KR101176695B1 - 자기유변유체를 이용하는 곡면 연마방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 피가공물의 표면에 곡면을 연마하기 위한 연마방법에 관한 것으로, 자기장을 제어하여 유체의 동적인 항복응력을 조절하고, 연마공구의 외주연에 곡률반경을 형성함과 동시에 연마공구와 피가공물 표면 사이의 간극을 조절함으로써 피가공물의 표면에 미세 곡면연마가 가능한 자기유변유체를 이용하는 곡면 연마방법을 제공하기 위한 것이다.
곡면 연마공구, 미세 곡면연마, 자기유변유체, 피가공물, 곡률반경, 곡면, 간극

Description

자기유변유체를 이용하는 곡면 연마방법{Curve grinding method by using magnetorheological fluid}
본 발명은 피가공물을 곡면연마하기 위한 연마방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자기장을 제어하여 유체의 동적인 항복응력을 조절하고, 연마공구의 외주연에 곡률반경을 형성함과 동시에 연마공구와 피가공물 사이의 간극을 조절함으로써 피가공물에 미세 곡면연마가 가능한 자기유변유체를 이용하는 곡면 연마방법에 관한 것이다.
최근 들어, 광학, IT 등 산업 전반에 걸쳐 소자나 부품의 세밀화, 초정밀화 및 다기능화에 대한 요구가 높아지고 있으며, 산업 분야의 지속적인 발전으로 인해 초정밀부품의 요구 및 수요가 증대되고 있는 실정이다.
한편, CDP, 복사기기, 프로젝션 TV, SLR 카메라, 비디오 캠코더 같은 영상제품의 경우, 구면 렌즈에 비하여 가볍고, 영상품질이 뛰어나다는 등의 장점으로 인해 비구면 렌즈가 적용되고 있다.
특히, 기존의 구면 렌즈에 비하여 훨씬 뛰어난 광학 성능은 물론 고화질의 영상품질을 제공한다는 점에서 비구면 렌즈가 적용되고 있는 실정이다.
그러나, 이러한 비구면 렌즈의 경우, 곡률반경을 연마 또는 가공하는 마무리 단계에서 고도의 정밀도를 요구하고, 이로 인해 비구면 렌즈의 최종 마무리에만 수 시간 또는 수 일이 소요되는 등 오랜 시간을 필요로 하고 있다.
상술한 바와 같이 비구면 렌즈를 고정밀도 및 효과적으로 연마 및 가공하기 위하여 최근 들어 전기유변유체(Electrorheological Fluid :ERF) 또는 자기유변유체(Magnetorheological Fluid : MR)를 이용한 연마 및 가공이 시도되고 있다.
한편, 하드디스크드라이버(HDD)와 같은 기록 매체 구동장치에 적용되는 헤드 슬라이더는 자기 디스크 상부에 위치하여 자기디스크로부터 정보를 기록하거나, 판독하는 역할을 수행한다.
이러한 헤드 슬라이더는 동작 시 자기 디스크로부터 계속적으로 부상되고, 이로 인해 헤드슬라이더의 부상 높이 또는 부상 자세의 안정화가 요구되고 있는 실정이다.
상술한 바와 같이, 헤드 슬라이더의 안정화가 실현되지 않을 경우, 헤드 슬라이더가 자기 디스크에 충돌하게 되고, 이로 인해 자기 디스케에 보존되는 데이터 등이 손상 및 파손된다.
이렇게 하드 디스크 드라이버(HDD)에 적용되는 헤드 슬라이더의 경우, 자기 디스크 상에 부상되는 것이 중요하며, 이를 위하여 헤드 슬라이더의 부상면에 부상을 위한 곡률반경이 형성된다.
이렇게 하드 디스크 드라이버에 적용되는 헤드 슬라이더는 그 크기가 매우 작기 때문에 미세하게 곡률반경을 형성하여야 하나, 그 크기가 매우 작기 때문에 미세한 곡률반경을 연마하기 위하여 작업자가 수작업을 통하여 연마가공을 수행하고 있으나, 가공에 상당한 어려움이 있는 실정이다.
이러한 종래 기술은 작업자의 숙련도를 요구한다는 문제점 뿐만 아니라, 대량생산에 한계가 있다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 자석으로 이루어지는 연마공구의 외주연에 곡면을 형성하고, 연마공구의 곡면과 곡면을 형성하기 위한 피가공물의 표면 사이의 간극을 조절한 후 연마공구의 곡면상에 자기유변유체를 공급하여 피가공물의 표면에 곡면을 형성할 수 있는 자기유변유체를 이용하는 곡면 연마방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 연마공구에 형성되는 곡면의 곡률반경 또는 연마공구의 곡면과 피가공물의 표면 사이의 간극을 조절하여 피가공물의 길이, 재질 등에 관계없이 피가공물의 표면에 곡면을 형성할 수 있는 자기유변유체를 이용하는 곡면 연마방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 피가공물의 표면에 곡면을 연마하기 위한 연마공구에 있어서, 자석으로 이루어져 그 중심축을 기준으로 회전되는 실린더형상의 연마본체; 및 상기 연마본체를 내부에 수용하고, 그 외주연에 자기유변유체를 갖는 일정형상의 곡면이 형성되는 하우징; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 하우징에 형성되는 곡면의 곡률반경이 변경가능하게 이루어진다.
그리고, 상기 하우징에 형성되는 곡면과 피가공물 표면 사이의 간극이 조절가능하게 이루어진다.
또한, 상기 하우징에 형성되는 곡면의 곡률반경에 따라 하우징의 곡면과 피가공물 표면 사이의 간극이 조절가능하게 이루어진다.
더불어, 상기 하우징의 곡면과 피가공물 표면 사이의 간극에 따라 하우징의 곡면의 곡률반경이 변경가능하게 이루어진다.
한편, 자기유변유체를 이용하는 곡면 연마공구에 의한 곡면 연마방법에 있어서, 베이스상에 에칭가능한 물질을 증착하는 단계; 상기 에칭가능한 물질 상에 피가공물을 증착하는 단계; 상기 피가공물을 가공하는 단계; 상기 에칭된 피가공물의 상부에 곡면 연마공구를 위치시키는 단계; 상기 곡면 연마공구를 회전시킴과 동시에 자기유변유체에 자기장을 인가하는 단계; 상기 피가공물의 표면에 일정한 곡률반경의 곡면을 연마하는 단계; 및 상기 에칭가능한 물질을 에칭하여 베이스에서 피가공물을 분리하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 피가공물을 밀링에 의해 가공하는 단계; 를 더 포함하여 이루어진다.
그리고, 상기 피가공물을 연마하기 위한 곡률반경에 적합한 곡률반경의 곡면을 갖는 곡면 연마공구를 피가공물 상에 위치시키는 단계; 를 더 포함하여 이루어진다.
한편, 상기 피가공물의 표면에 큰 곡률반경의 곡면을 연마할 경우, 상기 피가공물 상에 큰 곡률반경의 곡면을 갖는 곡면 연마공구를 위치시키는 단계; 및 상 기 피가공물의 표면에 작은 곡률반경의 곡면을 연마할 경우, 상기 피가공물상에 작은 곡률반경의 곡면을 갖는 곡면 연마공구를 위치시키는 단계; 를 더 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 피가공물의 표면에 큰 곡률반경의 곡면을 연마할 경우, 상기 곡면 연마공구의 회전속도를 증가시키는 단계; 및 상기 피가공물의 표면에 작은 곡률반경의 곡면을 연마할 경우, 상기 곡면 연마공구의 회전속도를 감소시키는 단계; 를 더 포함하여 이루어진다.
더불어, 상기 피가공물의 표면에 큰 곡률반경의 곡면을 연마할 경우, 상기 자기유변유체에 큰 자기장을 인가하는 단계; 및 상기 피가공물의 표면에 작은 곡률반경의 곡면을 연마할 경우, 상기 자기유변유체에 작은 자기장을 인가하는 단계; 를 더 포함하여 이루어진다.
한편, 자기유변유체를 이용하는 곡면 연마공구에 의한 곡면 연마방법에 있어서, 베이스상에 에칭가능한 물질을 증착하는 단계; 상기 에칭가능한 물질 상에 피가공물을 증착하는 단계; 상기 피가공물을 가공하는 단계; 상기 에칭된 피가공물의 상부에 일정한 곡률반경의 곡면을 갖는 곡면 연마공구를 위치시키는 단계; 상기 피가공물과 곡면 연마공구의 곡면 사이의 간극을 조절하는 단계; 상기 곡면 연마공구를 회전시킴과 동시에 자기유변유체에 자기장을 인가하는 단계; 상기 피가공물의 표면에 일정한 곡률반경의 곡면을 연마하는 단계; 및 상기 에칭가능한 물질을 에칭하여 베이스에서 피가공물을 분리하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 피가공물의 표면에 큰 곡률반경의 곡면을 연마할 경우, 상기 피가공물과 곡면 연마공구의 곡면 사이의 간극을 크게 하는 단계; 및 상기 피가공물의 표면에 작은 곡률반경의 곡면을 연마할 경우, 상기 피가공물과 곡면 연마공구의 곡면 사이의 간극을 작게 하는 단계; 를 더 포함하여 이루어진다.
이상에서 설명한 바와 같이 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은, 자석으로 이루어지는 연마공구의 외주연에 곡면을 형성하고, 연마공구의 곡면상에 자기유변유체를 공급하여 피가공물의 표면을 연마함으로써 피가공물에 일정한 곡률의 곡면을 연마할 수 있으며, 고정밀도로 곡면가공이 가능하여 높은 표면조도를 얻을 수 있는 등의 효과를 거둘 수 있다.
또한, 피가공물의 표면에 연마하기 위한 곡면의 곡률반경에 따라 연마공구에 형성되는 곡면의 곡률반경 또는 연마공구와 피가공물 사이의 간극을 조절함으로써 피가공물의 길이, 재질 등에 관계없이 피가공물의 표면에 곡면을 형성하기 용이할 뿐만 아니라, 피가공물 표면의 표면조도를 조절할 수 있는 등의 효과를 거둘 수 있다.
더불어, 곡면 연마공구와 피가공물 표면의 직접적인 접촉 없이 연마를 수행할 수 있어 피가공물 표면의 품질을 향상시킬 수 있으며, 피가공물에 가해지는 손상 및 파손을 현저히 감소시킬 수 있어 미세한 곡면가공이 가능하다는 등의 효과를 거둘 수 있다.
이하, 본 발명에 의한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명한다. 또한, 본 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고 단지 예시로 제시된 것이며, 그 기술적 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다.
도 1은 본 발명에 의한 자기유변유체를 이용하는 곡면 연마공구를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명에 의한 자기유변유체를 이용하는 곡면 연마공구에 연마가공을 위한 피가공물이 설치된 모습을 개략적으로 나타내는 사시도이며, 도 3은 본 발명에 의한 자기유변유체를 이용하는 곡면 연마공구에 연마가공을 위한 곡면이 피가공물이 설치된 모습을 개략적으로 나타내는 측면도이고, 도 4, 도 5, 도 6, 도 7, 도 8, 도 9는 본 발명에 의한 자기유변유체를 이용하는 곡면 연마공구에 의한 곡면 연마방법을 나타내는 단계도이다.
그리고, 도 10은 본 발명에 의한 자기유변유체를 이용하는 곡면 연마공구에 의한 곡면 연마방법을 나타내는 흐름도이고, 도 11은 본 발명에 의한 자기유변유체를 이용하는 곡면 연마공구에 의한 곡면 연마방법의 다른 실시예를 나타내는 흐름도이며, 도 12는 본 발명에 의한 자기유변유체를 이용하는 곡면 연마공구에 의한 곡면 연마방법에 의해 연마된 피가공물의 곡률반경에 대한 반응표면모델을 나타내는 도면이고, 도 13은 본 발명에 의한 자기유변유체를 이용하는 곡면 연마공구에 의한 곡면 연마방법에 의해 연마된 피가공물의 표면조도에 대한 반응표현모델을 나 타내는 도면이다.
도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 자기유변유체를 이용하는 곡면 연마공구(1)는 자석으로 형성되어 그 중심축을 기준으로 회전가능하게 이루어지는 실린더형상의 연마본체(10)와 상기 연마본체(10)의 외주연에 구비되는 원통형상의 하우징(30)을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 하우징(30)은 그 외주연에 그 내측을 향하여 일정한 곡률반경을 갖는 곡면(31)이 형성되고, 상기 곡면(31)에 자기유변유체(40)가 구비된다.
상기한 바와 같은 구조에 의하여 상기 곡면 연마공구(1)의 외주연에 형성되는 곡면(31)에 근접되게 연마를 위한 피가공물(3)을 위치시킨 다음, 곡면 연마공구(1)를 회전시켜 피가공물(3)을 연마하게 된다.
이때, 상기 곡면 연마공구(1)의 곡면에 구비되는 자기유변유체(40)에 자기장이 인가되어 자기유변유체(40)의 점성이 증가되고, 상기 곡면 연마공구(1)의 회전 시 점성이 증가된 자기유변유체(40)에 의해 피가공물(3)이 연마된다.
여기서, 상기 곡면 연마공구(1)의 하우징(30) 외주연에 형성되는 곡면(31)의 곡률반경은 다양하게 변경가능하게 이루어진다.
즉, 상기 피가공물(3)의 표면에 작업자가 요구하는 일정한 곡률반경의 곡면을 연마하거나, 피가공물(3)의 길이 및 재질에 따라 작업자가 요구하는 일정한 곡률반경의 곡면을 연마하기 위하여 상기 하우징(30)의 외주연에 형성되는 곡면(31)은 다양한 곡률반경으로 형성된다.
이를 위하여 다양한 곡률반경의 곡면(31)이 형성되는 하우징(30)을 제작한 후 연마본체(10)에 교체설치하여 피가공물(3)에 작업자가 요구하는 일정한 곡률반경의 곡면을 연마하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 곡면 연마공구(1)에 형성되는 곡면(31)의 곡률반경이 작아질수록 피가공물(3)의 표면에 연마되는 곡면의 곡률반경이 커지고, 곡면 연마공구(1)에 형성되는 곡면(31)의 곡률반경이 커질수록 피가공물(3)의 표면에 연마되는 곡면의 곡률반경이 작아진다.
즉, 상기 곡면 연마공구(1)에 내측을 향하여 형성되는 곡면(31)의 곡률반경이 작아질수록 자기유변유체(40)가 유동하는 곡면(31)의 채널이 감소함으로써 피가공물(3)에 가해지는 압력이 증가하여 피가공물(3)의 표면에 외측을 향하여 연마되는 곡면의 곡률반경이 커지고, 곡면 연마공구(1)에 내측을 향하여 형성되는 곡면(31)의 곡률반경이 커질수록 자기유변유체(40)가 유동하는 곡면(31)의 채널이 증가함으로써 피가공물(3)에 가해지는 압력이 감소하여 피가공물(3) 표면에 외측을 향하여 연마되는 곡면의 곡률반경이 작아진다.
본 발명의 일 실시예에서는 상기 곡면 연마공구(1)의 하우징(30) 외주연에 형성되는 곡면(31)의 곡률반경을 다양하게 변경하여 피가공물(3)의 표면에 다양한 곡률반경의 곡면을 연마하도록 이루어져 있으나, 상기 곡면 연마공구(1)의 곡면(31)과 피가공물(3) 사이의 간극을 조절함으로써 피가공물(3)의 표면에 작업자가 요구하는 곡률반경의 곡면을 연마하도록 이루어지는 것도 가능하다.
즉, 상기 곡면 연마공구(1)의 곡면(31)과 피가공물(3) 표면 사이의 간극을 멀리하여 피가공물(3)의 표면에 연마되는 곡면의 곡률반경을 크게 하거나, 곡면 연 마공구(1)의 곡면(31)과 피가공물(3) 표면 사이의 간극을 가까이하여 피가공물(3)의 표면에 연마되는 곡면의 곡률반경을 작게 하는 것도 가능하다.
여기서, 상기 곡면 연마공구(1)의 곡면(31)과 피가공물(3) 사이의 간극을 조절한 후 곡면 연마공구(1)의 연마시간을 증가시켜 피가공물(3)의 표면에 최적화된 표면조도를 얻도록 이루어진다.
이때에는, 상기 곡면 연마공구(1)의 곡면과 피가공물(3) 사이의 간극을 다양하게 조절한 후 연마시간을 다양하게 변경실시하여 피가공물(3)의 표면에 최적화된 표면조도를 얻는 것이 바람직하다.
한편, 상기 곡면 연마공구(1)에 형성되는 곡면(31)의 곡률반경에 따라 상기 곡면(31)과 피가공물(3) 사이의 간극을 가/감하여 피가공물(3)의 표면에 연마되는 곡면의 곡률반경을 조절하거나, 상기 곡면 연마공구(1)와 피가공물(3) 사이의 간극에 따라 곡면 연마공구(1)에 형성되는 곡면(31)의 곡률반경을 조절하여 피가공물(3)에 일정한 곡률반경의 곡면을 연마하는 것도 가능하다.
상기한 바와 같이, 피가공물(3)의 모서리부에 자기유변유체의 유동에 의한 유체응력이 작용하여 피가공물(3)의 모서리가 연마되어 피가공물(3)에 일정한 곡률반경의 곡면이 연마된다.
이하, 본 발명에 의한 자기유변유체를 이용하는 곡면 연마공구(1)에 의한 곡면 연마방법을 도 4 내지 도 10을 참조하여 설명한다.
먼저, 판체형상의 베이스(51)상에 에칭가능한 물질(52)을 증착한다(S11).
그 다음, 상기 에칭가능한 물질(52)의 상부면에 곡면(미도시)을 연마하기 위한 피가공물(53)을 증착한다(S12).
상기한 바와 같이, 상기 에칭가능한 물질(52)에 피가공물(53)을 증착시킨 후 상기 피가공물(53)을 가공한다(S13).
이때, 상기 피가공물(53)은 밀링에 의해 상기 에칭가능한 물질(52) 상에서 가공한다(S13-1).
본 발명의 일 실시예에서는 상기 피가공물(53)이 밀링에 의해 가공되도록 이루어져 있으나, 기계적인 절삭가공에 의해 가공이 가능하다면 기타 다양한 가공장치 및 가공법에 의해 가공되는 것도 가능하고, 화학적인 에칭에 의해 가공되는 것도 가능하다.
이렇게 상기 피가공물(53)을 가공한 다음, 가공된 각 피가공물(53)의 상부에 일정한 곡률반경의 곡면을 연마하기 위한 곡면 연마공구(1)를 위치시킨다(S14).
이때, 상기 피가공물(53)에 연마하기 위한 곡률반경에 적합한 곡률반경의 곡면(31)을 갖는 곡면 연마공구(1)를 피가공물(53) 상에 위치시킨다(S14-1)
즉, 상기 피가공물(53)의 상부에 작업자가 요구하는 곡률반경의 곡면을 연마하기 적합하도록 일정한 곡률반경의 곡면(31)을 갖는 곡면 연마공구(1)를 위치시킨다.
여기서, 상기 피가공물(53)의 표면에 일정한 곡률반경의 곡면을 연마할 경우, 상기 각 피가공물(53)의 상부에 이에 대응되는 갯수의 곡면 연마공구(1)를 위치시켜 각 피가공물(53)의 표면에 동시에 곡면을 연마하는 것도 가능하고, 하나의 곡면 연마공구(1)가 이동하면서 각 피가공물(53)의 표면에 일정한 곡률반경의 곡면을 연마하는 것도 가능하다.
여기서, 상기 피가공물(53)의 표면에 큰 곡률반경의 곡면을 연마할 경우, 상기 피가공물(53) 상에 큰 곡률반경의 곡면(31)을 갖는 곡면 연마공구(1)를 위치시키고(S14-3), 상기 피가공물(53)의 표면에 작은 곡률반경의 곡면을 연마할 경우, 상기 피가공물(53) 상에 작은 곡률반경의 곡면(31)을 갖는 곡면 연마공구(1)를 위치시킨다(S14-4).
상기한 바와 같이, 상기 피가공물(53)에 연마할 곡면정도에 따라 곡률반경을 달리하는 곡면 연마공구(1)를 위치시킨 후 상기 곡면 연마공구(1)를 회전시킴과 동시에 곡면 연마공구(1)의 곡면(31)에 구비되는 자기유변유체(40)에 자기장을 인가하여 점성을 증가시킨다(S15).
이때, 상기 피가공물(53)의 표면에 큰 곡률반경의 곡면을 연마할 경우, 상기 곡면 연마공구(1)의 회전속도를 증가시키고(S15-1), 상기 피가공물(53)의 표면에 작은 곡률반경의 곡면을 연마할 경우, 상기 곡면 연마공구(1)의 회전속도를 감소시킨다(S15-2).
상기한 바와 같이, 상기 곡면 연마공구(1)의 회전속도를 가/감함으로써 피가공물(53)의 표면에 연마되는 곡면의 곡률반경을 조절할 수 있다.
여기서, 상기 자기유변유체(40)에 인가되는 자기장의 세기에 의해 피가공물(53)의 표면에 요구하는 곡률반경의 곡면을 연마할 수 있다.
즉, 상기 피가공물(53)의 표면에 큰 곡률반경의 곡면을 연마할 경우, 상기 자기유변유체(40)에 큰 자기장을 인가하고(S15-6), 상기 피가공물(53)의 표면에 작은 곡률반경의 곡면을 연마할 경우, 상기 자기유변유체(40)에 작은 자기장을 인가한다(S15-7).
이때, 상기 곡면(31)에 구비되는 자기유변유체(40)에 자기장을 인가할 경우, 상기 자기유변유체(40)의 입자들 사이에 자기력이 발생되어 입자들 사이에 체결력이 발생되므로 상기 곡면 연마공구(1)로 피가공물(53)에 곡면 연마 시 자기유변유체(40)에 인가되는 자기력을 조절하여 입자들 사이의 체결력을 제어하는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이, 상기 곡면 연마공구(1)를 회전시킴과 동시에 자기유변유체(40)에 자기장을 인가하여 피가공물(53)의 표면에 일정한 곡률반경을 갖는 곡면을 연마한다(S16).
이때, 상기 곡면 연마공구(1)의 곡면(31)에 구비되는 자기유변유체(40)는 곡면 연마공구(1)에서 피가공물(53)의 표면으로 이송되며, 이로 인해 피가공물(53)의 표면에 일정한 곡률반경의 곡면이 연마된다.
그 다음, 상기 피가공물(53)의 하부에 증착된 에칭가능한 물질(52)을 에칭하여 베이스(51)에서 피가공물(53)을 분리한다(S17).
이렇게 상기 피가공물(53)의 하부에 증착된 에칭가능한 물질(52)을 에칭함으로써 일정한 곡률반경의 곡면이 연마된 피가공물(53)을 베이스(51)에서 분리하여 곡면 연마공정을 완료한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의한 자기유변유체를 이용하는 곡면 연마공구(1)에 의해 피가공물(53)에 곡면 연마공정 시 곡면 연마공구(1)의 외주연에 형성되는 곡면(31)의 곡률반경을 달리 형성하여 피가공물(53)에 일정한 곡률반경의 곡면을 연마하였으나, 상기 곡면 연마공구(1)의 곡면(31)과 피가공물(53) 사이의 간극을 조절하여 피가공물(3)의 표면에 일정한 곡률반경의 곡면을 연마하는 것도 가능하다.
이하, 본 발명에 의한 본 발명에 의한 자기유변유체를 이용하는 곡면 연마공구(1)에 의한 곡면 연마방법의 다른 실시예를 도 11을 참조하여 설명한다.
먼저, 판체형상의 베이스(51)상에 에칭가능한 물질(52)을 증착한다(S21).
그 다음, 상기 에칭가능한 물질(52)의 상부면에 곡면(미도시)을 연마하기 위한 피가공물(53)을 증착한다(S22).
상기 에칭가능한 물질(52)에 피가공물(53)을 증착시킨 후 상기 피가공물(53)을 가공한다(S23). 이때, 상기 피가공물(53)은 밀링에 의해 가공한다.
이렇게 상기 피가공물(53)을 에칭한 다음, 에칭된 각 피가공물(53)의 상부에 일정한 곡률반경의 곡면을 연마하기 위한 곡면 연마공구(1)를 위치시킨다(S24).
상기한 바와 같이, 상기 피가공물(53)에 일정한 곡률반경의 곡면을 갖는 곡면 연마공구(1)를 위치시킨 후 상기 피가공물(53)의 표면과 곡면 연마공(1)의 곡면(31) 사이의 간극을 조절한다(S25).
이때, 상기 피가공물(53)의 표면에 큰 곡률반경의 곡면을 연마할 경우, 상기 피가공물(53)의 표면과 곡면 연마공구(1)의 곡면(31) 사이의 간극을 크게 하 고(S25-1), 상기 피가공물(53)의 표면에 작은 곡률반경의 곡면을 연마할 경우, 상기 피가공물(53)의 표면과 곡면 연마공구(1)의 곡면(31) 사이의 간극을 작게 한다(S25-2).
상기한 바와 같이, 상기 피가공물(53)에 연마할 곡면정도에 따라 피가공물(53)과 곡면 연마공구(1)의 곡면(31) 사이의 간극을 조절하면서 곡면 연마공구(1)를 위치시킨 후 상기 곡면 연마공구(1)를 회전시킴과 동시에 곡면 연마공구(1)의 곡면(31)에 구비되는 자기유변유체(40)에 자기장을 인가하여 점성을 증가시킨다(S26).
이때, 상기 곡면 연마공구(1)의 회전속도를 가감하여 피가공물(53)의 표면에 연마되는 곡면의 곡률반경을 조절하거나, 곡면 연마공구(1)의 곡면(31)에 구비되는 자기유변유체(40)의 자기장 세기를 제어하여 피가공물(53)의 표면에 연마되는 곡면의 곡률반경을 조절하는 것도 가능하다.
상기한 바와 같이, 상기 곡면 연마공구(1)를 회전시킴과 동시에 자기유변유체(40)에 자기장을 인가하여 피가공물(53)의 표면에 일정한 곡률반경을 갖는 곡면을 연마한다(S27).
그 다음, 상기 피가공물(53)의 하부에 증착된 에칭가능한 물질(52)을 에칭하여 일정한 곡률반경의 곡면이 연마된 피가공물(53)을 베이스(51)에서 분리하여(S28) 곡면 연마공정을 완료한다.
본 실시예에서는 상기 곡면 연마공구(1)의 곡면(31)과 피가공물(53) 표면 사 이의 간극을 조절하면서 곡면 연마공정을 수행하여 상기 피가공물(53)의 표면에 일정한 곡률반경을 갖는 곡면을 연마하였으나, 상기 곡면 연마공구(1)에 형성되는 곡면(31)의 곡률반경에 따라 곡면 연마공구(1)의 곡면(31)과 피가공물(53) 표면 사이의 간극을 조절하여 피가공물(53)의 표면에 일정한 곡률반경을 갖는 곡면을 연마하는 것도 가능하다.
또한, 상기 곡면 연마공구(1)의 곡면(31)과 피가공물(53) 표면 사이의 간극에 따라 곡면 연마공구(1)에 형성되는 곡면(31)의 곡률반경을 변경하여 피가공물(53)에 일정한 곡률반경을 갖는 곡면을 연마하는 것도 가능하다.
이때, 상기 곡면 연마공구(1)에 형성되는 곡면(31)의 곡률반경, 상기 곡면 연마공구(1)의 곡면(31)과 피가공물(53) 표면 사이의 간극, 상기 곡면 연마공구(1)에 형성되는 곡면(31)의 곡률반경에 따른 곡면 연마공구(1)의 곡면(31)과 피가공물(53) 표면 사이의 간극, 상기 곡면 연마공구(1)의 곡면(31)과 피가공물(53) 표면 사이의 간극에 따른 곡면 연마공구(1)에 형성되는 곡면(31)의 곡률반경 등의 조절은 피가공물(53)에 작업자가 요구하는 곡률반경을 갖는 곡면을 연마하기 위한 것으로서, 피가공물(53)의 표면에 연마하기 위한 곡면의 곡률반경에 따라 다양하게 조절 및 가변가능하다.
상기한 바와 같은 자기유변유체를 이용하는 곡면 연마공구에 의해 곡면 연마공정을 수행하였으며, 그 구체적인 실시예는 다음과 같다.
곡면 연마공구에 형성되는 곡면의 곡률반경(RT)을 34mm, 24mm, 14mm로 하고, 곡면 연마공구의 곡면과 피가공물 표면 사이의 최소간극(dg)를 2mm, 3mm, 4mm로 하여 연마공정을 수행한 후 연마된 피가공물의 곡률반경을 측정하였다.
여기서, 도 2를 참조하여 설명하면, x1은 피가공물의 곡률반경에 대한 공정변수이고, x2는 곡면 연마공구와 피가공물 사이의 간극에 대한 공정변수이다.
이때, 피가공물의 곡률반경을 일정한 값으로 수렴했을 경우에 대하여 피가공물의 곡률반경을 측정하였다.
[표 1]
Figure 112009003206756-pat00001
dg : 곡면 연마공구와 피가공물 사이의 최소간극,
RT : 곡면 연마공구의 외주연 곡률반경.
측정한 결과, 피가공물의 표면에 형성되는 곡면의 곡률반경은 [표 1]에서 나타내고 있는 바와 같다.
이렇게 실험한 결과값을 2차 회귀모델인 반응표면모델식으로 나타내었다.
Figure 112009003206756-pat00002
(1)
여기서, βi,(i = 0 ~ 5)는 최소제곱법으로 구하고, 그 과정은 다음과 같다.
x1,x2,x1 2,x2 2,x1,x2
Figure 112009003206756-pat00003
(2)
그리고,
Figure 112009003206756-pat00004
(3)
따라서, 구해진 계수들을 반응표면모델식에 넣어 정리하면,
yρω=
Figure 112009003206756-pat00005
(4)
와 같이 나타난다.
그리고, 곡면 연마공구에 형성되는 곡면의 곡률반경(RT)을 34mm, 24mm, 14mm로 하고, 곡면 연마공구의 곡면과 피가공물 사이의 최소간극(dg)를 2mm, 3mm, 4mm로 하여 연마공정을 수행한 후 연마된 피가공물의 곡률반경을 측정하였다.
여기서, x1은 피가공물의 곡률반경에 대한 공정변수이고, x2는 곡면 연마공구와 피가공물 사이의 간극에 대한 공정변수이다.
이때, 피가공물의 표면조도를 일정한 값으로 수렴했을 경우에 대하여 연마된 피가공물의 표면조도를 측정하였다.
[표 2]
Figure 112009003206756-pat00006
dg : 곡면 연마공구와 피가공물 사이의 최소간극,
RT : 곡면 연마공구의 외주연 곡률반경.
측정한 결과, 피가공물의 표면에 형성되는 표면조도는 [표 2]에서 나타내고 있는 바와 같다.
이렇게 실험한 결과값을 2차 회귀모델인 반응표면모델식으로 나타내었다.
Figure 112009003206756-pat00007
(5)
여기서, βi,(i = 0 ~ 5)는 최소제곱법으로 구하고, 그 과정은 다음과 같다.
x1,x2,x1 2,x2 2,x1,x2
Figure 112009003206756-pat00008
(6)
그리고,
Figure 112009003206756-pat00009
(7)
따라서, 구해진 계수들을 반응표면모델식에 넣어 정리하면,
yRa=
Figure 112009003206756-pat00010
(8)
와 같이 나타난다.
상기한 바와 같은 실험 결과를 분석한 결과, 도 12에 도시하고 있는 바와 같이, 입력변수들에 대한 반응변수, 즉 연마된 피가공물의 곡률반경은 3차원 공간상에 단조로운 형태의 반응표면으로 나타난다.
다시 말하면, 고정된 곡면 연마공구와 피가공물 사이의 최소간극(dg)에 대하여 표면조도(ρω)가 감소함에 따라 곡면 연마공구의 곡률반경(RT)이 감소하고, 고정된 곡면 연마공구의 곡률반경(RT)에 대하여 표면조도(ρω)가 증가함에 따라 곡면 연마공구와 피가공물 표면 사이의 최소간극(dg)이 증가함을 알 수 있다.
또한, 도 13에서 도시하고 있는 바와 같이, 연마된 피가공물의 표면조도의 경우, 곡면 연마공구의 곡률반경이 감소함에 따라 피가공물의 표면조도가 증가함을 알 수 있다.
이는 곡면 연마공구에 형성되는 곡면의 곡률반경이 감소할 경우, 자기유변유체가 지나갈 수 있는 채널의 크기가 줄어들기 때문에 피가공물에 강한 압력을 부가하기 때문임을 알 수 있다.
이로 인해, 곡면 연마공구의 곡률반경이 클수록 피가공물의 표면조도가 감소 하고, 곡면 연마공구의 곡률반경이 작을수록 피가공물의 표면조도가 증가함을 알 수 있다.
상기한 바와 같은 실험 결과로 인해 고정된 곡면 연마공구와 피가공물 표면 사이의 최소간극(dg)이 줄어들 경우, 피가공물에 연마되는 곡면의 곡률반경은 작아지지만, 피가공물의 표면조도(ρω)는 증가하고, 고정된 곡면 연마공구와 피가공물 표면 사이의 최소간극(dg)이 증가할 경우, 피가공물에 연마되는 곡면의 곡률반경은 커지지만, 피가공물의 표면조도(ρω)는 감소함을 알 수 있다.
또한, 상기 피가공물의 표면에 연마되는 곡면의 곡률반경은 곡면 연마공구와 피가공물 사이의 최소간극(dg)과 곡면 연마공구의 곡률반경(RT)에 따라 변화함을 알 수 있다.
이로 인해, 반응표면모델로 실험의 입력변수인 곡면 연마공구의 곡률반경(RT)과 곡면 연마공구와 피가공물 사이의 최소간극(dg)이 주어질 경우, 피가공물 표면의 곡률반경과 그 때의 피가공물 표면의 표면조도(ρω)를 알 수 있으며, 요구하는 피가공물 표면의 곡률반경에 따라 곡면 연마공구의 곡률반경(RT)과 곡면 연마공구와 피가공물 사이의 최소간극(dg)을 설정할 수 있으며, 요구하는 피가공물 표면의 표면조도(ρω)에 따라 곡면 연마공구의 곡률반경(RT)과 곡면 연마공구와 피가공 물 사이의 최소간극(dg)을 설정할 수 있다.
본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부 특허청구의 범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 자기유변유체를 이용하는 곡면 연마공구를 개략적으로 나타내는 사시도,
도 2는 본 발명에 의한 자기유변유체를 이용하는 곡면 연마공구에 연마가공을 위한 피가공물이 설치된 모습을 개략적으로 나타내는 사시도,
도 3은 본 발명에 의한 자기유변유체를 이용하는 곡면 연마공구에 연마가공을 위한 곡면이 피가공물이 설치된 모습을 개략적으로 나타내는 측면도,
도 4, 도 5, 도 6, 도 7, 도 8, 도 9는 본 발명에 의한 자기유변유체를 이용하는 곡면 연마공구에 의한 곡면 연마방법을 나타내는 단계도,
도 10은 본 발명에 의한 자기유변유체를 이용하는 곡면 연마공구에 의한 곡면 연마방법을 나타내는 흐름도,
도 11은 본 발명에 의한 자기유변유체를 이용하는 곡면 연마공구에 의한 곡면 연마방법의 다른 실시예를 나타내는 흐름도,
도 12는 본 발명에 의한 자기유변유체를 이용하는 곡면 연마공구에 의한 곡면 연마방법에 의해 연마된 피가공물의 곡률반경에 대한 반응표면모델을 나타내는 도면,
도 13은 본 발명에 의한 자기유변유체를 이용하는 곡면 연마공구에 의한 곡면 연마방법에 의해 연마된 피가공물의 표면조도에 대한 반응표현모델을 나타내는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 자기유변유체를 이용한 곡면 연마공구,
3 : 피가공물, 10 : 연마본체,
30 : 하우징, 31 : 곡면,
40 : 자기유변유체, 51 : 베이스,
52 : 에칭가능한 물질, 53 : 피가공물.

Claims (13)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 자기유변유체를 이용하는 곡면 연마공구(1)에 의한 곡면 연마방법에 있어서,
    베이스(51)상에 에칭가능한 물질(52)을 증착하는 단계(S11);
    상기 에칭가능한 물질(52) 상에 피가공물(53)을 증착하는 단계(S12);
    상기 피가공물(53)을 가공하는 단계(S13);
    상기 에칭된 피가공물(53)의 상부에 곡면 연마공구(1)를 위치시키는 단계(S14);
    상기 곡면 연마공구(1)를 회전시킴과 동시에 자기유변유체(40)에 자기장을 인가하는 단계(S15);
    상기 피가공물(53)의 표면에 일정한 곡률반경의 곡면을 연마하는 단계(S16); 및
    상기 에칭가능한 물질(52)을 에칭하여 베이스(51)에서 피가공물(53)을 분리하는 단계(S17);
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기유변유체를 이용하는 곡면 연마공구에 의한 곡면 연마방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 피가공물(53)을 밀링에 의해 가공하는 단계(S13-1);
    를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기유변유체를 이용하는 곡면 연마공구에 의한 곡면 연마방법.
  8. 삭제
  9. 제6항에 있어서,
    상기 피가공물(53)의 표면에 큰 곡률반경의 곡면을 연마할 경우, 상기 피가공물(53) 상에 큰 곡률반경의 곡면(31)을 갖는 곡면 연마공구(1)를 위치시키는 단계(S14-3); 및
    상기 피가공물(53)의 표면에 작은 곡률반경의 곡면을 연마할 경우, 상기 피가공물(53)상에 작은 곡률반경의 곡면(31)을 갖는 곡면 연마공구(1)를 위치시키는 단계(14-4);
    를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기유변유체를 이용하는 곡면 연마공구에 의한 곡면 연마방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 피가공물(53)의 표면에 큰 곡률반경의 곡면을 연마할 경우, 상기 곡면 연마공구(1)의 회전속도를 증가시키는 단계(S15-1); 및
    상기 피가공물(53)의 표면에 작은 곡률반경의 곡면을 연마할 경우, 상기 곡면 연마공구(1)의 회전속도를 감소시키는 단계(S15-2);
    를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기유변유체를 이용하는 곡 면 연마공구에 의한 곡면 연마방법.
  11. 제6항 있어서,
    상기 피가공물(53)의 표면에 큰 곡률반경의 곡면을 연마할 경우, 상기 자기유변유체(40)에 큰 자기장을 인가하는 단계(S15-6); 및
    상기 피가공물(53)의 표면에 작은 곡률반경의 곡면을 연마할 경우, 상기 자기유변유체(40)에 작은 자기장을 인가하는 단계(S15-7);
    를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기유변유체를 이용하는 곡면 연마공구에 의한 곡면 연마방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
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