KR100993249B1 - Fast Tool Servo Using Magnified Mechanism - Google Patents

Fast Tool Servo Using Magnified Mechanism Download PDF

Info

Publication number
KR100993249B1
KR100993249B1 KR1020080058637A KR20080058637A KR100993249B1 KR 100993249 B1 KR100993249 B1 KR 100993249B1 KR 1020080058637 A KR1020080058637 A KR 1020080058637A KR 20080058637 A KR20080058637 A KR 20080058637A KR 100993249 B1 KR100993249 B1 KR 100993249B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
displacement
displacement amplifier
frame
piezo actuator
amplifier
Prior art date
Application number
KR1020080058637A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20090132403A (en
Inventor
최수창
이득우
김용우
Original Assignee
부산대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 부산대학교 산학협력단 filed Critical 부산대학교 산학협력단
Priority to KR1020080058637A priority Critical patent/KR100993249B1/en
Publication of KR20090132403A publication Critical patent/KR20090132403A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100993249B1 publication Critical patent/KR100993249B1/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q5/00—Driving or feeding mechanisms; Control arrangements therefor
    • B23Q5/02—Driving main working members
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B29/00—Holders for non-rotary cutting tools; Boring bars or boring heads; Accessories for tool holders
    • B23B29/04—Tool holders for a single cutting tool
    • B23B29/12—Special arrangements on tool holders
    • B23B29/125—Vibratory toolholders
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/25—Movable or adjustable work or tool supports
    • B23Q1/26—Movable or adjustable work or tool supports characterised by constructional features relating to the co-operation of relatively movable members; Means for preventing relative movement of such members
    • B23Q1/34—Relative movement obtained by use of deformable elements, e.g. piezoelectric, magnetostrictive, elastic or thermally-dilatable elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q15/00—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work
    • B23Q15/007—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work while the tool acts upon the workpiece
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/0005—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
    • H02N2/001—Driving devices, e.g. vibrators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2260/00—Details of constructional elements
    • B23B2260/108—Piezoelectric elements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

본 발명은 공구의 미세진동 변위를 증폭시킴으로써 공구의 가공영역을 확대할 수 있도록 한 절삭 공구의 변위증폭부를 갖는 미소절삭장치에 관한 것으로, 강성체로 된 프레임(10)과, 일측 단부는 상기 프레임(10)과 일체로 연결되어 고정단부가 형성되도록 하고 타측 단부는 분리되어 자유단부가 형성되도록 하는 상기 프레임(10)에 대해 외팔보 구조를 갖는 변위증폭부(20)와, 상기 변위증폭부(20)의 일측으로 배치되고 프레임(10)에 고정장착되어 변위증폭부(20)에 미세진동이 작용되도록하는 피에조 액추에이터(40)와, 상기 피에조 액추에이터(40)에 의해 미세진동하는 변위증폭부(20)의 상면에 설치되어 가공물을 진동 절삭하는 공구(30)를 포함하는 것에 특징이 있다.The present invention relates to a micro-cutting device having a displacement amplification part of a cutting tool to amplify the micro-vibration displacement of the tool to enlarge the processing area of the tool. 10) the displacement amplifier 20 having a cantilever structure with respect to the frame 10 to be integrally connected to the fixed end is formed and the other end is separated to form a free end, and the displacement amplifier 20 A piezo actuator 40 which is disposed on one side of the piezoelectric member and fixedly mounted to the frame 10 so that the micro vibration is applied to the displacement amplifier 20, and the displacement amplifier 20 which is microvibrated by the piezo actuator 40. It is characterized in that it comprises a tool 30 is installed on the upper surface of the vibration cutting the workpiece.

미소절삭, 진동절삭, 피에조, 액추에이터, 변위, 증폭 Micro Cutting, Vibration Cutting, Piezo, Actuator, Displacement, Amplification

Description

절삭 공구의 변위증폭부를 갖는 미소절삭장치{Fast Tool Servo Using Magnified Mechanism}Fast Cutting Servo Using Magnified Mechanism with Displacement Amplification of Cutting Tool

본 발명은 절삭 공구의 변위증폭부를 갖는 미소절삭장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 공구의 미세진동 변위를 증폭시킴으로써 공구의 가공영역을 확대할 수 있도록 한 절삭 공구의 변위증폭부를 갖는 미소절삭장치에 관한 것이다.The present invention relates to a micro-cutting device having a displacement amplification part of a cutting tool, and more particularly, to a micro-cutting device having a displacement amplification part of a cutting tool to amplify the micro-vibration displacement of the tool to enlarge the processing area of the tool. It is about.

일반적으로, 미소절삭장치(FTS:Fast Tool Servo)는 정밀기계, 전자, 광학기계 등 첨단산업분야에 사용되는 비구면렌즈, 다면경, 레이저 픽업용 렌즈 등 초정밀제품을 가공하는 장치로써, 피에조 액추에이터(Piezo Actuator) 또는 보이스코일 모터(Voice Coil Motor)를 이용하여 절삭 공구를 미세하게 진동시켜 실시간으로 운동오차를 보정하면서 초정밀제품을 가공하게 된다.In general, FTS (Fast Tool Servo) is a device for processing ultra-precision products such as aspherical lens, multi-lens mirror, laser pickup lens used in high-tech industries such as precision machinery, electronics, and optical machinery. Piezo Actuator or Voice Coil Motor is used to finely vibrate the cutting tool to process ultra-precision products while compensating motion errors in real time.

이와 같이 초정밀제품 가공을 위한 미소절삭장치는 높은 가공정밀도를 실현하기 위해 요소부품의 운동정밀도 향상과 함께 운동오차의 실시간 보상이 절대적으 로 요구되며, 가공 가능한 공작물의 직경이 커지면서 가공정밀도가 높아지는 추세에 따라 각 슬라이드의 행정거리가 수백 mm로 상대적으로 길어짐에도 불구하고 nm수준의 높은 분해능과 전 운동구간에 걸쳐 높은 운동정밀도가 요구되고 있다. As such, the micro-cutting device for processing ultra-precision products requires the real-time compensation of the movement error along with the improvement of the movement precision of the component parts in order to realize the high processing precision, and the processing precision increases as the diameter of the workable workpiece increases. In spite of the relatively long stroke distance of several hundreds of millimeters, high resolution of nm level and high motion precision are required throughout the entire range.

그러나, 이 경우 이송부의 관성질량이 매우 크기 때문에 실시간으로 운동오차를 보상하기에는 응답속도가 절대적으로 늦어져, 실시간 운동오차 보상이 매우 어렵게 된다.However, in this case, since the inertial mass of the transfer part is very large, the response speed is absolutely slow to compensate for the motion error in real time, and the real-time motion error compensation becomes very difficult.

이와 같은 문제점을 극복하기 위하여 주축과 이송계의 운동 정밀도를 정밀하게 측정하면서 피에조 액추에이터를 이용하여 상대적으로 질량이 매우 작은 절삭공구와 툴 홀더만을 미세하게 구동시켜 실시간으로 운동오차를 보정하면서 가공할 수 있는 미소절삭장치가 사용되고 있다.In order to overcome this problem, it is possible to precisely measure the movement accuracy of the spindle and the feed system while using a piezo actuator to finely drive only cutting tools and tool holders that are relatively small in mass to compensate for movement errors in real time. Micro-cutting device is used.

상술한 초정밀제품 가공을 위한 종래의 미소절삭장치에는 대한민국 등록실용신안공보 등록번호 제20-0145496호의 미소 절삭 공구가 탑재되는 가동부, 가동부의 하부에 설치되어 그 수축, 팽창에 의해 가동부를 길이방향으로 이송시키는 압전 물질, 가동부의 좌우의 적어도 일측면의 상하를 두개의 팔에 의해 탄력적으로 지지하는 좌우측 탄성지지 수단 및 가동부의 전후의 적어도 일측면의 상하를 두개의 팔에 의해 탄력적으로 지지하는 전후측 탄성지지 수단을 구비하여 압전 물질에 의해 공구를 이송하는 공구 이송 장치의 모든 횡방향에 대한 강성을 향상 시킬 수 있도록 한 '미소 절삭 시스템의 공구 이송 장치'가 있다.The conventional micro-cutting apparatus for processing the above-mentioned high precision products is installed in the movable part in which the micro cutting tool of Korea Utility Model Publication No. 20-0145496 is mounted, the lower part of the movable part, and the movable part is extended in the longitudinal direction by contraction and expansion. Piezoelectric material to be transferred, left and right elastic support means for elastically supporting at least one side of the left and right sides of the movable portion by two arms, and front and rear sides for elastically supporting the upper and lower sides of at least one side before and after the movable portion with two arms. There is a 'tool cutting device of the micro cutting system' provided with an elastic support means to improve the rigidity in all the transverse directions of the tool conveying device for transporting the tool by the piezoelectric material.

그러나, 상기 종래의 미소 절삭 시스템은 횡방향에 대한 강성을 향상시켜 장 치의 파손 위험성을 감소시키는 장점은 있으나, 좌우측의 일측 및 전후측의 일측의 가동부와 공구지지대를 힌지스프링으로 연결시키는 구조에 따라 공구의 가공영역은 공구 지지대 내에 설치된 압전물질의 수축과 팽창에 따른 가동부의 행정거리 이내로 제한되는 문제점이 있었다.However, the conventional micro cutting system has the advantage of reducing the risk of damage to the device by improving the stiffness in the transverse direction, but according to the structure of connecting the movable part and the tool support on one side of the left and right and front and rear sides by a hinge spring The processing area of the tool has a problem of being limited within the stroke of the movable part due to the contraction and expansion of the piezoelectric material installed in the tool support.

상기 종래의 미소 절삭 시스템의 공구 이송 장치가 갖는 문제점을 개선하기 위한 기술로서 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0514991 호에 나타난 바와 같이 압전액추에이터의 진동에 따라 이 진동방향과 소정각도를 이루는 공구를 탄성회동시켜 공구의 스트로크를 압전액추에이터의 스트로크보다 크게 증폭시키므로써 절삭속도를 향상시킬 수 있도록 하고, 압전액추에이터와 공구장착부를 서로 독립적으로 배열하여 압전액추에이터의 가진시 불필요한 진동모드에 의한 공구의 운동방향을 변화시키는 것을 방지할 수 있도록 한 '압전액추에이터를 이용한 진동절삭장치'가 제시된 바 있다.As a technique for improving the problem of the conventional tool cutting device of the micro-cutting system, as shown in the Republic of Korea Patent Publication No. 10-0514991, according to the vibration of the piezoelectric actuator, the tool forming a predetermined angle with the vibration direction By revolving elastically, the stroke of the tool is amplified larger than that of the piezoelectric actuator, so that the cutting speed can be improved, and the piezoelectric actuator and the tool mounting part are arranged independently so that the direction of movement of the tool due to the unnecessary vibration mode when the piezoelectric actuator is excited The 'vibration cutting device using piezoelectric actuator' has been proposed to prevent the change.

그러나, 상기 종래의 압전액추에이터를 이용한 진동절삭장치는 압전액추에이터가 X축 압전액추에이터와 Y축 압전액추에이터가 이중으로 설치되고, 이들의 진동에 의한 공구의 회동방향은 서로 직교하게 되어 각각의 움직임에 의해 간섭을 받지 않고 정확하게 회동할 수 있도록 각 축의 탄성힌지부를 서로 직교하는 방향으로 형성하고,However, in the conventional vibration cutting device using the piezoelectric actuator, the piezoelectric actuator is provided with dual X-axis piezoelectric actuators and Y-axis piezoelectric actuators, and the rotation directions of the tools due to their vibrations are orthogonal to each other, and the respective movements are performed by the respective movements. In order to rotate accurately without interference, the elastic hinge parts of each axis are formed in a direction perpendicular to each other,

브라켓부에 장착된 압전액추에이터를 공구장착부의 아암레버에 연결하고, 압전액추에이터의 진동시 불필요한 진동모드가 공구에 전달되는 것을 방지하기 위해 압전액추에이터와 공구장착부를 브라켓부에 소정간격을 두고 나란하게 설치하는 구조로 인하여 그 구성과 조립과정이 복잡한 문제점이 있다. The piezoelectric actuator mounted on the bracket part is connected to the arm lever of the tool mounting part, and the piezoelectric actuator and the tool mounting part are installed side by side at a predetermined interval in the bracket part to prevent unnecessary vibration mode from being transmitted to the tool when the piezoelectric actuator is vibrated. Due to the structure, the configuration and assembly process is a complicated problem.

그리고, 상기 브라켓부에 장착된 압전액추에이터를 공구장착부 저면의 아암레버에 연결하면서 나란히 배치함으로써, 힌지점과 공구까지의 거리가 짧아지게 되고, 이 거리를 길게하기 위해서는 힌지점과 공구까지의 거리를 변화시켜야 한다.And, by connecting the piezoelectric actuator mounted on the bracket portion to the arm lever of the bottom of the tool mounting portion side by side, the distance between the hinge point and the tool is shortened, in order to lengthen the distance between the hinge point and the tool It must change.

이 때문에 공구장착부를 길이방향으로 길게 형성하게 되어, 압전액추에이터의 출력에 대한 공구이송의 제어가 불안정하게 되고, 공구의 이동거리가 제한적으로 변화되는 문제점이 있었다.For this reason, the tool mounting portion is formed to be long in the longitudinal direction, so that the control of the tool feed on the output of the piezoelectric actuator becomes unstable, and there is a problem in that the moving distance of the tool is limited.

상술한 바와 같이 초정밀 가공기술은 첨단산업분야의 발달로 가공 대상물이 다양화되고 직경이 커지면서 높은 가공정밀도와 빠른 속도, 보다 넓은 가공영역이 요구되고 있는 반면, 종래의 미소절삭장치에 있어서 피에조 액추에이터는 빠른 응답성을 보유하고 있으나, 전체 가공 거리가 짧은 문제점으로 인해 절삭 공구의 가공영역은 피에조 액추에이터의 행정거리 이내에서 제한되고 있는 실정이다.As described above, the ultra-precision processing technology requires high processing precision, high speed, and a wider processing area due to the diversification of the object to be processed and the increase in diameter due to the development of the high-tech industry, whereas the piezo actuator in the conventional micro cutting device is Although it has fast response, the machining area of the cutting tool is limited within the stroke distance of the piezo actuator due to the problem of short overall machining distance.

따라서, 빠른 응답성을 유지하면서 장거리 가공이 가능한 미소절삭장치의 개발이 현재 요구되고 있다.Therefore, there is a current demand for the development of a micro cutting device capable of long-distance processing while maintaining fast response.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하여, 프레임에 일단이 연결되고 타단이 분리되도록 설치된 변위증폭부를 프레임과 일체로 연결구성하고, 피에조 액추에이터를 프레임에 수직 또는 수평방향으로 배치시키고 변위증폭부의 일측부위를 미세진동시켜 상기 변위증폭부의 상측에 설치된 공구의 구동변위를 증폭시킴으로써, 피에조 액추에이터의 빠른 응답성을 유지하면서 장거리 이송을 가능토록하여 절삭 공구의 가공영역을 보다 더 확대할 수 있도록 하는 새로운 형태의 미소절삭장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention improves the problems of the prior art as described above, the displacement amplification unit is configured to be integrally connected to the frame so that one end is connected to the frame and the other end is separated, and the piezo actuator is disposed in the vertical or horizontal direction to the frame and the displacement By micro-vibrating one side of the amplification part to amplify the driving displacement of the tool installed on the upper side of the displacement amplification part, it is possible to extend the processing area of the cutting tool by allowing long-distance transfer while maintaining the quick response of the piezo actuator. It is an object of the present invention to provide a new type of micro cutting device.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 강성체로 된 프레임과, According to a feature of the present invention for achieving the above object, the present invention is a frame made of a rigid body,

일측 단부는 상기 프레임과 일체로 연결되어 고정단부가 형성되도록 하고 타측 단부는 분리되어 자유단부가 형성되도록 하는 변위증폭부와, One end is integrally connected to the frame so that the fixed end is formed and the other end is separated by the displacement amplifier to form a free end,

상기 변위증폭부의 일측으로 배치되고 프레임에 고정장착되어 변위증폭부에 미세진동이 작용되도록 하는 피에조 액추에이터와, A piezo actuator disposed on one side of the displacement amplifier and fixedly mounted to the frame to allow micro vibration to be applied to the displacement amplifier;

상기 피에조 액추에이터에 의해 미세진동하는 변위증폭부의 상면에 설치되어 가공물을 진동 절삭하는 공구를 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 공구의 변위증폭부를 갖는 미소절삭장치를 과제 해결 수단으로 한다.The micro cutting device having the displacement amplification part of the cutting tool, which is provided on the upper surface of the displacement amplification part which vibrates finely by the piezo actuator and vibrates the workpiece, is a problem solving means.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 절삭 공구의 변위증폭부를 갖는 미소절삭장치는 강성체로 된 프레임과, The micro-cutting device having a displacement amplification part of the cutting tool according to the present invention as described above and the frame made of a rigid body,

일측 고정단부가 힌지부에 의해 상기 프레임과 일체로 연결되는 변위증폭부와, A displacement amplifier having one fixed end coupled to the frame integrally by a hinge;

상기 힌지부와 인접하는 변위증폭부 저면 일측지점과 연결되면서 이 연결지점 하방의 프레임 내측으로 고정장착되어 변위증폭부와 직교하는 방향으로 수축팽창하면서 상기 변위증폭부의 힌지부 인접부위를 미세진동시키는 피에조 액추에이터와, A piezo, which is connected to one side of the bottom surface of the displacement amplifier adjacent to the hinge portion and is fixedly mounted to the inside of the frame below the connection point, and contracts and expands in a direction orthogonal to the displacement amplifier, and finely vibrates the adjacent portion of the hinge portion of the displacement amplifier. With actuator,

상기 변위증폭부의 타측 자유단부 상면에 설치되어 가공물을 진동 절삭하는 공구와, A tool installed on an upper surface of the other free end of the displacement amplifier to vibrate the workpiece;

상기 피에조 액추에이터와 인접하는 프레임의 상면 일측지점과 변위증폭부의 저면 일측지점에 양단부가 일체로 연결되어 피에조 액추에이터의 수축방향으로 복원력을 갖는 탄성부와, An elastic part having both ends integrally connected to one side of the upper surface of the frame adjacent to the piezo actuator and one side of the bottom surface of the displacement amplifier, and having a restoring force in the contracting direction of the piezo actuator;

상기 변위증폭부의 자유단부 저면 일측지점과 연결되면서 이 연결지점 하방의 프레임 내측으로 고정장착되어 변위증폭부의 진동변위량을 제어부로 전달하는 피드백 센서를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 절삭 공구의 변위증폭부를 갖는 미소절삭장치를 과제 해결 수단으로 한다.And a feedback sensor connected to one side of the bottom surface of the free end of the displacement amplifier and fixedly mounted to the inside of the frame below the connection point to transmit the vibration displacement of the displacement amplifier to the controller. The micro cutting device is a problem solving means.

한편, 이와 같은 본 발명에 따른 절삭 공구의 변위증폭부를 미소절삭장치는 강성체로 된 프레임과, On the other hand, the micro-cutting device of the displacement amplification part of the cutting tool according to the present invention is a frame made of a rigid body,

내측으로 터널부가 형성되어 상하측에 오버브릿지와 언더브릿지가 형성되고, 상기 언더브릿지의 하방에는 중공부가 형성되며, 상기 오버브릿지와 언더브릿지 일측 자유단부는 수직보에 의해 일체로 연결되고, 상기 오버브릿지와 언더브릿지 타측 고정단부는 각각 힌지부에 의해 상기 프레임과 일체로 연결되는 변위증폭부와, A tunnel part is formed inward to form an overbridge and an underbridge, and a hollow part is formed below the underbridge, and the overbridge and the underbridge one free end are integrally connected by vertical beams. The bridge and the underbridge, the other fixed end portion is a displacement amplifier which is connected to the frame integrally by the hinge portion, respectively;

상기 변위증폭부 자유단부의 수직보 측면중앙부 일측지점과 연결되면서 이 연결지점 측방의 프레임 내측으로 고정장착되어 변위증폭부와 평행한 방향으로 수축팽창하면서 상기 변위증폭부의 수직보 인접부위를 미세진동시키는 피에조 액추에이터와, It is connected to one side of the vertical beam side central portion of the free end of the displacement amplification part and fixedly mounted inside the frame on the side of the connection point so as to contract and expand in a direction parallel to the displacement amplification part to finely vibrate the vertical beam adjacent portion of the displacement amplification part. Piezo actuators,

상기 변위증폭부의 오버브릿지 중심부 상면에 설치되어 가공물을 진동 절삭하는 공구와, A tool installed on the upper surface of the overbridge center portion of the displacement amplifier to vibrate the workpiece;

상기 피에조 액추에이터를 중심으로 상측에 인접하는 프레임 측면 일측지점과 변위증폭부의 오버브릿지에 인접하는 일측지점에 양단부가 일체로 연결되고, 상기 피에조 액추에이터를 중심으로 하측에 인접하는 프레임 측면 일측지점과 변위증폭부의 언더브릿지에 인접하는 일측지점에 양단부가 일체로 각각 연결되어 피에조 액추에이터의 수축방향으로 복원력을 갖는 탄성부와, Both ends are integrally connected to one side of the frame side adjacent to the upper side of the piezo actuator and one side of the adjacent side of the overbridge of the displacement amplifier, and one side of the frame side adjacent to the lower side of the piezo actuator and displacement amplification. An elastic part having a restoring force in the contracting direction of the piezo actuator, the both ends being integrally connected to one side point adjacent to the negative underbridge,

상기 변위증폭부의 언더브릿지 저면 일측지점과 연결되면서 이 연결지점 하방의 프레임 내측으로 고정장착되어 변위증폭부의 진동변위량을 제어부로 전달하는 피드백 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 공구의 변위증폭부를 갖는 미소절삭장치를 과제 해결 수단으로 한다.And a feedback sensor connected to the underbridge bottom surface one side of the displacement amplifier and fixedly mounted to the inside of the frame below the connection point to transfer the vibration displacement of the displacement amplifier to the controller. A cutting device is a problem solving means.

이상과 같이 본 발명에 따른 절삭 공구의 변위증폭부를 갖는 미소절삭장치에 의하면, 변위증폭부의 일측 고정단부를 힌지부에 의해 프레임에 일체로 연결되도록 하고 타측 자유단부는 분리되도록 변위증폭부를 구비하고, 피에조 액추에이터를 변위증폭부의 고정단부 또는 자유단부 인접부위의 프레임에 수직 또는 수평으로 장착하여 변위증폭부에 미세진동작용을 가하여 상기 변위증폭부의 상측에 설치된 공구의 구동변위를 증폭시킴으로써, 공구의 장거리 이송을 가능토록하여 절삭 공구의 가공영역을 보다 더 확대할 수 있게 되는 것이다. According to the micro-cutting device having a displacement amplification part of the cutting tool according to the present invention as described above, the displacement amplification portion is provided so that one fixed end portion of the displacement amplification portion is integrally connected to the frame by the hinge portion and the other free end portion is separated. The piezo actuator is mounted vertically or horizontally on a frame near the fixed end or free end of the displacement amplification part to apply a microvibration to the displacement amplification part to amplify the driving displacement of the tool installed on the upper side of the displacement amplification part. It is possible to expand the processing area of the cutting tool even more.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 강성체로 된 프레임이 구비되며, According to a feature of the present invention for achieving the above object, the present invention is provided with a frame made of a rigid body,

일측 단부는 상기 프레임과 일체로 연결되어 고정단부가 형성되도록 하고 타측 단부는 분리되어 자유단부가 형성되도록 하는 변위증폭부가 마련되며, One end portion is integrally connected with the frame so that the fixed end is formed and the other end is separated to provide a displacement amplifier for forming a free end,

상기 변위증폭부의 일측으로 배치되고 프레임에 고정장착되어 변위증폭부에 미세진동이 작용되도록하는 피에조 액추에이터가 구비되고, A piezo actuator is disposed on one side of the displacement amplifier and fixedly mounted to the frame so that micro-vibration is applied to the displacement amplifier.

상기 피에조 액추에이터에 의해 미세진동하는 변위증폭부의 상면에 설치되어 가공물을 진동 절삭하는 공구를 구비한 것에 특징이 있다.It is characterized in that the tool is provided on the upper surface of the displacement amplification part which vibrates finely by the piezo actuator and vibrates the workpiece.

또한, 이와 같은 본 발명에 따른 절삭 공구의 변위증폭부를 갖는 미소절삭장치는 상기 변위증폭부는 일측 고정단부가 힌지부에 의해 상기 프레임과 일체로 연결되고, In addition, in the micro-cutting device having a displacement amplification part of the cutting tool according to the present invention, the displacement amplification part is connected to the frame integrally by the one end of the fixed end,

상기 피에조 액추에이터는 힌지부와 인접하는 변위증폭부 저면 일측지점과 연결되면서 이 연결지점 하방의 프레임 내측으로 고정장착되어 변위증폭부와 직교하는 방향으로 수축팽창하면서 상기 변위증폭부의 힌지부 인접부위를 미세진동시키고,The piezo actuator is connected to one side of the bottom surface of the displacement amplifier adjacent to the hinge portion and is fixedly mounted inside the frame below the connection point to contract and expand in a direction orthogonal to the displacement amplification portion to finely close the adjacent portion of the hinge portion of the displacement amplifier. Vibrate,

상기 공구는 변위증폭부의 타측 자유단부 상면에 설치되어 가공물을 진동 절삭하되, The tool is installed on the upper surface of the other free end of the displacement amplifier to vibrate the workpiece,

상기 피에조 액추에이터와 인접하는 프레임의 상면 일측지점과 변위증폭부의 저면 일측지점에 양단부가 일체로 연결되어 피에조 액추에이터의 수축방향으로 복원력을 갖는 탄성부를 구비하고 Both ends are integrally connected to one side of the upper surface of the frame adjacent to the piezo actuator and one side of the bottom surface of the displacement amplifier, and have an elastic portion having a restoring force in the contracting direction of the piezo actuator.

상기 변위증폭부의 자유단부 저면 일측지점과 연결되면서 이 연결지점 하방의 프레임 내측으로 고정장착되어 변위증폭부의 진동변위량을 제어부로 전달하는 피드백 센서를 더 구비한 것에 특징이 있다.It is characterized in that it further comprises a feedback sensor which is connected to one side of the bottom surface of the free end of the displacement amplifier and fixedly mounted to the inside of the frame below the connection point to transmit the vibration displacement of the displacement amplifier to the controller.

한편, 이와 같은 본 발명에 따른 절삭 공구의 변위증폭부를 갖는 미소절삭장치에 있어서 상기 변위증폭부는 내측으로 터널부가 형성되어 상하측에 오버브릿지와 언더브릿지가 형성되고, 상기 언더브릿지의 하방에는 중공부가 형성되며,On the other hand, in the micro-cutting device having a displacement amplification portion of the cutting tool according to the present invention, the displacement amplification portion is formed with a tunnel portion in the inner side and the overbridge and the underbridge is formed, the hollow portion below the underbridge Formed,

상기 오버브릿지와 언더브릿지 일측 자유단부는 수직보에 의해 일체로 연결 되고, 상기 오버브릿지와 언더브릿지 타측 고정단부는 각각 힌지부에 의해 상기 프레임과 일체로 연결되며, The overbridge and the underbridge one free end are integrally connected by vertical beams, and the overbridge and the underbridge other fixed ends are respectively integrally connected to the frame by hinges.

상기 피에조 액추에이터는 변위증폭부 자유단부의 수직보 측면중앙부 일측지점과 연결되면서 이 연결지점 측방의 프레임 내측으로 고정장착되어 변위증폭부와 평행한 방향으로 수축팽창하면서 상기 변위증폭부의 수직보 인접부위를 미세진동시키고, The piezo actuator is connected to one side of the vertical beam side central portion of the free end of the displacement amplifier and fixedly mounted to the inner side of the frame at the side of the connection point so that the piezo actuator contracts and expands in a direction parallel to the displacement amplification portion. Fine vibration,

상기 공구는 변위증폭부의 오버브릿지 중심부 상면에 설치되어 가공물을 진동 절삭하되,The tool is installed on the upper surface of the overbridge center portion of the displacement amplifier to vibrate the workpiece,

상기 피에조 액추에이터를 중심으로 상측에 인접하는 프레임 측면 일측지점과 변위증폭부의 오버브릿지에 인접하는 일측지점에 양단부가 일체로 연결되고, 상기 피에조 액추에이터를 중심으로 하측에 인접하는 프레임 측면 일측지점과 변위증폭부의 언더브릿지에 인접하는 일측지점에 양단부가 일체로 각각 연결되어 피에조 액추에이터의 수축방향으로 복원력을 갖는 탄성부를 구비하고, Both ends are integrally connected to one side of the frame side adjacent to the upper side of the piezo actuator and one side of the adjacent side of the overbridge of the displacement amplifier, and one side of the frame side adjacent to the lower side of the piezo actuator and displacement amplification. Both ends are integrally connected to one side point adjacent to the underbridge of the part, and each includes an elastic part having a restoring force in the contracting direction of the piezo actuator.

상기 변위증폭부의 언더브릿지 저면 일측지점과 연결되면서 이 연결지점 하방의 프레임 내측으로 고정장착되어 변위증폭부의 진동변위량을 제어부로 전달하는 피드백 센서를 구비한 것에 특징이 있다.It is characterized by having a feedback sensor connected to the underbridge bottom surface one side point of the displacement amplifier and fixedly mounted inside the frame below the connection point to transmit the vibration displacement of the displacement amplifier to the controller.

이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 4에 의거하여 상세히 설명하며, 도 1 내지 도 2에 있어서 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 병기한다. Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, FIGS. 1 to 4, and the same reference numerals will be given for components that perform the same function in FIGS. 1 to 2.

한편, 각 도면 및 상세한 설명에서 일반적인 미소절삭장치로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 도시 및 언급은 간략히 하거나 생략하였다.On the other hand, in the drawings and detailed description showing and referring to the configuration and operation easily understood by those skilled in the art from the general micro-cutting device is briefly or omitted.

특히, 도면의 도시 및 상세한 설명에 있어서 본 발명의 기술적 특징과 직접적으로 연관되지 않는 요소의 구체적인 기술적 구성 및 작용에 대한 상세한 설명 및 도시는 생략하고, 본 발명과 관련되는 기술적 구성만을 간략하게 도시하거나 설명하였다.In particular, in the drawings and detailed description of the drawings, detailed descriptions and illustrations of specific technical configurations and operations of elements not directly related to technical features of the present invention will be omitted, and only the technical configurations related to the present invention will be briefly shown. Explained.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 미소절삭장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 변위증폭부의 작동상태를 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 도 1의 일실시예에 따른 변위증폭부의 변위량을 나타내는 도면이며, 도 4는 도 2의 일실시예에 따른 변위증폭부의 변위량을 나타내는 도면이다.1 is a view for explaining a micro-cutting apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a view for explaining the operating state of the displacement amplifier according to another embodiment of the present invention, Figure 3 4 is a diagram illustrating a displacement amount of a displacement amplifier according to an embodiment of the present disclosure, and FIG. 4 is a diagram illustrating a displacement amount of a displacement amplifier according to an embodiment of FIG. 2.

도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 변위증폭부를 갖는 미소절삭장치는 강성체로 된 프레임(10)과, Referring to Figure 1, the micro-cutting apparatus having a displacement amplifier according to a preferred embodiment of the present invention is a frame 10 of a rigid body,

일측 고정단부가 힌지부(11)에 의해 상기 프레임(10)과 일체로 연결되어 외팔보 구조를 갖는 변위증폭부(20)와, A displacement amplification part 20 having one side fixed end integrally connected to the frame 10 by a hinge part 11 and having a cantilever structure;

상기 힌지부(11)와 인접하는 변위증폭부(20) 저면 일측지점과 연결되면서 이 연결지점 하방의 프레임(10) 내측으로 고정장착되어 변위증폭부(20)와 직교하는 방향으로 수축팽창하면서 상기 변위증폭부(20)의 힌지부 인접부위를 미세진동시키는 피에조 액추에이터(40)와, The hinge part 11 is connected to one side of the bottom surface of the displacement amplification part 20 adjacent to the hinge part 11, and is fixedly mounted to the inside of the frame 10 below the connection point to contract and expand in a direction orthogonal to the displacement amplification part 20. Piezo actuator 40 for finely vibrating the adjacent portion of the hinge portion of the displacement amplifier 20,

상기 변위증폭부(20)의 타측 자유단부 상면에 설치되어 가공물을 진동 절삭하는 공구(30)와, A tool 30 installed on the upper surface of the other free end of the displacement amplifier 20 to vibrate the workpiece;

상기 피에조 액추에이터(40)와 인접하는 프레임(10)의 상면 일측지점과 변위증폭부(20)의 저면 일측지점에 양단부가 일체로 연결되어 피에조 액추에이터(40)의 수축방향으로 복원력을 갖는 탄성부(50)와, Both ends are integrally connected to one side point of the upper surface of the frame 10 adjacent to the piezo actuator 40 and one side point of the bottom surface of the displacement amplifier 20 so that the elastic portion has a restoring force in the contracting direction of the piezo actuator 40 ( 50) and,

상기 변위증폭부(20)의 자유단부 저면 일측지점과 연결되면서 이 연결지점 하방의 프레임(10) 내측으로 고정장착되어 변위증폭부(20)의 진동변위량을 제어부(70)로 전달하는 피드백 센서(60)로 구성된다.A feedback sensor connected to one side of the bottom surface of the free end of the displacement amplifier 20 and fixedly mounted to the inside of the frame 10 below the connection point to transmit the vibration displacement of the displacement amplifier 20 to the controller 70 ( 60).

상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 변위증폭부를 갖는 미소절삭장치를 더욱 상세히 살펴보면;Looking at the micro-cutting device having a displacement amplifier in accordance with a preferred embodiment of the present invention configured as described above in more detail;

상술한 프레임(10)은 강성체(剛性體:rigidity body)로 된 육면체 형상으로 구성된다.The above-described frame 10 is configured in the form of a hexahedron made of a rigid body.

변위증폭부(20)의 일측 고정단부는 힌지부(11)에 의해 상기 프레임(10)과 일체로 연결되며, 상기 힌지부(11)에 의해 변위증폭부(20)는 양측 고정단부와 자유단부가 수평상태를 유지하게 된다.One fixed end of the displacement amplifier 20 is integrally connected to the frame 10 by a hinge portion 11, and the displacement amplifier 20 is fixed to both sides by the hinge portion 11 and the free end portion. Will remain horizontal.

힌지부(11)는 상하측에 반원형 노치(notch)가 형성된 넥크(neck)형상으로 탄 성복원력을 갖는 것이며, 매우 높은 운동정밀도를 얻기 위해 통상적으로 와이어 컷 방전가공에 의해 제작된다.The hinge portion 11 has a elastic restoring force in a neck shape in which semi-circular notches are formed on the upper and lower sides, and is usually manufactured by wire cut electric discharge machining in order to obtain very high kinetic precision.

상기 변위증폭부(20)는 힌지부(11)와 인접하는 고정단부 저면 일측지점에 연결된 피에조 액추에이터(40)가 미세진동 작용을 하게 되면 상기 변위증폭부(20)가 힌지부(11)을 중심으로 회전 각운동하면서 미세진동하게 되는 것이다.The displacement amplification part 20 is the displacement amplifier 20 when the piezo actuator 40 connected to one side of the bottom end of the fixed end adjacent to the hinge portion 11 is a fine vibration action, the center of the hinge amplification (11) It will be a micro vibration while rotating angular motion.

상기 피에조 액추에이터(40)는 힌지부(11)와 인접하는 변위증폭부(20) 저면 일측지점과 연결되면서 이 연결지점 하방의 프레임(10) 내측으로 고정장착되어, 변위증폭부(20)와 직교하는 방향으로 수축팽창하면서 상기 변위증폭부(20)의 힌지부(11) 인접부위를 미세진동시키게 된다.The piezo actuator 40 is fixedly mounted inside the frame 10 below the connection point while being connected to one side of the bottom surface of the displacement amplifier 20 adjacent to the hinge portion 11 and orthogonal to the displacement amplifier 20. While contracting and expanding in a direction to make a fine vibration to the adjacent portion of the hinge portion 11 of the displacement amplifier 20.

피에조 액추에이터(40)는 분해능이 매우 높고 응답속도가 빠른 직선형 액추에이터이며, 압전 효과(piezoelectric effect)를 갖는 재료에 외부에서 전기장을 가하면 기계적인 변위가 발생하는 역압전 효과(inverse piezoelectric effect)를 이용한 것이다. The piezo actuator 40 is a linear actuator having a very high resolution and a fast response speed. The piezo actuator 40 uses an inverse piezoelectric effect in which a mechanical displacement occurs when an external electric field is applied to a material having a piezoelectric effect. .

압전 효과를 갖는 재료에는 PZT(Pb(Zr,Ti,)O3) 세락믹이 가장 많이 사용된다.PZT (Pb (Zr, Ti,) O 3 ) ceramides are most used for materials having a piezoelectric effect.

상기 피에조 액추에이터(40)가 변위증폭부(20)의 힌지부(11) 인접부위를 미 세진동시키게 되면, 상기 변위증폭부(20)의 타측 자유단부 상면에 설치된 공구(30)가 가공물을 진동 절삭하게 된다.When the piezo actuator 40 vibrates the adjacent portion of the hinge portion 11 of the displacement amplifier 20, the tool 30 installed on the upper surface of the other free end of the displacement amplifier 20 vibrates the workpiece. Will be cut.

상기 공구(30)는 주로 천연 다이아몬드 재질을 사용한다.The tool 30 mainly uses a natural diamond material.

도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일실시예의 변위증폭부를 갖는 미소절삭장치를 유한요소법(FEM:Finite Element Method)의 해석 프로그램인 ANSYS를 이용하여, 피에조 액추에이터가 작용하는 방향으로 일정한 변위를 입력시키고 이를 통하여 자유단부에 작용하는 변위를 알아내어 증폭비율을 해석한 자료를 통해 밝혀지는 바와 같이, Referring to FIG. 3, the micro cutting device having a displacement amplifier according to an exemplary embodiment of the present invention is inputted with a constant displacement in a direction in which a piezo actuator acts by using ANSYS, an analysis program of a finite element method (FEM). As a result of analyzing the amplification ratio by finding the displacement acting on the free end through this,

상기 공구(30)가 설치되는 변위증폭부(20)의 타측 자유단부가 힌지부(11)를 기준으로 하여 상방으로 최대 10배로 증폭되는 것을 알 수 있다.It can be seen that the other free end of the displacement amplifier 20 on which the tool 30 is installed is amplified up to 10 times upward based on the hinge portion 11.

피에조 액추에이터(40)의 수축방향(수직방향)으로 복원력을 갖는 탄성부(50)는 상기 피에조 액추에이터(40)와 인접하는 프레임(10)의 상면 일측지점과 변위증폭부(20)의 저면 일측지점에 양단부가 일체로 연결되는 것으로, 피에조 액추에이터의 불필요한 진동이 변위증폭부(20)에 전달되는 것을 방지한다.The elastic portion 50 having a restoring force in the contracting direction (vertical direction) of the piezo actuator 40 has one side point at the top of the frame 10 adjacent to the piezo actuator 40 and one point at the bottom of the displacement amplifier 20. Both ends are integrally connected to each other, thereby preventing unnecessary vibration of the piezo actuator from being transmitted to the displacement amplifier 20.

변위증폭부(20)의 진동변위량을 제어부(70)로 전달하는 피드백 센서(60)는 상기 변위증폭부(20)의 자유단부 저면 일측지점과 연결되면서 이 연결지점 하방의 프레임(10) 내측으로 고정장착된다.The feedback sensor 60 which transmits the vibration displacement of the displacement amplifier 20 to the control unit 70 is connected to one side point of the bottom surface of the free end of the displacement amplifier 20, and into the frame 10 below the connection point. It is fixedly mounted.

상기 피드백 센서(60)는 피에조 액추에이터 내부의 압전소자가 매우 큰 이력(hysteresis)과 천이(drift) 등의 비선형적 특성을 가지므로 정밀한 위치결정을 위해서는 부가적인 위치 피드백 센서를 통한 폐루프 제어가 반드시 필요함에 따라 장착되는 것이다.Since the feedback sensor 60 has a nonlinear characteristic such as a very large hysteresis and a drift of the piezoelectric element inside the piezo actuator, closed loop control through an additional position feedback sensor is essential for accurate positioning. It will be mounted as needed.

상기 제어부(70)는 일반적으로, 피드백 센서에 의해 전압값으로 변환된 변위증폭부의 이동거리를 입력받아 이 전압값을 디지털 신호로 바꾸는 A/D 변환기와, A/D 변환기로부터 입력받은 디지털 신호를 제어신호로 계산하는 제어기와, 제어신호를 전압값으로 변환하는 D/A 변환기와, 변환된 전압값을 증폭시켜 피에조 액추에이터에 증폭신호를 입력하는 고전압 증폭기로 구성되는 것이다.The control unit 70 generally receives an A / D converter that receives the movement distance of the displacement amplifier converted into a voltage value by a feedback sensor and converts the voltage value into a digital signal, and a digital signal received from the A / D converter. A controller for calculating a control signal, a D / A converter for converting the control signal to a voltage value, and a high voltage amplifier for amplifying the converted voltage value and inputting the amplified signal to the piezo actuator.

한편, 도 2에서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 변위증폭부를 갖는 미소절삭장치는 강성체로 된 프레임(10)과, On the other hand, as shown in Figure 2, the micro-cutting device having a displacement amplifier according to another embodiment of the present invention is a frame 10 made of a rigid body,

내측으로 터널부(21)가 형성되어 상하측에 오버브릿지(22)와 언더브릿지(23)가 형성되고, 상기 언더브릿지(23)의 하방에는 중공부(25)가 형성되며, 상기 오버브릿지(22)와 언더브릿지(23) 일측 자유단부는 수직보(24)에 의해 일체로 연결되고, 상기 오버브릿지(22)와 언더브릿지(23) 타측 고정단부는 각각 힌지부(11)에 의해 상기 프레임(10)과 일체로 연결되는 변위증폭부(20)와, The tunnel portion 21 is formed inward to form the overbridge 22 and the underbridge 23 on the upper and lower sides, the hollow portion 25 is formed below the underbridge 23, the overbridge ( 22 and one free end of the underbridge 23 are integrally connected by vertical beams 24, and the other fixed end of the overbridge 22 and the underbridge 23 are hinged by the hinge 11, respectively. Displacement amplification unit 20 is integrally connected with (10),

상기 변위증폭부(20) 자유단부의 수직보(24) 측면중앙부 일측지점과 연결되면서 이 연결지점 측방의 프레임(10) 내측으로 고정장착되어 변위증폭부(20)와 평 행한 방향으로 수축팽창하면서 상기 변위증폭부(20)의 수직보(24) 인접부위를 미세진동시키는 피에조 액추에이터(40)와, The displacement amplifier 20 is connected to one side of the center portion of the vertical beam 24 of the free end of the displacement amplifier 20 and fixedly mounted to the inside of the frame 10 on the side of the connection point, so as to contract and expand in a direction parallel to the displacement amplifier 20. Piezo actuator 40 for finely vibrating the adjacent portion of the vertical beam 24 of the displacement amplifier 20,

상기 변위증폭부(20)의 오버브릿지(22) 중심부 상면에 설치되어 가공물을 진동 절삭하는 공구(30)와, A tool 30 installed on an upper surface of the center of the overbridge 22 of the displacement amplifier 20 to vibrate the workpiece;

상기 피에조 액추에이터(40)를 중심으로 상측에 인접하는 프레임(10) 측면 일측지점과 변위증폭부(20)의 오버브릿지(22)에 인접하는 일측지점에 양단부가 일체로 연결되고, 상기 피에조 액추에이터(40)를 중심으로 하측에 인접하는 프레임(10) 측면 일측지점과 변위증폭부(20)의 언더브릿지(23)에 인접하는 일측지점에 양단부가 일체로 각각 연결되어 피에조 액추에이터(40)의 수축방향으로 복원력을 갖는 탄성부(50)와, Both ends are integrally connected to one side point of the frame 10 side adjacent to the upper side of the piezo actuator 40 and one side point adjacent to the overbridge 22 of the displacement amplifier 20, and the piezo actuator ( Both ends are integrally connected to one side point of the frame 10 adjacent to the lower side and one side point adjacent to the underbridge 23 of the displacement amplification part 20, respectively, so that the contraction direction of the piezo actuator 40 is reduced. Elastic portion 50 having a restoring force to

상기 변위증폭부(20)의 언더브릿지(23) 저면 일측지점과 연결되면서 이 연결지점 하방의 프레임(10) 내측으로 고정장착되어 변위증폭부(20)의 진동변위량을 제어부(70)로 전달하는 피드백 센서(60)로 구성된다.The underbridge 23 of the displacement amplifier 20 is connected to one side of the bottom surface and fixedly mounted to the inside of the frame 10 below the connection point to transfer the vibration displacement of the displacement amplifier 20 to the controller 70. It consists of a feedback sensor 60.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 다른 일실시예에 따른 변위증폭부를 갖는 미소절삭장치를 더욱 상세히 살펴보면;Looking at the micro-cutting device having a displacement amplifier according to another embodiment of the present invention configured as described above in more detail;

상술한 프레임(10)은 본 발명의 바람직한 일실시예와 마찬가지로 강성체(剛性體:rigidity body)로 된 육면체 형상으로 구성된다.The frame 10 described above is configured in the form of a hexahedron with a rigid body as in the preferred embodiment of the present invention.

본 발명의 다른 일실시예에 따른 변위증폭부(20)는 내측으로 터널부(21)가 형성되어 상하측에 오버브릿지(22)와 언더브릿지(23)가 형성되고, 상기 오버브릿지(22)와 언더브릿지(23) 일측 자유단부는 수직보(24)에 의해 일체로 연결되며, 상기 오버브릿지(22)와 언더브릿지(23) 타측 고정단부는 각각 힌지부(11)에 의해 상기 프레임(10)과 일체로 연결되어 외팔보 구조를 갖게 된다.In the displacement amplifier 20 according to another embodiment of the present invention, the tunnel portion 21 is formed inward, and the overbridge 22 and the underbridge 23 are formed on the upper and lower sides, and the overbridge 22 is formed. And one side of the free end of the underbridge 23 is integrally connected by a vertical beam 24, and the other end of the overbridge 22 and the underbridge 23 are fixed to the frame 10 by a hinge 11, respectively. ) Can be connected integrally with the cantilever structure.

상기 오버브릿지(22)의 저면과 언더브릿지(23)의 상면은 호형 요홈면으로 이루어지며, 각 호형 요홈면은 서로 면대칭하여 마주보게 된다.The bottom surface of the overbridge 22 and the upper surface of the underbridge 23 are formed of arc-shaped groove surfaces, and each arc-shaped groove surfaces face to face each other.

상기 오버브릿지(22)와 언더브릿지(23)의 고정단부를 상기 프레임(10)과 일체로 연결하는 각 힌지부(11)에 의해 상기 변위증폭부(20)는 양측 고정단부와 자유단부가 수평상태를 유지하게 된다.Each of the hinge parts 11 connecting the fixed ends of the overbridges 22 and the underbridges 23 to the frame 10 integrally allows the displacement amplifier 20 to have both fixed ends and free ends horizontally. State is maintained.

본 발명의 다른 일실시예에 따른 피에조 액추에이터(40)는 상기 변위증폭부(20) 자유단부의 수직보(24) 측면중앙부 일측지점과 연결되면서 이 연결지점 측방의 프레임(10) 내측으로 고정장착되어 변위증폭부(20)와 평행한 방향으로 수축팽창하면서 상기 변위증폭부(20)의 수직보(24) 인접부위를 미세진동시키게 된다.The piezo actuator 40 according to another embodiment of the present invention is fixedly mounted to the frame 10 of the side of the connection point while being connected to one side point of the vertical beam 24 of the free end of the displacement amplifier 20. As a result, the adjacent portions of the vertical beams 24 of the displacement amplifier 20 are vibrated finely while contracting and expanding in a direction parallel to the displacement amplifier 20.

상기 변위증폭부(20)는 자유단부의 수직보(24) 측면중앙부 일측지점에 연결된 피에조 액추에이터(40)가 수평방향으로 수축팽창하면서 수직보(24) 인접부위에 미세진동작용을 가하게 되면, 상기 오버브릿지(22)와 언더브릿지(23)가 각 힌지부(11)을 중심으로 신축하게 된다. The displacement amplification part 20 is a micro-actuating action applied to the adjacent portion of the vertical beam 24 while the piezo actuator 40 connected to one side of the center portion of the vertical beam 24 of the free end contracts and expands in the horizontal direction. The overbridge 22 and the underbridge 23 are stretched around the hinge portion 11.

이 때, 오버브릿지(22)는 중심부가 상방으로 볼록하게 구부러지면서 신축하게 되고, 언더브릿지(23)는 중심부가 하방으로 볼록하게 구부러지면서 신축하게 된다.At this time, the overbridge 22 is stretched while the center is bent convex upward, and the underbridge 23 is stretched while the center is bent convex downward.

상기 오버브릿지(22)의 중심부가 상방으로 볼록하게 구부러지고 언더브릿지(23)의 중심부가 하방으로 볼록하게 구부러지는 작용은 오버브릿지(22) 저면과 언더브릿지(23) 상면의 호형 요홈면에 의해 오버브릿지(22)와 언더브릿지(23)의 각 중심부 두께가 양측 연결부위(수직보와 힌지부)의 두께보다 얇기 때문이다.The center of the overbridge 22 is bent upwardly convex and the center of the underbridge 23 is convexly bent downward by the arc-shaped groove surface of the bottom of the overbridge 22 and the upper surface of the underbridge 23. It is because the thickness of each center part of the overbridge 22 and the underbridge 23 is thinner than the thickness of both connection part (vertical beam and hinge part).

상기 언더브릿지(23)는 하방에 형성된 중공부(25)에 의해 프레임(10)의 간섭을 받지않고 신축하게 된다.The underbridge 23 is stretched without being interfered with the frame 10 by the hollow portion 25 formed below.

도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 일실시예의 변위증폭부를 갖는 미소절삭장치를 유한요소법(FEM:Finite Element Method)의 해석 프로그램인 ANSYS를 이용하여, 피에조 액추에이터가 작용하는 방향으로 일정한 변위를 입력시키고 이를 통하여 오버브릿지(22) 및 언더브릿지(23)의 중심부에 작용하는 변위를 알아내어 증폭비율을 해석한 자료를 통해 밝혀지는 바와 같이, Referring to FIG. 4, a micro cutting device having a displacement amplifier according to another embodiment of the present invention is inputted with a constant displacement in a direction in which a piezo actuator works by using ANSYS, an analysis program of a finite element method (FEM). As it is revealed through the data of analyzing the amplification ratio by determining the displacement acting on the center of the overbridge 22 and the underbridge 23 through this,

오버브릿지(22)의 중심부가 탄성부(50)와 힌지부(11)를 기준으로 하여 상방으로 최대 4배로 증폭되고, 언더브릿지(23)의 중심부는 탄성부(50)와 힌지부(11)를 기준으로 하여 하방으로 최대 4배 증폭되는 것을 알 수 있다. The central portion of the overbridge 22 is amplified up to four times upward based on the elastic portion 50 and the hinge portion 11, and the central portion of the underbridge 23 is the elastic portion 50 and the hinge portion 11. It can be seen that up to 4 times amplification downward based on the reference.

이와 같이 상기 피에조 액추에이터(40)가 변위증폭부(20)의 수직보(24) 인접 부위를 미세진동시키게 되면, 상기 변위증폭부(20)의 오버브릿지(22) 중심부 상면에 설치된 천연 다이아몬드 재질의 공구(30)가 가공물을 진동 절삭하게 된다. As such, when the piezo actuator 40 finely vibrates the adjacent portions of the vertical beams 24 of the displacement amplifier 20, the natural diamond material is installed on the upper surface of the center of the overbridge 22 of the displacement amplifier 20. Tool 30 vibrates the workpiece.

피에조 액추에이터(40)의 수축방향(수평방향)으로 복원력을 갖는 탄성부(50)는 상기 피에조 액추에이터(40)를 중심으로 상측에 인접하는 프레임(10) 측면 일측지점과 변위증폭부(20)의 오버브릿지(22)에 인접하는 일측지점에 양단부가 일체로 연결되고, 상기 피에조 액추에이터(40)를 중심으로 하측에 인접하는 프레임(10) 측면 일측지점과 변위증폭부(20)의 언더브릿지(23)에 인접하는 일측지점에 양단부가 일체로 각각 연결된 것으로, 피에조 액추에이터의 불필요한 진동이 변위증폭부(20)에 전달되는 것을 방지하게 된다.The elastic portion 50 having a restoring force in the contracting direction (horizontal direction) of the piezo actuator 40 is the one side point of the frame 10 adjacent to the upper side of the piezo actuator 40 and the displacement amplifier 20. Both ends are integrally connected to one side point adjacent to the overbridge 22, and the one side point of the frame 10 adjacent to the lower side of the frame 10 and the underbridge 23 of the displacement amplifier 20 are adjacent to the piezo actuator 40. Both ends are integrally connected to one side point adjacent to), thereby preventing unnecessary vibration of the piezo actuator from being transmitted to the displacement amplifier 20.

피드백 센서(60)는 상기 변위증폭부(20)의 언더브릿지(23) 저면 일측지점과 연결되면서 이 연결지점 하방의 프레임(10) 내측으로 고정장착되어 상기 변위증폭부(20)의 진동변위량을 제어부(70)로 전달하게 된다.The feedback sensor 60 is connected to one side of the bottom surface of the underbridge 23 of the displacement amplifier 20, and is fixedly mounted to the inside of the frame 10 below the connection point to adjust the vibration displacement of the displacement amplifier 20. Transfer to the control unit 70.

상술한 바와 같은 본 발명의 일실시예에 따른 미소절삭 공구대를 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.Although the micro-cutting tool post according to an embodiment of the present invention as described above has been shown according to the above description and drawings, this is merely an example, and various changes and modifications are made within the scope without departing from the technical spirit of the present invention. Those skilled in the art will appreciate that changes are possible.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 미소절삭장치를 설명하기 위한 도면;1 is a view for explaining a micro-cutting apparatus according to an embodiment of the present invention;

도 2는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 변위증폭부의 작동상태를 설명하기 위한 도면;2 is a view for explaining the operating state of the displacement amplifier according to another embodiment of the present invention;

도 3은 도 1의 일실시예에 따른 변위증폭부의 변위량을 나타내는 도면;3 is a diagram illustrating a displacement amount of a displacement amplification unit according to an embodiment of FIG. 1;

도 4는 도 2의 일실시예에 따른 변위증폭부의 변위량을 나타내는 도면이다.4 is a diagram illustrating a displacement amount of a displacement amplification unit according to the exemplary embodiment of FIG. 2.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>

10:프레임 11:힌지부10: frame 11: hinge

20:변위증폭부 21:터널부20: displacement amplifier 21: tunnel section

22:오버브릿지 23:언더브릿지22: Overbridge 23: Underbridge

24:수직보 25:중공부24: V Vertical 25: Hollow Department

30:공구 40:피에조 액추에이터30: Tool 40: Piezo actuator

50:탄성부 60:피드백 센서50: elastic part 60: feedback sensor

70:제어부70: control unit

Claims (3)

강성체로 된 프레임(10)과, Rigid frame 10, 일측 단부는 상기 프레임(10)과 일체로 연결되어 고정단부가 형성되도록 하고 타측 단부는 분리되어 자유단부가 형성되도록 하는 변위증폭부(20)와, One end portion is integrally connected to the frame 10 so that the fixed end is formed and the other end is separated by the displacement amplifier 20 to form a free end, 상기 변위증폭부(20)의 일측으로 배치되고 프레임(10)에 고정장착되어 변위증폭부(20)에 미세진동이 작용되도록하는 피에조 액추에이터(40)와, A piezo actuator 40 disposed to one side of the displacement amplifier 20 and fixedly mounted to the frame 10 so that micro-vibration is applied to the displacement amplifier 20; 상기 피에조 액추에이터(40)에 의해 미세진동하는 변위증폭부(20)의 상면에 설치되어 가공물을 진동 절삭하는 공구(30)를 포함하되,It includes a tool 30 is installed on the upper surface of the displacement amplification portion 20 which is micro-vibrated by the piezo actuator 40 to vibrate the workpiece, 상기 변위증폭부(20)는 내측으로 터널부(21)가 형성되어 상하측에 오버브릿지(22)와 언더브릿지(23)가 형성되고, 상기 언더브릿지(23)의 하방에는 중공부(25)가 형성되며, 상기 오버브릿지(22)와 언더브릿지(23) 일측 자유단부는 수직보(24)에 의해 일체로 연결되고, 상기 오버브릿지(22)와 언더브릿지(23) 타측 고정단부는 각각 힌지부(11)에 의해 상기 프레임(10)과 일체로 연결되며, The displacement amplification part 20 has a tunnel portion 21 formed inward to form an overbridge 22 and an underbridge 23 on the upper and lower sides, and a hollow portion 25 below the underbridge 23. Is formed, the one side free end of the overbridge 22 and the underbridge 23 is integrally connected by a vertical beam 24, the other end of the overbridge 22 and the underbridge 23 is hinged It is connected integrally with the frame 10 by a branch 11, 상기 피에조 액추에이터(40)는 변위증폭부(20) 자유단부의 수직보(24) 측면중앙부 일측지점과 연결되면서 이 연결지점 측방의 프레임(10) 내측으로 고정장착되어 변위증폭부(20)와 평행한 방향으로 수축팽창하면서 상기 변위증폭부(20)의 수직보(24) 인접부위를 미세진동시키고, The piezo actuator 40 is connected to one side point of the side center portion of the vertical beam 24 of the free end of the displacement amplifier 20 and is fixedly mounted to the inside of the frame 10 on the side of the connection point to be parallel to the displacement amplifier 20. Shrink and expand in one direction to finely vibrate the adjacent portions of the vertical beams 24 of the displacement amplifier 20, 상기 공구(30)는 변위증폭부(20)의 오버브릿지(22) 중심부 상면에 설치되어 가공물을 진동 절삭하도록 구성하되,The tool 30 is installed on the upper surface of the center of the overbridge 22 of the displacement amplifier 20 is configured to vibrate the workpiece, 상기 피에조 액추에이터(40)를 중심으로 상측에 인접하는 프레임(10) 측면 일측지점과 변위증폭부(20)의 오버브릿지(22)에 인접하는 일측지점에 양단부가 일체로 연결되고, 상기 피에조 액추에이터(40)를 중심으로 하측에 인접하는 프레임(10) 측면 일측지점과 변위증폭부(20)의 언더브릿지(23)에 인접하는 일측지점에 양단부가 일체로 각각 연결되어 피에조 액추에이터(40)의 수축방향으로 복원력을 갖는 탄성부(50)와, Both ends are integrally connected to one side point of the frame 10 side adjacent to the upper side of the piezo actuator 40 and one side point adjacent to the overbridge 22 of the displacement amplifier 20, and the piezo actuator ( Both ends are integrally connected to one side point of the frame 10 adjacent to the lower side and one side point adjacent to the underbridge 23 of the displacement amplification part 20, respectively, so that the contraction direction of the piezo actuator 40 is reduced. Elastic portion 50 having a restoring force to 상기 변위증폭부(20)의 언더브릿지(23) 저면 일측지점과 연결되면서 이 연결지점 하방의 프레임(10) 내측으로 고정장착되어 변위증폭부(20)의 진동변위량을 제어부(70)로 전달하는 피드백 센서(60)를 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 공구의 변위증폭부를 갖는 미소절삭장치.The underbridge 23 of the displacement amplifier 20 is connected to one side of the bottom surface and fixedly mounted to the inside of the frame 10 below the connection point to transfer the vibration displacement of the displacement amplifier 20 to the controller 70. Micro-cutting device having a displacement amplifier of the cutting tool, characterized in that it comprises a feedback sensor (60). 제 1 항에 있어서;The method of claim 1; 상기 변위증폭부(20)는 일측 고정단부가 힌지부(11)에 의해 상기 프레임(10)과 일체로 연결되고, The displacement amplification part 20 is one side fixed end is connected to the frame 10 integrally by the hinge portion 11, 상기 피에조 액추에이터(40)는 힌지부(11)와 인접하는 변위증폭부(20) 저면 일측지점과 연결되면서 이 연결지점 하방의 프레임(10) 내측으로 고정장착되어 변위증폭부(20)와 직교하는 방향으로 수축팽창하면서 상기 변위증폭부(20)의 힌지부 인접부위를 미세진동시키고,The piezo actuator 40 is connected to one side of the bottom surface of the displacement amplifier 20 adjacent to the hinge portion 11 and is fixedly mounted inside the frame 10 below the connection point to be orthogonal to the displacement amplifier 20. While contracting and expanding in a direction to finely vibrate the adjacent portion of the hinge portion of the displacement amplifier 20, 상기 공구(30)는 변위증폭부(20)의 타측 자유단부 상면에 설치되어 가공물을 진동 절삭하되, The tool 30 is installed on the upper surface of the other free end of the displacement amplifier 20 to vibrate the workpiece, 상기 피에조 액추에이터(40)와 인접하는 프레임(10)의 상면 일측지점과 변위증폭부(20)의 저면 일측지점에 양단부가 일체로 연결되어 피에조 액추에이터(40)의 수축방향으로 복원력을 갖는 탄성부(50)와, Both ends are integrally connected to one side point of the upper surface of the frame 10 adjacent to the piezo actuator 40 and one side point of the bottom surface of the displacement amplifier 20 so that the elastic portion has a restoring force in the contracting direction of the piezo actuator 40 ( 50) and, 상기 변위증폭부(20)의 자유단부 저면 일측지점과 연결되면서 이 연결지점 하방의 프레임(10) 내측으로 고정장착되어 변위증폭부(20)의 진동변위량을 제어부(70)로 전달하는 피드백 센서(60)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 공구의 변위증폭부를 갖는 미소절삭장치.A feedback sensor connected to one side of the bottom surface of the free end of the displacement amplifier 20 and fixedly mounted to the inside of the frame 10 below the connection point to transmit the vibration displacement of the displacement amplifier 20 to the controller 70 ( Micro-cutting device having a displacement amplifier of the cutting tool, characterized in that it further comprises 60). 삭제delete
KR1020080058637A 2008-06-20 2008-06-20 Fast Tool Servo Using Magnified Mechanism KR100993249B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080058637A KR100993249B1 (en) 2008-06-20 2008-06-20 Fast Tool Servo Using Magnified Mechanism

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080058637A KR100993249B1 (en) 2008-06-20 2008-06-20 Fast Tool Servo Using Magnified Mechanism

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090132403A KR20090132403A (en) 2009-12-30
KR100993249B1 true KR100993249B1 (en) 2010-11-09

Family

ID=41691479

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080058637A KR100993249B1 (en) 2008-06-20 2008-06-20 Fast Tool Servo Using Magnified Mechanism

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100993249B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102530849A (en) * 2012-03-09 2012-07-04 方平 Large-breadth microstructural processing system based on moving-iron electromechanical transducer and processing method thereof

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109382700B (en) * 2018-11-30 2024-04-05 杭州电子科技大学 Rigidity self-adaptive quick cutter servo device and method based on magnetorheological elastomer
CN116529005A (en) * 2021-11-30 2023-08-01 李承俊 Vibration cutting device for micro pattern production

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100197207B1 (en) 1996-11-22 1999-06-15 김덕중 Micro-cutting system using piezoelectric material
KR100454039B1 (en) 2002-09-06 2004-10-26 한국기계연구원 Drive apparatus of microscopic position-decision
KR100514991B1 (en) * 2003-05-10 2005-09-15 고등기술연구원연구조합 A vibration cutting machine

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100197207B1 (en) 1996-11-22 1999-06-15 김덕중 Micro-cutting system using piezoelectric material
KR100454039B1 (en) 2002-09-06 2004-10-26 한국기계연구원 Drive apparatus of microscopic position-decision
KR100514991B1 (en) * 2003-05-10 2005-09-15 고등기술연구원연구조합 A vibration cutting machine

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102530849A (en) * 2012-03-09 2012-07-04 方平 Large-breadth microstructural processing system based on moving-iron electromechanical transducer and processing method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
KR20090132403A (en) 2009-12-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5055832B2 (en) DRIVE DEVICE, OPTICAL SCANNING DEVICE, AND OBJECT INFORMATION DETECTING DEVICE
KR101163826B1 (en) Angular velocity sensor
KR100878078B1 (en) High bandwidth recoiless microactuator
KR100993249B1 (en) Fast Tool Servo Using Magnified Mechanism
JP6024269B2 (en) Optical scanning device
JP5164984B2 (en) Adjustment device with high position resolution in the sub-nano to nanometer range
CN106881618A (en) A kind of fast tool servo device of two-axle interlocking
CN102640007B (en) Scanning probe microscope having support stage incorporating a kinematic flexure arrangement
CN110910947B (en) Single-layer double-station four-degree-of-freedom compliant micromanipulator
JP5295814B2 (en) Scanning mechanism and scanning probe microscope
KR100514991B1 (en) A vibration cutting machine
Yong et al. Mechanical design of high-speed nanopositioning systems
JP3992681B2 (en) Ultra-high accuracy feeder
US9879974B2 (en) Linear-motion stage
JP2003294434A (en) Contact type probe
KR100608269B1 (en) A vibration cutting machine having piezoelectric actuator located parallelly
Bergander et al. Development of miniature manipulators for applications in biology and nanotechnologies
JP5953177B2 (en) Sample stage and charged particle device
JP2006271110A (en) Control method of ultrasonic motor
JP2001221733A (en) Fine control
JP6476296B2 (en) Mirror device
JP3983637B2 (en) Method and apparatus for controlling stylus probe mechanism
JPH10267950A (en) Lateral-excitation frictional-force microscope
JP3640534B2 (en) Drive device
JPH05307092A (en) Fine motion drive mechanism

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131105

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141104

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee