KR20020064096A

KR20020064096A - 마찰용접 장치

Info

Publication number: KR20020064096A
Application number: KR1020010004729A
Authority: KR
Inventors: 박근형; 성기완
Original assignee: 박근형; 성기완
Priority date: 2001-01-31
Filing date: 2001-01-31
Publication date: 2002-08-07

Abstract

본 발명은 선반다리와 주축대 선반 회전척(1), 공구대(17)가 설치된 왕복대(15)와 심압대부(4)를 구비한 공지된 보통선반에 있어서, 제2마찰용접 모재(3)를 고정하는 심압대부(4)와; 심압대부를 전진 또는 후진시키는 가압 링크부(10)와; 가압 링크부의 작동을 감지하는 감지수단(7,8,9)과; 가압 링크부를 구동하는 종동풀리(11)와; 종동풀리를 구동하는 벨트(13)와 가압구동수단(14)과; 가압구동수단(14)을 제어하는 제어수단(18)으로 구성하여 상기 선반 척에 장착된 제1마찰용접 모재(2)가 선반주축의 회전에 따라 일정속도로 회전될 때 가압구동수단(14)의 작용에 의해 심압대부(4)에 장착된 제2마찰용접 모재(3)가 가압되어 회전 마찰력에 의해 접합이 이루어지도록 한 마찰용접장치로서 보통선반을 이용하여 마찰용접과 마찰용접 준비작업 및 마찰용접 후 선삭작업 또는 드릴작업을 한 대의 기계에서 가공할 수 있도록 한 마찰용접장치에 관한 것이다 .

Description

마찰용접 장치{Friction welding equipment}

본 발명은 선반의 심압대(고정척)를 이용하여 마찰용접 및 드릴작업 또는 기타 선반작업을 할 수 있는 마찰용접 장치에 관한 것이다.

상기 마찰 용접장치로는 회전력을 발생시키는 기계에 마찰 압력을 발생시키는 기구를 구비한 장치가 전용 마찰용접기로 알려져 있다

특히 일반적으로 알려진 플라이휠 방식의 마찰용접기는 1964년 미국 A. M. F사의 Cheng이 개발한 방식으로 한 쪽의 모재는 플라이휠이 장치된 전동구동 장치와 연결된 회전척에 고정하여 회전시키고 다른 쪽은 고정척에 고정시킨다. 플라이휠은 미리 정해진 회전수로 가속되어 필요한 에너지를 축적한다. 고정척을 회전척 방향으로 이송시켜 두 모재가 접촉을 하면 접촉면은 일정한 압력하에서 서로 마찰되며 마찰력에 의해 회전하는 플라이휠에 저장된 에너지는 플라이휠의 회전수가 낮아지고 용접이 완료된다.

본 발명은 공지의 보통선반을 이용한 것으로서 보통선반 구조에서는 마찰용접을 할 수가 없었으나 상기 보통선반에 마찰용접 수단을 설치하여 마찰용접과 선삭작업, 보오링작업, 절단작업, 드릴작업, 기타 작업 등을 병행할 수 있도록 하고,특히 마찰용접을 위하여 별도의 마찰용접기를 설치할 경우에 발생되는 공간 활용성의 저하와 마찰용접 후 플래시 제거를 위한 선삭작업이나 마찰용접을 하기 위하여 소재절단, 소재의 마찰면 가공 등의 작업을 별도 기계에서 가공하여야 함에 따르는 작업 공정의 복잡화 및 생산비 증대 요인을 개선하는데 목적이 있다.

또한 종래의 보통선반의 구조는 베드, 심압대, 공구대, 선반 회전척 등으로 구성되어 원통절삭, 내면절삭, 단면절삭, 절단작업, 테이퍼 절삭, 나사절삭, 드릴링, 너얼링 등의 작업이 보통선반에서 할 수 있는 작업으로 공지되어 있으나, 상기와 같은 선반작업외에 마찰용접을 병용할 수 있는 구조의 선반이 없었다.

이에 공지의 보통선반에 마찰용접이 가능하도록 심압대를 이용하며, 마찰 용접모재를 가압하는 요소를 부가한 마찰용접장치를 제공하여 한 대의 기계장치에서 마찰용접 준비와 마찰용접 및 용접후 마무리 작업을 수행할 수 있게 하는 데 목적이 있다.

제 1도는 선반 심압대부를 이용한 마찰용접 장치의 마찰용접 전 개념도

제 2도는 선반 심압대부를 이용한 마찰용접 장치로 마찰용접을 한 개념도

제 3도는 선반 심압대부 구성 개요도

제 4도는 가압 링크부 개요도

제 5도는 가압구동수단 개요도

제 6도는 제어수단 개요도

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※

1 : 선반 회전척 2 : 제1마찰용접 모재

3 : 제2마찰용접 모재 4 : 심압대부(고정척)

5 : 스톱퍼 6 : 제1힌지(핀)

7 : 제1리미트스위치(Limit switch) 8 : 제2리미트스위치(Limit switch)

9 : 제3리미트스위치(Limit switch) 10 : 가압 링크부

11 : 종동풀리 12 : 제2힌지(핀)

13 : 벨트 14 : 가압구동수단

15 : 왕복대 16 : 베드

17 : 공구대 18 : 제어수단

19 : 플래시(Flash) 20 : 구동풀리

21 : 선반과 종동풀리 연결부 22 : 선반과 구동풀리 연결부

이하, 본 발명을 실현하기 위한 바람직한 구성을 첨부한 도면에 의해 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 관련된 선반 심압대부를 이용한 마찰용접장치의 마찰용접 전 개념도로서, 본 발명의 구성은 선반다리와 주축대, 선반 회전척(1), 공구대(17)가 설치된 왕복대(15)와 심압대(4)를 구비한 공지된 보통선반에 있어서, 제2마찰용접 모재(3)를 고정하는 심압대부(4)와; 심압대부를 전진 또는 후진시키는 가압 링크부(10)와; 가압 링크부의 작동을 감지하는 감지수단(7,8,9)과; 가압 링크부를 구동하는 풀리부(11)와;

풀리부를 구동하는 벨트(13)와; 가압구동수단(14)을 제어하는 제어수단(18)으로 구성하여 상기 선반 척에 장착된 제1마찰용접 모재(2)가 선반 주축의 회전에 따라 일정속도로 회전될 때 가압구동수단(14)의 작용에 의해 심압대부(4)에 장착된 제2마찰용접 모재(3)가 가압되어 회전 마찰력에 의해 접합이 이루어지도록 한 마찰용접장치이다.

2도는 선반 심압대부를 이용한 마찰용접 장치로 마찰용접을 한 개념도 이다.

가압구동수단(14)이 작동하면 구동풀리(20)가 회전을 한다. 구동풀리(20)가 회전하면 벨트(13)가 회전하고 종동풀리(11)가 반시계 방향으로 회전을 한다. 종동풀리(11)가 반시계 방향으로 회전하면 가압 링크부(10)가 심압대부(4)를 선반 회전척 방향으로 이송시킨다. 심압대부가 이송하면 제1마찰용접 모재(2)와 제2마찰용접 모재(3)가 접촉을 하고 접촉면에 마찰열이 발생한다. 마찰열이 발생한 후 미리 설정한 마찰용접조건에 따라 제1리미트스위치(7)가 감지를 한 후 접점이 오프된다. 제1리미트스위치가 오프되면 선반 회전척(1)이 정지한다. 그러나 가압구동수단(14)은 계속해서 작동을 한다. 그후 제2리미트스위치(8)의 접점이 오프된다. 제2리미트스위치가 오프되면 가압구동수단(14)은 정지한다. 가압구동수단이 정지하면 마찰용접은 완료된다.

마찰용접이 완료된 후 심압대부(4)에 고정되어있는 제2마찰용접 모재(3)를 풀고 가압구동수단(14)을 역회전시킨다. 그러면 심압대부(4)는 선반 회전척(1)의 반대 방향으로 이송된다. 심압대부(4)가 후진을 하다가 미리 설정한 제3리미트스위치(9)의 접점이 가압 링크부(10)에 의해 오프되면 가압구동수단(14)은 정지한다. 가압구동수단이 정지하면 가압 링크부(10)와 심압대부(4)가 정지한다.

제1마찰용접 모재(2)와 제2마찰용접 모재가 용접이 완료되면 플래시(19)가 발생되어 있다. 플래시는 공구대(17)에 부착된 선반 바이트에 의해 제거된다.

도3은 선반 심압대부 구성 개요도로서, 심압대부(4)는 선반 베드(16)와 결합되어 좌우 이송되도록 하고, 심압대부(4)가 선반 베드(16)에서 이탈되지 않도록 연결부(3f)를 부착한다.

척핸들을 이용하여 척을 돌리는 부분(3a)을 회전시키면 턴버클(Turnbuckle)처럼 나사(3b)가 양쪽에 반대 방향으로 있어서 모재를 고정시키는 부분(3c)이 동시에 움직이며 제2마찰용접 모재(3)를 고정시키거나 풀거나 한다. 제2마찰용접 모재(3)를 고정시키는 부분(3c)은 삼각형 또는 원형으로 홈이 있는 수용부(3e)가 있어서 제2마찰용접 모재(3), 드릴 또는 센터 등을 쉽게 중심을 맞추고 고정할 수 있다. 심압대부(4)와 가압 링크부(10)를 연결시키는 연결부(3d)는 제1힌지(6)로 연결되어 있다.

도4는 가압 링크부를 도시하였다. 일측은 심압대부(4)에 제1힌지(6)로 연결되고 타단은 제2힌지(12)로 종동풀리(11)에 연결된다. 상기 가압 링크부는 원형봉강 또는 각봉의 강재로 형성하고, 2개로 분할하여 그 단부에 핀 구멍(6,12)을 형성한다. 또한 길이를 조절할 수 있도록 여러 개의 핀 구멍(12)이 등 간격으로 형성된 링크길이 조절 홀더를 구비하여, 링크의 전체 길이를 마찰용접 모재 길이에 맞추어 상기 링크홀더로 조절할 수 있도록 한다.

도1과 도2에 도시된 상기 감지수단은 제1리미트스위치(7)와 제2리미트스위치(8) 및 제3리미트스위치(9)로 이루어지며 상기 리미트스위치들은 선반 베드의 일측단에 고정설치하고 가압 링크부(10)의 동작 각도를 감지하고 감지된 신호를 제어부에 전달하여 가압구동수단(14)을 제어한다.

상기 풀리부는 소직경의 구동풀리(20)와 대직경의 종동풀리(11) 및 벨트(13)로 구성되며 구동풀리(20)는 선반 몸체 하부(22)와 연결하고, 종동풀리 선반 몸체 상부(21)에 볼트로 연결하며 가압 링크부(10)와 힌지(12)로 연결한다.

도5는 가압구동수단 개요도이다. 도시한 가압구동수단(14)은 가압구동수단 하우징(14a)내에 기어드 모터(14b), 감속기(14c)를 장착하고 그 일측에 구동풀리(14d)를 연결하고 기어드 모터 정, 역전의 기능을 가지며 상기 가압구동수단의 하우징은 선반다리하부(22)에 볼트로 고정 설치한다.

도 6에 도시된 상기 제어수단(18)은 가압구동수단(14)의 회전수를 설정하는 설정부(18a)를 가지며, 상기 가압구동수단을 작동시키는 작동부(18b)와 상기 감지수단의 감지신호에 따라 가압구동수단을 정지시키거나 역전시키는 조절부를 구비하여 선반의 주축 회전수를 결정하고 가압구동수단을 제어한다.

이와 같은 구성을 갖는 마찰용접 장치의 작용을 설명하면,

마찰용접 위치 설정단계에서 보통선반의 베드 상부에 있는 주축대 회전척(1)에 제1마찰용접 모재(2)를 고정하고, 심압대부(4)에는 제2마찰용접 모재(3)를 고정하며 상기 양 소재를 마찰용접이 가능한 위치로 세팅하기 위해 제2마찰용접 모재(3)가 장착된 심압대부(4) 위치를 이동시킨다.

이때 마찰용접 소재 길이에 맞추어 상기 링크길이 조절홀더(12)로 가압 링크부(10)의 길이를 조절한다.

상기 제어수단(18)의 설정부에서 선반 주축의 회전수를 설정하고, 제어수단(18)의 설정부(18a)에서 가압구동수단(14)의 회전수를 설정한 후, 상기 가압구동수단(14)을 작동시킨다.

상기 가압구동수단(14)에 구비된 기어드 모터(14b) 또는 유압모터가 작동하면 감속기(14c)에 의해 회전수가 감속된다. 감속기(14c)와 구동풀리(20)가 연결되어 있어서 감속기가 회전을 하면 구동풀리(20)도 회전을 한다. 구동풀리(20)가 회전을 하면 구동풀리와 연결된 벨트(13)가 회전을 한다. 벨트가 회전을 하면 벨트는 대직경의 종동풀리(11)와 연결되어 있기 때문에 종동풀리(11)가 회전을 한다. 종동풀리가 회전을 하면 가압 링크부(10)를 밀어 심압대부(4)가 선반 회전척(1) 방향으로 이송하기 시작한다. 이때 이송 속도는 제어부에 서 설정한 기어드 모터의 회전속도 제어로 한다.

주축대의 회전척에 장착된 제1마찰용접 모재(2)가 회전하고, 심압대에 고정시킨 제2마찰용접 모재(3)가 가압 링크부(10)에 의해 가압되면서 제1마찰용접 모재와 제2마찰용접 모재가 서로 회전 마찰을 시작한다. 즉 회전 마찰압력이 상기 양 소재에 서서히 작용되고, 가압 링크부(10)의 작동을 감지하는 상기 각 리미트스위치(7,8,9)로부터 가압 링크부의 작동을 감지한 신호가 상기 제어부에 입력되면 제어부에서는 설정된 마찰시간 또는 업셋길이제어와 가압 링크부(10)의 작동시간을 비교하여 가압 링크부의 작동시간이 설정된 시간을 초과할 경우 선반 회전척(1)의회전을 정지시키고 그후 가압구동수단(14)의 작동을 정지시킨다.

상기 가압링크부(10)의 작동을 감지하는 각 리미트스위치의 작용을 도1과 도2를 참고하여 설명하면 도1에 도시된 바와 같이 종동풀리(11)에 연결된 가압 링크부(10)는 가압작용을 하지 않을 때에는 제3리미트스위치(9) 단자부를 누르게 되므로 제3리미트스위치는 접점을 오프시킨 상태를 유지하게 되고, 도2에 도시한 바와 같이 종동풀리의 반시계 방향 회전 즉, 가압구동수단(14)이 작동하면 제3리미트스위치(9)의 접점은 온이되고 제1리미트스위치(7)의 접점은 오프된다. 그러면 선반 회전척(1)은 정지한다. 그후 제2리미트스위치(8)의 접점이 오프된다. 제2리미트스위치(8)의 접점이 오프되면 가압구동수단(14)은 정지한다. 즉, 용접이 완료된다. 용접이 완료된 후 가압구동수단을 역회전시키면 심압대는 후진을 한다. 심압대가 후진을 하다가 가압 링크부(10)에 의해 제3리미트스위치(9)의 접점이 오프되면 심압대부(4)는 정지한다. 각 리미트스위치는 종동풀리(11)의 회전각에 따라 순차적으로 가압 링크부(10)에 의해 온신호와 오프신호를 인식하게 된다.

상기 종동풀리(11)가 가압구동수단(14)에 의해 회전하여 가압 링크부(10)와 제2용마찰용접 모재(3)의 각도가 0°이면 가압 링크부(10)에서 발생한 가압력 전부가 제2마찰용접 모재(3)에 작용되고, 상기 종동풀리(11)와 가압 링크부(10)가 이루는 각이 45°일 때는 가압 링크부(10)에서 발생한 가압력이 상기 제2마찰용접 모재에 70%정도 가해지게 되어 가압 링크부(10)와 모재의 각도에 따라 서서히 상기 마찰용접 모재는 마찰압력이 가해지며 용접이 이루어진다.

이렇게 마찰용접된 용접부는 통상적으로 플래시(19)가 발생하게 되고, 상기플래시는 기계요소에 불필요하거나 작동에 지장을 주는 요소이므로 제거하여만 한다.

본 발명에서 상기 플래시(19) 제거는 공구대(17)에 설치한 바이트에 의해 제거할 수 있고 선삭작업 또는 절단 작업을 할 수 있다.

본 발명은 보통선반의 심압대부(4)와 보통선반에 가압구동수단(14) 및 가압 링크부(10) 등을 부가한 마찰 용접장치로써 보통선반을 이용하여 마찰용접이 가능하고 보통선반을 이용함에 따라 방진구, 센터 등의 선반 공구를 사용할 수 있으므로 마찰용접 전 준비작업이나 마찰용접 및 마찰용접 후 플래시(19) 제거를 위한 선삭작업 또는 용접모재에 요구되는 드릴작업, 선삭 작업 등 보통선반에서 할 수 있는 모든 종류의 작업이 가능하다. 특히 드릴작업의 경우에서는 심압대부(4)의 이송위치를 제어 할 수 있어서 자동 드릴작업이 가능하다. 마찰용접 비용뿐만 아니라 선반 작업 비용 을 줄일 수 있고, 작업의 효율성을 높일 수 있으며, 또한 마찰압력 작용 후 업셋압력으로 급격하게 작용하지 않기 때문에 알루미늄 또는 구리처럼 연한재료를 용접하는데 더 효율이 좋다. 즉, 과도한 플래시(19)를 발생시키지 않고 좋은 기계적 강도를 유지할 수 있는 유용한 장치이다.

Claims

선반다리와 주축대, 선반 회전척(1), 공구대가 설치된 왕복대(15)와 심압대부(4)를 구비한 공지된 보통선반에 있어서, 제2마찰용접 모재(3)를 고정하는 심압대부(4)와; 심압대부를 전진 또는 후진시키는 가압 링크부(10)와; 가압 링크부의 작동을 감지하는 감지수단(7,8,9)과; 가압 링크부를 구동하는 가압구동수단(14)과; 가압구동수단을 제어하는 제어수단(18)으로 이루어져 상기 선반 회전척에 장착된 제1마찰용접 모재(2)가 선반 주축의 회전에 따라 일정속도로 회전될 때 가압구동수단(14)의 작용에 의해 심압대부에 장착된 제2마찰용접 모재(3)가 가압되어 회전 마찰력에 의해 접합이 이루어지도록 한 마찰용접장치.
제1항에 있어서,

심압대부(4)는 선반 베드(16)와 결합되어 좌우 이송되도록 하고, 심압대부(4)의 내부에 제2마찰용접 모재(3)의 외부 형상을 수용할 수 있는 수용부(3e)를 구비하며, 심압대부(4)에 가압시 상기 수용부가 뒤로 밀리는 것을 방지하는 스톱퍼(5)를 내삽하고, 심압대 후부측 몸체에는 가압 링크부(10)와 심압대부를 제1힌지(6)으로 연결하고, 가압 링크부(10)에 의해 가압력이 심압대부에 전달되도록 하여 제2마찰용접모재(3)가 장착된 심압대부를 이송시키는 구조를 구비한 마찰용접 장치.
제2항에 있어서,

심압대부(4)에 제2마찰용접 모재(3)를 고정시키는 수단은 유압실린더, 공압실린더 또는 전기실린더를 이용하여 자동으로 제2마찰용접 모재(3)를 고정시키는 마찰용접 장치
제 2항에 있어서,

심압대부(4)에서 선반 회전척(1)의 반대방향 즉, 심압대부(4) 후미에 가압 링크부(10)대신 유압실린더, 공압실린더 또는 전기실린더를 부착하고 유압실린더, 공압실린더 또는 전기실린더는 선반의 일측에 부착하여 심압대부를 이송시키는 수단을 한 마찰용접 장치
제 1항에 있어서,

가압 링크부(10)는 일측이 심압대부(4) 와 제1힌지(6)로 연결되고 타단은 제2힌지(12)로 종동풀리(11)에 연결되며, 원형봉강 또는 각봉의 강재로 형성하되 분할부 즉 링크길이 조절홀더(12)를 구비하여 링크의 길이를 조절할 수 있고, 압력을 조절할 수 있는 마찰 용접장치.
제1항에 있어서,

상기 제어수단(18)은 가압구동수단(14)의 회전수를 설정하는 설정부(18a)를 가지며, 가압구동수단을 작동시키는 작동부(18b)와 감지수단(7,8,9)의 감지신호에따라 가압구동수단을 정지시키는 조절부를 구비한 마찰 용접장치
제6항에 있어서,

상기 감지수단 즉, 제1리미트스위치(7)와 제2리미트스위치(8) 및 제3리미트스위치(9)대신 제어수단(18)에 타이머 장치를 부착하고 이용하여 가압구동수단(14)을 제어하는 마찰용접 장치
제1항에 있어서,

상기 감지수단은 제1리미트스위치(7)와 제2리미트스위치(8) 및 제3리미트스위치(9)로 이루어지며 상기 리미트스위치들은 선반 베드의 일측단 또는 종동풀리(11)부에 고정 설치한 마찰용접 장치.
제1항에 있어서,

상기 가압구동수단은 하우징(14a)내에 기어드모터(14b), 감속기(14c)를 장착하고 그 일측 외부에 구동풀리(14d)를 구비하며, 상기 가압구동수단의 하우징을 브라케트로 선반다리(22) 하부에 고정한 것을 특징으로 한 마찰용접장치.