슬라이더형 공작물 자동교환 유닛 성능향상에 관한 연구

Abstract

최근 기업의 생산현장에는 자동화, 무인화의 진전이 급속하게 진행되고 있다. 그 중에서 핵심적인 역할을 하고 있는 것은 기계자동화를 기반으로 하는 공작기계의 조작 자동화와 무인화작업에 대한 기술 향상은 대단한 발전을 하고 있다. 우리와 인접한 일본이 자동차와 칼라TV, 비디오테이프 레코드 및 카메라와 같은 제품의 수출경쟁에서 시장 우위를 점유할 수 있는 것도 가공설비와 공작기계의 자동화에 기인되어 있다고 할 수 있다. 그러므로 공작물의 품질과 가격 경쟁력의 확보를 위해서는 공작기계의 자동화와 무인화는 필수적이다. 현재 마이크로 경제에서 보는 기술과 세계 경기의 전망을 볼 때 공작기계의 갱신 수요 사이클을 분석할 때 공작기계산업의 전망은 매우 밝으며 1970년대 후기와 같은 장기 번영시대가 다시 도래하는 것으로 예상하고 있다. FA(Factoring Automation)의 중심에 있는 FMS(Flexible Manufacturing System)와 FMC(Fixed Mobile Convergence)과 같이 융합화 되고 시스템화 되는 기술을 발전시키면 국내 공작기계의 조작 자동화와 무인화 기술의 발전은 지속될 것이다. 본 연구 대상인 공작물 자동교환 유닛은 기존의 작업처럼 작업자가 각각의 기계로 다니면서 수동으로 탈착하여 작업하는 방법을 개선하기 위한 것이다. 이를 위하여 본 연구에서는 머시닝 센터에 공작물을 자동으로 파렛트(Pallet)를 교환하는 장치를 개발하여 공작물의 공급과 인출 동작이 보다 신속하게 이루어지도록 함으로써 최종적으로는 절삭 가공에서 생산성을 향상시키고자 한다. 본 연구에서 제시하는 자동화 공정은 머시닝 센터 본체 파렛트 위에 공작물을 고정할 수 있는 고정구를 장착하고, 파렛트 로더를 이용하여 고정구 전체를 공작물의 교환이 용이하도록 지정된 위치로 운반하는 자동화 시스템의 설계와 성능개선에 관해 연구하는 것이다.

The objective of this study is to develop an automatic object changer unit to improve processing problems existed in the conventional horizontal machining center. In order to perform this objective, an upward and downward traverse unit was designed. This unit consists of a motor, reducer, chain and sprocket wheel, and an upper and lower base. This automatic object changer unit performs a sliding contact motion in a purpose built and designed frame. constraint conditions for the upward and downward traverse unit first designed. Then, an operation mechanism was designed and that was introduced as a sum of kinetic energy for the sprocket wheel and upper and lower base based on the moment of inertia, which is the kinetic energy of the converted upward and downward traverse unit in the side of the reducer. In addition, The work required to rotate the converted upward and downward traverse unit in the side of the reducer by one revolution can be calculated using the sum of work that is required in the sprocket wheel and upper and lower base that is a part of the upward and downward traverse unit. Furthermore, the converted equation of motion in the side of the motor can be introduced using the equation of motion using the converted upward and downward traverse unit in the side of the motor. Then, a proper motor can be determined using predetermined specifications employed in the motor and several parameters in the upward and downward traverse unit in order to verify such predetermined specifications. Also, a design of a horizontal traverse unit that performs sliding motion on a upward and downward traverse unit and simulation that verifies the results of this design are required as a future study. The objective of this study is to develop an automatic object changer unit to improve processing problems existed in the conventional horizontal machining center. To achieve this design, constraint conditions for the upward and downward traverse unit were calculated. Then an operation mechanism was designed and introduced as the sum of kinetic energy for the sprocket wheel and upper and lower base. The kinetic energy was predicated on the moment of inertia of the unit. The kinetic energy was produced by the upward and downward traverse unit in the side of the reducer. which are fixed at a frame, operation unit with pinions, first traverse unit, and second traverse unit. Constraint conditions based on the operation mechanism with these elements were configured and obtained following results after modeling a model for a traverse motor. In the kinematic expression of sliding motion with one degree of freedom, the sliding motion is constrained. Also, the rack 3 installed at a frame is used to configure possible kinematic constraint conditions of the rack 2 according to the rolling motion of the pinion 2 in the first traverse unit. In addition, the moment of inertia that is a type of kinetic energy in a converted horizontal traverse unit in the side of the reducer can be applied to introduce the moment of inertia of a converted horizontal traverse unit in the side of the reducer by using the sum of kinetic energy in the rack and pinion, which is a part of the horizontal traverse unit. Also, the equation of motion of the converted upward and downward traverse unit in the side of the motor using the equation of motion of the motor. Furthermore, the horizontal traverse unit predetermines the mass of the first and second traverse unit and applied load including the radius and reduction ratio of the pitch circle in the pinion 1 and applied load to the rack 2. Then, a proper motor can be determined using several parameters in the upward and downward traverse unit in order to verify such predetermined specifications. In future studies later this study, a simulation that verifies the results of the previous two stages of studies using a finite element method.