KR980008446A - 미소절삭장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압전소자를 이용한 미소절삭장치에 관한 것으로, 특히, 절삭도구인 다이아몬드를 장착하는 생크를 외팔보 형태로 제조하여 공구대에 설치하고, 상기 생크의 전면 또는 후면에 압전 폴리머를 부착하며, 상기 생크 뒷쪽 공구대에 다이아몬드의 변위를 측정할 수 있는 갭센서를 설치하여 제어가 용이하고, 제작이 간편한 미소절삭 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

Description

미소절삭장치

본 발명은 전압의 변화에 따라 크기가 변화하는 압전소자를 사용하여 다이아몬드와 같은 절삭도구를 미세한 동작으로 제어하여 작업을 실시할 수 있는 미소절삭장치에 관한 것이다.

종래의 압전소자를 사용한 미소절삭장치는 압전소자로 압전 세라믹(PZT)을 적층형으로 형성하고 공구대 내부에 이를 설치하여 엑츄에이터로 사용한다. 이때, 압전소자의 변형을 공구에 전달함과 동시에 적층방향에 수직한 방향의 외력으로부터 압전소자를 보호하기 위하여 공구대 설계시에 공구대 내부에 위치할 다이아프램 또는 힌지형의 스프링 요소를 고려하여야 한다.

제1도는 종래의 압전소자를 사용한 미소절삭장치를 나타낸 것으로, 미소절삭장치는 크게 압전소자(14)를 내재하는 공구대(10)와, 공구대(10) 상부에 설치되어 절삭도구인 다이아몬드(12)를 장착할 수 있는 생크(11)와, 생크(11)의 변위를 측정하기 위한 변위계(15)로 구성된다.

상기 공구대(10)는 강철을 사용하여 속이빈 사각블럭으로 형성하고, 상기 공구대(10) 내부에는 일정한 높이를 갖도록 지지대를 이용하여 압전소자(14)를 설치한다. 이때 압전소자(14)의 변형력을 전달할 수 있도록 N형 슬릿(13)을 설치한다. 이때, N형 슬릿(13)의 4개 코너 부분의 벽이 노치에 의하여 약 3mm의 두게로 되어 있어 전후방의 가요성을 가진 평행 링크 기구를 형성하고 있다. 상기 공구대(10) 내부에 설치되어 있는 압전소자(14)는 압전 세라믹을 사용하며 적층형으로 형성되어 있다. 또한, 상기 공구대(10) 상부에 설치되는 생크(11)는 끝단에 절삭도구인 다이아몬드(12)가 설치되어 있으며, 공구대(10) 내부에 설치되어 있는 슬릿(13)에 연결되어 슬릿(13)의 움직임에 의해 전후로 이동된다. 또한, 상기 생크(11)의 후면에는 생크(11)가 이동하는 변위를 측정하기 위해 변위계(15)가 설치된다.

상술한 미소절삭장치의 동작방법은 외부로부터 압전소자(14)에 전압을 인가하여 팽창시키면 슬릿(13)을 작동하여 슬릿(13)의 우단부가 도면의 오른쪽으로 움직이게 되고, 따라서 연결되어 있는 생크(11)가 앞쪽으로 움직이게 된다. 또한 압전소자(14)에 전압을 인가하여 수축시키면 N형 슬릿(13)이 작동하여 슬릿(13)의 우단부가 도면의 왼쪽으로 움직이게 되고, 따라서 생크(11)가 뒤쪽으로 이동하게 된다. 이때의 생크(11)의 변위는 후면에 설치된 변위계(15)에 의해 측정하여 위치를 제어하면서 작업을 실시하게 된다.

상술한 미소절삭장치는 구조적으로 적층형의 압전세라믹을 사용하고, 변형력을 전달할 수 있는 기구를 별도로 설치해야 하는 등 구조적으로 매우 복잡하다는 문제점이 있다.

또한 더욱 중요한 것은 엑츄에이터로 사용되는 압전 세라믹은 매우 큰 비선형 특성과 열 변형문제, 적층형으로 설계되어야 하는 구조적인 복잡성 및 외부 충격에 대한 취약성 등의 단점을 갖는 다는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상부의 일정한 부분이 바닥에 지지되는 것 보다 더 길게 형성되어 있는 공구대와, 상기 공구대의 상부 도출부 하단에 외팔보 형태로 제조되어 결합되어 있는 생크와 상기 생크의 하단 앞쪽에 장착되는 다이아몬드 절삭도구와, 상기 생크와 공구대의 접촉면과 생크의 전후측 면에 부착되는 압전소자와, 상기 생크의 다이아몬드가 장착된 뒤쪽의 공구대에 설치되어 있는 갭센서를 포함하는 미소절삭 장치를 제공하고자 한다.

제1도는 종래의 압전소자를 이용한 미소절삭장치의 한 예를 나타낸 도면.

제2도는 본 발명에 따른 미소절삭 장치를 개략적으로 나타낸 도면.

제3도는 본 발명에 따른 미소절삭 장치의 동작을 설명하기 위한 블럭도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10：공구대 11：생크

12：다이아몬드 13：N형 슬릿

14：압전세라믹 15：변위계

20：공구대 21：외팔보 형태의 생크

22：다이아몬드 23：갭 센서

24：압전소자 25：A/D 컨버터

26：컨트롤러 27：D/A 컨버터

28：고전압 증폭기

본 발명은 압전소자를 이용한 미소절삭장치에 관한 것으로, 특히, 외팔보 형태의 생크를 결합시킬 수 있는 공구대와, 외팔보 형태의 공구대의 변위를 측정할 수 있는 갭 센서를 공구대에 설치하며, 외팔보형 생크에 압전소자로 압전폴리머를 생크의 전후면에 부착하여 미소절삭 장치를 제작함으로써, 구조가 간단하고 제작이 용이하며 미세변위 조정이 가능한 미소절삭장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

제2도는 본 발명에 따른 미소절삭 장치를 나타낸 것으로, 강철제를 이용하여 상단의 일정부분 도출된 형태의 공구대(20)에 외팔보 형태의 생크(21)를 결합시킨다. 상기 생크(21)의 하단에는 절삭도구인 다이아몬드(22)가 부착되어 진다. 이때, 생크(21)의 다이아몬드(22)가 부착되어 있는 면 또는 그 후면에 압전소자(24)를 부착한다. 또한, 상기 생크(21)의 뒤쪽 공구대(20)에는 다이아몬드(22)의 위치변화를 측정하기 위한 갭센서(23)가 부착된다. 상기 압전소자(24)로는 압전 폴리머(PVDF)를 사용하는데, 이 경우 필요에 따라 외팔보 형태의 생크(21)에 다이아몬드(22)가 부착되어 있는 면이나 그 배면 또는 양면 모두 압전 폴리머(24)를 부착하고, 상기 생크(21) 끝단, 즉 다이아몬드(22)의 변위를 측정하여 이것이 제어 알고리즘이 구현되어 있는 제어계로 보내져 적당한 제어량을 압전 폴리머에 인가하여 생크(21)에 모멘트를 적용시킴으로써 생크(21)의 끝단에 위치한 다이아몬드(22)가 작업자가 요구하는 궤적을 추적하도록 한다.

제3도는 본 발명에 따른 미소절삭 장치의 제어계를 나타낸 것으로, 공구대에 부착되어 있는 갭센서(23)에서 생크(21) 끝단에 장착된 다이아몬드(22)의 변위가 검출되고, 상기 검출된 변위는 A/D 컨버터(25)로 입력되어 디지탈 신호로 변환된다. 상기 변환된 디지탈 신호는 컨트롤러(26)로 입력되고, 입력된 디지탈 신호에 의해 컨트롤러(26)에서 적절한 제어출력을 생성하여 D/A 컨버터(27)로 보내어 진다. 상기 D/A 컨버터(27)로 입력된 제어출력은 아날로그 신호로 변환되어 고전압 증폭기(28)에 입력되고, 상기 고전압 증폭기(28)는 입력된 아날로그 제어신호를 증폭하고, 최종적으로 압전 폴리머(24)에 전달하여 생크(21)에 모멘트를 줌으로써 생크(21) 끝단의 다이아몬드(22)의 움직임을 제어하게 된다.

상기와 같은 동작의 연속으로 작업자가 원하는 궤적을 따라 움직이는 것이 가능해 진다.

본 발명에 의해 제조된 미소절삭 장치는 전체의 구조가 극히 간결하여 제작이 용이하며, 압전 폴리머를 엑츄에이터로 사용함으로써 종래의 압전 세라믹 엑츄에이터에서 발생하던 비선형 특성을 최소화 시킬 수 있다. 또한 압전 폴리머는 구동시 전류가 거의 작용치 않으므로 열변형 문제가 발생하지 않으며, 외부 충격에 대한 안전성을 보장할 수 있다.

상기와 같은 장점들은 미소절삭 장치의 다이아몬드 절삭도구를 제어하기가 용이하며, 제작비를 현저히 감소시킬 수 있다.

Claims (3)

1. 상부의 일정한 부분이 바닥에 지지되는 것 보다 더 길게 형서되어 있는 공구대와, 상기 공구대의 상부 도출부 하단에 외팔보 형태로 제조되어 결합되어 있는 생크와, 상기 생크의 하단 앞쪽에 장착되는 다이아몬드 절삭도구와, 상기 생크와 공구대의 접촉면과 생크에 부착되는 압전소자와, 상기 생크의 다이아몬드가 장착된 뒤쪽의 공구대에 설치되어 있는 갭센서를 포함하는 미소절삭 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 압전소자는 압전 폴리머인 것을 특징으로 하는 미소절삭 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 압전소자는 생크의 후면 또는 전후면 모두에 부착되는 것을 특징으로 하는 미소절삭장치.

   ※ 참고사항 : 최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.