KR101334730B1

KR101334730B1 - 서보제어를 이용한 나이프 회전형 파이프 절단시스템

Info

Publication number: KR101334730B1
Application number: KR1020120022633A
Authority: KR
Inventors: 이재영; 박경용; 오석홍
Original assignee: 이재영
Priority date: 2012-03-06
Filing date: 2012-03-06
Publication date: 2013-11-29
Also published as: KR20130101704A

Abstract

본 발명은 서보제어를 이용한 나이프 회전형 파이프 절단시스템에 관한 것으로, 상세하게는 서보 제어(Servo Control)되는 한 쌍의 고속회전 나이프(Knife)를 이용하여 칩(chip) 발생없이 신속하면서 정교(정밀)하게 절단할 수 있도록 한 것으로, 기대 위에 설치되고 피딩되는 파이프를 정지시키는 정지부와, 상기 기대 위에 설치되고 서보 제어되는 한 쌍의 고속 회전 나이프를 이용하여 파이프를 정교하게 절단하는 절단부와, 상기 기대 위에 설치되고 파이프가 적재되는 적재대와, 상기 적재대의 파이프를 피딩부로 낱개씩 공급하는 공급부와, 상기 공급부로부터 공급되는 파이프를 상기 절단부의 콜릿으로 피딩하는 피딩부 및 제어부로 구성된다.

Description

서보제어를 이용한 나이프 회전형 파이프 절단시스템{KNIFE ROTARY BY USING SERVO CONTROL OF PIPE CUTTING SYSTEM}

본 발명은 서보제어를 이용한 나이프 회전형 파이프 절단시스템에 관한 것으로, 상세하게는 서보 제어(Servo Control)되는 한 쌍의 고속회전 나이프(Knife)를 이용하여 칩(chip) 발생없이 신속하면서 정교(정밀)하게 절단할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 파이프는 인발공정을 통해 수 m 내지 수십 m의 단위로 제조되고 있으며, 즉, 원자재 입고 → 수입검사 → 열처리작업 → 표면처리작업 → 인발 및 교정 → 절단 → 방청 → 출하검사 과정을 거쳐 완성된 파이프는 필요한 길이로 절단 사용된다.

산업계에서 사용되고 있는 파이프의 종류는 수십 종류가 있다. 예컨대, 제조방식에 따라 파이프 내부에 용접자국이 보이는 파이프 용접 강관(welding pipe & tube)과, 이음매가 없는 무계목 강관(seamless pipe & tube)으로 구분되며, 용도에 따라 공업배관용 파이프, 보일러용 파이프, 열교환기용기계구조용 파이프, 일반배관용 파이프, 위생용 파이프 등으로 구분되며, 표면 처리방식에 따라 AP 파이프(공업배관용 파이프)와, BA 파이프(BRIGHT ANNEALED PIPE)와, EP 파이프(ELCTROPOLISHING)로 구분된다.

파이프가 적용되는 사례를 보면, 자동차 산업분야에서 파이프가 많이 사용되고 있다. 이를테면 커먼레일 디젤엔진의 경우 연료의 완전 연소를 실현하여 출력과 연비를 향상시키고 배기가스 중의 질소산화물과 황산화물의 함량을 현저히 감소시켜 배기가스로 인한 환경오염을 방지하는데 기여하고 있으며, 최근 국/내외 자동차 부품산업의 활황과 수출증대로 인하여 중요 핵심부품인 파이프 가공품의 수요가 크게 증가하고 있는 추세이다.

한편, 파이프는, 파이프 절단기를 이용하여 필요한 길이로 절단한 다음 사용하게된다. 기존의 파이프 절단방법으로는 원형 톱날이 회전하면서 파이프를 절단하는 방법과, 파이프 자체가 회전하면서 절단하는 방법 등이 사용되고 있으나, 대부분 절단 칩(chip)이 발생되면서 재료가 낭비될 뿐 아니라, 절삭유나 냉각유 등이 필요하고 생산성이 떨어지는 문제점이 있으며, 생산현장의 작업환경 개선과 품질향상을 위하여 절단방식의 개선이 요구되고 있는 실정이다. 따라서, 보다 안전하고 친환경적이며 다양한 외경의 파이프를 절단 가공하는 설비가 요구되고 있다.

특히, 파이프류의 수요가 많은 자동차산업의 경우 급진적인 발달과 더불어 자동차 부품의 품질과 경쟁력이 우수하여 많은 수출의 길을 열어 가고 있는 현 시점에서, 그동안 제작되어 오던 각종 파이프 부품들이 대형화, 다양화 되어 감에 따라 최근 수출 및 제작되는 파이프는 기존 제품들 보다 직경이 큰 파이프들로 바뀌어 가고 있는 추세이다.

그러나, 그동안 파이프를 치수에 맞게 절단하는 설비들은 직경이 작은 파이프나 특정 치수에 제한되고, 작업 환경 또한 크게 염두에 두지 않은 설비들이 대부분이었다. 최근 들어 직경이 큰 파이프를 빠른 시간에 절단할 수 있는 나이프 회전식 파이프 절단기가 수입되기 시작하고 있으나, 이는 현재 동종 제품을 생산하는 영세 업체들이 투자하기에는 힘든 고가의 설비들이며, 가공 치수의 제한과 유압 유닛의 사용으로 인한 문제점을 가지고 있다.

한편, 성장동력산업 및 차세대첨단산업의 고부가가치 산업분야인 자동차 산업, 전기전자 산업, 금형 산업, 공작기계 산업, 건설 산업 및 정밀기기 산업분야에서 요구되는 소형, 초소형, 고정밀, 초정밀 제품에 대하여 고품위(高品位)의 절삭작업이 가능한 제품생산이 국내의 경우 매우 취약하며 대부분 수입에 의존하고 있는 실정이다.

이에 대한 대안으로서, 고품위, 고능률의 절삭시스템, 고속 절삭속도와 고정밀 이송시스템을 탑재하여 마이크로미터 단위의 가공 정밀도를 낼 수 있으면서 생산성을 극대화할 수 있는 서보모터 제어식 파이프 절단 시스템의 개발이 필요한 실정이다.

특허문헌으로는, 파이프 절단시 경사각도를 자유롭게 조절할 수 있으며, 파이프의 고정력을 증가시켜 절단 작업 도중에 파이프가 이탈되지 않도록 함으로써 절단 작업이 정밀하고 안전하게 이루어지도록 한 "파이프 절단장치"가 대한민국 공개특허 제10-2012-0013036호(2012. 2. 14. 공개)로 공개된 바 있다.

본 발명은 정밀 서보 제어(Servo Control)에 의한 한 쌍의 회전형 나이프(Knife)를 이용하여 파이프(Pipe)를 정교하게 절단함으로써 절단칩이 발생하지 않아 재료낭비가 방지되며, 작업효율이 우수하고 생산성이 크게 향상되는 나이프 회전 방식의 파이프 절단시스템을 제공함에 목적이 있다.

본 발명 서보제어를 이용한 나이프 회전형 파이프 절단시스템은, 기대 위에 설치되고 피딩되는 파이프를 정지시키는 정지부와, 상기 기대 위에 설치되고 서보 제어되는 한 쌍의 고속 회전 나이프를 이용하여 파이프를 정교하게 절단하는 절단부와, 상기 기대 위에 설치되고 파이프가 적재되는 적재대와, 상기 적재대의 파이프를 피딩부로 낱개씩 공급하는 공급부와, 상기 공급부로부터 공급되는 파이프를 상기 절단부의 콜릿으로 피딩하는 피딩부 및 제어부로 구성하되, 상기 절단부(6)는, 기대(2) 상부에 축설되는 회전체(63), 상기 회전체(63) 중앙에 관통 설치되고 절단 대상 파이프(3)가 절단되는 기간 동안 압지하는 콜렛(10), 상기 콜렛(10)의 배출구 부분에 설치되는 상하 한 쌍의 나이프(5), 상기 회전체(63) 일측에 설치되고 서보모터(61)와 벨트(62)에 의해 고속으로 회전하는 풀리(66), 상기 회전체(63)의 전면 상하부에 형성되는 안내홈(53), 상기 안내홈(53)에 미끄럼 결합되고 나이프(5)가 설치되는 슬라이드(52), 상기 나이프(5)를 탄지하는 스프링(54)을 포함하여 구성되며, 재료 낭비없이 정교한 파이프 절단 작업이 달성된다.

본 발명은 서보제어에 의한 수치 제어 입력방식을 이용하여 빠르고 정확한 절단이 이루어지며, 나이프 절단에 의해 절단면이 매끄럽고 고정밀도의 절단이 이루어지며, 칩이 발생하지 않아 재료낭비가 방지되며, 작업효율이 우수하여 생산성이 크게 향상되는 효과가 있다.

본 발명은 기존의 국내 절삭기 산업의 한계를 극복하면서 선진화를 위한 이송계 및 주축계 시스템 설계에 관한 서보시스템의 지침을 제공할 수 있으며, 고품위 절삭가공 개발을 통해 타 공작기계에 대한 절삭가공기술 향상에 공헌할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 선진국 수준의 가공시스템 개발로 미래지향적인 고속화를 이룰 수 있고, 서보제어를 이용한 나이프 회전형 파이프 절단시스템 제조에 관한 요소기술을 재정립할 수 있으며, 동시에 제조기술에 대한 표준화를 정립할 수 있고, 제조 자동화 산업분야에 접목하여 생산성 향상에 대한 경쟁력을 가질 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 나이프 절단방식이므로 절삭유 등이 불필요하고, 유압기구에 의한 오일이나 절삭유 등을 사용하지 않아 작업자의 미끄러짐이나 안전사고가 방지되며, 또한 오일에 따른 화재나 불쾌한 냄새 등이 사라지고, 주변 정밀기기에 영향을 주지 않는 효과가 있다.

또한 서보제어에 의해 절단토크를 정밀제어할 수 있어서 정밀한 양품의 절단품을 얻을 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 국내 자동화 제조업의 생산성 증대와 수입비용 감소를 통한 기업의 국제경쟁력을 향상 시킬 수 있으며, 글로벌 고품위 절삭기 생산 자동화 시스템 관련하여 기술 파급효과 및 시장 확대를 통해 세계시장 확보가 가능하며, 성장률이 높고 향후 발전가능성이 높아 신시장의 선점이 가능한 효과가 있다.

또한 본 발명은 자동차산업, 공작기계산업 등 첨단산업부터 건설 산업 등 고 정밀가공이 필요한 분야에 대해서 고품위 절삭가공을 적용함으로써 그 활용도가 매우 크며, 다양한 적용범위와 저가격으로 소규모 영세 업체에도 공급 확대하여 파급효과를 높일 수 있으며, 또한 자동차 부품 산업의 확대 비중이 높은 개발도상국으로의 수출 사업화가 가능한 등의 효과가 있는 매우 유용한 발명이다.

도 1 : 본 발명 일 예로 도시한 측면도.
도 2 : 본 발명 일 예로 도시한 평면도.
도 3 : 본 발명 일 예로 도시한 정면도.
도 4 : 본 발명 일 예로 도시한 절단부 부분 단면도.
도 5 : 본 발명 일 예로 도시한 절단 상태 정면도.
도 6 : 본 발명 일 예로 도시한 절단 전 부분 단면도.
도 7 : 본 발명 일 예로 도시한 적재대 부분 구성도.
도 8 : 본 발명 일 예로 도시한 절단부의 절단 전 확대 단면도.
도 9 : 본 발명 일 예로 도시한 절단부의 잘단 후 확대 단면도.
도 10 : 본 발명 일 예로 도시한 파이프 피딩 순서도.
도 11 : 본 발명 일 예로 도시한 파이프 절단과정 순서도.
도 12 : 본 발명 일 예로 도시한 파이프 절단과정 순서도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하고자 한다. 본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어 도면들 중 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일 부호로 기재하고, 관련된 공지구성이나 기능에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지가 모호해지지 않도록 생략한다.

도 1, 도 2는 본 발명 일 예로 도시한 파이프 절단시스템(1)의 전체 측면도 및 평면도이고, 도 3은 정면도를 도시한 것이다.

본 발명 파이프 절단시스템(1)은 기대(2) 위에 피딩되는 파이프(3)를 정지시키는 정지부(4)와, 서보 제어되는 한 쌍의 고속 회전 나이프(5)를 이용해 파이프(3)를 정교하게 절단하는 절단부(6)와, 파이프(3)가 적재되는 적재대(7)와, 적대된 파이프(3)를 피딩부(8)로 낱개씩 공급하는 공급부(9)와, 공급된 파이프(3)를 절단부(6)의 콜렛(콜렛척)(10)으로 피딩하는 피딩부(8)와, 각 엑츄에이터와 절단 작업 과정을 총괄 제어하는 제어부(11)로 크게 구성된다.

상기 정지부(4)는, 기대(2)의 일측 상부에 설치되는 LM가이드(44)와, LM가이드(44) 상부에 미끄럼 결합되고 에어실린더의 로드(43) 출몰에 따라 전/후진하는 정지봉(42)으로 구성되며, 상기 에어실린더의 로드(43) 출몰에 따라 정지봉(42)의 돌출 정도가 조절된다. 물론 에어실린더에 설치되는 센서를 이용하여 에어실린더 로드(43)의 출몰 스크로크를 설정할 수 있다.

대부분의 파이프(3)들이 측면 손상이 심하므로 제거할 필요성이 있으며, 가장 짧게 절단 제거하는 것이 재료 낭비를 막을 수 있다. 이러한 경우 상기 정지부(4)의 에어실린더 로드(43)를 전진시켜 정지봉(42)을 도 4에 도시한 것처럼 나이프(5)에 근접시켜 파이프(3)의 돌출 정도를 최소화시킨 다음 제어부(11)로 입력되는 파이프(3)의 두께와 재질, 강도, 외경 등의 절단 데이터를 감안하여 적절한 서보 제어로 한 쌍의 나이프(5)를 가까워지게 제어하여 절단하면, 초기 절단 파이프(3b)가 도 3과 같이 배출판(111)과 유도판(115)을 통하여 수거통(113)으로 수집된다.

절단부(6)는 기대(2) 상부에 축설되는 회전체(63)와, 회전체(63) 중앙에 관통 설치되고 절단 대상 파이프(3)가 절단되는 기간 동안 압지하는 콜렛(10)이 설치되며, 배출구 콜렛(10)의 선단, 이를테면 배출구 부분에 상하 한 쌍의 나이프(5)가 설치되고, 회전체(63) 일측에는 서보모터(61)와 벨트(62)에 의해 500RPM 전후의 고속으로 회전하는 풀리(66)가 설치되어 회전체(63) 및 한 쌍의 나이프(5)가 500RPM 전후의 고속으로 회전하면서 파이프(3)를 절단하게 된다. 절단부(6)의 배출구 하단에는 에어실린더(110)에 의해 축(112)을 중심으로 기울기가 좌측 또는 우측으로 기울어지는 배출판(111)이 설치된다.

상기 나이프(5)는 슬라이드(52)에 설치하되 스프링(54)으로 탄지되며, 슬라이드(52)는 회전체(63)의 전면 상/하부에 형성되는 안내홈(53)에 각각 미끄럼 결합되며, 후술하는 링크(23)에 의해 각각 상승 및 하강 운동하게 된다.

상기 나이프(5)는 파이프(3)를 쉽게 절단할 수 있게 내마모성이 우수한 금속재질로 구성되며 파이프(3)의 외경보다 큰 직경이고, 가장자리 부분에 끝이 예리한 칼날(55)이 형성되며, 서보기구 및 서보 제어에 의해 서로 가까워면서 콜렛(10)에 의해 압지된 파이프(3) 외면을 도 9와 같이 점차적으로 가압 회전하면서 절단하여 도 5와 같이 우측으로 기울어진 배출판(111)에 의해 절단된 파이프(3a)가 수집통(114)으로 수납된다.

상기 회전체(63)의 후단에는 축베어링(19)(20)에 의해 설치되고 서보모터(31)와 서보기구에 의해 회전하면서 링크(23)를 이동시켜 나이프(5)를 상승 및 하강시키는 피니언(18)이 설치된다.

상기 서보모터(31)에는 감속기(32)와 축커플러(33)와 볼스크류(35)가 차례로 연결되고, 상기 볼스크류(35)의 양측은 축부재(36)에 의해 축 설치되며, 볼스크류(35)의 나사부에는 볼부쉬(35)가 설치된다. 상기 볼부쉬(35)의 하부에는 랙(37)이 설치되며, 상기 랙(37)은 피니언(18)의 외주면에 형성된 치차(15)와 치합되며, 상기 랙(37)의 양측은 LM가이드에 의해 안내된다.

상기 피니언(18)은 축베어링(19)(20)에 의해 회전체(63)와 동일축이지만 회전은 따로 이루어진다. 즉, 회전체(63)는 서보모터(61)에 의해 500RPM 전후의 고속이 달성되지만 피니언(18)은 서보모터(31)와 서보기구에 의해 정회전 또는 또는 역회전하게 된다.

피니언(18)의 선단에는 한 쌍의 링형상의 축베어링(20)이 설치되고, 축베어링(20)의 링형상의 이동체(21)가 설치되어 피니언(18)을 따라 전진이동 및 후진이동할 수 있게 구성되고, 상기 이동체(21)의 선단 상부에는 요입홈이 형성되고, 상기 요입홈에는 축부재(24)로 축설치된 "ㄱ" 형상의 링크(23) 일측이 결합되고, 링크(23)의 타측은 슬라이드(52)의 안내홈(53)에 결합된다.

따라서 도 9와 같이 회전체(63) 중앙으로 파이프(3)가 끼워진다음 콜렛(10)의 의해 압지되면, 제어부(11)는 서보모터(61)를 구동시켜 회전체(63)와 나이프(5)가 500RPM 전후의 속도로 회전하게 되며, 이어 서보모터(31)를 구동시켜 볼스크류(34)가 회전하고, 랙(37)이 이동하면서 피니언(16)을 점차적으로 회전시키게되며, 이에 따라 이동체(21)가 피니언(16) 방향으로 이동하게 되며, 도 9와 같이 링크(23)는 축부재(24)를 중심으로 회전하면서 회전체(63)의 중심방향으로 가까워지며, 이에 따라 슬라이드(52) 또한 회전체(63)의 중심방향으로 서로 가까워지면서 파이프(3)를 절단하게 된다.

파이프(3)의 절단이 완료되면, 제어부(11)가 상기 과정의 역순으로 제어하여 도 8과 같이 초기 상태로 되고 이러한 과정의 반복으로 다음번 파이프의 절단이 이루어지게된다. 본 발명에서 (28)은 원형 회전축이고, (27)은 축베어링이다.

상기 적재대(7)는 절단부(6)로 공급되는 복수의 파이프(3)가 적재된다. 상기 적재대(7)는 기대(2) 위에 소정간격으로 설치되는 경사부재(71)에 의해 공급방향으로 기울어지게 설치되며, 선단부에는 상향 걸림부(72)가 형성되고, 하부에는 파이프(3)를 피딩부(8)로 낱개씩 공급하는 공급부(9)가 설치된다.

상기 공급부(9)는 적재대(7) 선단에 위치하는 파이프(3)를 들어올려 롤러(73) 위로 투입시키는 푸쉬(92)와, 상기 푸쉬(92)를 상승 및 하강시키는 승강기구(9)가 설치된다.

상기 롤러(73)는 적재대(7) 상에 소정 간격으로 설치되어 파이프(3)를 지지하게되며, 상부의 파이프(3)가 이탈하지 않도록 축방향과 직교하는 방향으로 오목한 구조이며, 상부에는 롤러(73)로 투입되는 파이프(3)의 과도한 유동이나 상승 이탈을 방지하는 억지부재(74)가 설치된다.

상기 피딩부(8)는 절단 대상 파이프(3)가 전량 소모되면 공급부(9)에 의해 새로 공급되는 파이프(3)를 서보모터(61)의 제어에 의해 설정된 길이(절단되는 길이) 만큼 파이프(3)가 전진되면 콜렛(10)으로 압지시킨 다음 절단하게 된다. 상기 전진 파이프(3)는 도 8, 도 9와 같이 상하 롤러(12)(13)의 안내를 받는다. (14)는 구동링크 및 클램프실린더이다.

피딩부(8)는 공급부(9)에 의해 적재대(7)로부터 투입되는 낱개의 파이프(3)를 서보모터를 이용하여 콜렛(콜렛척)(10)으로 피딩시키게 된다. 파이프(3)의 피딩이 완료되면 콜렛(10)에 의해 압지된 다음 한 쌍의 나이프(5)에 의해 절단된다.

이상과 같이 설명한 본 발명은 본 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하며, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명한 것이다.

(1)--파이프 절단시스템 (2)--기대
(3)--파이프 (4)--정지부
(5)--나이프 (6)--절단부
(7)--적재대 (8)--피딩부
(9)--공급부 (10)--콜렛
(11)--제어부

Claims

기대 위에 설치되고 피딩되는 파이프를 정지시키는 정지부;
상기 기대 위에 설치되고 서보 제어되는 한 쌍의 고속 회전 나이프를 이용하여 파이프를 절단하는 절단부;
상기 기대 위에 설치되고 파이프가 적재되는 적재대;
상기 적재대의 파이프를 피딩부로 낱개씩 공급하는 공급부;
상기 공급부로부터 공급되는 파이프를 상기 절단부의 콜릿으로 피딩하는 피딩부; 및 제어부; 를 포함하되,
상기 절단부는,
상기 기대(2) 상부에 축설되는 회전체(63);
상기 회전체(63) 중앙에 관통 설치되고 절단 대상 파이프(3)가 절단되는 기간 동안 압지하는 콜렛(10);
상기 콜렛(10)의 배출구 부분에 설치되는 상하 한 쌍의 나이프(5);
상기 회전체(63) 일측에 설치되고 서보모터(61)와 벨트(62)에 의해 고속으로 회전하는 풀리(66);
상기 회전체(63)의 전면 상하부에 형성되는 안내홈(53);
상기 안내홈(53)에 미끄럼 결합되고 나이프(5)가 설치되는 슬라이드(52);
상기 나이프(5)를 탄지하는 스프링(54);
을 포함하는 서보제어를 이용한 나이프 회전형 파이프 절단시스템.