KR20030061076A - 공구 지지대 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다이아몬드 공구를 이용한 초정밀 공정시 공구 선단부에 발생하는 미세 절삭력을 측정할 수 있도록 한 공구 지지대에 관한 것이다.
본 발명은 가공물을 절삭하기 위한 절삭부재와, 상기 절삭부재가 전면에 고정된 고정부와, 상기 고정부의 배면에 대면하여 상기 절삭부재 및 고정부로부터 전달되는 절삭력을 검출하기 위한 힘센서부와, 상기 힘센서부를 사이에 두고 상기 고정부가 고정되는 프레임과, 상기 프레임과 상기 힘센서부를 관통하여 상기 프레임에 상기 고정부를 고정시키기 위한 예압볼트를 구비하고, 상기 힘센서부에 의해 검출된 전압신호에 따라 상기 예압볼트를 조정하여 상기 고정부와 상기 프레임간을 고정하기 위해 예압을 가할 수 있도록 설계하는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의하여, 본 발명은 힘센서를 내장한 공구지지대를 이용하여 다이아몬드 공구를 이용한 초정밀 가공시 다이아몬드 공구의 선단에 발생하는 미세 절삭력을 측정하여 향후 다이아몬드 터닝공정의 동적모델 규명뿐만 아니라 표겸거칠기를 개선할 수 있게 된다.

Description

공구 지지대{TOOL HOLDER}
본 발명은 공구 지지대에 관한 것으로, 특히 다이아몬드 공구를 이용한 초정밀 공정시 공구 선단부에 발생하는 미세 절삭력을 측정할 수 있도록 한 공구 지지대에 관한 것이다.
다이아몬드 터닝 머신은 단결정 다이아몬드 공구를 이용하여 초정밀 부품을 가공하는 공작기계이다. 다이아몬드 터닝 머시은 주로 초정밀 광학 렌즈 가공이나 초정밀 방위산업 관련 부품을 가공하는데 이용된다. 또한 컴퓨터 디스크용 알루미늄이나 레이저 장비용 구리와 같은 가벼운 금속을 가공하는데 이용된다. 1970년대 중반 이후에 다이아몬드 터닝은 중요한 가공기술로 등장하였으며, 특히 광학 장치의 가공에 있어서 많은 생산 비용의 절감과 가공 부분의 정밀도를 향상시켰다.
이러한, 다이아몬드 터닝 머신은 가공면의 표면거칠기와 원하는 치수형상의 정밀도를 향상시키고, 가공물의 새로운 재질에 응용하는데 적용된다. 다이아몬드 터닝가공의 정밀도를 높이기 위하여 가공물의 재질, 초정밀한 면의 측정기술, 초정밀 제어등이 요구된다.
따라서, 본 발명의 목적은 다이아몬드 공구를 이용한 초정밀 공정시 공구 선단부에 발생하는 미세 절삭력을 측정할 수 있도록 한 공구 지지대를 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 공구 지지대를 나타내는 사시도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 공구 지지대를 나타내는 분해사시도.
도 3은 도 2에 도시된 공구지지부의 제 1 고정부를 나타내는 사시도.
도 4는 도 2에 도시된 공구지지부의 제 1 고정부를 나타내는 사시도.
도 5는 도 2에 도시된 센서 프레임을 나타내는 사시도.
도 6은 도 2에 도시된 베이스 프레임을 나타내는 사시도.
도 7은 도 2에 도시된 예압볼트 및 슬리브을 나타내는 사시도.
도 8은 도 2에 도시된 메인 프레임을 나타내는 사시도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10 : 다이아몬드 공구12 : 공구지지부
13 : 제 1 고정부14 : 센서 프레임
15 : 제 2 고정부16 : 베이스 프레임
17 : 슬리브19 : 예압볼트
20 : 메인 프레임22, 24 : 지지부
52a, 52b, 52c : 케이블잭
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 공구 지지대는 가공물을 절삭하기 위한 절삭부재와, 상기 절삭부재가 전면에 고정된 고정부와, 상기 고정부의 배면에 대면하여 상기 절삭부재 및 고정부로부터 전달되는 절삭력을 검출하기 위한 힘센서부와, 상기 힘센서부를 사이에 두고 상기 고정부가 고정되는 프레임과, 상기 프레임과 상기 힘센서부를 관통하여 상기 프레임에 상기 고정부를 고정시키기 위한 예압볼트를 구비하고, 상기 힘센서부에 의해 검출된 전압신호에 따라 상기 예압볼트를 조정하여 상기 고정부와 상기 프레임간의 유격을 조정하는 것을 특징으로 한다.
상기 절삭부재는 다이아몬드인 것을 특징으로 한다.
상기 프레임과 힘센서부에는 상기 예압볼트가 관통하는 홀이나 나합되는 암나사들이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 예압볼트와 상기 힘센서부 사이에 위치하여 상기 힘센서부와 상기 예압볼트 사이에 발생하는 전기적인 마찰을 방지하기 위한 슬리브를 추가로 구비한다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부도면을 참조한 실시 예의 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
도 1 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 공구 지지대는 다이아몬드 공구(10)를 고정시키기 위한 공구지지부(12)와, 공구지지부(12)를 고정시키기 위한 베이스 프레임(16)과, 베이스 프레임(16)과 공구지지부(12) 사이에 설치되어 다이아몬드 공구(10)의 선단으로부터 전달되는 미세 절삭력을 검출하기 위한 힘센서부(14)와, 베이스 프레임(16) 및 힘센서부(14)를 관통하여 공구지지부(12)와 나합되는 예압볼트(19)와, 베이스 프레임(16)을 고정시키기 위한 메인 프레임(20)을 구비한다.
공구지지부(12)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 전면에 다이아몬드 공구(10)가 고정되는 제 1 고정부(13)와, 제 1 고정부(13)의 배면에 고정되는 제 2 고정부(15)를 추가로 구비한다.
제 1 고정부(13)는 다이아몬드 공구(10)를 고정시키기 위해 제 1 지지부(22) 및 제 2 지지부(24)로 분리된다. 제 1 지지부(22) 및 제 2 지지부(24)의 중심부에는 다이아몬드 공구(10)가 삽입되도록 사각형 형태의 요부(凹)가 형성되고, 요부는 다이아몬드 공구(10)의 형태에 따라 달라질 수 있다. 또한, 제 1 지지부(22) 및 제 2 지지부(24)는 반원형태의 단면을 갖는다.
제 1 지지부(22)의 상단에는 제 1 고정부(13)와 제 2 고정부(15)의 결합시 평면오차가 0.01mm 이하를 갖도록 제 1 지지부(22)에서 소정길이로 신장된 평판(26)과 , 제 1 고정부(13)를 제 2 고정부(15)에 결합시키기 위하여 가장자리부분에 적어도 2개 이상의 홀들(28a, 28b, 28c, 28d)이 형성된다.
제 2 지지부(24)에는 제 2 지지부(24)를 수직으로 방향으로 형성되는 제 1 및 제 2 홀들(25a, 25b)과, 요부에 형성되는 제 3 홀(25c)을 구비한다.
제 2 고정부(15)에는 제 1 고정부(13)의 홀들(28a, 28b, 28c, 28d)에 대응되는 위치에 제 1 나사홀들(38a, 38b, 38c, 38d)이 형성되고, 중심부에는 예압볼트(19)가 체결되는 제 2 나사홀(32)이 형성된다. 또한, 제 2 고정부(15)의 상단에는 제 1 고정부(13)의 평판(26)과 접촉되어 평탄면(36)이 형성된다.
힘센서부(14)는 도 5에 도시된 바와 같이 가공물 가공시 공구지지부(12)에 고정된 다이아몬드 공구(10)의 선단에 발생되는 주분력, 대분력 및 이송분력을 검출하기 위해 케이블을 연결할 수 있는 제 1 내지 제 3 케이블잭(52a, 52b, 52c)과, 중심부에 형성되어 예압볼트(19)가 관통하는 제 4 홀(56)을 구비한다. 여기서, 주분력은 가공물의 Y축 방향으로 발생되는 힘을 나타내며, 대분력은 Z축 방향으로 발생되는 힘을 나타내며, 이송분력은 X축 방향으로 발생되는 힘을 나타낸다.
힘센서부(14)는 가공물 가공시 다이아몬드 공구(10)의 선단에 발생되는 주분력, 대분력 및 이송분력 각각에 대한 전압을 검출한다. 검출된 아날로그 전압신호는 제 1 내지 제 3 케이블잭(52a, 52b, 52c)들에 각각 연결된 케이블을 통해 도시하지 않은 차아지앰프에 인가된다. 차아지앰프에 인가된 검출된 아날로그 전압신호는 디지털 전압신호로 변환되어 오실로스코프에 표시된다.
베이스 프레임(16)은 도 6에 도시된 바와 같이 일측부에 형성된 적어도 2개 이상의 제 5 홀들(62a, 62b, 62c, 62d)과, 중심부에서 소정높이로 돌출됨과 아울러힘센서부(14)와 동일한 크기를 갖는 돌출부(64)와, 중심부에 형성되어 예압볼트(19)가 관통될 수 있도록 다단으로 형성된 제 6 홀(66)을 구비한다.
제 5 홀들(62a, 62b, 62c, 62d)에는 베이스 프레임(16)을 메인 프레임(20)에 고정시키기 위해 도시되지 않은 볼트들이 관통된다. 돌출부(64)는 힘센서부(14)와 면접촉되어 힘센서부(14)의 수직방향과 수평방향을 일정하게 하는 역할을 한다.
예압볼트(19)는 도 7에 도시된 바와 같이 공구지지부(12)의 제 2 고정부(24)에 형성된 제 2 나사홀(32)에 체결된다. 이 예압볼트(19)는 금속재질로 나사산들이 힘센서부(14)를 관통하여 힘센서부(14)의 제 4 홀(56)에 위치하게 된다. 이로 인해, 힘센서부(14)와 예압볼트(19) 사이에 전기적인 마찰이 발생된다. 이를 방지하기 위하여 힘센서부(14)의 제 4 홀(56)과 예압볼트(19) 사이에는 플라스틱 재질의 슬리브(Sleeve;62)가 끼워진다.
메인 프레임(20)은 도 8에 도시된 바와 같이 베이스 프레임(16)을 장착하기 위한 적어도 2개 이상의 제 3 나사홀들(82a, 82b, 82c, 82b)과, 중심부에 형성된 제 8 홀(86)을 구비한다.
제 3 나사홀들(82a, 82b, 82c, 82b)은 베이스 프레임(16)의 제 5 홀들(62a, 62b, 62c, 62d)에 대응되는 위치에 형성되고, 제 5 홀들(62a, 62b, 62c, 62d)을 관통하는 도시되지 않은 볼트가 체결된다. 제 8 홀(86)은 베이스 프레임(16)에 삽입된 예압볼트(19)를 조절하기 위하여 체결용 지그가 드나들 수 있게 한다.
이러한, 메인 프레임(20)은 공구지지부(12)를 도시되지 않은 공작기계에 설치된 척에 고정된 가공물 쪽으로 이송시키는 역할을 한다.
이와 같은, 본 발명에 따른 공구 지지대는 다이아몬드 공구(10)를 공구지지부(12)의 제 1 고정부(13)에 형성된 요부에 삽입시킨 후, 제 2 지지부(24)에 형성된 제 3 홀(25c)에 제 1 볼트(29)를 체결시켜 다이아몬드 공구(10)를 고정시킨다.
그런 다음, 제 2 지지부(24)에 형성된 제 1 및 제 2 홀들(25a, 25b)에 제 2 및 제 3 볼트들(27a, 27b)을 제 1 지지부(24)의 바닥수평면에 형성된 도시되지 않은 나사홀들에 체결함으로써 제 1 및 제 2 지지부(22, 24)는 서로 결합된다.
도시되지 않은 볼트들을 제 1 고정부(13)의 제 1 지지부(22)에 형성된 홀들(28a, 28b, 28c, 28d)을 관통시켜 제 2 고정부(15)에 형성된 제 1 나사홀들(38a, 38b, 38c, 38d)에 체결함으로써 다이아몬드 공구(10)가 고정된 제 1 고정부(13)는 제 2 고정부(15)에 설치된다.
그런 다음, 센터링(17)이 끼워진 예압볼트(19)를 베이스 프레임(16)의 제 6 홀(66)과 힘센서부(14)의 제 4 홀(56)을 관통시켜 제 2 고정부(15)에 형성된 제 2 나사홀(32)에 체결함으로써, 공구지지부(12)와 힘센서부(14)는 베이스 프레임(16)에 설치된다.
도시되지 않은 볼트를 공구지지부(12)와 힘센서부(14)가 설치된 베이스 프레임(16)의 제 5 홀들(62a, 62b, 62c, 62d)에 각각 관통시켜 메인 프레임(20)에 대응되는 제 3 나사홀들(82a, 82b, 82c, 82b)에 체결함으로써 베이스 프레임(16)은 메인 프레임(20)에 설치된다.
이와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 공구 지지대는 공구지지부(12)에 고정된 다이아몬드 공구(10)를 이용하여 공작물을 가공하게 된다. 공작물 가공시 공작기계의 회전속도에 따라 다이아몬드 공구(10)의 선단에 힘이 발생하게 되고, 이 힘은 힘센서부(14)에 의해 검출된다. 힘센서부(14)는 다이아몬드 공구(10)의 선단부에 발생되는 힘을 전압으로 검출하며, 검출된 전압신호는 차아지앰프와 오실로스코프를 통해 출력된다.
이와 같은, 본 발명의 실시 예에 따른 공구 지지대는 정밀한 부품 생산시 동적오차에 대한 보정뿐 아니라 정밀한 형상 가공으로 인해 수명을 연장할 수 있다. 예를 들면, 정밀한 조립이 요구되는 트랜스 밋션 기어의 가공의 경우 하중의 변동을 줄임으로써 수명이 연장된다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 공구 지지대는 광학적, 기계공학적, 전자부품 요소들의 가공 공정 등 넓은 영역에서 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 공구 지지대는 힘센서를 내장한 공구지지대를 이용하여 다이아몬드 공구를 이용한 초정밀 가공시 다이아몬드 공구의 선단에 발생하는 미세 절삭력을 측정하여 향후 다이아몬드 터닝공정의 동적모델 규명뿐만 아니라 표겸거칠기를 개선할 수 있게 된다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

Claims (4)

  1. 가공물을 절삭하기 위한 절삭부재와,
    상기 절삭부재가 전면에 고정된 고정부와,
    상기 고정부의 배면에 대면하여 상기 절삭부재 및 고정부로부터 전달되는 절삭력을 검출하기 위한 힘센서부와,
    상기 힘센서부를 사이에 두고 상기 고정부가 고정되는 프레임과,
    상기 프레임과 상기 힘센서부를 관통하여 상기 프레임에 상기 고정부를 고정시키기 위한 예압볼트를 구비하고,
    상기 힘센서부에 의해 검출된 전압신호에 따라 상기 예압볼트를 조정하여 상기 고정부와 상기 프레임간의 유격을 조정하는 것을 특징으로 하는 공구 지지대.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 절삭부재는 다이아몬드인 것을 특징으로 하는 공구 지지대.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 프레임과 힘센서부에는 상기 예압볼트가 관통하는 홀이나 나합되는 암나사들이 형성되는 것을 특징으로 하는 공구 지지대.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 예압볼트와 상기 힘센서부 사이에 위치하여 상기 힘센서부와 상기 예압볼트 사이에 발생하는 전기적인 마찰을 방지하기 위한 슬리브를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 공구 지지대.
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