KR20150001560A - 다채널 컴퓨터 수치 제어를 통한 휠 플로우포밍 장치 - Google Patents

다채널 컴퓨터 수치 제어를 통한 휠 플로우포밍 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 휠 플로우포밍 장치 및 방법에 관한 것으로, 메인프레임; 상기 메인프레임의 상부에 위치하고, 성형하기 위한 금속 소재의 휠이 결합되어 회전되는 회전대; 상기 회전대의 주변에 위치하여 상기 회전대에 결합되어 회전되는 휠을 성형하기 위한 다수의 롤러가 구비된 롤러부; 및 상기 다수의 롤러 각각을 제어하는 다채널 컴퓨터 수치 제어(multi-channel computer numeric control)부를 포함하는 것을 특징으로 하는 휠 플로우포밍(wheel flow-forming) 장치를 제공한다. 본 발명에 의하면, 한 번에 세 개의 롤러를 이용하여 확삭, 중삭 및 정삭 포밍을 할 수 있으므로, 한 번의 플로우포밍 성형 공정을 거치기 때문에 제품 생산성을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

Description

다채널 컴퓨터 수치 제어를 통한 휠 플로우포밍 장치{APPARATUS FOR WHEEL FLOW-FORMING USING MULTI-CANNEL COMPUTER NUMERIC CONTROL}
본 발명은 다채널 컴퓨터 수치제어를 통한 휠 플로우포밍 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 금속 소재를 플로우포밍하여 휠을 제조하기 위해 다채널 컴퓨터 수치제어를 통한 휠 플로우포밍 장치에 관한 것이다.
차량용 휠은 강철 소재로 제조되다가 알루미늄 주조 기술과 후처리 기술이 발달함에 따라 대형 차량이 아닌 중소형 차량에는 알루미늄 휠이 주로 사용되고 있다. 알루미늄 휠을 제조하는 기술은 저압 주조, 열간 및 냉간 단조, 용탕 단조 등이 있으며, 이 중 소재를 처리하거나 제품을 성형하는 시간 등을 고려하여, 저압 주조에 의해 제조된 것을 열간 단조하는 것이 일반적이다.
그렇지만, 단조 공정은 알루미늄에 압력을 가해 형상 변형이 이루어질 수 있을 만큼의 프레스 장치가 있어야 하는 문제가 있다. 그에 따라 이런 단조방식보다 휠을 회전시켜 성형하는 스피닝(spinning)이나 플로우포밍(flow-forming) 성형이 많이 사용되고 있다.
스피닝 또는 플로우포밍은 금형에 가공소재를 올려놓은 상태에서 소재와 금형을 회전시킨 상태에서 휠을 성형하는 것으로, 이와 관련된 선행문헌으로 대한민국 공개특허 제10-2009-0076266호(플로우포밍 성형기를 이용한 알루미늄 휠 제조설비, 공개일: 2009.07.13)가 있다.
종래의 선행문헌은 플로우포밍 성형을 통해 휠을 성형하지만, 하나의 롤러를 이용하여 성형이 이루어지기 때문에 여러 번 반복하여야 원하는 형상으로 성형이 가능하다는 문제가 있다.
대한민국 공개특허 제10-2009-0076266호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 플로우포밍 성형을 함에 있어 한 번의 공정으로 휠을 제조할 수 있는 다채널 컴퓨터 수치제어를 통한 휠 플로우포밍 장치을 제공하는데 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 휠 플로우포밍(wheel flow-forming) 장치는 메인프레임; 상기 메인프레임의 상부에 위치하고, 성형하기 위한 금속 소재의 휠이 결합되어 회전되는 회전대; 상기 회전대의 주변에 위치하여 상기 회전대에 결합되어 회전되는 휠을 성형하기 위한 다수의 롤러가 구비된 롤러부; 및 상기 다수의 롤러 각각을 제어하는 다채널 컴퓨터 수치 제어(multi-channel computer numeric control)부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 롤러부는, 상기 회전대에 결합된 금속 소재 휠을 가공하기 위해 세 개의 롤러가 구비되며, 상기 다채널 컴퓨터 수치 제어부는 상기 세 개의 롤러 각각을 독립적으로 제어하는 것이 바람직하고, 상기 다채널 컴퓨터 수치 제어부 각각은 상기 세 개의 롤러를 제어하여 성형하고자 하는 금속 소재 휠의 인장강도, 항복강도 및 연신율 중 어느 하나 이상을 조절할 수 있다.
그리고 상기 다채널 컴퓨터 수치 제어부는, 상기 다수의 롤러를 각각 제어하는 다수의 제어 채널, 상기 회전대에 금속 소재 휠을 로딩하는 로딩채널 및 성형이 완료된 휠을 언로딩하는 언로딩채널이 구비되는 것이 바람직하며, 상기 다수의 제어 채널에서는 서로 신호를 공유하여 상기 다수의 롤러를 동시에 제어할 수 있는 동기신호가 생성될 수 있다. 또, 상기 동기신호는 상기 다수의 제어 채널을 구성하는 다수의 코드 중 독립코드(M 코드)의 형태로 포함될 수 있다.
다른 형태로, 상기 다수의 제어 채널은 상기 다수의 롤러를 동시에 제어하기 위해 서로 신호를 공유하기 위한 메모리를 공유될 수 있다.
본 발명에 의하면, 한 번에 세 개의 롤러를 이용하여 확삭, 중삭 및 정삭 포밍을 할 수 있으므로, 한 번의 플로우포밍 성형 공정을 거치기 때문에 제품 생산성을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
그리고 다채널 컴퓨터 수치 제어를 통해 세 개의 롤러의 속도를 각각 독립적으로 제어하여 균일한 조건으로 휠을 성형할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 차량용 휠 플로우포밍 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 휠 플로우포밍 장치의 롤러 선단 속도를 독립적으로 제어하기 위한 다채널 컴퓨터 수치 제어부의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 다채널 컴퓨터 수치 제어부의 채널 간 동기화하는 방식을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 휠 플로우포밍 장치(100)는 메인프레임(110), 회전대(120), 롤러부(130) 및 다채널 컴퓨터 수치 제어(CNC, computer numerical control)부(140)를 포함하여 구성되고, 도 2 및 도 3에 도시된 도면을 참조하여 설명한다.
메인프레임(110)은 휠 플로우포밍 장치(100)의 뼈대를 이루고, 메임프레임의 상부에 회전대(120) 구비된다. 그리고 필요에 따라 회전대(120)의 회전으로 발생되는 소음을 감소시키기 위해 메인프레임(110)은 주물 프레임으로 이루어질 수 있다. 그리고 도면에 도시되지는 않았지만, 필요에 따라 휠 플로우포밍 장치(100)를 견고하게 하기 위한 하우징이나 상하판 구조 등이 더 구비될 수 있다.
회전대(120)는 회전할 수 있도록 별도의 모터 등에 연결된다. 그리고 회전대(120)의 상부에 미리 주조되어 휠의 반제품 형태로 제조된 금속 소재가 결합되며, 금속 소재가 결합된 상태에서 회전이 이루어진다. 이때, 회전대(120)에 결합되는 금속 소재는 주조를 통해 1차적으로 제조된 것이다. 그리고 필요에 따라 회전대(120)에 결합된 금속 소재를 상부 및 하부에서 고정하여, 성형 가공이 이루어지는 동안 금속 소재가 회전대(120)에 안정적으로 결합되도록 한다.
롤러부(130)는 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제3롤러(132, 134, 136)가 구비되며, 각각 모터와 연결되어 회전된다. 제1 내지 제3롤러(132, 134, 136)는 각각 황삭, 중삭 및 정삭 포밍을 위해 구비되며, 제1 내지 제3롤러(132, 134, 136)의 선단 속도는 후술할 다채널 컴퓨터 수치 제어부(140)에 의해 각각 독립적으로 제어된다.
일례로, 제1롤러(132)는 휠의 형상을 개략적으로 성형하기 위해 거칠게 성형하는 황삭이 이루어질 수 있도록 회전되고, 제2롤러(134)는 제1롤러(132)에서 황삭으로 성형된 거친 면을 정리하고, 원하는 치수가 되도록 연삭하게 회전된다. 그리고 제3롤러(136)는 휠의 최종 표면을 정밀하게 가공하기 위한 정삭 포밍을 하도록 회전된다.
그리고 제1 내지 제3롤러(132, 134, 136)는 회전대(120)에 결합된 금속 소재에 근접 또는 이격되도록 동작할 수 있으며, 각각 회전각도를 조절할 수 있도록 구비된다. 그리고 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제3롤러(132, 134, 136)는 회전대(120)에 결합된 금속 소재를 중심으로 서로 다른 방향에 위치되며, 필요에 따라 더 적거나 더 많은 롤러가 이용될 수 있다. 또 제1 내지 제3롤러(132, 134, 136)의 회전은 스프래그 클러치 방식에 따라 회전될 수 있다.
다채널 컴퓨터 수치 제어부(140)는 회전대(120) 및 롤러부(130)와 전기적으로 연결되어 회전대(120) 및 롤러부(130)를 각각 제어할 있다. 특히, 다채널 컴퓨터 수치 제어부(140)는 제1 내지 제3롤러(132, 134, 136)를 각각 제어할 수 있으며, 도 2에 도시된 바와 같이, 세 개의 롤러(132, 134, 136)에 대해 선단 속도를 각각 제어하기 위해 세 개의 제어 채널로 분리한다. 즉, 다채널 컴퓨터 수치 제어부(140)의 채널은 롤러부(130)에 포함된 롤러의 개수에 따라 구비되며, 각 채널에서 제1 내지 제3롤러(132, 134, 136)를 각각 정밀하게 제어한다.
다채널 컴퓨터 수치 제어부(140)는 제어 채널, 로딩채널 및 언로딩채널이 포함되며, 제어 채널은 제1 내지 제3롤러(132, 134, 136)를 각각 제어할 수 있도록 세 개의 채널로 구분된다. 각 제어 채널은 제1 내지 제3롤러(132, 134, 136)를 각각 제어하여 성형하고자 하는 금속 소재의 인장강도, 항복강도 및 연신율을 각각 조절할 수 있다.
상기의 일례에서와 같이, 제1 내지 제3롤러(132, 134, 136)가 각각 황삭, 중삭 및 정삭되도록 제어될 때, 제1롤러 내지 제3롤러(132, 134, 136)가 금속 소재에 접촉되는 정도, 시간, 접촉될 때의 각도, 회전속도 등을 각각 제어한다. 즉, 제1롤러(312)가 금속 소재에 가장 먼저 접촉되어 연삭되는 동안 뒤이어 제2롤러(134)가 금속 소재에 접촉된 다음, 제3롤러(136)가 금속 소재에 연이어 접촉되도록 제어할 수 있다.
그리고 각 롤러(132, 134, 136)는 이렇게 순차적으로 금속 소재에 접촉된 상태에서 동시에 상부에서 하부로 이동하면서 금속 소재를 휠의 형상으로 성형한다.
이를 위해 다채널 컴퓨터 수치 제어부(140)의 각 제어 채널에서는 제1 내지 제3롤러(132, 134, 136) 각각의 직선이동과 관련하여 3축제어가 이루어지도록 제어하고, 회전에 대해서도 3축제어가 정밀하게 이루어질 수 있다. 그러므로 각 제어 채널에서의 제어에 따라 유기적으로 제1 내지 제3롤러(132, 134, 136)가 제어됨에 따라 휠을 플로우포밍하는 공정을 효율적으로 성형할 수 있다.
상기와 같이, 세 개의 제어 채널에서 각각 제1 내지 제3롤러(132, 134, 136)를 제어하기 위해서는 각 채널 간 정보교환이 이루어질 수 있다. 물론, 각 채널에서 각 롤러(132, 134, 136)를 각각 제어함에 따라 제1 내지 제3롤러(132, 134, 136)는 독립적으로 동작되지만, 필요에 따라 각 제어 채널 간의 정보교환도 이루어질 수 있다.
이렇게 각 제어 채널 간 정보교환이 이루어지도록 하는 것은 제1 및 제3롤러(132, 134, 136)를 동시에 제어하기 위해 이루어질 수 있으며, 이 경우, 각 채널에서 동기신호를 생성하여 각 제어 채널 간 공유함으로써 가능하다.
본 발명의 제어 채널은 국제규정에 따른 G 코드로 이루어진 프로그램으로 각 롤러(132, 134, 136)의 제어가 이루어지는데, 독립된 코드인 M 코드를 이용하여 각 채널에서 동기신호를 생성하도록 할 수 있다. 즉, 동기신호가 입력되면, 각 제어 채널에서는 각 롤러(132, 134, 136)에 대해 동일한 동작이 이루어질 수 있도록 제어한다. 그리고 동기신호에 대한 제어가 종료되면, 다시 각 롤러(132, 134, 136)에 대해 독립적으로 제어가 이루어지도록 할 수 있다.
이때, 각 제어 채널 간의 동기신호는 각 제어 채널 간 공유를 위해 제어 채널 간 전송될 수 있으며, 각 제어 채널이 사용하는 메모리를 공유하여 사용함으로써, 동기신호를 공유할 수도 있다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 금속 소재를 로딩하거나 언로딩하는 것을 제어하기 위한 로딩채널 및 언로딩 채널도 포함될 수 있다. 본 발명의 다채널 컴퓨터 수치 제어부(140)에는 총 다섯 개의 채널이 포함될 수 있다.
금속 소재의 로딩은 기본 형상이 주조된 형상이 회전대(120)에 로딩되어는 것으로, 로봇이나 특정 기구를 이용하여 로딩한다. 이때, 로딩되는 기본 형상은 가열된 상태로 로딩될 수 있다. 그리고 필요에 따라 가열된 형상 중 냉각이 필요한 부분에 냉각하는 공정이 추가될 수 있다. 이렇게 회전대(120)에 금속 소재가 결합된 상태에서 회전대(120) 및 롤러부(130)를 회전시켜 휠을 성형한다.
상기와 같이, 다채널 컴퓨터 수치 제어부(140)의 로딩채널 및 언로딩 채널은 금속 소재의 로딩을 제어하기 위해 별도의 채널을 구성하여 제어하고, 성형이 완료된 휠이 회전대(120)에서 언로딩되도록 제어한다. 언로딩 시에도 로봇이나 특정 기구가 이용될 수 있음은 물론이다. 그리고 다채널 컴퓨터 수치 제어부(140)에서 언로딩 제어가 이루어진 다음, 성형이 완료된 휠을 냉각하는 과정 및 후처리 가공이 이루어지도록 제어할 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이므로, 본 발명이 상기 실시예에만 국한되는 것으로 이해돼서는 안 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어야 할 것이다.
100: 휠 플로우포밍 장치
110: 메인프레임 120: 회전대
130: 롤러부 132: 제1롤러
134: 제2롤러 136: 제3롤러
140: 다채널 컴퓨터 수치 제어부

Claims (7)

  1. 메인프레임;
    상기 메인프레임의 상부에 위치하고, 성형하기 위한 금속 소재의 휠이 결합되어 회전되는 회전대;
    상기 회전대의 주변에 위치하여 상기 회전대에 결합되어 회전되는 휠을 성형하기 위한 다수의 롤러가 구비된 롤러부; 및
    상기 다수의 롤러 각각을 제어하는 다채널 컴퓨터 수치 제어(multi-channel computer numeric control)부를 포함하는 것을 특징으로 하는 휠 플로우포밍(wheel flow-forming) 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 롤러부는, 상기 회전대에 결합된 금속 소재 휠을 가공하기 위해 세 개의 롤러가 구비되며,
    상기 다채널 컴퓨터 수치 제어부는 상기 세 개의 롤러 각각을 독립적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 휠 플로우포밍 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 다채널 컴퓨터 수치 제어부 각각은 상기 세 개의 롤러를 제어하여 성형하고자 하는 금속 소재 휠의 인장강도, 항복강도 및 연신율 중 어느 하나 이상을 조절하는 것을 특징으로 하는 휠 플로우포밍 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 다채널 컴퓨터 수치 제어부는, 상기 다수의 롤러를 각각 제어하는 다수의 제어 채널, 상기 회전대에 금속 소재 휠을 로딩하는 로딩채널 및 성형이 완료된 휠을 언로딩하는 언로딩채널이 구비된 것을 특징으로 하는 휠 플로우포밍 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 다수의 제어 채널에서는 서로 신호를 공유하여 상기 다수의 롤러를 동시에 제어할 수 있는 동기신호가 생성되는 것을 특징으로 하는 휠 플로우포밍 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 동기신호는 상기 다수의 제어 채널을 구성하는 다수의 코드 중 독립코드(M 코드)의 형태로 포함되는 것을 특징으로 하는 휠 플로우포밍 장치.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 다수의 제어 채널은 상기 다수의 롤러를 동시에 제어하기 위해 서로 신호를 공유하기 위한 메모리를 공유하는 것을 특징으로 하는 휠 플로우포밍 장치.
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