KR100898699B1 - Change arm driving structure of the automatic tool changer - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동공구교환장치의 메거진에 수납된 공구와 공작기계의 스핀들에 장착된 공구를 교환하는 체인지 암의 구동구조에 관한 것으로, 직선 이송용 서보모터에 의하여 작동하는 볼 스크류와, 볼 스크류의 너트와 결합되어 직선이송을 안내하는 LM가이드와, 너트에 일단이 고정되고 타단은 체인지 암이 회전가능한 상태로 결합된 LM샤프트에 의하여 체인지 암을 직선이송할 수 있게 하고, 회전운동용 서보모터의 출력축과 결합된 볼 스플라인에 결합된 체인지 암이 직선이송가능한 상태로 회동가능하게 결합된 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a drive structure of a change arm for exchanging a tool housed in a magazine of an automatic tool changer and a tool mounted on a spindle of a machine tool. The present invention relates to a ball screw and a ball screw operated by a linear motor. LM guide coupled with the nut to guide the linear transfer, and the other end is fixed to the nut and the other end enables the transfer arm to be transferred linearly by the LM shaft coupled with the change arm rotatable. The change arm coupled to the ball spline coupled to the output shaft is rotatably coupled in a state capable of linear transfer.

자동공구교환장치, 체인지 암, 볼 스크류, 볼 스플라인, 서보모터 Automatic Tool Changer, Change Arm, Ball Screw, Ball Spline, Servo Motor

Description

자동공구교환장치의 체인지 암 구동구조{Change arm driving structure of the automatic tool changer}Change arm driving structure of the automatic tool changer

본 발명은 NC공작기계에 적용되는 자동공구교환장치(ATC)의 체인지 암에 관한 것이다.The present invention relates to a change arm of an automatic tool changer (ATC) applied to an NC machine tool.

통상적인 NC공작기계에서는 자동화를 위하여 공작기계의 스핀들에 장착된 공구와 새로운 공구를 교환하는 작업에 자동공구교환장치를 채택하고 있다.Conventional NC machine tools employ an automatic tool changer to exchange new tools with tools mounted on the machine tool spindle for automation.

자동공구교환장치는 툴포트에 수용된 공구를 수납하는 메거진과, 스핀들과 메거진 사이에서 공구를 탈착하거나 장착하여 교환하는 체인지 암으로 구성되어 있다.The automatic tool changer is composed of a magazine for accommodating a tool accommodated in a tool port, and a change arm for dismounting or mounting a tool between the spindle and the magazine.

메거진은 수납된 공구 중 선택된 공구를 공구교환위치로 이동시키고, 이동된 공구를 실린더 등으로 밀어내어 공구클램핑 위치에 도달시키면 체인지 암은 공구를 클램핑하여 스핀들에 장착하거나 역순으로 스핀들에 장착된 공구를 탈거하여 메거진에 수납될 수 있게 구성되어 있다.The magazine moves the selected tool among the stored tools to the tool change position, pushes the moved tool to the cylinder, etc. to reach the tool clamping position, and the change arm clamps the tool to the spindle or reverses the tool mounted on the spindle. It is configured to be removed and stored in a magazine.

체인지 암은 공구를 클램핑할 수 있는 암이 클램핑한 공구를 탈착하거나 장착할 수 있도록 직선왕복이송과 선회동작을 할 수 있도록 구성되어 있으며, 체인지 암이 교환하는 공구는 공구를 수용하는 툴포트를 포함하여 대단히 무거운 경우가 많아 체인지 암을 구동하는 기구는 대단히 견고한 구조로 구성되어 있다.The change arm is configured to allow straight reciprocating and swinging movement of the arm that can clamp the tool to remove or mount the clamped tool, and the change arm includes a tool port for receiving the tool. In many cases, the mechanism for driving the change arm is very heavy.

종래 통상적인 체인지 암은 기어드모터의 출력단에 동축적으로 결합된 캠팔로워와 로드캠에 의하여 기어드모터의 출력을 직선운동과 회전운동으로 변환시켜 공구를 교환할 수 있게 구성하였으나, 동력전달기구의 백래쉬로 체인지 암의 흔들림 또는 정지위치에 차이가 발생하고 회전운동을 직선운동으로 변환하는 캠과 링크에 의하여 충격과 소음이 발생한다는 문제점이 있었으므로 이를 해결하기 위하여 KR등록특허 제655309호(2006.12.01 등록)에서는 도 1과 같이 체인지 암(100)의 동작을 서보제어를 통하여 구간별로 속도제어를 할 수 있도록 구성하여 체인지 암의 안정된 동작과 충격을 줄여 내구성을 향상시킬 수 있도록 한 구간별 속도제어가 가능한 자동공구교환장치를 제안한바 있었다.Conventionally, the change arm is configured to convert the output of the geared motor into linear and rotational movements by means of a cam follower and a rod cam coaxially coupled to the output end of the geared motor, so that tools can be exchanged, but the backlash of the power transmission mechanism To solve this problem, there was a problem in that the change or the stop position of the low change arm occurred and the cam and the link converting the rotary motion into a linear motion. Thus, KR Patent No. 655309 (2006.12.01) In the registration), as shown in FIG. A possible automatic tool changer was proposed.

그러나 상기와 같은 구성은 서보모터를 이용하여 구간별로 속도제어를 할 수 있게 하였으나 체인지 암의 직선이송과 선회동작을 위한 로드캠이나 캠팔로워의 작동에 수반되는 구성의 복잡함이나 동력전달기구의 백래쉬를 해결하지 못하였고, 체인지 암의 회전운동과 직선이송운동이 동시에 발생함에 따라 공구교환타이밍이나 위치조절에 여유가 없어 공구교환시간을 단축하기 어렵다는 문제점이 있었다.However, the above configuration enables speed control for each section by using the servo motor, but the complexity of the configuration or the backlash of the power transmission mechanism that accompanies the operation of the load cam or cam follower for the linear movement of the change arm and the turning operation is achieved. It was not solved, and there was a problem that it was difficult to shorten the tool change time because there was no room for tool change timing or position adjustment as the rotation arm and the linear feed motion of the change arm occurred at the same time.

본 발명은 체인지 암의 직선이송기구와 선회동작을 위한 구동기구를 분리하고 단순화하여 제작비용을 절감할 수 있게 하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to reduce the manufacturing cost by separating and simplifying the linear transfer mechanism of the change arm and the drive mechanism for the swing operation.

본 발명의 또 다른 목적은 모터의 회전운동을 직선왕복운동으로 전환하기 위하여 캠이나 링크의 사용을 배제하여 진동이나 소음의 발생을 억제하고 공구교환시간을 단축할 수 있게 하는 것이다.Still another object of the present invention is to eliminate the use of a cam or a link to convert the rotational movement of the motor into a linear reciprocating motion to suppress the occurrence of vibration or noise and to shorten the tool change time.

본 발명의 또 다른 목적은 체인지 암의 직선이송기구와 선회동작을 위한 기구를 각각 독립적으로 서보제어하여 교환되는 공구와 설치되는 공작기계의 종류에 따라 적절하게 속도를 제어할 수 있게 하는 것이다.It is still another object of the present invention to independently control the linear transfer mechanism of the change arm and the mechanism for turning operation independently so as to control the speed appropriately according to the type of the tool to be replaced and the installed machine tool.

본 발명의 또 다른 목적은 체인지 암의 구동장치를 수용하는 프레임의 크기를 대폭 줄일 수 있게 하여 배치를 자유롭게 하는 것이다.Another object of the present invention is to freely arrange the frame by greatly reducing the size of the frame accommodating the drive mechanism of the change arm.

본 발명은 체인지 암의 직선이송기구와 선회동작을 위한 구동기구를 각각 분리된 서보모터로 독립적으로 구동할 수 있게 구성한다.The present invention is configured to independently drive the linear transfer mechanism of the change arm and the drive mechanism for the swing operation with separate servo motors.

체인지 암의 직선이송기구는 독립적으로 제어되는 서보모터와, 서보모터의 회전력을 전달하는 타이밍벨트와, 타이밍벨트에 의하여 회전하는 볼 스크류에 의하여 LM가이드를 따라 체인지 암이 직선왕복운동을 할 수 있도록 구성하고, 체인지 암의 선회동작은 독립된 서보모터의 회전을 감속기를 통하여 볼 스플라인에 직결시 켜 볼 스플라인에 결합된 체인지 암이 선회할 수 있게 구성하고, LM가이드에 구비된 LM샤프트가 체인지 암을 볼 스플라인을 따라 왕복동 직선운동을 할 수 있게 구성하며, 체인지 암의 직선이송과 선회동작을 위한 서보모터는 제어장치에 의하여 연동되게 구성한다.The linear transfer mechanism of the change arm is a servo motor that is independently controlled, a timing belt that transmits the rotational force of the servo motor, and a ball screw that rotates by the timing belt so that the change arm can perform a linear reciprocating motion along the LM guide. The rotation of the change arm is such that the rotation of the independent servo motor is directly connected to the ball spline through the reducer so that the change arm coupled to the ball spline can turn, and the LM shaft provided in the LM guide It is configured to reciprocate linear movement along the ball spline, and the servo motor for linear movement and turning motion of the change arm is interlocked by the control device.

본 발명은 체인지 암의 구동에 있어서 직선이송과 회전운동이 각각 독립적으로 구동가능하여 스핀들이나 메거진으로부터 공구를 탈·장착하는데 타이밍이나 위치에 대하여 보다 자유로울 수 있어 공구교환시간의 단축이 용이하고, 구성이 단순하여 저렴한 비용으로 공급이 가능하며, 캠이나 링크의 사용을 불필요하게 하여 소음이나 진동발생원이 없으며, 체인지 암 구동기구를 수납하는 프레임의 크기를 대폭 소형화할 수 있으므로 설치를 자유롭게 하는 등 다양한 효과가 있다.In the present invention, the linear movement and the rotational movement of the change arm can be driven independently, so that the tool can be freed with respect to timing and position to detach and mount the tool from the spindle or the magazine. It is simple and can be supplied at low cost, and there is no source of noise or vibration by eliminating the use of cams and links, and the size of the frame that accommodates the change arm drive mechanism can be greatly reduced. There is.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명 자동공구교환장치의 체인지 암 구동구조에 대한 정면도이며, 도 3은 본 발명 자동공구교환장치의 체인지 암 구동구조의 측단면도이다.Figure 2 is a front view of the change arm drive structure of the automatic tool changer of the present invention, Figure 3 is a side cross-sectional view of the change arm drive structure of the automatic tool changer of the present invention.

본 발명의 상세한 설명에 앞서 본 발명의 요지를 불명료하게 하지 않게 하는 범위내에서 관련되는 자동공구교환장치의 메거진이나 공작기계의 스핀들에 대한 공 지된 부분에 대하여는 상세한 설명을 생략하여 본 발명의 특징적인 구성을 더욱 명확하게 하기로 한다.Prior to the detailed description of the present invention, the magazines of the automatic tool changer and the known parts of the spindle of the machine tool in relation to the scope of the present invention will not be obscured. The configuration will be made clearer.

도 2 내지 도 3에 도시한 바와 같이 본 발명 체인지 암 직선이송기구는 직선이송용 서보모터(1)와 볼 스크류(2)로 구성된다.As shown in Figs. 2 to 3, the change arm linear transfer mechanism of the present invention comprises a servo motor 1 and a ball screw 2 for linear transfer.

직선이송용 서보모터(1)와 볼 스크류(2) 사이에는 타이밍벨트(3)가 개재되어 동력을 전달하며, 볼 스크류(2)는 LM가이드(4)를 따라 슬라이딩 가능한 너트(5)와 결합되어 직선이송용 서보모터(1)의 정역회전에 따라 왕복이송이 가능하게 구성되어 있다.A timing belt (3) is interposed between the linear motor (1) and the ball screw (2) to transfer power, and the ball screw (2) is coupled with a nut (5) slidable along the LM guide (4). Therefore, the reciprocating transfer is configured in accordance with the forward and reverse rotation of the linear motor servo motor 1.

너트(5)에는 LM샤프트(6)의 일단이 고정되고, 타단은 체인지 암(7)이 볼 스플라인(8)에 의하여 선회운동을 하면서 볼 스플라인(8)을 따라 직선으로 왕복이송이 가능하게 결합된다.One end of the LM shaft 6 is fixed to the nut 5, and the other end of the LM shaft 6 is pivotally moved by the ball spline 8 so that the reciprocating transfer is possible in a straight line along the ball spline 8. do.

체인지 암(7)의 회전운동기구는 체인지 암(7)의 중심부에 결합된 볼 스플라인(8)과 회전운동용 서보모터(9)로 구성된다.The rotational motion mechanism of the change arm 7 is composed of a ball spline 8 and a rotational servomotor 9 coupled to the center of the change arm 7.

볼 스플라인(8)의 선단부에는 체인지 암(7)이 직선으로 이동할 수 있게 결합되고, 후단에는 회전운동용 서보모터(9)와 직결되며, 모터에는 회전속도를 적절하게 감속할 수 있는 감속기(10)가 일체화되어 있다.The change arm 7 is coupled to the front end of the ball spline 8 so as to be able to move in a straight line, and is directly connected to the servomotor 9 for rotational movement at the rear end thereof, and the speed reducer 10 capable of appropriately reducing the rotation speed to the motor. ) Is integrated.

또한 직선이송용 서보모터(1)와 회전운동용 서보모터(9)는 제어장치(도면미도시)에 의하여 서로 연동하여 제어되게 구성된다.In addition, the linear transfer servomotor 1 and the rotary motion servomotor 9 are configured to be controlled in conjunction with each other by a control device (not shown).

이하에서 본 발명의 작용을 설명한다.The operation of the present invention will be described below.

메거진(도면미도시)에 수납된 공구를 스핀들(도면미도시)에 장착고자 할 경 우, 체인지 암(7)은 직선으로 전진하면서 회전하여 체인지 암(7)의 양단에 구성된 어느 한쪽의 결합부(11)가 공구를 수용하는 툴포트(12)와 결합되게 한 후 체인지 암(7)은 일정거리를 후퇴하여 툴포트(12)를 메거진에서 탈거한 후 회전하여 스핀들에 툴포트(12)를 장착하며, 스핀들에 장착한 공구를 메거진에 수납고자 할 시에는 상기의 역순으로 작동한다.When the tool stored in the magazine (not shown) is to be mounted on the spindle (not shown), the change arm 7 rotates while advancing in a straight line so that either coupling part formed at both ends of the change arm 7 is rotated. After the (11) is engaged with the tool port (12) for receiving the tool, the change arm (7) retreats a certain distance, removes the tool port (12) from the magazine, and rotates it to bring the tool port (12) to the spindle. If you want to store the tool mounted on the magazine in the magazine, it works in the reverse order.

본 발명은 각종 NC공작기계에서 사용되는 다양한 형태의 자동공구교환장치에 적용이 가능하다.The present invention is applicable to various types of automatic tool changer used in various NC machine tools.

도 1은 등록특허 제655309호의 정면도1 is a front view of Patent No. 655309

도 2는 본 발명 자동공구교환장치의 체인지 암 구동구조에 대한 정면도Figure 2 is a front view of the change arm drive structure of the automatic tool changer of the present invention;

도 3은 본 발명 자동공구교환장치의 체인지 암 구동구조의 측단면도Figure 3 is a side cross-sectional view of the change arm drive structure of the automatic tool changer of the present invention.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of code for main part of drawing

1. 직선이송용 서보모터 2. 볼 스크류1. Servo motor for linear feed 2. Ball screw

3. 타이밍 벨트 4. LM가이드3. Timing Belt 4. LM Guide

5. 너트 6. LM샤프트5. Nut 6. LM shaft

7. 체인지 암 8. 볼 스플라인7. Change arm 8. Ball spline

9. 회전운동용 서보모터 10. 감속기9. Servomotor for rotary motion 10. Reducer

11. 결합부 12. 툴포트11.Join 12.Tool Port

Claims (1)

자동공구교환장치의 메거진과 공작기계의 스핀들 사이에서 공구를 자동교환하는 체인지 암에 있어서,In a change arm for automatically changing a tool between a magazine of an automatic tool changer and a spindle of a machine tool, 직선이송용 서보모터(1)에 의하여 작동하는 볼 스크류(2)와, 볼 스크류(2)의 너트(5)와 결합되어 직선이송을 안내하는 LM가이드(4)와, 너트(5)에 일단이 고정되고 타단은 체인지 암(7)이 회전가능한 상태로 결합된 LM샤프트(6)에 의하여 체인지 암(7)을 직선이송할 수 있게 하고, 회전운동용 서보모터(9)의 출력축과 결합된 볼 스플라인(8)에 장착된 체인지 암(7)이 직선이송 가능한 상태로 회동가능하게 구성된 것을 특징으로 하는 자동공구교환장치의 체인지 암 구동구조.The ball screw 2 which is operated by the linear motor servo motor 1, the LM guide 4 which is coupled to the nut 5 of the ball screw 2 and guides linear movement, The fixed and the other end enables linear transfer of the change arm 7 by the LM shaft 6 coupled with the change arm 7 rotatable, and coupled with the output shaft of the servomotor 9 for rotational movement. A change arm drive structure for an automatic tool changer, characterized in that the change arm (7) mounted on the ball spline (8) is configured to be rotatable in a state capable of linear transfer.
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