KR100217948B1 - 머시닝 센터의 공구교환방법과 이를 수행하는 장치 - Google Patents

머시닝 센터의 공구교환방법과 이를 수행하는 장치 Download PDF

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마세 요시아키
사카키바라 요키히로
아라키 노리미쯔
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노자끼 도따로
호와고교 가부시키가이샤
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Abstract

공구(T)를 붙잡고 있는 스핀들(4)을 지지하는 주축대(5)가 공구 교환 위치에 해당하는 위치로 이동될 때 공구(T)는 열린 상태의 그리퍼(9) 쌍 간의 공간을 통해 통과할 수 있는 소형 공구(ST)와 열린 상태의 그리퍼(9) 쌍 간의 공간을 통해 통과할 수 없는 대형 공구(LT)로 분류된다. 사용되는 다음 공구가 소형(ST)일 경우, 공구는 스핀들(4)상의 공구를 이용하는 가공 작동중 공구 교환 위치(Q)로 대기 위치(P)를 통해 이동되고, 주축대(5)는 공구 교환 지시에 응답하여 공구 교환 위치(Q)에 해당하는 위치로 이동되고 소정의 공구 교환 작동이 수행된다. 다음 공구가 대형(LT)일 경우, 다음 공구는 가공 작동 중에 대기 위치(P)에 위치하고 보류되며, 주축대(5)은 공구 교환 위치에 해당하는 위치로 이동되고, 다음 공구는 교환 위치로 이동되며, 공구 교환 작동이 수행된다.

Description

머시닝 센터의 공구교환 방법과 이를 수행하는 장치
제1도는 머시닝 센터의 평면도.
제2도는 제1도의 머시닝 센터의 측면도.
제3도는 공구 교환 헤드의 부분 단면 평면도.
제4도는 제3도의 Ⅳ-Ⅳ 라인 상에서 본 단면도.
제5도는 상기 공구 교환 헤드에 포함된 그리퍼의 각 행정(angular stroke)을 설명하는 제3도의 공구 교환 헤드의 부분 평면도.
제6도는 주축대(head stock)의 종단면도.
제7도는 공구 매거진의 평면도.
제8도는 제7도의 공구 매거진의 저면도.
제9도는 제7도의 Ⅸ-Ⅸ선을 따라 나타낸 단면도.
제10도는 제7도의 Ⅹ-Ⅹ선을 따라 나타낸 단면도.
제11도는 제7도의 XI-XI선을 따라 나타낸 단면도.
제12도는 공구 포트와 중간차의 종단면도.
제13(a) 내지 13(e) 도는 공구 교환 작동을 설명하는 개략도.
제14(a) 내지 14(e) 도는 공구 교환 작동을 설명하는 개략도.
제15도는 본 발명의 바람직한 실시예상의 공구 교환 방법의 순서도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 수직 머시닝 센터 3 : 컬럼
4 : 스핀들 5 : 주축대
6 : 공구 교환 장치 7 : 공구 매거진
8 : 공구 교환 샤프트 9 : 그리퍼
10 : 공구 교환 헤드 11 : 요부
13 : 캠부재 14 : 공구 홀딩 사출물
200 : 콘트롤러 P : 대기 위치
Q : 공구 교환 위치 A : 공구 교환 위치
T : 공구 S : 스트로크
ST : 소형 공구 LT : 대형공구
본 발명은 머시닝 센터와 그 유사물에서 수행되는 공구 교환 방법 및 공구 교환 방법을 수행하는 공구 교환 장치에 관한 것이다.
1988년 3월 7일 공개된 일본 특허 출원 JP-A-63-52945에 개시된 머시닝 센터는, 머시닝 센터의 컬럼 상에 배치되어, 대기 위치에서 복수 개의 공구를 연속적으로 위치시킬 수 있고 대기 위치로부터 공구 교환 위치까지 소정의 공구를 이동시킬 수 있는 공구 매거진과, 상기 컬럼 상에 수직방향으로 슬라이딩 가능하게 지지되는 주축대 상에 설치된 공구 교환 장치를 채용하고 있다. 상기 공구 교환 장치는 스핀들의 축에 대해 회전하고, 상기 스핀들의 축으로부터 멀어지고 다가가는 이동이 가능한 공구 교환 헤드와, 각각 직경방향으로 정반대의 방향으로 벌어지게 하기 위해 상기 공구 교환 헤드 상에 지지되는 두 쌍의 그리퍼(gripper)를 구비하고 있다. 상기 두 쌍의 그리퍼 중 한 쌍은 온-스핀들 공구(on-spoindle tool) 즉, 스핀들에 부착된 공구를 잡기 위한 위치에 있으며, 다른 한 쌍은 주축대가 공구 교환 위치에 해당하는 위치까지 상승될 때 공구 교환 위치에 위치한 공구를 잡기 위한 위치에 있다.
공구 교환 장치에 의해 공구를 교환할 경우, 공구 매거진은 대기 위치에 다음 공구를 위치시키고 머시닝 센터가 온-스핀들 공구를 사용하여 작동하는 동안 공구 교환 위치로 다음 공구를 이동시킨다. 공구 교환 지시가 주어지면, 주축대는 공구 교환 위치에 해당하는 위치까지 상승되고, 두쌍의 그리퍼 중 한 쌍은 온-스핀들 공구를 잡고, 다른 한 쌍은 공구 교환 위치에 위치하는 다음 공구를 잡으며, 공구 교환 장치는 온-스핀들 공구를 다음 공구로 교환하는 공구 교환 작동을 수행하며, 다음 공구를 장착한 스핀들을 지지하는 주축대는 스핀들의 축을 따라 가공 위치를 향해 이동되며, 스핀들로부터 제거된 공구는 공구 교환 위치로부터 대기 위치로 이동되고, 이어서 공구 매거진은 다음 공구 교환 사이클에 맞춰 대기 위치에 다음 공구를 위치시키기 위한 공구 위치 선정 동작을 수행한다.
이와 같은 종래 기술의 머시닝 센터는 직경 53㎜ 이하의 공구를 사용해서 철강 소재를 가공하기 위해 개발되었다. 머시닝 센터에서 경합금 소재가 가공될때, 경합금 소재가 직경 53㎜ 이하의 공구를 사용하여 가공될 때 칩(chips) 발생량이 증가하기 때문에 직경 53㎜ 이상의 공구가, 예를 들어 75㎜ 이상의 공구, 반드시 사용되어야 한다. 때문에 각 쌍의 그리퍼의 행정은 그리퍼 쌍이 직경 53㎜ 공구를 잡는 그리퍼 쌍이 최소 가능 정도까지 공구를 잡고 놓는데 필요한 시간을 단축하기에 충분한 이동만을 하도록 설정된다. 따라서, 공구 직경 75㎜인 다음 공구가 공구 교환 위치에 위치할 경우, 그리퍼 쌍은 주축대가 공구 교환 지시에 응답하여 공구 교환위치에 해당하는 위치로 스핀들 축을 따라 이동될 때 다음 공구에 간섭하게 된다.
이와 같은 문제는 상기 그리퍼 쌍 공구 직경 75㎜의 공구를 잡을 수 있도록 그리퍼 쌍의 행정을 늘리는 첫 번째 방안과, 대기 위치에 다음 공구를 위치시키고, 주축대가 공구 교환 지시에 응답하여 공구 교환 위치에 해당하는 위치에 위치할 때까지 대기 위치에 다음 공구를 대기시키고, 대기 위치로부터 공구 교환 위치에까지 다음 공구를 이동시켜 공구 교환 작동을 수행하고 그리고 나서 스핀들로부터 대기 위치로 탈착된 공구를 이동시킨 후 가공 위치에 주축대를 이동시키는 두 번째 방안에 의해 해결될 수 있다.
첫 번째 방안이 채택되면, 그리퍼의 설계는 변경되어야 하며, 공구를 잡거나 놓기 위해 필요한 시간은 증가되고, 머시닝 센터가 소재를 절삭하지 않는 공전 시간은 증가된다. 두 번째 방안이 채택되면, 공구 교환 작동에 앞서 다음 공구는 대기 위치로부터 공구 교환 위치에까지 이동되어야 하며, 각각의 공구 교환 사이클에서 공구 교환 작동 이후 스핀들로부터 탈착된 공구는 공구 교환 위치로부터 대기 위치에까지 이동되어야 하며, 결과적으로 머시닝 센터가 소재를 절삭하지 않는 공전 시간은 증가된다.
따라서, 본 발명의 목적은 공구 교환 작동 전후로 최소 가능한 그리퍼의 행정을 요구하고 최소 가능한 이송 동작을 요구하는 공구 교환 방법과 제공하고, 상기 공구 교환 방법을 수행하기 위한 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 첫 번째 형태를 따라 그리퍼 쌍의 행정에 기초하여 결정되는 소정의 임계 공구 직경을 참조하여 복수 개의 공구를 소형 공구 및 대형 공구로 분류하는 단계와, 다음 공구를 대기 위치에 위치시키고, 다음 공구가 소형일 경우, 공구 교환 지시에 응답하여 공구 교환 위치에 해당하는 위치에 머시닝 센터의 주축대가 이동되기에 앞서 공구 교환 위치로 다음 공구를 이동시키는 단계와, 다음 공구가 대형일 경우 대기 위치에 다음 공구를 위치시키고 대기시키며, 공구 교환 지시에 응답하여 공구 교환 위치에 해당하는 위치로 주축대가 이동된 이후 대기 위치로부터 공구 교환 위치에까지 다음 공구를 이동시키고, 공구 교환 작동을 수행하는 단계와, 스핀들로부터 탈착된 공구가 소형일 경우, 공구 교환 작동을 수행하고 공구 교환 작동이 완료되는 직후 가공 위치로 주축대를 이동시키고 나서, 공구 교환 위치로부터 대기 위치까지 스핀들로부터 제거된 공구를 이동시키는 단계와, 스핀들로부터 제거된 공구가 대형일 경우 공구 교환 작동을 수행하고, 공구 교환 위치로부터 대기 위치에까지 스핀들로부터 제거된 공구를 이동시킨 후 주축대를 가공 위치로 이동시키는 단계로 이루어지는 공구 교환 방법이 제공된다.
본 발명의 하나의 실시예에 따라, 열린상태의 그리퍼 사이의 공간을 통해 이동될 수 있는 공구는 소형의 공구로 분류되며, 동일 공간을 통해 이동될 수 없는 공구는 대형의 공구로 분류된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 소정의 중량을 초과하는 소형 공구는 대형 공구로 분류되며, 온-스핀들 공구와 다음 공구 중의 적어도 하나가 대형일 경우에 온-스핀들 공구를 다른 공구로 대체하기 위한 공구 교환 작동은 온-스핀들 공구와 다음 공구 둘 다 소형일 경우의 공구 교환 속도보다 낮은 공구 교환 속도로 수행된다.
본 발명의 또 다른 형태에 따라, 공구 교환 장치는 그리퍼 쌍의 행정에 기초하여 결정되는 소정의 임계 공구 직경을 참조하여 소형 공구 및 대형 공구로 분류되는 공구의 형태를 저장하기 위한 저장 수단과, 온-스핀들 공구와 다음 공구 각각의 형태를 확인하기 위한 유형 확인 수단과, 다음 공구가 소형일 경우 공구 교환 위치에 해당하는 위치로 주축대가 이동되기 앞서 대기 위치로부터 공구 교환 위치에까지 다음 공구를 이동시키는 소형 공구 이송 지시를 내리는 소형 공구 이송 지시 발생 수단과, 다음 공구가 대형일 경우 공구 교환 위치에 해당하는 위치로 주축대가 이동된 이후 대기 위치로부터 공구 교환 위치에까지 다음 공구를 이동시키는 대형 공구 이송 지시를 내리는 대형 공구 이송 지시 발생 수단과, 스핀들로부터 제거된 공구가 소형일 경우, 가공 위치로 대향하여 주축대가 이동된 이후 스핀들로부터 제거된 공구를 공구 교환 작동에 의해 공구 교환 위치로부터 대기 위치에까지 되돌리는 공구 복귀 지시를 내리는 소형 공구 복귀 지시 발생 수단과, 그리고 스핀들로부터 제거된 공구가 대형일 경우, 가공 위치로 주축대가 이동되기 앞서 스핀들로부터 제거된 공구를 공구 교환 작동에 의해 공구 교환 위치로부터 대기 위치에까지 되돌리기 위해 대형 공구 복귀 지시를 내리는 대형 기구 복귀 지시 발생 수단으로 이루어진다.
본 발명에 따라, 다음 공구가 소형일 때, 공작기계가 온-스핀들 공구를 사용하여 작동하는 동안 다음 공구는 대기 위치에 위치하고 나서 공구 교환 위치로 이동되고, 주축대는 공구 교환 지시에 응답하여 공구 교환 위치에 해당하는 위치로 이동되며, 공구 교환 작동이 수행된다. 다음 공구가 대형일 때, 머시닝 센터가 가공 동작하는 동안 다음공구는 대기 위치로 이동되어 대기하고, 주축대가 공구 교환 지시에 응답하여 공구 교환 위치에 해당하는 위치로 이동된 이후 다음공구는 대기 위치로부터 공구 교환 위치로 이동되고, 이어서 공구 교환 작동이 수행된다. 스핀들로부터 제거된 공구가 소형일 경우, 공구 교환 작동이 완료된 직후 주축대는 가공 위치로 이동되고, 스핀들로부터 제거된 공구는 공구 교환 위치로부터 대기 위치로 이동된다. 스핀들로부터 제거된 공구가 소형일 경우, 공구 교환 작동에 의해 스핀들로부터 제거된 공구가 공구 교환 위치로부터 대기 위치로 옮겨진 후에 주축대는 가공 위치로 이동된다.
따라서, 비록 공구 교환 장치의 그리퍼 쌍 행정이 대형공구를 잡기 위해 증가되고 이에 따라 그리퍼 쌍이 공구를 잡고 놓는데 필요한 시간이 증가되더라 할지라도, 머시닝 센터가 비작동 상태가 되는 공전 시간은 최소한으로 제한될 수 있다. 더욱이, 온-스핀들 공구 또는 다음 공구의 적어도 하나가 대형인 경우에 온-스핀들 공구를 다음 공구로 대체하기 위한 공구 교환 작동이 두 공구가 다 소형인 경우 공구 교환 작동이 수행되는 속도보다 낮은 공구 교환 속도로 수행되기 때문에 지나치게 큰 힘이 공구 교환 장치의 부품 상에 가해지지 않으며 공구는 공구 교환 작동 중에 그리퍼 쌍을 벗어나지 않는다.
본 발명의 상기 목적과 그 외 다른 목적들, 특징, 장점들은 첨부한 도면에 관련되어 행해진 다음의 설명에서 더욱 분명하게 설명된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공구 교환 방법은 수직 머시닝 센터(1)에 적용하여 설명할 수 있다. 제1 및 2도를 참고했을 때, 머시닝 센터(1)는 주프레임(1a) 상의 수평면에서 종횡 방향 이동에 대해 지지되는 주프레임(1a) 컬럼(3)과, 수직 미끄럼 운동, 즉, 상기 컬럼(3) 상에서 스핀들(4) 축을 따라 미끄럼 운동을 하기 위해 지지되는 주축대(5)를 구비하고 있다. 공구 교환 장치(6)는 상기 주축대(5) 상의 수직 위치로 지지되는 스핀들(4) 근처에 배치되어 있다. 공구 매거진(7)은 컬럼(3) 옆에 배치되어 있다. 먼저, 공구 교환 장치(6)는 제3 및 5도를 참조하여 설명될 것이다.
기본적으로 공구 교환 장치(6)는 일본 특허 JP-A-63-52945에 개시된 공구 교환 장치와 동일 구조이다. 공구 교환 샤프트(8)는 스핀들(4)축을 중심으로 회전하고 스핀들(4)축으로 전진하거나 후진할 수 있도록 주축대(5) 상에서 수직 자세로 지지되고, 두 쌍의 그리퍼(9)가 제공된 공구 교환 헤드(10)는 공구 교환 샤프트(8)의 하단부에 설치되어 있다.
베이스 부재(10a)는 공구 교환 샤프트(8)의 하단부에 부착되어 있다. 두 쌍의 그리퍼(9)는 각각 반대 방향으로 벌어지게 하기 위해 베이스 부재(10a)의 반대 측벽 상의 수직 축을 회전시키기는 인접 단부(16)에 추축상으로 지지된다. 첫 번째 그리퍼(9) 쌍은 온-스핀들 공구를 잡기 위해 온-스핀들 공구 그리핑 위치(a on-spindle tool gripping position)에 위치하는 것이 나타나 있고, 두 번째 그리퍼(9) 쌍은 차후에 설명되는 공구 교환 위치 A에 주축대(5)이 위치할 경우, 차후에 설명되는 공구 교환 위치 Q에 위치해 있는 다음 공구를 잡기 위해 다음 공구 그리핑 위치(a next tool gripping position)에 위치해 있다. 서로 마주하는 각각의 그리퍼(9) 쌍의 선단의 내부 면에 공구 T에 각각 형성된 리세스(recesses)(11)와 결속하는 공구 홀딩 돌기(14)가 고정되게 제공된다. 공구 T의 직경은 차후에서 설명되듯이 공구가 소형이든 대형이든 관계없이 리세스(1)의 영역에서 실지적으로 변화되지는 않는다.
캠부재(13)는 제4도에 실선으로 표시된 상부 위치와 점선으로 표시된 하부위치 사이에서 수직으로 미끄러지도록 형성하기 위해 베이스 부재(10a)에 한정된 챔버(12)에 배치되어 있다. 작동 로드(18)의 하단부는 공구 교환 샤프트(8)의 중심내경(8a)에 수직으로 미끄러지게 확장하고, 스크류로 캠부재(13)의 상부면에 고정된다. 캠부재(13)에는 그리퍼(9)를 작동시키기 위해 경사진 캠 홈(15)이 제공된다. 그리퍼(9)의 인접 단부에 고정된 그리퍼 작동 부재(17)는 캠 홈(15)과 각각 결속되어 있다. 따라서, 각각의 그리퍼(9)는 작동 로드가 수직으로 이동될 때, 제3도에 실선으로 표시된 그리핑 위치와 점선으로 표시된 이완 위치 사이에서 수직 축에 대해 회전시킨다. 제5도에 표시한 바와 같이, 각 행정 S 즉, 공구를 잡고 놓기 위한 각각의 그리퍼의 회전 범위는 오직 공구를 잡고 놓는데만 필요한 가장 최소한의 각도이다.
제6도는 공구 교환 샤프트(8)를 수직으로 이동시키기 위한 공구 교환 샤프트 리프팅 메카니즘(21)과, 공구 교환 샤프트(8)를 회전시키기 위한 공구 교환 샤프트 회전 메카니즘(22)과, 그리고 작동 로드를 수직으로 이동시키기 위한 작동 로드 리프팅 메카니즘(23)을 도시하고 있다. 공구 교환 샤프트 리프팅 메카니즘(21)은 주축대(5)의 몸체(5a) 상의 베어링(25)에서 회전하도록 지지되는 샤프트(26)을 구비하고 있다. 캠의 바깥 원주면에, 즉, 제1캠 홈(27a) , 제2캠 홈(27b), 및 제3캠 홈(27c) 세 개의 캠 홈이 제공된 원통형 캠(28)은 샤프트(26)의 상단부에 고정되어 있다. 원통형 캠(28)의 상단부는 커플링(29)에 의해 모터(30)의 구동 샤프트(31)에 연결되어 있다. 캠 레버(32)의 중간 부분에 추축상으로 지지되는 캠 종동부(33)는 원통형 캠(28)의 제2캠 홈(27b)과 결속 상태인 것이 도시되어 있다. 캠 레버(32)는 주축대(5)의 몸체(5a) 상에 추축상으로 지지되는 하나의 단부(32a)와 롤러(34)로 제공된 다른 단부를 구비하고 있다. 롤러(34)는 결속 부재(35)에 형성된 홈(35a)과 결속 상태로 있다. 원통형 캠(28)이 완전하게 한 번 회전을 할 경우, 제2캠 홈(27b)은 공구 교환 샤프트(8)가 소정의 거리보다 낮게 되도록 캠 레버(32)를 회전시킨다.
공구 교환 샤프트 회전 메카니즘(22)은 주축대(5)의 몸체(5a) 상에 확실하게 고정된 지지 샤프트(41)를 구비하고, 구동 기어(43)는 지지 샤프트(41)에 장착된 베어링(42) 상에서 회전하도록 지지된다. 구동 기어(43)에는 기어 외주부의 일부로 홈(44)이 제공된다. 롤러(45)는 홈(44)과 결속 상태를 이루기 위해 샤프트(26)의 하단부 상에서 회전 가능하게 지지된다. 구동 기어(43)와 결속된 구동된 기어(46)는 공구 교환 샤프트(8)의 중간 부분에 고정된다. 샤프트(26)가 완전하게 한번 회전하면 공구 교환 샤프트(8)는 완전히 180°로 회전한다.
작동 로드 리프팅 메카니즘(23)은 다음에서 설명된다. 스프링(48)은 공구 교환 샤프트(8)에 대해 위쪽으로 향해 상기 작동 로드(18)를 편향되게 하는 공구 교환 샤프트(8)와 작동 로드(18) 사이에 삽입된다. 캠레버(49)는 주축대(5)의 몸체(5a)상의 중간 부분에 선회축방향으로 지지된다. 상기 캠 레버(49)의 한쪽 단부 상에 선회축방향으로 지지되는 캠동종부(51)는 원통형 캠(28)의 제1캠홈(27a)과 결속상태로 있고, 상기 캠 레버(49)의 다른쪽 단부 상에 고정된 압축 부재(52)는 스프링(48)에 의해 위쪽으로 편향된 작동 로드(18)의 상단부에 대해 압축된다. 원통형 캠(28)이 소정의 작동 단계에서 완전하게 한번 회전을 할 경우 제1의 캠 홈(27a)은 그리퍼(9)가 그리핑과 이완동작을 위해 회전될 수 있도록 작동 로드(18)을 위 아래로 움직이게 하기위해 캠 레버(49)를 회전시킨다. 대형 공구(LT)와 소형 공구(ST)를 취급할 때 상기 작동 메카니즘(21,22,23)을 구동시키기 위한 모터(30)은 상기 구동 메카니즘(21,22,23)을 각기 다른 구동 속도로 구동시킬 수 있는 서보모터가 된다.
공구 매거진(7)은 제7 내지 12도를 참고하여 설명된다. 공구 매거진(7)은 1994년 9월 6일 공고된 일본 특허 JP-A-6-246,572에 개시된 공구 매거진과 기본적인 구조가 실질적으로 동일한 것으로, 이송 메카니즘(55)과 포트 추출 메카니즘(56)이 제공된다. 제7 및 9도에 표시한 바와 같이, 매거진 몸체(59)는 컬럼(3)의 측면에 부착된 설치판(57)을 구비한 브라켓(bracket, 58)에 고정된 베이스 단부를 구비하고 있다. 제9도에 도시된 것과 같은 단면을 가지는 비원형 가이드 홈(60)은 매거진 몸체(59)의 하단면 둘레에 형성된다. 제8도에 표시한 바와 같이, 가이드 홈(60)은 연속적으로 배치되다가 절단 부분(97)에서 끊겨 있다. 복수 개의 공구 포트(61, 본 실시예에서는 16 개)와 중간차(62)는 수평으로 이동 할 수 있도록 가이드 홈(60) 안에서 서로 접촉하고 한줄로 죽 이어져서 교대로 배치되어 있다. 제12도에 표시한 바와 같이, 각각의 공구 포트(61)는 공구 T, 볼(67) 및 스프링(68)의 테이퍼진 섕크(64)를 수용하기 위한 테이퍼진 홀(65)이 제공된 포트 몸체(61a)를 구비하고 있다. 스프링(68)은 포트 몸체(61a)상의 공구 T를 붙잡기 위해 볼(67)을 밀어넣어 풀 스터드(full stud)(66)와 결속상태가 되게한다.
제9도에 표시한 바와 같이, 공구 포트(61) 상에 유지되는 공구 T는 53㎜ 이하의 직경을 구비하는 소형 공구(ST)와 53㎜ 보다 큰 직경을 구비한 대형 공구(LT)로 분류된다. 본 실시예에서 1.5㎏f 이상의 중량을 가지는 53㎜ 이하의 공구는 대형 공구(LT) 집단에 포함된다.
제12도에 표시한 바와 같이, 각각 하나의 나선이 파진 단부를 구비한 두 개의 로드(71)는 수직으로 각각의 공구 포트(61)의 몸체(61a) 상단부에 조여진다. 원형 헤드 부재(72), 가이드 롤러(73)(베어링), 한 쌍의 접촉판(74) 및 결속 롤러(75)(베어링)는 각각의 로드(71)에 설치되어 있다. 각각의 중간차(62)는 헤드 부재(78), 가이드 롤러(79)(베어링), 결속 롤러(82)(베어링) 및 로드(77) 상의 한 쌍의 접촉판(81)을 설치하여 구성된다. 헤드 부재(78), 가이드 롤러(79) 및 중간차(62)의 결속 롤러(82)는 각각 헤드 부재(72), 가이드 롤러(73) 및 공구 포트(61)의 결속 롤러(75)와 형태와 크기에서 동일하다. 중간차(62)의 한 쌍의 접촉판(74)은 공구 포트(61)의 한 쌍의 접촉판(74)과는 형태와 크기에서 서로 다르다.
제9도에 표시한 바와 같이, 공구 포트(61)과 중간차(62)의 각각의 헤드 부재(72)와 (78)은 매거진 몸체(59)로부터 공구 포트(61)와 중간차(62)를 매달기 위해 가이드 홈(60)의 넓은 부분에 삽입되고, 가이드 롤러(73) 및 (79)는 가이드 홈(60)을 따라 움직이는 공구 포트(61)와 중간차(62)를 안내하기 위해 가이드 홈(60)의 좁은 부분인 매거진 몸체(59)의 내부 플랜지 내부면과 접촉되어 있다. 공구 포트(61)의 접촉판 한 쌍(74)과 중간차(62)의 접촉판 쌍(81)은 각각 단부와 단부가 인접해 있다. 결속 롤러(75) 및 (82)는 이송 메카니즘(55)에 포함된 스프로킷(sprocket, 87)과 결속되어 있다.
제10도와 관련하여 이송 메카니즘(55)은 매거진 몸체(59)의 보스(84)상의 베어링(85)에서 회전에 대해 지지되는 샤프트(86)와, 상기 샤프트(86)의 하단부 상에 고정되게 부착된 스프로킷(87)과, 감속 기어(88) 및 구동 샤프트(90)를 가지는 가역회전 인덱싱 모터(89)를 구비하고 있다. 감속 기어(88)는 상기 샤프트(86)와 결합된 출력 샤프트와 상기 인덱싱 모터(89)의 구동 샤프트와 결합된 입력 샤프트를 구비하고 있다. 연속적으로 인접하게 배열된 공구 포트(61)와 중간차(62)가 가이드 홈(60)을 따라 움직여 소정의 공구 T를 붙들고 있는 공구 포트(61)을 대기 위치 P에 위치시킬 수 있도록 스프로킷(87)과 결속 상태로 있는 공구 포트(61)을 구동 시키기 위해 인덱스 모터(89)는 스프로킷(87)을 회전시킨다.
제11도와 관련하여, 포트 추출 메카니즘(56)은 매거진 몸체(59)에 고정되고 머시닝 센터(1)의 스핀들(4)를 향하여 개방된 공간(94)이 제공된 프레임(92)을 구비하고 있다. 두 개의 가이드 로드(95)는 상기 공간(94)의 수평 위치에서 확장하고 매거진 몸체(59)로부터 외부로 돌출하도록 고정되며, 슬라이더(96)는 대기 위치 P와 공구 교환 위치 Q 사이에서 미끄럼 운동을 하기 위해 가이드 로드(95)상에 지지된다. 슬라이더(96)의 하단 부분은 매거진 몸체(59)의 하단 면에 형성된 절단 부분(97)에 놓여지고, 가이드 홈(60)과 동일 단면을 구비한 지지 홈(98)이 제공된다. 슬라이더(96)가 대기 위치 P에 위치할 때 공구 포트(61)각 가이드 홈(60)으로부터 지지홈(98)로 이동될 수 있도록 지지홈(98)은 가이드 홈(60)과 연결된다.
포트 추출 모터(101)은 프레임(92)의 상단면에 설치되고, 스윙 암(103, swing arm)은 포트 추출 모터(101)의 출력 샤프트(102)에 부착된다. 롤러(104)는 스윙암의 말단에 선회축방향으로 지지되고 슬라이더(96)의 상단면에 형성된 연신홈(105)안에 고정된다. 스윙암(103)이 포트 추출 모터(101)에 의해 회전될 때, 연신 홈(105)에 설치된 롤러(104)는 대기 위치 P와 공구 교환 위치 Q 사이에 슬라이더(96)를 이동시킨다.
이송 메카니즘(55)의 인덱싱 모터(89)와 포트 추출 메카니즘(56)의 추출 모터(101)에 연결된 제7도의 콘트롤러(200)의 기능은 제15도에 표시한 순서도를 참조하여 설명된다.
단계 S1에서 콘트롤러(200)는 공구의 형태, 즉, 공구 포트(61)에 의해 홀딩되는 대형 공구 LT와 소형 공구 ST를 저장한다. 단계 S1은 저장 수단에 의해 수행된다. 단계 S2에서 다음 공구 교환 사이클에서 온-스핀들 공구와 온-스핀들 공구를 대체하는 다음 공구의 각각의 형태가 확인된다. 단계 S2는 유형 식별 수단에 의해 수행된다. 다음 공구가 단계 S2에서 소형 공구(ST)로서 식별되거나 확인될 때, 다음 공구는 단계 S3에서 대기 위치 P에 색인되거나 위치하게 되며, 단계 S4에서 공구 교환 위치 Q로 이동된다. 공구 교환 지시가 단계 S5에서 주어지게 되면, 주축대(5)은 단계 S6에서 공구 교환 위치 A(제13(b)도)로 올려지고, 소정의 공구 교환 작동이 단계 S8에서 수행된다. 단계 S4는 소형 공구(ST) 피드 지시 발생 수단에 의해 수행된다. 다음 공구가 단계 S2에서 대형 공구(LT)로서 확인되면, 다음 대형 공구 LT는 단계 S3에서 대기 위치 P에 위치하고 보류된다. 공구 교환 지시가 단계 S5에 주어지게 되면 주축대(5)은 단계 S6에서 공구 교환 위치 A(제13(b)도)로 올려지고, 다음 공구는 대기 위치 P로부터 단계 S7의 공구 교환 위치 Q로 이송되어, 소정의 공구 교환 작동이 단계 S8에서 수행된다. 단계 S7는 대형 공구 이송 지시 발생 수단에 의해 수행된다.
온-스핀들 공구가 단계 S2에서 소형 공구(ST)로 확인될 경우에, 주축대(5)은 단계 S8에서 공구 교환 작동을 완료한 직후 단계 S10에서 가공 위치로 내려가고 이어서, 스핀들(4)로부터 제거된 공구는 단계 S11 에서 공구 교환 위치 Q에서 대기 위치 P로 되돌아간다. 단계 S11은 소형 공구 복귀 지시 발생 수단에 의해 수행된다. 온-스핀들 공구가 단계 S2에서 대형 공구 LT로 확인될 경우에, 스핀들(4)로부터 제거된 공구는 단계 S9에서 공구 교환 위치 Q로부터 대기 위치 P로 되돌아가고 이어서, 주축대(5)은 단계 S10에서 가공 위치를 향해 내려간다. 단계 S9는 대형 공구 복귀 지시 발생 수단에 의해 수행된다.
머시닝 센터(1)에 의해 수행된 공구 교환 방법의 상기 단계들은 제13(a) 내지 13(e)도를 참조하여 보다 정확하게 설명된다. 콘트롤러(200)는 단계1에서 대형 공구 LT와 소형 공구 ST로 공구를 분류하기 위해 공구 포트(61)에 의해 수용된 공구의 형태를 저장하는 단계 S1에서 예비 작업을 수행한다. 공구 교환 방법은 스핀들(4) 상에 고정된 온-스핀들 공구가 대형 공구 LT이고 다음 공구가 소형 공구 ST이라는 가정하에, 다음에서 설명한다. 단계 S2에서 콘트롤러(200)는 다음 공구를 소형 공구(ST)로 확인한다. 제13(a)도에 표시한 바와 같이, 이송 메카니즘(55)은 단계 S3에서 대기 위치 P에 다음 소형 공구(ST)를 위치시키고, 포트 추출 메카니즘(56)은 스핀들(4) 상에 고정된 대형 공구 LT를 사용하는 가공 작동중에 단계 S4에서 대기 위치 P로부터 공구 교환 위치 Q에까지 다음 소형 공구(ST)를 이송시킨다.
이어서, 공구 교환 지시가 단계 S5에서 주어질 때 주축대(5)은 제13(b)도에 표시한 바와 같이, 단계 S6에서 공구 교환 위치 A로 올려진다. 공구 교환 위치 Q에 위치된 소형 공구(ST)의 측에 있는 공구 교환 헤드(10)의 그리퍼(9) 쌍은 그리퍼(9) 쌍이 소형 공구(ST)에 간섭하지 않도록 개방된다. 이어서, 단계 S8에서, 공구 교환 헤드(10)는 제13(c)도에 표시한 바와 같이, 소정의 공구 교환 작동을 수행시키며, 상기에서 두 쌍의 그리퍼(9)는 공구 교환 위치 Q에 각각 위치한 온-스핀들 대형 공구 LT와 다음 소형 공구 ST를 잡고, 공구 교환 헤드(10)는 스핀들(4)로부터 대형 공구 LT를, 공구 포트(61)로부터 소형 공구 ST를 뽑아 낼 수 있도록 주축대(5)에 대해 소정의 거리로 내려지고, 공구 교환 헤드(10)는 180°의 각도로 회전되며, 공구 교환 헤드(10)는 스핀들(4) 상에 소형 공구(ST)를 설치하고 공구 포트(61) 상에 대형 공구 LT를 설치하기 위해 올려지며, 이어서 그리퍼(9) 두 쌍은 개방된다.
온-스핀들 공구가 사전에 단계 S2에서 콘트롤러(200)에 의해 대형 공구 LT로 확인되기 때문에, 포트 추출 메카니즘(56)은 제13(d)도에 표시한 바와 같이, 단계 S9에서 공구 교환 작동이 완수된 후에 공구 교환 위치 Q로부터 대기 위치 P에까지 스핀들(4)로부터 제거된 대형 공구 LT를 이송시키고, 이어서 주축대(5)은 제13(e)도에 표시한 바와 같이, 대형 공구 LT와 그리퍼(9) 사이에서 어떠한 간섭도 없이 단계 S10에서 가공 위치로 내려진다.
스핀들(4) 상에 고정된 온-스핀들 공구가 소형 공구(ST)이고 다음 공구가 대형 공구 LT라는 가정하에 공구 교환 방법은 제14(a) 내지 14(e)도를 참조하여 설명된다. 단계 S2에서 콘트롤러(200)는 다음 공구를 대형 공구 LT로 확인한다. 제14(a)도에 표시한 바와 같이, 피드 메카니즘(55)은 온-스핀들 소형 공구(ST)를 사용하는 가공 작동 중에 단계 S3에서 대기 위치 P로 다음 대형 공구 LT를 위치시킨다. 공구 교환 지시가 단계 S5에서 주어질 때, 주축대(5)은 단계 S6에서 공구 교환 위치 A로 올려지고, 이어서 포트 추출 메카니즘(56)은 제14(b)도에 표시한 바와 같이, 단계 S7에서 대기 위치 P로부터 공구 교환 위치 Q에까지 다음 대형 공구 LT를 이동시킨다. 그 후에 제14(c)도에 표시한 바와 같이, 공구 교환 헤드(10)는 온-스핀들 소형 공구(ST)를 다음 대형 공구 LT로 대체하기 위해 단계 S8에서 소정의 공구 교환 작동을 수행한다. 온-스핀들 공구가 단계 S2에서 콘트롤러(200)에 의해 소형 공구 ST로 사전에 확인되기 때문에, 제14(d)도에 표시한 바와 같이, 주축대(5)은 공구 교환 작동이 완수된 직후 소형 공구 ST와 그리퍼(9) 사이에서 어떠한 간섭도 없이 단계 S10에서 가공 위치로 내려진다. 그 후에 포트 추출 메카니즘(56)은 제14(e)도에 표시한 바와 같이 단계 S11에서 공구 교환 위치 Q로부터 대기 위치 P어까지 스핀들(4)로부터 제거된 소형 공구(ST)를 이송시킨다.
온-스핀들 공구와 다음 공구가 모두 대형일 경우, 제14(a), 14(b), 14(c), 13(d), 13(e)도에 도시한 단계들은 그와 같은 순서로 계속해서 수행된다. 온-스핀들 공구와 다음 공구가 소형일 경우 제13(a), 13(b), 13(c), 14(d) 및 14(e)도에 도시한 단계들은 그와 같은 순서로 연속적으로 수행된다.
온-스핀들 공구 또는 다음 공구 중 적어도 하나가 대형일 경우 공구 교환 샤프트 리프팅 메카니즘(21), 공구 교황 샤프트 회전 메카니즘(22) 및 작동 로드 리프팅 메카니즘(23)을 구동시키기 위한 모터(30)는 온-스핀들 공구와 다음 공구 모두가 소형일 때 모터(30)가 작동되는 작동 속도에 비해 낮은 작동 속도로 콘트롤러(200)(제6도)에 의해 작동된다.
앞서의 기재 내용으로부터 분명하게 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 공구 교환 장치는 그리퍼와 대형 공구 사이에서 어떠한 간섭도 없이 경합금 소재를 가공하는 데 필요한 공구 직경 75㎜의 대형 공구를 취급할 수 있다. 그리퍼(9) 두 쌍의 각 행정 S가 그리퍼(9) 쌍이 공구 직경 53㎜의 소형 공구(ST)를 잡기에 충분할 만큼만 이동시키도록 결정될 때, 그리퍼(9) 쌍이 공구를 잡고 놓는 데 필요한 시간은 최소로 억제될 수 있다. 더우기 다음공구가 대형일 때만 공구 교환 작동이 수행되기 직전에 대기 위치 P로부터 공구 교환 위치 Q로 다음 공구가 이전되고, 온-스핀들 공구가 대형일 때만 머싱 위치에 대향하여 주축대(5)이 내려지기 전, 공구 교환 작동이 완료된 이후에 공구 교환 위치 Q로부터 대기 위치 P에까지 공구가 이송되기 때문에 머시닝 센터(1)의 공전 시간은 종래의 공구 교환 장치가 제공된 머시닝 센터의 공전 시간보다 더 짧게 된다. 더군다나, 온-스핀들 공구 또는 다음 공구 중 하나가 대형일 경우에 온-스핀들 공구를 다음 공구로 대체하기 위한 공구 교환 작동이 공구 모두가 소형인 경우에 공구 교환 작동이 수행되는 속도보다 낮은 공구 교환 속도로 수행되기 때문에, 공구 교환 샤프트 및 공구 교환 헤드와 같은 공구 교환 장치의 부품 상에 지나치게 큰 힘이 작용되지 않으며, 공구는 공구 교환 작동 중에 그리퍼(9) 쌍에서 떨어지지 않는다.
공구 매거진(7)은 고정 컬럼 상에 설치되고, 수평 머시닝 센터 및 보링 머신과 같이, 수직 머시닝 센터(1)와는 다른 공작기계와 결합하여 사용될 수 있다.
본 발명이 어느 정도 자세하게 바람직한 형태로 설명 되어왔지만, 분명히 본 발명의 범위 내에서 여러 가지 수정과 변경이 가능하다. 따라서 본 발명이 본 발명의 범주나 요지에 벗어남이 없이 여기서 자세하게 설명된 것과는 다르게 시행될 수도 있음이 양지되어야 한다.

Claims (5)

  1. 컬럼(3)과, 복수개의 공구(T)를 저장하고 대기 위치(P)에서 상기 공구중 소정의 하나를 위치시키고, 상기 공구를 상기 대기 위치(P)로부터 공구 교환 위치(Q)로 이송시키는 공구 매거진(7)과 상기 컬럼(3)상에 슬라이딩 가능하게 지지되어 그 위에 고정된 스핀들(4)의 축을 따라 슬라이딩 가능한 주축대(5)와, 상기 주축대(5)상에 설치되어 상기 스핀들의 축을 기준으로 회전 및 전후진이 가능하고 반대방향으로 벌어지는 두 쌍의 그리퍼가 제공되어 상기 두 쌍의 그리퍼(9)중 하나는 상기 주축대(5)가 공구 교환 지시에 따라 공구 교환 위치(Q)에 해당하는 위치에 위치할 때 상기 스핀들상에 고정된 공구(T)를 잡고 상기 다른 한 쌍의 그리퍼(9)는 상기 공구 교환 위치(Q)에 위치된 다음 공구를 잡기 위해 위치되는 공구 교환 헤드(10)를 구비하여, 상기 공구 교환 헤드가 소정의 공구 교환 동작을 수행하는 공구 교환 방법에 있어서, 상기 그리퍼 쌍(9)의 행정(S)에 기초하여 결정되는 소정의 임계 공구 직경을 참조하여 상기 공구를 소형 공구(ST) 및 대형 공구(LT)로 분류하는 단계와, 상기 다음 공구가 소형(ST)일 경우, 다음 공구(T)를 대기 위치(P)에 위치시키고, 공구 교환 지시에 응답하여 공구 교환 위치에 해당하는 위치에 상기 머시닝 센터의 주축대(5)가 이동되기에 앞서 공구 교환 위치(Q)로 상기 다음 공구를 이동시키는 단계와, 다음 공구가 대형(LT)일 경우, 대기 위치(P)에 상기 다음 공구를 위치시키고 대기시키며, 공구 교환 지시에 응답하여 공구 교환 위치에 해당하는 위치로 상기 주축대(5)가 이동된 이후 대기 위치로부터 공구 교환 위치(Q)에까지 상기 다음 공구를 이동시키고, 공구 교환 작동을 수행하는 단계와, 상기 스핀들로부터 제거된 공구가 소형(ST)일 경우, 공구 교환 작동을 수행하고, 공구 교환 작동이 완료되는 직후 가공 위치로 상기 주축대(5)를 이동시키고 나서, 공구 교환 위치(Q)로부터 대기 위치(P)까지 상기 스핀들(4)로부터 제거된 공구를 이동시키는 단계와, 그리고 상기 스핀들로부터 제거된 공구가 대형(LT)일 경우, 공구 교환 작동을 수행하고, 공구 교환 위치로부터 대기 위치(P)에까지 상기 스핀들(4)로부터 제거된 공구를 이동시킨 후 상기 주축대(5)를 가공 위치로 이동시키는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 공구 교환 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 그리퍼가 열린상태에서 상기 그리퍼(9) 사이의 공간을 통해 이동될 수 있는 공구(T)는 소형 공구(ST)로 분류되며, 상기 동일 공간을 통해 이동될 수 없는 공구(T)는 대형 공구(LT)로 분류되는 것을 특징으로 하는 공구 교환 방법.
  3. 제1항에 있어서, 소정의 임계 중량을 초과하는 중량을 갖는 상기 소형 공구(ST)는 대형 공구(LT)로 분류되며, 상기 온-스핀들 공구와 상기 다음 공구 중의 적어도 하나가 대형(LT)일 경우에 온-스핀들 공구를 다른 공구로 대체하기 위한 공구 교환 작동은 상기 온-스핀들 공구와 상기 다음 공구 둘 다 소형(ST)일 경우의 공구 교환 속도보다 낮은 공구 교환 속도로 수행되는 것을 특징으로 하는 공구 교환 방법.
  4. 컬럼(3)과, 복수개의 공구(T)를 저장하고 대기 위치(P)에서 상기 공구중 소정의 하나를 위치시키고, 상기 공구를 상기 대기 위치(P)로부터 공구 교환 위치(Q)로 이송시키는 공구 매거진(7)과 상기 칼럼(3)상에 슬라이딩 가능하게 지지되어 그 위에 고정된 스핀들(4)의 축을 따라 슬라이딩 가능한 주축대(5)와, 상기 주축대(5)상에 설치되어 상기 스핀들의 축을 기준으로 회전 및 전후진이 가능하고 반대방향으로 벌어지는 두 쌍의 그리퍼가 제공되어 상기 두 쌍의 그리퍼(9)중 하나는 상기 주축대(5)가 공구 교환 지시에 따라 공구 교환 위치(Q)에 해당하는 위치에 위치할 때 상기 스핀들상에 고정된 공구(T)를 잡고 상기 다른 한 쌍의 그리퍼(9)는 상기 공구 교환 위치(Q)에 위치된 다음 공구를 잡기 위해 위치되는 공구 교환 헤드(10)를 구비하여, 상기 공구 교환 헤드가 소정의 공구 교환 작동을 수행하는 머시닝 센터와 조합되어 사용되는 공구 교환 장치에 있어서, 상기 두 쌍의 그리퍼(9) 행정(S) 기초하여 결정되는 소정의 임계 공구 직경을 참조하여 소형 공구(ST) 및 대형 공구(LT)로 분류되는 공구의 형태를 저장하기 위한 저장 수단과, 사용되는 상기 스핀들상에 장착된 온-스핀들 공구와 다음 공구 각각의 형태를 확인하기 위한 유형 확인 수단과, 상기 다음 공구가 소형(ST)일 경우 공구 교환 위치에 해당하는 위치로 상기 주축대(5)가 이동되기 앞서 대기 위치(P)로부터 공구 교환 위치(Q)에까지 상기 다음 공구를 이동시키는 소형 공구 이송 지시를 내리는 소형 공구 이송 지시 발생 수단과, 상기 다음 공구가 대형(LT)일 경우 공구 교환 위치에 해당하는 위치로 상기 주축대(5)가 이동된 이후 대기 위치(P)로부터 공구 교환 위치에(Q)까지 상기 다음 공구를 이동시키는 대형 공구 이송 지시를 내리는 대형 공구 이송 지시 발생 수단과, 상기 스핀들로부터 제거된 공구가 소형(ST)일 경우, 가공 위치로 상기 주축대(5)가 이동된 이후 상기 스핀들(4)로부터 제거된 공구를 공구 교환 작동에 의해 공구 교환 위치(Q)로부터 대기 위치(P)에까지 되돌리는 소형 공구 복귀 지시를 내리는 소형 공구 복귀 지시 발생 수단과, 그리고 상기 스핀들로부터 제거된 공구가 대형(LT)일 경우, 가공 위치로 상기 주축대가 이동되기 앞서 상기 스핀들(4)로부터 제거된 공구를 공구 교환 작동에 의해 공구 교환 위치(Q)로부터 대기 위치(P)에까지 되돌리는 대형 공구 복귀 지시를 내리는 대형 기구 복귀 지시 발생 수단을 포함하는 제어 수단(200)을 구비하는 것을 특징으로 하는 공구 교환 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제어 수단(200)이 더 나아가 상기 유형 확인 수단이 상기 스핀들 상의 공구와 상기 다음 공구중 적어도 하나가 대형(LT)임을 지시하는 신호를 낼 때, 감소된 속도로 공구 교환 작동을 수행하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 공구 교환 장치.
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