KR0183905B1 - 반구면 연마장치 - Google Patents

Abstract

구형의 베어링과 같이 구면을 가지는 가공물의 반구면을 연마하기 위한 반구면 연마장치가 개시된다. 본 발명에 의한 반구면에 연마장치는, 가공물의 반구면에 면접촉되는 공구의 요동운동에 의해 가공물의 중심방향으로 가공압력을 가하여 가공중 가공물의 회전축상에 중심이 맞추어질 수 있는 자기정렬(self adujusting)형 구조를 이루도록 하고, 가공물의 회전운동에 기인하는 회전력을 전달받아 회전운동과 요동운동의 조합에 의해 반구면의 정밀 가공 작업이 가능하도록 함과 동시에, 가공물에 (-)전극을, 공구에 (+)전극을 형성할 수 있도록 전기적으로 접속하여 가공부위에 전해액을 공급함으로써 가공중 전해드레싱이 가능하도록 구성한 것이다.

이러한 특징에 의하면, 일반적인 래핑이나 폴리싱 가공의 경우 가공작업이 곤란하였던 곡률이 큰 가공물은 용이하게 가공할 수 있는 장점을 가진다. 또한, 가공물의 재질이나 공구의 마모정도를 따라 용이하게 공구를 교체할 수 있어서 높은 가공효율을 기대할 수 있다.

Description

반구면 연마장치

본 발명은 가공물의 표면을 정밀하게 다듬질 가공하기 위한 연마장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고속회전체의 베어링과 같이 구면을 가지는 가공물의 반구면을 연마하기 위한 전해드레싱 반구면 연마장치에 관한 것이다.

일반적으로, 고속회전체의 베어링이나 구면렌즈 및 볼 조인트 등과 같은 가공부품은 표면부가 반구형으로 형성되어 있는 가공면을 가진다. 이러한 반구형 가공물의 반구면은 유동성을 높이거나, 마찰저항 등을 감소시키기 위하여 표면 조도를 높일 수 있도록 정밀한 다듬질 가공을 필요로 한다. 이러한 반구면의 다듬질 가공작업은, 종래에는 통상 연삭휠이나 랩 및 폴리셔(polisher)등의 다듬질 공구를 이용한 숙련공의 작업에 의존하는 형태로 이루어져 왔다.

그러나 이러한 수작업을 통한 다듬질 가공은 가공효율이 떨어짐은 물론 정밀도, 표면 조도 등과 같은 가공 품질의 저하를 초래하는 문제점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 감안하여 이를 개선코자 창출된 것으로서, 본 발명은 고속회전체의 베어링이나 구면렌즈와 같이 반구형 가공물의 반구면을 효율적으로 가공하기 위한 전해드레싱이 가능한 반구면 연마장치를 제공함에 그 목적이 있다.

제1도는 본 발명에 의한 반구면 연마장치를 나타내 보인 개략적 측면 구성도이다.

제2도는 제1도의 정면도.

제3도는 제1도의 요부를 발췌하여 나타내 보인 개략적 부분 사시도.

제4도는 제1도에 도시된 요부의 동작을 설명하기 위해 나타내 보인 개략도.

제5도는 본 발명에 의한 반구면 연마장치의 회전테이블을 발췌하여 도시한 개략적 평면도.

제6도는 제1도 및 제2도의 A부를 발췌하여 나타내 보인 개략적 단면 구성도.

제7도 내지 제9도는 본 발명에 의한 반구면 연마장치에 사용되는 공구의 유형을 보인 예시도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 베이스 프레임 11 : 구동모터

11a : 풀리 12 : 벨트

13 : 회전테이블 14 : 링크부재

15 : 요동축 16 : 지지부

16a : 니들베어링 17 : 연결부재

18 : DC브러쉬 19 : 용기

21 : 공압실린더 22 : 볼조인트

23 : 공구지지부재 24 : 스핀들 모터

25 : 지그부재 26 : 전자브레이크

30 : 공구 100 : 전원

131 : 결합공 310 : 연삭가공용 공구

311 : 공구 지지부 320 : 래핑용 공구

330 : 폴리싱용 공구 331 : 공구 지지부

C : 회전테이블 회전중심점 D : 공구 외경

H : 공구 높이 h : 전해액 공급통로

I : 전해액 공급 파이프 R : 공구 구면 반경

W : 반구형 가공물 M : 공구체결용 나사 규격

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 반구면 연마장치는, 베이스 프레임과, 상기 베이스 프레임에 마련된 제1구동원과, 상기 제1구동원에 의해 회전 구동되도록 설치된 회전테이블과, 상기 베이스 프레임에 일단이 결합되어 회동운동이 가능하도록 된 운동축과, 상기 회전테이블과 운동축을 연결하여 상기 회전테이블의 회전운동을 상기 운동축의 요동운동으로 변환시켜 주기 위한 운동변환수단과, 상기 운동축과 연동 가능하게 마련되고, 소정 가공물의 반구면을 가공할 수 있도록 형성된 공구를 지지하도록 설치된 액튜에이터와, 상기 공구와의 접촉이 가능하도록 상기 가공물을 지지하는 지그부재와, 상기 지그부재를 회전 구동시키기 위한 제2구동원과, 상기 공구의 전해드레싱이 가능하도록 상기 공구와 가공물에 각각 대응 전극을 형성하기 위하여 전원을 공급하는 전원공급부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 본 발명에 의한 반구면 연마장치에 있어서, 상기 회전테이블에는 상기 운동변환수단의 결합을 허용하는 복수의 결합공이 마련되어 있고, 상기 복수의 결합공은 각각 그 중심점이 상기 회전테이블의 중심점으로부터의 거리가 다르게 형성된 것이 바람직하며, 상기 회전테이블은 벨트 및 풀리에 의해 상기 구동원의 출력축과 연결디어 회전구동되도록 설치된 것이 바람직하다.

그리고, 상기 운동변환수단은, 일단이 상기 회전테이블에 유동가능하게 결합되고, 타단은 상기 운동축을 따라 이동가능하게 결합된 링크부재인 것이 바람직하며, 상기 액튜에이터는, 공압실린더로서 볼조인트에 의해 상기 공구와 연결되도록 설치된 것이 바람직하다.

또한, 상기 공구와 공구지지부재에는 가공액을 공급하기 위한 통로가 마련되어 있고, 상기 공구는 가공물의 반구면을 선접촉 내지 면접촉된 상태로 수용할 수 있도록 형성된 가공부를 가지며, 이 가공부는 다이아몬드, 산화알루미늄(A1203), CBN, SiC, 주철, 배크라이트, 플래스틱, 폴리싱 가공 패드재 등으로 이루어진 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전해드레싱 반구면 연마장치를 상세히 설명한다.

제1도 내지 제6도는 본 발명에 의한 반구면 연마장치의 전체적인 구성과 요부를 개략적으로 나타내 보인 도면으로서, 이를 참조하면 본 발명에 의한 반구면 연마장치는 베이스 프레임(10)에 설치된 구동모터(11)의 출력축과 풀리(11a) 및 벨트(12)에 의해 연결되어 회전 운동이 가능하도록 된 회전테이블(13)이 마련된다. 제3도 내지 제5도는 상기 회전테이블(13) 및 그 주위의 요부를 발췌하여 도시한 것으로서, 상기 회전테이블(13)은 도시된 바와 같이 그 회전중심점(C)으로부터의 거리가 각각 다른 위치에 복수의 결합공(131)이 형성되어 있다. 그리고, 그 일면 전방에는 상기 베이스 프레임(10)에 일단이 유동가능한 상태로 결합되어 요동운동이 가능하도록 된 요동축(15)이 마련되고, 상기 회전테이블(13)과 요동축(15)은 링크부재(14)에 의해 상호 연결된 구조를 가진다. 즉, 상기 링크부재(14)의 일단은 상기 회전테이블(13)의 복수의 결합공(131)중에서 어느 하나에 유동가능하게 결합되는 동시에, 타단은 상기 요동축(15)의 외주면 일부를 감싸도록 슬리브형의 구조로 형성되어 상기 요동축(15)의 외주면을 따라 슬라이딩 가능하게 결합된다.

따라서, 이러한 연결구조는 제4도에 예시된 바와 같이 상기 회전테이블(13)의 회전운돈에 의해 상기 링크(14)의 타단이 상기 요동축(15)을 따라 슬라이딩함으로써 상기 요동축(15)의 좌우방향에 대한 요동운동을 가능하도록 한다. 제3도의 부호 16은 상기 요동축(15)의 하단부를 관통하도록 설치된 힌지축(16b)의 양단을 지지하여 상기 요동축(15)의 회동운동을 허용하도록 설치된 지시부를 나타내며, 16a는 상기 요동축(15)의 회동운동을 원할하게 하기 위하여 상기 힌지축(16b)을 감싸도록 설치된 니들베어링을 나타낸다.

한편, 제6도는 제1도 및 제2도의 A부를 발췌하여 나타내 보인 개략적 단면 구성도로서, 이를 참조하면 상기 요동축(15)에는 액튜에이터로서 공압실린더(21)가 연결부재(17)에 의해 나란한 상태로 결합되어 있다. 따라서, 상기 공압실린더(21)는 상기 요동축(15)의 요동운동과 연동이 가능하게 된다. 그리고, 상기 공압실린더(21)의 피스톤 로드 끝단에는 볼조인트(22)가 마련되고, 이 볼조인트(22)에는 가공물(W)의 반구면 연마용 공구(30)를 지지는 공구지지부재(23)가 결합된다. 또한, 상기 공구 지지부재(23)와 공구(30)의 중심부에는 가공물(W)의 가공부위로 가공액을 공급하기 위한 통로(h)가 마련되어 있고, 상기 가공물(W)은 베이스 프레임(10)에 설치된 에어 스핀들 모터(24)에 의해 회전운동이 가능하도록 마련된 예컨대, 콜렛척과 같은 지그부재(25)에 의해 지지된다. 그리고, 상기 공구(30)와 상기 지그부재(25)는 전원(100)과의 전기적 접속에 의해 대응되는 전극의 형성이 가능하도록 되어 있어서, 필요시 공구(30)의 전해드레싱을 실시할 수 있는 구조를 가진다. 도면 부호 I는 가공액 주입구, 26는 상기 에어 스핀들 모터(24)의 제동시간을 단축하기 위해 연결된 전자브레이크를 나타낸다. 그리고, 19는 가공부위로 공급이 완료된 가공액(또는 전해액)을 수거하여 순환시키기 위한 용기를 나타낸다.

상기와 같은 구조를 가지는 본 발명에 의한 반구면 연마장치의 동작에 관하여 상기 도면들을 참조하면서 살펴보면 다음과 같다.

상기 구동모터(11)에 의해 회전테이블(13)이 회전하면 상기 요동축(15)은 하단의 지지부(16)와 축상에 결합된 링크부재(14)의 간섭에 의해 상단부가 좌우방향의 요동운동을 하게 된다. 즉, 상기 회전테이블(13)의 회전운동에 의해 상기 리크부재(14)는 상기 요동축(15)을 따라 상하로 슬라이딩한다. 이때, 상기 요동축(15)의 하단부는 상기 지지부(16)에 의해 회동가능하게 결합된 상태의 고정단을 형성하므로, 자유단을 형성하는 상단부는 상기 링크부재(14)의 슬라이딩 운동에 의한 힘을 받아 좌우방향으로 밀리게 된다. 이러한 상태는 예컨대, 자동차의 와이퍼 운동과 같이 상기 요동축(15)의 하단부를 고정점으로 한 상태에서 상단부가 회동운동하는 상태로서, 엄밀한 상태에서는 상단부의 일점에 대한 운동 궤적은 원호를 그리면서 좌우방향의 요동운동을 하게 된다. 이러한 요동축(15)의 요동운동은 상기 공압실린더(21)를 연동시켜 요동운동시킴으로써, 상기 공압실린더(21)의 피스톤 로드에 결합된 공구(30)가 상기 지그부재(25)에 지지된 가공물(W)의 반구면과 면접촉된 상태에서 요동하여 연마가공이 이루어진다. 이때, 상기 공압실린더(21)의 중심축선은 가공중 항상 상기 가공물(W) 저부의 원형 중심점을 지나도록 정렬되어 가공물(W)에 일정한 압력을 가하는 자기정렬(self ajujusting)형 구조를 이루게 된다. 이러한 자기정렬형 구조에 의해 상기 공압실린더(21)는 가공중 회전운동하는 가공물(W)에 항상 일정한 압력을 가할 수 있게 되므로 요동운동과 회전운동에 의해서도 상기 공구(30)와 가공물(W)의 이탈을 방지할 수 있게 된다.

따라서, 상기 공압실린더(21)는 그 피스톤 로드를 통해 상기 공구(30)를 적절하게 가압하고, 상기 가공물(W)은 상기 지그부재(25)에 지지되어 회전되는 상태에서 상기 공구(30)와 상호 접촉되어 가공이 이루어진다. 즉, 상기 공구(30)는 회전운동하는 가공물(W)의 반구면에 대해 좌우방향의 요동운동을 행하면서 항상 상기 가공물(W)을 향하여 일정한 압력을 가하여 가공물(W)의 회전중심이 맞추어지도록 한다.

이와 같이, 본 발명에 의한 반구면 연마장치는 회전운동과 요동운동의 조합에 의하여 가공중 공구(30)가 가공물(W)을 일정한 상태로 가압하게 되므로 가공물(W)의 반구면과 공구(30)의 가공부 전체가 면접촉되어 정밀한 반구면 형상의 가공을 행할 수 있다.

한편, 상기 요동축(15)의 상단부에 대한 요동운동의 폭은 제5도에 도시된 바와 같이 상기 회전테이블(13)에 마련된 복수의 결합공(131) 중에서 선택되는 어느 하나에 링크부재(14)의 일단이 결합되는가에 따라 달라진다. 예를 들면, 제5도에서 링크부재(14)를 임의의 결합공 131a에 결합하는 경우의 요동축(15) 상단의 요동운동폭은 X-X'이고, 링크부재(14)를 결합공 131b에 결합하는 경우의 요동운동 폭은 Y-Y'이다.

따라서, 본 발명의 반구면 연마장치에 의하면 가공물의 반구면에 대한 규격, 가공 정밀도, 재질 등에 따라 상기 요동축(15)의 요동운동 폭을 조절하여 적절한 가공조건을 선정할 수 있다.

한편, 상기 공구(30)와 지그부재(25)는 제6도에 도시된 바와 같이 전원(100)과의 전기적 접속에 의해 대응되는 전극의 형성이 가능하도록 되어 있어서, 필요시 공구(30)의 전해드레싱을 실시할 수 있다. 즉, 상기 지그부재(25)는 예컨대, 콜렛과 같은 척을 사용하여 가공물 대신 드레싱용 전극부재를 세팅하고, 상기 공구(30)에는 양(+)의 전압을, 그리고 상기 드레싱용 전극부재에는 음(-)의 전압을 인가하여 전해드레싱을 실시한다. 이때, 드레싱부위에는 가공액 공급 통로(h)를 통해 전해액이 공급된다. 이러한 가공액(또는 전해액)은 외부와 연결되는 주입구를 통하여 예를 들면, 공압실린더(21)의 주위 또는 실린더 내부와 공구(30) 및 공구지지부재(23)의 중심부에 연결되도록 통로(h)를 마련하여 공급할 수도 있고, 공구(30)의 일측 또는 공구지지부재(23)의 일측으로부터 직접 가공부위(또는 드레싱부위)에 공급하는 등의 통상적인 방법을 이용할 수 있다. 도면 부호 18은 전해드레싱용 DC브러쉬를 나타낸다.

그리고, 상기 공구(30)의 가공부는 가공물(W)의 반구면을 면접촉된 상태로 수용할 수 있도록 형성되는데, 제7도 내지 제9도는 본 발명에 의한 반구면 연마장치에 사용되는 공구의 유형을 보인 예시도이다.

제7도에 예시된 공구는 연삭가공용 공구(310)로서, 공구 지지부(311)는 일반적인 강으로 제작하고, 가공부(312)는 다이아몬드, 산화알루미늄(A1203), CBN, SiC 등의 입자를 사용한 지석을 본딩하여 정밀연삭시 인프로세스 전해드레싱을 가능하게 한 것이다. 정밀연삭시 인프로세스 전해드레싱을 부가하면 연삭날의 예리함이 항상 유지될 수 있어서 경면가공이 가능하며, 가공효율을 높일 수 있다.

제8도에 예시된 공구는 래핑용 공구(320)로서, 공구 전체가 주철(GCD70정도), 배크라이트, 플래스틱 등으로 제작된다. 래핑 가공시 가공액에 랩재를 혼합하여 공급하므로 공구의 마모가 심한 편이나, 본 발명에 의한 장치의 특징에 의하면, 볼조인트에 의한 결합으로 공구 교환이 용이한 장점을 가진다.

제9도에 예시된 공구는 폴리싱용 공구(330)로서, 공구 지지부(331)는 강, 플래스틱 등으로 제작되고, 가공부(332)는 부직포 연마재, 우레탄고무, 플레스틱 등 통상적인 폴리싱 가공 패드재를 부착한 것이다.

상기한 공구들은 직경(D)이나, 높이(H), 반구형 반경(R) 및 볼조인트 체결나사 규격(M)을 가공물의 규격에 따라 적절하게 선정하여 사용할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 전해드레싱 반구면 연마장치는, 가공물의 반구면에 면접촉되는 공구의 요동운동시 그 요동축의 중심축선이 가공물의 중심방향으로 가공압력을 가하여 가공중 가공물의 회전축상에 중심이 맞추어질 수 있는 자기정렬(self adujusting)형 구조에 의해 회전운동과 요동운동의 조합으로 반구면의 정밀 가공 작업이 가능하도록 함과 동시에, 가공물에 (-)전극을, 공구에 (+)전극을 형성할 수 있도록 전기적으로 접속하여 가공부위에 전해액을 공급함으로써 가공중 전해드레싱이 가능하도록 구성한 것이다. 이러한 본 발명의 장치에 의하면, 일반적인 래핑이나 폴리싱 가공의 경우 가공작업이 곤란하였던 곡률이 큰 가공물을 용이하게 가공할 수 있는 장점을 가진다. 또한, 가공물의 재질이나 공구의 마모정도에 따라 용이하게 공구를 교체할 수 있어서 높은 가공효율을 기대할 수 있다.

Claims (9)

1. 베이스 프레임과, 상기 베이스 프레임에 마련된 제1구동원과, 상기 제1구동원에 의해 회전구동되도록 설치된 회전테이블과, 상기 베이스 프레임에 일단이 결합되어 회동운동이 가능하도록 된 운동축과, 상기 회전테이블과 운동축을 연결하여 상기 회전테이블의 회전운동을 상기 운동축의 요동운동으로 변환시켜 주기 위한 운동변환수단과, 상기 운동축과 연동 가능하게, 소정 가공물의 반구면을 가공할 수 있도록 형성된 공구를 지지하도록 설치된 액튜에이터와, 상기 공구와의 접촉이 가능하도록 상기 가공물을 지지하는 지그부재와, 상기 지그부재를 회전 구종시키기 위한 제2구동원과, 상기 공구의 전해드레싱이 가능하도록 상기 공구와 가공물에 각각 대응 전극을 형성하기 위하여 전원을 공급하는 전원공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반구면 연마장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 회전테이블에는 상기 운동변환수단의 결합을 허용하는 복수의 결합공이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 반구면 연마장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 복수의 결합공은 각각 그 중심점이 상기 회전테이블의 중심점으로부터의 거리가 다르게 형성된 것을 특징으로 하는 반구면 연마장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 회전테이블은 벨트 및 풀리에 의해 상기 구동원의 출력축과 연결되어 회전구동되도록 설치된 것을 특징으로 하는 반구면 연마장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 운동변환수단은, 일단이 상기 회전테이블에 유동가능하게결합되고, 타단은 상기 운동축을 따라 이동가능하게 결합된 링크부재인 것을 특징으로 하는 반구면 연마장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 액튜에이터는, 공압실린더로서 볼조인트에 의해 상기 공구와 연결되도록 설치된 것을 특징으로 하는 반구면 연마장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 공구와 공구지지부재에는 가공액을 공급하기 위한 통로가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 반구면 연마장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 공구는 가공물의 반구면을 면접촉된 상태로 수용할 수 있도록 형성된 가공부를 가지는 것을 특징으로 하는 반구면 연마장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 제2구동원은 전자브레이크가 장착된 에어 스핀들 모터인 것을 특징으로 하는 반구면 연마장치.