KR200435661Y1 - 링크기구를 이용한 서보프레스 - Google Patents

Abstract

본 고안은 링크형 서보프레스 구조에 관한 것으로, 서보모터에 착설된 제1풀리가 드라이브샤프트 일측의 제2풀리와 타이밍벨트로 연결되고 상기 드라이브샤프트 타측의 구동기어에 연결된 메인기어로 구성된 구동부와; 측면판에 구비된 하우징에 회전가능하게 고정된 크랭크샤프트 끝단에 설치된 링크로 구성된 링크부와; 프레임의 하면판에 설치되고 발란스로드 상단에 결합된 발란스피스톤을 내재된 발란스실린더부와; 상기 발란스실린더 하부에 연결된 슬라이더을 포함하는 링크프레스에 있어서; 상기 링크부는 상기 상부링크와 하부링크가 메인기어 내측에 설치되며, 상기 상부링크는 링크핀에 의해 메인기어 내측에 상부링크 상부가 회동가능하게 고정되고, 상기 상부링크 하부에 상기 크랭크샤프트에 착설된 하부링크가 상부링크와 연결핀에 의해 회동가능하게 결합되며 , 상기 크랭크샤프트의 타측에는 크랭크핀으로 결합된 컨넥팅로드가 플런저핀에 의해 플런저가 결합되어 플런저가이드에서 승,하강 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

서보프레스, 링크기구, 서보모터

Description

링크기구를 이용한 서보프레스{Link Type Servo Press}

도 1은 종래의 링크기구형 서보프레스를 나타내는 사시도이며,

도 2는 본 고안에 따른 링크기구를 이용한 서보프레스의 전체구성을 나타내는 정면도이고,

도 3a와 도 3b는 본 고안에 따른 링크기구를 이용한 서보프레스의 구동부와 링크부의 연결상태를 나타내는 측면도 및 확대된 정면도이며,

도 4는 본 고안의 링크부의 결합상태를 나타내는 측면도이고,

도 5는 본 고안의 링크의 회전에 따른 회전 선도이고,

도 6은 본 고안의 프레스에서 슬라이드의 하강 및 상승 속도를 나타낸 그래프이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명

10 : 구동부 11 : 드라이브샤프트

12 : 메인기어 13 : 서보포터

14 : 서보콘트롤러 20 : 링크부

21 : 상부링크 22 : 하부링크

23 : 콘넥팅로드 24 : 콘넥팅로드

25 : 플런저가이드 26 : 플런저

30 : 발란스실린더부 31 : 발란스피스톤

32 : 발란스로드 40 : 슬라이드

51 : 상면판 52 : 하면판

53 : 측면판 100 : 서보프레스

111 : 제2풀리 112 : 구동기어

131 : 제1풀리 211 : 링크핀

221 : 연결핀 231 : 크랭크핀

본 고안은 링크형 서보프레스 구조에 관한 것으로, 서보모터를 이용하여 링크기구를 제어함으로 슬라이드 속도변경을 손쉽게 할 수 있으며, 양쪽에 링크기구를 설치함으로서 2포인트(Point) 및 4 포인트등 대형의 작업에 효과적으로 사용할 수 있으며, 여러종류의 프레스모션을 1대의 프레스에서 자유자재로 구사할 수 있으므로 어떠한 작업도 1대의 프레스에서 작업할 수 있는 링크기구를 이용한 서보프레스에 관한 것이다.

현재 공작기계 중 프레스 기계는 모든 기간산업에 널리 사용되는 판금가공기계로서 중요한 기계이다. 선반, 밀링 등 일반 공작기계는 정밀, 첨단, NC화 되고 가고 있지만 프레스는 그렇지 못하다. 그러나 다른 공작기계와는 달리 프레스는 타발을 하는 기계로서 타발시 진동과 가공 소음이 발생하게 된다. 또한 프레스 가공 의 동향이 단발 금형가공에서 순차적 가공인 프로그래시브(Progressive)가공으로 변환되면서 가공시 소음은 더욱 커진다. 그러므로 현재 프레스업계에서는 프로그래시브가공으로 생산성을 높이면서도 소음 및 진동을 획기적으로 줄일 수 있는 방안을 모색해야 하는 것이 중요한 과제이다.

일반적으로 기계식 프레스의 종류를 보면 크랭크 프레스, 너클 프레스, 링크 프레스, 캠 프레스 등으로 분류가 되어 있는데 크랭크 프레스는 크랭크를 타발할 때에 제품을 순간적으로 타발하기 때문에 타발 소음이 크고, 링크프레스, 너클 프레스, 캠 프레스는 제품 타발 성형시 상형이 하형에 접촉할 때에 부드럽게 장시간 접촉하는 특징을 살리기 위하여 구조가 복잡하여 프레스 금액이 상승하고 캠 프레스는 캠 선도에 따라서 제품 성형영역이 표시되기 때문에 제품이 바뀔때 마다 캠을 다시 설계해야 하는 번거러움이 있으며, 캠 가공이 용이치 않아 많이 쓰이지 못하고 있다.

링크프레스는 구동부에 링크를 장착하여 슬라이드 모션을 상사점에서 하사점까지는 서서히 작동하고 제품성형후에는 급속 귀환이 가능하도록 구성되고 있어 링크프레스는 깊은 드로잉 작업이 가능하여 제품 성형시 상형 금형과 하형 금형이 부드럽게 닿게 때문에 타발 소음이 적고 금형 및 펀치의 수명이 장구하다는 장점이 있다.

종래의 공지된 기술로 대한민국 특허출원 제2006-0000111호(명칭 : 링크기구를 이용한 서보프레스 장치에 있어서, 더블 너클기구를 이용하여 슬라이더를 특이한 곡선으로 직선 왕복운동시키는 더블식 너클프레스장치에 관한 것으로, 구동모터(611)와 상기 구동모터(611)의 축과 연결되는 타이밍소풀리(612)와 타이밍벨트(613)에 의하여 상기 타이밍소풀리(612)의 회전과 연동하는 타이밍대풀리(614)로 이루어지는 구동부(610)와; 상기 타이밍대풀리(614)의 축(621)에 장착되는 피니언(622)과 이 피니언(622)에 연동하는 메인기어(623)로 이루어지는 동력전달부(620)와; 상기 메인기어(623)의 주축(631)의 전방으로 연장되어 형성되는 스크류(632)와 상기 스크류(632)에 상응하는 나사산을 가진 너트(633)가 삽입되는 브라켓(634)으로 이루어지는 동력변환부(63)와; 상단 장치의 몸체 상부에 고정되는 고정링크(641)와, 상단이 상기 고정링크(641)의 하단과 제1 힌지(642)에 의하여 회전가능하게 연결되는 제1 링크(643)와, 상단이 상기 제1 링크(643)의 하단과 제2 힌지(644)에 의하여 회전가능하게 연결되는 제2 링크(645)와, 상단이 상기 제2 링크(645)의 하단과 제3 힌지(646)에 의하여 회전가능하게 연결되는 승강링크(647)와, 상기 제1 및 제2 링크(643, 645)를 연결하는 제2 힌지(644)에 일측이 연결되고 타측은 브라켓(634)에 제4 힌지(648)에 의하여 회전가능하게 연결되는 가동링크(649)로 이루어지는 링크연결부(640)와; 상기 링크연결부(640)의 승강링크(647)의 하단에 고정장착되어 하부에는 상부금형이 장착되어 가이드레일(51)에 의하여 일정방향으로 승하강하는 램(650)으로 구성되는데 상기 종래기술은 전면에는 링크가 있으며 상기 링크를 구동하는 후면에는 스크류로 링크를 밀고 당기는 구조로 실용화가 거의 불가한 구조이며, 링크연결부의 구성이 다수의 링크로 구성이 복잡하고 동력변환부가 스크류에 의한 변환됨으로 인해 구동을 오래 할 수 없고, 경도면에서 취약한 문제점을 안고 있었다.

상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위하여 본 고안에서는, 서보모터를 이용하여 링크기구를 제어함으로 슬라이드 속도변경을 손쉽게 할 수 있으며, 양쪽에 링크기구를 설치함으로서 2포인트(Point) 및 4 포인트등 대형의 작업에 효과적으로 사용할 수 있으며, 여러종류의 프레스모션을 1대의 프레스에서 자유자재로 구사할 수 있으므로 어떠한 작업도 1대의 프레스에서 작업할 수 있는 서보프레스를 제공하는 것을 목적으로 한다.

목적을 달성하기 위한 본 고안의 구성은, 서보모터(13)에 착설된 제1풀리(131)가 드라이브샤프트(11) 일측의 제2풀리(111)와 타이밍벨트(132)로 연결되고 상기 드라이브샤프트(11) 타측의 구동기어(112)에 연결된 메인기어(12)로 구성된 구동부(10)와; 측면판(53)에 구비된 하우징(531)에 회전가능하게 고정된 크랭크샤프트(23) 끝단에 설치된 링크(21, 22)로 구성된 링크부(20)와; 프레임의 하면판(52)에 설치되고 발란스로드(32)에 상단에 결합된 발란스피스톤(31)을 내재된 발란스실린더부(30)와; 상기 발란스실린더(30) 하부에 연결된 슬라이더(40)을 포함하는 링크프레스(100)에 있어서; 상기 링크부(20)는 상기 상부링크(21)와 하부링크(22)가 메인기어(12) 내측에 설치되며, 상기 상부링크(21)는 링크핀(211)에 의해 메인기어(12) 내측에 상부링크(21) 상부가 회동가능하게 고정되고, 상기 상부링크(21) 하부에 상기 크랭크샤프트(23)에 착설된 하부링크(22)가 상부링크(21)와 연결핀(221)에 의해 회동가능하게 결합되며, 상기 크랭크샤프트(23)의 타측에는 크랭크핀(231)으로 결합된 컨넥팅로드 (24)가 플런저핀(261)에 의해 플런저(26)가 결합되어 플런저가이드(25)에서 승하강 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 구동부(10)와 링크부(20)는 양측으로 대향되게 설치되고 서보모타(13)에 의해 구동제어되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면 참조하여 본 고안에 따른 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 고안에 따른 링크기구를 이용한 서보프레스 전체구성을 나타내는 정면도이고, 도 3a와 도 3b는 본 고안에 따른 링크기구를 이용한 서보프레스의 구동부와 링크부의 연결상태를 나타내는 측면도 및 확대된 정면도이며, 도 4는 본 고안의 링크부의 결합상태를 나타내는 측면도이고, 도 5는 본 고안의 링크의 회전에 따른 회전 선도이고, 도 6은 본 고안의 슬라이드의 하강 및 상승 속도를 비교하여 나타낸 그래프이다.

본 고안의 링크기구를 이용한 서보프레스의 구조는 도 2 내지 도 4를 참조하여 살펴 보는 바와 같이 프레임 상면판(53)에 설치된 서보모터(13)에 의해 구동하는 구동부(10)와, 메인기어에 연결된 상부링크 (21)에 일측은 크랭크샤프트(23)에 착설된 하부링크(22)가 연결되고 타측은 크랭크핀(231)에 연결된 플런저(26)이 결합된 링크부(20)와, 프레임 하면판(42)에 양측으로 고정된 발란스실린더부(30) 및 상기 발란스실린더부(30) 하부에 구성된 슬라이더(40)를 포함하여 구성된다.

상기 구동부(10)는 프레임 상면판(53)에 양측으로 설치된 서보모터(13)에 제어신호를 보내어 작동시키기 위한 서보콘트롤러(14)가 부착되어 있으며, 상기 서보 모터(13)가 구동하게 된다.

상기 드라이브샤프트(11)는 일측은 상기 서보모터(13)의 축에 착설된 제1풀리(131)에 타이밍벨트(132)로 연결된 제2풀리(111)가 구비되어 상기 제1풀리(131)이 구동함으로서 제2풀리(111)이 구동하고 상기 제2풀리가(111)가 구동함으로서 드라이브샤프트(11) 타측에 구비된 구동기어(112)가 회전하게 된다.

한편, 상기 드라이브샤프트(11)가 상기 제1풀리(131)와 제2풀리(111)에 의해 회전하여 구동기어(112)를 구동시킴으로서 상기 구동기어(112)와 치형 결합되는 메인기어(12)가 구동하게 된다.

상기 링크부(20)는 측면판(43)에 고정된 크랭크샤프트(23)의 일측에 링크(21, 22)가 설치되고 타측은 크랭크핀(231)에 결합된 컨넥팅로드(24)가 플런저(26)에 결합되어 하부에 설치된 슬라이드(40)와 연결되어 있다.

여기서, 상기 크랭크샤프트(23)는 양측으로 설치되고 측면판(53)에 설치된 하우징(미도시)에 의해 회전가능하도록 설치되었으며 상기 크랭크샤프트(23) 일측에는 상기 메인기어(12) 내측에 설치된 상기 상부링크(21)와 하부링크(22)가 구성되며, 상기 상부링크(21) 상부는 상기 메인기어(12)와 링크핀(211)으로 결합되고 하부는 하부링크(22)와 연결핀(221)에 의해 결합되었으며, 상기 하부링크(22) 일측은 상기 연결핀(221)과 타측은 크랭크샤프트(23)에 결합된 구성이다.

한편, 상기 크랭크샤프트(23)의 일측은 하부링크(22)의 내측에 구비된 삽홈입(222)에 결합되고 타측에는 크랭크핀(231)에 편심되게 설치된 컨넥팅로드(24)가 결합되며, 상기 컨넥팅로드(24) 하부에는 플런저핀(261)에 의해 결합된 플런저(26) 가 플런저가이드(25)에 의해 승하강하여 상기 플런저(26) 하부에 슬라이드(40)가 설치된 구성으로, 이는 상기 서보모터(13)의 구동에 의해 링크부(20)를 구동시킴으로서 상사점과 하사점이 동일하고 상기 링크(21, 22)에 의해 하사점에 위치시 누르는 가압상태가 종래의 프레스에 비해 오래 지속되는 특징이 있다.

상기 발란스실린더부(30)는 상기 프레임의 하면판(52)에 연결되고 발란스로드(32)에 상단에 결합된 발란스피스톤(31)을 내재하고 하단 끝단에 브라켓에 의해 슬라이드(50)의 측면에 결합된 구성으로 상기 링크기구(20)에 의한 상하 운동의 작동을 원활하게 해주기 위한 것으로 상기 발란스실린더부(30)를 프레임의 하면판 (52)에 양측으로 설치함으로서 중앙에 설치하거나 하나로 설치함으로 상하운동시 발생될 수 있는 발란스가 맞지 않아 원활하게 작동하지 못하는 것을 방지할 수 있다.

도 2 내지 도 6은 본 고안의 일실시예로 이를 참조하여 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다

서보모터(13)의 구동으로 발생된 동력이 동력전달경로를 통해 전달되어 메인기어(12)를 회전시키면 상기 메인기어에 상부링크(21)를 결합하고 있는 링크핀(211)이 도 3a에 도시된 일점쇄선(A)과 같은 궤적을 그리면서 회전운동을 하게 되므로 일단이 상부링크(21)와 연결핀(221)으로 결합되고 다른 일단은 크랭크샤프트(23)에 고정된 하부링크(22)는 2점쇄선(B)과 같은 궤적을 그리면서 회전운동을 하게 된다.

이에 따라 상기 하부링크(22)의 일단과 고정된 크랭크샤프트(23)은 도 3a에 일점쇄선(A)과 같이 같은 궤적을 그리며 회전운동하게 되므로 컨넥팅로드(23)에 의해 연결된 슬라이드(40)가 제6도에 도시한 그래프 선도에서와 같이 상부링크(21)과 하부링크(22)를 고정하는 연결핀(221)의 각도가 230°에 위치되었을 때 슬라이드(40)가 하사점에 위치됨과 동시에 드로우잉 작업을 완료하게 되며, 본 고안의 연결핀(221)의 위치가 하사점인 230°의 이전인 100°부근에서 슬라이드(40)의 하강속도가 종래의 링크 프레스보다 더욱 완만하므로 양질의 제품을 성형할 수 있게 되는 것이다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 서보모터(13)의 구동에 의해 메인기어(12)를 구동시키고, 상기 메인기어(12)가 구동하여 링크(21, 22)를 구동하게 되면 크랭크샤프트(23)가 회전하여 컨넥팅로드(24)가 상기 크랭크샤프트(23)의 편심량(X) 만큼 상하 운동함으로서 슬라이드(40)가 운동하게 되는 것으로 이는 상기 하부링크(22)에 형성되어 크랭크샤프트(23)가 결합되는 삽입공(222)은 종래의 링크 프레스와 같이 중심축으로부터 도 2에 도시된 바와 같이 Y축방향으로 편심되게 형성됨과 동시에 도 3a에 도시된 바와 같이 X축방향으로도 편심되게 형성되어 있는데, 상기 삽입공(222)이 X축방향으로 편심되는 양은 슬라이드 스트로크의 10 ~ 15% 이고, 메인기어(12) 지름의 2.5 ~ 15% 로 설정되어야 한다.

이는 상기 삽입공(22)이 X축 방향으로 편심되는 양이 슬라이드 스트로크의 10% 미만이고, 메인기어 지름의 2.5% 미만이 되면 종래의 링크 프레스에 비해 현저한 효과를 나타낼 수 없으며, 반대로 슬라이드 스트로크의 16% 이상이고, 메인기어 지름의 16% 이상이 되면 슬라이드(40)의 하강속도가 빨라져 본 고안의 장점인 디프 드로잉작업이 불가능함은 물론 하사점부근에서 머무는 시간이 길어지는 것에 비해 상승시 슬라이드 속도가 빨라지게 되어 기계의 진동과 메탈(Metal)부위의 손상을 초래하게 된다.

또한, 서보모터(13)를 이용하여 링크부(20)을 제어함으로 슬라이더(40)의 속도변경을 손쉽게 할 수 있으며, 양쪽에 링크기구부(20)를 설치함으로서 2포인트(Point) 및 4 포인트등 대형의 작업에 효과적으로 사용할 수 있으며, 상기 서보콘트롤러(14)에 의한 서보모터(13)를 제어함으로서 여러종류의 프레스에 의한 슬라이드모션을 상기 서보프레스(100)에서 제어할 수 있고, 정밀한 제어가 가능하여 슬라이드모션을 자유자재로 변경함으로서 정밀한 성형제품을 성형하는 등 어떠한 작업도 가능하며, 상기와 같은 구성은 전면에 크랭크샤프트(23)를 설치하고 상기 크랭크샤프트(23)을 구동시키기 위한 구동측에 링크(21, 22)를 전면에 설치하지 않고 메인기어(12) 내측에 설치한 링크기구를 이용한 서보프레스로서 일반 서보프레스 보다 제품성형시 구동부(10) 및 프레스를 지지하는 후레임에도 부하를 적게 주어 제품성형시 소음 및 진동이 적으며 모터 용량을 적게 사용할 수 있는 장점이 있다.

도 6은 본 고안의 프레스에서 슬라이드의 하강 및 상승 속도를 나타낸 그래프로, 본 고안의 링크기구를 이용한 서보프레스에서의 링크 프레스 선도와 본 고안이 적용 가능한 크랭크 프레스 및 네클 프레스에 대해 일예로 나와있는 3가지 선도는 물론이고 그 이상의 선도도 창출이 가능하다. 즉 링크(21, 22)와 서보모터 (13)에 의해 서보프레스의 다양한 크랭크 각도 및 슬라이드 위치를 변경할 수 있는 것이다.

또한,본 고안의 링크기구를 이용한 서보프레스는 다른 서보프레스에 비하여 기본형이 링크이므로 드로윙작업등 모든작업시 프레스의 구동부에 무리가 가지않으므로 소음및 진동이 적다는 장점이 있다.

이와 같이, 본 고안은 양방향으로 링크부(20)를 설치함으로서 슬라이더 면적을 크게 형성되어 대형 제품성형 및 냉간단조 제품에 적용가능하고 비틀림이나 처짐현상 없이 프레스 자체로 안정적으로 운전할 수 있으며 하사점 부근에서 슬라이드 속도를 줄여 제품을 부드럽게 성형하고 하사점상에서 머무는 시간을 길게하는 링크모션 등 제품에 맞는 어떠한 슬라이드 모션창출도 가능하여 제품성형시 공정을 단축하여 생산성을 극대화 시킬수 있으며 금형 수명의 증대 및 기계의 소음을 감소시킬 수 있고 프레스 여러대를 하나의 라인으로 작업할 경우 제품의 특성에 따라 여러 종류의 프레스를 교체해야하지만 본 고안의 서보프레스는 여러대의 프레스로 구현 가능한 모션창출이 링크부(20)와 서보모터(13)에 의해 가능하므로 프레스의 배열을 바꾸는 레이아웃 변경이 필요없는 효과가 있다.

상술한 바와 같이 본 고안에 따른 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 고안은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 실용신안등록청구범위에서 청구하는 본 고안의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 고안의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 고안은 서보기구를 이용하여 양방향으로 링크기구를 설치하여 속도 변환이 가능하며 슬라이더 면적을 크게하여 대형 제품 제작에 적용가능하여 깊이 있는 드로잉 작업용 제품을 제작할 수 있으며, 비틀림이나 처짐현상 없이 프레스 자체를 안정적으로 운전할 수 있고 제품을 부드럽게 성형하여 금형 수명의 증대 및 기계의 소음을 감소시킬 수 있으며, 여러대의 프레스로 구현 가능한 모션창출이 가능하므로 프레스의 배열을 바꾸는 레이아웃 변경이 필요 없는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 프레임 상면판(51) 양측의 서보모터(13)에 착설된 제1풀리(131)가 드라이브샤프트(11) 일측의 제2풀리(111)와 타이밍벨트(132)로 연결되며, 상기 드라이브샤프트(11) 타측의 구동기어(112)에 연결된 메인기어(12)로 구성된 구동부(10)와; 측면판(53)에 구비된 하우징(531)에 결합된 크랭크샤프트(23) 끝단에 설치된 링크(21, 22)로 구성된 링크부(20)와; 하면판(52)에 설치되고 발란스로드(32)에 상단에 결합된 발란스피스톤(31)이 내재된 발란스실린더부(30)와; 상기 발란스실린더부(30) 하부에 연결된 슬라이더(40)을 포함한 서보프레스(100)에 있어서;

   상기 링크부(20)는 상기 상부링크(21)와 하부링크(22)가 메인기어(12) 내측에 설치되며, 상기 상부링크(21)는 링크핀(211)에 의해 메인기어(12) 내측에 상부링크(21) 상부가 회동가능하게 고정되며, 상기 하부링크(22)는 일측은 상기 상부링크(21) 하부에 연결핀(221)에 의해 회동가능하게 결합되며, 타측은 상기 크랭크샤프트(23)에 결합되며 , 상기 크랭크샤프트(23)의 타측에는 크랭크핀(231)으로 결합된 컨넥팅로드(24)가 플런저핀(261)에 의해 플런저(26)가 결합되어 플런저가이드(25)에서 승하강 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 링크기구를 이용한 서보프레스.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 구동부(10)와 링크부(20)는 양측으로 대향되게 설치되고 상기 서보모타 (13)에 의해 구동제어되는 것을 특징으로 하는 링크기구를 이용한 서보프레스.

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