KR19990030523A - 금형연마용 2자유도 작동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금형연마용 2자유도 작동장치에 관한 것이다. 일반적으로 금형제작공정에서 최종 단계로 연마공정이 수행되는 바, 이러한 연마공정을 자동화할 경우 연마품질이 수작업에 의한 연마품질에 비하여 크게 뒤떨어지는 실정이다. 본 발명은 로봇의 끝축에 결합되며 1축 방향으로 작동되는 1축 작동편과 이 1축 작동편을 1축 방향으로 구동시키는 1축 구동수단을 가지는 1축 작동부와, 1축 작동부의 1축 작동편에 결합되어 전체적으로 1축 방향으로 이동가능하며 2축 방향으로 작동되는 2축 작동편과 이 2축 작동편을 2축 방향으로 구동시키는 2축 구동수단을 가지는 2축 작동부로 구성되며, 2축 작동편에는 연마공구가 결합되어 구성된다. 이러한 구성에 의하여 금형 제작 공정중 가장 자동화가 어려운 공정중의 하나인 연마공정을 자동화할 수 있으면서도 연마면의 품질을 수작업 수준 이상으로 높일 수 있게 되는 것이다. 또한 2축 자유도 작동장치 자체만의 다양한 패턴의 프로그래밍에 의하여 로봇이 담당해야할 이송량을 줄일 수 있게 되어 교시가 용이하게 되는 효과가 있는 것이다.

Description

금형연마용 2자유도 작동장치

본 발명은 금형연마 시스템의 로봇에 부착되어 임의패턴으로 국부연마를 수행함으로써 연마면 품질을 높일 수 있게 한 금형연마용 2자유도 작동장치에 관한 것이다.

일반적으로 금형연마 시스템은 NC 공작기계에 의해 가공된 금형의 표면에 남아 있는 공구 가공 흔적을 제거하거나 광택도를 증진시키는 마무리 공정인 연마공정을 로봇에 의하여 자동연마가 가능하게 하는 시스템이다.

이러한 연마공정은 금형 제작공정중 가장 자동화가 어려운 공정으로 대다수가 수작업에 의존하여 행해지고 있으며, 기존의 자동화된 시스템들도 수작업에 의한 연마면 품질 수준에 이르지 못하고 있는 실정이다.

또한 종래 금형연마 시스템으로서는 일본의 상반정기의 EPM 시리즈와 대판기공의 PGM 시리즈 및 쿠라타의 KM 시리즈가 개발된 바 있다.

상기 상반정기의 EPM 시리즈는 연마전용기로서 주축은 회전을하며 이에 딸린 숯돌축은 회전운동이 아닌 반지름 0∼1mm의 유성운동을 하는데 유성운동의 방향은 타이머에 의하여 일정 시간마다 정역전하여 연마를 하게 되는 것이고, 대판기공의 PGM 시리즈는 소형 금형연마장치로서 단순히 숯돌축의 회전에 의해 연마를 행하는 장치로 숯돌의 연마아을 일정하게 유지시키는데 주안점을 둔 장치이고, 쿠라타의 KM 시리즈는 유압서보에 의한 정압자기유도 모방방식으로서 연마헤드가 진동 또는 회전운동을 하며 숯돌축이 움직일 때마다 상하변위를 내장된 서보밸브가 검출하여 적절한 압력이 유지되도록 하는 것이다.

그러나 이들 장치는 숯돌축은 단순히 회전 또는 진동운동을 수행하고 주축이 숯돌축을 가공방향으로 이동시키는 방식으로 NC 밀링머신의 확장된 개념에 불과한 것이다. 따라서 가공면에 대한 연마면 품질이 고르지 못하고 연마량도 적으며 밀링머신의 공구자국과 같은 숯돌의 이송자국이 발생하여 이를 줄이기 위해 주축의 이송을 중첩반복하게 함으로써 가공시간이 많이 걸리고 교시가 매우 번거로운 문제점이 있었다.

따라서 금형제작의 완전 자동화를 위해서는 연마면 품질이 수작업 수준 이상에 이르면서도 자동화할 수 있는 연마 시스템의 개발이 요구되고 있다.

본 발명의 목적은 상술한 요구에 따라 로봇에 부착하여 금형면의 파상도를 효율적으로 제거하여 연마품질을 높일 수 있으면서도 연마공정을 자동화할 수 있도록 한 금형연마용 2자유도 작동장치를 제공하려는 것이다.

도 1은 본 발명의 금형연마용 2자유도 작동장치가 적용된 금형연마 시스템의 개략도.

도 2는 본 발명에 의한 금형연마용 2자유도 작동장치의 정면도.

도 3은 도 2의 A-A방향에서 본 평면도.

도 4는 본 발명에 의한 금형연마용 2자유도 작동장치의 분해 사시도.

도 5는 연마작업 형태의 예시도.

도 6은 연마시의 기하학적 모델링 도면.

도 7은 연마패턴을 보인 도면.

도 8은 금형연마 시스템의 작업순서도.

**도면의주요부분에대한부호의설명**

10 : 1축 작동부 11 : 고정편

12 : 지지봉 13 : 안내봉

14 : 1축 작동편 16 : 너트박스

17 : 볼스크류 18 : 1축 구동모터

20 : 2축 작동부 21 : 고정편

22 : 지지봉 23 : 안내봉

24 : 2축 작동편 26 : 너트박스

27 : 볼스크류 28 : 2축 구동모터

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 로봇의 끝축에 결합되며 1축 방향으로 작동되는 1축 작동편과 이 1축 작동편을 1축 방향으로 구동시키는 1축 구동수단을 가지는 1축 작동부와, 상기 1축 작동부의 1축 작동편에 결합되어 전체적으로 1축 방향으로 이동가능하며 2축 방향으로 작동되는 2축 작동편과 이 2축 작동편을 2축 방향으로 구동시키는 2축 구동수단을 가지는 2축 작동부로 구성되며, 상기 2축 작동편에는 연마공구가 결합되어 구성됨을 특징으로 하는 금형연마용 2자유도 작동장치가 제공된다.

상기 1축 작동부의 고정편과 2축 작동부의 고정편들은 각 한쌍의 지지봉 및 안내봉에 의하여 일정 간격을 유지하도록 결합되며 상기 1축 작동편과 2축 작동편은 각각 상기 안내봉에 의하여 각가 1축 및 2축 방향으로 안내 지지된다.

상기 1축 구동수단은 상기 1축 작동편의 상면 중앙에 고정되는 너트박스와 상기 한쌍의 고정편 사이에 회전가능하게 지지되어 상기 너트박스에 나사결합되는 볼스크류와 상기 고정편중 어느 한쪽에 고정되는 1축 구동모터와 1축 구동모터의 회전력을 볼스크류에 전달하는 전동기구로 구성되며, 상기 2축 구동수단은 상기 2축 작동편의 상면 중앙에 고정되는 너트박스와 상기 한쌍의 고정편 사이에 회전가능하게 지지되어 상기 너트박스에 나사결합되는 볼스크류와 상기 고정편중 어느 한쪽에 고정되는 2축 구동모터와 2축 구동모터의 회전력을 볼스크류에 전달하는 전동기구로 구성된다.

상기 전동수단들은 각각 볼스크류들과 구동모터의 축에 고정된 타이밍 풀리와 이들 타이밍 풀리 사이에 걸쳐지는 타이밍 벨트로 구성된다.

이하, 본 발명에 의한 금형연마용 2자유도 작동장치를 첨부도면에 도시한 실시례에 따라서 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 2자유도 작동장치가 적용된 금형연마 시스템의 개략도이고, 도 2는 본 발명의 2자유도 작동장치의 정면도이며, 도 3은 도 2의 A-A방향에서 본 평면도이며, 도 4는 본 발명에 의한 2자유도 작동장치의 분해 사시도이다.

도 1에 도시한 바와 같이 금형연마 시스템은 금형(M)이 장착되는 작업대(B)와, 금형(M)을 연마하기 위한 로봇(R)과, 시스템을 제어하기 위한 제어컴퓨터(C)와 로봇콘트롤러(RC)를 가지는 제어부(CB) 및, 교시용 조작판(K)으로 구성되며, 상기 로봇(R)의 끝축(E)에는 본 발명에 의한 2자유도 작동장치(A)가 부착되고, 상기 제어부(CB)에는 2자유도 작동장치(A)를 제어하기 위한 공구콘트롤러(TC)가 설치된다.

상기 2자유도 작동장치(A)는 도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 로봇(R)의 끝축(E)에 결합되며 1축 방향으로 작동되는 1축 작동편(14)을 가지는 1축 작동부(10)와, 상기 1축 작동부(10)의 1축 작동편(14)에 결합되며 2축 방향으로 작동되는 2축 작동편(24)을 가지는 2축 작동부(20)로 구성되며, 상기 2축 작동편(24)에는 연마공구(30)가 결합된다.

여기서 1축은 예컨대 x축을 말하는 것이고, 2축은 예컨대 y축을 말하는 것이다.

상기 1축 작동부(10)는 로봇(R)의 끝축(E)에 고정되는 한쌍의 고정편(11,11)과 이들 한쌍의 고정편(11,11)에 지지되어 1축 방향으로 이동가능하게 설치되는 1축 작동편(14)과 상기 1축 작동편(14)을 1축 방향으로 작동시키기 위한 1축 구동수단으로 구성되며, 2축 작동부(20)는 상기 1축 작동부(10)의 1축 작동편(14)에 고정되는 한쌍의 고정편(21,21)과 이들 한쌍의 고정편(21,21)에 지지되어 2축 방향으로 이동가능하게 설치되는 2축 작동편(24)과 상기 2축 작동편(24)을 2축 방향으로 작동시키기 위한 2축 구동수단으로 구성된다.

상기 1축 작동부(10)의 고정편(11,11)에는 1축 작동부(10)를 로봇(R)의 끝축(E)에 고정하기 위한 나사(도시되지 않음)이 관통 또는 체결되는 다수개(도면에서는 4개)의 나사공(11a)이 형성되어 있다.

상기 1축 작동부(10)의 고정편(11,11)은 한쌍의 지지봉(12,12)에 의하여 일정 간격을 유지하도록 지지되며, 상기 고정편(11,11) 사이에는 상기 1축 작동편(14)을 안내하는 한쌍의 안내봉(13,13)이 결합되어 있다. 상기 고정편(11,11)은 지지봉(12,12)과 안내봉(13,13)에 의하여 4점에서 지지되도록 함으로써 그 사이의 간격이 안정되게 유지되도록 구성되어 있다.

상기 1축 작동편(14)의 상면 양측에는 상기 안내봉(13,13)에 안내되는 직선안내블럭(15,15)이 고정되어 있다. 상기 직선안내블럭(15,15)은 일반적인 직선안내방식에서 사용되는 슬라이드 부싱이나 리니어 모션 베어링(Linear Motion Bearing)등이 내장되어 1축 작동편(14)이 안내봉(13,13)에 대하여 직선적으로 안내되도록 하는 것이다.

상기 1축 구동수단은 1축 작동편(14)의 상면 중앙에 고정되는 너트박스(16)와, 상기 고정편(11,11)의 중앙부 사이에 회전가능하게 지지되어 상기 너트박스(16)에 나사결합되는 볼스크류(17)와, 상기 일측 고정편(11)에 고정되는 1축 구동모터(18)와, 상기 1축 구동모터(18)의 동력을 상기 볼스크류(17)에 전달하기 위한 전동기구로 구성된다.

상기 구동모터(18)를 장착하기 위하여 한쌍의 고정편(11,11)중 어느 한쪽을 연장하여 모터장착부를 형성한다.

상기 전동기구는 볼스크류(17)의 일단과 1축 구동모터(18)의 축(18a)에 고정된 타이밍 풀리(19a)(19b)와, 이들 풀리(19a)(19b)사이에 걸쳐지는 타이밍 벨트(19c)로 구성된다.

상기 1축 작동편(14)에는 2축 작동부(20)의 2축 작동편(24)을 결합하기 위한 다수개(도면에서는 4개)의 나사공(14a)이 형성되어 있다.

상기 2축 작동부(20)의 고정편(21,21)에는 2축 작동부(20)를 1축 작동부(10)의 1축 작동편(14)에 고정하기 위한 나사(도시되지 않음)이 관통 또는 체결되는 다수개(도면에서는 4개)의 나사공(21a)이 형성되어 있다. 이 나사공(21a)는 상기 1축 작동편(14)에 형성된 나사공(14a)와 일치하는 위치에 형성되는 것이다.

상기 2축 작동부(20)의 고정편(21,21)은 한쌍의 지지봉(22,22)에 의하여 일정 간격을 유지하도록 지지되며, 상기 고정편(21,21) 사이에는 상기 2축 작동편(24)을 안내하는 한쌍의 안내봉(23,23)이 결합되어 있다. 상기 고정편(21,21)은 지지봉(22,22)과 안내봉(23,23)에 의하여 4점에서 지지되도록 함으로써 그 사이의 간격이 안정되게 유지되도록 구성되어 있다.

상기 2축 작동편(24)의 상면 양측에는 상기 안내봉(23,23)에 안내되는 직선안내블럭(25,25)이 고정되어 있다. 상기 직선안내블럭(25,25)은 일반적인 직선안내방식에서 사용되는 슬라이드 부싱이나 리니어 모션 베어링(Linear Motion Bearing)등이 내장되어 2축 작동편(24)이 안내봉(23,23)에 대하여 직선적으로 안내되도록 하는 것이다.

상기 2축 구동수단은 2축 작동편(24)의 상면 중앙에 고정되는 너트박스(26)와, 상기 고정편(21,21)의 중앙부 사이에 회전가능하게 지지되어 상기 너트박스(26)에 나사결합되는 볼스크류(27)와, 상기 일측 고정편(21)에 고정되는 2축 구동모터(28)와, 상기 2축 구동모터(28)의 동력을 상기 볼스크류(27)에 전달하기 위한 전동기구로 구성된다.

상기 구동모터(28)를 장착하기 위하여 한쌍의 고정편(21,21)중 어느 한쪽을 연장하여 모터장착부를 형성한다.

상기 전동기구는 볼스크류(27)의 일단과 2축 구동모터(28)의 축(28a)에 고정된 타이밍 풀리(29a)(29b)와, 이들 풀리(29a)(29b)사이에 걸쳐지는 타이밍 벨트(29c)로 구성된다.

상기 2축 작동편(24)에는 연마공구(30)를 결합하기 위한 다수개(도면에서는 4개)의 나사공(24a)이 형성되어 있다.

상기 연마공구(30)는 상기 2축 작동판(24)에 고정결합되는 고정판(31)과, 공압 컴플라이언스(Compliance)(32)와, 이 공압 컴플라이언스(32)에 장착되는 공압모터(33) 및 이 공압모터(33)의 축(33a)에 장착되는 연마숯돌(W)로 구성된다.

상기 공압 컴플라이언스(32)와 공압모터(33)는 통상적인 공압회로에 연결되어 상기 공압모터(33)를 회전시키는 것으로, 공압 컴플라이언스(32)는 연마압력을 균일하게 하는 기능을 수행하며, 공압모터(33)는 연마숯돌(W)을 회전시키는 기능을 수행하는 것이다.

도면에서 34,35는 공압회로에 연결된 공압터미널이다.

상기한 바와 같은 본 발명의 2자유도 작동장치(A)를 로봇(R)의 끝축(E)에 장착하고, 로봇(R)을 가동시켜 작업대(B)상에 장착된 금형(M)의 연마하고자 하는 위치로 이동시킨 다음 본 발명에 의한 2자유도 작동장치(A)와 연마공구(30)를 가동시키는 것에 의하여 금형(M)의 표면을 임의 패턴으로 연마하게 되는 것이다.

이하에서 각 작동부(10,20)의 작동을 설명한다.

1축 구동모터(18)가 가동되면 그 회전력이 타이밍 풀리(19a,19b) 및 타이밍 벨트(19c)로 이루어진 1축 전동기구를 통하여 볼스크류(17)에 전달되어 볼스크류(17)가 회전하게 되고, 이에 따라 볼스크류(17)에 나사결합된 너트박스(16)가 1축 방향으로 이동하게 되며, 이 너트박스(16)에 결합된 1축 작동편(14)이 1축 방향으로 이동하게 된다.

이때 1축 작동편(14)에는 2축 작동부(20)의 고정편(21,21)이 고정결합되어 있으므로 2축 작동부(20) 전체가 1축 방향으로 이동하게 되고, 2축 작동부(20)의 2축 작동편(24)에 고정결합된 연마공구(30)가 1축 방향으로 이동하게 되는 것이다.

2축 구동모터(28)가 가동되면 그 회전력이 타이밍 풀리(29a,29b) 및 타이밍 벨트(29c)로 이루어진 2축 전동기구를 통하여 볼스크류(27)에 전달되어 볼스크류(27)가 회전하게 되고, 이에 따라 볼스크류(27)에 나사결합된 너트박스(26)가 2축 방향으로 이동하게 되며, 이 너트박스(26)에 결합된 2축 작동편(24)이 2축 방향으로 이동하게 된다.

이때 2축 작동편(24)에는 연마공구(30)가 장착되어 있으므로 연마공구(30) 전체가 2축 방향으로 이동하게 되는 것이다.

이러한 1축 작동부(10)와 2축 작동부(20)의 작동은 제어부(CB)의 공구콘트롤러(TC)에 의하여 복합적으로 이루어지게 되어 연마공구(30)를 x-y평면상의 임의의 방향으로 이동시킬 수 있게 되는 것이다.

다음, 본 발명에 의한 임의 패턴으로 국부연마를 수행하는 과정을 설명한다.

먼저, 각 축의 회전각도를 각각 θ1,θ2라고 하고 각 축의 1회전당 이송거리를 Lead라고 하면,

로 된다.

위와 같은 식에 의해서 임의 패턴에 대응하는 각 축의 각도가 계산되어지고 이를 각 축을 제어하는 콘트롤러로 보내어 실제 이송을 하게 된다.

본 발명의 구조에 따라서 각종 작업대상물을 형상에 따라 숯돌축의 운동을 도 5에 도시한 바와 같이 다양한 형태로 프로그래밍할 수 있다.

또한 본 발명이 적용된 연마 시스템은 면의 거칠기나 기타 조건에 따라 도 7에 도시한 바와 같이 여러 가지 모양의 연마 패턴을 적용할 수 있다.

다음 본 발명 장치가 적용된 금형연마 시스템의 제어과정을 도 8에 도시한 작업순서도를 참조하여 설명한다.

첫 번째 단계에서는 제어컴퓨터(C)를 통하여 작업자가 작업의 형태를 선택하고, 알맞은 패턴의 크기와 형태를 산출한다.

여기서 작업자는 회전공구를 사용할 것인지 진동공구를 사용할 것인지를 결정하고 작업대상의 형태에 따라 측면 작업 또는 평면 작업 등의 작업형태를 입력한다.

두 번째 단계에서는 그 작업에 사용될 적절한 숯돌축의 이송패턴의 크기와 형태를 입력한다.

세 번째 단계에서는 이 입력 정보를 이용하여 제어컴퓨터(C)가 기구학적 모델링(도 6)을 통하여 2자유도의 각 축의 각도를 계산해낸다.

네 번째 단계에서는 위 과정에서 생겨난 각도 정보는 온라인 또는 오프라인 방식으로 공구콘트롤러(TC)에로 전해진다.

다섯 번째 단계에서는 작업자가 직접 또는 간접적인 방법으로 패턴 형태로 동작할 숯돌축을 작업물의 연마할 면을 따라 이송시키며 교시하는 것이다.

여섯 번째 단계에서는 제어컴퓨터(C)를 통하여 최종적인 연마작업을 지시하게 된다. 이 때 제어컴퓨터(C)는 로봇(R)과 공구콘트롤러(TC)를 동기시켜 전반적인 금형연매가 이루어지게 되는 것이다.

이러한 과정에 의하여 숯돌축의 복잡한 운동을 프로그래밍할 수 있도록 함으로써 연마의 효율과 품질이 높아지게 되며, 로봇에 부착하여 연마면에 법선인 방향으로 연마공구의 운동을 제어하게 함으로써 연마압력의 변화를 줄이고 연마면의 균일화가 이루어지게 되며, 숯돌축의 패턴운동으로 인하여 상대적인 로봇의 움직임이 줄어들게 되므로 교시가 용이하게 된다.

이상과 같이 본 발명에 의하면 금형 제작 공정중 가장 자동화가 어려운 공정중의 하나인 연마공정을 자동화할 수 있으면서도 연마면의 품질을 수작업 수준 이상으로 높일 수 있게 되는 것이다. 또한 2축 자유도 작동장치 자체만의 다양한 패턴의 프로그래밍에 의하여 로봇이 담당해야할 이송량을 줄일 수 있게 되어 교시가 용이하게 되는 효과가 있는 것이다.

Claims (4)

1. 로봇의 끝축에 결합되며 1축 방향으로 작동되는 1축 작동편과 이 1축 작동편을 1축 방향으로 구동시키는 1축 구동수단을 가지는 1축 작동부와, 상기 1축 작동부의 1축 작동편에 결합되어 전체적으로 1축 방향으로 이동가능하며 2축 방향으로 작동되는 2축 작동편과 이 2축 작동편을 2축 방향으로 구동시키는 2축 구동수단을 가지는 2축 작동부로 구성되며, 상기 2축 작동편에는 연마공구가 결합되어 구성됨을 특징으로 하는 금형연마용 2자유도 작동장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 1축 작동부의 고정편과 2축 작동부의 고정편들은 각 한쌍의 지지봉 및 안내봉에 의하여 일정 간격을 유지하도록 결합되며 상기 1축 작동편과 2축 작동편은 각각 상기 안내봉에 의하여 각가 1축 및 2축 방향으로 안내 지지됨을 특징으로 하는 금형연마용 2자유도 작동장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 1축 구동수단은 상기 1축 작동편의 상면 중앙에 고정되는 너트박스와 상기 한쌍의 고정편 사이에 회전가능하게 지지되어 상기 너트박스에 나사결합되는 볼스크류와 상기 고정편중 어느 한쪽에 고정되는 1축 구동모터와 1축 구동모터의 회전력을 볼스크류에 전달하는 전동기구로 구성되며, 상기 2축 구동수단은 상기 2축 작동편의 상면 중앙에 고정되는 너트박스와 상기 한쌍의 고정편 사이에 회전가능하게 지지되어 상기 너트박스에 나사결합되는 볼스크류와 상기 고정편중 어느 한쪽에 고정되는 2축 구동모터와 2축 구동모터의 회전력을 볼스크류에 전달하는 전동기구로 구성됨을 특징으로 하는 금형연마용 2자유도 작동장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 전동수단들은 각각 볼스크류들과 구동모터의 축에 고정된 타이밍 풀리와 이들 타이밍 풀리 사이에 걸쳐지는 타이밍 벨트로 구성됨을 특징으로 하는 금형연마용 2자유도 작동장치.