KR20220083413A - 방전과 진동이 결합된 하이브리드 밀링 가공 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 2축 타원궤적 진동과 방전가공으로 인한 열에 의해 피삭재 표면을 연하게(soft) 하고, 연해진 피삭재 표면을 2축 타원궤적 진동하면서 절삭할 수 있는 하이브리드 가공을 제공하며, 이를 통해 대표적 난삭재인 티타늄, 인코넬과 같은 소재를 효과적으로 가공할 수 있는 하이브리드 밀링 가공 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 피삭재를 밀링 가공하기 위한 밀링 가공 장치로서, 스핀들 모터가 구비되는 스핀들 유닛; 상기 스핀들 유닛에 의해 회전 구동되고, 2축 타원궤적 진동을 발생하도록 구성되는 2축 타원궤적 란쥬반 진동변환기 유닛; 및 상기 2축 타원궤적 란쥬반 진동변환기 유닛에 결합되고, 방전가공을 통해 발생한 열이 피삭재의 표면을 연화(soften)시키면서 절삭하도록 구성되는 특수한 형태의 공구 홀더 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 밀링 가공 장치가 제공된다.

Description

방전과 진동이 결합된 하이브리드 밀링 가공 장치 {HYBRID MILLING PROCESSING DEVICE COMBINED DISCHARGE AND VIBRATION}

본 발명은 하이브리드 밀링 가공 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 2축 타원궤적 진동과 방전으로 인한 열지원 가공이 동시에 부가되어 피삭재 표면을 연하게 하고(soften), 연해진 피삭재 표면을 2축 타원궤적 진동하면서 절삭할 수 있는 하이브리드 가공을 제공하며, 이를 통해 대표적 난삭재인 티타늄, 인코넬과 같은 소재를 효과적으로 가공할 수 있는, 방전과 진동이 결합된 하이브리드 밀링 가공 장치에 관한 것이다.

밀링(milling)이란 가공 대상물에 대하여 평면 방향으로 공구(tool)를 이동시켜 가면서 평면 가공을 하는 것을 말하며, 산업 현장에서 아주 일반적으로 널리 사용되고 있는 가공 방법이다.

이에 따라 밀링 머신(milling machine) 자체도 가공 대상물의 강도 등과 같은 물질 특성, 가공 대상물의 부피나 형상, 원하는 가공 품질 등과 같은 다양한 변수에 따라 그에 적절한 형태로 아주 다양한 형태로 개발되어 사용되고 있다.

밀링가공으로 내열 또는 내식강을 가공하는 경우는 이러한 소재들이 난삭성을 가지고 있음으로 공구마모 등이 심하게 일어난다. 이를 해결하기 위해서 공구 재질의 성능향상이나 새로운 코팅기술이 선보이고 있다.

공구의 재질을 변경하는 경우 소결 다이아몬드 또는 CBN과 같이 가장 경도가 높은 재질을 사용하여 왔는데, 이 경우 다이아몬드 공구와 스틸 계열의 재질이 고속 가공 중 화학 반응을 일으켜서 공구 수명이 짧아지는 또 다른 문제점이 발생하였다.

또한, 공구에 별도 재질을 코팅하는 경우 다양한 재질의 경질막을 공구 끝단에 코팅함으로써 공구 수명을 향상하는 것은 성공적이나, 절삭 가공의 경우 공구 끝단에 코팅막이 형성됨으로써 날끝의 형상이 무뎌지게 되어 가공성이 나빠지는 등의 또 다른 문제점이 발생하였다.

대한민국 공개특허공보 10-2010-0005685(2010.01.15. 공개) 대한민국 등록특허공보 10-1687839(2016.12.19. 공고) 대한민국 등록특허공보 10-0953525(2010.04.21. 공고)

따라서, 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 2축 타원궤적 진동과 방전으로 인한 열지원 가공이 동시에 부가되어 피삭재를 절삭 가공할 수 있는 새로운 개념의 하이브리드 밀링 가공 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

즉, 방전으로 인한 열지원 가공은 구리 전극(Copper Electrode)의 플라즈마 스파크에 의한 것이며 이를 통해 피삭재를 연화(soften)하게 만드는데 주 목적이 있다. 연화된 피삭재는 2축 타원궤적 진동이 부가되어 절삭되는데, 진동이 부가됨에 따라 일반 밀링에 비해 절삭속도가 증가된다. 이는, 절삭력과 절삭온도를 감소시키는데 도움이된다. 따라서, 피삭재와 공구 간 마찰은 감소되며 피삭재는 우수한 표면 형태학을 획득할 수 있다. 결과적으로 절삭 공구와 피삭재 간 접촉시간을 감소시켜 공구 수명을 증가시킬 수 있다.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 본 발명의 목적들 및 다른 특징들을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 피삭재를 밀링 가공하기 위한 하이브리드 밀링 가공 장치로서, 스핀들 모터가 구비되는 스핀들 유닛; 상기 스핀들 유닛에 의해 회전 구동되고, 2축 타원궤적 진동을 발생하도록 구성되는 2축 타원궤적 란쥬반 진동변환기 유닛; 및 상기 2축 타원궤적 란쥬반 진동변환기 유닛에 결합되고, 방전가공으로 인해 열이 발생하여 피삭재의 표면을 연화(soften)시키면서 절삭하도록 구성되는 방전가공을 위한 특수한 형태의 공구 홀더 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 밀링 가공 장치가 제공된다.

본 발명의 다른 관점에 따르면, 일단부에 스핀들 모터가 구비되고, 상기 스핀들 모터에 의해 회전 구동하며 하기 2축 타원궤적 란쥬반 진동변환기 유닛이 결합되는 회전 지지체가 내부에 구비되는 스핀들 유닛; 상기 회전 지지체에 결합되고, 인가되는 전기적 신호로 2축 타원궤적을 발생시키며, 일단부가 상기 스핀들 유닛의 타단부에 노출되게 구비되는 2축 타원궤적 란쥬반 진동변환기 유닛; 및 상기 2축 타원궤적 란쥬반 진동변환기 유닛의 일단부에 장착되어 피삭재에 방전가공으로 인한 열에 의해 표면을 연화(soften)시키면서 절삭하도록 구성되는 방전 가공을 위한 특수한 형태의 공구 홀더 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 밀링 가공 장치가 제공된다.

본 발명에 있어서, 상기 스핀들 유닛은, 모터 브라켓; 상기 모터 브라켓의 일단부에 결합되고, 복수의 전기신호 전달용 구리링을 갖고 구성되는 슬립링 모듈; 상기 슬립링 모듈의 일단부에 결합되며, 둘레 방향으로 에어 인렛이 간격을 갖고 형성되는 실린더 케이스; 일단부가 상기 스핀들 모터에 결합되어 상기 슬립링 모듈과 실린더 케이스 내에 회전가능하게 지지 구비되며, 상기 슬립링 모듈의 구리링과 슬립 접촉하는 구리 전극을 갖고 구성되는 회전 지지체;을 포함할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 슬립링 모듈과 상기 회전 지지체의 구리 전극은 4채널로 전압이 인가되도록 구성되며, 상기 2축 타원궤적 란쥬반 진동변환기 유닛은, 단부에 상기 방전 가공을 위한 특수한 형태의 공구 홀더 유닛이 결합되는 결합부를 갖고 형성되고, 타단에서 축상으로 결합구멍이 형성되며, 하기 진동 발생 모듈의 2축 타원궤적 진동으로 진동가능하게 상기 회전 지지체에 결합되는 인서트 홀더 부재; 일단부가 상기 결합구멍에 결합되는 볼트형 지지 부재; 상기 볼트형 지지 부재의 외면에 구비되며, 상기 슬립링 모듈로부터의 전기적 신호로 2축 타원궤적 진동하는 진동 발생 모듈; 상기 진동 발생 모듈과 볼트형 지지 부재 간에 구비되는 절연 부재; 및 상기 볼트형 지지 부재의 일단부에 결합되는 인서트 홀더 부재에 대한 균형을 제공하도록 상기 볼트형 지지 부재의 타단부에 구비되는 백 매스 부재(back mass member);를 포함할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 인서트 홀더 부재는, 일단부에 상기 결합부가 형성되고 타단부가 혼(horn) 형태로 형성되는 혼 형상 홀더부; 상기 혼 형상 홀더부의 타단부 외연에 형성되며, 상기 회전 지지체에 결합되는 링형 결합부; 및 상기 혼 형상 홀더부와 링형 결합부 간에 형성되며, 플렉시블한 재질 또는 플렉시블한 구조체로 형성되는 플렉서 힌지부;를 포함할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 진동 발생 모듈은, 길이방향 및 굽힘방향으로 진동을 발생시키도록 구성되는 복수의 압전소자가로 이루어질 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 진동 발생 모듈은, 길이방향으로의 진동을 발생시키도록 구성되는 제1 진동 발생 모듈; 및 굽힘 방향으로의 진동을 발생시키도록 구성되는 제2 진동 발생 모듈;을 포함할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제1 진동 발생 모듈은 한 쌍의 원형링 형태의 제1 압전 소자로 이루어지고, 상기 제2 진동 발생 모듈은 한 쌍의 반원링 형태의 제2-1 압전 소자), 및 한 쌍의 반원링 형태의 제2-2 압전 소자로 이루어지며, 상기 한 쌍의 제2-1 압전 소자와 한 쌍의 제2-2 압전 소자는 각각 원형링 형태가 되도록 배치될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 방전 가공을 위한 특수한 형태의 공구 홀더 유닛은, 상기 결합부에 일단부가 결합되는 유닛 결합 부재와, 상기 유닛 결합 부재의 타단부에 둘레방향으로 간격을 갖고 구비되며, 인가되는 전기에 의해 방전하는 방전가공용 구리전극, 및 둘레방향으로 상기 방전가공용 구리전극 사이에 구비되는 절삭 공구 부재를 포함하고, 상기 절삭 공구 부재는 피삭재에 대하여 접촉 가능하게 구비되며, 상기 방전가공용 구리전극은 피삭재에 대한 접촉되지 않게 구비되는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 유닛 결합 부재는 전기전도성 재질로 이루어지며, 상기 절삭 공구 부재는 절연되게 구성될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 방전가공용 구리전극은 피삭재의 표면에 대하여 방전 가공을 위한 방전전극 틈새 또는 방전전극 간극을 갖도록 구비될 수 있다.

본 발명에 따른 하이브리드 밀링 가공 장치에 의하면 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 본 발명은 방전 가공과 그 방전열에 의하여 공작물을 연화시키는 열지원 가공이 가능한 새로운 개념의 밀링 가공 장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.

둘째, 본 발명은 열지원에 의해 연해진 피삭재의 표면을 2축 타원궤적 진동을 통해 피삭재를 밀링 가공할 수 있어 효율적인 밀링 가공을 행할 수 있는 효과가 있다.

셋째, 본 발명은 난삭재인 티타늄, 인코넬과 같은 소재를 효과적으로 가공할 수 있는 효과가 있다.

넷째, 본 발명은 효율적인 밀링 가공을 행할 수 있는 장치를 제공할 수 있어 제품 경쟁력을 확보할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 밀링 가공 장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 밀링 가공 장치를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 밀링 가공 장치에 포함되는 2축 타원궤적 란쥬만 진동변환기 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 밀링 가공 장치에 포함되는 2축 타원궤적 란쥬만(Langevin) 진동변환기 모듈을 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 하이브리드 밀링 가공 장치에 포함되는 슬립링 모듈과 2축 타원궤적 란쥬만 진동변환기 모듈 간의 전기적 접속 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 하이브리드 밀링 가공 장치에 포함되는 2축 타원궤적 랑즈방형 진동발생의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 하이브리드 밀링 가공 장치에 포함되는 방전가공이 가능한 특수한 형태의 공구 홀더 유닛을 나타내는 사시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 하이브리드 밀링 가공 장치에 포함되는 방전가공이 가능한 특수한 형태의 공구 홀더 유닛을 나타내는 정면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 하이브리드 밀링 가공 장치의 밀링 가공 원리를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 본 발명에 따른 하이브리드 밀링 가공 장치에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 밀링 가공 장치를 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 밀링 가공 장치를 나타내는 단면도이다. 도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 밀링 가공 장치에 포함되는 2축 타원궤적 란쥬만(Langevin) 진동변환기 모듈을 나타내는 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 밀링 가공 장치에 포함되는 2축 타원궤적 란쥬만 진동변환기 모듈을 나타내는 단면도이다. 도 5는 본 발명에 따른 하이브리드 밀링 가공 장치에 포함되는 슬립링 모듈과 2축 타원궤적 란쥬만 진동변환기 모듈 간의 전기적 접속 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 하이브리드 밀링 가공 장치에 포함되는 2축 타원궤적 랑즈방형 진동발생의 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 7은 본 발명에 따른 하이브리드 밀링 가공 장치에 포함되는 방전가공을 위한 특수한 형태의 공구 홀더 유닛을 나타내는 사시도이고, 도 8은 본 발명에 따른 하이브리드 밀링 가공 장치에 포함되는 방전가공을 위한 특수한 형태의 공구 홀더 유닛을 나타내는 정면도이며, 도 9는 본 발명에 따른 하이브리드 밀링 가공 장치의 밀링 가공 원리를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명에 따른 하이브리드 밀링 가공 장치는, 도 1 내지 도 9에 나타낸 바와 같이, 크게 스핀들 유닛(100); 2축 타원궤적 란쥬반(Langevin) 진동변환기 유닛(200); 및 방전가공을 위한 특수한 형태의 공구 홀더 유닛(300);을 포함한다.

구체적으로, 본 발명에 따른 하이브리드 밀링 가공 장치는, 도 1 내지 도 9에 나타낸 바와 같이, 일단부에 스핀들 모터(DC 모터)(101)가 구비되고, 상기 스핀들 모터(101)에 의해 회전 구동하며 하기 2축 타원궤적 란쥬반 진동변환기 유닛(200)이 결합되는 회전 지지체(120)이 내부에 구비되는 스핀들 유닛(100); 상기 스핀들 유닛(100)의 회전 지지체(120)에 결합되어 회전하고, 인가되는 전기적 신호로 2축 타원궤적으로 진동하며, 일단부가 상기 스핀들 유닛(100)의 타단부에 노출되게 구비되는 2축 타원궤적 란쥬반 진동변환기 유닛(200); 및 상기 2축 타원궤적 란쥬반 진동변환기 유닛(200)의 일단부에 장착되는 공구 홀더 유닛(300);을 포함한다.

상기 스핀들 유닛(100)은 일단부에 스핀들 모터(101)가 구비되고, 상기 스핀들 모터(101)에 의해 회전 구동하며 하기 2축 타원궤적 란쥬반 진동변환기 유닛(200)을 지지하는 회전 지지체(140)가 내부에 구비되어 구성되는 것으로, DC 모터인 스핀들 모터(101)에 의해 2축 타원궤적 란쥬반 진동변환기 유닛(200)을 회전시키면서, 상기 2축 타원궤적 란쥬반 진동변환기 유닛(200)으로 전기적 신호를 인가할 수 있는 구성이라면 특별히 한정되는 것은 아니다.

구체적으로, 상기 스핀들 유닛(100)은 일측에 스핀들 모터(101)를 갖는 모터 브라켓(110)과, 상기 모터 브라켓(110)의 일단부에 결합되고, 복수의 전기신호 전달용 구리링(121)을 갖고 구성되는 슬립링 모듈(120)과, 상기 슬립링 모듈(120)의 일단부에 결합되며, 둘레 방향으로 에어 인렛(air inlet)(131)이 간격을 갖고 형성되는 실린더 케이스(130)와, 상기 슬립링 모듈(120)과 실린더 케이스(130) 내에 회전가능하게 지지 구비되되, 일단부는 상기 스핀들 모터(101)에 결합되며, 상기 슬립링 모듈(120)의 구리링(121)과 슬립 접촉하는 구리 전극(141)을 갖고 구성되는 회전 지지체(140)를 포함한다.

도면부호 151은 스핀들 모터(101)의 회전축과 회전 지지체(140) 간을 결합시키는 커플링 부재(coupling member)이며, 152는 볼 베어링이며, 153은 고정 블록(fixture block)이다.

상기 슬립링 모듈(120)의 슬립링 구조는 총 4개의 구리링(121)을 구비하며 각각의 구리링(121)은 내부의 탄소브러쉬 또는 구리전극 소재와 접촉 상태를 유지한다. 따라서 총 4채널로 전압이 인가될 수 있으며, 아래에서 자세히 설명될 2축 타원궤적 란쥬반 진동변환기 유닛(200)이 길이 방향 및 굽힘 방향 진동을 동시에 가진되도록 한다.

본 발명에서 상기 볼 베어링(152)은 절연성을 확보하고 높은 정밀도와 높은 회전속도를 수용할 수 있게 세라믹 볼 베어링(Ceramic Angular ball bearing)으로 이루어지는 것이 바람직하다.

다음으로, 상기 2축 타원궤적 란쥬반 진동변환기 유닛(200)은 상기 스핀들 유닛(100)의 회전 지지체(140)에 결합되어 회전하고, 인가되는 전기적 신호로 2축 타원궤적으로 진동하며, 일단부가 상기 스핀들 유닛(100)의 타단부에 노출되게 구비되는 2축 타원궤적 란쥬반 진동발생 유닛으로 구성된다.

구체적으로, 상기 2축 타원궤적 란쥬반 진동변환기 유닛(200)은 단부에 방전가공을 위한 특수한 형태의 공구 홀더 유닛(300)이 결합되는 결합부(201)를 갖고 형성되고, 타단부 중앙부에 결합구멍(202)이 형성되며, 하기 진동 발생 모듈(230)에 의한 2축 타원궤적 진동 운동으로 진동가능하게 상기 회전 지지체(140)에 결합되는 인서트 홀더 부재(210)와, 일단부가 상기 인서트 홀더 부재(210)의 결합구멍(202)에 결합되는 볼트형 지지 부재(220)와, 상기 볼트형 지지 부재(220)의 외면에 구비되며, 상기 슬립링 모듈(120)로부터의 전기적 신호로 2축 타원궤적 진동하는 진동 발생 모듈(230)과, 상기 진동 발생 모듈(230)과 볼트형 지지 부재(220) 간에 구비되는 절연 부재(240), 및 상기 볼트형 지지 부재(220)의 타단부에 구비되어 상기 볼트형 지지 부재(220)의 일단부에 결합되는 인서트 홀더 부재(210)와의 균형을 유지하도록 하는 백 매스 부재(back mass member)(250)를 포함한다.

상기 인서트 홀더 부재(210)는 일단부에 상기 결합부(201)가 형성되고 타단부가 혼(horn) 형태로 형성되는 혼(horn) 형상 홀더부(211)와, 상기 혼 형상 홀더부(211)의 타단부 외연에 형성되며, 상기 회전 지지체(140)에 결합되는 링형 결합부(212)와, 상기 혼 형상 홀더부(211)와 링형 결합부(212) 간에 형성되며, 플렉시블한 재질 또는 구조로 형성되는 플렉서 힌지부(flexure high portion)(213)로 이루어진다.

상기 플렉서 힌지부(213)는 2축 타원궤적 란쥬반 진동변환기 유닛(200)이 2축 타원궤적 진동(Elliptical Trajectory Vibration)의 가진에 도움을 주게 된다.

계속해서, 상기 진동 발생 모듈(230)은 본 발명에서 타원 진동을 발생시키기 위한 핵심적인 구성부로서, 절연 부재(240)가 개재된 상태에서 상기 볼트형 지지 부재(220)의 외면에 구비되며, 상기 슬립링 모듈(120)로부터의 전기적 신호로 2축 타원궤적 진동(즉, 굽힘 진동과 길이방향 진동)을 행하도록 압전소자(PZT: Piezoelectric Actuator)로 구성된다.

구체적으로, 상기 진동 발생 모듈(230)은 길이방향으로의 진동을 발생시키도록 구성되는 제1 진동 발생 모듈(231), 및 굽힘 방향으로의 진동을 발생시키도록 구성되는 제2 진동 발생 모듈(232)을 포함한다.

상기 제1 진동 발생 모듈(231)은 한 쌍의 원형링 형태의 제1 압전 소자로 이루어진다.

상기 제2 진동 발생 모듈(232)은 한 쌍의 반원링 형태의 제2-1 압전 소자(232a), 및 한 쌍의 반원링 형태의 제2-2 압전 소자(232b)로 이루어지며, 상기 제2-1 압전 소자(232a)와 상기 제2-2 압전 소자(232b)는 각각 원형링 형태가 되도록 배치 또는 배열된다.

여기에서 상기 진동 발생 모듈(230)은 도 5에 나타낸 바와 같은 전기 접속 구조를 갖고 구성되며, 도 6과 같은 길이방향 및 굽힘 방향으로 진동하게 된다.

즉, 본 발명에서 상기 진동 발생 모듈(230)과 슬립링 모듈(120) 간은 도 5를 참조하여 보면 아래와 같은 전기 접속 관계를 갖는다.

- A 전극(Electrode) -> C'구리 링(Copper ring)

- B 전극(Electrode) -> D' 구리 링(Copper ring)

- C, E 전극(Electrode) -> B' 구리 링(Copper ring)

- D 전극(Electrode) -> A' 구리 링(Copper ring)

상기와 같이 구성되는 진동 발생 유닛(230)은 상기 제1 진동 발생 모듈(231)과 제2 진동 발생 모듈(232)에서 특정 전기적 신호를 인가받으면 물리적 변위를 전환시키며, 이때 상기와 같은 압전 소자들의 구성 조합을 통해 길이 방향과 굽힘 방향 진동이 동시에 발생되어 2축 타원궤적 진동을 발생시키게 된다.

즉, 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 길이 방향 진동을 발생시키기 위하여 제1 진동 발생 모듈(231)의 한 쌍의 압전소자 각각에 반대되는 전기적 극성(+, -)를 부가함에 따라 압전소자는 길이방향으로 팽창하는 반복 운동을 하며, 이를 통해 길이 방향 진동이 발생된다. 굽힘 방향 진동을 발생시키기 위하여 제2 진동 발생 모듈(232)을 구성하는 두 쌍의 반원형 압전소자에 전기적 극성(+, -)를 부가하면 굽힘 방향 진동을 발생시키게 된다.

결과적으로 길이 방향 및 굽힘방향 진동 변위는, 상기에서 설명한 바와 같은 제1 및 제2 진동 발생 모듈(231, 232)의 형태와 결합 구조 및 인가되는 전기적 극성을 통해 구현된다. 본 발명에서 진동 발생 모듈(230)은 예를 들면 공진 주파수 23 kHz에서 길이방향 진동과 굽힙방향 진동이 동시에 발생되며 상기 방전가공을 위한 특수한 형태의 공구 홀더 유닛(300)의 끝부분에서 2축 타원궤적 진동하게 된다.

또한, 본 발명의 하이브리드 밀링 가공 장치는, 밀링 주축 구조 특성상 축이 회전함에 따라 다양한 전선들이 엉겨붙을 수 있는데, 상기와 같이 슬립링 구조가 적용됨으로써 2축 타원궤적 란쥬반 진동변환기 유닛(200)을 구성하는 진동 발생 유닛(230)의 압전 소자로 전압을 인가할 수 있게 된다.

계속해서, 상기 백 매스 부재(250)는 상기 볼트형 지지 부재(220)의 타단부에 구비되어 상기 볼트형 지지 부재(220)의 일단부에 결합되는 인서트 홀더 부재(210)와의 균형을 유지하도록 하기 위한 구성부이다. 즉, 상기 백 매스 부재(250)는 볼트형 지지 부재(220)의 일단부 측의 질량체인 인서트 홀더 부재(210)와의 균형을 유지하기 위한 부품이다.

다음으로, 상기 방전가공을 위한 특수한 형태의 공구 홀더 유닛(300)은 상기 2축 타원궤적 란쥬반 진동변환기 유닛(200)의 일단부에 장착되는 유닛이다.

구체적으로, 상기 방전가공을 위한 특수한 형태의 공구 홀더 유닛(300)은, 상기 혼 형상 홀더부(211)의 결합부(201)에 일단부가 결합되는 유닛 결합 부재(310)와, 상기 유닛 결합 부재(310)의 타단부에 구비되며, 전기가 인가되도록 구성되는 복수의 방전가공용 구리전극(320), 및 상기 유닛 결합 부재(310)의 타단부에서 상기 방전가공용 구리전극(320) 사이에 구비되는 절삭 공구 부재(절삭날)(330)를 포함한다. 여기에서, 상기 방전가공용 구리전극(320)과 절삭 공구 부재(330)는 방전가공을 위한 특수한 형태의 공구 홀더 유닛(300)의 반경방향으로 일정한 간격차를 갖고 구비된다.

상기 방전가공을 위한 특수한 형태의 공구 홀더 유닛(300)은 전기적으로 도전 상태로 되어 있어 방전가공용 구리전극(320)에는 전기가 공급되지만, 절삭 공구 부재(330)의 경우 전기적으로 절연 상태로 보호되어야 한다.

따라서, 상기 유닛 결합 부재(310)는 전기전도성 재질로 이루어지고, 상기 절삭 공구 부재(330)는 절연되어 보호되도록 구비되어야 한다.

또한, 상기 절삭 공구 부재(330)는 CBN(cubic boronitride)와 같은 절연 소재로 구성될 수 있으며, 상기 방전가공용 구리전극(320)은 전기가 인가될 수 있게 구성된다.

계속해서, 상기 방전가공용 구리전극(320)은 피삭재와 접촉하지 않게 구비된다.

다시 말해서, 상기 방전가공용 구리전극(320)의 피삭재 측 단부(피삭재를 향하는 끝단)는, 피삭재의 표면에 대하여 방전 가공을 위한 방전전극 간극을 갖도록 구비된다.

예를 들면, 상기 방전가공용 구리전극(320)의 피삭재 측 단부는 상기 피삭재와 접촉하는 절삭 공구 부재(330)의 단부보다 310㎛의 간격 차를 갖도록 하는 것이 바람직하며, 이에 따라 방전가공용 구리전극(320)은 피삭재와 접촉하지 않고 방전을 통한 열 부가를 행할 수 있으며(즉, 스파크가 발생됨에 따라 피삭재 표면 상으로 열이 부가되며 가공), 상기 절삭 공구 부재(330)만 공작물과 접촉하여 상기 방전가공으로 표면이 연화된 피삭재를 2축 타원궤적 진동과 함께 절삭 가공하게 된다. 즉, 상기 방전가공용 구리전극(320)의 방전 가공으로 피삭재의 표면은 연하게(soft)하게 되고, 연해진 피삭재의 표면은 2축 타원궤적 진동하는 절삭 공구 부재(330)에 의해 절삭된다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 하이브리드 밀링 가공 장치에 의하면, 방전 가공과 열지원 가공이 가능한 새로운 개념의 밀링 가공 장치를 제공할 수 있으며, 열지원에 의해 연해진 피삭재의 표면을 2축 타원궤적 진동을 통해 피삭재를 밀링 가공할 수 있어 효율적인 밀링 가공을 행할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 난삭재인 티타늄, 인코넬과 같은 소재를 효과적으로 가공할 수 있으며, 효율적인 밀링 가공을 행할 수 있는 장치를 제공할 수 있어 제품 경쟁력을 확보할 수 있는 이점이 있다.

본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 스핀들 유닛
101: 스핀들 모터(DC 모터)
110: 모터 브라켓
120: 슬립링 모듈
121: 구리링
130: 실린더 케이스
131: 에어 인렛
140: 회전 지지체
141: 구리 전극
151: 커플링 부재
152: 볼 베어링
153: 고정 블록
200: 2축 타원궤적 란쥬반 진동변환기 유닛
201: 결합부
202: 결합구멍
210: 인서트 홀더 부재
211: 혼(horn) 형상 홀더부
212: 링형 결합부
213: 플렉서 힌지부(flexure high portion)
220: 볼트형 지지 부재
230: 진동 발생 모듈
231: 제1 진동 발생 모듈
232: 제2 진동 발생 모듈
232a: 제2-1 압전 소자
232b: 제2-2 압전 소자
240: 절연 부재
250: 백 매스 부재
300: 방전가공을 위한 특수한 형태의 공구 홀더 유닛
310: 유닛 결합 부재
320: 방전가공용 구리전극
330: 절삭 공구 부재(절삭날)

Claims (11)

1. 피삭재를 밀링 가공하기 위한 하이브리드 밀링 가공 장치로서,
   스핀들 모터가 구비되는 스핀들 유닛;
   상기 스핀들 유닛에 의해 회전 구동되고, 2축 타원궤적 진동을 발생하도록 구성되는 2축 타원궤적 란쥬반 진동변환기 유닛; 및
   상기 2축 타원궤적 란쥬반 진동변환기 유닛에 결합되고, 방전열이 피삭재의 표면을 연화(soften)시키면서 절삭하도록 구성되는 공구 홀더 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는
   밀링 가공 장치.
   
2. 일단부에 스핀들 모터가 구비되고, 상기 스핀들 모터에 의해 회전 구동하며 하기 2축 타원궤적 란쥬반 진동변환기 유닛이 결합되는 회전 지지체가 내부에 구비되는 스핀들 유닛;
   상기 회전 지지체에 결합되고, 인가되는 전기적 신호로 2축 타원궤적으로 진동하며, 일단부가 상기 스핀들 유닛의 타단부에 노출되게 구비되는 2축 타원궤적 란쥬반 진동변환기 유닛; 및
   상기 2축 타원궤적 란쥬반 진동변환기 유닛의 일단부에 장착되는 공구 홀더 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는
   밀링 가공 장치.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 스핀들 유닛은,
   모터 브라켓;
   상기 모터 브라켓의 일단부에 결합되고, 복수의 전기신호 전달용 구리링을 갖고 구성되는 슬립링 모듈;
   상기 슬립링 모듈의 일단부에 결합되며, 둘레 방향으로 에어 인렛이 간격을 갖고 형성되는 실린더 케이스;
   일단부가 상기 스핀들 모터에 결합되어 상기 슬립링 모듈과 실린더 케이스 내에 회전가능하게 지지 구비되며, 상기 슬립링 모듈의 구리링과 슬립 접촉하는 구리 전극을 갖고 구성되는 회전 지지체;을 포함하는 것을 특징으로 하는
   밀링 가공 장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 슬립링 모듈과 상기 회전 지지체의 구리 전극은 4채널로 전압이 인가되도록 구성되며,
   상기 2축 타원궤적 란쥬반 진동변환기 유닛은, 단부에 상기 공구 홀더 유닛이 결합되는 결합부를 갖고 형성되고, 타단에서 축상으로 결합구멍이 형성되며, 하기 진동 발생 모듈의 2축 타원궤적 진동으로 진동가능하게 상기 회전 지지체에 결합되는 인서트 홀더 부재;
   일단부가 상기 결합구멍에 결합되는 볼트형 지지 부재;
   상기 볼트형 지지 부재의 외면에 구비되며, 상기 슬립링 모듈로부터의 전기적 신호로 2축 타원궤적 진동하는 진동 발생 모듈;
   상기 진동 발생 모듈과 볼트형 지지 부재 간에 구비되는 절연 부재; 및
   상기 볼트형 지지 부재의 일단부에 결합되는 인서트 홀더 부재에 대한 균형을 제공하도록 상기 볼트형 지지 부재의 타단부에 구비되는 백 매스 부재(back mass member);를 포함하는 것을 특징으로 하는
   밀링 가공 장치.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 인서트 홀더 부재는,
   일단부에 상기 결합부가 형성되고 타단부가 혼(horn) 형태로 형성되는 혼 형상 홀더부;
   상기 혼 형상 홀더부의 타단부 외연에 형성되며, 상기 회전 지지체에 결합되는 링형 결합부; 및
   상기 혼 형상 홀더부와 링형 결합부 간에 형성되며, 플렉시블한 재질 또는 플렉시블한 구조체로 형성되는 플렉서 힌지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는
   밀링 가공 장치.
   
6. 제4항에 있어서,
   상기 진동 발생 모듈은, 길이방향 및 굽힘방향으로 진동을 발생시키도록 구성되는 복수의 압전소자가로 이루어지는 것을 특징으로 하는
   밀링 가공 장치.
   
7. 제4항에 있어서,
   상기 진동 발생 모듈은,
   길이방향으로의 진동을 발생시키도록 구성되는 제1 진동 발생 모듈; 및
   굽힘 방향으로의 진동을 발생시키도록 구성되는 제2 진동 발생 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는
   밀링 가공 장치.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 제1 진동 발생 모듈은 한 쌍의 원형링 형태의 제1 압전 소자로 이루어지고,
   상기 제2 진동 발생 모듈은 한 쌍의 반원링 형태의 제2-1 압전 소자), 및 한 쌍의 반원링 형태의 제2-2 압전 소자로 이루어지며,
   상기 한 쌍의 제2-1 압전 소자와 한 쌍의 제2-2 압전 소자는 각각 원형링 형태가 되도록 배치되는 것을 특징으로 하는
   밀링 가공 장치.
   
9. 제4항에 있어서,
   상기 공구 홀더 유닛은, 상기 결합부에 일단부가 결합되는 유닛 결합 부재와, 상기 유닛 결합 부재의 타단부에 둘레방향으로 간격을 갖고 구비되며, 인가되는 전기에 의해 방전하는 방전가공용 구리전극, 및 둘레방향으로 상기 방전가공용 구리전극 사이에 구비되는 절삭 공구 부재를 포함하고,
   상기 절삭 공구 부재는 피삭재에 대하여 접촉 가능하게 구비되며,
   상기 방전가공용 구리전극은 피삭재에 대한 접촉되지 않게 구비되는 것을 특징으로 하는
   밀링 가공 장치.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 유닛 결합 부재는 전기전도성 재질로 이루어지며,
    상기 절삭 공구 부재는 절연되게 구비되는 것을 특징으로 하는
    밀링 가공 장치.
    
11. 제9항에 있어서,
    상기 방전가공용 구리전극의 피삭재의 표면에 대하여 방전 가공을 위한 방전전극 간극을 갖도록 구비되는 것을 특징으로 하는
    밀링 가공 장치.

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