KR20200023746A - 하이브리드 5축 가공 및 측정 장치 - Google Patents

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KR20200023746A KR1020180100088A KR20180100088A KR20200023746A KR 20200023746 A KR20200023746 A KR 20200023746A KR 1020180100088 A KR1020180100088 A KR 1020180100088A KR 20180100088 A KR20180100088 A KR 20180100088A KR 20200023746 A KR20200023746 A KR 20200023746A
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(주)프로텍이노션
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Abstract

본 발명에 따른 하이브리드 5축 가공 및 측정 장치는, 작업대상물을 가공하기 위한 5축 가공 및 측정 장치에 있어서, 상기 작업대상물에 대해 절삭 가공을 수행하는 절삭 가공유닛; 상기 절삭 가공유닛과 인접하게 배치되고 상기 작업대상물에 대한 측정을 수행하는 측정 유닛; 및 상기 절삭 가공유닛과 상기 측정 유닛을 상기 작업대상물과 가까워지거나 멀어지는 방향인 Z축 방향으로 이동시키는 Z축 구동유닛; 을 포함한다.

Description

하이브리드 5축 가공 및 측정 장치{COMPLEXTYPE 5-AXIS MACHINING AND MEASURING APPARATUS}
본 발명은 하이브리드 5축 가공 및 측정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하나의 장치로 작업 대상물에 대한 절삭 가공과 가공 전후에 작업대상물에 대한 측정을 수행할 수 있는 하이브리드 5축 가공 및 측정 장치에 관한 것이다.
5축 절삭가공장치는 CNC(Computerized Numerical Control) 기반의 절삭가공장치에서 작업대상물(work piece)을 다양한 위치 및 각도에서 절삭 가공할 수 있도록 X축, Y축, Z축 방향의 이송은 물론 A축 및 B축 방향의 이송 혹은 회전이 가능한 장치를 의미한다.
이러한 절삭가공장치는 작업대상물에 수행하는 작업의 종류에 따라 공구를 달리하는데, 이를 위해 자동으로 공구를 교환할 수 있는 자동공구교환장치(Automatic Tool Changer; ATC)가 장비된다. 또한, 절삭가공장치에는 자동공구교환을 위하여 수행하는 작업의 종류에 따른 다양한 종류의 공구가 수납되는 공구거치대가 마련된다.
이러한, 절삭가공장치는 다양한 절삭공구를 이용하여 작업대상물을 다양한 형상으로 가공을 수행할 수 있는데, 이때 작업대상물에 적용되는 절삭 가공은 미리 설정된 프로그래밍에 따라 수행된다.
여기서, 미리 설정된 프로그래밍에 따라 절삭 가공된 작업대상물은 최초에 설정된 것과 동일하게 작업이 수행되었는지를 검사 또는 검증하는 작업이 필요하다. 이를 위해서, 절삭가공장치와 별도로 마련된 터치 프로브(touch probe), 레이저 센서(laser sensor), 비전 시스템(vision system) 등의 정밀측정장치를 이용하여 작업대상물을 측정한다.
상기한 바와 같이, 작업대상물에 대해 절삭 가공을 수행하는 절삭가공장치와 해당 작업대상물애 대해 검사 및 측정을 수행하는 정밀측정장치를 각각 사용함에 따라 가공 효율성이 떨어지는 문제점이 있다.
더욱이, 절삭가공장치를 이용하여 작업대상물의 절삭 가공을 수행한 이후에 정밀측정장치로 옮겨서 작업대상물의 정밀 측정을 수행하기 때문에 작업대상물의 가공에 필요한 비용이 증가되는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 최근에는 절삭가공장치와 정밀측정장치가 결합된 장치가 개발되고 있다.
그러나, 절삭가공장치와 정밀측정장치를 결합된 장치는 절삭가공장치를 이용하여 작업대상물에 대한 절삭 가공을 수행할 때 정밀측정장치에 의해 간섭되는 문제로 인하여 작업대상물에 절삭 가공을 수행하는데 어려움이 있다.
따라서, 본 출원인은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 본 발명을 제안하게 되었으며, 이와 관련된 선행기술문헌으로는, 대한민국 등록특허공보 10-0954761호 (발명의 명칭: 캠 검사장치, 등록일: 2010.04.19.)가 있다.
본 발명의 목적은 하나의 5축 시스템을 이용하여 작업대상물에 대한 절삭 가공과 절삭 가공 전후에 작업대상물에 대한 측정을 모두 수행할 수 있는 하이브리드 5축 가공 및 측정 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 절삭 가공유닛을 이용한 작업 대상물의 절삭 가공시 측정 유닛에 의한 간섭을 방지할 수 있는 하이브리드 5축 가공 및 측정 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적은, 본 발명에 따라, 작업대상물을 가공하기 위한 5축 가공 및 측정 장치에 있어서, 상기 작업대상물에 대해 절삭 가공을 수행하는 절삭 가공유닛; 상기 절삭 가공유닛과 인접하게 배치되고 상기 작업대상물에 대한 측정을 수행하는 측정 유닛; 및 상기 절삭 가공유닛과 상기 측정 유닛을 상기 작업대상물과 가까워지거나 멀어지는 방향인 Z축 방향으로 이동시키는 Z축 구동유닛; 을 포함하는 하이브리드 5축 가공 및 측정 장치에 의해 달성될 수 있다.
상기 Z축 구동유닛은, 상기 절삭 가공유닛과 상기 측정 유닛을 함께 지지하고 상기 절삭 가공유닛과 상기 측정 유닛을 일체로 이동시킬 수 있다.
상기 Z축 구동유닛에 장착되고 상기 Z축 구동유닛에 대해 상기 측정 유닛을 회동시키는 회동부를 더 포함할 수 있다.
상기 회동부는, 일단부가 상기 Z축 구동유닛과 결합되고 타단부가 상기 측정 유닛과 상기 절삭 가공유닛에 장착된 상기 절삭 공구에 대해 가깝게 위치되도록 상기 절삭 가공유닛 쪽으로 절곡 형성될 수 있다.
상기 회동부는, 상기 측정유닛이 상기 절삭 가공유닛의 가공된 상기 작업대상물에 대해 측정을 수행하는 제1 위치에서 상기 절삭 가공유닛과 멀어지는 제2 위치로 상기 측정 유닛을 회동시키거나 상기 제2 위치에서 상기 제1 위치로 상기 측정 유닛을 회동시키며, 상기 제2 위치는 상기 절삭 가공유닛이 절삭 가공을 수행하는 과정에서 상기 측정 유닛과 상기 작업대상물과의 간섭을 방지하기 위치일 수 있다.
상기 절삭 가공유닛 및 상기 측정 유닛을 상기 작업대상물에 대해 좌우 방향인 Y축 방향으로 이동시키는 Y축 구동유닛; 상기 작업대상물을 상기 Y축 구동유닛과 직교하는 방향인 X축 방향으로 이동시키는 X축 구동유닛; 및 상기 작업대상물을 지지하고, 상기 작업대상물을 Y축 방향을 기준으로 회전시키거나 상기 작업대상물을 상기 X축 방향으로 회전시키는 회전 구동유닛; 을 포함할 수 있다.
상기 절삭 가공유닛에 장착되는 절삭공구가 수납되는 공구 수납함을 더 포함하고, 상기 공구 수납함에는 수납된 상기 절삭공구를 보호하도록 수납함 도어가 마련되며, 상기 수납함 도어는 일측 방향또는 타측 방향으로 슬라이딩되도록 마련되어 상기 공구 수납함을 개방 또는 폐쇄시킬 수 있다.
상기 공구 수납함의 절삭공구 수납홈에는 상기 절삭 가공유닛을 이용한 절삭 공구 교환과정에서 상기 절삭공구에 충격을 완화하거나 상기 절삭 가공유닛에 상기 절삭공구가 밀착되도록 하는 탄성부재가 마련될 수 있다.
상기 절삭 가공유닛 및 상기 측정 유닛과 인접하게 배치되고 상기 작업대상물에 대해 레이저 가공을 수행하는 레이저 가공유닛을 더 포함하고, 상기 레이저 가공유닛은 상기 Z축 구동유닛에 의해 상기 절삭 가공유닛 및 상기 측정 유닛과 일체로 이동될 수 있다.
상기 Z축 구동유닛에 장착되고 상기 Z축 구동유닛 상에서의 상기 레이저 가공유닛의 위치를 이동시키는 위치 이동부를 더 포함할 수 있다.
상기 위치 이동부는 상기 레이저 가공유닛이 상기 작업대상물에 대해 레이저 가공을 수행하는 제3 위치에서 상기 절삭 가공유닛으로부터 멀어지는 제4 위치로 상기 레이저 가공유닛을 이동시키거나, 상기 제4 위치에서 상기 제3 위치로 상기 레이더 가공유닛을 이동시키며, 상기 제4 위치는 상기 절삭 가공유닛이 상기 절삭 가공을 수행하는 과정에서 상기 레이저 가공유닛과 상기 작업대상물과의 간섭을 방지하기 위한 위치일 수 있다.
본 발명의 하이브리드 5축 가공 및 측정 장치는, 하나의 5축 시스템으로 작업대상물에 대한 절삭 가공과 절삭 가공 전후에 작업대상물에 대한 측정을 모두 수행할 수 있어서 가공 효율성을 증가시킬 수 있다. 더욱이, 절삭 가공유닛과 측정 유닛이 하나의 가공장치에 설치됨으로써 가공장치의 축을 절삭 가공유닛과 측정 유닛이 공유할 수 있어서 가공장치의 제조 비용을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 하이브리드 5축 가공 및 측정 장치는, 측정 유닛이 작업대상물의 절삭 가공에 따라 회동되기 때문에 절삭 가공유닛을 이용한 절삭 가공시 측정 유닛에 의한 간섭을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 하이브리드 5축 가공 및 측정 장치는, 작업대상물의 절삭 가공, 레이저 가공 및 절삭 가공 및 레이저 가공이 완료된 작업대상물의 측정을 하나의 가공장치로 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 5축 가공 및 측정 장치의 사시도이다.
도 2 내지 도 5는 도 1에 도시한 하이브리드 5축 가공 및 측정 장치의 동작을 설명하기 위한 정면도이다.
도 6은 도 1에 도시한 C 부분을 확대한 도면이다.
도 7은 도 1에 도시한 하이브리드 5축 가공 및 측정 장치의 변형예를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.
본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예들을 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도면의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 하이브리드 5축 가공 및 측정 장치(이하, '가공 및 측정 장치'라 함)를 설명한다.
우선, 도 1 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가공 및 측정 장치(100)는 작업대상물(W)에 절삭 가공을 수행하는 절삭 가공유닛(110), 절삭 가공유닛(110)과 인접하게 배치되고 절삭 가공유닛에 의해 가공된 작업대상물에 대한 측정을 수행하는 측정 유닛(120); 및 절삭 가공유닛(110)과 측정 유닛(120)을 작업대상물(W)과 가까워지거나 멀어지는 방향인 Z축 방향으로 이동시키는 Z축 구동유닛(130)을 포함한다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 절삭 가공유닛(110)은 장착된 절삭공구(10)를 이용하여 작업대상물(W)에 절삭 가공을 수행하기 위한 부재이다. 이를 위해, 절삭 가공유닛(110)은 절삭공구(10)를 클램핑(clamping)하여 장착된 절삭공구(10)를 회전시키는 스핀들(미도시)과 스핀들을 회전시키기 위한 구동모터(미도시)를 포함한다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 측정 유닛(120)은 절삭 가공유닛(110)에 의해 절삭 가공된 작업대상물(W)의 검사 또는 검증작업을 위한 부재이다. 예컨대, 본 발명의 일 실시예에 따른 가공 및 측정 장치(100)는 절삭 가공유닛(110)을 이용한 절삭 가공 도중에 작업대상물(W)에 대한 측정이 수행할 수도 있고, 절삭 가공유닛(110)을 이용한 절삭 가공이 끝난 후에 작업대상물(W)에 대한 측정을 수행할 수도 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 가공 및 측정 장치(100)에 절삭 가공유닛(110)과 측정 유닛(120)이 모두 장착됨에 따라, 측정 유닛(120)을 이용하여 절삭 가공유닛(110)에 의해 가공된 작업대상물(W)을 가공 및 측정 장치(100) 상에서 작업대상물(W)에 대한 측정, 즉 기상측정(On Machine Verification)을 수행할 수 있어서, 가공의 효율성을 향상시킬 수 있다.
여기서, 기상측정이란 가공 및 측정 장치에서 자체적으로 가공물의 형상을 측정하여 후속작업의 진행여부 및 절삭 가공유닛(110)에 장착된 절삭공구(10)의 진행 경로의 수정여부를 판단하기 위한 것이다. 이러한 기상측정을 수행할 때에는 측정 정밀도를 향상시키는 것이 필요한데, 이를 위하여 터치 프로브(touch probe), 레이저 센서(laser sensor), 비전 시스템(vision system) 등의 측정 센서를 사용한다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 유닛(120)에는 측정 센서 중에서도프로브(probe) 센서가 장착될 수 있다.
한편, 도 1 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가공 및 측정 장치(100)는 절삭 가공유닛(110)과 측정 유닛(120)이 하나의 부재, 즉 Z축 구동유닛(130)에 의해 함께 지지될 수 있다.
Z축 구동유닛(130)은 절삭 가공유닛(110)과 측정 유닛(120)을 함께 지지하고 절삭 가공유닛(110)과 측정 유닛(120)을 일체로 이동시키는 수단이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, Z축 구동유닛(130)은 후술할 Y축 구동유닛(140)에 의해 지지되는 Z축 지지 프레임(132), Z축 지지 프레임(132)과 결합되되 절삭 가공유닛(110) 및 측정 유닛(120)이 함께 장착되며 절삭 가공유닛(110) 및 측정 유닛(120)을 Z축 방향으로 이동 가능하게 하는 이동부재(133)를 포함한다.
여기서, 이동부재(133)는 Z축 이동 가이드(131)에 의해 결합된다. Z축 이동 가이드(131)는 Z축 지지 프레임(132)과 이동부재(133)를 연결하기 위한 수단으로, LM 가이드(linear motion guide)의 형태로 마련될 수 있다. LM 가이드의 형태로 마련되는 Z축 이동 가이드(131)는 레일(rail)의 형태로 마련되며, 가이드 레일과 가이드 블록으로 마련될 수 있다. 다시 말해서, Z축 이동 가이드(131)의 가이드 레일은 Z축 지지 프레임(132)의 전면에 한 쌍으로 마련되고, Z축 이동 가이드(131)의 가이드 블록은 이동부재(133)의 후면에 마련되어 Z축 지지 프레임(132)의 전면에 마련된 가이드 레일과 결합될 수 있다.
한편, Z축 이동 가이드(131)는 Z축 지지 프레임(132)의 일측에 결합되되 Z축 이동 가이드(131)와 축 결합된 Z축 서보 모터(136)에 의해 회전될 수 있다. Z축 서모 모터(136)로부터 구동력을 제공받아 이동 부재(133)가 Z축 이동 가이드(131)를 따라 Z축 방향으로 이동된다.
여기서, 절삭 가공유닛(110) 및 측정 유닛(120)은 지지블록(134)에 함께 장착되어 이동부재(133)와 연결된다. 지지블록(134)은 절삭 가공유닛(110)과 측정 유닛(120)을 일체로 장착하기 위한 부재이며, 내부가 중공인 형태로 마련될 수 있다.
참고로, 도 1 내지 도 5를 도시한 바와 같이, 절삭 가공유닛(110) 및 측정 유닛(120), 즉 지지블록(134)은 연결블록(135)을 매개로 하여 이동부재(133)와 결합될 수도 있다. 물론, 이동부재(133)에 절삭 가공유닛(110) 및 측정 유닛(120)이 바로 결합될 수도 있으나, 작업대상물(W)에 대한 절삭 가공 및 측정의 편의를 위해 절삭 가공유닛(110) 및 측정 유닛(120) 사이에 연결블록(135)을 위치시키고 연결블록(135)에 절삭 가공유닛(110) 및 측정 유닛(120)이 장착된 지지블록(134)이 이동부재(133)와 연결되도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 도 1 내지 도 5를 참조하면, Y축 구동유닛(140)은 Z축 구동유닛(130)을 지지하며 절삭 가공유닛(110) 및 측정 유닛(120)을 작업대상물(W)에 대해 좌측 또는 우측 방향인 Y축 방향, 즉 Z축 구동유닛(130)과 직교되는 방향으로 이동시키는 수단이다. 이를 위해, Y축 구동유닛(140)은 본 발명의 일 실시예에 따른 가공 및 측정 장치(100)의 베이스(102) 부분에 결합되는 Y축 지지 프레임(142) 및 Y축 지지 프레임(142)에 결합되어 이동부재(133)에 장착된 절삭 가공유닛(110) 및 측정 유닛(120)을 Y축 방향으로 이동 가능하게 하는 Y축 이동 가이드(144)를 포함한다. 여기서, Y축 이동 가이드(144)는 볼 스크류(ball screw)의 형태로 마련되나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
참고로, Y축 이동 가이드(144)는 Y축 지지 프레임(142)의 일측에 결합되되 Y축 이동 가이드(144)와 축 결합된 Y축 서보 모터(146)에 의해 회전될 수 있다. Y축 서보 모터(146)로부터 구동력을 제공받아 Y축 이동 가이드(144)가 회전되면 이동부재(133)가 Y축 방향을 따라 이동되고 이동부재(133)에 장착된 절삭 가공유닛(110) 및 측정 유닛(120)이 Y축 방향으로 이동 가능하게 되는 것이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, X축 구동유닛(150)은 작업대상물(W)을 절삭 가공유닛(110)과 측정 유닛(120)에 대해 Y축 구동유닛(140)과 직교하는 방향인 X축 방향, 즉 전방 또는 후방으로 이동시키는 수단이다. 이를 위해, X축 구동유닛(150)은 본 발명의 일 실시예에 따른 가공 및 측정 장치(100)의 베이스(102) 부분에 결합되는 X축 지지 프레임(152), 도면에 도시하지 않았지만 X축 지지 프레임(152)의 내부에 마련되는 X축 이동 가이드(미도시) 및 X축 이동 가이드를 구동시키는 구동력을 제공하는 X축 서보 모터(154)를 포함한다. 여기서, X축 이동 가이드는 상술한 Y축 이동 가이드(144)와 마찬가지로 볼 스크류의 형태로 마련될 수 있다.
여기서, X축 이동 가이드는 X축 지지 프레임(152)의 일측에 결합되되 X축 이동 가이드와 축 결합된 X축 서보 모터(154)에 의해 회전될 수 있다. X축 서보 모터(154)로부터 구동력을 제공받아 X축 이동 가이드가 회전되면 X축 지지 프레임(152)이 전방 또는 후방으로 이동되고 그에 따라 작업대상물(W)이 절삭 가공유닛(110) 및 측정 유닛(120)에 대해 전방 또는 후방으로 이동 가능하게 되는 것이다.
한편, 절삭 가공유닛(110)과 측정 유닛(120)은 Z축 구동유닛(130)과 결합되어 Z축 방향 또는 Y축 방향으로 함께 이동된다. 여기서, X축 구동유닛(150)이 동작되더라도 절삭 가공유닛(110)과 측정 유닛(120)이 X축 이동되는 것이 아니라X축 구동유닛(150)이 이동되지만, 절삭 가공유닛(110)과 측정 유닛(120)이 일체로 이동되므로 동일한 X축을 공유하는 것으로 볼 수 있다. 따라서, 본원발명의 일 실시예에 따른 절삭 가공유닛(110)과 측정 유닛(120)은 Z축, Y축 및 X축을 공유하기 때문에 가공 및 측정 장치(100)를 더욱 컴팩트(compact)하게 구현할 수 있다.
여기서, 절삭 가공유닛(110)을 이용한 절삭 가공 모드시, 측정 유닛(120)은 절삭 가공유닛(110)과는 별개로 회동되어 절삭 가공유닛(110)과 대항되도록 위치시키는 것이 바람직하다. 이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 가공 및 측정 장치(100)는 Z축 구동유닛(130)에 장착되고 Z축 구동유닛(130)에 대해 측정 유닛(120)을 회동시키는 회동부(122)를 더 포함한다.
회동부(122)는 Z축 구동유닛(130)에 측정 유닛(120)을 장착하기 위한 부재로서, 그 일단부는 Z축 구동유닛(130)의 측면에 결합되고 타단부에는 측정 유닛(120)이 장착된다.
이때, 회동부(122)는 일부분이 절곡된 형태로 형성된다. 다시 말해서, 회동부(122)는 일단부가 Z축 구동유닛(130)의 측면과 결합되고 타단부가 측정 유닛(120)이 결합되는데, 타단부에 장착된 측정 유닛(120)이 절삭 가공유닛(110)에 장착된 절삭공구(10)와 최대한 가깝에 위치되도록 절삭 가공유닛(110) 쪽으로 절곡 형성하는 것이 바람직하다. 만약, 회동부(122)에 의해 측정 유닛(120)이 절삭 가공유닛(110)과 최대한 근접하게 위치되지 않게 되면 측정 유닛(120)에 의해 측정된 검사값 또는 측정값에 있어서 오차가 발생될 수 있기 때문이다. 다시 말해서, 작업대상물(W)에 절삭 가공을 수행하는 절삭 가공유닛(110)에 대해 측정 유닛(120)이 최대한 가깝게 위치되어야만 절삭 가공된 작업대상물(W)의 가공의 정도를 더욱 정확하게 판단할 수 있다.
한편, 회동부(122)는 측정 유닛(120)이 절삭 가공유닛(110)에 의해 가공된 작업대상물(W)의 측정을 수행하는 초기 위치, 즉 제1 위치에서 절삭 가공유닛(110)과 멀어지는 위치, 즉 제2 위치로 측정 유닛(120)을 회동시킨다. 절삭 가공유닛(110)에 의해 절삭 가공이 끝나거나 측정 유닛(120)에 의해 측정이 필요한 경우에는 회동부(122)에 의해 측정 유닛(120)을 제2 위치에서 제1 위치로 다시 이동시킬 수 있다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 회전 구동유닛(160)은 작업대상물(W)을 클램핑(clamping)하기 위하 지그(166)를 A축 방향으로 회전시키는 A축 서보 모터(162), 지그(166)를 B축 방향으로 회전시키는 B축 서보 모터(미도시), A축 서보 모터(162)와 B축 서보 모터를 상호 연결시키며 X축 지지 프레임(152) 상에 마련되어 이들 부품을 지지하는 회전 브라켓(164)을 포함한다.
A축 서모 모터(162)는 X축 지지 프레임(152)의 전방에 배치되고 회전 브라켓(164)의 일측, 즉 하단부에 결합된다. 이때, A축 서보 모터(162)는 그 회전축이 회전 브라켓(164)의 일단부를 관통한 상태로 결합되며 지그(166)와 연결된다. 이에 따라, A축 서모 모터(162)는 지그(166)에 클램핑된 작업대상물(W)을 A축 방향으로 회전시킨다.
도면에 도시하지 않았지만, B축 서보 모터(미도시)는 X축 지지 프레임(152)의 후방에 배치되고 그 회전축이 X축 지지 프레임(152)을 관통한 상태로 X축 지지 프레임(152)의 맞은 편에 배치된 회전 브라켓(164)의 하단부와 결한된다. B축 서보 모터가 회전함에 따라 지그(166)에 클랩핑된 작업대상물(W)은 B축 방향으로 회전한다.
여기서, 회전 브라켓(164)은 일 방향으로 절곡 형성되며, 예컨대 'ㄴ' 의 형태로 형성될 수 있다. 이때, 상술한 바와 같이, 회전 브라켓(164)의 절곡된 일측면은 X축 지지 프레임(152)이 전방에 결합되어 B축 서보 모터와 축 결합되고, 회전 브라켓(164)의 하단면은 A축 서보 모터(162)와 축 결합된다.
한편, 도 1 내지 도 6에 도시한 바와 같이, X축 지지 프레임(152)의 일측면에는 상술한 공구 수납함(170)이 마련된다. 공구 수납함(170)은 수납함 본체(172) 및 수납함 도어(174)를 포함한다.
수납함 본체(172)에는 다수개의 공구 수납홈(173)이 마련되고, 절삭 가공유닛(110)에 장착될 수 있는 다양한 절삭공구(10)들이 수납된다.
여기서, 도 6을 참조하면, 공구 수납홈(173)에는 탄성부재(171)가 마련된다. 다시 말해서, 탄부재(171)는 공구 수납홈(173)에 수납되는 절삭공구(10)의 형태에 따라 절삭공구(10)에 끼워질 수도 있고 절삭공구(10)의 하단부에 위치될 수도 있다. 이러한 탄성부재(171)는 미리 설정된 프로그램에 따른 작업대상물(W)의 형태 및 크기에 따라 사용하고자 하는 절삭공구(10)로 교환하거나 사용이 완료된 절삭공구(10)를 공구 수납함(170)으로 원위치 시킬 때, 절삭 가공유닛(110) 및 절삭공구(10)의 파손을 방지하고 공구 수납함(170)의 공구 수납홈(173)에 위치되는 절삭공구(10)에 가해지는 충격을 완화시키며, 또한 절삭 가공유닛(110)에 압축력을 제공하여 절삭공구(10)가 완전히 밀착되어 장착될 수 있도록 한다.
참고로, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성부재(171)는 압축 스프링의 형태로 마련되나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 다른 부재로 변경될 수 있다.
수납함 도어(174)는 수납함 본체(172)를 개방하거나 폐쇄하기 위한 부재이다. 수납함 도어(174)에 의해 절삭 가공유닛(110)를 이용한 절삭 가공 모드 수행시 작업대상물(W)로부터 발생된 절삭칩이나 절삭유가 수납함 본체(172)에 보관된 절삭공구(10)에 들어가서 절삭공구(10)가 고착되는 것을 방지할 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 수납함 도어(174)는 슬라이딩(sliding) 방식으로 마련되어 좌측 방향 또는 우측 방향으로 밀어서 공구 수납함(170) 자체를 개방하거나 폐쇄할 수 있다. 참고로, 도면에는 도시하지 않았지만 수납함 도어(174)의 개폐는 에어실린더(air cylinder) 등을 이용할 수 있다.
하기에서는, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 가공 및 측정 장치(100)의 동작을 간단히 설명한다.
우선, 도 1에 도시한 바와 같이, 작업대상물(W)에 아무런 가공도 수행하지 않을 경우에는 절삭 가공유닛(110)과 측정 유닛(120)은 동일한 위치에 위치된다.
그런 다음, 도 2에 도시한 바와 같이, 작업대상물(W)에 절삭 가공유닛(110)을 이용하여 절삭 가공을 수행하는 경우, 즉 절삭 가공 모드에서 측정 유닛(120)은 회동부(122)에 의해 회동되어 제1 위치에서 절삭 가공유닛(110)으로부터 멀어지는 제2 위치로 이동된다. 이때, 제1 위치는 측정 유닛(120)이 위치된 최초 위치이고, 제2 위치는 절삭 가공유닛(110)이 절삭 가공을 수행하는 과정에서 측정 유닛(120)과 작업대상물(W)과의 간섭을 방지하기 위한 위치이다.
참고로, 절삭 가공유닛(110)은 작업대상물(W)에 선반, 드릴링, 밀링 등과 같은 다양한 절삭 가공을 수행하게 된다. 이를 위해, 절삭 가공유닛(110)에 장착되는 절삭공구(10)는 미리 설정된 작업 내용에 맞는 절삭공구(10)를 장착하는 것이 필요하다. 이에 따라, 도 2에 도시한 바와 같이, 절삭 가공유닛(110)을 이용하여 작업대상물(W)에 절삭 가공을 수행하기 전에 절삭 가공유닛(110)을 공구 수납함(170)이 위치된 방향, 즉 우측 방향(도 2 참고)로 이동시킴으로써 필요한 절삭공구(10)를 장착하는 것이 바람직하다.
한편, 절삭 가공유닛(110)에 필요한 절삭공구(10)를 장착한 후에는 공구 수납함(170)을 폐쇄하여 절삭 가공 시에 발생되는 절삭칩이나 절삭유가 수납함 본체(172)로 유입되지 않도록 하는 것이 필요하다.
이를 위해, 공구 수납함(170)에는 마련된 수납함 도어(174)를 이용하여 수납함 본체(172)를 폐쇄하여 수납함 본체(172)의 내부에 수납된 다양한 종류의 절삭공구(10)를 보호한다. 이러한, 수납함 도어(174)는 미리 프로그램을 설정하여 절삭 가공유닛(110)에 의한 절삭 가공 모드 또는 측정 유닛(120)을 이용한 측정 모드에 따라 자동적으로 개방되거나 폐쇄되도록 할 수도 있다.
그 다음, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 절삭 가공유닛(110)에 절삭공구(10)가 장착된 후에는 Y축 구동유닛(140)을 이용하여 절삭 가공유닛(110)과 측정 유닛(120)이 장착된 이동부재(133)를 작업대상물(W)의 상측으로 위치되도록 좌측으로 이동시킨다. 작업대상물(W)의 상측에 절삭 가공유닛(110)이 위치되면 Z축 구동유닛(130)을 이용하여 이동부재(133)를 작업대상물(W)과 가까운 위치인 하측 방향으로 이동시켜서 작업대상물(W)에 절삭 가공을 수행한다.
참고로, 절삭 가공유닛(110)에 절삭공구(10)를 장착할 때와 절삭 가공유닛(110)을 이용하여 작업대상물(W)에 절삭 가공을 수행하는 경우에는 측정 유닛(120)은 제1 위치에서 제2 위치로 이동되는 것이 바람직하다.
구체적으로, 절삭 가공유닛(110)을 이용한 절삭 가공 모드에서 측정 유닛(120)을 회동부(122)에 의해 회동시켜 제1 위치에서 제2 위치로 이동시키는 것은, 절삭 가공유닛(110)이 절삭 가공을 수행하는 과정에서 측정 유닛(120)이 작업대상물(W)과 간섭되는 것을 방지하기 위한 것이다. 즉, 절삭 가공 모드에서 측정 유닛(120)을 회동시켜 제1 위치에서 절삭 가공유닛(110)과 멀어지는 방향인 제2 위치로 이동시킴으로써 절삭 가공 모드에서 측정 유닛(120)이 작업대상물(W)과 간섭되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 절삭 가공유닛(110)을 이용한 절삭 가공 모드에서는 선반, 드릴링, 밀링 등의 다양한 작업을 수행하는데, 이때 측정 유닛(120)이 절삭 가공유닛(110)과 동일한 위치에 위치하게 될 경우에는 작업대상물(W)에 대한 시야 확보가 어려울 수 있고, 미리 설정된 프로그램에서 가공을 수행하는데 있어서 오차가 발생되어 목표한 결과물을 얻어내는 것이 어려울 수 있기 때문이다. 더욱이, 절삭공구(10)를 이용한 선반, 드릴링, 밀링 등의 작업을 수행하는 과정에서 작업대상물(W)로부터 절삭칩(chip)이 발생하고, 그 절삭칩으로 인하여 측정 유닛(120)에 장착된 측정센서가 손상될 수 있기 때문이다.
따라서, 절삭 가공유닛(110)을 이용하여 절삭 가공 모드 수행 시 회동부(122)를 이용하여 측정 유닛(120)을 회동시켜 제1 위치에서 제2 위치로 이동시킴으로써 가공 효율성을 향상시킬 수 있고 혹시나 발생될 수 있는 측정 유닛(120)의 손상을 미연에 방지할 수 있다.
한편, 도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 가공 및 측정 장치(100-1)는 레이저 가공유닛(180)을 더 포함할 수 있다.
레이저 가공유닛(180)은 레이저(laser)를 이용하여 작업대상물(W)의 레이저 가공을 위한 부재이다. 이러한 레이저 가공유닛(180)에는 빛을 발생시키는 레이저가 장착되고, 장착된 레이저를 이용한 작업대상물(W)에 컷팅 작업을 수행하거나 모서리를 가공하는 등의 작업을 수행할 수 있다.
이러한 레이저 가공유닛(180)은 절삭 가공유닛(110) 및 측정 유닛(120)과 인접하게 배치된다. 다시 말해서, 레이저 가공유닛(180)은 절삭 가공유닛(110) 및 측정 유닛(120)이 장착된 Z축 구동유닛(130)에 장착되어 Z축 구동유닛(130)에 의해 절삭 가공유닛(110), 측정 유닛(120)과 일체로 이동될 수 있다. 이때, 레이저 가공유닛(180)은 Z축 구동유닛(130)에 의해 상측 또는 하측 방향으로 절삭 가공유닛(110) 및 측정 유닛(120)과 일체로 이동되거나, Z축 구동유닛(130)이 결합된 Y축 구동유닛(140)에 의해 좌측 또는 우측 방향으로 절삭 가공유닛(110) 및 측정 유닛(120)과 일체로 이동될 수도 있다.
한편, 측정 유닛(120)과 마찬가지로, 레이저 가공유닛(180)도 절삭 가공유닛(110)을 이용한 절삭 가공 모드시에 절삭 가공유닛(110) 및 측정 유닛(120)과는 별개로 Z축 방향으로 이동된다. 이때, 레이저 가공유닛(180)은 Z축 구동유닛(130)에 마련된 위치 이동부(182)에 의해 절삭 가공유닛(110)과 독립적으로 이동될 수 있다.
구체적으로, 위치 이동부(182)는 Z축 구동유닛(130), 즉 이동부재(133)에 결합될 수 있다. 다시 말해서, 위치 이동부(182)는 절삭 가공유닛(110) 및 측정 유닛(120)과 간섭되지 않도록 Z축 구동유닛(130)의 지지블록(134)의 일측면에 장착된다.
위치 이동부(182)는 레이저 가공유닛(180)이 작업대상물(W)에 대해 레이저 가공을 수행하는 제3 위치에서 절삭 가공유닛(110)으로부터 멀어지는 제4 위치로 레이저 가공유닛(180)을 이동시킨다. 또한, 위치 이동부(182)는 레이저 가공유닛(180)을 제4 위치에서 다시 제3 위치로 이동시킬 수도 있다.
이러한 위치 이동부(182)는 LM 가이드(linear motion guide)로 제공된다. 위치 이동부(182)가 LM 가이드로 제공됨에 따라서 레이저 가공유닛(180)을 절삭 가공유닛(110)의 위치보다 상측으로 이동시키거나 또는 절삭 가공유닛(110)의 위치보다 하측으로 이동시킬 수 있다. 참고로, 도면에는 도시하지 않았지만, 위치 이동부(182)는 실린더와 같은 별도의 부재에 의해 Z축 방향으로 이동된다.
참고로, 제3 위치는 레이저 가공유닛(180)의 최초 위치, 즉 절삭 가공유닛(110)과 인접한 위치를 의미하고, 제4 위치는 절삭 가공유닛(110)이 절삭 가공을 수행하는 과정에서 레이저 가공유닛(180)과 작업대상물(W)과의 간섭을 방지하기 위한 위치이다.
도 1 내지 도 7을 참조하여, 레이저 가공유닛(180)을 포함하는 가공 및 측정 장치(100-1)의 동작을 간단히 설명한다.
작업대상물(W)에 아무런 가공도 수행하지 않을 경우에는 레이저 가공유닛(180)은 절삭 가공유닛(110) 및 측정 유닛(120)과 동일한 위치에 위치된다.
레이저 가공유닛(180)을 이용하여 작업대상물(W)에 대한 레이저 가공 모드가 끝난 후에 절삭 가공유닛(110)을 이용하여 작업대상물(W)에 절삭 가공을 수행하는 경우에는 레이저 가공유닛(180)은 위치 이동부에 의하여 제3 위치에서 제4 위치로 이동된다.
참고로, 레이저 가공유닛(180)을 이용한 작업대상물(W)의 레이저 가공 모드에서는 레이저 가공유닛(180)이 절삭 가공유닛(110)의 위치보다 하측 방향으로 이동되지 않아도 된다. 왜냐하면, 상술한 바와 같이, 레이저 가공유닛(180)은 별도의 절삭 공구를 사용하지 않고, 레이저 만을 이용하여 작업대상물(W)과 비접촉된 상태로 가공을 수행하기 때문이다.
여기서, 절삭 가공유닛(110)을 이용한 절삭 가공 모드에서 레이저 가공유닛(180)을 제1 위치에서 제2 위치로 이동하는 것은, 절삭 가공 모드에서 레이저 가공유닛(180)이 작업대상물(W)과 간섭되는 것을 방지하기 위한 것이다. 또한, 절삭 가공유닛(110)을 이용하여 작업대상물(W)에 선반, 드릴링, 밀링 등의 다양한 작업을 수행하는 경우에 미리 설정된 프로그램에 의한 가공을 수행함에 있어서 시야 확보에 어려움이 생겨서 작업대상물(W)의 가공 오차가 발생될 수 있기 때문이다. 더욱이, 절삭 가공 모드에서는 절삭 가공유닛(110)에 장착된 절삭공구(10)에 의해서 작업대상물(W)로부터 절삭칩이나 절삭유가 발생하는데, 이때 발생된 절삭칩이나 절삭유로 인하여 레이저 가공유닛(180)이 손상될 수도 있기 때문이다.
참고로, 절삭 가공유닛(110)을 이용하여 절삭 가공 모드를 수행할 때에는 레이저 가공유닛(180)은 위치 이동부(182)에 의해 제3 위치에서 제4 위치로 이동되고, 측정 유닛(120)은 회동부(122)에 의해 제1 위치에서 제2 위치로 이동된다.
또한, 상술한 바와 같이, 절삭 가공유닛(110)을 이용하여 작업대상물(W)에 대한 절삭 가공 모드가 끝난 후에는 측정 유닛(120)에 의해 작업대상물(W)에 대한 측정 모드를 수행한다. 측정 유닛(120)을 이용하여 작업대상물(W)에 대한 측정을 수행할 때, 레이저 가공유닛(180)은 제4 위치에 위치될 수도 있도, 위치 이동부(182)에 의해 제4 위치에서 제3 위치로 이동될 수도 있다.
왜냐하면, 측정 유닛(120)은 절삭 가공유닛(110)과 최대한 근접하게 위치된 상태로 작업대상물(W)에 대한 측정을 수행하기 때문에 레이저 가공유닛(180)이 어느 위치에 있어도 간섭되지 않기 때문이다. 여기서, 레이저 가공유닛(180)이 측정 유닛(120) 보다는 하측 위치로만 내려오지 않는다면 측정 유닛(120)을 이용한 작업대상물(W)에 대한 측정에 방해가 되지 않을 수 있다.
상기한 구성에 의하여, 본 발명의 실시예들에 따른 가공 및 측정 장치(100)(100-1)는, 하나의 가공 및 측정 장치로 작업대상물의 절삭 가공과 절삭 가공이 완료된 작업대상물의 측정을 모두 수행할 수 있어서 가공 효율성을 증가시킬 수 있다. 더욱이, 절삭 가공유닛과 측정 유닛이 하나의 가공 및 측정 장치에 설치됨으로써 가공 및 측정 장치의 축을 절삭 가공유닛과 측정 유닛이 공유할 수 있어서 가공 및 측정 장치의 제조 비용을 줄일 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 일 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 하이브리드 5축 가공 및 측정 장치
110: 절삭 가공유닛
120: 측정 유닛
130: Z축 구동유닛
140: Y축 구동유닛
150: X축 구동유닛
160: 회전 구동유닛
170: 공구 수납함
180: 레이저 가공유닛

Claims (11)

  1. 작업대상물을 가공하기 위한 5축 가공 및 측정 장치에 있어서,
    상기 작업대상물에 대해 절삭 가공을 수행하는 절삭 가공유닛;
    상기 절삭 가공유닛과 인접하게 배치되고 상기 작업대상물에 대한 측정을 수행하는 측정 유닛; 및
    상기 절삭 가공유닛과 상기 측정 유닛을 상기 작업대상물과 가까워지거나 멀어지는 방향인 Z축 방향으로 이동시키는 Z축 구동유닛;
    을 포함하는 하이브리드 5축 가공 및 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 Z축 구동유닛은,
    상기 절삭 가공유닛과 상기 측정 유닛을 함께 지지하고 상기 절삭 가공유닛과 상기 측정 유닛을 일체로 이동시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 5축 가공 및 측정 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 Z축 구동유닛에 장착되고 상기 Z축 구동유닛에 대해 상기 측정 유닛을 회동시키는 회동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 5축 가공 및 측정 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 회동부는, 일단부가 상기 Z축 구동유닛과 결합되고 타단부가 상기 측정 유닛과 상기 절삭 가공유닛에 장착된 상기 절삭 공구에 대해 가깝게 위치되도록 상기 절삭 가공유닛 쪽으로 절곡 형성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 5축 가공 및 측정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 회동부는, 상기 측정유닛이 상기 절삭 가공유닛의 가공된 상기 작업대상물에 대해 측정을 수행하는 제1 위치에서 상기 절삭 가공유닛과 멀어지는 제2 위치로 상기 측정 유닛을 회동시키거나 상기 제2 위치에서 상기 제1 위치로 상기 측정 유닛을 회동시키며,
    상기 제2 위치는 상기 절삭 가공유닛이 절삭 가공을 수행하는 과정에서 상기 측정 유닛과 상기 작업대상물과의 간섭을 방지하기 위치인 것을 특징으로 하는 하이브리드 5축 가공 및 측정 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 절삭 가공유닛 및 상기 측정 유닛을 상기 작업대상물에 대해 좌우 방향인 Y축 방향으로 이동시키는 Y축 구동유닛;
    상기 작업대상물을 상기 Y축 구동유닛과 직교하는 방향인 X축 방향으로 이동시키는 X축 구동유닛; 및
    상기 작업대상물을 지지하고, 상기 작업대상물을 Y축 방향을 기준으로 회전시키거나 상기 작업대상물을 상기 X축 방향으로 회전시키는 회전 구동유닛; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 5축 가공 및 측정 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 절삭 가공유닛에 장착되는 절삭공구가 수납되는 공구 수납함을 더 포함하고,
    상기 공구 수납함에는 수납된 상기 절삭공구를 보호하도록 수납함 도어가 마련되며,
    상기 수납함 도어는 일측 방향또는 타측 방향으로 슬라이딩되도록 마련되어 상기 공구 수납함을 개방 또는 폐쇄시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 5축 가공 및 측정 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 공구 수납함의 절삭공구 수납홈에는 상기 절삭 가공유닛을 이용한 절삭 공구 교환과정에서 상기 절삭공구에 충격을 완화하거나 상기 절삭 가공유닛에 상기 절삭공구가 밀착되도록 하는 탄성부재가 마련되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 5축 가공 및 측정 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절삭 가공유닛 및 상기 측정 유닛과 인접하게 배치되고 상기 작업대상물에 대해 레이저 가공을 수행하는 레이저 가공유닛을 더 포함하고,
    상기 레이저 가공유닛은 상기 Z축 구동유닛에 의해 상기 절삭 가공유닛 및 상기 측정 유닛과 일체로 이동되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 5축 가공 및 측정 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 Z축 구동유닛에 장착되고 상기 Z축 구동유닛 상에서의 상기 레이저 가공유닛의 위치를 이동시키는 위치 이동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 5축 가공 및 측정 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 위치 이동부는 상기 레이저 가공유닛이 상기 작업대상물에 대해 레이저 가공을 수행하는 제3 위치에서 상기 절삭 가공유닛으로부터 멀어지는 제4 위치로 상기 레이저 가공유닛을 이동시키거나, 상기 제4 위치에서 상기 제3 위치로 상기 레이더 가공유닛을 이동시키며,
    상기 제4 위치는 상기 절삭 가공유닛이 상기 절삭 가공을 수행하는 과정에서 상기 레이저 가공유닛과 상기 작업대상물과의 간섭을 방지하기 위한 위치인 것을 특징으로 하는 하이브리드 5축 가공 및 측정 장치.





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