KR101520968B1 - 공구 교환의 다중 구동 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공구 교환의 다중 구동 장치에 관한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 공구 교환의 다중 구동 장치는, 베드(12), 베드(12)의 한쪽에 배치되고 공구(50)가 수납되는 툴 매거진(20), 베드(12)에서 활주되고 스핀들(40)이 설치되는 이송체(42), 이송체(42)의 한쪽에 배치되고 베드(12)에서 활주되며 암 그리퍼(30)를 진퇴회동 구동시키는 캠 박스(32) 및 툴 매거진(20)의 한쪽에 배치되고 툴 매거진(20)과 공구 교환위치 사이에 공구(50)를 이송시키는 공구 이송장치(100)를 포함한다.

공작기계, 자동 공구 교환장치, 멀티 구동, ATC, 스핀들, 밀링 스핀들

Description

공구 교환의 다중 구동 장치 {Multi drive system of Tool Chang}

본 발명은 자동 공구 교환장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공작기계에서 툴 매거진과 스핀들 간에 공구를 자동으로 교환하도록 하는 자동 공구 교환장치에 관한 것이다.

일반적으로 공작기계는 공구가 수납되는 툴 매거진(tool magazine)과, 공구가 장착되어 소재를 가공하는 스핀들(spindle) 및 툴 매거진과 스핀들 간에 공구를 교환하는 공구 교환장치(Tool changer)를 포함하여 구성된다.

또한, 공작기계는 상술한 공구(tool)가 자동으로 교환될 수 있도록 상술한 공구 교환장치를 자동으로 구현하는 자동 공구 교환장치(Automatic Tool Changer: ATC)가 설치되고 있다.

상술한 공작기계는 스핀들과 이송대 및 캠 박스(Cam box)가 일체형으로 이송될 수 있다.

이후 공구를 교환하기 위해서 공구가 교환될 위치로 스핀들이 이송되는데, 이때 공구 교환 위치에 도착하기 전에 툴 매거진 이송대는 항상 대기하여야 하므로 공구 교환에 따른 전체적인 시간이 지연되었다.

또한, 복잡하고 다양한 동작을 구현하기 위해여 5개 이상의 유압실린더를 사용하는 등 유압 구동원의 자원을 많이 사용되어야 하는 문제점이 있다.

또한, 고정된 위치제어만 가능함으로써 항상 간섭이 없는 위치에서 대기하여야 하므로 공구 교환 위치로 대기시킴에 있어서 유압 구동의 특성상 느린 구동속도와 정밀하지 못한 문제점이 있다.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 공구를 교환위치까지 이송시킴에 있어서 구동부를 단순화시키면서도 빠른 이송속도를 구현할 수 있게 하고 정확한 위치제어가 가능하도록 하여 공구 교환이 정확하게 이루어질 수 있도록 하는 공구 교환장치의 다중 구동장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 공구를 교환하기 위해 소요되는 시간을 단축시킬 수 있도록 하는 공구 교환장치의 다중 구동장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 공구 교환장치의 다중 구동장치는, 베드; 상기 베드의 한쪽에 배치되고 공구가 수납되는 툴 매거진; 상기 베드에서 활주되고 스핀들이 설치되는 이송체; 상기 이송체의 한쪽에 배치되고 상기 베드에서 활주되며 암 그리퍼를 진퇴회동 구동시키는 캠 박스; 및 상기 툴 매거진의 한쪽에 배치되고 상기 툴 매거진과 공구 교환위치 사이에 상기 공구를 이송시키는 공구 이송장치;를 포함한다.

또한, 상기 공구 이송장치는, 상기 이송체의 이동 또는 상기 캠 박스의 이동에 연동되어 진퇴 구동되는 것일 수 있다.

또한, 상기 공구 이동장치는, 상기 공작기계 또는 상기 툴 매거진의 한쪽에 설치되는 메인 바디; 상기 메인 바디에 설치되어 상기 이송체의 이동방향과 평형한 방향으로 선형 이동되는 무빙 바디; 상기 메인 바디에 설치되고 상기 무빙 바디를 이송시키며 서보모터의 구동에 의해 상기 무빙 바디의 선형 위치를 제어하는 이송계; 상기 무빙 바디의 한쪽 측방에 수직방향으로 배치된 서브 바디; 상기 무빙 바디의 상측에 제1 피벗으로 축 결합된 액추에이터; 상기 서브 바디에 설치되어 선형 운동되고 툴 포켓이 설치된 슬라이더; 및 상기 무빙 바디의 상측에 설치되고 상기 액추에이터의 구동에 의해 상기 슬라이더를 이송시키는 다관절 링크;를 포함한다.

또한, 상기 다관절 링크는, 상기 무빙 바디의 상측에 제2 피벗으로 축 결합된 링크 플레이트; 상기 액추에이터의 로드에 설치되고 상기 가동 플레이트와 제3 피벗을 축 결합된 가동 플레이트; 상기 제3 피벗과 축 결합된 제1 링크; 상기 링크 플레이트와 제5 피벗으로 축 결합된 제2 링크; 및 상기 제1 링크에 제4 피벗으로 한쪽이 축 결합되고 상기 제2 링크에 제6 피벗으로 다른 한쪽이 축 결합되며 상기 서브 바디에 제7 피벗으로 축 결합된 제3 링크;를 포함한다.

또한, 상기 무빙 바디의 이동방향과 상기 슬라이더의 이동방향은 직교되는 것일 수 있다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따른 공구 교환장치의 다중 구동장치는 스핀들이 공구 교환위치로 접근할 때에 공구를 미리 대기시킬 수도 있어 공구 교환에 소요되는 시간을 현저하게 단축시킬 수도 있다.

또한, 공구를 이송시키거나 복귀할 때에 캠 박스 또는 스핀들과 간섭이 발생되지 않고 안정된 상태로 공구를 이송시킬 수 있다.

또한, 공구를 이송함에 있어서 최소한의 액추에이터가 구동되므로 더욱 신속하게 공구를 이송시킬 수 있고, 서보모터와 스토퍼 등에 의해 정확한 공구 교환위치로 공구를 이송시킬 수 있어 공구 교환이 정확하게 이루어질 수 있는 것이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 공구 교환장치의 다중 구동장치에 대해서 설명한다.

첨부도면 도 1 및 도 2는 공작기계에 본 발명의 일 실시예에 따른 공구 교환장치의 다중 구동장치가 설치된 일례를 설명하기 위한 투시 예시도면 및 평면 예시도면이고, 첨부도면 도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공구 교환장치의 다중 구동장치의 작동 개념을 설명하기 위한 예시도면이다.

본 발명의 일실시예 따른 공구 교환장치의 다중 구동장치는 공작기계(10)에서 공구(50)를 더욱 효과적으로 이송시켜 공구교환이 더욱 효율적으로 이루어질 수 있도록 하는 것이다.

상술한 공작기계(10)는 Z축으로 알려지는 베드(12)가 설치되고, 상술한 베드(12)에는 캠 박스(32)와 이송체(42)가 탑재되어 이송계에 의해 선형 이송된다.

또한, 상술한 공작기계(10)는 한쪽에 공구(50)가 수납되는 툴 매거진(20)이 배치된다.

상술한 툴 매거진(20)은 툴 그리퍼(22)가 설치되어 있고, 이러한 툴 그리퍼(22)에 공구(50)가 수납되며, 상술한 툴 그리퍼(22)는 체인 구동에 의해 위치가 바뀔 수 있다.

또한, 상술한 툴 매거진(20)은 공구 교환 지령에 의해 특정한 툴 그리퍼(22)가 대피 포트 쪽으로 이동될 수 있고, 그 툴 그리퍼(22)에는 공구(50)가 장착되어 있거나 또는 공구(50)를 받아들이기 위해 비워져있을 수 있다.

또한, 상술한 캠 박스(32)는 자동 공구교환장치의 한 구성요소로서 도 1 및 도 2에 타나낸 바와 같이 암 그리퍼(30)를 진퇴시키거나 선회시키고, 상술한 베드(12)에서 Z축 방향으로 선형 이동될 수 있다.

상술한 암 그리퍼(30)는 회전축을 중심으로 양쪽에 그리퍼가 배치되고 암 그리퍼(30)가 선회할 때에 공구(50)와 맞물리거나 물림이 해제될 수 있으며, 상술한 암 그리퍼(30)가 진퇴함에 따라 스핀들(40) 또는 후술되는 툴 포켓(212)에 공 구(50)를 장착 또는 탈거시키게 된다.

즉, 상술한 암 그리퍼(30)는 회전과 선형운동이 복합적으로 구동될 수 있는 것으로 회전하는 동작에 의해 암 그리퍼(30)가 공구(50)를 붙잡을 수 있고, 선형 운동하는 동작에 의해 공구(50)를 뽑거나 꽂을 수 있는 것이다.

또한, 상술한 암 그리퍼(30)의 회전 운동과 선형 운동은 캠 박스(32: Cam box)에 의해 구현될 수 있고, 이러한 캠 박스는 상술한 스핀들(40)의 이송계와 연동되어 이동 될 수도 있다.

상술한 바와 같은 캠 박스(32)의 구성 및 작용은 알려진 기술을 이용하는 것으로 더욱 상세한 설명은 생략한다.

상술한 이송체(42)는 도 1에 나타낸 바와 같이 스핀들(40)이 설치되고, 이러한 스핀들(40)은 공구(50)가 교환 장착될 수 있으며, 공구(50)가 장착된 상태에서 공구(50)를 회전시켜 소재를 가공하게 된다.

또한, 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이 툴 매거진(20)의 한쪽에는 공구 이송장치(100)가 배치되고, 이러한 공구 이송장치(100)는 툴 매거진(20)으로부터 공구(50)를 뽑아내어 공구 교환위치까지 이송시키거나, 공구 교환에서 사용 종료된 공구를 교환하여 툴 매거진(20)까지 이송시키게 된다.

특히, 상술한 공구 이송장치(100)는 상술한 이송체(42)의 이동 또는 상술한 캠 박스(32)의 이동에 연동되어 진퇴 구동되는 것일 수 있고, 이는 첨부도면 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다.

공작물을 가공하는 도중에 공구를 교환할 필요가 있고, 이때 공구교환 지령이 내려질 수 있으며, 공구교환 지령이 내려지는 시점에서 캠 박스(32) 또는 이송체(42)의 위치는 베드(12)상의 임의의 위치에 존재할 수 있다.

따라서 공구 교환이 이루어지지기 위해서는 설정된 특정한 지점으로 이송되어야 하고, 이러한 특정한 지점은 도 2 내지 도 4에 나타낸 공구 교환 위치일 수 있다.

공구교환 지령이 내려진 시점에서 스핀들(40)은 공구 교환 위치보다 오른 쪽 방향 또는 왼쪽 방향에 위치될 수 있고, 공구 교환한 직후에 스핀들(40)은 오른쪽 방향 또는 왼쪽 방향으로 이동될 수 있으며, 이러한 사례를 첨부도면 도 4를 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.

상술한 오른쪽 방향은 설명의 편의를 위해 플러스(+)방향으로 표현하고, 왼쪽 방향은 마이너스(-)방향으로 표현하며, 이러한 정의는 단순히 설명과 이해의 편의를 위해 정의한 것이다.

또한, 도 7에 나타낸바와 같이 공구 이송장치(100), 스핀들(40) 및 암 그리퍼(30)가 공구 교환위치로 이동되고 캠 박스(32)의 구동에 의해 암 그리퍼(30)가 선회 및 진퇴하여 공구 공구교환이 이루어질 수 있다.

첨부도면 도 4의 (a)는 공구교환 지령이 내려진 시점에 스핀들(40)이 플러스(+)방향 쪽에 위치한 상태에서 공구 교환 후에 플러스(+) 방향으로 이동되는 일례를 나타낸 것이다.

상술한 도 4의 (a)에서는 공구 이송장치(100)가 공구 교환 위치 쪽으로 구동 되고 이때, 캠 박스(32)와 이송체(42)는 공구 이송장치(100)와 연동되어 마이너스(-)방향으로 이송될 수 있다.

즉, 최종적으로 공구(50)를 교환하기 위한 위치까지 양쪽에서 접근하므로 더욱 짧은 시간에 공구 교환이 이루어질 수 있는 것이다.

또한, 공구 교환이 이루어진 직후에 공구 이송장치(100)는 복귀하고 캠 박스(32)와 이송체(42)는 플러스(+) 방향 쪽으로 이동되어 공작물을 가공하며, 이로써 공구 이송장치(100)와 캠 박스(32) 및 이송체(42)는 서로 간섭이 발생하지 않는 것이다.

첨부도면 도 4의 (b)는 공구교환 지령이 내려진 시점에 스핀들(40)이 플러스(+)방향 쪽에 위치한 상태에서 공구 교환 후에 마이너스(-)방향으로 이동되는 일례를 나타낸 것이다.

상술한 도 4의 (b)에서는 공구 이송장치(100)가 공구 교환 위치 쪽으로 구동되고 이때, 캠 박스(32)와 이송체(42)는 공구 이송장치(100)와 연동되어 마이너스(-)방향으로 이송될 수 있다.

즉, 최종적으로 공구(50)를 교환하기 위한 위치까지 양쪽에서 접근하므로 더욱 짧은 시간에 공구 교환이 이루어질 수 있는 것이다.

또한, 공구 교환이 이루어진 직후에 공구 이송장치(100)는 마이너스(-_방향 쪽으로 복귀하고 캠 박스(32)와 이송체(42)는 마이너스(-) 방향 쪽으로 이동되어 공작물을 가공하며, 이로써 공구 이송장치(100)와 캠 박스(32) 및 이송체(42)는 서 로 간섭 또는 충돌이 발생하지 않는 것이다.

특히, 공구 이송장치(100)가 마이너스(-)방향으로 후퇴하므로 캠 박스(32)와 충돌이 발생하지 않는 것이다.

첨부도면 도 4의 (c)는 공구교환 지령이 내려진 시점에 스핀들(40)이 마이너스(-)방향 쪽에 위치한 상태에서 공구 교환 후에 플러스(+)방향으로 이동되는 일례를 나타낸 것이다.

상술한 도 4의 (c)에서는 공구 이송장치(100)가 공구 교환 위치 쪽으로 구동되고 이때, 캠 박스(32)와 이송체(42)는 공구 이송장치(100)와 연동되어 플러스(+)방향으로 이송될 수 있다.

즉, 최종적으로 공구(50)를 교환하기 위한 위치까지 플러스(+)방향 쪽으로 접근하므로 공구 이송장치(100)와 캠 박스(32) 및 스핀들(42)은 충돌 또는 간섭이 발생되지 않고 공구 교환이 이루어질 수 있는 것이다.

또한, 공구 교환이 이루어진 직후에 공구 이송장치(100)는 복귀하고 캠 박스(32)와 이송체(42)는 플러스(+) 방향 쪽으로 이동되어 공작물을 가공하며, 이로써 공구 이송장치(100)와 캠 박스(32) 및 이송체(42)는 서로 간섭이 발생하지 않는 것이다.

첨부도면 도 4의 (d)는 공구교환 지령이 내려진 시점에 스핀들(40)이 마이너스(-)방향 쪽에 위치한 상태에서 공구 교환 후에 마이너스(-)방향으로 이동되는 일 례를 나타낸 것이다.

즉, 최종적으로 공구(50)를 교환하기 위한 위치까지 플러스(+)방향 쪽으로 접근하므로 공구 이송장치(100)와 캠 박스(32) 및 스핀들(42)은 충돌 또는 간섭이 발생되지 않고 공구 교환이 이루어질 수 있는 것이다.

또한, 공구 교환이 이루어진 직후에 공구 이송장치(100)는 마이너스(-) 방향 쪽으로 복귀하고 캠 박스(32)와 이송체(42)는 마이너스(-) 방향 쪽으로 이동되어 공작물을 가공하며, 이로써 공구 이송장치(100)와 캠 박스(32) 및 이송체(42)는 서로 간섭 또는 충돌이 발생하지 않는 것이다.

상술한 바와 같이 공구 이송장치(100)는 공작기계(10) 또는 툴 매거진(20)의 한쪽에 설치되고, 특히 툴 매거진(20)과 스핀들(40)간의 공구 이동 경로에 설치될 수 있다.

이하 본 발명의 일실시예에 따른 공구 교환장치 다중 구동장치의 주요 구성요소인 공구 이송장치(100)의 구성을 첨부도면 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한다.

본 발명의 일실시예에 따른 공구 이송장치(100)는 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이 메인 바디(110)의 상측에 무빙 바디(120)가 설치되고, 상술한 무빙 바디(120)의 상측에는 다관절 링크가 설치되어 툴 포켓(212)을 이송시킨다.

상술한 메인 바디(110)는 공작기계(10) 또는 툴 매거진(20)의 한쪽에 고정 설치될 수 있고, 상술한 무빙 바디(120)는 이송계(130)에 의해 이동될 수 있다.

상술한 이송계(130)는 수치제어가 가능한 서보모터(132)와 볼 스크루(136) 및 너트 블록으로 구성될 수 있고, 너트 블록은 상술한 무빙 바디(120)에 고정될 수 있다.

또한, 상술한 서보모터(132)와 볼 스크루(136)는 타이밍 벨트와 같은 전동수단(134)에 의해 전동될 수 있고 이로써 서보모터(132)와 볼 스크루(136)를 직결하지 않고 나란하게 배치함으로써 이송계(130)의 점유 공간을 줄일 수 있다.

또한, 상술한 메인 바디(110)의 한쪽에는 선형 가이드 수단(138)이 설치될 수 있고, 이러한 선형 가이드 수단(138)은 가이드와 가이드 웨이의 조합으로 구성될 수 있는 것으로 알려진 기술을 이용하는 것으로 더욱 상세한 설명은 생략한다.

상술한 무빙 바디(120)의 전방에는 서브 바디(220)가 설치될 수 있고, 서브 바디(220)의 측방에는 선형 가이드 수단에 의해 선형 이동되는 슬라이더(210)가 설치된다.

또한 상술한 슬라이더(210)에는 툴 포켓(212)이 설치될 수 있고, 이러한 툴 포켓(212)은 공구(50)를 붙잡을 수 있는 구성이며, 여기서 툴 포켓(212)은 알려진 기술을 이용하는 것으로 더욱 상세한 설명은 생략한다.

상술한 공구(50)는 복수개의 툴 싱크가 형성될 수 있고, 일례로서 안쪽의 제1 툴 싱크와 바깥쪽의 제2 툴 싱크가 있을 수 있으며, 상술한 툴 포켓(212)에는 외측에 배치되는 제2 툴 싱크가 장착될 수 있는 것이다.

다른 한편으로 상술한 제1 툴 싱크는 툴 그리퍼(22) 또는 암 그리퍼(30) 등에 장착될 수 있는 것이다.

또한, 상술한 서브 바디(220)의 양쪽에는 상술한 슬라이더(210)의 이동한계를 제한하기 위한 제1, 제2 스토퍼(214)(216)가 설치될 수 있다.

또한, 제1, 제2 스토퍼(214)(216)의 내측면에는 완충 부재가 설치될 수 있고, 상술한 슬라이더(210)를 검출하는 센서가 더 배치될 수도 있다.

또한, 상술한 무빙 바디(120)의 상측에는 상술한 다관절 링크를 구동시키기 위한 액추에이터(150)가 설치될 수 있고 이는 첨부도면 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한다.

첨부도면 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공구 교환장치의 다중 구동장치에서 공구 이송장치의 구성을 설명하기 위한 예시도면이고, 첨부도면 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공구 교환장치의 다중 구동장치에서 공구 이송장치의 작용을 설명하기 위한 예시도면이다.

도 4 및 도 6에 나타낸 바와 같이 액추에이터(150)는 무빙 바디(120)의 상측에서 제1 피벗(152)에 의해 선회가능하게 축 결합될 수 있고, 액추에이터(150)는 유압 또는 공압에 의해 구동될 수 있다.

또한, 다관절 링크는, 링크 플레이트(160), 가동 플레이트(170) 및 제1, 제2, 제3 링크(180)(190)(200)를 포함하여 구성된다.

상술한 링크 플레이트(160)는 무빙 바디(120)의 상측에서 제2 피벗(165)에 의해 선회가 가능하게 설치된다.

또한, 상술한 가동 플레이트(170)는 상술한 액추에이터(150)의 로드에 고정되고 상술한 링크 플레이트(160)와 제3 피벗(175)에 의해 축 결합된다.

또한, 상술한 제1 링크(180)는 상술한 제3 피벗(175)에 의해 축 결합된다.

또한, 상술한 제2 링크(190)는 상술한 링크 플레이트(160)에 제5 피벗(192)으로 축 결합된다.

또한, 상술한 제3 링크(200)는 일측 단부에 상술한 제1 링크(180)와 제4 피벗(185)으로 축 결합되고 제4 피벗(185)과 이격된 위치에서 상술한 제2 링크(190)와 제6 피벗(195)으로 축 결합된다.

또한, 상술한 제3 링크(200)의 타측 단부는 도 6에 나타낸 바와 같이 상술한 슬라이더(210)와 제7 피벗(205)으로 축 결합된다.

또한, 상술한 제3 링크(200)의 위치가 검출 수단(125)에 의해 검출될 수 있고, 특히 액추에이터(150)가 수축된 상태에서 제3 링크(200)가 검출 될 수 있으며, 이러한 검출 수단(125)은 상술한 무빙 바디(120)의 상측에 설치될 수 있다.

다른 한편으로, 상술한 무빙 바디(120)의 이동방향과 상술한 슬라이더(210)의 이동방향은 도 3 및 도 5에 나타낸 바와 같이 직교되게 배치될 수 있다.

이하 본 발명의 일실시예에 따른 공구 이송장치(100)의 작용을 첨부도면 도 도 3, 5도 및 도 6을 참조하여 설명한다.

도 6을 참조하여 슬라이더(210) 또는 툴 포켓(212)의 이동된 위치에 따라 각 단계별로 설명한다.

초기에 도 6의 (a)에 나타낸 바와 같이 액추에이터(150)는 수축된 상태이고, 무빙 바디(120)는 중간 위치에 위치될 수 있다.

이때, 무빙 바디(120)의 위치는 공구(50)를 붙잡기 위해서 필요한 거리를 확 보하기 위한 것으로서 정밀한 위치는 상술한 서보모터(132)의 구동에 의해 설정될 수 있다.

또한, 액추에이터(150)가 수축된 상태이므로 슬라이더(210)는 공구(50)를 향한 위치에 위치될 수 있다.

또한, 도 6의 (a)에 나타낸 바와 같이 공구(50)는 툴 그리퍼(22)에서 대기 위치에 대기하는 상태일 수 있다.

이후 도 6의 (b)에 나타낸 바와 같이 이송계(130)의 구동에 의해 무빙 바디(120)가 후퇴하고 이로써 툴 포켓(212)에 공구(50)의 제2 툴 싱크(56)가 삽입되어 붙잡히게 된다.

이후 도 6의 (c)에 나타낸 바와 같이 액추에이터(150)는 신장 구동되어 슬라이더(210)를 외측으로 이동시키고 이때 툴 그리퍼(22)에서 공구(50)가 이탈되는 것이다.

이후 도 6의 (d) 및 도 7에 나타낸 바와 같이 무빙 바디(120)가 전진이동 될 수 있다.

즉, 공구 교환 지령이 있을 때에 이송계(130)가 구동되어 무빙 바디(120)를 이동시킬 수 있고, 공구교환위치에 적합하도록 이송계(130)가 정밀 제어되어 무빙 바디(120)가 이동될 수 있다.

이후 도 6의 (e) 및 도 7에 나타낸 바와 같이 암 그리퍼(30)의 구동에 의해 툴 포켓(212)에 있던 공구(50)와 스핀들(40)에 장착되어 있던 제1 공구(52)를 동시에 뽑은 후에 암 그리퍼(30)가 반전되어 제1 공구(52)를 툴 포켓(212)에 꽂고, 툴 포켓(212)에 있던 공구(50)는 스핀들(40)에 꽂는 것이다.

특히, 제2 툴 싱크(56)는 툴 포켓(212) 또는 스핀들(40)에 꽂힌 상태일 수 있고, 암 그리퍼(30)는 제1 툴 싱크(54)를 붙잡아 교환시키는 것일 수 있다.

이후 도 6의 (f)에 나타낸 바와 같이 이송계(130)는 역구동하여 무빙 바디(120)를 소정의 위치까지 후퇴시키게 된다.

특히, 후퇴된 위치는 제1 툴 싱크(54)가 툴 그리퍼(22)의 측방에 위치되는 위치일 수 있다.

이후 도 6의 (g)에 나타낸 바와 같이 액추에이터(150)가 수축 구동되어 슬라이더(210)를 툴 그리퍼(22)쪽으로 이동시키고, 이로써 제1 공구(52)는 툴 그리퍼(22)에 장착되는 것이다.

이후 도 6의 (h)에 나타낸 바와 같이 이송계(130)가 구동되어 무빙 바디(120)를 전진시키고, 이로써 제2 툴 싱크(56)는 툴 포켓(212)에서 이탈되는 것이다.

상술한 바와 같이 공구(50)를 툴 포켓(212)에 장착시키거나 탈거시킬 때에 공구(50)의 축 방향으로 무빙 바디(120)가 이동되고, 공구(50)를 툴 그리퍼(22)에 장착시키거나 탈거시킬 때에 공구(50)의 축 방향과 직교되는 방향으로 슬라이더(210)가 이동되는 것이다.

다른 한편으로 상술한 액추에이터(150)의 구동에 의해 슬라이더(210)가 좌우방향으로 선형운동하게 되는데, 이때 액추에이터(150)의 구동은 다관절 링크를 매개로 이루어진다.

상술한 다관절 링크의 작용을 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다.

액추에이터(150)가 수축된 상태에서 신장되면 가동 플레이트(170)를 밀어내고, 가동 플레이트(170)는 링크 플레이트(160)를 제2 피벗(165)을 축으로 회전시킨다.

이후 링크 플레이트(160)는 제1, 제2, 제3 링크(180)(190)(200)를 이동시키는데, 이때, 링크 플레이트(160)와 제1, 제2, 제3 링크(180()190)(200)는 4절 링크를 이루는 것으로 일종의 구속 링크의 작용이 이루어지는 것이다.

특히 제3 링크(200)는 슬라이드(210)와 축 결합된 상태이고 슬라이드(210)는 버스 바디(220)에서 선형 가이드 수단에 의해 선형 운동만 가능하도록 구속되어 있기 때문에, 제3 링크(200)의 이동에 의해 슬라이드(210)는 선형 이동되는 것이다.

다른 한편으로 슬라이드(210)가 제2 스토퍼(216)에 닿아 더 이상 이동되지 못하더라도 상술한 액추에이터(150)는 충분하게 신장 구동될 수 있고, 액추에이터(150)의 신장 구동에 따라 이동되는 변위는 다관절 링크가 각각의 제2, 제3, 제4, 제5 피벗(165)(175)(185)(192)에서 굴절되어 소멸되고 더 이상 슬라이드(210)를 가압하지 않는 것이다.

또한, 액추에이터(150)가 신장된 상태에서 수축될 때에도 슬라이더(210)는 제1 스토퍼(214)에 닿는 순간에 진행이 멈추어도 액추에이터(150)의 구동 스트로크 변위만큼 더 수축될 수도 있고, 이때에도 액추에이터(150)가 단독으로 더 구동되더라도 그 구동변위는 슬라이더(210)에 가해지지 않고 다관절 링크가 굴절되면서 소멸시키게 된다.

즉, 액추에이터(150)는 임의의 위치에서 멈추어서는 제어를 하지 않고 단순히 신장 및 수축의 구동을 하게 되지만, 과다한 변위는 다관절 링크에 의해 소멸되므로 슬라이더(210)에 압력을 무리하게 가하지 않는 것이고, 슬라이더(210)는 제1, 제2 스토퍼(214)(216)에 의해 정밀한 위치에서 멈추어 설수 있는 것이다.

또한, 슬라이더(210)는 서브 바디(220)에서 선형 가이드 수단에 의해 지지되므로 슬라이더(210)가 임의의 방향으로 진동하거나 하지 않고 온전하게 선형 운동을 하는 것으로써 공구(50)가 낙하되지 않고 안정되게 이동될 수 있는 것이다.

또한, 상술한 슬라이더(210)가 좌우 어느 한쪽으로 이동이 완료되면 제1 스토퍼(214) 또는 제2 스토퍼(216)에 설치된 센서가 슬라이더(210)를 검출하여 다음 동작으로 진행될 수 있도록 신호를 발생시킬 수도 있다.

또한, 상술한 제3 링크(200)는 무빙 바디(120)에 설치된 검출 수단(125)에 의해 검출될 수 있으므로 다관절 링크의 굴절된 위치를 파악할 수 있고, 아울러 다관절 링크가 임의로 굴절되더라도 상술한 검출 수단(125)에서 제3 링크(200)가 검출되면 다관절 링크의 굴절 형태가 초기의 일정한 형태로 유지될 수 있는 것이다.

다른 한편으로, 더 나아가 공구가 교환되는 위치가 특정한 위치로 지정되지 않고 일정한 범위 내에서 공구 교환이 이루어질 수도 있으며 이로써 더욱 유연한 공구 교환이 이루어질 수도 있다.

다른 한편으로, 공구를 교환하는 데에 소요되는 시간은 공구교환 지령이 내려진 순간부터 교환될 공구가 스핀들에 장착되는데 까지 소요되는 시간으로 정의 될 수 있는데, 본 발명의 일실시예에 따른 공구 이송장치(100)는 교환될 공구를 미리 준비하여 공구교환 위치까지 이동되어 대기할 수 있으므로 공구교환에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있는 것이다.

또한, 공구교환 위치가 결정되면 그 위치까지 공구를 이동시킬 수 있는데, 이때 수치제어가 가능한 서보모터(131)의 구동에 의해 무빙 바디(120)가 이동되므로 스피들(40)과 만나는 지점, 예컨대 공구 교환위치 지점까지 정밀하고 신속하게 이동될 수 있는 것으로 공구의 교환이 정확하고 신속하게 이루어질 수 있는 것이다.

다른 한편으로 공구가 교환되는 위치는 특정되지 않고 상술한 바와 같이 현 시점에서 가장 적합한 공구교환위치를 판단하고 그 위치에 공구가 위치되도록 이송계(130)가 구동될 수도 있는 것이다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 공구 교환장치의 다중 구동장치는 공작기계에서 툴 매거진과 스핀들 간에 공구를 교환할 때에 이용될 수 있다.

도 1 및 도 2는 공작기계에 본 발명의 일 실시예에 따른 공구 교환장치의 다중 구동장치가 설치된 일례를 설명하기 위한 투시 예시도면 및 평면 예시도면이다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공구 교환장치의 다중 구동장치의 작동 개념을 설명하기 위한 예시도면이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공구 교환장치의 다중 구동장치에서 공구 이송장치의 구성을 설명하기 위한 예시도면이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공구 교환장치의 다중 구동장치에서 공구 이송장치의 작용을 설명하기 위한 예시도면이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 공구 교환장치의 다중 구동장치에서 공구 이송장치와 스핀들에서 암 그리퍼에 의해 공구가 교환되는 일례를 설명하기 위한 예시도면이다.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

10: 공작기계 12: 베드

20: 툴 매거진

22: 툴 그리퍼 30: 암 그리퍼

32: 캠 박스 40: 스핀들

42: 이송체 50: 공구

52: 제1 공구 54, 56: 제1, 제2 툴 싱크

100: 공구 이송장치 110: 메인 바디

120: 무빙 바디 130: 이송계

132: 서보모터 134: 전동수단

136: 볼 스크루 138: 선형 가이드 수단

150: 액추에이터 152: 제1 피벗

160: 링크 플레이트 165: 제2 피벗

170: 가동 플레이트 175: 제3 피벗

180: 제1 링크 185: 제4 피벗

190: 제2 링크 192: 제5 피벗

195: 제6 피벗 200: 제3 링크

205: 제7 피벗 210: 슬라이더

212: 툴 포켓 214, 216: 제1, 제2 스토퍼

220: 서브 바디 125: 검출수단

Claims (4)

1. 베드(12);

   상기 베드(12)의 한쪽에 배치되고 공구(50)가 수납되는 툴 매거진(20);

   상기 베드(12)에서 활주되고 스핀들(40)이 설치되는 이송체(42);

   상기 이송체(42)의 한쪽에 배치되고 상기 베드(12)에서 활주되며 암 그리퍼(30)를 진퇴회동 구동시키는 캠 박스(32); 및

   상기 툴 매거진(20)의 한쪽에 배치되고 상기 툴 매거진(20)과 공구 교환위치 사이에 상기 공구(50)를 이송시키는 공구 이송장치(100);

   를 포함하며,

   상기 공구 이송장치(100)는,

   공작기계(10) 또는 상기 툴 매거진(20)의 한쪽에 설치되는 메인 바디(110);

   상기 메인 바디(110)에 설치되어 상기 이송체(42)의 이동방향과 평형한 방향으로 선형 이동되는 무빙 바디(120);

   상기 메인 바디(110)에 설치되고 상기 무빙 바디(120)를 이송시키며 서보모터(132)의 구동에 의해 상기 무빙 바디(120)의 선형 위치를 제어하는 이송계(130);

   상기 무빙 바디(120)의 한쪽 측방에 설치되어 선형 운동되고 툴 포켓(212)이 설치된 슬라이더(210);

   상기 무빙 바디(120)의 상측에 제1 피벗(152)으로 축 결합된 액추에이터(150); 및

   상기 무빙 바디(120)의 상측에 설치되고 상기 액추에이터(150)의 구동에 의해 상기 슬라이더(210)를 이송시키는 다관절 링크;

   를 포함하며,

   상기 다관절 링크는 상기 무빙 바디(120)의 상측에 제2 피벗(165)으로 축 결합된 링크 플레이트(160)를 포함하고,

   상기 액추에이터(150)의 신장 또는 수축의 구동에 의한 변위는 상기 다관절 링크에 의해 소멸되는 공구 교환장치의 다중 구동장치.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 다관절 링크는,

   상기 액추에이터(150)의 로드에 설치되고 상기 링크 플레이트(160)와 제3 피벗(175)에 의해 축 결합된 가동 플레이트(170);

   상기 제3 피벗(175)과 축 결합된 제1 링크(180);

   상기 링크 플레이트(160)와 제5 피벗(192)으로 축 결합된 제2 링크(190); 및

   상기 제1 링크(180)에 제4 피벗(185)으로 한쪽이 축 결합되고 상기 제2 링크(190)에 제6 피벗(195)으로 다른 한쪽이 축 결합되며 상기 슬라이더(210)에 제7 피벗(205)으로 축 결합된 제3 링크(200);

   를 더 포함하는 공구 교환장치의 다중 구동장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 무빙 바디(120)의 이동방향과 상기 슬라이더(210)의 이동방향은 직교되는 것;

   을 특징으로 하는 공구 교환장치의 다중 구동장치.

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