KR102417763B1 - 초음파 보조 기계가공에 사용하기 위한 고속 회전 전기 커넥터 - Google Patents

초음파 보조 기계가공에 사용하기 위한 고속 회전 전기 커넥터 Download PDF

Info

Publication number
KR102417763B1
KR102417763B1 KR1020177006281A KR20177006281A KR102417763B1 KR 102417763 B1 KR102417763 B1 KR 102417763B1 KR 1020177006281 A KR1020177006281 A KR 1020177006281A KR 20177006281 A KR20177006281 A KR 20177006281A KR 102417763 B1 KR102417763 B1 KR 102417763B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
machining
ultrasonic transducer
connector
devices
mass
Prior art date
Application number
KR1020177006281A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170061663A (ko
Inventor
매튜 에이. 쇼트
제이콥 헤이
랜스 에스. 크론리
Original Assignee
에디슨 웰딩 인스티튜트, 인코포레이티드
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 에디슨 웰딩 인스티튜트, 인코포레이티드 filed Critical 에디슨 웰딩 인스티튜트, 인코포레이티드
Publication of KR20170061663A publication Critical patent/KR20170061663A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102417763B1 publication Critical patent/KR102417763B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B37/00—Boring by making use of ultrasonic energy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B31/00—Chucks; Expansion mandrels; Adaptations thereof for remote control
    • B23B31/02—Chucks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B31/00—Chucks; Expansion mandrels; Adaptations thereof for remote control
    • B23B31/02—Chucks
    • B23B31/08—Chucks holding tools yieldably
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B31/00—Chucks; Expansion mandrels; Adaptations thereof for remote control
    • B23B31/02—Chucks
    • B23B31/10—Chucks characterised by the retaining or gripping devices or their immediate operating means
    • B23B31/117—Retention by friction only, e.g. using springs, resilient sleeves, tapers
    • B23B31/1179—Retention by friction only, e.g. using springs, resilient sleeves, tapers using heating and cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2231/00—Details of chucks, toolholder shanks or tool shanks
    • B23B2231/24—Cooling or lubrication means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2240/00—Details of connections of tools or workpieces
    • B23B2240/28—Shrink-fitted connections, i.e. using heating and cooling to produce interference fits
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2250/00—Compensating adverse effects during turning, boring or drilling
    • B23B2250/12—Cooling and lubrication
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2250/00—Compensating adverse effects during turning, boring or drilling
    • B23B2250/16—Damping of vibrations

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Drilling And Boring (AREA)
  • Turning (AREA)
  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
  • Auxiliary Devices For Machine Tools (AREA)
  • Milling Processes (AREA)

Abstract

본 발명은 초음파 기계가공 모듈에 관한 것으로, 초음파 기계가공 모듈은 초음파 트랜스듀서 ― 초음파 트랜스듀서는 기계가공 공구를 수용하도록 적응됨 ―; 기계가공 시스템과 호환 가능하고 내부에 초음파 트랜스듀서를 수용하는 것 양자 모두를 행하도록 적응되는 방진 하우징(vibration-isolating housing) ― 방진 하우징은 기계가공 공구에 전달되는 축 방향 진동들을 제외하고 디바이스가 작동중일 때 초음파 트랜스듀서에 의해 생성된 모든 진동들을 격리시키기 위한 적어도 하나의 변형을 더 포함하며, 이에 의해 원치않는 진동들이 기계가공 시스템 내로 역방향 또는 상방으로 이동하는 것을 방지함 ―; 및 초음파 트랜스듀서와 전기 통신하는 커넥터 ― 커넥터는 초음파 트랜스듀서에 전기 에너지를 공급하도록 작동되며, 커넥터는 미리 정해진 속도의 비율로 회전하도록 적응됨 ―; 를 더 포함한다.

Description

초음파 보조 기계가공에 사용하기 위한 고속 회전 전기 커넥터 {HIGH-SPEED ROTARY ELECTRICAL CONNECTOR FOR USE IN ULTRASONICALLY ASSISTED MACHINING}
관련 출원들에 대한 교차 참조
본 특허 출원은 2014 년 9 월 5 일자로 출원된 발명의 명칭이 "초음파 보조식 기계가공용 고속 회전 커넥터(High-Speed Rotary Connector for Ultrasonically Assisted Machining)"인 미국 가특허 출원 일련번호 제 62/046,655 호의 이익을 주장하며, 그 개시내용은 그 전체가 본 명세서에 참고로 포함되며 모든 목적들을 위해 본 특허 출원의 일부가된다.
기술분야
설명된 발명은 일반적으로 금속들 및 다른 재료들을 기계가공하기 위한 시스템들에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 초음파 기계가공 모듈에 포함되어 있는 금속들 및 다른 재료들을 기계가공하기 위한 시스템에 관한 것으로, 여기서, 초음파 기계가공 모듈은 그의 방진 특성들로 인해서 다양한 기존의 기계가공 시스템들, 디바이스들, 및 프로세스들과 호환가능하다.
드릴링(drilling), 밀링(milling), 리밍(reaming), 태핑(tapping) 및 선삭(turning)에 대한 총괄적 용어인 기계가공(machining)은 미국 및 세계의 다른 나라들의 모든 제조 양상들에 사실상 영향을 주는 구현 기술(enabling technology)이다. 특정 예에서, 밀링 머신은 중실(solid) 재료들을 기계가공하는 데 사용되는 기계가공 공구이다. 밀링 머신들은 전형적으로 메인 스핀들(main spindle)의 배향을 지칭하는 수평(horizontal) 또는 수직(vertical)으로 분류된다. 양자 모두의 유형들은, 소형 벤치 장착식 디바이스들(small, bench-mounted devices)로부터 산업 목적들에 적합한 훨씬 더 대형인 머신들까지 크기가 다양하다. 드릴이 재료를 관통하도록 축 방향으로 움직일 때 피가공재(workpiece)를 정지 상태로 유지하는 드릴 프레스(drill press)와 달리, 밀링 머신들은 자신의 측면들 상에서 뿐만아니라 자신의 팁 상에서 절삭하는 회전 밀링 커터(rotating milling cutter)에 대해서 피가공재를 축 방향 및 반경 방향으로 움직인다. 밀링 머신들은 간단한 작업들(예컨대, 슬롯(slot) 및 키홈(keyway) 절삭, 평삭(planing), 드릴링)로부터 복잡한 작업들(예컨대, 컨투어링(contouring), 다이싱킹(diesinking))까지 수많은 작업들을 수행하는 데 사용된다.
기계가공 시스템들(밀링 머신들을 포함)과 함께 사용되는 절삭 및 드릴링 공구들과 액세서리들은 종종 "툴링(tooling)"으로서 집합체로 지칭된다. 밀링 머신들은 종종 CAT 또는 HSK 툴링을 사용한다. 때로는, V-플랜지(flange) 툴링으로 불리는 CAT 툴링이 미국에서 가장 오래되고 아마도 가장 보편적으로 사용되는 유형이다. CAT 툴링은 캐터필러(Caterpillar) 기계류(machinery)에 사용되는 툴링을 표준화하기 위해서 미국, 일리노이(Illinois), 피오리아(Peoria)의 Caterpillar Inc.에서 발명되었다. 때로는, "중공 섕크 툴링(hollow shank tooling)"으로 불리는 HSK 툴링은, 미국에서보다는 발명되었던 유럽에서 훨씬 더 보편적이다. HSK 툴링을 위한 유지 메커니즘(holding mechanism)이 공구의 중공 본체 내부에 배치되며, 그리고 스핀들 속도가 증가함에 따라, 이 유지 매커니즘은 스핀들 속도 증가에 의해 공구를 훨씬 단단하게 파지하는 것을 확장한다.
특정 재료들의 절삭성(machinability)을 개선시키는 것은, 머신 공구들의 빌더들(builders)에게 뿐만 아니라 군용 장비 및 특정 상용 하드웨어의 제조업체들에게 중요한 관심사이다. 보다 구체적으로, 장갑판들(armor plates) 및 복합재들(composites)과 같은 매우 진보된 재료들은 표준 시스템들 및 방법들로 기계가공하기에는 어려운 것으로 악명 높다. 고속 시스템들 및 초경(ultra-hard) 공구 비트들(bits)이 이러한 재료에 사용되지만, 단지 공구 수명 및 생산성의 미미한 증가(marginal increase)만을 제공한다. 레이저(laser), 워터제트(waterjet), 및 EDM 절삭과 같은 첨단 기술들을 구현함으로써 재료들의 절삭성의 상당한 개선들이 성취되고 있다. 그러나, 이들 프로세스들은 자본 비용이 높고, 적용에 제한이 있으며, 표준 머신 샵들에서 사용하기에는 너무 많이 상이하다. 또한, 이들 프로세스들의 적용은 재료들이 통상적으로 사용되는 곳에서의 재료들의 특정 유형들의 절삭들로 제한된다.
초음파-보조 기계가공은 1950 년대 미국에서 개발되었고 그당시 기계가공하기 어려운 것으로 간주되었던 재료들을 기계가공하는데 사용되었다. 초음파 기계가공(UM)의 보다 최신의 프로세스는, 보다 빠른 드릴링, 경질 재료들의 효과적인 드릴링, 공구 수명 증가 및 증가된 정확도의 관점에서 전반적인 성능을 개선하기 위해 고출력 초음파 진동들을 "전통적인" 기계가공 프로세스들(예컨대, 드릴링, 선삭, 밀링)에 적용하는 것을 포함한다. 이는, 전형적으로, 고속도강(high speed steel)(HSS), 카바이드, 코발트, 다결정 다이아몬드 복합재, 또는 초음파(US) 전송 선로에 부착된 콜레트(collet)(예컨대, 수축 끼워맞춤(shrink fit), 압축, 유압 또는 기계적)에 부착된 다른 적절한 재료들로 제조되는 드릴 비트들을 사용함으로써 성취된다. 이러한 맥락에서, UM은 유리, 세라믹들, 석영과 같은 극도의 경질 재료들을 절삭하는데 사용되는 기존의 초음파 기반 슬러리 드릴링(ultrasonic-based slurry drilling) 프로세스(즉, 충격 기계가공)가 아니다. 오히려, 이러한 유형의 UM은 최신 기계가공 시스템들에 사용되는 드릴들, 밀들, 리머들, 탭들, 선삭 공구들 및 다른 공구들에 고출력 초음파들을 적용하기 위한 방법들을 고려한다.
최신 기계가공 시스템들에서 초음파들의 사용이 중요하고 다양한 이점들을 제공하지만, 수반되는 소정의 기술적 어려움들이 존재하며, 이 유형의 에너지 출력을 수용하기 위해 원래에 설계되지 않았던 기계가공 시스템들 내로의 초음파 에너지의 통합은 최소가 아니다. 따라서, 그러한 시스템들의 성능을 손상시키거나 부정적인 영향을 미치지 않으면서 기존의 기계가공 시스템들과 호환될 수 있고 포함될 수 있는 초음파 기계가공 모듈이 지속적으로 필요하다.
이하, 본 발명의 특정의 예시적인 실시예들의 요약을 제공한다. 이러한 요약은 광범위한 개관이 아니며 본 발명의 핵심 또는 중요한 양태들 또는 엘리먼트들을 식별하거나 그 범위를 상세히 기술하는 것으로 의도되지 않는다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 기계가공 시스템에 사용하기 위한 제 1 디바이스가 제공된다. 이 디바이스는, 초음파 트랜스듀서 ― 초음파 트랜스듀서는 기계가공 공구를 수용하도록 적응됨 ―; 기계가공 시스템과 호환 가능하고 내부에 초음파 트랜스듀서를 수용하는 것 양자 모두를 행하도록 적응되는 방진 하우징(vibration-isolating housing) ― 방진 하우징은 기계가공 공구에 전달되는 축 방향 진동들을 제외하고 디바이스가 작동중일 때 초음파 트랜스듀서에 의해 생성된 모든 진동들을 격리시키기 위한 적어도 하나의 변형을 더 포함하며, 이에 의해 원치않는 진동들이 기계가공 시스템 내로 역방향 또는 상방으로 이동하는 것을 방지함 ―; 및 초음파 트랜스듀서와 전기 통신하는 커넥터 ― 커넥터는 초음파 트랜스듀서에 전기 에너지를 공급하도록 작동되며, 커넥터는 미리 정해진 속도로 회전하도록 적응됨 ―; 를 더 포함하는 초음파 기계가공 모듈을 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 기계가공 시스템에 사용하기 위한 제 2 디바이스가 제공된다. 이 디바이스는, 또한 초음파 트랜스듀서 ― 초음파 트랜스듀서는 기계가공 공구를 수용하도록 적응됨 ―; 기계가공 시스템과 호환 가능하게 하는 것 그리고 내부에 초음파 트랜스듀서를 수용하게 하는 것 양자 모두를 행하도록 적응되는 방진 하우징 ― 방진 하우징은 공구 비트에 전달되는 축 방향 진동들을 제외하고 디바이스가 작동중일 때 초음파 트랜스듀서에 의해 생성된 모든 진동들을 격리시키기 위한 적어도 하나의 변형을 더 포함하며, 이에 의해 원치않는 진동이 기계가공 시스템 내로 역방향 또는 상방으로 이동하는 것을 방지함 ―; 초음파 트랜스듀서와 전기 통신하는 커넥터 ― 커넥터는 초음파 트랜스듀서에 전기 에너지를 공급하도록 작동되고 커넥터는 미리 정해진 속도로 회전하도록 적응됨 ―; 및 공구 홀더 ― 공구 홀더 및 하우징의 최상부 부분은 서로 기계적으로 커플링되거나 서로 통합되며, 커넥터는 공구 홀더에 장착되도록 적응됨 ―; 를 더 포함하는 초음파 기계가공 모듈을 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 기계가공 시스템에 사용하기 위한 제 3 디바이스가 제공된다. 이 디바이스는, 또한 초음파 트랜스듀서 ― 초음파 트랜스듀서는 기계가공 공구를 수용하도록 적응됨 ―; 기계가공 시스템과 호환 가능하게 하는 것 그리고 내부에 초음파 트랜스듀서를 수용하게 하는 것 양자 모두를 행하도록 적응되는 방진 하우징 ― 방진 하우징은 공구 비트에 전달되는 축 방향 진동들을 제외하고 디바이스가 작동중일 때 초음파 트랜스듀서에 의해 생성된 모든 진동들을 격리시키기 위한 적어도 하나의 변형을 더 포함하며, 이에 의해 원치않는 진동들이 기계가공 시스템 내로 역방향 또는 상방으로 이동하는 것을 방지함 ―; 초음파 트랜스듀서와 전기 통신하는 커넥터 ― 커넥터는 초음파 트랜스듀서에 전기 에너지를 공급하도록 작동되고, 커넥터는 미리 정해진 속도로 회전하도록 적응됨 ―; 및 스핀들 조립체 ― 커넥터가 스핀들 조립체의 일 단부 상에 장착되도록 적응됨 ―; 를 더 포함하는 초음파 기계가공 모듈을 포함한다.
본 발명의 추가적인 특징들 및 양태들은 예시적인 실시예들의 하기 상세한 설명을 판독하고 이해함으로써 당업자에게 명백해질 것이다. 당업자라면 알 수 있듯이, 본 발명의 범위 및 사상을 벗어나지 않고 본 발명의 추가 실시예들이 가능하다. 따라서, 도면들 및 관련 설명들은 본질적으로 예시적인 것이며 제한적이지 않은 것으로 간주되어야 한다.
본 명세서에 통합되어 명세서의 일부를 형성하는 첨부 도면들은 본 발명의 하나 또는 그 초과의 예시적인 실시예들을 개략적으로 예시하고, 그리고 전술한 일반적인 설명 및 이하의 상세한 설명과 함께, 본 발명의 원리들을 설명하는 역할을 한다.
도 1은 본 발명의 예시적인 제 1 실시예에 따른 초음파 기계가공 모듈의 측면도이다.
도 2는 도 1의 초음파 기계가공 모듈의 횡단면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 초음파 기계가공 모듈의 대안의 측면도들이며, 여기서 외부 고속 회전 커넥터가 포함되고 있으며, 여기서 고속 회전 커넥터는 개방 포지션 또는 컨디션으로 도시된다.
도 5는 도 3 및 도 4의 초음파 기계가공 모듈 및 고속 회전 커넥터의 사시도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 초음파 기계가공 모듈의 대안의 측면도들이며, 여기서 외부 고속 회전 커넥터가 포함되고 있으며, 여기서 고속 회전 커넥터는 폐쇄 포지션 또는 컨디션으로 도시된다.
도 8은 도 6 및 도 7의 초음파 기계가공 모듈 및 고속 회전 커넥터의 사시도이다.
도 9는 도 6 및 도 7의 초음파 기계가공 모듈 및 고속 회전 커넥터의 횡단 측면도이다.
도 10은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 초음파 기계가공 모듈의 측면도이며, 여기서 고속 회전 커넥터가 관통 스핀들 냉각제 시스템을 포함하도록 적응되고 있는 스핀들 조립체의 일 단부에 포함되고 있다.
도 11은 도 10의 초음파 기계가공 모듈 및 고속 회전 커넥터의 횡단 측면도이다.
도 12는 초음파 기계가공 모듈을 포함하는 스핀들 조립체의 부분을 도시하는 도 10의 초음파 기계가공 모듈 및 고속 회전 커넥터의 횡단 측면도이다.
도 13은 로터리 유니온을 포함하는 스핀들 조립체의 부분을 도시하는 도 10의 초음파 기계가공 모듈 및 고속 회전 커넥터의 횡단 측면도이다.
도 14는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 초음파 기계가공 모듈의 측면도이며, 여기서 고속 회전 커넥터가 관통 스핀들 냉각제 시스템을 포함하지 않는 스핀들 조립체의 일 단부에 포함되고 있다.
도 15는 도 14의 초음파 기계가공 모듈 및 고속 회전 커넥터의 횡단 측면도이다.
도 16은 로터리 유니온을 포함하는 스핀들 조립체의 부분을 도시하는 도 14의 초음파 기계가공 모듈 및 고속 회전 커넥터의 횡단 측면도이다.
본 발명의 예시적인 실시예들이 이제 도면들을 참조하여 설명된다. 다음의 상세한 설명은 예시의 목적들을 위한 다수의 상세들을 포함하지만, 당업자는 이하의 상세한 설명들에 대한 많은 변경들 및 수정들이 본 발명의 범위 내에 있음을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 다음의 실시예들은 청구된 발명에 대한 일반성(generality)의 어떠한 손실 없이 그리고 청구된 발명에 대한 제한들도 부과하지 않고 제시된다.
본 발명은 원래 그러한 초음파 모듈들을 수용하도록 설계되지 않은 기존의 상업적으로 이용 가능한 기계가공 시스템들에 통합하기 위해 적응된 다양한 초음파 기계가공 모듈들을 제공한다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 예시적 제 1 실시예는 기계가공 시스템에 사용되는 초음파 기계가공 모듈을 제공하며, 초음파 기계가공 모듈은, (a) 초음파 트랜스듀서 ― 초음파 트랜스듀서는 공구 비트를 수용하도록 적응되고, 초음파 트랜스듀서는, (i) 전방 질량(front mass); (ii) 후방 질량(back mass); (iii) 전방 질량과 후방 질량 사이에 포지셔닝된 복수 개의 압전 세라믹들(piezoelectric ceramics);(iv) 적어도 하나의 전기 커넥터; 및(v) 전방 질량, 후방 질량 및 세라믹들을 관통하며 세라믹들에 압축력을 가하도록 작동하는 볼트를 더 포함함 ―; 및(b) 기계가공 시스템과 호환가능할 수 있고 내부에 초음파 트랜스듀서를 수용하는 것 양자 모두를 행하도록 적응되는 방진 하우징(vibration-isolating housing)을 포함한다. 하우징은 전방 질량 상부에서 내부에 반경 방향으로 형성된 스프링형 피처를 더 포함하며, 스프링형 피처는 하우징의 만곡된 얇은 섹션을 더 포함하고, 하우징의 만곡된 얇은 섹션은 공구 비트에 전달되는 축 방향 진동들을 제외하고 상기 디바이스가 작동 중일 때 상기 초음파 트랜스듀서에 의해 발생된 모든 진동들을 격리하기 위해 하우징 내에서 굴곡(flexion)을 허용하도록 작동하고, 이에 의해 원치않는 진동들이 기계가공 시스템 내로 역방향으로 또는 상방으로 이동하는 것을 방지하고 그리고 잠재적으로 시스템의 손상 또는 다른 문제들을 야기한다. 이 특정 실시예는 미국 특허 출원 제 13/046,099 호(현재, 미국 특허 제 8,870,500 호)에 개시되어 있으며, 이는 모든 목적들을 위해 그 전체가 본원에 인용에 의해 분명히 포함된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 초음파 기계가공 모듈(10)의 예시적인 실시예는 공구 홀더(20), 하우징(40) 및 초음파 트랜스듀서 조립체(70)의 3 개의 기본 컴포넌트들을 포함한다. 공구 홀더(20)는 기계가공 시스템(도시 생략)의 메인 스핀들(예컨대, CAT(40, 60) 또는 HSK)에 기계가공 모듈(10)을 부착하기 위해 내부에 형성된 제 1 보어(24)를 더 포함하는 상부 부분(22)을 포함한다. 공구 홀더(20)의 하부 부분(26)은 커넥터들(49)(즉, 센터링 볼트들)을 사용하여 공구 홀더(20)를 하우징(40)에 기계적으로 커플링하기 위해 하우징(40) 내의 유사한 구조들과 협력하는 복수 개의 제 2 보어들(28)을 포함한다. 본 발명의 일부 실시예들에서, 공구 홀더(20)는 하우징(40)에 볼트 체결되는 것 이외에 또는 그 대신에 하우징(40)에 수축 끼워 맞춤된다(shrink-fit).
하우징(40)은 공구 홀더(20)를 수용하도록 적응되는 중앙에 로케이팅되는 구멍(aperture)(44) 및 초음파 트랜스듀서 조립체(70)가 삽입되는 저부 개구(54)를 더 포함하는 강성의 원통 본체(cylindrical body)(42)를 포함한다. 원주방향 전기 접점들(56)(즉, 슬립 링들)이 하우징(40)의 외부에 포지셔닝된다. 당업자라면 이해할 수 있듯이, 다른 유형들의 전기 접점들의 사용이 본 발명과 함께 가능하다. 예컨대, 스핀들을 통한 냉각 공기의 유동을 여전히 제공하거나 유지하면서, 단일 접점(56)이 이용될 수 있거나 접점이 기계가공 시스템의 스핀들을 통해 연장될 수 있다. 하우징(40)의 최상부(top) 또는 상부(upper) 부분은 기계가공 모듈(10)이 조립될 때 공구 홀더(20) 내의 보어들(28)의 배치에 대응하는 복수 개의 보어들(48)에 연결하는 복수 개의 구멍들(46)을 포함한다. 공구 홀더(20)를 하우징(40)에 볼트 결합시키기 위해 일련의 커넥터들(49)이 보어들(48 및 28)에 삽입된다. 복수 개의 공기 출구들(50)이 하우징(40)에 형성된다. 하기에 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 공기 출구들(50)은 사용시에 기계가공 모듈(10)을 냉각시키기 위해 초음파 트랜스듀서 조립체(70) 상의 특정 구조들과 협력하며, 이에 의해 압전 세라믹들(74)을 냉각하기 위한 임의의 분리된 또는 외부 시스템 또는 장치에 대한 필요성을 감소시키거나 없앤다.
하우징(40)은 또한 방진 스프링으로서 작용하는 원주 방향 영역(52)을 포함하며, 그 자체로 "스프링형 구조"로 특징 지워진다. 예시적인 실시예에서, 영역(52)은 하우징(40)이 제조되는 재료의 컨투어링된(contoured) 얇은(thinned) 섹션을 포함한다. 기계가공 모듈(10)이 사용 중일 때, 영역(52)은 하우징(40)에서 일정 정도의 굴곡을 가능하게 하여, 초음파 트랜스듀서 조립체(70)에 의해 생성된 음향 에너지를 흡수 및/또는 격리시키고 원치 않는 진동이 스핀들 또는 기계가공 시스템의 다른 기계 컴포넌트들로 역방향 또는 상방으로 이동하는 것을 방지한다. 초음파 트랜스듀서 조립체(70)에 의해 생성된 축 방향 진동은 영역(52)에 의해 줄어들지 않으며; 그러므로, 토크가 전방 질량(76)에 부착되고 피가공재를 기계가공하는데 사용되는 공구 비트 또는 다른 아이템으로 여전히 전달된다. 본 발명의 맥락 내에서, 용어 "공구 비트"는 드릴 비트 또는 전방 질량(76)에 부착되는 임의의 다른 아이템을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 본질적으로, 영역(52)은 피가공재를 향해 지향된 축 방향 진동들을 제외하고 대부분의 또는 모든 진동 모드들을 흡수 및/또는 격리하도록 작동한다.
초음파 트랜스듀서 조립체(70)는 후방 질량(72), 전방 질량(76), 및 이들 두 구조들 사이에 포지셔닝된 복수 개의 압전 세라믹들(74)을 포함한다. 복수 개의 전극들(75)은 압전 세라믹들(74) 사이에 끼워지고, 볼트(86)는 후방 질량(72), 세라믹들(74), 전극들(75) 및 전방 질량(76)의 일부를 통해 통과한다. 조여질 때, 볼트(86)는 압전 세라믹들(74)에 압축력을 가하도록 작동된다. 도면들에 도시되지는 않았지만, 전형적으로 일련의 전기 리드 와이어들이 전극들(75) 중 적어도 하나에 부착된다. 이들 와이어들은 하우징(40)을 통해 또는 공구 홀더(20)를 통해 하우징(40)의 내부를 빠져나오며 이들은 그 다음에 원주방향 전기 접점들(56)에 연결된다. 브러시 접점들 또는 다른 유형들의 전기 접점들이 기계가공 모듈(10)에 전기를 제공하는데 사용될 수 있다. 트랜스듀서 조립체(70)는 전형적으로 1 kW 내지 5 kW 범위의 파워 레벨들 및 25 ㎛ 내지 150 ㎛ 범위의 진폭들에서 작동한다.
도 1 및 도 2에 도시된 초음파 기계가공 모듈(10)의 예시적인 실시예에서, 초음파 트랜스듀서 조립체(70)는 또한 전방 질량(76)에 형성되는 복수 개의 공기 입구들(80) 바로 아래에서 전방 질량(76) 둘레에 원주 방향으로 로케이팅되는 복수 개의 냉각 부재들, 핀들(fins) 또는 베인들(78)을 또한 포함한다. 초음파 기계가공 모듈(10)이 회전할 때, 압축기 휠을 시뮬레이팅하는 베인들(78)은 공기를 공기 입구들(80)을 통해 상방으로 흡입하기 위해 작동한다. 그 다음에, 공기는 냉각 목적들을 위해 세라믹들(74)을 가로질러 하우징(40)의 내부를 통해 유동하고, 공기 출구들(50)을 통해 하우징(40)을 빠져나간다. 도면들에 도시된 바와 같이, 전방 질량(76)의 전방 또는 바닥 영역은 드릴 비트, 밀링 공구 또는 다른 아이템을 수용하도록 적응되는 보어(84)를 더 포함하는 테이퍼진 콜레트(tapered collet)(82)를 포함한다. 당업자에 의해 이해될 수 있듯이, 드릴 비트 또는 다른 아이템(도시생략)은 수축 끼워 맞춤(shrink-fitting)으로서 공지된 프로세스를 사용하여 콜레트(82)에 부착될 수 있다. 보어(84) 주위로 질량을 균일하게 가열함으로써, 보어의 직경을 상당히 확장시킬 수 있다. 드릴 비트 또는 기타 아이템의 샤프트는 그 다음에 확장된 보어에 삽입된다. 냉각시, 보어 주위의 질량은 자신의 원래 직경으로 줄어들고 마찰력들이 매우 효과적인 조인트를 생성한다. 예시적인 실시예에서, 하우징(40)의 바닥 에지는 초음파 기계가공 모듈(10)을 보수하기 위한 케이스(40)의 제거를 용이하게 하기 위한 수축 끼워 맞춤 프로세스를 사용하여 전방 질량(76)의 최상부 부분에 부착된다. 당업자에 의해 인식할 수 있듯이, 공구 아이템들을 전방 질량(76)에 부착하고 그리고/또는 하우징(40)을 트랜스듀서 조립체(70)에 부착하는 다른 수단이 가능하고 본 발명과 호환 가능하다.
초음파 기계가공 모듈(10)의 금속 컴포넌트들의 일부 또는 전부는 통상적으로 A2 공구 강으로 제조된다. 대안으로, D2, SS, 4140 및/또는 350-M 공구 강이 사용될 수 있다. 사용된 재료와 관계없이, 전방 질량(76) 및 후방 질량(72) 양자 모두는 진폭을 감소시키는 수단과 동일한 재료로 제조될 수 있다. 일반적으로, 이러한 컴포넌트들의 질량은 혼합은 진폭을 조정한다. 도 1 및 도 2에 도시된 예시적인 실시예에서, 총 모듈 길이는 약 7.5 인치(19.1cm)이다. 그러나, 본 발명은 초음파 기계가공 모듈(10)의 확장 가능하고(scalable) 소형화된 변형들이 다른 적용들 중에서도 의료 및 수술 시스템들 및 디바이스들과 호환 가능하다.
전술된 특징들에 부가하여, 본 발명은 또한 기계가공 또는 금속가공 환경 내에서 고전력 초음파 시스템들을 작동시키는 데 사용되는 고전압 신호들의 도입을 허용하는 특징들을 포함한다. 후술되는 실시예들에서, 본 발명은 고속 회전 커넥터의 사용을 통해 10kW까지의 전력 레벨들에서 400VAC 초과의 전압들을 전송할 수 있다. 게다가, 이 커넥터는 그의 내부 본체가 머신 스핀들에 부착되는 회전자로서 작동하는 한편 고정자가 스핀들 면에 부착되도록 설계된다. 적절한 전기 연결을 만드는 고정자에 부착된 플런저를 통해 전기 접촉이 설정된다. 추가로, 전체 시스템은 전형적으로 관통 스핀들 냉각제 시스템들을 포함하는 실시예들에서 유체 유입(fluid ingress)의 가능성을 제거하기 위해 일련의 래비린스 시일들을 통해 유동하는 가압 공기로 퍼지된다(purged). 공기 전달 시스템의 가장 중요한 양태들 중 하나는 가압 공기가 다음과 같은 경우 30 psi 초과로 전달될 것이다 : (i) 에어 베어링의 안정성을 생성하여, 이에 의해 시스템이 최대 80,000 RPM까지 회전하는 것을 허용할 수 있고 그리고 (ii) 공구 교환 이벤트들을 위해 시스템 포지션 브레이크를 잠금 해제함. 시스템 포지션 브레이크는 고정자를 각각의 공구 교환시에 동일한 배향으로 머신 스핀들 및 전기 플런저에 방향을 지정하는 역할을 한다. 전기 연결은 흑연 브러시들, 구리 전극들, 니켈 도금 디스크들, 섬유 핑거들, 카본 로드들 및 다른 컴포넌트들을 포함하는 일련의 전극들에 의해 이루어진다. 이것은 회전 커넥터가 매우 높은 표면 속도들을 견뎌야만 하는 일 인치(1 inch)를 초과하는 직경들을 수용할 수 있기 때문에, 이들 실시예들의 중요한 양태이다. 사용될 수 있는 다른 재료들은 갈륨 및 수은과 같은 전기 전도성 액체 금속들이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 초음파 기계가공 모듈의 대안의 측면도들을 제공하고, 여기서 외부 고속 회전 커넥터가 포함되고 있으며, 여기서 고속 회전 커넥터는 개방 포지션 또는 컨디션으로 도시된다. 도 5는 도 3 및 도 4의 초음파 기계가공 모듈 및 고속 회전 커넥터의 사시도를 제공한다. 도 6 및 도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 초음파 기계가공 모듈의 대안의 측면도들을 제공하며, 외부 고속 회전 커넥터가 포함되고, 고속 회전 커넥터는 폐쇄 포지션 또는 컨디션으로 도시된다. 도 8은 도 6 및 도 7의 초음파 기계가공 모듈 및 고속 회전 커넥터의 사시도를 제공하며, 도 9는 도 6 및 도 7의 초음파 가공 모듈 및 고속 회전 커넥터의 횡단 측면도를 제공한다. 이들 도면에 도시된 특징들은 전기적 에너지를 초음파 기계가공 모듈에 연결된 기계가공 공구로 전달되는 기계적 발진들(oscillations)로 변환하기 위해 필요한 초음파 트랜스듀서의 구동 컴포넌트들에 전기 에너지를 전달한다. 이와 같이, 기본 초음파 트랜스듀서 설계는 전방 질량, 후방 질량, 구동 엘리먼트들, 압축 부재 및 공구 부착 방법들(예컨대, 콜레트)을 포함하는 일반적인 랑주뱅(Langevin) 유형 구조를 유지하면서 확장된다. 후술되는 실시예에서, 초음파 트랜스 듀서에 전기 에너지를 전달하기 위한 시스템은 컴포넌트들이 모두 머신 공구 스핀들의 외부 컴포넌트들을 수용하도록 모두 적응되어 있다는 사실로 인해서 고속 "외부" 시스템이다.
도 3 내지 도 9를 참조하면, 초음파 기계가공 모듈 (110)은 공구 홀더(120), 유지 노브(retention knob)(122), 하우징(140), 압축 스터드(141), 방진 영역(152), 초음파 트랜스듀서 조립체(170), 트랜스듀서 후방 질량(172), 압전 세라믹들(174), 트랜스듀서 전방 질량(176), 콜레트(177), 스핀들 면 마운트 클램프(spindle face mount clamp)(179), 좌측 슬립 링 클램쉘 암(slip ring clamshell arm)(181), 클램쉘 액추에이터(182), 우측 슬립 링 클램쉘 암(183), 공압식 에어 퍼지 피팅(pneumatic air purge fitting)(185), 전기 케이블 피팅(187), 전기 브러시(189) 및 고속 회전 전기 트레이스(190)를 포함한다. 이 실시예에서, 초음파 기계가공 모듈(110)로의 전기 전달은 공구 체인저 암(tool changer arm)에 간극(clearance)을 제공하기 위해 180 °로 개방되는 클램쉘(clamshell) 설계에 기초한다. 초음파 기계가공 모듈(110)이 공구 체인저에 의해 기계가공 시스템의 스핀들 내로 삽입될 때, 유지 노브(122)는 공구 홀더(120)의 정합 면들(mating faces) 내로 드로우바(drawbar)에 의해 당겨진다. 일단 안착되면(seated), 공구 체인저 디바이스는 후퇴하고(retracts) 클램쉘 액츄에이터(182)는 우측 슬립 링 클램쉘 암(183)과 동시에 좌측 슬립 링 클램쉘 암(181)을 폐쇄한다. 일단 폐쇄되면, 고속 회전 전기 트레이스(190)는 전기 브러시들(189)과의 힘 접촉에 의해 정합되고, 그리고 전기 브러시들(189)의 둘레 주위에 연속성을 생성한다. 전기 브러시들(189)은 회전 원심력이 전기 브러시들(189)을 외측방으로 밀어 이에 의해 고속 회전 전기 트레이스(190)에 대해서 접촉하게 되도록 가요성 스프링에 부착된다. 전류는 시스템 전원 공급장치(system power supply)와 함께 공급되는 고전압 케이블과 정합되는 전기 케이블 피팅(187)을 통해 고속 회전 전기 트레이스(190)에 도입된다. 이 작업의 일부로서, 자일로노이드 밸브(sylonoid valve)는 전형적으로 클램쉘 하우징 아암들(181 및 183)을 확실하게 가압하여 냉각제/잔해물의 침입 및 오염을 방지하기 위해 임의의 내부 통로들을 가압하도록 작동된다.
도 10은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 초음파 기계가공 모듈의 측면도이고, 여기서 고속 회전 전기 커넥터가 초음파 기계가공 모듈에 부착된 기계가공 공구에 냉각제 유체를 전달하기 위한 관통-스핀들 냉각제 시스템을 포함하도록 적응된 스핀들 조립체의 일단부에 포함되고 있다. 회전 스핀들 조립체(200)는 초음파 기계가공 모듈(210), 콜레트(214)(이는 기계가공 공구들을 수용하도록 적응됨), 베어링 하우징(230), 드라이브 샤프트(240), 냉각제 어댑터(242), 회전 슬립 링(244), 정렬 링(246) 및 냉각제 회전 유니온(250)을 포함한다. 도 11은 스핀들 조립체(200)의 상세한 횡단 측면도를 제공하며, 여기서 다음 컴포넌트들 ― 초음파 모듈(200), 초음파 트랜스듀서(212), 콜레트(214), 하우징(216), 공구 홀더(220), 유지 노브(222), 베어링 하우징(230), 베어링(232), 전기 연결부(234), 전극 샤프트(236), 드라이브 샤프트(240), 냉각제 어댑터(242), 회전 슬립 링(244), 정렬 링(246) 및 냉각제 회전 유니온(250) ―이 스핀들 조립체(200) 내에서 컴포넌트들의 상대적 포지션들에 묘사된다. 도 12는 초음파 가공 모듈(210)을 포함하는 스핀들 조립체(200)의 일부분의 횡단 측면도를 제공하고 다음의 추가 구조들 ― 진동 감쇠 피처(218), 트랜스듀서 냉각제 커플러(224), 전기 연결부(234), 전극 샤프트(236) 및 냉각제 플러그(238) ―을 묘사한다. 도 13은 냉각제 회전 유니온(250)을 포함하는 스핀들 조립체(200)의 부분의 횡단 측면도를 제공하며 다음의 추가 구조들 ― 전극 경로(237) 및 냉각제 전극 시일(254) ―을 묘사한다.
본 실시예에서, 전기 에너지는 스핀들 조립체(200)에 형성된 중앙 길이 방향 통로(전극 샤프트(236))에 로케이팅된 도전체들(conductors)을 사용하여 초음파 트랜스듀서(212)로 전달된다. 도전체들은 스핀들 조립체(200)를 통해 평행하게 이어지고 전기 연결부(234)에서 유지 노브(222)(이는 또한 하우징(216) 내에 공구 홀더(220)를 포지셔닝함) 내에 로케이팅된 전극들과 전기 접촉하게 되며, 여기서, 전기 연결부(234)는 전형적으로 2 개의 도전체 핀 연결부이다. 전기 연결부(234)는 또한 플러그 및 스템을 포함하며, 여기서, 플러그(238)는 전기 연결부를 형성하고 스템은 유체 도관(235)을 통과하는 냉각제 유체로부터 전기 컴포넌트들을 밀봉하기 위해 유지 노브(222)의 본체 내로 돌출한다. 전극 샤프트(236)는 냉각제 유체를 포함하는 작동들 중에 스핀들 조립체(200) 내에서 발생하는 고압 상황들을 견딜 수 있는 스테인리스강 내부 슬리브를 포함한다. 이러한 연결이 다양한 공구 체인저들로 기능하기 위해, 양극 및 음극 양자 모두가 공구 교환 이벤트들 동안 플런저 디바이스로 압축될 수 있는 방식으로 부유한다(하기의 제 4 실시예의 설명을 참조한다). 전기 에너지는 고전압 회전 슬립 링(244)에 의해 전달되며, 이 슬립 링(244)은 초음파 기계가공 모듈(210)과 마주하는 그의 단부 상의 스핀들 조립체(200) 상에 장착된다. 회전 슬립 링(244)은 배선(wiring) 통로들(237)을 통해 양극 및 음극 배선을 노출시키며, 이에 의해 프로세서 메인 케이블에 전기적으로 연결되는 것을 허용한다. 회전 슬립 링(244)에 인접하여 회전 유니온(250)이 있으며, 이 회전 유니온(250)은 유체 도관(235)을 통해 냉각제 유체(또는 공기)를 통과시키는 종래의 회전 커넥터들의 사용을 용이하게 한다.
도 14 내지 도 16은 각각 본 발명의 제 4 실시예에 따른 초음파 기계가공 모듈의 측면도 및 단면도를 제공하며, 여기서 고속 회전 커넥터가 초음파 기계가공 모듈을 포함하지만 관통 스핀들 냉각제 시스템을 포함하지 않는 스핀들 조립체의 일단 부에 포함되어 있다. 전술한 실시예와 유사한 스핀들 조립체(300)는 초음파 기계가공 모듈(310), 초음파 트랜스듀서(312), 콜레트(314), 방진 영역(318), 공구 홀더(320), 유지 노브(322), 전극 샤프트(336) 부유 전극(337), 스프링 부하식 플런저(339), 및 회전 슬립 링(344)을 포함한다. 이전 실시예에서와 같이, 전기 에너지는 스핀들 조립체(300)에 형성된 중앙 길이방향 통로(전극 샤프트(336))에 로케이팅되는 도전체들을 사용함으로써 초음파 트랜스듀서(312)로 전달된다. 전기 에너지는 고전압 회전 슬립 링(344)에 의해 전달되며, 이 슬립 링(244)은 초음파 기계가공 모듈(310)과 마주하는 그의 단부 상의 스핀들 조립체(300) 상에 장착된다. 회전 슬립 링(344)은 양극 및 음극 배선을 노출시키며, 이에 의해 프로세서 메인 케이블에 전기적으로 연결되는 것을 허용한다. 도 15는 고속 회전 커넥터(344)를 포함하는 스핀들 조립체(300)의 부분을 도시하는 초음파 기계가공 모듈(310)의 횡단 측면도를 제공한다. 도 15에 도시된 바와 같이, 이 실시예는 이 연결부가 다양한 공구 체인저들과 호환가능하게 부유 전극들(337) 및 스프링 부하식 플런저(339)를 활용한다. 도 13 및 도 14에서, 스프링 부하식 플런저(339)는 감압된(decompressed) 포지션으로 도시된다.
본 발명은 그의 예시적인 실시예들의 설명에 의해 예시되고 있고, 실시예들이 소정의 상세에서 설명되어 있지만, 이러한 소정의 상세로 첨부된 청구항들의 범위를 한정하거나 소정 방식으로 제한하고자 하는 의도는 없다. 부가적인 장점들 및 수정들이 당업자에게 용이하게 나타날 것이다. 따라서, 그의 보다 광범위한 양태들에서의 본 발명은 특정 상세들, 대표적인 디바이스들 및 방법들, 및/또는 도시되고 설명된 예시적인 예들로 제한되지 않는다. 따라서, 본 발명의 일반적인 개념의 사상 또는 범주를 벗어나지 않고 그러한 상세들로부터의 이탈들이 이루어질 수 있다.

Claims (20)

  1. 기계가공 시스템(machining system)에서 사용하기 위한 디바이스에 있어서,
    (a) 초음파 트랜스듀서(ultrasonic transducer) ― 상기 초음파 트랜스듀서는 기계가공 공구를 수용하도록 적응됨 ―;
    (b) 상기 기계가공 시스템과 호환가능할 수 있고 내부에 상기 초음파 트랜스듀서를 수용하는 것 양자 모두를 행하도록 적응된 방진 하우징(vibration-isolating housing) ― 상기 방진 하우징은, 상기 기계가공 공구에 전달된 축방향 진동들을 제외하고 상기 디바이스가 작동할 때 상기 초음파 트랜스듀서에 의해 생성된 모든 진동들을 격리하기 위한 적어도 하나의 변형(modification)을 더 포함하며, 이에 의해 원치 않는 진동들이 상기 기계가공 시스템 내로 역방향 또는 상방으로 이동하는 것을 방지함 ― ; 및
    (c) 상기 초음파 트랜스듀서와 전기 통신하는 커넥터(connector)를 포함하며, 상기 커넥터는 개방되는(open) 클램쉘 암(clamshell arm)을 통해 상기 초음파 트랜스듀서에 전기 에너지를 공급하도록 작동되며, 상기 커넥터는 미리 정해진 속도로 회전하도록 적응되는,
    기계가공 시스템에서 사용하기 위한 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 초음파 트랜스듀서는, 전방 질량(front mass); 후방 질량(back mass); 상기 전방 질량과 상기 후방 질량 사이에 포지셔닝된 복수 개의 압전 세라믹들(piezoelectric ceramics); 및 상기 전방 질량, 후방 질량 및 세라믹들을 통과하는 압축 부재(compression member)를 더 포함하며, 상기 압축 부재는 상기 세라믹들에 압축력을 가하도록 작동하는,
    기계가공 시스템에서 사용하기 위한 디바이스.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 진동들을 격리하기 위한 적어도 하나의 변형은 하나 또는 그 초과의 미리 정해진 로케이션들에서 하우징 내에 형성된 얇은 영역을 더 포함하는,
    기계가공 시스템에서 사용하기 위한 디바이스.
  4. 제 1 항에 있어서,
    공구 홀더(tool holder)를 더 포함하고, 상기 공구 홀더 및 상기 하우징의 최상부 부분은 서로 기계적으로 커플링되거나 서로 일체로 되어 있으며, 상기 커넥터는 상기 공구 홀더에 장착되도록 적응되는,
    기계가공 시스템에서 사용하기 위한 디바이스.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 커넥터는 상기 디바이스가 작동될 때 상기 공구 홀더 둘레를 폐쇄하는 2 개의 별개의 아암들을 더 포함하는,
    기계가공 시스템에서 사용하기 위한 디바이스.
  6. 제 1 항에 있어서,
    회전 스핀들 조립체(rotating spindle assembly)를 더 포함하고, 상기 커넥터는 상기 회전 스핀들 조립체에 장착되도록 적응되는,
    기계가공 시스템에서 사용하기 위한 디바이스.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 회전 스핀들 조립체는 상기 회전 스핀들 조립체를 통해 상기 기계가공 공구로의 전달을 위해 냉각제 유체(coolant fluid)를 수용하도록 적응되는,
    기계가공 시스템에서 사용하기 위한 디바이스.
  8. 제 6 항에 있어서,
    비회전(non-rotating) 스핀들 조립체를 더 포함하고, 상기 커넥터는 상기 회전 스핀들 조립체에 장착되도록 적응되는,
    기계가공 시스템에서 사용하기 위한 디바이스.
  9. 기계가공 시스템에서 사용하기 위한 디바이스에 있어서,
    (a) 초음파 트랜스듀서 ― 상기 초음파 트랜스듀서는 기계가공 공구를 수용하도록 적응됨 ―;
    (b) 기계가공 시스템과 호환가능할 수 있고 내부에 상기 초음파 트랜스듀서를 수용하는 것 양자 모두를 행하도록 적응된 방진 하우징(vibration-isolating housing) ― 상기 방진 하우징은, 상기 기계가공 공구에 전달된 축방향 진동들을 제외하고 상기 디바이스가 작동할 때 상기 초음파 트랜스듀서에 의해 생성된 모든 진동들을 격리하기 위한 적어도 하나의 변형을 더 포함하며, 이에 의해 원치 않는 진동들이 상기 기계가공 시스템 내로 역방향 또는 상방으로 이동하는 것을 방지함 ― ;
    (c) 상기 초음파 트랜스듀서와 전기 통신하는 커넥터 ― 상기 커넥터는 개방되는 클램쉘 암을 통해 상기 초음파 트랜스듀서에 전기 에너지를 공급하도록 작동되며, 상기 커넥터는 미리 정해진 속도로 회전하도록 적응됨 ―; 및
    (d) 공구 홀더를 포함하며, 상기 공구 홀더와 상기 하우징의 최상부 부분은 서로 기계적으로 커플링되거나 서로 일체형이며, 상기 커넥터는 상기 공구 홀더에 장착되도록 적응되는,
    기계가공 시스템에서 사용하기 위한 디바이스
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 초음파 트랜스듀서는, 전방 질량; 후방 질량; 상기 전방 질량과 상기 후방 질량 사이에 포지셔닝된 복수 개의 압전 세라믹들; 및 상기 전방 질량, 후방 질량 및 세라믹들을 통과하는 압축 부재를 더 포함하며, 상기 압축 부재는 상기 세라믹들에 압축력을 가하도록 작동하는,
    기계가공 시스템에서 사용하기 위한 디바이스.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 진동들을 격리하기 위한 적어도 하나의 변형은 하나 또는 그 초과의 미리 정해진 로케이션들에서 하우징 내에 형성된 얇은 영역을 더 포함하는,
    기계가공 시스템에서 사용하기 위한 디바이스.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 커넥터는 상기 디바이스가 작동될 때 상기 공구 홀더 둘레를 폐쇄하는 2 개의 별개의 아암들을 더 포함하는,
    기계가공 시스템에서 사용하기 위한 디바이스.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 커넥터는 상기 디바이스가 작동될 때 상기 공구 홀더 둘레를 폐쇄하는 2 개의 별개의 아암들을 지지하기 위한 장착 클램프(mounting clamp)를 더 포함하는,
    기계가공 시스템에서 사용하기 위한 디바이스.
  14. 기계가공 시스템에서 사용하기 위한 디바이스에 있어서,
    (a) 초음파 트랜스듀서 ― 상기 초음파 트랜스듀서는 기계가공 공구를 수용하도록 적응됨 ―;
    (b) 기계가공 시스템과 호환가능할 수 있고 내부에 상기 초음파 트랜스듀서를 수용하는 것 양자 모두를 행하도록 적응된 방진 하우징(vibration-isolating housing) ― 상기 방진 하우징은, 상기 기계가공 공구에 전달된 축방향 진동들을 제외하고 상기 디바이스가 작동할 때 상기 초음파 트랜스듀서에 의해 생성된 모든 진동들을 격리하기 위한 적어도 하나의 변형을 더 포함하며, 이에 의해 원치 않는 진동들이 상기 기계가공 시스템 내로 역방향 또는 상방으로 이동하는 것을 방지함 ― ;
    (c) 상기 초음파 트랜스듀서와 전기 통신하는 커넥터 ― 상기 커넥터는 개방되는 클램쉘 암을 통해 상기 초음파 트랜스듀서에 전기 에너지를 공급하도록 작동되며, 상기 커넥터는 미리 정해진 속도로 회전하도록 적응됨 ―; 및
    (d) 스핀들 조립체를 포함하며, 상기 커넥터는 상기 스핀들 조립체의 일 단부 상에 장착되도록 적응되는,
    기계가공 시스템에서 사용하기 위한 디바이스.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 초음파 트랜스듀서는, 전방 질량; 후방 질량; 상기 전방 질량과 상기 후방 질량 사이에 포지셔닝된 복수 개의 압전 세라믹들; 및 상기 전방 질량, 후방 질량 및 세라믹들을 통과하는 압축 부재를 더 포함하며, 상기 압축 부재는 상기 세라믹들에 압축력을 가하도록 작동하는,
    기계가공 시스템에서 사용하기 위한 디바이스.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 진동들을 격리하기 위한 적어도 하나의 변형은 하나 또는 그 초과의 미리 정해진 로케이션들에서 하우징 내에 형성된 얇은 영역을 더 포함하는,
    기계가공 시스템에서 사용하기 위한 디바이스.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 스핀들 조립체는 회전 스핀들 조립체인,
    기계가공 시스템에서 사용하기 위한 디바이스.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 스핀들 조립체는 비회전(non-rotating) 스핀들 조립체인,
    기계가공 시스템에서 사용하기 위한 디바이스.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 회전 스핀들 조립체는 상기 회전 스핀들 조립체를 통해 상기 기계가공 공구로의 전달을 위해 냉각제 유체를 수용하도록 적응되는,
    기계가공 시스템에서 사용하기 위한 디바이스.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 기계가공 공구는 드릴 비트(drill bit)인,
    기계가공 시스템에서 사용하기 위한 디바이스.

KR1020177006281A 2014-09-05 2015-09-04 초음파 보조 기계가공에 사용하기 위한 고속 회전 전기 커넥터 KR102417763B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201462046655P 2014-09-05 2014-09-05
US62/046,655 2014-09-05
PCT/US2015/048589 WO2016037081A1 (en) 2014-09-05 2015-09-04 High-speed rotary electrical connector for use in ultrasonically assisted machining

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170061663A KR20170061663A (ko) 2017-06-05
KR102417763B1 true KR102417763B1 (ko) 2022-07-05

Family

ID=55440403

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020177006281A KR102417763B1 (ko) 2014-09-05 2015-09-04 초음파 보조 기계가공에 사용하기 위한 고속 회전 전기 커넥터

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP3188862A1 (ko)
JP (1) JP2017532210A (ko)
KR (1) KR102417763B1 (ko)
CA (1) CA2959413A1 (ko)
WO (1) WO2016037081A1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016036965A2 (en) * 2014-09-05 2016-03-10 Edison Welding Institute, Inc. Devices for isolating acoustic vibrations in metalworking systems
CN108296536A (zh) * 2017-11-28 2018-07-20 杭州电子科技大学 附件式旋转超声振动刀柄
CN110038784B (zh) * 2019-05-15 2024-03-26 深圳市特力威科技有限公司 一种超音波刀把的供电模块
TWI699256B (zh) * 2019-11-12 2020-07-21 李慧玲 超音波刀把總成

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090133546A1 (en) * 2006-02-27 2009-05-28 Ichiro Araie Spindle Apparatus
US20110222975A1 (en) * 2010-03-11 2011-09-15 Edison Welding Institute, Inc. Ultrasonic machining module

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4854881A (en) * 1985-12-16 1989-08-08 Telephone Products, Inc. Rotary electrical connector assembly
JPS63200953A (ja) * 1987-02-17 1988-08-19 Kiyoshi Suzuki 超音波加工用アタツチメント
JPH03161255A (ja) * 1989-11-15 1991-07-11 Souzou Kagaku:Kk アタッチメント式超音波加工によるワークの穴あけ内面のラッピング研磨方法及びその装置
JPH03256643A (ja) * 1990-03-02 1991-11-15 Brother Ind Ltd 工作機械
JP2891570B2 (ja) * 1991-09-20 1999-05-17 三菱重工業株式会社 超音波加工ヘッド
JP2006142469A (ja) * 2004-11-22 2006-06-08 Masahiro Okesaku 超音波精密加工装置
JP2010240745A (ja) * 2007-08-13 2010-10-28 Kazumasa Onishi 超音波回転加工装置
TWI337559B (en) * 2007-12-20 2011-02-21 Ind Tech Res Inst Spindle and flexure hinge used in ultrasonic machine
JP2011088216A (ja) * 2008-02-12 2011-05-06 Uwave:Kk 超音波工具ホルダ
US8905689B2 (en) * 2010-04-29 2014-12-09 Edison Welding Institute Ultrasonic machining assembly for use with portable devices
DE102011052252A1 (de) * 2011-07-28 2013-01-31 Herrmann Ultraschalltechnik Gmbh & Co. Kg Werkzeugkopf sowie Verfahren zur spanenden Bearbeitung

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090133546A1 (en) * 2006-02-27 2009-05-28 Ichiro Araie Spindle Apparatus
US20110222975A1 (en) * 2010-03-11 2011-09-15 Edison Welding Institute, Inc. Ultrasonic machining module

Also Published As

Publication number Publication date
CA2959413A1 (en) 2016-03-10
WO2016037081A1 (en) 2016-03-10
EP3188862A1 (en) 2017-07-12
KR20170061663A (ko) 2017-06-05
JP2017532210A (ja) 2017-11-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9878377B2 (en) High-speed rotary electrical connector for use in ultrasonically assisted machining
US8870500B2 (en) Ultrasonic machining module
KR102417761B1 (ko) 초음파 기계가공 모듈들과 함께 사용하기 위한 툴 어태치먼트 및 관통 스핀들 쿨란트 시스템들
KR102417763B1 (ko) 초음파 보조 기계가공에 사용하기 위한 고속 회전 전기 커넥터
CN100566894C (zh) 超声振动钻孔的回转式换能器主轴装置
US9782835B2 (en) Tool attachment and through spindle coolant systems for use with ultrasonic machining modules
KR20130030266A (ko) 휴대용 장치들과 함께 사용하는 초음파 기계가공 조립체
KR102417760B1 (ko) 금속 가공 시스템들의 음향 진동을 차단하기 위한 디바이스들
JP2012166303A (ja) 主軸装置
US9669471B2 (en) Devices for isolating acoustic vibrations in metalworking systems
US9764390B2 (en) Closed-loop metalworking system
JP2020138311A (ja) ツール挟持装置の輸液および送電組立構造
KR20150117486A (ko) 초음파 진동이 부가된 스핀들 방전 가공 장치
TWM492802U (zh) 超音波主軸結構

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant