KR102573759B1 - 공구의 강성 제어를 이용한 3차원 진동 감쇄 기능을 갖는 심공 드릴링 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 직경 대비 구멍깊이가 10배에서 150배 이상의 깊은 구멍을 가공하는 심공 드릴링 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 드릴의 축 방향 및 반경 방향 진동을 저감하도록 드릴의 강성을 제어할 수 있는 강성 제어 수단을 구비하여 높은 절삭성과 정밀하고 정확한 직진성 및 진원도를 갖는 심공 드릴링 시스템에 관한 것이다.

Description

공구의 강성 제어를 이용한 3차원 진동 감쇄 기능을 갖는 심공 드릴링 시스템{Deep Hole Drilling System with Three-Dimensional Vibration Attenuation Using Stiffness Control of Tools}
본 발명은 직경 대비 구멍깊이가 10배에서 150배 이상의 깊은 구멍을 가공하는 심공 드릴링 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 드릴의 축 방향 및 반경 방향 진동을 저감하도록 드릴의 강성을 제어할 수 있는 강성 제어 수단을 구비하여 높은 절삭성과 정밀하고 정확한 직진성 및 진원도를 갖는 심공 드릴링 시스템에 관한 것이다.
심공 드릴링을 수행하는 산업분야는 일반적인 기계 제조업에서부터 항공, 조선, 중공업, 방위산업 및 에너지 산업에 이르기까지 다양하며, 특히 고부가 가지의 제품을 제조하는데 필수적인 공정으로 향후 수요가 꾸준히 증가할 것으로 예측되는 장비이다.
특히 방산품의 포신가공, 풍력 발전기의 로터 샤프트, 고속정의 가변 프로펠러 스크루 샤프트, 발전설비의 로터샤프트 등을 가공하기 위해서는 최대 직경 350mm 길이 6m이상 까지 Drilling 및 호닝이 가능한 장비가 필요하고 있으나 현재 50%이상을 유럽(독일, 이태리), 일본, 미국 등지에서 수입 하여 대처하고 있는 실정이다.
심공 드릴링 머신은 방산, 풍력, 조선 및 기계 산업 등의 대형 부품 제작에 필수적인 장비로, 전략물자로 분류되어 있어, 해외 무역정책 변화에 따라 수급에 어려움이 생길 수 있는 장비로, 산업 안보를 위해 국산화 기술이 필요하다.
따라서 심공 가공에 있어서 공구의 마모, 파손 등에 따른 제품의 불량 등을 미연에 방지하고 고도의 품질을 획득하기 위한 공구모니터링 기술개발과 사전 Scanning 하여 정보를 획득한 후 차기 가공에 반영하는 첨단 가공기술, 스마트형 절삭유 공급 시스템기술 등이 요구된다.
기존에는 심공 드릴 링 시 축 방향 진동을 억제하는 기술은 공지된 바 있으나.
드릴의 반경 방향으로 작용하는 진동에 대해서는 감쇄 기술이 공지된 바 없고, 간접적으로 드릴을 회전시키는 몸체 상에 진동 저감 수단을 구비하여 드릴에 가해지는 진동을 입체적으로 저감한 기술이 공지된 바 있으나, 드릴링 깊이가 깊어질수록 진동 감쇄 효율이 떨어지는 문제가 발생한다.
한국 공개 특허 제10-2018-0053330호(2018.05.21. 공개)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 심공 드릴 상에 드릴의 축 방향 및 반경 방향으로 발생되는 진동을 감쇄시킬 수 있는 드릴 강성 제어 수단을 포함하는 공구의 강성 제어를 이용한 3차원 진동 감쇄 기능을 갖는 심공 드릴링 시스템을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 강성 제어 수단은 MR 유체의 점도 제어를 통해 드릴의 강성을 제어하며, 드릴에 구비된 가속도 센서를 통해 진동 신호를 피드백하여 MR 유체의 점도를 제어함에 따라 보다 정밀한 진동 감쇄가 가능한 공구의 강성 제어를 이용한 3차원 진동 감쇄 기능을 갖는 심공 드릴링 시스템을 제공함에 있다.
또한, 본 발명은 축 방향을 따라 복수의 MR 유체 저장 공간을 구획하여 각 저장 공간마다 MR 유체의 점도를 독립적으로 제어하여 드릴의 강성을 제어하는 공구의 강성 제어를 이용한 3차원 진동 감쇄 기능을 갖는 심공 드릴링 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 일실시 예에 따른 공구의 강성 제어를 이용한 3차원 진동 감쇄 기능을 갖는 심공 드릴링 시스템은, 전단에 회전 마찰력에 의해 가공물을 가공하기 위한 드릴 헤드가 형성되고, 후단에 축 방향을 따라 소정의 길이를 갖는 드릴 몸체가 형성된 심공 드릴링 시스템에 있어서, 상기 심공 드릴링 시스템은, 상기 드릴 몸체 상에 구비되어 상기 드릴 헤드의 진동을 감지하는, 진동 감지 센서; 상기 드릴 몸체 상에 구비되며 상기 드릴 몸체의 강성을 제어하여 상기 진동을 감쇄시키는, 강성 제어부; 및 상기 진동 감지 센서의 진동 신호를 전달 받아 상기 진동 신호에 대응되는 강성 제어 신호를 상기 강성 제어부에 전달하여 상기 강성 제어부의 강도를 가변시키는, 제어부를 포함한다.
또한, 상기 강성 제어부는, 축 방향을 따라 소정의 길이를 갖고, 반경 방향을 따라 소정의 두께를 갖는 원통형으로 이루어져, 상기 드릴 몸체의 외면을 감싸도록 구비되되, 상기 드릴 몸체는, 상기 강성 제어부의 외면이 상기 드릴 몸체의 외면 외측으로 돌출되지 않도록 상기 드릴 몸체의 외면에서 반경 방향 내측으로 함몰 형성되되, 상기 강성 제어부에 대응되는 길이와 상기 강성 제어부에 대응되는 두께를 갖는 강성 제어 결합부를 포함한다.
또한, 상기 강성 제어부는, 반경 방향 내측에 배치되고 MR유체(MR)가 저장되는 MR챔버; 상기 MR챔버의 반경 방향 외측에 배치되는, 보빈; 및 상기 MR유체(MR)의 점도 제어를 위해 상기 보빈에 권취되는 코일을 포함하고, 상기 제어부는, 상기 코일에 가해지는 전류의 세기를 제어하여 상기 강성 제어부의 강성을 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 강성 제어부는, 상기 MR챔버가 축 방향을 따라 복수의 MR챔버공간으로 구획될 수 있도록 제1 격벽이 적어도 하나 이상 형성된다.
또한, 상기 코일은, 상기 각각의 MR챔버공간에 대응되도록 복수 개로 구분되며, 각각의 코일은 상기 제어부를 통해 독립적으로 제어된다.
또한, 상기 MR챔버는, 축 방향으로 따라 형성되되, 축 방향 일측 또는 타측이 상기 MR챔버 또는 제1 격벽에 결합되고, 다른 한 측은 상기 MR챔버 또는 제1 격벽과 소정거리 이격되는, 배플이 적어도 하나 이상 형성된다.
또한, 상기 배플은, 복수 개가 반경 방향으로 이격되어 배치되되, 어느 하나의 배플의 축 방향 타측에 공간이 형성된 경우 이웃하는 다른 하나의 배플은 축 방향 일측에 공간이 형성되도록 반경 방향을 따라 서로 엇갈리게 형성된다.
또한, 상기 MR챔버는, 상기 MR챔버공간이 반경 방향을 따라 복수 개로 구획되도록 축 방향으로 따라 제2 격벽이 적어도 하나 이상 형성되되, 상기 제2 격벽 상에는, 유동홀이 적어도 하나 이상 형성된다.
또한, 상기 시스템은, 상기 진동 감지 센서의 진동 신호를 상기 제어부에 전달하고, 상기 제어부의 강성 제어 신호를 상기 강성 제어부에 전달하는 전송부를 더 포함한다.
또한, 상기 제어부는, 회전하는 상기 드릴 몸체의 외측에 배치되며, 상기 전송부는, 회전하는 상기 드릴 몸체에 구비된 진동 감지 센서 및 강성 제어부와 고정된 제어부를 연결하도록 슬립링으로 이루어진다.
다른 실시 예로, 상기 제어부는, 회전하는 상기 드릴 몸체의 외측에 배치되며, 상기 전송부는, 회전하는 상기 드릴 몸체에 구비된 진동 감지 센서 및 강성 제어부와 고정된 제어부를 연결하도록 무선 전송 모듈로 이루어지며, 상기 드릴 몸체에 구비되어 상기 드릴 몸체와 연동하여 회전하는, 제1 전송부와, 상기 제1 전송부에 근접 배치되어 제1 전송부와 무선 통신하는, 제2 전송부를 포함한다.
또한, 상기 MR챔버공간은, 후단에 배치된 MR챔버공간이 전단에 배치된 MR챔버공간보다 부피가 작은 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 강성 제어부는, 상기 드릴 몸체의 전측에 배치되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 드릴 몸체는, 상기 드릴 헤드에 절삭유를 공급하고, 상기 드릴 헤드와 가공물 사이에서 발생되는 칩을 배출하는, 유로가 각각 형성되도록 축 방향을 따라 내부에 중공부가 형성된다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 공구의 강성 제어를 이용한 3차원 진동 감쇄 기능을 갖는 심공 드릴링 시스템은, 드릴의 강성 제어를 통해 드릴에서 발생하는 진동을 감쇄시킴에 따라 드릴의 축 방향은 물론 반경 방향의 진동 감쇄가 가능한 효과가 있다.
또한, 강성 제어 수단이 심공 드릴의 단부에 인접하여 구비됨에 따라 드릴링 깊이에 관계없이 효율적인 진동감쇄가 가능한 효과가 있다.
또한, 드릴에서 발생되는 진동을 가속도 센서를 통해 피드백하여 MR 유체의 점도 제어를 통해 드릴의 강성을 제어하기 때문에 정밀한 진동 감쇄가 가능함에 따라 가공부의 정밀도가 향상되어 가공물의 우수한 표면조도 및 공차 정밀도를 갖는 효과가 있다.
또한, MR 유체에 의한 강성 제어 수단이 심공 드릴의 원주 방향을 감싸도록 구성하여 드릴의 축 방향 진동 저감은 물론 반경 방향 진동까지 저감시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 축 방향을 따라 복수의 MR 유체 저장 공간을 배치하고, 각각의 저장 공간에 배치된 MR 유체의 점도를 진동의 특성에 맞게 독립적으로 제어함에 따라 진동 감쇄 효율이 더욱 향상된 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 심공 드릴링 시스템의 단면도
도 2는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 심공 드릴링 시스템의 단면도
도 3은 본 발명의 심공 드릴링 시스템의 신호라인 블록도
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 강성 제어부 단면개략도
도 5는 본 발명의 심공 드릴링 시스템의 반경 방향 부분 단면도
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 강성 제어부 단면개략도
도 7은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 강성 제어부 단면개략도
도 8은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 강성 제어부 단면개략도
이하, 상기와 같은 본 발명의 일실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1에는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 공구의 강성 제어를 이용한 3차원 진동 감쇄 기능을 갖는 심공 드릴링 시스템(1000)(이하 '심공 드릴')의 단면도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 심공 드릴(1000)은, 가공물에 맞닿아 회전 마찰력에 의해 가공물을 가공하는 드릴 헤드(100)와, 드릴 헤드(100)의 후단에 결합되어 드릴 헤드(100)를 지지하는 드릴 몸체(200)와, 드릴 몸체(200) 상에 구비되어 드릴 헤드(100) 및 드릴 몸체(200)에 가해지는 축 방향 및 반경 방향 진동을 감쇄시키기 위한 강성 제어부(D)를 포함한다. 드릴 몸체(200)의 후단에는 드릴 헤드(100)의 진동 정보 신호를 제어부(미도시)에 전달하고, 제어부의 진동 정보에 따른 강성 제어 신호 및 구동 전원을 강성 제어부(D)로 전달하기 위한 신호 전송부(300)를 포함한다. 심공 드릴(1000)은 고정된 상태에서 가공물을 회전 시켜 가공물을 가공할 수도 있고, 가공물이 고정된 상태에서 심공 드릴을 회전 시켜 가공물을 가공할 수도 있다.
심공 드릴(1000)이 회전하는 경우, 신호 전송부(300)는 회전하는 드릴 헤드(100) 및 드릴 몸체(200)와, 고정된 제어부를 안정적으로 연결하기 위한 슬립링 일 수 있다.
드릴 헤드(100)는 통상의 심공 드릴링 용 드릴 헤드가 적용될 수 있는바 상세한 설명은 생략한다.
드릴 몸체(200)는 전단이 드릴 헤드(100)와 연결되고, 후단이 슬립링(300)에 연결된 지지로드(210)를 포함하고, 지지로드(210)에는 축 방향을 따라 중공부(220)가 형성되어 중공부(220)를 통해 드릴 헤드(100)로 절삭유를 공급하고, 드릴 가공으로 인해 가공물에서 발생되는 칩을 배출한다. 또한 드릴 몸체(200) 상에는 드릴 헤드(100)의 진동을 감지하여 제어부로 전달하기 위한 진동 감지 센서(250)가 구비된다. 진동 감지 센서(250)는 드릴 헤드(100)의 축 방향 및 반경 방향 진동을 모두 감지할 수 있는 3차원 가속도 센서일 수 있다. 진동 감지 센서(250)는 드릴 헤드(100)에서 발생되는 진동을 민감하게 감지할 수 있도록 드릴 헤드(100)에 근접하여 구비될 수 있다. 즉 진동 감지 센서(250)는 드릴 몸체(200)의 전방 측에 내설될 수 있다.
강성 제어부(D)는 원통형으로 이루어지며, 축 방향을 따라 소정의 폭을 갖고, 드릴 몸체(200)의 원주 방향을 따라 드릴 몸체(200)를 감싸도록 구성될 수 있다. 이때, 강성 제어부(D)가 드릴 몸체(200)의 반경 방향 외측으로 돌출되지 않도록 드릴 몸체(200) 상에는 강성 제어부(D)에 대응되는 축 방향 길이를 갖고, 강성 제어부(D)의 반경 방향 두께 만큼 드릴 몸체(200)의 외면에서 내측으로 함몰 형성된 강성 제어 결합부(211)를 포함한다. 따라서 강성 제어 결합부(211)에 강성 제어부(D)가 결합되었을 때, 강성 제어부(D)의 외면 높이는, 드릴 몸체(200)의 외면 높이와 동일하도록 구성될 수 있다. 강성 제어부(D)는 제어부의 제어 신호를 통해 드릴의 강성이 가변되도록 구성될 수 있고, 일예로 MR(Magneto-rheological) 유체를 이용한 MR 댐퍼일 수 있다.
도 2에는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 3차원 진동 감쇄 기능을 갖는 심공 드릴링 시스템(2000)(이하 '심공 드릴')의 단면도가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 심공 드릴(2000)은, 가공물에 맞닿아 회전 마찰력에 의해 가공물을 가공하는 드릴 헤드(100)와, 드릴 헤드(100)의 후단에 결합되어 드릴 헤드(100)를 지지하는 드릴 몸체(200)와, 드릴 몸체(200) 상에 구비되며, 드릴 몸체(200)의 강성 제어, 즉 드릴 몸체(200)의 강도를 가변시켜 드릴 헤드(100) 및 드릴 몸체(200)에 가해지는 축 방향 및 반경 방향 진동을 감쇄시키기 위한 강성 제어부(D)를 포함한다. 또한, 드릴 몸체(200)의 후단에는 드릴 헤드(100)의 진동 정보 신호를 제어부(미도시)에 전달하고, 제어부의 진동 정보에 따른 강성 제어 신호 및 구동 전원을 강성 제어부(D)로 전달하기 위한 신호 전송부(400)를 포함한다.
이때 상술된 제1 실시 예와 다르게 본 발명의 제2 실시 예에 따른 심공 드릴(2000)의 신호 전송부(400)는, 회전하는 드릴 헤드(100) 및 드릴 몸체(200)와, 고정된 제어부를 안정적으로 연결하기 위한 비접촉식 무선 모듈일 수 있다. 즉 신호 전송부(300)는, 드릴 몸체(200) 상에 구비되어 드릴 몸체(200)와 같이 회전하며, 진동 감지 센서와 강성 제어부에 신호적으로 연결되는 제1 전송부와, 제1 전송부의 외면에 배치되되, 제1 전송부의 회전에 상관없이 고정 배치되어 제어부와 신호적으로 연결됨에 따라 제1 전송부의 진동 감지 신호를 제어부에 전달하고, 제어부의 강성 제어 신호를 제1 전송부에 전달하는, 제2 전송부를 포함한다.
도 3에는, 본 발명의 일실시 예에 따른 심공 드릴링 시스템의 신호라인 블록도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 드릴 몸체(200) 상에는 드릴 헤드(100)의 진동을 감지하기 위한 진동 감지 센서(250) 및 드릴 헤드(100)의 진동을 감쇄시키기 위한 강성 제어부(D)가 구비되고, 제어부에 진동 신호를 전달하고, 제어부의 강성 제어 신호를 전달하기 위한 전송부(300, 400)를 포함한다. 또한, 진동 감지 센서(250)와 전송부(300, 400)는 제1-1 라인(L11)을 통해 연결되고, 강성 제어부(D)와 전송부(300, 400)는, 제1-2 라인(L12)을 통해 연결된다. 또한, 전송부(300, 400)와 제어부(C)는 제2 라인(L2)을 통해 연결된다. 따라서 제1-1 라인 및 제1-2 라인(L11)(L12)은 드릴 몸체(200) 상에 구비되고, 제2 라인(L2)은 드릴 몸체(200)의 외측에 구비될 수 있다.
상기와 같은 구성의 제1 또는 제2 실시 예에 따른 심동 드릴(1000)(2000)은, 드릴 몸체(200) 상에 강성 제어부(D)가 구비됨에 따라 드릴 헤드(100)의 강도를 가변시켜 드릴 헤드(100)에서 발생되는 진동을 효과적으로 감쇄시킬 수 있고, 특히 드릴 헤드(100)의 폭 방향 진동은 물론 반경 방향 진동까지 효과적으로 감쇄시킬 수 있는 장점이 있다. 아울러 드릴 헤드(100)에서 발생되는 진동의 크기나 방향을 가속도 센서를 이용하여 실시간으로 모니터링하고, 이에 대응되는 감쇄력을 발생시키기 위해 강성 제어부(D)의 MR 유체 점도를 제어하여 보다 효과적으로 드릴 헤드(100)에서 발생되는 진동을 감쇄시킨 장점이 있다.
따라서 본 발명의 일실시 예에 따른 공구의 강성 제어를 이용한 3차원 진동 감쇄 기능을 갖는 심공 드릴링 시스템은 드릴 몸체(200)의 강성을 제어하여 드릴 가공 시 가공부와 드릴 몸체(200) 사이에서 발생될 수 있는 진동이 저감됨에 따라 가공부의 정밀도가 향상되어 가공물의 우수한 표면조도 및 공차 정밀도를 확보할 수 있다.
이하 상기와 같은 구성을 갖는 심공 드릴(1000)(2000)의 강성 제어부(D)의 세부 구성 및 다양한 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 4에는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 강성 제어부(500)의 단면도가 도시되어 있다. 강성 제어부(500)의 단면은 축(Axis)을 기준으로 반경 방향을 따라 대칭으로 이루어진바 편의상 축(Axis)을 기준으로 어느 한 측의 강성 제어부(500) 만 도시하여 설명하기로 한다.
도시된 바와 같이 강성 제어부(500)는, 지지로드(210)의 반경 방향 최내측에 배치되고 MR유체(MR)가 저장되는 MR챔버(510)와, MR챔버(510)의 반경 방향 외측에 배치되며, MR유체(MR)의 점도 제어를 위한 코일(530)이 권취되는 보빈(520) 및 보빈(520)의 반경방향 외측에 구비되며 강성 제어 결합부(211)의 개방면을 밀폐하는, 커버(550)를 포함한다. 위와 같은 구성의 강성 제어부(500)는, 코일(530)에 가해지는 전류에 의해 MR유체(MR)에 가해지는 자성의 세기가 가변되고 이에 따라 MR유체(MR)의 점도가 가변될 수 있다. 또한, MR유체(MR)의 점도 가변에 따라 MR챔버(520)의 강성(강도)가 가변될 수 있다.
따라서 드릴 헤드(100)에서 진동 발생 시 드릴 몸체(200)상에 구비된 강성 제어부(500)의 MR챔버(520)의 MR유체 점도 가변을 통해 강도를 가변시켜 드릴 헤드(100)에서 실시간으로 변화하는 진동에 대응되는 감쇄력을 발생시켜 진동을 효율적으로 저감하게 된다.
도 5에는, 본 발명의 심공 드릴(1000)의 반경 방향 부분 단면도가 도시되어 있다. 본 발명의 강성 제어부(500)의 MR챔버(510)와 보빈(520)은, 원통형으로 이루어진 지지로드(210)에 용이하게 결합되도록 다음과 같은 형태로 구성될 수 있다. 즉 MR챔버(510)와 보빈(520)은, 회전축을 기준으로 복수개가 방사상으로 분리 되어 결합 시 원통형을 이루도록 구성될 수 있다. 도면상에는 MR챔버(510a)(510b)와 보빈(520a)(520b) 각각 2개가 결합된 형태로 도시되어 있으나, 3개 이상으로 분리 형성되어 결합될 수도 있다. 또한 도면상에는 도시되지 않았으나, 커버(550) 역시 MR챔버(510a)(510b)와 보빈(520a)(520b)에 대응되도록 복수개가 분리되어 결합될 수도 있다. 또한, 복수의 MR챔버(510a)(510b)와 보빈(520a)(520b)이 동일한 형상으로 도시되어 있으나, 3개 이상 구비될 경우 어느 하나가 다른 두 개 보다 원주길이가 길게 형성될 수도 있다, 다만, 원주길이가 제일 긴 어느 하나는, 지지로드(210)의 원주길이의 반을 초과하지 않게 형성될 수 있다.
도 6에는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 강성 제어부(600)의 단면도가 도시되어 있다. 강성 제어부(600)의 단면은 축(Axis)을 기준으로 반경 방향을 따라 대칭으로 이루어진바 편의상 축(Axis)을 기준으로 어느 한 측의 강성 제어부(600) 만 도시하여 설명하기로 한다.
상술된 제1 실시 예의 강성 제어부(500)의 경우 축 방향 길이가 길면, 즉 MR챔버의 축 방향 길이가 길어지면, MR유체(MR)의 쏠림 현상이 발생될 수 있다. 따라서 본 발명의 제2 실시 예에 따른 강성 제어부(600)는, MR챔버(610)가 축 방향을 따라 복수의 MR챔버공간(611~614)으로 구획될 수 있도록 제1 격벽(640)이 적어도 하나 이상 형성될 수 있다. 제1 격벽(640)은 MR챔버(610)상에 반경 방향을 따라 형성되며, 복수 개가 축 방향을 따라 이격 형성될 수 있다. 위와 같이 MR챔버(610)가 축 방향을 따라 복수의 MR챔버공간(611~614)을 형성함에 따라 MR챔버(610)의 축 방향 길이가 길어져도 MR유체(MR)의 쏠림 현상을 방지하여 MR챔버(610)의 전 영역에서 정밀한 강성 제어가 가능한 효과가 있다. 이때, MR유체(MR)의 점도를 조절하는 코일(630) 역시 각각의 MR챔버공간(611~614)에 대응되도록 제1 내지 제4 코일(631~634)로 구분될 수 있고, 각각의 제1 내지 제4 코일(631~634)은 제어부를 통해 독립적으로 제어되도록 구성될 수 있다. 위와 같이 각각의 코일이 제어부를 통해 독립적으로 제어될 경우 각각의 MR챔버공간(611~614)에 수용된 MR유체의 점도 역시 독립적으로 제어가 가능해진다. 따라서 진동이 축 방향으로 발생되는지 반경 방향으로 발생되는지에 따라서 보다 효율적인 진동 감쇄가 가능하도록 구성될 수 있다. 일예로 진동이 축 방향으로 발생되는 경우 전동 드릴(100)에서 멀어질수록 MR유체의 점도가 약해지도록 구성하여 축 방향에 대한 진동 감쇄 효율을 향상시킬 수 있고, 진동이 반경 방향으로 발생되는 경우 MR챔버공간(611~614)에 수용된 MR유체의 점도를 모두 동일하게 하여 반경 방향에 대한 진동 감쇄 효율을 증가시킬 수 있다. 또한, MR챔버공간(611~614) 중 강한 감쇄력이 필요한 MR챔버공간의 MR유체 점도를 강하게 하고, 상기 챔버공간에서 멀어질수록 MR유체 점도가 약해지도록 구성할 수도 있다.
도 7에는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 강성 제어부(700)의 단면도가 도시되어 있다. 강성 제어부(700)의 단면은 축(Axis)을 기준으로 반경 방향을 따라 대칭으로 이루어진바 편의상 축(Axis)을 기준으로 어느 한 측의 강성 제어부(700) 만 도시하여 설명하기로 한다.
상술된 제1 실시 예의 강성 제어부(500)의 경우 드릴 몸체(200) 회전 시 MR 유체가 반경 방향 외측으로 쏠림 현상이 발생될 수 있다. 따라서 본 발명의 제3 실시 예에 따른 강성 제어부(700)는, MR챔버(710)가 축 방향을 따라 복수의 MR챔버공간으로 구획되되, 축 방향으로 따라 형성된 배플(711)이 적어도 하나 이상 형성될 수 있다. 배플(711)은 축 방향 일측 또는 타측이 MR챔버(710) 또는 제1 격벽(740)에 결합되고, 다른 한 측은 MR챔버(710) 또는 제1 격벽(740)과 소정거리 이격되어 MR유체가 유동할 수 있는 공간이 형성되도록 구성된다. 이는 MR 유체의 반경 방향 외측 쏠림은 방지하되, 하나의 챔버공간에 수용된 MR유체는 서로 연통하도록 하여 코일에 의한 점도 제어가 일정하게 유지될 수 있도록 구성된다. MR유체를 반경 방향으로 완전히 구획할 경우 코일을 통한 점도 제어 시 반경 방향을 따라 구획된 MR 유체들 간의 점도 차이가 발생될 수 있기 때문이다. 즉 축 방향으로 나누어진 MR유체의 경우 각각에 대응되는 코일(731~734)의 전류 제어를 통해 서로 동일하게 점도 제어가 가능하지만, 반경 방향을 따라 구획된 MR유체의 경우 하나의 코일(731 or 732 or 733 or 734)을 통해 서로 동일하게 제어가 불가하기 때문이다.
배플(711)은 복수 개가 반경 방향으로 이격되어 배치될 수 있다. 이 경우 어느 하나의 배플의 축 방향 타측에 공간이 형성된 경우 이웃하는 다른 하나의 배플은 축 방향 일측에 공간이 형성되도록 서로 엇갈리게 형성될 수 있다.
도 8에는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 강성 제어부(800)의 단면도가 도시되어 있다. 강성 제어부(800)의 단면은 축(Axis)을 기준으로 반경 방향을 따라 대칭으로 이루어진바 편의상 축(Axis)을 기준으로 어느 한 측의 강성 제어부(800) 만 도시하여 설명하기로 한다.
상술된 제1 실시 예의 강성 제어부(500)의 경우 드릴 몸체(200) 회전 시 MR 유체가 반경 방향 외측으로 쏠림 현상이 발생될 수 있다. 따라서 본 발명의 제4 실시 예에 따른 강성 제어부(800)는, MR챔버(810)가 축 방향을 따라 복수의 MR챔버공간으로 구획되되, 축 방향으로 따라 제2 격벽(841)이 적어도 하나 이상 형성될 수 있다.
제2 격벽(841)은, 양단이 MR챔버(810) 또는 제1 격벽(840)에 결합되어 MR챔버(810)를 반경 방향을 따라 복수개로 구획하도록 구성된다. 이때 제2 격벽(841) 상에는, 유동홀(842)이 적어도 하나 이상 형성되어 MR유체가 유동할 수 있는 공간이 형성되도록 구성된다. 이는 MR 유체의 반경 방향 외측 쏠림은 방지하되, 하나의 챔버공간에 수용된 MR유체는 서로 연통하도록 하여 코일에 의한 점도 제어가 일정하게 유지될 수 있도록 구성된다.
본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.
1000, 2000 : 심공 드릴
100 : 드릴 헤드
200 : 드릴 몸체
210 : 지지로드 211 : 강성 제어 결합부
220 : 중공부 250 : 진동 감시 센서
300, 400 : 전송부
D, 500, 600, 700, 800 : 강성 제어부
510, 610, 710, 810 : MR챔버
611, 612, 613, 614 : MR챔버공간
711 : 배플
520, 620, 720, 820 : 보빈
530, 630, 730, 830 : 코일
640, 740, 840 : 제1 격벽
550, 650, 750, 850 : 커버
MR : MR유체
841 : 제2 격벽
842 : 유동홀

Claims (14)

  1. 전단에 회전 마찰력에 의해 가공물을 가공하기 위한 드릴 헤드가 형성되고, 후단에 축 방향을 따라 소정의 길이를 갖는 드릴 몸체가 형성된 심공 드릴링 시스템에 있어서,
    상기 심공 드릴링 시스템은,
    상기 드릴 몸체 상에 구비되어 상기 드릴 헤드의 진동을 감지하는, 진동 감지 센서;
    상기 드릴 몸체 상에 구비되며 상기 드릴 몸체의 강성을 제어하여 상기 진동을 감쇄시키는, 강성 제어부; 및
    상기 진동 감지 센서의 진동 신호를 전달 받아 상기 진동 신호에 대응되는 강성 제어 신호를 상기 강성 제어부에 전달하여 상기 강성 제어부의 강도를 가변시키는, 제어부를 포함하고,
    상기 강성 제어부는,
    축 방향을 따라 소정의 길이를 갖고, 반경 방향을 따라 소정의 두께를 갖는 원통형으로 이루어져, 상기 드릴 몸체의 외면을 감싸도록 구비되되,
    상기 드릴 몸체는,
    상기 강성 제어부의 외면이 상기 드릴 몸체의 외면 외측으로 돌출되지 않도록 상기 드릴 몸체의 외면에서 반경 방향 내측으로 함몰 형성되되, 상기 강성 제어부에 대응되는 길이와 상기 강성 제어부에 대응되는 두께를 갖는 강성 제어 결합부;를 포함하는, 공구의 강성 제어를 이용한 3차원 진동 감쇄 기능을 갖는 심공 드릴링 시스템.
  2. 삭제
  3. 전단에 회전 마찰력에 의해 가공물을 가공하기 위한 드릴 헤드가 형성되고, 후단에 축 방향을 따라 소정의 길이를 갖는 드릴 몸체가 형성된 심공 드릴링 시스템에 있어서,
    상기 심공 드릴링 시스템은,
    상기 드릴 몸체 상에 구비되어 상기 드릴 헤드의 진동을 감지하는, 진동 감지 센서;
    상기 드릴 몸체 상에 구비되며 상기 드릴 몸체의 강성을 제어하여 상기 진동을 감쇄시키는, 강성 제어부; 및
    상기 진동 감지 센서의 진동 신호를 전달 받아 상기 진동 신호에 대응되는 강성 제어 신호를 상기 강성 제어부에 전달하여 상기 강성 제어부의 강도를 가변시키는, 제어부를 포함하고,
    상기 강성 제어부는,
    반경 방향 내측에 배치되고 MR유체(MR)가 저장되는 MR챔버;
    상기 MR챔버의 반경 방향 외측에 배치되는, 보빈; 및
    상기 MR유체(MR)의 점도 제어를 위해 상기 보빈에 권취되는 코일;
    을 포함하고, 상기 제어부는, 상기 코일에 가해지는 전류의 세기를 제어하여 상기 강성 제어부의 강성을 제어하는 것을 특징으로 하는, 공구의 강성 제어를 이용한 3차원 진동 감쇄 기능을 갖는 심공 드릴링 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 강성 제어부는,
    상기 MR챔버가 축 방향을 따라 복수의 MR챔버공간으로 구획될 수 있도록 제1 격벽이 적어도 하나 이상 형성되는, 공구의 강성 제어를 이용한 3차원 진동 감쇄 기능을 갖는 심공 드릴링 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 코일은,
    상기 각각의 MR챔버공간에 대응되도록 복수 개로 구분되며, 각각의 코일은 상기 제어부를 통해 독립적으로 제어되는, 공구의 강성 제어를 이용한 3차원 진동 감쇄 기능을 갖는 심공 드릴링 시스템.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 MR챔버는,
    축 방향으로 따라 형성되되, 축 방향 일측 또는 타측이 상기 MR챔버 또는 제1 격벽에 결합되고, 다른 한 측은 상기 MR챔버 또는 제1 격벽과 소정거리 이격되는, 배플이 적어도 하나 이상 형성되는, 공구의 강성 제어를 이용한 3차원 진동 감쇄 기능을 갖는 심공 드릴링 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 배플은
    복수 개가 반경 방향으로 이격되어 배치되되, 어느 하나의 배플의 축 방향 타측에 공간이 형성된 경우 이웃하는 다른 하나의 배플은 축 방향 일측에 공간이 형성되도록 반경 방향을 따라 서로 엇갈리게 형성되는, 공구의 강성 제어를 이용한 3차원 진동 감쇄 기능을 갖는 심공 드릴링 시스템.
  8. 제 4항에 있어서,
    상기 MR챔버는,
    상기 MR챔버공간이 반경 방향을 따라 복수 개로 구획되도록 축 방향으로 따라 제2 격벽이 적어도 하나 이상 형성되되,
    상기 제2 격벽 상에는, 유동홀이 적어도 하나 이상 형성되는, 공구의 강성 제어를 이용한 3차원 진동 감쇄 기능을 갖는 심공 드릴링 시스템.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 시스템은,
    상기 진동 감지 센서의 진동 신호를 상기 제어부에 전달하고,
    상기 제어부의 강성 제어 신호를 상기 강성 제어부에 전달하는 전송부를 더 포함하는, 공구의 강성 제어를 이용한 3차원 진동 감쇄 기능을 갖는 심공 드릴링 시스템.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    회전하는 상기 드릴 몸체의 외측에 배치되며,
    상기 전송부는,
    회전하는 상기 드릴 몸체에 구비된 진동 감지 센서 및 강성 제어부와 고정된 제어부를 연결하도록 슬립링으로 이루어진, 공구의 강성 제어를 이용한 3차원 진동 감쇄 기능을 갖는 심공 드릴링 시스템.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    회전하는 상기 드릴 몸체의 외측에 배치되며,
    상기 전송부는,
    회전하는 상기 드릴 몸체에 구비된 진동 감지 센서 및 강성 제어부와 고정된 제어부를 연결하도록 무선 전송 모듈로 이루어지며,
    상기 드릴 몸체에 구비되어 상기 드릴 몸체와 연동하여 회전하는, 제1 전송부와, 상기 제1 전송부에 근접 배치되어 제1 전송부와 무선 통신하는, 제2 전송부를 포함하는, 공구의 강성 제어를 이용한 3차원 진동 감쇄 기능을 갖는 심공 드릴링 시스템.
  12. 제 4항에 있어서,
    상기 MR챔버공간은,
    후단에 배치된 MR챔버공간이 전단에 배치된 MR챔버공간보다 부피가 작은 것을 특징으로 하는, 공구의 강성 제어를 이용한 3차원 진동 감쇄 기능을 갖는 심공 드릴링 시스템.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 강성 제어부는,
    상기 드릴 몸체의 전측에 배치되는 것을 특징으로 하는, 공구의 강성 제어를 이용한 3차원 진동 감쇄 기능을 갖는 심공 드릴링 시스템.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 드릴 몸체는, 상기 드릴 헤드에 절삭유를 공급하고, 상기 드릴 헤드와 가공물 사이에서 발생되는 칩을 배출하는, 유로가 각각 형성되도록 축 방향을 따라 내부에 중공부가 형성되는, 공구의 강성 제어를 이용한 3차원 진동 감쇄 기능을 갖는 심공 드릴링 시스템.
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