KR20210019984A - 내부 채널 가공을 위한 장치 및 그 각각의 동작 방법 - Google Patents

Abstract

본 출원은 작업 소재에서의 내부 채널들을 가공하기 위한 가공 장치 (1)를 개시한다. 오퍼레이터에 의해 프로그램된 일 세트의 파라미터들에 따라 절삭 공구(3)의 작동을 가능케 하는 각 장치(1)를 동작시키는 방법이 마찬가지로 기술된다. 이러한 장치를 사용하여, 절삭 블레이드(10, 11)의 방사상 위치가 내부 로드(8)를 작동시킴으로써 제조 중 조절 가능하기 때문에 내부 채널을 가공하는 능력을 상기 가공 장치(2)에 부여하는 것이 가능하다.

Description

내부 채널 가공을 위한 장치 및 그 각각의 동작 방법

본 출원은 내부 채널(internal channels)을 가공하기 위한 장치 및 그 각각의 동작 방법에 관한 것이다.

미국특허공개 US2017266731은 차동형 케이스의 내면을 가공하기 위한 방법 및 장치를 개시하고 있다. 터릿(turret) 및 한 쌍의 스핀들(spindle)을 구비하는 선반(lathe)은 프로그램 가능한 컴퓨터와 전기적으로 통신한다. 절단기(cutter)와 선택적으로 그립형으로 결합 가능한 절단기 그리퍼(cutter gripper) 조립체가 터릿에 일체로 연결되어 있다. 차동형 케이스는 선반 상에 있는 마운트 어셈블리 내에 수평으로 장착된다. 일단 절단기 그리퍼 조립체가 절단기와 맞물리게 되면, 상기 터릿은 절단기가 상기 케이스의 제1 및 제2 관형 부분의 개구 및 한 쌍의 스핀들과 정렬되는 상기 케이스의 중공 부분 내의 시작 위치에 올 때까지 차동형 케이스를 향해 이동한다. 그 다음, 한 쌍의 스핀들은 절단기를 구동 방식으로 맞물리도록 하고 상기 절단기는 제1 절단 위치에서 제2 절단 위치로 이동함에 따라서 제1 및 제2 내부 가공 면을 가공한다.

중국특허공보 CN202155542에는 불규칙한 형태의 대형 부품을 거칠게 또한 정밀하게 가공하기 위한 통합형 보링 절단기(boring cutter)가 개시되어 있다. 통합형 보링 절단기는, 보링 절단기 본체가 보링 절단기 스핀들 고정 볼트에 의해 보링 절단기 스핀들에 고정되고; 고정 플랜지의 중심에 스핀들 구멍이 배치되고; 보링 절단기 본체의 좌측 단부에 다수의 볼트에 의해 좌측 조절 슬라이딩 플레이트가 고정되고; 거친 기계가공 보링 헤드가 거친 기계가공 보링 헤드 고정 볼트에 의해 좌측 조절 슬라이딩 플레이트 상에 고정되고; 우측 조절 슬라이딩 플레이트는 다수의 접시머리 볼트(counter sunk bolts)에 의해 보링 절단기 본체의 우측 단부에 고정되고 도브테일(dovetail) 홈이 제공되며; 상기 도브테일 홈에는 가동형 도브테일 홈 조절 슬라이딩 플레이트가 배치되고; 상기 가동형 도브테일 홈 조절 슬라이딩 플레이트 상에는 미세 보링 헤드가 배치되고; 미세 조절 버튼 및 미세 가공 절단기 블레이드가 상기 미세 보링 헤드 상에 배열되는 것을 특징으로 한다. 상기한 통합형 보링 절단기를 채택함으로써, 가공 개구의 범위가 넓어지고, 거침 가공 효율이 빠르게 되고, 미세 가공 효율이 높으며, 통합형 보링 절단기가 사용하기 편리하고 빠르게 되며, 비용이 저렴하며, 또한 절단기의 빈번한 교체를 피할 수가 있다.

상기 언급된 문헌 중 어느 것도 내부 채널을 가공하는 기능을 갖는 기계식 드릴링 장치를 제공한다는 문제를 해결하지는 못한다.

본 출원은 내부 채널을 가공하기 위한 장치를 개시하고 있는 것으로서, 상기 장치는:

- 공작 기계에 연결하기 위한 커플링 구조;

- 상기 커플링 구조를 통해 상기 공작 기계에 연결되는, 내부 채널을 가공하기 위한 절삭 공구;

- 상기 공작 기계 및 절삭 공구를 작동시키도록 구성된 계산 수단을 포함하는 제어 유닛을 포함하되;

상기 커플링 구조는:

- 상기 공작 기계에 연결하기 위한 회전 어댑터(rotation adapter);

- 상기 회전 어댑터에 연결되는 토크 콘(torque cone); 및

- 상기 토크 콘과 맞물리고 상기 절삭 공구를 작동시키는 커맨드 로드(command rod)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 장치의 특정 실시 예에서, 상기 절삭 공구는 커맨드 로드에 의해 작동되는 적어도 하나의 접이식(retractable) 블레이드가 장착된 절삭 면(cutting surface)을 포함한다.

상기 장치의 특정 실시 예에서, 상기 공작 기계의 절삭 면은 가변적 길이를 갖는다.

상기 장치의 또 다른 특정 실시 예에서, 상기 절삭 공구의 절삭 면은 실린더 형상의 기하학적 형상을 갖는다.

상기 장치의 또 다른 특정 실시 예에서, 상기한 커맨드 로드의 길이는 절삭 공구의 절삭 면의 길이에 의해 정의된다.

상기 장치의 또 다른 특정 실시 예에서, 제어 유닛은 공작 기계의 컨트롤러와의 상호 작용을 형성하도록 구성된 통신 모듈을 포함한다.

상기 장치의 또 다른 특정 실시 예에서, 제어 유닛은 주변장치로서 적어도 하나의 입력 장치 및 적어도 하나의 데이터 출력 장치를 포함한다

상기 장치의 또 다른 특정 실시 예에서, 상기 데이터 입력 장치는 키보드 타입이다.

상기 장치의 또 다른 특정 실시 예에서, 상기 데이터 출력 장치는 스크린이다.

본 출원은 또한 내부 채널을 가공하기 위한 장치를 작동시키기 위한 각각의 방법을 개시하는 것으로서, 상기 방법은:

- 상기 장치의 제어 유닛에서 하기의 작동 파라미터의 파라미터화 과정, 즉;

* 회전 운동의 프로그래밍;

* 종 방향 운동의 프로그래밍; 및

* 방사 방향 운동의 프로그래밍;

- 상기 프로그램된 종 방향 및 회전 운동에 따라 제어 유닛이 공작 기계에 명령을 내리는 과정; 및

- 상기 공작 기계가 회전 어댑터와 토크 콘에 의해 형성된 커플링 구조를 통해 절삭 공구로 전달되는 종 방향 및 회전 운동을 발생시키는 과정;

- 상기 토크 콘이, 상기 프로그래밍 된 방사 방향 운동에 따라, 상기 프로그래밍 된 값을 기반으로 접이식 블레이드(retractable blades)의 리프트 정도를 지시하는 역할을 수행하는 커맨드 로드를 작동시키는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 출원은 드릴링(drilling), 밀링(milling) 및 터닝(turning)을 위한 공작 기계와 같은 회전 및 종 방향 운동을 발생시키도록 구성된 기계적 드릴링 장치에 결합 가능한, 내부 채널을 가공하기 위한 장치를 기술한다. 본 장치를 사용하여, 상기 장치에 내부 채널들을 가공할 수 있는 능력을 제공하는 것이 가능하며, 이로써 그것들에게는 통상적이지 않은 기능을 부여할 수 있다.

이를 위해, 내부 채널을 가공하기 위한 상기 장치는 커플링 구조, 제어 유닛 및 내부 채널을 가공하기 위한 도구(이하, 절삭 공구라 칭함)를 포함한다.

더욱이, 작업자에 의해 프로그래밍 된 일단의 파라미터들에 따라 절삭 공구의 동작을 가능케 하도록, 각각의 장치를 작동시키는 방법이 또한 기술된다.

이러한 목적을 위해, 상기 고안된 장치는, 공작 기계를 통하여 상기 장치의 동력 공급을 보장할 뿐만 아니라 그에 의해 생성된 회전 및 종 방향 운동을 상기 절삭 공구에 정확한 전달하는 것을 가능케 하는 커플링 구조를 사용하여, 기계장치(이하, 공작 기계라 지칭함) 내에 설치된다. 상기한 회전 및 종 방향 운동에 추가하여, 방사 방향 이동을 구성하는 것이 가능한데, 이것은 공작 기계의 작동을 명령하고 절삭 공구를 동작시키는 상기 장치의 제어 유닛에서 파라미터화 된다. 상기 제어 유닛의 프로그래밍은 작업자가 절삭 공구 및 각 운동역학의 한계를 구성하는 것을 가능하게 하는 사용자 인터페이스를 통해 이루어진다.

상기 커플링 구조는 공작 기계와 절삭 공구 사이의 연결을 담당하며, 일단에서는 공작 기계와 맞물리고 반대쪽 단부에서는 회전 인터페이스에 들어맞는 그립 테더(grip tether)로 구성된다. 후자는 도킹 메커니즘을 통해 상기 장치 자체에 서로 연결되는 회전 어댑터에 연결된다. 회전 어댑터는 이어서 토크 콘(torque cone)에 연결되며, 이것을 통해 절삭 공구에의 결합과 방사 방향 운동의 정확한 전달이 가능하다. 이러한 기계적인 변속기 체인은 작업자가 공작 기계에 의해 생성된 회전 및 종 방향 이동의 동작 및 상기 장치의 제어 유닛에서 프로그래밍 된 파라미터에 따라 절삭 공구에 적용될 방사 방향 이동의 동작을 제어할 수 있도록 만든다. 결과적으로, 공작 기계의 종 방향 운동을 가변형의 깊이로써 제어하고, 또한 회전 및 방사 방향의 운동을 제어하면서, 가공 중인 부품을 따라 내부 채널을 생성하는 것이 가능하다.

상기 장치의 제어 유닛은, 작업자가 삽입한 매개 변수를 기반으로, 회전 및 종 방향의 매개 변수, 말하자면, 전진 및 후진 이동과 관련하여 공작 기계를 작동시키고, 프로그래밍 된 방사 방향의 파라미터에 따라 절삭 공구를 작동시키는 역할을 한다. 이를 위해, 상기 장치의 제어 유닛은 또한, 공작 기계의 컨트롤러와의 상호작용이 가능하도록, 동작을 제어하기 위한 액세스를 가능하게 하는 통신 모듈을 포함한다. 따라서, 절삭 공구의 제어는 상기 장치와 공작 기계 사이의 물리적 연결을 통해 이루어지며, 커플링 구조에 의해, 특히, 회전 어댑터와 토크 콘 사이의 연결을 통해 가능하게 되며, 이러한 연결은 상기 도구에 프로그래밍 된 대로 제어 정보의 전달과 구현이 가능하게 한다.

상기 제어 유닛은 스크린과 같은 주변 데이터 출력 장치를 사용하는 시각적 컨텐츠와, 데이터를 시각화하기 위한 스크린이 그러한 기술을 지원하는 경우, 마우스 타입의 물리적 또는 촉각을 이용한 키보드의 주변 장치 입력 장치를 통한 파라미터 프로그래밍의 2가지 레벨에서 사용자와의 인터페이스를 설정한다.

절삭 공구는 절삭 면 및 내부 커맨드 로드(internal command rod)를 포함하되, 이것은 회전 어댑터를 통해 상기 장치에 연결된 토크 콘과 맞물린다. 예시적으로, 절삭 면은 실린더 형상을 가질 수 있으며, 이것은 절삭 실린더 헤드로 지칭된다. 상기 내부 커맨드 로드의 길이는 가변적이며, 상기 절삭 헤드 및, 더욱 연장 시, 절삭 공구의 유효 길이와 연관된다. 절삭 실린더 헤드는 그의 면에 삽입되는 적어도 하나의 접이식 블레이드(retractable blade)를 포함하되, 이것은 부품 내부에서 채널 가공의 역할을 수행한다. 이들 블레이드의 작동은 토크 콘을 통해 작업자에 의해 프로그래밍 된 방사 방향 파라미터에 따라, 다시 말하면, 내부 채널에 대해 소망하는 직경에 따라서 블레이드의 리프트 정도를 제어하는 상기 공구의 내부 로드(rod)에 의해 트리거링 된다. 사실상, 방사 방향 파라미터에 따라, 상기 토크 콘은 내부 로드를 작동시키되, 여기서 고정된 변위 간격으로 그의 종 방향의 이동은 절삭 블레이드를 대략 들어올리는 역할을 한다.

따라서, 회전, 종 방향 및 방사 방향 파라미터에 관한 상기 장치 제어의 프로그래밍은, 상이한 깊이로, 가공되는 부품을 따라서 내부 채널의 구성을 가능하게 한다.

상기 장치의 동작 방법과 관련하여 다음과 같은 단계가 실행된다.

- 공작 기계에서 장치의 조립;

- 가공한 부품의 정렬 및 고정;

- 상기 장치의 제어 유닛에서 동작 파라미터들의 파라미터화:

* 회전 운동의 프로그래밍;

* 종 방향 운동의 프로그래밍

* 방사 방향 운동의 프로그래밍.;

- 공작 기계가 종 방향 및 회전 운동을 발생시키되, 이들은 회전 어댑터와 토크 콘에 의해 형성된 커플링 구조를 통해 절삭 공구로의 전달함; 및

- 상기 프로그래밍 된 방사 방향 이동에 따라 토크 콘은 상기 프로그래밍 된 값에 기초하여 접이식 블레이드의 리프트 정도를 지시하는 역할을 하는 커맨드 로드를 작동시킴.

결과적으로, 내부 채널 가공 프로세스를 효과적으로 제어하는 것이 가능하고, 예컨대, 종 방향, 회전 및 방사 방향 파라미터의 프로그래밍을 통해 깊이와 폭을 특성화하는 치수를 구성할 수 있다.

본 출원의 더 나은 이해를 위해, 바람직한 실시 예들을 나타내는 하기의 도면을 참조하여 설명한다. 이들은 본 명세서에 개시된 기술을 제한하는 것을 의도하지 않는다.
도 1은 공작 기계를 통해 내부 채널을 가공하기 위한 장치를 나타내는 도면으로서, 해당 참조 부호는 다음의 구성요소를 나타낸다:
1: 장치;
2: 공작 기계(machine tool); 및
3: 절삭 공구(cutting tool).
도 2는 공작 기계를 통해 내부 채널을 가공하기 위한 장치의 분해도를 나타내는 도면으로서, 해당 참조 부호는 다음의 구성요소를 나타낸다:
1: 장치;
3: 절삭 공구;
4: 테더(tether);
5: 회전 인터페이스;
6: 회전 어댑터(rotating adapter);
7: 토크 콘(torque cone);
8: 내부 로드(internal rod); 및
9: 절삭 실린더 헤드(cutting cylinder head).
도 3은 절삭 공구를 나타내는 도면으로서, 해당 참조 부호는 다음의 구성요소를 나타낸다:
3: 절삭 공구;
7: 토크 콘;
8: 내부 로드;
9: 절삭 실린더 헤드; 및
10: 절삭 블레이드(cutting blade).
도 4는 절삭 공구의 내부와 절삭 블레이드의 작동 메커니즘을 예시하는 도면으로서, 해당 참조 부호는 다음의 구성요소를 나타낸다:
8: 내부 로드;
9: 실린더 헤드;
10: 절삭 블레이드; 및
11: 절삭 블레이드.

이하, 도면을 참조하여, 몇몇 실시 예들이 더 상세하게 설명되지만, 이들은 본 출원의 범위를 그것에만 한정하려는 것은 아니다.

공작 기계(2)는, 그 기계(2)에 연결된 테더(4)에 의해 제공되는 기계적 연결 체인을 통해, 상기 장치(1)의 커플링 구조의 회전 인터페이스(5)의 회전을 야기한다. 이러한 회전은, 상기한 장치(1), 절삭 공구(3) 및 공작 기계(2)의 전체 구조의 종 방향 이동과 함께 가공중인 부품에 내부 채널의 생성을 가능케 한다. 이들 채널은 전술한 2개의 움직임과 결합하여 상기 장치의 제어 유닛에서 오퍼레이터에 의해 프로그램되는 방사 방향 파라미터에 따라서 상이한 깊이를 가질 수 있다.

특정 실시 예에서, 상기 공작 기계(2)에 의해 부여되는 회전 운동은 최대 6000rpm 및 33kw의 동력을 가능케 한다. 회전 운동이 절삭 공구(3)로 전달될 수 있도록 하기 위해, 특히, 그의 내부 로드(8)는 회전 어댑터(6)에 결합되며, 이것은 이어서 회전 인터페이스(5)에 결합되어 고정 콘(7)과 함께 이동한다. 이러한 특정 실시 예에서, 절삭 공구(3)는 실린더 헤드(9)에 위치된 2개의 절삭 블레이드(10, 11)를 포함한다.

가공하고자 하는 부품의 가공 프로세스를 시작하기 위해, 상기 부품은 공작 기계(2)의 종 방향 이동의 작용에 의해 절삭 공구(3)와 함께 배치된다. 그리고 회전 운동이 이미 시작된 상태에서, 절삭 공구(3)는 이미 개방되어 있는 가공될 부품의 드릴 내로 삽입된다. 내부 채널을 생성하기 위해, 상기 장치(1)의 컨트롤러는, 가공할 각 부품의 특성에 따라 다를 수 있는 필요한 파라미터들(즉, 회전, 종 방향 및 방사 방향)을 정의한 후, 절삭 공구(3) 내부에 배치된 로드(8)에서 종 방향 이동을 유발하게 되며, 이것은 의도된 채널의 개방을 가능하게 하는 절삭 블레이드(10, 11)를 작동시킨다.

특정 실시 예에서, 상기 로드(8)의 종 방향 이동은 최대 150mm까지 연장될 수 있는데, 이는 컨트롤러에 의해 미리 파라미터화 되어 있다.

전술한 설명은 본 명세서에 제시된 실시 예들로 제한되지 않으며, 당해 기술 분야에 대한 통상적인 지식을 가진 사람이라면 후술하는 특허청구범위에 정의된 바와 같은 일반적인 개념을 벗어나지 않고 이를 변형할 수 있는 많은 가능성을 예측할 수 있을 것이다. 전술한 바람직한 실시 예들은 명백하게 서로 결합 가능하다. 후술하는 청구범위는 추가적으로 바람직한 실시 예들을 정의한다

Claims (10)

1. 내부 채널을 가공하기 위한 장치로서,
   - 공작 기계에 연결하기 위한 커플링 구조;
   - 상기 커플링 구조를 통해 상기 공작 기계에 연결되는, 내부 채널을 가공하기 위한 절삭 공구; 및
   - 상기 공작 기계 및 절삭 공구를 작동시키도록 구성된 계산 수단을 포함하는 제어 유닛을 포함하되;
   상기 커플링 구조는:
   - 상기 공작 기계에 연결하기 위한 회전 어댑터;
   - 상기 회전 어댑터에 연결되는 토크 콘; 및
   - 상기 토크 콘과 맞물리어 상기 절삭 공구를 작동시키는 커맨드 로드를 포함하는 것인 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 절삭 공구는 상기 커맨드 로드에 의해 작동되는 적어도 하나의 접이식 블레이드(retractable blade)가 장착된 절삭 면을 포함하는 것인 장치.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 공작 기계의 절삭 면은 가변형의 길이를 갖는 것인 장치.
   
4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서,
   상기 절삭 공구의 절삭 면은 실린더의 형상을 갖는 것인 장치.
   
5. 제3항에 있어서,
   상기 커맨드 로드의 길이는 상기 절삭 공구의 절삭 면의 길이에 의해 정의되는 것인 장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 제어 유닛은 상기 공작 기계의 컨트롤러와의 상호 작용을 형성하도록 구성된 통신 모듈을 포함하는 것인 장치.
   
7. 제1항 및 제6항에 있어서,
   상기 제어 유닛은 주변장치로서 적어도 하나의 입력 장치 및 적어도 하나의 데이터 출력 장치를 포함하는 것인 장치.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 데이터 입력 장치는 키보드 타입인 것인 장치.
   
9. 제7항에 있어서,
   상기 데이터 출력 장치는 스크린인 것인 장치.
   
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된, 내부 채널을 가공하는 장치를 작동시키는 방법에 있어서,
    - 상기 장치의 제어 유닛에서 하기의 작동 파라미터들의 파라미터화 과정,
    - 회전 운동의 프로그래밍;
    - 종 방향 운동의 프로그래밍; 및
    - 방사 방향 운동의 프로그래밍;
    - 상기 프로그램된 종 방향 및 회전 운동에 따라 상기 제어 유닛이 상기 공작 기계에 명령을 내리는 과정; 및
    - 상기 공작 기계가 회전 어댑터와 토크 콘에 의해 형성된 커플링 구조를 통해 상기 절삭 공구로 전달되는 종 방향 및 회전 운동을 발생시키는 과정; 및
    - 상기 토크 콘이, 상기 프로그래밍 된 방사 방향 운동에 따라, 상기 프로그래밍 된 값을 기반으로 접이식 블레이드의 리프트 정도를 지시하는 역할을 수행하는 커맨드 로드를 작동시키는 과정을 포함하는 방법.
    

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