KR100558051B1 - Dualtable drive system of vietical type machining center - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수직형 머시닝센터의 듀얼테이블 구동장치에 관한 것으로, 듀얼테이블의 회전에 의하여 가공측과 대기측을 교체하는 구동장치에 있어서 볼스크류와 볼스크류에 의하여 직선왕복 운동하는 래크와 래크에 치합되는 피니언에 의하여 듀얼테이블을 회전시키며 동력원으로는 회전수와 위치제어가 가능하도록한 3상유도전동기를 사용한 것이 특징이다.The present invention relates to a dual table driving device of a vertical machining center, and in the driving device for replacing the machining side and the atmospheric side by the rotation of the dual table, the gear is engaged with the rack and the rack which are linearly reciprocated by the ball screw and the ball screw. The dual pin is rotated by the pinion, and the three-phase induction motor is used as the power source to control the rotation speed and position.

듀얼테이블, 볼스크류, 래크, 3상유도전동기Dual table, ball screw, rack, three phase induction motor

Description

수직형 머시닝센터의 듀얼테이블 구동장치{Dualtable drive system of vietical type machining center} Dual table drive system of vertical machining center {Dualtable drive system of vietical type machining center}             

도 1은 본 발명 듀얼테이블의 평면도이고,1 is a plan view of a dual table of the present invention;

도 2는 본 발명 듀얼테이블의 정면도이며,2 is a front view of the present invention dual table,

도 3은 본 발명 3상유도전동기 제어 블럭도이다.3 is a three-phase induction motor control block diagram of the present invention.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of code for main part of drawing

2. 베드 3. 듀얼테이블2. Bed 3. Dual Table

4. 회전축 5. 커빅커플링4. Rotating shaft 5. Cubic coupling

6. 전동기 7. 벨트6. Electric motor 7. Belt

8. 풀리 9. 볼스크류8. Pulley 9. Ball Screw

10. 래크 11. 피니언10. Rack 11. Pinion

12. 제어장치 13. AC/DC 컨버터12. Control Unit 13. AC / DC Converter

14. 파워앰프 15. DC/AC 컨버터14. Power Amplifiers 15. DC / AC Converters

16. 마이크로프로세서 17. 엔코더16.Microprocessor 17.Encoder

본 발명은 버티칼 머시닝센터의 듀얼테이블(Dual Table)의 구동장치에 관한 것으로 보다 상세하게 설명하자면 버티칼 머시닝센터에는 가공테이블에 공작물을 클램핑하거나 언클램핑하는데에 따른 작업대기 시간을 단축하기 위하여 주축의 가공작업중에 대기측 테이블에서 공작물을 클램핑하거나 언클램핑하여 가공측 테이블과 180°회전하여 교체하는 팔레트교환 기능을 갖는 듀얼테이블의 구동장치에 관한 것이다.The present invention relates to a driving device of a dual table of a vertical machining center. More specifically, in a vertical machining center, a machining of a spindle is performed in order to shorten a waiting time for clamping or unclamping a workpiece on a machining table. The present invention relates to a drive of a dual table having a pallet exchange function for clamping or unclamping a workpiece on the atmospheric table during operation and rotating the wafer 180 degrees to replace the workpiece table.

종래 듀얼테이블의 구동장치로는 유압실린더를 이용한 구동방식과, 공압실린더를 이용한 구동방식 및 서보모터를 동력원으로 하는 캠구동방식의 것과 삼상모터를 사용하는 경우에는 모터의 가감속과 위치결정이 어려워 캠에 의하여 구조적인 위치결정이 되도록하는 방식이 공지되어 있었다.In the conventional dual table drive system, the driving method using a hydraulic cylinder, the driving method using a pneumatic cylinder, and the cam driving method using a servo motor as a power source, and the acceleration / deceleration and positioning of a motor are difficult when using a three-phase motor. It is known to have a structural positioning by cam.

상기 유압실린더 구동방식은 장시간 사용시 부품의 마모에 따른 유압유의 누유와 같은 구조적인 문제점과 장치가 고가격화 한다는 문제점이 있었으며,The hydraulic cylinder drive method has a problem such as structural problems such as leakage of hydraulic oil due to the wear of parts during long time use and high price of the device,

상기 에어실린더 구동방식은 공작물의 크기가 작거나 경절삭 가공에는 간편하게 사용할 수 있다는 이점이 있지만 고속중절삭 작업을 하는 머시닝센터와 같은 기계에서는 장치의 강성부족에 따른 떨림이 발생하며 구성의 내구성이 짧아 사용범위가 제한된다는 문제점이 있었고,The air cylinder driving method has the advantage that the workpiece is small or can be easily used for light cutting, but in machines such as machining centers for high-speed heavy cutting, vibration occurs due to the lack of rigidity of the device and the durability of the configuration is short. There was a problem that the use range is limited,

상기 삼상모터와 캠의 구조에 의한 방식과 서보모터를 동력원으로 하는 캠구동방식은 캠방식에 따른 구조상의 강성부족과 서보모터의 사용에 따른 원가 부담의 문제점이 있었다.The method of the three-phase motor and the cam and the cam driving method using the servo motor as a power source have problems of lack of structural rigidity and cost burden due to the use of the servo motor.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로 듀얼테이블의 구동장치에 고속중절삭을 가능케하는 강성을 지닌 구성과 부드러운 가감속 제어로 기계충격을 방지하고 구동속도를 높이는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a technique of preventing the mechanical shock and increasing the driving speed by the configuration and the smooth acceleration and deceleration control to enable a high-speed heavy cutting to the drive device of the dual table. .

본 발명의 또 다른 목적은 장치를 보다 저가격화 하고 유지보수를 간편하게 할 수 있는 유도전동기를 사용할 수 있는 구성을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.Still another object of the present invention is to provide a configuration that can use an induction motor that can lower the cost of the device and simplify maintenance.
Other objects and advantages of the present invention can be understood by the following description, and will be more clearly understood by the embodiments of the present invention. In addition, it will be readily appreciated that the objects and advantages of the present invention may be realized by the means and combinations thereof indicated in the claims.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여 듀얼테이블의 회전수단으로는 리드스크류 또는 전조 볼스크류와 전조너트에 의하여 전·후진하는 래크와 래크에 의하여 회전하는 피니언 기어에 의하여 듀얼테이블을 회전할 수 있게 하고 래크 피니언 구조에 의한 테이블의 업, 다운이 되는 구성을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a rotation means of a dual table such that the dual table can be rotated by a lead screw or a rolling ball screw and a pinion gear rotating by the rack. The rack pinion structure provides an up and down configuration of the table.

또한 볼스크류를 구동하는 동력원으로는 회전속도와 위치제어를 가능하게 한 저가격의 3상유도전동기를 사용할 수 있게한 구성을 제공한다.In addition, as a power source for driving the ball screw, it provides a configuration that allows the use of low-cost three-phase induction motor that enables the rotation speed and position control.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.The above objects, features and advantages will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, whereby those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. There will be. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명 듀얼테이블의 평면도이고,1 is a plan view of a dual table of the present invention;

도 2는 본 발명 듀얼테이블의 정면도이다.2 is a front view of the dual table of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이 머시닝센터의 베드(2)상에 탑재된 듀얼테이블(3)은 그 회전축(4)이 베드에 지지되어 있으며 회전시에는 베드(2)상에서 테이블의 위치를 고정하는 테이블의 회전축(4)을 중심으로 양측에 구비된 커빅커플링(5)과 분리되어 상승되고 상승된 상태로 180°회전후 하강하여 커빅커플링(5)과 재결합하여 베드(2)상에 그 위치가 고정된다.As shown in FIG. 1, the dual table 3 mounted on the bed 2 of the machining center is supported by the rotating shaft 4 on the bed, and at the time of rotation, a table for fixing the position of the table on the bed 2. It is separated from the Cubic Coupling (5) provided on both sides with respect to the rotation axis (4) of the rotation, and then rotated 180 ° in a raised state, then descends to recombine with the Cubic Coupling (5) and its position on the bed (2). Is fixed.

상기의 구성에서 보는바와 같이 듀얼테이블(3)은 회전시에는 회전축(4)을 중심으로 수직으로 상승하고 회전이 종료되면 수직으로 하강한다.As shown in the above configuration, the dual table 3 rises vertically about the rotation axis 4 during rotation and descends vertically when the rotation ends.

따라서 듀얼테이블용 회전수단은 머시닝센터의 턴테이블 회전수단과 같은 웜과 웜휠을 사용하는 수단의 적용은 웜과 웜휠이 수직 승·하강시 분리와 결합이 어려워 사용이 불가능하다.Therefore, the application of the means for using the worm and the worm wheel, such as the turntable rotation means of the machining center, the dual table rotary means is difficult to use because the worm and worm wheel is difficult to separate and coupled during vertical lift.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 래크와 피니언기어 구조를 사용하였으며 부드러운 가감속 제어를 위하여 회전속도와 위치제어를 가능하게 하는 제어장치를 구비한 3상유도전동기(6)를 동력원으로 하고 상기 전동기는 벨트(7)와 풀리(8)를 통하여 회전구동력을 볼스크류(9)로 전달한다.In view of the above, the present invention uses a rack and pinion gear structure and uses a three-phase induction motor 6 having a control device that enables rotational speed and position control for smooth acceleration and deceleration control. The electric motor transmits the rotational driving force to the ball screw 9 through the belt 7 and the pulley 8.

볼스크류(9)의 회전에 따라 볼스크류(9)와 치합된 래크(10)는 볼스크류의 중심축을 따라 직선운동을 하며 래크(10)에 치합된 피니언(11)은 듀얼테이블(3)을 회전시킨다.As the ball screw 9 rotates, the rack 10 engaged with the ball screw 9 moves linearly along the central axis of the ball screw, and the pinion 11 engaged with the rack 10 moves the dual table 3. Rotate

래크(10)와 피니언(11)의 기어는 수직방향으로 형성되어 있어 듀얼테이블(3)의 고정을 위한 승·하강시 분리와 재결합이 가능하다.The gears of the rack 10 and the pinion 11 are formed in the vertical direction, so that the gears of the rack 10 and the pinion 11 can be separated and recombined when the dual table 3 is fixed.

듀얼테이블은 가공측과 대기측의 교체를 위하여 180°회전하므로 구동 동기 6)는 정·역회전이 가능하여야 하며 커빅커플링(5)에 의한 테이블의 위치결정을 위하여 정밀한 위치제어 기능이 필요하다.Since the dual table rotates 180 ° to replace the machining side and the atmosphere side, the driving synchronous 6) must be capable of forward and reverse rotation, and precise position control function is required for positioning of the table by the cubic coupling (5). .

따라서 본 발명은 회전속도와 위치제어는 용이하나 가격이 높은 서보모터를 대신하여 유지관리가 간편하고 저가격인 3상유도전동기를 사용하면서 회전속도와 정밀한 위치제어를 가능하게 하는 제어장치를 구비한다.Therefore, the present invention is easy to control the rotational speed and position, but has a control device that enables the rotational speed and precise position control while using a low-cost three-phase induction motor for easy maintenance and low-cost servo motor.

도 3은 본 발명에 따른 듀얼테이블 구동전동기 제어 블럭도이다.Figure 3 is a dual table drive motor control block diagram according to the present invention.

본 발명에서 채용하는 3상유도전동기는 벡터제어 기술을 이용한다.The three-phase induction motor employed in the present invention uses a vector control technique.

벡터제어란 3상유도전동기의 출력토크를 고속으로 제어하기 위한 방식이며, 벡터제어 방식이므로 저속에서도 높은 출력토크가 발생하여 위치제어가 용이하므로 종래 서보모터의 단점인 저속에서 고출력을 실현할 수 없는 문제점을 개선할 수 있다.Vector control is a method to control the output torque of three-phase induction motor at high speed, and because it is a vector control method, high output torque occurs even at low speed, so that position control is easy, so high output at low speed, which is a disadvantage of the conventional servomotor, cannot be realized. Can be improved.

한편, 3상교류를 단상직류로 변환하는 AC/DC 컨버터(13)와 마이크로프로세서 제어신호로 상기 AC/DC 컨버터(13)를 제어할 수 있도록 신호를 증폭하는 파워앰프(14)와 상기 AC/DC 컨버터(13)에서 출력된 전류를 3상교류로 출력하는 DC/AC 컨버터(15)와 벡터제어 소프트웨어가 내장된 마이크로프로세서(16)로 구성된 제어장치(12)에 의해 3상유도전동기(6)의 속도를 제어함으로써 출력토크를 정밀하게 제어할 수 있는 것이다.Meanwhile, an AC / DC converter 13 for converting three-phase AC to single-phase DC and a power amplifier 14 for amplifying a signal to control the AC / DC converter 13 with a microprocessor control signal and the AC / The three-phase induction motor 6 is controlled by a control device 12 composed of a DC / AC converter 15 that outputs the current output from the DC converter 13 in three-phase alternating current and a microprocessor 16 incorporating vector control software. By controlling the speed of), the output torque can be precisely controlled.

여기서, 마이크로프로세서(16)에는 엔코더(17)가 검출한 3상유도전동기(6)의 속도, 회전수 및 위치값이 입력된다.Here, the speed, the rotation speed and the position value of the three-phase induction motor 6 detected by the encoder 17 are input to the microprocessor 16.

이하 본 발명 듀얼테이블 구동장치의 작용을 설명한다.Hereinafter, the operation of the dual table driving apparatus of the present invention will be described.

듀얼테이블(3)의 가공측의 작업이 끝나면 유압장치(도면 미도시)를 작동시켜듀얼테이블(3)을 상승시키고 구동전동기(6)의 전원을 온(ON)시키면 3상교류전원이 AC/DC 컨버터(13)를 통하여 단상직류으로 변환되고 변환된 직류전원은 마이크로 프로세서(16)의 동작전원으로 인가되는 한편 DC/AC 컨버터(15)의 모타 구동전원으로 인가된다.When the work on the machining side of the dual table 3 is finished, operate the hydraulic system (not shown) to raise the dual table 3 and turn on the power of the drive motor 6, so that the three-phase AC power supply is AC / The DC power converted into single-phase DC through the DC converter 13 is applied to the operating power of the microprocessor 16 and to the motor driving power of the DC / AC converter 15.

AC/DC 컨버터(13)에서 출력된 단상직류전원은 마이크로프로세서 제어신호와 DC/AC 컨버터(15)를 통하여 다시 3상유도전동기를 동작시키는 3상교류전원으로 변환된다.The single-phase DC power output from the AC / DC converter 13 is converted into a three-phase AC power supply for operating the three-phase induction motor through the microprocessor control signal and the DC / AC converter 15 again.

즉, 3상교류전원의 동작주파수 및 전류를 변환, 3상유도전동기(6)에 공급하기 위해서 AC/DC 컨버터(13)를 이용하여 3상교류전원을 단상직류전원으로 변환한 다음 다시 DC/AC 컨버터를 이용하여 전류와 동작주파수를 변환하여 유도전동기에 벡터교류전원을 공급하게 된다.That is, in order to convert the operating frequency and current of the three-phase AC power supply and supply it to the three-phase induction motor 6, the AC / DC converter 13 is used to convert the three-phase AC power into a single-phase DC power source, and then DC / The AC converter converts the current and the operating frequency to supply vector AC power to the induction motor.

여기서, 마이크로프로세서(16)에는 벡터제어를 가능하게 하는 벡터제어 프로그램이 내장되어 그 벡터 알고리즘에 따라 제어하게 된다.Here, the microprocessor 16 incorporates a vector control program that enables vector control and controls it according to its vector algorithm.

그리고, 엔코더(17)는 3상유도전동기(12)의 회전수 및 위치를 검출하여 보정한 후 지속적으로 마이크로프로세서(16)로 그 보정값을 피드백 시킨다.The encoder 17 detects and corrects the rotation speed and the position of the three-phase induction motor 12 and continuously feeds back the correction value to the microprocessor 16.

이렇게 구동되는 유도전동기(6)에 의해 볼스크류(9)가 회전하면서 치합된 레크(10)를 직선운동 시키며 레크(10)는 피니언(11)을 회전시켜 듀얼테이블(3)을 정밀하게 위치제어 하여 큐빅커플링(5)과 결합되면서 정위치로 하강한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.The ball screw 9 is rotated by the induction motor 6 driven in this way to linearly move the engaged leg 10, and the lever 10 rotates the pinion 11 to precisely position the dual table 3. And descend to the right position while being combined with the cubic coupling (5).
The present invention described above is capable of various substitutions, modifications, and changes without departing from the technical spirit of the present invention for those skilled in the art to which the present invention pertains. It is not limited by the drawings.

이상에서 설명한 바와같이 본발명에 따른 듀얼테이블의 구동구조는 고속 중절삭이 가능한 강성을 가지며 부드러운 가감속제어로 기계의 수명을 연장하며 회전속도를 높여 비절삭 대기시간을 줄일 수 있고, 보다 저가격인 3상유도모터를 사용할 수가 있어 장치의 가격경쟁력을 제고할 수 있게 하는 효과가 있다.As described above, the dual table drive structure according to the present invention has a rigidity capable of high speed heavy cutting, extends the life of the machine by smooth acceleration and deceleration control, reduces the non-cutting waiting time by increasing the rotation speed, Three-phase induction motor can be used to increase the price competitiveness of the device.

Claims (2)

수직머시닝센터에서 가공측과 대기측을 회전하여 교체하는 듀얼테이블의 구동장치에 있어서, 듀얼테이블(3)의 회전축에 결합된 피니언(11)과 피니언과 치합되는 레크(10)와 레크를 직선왕복운동 시키는 리드스크류 또는 볼스크류(9)와 볼스크류를 구동하는 3상유도전동기(6)로 구성된 것을 특징으로 하는 수직형 머시닝센터의 듀얼테이블 구동장치.In a dual table driving device for rotating and replacing the machining side and the atmospheric side in a vertical machining center, the pinion (11) coupled to the rotary shaft of the dual table (3) and the leg (10) engaged with the pinion are linearly reciprocated. Dual table driving device of the vertical machining center, characterized in that consisting of a three-phase induction motor (6) for driving the lead screw or ball screw (9) and the ball screw to move. 제 1항에 있어서, 3상유도전동기(6)는 3상교류전원을 단상직류전원으로 변환하는 AC/DC 컨버터(13)와 변환된 단상직류전원이 인가되며 벡터제어 프로그램이 내장되어 3상유도전동기(6)의 회전수 및 출력토크를 제어하는 마이크로프로세서와 상기 AC/DC 컨버터(13)에서 출력된 단상직류전원을 3상교류전원으로 변환하는 DC/AC 컨버터와 마이크로프로세서 제어신호로 DC/AC 컨버터를 제어할 수 있도록 신호를 증폭하는 파워앰프(14)와, 엔코더(17)에 의하여 전동기(6)의 회전수 및 위치를 마이크로프로세서(16)에 피드백시켜 보정하는 것에 의하여 속도와 위치가 제어되는 것을 특징으로 하는 수직형 머시닝센터의 듀얼테이블 구동장치.The three-phase induction motor (6) is supplied with an AC / DC converter (13) for converting three-phase AC power to a single-phase DC power supply and a converted single-phase DC power supply, and has a vector control program built therein. A microprocessor controlling the rotational speed and output torque of the motor 6 and a DC / AC converter and a microprocessor control signal converting the single-phase DC power output from the AC / DC converter 13 into a three-phase AC power supply. The power amplifier 14 amplifies the signal so that the AC converter can be controlled, and the speed and position are fed back to the microprocessor 16 by correcting the rotation speed and position of the electric motor 6 by the encoder 17. Dual table drive device of a vertical machining center, characterized in that the control.
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