KR102063005B1 - 캠 구동식 소형 서보 프레스 및 이를 구비하는 서보 프레스 시스템 - Google Patents

Abstract

캠 구동식 소형 서보 프레스 및 이를 구비하는 서보 프레스 시스템이 개시된다. 본 발명의 캠 구동식 소형 서보 프레스는 위치 고정되게 마련되는 베이스 플레이트, 상기 베이스 플레이트의 일측에 연결되며, 회전동력을 발생시키는 서보모터, 상기 서보모터의 축에 연결되며, 상기 서보모터의 회전동력을 감속하는 감속기, 상기 감속기의 축에 연결되는 회전축부, 상기 감속기의 축과 상기 회전축부를 클램핑하는 축 클램프, 상기 베이스 플레이트의 상부 영역에 형성되는 하우징 결합부에 부분적으로 삽입되게 결합되어 위치 고정되는 베어링 하우징, 상기 회전축부와 연결되며, 상기 베어링 하우징 내에 회전 가능하게 결합되는 앵귤러 베어링, 상기 앵귤러 베어링을 사이에 두고 상기 베어링 하우징에 결합되어 상기 앵귤러 베어링을 회전 가능하게 지지하는 베어링 홀더, 상기 서보모터의 축에 연결되는 축 연결부와, 상기 축 연결부와 이격된 위치에 마련되는 돌출형 트레이스 포인트를 구비하며, 상기 서보모터의 동작 시 회전운동하는 캠 회전판, 상기 캠 회전판과 상기 앵귤러 베어링 사이의 간격을 조절하는 스페이서, 상기 캠 회전판의 돌출형 트레이스 포인트에 회전 가능하게 결합되는 제1 니들 롤러 베어링, 상기 제1 니들 롤러 베어링을 통해 상기 캠 회전판의 돌출형 트레이스 포인트에 일단부가 결합되는 조절 링크, 상기 조절 링크의 일단부 영역에 결합되어 상기 제1 니들 롤러 베어링을 보호하는 제1 커버, 상기 제1 커버를 통해 상기 돌출형 트레이스 포인트에 결합되는 제1 그리스 니플, 상기 캠 회전 판의 회전운동에 연동되어 직선운동하면서 공작물을 프레스 가공하는 프레스 툴(press tool), 상기 프레스 툴과 연결되며, 상기 프레스 툴을 직선운동시키는 슬라이더, 상기 베이스 플레이트의 하부 영역에 고정되며, 상기 슬라이더를 슬라이딩 이동 가능하게 지지하는 슬라이더 베이스, 상기 슬라이더를 슬라이딩 이동 가능하게 지지하되 상기 슬라이더를 사이에 두고 상기 슬라이더 베이스에 결합되는 한 쌍의 슬라이더 커버, 상기 슬라이더에 결합되는 커넥터, 상기 커넥터에 결합되는 제1 어댑터, 상기 프레스 툴에 결합되는 제2 어댑터, 상기 제1 어댑터와 상기 제2 어댑터 사이에 결합되며, 상기 프레스 툴의 프레스 압력을 측정하는 로드 셀(load cell), 힌지축을 구비하며, 상기 슬라이더에 결합되어 상기 슬라이더와 한 몸체를 형성하는 힌지모듈, 일측은 상기 조절 링크의 타단부가 연결되고 타측은 상기 힌지모듈의 힌지축이 결합되며, 상기 서보모터의 동작 시 상기 캠 회전판의 회전운동을 상기 프레스 툴의 직선운동으로 전달하는 조절 링크판, 상기 조절 링크판에서 상기 힌지축에 결합되는 제2 니들 롤러 베어링, 상기 조절 링크판에 결합되어 상기 제2 니들 롤러 베어링을 보호하는 제2 커버, 상기 제2 커버를 통해 상기 힌지축에 결합되는 제2 그리스 니플, 상기 조절 링크판 내에서 상기 조절 링크의 타단부에 결합되어 상기 조절 링크를 클램핑하는 클램프 너트, 및 상기 클램프 너트에 결합되고 상기 클램프 너트를 조절하는 조절 너트를 포함한다.

Description

캠 구동식 소형 서보 프레스 및 이를 구비하는 서보 프레스 시스템{CAM TYPE SERVO PRESS AND SERVO PRESS SYSTEM HAVING THE SAME}

본 발명의 개념에 따른 실시예는 캠 구동식 소형 서보 프레스 및 이를 구비하는 서보 프레스 시스템에 관한 것으로, 특히, 종전의 볼 스크루 방식을 캠 구동 방식으로 개선한 캠 구동식 소형 서보 프레스 및 이를 구비하는 서보 프레스 시스템에 관한 것이다.

서보 프레스(servo press)는 공작물에 대한 프레스 가공을 수행하기 위한 공작기계의 일종이다. 공작물을 상부 및 하부 램 사이에 배치한 후, 가압해서 원하는 형상으로 제작할 수 있다.

서보 프레스는 종래의 전동모터 방식의 프레스에서 구동부를 서보모터로 대체한 것으로서, 소요전력 및 생산성을 상대적으로 높이기 위해 개발되고 있다.

이러한 서보 프레스 중에서도 작은 사이즈의 소형 서보 프레스는 소형, 다품종 소량, 고정밀도, 고부가가치의 새로운 프레스의 필요성에 의해 과거의 유압 및 기계적(Mechanical) 프레스의 시장을 대체하고 있다.

현존하는 소형 서보 프레스는 도 1에 도시된 바와 같이, 볼 스크루(20)와 너트를 조합한 전, 후진 방식의 서보 프레스, 즉 볼 스크루(Ball Screw)식 서보 프레스(10)이다.

그런데, 이러한 볼 스크루식 서보 프레스(10)의 경우, 그 구조적인 한계로 인해 아래와 같은 다양한 문제점이 지적되고 있다.

첫째, 작업속도가 상대적으로 느리다. 즉 볼 스크루(20)의 작용으로 램이 동작되는 방식이어서 볼 스크루(20)의 구동을 위해 많은 회전이 필요하며, 이로 인해 작업속도가 느려질 수밖에 없다.

둘째, 연속 작업 시 서보모터(Motor, 30)에 부하(負荷)가 많이 걸린다.

셋째, 구조적인 한계로 인해 제품 설치 시 프레임 휨 발생 가능성 커 구조 강성이 매우 낮다.

넷째, 부품의 수가 많고 복잡한 구조를 이루기 때문에 고장이 날 확률이 상대적으로 높다.

다섯째, 타이밍벨트(40)의 장력 조절 및 교체를 주기적으로 수행해야 해서 유지비가 높을 뿐만 아니라 유지, 관리에 불리하다.

여섯째, 볼 스크루(20)의 구동을 위해 많은 회전이 필요하므로 전력 소비가 높다.

일곱째, 구성 부품의 대다수가 주로 수입품이며, 국내 제작이라 하더라도 수입 부품으로 이루어져 있어서 국산화가 더디다. 따라서 완제품을 수입하고 있는 실정이라 제품 가격 및 부품 가격이 높다.

이상 설명한 바와 같이, 현존하는 볼 스크루식 서보 프레스(10)의 경우에는 위에서 기술한 것과 같은 다양한 문제점이 가지고 있으며, 이로 인해 현장에서 많은 불만이 제기되고 있음을 고려해볼 때, 기존에 알려지지 않은 신개념의 소형 서보 프레스에 대한 기술개발이 필요한 실정이다.

대한민국특허청 출원번호 제10-2006-0090236호

본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는, 종래의 볼 스크루식 서보 프레스보다 작업속도가 현저하게 빠를 뿐만 아니라 연속 작업에도 서보모터에 부하가 많이 걸리지 않으며, 구조 강성이 높은 데 비해 간단한 구조라서 고장이 날 확률이 낮아 유지, 관리에 유리할 뿐만 아니라 전력 소비가 낮고, 제품 가격 및 부품 가격을 종래보다 현저하게 낮출 수 있는 캠 구동식 소형 서보 프레스 및 이를 구비하는 서보 프레스 시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적은, 회전동력을 발생시키는 서보모터; 상기 서보모터의 축에 연결되는 축 연결부와, 상기 축 연결부와 이격된 위치에 마련되는 돌출형 트레이스 포인트를 구비하며, 상기 서보모터의 동작 시 회전운동하는 캠 회전판; 및 상기 캠 회전판의 회전운동에 연동되어 직선운동하면서 공작물을 프레스 가공하는 프레스 툴(press tool)을 포함하는 것을 특징으로 하는 캠 구동식 소형 서보 프레스에 의해 달성된다.

상기 서보모터의 일 회전으로 상기 프레스 툴의 프레스 동작이 진행될 수 있다.

상기 프레스 툴과 연결되며, 상기 프레스 툴의 프레스 압력을 측정하는 로드 셀(load cell)을 더 포함할 수 있다.

상기 서보모터가 탑재되는 베이스 플레이트; 상기 캠 회전판의 돌출형 트레이스 포인트에 일단부가 결합되는 조절 링크; 상기 프레스 툴과 연결되며, 상기 프레스 툴을 직선운동시키는 슬라이더; 힌지축을 구비하며, 상기 슬라이더에 결합되어 상기 슬라이더와 한 몸체를 형성하는 힌지모듈; 및 일측은 상기 조절 링크의 타단부가 연결되고 타측은 상기 힌지모듈의 힌지축이 결합되며, 상기 서보모터의 동작 시 상기 캠 회전판의 회전운동을 상기 프레스 툴의 직선운동으로 전달하는 조절 링크판을 더 포함할 수 있다.

상기 베이스 플레이트에 연결되며, 상기 캠 회전판의 회전운동을 보조하는 앵귤러 베어링을 더 포함할 수 있다.

상기 베이스 플레이트의 하부 영역에 고정되며, 상기 슬라이더를 슬라이딩 이동 가능하게 지지하는 슬라이더 베이스를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 목적은, 위치 고정되게 마련되는 베이스 플레이트; 상기 베이스 플레이트의 일측에 연결되며, 회전동력을 발생시키는 서보모터; 상기 서보모터의 축에 연결되며, 상기 서보모터의 회전동력을 감속하는 감속기; 상기 감속기의 축에 연결되는 회전축부; 상기 감속기의 축과 상기 회전축부를 클램핑하는 축 클램프; 상기 베이스 플레이트의 상부 영역에 형성되는 하우징 결합부에 부분적으로 삽입되게 결합되어 위치 고정되는 베어링 하우징; 상기 회전축부와 연결되며, 상기 베어링 하우징 내에 회전 가능하게 결합되는 앵귤러 베어링; 상기 앵귤러 베어링을 사이에 두고 상기 베어링 하우징에 결합되어 상기 앵귤러 베어링을 회전 가능하게 지지하는 베어링 홀더; 상기 서보모터의 축에 연결되는 축 연결부와, 상기 축 연결부와 이격된 위치에 마련되는 돌출형 트레이스 포인트를 구비하며, 상기 서보모터의 동작 시 회전운동하는 캠 회전판; 상기 캠 회전판과 상기 앵귤러 베어링 사이의 간격을 조절하는 스페이서; 상기 캠 회전판의 돌출형 트레이스 포인트에 회전 가능하게 결합되는 제1 니들 롤러 베어링; 상기 제1 니들 롤러 베어링을 통해 상기 캠 회전판의 돌출형 트레이스 포인트에 일단부가 결합되는 조절 링크; 상기 조절 링크의 일단부 영역에 결합되어 상기 제1 니들 롤러 베어링을 보호하는 제1 커버; 상기 제1 커버를 통해 상기 돌출형 트레이스 포인트에 결합되는 제1 그리스 니플; 직선운동하면서 공작물을 프레스 가공하는 프레스 툴(press tool); 상기 프레스 툴과 연결되며, 상기 프레스 툴을 직선운동시키는 슬라이더; 상기 베이스 플레이트의 하부 영역에 고정되며, 상기 슬라이더를 슬라이딩 이동 가능하게 지지하는 슬라이더 베이스; 상기 슬라이더를 슬라이딩 이동 가능하게 지지하되 상기 슬라이더를 사이에 두고 상기 슬라이더 베이스에 결합되는 한 쌍의 슬라이더 커버; 상기 슬라이더에 결합되는 커넥터; 상기 커넥터에 결합되는 제1 어댑터; 상기 프레스 툴에 결합되는 제2 어댑터; 상기 제1 어댑터와 상기 제2 어댑터 사이에 결합되며, 상기 프레스 툴의 프레스 압력을 측정하는 로드 셀(load cell); 힌지축을 구비하며, 상기 슬라이더에 결합되어 상기 슬라이더와 한 몸체를 형성하는 힌지모듈; 일측은 상기 조절 링크의 타단부가 연결되고 타측은 상기 힌지모듈의 힌지축이 결합되며, 상기 서보모터의 동작 시 상기 캠 회전판의 회전운동을 상기 프레스 툴의 직선운동으로 전달하는 조절 링크판; 상기 조절 링크판에서 상기 힌지축에 결합되는 제2 니들 롤러 베어링; 상기 조절 링크판에 결합되어 상기 제2 니들 롤러 베어링을 보호하는 제2 커버; 상기 제2 커버를 통해 상기 힌지축에 결합되는 제2 그리스 니플; 상기 조절 링크판 내에서 상기 조절 링크의 타단부에 결합되어 상기 조절 링크를 클램핑하는 클램프 너트; 및 상기 클램프 너트에 결합되고 상기 클램프 너트를 조절하는 조절 너트를 포함하는 것을 특징으로 하는 캠 구동식 소형 서보 프레스에 의해서도 달성된다.

한편, 상기 목적은, 회전동력을 발생시키는 서보모터와, 상기 서보모터의 동작 시 회전운동하는 캠 회전판과, 상기 캠 회전판의 회전운동에 연동되어 직선운동하면서 공작물을 프레스 가공하는 프레스 툴(press tool)과, 상기 프레스 툴의 프레스 압력을 측정하는 로드 셀(load cell)을 구비하는 캠 구동식 소형 서보 프레스; 상기 캠 구동식 소형 서보 프레스와 연결되는 엔코더(Encoder); 및 상기 캠 구동식 소형 서보 프레스의 서보모터와 로드 셀, 그리고 상기 엔코더에 연결되는 컨트롤러를 포함하며, 상기 컨트롤러는 상기 캠 구동식 소형 서보 프레스의 서보모터와 로드 셀, 그리고 상기 엔코더로부터의 데이터를 획득해서 관리 컨트롤하는 것을 특징으로 하는 서보 프레스 시스템에 의해서도 달성된다.

본 발명에 따르면, 종래의 볼 스크루식 서보 프레스보다 작업속도가 현저하게 빠를 뿐만 아니라 연속 작업에도 서보모터에 부하가 많이 걸리지 않으며, 구조 강성이 높은 데 비해 간단한 구조라서 고장이 날 확률이 낮아 유지, 관리에 유리할 뿐만 아니라 전력 소비가 낮고, 제품 가격 및 부품 가격을 종래보다 현저하게 낮출 수 있는 효과가 있다.

도 1은 통상적인 볼 스크루식 서보 프레스의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 캠 구동식 소형 서보 프레스의 사시도로서 홈 포지션(home position)을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 반대편 사시도이다.
도 4는 도 2의 분해 사시도이다.
도 5는 도 2의 측단면도이다.
도 6은 도 2의 정단면도이다.
도 7은 도 2의 캠 회전판에 대한 120도 포지션을 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7의 반대편 사시도이다.
도 9는 도 2의 캠 회전판에 대한 180도인 프레스 포지션(press position)을 나타낸 도면이다.
도 10은 도 9의 반대편 사시도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 서보 프레스 시스템의 구성도이다.
도 12는 도 11의 제어블록도이다.

본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.

본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.

제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않은 채, 제1구성 요소는 제2구성 요소로 명명될 수 있고 유사하게 제2구성 요소는 제1구성 요소로도 명명될 수 있다.

어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 같은 의미를 나타낸다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 명세서에 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 캠 구동식 소형 서보 프레스의 사시도로서 홈 포지션(home position)을 나타낸 도면, 도 3은 도 2의 반대편 사시도, 도 4는 도 2의 분해 사시도, 도 5는 도 2의 측단면도, 도 6은 도 2의 정단면도, 도 7은 도 2의 캠 회전판에 대한 120도 포지션을 나타낸 도면, 도 8은 도 7의 반대편 사시도, 도 9는 도 2의 캠 회전판에 대한 180도인 프레스 포지션(press position)을 나타낸 도면, 그리고 도 10은 도 9의 반대편 사시도이다.

이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 캠 구동식 소형 서보 프레스(100)는 종래의 볼 스크루식 서보 프레스(10, 도 1 참조)보다 작업속도가 현저하게 빠를 뿐만 아니라 연속 작업에도 서보모터(120)에 부하가 많이 걸리지 않는다.

또한, 구조 강성이 높은 데 비해 간단한 구조라서 고장이 날 확률이 낮아 유지, 관리에 유리할 뿐만 아니라 전력 소비가 낮고, 제품 가격 및 부품 가격을 종래보다 현저하게 낮출 수 있다.

이러한 효과를 제공할 수 있는 본 실시예에 따른 캠 구동식 소형 서보 프레스(100)는 핵심적인 구성으로서 캠 회전판(140)을 포함한다.

도 2 및 도 3의 캠 회전판(140)이 홈 포지션(home position)에 위치된 상태에서 캠 회전판(140)이 120도 회전되면 도 7 및 도 8의 상태가 되고, 이어 캠 회전판(140)이 180도 회전되면 도 9 및 도 10의 상태가 된다. 도 9 및 도 10의 상태에서 프레스 툴(150)이 하사점으로 하강되기 때문에 프레스 툴(150)에 의한 공작물의 프레스 공정이 진행된다.

결과적으로, 본 실시예의 경우에는 서보모터(120)의 구동 시 캠 회전판(140)의 180도 회전에 기초하여 프레스 툴(150)의 프레스 동작이 진행된다. 즉 캠 회전판(140)의 180도 회전만으로도 프레스 툴(150)이 하사점으로 하강되면서 프레스 작업을 진행하기 때문에 종래의 볼 스크루식 서보 프레스(10, 도 1 참조)보다 작업속도가 현저하게 빠를 수 있다.

이와 같은 캠 회전판(140)의 회전 구동을 위하여 본 실시예에 따른 캠 구동식 소형 서보 프레스(100)에는 아래와 같은 여러 구성, 즉 부품이 탑재된다.

이에 대해 하나씩 소개하면, 우선 본 실시예에 따른 캠 구동식 소형 서보 프레스(100)는 베이스 플레이트(110)를 포함한다.

베이스 플레이트(110)는 본 실시예에 따른 캠 구동식 소형 서보 프레스(100)의 메인 골격 구조물을 이룬다. 대다수 부품이 베이스 플레이트(110)에 위치별로 탑재된다. 베이스 플레이트(110)는 위치 고정되는 구조물로 적용된다.

베이스 플레이트(110)의 일측에는 회전동력을 발생시키는 서보모터(120)가 연결된다. 일반 보터가 아닌 서보모터(120)가 적용되기 때문에 정밀 제어가 가능해질 수 있다.

서보모터(120)의 축(120a)에는 감속기(121)가 연결된다. 감속기(121)는 서보모터(120)의 회전동력을 감속하는 한편 큰 토크(torque)를 발생시킨다. 감속기(121)는 유성감속기 등 다양한 것으로 적용될 수 있다.

감속기(121)의 축(121a)에는 회전축부(122)가 연결된다. 회전축부(122)는 캠 회전판(140)과 연결되는 축이다. 회전축부(122)는 감속기(121)의 축(121a)과 축 클램프(123)에 의해 클램핑된다.

베이스 플레이트(110)의 상부 영역에는 하우징 결합부(111)가 마련된다. 하우징 결합부(111)는 홀(hole) 형태로 적용된다. 이러한 하우징 결합부(111)에는 베어링 하우징(131)이 부분적으로 삽입되게 결합되어 위치 고정된다. 하우징 결합부(111)가 홀(hole) 형태로 적용되고 이곳에 베어링 하우징(131)이 부분적으로 삽입되게 결합되어 위치 고정됨으로써 콤팩트한 결합 구조를 이끌어낼 수 있다. 또한 많은 고정 부품 없이도 베어링 하우징(131)을 고정시킬 수 있는 이점이 있다.

베어링 하우징(131)에는 앵귤러 베어링(132)이 회전 가능하게 결합된다. 앵귤러 베어링(132)은 베어링 하우징(131)에 회전 가능하게 결합되며, 회전축부(122)에 의한 캠 회전판(140)의 회전 시 캠 회전판(140)이 원활하게 회전될 수 있게끔 한다.

앵귤러 베어링(132)이 자리 이탈되지 않도록 앵귤러 베어링(132)은 베어링 홀더(133)에 의해 지지될 수 있다. 베어링 홀더(133)는 앵귤러 베어링(132)을 사이에 두고 베어링 하우징(131)에 결합되며, 앵귤러 베어링(132)의 자리 이탈을 저지시키는 한편 앵귤러 베어링(132)을 회전 가능하게 지지한다.

한편, 전술한 캠 회전판(140)은 서보모터(120)의 동작 시 회전운동하는 구조물이다. 이러한 캠 회전판(140)은 서보모터(120)의 축(120a)에 연결되는 축 연결부(141)와, 축 연결부(141)와 이격된 위치에 마련되는 돌출형 트레이스 포인트(142)를 포함할 수 잇다.

캠 회전판(140)과 앵귤러 베어링(132) 사이에는 이들의 간격을 조절하는 스페이서(134)가 개재된다. 도면에는 1개의 스페이서(134)가 적용되었으나 필요하면 2개 이상의 스페이서(134)가 적용될 수도 있다. 따라서 도면의 형상에 본 발명의 권리범위가 제한되지 않는다.

캠 회전판(140)의 돌출형 트레이스 포인트(142)에는 제1 니들 롤러 베어링(144)이 회전 가능하게 결합된다. 제1 니들 롤러 베어링(144)에는 조절 링크(170)가 연결된다.

즉 조절 링크(170)는 그 일단부가 제1 니들 롤러 베어링(144)을 통해 캠 회전판(140)의 돌출형 트레이스 포인트(142)에 결합된다. 따라서 캠 회전판(140)이 축 연결부(141)를 축심으로 회전되면 조절 링크(170)는 캠 회전판(140)을 따라 캠 운동할 수 있다.

조절 링크(170)의 일단부 영역에는 제1 니들 롤러 베어링(144)을 보호하는 제1 커버(145)가 결합된다. 그리고 제1 커버(145)를 통해 돌출형 트레이스 포인트(142)에는 제1 그리스 니플(146)이 결합된다. 제1 그리스 니플(146)을 통해 그리스가 제공됨으로써 캠 회전판(140)이 원활하게 회전될 수 있다.

본 실시예에 따른 캠 구동식 소형 서보 프레스(100)에는 프레스 툴(150, press tool)이 마련된다.

프레스 툴(150)은 실질적으로 공작물에 프레스 가압력을 제공해서 공작물을 가공하는 역할을 한다. 캠 회전판(140)과 달리, 프레스 툴(150)은 직선운동하면서 공작물을 프레스 가공한다.

앞서 잠시 언급한 것처럼 서보모터(120)가 구동되면 캠 회전판(140)이 회전하는데, 이때 캠 회전판(140)의 180도 회전에 기초하여 프레스 툴(150)의 프레스 동작이 진행되면서 공작물을 가공할 수 있다.

이러한 프레스 툴(150)을 직선운동시키기 위하여 슬라이더(160)가 마련된다. 슬라이더(160)는 고정 구조물인 슬라이더 베이스(161) 상에서 상하로 슬라이딩 이동된다. 슬라이더(160)의 하부 영역에 프레스 툴(150)이 결합되기 때문에 슬라이더(160)의 이동과 함께 프레스 툴(150)이 상하로 업/다운(up/down) 동작될 수 있다.

슬라이더 베이스(161)는 베이스 플레이트(110)의 하부 영역에 고정되며, 슬라이더(160)를 슬라이딩 이동 가능하게 지지하는 역할을 한다.

슬라이더(160)가 슬라이더 베이스(161)에서 이탈되지 않고 슬라이딩 이동될 수 있도록 슬라이더 커버(162)가 마련된다.

슬라이더 커버(162)는 슬라이더(160)를 슬라이딩 이동 가능하게 지지하되 슬라이더(160)를 사이에 두고 슬라이더 베이스(161)에 결합된다. 본 실시예에서 슬라이더 커버(162)는 한 쌍으로 마련된다. 따라서 슬라이더(160)를 안정적으로 지지할 수 있음은 물론 슬라이더(160)의 자리 이탈을 저지시킬 수 있다.

슬라이더(160)에 프레스 툴(150)이 연결되기 위하여 슬라이더(160)의 단부에는 커넥터(151)가 연결된다. 커넥터(151)에는 제1 어댑터(152)가 결합되고, 프레스 툴(150)에는 제2 어댑터(153)가 결합된다.

그리고 제1 어댑터(152)와 상기 제2 어댑터(153) 사이에는 로드 셀(154, load cell)이 배치된다. 로드 셀(154)은 프레스 툴(150)의 프레스 압력을 측정한다. 측정된 압력값은 프레스 작업 정보로 활용될 수 있다.

슬라이더(160)의 상부 영역에는 힌지모듈(165)이 결합된다. 이러한 힌지모듈(165)은 슬라이더(160)에 결합되어 슬라이더(160)와 한 몸체를 형성한다. 힌지모듈(165)의 일측에는 힌지축(166)이 돌출되게 마련된다.

한편, 캠 회전판(140)의 회전운동이 프레스 툴(150)의 직선운동으로 전달될 수 있도록 본 실시예에 따른 캠 구동식 소형 서보 프레스(100)에 조절 링크판(180)이 적용된다.

조절 링크판(180)은 그 일측에 조절 링크(170)의 타단부가 연결되고 타측에 힌지모듈(165)의 힌지축(166)이 결합되는 구조물로서, 서보모터(120)의 동작 시 캠 회전판(140)의 회전운동을 프레스 툴(150)의 직선운동으로 전달하는 역할을 한다.

이러한 조절 링크판(180)에서 힌지축(166)에는 제2 니들 롤러 베어링(167)이 결합된다. 제2 니들 롤러 베어링(167)은 제2 커버(168)로 보호된다. 제2 커버(168)를 통해 제2 그리스 니플(169)이 결합되는데, 제2 그리스 니플(169)을 통한 그리스의 주입으로 제2 니들 롤러 베어링(167)이 원활하게 회전될 수 있다.

조절 링크(170)가 조절 링크판(180)에 결합되기 위해 조절 링크판(180) 내에서 조절 링크(170)의 타단부에는 조절 링크(170)를 클램핑하는 클램프 너트(171)가 클램핑된다.

그리고 클램프 너트(171)에는 클램프 너트(171)를 조절하는 조절 너트(172)가 결합된다. 조절 링크판(180)의 바깥쪽에서 조절 너트(172)룰 통해 클램프 너트(171)의 조절 정도를 용이하게 조절할 수 있는 이점이 있다.

이하, 본 실시예에 따른 캠 구동식 소형 서보 프레스(100)의 작용을 설명한다.

공작물의 가공을 위해 서보모터(120)가 동작된다. 서보모터(120)가 동작되면 서보모터(120)의 회전력이 감속기(121)를 통해 감속된 후, 회전축부(122)를 통해 캠 회전판(140)으로 전달된다. 따라서 캠 회전판(140)이 회전되기 시작한다. 이때, 앵귤러 베어링(132)은 캠 회전판(140)이 원활하게 회전될 수 있도록 보조한다.

예컨대, 도 2 및 도 3의 캠 회전판(140)이 홈 포지션(home position)에 위치된 상태에서 캠 회전판(140)이 도 2에서 도 7처럼 반시계 방향 120도로 회전되면 캠 회전판(140)의 돌출형 트레이스 포인트(142)에 일단부가 연결된 조절 링크(170)는 캠 운동하면서 링크식으로 하향 이동되고, 이로 인해 슬라이더(160)가 하방으로 슬라이딩 이동되면서 프레스 툴(150)을 하향시킨다.

계속되는 캠 회전판(140)의 회전으로 캠 회전판(140)이 도 7에서 도 9처럼 반시계 방향 180도로 회전되면 캠 회전판(140)의 돌출형 트레이스 포인트(142)에 일단부가 연결된 조절 링크(170)가 직하방으로 완전히 기립 배치됨에 따라 슬라이더(160)는 제일 아랫부분까지 슬라이딩 이동된다. 따라서 이러한 슬라이더(160)의 작용으로 프레스 툴(150)은 최하단까지 이동되면서 그 하부에 배치되는 공작물을 프레스 가공하게 된다.

서보모터(120)가 계속 동작되면 이번에는 프레스 툴(150)이 상승되고, 다시 이어지는 서보모터(120)의 작용으로 프레스 툴(150)이 하강되어 공작물을 프레스 가압한다. 이처럼 위와 같은 작용이 계속 반복됨에 따라 프레스 툴(150)에 의한 프레스 공정이 반복되면서 공작물을 가공할 수 있게 되는 것이다.

이상 설명한 본 실시예에 따른 캠 구동식 소형 서보 프레스(100)는 종래의 볼 스크루식 서보 프레스(10, 도 1 참조)와 달리 캠의 회전운동을 프레스 툴(150)의 직선 왕복 또는 한 방향 회전으로 전달하기 때문에 서보모터(120) 또는 감속기(121)의 일 회전으로 필요한 스트로크를 얻을 수 있다. 반면 종래의 볼 스크루식 서보 프레스(10, 도 1 참조)는 필요한 스트로크를 얻기 위해 많은 회전을 필요로 하기 때문에 연속성과 빠른 사이클 타임에 취약할 수밖에 없는 것이다.

또한, 본 실시예에 따른 캠 구동식 소형 서보 프레스(100)는 적은 회전으로 인한 소비 전력 절감의 효과도 얻을 수 있다. 종래의 볼 스크루식 서보 프레스(10, 도 1 참조)의 기구부는 취부 방식이 축방향이므로 하중을 플레이트가 모두 지지하여야 하는 구조이다. 따라서 프레임 설계 시 구조가 완벽하지 못하면 프레임의 휨이 발생하는 경우가 많다. 그러나 본 실시예에 따른 캠 구동식 소형 서보 프레스(100)는 슬라이더 베이스(161)를 비롯한 슬라이딩 수단의 구조가 강성을 가질 뿐만 아니라 회전 방지기능을 포함하고 있어 기구부 구성을 하는데 있어서 매우 유연한 설계를 할 수 있다.

이상 설명한 바와 같은 구조를 기반으로 작용을 하는 본 실시예에 따르면, 종래의 볼 스크루식 서보 프레스(10, 도 1 참조)보다 작업속도가 현저하게 빠를 뿐만 아니라 연속 작업에도 서보모터(120)에 부하가 많이 걸리지 않으며, 구조 강성이 높은 데 비해 간단한 구조라서 고장이 날 확률이 낮아 유지, 관리에 유리할 뿐만 아니라 전력 소비가 낮고, 제품 가격 및 부품 가격을 종래보다 현저하게 낮출 수 있게 된다.

이하, 본 실시예의 효과에 대해 좀 더 자세하게 알아본다.

첫째, 본 실시예의 캠 구동식 소형 서보 프레스(100)는 캠 회전판(140)의 캠 구동을 이용하기 때문에 종래의 볼 스크루식 서보 프레스(10, 도 1 참조)보다 작업속도가 현저하게 빠르다.

둘째, 본 실시예의 캠 구동식 소형 서보 프레스(100)의 경우, 연속 작업에도 서보모터(120)에 부하가 많이 걸리지 않는다.

셋째, 본 실시예의 캠 구동식 소형 서보 프레스(100)는 콤팩트하면서도 효율적인 구조를 가지기 때문에 휨 발생이 없으며, 이로 인해 구조 강성이 높다.

넷째, 본 실시예의 캠 구동식 소형 서보 프레스(100)는 종래의 볼 스크루식 서보 프레스(10, 도 1 참조)보다 부품의 수가 적고 간단한 구조를 이루기 때문에 고장이 날 확률이 상대적으로 낮다.

다섯째, 본 실시예의 캠 구동식 소형 서보 프레스(100)는 주기적 조정과 교체 부품이 필요 없어서 유지비가 거의 들지 않으며, 이에 따라 유지, 관리에 유리하다.

여섯째, 본 실시예의 캠 구동식 소형 서보 프레스(100)는 종래의 볼 스크루식 서보 프레스(10, 도 1 참조)처럼 많은 회전이 필요 없어서 전력 소비가 낮다.

일곱째, 본 실시예의 캠 구동식 소형 서보 프레스(100)는 90% 이상 국산 부품으로 제작할 수 있어서 제품 가격 및 부품 가격을 종래보다 현저하게 낮출 수 있다.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 서보 프레스 시스템의 구성도이고, 도 12는 도 11의 제어블록도이다.

이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 서보 프레스 시스템은 전술한 캠 구동식 소형 서보 프레스(100)와, 엔코더(210, Encoder)와, 캠 구동식 소형 서보 프레스(100)의 서보모터(120)와 로드 셀(154), 그리고 엔코더(210)에 연결되는 컨트롤러(220)를 포함한다.

컨트롤러(220)는 캠 구동식 소형 서보 프레스(100)의 서보모터(120)와 로드 셀(154), 그리고 엔코더(210)로부터의 데이터를 획득해서 관리 컨트롤한다.

이러한 역할을 수행하는 컨트롤러(220)는 중앙처리장치(221, CPU), 메모리(222, MEMORY), 그리고 서포트 회로(223, SUPPORT CIRCUIT)를 포함할 수 있다.

중앙처리장치(221)는 본 실시예에서 캠 구동식 소형 서보 프레스(100)의 서보모터(120)와 로드 셀(154), 그리고 엔코더(210)로부터의 데이터를 획득해서 관리 컨트롤하기 위해서 산업적으로 적용될 수 있는 다양한 컴퓨터 프로세서 중 하나일 수 있다.

메모리(222, MEMORY)는 중앙처리장치(221)와 연결된다. 메모리(222)는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로서 로컬 또는 원격지에 설치될 수 있으며, 예를 들면 랜덤 액세스 메모리(RAM), ROM, 플로피 디스크, 하드 디스크 또는 임의의 디지털 저장 형태와 같이 쉽게 이용 가능한 적어도 하나 이상의 메모리일 수 있다.

서포트 회로(223, SUPPORT CIRCUIT)는 중앙처리장치(221)와 결합되어 프로세서의 전형적인 동작을 지원한다. 이러한 서포트 회로(223)는 캐시, 파워 서플라이, 클록 회로, 입/출력 회로, 서브시스템 등을 포함할 수 있다.

본 실시예에서 컨트롤러(220)는 캠 구동식 소형 서보 프레스(100)의 서보모터(120)와 로드 셀(154), 그리고 엔코더(210)로부터의 데이터를 획득해서 관리 컨트롤하는데, 이러한 일련의 컨트롤 프로세스 등은 메모리(222)에 저장될 수 있다. 전형적으로는 소프트웨어 루틴이 메모리(222)에 저장될 수 있다. 소프트웨어 루틴은 또한 다른 중앙처리장치(미도시)에 의해서 저장되거나 실행될 수 있다.

본 발명에 따른 프로세스는 소프트웨어 루틴에 의해 실행되는 것으로 설명하였지만, 본 발명의 프로세스들 중 적어도 일부는 하드웨어에 의해 수행되는 것도 가능하다. 이처럼, 본 발명의 프로세스들은 컴퓨터 시스템 상에서 수행되는 소프트웨어로 구현되거나 또는 집적 회로와 같은 하드웨어로 구현되거나 또는 소프트웨어와 하드웨어의 조합에 의해서 구현될 수 있다.

이처럼 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 청구범위에 속한다고 하여야 할 것이다.

100 : 캠 구동식 소형 서보 프레스 110 : 베이스 플레이트
111 : 하우징 결합부 120 : 서보모터
121 : 감속기 122 : 회전축부
123 : 축 클램프 131 : 베어링 하우징
132 : 앵귤러 베어링 133 : 베어링 홀더
134 : 스페이서 140 : 캠 회전판
141 : 축 연결부 142 : 돌출형 트레이스 포인트
144 : 제1 니들 롤러 베어링 145 : 제1 커버
146 : 제1 그리스 니플 150 : 프레스 툴
151 : 커넥터 152 : 제1 어댑터
153 : 제2 어댑터 154 : 로드 셀
160 : 슬라이더 161 : 슬라이더 베이스
162 : 슬라이더 커버 165 : 힌지모듈
166 : 힌지축 167 : 제2 니들 롤러 베어링
168 : 제2 커버 169 : 제2 그리스 니플
170 : 조절 링크 171 : 클램프 너트
172 : 조절 너트 180 : 조절 링크판

Claims (7)

1. 위치 고정되게 마련되는 베이스 플레이트;
   상기 베이스 플레이트의 일측에 연결되며, 회전동력을 발생시키는 서보모터;
   상기 서보모터의 축에 연결되며, 상기 서보모터의 회전동력을 감속하는 감속기;
   상기 감속기의 축에 연결되는 회전축부;
   상기 감속기의 축과 상기 회전축부를 클램핑하는 축 클램프;
   상기 베이스 플레이트의 상부 영역에 형성되는 하우징 결합부에 부분적으로 삽입되게 결합되어 위치 고정되는 베어링 하우징;
   상기 회전축부와 연결되며, 상기 베어링 하우징 내에 회전 가능하게 결합되는 앵귤러 베어링;
   상기 앵귤러 베어링을 사이에 두고 상기 베어링 하우징에 결합되어 상기 앵귤러 베어링을 회전 가능하게 지지하는 베어링 홀더;
   상기 서보모터의 축에 연결되는 축 연결부와, 상기 축 연결부와 이격된 위치에 마련되는 돌출형 트레이스 포인트를 구비하며, 상기 서보모터의 동작 시 회전운동하는 캠 회전판;
   상기 캠 회전판과 상기 앵귤러 베어링 사이의 간격을 조절하는 스페이서;
   상기 캠 회전판의 돌출형 트레이스 포인트에 회전 가능하게 결합되는 제1 니들 롤러 베어링;
   상기 제1 니들 롤러 베어링을 통해 상기 캠 회전판의 돌출형 트레이스 포인트에 일단부가 결합되는 조절 링크;
   상기 조절 링크의 일단부 영역에 결합되어 상기 제1 니들 롤러 베어링을 보호하는 제1 커버;
   상기 제1 커버를 통해 상기 돌출형 트레이스 포인트에 결합되는 제1 그리스 니플;
   상기 캠 회전 판의 회전운동에 연동되어 직선운동하면서 공작물을 프레스 가공하는 프레스 툴(press tool);
   상기 프레스 툴과 연결되며, 상기 프레스 툴을 직선운동시키는 슬라이더;
   상기 베이스 플레이트의 하부 영역에 고정되며, 상기 슬라이더를 슬라이딩 이동 가능하게 지지하는 슬라이더 베이스;
   상기 슬라이더를 슬라이딩 이동 가능하게 지지하되 상기 슬라이더를 사이에 두고 상기 슬라이더 베이스에 결합되는 한 쌍의 슬라이더 커버;
   상기 슬라이더에 결합되는 커넥터;
   상기 커넥터에 결합되는 제1 어댑터;
   상기 프레스 툴에 결합되는 제2 어댑터;
   상기 제1 어댑터와 상기 제2 어댑터 사이에 결합되며, 상기 프레스 툴의 프레스 압력을 측정하는 로드 셀(load cell);
   힌지축을 구비하며, 상기 슬라이더에 결합되어 상기 슬라이더와 한 몸체를 형성하는 힌지모듈;
   일측은 상기 조절 링크의 타단부가 연결되고 타측은 상기 힌지모듈의 힌지축이 결합되며, 상기 서보모터의 동작 시 상기 캠 회전판의 회전운동을 상기 프레스 툴의 직선운동으로 전달하는 조절 링크판;
   상기 조절 링크판에서 상기 힌지축에 결합되는 제2 니들 롤러 베어링;
   상기 조절 링크판에 결합되어 상기 제2 니들 롤러 베어링을 보호하는 제2 커버;
   상기 제2 커버를 통해 상기 힌지축에 결합되는 제2 그리스 니플;
   상기 조절 링크판 내에서 상기 조절 링크의 타단부에 결합되어 상기 조절 링크를 클램핑하는 클램프 너트; 및
   상기 클램프 너트에 결합되고 상기 클램프 너트를 조절하는 조절 너트를 포함하는 캠 구동식 소형 서보 프레스.
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