KR100604201B1 - 서보모터를 이용한 클린칭 타입의 헤밍장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 서보모터와 스크류를 헤밍링크기구의 구동원으로 채용함으로써, 유압실린더를 구동원으로 사용하던 종래의 클린칭 타입의 헤밍장치의 문제점을 해결하고자 한다. 특히, 본 발명은 링크유니트를 작동시키기 위해 서보모터가 작동하는 동안 스크류(Screw) 축에 미치는 굽힘모멘트를 최대한 극복할 수 있는 구조의 클린칭 타입의 헤밍장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이를 위해 본 발명에 의한 헤밍장치는, 서보모터가 작동하는 동안 스크류(Screw) 축에 미치는 굽힘모멘트를 최소화함과 동시에 정확한 직선운동을 가이드하기 위한 선형 가이드(Linear Guide)를 설치한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 헤밍장치는 전기적 신호에 의해 모터의 회전속도와 회전량으로 헤밍링크유니트를 제어할 수 있기 때문에 헤밍 툴(tool)의 완벽한 동기화가 가능하여 설비의 내구력을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 가압력을 자유롭게 조절할 수 있어 헤밍의 품질향상을 용이하게 달성할 수 있는 장점이 있는 발명이다.

헤밍, 클린칭 타입, 서보모터, 스크류, 가이드, 굽힘모멘트

Description

서보모터를 이용한 클린칭 타입의 헤밍장치{HEMMING PRESS DRIVEN BY A SCREW AND SERVO MOTOR}

도 1은 종래 일반적인 클린칭 타입의 헤밍장치 개념도

도 2는 일반적인 클린칭 타입의 헤밍장치의 개념을 설명하기 위한 사시도

도 3은 종래 유압실린더 구동방식의 클린칭타입 헤밍장치에서 굽힘모멘트 발생을 설명하는 개념도

도 4는 본 발명에 의한 헤밍장치의 개략적 구성도

< 주요 도면부호에 대한 명칭 설명 >

1: 공작물 2: 예비헤밍 tool

3: 메인헤밍 tool 4: 서보모터

5: 기어박스 6: 볼스크류

7: 스크류너트 8: LM-가이드

9: 베이스플레이트 10: 브라켓

11: 구동링크 12: 가이드 블럭

13: 스크류하우징 100: 헤밍링크Unit

1. 미국 특허공보 US 5,457,981 (1995. 10. 17. 공고) : 하나의 메인 구동수단에 의해 예비헤밍 툴(pre-hemming tool)과 메인헤밍 툴(final hemming tool)을 동시에 구동시키는 클린칭타입의 헤밍장치에 관한 것으로, 유압 실린더의 작동에 의하여 예비헤밍과 메인헤밍작업을 순차적으로 수행하도록 한 것이다. 유압실린더의 대체수단으로 스크류와 서보모터를 적용할 수도 있다는 내용이 기재되어 있다.

2. 한국 등록실용신안공보 제20-0344041호(2004. 03. 12. 등록공고) : 상부금형을 하강시켜 고정된 하부 금형에 재치된 공작물에 대해 헤밍작업을 수행하던 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 하부금형을 상승시키도록 구성하고, 메인 베이스 상에서 다수 개의 유압실린더에 의하여 승하강 가능하게 설치하여 이 유압 실린더에 의하여 지지축을 중심으로 일정 구간 회동하면서 하부금형과의 사이에서 예비헤밍을 수행하는 것을 그 요지로 하고 있다.

본 발명은 하나의 서보모터로 예비헤밍 툴과 메인헤밍 툴을 순차적으로 작동시키기 위한 클린칭 타입의 헤밍장치에 관한 것이다.

헤밍(Hemming)작업은, 예를 들면 자동차의 도어, 테일 게이크, 트렁크 리드, 후드 등과 같이 내부판넬과 외부판넬을 결합하기 위하여 외부판넬의 외주면을 내부 판넬 외주면에 감쌀 수 있도록 외부판넬 외주면을 절곡하여 결합하는 작업을 말한다. 이러한 헤밍작업은 고정된 상태의 하부금형에 공작물을 재치시키고, 상부금형을 승하강 시키면서 하부 금형 주변을 따라 적당히 배치된 헤밍 툴 장치를 작동시키는 구성으로 이루어지는 것이 일반적이다. 이러한 방식의 헤밍장치를 일반적으로 프레스 타입의 헤밍장치라고 한다.

이와 같은 프레스 방식의 헤밍장치는 상부 금형을 승하강 시키기 위하여 대형 프레스 장비가 구비되어야 하며, 또 이로 인한 생산설비 공간의 충분한 확보가 요구되고, 다양한 차종의 소량 생산에는 비경제적인 문제점이 제기되었다.

이러한 요구에 따라, 대형 프레스가 필요없는 클린칭 타입의 헤밍장치들이 프레스 타입의 헤미장치가 부적절한 생산현장에 적용되어 오고 있다. 클린칭 타입의 헤밍장치는 흔히 테이블 탑(Table Top) 방식이라고도 불리는데, 상부 금형과, 이 상부금형을 숭하강 시키기 위한 프레스장비가 없이, 각각의 구동원(즉, 유압실린더)를 장착한 헤밍링크 유니트를 하부금형에 고정하여, 이들 각각의 구동원을 작동시켜 외부판넬의 외주면 플랜지를 절곡하는 방식의 헤밍장치이다. 도1은 일반적인 클린칭타입의 헤밍장치에 의한 헤밍작업공정을 설명하기 위한 작동 개념도이다.

그러나, 이와 같은 클린칭 타입의 헤밍장치는 유압 실린더를 구동수단으로 채택하고 있어 여러가지 많은 문제점을 야기하고 있다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 헤밍작업에 필요한 적정 가압력을 유지하기 위하여 하나의 툴(tool, 또는 블레이드(blade)라 하기도 함)에 두 개 또는 세 개의 헤밍링크 유니트가 체결되는 경우가 많다. 물론, 헤밍링크 유니트마다 각각 유압실린더가 구비되어야 한다. 그런데, 헤밍대상 공작물이 편평하지 않고 경사면으로 이루어진 경우(대표적 사례로서, 승용차량의 트렁크 리드)에는, 헤밍 툴의 회전 중심에서부터 공작물의 가공대상위치(높이 및 거리)가 일정하지 않기 때문에, 헤밍 툴이 일체로 동작하더라도 헤밍이 시작되는 순간에 헤밍 툴의 회전 각속도가 각 가공 위치마다 달라지게 되어 정밀한 헤밍가공이 이루어지지 못하고 절곡부위에 주름이 발생하거나 절곡위치의 변경이 초래되는 등의 많은 문제점이 야기되며, 각 유압 실린더마다 유량조절밸브를 구비하고 가공물의 헤밍위치(높이 및 거리)에 따라 각 유압실린더의 유량조절밸브를 제어하여 헤밍 툴의 좌우측 작동 속도를 맞추고 있으나, 이 역시 완벽한 동기화가 불가능하여 헤밍 툴이 편하중을 받으며 동작하기 때문에 내구성이 현저히 저하되고 있는 실정이다.

또한, 유압공급을 위한 유압펌프의 설치공간 확보, 유압실린더의 작동유 공급을 위한 유압공급라인으로 인해 작업자의 활동에 불편을 초래할 뿐만 아니라 유압펌프의 작동소음과 유압충격력에 의한 경음발생으로 인한 소음, 작동유의 누유 등으로 인한 작업환경 오염 등 많은 불편함이 야기되고 있다.

물론, 앞서 밝힌 바와 같이, 유압실린더를 대신하여 스크류와 서보모터를 채용하여 헤밍링크Unit를 작동하는 방식의 기술이 US 5,457,981호(1995.10.17. 공고)에서 이미 개시되어 있다. 그러나, 지금까지 알려진 유압구동방식 또는 서보모터 구동방식의 헤밍장치들에서 제기되고 있는 또 하나의 문제점으로서, 링크유니트를 작동시키기 위한 로드(Rod) 또는 스크류(Screw)의 파손이 심각한 문제로 인식되고 있다. 그 이유는 바로, 도 3에 도시한 바와 같이, 스트로크 끝단에서 가압할 때, 실린더의 힌지점에서 마찰력이 극대화되어 실린더 로드(또는 스크류축)의 부하방향으로 실린더 본체의 회동이 자유롭지 못하게 되므로, 로드(또는 스크류축)의 끝단에는 순간적으로 축의 수직방향으로 큰 힘이 작용하게 됨과 동시에 상기 로드(스크류축)에는 굼힘모멘트가 작용하게 되기 때문이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 서보모터와 스크류를 헤밍링크기구의 구동원으로 채용함으로써, 유압실린더를 구동원으로 사용하던 종래의 클린칭 타입의 헤밍장치의 문제점을 해결하고자 한다.

특히, 본 발명은 링크유니트를 작동시키기 위해 서보모터가 작동하는 동안 스크류(Screw) 축에 미치는 굽힘모멘트를 최대한 극복할 수 있는 구조의 클린칭 타입의 헤밍장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 헤밍장치는, 서보모터(4)가 작동하는 동안 스크류(Screw) 축(6)에 미치는 굽힘모멘트를 최소화함과 동시에 정확한 직선운동을 안내하기 위한 선형 가이드(Linear Guide)(8)를 베이스플레이트(9)에 설치한 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명에 의한 헤밍장치의 바람직한 실시예를 첨부도면에 따라 상세히 설명한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 헤밍장치는, 서보모터(4)의 회전속도 및 회전량을 제어하는 전기적 컨트롤러와, 상기 서보모터의 회전축에 연결되어 모터의 회전력을 이송운동으로 변환시키는 볼스크류(6)와, 상기 볼 스크류의 스크류너트(7)에 힌지결합되어 헤밍링크Unit(100)를 동작시키는 구동링크(11)로 구성되어 이루어지되, 서보모터가 고정되는 베이스플레이트(9)에 LM-가이드(8)가 설치되고, 상기 스크류너트(7)의 일측면에는 가이드 블럭(12)이 설치되어 상기 LM-가이드를 따라 상기 스크류너트(7)가 안내될 수 있도록 구성된다.

상기 볼스크류의 양단에는 스크류하우징(13)이 구비되고, 이 스크류하우징은 베이스플레이트(9)에 고정된다. 베이스플레이트는 하부금형의 브라켓(10)과 힌지(P1)로 결합되어 서보모터가 작동할 때 이 힌지점을 기준으로 자유롭게 회전될 수 있도록 설치된다.

상기 LM-가이드(8)는 스크류너트(7)의 이동시에 간섭이 일어나지 않도록 하기 위하여, 구동링크(11)가 결합된 스크류너트(7)의 반대측에 위치되어야 한다.

또한, 서보모터(4)와 볼스크류(6) 사이에는 기어박스(5)가 구비되어 서보모터의 회전력을 증폭시킴으로써, 헤밍작업에 필요한 큰 힘을 얻을 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작동과정을 간략히 설명하면 다음과 같다.

헤밍대상 공작물의 가공위치(높이 및 거리)에 따라 헤밍링크유니트(Unit)의 각각의 서보모터의 동작개시 시점과 속도를 사전에 설정하여 컨트롤러에 입력한다.

컨트롤러에 의하여 서보모터가 회전하면 모터의 회전력은 기어박스를 거쳐 큰 회전토오크를 발생시키면서 볼스크류에 회전력이 전달되고, 볼스크류의 회전에 따라 스크류너트는 볼스크류 및 L-M가이드를 따라 위쪽으로 직선운동을 개시한다.

스크류너트의 직선 이동거리에 따라, 구동링크가 힌지점을 중심으로 회동하고, 따라서 헤밍링크유니트의 구동링크의 회전량에 따라 메인헤밍 툴과 예비헤밍 툴이 진입되어 예비헤밍작업이 선행되어 완료된 후 후퇴하며 계속 하방향으로 회동된 메인헤밍 툴이 공작물을 가압하여 헤밍작업이 완료하게 된다.

예비헤밍 툴의 동작궤적과 메인헤밍 툴의 동작궤적에 대해서는 본 발명의 핵심적 내용과 관련성이 없으므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

물론, 본 발명에 의한 서보모터를 이용한 헤밍장치 또한 종래의 유압용 헤밍장치와 마찬가지로 예비용 평행링크의 위치와 형상 변경을 통해서 다양한 진입각도를 얻을 수 있다.

이상에서 본 발명에 의한 서보모터를 이용한 헤밍장치를 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 기준으로 설명하였으나, 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 서보모터를 이용한 본 발명의 헤밍장치는 유압력의 제어가 아니라, 전기적 신호에 의해 모터의 회전속도와 회전량으로 헤밍링크유니트를 제어할 수 있기 때문에 헤밍 툴(tool)의 완벽한 동기화가 가능하여 설비의 내구력을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 가압력을 자유롭게 조절할 수 있어 헤밍의 품질향상을 용이하게 달성할 수 있는 장점이 있는 발명이다.

부가적으로 장점으로서, 유압 사용으로 인한 작업환경(청결과 소음문제)의 개선은 물론 작동시에만 전기를 공급하기 때문에, 무부하 연속운전이 불가피한 유압식에 비해 소비 에너지를 절감할 수 있는 큰 잇점이 있다.

Claims (1)

1. 각각의 구동수단을 장착한 헤밍링크유니트(Unit)를 하부금형에 고정하여, 이들 각각의 구동수단을 작동시켜 외부판넬의 외주면 플랜지를 절곡하는 방식의 헤밍장치에 있어서,

   상기 구동수단은 서보모터(4)와; 상기 서보모터의 회전속도 및 회전량을 제어하는 전기적 컨트롤러와; 상기 서보모터의 회전축에 연결되어 모터의 회전력을 이송운동으로 변환시키는 볼스크류(6)와; 상기 볼스크류의 양 끝단을 지지하는 스크류하우징(13)과; 상기 스크류하우징(13)을 고정하며 브라켓(10)과 힌지(P1)결합되어 구성되는 베이스플레이트(9)와; 상기 볼 스크류의 스크류너트(7)에 힌지결합되어 헤밍링크Unit(100)를 동작시키는 구동링크(11)로 구성되어 이루어지되,

   상기 베이스플레이트(9)에는 LM-가이드(8)가 볼스크류(6)와 동일 방향으로 설치되며,

   상기 스크류너트(7)의 일측면에는 가이드 블럭(12)을 고정하여 상기 LM-가이드(6)를 따라 상기 스크류너트(7)가 안내될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 서보모터를 이용한 클린칭 타입의 헤밍장치.

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