KR101748458B1 - 석재 재료, 가령, 천연 석재 및 덩어리 석재, 세라믹 및 유리 슬래브를 평탄하게 하거나 또는 연마하기 위한 기계장치 - Google Patents

석재 재료, 가령, 천연 석재 및 덩어리 석재, 세라믹 및 유리 슬래브를 평탄하게 하거나 또는 연마하기 위한 기계장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 석재 재료, 가령, 천연 석재 및 덩어리 석재, 세라믹 및 유리 슬래브를 평탄하게 하거나 또는 연마하기 위한 기계장치에 관한 것으로서, 상기 기계장치는 기계가공되어야 하는 슬래브가 상부에서 이동하는 세로방향 벤치(12)를 포함하고, 서로 맞은편에 있는 한 쌍 이상의 브릿지 지지 구조물(20, 22)이 벤치의 양쪽에 배열되며, 상기 브릿지 지지 구조물에 의해 지지되고 횡단 방향으로 이동할 수 있는 하나 이상의 빔(24)을 포함한다. 하나 이상의 수직축에서 수직 방향으로 이동할 수 있는 맨드릴(40)이 상기 빔(24) 위에서 지지되고 수직축(Z1) 주위로 회전하는 맨드릴 지지 구조물(30) 상에서 이격 배열되어 장착된다. 상기 맨드릴은, 바닥 단부 상에 장착된, 상기 맨드릴의 회전축 주위로 회전하고 공구를 평탄하게 하거나 또는 연마하는 수용 장치를 가진다. 이런 방식으로, 공구 수용 장치는 맨드릴의 회전축 주위로의 회전, 맨드릴 수용 구조물의 회전축 주위로의 선회 운동 및 빔의 운동으로 인한 병진 운동 중 한 운동을 수행한다.

Description

석재 재료, 가령, 천연 석재 및 덩어리 석재, 세라믹 및 유리 슬래브를 평탄하게 하거나 또는 연마하기 위한 기계장치{MACHINE FOR SMOOTHING OR POLISHING SLABS OF STONE MATERIAL, SUCH AS NATURAL AND AGGLOMERATED STONE, CERAMIC AND GLASS}
본 발명은 석재 재료, 가령, 천연 석재 및 덩어리 석재, 세라믹 및 유리 슬래브를 평탄하게 하거나 또는 연마하기 위한 기계장치에 관한 것이다.
이러한 기계장치들은 일반적으로 평탄하게 하거나 또는 연마해야 하는 슬래브를 이동시키기 위한 벨트가 운동하는 세로방향 벤치(bench)를 포함하며, 2개의 브릿지 지지 구조물(bridge support structure)이 벨트 양쪽에 배열되고, 한 브릿지 지지 구조물은 기계가공되어야 하는 재료에 대해 유입부 상에 위치되고 다른 브릿지 지지 구조물은 기계가공된 재료에 대해 배출부 상에 위치된다.
맨드릴 수용 빔(mandrel carrying beam)이 2개의 브릿지 지지 구조물들에 의해 서로 맞은편 단부에서 지지된다. 이 빔에는 일련의 수직축 평탄화(smoothing) 및/또는 연마(polishing) 맨드릴이 끼워지는데(fitted), 상기 맨드릴은 일렬로 배열되고, 바닥 단부에 장착된, 연마 공구(abrasive tool)가 끼워지고 맨드릴의 수직축 주위로 회전하는 지지대(support)를 가지며, 이는 밑에서 보다 명확하게 설명될 것이다.
이 빔은, 평탄화 또는 연마 맨드릴의 작업 영역(working area)이 평탄하게 되거나/연마되어야 하는 슬래브의 전체 폭을 덮을 수 있는 경우, 제자리에(in position) 고정될 수 있다.
하지만, 가장 빈번하게 일어나는 것과 같이, 기계가공되어야 하는 슬래브가 매우 넓기 때문에, 빔은 재료의 공급 방향에 대해 횡단 방향으로 교대의 직선 운동을 수행할 수 있도록 하기 위하여 2개의 브릿지 지지 구조물 상에서 슬라이딩 이동가능하게 지지되며 이에 따라 공구 수용 맨드릴의 작업 영역은 슬래브의 전체 폭을 덮을 수 있다(cover). 병진 운동(translationi)의 정도(degree)는 기계가공되는 재료의 폭에 따라 가변된다.
사용된 공구는 경질의 입자 재료(granular material), 예를 들어, 보통 실리콘 카바이드 또는 다이아몬드로 제작된다. 산업 분야에서는, 성긴 형태(loose form)의 연마 입자(abrasive granule)는 사용되지 않지만, 결합 매트릭스(bonding matrix)(시멘트, 수지, 세라믹 또는 금속일 수 있음)에 의해 연마 공구를 형성하기 위해 함께 결합되며, 마모되고 나면 입자가 얇게 벗겨지고(flaking) 배출되기(releasing) 전에 연마 작용을 수행할 수 있는 한, 입자들을 수용하는 기능을 가진다.
위에서 언급한 것과 같이, 연마 공구는 일반적으로 수직축을 가진 맨드릴에 의해 회전 가능하게 구동되는(rotationally driven) 지지대에 고정된다.
연성의 석재 재료, 가령, 대리석의 경우, 평평한 표면을 가진 프리즘 형태(prismatic form)의 공구용 지지대는 일반적으로 연마 지지 플레이트이다.
대신, 화강암 또는 석영과 같은 경질의 석재 재료의 경우, 지지대는 임의의 경우에서 스포크(spoke)와 유사한 장치(arrangement) 및 상이하게 형태가 형성된 공구에 특정 운동을 가하는 헤드(head)이다. 상기 헤드는 진동 지지대(oscillating support)(소위 진동-세그먼트 헤드) 또는 롤러 형태의 공구를 위한 실질적으로 수평축을 가진 회전 지지대(소위 롤러 헤드) 또는 평평한 공구를 위한 실질적으로 수직축을 가진 회전 지지대(소위 평평-디스크 헤드 또는 유성 또는 궤도 헤드) 타입으로 구성될 수 있다.
또한, 공구는 슬래브가 공구 밑에서 통과할 때 (수백 마이크로미터 내지 수 마이크로미터 만큼) 점차적으로 감소하는 입자 크기(grain size)를 가진다. 특히, 평탄하게 되어야 하는 슬래브를 기계가공하는 제 1 맨드릴은 상대적으로 큰 입자 크기를 가진 공구를 가지며, 제 2 맨드릴은 그보다 약간 작은 입자 크기를 가진 공구를 가지는데, 매우 미세한 연마 입자를 가진 공구들은 최종 맨드릴 위에 장착된다.
맨드릴은 수직 방향으로 슬라이딩 이동가능하고 재료의 표면 위에 배치된 공구에 기계적 성질, 유압 또는 공압 성질로 구성될 수 있는 압력을 가할 수 있으며, 공압 압력이 가장 바람직하고 이 경우 맨드릴, 또는 소위 "플런저(plunger)"가 수직 방향으로 슬라이딩 이동가능하고 공압 압력에 의해 작동된다.
이런 방식으로, 훌륭히 연마된 마감질된(finish) 슬래브가 얻어진다. 하지만, 다수의 결점이 존재한다.
사실, 맨드릴 수용 빔, 및 이 맨드릴 수용 빔에 관한 맨드릴은 재료의 공급 방향에 대해 횡단 방향인 교대의 직선 운동을 수행하며, 따라서 상기 운동이 반대로 될 때 맨드릴의 운동이 일시적으로 중지되고 따라서 평탄화 또는 연마 공구 운동이 일시적으로 중단된다. 상기와 같이 중지되면 재료 내에 국부적으로 약간 함몰되는 부분(depression)을 형성하지만 이는 특히 섬세한 어두운 재료(delicate dark material)의 모든 연마된 표면 위에 음영 영역(shaded zone)을 생성하기에 충분하다.
이러한 효과를 감쇄하려는 노력에서, 기계가공되어야 하는 슬래브의 전체 폭을 덮도록 하기 위하여 회전하는 십자 형태의 지지대(cross-like support) 상에 맨드릴이 장착된 그 외의 다른 기계장치가 고안되었다. 특히, 맨드릴은 가변적인 폭을 가진 슬래브를 평탄하게 하고 연마할 수 있도록 하기 위하여 십자 형태의 피스(piece)를 가진 암(arm)을 따라 위치될 수 있다.
형태가 형성된 영역의 위에서 언급된 문제점을 극복하기 위하여 상기 해결사항이 고안되었다 하더라도, 이러한 기계장치들에서, 십자 형태의 피스 상에 장착된 맨드릴은 커버리지(coverage), 보다 구체적으로는, 일정하지 않은 재료의 여러 영역들에서 체류 시간(stay time)을 가진 반복적인 행정(repetitive stroke)를 수행하는 것을 유의해야 한다. 이러한 사실은 맨드릴의 표면 위에서 육안으로 볼 수 있는 가변적인 연마 효과를 가진 밴드(band)를 생성할 수 있다.
본 발명의 일반적인 목적은, 어둡고 섬세한 재료 경우에서도, 음영 영역들이 육안으로는 보이지 않도록 이러한 음영 영역 없이 항상 일정하게 연마되는 슬래브를 제공하여 종래 기술의 문제점들을 극복하기 위한 것이다.
이 목적을 구현하기 위하여, 본 발명에 따르면, 석재 재료(stone material), 가령, 천연 석재 및 덩어리 석재(agglomerated stone), 세라믹 및 유리 슬래브(slab)를 평탄하게 하거나 또는 연마하기 위한 기계장치가 제공되는데, 상기 기계장치는 기계가공되어야 하는 슬래브를 지지하기 위한 벤치(bench)를 포함하고, 상기 벤치 위에 하나 이상의 기계가공 스테이션(machining station)이 제공되며, 상기 기계가공 스테이션은 벤치의 양쪽에 횡단 방향으로 배열된 한 쌍 이상의 서로 맞은편에 있는 브릿지 지지 구조물(bridge support structure), 두 단부가 상기 브릿지 지지 구조물들에 의해 지지되는 하나 이상의 빔(beam), 상기 하나 이상의 빔 위에 장착된 슬라이딩 수직축을 가진 하나 이상의 회전 맨드릴을 포함하며, 하나 이상의 연마 공구를 수용하고 상기 맨드릴의 회전축 주위로 회전하는 하나 이상의 공구 수용 지지대(tool carrying support)가 상기 맨드릴의 바닥 단부에 제공되며, 하나 이상의 빔은 횡단 방향으로 앞뒤로 교대로 이동될 수 있도록 상기 브릿지 지지 구조물 상에서 횡단 방향으로 이동가능하고, 상기 벤치 상에서 슬래브와 스테이션 사이에서 세로 방향으로 상대적으로 운동하기 위한 수단이 제공되며, 수직 회전축 주위로 회전하는 하나 이상의 맨드릴 수용 구조물이 상기 빔 위에 장착되며, 수직 방향으로 슬라이딩 이동하는 하나 이상의 맨드릴은 상기 맨드릴 수용 구조물의 회전축으로부터 이격된 위치(eccentric position)에서 상기 맨드릴 수용 구조물 상에 장착되고, 이에 따라 상기 공구 수용 지지대는 맨드릴의 회전축 주위로의 회전 운동, 맨드릴 수용 구조물의 회전축 주위로의 선회 운동(revolving movement) 및 빔의 운동으로 인한 병진 운동(translation movement)을 포함하는 운동 중 하나 이상의 운동을 수행하는 것을 특징으로 한다.
평탄화(smoothing) 및 연마(polishing) 공구들이 수행하는 상기 복잡한 운동으로 인해, 슬래브의 여러 작업 영역들에서의 체류 시간(stay time)은 매우 일정하다. 기본적으로, 공구가 상대적으로 긴 시간 기간 동안 중단되는, 평탄하게 되어야 하는 슬래브의 어떠한 부분이나 영역도 없다. 이것은 평탄화/연마 작업이 가능한 가장 일반적이고도 균일한 방식으로 수행되는 결과를 가진다.
재료와 공구 사이의 상대 운동은:
1. 상부에 평탄화 공구 또는 헤드가 장착되는 맨드릴의 수직축 주위로의 회전 운동;
2. 맨드릴 수용 구조물의 회전축 주위로의 선회 운동(revolving movement);
3. 빔의 회전으로 인해, 횡단 방향의 교대의(alternating) 병진 운동;
4. 벤치 위에 위치된 재료의 공급으로 인해, 세로 방향의 병진 운동; 및
5. 진동 슈(oscillating shoe)를 가진 평탄화 헤드의 경우 회전축 주위로의 공구의 진동, 또는 평평-디스크 헤드(flat-disc head)의 경우 수직축 주위로의 공구의 회전, 또는 롤러 헤드(roller head)의 경우 수평축 주위로의 공구의 회전으로 인해 수행된다는 사실을 유의해야 한다.
재료와 공구의 이러한 가변적인 상대 운동의 여러 조합으로 인해, 임의의 가시적인 결함을 제거하는 것이 가능하다. 실제로, 임의의 공구가 기계가공 자국(machining mark)을 남긴다는 사실을 고려하면, 이러한 방식으로, 운동의 중복성(multiplicity)으로 인해, 특히 복잡하고 무질서하게 뒤섞인(interwoven) 기계가공 자국들은 눈을 기만하고 이에 따라 육안으로 볼 수 없게 된다. 이 사실은, 슬래브의 모든 영역들에서 기계가공 공구의 균일한 외형(presence)과 함께, 연마 기계가공 공정의 잔여 자국들로부터의 임의의 결함을 가시적 관측 지점으로부터 제거될 수 있게 한다.
본 발명의 이러한 두 특히 바람직한 형태들로 인해, 광(light)에 대해 관측되는 어두운 슬래브의 경우에서도, 가시적인 결함이 없고 홈(groove)이 없는 마감 재료(finished material)의 슬래브가 얻어진다
특히, 맨드릴 지지 구조물은 맨드릴 수용 구조물의 회전축으로부터 이격되어 배열되고 바람직하게는 주변 방향으로 같은 거리에 떨어져 배열된 2개 이상의 평탄화 또는 연마 맨드릴을 지지한다.
바람직하게는, 상기 기계장치는 2개 이상의 맨드릴 수용 구조물을 포함하며, 유입부(entry side) 상에 위치된 맨드릴 수용 구조물 위에 장착된 공구들의 연마 입자의 입자 크기는 기계가공된 재료에 대해 배출부(exit side) 상에 위치된 맨드릴 수용 구조물 위에 장착된 공구들의 연마 입자의 입자 크기보다 더 크다.
이런 방식으로, 맨드릴 수용 구조물의 갯수 및 맨드릴 수용 구조물 상에 장착된 맨드릴의 갯수를 증가시킴으로써, 어떠한 표면 결함도 없고 심미적인 관측 지점으로부터 최적인 마감 슬래브를 얻는 것이 가능하다.
본 발명의 이러한 이점들과 추가적인 이점들은 비-제한적인 예로서 본 발명의 원리들을 적용하는 여러 구체예들과, 첨부된 도면을 참조하여 제공된 하기 상세한 설명으로부터 보다 명확하게 나타날 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 평탄화 및 연마 기계장치를 개략적으로 도시한 정면도이다.
도 2 및 3은, 각각, 도 1에 따른 평탄화 및 연마 기계장치를 상부로부터 바라보고 개략적으로 도시한 도면과 측면으로부터 바라보고 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 도 1과 비슷하지만 맨드릴들이 하부 위치에 있다.
도 5는 도 2와 비슷하지만 이동식 맨드릴 수용 빔이 도 2에 도시된 행정과 반대의 횡단 행정의 최종 위치에 도시된다.
도 6은 도 1에 따른 평탄화 및 연마 기계장치의 맨드릴 수용 구조물들 중 하나를 개략적으로 도시한 상부 평면도이다.
도 7은 도 6의 라인 VII-VII을 따라 일부를 절단한 맨드릴 수용 구조물을 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 8, 9 및 10은 본 발명에 따른 평탄화 및 연마 기계장치의 가능 변형예들을 개략적으로 도시한 일부도이다.
도 11과 12는 본 발명에 따른 평탄화 및 연마 기계장치의 한 변형예를 도시한 정면도와 상부 평면도이다.
도 1, 2 및 도 3, 10은, 전반적으로, 본 발명에 따라 구성된 석재 재료(stone material), 가령, 천연 석재 및 덩어리 석재(agglomerated stone), 세라믹 또는 유리 슬래브(slab)를 평탄하게 하고 연마하기 위한 기계장치를 도시하고 있다.
상기 기계장치(10)는 기계가공되어야 하는 슬래브(91)를 지지하는 표면 또는 벤치(12)가 위에 배열된 기계가공 스테이션(90)을 포함한다. 특히, 상기 기계가공 스테이션(90)은 슬래브 지지 표면 양쪽에 횡단 방향으로 배열된 2개의 브릿지 지지 구조물(20, 22)을 포함한다. 보다 구체적으로는, 브릿지 지지 구조물(20)은 기계가공되어야 하는 재료에 대해 유입부 상에 위치되고 브릿지 지지 구조물(22)은 기계가공된 재료에 대해 배출부 상에 위치된다. 용어 "유입부(entry side)" 및 "배출부(exit side)"는 스테이션과 슬래브 운동(movement)의 상대적인 방향을 가리키는 것으로 이해하면 되는데, 밑에서 더욱 명확하게 기술될 것이다.
이 두 브릿지 지지 구조물(20, 22)은 맨드릴 수용 빔(24)을 지지하며, 따라서 상기 맨드릴 수용 빔(24)은 스테이션과 슬래브의 상대 운동 방향에 대해 세로 방향으로(longitudinal) 배열된다. 맨드릴 수용 빔(24)은 2개의 단부(24a, 24b)를 가지며, 이 단부들은 각각의 브릿지 지지 구조물(20, 22) 상에서 슬라이딩 이동가능하게 지지되어(slidably supported) 상기 빔(24)이 횡단 방향(Y)으로 이동할 수 있다. 상기 빔(24)은 두 브릿지 지지 구조물을 따라 이동되어 구동 시스템에 의해 교대의 직선 운동(alternating rectilinear movement)을 하는데, 구동 시스템은 도면에 도시되지 않았지만 당업자가 쉽게 생각할 수 있는 시스템이다. 도 2 및 5는 횡단방향 행정(transverse stroke) 동안 맨드릴 지지 빔(24)의 두 단부 위치를 도시하고 있다. 일반적으로, 상기 단부 위치에서 운동이 반대로 일어난다. 자명하게도, 기계가공되는 슬래브의 폭에 따라, 상기 단부 위치에 도달하기 전에 반대 방향으로의 운동이 수행될 수 있다. 슬래브의 최대 폭은 스테이션 밑에 있는 횡단방향 기계가공 공간에 의해 결정된다.
빔(24)의 세로 방향에서, 모터가 구동하는 운동 수단에 의해, 기계가공되어야 하는 표면은 상부에 위치된 스테이션(90)에 대해서 상대적인 병진 운동(traslatory movement)을 수행한다. 도면들에 도시된 바람직한 구체예에서, 스테이션 하부에서 이동되는 슬래브가 정지상태로 유지된다. 이를 위하여, 상기 운동 수단은 연마되어야 하거나 또는 평탄하게 되어야 하는 슬래브들을 이동시키기 위해 세로방향 벤치(12) 위에서 이동하는 벨트(14)를 포함한다. 벤치(12)의 두 단부에서 벨트(14)는 구동 롤러(18)와 아이들 롤러(16) 주위로 감긴다(wound). 석재 재료의 운동 방향은 예컨대 화살표(F)로 표시된다. 따라서 유입부(98)는 기계가공되어야 하는 슬래브들을 위한 것이며 배출부(99)는 기계가공된 슬래브들을 위한 것이다.
따라서, 슬래브를 연속적이고도 순차적으로 공급할 수 있는데, 이것은 당업자가 쉽게 생각할 수 있다. 이런 방식으로, 슬래브의 최대 길이는 임의의 길이값(value)을 가질 수 있다.
또한, 스테이션(90)은 표면을 따라 세로 방향으로 이동하도록 설계될 수 있으며, 운동 수단은 적절한 모터-구동 캐리지(motor-driven carriage)로 설계된다.
도 6 및 7에 보다 명확하게 도시되어 있는, 3개의 기계가공 유닛(machining unit) 또는 맨드릴 수용 구조물(30A, 30B, 30C)은 이동식 빔(24) 상에서 각각의 수직축(Z1A, Z1B, Z1C) 주위로 회전가능하게 장착된다(mounted rotatably). 각각의 맨드릴 수용 구조물(30)에는 모터(32)(도 6 참조)가 제공되며, 이 모터(32)는 바람직하게는 주변(peripheral), 톱니구조의(toothed), 원형 림(95)과 맞물려서 맨드릴 수용 구조물(30)이 수직축(Z1) 주위로 회전하게 한다. 상기 세 맨드릴 수용 구조물(30A, 30B, 30C)은 각각 V1, V2, V3로 표시된 회전 방향으로 회전하며 이 회전 방향들은 서로 교대인 것이 바람직한데, 이는 밑에서 기술될 것이다.
각각의 맨드릴 수용 구조물(30)에는 평탄화 또는 연마 공구를 지지하기 위해 수직축(Z2)을 가진 4개의 모터-구동 맨드릴(40A, 40B, 40C, 40D)이 제공된다. 이 맨드릴들은 맨드릴 수용 구조물(30)의 회전축(Z1)에 대해서 동일한 거리에 떨어져 배열되며 따라서 축(Z1)으로부터 이격되어 위치되는(positioned eccentrically) 것이 바람직하다.
각각의 맨드릴(40A, 40B, 40C, 40D)의 바닥 단부에는 평탄하게 되어야 하는 슬래브의 표면을 향하고 있는 기계가공 표면을 가진 연마 공구를 가진 기계가공 헤드(machining head)로 구성된 공구 수용 지지대(tool carrying support)가 끼워진다(fitted). 공구 홀더(tool holder)와 공구들은 상이한 형상들을 가질 수 있다. 특히, 도 1-7에 도시된 구체예에서, 공구 수용 지지대는 맨드릴의 회전축(Z2) 주위로 회전하는 진동 슈(oscillating shoe)(또는 세그먼트)를 가진 공지된 타입의 평탄화 헤드(smoothing head)(50)로 구성된다.
진동-슈 평탄화 헤드(50)는 경질 재료, 가령, 화강암 또는 석영을 평탄하게 하고 연마하기 위해 사용되며 (도 7에 보다 명확하게 도시된 것과 같이) 반경 방향으로 배열되고 각각이 반경방향 수평축(X) 주위로 진동 슈(51)들을 포함하는 것이 바람직하다. 슬래브를 평탄하게 하거나 또는 연마하기 위하여 적절한 연마 공구(52)가 각각의 슈(51) 위에 장착된다.
이 슈들은 예를 들어 갯수가 6개일 수 있으며 맨드릴 축 주위에서 외주(circumference)를 따라 동일한 거리에 배열될 수 있다.
도 6으로부터, 4개의 맨드릴(40A, 40B, 40C, 40D)이 평탄화 헤드(50)를 회전 운동하게 하는 것을 볼 수 있는데, 모두 똑같은 회전 방향이 아니라 특히 중심축(Z1) 주위에서 외주를 따라 교대로 회전하는 것이 바람직하다. (도 6에 도시된 경우에서와 같이) 상기 외주의 직경들을 따라 배열된 복수의 맨드릴의 경우, 서로 맞은편에 배열된 맨드릴(40A, 40C)은 평탄화 헤드에 대해 화살표(W1 및 W3)로 표시된 제 1 회전 방향(예를 들어, 반시계 방향)으로 회전하게 하고, 서로 맞은편에 배열된 다른 맨드릴 쌍(40B, 40D)은 평탄화 헤드에 대해 각각 화살표(W2 및 W4)로 표시된 것과 같이 반대 회전 방향으로(예를 들어, 시계 방향으로) 회전하게 한다. 평탄화 헤드(50)가 상기와 같은 방향들, 바람직하게는, 서로 반대 방향들로 회전하는 이유가 밑에 기술된다.
동일한 맨드릴 수용 구조물(30)의 평탄화 헤드 위에 장착된 연마 공구들은 똑같은 입자 크기(grain size) 또는 매우 비슷한 입자 크기를 가지지만, 상부에 장착된 맨드릴 수용 구조물이 변경될 때 상기 연마 공구들의 입자 크기가 가변적인 것이 바람직하다. 사실, 바람직한 구체예에서, 평탄하게 되어야 하거나 또는 연마되어야 하는 재료를 우선적으로 처리하는 맨드릴 수용 구조물(30A) 위에 장착된 연마 공구들은 상대적으로 큰 입자 크기를 가지는 반면, 재료의 공급 방향에서 일렬로(in succession) 배열된 맨드릴 수용 구조물들은 점차 증가하는(increasingly) 더 미세한(finer) 입자 크기를 가지며 최종 맨드릴 수용 구조물(30C)은 최대로 미세한 입자 크기를 지닌 공구들을 가진다.
이런 방식으로, 평탄화 및 연마 공정들에 의해 제공된 마감질(finish)의 등급(degree)은 슬래브 재료가 여러 맨드릴 수용 구조물(30) 하부를 통과할 때 증가한다.
각각의 맨드릴(40)은 플런저 타입으로 구성되며 즉 맨드릴(40)은 맨드릴 수용 구조물(30)에 대해 수직 방향으로 이동할 수 있다. 이 운동은 바람직하게는 공압식 실린더(pneumatic cylinder)인 액츄에이터(44)에 의해 발생된다. 따라서, 기계가공되어야 하는 재료로부터 평탄화 헤드(50)를 분리시키기(disengage) 위하여 평탄화 헤드(50)를 들어올 수 있거나 혹은 내릴 수 있으며 연마 공구(52)들은 재료를 평탄하게 하거나 또는 연마할 수 있게 하기 위해 적절한 압력으로 슬래브에 대해 가압될 수 있다(pressed against). 도 7에서, 좌측 맨드릴은 완전히 내려간 위치에 있는 상태로 도시되며 우측 맨드릴은 완전히 올라간 위치에 있는 상태로 도시된다.
도 1은 모든 맨드릴(40) 및 따라서 모든 평탄화 헤드(50)들이 올라가서 연마 공구(52)들이 기계가공되어야 하는 재료와 접촉하지 않는 기계장치(10)의 비-작동 상태(non-operative condition)를 도시한다.
대신, 도 4는 모든 맨드릴(40) 및 따라서 모든 평탄화 헤드(50)들이 내려가서 그에 따라 연마 공구(52)들이 표면(14) 위에 배열된 기계가공되어야 하는 재료와 접촉하는 기계장치(10)의 공정 또는 작동 상태를 도시한다.
도 7에서 명확하게 볼 수 있듯이, 각각의 맨드릴은 각각의 모터(94)에 연결된 운동학적 트랜스미션(kinematic transmission)(93)을 가진 축방향으로 슬라이딩 이동하는 커플링(coupling)이 제공된 회전 샤프트(92)를 가진다. 따라서, 회전 샤프트(92)는 실린더(44)가 작동할 때에 수직 방향으로 슬라이딩 이동할 수 있다. 각각의 맨드릴을 위해 2개의 실린더(44)가 제공되며 이 두 실린더(44)들은 맨드릴의 축에 대해 스러스트 힘(thrusting force)의 균형을 맞추기 위해(balance) 슬라이딩 샤프트의 양 면들 상에서 대칭으로 배열되는 것이 바람직하다.
적절한 회전 커플링(96)(당업자가 쉽게 생각할 수 있고 공지된 타입이기 때문에 도시되거나 또는 설명되지 않음)이 중심축(Z1) 상에 배열되며 맨드릴(40)과 기계장치의 고정 구조물, 모터(94), 피스톤(44) 및 그 외의 다른 추가적인 임의의 액츄에이터 및 회전 구조물(30) 상에 배열된 센서들 사이가 전기적으로 연결되고 유체적으로 연결될 수 있게 한다.
예를 들어, 적절하게 프로그래밍된 공지된 마이크로프로세서 시스템을 포함하는 기계장치의 컨트롤 유닛은 단일 맨드릴의 수직방향 행정 운동을 독립적으로 조절하며 이에 따라 맨드릴이 슬래브 상의 주어진 지점들에 안착되고(rest) 이들이 모두 미리 정해진 기계가공 압력(machining pressure)을 유지하는 것이 바람직하다. 맨드릴의 기계가공 압력을 조절하면, 각각의 기계가공 유닛(30)의 기계가공 영역(machining zone)이 확장(extension)됨에도 불구하고, 기계가공이 최적으로 수행될 수 있으며, 모든 공구들에 대해 전체 영역에 걸쳐 압력이 일정하게 할 수 있다. 당업자가 쉽게 생각할 수 있는 것과 같이, 선택된 압력값은 특정 기계가공 공정, 사용된 공구 및 기계가공되는 재료들에 좌우될 것이다.
따라서, 기계가공되어야 하는 재료에 관해, 각각의 연마 공구(52)는 기계가공되어야 하는 표면들 위에서 복수의 독립 운동들을 포함하는 복잡한 운동, 보다 구체적으로는:
1. 상부에 평탄화 헤드(50)가 장착되는 맨드릴의 수직 회전축(Z2) 주위로의 회전 운동;
2. 맨드릴 수용 구조물(30A, 30B, 30C)의 수직 회전축(Z1) 주위로의 선회 운동(revolving movement);
3. 맨드릴 수용 빔(24)의 회전으로 인해, Y 방향으로 구현되는 횡단 방향의 교대의 병진 운동;
4. 벨트 위에 위치된 재료의 공급으로 인해, F로 표시된 세로 방향의 병진 운동; 및
5. 도 1 내지 7에 도시된 것과 같이, 진동-슈 평탄화 헤드의 경우, 슈의 실질적으로 회전 수평축(X) 주위로의 공구의 진동 운동을 수행하는 것을 유의해야 한다.
병진 운동과 회전 운동의 개별 속도 및 운동의 조성(composition)은 예를 들어 실행 속도에 나쁜 영향을 끼치지 않고도 기계가공 균일성(machining uniformity)을 최대화하기 위하여 기계장치의 컨트롤 장치에 의해 용이하게 조절될 수 있다.
바람직한 속도에는, 예를 들어 기계가공 유닛들에 대해서는 축(Z1) 주위에서 10 내지 60 rpm 범위에 있는 속도, 맨드릴에 대해서는 300-600 rpm의 속도, 및 스테이션 하부에 있는 슬래브의 세로방향 이동(longitudinal displacement)에 대해서는 0.5 내지 4 m/분의 속도가 포함되며, 횡단 운동(tranverse movement)에 대해서는 예컨대 분당 10 내지 30 범위에 있는 다수의 왕복 운동 행정을 가지는 것으로 밝혀졌다. 명백하게, 회전 유닛들의 수치(dimension)는 특정의 기계가공 요구사항(machining need)에 좌우되겠지만, 특히 바람직한 것으로 밝혀진 맨드릴 수용 구조물의 직경은 약 1-1.5 m이며 회전 공구 지지대의 직경은 약 40-60 cm이다.
처리되는 재료와 특정 요구사항들에 따라, 공구는 도 1-7에 도시된 공구와 다를 수 있다.
예를 들어, 특히, 대리석(marble)과 같은 연성 재료의 경우, 맨드릴(40)의 바닥 단부는 단순히 연마 지지 플레이트(60)로 끼워질 수 있으며, 도 8에 개략적으로 도시된 것과 같이, 평평한 지지 표면을 가진 공구(62)들이 상기 연마 지지 플레이트(60) 상에 장착된다.
화강암 또는 석영과 같은 경질 재료들의 경우, 진동 세그먼트(oscillating segment)를 가진 평탄화 헤드(50) 대신, 맨드릴(40)의 바닥 단부 위에 평평-디스크 헤드(70)(유성 또는 궤도 헤드로 알려진), 즉, 도 9에 개략적으로 도시된 것과 같이, 평평한 연마 공구(72)에 대해 실질적으로 수직축(X2)을 가진 회전 평평-디스크 홀더 또는 지지대(71)가 제공된 헤드를 장착하는 것이 가능하다. 공지된 것과 같이, (일반적으로 맨드릴의 주축(Z2) 주위에서 외주를 따라 배열된) 축(X2)은 맨드릴이 회전됨으로써 작동되는 적절한 메커니즘에 의해 회전 가능하게 구동될 수 있다(rotationally driven).
도 10에 도시된 것과 같이, 또 다른 타입의 공구는 롤러 평탄화 헤드(80) 즉 상부에 롤러 형태의 공구(82)들이 장착되는 실질적으로 수평축(X3)을 가진 반경 방향으로 회전하는 지지대(81)로 끼워진 헤드를 포함할 수 있다.
평평-디스크 헤드의 경우, 지점(5) 밑에 표시된 공구의 운동은 관련 수직축 주위로의 회전 운동, 또는 롤러 헤드의 경우, 수평축 주위로의 회전 운동으로 구성된다.
임의의 경우에서, 상기 운동, 따라서, 단일의 연마 공구로 구성된 운동으로 인해, 슬래브의 전체 작업 표면은 균일하고 일반적인 방식으로 덮혀질 수 있다(covered).
(각각의 공구에 몇몇 맨드릴(40)이 제공되고 바람직하게는 각각의 맨드릴이 몇몇 연마 공구들을 가지는 몇몇 맨드릴 수용 구조물(30)이 존재할 수 있기 때문에) 이 공구가 기본적으로 다수라는 사실을 고려하면, 공구가 슬래브의 다양한 영역 내에 머무르는 시간이 실질적으로 똑같기 때문에, 평탄하게 되어야 하거나 또는 연마되어야 하는 슬래브의 모든 영역들이 실질적으로 동일한 정도(degree)로 처리되며 즉 더 작은 정도로 연마되는 슬래브 영역도 없고 더 큰 정도로 연마되는 그 외의 다른 영역들도 없는 것이 밝혀졌다. 이런 방식으로, 연마 정도는 슬래브의 전체 폭에 걸쳐 거의 균일하고 일정하다.
게다가, 연마 공구들에 의해 남겨진 기계가공 자국(machining mark)은 복잡성으로 인해 무질서하게 제멋대로(in random) 배열되며, 그 결과 희미한 효과(blurred effect)가 나타나 육안으로 상기 복수의 기계가공 자국들을 구분할 수 없고 따라서 더 이상 인식할 수 없다는 점을 유의해야 한다.
기본적으로, 육안으로는 슬래브에 불균일하게 연마된 영역과 기계가공 자국들이 없는 것으로 나타나며, 이에 따라 심지어 더 나쁜 상태 즉 짙은 색상의 슬래브가 광(light)에 대해 관측된 경우에서도 외형(appearance)의 품질이 매우 높다.
또한, 각각의 맨드릴 수용 구조물(30)의 다양한 평탄화 및 연마 헤드(50)의 회전 방향은 서로 반대 방향인 것이 바람직하며, 인접한 맨드릴 수용 구조물(30)은 반대 회전 방향을 가지는 것이 바람직하고, 이는 최적의 평탄화 및 연마 효과가 구현되도록 추가로 도움이 된다는 사실을 이해해야 한다.
도 11과 12는 전체적으로 도면부호(100)로 표시된 본 발명에 따른 기계장치의 한 변형예를 도시한다.
이 기계장치(100)는 컨베이어 벨트(114)를 따라 일렬로(in sequence) 배열된 2개의 스테이션(190A 및 190B)을 포함한다. 스테이션들에 대해 슬래브의 운동 방향으로 정렬된 상기 두 스테이션(190A 및 190B)은 위에서 기술된 기계장치(10)의 스테이션(90)과 실질적으로 똑같으며 이에 따라 기계장치(10)에 대해 앞에서 이미 기술한 부분들과 동일하거나 또는 유사한 부분들은 동일한 도면부호에 100을 더한 도면부호들로 표시된다.
따라서, 기계장치(100)는 2개의 이동식 맨드릴 수용 빔(124A, 124B)를 포함하며, 기계가공 유닛 또는 맨드릴을 지지하는 3개의 구조물(130A, 130B, 130C 및 130D, 130E, 130F)이 상기 맨드릴 수용 빔의 상부에 장착된다. 여기서 상기 기계가공 유닛들이 기계장치(10)에 대해 위에서 이미 기술한 바와 똑같기 때문에 상기 기계가공 유닛들은 상세하게 기술되지 않을 것이다.
스테이션들 하부에 컨베이어 벨트(114)를 가진 벤치(112)가 제공되는데, 이 벤치(112)는 유입부(198)에서 기계가공되어야 하는 슬래브들을 수용하고 기계가공 헤드 하부에서 이 슬래브들을 배출부(199)까지 이송한다.
바람직하게는, 동일한 맨드릴 수용 구조물들의 모든 평탄화 헤드에는 똑같거나 또는 비슷한 입자 크기를 가진 연마 공구들로 끼워지며, 배출부를 향한 위치에 배열된 구조물 상에 장착된 상기 공구들은 재료 유입부를 향한 위치에 배열된 맨드릴 수용 구조물 상에 장착된 공구들의 입자보다 더 미세한 입자 크기를 가진다.
이렇게 하여, 위에서 기술된 모든 내용들을 고려할 때, 매우 높은 정도로 마감질하도록(finish) 평탄하게 되고 연마되는 슬래브를 얻는 것이 가능하다.
스테이션(190A 및 190B)의 여러 부분들의 운동은 위에서 이미 기술된 운동과 유사하며 두 스테이션의 상대 운동은 동기화될 수 있거나 혹은 독립적일 수 있다. 최종적으로 연마된 외형이 더더욱 균일하도록 추가로 더 운동시키는 것도 바람직할 것이다.
사용될 수 있는 공구들은 스테이션(10)에 대해 도면들에 도시되고 위에서 이미 기술된 공구들과 실질적으로 똑같을 수 있다.
여기서, 미리 정해진 목적(object)가 어떤 방식으로 구현되며 이에 따라 육안으로도 실질적으로 결함이 없는 고품질의 평탄화 효과 및/또는 연마 효과를 신속하게 발생할 수 있는 기계장치가 구현되는 지는 명백하다.
명맥하게도, 본 발명의 혁신적인 원리들을 적용하는 구체예는 이러한 혁신적인 원리들의 한 예로서 제공되며 따라서 본 명세서에서 청구되는 권리범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다.
본 발명의 권리보호범위 내에서 기능적으로도 그리고 사상적으로도 균등한 변형예와 개선예들도 가능하다는 사실은 명백하다.
바람직하게는, 예를 들어, 맨드릴의 수직 운동을 위해 공압식 액츄에이터를 사용하면 기계가공 압력을 더 쉽게 조절하고 유지할 수 있다. 하지만, 맨드릴의 운동을 위해 공압식 실린더 대신 오일-유압식 실린더가 사용될 수도 있다.
각각의 빔 위에 장착된 맨드릴 수용 구조물들은 3개 이외의 갯수, 예를 들어, 1개, 2개, 4개 또는 5개로 구성될 수도 있다.
게다가, 각각의 맨드릴 수용 구조물을 위한 맨드릴은 4개가 아닌 갯수, 예를 들어, 1개, 2개 또는 3개의 맨드릴로 구성될 수 있다. 1개보다 많은 맨드릴의 경우, 맨드릴이 관련 기계가공 유닛의 회전축 주위에서 똑같은 주변방향 거리에 떨어져 배열되어야 하는 것이 바람직하다. 몇몇 스테이션(90 또는 190)은 슬래브의 세로방향의 운동 방향으로 배열될 수 있다. 슬래브를 이송하기 위한 시스템은 벨트와는 상이할 수 있으며 및/또는 로딩 장치(loading device) 및 언로딩 장치(unloading device)를 추가로 포함할 수 있는데, 이는 당업자가 쉽게 생각할 수 있다.
각각의 맨드릴 수용 지지대 상에 있는 맨드릴들은 맨드릴 수용 지지대의 회전축에 대해 배열될 수 있고 그리고 서로로부터 가변적인 거리에 배열될 수 있다. 또한, 상기 기계장치는 슬래브의 크기를 형성하는 공정(sizing)과 같은 추가적인 기계가공 공정들을 수행할 수 있다.

Claims (15)

  1. 석재 재료(stone material), 가령, 천연 석재 및 덩어리 석재(agglomerated stone), 세라믹 및 유리 슬래브(slab)를 평탄하게 하거나 또는 연마하기 위한 기계장치(10, 100)로서, 상기 기계장치는 기계가공되어야 하는 슬래브를 지지하기 위한 벤치(12, 112)를 포함하고, 상기 벤치 위에 하나 이상의 기계가공 스테이션(90, 190)이 제공되며, 상기 기계가공 스테이션은 벤치의 양쪽에 횡단 방향으로 배열된 한 쌍 이상의 서로 맞은편에 있는 브릿지 지지 구조물(20, 22), 상기 벤치 상에서 슬래브와 스테이션 사이에서 세로 방향으로 상대 운동을 수행하기 위한 수단, 두 단부(24a, 24b)가 상기 브릿지 지지 구조물(20, 22)들에 의해 지지되는 하나 이상의 빔(24), 상기 하나 이상의 빔(24) 위에 장착된 슬라이딩 수직축을 가진 하나 이상의 회전 맨드릴(40)을 포함하며, 하나 이상의 연마 공구(52, 62, 72, 82)를 수용하고 상기 맨드릴의 회전축(Z2) 주위로 회전하는 하나 이상의 공구 수용 지지대가 상기 맨드릴의 바닥 단부에 제공되는 평탄화 또는 연마 기계장치에 있어서,
    하나 이상의 빔(24, 124)은 횡단 방향으로 앞뒤로 교대로 이동될 수 있도록 상기 브릿지 지지 구조물(20, 22) 상에서 횡단 방향으로 이동가능하고, 수직 회전축(Z1) 주위로 회전하는 하나 이상의 맨드릴 수용 구조물(30, 130)이 상기 빔 위에 장착되며, 수직 방향으로 슬라이딩 이동하는 하나 이상의 맨드릴(40)은 상기 맨드릴 수용 구조물의 회전축(Z1)으로부터 이격된 위치에서 맨드릴 수용 구조물(30, 130) 상에 장착되고, 이에 따라 상기 공구 수용 지지대는 맨드릴의 회전축 주위로의 회전 운동, 맨드릴 수용 구조물의 회전축 주위로의 선회 운동 및 빔의 운동으로 인한 병진 운동을 포함하는 운동 중 하나 이상의 운동을 수행하는 평탄화 또는 연마 기계장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상대 운동 수단은 기계가공되어야 하는 슬래브에 대한 유입부와 기계가공된 슬래브에 대한 배출부 사이에 있는 스테이션 하부에서 슬래브를 이동시키기 위해 벤치에 걸쳐 운동하는(travelling) 벨트(14, 114)를 포함하는 것을 특징으로 하는 평탄화 또는 연마 기계장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 평탄화 또는 연마 기계장치는 상기 맨드릴 및 평탄하게 하거나 또는 연마되어야 하는 슬래브의 표면에 대해 연마 공구로 공구 수용 지지대를 누르도록 설계된 액츄에이터(44)를 포함하는 것을 특징으로 하는 평탄화 또는 연마 기계장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 맨드릴 수용 구조물(30, 130)은 상기 맨드릴 수용 구조물의 회전축(Z1)으로부터 이격되어 배열된 2개 이상의 맨드릴(40)을 포함하는 것을 특징으로 하는 평탄화 또는 연마 기계장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 맨드릴 수용 구조물의 회전축(Z1)으로부터 이격되어 배열된 2개 이상의 맨드릴(40)은 주변 방향으로 똑같은 거리에 떨어져 배열되는 것을 특징으로 하는 평탄화 또는 연마 기계장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 평탄화 또는 연마 기계장치는 2개 이상의 맨드릴 수용 구조물(30, 130)을 포함하며, 기계가공 스테이션 밑에서 슬래브에 대해 유입부(98, 198) 상에 배열된 맨드릴 수용 구조물 위에 장착된 공구들의 연마 입자의 입자 크기는 기계가공된 슬래브에 대해 배출부(99, 199) 상에 배열된 맨드릴 수용 구조물 위에 장착된 공구들의 연마 입자의 입자 크기보다 더 큰 것을 특징으로 하는 평탄화 또는 연마 기계장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 공구 수용 지지대는 연마 지지 플레이트(60)로 구성되는 것을 특징으로 하는 평탄화 또는 연마 기계장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 공구 수용 지지대는 각각이 수평축(X) 주위로 진동하고 반경 방향으로 배열된 세그먼트(51)를 포함하며, 하나 이상의 연마 공구(52)는 각각의 세그먼트 위에 장착되는 것을 특징으로 하는 평탄화 또는 연마 기계장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 공구 수용 지지대는 각각의 수직의 주변 방향으로 배열된 축(X2) 주위로 회전하는 평평-디스크 캐리어(71)를 포함하는 평평한 디스크를 가진 헤드(7)를 포함하며, 평평한 디스크(72) 형태의 연마 공구가 각각의 평평-디스크 캐리어(71) 위에 장착되는 것을 특징으로 하는 평탄화 또는 연마 기계장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 공구 수용 지지대는 각각의 수평의 반경 방향으로 배열된 축(X3) 주위로 회전하는 지지대(81)를 포함하는 롤러를 가진 헤드(80)를 포함하며, 롤러(82)로서 형태가 형성된 하나 이상의 연마 공구가 각각의 지지대(81) 위에 장착되는 것을 특징으로 하는 평탄화 또는 연마 기계장치.
  11. 제 3 항에 있어서,
    액츄에이터(44)는 공압식인 것을 특징으로 하는 평탄화 또는 연마 기계장치.
  12. 제 3 항에 있어서,
    벤치 위에서 기계가공되는 슬래브의 표면에 대해 맨드릴(40)의 가압 압력은 조절가능한 것을 특징으로 하는 평탄화 또는 연마 기계장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    빔(24, 124) 위에서 서로 양쪽에 배열된 맨드릴 수용 구조물(30, 130)은 반대 방향으로 회전할 수 있도록 모터-구동되는(motor-driven) 것을 특징으로 하는 평탄화 또는 연마 기계장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    똑같은 맨드릴 수용 구조물(30, 130) 위에 배열된 몇몇 맨드릴(40)은 외주(circumference)를 따라 배열되고, 각각의 맨드릴은 상기 외주 위에서 인접한 맨드릴에 대해 반대 방향으로 회전시키기 위해 모터 구동되는 것을 특징으로 하는 평탄화 또는 연마 기계장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 평탄화 또는 연마 기계장치는 2개의 스테이션(190A, 190B)을 포함하며, 상기 스테이션은 슬래브를 일렬로(in sequence) 기계가공하기 위하여 상기 스테이션들에 대해 슬래브의 운동의 세로 방향으로 서로 양쪽에 배열되는 것을 특징으로 하는 평탄화 또는 연마 기계장치.
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