KR20120042664A - 자동 공구 교환 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 체인저 아암 등에 손상을 주거나, 주위에 큰 소리를 발생시키는 일이 없고, 게다가 공구 홀더를 안정적으로 파지하는 자동 공구 교환 장치이다. 자동 공구 교환 장치는, 체인저 아암(3)측에 개폐 자유롭게 설치되어 공구 홀더(H)를 파지부(3a)와 파지하거나, 혹은 파지를 해제하는 클램프 블록(21)과, 출력 샤프트(2) 내에 배치 설치되어 캠휠(4)에 연동하여 진퇴동하는 구동 샤프트(7)와, 구동 샤프트(7)의 진퇴동에 연동하여 클램프 블록(21)을 개폐 구동하는 구동 수단(22?29)을 구비한다. 체인저 아암(3)이 공구 홀더(H)를 파지하지 않는 위치에서는 클램프 블록(21)이 열리고, 체인저 아암(3)이 공구 홀더(H)를 파지하는 위치에서는 클램프 블록(21)이 닫히도록, 구동 샤프트(7)가 캠휠(4)에 연동되어 있다.

Description

자동 공구 교환 장치{AUTOMATIC TOOL CHANGER}

본 발명은, 자동 공구 교환 장치(ATC : Automatic Tool Changer)에 관한 것으로서, 특히, 체인저 아암에 의해 공구 홀더를 파지하는 기구에 관한 것이다.

자동 공구 교환 장치의 체인저 아암에 의해 공구 홀더를 파지하는 기구로서, 종래, 다음과 같은 것이 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). 즉, 도 26에 나타내는 바와 같이, 체인저 아암(100) 내에 록핀(101)이 진퇴 가능하게 배치 설치되고, 스프링(102)에 의해 록핀(101)의 선단이, 항상 체인저 아암(100)의 파지부(100a)로부터 돌출되도록 되어 있다. 그리고, 체인저 아암(100)이 회전 운동(회전)하여 파지부(100a)의 개구측이 공구 홀더(H)를 향하고, 공구 홀더(H)가 파지부(100a)에 감합되면, 파지부(100a)와 록핀(101)에 의하여 공구 홀더(H)가 협지된 상태가 된다.

또한, 공구 홀더(H)가 공작 기계의 주축 등에 고정된 상태에서 체인저 아암(100)이 역방향으로 회전 운동하면, 록핀(101)이 후퇴하여 파지부(100a)와에 의한 공구 홀더(H)의 협지가 해제되는 것이다. 또한, 공구 홀더(H)를 협지한 상태에서 록핀(101)이 후퇴하지 않도록 록핀(101)을 록(고정)하고, 협지를 해제할 때에 록을 해제하는 록 기구가 설치되어 있다.

일본 공개특허공보 평11-254261호

그런데, 상기와 같은 공구 홀더의 파지 기구에서는, 록핀(101)의 선단이, 항상 체인저 아암(100)의 파지부(100a)로부터 돌출된 상태가 되어 있다. 이 때문에, 공구 홀더(H)가 파지부(100a)에 감합될 때에는, 공구 홀더(H)가 록핀(101)에 닿아, 공구 홀더(H)에 의해 록핀(101)이 후퇴하여 공구 홀더(H)가 파지부(100a)에 감합된 후에, 다시 록핀(101)이 전진하여 공구 홀더(H)를 협지하게 된다. 즉, 공구 홀더(H)를 파지할 때마다, 공구 홀더(H)가 록핀(101)에 충돌하여, 체인저 아암(100)[특히 록핀(101)]이나 공구 홀더(H)는, 강한 충격력을 받게 된다. 게다가, 자동 공구 교환 장치의 동작 속도는 고속화되고 있어, 체인저 아암(100)의 회전 운동 속도도 빨라, 공구 홀더(H)가 록핀(101)과 충돌하는 것에 의한 충격력은 큰 것이 된다. 이 결과, 체인저 아암(100)이나 공구 홀더(H)에 손상을 주거나, 주위에 큰 충격음을 발생시키게 된다.

또한, 상기 파지 기구에서는, 록핀(101)을 후퇴시키면서 공구 홀더(H)가 파지부(100a)에 감합되어 가고, 감합 완료에 가까워지면 록핀(101)이 다시 전진하여 협지가 개시된다. 즉, 공구 홀더(H)와 파지부(100a)의 감합이 완료되기 전에, 파지부(100a)와 록핀(101)에 의한 협지가 행해진다. 이 때문에, 공구 홀더(H)의 협지?파지가 불안정해진다.

그래서 본 발명은, 체인저 아암 등에 손상을 주거나, 주위에 큰 소리를 발생시키는 일이 없고, 게다가 공구 홀더를 안정적으로 파지 가능한 자동 공구 교환 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 청구항 1에 기재된 발명은, 일단부측에 체인저 아암이 배치 설치된 출력 샤프트가, 메인 캠에 연동하여 축방향으로 진퇴동(進退動)함과 함께 축 중심으로 회전 운동하고, 상기 체인저 아암에 공구 홀더를 파지하는 파지부가 설치된 자동 공구 교환 장치로서, 상기 체인저 아암측에 개폐 자유롭게 설치되어, 상기 공구 홀더를 상기 파지부와 파지하거나, 혹은 파지를 해제하는 파지체와, 상기 출력 샤프트 내에 배치 설치되어, 상기 메인 캠에 연동하여 상기 출력 샤프트의 축방향으로 진퇴동하는 구동 샤프트와, 상기 구동 샤프트의 진퇴동에 연동하여, 상기 파지체를 개폐 구동하는 구동 수단을 구비하고, 상기 체인저 아암이 상기 공구 홀더를 파지하지 않는 위치에서는 파지체가 열리고, 상기 체인저 아암이 상기 공구 홀더를 파지하는 위치에서는 파지체가 닫히도록, 상기 구동 샤프트가 상기 메인 캠에 연동되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 체인저 아암이 공구 홀더를 파지하지 않는 위치, 즉 공구 홀더를 파지하기 전에는, 구동 샤프트에 연동하는 구동 수단에 의해 파지체가 열려, 공구 홀더와 파지체가 접촉하지 않는다. 또한, 체인저 아암이 공구 홀더를 파지하는 위치에서는, 구동 샤프트에 연동하는 구동 수단에 의해 파지체가 닫혀, 공구 홀더와 파지체가 접촉한다.

청구항 1에 기재된 발명에 의하면, 체인저 아암이 공구 홀더를 파지하기 전에는, 파지체가 열려, 공구 홀더와 파지체가 접촉하지 않는다. 이 때문에, 공구 홀더와 파지체가 충돌하여, 체인저 아암이나 파지체, 혹은 공구 홀더에 손상을 주거나, 주위에 큰 충격음을 발생시키는 일이 없다. 게다가, 체인저 아암이 공구 홀더를 파지하는 위치에서 파지체가 닫히고, 공구 홀더를 파지하기 때문에, 체인저 아암의 파지부에 공구 홀더가 감합된(파지된) 후에 파지체를 닫아, 공구 홀더를 안정적으로 파지하는 것이 가능하게 된다. 또한, 구동 샤프트가 출력 샤프트 내에 배치 설치되고, 게다가, 출력 샤프트의 축방향으로 구동 샤프트가 진퇴동하기 때문에, 장치 전체를 소형화, 경량화하는 것이 가능하게 되고, 나아가서는, 출력 샤프트를 수직으로 배치한 세로형의 자동 공구 교환 장치에도 최적이다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 관련된 자동 공구 교환 장치를 나타내는 정면도이다.
도 2는 도 1의 자동 공구 교환 장치의 저면도이다.
도 3은 도 1의 자동 공구 교환 장치의 본체 커버를 떼어낸 상태를 나타내는 정면도이다.
도 4는 도 3의 상태의 자동 공구 교환 장치의 사시도이다.
도 5는 도 3의 자동 공구 교환 장치의 배면도이다.
도 6은 도 5의 자동 공구 교환 장치의 사시도이다.
도 7은 도 1의 자동 공구 교환 장치의 캠휠과 선회링의 위치 관계를 나타내는 사시도이다.
도 8은 도 1의 자동 공구 교환 장치의 아암 유닛을 배면측에서 본 사시도이다.
도 9는 도 1의 자동 공구 교환 장치의 아암 유닛을 정면측에서 본 사시도이다.
도 10은 본 발명의 실시형태에 관련된 공구 홀더의 피(被)파지부를 나타내는 정면도이다.
도 11은 도 1의 자동 공구 교환 장치의 체인저 아암을 나타내는 평면도로서, (a)는, 공구 홀더를 파지한 상태를 나타내고, (b)는, 파지를 해제한 상태를 나타낸다.
도 12는 도 1의 자동 공구 교환 장치의 수직면을 따른 단면도이다.
도 13은 도 1의 자동 공구 교환 장치의 동작, 작용을 나타내는 타이밍 차트이다.
도 14는 도 1의 자동 공구 교환 장치의 캠휠의 회전각 θ가 0도인 상태를 나타내는 사시도이다.
도 15는 도 1의 자동 공구 교환 장치의 캠휠의 회전각 θ가 θ3도인 상태를 나타내는 사시도이다.
도 16은 도 1의 자동 공구 교환 장치의 캠휠의 회전각 θ가 θ4도인 상태를 나타내는 사시도이다.
도 17은 도 1의 자동 공구 교환 장치의 캠휠의 회전각 θ가 θ6도인 상태를 나타내는 사시도이다.
도 18은 도 1의 자동 공구 교환 장치의 캠휠의 회전각 θ가 θ7도인 상태를 나타내는 사시도이다.
도 19는 도 1의 자동 공구 교환 장치의 캠휠의 회전각 θ가 θ8도인 상태를 나타내는 사시도이다.
도 20은 도 1의 자동 공구 교환 장치의 캠휠의 회전각 θ가 θ9도인 상태를 나타내는 사시도이다.
도 21은 도 1의 자동 공구 교환 장치의 캠휠의 회전각 θ가 θ10도인 상태를 나타내는 사시도이다.
도 22는 도 1의 자동 공구 교환 장치의 캠휠의 회전각 θ가 θ11도인 상태를 나타내는 사시도이다.
도 23은 도 1의 자동 공구 교환 장치의 캠휠의 회전각 θ가 θ12도인 상태를 나타내는 사시도이다.
도 24는 도 1의 자동 공구 교환 장치의 캠휠의 회전각 θ가 θ13도인 상태를 나타내는 사시도이다.
도 25는 도 1의 자동 공구 교환 장치의 캠휠의 회전각 θ가 θ14도인 상태를 나타내는 사시도이다.
도 26은 종래의 자동 공구 교환 장치의 체인저 아암에 의한 파지 기구를 나타내는 정면도이다.

이하, 본 발명을 도시된 실시형태에 기초하여 설명한다.

도 1은, 이 실시형태에 관련된 자동 공구 교환 장치(1)를 나타내는 정면도이고, 도 2는 도 1의 저면도, 도 3은 도 1의 본체 커버(50)를 떼어낸 상태에서의 정면도, 도 4는 도 3의 상태에서의 사시도이다. 이 자동 공구 교환 장치(1)는, 출력 샤프트(2)가 수직 방향으로 연장되어 배치 설치된 세로형의 자동 공구 교환 장치로서, 출력 샤프트(2)의 선단부측(하단측)에 체인저 아암(3)이 배치 설치되어, 캠휠(메인 캠)(4)에 연동하여 출력 샤프트(2)가 축방향으로 진퇴동함과 함께 축 중심으로 회전 운동하면서, 체인저 아암(3)으로 공구 홀더(H)를 파지 혹은, 파지를 해제하는 것이다.

구체적으로는, 도 3, 4에 나타내는 바와 같이, 캠휠(4)의 외주에 웜 기어(4a)와 선회캠 홈(4b)이 형성되고, 캠휠(4)의 일방의 측면에는 고리 형상의 시프트캠 홈(4c)이 형성되며, 또한 도 5, 6에 나타내는 바와 같이, 타방의 측면에는 고리 형상의 록캠 홈(4d)이 형성되어 있다. 웜 기어(4a)는, 웜 샤프트(5)의 웜 기어(5a)와 맞물리고, 모터(51)에 의해 웜 샤프트(5)가 구동되면, 웜 기어(5a, 4a)의 맞물림을 통해 캠휠(4)이 회전하도록 되어 있다.

선회캠 홈(4b)은, 도 7에 나타내는 바와 같이, 선회링(6)의 외주에 배치 설치된 복수의 스틸볼(6a)과 맞물려 있다. 여기서, 출력 샤프트(2)의 외주에는, 축방향으로 연장되는 외주 스플라인(2a)이 형성되고, 선회링(6)의 내주에는, 외주 스플라인(2a)과 맞물리는 내주 스플라인(도시 생략)이 형성되며, 출력 샤프트(2)가 선회링(6)에 대해 축방향으로 슬라이드 자유롭게 되어 있다. 그리고, 캠휠(4)이 회전하면, 선회캠 홈(4b)과 스틸볼(6a)의 맞물림을 통해 선회링(6)이 회전하고, 이 회전에 수반하여 출력 샤프트(2)가 축 중심으로 회전 운동(회전)하도록 되어 있다.

시프트캠 홈(4c)에는, 도 3, 4에 나타내는 바와 같이, 시프트 레버(8)의 구동측 캠 팔로워(8a)가 슬라이딩 자유롭게 삽입되고, 시프트 레버(8)의 종동측 캠 팔로워(8b)가 출력 샤프트(2)의 시프트 홈(2b)에 장착되어 있다. 여기서, 시프트 홈(2b)은, 출력 샤프트(2)의 상단부에 배치 설치되고, 출력 샤프트(2)의 축방향과 수직인 원판 형상의 협지부가, 종동측 캠 팔로워(8b)를 사이에 두도록 상하에 배치 설치되어, 구성되어 있다. 또한, 시프트 레버(8)는, 대략 「Z」자형으로, 구동측 캠 팔로워(8a)측의 단부의 제1 레버축(8c)과, 중앙부에서 후술하는 록 레버(9)와 연결된 제2 레버축(8d)을 축으로 하여, 요동하도록 배치 설치되어 있다. 그리고, 캠휠(4)이 회전하면, 구동측 캠 팔로워(8a)가 시프트캠 홈(4c)을 따라 슬라이딩하고, 레버축(8c, 8d)을 축으로 하여 종동측 캠 팔로워(8b)가 상하동(요동)한다. 이 상하동에 수반하여, 출력 샤프트(2)가 축방향으로 진퇴동(왕복동)하는 것이다.

록캠 홈(4d)에는, 도 5, 6에 나타내는 바와 같이, 록 레버(9)의 구동측 캠 팔로워(9a)가 슬라이딩 자유롭게 삽입되고, 록 레버(9)의 종동측 캠 팔로워(9b)는, 구동 샤프트(7)의 기단부(상단부)측에 위치되어 있다. 여기서, 록 레버(9)는, 대략 「ヘ」자형으로, 중앙부에 상기 제2 레버축(8d)이 연결되고, 제2 레버축(8d)을 축으로 하여 요동 자유롭게 되어 있다. 또한, 구동 샤프트(7)는, 출력 샤프트(2)와 동축에 출력 샤프트(2) 내에 배치 설치되어, 축방향으로 진퇴동 자유롭게 되어 있고, 기단부(상단부)는, 출력 샤프트(2)의 상단으로부터 돌출되어, 가압 디스크(71)가 장착되어 있다. 이 가압 디스크(71)는, 원판 형상의 가압부(71a)를 구비하고, 이 가압부(71a)의 상방에 록 레버(9)의 종동측 캠 팔로워(9b)가 위치하고, 종동측 캠 팔로워(9b)의 상방은 해방 상태(프리)가 되어 있다. 한편, 구동 샤프트(7)의 하단부는, 출력 샤프트(2)의 하단부까지 연장되어, 후술하는 바와 같이 맞닿음판(29)에 맞닿아 있다(도 12 참조).

이러한 구성으로 캠휠(4)이 회전하면, 구동측 캠 팔로워(9a)가 록캠 홈(4d)을 따라 슬라이딩하고, 제2 레버축(8d)을 축으로 하여 종동측 캠 팔로워(9b)가 상하동(요동)한다. 그리고, 후술하는 타이밍에서, 이 종동측 캠 팔로워(9b)가 하동(下動)함으로써, 가압부(71a)가 하방으로 가압되어, 구동 샤프트(7)가 하방으로 전진하는 것이다. 또한, 후술하는 바와 같이, 구동 샤프트(7)만을 하방으로 전진시킬 필요가 있는 경우?위치에만, 종동측 캠 팔로워(9b)가 가압부(71a)를 가압하고, 그 밖의 경우에는, 종동측 캠 팔로워(9b)가 가압부(71a)에 접하지 않아도 되도록, 록캠 홈(4d)의 캠 형상(캠 궤적)이 설정되어 있다. 즉, 구동 샤프트(7)가 출력 샤프트(2)와 함께 하방에 위치하는 경우에는, 종동측 캠 팔로워(9b)가 가압부(71a)에 추종하지 않도록(도 18?21 참조), 록캠 홈(4d)의 캠 형상이 설정되고, 이에 의해 캠휠(4)의 소형화를 도모하고 있다.

출력 샤프트(2)의 선단부측에는, 도 1, 3에 나타내는 바와 같이, 아암 유닛(20)이 배치 설치되고, 아암 유닛(20)의 유닛 커버(20a)의 일부를 떼어낸 상태를 도 8, 9에 나타낸다. 도시하는 바와 같이, 체인저 아암(3)은 판 형상이며, 판면이 출력 샤프트(2)의 축방향에 대해 수직으로 위치하도록 배치 설치되어 있다. 이 체인저 아암(3)의 단부에는, 공구 홀더(H)를 파지하는[공구 홀더(H)가 감합되는] 원호 형상의 파지부(3a)가 형성되고, 이러한 체인저 아암(3)이 출력 샤프트(2)에 대해 점대칭으로 배치 설치되어 있다. 여기서, 이 실시형태에서는, 체인저 아암(3)을 2체로 하고 있지만, 1체로 해도 된다.

이 체인저 아암(3)의 각 파지부(3a)와 대향하고, 또한 개폐 자유로운 클램프 블록(파지체)(21)이 배치 설치되어, 클램프 블록(21)이 닫힘으로써 파지부(3a)로 공구 홀더(H)를 파지하고, 클램프 블록(21)이 열림으로써 파지부(3a)와의 파지를 해제하도록 되어 있다. 즉, 도 10에 나타내는 바와 같이, 공구 홀더(H)의 외주에는 파지 홈(H1)이 형성되고, 이 파지 홈(H1)에 감합되도록 파지부(3a)가 형성되어 있다. 그리고, 도 11에 나타내는 바와 같이, 파지 홈(H1)에 파지부(3a)가 감합된 상태에서 클램프 블록(21)이 닫힘으로써, 파지부(3a)와 클램프 블록(21)으로 공구 홀더(H)를 파지하고[도 11(a)의 상태], 클램프 블록(21)이 열림으로써 파지부(3a)와의 파지를 해제한다[도 11(b)의 상태].

구체적으로는, 도 8, 9에 나타내는 바와 같이, 출력 샤프트(2)와 평행한 레버 샤프트(22)를 회전축으로 하여, コ자 형상의 클램프 레버(회전 운동체)(23)가 회전 운동 자유롭게 배치 설치되고, 이 클램프 레버(23)의 일단부가 파지부(3a)측으로 연장되어, 그 선단부(23a)에 클램프 블록(21)이 장착되어 있다. 또한, 클램프 레버(23)의 개구측에는, 레버 샤프트(22)와 평행한 연결 샤프트(24)가 장착되어 있다.

한편, 출력 샤프트(2)와 연결 샤프트(24) 사이에는, 출력 샤프트(2)과 평행하게, 또한 축방향으로 진퇴동 자유롭게 클램프 샤프트(진퇴동체)(25)가 배치 설치되고, 또한, 이 클램프 샤프트(25)를 상방[가압 디스크(71)측]으로 누르는 스프링(가압 수단)(26)이 배치 설치되어 있다. 즉, 도 12에 나타내는 바와 같이, 클램프 샤프트(25)의 상단에 스토퍼(25a)가 고정되고, 이 스토퍼(25a)와 베이스 플레이트(27) 사이에, 스프링(26)이 배치 설치되어, 클램프 샤프트(25)에 대해 항상 상방향의 힘이 작용하도록 되어 있다.

또한, 도 9에 나타내는 바와 같이, 연결 샤프트(24)[클램프 레버(23)]와 클램프 샤프트(25)를 연결하는 연결 바(연결체)(28)가, 연결 샤프트(24)와 클램프 샤프트(25)를 사이에 두도록 1쌍(2체) 배치 설치되고, 연결 바(28)의 양단부는 회전 운동 자유롭게 되어 있다. 또한, 도 12에 나타내는 바와 같이, 2개의 클램프 샤프트(25)의 하단부에 가설(架設)하도록, 판 형상의 맞닿음판(29)이 배치 설치되어 있다. 그리고, 후술하는 바와 같이 구동 샤프트(7)가 맞닿음판(29)을 가압하지 않는 상태에서는, 스프링(26)에 의해 클램프 샤프트(25)가 상방에 위치하고, 연결 샤프트(24)와 클램프 샤프트(25)에 대해 연결 바(28)가 대략 수직으로 위치하도록, 연결 샤프트(24), 클램프 샤프트(25) 및 연결 바(28)가 배치 설치되어 있다.

이러한 상태에서, 구동 샤프트(7)가 하방으로 전진하여 맞닿음판(29)을 누르면, 스프링(26)의 가압력에 저항하여 클램프 샤프트(25)가 하방으로 전진하고, 연결 바(28), 연결 샤프트(24)를 거쳐, 레버 샤프트(22)를 축으로 하여 클램프 레버(23)가 도 9 중 화살표 D1 방향으로 회전 운동한다. 그리고, 이 회전 운동에 수반하여, 클램프 블록(21)이 파지부(3a)로부터 후퇴하도록 하여 열린다. 이와 같이 하여 클램프 블록(21)이 열린 상태에서는, 공구 홀더(H)가, 클램프 블록(21)에 접촉하지 않고, 파지부(3a)에 대해 출입 자유롭게 되어 있다.

한편, 후술하는 바와 같이 하여 구동 샤프트(7)에 의한 맞닿음판(29)에 대한 가압이 해제되면, 스프링(26)에 의해 클램프 샤프트(25)가 상방으로 후퇴하고, 연결 바(28), 연결 샤프트(24)를 거쳐, 레버 샤프트(22)를 축으로 하여 클램프 레버(23)가 도 9 중 화살표 D2 방향으로 회전 운동한다. 그리고, 이 회전 운동에 수반하여, 클램프 블록(21)이 파지부(3a)측으로 전진하도록 하여 닫히고, 클램프 블록(21)과 파지부(3a)에 의해 공구 홀더(H)가 파지된다. 여기서, 구동 샤프트(7)에 의한 맞닿음판(29)에 대한 가압이 해제된 상태에서는, 구동 샤프트(7)는 맞닿음판(29)에 접한 것일 뿐인 상태가 되어 있다.

이러한 파지 상태에서는, 상기와 같이, 클램프 샤프트(25)에 대해 연결 바(28)가 대략 수직으로 위치한다. 즉, 체인저 아암(3)으로부터 연결 바(28)를 통해 클램프 샤프트(25)에 전달되는 힘의 진퇴동 방향(수직 방향)의 성분력이 작아지도록, 바꿔 말하면, 클램프 샤프트(25)의 축방향과 수직인 힘만이 클램프 샤프트(25)에 부하되도록, 연결 바(28)가 위치한다. 이 때문에, 체인저 아암(3)으로부터의 힘[공구 홀더(H)에 의한 중력이나 원심력 등]에 의해, 클램프 샤프트(25)가 축방향으로 가압되는 일이 없다. 즉, 스프링(26)에 의한 가압력이 크게 영향받지 않고, 클램프 블록(21)에 의한 파지력이 안정되는[스프링(26)에 의한 가압력으로 안정, 확실하게 파지할 수 있는] 것이다.

이상과 같이, 레버 샤프트(22), 클램프 레버(23), 연결 샤프트(24), 클램프 샤프트(25), 스프링(26), 연결 바(28) 및 맞닿음판(29)에 의해, 클램프 블록(21)을 개폐 구동하는 구동 수단이 구성되고, 이 구동 수단은, 체인저 아암(3)측, 즉 아암 유닛(20) 내에 배치 설치되어 있다.

여기서, 캠휠(4)의 선회캠 홈(4b), 시프트캠 홈(4c) 및 록캠 홈(4d)의 캠 형상[출력 샤프트(2), 구동 샤프트(7)의 연동?동작 타이밍]에 대해서는, 자동 공구 교환 장치(1)의 동작, 작용을 다음에 설명함으로써, 설명을 생략한다. 즉, 다음에 설명하는 자동 공구 교환 장치(1)의 동작, 작용이 얻어지도록, 각 캠 홈(4b, 4c, 4d)의 캠 형상(캠 궤적)이 설정되어 있는 것으로 한다.

다음으로, 이러한 구성의 자동 공구 교환 장치(1)의 동작, 작용에 대해, 도 13의 타이밍 차트에 기초하여 설명한다.

먼저, 캠휠(4)의 회전각 θ가 0도인 상태에서는, 도 14에 나타내는 바와 같이, 출력 샤프트(2), 즉 체인저 아암(3)의 회전각(선회각) ψ가 0도(기준 위치)이고, 스트로크 위치(직동 위치)는 최상위 P1, 즉 가장 후퇴하여 캠휠(4)에 가까운 위치로 되어 있다. 또한, 이 상태에서는, 구동 샤프트(7)의 스트로크 위치(직동 위치)도 최상위 P3, 즉 가장 후퇴하여 종동측 캠 팔로워(9b)측에 위치하고, 상기와 같이, 클램프 샤프트(25)가 상방에 위치하여, 클램프 블록(21)이 닫힌 상태(툴 클램프 상태)가 되어 있다.

다음으로, 캠휠(4)의 회전각 θ가 θ1도에 도달하면, 체인저 아암(3)이 회전 운동하기 시작하고, 또한, 캠휠(4)의 회전각 θ가 θ2도에 도달하면, 구동 샤프트(7)가 하방으로 전진하기 시작한다. 그리고, 캠휠(4)의 회전각 θ가 θ3도에 도달하면, 도 15에 나타내는 바와 같이, 구동 샤프트(7)가 최하위 P4, 즉 가장 전진한 위치에 도달하고, 상기와 같이 하여, 구동 샤프트(7)에 의해 클램프 샤프트(25)가 전진하여 클램프 레버(23)가 회전 운동하고, 클램프 블록(21)이 열린다. 즉, 툴 언클램프 상태가 된다. 이때, 체인저 아암(3)의 회전각 ψ는 ψ1도가 되어 있다.

이러한 상태로부터, 캠휠(4)의 회전각 θ가 θ4도에 도달하면, 도 16에 나타내는 바와 같이, 스프링(26)에 의해 구동 샤프트(7)가 후퇴하기 시작하고, 상기와 같이, 클램프 샤프트(25)가 후퇴하여 클램프 레버(23)가 회전 운동하고, 클램프 블록(21)이 닫히기 시작한다. 이와 동시에, 체인저 아암(3)의 회전 운동 속도, 즉 출력 샤프트(2)의 회전 운동 속도가 감속된다. 즉, 캠휠(4)의 회전각 θ가 θ4도에 도달한 시점에서, 체인저 아암(3)의 회전각 ψ가 ψ2도에 도달하고, 캠휠(4)의 회전각 θ가 θ5도에 도달한 시점에서, 체인저 아암(3)의 회전각 ψ가 ψ3도에 도달하며, 회전각 ψ2도에서 ψ3도에 이르는 회전 운동 속도(도 13 중의 차트 선 T1의 기울기)가, 회전각 0도에서 ψ2도에 이르는 회전 운동 속도보다 느려져 있다. 한편, 체인저 아암(3)의 회전각 ψ가 ψ3도에 도달하면, 체인저 아암(3)의 파지부(3a)가 공구 홀더(H)에 완전히 접촉하고[공구 홀더(H)가 파지부(3a)에 감합되고], 게다가, 회전각 ψ2도와 ψ3도의 차이는, 1도 정도로 설정되어 있다. 즉, 파지부(3a)가 공구 홀더(H)에 접촉하기 직전에, 체인저 아암(3)의 회전 운동 속도가 감속되도록, 선회캠 홈(4b)의 캠 형상이 설정되어 있다.

그리고, 캠휠(4)의 회전각 θ가 θ5도에 도달하면, 체인저 아암(3)의 회전각 ψ가 ψ3도에 도달하여, 그 회전각 ψ3이 유지된다. 또한, 회전각 ψ가 ψ3도인 시점, 즉, 체인저 아암(3)의 파지부(3a)에 공구 홀더(H)가 감합된 시점에서는, 클램프 블록(21)이 공구 홀더(H)에 접촉하지 않을 정도로 열린 상태가 되어 있다. 이 상태로부터, 캠휠(4)의 회전각 θ가 θ6도에 도달하면, 도 17에 나타내는 바와 같이, 구동 샤프트(7)가 최상위 P3에 도달하고, 상기와 동일하게 하여 클램프 블록(21)이 닫혀, 파지부(3a)와에 의한 공구 홀더(H)의 파지가 완료된다. 한편, 이 파지의 완료와 동시에, 체인저 아암(3)이 전진하기 시작한다.

다음으로, 캠휠(4)의 회전각 θ가 θ7도에 도달하면, 도 18에 나타내는 바와 같이, 체인저 아암(3)이 다시 회전 운동하기 시작하고, 캠휠(4)의 회전각 θ가 θ8도에 도달한 시점에서, 도 19에 나타내는 바와 같이, 체인저 아암(3)의 스트로크 위치가 최하위 P2, 즉 가장 전진한 위치에 도달한다. 이와 같이 하여 체인저 아암(3)의 스트로크 위치가, 최상위 P1에서 최하위 P2에 도달하는 사이에, 구동 샤프트(7)는 출력 샤프트(2)와 함께 전진하고, 록 레버(9)의 종동측 캠 팔로워(9b)가 가압 디스크(71)로부터 멀어진 상태가 된다. 즉, 이 사이에는, 상기와 같이, 구동 샤프트(7)를 하방으로 전진시킬 필요가 없기 때문에, 종동측 캠 팔로워(9b)가 가압 디스크(71)에 접촉?추종하지 않게 되어 있다.

그리고, 캠휠(4)의 회전각 θ가 θ9도에 도달하면, 도 20에 나타내는 바와 같이, 체인저 아암(3)이 후퇴하기 시작하고, 캠휠(4)의 회전각 θ가 θ10도에 도달한 시점에서, 도 21에 나타내는 바와 같이, 체인저 아암(3)의 회전각 ψ가 ψ4도(180도 이상)에 도달한다.

계속해서, 캠휠(4)의 회전각 θ가 θ11도에 도달하면, 도 22에 나타내는 바와 같이, 구동 샤프트(7)가 전진하기 시작하고, 상기와 같이 하여 클램프 블록(21)이 열리기 시작한다. 이와 동시에, 체인저 아암(3)의 후퇴 속도, 즉 출력 샤프트(2)의 후퇴 속도가 감속된다. 즉, 캠휠(4)의 회전각 θ가 θ11도에 도달한 시점에서, 체인저 아암(3)의 스트로크 위치가 위치 P5에 도달하고, 캠휠(4)의 회전각 θ가 θ12도에 도달한 시점에서, 체인저 아암(3)의 스트로크 위치가 최상위 P1에 도달하며, 위치 P5에서 최상위 P1에 이르는 후퇴 속도(도 13 중의 차트 선 T2의 기울기)가, 최하위 P2에서 위치 P5에 이르는 후퇴 속도보다 느려져 있다. 게다가, 위치 P5에서 최상위 P1까지의 거리는 1mm 이하로, 최하위 P2에서 위치 P5까지의 거리가 100mm 이상인 것에 비하여, 현저하게 짧게 설정되어 있다. 즉, 체인저 아암(3)이 최상위 P1에 도달하기 직전에 후퇴 속도가 감속되고, 감속된 속도 상태에서 최상위 P1, 즉 후술하는 툴 언클램프 상태에 도달한다.

그리고, 캠휠(4)의 회전각 θ가 θ12도에 도달하면, 도 23에 나타내는 바와 같이, 구동 샤프트(7)가 최하위 P4에 도달하고, 상기와 동일하게 하여 클램프 블록(21)이 열려, 툴 언클램프 상태가 된다. 이와 동시에, 상기와 같이 하여 체인저 아암(3)이 최상위 P1에 도달함과 함께, 체인저 아암(3)이 역방향으로 회전 운동하기 시작한다. 이 상태에서, 캠휠(4)의 회전각 θ가 θ13도에 도달하면, 도 24에 나타내는 바와 같이, 구동 샤프트(7)가 후퇴하기 시작하고, 상기와 같이 하여 클램프 블록(21)이 닫히기 시작한다. 이때, 체인저 아암(3)의 회전각 ψ는 ψ5도가 되어 있다.

또한, 캠휠(4)의 회전각 θ가 θ14도에 도달하면, 도 25에 나타내는 바와 같이, 구동 샤프트(7)가 최상위 P3에 도달하고, 상기와 동일하게 하여 클램프 블록(21)이 닫혀, 파지부(3a)와에 의한 공구 홀더(H)의 파지가 완료된다. 계속해서, 캠휠(4)의 회전각 θ가 θ15도에 도달하면, 체인저 아암(3)의 회전각 ψ가 180도에 도달하고, 이 상태에서, 캠휠(4)의 회전각 θ가 360도에 도달하는 것이다.

이상과 같이, 이 자동 공구 교환 장치(1)에 의하면, 공구 홀더(H)가 체인저 아암(3)의 파지부(3a)에 접촉(감합)할 때까지는, 클램프 블록(21)이 열린 상태에서 공구 홀더(H)가 클램프 블록(21)에 접촉하지 않는다. 이 때문에, 공구 홀더(H)와 클램프 블록(21)이 충돌하여, 체인저 아암(3)이나 클램프 블록(21), 혹은 공구 홀더(H)에 손상을 주거나, 주위에 큰 충격음을 발생시키는 일이 없다. 게다가, 체인저 아암(3)의 파지부(3a)에 공구 홀더(H)가 감합된 후에, 클램프 블록(21)이 닫혀 공구 홀더(H)를 파지하기 때문에, 공구 홀더(H)를 안정적으로 파지할 수 있다.

또한, 체인저 아암(3)의 파지부(3a)가 공구 홀더(H)에 접촉하기 직전에, 체인저 아암(3)의 회전 운동 속도가 감속되기 때문에, 파지부(3a)와 공구 홀더(H)의 충격력이 완화되어, 체인저 아암(3)이나 공구 홀더(H) 등에 대한 손상이나, 주위에 대한 충격음이 더욱 억제된다. 또한, 체인저 아암(3)이 후퇴하여 최상위 P1에 도달하기 직전에, 체인저 아암(3)의 후퇴 속도가 감속되기 때문에, 체인저 아암(3)의 후퇴에 의한 충격력(관성력)이 완화됨과 함께, 체인저 아암(3)이 위치 P5에서 최상위 P1까지 후퇴하는 짧은 거리 사이에서, 공구 홀더(H)가 언클램프(개방)되기 때문에, 공구 홀더(H)의 위치 정밀도의 어긋남을 흡수하는 것이 가능하게 된다.

한편, 구동 샤프트(7)가 출력 샤프트(2) 내에 진퇴동 자유롭게 배치 설치되고, 나아가서는, 필요할 때에만 록 레버(9)를 움직이도록 함으로써 캠휠(4)이 소형화되어 있기 때문에, 장치(1) 전체를 소형화, 경량화하는 것이 가능하게 된다. 게다가, 출력 샤프트(2)의 상부에는, 부재나 기구가 배치되어 있지 않아, 공간이 확보되어 있다. 이 때문에, 세로형의 자동 공구 교환 장치(1)로서 최적이며, 게다가, 공작 기계의 주축의 상방 등에 배치하는 것이 가능하게 된다. 또한, 체인저 아암(3)측에 통합하여 아암 유닛(20), 구동 수단(22?29)이 구성?배치 설치되어 있기 때문에, 구동 수단(22?29) 등의 보수, 수선 등을 용이하게 행하는 것이 가능하게 된다. 또한, 일체의 클램프 블록(21)으로 공구 홀더(H)를 파지하기 때문에, 구성이 간이해진다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대해 설명하였으나, 구체적인 구성은, 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위의 설계의 변경 등이 있어도, 본 발명에 포함된다. 예를 들어, 클램프 블록(21)을 클램프 레버(23)에 일체적으로 설치해도 된다. 또한, 출력 샤프트(2)가 수평 방향으로 연장되어 배치 설치된 가로형의 자동 공구 교환 장치에도 적용할 수 있는 것은 물론이다.

1 자동 공구 교환 장치
2 출력 샤프트
3 체인저 아암
3a 파지부
4 캠휠(메인 캠)
4a 웜 기어
4b 선회캠 홈
4c 시프트캠 홈
4d 록캠 홈
5 웜 샤프트
6 선회링
7 구동 샤프트
71 가압 디스크
8 시프트 레버
9 록 레버
20 아암 유닛
21 클램프 블록(파지체)
22 레버 샤프트
23 클램프 레버(회전 운동체)
24 연결 샤프트
25 클램프 샤프트(진퇴동체)
26 스프링(가압 수단)
28 연결 바(연결체)
29 맞닿음판
H 공구 홀더

Claims (1)

1. 일단부측에 체인저 아암이 배치 설치된 출력 샤프트가, 메인 캠에 연동하여 축방향으로 진퇴동(進退動)함과 함께 축 중심으로 회전 운동하고, 상기 체인저 아암에 공구 홀더를 파지하는 파지부가 설치된 자동 공구 교환 장치에 있어서,
   상기 체인저 아암측에 개폐 자유롭게 설치되어, 상기 공구 홀더를 상기 파지부와 파지하거나, 혹은 파지를 해제하는 파지체와,
   상기 출력 샤프트 내에 배치 설치되어, 상기 메인 캠에 연동하여 상기 출력 샤프트의 축방향으로 진퇴동하는 구동 샤프트와,
   상기 구동 샤프트의 진퇴동에 연동하여, 상기 파지체를 개폐 구동하는 구동 수단을 구비하고,
   상기 체인저 아암이 상기 공구 홀더를 파지하지 않는 위치에서는 파지체가 열리고, 상기 체인저 아암이 상기 공구 홀더를 파지하는 위치에서는 파지체가 닫히도록, 상기 구동 샤프트가 상기 메인 캠에 연동되어 있는 것을 특징으로 하는 자동 공구 교환 장치.

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