KR100461420B1

KR100461420B1 - 머시닝센터의 자동 공구교환장치

Info

Publication number: KR100461420B1
Application number: KR10-2002-0060618A
Authority: KR
Inventors: 조병일
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2002-10-04
Filing date: 2002-10-04
Publication date: 2004-12-10
Also published as: KR20040031240A

Abstract

본 발명은 머시닝센터의 자동 공구교환장치에 관한 것으로, 전동모터(210)의 동력과 이에 연동되면서 회전되는 다수개의 캠(243,245,246)의 회전력만을 사용하여 공구(T)의 교환작업이 이루어지도록 구성되어져, 자동 공구교환장치를 구성할 때 제조원가가 대폭적으로 절감되고 아울러 설계 및 제작시간이 단축되며, 사용중 전체적인 고장발생률도 감소시킬 수 있게 되어 제품의 신뢰성에 기여할 수 있도록 된 것이다.

Description

머시닝센터의 자동 공구교환장치{automatic tool changer of machining center}

본 발명은 머시닝센터의 자동 공구교환장치에 관한 것으로, 특히 유압을 사용하지 않고 전동모터의 동력에 연동되는 다수개의 캠에 의해서만 작동되도록 구성되어져, 설계 및 제작시간을 단축시키면서 제조원가를 절감시키고 아울러 고장발생률도 감소시킬 수 있도록 된 머시닝센터의 자동 공구교환장치에 관한 것이다.

일반적으로, 각종의 절삭 가공방법 또는 비절삭 가공방법으로 금속 또는 비금속의 소재를 적당한 공구를 사용하여 형상 및 치수로 가공하든가 또는 반소재에 더욱 정밀한 가공을 할 목적으로 사용하는 기계를 공작기계라 한다.

상기한 공작기계중에서 가공과정중 칩이 발생하는 공작기계를 절삭공작기계라고 부르고, 가공과정중 칩이 발생하지 않는 비절삭 공작기계를 금속가공기계라고 한다.

그리고, 상기한 절삭공작기계에는 선반(lathe), 밀링기, 머시닝센터(machining center), 드릴링기, 보링기, 연삭기, 기어가공기, 특수가공기 등이 있으며, 상기한 금속성형기계에는 기계식 프레스, 유압식 프레스, 절단절곡기, 단조기, 인발기 등이 있다.

산업의 전반적인 성력화 추세에 힘입어 절삭 가공분야의 자동화 및 수치제어(NC)화도 급속히 진전되고 있다. 아울러 최근에는 그동안 회전형 선반계열과 밀링 계열로 양분되어 진행되어 온 공작기계의 수치제어(NC)화가 서로 복합적으로 결합되어 다기능 머시닝센터가 출현하였으며, 산업현장의 폭넓은 수요에 힘입어 그 시장은 급속히 확대되고 있다.

상기한 머시닝센터란 몇가지 종류의 절삭가공을 하나의 기계에서 자동적으로 수행하는 NC 공작기계로서, 대개 공구 자동교환기능과 가공물의 2개면 이상을 자동적으로 깎고 또한 분할할 수 있는 기능을 구비하고 있다.

상기한 머시닝센터는 크게 비회전체 부품을 가공하는 형식과 회전체 부품을 가공하는 형식의 2종으로 구분할 수 있는데, 상기 비회전체 부품을 대상으로 하는 머시닝센터는 가공하는 NC 밀링 머시인 또는 NC 드릴링 머시인을 발전 모체로 하여여러가지 부분을 개량하였고, 여기에 자동 공구교환장치(Automatic Tool Changer, ATC), 투울 매거진 및 자동 가공물 교환장치(Automatic Loader, AL)를 조합하여 머시닝센터를 만든 것이다.

또한, 회전부품을 대상으로 하는 머시닝센터는 NC 선반을 발전 모체로 하고 있어 회전체 부품은 선삭후에 각도분할, 홈가공, 구멍가공, 탭작업 등 여러가지 가공을 하며, 자동 공구 교환장치 이외에 자동 가공물 교환장치도 가지고 있고, 또한 가공중에 별도로 준비된 척으로 소재를 잡고 가공이 완료된 가공물은 척에서 풀려 나오도록 함으로써 가공물의 탈착을 자동화하고 있다.

위에서 설명한 바와 같이 도 1과 도 2에 도시된 머시닝센터에는 자동 공구교환장치(100)가 일반적으로 설치되고, 상기한 자동 공구교환장치(100)는 크게 동력을 발생시키는 전동모터(110)와, 다수개의 공구(T)를 종류별로 적재할 수 있도록 투울디스크(121)의 원주방향을 따라 투울포켓(122)이 구비된 매거진유니트(120)와, 부품의 가공을 위해 매거진유니트(120)에서 선택된 공구(T)가 장착되도록 투울포켓(131)이 구비되는 주축(130)과, 상기 매거진유니트(120)에서 선택된 공구(T)와 주축(130)에 장착된 공구(T)를 서로 교환하기 위해 작동되는 트윈아암(140)과, 상기 매거진유니트(120)에 적재된 다수개의 공구(T)중 작업의 필요에 따라 선택된 공구(T)를 투울포켓(122)으로부터 업/다운시키거나 또는 상기 주축(130)에 장착된 공구(T)를 클램프/언클램프시키기 위해 유압 및 공압(이하 유압으로 표기한다)으로 작동되는 실린더수단(150)으로 구성되며, 이의 작동과정은 다음과 같다.

먼저, 공구교환신호가 발생되면 실린더수단(150)에 의해 유압이 발생되고, 이 유압은 매거진유니트(120)에 구비된 다수개의 공구(T)중 작업의 필요에 따라 선택된 한 개의 공구(T)를 투울포켓(122)으로부터 인출시키게 되며, 상기 투울포켓(122)으로부터 인출된 공구(T)는 자중에 의해 힌지 회전(다운)되어 고정된 상태를 유지하게 된다.(도 1 내지 도 4에 도시됨)

여기서, 상기 투울포켓(122)은 매거진유니트(120)를 구성하는 투울디스크(121)의 일면상에서 원주방향을 따라 등간격을 이루면서 다수개가 형성되며, 상기 투울포켓(122)의 개수에 따라 매거진유니트(120)에 보유되는 공구(T)의 수가 결정되게 된다.

그리고, 공구교환신호에 의해 전동모터(110)가 구동되면 이 구동력은 도 5에 도시된 롤러체인(161)을 통해 회전축(162)으로 전달되어 상기 회전축(162)은 일방향으로 회전되고, 상기 회전축(162)의 회전력은 도 5와 도 6에 도시된 회전축캠(163) 및 캠팔로우(165a)를 통해 트윈암축(164)으로 전달되어 상기 트윈암축(164)도 일방향으로 회전되며, 이에 따라 상기 트윈암축(164)의 선단에 결합된 트윈암(140)도 일방향으로 회전을 하게 된다.

즉, 상기 회전축(162)에는 웜기어방식의 캠홈(163a) 및 표주박모양으로 순환경로를 가지는 그루브(163b)가 외주면과 일면에 각각 형성되는 회전축캠(163)이 고정결합되고, 상기 트윈암축(164)의 외주면에는 캠팔로우(165a)를 구비한 터릿(165)이 결합되어 있는데, 상기 캠팔로우(165a)가 회전축(162)의 외주면에 형성된 캠홈(163a)과 결합되어 있어, 상기 회전축(162)이 일방향으로 회전되면 이 회전력이 회전축캠(163)과 캠팔로우(165a) 및 터릿(165)을 통해 트윈암축(164)으로 전달됨으로써, 상기 트윈암축(164)도 일방향으로 회전되게 되는 것이다.

한편, 상기 회전축(162)의 일면에 형성된 그루브(163b)에도 별도의 캠팔로우(167a)가 결합되는데, 이 캠팔로우(167a)는 회전축(162)주변의 바디(B; 공구교환장치의 바디)에 일단이 힌지(166)결합되는 제1회전링크(167)의 선단과 결합되는 구조로 되어 있고, 상기 제1회전링크(167)는 연결링크(168)를 통해 바디(B)에 일단이 힌지(169)결합되는 제2회전링크(171)와 결합되는 구조로 되어 있으며, 상기 제2회전링크(171)의 선단은 회전롤러(171a)를 통해 트윈암축(164)의 외주면에 형성된 플랜지(164a)사이에 끼워져서 결합되는 구조로 되어 있다.

이에 따라, 상기 회전축(162)이 일방향으로 회전을 하게 되면 제1회전링크(167)의 캠팔로우(167a)가 회전축캠(163)의 그루브(163b)를 따라 이동하면서 제1회전링크(167)를 힌지(166)를 중심으로 회전시키게 되고, 상기 제1회전링크(167)와 연결링크(168)를 통해 결합된 제2회전링크(171)도 힌지(169)를 중심으로 연결링크(168)가 이동되는 방향으로 회전을 하게 되며, 결과적으로는 트윈암축(164)의 플랜지(164a)사이에 끼워진 제2회전링크(171)의 회전롤러(171a)가 제2회전링크(171)의 회전력에 의해 상기 트윈암축(164)을 탄력적으로 직선이동을 시키게 된다.

즉, 상기 트윈암축(164)은 회전축(162)의 회전력을 전달받아 일방향으로 자유회전을 하면서 또한 제2회전링크(171)의 회전력을 전달받아 탄력적인 직선이동을 동시에 수행하게 된다.

한편, 공구교환신호가 발생되어 트윈암(140)이 최초로 회전되는 각도는 일방향으로 60°정도 회전되며, 이때 트윈암축(164)이 직선이동되면서 머시닝센터의 하측으로 다운되는 상태도 완전히 다운되는 상태가 아니라 미세한 치수로 다운이 이루어지게 된다.

그리고, 상기 트윈암(140)이 최초 60°회전되면 상기 트윈암(140)의 양단은 도 8에 도시된 바와 같이 매거진유니트(120)의 투울포켓(122)에서 힌지 회전되어 다운된 공구(T) 및 주축(130)의 투울포켓(131)에 결합된 공구(T)를 동시에 체결한 상태를 유지하게 된다.

그리고, 상기 트윈암(140)의 일차회전(60°회전)이 종료되고 나면 실린더수단(150)의 유압이 작용하여 주축(130)상에 클램핑(clamping)된 공구(T)를 언클램핑(unclamping)시키게 된다.

즉, 도 9에 도시된 바와 같이 실린더수단(150)의 유압관로를 통해 제1작동유 유입구(151)로 오일이 공급되면 오일의 유압에 의해 피스톤(152)이 하강되고, 상기 피스톤(152)이 하강되면 피스톤(152)에 종속되어 있는 실린더로드(153)가 하우징(154)의 안내면을 따라 아래쪽으로 전진하게 된다.

이와 같이 실린더로드(153)가 전진하게 되면 실린더로드(153)의 끝단이 주축(130)의 내부에 조립되어 있는 드로우바(155)를 밀게 되어 드로우바(155)가 하강을 하게 되고, 상기 드로우바가(155)가 하강을 하게 되면 콜렛(156)에 의해 파지되어 있으면서 공구(T)의 끝단에 조립되어 있는 풀스터드볼트(157)가 밀리면서 상기 공구(T)가 투울포켓(131)으로부터 언클램프 되는 것이다.

그리고, 상기 주축(130)의 공구(T)가 언클램핑되고 나면 회전축(162) 및 트윈암축(164)이 재차 회전되게 되고, 이와 동시에 트윈암축(164)이 직선이동되면서 머시닝센터의 하측으로 완전히 다운되는 상태로 유지되게 된다.

또한, 상기 트윈암축(164)이 완전하게 다운되고 나면 최초 60°로 회전되었던 트윈암(140)은 동일 방향으로 재차 180°회전되면서 매거진유니트(120)의 투울포켓(122)에서 힌지 회전되어 다운된 공구(T) 및 주축(130)의 투울포켓(131)에서 언클램핑된 공구(T)의 위치를 서로 교환시키게 된다.

그리고, 공구(T)의 위치가 서로 교환되어지고 나면 머시닝센터의 하측으로 다운되었던 트윈암축(164) 및 트윈암(140)은 원래의 위치로 상승되어 정지상태를 유지하게 되는데, 상기 트윈암(140)이 원래의 위치로 상승되면 서로 교환된 공구(T)는 각각 매거진유니트(120)의 투울포켓(122)과 주축(130)의 투울포켓(131)으로 삽입된 상태를 유지하게 된다.

이와 같이, 트윈암(140)이 상승작동으로 새로운 공구(T)가 주축(130)의 투울포켓(131)으로 삽입되고 나면 공구(T)의 클램핑(clamping)작동이 시작되는데, 그 과정은 다음과 같다.

즉, 도 9에 도시된 바와 같이 공구(T)가 투울포켓(131)의 테이퍼면을 따라 주축(130)의 내부에 설치되어 있는 콜렛(156)에 물리게 되면 제2작동유 유입구(158)로 공급된 오일에 의해서 피스톤(152) 및 실린더로드(153)가 상승작동을 하게 되고, 이로 인해 주축(130)과 드로우바(155)의 사이에 설치되어 있는 코일스프링(159)의 탄성 복원력에 의해서 주축(130)의 내부에 있는 드로우바(155)도 동시에 상승작동을 하게 된다.

그리고, 상기 드로우바(155)가 상승을 하게 되면 드로우바(155)에 연결되어 있는 콜렛(156)을 당기게 되고 또한 상기 콜렛(156)이 공구(T)에 설치되어 있는 풀스터드볼트(157)를 파지하게 됨으로써 상기 공구(T)는 주축(130)의 투울포켓(131)내에서 클램프가 이루어지게 되는 것이다.

한편, 주축(130)의 투울포켓(131)으로 공구(T)의 클램핑 작동이 종료되고 나면 상기 트윈암(140)은 전술한 회전방향과 반대되는 방향으로 60°역회전을 하면서 매거진유니트(120)의 투울포켓(122)으로 삽입된 공구(T) 및 주축(130)의 투울포켓(131)으로 삽입되어 클램핑된 공구(T)로부터 분리되게 되고, 이와 같이 분리과정이 이루어지고 나면 상기 실린더수단(150)에 의한 유압의 작동으로 매거진유니트(120)의 투울포켓(122)으로 삽입된 공구(T)를 재차 상승(업)시켜 다음번의 작업에 대비하게 되며, 이로 인해 1싸이클(cycle)의 공구교환작업은 종료되게 된다.

이상 전술한 자동 공구교환장치의 작동과정은 일련의 순서에 따라 이루어지게 된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 자동 공구교환장치는, 매거진유니트(120)의 투울포켓(122)으로부터 공구(T)를 다운시키거나 또는 업(상승)시키기 위한 작동 및 주축(130)의 공구(T)를 클램프시키거나 또는 언클램프시키기 위한 작동이 유압을 이용하는 실린더수단(150)을 사용함으로 인해, 자동 공구교환장치를 구성함에 있어 설계 및 제작시간이 오래 걸리고 아울러 제조원가가 대폭적으로 상승된다는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 작동오일의 공급부족현상 등이 발생되지 않도록 유압라인을별도로 관리해야 함으로써 보수유지 차원에서도 관리자의 번거로움을 야기시키는 문제점도 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 매거진유니트의 투울포켓으로부터 공구를 다운시키거나 또는 업(상승)시키기 위한 작동 및 주축의 공구를 클램프시키거나 또는 언클램프시키기 위한 작동이 전동모터의 동력에 연동되는 다수개의 캠의 구동력에 의해 작동되도록 함으로써, 자동 공구교환장치를 구성함에 있어 설계 및 제작시간을 단축시키면서 제조원가를 대폭적으로 절감시키고, 아울러 고장발생률도 감소시켜 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 된 머시닝센터의 자동 공구교환장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자동 공구교환장치는, 공구교환신호를 전달받아 구동되는 전동모터와, 다수개의 공구를 종류별로 적재할 수 있도록 투울디스크의 원주방향을 따라 투울포켓이 구비되는 매거진유니트와, 이 매거진유니트에서 선택된 공구가 장착되도록 투울포켓이 구비된 주축하우징내에서 탄력적으로 직선왕복 이동이 가능하도록 설치되는 주축과, 상기 전동모터의 동력전달이 가능하도록 바디내에 설치되는 모터축과, 이 모터축의 외주면에 각각의 키이를 매개로 서로 이격되면서 결합되는 모터축캠 및 주축작동캠과, 상기 모터축캠의 외주면에 동력전달이 가능하도록 결합되는 투울포켓작동캠과, 이 투울포켓작동캠에 형성된 그루브를 따라 직선 및 회전운동이 가능하도록 바디에 설치되는 제1링크유니트와, 이 제1링크유니트의 작동에 연동하여 직선왕복 이동이 가능하도록 설치되면서 상기 매거진유니트에 설치된 투울포켓을 선택적으로 승하강시키도록 작동되는 투울포켓작동수단과, 상기 모터축캠의 캠홈을 따라 구름운동이 가능하도록 결합되는 캠팔로우를 구비한 터릿을 매개체로 하여 상기 모터축캠의 회전력을 전달받아 회전되도록 설치되는 트윈암축과, 상기 모터축캠에 형성된 그루브를 따라 직선 및 회전운동이 가능하도록 바디상에 설치되면서 일단이 상기 트윈암축의 외주면에 형성된 플랜지에 끼워져서 상기 모터축캠이 회전력을 전달받아 회전될 때 동시에 축방향으로도 직선왕복 이동을 시키는 제2링크유니트와, 상기 주축작동캠의 회전에 따라 탄력적으로 힌지 회전되면서 주축하우징내에 위치되는 선단이 선택적으로 주축의 일단을 가압하여 투울포켓으로부터 공구를 언클램핑시키도록 하는 주축작동수단과, 상기 매거진유니트의 하측으로 돌출된 트윈암축의 선단에 결합되어 트윈암축과 연동되어 회전되면서 상기 매거진유니트의 투울포켓에서 힌지 회전되어 다운된 공구와 상기 주축의 투울포켓에서 언클램핑된 공구의 위치를 서로 교환시키도록 작동되는 트윈암을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 머시닝센터를 도시한 측면도,

도 2는 머시닝센터에 구비되는 매거진유니트의 정면도,

도 3은 도 2의 Ⅰ-Ⅰ선 부분단면도,

도 4는 매거진유니트의 평단면도,

도 5는 도 3의 Ⅱ-Ⅱ선 부분단면도,

도 6은 도 5의 Ⅲ-Ⅲ선 부분단면도,

도 7은 도 6의 Ⅳ-Ⅳ선 부분단면도,

도 8은 트윈암의 작동상태를 설명하기 위한 평면도,

도 9는 주축 공구의 클램핑 및 언클램핑과정을 설명하기 위한 종단면도,

도 10은 본 발명에 따른 자동 공구교환장치를 설명하기 위한 정면도,

도 11은 본 발명에 따른 자동 공구교환장치의 매거진유니트를 설명하기 위한 정면도,

도 12는 본 발명에 따른 동력전달수단을 설명하기 위한 도 10의 Ⅴ-Ⅴ선 부분단면도,

도 13과 도 14는 본 발명에 따른 투울포켓작동수단을 설명하기 위한 도 12의 Ⅵ-Ⅵ선 부분단면도,

도 15는 본 발명에 따라 모터축캠과 트윈암축의 결합구조를 설명하기 위한 도 12의 Ⅶ-Ⅶ선 부분단면도,

도 16은 본 발명에 따른 주축작동수단을 설명하기 위한 도 12의 Ⅷ-Ⅷ선 부분단면도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

200 - 자동 공구교환장치 210 - 전동모터

220 - 매거진유니트 230 - 주축

241 - 모터축 243 - 모터축캠

245 - 주축작동캠 246 - 투울포켓작동캠

250 - 제1링크유니트 260 - 투울포켓작동수단

271 - 트윈암축 273 - 트윈암

280 - 제2링크유니트 290 - 주축작동수단

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 10은 본 발명에 따른 자동 공구교환장치를 설명하기 위한 정면도로서, 본 발명에 따라 머시닝센터에 설치되는 자동 공구교환장치는 도 10 내지 도 16에 도시된 바와 같으며 이에 대한 구성은 다음과 같다.

즉, 자동 공구교환장치(200)에는 공구교환신호가 발생될 때 이를 전달받아 구동되는 전동모터(210)가 도 10에 도시된 바와 같이 바디(B)부의 상단측에 설치된다.

그리고, 상기 바디부의 정면에는 도 10과 도 11에 도시된 바와 같이 다수개의 공구(T)를 종류별로 적재할 수 있도록 투울디스크(221)의 원주방향을 따라 투울포켓(222)이 구비되는 매거진유니트(220)가 매거진유니트축(224)을 중심으로 회전가능하게 설치된다.

여기서, 상기 매거진유니트(220)에 보유되는 공구(T)의 수는 투울포켓(222)의 개수에 따라 결정되게 된다.

그리고, 상기 자동 공구교환장치(200)를 평면상에서 보았을 때 전동모터(210)와 매거진유니트(220)사이에는 도 16에 도시된 바와 같이 최하단에 투울포켓(232)이 구비된 주축하우징(231)이 바디(B)를 종축방향으로 가로지르면서 설치되고, 상기 주축하우징(231)의 내부에는 후술하는 주축가압브라켓트(292)의 작동으로 인해 하우징(231)을 따라 직선왕복 이동이 가능한 주축(230)이 설치된다.

여기서, 상기 주축(230)의 외주면에는 주축(230)의 직선왕복 이동시 탄성력을 부여하도록 리턴스프링(235)이 설치된다.

그리고, 상기 자동 공구교환장치(200)의 바디(B)내에는 상기 전동모터(210)의 동력을 전달하는 동력전달수단(240)이 도 12에 도시된 바와 같이 설치되는데, 상기 동력전달수단(240)은 바디(B)내에서 매거진유니트축(224)과 병설되는 모터축(241)과, 이 모터축(241)의 외주면에 각각의 키이(242,244)를 매개로 서로 이격되면서 결합되는 모터축캠(243) 및 주축작동캠(245)과, 상기 모터축캠(243)의 외주면에 동력전달이 가능하도록 결합되는 투울포켓작동캠(246)으로 구성된다.

여기서, 상기 모터축캠(243)의 외주면에는 캠홈(243c)이 형성되고, 상기 투울포켓작동캠(246)의 외주면에는 캠홈(243c)과 결합되는 캠팔로우(246c)가 구비되어 있어, 상기 모터축캠(243)이 모터축(241)의 회전력을 전달받아 회전을 하게되면 이 회전력은 캠홈(243c) 및 캠팔로우(246c)를 통해 투울포켓작동캠(246)으로 전달되며, 이로 인해 상기 투울포켓작동캠(246)이 회전을 하게 되는 것이다.

그리고, 상기 투울포켓작동캠(246)이 회전되면 이 회전력은 도 13과 도 14에 도시된 바와 같이 제1링크유니트(250)로 전달되는데, 상기한 제1링크유니트(250)는 일단이 투울포켓작동캠(246)의 주변 바디(B)부에 힌지(251a)를 매개로 회동가능하게 결합되면서 타단에는 상기 투울포켓작동캠(246)에 형성된 그루브(246b)를 따라 구름운동을 할 수 있는 캠팔로우(251b)가 결합되는 제1회전링크(251)와, 이 제1회전링크(251)의 측부에 위치되면서 일단은 바디(B)부에 힌지(252a)를 매개로 회동가능하게 결합되고 타단은 투울포켓작동수단(260)과 고정되도록 결합되는 제2회전링크(252)와, 상기 제1,2회전링크(251,252)를 연결하도록 결합되면서 상기 제1회전링크(251)의 회전움직임을 제2회전링크(252)로 전달하여 제2회전링크(252)의 움직임에 의해 투울포켓작동수단(260)을 직선왕복 이동시키도록 하는 제1연결링크(253)로 구성된다.

그리고, 상기 제1링크유니트(250)의 측부에는 도 13과 도 14에 도시된 바와 같이 제1링크유니트(250)의 작동에 연동하여 직선왕복 이동이 가능하도록 설치되면서 상기 매거진유니트(220)에 설치된 투울포켓(222)을 선택적으로 승하강시키도록 작동되는 투울포켓작동수단(260)이 설치된다.

여기서, 상기 투울포켓작동수단(260)은 일단이 제2회전링크(252)의 선단과 고정되도록 결합되면서 상기 제2회전링크(252)의 움직임에 따라 축의 길이방향으로 직선왕복 이동하는 투울포켓로드(261)와, 이 투울포켓로드(261)에 의해 관통되면서 바디(B)상에 고정되도록 설치되어 투울포켓로드(261)의 직선왕복 이동을 안내하는 가이드블록(262)과, 상기 투울포켓로드(261)의 선단에 결합되어 투울포켓로드(261)와 연동되는 움직임을 가지면서 일측면에는 상기 매거진유니트(220)의 투울포켓(222)을 선택적으로 업/다운시키기 위해 상기 투울포켓(222)의 원형돌기부(222a)와 분리가능하도록 암수결합되는 반원모양의 후크홈(263a)이 형성된 후크(263)로 구성된다.

한편, 상기 매거진유니트(220)의 투울포켓(222)은 상기 투울포켓로드(261)가 투울포켓작동캠(246)쪽으로 직선이동하면서 후크홈(263a)이 원형돌기부(222a)를 힌지 회전시킬 때 상기 원형돌기부(222a)가 후크홈(263a)으로부터 이탈되면서 다운(하강)되는 움직임을 가지게 되고, 반대로 상기 투울포켓로드(261)가 투울포켓작동캠(246)으로부터 멀어지는 방향으로 직선이동할 때 서로 분리되어 있던 원형돌기부(222a) 및 후크홈(263a)이 재결합되면서 업(승강)되는 움직임을 갖게 된다.

그리고, 상기 모터축캠(243)의 일측면에는 도 12와 도 15에 도시된 바와 같이 소정형상의 캠홈(243a)이 형성되고, 이 캠홈(243a)에는 터릿(272)에 구비된 캠팔로우(272a)가 구름운동이 가능하도록 결합되며, 상기 터릿(272)에는 모터축캠(243)의 회전력을 전달받아 일방향으로 회전되는 트윈암축(271)이주축(230)과 동일한 바디(B)의 종축방향으로 설치된다.

그리고, 상기 트윈암축(271)은 모터축캠(243)이 회전할 때 전술한 터릿(272)을 매개체로 하여 일방향으로 회전되는 운동을 할 뿐만 아니라 도 15에 도시된 바와 같이 제2링크유니트(280)를 매개체로 하여 축방향으로도 직선왕복 이동을 하는 구조를 동시에 가지게 된다.

즉, 상기 제2링크유니트(280)는 일단이 모터축캠(243)의 주변 바디(B)부에 힌지(281a)를 매개로 회동가능하게 결합되면서 타단에는 상기 모터축캠(243)에 형성된 그루브(243b)를 따라 구름운동을 할 수 있는 캠팔로우(281b)가 결합되는 제3회전링크(281)와, 이 제3회전링크(281)의 측부에 위치되면서 일단은 바디(B)부에 힌지(282a)를 매개로 회동가능하게 결합되고 타단은 트윈암축(271)의 플랜지(271a)사이로 끼워지는 회전롤러(282b)를 매개로 상기 트윈암축(271)과 연결되도록 설치되는 제4회전링크(282)와, 상기 제3,4회전링크(281,282)를 연결하도록 결합되면서 상기 제3회전링크(281)의 회전움직임을 제4회전링크(282)로 전달하여 제4회전링크(282)의 움직임에 의해 트윈암축(271)을 축의 길이방향으로 직선왕복 이동시키도록 하는 제2연결링크(283)로 구성된다.

그리고, 상기 주축작동캠(245)의 주변에는 도 16에 도시된 바와 같이 주축작동캠(245)의 회전에 따라 탄력적으로 힌지 회전되면서 주축(230)의 상단(230a)을 가압하여 투울포켓(232)으로부터 공구(T)를 언클램핑(unclamping)시키도록 하는 주축작동수단(290)이 설치된다.

여기서, 상기 주축작동수단(290)은 주축작동캠(245)의 외주면중 일부구간에덧대여져 형성되는 캠플랜지(291)와, 이 캠플랜지(291)의 주변 바디(B)부에 힌지(292a)를 매개로 회전가능하게 설치되면서 상기 캠플랜지(291)를 향하는 돌출부(292b)에는 주축작동캠(245)의 외주면을 따라 구름운동을 하는 회전롤러(292c)가 결합되고 상기 주축하우징(231)을 향하는 일단에는 주축(230)의 상단(230a)과 접촉되는 주축가압돌기(292d)가 일체로 형성되어 상기 주축작동캠(245)의 회전각에 따라 힌지 회전되면서 주축(230)을 가압하도록 작동되는 주축가압브라켓트(292)와, 이 주축가압브라켓트(292)의 주변 바디(B)부에 일단이 결합되고 상기 주축가압브라켓트(292)상에 타단이 결합되어 상기 주축가압브라켓트(292)의 회전움직임에 탄성력을 부여하는 인장스프링(293)으로 구성된다.

한편, 본 발명에 따른 자동 공구교환장치는 도 15에 도시된 바와 같이 매거진유니트(220)의 하측으로 돌출된 트윈암축(271)의 선단에서 회전작동이 가능하도록 결합되는 트윈암(273)을 포함하여 구성되는데, 상기 트윈암(173)은 트윈암축(271)과 연동되어 회전되면서 상기 매거진유니트(220)의 투울포켓(221)에서 힌지 회전되어 다운된 공구(T)와 상기 주축(230)의 투울포켓(232)에서 언클램핑된 공구(T)의 위치를 서로 교환시키는 역할을 수행하게 된다.

이하, 본 발명에 따른 자동 공구교환장치의 작동과정에 대해 도 10 내지 도 16을 참조로 상세하게 설명한다.

먼저, 공구교환신호가 발생되어 전동모터(210)가 구동을 시작하게 되면, 이 구동력은 모터축(241)을 통해 모터축캠(243)과 주축작동캠(245) 및 투울포켓작동캠(246)으로 전달되게 된다.

여기서, 상기 투울포켓작동캠(246)의 회전력이 제1링크유니트(250)으로 전달되면 이 제1링크유니트(250)는 투울포켓작동캠(246)의 회전운동을 직선왕복 운동으로 변경하여 투울포켓작동수단(260)의 투울포켓로드(261)를 투울포켓작동캠(246)쪽으로 직선이동시키게 되고, 이에 따라 투울포켓(222)의 원형돌기부(222a)가 힌지(222b)를 중심으로 회전되면서 후크홈(263a)으로부터 이탈되게 되며, 결국 상기 투울포켓(222)에 결합된 공구(T)가 투울포켓(222)과 함께 매거진유니트(220)의 아래방향으로 다운(하강)되어 공구(T)교환을 위한 다음의 작업을 대기하게 된다.

그리고, 매거진유니트(220)에 장착된 공구(T)의 다운을 위해 상기 투울포켓작동캠(246)이 회전될 때 모터축캠(243)의 회전력은 터릿(272) 및 캠팔로우(272a)를 통해 트윈암축(271)으로 동시에 전달되게 되며, 이로 인해 상기 트윈암축(271) 및 트윈암(271)은 최초의 상태에서 일방향으로 40°정도 회전되게 된다.

이와 같이, 상기 트윈암(271)이 최초의 상태에서 40°정도 회전되면 상기 트윈암(271)의 양단은 매거진유니트(220)의 투울포켓(222)에서 힌지 회전되어 다운된 공구(T) 및 주축(230)의 투울포켓(232)에 클램핑(clampibg)된 공구(T)를 동시에 체결한 상태를 유지하게 된다.

그리고, 상기 트윈암(271)의 일차회전(60°회전)이 종료될 즈음 회전되는 주축작동캠(245)의 캠플랜지(291)가 주축작동수단(290)을 구성하는 회전롤러(292c)와 접촉되면서 주축작동캠(245)이 계속해서 회전을 하게되면, 주축가압브라켓트(292)가 힌지(292a)를 중심으로 회전되면서 주축가압돌기(292d)가 주축(230)의 상단(230a)을 가압하게 되고, 이로 인해 상기 주축(230)이 주축하우징(231)을 따라아래쪽으로 탄성이동되면서 그 하단부(230b)가 투울포켓(232)에 클램핑된 공구(T)를 언클램핑(unclampibg)시키게 된다.

그리고, 상기 주축(230)의 공구(T)가 언클램핑되고 나면 모터축캠(243)의 계속되는 회전에 의해 제2링크유니트(280)가 트윈암축(271)을 직선이동시키게 되고, 이에 따라 상기 트윈암(273)은 매거진유니트(220)의 아래쪽으로 다운되게 된다.

한편, 상기 트윈암(273)이 매거진유니트(220)의 아래쪽으로 다운될 때 상기 매거진유니트(220)의 투울포켓(222)에서 다운된 공구(T)와 상기 주축(230)의 투울포켓(232)에서 언클램핑된 공구(T)도 동시에 다운되어 공구교환 작업에 대비하게 된다.

그리고, 상기 트윈암(273)의 다운작동이 완료되고 나면 계속되는 모터축캠(243)의 회전에 의해 최초 40°로 회전되었던 트윈암(273)은 동일 방향으로 재차 180°회전되면서 매거진유니트(220)의 투울포켓(222)에서 힌지 회전되어 다운된 공구(T) 및 주축(230)의 투울포켓(232)에서 언클램핑된 공구(T)의 위치를 서로 교환시키게 된다.

그리고, 공구(T)의 위치가 서로 교환되어지고 나면 매거진유니트(220)의 하측으로 다운되었던 트윈암축(271) 및 트윈암(273)은 모터축캠(243)의 계속되는 회전에 의해 원래의 위치로 상승되어 정지상태를 유지하게 되는데, 상기 트윈암(273)이 원래의 위치로 상승되면 서로 교환된 공구(T)는 각각 매거진유니트(220)의 투울포켓(222)과 주축(230)의 투울포켓(232)으로 삽입된 상태를 유지하게 된다.

한편, 트윈암(273)이 상승작동으로 새로운 공구(T)가 주축(230)의투울포켓(232)으로 삽입될 때 도 16에 도시된 바와 같이 공구(T)의 외주면에 돌출된 돌기부(M)가 투울포켓(232)의 삽입홈(232a)으로 자연스럽게 끼워지면서 결합됨으로써, 주축(230)의 투울포켓(232)으로 삽입되는 새로운 공구(T)는 자연적으로 클램핑(clamping)되어 고정되게 된다.

그리고, 주축(230)의 투울포켓(232)으로 공구(T)의 클램핑이 종료되고 나면 상기 트윈암(273)은 전술한 회전방향과 반대되는 방향으로 40°역회전을 하면서 매거진유니트(220)의 투울포켓(222)으로 삽입된 공구(T) 및 주축(230)의 투울포켓(232)으로 삽입되어 클램핑된 공구(T)로부터 분리되게 되고, 이와 같이 분리과정이 이루어지고 나면 공구(T)교환을 위해 매거진유니트(220)의 아래방향으로 다운(하강)되었던 투울포켓(222)이 교환된 공구(T)와 함께 재차 상승(업)되어 다음번의 작업에 대비하게 되며, 이로 인해 1싸이클(cycle)의 공구교환작업은 종료되게 된다.

이상 전술한 자동 공구교환장치의 작동과정은 일련의 순서에 따라 신속하게 이루어지게 된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 자동 공구교환장치는 전동모터(210)의 동력과 이에 연동되면서 회전되는 다수개의 캠(243,245,246)의 회전력에 의해 작동되도록 구성됨으로써, 도 1 내지 도 9를 참조로 전술한 종래의 공구교환장치와 비교하여 볼 때 유압을 작동매개체로 사용하는 실린더수단(150)을 사용하지 않게 되어 제조원가를 대폭적으로 절감시킬 수 있다는 잇점이 있게 된다.

또한, 본 발명에 따라 종래에 사용하던 실린더수단(150)을 사용하지 않게 됨으로써, 자동 공구교환장치를 구성할 때 설계 및 제작시간을 단축시킬 수 있게 되고 아울러 유압라인에 의해 발생되던 고장의 원인도 제거할 수 있게 되어 장치의 전체적인 고장발생률도 감소시킬 수 있는 잇점도 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 자동 공구교환장치는, 전동모터의 동력과 이에 연동되면서 회전되는 다수개의 캠의 회전력에 의해서만 작동되도록 구성되어져, 자동 공구교환장치를 구성할 때 제조원가가 대폭적으로 절감되고 아울러 설계 및 제작시간이 단축되며, 사용중 전체적인 고장발생률도 감소시킬 수 있게 되어 제품의 신뢰성에 기여할 수 있는 효과가 있게 된다.

Claims

공구교환신호를 전달받아 구동되는 전동모터(210)와, 다수개의 공구(T)를 종류별로 적재할 수 있도록 투울디스크(221)의 원주방향을 따라 투울포켓(222)이 구비되는 매거진유니트(220)와, 이 매거진유니트(220)에서 선택된 공구(T)가 장착되도록 투울포켓(232)이 구비된 주축하우징(231)내에서 탄력적으로 직선왕복 이동이 가능하도록 설치되는 주축(230)과, 상기 전동모터(210)의 동력전달이 가능하도록 바디(B)내에 설치되는 모터축(241)과, 이 모터축(241)의 외주면에 각각의 키이(242,244)를 매개로 서로 이격되면서 결합되는 모터축캠(243) 및 주축작동캠(245)과, 상기 모터축캠(243)의 외주면에 동력전달이 가능하도록 결합되는 투울포켓작동캠(246)과, 이 투울포켓작동캠(246)에 형성된 그루브(246b)를 따라 직선 및 회전운동이 가능하도록 바디(B)상에 설치되는 제1링크유니트(250)와, 이 제1링크유니트(250)의 작동에 연동하여 직선왕복 이동이 가능하도록 설치되면서 상기 매거진유니트(220)에 설치된 투울포켓(222)을 선택적으로 승하강시키도록 작동되는 투울포켓작동수단(260)과, 상기 모터축캠(243)의 캠홈(243a)을 따라 구름운동이 가능하도록 결합되는 캠팔로우(272a)를 구비한 터릿(272)을 매개체로 하여 상기 모터축캠(243)의 회전력을 전달받아 회전되도록 설치되는 트윈암축(271)과, 상기 모터축캠(243)에 형성된 그루브(243b)를 따라 직선 및 회전운동이 가능하도록 바디(B)상에 설치되면서 일단이 상기 트윈암축(271)의 외주면에 형성된 플랜지(271a)에 끼워져서 상기 모터축캠(243)이 회전력을 전달받아 회전될 때 동시에 축방향으로도 직선왕복 이동을 시키는 제2링크유니트(280)와, 상기 주축작동캠(245)의 회전에 따라 탄력적으로 힌지 회전되면서 주축하우징(231)내에 위치되는 선단이 선택적으로 주축(230)의 일단을 가압하여 투울포켓(232)으로부터 공구(T)를 언클램핑시키도록 하는 주축작동수단(290)과, 상기 매거진유니트(220)의 하측으로 돌출된 트윈암축(271)의 선단에 결합되어 트윈암축(271)과 연동되어 회전되면서 상기 매거진유니트(220)의 투울포켓(221)에서 힌지 회전되어 다운된 공구(T)와 상기 주축(230)의 투울포켓(232)에서 언클램핑된 공구(T)의 위치를 서로 교환시키도록 작동되는 트윈암(273)을 포함하여 구성되는 머시닝센터의 자동 공구교환장치.
제 1항에 있어서, 상기 제1링크유니트(250)는 일단이 투울포켓작동캠(246)의 주변 바디(B)부에 힌지(251a)를 매개로 회동가능하게 결합되면서 타단에는 상기 투울포켓작동캠(246)에 형성된 그루브(246b)를 따라 구름운동을 할 수 있는 캠팔로우(251b)가 결합되는 제1회전링크(251)와, 이 제1회전링크(251)의 측부에 위치되면서 일단은 바디(B)부에 힌지(252a)를 매개로 회동가능하게 결합되고 타단은 투울포켓작동수단(260)과 고정되도록 결합되는 제2회전링크(252)와, 상기 제1,2회전링크(251,252)를 연결하도록 결합되면서 상기 제1회전링크(251)의 회전움직임을 제2회전링크(252)로 전달하여 제2회전링크(252)의 움직임에 의해 투울포켓작동수단(260)을 직선왕복 이동시키도록 하는 제1연결링크(253)로 구성되는 것을 특징으로 하는 머시닝센터의 자동 공구교환장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 투울포켓작동수단(260)은 일단이 제2회전링크(252)의 선단과 고정되도록 결합되면서 상기 제2회전링크(252)의 움직임에 따라 축의 길이방향으로 직선왕복 이동하는 투울포켓로드(261)와, 이 투울포켓로드(261)에 의해 관통되면서 바디(B)상에 고정되도록 설치되어 투울포켓로드(261)의 직선왕복 이동을 안내하는 가이드블록(262)과, 상기 투울포켓로드(261)의 선단에 결합되어 투울포켓로드(261)와 연동되는 움직임을 가지면서 일측면에는 상기 매거진유니트(220)의 투울포켓(222)을 선택적으로 업/다운시키기 위해 상기 투울포켓(222)의 원형돌기부(222a)와 분리가능하도록 암수결합되는 반원모양의 후크홈(263a)이 형성된 후크(263)로 구성되는 것을 특징으로 하는 머시닝센터의 자동 공구교환장치.
제 3항에 있어서, 상기 매거진유니트(220)의 투울포켓(222)은 상기 투울포켓로드(261)가 투울포켓작동캠(246)쪽으로 직선이동하면서 후크홈(263a)이 원형돌기부(222a)를 힌지 회전시킬 때 상기 원형돌기부(222a)가 후크홈(263a)으로부터 이탈되면서 다운(하강)되게 되고, 상기 투울포켓로드(261)가 투울포켓작동캠(246)으로부터 멀어지는 방향으로 직선이동할 때 서로 분리되어 있던 원형돌기부(222a) 및 후크홈(263a)이 재결합되면서 업(승강)되는 것을 특징으로 하는 머시닝센터의 자동 공구교환장치.
제 1항에 있어서, 상기 제2링크유니트(280)는 일단이 모터축캠(243)의 주변 바디(B)부에 힌지(281a)를 매개로 회동가능하게 결합되면서 타단에는 상기 모터축캠(243)에 형성된 그루브(243b)를 따라 구름운동을 할 수 있는 캠팔로우(281b)가 결합되는 제3회전링크(281)와, 이 제3회전링크(281)의 측부에 위치되면서 일단은 바디(B)부에 힌지(282a)를 매개로 회동가능하게 결합되고 타단은 트윈암축(271)의 플랜지(271a)사이로 끼워지는 회전롤러(282b)를 매개로 상기 트윈암축(271)과 연결되도록 설치되는 제4회전링크(282)와, 상기 제3,4회전링크(281,282)를 연결하도록 결합되면서 상기 제3회전링크(281)의 회전움직임을 제4회전링크(282)로 전달하여 제4회전링크(282)의 움직임에 의해 트윈암축(271)을 축의 길이방향으로 직선왕복 이동시키도록 하는 제2연결링크(283)로 구성되는 것을 특징으로 하는 머시닝센터의 자동 공구교환장치.
제 1항에 있어서, 상기 주축작동수단(290)은 주축작동캠(245)의 외주면중 일부구간에 덧대여져 형성되는 캠플랜지(291)와, 이 캠플랜지(291)의 주변 바디(B)부에 힌지(292a)를 매개로 회전가능하게 설치되면서 상기 캠플랜지(291)를 향하는 돌출부(292b)에는 주축작동캠(245)의 외주면을 따라 구름운동을 하는 회전롤러(292c)가 결합되고 상기 주축하우징(231)을 향하는 일단에는 주축(230)의 상단(230a)과 접촉되는 주축가압돌기(292d)가 일체로 형성되어 상기 주축작동캠(245)의 회전각에 따라 힌지 회전되면서 주축(230)을 가압하도록 작동되는 주축가압브라켓트(292)와, 이 주축가압브라켓트(292)의 주변 바디(B)부에 일단이 결합되고 상기 주축가압브라켓트(292)상에 타단이 결합되어 상기 주축가압브라켓트(292)의 회전움직임에 탄성력을 부여하는 인장스프링(293)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 머시닝센터의 자동 공구교환장치.
제 1항에 있어서, 상기 주축(230)의 외주면에는 주축(230)의 직선왕복 이동시 탄성력을 부여하도록 리턴스프링(235)이 설치된 것을 특징으로 하는 머시닝센터의 자동 공구교환장치.