KR100779831B1 - 머시닝 센터의 자동공구교환장치용 도어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 머시닝 센터의 자동공구교환장치용 도어에 관한 것으로, 머시닝 센터의 자동공구교환장치용 도어의 개폐를 위해 별도의 추가 구동장치를 두지 않고, 자동공구교환장치에 이미 설치되어 있는 공구 운반체의 작동을 이용하여 자동공구교환장치용 도어를 개폐시킴으로써 공구 교환시간을 최대한 단축시키기 위한 머시닝 센터의 자동공구교환장치용 도어에 관한 것이다. 이를 위해, Y실린더에 의해 상하로 구동되는 공구 운반체; 상기 공구 운반체와 연결되어 상기 공구 운반체가 상하 이동함에 따라 동작되며, 스프링의 양측을 고정시키는 스프링후크가 일측에 각각 부착되어 있는 링크; 상기 링크의 타측에 각각 체결되어 있는 제 1 힌지축과 결합하는 제 1 힌지블록과, 상기 링크부의 타측에 위치하고, 제 2 힌지축과 결합하는 제 2 힌지블록; 및 상기 제 1 힌지블록과는 상기 제 1 힌지축과 체결된 제 1 도어 암에 의해 연결되고, 제 2 힌지블록과는 제 2 힌지축과 체결된 제 2 도어 암에 의해 각각 연결되며, 도어 본체에 회동가능하게 연결되어 있는 도어 판을 포함하는 것을 특징으로 한다.

운반체, 링크, 스프링, 방음블록, 힌지블록, 힌지축, 암(Arm), 판, 고무패킹

Description

머시닝 센터의 자동공구교환장치용 도어{Door For Automatic Tool Changer Of Machining Center}

도 1은 종래의 머시닝 센터의 자동공구교환장치의 구성을 나타내는 개략도,

도 2는 본 발명에 따른 도어가 장착된 머시닝 센터의 자동공구교환장치의 전체 사시도,

도 3은 본 발명에 따른 도어가 장착된 머시닝 센터의 자동공구교환장치의 정면도,

도 4는 본 발명에 따른 도어가 장착된 머시닝 센터의 자동공구교환장치의 평면도,

도 5는 본 발명에 따른 도어가 장착된 머시닝 센터의 자동공구교환장치의 부분 사시도,

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 머시닝 센터의 자동공구교환장치용 도어의 구성도,

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 도어가 장착된 머시닝 센터의 자동공구교환장치의 측면도,

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 도어가 장착된 머시닝 센터의 자동공구교환장치의 배면도,

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 머시닝 센터의 자동공구교환장치용 도어가 닫혔을 때의 상태를 나타내는 사시도이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

툴 매거진: 1 주축: 3

도어: 5 Y실린더: 15

공구 운반체: 19 링크: 20a,20b

스프링: 22 방음블록: 26a,26b

제 1 힌지블록: 30a,30b 제 1 힌지축: 34a,34b

제 2 힌지블록: 40a,40b 제 2 힌지축: 44a,44b

제 1 베어링: 32a,32b 제 2 베어링: 42a,42b

도어 판: 50a,50b 제 1 도어 암: 52a,52b

제 2 도어 암: 54a,54b 고무패킹: 58a,58b

본 발명은 머시닝 센터의 자동공구교환장치용 도어에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동공구교환장치 도어의 개폐를 위해 별도의 추가 구동장치를 두지 않고, 자동공구교환장치에 이미 설치되어 있는 공구 운반체(Tool Carrier)의 작동을 이용하여 자동공구교환장치 도어를 개폐시킴으로써 공구 교환시간을 단축시키기 위한 머시닝 센터의 자동공구교환장치용 도어에 관한 것이다.

일반적으로 머시닝 센터(Maching Center)는 보링 머신, 밀링 머신, 드릴링 머신을 하나로 한 복합공작기계로서, 주축(Main Spindle)의 운동방향에 따라 수직형 머시닝 센터와 수평형 머시닝 센터로 구분한다.

이러한 머시닝 센터는 직선운동, 회전운동, 스핀들회전과 같은 운동에 의해 복합가공이 가능하도록 되어 있으며, 이들 운동은 수치제어되는 서보모터(Servo Motor)와 스핀들에 의해 위치가 결정됨과 동시에 스핀들의 속도가 제어된다. 그리고, 상기 머시닝 센터는 기계 본체와 여러 개의 공구를 절삭조건에 맞게 자동적으로 바꾸어주는 자동공구교환장치(Automatic Tool Changer: ATC) 및 수치제어장치(Number Controller: NC)로 이루어져 있다.

공작기계의 자동공구교환장치는 다종류의 공구를 설치하여 절삭가동중에 다음 선택될 공구가 교환 위치에 미리 최단경로로 이동하게 되며, 공구의 설치와 제거가 비교적 편리한 사용을 이루게 하고 있다.

도 1은 종래의 머시닝 센터의 자동공구교환장치의 구성을 나타내는 개략도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 자동공구교환장치는 공구가 장착되는 다수의 툴 포트를 갖는 툴 매거진(Tool Mazine)(1)과, 상기 툴 매거진(1)과 주축(3)사이에 도어(5)와, 상기 도어(5)를 개폐시키기 위한 구동원인 실린더(7)로 구성되어 있다. 즉, 종래에는 주축(3)에 장착된 공구와 툴 매거진(1)의 특정 공구(11)를 교환할 때 우선 주축(3)을 제 2 원점으로 이송한 후 오리엔테이션작업을 수행하였다. 이와 함께 툴 매거진(1)의 교환할 공구(7)를 공구 운반체를 이용하여 공구 교환위치(P₀)로 이송시킨다. 이러한 동작들이 완료된 후 실린더(7)를 구동시켜 도어(5)를 개방하여 공구 교환작업을 수행한 후, 상기 도어(5)를 다시 닫게 된다. 그런 다음 상기 주축(3)은 작업공간으로, 상기 공구 운반체는 툴 매거진(1)의 위치로 이동하게 되면 공구 교환작업이 종료하게 되었다.

따라서, 이러한 종래 자동공구교환장치는 실린더(7)의 동작지령시간 및 작동시간의 소요라는 문제점이 발생하였다. 본래 가공 생산성 향상을 위한 방법으로는 절삭시간의 단축과 비절삭시간의 단축으로 나눌 수 있는데, 이 중 비절삭시간의 단축은 공구 교환시간과 공작물 교환시간을 빠르게 함으로써 달성될 수가 있다. 그런데, 종래 자동공구교환장치는 상기와 같은 이유로 가공 생산성이 떨어지는 문제점이 초래되었다.

또한, 실린더 등과 같은 구동부를 설치하기 위하여 실린더(7) 설치공간이 별도로 요구된다. 따라서 이러한 공간의 확보라는 문제점도 아울러 발생하게 되었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하고자 하는 것으로, 본 발명의 목적은 머시닝 센터의 자동공구교환장치용 도어의 개폐를 위해 별도의 추가 구동장치를 두지 않고, 자동공구교환장치에 이미 설치되어 있는 공구 운반체의 작동을 이용하여 자동공구교환장치용 도어를 개폐시킴으로써 공구 교환시간을 최대한 단축시키기 위한 머시닝 센터의 자동공구교환장치용 도어를 제공하는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, Y실린더에 의해 상하로 구동되는 공구 운반체; 상기 공구 운반체와 연결되어 상기 공구 운반체가 상하 이동함에 따라 동작되 며, 스프링의 양측을 고정시키는 스프링후크가 일측에 각각 부착되어 있는 링크; 상기 링크의 타측에 각각 체결되어 있는 제 1 힌지축과 결합하는 제 1 힌지블록과, 상기 링크부의 타측에 위치하고, 제 2 힌지축과 결합하는 제 2 힌지블록; 및 상기 제 1 힌지블록과는 상기 제 1 힌지축과 체결된 제 1 도어 암에 의해 연결되고, 제 2 힌지블록과는 제 2 힌지축과 체결된 제 2 도어 암에 의해 각각 연결되며, 도어 본체에 회동가능하게 연결되어 있는 도어 판을 포함하는 것을 특징으로 하는 머시닝 센터의 자동공구교환장치용 도어에 의하여 달성된다.

여기서, 상기 상기 제 1 베어링은 볼 베어링이고, 상기 제 2 베어링은 오일리스 베어링인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 링크의 상단에는 플라스틱 재질의 방음블록이 더 부착되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 도어 판이 닫힌 상태에서 상호 접하는 영역에는 고무패킹이 더 구비되어 있는 것이 가장 바람직하다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

이하에서 본 발명에 따른 머시닝 센터의 자동공구교환장치용 도어의 구성에 대하여 첨부된 도면에 의거 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 도어가 장착된 머시닝 센터의 자동공구교환장치의 전 체 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 도어가 장착된 머시닝 센터의 자동공구교환장치의 정면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 도어가 장착된 머시닝 센터의 자동공구교환장치의 평면도이다. 도 2, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 툴 매거진(1)에는 교환할 공구(11)가 장착되어 있으며, 상기 툴 매거진(1)의 아래쪽에 그리퍼(13)가, 우측으로는 주축(3)이 위치해 있다. 또한, Y실린더(15)가 매거진 몸체(9)에 부착되어, 일체로 되어 있는 블록이 상하로 움직이도록 구조가 되어 있다.

도 5는 본 발명에 따른 도어가 장착된 머시닝 센터의 자동공구교환장치의 부분 사시도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 공구 운반체(19)와 Z실린더(17)가 브라켓 등으로 연결이 되어 있다. 상기 Z실린더(17)는 Y실린더(15)의 상하 이송용 블록에 고정된 브라켓과 함께 연결이 되어 있다. 따라서, Y실린더(15)블록이 상하로 움직임에 따라 함께 동작하게 된다. 그리고 공구 운반체(19)의 아래쪽에 도어(5)가 설치된다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 머시닝 센터의 자동공구교환장치용 도어의 구성도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 공구 운반체(19)의 아래쪽에 설치된 링크(20a,20b)의 상단부에는 상기 공구 운반체(19)가 접촉하게 되는 부위에 방음블록 (26a,26b)이 볼트로 체결되어 있다.

이 때 상기 방음블록(26a,26b)은 표면이 금속으로 된 상기 공구 운반체(19)와 상기 링크(20a,20b)의 접촉시 발생하게 되는 소음을 방지하기 위한 것이므로, 플라스틱과 같은 재질로서 나일론이나 우레탄 등을 사용하는 것이 가장 바람직하다.

그리고, 상기 링크(20a,20b)의 일측에는 L자형 브라켓(24a,24b)이 볼트(28a, 28b,29a,29b)로 고정되어 있고, 상기 L자형 브라켓(24a,24b)에는 스프링후크(22a, 22b)가 각각 부착되어 있으며, 스프링(22)의 양측을 상기 스프링후크(22a,22b)에 걸어 각각 고정시켰다.

또한, 상기 링크(20a,20b)는 제 1 힌지블록(30a,30b) 및 제 2 힌지블록(40a, 40b)과 각각 결합되어 있는데, 제 1 베어링(32a,32b)과 제 2 베어링(42a,42b)의 내륜이 다시 제 1 힌지축(34a,34b) 및 제 2 힌지축(44a,44b)에 각각 조립되어 있기 때문이다. 상기 제 1 힌지블록(30a,30b)과 제 2 힌지블록(40a,40b)에는 회전을 원활히 하기 위해 제 1 베어링(32a,32b)과 제 2 베어링(42a,42b)이 각각 내장되어 있다. 그리고 상기 제 1 힌지축(34a,34b) 및 제 2 힌지축(44a,44b)과 상기 링크(20a, 20b)는 가운데 심을 맞추기 위해 링크(20a,20b)부에 홀가공이 되어 있고 볼트로 각각 체결되어 있다.

한편, 상기 베어링(32a,32b,42a,42b)에는 통상적으로 볼 베어링을 사용하며 상기 제 2 베어링(42a,42b) 역시 볼 베어링을 사용하여도 무방하나, 제 2 베어링 (42a,42b)은 오일리스 베어링(Oiless Bearing)을 사용하는 것이 더 바람직하다. 왜냐하면 기능상의 차이는 없으나, 크기에 있어서 상기 오일리스 베어링의 외경이 상기 볼 베어링보다 작기 때문이다.

그리고, 상기 제 1 힌지축(34a,34b) 및 제 2 힌지축(44a,44b)은 제 1 도어 암(52a,52b) 및 제 2 도어 암(54a,54b)과 로크너트(36a,36b) 및 세트 스크류(미도시)로 고정시켜 회전을 전달하게 하였다. 또한 제 1 도어 암(52a,52b) 및 제 2 도 어 암(54a,54b)은 조립이 용이하도록 도어 판(50a,50b)과 볼트로 체결되어 있다.

또한, 상기 도어 판(50a,50b)에는 도어 판(50a,50b)의 끝단에 앞·뒤면으로 길게 고무패킹(58a,58b)이 부착되어 있다. 즉, 양 도어 판(50a,50b)이 접촉하게 되는 영역에 상기 고무패킹(58a,58b)을 부착하였다. 상기 고무패킹(58a,58b)은 고무재질로 되어 있으나, 고무패킹(58a,58b) 내부에 클립 등과 같은 형식의 금속을 삽입시켜 상기 도어 판(50a,50b)의 길이에 맞춰 잘라 상기 도어 판(50a,50b)의 끝단에 용이하게 끼워넣을 수 있도록 되어 있다.

이하 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 머시닝 센터의 자동공구교환장치용 도어의 작용 효과에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명은 머시닝 센터의 자동공구교환장치에 본래 구비되어 있는 공구 운반체(19)의 상하운동을 이용하기 위하여 다음과 같은 순서에 따라 동작하게 된다.

첫째, 주축(3)의 제 2 원점으로의 이송 및 정렬(Orientation)을 마친 다음, 공구 운반체(19)의 전진에 의한 공구 장착이 이뤄진다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 도어가 장착된 머시닝 센터의 자동공구교환장치의 측면도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 주축(3)이 교환할 공구를 제 2 원점으로의 이송과 함께 정렬이 이뤄지게 되면, 이와 함께 전·후진운동을 하는 Z실린더(17)의 작용에 의해 공구 운반체(19)는 초기위치(P₁)로부터 전진하게 되어 툴 매거진(1)에 장착된 새로운 공구를 상기 공구 운반체(19)에 장착하게 된다.

둘째, 공구 운반체(19)의 하강 및 도어(5)의 개방(open) 동작이 이뤄진다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 도어가 장착된 머시닝 센터의 자동공구교환장치의 배면도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 새로운 공구가 장착된 공구 운반체(19)를 Y실린더(15)를 이용하여 그리퍼(13)로 안내한다. 즉, 공구 운반체(19)가 아래 방향으로 움직이는데, 이 때 상기 공구 운반체(19)의 전체 스트로크중 약 96mm에서 66mm 이동시까지는 링크(20a,20b)부와 아무런 접촉없이 그냥 아래로 내려온다. 그러나 나머지 30mm 이동을 하면서 공구 운반체(19)의 하단부와 링크(20a, 20b)의 상단부에 체결된 방음블록(26a,26b)과의 접촉이 이루어져 링크(20a,20b)가 제 1 힌지축(34a,34b)을 기준으로 상기 제 1 힌지축(34a,34b)과 일체로 회전하게 된다. 이와 동시에 제 1 힌지축(34a,34b)은 로크너트(36a,36b)에 의해 제 1 도어 암(52a,52b)과 체결되어 있으므로 제 1 도어 암(52a,52b)에 부착된 도어 판(50a, 50b)이 자동적으로 개방되게 된다. 즉, 도어 판(50a,50b)은 화살표 방향(A,A')으로 회전하게 된다.

링크(20a,20b)부의 반대편 힌지는 상기 링크(20a,20b)부의 회전에 의해 부가적으로 회전된다. 즉, 링크(20a,20b)의 회전으로 제 1 힌지축(34a,34b)이 회전하면 제 1 도어 암(52a,52b)이 회전하게 되고, 이로 인해 도어 판(50a,50b)이 회전하게 됨으로써 결국 도어(5)가 열리게 된다. 따라서, 상기 도어 판(50a,50b)과 결합된 제 2 도어 암(54a,54b)도 회전하게 되며, 결국 제 2 도어 암(54a,54b)과 연결된 제 2 힌지축(44a,44b)이 회전하게 되는 것이다. 여기서 제 2 도어 암(54a,54b)과 제 2 힌지축(44a,44b)은 도어(5)의 회전을 보다 원할하게 지원하는 역할을 한다. 왜냐하면 도어 판(50a,50b)의 양 끝(제 1 힌지축, 제 2 힌지축)에서 지지하여 회전하는 것이 보다 안정적이기 때문이다.

셋째, 주축(3)이 제 3 원점으로 이동한다.

공구 운반체(19)의 하향 이송으로 툴 매거진(1)에 있던 새로운 공구를 그리퍼(13)로 안내함과 동시에 도어(5)가 열리게 된다. 이 때 정렬작업을 마치고 제 2 원점에 있던 주축(3)이 하측의 그리퍼(13) 위치로 이동하여 공구를 장착한 후, 상기 공구를 분리시키는 동작(unclamp)을 시행하게 된다.

넷째, 공구 교환작업을 수행한다.

교환할 공구들이 그리퍼(13)에 장착 완료되고 주축(3)의 공구 분리동작이 완료되면, 정해진 캠곡선을 따라 공구 교환작업을 수행하게 된다.

다섯째, 주축(3)의 작업공간으로의 이동 및 도어(5)의 폐쇄(close) 동작이 이뤄진다.

공구 교환작업이 종료된 후에는 교환된 공구를 주축(3)에서 고정시켜(clamp) 작업공간으로 이송하고, 공구 운반체(19)로 교환된 공구는 Y실린더(15)에 의한 상향이송 및 Z실린더(17)에 의한 후진이송으로 툴 매거진(1)에 공구를 장착하게 된다. 이 때 공구 운반체(19)의 상향이송에 의해 도어(5)는 스프링(22)의 복원력에 따라 초기위치로 되돌아오게 된다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 머시닝 센터의 자동공구교환장치용 도어가 닫혔을 때의 상태를 나타내는 사시도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 도어(5)가 개방되었을 때 스프링(22)에 발생된 복원력이 작용하여 공구 운반체(19)가 다시 위쪽으로 이동하게 되었을 때 링크(20a,20b)가 처음 위치로 복원된다. 이에 따라 제 1 힌지축(34a,34b)이 회전하고 상호 연결된 제 1 도어 암(52a,52b)과 도어 판(50a, 50b)이 차례로 힘을 받아 회전하게 되면서 도어(5)가 닫히게 된다. 또한 상기 도어 판(50a,50b)에 의해 서로 연결되어 있던 제 2 도어 암(54a,54b)과 제 2 힌지축 (44a,44b)도 회전하게 되는 것이다.

이 때 본 발명에서는 스프링후크(22a,22b)에 탭을 형성시켜 상기 스프링후크 (22a,22b)로 스프링(22)의 인장력을 조정할 수 있도록 하였다.

그리고, 도어(5)의 초기 위치로의 복원시, 즉 도어(5)가 닫힐 때 양 도어 판(50a,50b)의 충돌에 의한 소음 방지 및 기타 스토퍼, 밀폐 기능을 위하여 상기 양 도어 판(50a,50b)이 상호 접촉하게 되는 영역에 고무패킹(58a,58b)이 부착되어 있다.

이상에서 상술한 바와 같이 머시닝 센터의 자동공구교환장치용 도어에 의하면, 본 발명은 링크, 제 1 힌지축, 제 1 힌지블록, 회전식 도어를 부착하기 위한 제 1 도어 암, 제 2 도어 암 그리고 도어 판 및 그 외 동작하지 않는 부분의 밀폐를 위한 도어 본체로 구성되어, 머시닝 센터의 자동공구교환장치에 기 구성된 공구 운반체의 상하 운동을 이용할 수가 있게 되는 것이다.

따라서, 추가 구동장치의 작동 대기시간 및 추가 동작시간을 배제함으로써 비절삭시간을 단축시켜 가공생산성을 향상시키는 효과가 있다.

그리고, 도어를 개폐시키기 위한 별도의 실린더 설치공간을 마련할 필요가 없는 잇점이 있으며, 이로 인해 비용도 아울러 절감하는 효과를 갖게 된다.

또한, 링크의 상단부에 중간 매개물로서 방음블록을 더 부착시킴으로써 링크의 상단부와 공구 운반체의 하단부의 접촉시 발생하게 되는 소음을 줄일 수가 있다.

아울러, 한 쌍의 도어 판에 고무패킹을 부착시켜 상기 도어 판이 열리고 닫힐 때 발생하게 되는 소음 및 기타 스토퍼나 밀폐 기능을 수행하는 효과를 가질 수가 있다.

비록, 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정과 변형이 가능할 것이다. 따라서 첨부된 청구의 범위는 본 발명의 진정한 범위 내에 속하는 그러한 수정 및 변형을 포함할 것이라고 여겨진다.

Claims (3)

1. Y실린더(15)에 의해 상하로 구동되는 공구 운반체(19);

   상기 공구 운반체(19)와 연결되어 상기 공구 운반체(19)가 상하 이동함에 따라 동작되며, 스프링(22)의 양측을 고정시키는 스프링후크(22a,22b)가 일측에 각각 부착되어 있는 링크(20a,20b);

   상기 링크(20a,20b)의 타측에 각각 체결되어 있는 제 1 힌지축(34a,34b)과 결합하는 제 1 힌지블록(30a,30b)과,

   상기 링크(20a,20b)부의 타측에 위치하고, 제 2 힌지축(44a,44b)과 결합하는 제 2 힌지블록(40a,40b); 및

   상기 제 1 힌지블록(30a,30b)과는 상기 제 1 힌지축(34a,34b)과 체결된 제 1 도어 암(52a,52b)에 의해 연결되고, 제 2 힌지블록(40a,40b)과는 제 2 힌지축(44a, 44b)과 체결된 제 2 도어 암(54a,54b)에 의해 각각 연결되며, 도어 본체(56)에 회동가능하게 연결되어 있는 도어 판(50a,50b)을 포함하는 것을 특징으로 하는 머시닝 센터의 자동공구교환장치용 도어.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 링크(20a,20b)의 상단에는 플라스틱 재질의 방음블록(26a,26b)이 더 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 머시닝 센터의 자동공구교환장치용 도어.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 도어 판(50a,50b)이 닫힌 상태에서 상호 접하는 영역에는 고무패킹 (58a,58b)이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 머시닝 센터의 자동공구교환장치용 도어.

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