KR102665159B1 - 객체에 대한 다중 제조 작업을 수행하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
다중 툴 위치 설정 및 제조 시스템은 많은 툴, 예컨대 공작물에 대한 제조 작업을 각각 수행하는 연삭 휠 사이에 공작물을 이동시킨다. 시스템은, 수동적인 개입 없이 툴 사이에서 공작물을 자동, 신속, 반복, 그리고 정확하게 이동시킨다. 이는 많은 개별 툴과 동일한 제조 작업, 예컨대 내부 직경, 외부 직경, 및 테이퍼형 롤러 베어링 콘의 리브의 연삭을 수행할 수 있다. 기계 가공 기사가 서로 다른 작업을 위해 기계 사이에서 공작물을 이동할 필요가 없기 때문에, 별도의 툴을 사용하는 것보다 전체 제조 공정이 더 빠르고 더 높은 수율을 가질 수 있다. 본 시스템은 또한, 드레싱과 트루잉을 위한 툴 사이에서 단일 드레서를 이동시킬 수 있어, 별도의 툴을 위한 별도의 드레서의 필요성을 제거함으로써 제조 효율을 더욱 증가시킬 수 있다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2018년 6월 12일에 출원되고 발명의 명칭이 "객체에 대한 다중 제조 작업을 수행하기 위한 장치"인 미국 특허 출원 제62/683,921호의 35 U.S.C. § 119(e)에 따른 우선권 이익을 주장하며, 이는 그 전체가 참조로서 본원에 포함된다.
전형적으로, 베어링과 같은 부품을 제조하면, 다수의 기계 가공 및/또는 제조 작업을 포함한다. 각 작업은 다른 툴로 수행되므로 상기 부품은 기계에서 기계로 이동한다. 기계로 이동하는 경우에, 기계를 작동시키는 기계 가공 기사가 상기 부품을 정확히 위치시켜 기계가 제조 작업을 정확하게 수행할 수 있도록 한다. 해당 작업이 완료되면, 기계 가공 기사는 슈나 척과 같은 부품을 상기 툴링에서 제거하고 공장 바닥을 지나 다음 기계로 이동하고, 여기서 기계 가공 기사는 상기 부품을 다음 기계에 대해 다른 툴링에 위치시킨다. 이러한 위치 설정 및 재배치 프로세스는, 특히 복잡한 부품의 경우에 비용과 시간이 많이 소요된다. 또한, 각 기계는 자체적인 정밀 위치 설정 시스템, 연삭 휠을 고속으로 회전시키기 위한 연삭 스핀들, 연삭 휠 드레싱 시스템 및 툴링을 필요로 한다.
예를 들어, 도 1에 나타낸 것과 같이 기계 가공 테이퍼형 롤러 베어링(100)을 고려한다. 조립되는 경우에, 테이퍼형 롤러 베어링(100)은, 컵(cup) 또는 외부 레이스로도 불리는 외부 링(102), 및 콘(cone) 또는 내부 레이스로도 불리는 내부 링(104) 사이에서, 케이지(108)에 의해 유지되는 테이퍼형 롤링 요소(106)를 갖는다. 이 테이퍼형 롤러 베어링(100)의 콘(104)을 제조하는 데 필요한 정밀 연삭 작업을 수행하기 위해, 세 개의 별도의 연삭 기계가 필요하다: 내측/내부 직경(ID)을 연삭하는 기계, 외측/외부 직경(OD)을 연삭하는 기계, 및 리브(rib)를 연삭하는 기계. 마찬가지로, 내부 연소 엔진용 연료 주입기의 정밀 연삭에는 세 개의 별도 기계가 사용된다: 하나는 흡입구 보어의 연삭, 다른 하나는 체크 밸브 시트의 연삭, 다른 하나는 유출구 보어의 연삭.
본 발명의 정밀 위치 설정 및 제조 시스템은, 작업 사이에 부품을 수동으로 조절할 필요 없이 단일 부품에서 제조 작업을 많이 수행할 수 있다. 또한 다수의 기계에 대한 별도의 정밀 위치 설정 시스템 및 연삭 휠 드레싱 시스템과 툴링이 필요하지 않다. 그 대신, 단일 정밀 위치 설정 시스템 및 단일 연삭 휠 드레서로 상이한 연삭 작업을 많이 수행할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 정밀 위치 설정 및 제조 시스템은 세 개의 상이한 연삭 작업(예, 테이퍼형 롤러 베어링의 ID, OD 및 리브를 연삭)을, 세 개의 연삭 휠과 단지 하나의 정밀 위치 설정 시스템, 단지 하나의 연삭 휠 드레싱 시스템, 및 단지 하나의 툴링 세트로 수행할 수 있다. 이를 통해, 부품 생산에 필요한 자본 설비 비용을 크게 절감한다. 자본 비용을 절감하는 것 외에도 동일한 툴링에서 모든 작업을 수행하여 품질을 향상시킨다. 또한, 세 개의 다른 연삭기 사이에서 부품을 이동시켜야 할 필요성을 제거함으로써, 부품을 만드는 것과 연관된 운송 시간과 비용을 절감한다.
다수의 제조 단계를 수행하기 위한 시스템은 작업 헤드, 제1 툴, 제2 툴, 및 작업 헤드를 지지하는 위치 설정 시스템을 포함할 수 있다. 작동 시, 작업 헤드는 공작물을 고정하고, 제1 툴은 공작물 상에서 제1 기계 가공 작업을 수행하고, 제2 툴은 공작물 상에서 제2 기계 가공 작업을 수행하고, 위치 설정 시스템은 제1 툴과 제2 툴을 교차하는 평면 내에서 작업 헤드와 공작물을 선형으로 이동시킨다. 위치 설정 시스템은 또한 제1 툴과 제2 툴을 교차하는 평면에 수직인 축을 중심으로 작업 헤드 및 공작물을 회전시킨다.
제1 및 제2 툴은 각각 제1 및 제2 연삭 휠일 수 있다. 시스템은 또한 위치 설정 시스템 상에 장착된 연삭 휠 드레서를 포함할 수 있다. 위치 설정 시스템은 제1 연삭 휠 및 제2 연삭 휠과 교차하는 평면 내에서 연삭 휠 드레서를 이동시킨다. 그리고 연삭 휠 드레서가 제1 연삭 휠과 제2 연삭 휠을 드레싱한다.
위치 설정 시스템은, 공작물이 작업 헤드 상에 있는 동안에 공작물을 제1 툴에서 제2 툴로 이동시킬 수 있으며, 이는 공작물의 대칭축을 중심으로 공작물을 회전시킬 수 있다.
제1 툴과 제2 툴을 교차하는 평면에 수직인 축은, 제1 축일 수 있다. 위치 설정 시스템은 제1, 제2 및 제3 회전 테이블을 포함할 수 있다. 작동 시, 제1 회전 테이블은 제1 축을 중심으로 회전한다. 제2 회전 테이블은 제1 회전 테이블을 지지하고, 제1 축에 평행하고 제1 툴과 제2 툴을 교차하는 평면에 수직인 제2 축을 중심으로 회전한다. 제3 회전 테이블은 제2 회전 테이블을 지지하고, 제1 축과 제2 축에 평행하고 제1 툴과 제2 툴을 교차하는 평면에 수직인 제3 축을 중심으로 회전한다.
대안적으로, 위치 설정 시스템은 회전 테이블, 회전 테이블을 지지하는 제1 슬라이드, 및 제1 슬라이드를 지지하는 제2 슬라이드를 포함할 수 있다. 위치 설정 시스템은 또한 제1 툴과 제2 툴을 교차하는 평면에 수직인 축을 중심으로 작업 헤드를 회전시킨다. 제1 슬라이드는 제1 툴과 제2 툴을 교차하는 평면 내에서 제1 방향으로 작업 헤드 및 회전 테이블을 이동시킨다. 그리고 제2 슬라이드는 제1 툴과 제2 툴을 교차하는 평면 내에서 제1 방향과 상이한 제2 방향으로 작업 헤드, 회전 테이블, 및 제1 슬라이드를 이동시킨다.
시스템은 공작물에 대해 제1 툴을 회전시키기 위해 제1 툴에 작동 가능하게 결합된 스핀들을 포함할 수 있다. 이는 또한 위치 설정 시스템에 작동 가능하게 결합된 제어기를 포함하여, 위치 설정 시스템이 모션 계획에 따라 제1 툴과 제2 툴 사이에서 공작물을 이동시킬 수 있다. 그리고, 제1 툴에 작동 가능하게 결합된 슬라이드를 포함하여, 공작물에 대해 평면 내의 제1 툴을 병진 이동시킬 수 있다.
공작물로부터 부품을 제조하기 위한 방법은, 공작물을 작업 헤드에 고정하는 단계를 포함한다. 일단 공작물이 고정되면, 편심 위치 설정 시스템은 작업 헤드의 공작물을 제1 툴로 이동시키고, 이는 공작물이 작업 헤드에 있는 동안에 공작물에 대한 제1 제조 작업을 수행한다. 편심 위치 설정 시스템은 작업 헤드 내의 공작물을 제1 툴로부터 제2 툴로 (예를 들어, 1분 미만 내에) 이동시키고, 이는 공작물이 작업 헤드 내에 있는 동안에 공작물에 대한 제2 제조 작업을 수행한다. 예를 들어, 제1 및 제2 제조 작업은 베어링 또는 다른 부품의 내부 및 외부 직경을 연삭하는 단계를 포함할 수 있다. 제2 제조 작업이 완료된 후에, 공작물은 작업 헤드로부터 제거될 수 있다.
일부 경우에, 편심 위치 설정 시스템에 장착된 드레서(예, 회전식 다이아몬드 드레서)가 제1 툴을 드레싱한다. 편심 위치 설정 시스템은 드레서를 제1 툴에서 제2 툴로 이동시키고, 상기 드레서가 제2 툴을 드레싱한다.
다중 툴 위치 설정 및 제조 시스템은 또한, 상부 플레이트, 작업 헤드, 제1 스핀들, 제2 스핀들, 제3 스핀들, 및 편심 위치 설정 시스템을 포함할 수 있다. 작업 헤드는 상부 플레이트에 평행한 평면에서 공작물을 지지한다. 상부 플레이트에 의해 지지되는 제1, 제2 및 제3 스핀들은 상부 플레이트에 평행한 평면에서 각각 제1, 제2 및 제3 연삭 휠을 회전시킨다. 그리고, 작업 헤드 및 연삭 휠 드레서를 지지하는 편심 위치 설정 시스템은, 제1 연삭 휠로부터 제2 연삭 휠로 평행한 평면 내의 작업 헤드 및 공작물을 제3 연삭 휠로 이동시킨다.
작업 헤드는 공작물의 대칭축을 중심으로 공작물을 회전시킬 수 있다.
편심 위치 설정 시스템은 상부 플레이트에 평행한 평면 내에서 작업 헤드를 측방향으로 이동시킬 수 있고, 상부 플레이트에 평행한 평면에 수직인 축을 중심으로 작업 헤드를 회전시킬 수 있다.
예를 들어, 다중 툴 위치 설정 및 제조 시스템은 상부 플레이트에 장착된 제1 및 제2 슬라이드를 또한 포함할 수 있다. 제1 슬라이드는 제1 및 제2 스핀들을 지지하고 상부 플레이트에 평행한 평면에서 선형으로 병진 이동시킨다. 제2 슬라이드는 제3 스핀들을 지지하고 상부 플레이트에 평행한 평면에서 선형으로 이동시킨다.
다중 툴 위치 설정 및 제조 시스템은 또한 편심 위치 설정 시스템 상에 장착된 연삭 휠 드레서를 포함할 수 있다. 편심 위치 설정 시스템은 연삭 휠 드레서를 상부 플레이트에 평행한 평면 내에서 이동시킨다. 그리고 드레서는 제1 연삭 휠, 제2 연삭 휠, 및 제3 연삭 휠을 드레싱한다.
편심 위치 설정 시스템은 제1, 제2 및 제3 회전 테이블을 포함할 수 있다. 제1 회전 테이블은 제1 회전축을 갖는다. 제2 회전 테이블은 제1 회전 테이블 상에 장착되고 제1 회전 축에 평행한 제2 회전 축을 갖는다. 제3 회전 테이블은 제2 회전 테이블 상에 장착되고, 제1 회전축 및 제2 회전축에 평행한 제3 회전축을 갖는다.
일 구현예에서, 시스템은 편심 회전 모션을 사용하여 객체를 세 개의 자유도로 위치시키고, 이는 평면에서 선형 모션 및 그 평면에 수직인 축을 중심으로 한 물품의 회전을 제공한다. 이 구현예에서, 모든 툴은 고정된 위치에 있다.
다른 구현예에서, 시스템은 편심 회전 모션을 사용하여 객체를 세 개의 자유도로 위치시키고, 이는 평면에서 선형 모션 및 그 평면에 수직인 축을 중심으로 한 물품의 회전을 제공한다. 이 구현예에서, 하나 이상의 툴은 관심 방향(들)으로 하나 이상의 모션 선형축을 따라 이동할 수 있다.
또 다른 구현예에서, 시스템은, 서로에 대해 수직으로 위치한 두 개의 선형 위치 시스템과 회전 테이블을 사용하여 객체를 3개의 자유도로 위치시키고, 이는 평면에서 선형 모션 및 그 평면에 수직인 축을 중심으로 한 물품의 회전을 제공한다. 이 구현예에서, 모든 툴은 고정된 위치에 있다.
또 다른 구현예에서, 시스템은, 서로에 대해 수직으로 위치한 두 개의 선형 위치 시스템과 회전 테이블을 사용하여 객체를 3개의 자유도로 위치시키고, 이는 평면에서 선형 모션 및 그 평면에 수직인 축을 중심으로 한 객체의 회전을 제공한다. 이 구현예에서, 하나 이상의 툴은 관심 방향(들)으로 하나 이상의 모션 선형축을 따라 이동할 수 있다.
다른 목적, 특징부 및 이점이 본 발명의 바람직한 구현예 및 첨부 도면의 다음의 설명으로부터 당업자에게 있을 것이고, 도면 중,
도 1은, (1) 내부 직경(ID)을 연삭하고, (2) 외부 직경(OD)을 연삭하고, (3) 리브를 연삭하는 세 개의 별도 연삭 작업을 사용하여, 콘(내부 레이스)이 제조된 테이퍼형 롤러 베어링의 분해도를 나타낸다.
도 2는, 고정 툴을 포함하는 평면에서 세 개의 자유도로 작업 헤드에 의해 회전되는 툴링에 의해 지지되는 공작물과 같은 객체를 위치시키기 위해, 편심 회전 모션을 사용하고 고정 툴을 포함하는 다중 툴 정밀 위치 설정 및 제조 시스템을 나타낸다.
도 3a는, 도 2의 다중 툴 정밀 위치 설정 및 제조 시스템에서 객체를 이동시키기에 적합한 편심 위치 설정 시스템의 사시도이다.
도 3b는, 다중 툴 정밀 위치 설정 및 제조 시스템의 작업 헤드 상의 공작물의 위치 설정 및 재위치 설정에 적합한, 3회전 편심 위치 설정 시스템의 베어링의 단순화된 상부도이다.
도 3c 및 도 3d는 3회전 편심 위치 설정 시스템이 객체를, 예컨대 작업 헤드 상의 공작물을 도 3c에 나타낸 위치에서 도 3d에 나타낸 위치로 대체적으로 직선인 약 14 인치를 어떻게 이동시킬 수 있는지 나타낸다.
도 3e 및 도 3f는 3회전 편심 위치 설정 시스템이 객체를, 예컨대 작업 헤드 상의 공작물을 도 3e에 나타낸 위치(도 3d에 나타낸 것과 동일함)에서 도 3f에 나타낸 위치로 "X" 방향에서 어떻게 이동시킬 수 있는지 나타낸다.
도 4는 도 2의 다중 툴 정밀 위치 설정 및 제어 시스템을 사용하여 부품을 제조하는 흐름도를 나타낸다.
도 5는, 편심 위치 설정 시스템에 장착된 작업 헤드, 및 선형 슬라이드에 장착된 툴을 갖는 다중 툴 정밀 위치 설정 및 제조 시스템을 나타낸다.
도 6은, 고정 툴을 포함하는 평면에서 세 개의 자유도로 작업 헤드 상의 공작물과 같은 객체를 위치시키기 위해, 고정 툴 및 선형 X 및 Z 슬라이드 및 회전 테이블을 갖는 다중 툴 정밀 위치 설정 및 제조 시스템을 나타낸다.
도 7은 도 6의 선형 X 및 Z 슬라이드 및 회전 테이블을 나타낸다.
도 8은, 고정 툴을 포함하는 평면에서 세 개의 자유도로 작업 헤드 상의 공작물과 같은 객체를 위치시키기 위해, 선형 슬라이드에 장착된 툴 및 선형 X 및 Z 슬라이드 및 회전 테이블을 갖는 다중 툴 정밀 위치 설정 및 제조 시스템을 나타낸다.
도 1은, (1) 내부 직경(ID)을 연삭하고, (2) 외부 직경(OD)을 연삭하고, (3) 리브를 연삭하는 세 개의 별도 연삭 작업을 사용하여, 콘(내부 레이스)이 제조된 테이퍼형 롤러 베어링의 분해도를 나타낸다.
도 2는, 고정 툴을 포함하는 평면에서 세 개의 자유도로 작업 헤드에 의해 회전되는 툴링에 의해 지지되는 공작물과 같은 객체를 위치시키기 위해, 편심 회전 모션을 사용하고 고정 툴을 포함하는 다중 툴 정밀 위치 설정 및 제조 시스템을 나타낸다.
도 3a는, 도 2의 다중 툴 정밀 위치 설정 및 제조 시스템에서 객체를 이동시키기에 적합한 편심 위치 설정 시스템의 사시도이다.
도 3b는, 다중 툴 정밀 위치 설정 및 제조 시스템의 작업 헤드 상의 공작물의 위치 설정 및 재위치 설정에 적합한, 3회전 편심 위치 설정 시스템의 베어링의 단순화된 상부도이다.
도 3c 및 도 3d는 3회전 편심 위치 설정 시스템이 객체를, 예컨대 작업 헤드 상의 공작물을 도 3c에 나타낸 위치에서 도 3d에 나타낸 위치로 대체적으로 직선인 약 14 인치를 어떻게 이동시킬 수 있는지 나타낸다.
도 3e 및 도 3f는 3회전 편심 위치 설정 시스템이 객체를, 예컨대 작업 헤드 상의 공작물을 도 3e에 나타낸 위치(도 3d에 나타낸 것과 동일함)에서 도 3f에 나타낸 위치로 "X" 방향에서 어떻게 이동시킬 수 있는지 나타낸다.
도 4는 도 2의 다중 툴 정밀 위치 설정 및 제어 시스템을 사용하여 부품을 제조하는 흐름도를 나타낸다.
도 5는, 편심 위치 설정 시스템에 장착된 작업 헤드, 및 선형 슬라이드에 장착된 툴을 갖는 다중 툴 정밀 위치 설정 및 제조 시스템을 나타낸다.
도 6은, 고정 툴을 포함하는 평면에서 세 개의 자유도로 작업 헤드 상의 공작물과 같은 객체를 위치시키기 위해, 고정 툴 및 선형 X 및 Z 슬라이드 및 회전 테이블을 갖는 다중 툴 정밀 위치 설정 및 제조 시스템을 나타낸다.
도 7은 도 6의 선형 X 및 Z 슬라이드 및 회전 테이블을 나타낸다.
도 8은, 고정 툴을 포함하는 평면에서 세 개의 자유도로 작업 헤드 상의 공작물과 같은 객체를 위치시키기 위해, 선형 슬라이드에 장착된 툴 및 선형 X 및 Z 슬라이드 및 회전 테이블을 갖는 다중 툴 정밀 위치 설정 및 제조 시스템을 나타낸다.
다중 툴 정밀 위치 설정 및 제조 시스템은 단일 부품에 대해 다수의 제조 작업을 할 수 있다. 예를 들어, 이는, 볼 베어링의 내부 및 외부 링의 내부 및 외부 직경; 테이퍼형 롤러 베어링 내부 링의 내부 직경, 외부 직경, 및 리브를 연삭할 수 있거나 또는 연료 인젝터를 제조하기 위한 세 개의 연삭 작업을 할 수 있다. 또한 작업 간에 부품을 수동으로 정렬하거나 위치시킬 필요 없이 순차적 작업을 수행할 수 있다. 정밀 위치 설정 시스템은 부품을 툴에서 툴로 60초 미만(예, 30초 미만, 15초 미만, 10초 미만, 5초 미만, 1초 미만, 또는 심지어 0.5초 미만) 이내에 0.05 마이크로미터의 정밀도로 이동시킨다. 각 제조 작업에 약 10초가 소요되는 경우, 세 번 작업을 수행하는 총 시간은 31초 미만이다. 대조적으로, 한 연삭기로부터 다른 하나의 연삭기로 공작물을 이송하는 데 단지 몇 분이 걸릴 수 있으며, 이는 다중 툴 정밀 위치 설정 및 제조 시스템으로 모든 연삭 작업을 수행하는 데 걸리는 시간보다 훨씬 길다.
많은 툴을 단일 다중 툴 정밀 위치 설정 및 제조 시스템으로 교체하면 다른 이점도 얻을 수 있다. 먼저, 단일 다중 툴 정밀 위치 설정 및 제조 시스템은 두 개 이상의 별도 툴보다 높은 수율을 갖는데, 그 이유는 부품이 툴에서 툴로 또는 기계에서 기계로 이동하지 않아 오정렬 가능성이 줄어들기 때문이다. 예를 들어, 3가지 연삭 작업을 수행하기 위해 다중 툴 정밀 위치 설정 및 제조 시스템을 사용하는 경우에, 기계 가공 기사는 부품을 슈에 단 한 번만 배치하여, 슈에 대한 부품의 오정렬을 단 한 번만 만든다. 3개의 별도 연삭기로 3개의 연삭 작업을 수행하는 경우에, 기계 가공 기사는 해당 부품을 3개의 별도 슈에 넣어야 하며, 슈와 관련하여 상기 부품을 오정렬할 가능성이 3회 있다. 이들 가능성 중 하나 동안에 오정렬이 발생하면, 부품이 손상될 수 있다.
다수의 툴 대신에 단일 다중 툴 정밀 위치 설정 및 제조 시스템을 사용하면 에너지 소비도 줄어든다. 시스템과 툴은 각각 대략 동일한 양의 베이스라인 유휴 전류를 소비하므로, 기존 툴을 보다 적은 수의 다중 툴 정밀 위치 설정 및 제조 시스템으로 교체하면 총 베이스라인 전류 소비를 줄인다. 또한, 단일 멀티 툴 정밀 위치 설정 및 제조 시스템은, 공작물을 이동 및 위치 설정하기 위해 별도의 기계에 의해 소비되는 총 전력보다, 공작물을 이동 및 위치 설정함에 있어서 보다 적은 전력을 소비한다.
또한, 단일 멀티 툴 정밀 위치 설정 및 제조 시스템은, 대체하는 툴보다 크기가 작다. 결과적으로, 더 작은 기계 공장에서 사용하거나 기계 공장을 더 작게 만들 수 있다. 이는, 제조 시설에 대한 건설 비용, 임대료, 난방 및 냉방 비용 등을 낮춘다. 그리고 구성 요소를 덜 사용한다-예를 들어, 툴당 하나의 제어기에 대해 단일 제어기, 툴당 하나의 드레싱 시스템에 대해 단일 드레싱 시스템-따라서 툴을 교체하는 경우 비용을 적게 사용할 수 있다. 이 모든 것은 다중 툴 정밀 위치 설정 및 제조 시스템이, 교체하는 툴보다 구입 및 작동 비용을 적게 사용할 수 있음을 의미한다.
편심 위치 설정 기능이 있는 다중 툴 위치 설정 및 제조 시스템
도 2는 편심 위치 설정 시스템(2)을 갖는 다중 툴 위치 설정 및 제조 시스템(200)을 나타낸다.오류! 참조 원본 미발견 시스템(200)은, 편심 위치 설정 시스템(2)을 포함하고 보호하는 베이스(1)를 포함한다. 베이스(1)는 또한 상부 플레이트(3)를 지지하며, 이는 다시 2개 이상의 툴을 지지한다. 이 예시에서, 상부 플레이트(3)는, 제1 전동식 연삭 스핀들(4) 상에 장착된 제1 툴(5), 제2 전동식 연삭 스핀들(6) 상에 장착된 제2 툴(7), 제3 전동식 연삭 스핀들(8) 상에 장착된 제3 툴(9), 및 비회전식 선삭 툴(13)을 지지한다. 제1 툴(5), 제2 툴(7), 제3 툴(9), 및 비회전식 선삭 툴(13)은 모두 상부 플레이트(3)에 평행한 평면과 교차한다.
상부 플레이트(3)는 또한 편심 위치 설정 시스템(2)에 접근하기 위한 구멍 또는 개구를 정의한다. 편심 위치 설정 시스템(2) 또는 편심 위치 설정 시스템(2)의 상부에 장착된 작업 헤드(10)는, 이 구멍을 통해 돌출되어, 편심 위치 설정 시스템(2)이 상부 플레이트(3)에 장착된 구성 요소에 대해 작업 헤드(10)를 이동시킬 수 있다. 작업 헤드(10)는, 제1 툴(5), 제2 툴(7), 제3 툴(9), 및 비회전식 선삭 툴(13)와 교차하고 상부 플레이트(3)에 평행한, 동일 평면 내의 대칭축을 중심으로, 경화된 강철로 만든 테이퍼형 롤러 베어링의 내부 레이스와 같은, 공작물(11)을 위치시키고, 지지하고, 회전시킨다. 편심 위치 설정 시스템(2)은 또한 후술하는 바와 같이, 도 2에 나타낸 연삭 휠(5, 7, 9)을 드레싱 및/또는 형상화하기 위해 이 평면에서 회전식 다이아몬드 드레서(12)를 지지하고 이동시킨다.
공작물(11)은, 슈 또는 척과 같은 툴링을 이용해 작업 헤드(10)에 고정될 수 있다. 작동 시, 작업 헤드(10)는 척 또는 (자성) 배킹 플레이트를 회전시킬 수 있으며, 이는 따라서 공작물(11)을 회전시킨다. 일반적으로 툴링(예, 슈 및 배킹 플레이트)을 작업 헤드(10 상)에 설치하는 데 30~60분이 소요된다. 툴링이 적절하게 설치되면, 기계 조작자, 로봇 또는 전용 공작물 로딩 및 언로딩 장치는 공작물(11)(예, 연삭될 부품)을 툴링에 고정할 수 있다. 장비 조작자, 로봇 또는 전용 공작물 로딩 및 언로딩 장치는 방금 연삭된 모든 부품을 제거할 수 있다. 연삭된 부품을 미연삭("블랙") 부품으로 교체하는 데 걸리는 시간은, 부품의 크기, 툴링 유형(예, 삼중턱 척, 마그네틱 척 또는 슈 툴링) 및 로딩 시스템(예, 수동, 전용 전자기계 시스템 또는 범용 로봇)에 따라 달라지며 1초에서 20분 정도 소요된다.
작동 시, 편심 위치 설정 시스템(2)은 공작물(11)과 작업 헤드(10)를 베이스(1)에 평행한 평면에서 세 개의 자유도로 위치시킨다. 즉, 편심 위치 설정 시스템(2)은 그 평면 내에서 공작물(11)을 선형으로 이동시킬 수 있고(2차원 병진 모션) 그 평면에 수직인 축을 중심으로 공작물(11)을 회전시킬 수 있다(1차원 회전 모션). 편심 위치 설정 시스템(2)은 공작물(11)(및 작업 헤드(10))을 특정 툴로 이동시키고, 툴이 공작물(11)으로부터 재료를 제거함에 따라 공작물(11)을 제 위치에 유지한 다음, 공작물을 다음 툴로 자동 이동시킨다. 공작물(11)은, 툴에 의해 수행되는 모든 작업 동안에, 작업 헤드(10) 상에 남아있기 때문에, 상이한 툴에 의한 작업 사이에 수동적인 재배치가 필요하지 않다.
예를 들어, 도 2의 다중 툴 위치 설정 및 제조 시스템(200)으로 테이퍼형 롤러 베어링 콘을 제조하는 것을 고려한다. 먼저, 기계 가공 기사는 공작물(11)을 작업 헤드(10)에 고정시킨다. 그런 다음, 편심 위치 설정 시스템(2)은 공작물(11)을 제1 연삭 휠(5)로 이동시킨다. 제1 전동식 연삭 스핀들(4)은 제1 연삭 휠(5)을 회전시켜, 테이퍼형 롤러 베어링 콘의 리브 표면을 생성한다. 일단 제1 연삭 휠(5)이 리브 표면 연삭을 완료하면, 제1 전동식 연삭 스핀들(4)은 회전을 멈추고, 편심 위치 설정 시스템(2)은 공작물(11)을 제2 연삭 휠(7)로 이동시키고, 이는 테이퍼형 롤러 베어링 콘의 외부 레이스를 연삭하기 위해 제2 전동식 연삭 스핀들(6)에 의해 회전된다. 그리고, 제2 연삭 휠(7)이 외부 레이스 표면을 연삭하는 것을 완료하면, 제2 전동식 연삭 스핀들(6)은 회전을 멈추고, 편심 위치 설정 시스템(2)은 공작물(11)을 제3 연삭 휠(9)로 이동시키고, 이는 테이퍼형 롤러 베어링 콘의 내부 직경을 연삭하기 위해 제3 전동식 연삭 스핀들(8)에 의해 회전된다. 제3 전동식 연삭 스핀들(8)은 내측 직경이 연삭되면 회전을 정지시킨다. 그런 다음, 편심 위치 설정 시스템(2)은 공작물(11)을 비회전식 선삭 툴(13)로 이동시키고, 이는 공작물(11)의 내부 직경 및 외부 직경 레이스웨이 둘 모두로부터 재료를 제거한다. (비회전식 선삭 툴(13)에 의해 수행되는 작업은 최고 마감 또는 호닝 작업으로 간주될 수 있다.) 마지막으로, 기계 가공 기사는 공작물(11)을 작업 헤드(10)로부터 제거한다.
다중 툴 위치 설정 및 제조 시스템은 다른 툴을 가질 수 있고 다른 작업을 수행할 수도 있다. 예를 들어, 툴은 회전할 수 없으며, 전동식 연삭 스핀들에 장착될 필요가 없다. 예를 들어, 선반에 의해 수행되는 많은 작업, 예를 들어 드릴링, 카운터싱킹, 카운터보링, 또는 모따기가 툴를 고정 척에 장착함으로써 수행될 수 있다. 공작물은 툴에 대해 회전할 수 있거나, 툴과 척은 아래에 언급된 바와 같이 상부 플레이트 상에 장착될 수 있다. 이들 선반 작업 중 하나 이상은, 하나 이상의 연삭 단계 이전 또는 이후에 복잡한 부품에 대해 수행될 수 있다. 다른 적합한 툴은, 홀 드릴링용 레이저, 밀링 커터 및 단일 및 다중 지점 선삭(선반) 툴을 포함한다. 극단적으로 멀티 툴 위치 설정 및 제조 시스템은, 연삭 시스템과 결합된 3축 수평 컴퓨터 수치 제어(CNC) 밀링 기계의 기능을 복제한다.
편심 위치 설정 시스템(2)은 또한, 도 2에 나타낸 연삭 휠(5, 7, 및 9)을 드레싱 또는 형상화하기 위해 회전식 다이아몬드 드레서(12)를 위치시킨다. 회전식 다이아몬드 드레서(12)는, 연삭 휠(5, 7 및 9)의 연삭 표면 상의 연삭 재료로부터 금속, 무디거나 잘못된 형상의 그레인, 및 접합 재료를 제거한다. 이러면 연삭 휠을 날카롭게 한다. 회전식 다이아몬드 드레서(12)는 또한, 연삭 표면을 원래의 형상으로 복귀시킬 수 있다. 그리고 연삭 표면에서 재료를 제거하여 최종 연삭 표면이 일부 다른 표면에도 부합하도록 할 수 있다.
회전식 다이아몬드 드레서(12)는 편심 위치 설정 시스템(2) 상에 장착되기 때문에, 세 개의 연삭 휠(5, 7, 9) 모두를 드레싱할 수 있어서, 각 휠에 대해 별도의 드레서가 필요하지 않다. 따라서, 다중 툴 위치 설정 및 제조 시스템(200)은 하나의 편심 위치 설정 시스템으로 달성될 네 개의 기계 가공 작업 및 세 개의 드레싱 작업을 수행할 수 있어서, 비용을 감소시키고 생산성을 증가시키고 제조 정확도를 개선한다.
편심 위치 설정 시스템
도 3a는, 편심 위치 설정 시스템(2)을 보다 상세하게 보여주기 위해 생략된 구성 요소(3 내지 9, 13)를 갖는 다중 툴 위치 설정 및 제조 시스템(200)의 단면도이다. 편심 위치 설정 시스템(2)은 세 개의 원형 편심 회전 테이블(20, 21, 22)로 구성된다. 작업 헤드(10)와 회전식 다이아몬드 드레서(12)는 상부 편심 회전 테이블(22) 상에 장착되고, 이는 중간 편심 회전 테이블(21) 상에 장착되고, 이는 차례로 하부 편심 회전 테이블(20) 상에 장착된다. 편심 회전 테이블(20~22)은 위 또는 아래에서 볼 때 동심축이 아니다. 대신에, 편심 회전 테이블(20~22)은 서로 다른 평행 축을 중심으로 회전한다. 이는, 편심 위치 설정 시스템(2)으로 하여금 작업 헤드(10), 공작물(11), 및 회전식 다이아몬드 드레서(12)를 이들 회전 축에 수직인 평면에서 임의의 방향으로 병진 이동시킬 수 있다. 편심 위치 설정 시스템(2)은 또한, 편심 회전 테이블(20~22)의 회전축 중 임의의 하나에 평행하거나 그와 일치하는 축을 중심으로 작업 헤드(10), 공작물(11) 및 회전식 다이아몬드 드레서(12)를 회전시킬 수 있다.
편심 위치 설정 시스템(2)은 컴퓨터화된 제어 시스템(미도시)에 의해 제어될 수 있다. 이 제어 시스템은, 상부 편심 회전 테이블(22)의 위치, 회전 각도, 선형 및 회전 속도 및 가속을 제어하기 위해 사용된다. 이는 이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 공작물(11)의 궤적을 설정하는 모션 계획으로 프로그래밍될 수 있다.
도 3b는 편심 위치 설정 시스템(2)의 3개의 중첩된 베어링의 단순화된 상부도이다. 가장 큰 외부 베어링(312)은, 중간 크기 베어링(314) 및 가장 작은 내부 베어링(316)을 포함한다. 베어링은 각각이 전술한 바와 같이 상이하지만 평행한 축을 중심으로 회전할 수 있도록 편심 장착된다. 회전이 일어나면, 이들 축은 일시적으로 일치될 수 있다. 베어링은, 외부 베어링(312)의 내부 레이스가 회전되는 경우에 다른 베어링(314 및 316)(및 이러한 베어링에 의해 지지되는 임의의 구조체 또는 객체)가 또한 외부 베어링(312)의 회전축을 중심으로 이동하도록 지지된다. 유사하게, 중간 베어링(314)의 내부 레이스가 회전되는 경우에, 내부 베어링(316)(및 내부 베어링(316)에 의해 지지되는 임의의 구조체 또는 객체)도 또한 이동한다. 공작물(11)은, 작업 헤드(10)를 통해 내부 베어링(316)의 내부 레이스에 직접 또는 간접적으로 결합되고, 내부 베어링(316)의 내부 레이스와 함께 이동한다.
실선 원(313)은, 외부 베어링(312)이 회전하는 경우에 중간 크기 베어링(314)의 중심 경로를 나타낸다. 파선 원(315)은, 중간 크기 베어링(314)이 회전하는 경우에 내부 베어링(316)의 중심 경로를 나타낸다. 외부 베어링(312) 및/또는 중간 크기 베어링(314)은 도면 페이지에 평행한 X-Z 평면에서 공작물(11)의 모션을 제어한다. 공작물(11)은, 공작물(11)이 내부 베어링(316)의 회전축을 중심으로 회전하도록 내부 베어링(316)에 결합된다. 따라서, 내부 베어링(316)은 XZ 평면에서 공작물(11)의 각도 배향(θ)을 제어한다. 이러한 도면으로부터 명백하게 알 수 있듯이, 내부 베어링(316)은 X 및 Z 위치뿐만 아니라 각도 배향에 대한 효과를 갖는다.
도 3c 및 도 3d는 베어링(312, 314, 및 316)의 회전 모션 정도와 방향의 일례를 나타낸 것으로, 도 3c에 나타낸 위치에서 도 3d에 나타낸 위치로 "Z" 축을 따라 일반적인 직선으로 공작물(11)을 이동시킨다. 공작물(11)은 도 3c 및 도 3d에 나타낸 바와 같이, 이 모션의 처음과 끝에 동일한 각도 배향을 갖는다. 모션은 동시에 또는 순차적으로 발생할 수 있으며 시스템 제어기에 의해 적절히 제어된다. 예를 들어, 공작물(11) 다른 객체에 부딪히는 것을 피하기 위해 모션 경로가 중요한 상황에서, 직선 또는 다르게 의도적으로 지향된 객체의 모션이 달성될 수 있다.
이 예시에서, 외부 베어링(312)은 43 인치의 OD 및 33.75 인치의 ID를 갖는다. 중간 크기 베어링(314)은 25인치의 OD 및 21.25인치의 ID를 갖는다. 그리고, 내부 베어링(316)은 12.75 인치의 OD 및 10 인치의 ID를 갖는다. 상기 모션은, 138.7도에 달하는 대형 베어링(312)의 시계 방향 모션, 277.2도의 중간 크기 베어링(314)의 반시계 방향 모션, 및 138.5도의 가장 작은 베어링(316)의 시계 방향 모션을 포함한다. 이들 치수 및 회전에 의해, 공작물은 Z 치수로 약 13.93 인치 이동한다.
도 3e 및 도 3f는, 공작물(11)을 X 방향으로 이동시키는 모션을 나타낸다. 이 경우, 공작물(11)은, 도 3e에 나타낸 시작 위치(이는 도 3d에 나타낸 것과 동일함)에서 도 3f에 나타낸 위치로 병진 이동한다. 베어링(312, 314 및 316)의 내부 레이스의 총(절대) 회전 모션은 각각, 시계 방향으로 173.5도, 시계 반대 방향으로 294도, 시계 방향으로 120.4도이다. 위에 주어진 베어링 치수의 경우, 이는 "X" 방향으로 2.88인치의 선 모션과 같다.
단일 축 선형 모션을 유지하기 위해, 전체 위치 설정은 두 단계로 이루어질 수 있다: 예를 들어, 도 3c 및 도 3d에 나타낸 Z축 모션, 및 그 다음 도 3e 및 3f에 나타낸 X축 모션 및 다른 순서. 편심 위치 설정 시스템(2)은 단일축을 따라 또는 심지어 직선으로 공작물(11)을 이동시키도록 제약되지 않고, 이는 또한 평면과 함께 만곡되거나 구부러진 경로를 따라 공작물을 이동시킬 수 있다.
편심 위치 설정 시스템(2)에 대한 더 많은 정보는 그 전체가 참조로서 본원에 포함된 미국 특허 제7,803,034호를 참조한다.
공작물 모션 제어
도 4는, 편심 위치 설정 시스템(2)에 대한 제어 시스템(700)을 나타낸다. 제어 시스템(700)은, 적절한 모션 제어 소프트웨어를 실행하는 Rockwell, ACS, Siemens 또는 FANUC 제어기와 같은 제어기(704)를 포함한다. 제어기(704)는 편심 위치 설정 시스템(2)에서 서보 모터(706)에 결합된다. 이들 서보 모터(706)는 차례로 편심 위치 설정 시스템의 기계 시스템(708)에 결합되어 있다.
제어 시스템(700)은, 현재 작업이 공작물(11)을 개조하고 있는지 또는 연삭 휠(5, 7 및 9)을 하고 있는지에 따라, 공작물(11) 또는 연삭 휠 드레서(12)의 모션을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 제어기(704)는 공작물(11) 또는 연삭 휠 드레서(12)를 모션 계획(702)에 따라 이동시키고, 이는 작업자에 의해 입력되고 공작물(11)에 특이적인 모션 제어 파라미터를 포함한다. 모션 계획(702) 내의 모션 제어 파라미터는, 위치 설정 시스템(2)이 공작물(11)을 툴에서 툴로 이동시키고 각각의 기계 가공 작업을 위해 공작물(11)을 제자리에 유지하도록 선택된다. 제어기(704)는, 이들 모션 제어 파라미터를 사용하여 적절한 제어 신호를 생성하고 서보 모터(706)에 전송하며, 서보 모터는 기계 시스템(708)과 상호 작용하여 객체 모션(710)을 야기한다.
이동식 슬라이드를 갖는 다중 툴 위치 설정 및 제조 시스템
도 5는 툴용 이동식 슬라이드를 갖는 다중 툴 위치 설정 및 제조 시스템(500)을 나타낸다. 재차, 편심 위치 설정 시스템(2)은 상부 플레이트(3)에 평행한 평면에 3개의 자유도(2개의 선형 자유도 및 1개의 회전 자유도)를 갖는 공작물(11)을 위치시킨다. 제1 전동식 연삭 스핀들(4)과 제2 전동식 연삭 스핀들(6)은, 상부 플레이트(3)에 장착된 제1 베이스(34) 상에 있는, 제1 슬라이딩 테이블(33) 상에 장착된다. 그리고, 제3 전동식 연삭 스핀들(8) 및 비회전식 선삭 툴(13)은, 상부 플레이트(3)에 장착된 제2 베이스(32) 상에 있는, 제2 슬라이딩 테이블(31)에 장착된다.
슬라이드(31, 33)는, 공작물(11) 및 회전식 다이아몬드 드레서(12)와 무관하게 스핀들을 X 방향으로 이동시킬 수 있고, 편심 위치 설정 시스템(2)을 제어하는 동일한 제어기(예, 도 4의 제어기(704))에 의해 제어될 수 있다. (이 예시에서, 제1 슬라이드(33)는 제1 전동식 연삭 스핀들(4)과 제2 전동식 연삭 스핀들(6)을 함께, 즉 단일 유닛으로서 이동시킨다.) 슬라이드(31, 33)는, 수 피트의 직경일 수 있는 가스 터빈 엔진용 베어링과 같이, 편심 위치 설정 시스템의 범위를 벗어나는 툴를 위치시키는 데 사용될 수 있다. 슬라이드 길이는 실제적인 제한이 없으므로 하나의 긴 슬라이드가 여러 개의 스핀들을 지원할 수 있다. 슬라이드는, 위치 설정 시스템이 연삭을 위해 미세 위치 설정을 수행하기 전에, 공작물을 작업 헤드와 대략 정렬시키기 위해 이들 스핀들을 앞뒤로 이동시킬 수 있다.
슬라이드(31, 33)는 또한, 상이한 방향으로 이동하도록 상이하게 장착되고/장착되거나 추가 방향으로 이동하도록 수정될 수 있다. 예를 들어, 슬라이드 중 하나를 90° 회전시켜 해당 툴을 Z 방향으로 이동시킬 수 있다. 이것은 단지 하나의 예시일 뿐이며, 다른 슬라이드 배향(예, 30°, 45°, 60° 등)도 가능하다. 마찬가지로, 슬라이드는 해당 툴(들)을 Y 방향으로 상부 플레이트(3)쪽으로 또는 이로부터 멀리 이동시킬 수 있다. 슬라이드는 또한 2차원(예, X 및 Z 방향)에서 측면으로 이동한다. Y 모션은, 공작물(11)이 상이한 직경의 기어를 수용하기 위해 대칭축, 평평한 표면 연삭 및 기어 톱니 연삭을 갖지 않은 응용예에서 특히 유용하다.
회전 및 선형 모션을 갖는 다중 툴 위치 설정 및 제조 시스템
도 6 및 도 7은, 편심 위치 설정 시스템 대신에 회전 및 선형 위치 설정 시스템(602)을 갖는 다중 툴 위치 설정 및 제조 시스템(600)을 나타낸다. 회전 및 선형 위치 설정 시스템(602)은, 베이스(1) 내측에 위치하고 상부 플레이트(3)에 의해 덮인 회전 테이블(622), Z 선형 슬라이드(621), 및 X 선형 슬라이드(620)를 포함한다. 상부 플레이트(3)는 스핀들(4, 6, 8) 및 선삭 툴(13)을 지지한다. 작업 헤드(10) 및 회전식 다이아몬드 드레서(12)는 회전 테이블(622) 상에 장착되고 상부 플레이트(3) 내의 구멍을 통해 돌출된다(또는 회전 테이블(622)의 적어도 일부분은 상부 플레이트(3) 내의 구멍을 통해 돌출한다).
함께, 회전 테이블(622), Z 선형 슬라이드(621), 및 X 선형 슬라이드(620)는 상부 플레이트(3)의 상부에 평행한 평면 내에서 작업 헤드(10)(및 작업 헤드(10) 상에 있는 공작물(11)) 및 회전식 다이아몬드 드레서(12)를 이동시킨다. X 선형 슬라이드(620) 및 Z 선형 슬라이드(621)는 작업 헤드(10), 공작물(11) 및 회전식 다이아몬드 드레서(12)를 각각 X 및 Z 방향으로 이동시킨다. 회전 테이블(622)은 Y 방향으로 연장된 축을 중심으로 작업 헤드(10), 공작물(11) 및 회전식 다이아몬드 드레서(12)를 회전시킨다. 이 회전축은 X 선형 슬라이드(620) 및 Z 선형 슬라이드(621)를 사용하여 회전 테이블(622)을 이동시킴으로써 재배치될 수 있다.
X 선형 슬라이드(620), Z 선형 슬라이드(621) 및 회전 테이블(622)은 적절하게 프로그래밍된 제어 시스템(예를 들어, 도 4의 제어 시스템(700))에 의해 실행된 모션 계획에 따라 동시에, 순차적으로, 및 독립적으로 이동할 수 있다. 이 제어 시스템은, 작업 헤드(10) 및 회전식 다이아몬드 드레서(12)가 장착되는 회전 테이블(622)의 위치, 회전 각도, 그리고 선형 및 회전 속도 및 가속을 제어하기 위해 사용된다. 전술한 바와 같이, 회전식 다이아몬드 드레서(12)는 연삭 휠(5, 7 및 9)을 드레싱하거나 형상화하기 위해 사용된다. 그리고, 작업 헤드(10)는 공작물(11)을 대칭축에 위치시키고, 지지하고, 이를 중심으로 회전시킨다.
예를 들어, 공작물(11)은 경화된 강으로 만들어진 테이퍼형 롤러 베어링의 내부 레이스일 수 있다라고 고려한다. 작업 헤드(10)는 대칭 축을 중심으로 내부 레이스를 위치시키고 지지하며 이를 중심으로 회전시키기 위해 사용된다. 회전 및 선형 위치 설정 시스템(602)은 내부 레이스를 제1 전동식 연삭 스핀들(4)로 이동시키고, 이는 제1 연삭 휠(5)을 회전시켜 내부 레이스의 리브 표면을 연삭한다. 회전 및 선형 위치 설정 시스템(602)은 내부 레이스를 제2 전동식 연삭 스핀들(6)로 이동시키고, 이는 제2 연삭 휠(7)을 회전시켜 내부 레이스의 외부 직경을 연삭한다. 그런 다음, 회전 및 선형 위치 설정 시스템(602)은 내부 레이스를 제3 전동식 연삭 스핀들(8)로 이동시키고, 이는 제3 연삭 휠(9)을 회전시켜 내부 레이스의 내측 직경을 연삭한다. 마지막으로, 회전 및 선형 위치 설정 시스템(602)은 내부 레이스를 비회전식 선삭 툴(13)로 이동시키고, 이는 내부 레이스의 내측 직경 및 외측 직경 둘 모두로부터 재료를 제거한다.
도 8은 툴용 슬라이드를 갖는 회전 및 선형 위치 설정 시스템(602)을 갖는 다중 툴 위치 설정 및 제조 시스템(800)을 나타낸다. 이는 도 6에 나타낸 구현예와 유사하지만, 툴은, X 방향으로 툴의 독립적인 모션을 공급하는 두 개의 슬라이드에 장착된다. 도 8은 두 개의 X 방향 슬라이드-슬라이딩 테이블(31 및 33)-을 타나내고, 이는 도 5에서와 같이 베이스(32, 34)에 각각 장착되고 도 5에 대해 전술한 바와 같이 동일한 자유도를 제공한다
스핀들 및 작업 헤드 위치
원하는 경우, 툴을 위치 설정 시스템에 위치시킬 수 있으며, 작업 헤드와 회전식 다이아몬드 드레서는 상부 플레이트에 바로 또는 상부 플레이트에 장착된 슬라이드에 장착될 수 있다. 그런 다음, 위치 설정 시스템은, 공작물 및/또는 회전식 다이아몬드 드레서를 툴로 이동시키 대신에, 툴을 공작물 및/또는 회전식 다이아몬드 드레서로 이동시킬 것이다. 예를 들어, 편심 위치 설정 시스템 상에 세 개의 상이한 연삭기를 이용해 테이퍼형 롤러 베어링 콘을 제조하는 경우에, 편심 위치 설정 시스템은 제1 연삭기를 공작물로, 그 다음 제2 연삭기 등으로 전술한 것과 유사한 공정으로 이동시킬 것이다. 위치 설정 시스템의 상부 회전 테이블은 연삭기, 스핀들 등을 수용하기 위해 더 클 수 있다(예, 직경이 1 미터). 스핀들은 휠 상의 바퀴살과 같이 회전 테이블 상에 위치할 수 있으며, 연삭 및 절삭면은 바깥쪽 방향으로 펼쳐진다.
결론
본 발명의 다양한 구현예가 설명되고 예시되었지만, 당업자는, 본원에서 설명된 바와 같은 기능 및/또는 그 결과 및/또는 하나 이상의 장점을 수행하기 위한 다양한 다른 수단 및/또는 구조를 쉽게 상상할 것이며, 이러한 변형 및/또는 수정의 각각은 본원에 설명된 본 발명의 구현예의 범위 내에 있는 것으로 간주된다. 보다 일반적으로, 당업자는 본원에 기술된 모든 파라미터, 치수, 재료 및 구성은 예시적인 것으로 의도되며 실제 파라미터, 치수, 재료 및/또는 구성은 본 발명의 교시가 사용되는 특정 적용분야 또는 적용분야들에 따라 달라질 것임을 쉽게 이해할 것이다. 당업자는 본원에서 기술된 특정한 본 발명의 구현예와 많은 등가물을 일상적인 실험을 사용하여 인식하거나 확인할 수 있을 것이다. 따라서, 전술한 구현예는 단지 예로서 제시되고, 첨부된 청구범위 및 이에 등가인 범위 내에서, 본 발명의 구현예들이 구체적으로 기술되고 청구된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 본 개시의 발명의 구현예는 본원에 기술된 각각의 개별적인 특징, 시스템, 물품, 재료, 키트 및/또는 방법에 관한 것이다. 또한, 이러한 특징, 시스템, 물품, 재료, 키트 및/또는 방법이 서로 일치하지 않는 경우, 둘 이상의 이러한 특징, 시스템, 물품, 재료, 키트 및/또는 방법의 임의의 조합이 본 개시의 발명의 범위 내에 포함된다.
또한, 다양한 본 발명의 개념이 하나 이상의 방법으로서 구현될 수 있으며, 그 중 하나가 실시예로서 제공되었다. 상기 방법의 일부로서 수행되는 작동은 임의의 적절한 방식으로 순서화될 수 있다. 따라서, 구현예는 도시된 것과 상이한 순서로 작동이 수행되도록 구성될 수 있으며, 예시적인 구현예에서 순차적인 작동으로 나타나더라도, 일부 작동을 동시에 수행하는 것을 포함할 수 있다.
본원에 정의되고 사용된 모든 정의는, 사전적 정의, 참조로서 통합된 문서 내의 정의 및/또는 정의된 용어의 일반적인 의미를 통제하는 것으로 이해해야 한다.
명세서 본원에서 사용된 부정관사("임의의 하나")는, 달리 명백히 나타내지 않는 한 "적어도 하나"라는 의미로 이해해야 한다.
본원에서 사용된 "및/또는"이라는 문구는, 본 명세서 및 청구범위에서, 접합된, 즉 어떤 경우에는 결합하여 존재하고 다른 경우에는 분리적으로 존재하는 요소들 중 "둘 중 하나 또는 둘 다"를 의미하는 것으로 이해해야 한다. "및/또는"으로 열거된 다중 요소는 동일한 방식으로, 즉, 접합된 요소 중 "하나 이상의"로 해석되어야 한다. "및/또는" 절에 의해 구체적으로 식별된 요소들은, 구체적으로 이들 식별된 요소와 관련이 있거나 관련이 없는 다른 요소가 선택적으로 존재할 수 있다. 따라서, 비한정적인 예로서, "포함하는"과 같은 개방형 언어와 함께 사용될 때, "A 및/또는 B"에 대한 언급은, 일 구현예에서 A만(선택적으로 B 이외의 요소를 포함), 다른 구현예에서, B만(선택적으로 A 이외의 요소를 포함), 또는 다른 구현예에서 A 및 B 둘 다(선택적으로 다른 요소를 포함), 등을 지칭할 수 있다.
본 명세서 및 청구범위에 있어서 본원에서 사용되는 바와 같이, "또는"은 위에 정의된 바와 같이 "및/또는"과 동일한 의미를 갖는 것으로 이해해야 한다. 예를 들어, 목록에서 물품을 분리할 때 "또는" 또는 "및/또는"은 포괄적인 것, 즉, 적어도 하나를 포함하되, 하나를 초과하는 숫자 또는 요소 목록, 및, 선택적으로, 추가적인 목록에 없는 물품 또한 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 반대로, 예컨대 "단지 하나의" 또는 "정확하게 하나의", 또는 청구범위에서 사용될 때, "구성되는"과 같이, 명확하게 지시된 용어들 만이, 숫자 또는 요소 목록에서 정확히 하나의 요소를 포함하는 것을 지칭할 것이다. 일반적으로, 본원에서 사용되는 용어 "또는"은, 예컨대 "어느 하나의," "중 하나의," "단지 하나의," 또는 "정확히 하나의" 와 같이 배타적인 용어가 앞에 올 때, 배타적 대안(즉, "하나 또는 다른 하나이되 둘 다는 아님")을 나타내는 것으로 해석되어야 한다. 청구범위에서 사용되는 경우, "본질적으로 이루어지는"은 특허법 분야에서 사용되는 바와 같이 통상적인 의미를 가질 것이다.
본 명세서 및 청구범위에 있어서 본원에서 사용되는 바와 같이, 하나 이상의 요소의 목록에 관하여 "적어도 하나의"라는 어구는, 요소 목록 내의 임의의 하나 이상의 요소로부터 선택된 적어도 하나의 요소를 의미하되, 요소 목록에 구체적으로 나열된 각 요소 및 모든 요소 중 적어도 하나를 반드시 포함하고, 요소 목록 내의 요소의 임의의 조합을 배제할 필요는 없다. 이러한 정의는, 또한, 구체적으로 식별된 요소 이외에 상응 요소가 구체적으로 식별된 요소와 관련이 있는지 여부와 상관없이, 문구 "적어도 하나"가 지칭하는 요소의 목록 내에 선택적으로 존재할 수 있게 한다. 따라서, 비한정적인 예로서, "A 및 B 중 적어도 하나"(또는, 등등하게 "A 또는 B 중 적어도 하나," 또는, 동등하게 "A 및/또는 B 중 적어도 하나")는: 일 구현예에서, B가 없이, 적어도 하나의 A, 선택적으로는 둘 이상(및 선택적으로 B외의 요소를 포함함); 다른 구현예에서, A가 없이, 적어도 하나의 B, 선택적으로 둘 이상(및 선택적으로 A외의 요소를 포함함); 또 다른 구현예에서, 적어도 하나의 A, 선택적으로 둘 이상, 및 적어도 하나의 B, 선택적으로 둘 이상(및 선택적으로 다른 요소를 포함함); 등을 지칭할 수 있다.
상기 명세서에서와 청구범위에서 "포함하는", "갖는", "함유하는", "수반하는", "보유하는", "구성되는" 등과 같은 모든 전환구는, 개방형으로서, 즉, 포함하되 이에 한정되지 않음을 의미한다는 것을 이해해야 한다. "구성되는" 및 "본질적으로 구성되는"의 전환구 만이, 미국 특허청 특허 심사 절차 매뉴얼 2111.03에 기술된 바와 같이, 폐쇄형 또는 반 폐쇄형 전환구에 상응한다.
Claims (20)
- 다수의 제조 단계를 수행하기 위한 시스템으로, 상기 시스템은,
상부 플레이트;
공작물을 고정하기 위한 작업 헤드;
상기 상부 플레이트에 결합되고, 상기 공작물에 대해 제1 기계 가공 작업을 수행하는 제1 툴;
상기 상부 플레이트에 결합되고, 상기 공작물에 대해 제2 기계 가공 작업을 수행하는 제2 툴; 및
상기 작업 헤드를 직접적으로 지지하면서 상기 상부 플레이트 아래에 위치되고, 상기 제1 툴과 상기 제2 툴이 교차하는 평면 내에서 상기 작업 헤드 및 상기 공작물을 세 개의 자유도로 이동시키며, 상기 세 개의 자유도는 상기 제1 툴과 상기 제2 툴이 교차하는 평면에서 임의의 방향으로의 상기 작업 헤드 및 상기 공작물의 2차원 병진 모션 및 상기 제1 툴과 상기 제2 툴이 교차하는 평면에 수직인 축을 중심으로 한 상기 작업 헤드 및 상기 공작물의 회전을 포함하는 위치 설정 시스템을 포함하고,
상기 위치 설정 시스템은 상기 상부 플레이트, 상기 제1 툴, 상기 제2 툴 바로 아래에서 이동하도록 구성되는, 시스템. - 제1항에 있어서, 상기 제1 툴은 제1 연삭 휠이고, 상기 제2 툴은 제2 연삭 휠인, 시스템.
- 제2항에 있어서,
상기 위치 설정 시스템 상에 장착되고 상기 제1 연삭 휠과 상기 제2 연삭 휠을 드레싱하기 위한 연삭 휠 드레서를 추가로 포함하되,
상기 위치 설정 시스템은, 상기 제1 연삭 휠과 상기 제2 연삭 휠을 교차하는 평면 내에서 상기 연삭 휠 드레서를 이동시키도록 구성되는, 시스템. - 제1항에 있어서, 상기 위치 설정 시스템은, 상기 공작물이 상기 작업 헤드 상에 있는 동안에 상기 공작물을 상기 제1 툴에서 상기 제2 툴로 이동시키도록 구성되는, 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 툴과 상기 제2 툴을 교차하는 평면에 수직인 축은, 상기 제1 툴과 상기 제2 툴을 교차하는 평면에 수직인 제1 축이고, 상기 위치 설정 시스템은,
상기 제1 축을 중심으로 회전하는 제1 회전 테이블;
상기 제1 회전 테이블을 지지하는 제2 회전 테이블로서, 상기 제1 축에 평행하고 상기 제1 툴과 상기 제2 툴을 교차하는 평면에 수직인 제2 축을 중심으로 회전하는, 제2 회전 테이블; 및
상기 제2 회전 테이블을 지지하는 제3 회전 테이블로서, 상기 제1 축 및 상기 제2 축에 평행하고 상기 제1 툴과 상기 제2 툴을 교차하는 평면에 수직인 제3 축을 중심으로 회전하는, 제3 회전 테이블을 포함하는, 시스템. - 제1항에 있어서, 상기 위치 설정 시스템은,
상기 제1 툴과 상기 제2 툴을 교차하는 평면에 수직인 축을 중심으로 상기 작업 헤드를 회전시키기 위한 회전 테이블;
상기 제1 툴과 상기 제2 툴을 교차하는 평면에서 제1 방향으로 상기 작업 헤드와 상기 회전 테이블을 이동시키기 위해 상기 회전 테이블에 작동 가능하게 결합된 제1 슬라이드; 및
상기 제1 툴과 상기 제2 툴을 교차하는 평면에서 상기 제1 방향과 상이한 제2 방향으로 상기 작업 헤드, 상기 회전 테이블 및 상기 제1 슬라이드를 이동시키기 위해 상기 제1 슬라이드에 작동 가능하게 결합된 제2 슬라이드를 포함하는, 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 제1 툴에 작동 가능하게 결합되고 상기 공작물에 대해 상기 제1 툴을 회전시키는 스핀들을 추가로 포함하는, 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 위치 설정 시스템에 작동 가능하게 결합되고 상기 위치 설정 시스템으로 하여금 상기 제1 툴과 상기 제2 툴 사이에서 모션 계획에 따라 상기 공작물을 이동시키는 제어기를 추가로 포함하는, 시스템. - 제1항에 있어서, 상기 작업 헤드는 상기 공작물의 대칭축을 중심으로 상기 공작물을 회전시키도록 구성되는, 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 툴에 작동 가능하게 결합되고 상기 공작물에 대해 상기 평면에서 상기 제1 툴을 병진 이동시키는 슬라이드를 추가로 포함하는, 시스템. - 공작물로부터 부품을 제조하기 위한 방법으로서,
상기 공작물을 작업 헤드에 고정하는 단계;
위치 설정 시스템의 세 개의 자유도를 이용하여 제1 툴에 대해 평면에 상기 공작물 및 상기 작업 헤드를 위치 설정하는 단계로서, 상기 세 개의 자유도는 상기 평면에서 임의의 방향으로의 상기 작업 헤드 및 상기 공작물의 2차원 병진 모션 및 상기 평면에 수직인 축을 중심으로 한 상기 작업 헤드 및 상기 공작물의 회전을 포함하고, 상기 제1 툴은 상부 플레이트에 장착되는 것인 단계;
상기 공작물이 상기 작업 헤드에 있는 동안에 상기 제1 툴로 상기 공작물에 대한 제1 제조 작업을 수행하는 단계;
상기 위치 설정 시스템을 이용하여 상기 평면에서 상기 공작물 및 상기 작업 헤드를 상기 제1 툴에서 제2 툴로 이동시키는 단계로서, 상기 평면은 상기 제1 툴과 상기 제2 툴이 교차하고, 상기 제2 툴은 상기 상부 플레이트에 장착되는 것인 단계;
상기 공작물이 상기 작업 헤드에 있는 동안에 상기 제2 툴로 상기 공작물에 대한 제2 제조 작업을 수행하는 단계; 및
상기 공작물을 상기 작업 헤드로부터 제거하는 단계를 포함하고,
상기 공작물 및 상기 작업 헤드를 위치 설정할 때, 상기 위치 설정 시스템은 상기 상부 플레이트, 상기 제1 툴, 상기 제2 툴 바로 아래에서 이동하도록 구성되는 방법. - 제11항에 있어서, 상기 작업 헤드의 공작물을 상기 제1 툴에서 상기 제2 툴로 이동시키는 단계가 1분 이내에 일어나는, 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 공작물에 대한 제1 제조 작업을 수행하는 단계는, 내부 직경 또는 외부 직경 중 하나를 연삭하는 단계를 포함하고, 상기 공작물에 대한 제2 제조 작업을 수행하는 단계는, 상기 내부 직경 또는 상기 외부 직경 중 다른 하나를 연삭하는 단계를 포함하는, 방법.
- 제11항에 있어서,
상기 편심 위치 설정 시스템 상에 장착된 드레서로 상기 제1 툴을 드레싱하는 단계;
상기 편심 위치 설정 시스템을 이용하여 상기 드레서를 상기 제1 툴에서 상기 제2 툴로 이동시키는 단계; 및
상기 드레서로 상기 제2 툴을 드레싱하는 단계를 추가로 포함하는, 방법. - 다중 툴 위치 설정 및 제조 시스템으로서,
상부 플레이트;
상기 상부 플레이트에 평행한 평면에서 공작물을 지지하기 위한 작업 헤드;
상기 상부 플레이트에 의해 지지되고 상기 상부 플레이트에 평행한 제1 축을 중심으로 제1 연삭 휠을 회전시키는 제1 스핀들;
상기 상부 플레이트에 의해 지지되고 상기 상부 플레이트에 평행한 제2 축을 중심으로 제2 연삭 휠을 회전시키는 제2 스핀들;
상기 상부 플레이트에 의해 지지되고 상기 상부 플레이트에 평행한 제3 축을 중심으로 제3 연삭 휠을 회전시키는 제3 스핀들; 및
상기 작업 헤드와 상기 제1 연삭 휠, 상기 제2 연삭 휠, 및 상기 제2 연삭 휠을 형상화하도록 구성된 연삭 휠 드레서를 지지하고, 상기 제1 연삭 휠에서 상기 제2 연삭 휠로 상기 제3 연삭 휠로, 평행한 평면에서 상기 작업 헤드, 상기 공작물, 및 상기 연삭 휠 드레서를 이동시키기 위한 편심 위치 설정 시스템을 포함하고,
상기 연삭 휠 드레서는 상기 편심 위치 설정 시스템에 직접 장착되고, 상기 작업 헤드에 대해 위치가 고정되고, 상기 작업 헤드에 인접하게 위치되는, 다중 툴 위치 설정 및 제조 시스템. - 제15항에 있어서, 상기 작업 헤드는 상기 공작물의 대칭축을 중심으로 상기 공작물을 회전시키도록 구성되는, 다중 툴 위치 설정 및 제조 시스템.
- 제15항에 있어서, 상기 편심 위치 설정 시스템은, 상기 상부 플레이트에 평행한 평면 내에서 측방향으로 상기 작업 헤드를 이동시키고 상기 상부 플레이트에 평행한 평면에 수직인 축을 중심으로 상기 작업 헤드를 회전시키도록 구성되는, 다중 툴 위치 설정 및 제조 시스템.
- 제15항에 있어서,
상기 상부 플레이트에 장착되고 상기 제1 스핀들 및 상기 제2 스핀들을 지지하며, 상기 상부 플레이트에 평행한 평면에서 상기 제1 스핀들 및 상기 제2 스핀들을 선형으로 병진 이동시키는, 제1 슬라이드; 및
상기 상부 플레이트에 장착되고 상기 제3 스핀들을 지지하며 상기 상부 플레이트에 평행한 평면에서 상기 제3 스핀들을 선형으로 병진 이동시키는, 제2 슬라이드를 추가로 포함하는, 다중 툴 위치 설정 및 제조 시스템. - 제15항에 있어서,
상기 편심 위치 설정 시스템 상에 장착되고, 상기 제1 연삭 휠, 상기 제2 연삭 휠, 및 상기 제3 연삭 휠을 드레싱하기 위한 연삭 휠 드레서를 추가로 포함하되,
상기 편심 위치 설정 시스템은 상기 연삭 휠 드레서를 상기 상부 플레이트에 평행한 평면 내에서 이동시키도록 구성되는, 다중 툴 위치 설정 및 제조 시스템. - 제15항에 있어서, 상기 편심 위치 설정 시스템은,
제1 회전축을 갖는 제1 회전 테이블;
상기 제1 회전 테이블에 장착되고 상기 제1 회전축에 평행한 제2 회전축을 갖는 제2 회전 테이블; 및
상기 제2 회전 테이블에 장착되고 상기 제1 회전축 및 상기 제2 회전축에 평행한 제3 회전축을 갖는 제3 회전 테이블을 포함하는, 다중 툴 위치 설정 및 제조 시스템.
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