KR20200143603A - 초음파 진동 선삭 기능을 갖는 초슬림 선반 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초음파 진동 선삭 기능을 갖는 초슬림 선반에 관한 것으로, 수평베드에 Z축 방향으로 직선 왕복 이동 가능하게 구비되고 가공소재를 고정하기 위해 척을 구비한 주축대, 수평베드에 X축 방향으로 직선 왕복 이동 가능하게 구비되고 가공소재의 표면을 미세 가공하는 선삭바이트를 결합하는 선삭가공툴 홀더, 수평베드에 X축 방향으로 직선 왕복 이동 가능하게 구비되고 가공소재의 표면에 반복적으로 접촉하여 직접적인 가공 부하를 경감시키는 인서트 툴이 고정된 진동선삭툴 홀더; 내부에 진동 소자를 내장시켜 진동을 발생시키는 진동자와 발진기로 구성된 초음파진동유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 종래 기술과 달리 가공소재의 가공을 위한 기존의 선삭바이트에 초음파 진동 가공 기능의 진동바이트를 부가하여 난삭재의 가공 효율과 미세 가공에 의한 면 가공도를 더욱 향상시키고, 주축대와 공구 테이블을 상호 수직한 방향으로 독립 배치하고 이동 가능하도록 구비함으로써 선반의 가로너비를 슬림화시킬 수 있어 한정된 공간에 더 많은 선반을 배치할 수 있다.

Description

초음파 진동 선삭 기능을 갖는 초슬림 선반{ULTRASONIC VIBRATION-ASSISTED ULTRA-SLIM LATHE}

본 발명은 초음파 진동 선삭 기능을 갖는 초슬림 선반에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가공소재의 가공을 위한 기존의 선삭바이트에 초음파 진동 가공 기능의 진동바이트를 부가하여 난삭재의 가공 효율과 미세 가공에 의한 면 가공도를 더욱 향상시키고, 주축대와 공구 테이블을 상호 수직한 방향으로 이동 가능하도록 구비함으로써 선반의 가로너비를 슬림화시킬 수 있어 한정된 공간에 더 많은 선반을 배치할 수 있도록 한 초음파 진동 선삭 기능을 갖는 초슬림 선반에 관한 것이다.

각종의 절삭 가공방법 또는 비절삭 가공방법으로 금속 또는 비금속의 소재를 적당한 공구를 사용하여 형상 및 치수로 가공하든가 또는 반소재에 더욱 정밀한 가공을 할 목적으로 사용하는 기계를 공작기계라 한다. 이러한 공작기계 중에서 가공과정에서 칩이 발생하는 공작기계를 절삭공작기계라고 하고, 가공과정에서 칩이 발생하지 않는 비절삭 공작기계를 금속가공기계라고 한다. 상기한 절삭공작기계에는 선반(lathe), 밀링기, 머시닝센터(machining center), 드릴링기, 보링기, 연삭기, 기어가공기, 특수가공기 등이 있으며, 금속성형(금속가공)기계에는 기계식 프레스, 유압식 프레스, 절단절곡기, 단조기, 인발기 등이 있다.

특히, 선반에는, 베드 길이를 가능한 짧게 하여 주로 공작 공작물의 단면절삭에 쓰이는 것으로 길이가 짧고 직경이 큰 공작물의 절삭에 사용하는 선반인 정면선반(face lathe)과, 정면선반과 같이 정밀한 형식으로 되어있으며, 테이퍼 깎기 장치, 릴리이빙 장치 등이 부속되어 있는 선반인 보통선반과, 작업대 위에 설치해야 할 만큼의 소형선반으로 시계부품, 재봉틀 부품 등의 소형 부품을 주로 가공하는 선반인 탁상선반과, 대형의 공작물이나 불규칙한(비정형의) 가공물을 가공하기 편리하도록 척(chuck)을 지면 위에 수직으로 설치하여, 가공물의 장착이나 탈착을 편리하게 한 선반인 수직선반과, 자동모방장치를 이용하여 모형이나 형판 외형에 트레이서와 바이트가 함께 움직여 모형이나 형판의 외형과 동일한 형상의 부품을 자동으로 가공하는 선반인 모방선반과, 터릿으로 불리는 회전 공구대를 이용하여 여러 가지 공구를 공정에 맞게 설치하여 간단한 부품을 대량생산하는 선반인 터릿선반 등이 있다.

일반적으로 선반은 수평형과 수직형으로 나뉘어지며, 수평형 선반은 주축대, 심압대(tail stock), 공구대, 방진구 등을 포함하여 이루어진다.

관련기술로는, 국내공개특허공보 제10-2006-0093834호(발명의 명칭: 회전형 내경공구대가 구비된 자동선반)가 제안된 바 있다.

상기한 기술구성은 본 발명의 이해를 돕기 위한 배경기술로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 종래기술을 의미하는 것은 아니다.

자동차 항공 산업에서의 환경과 에너지 문제 해결을 위해 부품의 경량화 및 엔진의 연소 효율 향상 경쟁이 치열함에 따라, 부품 소형화 및 고경도의 인코넬이 나 티탄합금 등 내열성 소재의 사용이 증가하고 있다. 이러한 소재는 우수한 특성에도 불구하고 조악한 피삭성으로 절삭 가공이 어려운 특징이 있다. 기존 선반은 이러한 난삭재 가공능력 한계로 선삭 후 연삭 등 후속 공정이 불가피하고 공구 마모나 손상에 의해 가공비가 가중되고 있다. 또한, 기존 선반은 소형 부품을 가공하기에는 장비가 커서 가공 효율성 저하 및 설치 면적을 낭비를 초래하는 문제점이 있다.

따라서, 이를 개선할 필요성이 요청된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로서, 가공소재의 가공을 위한 기존의 선삭바이트에 초음파 진동 가공 기능의 진동바이트를 부가하여 난삭재의 가공 효율과 미세 가공에 의한 면 가공도를 더욱 향상시키고, 기존 선삭바이트의 내구성을 증대시키고자 하는 초음파 진동 선삭 기능을 갖는 초슬림 선반을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 척을 구비한 주축대와, 선삭 공구 및 진동 공구를 구비한 테이블을 상호 수직한 방향으로 이동 가능하도록 구비함으로써, 선반 베드의 가로너비를 슬림화시킬 수 있어 한정된 공간에 더 많은 선반을 배치할 수 있도록 한 초음파 진동 선삭 기능을 갖는 초슬림 선반을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 초음파 진동 선삭 기능을 갖는 초슬림 선반은: 수평베드; 상기 수평베드에 Z축 방향으로 직선 왕복 이동 가능하게 구비되고, 가공소재를 고정하기 위해 척을 구비한 주축대; 상기 수평베드에 X축 방향으로 직선 왕복 이동 가능하게 구비되고, 상기 가공소재의 표면을 미세 가공하는 선삭바이트를 결합하는 선삭가공툴 홀더; 상기 수평베드에 X축 방향으로 직선 왕복 이동 가능하게 구비되고, 상기 가공소재의 표면에 반복적으로 접촉하여 직접적인 가공 부하를 경감시키는 인서트 툴이 고정된 진동선삭툴 홀더; 내부에 진동 소자를 내장시켜 진동을 발생시키는 진동자와 발진기로 구성된 초음파진동유닛을 포함한다.

상기 선삭바이트와 진동되는 인서트 툴의 움직임과 초음파진동유닛의 구동은 제어부에 의해 제어되는 것을 특징으로 한다.

상기 초음파진동유닛은, 상기 진동바이트를 결속하는 인서트툴; 상기 인서트툴에 연결되어, 상기 인서트툴에 진동을 전달하는 진동자; 및 상기 진동자에 초음파의 전원을 공급하여, 상기 진동자의 진동을 유도하는 발진기를 포함한다.

상기 주축대는 Z축슬라이더에 의해 Z축 방향으로 직선 왕복 이동되고, 상기 선삭가공툴 홀더와 상기 진동선삭툴 홀더는 X축슬라이더에 의해 X축 방향으로 직선 왕복 이동되는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 초음파 진동 선삭 기능을 갖는 초슬림 선반은 종래 기술과 달리 가공소재의 가공을 위한 기존의 선삭공구 외에 초음파 진동 가공 기능의 진동바이트를 부가하여 난삭재의 가공 효율과 면 가공도를 더욱 향상시키고, 기존 선삭바이트의 내구성을 증대시킬 수 있다.

본 발명은 척을 구비한 주축대와, 선삭 공구 및 진동 공구를 구비한 테이블을 상호 수직한 방향으로 독립적으로 이동 가능하도록 구비함으로써, 선반 베드의 가로너비를 슬림화시킬 수 있어 한정된 공간에 더 많은 선반을 배치할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 진동 선삭 기능을 갖는 초슬림 선반의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 진동 선삭 기능을 갖는 초슬림 선반의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 진동 선삭 기능을 갖는 초슬림 선반의 정면 확대도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 진동 선삭 기능을 갖는 초슬림 선반의 작동 상태를 보인 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 진동 선삭 기능을 갖는 초슬림 선반의 요부 확대 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 진동 선삭 기능을 갖는 초슬림 선반의 공구유닛과 초음파진동유닛의 개략적 구성도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 초음파 진동 선삭 기능을 갖는 초슬림 선반의 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 진동 선삭 기능을 갖는 초슬림 선반의 측면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 진동 선삭 기능을 갖는 초슬림 선반의 정면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 진동 선삭 기능을 갖는 초슬림 선반의 정면 확대도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 진동 선삭 기능을 갖는 초슬림 선반의 작동 상태를 보인 평면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 진동 선삭 기능을 갖는 초슬림 선반의 요부 확대 평면도이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 진동 선삭 기능을 갖는 초슬림 선반의 초음파진동유닛의 개략적 구성도이다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 진동 선삭 기능을 갖는 초슬림 선반(100)은 하우징(110), 수평베드(120), 주축대(130), 선삭가공툴 홀더(140) 및 진동선삭툴 홀더(162)를 포함한다.

하우징(110)은 본 발명에 따른 초슬림 선반(100)의 외형을 형성하는 것으로서, 내부에 테이블(107), 주축대(130), 선삭가공툴 홀더(140), 진동선삭툴 홀더(162) 및 초음파진동유닛(160)을 구비하여 보호하는 역할을 한다.

물론, 하우징(110)은 다양한 형상으로 변형 가능하다.

수평베드(120)은 상부에 주축대(130)와 X축슬라이더(106), Z축슬라이더(105), 테이블(107), 선삭가공툴 홀더(140) 및 진동선삭툴 홀더(162)가 동일 평면상에 배치되도록 상면이 수평 형상으로 이루어지고, 상부에는 하우징(110)이 위치한다. 이때, 수평베드(120)는 지상에 위치 고정된다.

주축대(130)는 수평베드(120)에 일측 방향으로 직선 왕복 이동 가능하게 구비된다. 즉, 주축대(130)는 수평베드(120) 상의 Z축슬라이더(105)를 따라 직선 왕복 이동된다. 특히, Z축슬라이더(105)는 LM가이드, 박스(box) 슬라이드 등 다양한 안내 방식의 적용이 가능하다. 이때, Z축슬라이더(105)는 Z축이송모터(134)와 Z축볼스크류(108)의 가동으로 직선 왕복 이동된다.

아울러, 주축대(130)는 피가공물인 가공소재(10)를 위치 고정하기 위한 척(132)을 구비한다. 척(132)은 다양한 형상으로 이루어져 가공소재(10)를 견고하게 고정하는 역할을 한다.

또한, 테이블(107)은 주축대의 이동방향과 수직한 방향으로 직선 왕복 이동이 가능하게 구비된다. 즉, 테이블(107)은 수평베드(120) 상의 X축슬라이더(106)를 따라 직선 왕복 이동된다. 특히, X축슬라이더(106)도 Z축슬라이더(105)와 같이 LM가이드, 박스(box) 슬라이드 등 다양한 안내방식의 적용이 가능하다. 이때, X축슬라이더(106)는 X축이송모터(144)와 X축볼스크류(109)의 가동으로 직선 왕복 이동된다.

테이블(107)에는 선삭가공툴 홀더(140)와 진동선삭툴 홀더(162)를 구비할 수 있으며, 이 홀더(140,162)는 X축슬라이더(106)를 따라 직선 왕복 이동된다.

선삭가공툴 홀더(140)의 선삭바이트(142)는 가공시 완료될 때까지 가공소재(10)의 표면을 연속 접촉하여 절삭하는 기존의 선삭 가공을 수행한다. 선삭바이트(142)는 선삭가공툴 홀더(140)에서 분리할 수 있으며 이때, 분리와 결속하는 방식은 공지된 것으로 한다.

한편, 진동선삭툴 홀더(162)도 선삭가공툴 홀더(140)의 이송 방향으로 직선 왕복 이동 가능하게 구비된다. 즉, 진동선삭툴 홀더(162)도 Z축슬라이더(105)의 이동 방향에 수직한 방향으로 X축슬라이더(106)를 따라 직선 왕복 이동된다.

그리고, 진동선삭툴 홀더(162)는 인서트툴(152)을 분리 가능하도록 구비한다. 특히, 인서트툴(152)은 진동자(164)에 의해 진동이 전달되어 가공소재(10)의 표면을 반복적으로 긁어가며 가공소재(10)의 표면을 가공한다.

다시 말해서, 가공소재(10)의 회전하는 원주표면의 접선 방향으로 인서트툴(152)이 진동하면서 단속적인 절삭이 진행된다. 따라서, 표면을 연속 접촉하여 절삭하는 일반선삭방식과 대비하여 가공 부하가 적어 인서트툴(152)의 내구성이 증대되고, 가공면의 표면 거칠기가 개선된다.

이때, 인서트툴(152)은 일반적인 선삭용 표준 툴을 사용할 수 있으며, 진동선삭툴 홀더(162)는 전용 형상으로 제작되어 구비되는 것이 특징이며, 가공소재(10)의 가공 형상에 따라서 내경, 외경, 홈, 나사 가공용 등 다양한 형태의 진동선삭툴 홀더를 구비할 수 있다.

특히, 선삭가공툴 홀더(140)와 진동선삭툴 홀더(162)는 동일한 테이블(107)에 설치되어 선삭가공과 진동선삭가공을 동일 프로그램 상에서 각기 다른 절삭가공을 수행할 수 있는 하이브리드 가공 기능을 구비하고 있다.

인서트툴(152)이 장착된 진동선삭툴 홀더(162)는 진동자(164)에 결합되어 있으며, 발진기(166)와 연결되어 초음파진동유닛(160)을 구성한다.

인서트툴(152)은 진동선삭툴 홀더(162)에서 교체 가능하며, 진동선삭툴 홀더(162)의 종류의 선택에 따라 다양한 형상을 선택하여 결속할 수 있다.

진동자(164)는 발진기(166)로부터 일정한 주파수의 전원을 공급받아 인서트 툴(152)을 상하 방향으로 설정된 높은 진폭으로 진동시킨다.

아울러, 발진기(166)는 진동자(164)에 초음파의 전원을 공급하고 진동 상태를 모니터링하여 제어부(170)에 동작 상황을 전송한다.

특히, 진동자(164)에 결합된 진동선삭툴 홀더(162)의 자세를 자유롭게 바꿀 수 있는 지지대(168)에 고정되어 있다. 물론, 지지대(168)와 진동선삭툴 홀더(162)는 다양한 형태로 구비될 수 있다.

한편, 주축대(130)의 회전, 척(132)의 구동, Z축이송모터(134)와 X축이송모터(144)의 이송, 초음파진동유닛(160)의 구동 등은 제어부(170)에 의해 제어된다.

우선, 진동 절삭을 실시할 경우 제어부(170)는 가공 전 발진기(166)에 초음파진동유닛(160)에 준비 대기를 지령하면, 진동자(164)는 진동이 시작된다. 동시에, 진동선삭툴 홀더(162)에 고정된 인서트툴(152)의 진동은 증폭되어 진동하면서 대기한다. 다음에 제어부(170)는 가공소재(10)를 회전시키면서 인서트툴(152)과 상대 접촉시켜 절삭 작용이 이루어지도록 테이블(107)을 이동시키는 X축이송모터(144)와 주축을 이송시키는 Z축이송모터(134)를 제어함에 따라, 인서트툴(152)은 가공소재(10)를 반복적으로 접촉하면서 입력된 프로그램에 따라 절삭을 실시한다. 이와 같이, 본 발명에 따른 초슬림 선반(100)은 내열강과 같은 난삭재나 고 품위의 표면 거칠기가 요구되는 가공소재(10)는 진동 절삭 프로그램으로, 또는 일반 정밀 선삭을 원하면 기존 가공 프로그램으로 선택 가공할 수 있으며, 경우에 따라서는 일반 선삭과 진동선삭을 혼합한 프로그램에 의한 절삭 제어도 가능하다.

또한, 선반 형상으로는 주축대(130)를 Z축 슬라이더(105) 상에 설치하여 전후로 이동시키고 테이블(107)은 X축 슬라이더(106)에 설치하여 좌우로 이동시키면서 테이블(107)을 독립적으로 주축대(130) 전면에 역 T자 형상으로 배치하는 동시에 X축이송모터(144)를 수평베드(120) 정면 너비에서 돌출되지 않도록 장착시켜, 본 발명에 따른 초슬림 선반(100)은 기존의 주축대(130)와 X, Z축 방향이동 일체형 테이블 구조의 선반과 대비하여 가로너비를 대폭 축소할 수 있게 된다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

10: 가공소재 100: 초슬림 선반
105: Z축슬라이더 106: X축슬라이더
107: 테이블 108: Z축볼스크류
109: X축볼스크류 110: 하우징
120: 수평베드 130: 주축대
132: 척 134: Z축이송모터
140: 선삭가공툴 홀더 142: 선삭바이트
144: X축이송모터 152: 인서트 툴
160: 초음파진동유닛 162: 진동선삭툴 홀더
164: 진동자 166: 발진기
168: 지지대 170: 제어부

Claims (4)

1. 수평베드;
   상기 수평베드에 Z축 방향으로 직선 왕복 이동 가능하게 구비되고, 가공소재를 고정하기 위해 척을 구비한 주축대;
   상기 수평베드에 X축 방향으로 직선 왕복 이동 가능하게 구비되고, 상기 가공소재의 표면을 미세 가공하는 선삭바이트를 결합하는 선삭가공툴 홀더;
   상기 수평베드에 X축 방향으로 직선 왕복 이동 가능하게 구비되고, 상기 가공소재의 표면에 반복적으로 접촉하여 직접적인 가공 부하를 경감시키는 인서트툴이 고정된 진동선삭툴 홀더; 및
   내부에 진동 소자를 내장시켜 진동을 발생시키는 진동자와 발진기로 구성된 초음파진동유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 진동 선삭 기능을 갖는 초슬림 선반.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 초음파진동유닛은, 상기 진동바이트를 결속하는 인서트툴; 상기 인서트툴에 연결되어, 상기 인서트툴에 진동을 전달하는 진동자; 및 상기 진동자에 초음파의 전원을 공급하여, 상기 진동자의 진동을 유도하는 발진기를 포함하며,
   상기 선삭바이트와 진동되는 인서트 툴의 움직임과 초음파진동유닛의 구동은 제어부에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동 선삭 기능을 갖는 초슬림 선반.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 진동자는 상기 발진기로부터 일정한 주파수의 전원을 공급받아 상기 인서트툴을 상하 방향으로 설정된 높은 진폭으로 진동시키고,
   상기 발진기는 상기 진동자에 초음파의 전원을 공급하고 진동 상태를 모니터링하여 상기 제어부에 동작 상황을 전송하며,
   상기 진동자에 결합된 상기 진동선삭툴 홀더는 가공 소재 형상에 대응되는 형상으로 구비되고, 자세 변경이 가능한 지지대에 지지되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동 선삭 기능을 갖는 초슬림 선반.
   
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 인서트툴은 일반적인 선삭용 표준 툴을 사용하고, 상기 진동선삭툴 홀더는 전용 형상으로 제작되어 가공소재의 가공 형상에 따라서 내경, 외경, 홈, 나사 가공용 등 다양한 형태의 진동 선삭툴 홀더를 구비하며,
   상기 선삭가공툴 홀더와 상기 진동선삭툴 홀더는 동일한 테이블에 설치되어 선삭가공과 진동선삭가공을 동일 프로그램 상에서 각기 다른 절삭가공을 수행하며,
   상기 주축대는 전후로 이동시키고, 상기 테이블은 상기 주축대 전면에서 좌우로 독립적인 이동이 가능하게 하며, 상기 주축대와 상기 테이블을 역 T자 형상으로 배치함과 동시에 X축이송모터를 상기 수평베드 내부에 설치함으로서 정면 너비를 최소화 시킨 것을 특징으로 하는 초음파 진동 선삭 기능을 갖는 초슬림 선반.

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