KR101288301B1 - 머시닝 센터의 자동공구 교환장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대기포트 90도 선회 방식을 대기포트 전후진 방식과 체인저 바디(Changer Body) 90도 선회 방식으로 바꾸어 공구교환시간을 단축하고 동작성을 향상시키며, 대기포트를 공구 매거진 상부에 위치시키지 않음으로 인한 설치공간의 최소화를 꾀할 수 있도록 한 머시닝 센터의 자동공구 교환장치를 제공하기 위한 것으로, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단은, 툴 매거진에 장착된 공구를 주축에 자동 교환시키기 위한 장치에 있어서, 상기 툴 매거진의 툴 포트에 장착된 공구를 취출하는 툴 픽업유닛과; 상기 툴 픽업유닛에 의해 공급된 공구를 수납 대기시키도록 일측으로 개방되고, 대기포트 전후진 실린더에 연결되어 툴 포트와 나란한 방향으로 전,후진 운동하는 대기포트와; 상기 대기포트에 수납된 공구를 체인저 암으로 파지 후 스위블 동작으로 90도 회전시켜 주축으로 위치시키는 툴 체인저 스위블 유닛을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

툴 매거진, 툴 포트, 대기포트, 주축, 체인저 암, 공구교환

Description

머시닝 센터의 자동공구 교환장치{Automatic Tool Changer of Machining Center}

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.

도 1은 본 발명에 따른 머시닝 센터의 자동공구 교환장치의 사시도.

도 2는 도 1의 평면도로서 공구 교환전의 상태도.

도 3은 도 1의 정면도로서 공구 교화전의 상태도.

도 4는 본 발명에 적용되는 툴 체인저 스위블 유닛이 90도 선회완료한 동작도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 툴 매거진(Tool Magazine)

12 : 그립퍼 업/다운 실린더(Gripper Up/Down Cylinder)

16 : 그립퍼 전후진 실린더

18 : 그립퍼(Gripper)

20: 대기포트(Waiting Pot)

30: 대기포트 전후진 실린더

50 : 메인 체인저 어셈블리(Main Changer Assembly)

51 : 힌지축(Hinge Shaft)

52 : 체인저 바디(Changer Body)

53 : 체인저 바디 스위블용 실린더

54 : 체인저 암(Changer Arm)

56 : 메인 체인저 인(In)/아웃(Out) 실린더

본 발명은 머시닝센터(Machining Center)의 자동공구 교환장치(ATC, Automatic Tool Changer)에 관한 것으로, 특히 메인 체인저 어셈블리(Main Changer Assembly)가 90도 선회하여 공구교환을 행하는 머시닝 센터의 자동공구 교환장치에 관한 것이다.

종래 공작물 절삭가공장비인 머시닝센터의 경우, 공구를 장착한 대기포트가 90도 선회하여 메인 체인저 측으로 오면 체인저 암이 수평상태에서 일정 각도로 회전하여 체인저 암이 대기중인 공구를 물어서 공구의 교환이 이루어진다.

이때 문제점은 대기포트가 선회한 후 체인저 암이 회전하여 공구 교환을 행함으로 인해 단속적인 동작을 수행함으로 전체적인 공구 교환시간이 길어진다는 것이다.

또한 대기포트의 위치도 기계 높이에 해당하는 위치에 있어야 함으로 인해 대형장비의 경우 설치공간 및 수리에 상당한 애로를 갖고 있게 된다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 제반적인 사정을 감안하여 창출된 것으로, 대기포트 90도 선회 방식을 대기포트 전후진 방식과 체인저 바디(Changer Body) 90도 선회 방식으로 바꾸어 공구교환시간을 단축하고 동작성을 향상시키며, 대기포트를 공구 매거진 상부에 위치시키지 않음으로 인한 설치공간의 최소화를 꾀할 수 있도록 한 머시닝 센터의 자동공구 교환장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단은,

툴 매거진에 장착된 공구를 주축에 자동 교환시키기 위한 장치에 있어서,

상기 툴 매거진의 툴 포트에 장착된 공구를 취출하는 툴 픽업유닛과;

상기 툴 픽업유닛에 의해 공급된 공구를 수납 대기시키도록 일측으로 개방되고, 대기포트 전후진 실린더에 연결되어 툴 포트와 나란한 방향으로 전,후진 운동하는 대기포트와;

상기 대기포트에 수납된 공구를 체인저 암으로 파지 후 스위블 동작으로 90도 회전시켜 주축으로 위치시키는 툴 체인저 스위블 유닛을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따르면,

상기 툴 픽업유닛은,

툴 매거진에 장착된 공구를 파지하는 그립퍼와;

상기 그립퍼를 업/다운 동작시켜 공구를 툴 포트로부터 취출해내는 그립퍼 업/다운 실린더와;

공구를 파지한 상기 그립퍼를 상기 대기포트로 이동시키는 그립퍼 전/후진 실린더를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따르면,

상기 툴 체인저 스위블 유닛은,

상기 대기포트와 주축의 사이에 위치하여 힌지축으로 회전 가능하게 지지된 체인저 바디와;

상기 대기포트에 수납된 공구를 파지하는 체인저 암과;

상기 체인저 바디에 슬라이딩 이동가능하게 설치되며, 상기 체인저 암을 랙과 피니언기어의 이물림를 이용하여 툴 교환 동작을 하는 메인체인저 어셈블리와;

상기 체인저 바디에 장착되어 상기 메인체인저 어셈블리를 슬라이딩 이동시키는 메인 체인저 인/아웃 실린더와;

상기 툴 매거진의 프레임측에 힌지 설치되어 상기 체인저 바디를 90도 회전 동작시키는 체인저 바디 스위블용 실린더를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 머시닝 센터의 자동공구 교환장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 평면도로서 공구 교환전의 상태도이고, 도 3은 도 3은 도 1의 정면도로 서 공구 교화전의 상태도이고, 도 4는 본 발명에 적용되는 툴 체인저 스위블 유닛이 90도 선회완료한 동작도이다.

본 발명은 도 1 내지 도 4에서와 같이 툴 매거진(10)에 장착된 공구를 주축(60)에 자동 교환시키기 위한 장치이다.

먼저, 도 1에서와 같이 상기 툴 매거진(10)의 툴 포트(11)에 장착된 공구를 취출하는 툴 픽업유닛(100)이 구비된다. 상기 툴 픽업 유닛(100)은 툴 매거진(10)의 프레임측에 설치된다.

상기 툴 픽업유닛(100)은 툴 매거진(10)에 장착된 공구(200)를 파지하는 그립퍼(18)와, 상기 그립퍼(18)를 업(up)/다운(down) 동작시켜 공구를 툴 포트(11)로부터 취출해내는 그립퍼 업(up)/다운(down) 실린더(12)와, 공구를 파지한 상기 그립퍼(18)를 대기포트(20)로 이동시키는 그립퍼 전/후진 실린더(16)를 포함하여 구성된다.

따라서 그립퍼(18)는 그립퍼 업/다운 실린더(12)에 의해 Y축 방향으로 이동하면서 툴 포트(11)에 장착된 공구를 취출해낸다. 또한 그립퍼(18)는 상기 그립퍼 전/후진 실린더(16)에 의해 X축 방향으로 전/후진 동작하면서 파지된 공구를 대기포트(20)가 있는 위치로 이동시키게 된다.

상기 툴 픽업유닛(100)의 그립퍼(18)에 의해 공급된 공구는 대기포트(20)에 수납되게 되어 있다. 상기 대기포트(20)는 일측으로 개방된 개구부(21)를 갖고, 대기포트 전후진 실린더(30)에 연결되어 툴 포트(11)와 나란한 방향(Y축 방향)으로 전,후진 운동하게 되어 있다.

상기 대기포트(20)에 수납된 툴을 체인저 암(54)으로 파지 후 스위블 동작으로 90도 회전시켜 주축(60)으로 위치시키는 툴 체인저 스위블 유닛(500)이 구비된다.

상기 툴 체인저 스위블 유닛(500)은, 상기 대기포트(20)와 주축(60)의 사이에 위치하여 힌지축(51)으로 회전 가능하게 지지된 체인저 바디(52)와, 상기 대기포트(20)에 수납된 공구를 파지하는 체인저 암(54)과, 상기 체인저 바디(52)에 슬라이딩 이동가능하게 설치되며 상기 체인저 암(54)을 랙과 피니언기어의 이물림을 이용하여 툴 교환 동작을 하는 메인체인저 어셈블리(50)와, 상기 체인저 바디(52)에 장착되어 상기 메인체인저 어셈블리(50)를 슬라이딩 이동시키는 메인 체인저 인(in)/아웃(out) 실린더(56)와, 상기 툴 매거진(10)의 프레임측에 힌지 설치되어 상기 체인저 바디(52)를 90도 회전 동작시키는 체인저 바디 스위블용 실린더(53)를 포함하여 구성된다.

상기 메인체인저 어셈블리(50)에서 피니언 기어는 체인저 암(54)의 암 회전축에 구비되고 랙은 랙 실린더 장치에 구성된다. 따라서 랙 실린더 장치가 구동되면 랙이 직선운동하고 피니언 기어가 회전운동하여 암 회전축을 회전시킴으로써 체인저 암(54)이 180도 회전 동작하는 것이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 동작은 다음과 같이 이루어진다.

공구 교환지령이 떨어지면 공구(Tool)를 보관하는 툴 매거진(10)이 회전하여 원하는 공구(200)를 찾게 된다. 툴 매거진(10)이 원하는 공구를 찾게 되면 그립퍼 전후진 실린더(16)가 도 1에서 전진(A방향)하여 그립퍼(18)는 툴 매거진(10)에 물 려있는 공구를 물게 된다.

다음, 그립퍼 업/다운 실린더(12)의 상승 동작(C방향)에 의해 툴 매거진(10)으로부터 공구를 탈착하게 된다.

그 다음, 그립퍼 전후진 실린더(16)의 2차 전진 동작(A방향)과 그립퍼 업/다운 실린더(12)의 다운 동작(D방향)으로 공구가 E방향으로 대기포트(20)에 안착되어 대기 상태에 있게 된다.

그 다음, 그립퍼 전후진 실린더(16)는 B방향으로 동작하여 최초의 위치로 그립퍼(18)를 복귀시키게 된다.

그 다음, 메인 체인저 인/아웃 실린더(56)의 인(In) 동작(G방향)에 의해 메인 체인저 어셈블리(50)에 상호 구조가 연결되어 있는 체인저 암(54)이 대기포트(20)에 있는 공구를 물게 된다.

그 다음, 대기포트 전후진 실린더(30)의 후진(E방향)으로 공구가 체인저 암(54)에 물림된 상태에서 대기포트(20)에서 탈착되게 된다.

그 다음, 메인 체인저 인/아웃 실린더(56)의 아웃 동작(H방향)에 의해 공구 교환 간섭영역을 벗어남과 동시에 회전 실린더(53)의 전진 동작(I방향)으로 힌지 축(51)을 회전 중심으로 하여 체인저 바디(52)와 함께 체인저 암(54)이 90도 선회하여 위치하게 된다.(도 4참조)

그 다음, 주축(60)에 이미 물림된 공구(가공공구)는 주축(60)의 전후 또는 좌우의 이동에 의해 체인저 암(54)의 다른 한쪽에 가공공구가 물리게 되고 주축(60)은 후퇴하여 대기 공구를 받을 준비를 하게 된다.

그 다음, 랙과 피니언 기어 방식을 이용한 메인 체인저 어셈블리(50)가 180도 회전동작하여 공구 교환 준비를 하게 된다.

그 다음, 주축(60)이 다시 전진하여 공구가 주축(60)에 물리게 되고(Tool Clamping) 동시에 툴 매거진(10)이 위치한 곳과 반대방향으로 이동(즉, 주축(60)이 오른쪽으로 이동)한다.

그 다음, 체인저 바디 스위블용 실린더(53)가 반대 방향(J방향)으로 동작하여 힌지축(51)을 회전 중심으로 하여 체인저 바디(52)를 포함하여 체인저 암(54)도 90도 역선회하여 원위치함으로 일련의 공구 교환이 이루어지게 된다.

이같이 본 발명의 자동공구 교환장치는 대기포트(20)의 측면이 개방되어 있고 후진 동작으로 대기포트(20)가 간섭영역을 벗어남으로 인해 체인저 암(54)에 장착된 공구의 뒤쪽 부분이 대기포트(20)를 벗어나는 길이를 줄일 수 있다. 또한 체인저 바디(52)의 90도 선회 반경도 줄여 공구 교환시간을 단축시키게 된다.

또한 랙과 피니언 방식으로 체인저 암(54)을 180도 회전시킴으로써 캠 구동방식을 적용한 경우 보다 싼가격으로 공구 교환장치를 구성할 수 있게 된다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

상술한 바와 같이 본 발명의 머시닝 센터의 자동공구 교환장치에 따르면, 대 기포트 90도 선회 방식을 대기포트 전후진 방식과 체인저 바디(Changer Body) 90도 선회 방식으로 바꾸어 공구교환시간이 단축되고, 동작성 향상 및 대기포트를 공구 매거진 상부에 위치시키지 않음으로 인해 설치 및 정비의 용이성을 꾀할 수 있다.

Claims (4)

1. 툴 매거진(10)에 장착된 공구를 주축(60)에 자동 교환시키기 위한 장치에 있어서,

   상기 툴 매거진(10)의 툴 포트(11)에 장착된 공구를 취출하는 툴 픽업유닛(100)과;

   상기 툴 픽업유닛(100)에 의해 공급된 공구를 수납 대기시키도록 일측으로 개방되고, 대기포트(20) 전후진 실린더(30)에 연결되어 툴 포트(11)와 나란한 방향으로 전,후진 운동하는 대기포트(20)와;

   상기 대기포트(20)에 수납된 공구를 체인저 암(54)으로 파지 후 회전시켜 상기 주축(60)으로 위치시키는 툴 체인저 스위블 유닛(500)을 포함하고,

   상기 툴 픽업유닛(100)은,

   상기 툴 매거진(10)에 장착된 공구를 파지하는 그립퍼(18)와;

   상기 그립퍼(18)를 업/다운 동작시켜 공구를 상기 툴 포트(11)로부터 취출해내는 그립퍼 업/다운 실린더(12)와;

   공구를 파지한 상기 그립퍼(18)를 상기 대기포트(20)로 이동시키는 그립퍼 전/후진 실린더(16)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 머시닝 센터의 자동공구 교환장치.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 툴 체인저 스위블 유닛(500)은,

   상기 대기포트(20)와 상기 주축(60)의 사이에 위치하여 힌지축(51)으로 회전 가능하게 지지된 체인저 바디(52)와;

   상기 대기포트(20)에 수납된 공구를 파지하는 상기 체인저 암(54)과;

   상기 체인저 바디(52)에 슬라이딩 이동가능하게 설치되며, 상기 체인저 암(54)을 이용하여 툴 교환 동작을 하는 메인체인저 어셈블리(50)와;

   상기 체인저 바디(52)에 장착되어 상기 메인체인저 어셈블리(50)를 슬라이딩 이동시키는 메인 체인저 인/아웃 실린더(56)와;

   상기 툴 매거진(10)의 프레임측에 힌지 설치되어 상기 체인저 바디(52)를 90도 회전 동작시키는 체인저 바디 스위블용 실린더(53)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 머시닝 센터의 자동공구 교환장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 메인체인저 어셈블리(50)는 상기 체인저 암(54)을 랙과 피니언기어의 이물림을 이용하여 툴 교환 동작을 하는 것을 특징으로 하는 머시닝 센터의 자동공구 교환장치.

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