KR100656628B1 - 고속화를 위한 자동 팔레트 교환장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 캠 방식을 이용한 일련의 팔레트 교환흐름에서 고속화한 체인저 암의 회전중에 상기 체인저 암과 팔레트 간의 클램프 상태를 더욱 긴밀히 하도록 하는 고속화를 위한 자동 팔레트 교환장치에 관한 것이다.

본 발명은 모터(10)의 구동력에 의해 롤러캠기구(14)가 샤프트(16)를 연동시켜 팔레트(P)(P')를 자동으로 교환하는 공작기계의 자동 팔레트 교환장치에 있어서, 상기 자동 팔레트 교환장치는 상기 샤프트(16)의 회전시 연동하고 일정높이로 수직이동이 가능하며 하단부 양측에 그립퍼(34)가 설치된 몸체(32)를 구비한 체인저 암(30); 압유가 유압작동공간(36)에 유입되도록 상기 샤프트(16)를 관통하여 구성된 압유공급로(40); 각 팔레트(P)(P')의 내측에 상기 체인저 암(30)의 수직상승시 그립퍼(34)(34')와 결합될 수 있도록 그립구멍(52)(52')을 갖는 그립블럭(50)(50');으로 구성된 특징을 갖는다.

이와 같은 구성으로 된 본 발명은 상협하광으로 테이퍼가 진 체인저 암의 그립퍼와 이와 완전하게 면접되도록 맞추어 결합되는 팔레트의 그립블럭의 구성에 의해 체인저 암의 팔레트교환을 고속으로 빠르게 구성할 수 있으며, 고속으로 회전되는 본 발명 체인저 암의 구성에 의해 팔레트 및 공작물의 전도는 커녕 오히려 그 결합관계를 긴밀하게 유지시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

고속화를 위한 자동 팔레트 교환장치{Automatic pallet changer for high speed}

도 1 은 종래의 자동 팔레트 교환장치를 도시한 도면으로서,

(가)는 평면 구성도.

(나)는 측단면 구성도.

도 2 는 본 발명에 따른 자동 팔레트 교환장치를 도시한 측단면 구성도.

도 3 은 도 2 의 평면 구성도.

도 4 는 도 2 의 'A' 요부 확대도.

도 5 는 도 2 에서 B - B선 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 팔레트 테이블, 10: 구동모터,

12: 캠축, 14: 롤러캠기구,

14-1: 상하운동용 캠, 14-2: 회전운동용 캠,

16: 샤프트, 18: 롤러기어,

18-1: 캠 팔로워, 20: 스플라인,

22: 피봇축, 24: 승강링크,

24-1: 캠 팔로워, 24-2: 승강롤러,

26: 드러스트 베어링, 28: 링형 승강구,

30: 체인저 암, 32: 몸체,

34, 34': 그립퍼, 36: 유압작동공간,
37: 키홈

38: 스프링 스테이, 39: 탄성스프링,

40: 압유공급로, 50, 50': 그립블럭,

52, 52': 그립구멍, 60: 공압유로,

본 발명은 자동 팔레트 교환장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 캠 방식을 이용한 일련의 팔레트 교환흐름에서 고속화한 체인저 암의 회전중에 상기 체인저 암과 팔레트 간의 클램프 상태를 더욱 긴밀히 하도록 하는 고속화를 위한 자동 팔레트 교환장치에 관한 것이다.

일반적으로 가공 생산성을 위한 공작기계의 역할은 절삭시간의 단축과 비절삭 시간의 단축으로 나눌 수 있다. 절삭시간의 단축은 주축계 및 이송계의 고속화, 고강성화, 가감속 능력의 제고 등을 통해 달성되고, 비절삭시간은 공구교환시간, 공작물 교환시간을 빠르게 함으로써 달성될 수 있다. 본 발명은 생산성 향상에 부응한 머시닝센터의 고속화의 한 수단으로써 사용되는 고속 공작기계에 적용될 수 있다.

머시닝센터 특히 수평형 머시닝센터에서 공작물은 팔레트 위에 직접 체결되 거나 공작물 고정용 치구에 의해 고정된다. 따라서 정해진 순서로 팔레트를 비가공영역에서 가공영역 또는 가공영역에서 비가공영역으로 교환함으로써 가공이 완료된 공작물과 가공할 공작물의 교환이 이루어지게 된다. 일반적으로 팔레트의 교환은 다음과 같은 순서로 진행된다.

(1) 팔레트 언클램프(unclamp)

(2) 팔레트 상승(체인저 암 상승)

(3) 체인저 암 180°상승

(4) 팔레트 하강(체인저 암 하강)

(5) 팔레트 클램프(clamp)

이러한 동작을 달성하기 위한 장치의 구성 방안이 다양한 형태로 창출되어 적용되고 있다. 특히 팔레트 교환동작을 위한 고속화는 각종 동작의 가속 및 감속을 최적화함으로서 구동동력을 최소화하면서도 고속화가 가능한 캠 방식이 가장 유력한 자동 팔레트 교환장치의 핵심 구동장치로 활용되고 있다.

그러나, 동작속도가 일정 한계를 지나면 종래에는 없던 새롭게 해결해야 할 기술적 문제가 대두된다. 예를 들어 팔레트의 회전속도가 빨라지면 회전 속의 제곱에 비례하여 원심력이 커지는데, 이로 인해 팔레트가 체인저 암에서 이탈할 가능성이 높아진다. 또한 회전동작을 시작하는 위치나 종료하는 위치에서 가속 또는 감속을 해야 하는데, 이 때 예기치 못한 원인으로 팔레트 교환동작이 갑자기 멈출 경우, 공작물이 전도되는 경우가 발생될 수 있다.

상기에서 설명한 문제점이 일어날 가능성에 대해 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 1 에서 팔레트(P)(P')에 부착된 상광하협(上廣下狹)된 두 개의 클램프 핀(110)이 체인저 암(100)의 상승 동작과정에서 체인저 암(100)에 개설된 클램프 홈(120)에 끼워져서 팔레트 교환동작 중에 위치결정을 한다. 동시에 팔레트에 부착된 브라켓(130)은 팔레트(P)(P')를 상방향으로 받쳐주면서 회전중에 회전방향으로 움직이지 않도록 한다. 그런데, 체인저 암(100)의 회전속도가 빨라질수록 각각의 팔레트(P)(P')와 공작물(W)(W')로 이루어지는 운동체는 체인저 암(100)으로부터 이탈되려는 방향으로 원심력이 작용된다.

이 원심력은 운동체의 중량(팔레트1 + 공작물2 + 고정치구)×회전반경×회전속도2 으로 나타내어진다. 예를 들어 회전속도가 2배가 되면 원심력은 4배가 되는 것이다. 그런데 도 1 에서와 같은 고안에서 원심력은 공작물과 팔레트가 전도되는 현상으로 나타난다. 브라켓(130)의 중심이 피봇이 된다는 가정하에 전도발생의 조건은 다음 식으로 간단히 표현될 수 있다.

원심력 ×L1 > 회전체(팔레트 + 공작물)의 중량 ×L2

전도의 발생여부는 설계단계에서 주어진 설계변수로부터 쉽게 계산하여 알 수 있다.

또한 체인저 암(100)의 회전방향에 대해서도 예기치 못한 원인으로 회전동작이 갑자기 멈추었을 경우나 회전동작이 방해를 받을 경우에도 관성력에 의해 회전방향으로 전도될 가능성이 있다.

결론적으로 체인저 암(100)의 회전속도가 증가함에 따라 종래기술의 자동 팔 레트 교환장치에서는 팔레트(P)(P')와 공작물(W)(W') 결합체의 전도 가능성이 증가하며, 이를 회피하기 위해서는 새로운 고안이 필요하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 제반문제를 해결하기 위해 창출된 것으로서, 그 목적은 팔레트의 교환시 체인저 암의 회전속도가 빠르더라도 팔레트와 공작물 결합체가 전도되지 않도록 함으로서 비절삭시간을 줄여 생산성 향상을 이루도록 하는 고속화를 위한 자동 팔레트 교환장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 모터의 구동력에 의해 롤러캠기구가 샤프트를 연동시켜 팔레트를 자동으로 교환하는 공작기계의 자동 팔레트 교환장치에 있어서,
상기 자동 팔레트 교환장치는 상기 샤프트의 회전시 연동하고 일정높이로 수직이동이 가능하며 하단부 양측에 그립퍼가 설치된 몸체를 구비한 체인저 암;
압유가 유압작동공간에 유입되도록 상기 샤프트를 관통하여 구성된 압유공급로;
각 팔레트의 내측에 상기 체인저 암의 수직상승시 그립퍼와 결합될 수 있도록 그립구멍을 갖는 그립블럭;으로 구성된 특징을 갖는다.

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이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.

도 2 는 본 발명에 따른 자동 팔레트 교환장치를 도시한 측단면 구성도이고, 도 3 은 도 2 의 평면 구성도이며, 도 4 는 도 2 의 'A' 요부 확대도이고, 도 5 는 도 2 에서 B - B선 단면도이다.

본 발명의 자동 팔레트 교환장치는 캠 구동방식에 따른다.

도 2 내지 도 4 에 도시된 바와 같이, 팔레트 테이블(1)에 고정 설치되는 구동모터(10)의 구동축에 키이 결합되고 상기 팔레트 테이블(1)의 내부에 베어링 결합된 캠축(12)이 구비된다.

상기 캠축(12)에는 축의 양 가장자리의 상하운동용 캠(14-1)과 그 사이에 회전운동용 캠(14-2)이 각각 키이 결합된 롤러캠기구(14)가 구성된다.

한편, 상기 롤러캠기구(14)의 근접측에는 이와 직교되는 샤프트(16)가 수직이동이 가능하도록 팔레트 테이블(1)에 지지되고, 또한 상기 샤프트(16)의 하부에는 그 롤러캠기구(14)의 회전운동용 캠(14-2)의 캠곡면에 가이드되어 그 캠곡면의 특성에 의해 180°분할회전할 수 있도록 방사형의 캠 팔로워(18-1)를 갖는 롤러기어(18)가 그 샤프트(16) 상에 스플라인(20) 축결합되어 있으며, 그 롤러기어(18)는 팔레트 테이블(1)의 내부측에 베어링 결합된다.

한편, 상기 롤러캠기구(14)의 상하운동용 캠(14-1) 상부에는 그 캠기구의 후방쪽으로 피봇축(22)을 갖는 승강링크(24)가 샤프트(16)에 근접되도록 설치되는데, 상기 승강링크(24)는 링크 중간부에 상기 상하운동용 캠(14-1)의 캠곡면을 따라 가이드되는 캠 팔로워(24-1)와, 샤프트(16)와 근접된 링크 끝단부에 상하운동용 캠(14-1)의 캠곡면을 따라 가이드되는 승강링크(24)의 요동현상에 의해 샤프트(16)를 임의의 캠 지점에서 승강시키도록 별도의 승강롤러(24-2)가 구성된다. 그리고 회전이 자유로운 샤프트(16)의 승강을 위해서 상기 샤프트(16) 상에 드러스트 베어링(26)에 의해 지지되고 상기 승강링크(24) 끝단의 승강롤러(24-2)에 간섭되도록 위치 구비된 링형 승강구(28)가 구성된다.

상기에서 기술한 캠구동방식을 이용한 자동 팔레트 교환장치(APC)에서 본 발명의 핵심구성을 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 상기 샤프트(16)의 회전시 연동하고 일정높이로 수직이동이 가능한 몸체의 수직이동시 상기 몸체(32)와 샤프트 사이에서 유압작동공간(36)이 형성될 수 있도록 키이 결합되고, 상기 몸체(32)의 하부 양측에 그립퍼(34)(34')가 설치된 체인저 암(30)이 구비되고, 또한 압유가 유압작동공간(36)에 미치도록 상기 샤프트(16)의 하부를 관통한 압유공급로(40)가 형성되며, 각 팔레트(P)(P')의 내측에 상기 체인저 암(30)의 수직상승시 그립퍼(34)(34')와 결합될 수 있도록 그립구멍(52)(52')을 갖는 그립블럭(50)(50')이 구비된 구성을 갖는다.

즉, 상기 샤프트(16)에는 장공의 키홈(37)이 형성되어 있으며, 상기 몸체에는 상기 키홈(37)의 길이보다 작은 키가 상기 키홈(37)부에 돌출 결합되어, 상기 압유공급로(40)를 통해 공급되는 압유에 의해 상기 몸체(32)가 상기 샤프트(16)를 따라 수직이동시 상기 키도 상기 키홈(37)을 따라 수직이동하며, 이에따라 상기 몸체(32)와 상기 샤프트(16) 사이에 유압작동공간(36)을 형성한다.
한편 상기 샤프트(16)의 상단에 고정 설치되는 스프링 스테이(38)로부터 탄지되어 항상 체인저 암(30)을 하향되게 밀려는 힘이 부여된 탄성스프링(39)을 구성하여 상기 체인저 암(30)의 안정된 하향위치를 확보하도록 하였다.

또한 도 4 에 도시된 바와 같이 상기 그립퍼(34)(34') 및 그립구멍(52)(52')은 서로 맞추어 결합될 수 있도록 상협하광(上狹下廣)의 쇄기형상을 형성함으로서 체인저 암(30)의 고속회전시 바깥쪽으로 튀어 나갈려는 원심력이 팔레트(P)(P')에 작용된다 하더라도 오히려 면마찰계수가 증대되도록 하였다.

또한 상기 팔레트(P)(P')의 내부로부터 그립구멍(52)(52')에 이르도록 관통 형성되어 체인저 암(30)의 팔레트 결합시 누설압력으로 그립핑상태를 감지하도록 공압유로(60)를 형성함으로서 팔레트의 정위치결정을 유도하도록 하였다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

팔레트(P)(P')가 클램프인 상태에서 샤프트(16)에 관통되어 형성된 압유공급로(40)를 통해 압유가 공급되어 몸체(32)와 샤프트(16) 사이의 유압작동공간(36)으로 유입되면 체인저 암(30)은 샤프트(16) 선단의 스프링 스테이(38)와 몸체(32) 사이에 개재된 탄성스프링(39)의 탄성력을 이기면서 상향이동됨과 동시에 몸체(32)의 측단에 구성된 쇄기형상의 그립퍼(34)(34')가 이와 대향되게 위치 형성된 그립블럭(50)(50')의 그립구멍(52)(52')으로 끼워진다. 상기 그립퍼(34)(34')와 그립구멍(52)(52')은 각 4면이 테이퍼가 진 쇄기형상이기 때문에 중력과 접촉면의 마찰에 의해 팔레트를 완전히 구속할 수 있게 된다.

이와 같은 체인저 암(30)은 미리 지정된 상향위치만큼 작동된 후 멈추게 된다.

한편 상기 그립퍼(34)(34')가 그립구멍(52)(52')에 완전하게 끼워졌는지에 대한 여부는 팔레트의 내부로부터 그립구멍(52)(52')에 이르기까지 관통 형성된 공압유로(60)를 통해 공급되는 공기의 누설압력을 감지함으로서 해결할 수 있다.

또한 상기 공압유로(60)를 통해 그립구멍(52)(52')으로 공급되는 공기는 가공작업시에 발생되는 절삭칩이나 절삭유 등의 이물질이 그립퍼(34)(34')나 그립구멍(52)(52')에 안착되는 것을 방지하는 목적으로 이러한 이물질을 불어내는 역할도 병행하는 것이다.

상기 체인저 암(30)은 샤프트(16)와의 키이 결합에 의해 상하방향으로만 상대운동이 가능하고 회전방향에 대해서는 구속된다.

도 4 에 도시된 바와 같이 공압유로(60)를 통한 누설압력의 감지에 의해 그립퍼(34)(34')와 그립구멍(52)(52')간의 결합이 확인되면 팔레트 교환동작을 개시한다. 이에 따른 동작순서는 다음과 같다.

구동모터(10)가 구동하게 되면 그 모터축과 키이 결합된 캠축(12)이 일정방향으로 회전하게 되고, 이에 따라 캠축(12)에 축결합된 롤러캠기구(14), 즉 상하운동용 캠(14-1) 및 회전운동용 캠(14-2)이 연동하게 된다.

먼저 상하운동용 캠(14-1)의 캠면에 접촉된 캠 팔로워(24-1)가 그 캠곡선의 특성에 의해 피봇축(22)과 결합된 승강링크(24)를 상향되게 밀어올리게 되는데, 이러한 동작중에 상기 승강링크(24)의 끝단에 구성된 승강롤러(24-2)가 샤프트(16) 상에 드러스트 베어링(26)에 의해 회전되게 축결합된 링형 승강구(28)가 롤러기어(18)와 스플라인(20) 결합된 샤프트(16)를 체인저 암(30)과 함께 상향되게 밀어 올린다. 이 때 체인저 암(30)에 그립핑된 팔레트(P)(P')는 팔레트 테이블(1)로부터 언클램핑된다.

상기의 동작과 연속적으로 회전운동용 캠(14-2)의 캠특성에 의해 상기 회전운동용 캠(14-2)의 캠곡선에 캠 팔로워(18-1)가 결합된 롤러기어(18)를 회전시키면서 이와 스플라인(20) 결합된 샤프트(16)를 일정범위(180°)로 회전시켜 팔레트(P)(P')를 교환하기 위한 위치에 이르러 멈춘다.

이 때 샤프트(16)의 회전운동에 의해 교환되는 팔레트(P)(P')는 바깥으로 튀 어나갈려는 원심력이 작용되는데 그 원심력이 그립블럭(50)(50')의 그립구멍(52)(52')에 완전히 면접되어 끼워진 체인저 암(30)의 그립퍼(34)(34')에 오히려 면접상태를 강화시키는 작용을 하기 때문에 팔레트(P)(P')가 체인저 암(30)으로부터 이탈되는 현상을 방지하게 된다.

이 후 연속적으로 상하운동용 캠(14-1)의 캠곡선이 작용되어 캠 팔로워(24-1)를 하향되게 위치이동시킴과 동시에 샤프트(16)를 내려 교환된 팔레트(P)(P')를 팔레트 테이블(PT)에 클램핑시킨다.

마지막으로 체인저 암(30)을 상향되게 미는 압력이 작용되는 압유가 샤프트(16)의 압유공급로(40)를 통해 드레인되고, 이와 동시에 탄성이 인가된 탄성스프링(39)이 복귀되는 동작에 의해 상기 체인저 암(30)이 하향이동되고 또한 체인저 암(30)의 그립퍼(34)(34')가 그립블럭(50)(50')의 그립구멍(52)(52')으로부터 이탈되면서 한 번의 팔레트교환행정이 완료된다.

특히 본 발명에서는 상형하광으로 형성된 테이퍼 접촉면을 이용한 그립퍼(34)(34')와 그립구멍(52)(52')의 결합에 의해 팔레트(P)(P')의 전도를 방지하고 있는데 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

원심력(u)과 중력(g)은 모두 그립퍼(34)(34')를 중심으로 시계반대방향으로 팔레트(P)(P')와 공작물을 회전시킬려는 모멘트를 발생시킨다. 이 모멘트는 그립구멍(52)(52')의 접촉면에서 w,w'와 같은 반발력을 발생시키고, 이 반발력에 의해 접촉면 방향으로 마찰력이 발생된다. 이 마찰력은 팔레트(P)(P')를 그립퍼(34)(34')에 고정시키는 역할을 한다. 이러한 상황은 공작물의 크기와 중 량, 회전속도 등에 관계없이 동일하며, 특히 공작물이 무거울수록, 팔레트의 회전속도가 빠를수록 모멘트가 커지게 되어 보다 안정적으로 그립퍼(34)(34')와 그립구멍(52)(52')이 결합된다.

또한 팔레트 회전 도중에 예기치 못한 원인으로 인해 회전이 중단되거나 방해를 받게 되는 경우, 상기의 유사한 원리에 의해 그립퍼(34)(34')와 그립구멍(52)(52')은 안정적인 결합상태를 유지하게 된다.

이상에서와 같이 본 발명은 상협하광으로 테이퍼가 진 체인저 암의 그립퍼와 이와 완전하게 면접되도록 맞추어 결합되는 팔레트의 그립블럭의 구성에 의해 체인저 암의 팔레트교환을 고속으로 빠르게 구성할 수 있으며, 고속으로 회전되는 본 발명 체인저 암의 구성에 의해 팔레트 및 공작물의 전도는 커녕 오히려 그 결합관계를 긴밀하게 유지시킬 수 있는 효과가 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims (4)

1. 모터(10)의 구동력에 의해 롤러캠기구(14)가 샤프트(16)를 연동시켜 팔레트(P)(P')를 자동으로 교환하는 공작기계의 자동 팔레트 교환장치에 있어서,

   상기 자동 팔레트 교환장치는 상기 샤프트(16)의 회전시 연동하고 일정높이로 수직이동이 가능하며 하단부 양측에 그립퍼(34)가 설치된 몸체(32)를 구비한 체인저 암(30);

   압유가 유압작동공간(36)에 유입되도록 상기 샤프트(16)를 관통하여 구성된 압유공급로(40);

   각 팔레트(P)(P')의 내측에 상기 체인저 암(30)의 수직상승시 그립퍼(34)(34')와 결합될 수 있도록 그립구멍(52)(52')을 갖는 그립블럭(50)(50');을 구비하며,

   상기 샤프트(16)에는 장공의 키홈(37)이 형성되며, 상기 몸체에는 상기 키홈(37)의 길이보다 작은 키가 상기 키홈(37)부의 일부영역에 돌출 결합되어, 상기 압유공급로(40)를 통해 공급되는 압유에 의해 상기 몸체(32)가 상기 샤프트(16)를 따라 수직이동시 상기 샤프트(16)와의 사이에 유압작동공간(36)이 형성되는 것을 특징으로 하는 고속화를 위한 자동 팔레트 교환장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 샤프트(16)의 상단에 고정 설치되는 스프링 스테이(38)로부터 탄지되어 항상 체인저 암(30)을 하향되게 밀려는 힘이 부여된 탄성스프링(39)을 구성함을 특징으로 하는 고속화를 위한 자동 팔레트 교환장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 그립퍼(34)(34') 및 그립구멍(52)(52')은 서로 맞추어 결합될 수 있도록 상협하광(上狹下廣)의 쇄기형상을 가짐을 특징으로 하는 고속화를 위한 자동 팔레트 교환장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 팔레트(P)(P')의 내부로부터 그립구멍(52)(52')에 이르도록 관통 형성되어 체인저 암(30)의 팔레트 결합시 누설압력으로 클램프상태를 감지하도록 공압유로(60)를 형성함을 특징으로 하는 고속화를 위한 자동 팔레트 교환장치.

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