KR20040026247A - 폴리싱장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공작물 표면을 그 형상에 대응하여 공구를 틸팅시킬 수 있음과 더불어 가공압력을 미세하게 제어하여 정밀도 높은 폴리싱면을 얻기 위한 폴리싱장치에 관한 것으로, 폴리싱장치는 공작물에 대해 공구축이 법선을 이루도록 공구를 틸팅시키는 틸팅수단과, 이 틸팅수단에 설치되면서 상기 공구를 회전구동시키기 위한 공구회전수단, 상기 틸팅수단의 틸팅정도를 검출하여 제어수단에 검출신호를 출력하는 틸팅검출수단, 공구에 가해지는 가공압력을 검출하여 제어수단에 검출신호를 출력하는 압력검출수단을 포함하여 구성되어, 폴리싱중에 상기 액츄에이터를 작동하여 공작물의 가공지점에 대응하여 공구축이 법선을 이루도록 공구의 틸팅각도를 제어하고, 상기 압력검출수단을 통해 공구에 가해지는 가공압력을 검출하여, 검출된 가공압력이 설정값이 되도록 폴리싱공구와 공작물과의 상대위치를 제어하며, 상기 공구의 틸팅각도와 가공압력을 동시에 제어할 수 있도록 한 것이다.

Description

폴리싱장치{A polishing apparatus}

본 발명은 공작물 표면을 고정밀도로 가공하기 위한 폴리싱장치에 관한 것으로, 특히 공작물의 형상에 대응하여 공구를 틸팅시킬 수 있음과 더불어 가공압력을 제어할 수 있는 폴리싱장치에 관한 것이다.

일반적으로 폴리싱가공은 고정도, 고품질의 제품을 얻기 위해 제품의 최종 마무리공정에 사용되는 정밀연마공정이다.

이러한 폴리싱가공이 이루어지는 공작물의 폴리싱면이 특히 비구면형상일 경우, 고정도의 폴리싱면을 얻기 위해서는 가공중에 공작물과 공구가 항상 법선을 이루어야 하고, 비구면의 형상변화에 따라 적응하여 틸팅이 가능한 공구홀더의 설계가 반드시 필요하다.

상기한 틸팅의 필요성에 따라, 종래에는 가공물과 공구중 어느 하나를 틸팅하는 방식을 채용하고 있는데, 여기서 가공물 틸팅방식은 폴리싱 공구에 힘을 가할 때 토크가 발생하는 구조이기 때문에 정확한 폴리싱 압력을 제어하기 어려운 단점이 있어, 가압방향으로 직접 압력을 제어할 수 있어 폴리싱 압력제어가 쉬운 공구틸팅방식이 주로 사용되고 있다.

또한, 폴리싱가공에 있어서 공작물의 단위제거량은 공구와 공작물 사이에 작용하는 압력과 속도에 크게 영향을 받으므로, 소망하는 비구면가공을 위해서는 가공압력의 변화에 대해 신속정확하게 조절할 수 있는 압력제어장치가 필요하다.

한편, 현재까지 비구면을 폴리싱하기 위한 장치로서 개발된 실용화된 기술로서는 비구면 형상에 따라 주축자체를 회전시키는 구조를 갖는 경우가 있다.

그러나, 이러한 경우 주축을 회전시키기 위한 회전장치와, 공구와 공작물 사이에 압력을 일정하게 유지시켜주는 추가적인 장비가 각각 다른 구동기구로서 독립적으로 구동되는바, 이러한 현상은 두 구동기구간의 상호정보교환의 어려움으로 인하여 현재의 폴리싱장치들은 이 두가지 기능중 하나의 기능만을 수행하도록 제작되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기한 바와 같은 제문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 공작물의 형상에 대응하여 주축에 설치된 공구를 틸팅시킬 수 있음과 더불어 가공압력을 미세하게 제어할 수 있고, 주축회전과 가공압력을 동시에 제어할 수 있도록 한 폴리싱장치를을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 폴리싱장치를 설치상태를 나타내기 위한 개략적인 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 폴리싱장치를 설명하기 위한 개략적인 횡단면도,

도 3은 본 발명에 따른 폴리싱장치의 개략적인 일부절개사시도,

도 4a 내지 도 4g는 본 발명에 의한 폴리싱과정을 설명하기 위한 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 폴리싱장치 2 : 주축

3 : 공구 4,5 : 위치이송수단

6 : 공작물 7 : 제어수단

10 : 프레임 20 : 틸팅수단

21,22,23 : 액츄에이터 24,25,26 : 볼조인트

27 : 탑재대 30 : 공구회전수단

40 : 틸팅검출수단 50 : 압력검출수단

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 폴리싱 장치는, 상기 주축에 설치되어 공구를 상하좌우로 위치이동시키는 프레임과, 상기 프레임에 설치되면서 공작물에 대해 공구축이 법선을 이루도록 상기 공구를 틸팅시키는 틸팅수단, 상기 틸팅수단에 설치되면서 상기 공구를 회전구동시키기 위한 공구회전수단, 상기 틸팅수단의 틸팅정도를 검출하여 제어수단에 검출신호를 출력하는 틸팅검출수단, 상기 공구에가해지는 가공압력을 검출하여 제어수단에 검출신호를 출력하는 압력검출수단 및, 본 발명의 각 구동요소들의 동작을 제어하는 제어수단을 구비하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 틸팅수단은, 상기 프레임에 장착되어 상기 제어수단에 의해 서로 독립적으로 제어되고 공압에 의해 작동되는 3개의 액츄에이터와, 상기 액츄에이터에 볼조인트를 매개로 각각 결합됨과 더불어 상기 공구가 장착되는 탑재대를 포함하여 구성되어 있다.

또한, 본발명에 의해 공작물에 공구를 가하면서 폴리싱하는 방법은, 폴리싱중에 상기 액츄에이터를 작동하여 공작물의 가공지점에 대응하여 공구축이 법선을 이루도록 상기 공구의 틸팅각도를 제어하고, 상기 압력검출수단을 통해 상기 공구에 가해지는 가공압력을 검출하여, 검출된 가공압력이 설정값이 되도록 폴리싱공구와 공작물과의 상대위치를 제어하며, 상기 공구의 틸팅각도와 가공압력을 동시에 제어할 수 있도록 한 것을 그 기술적 특징으로 한다.

상기와 같이 이루어진 본 발명의 폴리싱 장치에 의하면, 다양한 폴리싱 표면의 형상에 대응하여 공구의 틸팅각도와 가공압력을 미세하게 조절할 수 있으므로써, 정밀도 높은 폴리싱면을 얻을 수 있는 것이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시례를 첨부한 예시도면을 참조하여 자세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 폴리싱장치를 설치상태를 나타내기 위한 개략적인 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 폴리싱장치를 설명하기 위한 개략적인 횡단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 폴리싱장치의 개략적인 일부절개사시도이다.

위 도면중의 화살표로 나타낸 바와 같이, 본 발명의 폴리싱장치(1)는 공작기계의 주축(2)에 설치된 공구(3)가 위치이송수단(4,5)을 통해 수직(Z축) 및 수평(X축)방향으로 이동하면서 공작물(6)을 폴리싱하도록 되어 있다. 그리고, 본 발명의 각 구동요소들은 제어수단(7)을 통해 제어동작된다.

여기서, 상기한 주축(2)에는 공구(3)를 상하좌우로 이동시키는 프레임(10)이 설치되어 있고, 상기 프레임(10)에 공작물(6)에 대해 공구축이 법선을 이루도록 상기 공구(3)를 틸팅시키는 틸팅수단(20)이 설치되어 있으며, 상기 틸팅수단(20)에 공구(3)를 회전구동시키는 공구회전수단(30)이 설치되어 있다.

그리고, 상기 틸팅수단(20)에는 틸팅정도를 검출하여 상기 제어수단(7)에 검출신호를 출력하는 틸팅검출수단(40)과, 공작물(6)로부터 공구(3)에 가해지는 가공압력을 검출하여 상기 제어수단(7)에 검출신호를 출력하는 압력검출수단(50)이 구비되어 있다.

이하 본 발명을 구성하는 요소들을 분설하기로 한다.

상기 프레임(10)은 주축(2)에 착탈가능하게 결합되어 있고, 이 주축(2)과 연동하여 탑재된 상기 틸팅수단(20)과 공구(3)의 위치를 이동시킬 수 있도록 되어 있으며, 그 재질은 강도 및 강성을 유지하기 위해 강철재질로 제작하는 것이 바람직하다.

상기 틸팅수단(20)은 공작물(6)에 대해 공구축이 법선을 이루도록 상기 공구(3)를 틸팅시키기 위한 것이다.

이러한 틸팅수단(20)은 상기 프레임(10)에 수직하방으로 장착되면서 상기 제어수단(7)에 의해 서로 독립적으로 제어작동되는 3개의 액츄에이터(21,22,23)와, 상기 액츄에이터(21,22,23)에 볼조인트(24,25,26)를 매개로 각각 결합됨과 더불어 상기 공구(3)가 장착되는 탑재대(27)를 포함하여 구성되어 있다.

여기서, 상기 액츄에이터(21,22,23)는 실린더와 실린더로드로 이루어져 있고, 도시되지 않은 외부의 작동원과 연결되어 작동되며, 작동유체로서는 오일을 사용할 수도 있으나 공기를 사용하는 것이 더욱 바람직하다.

그리고, 상기 공구회전수단(30)은 상기 탑재대(27)에 장착되어 선단에 축설된 공구(3)를 회전시키기 위한 것으로, 그 일례로 스핀들모터(spindle motor)와 같은 것을 채용할 수 있다.

상기 틸팅검출수단(40)은 틸팅수단(20)의 위치를 검출하여 상기 제어수단(7)에 검출신호를 출력하는 것이다.

이러한 틸팅검출수단(40)은 상기 액츄에이터(21,22,23)의 실린더로드 부분에 설치되어 실린더로드의 신장에 따라 수직(Z축)방향으로 승하강됨과 더불어 공구(3)의 현재위치를 검출할 수 있도록 되어 있다.

여기서, 상기 엑츄에이터(21,22,23) 각각에 장착된 틸팅검출수단(40)은 각 엑츄에이터(21,22,23)의 초기위치를 결정하고 전원공급시에 초기위치로 이송하도록 되어 있다.

상기 압력검출수단(50)은 폴리싱가공중 공작물(6)로부터 공구(3)에 가해지는 가공압력을 검출하여 상기 제어수단(7)에 검출신호를 출력하는 것으로서, 그 실시례로서는 압력이 작용함에 따라 변형되는 저항체의 저항값 변화를 측정하여 가공압력을 산출하는 스트레인게이지(strain gage)와 같은 것을 채용하여 사용할 수 있다.

여기서, 상기 엑츄에이터(21,22,23)가 상하운동함에 따라 접촉력이 변화하게 되는데, 이와 같이 변화하는 접촉력을 압력검출수단(50)으로 측정함으로써 압력제어를 실시한다. 즉 압력검출수단(50)으로부터 얻은 센서신호와 각각의 엑츄에이터(21,22,23)에 부착된 틸팅검출수단(40)으로부터 3개의 공기압 엑츄에이터(21,22,23)의 이송량을 제어한다.

한편, 상기 공구(3)는 폴리싱가공시 진동발생을 줄이기 위해 진동감쇄능력이 우수한 탄소섬유복합재를 사용하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 탄소섬유복합재를 사용하는 것은 탄소섬유복합재가 경량인 동시에 고강성을 가진다는 장점이 있다. 또한 일반 스틸재질을 사용하였을때보다 우수한 진동특성을 가지고 있다. 본 장치는 3개의 볼조인트(24,25,26)에 탑재대(27), 공구(3) 및 공구회전수단(30) 전체의 무게가 인가되어있는 구조로서 그 무게가 증가할 경우 볼조인트(24,25,26)에서 낮은 주파수에서 진동특성이 나타나게 된다. 그러므로 진동특성이 우수하고 고강성 저중량인 복합재료를 사용함으로써 구동부의 동적진동특성을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

이하 상기와 같이 이루어진 본 발명의 장치에 의한 폴리싱과정을 설명하기 로 한다.

즉, 본 발명에 의한 폴리싱방법은 회전되는 공구(3)를 공작물(6)에 가압하여 공작물(6) 표면을 가공하되, 폴리싱중에 상기 액츄에이터(21,22,23)를 작동하여 공작물(6)의 가공지점에 대응하여 공구축이 법선을 이루도록 상기 공구(3)의 틸팅각도를 제어하고, 상기 압력검출수단(50)을 통해 상기 공구(3)에 가해지는 가공압력을 검출하여, 검출된 가공압력이 설정값이 되도록 폴리싱공구(3)와 공작물(6)과의 상대위치를 제어하며, 상기 공구(3)의 틸팅각도와 가공압력을 동시에 제어할 수 있도록 한 것을 그 기술적 특징으로 한다.

본 발명의 폴리싱장치(1)에 의한 비구면 형상의 공작물(6) 표면을 폴리싱하는 과정을 도 4a 내지 도 4g를 참조하여 분설하기로 한다.

먼저, 폴리싱 가공을 시작하기전에 가공이 이루어질 공작물(6) 형상을 (어떻게)측정하고, 이 측정된 결과는 제어수단(7)에 입력시켜 공작물(6)의 가공위치에 따른 공구(3)의 틸팅각도를 계산한다.

다음 원하는 가공압력 즉, 가공시에 공작물(6)로부터 공구(3)에 작용되어야 할 설정값을 미리 입력하고, 공구(3)와 공작물(6)을 회전시킨다.

초기의 액츄에이터(21,22,23)의 실린더로드는 스핀들모터축의 자중에 의하여 수직하방(-Z축방향)으로 최대의 스트로크를 가지게 되므로 최대스트로크의 상황에 있을 때의 위치를 기준으로 모든 액츄에이터(21,22,23)의 위치제어를 시작한다.

도 4a에 나타낸 바와 같이, 액츄에이터(21,22,23)를 설정된 위치(액츄에이터의 중간위치)까지 동시에 이송시킨다. 만약, 접촉시작점부터 압력제어를 시작한다고 가정한다면 더 이상의 가압이 불가능하기 때문에 이를 방지하기 위하여 설정된 초기위치까지 이송시킨다.

공작물(6)의 가공시작점의 형상과 공구(3)가 수직을 이루도록 각 액츄에이터(21,22,23)의 스트로크량을 조정하여 공구(3)를 틸팅시킨다.

즉, 도 4b나타낸 바와 같이 비구면의 공작물(6)과 공구(3)사이의 접촉이 서로 법선을 이루도록 공작물(6)의 형상에 따라 예컨데 제1액츄에이터(21)를 고정시키고 제2,3액츄에이터(22,23)를 일정한 거리만큼 증가시키면, 탑재대(27)가 수평선(X축)에 대하여 소정각도를 이루면서 경사되게 되고, 이에 따라 탑재대(27)에 장착되는 공구(3)가 틸팅되는 것이다.

상기 위치이송수단(4,5)을 구동하여 주축(2)을 수직하방(-Z방향)으로 이송시켜 도 4c에 나타낸 바와 같이, 공구(3)를 가공이 이루어질 공작물(6)의 표면에 접촉시킨다. 접촉여부는 압력검출수단(50)에 의해 검출된 가공압력신호가 미리 설정된 값에 이르는 순간을 기준으로 하여 접촉이 이루어짐과 동시에 수직방향(Z축방향) 이송을 중지한다.

상기 3개의 액츄에이터(21,22,23)에 장착된 틸팅검출수단(40)으로부터 현재 위치를 읽어들이고 현재위치를 기준위치로 하여 액츄에이터(21,22,23)의 압력제어를 실시한다. 즉, 원하는 가공압력에 도달할 때까지 도 4d에 나타낸 바와 같이, 각 액츄에이터(21,22,23)를 동일한 거리만큼 수직하방(-Z방향)으로 이송시킨다.

상기한 바와 같이 공구(3)에 의한 공작물(6)의 가공이 시작되면 공구(3)와 공작물(6) 사이에 접촉력이 변화하게 되며 접촉력의 변화는 상기 압력검출수단(50)인 스트레인게이지를 이용하여 측정한다. 설정된 초기 접촉압력을 유지시키기 위하여 도 4e에 나타낸 바와 같이, 제1,2,3액츄에이터(21,22,23)를 동시에 일정한 거리만큼 전진 또는 후퇴를 반복하면서 공작물(6)과 공구(3)사이의 압력을 일정하게 유지시킨다. 이때의 이송거리는 액츄에이터(21,22,23)에 부착된 틸팅검출수단(40)의 검출신호를 이용한다.

도 4f에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 장치를 수평방향(X축방향)으로 이동시키면서 가공전 측정한 비구면의 형상에 맞추어 공구(3)를 틸팅시키며 공작물(6)을 가공한다.

가공이 완료되면 본 발명의 장치(1) 전체를 도 4g에 나타낸 바와 같이, 수직상방(+Z축방향)으로 상승시켜 가공을 완료한다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 상기한 실시례에 국한되지 않으며, 본 발명의 사상이 허용되는 범위내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

즉, 본 발명은 제한된 기구를 사용함으로써 폴리싱 공정 뿐만 아니라, 평면·구면·비구면 연마가공에도 적용될 수 있다.

또한, 작은 절삭가공력을 가지는 공작기계의 주축부에 적용이 가능하며, 틸팅이 가능함으로써 수직, 수평가공 뿐만 아니라 틸팅의 필요성이 있는 드릴링, 보링 등의 가공에도 효과적으로 사용되어질 수 있다.

상기와 같이 이루어진 본 발명의 폴리싱장치에 의하면, 비구면 가공에 있어 공구와 공작물 사이에 틸팅이 가능함으로써 기존의 평면가공에서 머물러 있던 폴리싱 가공공정의 영역을 비구면 형상의 가공에 까지 넓힐 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 폴리싱가공중에 가공압력을 일정하게 유지할 수 있으므로,가공량의 계산이 가능해지며 이를 통하여 일정형상의 형상 수정 및 표면정도를 향상시킬 수 있다.

Claims (4)

1. 공작기계의 주축(2)에 설치된 공구(3)가 위치이송수단(4,5)을 통해 수직 및 수평방향으로 이동되어 공작물(6)을 폴리싱함과 더불어 각 구동요소들의 동작을 제어하는 제어수단(7)을 구비한 폴리싱장치에 있어서,

   상기 주축(2)에 설치되어 상기 공구(3)를 상하좌우로 이동시키는 프레임(10);과

   상기 프레임(10)에 설치되면서 공작물(6)의 가공지점에 대해 공구축이 법선을 이루도록 상기 공구(3)를 틸팅시키는 틸팅수단(20);

   상기 틸팅수단(20)에 설치되면서 상기 공구(3)를 회전구동시키기 위한 공구회전수단(30);

   상기 틸팅수단(20)의 틸팅정도를 검출하여 상기 제어수단(7)에 검출신호를 출력하는 틸팅검출수단(40); 및

   상기 폴리싱공구(3)에 가해지는 가공압력을 검출하여 상기 제어수단(7)에 검출신호를 출력하는 압력검출수단(50)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 틸팅수단(20)은 상기 프레임(10)에 장착되면서 상기 제어수단(7)에 의해 서로 독립적으로 작동되어 공구(3)의 틸팅각도와 가공압력을 동시에 제어할 수 있도록 된 3개의 액츄에이터(21,22,23)와, 상기액츄에이터(21,22,23)에 볼조인트(24,25,26)를 매개로 각각 결합됨과 더불어 상기 공구(3)가 장착되는 탑재대(27)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 압력검출수단(50)은 스트레인게이지를 이용하여 가공압력을 검출할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 공구(3)는 진동발생을 줄일 수 있는 탄소섬유 복합재로 된 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.