KR102463284B1 - 원-척킹 방식에 의한 평각형 코일 제조장치 - Google Patents

원-척킹 방식에 의한 평각형 코일 제조장치 Download PDF

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최우각
우봉근
손현수
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(주)대성하이텍
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Abstract

본 발명은 원-척킹 방식에 의한 평각형 코일 제조장치에 관한 것으로서, 코일 제조시간을 단축하여 생산성을 향상시키고, 고품질의 코일을 제조할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.
이를 위하여 본 발명은, 일정 길이로 절단된 중공형 사각단면 형상의 코일 소재(W)를 자동으로 공급하는 소재공급부와, 상기 소재공급부에 정렬된 코일 소재(W)를 파지하여 후속공정으로 순차적으로 이송시키는 로봇 아암과, 상기 로봇 아암에 의해 공급되는 코일 소재(W)의 외곽 둘레에, 면삭가공 및 홈 가공을 하기 위한 외면 및 홈 가공부(30)와, 상기 외면 및 홈 가공부(30)의 후방 라인에 배치되어, 4각 형상의 중앙공간부(H)를 가공하기 위한 내면 가공부(40)를 포함하고, 상기 외면 및 홈 가공부(30)는, 베이스(60)의 일측에 구비되는 틸팅 테이블(31)과, 상기 틸팅 테이블(31)과 대향되게 구비되는 센터링 바이스(36)와, 상기 틸팅 테이블(31)과 센터링 바이스(36) 사이에 구비되는 지그 플레이트(35)와, 상기 지그 플레이트(35)의 상부에 구비되어 코일 소재(W)를 수평방향으로 고정시키는 인덱스 테이블(34)과, 상기 코일 소재(W)를 면삭가공한 후 홈을 형성하기 위한 가공헤드(32)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

원-척킹 방식에 의한 평각형 코일 제조장치{MANUFACTURING APPARATUS OF RECTANGLE SECTION TYPE COIL BY ONE-CHUCKING}
본 발명은 원-척킹 방식에 의한 평각형 코일 제조장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 전동기의 스테이터 등에 조립되는 사각 단면 형상의 평각형 코일을 원-척킹 방식에 의해 신속하고 정밀하게 제조할 수 있는 평각형 코일 제조장치에 관한 것이다.
전기자동차 등에 사용되는 전동기의 효율을 향상시키기 위한 다양한 기술이 개발되고 있다.
특히 전동기를 구성하는 스테이터(Stator) 등에 감기는 코일의 점적률(占積率, Coil Space Factor 또는 Conductor Occupying Ratio)을 향상시키기 위한 다양한 방법들이 연구되고 있다.
그 일예로서 코일의 직경을 증가시키거나 감는 횟수를 늘리는 방법이 있다.
그런데 종래의 코일은, 대부분 단면이 원형인 구리 와이어로 구성되어 있다.
이에 따라 원형코일의 직경을 증가시키게 되면, 원형의 단면으로 인해 감겨진 코일층 사이에 낭비되는 공간이 발생하게 되므로 코일의 점적률이 저하된다.
반면에, 너무 작은 직경을 갖는 코일을 감을 경우에는 동일 면적 대비 권선횟수가 증가되므로, 상대적인 전기저항의 증가로 인해 효율저하 및 발열문제가 야기될 수 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위한 방안으로, 코일의 단면을 사각형으로 형성한 평각형 코일이 제안된 바 있다.
도 1은 이러한 평각형 코일을 나타낸 것이고, 도 2는 평각형 코일이 전동기 스테이터에 조립된 상태를 나타낸 것이며, 도 3은 종래방식에 의해 평각형 코일을 제조하는 과정을 나타낸 것이다.
즉 평각형 코일(C)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 중앙에 사각형상의 중앙공간부가 형성되고, 사각단면 형상의 몸체부(C1) 사이에 슬릿부(C3)가 형성되어 전체적으로 사각 스프링 형상이 된다.
종래의 평각형 코일 제조방식은, 도 3에 도시된 바와 같이, 양단이 서로 마주보는 고리형태의 단위 코일층(100a 내지 100e)의 일부분에 절곡면을 형성시켜, 상기 단위 코일층의 양단에 고저차를 주는 프레싱단계; 제1 코일층의 일단과 접촉되는 제2 코일층의 타단이 서로 끼워 맞춰져 결합될 수 있도록 상기 제1 코일층의 일단과 상기 제2 코일층의 타단에 암수 결합이 가능한 홈과 돌기를 각각 포함하는 결합구조를 형성시키는 결합구조형성단계; 상기 단위 코일층의 양단 중 일단에 형성된 결합구조가 또 다른 단위 코일층의 양단 중 타단에 형성된 결합구조와 암수 결합하도록, 상기 복수 개의 단위 코일층을 서로 연결하여 고정시키는 고정단계; 상기 제 1 코일층의 일단과 상기 제2 코일층의 타단이 암수 결합되어 있는 상기 결합구조에 전극을 맞대고 전류를 공급하여, 상기 연결부위에 발생하는 저항열을 이용하여 상기 결합구조를 반용융상태로 만들고, 상기 복수개의 단위 코일층의 연결부위들을 상하방향으로 일괄적으로 가압시킴으로써, 상기 홈에 삽입된 상기 돌기가 우선적으로 국부 용융되어 서로 연결되어 있는 상기 복수 개의 단위 코일층들의 연결부위들이 서로 접합되게 하는 접합단계를 포함하여 구성된다.
즉 도 3에 도시된 종래의 평각형 코일 제조방식은, 각 단위 코일을 먼저 제조하고, 이들 복수의 단위 코일을 적층하여 고정시킨 다음, 전류를 공급하여 용융 접합하고 있다.
그런데 상기한 종래의 평각형 코일 제조방식은, 각 단위 코일에 암수형 돌기와 홈을 일일이 형성하여야 하므로, 코일 제조에 시간이 많이 소요된다는 단점이 있다.
한편, 코일 소재를 밀링 머시인 등으로 절삭하여 평각형 코일을 가공하는 방식이 제안된 바 있으며, 그 예로 한국 등록특허 10-2128711호가 있다.
상기한 종래의 평각형 코일 제조방식은, 코일 소재에 수평 슬릿을 가공한 후, 상기 수평 슬릿들을 서로 연결하여 하나의 코일이 연속적으로 감겨지는 형태로 코일층을 형성한다.
그런데 상기한 종래의 제조방식에 의하면, 코일 소재를 정밀하고 신속하게 가공하기가 어렵다는 단점이 있다.
또한 좁은 틈새인 슬릿(Slit)부 가공시 발생되는 칩(Chip)이 원활하게 제거되지 않아 절삭작업에 지장을 준다는 문제점이 있다.
한국 등록특허 제10-1849636호(2018. 05. 31. 공고) 한국 등록특허 제10-2128711호(2020. 07. 03. 공고)
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 평각형 코일을 원-척킹 방식에 의해 제조함으로써 단위 시간당 생산량을 향상시키는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 평각형 코일의 가공작업이 하나의 제조라인에서 연속적으로 진행되도록 하여 작업의 효율성을 향상시키는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 코일소재의 이송이 로봇 아암에 의해 자동으로 이루어지도록 함으로써 인건비를 절감하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 슬릿부의 절삭가공시 발생하는 칩이 용이하게 제거되도록 하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 평각형 코일의 정밀도를 향상시켜 제품 경쟁력을 향상시키는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 사각 스프링 형태로 구성되는 평각형 코일의 제조장치에 있어서, 일정 길이로 절단된 중공형 사각단면 형상의 코일 소재를 자동으로 공급하는 소재공급부와, 상기 소재공급부에 정렬된 코일 소재를 파지하여 후속공정으로 순차적으로 이송시키는 로봇 아암과, 상기 로봇 아암에 의해 공급되는 코일 소재의 외곽 둘레에, 면삭가공 및 홈 가공을 하기 위한 외면 및 홈 가공부와, 상기 외면 및 홈 가공부의 후방 라인에 배치되어, 4각 형상의 중앙공간부를 가공하기 위한 내면 가공부를 포함하고, 상기 외면 및 홈 가공부는, 베이스의 일측에 구비되는 틸팅 테이블과, 상기 틸팅 테이블과 대향되게 구비되는 센터링 바이스와, 상기 틸팅 테이블과 센터링 바이스 사이에 구비되는 지그 플레이트와, 상기 지그 플레이트의 상부에 구비되어 코일 소재를 수평방향으로 고정시키는 인덱스 테이블과, 수직방향으로 구비되어 상기 코일 소재를 면삭가공한 후 홈을 형성하는 가공헤드를 포함하여 구성되어, 코일 소재를 원-척킹(One-chucking)하여 평면절삭 및 홈을 가공하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 지그 플레이트는, 제1 연결부재에 의해 상기 틸팅 테이블과 연결되고, 제2 연결부재에 의해 상기 센터링 바이스와 연결되어, 코일 소재의 홈 가공시 상기 틸팅 테이블의 회전에 의해 일정 각도로 기울어지는 것을 특징으로 한다,
또한 상기 제1 연결부재는, 상기 지그 플레이트의 우측단부를 지지하는 수평지지부와, 상기 수평지지부로부터 수직으로 연장되어 틸팅 테이블의 전면에 조립되는 수직연결부를 포함하여 구성되고, 상기 제2 연결부재는, 상기 지그 플레이트의 좌측단부를 지지하는 수평지지부와, 상기 수평지지부로부터 수직으로 연장되어 센터링 바이스의 전방에 조립되는 수직연결부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 인덱스 테이블의 전면에 코일 소재를 고정하기 위한 척이 구비되고, 상기 척은, 코일 소재의 중앙공간부에 삽입되는 죠오를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 죠오는, 테이퍼진 형상으로 구비되어, 코일 소재의 중앙공간에 삽입된 후 유압에 의해 확장되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 척의 후방에 자동 센터링 바이스가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 인덱스 테이블의 후방에, 척에 유압을 공급하기 위한 유압공급부와, 에어 공급부가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 베이스의 전방에 공구 측정장치가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 외면 및 홈 가공부는, 인덱스 테이블을 회전시키면서 가공헤드에 장착된 평커터에 의해 4각형 코일 소재의 4면을 평면 절삭하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 4각형 코일 소재의 4면 중, 양 측면에 테이퍼부를 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한 틸팅 테이블에 의해 지그 플레이트를 일정 각도로 경사지게 틸팅시키고, 상기 가공헤드에 장착된 엔드밀에 의해, 4각형 코일 소재의 외곽 4면에 일정 깊이의 홈을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 내면 가공부는, 외면 및 홈 가공부에서 가공이 완료된 코일 소재를 내면 가공부로 이송시키는 로봇 아암과, 수평 방향으로 구비되어 상기 코일 소재를 테이블에 고정시키기 위한 푸셔와, 상기 테이블에 고정된 코일 소재의 내면을 절삭하기 위한 브로우치 공구와, 브로우칭 가공이 완료된 평각형 코일을 언로딩하기 위한 풀 실린더를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 푸셔의 전방에, 코일 소재를 빗살형 지그에 고정시키기 위한 자동 로딩장치가 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 브로우치 공구는, 코일 소재의 내면을 절삭하여 코일 소재에 형성된 홈이 중앙공간부와 연결되어 슬릿부가 형성되도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 코일소재에 대한 한번의 척킹 작업에 의해 평각형 코일을 제조할 수 있으므로, 평각형 코일의 제조과정을 단순화할 수 있는 효과가 있다.
또한 평각형 코일의 생산이 하나의 제조라인에서 연속적으로 진행되고 제조공정이 자동화됨으로써, 생산량을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 로봇 아암에 의해 코일 소재를 후속 공정으로 자동으로 공급함으로써, 인건비를 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한 절삭가공시 고압에 의해 고속으로 회전하는 스핀들을 통해 다량의 절삭유를 분사함으로써, 홈의 가공시 발생하는 칩이 용이하게 제거되도록 하는 효과가 있다.
또한 평각형 코일의 가공 정밀도를 향상시킴으로써, 제품 경쟁력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 평각형 코일의 사시도.
도 2는 평각형 코일이 전동기 스테이터에 조립된 상태를 나타낸 도면.
도 3은 종래 기술에 따른 평각형 코일의 제조과정을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 평각형 코일의 제조과정을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 평각형 코일의 제조과정을 나타낸 흐름도.
도 6은 본 발명에 따른 평각형 코일 제조장치를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명에 따른 평각형 코일 제조장치의 우측 단면도.
도 8은 본 발명에 따른 평각형 코일 제조장치에서 내면 가공부를 나타낸 평면도 및 정면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 명세서에서 코일 소재(W)의 '외면'이라 함은, 외측의 4면을 의미하고, '내면'이라 함은 중앙공간부(H)를 형성하는 안쪽의 4면을 의미한다.
먼저 본 발명에 따른 평각형 코일(이하 간단히 '코일'이라 한다)의 제조방법은, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, (a) 중공형 사각단면 형상의 코일 소재를 압출하는 단계(S10), (b) 상기 코일 소재를 일정길이로 절단하는 단계(S20), (c) 상기 코일 소재를 소재공급부에 공급하는 단계(S30), (d) 상기 코일 소재의 외곽 평면을 면삭(面削) 가공하는 단계(S40), (e) 상기 코일 소재의 외곽 4면에 일정깊이의 홈을 형성하는 단계(S50), (f) 상기 코일 소재의 중앙공간 내면을 면삭 가공하여 슬릿부를 형성하는 단계(S60)를 포함하여 구성된다.
여기서 상기 S40 단계 이후, (g) 제조가 완료된 평각형 코일을 세척하는 단계(S70)와, (h) 평각형 코일을 배럴 가공하여 버어(Burr)를 제거하는 단계(S80)를 더 포함할 수 있다.
먼저 상기 S10 단계에서는, 도 4(a)에 도시된 바와 같이, 코일 소재의 중앙공간부(H) 4면의 크기를, 최종 평각형 코일의 내부가공선(I)의 4면 크기보다 작게 압출한다.
또한 상기 S30 단계에서는, 절단된 코일 소재(W)가 자동공급장치에 의해 일렬로 정렬되고, 상기 S30 단계 이후에는, 상기 코일 소재(W)가 로봇 아암에 의해 파지되어 후속 공정으로 자동으로 이송된다.
즉 본 발명은, 코일 소재(W)를 소재공급부에 올려놓기만 하면, 로봇 아암이 이를 파지하여 후속 공정으로 자동으로 이송시킨다. 이로써 인건비를 절감할 수가 있다.
또한 상기 S40 단계에서는, 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 평 커터(Cutter)에 의해 코일 소재(W)의 양측 평면(A,B)을 경사지게 테이퍼(Taper) 가공한다.
이는 도 2에 도시된 바와 같이, 평각형 코일이 전동기 부품에 방사상으로 조립되는 점을 고려한 것이다.
또한 상기 평 커터는 회전하면서 수직방향으로 운동하고, 코일 소재는 좌우전후 방향으로 이동하는 동시에 틸팅(Tilting) 테이블에 의해 일정 각도로 기울어진다.
상기한 방식에 의해, 도 4(c)에 도시된 바와 같이, 코일 소재(W)의 4면의 면삭 가공 및 4면 둘레에 홈(C2) 가공을 할 수가 있다.
상기 홈(C2)은, 추후 코일 소재(W)의 중앙공간부(H)의 내면 가공에 의해 슬릿부(C3)가 형성되도록 하기 위한 것이다.
여기서 상기 코일 소재(W)의 외곽 둘레 4면에 형성되는 홈(C2)의 깊이는, 최종 평각형 코일의 내부가공선(I)의 내면 크기보다 얕게 형성한다.
이로써 코일 소재(W)의 홈(C2) 가공시 소재의 변형을 방지할 수 있다.
만일, 상기 홈(C2)을 중앙공간부(H)까기 관통시켜 버리면 코일 소재(W)가 스프링 상태가 되어 가공이 어려워지게 된다.
또한 상기 S60 단계에서는, 도 4(d)에 도시된 바와 같이, 브로우치 공구에 의해 코일 소재(W)의 중앙공간부(H) 4면을 가공하여, 코일몸체(C1)가 슬릿부(C3)를 구비한 사각 스프링 형태가 되도록 한다.
즉 상기 S50 단계에서는 엔드밀에 의해 코일 소재(W)의 둘레에 일정 깊이의 홈(C2)을 형성하고(도 4c 참조), S60 단계에서 브로우칭(Broaching) 가공에 의해 중앙공간부(H)의 내부가공선(I) 까지 가공하여 슬릿부(C3)가 형성되도록 한다.
상기 S60 단계에서 사용되는 브로우치 공구는, 수직방향으로 운동하면서 코일 소재에 사각형상의 중앙공간부를 형성한다.
그러면 D1 폭의 코일몸체(C1)의 폭이 D2로 줄어들면서 홈(C2)이 관통되어, 전체적으로 4각 스프링 형상이 된다.
또한 본 발명은, 상기 S30 단계부터 S60 단계까지의 공정이 하나의 제조라인에서 연속적으로 이루어지므로, 작업 능률을 향상시킬 수 있고 생산량을 증대시킬 수가 있다.
그리고 본 발명에 따른 평각형 코일 제조장치는, 도 6 내지 8에 도시된 바와 같이, 일정 길이로 절단된 중공형 사각단면 형상의 코일 소재(W)를 자동으로 공급하는 소재공급부와, 상기 소재공급부에 정렬된 코일 소재(W)를 파지하여 후속공정으로 순차적으로 이송시키는 로봇 아암과, 상기 로봇 아암에 의해 공급되는 코일 소재(W)의 외곽 둘레에, 면삭가공 및 홈 가공을 하기 위한 외면 및 홈 가공부(30)와, 상기 외면 및 홈 가공부(30)의 후방 라인에 배치되어, 4각 형상의 중앙공간부(H)를 가공하기 위한 내면 가공부(40)를 포함하여 구성된다.
여기서 상기 외면 및 홈 가공부(30)는, 베이스(60)의 일측에 구비되는 틸팅 테이블(31)과, 상기 틸팅 테이블(31)과 대향되게 구비되는 센터링 바이스(36)와, 상기 틸팅 테이블(31)과 센터링 바이스(36) 사이에 구비되는 지그 플레이트(35)와, 상기 지그 플레이트(35)의 상부에 구비되어 코일 소재(W)를 수평방향으로 고정시키는 인덱스 테이블(34)과, 수직방향으로 구비되어 상기 코일 소재(W)를 면삭가공한 후 홈을 형성하는 가공헤드(32)를 포함하여 구성되어, 코일 소재(W)를 원-척킹(One-chucking)하여 평면절삭 및 홈을 가공한다.
그리고 상기 내면 가공부(40)의 후방 라인에, 세척부 및 배럴 가공부가 더 구비될 수도 있다.
또한 본 발명에 따른 상기 지그 플레이트(35)는, 제1 연결부재(51)의해 상기 틸팅 테이블(31)과 연결되고, 제2 연결부재(52)에 의해 상기 센터링 바이스(36)와 연결되어, 홈 가공시 상기 틸팅 테이블(31)의 회전에 의해 일정 각도로 기울어진다.
이에 따라 코일 소재(W)의 외면에 경사진 방향으로 홈(C2)을 형성할 수 있다.
그리고 상기 제1 연결부재(51)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 지그 플레이트(35)의 우측단부를 지지하는 수평지지부(51a)와, 상기 수평지지부(51a)로부터 수직으로 연장되어 틸팅 테이블(31)의 전면에 조립되는 수직연결부(51b)를 포함하여 구성된다.
또한 상기 제2 연결부재(52)는, 상기 지그 플레이트(35)의 좌측단부를 지지하는 수평지지부(52a)와, 상기 수평지지부(52a)로부터 수직으로 연장되어 센터링 바이스(36)의 전방에 조립되는 수직연결부(52b)를 포함하여 구성된다.
상기한 구조에 의해, 코일 소재(W)를 척킹한 인덱스 테이블(34)을 회전시킬 수 있고, 지그 플레이트(35)의 틸팅(Tilting)에 의해 코일 소재(W)를 척킹한 인덱스 테이블(34)을 틸팅시킬 수 있다.
이로써 한 번의 척킹작업에 의해 코일 소재(W)의 외면을 평면절삭 할 수 있고, 코일 소재(W)의 외면에 경사진 방향으로 홈(C2)을 가공할 수 있다.
또한 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 인덱스 테이블(34)의 전면에는 코일 소재(W)를 고정하기 위한 척(33)이 구비되고, 상기 척(33)은, 코일 소재(W)의 중앙공간부(H)에 삽입되는 죠오(33a)를 구비한다.
여기서 상기 죠오(33a)는, 테이퍼진 형상으로 구비되어, 코일 소재(W)의 중앙공간부(H)에 삽입된 후 유압에 의해 확장된다.
또한 상기 척(33)의 후방에 자동 센터링 바이스(38)가 더 구비되어 코일 소재(W)의 중심을 자동으로 조절하도록 한다.
또한 상기 인덱스 테이블(34)의 후방에는, 척(33)에 유압을 공급하여 코일 소재(W)를 척킹하기 위한 유압공급부(39)와, 척(33)을 향해 공기를 분사하는 에어 공급부가 더 구비된다.
상기 에어 공급부에 의해, 코일 소재(W)의 가공시 절삭유 및 칩이 척(33) 내부로 유입되는 것을 방지할 수가 있다.
또한 상기 유압공급부 및 에어 공급부는, 일체형의 로터리 밸브 형태로 구성되는 것이 바람직하다.
또한 상기 베이스(50)의 전방에는, 공구 측정장치(37)가 더 구비되어 가공헤드(32)에 장착된 공구의 위치를 제어한다.
상기 외면 및 홈 가공부(30)에서 4각형 코일 소재(W)의 4면을 평면 절삭할 경우에는, 인덱스 테이블(34)을 90도씩 회전시키면서 가공헤드(32)에 장착된 평커터(도시 생략)에 의해 평면 절삭을 한다.
이때 상기 4각형 코일 소재(W)의 4면 중, 양 측면에는 테이퍼부(A)(B)를 형성한다(도 4 참조).
또한 외면 및 홈 가공부(30)에서 4각형 코일 소재(W)의 4면에 홈(C2)을 가공할 때에는, 틸팅 테이블(31)에 의해 지그 플레이트(35)를 일정 각도(예컨대 5도)로 경사지게 틸팅시킨 후, 가공헤드(32)에 장착된 엔드밀(End Mill)에 의해 경사진 방향으로 홈(C2)을 가공한다.
이때 상기 홈(C2)은, 코일 소재(W)의 중간공간부(H) 보ek 얕은 깊이로 형성하여 홈이 완전히 관통되지 않도록 한다.
한편 상기 외면 및 홈 가공부(30)는, 복수의 공구를 구비한 수치제어 공작기계인 머시닝 센터(Machining Center)로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 머시닝 센터 및 그 가공방식은 공지의 기술이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
그리고 본 발명에 따른 내면 가공부(40)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 외면 및 홈 가공부(30)에서 가공이 완료된 코일 소재(W)를 내면 가공부(40)로 이송시키는 로봇 아암(20)과, 수평 방향으로 구비되어 상기 코일 소재(W)를 테이블(42)에 고정시키기 위한 푸셔(41)와, 상기 테이블(42)에 고정된 코일 소재(W)의 내면을 절삭하기 위한 브로우치 공구(44)와, 브로우칭 가공이 완료된 평각형 코일을 언로딩하기 위한 풀 실린더(45)를 포함하여 구성된다.
상기 푸셔(41)는, 로봇 아암(20)에 의해 이송된 코일 소재(W)를 테이블(42)측으로 밀어 빗살형 지그(도시 생략)에 의해 고정되도록 한다.
여기서 상기 푸셔(41)의 전방에는, 코일 소재(W)를 빗살형 지그에 고정시키기 위한 자동 로딩장치(43)가 더 구비되는 것이 바람직하다.
또한 상기 브로우치 공구(44)는, 수직방향으로 승강하면서 코일 소재(W)의 내면을 절삭하여 코일 소재(W)에 형성된 홈(C2)이 중앙공간부(H)와 연결되어 슬릿부(C3)가 형성되도록 한다.
이하 도 4 내지 8을 참조하여 본 발명에 따른 코일 제조장치에 의해 평각형 코일을 제조하는 과정을 설명한다.
편의상 머시닝 센터를 사용하여 가공하는 것을 예로서 설명한다.
먼저 중공형 사각 단면의 코일 소재(W)를 압출한 후, 일정 길이로 절단하여 인덱스 테이블(34)의 척(33)에 장착시킨다.
이때 로봇 아암(20)에 의해, 상기 코일 소재(W)를 자동으로 장착시킨다.
이어서 평커터에 의해 코일 소재(W)의 한 면(A면)을 면삭가공하고, 인덱스 테이블(34)을 90도로 회전시키면서 나머지 3면(B면, C면, D면)을 면삭 가공한다(도 6 정면도 참조).
이때 서로 마주보는 2면(예컨대 A면과 C면)은 테이퍼지게 가공한다.
이어서 틸팅 테이블(31)을 5도 정도 틸팅 시킨 후, 엔드밀에 의해 A면에 일정 깊이의 홈(C2)을 가공한다.
이때 상기 홈(C2)은, 중앙공간부(H)까지 완전히 관통되지 않도록 한다.
A면에 대해 홈(C2) 가공이 완료되면 인덱스 테이블(34)을 회전시키면서 엔드밀에 의해 나머지 3면에 대해 홈(C2)을 가공한다.
외면 및 홈 가공부(30)에서 면삭 및 홈 가공이 완료되면, 로봇 아암(20)에 의해 코일 소재(W)를 내면 가공부(40)로 이송시킨다.
내면 가공부(40)로 이송된 코일 소재(W)는, 푸셔(41)에 의해 빗살형 지그(도시 생략)에 장착되고, 코일 소재(W)의 로딩이 완료되면 푸셔(41)는 원위치로 복귀한다.
이어서 브로우치 공구(44)가 하강하여 코일 소재(W)의 중앙공간부(H)를 가공하도록 한다,
그러면 코일 소재(W)에 형성되어 있던 홈(C2)이 관통되어 슬릿부(C3)가 형성되면서 평각형 코일의 제조가 완료된다.
여기서 상기 브로우치 공구(44)는, 코일 소재(W)의 중앙공간부(H)에 형상에 대응되도록 사각형 구조로 형성된다.
코일 소재(W)에 슬릿부(C3)의 형성이 완료되면, 풀 실린더(45)가 평각형 코일(C)을 밀어내어 언로딩시킨다.
한편, 상기 내면 가공부(40)의 후방 라인에 세척부 및 배럴 가공부가 더 구비될 수도 있다.
상기 세척부(도시 생략)는 절삭유 및 칩을 제거하고, 상기 배럴 가공부(도 시 생략)는 절삭가공시 발생한 버어(Burr)를 제거한다.
본 발명에 의하면, 원-척킹 방식에 의해 면삭가공, 테이퍼가공 및 홈가공을 모두 수행할 수가 있다.
이로써 단위 시간당 생산성을 증대시킬 수가 있고, 평각형 코일의 품질도 향상시킬 수가 있다.
또한 본 발명은, 고압에 의해 45,000rpm 이상으로 회전하는 스핀들을 장착하고 다량의 절삭유를 공급하여, 소재의 절삭가공시 발생하는 칩이 용이하게 배출되도록 한다.
절삭가공에 의해 코일 소재(W)에 홈을 형성하는 방식은, 좁은 틈새인 홈(C2) 형성시 칩의 배출이 원활하지 않아 절삭가공이 방해를 받는다는 단점이 있다.
본 발명에 의하면, 상기 고속 스핀들 및 절삭유 분사 유닛에 의해 홈 절삭시 발행하는 칩을 원활하게 제거할 수가 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것으로서 본 발명의 범위는 상기한 특정 실시예에 한정되지 아니한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변경이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
20: 로봇 아암(Robot Arm) 30: 외면 및 홈 가공부
31: 틸팅 테이블(Tilting Table) 32: 가공헤드(Head)
33: 척(Chuck) 33a: 죠오(Jaw)
34: 인덱스 테이블(Index Table) 35: 지그 플레이트(Jig Plate)
36: 센터링 바이스(Centering Vise) 37: 공구 측정장치
38: 자동 센터링 바이스 39: 유압공급부
40: 내면 가공부 41: 푸셔(Pusher)
42: 테이블(Table) 43: 자동 로딩장치
44: 브로우치(Broach) 공구 45: 풀 실린더(Pull Cylinder)
51: 제1 연결부재 51a: 수평지지부
51b: 수직연결부 52: 제2 연결부재
52a: 수평지지부 52b: 수직연결부
60: 베이스(Base)
A, B: 테이퍼(Taper)부 C: 평각형 코일
C1: 코일몸체 C2: 홈
C3: 슬릿(Slit)부 H: 중앙공간부
I: 내부 가공선 W: 코일 소재

Claims (15)

  1. 사각 스프링 형태로 구성되는 평각형 코일의 제조장치에 있어서,
    일정 길이로 절단된 중공형 사각단면 형상의 코일 소재(W)를 자동으로 공급하는 소재공급부와,
    상기 소재공급부에 정렬된 코일 소재(W)를 파지하여 후속공정으로 순차적으로 이송시키는 로봇 아암과,
    상기 로봇 아암에 의해 공급되는 코일 소재(W)의 외곽 둘레에, 면삭가공 및 홈 가공을 하기 위한 외면 및 홈 가공부(30)와,
    상기 외면 및 홈 가공부(30)의 후방 라인에 배치되어, 4각 형상의 중앙공간부(H)를 가공하기 위한 내면 가공부(40)를 포함하고,
    상기 외면 및 홈 가공부(30)는,
    베이스(60)의 일측에 구비되는 틸팅 테이블(31)과,
    상기 틸팅 테이블(31)과 대향되게 구비되는 센터링 바이스(36)와,
    상기 틸팅 테이블(31)과 센터링 바이스(36) 사이에 구비되는 지그 플레이트(35)와,
    상기 지그 플레이트(35)의 상부에 구비되어 코일 소재(W)를 수평방향으로 고정시키는 인덱스 테이블(34)과,
    수직방향으로 구비되어 상기 코일 소재(W)를 면삭가공한 후 홈을 형성하는 가공헤드(32)를 포함하여 구성되어,
    코일 소재(W)를 원-척킹(One-chucking)하여 평면절삭 및 홈을 가공하며,
    상기 지그 플레이트(35)는,
    제1 연결부재(51)의해 상기 틸팅 테이블(31)과 연결되고,
    제2 연결부재(52)에 의해 상기 센터링 바이스(36)와 연결되어,
    코일 소재(W)에 홈(C2)을 가공할 때 상기 틸팅 테이블(31)의 회전에 의해 일정 각도로 기울어지는 것을 특징으로 하는 원-척킹 방식에 의한 평각형 코일 제조장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 연결부재(51)는,
    상기 지그 플레이트(35)의 우측단부를 지지하는 수평지지부(51a)와,
    상기 수평지지부(51a)로부터 수직으로 연장되어 틸팅 테이블(31)의 전면에 조립되는 수직연결부(51b)를 포함하여 구성되고,
    상기 제2 연결부재(52)는,
    상기 지그 플레이트(35)의 좌측단부를 지지하는 수평지지부(52a)와,
    상기 수평지지부(52a)로부터 수직으로 연장되어 센터링 바이스(36)의 전방에 조립되는 수직연결부(52b)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 원-척킹 방식에 의한 평각형 코일 제조장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 인덱스 테이블(34)의 전면에 코일 소재(W)를 고정하기 위한 척(33)이 구비되고,
    상기 척(33)은, 코일 소재(W)의 중앙공간부(H)에 삽입되는 죠오(33a)를 구비하는 것을 특징으로 하는 원-척킹 방식에 의한 평각형 코일 제조장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 죠오(33a)는,
    테이퍼진 형상으로 구비되어, 코일 소재(W)의 중앙공간부(H)에 삽입된 후 유압에 의해 확장되는 것을 특징으로 하는 원-척킹 방식에 의한 평각형 코일 제조장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 척(33)의 후방에, 자동 센터링 바이스(38)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 원-척킹 방식에 의한 평각형 코일 제조장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 인덱스 테이블(34)의 후방에, 척(33)에 유압을 공급하기 위한 유압공급부(39)가 구비되는 것을 특징으로 하는 원-척킹 방식에 의한 평각형 코일 제조장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 인덱스 테이블(34)의 후방에, 에어 공급부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 원-척킹 방식에 의한 평각형 코일 제조장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스(60)의 전방에, 공구 측정장치(37)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 원-척킹 방식에 의한 평각형 코일 제조장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 외면 및 홈 가공부(30)는, 인덱스 테이블(34)을 회전시키면서 가공헤드(32)에 장착된 평커터에 의해 4각형 코일 소재(W)의 4면을 평면 절삭하는 것을 특징으로 하는 원-척킹 방식에 의한 평각형 코일 제조장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 4각형 코일 소재(W)의 4면 중, 양 측면에 테이퍼부(A)(B)를 형성하는 것을 특징으로 하는 원-척킹 방식에 의한 평각형 코일 제조장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    틸팅 테이블(31)에 의해 지그 플레이트(35)를 일정 각도로 경사지게 틸팅시키고,
    상기 가공헤드(32)에 장착된 엔드밀에 의해, 4각형 코일 소재(W)의 외곽 4면에 일정 깊이의 홈(C2)을 형성하는 것을 특징으로 하는 원-척킹 방식에 의한 평각형 코일 제조장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 내면 가공부(40)는,
    외면 및 홈 가공부(30)에서 가공이 완료된 코일 소재(W)를 내면 가공부(40)로 이송시키는 로봇 아암(20)과,
    수평 방향으로 구비되어 상기 코일 소재(W)를 테이블(42)에 고정시키기 위한 푸셔(41)와,
    상기 테이블(42)에 고정된 코일 소재(W)의 내면을 절삭하기 위한 브로우치 공구(44)와,
    브로우칭 가공이 완료된 평각형 코일을 언로딩하기 위한 풀 실린더(45)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 원-척킹 방식에 의한 평각형 코일 제조장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 푸셔(41)의 전방에, 코일 소재(W)를 빗살형 지그에 고정시키기 위한 자동 로딩장치(43)가 구비되는 것을 특징으로 하는 원-척킹 방식에 의한 평각형 코일 제조장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 브로우치 공구(44)는, 코일 소재(W)의 내면을 절삭하여 코일 소재(W)에 형성된 홈(C2)이 중앙공간부(H)와 연결되어 슬릿부(C3)가 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 원-척킹 방식에 의한 평각형 코일 제조장치.
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