KR20170140330A - 표면처리 도구 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 도구의 무게 중심이 도구의 표면 처리 영역에 가깝기 때문에 도구(16, 17, 18)가 무게에 의해 균형이 잡히도록 원통형 롤러(18)를 갖는 그라인딩 헤드(16, 17)가 있는 표면 처리 도구를 설계하는 것에 관한 것으로, 이러한 도구(18)는 표면의 레벨에 관계없이, 처리된 워크피스의 표면(25)에 따라 자동으로 조정된다. 그 결과, 워크피스 표면이 편평한 것이든 만곡된 것이든 똑같이 표면 처리가 행해지는 이전에 알려져 있지 않은 간단한 방식이 달성된다. 더욱이, 처리 압력이 필요에 따라 조정될 수 있도록, 도구(16, 17, 18)의 균형이 무게에 의해 잡힌다.

Description

표면처리 도구

본 발명은 워크피스(workpiece) 표면의 처리를 위한 표면처리 도구에 관한 것으로, 이러한 도구는 회전하는 도구 헤드를 포함하고, 이러한 도구 헤드 상에는 수개의 회전하는 도구가 방사상으로 장착되며, 이러한 회전하는 도구들은 원통형 커팅(cutting) 롤러 또는 그라인딩(grinding) 롤러를 포함한다.

마무리 목적으로 또는 표면층의 인가(application)와 같은 추가적인 처리 또는 결합될 표면들의 사전 처리를 위해 적합한 표면을 만들기 위해, 워크피스의 그라인딩, 디버링(deburring), 디러스트링(delustring), 연마(polishing) 등의 형태로 표면 처리를 하는 것은 매우 광범위하게 이루어지고 있는 것이고, 따라서 이들 목적을 위한 효율적인 장비에 대한 필요성이 상당히 많다.

동시에, 소위 3차원 표면을 갖는, 항공기, 자동차, 열차, 윈드터빈 블레이드(blade) 등에 대한 세그먼트(segment)들과 같은 큰 만곡된 표면들을 향한 개발이 증가하였고, 그러한 큰 워크피스는 또한, 예를 들면 마무리 표면처리의 목적으로 또는 다른 성분들과의 결합을 위한 준비로 표면 처리되어야 한다.

제한된 크기를 갖는 만곡된 표면들뿐만 아니라 편평한 표면의 표면처리를 위한 장비가 공지되어 있다. 그러므로 그러한 워크피스는 컨베이어(conveyor) 상에 놓일 수 있거나 처리 기계를 통과할 수 있는 종류의 것이거나 그러한 장비는 워크피스를 가로질러 움직일 수 있는 것이다.

FR3001169A1으로부터 만곡된 표면(12)들의 그라인딩을 위한 그라인더가 공지되어 있다. 도구의 헤드는 버팀대(suspension)에서 짐벌(gimbal)이 장착되어 있다. 일 구현예에서, 도구의 헤드는 경사 축(50)이 있는 마주보는 베어링(52)을 구비하고, 이러한 베어링(52)에는 버팀대(54)가 장착된다. 버팀대(54)는 축(50)에 수직인 경사 축(50)이 있는 피팅 애퍼쳐(fitting aperture)(56)에 장착된다. 피팅 애퍼쳐(56)는 지지 프레임(22, 46)을 포함하고, 이러한 지지 프레임(22, 46)에 의해 그것의 마주보는 단부는 도구(40, 42)의 브래킷(bracket)에 장착된다. 지지 암은 스프링 또는 공기압 실린더로 구성되는 무게 보상기에 의해 지지된다. 하지만, 그라인딩 휠(grinding wheel)이 아래쪽으로가 아닌 옆쪽으로 향하게 설계되기 때문에, 무게 보상기는 워크피스 표면에 맞닿는 도구의 압력에 영향을 미치지 않는다. 이 때문에 축 주위의 회전에 의해 표면에 맞닿아 도구의 헤드를 누르는 또 다른 액추에이터가 사용된다.

US939,737A로부터는 롤러 각각이 축 둘레에 장착되는 수 개의 그라인딩 롤러(37)에 방사상으로 장착되는 회전하는 도구 헤드(31)를 포함하는 표면 처리 도구가 또한 알려져 있고, 이러한 축은 도구 헤드의 회전축 상에서 수직이다. 도구는 워크피스 표면에 맞닿는 도구 헤드의 압력 조정을 위해 조정 가능한 무게 보상기(53, 57, 59)에 의해 지지되는 서스펜션(suspension)(24, 25)을 포함한다.

하지만, 이들 알려진 도구들은 수 개의 단점을 지니고 있다. 주로, 그러한 도구는 무게에 있어서 균형이 잡혀 있지 않고, 이는 워크피스 표면에 맞닿은 도구의 압력이 일정하지 않고 변할 수 있기 때문에 가변적인 그라인딩 효과를 가져온다. 그라인딩 효과의 어떠한 종류의 자가 조절(self-regulation)도 존재하지 않는다.

본 발명의 목적은 이들 제약과 불편한 점을 해결하는 것이고, 이는 회전축이 있는 마주보는 베어링들이 달려 있는 도구 헤드를 구비한 표면 처리 도구를 사용하는 본 발명에 따라 이루어지고, 그럴 경우 베어링들에는 서스펜션의 단부(end)들이 장착되어 있으며, 이러한 서스펜션은 회전축을 가지고 피팅 애퍼쳐에 장착되고, 이러한 회전축은 도구 헤드의 회전축 상에서 수직이며, 그러한 회전축은 서스펜션의 회전축 밑의 레벨에서 움직인다.

이러한 놀랄 만한 간단한 방식으로 편평하거나 만곡된 표면을 처리할 수 있는 자가 조정 가능한 도구가 얻어지는데, 이는 도구 자체가 그것의 서스펜션 때문에 워크피스의 모양을 따르기 때문이다. 그러므로 처리 도구는 다른 제어에 대한 필요없이 워크피스의 모양에 자동으로 조정되고, 이들 모두는 균형이 잡힌 서스펜션 때문이다.

그러므로 도구 서스펜션은 '균형 잡힌' 서스펜션을 구성하고, 이러한 서스펜션에서는 도구의 무게 중심 위치 결정(positioning)보다 낮고, 회전하는 동안의 도구의 일정한 자가 조절에 기여한다. 그 효과는 플라이휠(flywheel), 축 둘레에 있는 도구 헤드, 그러한 플라이휠의 회전과 결합된 수직인 레벨 상의 안정한 회전 움직임을 갖는 자이로(gyro) 장치들과 비슷하다. 축의 직관적이지 않은 움직임을 세차(precession)라고 부른다.

즉, 도구는 자가 정렬성이 있고, 무게 중심이 처리의 도구의 중심점에 가까울 대 표면 모양에 꼭 맞추어질 수 있다. 이는 워크피스의 표면을 쉽게 그리고 힘들이지 않게 따를 수 있는 균형 잡힌 도구를 달성하는 데 기여하고, 이는 그것이 표면 상태에 그것의 작용 위치를 항상 조정하려고 하기 때문이다.

또한, 서스펜션의 확대에만 의존적인 처리 작업 반경이 달성된다.

청구항 2에 설명된 것처럼, 지지 프레임 상에 도구의 베이스 플레이트 또는 브래킷 상에 장착되는 서스펜션을 장착함으로써, 처리 영역은 브래킷과 도구 헤드 자체 사이의 거리에 의해서만 제한되는 사이즈를 가지게 되고, 게다가 그러한 도구는 워크피스에서 비교적 꽤 많은 레벨 차이를 처리할 수 있게 된다.

청구항 3에 설명된 것처럼, 도구의 무게의 균형을 잡기 위해 보상기에 의해 지지 암을 지지함으로써, 원하는 처리 압력과 원하는 처리 힘에 도구를 맞추는 것이 가능하다.

청구항 4에 설명된 것처럼, 도구의 서스펜션이 피팅 애퍼쳐에 회전 가능하게 장착되는 것을 허용함으로써, 비슷하게 배향되는 워크피스 표면들을 처리하는 것이 가능하다.

마지막으로, 청구항 5에 설명된 것처럼, 추가 조정 없이 스스로 표면 윤곽선을 도구가 따를 수 있게 될 때 3D(dimensional) 표면들뿐만 아니라 편평한 부분의 처리를 위해 그러한 도구를 사용하는 것이 적절하다.

본 발명에 따른 표면 처리 도구에 관한 바람직한 구현예의 예는, 도면을 참조하여 이어지는 설명부에서 더 상세히 설명된다.
도 1은 수평으로 매달린 도구의 측면도.
도 2는 위에서 본 도구를 도시하는 도면.
도 3은 경사진 표면을 갖는 워크피스를 처리하는 도구 헤드를 도시하는 도면.

이후 본 발명은 특별히, 도구가 Fladdervalser

로서 알려진 그라인딩 롤러와 같은 모양을 가지는, 그라인딩, 디러스트링, 및 비슷한 표면들을 위한 장치로서 설명된다.

이들 롤러(18)는 도 1 및 도 3에 도시된 것처럼, 롤러를 형성하기 위해 나란히 놓이는, 갸름한 구멍을 낸 원형의 그라인딩 소자들로 구성되는 원통형 도구들이고, 이를 통해 워크피스 표면에서의 레벨 차이가 있을 때에도, 균일한 그라인딩 효과가 얻어지기 때문에 사용하기에 안전한 그라인딩 도구를 얻는다.

도면에 도시된 바와 같이, 롤러(18) 각각은 차축 저널(axle journal)(17)에 고정되고, 이러한 차축 저널(17)은 본 예에서는 그라인딩 헤드 둘레에 고르게 펼쳐져 있는 6개의 저널을 가진다.

이러한 그라인딩 헤드는 모터(16)에 의해 구동된 전동 장치(gearing)를 담고 있다.

그라인딩 롤러(18)가 도 3에서 화살표들로 표시된 것처럼, 인접한 반대 방향(24)으로 회전되면서, 그라인딩 롤러(18)가 한 방향(23)으로 도구의 중심축, 즉 회전축(19) 둘레를 회전하게 교환이 이루어진다. 이는 균일한 표면 처리를 얻기 위한 것이다.

회전하기 위해, 하우스(house)에는 기어 테두리(rim)와 맞물린 상태에 있는 기어(14)를 갖는 모터(13)가 장착된다. 이러한 식으로, 도구들은 회전축(19) 상에서 수직이 되게 이동할 때 동일한 레벨 상에서 회전될 수 있다.

그라인딩 롤러 대신, 목적에 따라서 금속 브러시, 커팅(cutting) 롤러, 폴리싱 롤러, 롤링 샌더(sander)와 같은 다른 처리 수단과, 유사한 것을 갖는 롤러들이 정확히 동일한 방식으로 장착될 수 있다.

도구 헤드는 베어링(12)들이 가운데 레벨에서 움직이고, 도구(18)들을 갖는 도구 헤드가 그것의 무게 중심을 헤드의 회전축에서 서스펜션(12)에 의해 중심축(19)에 또는 그러한 중심축(19)에 가깝게 가지게 하도록 헤드의 각 변(side) 상에 장착되는 베어링(12)들에서 매달려 있다. 이러한 식으로, 도구(18)들 모두는 동일한 레벨 상에 있게 된다.

수평이 되게 하는 것 외에, 도구는 회전 동안 그리고 롤러들의 회전 동안에 균형이 잡힌 위치에 있게 된다. 이는 개별 롤러(18)들이 그것들이 회전하는 동안에 중심축(19) 둘레에서 회전하는 동안 반대 방향으로 플라이휠들이 회전할 때 기능을 하게 되기 때문이다. 이는 중심축 둘레에서 회전하는 굴대(axle)들 상에서 플라이휠들이 회전하기 때문에 안정한 시스템을 만든다.

세차라고 부르고 자이로스코프로부터 알려지는 이러한 현상은, 회전하는 부품들에서 발생하는 관성 모멘트의 거의 완전한 균형을 달성하여, 그로 인해 워크피스의 현저하게 고르고 균일한 처리를 달성하는 효과를 가진다. 게다가, 도구들, 기어들, 및 베어링들에서의 이러한 완전히 고른 하중(load)에 의해 달성되는 주요 조작상 장점이 존재한다.

언급된 것처럼, 도구 하우스의 짐벌들을 얻기 위해, 도 2에 도시된 것과 같이 2개의 암(10, 11)을 포함하는 포크와 비슷한(fork-like) 암의 모양을 갖는 서스펜션(12)에 장착된다.

이들 암은 서스펜션을 위한 회전축(21)이 있는 베어링(9)에서 합쳐지고, 이러한 회전축은 도구 하우스의 서스펜션 축(20) 상에서 수직이다. 이는 헤드와 그로 인한 도구(18)들이 항상 그것들이 수평이 되고 워크피스의 표면 모양에 의존적인 위치를 찾으려고 애쓰는 것을 보장하고, 도구의 무게 중심이 축(19) 쪽으로 움직이는 도구 헤드의 짐벌을 구성한다.

서스펜션(9)의 위치는 2개의 레그(3, 4)를 포함하는 장치에 의해 지지되는 베어링 하우스(8)에서 끼워 넣어지고, 그 단부들은 장치의 베이스 플레이트(1) 또는 지지 브래킷에 장착된다. 이러한 위치(8)는 축(22) 둘레에서 기울어질 수 있어서, 도구 헤드가 위와 아래로 그리고 도구가 표면 윤곽선(25)을 따를 수 있는 방식으로 기울어지는 것을 허용한다. 스톱(stop)들의 형태를 갖는 도시되지 않은 끼워 넣어진 배리어(barrier)들은 도구 헤드가 그것의 작용 영역 내에서 남아 있는 것을 보장한다.

도구의 균형을 맞추기 위해, 지지 장치(3, 4)의 레그들을 연결하는, 횡단하는 빔(beam)(7) 아래에서 액추에이터(6)가 장착되는데, 이는 임의의 적합한 종류의 기계식, 유압식 또는 압축 공기식의 것일 수 있다.

이러한 액추에이터(6)에 의해, 도구(18)들이 원하는 무게를 얻고, 그로 인해 워크피스(25)의 표면에 대항하는 원하는 압력을 얻도록, 도구 헤드의 무게가 조정될 수 있다.

만약 더 높은 처리 압력이 원해진다면, 균형이 감소되고, 이로 인해 도구 헤드의 무게가 증가하며 그 역도 성립한다. 그 결과, 처리 압력은 필요에 따라서 조정될 수 있다.

이러한 장치에 의하여, 고른 처리 압력이 보장될 수 있고, 아치(arch) 모양이 되거나, 만곡되거나, 오목하거나 볼록한 것에 관계없이, 표면의 완전히 균일한 처리가 보장된다.

더욱이, 무게 균형을 잡는 것과, 장치 자신의 무게는 짐벌이 있는(gimballed) 그라인딩 장비와 함께, 사전에 아려지지 않은 처리의 자유도를 보장하는데, 이는 도구가 표면의 상태와 모양에 따라 자동으로 조정하기 때문이다.

이러한 자가 조정은 어떠한 조작상의 단점도 없는 간단한 수단에 의해 달성되고, 그와는 반대로, 높은 정도의 신뢰도와 낮은 마모도(wear)를 가져서, 센서들을 포함하는 조정 장비와 조정 설정(setting)들과 같은 성분들과 에너지의 사용 없이 긴 내구성이 달성된다.

Claims (5)

1. 워크피스(workpiece) 표면을 처리하기 위한 표면 처리 도구로서,
   상기 도구는 여러 개의 회전하는 도구가 방사상으로 장착되는 회전하는 도구 헤드를 포함하고, 상기 회전하는 도구는 원통형의 커팅(cutting) 또는 그라인딩(grinding) 롤러들을 포함하며,
   도구(16, 17)는 마주보는 베어링(12)을 구비하고 상기 베어링(12)은 서스펜션(10, 11)의 단부가 베어링(12)에 장착되는 회전축(20)을 가지며, 상기 서스펜션을 회전축(21)을 가지고 피팅 애퍼쳐에 장착되고, 상기 회전축은 도구 헤드의 회전축(20) 상에서 수직이며, 상기 회전축(20)은 서스펜션(10, 11)의 회전축(21) 밑의 레벨에서 움직이는 것을 특징으로 하는 표면처리 도구.
2. 제1 항에 있어서,
   서스펜션(10, 11)의 피팅 애퍼쳐(8)는 지지 프레임(3, 4)을 포함하고, 상기 지지 프레임(3, 4)에 의해 마주보는 피팅 애퍼쳐가 처리 도구의 브래킷 또는 베이스 플레이트(1)에 장착되는 것을 특징으로 하는 표면처리 도구.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 지지 프레임(3, 4)은 도구(16, 17, 18)와 서스펜션(10, 11)의 무게, 그리고 워크피스 표면(25)에 대항하는 도구(18)의 압력을 보상하기 위한 액추에이터로 구성되는 무게 보상기(6)에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 표면처리 도구.
4. 제2 항 또는 제3 항에 있어서,
   상기 서스펜션(10, 11)은 피팅 애퍼쳐(8)에 회전 가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 표면처리 도구.
5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 따른 표면처리 도구의 적용예로서,
   편평하거나, 오목한, 볼록한 또는 만곡된 것과 같이 고르지 않고, 실질적으로 수평으로, 수직으로 또는 그 중간으로 연장하는 표면(25)들의 처리를 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 적용예.

Images