KR100656656B1 - 머시닝센터의 고속자동공구교환장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 예압스프링을 이용하여 링크상의 캠팔로워를 캠면에 항상 접촉하도록 구성하여 단일의 링크로 캠궤적을 추종할 수 있도록 하고, 캠이 일회전될 때 한 사이클을 마칠 수 있도록 구성함으로써 캠곡선의 경사를 보다 완만히 하여 부하저항을 줄이는 동시에 적어도 회전 시작위치를 검출할 수 있는 홈스위치(근접스위치)가 구비되면, 동작검출이 가능한 머시닝센터의 고속자동공구교환장치에 관한 것으로, 롤러기어캠에 의해 회전운동을 하는 체인저 암(42)의 회전 시작부분과 끝부분에서 연동하여 체인저 암(42)을 후퇴/전진시키는 캠곡선 사이클을 일회전시마다 갖는 캠(44); 힌지핀(52)에 의해 본체(60)에서 회동되도록 지지되는 링크(50); 링크(50)가 항상 캠면(44f)에 접촉하도록 예압을 가하는 예압스프링(70); 링크(50)의 중간에 설치되어 캠면(44f)에 접촉하여 구름운동되는 제 1캠팔로워(80); 링크(50)의 끝부분에 설치되어 체인저 암(42)에 연결된 샤프트(46) 상의 홈(46a)에 구름결합되어 링크(50)의 각운동으로 직선방향으로 샤프트(46)를 전진/후퇴시키는 제 2캠팔로워(82); 본체(60)에 설치되어 캠(44)의 원점을 검출하기 위한 홈스위치(LS10)로 구성된 것이다.

Description

머시닝센터의 고속자동공구교환장치{automatic tool quick changer for machining center}

도 1 은 종래 자동공구교환장치의 구성을 보인 평면도

도 2 는 종래 자동공구교환장치의 구성을 보인 정면도

도 3 은 종래 체인저 암의 동작을 설명하기 위한 캠선도

도 4 는 본 발명에 따른 자동공구교환장치의 구성을 보인 평면도

도 5 는 본 발명에 따른 자동공구교환장치의 구성을 보인 정면도

도 6 은 본 발명에 따른 체인저 암의 동작을 설명하기 위한 캠선도

* 도면의 주요부분에 대한 부호설명 *

42 : 체인저 암 44 : 캠

52 : 힌지핀 60 : 본체

50 : 링크 44f : 캠면

70 : 예압스프링 80 : 제 1캠팔로워

46 : 샤프트 46a : 홈

82 : 제 2캠팔로워 LS10 : 홈스위치

90 : 예압조정용 볼트 92 : 로크너트

본 발명은 머시닝센터에서 공구를 자동으로 교환하는데 사용되는 고속자동공구교환장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 예압스프링을 이용하여 링크상의 캠팔로워를 캠면에 항상 접촉하도록 구성하여 단일의 링크로 캠궤적을 추종할 수 있도록 하고, 캠이 일회전될 때 한 사이클을 마칠 수 있도록 구성함으로써 캠곡선의 경사를 보다 완만히 하여 부하저항을 줄이는 동시에 적어도 회전시작위치를 검출할 수 있는 홈스위치(근접스위치)가 구비되면, 동작검출이 가능한 머시닝센터의 고속자동공구교환장치에 관한 것이다.

일반적으로 공작기계에서 가공 생산성을 향상시키기 위한 대안으로는 크게 절삭시간의 단축과, 비절삭시간의 단축으로 나눌 수 있다.

이 중 비절삭시간의 단축방안으로는 이송계의 이송속도를 향상시키는 방법과, 자공공구교환장치(ATC)에 의한 공구교환시간을 단축하거나 오토파렛체인저(APC)에 의한 공작물 교환시간을 단축시키는 것으로 다시 세분화된다.

이와 같은 자동공구교환장치는 공구교환시에 직진운동과 회전운동이 함께 수반되기 때문에 이에 적합한 롤러기어캠을 이용하고 있다.

그러나, 종래 자동공구교환장치는 첨부도면 도1 및 도2에 도시된 바와 같이 두 개의 링크(20)(22)가 캠(30)에 의해 동시에 각운동되면서 회전운동을 직선운동으로 변환하도록 구성되어 있었으며, 두 개의 링크(20)(22)는 연결링크(24)를 통해 연동하도록 구성되어 있었다.

그러나, 이와 같은 종래의 자동공구교환장치는 여러 개의 링크(20)(22)(24)를 사용하고 있으므로, 링크(20)(22)(24)를 지지하기 위한 힌지핀(25)(26)과, 캠팔로워(32), 연결핀(34)들이 갖고 있는 오차가 누적되어 직선운동되는 종단부에서는 매우 큰 오차로 되어 체인저 암(36)에 의해 공구를 스핀들에 장착할 때 공구와 스핀들의 접촉부위에서 충돌이 발생되어 스핀들의 공구장착부위에 손상을 주게 되는 문제점을 갖고 있었다.

또한, 첨부도면 도3에 도시된 바와 같이 롤러기어캠이 회전될 때 회전운동과 직선운동을 갖게 되는 체인저 암(36)의 공구교환이 이루어질 때 각각 48°씩 스윙각(a,b : 공구교환을 위한 회전작동구간)이 존재하여 실제 체인저 암(36)이 180°회전에 해당되는 캠곡선상의 각도는 130°가 된다.

이것은, 만일 1초 이내에 모든 공구교환을 수행하여야 되는 경우 큰 토크저항이 발생되어 기어드모터와 구동계 그리고 캠에 큰 부하가 걸리게 되고, 이러한 동작이 누적되어 기계의 수명을 저하시키게 되는 문제점이 있었으며, 초기 기동부하가 크기 때문에 가속성능이 떨어져 고속화가 어렵다는 문제점이 있었다.

즉, 캠(30)에 형성된 스윙각 구간이 급경사를 이루기 때문에 부하저항이 크게 되고, 가속이 어렵게 되는 문제점이 있었다.

또한, 종래 자동공구교환장치는 캠의 360°회전으로 한 사이클을 마치도록 되어 있고, 스윙각(a)(b)이 절반씩 이전 공구교환 사이클과 이후에 공구교환 사이클에 나누어져 존재하기 때문에 사이클이 시작될 때 시작위치를 감지하기 위한 홈 스위치(LS1) 외에 체인저 암(36)이 물러나기전 공구의 언클램프동작과 체인저 암(36)의 전진 후 공구의 클램프작업을 감지하기 위한 툴언클램프 스위치(LS2)와 툴클램프 스위치(LS3)를 필요로 하여 기계의 복잡성을 더하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 그 목적은 회전운동을 직선왕복운동으로 변환하기 위한 링크의 개수를 줄여서 기계를 간소화시키고, 캠곡선의 경사를 보다 완만하게 하여 초기기동부하를 줄여 가속성능과 공구교환시간을 단축시킬 수 있고, 캠곡선상의 스윙각을 배제하여 공구교환을 보다 빠르게 할 수 있는 머시닝센터의 고속자동공구교환장치를 제공함에 있다.

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 롤러기어캠에 의해 회전운동을 하는 체인저 암의 회전시작부분과 끝부분에서 연동하여 체인저 암을 반복하여 후퇴/전진시키는 캠곡선 사이클을 일회전시마다 갖는 캠과, 힌지핀에 의해 본체에서 회동되도록 지지되는 링크와, 한쪽 끝은 링크에 연결되고, 다른쪽 끝은 본체에 고정되어 링크가 항상 캠면에 접촉하도록 예압을 가하는 예압스프링과, 링크의 중간에 설치되어 캠면에 접촉하여 구름운동되는 제 1캠팔로워와, 링크의 끝부분에 설치되어 체인저 암에 연결된 샤프트 상의 홈에 구름결합되어 링크의 각운동으로 직선방향으로 샤프트를 전진/후퇴시키는 제 2캠팔로워와, 본체에 설치되어 캠의 원점을 검출하기 위한 홈스위치로 구성된 특징을 갖는다.

이하 본 발명에 따른 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

첨부도면 도4 및 도5에 도시된 바와 같이 캠(44)은 일회전 될 때마다 롤러기어캠에 의해 회전운동을 하는 체인저 암(42)의 회전시작부분과 끝부분에서 연동하여 체인저 암(42)을 반복하여 후퇴/전진시킬 수 있도록 된 캠곡선 사이클을 갖도록 구성하였다.

이와 같이 캠(44)의 일회전은 캠(44)에 형성되어 있는 스위치도그(100)와, 본체(60)에 설치되어 있는 홈스위치(LS10)에 의해 검출된다.

즉, 첨부도면 도6에 도시된 바와 같이 종래와 같은 스윙각이 배제되었으며, 예컨대, 사용각을 250°로 증대시켜서 캠면(44f)의 경사도를 크게 낮출 수 있도록 구성하였다.

한편, 링크(50)는 한 개로 구성되며, 힌지핀(52)에 의해 본체(60)에 회동가능하게 설치되고, 다른쪽 끝은 본체(60)에 고정되고, 한쪽 끝은 링크(50)에 연결되어 있는 예압스프링(70)에 의해 링크(50)의 중간에 설치되어 있는 제 1캠팔로워(80)가 항상 캠면(44f)에 접촉하도록 구성하였다.

또한, 상기 예압스프링(70)은 예를 들어서 인장스프링으로 구성될 수 있다.

그리고, 위와 같은 예압스프링(70)은 본체(60)에 나사결합되어 있는 예압조정용 볼트(90)의 끝에 단부를 고정하여, 이 예압조정용 볼트(90)를 회전시킴으로써 예압스프링(70)을 신축시켜 예압을 적정선으로 조정할 수 있도록 구성하였으며, 예압조정 후 예압조정용 볼트(90)가 풀리는 것을 방지하기 위한 로크너트(92)를 예압조정용 볼트(90)에 나사결합하였다.

이와 같은 예압조정용 볼트(90)의 끝부분에는 예압스프링(70)과 함께 회전되는 것을 방지하기 위하여 회전가능한 조인트로 구성될 수 있다.

또, 상기 링크(50)의 끝부분에 제 2캠팔로워(82)를 설치하고, 이 제 2캠팔로워(82)를 체인저 암(42)에 연결된 샤프트(46) 상의 홈(46a)에 구름결합시켜서 링크(50)가 각운동될 때 샤프트(46)를 직선방향으로 전진 또는 후퇴시킬 수 있도록 구성하였다.

도면중 미설명 부호 120은 기어드모터를 나타낸 것이다.

이하 본 발명에 따른 작용을 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부도면 도4 및 도5에 도시된 바와 같이 제어장치로부터 스핀들에 장착되어 있는 공구를 교환하는 명령이 내려지게 되면, 공구를 언클램프하기 위한 신호가 발생되는데, 이때 기어드모터(120)가 회전되면서 캠(44)이 회전된다.

이 과정에서 체인저 암(42)을 지지하고 있는 샤프트(46)가 회전하여 도6에 도시된 바와 같이 180°반전되고, 회전운동의 시작점과 종단에서 링크(50)에 의해 축방향으로 각각 후진운동과 전진운동을 하게 된다.

즉, 캠(44)이 일회전을 하게 되면, 이와 연동하여 링크(50)가 정해진 각도로 각운동을 하게 되는데, 이때 제 2캠팔로워(82)를 통해 링크(50)의 끝부분에 구름결합되어 있는 샤프트(46)와 체인저 암(42)이 링크(50)에 의해 전후로 밀리면서 직선운동을 하게 된다.

위와 같은 동작중에 캠(44)이 일회전을 하게 되면, 캠(44)에 형성되어 있는 스위치도그(100)가 본체(60)에 설치된 홈스위치(LS10)에 근접되면서 원점이 검출된다.

한편, 예압스프링(70)의 인장력을 조절함으로써 링크(50)가 가지게 되는 예압을 조정하는 경우에는 먼저, 로크너트(92)를 느슨하게 푼 상태에서 예압조정용 볼트(90)를 정방향 또는 역방향으로 돌리게 되면, 예압스프링(70)인 인장스프링의 일단부가 당겨지거나 느슨하게 되면서 예압이 미세하게 조정되며, 조정된 예압을 유지하기 위해 로크너트(92)를 조이게 되면, 예압조정용 볼트(90)가 본체(60)에 고정된다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 캠에 의해 움직이는 링크가 예압스프링에 의해 항상 캠면에 밀착되도록 설치되어 있기 때문에 하나의 링크로 구성이 가능하게 되어 구성품의 수를 줄일 수 있게 되며, 캠이 일회전될 때 공구교환의 한 사이클이 완료되도록 구성되어 있기 때문에 캠의 원점을 검출하기 위한 홈스위치만으로도 작동이 가능하게 되며, 특히 캠의 사용각이 증대되어 캠의 경사도를 기존보다 완만하게 설정하였기 때문에 초기기동부하가 줄여들게 되고, 동시에 가속이 증대되어 고속화가 가능하게 되며, 고속화에 따른 기어드모터나 캠기구에 걸리는 부하가 줄어들게 되어 작동이 완활하게 이루어지는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 체인저 암(42)을 후퇴/전진시키는 캠(44);

   힌지핀(52)에 의해 본체(60)에서 회동되도록 지지되는 링크(50);

   한쪽 끝은 링크(50)에 연결되고, 다른쪽 끝은 본체(60)에 고정되어 링크(50)가 항상 캠면(44f)에 접촉하도록 예압을 가하는 예압스프링(70);

   링크(50)의 중간에 설치되어 롤러기어(44)의 캠면(44f)에 접촉하여 구름운동되는 제 1캠팔로워(80);

   링크(50)의 끝부분에 설치되어 상기 체인저 암(42)에 연결된 샤프트(46)에 결합되어 링크(50)의 각운동으로 샤프트(46)를 전진/후퇴시키는 제 2캠팔로워(82);

   본체(60)에 설치되어 캠(44)의 원점을 검출하기 위한 홈스위치(LS10)로 구성된 것을 특징으로 하는 머시닝센터의 고속자동공구교환장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 예압스프링(70)의 예압을 조정하기 위한 예압조정용 볼트(90)와, 로크너트(92)를 포함한 것을 특징으로 하는 머시닝센터의 고속자동공구교환장치.

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