KR101017563B1 - 공구 자동 교환장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공구를 장착하여 공작물을 가공하는 공작기계에 있어서, 사용중인 공구를 교환하고자 하는 경우 새로운 공구를 운반하여 자동으로 교환하는 공구 자동교환장치에 관한 것으로, 공구가 수납되는 복수의 공구포트를 구비한 공구수납장치와, 상기 공구가 장착되는 공구 그립부 사이에서 공구를 운반 및 교환하는 공구 자동교환장치에 있어서, 적어도 일측에 공구파지부가 구비된 암을 포함하는 공구교환부와, 구동모터의 동력을 전달받아 상기 공구교환부를 직선방향으로 전후진 작동시키는 이송부와, 구동모터의 동력을 전달받아 상기 공구교환부를 회전시키는 회전부로 구성된다.

위와 같이, 모터를 이용한 작동구조를 채택하여 종래의 유압식 작동구조와는 달리 누유 및 환경오염의 우려가 없으므로, 유지보수가 용이할 뿐만 아니라 청결한 작업환경을 제공할 수 있는 효과를 가지며, 공구교환용 암의 IN/OUT 작동시 정밀한 위치제어가 가능함으로써, 공구의 파손을 방지할 수 있음은 물론 공구교환을 신속하고 원활하게 수행할 수 있는 효과를 가진다.

공구, 교환, 모터, 이송, 회전

Description

공구 자동 교환장치{AUTOMATIC TOOL EXCHANGING APPARATUS}

본 발명은 공구를 장착하여 공작물을 가공하는 공작기계에 있어서, 사용중인 공구를 교환하고자 하는 경우 새로운 공구를 운반하여 자동으로 교환하는 공구 자동 교환장치에 관한 것이다.

일반적으로 공작기계라 함은 기계부품을 가공하는 장치로서, 보다 상세하게는 드릴과 같은 커터를 공구 그립부에 장착하고 이를 회전시키거나 직선으로 왕복이송시켜 베드에 고정된 공작물을 가공하는 장치를 말한다.

상기와 같은 공작기계를 이용하여 드릴링가공, 절삭가공, 밀링가공, 연삭가공, 호빙가공 등 다양한 방식의 가공이 가능하며, 각 가공방식에 따라 다른 형상과 특성을 갖는 공구가 사용된다.

작업자는 공구가 파손된 경우 또는 공구의 사이즈 교체, 가공방식의 전환시 공구 그립부에 장착된 공구를 다른 공구로 교환하게 되는데, 공구의 운반 및 교환 등 작업을 일일이 수작업으로 진행시 상당한 시간적 손실이 발생된다.

이에, 종래에도 공구를 자동으로 교환해주는 장치가 사용되고 있으며, 도 1은 종래 공구 교환장치의 일 예를 보인 사시도이다. 도시된 바와 같이, 공구 자동 교환장치(100)는 프레임(110)과, 연결축(120)과, 실린더 블록(130)과, 공구교환용 암(140)과, 암 회전수단(미부호)으로 구성된다.

프레임(110)은 공구수납장치(20)의 공구포트(21)와 공작기계(10)의 공구 그립부(11) 사이에서 이동하도록 구성되는 것으로, 동선(動線)에 따라 슬라이드 또는 회전 등의 방식으로 이동한다.

도 2a,b는 도 1의 작동상태를 보인 요부 단면도로서, 실린더 블록(130)의 세부구성과 공구 교환 메커니즘에 대하여 설명하면 다음과 같다.

실린더 블록(130)에는 실린더 피스톤(131)과, 암 하우징(132)이 구비되는데, 상기 실린더 케이스의 후방에는 연결축(120)이 삽입되어 상기 연결축을 타고 전후방으로 슬라이드 가능하게 구성된다.

연결축(120)의 내부에는 유압으로 작동하는 실린더 피스톤(131)이 전후방으로 이동 가능하게 구비되며, 실린더 피스톤은 암 하우징(132)과 일체로 구성되어 동시에 작동한다.

공구교환용 암(140)은 암 하우징(132)의 후방측 단부에 일체로 고정된 것으로, 일측 단부에 공구를 파지하는 공구 파지부가 구비된다. 상기 공구 파지부는 공구를 파지 또는 파지상태를 해제가능 하도록 구성된다.

공구교환용 암(140)의 작동을 간단히 설명하면 다음과 같다. 실린더 피스톤(131)의 후방에 형성된 공간(A)에 유압이 공급되면 상기 실린더 피스톤이 전방으로 이동하며 그에 따라 암 하우징(132) 및 공구교환용 암(140)이 전방으로 이동하게 된다.

위와는 반대로, A 공간에 공급된 유압을 제거하면 실린더 피스톤(131)과 암 하우징(132) 및 공구교환용 암(140)이 후방으로 이동하여 원상태로 복귀하게 된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 공구 자동교환장치는 공구교환용 암의 전후방 이동을 위해 내부에 유압구동을 위한 오일이 공급되며, 그에 따라 누유 및 환경오염의 문제가 발생된다. 이는 누유를 방지하기 위한 실링조치 및 누유발생시 각종 번거로운 후속조치를 야기하게 된다.

한편, 공구교환용 암의IN/OUT 작동시 원활한 공구교환 및 공구의 파손을 방지하기 위해서는 정확한 위치에서 정지해야 함에도 불구하고, 종래의 공구 자동교환장치는 유압구동의 특성상 위치조정용 볼트 등 별도의 장치를 설치해야 하는 등 위치 정밀도를 구현하는데 많은 어려움이 따르는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 유압을 사용함에 따른 누유 및 환경오염의 문제가 없는 공구 자동교환장치를 제공함에 있다.

또한, 공구교환용 암의 IN/OUT 작동시 정확한 위치정밀도를 구현할 수 있음은 물론 스트로크를 용이하게 제어할 수 있도록 한 공구 자동교환장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 공구 자동교환장치 는, 공구가 수납되는 복수의 공구포트를 구비한 공구수납장치와, 상기 공구가 장착되는 공구 그립부 사이에서 공구를 운반 및 교환하는 공구 자동교환장치에 있어서, 적어도 일측에 공구파지부가 구비된 암을 포함하는 공구교환부와, 구동모터의 동력을 전달받아 상기 공구교환부를 직선방향으로 전후진 작동시키는 이송부와, 구동모터의 동력을 전달받아 상기 공구교환부를 회전시키는 회전부로 구성된다.

상기 공구교환부에는 상기 암의 중앙에 일체로 형성된 하우징이 구비되고, 상기 회전부에는 일측이 상기 하우징의 내부에 슬라이드 가능하게 삽입되며 상기 구동모터의 동력으로 회전되는 회전축이 구비된다.

상기 이송부는, 상기 구동모터의 동력으로 회전되는 스크류와, 상기 스크류에 체결되어 회전방향에 따라 전후로 이동하는 너트하우징과, 상기 너트하우징에 일측이 고정되고 타측은 상기 공구교환부에 구비된 레버에 고정되는 이송바로 구성된다.

또한, 상기 너트하우징의 직선 이동을 가이드하는 이송가이드부가 구비되며,상기 이송가이드부는 상기 너트하우징의 스트로크 이상의 길이를 갖는 가이드와, 상기 가이드의 일측 또는 양측에 길이방향으로 형성되어 상기 너트하우징의 돌기와 체결되는 홈부로 구성된다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 모터를 이용한 작동구조를 채택하여 종래의 유압식 작동구조와는 달리 누유 및 환경오염의 우려가 없으므로, 유지보수가 용이할 뿐만 아니라 청결한 작업환경을 제공할 수 있는 효과를 가진다.

또한, 공구교환용 암의 IN/OUT 작동시 정밀한 위치제어가 가능함으로써, 공구의 파손을 방지할 수 있음은 물론 공구교환을 신속하고 원활하게 수행할 수 있는 효과를 가진다.

이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예를 보인 정면 사시도이고, 도 4는 도 3의 측면 사시도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 공구 자동교환장치는 양측 단부에 공구파지부(미부호)가 구비된 암(11)을 포함하는 공구교환부(10)와, 프레임 상측에 설치된 제1 구동모터(40)의 동력을 전달받아 상기 공구교환부를 직선방향으로 전후진 작동시키는 이송부(20)와, 프레임 하측에 설치된 제2 구동모터(60)의 동력을 전달받아 상기 공구교환부를 회전시키는 회전부(50)로 구분된다.

상기 공구 자동교환장치는, 종래기술에서 설명한 도 1과 같이 공구가 수납되는 복수의 공구포트를 구비한 공구수납장치와, 상기 공구가 장착되는 공구 그립부 사이에서 공구를 운반 및 교환하도록 설치되며, 본 실시예에서는 종래기술과 중복됨에 따라 도시 및 설명을 생략하기로 한다.

또한, 암(11)의 양측에 구비되어 공구를 파지하는 공구파지부(미부호)는 기존의 공구 자동교환장치에 적용되고 있는 통상의 메커니즘과 동일함에 따라, 본 실시예에서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.

상기 암(11)의 중앙에는 하우징(12)이 일체로 구비되고, 상기 하우징의 내측에는 회전축(51)의 끝부분이 슬라이드 가능하게 삽입된다. 상기 회전축은 제2 구동모터(60)의 동력으로 회전되며 그 회전력으로 하우징(12)을 회전시키게 된다.

상기 이송부(20)는, 제1 구동모터(40)의 동력으로 회전되는 스크류(21)와, 상기 스크류에 체결되어 회전방향에 따라 전후로 이동하는 너트하우징(22)과, 상기 너트하우징에 일측이 고정되고 타측에는 레버(24)가 구비되는 이송바(23)로 구성되는데, 상기 레버는 일측이 상기 이송바에 고정되고 타측이 하우징(12)의 후방에 회전 자유롭게 설치된다.

상기 너트하우징(22)의 일측에는 이송가이드부(30)가 설치되어 상기 너트하우징의 직선 이동을 가이드하여 원활한 이송이 가능하다. 상기 이송가이드부는, 너트하우징(22)의 스트로크 이상의 길이를 갖는 가이드(31)와, 상기 가이드의 일측 또는 양측에 길이방향으로 형성되어 상기 너트하우징의 돌기(미도시)와 체결되는 홈부(32)로 구성된다.

본 실시예에서는 공구교환부(10)의 전후진 및 회전을 위해 각각의 구동모터(40, 60)가 구비되는데, 상기 구동모터는 정밀한 회전수 제어가 가능한 서보모터를 사용함이 바람직하다. 또한, 구동모터(40, 60)의 회전력을 각각 스크류(21)와 회전축(51)에 전달하기 위해 밸트(41, 61)가 사용되는데, 상기 밸트는 동력을 정확하게 전달할 수 있는 타이밍 벨트가 사용된다.

상기 회전부(50)에는, 제2 구동모터(60)의 회전속도를 감속시켜 원하는 회전수로 제어함과 동시에 토크를 증가시켜주는 감속기(53)가 설치되고, 회전축(51)의 외측을 감싸는 커버(52)가 구비된다. 상기 감속기는 동종 산업에서 널리 사용되고 있는 부품으로 상세한 설명은 생략한다.

도 5a,b는 도 3의 작동상태를 보인 요부 단면도로서, 도 3과 도 4와 함께 본 발명의 작동과정을 상세하게 설명한다.

먼저, 공구교환부(10)의 IN/OUT 작동과정을 설명하면 다음과 같다. 제1 구동모터(40)가 작동하면 스크류(21)가 회전하고, 상기 스크류의 회전에 따라 너트하우징(22)와 이송바(23) 및 레버(24)가 전진하게 된다. 이에 따라 상기 레버가 하우징(12)과 암(11)을 푸시하게 되며, 상기 하우징은 회전축(51)을 따라 너트하우징(22)의 스트로크 만큼 전진하여 OUT 작동이 완료된다.

상기 OUT 작동과정은 공구교환부(10)가 상술한 공구포트 또는 공구 그립부에서 공구를 인출하는 과정에서 이루어지며, 인출한 공구를 목적지에 삽입하는 과정은 IN 작동과정에 의해 이루어진다.

상기 IN 작동과정은 제1 구동모터(40)가 역방향으로 회전함에 따라 너트하우징(22)이 스크류(21)를 타고 후진하게 되고, 그에 따라 이송바(23)와 레버(24) 및 공구교환부(10)가 함께 후진하여 완료된다.

다음으로, 공구교환부(10)의 회전과정을 설명하면 다음과 같다. 제2 구동모터(60)가 작동하면 동력이 감속기(53)를 거쳐 적정 회전수 및 토크로 변환되어 회전축(51)에 전달된다. 이때, 회전축(51)과 하우징(12)의 사이에는 체결부재(70)가 설치되어 상기 회전축의 회전력을 하우징에 전달하도록 구성된다.

본 실시예에서는 체결부재(70)로 회전축(51)에 볼트로 고정되는 한 쌍의 키이(key)로 이루어진 트윈 키이(twin Key)를 사용하였으며, 유사한 기능의 다른 체 결수단을 사용해도 무방하다.

이때, 레버(24)와 하우징(12)의 사이에는 베어링(240)이 설치되어 상기 레버가 하우징을 고정한 상태에서 상기 하우징의 회전이 가능하게 된다.

상기 회전과정은 공구교환부(10)가 공구를 인출한 OUT 상태에서 이루어지며, 암(11)의 공구파지부에서 파지하고 있는 공구를 180도 회전시킨 상태에서 정지하게 된다.

상기 회전과정이 완료된 이후에는 IN 작동에 따라 공구교환부(10)가 후진하여 원위치로 복귀하게 되며, 그에 따라 상술한 바와 같이 공구포트 또는 공구 그립부에서 인출된 공구가 목적지에 정확히 삽입되는 것이다.

이상에서는 본 발명에서 특정의 바람직한 실시예들에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능할 것이다.

도 1은 종래 공구 교환장치의 일 예를 보인 사시도.

도 2a,b는 도 1의 작동상태를 보인 요부 단면도.

도 3은 본 발명의 일 실시예를 보인 정면 사시도.

도 4는 도 3의 측면 사시도.

도 5a,b는 도 3의 작동상태를 보인 요부 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

10: 공구교환부 11: 암

12: 하우징 20: 이송부

21: 스크류 22: 너트하우징

23: 이송바 24: 레버

240: 베어링 30: 이송가이드부

31: 가이드 32: 홈부

40: 구동모터 41: 밸트

50: 회전부 51: 회전축

52: 회전축커버 53: 감속기

60: 구동모터 61: 밸트

70: 체결부재

Claims (5)

1. 공구가 수납되는 복수의 공구포트를 구비한 공구수납장치와, 상기 공구가 장착되는 공구 그립부 사이에서 공구를 운반 및 교환하는 공구 자동교환장치에 있어서,

   적어도 일측에 공구파지부가 구비된 암을 포함하여, 전후진 및 회전 가능하도록 배치된 공구교환부와;

   상기 공구교환부와 결합된 것으로, 제1 구동모터의 동력을 전달받아서 상기 공구교환부의 암을 전후진 작동시키는 이송부와;

   상기 공구교환부와 결합된 것으로, 제2 구동모터의 동력을 전달받아서 상기 암을 회전시키는 회전부;를 포함하고,

   상기 공구교환부는 상기 이송부에는 회전이 가능하도록 결합되고, 상기 회전부에는 전후진 가능하도록 결합되고,

   상기 이송부는, 상기 공구교환부를 전후진시키는 레버와, 상기 제1 구동모터의 동력으로 회전되는 스크류와, 상기 스크류에 체결되어 회전방향에 따라서 전후로 이동하는 너트 하우징과, 일측이 상기 너트 하우징에 고정되고, 타측이 상기 레버에 결합되는 이송바를 포함하며,

   상기 공구교환부는 상기 레버에 회전이 가능하도록 결합된 것을 특징으로 하는 공구 자동교환장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 회전부는, 상기 제2 구동모터에 의하여 회전하는 회전축을 포함하고,

   상기 공구교환부는, 상기 암의 중앙에 일체로 형성되며 상기 회전축에 전후진 가능하도록 결합된 하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공구 자동교환장치.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 이송부는, 상기 너트하우징의 직선 이동을 가이드하는 이송가이드부를 더 포함하고,

   상기 이송가이드부는, 상기 너트하우징의 스트로크 이상의 길이를 갖는 가이드와, 상기 가이드 일측 또는 양측에 길이방향으로 형성되어 상기 너트하우징의 돌기와 체결되는 홈부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공구 자동교환장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 회전부는, 상기 제2 구동모터의 회전속도를 감속시켜서 원하는 회전수로 제어함과 동시에 토크를 증가시키는 감속기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공구 자동교환장치.

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