KR101220409B1 - 절삭력 측정이 가능한 밀링머신 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가공대상물에 가해지는 절삭력을 정확하게 실시간으로 측정할 수 있도록 구조가 개선된 밀링머신에 관한 것이다. 본 발명에 따른 밀링머신은 프레임과, 상기 프레임에 회전가능하게 결합되며, 가공대상물에 접촉되어 상기 가공대상물을 절삭하는 절삭공구가 결합되는 스핀들과, 원환 형상으로 형성되며 상기 프레임과 상기 스핀들 사이에 배치되는 레일과, 상기 레일의 내부에 설치되며 상기 스핀들에 접촉되는 볼 베어링을 가지는 베어링 유닛과, 상기 베어링 유닛에 접촉되도록 결합되어, 상기 베어링 유닛을 통해 전달되는 진동을 측정하는 압전세라믹과, 상기 베어링 유닛에 접촉되도록 결합되며, 상기 베어링 유닛을 통해 전달되는 압력을 측정하는 로드셀을 포함한다.

Description

절삭력 측정이 가능한 밀링머신{Milling machine having dynamometer for measuring cutting force}

본 발명은 절삭력 측정이 가능한 밀링머신에 관한 것이다.

밀링머신을 이용하여 가공대상물을 가공할 때의 절삭력의 크기를 측정하는 것은 가공의 정밀성 및 효율성을 위하여 매우 중요한 작업이다. 이를 위하여, 다양한 방식으로 절삭력을 측정하기 위한 방안이 제시되었다.

먼저, 스트레인 게이지를 이용하여 절삭력을 측정하는 방식은 정적인 절삭력만을 측정할 수 있을 뿐, 동적인 절삭력 즉 공구의 진동을 측정할 수 없다는 한계가 있다.

그리고, 모터에 공급되는 전류를 이용하여 절삭력을 측정하는 방식은, 모터에 공급되는 전류를 통해 공구에 전달되는 절삭력을 추정하는 것에 불과하므로, 정확도가 떨어지는 문제점이 있다.

또한, 공구에 부착된 가속도계를 이용하여 절삭력을 측정하는 방식 역시, 공구의 진동을 통해 간접적으로 절삭력을 측정하는 것인바, 정확도가 떨어지는 문제점이 있다.

따라서, 공구와 가공대상물 사이에 발생되는 동적 진동과 정적 압력을 직접적으로 측정할 수 있는 새로운 밀링머신의 개발이 요구된다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 가공대상물에 가해지는 절삭력을 정확하게 실시간으로 측정할 수 있도록 구조가 개선된 밀링머신을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 밀링머신은 프레임과, 상기 프레임에 회전가능하게 결합되며, 가공대상물에 접촉되어 상기 가공대상물을 절삭하는 절삭공구가 결합되는 스핀들과, 원환 형상으로 형성되며 상기 프레임과 상기 스핀들 사이에 배치되는 레일과, 상기 레일의 내부에 설치되며 상기 스핀들에 접촉되는 볼 베어링을 가지는 베어링 유닛과, 상기 베어링 유닛에 접촉되도록 결합되어, 상기 베어링 유닛을 통해 전달되는 진동을 측정하는 압전세라믹과, 상기 베어링 유닛에 접촉되도록 결합되며, 상기 베어링 유닛을 통해 전달되는 압력을 측정하는 로드셀을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 상기 베어링 유닛은 상기 스핀들의 축 방향으로 서로 이격되도록 복수로 구비되며, 상기 압전세라믹은 원환 형상으로 형성되며, 상기 복수의 베어링 유닛 중 어느 하나의 베어링 유닛에 포함된 레일의 외주면에 결합되며, 상기 로드셀은 상기 복수의 베어링 유닛 중 다른 하나의 베어링 유닛에 포함된 레일의 외주면에 복수로 결합되는 것이 바람직하다.

상기한 구성의 본 발명에 따르면, 스핀들의 동적인 진동 및 정적인 압력이 압전세라믹 및 로드셀로 직접 전달되므로, 밀링머신의 절삭력을 실시간으로 정확하게 측정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 밀링머신의 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 밀링머신의 개략적인 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 밀링머신에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 밀링머신의 개략적인 단면도이며, 도 2는 도 1에 도시된 밀링머신의 개략적인 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 밀링머신(100)은 프레임과, 스핀들(20)과, 베어링 유닛과, 압전세라믹(60)과, 로드셀(70)을 포함한다.

프레임은 밀링머신의 각종 구성들이 결합되는 틀의 기능을 가지는 것으로, 이 프레임에는 중공의 원통 형상으로 형성된 바디부(10)가 마련되어 있다.

스핀들(20)은 일방향으로 길게 형성된 축 형상으로 형성되며, 프레임의 바디부(10)에 삽입된다. 이 스핀들(20)은 모터 및 액츄에이어에 연결되어 승강 및 회전가능하게 설치된다. 그리고, 스핀들의 단부에는 가공대상물에 접촉되어 가공대상물을 절삭하는 절삭공구(30)가 체결된다.

베어링 유닛은 스핀들을 회전가능한 상태로 지지하기 위한 것으로, 레일(40)과 볼 베어링(50)으로 구성된다. 레일(40)은 원환 형상으로 형성되며, 바디부(10)의 내주면에 결합되어 프레임과 스핀들(20) 사이에 배치된다. 볼 베어링(50)은 구 형상으로 형성되며, 레일의 내부에 복수로 설치된다. 이 볼 베어링(50)은 스핀들(20)의 외주면에 접촉되어 스핀들을 회전가능한 상태로 지지한다. 한편, 이 베어링 유닛은 스핀들의 축 방향을 따라 서로 이격되게 복수로 설치되는데, 본 실시예의 경우에는 3개의 베어링 유닛이 설치된다.

압전세라믹(60)은 원환 형상으로 형성되며, 3개의 베어링 유닛 중 상측에 설치된 베어링 유닛에 포함된 레일의 외주면에 결합된다. 여기서 압전세라믹은 압전 효과(Piezoelectric Effect)를 가지는 공지의 구성으로, 이 압전세라믹은 베어링 유닛을 통해 전달된 스핀들의 진동을 측정한다.

로드셀(70)은 3개의 베어링 유닛 중 가운데 설치된 베어링 유닛에 포함된 레일의 외주면에 결합된다. 이때, 로드셀은 이 레일의 둘레를 따라 서로 이격되도록 복수로 설치되는데, 본 실시예의 경우에는 4개의 로드셀이 설치된다. 그리고, 로드셀은 베어링 유닛을 통해 전달된 압력을 측정한다.

상술한 바와 같이 구성된 밀링머신에 있어서, 스핀들의 회전시 발생하는 진동 즉 동적인 진동은 볼 베어링을 통해 레일로 전달된 후 압전세라믹으로 전달되며, 압전세라믹에서 스핀들의 진동을 측정한다. 그리고, 절삭공구가 가공대상물을 절삭할 때의 정적인 압력은 스핀들을 통해 볼 베어링 및 레일로 전달된 후 로드셀에 전달되며, 로드셀에서 이 압력을 측정한다.

이에 관하여 보다 구체적으로 설명하면, 압전세라믹은 압력의 변화를 측정하여 아날로그 전압 신호를 나타내는 방식이며, 정적(즉, 지속적으로)으로 가해지는 압력의 값은 압전세라믹에서 반영되지 않는다. 따라서, 압전세라믹에서는 도 3의 (b)와 같은 형태의 데이터가 측정된다.

그리고, 로드셀은 정적으로 가해지는 압력을 측정하며, 로드셀 센서의 민감도 따라서 측정할 수 있는 압력의 변화폭이 정해지며, 민감도의 하한값에 미치지 못하는 압력변화는 로드셀에서 측정되지 않는다. 즉, 진동시의 압력 변화폭이 로드셀의 민감도 이하인 경우, 로드셀에서는 도 3의 (a)와 같은 형태의 데이터가 측정된다.

그리고, 이와 같이 압전세락믹과 로드셀에서 측정된 압력을 합하면, 도 3의 (c)와 같이 실제 절삭력의 크기가 정확하게 측정된다.

상술한 바와 같이, 본 실시예에 따르면 압전세라믹 및 로드셀에서 측정되는 스핀들의 동적인 진동과 정적인 압력을 이용하여, 밀링머신의 절삭력을 실시간으로 측정할 수 있다. 특히, 종래의 경우에는 전류나 가속도계를 이용하여 절삭력을 간접적으로 측정하였으나, 본 실시예의 경우에는 스핀들의 진동 및 압력이 베어링 유닛을 통해 압전세라믹 및 로드셀이 직접적으로 전달되므로, 실제로 가공대상물에 전달되는 절삭력을 정확하게 측정할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

예를 들어, 본 실시예의 경우에는 상측 레일에 압전세라믹이 결합되고, 가운데 레일에 로드셀이 결합되었으나, 이 위치는 서로 뒤바뀔 수 있다.

100...밀링머신 10...바디부
20...스핀들 30...절삭공구
40...레일 50...볼 베어링
60...압전세라믹 70...로드셀

Claims (2)

1. 프레임;
   상기 프레임에 회전가능하게 결합되며, 가공대상물에 접촉되어 상기 가공대상물을 절삭하는 절삭공구가 결합되는 스핀들;
   원환 형상으로 형성되며 상기 프레임과 상기 스핀들 사이에 배치되는 레일과, 상기 레일의 내부에 설치되며 상기 스핀들에 접촉되는 볼 베어링을 가지는 베어링 유닛;
   상기 베어링 유닛에 접촉되도록 결합되어, 상기 베어링 유닛을 통해 전달되는 진동을 측정하는 압전세라믹; 및
   상기 베어링 유닛에 접촉되도록 결합되며, 상기 베어링 유닛을 통해 전달되는 압력을 측정하는 로드셀;을 포함하며,
   상기 베어링 유닛은 상기 스핀들의 축 방향으로 서로 이격되도록 복수로 구비되며,
   상기 압전세라믹은 원환 형상으로 형성되며, 상기 복수의 베어링 유닛 중 어느 하나의 베어링 유닛에 포함된 레일의 외주면에 결합되며,
   상기 로드셀은 상기 복수의 베어링 유닛 중 다른 하나의 베어링 유닛에 포함된 레일의 외주면에 복수로 결합되는 것을 특징으로 하는 밀링머신.
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