KR101538795B1 - 절삭팁의 회전을 이용한 공작물의 가공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 절삭팁의 회전을 이용한 공작물의 가공방법은 수평방향인 Z축 방향으로 설치되는 주축의 척에 공작물을 고정하는 공작물 고정단계와, 상기 Z축에 대해 수직 방향으로 설치되며 B축 테이블의 공구대에 절삭을 위한 선단반경을 가지는 절삭부를 구비한 절삭팁이 장착된 절삭공구를 고정하는 공구 고정단계와, 상기 선단반경을 가지는 절삭부의 일측 부위를 이용하여 상기 척에 장착된 공작물을 가공하는 제 1공작물 가공단계와, 상기 1차공작물 가공단계에 의해 가공된 공작물을 상기 절삭부의 선단반경 중심을 축으로 하여 B축 테이블을 회전시켜 절삭부의 타측을 이용하여 가공하는 제 2공작물 가공단계를 포함한다.
본 발명에 따른 절삭팁의 회전을 이용한 공작물의 가공방법은 절삭작업의 가공시 발생되는 마멸량에 의해 가공정밀도가 저하되는 것을 방지할 수 있다.

Description

절삭팁의 회전을 이용한 공작물의 가공방법{A workpiece cutting method of tool axis rotation}

본 발명은 공작기계를 이용한 공작물의 가공방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 절삭을 위한 절삭팁의 선단부곡율을 따라 회전시키면서 공작물을 가공하는 절삭팁의 회전을 이용한 공작물의 가공방법에 관한 것이다.

일반적으로, 컴퓨터 수치제어를 이용한 공작기계인 씨엔씨(CNC; computerized numerically controlled machine tool), 머시닝센터(machining center), 초정밀 가공을 위한 밀링, 연삭기 등은 컴퓨터에 입력된 가공수치 및 형상, 공구이송속도 등의 가공조건 및 공구의 위치가 결정되며, 이러한 공작기계는 공장 자동화 및 공작물의 대량 생산에 유리하므로 널리 보급되고 있다.

한편, 공작기계에 의한 가공이 오랜 시간동안 수행되면 공구가 마모되어 가공정밀도가 떨어진다. 이러한 문제점을 해소하기 위하여 수치제어 기계에서 공작물을 가공하는 공구와 기준좌표 사이의 편차량을 보정하여 가공 작업 시 프로그램의 조작이 편리하게 하도록 공구 보정장치가 제공된다. 즉, 공구 보정장치가 공구의 선단위치를 감지하고 그 위치를 메인 프로그램이 내장된 제어부에 제공하면, 제어부에서는 공구의 최초선단위치로부터 변경위치의 변화량을 계산하고 그 변화량만큼 공구위치를 조정하여 가공정밀도가 향상되도록 한다.

그러나 상기와 같이 절삭공구 보정이 이루어진다하여도 마모로 인한 공구의 형상이 초기의 상태를 유지하고 있지 못함으로 인하여 정밀한 가공이 이루어지지 못하는 문제점이 있다. 특히 초소형 공작물 또는 렌즈의 가공 시 공구의 마모로 인하여 절삭면의 조도가 상대적으로 좋지 않게 되는 문제점이 있다.

대한민국 특허 공개 제 2005-0098207호에는 공작기계의 공구변위 보정방법이 개시되어 있다. 개시된 보정방법은 Z축 서보모터를 통해 승강되는 헤드와, 이 헤드의 내부에 장착되어 주축모터를 통해 회전되고 하부에 테이퍼면을 포함하는 중공부를 가지는 주축, 및 상기 주축에 고정되는 생크를 가진 어댑터를 포함하는 공작기계를 제어함에 있어서, 설정신호에 따라 주축 회전수를 검출하는 검출단계와, 상기 검출 단계를 통해 검출된 주축 회전수와 바로 이전에 검출된 회전수를 상호 비교하여 변화 유무를 판단하는 판단단계와, 판단 결과에 따라 검출된 회전수에 해당하는 공구 변위량을 산출하는 산출단계와, 산출된 변위량에 따라 상기 공구를 포함하는 헤드가 변위량 만큼 Z축으로 이동되도록 하는 보정단계을 구비한다.

이러한 공구위치 보정방법은 X, Y, Z 축 방향으로 이동되는 공구의 회전중 변위를 실시간으로 보정하는 것으로, B축(공작물에 대해 수직방향으로 공구가 회전되는 축)을 가지는 공작기계의 공구의 위치를 보정할 수 없는 문제점이 있다.

특히 B 축방향으로 회동되는 공구를 이용하여 곡면을 가공하는 경우 초정밀 가공을 수행할 수 없는 문제점이 있다. 이러한 점을 감안하여 종래에는 테이블에 수직으로 주축의 방향에 대해 직각방향으로 테이블에 설치되는 싱글 포인트 기준 바를 이용하여 공구 위치 설정기준을 구하고, 마이크로 스코프를 이용하여 공구인 바이트 및 휠의 선단 초점을 육안으로 판별하여 공구위치를 설정하였다.

그러나 이러한 공구의 위치 설정방법은 마이크로 스코프와 육안을 이용하여 설정하게 되므로 그 정밀도를 높일 수 없으며 설정에 따른 많은 작업공수가 소요될 뿐만아니라 공구위 위치 설정오차로 인하여 초정밀 가공 시 상술한 바와 같은 제점을 점을 근본적으로 해결할 수는 없었다.

대한민국 특허 공개 제 2005-0098207호

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 지속적인 공구의 위치보상 없이 지속적인 가공이 가능하며, 공작물의 절삭면이 공구의 마모로 인하여 손상되는 것을 방지할 수 있는 절삭팁의 회전을 이용한 공작물의 가공방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 황삭, 정삭 등 공작물의 가공단계에 따라 절삭팁의 교체작업을 줄일 수 있으므로 가공효율을 향상시킬 수 있는 절삭팁의 회전을 이용한 공작물의 가공방법을 제공함에 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 절삭팁의 회전을 이용한 공작물의 가공방법은 수평방향인 Z축 방향으로 설치되는 주축의 척에 공작물을 고정하는 공작물 고정단계와,

상기 Z축에 대해 수직 방향으로 설치되며 B축 테이블의 공구대에 절삭을 위한 선단반경을 가지는 절삭부를 구비한 절삭팁이 장착된 절삭공구를 고정하는 공구 고정단계와,

상기 선단반경을 가지는 절삭부의 일측 부위를 이용하여 상기 척에 장착된 공작물을 가공하는 제 1공작물 가공단계와,

상기 1차공작물 가공단계에 의해 가공된 공작물을 상기 절삭부의 선단반경 중심을 축으로 하여 B축 테이블을 회전시켜 절삭부의 타측을 이용하여 가공하는 제 2공작물 가공단계를 포함한다.

본 발명에 있어서, 제 1공작물 가공단계에 있어서, 공작물의 곡면가공 시 상기 절삭팁의 선단반경의 중심으로 회전시켜 공작물의 가공면과 절삭부의 선단반경을 중심으로 한 외주면이 상대이동하는 곡면가공단계를 더 구비한다.

본 발명의 절삭팁의 회전을 이용한 공작물의 가공방법은 절삭팁에 의한 공작물의 가공 시 절삭팁의 사용범위를 넓힐 수 있으며, 절삭팁의 사용범위가 선단반경 끝의 중심에 집중되는 것을 근본적으로 방지할 수 있다.

그리고 가공을 위한 절삭팁의 가공부위를 다양화 할 수 있으므로 가공면의 균일한 조도를 얻을 수 있으며, 공구의 수명을 연장시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 절삭팁의 회전을 이용한 공작물의 가공방법을 수행하기 위한 공작물의 가공장치를 나타내 보인 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 절삭팁의 회전을 이용한 공작물의 가공방법의 나타내 보인 것으로 B축 테이블의 회전으로 인한 절삭팁이 회전되는 상태를 나타내 보인 사시도,
도 3은 공구에 의해 공작물이 가공되는 상태를 나타내 보인 평면도,
도 4는 본 발명에 따른 가공방법에 의해 가공된 공작물의 표면조도를 나타내 보이 도면

본 발명에 따른 절삭팁의 회전을 이용한 공작물의 가공방법은 공구의 절삭팁을 선단반경 중심으로 회전시키면서 공작물을 가공함으로써 절삭팁의 마멸량에 의한 가공오차를 줄일 수 있는 것으로, 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 절삭팁의 회전을 이용한 공작물의 가공방법은 먼저 수평방향인 Z축 방향으로 설치되는 주축(11)의 척(12)에 공작물(100)을 고정하는 공작물 고정단계와, 상기 Z축에 대해 수직 방향으로 설치되며 주축의 회전중심 또는 설정된 공작물의 가공 중심에 대해 회동되는 B축 테이블(13)에 설치되는 공구대(14)에 공구(200)를 고정하는 공구 고정단계를 수행한다.

상기 공구고정단계에 있어서, 상기 B축 테이블(13)의 공구대(14)에 설치되는 공구는 섕크부(210)와 이의 단부에 설치되는 절삭팁(220)을 구비하는데, 상기 절삭팁(220)은 단부에 소정의 선단반경(R)을 가지는 절삭부(221)를 갖는다. 상기 공구 고정단계에 있어서, B축 테이블(13)의 회전중심은 상기 절삭부(221)의 선단반경중심(C)과 일치시키거나 선단반경(R)의 중심으로 회전이 이루어짐과 아울러 공작물(100)의 가공할 곡면을 따라 공면의 궤적을 따라 이동되도록 B축 테이블(13)과 공구대(14) 및 공구를 장착한다.

상기와 같이 공구의 장착이 완료되면, 상기 척(12)에 장착된 공작물(100)을 상기 선단반경(R)을 가지는 절삭부(221)의 일측 부위를 이용하여 가공하는 제 1공작물 가공단계를 수행한다. 상기 1차공작물 가공단계에 의해 가공된 공작물(100)을 상기 절삭부(221)의 선단반경(R) 중심을 축으로 하여 B축 테이블(13)을 회전시켜 절삭부(221)의 타측을 이용하여 가공하는 제 2공작물 가공단계를 포함한다.

상기 제 1공작물 가공단계와 상기 제 2공작물 가공단계는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 연속된 공정으로 이루어지거나 공작물(100)의 황삭가공을 공작물의 제1가공단계로서 수행하고, 공작물의 황삭기공이 이루어진 후 제 2공작물 가공단계 즉, 절삭부를 선단반경(R)을 중심으로 회전시켜 공작물(100)을 정삭가공할 수 있다.

상기 제 1,2가공단계를 이용하여 공작물을 가공하는 단계에 있어서, 공작물의 곡면의 가공 시 상기 절삭팁(220)의 선단반경(R)의 중심으로 회전시켜 공작물(100)의 가공면과 절삭부(221)의 선단반경(R)을 중심으로 한 외주면이 상대이동하는 곡면가공단계를 더 구비한다. 상기 곡면가공단계는 곡면의 가공에 한정되지 않고, 평면 및 경사면의 가공에도 적용가능하다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 공작물의 가공방법은 공작물의 가공 시 절삭팁의 선단반경(R)의 중심이 이동되지 않고, 동일하게 유지할 수 있으므로 종래와 같이 선단반경 중심축(c)의 이동으로 인한 가공간섭의 발생을 줄일 수 있다. 특히 공구, 즉, 절삭팁(220)의 절삭부(221) 마멸구간을 회피하여 절삭부의 미사용영역을 사용함으로써 표면조도의 개선효과를 기대할 수 있다.

본 발명인의 실험에 의하면, 공작물을 가공 시 0.2㎛ 이하의 형상정밀도를 달성하기 위하여 3~4번의 가공을 수행하게 되는데, 종래에는 1차 형상가공 이후, 3번의 보정가공을 수행하여 0.2㎛ 이하의 형상정밀도를 달성하는 과정에서 공구의 마멸로 인하여 형상정밀도는 감소하고, 표면조도는 점차적으로 약화된다. 그러나 본 발명은 가공방법은 도 4에 도시된 바와 같이 공작물(100)의 가공이 선단반경(R)의 중심을 기준으로 하여 절삭부(221)를 소정의 각도( 약 0.5도) 회전시켜 절삭부(221)의 비사용영역을 이용하여 공작물을 가공하게 되므로 형상정밀도가 감소하거나 표면조도가 약화되는 것을 방지됨을 알 수 있었다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 절삭팁의 회전을 이용한 공작물의 가공방법은 절삭공구의 사용거리에 비례한 공구 마멸량의 증가로 인한 형상정밀도와 표면조도가 약화되는 원인과, 절삭공구의 선단반경 중심의 위치 변동에 따른 간섭을 근본적으로 방지하여 공작물의 가공에 따른 가공정밀도를 향상시킬 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록 청구 범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

본 발명의 절삭팁의 회전을 이용한 공작물의 가공방법은 B축 테이블을 가진 공작기계 뿐만아니라 각종 NC, 머시닝 센터 등의 공작기계에 널리 적용가능하다.

Claims (2)

1. 수평방향인 Z축 방향으로 설치되는 주축의 척에 공작물을 고정하는 공작물 고정단계와,
   상기 Z축에 대해 수직 방향으로 설치되며 B축 테이블의 공구대에 절삭을 위한 선단반경을 가지는 절삭부를 구비한 절삭팁이 장착된 절삭공구를 고정하는 공구 고정단계와,
   상기 선단반경을 가지는 절삭부의 일측 부위를 이용하여 상기 척에 장착된 공작물을 가공하는 제 1공작물 가공단계와,
   상기 제 1공작물 가공단계에 의해 가공된 공작물을 상기 절삭부의 선단반경 중심을 축으로 하여 B축 테이블을 회전시켜 절삭부의 타측을 이용하여 가공하는 제 2공작물 가공단계를 포함하며,
   제 1공작물 가공단계에 있어서, 공작물의 곡면의 가공 시 상기 절삭팁의 선단반경의 중심으로 회전시켜 공작물의 가공면과 절삭부의 선단반경을 중심으로 한 외주면이 상대이동하는 곡면가공단계를 구비한 것을 특징으로 하는 절삭팁의 회전을 이용한 공작물의 가공방법.
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