KR20120077396A - 연삭툴과 이를 이용한 공작물의 연삭장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 연삭툴과 이를 이용한 연삭장치는 구동유닛에 의해 구동되며 공작물이 파지된 척과, 상기 척에 장착되는 공작물을 가공하기 위한 연삭툴이 설치되는 공구대와, 상기 공구대가 장착되는 턴테이블과, 연삭툴에 의해 공작물의 가공시 연삭유를 공급하는 연삭유 공급유닛을 구비하며,상기 연삭툴 섕크부와, 생크부의 단부에 지지되는 연삭부를 구비하며 상기 연삭부에 설치되어 공작물의 가공시 공고의 이송궤적의 연삭흔적을 제거하기 위한 보조 연삭부를 구비한다.

Description

연삭툴과 이를 이용한 공작물의 연삭장치{grinding tool and grinding apparatus utilizing the same}

본 발명은 연삭장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 렌즈 등과 같은 공작물의 연삭 시 연삭흔적을 줄여 표면조도를 높일 수 있는 연삭툴과 이를 이용한 연삭장치에 관한 것이다.

일반적으로 렌즈의 형상을 만들어 내는 방법으로는 여러 가지가 있으나, 가장 보편적인 방법은 프레스 압착법과 연삭 및 연마에 의한 방법이다. 상기 프레스 압착법은 렌즈 형상의 금형에 소재를 넣고 열과 압력을 가하여 성형하는 방법으로, 이 방법은 하나의 장비로 대량생산이 가능하다는 장점이 있으나, 열과 압력에 의해 내력과 변형이 발생하며 금형제작이 매우 어려운 문제점이 있다. 상기 연삭 및 연마에 의한 방법은 이론적인 렌즈 형상을 수치화하여 공구가 수치화된 형상을 따라서 추종하면서 회전하는 공구에 의하여 표면의 요철을 제거하는 것으로, 이 방법의 핵심은 공구가 계산된 위치로 정확하게 제어되는지의 여부와 공구의 궤적이 속도의 단속 없이 부드럽게 움직이는가에 있다.

현재 대부분의 렌즈 연삭, 렌즈를 성형하기 위한 금형의 연삭 또는 연마 방법은 설계 데이터를 가공 경로로 NC 코드 등으로 만들고, 해당 코드를 컨트롤러에 다운로드하여 그 궤적을 추종하는 방식으로 프로그램 세팅을 완료한 후, 이를 이용하여 가공하게 된다.

그러나 상기와 같은 연삭툴의 정밀한 제어에 의해 렌즈, 금형등과 같은 공작물을 가공한다하여도, 가공면의 표면조도를 높이는데 한계가 있다.

연삭가공 또는 연마하면서, 곡선보간을 위한 가공방법이 대한민국 공개특허 제1992-7001887호, 대한민국 공개특허 제1995-0022022호, 대한민국 공개 특허 제1996-004228호, 대한민국 공개특허 제1997-0002524호, 대한민국 공개 특허 제 1997-7006530호, 대한민국 등록특허 제1996-0706137호, 대한민국 등록특허 10-0249354호, 대한민국 등록특허 10-0284668호, 대한민국 등록특허 10-0263163호, 대한민국 등록특허 10-0408821호들에 게시되어 있다.

상술한 바와 같이 오차를 보정하면서 렌즈 또는 렌즈 성형을 위한 공작물을 연삭가공 한다하여도 연삭툴에 의한 연삭흔적의 발생을 근본적으로 줄일 수 없다. 이러한 연삭흔적(Nano topography)은 연삭툴에 의한 공작물의 컷팅력(cutting force), 휠의 언발란스 등에 의해 진동이 발생하고, 이 진동에 편차가 포함되어 있어 가공면에 발생된다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 렌즈, 렌즈 성형용 금형 등과 같은 공작물의 가공 시 연삭툴에 의한 연삭 흔적에 의해 표면조도가 급격히 저하되는 것을 방지할 수 있는 연삭툴 및 이를 이용한 연삭장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 연삭툴은 척에 고정되는 섕크부와, 생크부의 단부에 구비된 연삭부를 구비하며 상기 연삭부에 마련되어 공작물의 가공 시 연삭부의 이송궤적을 따라 발생되는 연삭흔적을 제거하기 위한 보조 연삭부를 구비한 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 보조 연삭부는 연삭부의 외주면에 형성된 적어도 하나의 컷팅홈을 구비한다. 상기 컷팅홈은 연삭부의 전면에 중심부로부터 방사상으로 설치되는 제 1컷팅홈과, 제 1컷팅홈으로부터 상기 연삭부를 따라 연장되는 제 2컷팅홈으로 이루어질 수 있다.

그리고 상기 보조 연삭부는 연삭부의 숫돌 입자보다 강한 재질로 이루어진 보조 연삭부를 구비한다.

대안으로 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연삭툴을 이용한 공작물의 연삭장치는 구동유닛에 의해 구동되며 공작물이 파지된 척과, 상기 척에 장착되는 공작물을 가공하기 위한 연삭툴이 설치되는 공구대와, 상기 공구대가 장착되는 턴테이블과, 연삭툴에 의해 공작물의 가공시 연삭유를 공급하는 연삭유 공급유닛을 구비하며,

상기 연삭툴은 섕크부와, 생크부의 단부에 구비된 연삭부를 구비하며 상기 연삭부에 설치되어 공작물의 가공 시 공고의 이송궤적을 따라 연삭흔적을 제거하기 위한 보조 연삭부를 구비한다.

본 발명에 따른 연삭툴과 이를 이용한 공작물의 연삭장치는 공작물을 연삭과정에서 연삭툴에 의한 연삭흔적 즉, 이송궤적을 따라 발생하는 연삭흔적의 발생을 근본적으로 방지할 수 있으므로, 연삭에 따른 표면조도를 높일 수 있으며, 나아가서는 가공정밀도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 공작물의 연삭장치를 나타내 보인 사시도,
도 2 내지 도 5는 공작물을 연삭하기 위한 연삭툴을 나타내 보인 사시도,
도 6 내지 도 8은 보조연삭부가 형성되지 않은 연삭툴에 의해 연삭된 표면을 나타내 보인 도면,
도 9 내지 도 12도는 본 발명에 따른 연삭툴을 이용하여 연삭한 공작물의 표면을 나타내 보인 도면,
도 13은 공작물의 연삭가공 시 작용하는 힘의 관계를 나타내 보인 그래프.

본 발명에 따른 연삭툴과 이를 이용한 연삭장치는 가공되는 공작물의 표면에 연삭흔적이 주기적으로 발생되는 것을 방지할 수 있는 것으로, 도 1에는 연삭툴을 이용한 공작물 연삭장치의 일 실시예를 나타내 보였다.

도면을 참조하면, 연삭툴을 이용한 공작물의 연삭장치(10)는 구동유닛(미도시)에 의해 구동되며 공작물이 파지된 척(11)과, 상기 척(11)에 장착되는 공작물(100)을 가공하기 위한 연삭툴(20)이 설치되는 공구대(12)와, 상기 공구대(12)가 장착되는 턴테이블(13)과, 연삭툴(20)에 의해 공작물의 가공 시 연삭유를 공급하는 연삭유 공급유닛(13)을 구비한다.

구동유닛에 장착된 척(11)을 공작물(100) 즉, 렌즈 성형을 위한 금형 또는 렌즈를 파지하기 위한 것으로, 마그네트척, 단동 또는 연동척, 진공척 중 하나로 이루어질 수 있는데, 이에 한정되지 않고, 상대적으로 작은 공작물을 파지 할 수 있는 구조이면 가능하다. 상기 연삭툴(20)이 설치된 공구대(12)는 소정의 각도로 정, 역회전이 가능하게 설치되는 턴테이블(13) 상에 설치되는 것으로, 모터 등과 가은 구동원에 의해 회전되는 스핀들(12a)과, 이 스핀들(12a)의 단부에 설치되어 연삭툴(20)을 장착하기 위한 공구척(12b)을 구비한다.

상기 공구대(12)의 공구척(12b)에 설치되는 연삭툴(20)은 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이 섕크부(21)와, 생크부(20)의 단부에 지지되는 연삭부(22)를 구비한다. 상기 연삭부(22)에는 공작물의 가공 시 공고의 이송궤적을 따라 연삭흔적을 제거하기 위한 보조 연삭부(30)가 마련된다.

상기 섕크부(21)에 설치되는 연삭부(22)는 그 형상의 절두 원추형, 바형상, 반구형상 등 공작물의 가공되는 공작물의 특성에 따라 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 예컨대, 연삭부의 모양에는 1호 평형, 2호 실린더형, 5호 1면 플랜지 조형, 6호 원통컵형, 7호 플랜지 조형, 11호 컵형, 12호 접시형, 13호 톱날용접시형 등이 있다.

상술한 바와 같은 형상을 가지는 연삭부(22)는 숫돌입자ㅇ결합제ㅇ기공의 3요소로 구성되어 될 수 있으며, 숫돌입자는 흰색 알루미나질(WA), 갈색 알루미나질(A), 단일결정 알루미나질(HA), 담홍색 알루미나질(PA), 녹색탄화규소질(GC), 흑색 탄화규소질(C), 등축정계 질화붕소(CBN), 그 밖에 인조ㅇ천연 다이아몬드 등이 이용된다. 상기 결합제는 숫돌입자를 결합시켜 숫돌로서의 형상을 유지하게 하는 재료이며, 기공은 깎인 칩이 들어가는 공간을 가리킨다. 결합제의 종류에 따라 비트리파이드 연삭툴. 실리케이트 연삭툴, 마그네시아 연삭툴, 레지노이드 연삭툴, 탄성 연삭툴(셸락 연삭툴ㅇ고무연삭툴 등), 금속결합 제연삭툴 등으로 나눌 수 있다.

이러한 연삭부에 설치되어 연삭흔적을 제거할 수 있는 보조 연삭부(30)는 연삭부(22)의 외주면에 적어도 하나의 컷팅홈(31)을 구비한다. 상기 연삭부(22)의 외주면과 컷팅홈(31)의 경계부위는 직각 또는 예각으로 형성되어 연삭부의 회전 시 절삭이 이루어질 수 있어야 한다. 상기 컷팅홈(31)은 연삭부(22)의 전면에 중심부로부터 방사상으로 설치되는 제 1컷팅홈(32)과, 제 1컷팅홈(32)으로부터 상기 연삭부(22)의 외주면을 따라 연장되는 제 2컷팅홈(33)으로 이루어질 수 있다.

그리고 상기 보조 연삭부는 연삭툴의 연삭부의 외주면에 소정의 폭으로 형성되며, 연삭부와, 상기 결합제와 제1숫돌 입자보다 강한 재질로 이루어진 보조 연삭부(35)로 이루어질 수 있다.

여기에서 상기 컷팅홈(31), 제 1,2컷팅홈(32)(33) 또는 상기 보조 연삭부는 연삭부를 따라 나선방향으로 형성될 수 있다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 연삭장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 렌즈, 렌즈 성형을 위한 금형 등과 같은 공작물을 연삭하기 위해서는 척(11)에 공작물(100)을 장착하고, 연삭툴(20)이 설치된 스핀들을 회전시킴과 아울러 공구대를 전, 후진 시켜 공작물을 가공하게 된다. 이러한 과정에서 상기 턴테이블(13)이 회전하여 연삭툴을 공작물에 대해 틸팅시키면서 연삭가공이 이루어지게 된다. 이러한 과정에서 본 발명에 따른 연삭툴은 보조 연삭부(30)가 구비되어 있으므로 연삭된 면에 연삭흔적을 최소화 할 수 있다.

연삭툴을 이용하여 공작물의 가공 특히, 조정밀 연삭가공이 이루어지는 경우 공구의 진동, 절삭유의 영향등으로 인하여 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이 연삭툴의 이송궤적을 따라 연삭흔적이 이 발생되게 된다. 이러한 연삭흔적은 공작물 가공면의 가공 정밀도를 덜어 뜨릴 뿐만 아니라 전체적인 표면조도를 떨어뜨리게 된다.

그러나 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이 본원 발명에 따른 연삭툴(20)은 외주면에 보조 연삭부(30)를 가지고 있으므로 연삭흔적이 발생되는 부위의 돌출부위를 가공하게 되므로 연삭흔적을 최소화 할 수 있다. 연삭궤적을 따라 이동하는 과정에서 연삭툴의 진동으로 발생되는 돌기부들이 연삭부의 표면에 마련된 보조 연삭부 즉, 외주면과 홈의 경계부에 날부위에 의해 컷팅됨으로써 연삭흔적을 최소화 할 수 있다. 본 발명에 따른 연삭툴을 이용하여 가공할 경우 보조 연삭부(30)의 컷팅홈에 의해 동압(dynamic force)과 가공력(cutting force)이 변화되어 연삭흔적을 유발시키는 돌기부를 컷팅하게 된다.

연삭툴(20)에 공작물의 가공시 공작물에 작용하는 연삭저항(Fm total grinding force)은 도 13의 그래프에 도시된 바와 같이 동압저항(Fe, hydrodynamic resistance)과 순연삭저항(Fn, net gringing resistance)으로 이루어지는데, 본 발명에 다른 연삭툴(20)은 보조 연삭부(30)에 의해 일정구간에서 동압을 감소시키고, 이때 순 가공저항이 증가(동압이 감소하여 휠의 진폭이 줄어듬)하게 됨으로써 이를 합산한 연삭저항이 감소하여 전체적으로 표면조도가 감소하게 된다.

도 9 내지 도 12은 연삭툴을 이용하여 연삭한 공작물의 초경 가공면을 백색광 간섭계를 이용하여 연삭흔적을 측정한 것이다.

도면에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 연삭툴을 이용한 공작물의 연삭시 연삭흔적이 최소화 됨을 알 수 있다. 특히, 도 12에 도시된 바와 같이 공작물의 연삭시 연삭흔적이 발생하제 않고, 가공면의 표면조도가 균일함을 알 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서 본의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (5)

1. 척에 고정되는 섕크부와, 생크부의 단부에 구비된 연삭부를 구비하며 상기 연삭부에 마련되어 공작물의 가공 시 연삭부의 이송궤적을 따라 발생되는 연삭흔적을 제거하기 위한 보조 연삭부를 구비한 것을 특징으로 연삭툴.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 보조 연삭부는 연삭부의 외주면에 형성된 적어도 하나의 컷팅홈을 구비한 것을 특징으로 하는 공작물의 연삭장치.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 컷팅홈은 연삭부의 전면에 중심부로부터 방사상으로 설치되는 제 1컷팅홈과, 제 1컷팅홈으로부터 상기 연삭부를 따라 연장되는 제 2컷팅홈을 구비한 것을 특징으로 하는 공작물의 연삭장치.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 보조 연삭부는 결합재와 결합된 제1 숫돌 입자로 이루어진 제 1연삭부와, 상기 결합제와 제1숫돌 입자보다 강한 재질로 이루어진 제 2연삭부를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 공작물의 연삭장치.
5. 구동유닛에 의해 구동되며 공작물이 파지된 척과, 상기 척에 장착되는 공작물을 가공하기 위한 연삭툴이 설치되는 공구대와, 상기 공구대가 장착되는 턴테이블과, 연삭툴에 의해 공작물의 가공시 연삭유를 공급하는 연삭유 공급유닛을 구비하며,
   상기 연삭툴 섕크부와, 생크부의 단부에 지지되는 연삭부를 구비하며 상기 연삭부에 설치되어 공작물의 가공시 공고의 이송궤적의 연삭흔적을 제거하기 위한 보조 연삭부를 구비한 것을 특징으로 하는 공작물의 연삭장치.
   

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