KR930007302Y1 - 서보모터(servo motor)를 이용한 저소음 프레스장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

서보모터(SERVO MOTOR)를 이용한 저소음 프레스장치

제 1 도는 종래 프레스장치의 일실시예.

제 2 도는 본 고안의 정면도.

제 3 도는 제 2 도의 평면도.

제 4 도는 제 2 도의 측면도.

제 5 도는 프레스장치에 있어서 구동축의 운동궤적을 나타낸 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 저소음 프레스장치 2 : 원동부

3 : 구동부 4 : 브라켓

5 : 원동기어 6 : 서보모터

7 : 센서고정축 8 : 지지대

9 : 전동기어 10 : 볼 스크류

10' : 체결용너트 11 : 구동축

12 : 가이드축 13 : 축 고정판

14 : 스크류 너트 15 :벨트(BELT)

16 : 조정보울트 17 : 고정판

18 : 로울러 베어링 19 : 베어링 하우징

20 : 상부판 21 : 관통홀

22 : 고정보울트 23,23' : 상,하부 포토센서

23-1 : 운동한정센서 23-2 : 원점센서

24 : 센서 감별판 25 : 링크

26 : 캠 27 : 워엄

28 : 워엄기어 29 : 하우징

본 고안은 서보모터(SERVO MOTOR)를 이용한 저소음 서보(SERVO)프레스장치에 관한 것이다.

프레스기계는 소성가공의 종류에 따라 각종 방식이 선택적으로 사용되는데, 그 구동방식에 따라 기계식 프레스와 액압식 프레스로 나누어 진다.

크랭크, 너클조인트, 캠, 나사, 래크, 링크 같은 기구를 사용하는 기계식 프레스는 큰 에너지를 저장할 수 있는 플라이 휠(FLY WHEEL)을 사용하지 않는 종류라면 나사나 링크등의 동력전달 기구를 가진 소형의 프레스가 많이 사용된다. 이러한 소형 프레스는 에너지의 축적량이 적고 피가공재의 저항에 따라 기구의 크기가 결정되어 있으며, 또한 행정길이(STROKE)도 결정되어 있어 그 최하사점에서는 운동전환점이 되어 충격이 발생함으로 해서 불안전한 위치가 된다.

또한 기름, 물, 공기를 사용하는 액압 프레스는 가압행정을 길게 할 수 있고 가압력을 지속시킬 수 있을 뿐만 아니라 가압력의 조정이 용이하고 큰 가압력의 발생을 쉽게 할 수 있는 특징이 있다.

한편 반도체 팩키지 생산공정중 라이드프레임을 트리밍(TRIMMING)하고 성형(FORMING)하는 공정에서는 이러한 프레스기계가 사용되는데, 프레스기계 사용중 금형에 리이드프레임이 잘못 이송되었거나 하여 금형을 순간적으로 멈출 필요성과, 타발력의 조정 필요성에 따라 트리밍과 성형공정에서는 액압 즉, 기름을 작동유로 사용하는 유압 프레스가 가장 많이 사용되며, 이는 액압 프레스가 정지, 기동등의 제어특성이 뛰어나기 때문이다.

그러나, 유압 프레스는 유압펌프가 발생시키는 펌프음, 프레스가공시 관로의 팽창으로 생기는 단속적인 고음과 솔레노이드 작동음등 극히 불결한 소음이 발생하며, 프레스 정지시나 기동시 유압펌프를 기동시키는데 과도한 전류가 소모되어 전력소비면에서 비경제적인 요소가 많았다.

또한, 기계식 프레스장치에서도 기어전동음, 클러치의 전동음과 백 래시(BACK LASH)등 기계적 마찰음으로 인한 높은 소음이 발생하며, 기계식 프레스나 유압식 프레스의 펀치가 리이드프레임을 트리밍 및 성형할 때는 극히 높은 충돌음이 발생하게 된다. 즉, 반도체 생산공정중 트리밍, 성형공정은 반도체의 종류에 따라 각각 전용프레스가 설치되어 경우에 따라서는 20여대의 프레스가 한 작업장안에 설치되므로, 이러한 프레스에서 나오는 소음은 평균 80dB이상으로, 이러한 작업환경에서는 청력장해, 작업 능률 저하등으로 인한 산업재해를 유발시킬 수 있게 되며, 일부 국가에서는 이러한 상태에서 2시간 이상 작업할 수 없도록 규정하고 있기도 하다.

이에 따라서 프레스기계의 소음문제가 크게 대두되었으며, 이 소음을 막기 위해 타발속도를 늦춘다든가 프레스둘레에 방음장치를 설치하기도 하였지만, 이 두가지 방법은 현대의 생산성 향상과 작업공간을 줄여가는 추세에 역행하게 되는 것이며, 좁은 공간에서 많은 생산을 해야만 하는 필요를 만족시키기 위해서는 다른 대책이 필요하게 되었다.

이에 따라서, 제 1 도와 같이 링크(25), 캠(26) 및 워엄(27)과 워엄기어(28)를 사용하여 서어보모터(1)로서 구동하여 제 5 도와 같은 운동궤적을 갖는 속도와 위치제어를 함으로써 상기한 문제점들을 해결하려 하였다. 그러나 소음의 문제는 다소 해결되었지만, 제 1 도의 구조에서 나타난 것과 같이 링크(25)와 캠(26) 그리고 워엄(27)과 워엄기어(28)등을 이용하여 구조가 복잡하여지고, 오히려 연결부위의 틈새등으로 인한 기구자체의 진동 및 소음이 발생되어, 기구부를 주물로 만든 하우징(29)안에 내장하려고 그 소음을 방지하기 위해 기어 오일등을 채우게 되었다.

그러나 상하로 운동하는 프레스 구동축(11)이 하우징(29) 아래로 나와 있으므로, 실링(SEALING)이 되어 있다 하더라도 그 사이의 틈새로 기름이 새어나와 제품에 묻어 반도체 팩키지의 제작회사명등을 색인하는 공정이나 리이드프레임에 납도금하는 공정에서 색인불량 및 도금불량의 발생 요인이 되었으며, 점도가 높고 휘발성이 없는 이 기어오일이 반도체 팩키지에 묻으면, 트리밍이나 성형 작업시 생성되는 먼지가 늘어 붙어 외관불량도 발생하게 되었다. 한편 작동하는 기구부가 하우징안에 들어 있고 기름이 충진되어 있으므로 이 프레스장치의 유지보수가 어려워지며, 정기적으로 기름도(기어오일) 교체해야 하므로 많은 문제점과 결함을 갖게 되었다.

본 고안은 전술한 문제점과 결점들을 보완하기 위해, 구동원으로서 서보모터(SERVO MOTOR)와 볼스크류(BALL SCREW)를 사용하여 타발속도, 타발력, 그리고 금형의 하강 및 상승위치를 임의로 조절가능토록 한 것으로, 금형의 타발위치로 정확히 제어함으로써 종래 사용하던 유압 프레스에서 처럼 타발위치를 결정해 주고, 유압실린더가 타발에 필요 압력을 발생시켜주는 금형 스토퍼가 필요없게 됨으로써, 상부금형이 하부금형에 닿을때 발생하는 타발음을 방지할 수 있게 될 뿐만 아니라, 이로인한 금형구조의 간소화도 이룰 수 있게 되었으며, 이렇게 금형 스토퍼가 없어지게 되므로써 수톤의 타발력이 가해질때 발생하는 높은 소음을 방지하여 프레스기계의 주된 소음원을 없앨 수 있게 된 것이다. 또한, 기타의 소음원인 유압밸브교체음, 유압펌프음, 관로팽창음등을 방지하며, 이러한 유압발생 요소가 차지하고 있는 공간이 필요없게 되므로써, 장비의 소형화에도 기여할 수 있게 되었으며, 무엇보다도 기계소음을 80dB이상에서 60dB이하로 감소시켜 생산공장에서도 보통 사무실과 같은 쾌적한 분위기에서 일할 수 있는 작업환경을 제공함으로써, 안전사고방지 및 생산능률 향상을 가져올 수 있도록 한 것이다.

이하 첨부도면을 참고하여 본 고안을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 고안은 저소음 프레스장치에 있어서, 상기 저소음 프레스장치(1)는 원동부(2)와 구동부(3)로 이루어지되, 상기 원동부(2)는 구동부(3)와 브라켓(4)으로 연결되어서 원동기어(5)와 서보모터(6)로 이루어져 있으며, 상기 구동부(3)는 센서고정바(7)를 가지는 지지대(8)사이에, 전동기어(9)를 가지는 볼 스크류(10)가 설치되는 동시에, 상기 볼 스크류(10)의 하부에는 저면에 구동축(11)을 가지며 가이드축(12)이 끼워진 축고정판(13)이 스크류 너트(14)로써 조립되어 있고, 상기 원동부(2)의 원동기어(5)와 구동부(3)의 전동기어(9)는 상호 벨트(15)로서 연결되어져 있어서, 원동부(2)의 서보모터(6)의 회전력이 벨트(15)로써 구동부(3)에 전달되어 볼 스크류(10)가 회전되므로써, 상기 볼 스크류(10)에 연결된 축 고정판(13)과 구동축(11)이 승.하강될 수 있도록 된 것이다.

이를 좀더 상세히 설명하면, 첨부도면 제 2 도 내지 제 3 도는 본 고안의 구성도로서, 원동부(2)는 구동부(3)의 지지대(8) 상부에 설치된 브라켓(4)상에 서보모터(6)와 조정보울트(16)를 가지는 원동기어(9)가 설치되어져 있으며, 구동부(3)는 상기 지지대(8)위에 고정판(17)이 설치되고, 상기 고정판(17) 중앙에는 로울러 베어링(18)을 가지는 지지대(8)와 베어링 하우징(19)이 설치되어 있다. 또한, 상기 지지대(8) 사이에는 볼 스크류(10)가 상기 로울러 베어링(18)으로 고정되어 설치되고, 상기 볼 스크류(10)의 상단에는 전동기어(9)가 설치되어 원동기어(5)와 벨트(15)로써 연결되어져 있다.

한편, 볼 스크류(10)의 하부에는 스크류 너트(14)가 설치되되, 스크류 너트(14)에는 고정축판(13)이 고정되되, 상기 고정축판(13)에는 상부판(20)의 관통홀(21)을 통하여 하부로 하향설치된 구동축(11)이 고정되며, 상부판(20)과 고정판(17)사이는 수직의 가이드축(12)이 고정보울트(22)로써 고정되어져 있다.

또한, 고정판(17)의 일측에는 센서고정바(7)가 설치되어 있어서, 상기 센서고정바(7)에는 상.하 부에 상.하 부 포토센서(23,23')가 각각 설치되어져 있는 한편, 축고정판(13)의 일측에는 센서감별판(24)이 설치되어져 있으며, 상기 상부 포토센서(23)는 운동한정센서(23-1)와 원점센서(23-2)로 이루어져 있다.

도면중 미설명부호 10'는 체결용 너트이다.

상기와 같은 본 고안의 작용효과를 설명하면, 서보모터(6)는 제어상자(도시되지 않음)에 의하여 회전수와 위치, 토크(TORQUE)등의 제어를 받으며 회전되게 되며, 이러한 회전력은 원동기어(5)를 통하여 밸트(15)로 연결되어진 전동기어(9)로 전달되게 되며, 이로써 볼 스크류(10)가 회전력을 갖게 되면, 상기 볼 스크류(10)의 하단에 너트식으로 맞물려져 있는 스크류 너트(14)가 승.하 강 운동을 하게 되는 것이다.

즉, 첨부도면 제 2 도에 도시된 바와 같이 축고정판(13)이 상부판(20)에 근접되어 있는 상태에서 볼 스크류(10)가 오른나사라고 가정했을 경우 상기 서보모터(6)의 회전력이 볼 스크류(10)를 오른쪽으로 회전시키게 되면, 상기 스크류 너트(14)가 상승을 하게 되고, 따라서 상기 스크류 너트(14)에 고정된 구동축(11)을 가지는 축고정판(13)이 상기 볼 스크류(10)를 중심으로 좌.우 측에서, 상부판(20)과 고정판(17)사이에 고정보울트(22)로써 수직으로 설치되어져 있는 가이드축(12)의 안내를 받으며 승강하게 된다.

이러한 상태에서, 서보모터(6)가 순간적으로 역회전을 하게 되면, 이러한 회전력이 원동기어(5)를 통하여 벨트(15)로 연결되어진 구동기어(9)에 전달되어, 이로써 결국 볼 스크류(10)가 역회전하게 되며, 상기 볼스크류(10)에 너트식으로 나사결합되어져 있는 스크류 너트(14)는 하강하게 되므로써, 상기 스크류 너트(14)에 연결된 축고정판(13)은 가이드축(12)의 안내를 받으며 하강하게 되는 것으로, 제어박스의 제어 프로그램에 따라 서보모터(6)가 정회전 및 역회전을 반복하도록 하므로써 볼 스크류(10)가 정회전, 역회전을 반복하게 되며, 이로써 상부판(20)의 관통홀(21)을 통하여 하향설치된 구동축(11)이 승.하 강 운동을 반복하게 되는 것이다.

또한, 제 3 도 및 제 4 도는 본 고안의 평면도 및 측면도로써, 축고정판(13)의 일측에 형성된 센서감별판(24)은 센서고정축(7)의 상.하 부에 설치된 상.하 부 포토센서(23,23')사이를 왕복하면서 상기 축고정판(13)이 한정된 상.하 운동범위를 벗어나는 것을 감지하는 역할을 하게 되며, 이를 좀더 명확히 설명하면, 상부 포토센서(23)는 운동한정센서(23-1)와 원점센서(23-2)로 이루어져서, 상기 운동한정센서(23-1)는 하부 포토센서(23')와 함께 센서 감별판(24)의 운동범위를 감지하므로써, 축고정판(13)이 적정운동범위를 벗어나게 되는 것을 방지하며, 원점센서(23-2)는 데이터의 입력시 원점위치를 감지할 수 있도록 하기 위한 데이터의 산정위치가 되는 것이며, 브라켓(4)의 조정볼트(16)는 원동기어(5)와 전동기어(9)의 축간거리를 조정하기 위한 것이다.

따라서, 이를 상기 구동축(11)의 운동궤적을 나타낸 첨부도면 제 5 도를 참고하여 제어방식의 일예를 설명하면, 상기 저소음 프레스장치(1)의 구동축(11) 위치는 센서감별판(24)이 상부포토센서(23)의 원점센서(23-1)에 감지되는 원점 위치(A)에 있게 되며, 이 위치에서 서보모터(6)의 모든 운동, 위치 속도를 제어하는 데이터(제어박스의 프로그램)를 산정하는 위치가 된다. 따라서 본 저소음 프레스장치(1)가 동작하면, 구동축(11)은 램작업 성사점(B)까지 급속하게 하강하게 되며, 데이터의 운동시작 신호에 의해 리이드프레임 또는 기타 피가공재 타발시작점(C), 즉 타발시 발생하는 고소음 위치까지 급속하게 하강한다.

그리고, 이 타발시험(C)으로부터 구동축 하사점(D)까지는 속도를 급속히 줄여주고, 타발력은 그대로 유지시켜 주므로써, 타발시 큰 충격에 의해 발생하는 큰 충격음을 방지하여 준다. 계속하여 그후에는 다시 상사점(B)까지 급속히 상승하여 1사이클(CYCLE)동작 (E)을 수행하며, 이러한 순환동작을 연속반복적으로 분당 약 60회이상 실시할 수 있게 되며, 상기와 같은 경우에는 그 발생소음이 약 60dB미만으로써, 일반적인 사무실소음과 비슷하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안은 서보모터와 볼 스크류를 이용하여 구동축의 구동속도 및 위치를 손쉽게 제어하고, 이로서 프레스공정시 발생되는 소음을 현격히 감소시키므로서, 작업환경을 개선하고 유지 및 보수가 용이한 장점을 지니는 것이다.

Claims (1)

1. 원동부(2)와 구동부(3)로 이루어지되, 상기 원동부(2)는 구동부(3)와 브라켓(4)으로 연결되어서 원동기어(5)와 서보모터(6)로 이루어져 있으며, 상기 구동부(3)는 센서고정바(7)를 가지는 지지대(8) 사이에, 전동기어(9)를 가지는 볼 스크류(10)가 설치되는 동시에, 상기 볼 스크류(10)의 하부에는 저면에 구동축(11)을 가지며 가이드축(12)이 끼워진 축고정판(13)이 스크류 너트(14)로써 조립되어 있고, 상기 원동부(2)의 원동기어(5)와 구동부(3)의 전동기어(9)는 상호 벨트(15)로서 연결되어져 있어서, 원동부(2)의 서보모터(6)의 회전력이 벨트(15)로써 구동부(3)에 전달되어 볼 스크류(10)가 회전되므로써, 상기 볼 스크류(10)에 연결된 축고정판(13)과 구동축(11)이 승,하강될 수 있도록 된 저소음 프레스장치에 있어서, 상기 브라켓(4)에는 조정보울트(16)가 설치되고, 상기 센서 고정바(7)에는 상,하부 포토센서(23,23')가 설치되며, 상기 축고정판(13)은 센서감별판(24)을 가지고 구동축(11)과 함께 스크류 너트(14)로써 볼 스크류(10)에 조립되어지는 동시에 상기 상부 포토센서(23)는 운동한정센서(23-1)와 원점센서(23-2)로 이루어진 것을 특징으로 하는 서보모터를 이용한 저소음 프레스장치.