KR20160099815A

KR20160099815A - 하이브리드 서보 프레스기

Info

Publication number: KR20160099815A
Application number: KR1020150021955A
Authority: KR
Inventors: 정 연 이
Original assignee: (주)대흥유압
Priority date: 2015-02-13
Filing date: 2015-02-13
Publication date: 2016-08-23
Also published as: KR101650650B1

Abstract

본 발명은 하이브리드 서보 프레스기에 관한 것으로 ,특히 유압과 서보모터를 조합하여 속도,압력제어가 가능하게 되는 정밀도를 유지하면서도 저가(低價)로 제작할 수 있는 경제성을 갖게 하였고, 또한 컴팩트(Copact)한 구성으로 공간 활용성을 좋게하면서도, 쾌적한 작업환경을 조성하는 정숙성과 에너지 효율성을 갖게하였고, 또한 사용에 따른 유지 및 보수를 저렴한 비용으로 할 수 있게 하였다.

Description

하이브리드 서보 프레스기{Hybrid Servo Press Machine}

본 발명은 각종 산업 분야에서 사용하는 하이브리드 서보 프레스기에 관한 것으로, 특히 유압펌프와 서보모터를 적용하여 속도,압력제어가 가능하게 되는 정밀도를 유지하면서도 저가(低價)로 제작할 수 있게 한 하이브리드 서보 프레스기에 관한 것이다.

일반적으로 프레스는 큰 힘을 이용하여 재료의 소성가공 또는 절단가공을 수행하는 기계장치를 말하는 것으로서, 다양한 종류의 프레스가 개발되어 용도와 목적에 맞게 사용되고 있으나, 일반적인 프레스에서는 구조와 제어관계의 한계로 정밀을 제품을 생산하는 데 사용은 곤란한 점이 있다.

따라서 새롭게 개발되어 사용되고 있는 것이 볼스크류방식 혹은 유압서보밸브 방식의 서보프레스이다. 이러한 서보프레스 또한 다양하게 구성되며, 정밀도 또한 각각 달리하고 있으나, 높은 정밀을 요구하는 서보 프레스는 가격이 고가로 되어 사용자들에게 부담이 되고, 반면에 저가의 서보 프레스는 사용함에 부담이 없으나 정밀도에서 떨어지는 문제가 있다.

하기 특허문헌에 정밀도를 향상 시키었다고 하는 기존의 서보프레스의 일예를 표시하였다.

이 선행기술은 서보모터에 의해 2개의 일정 용량 유압펌프를 작동되게 하여 액츄에이터(유압실린더)를 제어할 수 있도록 함으로써, 프레스에서 요구되는 프레스 압력에 대응하여 하나 또는 2개의 유압펌프를 구동제어할 수 있게 하여 그만큼 적은 작동유로로 정밀제어를 가능하게 하였다 고하는 서보 모터를 이용한 프레스 장치의 액츄에이터 제어장치을 알수 있다.

그러나 상기 선행기술인 서보 모터를 이용한 프레스 장치의 액츄에이터 제어장치는, 단순히 서보모터가 2개의 일정 용량 유압펌프를 작동 되게하여 이때의 유압이 유압실린더에 작용되게 하는 것이기 때문에, 속도 및 압력의 제어가 신속하게 실행되지 못하는 문제가 있다.

따라서 유압실린더(액츄에이터)의 전진 및 후진이동 속도(Stroke) 및 압력 제어를 피 가공제품에 따라 맞게 조절하는 정밀도를 유지하면서도 저가로 제작할 수 있는 서보 프레스의 개발이 절실하게 요구되고 있다.

KR 특허등록번호 제10-1274968호

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 보완하고 다양한 추가 장점들을 제공하기 위하여 개발된 것으로, 특히 유압과 서보모터를 조합하여 속도,압력제어가 가능하게 되는 정밀도를 유지하면서도 저가(低價)로 제작할 수 있는 경제성을 갖게 하였고, 또한 컴팩트(Copact)한 구성으로 공간 활용도를 좋게하면서도, 쾌적한 작업환경을 조성하는 정숙성과 에너지 효율성을 갖게하였고, 또한 사용에 따른 유지 및 보수를 저렴한 비용으로 할 수 있게 한 하이브리드 서보 프레스기를 제공하는 데 목적이 있다.

상기 목적은 본 발명에 따라 제공되는 하이브리드 서보 프레스기에 의하여 달성된다.

본 발명의 일 양상에 따라 제공되는 하이브리드 서보 프레스기는, 유체압력 부여에 따라 전진 및 후진 작동되는 유압실린더로 이루어진 유압 프레스에 있어서, 콘트롤러로부터 입력되는 기 설정된 제어신호에 따라서 정 혹은 역방향으로 구동되게 한 서보모터; 상기 서보모터에 연결되며 이 서보모터가 정 혹은 역방향으로 구동할 때 마다 발생되는 정 혹은 역방향 유체압력이 상기 유압실린더로 전달되게 하여 전진 및 후진 작동되게 하되, 상기 유압실린더의 전진 및 후진 작동에 따라 유압 주입량 및 퇴로량이 서로 달라지게 하는 유로를 형성하여 상기 유압실린더의 전진 및 후진 이동 속도와 유체압력을 제어할 수 있게 하는 하이브리드 유압 발생부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 있어서, 상기 하이브리드 유압 발생부는, 상기 서보모터와 직결되는 양방향 유압펌프와, 상기 양방향 유압펌프로부터 상기 유압실린더의 토출구 및 흡입구 측으로 각각 연결되어 상기 유압실린더로 하여금 신속히 전진 및 후진 위치로 전환되게 하는 유체압력이 부여되는 유로를 형성하는 제1,제2유로와 제1,제2유로와 연락되게 연결되어 상기 유압실린더 측으로 작용되는 유체압력을 보충하거나 혹은 보충하였던 유체압력이 탱크측으로 환원되는 퇴로를 형성하는 제3유로 및 제4유로와, 상기 제1유로내지 제4유로에 연락되게 설치되어 상기 양방향 유압펌프로부터 발생되는 유압이 정 혹은 역방향의 어느 한 반향으로만 일정하게 흐를 수 있게 하는 체크밸브들과, 이 체크밸브들과 같이 상기 제1 내지 제4유로와 연락되게 설치되어 유로에 이상 부압이 발생시 개방되어 유압의 도피로를 제공하는 안전밸브(Relief Valve)들, 및 상기 밸브들과 같이 상기 제1 내지 제4유로에 연락되게 설치되어 상기 유압실린더의 전진 및 후진작동시 유체압력 흡입측의 유압 저항력을 최소화하기 위해 개방할 수 있게 한 파일럿 체크밸브(Pilot Check Valve)들로 구성됨을 특징으로 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 유압과 서보모터를 적용하여 속도,압력제어가 가능하게 되는 정밀도를 유지하면서도 저가(低價)로 제작할 수 있는 효과를 부여한다.

또한 컴팩트(Copact)한 구성으로 공간 활용성 증대는 물론 작동시에도 소음발생을 최소화하여 쾌적한 작업환경을 만들어주고, 또 에너지 소비를 적게하여 유지 및 보수 등의 운전 비용이 적게 소요되는 효과를 부여한다.

도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 서보 프레스기를 개략적으로 나타낸 구성도이고,
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 서보 프레스기의 하이브리드 유압발생부의 유압회로를 나나탠 도면이고,
도 3a 및 도3b는 본 발명에 따른 하이브리드 서보 프레스기에서 유압이 정 혹은 역방향으로 작동되는 과정을 각각 나타낸 유압 작동 설명도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 보다 바람직한 실시예들을 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 서보 프레스기를 개략적으로 나타낸 구성도이다.

도면 표시와 같이, 본 발명에 따른 서보 프레스기(100)의 구성을 대별(大別)하면, 제어프로그램이 내장된 콘트롤러(110)로부터 입력되는 기 설정된 제어신호에 따라서 정 혹은 역방향으로 구동되게 한 서보모터(120)와, 이 서보모터(120)에 연결되며 이 서보모터(120)가 정 혹은 역방향으로 구동시 마다 발생되는 정 혹은 역방향 유압이 유압실린더(140)(액츄에이터)로 전달되게 하되, 유압실린더(140)의 전진 이동시 유압 주입량이 후진시의 유압 퇴로량에 비하여 작게하고, 반대로 유압실린더(140)의 후진 이동시에는 유압 주입량 보다 후진시의 유압 퇴로량이 많게 되는 유로(P)를 형성하여, 유압실린더(140)의 전진 및 후진 이동 속도와 압력을 임의로 제어될 수 있게 하는 하이브리드 유압 발생부(130)를 포함하고 있다.

상기 유로(P)는 서보모터(120)와 하이브리드 유압발생부(130) 및 유압실린더(140)(액츄에이터)를 각각 연결되게 구성하여 유압실린더(140)의 전진 및 후진 이동시에 맞는 유체압력이 유도되는 폐쇄 유압회로를 형성한다. 이에 대해서는 후술하는 도2를 참조 하여 상세하게 설명한 다.

도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 서보 프레스기의 하이브리드 유압발생부의 유압회로를 나나탠 도면이다.

도면 표시와 같이, 하이브리드 유압발생부(130)는, 서보모터(120)와 직결되는 양방향 유압펌프(131)를 구비하고 있다. 양방향 유압펌프(131)는 양쪽으로 유압토출로를 갖고 있어, 어느 한쪽이 유압을 토출하는 토출부로 되면, 다른 한쪽은 흡입부로 되는 구성을 하고 있다. 이러한 양방향 유압펌프(131)로부터는 제1,제2유로(P1,P2)가 연결되어져서 연장되어 유압실린더(140)의 토출구(141) 및 흡입구(143)측으로 각각 연락되게 연결됨에 의해, 상기 양방향 유압펌프(131)와 유압실린더(140)의 사이에는 유체압력이 정 혹은 역방향으로 흐를수 있게 하는 폐쇄 유로(P)가 형성되고, 이 폐쇄 유로(P)를 따라 흐르는 정 혹은 역방 향의 유체압력이 하이브리드 형태로 상기 유압실린더(140)에 작용되어, 상기 유압실린더(140)를 신속히 전진 혹은 후진이동되도록 전환한다. 또한 제1,제2유로(P1,P2)에는 제3유로(P3)가 밸브들(134a,134b)(135a,135b)(136a,136b)을 개재하여 제1,제2유로들 (P1,P2)과 상호 연락되게 설치되어 있고, 제3유로(P3)에는 유체압력을 보충하기 위한 제4유로(P4)가 설치되며, 제4유로(P4)는 유체 탱크와 연결된다.

상기 밸브들(134a,134b)은 제1 내지 제3유로(P1~P3)에 연락되게 설치된 체크밸브로서, 양방향 유압펌프(131)로부터 발생되는 유체압력이 정 혹은 역방향의 어느 한 반향으로만 흐를 수 있게 한다.

상기 밸브들(135a,135b) 또한 상기 역지밸브들(134a,134b)과 같이 제1 내지 제3유로(P1~P3)와 연락되게 설치되어 유로(P)에 이상 부압(負壓)이 발생시 개방되어 유압의 도피로를 제공하는 안전밸브(Relief Valve)이고,

상기 밸브들(136a,136b)은 상기 역지밸브들(134a,134b) 및 안전밸브(Relief Valve)(135a,135b)과 같이 제1 내지 제3유로(P1~P3)와 연락되게 설치되어, 상기 유압실린더(140)의 전진 및 후진이동시 유압 흡입측으로 작용되는 쪽의 유압 저항력을 최소화하기 위해 개방될 수 있게 하였다. 파일럿 체크밸브(Pilot Check Valve)(136a,136b)의 개방은 유압 흡입측으로 작용되는 쪽의 유압 저항력을 최소화하여 유압실린더(140)의 전진 및 후진 작동이 보다 빠른 속도로 작용되게 하는 것을 가능하게 한다. 이에 대해서는 후술하는 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명한다.

도 3a 및 도3b는 본 발명에 따른 하이브리드 서보 프레스기에서 유압이 정 혹은 역방향으로 작동되는 과정을 각각 나타낸 유압 작동 설명도이다.

먼저, 도 3a를 참조하여 본 발명에 따른 하이브리드 서보 프레스기에서 유압이 정방향(시계방향)으로 빠르게 작동되는 과정을 설명한다.

도면 표시와 같이, 서보모터(120)가 정방향(화살표 시계방향)으로 작동되면, 양방향 유압펌프(131)의 토출과 흡입작동에 의하여, 유압발생부(130)의 폐쇄 유로(P)에는 화살표A 방향에서 화살표B 방향으로 흐르게 되는 유체압력이 발생되어, 유압실린더(140)의 토출구(141)쪽으로 작용되게 함으로써 유압실린더(140)를 전진 작동되게 한다. 이때 유압실린더(140)로 하여금 전진 작동을 좀더 빠르게 하기 위하여, 상기 제3유로(P3)와 연결된 제4유로(P4)를 통해서는 항시 유체가 보충된다.

이때 보충되는 유체는 제4유로(P4)를 통해서 제3유로(P3) 및 제2유로(P2)를 따라 화살표B 방향으로 흐르게 하여 양방향 유압펌프(131)의 흡입측으로 작용되게 함으로써, 유압실린더(140)의 전진이동을 유체압력이 더 주입되는 량만큼 빠르게 한다. 그 이유는 유압실린더(140)의 전진이동시에는 제4유로(P4)를 통해서 유체가 보충되게하여 유압실린더(140)의 토출구(141)측으로 주입되는 유체량이 유압실린더(140)의 흡입구(143)로부터 흡입되는 퇴로량보다 더많이 주입되도록 구성 하였기 때문이다.

유압실린더(140)의 전진 작동시에는 상기 제4유로(P4)를 통한 유체의 보충으로 인한 제1유로(P1)쪽의 유체압력이 제2유로(P2)에 비하여 상대적으로 높아지게 되어 상기 역지밸들(134a,134b)중 제1역지밸브(134a)는 폐쇄되는 반면, 반대쪽의 제2역지밸브(134b)는 개방되어 제3유로(P3)를 따라 흐르는 유체가 제2유로(P2)의 화살표B 방향으로만 흐르게되는 유로를 형성되게 한다. 이때 파일럿 체크밸브(Pilot Check Valve)(136a,136b)중 제2유로(P2)측으로 연결된 제2 파일럿 체크밸브(136b)는 강제로 개방시키어, 제3유로(P3) 및 제2유로(P2)를 따라서 화살표 B방향인 양방향 유압펌프(131)의 유압 흡입측으로 작용되는 쪽의 유압 저항력을 최소화되게 하여, 양방향 유압펌프(131)의 유압 흡입측으로 유압력이 신속히 흡입될 수 있게 한다.

도3b를 참조하여 본 발명에 따른 하이브리드 서보 프레스기에서 유압이 역방향(시계 반대방향)으로 빠르게 작동되는 과정을 설명한다.

도면 표시와 같이, 서보모터(120)가 역방향(시계반대방향)으로 작동되면, 양방향 유압펌프(131)는 토출과 흡입 작동이 상기 도3a의 경우와는 반대로 전환됨 에 의해, 유압발생부(130)의 폐쇄 유로(P)에는 화살표B 방향에서 화살표A 방향으로 흐르게 되는 유압력 발생으로 인해, 유압실린더(140)의 흡입구(143)쪽으로 흡입되어 토출구(141)로 토출되면서 양방향 유압펌프(131)의 유압 흡입측으로 유압력이 신속히 흡입되게 작용되어지게 함으로써, 유압실린더(140)는 후진 작동이 실행된다.

이때 유압실린더(140)로부터 후진 작동이 좀더 빠르게 진행되도록 하기 위하여, 상기 유압실린더(140)의 흡입구(143)쪽으로 흡입되어 토출구(141)로부터 제1유로(P1)를 통하여 흐르는 유체압력 중 상기 유압실린더(140)의 전진 작동시 제4유로(P4)를 통하여 보충되었던 유체 압력에 해당되는 만큼이 유압력을 원래 상태로 도피시킬 필요가 있다. 상기 유압실린더(140)의 토출구(141)로부터 제1유로(P1)를 통하여 흐르는 유체 압력의 도피는, 상기 파일럿 체크밸브(136a,136b)중 개방되어 있던 제2파일럿 체크밸브(136b)는 폐쇄되지만, 제1파일럿 체크밸브(136a)는 개방시키어 제1유로(P1)에서 제1파일럿 체크밸브(136a)와 제3유로(P3) 및 제4유로(P4)를 통하여 흐르는 화살표 D방향의 유체 압력에 대한 일부 퇴로를 형성하여, 다시 제4유로(P4)와 연결된 탱크 측으로 환원되게 한다. 제1유로(P1)로부터 제3유로(P3)및 제4유로(P4)를 통한 유체 압력의 도피는 유압실린더(140)의 후진 작동이 신속히 이루어지게 한다. 그 이유는 유압실린더(140)의 후진 작동에서는 유체의 주입량보다 제1유로(P1)에서 제1파일럿 체크밸브(136a)와 제3유로(P3) 및 제4유로(P4)를 통하여 화살표 D방향으로 도피되는 유체량이 더 많기 때문이다.

상기 유압실린더(140)의 후진 작동에서 상기 역지밸들(134a,134b)은 양측 유로 즉, 제1유로(P1)와 제2유로(P3)에서의 유체압력이 낮아져서 전부 폐쇄된다.

한편, 폐쇄유로(P)에서 화살표 A→B 방향 혹은 화살표 B→A방향으로 흐르는 유체압력에서 이상 부압(負壓)이 발생시에는 안전밸브(Relief Valve)(135a,135b) 중 어느 하나 혹은 모두가 탱크로 도피되는 도피로를 제공한다.

본 발명은 유압실린더의 전진시에는, 유압실린더에 작용되는 유체압력 주입량이 유압실린더로부터 토출되는 퇴로량보다 많게 하였고, 반대로 유압실린더의 후진 작동시에는 유압실린더에 주입되는 주입량보다 퇴로 량이 많아지게 한 구성으로, 기존에 실린더에 비하여 전,후진 작동을 빨라지게 하여 그 만큼 작업속도가 빨라지게 하였고, 또한 피 가공물에 대하여 가해지는 유압실린더의 유체 압력이 조절이 가는하게 된다. 따라서 서보모터에 작업신호를 입력하는 콘트롤러의 성능에 따라서 어떠한 동작도 가능하게 될수 있다. 예컨데, 사인파 혹은 구형파(矩形波)등의 위치, 압력제어가 가능하게 된다.

본 발명은 정밀한 서보 프레스 작업이 요구되는 제조회사는 물론 정밀 제품 개발을 연구하는 연구소 등에서 폭 넓게 사용할 수 있다.

이상에서는 본 발명을 구체적인 실시 예를 통하여 설명하였으나, 당업자라면 본 명세서에서 설명된 여러 가지 특징을 참조하고 조합하여 다양하고 변형된 구성이 가능하다. 따라서 본 발명의 범위가 설명된 실시 예에만 국한되는 것이 아니라, 첨부된 청구범위에 의하여 해석되어야 함을 지적해둔다.

100 : 서보 프레스기
120 : 서보모터
130 : 유압발생부, 131: 양방향 유압펌프
140 : 유압실린더

Claims

유체압력 부여에 따라 전진 및 후진 작동되는 유압실린더로 이루어진 유압 프레스에 있어서,
콘트롤러로부터 입력되는 기 설정된 제어신호에 따라서 정 혹은 역방향으로 구동되게 한 서보모터; 및
상기 서보모터에 연결되며 이 서보모터가 정 혹은 역방향으로 구동할 때 마다 발생되는 정 혹은 역방향 유체압력이 상기 유압실린더로 전달되게 하여 전진 및 후진 작동을 하게 하되, 상기 유압실린더의 전진 및 후진 작동시에 따라 유압 주입량 및 퇴로량이 서로 달라지게 하는 유로를 형성하여 상기 유압실린더의 전진 및 후진 작동 속도와 유체압력을 제어할 수 있게 하는 하이브리드 유압 발생부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 서보 프레스.
청구항1에 있어서,
상기 하이브리드 유압 발생부는, 상기 서보모터와 직결되는 양방향 유압펌프와, 상기 양방향 유압펌프로부터 상기 유압실린더의 토출구 및 흡입구 측으로 각각 연결되어 상기 유압실린더로 하여금 신속히 전진 및 후진 위치로 전환되게 하는 유체압력이 부여되는 유로를 형성하는 제1,제2유로와 제1,제2유로와 연락되게 연결되어 상기 유압실린더 측으로 작용되는 유체압력을 보충하거나 혹은 보충하였던 유체압력이 탱크측으로 환원되는 퇴로를 형성하는 제3유로 및 제4유로와, 상기 제1유로내지 제4유로에 연락되게 설치되어 상기 양방향 유압펌프로부터 발생되는 유압이 정 혹은 역방향의 어느 한 반향으로만 일정하게 흐를 수 있게 하는 체크밸브들과, 이 체크밸브들과 같이 상기 제1 내지 제4유로와 연락되게 설치되어 유로에 이상 부압이 발생시 개방되어 유압의 도피로를 제공하는 안전밸브(Relief Valve)들, 및 상기 밸브들과 같이 상기 제1 내지 제4유로에 연락되게 설치되어 상기 유압실린더의 전진 및 후진작동시 유체압력 흡입측의 유압 저항력을 최소화하기 위해 개방할 수 있게 한 파일럿 체크밸브(Pilot Check Valve)들로 구성됨을 특징으로 하는 하이브리드 서보프레스기.