KR101155653B1 - 가공소재를 변형하는 방법 및 성형기계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속 실린더나 플레이트 등과 같은 가공소재를 성형롤러와 같은 툴에 의해 변형하는 방법과 관련되며, 이때 가공소재 및/또는 툴은 서로에 대해 상대적으로 회전하고, 툴은 변형곡선을 통해 움직이며 소재의 일정 부분이 변형이 되는 경우에, 제어유닛을 포함하여 가공소재를 변형하는 성형기계와 관련이 있으며 상기 설명한 성형방법과 성형기계를 향상시키기 위한 것이다. 이를 위해서, 회전축을 따르는 축과 같은 하나 이상의 좌표축의 값 및 가공소재의 최단 끝단의 위치값이 변형 과정 중에 측정되고 변형 과정의 하나 이상의 파라메타가 상기 측정된 값에 기초해서 변하는 것에 본 방법의 특징이 있다.

성형기계, 성형롤러, 레이저 다이오드, 제어유닛, 디텍터, 변형곡선

Description

가공소재를 변형하는 방법 및 성형기계{METHOD AND FORMING MACHINE FOR DEFORMING A WORKPIECE}

본 발명은 금속 실린더나 플레이트 등과 같은 가공소재를 성형롤러와 같은 툴에 의해 변형하는 방법과 관련되며, 이때 가공소재 및/또는 툴은 서로에 대해 상대적으로 회전하고, 툴은 변형곡선을 따라 움직이며 소재의 일정 부분이 변형이 된다. 본 발명은 또한 제어유닛을 포함하여 가공소재를 변형하는 성형기계와 관련이 있다.

이러한 성형방법과 성형기계는 유럽특허번호 0125720에서 개시되어 있다. 상기 공보에는 성형롤러의 움직임을 제어하는 제어유닛을 포함하는 성형기계를 개시하고 있다. 상기 제어유닛은 성형롤러에 작용하는 힘을 측정하는 디텍터에 연결되고 성형롤러의 위치를 결정하는 디텍터에 연결되며, 메모리는 관련되는 힘/위치값를 저장하기 위해 제어유닛에 연결된다. 그리고 제어유닛은 상기 메모리에 저장된 힘/위치값에 독립하여 성형롤러의 움직임을 제어하기 위해 채택된다.

또 다른 예가 WO 02/07907에 개시되어 있다. 상기 공보는 적어도 하나의 개방 단부를 가진 중공 소재를 변형하는 방법 및 성형기계와 관련이 있으며, 제1성형툴은 가공소재의 외부 면과 접촉하도록 놓이고 제2성형툴은 가공소재에 의해 형성된 캐비티에 놓여서, 가공소재가 툴에 의해서 변형된다.

대부분의 경우에, 이러한 형태의 방법과 성형기계로 작업한 중간-제조단계 제품의 변형된 부분의 길이는 중단 단계 이후의 공정과 관련하여 희망하는 길이와 다르다. 희망하는 길이를 얻기위해 예를 들어 상기 중간-제조단계 제품의 크기에 맞추어 끝단을 절삭하는 등의 추가적인 공정이 이 경우 수행되어야 한다.

본 발명의 목적은 상기 설명한 성형방법과 성형기계를 향상시키기 위한 것이다. 이를 위해서, 회전축을 따르는 축과 같은 하나 이상의 좌표축의 값 및 가공소재의 최단 끝단의 위치값이 변형 과정 중에 측정되고 변형 과정의 하나 이상의 파라메타가 상기 측정된 값에 기초해서 변하는 것에 본 방법의 특징이 있다.

변형 과정 도중에, 가공소재는 탄성적으로 (가공소재 끝단 쪽 방향으로) 다소 신장된다. 신장의 정도는 다른 무엇보다도 가공소재의 두께와 경도에 의존한다. 국부적인 경도나 두께의 차이 때문에 신장의 정도를 예측하기 어렵다. 국부적으로 증가한 경도는 신장을 감소하게 한다.

변형 과정 중 끝단의 위치를 측정하고, 이 측정값에 기초하여 피드속도(툴이 가공소재 쪽으로 움직이는 속도), 회전속도(툴이나 가공소재가 서로 상대적으로 회전하는 속도) 및/또는 변형곡선의 위치를 채택함으로써 가공소재의 변형된 길이를 교정할 수 있다. 이 세가지 변수가 바람직하나 전체 길이에 대해서, 또는 적어도 변형된 부분에 국부적인 감소 부분이 없는 한, 변형곡선의 형태를 채택하는 것도 가능하다.

저속의 피드속도 및/또는 고속의 회전속도를 이용하는 것에 의하거나 또는 회전축 방향으로 변형곡선 중 하나 이상의 위치를 이동시키는 것에 의하거나 또는 상기 곡선의 형태를 바꾸는 것(예를 들어 곡선을 점점 오목하게 하거나)에 의해서 상기 신장의 정도는 증가할 수 있다. 고속의 피드속도 및/또는 저속의 회전속도를 이용하는 것에 의하거나 또는 회전축에서 멀어지는 방향으로 변형곡선 중 하나 이상의 위치를 이동시키는 것에 의하거나 또는 상기 곡선의 형태를 바꾸는 것(예를 들어 곡선을 점점 볼록하게 하거나)에 의해서 상기 신장의 정도는 감소할 수 있다.

가공소재의 최단 끝단 위치의 하나 이상의 좌표값이 적어도 매 단계의 마지막에서 측정되는 것이 바람직하며, 전체 변형 과정에서 측정하는 것이 더욱 바람직하다. 그리하여 복잡한 계산을 요하지 않고 계속해서 변형곡선은 조절되어, 신속하게 즉 추가적인 변형곡선이나 다른 작업이 없이 원하는 길이가 얻어진다.

본 발명은 금속 실린더나 플레이트와 같은 가공소재의 변형을 위한 성형기계와 관련이 있으며, 성형기계는 성형롤러와 같은 툴, 상기 툴을 움직이기 위한 구동수단, 메모리를 포함하는 제어유닛을 포함하고, 제어유닛은 변형 과정 중 변형곡선, 피드속도, 및/또는 가공소재나 툴이 회전하는 회전속도(이 값은 메모리에 저장됨) 등에 기초하여 툴을 제어하기위해 조절된다. 성형기계는 또한 가공소재의 최단 끝단 위치의 하나 이상의 좌표값을 측정하기 위한 디텍터가 적어도 하나 구비된다.

도1은 디텍터가 구비되어 있는, 본 발명에 따른 제1성형기계의 평면도이다.

도2는 도1의 평면도의 상세도이다.

도3 내지 도5는 서로 다른 디텍터를 가진 도1의 상세도이다.

도6은 디텍터가 구비되어 있는, 본 발명에 따른 제2성형기계의 평면도이다.

도7은 도6의 평면도의 상세도이다.

동일한 부재와 동일한 기능 또는 실질적으로 동일한 기능이라고 볼 수 있는 기능을 행하는 부재는 도면에서 동일한 부재번호가 부여된다.

도1 및 도2는 금속 실린더를 변형하는 성형기계(1)의 제1 실시예의 개략도를 보여주며, 성형기계(1)는 회전구동가능한 클랭핑 장치(2)를 포함하며, 그 위에 금속의 가공소재(3)의 일단부가 고정되어 회전축(4)의 주위로 회전한다. 이 도면에서 가공소재(3)의 최초 형상인 원형의 실린더 형상은 점선으로 그리고 최종 형상은 실선으로 보여준다.

가공소재(3)는 홀더(6)에 회전가능하게 장착된 성형롤러(5)에 의해 변형된다. 이를 위해서, 성형롤러(5)는 하나 또는 그 이상의 변형곡선을 포함하는 특정한 단계를 따라야 하며, 홀더(6)는 유럽특허번호 0125720에 개시된 슬라이드 그룹(7)에 부착된다. 슬라이드 그룹(7)은 홀더(6)가 장착된 상부 슬라이드(8)를 포함하며, 상부 슬라이드(8)는 제1방향으로 왕복운동이 가능하게 상부 베드에 장착된다. 상기 상부 베드는 하부 슬라이드(9)에 연결되고, 하부 슬라이드(9)는 상기 제1방향에 수직(본 실시예의 경우)인 제2방향으로 왕복운동 가능하게 하부 베드에 장착된다. 상부 슬라이드(8)와 하부 슬라이드(9)는 유압실린더, 서버모터 등과 같은 구동수단(10,11)이 구비된다.

가공소재(3)의 반대방향에 위치한 테일스톡(tailstock)(12)은, 그 헤드가 클램핑 장치(2) 및 슬라이드 그룹(7)과 동일한 머신 베드(14)위에 장착되며, 레일(13) 위에서 왕복운동 할 수 있다. 테일스톡(12)에는 중심축이 클램핑 장치 회전축(4)과 일치하는 만드렐(15)이 구비되며, 상기 만드렐의 끝단부에서 수 센티미터 떨어져 위치하는 고리모양의 멈추개(16)가 만드렐에 구비된다. 또한, 디텍터(19)는 로드(17) 및 유체실린더나 서버모터 등과 같은 구동수단(18)에 의해서 테일스톡(12)에 연결된다(주: 디텍터(19)는 슬라이드 엘리베이션에서 보여지는 유일한 부분이다). 이 실시예에서, 디텍터(19)는 로드(17)의 끝단에서 U형상 부재(20)를 포함하며, U형상 부재(20)의 양 다리사이의 공간은 변형될 가공소재(3)의 외경보다 크다. 레이저 다이오드(22)와 레이저 센서(23)는 상기 양 다리의 끝단에 각각 연결될 수 있다. 레이저(22)가 동작중인 경우 레이저 빔은 만드렐(15)의 오른쪽 또는 왼쪽에 위치하여 상기 빔은 만드렐(15)에 의해 차단되지 않는다. 디텍터(19) 구동수단(18)에 의해 클램핑 장치(2)의 회전축(4)에 평행한 방향으로 왕복가능하다. 로드(17)는 리니어 위치센서(linear position sensor)(24)에 연결되며(예를 들어 리니어 엔코드), 리니어 위치센서는 테일스톡(12)에 고정되어 연결된다.

클램핑 장치(2), 구동수단(10,11,18), 디텍터(19) 그리고 선형 위치센서(24)는 제어유닛(25)(개략적으로 도시됨)에 공지된 방법으로 연결된다. 상기 유닛에는 성형롤러(5)가 움직이는 변형곡선, 피드속도 그리고 클램핑 장치(2)의 회전속도가 저장된다.

이 예에서는, 원통형의 가공소재(3)는 내연기관의 배기장치에서 사용되는 촉매전환기판을 위한 하우징으로 변형된다. 성형롤러(5)가 움직이는 변형곡선, 피드속도, 클램핑 장치(2)의 회전속도는, 특정 가공소재와 특정 제품에 대해 정확한 상기 파라메터를 얻기 위해, 바람직하게는 상기 언급한 유럽특허 0125720에 상술된 티치-인 단계(teach-in phase)에서 얻어진다.

본 발명에 따른 방법은 여기에서 기술된 성형기계와 도시된 바에 따라 수행될 수 있다. 특정의 가공소재(3)와 제품에 대해 결정된 수치(변형곡선, 피드속도, 회전속도, 등)가 제어유닛(25)에 입력된다. 가공소재(3)는 클램핑 장치(2)에서 고정된다. 디텍터(19)는 가공소재(3)의 방향으로 레이저 빔이 상기 가공소재(3)에 의해서 차단될 때까지 움직인다. 그리고 디텍터(19)는 차단위치 직전의 위치로 뒤로 이동한다. 이 경우 클램핑 장치(2)의 회전축(4)위의 좌표와 제어유닛(25)의 입력에 대한 함수로 가공소재(3)의 최단 끝단의 위치가 결정된다. 다음으로, 회전하는 가공소재(3)가 제1단계에서 제1변형곡선을 따라 변형된다. 변형과정 중에 디텍터(19)는 계속해서 상기 최단 끝단을 따라가며, 상기 끝단의 위치를 제어유닛(25)에 제공한다. 제어유닛(25)은 상기 끝단의 위치가 입력된 위치에 상응하는지 즉 입력위치보다 앞인지 뒤인지를 결정한다.

실제 위치가 입력된 위치의 공차 내에 있는 한, 프로그램된 수치는 간섭을 받지 않는다.

실제 위치가 과도하게 앞서서 가공소재의 변형된 부분이 과도하게 길어질 위 험이 존재하는 경우는 피드속도가 증가하거나 또는 회전속도가 감소하거나 변형곡선의 하나 이상이 안쪽으로 즉 회전축(4)의 방향으로 이동 즉 국부적인 감소영역이 발생하지 않고 그 형상이 변화한다. 상기 수치 크기의 조합을 이용하고, 제어유닛의 피드속도가 먼저 변하고, 특정 수치를 초과하는 경우, 다음으로 하나 이상의 변형곡선이 안쪽으로 이동하기 위해 제어유닛이 조절될 수 있는 것도 당연하다.

변형된 부분이 너무 짧게 될 위험이 있는 경우에는 피드속도가 감소하거나 회전속도가 증가하거나 변형곡선 중 하나 이상이 바깥쪽으로 즉 회전축(4)으로부터 멀어지는 쪽으로 이동한다.

변형곡선이 변하지 않는 반면에, 완성된 제품의 변형부의 최끝 단부의 지름이나 성형부의 길이가 특정되는 것뿐만 아니라 변형부 벽의 형상의 변화, 예를 들어, 피드속도, 회전속도, 성형롤러에 의해 가공소재에 작용하는 힘들이 연속적으로 채택되는 반면에 변형곡선은 변하지 않는다.

마지막 단계에서, 가공소재의 끝단이 만드렐 상에서 그리고 고리모양의 멈추개에 대항해서 변형되어, 중간단계 제품의 최단 끝단의 내경과 길이가 정확하게 규정된다.

도3 내지 도5에서는 디텍터(19)의 변화를 보여준다. 도3에서 성형기계는 일련의 레이저 다이오드와 그 반대편에 위치한 일련의 대응하는 레이저 센서를 구비한 디텍터가 장착되어 있다. 이 경우에 가공소재의 최단 끝단의 위치는 상기 끝단에 의해 차단된 레이저 빔의 수에 기초해서 결정된다. 레이저 다이오드와 센서가 충분히 많은경우, 이렇게 디텍터(19)가 가공소재의 최단 끝단을 스캔함으로써 제어 루프를 단순하게 할 수 있다. 이 경우 디텍터를 이동하지 않고 최단 끝단의 위치를 추적하기 위해서 충분한 센서가 제공된다.

비접촉 측정을 수행하는 것 외에도, 디텍터로 가공소재의 최단 끝단을 스캔하는 것도 가능하며, 디텍터의 일부분(예를 들어 베어링(26))이 스프링(27)에 의해 적당한 힘으로 상기 끝단을 접촉하게 된다.

도6 및 도7은 성형기계(1)의 제2실시예의 개략적인 평면도이며, 이 경우에는 디스크형 금속 플레이트(3)를 변형하는 경우이다. 성형기계(1)는 대체로 도1에서 보인 기계에 상응하나 이 경우는 스핀들(28)을 포함하는데 스핀들은 회전구동가능한 클램핑 장치에 고정되어 완제품의 내부 벽 형상을 결정한다. 플레이트(3)는 공지된 방법으로 테일스톡(12)에 의해 스핀들(28)에 대항해서 고정되어 전등 반사경, 용기 등과 같은 원하는 제품으로, 성형롤러(5)에 의해 몇 단계의 과정을 거쳐 변형된다(몇단계의 과정이 실선으로 도시되어 있다).

디텍터(19)는 테일스톡(12)에 로드(17)을 통해 연결된다. 본 실시예에서 디텍터(19)는 서로 마주보며 위치한 두개의 일련의 다이오드와 센서들을 포함한다. 레이저 빔은 회전축(4)에 평행하게, 상기 빔과 상기 축(4) 사이의 공간이 횡방향으로 증가하는 방법으로 뻗어나간다. 센서(23)는 어느 레이저 빔이 가공소재(3)의 끝단에서 차단되는지를 측정한다. 가공소재(3)의 최단 끝단의 위치는 상기 끝단에서 차단되는 빔의 수를 기초로 결정될 수 있다.

광 센서, 카메라(예를 들어 CCD,CMOS) 또는 다른 광 측정 시스템 등과 같은 레이저와 센서가 아닌 다른 디텍터를 사용할 수도 있다. 바람직하게는 상기 시스 템은 디텍터가 특정 가공소재 즉 특정제품에 적용되도록 조절된다.

본 발명은 설명한 실시예에 한정되지 않고, 청구항에서 규정된 발명의 범위내에서 다양한 방법으로 변경이 가능하다. 따라서 발명은 WO 02/062500에 설시된 것처럼 가공소재가 정지하고 툴이 회전할 수도 있고, 가공소재와 툴이 모두 회전할 수도 있다. 또한 타원형상이나 비스듬한 성형에 본 발명을 이용하는 것도 가능하다.

본 발명에 따른 변형방법이나 성형기계를 이용하여 플레이트나 용기 등을 성형하여 산업상 이용할 수 있다.

Claims (10)

1. 가공소재를 하나 이상의 성형롤러(5)를 포함하는 툴을 이용하여 변형시키고, 상기 가공소재 또는 상기 툴 중 적어도 하나는 회전축(4)을 중심으로 상대적으로 회전되고, 상기 툴은 하나 이상의 변형곡선을 통해 움직이며, 상기 가공소재의 적어도 일 부분이 변형되는 가공소재 변형방법에 있어서,

   상기 가공소재(3)의 최단 끝단 위치에 대한 하나 이상의 좌표값이 상기 변형과정 중에 측정되며, 하나 이상의 변형곡선의 형상이 변경된다면, 변형된 부분에 국부적인 감소부가 나타나지 않는 조건에서, 변형과정 중에 지나가는 하나 이상의 상기 변형곡선의 위치 또는 형상 중 적어도 하나와, 피드속도 또는 툴(5)과 가공소재(3)가 서로 상대적으로 회전되는 회전속도 중 적어도 하나는 상기 측정값에 기초해서 변경되는 것을 특징으로 하는 가공소재 변형방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 측정값은 비접촉방식으로 측정되는 것을 특징으로 하는 가공소재 변형방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 가공소재(3)의 최단 끝단의 위치의 하나 이상의 좌표값이 각 단계의 마지막에 측정되고, 변형과정 중 하나 이상의 파라메타가 상기 측정값에 기초해서 계속해서 조절되는 것을 특징으로 하는 가공소재 변형방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 적어도 상기 가공소재(3)의 최단 끝단이 만드렐(15) 또는 스핀들(28)을 포함하는 성형툴에서 변형되는 것을 특징으로 하는 가공소재 변형방법.
5. 가공소재를 변형시키기 위한 것으로, 하나 이상의 성형롤러(5)를 포함하는 툴, 상기 툴을 구동하기 위한 구동수단(10,11), 메모리를 구비한 제어유닛(25)을 포함하고, 상기 제어유닛(25)은 변형과정 중 변형곡선, 피드속도 또는 가공소재(3)와 툴(5)이 서로 상대적으로 회전하는 회전속도 중 적어도 하나에 기초하여 툴(5)을 제어하도록 조절되며, 파라메타는 메모리에 저장되는 성형기계에 있어서,

   가공소재의 최단 끝단 위치의 하나 이상의 좌표값을 측정하기 위한 하나 이상의 디텍터(19)가 구비되고, 하나 이상의 변형곡선의 형상이 변경된다면, 변형된 부분에 국부적인 감소부가 나타나지 않는 조건에서, 변형과정 중에 지나가는 하나 이상의 상기 변형곡선의 위치 또는 형상 중 적어도 하나와, 피드속도 또는 툴(5)과 가공소재(3)가 서로 상대적으로 회전되는 회전속도 중 적어도 하나를, 상기 디텍터(19)에 의해 얻어진 측정값에 기초해서, 변화시키기 위해 상기 제어유닛이 설치되는 것을 특징으로 하는 성형기계.
6. 제5항에 있어서, 상기 디텍터(19)는 일련의 센서들을 포함하는 것을 특징으로 하는 성형기계.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 만드렐(15)이나 스핀들(28)을 포함하는 성형툴을 포함하고, 상기 성형툴에 의해서 적어도 상기 가공소재(3)의 최단 끝단이 변형될 수 있는 것을 특징으로 하는 성형기계.
8. 제7항에 있어서, 상기 성형툴(15,28)에는 멈추개(16)가 구비되며, 상기 멈추개에 의해서 가공소재(3) 적어도 한 부분의 길이가 결정될 수 있는 것을 특징으로 하는 성형기계.
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