KR100868030B1 - 공구 홀더에 있어서 진동 및 휨을 댐핑하기 위한 장치 - Google Patents

공구 홀더에 있어서 진동 및 휨을 댐핑하기 위한 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기계가공중에 대상물(2, 10)의 진동의 댐핑 및/또는 휨의 제어를 위한 장치에 관한 것이고, 상기 장치는 힘 적용 장치 또는 댐핑 장치가 될 수 있는 하나 이상의 힘 변환 장치(7)를 포함한다. 이러한 힘 적용 장치(7)는 대상물의 표면에 직각으로 향하는 분력을 갖는 힘을 적용하기 위한 것 및/또는 대상물(2, 10)에 모멘트를 적용하기 위한 것이다. 이러한 형태의 댐핑 장치(7)는 대상물(2, 10)로부터의 진동을 흡수하기 위한 것이고, 대상물(2, 10)로부터의 모멘트를 흡수하거나 대상물(2, 10)의 표면에 직각으로 향하는 분력을 흡수하도록 되어 있다.
댐핑 장치, 엑추에이터, 휨 제어 장치

Description

공구 홀더에 있어서 진동 및 휨을 댐핑하기 위한 장치{ARRANGEMENT FOR DAMPING OF VIBRATIONS AND DEFECTION IN A TOOL HOLDER}
본 발명은 공구와 피가공물의 진동 및 휨을 댐핑하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
터닝(turning), 드릴링, 또는 밀링 등의 기계가공은 특히, 클램핑되지 않은 길이 또는 공구의 캔틸레버부가 직경의 4~5배를 초과하는 경우에 빈번하게 진동 및 휨의 문제를 야기한다.
진동과 휨은 밀접한 관계가 있다. 피가공물에 톱니를 적용할 경우, 이 톱니에 인가된 절삭력에 의해 야기된 중간 휨이 먼저 존재할 것이다. 공구가 진동하고 있는 경우, 왕복운동 동작이 중간 휨의 상하로 발생된다(도1). 절삭력에 의해 적용된 진동수가 공구의 공진 진동수에 근접하면 상기 동작이 증폭된다.
절삭을 깊게 하고자 하고, 공구 홀더의 직경이 증가될 가능성이 적은 경우, 일반적으로 내부 절삭에 있어서 진동의 문제가 발생한다. 두가지 형태의 진동, 즉, 플렉셔널 진동(flexional vibration) 및 비틀림 진동이 특히 문제가 된다. 이러한 진동은 기계가공을 자주 방해하는 낮은 생산성, 좋지 않은 표면처리, 및 공구의 수명 감소를 야기한다.
공구의 휨 때문에, 절삭 동작에 있어서 소망하는 형상 또는 치수를 얻을 수 없다. 중간 휨의 조정을 허용함으로써 소망하는 치수 또는 형상에 근접할 수 있게 된다. 중간 휨을 제어하여 별도의 특수한 공구를 요하는 최종 생산물의 형상을 달성할 수도 있다.
피가공물, 특히, 얇은 벽이 있는 단면을 갖는 피가공물은 또한 중간 휨 및 진동의 동일한 문제가 있다. 따라서, 공구가 오래 정지될수록 일반적으로 피가공물은 휘어진다.
기계가공용 진동 댐핑은 공구내에 차례차례 지지되는 스프링 및 댐핑 소자(twin mass system)에 대량의 무거운 물질이 지지되는 패시브 기계적 댐퍼를 사용함으로써 지금까지 수행되었다(예컨대, 미국 특허 제5.413.318호 참조). 기계적 댐퍼와 관련된 문제는 즉, 무거운 물질이 비싸다는 것, 각 공구가 특정 캔틸레버 길이에 한정된다는 것, 그리고 댐퍼가 공구 홀더내에 공간을 차지하여 공구를 약화시킨다는 것이다. 오일 및 고무 물질이 주로 사용되고, 안정된 품질을 얻기가 어려울 수 있고, 온도 및 수명에 관한 특성을 변화시킨다. 또한, 이러한 댐핑 시스템은 얼마나 적은 진동수가 달성될 수 있는지에 따라 제한을 갖는다. 또한, 트윈 매스 댐퍼(twin mass damper)는 높은 알피엠(rpm)으로 회전하는 공구의 균형을 방해하는 추가적인 질량을 부가한다.
공구 홀더의 액티브 댐핑(active damping)은 예컨대, 압전력 엑추에이터(piezoelectric force actuator)를 사용함으로써 달성될 수 있다(예컨대, 압전세라믹 소자가 공구 홀더에 삽입된 미국 특허출원 2002/0033083 참조). 이러한 압전력 엑추에이터는 즉, 스키, 테니스 라켓, 및 골프 클럽내의 션티드 포스 엑추에이터(shunted force actuator)와 같은 패시브 일렉트리컬 댐퍼(passive electrical damper)에 이미 사용되고 있다. 액티브 시스템에 있어서, 일반적으로 압전력 엑추에이터는 공구 홀더에 본딩되거나 그렇지 않으면 부착되거나 또는 공구 홀더내에서 사용된다. 엑추에이터는 전단력(shear force)을 통해 공구로 힘을 전달할 것이다. 일반적으로 적응적 조절 시스템이라 불리는 제어 시스템은 일반적으로 가속도계라고 불리는 센서로부터의 정보에 의해 엑추에이터의 힘을 제어한다. 가능한 최선의 방법으로 이러한 공구에 있어서의 진동을 댐핑할 수 있도록 하기 위해 엑추에이터는 공구 홀더 클램프에 근접하여 위치되어야 한다. 엑추에이터의 상기 위치와 관련된 문제는 돌출 길이를 따라 유연성을 허용하지 않는다는 것이다. 또한, 톱니 선단상에서 가장 먼 동작을 저지하기 위해 전단력이 매우 커지기 때문에, 공구로의 힘의 전달이 충분하지 못할 것이다. 미국 특허출원 제5.913.955호도 삽입된 엑추에이터 시스템의 예이고, 이 엑추에이터는 바 표면내로 절삭된 오목한 부분에 장착된다.
종래기술은 공구 홀더상의 포켓상으로 직접 또는 포켓속 오목한 곳으로의 엑추에이터의 위치결정을 포함하고, 힘은 엑추에이터로부터 전단력을 통해 공구 홀더로 전달될 것이다. 이러한 엑추에이터의 클램핑에 의해 돌출 길이와 힘의 방향에 관하여 잠긴다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하거나 적어도 경감시킨다.
본 발명에 의하면, 기계가공 중인 대상물의 진동 댐핑 및/또는 휨 제어장치가 제공되고, 상기 장치는 대상물의 표면에 직각으로 향하는 분력을 갖는 힘을 변환하고, 그리고/또는 대상물과 장치 사이의 모멘트를 직접 또는 기계 레버를 통해 변환하는 하나 이상의 힘 변환 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
실시형태에 있어서, 상기 장치는 하나 이상의 힘 변환 장치와 대상물 사이의 벤딩 모멘트(bending moment)를 전달하는 벤딩 모멘트 전달 장치를 포함할 수 있다. 상기 벤딩 모멘트 전달 장치는 대상물 주위에 힘 전달 장치를 포함할 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 힘 변환 장치는 대상물을 위한 고정 지지체와 힘 전달 장치 사이에 배치될 수 있고, 고정된 지지체내에 부착 또는 매립된다. 또한, 벤딩 모멘트 전달 장치는 위치결정장치가 대상물을 둘러싸는 위치결정장치를 포함할 수 있고, 상기 힘 변환 장치는 힘 전달 장치와 위치결정장치 사이에 배치될 수 있다. 탄성 재료는 힘 전달 장치와 위치결정장치 사이에 배치될 수 있다. 탄성 재료는 하나 이상의 힘 변환 장치와 대상물 사이, 또는 하나 이상의 힘 변환 장치와 위치결정장치 사이에 배치될 수 있다. 탄성 재료는 고무로 만들어질 수 있다. 힘 변환 장치는 대상물의 표면에 대하여 평행한 반면, 힘 전달 장치에 대하여 직각으로 분력을 갖는 힘을 적용하도록 구성될 수 있다.
대체 실시형태에 있어서, 상기 장치에는 대상물에 대하여 힘 변환 장치를 고정하고 위치결정하는 하나 이상의 힘 변환 장치를 위한 위치결정 또는 로케이터 장치(locator device)가 제공된다. 힘 전달 장치는 대상물을 둘러싸고, 힘 변환 장치와 대상물 사이에 배치될 수 있다. 힘 전달 장치와 힘 변환 장치는 위치결정장치내에 위치될 수 있다.
다른 대체 실시형태에 있어서, 상기 장치는 하나 이상의 힘 변환 장치와 대상물 사이의 모멘트를 전달하고, 대상물을 위한 클램프에 대상물을 고정하는 대상물의 커넥터부(connector part)인 모멘트 전달 장치를 포함할 수 있다. 힘 변환 장치는 대상물을 위한 클램프내에 배치될 수 있다.
또 다른 실시형태에 의하면, 상기 장치는 대상물에 대하여 이동가능하게 배치될 수 있다. 또한, 하나 이상의 힘 변환 장치는 하나 이상의 엑추에이터가 될 수 있다. 하나 이상의 힘 변환 장치는 하나 이상의 엑추에이터가 될 수 있고, 상기 장치는 하나 이상의 엑추에이터로의 입력을 조절하는 제어 유닛을 포함할 수 있다. 센서는 대상물의 진동 및/또는 휨을 검출하기 위해 대상물 상에 또는 대상물 내에 배치될 수 있고, 상기 제어 유닛은 신호에 의거한 입력을 조절하기 위해 상기 센서로부터 신호를 수신할 수 있다. 상기 센서는 가속도계가 될 수 있다.
상기 엑추에이터는 셰이커, 공압 엑추에이터, 유압 엑추에이터, 압전력 엑추에이터, 또는 다른 힘, 압력 또는 비틀림 엑추에이터(tortion actuator)가 될 수 있다. 또한, 상기 엑추에이터는 공압 댐퍼 또는 션티드 엑추에이터(shunted actuator)의 형태 등으로 그리고/또는 능동적으로 댐핑 알고리즘을 사용하는 것 등에 의해 수동적으로 제어되도록 될 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 상기 장치는 대상물의 상이한 치수 및 기하학적 구조의 사용을 허용하는 모듈이 될 수 있다. 또한, 상기 장치는 공구 또는 공구 홀더인 대상물, 가능하게는 피가공물에 적응될 수 있다.
결국, 다음의 두가지 중요하고 기초적인 실시형태를 주목하자. 즉,
- 하나 이상의 힘 변환 장치가 대상물로의 힘의 적용 및/또는 모멘트의 적용을 위한 하나 이상의 힘 적용 장치의 형태인 실시형태.
- 하나 이상의 힘 변환 장치가 대상물로부터 진동을 흡수하는 하나 이상의 댐핑 장치의 형태이고, 상기 댐핑 장치는 대상물로부터 분력을 흡수하고 그리고/또는 모멘트를 흡수하도록 된 실시형태.
본 발명은 힘 적용 장치 및 댐핑 장치의 형태로 힘 변환 장치를 활용한다. 유연한 고정 장치(지지체)를 갖는 힘 적용 장치 엑추에이터가 바람직하게 사용되어, 엑추에이터는 이동이 가능하고, 힘은 직접 또는 레버 또는 힘 전달 슬리브(force transmission sleeve)를 통해 공구 홀더상에 적용된다. 본 발명의 장점은 공구의 돌출 및 힘의 방향이 기계가공처리 중에 발생되는 절삭력과 관련하여 변경될 수 있다는 것, 또는 정확한 소망하는 방향으로 힘을 적용하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명은 동일한 홀더내에 상이한 형태 및 치수를 갖는 공구 홀더의 사용을 허락한다. 본 발명에 의하면, 공구에 적용되는 에너지(힘 및 동작)는 상기한 바와 같은 공구 홀더상의 포켓에 직접 위치결정되거나 또는 매립된 엑추에이터에 의해 전단력을 통해 거의 증가될 수 있다.
도1은 기계가공 중의 몇몇 중간 기계가공력과 그 진동을 나타낸 그래프이다.
도2a는 모멘트 전달에 의한 공구의 휨을 나타낸 도면이다.
도2b는 직접적인 힘 적용에 의해 공구의 휨을 나타낸 도면이다.
도3은 본 발명의 다양한 실시형태에 의한 대상물에 관한 힘의 방향과 어텍 포인트(point of attack)를 갖는 엑추에이터 국소화의 예를 나타낸 도면이다.
도4는 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 모멘트 전달을 갖는 공구의 원리개략 도이다.
도5는 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 직접적인 힘 전달을 갖는 공구의 원리개략도이다.
도6은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 모멘트 전달을 갖는 피가공물 댐핑의 원리개략도이다.
도7은 본 발명의 실시형태에 있어서, 엑추에이터가 어떻게 플랜지 또는 커넥터부상에 직접적으로 가압할 수 있는지를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명하기로 한다.
후술되는 설명에 사용되는 몇가지 개념을 다음과 같이 더욱 상세히 설명한다.
공구 홀더 : 이 명세서내에서 톱니를 홀딩하는 소자를 의미한다. 이것은 예컨대, 톱니 락(tooth lock), 밀링 톱니(milling tooth), 톱니와 일체화된 톱니바(tooth bar) 또는 톱니 블럭(tooth block)/밀링 헤드(milling head) 및 어뎁터(adapter)의 조합이 될 수 있다.
톱니 : 재료를 제거하는 커팅 에지(cutting edge)를 갖는 단단한 재료로 만들어진 클램핑된 비트(clamped bit)
공구 : 공구 홀더 및 톱니의 조립체
공구 클램핑 : 공구의 홀딩 부재. 예컨대, 스플릿 홀더(split holder), 캡토 홀더(captoholder), HSK 홀더(HSK holder), 스테일콘(Steilkon)이 될 수 있다.
액티브 댐핑 : 예컨대, 외부 마이크로컨트롤러에 의해 제어되고, 외부 전력 증폭기로부터 에너지가 제공되는 엑추에이터가 될 수 있는 외부 소스로부터 에너지가 제공되고 제어되는 댐핑. 액티브 댐핑 사용의 장점은 다른 것들 중 특히, 소망하는 만큼 충분한 에너지가 기본적으로 시스템에 공급될 수 있다는 것과 어뎁티브 알고리즘에 의해 입력을 제어할 수 있다는 것이다.
패시브 댐핑 : 외부 소스로부터 에너지가 제공되지 않거나 제어되지 않는 댐핑은 미국 특허 제5,413,318호에 개시된 바와 같이, 시스템 또는 기계적 트윈 매스 댐퍼(twin mass damper)내에 형성된 션트 커넥션에서 전기적 손실로 댐핑된 엑추에이터가 될 수 있다.
모듈 : 공구 홀더의 구조에 적응된 인서트를 갖는 유연한 장치는 모듈로서 포함된다. 직사각형의 공동을 갖는 모듈은 직사각형 공구를 유지할 수 있는 반면, 원형 공동을 갖는 인서트 슬리브로 구성된 모듈은 소정 직경의 원형 공구를 유지할 수 있다. 또한, 모듈은 공구의 커넥터부에 적응될 수 있다.
기계적 장점의 예전 원리는 모멘트 원리(레버)이다. 긴 레버 암(arm)을 사용하면 동일한 사이즈의 모멘트를 달성하기 위해 짧은 암을 사용할 때와 같은 크기의 힘을 필요로 하지 않는다. 벤딩 모멘트에 기인하는 휨은 u=SL3/2EI로 주어지는 반면, 균일한 캔틸레버 빔상의 벤딩력에 기인하는 휨은 u=SL3/3EI로 주어지고, S는 휨력, L은 중심으로부터의 거리, M은 모멘트, E는 탄성계수, I는 에어리어의 제 2 모멘트이다. 상기 방정식을 덧붙이는 경우, 정지한 빔의 단부를 유지하기 위해 주어 진 절삭력의 증가가 발생하면 모멘트는 커져야 한다.이 모멘트는 벤딩 모멘트의 힘 또는 암을 증가시킴으로써 커질 수 있다. 대응적으로, 비틀림에 있어서, 절삭력에 의해 야기된 토오크에 저항하기 위해 비틀림 모멘트 또는 토오크의 힘이나 암이 증가 되어야 한다.
힘을 방사상으로 직접 적용하는 경우, 대응하는 휨은 u=FL3/3EI로 주어지고, F는 엑추에이터의 힘이다.
힘 전달의 다양한 원리의 비교는 힘의 직접적인 적용과 레버 원리를 통한 에너지의 전달은 전단력을 통한 전달보다 공구로의 향상된 에너지 전달(큰 힘 및 동작)을 야기한다는 것을 나타낸다.
모멘트의 원리 또는 직접적인 힘 전달을 활용하기 위해, 압전세라믹 힘 엑추에이터, 스택 엑추에이터(stack actuator), 유압 또는 공압 엑추에이터 등의 하나 이상의 힘 엑추에이터가 사용될 수 있다. 이것은 소망하는 동작을 달성하기에 충분한 힘의 전달을 허용하는 방식으로 위치결정되어야 한다. 모멘트 전달의 경우에 있어서, 엑추에이터에 의해 야기된 동작이 공구 홀더에 대하여 근접할수록 공구 홀더의 동작이 증가될 것이지만 요구되는 힘도 증가될 것이다(도2a). 직접적인 힘 전달의 경우에 있어서, 엑추에이터의 어텍 포인트(point of attack)가 공구 홀더 클램핑으로 근접할수록 공구 홀더의 동작이 증가될 것이다(도2b). 두가지 원리에 있어서, 위치결정은 공구 홀더의 크기, 엑추에이터 동작, 엑추에이터 강성, 및 엑추에이터 힘에 의해 결정된다.
엑추에이터에 의해 적용된 동작은 관심 방향으로 엑추에이터를 적응시킴으로써 진동/비틀림/휨을 억제하거나 증가시킬 수 있다. 둘 이상의 엑추에이터는 힘의 결합을 제공할 수 있다.
엑추에이터는 공구 홀더상에 장착된 로케이터 슬리브(locator sleeve)내, 공구 홀더의 커넥터부내(예컨대, 손잡이의 플랜지내), 공구 홀더 클램프내에 고정되거나, 또는 머신 커플링(machine coupling)[예컨대, 리볼버(revolver) 또는 스핀들(spindle)/척(chuck)]에 통합될 수 있다.
모멘트 전달 원리의 경우에 있어서, 엑추에이터로부터 힘을 전달하는 레버는 엑추에이터 앞의 공구 홀더에 고정된다. 이 레버는 가능한 최선의 방식으로 엑추에이터로부터 모멘트를 전달하기 위해 가능한 한 단단해야 하고, 공구의 고유 진동수에 가능한 최소의 질량을 추가하기 위해 질량이 가벼워야 한다. 또한, 상기 레버는 과도한 포인트 스트레스(point stress)를 피하기 위해 소정 폭을 가져야 한다. 대체 실시형태에 있어서, 공구 홀더의 커넥터부(도7)는 상기 레버보다는 오히려 공구로 모멘트를 전달하는데 사용될 수 있다.
상기 엑추에이터용으로 가능한 로케이터 슬리브와 상기 레버는 소망하는 위치로 공구 홀더를 따라 이동될 수 있다. 또한, 고정된 돌출을 갖지 않는 공구(비모듈 공구)의 경우에, 상기 공구는 홀더의 내외부로 이동될 수 있다. 전체의 경우에 있어서, 이것은 돌출길이에 관련해 상당한 유연성을 야기시킬 것이다. 인서트 슬리브를 사용하거나 사용하지 않고, 다양하고 상이한 실시형태의 상이한 공구를 많이 포함할 수 있다.
직접적인 힘 전달의 원리를 사용함으로써, 상기 엑추에이터는 공구 홀더로 또는 공구 홀더에 고정된 힘 전달 슬리브로 힘을 직접 적용함으로써 힘을 부가할 수 있다.
힘 전달 슬리브 또는 레버를 대신하여, 칼라(collar), 브래킷, 포크(fork) 등의 다른 힘 전달 장치가 사용될 수 있다.
엑추에이터는 예컨대, 댐핑 알고리즘을 사용함으로써 능동적으로 및/또는 수동적으로(션트) 제어될 수 있고, 가속도계의 형태로 센서를 가지고 또는 가지지 않고 제어될 수 있다. 상기 시스템은 예컨대, 적응적 기계 댐퍼와 같은 다른 액티브 시스템, 또는 기계 댐퍼와 같은 패시브 시스템의 조합으로 사용될 수도 있다. 본 발명은 진동을 댐핑하기 위해 엑추에이터를 대신하여 또는 엑추에이터에 추가로 고무 또는 유압/공압 충격 흡수기와 같은 패시브 댐퍼를 활용할 수 있다.
(실시형태)
모멘트 원리에 의한 힘 전달
도4는 본 발명에 의한 댐핑 장치의 실시형태를 나타낸다. 공구 홀더(2)는 공구 클램프(5)내에 위치된다. 피가공물(10)을 기계가공하는 톱니(1)는 공구 홀더(2)에 고정된다. 공구 클램프(5)는 모듈이 될 수 있으며, 상이한 직경과 기하학적 구조(예컨대, 삼각형, 타원형, 정사각형)에 적응될 수 있다. 엑추에이터(7)는 공구 클램프(5) 또는 특정 로케이터 슬리브(4)와 공구 홀더(2)의 표면으로부터 외측으로 간격을 둔 레버(14) 사이에 고정된다. 엑추에이터(7)는 톱니(1)를 대향하는 측면상의 공구 클램프(5)에 고정 또는 매립된다. 대안으로, 상기 엑추에이터(7)는 엑추에이터를 위한 특정 로케이터 슬리브(locator sleeve)(4)에 고정될 수 있다. 로케이터 슬리브(4)는 공구 클램프(5)로부터 간격을 둘 수 있기 때문에, 댐핑 장치가 바체(bar body)를 따라 미끄러질 수 있다. 엑추에이터(7)로부터의 힘은 공구 홀더(2)를 직접 변형하는 방식으로 작용하거나, 공구 홀더(2) 및/또는 공구 클램프(5)는 변형없이 엑추에이터(7)로부터의 동작을 허용하는 방식으로 지지될 수 있다.
레버(14)는 공구 홀더(2)를 둘러싸고, 엑추에이터(7)로부터 공구 홀더(2)로 모멘트를 전달한다. 더 댐핑하기 위해, 고무와 같은 탄성 재료(11)가 공구 홀더(2)와 레버(14) 사이에 충전물로서 배치될 수 있다. 엑추에이터(7)를 위한 로케이터 슬리브(4)를 포함하는 실시형태에 있어서, 탄성 재료는 레버(14)와 로케이터 슬리브(4) 사이에 배치될 수 있다. 탄성 재료는 엑추에이터(7)와 공구 홀더(2)의 사이 또는 엑추에이터(7)의 외부에 배치될 수 있다.
엑추에이터(7)는 제어 유닛(8)에 의해 능동적으로 제어될 수 있다. 가속도계와 같은 휨 및/또는 진동을 측정하는 센서(6)는 톱니(1)에 인접한 공구 홀더(2)내 또는 공구 홀더(2)상에 배치될 수 있다. 가속도계(6)로부터의 신호는 라인(9)을 통해 원리도(priciple drawing)상의 제어 유닛(8)으로 전송되고, 제어 유닛(8)은 센서로부터의 신호에 의거하여 엑추에이터(7)로의 입력을 조정할 수 있다. 센서(6)로부터의 신호는 제어 유닛으로 무선으로 전송될 수도 있다.
엑추에이터는 댐핑 알고리즘을 사용하여 능동적으로, 또는 공압 댐퍼 또는 션티드 엑추에이터를 사용하여 수동적으로 제어될 수 있으며 예컨대, 가속도계 형태의 센서를 갖거나 갖지 않고 제어될 수 있다. 상기 시스템은 적응적 기계 댐퍼와 같은 다른 액티브 시스템 또는 기계 댐퍼와 같은 패시브 시스템의 조합으로 사용될 수도 있다. 엑추에이터는 셰이커, 공압 또는 유압 엑추에이터, 압전력 엑추에이터, 또는 기타 힘, 압력 또는 비틀림 엑추에이터가 될 수 있다.
패시브 엑추에이터(7)를 사용하는 경우, 상기 장치는 대상물에 힘을 능동적으로 적용하기 보다는 오히려 대상물로부터 진동이 흡수되는 댐핑 장치로서 작용할 것이다. 댐핑 시스템의 다양한 구조적 부분은 동일하지만, 힘은 대상물(2)로부터 엑추에이터(7)로 모멘트 원리에 의해 또는 직접 전달된다.
직접적인 힘 전달
도5는 본 발명에 의한 댐핑 장치의 실시형태를 나타낸다. 상기 실시형태는 모멘트 전달 실시형태와의 많은 유사점을 제공한다. 모멘트 원리에 의한 힘 전달과는 반대로, 힘은 일반적으로 공구에 직접, 그리고 일반적으로 방사방향으로 적용된다. 공구에 고정된 힘 전달 슬리브(3)에 힘이 적용되고 적용된 힘의 방향이 공구의 길이 방향을 따라 더 지향하면, 상기 원리는 모멘트 전달의 실시형태와 더 유사하게 된다.
엑추에이터(7)는 공구 클램프(5) 또는 특정 로케이터 슬리브(4)와 공구 홀더(2)의 표면 사이에 고정된다. 엑추에이터(7)는 공구 홀더(2) 주위의 힘 전달 슬리브(3)를 통해 공구 홀더(2)로 힘을 전달할 수도 있다. 엑추에이터(7)는 공구 클램프(5)로부터 간격을 둔 톱니(1)와 대향하는 공구 클램프(5)의 측에서 로케이터 슬리브(4)에 고정된다. 엑추에이터(7)로부터의 힘은 공구 홀더(2)를 직접 변형하는 방식으로 작용하거나, 공구 홀더(2) 및/또는 공구 클램프(5)가 변형없이 엑추에이 터(7)로부터의 동작을 허용하는 방식으로 지지될 수 있다.
엑추에이터(7)는 공구(2) 또는 힘 전달 슬리브(3)상에 직접적으로 힘을 적용한다. 더 댐핑하기 위해, 예컨대, 고무와 같은 탄성 재료(11)가 엑추에이터(7)와 로케이터 슬리브(4) 사이의 충전물로서 배치될 수 있다.
엑추에이터(7)는 제어 유닛(8)에 의해 능동적으로 제어될 수 있다. 휨 및/또는 진동을 측정하는 가속도계와 같은 센서(6)는 톱니(1)에 인접한 공구 홀더(2)상에 또는 그 내부에 배치될 수 있다. 가속도계(6)로부터의 신호는 와이어 라인(9)을 통해 원리도상의 제어 유닛(8)으로 전송되고, 제어 유닛(8)은 센서로부터의 신호에 의거하여 엑추에이터(7)로의 입력을 조정할 수 있다. 센서(6)로부터의 신호는 제어 유닛으로 무선 전송될 수도 있다.
엑추에이터는 예컨대, 댐핑 알고리즘을 사용하여 능동적으로, 또는 수동적으로(예컨대, 공기합 댐퍼 또는 션티드 엑추에이터를 사용하여) 제어될 수 있으며, 가속도계의 형태로 센서를 갖거나 갖지않고 제어될 수 있다. 상기 시스템은 적응적 기계 시스템과 같은 다른 액티브 시스템, 또는 패시브 시스템(기계 댐퍼 등)의 조합으로 사용될 수도 있다. 엑추에이터는 셰이커, 공압 또는 유압 엑추에이터, 압전력 엑추에이터, 또는 기타 힘, 압력 또는 비틀림 엑추에이터가 될 수 있다.
엑추에이터로부터 얻어진 힘과 동작은 도3에 도시된 바와 같이, 상이한 지향과 어텍 포인트를 가질 수 있다. 화살표는 엑추에이터가 어떻게 지향될 수 있는지와, 힘 벡터가 어떻게 공구 또는 피가공물을 모멘트 전달과 직접적인 힘 전달로 어텍할 수 있는지에 대한 예를 나타낸다. 몇몇 엑추에이터가 사용될 수 있고, 몇몇 소망하는 방향으로 더 큰 힘 및 유사하지 않은 지향이 얻어질 수 있다.
도4에 도시된 댐핑 시스템에 있어서, 상기한 바와 같은 패시브 엑추에이터(7)의 사용은 또한, 상기 장치를 대상물에 능동적으로 힘을 적용하기 보다는 오히려 대상물로부터 진동이 흡수되는 댐핑 장치로서 작용하게 한다. 댐핑 시스템의 다양한 구조적 부분은 동일하지만, 힘은 대상물(2)로부터 엑추에이터(7)로 모멘트 원리를 통해 또는 직접적으로 전달된다.
회전식 및 비회전식 공구
직접적인 힘 전달과 모멘트 원리는 비회전식(선반) 공구뿐만 아니라 회전식 공구(밀링, 드릴링)에 사용될 수 있다. 비회전식 공구의 경우에 있어서, 공구(2), 엑추에이터(7), 슬리브(3, 4, 14), 및 홀더(5)는 피가공물(10)이 회전하고 있는 동안 정지가 유지된다. 회전식 공구의 경우에 있어서, 피가공물(10)은 공구(2)와 홀더(5)가 회전하고 있는 동안 정지상태를 유지한다. 엑추에이터(7)와 슬리브(3, 4, 14)는 공구와 함께 회전할 수 있지만, 정지상태로 유지될 수도 있다. 엑추에이터가 공구와 함께 회전하면, 신호와 에너지는 예컨대, 트레일링 케이블(trailing cable)에 의해 또는 무선으로 전송된다.
피가공물의 진동 댐핑 및 휨
도6은 본 발명에 의한 피가공물을 위한 댐핑 장치의 실시형태를 나타낸다. 피가공물의 댐핑에 있어서, 모멘트 전달 및 직접적인 힘 전달의 원리가 사용될 수 있다. 도6은 모멘트 전달이 사용된 실시형태를 나타낸다.
피가공물은 예컨대, 척(13)과 칼라판(collar plate) 또는 레스트(12)내에 클 램핑될 수 있다. 모멘트 원리 또는 직접적인 힘 적용에 의거한 본 발명에 의한 댐핑 장치는 피가공물(10)을 둘러싼다. 센서는 진동 검출을 위해 피가공물(10)에 부착되거나 그 내부에 형성될 수 있다. 이러한 댐핑 장치의 실시형태는 탄성 재료(11), 힘 엑추에이터(7), 및 힘 전달 슬리브(3) 또는 레버(14)의 위치에 있어서, 도4에 도시된 실시형태와 구조적으로 동일하다. 그러나, 도6에 도시된 전체 댐핑 장치는 피가공물상에 이동가능하게 배치되고, 따라서, 로케이터 슬리브(4)는 탄성 재료와 엑추에이터(7)에 고정된다. 엑추에이터는 라인(9)을 통해 댐핑 장치에 연결된 제어 유닛(8)에 의해 능동적으로 제어될 수 있다.
또한, 이 실시형태에 있어서, 패시브 엑추에이터가 사용될 수 있다. 패시브 엑추에이터는 능동적으로 힘을 적용하기 보다는 오히려 댐핑을 위해 피가공물로부터의 진동을 흡수할 것이다.
얇은 벽이 둘러싸인 피가공물 또는 길게 돌출된 피가공물의 경우, 기계가공될 때 피가공물상의 진동의 결과에 따른 문제가 종종 발생된다. 상기 문제는 내외부의 기계가공에서 발생하여 댐핑 장치의 원리는 피가공물의 내외부에 장착될 수 있도록 한다.
도7은 공구 홀더(2)를 위한 커넥터부를 통해 모멘트 전달이 발생하는 댐핑 장치의 실시형태를 나타낸다. 커넥터부는 공구 홀더(2)를 공구 홀더를 위한 클램프(5)에 연결한다. 커넥터부는 엑추에이터(7)로부터의 힘을 그 최외각 단부상의 커넥터부에 적용함으로써 모멘트 전달 원리를 통해 공구 홀더에 힘을 전달한다. 모멘트는 공구의 표면을 지나서 힘의 어텍 포인트를 배치함으로써 얻어진다. 공구 자체 로부터 외측으로 엑추에이터를 이동함으로써 돌출을 변화시킬 수 있는 큰 가능성을 갖는 공구가 얻어진다.
본 발명의 실시형태를 위에 설명하였다. 그러나, 본 발명이 이하의 청구범위에서 설명되는 바와 같은 다른 실시형태를 포함할 수 있다는 것은 당업자에게 자명하다.

Claims (26)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 기계가공중에 대상물의 진동의 댐핑 및/또는 휨의 제어를 위한 장치로서, 상기 대상물은 공구, 공구 홀더(2), 또는 피가공물(10)이며,
    상기 대상물 표면의 외부의 하나 이상의 힘 변환 장치(7)를 포함하고;
    상기 힘 변환 장치(7)는 상기 대상물(2, 10) 주위의 로케이터 장치(4)에 부착되고, 상기 대상물(2, 10)의 표면에 직각으로 향하는 분력을 갖는 힘을 변환하거나, 힘 전달 장치(3)를 통해 또는 직접적으로 상기 대상물(2, 10)과 상기 장치 사이의 모멘트를 변환하도록 작용할 수 있으며,
    또한, 상기 힘 변환 장치(7)는 상기 대상물(2)을 위한 클램프(5)와 상기 힘 전달 장치(3) 사이에 배치되고, 상기 클램프(5)상에 고정되거나 또는 상기 클램프(5)에 매립되는 것을 특징으로 하는 기계가공 중인 대상물의 진동 댐핑 및/또는 휨 제어 장치.
  4. 기계가공중에 대상물의 진동의 댐핑 및/또는 휨의 제어를 위한 장치로서, 상기 대상물은 공구, 공구 홀더(2), 또는 피가공물(10)이며,
    상기 대상물 표면의 외부의 하나 이상의 힘 변환 장치(7)를 포함하고;
    상기 힘 변환 장치(7)는 상기 대상물(2, 10) 주위의 로케이터 장치(4)에 부착되고, 상기 대상물(2, 10)의 표면에 직각으로 향하는 분력을 갖는 힘을 변환하거나, 힘 전달 장치(3)를 통해 또는 직접적으로 상기 대상물(2, 10)과 상기 장치 사이의 모멘트를 변환하도록 작용할 수 있으며,
    또한, 상기 힘 변환 장치(7)는 상기 힘 전달 장치(3)와 상기 로케이터 장치(4) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 기계가공 중인 대상물의 진동 댐핑 및/또는 휨 제어 장치.
  5. 기계가공중에 대상물의 진동의 댐핑 및/또는 휨의 제어를 위한 장치로서, 상기 대상물은 공구, 공구 홀더(2), 또는 피가공물(10)이며,
    상기 대상물 표면의 외부의 하나 이상의 힘 변환 장치(7)를 포함하고;
    상기 힘 변환 장치(7)는 상기 대상물(2, 10) 주위의 로케이터 장치(4)에 부착되고, 상기 대상물(2, 10)의 표면에 직각으로 향하는 분력을 갖는 힘을 변환하거나, 힘 전달 장치(3)를 통해 또는 직접적으로 상기 대상물(2, 10)과 상기 장치 사이의 모멘트를 변환하도록 작용할 수 있으며,
    상기 힘 전달 장치(3)와 상기 로케이터 장치(4) 사이에 탄성 재료(11)가 배치되는 것을 특징으로 하는 기계가공 중인 대상물의 진동 댐핑 및/또는 휨 제어 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 탄성 재료(11)는 상기 하나 이상의 힘 전달 장치(3)와 상기 대상물(2, 10)의 사이, 또는 상기 하나 이상의 힘 변환 장치(7)와 상기 로케이터 장치(4) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 기계가공 중인 대상물의 진동 댐핑 및/또는 휨 제어 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 탄성 재료(11)는 고무로 만들어지는 것을 특징으로 하는 기계가공 중인 대상물의 진동 댐핑 및/또는 휨 제어 장치.
  8. 기계가공중에 대상물의 진동의 댐핑 및/또는 휨의 제어를 위한 장치로서, 상기 대상물은 공구, 공구 홀더(2), 또는 피가공물(10)이며,
    상기 대상물 표면의 외부의 하나 이상의 힘 변환 장치(7)를 포함하고;
    상기 힘 변환 장치(7)는 상기 대상물(2, 10) 주위의 로케이터 장치(4)에 부착되고, 상기 대상물(2, 10)의 표면에 직각으로 향하는 분력을 갖는 힘을 변환하거나, 힘 전달 장치(3)를 통해 또는 직접적으로 상기 대상물(2, 10)과 상기 장치 사이의 모멘트를 변환하도록 작용할 수 있으며,
    또한, 상기 힘 변환 장치(7)는 상기 대상물의 표면에 평행한 반면, 상기 힘 전달 장치(3)에 대하여 직각으로 분력을 갖는 힘을 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 기계가공 중인 대상물의 진동 댐핑 및/또는 휨 제어 장치.
  9. 기계가공중에 대상물의 진동의 댐핑 및/또는 휨의 제어를 위한 장치로서, 상기 대상물은 공구, 공구 홀더(2), 또는 피가공물(10)이며,
    상기 대상물 표면의 외부의 하나 이상의 힘 변환 장치(7)를 포함하고;
    상기 힘 변환 장치(7)는 상기 대상물(2, 10) 주위의 로케이터 장치(4)에 부착되고, 상기 대상물(2, 10)의 표면에 직각으로 향하는 분력을 갖는 힘을 변환하거나, 힘 전달 장치(3)를 통해 또는 직접적으로 상기 대상물(2, 10)과 상기 장치 사이의 모멘트를 변환하도록 작용할 수 있으며,
    상기 힘 전달 장치(3)는 상기 힘 변환 장치(7)와 상기 대상물(2, 10) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 기계가공 중인 대상물의 진동 댐핑 및/또는 휨 제어 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 힘 전달 장치(3)와 상기 힘 변환 장치는 상기 로케이터 장치(4)내에 배치되는 것을 특징으로 하는 기계가공 중인 대상물의 진동 댐핑 및/또는 휨 제어 장치.
  11. 기계가공중에 대상물의 진동의 댐핑 및/또는 휨의 제어를 위한 장치로서, 상기 대상물은 공구, 공구 홀더(2), 또는 피가공물(10)이며,
    상기 대상물 표면의 외부의 하나 이상의 힘 변환 장치(7)를 포함하고;
    상기 힘 변환 장치(7)는 상기 대상물(2, 10) 주위의 로케이터 장치(4)에 부착되고, 상기 대상물(2, 10)의 표면에 직각으로 향하는 분력을 갖는 힘을 변환하거나, 힘 전달 장치(3)를 통해 또는 직접적으로 상기 대상물(2, 10)과 상기 장치 사이의 모멘트를 변환하도록 작용할 수 있으며,
    또한, 상기 하나 이상의 힘 변환 장치(7)는 상기 대상물을 위한 클램프(5)에 상기 대상물(2)을 고정하는 상기 대상물(2)을 위한 커넥터부에 의해 형성된 모멘트를 변환하는 것을 특징으로 하는 기계가공 중인 대상물의 진동 댐핑 및/또는 휨 제어 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 힘 변환 장치(7)는 상기 대상물(2)을 위한 상기 클램프(5)내에 배치되는 것을 특징으로 하는 기계가공 중인 대상물의 진동 댐핑 및/또는 휨 제어 장치.
  13. 기계가공중에 대상물의 진동의 댐핑 및/또는 휨의 제어를 위한 장치로서, 상기 대상물은 공구, 공구 홀더(2), 또는 피가공물(10)이며,
    상기 대상물 표면의 외부의 하나 이상의 힘 변환 장치(7)를 포함하고;
    상기 힘 변환 장치(7)는 상기 대상물(2, 10) 주위의 로케이터 장치(4)에 부착되고, 상기 대상물(2, 10)의 표면에 직각으로 향하는 분력을 갖는 힘을 변환하거나, 힘 전달 장치(3)를 통해 또는 직접적으로 상기 대상물(2, 10)과 상기 장치 사이의 모멘트를 변환하도록 작용할 수 있으며,
    상기 대상물(2, 10)에 대하여 이동가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는 기계가공 중인 대상물의 진동 댐핑 및/또는 휨 제어 장치.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 기계가공중에 대상물의 진동의 댐핑 및/또는 휨의 제어를 위한 장치로서, 상기 대상물은 공구, 공구 홀더(2), 또는 피가공물(10)이며,
    상기 대상물 표면의 외부의 하나 이상의 힘 변환 장치(7)를 포함하고;
    상기 힘 변환 장치(7)는 상기 대상물(2, 10) 주위의 로케이터 장치(4)에 부착되고, 상기 대상물(2, 10)의 표면에 직각으로 향하는 분력을 갖는 힘을 변환하거나, 힘 전달 장치(3)를 통해 또는 직접적으로 상기 대상물(2, 10)과 상기 장치 사이의 모멘트를 변환하도록 작용할 수 있으며,
    상기 하나 이상의 힘 변환 장치는 하나 이상의 엑추에이터(7)이며,
    상기 하나 이상의 엑추에이터(7)로의 입력을 조정하는 제어 유닛(8)을 포함하며,
    상기 대상물(2, 10)의 진동 및/또는 휨을 검출하기 위해 상기 대상물(2, 10)상에 또는 상기 대상물(2, 10)내에 센서(6)가 배치되고, 상기 제어 유닛(8)은 상기 신호에 의거하여 입력을 조정하기 위한 상기 센서(6)로부터의 신호를 수신하며,
    상기 센서는 가속도계인 것을 특징으로 하는 기계가공 중인 대상물의 진동 댐핑 및/또는 휨 제어 장치.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 기계가공중에 대상물의 진동의 댐핑 및/또는 휨의 제어를 위한 장치로서, 상기 대상물은 공구, 공구 홀더(2), 또는 피가공물(10)이며,
    상기 대상물 표면의 외부의 하나 이상의 힘 변환 장치(7)를 포함하고;
    상기 힘 변환 장치(7)는 상기 대상물(2, 10) 주위의 로케이터 장치(4)에 부착되고, 상기 대상물(2, 10)의 표면에 직각으로 향하는 분력을 갖는 힘을 변환하거나, 힘 전달 장치(3)를 통해 또는 직접적으로 상기 대상물(2, 10)과 상기 장치 사이의 모멘트를 변환하도록 작용할 수 있으며,
    상기 진동 댐핑 및/또는 휨 제어 장치는,
    모듈이며, 상이한 치수와 상기 대상물(2, 10)의 기하학적 구조의 사용을 허용하는 것을 특징으로 하는 기계가공 중인 대상물의 진동 댐핑 및/또는 휨 제어 장치.
  21. 삭제
  22. 기계가공중에 대상물의 진동의 댐핑 및/또는 휨의 제어를 위한 장치로서, 상기 대상물은 공구, 공구 홀더(2), 또는 피가공물(10)이며,
    상기 대상물 표면의 외부의 하나 이상의 힘 변환 장치(7)를 포함하고;
    상기 힘 변환 장치(7)는 상기 대상물(2, 10) 주위의 로케이터 장치(4)에 부착되고, 상기 대상물(2, 10)의 표면에 직각으로 향하는 분력을 갖는 힘을 변환하거나, 힘 전달 장치(3)를 통해 또는 직접적으로 상기 대상물(2, 10)과 상기 장치 사이의 모멘트를 변환하도록 작용할 수 있으며,
    상기 하나 이상의 힘 변환 장치는 상기 대상물(2, 10)로부터의 진동을 흡수하기 위한 하나 이상의 댐핑 장치(7)이고, 상기 댐핑 장치(7)는 상기 대상물(2, 10)로부터의 상기 분력을 흡수하거나 그리고/또는 모멘트를 흡수하도록 되는 것을 특징으로 하는 기계가공 중인 대상물의 진동 댐핑 및/또는 휨 제어 장치.
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