KR100655306B1 - 공작기계의 초정밀 이송시스템을 위한 클램프 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공작기계의 초정밀이송 시스템을 위한 클램프 장치에 관한 것으로, 특히 테이블이 에어 및 유압에 의해 레일에서 부양된 이후에 외부로부터의 미세한 힘의 작용으로 인한 불규칙한 피드백신호의 이상동작을 방지하는 클램프 장치에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 공작기계의 테이블 베이스 양측 상단에 구비된 레일과, 상기 레일 상부에 면접한 에어실린더브라켓과, 상기 에어실리더브라켓 일측에 구비된 에어실린더와, 상기 에어실린더의 내부에 구비되고 에어실린더의 외부로는 일부가 돌출된 로드와, 상기 로드의 일측에 구비된 고무스토퍼 및 일단은 상기 고무스토퍼와 면접되며 타단은 테이블의 일측에 고정하는 플레이트로 구비하여 이루어진 것이 특징이다.

클램프, 공작기계, 테이블, 센서, 이송, 정밀이송

Description

공작기계의 초정밀 이송시스템을 위한 클램프 장치{A Clamp apparatus for a precision transfer system in machining center}

도 1a 및 도 1b는 공작기계의 초정밀 이송시스템의 개략도,

도 2a 및 도 2b는 종래의 에어실린더를 이용한 테이블 클램프 장치,

도 3a는 본 발명에 따른 공작기계의 초정밀 이송시스템을 위한 수평형 클램프 장치,

도 3b는 본 발명에 따른 공작기계의 초정밀 이송시스템을 위한 수직형 클램프 장치,

도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공작기계의 초정밀 이송시스템을 위한 클램프 장치를 도시한 도면,

도 4b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 공작기계의 초정밀 이송시스템을 위한 클램프 장치를 도시한 도면이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1: 리니어스케일 헤드 2: 헤드부 고정브라켓

3: 리니어스케일 4: 테이블

5: 유압(에어)공급부 6: 레일

7: 액츄에이터 8: 베이스

9: 에어실린더 10: 고정용 서포트

11: 에어실린더브라켓 12: 로드

20: 수평형 플레이트 21: 수직형 플레이트

40: 수평형 굴곡플레이트 41: 수직형 굴곡플레이트

30: 고무 스토퍼 40a, 41a: 굴곡부

본 발명은 공작기계의 초정밀이송 시스템을 위한 클램프 장치에 관한 것으로, 특히 테이블이 에어 및 유압에 의해 레일에서 부양된 이후에 외부로부터의 미세한 힘의 작용으로 인한 불규칙한 피드백신호의 이상동작을 방지하는 클램프 장치에 관한 것이다.

일반적으로 초정밀 이송계의 경우 테이블과 레일 사이에 마찰력을 줄이기 위하여 에어나 기름의 압력을 이용하여 테이블을 레일 위에 부양시키고, 부양된 테이블의 위치를 피드백 시스템의 구성중 비접촉식인 리니어스케일 헤드부와 리니어스케일(여러가지가 있겟으나 본문에서는 이것을 사용하며 이하 '센서'라 함)을 구비하여 측정하고 이에 따른 피드백신호를 제어회로부에 인가하면 제어회로부에서 컨트롤하여 액츄에이터를 동작시킨다.

이때, 테이블이 레일로부터 부양하지 않은 상태에서는 센서가 테이블의 위치를 파악할 수가 없다.

이는, 초정밀 이송계의 경우 피드백시스템의 구성중 하나인 센서가 테이블이 부양한 경우에만 인식할 수 있도록 설정한 것으로, 센서의 위치파악 기능이 정밀하기 때문이며 그렇기에 테이블의 상하위치를 제어회로부가 정확히 인식하여 정밀이송 할 수 있는 것이다.

따라서, 에어와 기름의 압력을 이용하여 부양된 테이블을 센서에 의해 제어회로부에 피드백신호를 보내고 제어호로부는 현위치를 파악하여 정밀이송을 제어하게 되는데, 이때 부양된 테이블은 마찰력이 거의 없는 관계로 외부의 미세한 힘이 작용하면 어느 한 방향으로 이동하게 된다.

따라서, 센서에 의한 피드백신호가 지속적으로 제어회로부에 인가하게 되고, 이러한 불규칙한 피드백신호의 영향으로 제어회로부는 테이블의 초기점을 인식할 수 없을 뿐만 아니라 테이블의 정밀 이송동작을 실행할 수 없는 것이다.

그래서, 부양된 테이블을 제어회로부가 초기값을 세팅할 때까지 움직이지 못하게 하는 클램프 기구가 필요한 것이며, 그리하여 만들어진 것이 도 2a 및 도 2b에 도시된 종래의 클램프 장치이다.

도 2a는 에어실린더(9)를 이용한 클램프 장치이며, 테이블(4)에 부착된 에어실린터(9)의 로드(12)가 레일(6)상에 구비된 고정용 서포트(10)와 면접하여 클랭핑 하는 구조이다.

상기와 같은 구성은 에어실린더(9)의로드(12) 끝단이 고정용 서포트와 면접되어 수직방향으로 부양하는 테이블의 부양을 어렵게 한다.

그리고, 도 2b는 에어실린더(9)가 테이블(4)의 측면에 구비된 에어실린더브 라켓(11)에 부착된 구조이며, 에어실린더(9)가 작동하면 로드(12)는 레일(6)의 상면을 누르며 클램프하게 되는 것이다.

여기서, 테이블을 클램핑 하였을때 로드(12)는 테이블(4)의 수직방향으로 힘이 작용하므로 테이블(9)을 에어 및 유압에 의해 부양되는 값보다 더 들어올려질수도 있다.

따라서, 앞서 설명한 두 가지 방법은 에어 및 유압에 의해 수직방향으로 부양하려는 테이블의 이동을 저해하여 정밀이송을 하는데 문제점이 있었다.

다만, 에어실린더(9)의 압력을 낮게 설정하면 테이블(9)이 에어 및 유압에 의해 수직방향으로 부양하려는 힘에 대한 영향을 최소화할 수는 있을 것이다. 하지만, 에어실린더(9)의 낮은 압력은 클램핑력을 올바르게 이루어지지 않기 때문에 테이블이 이송방향으로 이동하는 등의 문제점을 유발한다.

따라서, 본 발명은 상기 전술한 문제점을 해결코자 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 테이블이 에어 및 유압에 의해 부양되었을때 외력에 의한 테이블의 유동을 잡아주고 테이블이 부양되는 힘의 영향에는 최소화하는 공작기계의 초정밀 이송시스템을 위한 클램프 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 공작기계의 테이블 양측 상단에 구비된 레일과 상기 레일 상부에 면접한 에어실린더브라켓과 상기 에어실린더브라켓 일측에 구비된 에어실린더와 상기 에어실린더의 내부에 구비되고 에어실린더의 외부로는 일부가 돌출된 로드와 상기 로드의 일측에 구비도니 고무스토퍼 및 일단은 상 기 고무스토퍼에 면접되며 타단은 테이블의 일측에 고정하는 플레이트로 구비하여 이루어져 있다.

여기서, 상기 플레이트는 수평형 및/또는 수직형으로 구비될 수 있다.

또한, 상기 플레이트는 일측에 굴곡부를 형성하여 구비하는 것으로도 된다.

한편, 본 발명의 실시예로는 다수 개가 존재할 수 있으며, 이하에서는 가장 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

이 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 목적, 기타의 목적, 특징 및 이점은 예시할 목적으로 도시한 첨부 도면과 관련해서 본 발명에 의한 실시예를 가지고 이하의 설명으로부터 보다 명백해질 것이다.

또한, 설명에 사용되는 각 도면에 있어서, 같은 구성성분에 관해서는 동일한 번호를 부여하여 표시하고 그 중복되는 설명을 생략하는 것도 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 의한 공작기계의 초정밀 이송시스템을 위한 클램프 장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 첨부된 도면에 있어서, 도 1a는 공작기계의 초정밀 이송시스템의 구조를 간략하게 나타낸 도면이며 테이블이 레일 위에 거치되어 있다.

도 1b는 도 1a의 테입르이 에어 및 유압에 의해 레일로부터 부양된 형태를 도시하였다.

도 2a는 종래의 에어실린더를 이용한 테이블 클램프 장치로서, 로드가 고정용 서포트에 수평으로 면접되도록 구비된 수평형 클램프 장치이다.

한편, 도 2b는 상기 도 2b를 응용한 수직형 클램프 장치이다.

그리고, 도 3a는 본 발명에 따른 공작기계의 초정밀 이송시스템을 위한 클램프 장치로서, 수평형으로 구비되고, 도 3b는 본 발명에 따른 공작기계의 초정밀 이송시스템을 위한 클램프 장치인 수직형으로 구비되어 있다.

또한, 도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공작기계의 초정밀 이송시스템을 위한 클램프 장치로서 굴곡부가 형성되어 있는 플레이트를 수평형식으로 구비한 예를 나타낸 도면이며, 도 4b는 도 4a를 응용한 또 다른 실시예인 공작기계의 초정밀 이송시스템을 위한 클램프 장치의 도면이다.

이상과 같이 예시할 목적으로 도시한 도면 제 1a 내지 4b를 참조하여 본 발명에 따른 공작기계의 초정밀 이송시스템을 위한 클램프 장치를 설명하면, 본 발명은 공작기계의 베이스(8) 상부 양측에 레일(6)이 구비되고 상기 레일(6)의 상부 일측은 헤드부 고정브라켓(2)과 결합되어 있고 상기 헤드부 고정브라켓(2) 내부는 리니어스케일 헤드(1)가 구비되어 있으며 상기 리니어스케일 헤드(1)에 감응되는 리니어스케일(3)이 테이블(4)의 일측에 설치되어 있다.

또한, 다른쪽 레일(6)의 상부 일측은 에어실린더브라켓(11)과 면접되어 결합되고, 상기 에어실린더브라켓(11)의 일측은 에어실린더(9)가 구비되어 있다.

여기서, 공작기계의 초정밀 이송시스템을 위한 클램프장치의 수평형은 에어실린더(9)가 에어실리더브라켓(11)의 상부에 구비되고, 공작기계의 초정밀 이송시스템을 위한 클램프장치의 수직형은 에어실린더(9)가 에어실린더브라켓(11)의 좌우측 어느 한 곳에 구비될 수 있도록 구성되어 있다.

한편, 상기 에어실린더(9)의 내부는 로드(12)가 구비되며, 상기 로드(12)의 일측에는 고무스토퍼(30)로 구성되어 있다.

또한, 상기 로드(12)는 에어실린더(9)의 외부로 일부가 돌출하여 구비되어 있고, 테이블(4)의 일측에 면접되어 고정되며 타측은 고무스토퍼(30)와 접면하는 플레이트로 구비되어 이루어져 있다.

그리고, 위와 같은 구성에 본 발명은 상기 테이블(4)을 클램핑 하는 플레이트의 형태에 따라 수직형 플레이트(21), 수평형 플레이트(20)로 구성될 수 있으며 상기 플레이트의 일측에 굴곡부(F)를 형성하여 구성하면 수평형 굴곡 플레이트(40), 수직형 굴곡 플레이트(41)로 나누어진다.

이상과 같이 구성되는 본 발명에 따른 공작기계의 초정밀 이송시스템을 위한 클램프 장치는, 도 3a 내지 4b를 참조하여 그 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 3a에 도시된 공작기계의 초정밀 이송시스템을 위한 수평형 클램프 장치를 도 1a 및 1b 그리고 3a를 참조하여 살펴보면, 베이스(8) 상부 일측에 레일(6)이 있고 상기 레일(6)에 안착된 테이블(4)은 유압(에어)공급부(5)에 의해 레일(6) 위로 부양하게 된다.

이렇게 부양된 테이블(4)은 마찰력이 없는 상태로서, 외부로부터 힘이 작용하면 그 작용하는 방향으로 쉽게 이동하게 된다.

이는, 테이블(4)의 정밀이송에 장애가 되는 요인으로 레일(6)의 상부 일측에 구비된 헤드부 고정브라켓(2) 내부의 리니어스케일 헤드(1)가 테이블(4) 일측에 구비된 리니어스케일(3)과의 감응위치 변동으로 지속적인 피드백신호가 발생해 제어 회로부(도시안됨)는 초기설정값을 정할 수 없으므로 이송이 불가능한 상태가 된다.

따라서, 위와 같은 상황을 해결하기 위한 수단으로 도3a에 도시된 바와 같이 테이블(4)이 부양되었을때 외부 힘의 작용으로부터 테이블(4)의 유동을 잡아주기 위해 레일(6)의 상부면에 고정된 에어실린더브라켓(11)과 에어실린더브라켓(11)의 일측에 구비된 에어실린더(9)와 에어실린더(9) 내부에 구비되고 에어실린더(9)의 외부로는 일부가 돌출된 로드(12)와 로드(12) 일측에 구비된 고무스토퍼(30)와 일단은 상기 고무스토퍼(30)에 면접되며 타단은 테이블(4)의 일측을 고정하는 플레이트가 구비되어 있는 것이다.

상기 테이블(4)이 유압(에어)공급부(5)에 의해 수직으로 부양되기 전에 에어실린더(9)가 테이블(4)에 부착된 수평형 플레이트(20)의 일측에 압력을 가하고, 유압(에어)공급부(5)에 의해 수직으로 부양되어 지는 테이블(4)의 이동은 수평형 플레이트(20)의 (F)부위가 휘어짐에 의해서 테이블(4)의 수직 이동에 대한 저항을 최소화하며, 상기 테이블(4)이 부양될때 간혹 외부의 힘에 의해 좌우측 혹은 앞뒤 방향으로 유동되는 테이블(4)을 수평형 플레이트(20)가 클램프 해주는 것이다.

또한, 수평형 플레이트(20)의 클램프력을 향상시키기 우해 로드(12)의 일측에 고무스토퍼(30)를 구비하여 테이블(4)의 좌우측 혹은 앞뒤 방향으로의 유동을 잡아주는 힘을 향상시켰다.

한편, 본 발명은 에어실린더(9)의 높이로 인해 레일(6)에 장착하는데 어령움이 발생할 때에는 도 3b에 도시된 바와 같이 공작기계의 초정밀 이송시스템을 위한 수직형 클램프 장치로 구성할 수 있다.

또한, 도4a 및 도 4b와 같이 플레이트에 굴곡부(40a, 41a)를 형성하여 구비할 수도 있는데, 이는 얇은 플레이트를 이용하여 상하방향으로의 강성이 약한 구조를 이용하여 테이블(4)의 부양에는 영향을 거의 미치지 않게 하고 테이블(4)의 좌우측 또는 앞뒤방향으로의 불필요한 이동은 클랭핑해 주는 것인데, 공작물을 가공하는데에 따른 정밀도가 정밀할수록 테이블(4)의 부양에 이르는 힘의 작용을 최대한 저해하지 않아야 한다.

따라서, 본 발명은 단순보의 처짐량 계산식[수학식 1]에서 나타내 보이듯이 고정점과 자유단까지의 거리(L)가 길어지면 강성은 길이의 세제곱에 반비례하게 되는 상성을 이해하고 다음과 같이 식으로 나타내었다.

여기서, P : 외팔보에 끝에 가해진 힘

L : 외팔보 길이

δ : P에 의한 변위

E : 탄성계수

I : 단면 2차 모멘트

그러므로, 위의 식으로 외팔포(L)의 길이를 길게 할수록 테이블(4)의 정밀이 송에 도움을 줄 수 있다는 것을 알 수 있다.

그러나, 설치공간상의 제약으로 테이블(4)의 정밀이송에 따라 얇은 플레이트를 무한정 길게 설치할 수는 없기 때문에 플레이트에 굴곡부(40a, 41a)를 형성하여 구비한 것이다.

따라서, 이와 같이 플레이트에 굴곡부(40a, 41a)를 형성하여 구비한 것으로 클램핑을 하게 되면 유압(에어)공급부(5)에 의해 수직으로 부양되어지는 테이블(4)의 수직이동은 플레이트에 의해 저항을 최소화하며, 상기 테이블(4)이 부양되면 간혹 발생하는 외부 충격이나 힘에 의해 좌우측 혹은 앞뒤 방향으로 유동되는 테이블(4)을 클램프 해주어 정밀이송을 돕는 기능은 도3a 내지 도 4b의 플레이트 형태와 에어실린더브라켓(11)과 에어실린더(9) 및 로드(12)의위치형태만 바뀌었을 뿐 그 역활은 서로 같다.

상기에서 본 발명의 특정한 실시예가 설명 및 도시되었지만 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이고, 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 첨부된 청구범위 안에 속한다 해야 할 것이다.

상기와 같이 구성되고 작용하는 본 발명에 따른 공작기계의 초정밀 이송시스템을 위한 클램프 장치의 사용으로, 전술한 바와 같이 테이블 측면에 얇은 플레이 트를 부착하고 레일에 에어실린더와 브라켓을 장착하여 테이블의 상하방향의 움직임에는 테이블에 영향을 주지 않고 이송방향으로는 클램핑 작용의 효과를 보는 구조로 이루어져 있다.

따라서, 테이블의 정밀이송에 대한 정밀성을 더해주고 공작물의 정밀 가공을 이룰수 있다.

또한, 에어실린더가 레일에 고정되어 있으므로 이송체의 무게를 줄일 수 있고, 파이핑을 간단히 할 수 있는 효과가 있다.

아울러, 본 발명은 테이블의 위치를 고정할 때나 오동작이 발생할 때에 급정지시키는 브레이크 기능도 가능하다.

Claims (3)

1. 공작기계의 테이블 베이스(8) 양측 상단에 구비된 레일(6);

   상기 레일(6)의 상부에 면접한 에어실린더브라켓(11);

   상기 에어실린더브라켓(11) 일측에 구비된 에어실린더(9);

   상기 에어실린더(9)의 내부에 구비되고 에어실린더(9)의 외부로는 일부가 돌출된 로드(12);

   상기 로드(12)의 일측에 구비된 고무스토퍼(30); 및

   일단은 상기 고무스토퍼(30)에 면접되며 타단은 테이블(4)의 일측에 고정하는 플레이트를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 공작기계의 초정밀 이송시스템을 위한 클램프 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 플레이트는 수평형 및/또는 수직형으로 구비되는 것이 특징인 공작기계의 초정밀 이송시스템을 위한 클램프 장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 플레이트는 일측에 굴곡부(40a, 41a)를 형성하여 이루어진 것이 특징인 공작기계의 초정밀 이송시스템을 위한 클램프 장치.

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