KR102637171B1

KR102637171B1 - 피니싱 장치

Info

Publication number: KR102637171B1
Application number: KR1020170021749A
Authority: KR
Inventors: 세거 마틴
Original assignee: 숩피나 그리에샤버 게엠베하 & 씨오. 케이쥐
Priority date: 2016-02-23
Filing date: 2017-02-17
Publication date: 2024-02-19
Also published as: EP3210720A2; DE102016103105A1; CN107116423B; CN206578688U; KR20170099370A; EP3210720A3; US10751851B2; US20170239782A1; CN107116423A; EP3210720B1

Abstract

본 발명은 피니싱 장치(10)에 관한 것으로서, 상기 피니싱 장치는 공작물 픽업 장치(14), 공작물 축(22)을 중심으로 공작물(20)을 회전 구동시키기 위한 회전 드라이브(16), 상기 공작물 축(22)에 대해 평행한 방향으로 공작물(20)과 피니싱 공구의 상대 운동을 발생시키기 위한 진동 드라이브(26), 그리고 공작물 홀더(34)를 구비한 공작물 이송 장치(28)를 포함하고, 상기 공작물 홀더는 구동 장치(38)에 의해 공작물(20)을 가공하기 위한 작업 위치와 가공될 공작물(20)을 공급하고 가공된 공작물(20)을 인출하기 위한 로딩/언로딩 위치 사이에서 이동할 수 있으며, 상기 공작물 홀더(34)는 공작물(20)을 지지하기 위한 지지 장치(48)를 구비하며, 이 경우 상기 구동 장치가 선회 드라이브로서 형성되어 있음으로써, 상기 공작물 홀더(34)가 상기 작업 위치와 로딩/언로딩 위치 사이에서 아치형의 선회 경로를 따라서 선회할 수 있다.

Description

피니싱 장치{FINISHING DEVICE}

본 발명은 피니싱 장치에 관한 것으로서, 상기 피니싱 장치는 공작물 픽업 장치(workpiece pick-up device), 공작물 축을 중심으로 공작물을 회전 구동시키기 위한 회전 드라이브(rotary drive), 상기 공작물 축에 대해 평행한 방향으로 공작물과 피니싱 공구의 상대 운동을 발생시키기 위한 진동 드라이브(oscillating drive), 그리고 공작물 홀더(workpiece holder)를 구비하는 공작물 이송 장치를 포함하며, 상기 공작물 홀더는 구동 장치에 의해서 공작물을 가공하기 위한 작업 위치(work position)와 가공될 공작물을 공급하고 가공된 공작물을 인출하기 위한 로딩/언로딩 위치(loading/unloading position) 사이에서 이동할 수 있으며, 이 경우 상기 공작물 홀더는 공작물을 지지하기 위한 지지 장치를 구비한다.

피니싱 장치들은, 예를 들면 크랭크 샤프트(crankshaft) 또는 캠 샤프트(camshaft)와 같은 공작물들을 피니싱 가공하기 위해 사용된다. 원주 방향(circumferential direction)으로 회전 대칭적인, 상기 공작물들의 베어링면(bearing surface)들은, 공작물이 회전 축을 중심으로 회전하는 방식으로 구동됨으로써 피니싱 가공된다. 동시에 회전 축에 대해 평행한 방향으로, 피니싱 공구(예를 들면 피니싱 스톤 또는 피니싱 벨트)와 피니싱 가공될 공작물 간의 진동 운동이 이루어진다. 공작물의 피니싱 가공에 의해서는 피니싱 공법 특유의 크로스 그라인딩 구조(cross-grinding structure)가 형성된다.

공작물을 가공하는 동안 이러한 공작물은 가공 위치에 배치되어 있다. 상기 가공 위치에서 공작물은 공작물 픽업 장치 내에 클램핑되어 있다. 통상적으로 이러한 공작물 픽업 장치는 클램핑 부재(clamping element)들을 구비하고, 이들 클램핑 부재는 공작물 축을 따라서 볼 때 서로 마주 놓인 측면들에 배치되어 있다. 예를 들면, 원추형 팁(conic tip)들이 상응하는 홈에 삽입될 수 있고, 이들 홈은 공작물의 단부면에 제공되어 있다.

작업 위치와 로딩/언로딩 위치 사이에서 이송을 위해서는 공작물 이송 장치가 제공되었다. 상기 로딩/언로딩 위치에서는 피니싱 가공될 공작물이 준비된 다음, 공작물 이송 장치에 의해서 상기 작업 위치로 이동된다. 작업 위치로부터는 공작물이 전술한 공작물 픽업 장치에 의해서 가공 위치로 이동되고 그곳에서 피니싱 가공된다. 마지막으로 공작물은 공작물 픽업 장치가 클램핑 동작을 해제함으로써 다시 작업 위치로 이동되고 그곳에서부터는 공작물 이송 장치에 의해 다시 로딩/언로딩 위치로 이동된다.

작업 위치와 가공 위치 간 전환 과정에서 발생하는 공작물의 위치 변동은 상대적으로 적으며 그리고 지지 장치 상에 있는 공작물의 공작물 축과 공작물 픽업 장치의 클램핑 축 사이 몇 밀리미터 또는 센티미터 범위의 오프셋에 상응한다.

출원인의 선행사용(prior use)으로부터 공작물 이송 장치들을 갖는 피니싱 장치가 공지되어 있으며, 상기 공작물 이송 장치들은 공작물을 지지하기 위한 지지 장치를 갖는 공작물 홀더를 구비한다. 공지되어 있는 공작물 이송 장치들의 경우, 공작물 홀더가 로딩/언로딩 위치와 작업 위치 사이에서 다단식으로 된 이송 경로를 따라서 움직인다. 예를 들어 피니싱 가공될 공작물은, 공작물을 가진 지지 장치가 작업 위치에 있을 때까지 공작물 홀더의 지지 장치가 먼저 제1 이송 경로를 따라서 이동됨으로써 로딩/언로딩 위치에서 작업 위치로 이동된다. 이로부터 지지 장치는, 공작물 홀더가 작업 위치에 도달할 때까지 피니싱 가공될 공작물과 함께 위쪽으로 이동된다. 이러한 작업 위치로부터 공작물은 공작물 픽업 장치에 의해 클램핑된다. 마지막으로 공작물 홀더는, 이러한 공작물 홀더가 먼저, 전술한 제2 이송 경로를 따라서 아래쪽으로 하강하고, 그곳에서부터는 제1 이송 경로를 따라서 다시 로딩/언로딩 위치로 이동됨으로써 클램핑된 공작물과 분리된다.

앞서 설명한 다단식으로 된 이송 경로는 또한 공작물을 작업 위치에서 언로딩 위치로 이송하기 위해서도 필요하다.

이러한 점에 근거하여, 본 발명의 과제는 가급적 빠르고 간단한 공작물 이송을 가능하게 하는 피니싱 장치를 제공하는 것이다.

상기 과제는 도입부에 언급한 유형의 피니싱 장치에서, 구동 장치가 선회 드라이브로서 형성되어 있고, 그 결과 공작물 홀더가 작업 위치와 로딩/언로딩 위치 사이에서 아치형의 선회 경로를 따라서 선회할 수 있음으로써 해결된다.

본 발명에 따르면, 상기 피니싱 장치의 공작물 이송 장치는 선회 드라이브를 구비하고, 이러한 선회 드라이브에 의해서는 공작물 홀더가 오로지 단일 이송 경로를 따라서, 즉 아치형 선회 경로를 따라서 이동된다. 상기 아치형의 선회 경로는, 대규모의 제1 이송 경로와 제2 이송 경로를 단일 동작으로 서로 결합할 수 있도록 하며, 이때 상기 제2 이송 경로는 자유 이동(free travel)을 위해 또는 지지 장치를 공작물에 배치하기 위해 사용된다.

선회 드라이브로서의 구동 장치의 형성은 공작물 이송 장치의 빠르고 간단한 구동 제어를 가능하게 한다. 이러한 구동 제어 시에는 단지 2개의 끝 위치, 즉 작업 위치 또는 로딩/언로딩 위치만 가동하고 그리고 상응하게 제어되어야 한다. 다단식으로 된 이송 경로에서 발생하는 제어 시간은 피해질 수 있다.

본 발명의 범주에서는, 선회 드라이브가 구조적으로 형성된 선회 축을 갖는 것이 가능한데, 즉 지지 장치를 구비하는 공작물 홀더가 선회 암에 지지되어 있으며, 이때 상기 선회 암은 구조적으로 형성된 선회 축에 지지되어 있고, 이러한 선회 축 위치에서는 예를 들면 상기 선회 암에 작용하는 구동 장치에 의해 구동된다.

본 발명의 범주에서는 또한, 선회 축이 구조적으로 형성되지 않고, 오히려 아치형의 선회 경로가 가이드에 의해 미리 정해지는 것도 가능하며, 공작물 홀더는 이러한 가이드를 따라서 작업 위치와 로딩/언로딩 위치 사이에서 이동된다.

전술한 선회 축이 구조적으로 형성되어 있거나 오로지 아치형 가이드의 가상 선회 축에 상응하는지에 상관없이, 상기 선회 경로에 관련된 선회 축이 수평 방향으로 볼 때 상기 선회 경로에 측면 오프셋 방식으로 배치되어 있는 경우 바람직하다. 이러한 방식에 의해 아치형의 단일 선회 경로가 실현될 수 있으며, 동시에 상대적으로 상당히 뚜렷한, 지지 장치의 트레이 형태(tray shape)에서도 실현될 수 있으며, 이로 인해 선회 경로를 따라서 지지 장치 내에서 공작물의 중력 지원되는, 확실한 정지가 보장된다.

구조적으로 바람직한 배치열은 작업 위치가 중력 방향을 기준으로 로딩/언로딩 위치보다 높게 배치되어 있음으로써 주어진다.

지지 장치가 중력 방향을 기준으로 위쪽으로 적어도 부분적으로 개방된 트레이 형태로 형성된 경우, 공작물 홀더에서의 공작물의 특히 우수한 정지 상태가 주어진다.

특히, 상기 트레이가 V자형 프로필을 갖는 경우가 바람직하다. 공작물은 이러한 V자형 프로필 내에 수용되어 있으며, 그 결과 상기 위치에서 공작물은 서로 각을 이루는 2개의 트레이 섹션 사이에서 지지된다. 상기 트레이 섹션들 사이 끼인각( included angle)은 바람직하게 90°보다 크고, 특히 120°보다 크다. 바람직하게 트레이 섹션들 사이 끼인각은 170°보다 작고, 특히 160°보다 작다.

특히, 상기 V자형 프로필은 공작물을 위한 지지면으로서 사용되는 제1 트레이 섹션을 포함하는 것이 바람직하다.

제1 대안예에 따르면, 상기 제1 트레이 섹션은 아치형의 선회 경로에 대해 접선 방향으로 방향 설정된 직선 평면 내에서 연장된다. 이러한 것은 지지 장치의 제조를 단순화하고, 가급적 언더커트 없는(undercut-free), 지지 장치와 공작물의 상대 운동을 가능하게 한다.

제2 대안예에 따르면, 제1 트레이 섹션은 아치형으로 만곡되어 있다. 상기 제1 트레이 섹션의 만곡부는 공작물의 원주면에 대해 동일한 방향일 수 있고, 이로 인해 공작물 표면과 제1 트레이 섹션의 특히 알맞은 접촉이 가능하게 된다. 그러나 제1 트레이 섹션이 공작물 표면 만곡부에 대해 반대 방향인 만곡부를 갖는 것도 가능하다.

특히, 지지면의 만곡부는 곡률 반지름을 갖고, 이러한 곡률 반지름은 선회 경로의 반지름과 동일하다. 이와 같은 상황에서 제1 트레이 섹션은 완전히 언더커트 없이 공작물에 상대적으로 이동될 수 있다.

본 발명의 바람직한 추가 실시 형태에서, 공작물 이송 장치는 분리 가능한 회전 방지 장치를 구비하고, 이러한 회전 방지 장치에 의해서는 지지 장치 상에 배치된 공작물이 공작물 축을 중심으로 한 회전에 대하여 고정될 수 있다. 상기와 같은 회전 방지 장치는 바람직하게는 예컨대 크랭크 샤프트의 커넥팅 로드 베어링(connecting rod bearing)과 같은 공작물의 구성 부품과 상호 작용하고, 이때 상기 공작물의 구성 부품은 공작물 축과 관련하여 회전 대칭적이지 않다. 회전 방지 장치는 특히 공작물 홀더 및/또는 선회 암의 자유 단부에 고정되어 있으며, 그 결과 상기 회전 방지 장치는 공작물 홀더와 함께 작업 위치와 로딩/언로딩 위치 사이에서 아치형의 선회 경로를 따라서 이동할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징들 및 장점들은 후속하는 설명과 바람직한 실시예들의 도면으로부터 드러난다.

도면에서:
도 1은 로딩/언로딩 위치에 있는 공작물 이송 장치를 포함하는 피니싱 장치의 실시 형태의 사시도이고;
도 2는 도 1에 상응하는 도면으로서, 이 경우 피니싱 장치는 작업 위치에 있는 공작물 이송 장치를 포함하며;
도 3은 도 1 및 도 2에 따른 피니싱 장치의 측면도이고;
도 4는 도 1 및 도 2에 따른 피니싱 장치의 개략적인 측면도이며;
도 5는 도 1 및 도 2에 따른 피니싱 장치의 또 다른 측면도로서, 이 경우 피니싱 장치는 활성화된 회전 방지 장치를 포함하고; 그리고
도 6은 도 5에 상응하는 측면도로서, 이 경우 피니싱 장치는 비활성화된 회전 방지 장치를 포함한다.

도면에 도시된 피니싱 장치(10)의 실시 형태는 공작물 픽업 장치(14)를 배치하기 위한 기계 프레임(machine frame)(12)을 포함한다. 상기 공작물 픽업 장치는 공작물 축(22)을 중심으로 공작물(20)을 회전 구동시키기 위한 회전 드라이브(18)를 갖는 주축대(headstock)(16)를 포함한다. 또한, 상기 공작물 픽업 장치(14)는 심압대(tailstock)(24)를 포함한다.

공작물(20)의 회전 운동에 부가되고, 공작물 축(22)에 대해 평행하게 진행되는 진동 운동을 발생시키기 위하여 진동 드라이브(26)가 제공되어 있다. 이러한 진동 드라이브는 공작물 픽업 장치(14)와 그 내부에 수용된 공작물(20)을 공작물 축에 대해 평행한 방향으로 왕복 운동시키기 위해 사용된다. 가공 유닛(27)에 배치된 피니싱 공구(더 나은 개관을 위해 도면에는 도시되지 않음, 예를 들면 피니싱 벨트 또는 피니싱 스톤)는 피니싱 가공을 위해 공작물(20)의 표면에 가압된다. 상기와 같은 회전 운동과 진동 운동의 겹침에 의해 피니싱 공법 특유의 크로스 그라인딩 구조가 형성된다.

피니싱 장치(10)는 또한 로딩/언로딩 위치(도 1 참조)와 작업 위치(도 2 참조) 사이에서 공작물을 이송하기 위한 공작물 이송 장치(28)를 포함한다. 도 3 및 도 4에는 상기 로딩/언로딩 위치뿐만 아니라 상기 작업 위치도 도시되어 있으며, 이 경우 상기 로딩/언로딩 위치는 도면 부호 30으로 그리고 상기 작업 위치는 도면 부호 32로 표시되어 있다.

로딩/언로딩 위치(30)에서는 피니싱 가공될 공작물(20)이 외부 저장소 또는 갠트리 로더(gantry loader)로부터 공급될 수 있고, 그리고 피니싱 가공된 공작물(20)이 배출될 수 있다. 작업 위치(32)로부터는 공작물(20)이 그 자체로 공지되어 있는 방식으로 공작물 픽업 장치(14)에 의해, 특히 주축대(16)와 심압대(24)의 팁들 사이에 클램핑될 수 있다.

공작물 이송 장치(28)는 공작물 홀더(34)를 구비하고, 이러한 공작물 홀더는 선회 암(36)에 고정되어 있다. 상기 선회 암(36)은 구동 장치(38)에 의해서 구동될 수 있다. 이 경우 선회 암(36)은 제1 선회 위치(36')와 제2 선회 위치(36") 사이에서 선회 축(40)을 중심으로 선회한다. 구동 장치(38)와 선회 축(40)의 어레인지먼트는 선회 드라이브(42)를 형성한다.

도시된 실시예에서 상기 구동 장치(38)는 이중 작용하는 유압식, 공압식 또는 전기식 실린더 형태로 형성되어 있으며, 이러한 실린더는 한쪽 단부에서는 기계 프레임(12)에 그리고 다른 쪽 단부에서는 선회 축(40)에 이격되어 있는, 선회 암(36)의 섹션에 지지된다. 물론, 선회 축(40)의 범위에서 선회 암(36)을 구동 및 선회시키는 회전 드라이브를 사용하는 것도 생각할 수 있다.

선회 위치들(36' 및 36") 사이에 형성된 선회각(44)은 예를 들면 약 10° 내지 약 70°, 바람직하게는 약 10° 내지 약 20°에 이른다.

선회 위치들(36' 및 36") 사이에서 선회 암(36)이 선회하는 동안에는, 공작물 홀더(34)가 로딩/언로딩 위치(30)와 작업 위치(32) 사이에서 선회된다.

공작물 홀더(34)는 중력 방향(46)을 기준으로 위쪽으로 개방된 트레이(49)를 갖는 지지 장치(48)를 구비한다.

상기 트레이(49)는 제1 트레이 섹션(50) 및 이러한 제1 트레이 섹션과 각을 이루는 형태로 배치된 제2 트레이 섹션(52)을 구비하는 V자형 프로필을 갖는다. 상기 트레이 섹션(50 및 52)들은 각각 공작물(20)을 지지하기 위한 지지면들을 형성한다.

상기 제1 트레이 섹션(50)은 공작물(20)의 표면 만곡에 반대 방향으로 만곡된 형태를 갖는다. 상기 제1 트레이 섹션(50)의 만곡은, 제1 트레이 섹션(50)의 곡률 반지름이 선회 축(40)을 중심으로 공작물 홀더(34)의 선회 경로의 반지름에 일치하도록 형성되어 있다. 이러한 방식으로 제1 트레이 섹션(50)은 아치형 선회 경로(54)를 따라서, 공작물(20)과 관련하여 완전히 언더컷 없이 이동될 수 있다. 이는 특히 중력 방향(46)을 기준으로 위쪽으로 향하는, 제1 트레이 섹션(50)의 표면이 공작물 홀더(34) 내에 공작물(20) 배치 시 그리고 공작물 홀더(34)를 로딩/언로딩 위치(30)에서 작업 위치(32)로 전환할 때 공작물(20)의 공작물 축(22)이 주축대(16)와 심압대(24)의 팁들 사이에 형성된 클램핑 축보다 약간 깊게 배치되는 정도로 배치되는 경우에 해당한다. 이와 같은 깊이 측 위치 설정은 공작물(20)을 먼저 "너무 깊은" 작업 위치로 이동시킬 수 있으며, 이렇게 함으로써 이후 팁들이 공작물(20)의 단부측 홈과 맞물릴 수 있다. 이러한 결합 과정 중에 팁들은 홈들 내에서 중심점이 맞추어지고, 제일 먼저 여전히 공작물 홀더(34) 상에 있는 공작물(20)을 가공 위치로 들어 올림으로써, 그 결과 이후 팁들 사이에 클램핑된 공작물(20)이 공작물 홀더(34)에 대해 약간 이격되었다. 이러한 것은 공작물 홀더(34)를 작업 위치(32)에서 다시 로딩/언로딩 위치(30)로 전환시킬 수 있도록 하는데, 이때 공작물 홀더(34)는 상기와 같은 위치 전환 과정 중에 공작물(20)을 접촉하지 않는다.

공작물 홀더(34) 상에서 또는 트레이(49) 내에서의 공작물(20)의 확실한 정지는 또한 전체 선회 경로(54)가 기준면(56)에 대해 상대적으로 측면 오프셋 방식으로 배치되어 있음으로써 보장된다. 상기 기준면(56)은 수직 방향으로 (중력 방향(46)에 평행하게) 그리고 수평 방향으로 뻗은 선회 축(40)을 지나서 연장된다. 선회 경로(54)는 상기 기준면(56)을 기준으로 도면 부호 58의 각만큼 이격되어 있다. 이러한 각(58)은 바람직하게 최소 10°, 특히 최소 20 °에 이른다. 상기 각(58)은 바람직하게 최대 80°, 특히 최대 70°에 이른다.

사전에 정해진 회전 위치에서 공작물(20)을 고정하기 위하여, 공작물 이송 장치(28)는 회전 방지 장치(60)를 포함한다. 이러한 회전 방지 장치는 포크 모양의 고정 부재(retaining element)(62)를 구비하고, 이러한 고정 부재는 액추에이터(64)에 의해 고정 위치(도 5 참조)와 정지 위치(도 6 참조) 사이에서 이동할 수 있다. 상기 액추에이터(64)는 선회 축(40)에 대해 이격된, 선회 암(36)의 자유 단부(66)에 고정되어 있으며, 그 결과 회전 방지 장치(60)는 공작물 홀더(34)와 함께 선회된다.

공작물 이송 장치(28)는 로딩/언로딩 위치(30)와 작업 위치(32) 사이에서 오로지 단일 단계의 아치형 선회 경로(54)를 따라서 공작물(20)의 간단하고 빠른 이송을 가능하게 한다.

Claims

피니싱 장치(10)로서,
상기 피니싱 장치는 공작물 픽업 장치(workpiece pick up device)(14), 공작물 축(22)을 중심으로 공작물(20)을 회전 구동시키기 위한 회전 드라이브(rotary drive)(16), 상기 공작물 축(22)에 대해 평행한 방향으로 공작물(20)과 피니싱 공구의 상대 운동을 발생시키기 위한 진동 드라이브(oscillating drive)(26), 그리고 공작물 홀더(workpiece holder)(34)를 구비하는 공작물 이송 장치(28)를 포함하고, 상기 공작물 홀더는 구동 장치(38)에 의해 공작물을 가공하기 위한 작업 위치(32)와 가공될 공작물(20)을 공급하고 가공된 공작물(20)을 인출하기 위한 로딩/언로딩 위치(30) 사이에서 이동할 수 있으며, 상기 공작물 홀더(34)는 공작물(20)을 지지하기 위한 지지 장치(48)를 구비하며,
상기 구동 장치(38)가 선회 드라이브(42)로서 형성되어 있음으로써, 상기 공작물 홀더(34)가 상기 작업 위치(32)와 상기 로딩/언로딩 위치(30) 사이에서 아치형의 선회 경로(54)를 따라서 선회할 수 있고,
상기 지지 장치(48)가 중력 방향(46)을 기준으로 위쪽으로 적어도 부분적으로 개방된 트레이(49) 형태로 형성되어 있고,
상기 트레이(49)가 V자형 프로필을 갖고,
상기 V자형 프로필이 상기 공작물(20)을 위한 지지면으로 사용되는 제1 트레이 섹션(50)을 포함하고,
상기 제1 트레이 섹션(50)이 상기 아치형의 선회 경로(54)에 대해 접선 방향으로 방향 설정된 직선 평면 내에서 연장되거나, 또는 상기 제1 트레이 섹션(50)이 아치형으로 만곡되어 있고 상기 지지면의 만곡이 곡률 반지름을 갖고, 이러한 곡률 반지름은 상기 선회 경로(54)의 반지름과 동일한는 것을 특징으로 하는, 피니싱 장치(10).
제1항에 있어서, 상기 선회 경로(54)에 할당된 선회 축(40)이 수평 방향에서 볼 때 상기 선회 경로(54)에 대해 측면 오프셋 방식으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 피니싱 장치(10).
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 작업 위치(32)가 상기 중력 방향(46)을 기준으로 상기 로딩/언로딩 위치(30)보다 높은 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 피니싱 장치(10).
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제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 공작물 이송 장치(28)가 분리 가능한 회전 방지 장치(62)를 구비하고, 이러한 회전 방지 장치에 의해 상기 지지 장치(48) 상에 배치된 공작물(20)이 상기 공작물 축(22)을 중심으로 한 회전에 대하여 고정될 수 있는 것을 특징으로 하는, 피니싱 장치(10).