KR20230027574A

KR20230027574A - 공작기계

Info

Publication number: KR20230027574A
Application number: KR1020210109530A
Authority: KR
Inventors: 오지한; 공덕근
Original assignee: 한화정밀기계 주식회사
Priority date: 2021-08-19
Filing date: 2021-08-19
Publication date: 2023-02-28
Also published as: WO2023022315A1

Abstract

본 발명은 공작기계에 관한 것으로, 피삭재를 장착하여 절삭하는 공구대를 포함하는 공작기계에 있어서, 공구대는, 제1 열팽창계수를 갖으며, 단부에서 타단부로 소정의 면적을 가지는 안착면을 구비한 베이스 프레임, 제1 열팽창계수와 상이한 제2 열팽창계수를 가지며 안착면에 대응되게 탈부착되어 교체 가능하게 구비되는 적어도 하나의 플레이트 및 플레이트를 베이스 프레임에 체결하기 위한 체결부를 포함할 수 있다.
또한, 상기와 같은 공작기계는, 실시예에 따라 다양하게 구현될 수 있다.

Description

공작기계{Machine tool}

본 발명은 공작기계에 관한 것으로, 예컨대 기구의 특성 변화 없이 기구물과 열팽창 계수를 달리하는 부재를 부착/삽입하여 물리적으로 원하지 않는 변위를 최소화함은 물론 원하는 방향으로 변위 발생을 유도하여 열변위를 보상할 수 있도록 하는 공작기계에 관한 것이다.

공작기계는 모터, 앰프, 콘덴서 등 전장부품의 발열과, 피삭재를 가공하며 발생하는 공구와 소재 간의 마찰열로 인한 발열원이 발생된다. 이러한 공작기계의 가공 중 열이 발생되어 공작기계 전체의 온도를 상승시킨다. 또한, 공작기계에서 가공 효율을 높이기 위해 사용하는 절삭유 등은 많은 양의 열을 흡수하지만, 이로 인해 절삭유 전체의 온도상승은 공작기계 전체의 온도를 상승시키게 된다.

공작기계에서 가공 중에 발생되는 열은 공작기계의 주변 공기와 만나 일정한 온도로 열평형이 발생되면서 지속적으로 변위가 가변되며, 절삭유는 외부 공기와 접촉해 일정한 온도까지 상승하다가 열평형 상태에 이를 때까지 각 소재의 열팽창계수만큼 열변위가 지속적으로 일어나다가 안정화 상태에 도달하게 되면 멈추게 된다.

이러한 공작기계의 가공 중에 발생되는 열은 물론 절삭유에 의해 공작기계의 전체 온도가 올라가게 되고, 이로 인해 공구대 전체의 온도가 상승되며, 이로 인해 공구대 프레임은 열변형이 발생될 수 있다.

이러한 공구대 프레임의 열변형으로 인해, 피삭재의 가공 시 공구대 프레임이 피삭재로부터 멀어지거나 가까워지게 됨에 따라 가공이 용이하지 않게 되고, 더불어 계속되는 열변형으로 인해 가공이 일정하지 않거나, 정확한 가공을 하지 못하는 경우가 발생되는 문제점이 있다.

상기와 같은 열변위가 지속적으로 일어나는 것을 최소화하거나 발열에 따라 안정화 상태에 최대한 빨리 도달하고자 공작기계에 합성 주물(미하나이트) 또는 세라믹 등 기계적인 성질이 우수한 소재를 이용해 열 변위를 최소화하려고 하고 있다. 이러한 합성 주물은 가격 또는 생산성, 안전성 등 여러 문제로 아직까지 GC, GCD 등의 주물 소재가 공작기계의 베드나 공구대의 소재로 많이 사용되고 있다.

예를 들어, 공구를 지지하는 부분과 피삭재를 지지하는 부분의 열 변위가 같은 방향 또는 반대 방향으로 이동되도록 유도하여 열 변위를 최소화하려고 한다. 하지만 공구기계의 구조상의 외팔보 형태 등에 형상을 가짐에 따라 일방적인 상대변화가 일어나게 된다. 그러나 이 경우 기구적으로 보정할 방법이 없어 학습을 통해 가공품에 맞추어 공작 기계를 조작하고 가공해야만 정밀한 완성품을 얻을 수 있게 된다.

이는 숙련된 노하우나 고도의 제어기술이 요구되어 지며, 비효율적인 생산성으로 인해 효율이 저하될 수밖에 없다.

또한, CAE는 공작기계의 실제구조보다 단순화하는 경향이 많아 시뮬레이션 시 현실과 괴리가 있다. 또한, 이러한 괴리를 좁히기 위해 공작기계를 완성 후 안정화 시간까지 작동하여 원하는 수준의 정밀도가 나오는지 계측기나 센서로 측정해 오차를 좁혀 나가거나, 실제로 발생한 오차를 서보모터에 추가적인 지령으로 제어하여 원하는 값으로 정밀하게 제어하기도 한다. 그러나, 공작기계 등은 비수용성 절삭유 환경에서 공작물을 제작하고, 기계 가공 중 내부에 불순물이 가득한 상태이기 때문에, 계측기나 센서는 오작동을 일으키기 쉽다. 또한, 공작기계에서 가공하는 피삭재의 종류나 절삭 깊이나 이송속도, 특정 공구의 사용량 등 다양한 변수가 발생할 수 있다.

이러한 문제를 방지하고자 냉각장치를 이용해 절삭유를 냉각시키도 하지만 정밀한 공작기계에서 급격하게 낮아진 온도의 절삭유 등은 가공에 좋지 않은 영향을 미침은 물론 열평형 상태에 도달하는 것을 방해할 수 있다

이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 공작기계가 가공 중에 발생하는 기계 전체의 열변위로 인해 가공품의 품질에 영향을 미치는 것을 전기적인 제어 없이 기계적으로 보정할 수 있도록 하는 공작기계의 필요성이 요구되고 있다.

국내 등록특허 제10-0730811호(2007.06.14)

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 공작기계의 공구대 프레임에, 공구대 프레임과 열팽창 계수가 상대적으로 다른 이종재질을 탈부착 가능하게 구비하여, 물리적으로 원하지 않는 변위를 최소화하거나, 변위 방향을 반대로 바꿀 수 있도록 하여, 기구의 기존 감성과 감쇠 성능을 그대로 보존하면서 원하는 방향으로 더 큰 변위를 획득할 수 있도록 하는, 공작기계를 제공하고자 한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 공작기계는,

피삭재를 장착하여 절삭하는 공구대를 포함하는 공작기계에 있어서, 상기 공구대는,

제1 열팽창계수를 갖으며, 단부에서 타단부로 소정의 면적을 가지는 안착면을 구비한 베이스 프레임;

상기 제1 열팽창계수와 상이한 제2 열팽창계수를 가지며 상기 안착면에 대응되게 탈부착되어 교체 가능하게 구비되는 적어도 하나의 플레이트; 및

상기 플레이트를 상기 베이스 프레임에 체결하기 위한 체결부를 포함할 수 있다.

상기 안착면은 상기 베이스 프레임의 측면이나 상기 베이스 프레임의 지지부 중 적어도 하나에 구비될 수 있다.

상기 안착면은 상기 베이스 프레임의 엘엠 가이드의 대향하는 일면의 전체 형상에 대응되는 크기로 구비될 수 있다.

상기 안착면은 상기 베이스 프레임의 엘엠 가이드의 대향하는 일면의 전체 형상에 대응되는 크기로 구비되되, 복수개로 구획 구비될 수 있다.

상기 플레이트의 일면은 상기 안착면의 내측 일면에 밀착되고,

상기 플레이트의 측면부들은 상기 안착면의 내측 측면과 소정 이격되어 갭을 형성할 수 있다.

상기 갭은 0.1mm~0.3mm 범위를 가질 수 있다.

상기 체결부는,

상기 플레이트에 적어도 하나 구비되는 체결홀;

상기 안착면에 구비되고, 상기 체결홀에 대응되는 체결홈; 및

상기 체결홀을 통해 상기 체결홈에 체결되어 상기 플레이트를 상기 안착면에 결합하는 체결부재를 포함할 수 있다.

상기 베이스 프레임이 상기 공작기계의 본체에 고정되는 바닥면에서 일방향으로 돌출되는 형상을 가지되,

상기 플레이트의 상기 제2 열팽창계수가 상기 베이스 프레임의 상기 제1 열팽창계수보다 높으면, 상기 공구대의 바닥면에서 일단부로 갈수록 신축되고,

상기 플레이트의 상기 제2 열팽창계수가 상기 베이스 프레임의 상기 제1 열팽창계수보다 낮으면, 상기 공구대의 일단부에서 바닥면으로 갈수록 신축될 수 있다.

상기 플레이트는 복수개의 블록으로 구비되어, 상기 복수개의 블록이 상기 안착면에 서로가 서로에게 소정 갭을 가지며 실장될 수 있다.

상기 블록은 동일한 크기를 가지며 N x M 배열로 상기 안착면에 실장될 수 있다.

상기 복수의 블록들이 상기 안착면에 결합되어 상기 공구대에 가해지는 열변위와 상기 플레이트들의 열팽창에 의해 상기 공구대를 설정된 각도만큼 회전되게 할 수 있다.

상기 안착면은 구획리브를 통해 복수개의 블록홈으로 구획되며,

상기 플레이트는 상기 블록홈의 크기에 대응되어 실장되는 블록들로 구비될 수 있다.

상기 베이스 프레임에는 단부에서 바닥면까지 중공부가 형성되고,

상기 중공부에는 상기 중공부를 구획하며 상기 제1 열팽창계수와 상이한 제3 열팽창계수를 가지는 리브부가 더 구비될 수 있다.

상기 공구대는 주물 재질을 포함하여 이루어지고,

상기 플레이트는 알루미늄 재질을 포함하여 이루어질 수 있다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 공작기계는, 기존 공작기계의 프레임에 추가적으로 프레임과 열팽창계수가 상대적으로 다른 부재를 탈부착 가능하게 구비함으로써, 프레임의 기존 강성과 감쇠 기능은 그대로 유지하면서 인위적으로 원하는 방향으로 부족한 변위만큼 변위를 더 발생시킬 수 있어, 공작기계의 전체적인 온도 상승에 따른 열변형의 발생 시에도, 공구대 프레임의 피삭재의 가공 측으로 위치되도록 하여 가공 정밀성을 확보할 수 있고 안정적인 가공을 가능하게 하며, 가공 신뢰성을 확보할 수 있는 이점이 있고, 공구대 프레임의 안정화 시간까지 피삭재의 크기가 시간에 따라 변하지 않도록 할 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 일방향 분리 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 일방향 결합사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 다른 방향 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 일방향 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 일방향 단면 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계에서, 하나의 안착면에 복수개의 블록으로 구비된 플레이트가 실장되는 공구대를 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계에서, 하나의 안착면에 복수개의 블록으로 구비된 플레이트가 실장되는 공구대를 개략적으로 나타내는 결합 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계에서, 블록들의 실장 형태를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계에서, 블록들의 다른 실장 형태를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계에서, 복수개로 구획된 안착면에 복수개의 블록으로 구비된 플레이트가 실장되는 공구대를 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계에서, 복수개로 구획된 안착면에 복수개의 블록으로 구비된 플레이트가 실장되는 공구대를 개략적으로 나타내는 결합 사시도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계에서, 공구대의 플레이트가 서로 다른 위치에 구비된 상태를 개시한 사시도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계에서, 공구대의 플레이트 위치에 따른 각 부위별 변위를 나타내는 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 공정 단계들, 잘 알려진 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 포함한다(comprises) 및/또는 포함하는(comprising)은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 의미로 사용한다. 그리고, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 개략도들을 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 또한 본 발명에 도시된 각 도면에 있어서 각 구성 요소들은 설명의 편의를 고려하여 다소 확대 또는 축소되어 도시된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 공작기계(10)를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대하여 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계(10)의 일방향 분리 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계(10)의 일방향 결합 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계(10)의 다른 방향 평면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계(10)의 일방향 평면도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계(10)의 일방향 단면 사시도이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 피삭재를 장착하여 절삭하는 공구대(100)를 포함하는 공작기계(10)는 물리적으로 원하지 않는 변위를 최소화하거나 변위 방향을 반대로 바꿀 수 있도록 구비되는 것을 특징으로 하며, 이를 위해 열평형계수가 상대적으로 다른 부재의 탈부착을 통해 원하는 방향으로 더 큰 변위를 얻도록 구비될 수 있다.

구체적으로 본 발명의 공구대(100)는 베이스 프레임(110), 플레이트(120) 및 체결부(130)를 포함할 수 있다.

상기 베이스 프레임(110)은 제1 열팽창계수를 갖으며, 주물을 포함한 다양한 재질로 이루어질 수 있다. 상기 베이스 프레임(110)은 공작기계(10)의 본체에 고정되는 바닥면과, 바닥면에서 일방향(이하 '상부방향'이라고 함. 다만, 본체에 결합된 위치에 따라 다양한 방향이 될 수 있을 것이다.)으로 돌출되어 상부의 단부가 구비될 수 있다.

상기 베이스 프레임(110)의 내측으로는 단부에서 바닥면까지 중공부(115)가 형성될 수 있고, 상기 상단에는 서보 모터(11)가 실장될 수 있으며, 상기 서보 모터(11)와 연결되는 볼 스크류(12)와 커플링(13)이 구비될 수 있다.

상기 베이스 프레임(110)의 일면에는 복수의 엘엠(LM) 가이드가 형성된 가이드면(14)이 형성될 수 있다.

상기 베이스 프레임(110)의 상기 가이드면(14)과 대향한 일면의 외측면에는 중공부(115) 측으로 인입된 안착면(111)이 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서 상기 안착면(111)은 상기 베이스 프레임(110)의 바닥면에서 상단 및 좌측 단부와 우측 단부까지 상기 베이스 프레임(110)의 일면 전체에 대응되는 크기를 가지는 것을 예를 들어 설명할 수 있다.

다만, 상기 안착면(111)의 크기는 상기 베이스 프레임(110)의 일면에 거의 대응되는 크기를 가지는 것을 예를 들어 설명하나 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 베이스 프레임(110)의 일면으로 상단으로 형성되거나, 중앙 또는 하단으로 형성될 수도 있고, 그 크기도 얼마든지 변형이 가능할 것이다.

또한, 본 발명의 일 실시예에서 상기 안착면(111)은 상기 베이스 프레임(110)의 일면에 대응되는 크기로 하나가 형성되는 것을 예를 들어 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니고, 후술하나 안착면(111)이 상기 베이스 프레임(110)의 일면에 구획되어 복수개 형성될 수도 있는 등 다양한 변형이 가능할 것이다. 또한, 본 발명의 안착면(111)은 사각형 형상을 가지는 것을 예를 들어 설명하나, 이와 같은 형상에 한정되는 것은 아니고, 형상도 얼마든지 변형 가능할 것이다.

상기 플레이트(120)는 상기 제1 열팽창계수와 상이한 제2 열팽창계수를 가지며 상기 안착면(111)에 대응되는 크기로 형성되어 상기 안착면(111)에 탈부착되게 구비될 수 있다. 상기 플레이트(120)는 후술하는 체결부(130)를 통해 상기 안착면(111)에 탈부착되게 구비되어 상기 안착면(111)에서 교체 가능하게 구비될 수 있다.

상술하였듯이 상기 플레이트(120)는 상기 안착면(111)에 삽입되어, 상기 베이스 프레임(110)의 열변위와 다른 열변위를 가지게 됨으로써, 상기 공구대(100)의 열변위를 조절하도록 구비될 수 있는 것이다.

상기 플레이트(120)가 상기 안착면(111)의 크기에 대응되게 구비되어 상기 플레이트(120)가 상기 안착면(111)에 삽입 결합되는데, 이때, 상기 플레이트(120)의 일면은 상기 안착면(111)의 내측 일면에 밀착 접촉될 수 있고, 상기 플레이트(120)의 일면 주변 둘레면 즉, 내측 측면부(120a)들은 상기 안착면(111)의 내측 측면(111a)과 소정 이격되어 갭(g)을 형성하도록 구비될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 갭(g)은 0.1mm~0.3mm 범위로 구비될 수 있다.

본 발명에서와 같이 상기 플레이트(120)의 제2 열팽창계수가 상기 베이스 프레임(110)의 제1 열팽창계수와 상이하다. 그러나, 만약 경우, 상기 플레이트(120)가 상기 안착면(111)의 크기에 일체로 형성될 경우, 상기 플레이트(120)의 제2 열팽창계수가 상기 베이스 프레임(110)의 제1 열팽창 계수와 극단적으로 차이나게 되면, 플레이트(120)가 외부 열에 민감하게 반응하여 상기 공작기계(10)의 안정화에 악영향을 미칠 수 있다. 또한, 입식 끼워 맞춤 설계는 제조 및 조립 등의 생산 단계에서도 높은 비용이 요구되고, 환경 변화에 따른 대응력도 낮아질 수 있다. 즉, 상기 플레이트(120)가 상기 안착부에 갭(g) 없이 밀착 결합되는 경우, 이종 매질의 변화가 즉각적으로 반영됨에 따라 상기 공작기계(10)를 일시 멈춤이나, 구동 환경의 변화에 따른 열충격 등에 의한 순간 치수 정밀도에 악영향을 줄 수 있는 것이다. 이에 상기 플레이트(120)의 일면은 상기 안착면(111)의 내측 일면에 밀착되되, 나머지 내측 측면부(120a)는 상기 안착면(111)의 내측 둘레면(111a)에서 소정 갭(g)을 형성함에 따라 민감한 변화 발생을 최소화시킬 수 있어, 미크론 단위의 정밀도 유지가 가능하게 되는 것이다.

본 발명에서 상기 플레이트(120)는 알루미늄 재질을 포함하여 이루어지는 것을 예를 들어 설명할 수 있다.

상기 체결부(130)는 상기 플레이트(120)를 상기 베이스 프레임(110)에 체결하기 위해 구비될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 체결부(130)는 체결홀(131), 체결홈(132) 및 체결부재(133)를 포함할 수 있다.

상기 체결홀(131)은 상기 플레이트(120)에 적어도 하나 구비될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 체결홀(131)은 상기 플레이트(120)의 일면에 3x 4의 구조를 가지는 것을 예를 들어 설명할 수 있다.

그러나, 상기 체결홀(131)의 개수는 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 플레이트(120)를 상기 안착면(111)에 고정할 수 있는 구조라면 얼마든지 변경이나 변형이 가능할 것이다.

상기 체결홈(132)은 상기 안착면(111)의 일면에 위치되고, 상기 체결홀(131)에 대응되게 구비될 수 있다.

상기 체결부재(133)는 상기 체결홀(131)을 통해 체결홈(132)으로 체결되어 상기 플레이트(120)를 상기 안착면(111)에 결합되도록 구비될 수 있다.

상기의 구조를 가진 공작기계(10)에서, 상기 공구대(100)는 상기 플레이트(120)를 상기 안착면(111)에 삽입된 상태에서 상기 체결부(130)에 의해 결합됨에 따라 서로 상이한 열팽창계수를 가질 수 있게 된다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계(10)에서, 하나의 안착면(111)에 복수개의 블록(121)으로 구비된 플레이트(120)가 실장되는 공구대(100)를 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계(10)에서, 하나의 안착면(111)에 복수개의 블록(121)으로 구비된 플레이트(120)가 실장되는 공구대(100)를 개략적으로 나타내는 결합 사시도이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계(10)에서, 블록(121)들의 실장 형태를 나타내는 도면이다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계(10)에서, 블록(121)들의 다른 실장 형태를 나타내는 도면이다.

도 6 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공구대(100)는 앞선 공구대(100)와 동일한 구성을 가지나, 복수의 블록(121)들로 구비된 플레이트(120)가 안착면(111)에 실장되는 구조에서 차이점이 있다. 따라서, 공구대(100)의 동일한 구성이나 구조는 앞선 설명을 준용하고, 차이점이 있는 구성 및 구조에 대해 구체적으로 설명할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 플레이트(120)는 복수의 블록(121)으로 구비될 수 있다. 상기 블록(121)들은 서로가 서로에게 소정 갭(g)을 가지면서 상기 안착면(111)에 실장 결합되는 구조를 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 블록(121)은 동일한 크기를 가지도록 구비될 수 있고, 상기 블록(121)은 N x M 배열로 상기 안착면(111)의 크기에 대응되게 배열 장착될 수 있다.

이때, 상기 체결부(130)는 상기 블록(121)의 각 모서리를 통해 결합되는 구조를 가질 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이 상기 안착면(111)에 실장된 블록(121)들 중, 상기 안착면(111)의 내측 측면부(120a)와 마주하는 블록(121)들은 상기 안착면(111)과 소정의 갭(g)을 가지며 실장될 수 있고, 또한, 상기 블록(121)들 간에도 소정의 갭(g)을 가지며 상기 안착면(111)에 실장될 수 있다. 상기 갭(g)은 상술한 바와 같이 0.1mm~0.3mm 범위로 구비될 수 있다. 이와 같이 상기 블록(121)들이 서로가 서로에게 갭(g)을 가짐과 아울러 상기 안착면(111)의 내측 측면부(120a)와 갭(g)을 가짐에 따라 플레이트(120)가 외부 열에 민감하게 반응하여도 열변위에 따른 팽창에도 갭(g)만큼의 여유가 발생될 수 있어, 외부 열에 민감한 변화 발생에도 공구대(100)의 변화를 안정적으로 유지할 수 있고, 미크론 단위의 정밀도 유지가 가능하게 되는 것이다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 블록(121)은 서로 동일한 열팽창계수를 가지는 것을 예를 들어 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 의해 또는 열변위에 따른 설정된 상기 공구대(100)의 변위를 파악하여 서로 다른 열팽창계수를 가지는 블록(121)들로 실장될 수도 있을 것이다.

상술한 것과 같이 블록(121)들이 서로 같은 크기로 구성될 수 있으나, 이와 달리 상기 블록(121)은 서로 다른 크기를 가지며 상기 블록(121)들이 서로가 서로에게 이웃하게 배열되어 상기 안착면(111)에 실장되도록 구비될 수 있다. 즉 퍼즐과 같이 서로 다른 크기를 가진 블록(121)들이 서로가 서로에게 이웃하게 배열되면서 상기 안착면(111)을 채우면서 실장될 수 있다.

서로 다른 크기를 가지는 복수의 블록(121)들은 서로가 서로에게 갭(g)을 가지면서 상기 안착면(111)에 실장될 수 있다. 또한, 상기 블록(121)들 중 상기 안착면(111)의 내측 측면부(120a)와 대면되는 블록(121)들은 상기 안착면(111)의 내측 둘레면(111a)과 소정 갭(g)을 가지면서 실장될 수 있다.

상기 갭(g)은 상술한 바와 같이 0.1mm~0.3mm 범위로 구비될 수 있다. 이와 같이 상기 블록(121)들이 서로가 서로에게 갭(g)을 가짐과 아울러 상기 안착면(111)의 내측 둘레면과 갭(g)을 가짐에 따라 플레이트(120)가 외부 열에 민감하게 반응하여도 열변위에 따른 팽창에도 갭(g)만큼의 여유가 발생될 수 있어, 외부 열에 민감한 변화 발생에도 공구대(100)의 변화를 안정적으로 유지할 수 있고, 미크론 단위의 정밀도 유지가 가능하게 되는 것이다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계(10)에서, 복수개로 구획된 안착면(111)에 복수개의 블록(121)으로 구비된 플레이트(120)가 실장되는 공구대(100)를 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다. 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계(10)에서, 복수개로 구획된 안착면(111)에 복수개의 블록(121)으로 구비된 플레이트(120)가 실장되는 공구대(100)를 개략적으로 나타내는 결합 사시도이다.

도 10 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공구대(100)는 상술한 공구대(100)의 구성과 구조와 유사하되, 안착면(111)이 구획리브(112)를 통해 복수개로 분리 구획되는 구조 및 이에 따라 상기 플레이트(120)가 복수개의 블록(121)으로 구비되는 구조에서 차이점이 있다. 따라서, 동일한 구성이나 구조는 상술한 설명을 준용할 수 있으며, 이하에서는 차이점이 있는 구성 및 구조를 중심으로 설명할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 공구대(100)에서, 상기 안착면(111)은 구획리브(112)에 의해 복수개의 블록홈(1111)들로 구비될 수 있다.

상기 플레이트(120)는 상기 블록홈(1111)의 크기에 대응되는 형상과 크기를 가지는 블록(121)들로 구성되어, 각각의 블록(121)들이 상기 블록홈(1111)에 삽입 안착되며, 체결부(130)를 통해 상기 블록홈(1111)에 고정될 수 있다. 상기 블록(121)의 내측 일면은 상기 블록홈(1111)의 내측 일면에 밀착 접촉되도록 구비될 수 있고, 상기 블록(121)의 내측 주변 둘레면은 상기 블록홈(1111)의 내측 둘레면과 소정의 갭(g)을 가지며 안착될 수 있다.

상기 갭(g)은 상술한 바와 같이 0.1mm~0.3mm 범위로 구비될 수 있다. 이와 같이 상기 플레이트(120)들의 내측 둘레면이 상기 블록홈(1111)의 내측 둘레면에서 갭(g)을 가짐에 따라 상기 플레이트(120)들이 외부 열에 민감하게 반응하여도 열변위에 따른 팽창에도 갭(g)만큼의 여유가 발생될 수 있어, 외부 열에 민감한 변화 발생에도 공구대(100)의 변화를 안정적으로 유지할 수 있고, 미크론 단위의 정밀도 유지가 가능하게 되는 것이다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 플레이트(120)들은 서로 동일한 열팽창계수를 가질 수도 있으며, 상기 공구대(100)의 변위 설정에 따라 서로 다른 열팽창계수를 가지는 블록(121)들로 실장될 수도 있을 것이다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 안착면(111)과 플레이트(120), 또는 안착면(111)과 블록(121)들 또는 블록홈(1111)과 플레이트(120)들로 구성될 수 있는 상기 공구대(100)는 상기 베이스 프레임(110)과 상기 플레이트(120)의 열팽창계수에 따라 신축 방향을 기구적으로 제어할 수 있다.

예를 들어 상기 플레이트(120)의 상기 제2 열팽창계수가 상기 베이스 프레임(110)의 상기 제1 열팽창계수보다 높으면, 상기 공구대(100)의 바닥면에서 일단부로 갈수록 신축될 수 있다.

이와 달리, 상기 플레이트(120)의 상기 제2 열팽창계수가 상기 베이스 프레임(110)의 상기 제1 열팽창계수보다 낮으면, 상기 공구대(100)의 일단부에서 바닥면으로 갈수록 신축될 수 있다.

또한, 상기 플레이트(120)가 복수의 상기 블록(121)들로 구비되어 상기 안착면(111)에 실장되는 경우나, 상기 안착면(111)이 복수의 블록홈(1111)으로 구획되어 상기 복수의 블록홈(1111)들 각각에 상기 블록(121)들이 실장되는 경우에는 상기 블록(121)들은 서로 다른 열팽창계수를 가지도록 구비될 수 있다.

이에 따라 상기 공구대(100)에 가해지는 열변위와 상기 블록(121)들의 열팽창에 의해 상기 공구대(100)를 설정된 각도만큼 기구적으로 회전되게 변위를 구현할 수도 있을 것이다.

상기에서 설명한 도 3을 다시 한번 참조하여 보면, 본 발명의 일실시예에 따른 공구대(100), 구체적으로 상기 베이스 프레임(110)에는 중공부(115)가 형성될 수 있다. 상기 중공부(115)에는 상술한 서보 모터(11)와, 볼 스크류(12) 및 커플링(13)이 구비될 수 있다. 이러한 상기 중공부(115)의 내측 벽면과 상기 중공부(115)의 중앙에 위치된 볼 스크류(12) 및 커플링(13)의 주변둘레를 따라 상기 중공부(115)의 일단에서 타단 방향으로 상기 중공부(115)를 구획하는 리브부(140)가 더 구비될 수 있다. 상기 리브부(140)는 상기 중공부(115)를 구획하며 상기 제1 열팽창계수와 상이한 제3 열팽창계수를 가지도록 구비될 수 있다. 상기 리브부(140)를 상기 베이스 프레임(110)의 중공부(115)에 구비함에 따라 상기 열팽창계수의 차이를 통해 발생되는 변위를 기구적으로 제어할 수 있다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계(10)에서, 공구대(100)의 플레이트(120)의 위치를 비교도시한 사시도이다. 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계(10)에서, 공구대(100)의 플레이트(120) 위치에 따른 각 부위별 변위를 나타내는 도면이다.

도 12 및 도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작부에서 플레이트(120)는 베이스 프레임(110)의 일면에 위치되는 것을 예를 들어 설명하였다. 상기의 공구대(100)의 구조를 베이스 프레임(110)의 다른 위치에 플레이트(120)를 보강하는 구조와 비교할 수 있을 것이다.

예를 들어, 공구대(100)의 구조는 도 12의 (c)에서와 같이 상술한 안착면(111)에 플레이트(120)가 실장되는 구조이나, 도 12의 (a)에서와 같이 안착면(111)이 형성되지 않은 종래의 베이스 프레임(110)의 중공부(115)로 보강부를 구비할 수도 있고, 또한, 도 12의 (b)와 같이 베이스 프레임(110)의 상단으로 보강부를 구비할 수 있다.

이러한 구조를 가진 공구대(100)가 공작기계(10)에 실장되어 구동되는 과정에서 열이 발생될 때 변위가 발생되는데, 예를 들어, 공작기계(10)가 열평형에 다다르는 안정화 시간까지 피삭제의 크기가 20미크론까지 점점 커지는 문제점이 있는 경우를 예를 들 수 있다.

이 경우, 공작기계(10)에서 기구적인 특성 변화 없이, 정, 동강성이 그대로 유지된 상태로 안정화 시간까지 피삭재의 크기가 시간에 따라 변하지 않도록 하기 위해 가능한 범위내에서 상술한 세가지의 구조를 실험해 보았다.

도 13의 (b)에서 상기 공구대(100)의 ① 내지 ⑥의 지점에 대해 유한요소해석(CAE)으로 도출한 열평형 상태 변위 값의 결과이다.

상기 공구대(100)에서 상기 베이스 프레임(110)은 주물 계열 소재를 예를 들어 설명하며, 상기 플레이트(120)는 알루미늄 재질을 예를 들어 설명할 수 있다. 즉 알루미늄 재질로 이루어진 상기 플레이트(120)의 제2 열팽창계수는 주물 재질로 이루어진 상기 베이스 프레임(110)의 제1 열팽창계수의 약 2배가되며, 알루미늄 재질을 주물 재질에 부착하여 인위적으로 원하는 방향으로 부족한 변위만큼 변위가 더 발생할 수 있도록 하여 안정화 시간까지의 공구대(100)의 변화를 최소화할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 상기 공구대(100)의 바닥면 위치인 ③ 와 ⑥의 변위는 세가지 구조에서 크게 차이가 없으나, 상기 공구대(100)의 바닥에서 가장 먼 ① 과 ④는 변위량에 있어서 중공부(115)나 상부에 보강부를 구비하는 것보다 안착면(111)에 플레이트(120)를 부착하는 구성에서 매우 큰 차이가 발생되는 것을 알 수 있다. 또한, 실제 가공에서도 CAE와 같은 결과를 검증된 것을 확인할 수 있다.

이처럼 공작기계(10)의 지지부가 되는 공구대(100) 등에서 주물 재질로 이루어지는 베이스 프레임(110)에 알루미늄과 같은 열팽창계수가 극단적으로 차이나는 플레이트(120)를 탈부착함으로써, 유한요소해석(CAE)을 이용해 전기적 제어와 구조의 큰 변화 없이 기구적 제어를 통해 원하는 변위량을 예측하고 얻어낼 수 있다.

이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

10: 공작기계
11: 서보 모터
12: 볼 스크류
13: 커플링
14: 가이드면
100: 공구대
110: 베이스 프레임
111: 안착면
1111: 블록홈
112: 구획리브
115: 중공부
120: 플레이트
121: 블록
130: 체결부
131: 체결홀
132: 체결홈
133: 체결부재
140: 리브부

Claims

피삭재를 장착하여 절삭하는 공구대를 포함하는 공작기계에 있어서, 상기 공구대는,
제1 열팽창계수를 갖으며, 단부에서 타단부로 소정의 면적을 가지는 안착면을 구비한 베이스 프레임;
상기 제1 열팽창계수와 상이한 제2 열팽창계수를 가지며 상기 안착면에 대응되게 탈부착되어 교체 가능하게 구비되는 적어도 하나의 플레이트; 및
상기 플레이트를 상기 베이스 프레임에 체결하기 위한 체결부를 포함하는,
공작기계.
제 1항에 있어서,
상기 안착면은 상기 베이스 프레임의 측면이나 상기 베이스 프레임의 지지부 중 적어도 하나에 구비되는
공작기계.
제1 항에 있어서,
상기 안착면은 상기 베이스 프레임의 엘엠 가이드의 대향하는 일면의 전체 형상에 대응되는 크기로 구비되는,
공작기계.
제1 항에 있어서,
상기 안착면은 상기 베이스 프레임의 엘엠 가이드의 대향하는 일면의 전체 형상에 대응되는 크기로 구비되되, 복수개로 구획 구비되는,
공작기계.
제1 항에 있어서,
상기 플레이트의 일면은 상기 안착면의 내측 일면에 밀착되고,
상기 플레이트의 측면부들은 상기 안착면의 내측 측면과 소정 이격되어 갭을 형성하는,
공작기계.
제4 항에 있어서,
상기 갭은 0.1mm~0.3mm 범위를 가지는,
공작기계.
제1 항에 있어서, 상기 체결부는,
상기 플레이트에 적어도 하나 구비되는 체결홀;
상기 안착면에 구비되고, 상기 체결홀에 대응되는 체결홈; 및
상기 체결홀을 통해 상기 체결홈에 체결되어 상기 플레이트를 상기 안착면에 결합하는 체결부재를 포함하는,
공작기계.
제1 항에 있어서,
상기 베이스 프레임이 상기 공작기계의 본체에 고정되는 바닥면에서 일방향으로 돌출되는 형상을 가지되,
상기 플레이트의 상기 제2 열팽창계수가 상기 베이스 프레임의 상기 제1 열팽창계수보다 높으면, 상기 공구대의 바닥면에서 일단부로 갈수록 신축되고,
상기 플레이트의 상기 제2 열팽창계수가 상기 베이스 프레임의 상기 제1 열팽창계수보다 낮으면, 상기 공구대의 일단부에서 바닥면으로 갈수록 신축되는,
공작기계.
제1 항에 있어서,
상기 플레이트는 복수개의 블록으로 구비되어, 상기 복수개의 블록이 상기 안착면에 서로가 서로에게 소정 갭을 가지며 실장되는
공작기계.
제9 항에 있어서,
상기 블록은 동일한 크기를 가지며 N x M 배열로 상기 안착면에 실장되는,
공작기계,
제1 항에 있어서,
상기 복수의 블록들이 상기 안착면에 결합되어 상기 공구대에 가해지는 열변위와 상기 플레이트들의 열팽창에 의해 상기 공구대를 설정된 각도만큼 회전되게 하는,
공작기계.
제1 항에 있어서,
상기 안착면은 구획리브를 통해 복수개의 블록홈으로 구획되며,
상기 플레이트는 상기 블록홈의 크기에 대응되어 실장되는 블록들로 구비되는,
공작기계.
제1 항에 있어서,
상기 베이스 프레임에는 단부에서 바닥면까지 중공부가 형성되고,
상기 중공부에는 상기 중공부를 구획하며 상기 제1 열팽창계수와 상이한 제3 열팽창계수를 가지는 리브부가 더 구비되는,
공작기계.
제1 항에 있어서,
상기 공구대는 주물 재질을 포함하여 이루어지고,
상기 플레이트는 알루미늄 재질을 포함하여 이루어지는,
공작기계.