[논문]공작물 적재를 위한 자동정렬 및 적재장치의 설계 및 제작

이재경; 최명철; 김갑순

doi:10.14775/ksmpe.2018.17.3.134

공작물 적재를 위한 자동정렬 및 적재장치의 설계 및 제작
Design and Fabrication of an Automatic Alignment and Loading System for Workpieces 원문보기

한국기계가공학회지 = Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, v.17 no.3, 2018년, pp.134 - 140

이재경 (경상대학교 지능형메카트로닉스공학과) , 최명철 ((주) 성우) , 김갑순 (경상대학교 제어계측공학과(ERI))

Abstract ▼ AI-Helper

This paper describes the design and fabrication of an automatic alignment and loading system for workpieces. To move a workpiece to a chucking position of a machine tool using a gantry robot, an automatic aligning device is required to load the workpiece before machining and automatically align them. The automatic alignment system was conceptually designed, and the structural analysis was performed for the main parts such as the top plate, center support, front and back support, and support shaft. Based on the structural analysis results, the size of these structures was determined. The automatic alignment system was manufactured, and the vertical movement characteristics of the workpiece up-and-down movement device and the rotation characteristics of the workpiece rotation device were experimentally examined. The result has confirmed that they operate normally.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 가공 전 소재를 자동으로 정렬 하는 공작기계 부착용 가공소재 적재를 위한 자동 정렬 및 적재장치를 구조해석하고, 이를 토대로 설계 및 제작하였다. 구조해석 결과, 처짐이 100um 이하와 응력이 2000N/cm² 이하로 설계되어 모두 안전한 것으로 판단된다.
본 논문에서는 가공 전 소재를 자동으로 정렬하는 공작기계 부착용 가공소재 적재를 위한 자동정렬 및 적재장치를 모델링하였고, 구조해석을 수행 하였으며, 이를 토대로 설계 및 제작하였다. 자동정렬 및 적재장치를 3차원으로 개념 설계하였고, 자동적재장치에 가공 전 소재를 최대로 적재하였을 때를 기준으로 구조해석 소프트웨어를 이용하여 주요부품의 변위와 응력을 해석하였다.
겐츄리 로봇을 이용하여 CNC 공작기계(선반)에공작물을 자동으로 투입(장착)하기 위해서는 가공소재를 적재하고 자동으로 정렬하는 자동정렬 및 적재장치가 필요하다. 이 장치는 직경이 76mm~100mm인 공작물 50개 이상을 적재할 수 있도록 설계하는 것을 목표로 한다. Fig.

제안 방법

(a)는 가공소재 적재를 위한 자동정렬의 조립도와 응력 및 변위해석 라인(구조적 으로 취약지점으로 판단된 부품의 부분)을 나타내고, (b)는 구조해석결과를 나타내고 있다. 구조해 석을 위한 조건은 10kg 무게의 가공 전 공작물 56 개, 총 560kg 과 모든 부품의 재질에 따른 자중이 가해지도록 설정하였다. (a)에서 선①은 상판 (크기: 2370×800×25mm)의 가로 중심선, 선②는 중앙 세로 지지대 중심선, 선③은 앞 지지대 중심선, 선④는 뒤 지지대 중심선, 선⑤는 좌측 받침축 원호선, 선⑥은 우측 받침축 원호선을 구조해석 결과를 그래프로 나타낸 것이다.
공작물 고정장치는 공작물의 직경 76~100mm를 장착할 수 있고, 공작물 회전장치에 고정되어 있으며, 총 14개이다. 그리고 1개의 공작물 고정장치는 4개의 공작물을 장착할 수 있고, 3개의 봉이 공작물을 지지하며 공작물의 직경에 따라 3개의 봉이 반경방향으로 늘어나고 줄어들 수있도록 설계하였다. 공작물 회전장치는 14개의 공작물 고정장치를 고정하고 그림의 앞 열의 가장 좌측위치에 로봇이 공작물을 가지고 갈 수 있도록 회전시키는 역할을 수행한다.
자동정렬 및 적재장치를 3차원으로 개념 설계하였고, 자동적재장치에 가공 전 소재를 최대로 적재하였을 때를 기준으로 구조해석 소프트웨어를 이용하여 주요부품의 변위와 응력을 해석하였다. 그리고 이것 들을 토대로 자동정렬 및 적재장치의 주요부품의 크기를 결정하였다.
이것을 위해 자동정렬 및 적재장치 구조의 크기는 가로, 세로, 높이가 각각 2370mm, 800mm, 725mm 로 결정하였고, 구조물 위에 고정되는 상판의 크기는 2370×800×25mm 로 결정하였다. 그리고 자동 정렬 및 적재장치를 구성하고 있는 부품의 안전성을 검증하기 위해 구조해석을 실시하였다. 자동정렬 및 적재장치의 안전을 위해 주요 부품의 처짐은 100um 이하, 응력은 2000N/cm² 이하로 결정하였다.
6축 산업용 로봇(industry robot)과 스카라 로봇(scara robot)은 공작기계 앞에 위치해 공작물의 착탈과 탈착을 수행하고, 겐츄리 로봇(gantry robot) 은 구조상 공작기계의 양측면에 가공 전 공작물과 가공 후 공작물을 적재하는 적재함을 놓고 운용한다. 본 논문에서 설계하고자 하는 것은 자동선반의 공작물 착탈과 탈착을 수행할 수 있는 자동정렬 및 적재장치다. 이 자동정렬 및 적재장치는 자동선반의 좌측에 위치하고 다수의 가공 전 공작물이 겐츄리 로봇이 이 공작물을 잡을 수 있도록 지정된 위치로 항상 자동으로 정렬되어야 한다.
이 자동정렬 및 적재장치는 자동선반의 좌측에 위치하고 다수의 가공 전 공작물이 겐츄리 로봇이 이 공작물을 잡을 수 있도록 지정된 위치로 항상 자동으로 정렬되어야 한다. 본 논문에서 설계하고자 하는 자동정렬 및 적재장치는 연구개발된 사례가 적어 유사문헌을 분석한다.
이것을 위해 자동정렬 및 적재장치 구조의 크기는 가로, 세로, 높이가 각각 2370mm, 800mm, 725mm 로 결정하였고, 구조물 위에 고정되는 상판의 크기는 2370×800×25mm 로 결정하였다.
자동정렬 및 적재장치는 공작물의 최대직경 100mm를 공작물 고정장치에 4 개를 고정하고, 이고정장치를 14 개를 회전장치에 부착하여 총 56 개의 공작물을 내장할 수 있도록 구성하였다. 이것을 위해 자동정렬 및 적재장치 구조의 크기는 가로, 세로, 높이가 각각 2370mm, 800mm, 725mm 로 결정하였고, 구조물 위에 고정되는 상판의 크기는 2370×800×25mm 로 결정하였다.
본 논문에서는 가공 전 소재를 자동으로 정렬하는 공작기계 부착용 가공소재 적재를 위한 자동정렬 및 적재장치를 모델링하였고, 구조해석을 수행 하였으며, 이를 토대로 설계 및 제작하였다. 자동정렬 및 적재장치를 3차원으로 개념 설계하였고, 자동적재장치에 가공 전 소재를 최대로 적재하였을 때를 기준으로 구조해석 소프트웨어를 이용하여 주요부품의 변위와 응력을 해석하였다. 그리고 이것 들을 토대로 자동정렬 및 적재장치의 주요부품의 크기를 결정하였다.

성능/효과

구조해석 결과, 상판은 ①중앙 가로 지지대 중심선의 최대응력은 300N/cm² 이었으므로 상판재질(SS400)의 인장강도 105000N/cm² 보다 매우 작아 안정한 것으로 나타났으며, 최대변위는 -90.6um로 매우 작게 발생되었다. 지지대는 ②중앙 세로 지지대 중심선, ③앞 지지대 중심선, ④뒤 지지대 중심선의 최대응력은 1700N/cm² 이었으므로 지지대의 재질 (SS400)의 인장강도 105000N/cm² 보다 매우 작아 안정한 것으로 나타났으며, 최대변위는 -80.
본 논문에서는 가공 전 소재를 자동으로 정렬 하는 공작기계 부착용 가공소재 적재를 위한 자동 정렬 및 적재장치를 구조해석하고, 이를 토대로 설계 및 제작하였다. 구조해석 결과, 처짐이 100um 이하와 응력이 2000N/cm² 이하로 설계되어 모두 안전한 것으로 판단된다. 구조해석 결과를 토대로 전체 크기는 2476×838×804mm, 상판의 크기는 2370×800×25mm 등 주요부품의 크기가 결정되었다.
구조해석 결과로 결정된 전체 크기는 2476×838× 804mm, 상판의 크기는 2370×800×25mm, 중앙 세로 지지대의 크기는 60×60×3.2mm 크기의 사각중공빔 이고 길이는 800mm, 앞과 뒤 지지대의 크기는 60× 60×3.2mm 크기의 사각중공빔이고 길이는 725mm, 받침축의 크기는 외경이 ø25mm, 내경이 ø6.6mm, 높이가 23.5mm로 결정되었다.
구조해석 결과를 토대로 전체 크기는 2476×838×804mm, 상판의 크기는 2370×800×25mm 등 주요부품의 크기가 결정되었다.
제작된 가공소재 적재를 위한 자동정렬 및 적재장치의 공작물 상하이동장치의 상하이동은 정상대로 움직임을 확인하였다. 그리고 공작물 회전장치의 회전 특성실험을 실시한 결과 안전하게 회전하였다.
9는 제작된 가공소재 적재를 위한 자동정렬 및 적재장치의 특성실험 결과를 나타내고 있고, (a)는 공작물 2개를 공작물 상하이동장치 위에 놓인 초기 상태, (b)는 공작물 상하이동장치의 1단계 상승상태, (c)는 공작물 상하이동장치의 2단계 상승상태, (d)는 공작물 상하이동장치 3단계 상승 상태이고 가공 전 공작물을 4축 겐츄리 로봇이 가지고 간 모습이다. 제작된 가공소재 적재를 위한 자동정렬 및 적재장치의 공작물 상하이동장치의 상하이동은 정상대로 움직임을 확인하였다. 그리고 공작물 회전장치의 회전 특성실험을 실시한 결과 안전하게 회전하였다.
6um로 매우 작게 발생되었다. 지지대는 ②중앙 세로 지지대 중심선, ③앞 지지대 중심선, ④뒤 지지대 중심선의 최대응력은 1700N/cm² 이었으므로 지지대의 재질 (SS400)의 인장강도 105000N/cm² 보다 매우 작아 안정한 것으로 나타났으며, 최대변위는 -80.7um로 매우 작게 나타났다. 받침축은 ⑤좌측 받침축 원호선, ⑥우측 받침축 원호선의 최대응력은 -908N/cm² 이었으므로 받침축의 재질(SS400)의 인장강도 105000N/cm² 보다 매우 작아 안정한 것으로 나타났 으며, 최대변위는 -34.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	겐츄리 로봇의 특징은?	이와 같이 자동으로 공작물을 가공하는 공작 기계는 척에서 가공 전 공작물과 가공 후 공작물을 착탈(loading)과 탈착(unloading)을 수행하는 로봇이 있다. 6축 산업용 로봇(industry robot)과 스카라 로봇(scara robot)은 공작기계 앞에 위치해 공작물의 착탈과 탈착을 수행하고, 겐츄리 로봇(gantry robot) 은 구조상 공작기계의 양측면에 가공 전 공작물과 가공 후 공작물을 적재하는 적재함을 놓고 운용한다. 본 논문에서 설계하고자 하는 것은 자동선반의 공작물 착탈과 탈착을 수행할 수 있는 자동정렬 및 적재장치다.
	겐츄리 로봇을 이용하여 CNC 공작기계에 공작물을 자동으로 투입하기 위해서 필요한 것은?	겐츄리 로봇을 이용하여 CNC 공작기계(선반)에공작물을 자동으로 투입(장착)하기 위해서는 가공소재를 적재하고 자동으로 정렬하는 자동정렬 및 적재장치가 필요하다. 이 장치는 직경이 76mm~100mm인 공작물 50개 이상을 적재할 수 있도록 설계하는 것을 목표로 한다.
	자동선반에 공작물 착탈과 탈착을 수행하는 장치의 위치와 특징은?	본 논문에서 설계하고자 하는 것은 자동선반의 공작물 착탈과 탈착을 수행할 수 있는 자동정렬 및 적재장치다. 이 자동정렬 및 적재장치는 자동선반의 좌측에 위치하고 다수의 가공 전 공작물이 겐츄리 로봇이 이 공작물을 잡을 수 있도록 지정된 위치로 항상 자동으로 정렬되어야 한다. 본 논문에서 설계하고자 하는 자동정렬 및 적재장치는 연구개발된 사례가 적어 유사문헌을 분석한다.

참고문헌 (10)

GuK, G. H. and Park, Y. T., "Planning of Part Feeder and Design of a Data Base for Part Feeder Planning System,"Journal of the Korean Society for Precision Engineering, Vol. 19, No. 7, pp. 116-124, 2002.
Colombo, A. W., "An agent-based intelligent control platform for industrial holonic manufacturing systems,"IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 53, No. 1, pp. 322-337, 2006.

상세보기
Kulkarni, R., Shivakumar, S. and Krao, R., "Productivity Improvement on a CNC Lathe by Automatic Loading and Unloading of Throttle Valve Component", International Journal of Scientific & Engineering Research, Vol. 2, No. 12, 2011.
Park, H. M., Jun, J. U. and Lee, S. J., "Design of Slide-Type Automatic Pallet Changer for M/C by Simulation," Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, Vol. 14, No. 6, pp. 111-121, 2015.
Lee, M. K., Joo, P. J., Lee, E. S. and Kim, N.S., "A Study on the Z axis Defection Compensation of the Cross rail for Gantry type Machine tools," The Korean Society of Manufacturing Technology Engineers, Vol. 20, No.3, pp. 357-360, 2011.
Park, J. B. and Lee, E. S., "Dynamic Structure Analysis for the Large Gantry Type Machine Tool," The Korean Society of Manufacturing Technology Engineers, pp. 201, 2012.
Kim, J. D., Cho, C. S., Lee, H. J., Shin, C. B. and Park, C. H., "A Study on the Motion Analysis and Lead-Filter Design for High Speed/Accuracy Movement of Gantry Robot," Institute of Control, Robotics and Systems, Vol. 23, No. 3, pp. 145-146, 2017.

상세보기
Cho, C. J., Park, D. J., Yang, J. S. and Koo, Y. M., "A Study on Dynamic Modeling and Vibration Analysis of Gantry Robot," The Korea Society of Industrial Application, Vol. 17, No. 4, pp. 211-216, 2014.
Kim, J. D., Cho, C. S., Kim, B. S., Kim, K. H. and Park, K. J., "A Study on the safety of high-speed and heavy-duty 3 axis gantry robot," Korean Society Of Precision Engineering, Annual Spring Conference vol. 1, pp. 337-338, 2011.
Jang, U. I., Noh, M. S., Jeong, S. H. and Hong, D. S., "Static and Dynamic Analysis for 3Axis Articulated Robot for Gantry System," Korean Society Of Precision Engineering Fall Conference, pp. 503-504, 2008.

저자의 다른 논문 :

LOADING...

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증