KR100953059B1 - 미세 높이조절 공구대 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적은 스트로크와 큰 강성을 가지는 힌지구조에서 미세 높이조절 동작이 가능하도록 한 초정밀가공기용 공구대에 관한 것으로, 상기 공구대(20)는 일단에 가동힌지(42)를 구비하며 상기 가동힌지(42)로부터 중앙부 또는 중앙부의 좌우 인접부위에 고정힌지(41)를 구비하여 수평 배치된 조작레버(26)와, 상기 가동힌지(42)와 연결되어 공구를 장착하는 공구장착부(28)를 상하로 병진운동시키도록 가동힌지(42)를 중심으로 상하부에 평행하게 위치하는 스프링힌지(43,44)와, 상기 조작레버(26)가 고정힌지(41)를 중심으로 가동힌지(42)를 하강 동작시키기 위해 조작레버(26)의 상방측 공구대(20)에 구비된 하강조절수단 및; 상기 조작레버(26)가 고정힌지(41)를 중심으로 가동힌지(42)를 상승 동작시키기 위해 조작레버(26)의 후방측 공구대(20)에 나사결합되어 조작레버(26)의 후단을 하방으로 누르는 상승조절볼트(60)를 포함하여 구성된다.

공구대, 초정밀가공기, 공구, 힌지

Description

미세 높이조절 공구대{Minuteness high and low adjustable tool post}

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.

도 1은 종래 1개의 힌지를 갖는 공구대의 정면도.

도 2는 종래 2개의 힌지를 갖는 공구대의 정면도.

도 3은 본 발명에 적용되는 굽힘힌지의 구성도.

도 4는 본 발명에 적용되는 평행 스프링 메커니즘을 설명하기 위한 개념도.

도 5는 본 발명에 적용되는 지렛대의 원리를 설명하기 위한 개념도.

도 6은 본 발명에 따른 제1실시예로서 공구대의 사시도.

도 7은 본 발명에 따른 제1실시예로서 공구대 정면도.

도 8은 본 발명에 따른 제2실시예로서 공구대 정면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

20 : 공구대

26 : 조작레버

26a : 경사면

28 : 공구장착부

41 : 고정힌지

42 : 가동힌지

43,44 : 스프링힌지

50 : 하강조절볼트

52 : 하강조절웨지

60 : 상승조절볼트

본 발명은 초정밀가공기용 공구대에 관한 것으로, 특히 적은 스트로크와 큰 강성을 가지는 힌지구조에서 미세 높이조절 동작이 가능하도록 한 공구대에 관한 것이다.

일반적인 선반의 경우 높이 조절이 가능하지 않은 공구대도 많이 사용하지만, 평면 가공이 주요한 초정밀가공기에 있어서는 주축 센터와 공구의 높이를 정확하게 일치해야 한다. 그렇지 않으면 평면 가공후 공작물의 중심에 가공이 이루어지지 않은 부분이 발생하게 되어 가공물의 품질을 떨어뜨린다.

이런 문제를 해결하기 위하여 미세 높이조절이 가능한 공구대가 필요하다. 그리고 이 공구대는 절삭력에 영향을 받지 않을 만큼 충분한 수평 및 수직 방향으로의 강성이 요구된다.

특히 초정밀 가공기에 있어 공구대는 미세하게 높이 조절이 가능해야 하고 또한 강성이 높아야만 공구에 의한 공작물의 품질에 영향을 적게 줄 수 있다.

종래 공구대에 적용되는 미세 높이조절 구조를 살펴보면, 도 1과 같이 하나의 힌지구조를 갖는 것과 도 2와 같이 2개의 힌지 구조를 갖는 것이 있다.

도 1의 경우 힌지(2)를 중심으로 상부측 레버(3)를 상하로 조작하면 지렛대의 원리가 적용되어 적은 힘으로 앞단의 공구(T)가 힌지(2)를 중심으로 원호운동을 하는 구조이다. 이런 구조의 경우 공구(T)의 높낮이도 변하지만 이와 함께 공구(T)의 수평각도 변화게 된다. 이는 공작물과 공구(T)는 최초의 세팅된 각도에서 가공이 이루어져야만 좋은 품질의 가공면을 얻을 수 있고 공구의 수명도 늘어나는데 반하게 된다.

한편, 도 2의 경우 수평각을 보정하기 위하여 힌지(4,5)를 2개 사용하는 구조이다. 이 경우 공구대의 중간을 누르게 되면 앞단의 공구(T)는 수직으로 내려가면서 수평각을 보정한다.

그러나 이는 절삭방향의 강성인 수평방향 강성이 상대적으로 약해지는 결과를 초래한다. 이를 간단히 설명하면 공구대의 힌지 부분을 쭉 펼쳤을때 긴 하나의 바가 되고 바의 끝단에 측면 방향으로 힘을 가할 때 고정부위와 힘을 받는 부분의 거리가 멀어져서 쉽게 휘어지는 구조이기 때문이다. 그리고 이 구조의 경우에는 힌지의 높이 조절이 직접적으로 공구의 높이에 영향을 미치기 때문에 높낮이 조절하기가 도 1의 구조에 비하여 어려운 구조이다.

따라서 초정밀 가공기용 공구대는 공구대에 장착된 공구가 상하방향으로 평행 이동하여야 하며, 미세하게 높이 조절이 가능해야 한다. 또한 절삭력에 영향을 받지 않기 위하여 수직 및 수평 방향에 때한 강성이 커야만 한다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 힌지를 이용한 평행 스프링 구조를 이용하여 수평 및 수직에 대한 강성이 뛰어나고 지렛대의 원리를 적용하여 높낮이 조작이 간편토록 한 미세 높이조절 공구대를 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단은,

공구의 높낮이를 조절하는데 사용되는 공구대에 있어서, 상기 공구대(20)는

일단에 가동힌지(42)를 구비하며 상기 가동힌지(42)로부터 중앙부 또는 중앙부의 좌우 인접부위에 고정힌지(41)를 구비하여 수평배치된 조작레버(26)와,

상기 가동힌지(42)와 연결되어 공구를 장착하는 공구장착부(28)를 상하로 병진운동시키도록 가동힌지(42)를 중심으로 상하부에 평행하게 위치하는 스프링힌지 (43,44)와,

상기 조작레버(26)가 고정힌지(41)를 중심으로 가동힌지(42)를 하강 동작시키기 위해 조작레버(26)의 상방측 공구대(20)에 구비된 하강조절수단 및;

상기 조작레버(26)가 고정힌지(41)를 중심으로 가동힌지(42)를 상승 동작시키기 위해 조작레버(26)의 후방측 공구대(20)에 나사결합되어 조작레버(26)의 후단을 하방으로 누르는 상승조절볼트(60)를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 상기 하강조절수단은, 상기 조작레버(26)의 후단에 상향 경 사진 경사면(26a)에 접하여 조작레버(26)를 상향 회동시키도록 공구대(20)에 나사결합된 하강조절볼트(50)로 구성된다.

본 발명에 따른 상기 하강조절수단은, 상기 조작레버(26)의 후단측 경사면 (26a)에 끼임되어 있는 하강조절웨지(52)와, 이 하강조절웨지(52)에 나사결합되어 진퇴운동시키는 하강조절볼트(50)로 이루어진다.

먼저, 본 발명에 이용될 힌지구조설계에 대한 이론적 설명과 지렛대에 대해 설명을 한다.

제3도는 사각형 힌지 나타낸다. 힌지의 최소 두께 t가 힌지의 폭 h와 원형 노치 반경 R에 비해 충분히 작다고 가정하면 힌지에 작용하는 굽힘 모멘트를 M_b, 이로부터 발생하는 회전을 theta 라 할때 사각형 힌지의 굽힘 강성 K_b는 Paros & Weisbord(1965)의 빔이론으로부터 아래와 같은 식으로 표현된다.

[Nㆍm/rad]

이 때, E는 힌지의 탄성계수(elastictity modulus)이다.

이런 굽힘 힌지를 이용하여 병진운동을 얻을 수 있는 방법으로 제4도와 같은 평행 스프링 메카니즘(parallel spring mechanism)이 있다. 이 구조의 경우 상판을 힘 F로 밀었을 경우 상판이 하판에 대하여 평행하게 병진운동을 할 수 있다. 상하의 힌지사이의 거리를 l이라고 할 때, 외부에서 작용하는 힘 F에 의하여 각각의 힌지에 발생하는 모멘트 M_b는 다음과 같이 쓸 수 있다.

[Nㆍm]

이때 발생하는 변위 x가 매우 작다고 가정하면 회전 theta는 다음과 같이 표현된다.

[rad]

이로부터 평행 스프링 강성 K_h는

[N/m]

위 식을 이용하여 설계자가 원하는 강성을 갖는 평행 스프링 메카니즘을 설계할 수 있다.

다음은 지렛대의 원리에 대하여 설명한다.

제5도에는 지렛대를 나타내고 지렛대 비율은 아래 식과 같다.

L₁에 비해서 L₂가 길 때, 큰 변위

과 적은 힘 F1으로 작은 변위

큰힘 F2를 낼 수 있다.

앞서 설명한 평행 스프링 메카니즘과 지렛대의 원리를 이용한 본 발명의 미세 높이조절 공구대의 바람직한 실시예를 첨부된 도6 내지 도8을 참조하여 상세히 설명한다.

본 실시예의 공구대(20)는 베이스부(22), 조작레버 연결부(24), 조작레버 (26), 공구장착부(28), 상하 스프링힌지 연결부(30A,30B)가 일체로 구성되어 있다.

상기 조작레버(26)는 공구대(20)의 대략 중앙인 조작레버 연결부(24)의 상방에 수평방향으로 배치되어 있다.

상기 조작레버(26)는 고정힌지(41)를 매개로 조작레버 연결부(24)와 연결되어 있고 동시에 가동힌지(42)를 매개로 공구장착부(28)와 연결되어 있다. 상기 공구장착부(28)는 조작레버 연결부(24)의 단부와 일정의 이격 간격(L)을 가지고 배치되어 있다.

따라서 조작레버(26)의 후단(26a)을 상향으로 밀어올리면 고정힌지(41)를 축으로 조작레버(26)는 가동힌지(42)를 하방으로 이동시키게 되므로 가동힌지(42)에 연결된 공구장착부(28)는 하방으로 미세 이동이 가능하게 된다.

이와 반대로 조작레버(26)의 후단(26a)을 하향으로 밀어내리면 고정힌지(41)를 축으로 조작레버(26)는 가동힌지(42)를 상방으로 이동시키게 되므로 가동힌지 (42)에 연결된 공구장착부(28)가 상방으로 미세 이동이 가능하게 된다.

이때 공구장착부(28)의 밑면은 베이스부(22)의 밑면과 일정한 이동허용 간격(B)을 갖고 있다.

상기 상,하 스프링힌지 연결부(30A,30B)는 상기 공구장착부(28)의 후면에 연결된 것으로 양단부에 각기 스프링 힌지(43,44)가 구비되어 있다.

이때 상부측 스프링힌지(43) 2개와 하부측 스프링힌지(44) 2개는 서로 사각 위치에 대응하여 평행하게 배치된다.

따라서 모두 4개의 스프링힌지(43,44)는 도 4에 도시된 바와 같이 병진운동이 가능하고 원하는 평행스프링 강성(Kh)을 같게 된다.

스프링힌지(43,44)의 병진 운동으로 인해 공구장착부(28)에 장착된 공구(T)의 절삭각도는 변하지 않는다.

상기 조작레버(26)가 고정힌지(41)를 축으로 하여 상향 또는 하향 회동 조작시키기 위해 상기 공구대(20)에는 하향조절볼트(50)와 상향조절볼트(60)가 구비되어 있다.

상기 하향조절볼트(50)는 공구(T)를 하방으로 자세를 낮추기 위하여 사용되는 것으로 도 7과 같이 공구대(20)의 후방에 나사결합으로 배치되어 있다.

이때 하향조절볼트(50)는 도 8과 같이 선단이 구형의 형태를 갖고, 조작레버 (26)의 후단과 조작레버 연결부(24)와의 사이에 형성된 경사면(26a,24a)에 접하도록 설치될 수도 있고, 도 7과 같이 상기 경사면(26a,24b)에 하강조절웨지(52)를 사용하여 조작레버(26)를 조작할 수도 있다.

상기 하강조절웨지(52)를 사용할 경우에는 하향조절볼트(50)는 오른나사 (50a)와 왼나사(50b)를 함께 갖는다. 이때 오른나사(50a)는 하강조절웨지(52)와 오른나사 나사결합되고 왼나사(50b)는 공구대(20)의 후면에 장착된 고정너트(70)와 왼나사결합되어 있다. 이때 고정너트(70)는 왼나사(50b)에 나사결합시키기 위해 하향조절볼트(50)의 머리부가 분리 결합되어 있다.

도 7과 같이 하향조절볼트(50)가 하향조절웨지(52)에 나사결합되어 있는 경우, 하향조절볼트(50)의 회전방향에 따라 하향조절웨지(52)가 진퇴 이동하면서 조작레버(26)의 들어올리는 량이 조절된다.

한편, 상기 상향조절볼트(60)는 공구대(20)의 상면에 나사결합으로 위치하여 조작레버(26)의 후단을 누름할 수 있도록 되어 있다. 이때 상향조절볼트(60)는 하향조절볼트(50)와 협력하여 조작레버(26)를 고정시키는 기능도 수행한다.

다음, 도 7,8과 같은 상태에서 공구(T)를 미세하게 내리는 동작을 설명한다.

먼저 상향조절볼트(60)를 풀어서 조작레버(26)와 접촉되지 않도록 이격시켜 조작레버(26)가 상향 이동할 수 있는 여유를 준다.

이 상태에서 하향조절볼트(50)를 오른방향으로 회전시키면 하향조절볼트(50)의 왼나사에 결합된 하향조절웨지(52)가 좌측으로 이동한다. 따라서 하향조절웨지 (52)는 경사면으로 조작레버(26)의 단부를 가까운측 고정힌지(41)를 중심으로 지렛대의 원리가 적용되어 쉽게 들어올리게 된다. 조작레버(26)가 고정힌지(41)를 중심으로 반시계방향으로 회전 움직이면 가동힌지(42)를 하방으로 내리게 된다.

따라서 가동힌지(42)에 연결된 공구장착부(28)와 이에 장착된 공구(T)가 함께 내려가게 된다.

이때 공구장착부(28)는 평행한 스프링힌지(43,44)를 매개로 연결되어 있어 가동힌지(42)와 병진운동을 하므로 공구(T)의 절삭각도는 변하지 않는다.

이같이 하여 하향조절웨지(52)의 이동량에 따라 공구(T)가 미세하게 하강 조절된다. 공구(T)의 하강 높이가 조절되면 상향조절볼트(60)를 반대 방향으로 조여서 조작레버(26)를 고정한다. 이렇게 되면 공구대(20)는 스프링힌지(43,44)측의 강성과 조작레버(26)가 고정되므로 고정된 고정힌지(41) 및 가동힌지(42)의 고정력으로 더욱 강한 강성을 갖게 된다.

이와 반대로 공구(T)를 미세하게 올리는 동작을 설명한다.

먼저, 조작레버(26)가 고정힌지(41)를 중심으로 하강 할 수 있도록 하향조절볼트(50)를 조작하여 하향조절웨지(52)를 우측으로 후퇴이동시킨다. 도 의 경우 하향조절볼트(50)를 왼쪽 방향으로 회전시켜 후퇴이동시킨다.

이렇게 되면 조작레버(26)가 하강할 수 있는 공간이 확보된다.

이 상태에서 상향조절볼트(2)를 조작하여 하강시키면 조작레버(26)가 상향조절볼트(2)에 접촉하는 순간부터 상향조절볼트(2)로부터 가까운 고정힌지(41)를 중심으로 먼쪽의 가동힌지(42)를 들어올리게 되고, 가동힌지(42)에 연결된 공구장착부(28)가 공구(T)와 함께 들어올려진다.

이렇게 하여 공구(T)가 원하는 높이에 이르게 되면 상향조절볼트(2)의 조작을 정지시킨 후 하향조절볼트(50)를 조작하여 하향조절웨지(52)를 조작레버(26)에 밀착시켜 고정시킨다.

이같이 공구(T)의 상향 높이 조작시에도 4개의 스프링힌지(43,44)로 인해 공구장착부(28)는 병진 운동이 이루어져 공구(T)의 절삭각은 변함이 없으며, 공구대(20)는 스프링힌지(43,44)의 강성에다 조작레버(26)의 고정 강성까지 합쳐져서 공구(T)를 더욱 강하게 고정한다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

상술한 바와 같이 본 발명의 미세 높이조절 공구대에 따르면, 공구대에 힌지 구조로 구성된 평행 스프링 메카니즘이 적용되어 상,하 병진 운동이 가능하여 미세 높낮이 조절시 공구의 수평 절삭각이 변하는 일은 없다

또한 병진 운동부분이 폐회로를 구성하여 높은 강성을 갖게 되며, 이 병진운동을 지렛대의 원리가 적용되는 조작레버로 조작하여 적은 힘으로 조작이 가능한 이점도 갖는다.

또한 병진운동의 조작후 조작레버를 고정시키는 강성이 더하여져 공구를 더욱 강하에 고정할 수 있는 효과를 제공한다.

Claims (3)

1. 공구의 높낮이를 조절하는데 사용되는 공구대에 있어서, 상기 공구대(20)는

   일단에 가동힌지(42)를 구비하며 상기 가동힌지(42)로부터 중앙부 또는 중앙부의 좌우 인접부위에 고정힌지(41)를 구비하여 수평배치된 조작레버(26)와,

   상기 가동힌지(42)와 연결되어 공구를 장착하는 공구장착부(28)를 상하로 병진운동시키도록 가동힌지(42)를 중심으로 상하부에 평행하게 위치하는 스프링힌지 (43,44)와,

   상기 조작레버(26)가 고정힌지(41)를 중심으로 가동힌지(42)를 하강 동작시키기 위해 조작레버(26)의 상방측 공구대(20)에 구비된 하강조절수단 및;

   상기 조작레버(26)가 고정힌지(41)를 중심으로 가동힌지(42)를 상승 동작시키기 위해 조작레버(26)의 후방측 공구대(20)에 나사결합되어 조작레버(26)의 후단을 하방으로 누르는 상승조절볼트(60)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 미세 높이 조절 공구대.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 하강조절수단은, 상기 조작레버(26)의 후단에 상향 경사진 경사면(26a)에 접하여 조작레버(26)를 상향 회동시키도록 공구대(20)에 나사결합된 하강조절볼트(50)로 구성된 것을 특징으로 하는 미세 높이 조절 공구대.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 하강조절수단은, 상기 조작레버(26)의 후단측 경사면(26a)에 끼임되어 있는 하강조절웨지(52)와, 이 하강조절웨지(52)에 나사결합되어 진퇴운동시키는 하강조절볼트(50)로 구성된 것을 특징으로 하는 미세 높이 조절 공구대.

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