갠트리 로봇용 3.125:1 웜 감속장치의 웜 및 웜휠 최적설계와 해석에 관한 연구 Study on optimal design and analysis of worm and worm-wheel for a 3.125:1 worm reducer used in Gantry robots원문보기
현재 국내에서는 스마트팩토리의 핵심 설비중 하나인 갠트리 로봇에 적용되는 웜 감속기는 국내외 자동차 제조설비 직교형 로봇 및 정밀기계장치, 각종 자동화 산업발전으로 높은 정밀도와 낮은 감속비를 요구하고 있다. 국내뿐만 아니라 전 세계 제조시장에서 제조업혁신으로 감속비가 낮은 서보용 정밀 웜 감속기 수요가 크게 증가하고 있는 추세이다. 본 연구에서는 서보 모터용 3.125:1 고정밀 웜 감속기의 저 감속비율의 연구개발을 진행한다. 웜 감속기는 직교용으로 자동차 부품생산 자동화 갠트리 로봇의 ...
현재 국내에서는 스마트팩토리의 핵심 설비중 하나인 갠트리 로봇에 적용되는 웜 감속기는 국내외 자동차 제조설비 직교형 로봇 및 정밀기계장치, 각종 자동화 산업발전으로 높은 정밀도와 낮은 감속비를 요구하고 있다. 국내뿐만 아니라 전 세계 제조시장에서 제조업혁신으로 감속비가 낮은 서보용 정밀 웜 감속기 수요가 크게 증가하고 있는 추세이다. 본 연구에서는 서보 모터용 3.125:1 고정밀 웜 감속기의 저 감속비율의 연구개발을 진행한다. 웜 감속기는 직교용으로 자동차 부품생산 자동화 갠트리 로봇의 크랭크 축, Transmision, Cam shaft, Cylinder block & head에 적용의 다양성을 갖도록 연구개발 하며, 감속기는 출력축에서 백래쉬 조정으로 일정한 정밀도를 유지했다. 입력과 출력축에 고정밀 베어링 적용으로 고속에서 소음 감소 및 정밀도를 유지 할 수 있도록 제시하였다. 연구 개발에서 초기에는 2차원과 3차원으로 설계된 웜 감속기에 대하여 조립된 부품들이 상호간에 간섭이 발생하는지 여부와 백래쉬와 내구성에 중요한 영향을 미치는 핵심부품인 웜과 웜 휠에 걸리는 응력 분포 상태를 분석하기 위하여 RecurDyn(Muti Frontal Linear Solver)소프트웨어를 이용하여 구조 해석을 수행하였다. 구조 해석 결과 발생되는 최대 응력값은 웜 휠 부분에 13.89 MPa의 결과를 얻었다. 웜 감속기에 발생하는 최대응력이 사용재료의 허용응력을 초과하지 않는 것으로 분석되었기에 웜 감속기의 설계는 타당하다고 도출하였다. Worm shaft와 Wheel의 설계는 갠트리 로봇에 적용하는 정밀한 Worm 감속기를 개발 할 수 있었으며, Worm의 효율성을 높이기 위하여 몇 가지 특징적인 것을 제시하였다. 3.125:1의 감속기는 직교 주행장치인 랙과 피니언에서 구동시 안정적인 System이 되도록 개발되었다. 제시된 Worm의 최적의 설계와 가공방법의 특징은 다음과 같다. 먼저 Worm에서 압력각은 20도와 리드각이 43도이며 감속비가 3.125:1인 연구를 제시하여 Wheel에서 접촉효율이 70% 이상 향상시켜 정밀 서보형 웜 감속기를 개발하여 직교형 갠트리 로봇에 적용이 가능해 졌다. 다음으로 Worm wheel의 가공방법을 탄젠샬 가공에서 레이디얼 방식으로 변환하여 Worm Hob공구도 레이디얼 타입으로 적용, 내구성과 정밀도 향상 뿐 만 아니라 작업시간을 대폭 줄일 수 있는 연구 결과를 도출 했다. 마지막으로 Worm shaft와 Wheel의 부하/무부하 상태에서 낮은 백래쉬는 필수적으로 요구되는 정밀한 제어가 가능한 각종 자동화 산업에 폭 넓게 적용 될 수 있도록 연구개발 되었다. 최적의 연구결과를 통해 개발되는 3.125:1 Worm감속기는 현재 외산 의존도가 높은 정밀급 웜 감속기를 국산으로 대체하는 효과도 있으며, Hob의 국내 개발은 절삭 공구 제작기술 및 정밀 절삭기술의 향상으로 공구의 내마모성 높여 종래보다 공구 수명연장이 가능해 졌다. 또한 부가적인 시스템 설치산업인 직교용 로봇에 적용되는 랙 기어와 동반성장이 가능 할 것으로 분석 하였다.
현재 국내에서는 스마트팩토리의 핵심 설비중 하나인 갠트리 로봇에 적용되는 웜 감속기는 국내외 자동차 제조설비 직교형 로봇 및 정밀기계장치, 각종 자동화 산업발전으로 높은 정밀도와 낮은 감속비를 요구하고 있다. 국내뿐만 아니라 전 세계 제조시장에서 제조업혁신으로 감속비가 낮은 서보용 정밀 웜 감속기 수요가 크게 증가하고 있는 추세이다. 본 연구에서는 서보 모터용 3.125:1 고정밀 웜 감속기의 저 감속비율의 연구개발을 진행한다. 웜 감속기는 직교용으로 자동차 부품생산 자동화 갠트리 로봇의 크랭크 축, Transmision, Cam shaft, Cylinder block & head에 적용의 다양성을 갖도록 연구개발 하며, 감속기는 출력축에서 백래쉬 조정으로 일정한 정밀도를 유지했다. 입력과 출력축에 고정밀 베어링 적용으로 고속에서 소음 감소 및 정밀도를 유지 할 수 있도록 제시하였다. 연구 개발에서 초기에는 2차원과 3차원으로 설계된 웜 감속기에 대하여 조립된 부품들이 상호간에 간섭이 발생하는지 여부와 백래쉬와 내구성에 중요한 영향을 미치는 핵심부품인 웜과 웜 휠에 걸리는 응력 분포 상태를 분석하기 위하여 RecurDyn(Muti Frontal Linear Solver)소프트웨어를 이용하여 구조 해석을 수행하였다. 구조 해석 결과 발생되는 최대 응력값은 웜 휠 부분에 13.89 MPa의 결과를 얻었다. 웜 감속기에 발생하는 최대응력이 사용재료의 허용응력을 초과하지 않는 것으로 분석되었기에 웜 감속기의 설계는 타당하다고 도출하였다. Worm shaft와 Wheel의 설계는 갠트리 로봇에 적용하는 정밀한 Worm 감속기를 개발 할 수 있었으며, Worm의 효율성을 높이기 위하여 몇 가지 특징적인 것을 제시하였다. 3.125:1의 감속기는 직교 주행장치인 랙과 피니언에서 구동시 안정적인 System이 되도록 개발되었다. 제시된 Worm의 최적의 설계와 가공방법의 특징은 다음과 같다. 먼저 Worm에서 압력각은 20도와 리드각이 43도이며 감속비가 3.125:1인 연구를 제시하여 Wheel에서 접촉효율이 70% 이상 향상시켜 정밀 서보형 웜 감속기를 개발하여 직교형 갠트리 로봇에 적용이 가능해 졌다. 다음으로 Worm wheel의 가공방법을 탄젠샬 가공에서 레이디얼 방식으로 변환하여 Worm Hob공구도 레이디얼 타입으로 적용, 내구성과 정밀도 향상 뿐 만 아니라 작업시간을 대폭 줄일 수 있는 연구 결과를 도출 했다. 마지막으로 Worm shaft와 Wheel의 부하/무부하 상태에서 낮은 백래쉬는 필수적으로 요구되는 정밀한 제어가 가능한 각종 자동화 산업에 폭 넓게 적용 될 수 있도록 연구개발 되었다. 최적의 연구결과를 통해 개발되는 3.125:1 Worm감속기는 현재 외산 의존도가 높은 정밀급 웜 감속기를 국산으로 대체하는 효과도 있으며, Hob의 국내 개발은 절삭 공구 제작기술 및 정밀 절삭기술의 향상으로 공구의 내마모성 높여 종래보다 공구 수명연장이 가능해 졌다. 또한 부가적인 시스템 설치산업인 직교용 로봇에 적용되는 랙 기어와 동반성장이 가능 할 것으로 분석 하였다.
The worm reducer applied to gantry robot which is one of the key facilities of the Smart Factory in Korea. It requires high precision and low reduction ratio due to the development of the orthogonal robot, precision mechanical device and various automation industry in domestic and overseas automobil...
The worm reducer applied to gantry robot which is one of the key facilities of the Smart Factory in Korea. It requires high precision and low reduction ratio due to the development of the orthogonal robot, precision mechanical device and various automation industry in domestic and overseas automobile manufacturing facilities. A demand for precision worm gearboxes for servo drives is on the rise because it has a low reduction ratio by manufacturing innovation in the domestic and global manufacturing markets. In this study, the research and development of low deceleration ratio of 3.125: 1 high precision worm reducer for servo motor is going on. The worm reducer has been developed to have a variety of application to the crankshaft, transmission, cam shaft, and cylinder block & head of the gantry robot that automates the production of automobile parts for orthogonalization. The reducer maintains constant accuracy by adjusting the backlash from the output shaft. High precision bearing is applied to the input and output shafts so that the noise reduction and accuracy can be maintained at high speed. In the early stage of research and development, it is analyzed whether the components assembled to the two-dimensional and three-dimensional worm reducer are interfered with each other. The stress distribution state of the worm and the worm wheel which are important components for backlash and durability structural analysis were performed using RecurDyn (Muti Frontal Linear Solver) software. The maximum stress value obtained from the structural analysis was 13.89 MPa in the worm wheel part. Since the maximum stress generated in the worm reducer was analyzed to not exceed the allowable stress of the material used, the design of the worm reducer was found to be valid. The design of the worm shaft and wheel were able to develop a precise worm reducer for gantry robots and several characteristics. They were suggested to improve the efficiency of the worm. The 3.125: 1 speed reducer was developed to be a stable system when it was driven by the rack and pinion. First, the research shows that the pressure angle of the worm is 20 degrees, the lead angle is 43 degrees, and the reduction ratio is 3.125: 1 so that the contact efficiency is improved by more than 70% in the wheel. Also, the precision servo type worm reducer is developed and applied to the orthogonal gantry robot. Second, we converted the machining method of the worm wheel from the radial method to the radial method, and we applied it to the radial type of the Worm Hob tool. They obtained the research results that it can be greatly improved the durability and precision as well as the working time. Finally, the low backlash under load / no load conditions of worm shaft and wheel have been researched to be widely applicable to various automation industries which can control precisely required. The 3.125: 1 Worm speed reducer developed through the best research results has the effect of replacing the precision worm reducer which is highly dependent on foreign countries, and the domestic development of the Hob is the domestic development of the cutting tool and the precision cutting technology. It is possible to extend the tool life by increasing wear resistance. Also, it is analyzed that it is possible to grow together with the rack gear applied to the orthogonal robot which is an additional system installation industry.
The worm reducer applied to gantry robot which is one of the key facilities of the Smart Factory in Korea. It requires high precision and low reduction ratio due to the development of the orthogonal robot, precision mechanical device and various automation industry in domestic and overseas automobile manufacturing facilities. A demand for precision worm gearboxes for servo drives is on the rise because it has a low reduction ratio by manufacturing innovation in the domestic and global manufacturing markets. In this study, the research and development of low deceleration ratio of 3.125: 1 high precision worm reducer for servo motor is going on. The worm reducer has been developed to have a variety of application to the crankshaft, transmission, cam shaft, and cylinder block & head of the gantry robot that automates the production of automobile parts for orthogonalization. The reducer maintains constant accuracy by adjusting the backlash from the output shaft. High precision bearing is applied to the input and output shafts so that the noise reduction and accuracy can be maintained at high speed. In the early stage of research and development, it is analyzed whether the components assembled to the two-dimensional and three-dimensional worm reducer are interfered with each other. The stress distribution state of the worm and the worm wheel which are important components for backlash and durability structural analysis were performed using RecurDyn (Muti Frontal Linear Solver) software. The maximum stress value obtained from the structural analysis was 13.89 MPa in the worm wheel part. Since the maximum stress generated in the worm reducer was analyzed to not exceed the allowable stress of the material used, the design of the worm reducer was found to be valid. The design of the worm shaft and wheel were able to develop a precise worm reducer for gantry robots and several characteristics. They were suggested to improve the efficiency of the worm. The 3.125: 1 speed reducer was developed to be a stable system when it was driven by the rack and pinion. First, the research shows that the pressure angle of the worm is 20 degrees, the lead angle is 43 degrees, and the reduction ratio is 3.125: 1 so that the contact efficiency is improved by more than 70% in the wheel. Also, the precision servo type worm reducer is developed and applied to the orthogonal gantry robot. Second, we converted the machining method of the worm wheel from the radial method to the radial method, and we applied it to the radial type of the Worm Hob tool. They obtained the research results that it can be greatly improved the durability and precision as well as the working time. Finally, the low backlash under load / no load conditions of worm shaft and wheel have been researched to be widely applicable to various automation industries which can control precisely required. The 3.125: 1 Worm speed reducer developed through the best research results has the effect of replacing the precision worm reducer which is highly dependent on foreign countries, and the domestic development of the Hob is the domestic development of the cutting tool and the precision cutting technology. It is possible to extend the tool life by increasing wear resistance. Also, it is analyzed that it is possible to grow together with the rack gear applied to the orthogonal robot which is an additional system installation industry.
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