KR102017294B1 - 프레스 자동화 시스템 및 프레스 유닛 - Google Patents

Abstract

일 실시예에 따른 프레스 자동화 시스템은, 재료가 가압 성형되는 제1 프레스 유닛; 상기 제1 프레스 유닛으로부터 이격 배치되어, 상기 재료를 가압 성형하는 제2 프레스 유닛; 상기 제1 프레스 유닛 및 상기 제2 프레스 유닛 사이에 배치되어, 상기 재료를 상기 제1 프레스 유닛으로부터 상기 제2 프레스 유닛으로 이송하는 이송 유닛; 및 상기 제1 프레스 유닛의 상기 제2 프레스 유닛에 대한 높이를 조절하는 높이 조절 유닛;을 포함하고, 상기 제1 프레스 유닛 내 상기 재료의 높이가 상기 제2 프레스 유닛 내 상기 재료의 높이보다 높아서, 상기 재료의 위치에너지가 운동에너지로 변환되어 상기 재료가 상기 이송 유닛 상에서 가속 이송될 수 있다.

Description

프레스 자동화 시스템 및 프레스 유닛{PRESS AUTOMATION SYSTEM AND PRESS UNIT}

본 발명은 프레스 자동화 시스템 및 프레스 유닛에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 위치에너지를 이용하여 복수 개의 프레스 유닛 사이에서 재료를 가속 이송시킬 수 있는 프레스 자동화 시스템 및 프레스 유닛에 관한 것이다.

자동차와 같이 많은 부품이 조립되는 시스템에 있어, 각각의 부품들은 단조 작업이나 절삭 작업, 사출 작업 등의 다양한 제조 방식으로 만들어진다. 이 중 프레스 단조 작업은, 프레스 장치의 베드에 고정되는 프레스용 금형 위에 주기적으로 공급되는 박판을 프레스의 큰 힘으로 눌러 박판의 소성 변형을 일으켜 원하는 형상을 만든다.

통상적으로 프레스 자동화 라인에서 초기 박판 원재료 투입부터 완전 성형품 제조까지, 2대 이상의 프레스와, 단조 재료를 다음 프레스로 이송하는 프레스 간 이송 장치들의 조합으로 프레스 자동화 라인이 구성이 된다. 이는 대부분의 부품들이 비교적 복잡한 형상을 가지고, 몇 차례의 누적 소성 변형이 이루어져야 완전한 성형품을 제조할 수 있는 데에 기인한다. 즉 형상이 간단하면서 누적 소성 변형 없이 한 번의 소성 변형으로도 원하는 형상의 부품이 성형되는 경우에는 한 대의 프레스만으로 완제품을 만드는 라인 구성이 가능하다. 이에 비해 대부분의 부품들은 형상이 복잡하면서 여러 차례의 누적된 소성 변형 작업이 필요하므로, 프레스 자동화 라인 구성을 위해서는 2대 이상의 프레스와 프레스 간 이송 장치가 필요하다.

한편, 프레스와 프레스 간 이송 장치로 구성되는 프레스 자동화 라인에서 생산성을 나타내는 지표는 SPM (Shot Per Minute)이라 하며, 이는 프레스의 분당 단조 횟수와 일치하고, 결과적으로 분당 완전 성형품이 제조되는 개수와 일치한다. 일례로 초기 공급되는 박판의 무게가 40kg인 중형물용 프레스 라인 생산성의 경우 대표적으로 10 - 14SPM급으로 구현이 되어 있으며, 최근 들어 20SPM급 라인 구축을 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 즉 프레스 라인의 생산성이 20SPM인 경우, 각각의 프레스에서 1분에 20번 (3초에 한 번씩) 단조 작업이 수행되고, 프레스 간 이송 장치 역시 1분에 20번 단조 대상 재료를 다음 프레스로 이송한다. 결과적으로, 20SPM급 프레스 라인에서는 1분에 20개의 완전 성형품이 제조됨을 의미한다.

이러한 프레스 자동화 라인에서 이송 작업은 단방향성을 가진다. 즉 첫 번째 프레스에서 1차 단조된 파트가 두 번째 프레스로 이송되어 2차 단조 작업이 진행되고, 계속하여 세 번째 프레스로 이송되어 3차 단조 작업이 진행된다. 이와 같이 프레스 작업은 역방향으로 이송하는 경우 없이, 순차적으로 단방향성을 가지며 수행이 된다.

앞서 언급한 바와 같이, 자동차 부품 생산성 향상을 위한 프레스 라인의 고속화와 더불어 가격 경쟁력을 높이기 위한 Cost-Effective하게 프레스 라인을 구성하기 위한 연구 개발이 진행되고 있다. 즉 프레스 라인의 생산성 향상을 위해서는, 프레스는 물론 프레스 간 이송장치의 고속화가 필요하고, 이러한 고속화와 더불어 프레스 라인의 가격을 낮추기 위한 고민이 필요하다. 기존 이송 장치의 경우, 다관절 로봇 암이나 갠트리 타입 로봇 암에 엔드이펙터로 석션 툴을 장착하여 구현이 된 사례가 많다. 이러한 로봇 타입의 이송 장치는 고가에 해당된다.

예를 들어, 2009년 3월 4일에 출원된 KR10-2009-0018558에는 '프레스 소재 이송 자동화시스템'에 대해서 개시되어 있다.

일 실시예에 따른 목적은 단방향성을 가지는 프레스 라인에서 설치 공간이 허용되는 범위에서 고가의 이송장치를 일부 대체하여 저렴하게 라인을 구축할 수 있는 프레스 자동화 시스템 및 프레스 유닛을 제공하는 것이다.

일 실시예에 따른 목적은 위치에너지를 이용하여 복수 개의 프레스 유닛 사이에서 재료를 가속(또는 고속) 이송시킬 수 있는 프레스 자동화 시스템 및 프레스 유닛을 제공하는 것이다.

일 실시예에 따른 목적은 프레스 유닛의 회전 부재가 롤링 회전하게 구성되어 금형 하판으로부터 이송 유닛에 재료를 자연스럽게 전달할 수 있는 프레스 자동화 시스템 및 프레스 유닛을 제공하는 것이다.

일 실시예에 따른 목적은 이송 유닛의 표면 마찰계수 및 재료의 요구되는 가속 능력을 고려하여 제1 프레스 유닛 및 제2 프레스 유닛 사이의 거리와 제1 프레스 유닛 및 제2 프레스 유닛의 높이 차의 비율을 결정하거나, 제1 프레스 유닛 및 제2 프레스 유닛 사이의 거리, 제1 프레스 유닛 및 제2 프레스 유닛의 높이 차 및 재료의 요구되는 가속 능력을 고려하여 이송 유닛의 표면 마찰계수를 결정할 수 있는 프레스 자동화 시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 프레스 자동화 시스템은, 재료가 가압 성형되는 제1 프레스 유닛; 상기 제1 프레스 유닛으로부터 이격 배치되어, 상기 재료를 가압 성형하는 제2 프레스 유닛; 상기 제1 프레스 유닛 및 상기 제2 프레스 유닛 사이에 배치되어, 상기 재료를 상기 제1 프레스 유닛으로부터 상기 제2 프레스 유닛으로 이송하는 이송 유닛; 및 상기 제1 프레스 유닛의 상기 제2 프레스 유닛에 대한 높이를 조절하는 높이 조절 유닛;을 포함하고, 상기 제1 프레스 유닛 내 상기 재료의 높이가 상기 제2 프레스 유닛 내 상기 재료의 높이보다 높아서, 상기 재료의 위치에너지가 운동에너지로 변환되어 상기 재료가 상기 이송 유닛 상에서 가속 이송될 수 있다.

일 측에 의하면, 상기 높이 조절 유닛의 작동을 제어하는 제어 유닛;을 더 포함하고, 상기 제어 유닛은 상기 제1 프레스 유닛 및 상기 제2 프레스 유닛 사이의 거리, 상기 이송 유닛의 표면 마찰계수 및 상기 재료의 요구되는 가속 능력을 고려하여 상기 높이 조절 유닛에 대한 높이 제어 신호를 생성할 수 있다.

일 측에 의하면, 상기 이송 유닛의 표면 마찰계수를 결정하는 라인 설계 유닛;을 더 포함하고, 상기 라인 설계 유닛은 상기 제1 프레스 유닛 및 상기 제2 프레스 유닛 사이의 거리, 상기 제1 프레스 유닛 및 상기 제2 프레스 유닛의 높이 차 및 상기 재료의 요구되는 가속 능력을 고려하여 상기 이송 유닛의 표면 마찰계수를 결정할 수 있다.

일 측에 의하면, 상기 제어 유닛 또는 상기 라인 설계 유닛 내에는 다음 수식이 내장되고,

이때, A는 상기 제1 프레스 유닛 및 상기 제2 프레스 유닛 사이의 거리이고, H1은 상기 제1 프레스 유닛 및 상기 제2 프레스 유닛의 높이 차이고, g는 중력 가속도이고, μ는 상기 이송 유닛의 표면 마찰계수이고, a_x는 상기 재료의 가속 능력이다.

일 측에 의하면, 상기 이송 유닛의 상면은 경사지게 형성되고, 상기 이송 유닛의 상면의 경사각(θ)은 아래의 식에 의해 산출되고,

이때, H1은 상기 제1 프레스 유닛 및 상기 제2 프레스 유닛의 높이 차이고, A는 상기 제1 프레스 유닛 및 상기 제2 프레스 유닛 사이의 거리이다.

일 측에 의하면, 상기 이송 유닛은 복수 개의 구름 부재를 포함하고, 상기 재료가 구름 마찰에 의해서 상기 복수 개의 구름 부재 상에서 이송될 수 있다.

일 측에 의하면, 상기 이송 유닛은 상기 복수 개의 구름 부재를 지지하는 복수 개의 지지 부재를 더 포함하고, 상기 복수 개의 지지 부재 중 상기 제1 프레스 유닛에 인접하게 배치된 지지 부재가 상기 복수 개의 지지 부재 중 상기 제2 프레스 유닛에 인접하게 배치된 지지 부재보다 높이가 클 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 프레스 유닛은, 본체; 상기 본체에 장착되어 가압 성형될 재료가 놓이는 금형 하판; 상기 본체에서 상기 금형 하판의 상부에 배치되어, 상기 재료의 중력 방향에 대해서 왕복 운동하는 금형 상판; 및 상기 금형 하판에 장착된 회전 부재;를 포함하고, 상기 회전 부재는 상기 재료의 중력 방향에 수직하는 축을 기준으로 롤링 회전 가능하게 장착되고, 상기 회전 부재의 롤링 회전에 의해서 상기 재료가 상기 금형 하판으로부터 하방으로 이탈될 수 있다.

일 측에 의하면, 상기 본체에서 상기 금형 하판의 일 측 하부에는 경사면이 형성되고, 상기 회전 부재가 롤링 회전되어 상기 회전 부재의 일부가 상기 경사면 상에 위치될 수 있다.

일 측에 의하면, 상기 본체의 하부에 배치되어, 상기 금형 하판의 높이를 조절하는 높이 조절 부재를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 프레스 자동화 시스템 및 프레스 유닛에 의하면, 단방향성을 가지는 프레스 라인에서 설치 공간이 허용되는 범위에서 고가의 이송장치를 일부 대체하여 저렴하게 라인을 구축할 수 있다.

일 실시예에 따른 프레스 자동화 시스템 및 프레스 유닛에 의하면, 위치에너지를 이용하여 복수 개의 프레스 유닛 사이에서 재료를 가속(또는 고속) 이송시킬 수 있다.

일 실시예에 따른 프레스 자동화 시스템 및 프레스 유닛에 의하면, 프레스 유닛의 회전 부재가 롤링 회전하게 구성되어 금형 하판으로부터 이송 유닛에 재료를 자연스럽게 전달할 수 있다.

일 실시예에 따른 프레스 유닛에 의하면, 이송 유닛의 표면 마찰계수 및 재료의 요구되는 가속 능력을 고려하여 제1 프레스 유닛 및 제2 프레스 유닛 사이의 거리와 제1 프레스 유닛 및 제2 프레스 유닛의 높이 차의 비율을 결정하거나, 제1 프레스 유닛 및 제2 프레스 유닛 사이의 거리, 제1 프레스 유닛 및 제2 프레스 유닛의 높이 차 및 재료의 요구되는 가속 능력을 고려하여 이송 유닛의 표면 마찰계수를 결정할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 프레스 자동화 시스템의 구성을 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 프레스 자동화 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 3은 프레스 유닛을 도시한다.
도 4는 회전 부재가 롤링 회전된 모습을 도시한다.
도 5는 경사면에서 미끄럼 운동하는 물체의 자유물체도이다.
도 6은 제1 프레스 유닛 및 제2 프레스 유닛 사이의 거리와 제1 프레스 유닛 및 제2 프레스 유닛의 높이 차에 대한 도식이다.

이하, 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

어느 하나의 실시예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시예에 기재한 설명은 다른 실시예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 일 실시예에 따른 프레스 자동화 시스템의 구성을 도시하고, 도 2는 일 실시예에 따른 프레스 자동화 시스템을 개략적으로 도시하고, 도 3은 프레스 유닛을 도시하고, 도 4는 회전 부재가 롤링 회전된 모습을 도시하고, 도 5는 경사면에서 미끄럼 운동하는 물체의 자유물체도이고, 도 6은 제1 프레스 유닛 및 제2 프레스 유닛 사이의 거리와 제1 프레스 유닛 및 제2 프레스 유닛의 높이 차에 대한 도식이다.

도 1을 참조하여, 일 실시예에 따른 프레스 자동화 시스템(10)은 제1 프레스 유닛(100), 제2 프레스 유닛(200), 이송 유닛(300), 높이 조절 유닛(400), 제어 유닛(500) 및 라인 설계 유닛(600)을 포함할 수 있다.

도 2 및 도 3을 참조하여, 상기 제1 프레스 유닛(100)은 본체(110), 금형 하판(120), 금형 상판(130), 회전 부재(140) 및 회전 축(150)을 포함할 수 있다.

상기 본체(110)에는 금형 하판(120) 및 금형 상판(130)이 상하 방향(Y축 방향)으로 서로 마주보도록 배치될 수 있다.

이때, 금형 하판(120)은 본체(110)에 장착되어, 가압 성형될 재료가 놓여질 수 있고, 금형 상판(130)은 본체(110)에서 금형 하판(120)의 상부에 배치되어, 재료의 중력 방향에 대해서 왕복 운동할 수 있다.

또한, 금형 하판(120) 및 금형 상판(130)은 서로 대응되는 형상을 구비할 수 있고, 금형 하판(120) 및 금형 상판(130)의 프레스 작동에 의해서 재료가 A 형상에서 A' 형상으로 성형될 수 있다.

특히, 도 4를 참조하여, 회전 부재(140)는 재료의 중력 방향에 수직하는 축, 예를 들어 회전 축(150)을 기준으로 롤링 회전 가능하게 장착될 수 있다.

구체적으로, 본체(110)에 금형 하판(120)이 고정되고, 틀 형상으로 마련된 회전 부재(140)가 회전 축(150)을 중심으로 롤링 회전됨으로써 금형 하판(120)에 놓여져서 성형된 재료가 금형 하판(120)으로부터 하방으로 이탈될 수 있다.

또한, 구체적으로 도시되지는 않았으나, 회전 부재(140)의 회전 구동은 제1 프레스 유닛(100)에서 프레스 작업을 수행하는 실린더와 링크로 연결되어 종동 운전을 하거나, 별도의 액추에이터가 장착되어 회전될 수 있다.

이와 같이 회전 부재(140) 및 회전 축(150)의 형상 및 배치는 제1 프레스 유닛(100)에서 프레스 작업을 하고, 프레스 작업 후에 재료를 회전할 때 제1 프레스 유닛(100)의 다른 구성요소와 간섭이 발생하지 않을 수 있다면 어느 것이든지 가능하다.

이때, 본체(110)의 일부, 예를 들어 본체(110)에서 제1 프레스 유닛(100)으로부터 제2 프레스 유닛(200)을 향하는 방향으로 금형 하판(120)의 일 측 하부에는 경사면(S)이 형성될 수 있다.

이에 의해서, 회전 부재(140)가 전술된 바와 같이 롤링 회전하게 되면, 회전 부재(140)의 일부가 경사면(S) 상에 위치될 수 있다.

또한, 경사면(S)은 후술하게 될 이송 유닛(300)의 표면 또는 상면과 동일한 각도로 경사지게 형성되어, 금형 하판(120)에 놓여져서 성형된 재료가 회전 부재(140)에 의해서 금형 하판(120)으로부터 이송 유닛(300)으로 자연스럽게 전달될 수 있다.

한편, 여기에서는 금형 하판(120)은 고정된 상태이고 회전 부재(140)의 롤링 회전에 의해서 금형 하판(120)에 놓여져서 성형된 재료가 금형 하판(120)으로부터 이탈되는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 이에 국한되지 아니하며, 금형 하판(120)에 놓여져서 성형된 재료가 금형 하판(120)으로부터 효과적으로 이탈되게 할 수 있다면 어느 것이든지 가능함은 당연하다. 예를 들어, 금형 하판(120) 또한 회전 부재(140)와 함께 롤링 회전 가능하도록 구성될 수 있다.

전술된 제1 프레스 유닛(100)으로부터 재료의 이송 방향(X축 방향)으로 제2 프레스 유닛(200)이 이격 배치될 수 있다.

상기 제2 프레스 유닛(200)은 예를 들어 제1 프레스 유닛(100)과 동일한 구성을 구비하거나 다른 구성을 구비할 수 있다. 다시 말해서, 제2 프레스 유닛(200)은 제1 프레스 유닛(100)에서 일차적으로 가압 성형된 재료를 이차적으로 가압 성형할 수 있다면 어느 것이든지 가능하다.

이하에서는 제2 프레스 유닛(200)이 제1 프레스 유닛(100)과 동일한 구성을 구비하는 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.

예를 들어, 제2 프레스 유닛(200)은 본체(210), 금형 하판(220), 금형 상판(230), 회전 부재(미도시) 및 회전 축(미도시)을 포함할 수 있다.

상기 본체(210)에는 금형 하판(220) 및 금형 상판(230)이 상하 방향으로 서로 마주보도록 배치될 수 있다.

이때, 금형 하판(220)은 본체(210)에 장착되어, 가압 성형될 재료가 놓여질 수 있고, 금형 상판(230)은 본체(210)에서 금형 하판(220)의 상부에 배치되어, 재료의 중력 방향에 대해서 왕복 운동할 수 있다.

또한, 금형 하판(220) 및 금형 상판(230)은 서로 대응되는 형상을 구비할 수 있고, 금형 하판(220) 및 금형 상판(230)의 프레스 작동에 의해서 재료가 A' 형상에서 A" 형상으로 성형될 수 있다. 이때, A' 및 A" 형상은 서로 다른 형상으로 마련될 수 있다.

또한, 도 4를 다시 참조하여, 회전 부재는 재료의 중력 방향에 수직하는 축, 예를 들어 회전 축을 기준으로 롤링 회전 가능하게 장착될 수 있다.

구체적으로, 본체(110)에 금형 하판(120)이 고정되고, 틀 형상으로 마련된 회전 부재가 회전 축을 중심으로 롤링 회전됨으로써 제2 프레스 유닛(200)에서 성형된 재료가 금형 하판(220)으로부터 하방으로 이탈되게 할 수 있다.

또한, 구체적으로 도시되지는 않았으나, 회전 부재의 회전 구동은 제2 프레스 유닛(200)에서 프레스 작업을 수행하는 실린더와 링크로 연결되어 종동 운전을 하거나, 별도의 액추에이터가 장착되어 회전될 수 있음은 당연하다.

이때, 본체(210)의 일부, 예를 들어 본체(210)에서 제1 프레스 유닛(100)과 반대되는 방향으로 금형 하판(220)의 일 측 하부에는 경사면이 형성될 수 있다.

이에 의해서, 회전 부재가 전술된 바와 같이 롤링 회전하게 되면, 회전 부재의 일부가 경사면 상에 위치될 수 있다.

또한, 경사면은 전술된 제1 프레스 유닛(100)의 경사면(S) 및 후술하게 될 이송 유닛(300)의 표면 또는 상면과 동일한 각도로 경사지게 형성되어, 금형 하판(220)에서 성형된 재료가 회전 부재에 의해서 금형 하판(220)으로부터 외부 또는 다른 공정의 유닛으로 자연스럽게 전달될 수 있다.

도 1 및 2에는 일 실시예에 따른 프레스 자동화 시스템(10)이 제1 프레스 유닛(100) 및 제2 프레스 유닛(200)을 포함하는 경우를 예로 들어 도시되어 있으나, 일 실시예에 따른 프레스 자동화 시스템(10)이 세 개 이상의 프레스 유닛을 포함할 수 있음은 당연하다.

전술된 바와 같이, 제1 프레스 유닛(100) 및 제2 프레스 유닛(200) 사이에는 이송 유닛(300)이 배치될 수 있다.

상기 이송 유닛(300)은 제1 프레스 유닛(100) 및 제2 프레스 유닛(200) 사이에서, 제1 프레스 유닛(100)에서 성형된 재료를 제1 프레스 유닛(100)으로부터 제2 프레스 유닛(200)으로 이송할 수 있다.

예를 들어, 이송 유닛(300)은 복수 개의 구름 부재(310) 및 복수 개의 구름 부재(310)를 지지하는 복수 개의 지지 부재(320)를 포함할 수 있다.

상기 복수 개의 구름 부재(310)는 재료의 이송 방향을 따라서 서로 인접하게 배치될 수 있으며, 제1 프레스 유닛(100)에서 성형된 재료가 구름 마찰에 의해서 복수 개의 구름 부재(310) 상에서 이송될 수 있다.

또한, 복수 개의 구름 부재(310)의 상면은 경사지게 배치될 수 있으며, 이때, 제1 프레스 유닛(100)에 구비된 경사면(S), 복수 개의 구름 부재(310)의 상면 및 제2 프레스 유닛(200)에 구비된 경사면은 동일한 경사각을 구비하여 일직선이 될 수 있다.

예를 들어, 이송 유닛(300)의 상면의 경사각(θ)은 아래의 식에 의해 산출될 수 있다.

이때, H1은 제1 프레스 유닛(100) 및 제2 프레스 유닛(200)의 높이 차이고, A는 제1 프레스 유닛(100) 및 제2 프레스 유닛(200) 사이의 거리이다.

이에 의해서, 복수 개의 구름 부재(310)를 지지하는 복수 개의 지지 부재(320)에서 제1 프레스 유닛(100)에 인접하게 배치된 지지 부재(320)가 제2 프레스 유닛(200)에 인접하게 배치된 지지 부재(320)보다 높이가 크게 될 수 있다.

또한, 예를 들어, 일 실시예에 따른 프레스 자동화 시스템(10)이 세 개 이상의 프레스 유닛을 포함하는 경우, 프레스 유닛 사이에 복수 개의 이송 유닛이 배치되고, 복수 개의 이송 유닛 중 일부는 기존과 동일한 이송 장치로 구성되고, 복수 개의 이송 유닛 중 일부는 전술된 이송 유닛(300)으로 구축될 수 있음은 당연하다.

한편, 전술된 바와 같이 이송 유닛(300)의 상면이 경사지게 형성되기 위해서, 제1 프레스 유닛(100)의 하부에는 높이 조절 부재 또는 높이 조절 유닛(400)이 배치될 수 있다.

상기 높이 조절 유닛(400)은 제1 프레스 유닛(100)의 제2 프레스 유닛(200)에 대한 높이를 조절할 수 있다.

구체적으로, 높이 조절 유닛(400)은 제1 프레스 유닛(100)의 금형 하판(120) 및 제2 프레스 유닛(200)의 금형 하판(220)의 높이 차를 조절할 수 있다.

이때, 높이 조절 유닛(400)에 의해서 제1 프레스 유닛(100)의 금형 하판(120)에서 재료의 높이가 제2 프레스 유닛(200)의 금형 하판(220)에서 재료의 높이보다 높게 되어서, 재료의 위치에너지가 운동에너지로 변환되어 재료가 이송 유닛(300) 상에서 가속 이송될 수 있다.

특히, 도 2에는 높이 조절 유닛(400)이 박스 형태로 마련되어 제1 프레스 유닛(100)에서 본체(110)의 하부에 배치되어, 제1 프레스 유닛(100)에서 금형 하판(120)의 높이를 조절하는 것으로 도시되었으나, 높이 조절 부재 또는 높이 조절 유닛(400)의 배치 또는 구성은 이에 국한되지 아니하며, 제1 프레스 유닛(100)의 금형 하판(120)의 높이를 제2 프레스 유닛(200)의 금형 하판(220)의 높이보다 높게 하고, 그 높이차를 조절할 수 있다면 어느 것이든지 가능하다.

또한, 일 실시예에 따른 프레스 자동화 시스템(10)이 세 개 이상의 프레스 유닛을 포함하는 경우, 제1 프레스 유닛(100) 및 제2 프레스 유닛(200)에 모두 높이 조절 부재 또는 높이 조절 유닛(400)이 배치될 수 있음은 당연하다.

예를 들어, 높이 조절 유닛(400)은 유압식 리프트로 마련되어, 특정 제어 신호를 받아서 상하 방향으로 작동될 수 있다.

다시 도 1을 참조하여, 높이 조절 유닛(400)에는 제어 유닛(500)이 연결될 수 있고, 제어 유닛(500)에 의해 높이 조절 유닛(400)의 작동을 제어할 수 있다.

이때, 제어 유닛(500)은 제1 프레스 유닛(100) 및 제2 프레스 유닛(200) 사이의 거리, 이송 유닛(300)의 표면 마찰계수 및 재료의 요구되는 가속 능력을 고려하여 높이 조절 유닛(400)에 대한 높이 제어 신호를 생성할 수 있다.

이하에서는 도 5를 더 참조하여, 제1 프레스 유닛(100) 및 제2 프레스 유닛(200) 사이에서 이송 유닛(300)에서 얻을 수 있는 재료의 가속 능력에 대해서 설명된다.

경사면을 타고 미끄러지는 물체의 미끄러짐 방향 동역학 식은 다음과 같다.

- (1)

식 (1)을 다시 정리하면 다음과 같다.

- (2)

이송 유닛의 성능 중 가장 중요한 수평 방향(X)의 가속 능력

는 다음 식과 같다.

- (3)

식 (3)을 통해서, 재료의 수평방향 가속 능력

가 중력 가속도 g에

가 곱해진 값임을 알 수 있다.

도 6을 더 참조하여, 제1 프레스 유닛(100) 및 제2 프레스 유닛(200) 사이의 거리(A), 제1 프레스 유닛(100) 및 제2 프레스 유닛(200)의 높이 차(H1), 및 재료의 수평방향 가속 능력

의 관계를 도출하기 위해서, 다시 정리하면 다음과 같다.

- (4)

- (5)

- (6)

이때, A는 제1 프레스 유닛(100) 및 제2 프레스 유닛(200) 사이의 거리이고, H1은 제1 프레스 유닛(100) 및 제2 프레스 유닛(200)의 높이 차(H1)이고, θ는 이송 유닛(300)의 경사각이다.

식 (5) 및 (6)을 식 (3)에 대입하면 다음과 같다.

- (7)

식 (7)을 A/H1에 대해서 정리하면 다음과 같다.

- (8)

- (9)

결과적으로, 제1 프레스 유닛(100) 및 제2 프레스 유닛(200) 사이의 거리와 제1 프레스 유닛(100) 및 제2 프레스 유닛(200)의 높이 차의 비율(A/H1)은 다음 식과 같이 도출될 수 있다.

- (10)

이와 같이 도출된 식 (10)은 제어 유닛(500)에 내장되어, 제1 프레스 유닛(100) 및 제2 프레스 유닛(200) 사이의 거리, 이송 유닛(300)의 표면 마찰계수 및 재료의 요구되는 가속 능력을 고려하여 높이 조절 유닛(400)에 대한 높이 제어 신호를 생성하는 데 활용될 수 있다.

구체적으로, 제어 유닛(500)에 제1 프레스 유닛(100) 및 제2 프레스 유닛(200) 사이의 거리, 이송 유닛(300)의 표면 마찰계수 및 재료의 요구되는 가속 능력을 입력되면, 제어 유닛(500)에서는 제1 프레스 유닛(100) 및 제2 프레스 유닛(200) 사이의 거리를 산출하고, 그에 따라서 제어 유닛(500)에서 높이 조절 유닛(400)에 대한 높이 제어 신호를 생성할 수 있다.

한편, 식 (10)에서 물리적으로 의미가 없는 허수가 존재하지 않는 조건에 대해 정리하면 다음과 같은 부등식이 얻을 수 있다.

- (11)

식 (11)을 바탕으로 재료의 수평방향 가속 능력(

)에 대해 정리하면 다음과 같이 정리된다.

- (12)

결과적으로 본 발명에서 재료의 수평방향 가속 능력(

)은 최대

에 중력가속도가 곱해진 값임을 알 수 있다.

따라서, 이송 유닛(300)에서 복수 개의 구름 부재(310)에 의해서 구름 마찰로 이송 유닛(300) 표면의 마찰계수를 최소화하는 만큼 더 높은 가속 능력을 가지게 됨을 알 수 있다.

예를 들어 마찰계수(μ)가 0.1인 경우 수평방향 가속 능력(

)은 0.452494g가 산출되고, 마찰계수(μ)가 0.01인 경우 수평방향 가속 능력(

)은 0.495025g가 산출된다. 한편, 이상적으로 마찰계수(μ)가 0인 경우, 수평방향 가속 능력(

)은 0.5g임을 알 수 있다. 즉 일 실시예에 따른 프레스 자동화 시스템(10)에서 0.5g 이상의 가속 능력 생성은 불가능함을 알 수 있다.

한편, 라인 설계 유닛(600)은 이송 유닛(300)의 표면 마찰계수를 결정할 수 있다.

구체적으로, 라인 설계 유닛(600) 내에는 다음 수식이 내장될 수 있다.

이때, A는 제1 프레스 유닛(100) 및 제2 프레스 유닛(200) 사이의 거리이고,

H1은 제1 프레스 유닛(100) 및 제2 프레스 유닛(200)의 높이 차이고,

g는 중력 가속도이고,

μ는 이송 유닛(300)의 표면 마찰계수이고,

a_x는 재료의 가속 능력이다.

이러한 수식에 기초하여, 라인 설계 유닛(600)은 제1 프레스 유닛(100) 및 제2 프레스 유닛(200) 사이의 거리, 제1 프레스 유닛(100) 및 제2 프레스 유닛(200)의 높이 차 및 재료의 요구되는 가속 능력(0.5g 미만)을 고려하여 이송 유닛(300)의 표면 마찰계수를 결정할 수 있다. 그러나, 라인 설계 유닛(600)에서 결정되는 인자는 이에 국한되지 않고, 프레스 라인 설계에서 필요한 인자들을 결정할 수 있음은 당연하다.

더 나아가서, 제어 유닛(500) 또는 라인 설계 유닛(600) 내에 내장된 전술된 수식을 이용함으로써, 제1 프레스 유닛(100), 제2 프레스 유닛(200)의 높이 차 및 재료의 요구되는 가속 능력(0.5g 미만) 및 이송 유닛(300)의 표면 마찰계수를 고려하여, 제1 프레스 유닛(100), 제2 프레스 유닛(200) 사이의 거리를 조절할 수 있음은 당연하다.

이와 같이, 전술된 수식을 통해서 일 실시예에 따른 프레스 자동화 시스템의 전반적인 라인 구축을 실시할 수 있고, 설치 공간이 허용되는 범위에서 이송 유닛에서 위치에너지를 이용하여 재료를 효과적으로 가속 이송시킬 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 프레스 자동화 시스템은 단방향성을 가지는 프레스 라인에서 설치 공간이 허용되는 범위에서 고가의 이송장치를 일부 대체하여 저렴하게 라인을 구축할 수 있고, 프레스 유닛의 금형 하판이 롤링 회전하게 구성되어 이송 유닛에 재료를 자연스럽게 전달할 수 있다.

게다가, 이송 유닛의 표면 마찰계수 및 재료의 요구되는 가속 능력을 고려하여 제1 프레스 유닛 및 제2 프레스 유닛 사이의 거리와 제1 프레스 유닛 및 제2 프레스 유닛의 높이 차의 비율을 결정하거나, 제1 프레스 유닛 및 제2 프레스 유닛 사이의 거리, 제1 프레스 유닛 및 제2 프레스 유닛의 높이 차 및 재료의 요구되는 가속 능력을 고려하여 이송 유닛의 표면 마찰계수를 결정할 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구범위뿐 아니라 이 청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

10: 프레스 자동화 시스템
100: 제1 프레스 유닛
110: 본체
120: 금형 하판
130: 금형 상판
140: 회전 부재
150: 회전 축
200: 제2 프레스 유닛
210: 본체
220: 금형 하판
230: 금형 상판
300: 이송 유닛
310: 복수 개의 구름 부재
320: 복수 개의 지지 부재
400: 높이 조절 유닛

Claims (10)

1. 재료가 가압 성형되는 제1 프레스 유닛;
   상기 제1 프레스 유닛으로부터 이격 배치되어, 상기 재료를 가압 성형하는 제2 프레스 유닛;
   상기 제1 프레스 유닛 및 상기 제2 프레스 유닛 사이에 배치되어, 상기 재료를 상기 제1 프레스 유닛으로부터 상기 제2 프레스 유닛으로 이송하는 이송 유닛; 및
   상기 제1 프레스 유닛의 상기 제2 프레스 유닛에 대한 높이를 조절하는 높이 조절 유닛;
   을 포함하고,
   상기 제1 프레스 유닛 또는 상기 제2 프레스 유닛은,
   본체;
   상기 본체에 장착되어 가압 성형될 재료가 놓이는 금형 하판; 및
   상기 금형 하판에 장착된 회전 부재;
   를 포함하고,
   상기 본체에서 상기 금형 하판의 일 측 하부에는 경사면이 형성되며,
   상기 회전 부재는 상기 재료의 중력 방향에 수직하는 축을 기준으로 롤링 회전 가능하게 장착되고,
   상기 회전 부재가 롤링 회전되어 상기 회전 부재의 일부가 상기 경사면 상에 위치되며,
   상기 경사면은 상기 이송 유닛의 표면 또는 상면과 동일한 각도로 경사지게 형성되어, 상기 회전 부재의 롤링 회전에 의해서 상기 재료가 상기 금형 하판으로부터 상기 이송 유닛으로 또는 다른 공정의 유닛으로 전달되고,
   상기 제1 프레스 유닛 내 상기 재료의 높이가 상기 제2 프레스 유닛 내 상기 재료의 높이보다 높아서, 상기 재료의 위치에너지가 운동에너지로 변환되어 상기 재료가 상기 이송 유닛 상에서 가속 이송되는 프레스 자동화 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 높이 조절 유닛의 작동을 제어하는 제어 유닛;
   를 더 포함하고,
   상기 제어 유닛은 상기 제1 프레스 유닛 및 상기 제2 프레스 유닛 사이의 거리, 상기 이송 유닛의 표면 마찰계수 및 상기 재료의 요구되는 가속 능력을 고려하여 상기 높이 조절 유닛에 대한 높이 제어 신호를 생성하는 프레스 자동화 시스템.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 이송 유닛의 표면 마찰계수를 결정하는 라인 설계 유닛;
   를 더 포함하고,
   상기 라인 설계 유닛은 상기 제1 프레스 유닛 및 상기 제2 프레스 유닛 사이의 거리, 상기 제1 프레스 유닛 및 상기 제2 프레스 유닛의 높이 차 및 상기 재료의 요구되는 가속 능력을 고려하여 상기 이송 유닛의 표면 마찰계수를 결정하는 프레스 자동화 시스템.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 제어 유닛 또는 상기 라인 설계 유닛 내에는 다음 수식이 내장되고,
   

   

   
   이때, A는 상기 제1 프레스 유닛 및 상기 제2 프레스 유닛 사이의 거리이고,
   H1은 상기 제1 프레스 유닛 및 상기 제2 프레스 유닛의 높이 차이고,
   g는 중력 가속도이고,
   μ는 상기 이송 유닛의 표면 마찰계수이고,
   a_x는 상기 재료의 가속 능력인 프레스 자동화 시스템.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 이송 유닛의 상면은 경사지게 형성되고,
   상기 이송 유닛의 상면의 경사각(θ)은 아래의 식에 의해 산출되고,
   

   

   
   이때, H1은 상기 제1 프레스 유닛 및 상기 제2 프레스 유닛의 높이 차이고, A는 상기 제1 프레스 유닛 및 상기 제2 프레스 유닛 사이의 거리인 프레스 자동화 시스템.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 이송 유닛은 복수 개의 구름 부재를 포함하고,
   상기 재료가 구름 마찰에 의해서 상기 복수 개의 구름 부재 상에서 이송되는 프레스 자동화 시스템.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 이송 유닛은 상기 복수 개의 구름 부재를 지지하는 복수 개의 지지 부재를 더 포함하고,
   상기 복수 개의 지지 부재 중 상기 제1 프레스 유닛에 인접하게 배치된 지지 부재가 상기 복수 개의 지지 부재 중 상기 제2 프레스 유닛에 인접하게 배치된 지지 부재보다 높이가 큰 프레스 자동화 시스템.
   
8. 본체;
   상기 본체에 장착되어 가압 성형될 재료가 놓이는 금형 하판;
   상기 본체에서 상기 금형 하판의 상부에 배치되어, 상기 재료의 중력 방향에 대해서 왕복 운동하는 금형 상판; 및
   상기 금형 하판에 장착된 회전 부재;
   를 포함하고,
   상기 본체에서 상기 금형 하판의 일 측 하부에는 경사면이 형성되며,
   상기 회전 부재는 상기 재료의 중력 방향에 수직하는 축을 기준으로 롤링 회전 가능하게 장착되고,
   상기 회전 부재가 롤링 회전되어 상기 회전 부재의 일부가 상기 경사면 상에 위치되며,
   상기 회전 부재의 롤링 회전에 의해서 상기 재료가 상기 금형 하판으로부터 상기 경사면을 지나 하방 또는 다른 공정의 프레스 유닛으로 이탈되는 프레스 유닛.
   
9. 삭제
10. 제8항에 있어서,
    상기 본체의 하부에 배치되어, 상기 금형 하판의 높이를 조절하는 높이 조절 부재를 더 포함하는 프레스 유닛.

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