KR920006656B1 - 공작기계 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

공작기계

제1도는 공작기계의 제1실시의 개략도,

제2도는 공작물과 관련해서 제1도 공작기계의 공구를 다르게 결합하는 개략도,

제3도는 공작기계의 제2실시의 개략도,

제4도는 제3도의 공작기계에 사용된 직류선형 전동기의 제1형태의 투시도,

제5도는 제4도의 변환기에 적당한 공구위치 장치의 단면도,

제6도는 제1도의 공작기계에서 변환기로 사용된 직류선형 전동기의 제2형태의 투시도.

본 발명은 공구와 공작물 사이에 비교 회전이 있는 곳에서 공구의 기계가공 각동이 요구되는, 일정하지 않은 표면외형으로 공작물을 가공하는 공작기계에 관한 것으로, 이러한 종류는 공급된 정보로부터 가공될 공작물의 요구되는 일정하지 않은 표면 외형의 함수인 전기적 출력신호를 발생시키는 제어장치를 포함하며, 상기 출력신호에 의하여 공구를 작동시키는 공구작동기와 공구를 포함한다. 이러한 형태의 공지된 공작기계에서, 공구는 리드 스크류를 경유하여 전기 전동기에 의해 이송되어 슬라이드 위에서 수행하는 공구홀더에 끼워진다.

이러한 공작기계는 광범위한 절삭력으로부터 공작물의 다양함에까지 적용하는 것이 가능하다.

슬라이드의 관성과, 전동기로부터 슬라이드로 전달되는 구동에 의한 전달 구조가 공구위치가 기계가공 동안 변화되어야 할때, 가공되어질 수 있는 회전하는 공작물의 속도를 심하게 제한하는 것이 이러한 종래의 공작기계의 불리함이다. 이것은 공작물의 회전속도가 증가되고 또는 공구의 운동속도가 증가되어도 슬라이드가 충분히 신속하게 위치신호에 작용할 수 없는 속도가 있기 때문이며, 따라서 공구는 요구되는 시간에 요구되는 장소에 없고, 요구되는 외형이 가공되지 않게 된다.

이것은 특별히 공작물의 회전범위내에서 또는 회전사이에서 공구의 위치가 많은 횟수로 변화되어야 할때 사실이다.

따라서 본 발명은 상기 공구작동기가, 전기력 출력신호를 대응하는 선형 운동으로 직접 변화시키기 위한 제어장치가 연결된 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하며, 공구는 선형운동을 위해 변환기에 직접 연결되어져 요구되는 일정하지 않은 표면 외형으로 공작물을 가공하게 한다.

좀더 새로운 특성들과 또는 본 발명의 특성의 조합들은, 첨부된 도면과 공장기계의 두가지 실시예로 상세히 설명하겠다.

먼저 제1도와 제2도를 참조하면, 공작기계는 주파수 발생기(10)과 제어장치(12)로부터 압력을 받은 주파수 변조기(11)을 포함한다. 주파수 변조기(11)에서 발생된 신호는 초음파변환기(13)으로 전달되며 초음파변환기는 피에조 전기결정이나 수정의 형태로, 여기에서 신호는 신호의 전력에 따르는 크기로 결정이나 수정의 고유주파수에 관련된 주파수의 선형 초음파 진동으로 변환된다. 이들 선형 진동들은 구동기(21)에 의해 회전되는 회전 공작물의 기계 공작을 위한 공구(15)를 지지하는 공구홀더(14)로 전달된다. 공구홀더(14)는 예정된 일정한 속도로 공작물(16)의 축방향으로 홀더(14)를 이동시키는 구동기(22)로 연결된다.

그러나 공작물(16)은 기계공작동안 안정될 수 있고, 공구(15)는 회전 헤드위의 공작물(16) 주위를 회전한다는 것을 알 수 있다.

각도 감지기(17)은 회전하는 동안 공작물(16)의 각 위치에 비례하는 신호를 발생시키며, 축감지기(19)는 공작물(16)의 회전축을 따르는 공구홀더의 축위치에 비례하는 신호를 발생시킨다. 이들 신호들은 제어장치(12)에 귀환으로 제공된다.

주파수 발생기(10)은 5KHz 내지 100KHz의 주파수, 바람직하게는 초음파 주파수 즉 15KHz 내지 30KHz의 신호를 발생시킨다. 신호의 최대 전력은 약 5KW의 초음파 전력에 해당한다. 공구홀더에 이 주파수 진동의 적용의 주된 효과의 하나는 공구의 절삭비율을 증가시키는 것이다. 절삭비율(일정하게 유지되는 다른 상수들과 함께, 초음파진동에 비례해서 절삭의 깊이에 비례하는)은 초음파 변환기에 인가된 신호의 전력에 비례한다. 이 신호가 일정한 주파수이기 때문에 사실상 이것은 절삭의 깊이는 신호의 크기에 비례한다는 것을 의미한다.

제어장치(12)는 입력장치(23)으로부터 공작물(16)의 요구되는 표면 외형에 따른 정보를 받는다. 제어장치는, 요구되는 시간(즉 공작물의 둘레에서 요구되는 각 위치와 공작물에 요구되는 축위치)에서의 요구되는 반경에 비례하는 크기의 일정한 전기적 출력신호를 발생시킨다. 이 신호의 발생에서, 감지기(17)과 (18)에서의 귀환신호의 계산이 취해진다.

제어장치(12)로부터의 외형신호는 변환기(13)으로 인가되는 초음파 주파수 신호를 변조시키는데 사용된다. 이러한 방법으로, 초음파 주파수 신호의 순간의 크기는 공구의 운동의 크기가 이 신호에 따로도록 제시간에, 공작물의 요구되는 반경에 비례하도록 제어된다. 따라서 공작물의 외형은 외형신호에 따라 기계가공될 것이다.

제어장치(12)는 공작물의 회전내에서 또는 공구의 계속되는 축위치사이에서 크기가 변화하는 변조신호를 발생시킬 수 있다는 것을 알 수 있다. 회전수내에서 크기의 변화가 있으므로 이것은 각 반주기 또는 각 반주기내에 다른 변화내에서, 또는 사실상 각

주기 또는 다른 요구되는 변화내에서 대칭적인 변화가 될 수있다.

이러한 방법으로, 내부 연소기에서의 피스톤, 베어링 또는 피스톤링 같은 가공된 공작물은, 타원형 단면이거나, 부분원이고 부분타원의 단면 또는 다른 요구되는 단면의 형과, 축길이를 따라 부가적으로 불쑥나오거나 뾰족한 또는 불쑥나오고 뾰족함으로 생산될 수 있다.

그밖에, 공작물의 회전축에 일반적으로 수직인 평면에 위치한 표면에 외형을 제공하기 위해 공구로 기계가공하는 것이 가능하고 여기에서 상기 표면의 각점은 기준평면으로부터 요구되는 축거리이다.

진동을 증폭시키기위한 연속적인 피에조 전기적 결정을 공급할 수 있고, 부가적으로 또는 다르게는 진동을 증폭하기위해 피에조 전기적 결정들 사이 또는 수정과 공구 사이에 도파관이 제공되어 질 수 있다.

도면에 보여진 바와 같이, 비록 제어장치(12)가 변환기(13)으로 외형 신호가 인가되기전에 초음파신호에 외형 신호를 인가하지만, 제어장치(12)는 공구홀더(14)의 제2변환기로 외형신호를 인가할 수 있음을 알 수있다.

공구 홀더는 매우 적은 중량과 관성을 갖도록 만들수 있고 변환기(13)에 매우 근접하게 결합된다. 이러한 관점에서, 공작물을 빠른속도로 회전시키는 것이 가능하며, 예를들어, 1분당 3,000 이상의 회전수로 정확하게 회전수내에서, 공구의 반경위치의 정확한 수많은 변화를 발생시킨다. 예를들어, 공구는 최대 0.1㎜의 운동으로 10,000Hz 이상으로 진동할 수 있다. 이것이, 크기의 정확성을 유지하며 유별나게 높은 생산 비율을 얻도록 한다.

그밖에 초음파 기계가공의 일반적인 이익도 얻어진다. 그것들은 공구력의 감소를 포함하여 공구의 수명을 연장하고, 표면 마무리를 개선한다.

제1도에서 공구는 반경 방향으로 공작물에 인가된 것으로 도시되었다. 그러나 제2도에 도시된 바와 같이 공구홀더가 반경방향에 각을 가지고 공작물에 인가될 수 있다. 이것은 같은 깊이의 절삭에서 적은 전력을 요구하는 개선된 절삭각도가 될 수 있음이 알려졌고, 공구날 위쪽의 벽개면에 유도된 진동으로 마찰열과 조각 형태의 작업물을 감소시킨다.

공구홀더(14)는 위에서 설명한 초음파 장치에 독립적으로 작동하도록 장치될 것임을 알 수 있다. 이것이 공구홀더(14)가 시동위치로 이송되어지게 하고 또한 기계 가공동안 공구위치의 경로조정에 사용되어 질 수있다.

초음파 신호의 적용이 상기의 이익을 가져오지만, 이 신호의 존재가 절대적인 것은 아니다. 다음에 제3도를 참조하면, 제3도와 제1도, 제2도에 공통적인 부분들은 같은 숫자로 주어지고 상세히 설명하지 않을것이다. 이 실시예서 제어장치 12는 제1도와 제2도에서 설명된 바의 다양한 출력신호를 발생시킨다. 이 신호는, 출력신호에 따라 선형동작을 시키는 피에조 전기적 변환기(20)에 직접 인가된다. 이 동작은 공구(15)를 출력신호에 따라 작동되도록 하기위하여 공구(15)로 전달된다.

피에조 전기적 변환기(20)은 고속으로 공작물의 형태를 기계가공하게 하는 고속 대응하는 고속의 기계적 동작으로 전기적 출력신호를 변환시킬 수 있는 다른 어떠한 변환기로도 대체될 수 있다. 이러한 선택적인 변환기의 예의 두가지 실시가 제4도-제6도에 도시되었다.

먼저 제4도를 참조하면, 제1변환기는 공통축에 대해 U자 형의 부분 원통형의 림(limb)을 갖는, 일반적으로 U자 형의 고정 코아(25)를 포함하는 직류 선형 전동기이다. 고정지 코일(26)은 이들 림의 각각에 감져져 있다. 막대모양의 유동적인 영구자석(28)은 부분 원통형 U자 림사이에 동축으로 위치되었다. 이 막대모양 소자(28)의 연장(29)는 한쌍의 격막(30)으로 형성된 자기 베어링 또는 공기 배어링 이어도 되는 배어링 내에서 지탱된다. 공구(31)은 고정자 코일(26)으로부터 떨어져 있는 막대의 연장 끝부분에서 지탱된다.

이 직류 선형전동기 어셈브리는 리드 스크류(34)를 통하여 움직이는 공구 슬라이드(33)과 전동기(도시되지 않았음)를 지탱하는 케이스(32)내에 들어있다. 직류 선형 전동기는 유동적인 막대모양의 영구자석(28)이 공작물(35)의 회전축(34)의 법선 방향으로 연장되도록 결합되어 있으며 여기에서 내부연소기의 피소톤으로 도시되었다.

슬라이드(33)은 공작물의 회전축(34)에 평행으로 이동되도록 배치되었다. 사용상 고정자 코일은 제3도에 도시된 종류의 감지기에 의해 귀환이 제공된 제3도에 도시된 제어장치로 연결된다. 공작물(35)는 회전되고 리드 스크류(34)는 공작물(35)의 표면을 따라 축방향으로 일정한 속도로 공구(31)을 이송시키도록 회전된다. 제어장치로부터 고정자 코일(26)으로 전송된 신호들이 막대모양의 영구자석 소자(28)을 베어링 내에서 인가된 신호에 따른 위치로 이동되게 하며, 따라서 공구(31)은 공작물의 요구되는 외형으로 가공하도록 순간적으로 요구되는 반경위치로 이동된다. 적은 관성과 큰 가속도, 이러한 직류선형 전동기의 큰 힘이, 공작물을 회전시키며 공구의 위치를 여러번 바꾸면서 공작물을 고속도로 가공하도록 한다.

격막(30)은 위치신호가 없을때 공구(31)이 기준 위치로 돌아가려는 경향이 있는 공구위치 장치를 제공한다.

이러한 장치의 한 형태가 제5도에 상세하게 도시되었다. 이 장치는 강철 격막(30)의 각각의 외부 테두리를 조여주는 단부 클램프(clamp) (46)이 제공된 원통형 하우징(45)를 포함하며, 따라서 격막들(30)은 하우징 축에 직각인 각면에 위치한다. 길다란 막대(47)의 형태인 공구 홀더는 격막(30)에 연결되고, 하우징(45)의 축과 동축인 공구홀더축으로 배치된다. 공구홀더(47)의 한끝에는 공구 결합기(49)가 제공되고, 다른 한끝은 유동적인 영구자석 소자(28)로 연결된다.

또한 선형 전동기는 격막(30) 사이의 하우징(45)내에 제공되어 질 수 있다. 이것이 하우징에 고정된 고정자(50)와 공구홀더(47)를 지탱하는 슬라이더(51)을 포함한다. 공구위치장치는 선형전동기(18), (19)에 의해 이동될 필요가 없다. 예를들어, 고정자(50)은 솔레노이드에 인가된 신호에 따르는 축위치의 전기자로서 작용되는 공구홀더(47)의 솔레노이드로 대치될 수 있고, 세개, 네개 또는 더 많은 격막들이 제공될 수 있다. 5kg에서 25kg까지 변하는 공구력은 어느것도 선형전동기로 전달되지 않는다. 이들 모든 공구력은 격막(30)으로 흡수된다. 이것은 선형전동기가 공구홀더(47)의 작동중에 필요없는 진동을 제거하도록 충분히 크지않아도 됨을 의미한다.

이것은 격막(30)에 관계된다. 그러므로 영구 자석 요소(28)이나 슬라이더(51)의 관성은 최소로 유지할 수 있으며, 따라서 응답위 속도를 증가시킨다.

그 밖에도, 공구홀더(47)을 이동시키는 힘이 자기적으로 인가되므로, 공구홀더(47)과 공구 작동기의 응답시간을 늦추려하는 경향이 있는 공구홀더 구동기 사이의 마찰력이 없음을 알 수 있다.

선형 전동기의 다른 형태가 제6도에 도시되었다. 이 실시예서, 직류 선형전동기는 고정자 코일(37)이 U형의 림 각각에 감겨있는 일반적으로 U형 고정 코아(36)을 포함한다. 판형 영구자석의 이동소자(38)은 U형 코아의 림사이에서 U의 베이스로 연장된다. 이 소자(38)은, 이것의 각 끝에서 베이스(40)에 의해 지탱되고 소자(38)의 길이에 대해 직각인 면들에 위치한 다수의 가요성 판(39)에 의해 지탱되며, 따라서 소자(38)은 이것의 길이방향으로의 제한된 동작을 가지며 소자(38)을 기준 위치로 되돌리려하는 판(39)로부터 회복력을 받는다. 공구홀더(41)은 영구자석 소자(38)의 한끝에 결합되어 공구(42)를 수용한다. 가요성 커버(43)은 선형 전동기 주위로 연장되어 먼저와 금속조각으로부터 전동기를 차폐시킨다.

사용상, 제6도의 직류 선형 전동기는 제4도의 선형전동기에서와 같은 방법으로 슬라이드에 결합된다. 고정자 코일(37)은 제3도의 제어장치로 연결되어, 제4도에 실시예에서의 공구와 같은 방법으로 공작물(도시되지 않았음)의 기계가공이 제어된다.

Claims (11)

1. 공작물을 비균일 표면 외형으로 가공하기 위한 공작기계에 있어서, 공작물의 표면외형은 공구와 공작물사이를 비교회전시켜 공구의 기계 가공운동을 필요로하여, 본 공작기계는 제어장치로 공급된 정보로부터 가공될 공작물의 요구된 비균일 표면외형의 함수인 전기출력신호를 발생시키기 위한 제어장치, 상기 출력신호에 따라 공구를 이송시키기 위한 공구 및 공구작동자로 구성되며, 상기 공구작동자는 전기출력신호를 상응하는 선형운동으로 직접 변환시키기 위해 제어장치에 연결된 변환기(13, 20, 26, 28, 50, 51)를 포함하며, 공구(15, 31, 42)는 선형운동을 위해 그 변환기에 직접 연결되어 요구된 비균일 표면외형으로 공작물을 가공시킴을 특징으로 하는 공작기계.
2. 제1항에 있어서, 기계 가공동안 공구를 진동시키기 위하여 공구에 인가되는 초음파 발진 신호원(10)이 제공됨을 특징으로 하는 공작기계.
3. 제2항에 있어서, 초음파 발진신호가, 출력이 공구를 진동시키는 초음파 변환기(13 ; 20)에 인가됨을 특징으로 하는 공작기계.
4. 제3항에 있어서, 초음파 변환기(13)이 또한 제어장치(12)의 출력으로 연결된 변환기를 형성하며, 제어장치로부터의 전기적 출력신호가 공구의 초음파 진동을 변조함을 특징으로 하는 공작기계.
5. 제1항에 있어서, 변환기가, 전기적 출력신호를 받고 상기 신호를 공구(15)에 인가되는 기계적 동작으로 변환하는 피에조 전기적 변환기임을 특징으로 하는 공작기계.
6. 제1항에 있어서, 변환기가, 전기적 출력신호에 따라 소자(28 ; 38 ; 57)의 선형 위치를 변경시키는 전자기적 변환기(26, 28 ; 37, 38 ; 50, 51)임을 특징으로 하는 공작기계.
7. 제6항에 있어서, 변환기(26, 28 ; 37, 38 ; 50, 51)가 직류선형 진동기를 포함하며, 여기에서 유동적인 영구자석 소자(28 ; 38 ; 51)의 선형위치가, 제어장치로부터의 전기적 출력신호에 의해 선형 전동기의 고정자 코일(26 ; 37 ; 50)내에 생성된, 자기창에 의해 결정됨을 특징으로 하는 공작기계.
8. 제1항 내지 제 7 항중 어느 하나에 있어서, 공구(31 ; 42)에 공구가 기준 위치에 유지되도록 하는 힘을 인가하기 위한 공구위치 수단(30 ; 39)가 제공되어, 공구(31 ; 42)가 상기 기준위치로부터 일정하지 않은 표면 외형을 가공하기 위한 요구되는 위치로 움직임을 특징으로 하는 공작기계.
9. 제8항에 있어서, 공구가 길다란 소자(29)와 함께 유동적이고, 공구위치 수단이, 길다란 소자의 축에 직각인 각각 분할된 평면에 위치하고 상기 길다란 소자의 축이 격막(30)의 축과 동축이 되도록 길다란 소자에 연결된, 두개의 격막을 포함함을 특징으로 하는 공작기계.
10. 제8항에 있어서, 공구위치 수단이 적어도 하나의 개스(gas) 베어링을 포함함을 특징으로 하는 공작기계.
11. 제8항에 있어서, 공구(42)가 연장된 소자(38)과 함께 유동적이고, 공구위치 수단이, 연장된 소자의 긴 방향에 직각인 각면들에 위치하고 연장된 소자와 베이스(40) 사이에 연결된 다수의 가요성 판(39)를 포함함을 특징으로 하는 공작기계.

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