KR20150063023A

KR20150063023A - 호빙 머신의 심압대

Info

Publication number: KR20150063023A
Application number: KR1020150035026A
Authority: KR
Inventors: 김상술; 한병희; 남기훈; 백대운
Original assignee: 에스앤티중공업 주식회사
Priority date: 2015-03-13
Filing date: 2015-03-13
Publication date: 2015-06-08
Also published as: KR101567780B1

Abstract

본 발명은 서보 모터에 의해 이동되는 심압대가 가공물에 일정한 힘을 가하여 클램프할 수 있도록 하는 호빙 머신의 심압대에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 가공물에 접촉하여 클램프력을 가하는 심압대 헤드부; 상기 심압대 헤드부와 조립되어 직선 운동을 하는 심압대 새들부; 서보 모터의 구동에 의해 상기 심압대 새들부를 이동시키는 볼 스크류; 상기 심압대 새들부 내에 형성되어 있는 공간에서 상기 볼 스크류에 결합되어 있으며, 상기 심압대 헤드부가 상기 가공물에 밀착되기 전에는 상기 심압대 새들부와 함께 직선 이동하다가, 상기 심압대 헤드부가 상기 가공물에 밀착되면서 상기 심압대 새들부와 심압대 헤드부가 이동이 멈추게 되면, 상기 심압대 새들부 내부에 형성되어 있는 공간에서 직선 이동을 시작하는 볼 스크류 너트; 및 상기 볼 스크류 너트에 의해 압축되어 클램프력을 발생시키는 가압 디스크 스프링을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
이에 따라, 본 발명은 서보 모터에 의해 이동되는 심압대가 가공물에 일정한 힘을 가하여 클램프할 수 있으며, 디스크 스프링을 사용하여 클램프력을 높일 수 있게 된다.

Description

호빙 머신의 심압대{TAILSTOCK OF HOBBING MACHINE}

본 발명은 호빙 머신의 심압대에 관한 것으로서, 특히 서보 모터에 의해 이동되는 심압대가 가공물에 일정한 힘을 가하여 클램프할 수 있도록 하는 호빙 머신의 심압대에 관한 것이다.

기어를 가공하기 위해 통상적으로 CNC(Computer Numerical Control) 호빙 머신을 이용하는데, CNC 호빙 머신을 이용하여 기어를 가공하기 위해서는 가공물을 고정하는 호빙 지그가 필요하다. 그리고, 대량 생산을 위해서는 셋업 시간이 단축될 수 있도록 호빙 지그가 자동으로 가공물을 클램핑할 수 있도록 유압 실린더 등의 부가 장치가 필요하다.

여기서, 부가 장치로는 테이블 아래쪽에 설치되는 회전 유압 실린더와 테이블 반대쪽에서 가공물을 지지하거나 클램핑할 수 있는 심압대가 있다.

종래 호빙 머신은 가공물 클램프를 위한 심압대의 이동에 일반적으로 유압 실린더를 사용하는데, 직경이 큰 유압 실린더는 공간적인 제약에 의해 설치에 어려움이 있다. 이로 인해, 심압대의 클램프력을 높이는데 애로가 있고, 클램프력을 조정하기 위해서는 감압 밸브를 조정하여 압력을 조정해야 하는 번거로움이 있으며, 무엇보다도 이동 속도가 느려 가공 사이클 타임이 늘어나 생산성이 떨어지는 문제점이 있다.

국내공개특허공보 제10-2009-59738호

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 서보 모터에 의해 이동되는 심압대가 가공물에 일정한 힘을 가하여 클램프할 수 있도록 하는 호빙 머신의 심압대를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 디스크 스프링을 이용하여 클램프력을 높일 수 있도록 함에 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 호빙 머신의 심압대는, 가공물에 접촉하여 클램프력을 가하는 심압대 헤드부; 상기 심압대 헤드부와 조립되어 직선 운동을 하는 심압대 새들부; 서보 모터의 구동에 의해 상기 심압대 새들부를 이동시키는 볼 스크류; 상기 심압대 새들부 내에 형성되어 있는 공간에서 상기 볼 스크류에 결합되어 있으며, 상기 심압대 헤드부가 상기 가공물에 밀착되기 전에는 상기 심압대 새들부와 함께 직선 이동하다가, 상기 심압대 헤드부가 상기 가공물에 밀착되면서 상기 심압대 새들부와 심압대 헤드부가 이동이 멈추게 되면, 상기 심압대 새들부 내부에 형성되어 있는 공간에서 직선 이동을 시작하는 볼 스크류 너트; 및 상기 볼 스크류 너트에 의해 압축되어 클램프력을 발생시키는 가압 디스크 스프링을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명의 호빙 머신의 심압대에 따르면, 서보 모터에 의해 이동되는 심압대가 가공물에 일정한 힘을 가하여 클램프할 수 있으며, 디스크 스프링을 사용하여 클램프력을 높일 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 호빙 머신의 심압대를 보인 개략도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 호빙 머신의 심압대 제어 방법을 설명하기 위한 순서도.
도 3은 도 2에서 심압대 클램프 위치 결정 과정을 설명하기 위한 순서도.
도 4는 도 2에서 심압대 이동 과정을 설명하기 위한 순서도.
도 5는 본 발명에 적용되는 사용자 인터페이스 화면을 예시적으로 보인 도면.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 호빙 머신의 심압대에 대해서 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 호빙 머신의 심압대를 보인 개략도이다.

도 1에서 심압대 헤드부(10)는 가공물(1)에 접촉하여 클램프력을 가하는 것으로, 심압대 새들부(20)와 조립되어 있다.

심압대 새들부(20)는 심압대 헤드부(10)와 조립되어 직선 운동을 하는 것으로, 볼 스크류 너트(40)에 나사 결합되어 있다.

볼 스크류(30)는 서보 모터(미도시)의 구동에 의해 회전하여 볼 스크류 너트(40)에 결합되어 있는 심압대 새들부(20)와 심압대 헤드부(10)를 직선 이동시킨다.

볼 스크류 너트(40)는 심압대 새들부(20) 내에 형성되어 있는 공간에서 볼 스크류(30)에 나사 결합되어 있는 것으로, 볼 스크류(30)에 연결되어 있는 서보 모터(미도시)의 구동에 의해 직선 이동한 심압대 헤드부(10)가 가공물(1)에 밀착하게 되면, 심압대 새들부(20)와 심압대 헤드부(10)는 이동을 멈추게 되고, 서보 모터(미도시)의 구동에 의해 볼 스크류(30)에 나사 결합되어 있는 볼 스크류 너트(40)가 이동을 시작하게 된다.

즉, 볼 스크류 너트(40)는 심압대 헤드부(10)가 가공물(1)에 밀착되기 전에는 심압대 새들부(20)와 함께 직선 이동하다가, 심압대 헤드부(10)가 가공물(1)에 밀착되면서 심압대 새들부(20)와 심압대 헤드부(10)가 이동을 멈추게 되면, 심압대 새들부(20) 내부에 형성되어 있는 공간에서 직선 이동을 시작하게 된다.

완충 스프링(50)은 심압대 새들부(20)와 볼 스크류 너트(40) 사이 공간에 설치되는 것으로, 심압대 헤드부(10)가 가공물(1)에 밀착될 때의 충격을 완화시켜 심압대에 연결된 부품들을 보호한다.

가압 디스크 스프링(60)은 심압대 헤드부(10)가 가공물(1)에 밀착되면서 심압대 새들부(20)와 심압대 헤드부(10)가 이동을 멈춘 후, 심압대 새들부(20) 내부에 형성되어 있는 공간에서 직선 이동된 볼 스크류 너트(40)에 의해 압축되어 클램프력을 발생시킨다.

즉, 볼 스크류 너트(40)는 심압대 새들부(20) 내부에 형성되어 있는 공간에서 가압 디스크 스프링(60)이 있는 위치까지 일정 거리(예를 들어, 10mm 정도) 이동하여 가압 디스크 스프링(60)을 압축하여 클램프력을 발생시킨다.

한편, 센서 도그(70)는 볼 스크류 너트(40)에 연결되어 있는 것으로, 볼 스크류 너트(40)의 이동에 따라 함께 이동된다.

토크 측정 시작 위치 감지 센서(80)는 센서 도그(70)가 일정 거리(예를 들어, 3~4mm) 이동하면, 동작을 시작하여 즉, 신호를 발생하여 심압대가 토크 측정 시작 위치까지 이동했음을 알리는 것으로, 제어부(미도시)는 토크 측정 시작 위치 감지 센서(80)로부터 신호를 인가받으면 서보 모터(미도시)의 토크를 측정하기 시작한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 호빙 머신의 심압대 제어 방법을 설명하기 위한 순서도로, 본 발명에 따른 호빙 머신의 심압대 제어 방법은 크게 심압대 클램프 위치 결정 과정(S100)과, 심압대 이동 과정(S200)을 포함하여 이루어진다.

심압대 클램프 위치 결정 과정(S100)에서는 일정한 힘으로 가공물(1)을 클램프하기 위해 사용자 인터페이스 화면을 통해 클램프력을 설정받고, 설정받은 클램프력으로 가공물(1)을 클램프하기 위한 심압대 클램프 위치를 결정한다.

심압대 이동 과정(S200)에서는 가공물(1)의 실 가공시, 심압대 클램프 위치 결정 과정(S100)에서 결정된 심압대 클램프 위치까지 심압대를 설정된 속도로 이동시켜 가공물(1)을 클램프한 후, 심압대를 정지시킨다.

도 3은 도 2에서 심압대 클램프 위치 결정 과정을 설명하기 위한 순서도이다.

우선, 일정한 힘으로 가공물(1)을 클램프하기 위한 심압대 클램프 위치를 결정해야 하는데, 이를 위해 제어부(미도시)는 사용자 인터페이스 화면을 통해 사용자로부터 클램프력을 설정받는다(S105).

상기한 과정 S105를 통해 클램프력을 설정한 사용자는 심압대를 가공물 상면에 수동으로 이동시켜 +1mm 이내로 근접시키고(S110), 심압대 위치 결정 프로그램을 실행시켜 제어부(미도시)가 현재 위치를 기준으로 위치 조정하여 감속 위치를 설정하도록 한다(S115).

상기한 과정 S115에서 제어부(미도시)는 현재 위치를 기준으로 예를 들어, +5mm 위치를 감속 위치로 설정한다.

이후, 제어부(미도시)는 심압대를 설정된 높이(예를 들어, +15mm)만큼 상승시킨 후(S120), 심압대를 이동시킨다(S125).

상기한 과정 S125를 통해 심압대를 이동시키는 중에 토크 측정 시작 위치 감지 센서(80)가 동작하여 신호가 발생되면(S130:예), 심압대가 토크 측정 시작 위치에 도달한 것으로 판단하여, 심압대를 일정 속도(예를 들어, F50mm/min)로 이동시키면서 서보 모터의 토크를 측정한다(S135).

그러나, 토크 측정 시작 위치 감지 센서(80)가 동작하지 않으면(S130:아니오), 센서 확인 알람을 발생시켜 심압대 이동에 따른 안전을 확보한다(S150).

이후에는, 상기한 과정 S135를 통해 실시간 측정되는 측정 토크가 상기한 과정 S105를 통해 입력받은 클램프력으로 계산된 설정 토크에 도달하는 지를 확인한다(S140).

상기한 과정 S140에서 클램프력으로 계산된 설정 토크(T)는, 수학식 1에 의해 계산된 값으로, 클램프력이 1,000kgf인 경우, 설정 토크는 7.487Nm이 된다. 이때, 심압대가 수직축이므로, 안내면 가이드의 마찰계수와 심압대 헤드 및 새들 무게가 상충되므로, 마찰계수 μ=0이라 가정한다.

상기한 과정 S140의 확인결과 측정 토크가 설정 토크에 도달하게 되면, 심압대의 이동을 정지시키고, 현재의 심압대 위치 좌표를 사용자 인터페이스 화면에 표시하여 심압대 클램프 위치로 설정한다(S145).

상기한 과정 S145에서 현재의 심압대 위치 좌표를 심압대 클램프 위치로 설정할 때, 현재 서보 모터의 실제 토크와 심압대의 실제 클램프력을 사용자 인터페이스 화면에 표시하는 것이 바람직하다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 심압대 클램프 위치 설정 과정을 통해 심압대 클램프 위치가 결정된 후에는, 결정된 심압대 클램프 위치로 심압대를 이동시켜 가공물(1)을 실제 가공하게 된다.

도 4는 도 2에서 심압대 이동 과정을 설명하기 위한 순서도로, 가공물(1)의 실 가공시, 제어부(미도시)는 심압대를 상승 위치(S205)에서 호빙 지그의 조건을 판별하여(S210), 심압대 클램프 타입이 콜렛 방식 메인 클램프 장치이면(S215:예), 메인 가공물 클램프 장치의 언 클램프 조건을 판별하여 언 클램프 조건이면(S220:예), 심압대를 심압대 클램프 위치 결정 과정(S100)에서 설정된 감속 위치까지 이동시키고(S225), 언 클램프 조건이 아니면 콜렛 방식의 호빙 지그의 소손을 방지하기 위한 알람을 발생시킨다(S255).

한편, 상기한 과정 S210에서 호빙 지그의 조건을 판별한 결과, 심압대 클램프 타입이 누름 방식 샤프트 기어이면(S215:아니오), 제어부(미도시)는 메인 클램프 장치의 조건을 무시하고 심압대를 심압대 클램프 위치 결정 과정(S100)에서 설정된 감속 위치까지 이동시킨다(S225).

상기한 과정 S225를 통해 심압대를 심압대 클램프 위치 결정 과정(S100)에서 설정된 감속 위치까지 이동시킬 때, 사용자 인터페이스 화면을 통해 설정된 하강 속도로 심압대를 이동시키는 것이 바람직하다.

상기한 과정 S225를 통해 심압대를 감속 위치까지 이동시킨 후에는 심압대 클램프 위치 결정 과정(S100)에서 결정된 심압대 클램프 위치 도달 직전까지, 예를 들어 도달 전 +2mm까지 심압대를 사용자 인터페이스 화면을 통해 설정된 클램프 속도로 이동시키면서 토크 측정 시작 위치 감지 센서(80)의 신호를 모니터링한다(S230, S235).

여기서, 클램프 속도는 하강 속도보다 상대적으로 작은 값으로 설정되는 것이 바람직하다.

상기한 과정 S235의 모니터링 결과 심압대가 심압대 클램프 위치 도달 직전까지 이동하는 중에 토크 측정 시작 위치 감지 센서(80)의 신호가 감지되지 않으면(S240:아니오), 알람을 발생시키고(S255), 모니터링 결과 심압대가 심압대 클램프 위치 도달 직전까지 이동하는 중에 토크 측정 시작 위치 감지 센서(80)의 신호가 감지되면(S240:예), 심압대를 심압대 클램프 위치까지 이동시켜 가공물(1)을 클램프한 후(S245), 심압대를 정지시킨다(S250).

상기한 과정 S245에서 심압대를 심압대 클램프 위치까지 이동시켜 가공물(1)을 클램프할 때, 제어부(미도시)는 가공물을 클램프한 심압대 클램프 위치에서의 서보 모터 실제 토크와 심압대의 실제 클램프력을 사용자 인터페이스 화면에 표시하는 것이 바람직하다.

이때, 심압대의 실제 클램프력과 심압대 클램프 위치 결정 과정(S100)에서 설정받은 클램프력을 서로 비교하여 두 클램프력 사이의 오차가 기설정된 범위를 벗어나면, 위치 오류 알람을 발생시키고, 오차가 기설정된 범위 이내이면, 가공물을 클램프한 심압대 클램프 위치에서 서보 모터의 실제 토크와 심압대의 실제 클램프력을 사용자 인터페이스 화면에 표시하는 것이 바람직하다.

도 5는 본 발명에 적용되는 사용자 인터페이스 화면을 예시적으로 보인 도면이다.

본 발명에 적용되는 사용자 인터페이스 화면은 심압대 상승 위치 입력부(a), 심압대 감속 위치 표시부(b), 심압대 상승 속도 입력부(c), 심압대 하강 속도 입력부(d), 심압대 클램프 속도 입력부(e), 심압대 클램프력 입력부(f), 심압대 클램프 위치 표시부(g), 심압대 클램프 타입 입력부(h), 모터 세팅 토크 표시부(i), 모터 실제 토크 표시부(j), 모터 실제 클램프력 표시부(k) 등을 포함하여 이루어진다.

이와 같은 구성에 있어서, 심압대 상승 위치 입력부(a)는 사용자로부터 가공 전, 후에 심압대가 상승되는 위치를 입력받는다.

심압대 감속 위치 표시부(b)는 심압대가 클램프 위치로 이동할 때 감속할 위치인 감속 위치를 표시하는 곳으로, 감속 위치는 심압대 위치 결정 프로그램의 실행에 따라 자동 설정되며, 가공물의 위치에서 심압대가 예를 들어 5mm 정도 떨어진 위치로 설정된다.

심압대 상승 속도 입력부(c)는 사용자로부터 심압대의 상승 속도를 입력받으며, 심압대의 상승 속도를 서보 모터의 최고 속도로 하여 가공 생산성을 높이도록 구성할 수 있다.

심압대 하강 속도 입력부(d)는 사용자로부터 심압대의 하강 속도를 입력받으며, 심압대의 하강 속도를 서보 모터의 최고 속도로 하여 가공 생산성을 높이도록 구성할 수 있다.

심압대 클램프 속도 입력부(e)는 감속 위치에서 심압대 클램프 위치까지의 구간 이동 속도를 입력받는다. 심압대 클램프 속도를 입력할 때, 사용자는 가공물의 상태, 형태에 따라 심압대 클램프 속도를 입력하되, 일반적인 링 기어는 F500~2000/min 정도로 설정하고, 샤프트 기어는 클램프 찍힘이 필요하므로 F2000~6000/min 정도를 설정한다.

심압대 클램프력 입력부(f)는 가공물에 대한 심압대 클램프력을 입력받는다. 심압대 새들부(20) 내부의 가압 디스크 스프링(60)의 허용 최대 압축량은 1.2mm 정도이며, 클램프력 설정 가능 범위(400~2000kgf) 이상 압축시 가압 디스크 스프링(60)의 소성 변형이 일어날 수 있으므로, 클램프력 설정 가능 범위 이상의 클램프력이 입력되는 경우에는 클램프력 입력 알람이 발생하도록 구현되는 것이 바람직하다.

심압대 클램프 위치 표시부(g)는 심압대 클램프력 입력부(f)를 통해 심압대 클램프력을 입력받은 후, 심압대 위치 결정 프로그램에 의해 자동 결정된 심압대 클램프 위치를 표시한다. 사용자는 서보 모터의 실제 클램프력을 확인하여 심압대 클램프 위치를 조정할 수도 있다.

심압대 클램프 타입 입력부(h)는 호빙 지그의 종류에 따라 심압대 클램프 타입을 입력받아, 기계의 충격 및 안전을 확보하도록 한다.

모터 세팅 토크 표시부(i)는 심압대 클램프력 입력부(f)를 통해 입력받은 심압대 클램프력으로 자동 계산된 설정 토크를 표시한다.

모터 실제 토크 표시부(j)는 실시간으로 모니터링되는 서보 모터의 현재 부하를 실시간으로 표시한다.

모터 실제 클램프력 표시부(k)는 심압대가 가공물(1)을 클램프한 경우, 실제 클램프력을 표시한다. 또한, 서보 모터의 현재 부하를 실제 클램프력으로 환산하여 표시할 수도 있다.

본 발명의 호빙 머신의 심압대는 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

1. 가공물, 10. 심압대 헤드부,
20. 심압대 새들부, 30. 볼 스크류,
40. 볼 스크류 너트, 50. 완충 스프링,
60. 가압 디스크 스프링, 70. 센서 도그,
80. 토크 측정 시작 위치 감지 센서

Claims

가공물에 접촉하여 클램프력을 가하는 심압대 헤드부;
상기 심압대 헤드부와 조립되어 직선 운동을 하는 심압대 새들부;
서보 모터의 구동에 의해 상기 심압대 새들부를 이동시키는 볼 스크류;
상기 심압대 새들부 내에 형성되어 있는 공간에서 상기 볼 스크류에 결합되어 있으며, 상기 심압대 헤드부가 상기 가공물에 밀착되기 전에는 상기 심압대 새들부와 함께 직선 이동하다가, 상기 심압대 헤드부가 상기 가공물에 밀착되면서 상기 심압대 새들부와 심압대 헤드부가 이동이 멈추게 되면, 상기 심압대 새들부 내부에 형성되어 있는 공간에서 직선 이동을 시작하는 볼 스크류 너트; 및
상기 볼 스크류 너트에 의해 압축되어 클램프력을 발생시키는 가압 디스크 스프링을 포함하여 이루어지는 호빙 머신의 심압대.
제 1항에 있어서, 상기 심압대 새들부와 상기 볼 스크류 너트 사이에 설치되어, 상기 심압대 헤드부가 상기 가공물에 밀착될 때의 충격을 완화시키는 완충 스프링을 더 포함하여 이루어지는 호빙 머신의 심압대.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 볼 스크류 너트에 연결되어 있으며, 상기 볼 스크류 너트의 이동에 따라 함께 이동되는 센서 도그; 및
상기 센서 도그의 이동에 따라 상기 심압대가 토크 측정 시작 위치까지 이동했음을 감지하는 토크 측정 시작 위치 감지 센서를 더 포함하여 이루어지는 호빙 머신의 심압대.