KR100211930B1 - Micro cutting device - Google Patents

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KR100211930B1
KR100211930B1 KR19960029797A KR19960029797A KR100211930B1 KR 100211930 B1 KR100211930 B1 KR 100211930B1 KR 19960029797 A KR19960029797 A KR 19960029797A KR 19960029797 A KR19960029797 A KR 19960029797A KR 100211930 B1 KR100211930 B1 KR 100211930B1
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김승한
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김덕중
사단법인고등기술연구원연구조합
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Abstract

본 발명은 압전소자를 이용한 미소절삭장치에 관한 것으로, 특히, 절삭도구인 다이아몬드를 장착하는 생크를 외팔보 형태로 제조하여 공구대에 설치하고, 상기 생크의 전면 또는 후면에 압전 폴리머를 부착하며, 상기 생크 뒷쪽 공구대에 다이아몬드의 변위를 측정할 수 있는 갭센서를 설치하여 제어가 용이하고, 제작이 간편한 미소절삭 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention relates to a smiling cutting apparatus using a piezoelectric element, in particular, by producing the shank for mounting the cutting tool, the diamond in a cantilever form, and installed on the tool rest, and attaching the piezoelectric polymer in the front or the back of the shank, wherein the shank to install the gap sensor to measure the displacement of the diamond tool rest to the back is easy to control, and for the purpose of making the cutting unit provides a simple smile.

Description

미소절삭장치 Smile cutting device

본 발명은 전압의 변화에 따라 크기가 변화하는 압전소자를 사용하여 다이아몬드와 같은 절삭도구를 미세한 동작으로 제어하여 작업을 실시할 수 있는 미소절삭장치에 관한 것이다. The present invention uses a piezoelectric element to change the size according to the change of the voltage on the smile cutting device capable of performing the operation by controlling the cutting tool such as a diamond in a fine motion.

종래의 압전소자를 사용한 미소절삭장치는 압전소자로 압전 세라믹(PZT)을 적층형으로 형성하고 공구대 내부에 이를 설치하여 엑츄에이터로 사용한다. Smile cutting device using a conventional piezoelectric element is formed by a stack-type piezoelectric ceramic (PZT) as a piezoelectric device and install it in the internal tool for use with the actuator. 이때, 압전소자의 변형을 공구에 전달함과 동시에 적층방향에 수직한 방향의 외력으로부터 압전소자를 보호하기 위하여 공구대 설계시에 공구대 내부에 위치할 다이아프램 또는 힌지형의 스프링 요소를 고려하여야 한다. In this case, consider the spring element of the diaphragm or hinged be located inside the tool rest when the tool rest designed to protect the piezoelectric element from the external force in the direction perpendicular to the strain on and at the same time the laminating direction transmitted to the tool of the piezoelectric element do.

제 1도는 종래의 압전소자를 사용한 미소절삭장치를 나타낸 것으로, 미소절삭장치는 크게 압전소자(14)를 내재하는 공구대(10)와, 공구대(10) 상부에 설치되어 절삭도구인 다이아몬드(12)를 장착할 수 있는 생크(11)와, 생크(11)의 변위를 측정하기 위한 변위계(15)로 구성된다. A first turn to be shown smiling cutting device using a conventional piezoelectric element, smiling cutting device is installed on the tool rest (10) for increasing inherent to the piezoelectric element 14, the upper tool rest 10, a cutting tool, the diamond ( 12) it consists of a shank (11), a displacement gauge 15 for measuring the displacement of the shank (11) that can be mounted.

상기 공구대(10)는 강철을 사용하여 속이빈 사각블럭으로 형성하고, 상기 공구대(10) 내부에는 일정한 높이를 갖도록 지지대를 이용하여 압전소자(14)를 설치한다. The tool rest 10 by the support using the steel to form a square block cavity, the tool rest (10) inside so as to have a certain height to install the piezoelectric element 14. 이때 압전소자(14)의 변형력을 전달할 수 있도록 N형 슬릿(13)을 설치한다. At this time, installing the N-type slit 13 to deliver the deformation force of the piezoelectric element 14. 이때, N형 슬릿(13)의 4개 코너 부분의 벽이 노치에 의하여 약 3mm의 두게로 되어 있어 전후방의 가요성을 가진 평행 링크 기구를 형성하고 있다. In this case, there are four walls of the corner portion of the N-type slit 13 is put in the notch by approximately 3mm to form a parallel link mechanism with the front and rear flexible. 상기 공구대(10) 내부에 설치되어 있는 압전소자(14)는 압전 세라믹을 사용하며 적층형으로 형성되어 있다. Piezoelectric element 14 is installed in the tool rest 10 may use the piezoelectric ceramics, and is formed into a laminate. 또한, 상기 공구대(10) 상부에 설치되는 생크(11)는 끝단에 절삭도구인 다이아몬드(12)가 설치되어 있으며, 공구대(10) 내부에 설치되어 있는 슬릿(13)에 연결되어 슬릿(13)의 움직임에 의해 전후로 이동된다. In addition, the tool rest 10 and the shank 11, which is installed at the top is a cutting tool, the diamond 12 is installed in the end, the tool rest 10, the slit is connected to the slit (13) installed on the inside ( by the action of 13) it is moved back and forth. 또한, 상기 생크(11)의 후면에는 생크(11)가 이동하는 변위를 측정하기 위해 변위계(15)가 설치된다. In addition, the rear displacement gauge 15 to measure the displacement of the shank 11, the movement of the shank 11 is provided.

상술한 미소절삭장치의 동작방법은 외부로부터 압전소자(14)에 전압을 인가하여 팽창시키면 슬릿(13)을 작동하여 슬릿(13)의 우단부가 도면의 오른쪽으로 움직이게 되고, 따라서 연결되어 있는 생크(11)가 앞쪽으로 움직이게 된다. A shank, which is method of operation of the above-described smile cutting device when applied to inflate the voltage to the piezoelectric element 14 from the outside and to move to the right of the right end a view of the slit (13) to operate the slit 13, and thus connected ( 11) is moved toward the front. 또한 압전소자(14)에 전압을 인가하여 수축시키면 N형 슬릿(13)이 작동하여 슬릿(13)의 우단부가 도면의 왼쪽으로 움직이게 되고, 따라서 생크(11)가 뒤쪽으로 이동하게 된다. Also it moves to the left and right end of the figure of the slit 13 by the N-type slit 13 is operating when contracted by applying a voltage to the piezoelectric element 14, and thus is the shank 11 is moved to the rear. 이때의 생크(11)의 변위는 후면에 설치된 변위계(15)에 의해 측정하여 위치를 제어하면서 작업을 실시하게 된다. The displacement of the shank 11 is that, while controlling the position measured by the displacement meter 15 is installed in the rear conducting work.

상술한 미소절삭장치는 구조적으로 적층형의 압전세라믹을 사용하고, 변형력을 전달할 수 있는 기구를 별도로 설치해야 하는 등 구조적으로 매우 복잡하다는 문제점이 있다. The above-described smile cutting device has a problem that the structure is very complex, such as by using a laminated type of piezoelectric ceramic, and structurally, to install a mechanism that can be passed to the strain separately.

또한 더욱 중요한 것은 엑츄에이터로 사용되는 압전 세라믹은 매우 큰 비선형 특성과 열 변형문제, 적층형으로 설계되어야 하는 구조적인 복잡성 및 외부 충격에 대한 취약성 등의 단점을 갖는 다는 문제점이 있다. In addition and more importantly, there is a problem that the drawbacks such as a piezoelectric ceramic having a very large non-linear characteristics and thermal deformation problem, structural complexity and vulnerability to external impact to be designed in a multi-layer is used as the actuator.

따라서 본 발명은 상부의 일정한 부분이 바닥에 지지되는 것 보다 더 길게 형성되어 있는 공구대와, 상기 공구대의 상부 도출부 하단에 외팔보 형태로 제조되어 결합되어 있는 생크와 상기 생크의 하단 앞쪽에 장착되는 다이아몬드 절삭도구와, 상기 생크와 공구대의 접촉면과 생크의 전후측 면에 부착되는 압전소자와, 상기 생크의 다이아몬드가 장착된 뒤쪽의 공구대에 설치되어 있는 갭센서를 포함하는 미소절삭 장치를 제공하고자 한다. Accordingly, the present invention and are formed longer than the fixed portion of the top which is supported on the floor tool rest, a shank which is bonded is made of a cantilever fashion at the bottom of the tool cause the upper drawn portion and mounted to the front lower end of the shank to provide a smile cutting device comprising a diamond cutting tool and the shank and the tool one contact surface and a piezoelectric element attached to the front and rear side surfaces of the shank, the gap sensors with diamond in the shank is installed in the tool rest of the mounted back do.

제 1 도는 종래의 압전소자를 이용한 미소절삭장치의 한 예를 나타낸 도면. First turning view showing an example of the micro-cutting device using a conventional piezoelectric element.

제 2 도는 본 발명에 따른 미소절삭 장치를 개략적으로 나타낸 도면. A second turning schematic view of a smiling cutting device according to the present invention.

제 3 도는 본 발명에 따른 미소절삭 장치의 동작을 설명하기 위한 블럭도. The third turning a block diagram for explaining the operation of the micro-cutting system according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 * Description of the Related Art

10 : 공구대 11 : 생크 10: 11 Tools for: Shank

12 : 다이아몬드 13 : N형 슬릿 12: Diamonds 13: N-type slit

14 : 압전세라믹 15 : 변위계 14: piezoelectric ceramics 15: displacement meter

20 : 공구대 21 : 외팔보 형태의 생크 20: tool rest 21: cantilever fashion of the shank

22 : 다이아몬드 23 : 갭 센서 22: diamond 23: Gap sensor

24 : 압전소자 25 : A/D 컨버터 24: piezoelectric device 25: A / D converter

26 : 컨트롤러 27 : D/A 컨버터 26: controller 27: D / A converter

28 : 고전압 증폭기 28: High-voltage amplifier

제 2도는 본 발명에 따른 미소절삭 장치를 나타낸 것으로, 강철제를 이용하여 상단의 일정부분 도출된 형태의 공구대(20)에 외팔보 형태의 생크(21)를 결합시킨다. The second turn is coupled to the shank 21 of the cantilever fashion in the form of a tool rest (20) deriving a portion of the top shows an smile cutting device, by using the steel according to the invention. 상기 생크(21)의 하단에는 절삭도구인 다이아몬드(22)가 부착되어 진다. The lower end of the shank 21, is attached to the cutting tool, the diamond 22. 이때, 생크(21)의 다이아몬드(22)가 부착되어 있는 면 또는 그 후면에 압전소자(24)를 부착한다. In this case, it is attached to the piezoelectric element 24 on the sheet with the diamond 22 of the shank 21 is attached or the back. 또한, 상기 생크(21)의 뒤쪽 공구대(20)에는 다이아몬드(22)의 위치변화를 측정하기 위한 갭센서(23)가 부착된다. Further, in the back of the tool rest 20 of the shank 21. The gap sensor 23 for measuring the position change of the diamond (22) is attached. 상기 압전소자(24)로는 압전 폴리머(PVDF)를 사용하는데, 이 경우 필요에 따라 외팔보 형태의 생크(21)에 다이아몬드(22)가 부착되어 있는 면이나 그 배면 또는 양면 모두 압전 폴리머(24)를 부착하고, 상기 생크(21) 끝단, 즉 다이아몬드(22)의 변위를 측정하여 이것이 제어 알고리즘이 구현되어 있는 제어계로 보내져 적당한 제어량을 압전 폴리머에 인가하여 생크(21)에 모멘트를 적용시킴으로써 생크(21)의 끝단에 위치한 다이아몬드(22)가 작업자가 요구하는 궤적을 추적하도록 한다. The piezoelectric elements (24) include for using a piezoelectric polymer (PVDF), the shank 21 of the cantilever-type, depending on the case requires diamond 22 are both surface or the back surface or both surfaces, which attach the piezoelectric polymer 24 by attaching, apply the shank (21) end, that is the moment in the shank (21) is applied that this is a suitable control amount is sent to the control system that the control algorithm is implemented by measuring the displacement of the diamond 22, the piezoelectric polymer shank (21 ) diamond 22 is located at the end of it to track the trajectory, which the operator is required.

제 3도는 본 발명에 따른 미소절삭 장치의 제어계를 나타낸 것으로, 공구대에 부착되어 있는 갭센서(23)에서 생크(21) 끝단에 장착된 다이아몬드(22)의 변위가 검출되고, 상기 검출된 변위는 A/D 컨버터(25)로 입력되어 디지탈 신호로 변환된다. The third turn illustrates a control system of the micro-cutting system according to the present invention, the displacement of the diamond (22) mounted on the shank (21) end of the tool for the gap sensor 23 that is attached to be detected, and the detected displacement is input to the a / D converter 25 is converted into a digital signal. 상기 변환된 디지탈 신호는 컨트롤러(26)로 입력되고, 입력된 디지탈 신호에 의해 컨트롤러(26)에서 적절한 제어출력을 생성하여 D/A 컨버터(27)로 보내어 진다. The converted digital signal is input to the controller 26, to generate an appropriate control output from controller 26 by the input digital signal is sent to the D / A converter 27. 상기 D/A 컨버터(27)로 입력된 제어출력은 아날로그 신호로 변환되어 고전압 증폭기(28)에 입력되고, 상기 고전압 증폭기(28)는 입력된 아날로그 제어신호를 증폭하고, 최종적으로 압전 폴리머(24)에 전달하여 생크(21)에 모멘트를 줌으로써 생크(21) 끝단의 다이아몬드(22)의 움직임을 제어하게 된다. The D / A controlled output input to the converter 27 is converted into an analog signal is input to the high-voltage amplifier 28, the high-voltage amplifier 28 amplifies the input analog control signal, and finally, a piezoelectric polymer (24 ) and thereby controls the movement of the diamond 22 of the shank 21. the shank 21 by giving a moment to the end passing on.

상기와 같은 동작의 연속으로 작업자가 원하는 궤적을 따라 움직이는 것이 가능해 진다. A worker in a series of operations as described above it becomes possible to move along a desired trajectory.

본 발명에 의해 제조된 미소절삭 장치는 전체의 구조가 극히 간결하여 제작이 용이하며, 압전 폴리머를 엑츄에이터로 사용함으로써 종래의 압전 세라믹 엑츄에이터에서 발생하던 비선형 특성을 최소화 시킬 수 있다. Smile cutting device manufactured by the present invention is easy to manufacture the whole structure is extremely simple, and may by the use of a piezoelectric polymer to the actuator to minimize the non-linear characteristics that occurred in the conventional piezoelectric ceramic actuator. 또한 압전 폴리머는 구동시 전류가 거의 작용치 않으므로 열변형 문제가 발생하지 않으며, 외부 충격에 대한 안전성을 보장할 수 있다. In addition, the piezoelectric polymer is not the thermal deformation problem occurs because the current value is substantially acting during operation, it is possible to ensure safety with respect to external shocks.

상기와 같은 장점들은 미소절삭 장치의 다이아몬드 절삭도구를 제어하기가 용이하며, 제작비를 현저히 감소시킬 수 있다. Advantages as described above are also easy to control the diamond cutting tool of the micro-cutting apparatus, it is possible to significantly reduce the production cost.

본 발명은 압전소자를 이용한 미소절삭장치에 관한 것으로, 특히, 외팔보 형태의 생크를 결합시킬 수 있는 공구대와, 외팔보 형태의 공구대의 변위를 측정할 수 있는 갭 센서를 공구대에 설치하며, 외팔보형 생크에 압전소자로 압전폴리머를 생크의 전후면에 부착하여 미소절삭 장치를 제작함으로써, 구조가 간단하고 제작이 용이하며 미세변위 조정이 가능한 미소절삭장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention relates to a smiling cutting apparatus using a piezoelectric element, in particular, to install the gap sensor, which as capable of binding a cantilevered form of the shank tool rest, to measure the tool cause the displacement of the cantilever fashion on a tool rest, cantilever by manufacturing a piezoelectric polymer attached to the piezoelectric element to form the shank front and rear surfaces of the shank smile cutting device, the structure is simple, production is easy, and an object thereof is to provide an apparatus capable of cutting the micro fine adjustment displacement.

Claims (3)

  1. 상부의 일정한 부분이 바닥에 지지되는 것 보다 더 길게 형서되어 있는 공구대와, And the tool rest is hyeongseo longer than a certain portion of the top which is supported on the floor,
    상기 공구대의 상부 도출부 하단에 외팔보 형태로 제조되어 결합되어 있는 생크와, And shank are bonded is made of a cantilever fashion at the bottom of the upper band derives the tool unit,
    상기 생크의 하단 앞쪽에 장착되는 다이아몬드 절삭도구와, And the diamond cutting tool that is attached to the front lower end of the shank,
    상기 생크와 공구대의 접촉면과 생크에 부착되는 압전소자와, And a piezoelectric element attached to one contact surface and a shank wherein the shank and the tool,
    상기 생크의 다이아몬드가 장착된 뒤쪽의 공구대에 설치되어 있는 갭센서를 포함하는 미소절삭 장치. Smile cutting device including a gap sensor that is installed on the tool rest on the back of the diamond of said shank mounted.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 압전소자는 압전 폴리머인 것을 특징으로 하는 미소절삭 장치. The method of claim 1, wherein the piezoelectric element is smiling cutting device, characterized in that the piezoelectric polymer.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 압전소자는 생크의 후면 또는 전후면 모두에 부착되는 것을 특징으로 하는 미소절삭장치. The method of claim 1, wherein the piezoelectric element is smiling cutting device, characterized in that the shank is attached to both of the back or front and back.
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