KR100405797B1

KR100405797B1 - 자동 공구 교환 장치

Info

Publication number: KR100405797B1
Application number: KR10-2001-0044132A
Authority: KR
Inventors: 가토헤이자부로
Original assignee: 가부시끼가이샤 산쿄 세이사쿠쇼
Priority date: 2000-07-25
Filing date: 2001-07-23
Publication date: 2003-11-14
Also published as: TW501966B; KR20020009460A; EP1175958A3; JP2002036052A; DE60135892D1; EP1175958B1; US20020013202A1; US6454684B2; EP1175958A2

Abstract

본 발명은 다음에 사용하는 공구가 항상 공구 매거진과 스핀들과의 사이에 배치된 대기 포트에 준비되어 있어, 공구의 대기 포트에의 반송 대기를 없게 하는 자동 공구 교환 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 공구 보지 수단(17a)으로 각각 보지한 공구(3)를 다수 개 수납하며, 공구(3)를 출입구(11a)로부터 출입 가능한 공구 매거진(11)과, 공구(3)를 평행이동시켜 공구 매거진(11)에 출입시키는 공구 시프터(21)와, 공구 시프터(21)에 의해 출입되는 공구(3)를 공구 보지 수단(37a)으로 일시적으로 대기시키는 대기 매거진(31)과, 대기 매거진(31)에 보지된 공구(3)와 스핀들(1)에 장착된 공구(3)와를 교환하는 공구 교환 장치(41)를 구비한다.

상기 대기 매거진(31)은 복수 개의 공구 보지 수단(37a)이 회전 할출 기구(33)의 출력축(33a)에 설치되어 공구 시프터(21) 및 공구 교환 장치(41)와의 각 인수 인도 위치(31a, 31b)에서 정지된다.

Description

자동 공구 교환 장치 { Automatic tool exchanging apparatus }

본 발명은 머시닝센터 등의 공작 기계에 사용되는 자동 공구 교환 장치에 관한 것이다.

종래로부터 공구 매거진에 수납된 다수의 공구로부터 가공 공정에 따라 공구를 적당히 취출하여 스핀들의 공구와 교환하여 공작물을 가공하는 머시닝 센터가 사용되어, 공구의 교환 속도를 빠르게 하는 등 그 생산성을 높히고 있다.

이 공구 교환은 도 13 에 도시한 바와 같은 자동 공구 교환 장치(101)에 의해 행해진다.

공구 매거진(103)은 무단 체인(103a)에 연결된 다수의 공구 보지 수단인 공구 포트(103b)를 가지며, 이들 공구 포트(103b)에 다종의 공구(105)가 각각 개별적으로 수납되어 있다. 또, 이 공구 매거진(103)과 스핀들 (107) 사이에는 공구 보지 수단인 1 개의 대기 포트(109)가 배치되어, 1 개의 공구(105a)를 스핀들(107)에 근접하여 보지할 수 있도록 되어 있다.

상기 공구 매거진(103)의 측방에는 공구 시프터(111)가 설치되며, 이 공구 시프터(111)에 의해 공구 매거진(103)과 상기 대기 포트(109) 사이의 공구 반송이 행해진다. 또, 대기 포트(109)와 스핀들(107) 사이에는 공구 교환 장치(ATC)가 설치되며, 이것에 의해 스핀들(107)의 공구(105b)와 대기 포트(109)에 보지된 공구(105a)가 교환된다.

그리고, 이런 자동 공구 교환 장치(101)에 있어서는 공작물의 가공중에 사용이 끝난 공구를 대기 포트(109)로부터 공구 매거진(103)으로 반송함과 함께 다음에 사용하는 공구를 공구 매거진(103)으로부터 반송하여 대기 포트(109)에 준비하여둠으로써 공구 교환 시간을 단축하여 가공의 중단시간을 단축시켜 그 생산성을 향상시킨다.

그러나, 단시간의 가공 공정이 연속하여 공구의 교환 주기가 짧은 경우에는 다음에 사용하는 공구의 대기 포트(109)로의 반송이 서로 맞지 않아 공구의 반송 대기가 생겨 생산성이 떨어지게 된다.

본 발명은 이런 종래의 문제점에 비추어 이루어진 것으로서, 대기 포트에 항상 다음에 사용하는 준비되어 있어, 공구의 대기 포트로의 반송 대기가 없고, 머시닝 센터의 생산성을 현저히 향상시킬 수 있는 자동 공구 교환 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

도 1 은 본 발명에 따른 자동 공구 교환 장치의 제 1 실시예의 요부를 설명하는 도면으로서, (a)는 그 평면도,(b)는 공구 시프터의 측면도, (c)는 ATC 의 정면도,

도 2 (a)는 도 1 중의 대기 매거진의 II - II 선 투시도, (b)는 상기 대기 매거진의 중심 단면도,

도 3 (a)는 제 1 실시예에 따른 공구 시프터의 평면도, (b)는 그 측면도,

도 4 (a)는 제 1 실시예에 따른 ATC 의 평면도, (b)는 그 정면도,

도 5 는 본 발명에 따른 자동 공구 교환 장치의 제 2 실시예의 요부를 설명하는 도면으로서, (a)는 그 정면도, (b)는 공구 시프터의 측면도,

도 6 는 제 2 실시예에 적용된 ATC 의 변형예를 도시하는 도면으로서, (a)는 정면도, (b)는 평면도, (c)는 측면도,

도 7 은 본 발명에 따른 자동 공구 교환 장치의 제 3 실시예의 요부를 설명하는 도면으로서, (a)는 그 평면도, (b)는 공구 매거진의 측면도,

도 8 (a)는 도 7 중의 대기 매거진의 VIII-VIII 선 투시도, (b),(c)는 그 B-B 선 투시도, 및 도 7 중의 C-C 선 투시도,

도 9 는 도 7 중의 IX-IX 선 투시의 측단면도,

도 10 은 제 3 실시예의 입형 머시닝센터에의 적용예를 도시하는 주로 ATC 의 설명도로서,(a)는 정면도, (b)는 평면도, (c)는 측면도,

도 11 은 제 1 실시예의 대기 매거진의 변형예를 도시하는 설명도,

도 12 는 제 3 실시예의 대기 매거진의 변형예를 도시하는 설명도,

도 13 은 종래의 자동 공구 교환 장치의 정면도다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1 - 스핀들, 3 - 공구,

5 - 자동 공구 교환 장치, 11 - 공구 매거진,

11a - 출입구, 17 - 공구 포트,

17a - 테이퍼 구멍, 공구 보지 수단,(홈부)

21 - 공구 시프터, 31 - 대기 매거진,

31a - 대기 매거진에서 공구 시프터와의 인수 인도 위치,

31b - 대기 매거진에서 공구 교환 장치와의 인수 인도 위치,

33 - 회전 할출 기구, 캠 장치, 33a - 출력축,

37a - 테이퍼 구멍, 공구 보지 수단,(홈부)

41 - 공구 교환 장치.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 청구항 1 에 한정되어 있는 바와 같이, 본 발명은 공구 보지 수단으로 각각 보지한 공구를 다수 개 수납하여, 임의의 공구를 소정의 출입구로부터 출입시킬 수 있는 공구 매거진과, 상기 출입구의 측방에 설치되며 공구를 평행이동시켜 상기 공구 매거진에 출입시키는 공구 시프터와, 상기 공구 시프터에 의해 출입되는 공구를 공구 보지 수단으로 일시적으로 보지하여 대기시키는 대기 매거진과, 상기 대기 매거진에 보지된 공구와 스핀들에 장착된 공구를 교환하는 공구 교환 장치와를 구비하며, 상기 공구 시프터는 상기 공구 매거진과 상기 대기 매거진 사이에서 공구를 평행이동시켜 인수 인도 동작을 행함과 함께, 상기 공구 교환 장치도 상기 대기 매거진과 상기 스핀들과의 사이에서공구를 평행이동시켜 인수 인도 동작을 행하는 자동 공구 교환 장치에 있어서, 상기 대기 매거진은 복수 개의 공구 보지 수단이 회전 할출 기구의 출력축에 설치되어 상기 공구 시프터 및 상기 공구 교환 장치와의 각 인수 인도 위치에서 정지됨과 함께, 상기 공구 보지 수단은 그것에 보지하는 공구의 축심이 상기 출력축의 회전축심에 대하여 소정 각도 경사져 설치되어 있으며, 상기 공구 시프터에 의한 평행이동시의 공구의 축심방향과 상기 공구 교환 장치에 의한 평행이동시의 공구축심 방향이 다른 것을 특징으로 한다.

상기 발명에 의하면, 스핀들과 공구 매거진과의 사이에, 복수 개의 공구 보지 수단이 설치된 대기 매거진을 구비하고 있으므로, 이 대기 매거진에 다음에 사용하는 공구뿐만 아니라 그 이후에 사용예정인 공구까지, 스핀들에 근접하여 스토크할 수 있슴과 함께 이 대기 매거진의 회전 할출 기구에 의해 순시적으로 공구 교환 장치와의 인수 인도 위치에 공구를 준비할 수 있다. 따라서, 공구 교환 전에 공구 교환 장치와의 인수 인도 위치에 다음에 사용하는 공구를 항상 확실하게 준비하여 둘 수가 있다. 또, 대기 매거진에 보지된 사용이 끝난 공구는 장시간의 가공공정 사이에 공구 매거진으로 반송할 수가 있다.

따라서, 공구 교환시 사용이 끝난 공구를 공구 매거진에 반납함과 함께 공구 매거진으로부터 다음의 공구를 취출할 필요가 없으며, 단시간의 가공공정을 연속하여도 공구의 반송대기가 생기지 않는다.

또, 대기 매거진의 복수 개의 공구 매거진 중 어떤 것을, 사용빈도가 높은 공구의 격납용으로서 사용할 수 있으므로, 이들 공구를 사용 후에 공구 매거진에반납하지 않아도 되며, 공구 반송시에 생기는 기기의 에너지 소비를 절감할 수 있다.

그리고, 대기 매거진의 공구 보지 수단은 그것에 보호되는 공구의 축심이 그 출력축의 회전축심에 대하여 소정 각도 경사져 설치되어 있으므로, 그 회전각도에 따라 보지되는 공구의 축심의 방향이 변화한다. 즉, 대기 매거진의 회전에 의하여 공구의 방향전환을 할 수 있다. 따라서, 공구 매거진과의 인수 인도 위치로부터 공구 교환 장치와의 인수 인도 위치로 공구를 할출하는 과정에서, 동시에 공구의 축심의 방향을 전환할 수 있으므로, 공구 매거진의 보지된 때의 공구의 축심의 방향과 스핀들에 설치된 때의 공구의 축심의 방향이 다른 경우에도, 공구의 축심 방향을 전환하기 위한 방향 전환 장치를 별도로 설치하지 않아도 되어, 자동 교환 장치의 구성을 간략화할 수 있다.

청구항 2 에 보인 발명은, 청구항 1 에 기재한 자동 공구 교환 장치에 있어서, 상기 대기 매거진의 복수 개의 상기 공구 보지 수단은 출력축 둘레에 균등 간격으로 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 발명에 의하면, 상기 복수 개의 공구 보지 수단은 출력축 둘레에 균등 간격으로 설치되어 있으므로, 공구의 헤드의 크기에 의하지 않고 임의의 공구 보지 수단에 임의의 공구를 보지할 수 있다.

여기서, 청구항 3 에 보인 발명과 같이, 청구항 2 에 기재된 자동 공구 교환장치에 있어서, 상기 공구 보지 수단이 2n( n은 자연수로 한다)개 설치되며, 상기 회전 할출 기구는 그 할출 회전 각도가 360/2n 도로 설정되어 있는 구성으로 할 수있다.

청구항 4 에 보인 발명은, 청구항 1 에 기재된 자동 공구 교환 장치에 있어서, 상기 대기 매거진의 상기 공구 보지 수단의 경사 각도가 45°임과 함께, 상기 공구 시프터와의 인수 인도 위치와 상기 공구 교환 장치와의 인수 인도 위치와의 사이의 회전 각도가 180°인 것을 특징으로 한다.

청구항 5 에 보인 발명은, 청구항 2 에 기재된 자동 공구 교환 장치에 있어서, 상기 대기 매거진의 상기 공구 보지 수단의 경사 각도가 45°임과 함께, 상기 공구 시프터와의 인수 인도 위치와 상기 공구 교환 장치와의 인수 인도 위치와의 사이의 회전 각도가 180°인 것을 특징으로 한다.

청구항 6 에 보인 발명은, 청구항 3 에 기재된 자동 공구 교환 장치에 있어서, 상기 대기 매거진의 상기 공구 보지 수단의 경사 각도가 45°임과 함께, 상기 공구 시프터와의 인수 인도 위치와 상기 공구 교환 장치와의 인수 인도와의 사이의 회전 각도가 180°임을 특징으로 한다.

상기 발명에 의하면, 상기 대기 매거진에서 공구 보지 수단의 경사 각도가 45°임과 함께, 공구 시프터와의 인수 인도 위치와 상기 공구 교환 장치와의 인수 인도 위치와의 사이의 회전 각도가 180°로 되어 있으므로, 양 인수 인도 위치에서의 공구 축심 방향은 서로 90°경사져 있다.

따라서, 공구 시프터에 의한 평행이동시의 공구의 축심 방향과 공구 교환 장치에 의한 평행이동 시의 공구 축심 방향과를 90°변화시킬 수 있는, 즉 공구 매거진에 수납된 상태의 공구 축심과 스핀들 축심과를 직각으로 배치할 수 있다.

청구항 7 에 보인 발명은, 청구항 1 내지 6 중 어느 하나에 기재된 자동 공구 교환 장치에 있어서, 상기 공구 매거진과 상기 대기 매거진과의 설치되는 공구 보지 수단이 공구의 축단을 축방향으로 빼고 넣기가 자유자재하게 삽착 보지하는 요부이며, 상기 공구 시프터는 공구 매거진과 대기 매거진과의 사이에서 공구를 평행이동시켜 인수 인도 동작을 행함에 있어서, 공구의 축방향으로 이동하여 그 공구를 상기 요부에 빼고 넣는 것을 특징으로 한다.

상기 발명에 의하면, 공구의 축방향으로 이동하여 요부에 빼고 넣음으로써, 공구 보지 수단과의 공구의 인수 인도가 가능하므로, 그 보지 기구의 간략화가 도모된다.

청구항 8 에 보인 발명은, 청구항 1 내지 6 중 어느 하나에 있어서, 상기 공구 매거진과 상기 대기 매거진과의 설치되는 공구 보지 수단이 공구의 축단을 축방향으로 빼고 넣기가 자유자재하게 삽착 보지하는 상기 요부가 형성된 공구 포트를 직경 방향으로부터 착탈이 자유자재하게 파지하는 클램프이며, 상기 공구 시프터는 공구 매거진과 대기 매거진과의 사이에서 공구 포트와 함께, 공구를 평행이동시켜 인수 인도 동작을 행하는 것을 특징으로 한다.

상기 발명에 의하면, 공구 매거진으로부터 대기 매거진까지의 사이의 공구의 인수 인도는 공구를 공구 포트와 함께 이동시켜 행해지고 있으며, 공구 매거진과 대기 매거진으로 공구 보지 수단인 공구 포트를 공용하여 사용하므로 공구 보지 수단의 절대수를 줄일 수 있다.

또, 공구 포트를 보지하는 공구 보지 수단이 공구 포트를 직경방향으로부터착탈이 자유자재하게 파지하는 클램프이므로 공구 포트를 용이하게 착탈할 수 있다.

청구항 9 에 보인 발명은, 청구항 8 에 기재된 자동 공구 교환 장치에 있어서, 상기 공구 매거진 또는 상기 대기 매거진 중 어느 하나가 타방을 향하여 평행이동 가능하게 설치되며, 상기 공구 시프터로서의 기능이 부여되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 발명에 의하면, 공구 시프터를 생략할 수 있어 자동 공구 교환 장치의 구성을 간략화할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 예시 도면을 참조하여 설명한다.

<제 1 실시예 >

도 1 은 본 발명에 따른 제 1 실시예의 자동 공구 교환 장치의 요부를 도시하는 평면도, 공구 시프터의 측면도, 및 ATC 의 정면도다. 도 2 는 도 1 중의 대기 매거진의 II - II 선 투시도와, 상기 대기 매거진의 중심 단면도다. 또, 도 3 은 공구 시프터의 평면도 및 측면도이며, 도 4 는 ATC 의 평면도 및 정면도다. 그리고, 자동 공구 교환 장치이외의 컬럼이나 테이블 등의 구성 요소, 또 자동 공구 교환 장치의 베이스나, 그 각 구성 기기를 지지하는 지지 가구는 도시하지 않는다. 또, 대기 매거진에 대해서는 주로 중심 단면을 도시하고 있다.

= = 횡형 머시닝 센터 = =

도 1 에 도시한 바와 같이, 제 1 실시예의 자동 공구 교환 장치는 횡형 머시닝 센터에 적용된다.

이 횡형 머시닝 센터는 바닥 상면에 설치된 베드와, 그 상면에 설치되며, 상기 베드에 대하여 좌우,즉 측방으로 슬라이드가능한 컬럼과, 이 전방에 위치하여 상기 베드상에 설치되며, 베드에 대하여 전후로 슬라이드가능한 테이블을 갖고 있다. 상기 컬럼의 전면에는 이 컬럼에 대하여 상하로 슬라이드가능하게 주축두가 설치되며, 이 주축두는 전방으로 수평으로 연신하는 스핀들(1)을 그 축 중심으로 회전이 자유자재하게 지지되며, 그 스핀들(1)의 선단에는 공구(3)가 장착되어 있다. 그리고, 상기 테이블에 고정된 공작물에 대하여 상대적으로 스핀들(1)을 전후, 상하, 좌우로 움직이면서, 선단에서 회전하는 공구(3)에 의해 공작물을 절삭,연삭하도록 되어 있다.

상기 컬럼의 좌측방의 베드상에는 자동 공구 교환 장치(5)가 설치되어 있다. 이것은 자신이 구비하는 공구 매거진(11)에 수납되어 있는 다종의 공구(3)로부터 가공 공정에 따른 공구를 반송하여 스핀들(1)에 장착되어 있는 공구(3)와 교환할 수 있음과 함께, 스핀들(1)로부터 떼어낸 사용이 끝난 공구를 상기 공구 매거진(11)에 수납하는 것이다.

= = 자동 공구 교환 장치 = =

이 자동 공구 교환 장치(5)는 상기 공구 매거진(11)과, 이 공구 매거진(11)의 출입구(11a)의 측방에 설치되며, 공구(3)를 평행 이동( 공구(3)의 축심 방향을 유지하며 이동 )시켜 공구 매거진(11)에 출입하는 공구 시프터(21)와, 이 공구 시프터(21)에 의해 출입되는 공구(3)를 공구 보지 수단(37a)으로 일시적으로 보지하여 대기시키는 대기 매거진(31)과, 이 대기 매거진(31)에 보지된 공구와 스핀들(1)에 장착된 공구(3)를 교환하는 공구 교환 장치( ATC )(41)로 구성되며, 이들 구성기기는 자동 공구 교환 장치의 베이스에 각각 지지 가구 등을 개재하여 고정되어 있다.

= = 공구 매거진 = =

상기 공구 매거진(11)은 횡형의 공구 매거진이며, 그 네 모서리에 위치하는 4 개의 스프로킷(15)에 걸치어져 연직면 내를 이동하는, 횡방향이 긴 구형상의 무단 체인(13)을 구비한다. 그리고, 이 공구 매거진(11)은 컬럼의 좌측방에, 공구 매거진(11)의 길이 방향이 상기 스핀들(1) 축심과 평행하게 되도록 배치되어 있으며, 공구 매거진(11)의 길이 방향과 상기 테이블의 길이 방향이 직각이 되게 배치되어 머시닝 센터 전체의 컴팩트화를 도모하고 있다.

상기 무단 체인(13)은 그 길이 방향의 적당한 간격으로 복수개의 공구 포트(17)가 고정되며, 이 공구 포트(17)에는 공구(3)의 원추형 호울더부(3a)가 삽입되어 상기 공구(3)를 보지하는 공구 보지 수단으로서의 테이퍼 구멍(17a)가 형성되어 있다. 그리고, 상기 호울더부(3a)를 좌측방으로부터 수평으로 빼낼 수 있게, 상기 테이퍼 구멍(17a)는 수평 및 좌측방에, 즉 수평 및 상기 길이 방향에 대해 수직을 향하고 있어, 필연적으로 이것에 삽입시에는 공구(3)의 축심도 수평 및 상기 길이 방향에 대하여 수직한 방향을 향한다.

이 공구 매거진(11)으로부터 공구(3)를 출입시키는 출입구(11a)는 무단 체인(13)이 형성하는 4 개의 모서리 중 가장 상기 스핀들(1)에 근접한 모서리로 정해지며, 도 1 에서는 전방의 하측의 모서리가 이것에 해당한다. 그리고, 구동용 모우터(19)에 의해 스프로킷(15)을 정역 회전시켜 상기 무단 체인(13)을 이동시키며, 상기 출입구(11a)에 소망하는 공구(3) 또는 공구 포트(17)를 할출하도록 되어 있다.

그리고, 상기 공구 보지 수단인 테이퍼 구멍(17a)의 최심부(17b)에는 이 테이퍼 구멍(17a)에 삽입한 공구(3)의 빠짐 방지 수단이 설치되어 있으며, 어느 값 이상의 인발력이 작용하지 않으면 좌측방으로 빠지지 않게 되어있다. 이런 빠짐 방지 수단은 테이퍼 구멍(17a)의 직경방향 내측으로 스프링 등으로 부세된 계합편으로 되며, 이 계합편이 호울더부(3a)축단에, 원주방향을 따라 형성된 원환형상 철부(3b)에 계합하여 공구의 빠짐 방지로서의 기능을 행한다.

= = 대기 매거진 = =

도 1 에 도시한 바와 같이 상기 공구 매거진(11)과 상기 스핀들(1)과의 사이, 즉 공구 매거진(11)의 우측방의 전방에는 공구(3)를 일시 대기시키기 위한 원형의 대기 매거진(31)이 배치되어 있다. 이 대기 매거진(31)은 도 2 에 도시한 바와 같이 간헐 회전 할출 기능을 갖는 캠장치(33)의 출력축(33a)에 설치되며, 그 대기 매거진(31)의 표면에는 상기 공구 포트(17)와 같은 모양의 공구 보지 수단으로서의 테이퍼 구멍(37a)이 출력축(33a)을 중심으로 하는 동일 원주상에 90°간격으로 4 개 설치되며, 최대 4 개의 공구(3)를 보지할 수 있도록 되어 있다. 그리고 도 1 및 도 2 에 도시한 바와 같이 상기 캠장치(33)의 간헐 할출 회전에 의해 90°의 할출 각도로 출력축(33a)이 회전하여, 상기 공구 보지 수단(37a)을 미리 정해진 공구 매거진(11)측으로의 인수 인도 위치(31a)(후술하는 공구 시프터(21)와의 인수인도 위치(31a)) 또는 스핀들(1)측에의 인수 인도 위치(31b)(후술하는 공구 교환 장치(41)와의 인수 인도 위치(31b))로 설정하도록 되어 있다.

도 1 에 도시한 바와 같이 그 회전축인 출력축(33a)의 축심 방향은 상기 공구 매거진(11) 격납시의 공구(3) 축심 방향과 스핀들(1) 장착시의 공구(3) 축심 방향과의 협각을 이등분하는 방향으로, 본 실시예의 경우는 수평 및 전방의 경사 45°좌측방을 향하고 있다.

또, 도 1 및 도 2 에 도시한 바와 같이 상기 테이퍼 구멍(17a)의 축심은 이 출력축(33a)의 축심에 대하여 상기 협각의 절반의 각도, 즉 45°만큼 경사져 형성되며, 상기 4 개의 공구(3)는 출력축에 대하여 45°경사져 방사상으로 보지된다. 그리고, 또 상기 공구 매거진(11)측에의 인수 인도 위치(31a)는 공구(3) 축심이 수평으로 되는, 시계 문자 반상에서의 9시의 위치로 설정됨과 함께, 상기 스핀들(1) 측에의 인수 인도 위치(31b)는 그 곳으로부터 180°의 회전 각도의 위치가 되는 3시의 위치로 설정되어 있으므로, 이들 양 위치의 사이에서 공구(3)의 축심의 방향은 수평 및 좌측방으로부터 수평 및 전방으로와 90°경사져 변화한다. 따라서 당해 대기 매거진(31)에 있어서는 공구(3)는 공구 매거진(11)측에의 인수 인도 위치(31a)에서는 그 축심이 공구 매거진(11)에서의 축심과 평행인 방향으로, 또 스핀들(1)측의 인수 인도 위치(31b)에서는 그 축심이 스핀들(1)과 평행한 방향으로 향하게 보지할 수 있다.

따라서, 공구 매거진(11)과 스핀들(1)과의 사이에 있어서, 공구(3)의 축심의 방향이 90°변화하는 경우에도 공구(3)의 방향을 변화시키는 경도 장치 등을 사용하지 않고, 대기 매거진(31)이 할출 과정으로 상기 축심의 방향을 변화시킬 수 있다.

출력축(33a)을 간헐 할출 회전 가능한 상기 캠장치(33)로서는 여러 가지 주지된 것이 적용될 수 있지만, 백러쉬를 방지한 할출 정도 및 할출 속도가 높은 것이 바람직하며, 예를 들면 구로보이달 캠을 사용한 캠장치가 가장 바람직하다. 이 캠장치는 그 하우징에 축지된 입력축과, 이 입력축에 동축적으로 고정된 구로보이달 캠과, 이 구로보이달 캠의 외주면에 각설된 테이퍼 립에 계합하는 터릿을 개재하여 회전하는 출력축으로 되며, 입력축이 이것에 연결된 구동용 모우터(39)에 의해 등속회전하면 출력축이 간헐 할출 회전하도록 되어 있다.

= = 공구 시프터 = =

도 1 에 도시한 바와 같이 상기 공구 매거진(11)의 출입구(11a)와, 대기 매거진(31)의 상기 공구 매거진(11)측에의 인수 인도 위치(31a)와의 사이에는 공구 시프터(21)가 상기 베이스 상에 설치된 지지가구에 매달려 배치되어 있다. 그리고, 이 공구 시프터(21)가 상부의 지점(21a)을 중심에 전후방향으로 요동 회전하여, 전방에 위치하는 상기 인수 인도 위치(31a) 또는 후방에 위치하는 상기 출입구(11a)에 근접하여 공구(3)의 출입을 행함과 함께, 취출한 공구(3)의 양자간의 반송을 행한다. 이 공구 시프터(21)의 구성은 본 출원인이 출원한 일본 특허 출원 제 2000-194215호에 상세히 기재되어 있으므로, 본원발명의 이해에 필요한 정도로 간략히 설명한다.

이 공구 시프터(21)는 도 3 에 도시한 바와 같이 상기 지점(21a)을 중심으로전후방향으로 요동 회전 가능하게 지지되어 있는 공구 시프터 본체(23)로서의 캠장치(23)와, 이 캠장치(23)의 입력축에 연결된 등속회전하는 구동용 모우터(25)와, 이 캠장치(23)의 제 1 출력축(21b)에 설치된 U자 형상의 파지 아암(27)과, 상기 캠장치(23)의 제 2 출력축(21c)을 상기 지지가구에 연결하는 링부재(24)로 된다.

상기 캠장치(23)는 입력축이 등속회전하면 상기 제 2 출력축(21c)이 요동 회전하도록 되어 있으며, 이 제 2 출력축(21c)의 요동회전이 링부재(24)에 의해 지지가구에 전달되며, 캠장치(23) 자신, 즉 공구 시프터 본체(23)가 상기 전후방향으로 요동 회전하도록 되어 있다. 그리고, 이 요동 회전의 전진한도(23a)가 공구 시프터(21)에서 대기 매거진(31)과의 인수 인도 위치, 후퇴한도(23b)가 공구 매거진(11)과의 인수 인도 위치, 또 그 중간이 대기 위치(23c)이며, 이 전방방향과 후방방향과의 각 요동 각도는 같은 각도로 설정되어 있으며, 상기 2 개의 인수 인도 위치는 같은 높이로 되어 있다.

또, 파지 아암(27)이 설치되어 있는 상기 제 1 출력축(21b)은 좌측방으로 향하게 설치되어 있으며, 상기 입력축에 등속 회전이 입력되면 소정의 타이밍에서 축 중심의 간헐 할출 회전 및 그 축 방향의 신축작용을 행한다. 이 할출 방향은 상기 2 개의 인수 인도 위치로 설정되어 있으며, 상기 축에 설치된 U자 형상 파지 아암(27)은 소정의 타이밍으로 상기 인수 인도 위치의 방향을 향하며, 또 소정의 타이밍에서 좌우 측방으로 이동하도록 되어 있다. 이 U자 형상 파지 아암(27)의 측방 방향 위치는 상기 제 1 출력축(21b)의 단축상태(실선으로 표시)에서, 출입구(11a)에 할출된 공구(3)의 상기 환상 계합구(3c) 및 대기 매거진(31)에서 공구 시프터(21)와의 인수 인도 위치(31a)의 공구(3)의 상기 환상계합구(3c)와 일치하도록 되어 있다. 그리고, 공구 시프터 본체(23)의 요동 회전의 전진한도(23a) 및 후퇴한도(23b)에서는 인수 인도 위치의 방향을 향한 U자 형상 파지 아암(27)의 개구에 각각 상기 출입구(11a)의 공구(3)의 환상계합구(3c) 및 대기 매거진(31)에서 공구 시프터(21)와의 인수 인도 위치(31a)의 공구(3)의 환상계합구(3c)가 집어넣어져 계합하며, 상기 공구(3)을 파지할 수 있도록 되어 있다. 한편, 2점 쇄선으로 도시한 신장상태에서는 이 U자 형상 파지 아암(27)은 좌측방으로 이동하고 있어 이것에 의해 상기 공구 포트(17) 및 대기 매거진(31)으로부터 공구(3)을 인발하도록 되어 있다.

이런 공구 시프터(21)에 의한 공구 매거진과 대기 매거진의 사이의 공구의 인수 인도는 하기와 같이 행해진다.

통상, 공구 시프터 본체(23)는 제 1 출력축(21b)이 단축된 상태로서 상기 대기 위치(23c)에 대기하고 있다. 그리고, 공구 매거진의 출입구(11a)에 공구(3)가 할출되면 상기 파지 아암(27)이 상기 출입구(11a)의 방향을 향하며, 다시 공구 시프터 본체(23)가 회전하여 후퇴한도(23b)로 이동하며, 파지 아암(27)의 U자 형상부의 개구에, 공구(3) 외주의 환상 계합구(3c)가 집어넣어져 계합하여 공구(3)을 파지한다. 이어서, 이 파지 상태에서 제 2 출력축(21b)의 신장 동작에 의해 파지 아암(27)은 공구 포트(17)로부터 공구(3)를 좌측방으로 인발하며, 이 상태에서 공구 시프터 본체(23)가 회전하여 전진한도(23a)로 이동한다. 이 이동 중에 파지 아암(27)은 대기 매거진(31)의 인수 인도 위치의 방향을 향한다. 그리고,전진한도(23a)에서 제 2 출력축(21b)이 단축하는 과정에서, 파지 아암(27)에 파지된 공구(3)의 호울더부(3a)가 이 공구(3)의 우측방에 위치하는 대기 매거진(31)의 테이퍼 구멍(37a)에 삽입되어 상기 공구(3)가 대기 매거진(31)에 인도된다. 이어서, 공구 시프터 본체(23)가 회전하여 대기 위치(23c)로 이동하지만, 이 이동 중에 상기 환상 계합구(3c)와 파지 아암(27)과의 계합이 벗겨져, 공구 시프터(21)는 대기 위치(23c)에서 정지하여 다음 인수 인도 지령이 있을 때까지 대기한다.

그리고, 대기 매거진(31)의 공구(3)을 공구 매거진(11)에 인도하는 동작은 상기와 역동작으로 행해지는 것이 명백하므로 그 설명은 생략한다.

= = 공구교환장치(ATC) = =

도 4 에 도시한 바와 같이 상기 대기 매거진(31)과 스핀들(1)사이에는 ATC(41)가 배치되어 있으며, 이 ATC(41)는 공구 파지부(42)를 2 개 구비한 아암(45)에 의해 대기 매거진(31)에서 ATC(41)와의 인수 인도 위치(31b)에 보지된 공구(3)와 스핀들(1)선단에 장착된 공구(3)를 서로 역으로 바꾸어 넣어 공구교환을 행하는 장치다.

통상, 상기 스핀들(1)은 우측방에 있는 가공위치에 위치하여 공작물을 가공하고 있지만, 상기 공구교환을 할 때에는 그것이 취부되어 있는 컬럼의 슬라이드 이동에 의해 상기 가공위치(1a)로부터 좌측방의 공구교환위치(1b)로 이동하도록 되어 있다. 그리고, 이 공구교환위치(1b)는 상기 인수 인도 위치(31b)의 우측방에 전후방향 위치 및 상하방향 위치와 정렬되어 위치하고 있어, 상기 공구교환위치(1b)의 공구(3)와 상기 인수 인도 위치(31b)의 공구(3)의 양위치는 전후방향, 상하방향으로 정렬되어 있다.

상기 ATC(41)는 이와 같은 위치관계의 공구교환위치(1b) 및 인수 인도 위치(31b)의 중간에 배치되어 있으며, 상기 ATC(41)는 상기 베이스에 지지가구를 개재하여 고정된 캠장치(43)와, 이 캠장치(43)의 출력축(43a)의 선단에 취부되어 있어, 이 축에 관하여 점대칭으로 2 개의 공구 파지부(42)를 갖는 아암(45)과, 이 캠장치(43)의 입력축에 연결된 등속회전하는 구동용 모우터(49)로 된다.

상기 캠장치(43)의 출력축(43a)은 그 축이 상기 스핀들(1)과 평행으로, 즉 수평방향 전방으로 연출함과 함께, 그 축심이 상기 공구교환위치(1b)와 인수 인도 위치(31b)와의 중간점에 위치하도록 되어 있다. 그리고, 이 출력축(43a)은 캠장치(43)의 입력축이 등속회전하면 소정의 타이밍에서 전후방향으로 신축하며, 또 소정의 타이밍에서 축중심으로 간헐 할출 회전하고, 이것에 설치된 아암(45)도 같은 동작을 행한다.

이 아암(45)의 공구 파지부(42)는 상기 공구(3)의 환상 계합구(3c)가 계합하는 그 회전방향으로 개구를 구비한 반원형상 파지부(42a)와, 이 파지부(42a)의 선단에 설치되며, 개구를 막는 방향으로 부세된 파지걸개(42b)로 되며, 상기 출력축(43a)중심에서 아암(45)이 회전할 때, 상기 파지부(42)의 개구로부터 공구(3)의 환상 계합구(3c)가 집어넣어져, 상기 반원형상 파지부(42a)와 상기 파지걸개(42b)로 공구(3)를 파지한다. 그리고, 상기 개구 방향으로 공구(3)을 인발하는 소정의 힘이 작용하면, 상기 파지걸개(42b)가 부세력에 대항하면서 당겨 넣어져 개구가 크게 되어 공구(3)가 반원형상 파지부(42a)로부터 해방된다.

또, 이 아암(45)의 공구 파지부(42)의 전후방향 위치는 도 중 2 점 쇄선으로 도시하는 상기 출력축(43a)의 단축 상태에서, 대기 매거진(31)의 공구(3)의 환상 계합구(3c)의 위치 및 스핀들(1)의 공구(3)의 환상 계합구(3c)의 위치와 일치하고 있다. 그리고, 출력축(43a)의 회전에 의해 아암(45)이 수평으로 되면, 이 파지부(42)가 상기한 2 개의 환상 계합구(3c)와 계합하여 양 공구(3)를 파지하며, 이 상태로부터 도중 실선으로 도시한 바와 같이 출력축(43a)이 신장함으로써, 이들 2 개의 공구(3)를 각각 대기 매거진(31) 및 스핀들(1)로부터 인발하도록 되어 있다.

이런 ATC(41)에 의한 대기 매거진(31)과 스핀들(1)과의 사이의 공구교환은 하기한 바와 같이 행해진다.

통상, 대기 매거진(31)은 그 ATC(41)와의 인수 인도 위치(31b)에 다음에 사용하는 공구(3)를 할출하며, 또 상기 아암(45)은 그 길이 방향을 연직으로 향하고, 또 축방향으로 단축하여 대기하고 있다. 그리고, 소정의 가공공정의 종료와 함께 공구교환이 개시되며, 상기 컬럼의 슬라이드 이동에 의해 스핀들(1)이 가공위치(1a)로부터 공구교환위치(1b)로 이동하면 아암(45)이 회전하여 수평으로 할출하고, 상기 파지부(42)에서 2 개의 공구(3)를 파지한다. 그리고, 도중 실선과 같이 축방향으로 신장하여 양 공구(3)를 대기 매거진(31) 및 스핀들(1)로부터 인발한 후, 이 위치로부터 180°의 할출 회전을 행한다. 그리고, 도중 2점 쇄선과 같이 축방향으로 단축하여 양 공구(3)를 각각 대기 매거진(31) 및 스핀들(1)에 집어넣어 취부한다. 그리고, 다음의 가공공정을 행하기 위하여 컬럼이 우측방의 가공위치(1a)로 이동하는 것과 병행하여, 아암(45)은 상기 회전방향과 역방향으로 90°회전하여 연직방향을 향하며, 이 상태에서 다음의 공구교환까지 대기한다.

상기 캠장치(43)로서는 출력축(43a)이 간헐 할출 회전하여 축방향으로 신축하는 것이면 적용 가능하지만, 바람직하기는 일본국 실용 공개 소 60-31545호 공보 등에 개시되어 있는 구로보이달 캠을 사용한 캠장치가 좋다. 이 캠장치에 의하면 백러쉬를 없게 하여 할출정도 및 할출속도를 향상시킴과 함께, 1 개의 입력축에 등속회전운동을 입력함으로써, 상기 등속회전운동을 출력축의 간헐 회전 운동과 축방향의 왕복직선운동으로 변환하여 출력축에 출력할 수 있어, 장치구성을 간단하게 할 수 있다.

= = 공구교환동작 = =

상기 자동 공구 교환 장치(5)의 전체를 통한 공구교환동작을 도 1 에 의해 설명한다. 자동 공구 교환 장치(5)는 공구교환동작을 지령하는 제어장치에 의해 제어되며, 제어장치로부터는 전술한 구동용 모우터(19, 29, 39, 49)로 제어신호가 송신되고 있다. 또, 이 제어장치는 테이블이나 컬럼 등의 머시닝 센터의 다른 기기를 제어하고 있는 제어장치에 접속되어 있어 양자는 연동 제어되고 있다.

공구 매거진(11)에 수납되어 있는 공구(3)는 상기 무단체인(13)에 의해 상기 출입구(11a)에 할출된다. 그리고, 이 공구(3)는 상기 공구 시프터(21)에 의해 파지되어 공구 포트(17)로부터 인발되며, 대기 매거진(31)으로 반송되고, 그 인수 인도 위치(31a)로 할출된 공구 보지 수단(37a)에 집어넣어져 보지된다.

대기 매거진(31)에서는 그 할출 회전에 의해 그것에 보지된 4 개의 공구(3)중 다음에 사용하는 공구(3)가 ATC(41)와의 인수 인도 위치(31b)에 설정된다.

공작물의 소정의 가공공정이 종료되며, 스핀들(1)에 장착된 공구(3)의 교환지령이 제어장치로부터 출력되면 컬럼은 가공위치(1a)로부터 공구교환위치(1b)로 이동한다. 그리고, ATC(41)에 의해 상기 인수 인도 위치(31b)에 있는 다음에 사용하는 공구(3)와, 스핀들(1)의 사용이 끝난 공구(3)를 서로 바꾸어 넣는다. 이 공구(3)의 바꿔 넣기 후, 바로 컬럼은 가공위치(1a)로 복귀하며, 자동 공구 교환 장치(5)의 동작에 의하지 않고 예정된 가공공정을 개시한다.

이 가공공정의 진척은 상기 제어장치에 의하여 파악되고 있다. 그리고, 스핀들(1)에 장착된 공구(3)를 교환하기 전에는 사전에 대기 매거진(31)에서 ATC(41)와의 인수 인도 위치(31b)에 다음에 사용하는 공구(3)가 할출되어 대기하고 있다.

장시간을 요하는 가공공정의 사이에는 대기 매거진(31)에 보지된 사용이 끝난 공구(3)가 공구 매거진(11)으로 반송되어 격납되며, 또 대기 매거진(31)의 빈 공구 보지 수단(37a)에는 사용예정의 공구(3)가 격납된다. 구체적으로는 대기 매거진(31)에서는 그 사용이 끝난 공구(3)가 공구 매거진(11)과의 인수 인도 위치(31a)에 할출되는 한편, 공구 매거진(11)에서는 이 공구(3)에 대응하는 공구 포트(17)가 무단체인(13)의 작동에 의해 출입구(11a)에 할출되고, 상기 공구(3)는 공구 시프터(21)에 의해 상기 인수 인도 위치(31a)로부터 출입구(11a)로 인수 인도된다. 또,상기 무단체인(13)의 작동에 의해 금후 사용예정의 공구(3)가 출입구(11a)에 할출되어, 공구 시프터(21)에 의해 대기 매거진(31)의 빈 공구 보지 수단(37a)으로 인수 인도된다.

그리고, 사용빈도가 높은 공구(3)는 제어장치 내의 기억수단에 수입력으로 등록되고, 사용실적으로부터 학습하는 등으로 파악되며, 사용이 끝나도 공구 매거진(11)으로 되돌아가지 않고, 대기 매거진(31)의 소정의 공구 보지 수단(37a)에 보지하도록 되어 있다.

본 자동 공구 교환 장치는 이상의 공구교환동작을 모우터에 의해 구동되는 3 개의 캠기구에 의해 행하고 있으므로, 구동원으로서 유압펌프 등을 사용하지 않는다. 따라서, 유압펌프의 대기동력 등을 삭감할 수 있어, 에너지 절약이 도모될 수있슴과 함께, 기름의 비산도 없는 환경성이 우수한 자동 공구 교환 장치가 되고 있다.

<제 2 실시예 >

도 5 는 본 발명에 따른 제 2 실시예의 자동 공구 교환 장치의 요부를 도시하는 도면으로서, 그 정면도와 측면도를 도시한다. 그리고, 자동 공구 교환 장치 이외의 컬럼이나 테이블 등의 구성요소, 또 자동 공구 교환 장치의 베이스나, 그 각 구성기기를 지지하는 지지가구는 도시하지 않는다.

= =입형 머시닝 센터 = =

제 2 실시예의 자동 공구 교환 장치(51)는 입형 머시닝 센터에 적용되며, 제 1 실시예와 그 구성은 거의 같으므로, 동일한 부재에는 동일한 부호를 부쳐 그 상이점만을 설명한다.

이 입형 머시닝 센터는 바닥 상면에 고정된 베드와, 그 상면에 설치되며 베드에 대하여 좌우로 슬라이드 가능한 컬럼과, 그 전방에 위치하여 상기 베드상에설치되며, 베드에 대하여 전후로 슬라이드 가능한 테이블을 갖는다. 상기 컬럼의 전면에는 이 컬럼에 대하여 상하로 슬라이드 가능하게 주축두가 설치되며, 그 하면으로부터 연직하방으로 연신하는 스핀들(1)을 그 축 중심으로 회전이 자유자재하게 지지하고 있으며, 그 스핀들(1)의 선단에는 공구(3)가 장착되어 있다.

상기 컬럼의 우측방의 베드 상에는 제 2 실시예의 자동 공구 교환 장치(51)가 설치되어 있다. 이 자동 공구 교환 장치(51)도 상기 제 1 실시예와 마찬가지로 공구 매거진(11), 공구 시프터(21), 대기 매거진(31) 및 ATC(41)로 구성되지만, 스핀들(1)이 연직하방을 향하고 있으므로, 그 배치가 약간 다르다.

제 1 실시예와 같은 형태의 공구 매거진(11)이 컬럼의 우측방에 배치되며, 그 무단체인(13)에 고정된 공구 포트(17)에 의해 공구(3)는 수평으로 우측방을 향해 보지되어 있다. 그리고, 그 무단체인(13)의 모서리 중, 전방의 하측의 모서리에 정해진 출입구(11a)의 좌측방의 하측에 스핀들(1)이, 다시 그 하측에 대기 매거진(31)이 순차 배치되어 있다.

상기 공구 시프터(21)는 그 위에 위치하는 공구 매거진(11)의 출입구(11a)와, 하측에 위치하는 대기 매거진(31)에서 공구 매거진 측에의 인수 인도 위치(31c)와의 사이를, 공구 축심이 수평으로 우측방을 향하고 있는 상태를 유지하여 공구를 반송할 수 있도록, 공구 시프터 본체(23)가 후방의 지지부(21a)에 지지되어 상하방향으로 요동 가능하게 되어 있다.

이 하측에 위치하는 상기 대기 매거진(31)은 공구(3)를 공구 시프터(21)와의 인수 인도 위치(31c)로부터 ATC(41)와의 인수 인도 위치(31d)로 180°할출 과정에서, 공구 축심의 방향을 상기 수평 우측방으로부터 스핀들(1)의 축심방향과 평행한 연직하방으로 방향전환할 수 있도록, 상기 대기 매거진(31)의 캠장치(33)의 출력축(33a)은 좌측방의 경사 45°하방을 향하고 있슴과 함께, 이 회전축으로부터 45°경사져 공구 보지 수단(37a)이 형성되어 있다.

이 좌측방의 하측에는 ATC(41)가 배치되어 있다. 그리고, 공구교환시에는 컬럼이 가공위치(1c)로부터 공구교환위치(1d)로 우측방으로 슬라이드 이동한다. 또, 이것과 병행하여 그 좌측방에 위치하는 대기 매거진(31)에서 ATC(41)와의 인수 인도 위치(31d)의 공구(3)와, 스핀들(1)의 공구(3)가 같은 높이로 되게 스핀들(1)의 높이 조정이 행해진다.

그리고, 상기 공구교환위치(1d)와 상기 인수 인도 위치(31d)의 중간점에 ATC(41)의 출력축(43a)이 배치되며, 그 연직상방을 향해 상기 출력축(43a)의 선단에는 아암(45)이 설치되며, 이 아암(45)에 의해 스핀들(1) 및 대기 매거진(31)의 사이에서 공구교환이 행해진다.

도 6 에 입형 머시닝 센터에 적용된 ATC의 변형예를 도시한다.

도시한 바와 같이 본 변형예의 아암(55)은 공구(3) 외주의 환상 계합구(3c)와 계합하는 파지부(52)의 형상이 U자 형상이며, 그 U자 형상 파지부(52)의 개구가 출력축(43a)의 직경방향을 향하며, 이 직경방향으로만 공구(3)를 빼낼 수 있게 되어 있다. 이 U자 형상 파지부(52)의 선단에는, 계합한 공구(3)의 빠짐 방지책으로서, 스프링 등에 의해 개구를 막는 방향으로 부세된 파지 걸개(52b)가 돌출하여 설치되어 있어, 소정의 인발력이 공구(3)에 작용하지 않으면 직경방향 외방으로 빠져나가지 않도록 되어 있다.

한편, 대기 매거진(31)은 상기 베이스에 설치된 지지가구에 리니어 가이드를 개재하여 지지되며, 좌우측방으로 수평으로 슬라이드 가능하게 되어 있고, 우방의 스트로크 한도가 공구 시프터와 공구(3)의 인수 인도를 하는 대기 위치(32a), 좌방의 스트로크 한도가 ATC(41)와 공구(3)의 인수 인도를 하는 공구교환위치(32b)로 되어 있다. 통상은 상기 대기 매거진(31)은 상기 대기 위치(32a)에 대기하여 공구 시프터로부터의 사용예정 공구의 격납 및 사용이 끝난 공구의 공구 시프터에의 인도를 행하고 있다.

그리고, 공구교환시에는 스핀들(1)과 대기 매거진(31)이 각각의 공구교환위치(1d, 32b)로 이동하여 ATC(41)까지 다가와서, 도중 실선과 같이 상기 아암(55)의 U자 형상 파지부(52)의 개구로부터 공구가 삽입되며, 상기 공구의 환상 계합구(3c)가 U자 형상 파지부(52)에 계합하여 공구(3)가 파지된다. 그리고, 도중 2점 쇄선과 같이 출력축(43a)의 단축으로 아암(55)이 하방으로 이동하여 스핀들(1) 및 대기 매거진(31)으로부터 양 공구(3)를 인발한 후, 아암(55)이 축 중심으로 180°반전하여 양 공구(3)를 바꿔 넣어, 도중 실선으로 도시한 바와 같이 출력축(43a)의 신장으로 아암(55)이 상방으로 이동하여 스핀들(1) 및 대기 매거진(31)에 취부된다. 그리고, 스핀들(1) 및 대기 매거진(31)이 좌우측방으로 슬라이드하여, 각각 가공위치(1c), 대기위치(32a)로 복귀하여 상기 파지부(52)의 개구로부터 공구(3)가 벗어나며, 이와 같이 하여 공구교환이 이루어진다.

< 제 3 실시예 >

도 7 은 본 발명에 따른 제 3 실시예의 자동 공구 교환 장치의 요부를 도시하는 도면으로서, 그 정면도와, 공구를 빼어낸 상태의 공구 매거진의 측면도를 도시한다. 도 8 에 도 7 중의 대기 매거진의 Ⅷ-Ⅷ 선 투시도와, 그 B-B 선 투시도, 및 전 도중 C-C 선 투시도를 도시한다. 도 9 에 도 7 중의 Ⅸ-Ⅸ 선 투시의 측단면도를 도시한다.

도 7 에 도시한 바와 같이 제 3 실시예의 자동 공구 교환 장치(61)는 횡형 머시닝 센터에 적용되며, 제 1 실시예와 동일한 부재에는 동일한 부호를 부쳐 그 상이점만 설명한다.

제 3 실시예의 자동 공구 교환 장치(61)는 공구 매거진(71)으로부터 대기 매거진(81)까지의 사이의 공구(3)의 반송이 공구 포트(77)와 함께 행해지는 점, 즉 공구 포트(77)가 이 사이에서 이송되는 점에서 제 1실시예와 상위하다. 그리고, 이 상위와 함께, 자동 공구 교환 장치(61)의 구성도 다르며, 이 자동 공구 교환 장치(61)는 원형의 공구 매거진(71)과, 공구 매거진(71)의 방향으로 슬라이드 이동하여 공구(3)의 인수 인도를 행하는 대기 매거진(81)과, 제 1 실시예와 같은 ATC(41)로 되며, 공구 시프터(21)는 구비하지 않는다.

= = 공구 매거진 = =

상기 원형의 공구 매거진(71)의 중심에는 도시하지 않은 캠장치의 출력축(73a)이 고정되어 있으며, 이 캠장치에 의해 공구 매거진(71)은 간헐 할출 회전을 행한다. 이 캠장치는 대기 매거진에 사용되고 있는 캠장치와는 할출 각도가 다를 뿐 주된 구성은 같으며, 캠장치의 입력축에 연결된 구동용 모우터에 의해 등속회전이 입력되어 구동된다.

이 공구 매거진(71)의 외주에는 이 외주에 따라 적당한 간격으로 상기 공구 포트(77)를 파지하는 클램프(75)가 16 개 방사상으로 설치되며, 최고 16 개의 공구 포트(77)를 공구 축심이 상기 출력축(73a)과 평행한 상태로 보지할 수 있도록 되어 있다. 이 클램프(75)는 C형상으로 상기 축방향에 2 개 설치되어 있다. 이 클램프(75)의 개구는 상기 직경방향 외방으로 향해져 있고, 도 9 에 도시한 바와 같이 상기 공구 포트(77)의 외주에 형성된 4 본의 환상 계합구(77b)중 2 본과 계합하여 그 구저의 주면을 끼워 넣어 공구 포트(77)를 보지한다. 그리고, 직경방향의 내외방으로 공구 포트(77)를 상대적으로 이동함으로써, 상기 개구를 거쳐 공구 포트(77)를 상기 클램프(75)로 빼어낼 수 있게 되어 있다.

이와 같은 공구 매거진(71)은 상기 컬럼의 측방에, 그 출력축(73a)이 수평으로 측방을 향하게 배치되어 있으며, 상기 공구 포트(77)의 테이퍼 구멍(77a)도 제 1 실시예와 마찬가지로 좌측방을 향해, 필연적으로 공구(3)도 이 방향으로 보지된다.

공구 매거진(71)의 공구 출입구(71a)는 최전방의 위치로 정해지며, 상기 캠장치의 간헐 할출 회전에 의해, 공구 매거진(71)을 정역 회전시켜, 상기 출입구(71a)에 소망하는 공구(3)가 수납된 공구 포트(77)를 할출할 수 있게 되어 있다.

이 출입구(71a)에는 도 9 에 도시한 바와 같이 공구 매거진(71)의 직경방향으로 출몰하는 밀어내기 장치(72)가 설치되어 있으며, 대기 매거진(81)으로 공구포트(77)를 인수 인도할 때에는 상기 출입구(71a)에 할출된 공구 포트(77)를 직경방향 외방으로 밀어내어, 상기 클램프(75)로부터 공구 포트(77)를 빼어내게 되어 있다.

= = 대기 매거진 = =

도 7 에 도시한 바와 같이 대기 매거진(81)은 제 1 실시예와 마찬가지로 공구 매거진(71)과 스핀들(1) 사이에, 즉 공구 매거진(71)의 우측방의 전방에 배치되며, 상기 출입구(71a)의 직전에 대기 매거진(81)에서 공구 매거진(71)과의 인수 인도 위치(81a)가 위치하고 있다. 도 8 에 도시한 바와 같이 이 대기 매거진(81)은 제 1 실시예와 거의 같은 구조이지만, 공구(3)를 공구 포트(77)와 공구 매거진(71)과 인수 인도할 수 있게, 제 1 실시예의 테이퍼 구멍 대신에 상기 클램프(75)가 설치되어 있다. 도 9 에 도시한 바와 같이 이 클램프(75)는 상기 공구 포트(77)의 외주에 형성된 상기 환상 계합구(77b)중에 남는 2 개를 끼워 넣어 보지하는 것으로서, 공구 포트(77) 축방향으로 2 개 설치되어 있다. 그리고, 도 7 및 도 8 에 도시한 바와 같이 대기 매거진(81)의 출력축(33a)의 방향 및 공구(3)를 보지한 때의 공구 축심의 방향 등은 제 1 실시예와 동일하므로 설명하지 않는다.

대기 매거진(81)의 캠장치(33)와 베이스에 고정된 지지가구와의 사이에는 도시하지 않은 리니어 가이드가 설치되며, 도 7 에 도시한 바와 같이 대기 매거진(81)은 공구 매거진(71)의 방향으로 전후로 수평 이동가능하게 안내되고 있다. 이 스트로크의 전진한도에서 후술하는 ATC(41)와의 공구(3)의 인수 인도가 행해지며, 후퇴한도에서 공구 매거진(71)과의 공구의 인수 인도가 행해진다. 그리고,이 후퇴한도에서는 이 대기 매거진(81)의 인수 인도 위치(81a)의 클램프(75) 중심과 상기 출입구(11a)의 클램프(75) 중심이 일치하고 있어, 공구 포트(77)를 양자 (75)로 파지하도록 되어 있다.

이 대기 매거진(81)의 클램프(75)의 파지력은 상기 공구 매거진(71)의 것보다도 작게 설정되어 있다. 따라서, 상기한 바와 같이 후퇴한도에서 양자에 의해 파지된 후, 전진한도로 이동하는 과정에서 공구 포트가 양자에 인장되지만, 반드시 대기 매거진(81)의 클램프(75)와의 계합이 벗겨져, 공구 매거진(71)의 클램프(75)에 공구 포트(77)가 파지되게 되어 있다.

따라서, 대기 매거진(81)으로부터 공구 매거진(71)으로 공구 포트(77)를 인도하는 경우는 후퇴한도로 이동하며 양방의 클램프(75)로 파지시켜, 전진한도로 이동하면 파지력이 센 공구 매거진(71)의 클램프(75)에 파지되므로 공구 매거진(71)으로 인도할 수 있다. 한편, 공구 매거진(71)으로부터 대기 매거진(81)으로 인도하는 경우에는 후퇴한도로부터 전진한도로 당겨 떼어낼 때 공구 매거진(71)에 설치된 상기 압출장치(72)의 압출편(72a)에 의해 공구 포트(77)가 대기 매거진(81)측으로 압출되므로, 상기 공구 포트(77)는 대기 매거진(81)의 클램프(75)에 파지되어 대기 매거진(81)으로 인도할 수 있다.

그리고, 압출편(72a)의 구동원은 실린더 등 여러 가지가 사용될 수 있고, 상기 제어장치에 의한 제어신호에 의해 대기 매거진(81)의 수평 이동과 동기하여 구동되는 것은 두 말할 나위도 없다.

또, 본 제 3 실시예에 있어서는 대기 매거진(81)을 이동 가능하게 했지만,공구 매거진(71)을 리니어 가이드 등으로 안내하여 이동 가능하게 하여도 좋다. 그리고, 본 제 3 실시예에서는 압출장치(72)를 설치하여 인수 인도할 수 있지만, 공구 매거진(71) 또는 대기 매거진(81)의 어느 일방의 클램프의 파지력을 가변 조절할 수 있도록 하여 인수 인도 동작을 시켜도 좋다. 예를 들면, 공구 매거진(71)의 클램프를 전동으로 개폐하는 아암으로 하여 파지력을 가변 조절가능 하게 하고, 공구 매거진(71)에 공구 포트(77)를 인수 인도할 때에는 대기 매거진(81)의 클램프의 파지력보다도 작은 파지력으로 설정하며, 역으로 대기 매거진(81)으로 인수 인도할 때에는 이 파지력보다도 큰 파지력으로 설정하면 좋다.

= = A T C = =

도 7 에 도시한 바와 같이 본 제 3 실시예의 ATC(41)는 제 1 실시예의 ATC(41)와 같은 것으로서, 대기 매거진에 형성된 공구 보지 수단인 테이퍼 구멍(37a)에 대하여 공구(3)를 빼고 넣는지, 공구 포트(77)에 설치된 테이퍼 구멍(77a)에 대하여 공구(3)를 빼고 넣는지의 차이이므로, 설명은 생략한다.

< 제 3 실시예의 변형예 >

도 10 에 상기 제 3 실시예를 입형 머시닝 센터에 적용한 경우를 도시했지만, 설명은 생략한다.

이상, 본 발명의 실시예에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이런 실시예에 한정되는 것만은 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 이하에 보이는 것과 같은 변형이 가능하다.

(a) 본 제 1 실시예의 대기 매거진(31)에 있어서는 공구 보지 수단(37a)을출력축 주위에 90°의 간격으로 4 개 설치하여 공구 보지수를 4 본으로 하며, 그 할출 각도를 90°로 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니며, 요구사항에 따라서 적당히 변경 가능하다. 예를 들면, 도 11 에 도시한 바와 같이 출력축 둘레에 180°의 간격으로 2 개 설치하여 공구 보지수를 2 본으로 하며, 그 할출 각도를 180°로 하여도 좋다. 또, 공구 보지 수단을 1 개로 하여 보지수를 1 본으로 하고, 그 할출 각도를 180°로 하여도 좋다.

또, 본 제 3 실시예의 대기 매거진(81)에 있어서는 클램프를 출력축 둘레에 90°의 간격으로 4 개 설치하여 공구 포트 보지수를 4 본으로 하며, 그 할출 각도를 90°로 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니며, 요구사항에 따라서 적당히 변경 가능하다. 예를 들면, 도 12 에 도시한 바와 같이 출력축 둘레에 180°의 간격으로 2 개 설치하여 공구 포트 보지수를 2 본으로 하며, 그 할출 각도를 180°로 하여도 좋다.

(b) 본 제 3 실시예에 있어서는 공구 시프터를 사용하지 않고 공구 매거진으로부터 대기 매거진과 공구 포트를 반송 가능한 구성으로 하였지만, 상기 반송에 공구 시프터를 사용하여도 좋다. 이 경우, 대기 매거진은 제 1 실시예와 같이 지지가구에 고정된다. 또, 공구 포트의 외주의 환상 계합구는 3 본 형성되며, 2 본은 상기 클램프에서의 파지용으로, 나머지 1 본은 공구 시프터의 파지용으로 사용된다.

이상 설명한 바와 같이 청구항 1 에 보인 발명에 의하면, 단시간의 가공 공정이 연속하여도 공구의 반송 대기가 생기지 않고, 머시닝 센터의 생산성을 현저히 향상시킬 수 있다.

또, 사용 빈도가 높은 공구를 항상 대기 매거진에 격납하여 두므로, 공구 반송시에 생기는 기기의 에너지 소비를 절감할 수 있다.

또, 대기 매거진에서의 공구를 할출하는 과정에 있어서, 공구의 방향을 전환

할 수 있다. 따라서, 공구 매거진의 보지된 때의 공구의 축심의 방향과 스핀들에 설치된 때의 공구의 축심의 방향이 다른 경우에도, 공구의 축심방향을 전환하기 위한 방향전환 장치를 별도로 설치하지 않아도 되는 자동 공구 교환 장치의 구성을 간략화할 수 있어, 이 장치를 염가로 할 수 있다.

청구항 2 또는 3 에 보인 발명에 의하면, 공구의 헤드의 크기에 의존하지 않고 대기 매거진의 임의의 공구 보지 수단에 임의의 공구를 보지시킬 수 있다.

청구항 4 내지 6 에 보인 발명에 의하면, 공구 매거진에 수납된 상태의 공구 축심과 스핀들 축심을 직각으로 배치할 수 있으므로, 공구 매거진을 스핀들에 대하여 기계 측부에 설치하는 등으로, 머시닝 센터 전체의 콤팩트화가 도모된다.

청구항 7 에 보인 발명에 의하면, 공구 보지 수단의 공구 보지 기구의 간략화가 도모되어 자동 공구 교환 장치를 염가로 할 수 있다.

청구항 8 에 보인 발명에 의하면, 공구 보지 수단의 절대수를 줄일 수 있으므로, 자동 공구 교환 장치의 구성요소를 줄여 염가가 될 수 있다.

청구항 9 에 보인 발명에 의하면, 공구 시프터를 생략하여 자동 공구 교환 장치의 구성을 간략화할 수 있으므로, 이 장치를 염가로 할 수 있다.

Claims

공구 보지 수단으로 각각 보지한 공구를 다수 개 수납하여, 임의의 공구를 소정의 출입구로부터 출입시킬 수 있는 공구 매거진과, 상기 출입구의 측방에 설치되며 공구를 평행이동시켜 상기 공구 매거진에 출입시키는 공구 시프터와, 상기 공구 시프터에 의해 출입되는 공구를 공구 보지 수단으로 일시적으로 보지하여 대기시키는 대기 매거진과, 상기 대기 매거진에 보지된 공구와 스핀들에 장착된 공구를 교환하는 공구 교환 장치와를 구비하며, 상기 공구 시프터는 상기 공구 매거진과 상기 대기 매거진 사이에서 공구를 평행이동시켜 인수 인도 동작을 행함과 함께, 상기 공구 교환 장치도 상기 대기 매거진과 상기 스핀들과의 사이에서 공구를 평행이동시켜 인수 인도 동작을 행하는 자동 공구 교환 장치에 있어서, 상기 대기 매거진은 복수 개의 공구 보지 수단이 회전 할출 기구의 출력축에 설치되어 상기 공구 시프터 및 상기 공구 교환 장치와의 각 인수 인도 위치에서 정지됨과 함께, 상기 공구 보지 수단은 그것에 보지하는 공구의 축심이 상기 출력축의 회전축심에 대하여 소정 각도 경사져 설치되어 있으며, 상기 공구 시프터에 의한 평행이동시의 공구의 축심방향과 상기 공구 교환 장치에 의한 평행이동시의 공구축심 방향이 다른 것을 특징으로 하는 자동 공구 교환 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 대기 매거진의 복수 개의 상기 공구 보지 수단은 출력축 둘레에 균등 간격으로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 자동 공구 교환 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 공구 보지 수단이 2n( n은 자연수로 한다)개 설치되며, 상기 회전 할출 기구는 그 할출 회전 각도가 360/2n 도로 설정되는 것을 특징으로 하는 자동 공구 교환 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 대기 매거진의 상기 공구 보지 수단의 경사 각도가 45°임과 함께, 상기 공구 시프터와의 인수 인도 위치와 상기 공구 교환 장치와의 인수 인도 위치와의 사이의 회전 각도가 180°인 것을 특징으로 하는 자동 공구 교환 장치.
제 2항에 있어서, 상기 대기 매거진의 상기 공구 보지 수단의 경사 각도가 45°임과 함께, 상기 공구 시프터와의 인수 인도 위치와 상기 공구 교환 장치와의 인수 인도 위치와의 사이의 회전 각도가 180°인 것을 특징으로 하는 자동 공구 교환 장치.
제 3항에 있어서, 상기 대기 매거진의 상기 공구 보지 수단의 경사 각도가 45°임과 함께, 상기 공구 시프터와의 인수 인도 위치와 상기 공구 교환 장치와의 인수 인도와의 사이의 회전 각도가 180°임을 특징으로 하는 자동 공구 교환 장치.
제 1 내지 6 항중 어느 하나에 있어서, 상기 공구 매거진과 상기 대기 매거진과의 설치되는 공구 보지 수단이 공구의 축단을 축방향으로 빼고 넣기가 자유자재하게 삽착 보지하는 요부이며, 상기 공구 시프터는 공구 매거진과 대기 매거진과의 사이에서 공구를 평행이동시켜 인수 인도 동작을 행함에 있어서, 공구의 축방향으로 이동하여 그 공구를 상기 요부에 빼고 넣는 것을 특징으로 하는 자동 공구 교환 장치.
제 1 내지 6 항중 어느 하나에 있어서, 상기 공구 매거진과 상기 대기 매거진과의 설치되는 공구 보지 수단이 공구의 축단을 축방향으로 빼고 넣기가 자유자재하게 삽착 보지하는 상기 요부가 형성된 공구 포트를 직경 방향으로부터 착탈이 자유자재하게 파지하는 클램프이며, 상기 공구 시프터는 공구 매거진과 대기 매거진과의 사이에서 공구 포트와 함께, 공구를 평행이동시켜 인수 인도 동작을 행하는 것을 특징으로 하는 자동 공구 교환 장치.
제 8 항에 있어서, 상기 공구 매거진 또는 상기 대기 매거진 중 어느 하나가 타방을 향하여 평행이동 가능하게 설치되며, 상기 공구 시프터로서의 기능이 부여되어 있는 것을 특징으로 하는 자동 공구 교환 장치.