KR100323065B1 - 전자석의 자기장 형성 원리를 이용한 연마 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자석의 자기장 형성 원리 및 유연성 있는 자기연마재를 이용하는 연마장치에 관한 것이다. 본 발명은 전자석의 자기장 형성 원리를 이용하여 가공대상물을 연마하기 위한 장치에 있어서, 동력제공수단으로부터 동력을 제공받아 회전하는 수단; 상기 회전하는 수단에 그 일측이 고정 설치되고 타측 단부는 상기 가공대상물의 연마 작업부위에 근접 위치되는 철심과, 상기 철심의 외주연부에 권취된 상태로 설치되는 코일을 구비한 자기장발생수단; 및 상기 자기장발생수단의 코일에 직류 전원을 공급하기 위한 전원공급수단을 포함하여, 상기 코일에 전원이 공급될 때 상기 철심 단부에 자력선이 형성되고, 그에 의해 상기 철심 단부와 가공대상물 간에 개재되는 자기연마재 -자화될 수 있는 자성체 성분과 가공대상물을 연마할 수 있는 연마제 성분을 포함한 것임- 가 자화되면서 상기 철심 단부에서 가공대상물에 이르기까지 극성에 따라 브러시 상으로 정열되어 상기 철심의 회전과 상응하게 회전되는 것에 의해 가공대상물이 연마되도록 한다. 상기 철심의 단부는 가공대상물과 근접게 배치되고, 그 사이에 연삭성을 가지는 자기연마재가 개재되어 회전되면서 연마가 수행되기 때문에, 복잡한 표면의 공작물도 가공이 가능하고, 정도 높은 가공면을 얻을 수 있다.

Description

전자석의 자기장 형성 원리를 이용한 연마 장치 {A POPLSHING APPARATUS BASED ON THE MAGNETIC FIELD FORMING PRINCIPALE OF ELECTROMAGNET}

본 발명은 자기연마장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 철심 외주연부에 감겨있는 코일에 직류전류가 인가될 때 자기장이 형성되는 공지의 전자석 원리를 공작기기에 응용하여 발생시키는 자기장 및 유연성 있는 자기연마재를 통해 가공대상물을 연마하는 전자석의 자기장 형성 원리를 이용한 연마 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 금형제품의 품질을 결정하는 중요한 공정이라고 할 수 있는 연마가공은 숙련된 작업자의 경험에 의한 수작업에 의존도가 높다. 그리고 현재 사용되고 있는 고경도 소재의 가공방법은 1차 방전 가공후 연마공정을 행하는 방법과, 열처리 전에 1차 가공으로 중삭까지 수행한 다음 연마하는 방법을 많이 사용하고 있다.

그러나, 전자와 같은 종래의 연마 방법에 의하면, 방전가공에 많은 시간이 걸리고 가공정밀도와 가공면이 다소 거칠기 때문에 생산성이 매우 낮음과 동시에 정도에 만족할 수 없는 단점이 있고, 후자의 방법에 의하면 공정의 분단으로 전체 가공시간이 오래 걸리고 열처리시 재료의 변형으로 인한 연마량이 많아지기 때문에 정밀도 유지가 어려운 단점이 있었다. 즉, 종래에 사용하는 연마방법은, 연마패드를 직접 연마 대상물에 접촉시키면서 연마가공을 수행하기 때문에, 정도의 문제 및 공정상의 여러가지 문제가 제기되고 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 공지의 전자석 원리를 응용하여 발생시키는 자기장과 유연성 있는 자기연마재에 의한 가공을 통해 연마 공정의 정밀도를 제고시키고, 또 한편 대상물의 가공면이 복잡한 경우에도 용이하게 연마 공정이 이루어질 수 있도록 하는 전자석의 자기장 형성 원리를 이용한 연마 장치를 제공함에 그 목적을 두고 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전자석의 자기장 형성 원리를 이용한 연마 장치의 일실시예 구성을 보인 설명도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 공작기기 3 : 주축

5 : 철심 5a: 철심 단부

7 : 코일 9 : 지지구10: 자기연마재 공급원 12: 공급파이프14: 회수파이프 A : 자기연마재W : 공작물(가공대상물)

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 공작기구를 작동시키기 위한 동력을 제공하는 동력제공수단을 구비하고 있는 공작기기 등에서, 전자석의 자기장 형성 원리를 이용하여 가공대상물을 연마하기 위한 장치에 있어서, 상기 동력제공수단으로부터 동력을 제공받아 회전하는 수단; 상기 회전하는 수단에 그 일측이 고정설치되고 타측 단부는 상기 가공대상물의 연마 작업부위에 근접되게 위치시키는 철심과, 상기 철심의 외주연부에 권취된 상태로 설치되는 코일을 구비한 자기장발생수단; 및 상기 자기장발생수단의 코일에 직류 전원을 공급하기 위한 전원공급수단을 포함하여, 상기 코일에 전원이 공급될 때 상기 철심 단부에 자력선이 형성되고, 그에 의해 상기 철심 단부와 가공대상물 간에 개재되는 자기연마재 -자화될 수 있는 자성체 성분과 가공대상물을 연마할 수 있는 연마제 성분을 포함한 것임- 가 자화되면서 상기 철심 단부에서 가공대상물에 이르기까지 극성에 따라 브러시 상으로 정열되어 상기 철심의 회전과 상응하게 회전되는 것에 의해 가공대상물이 연마되도록 하는 것을 특징으로 한다.또한, 본 발명에 따른 전자석의 자기장 형성 원리를 이용한 연마 장치는, 상기 자기장발생수단이 상기 철심 및 상기 코일 외에, 상기 철심의 외주연부에 권취된 상태로 설치되는 코일을 지지하기 위한 지지구를 더 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.또한, 본 발명은, 상기 철심 단부와 가공대상물 간에 개재되는 자기연마재가, 자화되는 철(Fe)분말과 연삭성을 가지는 연마입자분말을 혼합하여 플라즈마 용접기에서 용융시켜 비드를 만든 후 분쇄하여 만든 자기연마재 분말이거나, 또는 자화되는 철(Fe)분말과 연삭성을 가지는 연마입자분말을 혼합하여 플라즈마 용접기에서 용융시켜 비드를 만들어 분쇄한 후 용액에 첨가하여 만든 자기연마재 슬러리인것을 특징으로 한다.또한, 본 발명에 따른 전자석의 자기장 형성 원리를 이용한 연마 장치는, 슬러리 상태의 자기연마재가 상기 철심 단부와 가공대상물 간에 개재되도록 제공하고 사용 후 회수하기 위한 자기연마재 슬러리 공급 및 회수 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.또한, 본 발명에 따른 전자석의 자기장 형성 원리를 이용한 연마 장치는, 상기 자기연마재 슬러리 공급 및 회수 수단이, 자기연마재로 제공하기 위한 슬러리를 저장하는 자기연마재 슬러리 공급원; 슬러리 상태의 자기연마재가 상기 철심 단부와 가공대상물 간에 개재되도록 공급하기 위한 공급파이프; 및 연마작용을 거치면서 흘러나오는 슬러리 상태의 자기연마재를 상기 자기연마재 슬러리 공급원 측으로 회수하기 위한 회수파이프를 포함하거나, 또는 상기 자기연마재 슬러리 공급 및 회수 수단이, 공급되는 자기연마재 슬러리가 일정한 농도를 유지하도록 하기 위해서 상기 자기연마재 슬러리 공급원 내부에 설치되는 자기연마입자 침전을 방지하는 교란기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.또한, 본 발명에 따른 전자석의 자기장 형성 원리를 이용한 연마 장치에서, 상기 철심의 회전수는, 자화되는 자기연마재가 상기 철심 단부에 형성되는 자력선을 따라 정열되면서 회전함에 따라 발생하는 원심력이 형성된 자기장의 세기보다 커지지 않는 범위에서 조절되는 것을 특징으로 한다.앞에서 언급된 본 발명의 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.도 1은 본 발명에 따른, 동력제공수단을 구비한 공작기기 등에서 전자석의 자기장 형성 원리를 이용하여 연마하는 장치의 일실시예 구성을 보인 설명도이다.일반적으로 공작기기는 동력제공부로부터 제공되는 동력을 이용하여 가공대상물이 원하는 상태로 가공되도록 한다.도 1를 참조하면, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 전자석의 자기장 형성 원리를 이용한 연마 장치는, NC공작기계(1)의 주축(3)에 철심(5)이 장착되는 경우를 예시하고 있다. 상기 철심(5)은 상기 NC공작기계(1)로부터 회전력을 제공받아 회전하는 것임을 알 수 있다.

그리고 상기 철심(5) 중심부분(철심 길이방향의 가운데 부분을 의미함)의 외측(외주연부)에는 코일(7)이 권취되어 있다. 물론 상기 코일(7)은 별도의 지지구(9)에 의해 지지된 상태로 권취될 수 있으며, 상기 코일(7)은 직류전원공급부로부터 직류 전류를 인가받도록 연결된다. 따라서 상기 코일(7)에 전류가 인가되면, 공지의 전자석 원리에 따라 철심을 중심으로 코일의 주위로 자기장이 형성된다.

본 발명에 따르면, 상기 철심(5)의 하단부(5a)는 공작물(가공대상물)(W)과 근접되도록 배치되고, 상기 철심(5) 하단부(5a)와 상기 공작물(W)의 사이에는 자기연마재(A)가 채워지게 된다. 여기서 상기 공작물(W)은 대체로 정밀한 표면 연마가 필요한 경우의 가공대상물이다.

이제, 상기 자기연마재(A)에 대하여 좀더 상세하게 설명하기로 한다.

상기 자기연마재(A)는, 상기 코일(7)에 직류 전원이 인가되면 철심(5)을 중심으로 형성되는 자기장(자력선)에 의하여 자화되면서 상기 철심(5)의 하단부에 모여 있는 상태를 유지하면서 철심(5)의 회전에 따라 함께 회전하면서 공작물(W)의 표면 연마를 수행하는 것이다.

따라서 상기 자기연마재는, 상기 코일(7) 및 철심(5)에 의해 자기장(자력선)이 형성되었을 때 그에 의해 자화될 수 있는 자성체 성분과, 공작물(W)을 연마할 수 있는 연마 성분을 포함하고 있어야 한다. 이러한 요구 조건을 만족시키기 위하여, 자성을 가지는 철(Fe)분말과 연삭성을 가지는 연마입자분말(예를 들면, 다이아몬드분말 등을 의미함)을 사용할 수 있다.그리고, 상기 분말을 일정한 비율로 혼합하여 플라즈마 용접기에서 용융시켜 비드를 만든 후, 상기 비드를 분쇄하는 것에 의하여 자기연마재를 만들 수 있다.

즉, 본 발명에서의 자기연마재는, 자성과 연삭성을 동시에 구비하는 혼합된 분말의 입자를 말한다. 이러한 자기연마재는 분말 상태의 것을 그대로 사용하는 것도 가능하고, 용액을 첨가한 액상의 연마재 슬러리 상태로 사용하는 것도 가능하다.

도 1에서는 액상의 슬러리 상태의 자기연마재(A)를 사용하는 경우의 실시예를 예시하고 있다. 도면에서, 도면부호 10은 슬러리 상태의 자기연마재를 공급하는 자기연마재 공급원이고, 12는 슬러리 상태의 자기연마재를 공급하는 공급파이프이며, 14는 공작물(W)과의 표면에서 연마작용을 거치면서 연마부분의 바깥쪽으로 흐르는 슬러리 상태의 자기연마재를 회수하기 위한 회수파이프를 각각 나타낸 것이다.이와 같은 장치를 통하여, 액상의 자기연마재는 공작물(W)의 표면에 지속적으로 공급되면서 연마 기능을 수행한 후 회수되어 재사용할 수 있게 된다. 그리고 상기 공급원(10)의 내부에는 자기연마재 입자가 침전하는 것을 방지하기 위하여 소정의 교란기를 설치하여, 항상 일정한 농도의 자기연마재 슬러리를 공급할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

다음에는 철심(5)을 회전시키는 것에 의해 공작물(W)이 어떻게 연마되는지에 대하여 살펴보기로 한다.

도 1을 참조하면, 철심(5)의 하단부(5a)와 공작물(W) 사이의 확대도에서 알 수 있는 바와 같이, 철심(5)과 공작물(W) 사이에는 코일(7)에 전류를 인가하는 것에 의한 자력선(ML)이 형성된다. 이러한 자력선에 의하여, 자기연마재(A)에 포함되어 있는 자성체 성분, 예를 들면 Fe 등의 분말이 자화되면서 철심의 단부에서 공작물에 이르기까지 극성에 따라 브러시 상으로 정열되게 되고, 이러한 것은 실질적으로 연마숫돌의 기능을 수행하게 된다.

이러한 상태에서 상기 철심(5)이 NC공작기기(1) 등으로부터 제공되는 동력에 의해 회전하게 되면, 상기한 바와 같이 자화되면서 브러시 상으로 정렬된 자기연마재가 상기 철심(5)의 회전과 상응하게 회전하는 것에 의해 연마 가공의 가공압이 공작물(W)에 걸리게 된다. 따라서 공작물(W)은 상술한 자기연마재의 회전에 의해 원하는 형태로 연마 가공되는 것이다.

다음에는 상기 철심(5)의 회전속도와 연마 기능과의 관계에 대하여 간단하게 살펴본다.먼저, 철심(5)의 회전속도가 느린 경우에는 자력에 의하여 형성된 브러시 상으로 정열된 자기연마재에 의한 연마숫돌이 휘어지거나 미끄럼 현상이 나타나기 때문에 효율적으로 공작물(W)을 연마가공하지 못하게 된다.그리고 회전수가 증가될수록 자기연마재에 가해지는 원심력이 커지게 되는데, 이때 만일 회전에 의해 발생되는 원심력이 자력(자기장)의 세기보다 커지게 되면, 연마제(예를 들면, 다이아몬드 슬러리 등을 의미함)가 철분입자 사이로 고루 침투하지 못하는 등의 문제가 발생되기 때문에 연마효율이 저하된다.따라서 형성되는 자기장의 세기를 고려하고 적절한 속도로 회전되도록 제어하는 것에 의해 공작물의 연마효율을 최적화 시키는 것이 바람직하다.

물론, 연마효율과 관련되는 요인으로는, 연마재의 종류, 자속밀도, 가공전 공작물의 표면특성 등 여러가지 요인이 있지만, 상기와 같은 요인이 동일하다면 상술한 바와 같은 회전수가 연마효율을 결정하는 중요한 요인이 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의하면 연마숫도(연마패드)를 공작물에 직접 접촉시키지 아니하고, 소정의 연마 기능을 수행할 수 있음을 알 수 있다.즉, 본 발명에 의하면, 소정의 자성과 연삭성을 구비하는 자기연마재를 자력선에 의하여 밀집시킨 상태에서, 회전력을 인가하는 것에 의하여, 공작물의 표면을 적절하게 가공하는 것이다.본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명에 의하면, 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

본 발명에 의한 연마장치는, NC공작기기 등에서 공작물과 절삭하는 경우와 같이 공작물 가공을 수행하는 기계장치에서, 번거롭게 공작물을 착탈하지 않고도 연마 가공이 수행될 수 있도록 한다. 따라서 절삭가공 등에 이어지는 연마가공에 있어서 전체 가공시간의 단축이 가능함을 알 수 있고, 이는 생산성 향상이라는 결과를 가져올 것이다. 또한 절삭가공 과정에서 인지된 수치데이터를 바로 연마 가공에서 이용할 수 있는 장점도 있다.

그리고 본 발명 장치에 의한 연마가공은, 공작물과의 직접 접촉에 의한 연마가 아니고, 소정 공간상에 매개된 자기연마재에 의해 가공이 이루어지고 상기 자기연마재는 앞서 살펴본 바와 같이 유연성이 부여되어 있기 때문에, 공작물의 표면이 복잡한 형상을 가지고 있더라도, 충분히 원하는 연마 가공을 용이하게 수행할 수 있게 된다. 이러한 점은 숙련공에 의존하지 않더라도, 항상 표면정도가 확보되는 연마를 수행할 수 있다는 것을 의미함과 동시에 연마 가공의 표준 작업을 제시할 수 있는 것도 기대된다.

Claims (8)

1. 공작기구를 작동시키기 위한 동력을 제공하는 동력제공수단을 구비하고 있는 공작기기에서 전자석의 자기장 형성 원리를 이용하여 가공대상물을 연마하기 위한 장치에 있어서,

   상기 동력제공수단으로부터 동력을 제공받아 회전하는 수단;

   상기 회전하는 수단에 그 일측이 고정 설치되고 타측 단부는 상기 가공대상물의 연마 작업부위에 근접되게 위치시키는 철심과, 상기 철심의 외주연부에 권취된 상태로 설치되는 코일을 구비한 자기장발생수단; 및

   상기 자기장발생수단의 코일에 직류 전원을 공급하기 위한 전원공급수단을 포함하여,

   상기 코일에 전원이 공급될 때 상기 철심 단부에 자력선이 형성되고, 그에 의해 상기 철심 단부와 가공대상물 간에 개재되는 자기연마재 -자화될 수 있는 자성체 성분과 가공대상물을 연마할 수 있는 연마제 성분을 포함한 것임- 가 자화되면서 상기 철심 단부에서 가공대상물에 이르기까지 극성에 따라 브러시 상으로 정열되어 상기 철심의 회전과 상응하게 회전되는 것에 의해 가공대상물이 연마되도록 하는 전자석의 자기장 형성 원리를 이용한 연마 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 자기장발생수단은,

   상기 철심의 외주연부에 권취된 상태로 설치되는 코일을 지지하기 위한 지지구를 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 전자석의 자기장 형성 원리를 이용한 연마 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 철심 단부와 가공대상물 간에 개재되는 자기연마재는,

   자화되는 철(Fe)분말과 연삭성을 가지는 연마입자분말을 혼합하여 플라즈마용접기에서 용융시켜 비드를 만든 후 분쇄하여 만든 자기연마재 분말인 것을 특징으로 하는 전자석의 자기장 형성 원리를 이용한 연마 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 철심 단부와 가공대상물 간에 개재되는 자기연마재는, 자화되는 철(Fe)분말과 연삭성을 가지는 연마입자분말을 혼합하여 플라즈마 용접기에서 용융시켜 비드를 만들어 분쇄한 후 용액에 첨가하여 만든 자기연마재 슬러리인 것을 특징으로 하는 전자석의 자기장 형성 원리를 이용한 연마 장치.
5. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,

   슬러리 상태의 자기연마재가 상기 철심 단부와 가공대상물 간에 개재되도록 제공하고 사용 후 회수하기 위한 자기연마재 슬러리 공급 및 회수 수단

   을 더 포함하는 전자석의 자기장 형성 원리를 이용한 연마 장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 자기연마재 슬러리 공급 및 회수 수단은,

   자기연마재로 제공하기 위한 슬러리를 저장하는 자기연마재 슬러리 공급원;

   슬러리 상태의 자기연마재가 상기 철심 단부와 가공대상물 간에 개재되도록 공급하기 위한 공급파이프; 및

   연마작용을 거치면서 흘러나오는 슬러리 상태의 자기연마재를 상기 자기연마재 슬러리 공급원 측으로 회수하기 위한 회수파이프

   를 포함하는 전자석의 자기장 형성 원리를 이용한 연마 장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 자기연마재 슬러리 공급 및 회수 수단은,

   공급되는 자기연마재 슬러리가 일정한 농도를 유지하도록 하기 위해서, 상기 자기연마재 슬러리 공급원 내부에 설치되는 자기연마입자 침전을 방지하는 교란기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자석의 자기장 형성 원리를 이용한 연마 장치.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 철심의 회전수는, 자화되는 자기연마재가 상기 철심 단부에 형성되는 자력선을 따라 정열되면서 회전함에 따라 발생하는 원심력이 형성된 자기장의 세기보다 커지지 않는 범위에서 조절되는 것을 특징으로 하는 전자석의 자기장 형성 원리를 이용한 연마 장치.