KR0160532B1

KR0160532B1 - 기계식프레스장치

Info

Publication number: KR0160532B1
Application number: KR1019940027403A
Authority: KR
Inventors: 헤이자부로 가또
Original assignee: 오가와 히로우미; 가부시끼 가이샤 산꾜 세이사꾸쇼
Priority date: 1993-10-26
Filing date: 1994-10-26
Publication date: 1999-01-15
Also published as: US5544576A; DE4437958A1; IT1268644B1; ITTO940855A1; DE4437958C2; KR950011107A; JPH07116897A; ITTO940855A0

Abstract

기계식프레스장치에 있어서, 플라이휠은 입력축에 고정되어 부착되고, 구동용 판캠은 입력축 중간 역단부에 고정되어 부착되고, 토크보상용 판캠은 입력축의 타단부에 부착된다. 탄성력발생장치의 피스톤로드의 말단부에 부착된 캠팔로워는 입력축에 발생된 부하변동을 상쇄하도록 토크보상용 판캠에 접촉하여 가압하는데에 유지된다. 탄성력발생장치는 압력 코일스프링이나 에어스프링을 사용한다. 이 구성으로 기계식프레스가 작업하는 동안 매1회전마다 반복해서 발생된 주기적인 관성부하변동이 에너지 보존 시스템에 의해 보상되어 상쇄되고, 그것에 의해 에너지가 균형을 유지하여 입력축의 회전내의 변화들이 제거되고, 따라서 진동과 소음을 감소한다.

Description

기계식프레스장치

제1도는 본 발명의 한 실시예늬 개략적 정단면도.

제2도는 본 프레스장치의 개략적 좌측면 단면도.

제3도는 본 프레스장치의 개략적 우측면 단면도.

제4도는 제1도의 프레스장치내에서의 슬라이더 스트로크(slider stroke)와 가속도와 속도의 관계를 나타내는 그래프.

제5도는 본 발명의 기계식 프레스장치의 또 다른 실시예의 개략적 정단면도.

제6도는 제5도의 기계식프레스장치의 개략적 좌측면 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 프레임 7 : 슬라이더

13, 14 : 캠 팔로워(cam follower) 15 : 입력축

16 : 구동용 판캠 19 : 플라이휠

20 : 모터 21 : 풀리

22 : 벨트 23 : 토크보상용 판캠

24 : 탄성력발생장치 25 : 피스톤로드

26 : 캠팔로워 27 : 실린더

28 : 압축코일스프링 29 : 에어

30 : 압력조정장치

본 발명은, 슬라이더가 판캠에 의하여 프레임에 대해 선형적으로 비례하여 왕복직선운동을 하는 기계식프레스장치에 관한 것이다.

판캠을 이용하는 기계식프레스장치에서는, 판캠이 플라이휠을 통하여 모터로부터 동력을 전달받는 입력축에 고정적으로 장착되어 있고, 한쌍의 상·하 캠팔로워가 연직방향으로 슬라이딩 운동가능하도록 프레임상에 장착된 슬라이더에 장착되어 있다. 판캠의 가장자리 단부는 한 쌍의 캠팔로워 사이에 유지되고, 이러한 구성으로 판캠의 회전운동은 슬라이더의 왕복직선운동으로 변환된다. 슬라이더에 왕복운동을 가하면, 슬라이더의 관성부하, 불균형 부하, 가압부하등이 입력축에 변동부하토크를 제공한다. 이러한 변동부하토크들이 증대하면, 입력축은 모터의 구동토크만으로는 회전하지 못할 수 도 있다. 이것을 피하기 위해, 종래에는 입력축의 일단 부에 플라이휠을 부착하여, 플라이휠의 관성력이 입력축의 급격한 변동부하토크를 흡수할 수 있도록 하였다. 이러한 구성에 의해 입력토크의 최대치가 경감되고, 따라서 비교적 작은 모터의 출력토크에 의해서 장치가 작동될 수 있다.

최근에, 전자부품의 소형화, 고밀도화와, 깨끗한 환경에 대한 요구가 증대됨에 따라, 소음이 적은 고정밀도의 고성능 기계식프레스장치가 요망되어 왔다. 이러한 관점으로부터 프레스장치들을 재검토하면, 현재 사용되고 있는 기계식프레스장치는 플라이휠을 사용하여 모든 변동부하를 흡수할 수 있도록 설계되어 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 프레스작업에서와 같이 순간적으로 발생된 과대 부하변동을 큰 플라이휠의 관성력에 의해 흡수하는 것은 매우 합리적이며 또 기구적인 관점에서도 가장 바람직하다.

그러나, 슬라이더에 왕복운동을 부여할 때 발생된 일정의 부하변동은 저속운전시에는 무시될 수 있지만, 고속운전시에는 그 에너지는 프레스작업의 에너지를 초과하게 되어, 플라이휠에 부착된 입력축의 회전속도가 증감하고 이에 의해 매 회전마다 주기적으로 변동한다. 이러한 입력구동 시스템의 회전변동은 프레스의 진동과 소음의 원인이 될 뿐만 아니라, 클러치와 브레이크의 내구성에도 악영향을 주는 것으로 알려져 있다.

본 발명의 목적은, 상술한 문제점들을 고려하여, 기계식프레스의 운전중에 매 회전마다 반복적으로 발생되는 주기적인 관성부하변동이 에너지지가 보존되는 다른 시스템에 의해 보상됨으로써 상쇄되도록 하여, 에너지의 균형을 맞추어 입력축의 회전변동을 제거하여 진동과 소음을 감소시킬 수 있는 기계식프레스장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 선단부에 부착된 플라이휠을 구비한 입력축과, 입력축에 모터의 회전력을 전달하도록 입력축에 작동가능하게 연결된 모터와, 슬라이더와, 회전을 위해 입력축에 고정해서 부착된 구동용 판캠과, 구동용 판캠의 회전운동을 슬라이더의 왕복직선운동으로 변환시키기 위한 캠팔로워와, 입력축에 발생된 부하변동토크를 상쇄하기 위해 입력축의 타단부에 부착된 토크보상용 판캠과, 피스톤로드를 포함하는 탄성력발생장치와, 피스톤로드의 말단에 부착되어 토크보상용 판캠에 대해 가압된 캠팔로워를 포함하는 기계식프레스장치가 제공된다.

탄성력발생장치는, 피스톤로드를 슬라이딩가능하게 수용하는 실린더내에 설치된 압축코일스프링이나, 실린더내에 봉입된 가스를 사용한다.

본발명의 위와 같은 구성에 의하여 ,입력축에 발생된 부하변동토크는 토크보상용 판캠에 의해 상쇄되고, 이에 따라 입력축의 회전의 변동과 불규칙성이 제거되어 진동들과 소음들이 감소될 수있었다.

제1도는 본 발명의 바람직한 일 실시예의 개략적 정단면도, 제2도는 본 프레스장치의 개략적 좌측면 단면도, 제3도는 본 프레스장치의 개략적 우측면 단면도이다. 프레임(1)은 박스형상으로서, 상부지지부(2)와, 중간지지부(3) 및 하부지지부(4)를 가진다. 슬라이더(7)는 베어링(5, 6)을 개재하여 연직방향으로의 슬라이딩 운동가능하도록 프레임(1)의 상부지지부(2)와 중간지지부(3)에 장착되어 있으며, 베어링(5, 6)은 슬라이더(7)의 상부안내부(8)와 하부안내부(9)를 각각 지지한다. 상부다이(10)는 슬라이더(7)의 하단부에 설치되고, 하부다이(11)는 받침대(12)를 통하여 프레임(1)의 하부지지부(4)에 설치된다.

한쌍의 상·하부 캠팔로워(13 및 14)는 슬라이더(7)의 중간부에 회전가능하게 설치되어 있고, 입력축(15)은 슬라이더(7)의 중간부를 수평방향으로 관통하여 연장되어, 한쌍의 캠팔로워(13 및 14) 사이를 통과한다. 하트형의 구동용 판캠(16)은 입력축(15)에 고정적으로 장착되어, 한쌍의 캠팔로워(13 및 14) 사이에 유지된다. 입력축(15)은 그 양단부들이 베어링(17 및 18)에 의해 프레임(1)에 회전가능하게 설치되어 있다. 플라이휠(19)은 축체결요소(19a)를 통해 입력축(19)의 일단부에 고정되어 있고, 이 플라이휠(19)은 프레임(1)의 상부지지부(2)에 설치된 모터(20)의 회전축에 고정된 풀리(21)에 의해 벨트(22)를 통하여 회전구동된다. 토크보상용 판캠(23)이 입력축(15)의 타단부에 고정되고, 캠팔로워(26)은 프레임(1)의 배판에 고정된 탄성력발생장치(24)의 피스톤로드(25)의 말단부에 회전가능하게 장착된다. 캠팔로워(26)는 토크보상용 판캠(23)에 가압접촉상태로 유지된다. 탄성력발생장치(24)는 피스톤로드(25)를 슬라이딩 가능하게 수용하는 실린더(27)내에 설치되는 압축코일스프링(28)을 구비하고 있고, 캠팔로워(26)는 압축코일스프링(28)에 의해 토크보상용 판캠(23)의 가장자리 단부에 접촉하도록 가세(加勢)된다.

도면에서, 참조부호 16a와 23a는 각각 축 체결요소들을 표시하며, 참조부호 14a는 니들을 표시한다.

이하에서는 전술한 기계식프레스장치의 작동에 대해 설명한다. 모터(20)가 회전하고 그 회전력을 풀리(21)와 벨트(22)를 통해 플라이휠(19)에 전달하여 입력축(15)을 회전시키면, 슬라이더(7)는 구동용 캠(16)과 한쌍의 캠팔로워(13 및 14)를 통해 연직방향으로 왕복운동하고, 작업물은 슬라이더(7)와 프레임(1)의 하부지지부(4)에 각각 장착된 상부다이(10)와 하부다이(11) 사이에서 가공된다. 한편, 입력축(15)의 타단부에 고정 설치된 토크보상용 판캠(23)은, 작업물의 가공중 슬라이더(7)의 왕복운동에 의해 입력축(15)에 발생된 부하변동토크를 상쇄시키는 역할을 한다.

슬라이더(7)의 왕복운동중 연속 회전하는 입력축(15)에 작용하는 관성토크(Ts)는, 다음 식과 같이 슬라이더(7)의 가속도(A)와 속도(V)의 곱에 비례한다. th는 슬라이더(7)의 일 스트로크에 소요되는 시간을 표시한다.

Ts = I(Th²/th²/θh)A·V

여기서, I는 슬라이더의 관성모멘트(kgf·m/s²)를 나타내고, Th는 슬라이더의 변위(rad)를, th는 Th만큼 회전하는데 소요되는 시간(s)을, θh는 입력축변위(rad)를 각각 나타낸다.

위의 공식으로부터 알 수 있는 바와 같이, Ts는, A·V에 비례하고, 제4도에서 사선으로 표시된 바와 같이, 음의 토크가 슬라이더 스트로크(S)의 하사점까지의 전반부에서 발생된다. 양의 토크는 하사점으로부터의 후반부에서 발생된다. 이와 유사하게, 상사점에 있어서도, 상사점까지의 전반부에서 음의 토크가 발생하고, 상사점으로부터의 후반부에 양의 토크가 발생한다. 이러한 토크들을 상쇄시키기 위하여, 이러한 토크들에 비례하는 역토크들이 토크보상용 판캠(23)과 탄성력발생장치(24)에 의해서 발생되어 토크(에너지)는 입력축(15)의 한 회전 전범위내에 걸쳐 균형을 유지할 수 있다.

탄성력발생장치(24)의 압축코일스프링(28)의 스프링상수(F)에 기인하여, 입력축(15)엥작용하는 토크(Tk)는 다음 식으로 표현되며, 여기서 y는 토크보상용 판캠(23)의 변위를 표시한다.

Tk = Fdy/dθ = Fyth/θh

토크(Ts)와 토크(Tk)의 합이 항상 제로로 되도록 상기 식들을 풀면, 토크보상용 판캠(23)의 윤곽을 구할 수 있고, 입력축(15)의 부하변동은 전술한 바와 같이 상쇄되며, 이에 따라 진동과 소음이 감소되고, 운전 효율성이 향상되며, 에너지 절약효과도 기대할 수 있다.

제5도는 본 발명의 다른 바람직한 실시예의 개략적 정단면도이고, 제6도는 이 프레스장치의 개략적 우측면 단면도이다. 이 프레스장치의 좌측면도는 제2도의 것과 비슷하다. 전술한 첫번째 실시예의 프레스장치에서는 탄성력발생장치(24)가 압축코일스프링(28)을 채용하고 있지만, 본 실시예에서는 에어스프링을 사용한다. 나머지 구성은 첫번째 실시예의 것과 같으므로, 첫번째 실시예의 것들과 각각 동일한 본 실시예의 부분들은 각각 동일한 참조부호로 표시되어 있고, 그에 대한 설명은 생략한다. 제5도와 제6도를 참조하면, 탄성력발생장치(24')에 있어서, 캠팔로워(26')는 피스톤로드(25')의 말단부에 회전가능하게 장착되어 있고, 에어(29)는 피스톤로드(25')를 슬라이딩 가능하게 수용하는 실린더(27')내에 봉입되어 있다. 봉입된 에어(29)는 다른 적합한 가스로 대체되어도 좋다. 실린더(27')내의 공기압력을 조절하는 압력조절기(30)는 실린더(27')에 연결되어 있다.

이 실시예에서는 에어스프링이 탄성력 발생수단으로써 사용되므로, 압력조절기(30)에 의해 실린더(27')내의 에어압력을 조절함으로써, 토크보상을 위한 미세조정이 용이하게 행하여질 수 있다는 잇점이 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에서는, 토크보상용 판캠이 입력축의 단부에 설치되어 있고, 탄성력발생장치의 피스톤로드의 말단부에 장착된 캠팔로워가 토크보상용 판캠에 대해 가압되어 입력축에 발생된 부하변동 토크를 상쇄시킨다. 이에 따라 입력축의 회전변동이나 불규칙성이 제거되어 진동과 소음이 감소하고, 작업능률이 항상되며, 에너지 절약효과도 기대된다.

Claims

일단부에 플라이휠(19)가 장착된 입력축(15)과, 상기 입력축에 작동가능하게 연결되어 상기 입력축에 회전력을 전달하는 모터(20)와, 슬라이더(7)와, 상기 입력축과 함께 회전하도록 상기 입력축에 고정 장착된 구동용 판캠(16) 및 상기 구동용 판캠의 회전운동을 상기 슬라이더의 왕복직선운동으로 변환시키는 킴팔로워를 포함하는 기계식프레스장치에 있어서, 상기 입력축의 타단부에 장착되어 상기 입력축에 발생된 부하변동토크를 상쇄하는 토크보상용 판캠(23)과, 피스톤로드(25, 25')를 포함하는 탄성력발생장치(24, 24')와, 상기 피스톤로드의 말단부에 장착되어 상기 토크보상용 판캠에 대해 가압되는 캠팔로워(26, 26')를 포함하는 것을 특징으로 하는 기계식프레스장치.
제1항에 있어서, 상기 탄성력발생장치(24)는, 상기 피스톤로드(25)를 슬라이딩가능하게 수용하는 실린더(27)와, 상기 실린더내에 설치되어 상기 피스톤로드를 가세하는 압축코일스프링(28)을 포함하는 것을 특징으로 하는 기계식프레스장치.
제1항에 있어서, 상기 탄성력발생장치(24')는, 상기 피스톤로드를 슬라이딩가능하게 수용하는 실린더(27')와, 상기 실린더내에 봉입되어 상기 피스톤로드를 가세하는 가스(29)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기계식프레스장치.