KR20220076844A

KR20220076844A - 복합소재부품 가공용 스핀들 머신

Info

Publication number: KR20220076844A
Application number: KR1020200165754A
Authority: KR
Inventors: 이용일; 김봉구; 오희택; 조재원
Original assignee: 광명산업(주)
Priority date: 2020-12-01
Filing date: 2020-12-01
Publication date: 2022-06-08

Abstract

복합소재부품 가공용 스핀들 머신이 제공된다. 내부에 공간을 갖는 다면체 형상으로 형성되고, 개폐 가능한 도어를 포함하는 외관 프레임;과 상기 외관 프레임의 내측에 배치되어 대상물을 지지하고, 대상물의 높이 및 평탄도를 맞출 수 있는 베이스부; 및 상기 베이스부의 상단에 배치되어 대상물을 고정시키고, 대상물을 가공시킬 수 있는 측정부;를 포함하고, 상기 베이스부는, 판형 부재로 형성되되, 가장자리가 하측으로 절곡 형성되고, 측면에는 다수 개의 홀을 포함하고, 석정반으로 형성되어, 진동 흡수 및 내마모성을 갖는 특징이 있는 제1지지부; 및 상기 제1지지부와 수직되게 배치되고, 석정반으로 형성되어 진동 흡수 및 정확한 수직도를 맞출 수 있는 특징이 있는 제2지지부;를 포함하는, 스핀들 머신이 제공될 수 있다.

Description

복합소재부품 가공용 스핀들 머신 {SPINDLE MACHINE FOR PROCESSING COMPOSITE MATERIAL PARTS}

본 발명은 복합소재부품 가공용 스핀들 머신에 관한 것이다.

스핀들 머신(Spindle Machine)은 스핀들이 고속 회전되면서 각종 가공물을 가공하는 장치로써, 다양한 정밀 부품의 가공을 위해 사용된다. 이 중에서도, 복합소재부품을 가공하기 위해서는 고주파 스핀들이 주로 사용된다. 고주파 스핀들은 50,000RPM 이상의 회전수로 고속 회전되면서 복합소재부품을 가공한다.

스핀들 머신은 베이스의 상부에 가공물이 배치되고, 가공물의 후편에는 스핀들 모터가 이동할 수 있는 Z축 이송기구가 배치된다. 스핀들 모터는 상하 이동하여 가공물을 가공하게 된다. 이때, 통상적으로 베이스 및 Z축 이송기구는 제관을 통해 용접 구조물로 형성된다.

보다 상세하게는, 스핀들 머신은 스핀들에 툴(tool)을 장착하여 스핀들을 회전시킴으로써 가공물을 가공할 수 있다. 스핀들 머신은 크게 보링 머신(Boring Machine), 밀링 머신(Milling Machine) 및 드릴링 머신(Drilling Machine) 등을 들 수 있다. 보링 머신은 가공물에 이미 뚫려 있는 홀을, 넓히는 작업을 주목적으로 하고, 밀링 머신은 가공물에 밀링 커터를 회전시켜 평면 절삭, 홈 절삭, 절단 등 복잡한 절삭이 가능하도록 한다. 드릴링 머신은 회전하는 스핀들에 절삭 공구를 장착하여, 이것을 회전시킴과 동시에 상하운동을 시켜 가공물에 홀을 뚫는 것을 목적으로 한다.

이러한 고주파 스핀들에 관련해서는 대한민국 등록특허 제0415020호(2003년 12월 30일 등록)가 있다. 본 선행 기술에서는 필요에 따라 공구가 장착되는 스핀들을 고속 또는 저속으로 회전시켜, 소재를 운반하지 않고도 1대의 공작기계에서 황삭은 물론 정밀 가공을 동시에 수행할 수 있도록 한 것이다.

그러나, 통상의 스핀들 머신은 초기에는 정확한 발란싱이 맞도록 가공되지만, 스핀들 머신의 작동 시 발생되는 진동의 영향으로 가공 정확도가 떨어진다. 따라서, 120,000RPM 이상의 초고속 스핀들 머신의 개발에 어려운 점이 있다. 특히, 일체형 베이스의 스핀들 머신의 경우, Z축 이송 기구의 수직도를 맞추기 어려워 정확도가 낮아지는 문제점이 있다.

등록특허 제10-0415020호 (2003. 12. 30. 등록)

본 발명은 복합소재부품의 가공 시, 가공 정확도가 개선될 수 있는 스핀들 머신을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 내부에 공간을 갖는 다면체 형상으로 형성되고, 개폐 가능한 도어를 포함하는 외관 프레임;과 상기 외관 프레임의 내측에 배치되어 대상물을 지지하고, 대상물의 높이 및 평탄도를 맞출 수 있는 베이스부; 및 상기 베이스부의 상단에 배치되어 대상물을 고정시키고, 대상물을 가공시킬 수 있는 측정부;를 포함하고, 상기 베이스부는, 판형 부재로 형성되되, 가장자리가 하측으로 절곡 형성되고, 측면에는 다수 개의 홀을 포함하고, 석정반으로 형성되어, 진동 흡수 및 내마모성을 갖는 특징이 있는 제1지지부; 및 상기 제1지지부와 수직되게 배치되고, 석정반으로 형성되어 진동 흡수 및 정확한 수직도를 맞출 수 있는 특징이 있는 제2지지부;를 포함하는, 스핀들 머신이 제공될 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 스핀들 머신은 지지부를 석정반으로 제작하여 가공 정확도가 향상되는 특징이 있다. 또한, 소프트웨어 제어 방식의 제어 모듈을 이용하여 일부 가공 및 상승을 반복하는 방식으로 대상물을 가공할 수 있다. 따라서, 대상물 및 스핀들 모터에 무리가 가지 않도록 대상물을 가공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 머신의 정면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 스핀들 머신의 측면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 스핀들 머신의 작동상태도이다.

이하, 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 다만, 이하의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위가 이하의 실시예들에 한정되는 것은 아님을 알려둔다. 이하의 실시예들은 해당 기술 분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로, 불필요하게 본 발명의 기술적 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 공지의 구성에 대해서는 상세한 기술을 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 머신의 정면도이다. 도 2는 도 1에 도시된 스핀들 머신의 측면도이다.

도 1 내지 2를 참조하면, 본 실시예의 스핀들 머신(100)은 내부에 공간을 갖는 다면체의 외관 프레임(110)의 내부에 측정부(130)가 배치되고, 측정부(130)의 하측에는 측정부(130)를 지지하는 베이스부(120)가 배치될 수 있다. 스핀들 머신(100)은 스핀들 모터(133)를 통해 다양한 부품을 가공하기 위해 사용되나, 본 실시예에서는 복합소재부품의 가공을 위해 가공 정확도가 개선된 스핀들 머신(100)이 제공될 수 있다.

스핀들 머신(100)은 외관 프레임(110), 베이스부(120) 및 측정부(130)를 포함할 수 있다.

외관 프레임(110)은 내부에 공간을 갖는 다면체 형상으로 형성될 수 있다. 외관 프레임(110)은 내부에 후술할 베이스부(120) 및 측정부(130)가 배치될 수 있다. 바람직하게, 외관 프레임(110)은 전면부에 개폐할 수 있는 도어를 포함할 수 있다. 또한, 외관 프레임(110)의 하측에는 다수 개의 이동바퀴가 배치되어 스핀들 머신(100)의 이동을 용이하게 할 수 있다. 필요에 따라, 외관 프레임(110)은 투명한 소재로 형성될 수 있다. 이와 같은 경우, 작업자는 외관 프레임(110)의 내부에서의 작업상황을 용이하게 확인할 수 있다.

또한, 본 실시예의 외관 프레임(110)은 제어모듈(111)을 포함할 수 있다.

제어모듈(111)은 외관 프레임(110)의 외측에 배치되어, 스핀들 머신(100)의 작동을 제어할 수 있다. 제어모듈(111)은 후술할 측정부(130)와 연결되어 스핀들 모터(133)의 작동 및 상하 이동을 제어할 수 있다. 바람직하게, 제어모듈(111)은 비상정지 버튼을 포함하여, 비상정지 버튼을 작동시키면 측정부(130)의 모든 동작이 정지되도록 지시할 수 있다.

한편, 베이스부(120)는 외관 프레임(110)의 내측에 배치될 수 있다. 베이스부(120)의 상단에는 후술할 측정부(130)가 배치될 수 있다. 베이스부(120)는 하단 및 상단에 측정부(130)를 단단하게 지지해줄 수 있는 구조물이 대략 'L'과 같은 형상으로 배치될 수 있다. 베이스부(120)는 측정부(130)에서 발생되는 진동을 저감시킬 수 있다.

또한, 본 실시예의 베이스부(120)는 하부 프레임(121)을 포함할 수 있다.

하부 프레임(121)은 소정 정도의 높이를 갖는 철제 구조물로 형성될 수 있다. 하부 프레임(121)은 작업자가 작업하기 용이한 높이로 대상물을 배치하기 위해 형성될 수 있다. 하부 프레임(121)의 하측은 외관 프레임(110)의 내측 하부와 연결 고정될 수 있다. 하부 프레임(121)의 상측에는 후술할 제1지지부(122)가 배치될 수 있다. 하부 프레임(121)과 제1지지부(122)의 사이에는 연결고정부(121a)가 배치되어, 하부 프레임(121)과 제1지지부(122)를 연결 고정시킬 수 있다.

하부 프레임(121)의 상측에는 다수 개의 연결고정부(121a)가 배치될 수 있다.

연결고정부(121a)는 판형 부재와 체결 부재로 구성될 수 있다. 연결고정부(121a)는 후술할 제1지지부(122)와 연결되어, 하부 프레임(121)과 제1지지부(122)을 연결 고정시킬 수 있다. 더욱 자세하게는, 제1지지부(122)의 측부에 형성된 홀을 통해 제1지지부(122)의 내부에서부터 외측으로 볼트와 같은 체결 부재가 돌출 배치될 수 있다. 하부 프레임(121)의 상측에 판형 부재로 배치된 연결고정부(121a)에 제1지지부(122)에서부터 돌출 배치된 볼트형 체결 부재가 끼워지고, 끼워진 볼트형 체결 부재에 너트형 체결 부재를 결합하는 방식으로 하부 프레임(121)과 제1지지부(122)가 결합 고정될 수 있다.

또한, 본 실시예의 베이스부(120)는 제1지지부(122)를 포함할 수 있다.

제1지지부(122)는 하부 프레임(121)의 상단에 배치될 수 있다. 제1지지부(122)는 다면체 형상의 판형 부재로 형성될 수 있다. 예컨대, 제1지지부(122)는 사각형 형상으로 형성될 수 있다. 제1지지부(122)는 가장자리가 하측 방향으로 절곡 형성될 수 있다. 바람직하게, 제1지지부(122)의 측면에는 다수 개의 홀이 형성될 수 있다. 제1지지부(122)의 측면에 형성된 홀은 홀을 관통하는 체결부재를 연결하여 하부 프레임(121)과 제1지지부(122)를 연결 고정시킬 수 있다.

또한, 본 실시예의 베이스부(120)는 제2지지부(123)를 포함할 수 있다.

제2지지부(123)는 제1지지부(122)의 일측에 제1지지부(122)와 수직된 방향으로 배치될 수 있다. 제2지지부(123)는 다면체 형상의 판형 부재로 형성될 수 있다. 예컨대, 제2지지부(123)는 후술할 측정부(130)의 후편에 배치될 수 있다. 제2지지부(123)는 제1지지부(122)와 수직을 이루며 배치되어, 후술할 스핀들 모터(133) 및 스테이지부(131)가 수직 각도로 접촉될 수 있도록 한다.

한편, 제1지지부(122) 및 제2지지부(123)는 석정반이 사용될 수 있다. 따라서, 종래의 지지부(122, 123)에 철제 구조물을 사용하는 것과 달리 석정반을 사용함에 따른 장점이 있다. 먼저, 석정반은 표면에 돌기나 홈이 생기지 않는 내마모성을 가져 사용 시간에 따라서도 평탄도가 변화없이 유지될 수 있다. 또한, 석정반이 진동을 흡수하는 역할을 하여 대상물의 가공 정확도가 향상될 수 있다. 또한, 오랜 시간 사용에도 적게 변형되는 석정반의 특성으로 인해, 제1지지부(122)와 제2지지부(123)간의 수직도를 만족할 수 있다. 따라서, 대상물의 가공 정확도가 향상될 수 있다.

한편, 본 실시예의 스핀들 머신(100)은 측정부(130)를 포함할 수 있다.

측정부(130)는 베이스부(120)의 상단에 배치될 수 있다. 측정부(130)는 대상물이 배치되고, 배치된 대상물을 가공할 수 있는 구조물이 배치될 수 있다.

본 실시예의 측정부(130)는 스테이지부(131)를 포함할 수 있다.

스테이지부(131)는 제1지지부(122)의 상단에 배치될 수 있다. 스테이지부(131)는 상단은 평탄한 판형 부재로 형성될 수 있다. 스테이지부(131)의 상단에는 길이 방향으로 배치된 반복적인 형상의 홈이 배치될 수 있다. 스테이지부(131)의 상단에 형성된 홈은 외측이 좁고 내측으로 갈수록 넓은 면적으로 형성되어 대상물 또는 별도의 부재를 끼움 고정할 수 있다. 스테이지부(131)의 상단에는 가공하기 위한 대상물이 배치될 수 있다. 또는, 대상물을 고정시키기 위해 스테이지부(131)의 상단에는 홀더와 같은 별도의 구조물이 배치되어 대상물을 고정시킬 수 있다. 스테이지부(131)의 상단 판형 부재의 하단에는 X축 및 Y축 방향의 리드스크류가 배치되어, 스테이지부(131)를 X축 및 Y축 방향으로 이동시킬 수 있다.

스테이지부(131)는 X축 조절레버(131a)와 Y축 조절레버(131b)를 포함할 수 있다.

스테이지부(131)의 판형 부재 하단에 배치된 X축 및 Y축 방향의 리드스크류에 각각 X축 조절레버(131a)와 Y축 조절레버(131b)가 연결되어, 레버를 회전시키는 방법으로 스테이지부(131)의 위치를 미세하게 조정할 수 있다.

본 실시예의 측정부(130)는 스핀들 이송라인(132)을 포함할 수 있다.

스핀들 이송라인(132)은 제2지지부(123)의 외측에 상측에서 하측 방향으로 배치될 수 있다. 스핀들 이송라인(132)은 후술할 스핀들 모터(133)가 이동할 수 있는 레일로 형성될 수 있다. 스핀들 이송라인(132)의 상단에는 이송모터(132a)가 배치될 수 있다. 이송모터(132a)는 스핀들 모터(133)의 이송부(133a)와 연결되어 스핀들 모터(133)를 상하로 이동시킬 수 있다.

본 실시예의 측정부(130)는 스핀들 모터(133)를 포함할 수 있다.

스핀들 모터(133)는 고주파 스핀들이 배치될 수 있다. 스핀들 모터(133)는 대상물을 가공하기 위해 회전하는 장치이다. 기계적 물성이 높은 복합소재부품을 가공하기 위해서는 스핀들 장치 중에서도 고주파의 스핀들 모터(133)가 적용될 수 있다. 스핀들 모터(133)는 널리 공지된 기술이므로 더욱 상세한 설명은 생략하기로 한다.

스핀들 모터(133)는 이송부(133a)를 포함할 수 있다.

이송부(133a)는 스핀들 모터(133)의 후방에 구비될 수 있다. 이송부(133a)는 스핀들 이송라인(132)과 대응되는 형상으로 형성되어 스핀들 이송라인(132)에 끼움 고정될 수 있다. 또한, 이송부(133a)는 이송모터(132a)와 연결되어 스핀들 이송라인(132)을 상하로 이동할 수 있다.

도 3은 도 1에 도시된 스핀들 머신의 작동상태도이다.

도 3을 참조하여, 이상과 같은 스핀들 머신(100)의 작동 과정을 살펴보면 다음과 같다.

제어모듈(111)을 통해 스핀들 모터(133)를 대상물의 표면까지 하강시킨다. 대상물을 일부 가공한 후 스핀들 모터(133)가 소정 정도 높이까지 상승하였다가 다시 하강하여 대상물을 가공시킨다. 예컨대, 대상물을 10mm의 깊이까지 가공하는 경우, 스핀들 모터(133)는 3mm 깊이까지 가공 후 소정 높이까지 상승한다. 이어서, 스핀들 모터(133)는 6mm 깊이까지 가공 후 소정 높이까지 상승한다. 위와 같은 과정을 반복하여 최종 가공 형상까지 가공하게 된다. 한 번에 대상물을 가공시키는 경우, 스핀들 모터(133) 및 가공 대상물에 무리가 가해질 수 있다. 따라서, 한 번에 가공하지 않고 수 회에 나누어 가공하는 방식으로 장비 및 가공 대상물에 무리가 가지 않도록 가공할 수 있다. 위와 같이 수 회에 나누어 가공하는 방식은 소프트웨어 제어 방식을 적용한 제어 모듈(111)을 통해 지시할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 스핀들 머신은 지지부를 석정반으로 제작하여 가공 정확도가 향상되는 특징이 있다. 지지부를 석정반을 적용하여 스핀들 머신의 작동 시 발생되는 진동을 흡수하고, 진동을 억제하는 효과가 있다. 또한, 석정반은 스크래치 발생이 억제되는 내마모성이 있기 때문에, 오랜 시간 사용시에도 평탄도가 유지될 수 있다. 따라서, 오랜 시간 사용시에도 스핀들 머신의 가공 정확도가 유지될 수 있는 장점이 있다.

또한, 소프트웨어 제어 방식의 제어 모듈을 이용하여 일부 가공 및 상승을 반복하는 방식으로 대상물을 가공할 수 있다. 따라서, 대상물 및 스핀들 모터에 무리가 가지 않도록 대상물을 가공할 수 있다. 한 번에 대상물을 가공하게 되면 스핀들 모터 및 대상물에 무리가 가게 되어 과열 및 잦은 고장의 원인이 될 수 있다. 따라서, 소프트웨어 제어 방식의 제어 모듈을 적용하여, 스핀들 모터 및 이송 모터의 작동 방식을 조정하여 일부 가공 및 소정 정도 상승하는 과정을 반복하도록 설정할 수 있다. 따라서, 대상물 및 스핀들 모터에는 무리가 가지 않는 방식으로 대상물을 가공할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

100: 스핀들 머신 110: 외관 프레임
111: 제어모듈 120: 베이스부
121: 하부 프레임 122: 제1지지부
123: 제2지지부 130: 측정부
131: 스테이지부 132: 스핀들 이송라인
133: 스핀들 모터

Claims

내부에 공간을 갖는 다면체 형상으로 형성되고, 개폐 가능한 도어를 포함하는 외관 프레임(110);
상기 외관 프레임(110)의 내측에 배치되어 대상물을 지지하고, 대상물의 높이 및 평탄도를 맞출 수 있는 베이스부(120); 및
상기 베이스부(120)의 상단에 배치되어 대상물을 고정시키고, 대상물을 가공시킬 수 있는 측정부(130);를 포함하고,
상기 베이스부(120)는,
판형 부재로 형성되되, 가장자리가 하측으로 절곡 형성되고, 측면에는 다수 개의 홀을 포함하고, 석정반으로 형성되어, 진동 흡수 및 내마모성을 갖는 특징이 있는 제1지지부(122); 및
상기 제1지지부(122)와 수직되게 배치되고, 석정반으로 형성되어 진동 흡수 및 정확한 수직도를 맞출 수 있는 특징이 있는 제2지지부(123);를 포함하는, 스핀들 머신.
청구항 1에 있어서,
상기 베이스부(120)는,
소정 정도의 높이를 갖는 철제 구조물로 형성되되, 상기 제1지지부(122)의 하단에 배치되는 하부 프레임(121);을 포함하고,
상기 하부 프레임(121)은,
상기 하부 프레임(121)의 상측과 상기 제1지지부(122)의 측면과 고정되되, 상기 제1지지부(122)의 측면에 형성된 홀을 관통하는 체결부재가 상기 하부 프레임(121)의 상측에 구비된 판형 부재를 관통하여 체결되고, 상기 하부 프레임(121)과 상기 제1지지부(122)의 사이에 다수 개가 배치되는 연결고정부(121a);를 포함하는, 스핀들 머신.
청구항 1에 있어서,
상기 외관 프레임(110)은,
상기 외관 프레임(110)의 외측에 배치되고, 상기 측정부(130)와 연결되어, 상기 측정부(130)의 작동을 제어할 수 있는 제어모듈(111);을 포함하는, 스핀들 머신.
청구항 1에 있어서,
상기 측정부(130)는,
상기 제1지지부(122)의 상단에 배치되고, 상부 표면에는 길이 방향으로 반복 배치된 다수 개의 홈이 포함되되, 상기 홈은 내측으로 갈수록 넓은 면적을 갖는, 스테이지부(131);를 포함하고,
상기 스테이지부(131)는,
상기 스테이지부(131)의 하단에 X축 방향으로 이동 가능한 리드스크류가 배치되고, 상기 리드스크류의 단부에 회전 레버가 구비되어, 상기 스테이지부(131)를 X축 방향으로 위치 조정이 가능한 X축 조절레버(131a); 및
상기 스테이지부(131)의 하단에 Y축 방향으로 이동 가능한 리드스크류가 배치되고, 상기 리드스크류의 단부에 회전 레버가 구비되어, 상기 스테이지부(131)를 Y축 방향으로 위치 조정이 가능한 Y축 조절레버(131b);를 포함하는, 스핀들 머신.
청구항 1에 있어서,
상기 측정부(130)는,
상기 제2지지부(123)의 외측에 배치되되, 상측에서 하측으로 배치되고, 레일 형상으로 형성되어, 상부에는 이송모터(132a)가 배치되는 스핀들 이송라인(132); 및
고속 회전하여 대상물을 가공할 수 있고, 후편에는 상기 이송모터(132a)와 연결되는 이송부(133a)가 배치되고, 상기 이송부(133a)는 상기 스핀들 이송라인(132)과 대응되는 형상으로 형성되어, 상기 스핀들 이송라인(132)을 따라 상하 이동이 가능한 스핀들 모터(133);를 포함하는, 스핀들 머신.
청구항 5에 있어서,
상기 스핀들 모터(133)는,
상기 제어모듈(111)의 지시에 의해, 하강하여 대상물을 일부 가공 후 상승하는 과정을 대상물이 목표치까지 가공될 때까지 반복하는 것을 특징으로 하는, 스핀들 머신.