KR101537757B1 - 피어싱 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 길이가 긴 파이프의 여러 개소에 구멍을 가공하기 위한 피어싱 시스템을 개시한다. 본 발명은 프레임, 주축, 베드, 심압대, 제1 리니어 액추에이터와 펀칭 장치로 구성되어 있다. 프레임은 X축, Y축과 Z축을 가지며, X축 방향을 따라 배치되는 파이프의 센터링라인을 갖는다. 주축은 프레임의 한쪽에 서보모터의 구동에 의하여 회전할 수 있도록 설치되어 있고, 파이프의 센터링라인과 정렬되어 파이프의 한쪽에 끼워지도록 장착되어 있는 제1 맨드릴을 갖는다. 베드는 주축과 반대되는 프레임의 다른 쪽에 X축 방향을 따라 설치되어 있다. 심압대는 베드에 슬라이딩할 수 있도록 설치되어 있으며, 파이프의 센터링라인과 정렬되어 파이프의 다른 쪽에 끼워지도록 장착되어 있는 제2 맨드릴을 갖는다. 심압대는 주축으로부터 원거리에 배치되어 제1 맨드릴과 제2 맨드릴 사이의 센터링라인을 따라 파이프를 공급할 수 있도록 대기되어 있는 제1 위치, 파이프에 제2 맨드릴이 끼워지는 제2 위치와 주축에 근접되어 파이프에 제1 맨드릴과 제2 맨드릴이 동시에 끼워 고정시킬 수 있는 제3 위치 사이를 운동한다. 제1 리니어 액추에이터는 제1 위치와 제2 위치 사이에서 심압대를 이송시키도록 심압대에 연결되어 있다. 파이프 로더는 제2 맨드릴을 파이프에 끼울 수 있도록 제1 위치와 제2 위치 사이에 파이프를 로딩한다. 펀칭 장치는 제1 맨드릴과 제2 맨드릴에 끼워져 있는 파이프의 피어싱을 위하여 주축대와 심압대 사이에 배치되어 있다. 본 발명에 의하면, 길이가 긴 파이프의 여러 개소에 구멍을 자동으로 피어싱할 수 있고, 파이프의 로딩, 센터링, 구멍의 위치 결정, 피어싱과 언로딩을 정확하게 실시할 수 있다.

Description

피어싱 시스템{PIERCING SYSTEM}
본 발명은 피어싱 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 길이가 긴 파이프의 여러 개소에 구멍을 가공하기 위한 피어싱 시스템에 관한 것이다.
피어싱은 드릴링 머신(Drilling machine)의 드릴링, 프레스 머신(Press machine)의 펀칭(Punching) 등에 의하여 다양한 공작물에 구멍을 뚫는 가공 방법이다. 펀칭은 펀치와 다이(Die)에 의하여 판재에 구멍을 뚫는 가공 방법으로 널리 이용되고 있다.
파이프, 튜브, 중공축(Hollow shaft), 원통축(Cylinder shaft) 등과 같이 길이가 길고 속이 비어있는 공작물의 피어싱은 드릴링과 펀칭에 의하여 실시하고 있다. 그러나 파이프의 여러 개소에 피어싱을 실시하는 경우, 파이프의 취급(Handling) 및 위치 결정(Locating)이 어려워 자동화하여 생산하지 못하고 있는 실정이다.
한편, 파이프의 피어싱은 미국 특허 제5,607,606호와 제7,649,155호에 개시되어 있는 레이저빔 머신(Laser beam machine)에 의하여 실시하고 있다. 레이저빔 머신은 다축 로봇에 의하여 레이저를 운동시켜 공작물의 피어싱 위치에 레이저를 정렬시킨 후, 레이저의 작동에 의하여 레이저빔을 주사하여 공작물의 절단, 피어싱 등 다양한 레이저 가공을 실시하게 된다.
그러나 상기한 바와 같은 레이저빔 머신의 가동에 많은 비용이 소요되기 때문에 생산비가 상승되는 문제를 수반하고 있다. 특히, 길이가 긴 파이프의 여러 개소에 피어싱되는 구멍들에 각도차가 존재하는 경우, 다축 로봇에 의하여 레이저를 운동시켜 위치 결정을 실시하는데 제한을 받아 생산성이 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 레이저빔 머신의 여러 가지 문제점들을 해결하기 위한 것이다. 본 발명의 목적은, 길이가 긴 파이프의 여러 개소에 구멍을 자동으로 피어싱할 수 있는 새로운 피어싱 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 파이프의 로딩, 센터링, 구멍의 위치 결정, 피어싱과 언로딩을 정확하게 실시할 수 있는 피어싱 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 따른 목적은, 펀칭 장치의 기구적인 작동에 의하여 피어싱을 실시할 수 있어 생산비를 절감하면서도 생산성을 향상시킬 수 있는 피어싱 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 피어싱 시스템이 제공된다. 본 발명에 따른 피어싱 시스템은, X축, Y축과 Z축을 가지며, X축 방향을 따라 배치되는 파이프의 센터링라인을 갖는 프레임과; 프레임의 한쪽에 서보모터의 구동에 의하여 회전할 수 있도록 설치되어 있고, 파이프의 센터링라인과 정렬되어 파이프의 한쪽에 끼워지도록 장착되어 있는 제1 맨드릴을 갖는 주축과; 주축과 반대되는 프레임의 다른 쪽에 X축 방향을 따라 설치되어 있는 베드와; 베드에 슬라이딩할 수 있도록 설치되어 있으며, 파이프의 센터링라인과 정렬되어 파이프의 다른 쪽에 끼워지도록 장착되어 있는 제2 맨드릴을 가지고, 주축으로부터 원거리에 배치되어 제1 맨드릴과 제2 맨드릴 사이의 센터링라인을 따라 파이프를 공급할 수 있도록 대기되어 있는 제1 위치, 파이프에 제2 맨드릴이 끼워지는 제2 위치와 주축에 근접되어 파이프에 제1 맨드릴과 제2 맨드릴이 동시에 끼워 고정시킬 수 있는 제3 위치 사이를 운동하는 심압대와; 제1 위치와 제2 위치 사이에서 심압대를 이송시키도록 심압대에 연결되어 있는 제1 리니어 액추에이터와; 제2 맨드릴을 파이프에 끼울 수 있도록 제1 위치와 제2 위치 사이에 파이프를 로딩하는 파이프 로더와; 제1 맨드릴과 제2 맨드릴에 끼워져 있는 파이프의 피어싱을 위하여 주축대와 심압대 사이에 배치되어 있는 펀칭 장치를 포함한다.
본 발명에 따른 피어싱 시스템은, 길이가 긴 파이프의 여러 개소에 구멍을 자동으로 피어싱할 수 있고, 파이프의 로딩, 센터링, 구멍의 위치 결정, 피어싱과 언로딩을 정확하게 실시할 수 있다. 또한, 펀칭 장치의 기구적인 작동에 의하여 피어싱을 실시할 수 있어 생산비를 절감하면서도 생산성을 향상시킬 수 있는 유용한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 피어싱 시스템에 의하여 가공되는 파이프의 이송 순서를 설명하기 위하여 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 피어싱 시스템에 의하여 가공되어 있는 파이프를 부분적으로 절제하여 나타낸 정면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 피어싱 시스템의 구성을 나타낸 정면도이다.
도 4는 도 3에서 포밍 장치를 분리하여 피어싱 장치의 구성을 나타낸 정면도이다.
도 5는 도 4에서 파이프가 제1 및 제2 맨드릴에 의하여 척킹되어 있는 구성을 나타낸 정면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 피어싱 시스템의 구성을 나타낸 평면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 피어싱 시스템에서 파이프 로더와 파이프 언로더의 구성을 나타낸 측면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 피어싱 시스템에서 파이프 로더와 파이프 언로더의 구성을 나타낸 정면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 피어싱 시스템에서 파이프 언로더의 구성을 나타낸 평면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 피어싱 시스템에서 펀칭 장치와 포밍 장치의 구성을 나타낸 측면도이다.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들과 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.
이하, 본 발명에 따른 피어싱 시스템에 대한 바람직한 실시예들을 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 피어싱 시스템은 파이프(1)의 피어싱과 포밍을 위하여 프레임(10), 주축대(Head stock: 20), 주축(Main shaft: 30), 베드(Bed: 40)와 심압대(Tail stock: 50)를 구비한다. 프레임(10)은 X축, X축에 대하여 직교하는 Y축, X축 및 Y축에 대하여 수직하게 직교하는 Z축을 갖는다. 프레임(10)은 베이스 플레이트(Base plate: 11)와 베이스 플레이트(11)의 상부에 장착되어 있는 오버헤드 플레이트(Overhead plate: 12)로 구성되어 있다. 프레임(10)은 X축 방향을 따라 배치되는 센터링라인(Centering line: L)을 갖는다. 파이프(1)의 센터링라인(L)은 파이프(1)가 X축 방향을 따라 이송되는 기준라인이다. 파이프(1)의 중심축선은 센터링라인(L)에 정렬된다.
주축대(20)는 베이스 플레이트(11)의 한쪽에 설치되어 있다. 주축(30)은 서보모터(31)의 구동에 의하여 회전할 수 있도록 주축대(20)에 설치되어 있다. 제1 맨드릴(Mandrel: 32)이 주축(30)에 장착되어 있다. 제1 맨드릴(32)은 공작물의 일례로 파이프(1)의 보어(Bore: 2)에 끼워진다. 베드(40)는 주축(30)의 반대쪽에 배치되도록 베이스 플레이트(11)의 다른 쪽에 X축 방향을 따라 설치되어 있다. 주축대(20)와 베드(40)는 서로 간격을 두고 대향되어 있으며 X축 방향을 따라 정렬되어 있다.
심압대(50)는 베드(40)을 따라 슬라이딩(Sliding)할 수 있도록 베드(40) 위에 설치되어 있다. 제2 맨드릴(51)이 심압대(50)에 회전할 수 있도록 장착되어 있다. 제2 맨드릴(51)은 파이프(1)의 보어(2)에 끼워진다. 제1 맨드릴(32)과 제2 맨드릴(51) 각각의 중심축선은 파이프(1)의 센터링라인(L)에 정렬되어 있다. 제1 맨드릴(32)은 파이프(1)의 왼쪽에서 보어(2)에 끼워지고, 제2 맨드릴(51)은 파이프(1)의 오른쪽에서 보어(2)에 끼워진다.
심압대(50)는 주축(30)으로부터 원거리에 배치되어 제1 맨드릴(32)과 제2 맨드릴(51) 사이의 센터링라인(L)을 따라 파이프(1)를 공급할 수 있도록 대기되어 있는 제1 위치(P1), 파이프(1)의 보어(2)에 제2 맨드릴(51)이 끼워지는 제2 위치(P2)와 주축(30)에 근접되어 파이프(1)의 보어(2)에 제1 맨드릴(32)과 제2 맨드릴(51)이 끼워져 파이프(1)를 고정하기 위한 제3 위치(P3) 사이를 운동한다. 서보모터(52)가 제2 맨드릴(51)의 회전을 위하여 제2 맨드릴(51)에 연결되어 있다. 실시예에 따라서 서보모터(52)는 삭제될 수 있고, 이 경우 파이프(1)의 회전은 서보모터(31)의 구동에 의하여 실시된다.
본 발명에 따른 피어싱 시스템은 X축 방향을 따라 심압대(50)을 이송시키는 제1 리니어 액추에이터(Linear actuator: 60)를 구비한다. 제1 리니어 액추에이터(60)는 서보모터(Servo mortor: 61), 캐리지(Carriage: 62), 피니언(Pinion: 63), 랙(Rack: 64)과 리니어 가이드(Linear guide: 65)로 구성되어 있다.
서보모터(61)는 심압대(50)의 이송을 위한 구동력을 제공한다. 캐리지(62)는 X축 방향을 따라 이송할 수 있도록 베드(40)의 상부에 장착되어 있다. 서보모터(61)는 캐리지(62)의 한쪽에 장착되어 캐리지(62)와 함께 이동된다. 서보모터(61)의 배선을 위하여 케이블 체인(Cable chain: 61a)이 캐리지(62)의 한쪽에 연결되어 있다. 피니언(63)은 서보모터(61)의 구동에 의하여 회전할 수 있도록 서보모터(61)에 연결되어 있다. 랙(64)은 피니언(63)과 이맞물림되도록 캐리지(62)의 한쪽에 장착되어 있다. 리니어 가이드(65)는 베드(40)의 상면에 X축 방향을 따라 장착되어 있는 가이드레일(Guide rail: 65a)과, 가이드레일(65a)을 따라 슬라이딩하도록 장착되어 있고 캐리지(64)에 결합되어 있는 슬라이드(Slide: 65b)로 구성되어 있다.
서보모터(61)의 구동에 의하여 피니언(63)이 회전되고, 피니언(63)과 맞물림되어 있는 랙(64)이 이송되면서 캐리지(64)를 이송한다. 리니어 가이드(65)의 슬라이드(65b)는 가이드레일(65a)을 따라 캐리지(64)의 직선이송을 안내한다. 몇몇 실시예에 있어서, 제1 리니어 액추에이터(60)는 서보모터의 구동력에 의하여 회전하는 리드스크루(Lead screw)와, 리드스크루를 따라 나사 운동하도록 체결되어 있는 너트블록(Nut block)과, 너트블록에 고정되어 있는 캐리지(Carriage)로 구성될 수 있다. 리드스크루는 볼스크루(Ball screw)로 구성되고, 너트블록은 볼너트블록(Ball nut block)으로 구성될 수 있다. 또한, 제1 리니어 액추에이터(60)는 타이밍벨트(Timing belt)에 의하여 캐리지가 직선 운동되는 벨트 드리븐 리니어 액추에이터(Belt driven linear actuator)로 구성될 수 있다. 리니어 가이드는 가이드레일을 갖는 모노레일 타입(Monorail type) 대신에 가이드바(Guide bar)와 가이드부시(Guide bush)를 갖는 바 타입(Bar type)으로 구성될 수 있다.
도 3 내지 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 피어싱 시스템은 제2 위치(P2)에 배치되어 있는 캐리지(62)의 후진을 구속하는 로킹 유닛(Locking unit: 66)을 구비한다. 로킹유닛(66)은 프레임(10)에 피봇(66b)을 중심으로 회전할 수 있도록 장착되어 있는 록(Lock: 66a)과 록(66a)의 회전을 위하여 록(66a)과 연결되어 있는 액추에이터(66c)로 구성되어 있다. 액추에이터(66c)는 에어실린더로 구성되어 있다. 액추에이터(66c)의 작동에 의하여 피봇(66b)을 중심으로 록(66a)이 회전되고, 록(66a)은 제2 위치(P2)에 배치되어 있는 캐리지(62)의 후단에 로킹되어 캐리지(62)의 후진을 구속한다.
도 1, 도 3, 도 7과 도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 피어싱 시스템은 주축대(20)과 심압대(50) 사이에 파이프(1)를 로딩(Loading)할 수 있도록 프레임(10)에 설치되어 있는 파이프 로더(Pipe loader: 70)를 구비한다. 파이프 로더(70)는 제2 맨드릴(51)을 파이프(1)의 보어(2)에 끼울 수 있도록 제1 위치(P1)와 제2 위치(P2) 사이에 파이프(1)를 로딩한다.
파이프 로더(70)는 센터링라인(L)으로부터 벗어나 있는 제4 위치(P4)로부터 파이프(1)의 중심축선이 센터링라인(L)에 정렬되도록 배치되는 제1 위치(P1)와 제2 위치(P2) 사이의 제5 위치(P5)로 파이프(1)를 로딩한다. 파이프 로더(70)는 포스트(Post: 71), 틸팅 헤드(Tilting head: 72), 틸팅 액추에이터(Tilting actuator: 73)와 한 쌍의 클램핑 유닛(Clamping unit: 74)들로 구성되어 있다.
포스트(71)는 센터링라인(L)으로부터 벗어나도록 베이스 플레이트(11)의 상면에 장착되어 있다. 틸팅 헤드(72)는 포스트(71)의 상단에 피봇(Pivot: 72a)을 중심으로 회전하도록 장착되어 있다. 틸팅 액추에이터(73)는 포스트(71)와 틸팅 헤드(72)를 연결하도록 장착되어 있다. 틸팅 액추에이터(73)의 작동에 의하여 틸팅 헤드(72)는 피봇(72a)을 중심으로 회전되어 파이프(1)를 제4 위치(P4)로부터 제5 위치(P5)로 회전시킨다. 틸팅 액추에이터(73)는 에어실린더로 구성되어 있다.
클램핑 유닛(74)들은 제1 조(Jaw: 74a), 제2 조(74b)와 클램핑 액추에이터(Clamping actuator: 74c)로 구성되어 있다. 제1 조(74a)는 틸팅 헤드(72)에 고정되어 있다. 제2 조(74b)는 피봇(74d)을 중심으로 회전할 수 있도록 틸팅 헤드(72)에 장착되어 있고, 제1 조(74a)에 지지되어 있는 파이프(1)를 클램핑한다. 클램핑 액추에이터(74c)는 제2 조(74b)를 회전시킬 수 있도록 제2 조(74b)에 연결되어 있다. 클램핑 액추에이터(74c)는 에어실린더(Air cylinder)로 구성되어 있다.
도 3 내지 도 6과 도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 피어싱 시스템은 제1 맨드릴(32)과 제2 맨드릴(51)에 끼워져 있는 파이프(2)의 피어싱을 위하여 주축대(20)와 심압대(50) 사이에 설치되어 있는 펀칭 장치(Punching device: 80)를 구비한다. 펀칭 장치(80)는 서포트블록(Support block: 81), 한 쌍의 업다운 액추에이터(Up/down actuator: 82)들, 제1 펀칭 유닛(Punching unit: 83)과 제2 펀칭 유닛(84)으로 구성되어 있다.
서포트블록(81)은 제1 맨드릴(32)과 제2 맨드릴(51)에 끼워져 있는 파이프(1)를 받쳐줄 수 있도록 센터링라인(L)의 하방에 X축 방향을 따라 설치되어 있다. 서포트블록(81)은 제1 맨드릴(32)과 제2 맨드릴(51)에 끼워져 있는 파이프(1)의 외면을 지지할 수 있도록 Z축 방향을 따라 승강한다. 서포트블록(81)은 그 상단에 파이프(1)를 안정적으로 받쳐줄 수 있도록 브이홈(V-groove: 81a)이 형성되어 있다. 업다운 액추에이터(82)들은 서포트블록(81)을 승강시킬 수 있도록 서포트블록(81)과 연결되어 있다. 업다운 액추에이터(82)의 작동에 의하여 서포트블록(81)은 상승되어 파이프(1)의 외면 하부를 받쳐준다. 서포트블록(81)이 하강되면, 파이프(1)의 외면과 브이홈(81a)이 떨어져 파이프(1)의 이송 및 회전이 가능하다.
제1 펀칭 유닛(83)은 제1 램(Ram: 83a), 제1 펀칭 액추에이터(Punching actuator: 83b)와 제1 펀치(83c)로 구성되어 있다. 제2 펀칭 유닛(84)은 제2 램(84a), 제2 펀칭 액추에이터(84b)와 제2 펀치(84c)로 구성되어 있다. 제1 및 제2 램(83a, 84a) 각각은 센터링라인(L)에 대하여 승강할 수 있도록 서포트블록(81)의 상방에 설치되어 있다. 제1 및 제2 펀칭 액추에이터(83b, 84b) 각각은 제1 및 제2 램(83a, 84a)을 승강시킬 수 있도록 제1 및 제2 램(83a, 84a)에 연결되어 있다. 제1 및 제2 펀치(83c, 84c) 각각은 파이프(2)의 피어싱을 위하여 제1 및 제2 램(83a, 84a)의 하부에 장착되어 있다.
도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 제1 및 제2 펀치(83c, 84c) 각각은 제1 및 제2 펀칭액추에이터(83b, 84b)의 작동에 의하여 제1 및 제2 램(83a, 84a)과 함께 하강되어 파이프(1)에 구멍(3)을 뚫어준다. 제1 펀치(83c)는 파이프(1)에 원형 구멍을 뚫어주도록 구성되고, 제2 펀치(84c)는 파이프(1)에 육각 구멍을 뚫어주도록 구성될 수 있다. 업다운 액추에이터(82)들과 제1 및 제2 펀칭액추에이터(83b, 84b)는 에어실린더나 유압실린더(Hydraulic cylinder)로 구성될 수 있다. 본 실시예에 있어서, 펀칭 장치(80)의 제2 펀칭 유닛(84)은 필요에 따라 삭제될 수 있다.
도 3 내지 도 6과 도 10에 도시되어 있는 바와 같이, 펀칭 장치(80)는 X축 방향을 따라 제1 및 제2 펀칭 유닛(83, 84)을 이송할 수 있도록 오버헤드 플레이트(12)에 설치되어 있는 제2 리니어 액추에이터(90)를 구비한다. 제2 리니어 액추에이터(90)는 제1 및 제2 펀칭 액추에이터(83b, 84b)에 연결되어 X축 방향을 따라 제1 및 제2 펀칭 유닛(83, 84)을 이송한다. 제2 리니어 액추에이터(90)는 앞에서 설명한 제1 리니어 액추에이터(60)와 마찬가지로 서보모터(91), 리드스크루(92), 너트블록(93), 캐리지(94)와 리니어 가이드(95)를 구비하는 스크루 드리븐 리니어 액추에이터로 구성되어 있다. 제1 및 제2 펀칭 유닛(83, 84) 각각의 제1 및 제2 펀칭 액추에이터(83b, 84b)는 캐리지(94)에 장착되어 있다.
도 3 내지 도 7과 도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 피어싱 시스템은 심압대(50)가 제3 위치(P3)에 정지되어 있는 상태에서 파이프(1), 즉 파이프 완제품을 언로딩(Unloading)하기 위한 파이프 언로더(Pipe unloader: 100)를 구비한다. 파이프 언로더(100)는 Y축 리니어 액추에이터(110), Z축 리니어 액추에이터(120)와 그리퍼(Gripper: 130)로 구성되어 있다.
Y축 리니어 액추에이터(110)는 오버헤드 프레임(10)에 Y축 방향을 따라 설치되어 있다. Y축 리니어 액추에이터(110)는 Y축 에어실린더(111), 캐리지(112)와 리니어 가이드(113)로 구성되어 있다. Y축 에어실린더(111)는 오버헤드 프레임(10)에 Y축 방향을 따라 장착되어 있다. 캐리지(112)는 Y축 방향을 따라 이송할 수 있도록 오버헤드 프레임(10)의 상부에 배치되어 있고, Y축 에어실린더(111)에 연결되어 있다. 리니어 가이드(113)는 Y축 방향을 따라 캐리지(112)의 직선 이송을 안내한다.
Z축 리니어 액추에이터(120)는 Z축 방향을 따라 설치되어 있으며, Y축 리니어 액추에이터(110)의 작동에 의하여 Y축 방향을 따라 이송된다. Z축 리니어 액추에이터(120)는 캐리지(114)에 Y축 방향을 따라 장착되어 있는 Y축 에어실린더(121)와 리프팅 플레이트(Lifting plate: 122)로 구성되어 있다. 리프팅 플레이트(122)는 Y축 에어실린더(121)의 작동에 의하여 Y축 방향을 따라 승강된다. 그리퍼(130)는 액추에이터(131)와 한 쌍의 조(132)들로 구성되어 있다. 액추에이터(131)는 리프팅 플레이트(122)에 장착되어 있다. 한 쌍의 조(132)들은 액추에이터(131)의 작동에 의하여 폐쇄(Closing)되어 파이프(1)를 붙잡아준다.
도 3, 도 7과 도 8을 참조하면, 파이프 언로더(100)는 가공이 끝난 파이프(1)를 스토리지(Storage: 140)로 운반한다. 스토리지(140)는 X축 방향을 따라 간격을 두고 베이스 플레이트(11)에 장착되어 있는 한 쌍의 포스트(141)들과, 포스트(141)들 각각에 파이프(10)의 양단을 지지할 수 있도록 장착되어 있는 서포트(Support: 142)들로 구성되어 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 파이프 언로더(100)는 가공이 끝난 파이프(10)를 슈트(Chute), 컨베이어(Conveyor), 대차, 컨테이너(Container) 등으로 운반할 수도 있다.
도 3, 도 6과 도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 피어싱 시스템은 제1 맨드릴(32)과 제2 맨드릴(51)에 끼워져 있는 파이프(2)의 포밍(Forming)을 위하여 주축대(20)와 심압대(50) 사이에 설치되어 있는 포밍 장치(Forming device: 150)를 더 구비한다. 포밍 장치(80)는 서포트블록(151), 액추에이터(152), 제1 포밍 유닛(Forming 153)과 제2 포밍 유닛(154)으로 구성되어 있다.
서포트블록(151)은 Y축 방향을 따라 운동할 수 있도록 센터링라인(L)의 후방에 배치되어 있다. 서포트블록(151)은 그 선단에 파이프(1)를 안정적으로 받쳐줄 수 있도록 브이홈(151a)이 형성되어 있다. 액추에이터(152)는 서포트블록(151)에 연결되어 있다. 서포트블록(151)은 센터링라인(L)으로부터 떨어져 있다가 액추에이터(152)의 작동에 의하여 전진하여 제2 위치(P2)에 파이프(1)의 외면을 지지한다.
제1 포밍 유닛(153)은 제1 램(Ram: 153a), 제1 포밍 액추에이터(Forming actuator: 153b)와 제1 포밍 다이(Forming die: 153c)로 구성되어 있다. 제2 포밍 유닛(154)은 제2 램(154a), 제2 포밍 액추에이터(154b)와 제2 포밍 다이(154c)로 구성되어 있다. 제1 및 제2 램(153a, 154a) 각각은 센터링라인(L)에 대하여 접근 및 이격될 수 있도록 서포트블록(151)의 전방에 배치되어 있다. 제1 및 제2 펀칭액추에이터(153b, 154b) 각각은 제1 및 제2 램(153a, 154a)을 운동시킬 수 있도록 제1 및 제2 램(153a, 154a)에 연결되어 있다. 제1 및 제2 포밍 다이(153c, 154c) 각각은 파이프(2)의 포밍을 위하여 제1 및 제2 램(153a, 154a)의 전면에 장착되어 있다.
도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 제1 및 제2 포밍 다이(153c, 154c) 각각은 제1 및 제2 포밍 액추에이터(153b, 154b)의 작동에 의하여 제1 및 제2 램(153a, 154a)과 함께 전진되어 파이프(1)의 외면을 가압하여 홈(4)을 포밍한다. 제1 및 제2 포밍 다이(153c, 154c) 각각은 서로 다른 형태의 홈(4)을 포밍할 수 있도록 구성될 수 있다. 포밍 장치(150)의 제2 포밍 유닛(154)은 필요에 따라 삭제될 수 있다.
지금부터는, 이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 피어싱 시스템에 대한 작용을 설명한다.
도 1, 도 3, 도 4과 도 10을 참조하면, 심압대(50)는 제1 위치(P1)에 대기되어 있고, 파이프 로더(70)는 제4 위치(P4)에 대기되어 있다. 파이프(1)는 센터링라인(L)에 평행하도록 클램핑 유닛(74)들의 제1 조(74a) 위에 놓여진다. 파이프(1)가 제1 조(74a) 위에 놓이면, 클램핑 액추에이터(74c)가 작동되어 제2 조(74b)를 회전시키게 되고, 제1 조(74a)와 제2 조(74b)가 닫혀져 파이프(1)를 클램핑하게 된다. 파이프(1)가 파이프 로더(70)의 클램핑 유닛(74)들에 의하여 클램핑되면, 틸팅 액추에이터(73)가 작동되어 제4 위치(P4)로부터 제5 위치(P5)로 틸팅 헤드(72)를 회전시킨다. 틸팅 헤드(72)가 제5 위치(P5)에 배치되면, 파이프(1)의 중심축선이 센터링라인(L)에 정렬된다.
도 1과 도 5를 참조하면, 제1 리니어 액추에이터(60)가 작동되어 심압대(50)를 제1 위치(P1)로부터 제3 위치(P4)를 향하여 이송시킨다. 서보모터(61)가 한쪽 방향으로 구동되어 피니언(62)을 회전시키게 된다. 피니언(62)의 회전에 의하여 랙(63)이 X축 방향을 따라 이송되고, 랙(63)과 결합되어 있는 캐리지(64)가 이송된다. 리니어 가이드(65)의 슬라이드(65b)는 가이드레일(65a)을 따라 슬라이딩되어 캐리지(64)의 직선운동을 안내한다. 심압대(50)가 제1 리니어 액추에이터(60)의 작동에 의하여 제1 위치(P1)로부터 제2 위치(P2)를 향하여 이송되면서 제2 맨드릴(51)이 파이프(1)의 오른쪽에서 보어(2)에 끼워진다. 제2 맨드릴(51)이 보어(2)에 완전히 끼워지면, 서보모터(61)가 정지된다.
제2 맨드릴(51)이 보어(2)에 끼워진 후, 클램핑 액추에이터(74c)가 작동되어 제2 조(74b)를 열어 파이프(1)의 클램핑을 해제시키게 된다. 틸팅 액추에이터(73)가 작동되어 제4 위치(P4)로부터 제3 위치(P3)로 틸팅 헤드(72)를 회전시킨다. 틸팅 헤드(72)가 제3 위치(P3)에 복귀되면, 심압대(50)의 이송 시 심압대(50)와 간섭되지 않는다.
제1 리니어 액추에이터(60)가 작동되어 심압대(50)를 주축(30)쪽으로 이송시킨다. 심압대(50)의 이송에 의하여 제1 맨드릴(32)이 파이프(1)의 왼쪽에서 보어(2)에 끼워진다. 제1 맨드릴(32)이 보어(2)에 완전히 끼워지면, 서보모터(61)가 정지된다. 제1 및 제2 맨드릴(51) 각각이 파이프(1)의 양단에서 보어(2)에 끼워지는 것에 의하여 파이프(1)의 중심축선은 센터링라인(L)에 정확하게 정렬된다.
도 1, 도 5와 도 10을 참조하면, 파이프(1)가 제1 및 제2 맨드릴(51)에 끼워진 후 서보모터(61)가 정지되면, 업다운 액추에이터(82)가 작동되어 서포트블록(81)을 상승시키게 된다. 파이프(1)는 브이홈(81a)에 수용되고, 서포트블록(81)은 파이프(1)의 외면 하부를 지지하게 된다. 제2 리니어 액추에이터(90)가 작동되어 X축 방향을 따라 펀칭 장치(80)를 이송시켜 파이프(1)에 구멍(3)을 뚫기 위한 제1 및 제2 펀칭 유닛(83, 84)의 위치를 설정하게 된다.
제1 및 제2 펀칭 유닛(83, 84)의 위치가 설정되면, 제1 및 제2 펀칭 액추에이터(83b, 84b)가 작동되어 제1 및 제2램(83a, 84a)을 하강시키게 된다. 제1 및 제2 램(83a, 84a)의 하강에 의하여 제1 및 제2 펀치(83c, 84c)가 파이프(1)를 펀칭하여 구멍을 뚫어주게 된다. 이때, 제1 펀칭 유닛(83)의 제1 펀치(83c)는 파이프(1)에 원형 구멍을 뚫어주고, 제2 펀칭 유닛(84)의 제2 펀치(84c)는 파이프(1)에 육각 구멍을 뚫어주게 된다. 파이프(1)의 첫 번째 피어싱이 완료되면, 제1 및 제2 램(83a, 84a)은 제1 및 제2 펀칭 액추에이터(83b, 84b)의 작동에 의하여 복귀된다.
한편, 본 발명에 따른 피어싱 시스템에 있어서 파이프(1)의 피어싱은 여러 개소에 실시된다. 예컨대, 파이프(1)에 첫 번째로 피어싱되는 제1 구멍과 두 번째로 피어싱되는 제2 구멍의 위치에 각도차가 존재하는 경우, 파이프(1)의 회전이 실시된다.
파이프(1)의 첫 번째 피어싱을 실시한 후, 파이프(1)의 회전을 위하여 업다운 액추에이터(82)가 작동되어 서포트블록(81)을 하강시켜 복귀시키게 된다. 서포트블록(81)이 복귀되면, 서보모터(31)가 구동되어 주축(30)을 회전시키게 된다. 주축(30)의 회전에 의하여 제1 맨드릴(32)에 끼워져 있는 파이프(1)가 회전된다. 이때, 제2 맨드릴(51)은 서보모터(52)의 구동에 의하여 제1 맨들리(32)과 동시에 회전될 수 있다. 두 번째 피어싱 위치에 해당하는 파이프(1)의 외면이 제1 및 제2 펀칭 유닛(83, 84) 제1 및 제2 각각의 펀치(83c, 84c)에 대향되면, 서보모터(31)는 정지된다.
제2 리니어 액추에이터(90)의 작동에 의하여 펀칭 장치(80)가 X축 방향을 따라 이송되어 제1 및 제2 펀칭 유닛(83, 84) 각각의 제1 및 제2 펀치(83c, 84c)가 두 번째 피어싱 위치에 정렬되면, 제1 및 제2 펀칭 액추에이터(83b, 84b)가 작동되어 제1 및 제2 램(83a, 84a)을 하강시키게 된다. 제1 및 제2 램(83a, 84a)의 하강에 의하여 제1 및 제2 펀치(83c, 84c)가 파이프(1)를 펀칭하여 제2 구멍을 뚫어주게 된다. 파이프(1)의 두 번째 피어싱이 완료되면, 제1 및 제2 램(83a, 84a)은 제1 및 제2 펀칭 액추에이터(83c, 84c)의 작동에 의하여 복귀된다. 이와 같이 파이프(1)의 회전과 펀칭 장치(80)의 이송을 반복하면서 파이프(1)의 피어싱을 여러 개소에 정확하고 효율적으로 실시하여 생산성을 향상시키고, 생산비를 절감할 수 있다.
파이프(1)의 피어싱이 완료되면, 서포트블록(81)은 업다운 액추에이터(82)의 작동에 의하여 하강되고, 펀칭 장치(80)은 제2 리니어 액추에이터(90)의 작동에 의하여 복귀된다. 심압대(50)는 제1 리니어 액추에이터(60)의 작동에 의하여 제2 위치(P2)로부터 제1 위치(P1)로 이송된다. 심압대(50))가 제3 위치(P3)에 도달되면, 제1 리니어 액추에이터(60)는 정지된다.
계속해서, 파이프 언로더(100)의 Z축 리니어 액추에이터(120)가 작동되어 그리퍼(130)를 제5 위치(P5)에 있는 파이프(1)에 접근시키게 된다. 액추에이터(131)의 작동에 의하여 그리퍼(131)의 조(132)들이 파이프(1)를 붙잡게 되면, 제1 리니어 액추에이터(60)의 작동에 의하여 심압대(50)가 제3 위치(P3)로부터 제1 위치(P1)로 이송되어 복귀된다. 심압대(50)가 제1 위치(P1)로 복귀되면서 제2 맨드릴(51)이 파이프(1)로부터 빠지게 된다.
제2 맨드릴(51)이 파이프(1)와 완전히 분리되면, Z축 리니어 액추에이터(120)가 작동되어 제5 위치(P5)로부터 파이프(1)를 상승시키게 된다. Z축 리니어 액추에이터(120)의 작동에 의하여 파이프(1)가 상승되면, X축 리니어 액추에이터(110)가 작동되어 Z축 리니어 액추에이터(120)와 그리퍼(130)를 슈트(140) 위로 이송시키게 된다. Z축 리니어 액추에이터(120)가 작동되어 그리퍼(130)를 하강시킨 후, 액추에이터(131)가 작동되어 조(132)들의 그리핑(Gripping)을 해제하게 된다. 조(132)들의 그리핑이 해제되면, 파이프(1)는 조(132)들로부터 이탈되어 슈트(140) 위에 떨어지게 된다. 파이프(1)는 슈트(140)를 타고 내려가 슈트(140) 아래에 배치되어 있는 대차 등의 운반수단에 수거된다.
도 3, 도 6과 도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 피어싱 시스템은 파이프(1)의 피어싱과 포밍을 병행할 수 있다. 제1 및 제2 맨드릴(32, 51)이 파이프(1)의 보어(2)에 끼워져 있는 상태에서 액추에이터(152)의 작동에 의하여 서프트블록(151)이 전진되어 파이프(1)를 지지하게 된다. 제1 및 제2 포밍 유닛(153, 154) 각각의 제1 및 제2 포밍 액추에이터(153b, 154b)가 작동되어 제1 및 제2 램(153a, 154a)을 전진시키게 된다. 제1 및 제2 램(153a, 154a)의 전진에 의하여 포밍 다이(153c, 154c)가 파이프(1)의 외면을 가압하여 홈을 포밍하게 된다. 이와 같이 본 발명에 따른 피어싱 시스템은 펀칭 장치(80)에 의하여 파이프(1)에 구멍을 형성하고, 또한 포밍 장치(150)에 의하여 파이프(1)에 홈을 형성할 수 있으므로, 파이프(1)의 가공을 효율적으로 실시하여 생산성을 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
1: 파이프 10: 프레임
20: 주축대 30: 주축
32: 제1 맨드릴 40: 베드
50: 심압대 51: 제2 맨드릴
60: 제1 리니어 액추에이터 70: 파이프 로더
72: 틸팅 헤드 73: 틸팅 액추에이터
74: 클램핑 유닛 80: 펀칭 장치
81: 서포트블록 82: 업다운 액추에이터
83: 제1 펀칭 유닛 84: 제2 펀칭 유닛
90: 제2 리니어 액추에이터 100: 파이프 언로더
110: Y축 리니어 액추에이터 120: Z축 리니어 액추에이터
130: 그리퍼 140: 스토리지
150: 포밍 장치 151: 서포트블록
153: 제1 포밍 유닛 154: 제2 포밍 유닛

Claims (8)

  1. 프레임;
    상기 프레임의 일측에 서보모터의 구동에 의해 회전되도록 설치되며, 파이프의 센터링라인과 정렬되어 상기 파이프의 일측에 끼워지는 제1 맨드릴을 갖는 주축;
    상기 주축과 반대되는 상기 프레임의 다른 일측에 설치되는 베드;
    상기 베드에 슬라이딩되게 설치되고, 상기 파이프의 센터링라인과 정렬되어 상기 파이프의 다른 일측에 끼워지는 제2 맨드릴을 가지며, 상기 주축으로부터 원거리에 배치되어 상기 제1 맨드릴과 상기 제2 맨드릴 사이의 센터링라인을 따라 파이프를 공급할 수 있도록 대기중인 제1 위치와 상기 파이프에 상기 제2 맨드릴이 끼워지는 제2 위치, 그리고 상기 제2 위치와 상기 파이프에 상기 제1 맨드릴과 상기 제2 맨드릴이 동시에 끼워지는 제3 위치 사이를 운동하는 심압대;
    상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에서 상기 심압대를 이송시키기 위한 제1 리니어 액추에이터;
    상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에 장착되는 포스트, 상기 포스트의 상단에 장착되어 상기 파이프의 센터링라인에서 벗어난 제4 위치와 상기 파이프의 중심축선이 센터링라인에 정렬 배치하기 위한 제5 위치 사이를 회전이동하는 틸팅 헤드, 상기 제4 위치와 상기 제5 위치 사이에서 상기 틸팅 헤드를 회전시키는 틸팅 액추에이터, 상기 틸팅 헤드에 상기 파이프를 클램핑하는 클램핑 유닛을 포함하며, 상기 제2 맨드릴을 상기 파이프에 끼울 수 있도록 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에 상기 파이프를 로딩하는 파이프 로더; 그리고
    상기 파이프의 하부에 배치되어 상기 제1 맨드릴과 상기 제2 맨드릴에 끼워진 상기 파이프를 받치면서 승강하는 서포트블록, 상기 서포트블록을 승강시키는 업다운 액추에이터, 상기 서포트블록의 상방에 배치되는 제1 램과 상기 제1 램을 승강시키는 제1 펀칭 액추에이터와 상기 파이프의 피어싱을 위해 상기 제1 램에 장착되는 제1 펀치를 갖는 제1 펀칭 유닛, 상기 서포트블록의 상방에 배치되는 제2 램과 상기 제2 램을 승강시키기 위해 상기 제2 램에 연결되어 있고 제2 리니어 액추에이터에 연결되어 있는 제2 펀칭 액추에이터와 상기 파이프의 피어싱을 위해 상기 제2 램에 장착되는 제2 펀치를 갖는 제2 펀칭 유닛, 상기 제1 펀칭 유닛을 X축 방향으로 이송할 수 있도록 상기 제1 펀칭 엑추에이터에 연결되는 제2 리니어 액추에이터를 포함하며, 상기 주축과 상기 심압대 사이에 배치되어 상기 제1 맨드릴과 상기 제2 맨드릴에 끼워진 상기 파이프의 피어싱을 수행하는 펀칭 장치
    를 포함하는 피어싱 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 심압대가 상기 제3 위치에 정지되어 있는 상태에서 상기 파이프를 언로딩하기 위한 파이프 언로더를 더 구비하는 피어싱 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 파이프 언로더는,
    상기 프레임에 Y축 방향을 따라 설치되어 있는 Y축 리니어 액추에이터와;
    상기 Y축 리니어 액추에이터에 Z축 방향을 따라 설치되어 있는 Z축 리니어 액추에이터와;
    상기 Z축 리니어 액추에이터에 상기 파이프를 그리핑할 수 있도록 설치되어 있는 그리퍼와;
    상기 프레임의 한쪽에 상기 그리퍼로부터 상기 파이프를 넘겨받을 수 있도록 설치되어 있는 슈트로 이루어지는 피어싱 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 맨드릴과 상기 제2 맨드릴에 끼워져 있는 상기 파이프의 포밍을 위하여 상기 주축과 상기 심압대 사이에 설치되어 있는 포밍 장치를 더 포함하는 피어싱 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 포밍 장치는,
    상기 센터링라인의 후방에 배치되어 있고, 상기 제1 맨드릴과 상기 제2 맨드릴에 끼워져 있는 지지할 수 있도록 Y축 방향을 따라 운동하는 서포트블록과;
    상기 서포트블록을 Y축 방향을 따라 운동시킬 수 있도록 상기 서포트블록과 연결되어 있는 액추에이터와;
    상기 센터링라인에 대하여 운동할 수 있도록 상기 서포트블록의 전방에 배치되어 있는 제1 램과, 상기 제1 램을 운동시킬 수 있도록 상기 제1 램에 연결되어 있는 제1 포밍 액추에이터와, 상기 파이프의 포밍을 위하여 상기 제1 램에 장착되어 있는 제1 포밍 다이를 갖는 제1 포밍 유닛과;
    상기 센터링라인에 대하여 운동할 수 있도록 상기 서포트블록의 전방에 배치되어 있는 제2 램과, 상기 제2 램을 운동시킬 수 있도록 상기 제2 램에 연결되어 있는 제2 포밍 액추에이터와, 상기 파이프의 포밍을 위하여 상기 제2 램에 장착되어 있는 제2 포밍 다이를 갖는 제2 포밍 유닛으로 이루어지는 피어싱 시스템.
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