KR20170018575A - 공작기계용 자동공구교환장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 머시닝센터 등 공작기계에 구비되어 공구를 자동으로 교환할 수 있도록 하는 자동공구교환장치에 관한 것으로서, 바디의 한 쪽에 수평 방향으로 설치되어 구동력을 발생시키는 구동부와; 상기 바디의 내측에 구성되어 상기 구동부로부터 입력된 동력의 감속함과 아울러 수직 방향으로 동력 전달 방향을 바꾸어 주는 감속전환부와; 상기 바디 내에 수직으로 위치되고 상기 감속전환부에 결합되어 회전되는 매거진 샤프트와; 상기 매거진 샤프트의 상단에 결합되어 공구가 장착되는 매거진 어셈블리를 포함하여 구성됨으로써, 다른 구조물과의 간섭을 최소화한 상태에서 서보 모터 등을 구성할 수 있고, 장비 이용 중 유지 보수도 보다 용이하게 이루어질 수 있는 효과를 제공한다.

Description

공작기계용 자동공구교환장치{automatic tool changer}

본 발명은 머시닝 센터 등 공작기계에 구비되어 공구를 자동으로 교환할 수 있도록 하는 자동공구교환장치에 관한 것이다.

일반적으로 공작기계는 터닝 센터, 머시닝센터, 문형머시닝센터, 스위스 턴, 방전 가공기, 수평형 NC 보링머신 등을 비롯하여 다양한 종류가 작업의 용도에 맞게 널리 사용되고 있다.

특히, 머시닝센터는 드릴링ㅇ보링ㅇ밀링 절삭ㅇ리밍ㅇ태핑 등을 자동으로 가공하는 공작기계로서, 각종 공구가 원형 매거진에 배열되어 수치제어 장치에 의해서 필요로 하는 공구를 교환하면서 가공물을 정해진 순서에 따라 자동으로 가공하게 된다.

이러한 머시닝센터는 자동화된 여러 종류의 가공을 위해 다양한 종류의 공구들이 선택적으로 교환하면서 가공해야 하므로, 주축에 장착된 공구가 하나의 공정에 대한 가공을 완료하면 다음 공정을 위하여 주축에 장착된 공구와 공구 매거진에 수납되어 있는 공구를 교환할 수 있는 자동공구교환장치(ATC; automatic tool changer)가 필수적으로 요구된다.

자동공구교환장치는 공구를 클램프하는 방식에 따라 암 타입(arm type)과 암리스 타입(armless type)으로 나누어진다.

암리스 자동공구교환장치는 공구 매거진의 매거진 플레이트에 다수 구비된 공구를 별도의 체인지 암(change arm) 없이 컬럼과 스핀들의 움직임만으로 공구를 교환하는 방식으로 주로 수직형 머시닝센터(vertical type machining center)에서 사용된다.

하지만, 이러한 자동공구교환장치는 매거진 플레이트가 수평 방향으로 위치되고, 그 하부에 수직 방향으로 감속기 및 서보 모터 등의 구동원이 수직방향으로 위치되기 때문에 상하로 길어져 하부 공간의 공간 활용도가 떨어지고, 특히 서보 모터 등이 머시닝 센터의 프레임 구조물 내측에 위치될 경우가 많아, 주변 구조물에 의해 자동공구교환장치의 유지 보수가 쉽지 않은 문제점이 발생되고 있다.

또한, 매거진 플레이트의 하부에 감속기 및 서보 모터가 직결되는 방식으로 설치되기 때문에 매거진 플레이트 쪽에 상당한 하중이 가해지고, 이에 따라 매거진 플레이트의 하부 구성 요소인 감속기, 서보 모터의 크기(용량) 선택은 물론 설치도 쉽지 않는 등, 전제적인 자동공구교환장치의 설계 및 설치에 상당한 어려움이 따르는 문제점도 발생된다.

KR 등록특허 10-1225189호 KR 공개특허 10-2011-0069933호

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 측면 쪽에 구동원을 위치시켜 동력을 수평 방향에서 수직 방향으로 전환하여 전달할 수 있도록 구성함으로써 다른 구조물과의 간섭을 최소화한 상태에서 서보 모터 등을 구성하여 설치할 수 있고, 장비 이용 중 유지 보수도 보다 용이하게 이루어질 수 있는 공작기계용 자동공구교환장치를 제공하는 데 목적이 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 공작기계용 자동공구교환장치는, 바디의 한 쪽에 수평 방향으로 설치되어 구동력을 발생시키는 구동부와; 상기 바디의 내측에 구성되어 상기 구동부로부터 입력된 동력의 감속함과 아울러 수직 방향으로 동력 전달 방향을 바꾸어 주는 감속전환부와; 상기 바디 내에 수직으로 위치되고 상기 감속전환부에 결합되어 회전되는 매거진 샤프트와; 상기 매거진 샤프트의 상단에 결합되어 공구가 장착되는 매거진 어셈블리를 포함한 것을 특징으로 한다.

상기 바디는 공작 기계의 본체 프레임에 장착되는 베이스부와, 상기 베이스부 상부에 상기 감속전환부가 설치되는 전환 구성부와, 상기 전환 구성부의 양쪽면에 상기 구동부가 수평 방향으로 조립되는 구동 조립부와, 상기 전환 구동부의 상측에 원통형 구조로 일정 높이만큼 연장되어 상기 매거진 샤프트 및 매거진 어셈블리가 설치되는 매거진 지지부를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

상기 전환 구성부는 일측면에 덕트구가 형성되고, 상기 덕트구에는 덕트 커버가 조립되는 것이 바람직하다.

상기 구동부는 상기 바디의 내측에 수평 방향으로 설치되어 서보 모터에 의해 회전하는 구동 샤프트가 포함되고, 상기 감속전환부는 상기 구동 샤프트에 장착되어 회전하는 구동 캠과, 상기 매거진 샤프트의 하단부에 수평 방향으로 조립되어 회전하는 팔로워 플레이트와, 상기 팔로워 플레이트의 상부에 원주 방향으로 일정 간격마다 설치되어 상기 구동 캠과 치합되어 동력을 전달받는 캠 팔로워 베어링을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

상기 매거진 어셈블리는 상기 매거진 샤프트의 상부에 조립되는 매거진 브래킷과, 상기 매거진 브래킷의 상부에 조립되는 매거진 플레이트와, 상기 매거진 플레이트의 둘레에 설치되는 툴 홀더를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

상기 바디에는 원통형 구조로 일정 높이만큼 수직으로 배치되어 상기 매거진 샤프트가 위치되는 매거진 지지부를 포함하고, 상기 매거진 브래킷은 그 둘레면 하부에 스커트부가 형성되어 상기 바디의 외측에 씌워지도록 형성되는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같은 본 발명의 주요한 과제 해결 수단들은, 아래에서 설명될 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용', 또는 첨부된 '도면' 등의 예시를 통해 보다 구체적이고 명확하게 설명될 것이며, 이때 상기한 바와 같은 주요한 과제 해결 수단 외에도, 본 발명에 따른 다양한 과제 해결 수단들이 추가로 제시되어 설명될 것이다.

본 발명에 따른 공작기계용 자동공구교환장치는 구동부가 수평 방향으로 위치된 상태에서 감속전환부를 통해 수직 방향으로 동력을 전달하도록 구성되기 때문에 공작기계의 본체 프레임 내에서 다른 구조물과의 간섭을 최소화한 상태에서 서보 모터 등을 보다 용이하게 설치할 수 있고, 특히 기계 장비 이용 중에 서모 모터 등 대부분의 구성 요소가 상부로 노출되므로 유지 보수도 보다 용이하게 이루어질 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계용 자동공구교환장치가 도시된 정면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계용 자동공구교환장치가 도시된 우측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계용 자동공구교환장치가 도시된 좌측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계용 자동공구교환장치가 도시된 평면도이다.
도 5는 도 2의 B-B선 방향의 단면도이다.
도 6은 도 1의 A-A선 방향의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계용 자동공구교환장치의 바디가 도시된 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계용 자동공구교환장치의 바디가 도시된 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계용 자동공구교환장치의 커플링 박스가 도시된 사시도이다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계용 자동공구교환장치가 도시된 도면들로서, 도 1은 정면도, 도 2는 우측면도, 도 3은 좌측면도, 도 4는 평면도이다. 그리고 도 5 및 도 6은 도 2의 B-B선 방향 및 도 1의 A-A선 방향의 단면도이다.

도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계용 자동공구교환장치는 바디(10)의 한 쪽에 수평 방향으로 설치되는 구동부(30)와, 바디(10)의 내측에 구성되어 구동부(30)로부터 입력된 동력의 감속함과 아울러 수직 방향으로 동력 전달 방향을 바꾸어 주는 감속전환부(50)와, 바디(10) 내에 수직으로 위치되어 감속전환부(50)에 결합되어 회전되는 매거진 샤프트(70)와, 매거진 샤프트(70)의 상단에 결합되어 공구가 장착되는 매거진 어셈블리(90)를 포함하여 구성된다.

이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계용 자동공구교환장치의 주요 구성 부분을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 바디(10)는 머시닝 센터 등 공작 기계 본체 프레임(미도시)에 장착되어 자동공구교환장치를 지지하는 구조물이다.

도 7 및 도 8은 바디(10)가 도시된 사시도 및 단면도로서, 공작 기계의 본체 프레임에 장착되는 베이스부(11), 이 베이스부(11) 상부에 상기 감속전환부(50)가 설치되는 전환 구성부(13), 이 전환 구성부(13)의 양쪽면에 상기 구동부(30)가 수평 방향으로 조립되는 구동 조립부(15), 전환 구성부(13)의 상측에 원통형 구조로 일정 높이만큼 연장되어 매거진 샤프트(70) 및 매거진 어셈블리(90)가 설치되는 매거진 지지부(17)로 이루어진다.

여기서 베이스부(11)는 공작 기계의 본체 프레임에 볼트(B)로 조립될 수 있도록 다수의 볼트홀(12)이 형성되는 것이 바람직하다. 베이스부(11)의 밑면은 상기 전환 구성부(13)로 통하도록 개방된 구조로 구성되고, 이를 막아주도록 하부 커버(20)가 볼트(22) 등에 의해 조립된다.

전환 구성부(13)는 전체적으로 내부 공간을 갖는 하우징 구조로 이루어진다.

특히 전환 구성부(13)는 앞쪽 면에 덕트구(14)가 형성되고, 이 덕트구(14)에는 덕트 커버(25)가 조립된다. 이러한 덕트구(14) 및 덕트 커버(25)의 구성은, 전환 구성부(13) 내에 감속전환부(50) 등 동력 전달을 위한 기구적 부품들이 구성되는바, 이들을 조립하고, 조립 후에는 유지 보수가 용이하게 이루어지도록 하기 위해 구성된 것이다.

다음, 상기 구동부(30)는 도 5 등을 참조하면, 상기 바디(10)의 구동 조립부(15) 한쪽 외측에 위치되는 서보 모터(31)와, 이 서보 모터(31)를 바디(10)에 조립하는 커플링 박스(35)와, 바디(10)의 내측에 수평 방향으로 길게 설치되는 구동 샤프트(39)와, 상기 커플링 박스(35)의 내측에서 상기 서보 모터(31)의 축(33)과 구동 샤프트(39)를 연결하는 커플링(37)을 포함하여 구성된다.

서보 모터(31)는 그 앞쪽에 구성되어 커플링 박스(35)에 조립되는 기어 박스(32)를 통해 동력을 출력하도록 구성되는 것이 바람직하다.

커플링 박스(35)는 서보 모터(31)의 조립 및 분해가 용이하게 함과 아울러, 상기 커플링(37)의 유지 보수가 용이하게 할 수 있도록 구성된다.

도 9는 이러한 커플링 박스(35)를 보여주는 도면으로서, 양쪽에 기어 박스(32)와 바디(10)에 조립될 수 있도록 플랜지부(36)가 구성되고, 커플링(37)이 위치되는 가운데 부분은 개방된 구조를 갖는다.

구동 샤프트(39)는 그 양단부가 바디(10)에 베어링(40, 41)을 통해 회전 가능하게 지지되고, 특히 가운데 부분에 아래에서 자세히 설명할 감속전환부(50)의 구동 캠(51)이 설치된다.

도 5에서 도면 번호 43은 구동 샤프트(39)가 설치된 바디(10)의 반대쪽을 막아주는 엔드 캡을 나타낸다.

다음, 상기 감속전환부(50)는 도 5 및 도 6 등을 참조하면, 앞서 설명한 바와 같이 구동 샤프트(39)에 장착되어 회전하는 구동 캠(51)과, 상기 매거진 샤프트(70)의 하단부에 수평 방향으로 조립되어 회전하는 팔로워 플레이트(55)와, 이 팔로워 플레이트(55)의 상부에 원주 방향으로 일정 간격마다 설치되어 상기 구동 캠(51)과 치합되어 동력을 전달받는 캠 팔로워 베어링(53)을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

구동 캠(51)은 나선형 캠홈(52)이 형성되어 있다. 구동 캠(51)이 회전하게 되면 캠홈(52)이 원주 방향으로 연속적으로 배치된 캠 팔로워 베어링(53)들을 계속해서 밀게 되고, 이러한 작용으로 팔로워 플레이트(55)를 회전시킬 수 있게 된다.

따라서 감속전환부(50)는 서보 모터(31)를 통해 수평 방향으로 전달되는 회전 동력을 구동 캠(51)과 캠 팔로워 베어링(53)을 통해 수직 방향으로 회전 동력을 전달하고, 또한 구동 캠(51)에서 캠 팔로워 베어링(53)으로 동력을 전환하여 전달하는 과정에서 어느 정도 감속도 동시에 이루어지게 된다. 이러한 감속전환부(50)는 기본적으로 웜기어 원리를 이용한 것으로서, 캠과 캠 팔로워 베어링을 이용하지 않고, 구동 캠(51)에 웜을 구성하고, 팔로워 플레이트(55)에 상기 웜에 치합되는 기어치가 형성된 웜 휠을 구성하여, 동력 전달 방향의 전환 및 감속이 이루어지도록 구성하는 것도 가능하다.

상기 매거진 샤프트(70)는 도 6 등을 참조하면, 상기 바디(10)의 매거진 지지부(17) 내에 수직으로 설치되는데, 그 하단부에는 플랜지부(72)가 구비되어 상기 팔로워 플레이트(55)와 조립되고, 상부에는 아래에서 설명할 매거진 플레이트(95)가 조립된다.

물론 매거진 샤프트(70)도 바디(10) 내에 베어링(80)을 통해 회전 가능하게 지지된다.

상기 매거진 어셈블리(90)는 도 6 등을 참조하면, 상기 매거진 샤프트(70)의 상부에 조립되는 매거진 브래킷(91)과, 이 매거진 브래킷(91)의 상부에 조립되는 매거진 플레이트(95)와, 매거진 플레이트(95)의 둘레에 설치되는 툴 홀더(97)로 구성되는 것이 바람직하다.

여기서 매거진 브래킷(91)은 그 둘레면 하부에 스커트부(92)가 형성되어 상기 바디(10)의 매거진 지지부(17) 외측에 씌워지도록 형성되는 것이 바람직하고, 중앙부는 가운데 매거진 샤프트(70)가 결합되는 홀(93)이 형성되며, 이 홀(93) 주변에는 원형 단차면(94)이 구성되어 상기 매거진 플레이트(95)가 끼워져 조립될 수 있게 형성되는 것이 바람직하다.

매거진 플레이트(95)는 가운데 부분이 상기 매거진 브래킷(91)에 조립되고, 그 둘레면 쪽에는 공구가 장착되는 툴 홀더(97)들이 연속적으로 설치된다.

상기한 바와 같은, 본 발명의 실시예들에서 설명한 기술적 사상들은 각각 독립적으로 실시될 수 있으며, 서로 조합되어 실시될 수 있다. 또한, 본 발명은 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 실시예를 통하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

10 : 바디 11 : 베이스부
13 : 전환 구성부 15 : 구동 조립부
17 : 매거진 지지부 20 : 하부 커버
25 : 덕트 커버 30 : 구동부
31 : 서보 모터 32 : 기어 박스
35 : 커플링 박스 36 : 플랜지부
37 : 커플링 39 : 구동 샤프트
43 : 엔드 캡 50 : 감속전환부
51 : 구동 캠 52 : 캠홈
53 : 캠 팔로워 베어링 55 : 팔로워 플레이트
70 : 매거진 샤프트 72 : 플랜지부
90 : 매거진 어셈블리 91 : 매거진 브래킷
92 : 스커트부 93 : 홀
94 : 단차면 95 : 매거진 플레이트
97 : 툴 홀더

Claims (6)

1. 바디의 한 쪽에 수평 방향으로 설치되어 구동력을 발생시키는 구동부와;
   상기 바디의 내측에 구성되어 상기 구동부로부터 입력된 동력의 감속함과 아울러 수직 방향으로 동력 전달 방향을 바꾸어 주는 감속전환부와;
   상기 바디 내에 수직으로 위치되고 상기 감속전환부에 결합되어 회전되는 매거진 샤프트와;
   상기 매거진 샤프트의 상단에 결합되어 공구가 장착되는 매거진 어셈블리를 포함한 것을 특징으로 하는 공작기계용 자동공구교환장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 바디는 공작 기계의 본체 프레임에 장착되는 베이스부와, 상기 베이스부 상부에 상기 감속전환부가 설치되는 전환 구성부와, 상기 전환 구성부의 양쪽면에 상기 구동부가 수평 방향으로 조립되는 구동 조립부와, 상기 전환 구동부의 상측에 원통형 구조로 일정 높이만큼 연장되어 상기 매거진 샤프트 및 매거진 어셈블리가 설치되는 매거진 지지부를 포함한 것을 특징으로 하는 공작기계용 자동공구교환장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 전환 구성부는 일측면에 덕트구가 형성되고, 상기 덕트구에는 덕트 커버가 조립된 것을 특징으로 하는 공작기계용 자동공구교환장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 구동부는 상기 바디의 내측에 수평 방향으로 설치되어 서보 모터에 의해 회전하는 구동 샤프트가 포함되고,
   상기 감속전환부는 상기 구동 샤프트에 장착되어 회전하는 구동 캠과, 상기 매거진 샤프트의 하단부에 수평 방향으로 조립되어 회전하는 팔로워 플레이트와, 상기 팔로워 플레이트의 상부에 원주 방향으로 일정 간격마다 설치되어 상기 구동 캠과 치합되어 동력을 전달받는 캠 팔로워 베어링을 포함한 것을 특징으로 하는 공작기계용 자동공구교환장치.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 매거진 어셈블리는 상기 매거진 샤프트의 상부에 조립되는 매거진 브래킷과, 상기 매거진 브래킷의 상부에 조립되는 매거진 플레이트와, 상기 매거진 플레이트의 둘레에 설치되는 툴 홀더를 포함한 것을 특징으로 하는 공작기계용 자동공구교환장치.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 바디에는 원통형 구조로 일정 높이만큼 수직으로 배치되어 상기 매거진 샤프트가 위치되는 매거진 지지부를 포함하고,
   상기 매거진 브래킷은 그 둘레면 하부에 스커트부가 형성되어 상기 바디의 외측에 씌워지도록 형성된 것을 특징으로 하는 공작기계용 자동공구교환장치.

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