KR101361485B1 - Electrochemical oxidation assisted mechanical machining apparatus and process - Google Patents

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이원균
장경인
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연세대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 고경도, 취성 재료의 가공장치 및 방법에 관한 것으로서, 고경도, 취성을 갖는 전도성 재료의 표면을 전기분해에 의한 전기화학적 산화작용에 의해 산화 및 유화시키고, 유화된 표면을 기계적으로 가공하도록 함으로써, 3차원 형상의 고경도, 취성 재료의 표면을 높은 정밀도로 효과적으로 가공할 수 있고, 또한 전기화학적 산화작용에 의한 재료의 가공 과정에서, 실시간으로 재료에 가해지는 가공력을 측정하여 임계 가공력을 넘지 않도록 툴의 Z축 방향 위치를 실시간으로 제어하면서 가공되도록 함으로써, 재료의 표면 형상에 관계없이 항상 일정한 깊이로 가공이 가능하고, 가공품질을 향상시킬 수 있는 전기화학적 산화를 이용한 고경도 전도성 재료의 기계적 가공장치 및 방법을 제공한다.The present invention relates to a high hardness, brittle material processing apparatus and method, wherein the surface of the conductive material having high hardness, brittleness is oxidized and emulsified by electrochemical oxidation by electrolysis, and the emulsified surface is mechanically processed. In this way, the surface of the hard and brittle material of the three-dimensional shape can be effectively processed with high precision, and the critical force is measured by measuring the processing force applied to the material in real time during the processing of the material by electrochemical oxidation. By controlling the Z-axis position of the tool in real time so as not to exceed the force, it can be processed at a constant depth regardless of the surface shape of the material, and high hardness conductivity using electrochemical oxidation that can improve processing quality Provided are mechanical processing apparatuses and methods of materials.

Description

전기화학적 산화를 이용한 고경도, 취성 재료의 기계적 가공장치 및 방법{Electrochemical oxidation assisted mechanical machining apparatus and process}Electrochemical oxidation assisted mechanical machining apparatus and process using electrochemical oxidation

본 발명은 고경도, 취성 재료를 기계적으로 가공하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기화학적 산화반응을 이용하여 3차원 형상의 고경도, 취성 재료를 높은 정밀도로 효과적으로 가공할 수 있는 전기화학적 산화를 이용한 고경도, 취성 재료의 기계적 가공장치 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an apparatus and a method for mechanically processing a high hardness, brittle material, and more particularly, it is possible to effectively process a high hardness, brittle material of three-dimensional shape with high precision by using an electrochemical oxidation reaction. It relates to a mechanical processing apparatus and method for high hardness, brittle materials using electrochemical oxidation.

일반적으로, 카메라나 의료기기의 렌즈 등 높은 정밀도가 요구되는 소형 유리 제품의 생산에는 기계적 가공과는 달리 그라인딩(grinding)이나 폴리싱(polishing) 공정을 거칠 필요가 없고 대량생산이 가능한 GMP(glass molding press) 공정이 널리 이용되고 있다. Generally, GMP (glass molding press) does not require grinding or polishing process, unlike mechanical processing, to produce small glass products that require high precision such as lenses of cameras or medical devices. ) Process is widely used.

GMP 공정은 일반 유리가 유화되는 온도인 약 500℃에서 진행되며, 몰딩을 위한 몰드의 재료로는 starvax, WC, Ni alloy 등이 이용되고 있다. 하지만 순도가 높고 열적, 광학적 특성이 다른 유리 재질에 비해 우수한 석영 유리는 1500℃도 이상의 온도가 요구되는데, 기존의 몰드 재료를 이용하면 고온에 의한 열 변형에 의해 제품의 품질이 떨어져 몰드로 사용할 수 없다. 따라서 GMP를 이용하여 석영유리 제품을 생산하기 위해 고온에서 안정한 재료로 제작된 몰드가 필요하다.The GMP process proceeds at about 500 ° C., which is the temperature at which general glass is emulsified, and starvax, WC, Ni alloy, etc. are used as a material for a mold for molding. However, quartz glass, which has higher purity and superior thermal and optical properties than other glass materials, requires a temperature of 1500 ° C or higher. If the existing mold material is used, the quality of the product may be reduced due to thermal deformation caused by high temperature. none. Therefore, in order to produce quartz glass products using GMP, a mold made of a material that is stable at high temperatures is required.

글래시 카본(Glassy Carbon)은 전기 전도성이 높고 화학적으로 안정하여 전기화학 제품 또는 실험용 전극으로 널리 이용되고 있는 재료이다. 또한 경도, 내마모성이 높고 2000℃ 이상의 작업온도(working temperature)를 갖고 있어 석영 유리의 몰드 재료로 적합하다. 하지만 몰드로 사용하기 위해서는 높은 정밀도의 3차원 형상 가공이 가능해야 하는데, 글래시 카본은 높은 경도를 가진 취성(脆性) 재료이기 때문에 일반적인 기계적 가공을 이용하여 가공하게 되면 표면에 크랙(crack)이 발생하여 표면의 품질을 떨어뜨리게 되므로 몰드로 사용하기에 부적합한 문제점이 있다.Glassy Carbon is a material that is widely used as an electrochemical product or an experimental electrode because of its high electrical conductivity and chemical stability. In addition, it has high hardness and abrasion resistance, and has a working temperature of 2000 ° C. or higher, which is suitable as a mold material for quartz glass. However, in order to use it as a mold, high-precision three-dimensional shape processing should be possible. Since glass carbon is a brittle material with high hardness, cracking occurs on the surface when processed using general mechanical processing. Since the quality of the surface is degraded, there is a problem that is not suitable for use as a mold.

한편, 글래시 카본과 같은 높은 경도를 가진 취성 재료는 상기와 같은 일반적인 기계가공 방법 이외에도 다이싱 소우(dicing saw), 레이저 어블레이션(laser ablation), 집속 이온빔(focused ion beam;FIB)을 이용한 특수 가공 방법을 사용하여 가공하기도 하는데, 그 이유는 일반적인 기계적 가공 공정을 이용할 경우 가공 시간이 오래 걸리고 툴(tool)의 수명이 짧은 단점이 있었기 때문이다. On the other hand, brittle materials with high hardness, such as glass carbon, are specially made using a dicing saw, laser ablation, and focused ion beam (FIB) in addition to the general machining methods described above. Machining may also be performed using a machining method, since the conventional mechanical machining process has a long processing time and a short tool life.

상기 특수 가공법 중에서, 다이싱 소우를 이용한 기계적 가공방법은 가공 방법이 단순하고 간편하지만 직선 형상의 가공만이 가능하므로 복잡한 3차원 형상의 가공은 불가능하다. 그리고, 레이저 어블레이션을 이용한 가공방법은 가공 속도가 빠르고 복잡한 형상의 가공이 가능하지만 레이저 빔의 형상에 의해 가공 형상에 제약이 있기 때문에 정확한 3차원 형상의 가공이 어렵다. 반면, 집속 이온빔을 이용한 가공방법은 높은 정밀도의 3차원 형상의 가공이 가능하지만 가공 가능한 형상의 스케일이 작고 가공 시간이 매우 오래 걸리는 단점이 있어서, 렌즈 몰드 등의 제품을 가공하는 데 적합하지 않은 문제가 있었다
Among the special processing methods, the mechanical processing method using a dicing saw is simple and simple, but only a straight line can be processed, so that a complicated three-dimensional shape cannot be processed. In addition, the processing method using laser ablation can process a complicated shape with a high processing speed, but since the processing shape is limited by the shape of the laser beam, it is difficult to process an accurate three-dimensional shape. On the other hand, the processing method using the focused ion beam is capable of processing high-precision three-dimensional shapes, but the scale of the processable shape is small and the processing time is very long, which is not suitable for processing products such as lens molds. There was

이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 글래시 카본(Glssy Carbon)과 같은 고경도, 취성을 갖는 전도성 재료를 전기화학적 산화작용에 의해 표면을 산화 및 유화시키고, 유화된 표면을 기계적으로 가공함으로써, 3차원 형상의 고경도, 취성 재료의 표면을 높은 정밀도로 효과적으로 가공할 수 있도록 하는 전기화학적 산화를 이용한 고경도, 취성 재료의 기계적 가공장치 및 방법을 제공하는 데에 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to oxidize and emulsify the surface by electrochemical oxidation of a conductive material having a high hardness, brittle, such as glass carbon (Glssy Carbon) And mechanically machine the emulsified surface, thereby providing a mechanical processing apparatus and method for high hardness, brittle material using electrochemical oxidation that can effectively process the surface of brittle material with high hardness in three-dimensional shape. It's there.

본 발명의 다른 목적은 전기화학적 산화작용에 의한 재료의 가공 과정에서, 실시간으로 재료에 가해지는 가공력을 측정하여 임계 가공력을 넘지 않도록 공작기계의 툴(tool)의 Z축방향 위치를 실시간으로 제어함으로써, 재료의 표면 형상에 관계없이 항상 일정한 깊이의 가공이 가능하고, 표면가공 품질을 향상시킬 수 있도록 하는 전기화학적 산화를 이용한 고경도 전도성 재료의 기계적 가공장치 및 방법을 제공하는 데에 있다.
Another object of the present invention is to measure the processing force applied to the material in real time during the processing of the material by the electrochemical oxidation, and to measure the Z-axis position of the tool of the machine tool in real time so as not to exceed the critical processing force. The present invention provides a mechanical processing apparatus and method for a high hardness conductive material using electrochemical oxidation, which enables processing of a constant depth at any time regardless of the surface shape of the material and improves the surface processing quality.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 고경도, 취성 재료를 가공하기 위한 기계적 가공방법에 있어서, 전해액 속에 잠긴 전극과 가공 대상물인 고경도, 취성 재료 사이에 전기장을 걸어 전기분해에 의한 전기화학적 산화작용에 의해 재료의 표면을 산화 및 유화시키면서, 유화된 재료의 표면을 툴(tool)을 이용하여 기계적으로 가공하는 것을 특징으로 한다.The present invention for solving the above technical problem, in the mechanical processing method for processing a high hardness, brittle material, by applying an electric field between the electrode immersed in the electrolyte and the high hardness, brittle material that is the object to be processed by electrolysis The surface of the emulsified material is mechanically processed using a tool while oxidizing and emulsifying the surface of the material by chemical oxidation.

여기서, 전기화학적 산화작용에 의한 재료의 가공 과정에서, 실시간으로 재료에 가해지는 가공력을 측정하여 임계 가공력을 넘지 않도록 툴의 Z축 방향 위치를 실시간으로 제어함으로써, 재료의 표면 형상에 관계없이 항상 일정한 깊이의 가공이 가능하도록 제어할 수 있다.Here, in the process of processing the material by electrochemical oxidation, the machining force applied to the material is measured in real time, and the Z-axis position of the tool is controlled in real time so as not to exceed the critical machining force, regardless of the surface shape of the material. It can be controlled so that a constant depth of machining is possible at all times.

또한, 전기화학적 산화작용에 의한 재료의 가공시, 시간의 경과에 따라 재료의 표면에 생성되는 산화막의 두께를 산출하여 툴의 진행속도를 제어함으로써, 툴이 재료와 직접 접촉되지 않고 재료 표면의 산화막만이 제거되도록 할 수 있다.In addition, during the processing of the material by electrochemical oxidation, the thickness of the oxide film formed on the surface of the material is calculated over time to control the traveling speed of the tool, so that the tool is not in direct contact with the material and the oxide film on the material surface is controlled. Only can be removed.

한편, 상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 고경도, 취성 재료를 가공하기 위한 기계적 가공장치에 있어서, 내부에 전해액이 수용되고, 상기 전해액 속에는 전극과 가공 대상물인 재료가 고정된 전해조; 상기 전해액 속의 전극과 재료 사이에 전원을 인가해주는 전원인가장치; 상기 재료와 연동하도록 X축 방향으로 직선이동 가능하게 설치되는 X축 스테이지; 상기 재료와 연동하도록 Y축 방향으로 직선이동 가능하게 설치되는 Y축 스테이지; 상기 재료를 가공하는 툴(tool)과 연동하도록 Z축 방향으로 직선이동 가능하게 설치되는 Z축 스테이지; 상기 X,Y,Z축 스테이지의 각각의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.On the other hand, the present invention for solving the above technical problem, in the mechanical processing apparatus for processing a high hardness, brittle material, the electrolyte is accommodated inside, the electrolyte in the electrolyte is fixed to the electrode and the material to be processed material; A power applying device for applying power between the electrode and the material in the electrolyte; An X-axis stage installed to be linearly movable in the X-axis direction so as to interlock with the material; A Y-axis stage installed to be linearly movable in the Y-axis direction so as to interlock with the material; A Z-axis stage installed to be linearly movable in the Z-axis direction so as to cooperate with a tool for processing the material; And a control unit for controlling driving of each of the X, Y, and Z axis stages.

여기서, 본 발명은 상기 툴에 의한 가공시 재료에 가해지는 가공력을 실시간으로 측정할 수 있는 다이나모미터(Dynamometer)가 설치되고, 상기 다이나모미터를 통해 측정된 가공력이 임계 가공력을 넘지 않도록 상기 제어부를 통해 툴의 Z축 방향 위치를 실시간으로 제어하도록 구성될 수 있다.Here, the present invention is provided with a dynamometer (Dynamometer) that can measure the processing force applied to the material during processing by the tool in real time, so that the processing force measured through the dynamometer does not exceed the critical processing force The control unit may be configured to control the Z-axis position of the tool in real time.

또한, 전기화학적 산화작용에 의한 재료의 가공시, 시간의 경과에 따라 재료의 표면에 생성되는 산화막의 두께를 산출하고 상기 제어부를 통해 각 스테이지의 속도를 제어함으로써 툴의 진행속도를 제어할 수 있도록 구성할 수도 있다.In addition, during the processing of the material by the electrochemical oxidation, the thickness of the oxide film formed on the surface of the material over time is calculated and the speed of each stage can be controlled by controlling the speed of the tool through the control unit. It can also be configured.

이때, 상기 전원인가장치로서, 상기 전해조 내에 설치된 재료와 전극 사이의 전류 전위를 일정하게 유지시켜 줄 수 있는 포텐쇼스텟(potentiostat)이 설치될 수 있다.In this case, as the power applying device, a potentiostat may be provided to maintain a constant current potential between the material and the electrode installed in the electrolytic cell.

한편, 상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 구성은, 고경도, 취성 재료를 가공하기 위한 기계적 가공장치에 있어서, 내부에 전해액이 수용되고, 상기 전해액 속에는 전극과 가공 대상물인 재료가 고정된 전해조; 상기 전해액 속의 전극과 재료 사이에 전원을 인가해주는 전원인가장치; 상기 재료를 이송하는 재료 이송수단; 상기 재료를 가공하기 위한 툴(tool)을 이송하는 툴 이송수단; 및 상기 재료 이송수단 및 툴 이송수단을 각각 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.On the other hand, another configuration of the present invention for solving the above technical problem, in a mechanical processing apparatus for processing a high hardness, brittle material, the electrolyte is contained therein, the electrolyte is a material that is the electrode and the object to be processed Fixed electrolyzer; A power applying device for applying power between the electrode and the material in the electrolyte; Material conveying means for conveying the material; Tool conveying means for conveying a tool for processing the material; And a control unit for controlling the material conveying means and the tool conveying means, respectively.

본 발명은 전해액 속의 가공재료와 대전극 사이에 전기장을 걸어 전기분해에 의한 전기화학적 산화작용에 의해 재료의 표면을 산화 및 유화시키고, 유화된 재료의 표면을 기계적으로 가공함으로써, 고경도, 취성을 갖는 3차원 형상의 전도성 재료를 높은 정밀도를 가지며 효과적으로 가공할 수 있다.The present invention oxidizes and emulsifies the surface of the material by electrochemical oxidation by electrolysis by applying an electric field between the processing material in the electrolyte and the counter electrode, and mechanically processes the surface of the emulsified material to provide high hardness and brittleness. The conductive material having a three-dimensional shape can be processed efficiently with high precision.

특히, 전기화학적 산화반응에 의한 재료의 가공 과정에서, 실시간으로 재료에 가해지는 가공력을 측정하여 임계 가공력을 넘지 않도록 가공 툴(tool)의 Z축방향 위치를 실시간으로 제어함으로써, 재료의 표면 형상에 관계없이 항상 일정한 깊이의 가공이 가능해지고, 이에 따라, 재료의 가공품질을 향상시킬 수 있다.In particular, during the processing of the material by the electrochemical oxidation reaction, by measuring the machining force applied to the material in real time to control the Z-axis position of the machining tool in real time so as not to exceed the critical machining force, the surface of the material Regardless of the shape, processing of a constant depth is always possible, thereby improving the processing quality of the material.

아울러, 상기와 같이 고경도, 취성 재료의 정밀 가공이 가능해짐에 따라, 금형 재료의 선택 폭이 넓어지게 되며 생산, 제조 분야에서 생산성 및 제품의 품질을 향상시키는 효과를 가져올 수 있다.
In addition, as the precision processing of the high hardness and brittle material is possible as described above, the selection range of the mold material is widened, and the effect of improving productivity and product quality in the production and manufacturing fields can be obtained.

도 1은 본 발명에 따른 전기화학적 산화를 이용한 고경도, 취성 재료의 기계적 가공장치의 전체 장치구성을 보여주는 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 전기화학적 산화작용에 의해 고경도, 취성 재료가 가공되는 과정을 설명하는 개념도.
도 3은 일반적인 기계가공과 본 발명의 전기화학적 산화에 의해 기계가공된 재료의 표면을 비교 도시한 사진.
도 4는 본 발명에 따른 전기화학적 산화를 이용한 기계적 가공의 피드백 제어를 설명하기 위한 제어회로.
도 5는 본 발명에 따른 피드백 제어에 의한 가공력의 변화 과정을 예시한 그래프.
도 6은 본 발명에 따른 툴에 의한 가공시 재료의 가공부위에서 나타나는 메커니즘을 설명하는 개념도.
도 7은 전기분해시 시간 경과에 따른 재료 표면의 산화막 두께의 변화량을 보여주는 그래프.
도 8은 본 발명의 전기화학적 산화작용을 통해 라인 가공된 결과를 보여주는 시뮬레이션도
도 9는 본 발명의 전기화학적 산화작용을 통해 채널 가공된 결과를 보여주는 시뮬레이션도.1 is a block diagram showing the overall configuration of a mechanical processing apparatus of a high hardness, brittle material using the electrochemical oxidation according to the present invention.
Figure 2 is a conceptual diagram illustrating a process of processing a high hardness, brittle material by the electrochemical oxidation according to the present invention.
Figure 3 is a photograph showing a comparison of the surface of the material machined by the general machining and electrochemical oxidation of the present invention.
4 is a control circuit for explaining the feedback control of the mechanical processing using the electrochemical oxidation according to the present invention.
5 is a graph illustrating a process of changing the processing force by the feedback control according to the present invention.
6 is a conceptual view illustrating a mechanism appearing at the processing site of the material during processing by the tool according to the present invention.
7 is a graph showing the amount of change in the oxide film thickness of the material surface over time during electrolysis.
Figure 8 is a simulation showing the results of the line processing through the electrochemical oxidation of the present invention
Figure 9 is a simulation showing the results of the channel processing through the electrochemical oxidation of the present invention.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 전기화학적 산화를 이용한 고경도,취성 재료의 기계적 가공장치의 전체 구성을 도시한 구성도이다.1 is a block diagram showing the overall configuration of a mechanical processing apparatus of high hardness, brittle material using the electrochemical oxidation according to the present invention.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 전기화학적 산화를 이용한 고경도, 취성 재료의 기계적 가공장치(100)는, 내부에 전해액(101)이 수용되며 가공 대상물인 가공재료(102)와 대전극(104)이 설치되는 전해조(110)와, 상기 전해액(101) 속의 대전극(104)과 가공재료(102) 사이에 전원을 인가해주는 전원인가장치(112)와, 상기 가공재료(102)와 연동하도록 X축 방향으로 직선이동 가능하게 설치되는 X축 스테이지(130)와, 상기 가공재료(102)와 연동하도록 Y축 방향으로 직선이동 가능하게 설치되는 Y축 스테이지(120)와, 상기 가공재료(102)를 가공하는 툴(tool)(150)과 연동하도록 Z축 방향으로 직선이동 가능하게 설치되는 Z축 스테이지(140)와, 상기 X,Y,Z축 스테이지(130)(120)(140)를 각각 구동하여 직선 이송시키는 구동부(170)와, 상기 구동부(170)를 제어하는 제어부(160)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 1, the mechanical processing apparatus 100 of a hard, brittle material using the electrochemical oxidation according to the present invention has an electrolyte 101 contained therein and is charged with a processing material 102 that is an object to be processed. An electrolyzer 110 in which the pole 104 is installed, a power applying device 112 for applying power between the counter electrode 104 and the processing material 102 in the electrolyte 101, and the processing material 102. The X-axis stage 130 is installed to be linearly movable in the X-axis direction to interlock with the Y-axis stage 120 is installed to be linearly movable in the Y-axis direction to interlock with the processing material 102, and the processing Z-axis stage 140 and the X, Y, Z-axis stages 130, 120 (installed to be linearly movable in the Z-axis direction so as to cooperate with a tool 150 for processing the material 102) ( A driving unit 170 driving each of the lines 140 to linearly transfer, and a control unit 160 controlling the driving unit 170. It is open configuration.

가공 대상물인 가공재료(102)는 고경도, 취성(脆性)을 갖는 전도성 재료로서, 본 실시 예에서는 높은 전기 전도성과 화학적으로 안정성을 갖는 글래시 카본(Glssy Carbon)을 채택하고 있다. 이러한 글래시 카본은 경도와, 내마모성이 높고 높은 작업온도를 갖기 때문에 석영 유리의 몰드 재료로 적합한 재료이다. The processing material 102 to be processed is a conductive material having high hardness and brittleness. In the present embodiment, glass carbon having high electrical conductivity and chemical stability is adopted. Such glass carbon is a material suitable for the mold material of quartz glass because of its hardness, high wear resistance and high working temperature.

상기 전해조(110)는 가공재료(102)가 가공되는 영역으로서, 전해조(110) 내부에는 전기분해를 가능케 하는 전해질 용액인 전해액(101)이 일정 높이로 채워진다.The electrolytic cell 110 is a region in which the processing material 102 is processed, and the electrolytic solution 101, which is an electrolyte solution that enables electrolysis, is filled to a predetermined height in the electrolytic cell 110.

상기 전해액(101)으로 채워진 전해조(110)의 바닥부에는 가공 대상물인 가공재료(102)가 고정되고, 상기 가공재료(102)와 일정 거리 떨어진 위치에는 대전극(counter electrode)(104)과 기준전극(reference electrode)(105)이 설치된다. The processing material 102, which is an object to be processed, is fixed to the bottom of the electrolytic cell 110 filled with the electrolyte 101, and the counter electrode 104 and the reference electrode are positioned at a predetermined distance from the processing material 102. A reference electrode 105 is provided.

상기 전해액(101)으로는 1몰(M)의 수산화 나트륨(NaOH)이 사용되며, 가공재료(102)의 상대전극으로 사용되는 대전극(104)은 백금(Pt) 전극이 사용된다. 이때, 상기 전해액(101)은 필요에 따라 KOH 수용액 등 다양한 성분을 갖는 전해질 용액이 사용될 수 있다.1 mol (M) of sodium hydroxide (NaOH) is used as the electrolyte 101, and a counter electrode 104 used as a counter electrode of the processing material 102 is a platinum (Pt) electrode. In this case, an electrolyte solution having various components such as KOH aqueous solution may be used as the electrolyte 101.

상기 전원인가장치는 가공재료(102)와 대전극(104) 및 기준전극(105)과 연결되며, 전해액(101)을 매질로 하는 전기분해시 가공재료(102)에는 (+) 전압이 인가되고, 대전극(104)에는 (-) 전압이 인가된다.The power supply device is connected to the processing material 102, the counter electrode 104 and the reference electrode 105, and a positive voltage is applied to the processing material 102 during electrolysis using the electrolyte 101 as a medium. , A negative voltage is applied to the counter electrode 104.

상기 전원인가장치로는 전해액(101) 속의 가공재료(102)와 대전극(104) 사이의 전류 전위를 일정하게 유지시켜 줄 수 있는 포텐쇼스텟(potentiostat)(112)이 적용될 수 있다.As the power applying device, a potentiostat 112 capable of maintaining a constant current potential between the processing material 102 and the counter electrode 104 in the electrolyte 101 may be applied.

한편, 본 발명에는 툴(150)에 의한 재료의 가공시 가공재료(102)에 가해지는 가공력(cutting force)을 실시간으로 측정할 수 있는 다이나모미터(Dynamometer)(114)가 설치된다. On the other hand, the present invention is provided with a dynamometer (114) that can measure in real time the cutting force (cutting force) applied to the processing material 102 during the processing of the material by the tool 150.

상기 다이나모미터(114)는 전해조(110)의 하부에 설치되어 제어부(160)와 전기적으로 연결된 구성을 가지며, 툴(150)에 의한 재료의 가공과정에서 다이나모미터(114)를 통해 실시간으로 측정된 가공력은 제어부(160)로 전송 입력된다. The dynamometer 114 is installed in the lower portion of the electrolytic cell 110 has a configuration electrically connected to the control unit 160, measured in real time through the dynamometer 114 during the processing of the material by the tool 150 The processing force is transmitted to the control unit 160.

이때, 제어부(160)에서는 다이나모미터(114)를 통해 측정된 가공력을 기설정된 임계 가공력(목표 가공력)과 비교하고, 측정된 가공력이 임계 가공력을 넘지 않도록 Z축 스테이지(140)를 제어함으로써, 툴(150)의 Z축 방향 위치를 실시간으로 제어한다.At this time, the controller 160 compares the machining force measured through the dynamometer 114 with a predetermined critical machining force (target machining force), and the Z axis stage 140 so that the measured machining force does not exceed the critical machining force. By controlling, the Z-axis position of the tool 150 is controlled in real time.

즉, 다이나모미터(114)를 통해 측정된 가공력이 임계 가공력을 넘어갈 경우 Z축 스테이지(140)를 위로 이동시켜 가공력을 줄이고, 반대로, 임계 가공력보다 작아질 경우 Z축을 아래로 이동시켜 가공력을 높이도록 제어할 수 있다. That is, when the machining force measured through the dynamometer 114 exceeds the critical machining force, the Z-axis stage 140 is moved upward to reduce the machining force. On the contrary, when the machining force is smaller than the critical machining force, the Z axis is moved downward. It can be controlled to increase the processing force.

X축 스테이지(130), Y축 스테이지(120), 및 Z축 스테이지(140)는 각각 구동부(170)와 연결되어 상기 구동부(170)에서 전송되는 제어신호에 의해 각각 X,Y,Z축 방향으로 직선이동되며, 가공재료(102) 및 툴(150)을 이송하게 된다.The X-axis stage 130, the Y-axis stage 120, and the Z-axis stage 140 are connected to the driving unit 170, respectively, in the X-, Y-, and Z-axis directions by control signals transmitted from the driving unit 170, respectively. Is linearly moved, and the processing material 102 and the tool 150 are transferred.

Z축 스테이지(140)에는 재료의 가공을 위한 툴(150)이 장착됨과 아울러 상기 구동부(170)로부터 전송되는 제어신호에 따라 상기 툴(150)을 일정속도로 회전시켜 주는 스핀들 모듈(141)이 설치된다.The Z-axis stage 140 is equipped with a tool 150 for processing materials, and a spindle module 141 for rotating the tool 150 at a constant speed according to a control signal transmitted from the driving unit 170. Is installed.

스핀들 모듈(141)은 구동부(170)와 연결된 서보모터(142)와, 상기 서보모터(142)의 회전력을 전달받아 하단부에 장착된 툴(150)을 회전시키는 스핀들(143)로 구성된다. The spindle module 141 includes a servo motor 142 connected to the driving unit 170, and a spindle 143 for rotating the tool 150 mounted on the lower end by receiving the rotational force of the servo motor 142.

서보모터(142)는 구동부(170)에서 전송되는 제어신호에 의해 구동이 제어되며, 상기 구동부(170)는 제어부(160)와 연결되어 상기 제어부(160)를 통해 제어되도록 구성된다. The servo motor 142 is controlled to be driven by a control signal transmitted from the driving unit 170, and the driving unit 170 is connected to the control unit 160 to be controlled through the control unit 160.

따라서, 툴(150)에 의한 재료의 가공시 가공재료(102)가 X축 및 Y축 스테이지(130)(120)의 구동에 의해 X축 및 Y축 방향으로 직선 이송되면서, Z축 방향으로 직선 이동되는 툴(150)에 의해 재료의 3차원 표면 가공이 수행된다.Therefore, while processing the material by the tool 150, the processing material 102 is linearly transferred in the X-axis and Y-axis directions by the driving of the X-axis and the Y-axis stages 130, 120, while the straight-line in the Z-axis direction Three-dimensional surface machining of the material is performed by the tool 150 being moved.

한편, 도 2는 본 발명에 따른 전기화학적 산화를 이용한 가공재료의 가공과정을 개략적으로 보여주는 개념도이다.On the other hand, Figure 2 is a conceptual diagram schematically showing the processing of the processing material using the electrochemical oxidation according to the present invention.

도 2에 도시한 바와 같이, 전해질 용액인 전해액(101) 내부에서 전원인가장치를 통해 가공재료(102)에 (+)전압을 인가하고 백금(Pt)으로 이루어진 대전극(104)에 (-)전압을 인가하게 되면, 전기분해에 의해 (-)극인 대전극(104)에서는 (+)이온이 환원되고, (+)극인 가공재료(102)의 표면에서는 (-)이온이 산화되어 가공재료(102)에 산화막(A,B)이 생성된다. 이렇게 생성된 산화막(A,B)은 가공재료(102)보다 경도가 낮으면서 두께가 20nm이하로 얇은 무른 부분을 형성하기 때문에 기계적 접촉에 의해 쉽게 제거될 수 있다. As shown in FIG. 2, a positive voltage is applied to the processing material 102 through a power supply device inside the electrolyte 101 which is an electrolyte solution, and is applied to the counter electrode 104 made of platinum (Pt). When a voltage is applied, (+) ions are reduced at the counter electrode 104 which is a (-) pole by electrolysis, and (-) ions are oxidized at the surface of the workpiece (102) that is a (+) pole to form a workpiece ( Oxide films A and B are formed in 102. The oxide films A and B thus formed can be easily removed by mechanical contact because they form a soft portion having a lower hardness than the processing material 102 and a thickness of 20 nm or less.

이와 같이, 전기분해에 의한 전기화학적 산화작용에 의해 가공재료(102)의 표면에 유화된 표면층, 즉, 산화막(A,B)을 형성하고, 상기 유화된 표면을 툴(150)이 밀고 지나가면서 제거하는 과정을 통해 고경도, 취성을 갖는 가공재료(102)의 표면을 손쉽게 기계적으로 가공할 수 있게 된다. As such, the surface layer emulsified on the surface of the processing material 102, that is, the oxide films A and B is formed by electrochemical oxidation by electrolysis, and the tool 150 pushes through the emulsified surface. Through the removal process, the surface of the processing material 102 having high hardness and brittleness can be easily mechanically processed.

이때, 상기 툴(150)이 밀고 지나간 가공재료(102)의 표면에는 다시 산화반응이 이루어져 또 다른 산화막(B)이 생성하게 되며, 이렇게 산화막(A,B)의 생성 - 제거 - 재생성 과정이 반복되어 재료의 가공이 진행된다. At this time, the tool 150 is pushed through the surface of the processing material 102 is oxidized again to produce another oxide film (B), thus generating, removing and regenerating the oxide film (A, B) is repeated Processing of the material proceeds.

한편, 전기분해를 통해 가공재료(102)의 표면에 생성된 산화막(A,B)은 기계적으로 쉽게 제거될 수 있는 영역으로 작용하는 동시에 재료의 표면을 보호하는 보호막처럼 작용하게 된다. On the other hand, the oxide film (A, B) generated on the surface of the processing material 102 through electrolysis acts as a region that can be easily removed mechanically, and also acts as a protective film to protect the surface of the material.

이와 같이, 보호막처럼 작용하는 산화막의 완충효과로 인해 재료의 표면에 크랙(crack)을 발생시키게 되는 임계 가공력이 더 커지는 효과를 얻을 수 있다. In this manner, the critical processing force that causes cracks on the surface of the material is increased due to the buffering effect of the oxide film acting as a protective film.

즉, 재료가 원래 가지는 임계 가공력보다 큰 힘이 재료에 가해질 경우에도 산화막에 의한 완충효과로 인해 재료가 잘 깨지지 않아서 크랙이 쉽게 발생하지 않는 가공이 가능하게 된다.That is, even when a force greater than the critical processing force originally possessed by the material is applied to the material, the material is not easily broken due to the buffering effect of the oxide film, so that the processing is not easily generated.

도 3은 고경도, 취성 재료를 본 발명의 전기화학적 산화반응을 이용하여 가공된 표면과 일반 밀링가공을 이용하여 가공된 표면을 비교 도시한 사진이다.Figure 3 is a photograph showing a comparison of the surface treated with a high hardness, brittle material using the electrochemical oxidation reaction of the present invention and the general milling process.

도 3의 (a)와 같이, 일반적인 밀링가공에 의해 가공된 재료의 표면에는 크랙(crack)이 발생되어 전반적으로 거친 표면형상을 이루고 있는 것을 볼 수 있고, 도 3의 (b)에 나타난 바와 같이, 본 발명의 전기화학적 산화를 이용하여 가공된 표면은 재료의 표면이 대체로 고르고 평탄하게 유지된 가공면을 형성한 것을 확인할 수 있다.As shown in (a) of FIG. 3, cracks are generated on the surface of the material processed by a general milling process to form an overall rough surface shape, as shown in (b) of FIG. 3. It can be seen that the surface processed using the electrochemical oxidation of the present invention forms a processed surface in which the surface of the material is substantially even and flat.

한편, 도 4는 본 발명에 따른 전기화학적 산화를 이용한 기계적 가공장치의 피드백 제어(feedback control) 과정을 보여주는 제어회로이고, 도 5는 피드백 제어에 의한 가공력 변화 과정을 보여주는 그래프이다.On the other hand, Figure 4 is a control circuit showing a feedback control (feedback control) process of the mechanical processing apparatus using the electrochemical oxidation according to the present invention, Figure 5 is a graph showing a process of changing the processing force by the feedback control.

도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 전기화학적 산화를 이용한 기계적 가공장치는 툴(150)에 의한 가공재료(102)의 가공과정에서, 가공재료(102)에 가해지는 가공력(cutting force)을 다이나모미터(114)를 통해 실시간으로 측정하여 임계 가공력(표면에 크랙이 발생하는 가공력)과 비교하고, 측정된 가공력이 임계 가공력을 넘지 않도록 Z축 스테이지(140)의 위치를 실시간으로 피드백 제어함으로써, 재료의 표면에 크랙의 발생 없이 항상 일정한 깊이로 가공할 수 있다.As shown in FIG. 4, the mechanical processing apparatus using the electrochemical oxidation according to the present invention has a cutting force applied to the processing material 102 during the processing of the processing material 102 by the tool 150. ) Is measured in real time through the dynamometer 114 and compared with the critical machining force (the machining force that cracks on the surface), and the position of the Z-axis stage 140 so that the measured machining force does not exceed the critical machining force. By real-time feedback control, the surface of the material can always be machined to a constant depth without cracking.

도 5는 본 발명의 피드백 제어를 통해 시간의 경과에 따라 가공력이 변화되는 상태를 보여주는 그래프로서, (a)구간은 가공재료의 표면에 생성된 산화막만이 가공되는 구간이고, (b)구간은 툴이 산화막과 가공재료에 동시에 접촉하면서 가공되는 구간으로서 가공력이 증가된 상태를 보여준다. 그리고, (c) 및 (d)구간은 피드백 제어를 통해 재료에 가해지는 가공력이 점차 감소되어 다시 정상(normal) 상태의 가공력으로 복귀시키게 된다. 이와 같이, 본 발명은 다이나모미터(114)를 이용하여 실시간으로 재료에 가해지는 가공력을 측정하여 피드백 제어에 의해 툴(150)의 Z축 방향 위치를 실시간 제어하여 임계 가공력 이하의 가공상태를 유지하도록 함으로써, 재료의 표면에 크랙을 발생시키지 않고 항상 일정한 깊이로 가공할 수 있다.5 is a graph showing a state in which the processing force is changed over time through the feedback control of the present invention, (a) section is a section in which only the oxide film generated on the surface of the processing material is processed, (b) section Shows the state in which the processing force is increased as the tool is processed while simultaneously contacting the oxide film and the processing material. In the sections (c) and (d), the processing force applied to the material through the feedback control is gradually reduced to return to the normal processing force. As described above, the present invention measures the machining force applied to the material in real time using the dynamometer 114, and controls the Z-axis position of the tool 150 in real time by feedback control to process the machining state below the critical machining force. By holding it, it can always be processed to a constant depth without generating a crack in the surface of a material.

한편, 고경도의 취성 재료 가공시 표면에 크랙이 발생하지 않도록 하기 위한 또 하나의 방법으로서, 전기화학적 산화반응에 의해 가공재료의 표면에 산화막이 생성되는 속도를 이론적으로 모델링(modeling)하여 가공 시 툴의 진행 속도를 조절하여 가공하는 것이다. On the other hand, as another method for preventing cracks on the surface during the processing of brittle materials of high hardness, when processing by theoretically modeling the rate at which the oxide film is formed on the surface of the workpiece by the electrochemical oxidation reaction To control the speed of the tool to process.

도 6은 본 발명의 전기화학적 산화반응을 통해 산화막이 생성된 가공재료의 표면이 툴에 의해 가공되는 가공 메커니즘을 도식적으로 보여주는 것으로서, 도 6에서 보는 바와 같이, 산화막(A)이 생성된 가공재료(102)의 표면을 툴(150)이 밀고 지나가면서 가공하게 되는 경우, 툴(150)에 의해 가공된 부분에는 시간의 경과에 따라 다시 또 다른 산화막(B)이 계속해서 생성된다. 이때, 새롭게 생성되는 산화막(A,B)의 두께(thickness)가 툴(150)의 날당 이송량(Feed per tooth) 보다 크게 되면, 가공시 툴(150)이 가공재료(102)와 직접 접촉되지 않고 재료 표면의 산화막(A,B)만 제거되도록 할 수 있다.FIG. 6 schematically shows a processing mechanism in which the surface of the processed material on which the oxide film is formed through the electrochemical oxidation reaction of the present invention is processed by a tool. As shown in FIG. 6, the processed material on which the oxide film A is generated. When the tool 150 pushes and passes the surface of 102, another oxide film B is continuously generated in the part processed by the tool 150 again with time. At this time, when the thickness of the newly formed oxide films A and B is larger than the feed per tooth of the tool 150, the tool 150 does not directly contact the processing material 102 during processing. Only the oxide films A and B on the material surface can be removed.

도 7은 전기분해를 통한 전기화학적 산화작용시 시간의 경과에 따라 가공재료의 표면에 생성되는 산화막의 두께를 나타낸 그래프로, 그래프에서 볼 수 있듯이, 가공재료(102)의 전기분해시 일정시간이 지난 시점에서 산화막이 일정 두께로 형성되는 것을 확인할 수 있다. 7 is a graph showing the thickness of the oxide film formed on the surface of the workpiece as time passes during electrochemical oxidation through electrolysis. As can be seen from the graph, a predetermined time during electrolysis of the workpiece 102 is shown. At this point, it can be seen that the oxide film is formed to have a predetermined thickness.

이때, 가공재료(102)의 표면에 생성되는 산화막 두께(Thickness)는 다음과 같은 식으로 표현된다.At this time, the oxide film thickness (Thickness) generated on the surface of the processing material 102 is expressed by the following equation.

Figure 112011105561015-pat00001
Figure 112011105561015-pat00001

여기서, Vpp 는 인가전압, pH는 전해액의 농도, I는 인가전류, t는 시간을 말한다.Where V pp Is the applied voltage, pH is the concentration of the electrolyte, I is the applied current, and t is the time.

이와 같이 전기분해에 따른 전기화학적 산화작용시 시간의 경과에 따른 산화막의 생성 두께를 산출하게 되면, 각 스테이지를 통해 툴(150)의 진행속도(feed rate)를 조절하여 툴(150)이 재료와 직접 접촉하지 않고 산화막만 제거하도록 가공할 수 있기 때문에 재료 표면에 크랙이 발생되는 현상을 원천적으로 차단할 수 있다.As such, when the thickness of the oxide film is calculated over time during the electrochemical oxidation by the electrolysis, the tool 150 controls the feed rate of the tool 150 through each stage. Because it can be processed to remove only the oxide film without direct contact, it is possible to fundamentally prevent the occurrence of cracks on the material surface.

따라서, 상기와 같은 방법을 사용하여 재료를 가공하게 되면, 전술된 가공방법에서처럼 재료에 가해지는 가공력 측정을 위한 별도의 센서(다이나모미터)를 설치할 필요가 없기 때문에 공정에 보다 쉽게 적용 가능한 장점이 있다.Therefore, when the material is processed by the above method, it is not necessary to install a separate sensor (dynamometer) for measuring the processing force applied to the material as in the above-described processing method, which is more easily applicable to the process. have.

도 8 및 도 9는 본 발명의 전기화학적 산화를 이용한 가공방법을 통해 가공된 결과물을 보여주는 사진으로서, 도 8은 재료의 표면에 라인(line) 형상의 가공이 수행된 결과이고, 도 9는 채널(channel) 형상의 가공이 수행된 결과를 보여준다.8 and 9 are photographs showing the result of processing through the processing method using the electrochemical oxidation of the present invention, Figure 8 is the result of the processing of the line (line) shape on the surface of the material, Figure 9 is a channel Shows the results of machining the (channel) shape.

먼저, 도 8은 툴(150)에 의한 재료 표면의 라인(line) 가공시 툴(150)의 이동거리가 350㎛ 되는 시점부터 300㎛ 구간 동안에 1V의 과전압을 인가하여 가공한 것으로서, (a),(b),(c)는 각각, 1N, 1.5N, 2N의 가공력이 가해졌을 경우의 결과를 보여준다. First, FIG. 8 illustrates a process of applying an overvoltage of 1 V during a 300 μm section from the time when the moving distance of the tool 150 becomes 350 μm during the line machining of the material surface by the tool 150. , (b) and (c) show the results when 1N, 1.5N and 2N of machining force were applied, respectively.

위의 시뮬레이션 결과를 통해 알 수 있듯이, 재료 표면의 라인 가공에서 전압이 인가되지 않은 상태의 양쪽 사이드 부분보다 전압이 인가된 상태에서 가공이 이루어진 중앙부분이 더 깊은 깊이로 고르고 평탄하게 가공된 것을 볼 수 있고, 아울러, 재료에 가해지는 가공력이 클수록 더 깊은 깊이로 가공된 것을 확인할 수 있다.As can be seen from the simulation results above, in the line processing of the material surface, the center part where the machining was applied with the voltage applied was deeper and evenly processed at a deeper depth than the both side parts where no voltage was applied. In addition, it can be seen that the greater the processing force applied to the material, the deeper the processed.

또한, 도 9는 툴(150)을 이용하여 재료 표면에 채널(channel) 형상을 가공한 결과를 나타낸 것으로서, 1N의 동일한 가공력 조건 하에서, 과전압(overvoltage)이 가해지지 않은 경우와, 과전압이 가해졌을 경우의 결과를 비교 도시한 것이다.9 shows the result of processing a channel shape on the surface of the material using the tool 150. Under the same processing force of 1N, overvoltage is not applied and overvoltage is applied. It shows the result when it loses.

여기서, 도 9의 왼쪽 하단에 표시된 툴의 경로(tool path)에서 보는 것과 같이 툴이 채널(chanel)의 입구부터 출구까지 진행했다가 다시 처음 시작시점으로 복귀한 것을 1회 반복(1 iterration) 가공으로 가정하였다.Here, as shown in the tool path shown in the lower left of FIG. 9, the tool proceeds from the inlet to the outlet of the channel and then returns to the initial starting point. Assumed.

먼저, 도 9의 (a),(b)는 전기화학적 산화작용 없이 가공재료를 기존의 가공방법(밀링가공)으로 가공한 결과를 보여주는 것으로서, (a)는 3회 반복, (b)는 5회 반복하여 가공한 결과이다. 이때, (a),(b)에서 좌측 및 우측은 가공된 채널에 색상을 적용하지 않고 표현한 경우와 채널에 색상을 적용한 경우를 나타낸다. 위의 시뮬레이션 결과를 통해 확인할 수 있듯이, 전기분해에 의한 산화막 형성 없이 일반 밀링가공에 의해 가공된 채널은 바닥면의 일부분에 크랙(crack)이 발생되어 과도하게 파인 부분이 존재함으로써 바닥면 전체가 고르지 못한 평탄면을 갖는 것을 볼 수 있다. First, (a) and (b) of FIG. 9 show a result of processing a processed material by a conventional processing method (milling processing) without electrochemical oxidation, (a) is repeated three times, and (b) is 5 It is the result of processing repeatedly. In this case, the left and right sides in (a) and (b) represent the case where the color is applied to the processed channel and the case where the color is applied to the channel. As can be seen from the simulation results, the channel processed by the general milling process without the formation of an oxide film by electrolysis is cracked in a part of the bottom surface, and an excessively dug part is present, resulting in an uneven bottom surface. It can be seen that it has a poor flat surface.

한편, 도 9의 (c),(d)는 1V의 전압을 인가하여 전기화학적 산화작용에 의해 재료의 표면이 유화된 상태에서 가공한 결과를 보여주는 것으로서, (c)는 3회 반복, (d)는 5회 반복하여 가공한 결과이다. 실험결과를 통해 확인할 수 있듯이, 전기화학적 산화작용을 이용하여 채널가공은 한 경우에는 채널의 바닥면에 크랙(crack)이 발생되지 않고 채널 바닥면이 전면적에 걸쳐 일정 깊이로 고르고 평탄하게 가공된 것을 확인할 수 있다. On the other hand, Figure 9 (c), (d) shows a result of processing the surface of the material is emulsified by the electrochemical oxidation by applying a voltage of 1V, (c) is repeated three times, (d ) Is the result of processing five times repeatedly. As can be seen from the experimental results, in the case of channel processing using electrochemical oxidation, cracks are not generated on the bottom of the channel, and the bottom of the channel is evenly and evenly processed over the entire surface. You can check it.

상술한 바와 같이, 본 발명은 고경도, 취성을 갖는 전도성 재료의 표면을 전기분해에 의한 전기화학적 산화작용에 의해 산화 및 유화시킨 상태에서 기계적 가공을 수행하도록 함으로써, 가공된 재료의 가공면에 크랙(crack)이 발생되지 않은 고르고 평탄한 가공면을 갖도록 가공할 수 있다. 이에 따라, 3차원 형상의 고경도, 취성 재료의 표면을 높은 정밀도로 효과적으로 가공할 수 있다. As described above, the present invention is to crack the processing surface of the processed material by performing mechanical processing in a state in which the surface of the conductive material having high hardness, brittleness is oxidized and emulsified by electrochemical oxidation by electrolysis. It can be machined to have an even and flat machined surface without cracking. Thereby, the surface of the high hardness and brittle material of a three-dimensional shape can be processed effectively with high precision.

이와 함께, 본 발명은 전기화학적 산화작용을 이용한 재료의 가공과정에서, 재료에 가해지는 가공력을 다이나모미터를 이용하여 실시간으로 측정하고, 측정된 가공력이 재료에 크랙을 발생시키게 되는 임계 가공력을 넘지 않도록 툴의 Z축 방향 위치를 실시간으로 피드백 제어하면서 가공하도록 함으로써, 재료의 표면 형상에 관계없이 항상 일정한 깊이를 갖도록 가공할 수 있게 되어, 가공 품질을 향상시킬 수 있다. In addition, the present invention measures the processing force applied to the material in real time using a dynamometer in the process of processing the material using the electrochemical oxidation, and the critical processing force that the measured processing force causes cracks in the material By performing processing while controlling the Z-axis direction of the tool in real time so as not to exceed, it is possible to process to have a constant depth at all times regardless of the surface shape of the material, thereby improving the processing quality.

상기와 같이 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
While the preferred embodiments of the present invention have been described as described above, those skilled in the art can variously modify the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. And can be changed.

101: 전해액 102 : 가공재료
104 : 대전극 105 : 기준전극
110 : 전해조 112 : 포텐쇼스텟(potentiostat)
120 : Y축 스테이지 130 : X축 스테이지
140 : Z축 스테이지 150 : 툴(tool)
160 : 제어부 170 : 구동부101: electrolyte solution 102: processing material
104: counter electrode 105: reference electrode
110: electrolytic cell 112: potentiostat
120: Y axis stage 130: X axis stage
140: Z axis stage 150: tool
160 control unit 170 drive unit

Claims (8)

고경도, 취성 재료를 가공하기 위한 기계적 가공방법에 있어서,
전해액 속에 잠긴 전극과 가공 대상물인 고경도, 취성 재료 사이에 전기장을 걸어 전기분해에 의한 전기화학적 산화작용에 의해 재료의 표면을 산화 및 유화시키면서, 유화된 재료의 표면을 툴(tool)을 이용하여 기계적으로 가공하며,
전기화학적 산화작용에 의한 재료의 가공시, 시간의 경과에 따라 재료의 표면에 생성되는 산화막의 두께를 산출하여 툴의 진행속도를 제어함으로써, 툴이 재료와 직접 접촉되지 않고 재료 표면의 산화막만이 제거되도록 한 것을 특징으로 하는 전기화학적 산화를 이용한 고경도, 취성 재료의 기계적 가공방법.
In the mechanical processing method for processing high hardness, brittle material,
A tool is used to tool the surface of the emulsified material while oxidizing and emulsifying the surface of the material by electrochemical oxidation by electrolysis by applying an electric field between the electrode immersed in the electrolyte and a high hardness and brittle material to be processed. Mechanically processed,
In the processing of materials by electrochemical oxidation, the thickness of the oxide film formed on the surface of the material is calculated over time to control the progress of the tool so that the tool is not in direct contact with the material but only the oxide film on the material surface. Method for mechanical processing of high hardness, brittle material using electrochemical oxidation characterized in that the removal.
제1항에 있어서, 전기화학적 산화작용에 의한 재료의 가공 과정에서, 실시간으로 재료에 가해지는 가공력을 측정하여 임계 가공력을 넘지 않도록 툴의 Z축 방향 위치를 실시간으로 제어함으로써, 재료의 표면 형상에 관계없이 항상 일정한 깊이의 가공이 가능하도록 한 것을 특징으로 하는 전기화학적 산화를 이용한 고경도, 취성 재료의 기계적 가공방법.
According to claim 1, During the processing of the material by the electrochemical oxidation, by measuring the machining force applied to the material in real time by controlling the position in the Z axis direction of the tool in real time so as not to exceed the critical machining force, the surface of the material A method of mechanical processing of high hardness, brittle materials using electrochemical oxidation, characterized in that a constant depth of machining is possible regardless of the shape.
삭제delete 고경도, 취성 재료를 가공하기 위한 기계적 가공장치에 있어서,
내부에 전해액이 수용되고, 상기 전해액 속에는 전극과 가공 대상물인 재료가 고정된 전해조;
상기 전해액 속의 전극과 재료 사이에 전원을 인가해주는 전원인가장치;
상기 재료와 연동하도록 X축 방향으로 직선이동 가능하게 설치되는 X축 스테이지;
상기 재료와 연동하도록 Y축 방향으로 직선이동 가능하게 설치되는 Y축 스테이지;
상기 재료를 가공하는 툴(tool)과 연동하도록 Z축 방향으로 직선이동 가능하게 설치되는 Z축 스테이지;
상기 X,Y,Z축 스테이지의 각각의 구동을 제어하는 제어부를 포함하며,
전기화학적 산화작용에 의한 재료의 가공시, 시간의 경과에 따라 재료의 표면에 생성되는 산화막의 두께를 산출하고 상기 제어부를 통해 각 스테이지의 속도를 제어함으로써 툴의 진행속도를 제어할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 전기화학적 산화를 이용한 고경도, 취성 재료의 기계적 가공장치.
In the mechanical processing device for processing high hardness, brittle material,
An electrolytic solution is accommodated therein, and an electrolytic cell in which an electrode and a material to be processed are fixed in the electrolyte solution;
A power applying device for applying power between the electrode and the material in the electrolyte;
An X-axis stage installed to be linearly movable in the X-axis direction so as to interlock with the material;
A Y-axis stage installed to be linearly movable in the Y-axis direction so as to interlock with the material;
A Z-axis stage installed to be linearly movable in the Z-axis direction so as to cooperate with a tool for processing the material;
It includes a control unit for controlling the driving of each of the X, Y, Z axis stages,
When processing the material by the electrochemical oxidation, the thickness of the oxide film formed on the surface of the material over time is calculated and the speed of each stage is controlled by the control unit to control the traveling speed of the tool. Mechanical processing device of high hardness, brittle material using electrochemical oxidation.
제4항에 있어서, 상기 툴에 의한 가공시 재료에 가해지는 가공력을 실시간으로 측정할 수 있는 다이나모미터(Dynamometer)가 설치되고,
상기 다이나모미터를 통해 측정된 가공력이 임계 가공력을 넘지 않도록 상기 제어부를 통해 툴의 Z축 방향 위치를 실시간으로 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전기화학적 산화를 이용한 고경도, 취성 재료의 기계적 가공장치.
According to claim 4, Dynamometer (Dynamometer) is provided that can measure in real time the processing force applied to the material during the processing by the tool,
Mechanical processing apparatus of high hardness, brittle material using electrochemical oxidation, characterized in that configured to control the Z-axis position of the tool in real time through the control unit so that the machining force measured by the dynamometer does not exceed the critical machining force .
삭제delete 제4항에 있어서, 상기 전원인가장치로서, 상기 전해조 내에 설치된 재료와 전극 사이의 전류 전위를 일정하게 유지시켜 줄 수 있는 포텐쇼스텟(potentiostat)이 설치된 것을 특징으로 하는 전기화학적 산화를 이용한 고경도, 취성 재료의 기계적 가공장치.


5. The high hardness using electrochemical oxidation according to claim 4, wherein as the power applying device, a potentiostat capable of keeping a constant current potential between a material and an electrode installed in the electrolytic cell is provided. , Mechanical processing equipment for brittle materials.


삭제delete
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