KR20030024549A - 연마장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가공면의 형상에 맞도록 그 모양이 입체적으로 자유로이 변형이 되면서 인간의 손이나 공구가 들어가지 않는 좁고 폐쇄적인 곳의 내부를 연마할 수 있으면서 큰 연마압력과 미소 스트로크로 연마운동이 되는 지석을 이용하는 가공장치를 제공하기 위한 것이다. 가공물과 상이형의 형상전사지석(전계에 의해 지립을 각반한 지석으로 균일한 지립분포를 가진 지석이므로 미소 스트로크로 연마가 가능한 지석)과 피가공물사이에 상대적인 운동을 발생시킴에 따라 피가공물을 연삭 혹은연마를 하는 장치이다. 이 형상전사지석을 사용하고 피가공물과의 사이에 미소 스트로크의 운동을 일으켜 3차원형상의 가공물을 연마하는 가공장치

Description

연마장치{Apparatus of polishing}

본 발명은 액체의 지석원료에 자장을 가하면서 고체화시킨 지석과 가공물에 연마압력을 주며 상대운동을 시키는 것으로 임의형상의 가공물을 자동으로 연마하는 연마장치에 관한 것이다.

종래의 기술로서 가공물을 고정도 경면으로 연마하는 방법으로는 고체지석을 사용한 ELID연삭 방법이 이용되어 왔다. 이것은 고체지석에 전계를 주어 드레싱(dressing)을 하면서 연마 및 연삭을 하는 방법으로 연마면의 스크렛치가 적고 고정도의 사상이 가능하나 평면이나 원주 등과 같이 한정된 형상의 가공물연마에 적용되고 있다.

고체지석 외에 연질 랩핑 지석을 사용하는 연마방법이 있다. 이것은 폴리비닐-아세탈, 알긴산나트륨 등의 고분자 랩 재를 세무 가죽의 표면에 녹여 붙여 랩핑을 하는 방법으로 연마압력(지석을 가공물에 누르는 힘)을 높일 수 없어 연마효율이 나쁘다.

또한 자유형상면을 연마하는 방법으로는, 액체와 고체로 상태가 변화를 하는 물질을 결합제로 사용하는 곤약지석, 제라틴지석, 양초지석 등의 방법이 있다. 이들은 액체로 형상을 만들고 고체화시킴으로서, 어떤 형상의 지석이라도 자유로 만들 수 있는 장점은 있으나 가공물, 지립, 지석 결합제와의 사이에 모세관 현상이 있어서 지석의 표면에 지립의 돌출이 거의 없고 지립이 편절하기 때문에 연마효율이 나쁘다.

그리고 자장에 의해 지립의 배열을 제어 할 수 있는 지립을 가진 자성유체나MR 유체 등을 이용하는 연마방법이 있다. 이와 같이 자성유체를 이용하는 연마 방법의 예로서 특개평 1-135466호, 특개평 4-33654호, 특개평 4-41173호, 특허제 308111호, 특개평 11-165252호, 특개평 11-165268호 등을 들 수 있다.

이것은 지립을 가진 자성유체를 가공물의 표면에 침투시키고 자성유체에 자장을 준 상태에서 자성유체와 가공물 사이에 진동 혹은 요동 등의 상대운동을 시킴으로서 연마를 하는 방법으로 3차원 형상에 적용하면 코너부분, 샤프엣지 부분의 각이 둥글게 되거나 문드러지는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 액체의 지석원료로 임의의 형상에 맞는 지석을 만들고, 이 지석이 고체화하는 과정에서 자장을 주어 3차원적으로 지립을 분산시키면서 고체화시켜 가공물의 형상에 맞는 고체지석을 제작하고, 그 제작된 지석과 3차원 가공면을 연마할 수 있는 연마장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1A 내지 도 1D는 본 발명에 따른 연마장치에 의한 연마상태를 나타내 보인 도면,

도 2A 내지 도 2D는 본 발명에 따른 다른 연마장치에 의한 연마상태를 나타내 보인 도면,

도 3은 본 발명에 따른 다른 실시예의 연마장치를 도시한 평면도,

도 4는 도 3에 도시된 연마장치의 측면도,

도 5는 도 4에 도시된 지석 구동부와 지석취급부를 발췌하여 도시한 확대도,

도 6은 본 발명의 다른 실시예를 도시한 연마장치의 평면도,

도 7은 도 6에 도시된 연마장치의 측면도,

도 8A는 본 발명에 따른 다른 실시예의 연마장치를 도시한 평면도,

도 8B는 도 8A에 도시된 연마장치의 측면도,

도 8C 및 도 8D는 도 8A에 도시된 연마장치의 작동상태를 도시한 측면도,

도 9A 내지 도 9D는 본 발명에 따른 다른 연마장치를 도시한 것으로 작동상태를 보인 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 자유형상을 만들 수 있는 지립을 함유한 유체 지석을, 자장에 의한 각반 작용을 이용하여 지립을 3차원적(x,y,z방향 혹은 종, 횡, 상하방향)으로 분산시키고 고체화시킨 후 이 지석을 이용하여 연마를 할 경우 연마효율이 높으면서 3차원 형상의 가공물을 연마하기에 적합한 연마장치를 제작할 수 있다는 것을 알았다.

고체인 지립과 자성체와 결합제를 혼탁하면 비중의 차이로 지립 사이가 균일한 핏치로 분산되지 못하기 때문에, 이 지립 사이의 핏치를 균일하게 할 목적으로 지립, 결합제, 자성체의 3종을 함유한 지석원료에 복수의 방향에서 자장을 주어 각반을 한다.

고체화 상태에 따라서는 본 지석과 가공면의 사이가 밀착되는 경우가 있으며 이와 같은 상태로는 지석과 가공면 사이에 상대운동을 시키려 하여도 움직이지 않는다. 이 경우에는 지석과 가공면과의 접촉면에 지석 용해액을 도포하여 지석 표면을 약간 녹인 상태에서 상대운동을 행한다.

이 외에 본 지석과 가공면과의 접촉면을 녹이는 방법으로는 지석 표면을 응고점보다 높게 하는 온도제어 방법, 또는 가공물의 피가공면에 지석보다도 응고점이 낮은 약품을 도포해 두는 방법 등이 있다.

본 지석과 가공면 사이에 상대운동을 시키는 방법으로서는 기계력을 사용하여 진동을 시키는 방법 외에도 자성에 의한 힘, 전계에 의한 힘, 자성의 힘과 기계력의 병용, 전계의 힘과 기계력을 병용, 자성의 힘과 전계의 힘을 병용하는 방법도 채택할 수 있다.

상대운동의 방향은 가공물의 가공면의 형상에 따라, 평면이면 1차원 혹은 2차원, 입체 면인 경우는 3차원의 방향으로 된다. 이 같은 3차원에 대응하기 위한 상대운동으로서는 1차원이나 2차원의 동작을 3차원의 각 구성 면에 대해 적용하여 순차적으로 부분연마를 함에 따라 3차원의 연마가 가능하다.

상대운동의 스트로크는 목표 가공에 따라 조정된다. 단위시간에 큰 연삭을 하는 경우는 큰 연마입자를 가진 지석과 가공물과의 사이에 큰 스트로크의 상대운동을 시키고, 정밀한 칫수 정도가 요구되는 경면 가공의 경우는 연마입자가 작은 지석으로 가공물과의 사이에 작은 스트로크의 상대운동을 시키면 된다.

이들 연마입자나 스트로크의 설정은 가공물의 사상 목적에 따라 변하므로 가공물에 따라 연마조건, 가공물 사상목적, 가공물 형상을 데이터로 입력하여 둠으로서 자동제어에 의해 연삭 또는 연마를 하는 것도 가능하다.

지립의 분산효과에 의해 미소 스트로크로 연마 가능한 지석을 사용하는 가공장치로는 범용 로봇이나 공작기계를 이용할 수도 있다.

그러나 자장각반을 별도의 공정에서 준비하면 지립 분산된 지석과 피가공물을 다시 범용 가공기에 취부 하여야 하며 이때에 지석과 피가공물의 상대위치 관계를 정확히 정하지 않으면 안 된다.

이 지석(연한 지석이나 딱딱한 지석 및 종래의 지석을 제작하는 공정에서 지립 각반 공정을 추가 한 지석)을 사용하는 가공장치는 고속과 미소 스트로크 동작이 요구된다. 이 때문에 가공장치는 연마운동 관성이 작고 자장 각반기능을 갖는 것이 이상적이다.

위의 요구조건을 만족하는 가공장치에는 자장각반 기능이나 지석취급 기능이나 지석구동기능이 3차원 위치 결정기구의 종단부에 구성되는 것이 이상적이다.

또 다른 방법으로는 기존의 범용 장치에 자장각반 기능을 추가 할 필요가 있다. 기존의 범용장치에 자장각반기능, 지석홀딩기능, 지석구동기능을 추가함으로서 지석과 피가공물과의 상대위치를 확보할 수 있어 별도의 준비단계 없이 고속연마가 가능한 가공장치의 제작도 가능하다.

이하 본 발명의 연마장치에 대하여 도면을 기본으로 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1A 내지 도 1D는 본 발명의 제1의 실시형태의 연마장치를 나타낸다.

도 1A은 가공물(1)의 가공면(2)에 이형제(3)를 도포한다. 이형제에는 지립과 결합제를 용해하는 성분이 포함되어 있으며 도포 방법은 붓이나 스프레이 어느 쪽도 가능하다. 이형제를 도포하면 이형제층(4)의 두께만큼 가공면으로 둘러 쌓여진 공간보다 작은 상이 공간(5)이 생긴다. 이 실시형태에서는 가공물의 형상이 오목이므로 상이 공간(5)은 가공물의 형상보다 약간 작으며 만약 가공물의 형상이 볼록인 경우에는 상이 공간(5)은 가공물의 형상보다 약간 크다.

도 1B는 상이 공간(5)에 지석원료(6)와 지석취급부(7)를 삽입한다. 지석원료에는 지립, 결합제 및 자성체가 함유되어 있다. 상이공간(5)안에서 온도를 상승시켜 액체화를 한다. 도면은 히터(8)로 온도를 상승시키는 경우를 나타낸다. 이때 가공물(1)의 온도는 지석원료의 융점에 가까우면 상온 그대로도 좋고, 융점이 높은 지석원료를 사용하는 경우에는 가공물(1)을 미리 예열 해 두는 것이 좋다. 또한 이 실시 형태에는 분말상태의 지석원료가 상이 공간(5)에 장입되어 있지만 액체상태의 지석원료를 흘려 넣어도 좋다. 지석취급부(7)는 1개이상이나 다수의 지주를 사용할 수 있다. 지석취급부와 지석과의 체결면적이 넓게 되도록 지석취급부에 홈이나 단차를 형성하거나 또는 지석취급부에 다른 부품을 취부할 수도 있다.

도 1C는 액체상태의 지석원료(9)에 자장을 주어 각반 한다. 지석원료에 자장을 주는 자장공급부로서 3개의 자장발생원(10),(11),(12)이 설치된다. 각각의 자장발생원에는 코일(13),(14),(15)이 감겨있고 그 코일(13),(14),(15)에 전류를 흘려 서로 다른 복수의 방향(이 실시 형태에는 상 좌우의 3방향)에서 지석원료(9)에 자장을 주어 지립을 분산시킨다. 이들 코일(13),(14),(15)로부터 발생되는 자장의 방향은 서로 교차하고 코일(13)부터 생기는 자력선은 방사상으로 확산된다.

본 실시 형태에는 상, 좌우의 3방향으로부터 지석원료에 자장을 주고 있지만 지립을 3차원적으로 균일하게 분산시키기 위해서는 지석원료에 대하여 상(Z방향), 좌우(X방향), 전후(Y방향)의 5방향으로부터 자장을 주는 것이 좋다.

지석취급부(7)에는 자장발생원(10)이 결합되고, 지석취급부(7)는 연자성체가 사용되며 자장회로의 일부분이 된다. 또 지석이 형상에 맞게 각반 되도록 각각의 코일에 흐르는 전류가 변화되거나 혹은 코일에는 교류가 흘려지거나, 혹은 코일에 흘려지는 전류가 온- 오프(on-off) 제어되는 수도 있다.

본 도에 있어서 △은 지립을 나타낸다. 도 1D는 상이 공간(5)내에서 지석을 냉각하여 고체화시킨 지석을 빼낼 수 있는 방향으로 빼낸다. 이때 지석 취급부의 홈(16)에 지석원료가 들어가 있으므로 고체화지석(17)을 빼내기가 용이하다. 이와 같이 지석취급부(7)와 고체지석(17)의 접촉 단면적이 크게 할 수 있는 구조로 함으로서 연마상대운동 시에 연마압력을 크게 할 수가 있다.

도2A 내지 도 2D는 본 발명의 제2의 실시형태의 연마장치를 나타낸다.

도 2A은, 도 1D에서 만들어진 고체지석(17)(형상전사지석)을 상이공간내(5)에 두고 지석취급부(7) 또는 지석(5)에 좌우방향(가공면의 법선 방향)의 연마압력을 가하고, 가공물에 대하여 지석이 상대운동 가능한 제1의 방향인 상하방향(가공면의 접선방향)의 상대운동(←→)을 준다. 이때에 지석용해액(19)을 적당하게 넣어 주고, 지석을 감모시키면서 제1면을 연마한다. 이 지석용해액(19)으로는 이형제를 사용할 수도 있다. 지석(5)의 왕복운동은 미리 왕복운동 회수를 설정하고, 이 설정된 회수의 연마동작이 완료되면 다음 면을 연마하도록 제어한다.

도 2B는, 도 2A에서 연마되는 것에 의해, 본 도와 같이 가공면에 접해있는 지석면이 감모하고 가공면과 지석의 틈새가 증대한다. 이 틈새를 이용하여 본 도와 같이 지석취급부 또는 지석의 경사방향(가공면의 접선방향)으로 연마압력을 가하고, 이것과 거의 직교하는 제1의 방향과 서로 다른 제2의 방향인 경사방향(가공면의 접선 방향)으로 상대운동(← →)을 시키며. 상대운동의 스트로크는 그 틈새보다 작게 설정한다. 이때에도 지석 용해액(19)을 적당하게 주어 지석을 감모시키면서 제2면을 연마한다.

도 2C은, 도 2B에서 연마되는 것에 의해 본 도와 같이 가공면에 접해있는 지석면은 감모하고 가공면과 지석의 틈새가 증대한다. 이 틈새를 이용하여 본 도와 같이 지석 취급부 또는 지석의 상하방향(가공면의 방선방향)으로 연마압력을 가하고, 제2의 방향과 다른 제3의 방향인 좌우방향(가공면의 접선 방향)으로 상대운동(←→)을 시키며, 상대운동의 스트로크는 틈새보다 적게 설정한다. 이때에도 지석용해액(19)을 적당하게 주어 지석을 감모시키면서 제3면을 연마한다.

도 2D는, 최종적으로 지석은 본 도와 같이 전사형상이 작아지게 된다, 본 발명의 연마방법에 의하면 가공물의 가공면이 어떠한 경사들의 조합이라도 연마가 가능하다. 더욱이 칫수정도를 향상시키거나, 경면으로 연마하는 경우에는 전기 도 1A내지 도 1D, 도2A 내지 도 2D의 행정을 반복하는 것으로 칫수 정도나 사상면 조도를 향상하는 것이 가능하다. 또한 지석감모 부스러기나 연마 부스러기를 가공면으로 부터 배제하기 위하여 도면에는 없는 블로우등으로 가공면에 송풍을 하거나 에어로 흡입할 수 있다.

도 3 내지 도 5는 본 발명의 제 3의 실시형태의 연마장치를 나타낸다.

이 연마장치는 스칼라형 로봇 암을 이용하는 연마장치이다.

밑판(200)에 지주(201)를 나사(202)로 체결하고 지주(201)에 제1암(205)이 회전할 수 있도록 체결한다. 제1암(205)에 있는 나사(206)에 축 나사(207)를 끼워 제1암(205)의 상하 높이를 조절하고 제1암 고정나사(208)로 제1암(205)의 회전 및 상하 이동을 제어한다.

제1암(205)의 선단부에 나사(212)로 제2암 축(210)과 제2암(211)을 체결한다. 제2암(211)은 제1암(205)의 선단부를 중심으로 회전이 가능하다. 제2암 고정나사(213)를 조으면 제2암(211)의 회전하는 것을 막을 수가 있다. 지석을 가공물의 가공면에 교차하는 방향으로 밀어주는 인장스프링(215)에 의해 제2암(211)에는 반시계 방향으로 모멘트가 주어져 가공물(1)에 지석(17)을 누를 수 있다.

여기에서 지주(201), 제1암(205), 제2암 축(210), 제2암(211)등이 지석을 가공물의 가공면에 대하여 교차하는 방향(이 실시형태에서는 수평방향)으로 이동가능 하도록 지지하는 지지부(지지수단)의 역할을 한다.

제2암의 선단부(216)에 지석(17)을 잡을 수 있는 지석취급부(220), 지석을 가공면의 접선방향으로 상대적으로 왕복운동 시키는 왕복운동부(왕복운동 수단)의역할을 하는 지석구동부(230), 지석원료에 자장을 주기 위하여 자장공급부의 역할을 하는 코일(240), 와이어(wire; 245)등을 체결한다. 와이어(wire; 245)는 지석구동부(230)와 제1 모터(250)에 결합되며 제1모터(250)의 동력을 지석구동부(230)에 전달한다.

가공물 장착대(260) 위에 가공물(1)을 장착하고, X-Y 코일(coil; 265)과 리프트(270)와 기어A(271)를 체결한다. 장착대(260)는 기어A(271), 기어B(272), 기어C(273), 제2motor(275)에 의해 천천히 회전된다. 여기에 기어A(271), 기어B(272), 기어C(273), 제2모터(275)가 가공물을 회전운동 시키는 장착대 회전부(회전운동수단)의 역할을 한다.

X-Y 코일(265)은 자장각반용으로서 가공물(1)에 대하여 X-Y 2 차원의 자력선을 발생하고 코일(240)은 자장각반용으로 가공물(1)에 대하여 Z 방향으로 자력선을 발생한다.

리프트(270)는 가공물(1)을 상하이동 시키기 위한 것으로 가공물(1)의 상하높이를 미세 조정하기 위한 것이다.

장착대(260)에 가공물(1)을 장착하고, 이형제를 도포 한 후, 액체상태의 지석원료를 피가공물 안(햇칭부)으로 부어 넣는다. 부어 넣을 때 지석이 분말상태의 경우에는 가공물 내에서 액체상태로 한다. 제1암(205)과 제2암(211)을 조작하여 지석취급부(220)를 가공물(1)내로 삽입한다. 제1암(205), 제2암(211)을 제1암 고정나사(208), 제2암 고정나사(213)로 고정한다.

코일(240), X-Y코일(265)에 전류를 흘려 형상에 맞도록 자장각반을 한다. 가공물 내에서 지석원료의 냉각 및 고체화한다. 자장에너지의 소모를 줄이기 위하여 완전 고체화 전에 각반을 정지한다. 코일(240)과 X-Y코일(265)은 직교하고 있으므로 코일(240) 및 X-Y코일(265)에 전류를 흘리면 도 4에서와 같이 코일(240)로부터 발생하는 자력선은 하방향을 향하여 방사상으로 확산된다.

지석원료가 고체화 한 후 제2암고정나사(213)를 풀어 제2암(211)을 자유롭게 회전하도록 하고 회전 가능하도록 된 제2암(211)을 인장스프링(215)으로 끌어당김에 따라 지석(17)과 가공물(1)의 면이 닿는다.

제1모타(250)에 전류를 흘려 wire(245)의 인너케이블(inner cable; 246)을 회전시켜 동력을 지석구동부(230)에 전달하면 지석구동부(230)의 캠(221)이 회전을 하고 핀(222)을 경유하여 지석구동부 스리브(223)가 상하로 왕복운동을 하고 최종적으로는 지석홀딩부(220)와 지석(17)이 상하운동을 하게된다.

지석구동부판(225)은 지석구동부슬리브(223)에 체결되어 있어 지석구동부슬리브(223)의 상하 동작에 따라 상하동작을 하고 지석취급부(220)를 슬리브 가이드(229)와 지석구동부판(225) 사이에 넣음으로써 지석취급부(220)는 지석구동부슬리브(223)에 동기하며 상하동작을 하면서 자체 회전되도록 구성한다. 여기에서 슬리브가이드(229)와 지석구동부판(225)사이에 자체 회전 되도록 설치된 지석취급부(220)가 가공물의 회전운동에 추종하여 지석이 회전 되도록 하는 추종수단으로서 기능을 한다.

지석취급부(220)를 상하 동작을 시키면서 제2모타(275)에 전류를 흘려 기어C(273), 기어B(272), 기어A(271)을 회전시키고 장착대(260)와 가공물(1)을 천천히 회전시키면 지석(17)과 지석취급부(220)도 상하 동작을 하면서 가공물(1)에 추종하여 회전을 한다.

추종회전을 하는 단계의 인장스프링(215)에 의한 압접은 동일 방향이기 때문에 가공물(17)의 가공면에 압접하는 지석면이 상하 동작을 하면서 바뀌어 이에 의하여 종방향의 가공 전체면(360도 전주)이 연마 된다.

종방향 연마 종료 후 지석취급부(220), 코일(240)과 지석구동부(230)을 기울여 위와 같은 공정을 되풀이함으로서 가공물의 경사면이 연마된다.

스카라형 로봇 암의 종단부에 지석구동부(230)을 체결함으로써 관성량이 적은 부분으로 지석의 상하운동이 이루어진다. 종단부에서 상하운동을 함으로써 로봇 암 등의 구조물을 상하운동 시킬 필요가 없고 상하운동 시에 관성량이 적어 고속의 상하운동이 가능하다.

또 제1모타(250)은 기대(200)에 배치되고 제1모타(250)의 동력은 원격조작용의 와이어(245)를 통하여 지석구동부(230)에 전달된다. 이 때문에 관성량이 적은 부분으로 상하운동이 이루어진다. 수직의 가공물을 연마할 때에는 지석이 상하운동을 하는 것에 의한 관성력이 가공면에 가해지지 않지만 경사면의 가공면을 연마 할 때에는 지석이 상하운동을 하려는 것에 의해 관성력이 가공면에 가해진다. 관성력이 가해지면 가공면에 가해지는 압력이 너무 증가한다. 제1모타(250)을 기대(200)에 배치하고 지석구동부(230)을 원격 조작함으로서 지석구동부(230)의 관성을 보다 적게 할 수 있다.

도6 및 도7은 본 발명의 제4의 실시형태의 연마장치를 나타낸다.

이 실시형태에는 간트리형 로봇을 이용한다.

기대(300)에 X동작 모타(310)를 나사305로 체결하고 기대(300)의 X방향으로 좁고 긴 스리트(301)에 X동작대(320)를 넣고 X동작 모타(310)의 볼나사(311)에 X동작대(320)를 삽입한다. X동작대(320)는 암나사로 되어 있어서 X동작 모타(310)가 회전하면 X동작대(320)도 X방향으로 이동한다. 여기에서 x동작모타(310) 및 X동작대(320)가 X축 이동기구로서 기능한다. 기대(300)에 리프트(330)를 나사(331)로 체결하고 리프트(300)의 상판(332) 위에 X-Y 코일(333)을 형성하고 X-Y코일의 위에 장착대(340)을 체결한다. 가공물(1)은 리프트(330)에 의해 승강한다.

X동작대(320)의 축(325)에 Y동작대(350)를 y방향으로 습동 가능하게 체결한다. X동작대(320)에 Y동작모타(351)를 체결하고 Y동작모타(351)의 볼나사(352)에 Y동작대(350)을 삽입한다.

Y동작대(350)에는 암나사가 있고 Y 동작모타가 회전을 하면 Y동작대가 Y 방향으로 이동한다. 여기에서 y동작모타(351) 및 y동작대(350)는 y축 이동기구로서 기능한다.

또 X-Y코일(333)에 전류를 흘리면 X-Y코일(333)의 자기 덕트(334)가 자화 되고 가공물(1)에 X-Y 2차원자장이 발생한다. Y동작대의 선단부(360)에는 지석구동부(361), 구동모타(368)를 체결하며 지석구동부(361)에 코일(370)과 지석취급부(375)를 체결한다.

지석원료 및 지석취급부(375)를 가공물내에 넣고 X-Y코일(333)과 코일(370)로 자장각반을 한 후 냉각을 하면 지석(1)이 제작된다.

구동모타(368)에 전류룰 흘려 모타축(367)을 회전시켜 동력을 지석구동부(361)에 전달한다. 지석구동부(361)의 캠(362)이 회전을 하고 핀(363)을 통하여 지석구동부슬리브(364)가 상하로 왕복운동을 하여 지석취급부(375)와 지석(17)이 상하운동을 한다. 여기에서 구동모타(368) 및 지석구동부(361)는 지석(17)과 가공물(1)에 대하여 가공면의 접선 방향으로 상대적으로 왕복운동 시키는 왕복운동 수단이다.

지석취급부(375)를 상하운동 시키면서 X동작모타(310) 및 Y동작모타(351)에 전류를 흘려 X-Y 2차원 방향의 연마압력을 지석(17)에 주면 연마압력을 360도 전방향에 지석에 줄 수가 있다. 가공물(1)의 형상에 맞게 연마압력을 제어하면서 구동모타(368)을 회전시키고 지석취급부(375)를 상하운동을 시켜 가공물(1)을 연마한다.

도 8A 내지 8D는 본 발명의 제5의 실시형태를 나타낸다.

이 연마장치는 4관절 링크를 이용한다.

도 8A은 초기위치상태 평면도, 도 8B는 초기위치상태 측면도를 나타낸다.

후레임(400)에 축A(401), 축D(404)를 설치하고, 제1의 크랭크로서 레버1(405)의 선단에 축B(402), 제1의 크랭크로서 선형기어1(406)의 선단에 축C(403)을 설치하고, 제1의 평행 링크로서 가공물기대(410)를 삽입하여 평행사변형 A, B, C, D를 구성시킨다.

A,D는 후레임 상의 점으로서 고정되어 있어, BC는 AD에 평행으로 움직인다. 여기에 후레임(400), 레바1(405), 선형기어1(406) 및 가공물 기대(410)가 제1의 링크장치(제1의 평행 크랭크기구)를 구성한다.

후레임(400)에 축E(421), 축H(424)를 설치하고, 제2의 크랭크로서 레버2(425)에 축F(422)를 설치하고, 제2의 크랭크로서 선형기어2(426)의 선단에 축G(423)를 설치하고, 제2의 평행 링크로서 지석대(430)를 삽입하여 평행사변형 E, F, G, H를 구성시킨다. E,H는 후레임 상의 점으로서 고정되어 있어, FG는 EH에 평행으로 움직인다. 여기에 후레임(400), 레바2(425), 선형기어2(426) 및 지석대(430)가 제2의 링크장치(제2의 평행 크랭크기구)를 구성한다.

각도모타(435)는 후레임(400)에 체결되고, 선형기어1(406)을 회전시킨다. 기어1(436)은 후레임에 이동 가능하게 체결되고, 각반공정 및 연마각도 변화중에 p1위치를 중심으로 회전한다. 선형기어2(426)와 선형기어1(406)은 기어1(436)이 p1위치 시에 연동하여 회전을 한다. p2위치 시에는 선형기어2(426)가 기어1(436)로부터 분리된다. 여기에서 선형기어1 (406), 선형기어2(426), 기어1(436) 및 각도모타(435)가 제1의 링크장치 및 제2의 링크장치의 동작을 관련시키는 연동기구로 동작한다.

기어1(436)이 p1위치 시에 평행사변형ABCD의 내각 T1, 평행사변형 EFGH의 내각 T2는 각도모타(435)에 의해 동시에 변화한다. p1위치에는 항상 T1=T2이다. 또 레버1(405)과 선형기어1(406), 레버2(425)와 선형기어2(426)의 길이가 같으면서 내각 T1, T2가 같도록 변화하기 때문에 각도모타(435)를 회전시켜도 가공물과 지석취급부의 상대위치는 변하지 않는다.

레버2(425), 선형기어2(426)에는 신축기구(465)가 있고 전류를 흘리면 스프링(466)의 힘에 반발하여 축소되고 길이가 짧아진다. 가공물기대(410) 위에 리프트(440), X-Y코일, 그 위에 가공물대(450)를 설치하고 지석대(430) 밑에 코일(431), 지석취급부(432)를 체결한다.

평행사변형 EFGH를 구성하고 있는 레버2(425)는 스프링(460)에 의해 시계방향으로 모멘트가 주어져 있다. 이에 의하여 지석으로부터 가공물에 압력을 걸 수 있다.

도 8C는 p1위치에서 지석을 만들고, 각도모타(435)를 회전시킨 상태를 나타낸다. 각도모타(435)가 스프링(460)의 힘에 반발하여 회전하면 지석대(430) 및 가공물기대(410)가 동기를 하면서 이동한다.

도 8 B는 기어1(436)을 P1위치로부터 P2위치로 이동한 상태를 나타낸다. 이 상태에서 신축기구(465)에 전류를 흘리고 레버2(425)와 선형기어2(426)을 동시에 축소하면 지석취급부(432)가 상방향으로 이동한다. 전류를 차단하면 스프링(466)의 힘에 의해 초기위치인 하방향으로 이동한다. 이와 같이 전류를 on-off함에 따라 지석취급부(432)가 상하로 진동을 일으켜 종방향 면이 연마된다.

도 8D는 도 8C의 상태에서 각도모타(435)가 회전하고, 연마적정 상태에서 정지시킨 상태를 나타낸다. 본 도에 있어서 기어를 P1에서 P2상태로 절환하고, 신축기구(465)에 전류를 흘려 레버2(425)와 선형기어2(426)를 동시에 축소하면 지석취급부(432)가 경사지게 위로 이동한다. 전류를 차단하면 스프링(466)의 힘에 의해 초기위치인 경사지게 아래로 이동한다. 이와 같이 전류를 on-off 함에 따라 지석취급부(432)가 경사지게 진동을 하여 경사면이 연마된다.

또 리프트(440), X-Y코일(445), 가공물대(450)와 가공물(1)은 가공물모타(470)에 의해 천천히 회전되고 지석(1)과 지석홀딩부(432)가 추종하며 회전을 한다.

이와 같이 가공물(1)의 종방향연마는 도8B에 나타나 있고 종방향 이외의 경사면의 연마는 도8D에 나타나 있다. 또한 각각 위의 상태에서 가공물모터(470)가 회전하고 가공물(17)이 회전함에 따라 종방향면에서 경사면까지의 내면 형상이 전부 연마된다.

본 장치에 있어서 내각 T1,T2를 180도로 하면 수평면까지도 연마된다.

또한 상기 실시 형태에는 연동기구로 기어 기구를 사용하고 있지만 기어 이외에 링크, 벨트, 와이어 등의 연동기구를 이용해도 좋다.

도 9은 본 발명의 제7의 실시형태의 연마장치이다.

이 연마장치는 연마 부스러기의 배출연동기구를 가지고 있다.

도9A은 프란쟈A(510) off, 프란쟈B(520) off의 상태로, 후레임(500)에 가공물(1)과 지석(17)을 취부한 예 이다. 후레임(500)에 프란쟈A(510)를 나사(511)로 취부하고 프란쟈A(510)의 아마츄어(515)와 프란쟈B(520)를 나사(521)로 체결한다.

후레임(500)의 축(501)에 프란쟈B(520)의 좌우방향으로 좁고 길게 연장되는 스릿트(522)를 삽입하고 프란쟈A(510)에 아마츄어(515)를 삽입한다. 프란쟈B(520)는 스프링(518)에 의해 오른쪽으로 이동하고 지석(17)도 오른쪽으로 이동하여 가공물(1)의 가공면(550)에 부딪친다.

도9A에서 프란쟈A(510)에 전류를 흘리면 아마츄어(515)와 프란쟈B(520)는 스프링(518)의 힘과는 반대로 좌방향으로 이동하고, 전류를 차단하면 스프링(518)의 힘에 의해 우방향으로 이동한다. 도 9A에서 프란쟈B(520)의 아마츄어(525)는 스프링(528)의 힘에 의해 밑으로 눌려져 후레임의 스토퍼(503)에 부딪친다. 프란쟈B(520)의 아마츄어(525)에 지석취급부(530)가 결합되어 있다.

도9B에서 프란쟈B(520)에 전류를 흘리면 스프링(528)의 힘과는 반대로 아마츄어(525)와 지석취급부(530)와 지석(17)이 위방향으로 이동한다. 전류를 차단하면 스프링(528)의 힘에 의해 아마츄어B(525), 지석취급부(530), 지석(17)은 하방향으로 이동한다. 여기에서 프란쟈B(520), 아마츄어(525), 스프링(528) 및 지석취급부(530)은 지석(17)을 가공면의 접선 방향으로 왕복운동 시키는 제1의 왕복운동부의 기능을 하고, 프란자A(510), 아마추어(515) 및 스프링(518)은 그 제1의 왕복운동부를 가공면과 교차하는 방향으로 왕복운동 시키는 제2의 왕복운동부로서 기능 한다.

도9A - 도 9D는 프란쟈A,B가 통전 on 혹은 무통전 off의 상태를 나타낸 것으로 아래의 표에 상태를 나타낸다.

도시 프란쟈A 프란쟈B

도9A off off

도9B off on

도9C on on

도9D on off

이와 같이 프란자 A,B를 동작시키면 지석(17)의 왕복운동중 갈 때에지석(17)로부터 가공물(1)의 가공면(550)에 연마 압력을 주고, 왕복운동의 올 때에 가공물(1)의 가공면(550)으로부터 지석과의 사이를 떨어지게 할 수 있다. 지석취급부(530)와 지석(1)의 움직임은 갈 때와 올 때가 달라 한 방향의 동작만 연마에 기여하므로 연마가루의 배출이 일어난다. 또한 갈 때와 올 때 지석(1)의 궤적을 달리하지 않아도 올 때 지석(17)로부터 가공물(1)의 가공면(550)에 주는 연마압력을 줄여서 연마 부스러기를 배출해도 좋다.

본 발명은 이와 같이 지립을 함유한 분말 또는 액체를, 이형제를 도포한 가공물에 부어넣고 액체상태에서 각반 시키면서 고체화시켜 가공물과 상이형의 고체지석을 이용하여 소량 혹은 단품의 연마와 사람의 손이 닿지 않는 장소나 좁은 공간을 가진 가공물의 연마 가공전반에 걸쳐 폭 넓은 범위에 적용 할 수 있는 연마장치이다.

기술혁신의 급속한 진전과 더불어 공업제품의 고품질화가 요구되며 연마 및 사상에 관한 수요가 증대하고 있다. 휴대전화 등으로 대표되는 현대의 제품은 형상이 복잡하고 미세하며 고정도의 품질을 요구한다. 이 때문에 제품을 만들기 위한 치구나 금형도 형상이 복잡하고 미세하며 칫수 정도가 높은 것을 요구한다. 이 때문에 이들 금형 및 가공물에 있어서 연마 및 연삭 작업이 필요하다.

이와 같이 미세한 표면 사상이나 높은 칫수 정도가 요구되는 가공물의 연마 및 연삭은 형상이 복잡하여 현재도 수작업에 의존하고 있다. 일정 형상을 가진 고체 지석과 기계에 의한 연마방법이 일부 생산에 이용되고 있지만 형상이 간단한가공물에 한정되고 있다. 또한 수작업에 의한 연마에 있어서도 숙련공의 부족, 숙련도 차이 등에 의해 가공 형상이나 면 정도에 있어서 한계가 있다. 또한 수작업으로는 연마가루나 분진에 의해 인체에 악영향도 있는 3D 작업 중의 하나로 작업자들이 기피하는 작업이다.

이와 같은 공업제품의 사상작업을 기계화 혹은 성력화가 가능하다면 가공코스트의 절감, 작업 시간의 단축, 안전성확보 등을 꾀할 수 있다.

본 발명의 구체적인 이용 분야는 연마 가공 공정의 전반에 걸쳐 이용가능 하다. 주 된 이용 분야의 예로서는 광학분야로서 안경렌즈, 특정 형상의 프리즘, 미러 등과 각종 공업제품의 금형, 외관 부품, 보석과 장식품, 시계부품 등과 고도한 칫수정도가 요구되는 게이지류, 실린더, 축수, 베어링, 캠, 기어 등의 연삭 및 연마에도 적용 할 수 있으며 또한 반도체 분야로는 집적회로의 기본이 되는 실리콘 웨이퍼의 사상과 특수한 예로서는 틀니, 인공뼈 등의 의료제품의 연마 시에도 적용할 수 있다.

Claims (6)

1. 가공물의 공간에 장입된 자성체가 들어있는 액체상태의 지석원료를 고체화 혹은 겔화 시킨 지석을 사용하여 가공물을 연마하는 가공 장치에 있어서,

   액체상태의 전기 지석원료에 자장을 공급하는 자장공급부가 있고,

   그 자장공급부는 액체상태의 전기 지석원료에 서로 다른 복수의 방향에서 자장을 주어 지립을 분산시키는 것을 특징으로 하는 연마장치
2. 제 1항에 있어서,

   상기 자장공급부는 전기 지석원료에 자장을 공급하기 위하여 복수개의 코일을 가지며, 그 코일에는 교류가 흐르거나, 혹은 그 코일에 흐르는 전류가 ON-OFF 제어되거나, 혹은 그 코일에 흐르는 전류가 변화되는 것을 특징으로 하는 연마장치
3. 가공물의 공간에 유입된 지석을 이용하여 가공물을 연마하는 연마장치에 있어서, 전기 가공물과 전기 지석과의 사이에 상대운동을 제어하는 제어부가 설치되고, 그 제어부는 전기 가공물에 대하여 전기 지석이 상대운동 가능한 제 1의 방향으로 전기 가공물에 대하여 전기 지석을 상대운동 시킴에 따라 전기 가공물의 제1면을 연마하고, 그 후 전기 지석의 감모에 따라 생긴 전기 가공물의 제1면과 전기 지석과의 틈새를 이용하여 전기 제1면의 방향과 다른 제2의 방향으로 전기 가공물에 대하여 전기 지석을 상대운동 시킴에 따라 전기 가공물의 제2면을 연마하는 것을 특징으로 하는 연마장치
4. 지석을 가공물의 가공면에 교차하는 방향으로 눌러주는 누름 수단과, 전기 지석을 전기 가공물에 대하여 전기 가공면의 접선 방향으로 상대적으로 왕복시키는 왕복수단과, 전기 가공물 또는 전기 지석의 한 쪽을 이동시키는 이동 수단과, 전기 가공물 또는 전기 지석의 한 쪽을 이동에 추종하여 전기 가공물 또는 전기 지석의 다른 쪽을 이동시키는 추종수단을 가지는 것을 특징으로 하는 연마장치
5. 가공물의 공간에 장입된 자성체를 포함한 액체상태의 전기 지석원료를 고화 혹은 겔화 시킨 지석을 이용하여 가공물을 연마하는 연마장치에 있어서, 기대와 전기기대에 회전 가능하게 설치되고, 전기 가공물이 취부되는 취부대와 전기 취부대를 회전시키는 취부대 회전부와 전기기대에 설치되고 전기 지석을 수평방향으로 이동 가능하도록 지지하는 지지부와 전기 지석을 전기 가공물의 가공면에 부세하는 스프링과, 전기 지석을 전기 가공물에 대하여 가공면의 접선 방향으로 상대적으로 왕복운동 시키는 왕복운동부와 그 왕복운동부에 대하여 회전자재에 설치되고 전기 지석을 지탱하는 지석 지탱부와 액체상태의 전기 지석원료에 대하여 자장을 주는 자장공급부를 가지는 것이 특징인 연마장치
6. 가공물의 공간에 장입 된 자성체를 함유하는 액체상태의 전기 지석원료를 고화 혹은 겔화 시킨 지석을 이용하여 가공물을 연마하는 연마장치에 있어서, 기대와, 전기기대에 설치되고, 전기 가공물이 취부되는 취부대와, 전기 기대에 설치되고 전기지석을 X방향 및 Y방향으로 이동시킴과 동시에 전기 지석을 전기가공물의 가공면에 대하여 교차하는 방향으로 부세하는 X축 이동 기구 및 Y축 이동기구와 전기 X축 이동 기구 및 Y축 이동기구에 설치되고, 전기지석을 전기가공물에 대하여 가공면의 접선 방향으로 상대적으로 왕복운동 시키는 왕복운동부와, 액체상태의 전기 지석원료에 대하여 자장을 공급하는 자장공급부를 가지는 것이 특징인 연마장치