KR101124443B1 - Ｃｎｃ선반용 소재 자동공급 및 배출장치 - Google Patents

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Abstract

좀더 간단한 설비를 갖추면서도 편리성과 자동성을 부여한 CNC선반용 소재 자동공급 및 배출장치가 개시된다. 본 발명에 따른 장치는 CNC선반의 출입구측에 설치되면서 소재가 올려지는 가이드를 갖는 베드와, 출입구 앞쪽의 베드상에 형성되어 소재를 출입구속으로 밀어 넣거나 빼내는 로딩봉을 갖는 왕복수단과, 베드의 상부면상에 설치되어 승강부재에 의해 미가공소재를 하나씩 올려주는 공급수단과, 승강부재와 가이드의 사이에 설치되어 가이드측 방향, 승강부재측 방향 및 가이드의 반대측 방향으로 선회하면서 미가공소재와 가공소재를 두 개의 클램프조우를 이용해 로딩 및 언로딩시키는 운반로봇을 포함한다. 여기에서 공급수단은 컨베이어에 의해 다수의 미가공소재가 승강부재측으로 이동되며, 승강부재의 상부면상에는 반원형상의 안착부재가 형성됨이 좋다.

Description

ＣＮＣ선반용 소재 자동공급 및 배출장치{Apparatus for automatic supply and discharge of CNC}
본 발명은 CNC선반으로의 소재공급 및 배출을 원활하게 해주기 위한 자동장치에 관한 것이다.
일반적으로, 공작기계는 금속 또는 다른 재료로 된 부품을 제작하기 위해 사용하는 고정식 동력기계이다. 이러한 공작기계 중 대표적인 것으로 축, 파이프 등을 가공하는 선반은 공작물을 주축에 의해 회전되는 척에 클램핑한 후, 이를 회전시키며 가공공구로 목적하는 형상을 깎아 제품을 완성하게 된다.
특히, 선반은 기계부속 등을 생산하는 공장의 대부분이 자동화라인을 구축함에 따라 인력에 의존하지 않고 자동으로 제품을 가공하기 위한 수치제어(Numerical Control; NC) 방식의 것이 꾸준히 개발되어 왔다. 이와 같은 개발의 결과로 현재의 수치제어선반은 컴퓨터와 연동하여 제품을 가공하는 컴퓨터 수치제어(computerized numerical control; CNC)선반이 개발되었다.
또한, 수치제어방식의 선반의 완전자동화를 구현하기 위해 외부에서 목적하는 공작물(이하, 소재)을 공급하기 위한 자동공급 및 배출장치를 부설하게 된다.
이러한 자동공급 및 배출장치는 본 출원인에 의해 선출원된 대한민국 특허 제870049호(2008.11.24. 공고)가 개시된 바 있다.
상기 특허 제870049호는 도 1에서 보는 바와 같이,
CNC선반(1)의 일측에 베드(10)가 설치되고, 베드(10)의 상부면상에는 베드(10)의 일측과 타측을 왕복운동하는 이송판(21)과, 이 이송관(21)의 하부에 장착되는 자석이 부착된 로더(22)를 갖는 이송장치(20)가 설치되고, 베드(10)의 어느 측면상에는 가공될 소재를 하나씩 올려주는 공급박스(30)가 설치되며, 이송장치(20)와 공급박스(30)의 사이에는 하나씩 올려진 소재를 안착판(40)으로 수용하여 로더(22)와 일직선이 되도록 안착판(40)을 회전시켜주는 소재입출부(50)가 설치된다.
이와 같이 형성된 자동공급 및 배출장치는 별도의 핑거척이 없이도 소재를 CNC선반으로 로딩/언로딩 시킬 수 있는 장점이 있으나, 무인시스템이 가능하도록 좀더 자동화를 필요로 하는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 필요성에 부응하기 위해 안출된 것으로, 좀더 간단한 설비를 갖추면서도 편리성과 자동성을 부여한 CNC선반용 소재 자동공급 및 배출장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해 본 발명은,
CNC선반의 출입구측에 설치되면서 소재가 올려지는 가이드를 갖는 베드;
출입구 앞쪽의 베드상에 형성되어 소재를 출입구속으로 밀어 넣거나 빼내는 로딩봉을 갖는 왕복수단;
베드의 상부면상에 설치되어 승강부재에 의해 미가공소재를 하나씩 올려주는 공급수단; 및
승강부재와 가이드의 사이에 설치되어 가이드측 방향, 승강부재측 방향 및 가이드의 반대측 방향으로 선회하면서 미가공소재와 가공소재를 두 개의 클램프조우를 이용해 로딩 및 언로딩시키는 운반로봇을 포함하는 것을 특징으로 하는 CNC선반용 소재 자동공급 및 배출장치를 제공한다.
이때, 운반로봇은 그 중심의 기둥에 결합되어 시계방향이나 반시계방향으로 반회전을 하는 회전체와, 회전체의 상부에 결합되어 승, 하강을 하는 승하강체와, 승하강체의 상부에 결합되어 전진 및 후진을 하는 두 개의 클램프조우로 구성됨이 바람직하다.
또한, 기둥의 하부에는 회전가능하게 원판이 결합되고, 이 원판의 양측에는 각각 제1실린더 및 제2실린더가 결합되며, 각각의 제1실린더 및 제2실린더는 서로 크로스 되도록 제1실린더는 베드상에 결합되고, 제2실린더는 회전체에 결합됨이 바람직하다.
그리고 승하강체는 회전체와 적어도 세 개 이상의 수직한 핀에 의해 결합되고, 승하강체의 하부에는 승하강실린더가 결합된다.
또는, 승하강체의 상부에는 가이드박스가 장착되고, 가이드박스의 내부에는 클램프조우가 장착된 슬라이더가 전, 후 이동가능하게 삽입되며, 슬라이더의 뒤쪽에는 전후진실린더가 결합될 수 있다.
한편, 가이드의 중앙부에는 절개부가 형성되고, 이 절개부에는 소재가 비뚫게 안착될때에 이를 보정하기 위한 수평조절스위치 형성됨이 바람직하다.
그리고 공급수단은 컨베이어에 의해 다수의 미가공소재가 승강부재측으로 이동되며, 승강부재의 상부면상에는 반원형상의 안착부재가 형성될 수도 있다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따른 CNC선반용 소재 자동공급 및 배출장치는 회전과 전후진 및 상하운동을 병행하는 3차원 운동방식의 운반로봇에 의해 미가공소재의 로딩 및 가공소재의 언로딩을 보다 편리하고 자동으로 수행할 수 있게 된다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 CNC선반 용 소재 자동공급 및 배출장치를 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 CNC선반용 소재 자동공급 및 배출장치를 나타낸 사시도이다.
도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 장치(100)는 CNC선반(1)의 소재(A)가 입출되는 출입구(2)의 측면에 설치된다. 이러한 본 발명의 장치(100)는 평탄한 베드(10)가 구비되고, 이 베드(10)의 상부면상에 소재를 입출시키는 왕복수단(110)과, 소재를 로딩/언로딩 시키는 운반로봇(130)과, 운반로봇(130)으로 소재를 공급해주는 공급수단(150)을 포함한다.
먼저, 왕복수단(110)은 출입구(2)의 정면상으로 길게 연장되게 형성되는 것으로, 모터(도시되지 않음)에 의해 회전되는 스크류축(112)과, 이 스크류축(112)에 결합되어 스크류축(112)의 회전방향에 따라 전진 및 후진을 하면서 왕복운동을 하는 블록(111)과, 블록(111)에 고정되어 출입구(2)를 드나드는 로드봉(115)으로 구성된다. 이때, 로드봉(115)의 끝단에는 자석(116)이 형성되어 소재를 끌어당길 때 유용하게 작용하게 된다.
자석(116)은 로드봉(115)의 끝단에 돌출되는 것으로 소재의 형상에 따라 입출이 가능하게 형성된다.
도 3은 로드봉과 소재의 관계를 보인 부분 확대 사시도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 제시한 소재(A)는 도 3에서 보는 바와 같이 원통형상을 갖는 것으로, 소재의 일단부는 다른 부위에 비해 더 두꺼운 굵기를 갖는다. 그리고 이 일단부에는 안으로 움푹패인 홀(a)이 형성되어 있다.
이처럼 일단부에 홀이 형성되어 있는 경우 로드봉(115)의 끝단이 자석으로 되어 있어도, 소재(A)의 일단부 단면적이 작기 때문에 큰 자력을 받지 못하는 문제점이 있게 된다.
따라서 로드봉(115)의 끝단에 소재(A)의 홀(a)속으로 삽입될 수 있도록 자석을 결합하면 충분한 자력을 받을 수 있어 원활한 작동이 이루어지게 된다.
이와 같은 입출 자석(116)은 로드봉(115)의 일단부에 외부의 에어를 인가시켜 에어의 주입에 따라 자석(116)이 입출되게 된다.
도 4는 도 2의 출입구 부분에 대한 확대사시도이다.
도 4에서 보는 바와 같이 출입구(2)의 앞에는 소재 및 로드봉(115)을 안내하는 반원형태의 가이드(120)가 설치된다. 이때, 가이드(120)의 중앙부는 끊어진 절단부(121)가 형성되고, 이 절단부(121)의 사이에 수평조절스위치(122)가 설치된다.
수평조절스위치(122)는 도 3에서 처럼 소재(A)의 두께가 다를 경우 가이드(120)위에 올려진 소재(A)는 얇은쪽이 가라 앉으면서 비뚫게 올려지게 된다.
이처럼 소재(A)가 비뚫게 안착되면 수평조절스위치(122)가 소재(A)의 밑부분을 받쳐주어 소재의 수평을 조절하게 되는 것이다.
수평조절스위치(122)는 시이소바의 형태를 갖는 것으로, 소재와 맞닿는 부분과 반대편이 힌지에 의해 선회가능하게 결합되고, 반대편쪽에는 하부쪽에서 수평조절스위치(122)를 당겨주는 실린더(도시되지 않음)가 구비되어 소재가 맞닿는 부분을 상대적으로 올려주게 된다.
이러한 실린더의 작동은 프로그램에 의해서 소재의 두께에 따라 미리 설정하 여 사용하게 되며, 소재가 운반로봇(130)에 의해 언로딩되기 직전에 작동되어 소재를 받쳐주고, 언로딩된 직후에 하강하여 리턴된다.
이와 같이 형성된 가이드(120)의 옆쪽으로 운반로봇(130)이 설치된다.
운반로봇(130)은 가이드(120)측에서부터 반대편까지 180°를 선회운동하는 것으로, 반회전 운동을 하면서 소재의 로딩과 언로딩을 수행하게 된다.
도 5는 운반로봇만을 보인 확대사시도이고, 도 6은 운반로봇의 측면도이다.
이러한 운반로봇(130)은 도 5 및 도 6에서 보는 바와 같이 두 개의 클램프조우(143a, 143b)를 이용해 하나는 로딩용으로 사용하고 다른 하나는 언로딩용으로 사용하는 것으로, 2차원적 회전운동 및 전, 후 운동과 함께 3차원적 상, 하 운동이 가능하게 설계된다.
먼저, 운반로봇(130)의 회전운동에 대해 설명한다.
운반로봇(130)의 회전운동은 수직하게 고정된 기둥(131)의 하부에 바닥면과 이격되게 배치된 원판(132)이 회전가능하게 결합되고, 이 원판(132)의 이격된 상측에 회전체(134)가 회전가능하게 결합된다.
이러한 원판(132)의 양측에 실린더(133a, 133b)의 일단이 힌지 결합되고, 어느 하나의 제1실린더(133a)의 타단은 베드(10)상에 힌지 결합되며, 다른 하나의 제2실린더(133b)의 타단은 회전체(134)의 하부에 힌지 결합된다.
즉, 회전체(134)는 기둥(131)의 뒤쪽으로 돌출되도록 연장되게 결합되는 것으로, 제1실린더(133a)가 사선방향으로 결합되고, 제2실린더(133b)도 사선방향으로 결합된다.
따라서 제2실린더(133b)는 신축되면서 회전체(134)를 90°간격으로 왕복 회전운동시키게 되고, 제1실린더(133a)는 신축되면서 원판(132)과 제2실린더(133b)에 의해 묶여있는 회전체(134)를 90°간격으로 왕복 회전운동시키게 되는 것이다.
이때, 제1실린더(133a)와 제2실린더(133b)는 원판(132)의 양측에서 서로 크로스되게 사선방향으로 결합되어 있기 때문에 회전운동의 방향이 반대방향이 되는 것이다.
다음은 운반로봇(130)의 상, 하 운동을 설명한다.
운반로봇(130)의 상, 하 운동은 회전체(134)의 상부면상에 기둥(131)의 앞쪽으로 돌출되는 연결판(135)이 결합되고, 이 연결판(135)의 상부면상에 다시 앞쪽으로 더 돌출되도록 승하강체(136)가 결합된다. 여기에서 연결체(135)와 회전체(134)는 전, 후 방향으로 계단 형상을 가지면서 연장되는 것으로, 일체로 형성되어도 무방하다.
이러한 승하강체(136)는 연결판(135)의 상부면상에 적어도 세 개 이상의 핀(137)에 의해 상, 하 이동가능하도록 결합되고, 연결판(135)의 하부면상에는 승하강체(136)의 하부면상에 로드가 결합되도록 관통되는 승하강실린더(138)가 장착된다.
따라서 승하강실린더(138)의 신축에 따라 승하강체(136)가 상, 하 왕복운동을 할 수 있게 된다.
다음은 운반로봇(130)의 전, 후 운동을 설명한다.
승하강체(136)의 상부면상에는 좀더 앞쪽으로 돌출되는 가이드박스(140)가 결합되고, 이 가이드박스(140)의 내부에 전진 및 후진되는 슬라이더(141)가 결합되며, 슬라이더(141)의 하부면상에 앞, 뒤로 두 개의 클램프조우(143a, 143b)가 장착된다. 바람직하게는 가이드박스(140)는 승하강체(136)와 일체로 형성되어도 무방하다.
이러한 가이드박스(140)의 내부 뒤쪽에는 슬라이더(141)를 움직이도록 전후진실린더(142)가 장착된다.
이와 같은 운반로봇(130)은 출입구(2)측으로 선회했을때에 두 개의 클램프조우(143a, 143b) 중에서 어느 하나가 가이드(120)에 위치하도록 설계됨이 바람직할 것이다.
한편, 공급수단(150)은 도 2 및 도 4에서 보는 바와 같이 베드(10)의 상부면상에서 운반로봇(130)의 앞쪽으로 형성되는 것으로, 베드(10)의 타단에서부터 클램프조우(143a, 143b)의 아래까지 설치되어 소재를 이동시켜주는 컨베이어(151)와, 클램프조우(143a, 143b)의 바로 밑에 설치되어 선두에 위치한 하나의 소재를 위로 올려주는 승강부재(152)로 구성된다.
이러한 공급수단(150)은 컨베이어(151)가 수평하게 설치되고, 승강부재(152)부위는 컨베이어(151)보다 낮게 형성됨이 바람직하다.
그리고 승강부재(152)의 상부면상에는 둥그런 소재를 떨어뜨리지 않고 들어 올리도록 반원형상의 안착부재(153)가 형성됨이 좋다.
이때, 안착부재(153)는 소재(A)의 굵기가 좌우측이 틀리므로 이에 대응되도록 어느 하나는 낮게 그리고 반대편은 높게 형성시킬 필요도 있게 된다.
본 발명의 바람직한 도면에서는 도시하지 않았으나, 소재가 로딩되는 가이드(120)의 반대편에는 언로딩될 소재들이 놓여지는 배출함이 구비된다.
그리고 왕복수단(110)과, 운반로봇(130)과, 공급수단(150)을 제어하는 콘트롤러(도시되지 않음)가 베드(10)내에 구비된다.
또한, 각 구성부의 운동시작 시기를 지시해주기 위해 각 구성부에는 각종 센서가 부착된다. 일예를 들면, 클램프조우(143a, 143b)에는 각각의 조우의 양쪽에 거리를 측정하는 센서가 부착되어 있어 클램프조우(143a, 143b)가 소재(A)를 집게 되면 일정거리가 측정되고, 소재(A)가 없어 못집게 되면 거리가 좁아져 정상작동이 아닌 공회전을 하게 된다.
그리고 전술한 제1실린더(133a), 제2실린더(133b), 승하강실린더(138), 전후진실린더(142) 및 클래프조우(143a, 143b)는 공압으로 작동된다.
다음은 소재의 로딩과 언로딩의 작업순서를 각부의 작용과 함께 설명한다.
작업이 시작되면, 승하강실린더(138)가 수축되면서 승하강체(136)가 하강하여 승강부재(152)위에 올려진 소재를 앞쪽의 클램프조우(143a)가 물고 올라온다.
다음은 제2실린더(133b)가 수축되면서 회전체(134)가 가이드(120)측으로 선회한 후, 다시 승하강체(136)가 하강하면서 가공이 완료된 소재(가공소재)와 가공할 소재(미가공소재)의 교환이 이루어진다.
즉, 가이드(120)위에는 가공소재가 놓여 있다고 가정하면, 승하강체(136)가 하강되는 지점이 뒤쪽의 클램프조우(143b)가 가이드(120)위에 위치하게 되며, 이 가공소재를 뒤쪽의 클램프조우(143b)가 물어 올리고, 바로 이어서 전후진실린 더(142)가 수축작용을 하면서 앞쪽의 클램프조우(143a)가 가이드(120)위에 위치하게 하여 다시 하강하면서 미가공소재를 가이드(120)위에 올려놓고 올라온다.
이처럼 가이드(120)에 안착된 미가공소재는 왕복수단(110)이 전진하면서 로딩봉(115)이 미가공소재를 밀고 CNC선반(1)속으로 들어가 원하는 가공을 수행하게 된다.
위와 같이 미가공소재가 가공되는 동안 운반로봇(130)은 다시 제2실린더(133b)가 이완작용을 하면서 원래의 위치로 리턴된다.
그리고 곧이어 제1실린더(133a)가 신장되면서 원판(132)을 회전시켜주어 회전체(134)부터 그 위쪽 모두가 가이드(120)의 반대편으로 선회하게 된다.
반대편으로 선회된 운반로봇(130)은 가공소재를 물고 있던 뒤쪽의 클램프조우(143b)를 벌려 가공소재를 배출시킨다.
그리고는 다시 제1실린더(133a)가 수축하여 원래위치로 리턴된다.
한편, 운반로봇(130)에 의해 승강부재(152)위의 미가공소재를 잃은 승강부재(152)는 다시 하강하고, 이 시점에 맞추어 컨베이어(151)가 작동하여 미가공소재 하나를 승강부재(152)위로 넣어주고, 미가공부재가 올려진 것을 확인한 승강부재(152)는 다시 올라가 공급을 준비하게 된다.
따라서 가공소재를 배출시키고 리턴된 운반로봇(130)은 다시 하강하면서 앞쪽의 클램프조우(143a)로 대기중인 미가공소재를 물고 다시 로딩시킬 준비를 하게 된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술 분야의 숙련된 당업자는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 종래기술에 따른 CNC선반용 소재 자동공급 및 배출장치를 나타낸 사시도이고,
도 2는 본 발명에 따른 CNC선반용 소재 자동공급 및 배출장치를 나타낸 사시도이고,
도 3은 도 2의 로드봉 및 소재의 결합관계를 보인 부분 확대 사시도이고,
도 4는 도 2의 출입구주변을 나타낸 확대사시도이고,
도 5는 도 2에 도시된 운반로봇만을 확대하여 도시한 사시도이며, 그리고
도 6은 도 5의 운반로봇을 측면도에서 바라본 도면이다.

Claims (8)

  1. CNC선반(1)의 출입구(2)측에 설치되면서 소재가 올려지는 가이드(120)를 갖는 베드(10);
    상기 출입구(2) 앞쪽의 베드(10)상에 형성되어 상기 소재를 출입구(2)속으로 밀어 넣거나 빼내기 위해 끝단에 상기 소재속으로 입출되는 자석(116)이 형성된 로딩봉(115)을 갖는 왕복수단(110);
    상기 베드(10)의 상부면상에 설치되어 승강부재(152)에 의해 미가공소재를 하나씩 올려주는 공급수단(150); 및
    상기 승강부재(152)와 가이드(120)의 사이에 설치되어 상기 가이드(120)측 방향, 상기 승강부재(152)측 방향 및 상기 가이드(120)의 반대측 방향으로 선회하면서 미가공소재와 가공소재를 두 개의 클램프조우(143a, 143b)를 이용해 로딩 및 언로딩시키는 운반로봇(130)을 포함하는 것을 특징으로 하는 CNC선반용 소재 자동공급 및 배출장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 운반로봇(130)은 그 중심의 기둥(131)에 결합되어 시계방향이나 반시계방향으로 반회전을 하는 회전체(134)와, 상기 회전체(134)의 상부에 결합되어 승, 하강을 하는 승하강체(136)와, 상기 승하강체(136)의 상부에 결합되어 전진 및 후진을 하는 두 개의 클램프조우(143a, 143b)로 구성됨을 특징으로 하는 CNC선반용 소재 자동공급 및 배출장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 기둥(131)의 하부에는 회전가능하게 원판(132)이 결합되고, 이 원판(132)의 양측에는 각각 제1실린더(133a) 및 제2실린더(133b)가 결합되며, 각각의 제1실린더(133a) 및 제2실린더(133b)는 서로 크로스 되도록 제1실린더(133a)는 베드(10)상에 결합되고, 제2실린더(133b)는 상기 회전체(134)에 결합됨을 특징으로 하는 CNC선반용 소재 자동공급 및 배출장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 승하강체(136)는 상기 회전체(134)와 적어도 세 개 이상의 수직한 핀(137)에 의해 결합되고, 상기 승하강체(136)의 하부에는 승하강실린더(138)가 결합됨을 특징으로 하는 CNC선반용 소재 자동공급 및 배출장치.
  5. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 승하강체(136)의 상부에는 가이드박스(140)가 장착되고, 상기 가이드박스(140)의 내부에는 상기 클램프조우(143a, 143b)가 장착된 슬라이더(141)가 전, 후 이동가능하게 삽입되며, 상기 슬라이더(141)의 뒤쪽에는 전후진실린더(142)가 결합됨을 특징으로 하는 CNC선반용 소재 자동공급 및 배출장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 가이드(120)의 중앙부에는 절개부(121)가 형성되고, 이 절개부(121)에는 상기 소재가 비뚤어지게 안착된 것을 보정하도록 수평조절스위치(122)가 형성됨을 특징으로 하는 CNC선반용 소재 자동공급 및 배출장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 공급수단(150)은 컨베이어(151)에 의해 다수의 미가공소재가 상기 승강부재(152)측으로 이동되며, 상기 승강부재(152)의 상부면상에는 반원형상의 안착부재(153)가 형성됨을 특징으로 하는 CNC선반용 소재 자동공급 및 배출장치.
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