KR200164252Y1 - 레이저용 공작물 고정장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 레이저를 이용한 판재의 정밀한 형상 절단작업을 보다 용이하도록 하기 위하여, 공작물 고정장치의 내부 받침핀을 절단하고자 하는 형상에 대응하여, 필요위치에 적절히 고정하거나 설치할 수 있도록 함과 아울러 받침핀의 내부에는 중공을 형성하여 진공을 이용하여 흡착 고정이 가능하도록 한 레이저용 공작물 고정장치에 관한 것으로, 상방이 개방된 사각함체 형상을 이루는 고정장치 본체(1)와, 이 본체(1)의 상측에는 레이저 빔 조사를 위한 노즐(3)이 설치되어 이루는 레이저용 공작물 고정장치에 있어서, 상기 본체(1)는 양측에 낮은 단이 진 받침부(1a)를 형성하며, 상기 본체 (1)및 받침부(1a)의 전면에 각각 설치되어 있는 고정구 배관 접속부(8), 배기팬 배관 접속부(9) 및 진공펌프 배관 접속부(10)와, 상기 본체(1) 내 바닥(23)에 설치되는 고정구(4)와, 상기 고정구(4)는 작업 시에 원통형상의 받침핀(2)를 끼워서 고정하거나 비사용시에 마개(12)로 폐쇄되는 구멍(4a) 및 일정높이를 유지하기 위한 플랜지(4b)를 형성하고 있으며, 상기 받침부(1a) 내에 설치되는 진공펌프(14) 및 환기용 배기팬(15)과, 상기 고정구(4)와 상기 진공펌프(14) 및 환기용 배기팬(15)은 배관(16)에 의하여 연결되어 있는 구성이기 때문에, 절단진행중에 가공소재의 흔들림, 진동이 발생하는 것을 방지하여 가공중 가공용 레이저 초점위치가 일정하도록 도모할 수 있어, 극박 판재의 정밀절단이 용이하고 가공후 가공물의 탈락으로 인한 손상을 방지할 수 있으며, 절단 정밀도 및 작업성을 향상시킬 수 있으며, 작업범위의 확대가 확보된다.

Description

레이저용 공작물 고정장치

제1도는 종래의 레이저용 공작물 고정장치의 일예를 나타낸 사시도.

제2도는 본 고안의 레이저용 공작물 고정장치의 주요구성을 나타낸 사시도.

제3도는 본 고안의 레이저용 공작물 고정장치의 작동상태를 나타낸 단면도.

제4도는 본 고안의 레이저용 공작물 고정장치의 요부 확대 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 공작물 고정장치 2 : 받침핀

2a : 중공부 3 : 레이저 노즐

4 : 고정구 4a : 구멍

4b : 플랜지 7 : 접속구

8 : 고정구 배관 접속부 9 : 배기팬 배관 접속부

10 : 진공펌프 배관 접속부 11 : 흄배기구

13 : 운전스위치 14 : 진공펌프

15 : 배기팬 16 : 배관

17 : 흄 18 : 연결호스

21 : 실리콘 고무링 22 : 배기구멍

23 : 바닥 W : 공작물(소재)

본 고안은 레이저용 공작물 고정장치에 관한 것으로, 보다 상세히는 레이저를 이용한 판재의 정밀한 형상 절단작업을 보다 용이하도록 하기 위하여, 공작물 고정장치의 내부 받침핀을 절단하고자 하는 형상에 대응하여, 필요위치에 적절히 고정하거나 설치할 수 있도록 함과 아울러 받침핀의 내부에는 중공을 형성하여 진공을 이용하여 흡착 고정이 가능하도록 한 레이저용 공작물 고정장치에 관한 것이다.

레이저 가공(laser machining)이란, 레이저라 불리우는 특수한 빛을 가진 에너지를 열에너지로 변환시켜 공작물을 국부적으로 가열하여 미세한 가공을 행하는 기계적 특수 가공법을 말한다. 그 가공원리를 간단하게 설명하면, 방전관으로부터 나온 빛이 레이저 재료에 집적되고 레이저 재료가 증폭기의 역할을 하며 반사경에 의하여 출력의 일부가 입력측에 되돌아 오고 출력이 증대되어 레이저로 된다. 이 레이저를 집광렌즈에 의해 한 점으로 모아 공작물에 비춘다. 레이저 가공은 레이저에 의해 공작물을 국부적으로 가열해서 용융시키거나 발광시키는 것이 가능하다.

이 가공방법은 공작물에 비접촉식으로 가공하기 때문에 시계의 베어링 구멍, 예를들면 직경 0.002∼0.005nm 등과 같은 정밀가공, 다이어몬드, 세라믹류 등의 비금속재료의 정밀한 구멍내기나 절단 등에 이용된다. 실용되고 있는 미소구멍의 가공한계는 10㎛이고, 단일 패스로 구멍깊이는 지름의 5∼10배까지이고 깊은 구멍은 패스를 반복조사하여 실시한다. 절단작업은 레이저 빔의 구멍뚫기에서 가공물을 이동시키면 절단작업으로 되며, 절단가스는 탄산가스 레이저가 사용되고 금속판, 종이, 포지(布地), 합성수지 등의 절단에 쓰이고, 가공물의 이동에는 수치제어(NC)를 이용하고 있다.

상기 레이저 가공에 있어서는, 공작물을 흔들림 없이 고정하는 것이 매우 중요하다. 가공하고자 하는 공작물의 특수성, 예를들면 박판, 미소 구멍으로 구성되는 가공 특수성에 기인하여 공작물을 적절하게 오차없이, 또 가공완료시까지 고정하여야 한다.

또 소재의 크기에 관계없이 어느 것이나 자유자재로 다루어지고 작업대에 고정시킬 수 있어야 하며, 정교하고 깨끗한 절단면을 얻으려면 고정대에 놓여지는 소재가 정밀한 수직상태를 이루어야 한다.

또, 절단된 조각은 가공물로부터 즉시 분리되어야 하고 처리되어야 하며 레이저 빔이 다른 부품을 손상시키지 않도록 댐핑해 주는 것도 상당히 중요 하다.

이와 같은 업계의 상황에 따라 합리적인 절단용 지그가 요청되고 있다. 일반적으로 레이저를 이용한 절단 공작물 고정장치는, 각종 소재의 절단시 클램프 등의 기계적 방법으로 소재를 공작물 고정장치에 고정한 후, 소재의 하부에는 받침핀을 두어 절단가공 후 소재가 떨어져 표면이 손상되는 것을 방지하거나 때로는 필요로 하지 않는 스크랩 부위만 공작물 고정장치 하부로 떨어지도록 하는 구조로 이루어져 있다.

다시 설명하면, 제1도에 도시한 바와 같이 레이저 공작물 고정장치(100)의 내부에 받침핀(102)이 위치하고, 상기 받침핀(102)은 공작물 고정장치(100) 하부에 있는 고정너트(104)에 나사조립되도록 되어 있다.

이와 같은 구조의 종래 고정장치는, 상기 받침핀(102)의 하부에 자유자재로 이동가능하게 바닥판의 구멍에 끼워맞춤되어 있는 고정너트(104)를, 공작물(W)의 형태에 따라 필요로 하는 위치에 세팅하고 이 고정너트(104)에 상기 받침핀(102)을 조립하며 보조 고정구(106)로 소재를 클램프하여 절단하게 된다. 부호 110은 빔을 조사하는 레이저 노즐이다.

이것은 절단하고자 하는 소재(W)의 크기 및 형상에 따라 받침핀(102)의 위치를 변화하도록 하는 구성으로 되어 있다.

이러한 종래 구성의 공작물 고정장치는, 받침핀(102)의 끝단 형상이 뾰족하게 되어 있어 정확한 수평상태를 이루지 못하여, 레이저 노즐(110)로부터의 빔이 조사될 때에 어긋나게 되어 정밀가공이 되지 못하는 문제점이 있었다.

또 고정너트(104)의 사용으로 인하여 작업성이 나빠 가공시간이 길어진다고 하는 문제가 있다.

상기 구성에 의한 문제점을 해결하기 위하여 최근에는 받침핀(102)의 고정위치를 변화시킬 수 있는 구조의 이송대를 설치한 공작물 고정장치 및 가공소재의 표면이 가공중 상처가 생기지 않도록 압력 유체를 이용하여, 가공소재를 부상고정시켜 절단하는 장치 등이 고안되어 실용화되고 있으나, 어느 것이나 만족스런 수준의 고정장치는 아니었다.

공업의 급격한 발전과 함께 철강재의 수요는 경박단소의 경향이 뚜렷해지면서 박판의 사용증가와 함께 레이저 가공에 적용되는 가공소재의 두께는 더욱 얇아지고, 소재 재질의 다양화 및 절단조건의 까다로움으로 인하여 절단요소 중 소재의 고정 정도의 고정밀을 추구하는 경향이 있으므로, 보다 전문화된 절단소재의 고정 및 받침방법이 확보된 레이저용 공작물 고정장치를 필요로 하고 있는 실정이다.

레이저를 이용한 박판재 형상 절단시 일반적으로 박판재의 고정방법의 난이함으로 레이저 가공에 있어, 특성적인 가공요소에 만족할 수 있는 고정 방법이 정립되지 못함으로 인하여 절단하고자 하는 박판소재의 형상변화에 따른 필요로 하는 고정대를 사용하고 있지만, 이로 인한 고정방법의 개선은 어느 정도 가능하였으나, 만족스런 절단요소를 제공하는데는 부족한 문제점이 제기되고 있으며, 이중에서 특히 극박판재의 고정 및 파손되기 쉬운 소재의 고정은 매우 어려웠고, 특히 두께가 얇을수록 그러한 경향은 더욱 뚜렷하게 된다.

본 고안은 상술한 바와 같은 문제점을 감안하여, 이를 해소하고 업계의 필요를 충족하기 위한 공작물 고정장치를 제공하는데 그 목적이 있으며 구체적으로는, 극박판재를 공작물 고정장치의 받침핀에 올려 놓은 후, 극박판재의 하부 표면을 받침핀 상부에 형성되는 흡입력, 또는 부착력으로 고정함과 아울러 받침핀의 고정위치를 다양한 절단소재의 형상변화에 보다 적절하게, 또 정확하면서도 용이하게 설정할 수 있도록 한 레이저용 공작물 고정장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 레이저용 공작물 고정장치는, 상방이 개방된 사각함체 형상을 이루는 고정장치 본체와, 이 본체의 상측에는 레이저 빔 조사를 위한 노즐이 설치되어 이루는 레이저용 공작물 고정장치에 있어서, 상기 본체는 양측에 낮은 단이 진 받침부를 형성하며, 상기 본체 및 받침부의 전면에 각각 설치되어 있는 고정구 배관 접속부, 배기팬 배관 접속부 및 진공펌프 배관 접속부와, 상기 본체 내 바닥에 설치되는 고정구와, 상기 고정구는 작업 시에 원통형상의 받침핀을 끼워서 고정하거나 비사용시에 마개로 폐쇄되는 구멍 및 일정높이를 유지하기 위한 플랜지를 형성하고 있으며, 상기 받침부 내에 설치되는 진공펌프 및 환기용 배기팬과, 상기 고정구와 상기 진공펌프 및 환기용 배기팬은 배관에 의하여 연결되어 있는 구성으로 되어 있다.

상기 구성에서, 상기 받침핀은, 그 내부가 중공부로 형성되어 있고 그 상부 단면은 평면형을 이루고 진공흡착을 위한 실리콘 고무링이 장착되는 구성으로 하면 좋고, 상기 고정구는 사용하지 않는 고정구 상에 흄배기구멍이 뚫린 흄배기구를 장착하여 흄을 배기하도록 구성하는 것과, 상기 고정구는, 상기 바닥에 나사구멍을 내고 상기 고정구의 외측에 나사부를 형성하여 상호 나사조립하여 설치하는 것이 바람직하다.

따라서, 상기 구조의 레이저용 공작물 고정장치는, 1차적으로 공작물 고정장치의 받침핀의 고정위치를 절단하고자 하는 소재의 형상에 따라 임의적으로 필요위치에 고정할 수 있도록 구성하고, 2차적으로 받침핀의 내부에 중공을 형성하여 이 중공을 통하여 진공력을 형성하여 박판재의 하부 표면에 흡착고정이 가능하도록 구성하고 있기 때문에, 가공소재의 형상변화에 따라 적절히 대응하여 받침핀을 필요로 하는 위치에 절절히 배치 고정함과 아울러 극박판재의 하부 표면이 흡착 고정됨으로 인하여 가공진행중 떨림 현상 없이 고정될 수 있도록 하여 절단 가공을 수행하므로 매우 우수한 절단부를 얻을 수 있는 레이저 절단이 가능하게 된다.

[실시예]

이하, 첨부도면을 참조하여 본 고안의 레이저용 공작물 고정장치의 일실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

제2도는 본 고안의 레이저용 공작물 고정장치의 주요구성을 나타낸 사시도, 제3도는 본 고안의 레이저용 공작물 고정장치의 작동상태를 나타낸 단면도, 제4도는 본 고안의 레이저용 공작물 고정장치의 요부 확대 단면도이다.

이들 도면에서 부호 1은 상방이 개방된 사각함체 형상을 이루는 고정장치 본체를 나타낸다. 이 본체(1)는 양측에 낮은 단이 진 받침부(1a)를 형성하고 있다. 상기 본체(1) 및 받침부(1a)의 전면에 고정구 배관 접속부(8), 배기팬 배관 접속부(9) 및 진공펌프 배관 접속부(10)가 각각 설치되어 있다.

상기 본체(1)의 상측에는 레이저 빔 조사를 위한 노즐(3)이 설치되어 있다. 또 상기 본체(1) 내 바닥(23)에는 원통형상의 받침핀(2)을 고정하거나 사용되지 않을때에는 마개(12)로 폐쇄되는 구멍(4a)을 가지는 고정구(4)가 설치되어 있다(제4도 참조).

상기 고정구(4)는 상기 바닥(23)에 나사조립되어 있고 이 고정구(4)를 일정높이로 고정하기 위하여 플랜지(4b)를 형성하고 있다.

일정간격의 X, Y위치 좌표 배열로 설치되어 있고, 소재의 형상에 따라 적절하게 소재를 받치기에 필요로 하는 위치에 받침핀(2)을 고정할 수 있도록 구성하고, 상기 받침핀(2)의 고정구(4)는 진공펌프(14)에 접속된 상기 진공펌프 배관접속부(10) 및 환기용 배기팬(15)에 접속된 배기팬 배관 접속부(9)에 배관(16)으로 연결되어 있다.

상기 받침핀(2)의 내부는 중공부(2a)로 형성되어 있고, 그 상부는 종래의 뾰족형 받침핀이 아닌 평면형을 이루어 진공흡착을 위한 실리콘 고무링(21)이 장착되는 구성으로 되어 있다.

부호 11은 흄배기구멍(22)이 뚫린 흄배기구이고, 13은 운전스위치, 19는 상기 고정구(4)의 외측에 형성된 나사부이다.

또한 상기 받침부(1a) 내에는 가공시 발생하는 흄(17) 및 가스를 배출하기 위한 환기용 배기팬(15)이 설치되어 있다.

따라서, 발생가스 등은 상기 흄 배기구(11)에 형성된 배기구멍(22)을 통하여 환기용 배기팬(15)의 흡입력으로 배관(16)을 통해 외부로 적절히 배출 되도록 구성되어 있다.

이와 같이 구성된 본 고안의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.

제3도에 도시한 바와 같이 상기 받침핀(2) 위에 가공하고자 하는 공작물(W)의 형상대로 공작물(W)을 올린 후, 보조 고정구(24)로 공작물(W)의 한 끝단을 고정한다. 이 때 공작물(W)을 본체(1)에 고정하기 전에 절단 가공하고자 하는 공작물(W)의 형상에 따라 적절히 받침핀(2)을 설치할 곳을 설정하여 본체(1)의 하부에 있는 고정구(4)에 제4도에 도시한 바와 같은 구조로 된 받침핀(2)을 나사부(19)를 돌려 적절히 높이 조절하며 필요한 위치에 좌표위치에 따라 고정 설치한다.

나머지 고정구(4)의 나사부(19)에는 절단 정도에 따라 발생될 흄(17) 및 가스의 발생량을 예지하여 필요정도의 흄배기구(11)를 고정구(4) 나사부(19) 에 박아두며, 또한 사용하지 않는 고정구(4)에는 마개용 마개(12)를 나사부 (19)에 돌려 막아둔다.

이 때, 상기 받침핀(2)의 고정위치 및 흄 배기구(11)의 설치위치에 따라 고정구(4) 하부에 배관(16)으로 연결되어 있는 고정구 배관 접속부(8)의 접속구(7)로 부터, 상이 받침핀(2)이 설정된 접속구(7)는 상기 진공펌프 배관 접속부(10)에 연결호스(18)로 연결하고, 흄 배기구(11)가 설정된 접속구(7)는 상기 배기팬 배관 접속부(9)의 접속구(7)에 각각 연결호스(18)의 접속수단으로 연결 한다.

이와 같은 상태에서 운전스위치(13)를 조작하여 가공을 시작하면, 본체(1)의 내부에 장착된 진공펌프(14)의 작동에 의하여 보조 고정구(24) 위에 물려있는 공작물(W)의 하부표면이 절단라인을 피하여 받침핀(2)의 상부 실리콘 고무링(21)에 흡착고정됨으로서, 가공작업시 레이저 노즐(3)로부터 분사 되는 보조가스의 압력변화 및 공작물 고정장치의 이송으로 인한 공작물(W)의 흔들림 및 떨림현상이 방지된다.

가공진행중 일정한 초점거리를 유지하게 됨으로서 보다 우수한 고정방법의 확보로 적정 가공조건의 만족 및 가공범위의 확대가 가능케 되며, 상기 받침부(1a) 내에는 환기용 배기팬(15)이 설치되어 있기 때문에, 가공시 발생하는 흄(17) 및 가스를 효율적으로 배출한다.

따라서, 본 고안의 레이저용 공작물 고정장치는 박판 가공소재의 고정시 받침핀의 위치를 절단형상에 따라 절단 라인을 피하여 가공에 간섭받지 아니하는 적절한 위치에 자유롭게 설치하여 공작물(W)을 받칠 수 있도록 함과 아울러, 받침핀의 상부에는 공작물(W)의 하부 표면을 흡착할 수 있는 수단을 제공하여, 공작물(W)의 하부 표면 흡착가공으로 인하여 가공진행 중 소재의 흔들림 및 진동을 방지하여 일정한 가공초점 위치를 확보할 수 있도록 도모함으로 보다 우수한 절단조건을 확보할 수 있도록 하고 아울러 받침핀을 고정하지 않는 고정구는 가공시 발생하는 흄 및 가스를 외부로 배출하는 배기구를 설치할 수 있는 구조로 된 것이다.

상술한 바와 같은 본 고안의 레이저용 공작물 고정장치에 의하면, 가공 하고자 하는 박판재의 하부를 받이는 받침핀의 내부에 중공을 형성하고, 받침핀을 설치하게 되는 공작물 고정장치의 하부에는 X, Y축에 따라 일률적인 간격으로 위치좌표가 설정된 고정구를 설치하여, 가공하고자 하는 소재의 형상변화에 절절히 대응하여 필요로 하는 받침위치에 고정할 수 있도록 하고, 고정구의 하부에는 배관을 설치하여 받침핀이 조립된 고정구와 공작물 고정 장치 내부의 진공펌프 사이에 배관을 연결하여 받침핀의 상부에 올려져 있는 박판재의 하부표면을 흡착고정할 수 있도록 하고, 받침핀을 고정하지 않은 고정구의 배관에는 환기팬이 설치된 배관과 연결되도록 하여 가공중 발생하는 흄, 가스 등이 배출되도록 하는 구성으로 되어 있기 때문에, 받침핀의 적절한 고정위치 선정 및 받침핀의 상부에 제공되어 있는 흡착 구조 및 수단으로 인하여 박판 가공소재의 흡착고정이 가능하여, 가공진행 중 가공소재의 흔들림, 진동으로 인해 발생하는 초점위치 변화로 발생하는 가공불량 및 불가를 방지할 수 있으며, 취성이 강한 재료나 자력 등의 접착수단으로 고정이 곤란한 재료의 가공후 소재가 공작물 고정장치 하부로 떨어지는 것을 방지하도록 함으로서 정밀절단 가공의 향상 및 가공소재의 적용범위가 확대되며 작업자의 피로를 감소시킬 수 있는 우수한 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

1. 상방이 개방된 사각함체 형상을 이루는 고정장치 본체의 상측에는 레이저 빔 조사를 위한 노즐(3)이 설치되고, 상기 본체(1)의 양측에 받침부(1a)를 형성하여 그 접속부(8)와 배기팬 배관 접속부(9) 및 진공펌프 배관 접속부(10)를 각각 설치한 것에 있어서, 상기 본체(1)의 내측바닥(23)에 고정구(4)가 설치되고, 상기 고정구(4)에는 작업시에 원통형상의 받침핀(2)을 끼워서 고정하거나 비 사용시에 마개(12)로 폐쇄되는 구멍(4a) 및 일정높이를 유지하기 위한 플랜지(4b)가 형성 되 며, 상기 받침부(1a)의 내부에 고정구(4)에 연결되는 진공펌프(14)와 환기용 배기팬(15)이 각각 연결된 것을 특징으로 하는 레이저용 공작물 고정장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 다수의 고정구(4)중 어느 하나에 흄 배기구멍(22)이 뚫린 흄 배기구(11)를 장착하여 흄을 배기토록 한 것을 특징으로 하는 레이저용 공작물 고정장치.