KR20040097421A - Working force controllable processing device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 연마, 절삭, 폴리싱 등의 작업에서 공구와 피가공물 사이의 가공력을 소정의 값으로 제어하는 가공력 제어식 가공 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a machining force controlled machining apparatus for controlling machining force between a tool and a workpiece to a predetermined value in operations such as polishing, cutting, polishing, and the like.
최근에 들어 제품의 생산에 있어서 짧은 공정 시간에 균일한 제품의 성능과 가공 정도를 유지시키기 위해 제품의 고속, 고정밀 가공이 점차 요구되고 있다. 특히, 연마 가공과 같은 후처리 가공의 경우 제품 완성을 위한 최종 단계로서 가공 정도에 따라 제품의 가치가 결정된다. 그러나, 공구와 피가공물이 서로 동일 또는 반대 방향으로 회전함으로써 이들 사이에 발생하게 되는 가공력의 변동은 고주파대역에 있는 경우가 많게 되는데 이는 피가공물의 표면 가공 정도에 큰 영향을 준다. 즉, 가공시 가공력이 증가하게 되는 경우 (특히 절삭 가공의 경우) 피가공물의 단위 절삭량이 증가하고, 가공력이 감소하는 경우 단위 절삭량도 감소하게 되어, 피가공물을 원하는 형상으로 가공하지 못하게 된다. 따라서, 가공시 가공 조건이 균일하기 위해서는 공구와 피가공물 사이의 가공력은 일정하게 유지되어야 한다.Recently, high-speed, high-precision processing of products is increasingly required in order to maintain uniform product performance and processing accuracy in a short process time. In particular, in the case of post-treatment such as polishing, the value of the product is determined by the degree of processing as a final step for product completion. However, the variation in the processing force generated between the tools and the workpiece in the same or opposite directions are often in the high frequency band, which greatly affects the degree of surface treatment of the workpiece. That is, when the machining force increases during machining (particularly in the case of cutting machining), the unit cutting amount of the workpiece increases, and when the machining force decreases, the unit cutting amount also decreases, thereby preventing machining of the workpiece into the desired shape. . Therefore, the machining force between the tool and the workpiece must be kept constant in order for the machining conditions to be uniform during processing.
도16은 공구(110)를 보유하는 공구 홀더(140)의 내부 공간(140a)에 (에어쿠션으로 기능을 하는) 공압을 형성하여 가공시 공구의 진동을 완화시키고, 내부 공간(140a)의 위치 센서(120)에 의해 공구(110)의 위치를 제어하여 피가공물의 가공 정밀도를 향상시키는 가공 장치를 도시한다. 도16에 도시된 종래의 가공 장치는 공압 흡기구(150)를 통하여 공구 홀더(140)의 내부 공간(140a)에 압력을 형성시키는 공압기(130)와, 공구 홀더(140) 내의 공구(110)의 위치를 검출하는 위치 센서(120)와, 위치 센서(120)에 의해 측정된 공구(110)의 위치[공구 홀더(140) 내의 내부 공간(140a)의 깊이(h)]에 따라 공압기(130)를 제어하여 공구 홀더(140)의 내부 공간(140a)의 압력을 제어하는 제어부(160)로 구성된다. 공구 홀더(140)의 내벽에는 외측으로 연통된 공기 배출구(170)가 형성되어 공압의 유동을 형성한다. 내부 공간(140a)의 내벽에 설치된 위치 센서(120)에 의해 공구(110)와 공구 홀더(140) 사이 내부 공간(140a)의 깊이(h)를 검출한다. 가공면의 프로파일의 변동에 따라 위치 센서(120)에서 측정된 깊이(h)를 기초로 제어부(160)는 공압기(130)가 공구 홀더의 내부 공간(140a)의 깊이(h)를 제어하도록 한다.16 creates a pneumatic pressure (functioning as an air cushion) in the internal space 140a of the tool holder 140 holding the tool 110 to mitigate the vibration of the tool during machining, and the position of the internal space 140a. The processing apparatus which improves the processing precision of a to-be-processed object by controlling the position of the tool 110 by the sensor 120 is shown. The conventional processing apparatus shown in FIG. 16 includes a pneumatic machine 130 for forming pressure in the internal space 140a of the tool holder 140 through the pneumatic inlet port 150, and the tool 110 in the tool holder 140. According to the position sensor 120 for detecting the position of the tool and the position of the tool 110 measured by the position sensor 120 (depth (h) of the internal space 140a in the tool holder 140) ( The controller 130 is configured to control the pressure of the internal space 140a of the tool holder 140 by controlling the 130. An air outlet 170 is formed on the inner wall of the tool holder 140 to form an air flow. The depth h of the internal space 140a between the tool 110 and the tool holder 140 is detected by the position sensor 120 installed on the inner wall of the internal space 140a. Based on the depth h measured by the position sensor 120 according to the change of the profile of the machining surface, the controller 160 controls the pneumatic pressure 130 to control the depth h of the internal space 140a of the tool holder. do.
이와 같은 종래의 가공 장치에서, 내부 공간(140a)의 공압은 공압기(130)로부터 인입된 공기량과 배출구(170)로 배출되는 공기량에 의해 결정되어, 이러한 공압은 공구(110)의 진동을 제거하는 에어 스프링의 역할을 할 뿐이다. 내부 공간(140a)에 다공질 고무로 형성된 감쇠재를 충전시켜 공구(110)의 진동을 추가로 제거하기는 하지만 이는 진동의 수동적인 제어(passive control)에 지나지 않는다. 이와 같이 공압에 의해 공구의 진동을 제거하는 구성에서는 공구를 지그에 부착하기가 쉽지 않고 지그 설계에도 어려움이 있다. 공압은 그 특성상 응답속도가 늦기 때문에 가공력의 변동이 저주파 대역에 있는 경우는 가공력의 변동을 제거할 수 있으나, 고주파 대역에 있는 경우 가공력의 변동을 제거하는 것은 곤란하다. 또한, 상기 장치는 내부 공간(140a)의 깊이(h)를 측정하여 이를 제어하기 때문에 절삭 가공과 같은 경우 가공면의 프로파일이 절삭량에 따라서 변동하는 경우 이를 즉각적으로 제어하기가 곤란하다. 따라서, 종래의 가공 장치는 피가공물의 형상 변화에 민감하게 반응하지 못하여 가공 정밀도, 표면 조도, 제품의 균질성 등이 저하된다.In such a conventional processing apparatus, the pneumatic pressure of the internal space 140a is determined by the amount of air drawn in from the pneumatic compressor 130 and the amount of air discharged to the discharge port 170, so that the pneumatic pressure eliminates vibration of the tool 110. It just acts as an air spring. Although the damping material formed of porous rubber is filled in the inner space 140a to further remove the vibration of the tool 110, this is merely passive control of the vibration. As described above, in the configuration of removing vibration of the tool by pneumatic pressure, it is difficult to attach the tool to the jig and there is a difficulty in jig design. Pneumatic pressure is slow in response to the characteristics of the pneumatic pressure, so it is possible to remove the variation in the machining force when the variation in the machining force is in the low frequency band, but it is difficult to eliminate the variation in the machining force in the high frequency band. In addition, since the apparatus measures and controls the depth h of the internal space 140a, it is difficult to immediately control the profile of the machining surface when the machining surface changes according to the cutting amount in the case of cutting. Therefore, the conventional processing apparatus does not react sensitively to the shape change of the workpiece, and thus the processing precision, the surface roughness, the homogeneity of the product, and the like decrease.
본 발명의 목적은 균일한 제품의 성능과 가공 정도를 유지하기 위하여 공구와 피가공물 사이의 가공력을 일정하게 유지하기 위한 가공력 제어식 가공 장치를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a machining force controlled processing apparatus for maintaining a constant machining force between a tool and a workpiece in order to maintain uniform product performance and machining accuracy.
본 발명의 다른 목적은 공구와 피가공물 사이에 발생하는 가공력의 변동이 고주파 대역에 있는 경우가 이를 제거하여 가공 정밀도와 표면 조도를 향상시키는 가공력 제어식 가공 장치를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a machining force controlled machining apparatus which eliminates the variation in machining force occurring between the tool and the workpiece in the high frequency band, thereby improving machining precision and surface roughness.
본 발명의 다른 목적은 공구와 피가공물 사이에 발생하는 가공력을 능동적으로 제어(active control)하는 가공력 제어식 가공 장치를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a machining force controlled machining apparatus that actively controls the machining force generated between the tool and the workpiece.
도1은 본 발명에 따른 가공력 제어식 가공 장치의 사시도.1 is a perspective view of a processing force controlled machining apparatus according to the present invention.
도2는 도1에 도시된 가공력 제어식 가공 장치의 평면도.FIG. 2 is a plan view of the processing force controlled machining device shown in FIG.
도3은 도1에 도시된 가공력 제어식 가공 장치의 측면도.3 is a side view of the machining force controlled processing apparatus shown in FIG.
도4는 본 발명에 따른 가공 장치의 액튜에이터의 높이를 조절하기 위한 높이 조절 지그의 사시도.Figure 4 is a perspective view of a height adjusting jig for adjusting the height of the actuator of the processing apparatus according to the present invention.
도5는 본 발명에 따른 가공력 제어식 가공 장치의 구성도.5 is a block diagram of a processing force control processing apparatus according to the present invention.
도6은 본 발명에 따른 가공력 제어식 가공 장치의 가공력 제어부의 구성도.6 is a configuration diagram of a processing force control unit of the processing force control processing apparatus according to the present invention.
도7a 내지 도7d는 본 발명에 따른 가공력 제어식 가공 장치로 피가공물의 평면을 가공하는 가공 공정도.7a to 7d is a machining process diagram for processing the plane of the workpiece with a machining force controlled machining apparatus according to the present invention.
도8a 내지 도8d는 본 발명에 따른 가공력 제어식 가공 장치로 피가공물의 곡면을 가공하는 가공 공정도.8a to 8d is a machining process diagram for processing the curved surface of the workpiece with a machining force controlled processing apparatus according to the present invention.
도9 내지 도11은 가공 시간에 따른 피가공물과 공구 사이의 가공력의 변동을 실험한 결과로서, 동일한 가공 조건에 대해, 도9는 가공력을 제어하지 않는 방식의 가공 장치에 의한 결과를 도시한 그래프이고, 도10 및 도11은 각각 본 발명의 가공력 제어식 가공 장치를 사용하여 가공력을 일정하게 유지한 경우와 계단형으로변화시킨 경우의 결과를 도시한 그래프.9 to 11 are the results of experiments in the variation of the machining force between the workpiece and the tool according to the machining time, and for the same machining conditions, FIG. Fig. 10 and Fig. 11 are graphs showing the results of the case where the processing force is kept constant and the step shape is changed by using the processing force controlled processing apparatus of the present invention, respectively.
도12 및 도13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가공력 제어식 가공 장치의 사시도 및 측면도.12 and 13 are a perspective view and a side view of a processing force controlled machining apparatus according to another embodiment of the present invention.
도14 및 도15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가공력 제어식 가공 장치의 사시도 및 평면도.14 and 15 are a perspective view and a plan view of a processing force controlled machining apparatus according to another embodiment of the present invention.
도16은 공압을 이용한 종래의 가공력 제어식 가공 장치의 개략 단면도.Fig. 16 is a schematic sectional view of a conventional machining force controlled processing device using pneumatic.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10, 110: 공구10, 110: tool
20: 로드셀20: load cell
30: 액튜에이터30: Actuator
40: 공구 안내 레일40: tool guide rail
50: 프레임50: frame
60, 160: 제어부60, 160: control unit
61: 컴퓨터61: computer
62: DSP 보드62: DSP board
63: 로드셀 증폭기63: load cell amplifier
64: 보이스 코일 리니어 모터 증폭기64: voice coil linear motor amplifier
70: 공구 이송부70: tool feed
80: 공구 지그80: tool jig
90: 액튜에이터 높이 조절 장치90: actuator height adjusting device
91a, 91b: 고정 부재91a, 91b: fixed member
92a, 92b: 가동 부재92a, 92b: movable member
93a, 93b: 이송 나사93a, 93b: feed screw
94a, 94b: 활주 부재94a, 94b: sliding member
100, 105: 피가공물100, 105: Workpiece
120: 위치 센서120: position sensor
130: 공압기130: pneumatic
140: 공구 홀더140: tool holder
150: 흡기구150: intake vent
170: 배출구170: outlet
전술된 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 태양은 프레임과, 피가공물을 가공하기 위한 공구와, 상기 공구의 후단부에 장착되어 상기 공구와 피가공물 사이의 가공력을 감지하는 센서와, 상기 프레임 상에 장착되어 상기 공구를 피가공물 방향으로 전후진시키는 액튜에이터와, 상기 센서로부터 감지된 가공력이 소정의 가공력이 되도록 상기 공구를 가압하도록 액튜에이터를 제어하는 제어기를 포함하는 가공력 제어식 가공 장치에 관한 것이다.One aspect of the present invention for achieving the above object of the present invention is a frame, a tool for processing the workpiece, a sensor mounted on the rear end of the tool for sensing the machining force between the tool and the workpiece; And an actuator mounted on the frame to move the tool back and forth in the direction of the workpiece, and a controller to control the actuator to press the tool such that the machining force detected from the sensor becomes a predetermined machining force. It relates to a processing apparatus.
이러한 가공 장치는 상기 프레임 상에 장착되어 공구를 상기 전후진 방향으로 안내하는 공구 안내부를 더 포함할 수 있다. 상기 공구 안내부는 공기 슬라이드를 포함할 수 있다. 상기 센서는 상기 공구의 전후진 방향으로 공구와 액튜에이터 사이에 배치될 수 있으며, 특히 이들과 동축으로 배치될 수 있다. 상기 센서는 로드셀을 포함할 수 있다. 상기 공구 안내부는 공구 지그를 포함하고, 상기 공구는 상기 공구 지그에 탈착 가능하게 장착될 수 있다.The processing apparatus may further include a tool guide part mounted on the frame to guide the tool in the forward and backward directions. The tool guide may comprise an air slide. The sensor may be arranged between the tool and the actuator in the forward and backward direction of the tool, in particular coaxial with them. The sensor may include a load cell. The tool guide may include a tool jig, and the tool may be detachably mounted to the tool jig.
본 발명의 가공 장치는 액튜에이터의 높이 조절 장치를 더 포함할 수 있다. 상기 프레임은 탄소섬유 복합 재료, 특히 에폭시 수지 강화 탄소섬유를 포함할 수 있다.The processing apparatus of the present invention may further include a height adjusting device of the actuator. The frame may comprise a carbon fiber composite material, in particular an epoxy resin reinforced carbon fiber.
상기 액튜에이터는 보이스 코일 리니어 모터를 포함할 수 있다.The actuator may comprise a voice coil linear motor.
상기 가공 장치는 공작 기계의 주축 또는 이송대에 탈착 가능하게 장착될수 있다.The processing device may be detachably mounted to the spindle or feed table of the machine tool.
본 발명의 다른 태양은 전술된 가공 장치가 주축 또는 이송대에 장착된 공작 기계에 관한 것이다.Another aspect of the present invention relates to a machine tool in which the above-described processing apparatus is mounted on a spindle or feeder.
도1 내지 도3에는 본 발명에 따른 가공력 제어식 가공 장치의 사시도, 평면도 및 측면도가 도시되어 있다. 본 발명의 가공 장치는 프레임(50) 상에 공구 안내 레일(40)이 형성되고, 액튜에이터(30)가 장착되어 있다. 공구(10)는 공구 이송부(70) 상에 장착된 공구 지그(80)에 탈착 가능하게 고정된다. 공구 이송부(70)는 프레임(50)에 형성된 공구 안내 레일(40) 상에서 활주 가능하도록 장착되어, 공구(10)가 프레임(50) 상에서 활주 가능하도록 구성된다. 공구 지그(80)의 하단부에는 공구의 후방으로 공구(10)와 (도10a에 도시된) 피가공물(100) 사이의 가공력(또는 가공압)을 측정하기 위한 센서로서 로드셀(20)이 연결되어 있다. 공구(10)와 연결된 로드셀(20)의 대향 타단부에는 액튜에이터(30)가 연결되어 로드셀(20)을 통하여 공구(10)를 전후진시킨다.1 to 3 show a perspective view, a plan view and a side view of a processing force controlled machining apparatus according to the present invention. In the processing apparatus of the present invention, a tool guide rail 40 is formed on the frame 50, and the actuator 30 is mounted. The tool 10 is detachably fixed to the tool jig 80 mounted on the tool feeder 70. The tool feeder 70 is slidably mounted on the tool guide rail 40 formed in the frame 50 so that the tool 10 is slidable on the frame 50. The lower end of the tool jig 80 is connected to the load cell 20 as a sensor for measuring the machining force (or working pressure) between the tool 10 and the workpiece 100 (shown in FIG. 10A) behind the tool. It is. An actuator 30 is connected to the other end of the load cell 20 connected to the tool 10 to advance and advance the tool 10 through the load cell 20.
상기 공구 안내 레일(40)과 공구 이송부(70)는 통상 볼 스크루 등을 사용하여 이송을 수행한다. 그러나, 이러한 경우 이송부에서 마찰력이 작용하여 정확한 가공력의 측정이 곤란하기 때문에, 바람직하게는 공기 슬라이드를 사용한다. 액튜에이터(30)는 AC 서보 모터가 사용될 수 있으나, 고주파 대역의 가공압 변화에 적절히 대응하기 위해서는 응답이 빠르고, 해상도가 뛰어나며, 성능 대비 가격이 적절한 보이스 코일 리니어 모터를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 프레임(50)은 비강도, 비강성, 파단강도 등이 우수하고 경량이며 진동에 대한 감쇠특성이 양호한 바람직하게는 탄소섬유 복합 재료, 보다 바람직하게는 에폭시 수지 강화 탄소섬유로 제작된다. 상기 프레임(50)은 공작 기계의 주축이나 이송대에 탈착 가능하게 장착될 수 있다. 본 실시예에서는 이를 위해 프레임(50)에 위치 고정용 구멍(51)이 형성되어 있으나, 다른 여러 방식에 의해서도 프레임(50)을 공작 기계의 주축이나 이송대에 장착할 수 있다.The tool guide rail 40 and the tool feeder 70 perform a feed using a ball screw or the like. However, in this case, since the frictional force acts on the conveying part, it is difficult to accurately measure the machining force. Therefore, an air slide is preferably used. Although the AC servo motor may be used as the actuator 30, it is preferable to use a voice coil linear motor having a fast response, a high resolution, and a suitable value for performance in order to cope with the change in the processing pressure of the high frequency band. In addition, the frame 50 is preferably made of a carbon fiber composite material, more preferably an epoxy resin-reinforced carbon fiber, which is excellent in specific strength, specific rigidity, breaking strength, light weight, and has good damping characteristics against vibration. The frame 50 may be detachably mounted to a main shaft or a conveyer of a machine tool. In this embodiment, the position fixing hole 51 is formed in the frame 50 for this purpose, but the frame 50 may be mounted on the main shaft or the feed table of the machine tool by various other methods.
도5 및 도6은 본 발명에 따른 가공력 제어식 가공 장치의 전체 구성도와 가공력 제어의 과정의 일례를 설명한다. 도5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 가공 장치가 피가공물(100)을 가공할 때, 이들 사이에 발생하는 가공력은 로드셀(20)에서 감지된다. 감지된 가공력 신호는 제어부(60)에 입력된다. 제어부(60)에 입력된 감지된 가공력 신호는 로드셀 증폭기(63)에서 증폭되어 컴퓨터(61) 및 그에 장착된 DSP 보드(62)로 전달된다. 컴퓨터(61) 및 DSP 보드(62)는 감지된 가공력을 소정의 기준 가공력과 비교하여, 액튜에이터(30)가 공구(10)를 가압 또는 감압함으로써 가공력을 기준 가공력으로 제어한다(도6). 컴퓨터(61) 및 DSP 보드(62)에서 처리된 신호는 보이스 코일 리니어 모터 증폭기(64)를 거쳐 액튜에이터(30)인 보이스 코일 리니어 모터로 출력된다.5 and 6 illustrate an example of the overall configuration diagram and the process of the processing force control of the processing force control processing apparatus according to the present invention. As shown in Fig. 5, when the processing apparatus of the present invention processes the workpiece 100, the processing force generated between them is sensed in the load cell 20. The sensed cutting force signal is input to the controller 60. The sensed processing force signal input to the controller 60 is amplified by the load cell amplifier 63 and transferred to the computer 61 and the DSP board 62 mounted thereon. The computer 61 and the DSP board 62 compare the sensed machining force with a predetermined reference machining force, and the actuator 30 controls the machining force to the reference machining force by pressing or depressurizing the tool 10 (Fig. 6). The signal processed by the computer 61 and the DSP board 62 is output to the voice coil linear motor which is the actuator 30 via the voice coil linear motor amplifier 64.
다음은 피가공물의 평면을 가공하는 공정을 도7a 내지 도7d를 참조하여 설명한다. 가공이 개시되기 전에 가공이 이루어질 피가공물을 측정하고, 원하는 가공력을 입력한 뒤 공구와 피가공물을 회전시킨다. 작업 준비가 완료되면, 액튜에이터(30)에는 일정한 전압이 인가되어 도7a에 도시된 바와 같이 공구(10)를 기준선에 위치시킨다. 그 다음, 도7b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 가공 장치를 가공될 피가공물(100)로 이송시켜 공구(10)와 피가공물(100)을 접촉시킨다. 접촉 여부는 로드셀(20)로부터 설정된 입력 신호가 감지되면 접촉이 이루어졌음을 인식하고 가공 장치의 이송을 중지시킨다. 공구(10)와 피가공물(100) 사이의 접촉 후에는 원하는 가공력에 도달할 때까지 액튜에이터(30)를 피가공물(100) 방향으로 전진시킨다. 원하는 가공력이 달성되면 도7c에 도시된 바와 같이 가공압을 일정하게 유지하면서 액튜에이터(30)를 전후진시켜 피가공물을 가공한다. 가공이 완료되면 도7d에 도시된 바와 같이 본 발명의 가공 장치를 후퇴시킨다.Next, the process of processing the plane of the workpiece will be described with reference to Figs. 7A to 7D. Before the machining is started, the workpiece to be processed is measured, the desired machining force is input and the tool and the workpiece are rotated. When work preparation is complete, a constant voltage is applied to the actuator 30 to position the tool 10 at the reference line as shown in FIG. 7A. Then, as shown in Fig. 7B, the processing apparatus of the present invention is transferred to the workpiece 100 to be processed to bring the tool 10 into contact with the workpiece 100. Whether the contact is detected when the input signal set from the load cell 20 is detected that the contact is made and stops the transfer of the processing device. After contact between the tool 10 and the workpiece 100, the actuator 30 is advanced in the direction of the workpiece 100 until the desired machining force is reached. When the desired machining force is achieved, the workpiece is processed by advancing the actuator 30 back and forth while maintaining a constant working pressure as shown in FIG. 7C. When the processing is completed, the processing apparatus of the present invention is retracted as shown in Fig. 7D.
본 발명의 가공 장치는 공구와 공작물 사이의 틸팅이 용이하므로 구면, 비구면의 가공도 가능하며, 가공 중에 가공력을 일정하게 유지할 수 있으므로 가공량의 계산이 가능하고 이를 통하여 일정 형상의 형상 수정 및 표면 정도를 향상시킬 수 있다. 이러한 가공 장치는 틸팅이 필요한 드릴, 보링 등의 가공에도 효과적일 수 있다. 피가공물의 곡면 가공의 경우, 가공 전에 피가공물(100)의 구면, 비구면의 형상을 측정하여 가공 위치에 따른 공구의 틸팅 각도를 결정하고, 도8a 내지 도8d에 도시된 바와 같은 공정으로 가공이 이루어진다.Since the machining device of the present invention can be easily tilted between the tool and the workpiece, it is possible to process spherical and aspherical surfaces, and it is possible to calculate the amount of processing since the machining force can be kept constant during the machining, thereby modifying the shape and surface of a certain shape. You can improve the degree. Such a processing device may also be effective for machining drills, boring, and the like that require tilting. In the case of the curved surface processing of the workpiece, the tilting angle of the tool according to the machining position is determined by measuring the shape of the spherical and aspherical surfaces of the workpiece 100 before machining, and the machining is performed by the process as shown in FIGS. 8A to 8D. Is done.
이상에서는 피가공물(100)에 대해 가공 장치가 전후진 및/또는 틸팅되는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 가공 장치에 대해 피가공물(100)이 전후진 및/또는 틸팅될 수도 있다.In the above description, the processing apparatus is moved forward and backward and / or tilted with respect to the workpiece 100, but the present invention is not limited thereto, and the workpiece 100 may be moved forward and backward and / or tilted with respect to the processing apparatus.
도9 내지 도11은 가공 시간에 따른 피가공물과 공구 사이의 가공력의 변동을 실험한 결과이다. 50 rpm으로 회전하는 공작물을 1000 rpm으로 회전하는 공구로 목표 가공력을 100 gf로 설정하여 절삭 가공하였을 때 측정된 가공력의 변화를샘플링 주파수 200 Hz로 출력하였다. 도9는 종래의 가공 장치에 의한 결과이고, 도10 및 도11은 본 발명의 가공력 제어식 가공 장치를 사용하여 가공력을 일정하게 유지한 경우(도10)와 계단형으로 변화시킨 경우(도11)의 결과이다. 결과에서 보는 바와 같이, 본 발명의 가공력 제어식 가공 장치는 가공력이 변동 없이 거의 일정하게 얻어지는 것을 알 수 있다.9 to 11 are the results of experiments in the variation of the machining force between the workpiece and the tool according to the machining time. The cutting force measured at a cutting frequency of 200 Hz was outputted when the workpiece rotated at 50 rpm was cut at a target machining force set at 100 gf using a tool rotating at 1000 rpm. Fig. 9 shows results of a conventional processing apparatus, and Figs. 10 and 11 show a case where the processing force is kept constant using the processing force controlled processing apparatus of the present invention (Fig. 10) and a step change (Fig. 10). 11) is the result. As can be seen from the results, it can be seen that the processing force controlled processing apparatus of the present invention is obtained with almost constant processing force without variation.
도12 및 도13은 본 발명의 다른 실시예로서, 로드셀(20) 및 액튜에이터(30)가 공구(10)의 종축 방향 후단부에 동일 중심축 상으로 배치된 가공력 제어식 가공 장치를 도시한다. 이러한 실시예에서는 공구(10), 로드셀(20) 및 액튜에이터(30)가 공통축 상에 있기 때문에 가공력이 발생하는 지점과 가공력을 측정하는 지점이 동일선 상에 있게 된다. 따라서, 본 실시예의 경우 가공력이 발생하는 지점과 이를 측정하는 지점의 차이로 인한 모멘트의 발생이 제거되므로 정확한 가공력의 측정 및 공구의 가감압이 달성된다.12 and 13 show, as another embodiment of the present invention, the load cell 20 and the actuator 30 disposed on the same central axis at the rear end in the longitudinal direction of the tool 10. In this embodiment, since the tool 10, the load cell 20 and the actuator 30 are on a common axis, the point where the processing force occurs and the point for measuring the processing force are on the same line. Therefore, in the present embodiment, since the generation of the moment due to the difference between the point where the machining force is generated and the point for measuring it is eliminated, accurate measurement of the machining force and the acceleration and deceleration of the tool is achieved.
도12 및 도13의 가공 장치는 도1 내지 도3의 가공 장치의 공구를 로드셀(20)에 결합 가능한 공구로 교체하고, 로드셀(20)과 액튜에이터(30)의 높이를 조절하여 구성될 수 있다. 또한, 도7 내지 도9의 가공력 제어식 가공 장치에서 공구를 다른 종류의 공구, 예를 들어 직경이 다른 공구로 교체될 경우 로드셀(20)과 액튜에이터(30)를 공구(10)의 중심축에 일치시킬 필요가 있다. 이는 액튜에이터(30)와 프레임(50) 사이에 장착된 액튜에이터 높이 조절 장치(90)에 의해 로드셀(20)과 액튜에이터(30)의 높이를 조절함으로써 달성된다. 도4는 이러한 액튜에이터 높이 조절 장치(90)로서, 프레임(50)에 나란히 이격되어 배치된 쇄기 형상의 한 쌍의 고정 부재(91a, 91b)와 상기 고정 부재(91a, 91b)의 경사면 상에 활주 가능하게 장착된 쇄기 형상의 한 쌍의 가동 부재(92a, 92b)를 포함한다. 이들 고정 부재(91a, 91b) 및 가동 부재(92a, 92b)는, 도4에 도시된 바와 같이, 고정 부재(91a, 91b)가 수직 방향으로 활주 가능하게 장착된 활주 부재(94a, 94b)에 장착된 이송 나사(93a, 93b)에 의해 연결되어, 이송 나사(93a, 93b)가 회전함에 따라 가동 부재(92a, 92b)가 고정 부재(91a, 91b)의 경사면을 따라 상승 또는 하강하면서 액튜에이터(30)의 높이가 조절된다.12 and 13 may be configured by replacing the tool of the processing device of FIGS. 1 to 3 with a tool that can be coupled to the load cell 20, and adjusting the height of the load cell 20 and the actuator 30. . In addition, in the machining force controlled machining apparatus of FIGS. 7 to 9, when the tool is replaced with another type of tool, for example, a tool having a different diameter, the load cell 20 and the actuator 30 may be moved to the central axis of the tool 10. Need to match. This is achieved by adjusting the height of the load cell 20 and the actuator 30 by an actuator height adjusting device 90 mounted between the actuator 30 and the frame 50. Fig. 4 is an actuator height adjusting device 90, which slides on the inclined surfaces of the pair of fixing members 91a and 91b in the shape of wedges arranged side by side on the frame 50 and the fixing members 91a and 91b. A pair of wedge-shaped movable members 92a and 92b that are possibly mounted. These fixing members 91a and 91b and movable members 92a and 92b are mounted on the sliding members 94a and 94b on which the fixing members 91a and 91b are slidably mounted in the vertical direction, as shown in FIG. Connected by the mounted feed screws 93a and 93b, the actuators 92a and 92b move up or down along the inclined surfaces of the fixing members 91a and 91b as the feed screws 93a and 93b rotate. 30) height is adjusted.
본 발명의 또 다른 실시예로서, 도14 및 도15에 도시된 바와 같이, 공구 지그(80)의 하단부에는 공구의 후방으로 로드셀(20)과 액튜에이터(30)가 나란히 배치될 수 있다.As another embodiment of the present invention, as shown in Figs. 14 and 15, the load cell 20 and the actuator 30 may be arranged side by side at the lower end of the tool jig 80 to the rear of the tool.
전술된 구성에 의해 본 발명의 가공력 제어식 가공 장치는 공구와 피가공물 사이의 가공력을 일정하게 유지할 수 있으므로 가공 정밀도와 표면 조도를 향상시켜, 균일한 제품의 성능과 가공 정도를 유지할 수 있다. 본 발명의 가공 장치는 공구와 피가공물 사이의 가공력을 측정하여 이를 제어하기 때문에 피가공물의 프로파일에 따라 공구의 위치를 별개로 제어할 필요가 없다. 또한, 본 발명의 가공 장치는 틸팅이 가능하여 구면, 비구면의 가공도 가능하고, 틸팅이 필요한 드릴, 보링 등의 가공에도 효과적일 수 있다.By the above-described configuration, the machining force controlled processing device of the present invention can maintain the machining force between the tool and the workpiece to be constant, thereby improving machining precision and surface roughness, and maintaining uniform product performance and machining accuracy. The machining apparatus of the present invention does not need to control the position of the tool separately according to the profile of the workpiece because it measures and controls the machining force between the tool and the workpiece. In addition, the processing apparatus of the present invention can be tilted to allow the processing of spherical and aspherical surfaces, and may also be effective in the machining of drilling, boring, and the like, which require tilting.
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KR101495608B1 (en) * | 2014-11-04 | 2015-02-26 | 김명환 | Device for manufacturing brassware |
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