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KR101398855B1 - 다축 가공 가변 머시닝 장치 - Google Patents

다축 가공 가변 머시닝 장치 Download PDF

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KR101398855B1
KR101398855B1 KR1020120078735A KR20120078735A KR101398855B1 KR 101398855 B1 KR101398855 B1 KR 101398855B1 KR 1020120078735 A KR1020120078735 A KR 1020120078735A KR 20120078735 A KR20120078735 A KR 20120078735A KR 101398855 B1 KR101398855 B1 KR 101398855B1
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KR
South Korea
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rotating frame
sliding member
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frame
rotating
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이성철
박종권
노승국
김병섭
Original Assignee
한국기계연구원
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Priority to JP2012270132A priority patent/JP5713987B2/ja
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Abstract

2축 회전 및 3축 병진 운동을 통해 회전운동이 극대화된 기구 메커니즘이 적용되어 가공성이 뛰어난 다축 가공 가변 머시닝 장치에 관하여 개시한다.
본 발명의 일실시예에 따르면 베이스프레임; 상기 베이스프레임의 상부에서 회동하며, 내경을 통해 접촉 지지되어 원주를 따라 슬라이딩하는 제1미끄럼부재를 구비하는 제1회동프레임; 상기 제1회동프레임의 내측에 교차 배치되어 상기 제1회동프레임과 교차하는 방향으로 회동하며, 내경을 통해 접촉 지지되어 원주를 따라 슬라이딩하는 제2미끄럼부재를 구비하는 제2회동프레임; 및 상기 제1미끄럼부재 및 상기 제2미끄럼부재를 관통하여 설치되어 상기 제1회동프레임 및 상기 제2회동프레임의 회동에 연동하여 상기 제1미끄럼부재 및 상기 제2미끄럼부재의 슬라이딩 동작 시 위치 및 자세 변위가 조절되는 스핀들;을 포함하되,
상기 스핀들과 상기 제1미끄럼부재와의 접촉 상태는 고정되어 있는 반면, 상기 스핀들과 제2미끄럼부재와의 접촉 상태는 마찰이 저감되어 상기 스핀들의 회전이 가능하게 형성되는 것을 더 포함하며,
상기 베이스프레임은, 상기 제1회동프레임과 간격을 두고 외곽 상에 배치되는 링형의 상단 몸체와, 상기 상단 몸체의 하측으로 돌출된 반구형의 하단 몸체를 포함하는 몸체부; 상기 몸체부의 하부에 위치하는 수평상의 지지판과, 상기 지지판의 하부에 기립 설치되는 다리를 포함하는 지지부; 및 상기 몸체부와 상기 지지판 사이에 수직상태로 개재되어 진동을 흡수하는 방진부재;로 구성됨을 더 포함하고,
상기 상단 몸체의 상면에는, 상기 제1회동프레임을 회동시키도록 연결된 한 쌍의 제1구동모터와, 상기 제2회동프레임을 회동시키도록 연결된 한 쌍의 제2구동모터가 서로 교차하는 방향으로 장착되며, 상기 상단 몸체의 내측에는, 가공 대상물이 안착되는 작업대가 고정 배치되되, 상기 작업대는 상기 제1구동모터와 상기 제2구동모터로부터 중심 방향으로 연장된 복수의 연결부재에 의해 고정 지지되되, 상기 상단 몸체의 상면에는 상기 제1구동모터와 제2 구동모터는 그 하부가 매립되도록 모터 삽입홈이 각각 형성된 것을 더 포함하는, 다축 가공 가변 머시닝 장치를 제공한다.

Description

다축 가공 가변 머시닝 장치{RECONFIGURABLE MACHINING APPARATUS CAPABLE OF MULTI-AXIS MACHINING}
본 발명은 다축 가공 가변 머시닝 장치에 관한 것으로서, 2축 회전 및 3축 병진 운동을 통해 회전운동이 극대화된 기구 메커니즘이 적용됨에 따라 기존에 비해 가공성이 향상되어, 다양한 분야(예: BT 및 IT 마이크로 가공 분야)에 까지 활용될 수 있는 5축 가공이 가능한 다축 가공 가변 머시닝 장치에 관한 것이다.
가공 대상물의 3차원 입체 가공에 사용되는 대표적인 것으로 레이저 가공 장치와 다축 머시닝 장치가 소개되어 있다. 레이저 가공 장치의 경우 체적이 큰 대상물에 비해 작은 가공 대상물을 가공하는데 주로 이용되며, 이와 달리 다축 머시닝 공작기계의 경우 체적이 상대적으로 큰 가공 대상물의 가공에 주로 이용된다.
다만, 다축 머시닝 장치는 대다수 몸체 부피가 큰 편이며, 가공 대상물의 3차원 입체 가공을 위하여 테이블 상에 위치 고정된 가공 대상물의 주변으로 공구가 상하, 전후 및 좌우로 이동하면서 가공을 수행해야 했기에, 공구의 이동거리가 늘어남에 따라 가공오차가 커져 정교하고 복잡한 형상의 제품을 가공하기 위해서는 다소 무리가 따랐다.
나아가, 다축 머시닝 장치의 경우 대부분 다축 병진 운동만으로 가공 대상물의 가공을 수행하는 까닭에 비교적 구조가 복잡하며, 이에 포함되는 부품 수도 많아 고가의 가격대를 형성하고 있다. 또한, 복잡한 형상의 제품을 가공하기 위해서는 공구의 움직임이 더 많이 요구되므로, 불필요하게 에너지 소모가 심해지는 단점도 있었다.
이 같은 불편을 해결하기 위하여, 회전운동이 극대화된 구동 메커니즘을 갖는 새로운 개념의 다축 가공 가변 머시닝 장치에 대한 개발이 절실히 요구되는 바이다.
본 발명은 회전운동이 극대화된 기구 메커니즘을 적용하여 기존에 비해 가공성이 향상되어 다양한 마이크로 가공 분야에 까지 사용할 수 있는 다축 가공 가변 머시닝 장치를 제공한다.
본 발명은 회전운동과 병진운동이 동시 적용된 기구학적 구조를 가지도록 하여 장치의 부피가 감소되면서도 보다 복잡하고 정교한 가공을 실시할 수 있는 다축 가공 가변 머시닝 장치를 제공한다.
본 발명은 상호 교차 배치된 한 쌍의 회동프레임의 회전에 연동하여 단일의 스핀들이 설정된 방향으로 원활하게 안내될 수 있는 구조를 채택하여 가공 대상물의 3차원 가공을 더욱 정교하게 수행할 수 있는 다축 가공 가변 머시닝 장치를 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제에 국한되지 않으며, 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 베이스프레임; 상기 베이스프레임의 상부에서 회동하며, 내경을 통해 접촉 지지되어 원주를 따라 슬라이딩하는 제1미끄럼부재를 구비하는 제1회동프레임; 상기 제1회동프레임의 내측에 교차 배치되어 상기 제1회동프레임과 교차하는 방향으로 회동하며, 내경을 통해 접촉 지지되어 원주를 따라 슬라이딩하는 제2미끄럼부재를 구비하는 제2회동프레임; 및 상기 제1미끄럼부재 및 상기 제2미끄럼부재를 관통하여 설치되어 상기 제1회동프레임 및 상기 제2회동프레임의 회동에 연동하여 상기 제1미끄럼부재 및 상기 제2미끄럼부재의 슬라이딩 동작 시 위치 및 자세 변위가 조절되는 스핀들;을 포함하되,
상기 스핀들과 상기 제1미끄럼부재와의 접촉 상태는 고정되어 있는 반면, 상기 스핀들과 제2미끄럼부재와의 접촉 상태는 마찰이 저감되어 상기 스핀들의 회전이 가능하게 형성되는 것을 더 포함하며,
상기 베이스프레임은, 상기 제1회동프레임과 간격을 두고 외곽 상에 배치되는 링형의 상단 몸체와, 상기 상단 몸체의 하측으로 돌출된 반구형의 하단 몸체를 포함하는 몸체부; 상기 몸체부의 하부에 위치하는 수평상의 지지판과, 상기 지지판의 하부에 기립 설치되는 다리를 포함하는 지지부; 및 상기 몸체부와 상기 지지판 사이에 수직상태로 개재되어 진동을 흡수하는 방진부재;로 구성됨을 더 포함하고,
상기 상단 몸체의 상면에는, 상기 제1회동프레임을 회동시키도록 연결된 한 쌍의 제1구동모터와, 상기 제2회동프레임을 회동시키도록 연결된 한 쌍의 제2구동모터가 서로 교차하는 방향으로 장착되며, 상기 상단 몸체의 내측에는, 가공 대상물이 안착되는 작업대가 고정 배치되되, 상기 작업대는 상기 제1구동모터와 상기 제2구동모터로부터 중심 방향으로 연장된 복수의 연결부재에 의해 고정 지지되되, 상기 상단 몸체의 상면에는 상기 제1구동모터와 제2 구동모터는 그 하부가 매립되도록 모터 삽입홈이 각각 형성된 것을 더 포함하는, 다축 가공 가변 머시닝 장치를 제공한다.
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여기서, 상기 복수의 연결부재는, 상기 제1회동프레임 및 상기 제2회동프레임에 마련된 복수의 호형 장공을 관통하여 상기 작업대의 측면으로 연결됨에 따라, 상기 제1회동프레임 및 상기 제2회동프레임 각각의 회동 경로에 간섭을 주지 않는 구조로 설치될 수 있다.
또한, 상기 몸체부의 하단 몸체에는 칩 배출용 개폐 도어가 마련될 수 있다.
한편, 상기 제1회동프레임 및 상기 제2회동프레임의 폭 중심에는 원주를 따라 원주형 장공이 형성되며, 상기 원주형 장공의 폭 크기는, 상기 스핀들이 상기 원주형 장공을 관통한 상태에서 상기 제1회동프레임 및 상기 제2회동프레임의 원주를 따라 마찰 없이 선회할 수 있는 크기로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제1회동프레임 및 상기 제2회동프레임 각각의 내경 쪽에는 상기 제1미끄럼부재 및 상기 제2미끄럼부재 각각이 접촉 지지된 상태에서 슬라이딩 될 수 있게 돌출 형성된 레일부가 각각 마련될 수 있다.
그리고 상기 제2미끄럼부재의 내경에는 상기 스핀들이 접촉된 상태에서 자유 회전이 가능하도록 상기 스핀들과 마주하는 면상으로 베어링 부재가 덧대어 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 다축 가공 가변 머시닝 장치에 의하면, 회전운동이 극대화된 구동 메커니즘을 적용하여 기존에 비해 가공성이 향상될 수 있다. 특히 BT 및 IT 마이크로 가공 분야에 까지 사용할 수 있다.
특히, 2축 회전 운동 및 3축 병진 운동이 가능한 기구학적 구조를 동시에 적용함에 따라 기존에 비해 기존 다축 머시닝 장치의 복잡한 구성을 간소화시킬 수 있으며, 더욱 복잡하고 정교한 가공을 실시할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 다축 가공 가변 머시닝 장치에 의하면, 상호 교차 배치된 한 쌍의 회동프레임의 회전에 연동하여 스핀들이 설정된 방향으로 원활하게 이송될 수 있다. 이는 각각의 회동프레임 사이에 마련된 미끄럼 부재와 스핀들과의 연결 구조를 설계 변경하여 가능해 질 수 있다.
즉, 제1회동프레임 내의 제1미끄럼부재와 스핀들 간의 연결은 고정되며, 제2회동프레임 내의 제2미끄럼부재와 스핀들 간의 연결은 상호 간의 접촉 마찰이 저감된 상태로 연결될 수 있다.
이로써, 스핀들은 제1회동프레임과 제2회동프레임의 동작에 연동하여 설정된 방향으로 위치가 변화하면서도 가공 대상물을 향해 정확한 자세를 취할 수 있게 된다. 그 결과 가공성은 물론 가공 정밀도가 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다축 가공 가변 머시닝 장치의 사시도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 다축 가공 가변 머시닝 장치의 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 다축 가공 가변 머시닝 장치의 구성 중 베이스프레임을 확대 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 다축 가공 가변 머시닝 장치의 구성 중 제1회동프레임 및 제2회동프레임을 확대 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 다축 가공 가변 머시닝 장치의 구성 중 제1회동프레임 및 제2회동프레임을 구동시키는 구동모터간의 연결 관계를 설명하기 위해 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 다축 가공 가변 머시닝 장치에서 스핀들과 제1미끄럼부재 및 제2미끄럼부재와의 연결 관계를 설명하기 위해 도시한 도면.
도 7은 도 6에 도시된 P-P′ 구간을 확대 도시한 도면.
도 8은 도 6에 도시된 Q-Q′ 구간 단면을 확대 도시한 도면.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다축 가공 가변 머시닝 장치(이하, 간략히 '가변 머시닝 장치'라 지칭하기로 함)에 관하여 설명하기로 한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해 질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. 단지 여기에서 설명될 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다축 가공 가변 머시닝 장치의 사시도이며, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 다축 가공 가변 머시닝 장치의 분해 사시도이다.
도 1 및 2를 병행 참조하면, 도시된 가변 머시닝 장치(100)는, 베이스프레임(110)과, 베이스프레임(110)의 상부에서 회동하는 제1회동프레임(130)과, 베이스프레임(110)의 상부에서 제1회동프레임과 교차하는 방향으로 회동하는 제2회동프레임(150)과, 제1회동프레임(130) 및 상기 제2회동프레임(150)의 회동에 연동하여 가공 위치 및 자세 변위가 조절되는 스핀들(170)을 포함한다.
특히, 제1회동프레임(130)에는 내경을 통해 접촉 지지되어 원주 경로를 따라 슬라이딩하는 제1미끄럼부재(140)가 구비되며, 이와 마찬가지로 제2회동프레임(150)에도 내경을 통해 접촉 지지되어 원주를 따라 슬라이딩하는 제2미끄럼부재(160)가 구비된다. 이때, 상기 스핀들(170)은, 상기 제1미끄럼부재(140)와는 고정되는 반면에 상기 제2미끄럼부재(160)와는 베어링수단(160a)에 의해 접촉 부위에서 회전 가능하게 거치되는 점에 본 발명의 주요한 특징이 있다. 이러한 구조는 제1회동프레임(130)과 제2회동프레임(150)이 동시에 각기 다른 방향으로 회동할 경우, 스핀들(170)의 위치 및 자세 정밀도를 원활하게 해주기 위한 것으로서, 해당 설명은 후술될 도 6을 참조하여 상술하기로 한다.
본 발명의 다축 가공 가변 머시닝 장치(100)는 가공 대상물을 가공하는 스핀들(170)이 단일의 형태로 구성되며, 스핀들(170)은 별도로 도시하진 않았으나, Z축 방향으로의 위치가 승강에 의해서 조절되는 동시에, 동일한 축 방향으로 회전될 수 있다. 이에 더하여, 스핀들(170)은 서로 교차하는 방향으로 개별 또는 연동하여 회동하는 제1회동프레임(130) 및 제2회동프레임(150)의 동작에 따라 가공 대상물을 향한 위치 및 자세가 전체 방향으로 조절될 수 있어 3차원 입체 가공에 유리한 구조로 이루어져 있다.
베이스프레임(110)은 제1회동프레임(130)은 물론 제2회동프레임(150)을 내측으로 연결하여 위치 고정시키는 동시에 바닥으로부터 제1회동프레임(130) 및 제2회동프레임(130)을 지탱하는 역할을 담당한다. 아울러, 베이스프레임(110)은 제1회동프레임(130) 및 제2회동프레임(150)의 회동에 필요한 구동력을 제공하는 복수의 구동모터(121a, 121b)를 고정하여 배치시키는 역할도 담당한다. 이를 위해, 상기 베이스프레임(110)은 크게 몸체부(111)와 지지부(113) 및 방진부재(115)의 세부 구성을 포함한다.
몸체부(111)는 제1회동프레임(130)과 간격을 두고 외곽 상에 배치되는 환형의 상단 몸체(111a)와, 상기 상단 몸체의 하측으로 돌출된 반구형의 하단 몸체(111b)를 포함한다.
상단 몸체(111a)의 상면에는 제1회동프레임(130)을 회동시키는 한 쌍의 제1구동모터(121a)가 일 방향(즉, X축 방향)으로 서로 마주보며 배치되며, 이와 교차되는 방향(즉, Y축 방향)으로는 제2회동프레임(150)을 회동시키는 한 쌍의 제2구동모터(121b)가 서로 마주보며 배치된다.
하단 몸체(111b)는 상단 몸체의 내경으로부터 하측으로 연장되어 돌출된 반구형 부재로서, 가공 대상물이 스핀들(170)에 의해 가공될 때 배출되는 칩을 포함한 이물질을 포집하는 역할을 담당한다. 특히, 이러한 하단 몸체(111b)의 바닥 부위에는 개폐 도어(117)가 마련될 수 있는데, 이러한 개폐 도어(117)는 포집된 칩을 포함한 이물질을 수거하여 외부로 배출시키는 용도로 이용된다. 이러한 개폐 도어(117)의 형상 및 구조는 도 3을 참조하면 확인할 수 있다. 도시된 개폐 도어(117)는 슬라이딩 방식으로 개폐되는 구조로 나타나 있으나, 힌지에 의해 여닫이 방식으로 개폐되는 구조로 실시 변경되어도 무방하다.
지지부(113)는 몸체부(111)(특히, 상단 몸체(111a))의 하면과 일정한 간격을 사이에 두고 바닥에 지지되는 부재로서, 도시된 바와 같이, 상기 몸체부(111)의 하부에 위치하는 수평상의 지지판(113a)을 포함하며, 상기 지지판(113a)의 하부에 기립 설치되는 4개의 다리(113b)를 포함한다.
아울러, 상기 다리(113b)의 하단에는 높낮이 조절이 가능한 받침대(116)를 더 구비할 수 있다.
방진부재(115)는 몸체부(111)(특히, 상단 몸체(111a))의 하면과 상기 지지판(113a)의 상면 사이에 설정된 간격(예: 90°)을 두고 삽입되어 가공 중 발생될 수 있는 진동을 흡수하는 역할을 담당한다. 구체적인 예로, 에어쿠션(air cushion)이 이용될 수 있다. 이러한 방진부재(115)는 다리(113b)가 바닥에 접촉 지지된 위치와 동일 선상, 즉 각 다리(113b)가 위치한 상부에 배치되는 것이 바람직하다. 이는 지면으로부터 전달되는 주변 진동이 장치로 전달되는 것을 방지함으로써 가공 정밀도를 향상시켜 줄 수 있기 때문이다.
한편, 상기 상단 몸체(111a)의 상면에는 제1 구동모터(121a) 및 제2 구동모터(121b)의 하부가 매립되도록 모터 삽입홈(111a')이 각각 형성될 수 있다. 상기 모터 삽입홈(111a')으로 제1, 2 구동모터(121a,121b)의 전장부가 삽입됨에 따라 전선단락 및 감전의 우려를 방지할 수 있고, 각 구동모터가 상단 몸체(111a)의 외곽으로 돌출되지 않으므로 작업자가 통행중 간섭되는 것을 방지할 수 있다.
이어서, 제1회동프레임(130) 및 제2회동프레임(150)에 관하여 설명하기로 한다.
제1회동프레임(130)은, 상기 베이스프레임(110)의 상부에서 X축 방향으로 연결되어 X축 기준으로 회전 구동하는 형태로 설치되며, 내경을 통해 접촉 지지되어 제1회동프레임(130)의 원주 경로를 따라 슬라이딩하는 제1미끄럼부재(140)를 포함한다. 그리고 제2회동프레임(150)은, 상기 제1회동프레임(130)의 내측에 교차 배치되며, 상기 베이스프레임(110)의 상부에서 Y축 방향으로 연결되어 Y축 기준으로 회전 구동하는 형태로 설치되며, 상기 제1미끄럼부재(140)와 동일 유사한 방식으로 제2회동프레임(150)의 원주 경로를 따라 슬라이딩하는 제2미끄럼부재(160)를 포함한다. 이들 제1회동프레임 및 제2회동프레임은 도 4를 참조하면 구체적인 형상 및 구조를 확인할 수 있다.
도 4를 참조하면, 제1회동프레임(130)은 베이스프레임의 상부에서 X축 방향으로 설치되어 회동하는 구조로 이루어져 있으며, 제2회동프레임(150)은 제1회동프레임(130)의 내측에서 제1회동프레임(130)과 교차하는 방향, 즉 Y축 방향으로 설치되어 회동하는 구조로 이루어져 있다. 그리고 제1회동프레임(130) 및 제2회동프레임(30)은 모두 환형의 몸체로 제작되는데, 제1회동프레임(130) 및 제2회동프레임(150)의 내부공간의 중앙부에 가공 대상물이 안착 고정되는 작업대(127)가 놓여진다. 상기 작업대(127)가 고정되는 구조에 관하여는 이어서 설명될 도 5를 통해 상술하기로 한다.
특히, 제1회동프레임(130)과 제2회동프레임(140)의 폭 중심에는 원주 방향을 따라 장공(이를 '원주형 장공'이라 함)(131, 151)이 각각 마련되어 있는데, 이러한 원주형 장공(131, 151)은 스핀들(170)이 제1회동프레임(130) 및 제2회동프레임(150)을 각각 관통하여 설치되어 이송되는 공간으로 작용한다.
더 구체적으로 설명하면, 스핀들(170)은 제1회동프레임(130)의 제1미끄럼부재(140)와 제2회동프레임(150)의 제2미끄럼부재(160)에 의해 위치 및 자세가 구속된다. 그리고 제1회동프레임(130) 및 제2회동프레임(150)의 회전 구동 시에는 제1미끄럼부재(140) 및 제2미끄럼부재(160)가 각각의 프레임의 원주 방향으로 이동하게 되는데, 이때 각각의 미끄럼부재에 연결된 스핀들(170)이 설정된 방향으로 움직이게 된다. 이 경우, 스핀들(170)이 제1회동프레임(130) 및 제2회동프레임(150)에 의해 위치 및 자세 변위에 간섭을 받지 않으며, 각각의 원주 방향으로 마찰 없이 선회할 수 있도록 해당 회동프레임(130, 150)마다 원주형 장공(131, 151)이 형성되어 있는 것이다.
그리고 제1회동프레임(130)이 제1구동모터(미도시)로부터 동력을 전달받기 위해 축 연결되는 부위(137)의 양쪽으로는 서로 마주하는 한 쌍의 호형 장공(139)이 마련되어 있다. 이와 마찬가지로 제2회동프레임(150)이 제2구동모터(미도시)로부터 동력을 전달받기 위해 축 연결되는 부위(157)의 양쪽으로는 서로 마주하는 한 쌍의 호형 장공(159)이 마련되어 있다. 이들 호형 장공(139, 159)은 제1구동모터와 제2구동모터 각각으로부터 작업대(127)의 위치를 고정시키기 위하여 연결되는 복수의 연결부재(도 5의 125a, 125b)가 관통하여 설치되는 부위이다. 즉, 고정 설치된 복수의 연결부재에 의해 제1회동프레임(130) 및 제2회동프레임(150)이 회동 중에 간섭을 받지 않도록 설정된 범위로 호형 장공(139, 159)을 마련해 둔 것이다.
그리고 제1회동프레임(130)은 물론 제2회동프레임(150)의 하부 양측 방향으로는 레일부(133, 153)가 외측으로 돌출 형성되어 있다. 이러한 레일부(133, 153)는 제1미끄럼부재(140) 및 제2미끄럼부재(150)와 상호 대응하는 요철 형상을 이루어, 제1미끄럼부재(140) 및 제2미끄럼부재(150)가 제1회동프레임(130) 및 제2회동프레임(150)에 접촉된 상태에서 이탈하지 않고 자유롭게 이동될 수 있는 주행 경로의 역할을 담당한다. 구체적으로는 관용의 선형 모션 가이드(도 6의 161) 등을 이용할 수 있다.
한편, 제1회동프레임(130)에는 직경이 확장되는 방향으로 돌기단부(135)가 마련될 수 있으며, 상기 돌기단부(135)의 원주 방향 단면에는 일정 간격으로 이격 배치된 복수의 홀(136)이 더 마련될 수 있다. 이는 구조적인 강성을 확보하면서도 중량을 저감시키기 위한 구조에 해당된다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 다축 가공 가변 머시닝 장치의 구성 중 제1회동프레임 및 제2회동프레임을 구동시키는 구동모터간의 연결 관계를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 제1회동프레임 및 제2회동프레임을 각각 회전시키는 동시에, 내측으로는 작업대의 위치를 고정시킬 수 있는 본 발명의 세부 구성들이 도시되어 있다.
먼저, 전술된 제1회동프레임을 회동시키는 한 쌍의 제1구동모터(121a)는 베이스 프레임(특히, 상단 몸체(도 1의 111a))의 상부에 X축 방향으로 이격되어 고정 배치된다. 이와 달리 전술된 제2회동프레임을 회동시키는 한 쌍의 제2구동모터(121b)는 베이스 프레임의 상부에 Y축 방향으로 이격되어 고정 배치된다. 더 구체적으로는 제1구동모터(121a) 및 제2구동모터(121b)는 각각의 구동모터 하우징을 감싸는 제1브래킷(123a) 및 제2브래킷(123b)에 의해 베이스 프레임에 고정된다.
한편, 상기 제1브래킷(123a) 및 제2브래킷(123b)으로부터 서로 교차하는 방향의 중심 상에는 작업대(127)가 배치되는데, 이 작업대(127) 쪽을 향하여 복수의 연결부재(125a, 125b)가 연결되어 작업대(127)의 위치를 고정시킨다. 이때, 각각의 연결부재(125a, 125b)의 끝단 쪽에는 작업대(127)가 안착될 수 있도록 서로 교차 연결되어 평탄한 상면을 제공하는 조립 플레이트(126a, 126b)가 더 마련될 수 있다. 이에 따라 작업대(127)는 제1회동프레임과 제2회동프레임의 내부공간 중심에서 위치 고정될 수 있다.
다음으로, 스핀들과 제1미끄럼부재 및 제2미끄럼부재 사이의 연결 관계에 대하여 살펴보기로 한다. 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 다축 가공 가변 머시닝 장치에서 스핀들과 제1미끄럼부재 및 제2미끄럼부재와의 연결 관계를 설명하기 위해 도시한 도면이다. 이러한 도면을 참조하면, Z축 방향으로 입설된 스핀들(170)의 중앙에는 제1미끄럼부재(140)가 고정 배치되며, 제2미끄럼부재(140)는 이와 간격을 두고 더 하측으로 연결된 모습을 확인할 수 있다.
특히, 상기 스핀들(170)과 제1미끄럼부재(140)의 연결 구조는, P-P′ 단면을 통해 확인할 수 있듯이 스핀들의 외주면을 제1미끄럼부재가 고정되는 구조를 지님에 반해, 상기 제2미끄럼부재(160)와는 연결 구조는 Q-Q′ 단면을 통해 확인할 수 있듯이 스핀들에 접하는 쪽에 베어링 부재(160a)가 더 개재하여 형성된다. 이에 따라 스핀들이 자율적으로 회전 가능한 구조를 갖는다. 이는 제1회동프레임과 제2회동프레임이 동시에 설정된 각도로 회전할 경우, 각각에 구비된 제1미끄럼부재(140) 및 제2미끄럼부재(160)의 이동에 따라 스핀들(170)의 위치 및 자세가 원활하게 설정될 수 있도록 한 것이다.
만일 스핀들(170)이 제1미끄럼부재(140)와 제2미끄럼부재(160) 각각에 모두 고정된 연결 구조를 갖는다면, 서로 이격된 2개의 지점에서 스핀들이 고정됨으로써, 제1회동프레임 및 제2회동프레임이 동시에 회동 변위를 가질 경우 스핀들의 위치 및 자세가 작업자의 의도대로 정확하게 설정되기 어려울 수 있다. 다만, 이러한 베어링 부재(160a)의 형상은 설명의 편의상 간략하게 표현한 것으로, 이와 다른 다양한 형상 및 구조로 변경되어도 무방하다. 그리고 베어링 부재(160a)의 구체적인 예로는 볼 베어링이 이용될 수 있으나, 이외의 관용적으로 널리 활용되고 있는 다양한 베어링 부재가 이용되어도 무방하다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 다축 가공 가변 머시닝 장치에 의하면, 회전운동이 극대화된 구동 메커니즘을 적용하여 기존에 비해 가공성이 향상될 수 있다. 특히 BT 및 IT 마이크로 가공 분야에 까지 사용할 수 있다. 특히, 2축 회전 운동 및 3축 병진 운동이 가능한 기구학적 구조를 동시에 적용함에 따라 기존에 비해 기존 다축 머시닝 장치의 복잡한 구성을 간소화시킬 수 있으며, 더욱 복잡하고 정교한 가공을 실시할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 다축 가공 가변 머시닝 장치에 의하면, 상호 교차 배치된 한 쌍의 회동프레임의 회전에 연동하여 스핀들이 설정된 방향으로 원활하게 이송될 수 있다. 이는 각각의 회동프레임 사이에 마련된 미끄럼 부재와 스핀들과의 연결 구조를 설계 변경하여 가능해 질 수 있다. 즉, X축 회동 프레임 내의 제1미끄럼부재와 스핀들 간의 연결은 고정되며, Y축 회동 프레임 내의 제2미끄럼부재와 스핀들 간의 연결은 서로 접촉 마찰이 저감된 상태로 연결될 수 있다. 이로써, 스핀들은 X축 회동 프레임과 Y축 회동 프레임을 따라 동시에 안내되어 이송될 경우에도 설정된 방향으로 향하여 정확한 자세를 취할 수 있게 된다. 이는 가공성을 향상시켜 준다.
이상에서 본 발명에 따른 다축 가공 가변 머시닝 장치에 관한 바람직한 실시예에 관하여 살펴보았다.
전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 이 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 다축 가공 가변 머시닝 장치
110: 베이스프레임
111: 몸체부
110a: 상단 몸체 110b: 하단 몸체
113: 지지부 115: 방진부재
116: 받침대 117: 개폐 도어
121a: 제1구동모터 121b: 제2구동모터
123a: 제1브래킷 123b: 제2브래킷
125a: 제1연결부재 125b: 제2연결부재
126a: 제1교차지지대 126b: 제2교차지지대
127: 작업대
130: 제1회동프레임
131: 제1회동프레임의 원주형 장공 133: 제1회동프레임의 레일부
135: 돌기단부 136: 홀
139: 제1회동프레임의 호형 장공
140: 제1미끄럼부재
150: 제2회동프레임
151: 제2회동프레임의 원주형 장공 153: 제2회동프레임의 레일부
159: 제2회동프레임의 호형 장공
160: 제2미끄럼부재 160a: 베어링 부재
161: 선형 모션 가이드
170: 스핀들

Claims (8)

  1. 베이스프레임;
    상기 베이스프레임의 상부에서 회동하며, 내경을 통해 접촉 지지되어 원주를 따라 슬라이딩하는 제1미끄럼부재를 구비하는 제1회동프레임;
    상기 제1회동프레임의 내측에 교차 배치되어 상기 제1회동프레임과 교차하는 방향으로 회동하며, 내경을 통해 접촉 지지되어 원주를 따라 슬라이딩하는 제2미끄럼부재를 구비하는 제2회동프레임; 및
    상기 제1미끄럼부재 및 상기 제2미끄럼부재를 관통하여 설치되어 상기 제1회동프레임 및 상기 제2회동프레임의 회동에 연동하여 상기 제1미끄럼부재 및 상기 제2미끄럼부재의 슬라이딩 동작 시 위치 및 자세 변위가 조절되는 스핀들;을 포함하되,
    상기 스핀들과 상기 제1미끄럼부재와의 접촉 상태는 고정되어 있는 반면, 상기 스핀들과 제2미끄럼부재와의 접촉 상태는 마찰이 저감되어 상기 스핀들의 회전이 가능하게 형성되는 것을 더 포함하며,

    상기 베이스프레임은,
    상기 제1회동프레임과 간격을 두고 외곽 상에 배치되는 링형의 상단 몸체와, 상기 상단 몸체의 하측으로 돌출된 반구형의 하단 몸체를 포함하는 몸체부; 상기 몸체부의 하부에 위치하는 수평상의 지지판과, 상기 지지판의 하부에 기립 설치되는 다리를 포함하는 지지부; 및 상기 몸체부와 상기 지지판 사이에 수직상태로 개재되어 진동을 흡수하는 방진부재;로 구성됨을 더 포함하고,

    상기 상단 몸체의 상면에는, 상기 제1회동프레임을 회동시키도록 연결된 한 쌍의 제1구동모터와, 상기 제2회동프레임을 회동시키도록 연결된 한 쌍의 제2구동모터가 서로 교차하는 방향으로 장착되며,
    상기 상단 몸체의 내측에는, 가공 대상물이 안착되는 작업대가 고정 배치되되, 상기 작업대는 상기 제1구동모터와 상기 제2구동모터로부터 중심 방향으로 연장된 복수의 연결부재에 의해 고정 지지되되,
    상기 상단 몸체의 상면에는 상기 제1구동모터와 제2 구동모터는 그 하부가 매립되도록 모터 삽입홈이 각각 형성된 것을 더 포함하는, 다축 가공 가변 머시닝 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 연결부재는, 상기 제1회동프레임 및 상기 제2회동프레임에 마련된 복수의 호형 장공을 관통하여 상기 작업대의 측면으로 연결됨에 따라, 상기 제1회동프레임 및 상기 제2회동프레임 각각의 회동 경로에 간섭을 주지 않는 구조로 설치되는 다축 가공 가변 머시닝 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 몸체부의 하단 몸체에는 칩 배출용 개폐 도어가 마련되어 있는 다축 가공 가변 머시닝 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1회동프레임 및 상기 제2회동프레임의 폭 중심에는 원주를 따라 원주형 장공이 형성되며,
    상기 원주형 장공의 폭 크기는,
    상기 스핀들이 상기 원주형 장공을 관통한 상태에서 상기 제1회동프레임 및 상기 제2회동프레임의 원주를 따라 마찰 없이 선회할 수 있는 크기로 이루어지는 다축 가공 가변 머시닝 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1회동프레임 및 상기 제2회동프레임 각각의 내경 쪽에는 상기 제1미끄럼부재 및 상기 제2미끄럼부재 각각이 접촉 지지된 상태에서 슬라이딩 될 수 있게 돌출 형성된 레일부가 각각 마련되어 있는 다축 가공 가변 머시닝 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2미끄럼부재의 내경에는 상기 스핀들이 접촉된 상태에서 자유 회전이 가능하도록 상기 스핀들과 마주하는 면상으로 베어링 부재가 덧대어 형성되어 있는 다축 가공 가변 머시닝 장치.
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