KR100968575B1 - 머시닝센터의 자동 공구교환장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 머시닝센터의 자동 공구교환장치에 관한 것으로, 다축 스핀들로 구성된 머시닝센터의 공구 교환 시, 다축 스핀들이 최적의 작업교차점으로 이동함과 동시에 양측이 개방된 매거진이 수평방향으로 이동함으로써 신속하게 공구의 교체가 이루어지도록 하며, 자동화 장치의 설치가 가능할 뿐만 아니라 지그 상에 공작물을 투입 및 인출할 때 방해가 되지 않는 특징이 있다.

본 발명은 크게 네 부분으로 구성되는바, 본체(11)와 베이스(15), 인덱스 테이블(12), 주축(13) 및 다축 스핀들(14)로 구성된 머시닝센터(10)와; 상기 머시닝 센터(10)의 전측에 '┏┓' 형태로 입설되는 프레임(20)과; 상기 프레임(20)의 상단에 설치되어 실린더(31)에 의해 매거진(40)을 수평방향으로 이동시킬 수 있도록 구성된 이송부(30)와; 상기 이송부(30)와 직교하도록 연결구(41)를 통해 설치되되, 공구수납홈(40a)이 배열된 각열이 개방된 형태 설치된 매거진(40)으로 구성되어, 다축 스핀들(14)이 매거진(40)의 높이까지 상승하면 그와 동시에 매거진(40)이 수평방향으로 이동함으로써 신속한 공구교환이 이루어지도록 하는 대략적인 구성을 갖는다.

상기와 같이 구성된 본 발명은, 주축에 의해 작동되는 다축 스핀들의 공구를 교체할 시점이 되면, 다축 스핀들이 매거진 높이 만큼 상승함과 동시에 매거진이 수평방향으로 이동함으로써 다축 스핀들과 매거진이 최적의 작업교차점에서 신속하게 공구교체를 할 수 있도록 한 효과가 있다.

또한, 매거진의 대기위치가 인덱스 테이블의 상측이 아닌 일측에서 대기할 수 있도록 브리지 형태로 프레임을 형성함으로써 자동화 장치의 설치 시 상호 간섭을 발생하지 않을 뿐만 아니라, 가공물을 지그 상에 올리거나 내릴 때에도 공구 자동교환 장치와 간섭이 발생하지 않는 또 다른 효과가 있다.

또한, 매거진에 형성된 공구 수납홈에 리미트 스위치를 형성함으로써 공구의 교환 시 공구 수납홈 내에 공구의 유무를 확인하여 충돌로 인한 공구교환장치의 파손을 사전에 방지할 뿐만 아니라 공구의 정확한 교체가 이루어지도록 한 효과가 있다.

자동 공구교환장치(ATC), 머시닝센터, 스핀들, 공구교환, 매거진, 인덱스 테이블

Description

머시닝센터의 자동 공구교환장치 { automatic tool changer of machining center }

본 발명은 머시닝 센터의 자동 공구교환장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게 설명하면, 다축 스핀들로 구성된 머시닝센터의 공구 교환 시, 다축 스핀들이 최적의 작업교차점으로 이동함과 동시에 양측이 개방된 매거진이 수평방향으로 이동함으로써 신속하게 공구의 교체가 이루어지도록 하며, 자동화 장치의 설치가 가능할 뿐만 아니라 지그 상에 공작물을 투입 및 인출할 때 방해가 되지 않는 머시닝 센터의 자동 공구교환장치에 관한 것이다.

일반적으로, 머시닝 센터(machining center)라 함은, 본체와 다수개의 공구를 절삭조건에 맞게 자동으로 바꾸어 주는 자동 공구교환장치(automatic tool changer:ATC) 및 NC장치로 되어 있으며, 단 한 번의 세팅으로 다공정 가공이 가능하므로 다품종 소량부품의 가공공정 자동화에 주로 많이 사용된다.

종래 머시닝 센터 등의 공작기계에 있어서, 가공 프로그램에 따라 공구 매거진에 수납된 공구를 교환하면서 연속적으로 공작물의 가공을 실행하는 것이 이미 여러 가지 형태로 알려져 있다.

이러한 공작기계의 일 예로서는, 공구매거진을 작업대와 이격된 일측 끝단에 작업대와 동일한 높이로 설치하여, 공구교환시에는 주축헤드가 공구매거진이 위치한 일측 끝단까지 이동하도록 되어 있다.

상기 공구매거진에는 치수와 형상이 상이한 탭, 드릴 및 리머 등 각종 공구가 수납되어 있으며, 공구교환타이밍으로 되면, 공구매거진의 빈 곳에 공구를 먼저 반납하고, 교체될 공구를 인덱스한 후, 주축헤드에 인덱스된 공구를 교체 삽입함으로써 공구를 자동으로 교체하였다.

상기와 같이 공구가 교체된 이후에는 다시 작업대로 주축헤드가 이송되어 작업이 이루어지도록 구성되는바, 이는 현 공정으로부터 다음 공정에서의 이행에 시간을 대단히 많이 요함은 물론, 공구 교체지연으로 인한 전체 가공효율을 저하시키는 문제점을 내포하고 있었다.

상기와 같은 문제점들을 해소하기 위해 본 출원인이 출원하여 등록받은 특허 제819434호를 살펴보면, 지그의 상부에 피가공물을 재치 고정한 후, 본체의 상부에 설치된 주축을 회전시켜 다축 스핀들이 회전되도록 하며, 다축 스핀들의 끝단에 형성된 공구를 통해 피가공물을 가공하도록 구성된다.

피가공물의 가공 중 공구를 교체하여 가공할 경우에는 다축 스핀들이 상승함과 동시에 자동 공구교환장치가 수평방향으로 이동하여 공구가 교체될 수 있도록 구성된다.

다시 말해, 다축 스핀들이 작업을 진행하다가 공구의 교환 시점이 되면, 다축 스핀들은 상승하게 되는바, 자동 공구교환장치의 높이보다 높이 상승하면, 자동 공구교환장치가 수평방향으로 이동하게 되고, 이후 스핀들이 하강하여 비어 있는 공구수납홈에 교체되어야 할 공구를 먼저 반납하고, 이후, 장착되어야 할 공구를 다축 스핀들에 장착하게 된다.

위와 같이 공구 교체가 완료되면, 스핀들이 상승한 후, 자동 공구교환장치가 수평으로 이동하여 대기위치로 이송되며, 다축 스핀들이 하강함으로써 작업이 이어서 진행되도록 구성된다.

상기와 같은 종래의 자동 공구교환장치는 이전의 공구교환장치보다 교체속도가 월등히 앞선 것은 분명한 사실이지만, 그 작동과정을 면밀히 살펴보면 불필요한 공구교체시간이 존재하는바, 자동 공구교환장치가 스핀들 쪽으로 진입할 시에는 스핀들이 자동 공구교환장치보다 높게 상승했다가 다시 하강해야 함은 물론, 공구가 교체된 후에도 스핀들이 자동 공구교환장치보다 높게 상승한 후 하강함으로써 시간손실이 발생하는 문제점이 있었다.

또한, 자동 공구교환장치의 대기위치가 인덱스 테이블의 상부에 설치되어 있으므로 해서 지그 상에 가공물을 공급하거나 배출할 시 간섭이 발생할 뿐만 아니라, 자동화장치의 설치가 불가능한 또 다른 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로, 본 발명은 크게 네 부분으로 구성되는바, 본체(11)와 베이스(15), 인덱스 테이블(12), 주축(13) 및 다축 스핀들(14)로 구성된 머시닝센터(10)와; 상기 머시닝 센터(10)의 전측에 '┏┓' 형태로 입설되는 프레임(20)과; 상기 프레임(20)의 상단에 설치되어 실린더(31)에 의해 매거진(40)을 수평방향으로 이동시킬 수 있도록 구성된 이송부(30)와; 상기 이송부(30)와 직교하도록 연결구(41)를 통해 설치되되, 공구수납홈(40a)이 배열된 각열이 개방된 형태 설치된 매거진(40)으로 구성되어, 다축 스핀들(14)이 매거진(40)의 높이까지 상승하면 그와 동시에 매거진(40)이 수평방향으로 이동함으로써 신속한 공구교환이 이루어지도록 하는 대략적인 구성을 갖는다.

상기와 같이 구성된 본 발명은, 주축에 의해 작동되는 다축 스핀들의 공구를 교체할 시점이 되면, 다축 스핀들이 매거진 높이 만큼 상승함과 동시에 매거진이 수평방향으로 이동함으로써 다축 스핀들과 매거진이 최적의 작업교차점에서 신속하게 공구교체를 할 수 있도록 한 효과가 있다.

또한, 매거진의 대기위치가 인덱스 테이블의 상측이 아닌 일측에서 대기할 수 있도록 브리지 형태로 프레임을 형성함으로써 자동화 장치의 설치 시 상호 간섭을 발생하지 않을 뿐만 아니라, 가공물을 지그 상에 올리거나 내릴 때에도 공구 자동교환 장치와 간섭이 발생하지 않는 또 다른 효과가 있다.

또한, 매거진에 형성된 공구 수납홈에 리미트 스위치를 형성함으로써 공구의 교환 시 공구 수납홈 내에 공구의 유무를 확인하여 충돌로 인한 공구교환장치의 파손을 사전에 방지할 뿐만 아니라 공구의 정확한 교체가 이루어지도록 한 효과가 있다.

본 발명은 머시닝 센터의 자동 공구교환장치에 관한 것으로, 다축 스핀들로 구성된 머시닝센터의 공구 교환 시, 다축 스핀들이 최적의 작업교차점으로 이동함과 동시에 양측이 개방된 매거진이 수평방향으로 이동함으로써 신속하게 공구의 교체가 이루어지도록 하며, 자동화 장치의 설치가 가능할 뿐만 아니라 지그 상에 공작물을 투입 및 인출할 때 방해가 되지 않는 특징이 있다.

이하 본 발명의 실시 예를 예시도면을 통해 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 측면도를 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명의 평면도를 나타낸 것이며, 도 3a는 본 발명의 매거진이 공구 교체를 위해 수평으로 이동중임을 도 시한 평면도이고, 도 3b는 본 발명의 매거진이 공구 교체 후 수평으로 원위치로 복귀중임을 도시한 평면도이며, 도 4는 공구 교체 중임을 도시한 측면도이고, 도 5는 본 발명 매거진의 상세 평면도를 나타낸 것으로, 도시한 바와 같이, 머시닝 센터(10)의 베이스(15) 일측에 설치되는 자동 공구교환장치는 프레임(20)에 의해 브리지 형태로 설치되며, 프레임(20)의 상단으로는 실린더(31)에 의해 수평으로 작동되는 이송부(30)가 설치되고, 프레임(20)의 상단에 직교하도록 매거진(40)이 일체로 결합된 구성을 갖는다.

우선, 머시닝센터(10)의 구성을 살펴보면, 통상 사용되는 머시닝센터(10)로 구성되되, 주축(13)과 타임벨트로 연결된 다축 스핀들(14)에 의해 한번에 여러 공정을 수행할 수 있도록 구성되며, 본 발명에서는 두 개의 스핀들을 통해 작업이 이루어지는 일 예를 기준으로 상세히 설명하지만, 스핀들의 개수는 본 발명의 이해를 돕기 위함일 뿐이고, 하나 이상의 스핀들을 사용하는 머시닝센터(10)에 공히 적용 가능함을 먼저 밝혀둔다.

머시닝센터(10)는 본체(11)와, 본체(11)의 바닥에 설치되는 베이스(15)와, 베이스(14)의 상부에 설치되는 인덱스 테이블(12)과, 본체(11)에 설치되는 주축(13) 및 주축(13)과 타임벨트로 연결된 다축 스핀들(14)로 구성된다.

한편, 상기 머시닝센터(10)의 전측에 설치되어 자동 공구교환장치(ATC)가 설치되도록 하는 프레임(20)의 구성을 살펴보면, 머시닝센터(10)의 전측에 ' ┏┓' 형태의 브리지 형태로 설치되어 인덱스 테이블(12)에 가공물을 공급하거나 배출할 시 자동 공구교환장치와 간섭이 발생하지 않도록 하며, 자동화 장치의 설치가 가능하도록 구성된다.

한편, 상기 프레임(20)의 상부에 설치되는 이송부(30)의 구성을 살펴보면, 프레임(20)의 상부에 실린더(31)를 수평방향으로 설치하며, 그 상·하부에는 각각 이송레일(32)을 형성하여 후술하는 매거진(40)의 안착홈(43)과 결합되어 이송레일(32)을 따라 매거진(40)이 수평으로 이송될 수 있도록 구성된다.

또한, 상기 이송부(30)와 결합되는 매거진(40)의 구성을 살펴보면, 다수의 홈이 형성된 직육면체 형태로 형성되어 연결구(41) 상에 설치되되, 연결구(41)의 배면으로는 상기 이송부(30)의 이송레일(32)과 결합되도록 수평방향으로 안착홈(43)이 2열 배열된 구성을 갖는다.

상기 매거진(40)에는 공구수납홈(40a)이 연속적으로 배열·형성되어있는바, 반원형 홈 형태의 단위 공구수납홈(40a)이 평행한 형태로 연속 배열되어 있는 구성을 갖는다.

상기 단위 공구수납홈(40a)의 양측으로는 결착구(42)가 구비되어 있는바, 이는 원통 형태의 하우징(44) 내측 양단으로 콘 형태의 습동구(45)가 상호대응되는 형태로 내재되되, 습동구(45)의 후방이 서로 마주보는 형태로 내재되며, 습동구(45)의 후방으로는 스프링(46)이 삽설되어 습동구(45)가 스프링(46)에 의해 좌우 로 습동될 수 있도록 구성된다.

다시 말해, 통상적으로 사용되는 공구에는 그 외주면을 따라서 요홈(1a)이 구비되어 있는바, 그 요홈(1a)을 통해 자동 공구교환장치(ATC)에 거치시킬 수 있도록 구성되며, 마찬가지로 본 발명에 있어서도 공구수납홈(40a)에 형성된 습동구(45)에 요홈(1a)이 결착됨으로써 공구가 자동 공구교환장치에 거치될 수 있도록 구성된다.

이를 상세히 살펴보면, 공구(1)를 보관하기 위해 공구(1)가 공구수납홈(40a)에 진입하게 되면, 공구수납홈(40a)의 양측에 구비된 결착구(42)의 습동구(45)가 후퇴하면서 요홈(1a)과 맞접하게 되며, 공구(1)가 결착구(42)에 의해 공구수납홈(40a)에 완전히 거치되면, 스프링(46)의 탄성력에 의해 습동구(45)가 지속적으로 전진하는 힘이 발생하여 공구(1)가 공구수납홈(40a)에 안정적으로 거치될 수 있도록 구성된다.

이와는 반대로 공구(1)를 인출할 경우에는 다축 스핀들(14)이 보관중인 공구(1)와 체결되면, 습동구(45)가 요홈(1a)으로부터 분리되게 되며, 습동구(45)는 스프링(46)에 의해 전진하여 대기위치로 이송되는 구성을 갖는다.

상기 습동구(45)의 내부에 설치되는 스프링(46)은 장기간 사용시 압축에 따른 변형발생의 우려가 있어 통상적으로 사용되는 가이드핀(47)을 부가·삽설하는 등의 변형실시는 본 발명의 권리범위에 당연히 속하는 것이라 할 것이다.

또한, 상기 공구수납홈(40a)의 고정틀(48) 부분에 리미트 스위치(49)를 부설하도록 하는바, 이는 통상적으로 사용되는 리미트 스위치를 적용하여 공구(1)의 교체 시, 먼저 공구(1)를 반납할 시 빈 공구수납홈(40a)이 아닌 공구(1)가 있는 공구수납홈(40a)에는 진입하거나 습동구(45)에 요홈(1a)이 완전히 결착되지 않았을 때에 작업자에게 알려 공구(1)의 파손 및 기계의 오작동을 방지하도록 하는 구성을 갖는다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 조립 및 설치과정을 살펴보면, 우선 본체(11)와 베이스(15), 인덱스 테이블(12), 주축(13) 및 다축 스핀들(14)로 구성된 머시닝센터(10)를 설치한 다음, 상기 머시닝센터(10)의 베이스(15) 일측에 자동 공구교환장치(ATC)를 설치한다.

자동 공구교환장치(ATC)의 조립 및 설치를 상세히 살펴보면, 먼저 베이스(15)의 전면에 프레임(20)을 설치한 후, 그 상부 수평방향으로 2열의 이송레일(32)을 형성시키고, 이송레일(32) 사이에 실린더(31)를 평행하게 설치한다.

그런 다음, 상기 이송부(30)의 상부에 수평방향으로 직교하도록 연결구(41)를 이용하여 매거진(40)을 설치하되, 매거진(40)에는 다수개의 공구수납홈(40a)이 평행한 형태로 형성하고, 공구수납홈(40a)의 양측으로는 결착구(42)를 설치함과 동시에 리미트 스위치(49)를 부착시켜 설치를 완료한다.

상기와 같이 설치된 본 발명의 작동과정을 살펴보면, 우선 인덱스 테이 블(12)에 형성된 지그의 상부에 피가공물을 재치 고정한 후, 본체(11)의 상부에 설치된 주축(13)을 회전시켜 다축 스핀들(14)이 회전하도록 하며, 다축 스핀들(14)의 끝단에 형성된 공구(1)를 통해 피가공물을 가공하도록 구성된다.

인덱스 테이블(12)은 180°회전이 가능하도록 설치되며, 인덱스 테이블(12)의 정면부에는 별도의 자동화장치를 설치함으로써 피가공물의 공급 및 배출을 돕도록 하는 구성을 갖는다.

피가공물의 가공 중 공구(1)를 교체하여 가공할 경우에는 다축 스핀들(14)이 매거진(40)의 높이까지 상승하도록 하며, 그와 동시에 자동 공구교환장치가 수평방향으로 이동하여 공구(1)의 교체가 이루어질 수 있도록 구성된다.

다시 말해, 다축 스핀들(14)이 피가공물의 가공 작업을 진행하다가 공구(1)의 교환 시점이 되면, 다축 스핀들(14)은 그 위치에서 상승함과 동시에 자동 공구교환장치는 다축 스핀들(14)이 위치한 지점까지 수평방향으로 이동하여 공구(1)의 교체가 이루어지도록 함으로써 공구(1)의 교체속도가 신속하게 이루어지도록 작동된다.

공구의 교체과정은, 통상의 자동 공구교환장치(ATC)에서와 같이 비어있는 공구수납홈(40a)에 교체되어야 할 공구(1)를 먼저 반납하고, 이후, 장착되어야 할 공구(1)를 다축 스핀들(14)에 장착하게 되며, 공구(1) 교체가 완료되면, 자동 공구교환장치는 다시 수평으로 이동하여 대기위치로 이송되며, 다축 스핀들(14)은 하강하여 작업을 계속 진행하도록 구성된다.

상기와 같은 과정을 반복함으로써 공구(1)가 자동으로 교체되면서 가공작업 이 신속하게 진행되는 작동과정을 갖는다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 있어서, 다축 스핀들이 2축으로 표현되어 있으나, 이는 일 예로 설명한 것일 뿐이고, 작업 조건에 맞게 하나 이상의 스핀들로 이루어진 형태로도 변형실시가 가능하며, 마찬가지로 공구수납홈의 개수 또한 스핀들의 개수에 맞도록 변형하여 실시 가능한바, 이러한 구성은 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 용이하게 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변형실시는 본 발명의 권리범위 내에 속하는 것이 자명한 사실이라 할 것이다.

도 1은 본 발명의 측면도

도 2는 본 발명의 평면도

도 3a는 본 발명의 매거진이 공구 교체를 위해 수평으로 이동중임을 도시한 평면도

도 3b는 본 발명의 매거진이 공구 교체 후 수평으로 원위치로 복귀중임을 도시한 평면도

도 4는 공구 교체 중임을 도시한 측면도

도 5는 본 발명 매거진의 상세 평면도

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]

1 : 공구 1a : 요홈

10 : 머시닝센터 11 : 본체

12 : 인덱스 테이블 13 : 주축

14 : 다축 스핀들 15 : 베이스

20 : 프레임 30 : 이송부

31 : 실린더 32 : 이송레일

33 : 접속부 40 : 매거진

40a : 공구수납홈 41: 연결구

42 : 결착구 43 : 안착홈

44 : 하우징 45 : 습동구

46 : 스프링 47 : 가이드핀

48 : 고정틀 49 : 리미트 스위치

Claims (3)

1. 삭제
2. 본체(11)와 베이스(15), 인덱스 테이블(12), 주축(13) 및 다축 스핀들(14)로 구성된 머시닝센터(10)의 자동 공구교환장치에 있어서,

   상기 머시닝 센터(10)의 전측에 '┏┓' 형태로 설치되는 프레임(20)과;

   상기 프레임(20)의 상부 일측에 설치된 실린더(31)와, 실린더(31)의 상·하부에 설치된 이송레일(32)로 구성되어, 실린더 로드가 좌우로 이동되어짐에 따라 매거진(40)을 수평으로 이송시킬 수 있도록 구성된 이송부(30)와;

   상기 이송부(30)와 직교하도록 연결구(41)를 통해 설치되되, 공구수납홈(40a)이 배열된 각열이 개방된 형태 설치된 매거진(40)으로 구성되어, 다축 스핀들(14)이 매거진(40)의 높이까지 상승하면 그와 동시에 매거진(40)이 수평방향으로 이동함으로써 신속한 공구교환이 이루어지도록 함을 특징으로 하는 머시닝센터의 자동 공구교환장치.
3. 삭제

Images