KR101935242B1 - Cnc 선반의 기내 로봇 자동화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 CNC 선반의 기내 로봇 자동화 장치에 관한 것으로서, 소재를 가공하는 선반부와, 선반부에 결합 고정되어 선반부의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 CNC 선반의 기내 로봇 자동화 장치로서, 선반부는, 스플래쉬가드에 의해 그 내부에 작업공간이 형성되고, 작업공간에 소재를 클램프한 상태로 회전되는 스핀들과, 스핀들에 고정된 소재를 가공하는 가공툴, 가공툴 및 가공툴에 의해 가공되는 소재에 쿨런트를 공급하는 제 1,2 쿨런트가 구비되는 선반함체; 선반함체의 스플래쉬가드 내측면에 구비되어 작업공간과 연통되어 소재 가공시 가공된 소재가 삽입되는 클린룸;을 포함하고, 소재를 투입 배출하는 개폐도어, 워크 자세 정열장치, 에어커튼을 포함하며, 제어부는, 이동 및 높이조절 가능하게 구비되고 선반부에 결합 고정되거나 바닥에 고정되는 베이스함체; 베이스함체 상에 구비되어 그 내부 좌,우측에는 선반부의 작업공간으로 소재를 투입하기 위한 인스토커와, 작업공간에서 소재를 배출하기 위한 아웃스토커가 구비되는 상부함체; 상부함체에 선반부의 선반함체 내로 이동가능하게 구비되어 소재를 이동시키는 로봇아암;을 포함하는 CNC 선반의 기내 로봇 자동화 장치를 제공한다.

Description

CNC 선반의 기내 로봇 자동화 장치{Robot automatic apparatus of CNC lathe}

본 발명은 CNC 선반의 기내 로봇 자동화 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 절삭가공용 CNC 선반에 소재를 클램핑하여 가공되도록 하는 로봇아암이 구비되는 선반부와, 선반부의 작동을 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부를 선반부에 결합 고정하여 일체화되도록 구성한 CNC 선반의 기내 로봇 자동화 장치에 관한 것이다.

일반적으로, CNC 선반은 메인스핀들만 있거나 또는 메인스핀들과 배면스핀들이 같이 있고, 바(Bar) 소재는 바피드를 이용하여 소재를 투입하고 배면스핀들에 의한 후공정 가공 후 기내 컨베이어에 떨어뜨리면 가공된 소재를 자동 배출하거나 파트 캐처(Part Catcher)로 받아내거나 한다.

단조 소재는 간이 자동화나 로봇을 선반의 전면에 설치하여 소재를 투입하고, 선반의 전면에 기외 컨베이어로 배출하거나, 기내 컨베이어 혹은 파트 캐처로 배출한다. 다른 방법으로는 선반의 상부에 겐트리로터나 로봇을 설치하여 소재를 자동 투입하고 배출한다. 복잡한 복합가공을 실행하기 때문에, 좁은 공간과 간섭 등으로 자동화 설치가 한정적이다. 따라서, 대부분 자동화 장치는 CNC 선반의 외부에 설치한다.

CNC 선반의 로봇(robot) 자동화는 설비의 정면에 설치하는 것이 일반적인 방법이다. 하지만, 작업자는 정면에서 작업을 많이 하기 때문에, 작업자의 안전을 위해 안전 펜스(Fence)를 설치하게 된다.

따라서, 작업자의 작업 접근성이 좋지 못하다. 그리고 보전 및 툴 교체 등이 어렵다. 또한, 이물질이 밖으로 나와 청결에 문제가 많다.

그리고 로봇 설치를 주축 상부에 설치하는 경우, 가공 툴 등에 간섭이 발생하며, 소재 투입 및 배출의 높이를 올려야 하는 문제가 있다.

일부 로봇 자동화는 메인 주축 뒤쪽에 설치하여 소재를 투입만 하므로, 가공 후 배출 시에는 일반 벨트 컨베이어로 소재가 정렬되지 않고 배출된다.

이때, 가공 후 배출 시 소재가 정렬이 된다면, 후공정 즉 세척(clean) 및 측정 등을 완료한 후, 배출할 수 있다.

다른 방법으로 간이자동화를 사용할 경우, 소재 이동 중 흠집이 발생할 수 있고, 이는 불량 발생의 원인이 된다.

기존의 로봇 자동화는 소재 투입 및 배출 등의 공정 시 소요시간이 너무 길다.

한편, CNC 선반의 한 종류인 종래의 주축 이동형 자동선반에 관한 기술로는, 국내 특허공고 특1994-0005906호(1994.06.24. 공고, 이하 '선행기술문헌'이라 한다)에서 『주축대 왕복형 자동선반 및 그것을 이용한 가공방법』이 제안된 있다.

선행기술문헌에서 제안된 주축대 왕복형 자동선반 및 그것을 이용한 가공방법은, 베드, 소재의 한쪽 끝을 파지하기 위하여 상기 베드 위에서 운동하고, 공작물의 전반부 가공을 위하여 제 1 가공축 방향으로 소재를 보내거나, 회전시킬 수 있는 제 1 주축대, 전반부 가공 중에 절삭공구의 가공점 근처에서 소재의 중간 가이드를 위해 상기의 제 1 주축대와 동일한 축상에서 상기의 베드 위에서 고정된 제 1 가이드 부시, 상기한 제 1 주축대의 가공축상에서 공작물의 전반부 가공이 완료된 후 공작물의 다른쪽 단을 파지하기 위하여 상기의 베드위에서 이동하며, 후반부 가공을 위하여 제 1 가공축상에서 공작물을 움직이거나 회전할 수 있는 제 2 주축대, 상기 제 2 주축대상에서 위치가 정하여지고, 후반부 가공중에 절삭공구의 가공점 근방에서 공작물을 중간 가이드하기 위한 제 2 가이드 부시로 구성된 기술이다.

하지만, 선행기술문헌에 개시된 주축대 왕복형 자동선반은 소재를 파지하는 제 1 주축대와, 제 2 주축대가 베드 위에서만 평면적으로 이동되고 회전되므로 넓은 작업공간이 요구되는 단점이 있다.

그리고, 제 1 주축대에 파지된 소재의 전반부 가공시 제 2 주축대에 파지되어 전반부 가공을 마친 소재가 작업공간에 그대로 노출되어 있으므로 전반부 가공에 의해 제 2 주축대에 파지된 소재가 오염되는 단점이 있다.

국내 특허공고 특1994-0005906호

따라서, 본 발명은 절삭가공용 CNC 선반 내에서 소재를 입체적으로 이동시켜 투입 및 배출시킬 수 있는 로봇아암이 구비된 선반부와, 선반부의 작동을 제어하는 제어부를 별도로 구성하여, 제어부를 선반부에 결합 고정시켜 일체화함으로써 좁은 자동선반의 작업공간도 소재를 원활히 가공할 수 있도록 하고, 생산성 향상을 위한 CNC 선반의 기내 로봇 자동화 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또, 본 발명의 다른 목적으로는, 소재의 가공시 이미 가공된 다른 소재를 클린룸에 구비되어 가공된 소재의 오염을 방지할 수 있고, 리미트 스위치를 부착하여 로봇 자동화 장치의 안전을 우선한 CNC 선반의 기내 로봇 자동화 장치를 제공하는데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 CNC 선반의 기내 로봇 자동화 장치는, 소재를 가공하는 선반부와, 선반부에 결합 고정되어 선반부의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 CNC 선반의 기내 로봇 자동화 장치로서, 선반부는, 스플래쉬가드에 의해 그 내부에 작업공간이 형성되고, 작업공간에 소재를 클램프한 상태로 회전되는 스핀들과, 스핀들에 고정된 소재를 가공하는 가공툴, 가공툴 및 가공툴에 의해 가공되는 소재에 쿨런트를 공급하는 제 1,2 쿨런트가 구비되는 선반함체; 선반함체의 스플래쉬가드 내측면에 구비되어 작업공간과 연통되어 소재 가공시 가공된 소재가 삽입되는 클린룸;을 포함하고, 제어부는, 이동 및 높이조절 가능하게 구비되고 선반부에 결합 고정되는 베이스함체; 베이스함체 상에 구비되어 그 내부 좌,우측에는 선반부의 작업공간으로 소재를 투입하기 위한 인스토커와, 작업공간에서 소재를 배출하기 위한 아웃스토커가 구비되는 상부함체; 상부함체에 선반부의 선반함체 내로 이동가능하게 구비되어 소재를 이동시키는 로봇아암;을 포함할 수 있다.

그리고, 제어부의 상부함체 내에는 인스토커 및 아웃스토커를 로봇아암이 구비되는 공간과 격리시키는 격판이 각각 구비될 수 있다.

또한, 클린룸에는 그 내부로 삽입되는 소재 및 로봇아암 그립퍼로 에어를 분사하는 증량에어블로워가 구비되고, 클린룸에 삽입된 소재를 감지하여 클린룸 내에 로봇아암 그립퍼가 위치하고 있는지 여부와, 로봇아암의 원점을 확인 및 셋팅하기 위한 리미트스위치가 구비되며, 리미트스위치는 로봇아암 그립퍼가 클램프하고 있는 소재를 감지하여 해당 소재의 가공을 완료한 이후에 로봇아암이 동작할 수 있도록 하고, 소재가 감지되지 않으면 일정시간 이후에 로봇아암의 동작을 중지시키도록 구비될 수 있다.

게다가, 로봇아암이 이동되는 선반함체와 상부함체에는 양 함체를 연결하는 연결틀 프레임이 구비되고, 연결틀 프레임은 선반함체에 결합 고정되는 고정플랜지와, 고정플랜지에서 연장 형성되어 상부함체 내로 관통 결합되는 관통플랜지를 포함하여, 제어부의 상부함체를 오염으로부터 보호할 수 있다.

또한, CNC 선반의 선반함체에는 소재의 자세를 정렬시키는 소재 자세정렬장치가 구비되되, 소재 자세정렬장치는, 선반함체의 외부에 구비되어 소재를 이송시키는 기외 컨베이어; 선반함체의 스플래쉬가드 외측에 구비되어 기외 컨베이어에 의해 이송되어 온 소재가 공급 및 배출되는 하우징; 하우징에 구비되어 기외 컨베이어에 의해 이송되어 온 소재를 클램프하는 그립퍼; 그립퍼를 회전시키는 회전실린더; 회전실린더를 상하로 이동시키는 상하 이동실린더; 상하 이동실린더를 전후 또는 좌우로 직선 이동시키는 전후 이동실린더; 선반함체의 스플래쉬가드에 구비되어 하우징을 개폐시키는 개폐도어;를 포함하여, 개폐되어의 열림시 로봇아암 그립퍼가 하우징 내에서 자세정렬된 소재를 클램프하여 선반부로 공급하거나 또는 선반부에서 가공된 소재를 하우징 내로 배출시키도록 구비될 수 있다.

게다가, 선반함체에는 개폐도어의 개방시 개방된 스플래쉬가드의 출입구에 에어를 분사하여 에어커튼을 형성하는 에어블로워가 구비될 수 있다.

본 발명의 CNC 선반의 기내 로봇 자동화 장치에 따르면, 소재를 가공하는 선반부와, 소재를 이동시키는 로봇아암을 선반부 측으로 이동시켜 작동시키는 한편 선반부의 전반적인 작동을 제어하는 제어부를 별도로 구성하여 제어부와 선반부를 후조립으로 일체화함으로써 선반부 및 제어부를 각각 소형화할 수 있고, 소형화된 선반부의 작업공간 내에서도 로봇아암이 입체적으로 움직여 소재를 원활히 이동시킬 수 있고, 자동 도어가 없기 때문에 작동시간이 단축되어 생산성이 향상되는 장점이 있다.

그리고, 본 발명에 따르면, 선반부에서 소재 가공시 이미 가공된 다른 소재는 로봇아암에 의해 클린룸에 삽입하여 구비됨으로써 가공된 소재 및 로봇아암 그립퍼를 청결하게 보호할 수 있는 장점이 있다.

게다가, 본 발명에 따르면, 클린룸에 소재 삽입시 클린룸에서 로봇아암의 위치를 센싱하여 위치 확인할 수 있으며, 이에 의해 로봇아암의 원점을 셋팅할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 CNC 선반의 기내 로봇 자동화 장치의 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 CNC 선반의 기내 로봇 자동화 장치에 구성되는 클린룸의 단면 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 CNC 선반의 기내 로봇 자동화 장치의 제어부를 도시한 입체 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 CNC 선반의 기내 로봇 자동화 장치에 구성되는 선반부와 제어부의 결합부위를 도시한 입체 단면도이다.
도 5는 도 4의 결합 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 연결틀 프레임의 입체 구성도이다.
도 7은 본 발명에 따른 소재 자세정렬장치를 도시한 측단면 구성도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에서 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 발명의 기술적 사항에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.

그리고, 본 발명에서 사용되는 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로서, 본 발명의 구성요소가 상기 용어에 의해 제한되는 것은 아니다.

본 발명에서 "상에 형성" 및 "측면에 형성" 등은, 당해 구성요소들이 직접 접하여 적층 형성되는 것만을 의미하는 것은 아니고, 당해 구성요소들 사이에 다른 구성요소가 더 형성되어 있는 의미를 포함한다. 예를 들어, "상에 형성된다" 라는 것은 제 1 구성요소에 제 2 구성요소가 직접 접하여 형성되는 의미는 물론, 제 1 구성요소와 제 2 구성요소의 사이에 제 3 구성요소가 더 형성될 수 있는 의미를 포함한다.

첨부도면 도 1 내지 도 7은 본 발명에 따른 CNC 선반의 기내 로봇 자동화 장치를 도시한 도면들이다.

본 발명에 따른 CNC 선반의 기내 로봇 자동화 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 소재(1)를 직접 가공하는 선반부(100)와, 선반부(100)의 작동을 제어하는 제어부(200)를 포함한다.

선반부(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 절삭가공 선반으로서, 선반의 가공부가 그 내부에 구비되는 선반함체(110)를 포함한다.

선반함체(110)는 외측면을 이루는 스플래쉬가드(splash guard)(120)에 의해 그 내부에 작업공간(111)이 형성된다.

스플래쉬가드(120)는 전후좌우 측면에 모두 세워져 구비되고, 측면과 직교되는 상하면에도 구비되어, 내부의 작업공간(111)으로부터 주변을 보호하도록 구비함이 바람직하다. 즉, 이러한 스플래쉬가드(120)는 소재(1) 가공 시 절삭유(오일)나 칩 등과 같은 이물질(비산물) 등이 외부로 튀는 것을 방지하도록 세워지는 벽체 구조물이다.

그리고, 스플래쉬가드(120)의 일측면 즉 후술될 제어부(200)와 연결되는 후면부에는 보전용 개폐창(121)이 구비되고, 선반부(100)에 제어부(200)를 연결할 시엔 보전용 개폐창(121)을 제거하여 연결홀(118)을 마련한 후, 후술될 연결틀 프레임(150)을 연결홀(118)에 관통시켜 설치한다.

한편, 상기와 같이 형성되는 작업공간(111)에는 소재(1)를 클램프한 상태로 회전되는 스핀들(113)과, 스핀들(113)에 고정된 소재(1)를 가공하는 가공툴(115), 가공툴(115) 및 가공툴(115)에 의해 가공되는 소재(1)에 절삭유를 공급하는 제 1,2 쿨런트(116)(117)가 구비된다.

스핀들(113)은 선반함체(110)에서 모터 등에 의해 회전가능하게 구비되고, 스핀들(113)의 선단부에는 소재(1)를 척킹 즉 클램핑하는 다수의 척(112)이 구비된다.

특히, 가공툴(115)은 선반함체(110) 내에 구비되는 공구대(114)에 여러 개가 비치되어 회전가능하게 구비될 수 있고, 공구대(114)에는 제 1 쿨런트(116)가 구비되어 소재(1)를 가공하는 가공툴(115)에 절삭유를 공급하여 가공시 발생되는 열을 냉각시키게 된다.

또한, 스핀들(113)과 인접한 선반함체(110)의 내부에는 제 2 쿨런트(117)가 구비되고, 제 2 쿨런트(117)는 가공툴(115)에 의해 가공되는 소재(1)에 절삭유를 분사하여 소재(1)를 냉각시키게 된다.

한편, 상기와 같이 소재(1)를 가공하는 작업공간(111)의 하부는 베드(130)로 구성되고, 베드(130)의 내부에는 제 1,2 쿨런트(116)(117)에서 분사된 절삭유가 저장되는 쿨런트 탱크(131)가 구비된다.

그리고, 베드(130)는 그 하면에 구비되는 다수의 받침수단에 의해 바닥면에 고정되게 설치된다.

한편, 상기와 같은 선반부(100)의 선반함체(110)에는 작업공간(111)과 연통되도록 그 일측이 개구된 함 구조의 클린룸(160)이 구비된다.

클린룸(160)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 선반함체(110)의 상면에 하우징(161)이 고정되게 구비되고, 하우징(161)에는 후술될 로봇아암 그립퍼(292)(293)가 각각 격리되게 수용되는 룸 공간이 각각 구비된다.

이러한 클린룸(160)의 하우징(161) 내부에는 후술될 로봇아암(290)의 양 그립퍼(292)(293)가 각각 진입되어 은닉되게 구비됨과 더불어 로봇아암 그립퍼 브라켓(291)에 의해 클린룸(160)의 개구부가 완전히 가려짐으로써 작업공간(111)에서 소재(1) 가공시 발생되는 절삭유(오일)나 칩 등과 같은 이물질(비산물) 등으로부터 클린룸(160) 및 로봇아암 그립퍼(292)(293), 소재(1)를 보호할 수 있게 된다.

게다가, 상기와 같은 클린룸(160)의 내부에는 클린룸(160) 내부로 삽입된 소재(1) 및 로봇아암 그립퍼(292)(293)로 에어를 분사하는 증량에어블로워(163)가 구비된다. 이와 같이 증량에어블로워(163)에서 분사되는 에어에 의해 가공과정에서 소재(1)나 로봇아암 그립퍼(292)(293)에 묻은 절삭유나 칩 등과 같은 이물질을 깨끗하게 제거할 수 있게 된다.

그리고, 클린룸(160)의 내부에는 클린룸(160)에 삽입된 소재(1)를 감지하여 클린룸(160) 내에 로봇아암 그립퍼(292)(293)가 위치하고 있는지 여부와, 로봇아암(290)의 원점을 확인 및 셋팅하기 위한 리미트스위치(162)가 구비된다.

이러한 리미트스위치(162)는 양 클린룸(160) 모두에 구비될 수도 있지만, 본 실시예에서와 같이 소재 투입용 로봇아암 그립퍼(292)가 삽입되는 클린룸(160)에만 구비하여도 된다. 이는, 소재 투입용 로봇아암 그립퍼(292)에 소재(1)의 유무를 감지하여 로봇아암(290)의 다음 동작을 제어할 수 있도록 한 것이다.

즉, 리미트스위치(162)가 소재 투입용 로봇아암 그립퍼(292)에 클램핑된 소재(1)를 감지하여 척(112)에 고정된 소재(1)의 가공을 완료한 이후에 로봇아암(290)이 동작할 수 있도록 하고, 소재(1)가 감지되지 않으면 일정시간 이후에 경보음 등을 발생시키고 로봇아암(290)의 동작을 중지시키는 인터록(interlock) 기능을 하도록 구비한다.

그리고, 이러한 리미트스위치(162)에 의한 작동은 보전시에도 로봇아암(290)의 원점을 확인 후 작업이 가능하도록 하고, 이러한 제어는 로봇아암 컨트롤러(284)에 의해 제어된다.

한편, 제어부(200)는 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상부의 상부함체(210)와, 하부의 베이스함체(280)를 포함한다.

상부함체(210)는 베이스함체(280) 위에 구비되는 함 구조로서, 상부 스플래쉬가드(211)가 전면과 좌우 측면 및 상하에 모두 구비되어 상부함체(210)의 외측면을 이룬다.

특히, 상부함체(210)의 전면부 중앙부에는 선반함체(110)에서 보전용 개폐창(121)이 제거됨에 따라 구비되는 선반함체(110)의 연결홀(118)과 대응한 연결홀(214)이 개구되게 형성되고, 양 연결홀(118)(214)을 통해 후술될 로봇아암(290)이 제어부(200)의 상부함체(210)에서 선반부(100)의 선반함체(110) 측으로 이동되어 운용된다.

그리고, 상부함체(210)의 후면부에는 후면도어(250)가 양측으로 회전되어 개폐되게 구비되고, 일측면에는 측면도어(260)가 구비되어, 후면도어(250)와 측면도어(260)를 통해 상부함체(210) 내의 부품 교체나 수리, 내부 청소 등이 이루어질 수 있으며, 이러한 후면도어(250)와 측면도어(260)에는 작업자가 육안으로 상부함체(210)의 내부를 확인할 수 있는 투시창이 마련될 수 있다.

또한, 상부함체(210)의 상면에는 후면도어(250)의 개폐를 감지하는 안전도그 센서(212)가 구비되고, 후면도어(250)의 개방시는 경보음이나 경보등의 경보수단을 작동시켜 후면도어(250)의 개방을 작업자에게 알리게 된다.

그리고, 측면도어(260) 반대편의 상부함체(210) 타측면에는 후술될 로봇아암(290)의 작동을 제어하는 로봇아암 조작반(213)이 구비되고, 로봇아암 조작반(213)의 상부에는 제어부(200) 전체를 전반적으로 제어하는 자동화통합 컨트롤러(270)가 구비된다.

한편, 상기와 같은 구비되는 상부함체(210) 내의 바닥면 좌,우측에는 로봇아암(290)에 의해 선반부(100)의 작업공간(111)으로 소재(1)를 투입하기 위한 인스토커(220)와, 작업공간(111)에서 소재(1)를 배출하기 위한 아웃스토커(230)가 각각 구비된다.

이러한 인스토커(220)와 아웃스토커(230)의 하부에는 각각의 스토커(220)(230)가 설치되는 인스토커 다이(221)와 아웃스토커 다이(231)가 구비되고, 상부함체(210)의 양측면에는 각각 인스토커(220)와 아웃스토커(230)를 작업자가 육안으로 확인할 수 있는 인스토커 창(222)과 아웃스토커 창(232)이 각각 구비될 수 있다.

그리고, 인스토커(220)와 아웃스토커(230) 사이의 상부함체(210) 내측 중앙부에는 로봇아암 베이스(294)가 구비되고, 로봇아암 베이스(294)의 상면에는 로봇아암(290)이 이동가능하게 설치되어 구비된다.

이때, 로봇아암(290)과 로봇아암 베이스(294) 사이에는 LM 가이드가 구비되어, 로봇아암(290)의 이동시는 로봇아암(290)에 고정된 LM 가이드의 이동체가 로봇아암 베이스(294)에 고정된 LM 가이드의 가이드레일 상을 이동하게 된다. 이때, 로봇아암 베이스(294)에 고정된 LM 가이드의 가이드레일은 상부함체(210)의 연결홀(214)을 통해 선반함체(110)의 작업공간(111)으로 돌출된 상태로서, 로봇아암(290)이 상부함체(210)와 선반함체(110)의 연결홀(118)(214)을 통해 로봇아암 베이스(294)의 외측으로 인출되어 선반부(100)의 선반함체(110) 내의 작업공간(111)으로 이동할 수 있게 된다.

또한, 상부함체(210) 내의 바닥면 중앙부에는 인스토커(220) 및 아웃스토커(230)를 로봇아암(290)이 구비되는 공간과 격리시키는 격판(240)이 각각 수직하게 세워져 구비된다. 이와 같은 격판(240)에 의해 선반함체(110)의 작업공간(111)에서 소재(1) 가공시 발생되는 절삭유 및 칩 등과 같은 이물질로부터 인스토커(220) 및 아웃스토커(230)의 오염을 방지할 수 있게 된다.

그리고, 베이스함체(280)는 상부함체(210)의 하부에 구성되고, 베이스함체(280)는 하부 스플래쉬가드(281)가 전후좌우 및 상하에 모두 구비되어 베이스함체(280)의 외측면을 이룬다.

이러한 베이스함체(280)는 도 5에 도시된 바와 같이, 그 하면에 바퀴(282)와 레벨링(283)이 구비되어 베이스함체(280)와 상부함체(210)를 일체로 이동시킬 수 있고, 베이스함체(280) 및 상부함체(210)의 전체적인 높이를 조절할 수 있게 된다.

특히, 레벨링(283)은 베이스함체(280)의 하면에 고정된 브라켓에서 스톱퍼의 축이 나사 결합구조로서, 스톱퍼를 브라켓에서 회전시키면 스톱퍼의 높이가 높아지거나 낮아지면서 베이스함체(280)를 통해 제어부(200)의 전체 높이를 조절할 수 있게 된다.

그리고, 베이스함체(280)의 하면에는 레벨링(283)과 더불어 앙카볼트(283-1)가 구비되어, 베이스함체(280)를 앙카볼트(283-1)에 의해 바닥면에 독립되게 고정하거나 또는 고정용 플레이트(140)를 통해 선반함체(110) 하부의 베드(130)에 고정되게 구비할 수 있다.

또한, 베이스함체(280)에는 로봇아암(290)의 작동을 제어하는 로봇아암 컨트롤러(284)가 구비되고, 베이스함체(280)를 이루는 하부 스플래쉬가드(281)에는 드레인호스(285)가 구비된다. 이때, 드레인호스(285)는 제어부(200)의 상부함체(210)와 연통되게 구비되어 상부함체(210) 내로 유입된 이물질을 쿨런트 탱크(131)로 배출시키게 된다.

한편, 상기와 같이 구성되는 제어부(200)는 바퀴(282)에 의해 선반부(100) 측으로 용이하게 이동되고, 선반부(100)의 선반함체(110) 후면부에 제어부(200)의 상부함체(210) 전면부가 밀착되게 구비한 후, 제어부(200)의 베이스함체(280)를 선반부(100)의 베드(130)에 결합 고정시켜 일체로 구비하게 된다.

이때, 베드(130)와 베이스함체(280) 사이에 고정용 플레이트(140)를 구비한 상태로 베이스함체(280)를 베드(130)에 볼트 체결하여 고정시킨다. 이와 같이 구비되는 고정용 플레이트(140)는 베드(130)의 위치나 형상에 따라 다양한 형태로 구비되어 베드(130)와 베이스함체(280) 간의 간격을 유지함으로써 소재(1) 가공시 발생되는 선반부(100)의 진동으로부터 제어부(200)를 안전하게 보호할 수 있게 된다. 이때, 고정용 플레이트(140)는 진동 및 충격 흡수가 우수한 방진고무 등으로 구비될 수 있다.

또한, 베드(130)에 베이스함체(280)를 결합 고정할 시 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 선반함체(110) 후면부의 보전용 개폐창(121)을 제거하여 선반함체(110)에 관통된 연결홀(118)을 마련한 상태에서 베이스함체(280)를 베드(130)에 고정시키면 선반함체(110)의 연결홀(118)이 상부함체(210)의 연결홀(214)과 일치되게 구비된다.

이 상태에서 양 연결홀(118)(214)에 연결틀 프레임(150)을 끼워 설치하되, 연결틀 프레임(150)을 선반함체(110)의 내측에서 상부함체(210)의 내측으로 관통시킨 상태에서 연결틀 프레임(150)의 고정플랜지(151)를 선반함체(110)의 내측면에 볼트 체결하여 고정시킨다.

그러면, 도 5 및 도 6에서와 같이, 연결틀 프레임(150)의 관통플랜지(152)가 양 연결홀(118)(214)을 관통한 상태로 상부함체(210)의 내측으로 돌출되게 구비되어, 선반함체(110)에서 발생되는 절삭유나 칩 등과 같은 이물질로부터 상부함체(210)의 오염을 방지하여 보호할 수 있게 된다.

한편, 로봇아암(290)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 로봇아암 베이스(294) 상에서 LM 가이드에 의해 이동 및 회전가능하게 구비되고, 이러한 로봇아암(290)은 x축, y축, z축 등 다양한 방향으로 이동 및 회전할 수 있도록 구성된다.

이와 같은 로봇아암(290)의 선단부에는 로봇아암 그립퍼 브라켓(291)이 고정되게 구비되고, 로봇아암 그립퍼 브라켓(291)의 외측면에는 소재 투입용 로봇아암 그립퍼(292)와 소재 배출용 로봇아암 그립퍼(293)가 각각 구비된다.

이때, 양 그립퍼(292)(293)는 각각 소재(1)를 잡아 고정하게 되는데, 소재(1)의 형상과 크기, 종류에 따라 다양하게 변형 및 변경될 수 있다.

그리고, 로봇아암 그립퍼 브라켓(291)은 평판 구조로서, 선반함체(110)의 작업공간(111)에서 소재(1)의 가공시 로봇아암 그립퍼(292)(293)를 클린룸(160)에 삽입하면서 클린룸(160)에 최대한 근접되게 위치되어 가공시 발생되는 절삭유나 칩 등과 같은 이물질로부터 클린룸(160) 및 양 그립퍼(292)(293)을 보호할 수 있게 된다.

이러한 로봇아암(290)의 작동은 로봇아암 컨트롤러(284)에 의해 선반함체(110)의 작업공간(111)에서 소재(1) 가공이 시작되기 전에 로봇아암(290)이 동작되어 로봇아암 그립퍼(292)(293)를 클린룸(160)에 자동 또는 수동으로 삽입하게 된다.

이상과 같은 본 발명에 따른 CNC 선반의 기내 로봇 자동화 장치의 작동관계를 설명한다.

먼저, 도 4 및 도 5에서와 같이, 제어부(200)를 선반부(100) 측으로 이동시켜 선반부(100)에 연결하여 일체로 구비한다.

즉, 제어부(200)의 베이스함체(280)를 선반부(100)의 베드(130)에 근접시킨 상태에서 고정용 플레이트(140)를 베드(130)와 베이스함체(280) 사이에 개재하여 구비하고, 이 상태에서 베이스함체(280)를 베드(130)에 볼트로서 체결 고정한다.

이후, 베드(130) 위의 선반함체(110)에 구비된 보전용 개폐창(121)을 제거하여 그 자리에 연결홀(118)을 마련하고, 이 연결홀(118)은 상부함체(210)의 연결홀(214)과 일치된다.

따라서, 양 연결홀(118)(214)에 연결틀 프레임(150)을 선반함체(110) 측에서 상부함체(210) 측으로 관통시킨 후, 연결틀 프레임(150)의 고정플랜지(151)를 선반함체(110)의 내측면에 볼트로서 체결 고정하면, 관통플랜지(152)가 양 연결홀(118)(214)을 관통한 상태로 상부함체(210) 내측으로 돌출되게 구비된다.

이때, 제어부(200)의 상부함체(210)에 구비된 로봇아암 베이스(294) 상의 LM 가이드는 연결틀 프레임(150)을 통해 선반함체(110)의 작업공간(111)으로 돌출된 상태가 된다.

이 상태에서 로봇아암(290)이 작동되면, 로봇아암(290)에 구비된 소재 투입용 로봇아암 그립퍼(292)가 인스토커(220)에서 소재(1)를 클램핑한 상태로 상부함체(210)의 로봇아암 베이스(294) 상에서 이동되어 선반함체(110) 내의 작업공간(111)으로 위치되어 클린룸(160)에 삽입된다.

그러면, 클린룸(160)에 삽입된 소재 투입용 로봇아암 그립퍼(292)에 클램핑된 소재(1)가 클린룸(160) 내의 리미트스위치(162)에 의해 감지되고, 이에 의해 자동화통합 컨트롤러(270)가 스핀들(113)을 회전시켜 공구대(114)의 가공툴(115)로서 소재(1)를 가공하게 된다.

이런 가공과정에서 제 1,2 쿨런트(116)(117)에 의한 절삭유가 공급됨으로써 절삭유 및 가공시 발생되는 칩 등의 이물질이 작업공간(111) 내에서 이리저리 튀게 되는데, 이때 로봇아암 그립퍼(292)(293)는 클린룸(160)에 삽입되어 있으므로 이물질에 의한 클린룸(160)과 그립퍼(292)(293) 및 투입 전 소재(1)의 오염이나 손상을 방지할 수 있고, 제어부(200)의 상부함체(210)에는 연결틀 프레임(150)의 관통플랜지(152)가 구비되어 있으므로 오염으로부터 최대한 방지된다.

이후, 가공이 완료되면, 로봇아암(290)에 구비된 소재 배출용 로봇아암 그립퍼(293)가 척(112)으로부터 소재(1)를 클램핑하고, 척(112)에 새로운 소재(1)를 장착한 후 다시 클린룸(160)으로 삽입되어 구비된다.

이와 같이 클린룸(160)에 구비된 소재(1) 및 소재 배출용 로봇아암 그립퍼(293)에 증량에어블로워(163)에 의한 에어가 분사되어 소재(1) 및 그립퍼(293)를 세척한 후, 소재(1) 가공이 완료되면 클린룸(160)에서 빠져나와 상부함체(210)로 이동되어 아웃스토커(230)에 가공된 소재(1)를 구비하고, 인스토커(220)에서 소재 투입용 로봇아암 그립퍼(292)가 새로운 소재(1)를 클램핑하여 선반함체(110)로 이동된다.

이후, 전술한 바와 같은 작동을 자동으로 반복 수행하게 됨으로써, 생산(가공) 물품의 불량을 최소화하고 생산성을 높이면서 생산단가를 낮추어 시장경쟁력을 확보할 수 있다.

게다가, 도 2에서와 같이, 클린룸(160)에는 리미트스위치(162)가 구비되어, 클린룸(160) 내에 각 그립퍼(292)(293)가 위치하고 있는지 여부를 판단하고, 또 로봇아암(290)의 원점을 확인 및 초기 셋팅할 수 있다.

즉, 리미트스위치(162)에 소재 또는 각 그립퍼(292)(293) 중 하나가 접할 수 있고, 리미트스위치(162)에 의해 각 그립퍼(292)(293)가 클린룸(160) 내에 위치하고 있는지가 감지되면 이의 감지신호를 로봇아암 컨트롤러(284)(자동화통합 컨트롤러(270)로 출력할 수도 있다)로 출력한다.

따라서, 가공시 발생되는 내부 열 및 습기 등의 다양한 요인으로 최초 셋팅된 로봇아암(290)의 위치가 변경된 경우, 로봇아암 컨트롤러(284)가 로봇아암(290)을 동작시켜 리미트스위치(162)와 접하도록 하여 로봇아암(290)을 원점으로 초기와 같이 재설정할 수 있게 된다.

한편, 도 7은 본 발명에 따른 소재 자세정렬장치를 도시한 측단면 구성도로서, 소재 자세정렬장치(300)는 제어부(200)의 인스토커(220)와 아웃스토커(230)를 사용하지 않을 경우 선반부(100)로 소재(1)를 공급하고 배출시키기 위한 장치이다.

이러한 소재 자세정렬장치(300)는 도 1 및 도 7에 도시된 바와 같이, 선반함체(110)의 스플래쉬가드(120) 외측에 구비되어 소재(1)를 이송시키는 기외 컨베이어(370)와, 선반함체(110)의 스플래쉬가드(120) 외측에 구비되어 기외 컨베이어(370)에 의해 이송되어 온 소재(1)가 공급 및 배출되는 하우징(310)과, 하우징(310)에 구비되어 기외 컨베이어(370)에 의해 이송되어 온 소재(1)를 클램프하는 그립퍼(350)와, 그립퍼(350)를 회전시키는 회전실린더(340)와, 회전실린더(340)를 상하로 이동시키는 상하 이동실린더(330)와, 상하 이동실린더(330)를 전후 또는 좌우(이하 "전후"로 통칭한다)로 직선 이동시키는 전후(또는 좌우) 이동실린더(320)와, 선반함체(110)의 스플래쉬가드(120)에 구비되어 하우징(310)을 개폐시키는 개폐도어(380)를 포함한다.

기외 컨베이어(370)는 그 상면에 이송블록(371)이 고정되게 구비되고, 이송블록(371)의 상면에는 소재(1)가 안착된 상태로 기외 컨베이어(370)의 길이 방향 즉 전후 또는 좌우 방향으로 이동된다. 이때, 이송블록(371)은 V-블록으로 형성될 수 있고, 그 상면에는 소재(1)가 안착되어 고정될 수 있는 홈이 형성된다.

소재 자세정렬장치(300)의 하우징(310)은 선반함체(110)의 스플래쉬가드(120)의 외측면에 고정되게 구비되어, 기외 컨베이어(370)에서 이송블록(371)에 의해 이송되어 오는 소재(1)가 하우징(310) 내로 공급되거나 또는 하우징(310)에서 배출된다.

이러한 하우징(310)에는 기외 컨베이어(370)의 이송블록(371)에 구비된 소재(1)를 클램프하거나 또는 이송블록(371)으로 소재(1)를 안착시켜 배출하는 그립퍼(350)가 구비되고, 그립퍼(350)의 상부에는 그립퍼(350)를 회전시키는 회전실린더(340)가 구비된다.

게다가, 회전실린더(340)의 상부에는 회전실린더(340) 및 그립퍼(350)를 상하로 이동시키는 상하 이동실린더(330)가 구비되고, 하우징(310)의 내측면에는 상하 이동실린더(330), 회전실린더(340) 및 그립퍼(350)를 전후로 직선 이동시키는 전후 이동실린더(320)가 구비된다.

또한, 개폐도어(380)는 하우징(310)이 구비되는 선반함체(110)의 스플래쉬가드(120)에 구비되어 하우징(310)을 개폐시키도록 구비된다. 이러한 개폐도어(380)는 선반함체(110)의 내측면에 상하 또는 좌우(이하 "좌우"라 한다)로 슬라이드되게 구비되고, 개폐도어(380)는 제어부(200)에 의해 제어되는 별도의 실린더 수단이나 또는 로봇아암 그립퍼(292)(293)에 의해 슬라이드되게 구비될 수 있다.

따라서, 개폐되어(380)의 열림시 로봇아암 그립퍼(292)(293)가 열린 개폐도어(380)에 의해 하우징(310) 내에서 자세정렬된 소재(1)를 클램프하여 선반부(100)로 공급하거나 또는 선반부(100)에서 가공된 소재(1)를 하우징(310) 내로 배출시키게 된다.

게다가, 선반함체(110)의 스플래쉬가드(120) 내측면에는 개폐도어(380)의 개방시 개방된 스플래쉬가드(120)의 출입구에 에어를 분사하여 에어커튼을 형성하는 에어블로워(360)가 구비된다. 이로써, 에어블로워(360)에 의해 에어커튼이 형성됨에 따라 선반함체(110) 내에서 발생되는 절삭유나 이물질이 열린 개폐도어(380)를 통해 하우징(310)으로 나가는 것을 방지할 수 있게 된다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 범주에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 명확해질 것이다.

1 : 소재 100 : 선반부
110 : 선반함체 111 : 작업공간
112 : 척 113 : 스핀들
114 : 공구대 115 : 가공툴
116,117 : 제 1,2 쿨런트 118 : 연결홀
120 : 스플래쉬가드 121 : 보전용 개폐창
130 : 베드(bed) 131 : 쿨런트 탱크
140 : 고정용 플레이트 150 : 연결틀 프레임
151 : 고정플랜지 152 : 관통플랜지
160 : 클린룸 161 : 하우징
162 : 리미트스위치 163 : 증량에어블로워
200 : 제어부 210 : 상부함체
211 : 상부 스플래쉬가드 212 : 안전도그 센서
213 : 로봇아암 조작반 214 : 연결홀
220 : 인스토커 221 : 인스토커 다이
222 : 인스토커 창 230 : 아웃스토커
231 : 아웃스토커 다이 232 : 아웃스토커 창
240 : 격판 250 : 후면도어
260 : 측면도어 270 : 자동화통합 컨트롤러
280 : 베이스함체 281 : 하부 스플래쉬가드
282 : 바퀴 283 : 레벨링
283-1 : 앙카볼트 284 : 로봇아암 컨트롤러
285 : 드레인호스 290 : 로봇아암
291 : 로봇아암 그립퍼 브라켓
292 : 소재 투입용 로봇아암 그립퍼
293 : 소재 배출용 로봇아암 그립퍼 294 : 로봇아암 베이스
300 : 소재 자세정렬장치 310 : 하우징
320 : 전후 이동실린더 330 : 상하 이동실린더
340 : 회전실린더 350 : 그립퍼
360 : 에어블로워 370 : 기외 컨베이어
371 : 이송블록 380 : 개폐도어

Claims (6)

1. 소재를 가공하는 선반부와, 선반부에 결합 고정되어 선반부의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 CNC 선반의 기내 로봇 자동화 장치로서,
   선반부는, 스플래쉬가드에 의해 그 내부에 작업공간이 형성되고, 작업공간에 소재를 클램프한 상태로 회전되는 스핀들과, 스핀들에 고정된 소재를 가공하는 가공툴, 가공툴 및 가공툴에 의해 가공되는 소재에 쿨런트를 공급하는 제 1,2 쿨런트가 구비되는 선반함체;
   선반함체의 스플래쉬가드 내측면에 구비되어 작업공간과 연통되어 소재 가공시 가공된 소재가 삽입되는 클린룸;을 포함하고,
   제어부는, 이동 및 높이조절 가능하게 구비되고 선반부에 결합 고정되거나 바닥에 고정되는 베이스함체;
   베이스함체 상에 구비되어 그 내부 좌,우측에는 선반부의 작업공간으로 소재를 투입하기 위한 인스토커와, 작업공간에서 소재를 배출하기 위한 아웃스토커가 구비되는 상부함체;
   상부함체에 선반부의 선반함체 내로 이동가능하게 구비되어 소재를 이동시키는 로봇아암;을 포함하고,
   클린룸에는 그 내부로 삽입되는 소재 및 로봇아암 그립퍼로 에어를 분사하는 증량에어블로워가 구비되고,
   클린룸에 삽입된 소재를 감지하여 클린룸 내에 로봇아암 그립퍼가 위치하고 있는지 여부와, 로봇아암의 원점을 확인 및 셋팅하기 위한 리미트스위치가 구비되며,
   리미트스위치는 로봇아암 그립퍼가 클램프하고 있는 소재를 감지하여 해당 소재의 가공을 완료한 이후에 로봇아암이 동작할 수 있도록 하고, 소재가 감지되지 않으면 일정시간 이후에 로봇아암의 동작을 중지시키도록 구비되는 CNC 선반의 기내 로봇 자동화 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   제어부의 상부함체 내에는 인스토커 및 아웃스토커를 로봇아암이 구비되는 공간과 격리시키는 격판이 각각 구비되는 CNC 선반의 기내 로봇 자동화 장치.
   
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   로봇아암이 이동되는 선반함체와 상부함체에는 양 함체를 연결하는 연결틀 프레임이 구비되고,
   연결틀 프레임은 선반함체에 결합 고정되는 고정플랜지와, 고정플랜지에서 연장 형성되어 상부함체 내로 관통 결합되는 관통플랜지를 포함하여, 제어부의 상부함체를 오염으로부터 보호하는 CNC 선반의 기내 로봇 자동화 장치.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   CNC 선반의 선반함체에는 소재의 자세를 정렬시키는 소재 자세정렬장치가 구비되되,
   소재 자세정렬장치는, 선반함체의 외부에 구비되어 소재를 이송시키는 기외 컨베이어;
   선반함체의 스플래쉬가드 외측에 구비되어 기외 컨베이어에 의해 이송되어 온 소재가 공급 및 배출되는 하우징;
   하우징에 구비되어 기외 컨베이어에 의해 이송되어 온 소재를 클램프하는 그립퍼;
   그립퍼를 회전시키는 회전실린더;
   회전실린더를 상하로 이동시키는 상하 이동실린더;
   상하 이동실린더를 전후 또는 좌우로 직선 이동시키는 전후 이동실린더;
   선반함체의 스플래쉬가드에 구비되어 하우징을 개폐시키는 개폐도어;를 포함하여,
   개폐되어의 열림시 로봇아암 그립퍼가 하우징 내에서 자세정렬된 소재를 클램프하여 선반부로 공급하거나 또는 선반부에서 가공된 소재를 하우징 내로 배출시키도록 구비되는 CNC 선반의 기내 로봇 자동화 장치.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   선반함체에는 개폐도어의 개방시 개방된 스플래쉬가드의 출입구에 에어를 분사하여 에어커튼을 형성하는 에어블로워가 구비되는 CNC 선반의 기내 로봇 자동화 장치.

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