KR960008697B1 - 레이저 가공 가능한 복합형 공작 기계 - Google Patents

레이저 가공 가능한 복합형 공작 기계 Download PDF

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Abstract

내용없음.

Description

[발명의 명칭]
레이저 가공 가능한 복합형 공작 기계
[도면의 간단한 설명]
본 발명은 상기 및 다른 목적, 특징 및 이점을 첨부도면에 도시한 실시예를 기초로 하여 설명한다.
제1도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공가능한 복합형 공작 기계의 주축 및 레이저 가공용 아버를 단면으로 보여주는 부분 단면 측면도.
제2도는 제1도의 복합형 공작 기계의 정면도.
제3a도는 제1도에 도시한 주축 및 레이저 가공용 아버의 확대 부분 단면도.
제3b도는 제3a도의 화살표(a)로부터 본 주축 및 레이저 가공용 아버의 평면도.
제4a도는 제1도의 레이저 가공용 아버의 내부 구조를 보여주는 일부 절결 확대 사시도.
제4b도는 제4a도의 내부 구조의 분해 사시도.
제5a도는 레이저 가공용 아버의 투사부와 반사경과의 연동 구조의 동작 설명도로서, 투사부의 경사 각도(α)가 60°인 상태를 보여주는 도면.
제5b도 레이저 가공용 아버의 투사부와 반사경과의 연동 구조의 작동 설명도로서, 투사부의 경사 각도(α)가 90°인 상태를 보여주는 도면.
제5c도 레이저 가공용 아버의 투사부와 반사경과의 연동 구조의 동작 설명도로서, 투사부의 경사 각도(α)가 120°인 상태를 보여주는 도면.
[발명의 상세한 설명]
[기술분야]
본 발명은, 절삭 가공과 레이저 가공을 1대의 기계로 교대로 실시할 수 있는 복합형 공작 기계에 관한 것이다. 보다 상세히 말하면, 본 발명은 고정식 기계 받침대와, 상기 고정식 기계 받침대상에서 상호 직교하는 제1및 제2축 방향으로 이동가능하게 설치되는 테이블과, 고정식 기계 받침대상에서 제1 및 제2축 양자에 직교하는 제3축 방향으로 이동가능하게 설치되고, 내부에, 제3축 방향으로 연장 형성된 소정 구경의 직선 관통로를 구비하며, 직선 관통로의 일단에 절삭 공구를 보호유지하는 공구 홀더를 탈착가능하게 지지하는 공구 지지부를 구비하며, 상기 공구 지지부를 테이블에 대향 배치한 주축과, 주축의 후단에서 직선 관통로내로 제3축 방향으로 레이저 광을 안내 및 직진시키는 레이저 광로 수단과, 주축의 공구 지지부에 탈착가능하게 장착되어 레이저 광로 수단에 의해 안내된 레이저 광을 집광 투사하는 렌즈를 내부에 구비한 레이저 가공용 아버(arbor)와, 공구 홀더 및 레이저 가공용 아버를 주축의 공구 지지부에 자동적으로 장착 이탈하고, 공구 홀더와 레이저 가공용 아버를 교환하는 공구 교환 수단을 구비한 복합형 공작 기계에 관한 것이다.
[배경기술]
탄산 가스등을 이용한 고출력 레이저 광을 이용하여 재료의 절단, 용접, 열처리등을 행하는 레이저 가공 기계가 근년에 실용화되고 있다. 레이저 가공기는 레이저 광의 출력을 적절히 제어하기만 하면 가공 에너지를 조정할 수 있으므로, 이들의 절단, 용접, 열처리등의 다른 가공을 1대의 레이저 가공기로 실시할 수 있다. 그러나, 일반적으로 레이저 가공기는 렌즈에 의해 집광된 레이저 광의 초점 부근에서만 가공을 수행할 수 있는 것이고, 또 고출력을 얻는데에는 극히 높은 비용이 요구되므로, 두꺼운 판이나 3차원적인 복잡한 형상을 가지는 공작물의 절삭 가공에는 부적합하다. 따라서, 이러한 입체적 형상을 가지는 공작물에 대해서는, 1대의 레이저 가공기로 절삭 가공과 열처리등의 표면 경화 처리를 연속적으로 처리하기가 곤란했었다. 레이저 가공 기계에 의한 표면 처리를 포함한 이러한 연속 가공 처리를 입체적 형상의 공작물에 실시하고자 하는 경우는, 일반적으로, 공작물에 우선 별개의 절삭 가공 기계로 절삭 가공을 시행할 필요가 있었다. 이 경우, 절삭 가공 기계로부터 레이저 가공기로 공작물을 이동시키는 시간을 생략하고, 작업 공정의 프로그램화를 용이하게 하며, 장치 규모를 축소하기 위하여, 절삭 가공 기계와 레이저 가공기를 1대의 복합형 기계에 합체하고자 하는 시도가 행해지고 있다.
서두에서 설명한 종류의 레이저 가공가능한 보합형 공작 기계는, 예를 들면 국제 특허출원 제PCT/JP 92/00314호에 개새되어 있다. 이 복합형 공작 기계에 의하면, 절삭 공구에 의한 3차원적 절삭 가공과, 레이저 광에 의한 2차원적 표면 처리를 1대의 공작 기계로 교대로 연속해서 실시할 수 있고, 작업의 고속화 및, 장치 규모의 축소가 가능해 진다.
그러나, 상기 복합형 공작 기계에서는, 레이저 광은 주축 및 레이저 가공용 아버내를 Z축 방향으로 직진하여 렌즈에 의해서 집광되어 테이블상에 설치한 공작물로 투사되므로, 전술한 가공 에너지의 관점에서 레이저 광에 의한 표면 처리는 레이저 광의 투사 방향, 즉, Z축 방향에 직교하는 평면에 대해서만 실시가능하다. 따라서, 절삭 공구를 이용하여 복잡한 입체 형상으로 절삭 가공된 공작물의 다양한 경사면에, 후공정으로서 표면 처리등의 레이저 가공을 시행하기 위해서는, 피가공 경사면이 주축인 Z축 방향에 직교하는 평면상에 배치되도록 공작물의 자세를 변경시켜 테이블상에서 고정하고 수정할 필요가 있다. 이와 같은 공작물의 자세 변경 작업은 많은 시간 및 노동을 요하고, 복합형 공작 기계의 자동화 및 무인화, 아울러 작업시간의 단축화의 장해가 된다.
[발명의 개시]
본 발명의 목적은, 절삭 가공과 레이저 가공을 1대의 기계로 교대로 실시하는 복합형 기계에 있어서, 복잡한 입체 형상을 가지는 공작물의 다양한 경사면에 대하여 공작물의 자세를 변경시키지 않고 연속해서 레이저 가공을 실시할 수 있는 복잡형 공작 기계를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성키 위하여, 본 발명은 상술된 종류의 복합형 공작 기계에 있어서, 레이저 가공용 아버가 주축의 공구 지지부에 탈착가능하게 장착되고, 장착시에, 레이저 광로 수단에 의해서 안내된 레이저 광을 통과시키는 제1통로를 제3축 방향으로 연장하여 내부에 구비하는 장착부와, 그 장착부 일단에, 공구 지지부에 장착할때 제3축 방향으로의 레이저 광의 진로를 직교하는 축부를 거쳐서 요동가능하게 연결되고 내부에서 제1통로에 연통하는 제2통로를 가지며, 제2통로내에 렌즈를 고정 지지하는 투사부와, 축부에 지지되어 제1통로와 제2통로와의 사이에 가설(架設)되고, 투사부의 요동 동작에 대응하여 축부 주위로 회전하며, 투사부 전체의 요동 경사 위치에서, 제1통로를 통과한 레이저 광을 제2통로내의 렌즈로 유도하는 레이저 광반사 수단과, 상기 레이저 광반사 수단과 정착부 및 투사부를 연결하여 장착부에 대한 투사부의 상대적 요동 동작과 레이저 광 반사 수단의 회전 동작을 연동시키는 연결 수단을 구비하며, 레이저 가공용 아버의 투사부의 요동 동작을 발생시키는 작동 수단을 또한 구비하는 복합형 공작 기계를 제공한다.
입체 형상의 공작물의 필요한 경사면을 레이저 가공할때, 경사면의 경사 각도에 대응하여, 레이저 가공용 아버의 투사부를 동작 수단으로 제3축에 직교하는 축부 둘레로 요동시킨다. 이 경우, 동시에 축부에 장착된 레이저 광 반사 수단이 회전한다. 레이저 광로 수단에 의해서 레이저 가공용 아버 장착부의 제1통로로 안내된 레이저 광은 그 진로상에 있는 레이저 광 반사 수단에 의해 반사되어 굴절하여 진행한다. 이 경우, 레이저 광 반사 수단은 장착부에 대한 투사부의 요동 동작에 연동하여 회전하고, 또, 레이저 광의 진로상에 회전 축선을 배치하므로, 굴절하는 레이저 광은 투사부 전체의 요동 경사 위치에서 제1통로로부터 제2통로로 유도되어, 제2통로내에 배치한 렌즈를 통해서 공작물의 필요한 경사면에 투사된다.
본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 레이저 광 반사 수단은 레이저 가공용 아버의 제1통로와 제2통로 사이에서 축부에 지지되는 가동 반사판을 구비하고, 가동 반사판의 반사면이 축부의 중심축선을 포함하는 평면상에 배치된다. 이 경우, 가동 반사판은 그 일면상에 레이저 광의 진로를 굴절시키는 반사경을 구비해도 좋고, 반사경의 표면을 축부의 중심 축선을 포함한 평면상에 배치할 수도 있다.
본 발명의 다른 바람직한 형태에 의하면, 레이저 광 반사 수단은 레이저 가공용 아버의 제1통로와 제2통로로 사이에서 축부에 지지되는 가동 반사판을 구비하고, 연결 수단은 가동 반사판의 양측부 각각에 축부에 관하여 대칭으로, 또, 가동 반사판의 반사면과 평행하게 연장 설치된 제1안내홈과, 상기 제1안내홈 각각에 미끄럼 이동가능하게 배채되는 복수의 연결구와, 레이저 가공용 아버의 제1통로 및 제2통로의 벽에 각 통로의 축방향으로 연장 설치되어, 제1안내홈내에 배치된 각각의 연결구가 미끄럼 이동가능하게 결합하는 제2안내홈을 구비한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 형태에 의하면, 작동 수단은 주축을 회전시키는 구동 장치와, 주축의 회전 동작을 제3축에 직교하는 축부에 관한 회전 동작으로 전환하여 레이저 가공용 아버의 투사부에 전달하고 투사부를 요동시키는 전동 기구를 구비한다. 이 경우, 전동 기구는 주축에 동심으로 고정되는 제1기어와, 레이저 가공용 아버의 축부에 지지되고, 또, 투사부에 연결되어 레이저 가공용 아버의 공구 지지부에 장착할때 제1기어에 맞물리는 제2기어로 구성할 수 있다.
[발명을 실시하기 위한 최적의 형태]
도면을 참조하면, 제1도 및 제2도는. 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공가능한 복잡형 공작 기계(10)를 보여준다. 복합형 공작 기계(10)는 고정식 기계 받침대로서 상면(床面)에 설치한 베드(12)상에 직립 설치되는 컬럼(14)에 연직 방향, 즉, Z축 방향(제1도에 화살표로 도시)으로 이동가능하게 설치된 주축 헤드(16)를 구비한다. 주축 헤드(16)는 컬럼(14)의 전면에 연직 방향으로 연장설치한 레일(18)을 거쳐서, 도시하지 않은 모터의 구동에 의해 Z축 방향으로 이동한다. 또한, 컬럼(14)에 지지된 주축 헤드(16)의 하방에서는, 베드(12)상에 새들(20)이 컬럼(14)에 대하여 전후 방향, 즉, 상기 Z축에 직교하는 Y축 방향(제1도에 화살표로 도시)으로 도시되지 않은 모터의 구동에 의해 이동가능하게 설치되어 있다. 아울러, 새들(20)의 상부면에서 테이블(22)이 컬럼(14)에 대해 좌우 방향, 즉, 상기 Z축 및 Y축의 양측에 직교하는 X축 방향(제2도에 화살표로 도시)으로, 도시되지 않은 모터의 구동에 의해 이동가능하게 설치된다.
주축 헤드(16)의 전단에는 Z축 방향으로 연장 설치한 원통상의 구멍(24)내에 베어링(26)을 거쳐 회전가능하게 주축(28)이 배치된다. 주축(28)은 주축헤드(16)의 이동 방향, 즉, Z축 방향에 평행한 축의 주위에서 주축 모터(30)의 구동에 의해 회전한다. 주축 모터(30)는 지주(32)에 의해 주축 헤드(16)의 상부면에 지지되어, 그 출력축(33)이 구동 폴리(34), 벨트(36) 및 종동 폴리(38)를 거쳐서 주축(28)의 후단에 연결되고, 그것에 의해, 주축(28)을 회전 구동한다. 주축(28)의 선단에는, 절삭 공구를 보호 유지한 공구 홀더(39)(제2도 참조)를 자유로이 탈착하도록 장착하는 데티퍼상의 공구 지지부(40)가 형성된다. 절삭 가공시에는, 공구 지지부(40)에 공구 홀더(39)를 장착하고, 주축(28)의 회전에 의해 테이블(22)상에 고정한 공작물(W)을 3차원적으로 절삭가공한다.
제1도에 도시한 바와 같이, 주축(28)은 내부를 길이 방향으로 관통하는 직선 관통로(42)를 구비한 중공의 원통 형상을 가지며, 그 선단의 공구 지지부(40)에, 마찬가가지로 관통로를 구비한 중공의 레이저 가공용 아버(44)를 착탈이 자유롭게 장착할 수 있게 되어 있다. 주축(28)의 직선 관통공(42)에는, 주축의 후방에서 레이저 광(제1도에 점선으로 도시함)이 입사한다. 레이저 광은, 공장내의 적절한 장소에 배치된 발진(發桭)장치(46)에서 조사되어, 필요에 따라, 1개 또는 복수개의 미러(48; mirror)로 안내되어서, 주축(28)의 후방에서 직선 관통로(42)에 진입한다. 주축(28)내로의 레이저 광의 입사 경로는, 미러(48)의 설치 위치 및 각도 조절에 의해 주축 (28)의 중심축선에 합치된다. 따라서, 레이저 광은 주축(28)의 이동방향(Z축방향)으로 평행하게 주축(28)내로 입사한다. 주축(28)의 후방부 상부에는 레이저 광을 보호하기 위한 관부재(50)가 연장 설치된다. 관부재(50)는 주축(28)의 Z축 방향으로의 이동을 허용하기 위하여 제1도에 도시하는 바와 같이, 망원경식으로 신축이 자유롭게 되어 있다. 미러(48) 및 관부재 (50)는 레이저 광로 수단을 구성한다.
또한, 본 발명에 따른 복합형 공작 기계(10)는 레이저 가공용 아버(44)와 절삭 공구를 보호 유지한 공구홀더(39)를 적절히 교환하는 공지된 구조의 공구 교환 장치(52)를 구비한다. 아울러, 주축(28)의 직선 관통로(42)내에는 공구 교환 장치(52)에 연동하여 레이저 가공용 아버(44)와 공구 홀더(39)의 자동 교환을 가능하게 하기 위한 공지된 인장 바아(도시안됨)를 배치할 수 있다. 이 경우, 인장 바아의 길이방향 중심 축선을 따라 레이저 광을 퉁과시키기 위한 직선 관통공을 설치할 필요가 있다. 이러한 관통공을 구비한 인장 바아로서는, 예를 들면 국제 특허출원 PCT/JP 91/01791호에 개새된 것이 사용될 수 있다. 아울러, 이 경우, 주축 헤드(16)에 인장 바아의 작동 수단(도시안됨)이 배치된다.
제3a도에 도시한 바와 같이, 레이저 가공용 아버(44)는 주축(28)의 공구 지지부(40)에 밀착 지지되는 장착부(54)를 구비한다. 장착부(54)는 공지된 공구 홀더(39)의 장착부와 거의 동일한 테이퍼 형상을 가지며, 소직경 단부측에, 공구 지지부(40)에 체결되는 공지된 풀스터드식 체결부(56)를 가진다. 장착부(54)는 그 대직경 단부측에서 축방향으로 연장 설치된 원통상의 요홈부(54)내에, 베어링(60)을 매개로 회전가능하게 지지되는 원통상의 연결부(62)를 또한 구비한다. 연결부(62)를 포함하는 장착부(54)의 중심축선은 주축(28)의 중심 축선에 합치한다.
제3a도 및 제4a도에 도시하는 바와 같이, 레이저 가공용 아버(44)는 장착부(54) 및 연결부(62)의 내부에 축방향으로 관통 형성된 각각의 직선 통로가 연통하게 되는 제1통로(64)를 구비한다. 레이저 가공용 아버(44)를 주축(28)의 공구 지지부(40)에 장착한 경우에, 제1통로(64)는 미러(48) 및 관부재(50)에 의해서 주축(28)내에 Z축 방향으로 안내된 레이저 광을 Z축 방향으로 방해없이 통과시킬 수 있다.
장착부(54)로부터 외측 방향으로 돌출하는 연결부(62)의 단부에는, 제1통로(64)의 연장 방향으로 직교하는 축(66)이 장착되고, 축(66)을 거쳐서 투사부(64)가 연결부(62)에 상대적 요동이 가능하게 연결된다. 따라서, 축(66)은 레이저 가공용 아버(44)를 공구 지지부(40)에 장착한 경우에 Z축 방향으로의 레이저 광의 진로에 직교하여 배치된다.
투사부(68)는 장착부(54) 및 연결부(62)의 제1통로(64)와 연통하는 제2통로(70)를 내부 관통로로서 구비된다. 또한, 투사부(68)는 제2통로(70)내에서 레이저 광 집광용 렌즈(72)를 고정 배치한다. 렌즈(72)를 통과한 레이저 광은 투사부(68)의 투사구(제3a도)로부터 투사되어 소정위치에서 초점을 형성하고, 이 초첨 근방에서 공작물(W)에 대하여 비접촉 가공을 수행한다. 또한, 연결부(62)와 투사부(68)와의 사이는 주름 상자상의 커버(76)에 의해 연결되고, 그것에 의해 제1통로(64) 및 제2통로(70)가 외부 공간으로부터 차폐된다.
레이저 가공용 아버(44)의 연결부(62)와 투사부(68)와의 사이에는, 제1통로(64)와 제2통로(70)의 사이에 걸쳐서, 축(66)에 고정된 가동 반사판(78)이 가설되어 있다. 가동 반사판(78)은 한쪽면에 레이저 광의 진로를 굴절시키기 위한 반사경(80)을 구비하여 본 발명의 레이저 광 반사 수단을 구성한다.
반사경(80)의 표면, 즉, 반사면은 축(66)의 중심축선(제4a도에 쇄선으로 도시)을 포함하는 면상에 있다. 따라서, 제1통로(64)를 통과한 레이저 광(제4a도에 점선으로 도시)은 가동 반사판(78)의 경사 각도에 관계없이 항상 축(66)의 중심축선상에서 반사경(80)에 의해서 반사되어 소정 방향으로 굴절 진행하게 된다. 반사경은 가동 반사판에 설치하는 적합한 방법은 반사판에 반사경을 접착제, 이중 접착 테이프등과 같은 것으로 접착하고, 볼트, 너트, 체결구, 클립등으로 고정시킨 후 반사판의 표면을 금속 코팅 또는 폴리싱 가공하여 반사경을 형성함으로써 만들어진다. 이러한 방법은 기술에 공지되어 있고 본 발명의 요지가 아니므로 더이상 상세히 설명하지 않는다.
제4a도 및 제4b도에 도시된 바와 같이, 가동 반사판(78)의 양측부(82) 각각에는, 축(66)에 관해서 대칭위치에, 반사경(80)의 반사면과 평행하게 연장하는 한쌍의 안내홈(84)이 형성되어 있다. 각 안내홈(84)내에는 안내홈(84)의 깊이 이상의 길이를 가지는 거의 원통상의 연결구(68)가 슬라이드 가능하게 설치되어 있다. 한편, 레이저 가공용 아버(44)의 연결부(62)와 투사부(68) 각각에는, 안내홈(84)내에 배치된 각연결구(86)가 결합가능한 위치에 각각의 통로(64,70)의 내벽면에 각각 한쌍의 안내판(88,90)이 고정된다. 각각의 안내판(88,90)은, 각각의 연결구(86)가 결합가능한 직선상의 안내홈(92,94)을 각기 구비하고, 각 안내홈(92,94)의 신장 방향이 각통로(64,70)의 중심선 방향에 일치하도록, 연락부(62) 및 투사부(68)의 내벽면에 고정된다.
따라서, 가동 반사판(78)의 양측부(82)에 설치한 각 안내홈(84)과, 연결부(62)및 투사부(68)의 내벽면에 고정한 각각의 안내판(88,90)의 안내홈(92,94)과의 사이에서, 각각의 홈 내부를 미끄럼 이동하는 연결구(86)를 개재시키면, 축(66)에 관한 연결부(62)와 투사부(68)의 상대적인 요동 동작이 안내판(88,90), 안내홈(92,94), 연결구(86) 및, 안내홈(84)을 거쳐서 가동 반사판(78)에 전달되고, 가동 반사판(78)이 반사경(80)을 수반하고 축(66)의 둘레를 회전한다.
이와 같이, 안내판(88,90), 안내홈(92,94), 연결구(86)및, 안내홈(84)은, 본 발명의 연결 수단을 구성한다. 또한, 이같은 구성을 감안하여, 적어도 각각의 안내홈(84,92,94)의 내벽면 및 연결구(86)의 외주면은 용이하게 변형하지 않는 강성과 원활한 미끄럼 이동성을 가지는 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.
제3a도 및 제3b도에 도시한 바와 같이, 레이저 가공용 아버(44)의 투사부(68)를 장착부(54)및 연결부(62)에 대해서 상대적으로 요동시키는 작동 수단은 주축(28)의 공구 지지부(40)축의 단부에 고정된 제1기어(96)와, 레이저 가공용 아버(44)의 벽을 관통해서 외측 방향으로 돌출하는 축(66)의 일단에 지지된 제2기어(98)로 이루어지는 기어 연동 기구를 구비한다. 제1기어(96) 및 제2기어(98)는, 바람지하기로는, 어느 것이로든 베벨 기어로 구성되고, 레이저 가공용 아버(44)를 공구 지지부(40)에 장착한 경우에 상호 맞물린다. 제1기어(96)는 주축(28)과 공통의 중심축선을 가지고 주축(28)에 고정되며, 주축(28)과 함께 회전한다.
제2기어(98)는 레이저 가공용 아버(44)의 투사부(68)에 고정되고, 투사부(68)의 요동에 수반하여 축(66)을 중심으로 회전한다. 레이저 가공용 아버(44)의 연결부(62)에는 스토퍼(100)가 고정된다, 스토퍼(100)는 레이저 가공용 아버(44)를 공구 지지부(40)에 장착한 경우에 제1기어(96)를 넘어 외측 방향으로 돌출하고, 그 돌출 단부(102)가 주축 헤드(16)에 고정된 체결구(104)에 삽입 체결된다.
따라서, 레이저 가공용 아버(44)를 주축(28)의 공구 지지부(40)에 장착하고, 주축(28)을 회전시키면, 이 회전 동작은 제1기어(96) 및 제2기어(98)를 거쳐 레이저 가공용 아버(44)의 투사부(68)에 전달된다. 이 경우, 투사부(68)는 연결부(62)에 회전가능하게 지지됨과 아울러, 스토퍼(100)를 거쳐 주축 헤드(16)에 고정지지된다. 따라서, 투사부(68)는, 주축(28)에 수반해서 Z축의 둘레를 회전하지 않고, 1개의 연직면상에서 제2기어(98)의 회전과 함께 축(66)에 대하여 요동한다. 이와 같이 하여, 주축(28)을 소정 각도만큼 회전심킴에 의해 레이저 가공용 아버(44)의 투사부(68)의 소정 각도 요동이 이루어진다.
상기 구성을 가지는 복합형 공작 기계(10)에 있어서, 우선 절삭 가공시에는, 절삭 공구를 보호 지지한 공구 홀더(39)를 공구 교환 장치(52)로 주축(28)의 공구 지지부(40)에 장착하고, 공작물(W)의 절삭 가공을 실시한다. 다음에, 공작물(W)을 데이블(22)상에 고정한 그대로의 상태에서, 공구 교환 장치(52)에 의해 공구 홀더(39)를 레이저 가공용 아버(44)로 교환한다. 그리고, 발진 장치(46)의 작동에 의해 생성한 레이저광을 미러(48) 및 관부재(50)를 거쳐 주축(28)의 직선 관통공(42)로 안내하고, 레이저 가공용 아버(48)의 투사부(68)의 투사구(74)로붙터 공작물(W)의 표면에 레이저광을 조사한다. 이 경우, 주축(28)을 소정 각도 회전하고, 전술한 바와 같이 공작물(W)의 피가공면의 경사 각도에 대응하여 레이저 가공용 아버(44)의 투사부(68)를 요동시킨다. 그럼으로써, 반사경(80)을 구비한 가동 반사판(78)이 축(66)에 대해서 동시에 회전하고, 레이저 광을 소망 방향으로 굴절시킨다.
이 연동 작용은, 상술한 바와 같이, 연결부(62) 및 투사부(68)에 고정한 각각의 안내판(88,90)의 안내홈(92,94) 내부 및, 가동 반사판(78)의 양측부(82)에 설치한 대응하는 안내홈(84) 내부를 미끄럼이동하는 각각의 연결구(86)에 의해서 수행된다. 이 경우, 제5a도에 내지 제5c도에 도시한 바와 같이, 연결부(62)에 대한 투사부(68)의경사각도, 즉, Z축 방향에 대한 투사부(68)의 안내판 (90)의 안내홈(94)의 경사 각도(α)와, Z축 방향에 대한 가동 반사판(78)의 반사경(80)의 반대면의 경사 각도(β)와의 관계가 항상 α=2β이면 연결부(62)의 제1통로(64)내를 Z축 방향으로 직진하는 레이저 광은, 반사경(80)의 반사에 의해서 굴절한 후, 투사부(68)의 제2통로(70)의 중심선 방향으로 진행하게 된다.제5a도에 내지 제5c도에 도시한 바와 같이(제5a도는 α=60°,제5b도는 α=90°, 제5c도는 α=120°의 상태를 각기 도시함), α=2β의 관계는 각각의 안내홈(84,92,94)내를 자유로이 미끄럼 이동하는 연결구(86)의 작용에 의해서 투사부(68) 전체의 요동 경사 위치에서 항상 유지된다. 이는, 고정 지지점인 축(66)에 관해서 회전 동작하는 안내홈(84)과, 항상 고정 위치에 있는 안내홈(92)및 축(66)에 관해서 요동 동작하는 안내홈(94)과의, 연결구(86)에 의해서 형성되는 교점이, 투사부(68)의 경사 각도(α)에 의해서 결정되는 1개의 위치에 각기 위치하는 것, 따라서, 반사경(80)의 경사각도(β)도 1개로 결정되는 것 및 반사경(80)의 회전축선상에서 레이저 광이 반사하는 것에 기인하여 발생하는 특유의 작용이다.
제5a도 내지 제5c도에서 알 수 있는 바와 같이, 투사부(68)의 최소 경사 각도는 각각의 안내홈(84,92,94)의 길이에 의해서 결정된다. 이 구조에는 경사 각도 α=0으로 투사부(68)를 배치할 수 없다. 따라서, Z축 방향에 직교하는 면을 가공하는 경우는. 공구 교환 장치(52)에 의해서, 공지된 구조의 각도 조정 구조를 갖지 않은 레이저 가공용 아버(국제 특허출원 제PCT/JP 92/00314호 참조)로 교환하면 된다.
본 발명에 있어서, 다른 형태의 변형예가 가능하다함은 말할나위도 없다. 예를 들면, 상기의 적절한 실시예에 있어서, 레이저 가공용 아버(44)의 투사부(68)를 장착부(54) 및 연결부(62)에 대해서 상대적으로 요동시키는 작동 수단은 주축(28)에 고정된 제1기어(96)와, 레이저 가공용 아버(44)의 벽을 관통하는 축(66)에 지지된 제2기어(98)로서 구성되는 연동 기구를 구비하여 구성되지만, 그 대신에, 레이저 가공용 아버(44)에 직접 소형 전동기를 장착하고, 그것에 의해, 투사부(68)를 요동시키는 구성으로 할 수도 있다. 그 경우, 레이저 가공용 아버(44)의 장착부(54)와 연결부(62)는 일체화된다. 또한, 레이저 가공용 아버(44)를 주축(28)에 장착한 경우, 전동기에 제어 신호를 보내기 위한 회로 장치를 주축 헤드(16), 주축(28), 레이저 가공용 아버(44)등에 설치할 필요가 있다. 이러한 구성에 의하면, 레이저 가공용 아버(44)의 투사부(68)는 장착부(54)에 대한 요동 동작 뿐만 아니라, 주축(28)과 함께 회전할 수 있게 되므로, 공작물(W)의 모든 방향에 면한 경사면에 레이저 가공을 실시하는 것이 가능해진다.
[산업상 이용 가능성]
이상의 설명으로부터 분명한 바와 같이, 본 발명은, 레이저 가공가능한 복합형 공작 기계의 주축에 장착되는 레이저 가공용 아버를, 공구 지지부에 장착되는 장착부와, 그 일단에 요동가능하게 연결됨과 아울러 내부 레이저 광 집광용의 렌즈를 구비한 투사부로 구성하고, 아울러, 장착부와 투사부와의 사이에 투사부의 요동에 연동하여 회전함과 아울러 투사부 전체 요동 경사 위치에서 장착부내를 통과한 레이저 광을 투사부내의 렌즈로 도입하는 레이저 광 반사 수단을 가설했다. 그 결과, 입체 형상의 공작물의 경사면을 레이저 가공할때, 경사면의 경사 각도에 대응하여 레이저 가공용 아버의 투사부 및 레이저 광 반사 수단을 소정의 경사위치로 변위시킴에 의해 공작물의 소정 경사면에 레이저 가공을 실시하는 것이 가능해졌다. 따라서, 복잡한 입체 형상을 가지는 공작물의 다양한 경사면에 대해서 공작물의 자세를 변화시키지 않고 연속해서 레이저 가공을 실시할 수 있다. 이와 같이 본 발명에 의하면, 레이저 가공용 아버를 구비한 복합형 공작 기계의 능력이 향상되고, 더우기 자동화 및 무인화가 촉진된다.

Claims (6)

  1. 고정식 기계 받침대(12)와, 상기 고정식 기계 받침대상에서 상호 직교하는 제1축 및 제2축 방향으로 이동가능하게 배치되는 테이블(22)과, 상기 고정식 기계 받침대상에서 상기 제1축 및 제2축의 양자에 직교하는 제3축 방향으로 이동가능하게 배치되고, 내부에, 상기 제3축방항으로 연장 설치된 소정 구경의 직선 관통로(42)를 구비하고 그 직선 관통로(42) 일단에 절삭 공구를 보호 지지한 공구 홀더(39)를 탈착가능하게 지지하는 공구 지지부(40)를 구비하고, 그 공구 지지부(40)를 상기 테이블(22)에 대향 배치하여 상기 제3축의 둘레로 회전하는 주축(28)과, 상기 주축 (28)의 후단에서 상기 직선 관통로(42)내에로 상가 제3축방향으로 레이저 광을 안내 직전시키는 레이저 광로 수단과, 상기 주축(28)의 상기 공구 지지부(40)에 탈착가능하레 장착되어 상기 레이저 광로 수단에 의해서 안내된 레이저 광을 집광 투사하는 렌즈(72)를 내부에 구비한 레이저 가공용 아버(44)와, 상기 공구 홀더(39) 및 상기 레이저 가공용 아버(44)를 상기 주축(28)의 공구 지지부(40)에 자동적으로 장착 이탈시키고, 그 공구 홀더(39)와 그 레이저 가공용 아버(44)를 교환하는 공구 교환 수단(52)을 구비하며, 상기 테이블(22)에 놓인 피가공물(W)에 절삭 가공과 레이저 가공을 교호적으로 실시하는 복합형 공작 기계(10)에 있어서, 상기 레이저 가공용 아버(44)가, 상기 주축(28)의 공구지지부(40)에 탈착가능하게 장착되고, 장착시에, 상기 레이저 광로 수단에 의해서 안내된 레이저 광을 통과 시키는 제1통로(64)를 상기 제3축 방향으로 연장하게 내부에 구비하는 장착부(54)와, 상기 장착부의 일단에, 상기 공구 지지부에 장착할때 제3축 방향으로의 레이저 광의 진로를 직교하는 축부를 거쳐서 요동가능하게 연결되며, 내부에 상기 제1통로(64)에 연통하는 제2통로(70)를 가지고, 그 제2통로(70)내에 상기 렌즈(72)를 고정 지지하는 투사부(68)와, 상기 축부에 지지되어 상기 제1통로(64)와 상기 제2통로(70)와의 사이에 가설되고, 상기 투사부(68)의 요동동작에 대응하여 그 축부의 둘레로 회전하고, 그 투사부의 전체 요동 경사 위치에서 그 제1통로(64)를 통과한 레이저 광을 그 제2통로(70)내의 상기 렌즈(73)로 유도하는 레이저 광 반사 수단과, 상기 레이저 광 반사 수단과 장착부(54) 및 투사부를 연결하며 상기 장착부에 대한 그 투사부의 상대적 요동 동작과 그 레이저 광 반사 수단의 회전 동작을 연동시키는 연결수단을 구비하며, 상기 레이저 가공용 아버(44)의 투사부의 요동 동작을 발생시키는 작동 수단을 또한 구비한 것을 특징으로 하는 복합형 공작기계.
  2. 제1항에 있어서, 상기 레이저 광 반사 수단이 레이저 가공용 아버(44)의 제1통로(64)와 제2통로(70)와의 사이에서 상기 축부에 지지되는 가동 반사판(78)을 구비하고, 그 가동 반사판(78)의 반사면이 상기 축부의 중심축선을 포함하는 평면상에 배치되는 것을 특징으로 하는 복합형 공작 기계.
  3. 제2항에 있어서, 상기 가동 반사판(78)이 그 일면상에 레이저 광의 진로를 굴절시키는 반사경(80)을 구비하고, 그 반사경(80)의 표면이 상기 축부의 중심축선을 포함하는 평면상에 배치되는 것을 특징으로 하는 복합형 공작 기계.
  4. 제1항에 있어서, 상기 레이저 광 반사 수단이 레이저 가공용 아버의 제1통로(64)와 제2통로(70)와 의 사이에서 상기 축부에 지지되는 가동 반사판(78)을 구비하고, 상기 연결 수단이 가동 반사판(78)의 양측부 각각에 상기 축부에 관해서 대칭으로, 또, 상기 가동 반사판(78)의 반사면과 평행하게 연장 설치된 제1안내홈(84)과, 그 제1안내홈 각각에 슬라이드 가능하게 배치되는 복수의 연결구(86)와 상기 레이저 가공용 아버(44)의 제1통로(64) 및 제2통로(70)의 벽에 각각의 통로의 축방향으로 연장 설치되고, 상기 제1안내홈내에 배치된 각각의 연결구(86)가 미끄럼 이동가능하게 결합하는 제2안내홈(92,94)을 구비하는 것을 특징으로 하는 복합형 공작 기계.
  5. 제1항에 있어서, 상기 작동 수단이 주축(28)을 회전시키는 구동 장치(30)와, 그 주축의 회전 동작을 제3축에 직교하는 축부에 관한 회전 동작으로 전환하여 레이저 가공용 아버(44)의 투사부에 전달하며 그 투사부를 요동시키는 전동 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 복합형 공작 기계.
  6. 제5에 있어서, 상기 전동 기구가 주축(28)을 동심상으로 고정되는 제1기어(96)와, 상기 레이저 가공용 아버(44)의 축부에 지지되고, 또, 상기 투사부에 연결되어 레이저 가공용 아버(44)의 공구 지지부(40)에 장착시에 제1기어(96)에 맞물리는 제2기어(98)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합형 공작 기계.
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