KR950009962B1 - 구동 장치 - Google Patents

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KR950009962B1
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    • B23H7/00—Processes or apparatus applicable to both electrical discharge machining and electrochemical machining
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Abstract

내용 없음.

Description

구동 장치
제1도는 방전 가공 장치의 스핀들을 회전시키는 구동 장치의 부분적으로 절개된 상부 평면도.
제2도는 제1도에 도시된 본 장치의 부분적으로 절개된 측면도.
제3도는 본 발명에 의한 상기 구동 장치의 작동 방법을 설명하는 선도.
제4a도 및 제4b도는 제3도에 도시된 선도와 유사한 선도의 요약도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
2 : 스핀들 3 : 회전 감지 장치
8a, 8b : 전기 모터
본 발명은 방전 가공 장치(electroerosive machining apparatus)의 스핀들(spindle) 또는 공작물 팔레트(pallet)를 회전 구동시키는 구동 장치에 관한 것이다.
방전 가공 장치가 방전 침식 효과에 의해 가공 재료를 제거함으로써 공작물들을 아주 정밀하게 가공하는 것은 공지 기술이다. 공작물을 정확하게 성형하기 위해, 방전 가공 장치의 부품들 및 요소들은 최소한 공작물에 필요한 성형 정확도와 동일한 정밀도로, 가능하면 보다 더 정밀도로 제작 및 작동되어야 한다.
예컨대 방전 침식 가공 장치에서, 공작물을 가공하는 데에 전극이 사용되는데, 상기 전극은 상기 장치의 스핀들에 수납되어 있고 상승, 하강 및 회전될 수 있다. 스핀들의 회전 및 이에 의한 전극의 회전을 위해 구동 장치가 제공되는데, 상기 구동 장치는 통상 전기 모터를 포함한다. 전극을 소정의 각도 방향으로 변위시키기 위해, 스핀들은 전기 모터에 의해 감속 기어 박스를 통해 회전된다.
전술한 종류의 공지된 구동 장치에 관한 주요 문제점들 중 하나는 전기 모터의 축(shaft), 기어 박스 및 스핀들 사이의 전동 백래쉬(tramsmission backlash)이다. 따라서, 스핀들의 각도 위치에 대해 소정의 정밀한 위치 정확도를 이루기 위해서는 아주 정밀하게 제조된 감속 기어 박스들 및 동력 전달 요소들을 사용해야만 한다. 그러나, 이러한 구동 장치는 매우 고가이고 빈번한 수리가 요구되며 비교적 빨리 마모되어 얻을수 있는 정밀도가 감소된다. 공작물 팔레트들을 회전시키는 구동 장치에 대해서도 상기 사항과 마찬가지이다.
본 발명의 목적은 전술한 단점들을 회피할 수 있는 전술한 종류의 구동 장치를 제공하는 것이다. 특히, 본 발명의 목적은 낮은 비용으로 제작될 수 있고 장기간 동안 높은 정밀도로 신뢰성 있게 작동할 수 있는 구동 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 스핀들 또는 공작물 팔레트의 회전 각도에 대해 현저히 향상된 위치 정밀도를 제공하며 스핀들 또는 공작물 팔레트를 소정의 각도 위치로 정확하고 신속하게 회전시키는 구동 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 방전 가공 장치의 스핀들 또는 공작물 팔레트를 회전시키는 구동 장치를 제공한다. 본 구동 장치는 2개의 반대 방향들로 회전하도록 구성된 적어도 2개의 전기 모터들을 포함한다. 감속 기어 장치들이 상기 각 전기 모터에 결합되어 있는데, 이들 전기 모터의 각각은 상기 결합된 전기 모터에 가동 연결되어 있고 상기 전기 모터에 의해 구동되는 입력 부재와 방전 가공 장치의 스핀들 또는 공작물 팔레트에 가동 연결된 출력 부재를 포함하고 있다.
더욱이, 본 장치는 방전 가공 장치의 스핀들 또는 팔레트의 실제 각도 위치를 감시(monitor)하기 위하여 상기 스핀들 또는 공작물 팔레트에 가동 연결된 회전 감지 장치로 구성된다.
최종적으로, 본 장치에는 적어도 2개의 상기 전기 모터들 뿐만 아니라 상기 회전 감지 장치에 가동 연결된 동력 공급 장치를 포함하는 제어 장치가 구비되어 있다. 상기 제어 장치는 상기 구동 장치의 임의의 작동 조건에서 적어도 2개의 상기 전기 모터들을 서로 반대 방향들로 회전시키고 및/또는 상이한 값의 토크(torque)들을 발생시키도록 작동시킨다.
따라서, 전체의 전동 조립체, 즉 감속 기어 박스 및 이에 결합된 전동 요소들은 기어 박스 내의 모든 백래쉬와 기어 휘일(wheels)들 사이의 임의의 간극을 제거하여 기계적 전동 시스템 내에 항상 존재하는 탄성(elasticity)을 보상하는 임의의 바이어스 토크(bias torque)를 받으면서 항상 유지된다. 상기 감속 기어 박스 및 전동 요소들이 매우 단순하게 설계되어 가격이 저렴하게 되는 것이 본 장치의 주요 장점이 된다. 장기간 작동 후 예컨대 마모에 의해 전동 백래쉬가 증가하더라도, 이는 위치 정밀도에 영향을 미치지 않는다.
대부분의 경우에 2개의 전기 모터가 제공되지만, 상황에 따라 2개 이상의 전기 모터가 사용될 수도 있다.
“...반대 방향들로 회전하고 및/또는 상이한 값의 토크들을 발생시키는...”이라는 표현은 본 장치의 작동조건들에 따라 다음과 같이 해석되어야 한다. 즉,
1. 스핀들 또는 공작물 팔레트가 정지 위치에 있다면, 양 전기 모터들은 동일한 값의 토크를 발생시키지만 서로 반대 방향으로 회전하도록 작동한다.
2. 스핀들 또는 공작물 팔레트가 고속의 제 1회전 속도로 구동된다면, 2개의 전기 모터들은 동일 방향으로 회전하나 상이한 값의 토크를 발생시키도록 작동한다.
3. 스핀들 또는 공작물 팔레트가 저속의 제 2회전 속도로 구동된다면, 2개의 전기 모터들은 서로 다른 방향으로 회전하고 상이한 값의 토크를 발생시키도록 작동한다.
상기 사항은, 2개의 전기 모터들이 스핀들 또는 공작물 팔레트 상에서 결코 동일하게 작동하지 않으며, 전동 조립체 내에 임의 바이어스 토크를 항상 발생시킨다는 것을 의미한다.
양호하게는, 스핀들 또는 공작물 팔레트가 정지 상태에 있을 때, 2개의 전기 모터들은 서로 반대 방향들로 회전하고 동일한 값의 토크를 발생시키도록 작동한다. 이에 따라, 전기 모터들 중 하나는 스핀들 또는 공작물 팔레트의 회전 중에 뿐만 아니라 정지시에도 제 1방향으로의 특정 토크를 항상 발생시키고 있으며 시동 시에는 다른 전기 모터가 상기 전기 모터보다 큰 토크를 발생시켜서 스핀들 또는 공작물 팔레트를 회전시키기 때문에, 스핀들 또는 팔레트가 회전 운동을 시작하는 순간에 상기 전동 조립체 내에서 불명확한 상태가 발생하지 않도록 달성될 수 있다.
본 발명에 의한 본 장치의 추가 실시예에 의하면, 스핀들 또는 공작물 팔레트가 정지 상태로부터 상기 고속의 제 1회전 속도로 변화하는 동안, 상기 전기 모터들 중 하나는 동일 회전 방향으로 회전을 계속하여 높은 값의 토크를 발생시키도록 작동하며, 반면에 상기 다른 전기 모터의 회전 방향은 소정의 시간 지연(time lag)에 따라 역전된다. 절대적으로 필요한 것은 아니지만 상기 전동 조립체의 관성으로 인한 이러한 특성은 불명확하거나 무부하 상태가 전동 조립체 내에서 발생하지 않게 하는 데에 도움이 된다.
이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 의한 구동 장치의 양호한 실시예를 상술한다.
제1도 및 제2도에서 알 수 있듯이, 구동 장치는 방전 가공 장치의 스핀들(2)을 수납하는 베어링 하우징(1)을 포함한다. 스핀들(2)은 본 기술 분야에 공지된 도시되지 않은 베어링 요소들에 의해 베어링 하우징(1) 내에 회전 가능하게 장착되어 있다. 회전 감지기(3)는 스핀들(2)의 상부에 동축 상태로 배열되어 있고 상기 스핀들(2)에 비틀림식으로 고정되어 배열되어 있다. 상기 감지기(3)는 스핀들(2)의 각도 위치를 감시하도록 되어 있고(도시되지않은) 제어 유니트에 가동 연결되어 있다.
스핀들(2)에는 스핀들(2)을 회전 구동시키는 기어 휘일(4)이 구비되어 있다. 2개의 중간 기어 휘일 (5a,5b)들은 기어 휘일(4) 뿐만 아니라 2개의 감속 기어 박스(6a,6b)들의 출력 부재가 되는 2개의 기어 휘일(7a,7b)들과 치결합 된다. 기어 박스(6a,6b) 부근에 위치되어 있는 2개의 전기 모터(8a,8b)의 각각은 각각의 출력 축(9a,9b)들에 고정된 풀리(10a,10b)들을 지지한다. 풀리(10a,10b)들은 치형 벨트(11a,11b)들에 의하여 기어 박스(6a,6b)의 입력 부재로서 작용하는 추가 풀리(12a,12b)들에 가동 연결되어 있다.
이와 동일한 또는 유사한 기어 전동 장치는 간과할 수 없는 소정의 탄성을 가지며, 또한 기어 박스(6a,6b)들 내에 임의의 백래쉬가 존재할 뿐만 아니라 치결합 되는 기어 휘일(4,5a,7a : 4,5b,7b)들 사이에도 간극이 각각 존재한다는 것이 당업자에게는 자명한 것이다. 이와 같은 백래쉬 및 간극을 구조적 측면의 대책으로는 최소화시키기가 어려우며, 하여튼 비용이 많이 드는 대책이 필요하게 된다.
본 발명에 의하면, 2개의 전기 모터(8a,8b)를 동일하지 않게 작동시킴으로써 이러한 단점들이 제거된다. 다시 말하면, 스핀들(2)이 정지 위치에 있을 때, 전기 모터(8a)는 예컨대 시계 방향으로 회전하도록 작동되고 다른 전기 모터(8b)는 반시계 방향으로 회전하도록 작동된다. 그러나, 제어 유니트는, 이들 2개의 전기 모터들이 구동 기어 메커니즘, 즉 스핀들(2)의 기어 휘일(4)로 전달되게 되는 동일한 크기의 토크를 발생시키도록 상기 2개의 모터들을 작동시킨다. 따라서, 구동 기어 메커니즘은 모든 백래쉬와 간극이 제거되고 탄성이 보상되는 임의의 바이어스를 받게 된다. 스핀들(2)이 예컨대 근처에 위치하는 임의의 각도 위치로 저속으로 회전하려 한다면, 소정의 회전 방향에 따라 2개의 전기 모터들 중 하나, 예컨대 전기 모터(8a)는 다른 전기 모터(8b)의 작동 상태가 변하지 않게 유지되는 동안에 보다 큰 토크를 발생시키도록 작동된다. 스핀들(2)이 예컨대 멀리 위치한 임의의 각도 위치로 고속으로 회전하려 한다면, 소정의 회전 방향에 따라 2개의 전기 모터들중 하나, 예컨대 전기 모터(8a)는 다른 모터(8b)의 회전 방향이 역전된 상태로 보다 큰 토크를 발생시키도록 작동하여, 모터(8b)는 모터(8a)보다 작은 토크를 발생시키도록 작동하게 된다.
제3도의 선도는 상기 작동 조건들을 간략히 설명하고 있다. 실선은 전기 모터(8a)에 관한 것이고, 점선은 전기 모터(8b)에 관한 것이다.
전기 모터(8a)는 양의 토크 +M1을 발생시키고 전기 모터(8b)는 음의 토크 -M1을 발생시키기 때문에 스핀들(2)은 시간 간격 t0내지 t1중에는 정지 상태에 있으며, 이들 2개 토크의 절대값은 동일하지만 방향은 서로 반대이다. 시간 t1에서 스핀들(2)은 비교적 멀리 위치한 각도 위치로 회전되어야 한다. 이를 위해, 전기모터(8a)는 이에 의해 발생되는 토크가 값 +M1로부터 값 +M3으로 증가되도록 작동된다. 동시에, 전기 모터(8b)의 회전 방향은 역전되고, 값 +M2의 토크를 발생시키도록 작동된다. 값 +M2는 값+M3보다 작아서, 결국 기어 전동 장치 내의 바이어스 토크가 유지된다.
소정의 각도 위치에 매우 근접한 각도 위치는 시간 t2에서 도달되어야 한다. 이제, 전기 모터(8b)의 회전방향은 시간 t2에서 역전되고, 정지 위치에서의 값과 동일한 값 -M1의 토크를 다시 발생시킨다. 따라서, 이 모터는 전기 모터(8a)에 대한 제동기(brake)로서 제동력이 증가되도록 작동하고, 이에 따라 기어 전동 장치 내의 바이어스를 증가시킨다. 소정의 각도 위치에 도달하는 즉시, 즉 시간 t3에서, 전기 모터(8a)는 값 +M1의 토크를 발생시키도록 작동되고, 그 결과 스핀들 (2)은 시간 간격 t3으로부터 t4까지는 정지 상태에 있게 된다. 그러나, 전기 모터(8b)의 작동 조건들은 시간 t3에서는 변화되지 않은 상태로 유지되었고, 또한 상기 모터는 값 -M1의 음의 토크를 발생시키도록 작동된다.
스핀들(2)은 시간 t4에서 근처에 위치한 각도 위치로 동일한 회전 방향으로 회전되는 것으로 한다. 이를 위해, 전기 모터(8a)는 값 +M3의 큰 토크를 발생시키도록 회전되어야 하지만, 전기 모터(8b)의 작동 조건들이 변하지 않도록 유지되어야 한다. 시간 t5에서, 소정의 새로운 각도 위치로 도달되는 즉시, 전기 모터(8a)는 이전의 값 +M1의 토크를 다시 발생시키도록 작동하는데, 이는 2개의 전기 모터(8a,8b)들에 의해 발생된 토크들이 상호 보상되어 스핀들(2)이 정지한다는 것을 의미한다. 시간 t6에서 스핀들은 이전의 근접한 각도 위치로 다시 회전되어야 한다. 이를 위하여, 전기 모터(8b)는 상기 전기 모터에 의해 발생된 토크가 값 -M1로부터 값 -M3까지 증가하도록 작동되어야 하며, 반면에 전기 모터(8a)의 작동 조건들은 변화되지 않고 유지되어야 하고, 즉 값 +M1의 토크를 발생시키도록 유지되어야 한다. 따라서, 스핀들(2)은 전기 모터(8b)의 영향을 받으면서 반대 방향으로 회전한다.
시간 t7에서 새로운 위치로 도달되고, 모터(8b)는 상기 모터에 의해 발생된 토크가 값 -M1로 감소하도록 작동되어 상기 스핀들은 시간 t8에서 정지 상태에 있게 된다. 이후, 반대 방향으로의 스핀들의 큰 회전이 발생하여야 한다. 이를 위해, 동시에 전기 모터(8b)는 값 -M3의 증가된 토크를 발생시키도록 작동되며, 모터(8a)의 회전 방향은 역전되고 상기 모터(8a)는 모터(8b)에 의해 발생된 토크의 값 -M3보다 작은 값 -M2의 토크를 발생시키도록 작동된다. 따라서, 모터(8a)는 약한 제동기로서 작동하고 상기 기어 전동장치 내에서 바이어스를 유지시킨다. 새로운 소정의 각도 위치로 거의 도달할 때, 즉 시간 t9에서 모터(8a)의 회전 방향은 역전되고, 이 모터는 값 +M1의 토크를 발생시키도록 작동되며, 이에 따라 모터(8b)는 상당히 감속(retard)된다. 시간 t10에서 새로운 소정의 각도 위치로 도달되고, 모터(8b)는 보다 작은 값 -M1의 토크를 발생시키도록 작동되며, 반면에 모터 (8a)는 값 +M1의 양의 토크를 계속 발생시킨다. 따라서, 스핀들(2)은 시간 t11까지 정지 상태에 있게 된다.
2개의 모터(8a,8b)들은 전동 벨트(11a,11b), 기어 박스(6a,6b), 기어 휘일(5a,5b ; 7a,7b) 및 기어 휘일(4)을 포함하는 기어 전동 조립체 상에서 항상 상이하게 작용하며, 이에 따라 전체 전동 조립체 내에서 바이어스 작용력을 연속적으로 발생시킨다는 것을 상기 설명으로부터 명확히 알 수 있다. 스핀들이 고속으로 회전한다면 상기 바이어스 작용력이 다소 작아진다 하더라도, 고속 회전 중에는 정밀도에 대한 요구 조건이 극도로 높지 않아도 되므로 여하튼 충분하다.
시간 t1및 t8에서의 특정 상황에서, 즉 한 모터의 회전 방향이 역전됨과 동시에 다른 모터에 의해 발생된 토크가 증가될 때 위험 상황(critical moment)이 발생할 수 있다. 기어 전동 장치의 관성 모멘트가 충분한 감쇄 효과를 제공하기에 충분하지 않다면, 한 모터의 회전 방향의 역전 및 다른 전기 모터에 의해 발생된 토크의 증가는 각각이 정확히 동시에 이루어지지 않고 임의의 시간 지연을 갖고서 이루어지는 또 다른 실시예에 의하여 본 발명이 수행된다.
제4a도에서 알 수 있듯이, 모터(8a)는 정확히 시간 t1에서 큰 토크를 발생시키도록 작동되고, 모터 (8b)의 회전 및 값 +M2로의 토크 증가는 작은 시간 지연 Δt를 갖고서 이루어진다. 따라서, 모터(8b)의 회전은 모터(8a)가 소정의 토크를 발생시켜서 상기 모터(8a)의 시동 중에 기어 전동 장치 내의 바이어스를 유지시킬 때에만 발생하게 된다. 제4b도에 도시된 상황은 시간 t8에서와 유사하다. 즉, 모터(8a)의 회전은 임의의 시간 지연 Δt 후에, 즉 모터(8b)가 값 -M3의 소정의 토크를 발생시키는 즉시 역전된다.
물론, 토크 M1, M2및 M3사이의 관계 및 그 절대값들은 상기 구동 장치의 개별 작동 조건에 따른다. 참고로, 다음 수치들이 주어질 수 있다. 즉, M1의 값은 M3값의 대략 15% 내지 40%이고, 양호하게는 대략 20%이고, M2의 값은 M3값의 대략 60% 내지 85%이고, 양호하게는 대략 80%이다.
본 발명에 따른 구동 장치는, 기어 박스 내의 모든 백래쉬와 기어 휘일들 사이의 모든 간극을 제거하거나 또는 문제가 되지 않게 하고 그리고 전체 전동 조립체 내의 탄성이 보상되는 것을 보장한다. 따라서, 마모되기 아주 쉬운 복잡하고, 정밀하고 고가인 구동 및 기어 요소들을 사용하지 않고서도 1/1000도 정도의 각도 범위 내에 있는 회전 각도에 관한 아주 정밀한 위치 정확도가 실현될 수 있다. 스핀들 또는 공작물 팔레트는 소정의 각도 위치로 신속히 회전되고, 이들의 회전 운동은 오버슈트(overshoot) 없이도 즉시 정지될 수 있다. 상기 후자의 사항은 전극이 공작물로 접근할 때 스파크(spark)가 갑자기 발생하므로 스파크 침식 가공 분야에서 특히 중요하며, 이 때 전극의 이동은 즉시 정지해야 하나 상기 사실이 발생하는 정확한 위치는 신뢰성 있게 예측될 수 없다.

Claims (3)

  1. 방전 가공 장치의 스핀들 및 작업물 팔레트를 회전시키는 구동 장치에 있어서, -2개의 대향 방향으로 회전 작동되도록 설계된 제1 및 제2 전기 모터(8a,8b)와, -상기 제1 및 제2 전기 모터들의 각각에 결합되고, 그 각각은 상기 결합된 모터에 연결되고 상기 모터에 의해 구동되는 입력 부재(12a,12b)와 상기 방전 가공 장치의 상기 스핀들(2) 및 상기 작업물 팔레트에 연결된 출력 부재(7a,7b)를 포함하는 감속 기어 장치(6a,6b)와, -상기 방전 가공 장치의 상기 스핀들 또는 작업물 팔레트에 연결된 회전 감지 장치(3)와, 그리고 -상기 회전 감지 장치 뿐만 아니라 상기 제1 및 제2 전기 모터에 연결된 동력 공급 수단을 구비하는 제어 장치를 포함하고, 상기 모터의 출력이, 스핀들 또는 작업물 팔레트가 정지 상태를 유지할 때 상호 대향 방향의 동일한 값의 제1 및 제2 토크(+M1, -M1)로 각각 유지되고, 상기 스핀들 또는 작업물 팔레트가 고속의 제1 속도로 회전할 때 상호 동일한 방향의 상이한 값의 제3 및 제4 토크(+M3, +M2)로 각각 유지되고, 또한 상기 스핀들 또는 작업물 팔레트가 저속의 제2 속도로 회전할 때 상호 대향 방향의 상이한 값의 제3 및 제2 토크(+M3, -M1)로 각각 유지되도록, 상기 제어 장치는 상기 제1 및 제2 전기 모터를 제어 하는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 토크(+M1)의 방향은 상기 제3 토크 (+M3)의 방향과 동일하고, 상기 제3 토크(+M3)의 값은 상기 제4 토크(+M2)의 값보다 크고, 상기 제4 토크(+M2)의 값은 상기 제1 토크 및 상기 제2 토크(+M1, -M1)의 값보다 큰 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 스핀들 및 작업물 팔레트의 정지 상태로부터 상기 고속의 제1 속도로 전이하는 동안에 제2 전기 모터(8b)의 토크는 상기 제1 전기 모터 (8a)의 토크가 토크의 방향을 유지하면서 제1 토크(+M1)로부터 제3 토크(+M3)로의 절환에 대해 소정의 시간 지연(Δt)을 갖고서 토크의 방향 역전에 이어 제2 토크(-M1)로부터 제4 토크(+M2)로 절환되는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
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