KR101875442B1 - 공작기계 자동공구교환장치용 툴 위치결정장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공작기계 자동공구교환장치(ATC)용 툴 위치결정장치를 개시한다. 상기 공작기계 자동공구교환장치(ATC)용 툴 위치결정장치는, 한 쌍의 체인부시(122)가 하나의 묶음으로 배치되는 체인(120)을 구비하는 공작기계의 툴 매거진에 있어서, 상기 체인부시(122)의 외면에 대응되는 곡률을 갖는 부시수용홈(141)이 상호 이격되게 한 쌍으로 배치되는 위치결정용 블록(140); 상기 위치결정용 블록(140)의 이동을 가이드하는 가이드 블록(150); 및 실린더 브래킷(160)에 의해 지지되며, 상기 위치결정용 블록(140)을 상기 체인부시(122) 쪽으로 접근 또는 이격 구동시키는 실린더(165);를 포함한다.

Description

공작기계 자동공구교환장치용 툴 위치결정장치{A tool position determinating device for automatic tool changer of machine tool}
본 발명은, 공작기계 자동공구교환장치(ATC)용 툴 위치결정장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 각 축 방향의 회전 방향 조정 및 위치 결정이 가능함은 물론 충격이 지속적으로 발생할 수 있는 부분에 대해서는 완충 기능을 부여할 수 있도록 함으로써 매거진과 툴 시프터 간에 공구 이동에의 신뢰성과 내구성을 만족시킬 수 있는 공작기계 자동공구교환장치(ATC)용 툴 위치결정장치에 관한 것이다.
일반적으로 공작기계에는 여러 개의 툴(tool)이 공작기계의 툴 매거진에 보관되고, 제어부의 지령에 의해 특정한 툴이 인출되거나 다시 수납 장착된다.
또한 공작기계의 툴 매거진은 체인의 한쪽에 그립퍼(gripper)가 설치되고 체인은 구동 스프로켓(sprocket)과 아이들 스프로켓에 설치되며, 구동 스프로켓이 구동됨에 따라 체인이 이동된다.
즉, 특정한 그립퍼가 공구교환 위치 쪽으로 이동되어 툴을 자동 툴 교환장치(ATC)로 이동시키거나, 자동 툴 교환장치에서 넘겨주는 툴을 특정한 그립퍼에 수납한다.
첨부도면 도 1 내지 도 3을 참조하여 종래의 툴 매거진(10)을 좀 더 상세하게 설명한다.
도 1은 종래의 툴 매거진을 설명하기 위한 예시도면이고, 도 2는 종래의 툴 매거진에서 툴이 출납되는 부분을 설명하기 위한 예시도면이며, 도 3은 종래의 툴 매거진에서 체인을 구동시키는 부분을 설명하기 위한 예시도면이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 툴 매거진(10)은 한쪽에 구동장치(12)가 배치되고, 그 구동장치에 구동 스프로켓(14)이 설치되며, 툴 매거진(10)의 다른 쪽에 아이들 스프로켓(16)이 설치되고, 구동 스프로켓(14)과 아이들 스프로켓(16)에는 체인(20)이 설치된다.
또한, 상술한 아이들 스프로켓(16)은 상술한 체인(20)의 장력을 조절하는 장력조절장치(18)가 설치될 수 있다.
또한, 상술한 구동 스프로켓(14)은 도 3에 나타낸 바와 같이 외주에는 체인(20)의 체인부시(22)를 수용하기 위한 부시 그루브(15)가 형성된 구성이다.
상술한 체인(20)에는 툴(60)이 수납되는 그립퍼(30)가 설치된다.
또한, 상술한 구동 스프로켓(14)과 상술한 아이들 스프로켓(16)의 사이에는 툴(60)이 인출되거나 수납되는 교환위치가 마련되고 그 교환 위치에는 위치결정장치(40)와 툴 이송장치(50)가 배치된다.
또한, 체인(20)의 외측에는 방진장치(45)가 더 배치될 수 있고, 방진장치(45)는 그립퍼(30) 또는 툴(60)을 가압하여 특정한 툴을 그립퍼(30)에 출납할 때에 그립퍼(30)를 안정시키는 것이다.
즉, 구동장치(12)의 구동에 의해 체인(20)이 이동되고 이로써 특정한 위치에 그립퍼(30)가 교환 위치 쪽으로 이동되어 위치하게 된다.
이후 위치결정장치(40)의 구동에 의해 체인(20)이 일시적으로 움직이지 않도록 고정된 상태에서 툴 이송장치(50)에 의해 그립퍼(30)에서 툴(60)이 출납된다.
그러나 상술한 바와 같은 종래의 툴 매거진(10)은 다음과 같은 문제점이 지적된다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 구동 스프로켓(14)과 툴(60)이 출납되는 위치까지 거리(S)가 존재하고, 구동장치(12)를 수치제어가 가능한 서보모터를 적용하더라도 툴(60)이 이동되기 위해서는 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이 별도의 위치결정장치(40)가 반드시 필요하게 된다.
상술한 위치결정장치(40)는 도 2에 나타낸 바와 같이 액추에이터의 구동에 의해 푸셔가 체인(20)의 체인부시(22) 사이에 밀착되면서 체인(20)을 한시적으로 고정시키는 구성이다.
상술한 바와 같은 위치결정장치(40)가 배치되더라도 체인(20)의 링크와 핀 및 체인부시(22)가 연결되고, 복수 개의 절마다 하나의 그립퍼(30)가 배치되며, 체인(20)이 굴절되기 위해서 최소한의 공차 또는 백래시(backlash)가 필요하며 이러한 공차로 인하여 특정한 그립퍼(60)가 정확한 위치에 멈추지 못하는 문제점이 있다.
또한, 체인(20)을 구성하는 여러 개의 링크는 길이가 늘어날 수 있고, 그 늘어난 길이만큼 오차가 발생하여 체인(20)의 장력이 느슨해질 수 있으며, 체인(20)의 장력을 조절하기 위해서는 장력조절 장치(18)를 빈번하게 사용하여야 하는 번거로운 문제점이 있다.
다른 한편으로, 위치결정장치(40)에 의해 체인(20)의 움직임을 고정시키고자 할 때에도 위치결정장치(40)의 구동에 시간이 소요되므로 툴 교환에 소요되는 전체적인 시간이 길어지는 문제점이 있다.
한편, 이러한 문제점을 해소하기 위한 기술이 대한민국 공개특허번호 제10-2011-0002124호에 개시되어 있다. 개시된 상기 기술은, 툴을 교환하고자 할 때에 그립퍼를 정확한 위치에 멈출 수 있게 하고, 체인이 늘어나더라도 체인의 장력을 조절을 하지 않고도 이용될 수 있도록 하며, 툴 교환에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있도록 하는 공작기계의 툴 매거진에 관한 것이다.
그런데, 도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 위치결정핀(42)의 구조가 테이퍼 형태로 되어 있어서 정확한 거리 공차를 규제하기가 힘들었고 상하 위치결정에 있어서도 뛰어난 성능을 나타내지 못한 문제점이 있다.
또한 체인(20)의 롤러 지지부가 위치결정핀(42)과 동일한 위치에 설계되어 있어서 체인(20)에서 그립퍼(60)가 수직 방향으로 틀어져 있을 경우 수정할 방법이 없는 문제점이 있다. 그리고 Y축 정렬에 대한 규제가 엄격하게 조립되어 있어 툴을 반입 또는 반출할 때 가해지는 충격을 구조물이 그대로 받게 되어 파손을 유발하는 문제점이 있으므로 이러한 점을 감안한 새로운 구조 개선이 요구된다.
대한민국특허출원 제10-2000-0087655호
이에, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 각 축 방향의 회전 방향 조정 및 위치 결정이 가능함은 물론 충격이 지속적으로 발생할 수 있는 부분에 대해서는 완충 기능을 부여할 수 있도록 함으로써 매거진과 툴 시프터 간에 공구 이동에의 신뢰성과 내구성을 만족시킬 수 있는 공작기계 자동공구교환장치(ATC)용 툴 위치결정장치를 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 한 쌍의 체인부시가 하나의 묶음으로 배치되는 체인을 구비하는 공작기계의 툴 매거진에 있어서, 상기 체인부시의 외면에 대응되는 곡률을 갖는 부시수용홈이 상호 이격되게 한 쌍으로 배치되는 위치결정용 블록; 상기 위치결정용 블록의 이동을 가이드하는 가이드 블록; 및 실린더 브래킷에 의해 지지되며, 상기 위치결정용 블록을 상기 체인부시 쪽으로 접근 또는 이격 구동시키는 실린더;를 포함하는 공작기계 자동공구교환장치(ATC)용 툴 위치결정장치를 제공한다.
또한 본 발명은 위의 본 발명의 일실시예에 대하여 다음의 구체적인 실시예들을 더 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 실린더 브래킷과 실린더 사이에 조립되는 실린더 플랜지를 더 포함하며, 상기 실린더 플랜지 내에는 상기 위치결정용 블록과 상기 실린더를 완충 가능하게 연결시키는 볼 조인트가 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 체인을 지지하는 서포트 브래킷을 더 포함하며, 상기 서포트 브래킷에는 수평 정도 조정을 위한 현합부위가 상호 이격된 위치에서 동일 평면상에 배치될 수 있다.
본 발명에 따르면, 각 축 방향의 회전 방향 조정 및 위치 결정이 가능함은 물론 충격이 지속적으로 발생할 수 있는 부분에 대해서는 완충 기능을 부여할 수 있도록 함으로써 매거진과 툴 시프터 간에 공구 이동에의 신뢰성과 내구성을 만족시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 툴 매거진을 설명하기 위한 예시도면이다.
도 2는 종래의 툴 매거진에서 툴이 출납되는 부분을 설명하기 위한 예시도면이다.
도 3은 종래의 툴 매거진에서 체인을 구동시키는 부분을 설명하기 위한 예시도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계 자동공구교환장치(ATC)용 툴 위치결정장치에서 체인과 그립퍼 영역의 확대 이미지이다.
도 5는 체인을 제외한 위치결정용 블록 영역의 사시도이다.
도 6 및 도 7은 실린더의 동작에 의해 위치결정용 블록이 이동되는 상태를 개략적으로 도시한 단면 구조도이다.
도 8은 위치결정용 블록의 사시도이다.
도 9는 가이드 블록의 사시도이다.
도 10은 실린더 플랜지의 사시도이다.
도 11은 서포트 브래킷의 설치 상태 이미지이다.
도 12는 서포트 브래킷의 사시도이다.
도 13은 볼 조인트의 예시도이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계 자동공구교환장치(ATC)용 툴 위치결정장치에서 체인과 그립퍼 영역의 확대 이미지, 도 5는 체인을 제외한 위치결정용 블록 영역의 사시도, 도 6 및 도 7은 실린더의 동작에 의해 위치결정용 블록이 이동되는 상태를 개략적으로 도시한 단면 구조도, 도 8은 위치결정용 블록의 사시도, 도 9는 가이드 블록의 사시도, 도 10은 실린더 플랜지의 사시도, 도 11은 서포트 브래킷의 설치 상태 이미지, 도 12는 서포트 브래킷의 사시도, 그리고 도 13은 볼 조인트의 예시도이다.
공작기계의 툴 매거진의 일반 구조 및 동작에 대해서는 전술한 도 1 내지 도 3을 참조하기로 하며, 이하에서는 종래기술과 차별화된 부분에 대해서만 설명하기로 한다.
도 4는 툴을 그립핑하는 다수의 그립퍼(130)가 체인(120)에 결합되어 있는 이미지로서, 이를 참조하면 체인(120)은 한 쌍의 체인부시(122)가 하나의 묶음으로 배치되어 하나의 폐루프로 형성되는 라인을 이룬다.
반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 한 쌍의 체인부시(122) 사이에 하나씩의 그립퍼(130)가 배치되는 구조를 갖는다. 즉, 한 쌍의 체인부시(122) 사이의 절마다 하나씩의 그립퍼(130)가 배치된다. 도 4에는 이하에서 설명할 각 축(X축, Y축 및 Z축)에 대해 도시되어 있다.
한편, 종래기술의 경우, 도 2에 도시된 것처럼 위치결정핀(42)의 구조가 테이퍼 형태로 되어 있어서 정확한 거리 공차를 규제하기가 힘들었고 상하 위치결정에 있어서도 뛰어난 성능을 나타내지 못한 문제점이 있었다.
하지만, 본 발명의 경우, 위치결정용 블록(140)이 종래와는 상이한 형태로 마련된다.
도 5 내지 도 8을 참조하면, 위치결정용 블록(140)의 일측에는 체인부시(122)의 외면에 대응되는 곡률을 갖는 부시수용홈(141)이 상호 이격되게 한 쌍으로 배치된다.
따라서 동작 시 도 7처럼 한 쌍의 체인부시(122)를 감싸는 형태로 체인부시(122)를 지지할 수 있다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 한 쌍의 부시수용홈(141) 사이에는 관통부(142)가 형성된다. 관통부(142)는 핀(143)이 조립되는 장소를 제공한다.
이러한 위치결정용 블록(140)은 가이드 블록(150)에 의해 그 이동이 가이드된다.
도 5 내지 도 7, 그리고 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 가이드 블록(150)은 블록 몸체부(151)와 블록 몸체부(151)의 양측에서 동일한 방향으로 돌출되어 가이드 블록(150)의 이동을 가이드하는 한 쌍의 가이드 바아(152)를 포함한다.
가이드 블록(150)은 실린더(165)를 지지하는 실린더 브래킷(160)에 연결된다. 실린더 브래킷(160)에는 상하 조절용 장공부(161)가 형성되어 조립 시 상하 조절이 가능하도록 한다.
실린더(165)에는 실린더(165)의 위치를 감지하는 실린더 위치 감지센서(166)가 마련된다.
이러한 실린더(165)는 실린더 브래킷(160)에 의해 지지되며, 위치결정용 블록(140)과 연결되며, 도 6 및 도 7처럼 위치결정용 블록(140)을 체인부시(122) 쪽으로 접근 또는 이격 구동시키는 역할을 한다. 공압 또는 유압이 적용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 실시예에서, 실린더 브래킷(160)과 실린더(165) 사이에는 실린더 플랜지(170)가 마련된다. 실린더 플랜지(170)는 도 5 내지 도 7, 그리고 도 10에 도시된 바와 같이, 이중의 도넛 형상을 갖는다.
즉 실린더 플랜지(170)는 다수의 조립홀(173)을 통해 실린더(165)와 연결되는 제1 원판 플랜지(171)와, 제1 원판 플랜지(171)와 연결되되 제1 원판 플랜지(171)보다는 작은 직경을 가지고 실린더 브래킷(160) 쪽에 조립되는 제2 원판 플랜지(172)를 포함할 수 있다.
한편, 실린더 플랜지(170) 내에는 위치결정용 블록(140)과 실린더(165)를 완충 가능하게 연결시키는 볼 조인트(180)가 배치된다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 이러한 볼 조인트(180)는 종래와 달리, 위치결정용 블록(140)과 핀(143) 조립될 수 있다. 특히, 도 4의 Z축으로의 완충 기능이 제공될 수 있다.
볼 조인트(180)는 다양한 형태로 마련될 수 있는데, 예컨대 도 13처럼 스터드(181, STUD), 케이스(182, CASE), 링(183, RING), 소켓(184), 더스트 커버(185) 및 로드 선단 너트(186)를 포함할 수 있으며, 이들의 조립에 의해 제작될 수 있다. 이와 같은 볼 조인트(180)는 편심 슬라이드(A)와 구면 요동(B)을 가능케 하므로 위치결정용 블록(140)에 대한 완충 역할에 탁월하다.
도 4, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 공작기계 자동공구교환장치(ATC)용 툴 위치결정장치에는 체인(120)을 지지하는 서포트 브래킷(190)이 마련된다.
서포트 브래킷(190)은 체인(120)의 체인부시(122)와 틈새가 유지된 상태로 조립될 수 있다.
이러한 서포트 브래킷(190)에는 수평 정도 조정을 위한 현합부위(191,192)가 상호 이격된 위치에서 동일 평면상에 배치되며, 이러한 구조적인 특징에 의해 그립퍼(130)의 자세를 조정하는데 도움이 된다.
한편, 도 5를 참조하면, 실린더 브래킷(160)과 서포트 브래킷(190)은 별도의 본체 프레임(111,112)에 개별적으로 조립되는 분리형 구조를 갖는다. 이는 그립퍼(130)의 수직 수평 정도 조정을 용이하게 하기 위한 하나의 방안일 수 있다.
이러한 구성에 의해, 우선 실린더(165)를 동작하여 기준 그립퍼(130)의 수직면 정도 조정 이내로 위치결정용 블록(140)을 맞추면서 부품들을 조립한다. 그런 다음에, 도 6과 같은 상태에서 도 7처럼 실린더(165)가 동작되면 실린더(165)의 구동력에 의해 위치결정용 블록(140)이 체인(120) 쪽으로 접근되며, 이후, 위치결정용 블록(140)의 부시수용홈(141)에 체인부시(122)가 부분적으로 수용되는 형태로 배치됨에 따라 툴의 교환위치가 정확하게 결정될 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 부품들이 분해 조립될 수 있는 분리형 조립 구조를 가지고 있기 때문에, 각 축, 즉 X축, Y축 및 Z축 방향의 회전 방향 조정 및 위치 결정이 가능함은 물론 충격이 지속적으로 발생할 수 있는 부분에 대해서는 완충 기능을 부여할 수 있도록 함으로써 매거진과 툴 시프터 간에 공구 이동에의 신뢰성과 내구성을 만족시킬 수 있게 된다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
120 : 체인 122 : 체인부시
130 : 그립퍼 140 : 위치결정용 블록
141 : 부시수용홈 142 : 관통부
143 : 핀 150 : 가이드 블록
151 : 블록 몸체부 152 : 가이드 바아
160 : 실린더 브래킷 165 : 실린더
170 : 실린더 플랜지 171 : 제1 원판 플랜지
172 : 제2 원판 플랜지 180 : 볼 조인트
190 : 서포트 브래킷

Claims (3)

  1. 한 쌍의 체인부시(122)가 하나의 묶음으로 배치되는 체인(120)을 구비하는 공작기계의 툴 매거진에 있어서,
    상기 체인부시(122)의 외면에 대응되는 곡률을 갖는 부시수용홈(141)이 상호 이격되게 한 쌍으로 배치되는 위치결정용 블록(140);
    상기 위치결정용 블록(140)의 이동을 가이드하는 가이드 블록(150); 및
    실린더 브래킷(160)에 의해 지지되며, 상기 위치결정용 블록(140)을 상기 체인부시(122) 쪽으로 접근 또는 이격 구동시키는 실린더(165);를 포함하며,
    상기 위치결정용 블록(140)이 상기 체인(120) 쪽으로 접근 시, 상기 위치결정용 블록(140)의 상기 부시수용홈(141)에 상기 체인부시(122)가 부분적으로 수용되는 것을 특징으로 하는 공작기계 자동공구교환장치용 툴 위치결정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실린더 브래킷(160)과 상기 실린더(165) 사이에 조립되는 실린더 플랜지(170)를 더 포함하며,
    상기 실린더 플랜지(170) 내에는 상기 위치결정용 블록(140)과 상기 실린더(165)를 완충 가능하게 연결시키는 볼 조인트(180)가 배치되는 것을 특징으로 하는 공작기계 자동공구교환장치용 툴 위치결정장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 체인(120)을 지지하는 서포트 브래킷(190)을 더 포함하며,
    상기 서포트 브래킷(190)에는 수평 정도 조정을 위한 현합부위(191,192)가 상호 이격된 위치에서 동일 평면상에 배치되는 것을 특징으로 하는 공작기계 자동공구교환장치용 툴 위치결정장치.
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