KR19990021872A - 기계가공중의 진동 감소용 튜닝된 댐핑장치 - Google Patents

기계가공중의 진동 감소용 튜닝된 댐핑장치 Download PDF

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Abstract

금속 커팅 및 가공과 관련한 진동 감소용의 튜닝가능한 댐핑장치(26)가 기재되어 있다. 튜닝가능한 댐핑장치(26)는 금속 커팅머신의 보링바, 엔드밀, 모듈 툴섹션 떠는 스핀들/툴 홀더에 제공될 수 있다. 튜닝가능한 댐핑장치는 댐퍼부(9), 탄성 지지체(10a, 10b) 및 조정 변소들을 결정하도록 댐핑부를 록킹하는 수단(13, 15)을 포함한다. 튜너장치(1)는 센서(30, 31)와 동적으로 가장 유연성 있는 진동모드를 인식할 수 있는 마이크로프로세서(35)로 구성된다. 튜너장치(1)는 또한 신호처리 및 알고리즘으로 제어되는 마이크로프로세서를 통해 댐핑장치(26)의 적당한 튜닝조절을 조작자에게 지시할 수 있다.

Description

기계가공중의 진동 감소용 튜닝된 댐핑장치
오늘날 금속 절삭시의 진동감소를 위하여 여러 가지 형태의 댐핑장치가 기계가공분야에 알려져 있다. 금속절삭을 위한 커팅 툴과 가공장치는 통상적으로 그 동작중에 유해한 진동이 발생된다. 이러한 진동은 다음 두가지, 즉 (1)채터링(chattering)으로 나타나는 자기 진동(self exciteted vibration)과; (2)절삭 장애와 같이 커팅 툴에 작용되는 절삭력의 불연속으로 인한 커팅 툴의 자유진동(free vibration)으로 분류될 수 있다. 이들 두가지 진동 유형은 통상적으로 가공물 표면의 불량과 가공물이 허용오차를 벗어나는 것과 같이 바람직하지 못한 절삭효과를 초래한다. 더욱이, 커팅 툴과 기계가공장치는 그러한 바람직하지 못한 진동으로 인하여 손상될 수 있다.
전체 가공장치는 그 작동중에 여러 가지 모드의 진동이 발생되는 동적인(dynamic) 장치이다. 이들 모드의 진동은 동적 강성에 의해 분류될 수 있다. 상기 가공장치의 저항성과 특정 모드의 변형에서 댐핑 크기에 대한 척도이다. 기계가공분야에서 동력학적으로 가장 유연성있는 모드는 가공장치의 수행능력을 좌우한다.
채터링에 민감한 경우에, 가장 유연성 있는 모드의 동적 강성은 전체 가공장치 안전성의 한계를 결정한다. 채터링에 민감한 장치에서 안전성의 한계는, 장치가 불안정하게 되지 않으며 채터링이 시작되지 않고 얻어질 수 있는 최대 절삭 깊이이다. 그러나, 자유진동의 상태에서 동적으로 가장 유연성 있는 모드는 커팅 툴 위치에 있어서 제어되지 않은 대부분의 변위 발생에 기여하도록 작용한다. 이러한 제어되지 않은 변위는 또한 자유진동 상태에서 발생되는 가공면의 불균일성에 대해 가장 크게 기여한다.
어떠한 가공장치 구성도 통상적으로 주도적인 진동모드를 나타낸다. 이러한 주도적인 진동모드는 특정 장치에 있어서 다른 진동 모드들 보다 상당히 더 굽힘성이 있다. 이것은 흔히 보링 바(boring bar), 길다란 엔드 밀, 모듈의 툴 및 툴연장부와 같이 길다랗게 돌출된 상태의 툴(길이 대 직경 비율이 큰 툴)의 경우이다. 더욱이, 이들 툴들은, 2행정 내연기관의 실린더를 보링할 때 경험하는 경우와 같이, 보링 중단을 일으키는 진동문제에 민감한 상태로 사용되고 있다. 이 경우에, 가공장치의 전체 수행능력은 주도적인 진동모드에 대한 동적 강성을 증대시킴으로써 크게 향상될 수 있다.
종래 기술에서 알려진 바와 같이 기계가공장치의 동적 강성을 증대시키는 기술이 여러 가지가 있다. 그 중 하나는 돌출된 툴의 종횡비를 감소시키는 것이다. 즉, 길이 대 직경의 비율을 감소시키는 것이지만, 그러나 이런 방법은 요구되는 절삭부의 기하학적 형상 때문에 항상 가능한 것은 아니다. 다른 툴의 바디를 텅스텐 탄화물 또는 기타의 다른 중금속과 같이 강성이 큰 재료로 만드는 것이다. 더욱이, 상기 방법을 적용하는 경우 또는 적용하지 않는 경우에 동적진동 흡수체를 가공장치에 장착할 수 있다.
동적진동 흡수체에 대한 기술은 시릴 엠. 해리스와 찰스 이. 크리드가 저술하고 맥그로우-힐-북 컴퍼니(McGraw-Hill Company)에서 1961년 발행한 충격 및 진동 핸드북의 6장에 기재되어 있으며, 참고로 본 명세서에 인용한다. 동적 진동 흡수체는 미국 특허 제 3,838,939 호, 제 4,553,884 호에서 개시된 바와 같이 요구되는 진동수로 진동하도록 조정될 수 있다. 더욱이, 동적 진동 흡수체는, 미국 특허 제 3,643,546 호에 개시된 바와 같이 채터링을 피하기 위하여 가공장치가 작동하는 최소의 동적 강성을 감소시키도록 설계 및 조정될 수 있다.
그러나, 선행기술의 댐핑장치는 기계가공 기술을 계속하여 제한하는 많은 부적당한 문제가 있었다. 오늘날 산업계에 이용되는 현재의 동적 진동 흡수체(댐핑수단)는 특정의 여기(excitation) 진동수에서 작용되는 강제 진동 분야에서 효과가 있지만, 자유진동 또는 채터링을 효과적으로 감소시키지는 못하였다. 댐핑수단의 최적 튜닝(tuning)은 개별적인 진동 발생경우들 각각에 대하여 상이함을 볼 수 있다.
댐핑수단은, 기계가공장치에서 동적으로 가장 유연성 있는 진동 모드에 대하여 변위 대 힘 변환함수의 절대값을 최소화하도록 조정되어야 한다. 진동 댐핑수단은 채터링에 대해 최대의 저항을 제공하는 한편, 동적으로 가장 유연성 있는 지동모드와 관련한 변위 대 힘 변환함수의 실부분의 음(-)의 피크 높이를 최소화하도록 조정되어야 한다. 상기 실부분은 힘에 대한 변위에 대한 것이다.
더욱이, 기계가공장치와 그에 장착되는 댐핑수단은 크게 전체적으로 동적으로 종속된 시스템을 형성하도록 결합되어 있음을 알아야 한다. 다시 말해서, 가공장치에 댐핑장치를 장착하는 것은 시스템의 동적 특성에 크게 영향을 주도록 작용한다. 상기 영향은 단지 댐핑장치를 가공장치에의 단순한 부가에만 기인되지 않고 가공장치의 유효한 질량에 대하여 댐핑장치 자체의 상당한 질량에 기인한다. (그러나 댐핑장치는 가공장치에 대해 충분한 댐핑효과를 갖기 위해 상대적으로 큰 질량을 가져야 한다) 따라서, 가공장치와 댐핑장치는 독립적으로 처리될 수 없다. 즉, 댐핑장치는 가공장치와 별도로 분리하여 조정되거나 나중에 부가할 수도 없다. 가공장치에 댐핑장치의 단순한 부가는 감쇠될 모드 주파수에 영향을 주게 되므로 댐핑장치가 최적으로 조정되지 못하게 한다.
또한, 시스템에의 어떠한 변경은 댐핑장치의 최적 튜닝에 큰 영향을 준다. 그러한 변경의 예는 다른 가공장치에서 댐핑 조정된 툴의 배치, 툴 길이의 변경, 모듈 툴링장치에서 댐핑조정된 구조의 변경, 또는 가공장치의 다른 위치에 동적 댐핑장치를 배치하는 것 등이다. 기본적으로, 부가된 댐핑장치를 가공장치에 조립하는 것은 최적으로 튜닝된 독특한 구조를 형성하도록 해야 한다. 그러므로, 튜닝된 댐핑장치는 그러한 독특한 구조에 대해서만 최적화된다. 더욱이, 가공장치와 댐핑장치는 크게 종속적이고 댐핑장치는 주기적으로 재튜닝을 필요로 하기 때문에, 댐핑장치는 가공장치속의 제위치에서 튜닝되어야 한다. 툴링 또는 기계가공 작업을 관리하는 책임자들은 구조적인 동적 튜닝에 숙련되어 있지 않을 수도 있기 때문에, 구조적인 동적 테스트 및 튜닝방법에 대한 사전 지식이 없이 오직 단순한 지시로 댐핑장치를 가공장치속의 제위치에서 용이하게 댐핑장치속의 제위치에서 용이하게 튜닝될 수 있을 필요가 있다.
그러므로 본 발명의 목적은 종래 댐핑장치의 문제점을 해소하고 기계가공기술의 발전에 상당히 기여하도록 개선함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 부가된 댐핑장치를 구비하는 기계가공장치의 동적으로 가장 유연성 있는 진동 모드를 자동으로 확인하고, 동적으로 가장 유연성 있는 모드의 동적 강성을 증대시키도록 튜닝을 절차적으로 지시하는 튜너장치와 튜닝가능한 댐핑 어셈브리를 구비한 튜닝가능한 댐핑장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 튜닝 및 조작이 구조적 동적 테스트와 튜닝방법들의 사전 지식을 필요로 하지 않는 튜닝가능한 댐핑장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 실제 튜닝이 전자적으로 제어되고 다음 두가지 경우 즉, (1)자유진동에 기인한 최소응답의 경우와, (2)채터링에 대하여 최대 안정성과 저항성 중 적어도 한가지로 최적으로 튜닝되도록 댐핑 어셈블리를 조절하는 방법을 사용자에세 지시하는 튜닝가능한 댐핑장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 기계가공장치의 형상을 변화시킴으로서 야기되는 효과와 댐핑장치의 유효형태의 질량, 튜닝가능한 댐핑장치의 위치에 관계없이 튜닝가능성 및 튜닝 수행성을 갖는 튜닝가능한 댐핑장치를 제공하는 것이다. 이로써 댐핑장치는 툴과, 툴연장부 또는 툴테이퍼 속의 어떠한 편리한 위치에도 배치될 수 있으며 튜닝가능한 댐핑장치를 효과적으로 동작시킬 수 있게 하는 진동모드로 툴의 충분한 운동을 허용한다. 튜닝과정을 변경시키지 않고, 모듈화된 툴에서와 같이 툴형상을 변경시킬 수 있게 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 가공장치 조작자 또는 다른 사람에 의해서도 튜닝가능한 댐핑장치의 즉각적인 튜닝을 가능하게 함으로써 생산현장에서 편리하게 사용가능한 튜닝가능한 댐핑장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 보링 바, 엔드 밀, 툴 모듈, 툴 연장부, 스핀들, 툴 홀더 또는 고정된 장비구조와 같이 고정되거나 회전하는 툴에 이용될 수 있는 튜닝가능한 댐핑장치를 제공하는 것이다.
상기 목적들은 본 발명의 보다 현저한 특징들 일부를 단지 예시적으로 기재한 것으로 해석되어야 한다. 개시된 발명을 기술적 사상의 범위내에서 발명을 변경시키거나 다른 방법으로 적용함으로써 많은 다른 유효한 결과를 얻을 수 있다. 따라서, 다음 발명의 요약, 참고함으로써 첨부된 도면을 참고하여 청구범위에 의해 한정된 발명의 기술적 사상과 함께 바람직한 실시예에 대한 상세한 설명으로부터 본 발명의 다른 목적들과 보다 넓은 이해를 구할 수 있을 것이다.
본 발명은 기계 가공작업중에 발생되는 진동 감소용 댐핑(damping system)장치에 관한 것으로, 특히 기계가공분야에서 이용되는 여러 가지의 보링 및 커팅 툴의 사용과 관련한 자유진동 및 공정 불안정을 감소시키기 위한 댐핑장치에 관한 것이다.
본 발명의 보다 간명한 이해를 위하여 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1 은 모듈의 툴 헤드에 사용되는 튜닝가능한 댐핑장치의 부분단면도이며, 댐핑장치를 구성하는 댐퍼 매스와 기타 다른 여러 요소들은 서로에 대한 상대적인 위치로 도시되어 있다.
도 2 는 엔드 밀에 사용되는 튜닝가능한 댐핑장치의 부분단면도로서, 댐핑장치를 구성하는 댐퍼 매스와 기타 다른 여러 요소들은 서로에 대한 상대적인 위치로 도시되어 있다.
도 3 은 커팅 툴이 진동센서와 충격 햄머 및 튜너장치가 튜닝된, 댐핑장치를 내장하는 기계구조를 도시하고 있는 시스템 블록도이다.
도 4 는 튜너장치에 의한 튜닝 프로세서에서 수행되는 단계들을 설명하는 플로어 차트이다.
도 5a 는 튜닝가능한 댐핑장치를 갖지 않는 통상의 장치에서 자유진동 모드에서 측정된 진도 변환 함수를 나타내는 그래프도이다.
도 5b 와 도 5c 는 최적으로 조정된 튜닝가능한 댐핑장치를 부가한 다음 도 5a 에서 측정된 동일 장치의 그래프도이다.
도 6a 는 어떠한 튜닝가능한 댐핑장치를 채용하지 않고 자기 모드(채터링 모드)에서 측정된 통상의 장치의 실부분변환함수를 나타내는 그래프도이다.
도 6b 와 도 6c 는 최적으로 조정된 튜닝가능한 댐핑장치를 부가한 다음 도 6a 에서 측정된 동일 장치의 그래프도이다.
상기 도면들에서 유사 번호는 유사 부분을 나타낸다.
도 1 에서, 본 발명의 튜닝가능한 댐핑장치(1)의 부분단면도는 모듈의 툴 헤드(2)에 사용되는 것으로 도시되어 있다. 모듈의 툴 헤드(2)는 내측에 나사가 형성된 개방 단부(3a)와 제 2 단부(3b)를 갖는 제 1 부분(3)를 포함한다. 일체형의 마운팅 스터드(4)는 제 1 부분(3)의 제 2 단부(3b)로부터 중심에서 외측으로 연장되어 있다.
일단부(5a)와 외측면에 나사가 형성된 개방 단부(5a)를 갖는 제 2 부분(5)은 제 1 부분(3)에 취부된다. 제 2 부분(5)은 외측면에 나사가 형성된 개방 단부(5b)가 제 1 부분(3)의 내측면에 나사가 형성된 개방 단부(3a)와 나사결합됨으로써 취부된다. 오목한 밀폐단부(6a)를 갖는 중앙의 공간부(6)는 제 2 부분(5)속에 위치된다. 제 2 부분과 맞물릴 때 제 1 부분(3)은 중앙의 공간부(6)를 감싸도록 작용한다. 또한, 제 2 부분(5)은 커팅 인써트(8)를 보지하는 일단부(5a)에 연결된 툴 홀더(7)를 구비하고 있다.
튜닝가능한 댐핑장치(1)는 제 1 및 제 2 원추형 단부(9a, 9b)를 갖는 댐퍼 매스(9)를 포함한다. 댐퍼 매스(9)는 대체로 원통형상으로서 텅스텐과 같은 밀도가 큰 금속재료로 만들어지는 것이 바람직하다. 댐퍼 매스(9)는 10 - 60 % 범위의 시스템 형태의 유효 질량비에 대한 댐핑질량을 갖는다. 댐퍼 매스(9)는 중앙의 공간부(6)속에 제 1 및 제 2 탄성 지지체(10a, 10b)에 의해 제 1 및 제 2 원추형 단부(9a, 9b)들 각각에서 지지된다. 제 1 및 제 2 탄성 지지체(10a, 10b)는 통상적으로 이용가능한 O - 링 형태인 것이 바람직하다. 특히, 상기 O - 링들은 스티렌 부타디엔 러버(SBR) 또는 비톤(Viton) 러버와 같은 고완충 폴리머로부터 만들어지는 것이 바람직하다. 제 1 및 제 2 탄성 지지체(10a, 10b)들은 중앙의 공간부(6)속에 배치를 용이하게 하도록 상기 공간부의 내경보다 약간 작은 외경으로 된다.
오목한 결합면(11a)과 평탄한 배면(11b)을 갖는 슬라이딩 죠(jaw:11)는 또한 중앙의 공간부(6)속에 수용된다. 상기 제 1 탄성의 지지체(10a)는 슬라이딩 죠(11)의 오목한 결합면(11a)과 댐퍼 매스(9)의 제 1 원추형 단부(9a) 사이에 개재된다. 제 2 탄성의 지지체(10b)는 댐퍼 매스(9)의 제 2 원추형 단부(9b)와 중앙의 공간부(6)의 오목한 밀폐단부(6a) 사이에 개재된다. 슬라이딩 죠의 오목한 결합면(11a)과 중앙의 공간부(6)의 오목한 밀폐단부(6a)는 모두 댐퍼 매스(9)의 제 1 및 제 2 원추형 단부(9a, 9b)의 것보다 더 큰 각도를 포함한다. 상기 슬라이딩 죠(11)는, 제 1 및 제 2 탄성의 지지체(10a, 10b)들에 작용되는 압력을 증가 또는 감소시켜 결과적으로 그들 사이에서 지지되는 댐퍼 매스(9)를 경직시키게 하거나 또는 느슨하게 함으로써 튜닝가능한 댐핑장치(1)의 조정에 영향을 주도록 작용한다.
이러한 형상구조는 댐퍼 매스(9)의 종축방향으로 슬라이딩 죠(11)의 이동에 의해 제 1 및 제 2 탄성의 지지체(10a, 10b)가 반경방향으로 압축되게 한다. 더욱이, 상기 구조는 자동적으로 자기중심 작용을 하도록 함으로써 댐퍼 매스(9)를 중앙 공간부(6)의 중앙에 보지시킨다.
더욱이, 슬라이딩 죠(11)의 오목한 결합면(11a)과 중앙의 공간부(6)의 오목한 밀폐단부(6a)는 그로부터 중앙으로 외측방향으로 연장된 제 1 및 제 2 정지부(12a, 12b)를 구비하고 있다. 이들 정지부(12a, 12b)들은, 제 1 및 제 2 탄성 지지체(10a, 10b)들이 크게 압축되는 세팅위치로 튜닝가능한 댐핑장치(1)가 조정되어질 때, 댐퍼 매스(9)가 견고하게 기부장치에 파지되고 효과적으로 고정되도록 되는 치수로 된다.
부가적인 댐핑이 필요하면, 중앙의 공간부(6)는 고점도의 열적으로 안정된 특성의 댐핑유체로 부분적으로 채워질 수 있다. 상기 댐핑유체는 제 1 및 제 2 탄성 지지체(10a, 10b)들에 의해 제공되어 보충될 필요가 있는 부가적인 댐핑을 제공한다. 중앙 공간부(6)에 부분적으로 충전됨으로써 제 1 및 제 2 탄성 지지체(10a, 10b)들이 압축되는 경우처럼 중앙 공간부(6)의 체적을 감소시키는 작용을 한다.
튜닝가능한 댐핑장치(1)의 조정은 댐퍼 매스(9)의 종방향 축을 따라 슬라이딩 죠(11)의 이동에 의해 수행된다. 이러한 슬라이딩 이동은, 제 1 부분(3)의 사이드 보어(13a)와 나사결합된 조정나사(13)에 의해 결과적으로 발생된다. 조정나사(13)는 시계방향 또는 반시계방향으로 회전됨으로써 조정될 때, 사이드 보어(13a)에 슬라이드가능하게 배치된 조정캠(14)에 힘을 작용한다. 상기 조정캠(14)은 웨지부(wedge portion : 14a)를 갖고 대체로 원통형상이다. 상기 조정캠(14)은 다시 푸시 볼(15)에 힘을 가하여 그 결과 제 1 부분(3)의 내측면에 나사가 형성된 개방단부(3a)에 위치한 중앙의 홀(15a)을 통하여 상기 푸시 볼이 이동한다. 상기 푸시 볼(15)은 웨지부(14a)와 항상 접촉하여 그와의 상호작용으로 이동한다. 푸시 볼(15)은 동시에 슬라이딩 죠(11)의 평탄한 배면(11b)과 접촉된다. 따라서, 슬라이딩 죠(11)는 조정되는 조정나사(13)에 응답하여 댐퍼 매스(9)의 종방향 축을 따라 이동한다.
도 2 에 있어서, 튜닝가능한 댐핑장치(1)의 변형예가 엔드 밀(16)에 이용되는 것으로 도시되어 있다. 상기 엔드 밀(16)은 일단부(16a)를 갖는 생크부(16a)를 포함한다. 엔드 밀(16)은 텅스텐 탄화물 또는 그와 유사한 것과 같이 강성이 큰 금속재료로 만들어지는 것이 바람직하다. 직경이 감소된 부분(16c)은 생크부(16a)의 일단부(16a)와 일체로 형성되고 그로부터 외측으로 연장되어 있다. 직경이 감소된 부분(16c)은 생크부(16a) 반대쪽의 오목한 단부(16d)를 포함한다. 원통형의 중공부(17)는 직경이 감소된 부분(16c)의 외경보다 약간 더 큰 내경을 가지며 상기 오목한 단부(16d)위에 강제로 끼워진다. 필요하면 에폭시 접착제가 첨가될 수 있다. 원통형의 중공부(17)는 내측으로 나사가 형성된 개방 단부(17a)를 포함한다. 직경이 감소된 부분(16c)의 오목한 단부와 결합된 원통형의 중공부(17)는 댐퍼 공간부(18)를 형성한다.
상기와 같이 형성된 댐퍼 공간부(18)는 텅스텐과 같은 밀도가 큰 중금속재료로 만들어지는 것이 바람직한 댐퍼 매스(19)를 수용한다. 상기 댐퍼 매스(19)는 대체로 원통형상을 가지며 제 1 및 제 2 원추형 단부(20a, 20b)를 가진다. 상기 댐퍼 매스(19)의 각기 제 1 및 제 2 원추형 단부(20a, 20b)는 제 1 및 제 2 탄성재의 지지체(21a, 21b)에 의해 댐퍼 공간부(18)에서 지지된다. 제 1 탄성재의 지지체(21a)는 직경이 감소된 부분(16c)의 오목한 단부(16d)와 댐퍼 매스(19)의 제 1 원추형 단부(20a) 사이에 위치하게 된다. 오목한 결합면(22a)과 평탄한 배면(22b)을 갖는 슬라이딩 죠(22)는 댐퍼 매스(19)의 제 2 원추형 단부(20b)에 대하여 제 2 탄성재의 지지체(21b)를 기밀되게 배치시킨다. 슬라이딩 죠(22)의 오목한 결합면(22a)은 제 2 탄성재의 지지체(21b)와 접촉되게 유지된다. 상기 제 1 및 제 2 탄성재의 지지체(21a, 21b)는 스티렌 부타디엔 러버(SBR) 또는 비톤(Viton) 러버와 같은 고완충 폴리머로부터 만들어진 상업적으로 흔히 이용가능한 O - 링형태인 것이 바람직하다. 제 1 실시예에서와 마찬가지로, 이러한 형상구조는 댐퍼 매스(19)의 종방향 축방향으로 엔드밀 슬라이딩 죠(22)의 운동에 의해 제 1 및 제 2 탄성재의 지지체(21a, 21b)가 반경방향으로 압축되게 한다. 더욱이, 상기 구조는 자동적으로 자기중심 작용을 하도록 함으로써 댐퍼 공간(18)의 중앙에서 댐퍼 매스(19)를 보지시킨다.
슬라이딩 죠(22)는 댐퍼 공간(18)속에 배치되고 튜닝가능한 댐핑장치(1)의 조정작용을 실행하도록 사용된다. 엔드 밀(16)의 본 실시예에서, 슬라이딩 죠(22)는 댐핑 조정후에 클램핑수단에 의해 제위치에 고정된다. 상기 댐핑수단은 슬라이딩 죠(22)에 인접한 원통형의 중공부(17)를 통하여 나사결합된 클램핑 스크류(23)에 의해 제공되는 것이 가장 바람직하다. 상기 클램핑 스크류(23)는 슬라이딩 죠(22)와 접촉하고 댐핑 중공부(18)속에 슬라이딩 죠(22)를 고착시키도록 꼭 조여짐으로써 슬라이딩 죠(22)가 이동하는 것을 방지한다.
댐퍼 매스(19)를 기부장치에 고정시켜 동적으로 가장 유연한 진동 모드를 결정하도록 튜닝가능한 댐핑장치(1)를 무력화시키는 수단으로서, 직경이 감소된 부분(16c)의 오목한 단부(16d)와 슬라이딩 죠(22)의 오목한 결합면(22a)은 각각 제 1 및 제 2 정지부(24, 25)를 구비하고 상기 정지부는 매우 엄격한 조정시에 댐퍼 매스(19)를 파지하도록 작용한다.
제 1 및 제 2 정지부(24, 25)는 직경이 감소된 부분(16c)의 오목한 단부(16d)와 슬라이딩 죠(22)의 오목한 결합면(22a)으로부터 중심에서 외측으로 연장되어 있다. 상기 제 1 및 제 2 정지부(24, 25)는 튜닝가능한 댐핑장치(1)의 매우 정밀한 튜닝시에 댐퍼 매스(19)가 기부장치에 효과적으로 견고하게 클램핑되는 정도의 크기이다.
부가적인 댐핑이 필요하면, 댐퍼 매스(19)를 수용하는 중앙의 공간부(18)는 고점도의 열적으로 안정된 특성의 댐핑유체로 부분적으로 채워질 수 있다. 상기 댐핑유체는 제 1 및 제 2 탄성 지지체(21a, 21b)들에 의해 제공되어 보충될 필요가 있는 부가적인 댐핑을 제공한다. 중앙 공간부(18)에 부분적으로 충전됨으로써 제 1 및 제 2 탄성 지지체(21a, 21b)들이 압축되는 경우처럼 중앙 공간부(18)의 체적을 감소시키는 작용을 한다.
튜닝가능한 댐핑장치(1)의 조정은 댐퍼 매스(19)의 종방향 축을 따라 슬라이딩 죠(22)의 이동에 의해 수행된다. 상기 이동은 제거가능한 조정 플러그(27)을 관통하여 축방향으로 나사가 형성된 조정 나사(26)에 의해 이루어진다. 상기 조정 플러그(27)는 원통형의 중공부(17)의 내측에 나사가 형성된 개방단부(17a)와 나사연결됨으로써 조정나사(26)를 슬라이딩 죠(22)와 정렬시킨다. 상기 조정나사(26)는 튜닝작업중에 조정됨에 따라 댐퍼 매스(19)의 종방향 축을 따라 이동한다. 조정나사(26)는, 클램핑나사가 조여져서 슬라이딩 죠(22)를 조정된 위치에 고정하고 이어서 조정 플러그(27)가 제거될 때까지 슬라이딩 죠(22)의 평탄한 배면(22b)과 접촉하여 유지된다. 상기 조정 플러그(27)는 여러가지의 커팅 작업을 수행하기 위하여 커팅 헤드에 의해 교체된다. 가장 바람직한 조정 플러그는, 조정작업중에 마치 커팅 헤드가 있는 것과 같도록 커팅 헤드의 무게와 거의 같은 무게를 갖는 크기로 되는 것이다.
도 3 에 있어서, 머신 구조물(28), 커팅 단부(30a)를 구비한 커팅 툴(29), 진동 센서(30), 충격 햄머(31), 튜너 장치(33) 및 여러 가지의 케이블(32) 등이 조정위치 형상으로 나타난 시스템 다이아그램이 도시되어 있다. 상기 커팅 툴(29)은 튜닝가능한 댐핑장치(1)를 소용하고 머신 구조물(28)에 장착된다. 그 다음에 진동센서(30)가 커팅 툴(29)의 진동을 감지하도록 커팅 단부(30a) 근처에서 커팅 툴(29)에 취부된다. 상기 진동센서(30)는, 예를 들어 압전자기를 이용한 햄머, 커패시턴스 변이 탐침자, 인덕턴스/멤돌이 전류 변이 탐침자, 광반사 탐침자 또는 가속도계와 같은 통상적으로 공지된 센서들의 형태이다. 그러나 상기 가속도계를 사용하는 것이 가장 바람직하다.
상기 진동센서(30)는 스크류, 접착제 또는 자기적인 수단에 의해 커팅 툴(29)에 취부될 수 있다. 변형적으로, 진동센서(30)는 커팅 툴(29)에 영구적으로 매설될 수도 있으며, 이 경우에는 케이블(32) 연결을 위한 전기적 연결구가 제거가능하게 제공된다. 또한 충격 햄머(31)는 커팅 툴(29)을 때리는 식으로 시스템에 힘을 가하도록 사용된다. 진동센서(30)와 충격햄머(31)들은 케이블(32)에 의해 튜너장치(33)에 연결되며, 신호증폭기 또는 다른 적당한 신호처리 디바이스에 의해 전처리될 수도 있다.
상기 튜너장치(33)는 아날로그 형태의 감지된 신호들을 디지털 데이터 형태로 변환시키도록 아날로그 - 디지털 변환기(A/D: 34)를 포함한다. 변환된 디지털 데이터의 조작 및 연산은 마이크로프로세서(35)에 의해 수행된다. 상기 튜너장치(33)는 전용 마이크로프로세서(35)를 주용소로 하는 시스템일 수 있으며, 또는 퍼스널 커팅툴와 같은 범용 시스템으로 수행될 수도 있다. 상기 튜너장치(33)는 또한 사용자 인터페이스(36)를 포함한다. 상기 사용자 인터페이스(36)는 조작자로 하여금 시스템과 상호 교신하도록 연결할 수 있게 한다. 조작자와 시스템의 교신은 일반적으로, 자유진동 또는 채터링 회피 모드와 같이 수행할 조정 형태와 측정치에서 노이즈 비율에 대하여 개선된 평균화된 측정치의 번호를 지시하는 입력을 튜너장치(33)에 하는 것을 포함한다.
더욱이, 사용자 인터페이스(36)는, 지배적인 진동모드(동적으로 가장 굽힘성 있는 모드)가 찾아지면 실행되어야 할 적당한 조정(튜닝)작용과 같은 정보를 튜너장치(33)로부터 조작자에게 전달한다. 그와 함께, 사용자 인터페이스(36)는 접촉감응 스크린 또는 키패드와 같이 조작자가 데이터를 입력하는 수단과, 광시스템 또는 바람지가기로는 알파/수치 디스플레이와 같이 조작자에게 정보를 다시 제공하는 수단을 포함한다.
마이크로프로세서(35)는 2개의 센서 신호들을 샘플링함과 동시에 상기 신호들에 대하여 퓨리에 변환 함수처리를 수행할 수 있다. 상기 마이크로프로세서(35)는 또한 커팅 툴(29)를 구비한 장치에 대하여 동적으로 가장 굽힘성 있는 진동모드를 결정하도록 동적 모드 확인과정을 제어한다. 이러한 처리는 진용 하드웨어 시스템에서 수행되거나 또는 바람직하게는 범용의 마이크로프로세서(35)에서 작동하는 스프트웨어에 의해 수행될 수 있다.
도 4 에 있어서, 튜너장치에 의해 지시되는 바와 같은 조정과정에서 수행되는 단계들을 나타내는 플로어 챠트가 도시되어 있다. 상기 플로어 챠트는 명료화를 위하여 복수개의 여러 구획으로 세분화되어 있다. 상기 플로어 챠트는 3개의 칼럼으로, 즉 마이크로프로세서 작업, 사용자 인터페이스 작업 및 조작자 작업들로 수직적으로 분할된다. 상기 조작자 작업은 조작자에 의해 수행되어야 하는 것으로서 튜닝가능한 댐핑장치(1)를 조정하는 것이다. 사용자 인터페이스 작업 칼럼은 조작자와 진동센서(30) 및 튜너장치(33)들 사이에서 발생하는 교신을 리스트하는 것이다. 마이크로프로세서 작업 칼럼은 마이크로프로세서 내부에서 수행되는 처리작업들을 리스트하는 것이다. 플로어 챠트는 또한 지배적인 모드 처리작업(37)과, 조정(튜닝)작업(38)으로 세분되며, 상기 지배적인 모드 처리작업(37)에는 장치의 지배적인 진동 모드(동적으로 가장 유연성 있는 모드)를 확인하는 작업들이 포함되고, 조정작업(38)에는 확인된 지배적인 진동모드를 억제하기 위하여 튜닝가능한 댐핑장치의 조정과 관련한 작업들이 포함된다.
도 4 의 플로어 챠트를 참고한 아래의 설명으로 튜닝가능한 댐핑장치(1)의 조정과정이 보다 쉽게 이해될 것이다. 이를 위하여 엔드 밀(16)이 사용된다. 작업자는 단계(40)에서 사용자 인터페이스(36)를 사용하여 자유진동 또는 채터링 회피중 어느 하나를 위한 조정 모드를 단계(39)에서 지정한다. 그런 다음 조작자는 단계(41)에서 노이즈 제거를 위해 평균화가 요구되는 측정치의 번호를 지정한다. 단계(41)는 평균화가 필요한 측정치 번호를 마이크로프로세서(35) 내부에 지정하거나 또는 모두를 평균화하지 않도록 마이크로프로세서(35)를 지정함으로써 삭제될 수도 있다. 다음, 조작자는 장비(28)에 커팅 툴(29)가 장착하는 동안 커팅 툴(29)의 진동센서(30)를 취부한다(단계 42). 조작자는 튜닝가능한 댐핑장치(1)를 가장 강한 상태로 세팅되게 조정함으로써 댐퍼 매스(19)를 고정하게 된다(단계 43).
이것은 제 1 및 제 2 정지부(24, 25)들 사이에서 댐퍼 매스(19)를 록킹시키게 하거나 또는 시스템의 지배적인 진동모드보다 튜닝가능한 댐핑장치(1)의 진도모드의 진동수가 훨씬 더 크게 하기에 충분하게 제 1 및 제 2 탄성지지체(21a, 21b)를 단지 압박하도록 한다. 댐퍼 매스(19)가 록킹되면, 조작자는 충격햄머(31)로 커팅엔드(30a) 부근의 커팅툴(29)을 때림으로써 커팅툴(29)에 여기력을 제공해야 한다.(단계 44)
커팅툴(29)에 존재한 진동은 진동센서(30)에 의해 감지되고 여기력에 의해 아날로그 신호로 변화된 다음 다시 디지탈 데이터로 변환된다(단계 45). 상기 디지탈 데이터는 마이크로프로세서(35)에 기득저장된다(단계 46). 바람직하게는 신호들이 동시에 샘플링되고, 그 샘플링은 충격햄머(31)의 입력으로부터 트리거(trigger)된다. 상기 마이크로프로세서(35)는 저장된 데이터들이 수용가능한 것인지를 테스트한다(단계 47).
상기의 데이터 수용여부에 대한 테스트는 여러 가지의 다른 방법을 사용하여 수행될 수 있으며, 예를 들어 복수의 충격이 있었는지를 보기 위해 충격햄머(31)에 의해 커팅툴(29)에 가하는 충격을 나타내는 시간 도메인 신호를 평가하거나, 또는 가장 바람직하게는 진동수 도메인에서 커팅툴(29)의 감지된 진동응답 등을 시험하고 관심있는 모든 진동에 대한 충분한 스펙트럼 분석이 있는지를 확인하는 방법이 사용된다. 기록된 데이터가 수용할 수 없는 것으로 판정되면, 사용자 인터페이스(36)은 여기력을 다시 적용시킬 것이 요구됨을 조작자에게 지시한다(단계 48). 기록된 데이터가 수용가능한 것으로 판정되면, 진동변이대 충격력의 변환함수값을 구한다(단계 49).
상기 변환함수는 가속도, 속도 또는 변이의 항들로 될 수 있다. 이들 형태의 어느 것도 수학적으로 서로 용이하게 변환될 수 있다. 상기 변환함수값을 구하는 것을, 커팅툴(29)에 충격을 가할 때 충격햄머(31)에 의해 발생되는 충격력과 진동센서(30)에 의해 감지되는 응답진동에 대해 수행되는 퓨리에 변환분석법으로 수행되는 것이 가장 바람직하다. 상기 충격력과 응답진동에 대해 퓨리에 변환분석을 수행한 다음, 그 비율이 구해진다.
변환함수가 어떠한 형태로 구해지든지 자유진동 또는 채터링에 대하여 시스템의 조정되어지는, 요구되는 진동조건에 의해 실부분 또는 진도가 결정된다. 평균화가 선택되는 경우에 마이크로프로세서(35)는 먼저 연산된 변환함수들을 조합한 해당변환함수의 평균을 연산한다(단계 50). 평균된 측정치의 수는 선택된 수와 비교된다. 평균화된 신호의 수가 평균도리 특정 수보다 작으면, 조작자는 여기력을 다시 작용하도록 하며 본 평균치가 통지된다(단계 51). 이러한 과정은 선택된 평균치의 수가 얻어질 때까지 반복된다. 그런 다음, 마이크로프로세서(35)는 동적모드 분석기술과 알고리즘을 사용하여 동적으로 가장 유연성 있는 진도모드를 결정한다(단계 52). 상기 동적으로 가장 유연성 있는 진동모드는 결국 록킹된 시스템의 복합진동에 기초한 변환함수에 기초한 복합진동 형태로 된다.
동적으로 가장 유연성 있는 진동모드가 결정되면, 사용자 인터페이스(36)는 조정과정의 개시를 조작자에게 지시한다(단계 53). 조정과정은 조작자가 댐퍼 매스(19)를 록킹위치로부터 놓음으로써 개시된다(단계 54). 조작자는 여기력을 커팅툴(29)에 다시 작용시킨다.(단계 55) 감지된 응답진동 데이터는 디지탈 형태로 변환되고(단계 56), 그 디지탈 데이터는 마이크로프로세서(35)에 의해 기록된다(단계 57). 상기 데이터의 수용가능성은 전술한 바와 같은 방법으로 결정된다(단계 58).
조작자는 여기력을 재작용하도록 지시받거나(단계 59), 또는 그 데이터는 수용가능한 것으로 판정되며, 시스템의 조정될 되는 진동조건에 따라 진동함수가 구해진다(단계 60). 그런 다음, 변환함수는 선택된 평균치들의 수에 기초하여 평균화되고(단계 61), 상기 과정은 선택된 수의 평균치가 얻어질 때까지 반복된다(단계 62). 상기 마이크로프로세서(35)는 특별한 조정작용을 시행할 것이 필요한지를 결정하기 위하여 동적으로 가장 유연성 있는 진동모드의 영역에서 변함수의 피크높이들을 비교한다(단계 63).
피크높이를 비교하는 특별한 방법은 시스템을 조정하려는 진동조건에 의해 정해진다. 피크높이가 처음에 시스템을 조정하려고 하는 진동조건으로 지시된 적당한 조정여유 한도내에 있지 않으면, 피크높이들을 서로 비교하고 그에 따라 마이크로프로세서(35)가 조정(튜닝)을 지시한다(단계 65). 튜닝조절을 지시함에 있어서, 높은 주파수 피크가 지배하면 이크로프로세서(35)는 조정나사(26)를 조이도록 조작자에게 지시한다(단계 66). 낮은 주파수 피크가 지배적이면, 조작자는 조정나사(26)를 풀도록 지시받는다(단계 67). 이러한 조절과정은 튜닝가능한 댐핑장치가 적당한 조정여유내에서 최적으로 조정될 때까지 반복된다.
그패프 형태의 응답진동이 나타날 때, 다른 것(기본적으로 튜닝가능한 댐핑장치(1)의 적용이 정당한 모든 시스템)보다 상당히 더 유연성 있는 단일 진동모드가 통상적으로 관찰되며, 그것은 시스템의 일차원의 자유계와 같이 동작하기 때문이다. 그러나, 댐퍼 매스(19)를 적용함으로써, 시스템은 2차원의 자유진동계의 응답을 나타낸다. 따라서, 자유진동계의 경우에 대하여, 최대 동적유연성을 가진 모드영역에서의 복합변이 대 힘변환함수의 절대값의 피크는 두 개의 피크들로 분열된다. 더욱이, 튜닝가능한 댐핑장치(1)가 조정이 덜되면 낮은 주파수 피크의 높이는 고주파수 피크의 높이보다 작게 되며 이러한 패턴은 튜닝가능한 댐핑장치(1)가 과도하게 조정되면 반대로 된다.
자기진동(채터링)의 경우에 대하면, 튜닝가능한 댐핑장치(1)는, 변위 대 힘변환함수의 실부분의 음(-)의 피크 높이가 최소화될 때 최적으로 조정된다. 이러한 조건으로 조정하기 위하여, 양(+) 2차 진도모드로 인한 실부분의 피크는 1차 진동모드의 음(-)의 실부분의 피크를 소거하도록 사용된다. 이것을 또한 가장 유연성 있는 진동모드의 영역에서 음의 실부분 변환함에서 두 개의 피크들로 된다. 튜닝가능한 댐핑장치(1)가 자기진동을 억제하도록 최적으로 조정되며, 이들 두 개의 피크들은 같은 높이를 갖게 된다. 더욱이, 튜닝가능한 댐핑장치(1)가 조정이 덜되면 저주파 피크의 높이는 고주파 피크보다 작게 되고 이러한 양식은 과조정시에는 반대로 된다. 그러므로, 튜닝가능한 댐핑장치(1)를 조정하는 알고리즘은, 다른 데이터가 작동되는 것을 제외하면 두가지의 조정모드들에 대해 동일한 것이다. 상기 데이터는 자유진동모드에서, 동적으로 가장 유연성 있는 진동모드가 사용되는 영역의 복합 변환함수의 절대값에 상응하는 데이터와, 여기 모드(채터링)에서 가장 큰 음의 실부분 피크를 갖는 모드가 사용되는 영역의 복합 변환함수에서 음의 실부분에 상응하는 데이터이다.
도 5a, 5b 및 5c 에 있어서, 자유진동모드에서 측정된 진도 변환함수의 각각의 그래프들은 최적으로 조정된 튜닝가능한 댐핑장치(1)를 장착한 다음에 장치에 대하여 그리고 튜닝가능한 댐핑장치(1)를 구비하지 않은 통상의 장치에 대하여 예시적으로 도시하고 있다. 2차 모드(69)가 30 헤르쯔이고, 지배적인 모드(70)가 100 헤르쯔이다. 이들 2차와 지배적인 모드(69, 70)들 각각에서의 진도변환함수의 피크높이들은 특정모드에서의 유연성의 지표이다. 도 5b 에 있어서, 최적으로 조정된 튜닝가능한 댐핑장치(1)가 시스템에 부가시켜서 지배적인 모드(70)를 2차자유계에 따라 제 1 및 제 2 모드(71, 72)들로 분열된 것을 볼 수 있다.
도 5c 는 응답된 자유진동을 감소시키도록 전술한 과정에 의해 튜닝가능한 댐핑장치(1)를 최적으로 조정한 다음, 동일 시스템의 진도변환함수를 확대하여 보여주고 있다. 결과적인 제 1 및 제 2 모드(71, 72)들은 거의 같은 동적 강성, 즉 같은 피크높이를 갖도록 조정되었다.
도 6a, 6b 및 6 에 있어서, 통상의 시스템의 실부분 변환함수의 각기 그래프는 튜닝가능한 댐핑장치(1)가 제공되지 않은 경우와, 최적으로 조정된 튜닝가능한 댐핑장치(1)가 제공된 경우 자기모드(채터링 모드)에서 측정된 것이다. 도 6a 는 320 헤르쯔 부근의 2차 모드(73)를 갖는, 시스템의 실부분 변환함수를 도시하고 있다. 도 6b 에 있어서, 동일 시스템의 실부분 변환함수는, 지배적인 모드(74)가 제 1 및 제 2 지배적인 모드 피크(75, 76)들로 분할된, 최적으로 조정된 튜닝가능한 댐핑장치(1)가 부가된 효과를 도시하고 있다.
도 6c 는 채터링에 대한 저항을 증가시키기 위하여 전술한 과정으로 최적으로 조정된 동일장치의 실부분 변환함수를 확대하여 도시하고 있다. 튜닝가능한 댐핑장치(1)는 변환함수의 최대 음의 실부분 높이를 감소시키도록 작용하여, 조정후에는 2개의 지배적인 모드 피크(75, 76)들이 적어서 채터링에 대한 시스템의 최대저항을 얻도록 같은 진도로 조절된다. 본 명세서는 전술한 것과 마찬가지로 첨부된 청구범위에 기재된 것을 포함한다. 본 발명은 어느정도 상세하게 바람직한 실시예로 기재되어 있지만, 바람직한 실시예의 기재는 단지 예일 뿐이며, 부품들의 구조와 결합 및 배치에 있어서 세부적인 것에 많은 변화가 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않고 있을 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 특정의 실시예와 첨부된 청구범위에 의해 설명된다. 발명을 요약하면, 보링바, 엔드밀, 툴모듈 또는 툴연장부와 같은 금속 커팅툴과 전술한 튜닝과정을 갖는 관련된 튜너장치에 장착하기에 적합한 튜닝가능한 댐핑장치가 기재된다. 튜너장치는, 가장 유연성 있는 진동모드로 가공장치의 전체동적 강성을 증가 또는 감소시킴으로써 튜닝가능한 댐핑장치의 튜닝을 제어하도록 사용된다.
튜닝가능한 댐핑장치는 그의 댐퍼부가 가공장치에 해체가능하게 고정될 수 있도록 설계된다. 튜닝가능한 댐핑장치의 고유진동수는 가공장치의 동적으로 가장 유연한 모드의 진도수보다 더 큰 주파수로 증가될 수 있다. 튜닝가능한 댐핑장치는 록킹될 수 있으며, 그에 의해 가공장치의 동적으로 가장 유연한 진동모드의 결정을 허용하도록 상기 댐핑장치가 무력하게 된다. 가장 유연한 진동모드는 먼저 튜닝가능한 댐핑장치의 적절한 튜닝을 허용하도록 결정되어야 한다.
튜너장치는 가장 유연한 진동모드를 결정하는데 이용되며, 그런 다음 튜닝가능한 댐핑장치의 튜닝을 지시한다. 튜너장치는 진동센서, 진동센서에 의해 감지된 테이터를 얻고 튜닝과정을 적절히 지시하기 위해 필요한 진동정보를 확인하도록 데이터를 처리하는 프로세서로 구성된다.
튜닝가능한 댐핑장치는 탄성 지지체에 의해 장치에 보지되는(텡스텐 또는 다른 중금속과 같은 고밀도 재료로 만들어지는 것이 바람직한) 댐퍼부를 포함한다. 보링바 또는 엔드밀과 같은 툴 내부에 장착될 때, 댐퍼부는 그 일단부에 탄성 지지체를 구비하는 원통 형상으로 되는 것이 편리하다. 토로이달 탄성 지지체는 원통형 댐퍼부에 사용되며, 교체가 용이하도록 통상의 O-링이 사용된다. 비회전체에 사용되는 경우, 댐퍼부와 탄성 지지체는 다른 어떤 적합한 형상으로 될 수도 있다.
튜닝가능한 댐핑장치를 튜닝하는 과정에서, 탄성 지지체들은 튜닝가능한 댐핑장치의 강성을 변환시키도록 상호 작용된다. 튜닝가능한 댐핑장치의 강화는 탄성 지지체의 압축에 의해 달성된다. 더욱이, 댐퍼부는 제위치에 록킹될 수 있어서 시스템에 효과적으로 고정된다. 이것은 댐퍼부를 기부장치에 견고하게 클램핑하거나 근본적으로 연결이 견고하도록 탄성 지지체의 강성을 충분히 증가시킴으로써 달성된다.
본 발명의 중요한 특징은, 튜닝가능한 댐핑장치나 튜닝가능한 댐핑장치와, 가공장치의 동적으로 가장 유연한 진동모드를 자동으로 확인하고 커팅 헤드의 진동을 감소시키기 위하여 동적으로 가장 유연한 진동모드의 최소의 동적 강성을 증대시키도록 튜닝을 지시할 수 있는 튜너장치를 포함하는 것이다.
본 발명의 다른 중요한 특징은, 튜닝가능한 댐핑장치의 튜닝이 전자식으로 제어되며, (1)자유진동에 기인한 최송의 응답, (2)채터링에 대하여 최대의 안정성과 저항의 두가지 또는 어느 한 경우로 최적으로 튜닝하도록 댐핑장치를 조절하는 방법에 대해 사용자에게 지시하는 것이다.
본 발명의 다른 중요한 특징은, 튜닝가능한 댐핑장치가 커팅 툴에서의 위치, 댐핑장치의 유효 모듈질량, 및 가공장치의 형상변경으로 인한 영향 등에 무관한 튜닝 수행능과 튜닝과정을 갖는다는 것이다. 튜닝가능한 댐핑장치는 툴, 툴연장부 또는 툴 테이퍼 속의 어떤 위치에도 장착되는 것이 허용되는 한편, 효율적인 작동이 가능하게 진동모드에서 툴의 충분한 움직임을 허용한다. 튜닝과정의 변경없이 툴링 모듈화에서와 같이 툴의 형상을 변경시키는 것이 가능하며, 이것은 본 발명에 의해 제공되는 중요한 특징이다.
전술한 것은 본 발명의 보다 적합하고 중요한 특징들을 개략적으로 넓게 설명한 것이다. 다음에 기재된 본 발명의 상세한 설명으로부터 본 발명의 기술이 보다 충분히 이해될 것이다. 본 발명의 추가적인 특징들도 기대될 것이다. 이것들은 본 발명의 청구범위의 주제를 구성한다. 다음에 기재된 실시예와 개념은 본 기술분야의 숙련자에게 충분히 이해될 것이며, 이에 기초하여 본 발명과 동일 목적을 수행하는 다른 방법 및 구조 변경을 할 수 있다. 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 범위 및 사상으로부터 벗어나지 않는 등가의 방법과 구조는 본 기술분야의 숙련자에게 이해될 것이다.

Claims (20)

  1. 댐퍼 매스와 그를 탄성적으로 지지하는 조절가능한 마운트를 포함하는 커팅툴 홀더장치; 상기 지지수단의 탄성을 조절하는 튜닝디바이스; 댐핑모드 변수들의 결정을 용이하게 하도록 댐퍼 매스를 일시적으로 록킹시키는 록킹수단; 마이크로프로세서, 그에 전적으로 연결된 A/D 변환기, 상기 커팅툴 홀더장치에 장착되고 A/D 변환기에 전기적으로 연결되는 진동감지 센서, 상기 A/D 변환기에 전기적으로 연결되고 커팅툴 홀더장치를 진동시키는 충격수단, 프로그래밍 수단 등을 구비한 튜너장치 등을 포함하며,
    상기 프로그래밍 수단은 충격수단에 의해 커팅툴 홀더로 전달되는 충격력과, 상기 커팅툴 홀더장치의 동적으로 가장 유연성 있는 진동모드를 결정하기 위한 분석에 기초되고 댐퍼 매스가 록킹될 때 충격수단에 의해 야기되는 커팅툴 홀더장치의 진동을 나타내는 A/D 변환기로부터의 신호들 사이의 관계를 상기 프로세서가 구하도록 하며;
    상기 프로그래밍 수단은 충격수단에 의해 커팅툴 홀더로 전달되는 충격력과, 상기 커팅툴 홀더장치의 동적으로 가장 유연성 있는 진동모드를 결정하기 위한 분석에 기초되고 댐퍼 매스가 록킹되지 않을 때 충격수단에 의해 야기되는 커팅툴 홀더장치의 진동을 나타내는 A/D 변환기로부터의 신호들 사이의 관계를 상기 프로세서가 구하도록 하는 것으로 구성된 기계가공장치의 튜닝가능한 댐핑장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 튜닝장치는 슬라이딩 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 기계가공장치의 튜닝가능한 댐핑장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 튜닝디바이스는 튜닝나사, 상기 튜닝나사와 슬라이드 접촉되게 배치된 튜닝 캠, 및 상기 튜닝 캠과 슬라이딩 부재 사이에서 일정하게 접촉되게 개재된 푸시 볼을 포함하며, 상기 튜닝나사는 튜닝 캠에 힘을 작용하여 튜닝 캠이 푸시 볼로 그 힘을 전달하여 그에 협동하여 슬라이딩 부재의 이동을 용이하게 함으로써 상기 지지마운트의 탄성을 조절하도록 구성된 것을 특징으로 하는 기계가공장치의 튜닝가능한 댐핑장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 튜닝디바이스는 댐핑장치에 분해가능하게 연결된 튜닝 고정물을 포함하며, 상기 튜닝 고정물은 상기 튜닝나사가 관통하여 나사결합되며 그에 따라 상기 튜닝나사가 슬라이딩 부재와 접촉하게 배치됨으로써 상기 지지마운트의 탄성조절을 용이하게 하도록 슬라이딩 부재의 이동을 용이하게 하도록 구성된 것을 특징으로 하는 기계가공장치의 튜닝가능한 댐핑장치.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 지지마운트는 적어도 하나의 O-링을 포함하는 것을 특징으로 하는 기계가공장치의 튜닝가능한 댐핑장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 댐퍼 매스는 고밀도 금속으로 형성된 것을 특징으로 하는 기계가공장치의 튜닝가능한 댐핑장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 댐핑장치는 10~60% 범위의 장치의 유효 질량에 대한 댐퍼 매스의 질량을 갖는 것을 특징으로 하는 기계가공장치의 튜닝가능한 댐핑장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 댐핑장치에는 그 작동온도에 대한 비교적 일정한 열특성을 갖는 고점성 오일이 적어도 부분적으로 충전된 공간부가 형성되는 것을 특징으로 하는 기계가공장치의 튜닝가능한 댐핑장치.
  9. 제 2 항에 있어서, 상기 록킹수단은 상기 공간부와 슬라이딩 부재로부터 외측으로 연장된 제 1 및 제 2 정지부를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 정지부는 지지마운트가 최대로 압축될 때 그들 사이에 상기 댐퍼 매스를 견고하게 파지하도록 된 것을 특징으로 하는 기계가공장치의 튜닝가능한 댐핑장치.
  10. 튜닝모드를 선택하는 단계; 댐퍼 매스를 록킹시키는 단계; 가장 유연한 진동모드를 결정하는 단계; 댐퍼 매스를 록킹해제하는 단계; 지배적인 모드 피크들을 배치시키도록 주파수에 대한 변환함수 구성에서 응답된 진동측정값을 기록하는 단계; 선택된 튜닝모드에 대한 최적의 튜닝을 하기 위하여 지배 모드피크의 높이들을 같도록 튜닝디바이스를 조절하는 단계들을 포함하는 튜닝가능한 댐핑장치를 튜닝하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 진동감지센서는 가속도계인 것을 특징으로 하는 튜닝가능한 댐핑장치를 튜닝하는 방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 튜닝디바이스를 조절하는 단계는 가장 유연한 진동모드와 미리 설정된 튜닝허용한계값을 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 튜닝가능한 댐핑장치를 튜닝하는 방법.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 튜너장치는 사용자 인터페이스를 포함하고, 상기 프로그래밍수단은 마이크로프로세서로 하여금 사용자 인터페이스로 정확한 조절을 중계하도록 하여 사용자에게 통지하도록 된 것을 특징으로 하는 튜닝가능한 댐핑장치를 튜닝하는 방법.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 프로그래밍수단은 튜닝될 진동의 적어도 두가지 형태들 사이의 선택을 사용자 인터페이스에 나타내며, 상기 사용자 인터페이스는 사용자가 선택된 하나를 선정하도록 하는 수단을 포함하고, 상기 프로그래밍수단은 사용자 선택이 이루어짐에 따라 마이크로프로세서가 여러 가지 정확한 조절을 결정하도록 하는 것을 특징으로 하는 튜닝가능한 댐핑장치를 튜닝하는 방법.
  15. 마이크로프로세서, 그에 전적으로 연결된 A/D 변환기, 상기 커팅툴 홀더장치에 장착되고 A/D 변환기에 전기적으로 연결되는 진동감지 센서, 상기 A/D 변환기에 전기적으로 연결되고 커팅툴 홀더장치를 진동시키는 충격수단, 프로그래밍 수단 등을 포함하며,
    상기 프로그래밍 수단은 충격수단에 의해 커팅툴 홀더로 전달되는 충격력과, 상기 커팅툴 홀더장치의 동적으로 가장 유연성 있는 진동모드를 결정하기 위한 분석에 기초되고 댐퍼 매스가 록킹될 때 충격수단에 의해 야기되는 커팅툴 홀더장치의 진동을 나타내는 A/D 변환기로부터의 신호들 사이의 관계를 상기 프로세서가 구하도록 하며;
    상기 프로그래밍 수단은 충격수단에 의해 커팅툴 홀더로 전달되는 충격력과, 상기 커팅툴 홀더장치의 동적으로 가장 유연성 있는 진동모드를 결정하기 위한 분석에 기초되고 댐퍼 매스가 록킹되지 않을 때 충격수단에 의해 야기되는 커팅툴 홀더장치의 진동을 나타내는 A/D 변환기로부터의 신호들 사이의 관계를 상기 프로세서가 구하도록 하는 것으로 구성된 튜너장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 튜너장치는 사용자 인터페이스를 포함하고, 상기 프로그래밍수단은 마이크로프로세서로 하여금 사용자 인터페이스로 정확한 조절을 중계하도록 하여 사용자에게 통지하는 것을 특징으로 하는 튜너장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 프로그래밍수단은 튜닝될 진동의 적어도 두가지 형태들 사이의 선택을 사용자 인터페이스에 나타내며, 상기 사용자 인터페이스는 사용자가 선택된 하나를 선정하도록 하는 수단을 포함하고, 상기 프로그래밍수단은 사용자 선택이 이루어짐에 따라 마이크로프로세서가 여러 가지 정확한 조절을 결정하도록 하는 것을 특징으로 하는 튜닝장치.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 프로그래밍수단은 록킹 및 록킹해제가능한 댐퍼매스를 포함하는 튜닝가능한 댐핑장치에 대하여 정확한 조절을 결정함에 있어서, 사용자 인터페이스를 통해 댐핑매스의 록킹을 사용자에게 지시하는 단계; 튜닝가능한 댐핑장치의 가장 유연성 있는 진동모드를 결정하는 단계; 사용자 인터페이스를 통해 댐핑매스를 록킹해제시킬 것을 지시하는 단계; 지배적인 모드 피크들을 배치시키는 주파수에 대하여 변환함수 구성에서 응답진동 측정값들을 기록하는 단계; 최적의 튜닝을 얻기 위하여 지배적인 모드 피크 높이들을 동일하게 하도록 상기 튜닝가능한 댐핑장치를 조정하도록 사용자 인터페이스를 통해 사용자에게 지시하는 단계들을 마이크로프로세서가 수행하도록 하는 것을 특징으로 하는 튜너장치.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 프로그래밍수단은 적어도 두가지의 다른 진동모드를 갖고 록킹 및 록킹해제가능한 댐핑매스를 구비하는 튜닝가능한 댐핑장치에 대해 정확한 조절을 결정하도록 함에 있어서,
    상기 가공장치를 튜닝할 적어도 한가지의 진동 형태를 선택할 것을 사용자 인터페이스를 통해 사용자에게 지시하는 단계; 상기 댐핑매스를 록킹시키도록 사용자 인터페이스를 통해 사용자에게 지시하는 단계; 선택된 진동형태에서 댐핑장치의 가장 유연한 진동모드를 결정하는 단계; 상기 댐퍼매스를 록킹해제시킬 것을 사용자 인터페이스를 통해 사용자에게 지시하는 단계; 지배적인 모드 피크들을 배치시키는 진동에 대하여 변환함수 형태로 진동응답 측정값들을 기록하는 단계; 선택된 진동모드에 대하여 최적의 튜닝을 얻도록 튜닝가능한 댐핑장치를 조정할 것을 사용자 인터페이스를 통해 사용자에게 지시하는 단계들을 마이크로프로세서가 수행하도록 하는 것을 특징으로 하는 튜너장치.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 두가지 다른 선택가능한 진동형태는 자유진동과 여기진동인 것을 특징으로 하는 튜너장치.
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