일 수 있는, 2차 작업 헤드가 병진 축(LH) 상에 설치될 수 있다.
본 고안에 따르면, 금속으로부터의 용적형 물체의 가공을 위한 장치는 금속 캐비닛의 주변 표면에서 슬롯 및 구멍을 가공하는 능력이 뛰어나며, 이는 CNC(Computer Numerical Control)를 갖는 5-좌표 장치를 통해 행해지고, 각각 3개의 병진 및 2개의 회전 디지털 제어 축들을 가지고, 공간에서의 가공 유닛의 임의 포지셔닝을 위한 기회 및 전체 스트로크(stroke)에 따른 매끄러운 운동을 제공한다.
기술된 기회는 내부 공간에서의 유형 및 성질에 의한 다양한 작업을 요구하는, 전기 산업뿐만 아니라 용적형 금속 물체의 가공을 위해 지정된 용적형 금속 캐비닛을 처리하기 위한 노동 강도 및 시간의 현저한 감소를 가능하게 한다.
하기의 설명에서는 첨부 도면에 의해 시각적으로 이루어지는 조립된 상태의 용적형 금속 물체를 가공하기 위한 장치의 예가 제시될 것이다:
도 1 - 장치의 일반적인 부등각 투영도를 도시한다.
도 2 - 조립된 상태의 캐비닛을 가공하는 장치의 기구학적 구조.
본 고안에 따라 조립된 상태의 용적형 물체의 외부 표면을 가공하기 위한 장치의 일실시예가 사용된 구성 요소로서 이하에서 설명되며, 이들의 상호 지향성은 동일한 특성 및 기능을 갖는 다른 등가의 요소 또는 재료의 사용을 제한하지 않는다.
용적형 물체의 가공 장치는 전기 산업을 위한 금속 캐비닛의 가공에 적합한데, 캐비닛의 본체에 조립된 상태에서, 위치, 형태 및 크기에 의해 미리 결정된 슬롯, 구멍 또는 다른 커트부를 커팅할 수 있다.
상기 장치는 4개의 레벨링 레그들(2)에 배치된 프레임(1)으로 구성되고, 상기 프레임(1)에는 작업 테이블(3)이 고정되고, 작업 테이블의 상부 표면에는 가공된 용적형 물체(4) - 캐비닛 또는 2차원 물체 - 시트 재료가 배치된다. 프레임(1)의 외부 부분에서, 수평 지향된 빔들(5)에는 서로 평행한 2개의 수직 지향된 캐리지들(6)이 배치되는 선형 가이드웨이가 고정된다. 이들의 상부 부분에서, 캐리지들(6)은 X축을 향해 수평 지향된 크로스 빔(7)과 연결되고, 상기 빔은 Y축을 향해 수직으로 위치된다.
크로스 빔(7)에는 적어도 2개의 선형 가이드웨이가 설치되며, 선형 가이드웨이에는 X축을 따라 이동하는 옵션을 가지는 수평 부착된 캐리지(8)가 있다. 램(9)이 캐리지(8)에 설치되며, 램은 Z축을 따라 수직 방향으로 이동하는 옵션을 갖고, 동시에 상기 언급된 Z축에 따른 가이드웨이를 가지며, 이 가이드웨이는 캐리지(8)를 통해 X축을 따라 이동한다.
램(9)의 하부에는 구동 기구가 구비된 2개의 회전축, 각각 수직으로 지향된 "C" 축(10) 및 "C" 축(10)에 수직인 "B" 축(11)이 설치된다. 따라서, "B" 축(11)의 구동 기구는 "C" 축(10)의 처리 유닛 상에 설치된다. 또한 "C" 축(10)의 처리 유닛에는 가동 캐리지(새들)가 구비된 2차 병진 "LH" 축(12)의 구동 기구가 설치되며, "B" 축(11) 및 캐리지의 "LH" 축(12)이 직각 축을 가지므로, 가동 캐리지(새들) 상에는 커팅 공구, 예를 들어 레이저 헤드(13)가 고정된다.
본 고안에 따른 장치 작동
본 고안에 따른 조립된 상태의 금속 캐비닛을 가공하기 위한 장치는 다음과 같은 방식으로 사용된다. 전기 기술 요소들의 설치를 위해 지정된, 예를 들어 금속 캐비닛의 조립된 본체와 같은, 가공된 물체는 장치의 좌표계로부터 특정 위치에 있는 작업 테이블(3)에 배치되어야 한다. 가공은 CNC(Computer Numerical Control) 시스템에 미리 설정된 프로그램에 따라 결과적으로 곡면으로 실현된다.
전술한 3개의 병진 축들(X, Y, Z)의 구동에 의해서는 장치의 작동 용적(working volume)에 필요한 정밀한 포지셔닝이 제공되고, 수직 및 수평축을 중심으로 하는 회전은 각각의 가공된 표면에 대한 커팅 레이저 헤드(13)의 정상(가공된 표면에 수직인) 포지셔닝을 제공한다. 커팅 레이저 헤드(13)의 축과 동축인 부가적인 병진 아날로그 축은 공칭 위치(nominal location)로부터의 편차(예를 들어, 편평한 표면의 비평탄도)를 보상함으로써 작업 공구와 가공된 표면 사이의 일정한 거리를 제공하며, 이는 서멀 커팅의 정상 작동에 필요하다.
회전축들("B" 및 "C") 및 병진 축들("X" "Y" "Z")의 구동은 백래시가 없는 기구에 의해 수행되며, 이는 작업 헤드의 고정밀도 및 매끄러운 이동을 가능하게 한다.
추가 옵션은 드릴링된 구멍의 스레딩이다. 이를 위해, 커팅 헤드와 동축으로 위치한 탭 디바이스(tapping device)가 장착된다. 도면에는 표시되어 있지 않다.
1 : 프레임 2 : 레벨링 레그들
3 : 작업 테이블 4 : 가공된 용적형 물체
5 : 수평 지향된 빔들 6 : 수직 지향된 캐리지들
7 : 크로스 빔 8 : 수평 지향된 캐리지

Claims (9)

  1. 프레임, 상기 프레임의 하부에 장착되고 2개의 상호 수직인 축(X 및 Y)을 갖는 좌표계에서의 이동 가능성을 가지는 매니퓰레이터를 포함하는 작업 테이블, 개별 구동 기구로 구동되는 레이저 커팅 헤드 및 드릴 또는 스레딩 헤드로 구성되는, 서멀 커팅에 의해 조립된 상태의 용적형 물체를 가공하기 위한 장치로서,
    프레임(1)의 단부 부분에서, 수평 지향된 빔들(5)에는 선형 가이드웨이가 고정되고, 상기 가이드웨이에는 서로 평행한 2개의 수직 지향된 캐리지(6)가 배치되며,
    상기 캐리지(6)는 상부 단부에서 X축을 향해 지향되고 Y축에 수직인 크로스 빔(7)과 연결되며,
    상기 크로스 빔(7)에는 수평 지향된 캐리지(8)가 X축에 따라 이동 가능하게 연결되는 2개 이상의 선형 가이드웨이가 장착되며,
    상기 캐리지(8)에 대해서는 가이드웨이가 부착되어 있는 램(9)이 장착되고, 상기 램은 Z축에 따른 수직 방향으로의 이동 가능성을 가지고 상기 캐리지(8) 내에서 이동하며,
    상기 램(9)의 하부 단부에는 서로 수직으로 지향된 2개의 회전축(각각 수직축 "C"(10) 및 수평면(11)으로 회전할 수 있는 축 "B")이 장착되고, 축 "B"의 회전 유닛에는 부가적인 병진 축 "LH"(12)의 구동 기구가 장착되고, 병진 축(LH 축)에는 커팅 헤드(13)가 장착되는 것을 특징으로 하는 조립된 상태의 용적형 물체를 가공하기 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    커팅 공구(13)로서 펄스 모드를 갖는 파이버 레이저가 사용되는 것을 특징으로 하는 조립된 상태의 용적형 물체를 가공하기 위한 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    축 "B"의 구동 기구는 축 "C"의 출력 샤프트 상에 장착되는 것을 특징으로 하는 조립된 상태의 용적형 물체를 가공하기 위한 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 커팅 헤드(13)의 장착 평면에 평행한 평면에서, 부가적인 병진 축(LH)(12)이 배치되고, 상기 축은 상기 커팅 헤드에 평행한 병진 운동을 하는 것을 특징으로 하는 조립된 상태의 용적형 물체를 가공하기 위한 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    병진 축들(X, Y, Z)은 각각 선형 모터에 의해 구동되며, 회전 축들(B, C)은 회전 모터에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 조립된 상태의 용적형 물체를 가공하기 위한 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    볼 스크류 커플 및 웨이브 모터가 사용되기 때문에, 병진 축들(X, Y, Z) 및 회전 축들(B, C)의 각각의 구동에는 백래시가 없는 기구가 제공되는 것을 특징으로 하는 조립된 상태의 용적형 물체를 가공하기 위한 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 병진 축(LH)의 가동부에는 부가적인 작업 헤드가 설치되는 것을 특징으로 하는 조립된 상태의 용적형 물체를 가공하기 위한 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 부가적인 작업 헤드는 드릴링 헤드인 것을 특징으로 하는 조립된 상태의 용적형 물체를 가공하기 위한 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 부가적인 작업 헤드는 스레딩 헤드인 것을 특징으로 하는 조립된 상태의 용적형 물체를 가공하기 위한 장치.
KR2020177000034U 2014-10-20 2015-10-19 용적형 금속 물체의 가공 장치 KR20170002515U (ko)

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