KR20150073710A - Improved linearity of tool holder the FTS - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 툴홀더의 직진성이 향상된 미소절삭장치에 관한 것이다.The present invention relates to a microcutting apparatus with improved straightness of a tool holder.
특히, 툴홀더와 홀더 하우징 사이를 2개 이상의 판스프링에 의해 병렬로 연결하되, 판스프링을 축선을 중심으로 방사상으로 대칭되게 배치하여 툴홀더의 직진운동시 편향되지 않고 정확한 직진운동이 가능토록 한 점, 툴을 툴홀더에 척킹할 때 척킹수단으로 상온에서 수축되고 냉각시에는 팽창하는 형상기억합금으로 된 척킹링을 적용함으로써 툴을 견고하게 고정시킬 수 있도록 한 점에 특징을 갖는 톨홀더의 직진성이 향상된 미소절삭장치에 관한 것이다.
Particularly, the tool holder and the holder housing are connected in parallel by two or more leaf springs, and the leaf spring is arranged radially symmetrically with respect to the axial line so as to be able to perform an accurate linear movement without being deflected in the linear movement of the tool holder The tool holder can be firmly fixed by applying chucking of a shape memory alloy which shrinks at room temperature when chucking the tool to the tool holder and expands at room temperature when chucking the tool. To an improved micro-cutting apparatus.
최근 반도체, 항공우주, 영상정보, 정밀기계 산업이 발전하면서 초정밀 가공기술에 대한 필요성이 더욱 증가하고 있는 추세이다. 초정밀 가공법중 다이아몬드 공구를 사용한 초정밀 절삭기술은 절입량이 수 ㎛에서 수십 ㎛이지만, 이 절입량을Recently, as semiconductor, aerospace, image information, and precision machine industry have developed, the need for ultra-precision processing technology is increasing more and more. In ultra-precision machining, ultra-precision cutting technology using diamond tools has an infeed amount of several ㎛ to several tens of ㎛,
서브마이크로미터 이하로 제어하면 결정립계 단차가 없는 표면과 결함이 없는 이상적인 표면이 얻어질 가능성이 있다. If controlled to submicrometers, there is a possibility that a surface without grain boundary step and an ideal surface without defect are obtained.
그러나, 초정밀 가공기에서는 주축, 이송장치 등 주요 부품의 운동특성이 가공정밀도에 미치는 영향이 매우 크므로 보다 높은 가공정밀도를 실현하기 위해서는 각각의 요소부품의 운동정밀도 향상과 더불어 운동오차의 실시간 보상이 절대적으로 요구된다.However, in the ultra-precision machining apparatus, the motion characteristics of the main parts such as the main shaft and the transfer device greatly affect the machining accuracy. Therefore, in order to realize higher machining accuracy, the motion precision of each element component is improved, .
특히, 최근의 초정밀 가공기에서는 가공 가능한 공작물의 직경이 커지면서 가공정밀도가 높아지는 추세에 따라 각 슬라이드의 행정거리가 수백 ㎜로 상대적으로 길어짐에도 불구하고, ㎚수준의 높은 분해능과 전 운동구간에 걸쳐 높은 운동정Particularly, in recent super precision machining apparatuses, although the machining accuracy increases with the diameter of the machinable workpiece increases, although the stroke distance of each slide is relatively long by several hundreds of millimeters, a high resolution of ㎚ level and a high motion tablet
밀도가 요구되고 있다. 그러나 이 경우 이송부의 관성질량이 매우 크기 때문에 실시간으로 운동오차를 보상하기에는 응답속도가 절대적으로 늦어져, 실시간 운동오차 보상이 매우 어렵게 된다.Density is required. However, in this case, since the inertia mass of the transfer part is very large, the response speed is absolutely slow to compensate for the motion error in real time, and real-time motion error compensation becomes very difficult.
이와 같은 문제점을 극복하기 위하여 주축과 이송계의 운동 정밀도를 정밀하게 측정하면서 압전 액츄에이터를 이용하여 상대적으로 질량이 매우 작은 절삭공구와 툴 홀더만을 미세하게 구동시켜 실시간으로 운동오차를 보정하면서 가공할 수 있는 미소절삭공구대(FTS; Fast Tool Servo)가 사용되고 있으며, 이러한 압전 액츄에이터의 고속응답을 이용하여 공구의 끝부분에 기하학적인 운동을 유발시켜 미세패턴을 가공하는 진동절삭장치 등에 응용하고 있다.In order to overcome such a problem, it is possible to precisely measure the motion precision of the main axis and the transfer system while finely driving only the relatively small mass of the cutting tool and the tool holder using the piezoelectric actuator, (FTS) is used as a cutting tool, and a vibration cutting device is used in which a fine pattern is processed by inducing a geometric movement at the tip of a tool by using a high-speed response of the piezoelectric actuator.
상술한 초정밀제품의 가공을 위한 종래의 미소절삭장치의 일예로, 국내실용신안등록 제20-0145496호의 미소절삭공구가 탑재되는 가동부, 상기 가동부의 하부에 설치되어 그 수축, 팽창에 의해 가동부를 길이방향으로 이송시키는 수단 및 가동부의 전후의 적어도 일측면의 상하를 두 개의 팔에 의해 탄력적으로 지지하는 좌우측 탄성지지수단 및 가동부의 전후의 적어도 일측면의 상하를 두 개의 팔에 의해 탄력적으로 지지하는 전후측 탄성지지수단을 구비하여 압전 물질에 의해 공구를 이송하는 공구이송장치의 모든 횡방향에 대한 강성을 향상시킬 수 있도록 한 것이 개시되어 있다.An example of a conventional micro-cutting device for machining a super-precision product described above is a movable part on which a micro-cutting tool of Korean Utility Model Registration No. 20-0145496 is mounted, a movable part provided on a lower part of the movable part, Side elastic supporting means for elastically supporting the upper and lower sides of at least one side of the movable portion and the upper and lower sides of the movable portion in a forward and a backward direction, And the rigidity with respect to all the lateral directions of the tool transfer device for transferring the tool by the piezoelectric material is improved by providing the side elastic support means.
그러나, 상기한 종래의 미소절삭장치는 가동부가 탄성지지수단에 의해 대칭적으로 지지되지 않아서 운동오차의 보정정밀도가 떨어지는 문제점이 있었다. 즉, 종래의 미소절삭장치는 가동부의 좌우측과 하측은 탄성지지수단에 의해 지지되나, 상측은 지지되지 않은 상태이므로 가동부가 정확한 직진운동 되지 못할 수 있어서 결국 가공정밀도를 떨어뜨리는 요인이 되고 있다.
However, in the above-mentioned conventional micro-cutting apparatus, the moving part is not symmetrically supported by the elastic supporting means, and the correction accuracy of the motion error is lowered. That is, in the conventional micro-cutting apparatus, the left and right sides and the lower side of the movable part are supported by the elastic supporting means, but since the upper side is not supported, the movable part may not be precisely rectilinearly moved.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 본 발명의 주요 목적은 툴홀더와 홀더 하우징 사이를 2개 이상의 판스프링에 의해 병렬로 연결하되, 판스프링을 축선을 중심으로 방사상으로 대칭되게 배치하여 툴홀더의 직진운동시 편향되지 않고 정확한 직진운동이 가능토록 한 툴홀더의 직진성이 향상된 미소절삭장치를 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a tool holder and a holder housing which are connected in parallel by two or more leaf springs, The present invention is to provide a micro-cutting apparatus in which the straightness of a tool holder is improved so as to enable accurate straight movement without being deflected during linear movement of the tool holder.
또한, 본 발명의 다른 목적은 툴을 툴홀더에 척킹할 때 척킹수단으로 상온에서 수축되고 냉각시에는 팽창하는 형상기억합금으로 된 척킹링을 적용함으로써 툴을 견고하게 고정시킬 수 있도록 한 툴홀더의 직진성이 향상된 미소절삭장치를 제공함에 있다.
Another object of the present invention is to provide a tool holder that can firmly fix a tool by applying chucking with a chucking means at a normal temperature when chucking the tool to a tool holder and chucking with an expanding shape memory alloy at the time of cooling And a micro-cutting device with improved straightness.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,According to an aspect of the present invention,
후방에, 가공머신의 결합부에 결합하기 위한 상대 결합부가 구비되고, 전방에 설치챔버가 마련된 원통형의 본체; 상기 설치챔버에 인입되는 스프링 하우징과, 상기 스프링 하우징의 전방에 구비된 채 상기 본체의 전면에 고정되는 고정판으로 이루어진 스프링 홀더; 상기 스프링 홀더의 축방향 중심부에 배치된 채, 툴을 홀딩하는 툴홀더; 상기 스프링 하우징의 내주면에 외주가 고정되고, 상기 툴홀더의 외주면에 내주가 고정되어, 상기 툴홀더가 스프링 홀더에 지름방향으로 탄력 지지되게 하는 다수의 판스프링; 및 상기 툴홀더를 전진시켜주는 액츄에이터를 포함하는 툴홀더의 직진성이 향상된 미소절삭장치가 제공된다.A cylindrical main body having a relative engaging portion for engaging with the engaging portion of the processing machine at the rear and provided with a mounting chamber at the front; A spring holder including a spring housing which is inserted into the installation chamber and a fixing plate which is fixed to a front surface of the main body while being provided in front of the spring housing; A tool holder disposed at an axial center of the spring holder and holding the tool; A plurality of leaf springs having an outer periphery fixed to an inner peripheral surface of the spring housing and an inner periphery fixed to an outer peripheral surface of the tool holder so that the tool holder is resiliently supported on the spring holder in a radial direction; And an actuator for advancing the tool holder, wherein the tool holder has improved linearity.
또한, 본 발명의 상기 툴홀더의 후방에는 액츄에이터의 선단부가 삽입되는 액츄에이터 삽입홈이 형성되되, 상기 액츄에이터 삽입홈과 이에 접하는 액츄에이터 선단은 구경이 다른 구면으로 이루어져 점 접촉되는 것을 특징으로 한다.Further, an actuator insertion groove is formed in the rear of the tool holder of the present invention. The actuator insertion groove is in contact with the actuator, and the tip of the actuator is in point contact with the spherical surface having different diameters.
또한, 본 발명의 상기 액츄에이터는 피에조 액추에이터인 것을 특징으로 한다.Further, the actuator of the present invention is characterized by being a piezo actuator.
또한, 본 발명은 상기 상대 결합부의 말단과, 상기 상대 결합부의 말단이 삽입되는 결합부의 말단은 각형으로 된 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is characterized in that the distal end of the relative coupling portion and the distal end of the coupling portion into which the distal end of the relative coupling portion is inserted are angular.
또한, 본 발명의 상기 본체의 원주면에는 다수의 냉각홀이 형성된 것을 특징으로 한다.Further, the present invention is characterized in that a plurality of cooling holes are formed on the circumferential surface of the main body.
또한, 본 발명의 상기 툴홀더는, 축방향 절개부가 다수 형성되며, 그 내부에 툴의 일부가 삽입되는 툴 포켓을 갖는 툴 삽입링; 및 상기 툴 삽입링의 표면에 끼워진 채 상온에서는 수축되어 상기 툴 삽입링을 조여주고, 냉각시에는 팽창되어 상기 툴 삽입링을 이완시켜주는 형상기억합금재로 된 조임링으로 구성된 것을 특징으로 한다.Further, the tool holder of the present invention includes: a tool insertion ring having a plurality of axial cuts formed therein and having a tool pocket into which a part of the tool is inserted; And a tightening ring made of a shape memory alloy material that is fitted to the surface of the tool insertion ring and contracts at a normal temperature to tighten the tool insertion ring and expands at the time of cooling to relax the tool insertion ring.
또한, 본 발명의 상기 판 스프링들은 축방향에서 보았을 때 대칭형으로 배치된 것을 특징으로 한다.The leaf springs of the present invention are arranged symmetrically when viewed in the axial direction.
또한, 본 발명의 상기 각 판 스프링의 두께 단면은 사각 또는 사다리꼴 형태로 된 것을 특징으로 한다.In addition, the leaf spring of the present invention is characterized by a rectangular cross section or a trapezoidal cross section.
또한, 본 발명은 상기 각 판 스프링의 말단부에 형성된 노치부를 포함하는 것을 특징으로 한다.Further, the present invention is characterized by including a notch portion formed at the distal end of each leaf spring.
또한, 본 발명은 상기 본체의 외주면에 조립방향 표시부가 형성되어, 본체를 상기 가공머신의 조립부에 조립할 때 정조립이 가능토록 한 것을 특징으로 한다.
Further, the present invention is characterized in that an assembling direction indicating portion is formed on the outer circumferential surface of the main body so that the main body can be positively assembled when the main body is assembled to the assembling portion of the processing machine.
이상의 본 발명은 툴홀더와 홀더 하우징 사이를 2개 이상의 판 스프링에 의해 병렬로 연결하되, 판 스프링을 축선에 대해 방사상으로 대칭되게 배치함으로써 툴홀더가 직진운동할 때 어느 한 쪽으로 편향되지 않고 정 직진운동이 가능토록 함에 따라 가공오차를 줄일 수 있는 장점이 있다.According to the present invention as described above, the tool holder and the holder housing are connected in parallel by two or more leaf springs. By arranging the leaf springs symmetrically with respect to the axial line, the tool holder is not deflected to one side when the tool holder linearly moves, It is advantageous to reduce the machining error as the motion becomes possible.
또한, 본 발명은 툴홀더에 툴을 척킹할 때 형상기억함금을 이용함으로써 툴을 견고하게 고정시켜 툴 빠짐 현상을 방지할 수 있어서 장치의 신뢰도를 높일 수 있다.
In addition, the present invention utilizes the shape memory to chuck the tool on the tool holder, thereby firmly fixing the tool, thereby preventing the tool from falling off, thereby enhancing the reliability of the apparatus.
도 1은 본 발명에 따른 미소절삭장치의 설치상태 단면도
도 2는 본 발명에 따른 미소절삭장치의 일부 분해사시도
도 3은 본 발명에 따른 미소절삭장치의 결합사시도
도 4a는 본 발명에 따른 미소절삭장치의 툴 척킹 전 사시도
도 4b는 본 발명에 따른 미소절삭장치의 툴 척킹 후 사시도
도 5a는 본 발명에 따른 미소절삭장치에 있어서 다른 실시예의 툴 척킹구조를 도시한 것으로, 척킹 전 사시도
도 5b는 본 발명에 따른 미소절삭장치에 있어서 다른 실시예의 툴 척킹구조를 도시한 것으로, 척킹 후 사시도
도 6a ~ 6d는 본 발명에 따른 미소절삭장치에서 다양한 형태의 판 스프링이 설치된 상태의 요부 단면도
도 7은 본 발명에 따른 미소절삭장치에서 판 스프링 설계요소를 설명하기 위한 요부 도면
도 8은 본 발명에 따른 미소절삭장치에서 판 스프링의 최적 설계를 위한 참고 그래프1 is a cross-sectional view of an installation state of a microcutting device according to the present invention;
Fig. 2 is a partially exploded perspective view of the microcutting device according to the present invention.
Fig. 3 is a perspective view of the micro-cutting device according to the present invention,
Fig. 4A is a perspective view of the microcutting device according to the present invention before tool chucking; Fig.
FIG. 4B is a perspective view of the tool of FIG.
5A shows a tool chucking structure of another embodiment of the micro-cutting apparatus according to the present invention,
FIG. 5B shows a tool chucking structure of another embodiment of the microcutting device according to the present invention,
FIGS. 6A to 6D are cross-sectional views showing a state in which various types of leaf springs are installed in a micro-cutting apparatus according to the present invention.
7 is a schematic view for explaining a leaf spring design element in a micro-cutting apparatus according to the present invention;
FIG. 8 is a graph showing the relationship between a reference graph for optimum designing of a leaf spring in a micro-
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 기술 등은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 함과 더불어, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공될 수 있다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.The advantages and features of the present invention and the techniques for achieving them will be apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. The present embodiments are provided so that the disclosure of the present invention is not only limited thereto, but also may enable others skilled in the art to fully understand the scope of the invention. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
본 명세서에서 사용된 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 다수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
The terms used herein are intended to illustrate the embodiments and are not intended to limit the invention. In this specification, the singular forms include plural forms unless otherwise specified in the text. It is to be understood that the terms 'comprise', and / or 'comprising' as used herein may be used to refer to the presence or absence of one or more other components, steps, operations, and / Or additions.
첨부된 도 1은 본 발명에 따른 미소절삭장치의 설치상태 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 미소절삭장치의 일부 분해사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 미소절삭장치의 결합사시도이다.FIG. 2 is a partially exploded perspective view of a micro-cutting apparatus according to the present invention, and FIG. 3 is a perspective view of a micro-cutting apparatus according to the present invention.
위의 도 1 내지 3을 참고하면, 본 발명에 따른 미소절삭장치(FTS; Fast Tool Servo)(100)는 툴홀더가 안정적으로 직진운동되는 구성을 갖는 것으로, 본체(110), 스프링 홀더(120), 툴홀더(130), 판 스프링(140) 및 액츄에이터(150)를 포함한다.1 to 3, the FTS (Fast Tool Servo) 100 according to the present invention has a structure in which a tool holder is stably linearly moved, and includes a
본체(110)는 원통형으로 구성되며, 후방에는 선반 등의 가공머신(1)의 결합부(1a)에 결합하기 위하여 상대 결합부(111)가 구비되고, 전방에는 상기 판 스프링(140)이 수납되는 설치챔버(112)가 구비되어 있다.The
여기서, 상기 본체(110)의 원주면에는 다수의 냉각홀(113)이 원주방향을 따라 배치되게 형성되어 있다. 상기 냉각홀(113)은 외부와 연통되어 있어서 본체(110) 내에 설치되는 상기 액츄에이터(150)에서 발생되는 구동열을 대기에 의해 자연 냉각 되도록 함으로써 과열로 인한 작동오류를 방지할 수 있다.A plurality of
또한, 상기 상대 결합부(111)의 말단과, 상기 상대 결합부(111)의 말단이 삽입되는 결합부(1a)의 말단은 각형으로 되는 것이 바람직하다. 상기 상대 결합부(111)와 결합부(1a)는 같은 모양의 각형을 이루고 있어서 결합시 본체(110)가 원주방향으로 슬립되지 않고 조립된 상태를 유지할 수 있도록 함으로써 정확하고 견고한 조립이 가능하게 된다.It is preferable that the distal end of the
또한, 상기 본체(110)의 외주면에는 조립방향 표시부(114)가 형성될 수 있다. 이 조립방향 표시부(114)는 본체(110)를 상기 가공머신(1)의 결합부(1a)에 조립할 때 정조립을 가능케 하는 시각적 가이드 역할을 한다. In addition, an
즉, 상기 본체(110)는 원통형이므로 조립방향으로 가늠하기가 어려우나, 상기와 같이 조립방향 표시부(114)가 표식되어 있으면 이를 시각적으로 인지하여 조립방향을 가늠할 수 있으므로 정조립이 가능하게 된다.
In other words, since the
스프링 홀더(120)는 상기 판 스프링(140)을 지지하기 위한 것으로서, 상기 설치챔버(112)에 인입되면 그 내부에 상기 판 스프링(140)이 설치되는 스프링 하우징(121)과, 상기 스프링 하우징(121)의 전방에 구비된 채 상기 본체(110)의 전면에 고정되는 고정판(122)으로 이루어진다.The
상기 고정판(122)은 상기 본체(110)의 전면에 밀착시킨 후 외부에서 나사로서 조립될 수 있고, 이와는 달리 스프링 하우징(121)의 외주면에 나사산을 형성하고, 상기 설치챔버(112)의 내면에는 상기 나사산과 치합되는 상대 나사산을 형성하고 나사산과 상대 나사산에 의해 나사 조립하는 방법도 적용할 수 있다.
The fixing
도 4a는 본 발명에 따른 미소절삭장치의 툴 척킹 전 사시도이고, 도 4b는 본 발명에 따른 미소절삭장치의 툴 척킹 후 사시도이다.FIG. 4A is a perspective view of the minute cutting apparatus according to the present invention before tool chucking, and FIG. 4B is a perspective view after tool chucking of the minute cutting apparatus according to the present invention.
위의 도 4a 및 4b를 참고하면, 툴홀더(130)는 툴(tool:2)을 홀딩하기 위한 것으로, 상기 스프링 홀더(120)의 축방향 중심부에 배치된다.Referring to FIGS. 4A and 4B, the
상기 툴홀더(130)는 원주방향으로 수축 및 이완이 가능하도록 축방향 절개부(131a)가 다수 형성되며, 내부에 툴(2)의 일부가 삽입되는 툴 포켓(131b)을 갖는 툴 삽입링(131)과; 상기 툴 삽입링(131)의 표면을 압박하여 툴 삽입링(131)에 끼워진 툴을 조임하여 주는 조임링(132)으로 구성된다.The
여기서, 상기 조임링(132)은 툴 삽입링(131)의 표면에 끼워진 채 상온에서는 수축되어 상기 툴 삽입링(131)을 조여주고, 반대로 냉각시에는 팽창되어 상기 툴 삽입링(131)을 이완시켜 풀림하여 주는 형상기억함금(shape memory alloy , 形狀記憶合金)으로 구성된다. 조임링(132)을 형상기억합금으로 구성하게 되면, 원주면 전체를 감싸면서 조여주게 되므로 견고한 체결력을 발휘하게 되므로 장시간 사용시에도 툴(2)이 탈거됨을 방지할 수 있다.Here, the tightening
한편, 상기와는 달리 도 5a 및 도 5b에 도시되어 있듯이, 툴홀더(130a)를 스프링 홀더(120)의 축방향 중심부에 고정하되, 툴홀더(130a)의 선단부에 툴팁(2a)을 안착할 수 있도록 안착홈(130b)을 형성하고, 이 안착홈(130b)에 툴팁(2a)을 안착시킨뒤 고정볼트(130c)로 체결 고정하는 방식도 적용할 수 있다.
5A and 5B, the
도 6a ~ 6d는 본 발명에 따른 미소절삭장치에서 다양한 형태의 판 스프링이 설치된 상태의 요부 단면도이고, 도 7은 본 발명에 따른 미소절삭장치에서 판 스프링 설계요소를 설명하기 위한 요부 도면이며, 도 8은 본 발명에 따른 미소절삭장치에서 판 스프링의 최적 설계를 위한 참고 그래프이다.6A to 6D are cross-sectional views of various portions of the micro-cutting apparatus according to the present invention, in which various types of leaf springs are installed, FIG. 7 is a main part for explaining a leaf spring design element in the micro- 8 is a reference graph for the optimum design of the leaf spring in the micro-cutting apparatus according to the present invention.
위의 도면을 참고하면, 판 스프링(140)은 스프링 하우징(121)과 툴홀더(130) 사이를 탄력 연결하는 역할을 하는 것으로, 툴홀더(130)의 정확한 직진운동을 가능케 하는 핵심 역할을 한다. The
이러한 판 스프링(140)은 상기 스프링 하우징(121)의 내주면에 외주가 고정되고, 상기 툴홀더(130)의 외주면에 내주가 고정되어 있다. The outer circumference of the
또한, 상기 판 스프링(140)은 다수 개로 구성되되, 축선(O)을 기준으로 그 주변을 따라 방사상으로 배치됨과 아울러, 대칭형으로 배치되어 툴홀더(130)의 전후진 동작시 균일한 탄성을 받도록 하였다. 이러한 배치 형태는 앞서 설명된 종래의 스프링 배치 형태에 비해 개선된 사항으로서, 개선된 구조에 의하면 툴홀더(130)의 전후진 동작시 한쪽으로 편향됨이 없이 정확한 직진운동이 가능하게 되는 장점을 득할 수 있다.The leaf springs 140 are formed of a plurality of
또한, 상기 판 스프링(140)들은 스프링 하우징(121)과 툴홀더(130) 사이의 전방 측에 위치하는 메인 판스프링(141)과, 상기 메인 판스프링(141)과 일정간격을 두고 후방에 나란하게 위치하는 서브 판스프링(142) 한 쌍으로 구성된다.The leaf springs 140 include a
또한, 상기 판 스프링(140)들은 도 6a 및 6c와 같이 두께 단면이 사각, 사다리꼴 형태를 가질 수 있다. 이에 더하여, 도 6b 및 6d에서와 같이 상기 사각 또는 사다리꼴의 말단부에 노치부(143)가 더 형성될 수 있다. 노치부(143)가 없는 형태의 경우는 판 스프링의 가공이 쉽고, 노치부가 있는 형태에 비해 강성이 강하여 내구성이 좋은 장점은 있으나 높은 강성으로 변위량이 감소하여 정밀도가 낮은 반면, 노치부(143)가 있는 형태의 경우는 노치부에서의 변형 발생으로 변위량이 크고 정밀도가 높으나 장시간 사용시 노치부(143)에 응력이 집중되어 파손의 우려가 있다는 단점이 있다. 따라서, 이러한 장단점을 고려하여 상황에 맞게 적정한 형태를 선정하여 적용해야 한다.6A and 6C, the
상기한 판 스프링(140)의 설계변수는 도 7과 같이, 스프링 두께(TS), 스프링 반지름(RS), 툴홀더(130)의 끝단에서 메인 판스프링(141) 까지의 거리(Lms), 메인 판스프링(141)과 서브 판스프링(142)의 거리(LSS)에 의해 결정된다.7, the design parameters of the
예컨대, 도 8에서와 같이, 판 스프링의 반지름이 26mm 일 때, Lms : LSS의 비율변화에 따른 공진주파수 영역을 보면 1:1.5일 때 공진주파수(판 스프링의 떨림현상)가 최대가 된다. 따라서, 1:1.5이하의 비율로 설계되는 것이 공진주파수를 줄일 수 있는 최적 설계요건이 된다. 다만, 이는 일 예시일 뿐 판 스프링의 반지름이 달라지면 Lms : LSS의 비율 변화도 달라지게 될 것이므로 그에 맞게 설계변경을 해야 한다.
For example, as shown in FIG. 8, when the radius of the leaf spring is 26 mm, the resonance frequency (flutter phenomenon of the leaf spring) becomes maximum when the resonance frequency region according to the ratio change of L ms : L SS is 1: 1.5 . Therefore, designing at a ratio of 1: 1.5 or less is an optimum design requirement for reducing the resonance frequency. However, this is only an example, and if the radius of the leaf spring is changed, the change of the ratio of L ms : L SS will also be changed.
다시 도 1을 참고하면, 액츄에이터(150)는 상기 툴홀더(130)를 전진시켜주는 역할을 하는 것으로, 이 액츄에이터(150)는 정밀제어가 가능한 피에조 액츄에이터(Piezo actuator)가 적용되는 것이 바람직하다.Referring again to FIG. 1, the actuator 150 advances the
여기서, 상기 툴홀더(130)의 후방에는 액츄에이터(150) 선단부가 삽입되는 액츄에이터 삽입홈(133)이 형성되되, 상기 액츄에이터 삽입홈(133)과 이에 접하는 액츄에이터 선단은 구경이 다른 구면으로 이루어져 양자 간에 점 접촉된다. 이와 같이 점접촉 구조를 취하는 이유는 면접촉이나 선접촉의 경우는 그 기울기에 의해 어느 한 쪽으로 치움침이 발생하게 되면 툴홀더(130)가 정확하게 직진 운동되지 않고 편향운동을 하게 되므로 직진 정밀도가 떨어지나, 점접촉의 경우는 위의 경우와 달리 기울기에 영향을 받지 않으므로 정밀한 직진성을 발휘할 수 있기 때문이다.
An
상기한 본 발명에 따른 미소절삭장치(100)는 일반 선삭가공은 물론, 툴의 반복된 전후진 동작에 의해 피 공작물의 표면에 미세크기의 엠보싱 패턴을 형성하는 것도 가능하다.
The
1 : 가공머신 100 : 미소절삭장치
110 : 본체 111 : 상대 결합부
112 : 설치챔버 113 : 냉각홀
114 : 조립방향 표시부 120 : 스프링 홀더
121 : 스프링 하우징 122 : 고정판
130 : 툴홀더 131 : 툴 삽입링
132 : 조임링 140 : 판 스프링
141 : 메인 판스프링 142 : 서브 판스프링
143 : 노치부 150 : 액츄에이터1: Processing machine 100: Micro-cutting device
110: main body 111:
112: installation chamber 113: cooling hole
114: assembly direction display part 120: spring holder
121: spring housing 122: fixed plate
130: Tool holder 131: Tool insertion ring
132: tightening ring 140: leaf spring
141: main plate spring 142: sub-plate spring
143: Notch 150: Actuator
Claims (11)
상기 설치챔버에 인입되는 스프링 하우징과, 상기 스프링 하우징의 전방에 구비된 채 상기 본체의 전면에 고정되는 고정판으로 이루어진 스프링 홀더;
상기 스프링 홀더의 축방향 중심부에 배치된 채, 툴을 홀딩하는 툴홀더;
상기 스프링 하우징의 내주면에 외주가 고정되고, 상기 툴홀더의 외주면에 내주가 고정되어, 상기 툴홀더가 스프링 홀더에 지름방향으로 탄력 지지되게 하는 다수의 판스프링; 및
상기 툴홀더를 전진시켜주는 액츄에이터;
를 포함하는 툴홀더의 직진성이 향상된 미소절삭장치.
A cylindrical main body having a relative engaging portion for engaging with the engaging portion of the processing machine at the rear and provided with a mounting chamber at the front;
A spring holder including a spring housing which is inserted into the installation chamber and a fixing plate which is fixed to a front surface of the main body while being provided in front of the spring housing;
A tool holder disposed at an axial center of the spring holder and holding the tool;
A plurality of leaf springs having an outer periphery fixed to an inner peripheral surface of the spring housing and an inner periphery fixed to an outer peripheral surface of the tool holder so that the tool holder is resiliently supported on the spring holder in a radial direction; And
An actuator for advancing the tool holder;
Wherein the tool holder has a straightness improving function.
상기 툴홀더의 후방에는 액츄에이터의 선단부가 삽입되는 액츄에이터 삽입홈이 형성되되, 상기 액츄에이터 삽입홈과 이에 접하는 액츄에이터 선단은 구경이 다른 구면으로 이루어져 점 접촉되는 것을 특징으로 하는 툴홀더의 직진성이 향상된 미소절삭장치.
The method according to claim 1,
Wherein an actuator insertion groove is formed in the rear of the tool holder to insert a tip of the actuator and the tip end of the actuator in contact with the actuator insertion groove is in point contact with a spherical surface having a different diameter. Device.
상기 액츄에이터는 피에조 액추에이터인 것을 특징으로 하는 툴홀더의 직진성이 향상된 미소절삭장치.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the actuator is a piezo actuator. ≪ RTI ID = 0.0 > 8. < / RTI >
상기 상대 결합부의 말단과, 상기 상대 결합부의 말단이 삽입되는 결합부의 말단은 각형으로 된 것을 특징으로 하는 툴홀더의 직진성이 향상된 미소절삭장치.
The method according to claim 1,
Wherein a distal end of the relative coupling portion and a distal end of a coupling portion into which the distal end of the relative coupling portion is inserted are angular.
상기 본체의 원주면에는 다수의 냉각홀이 형성된 것을 특징으로 하는 툴홀더의 직진성이 향상된 미소절삭장치.
The method according to claim 1,
Wherein a plurality of cooling holes are formed on a circumferential surface of the main body.
상기 툴홀더는,
축방향 절개부가 다수 형성되며, 그 내부에 툴의 일부가 삽입되는 툴 포켓을 갖는 툴 삽입링; 및
상기 툴 삽입링의 표면에 끼워진 채 상온에서는 수축되어 상기 툴 삽입링을 조여주고, 냉각시에는 팽창되어 상기 툴 삽입링을 이완시켜주는 형상기억합금재로 된 조임링으로 구성된 것을 특징으로 하는 툴홀더의 직진성이 향상된 미소절삭장치.
The method according to claim 1,
Wherein the tool holder comprises:
A tool insertion ring having a plurality of axial incisions formed therein and having a tool pocket into which a portion of the tool is inserted; And
And a tightening ring made of a shape memory alloy material which is fitted on the surface of the tool insertion ring and contracts at a normal temperature to tighten the tool insertion ring and expands at the time of cooling to relax the tool insertion ring. The micro-cutting device improved in the straightness of the workpiece.
상기 판 스프링들은 축방향에서 보았을 때 대칭형으로 배치된 것을 특징으로 하는 툴홀더의 직진성이 향상된 미소절삭장치.
The method according to claim 1,
Wherein the leaf springs are disposed symmetrically when viewed in the axial direction.
상기 각 판 스프링의 두께 단면은 사각 또는 사다리꼴 형태로 된 것을 특징으로 하는 툴홀더의 직진성이 향상된 미소절삭장치.
8. The method of claim 7,
Wherein the plate spring has a rectangular cross section or a trapezoid cross section.
상기 각 판 스프링의 말단부에 형성된 노치부를 포함하는 것을 특징으로 하는 툴홀더의 직진성이 향상된 미소절삭장치.
9. The method of claim 8,
And a notch portion formed at a distal end portion of each of the leaf springs.
상기 본체의 외주면에 조립방향 표시부가 형성되어, 본체를 상기 가공머신의 조립부에 조립할 때 정조립이 가능토록 한 것을 특징으로 하는 툴홀더의 직진성이 향상된 미소절삭장치.
The method according to claim 1,
Wherein an assembling direction indicating portion is formed on an outer circumferential surface of the main body so that the main body can be positively assembled when assembling the main body to the assembling portion of the processing machine.
상기 각 판 스프링은 스프링 하우징과 툴홀더 사이의 전방 측에 위치하는 메인 판스프링 및 상기 메인 판스프링과 일정간격을 두고 후방에 위치하는 서브 판스프링, 한 쌍으로 구성된 것을 특징으로 하는 툴홀더의 직진성이 향상된 미소절삭장치.The method according to claim 1,
Wherein each of the leaf springs is composed of a pair of main plate springs located on the front side between the spring housing and the tool holder and sub plate springs located rearwardly at regular intervals from the main plate spring, This improved micro-cutting device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020130161705A KR101536954B1 (en) | 2013-12-23 | 2013-12-23 | Improved linearity of tool holder the FTS |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020130161705A KR101536954B1 (en) | 2013-12-23 | 2013-12-23 | Improved linearity of tool holder the FTS |
Publications (2)
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KR20150073710A true KR20150073710A (en) | 2015-07-01 |
KR101536954B1 KR101536954B1 (en) | 2015-07-17 |
Family
ID=53787179
Family Applications (1)
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KR1020130161705A KR101536954B1 (en) | 2013-12-23 | 2013-12-23 | Improved linearity of tool holder the FTS |
Country Status (1)
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KR (1) | KR101536954B1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110125711A (en) * | 2019-04-16 | 2019-08-16 | 山东大学 | A kind of guiding device and ultralong-stroke fast tool servo device for servomechanism |
KR102163652B1 (en) * | 2019-09-16 | 2020-10-08 | 한국기계연구원 | Straight cutting head of microcutting apparatus |
US11103932B2 (en) | 2018-09-17 | 2021-08-31 | Korea Institute Of Machinery & Materials | Cutting head operated by centrifugal force and cutting apparatus including the same |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10166204A (en) * | 1996-12-12 | 1998-06-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Machining device |
-
2013
- 2013-12-23 KR KR1020130161705A patent/KR101536954B1/en active IP Right Grant
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KR102163652B1 (en) * | 2019-09-16 | 2020-10-08 | 한국기계연구원 | Straight cutting head of microcutting apparatus |
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