KR101153324B1 - 문형구조의 소형 탭핑 센터용 별치형 2단 서랍식 자동공구교환장치 - Google Patents

문형구조의 소형 탭핑 센터용 별치형 2단 서랍식 자동공구교환장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 문형구조의 소형 탭핑 센터용 별치형 2단 서랍식 자동공구교환장치에 관한 것으로, 베드와; 베드의 길이방향인 Y방향으로 이동되도록 베드의 후방 상부에 설치되는 칼럼; 베드의 후방 상부에 설치되고 장비의 외형이 축소되도록 칼럼의 하부 중앙부 공간에 2단 서랍식으로 위치되며 장착된 다수의 툴이 주축에 교환되도록 하는 자동공구교환부; 주축, 자동공구교환부에 연결되어서 이들을 제어하는 컨트롤러를 포함하여 이루어진다.
따라서, 전체 크기가 소형화, 경량화되고, 자동공구교환부가 협소한 공간에 설치되어서 구동될 뿐 아니라 공구교환부프레임의 크기 및 무게가 최소화된다.

Description

문형구조의 소형 탭핑 센터용 별치형 2단 서랍식 자동공구교환장치{Apart type second stage drawer type automatic tool change for small tapping center of door type}
본 발명은 문형구조의 소형 탭핑 센터용 별치형 2단 서랍식 자동공구교환장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 전체 크기가 소형화, 경량화되고, 자동공구교환부가 협소한 공간에 설치되어서 구동될 뿐 아니라 공구교환부프레임의 크기 및 무게가 최소화되는 문형구조의 소형 탭핑 센터용 별치형 2단 서랍식 자동공구교환장치에 관한 것이다.
공작기계산업은 모든 상업의 초석이고 산업발달과 공작기계는 밀접한 관계에 있다.
이러한 공작기계의 고속화, 경량화는 기술진보와 산업발달을 위한 중요한 지표이고, 특히 탭핑 센터는 공정특성상 고속화가 가장 중요시되는 공작기계이다. 탭핑 센터는 구멍가공과 나사가공을 주목적으로 개발된 전용 공작기계로서, 자동차산업, 전자산업, IT산업 및 기타 기계산업 등 대량생산품인 동시에 정밀부품의 가공에 사용되는 핵심 공작기계이다.
자동차 한대를 생산하는데 수천 개의 구멍가공이 필요하다. 일반적으로 머시닝센터나 밀링머신을 이용한 탭핑 속도에 비해 탭핑 센터의 경우 그 탭핑 속도가 더 빠르므로 자동차 생산라인과 휴대폰 및 LCD, PDP 생산라인 등 대량 생산라인을 중심으로 탭핑 센터의 수요가 급증하고 있다.
이와 같은 종래의 탭핑 센터는 사이클 타임과 이송거리가 짧고, 준비공정이 상대적으로 긴 특징을 갖는 부품 가공용으로, 주로 임가공 업체가 그 수요처이다. 탭핑 센터를 이용하여 가공하는 IT 제품들의 특징은 다품종 소량생산이 대부분이기 때문에, 가공시간에 비해 공작물 준비시간, 즉 로딩, 언로딩 시간의 비율이 커진다는 문제점이 있다.
또한, 소형제품인 휴대폰 및 IT 산업현장의 제품들을 생산하려면 종래와 같은 중형 탭핑 센터 장비로는 불가능하며, 탭핑 센터를 이루는 모든 구성부품의 소형화 및 고정밀화, 장비의 강성확보가 뒷바침된 소형 탭핑 센터가 개발되어야 한다.
그리고 종래의 탭핑 센터는 장비의 크기가 비교적 클 뿐 아니라, 자동공구교환부가 베드의 상부에 설치되며 테이블이 회전되면서 공구가 교환되는 구조를 갖는다. 그러므로 베드 상부에 설치되어서 구동되는 자동공구교환부에 의해 탭핑 센터의 전체 설치공간이 그만큼 증가되고 자동공구교환부의 작동공간이 충분히 확보되어야 한다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 전체 크기가 소형화되도록 한 문형구조의 소형 탭핑 센터용 별치형 2단 서랍식 자동공구교환장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 자동공구교환부가 협소한 공간인 베드의 내부 및 칼럼의 하부 중앙에 설치되어서 구동되도록 한 문형구조의 소형 탭핑 센터용 별치형 2단 서랍식 자동공구교환장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 공구교환부프레임의 크기 및 무게가 최소화되도록 한 문형구조의 소형 탭핑 센터용 별치형 2단 서랍식 자동공구교환장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 하판결합부에 의해 하부핑거들의 설치, 하부핑거들의 전후 이송, 하부이송실린더의 설치가 이루어지도록 한 문형구조의 소형 탭핑 센터용 별치형 2단 서랍식 자동공구교환장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상부핑거들 및 하부핑거들의 수명이 연장되도록 한 문형구조의 소형 탭핑 센터용 별치형 2단 서랍식 자동공구교환장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상부핑거들 및 하부핑거들의 오동작이 방지되도록 한 문형구조의 소형 탭핑 센터용 별치형 2단 서랍식 자동공구교환장치를 제공하는데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 문형구조의 소형 탭핑 센터용 별치형 2단 서랍식 자동공구교환장치는, 베드와, 베드의 길이방향인 Y방향으로 이동되도록 베드의 후방 상부에 설치되는 칼럼과, 칼럼에 X축 방향 및 Z축 방향으로 이송되도록 설치되고 칼럼과 함께 Y축 방향으로 이송되는 주축으로 이루어진 문형구조의 소형 탭핑 센터에 설치되어서, 주축에 툴을 자동으로 교환시키기 위한 자동공구교환장치에 있어서, 베드의 후방 상부에 설치되고 장비의 외형이 축소되도록 칼럼의 하부 중앙부 공간에 2단 서랍식으로 위치되며 장착된 다수의 툴이 주축에 교환되도록 하는 자동공구교환부; 주축, 자동공구교환부에 연결되어서 이들을 제어하는 컨트롤러를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 한다.
본 발명 문형구조의 소형 탭핑 센터의 다른 특징은, 자동공구교환부는, 베드의 상부에 설치되는 공구교환부프레임과, 공구교환부프레임의 상부에 위치되고 공구교환부프레임의 전후방 측으로 전후이송되도록 구비되는 상부플레이트와, 상부플레이트의 상단부 전방에 복수개 설치되고 툴이 착탈되는 상부핑거들과, 공구교환부프레임의 상부에 설치되고 상부플레이트에 연결되어서 상부플레이트 및 상부핑거들을 공구교환부프레임의 전후방 측으로 전후진시키는 상부툴전후이송부와, 공구교환부프레임의 상단부에 설치되고 상부플레이트의 전진 및 후진을 감지하여서 상부플레이트가 세팅된 전후진 위치를 벗어나서 이송될 시 상부툴전후이송부의 구동을 정지시키는 상부전진감지센서 및 상부후진감지센서와, 공구교환부프레임의 내부에 위치되고 공구교환부프레임의 전후방 측으로 전후이송되도록 구비되는 하부플레이트와, 하부플레이트의 상단부 전방에 복수개 설치되고 툴이 착탈되는 하부핑거들과, 공구교환부프레임의 내부공간에 설치되고 하부플레이트에 연결되어서 하부플레이트 및 하부핑거들을 공구교환부프레임의 전후방 측으로 전후진시키는 하부툴전후이송부와, 공구교환부프레임의 하단부에 설치되고 하부플레이트의 전진 및 후진을 감지하여서 하부플레이트가 세팅된 전후진 위치를 벗어나서 이송될 시 하부툴전후이송부의 구동을 정지시키는 하부전진감지센서 및 하부후진감지센서로 이루어진다.
본 발명 문형구조의 소형 탭핑 센터의 또 다른 특징은, 공구교환부프레임은, 하단부가 베드에 고정되고 공구교환부프레임의 양측을 이루며 내부투시구멍이 형성되어 있는 지지프레임들과, 양단부가 지지프레임들의 내측면 상부에 고정되어서 지지프레임의 상부를 지지하는 수평지지바와, 양단부가 지지프레임들의 후방 상부에 고정되어서 지지프레임의 상부를 보강하는 후방보강프레임으로 이루어지고; 공구교환부프레임의 내부공간은 상부 및 전방, 후방 측으로 개방되어 있으며; 상부이송실린더의 일부, 하부이송실린더, 하부플레이트, 하부핑거들이 공구교환부프레임의 내부공간 내에 위치된 상태에서 공구교환부프레임의 전방 측으로 전후진되면서 작동되도록 구비된다.
본 발명 문형구조의 소형 탭핑 센터의 또 다른 특징은, 하부툴전후이송부는, 일단이 베드에 고정되고 타단의 실린더로드가 하부플레이트에 고정되어서 실린더로드의 전후진시 하부플레이트를 전후진시키며 공구교환부프레임의 내부공간에 위치되는 하부이송실린더와, 하단이 베드에 고정되고 상단이 하부이송실린더의 일단에 결합되어서 하부이송실린더를 지지하는 고정블록과, 하단이 하부이송실린더의 실린더로드 단부에 결합되고 상단이 하부플레이트의 하부에 결합되어서 실린더로드의 전후진시 하부플레이트를 전후진시키는 하부결합편과, 하부가 베드의 상부에 슬라이드되도록 결합되어 있고 상부가 하부플레이트의 저면에 고정되어 있는 하판결합부와, 하부가 베드에 고정되어 있는 하부가이드레일 및 하부가이드레일에 결합되어서 하부가이드레일을 따라 슬라이드 이동되고 상부가 하판결합부의 하부에 고정되어서 하부이송실린더의 작동시 하판결합부 및 하부플레이트가 하부가이드레일을 따라 이송되도록 안내하는 하부가이드블록으로 이루어진 하부LM가이드로 이루어지며; 하판결합부는, 하부플레이트의 저면에 고정되는 고정판과, 하부가이드블록의 상부에 고정되어서 하부가이드레일을 따라 이송되는 이송판과, 상단 및 하단이 고정판 및 이송판에 고정되는 한쌍의 간격유지판으로 이루어지며, 고정판, 이송판, 간격유지판 사이에 하부이송실린더가 위치되어서 작동되도록 전후방향으로 개방된 실린더내장공간이 형성된다.
본 발명 문형구조의 소형 탭핑 센터의 또 다른 특징은, 툴의 외부면에 접촉되는 상부핑거 및 하부핑거에는, 산화크롬(Cr2O3) 96~98% 및 이산화티타늄(TiO2) 2~4%가 혼합되어 이루어진 세라믹 분말, 산화크롬(Cr2O3) 분말, 산화알루미늄(Al2O3) 분말, 이산화티타늄(TiO2) 분말, 산화이트륨(Y2O3) 분말, 지르코니아(ZrO2) 분말, 크롬니켈(Cr3C2 25 NiCr) 분말(chromium carbide 75%, nickel 20%, chromium 5%) 중, 어느 한 종류의 분말이 10~44㎛의 분말입도를 갖도록 구비되며, 상기의 분말입도를 갖는 분말이 상부핑거 및 하부핑거의 내측면에 용사되어 코팅층이 이루어진다.
이상에서와 같은 본 발명은, 자동공구교환부가 베드 내부 및 칼럼 하부 중앙에 위치되고, 이러한 자동공구교환부는 상부플레이트 및 하부플레이트에 다수의 상부핑거들 및 하부핑거들이 2단으로 배열되어 있으며, 상부핑거들 및 하부핑거들이 Y축 방향으로 전후진되도록 설치되어 있다. 따라서 자동공구교환부가 베드 및 칼럼 사이의 공간 내에 설치되고 베드를 따라 전후진되므로 자동공구교환부의 설치 및 구동이 베드 및 칼럼의 외부를 크게 벗어나지 않으며 이에 따라 문형구조의 소형 탭핑 센터를 소형화시킬 수 있다.
본 발명의 공구교환부프레임은, 하단부가 베드에 고정되고 공구교환부프레임의 양측을 이루며 내부투시구멍이 형성되어 있는 지지프레임들과, 양단부가 지지프레임들의 내측면 상부에 고정되어서 지지프레임의 상부를 지지하는 수평지지바와, 양단부가 지지프레임들의 후방 상부에 고정되어서 지지프레임의 상부를 보강하는 후방보강프레임으로 이루어지고; 공구교환부프레임의 내부공간은 상부 및 전방, 후방 측으로 개방되어 있다. 이러한 공구교환부프레임은, 직육면체의 틀을 유지하는 가운데 내부공간이 확보되고 상부 및 전방, 후방측으로 개방되어서 상부이송실린더의 일부, 하부이송실린더, 하부플레이트, 하부핑거들이 공구교환부프레임의 내부공간 내에 위치된 상태에서 공구교환부프레임의 전방 측으로 전후진되면서 작동되도록 지지한다. 따라서 공구교환부프레임이 최소의 자재를 이용하여 크기 및 무게를 최소화시키면서도 안정적인 구조를 유지하므로 탭핑 센터의 소형화 경량화를 꾀할 수 있다.
본 발명의 하판결합부는, 하부플레이트의 저면에 고정되는 고정판과, 하부가이드블록의 상부에 고정되어서 하부가이드레일을 따라 이송되는 이송판과, 상단 및 하단이 고정판 및 이송판에 고정되는 한쌍의 간격유지판으로 이루어지며, 고정판, 이송판, 간격유지판 사이에 하부이송실린더가 위치되어서 작동되도록 전후방향으로 개방된 실린더내장공간이 형성된다. 따라서, 하판결합부가 최소의 공간을 차지하고 안정적으로 지지된 가운데 이 하판결합부에 의해 하부핑거들의 설치, 하부핑거들의 전후 이송, 하부이송실린더의 설치가 모두 이루어지므로 탭핑 센터의 소형화, 경량화를 추구할 수 있다.
본 발명의 상부핑거들 및 하부핑거들에는 산화크롬(Cr2O3) 96~98% 및 이산화티타늄(TiO2) 2~4%가 혼합되어 이루어진 세라믹 분말, 산화크롬(Cr2O3) 분말, 산화알루미늄(Al2O3) 분말, 이산화티타늄(TiO2) 분말, 산화이트륨(Y2O3) 분말, 지르코니아(ZrO2) 분말, 크롬니켈(Cr3C2 25 NiCr) 분말(chromium carbide 75%, nickel 20%, chromium 5%) 중, 어느 한 종류의 분말이 용사되어서 코팅층이 이루어진다. 따라서, 상부핑거들 및 하부핑거들의 강도, 내마모성, 내충격성이 향상되며, 이에 따라 툴과 지속적으로 접촉되는 상부핑거들 및 하부핑거들의 수명을 연장시킬 수 있다.
본 발명의 공구교환부프레임의 상부 전후방에는 상부플레이트가 Y축 방향으로 이동되는 것을 감지하도록 상부전진감지센서 및 상부후진감지센서가 설치되어 있으며, 공구교환부프레임의 하부 전후방에는 하부플레이트가 Y축 방향으로 이동되는 것을 감지하도록 하부전진감지센서 및 하부후진감지센서가 설치되어 있다. 따라서 상부플레이트 또는 하부플레이트가 세팅 범위를 초과하여 작동될 경우 상부전진감지센서, 상부후진감지센서 또는 하부전진감지센서, 하부후진감지센서가 이를 감지하여서 상부이송실린더 또는 하부이송실린더의 동작을 제어하므로 안전사고를 방지시킨다.
도 1은 본 발명의 문형구조의 소형 탭핑 센터의 외관을 보인 개략적 사시도
도 2는 베드, 칼럼, 자동공구교환부를 보인 개략적 사시도
도 3은 자동공구교환부를 보인 개략적 사시도
도 4는 자동공구교환부를 보인 개략적 정면도
도 5는 도 4의 측면도
도 6은 도 4의 평면도
본 발명의 구체적인 특징 및 이점은 첨부된 도면을 참조한 이하의 설명으로 더욱 명확해 질 것이다.
도 1은 본 발명의 문형구조의 소형 탭핑 센터의 외관을 보인 개략적 사시도이고, 도 2는 베드, 칼럼, 자동공구교환부를 보인 개략적 사시도이며, 도 3은 자동공구교환부를 보인 개략적 사시도이다. 도 4는 자동공구교환부를 보인 개략적 정면도이고, 도 5는 도 4의 측면도이며, 도 6은 도 4의 평면도이다.
이러한 본 발명의 문형구조의 소형 탭핑 센터용 별치형 2단 서랍식 자동공구교환장치는, 베드(20)와, 베드(20)의 길이방향인 Y방향으로 이동되도록 베드(20)의 후방 상부에 설치되는 칼럼(30)과, 칼럼(30)에 X축 방향 및 Z축 방향으로 이송되도록 설치되고 칼럼(30)과 함께 Y축 방향으로 이송되는 주축(90)으로 이루어진 문형구조의 소형 탭핑 센터에 설치되어서, 주축(90)에 툴(13)을 자동으로 교환시키는 장치이다.
이와 같은 본 발명의 문형구조의 소형 탭핑 센터용 별치형 2단 서랍식 자동공구교환장치는, 베드(20)의 후방 상부에 설치되고 장비의 외형이 축소되도록 칼럼(30)의 하부 중앙부 공간에 2단 서랍식으로 위치되며 장착된 다수의 툴(13)이 주축(90)에 교환되도록 하는 자동공구교환부(100); 주축(90), 자동공구교환부(100)에 연결되어서 이들을 제어하는 컨트롤러(370)를 포함하여 이루어진다.
자동공구교환부(100)는, 베드(20)의 후방 상부에 설치되고 장비의 외형이 축소되도록 칼럼(30)의 하부 중앙에 위치되며 장착된 다수의 툴(13)이 주축(90)에 교환되도록 한다.
이러한 자동공구교환부(100)는, 공구교환부프레임(110), 상부플레이트(120), 상부핑거(130), 상부툴전후이송부(140), 상부전진감지센서(150) 및 상부후진감지센서(151), 하부플레이트(160), 하부핑거(170), 하부툴전후이송부(180), 하부전진감지센서(190) 및 하부후진감지센서(191)로 이루어진다.
공구교환부프레임(110)은, 베드(20)의 상부에 설치된다.
이러한 공구교환부프레임(110)은, 하단부가 베드(20)에 고정되고 공구교환부프레임(110)의 양측을 이루며 내부투시구멍(112)이 형성되어 있는 지지프레임(111)들과, 양단부가 지지프레임(111)들의 내측면 상부에 고정되어서 지지프레임(111)의 상부를 지지하는 수평지지바(113)와, 양단부가 지지프레임(111)들의 후방 상부에 고정되어서 지지프레임(111)의 상부를 보강하는 후방보강프레임(114)으로 이루어진다.
이 공구교환부프레임(110)의 내부공간(115)은 상부 및 전방, 후방 측으로 개방되어 있다. 따라서, 상부이송실린더(143)의 일부, 하부이송실린더(181), 하부플레이트(160), 하부핑거(170)들이 공구교환부프레임(110)의 내부공간(115) 내에 위치된 상태에서 공구교환부프레임(110)의 전방 측으로 전후진되면서 작동되도록 구비된다.
상부플레이트(120)는, 공구교환부프레임(110)의 상부에 위치되고 공구교환부프레임(110)의 전후방 측으로 전후이송되도록 구비되며, 무게경감구멍(121)이 형성되어 있다.
상부핑거(130)들은, 상부플레이트(120)의 상단부 전방에 복수개 설치되고 툴(13)이 착탈된다.
상부툴전후이송부(140)는, 공구교환부프레임(110)의 상부에 설치되고 상부플레이트(120)에 연결되어서 상부플레이트(120) 및 상부핑거(130)들을 공구교환부프레임(110)의 전후방 측으로 전후진시킨다.
이러한 상부툴전후이송부(140)는, 공구교환부프레임(110)의 상부에 설치되어 있는 상부이송실린더(141)과, 상부이송실린더(141)의 실린더로드(142) 단부와 상부플레이트(120)에 고정되어서 실린더로드(142)의 작동시 상부플레이트(120)를 전후진시키는 상부결합편(143)과, 공구교환부프레임(110)에 고정된 상부가이드레일(145) 및 상부플레이트(120)에 고정되고 상부가이드레일(145)에 슬라이드되도록 결합되어서 상부플레이트(145)의 이동을 안내하는 상부LM가이드(144)로 이루어진다.
상부전진감지센서(150) 및 상부후진감지센서(151)는, 공구교환부프레임(110)의 상단부에 설치되고 상부플레이트(120)의 전진 및 후진을 감지하여서 상부플레이트(120)가 세팅된 전후진 위치를 벗어나서 이송될 시 상부툴전후이송부(140)의 구동을 정지시킨다.
하부플레이트(160)는, 공구교환부프레임(110)의 내부에 위치되고 공구교환부프레임(110)의 전후방 측으로 전후이송되도록 구비되며, 무게경감구멍(161)이 형성되어 있다.
하부핑거(170)들은, 하부플레이트(160)의 상단부 전방에 복수개 설치되고 툴(13)이 착탈된다.
툴(13)의 외부면에 접촉되는 상부핑거(130) 및 하부핑거(170)에는, 산화크롬(Cr2O3) 96~98% 및 이산화티타늄(TiO2) 2~4%가 혼합되어 이루어진 세라믹 분말, 산화크롬(Cr2O3) 분말, 산화알루미늄(Al2O3) 분말, 이산화티타늄(TiO2) 분말, 산화이트륨(Y2O3) 분말, 지르코니아(ZrO2) 분말, 크롬니켈(Cr3C2 25 NiCr) 분말(chromium carbide 75%, nickel 20%, chromium 5%) 중, 어느 한 종류의 분말이 10~44㎛ 분말입도를 갖도록 구비되며, 상기의 분말입도를 갖는 분말이 상부핑거(130) 및 하부핑거(170)의 내측면에 용사되어 코팅층(131)이 이루어진다.
이러한 코팅층(131)은 상부핑거(130) 및 하부핑거(170)의 내주면에 50~600㎛의 두께로 이루어지고, 경도는 900~1000HV를 유지하도록 플라즈마 코팅된다.
이 코팅층(131)은, 상기의 분말가루들 중 선택된 한 종류의 분말가루와 1400℃의 가스를 마하 2정도의 속도로 상부핑거(130) 및 하부핑거(170)의 내주면에 제트분사하여서 이루어지며, 가열된 상부핑거(130) 및 하부핑거(170)의 변형이 방지되도록 상부핑거(130) 및 하부핑거(170)가 냉각장치로 냉각되어서 150~200℃의 온도를 유지하도록 된다.
산화크롬(Cr2O3)은, 금속 내부로 침입하는 산소를 차단시키는 부동태피막(Passivity Layer)의 역할을 함으로써 녹이 잘 슬지 않도록 하는 역할을 한다.
이산화티타늄(TiO2)은, 물리화학적으로 매우 안정적이고 은폐력이 높아서 백색안료로 많이 된다. 또한 굴절율이 높아서 고굴절율의 세라믹스에도 많이 이용되고 있다. 그리고 광촉매적 특성과 초친수성의 특성을 갖는다. 이산화티타늄(TiO2)은, 공기정화 작용, 항균작용, 유해물질 분해작용, 오염방지 기능, 변색 방지기능의 역할을 수행한다. 이러한 이산화티타늄(TiO2)은, 코팅층(131)이 상부핑거(130) 및 하부핑거(170)의 내주면 둘레에 확실하게 피복되도록 하며, 상부핑거(130) 및 하부핑거(170)에 부착된 이물질을 분해, 제거하여 상부핑거(130) 및 하부핑거(170)의 손상을 방지시킨다.
여기서, 산화크롬(Cr2O3)과 이산화티타늄(TiO2)을 혼합하여서 사용할 경우, 이들의 혼합 비율은, 산화크롬(Cr2O3) 96~98%에 이산화티타늄(TiO2) 2~4%가 혼합되는 것이 바람직하다.
산화크롬(Cr2O3)의 혼합비율이 96~98%보다 적을 경우, 고온 등의 환경에서 산화크롬(Cr2O3)의 피복이 파괴되는 경우가 종종 발생되었으며, 이에 따라 상부핑거(130) 및 하부핑거(170)의 녹방지 효과가 급격이 저하되었다.
이산화티타늄(TiO2)의 혼합비율이 2~4%보다 적을 경우, 이를 산화크롬(Cr2O3)에 혼합하는 목적이 퇴색될 정도로 이산화티타늄(TiO2)의 효과가 미미하였다. 즉, 이산화티타늄(TiO2)은 상부핑거(130) 및 하부핑거(170)의 내주면 둘레에 부착되는 이물질을 분해, 제거하여서 상부핑거(130) 및 하부핑거(170)가 부식되거나 손상되는 것을 방지시키는데, 그 혼합비율이 2~4%보다 작을 경우, 부착된 이물질을 분해하는데 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.
산화알루미늄(Al2O3)은, 상부핑거(130) 및 하부핑거(170)의 내주면 둘레에 코팅층(131)으로 형성될 경우, 그 피막이 고르고 빈틈이 없어 상부핑거(130) 및 하부핑거(170)의 내주면 둘레를 확실하게 보호한다. 이러한 산화알루미늄(Al2O3)의 녹는점은 2050℃로 매우 높아서 고온에서 상부핑거(130) 및 하부핑거(170)를 보호하며, 산화방지에 큰 효과가 있다. 따라서 상부핑거(130) 및 하부핑거(170)에 코팅된 산화알루미늄(Al2O3)은, 해수나 공기가 상부핑거(130) 및 하부핑거(170)의 둘레에 접촉되는 것을 차단하여서 상부핑거(130) 및 하부핑거(170)가 산화되지 않도록 방지한다.
산화이트륨(Y2O3)은, 내열성이나 내고온 산화성, 내식성이 우수하며 플라즈마 에칭 분위기 속에 있더라도 내플라즈마 부식성을 발휘하는 점에서 용사 코팅에 적합하다.
지르코니아(ZrO2)는, 높은 용융온도(약 2,700℃)를 갖는 내열성 재료로서 이외에도 낮은 열전도도, 산성에서 알카리성 영역까지의 넓은 내화학안정성을 가지며 낮은 열팽창성, 고강도 및 고경도(7.0 이상의 모오스 경도)의 내마찰성 등 우수한 재료적 특성을 가지고 있다.
크롬니켈(Cr3C2 25 NiCr) 분말은, 크롬 카바이드(chromium carbide) 75%, 니켈(nickel) 20%, 크롬(chromium) 5%가 혼합되어서 이루어진다.
이러한 재료들 중 선택된 하나의 종류로 이루어진 코팅층(131)은, 상부핑거(130) 및 하부핑거(170)의 둘레에 50~600㎛의 두께로 이루어지고, 경도는 900~1000HV를 유지하도록 플라즈마 코팅된다.
이러한 코팅층(131)은, 상기의 분말가루들 중 선택된 한 종류의 분말가루와 1400℃의 가스를 마하 2정도의 속도로 상부핑거(130) 및 하부핑거(170)의 둘레에 제트분사하여서 이루어진다.
코팅층(131)의 두께가 50㎛ 미만일 경우, 상술한 코팅층(131)에 의한 효과가 보장되지 못하게 되며, 코팅층(131)의 두께가 600㎛을 초과할 경우, 상술한 효과의 증대는 미미한 반면 과다한 세라믹코팅에 의해 작업시간 및 재료비가 낭비되는 문제점이 있다.
상부핑거(130) 및 하부핑거(170)에 코팅층(131)이 코팅되는 동안 상부핑거(130) 및 하부핑거(170)의 온도는 상승되는데, 가열된 상부핑거(130) 및 하부핑거(170)의 변형이 방지되도록 상부핑거(130) 및 하부핑거(170)가 냉각장치(미도시)로 냉각되어서 150~200℃의 온도를 유지하도록 된다.
상부핑거(130) 및 하부핑거(170)의 둘레에 코팅층(131)을 형성시키기 위한 용사법은 금속, 세라믹스 및 이들의 혼합물을 고온의 가스 불꽃(gas-flame) 또는 플라즈마(plasma) 내에 투입하여 용융 또는 반용융 상태로 고속으로 분사시켜서 모재의 표면에 피막을 형성시켜 나가는 표면 처리 기술이다.
이러한 본 발명은 상부핑거(130) 및 하부핑거(170)의 내주면 둘레에 내마모성, 내산화성이 뛰어난 코팅층(131)이 형성되므로 상부핑거(130) 및 하부핑거(170)이 마모 및 산화되는 것이 방지되고, 상부핑거(130) 및 하부핑거(170)의 마모 및 산화 방지에 의해 제품의 정밀도가 향상된다.
하부툴전후이송부(180)는, 공구교환부프레임(110)의 내부공간(115)에 설치되고 하부플레이트(160)에 연결되어서 하부플레이트(160) 및 하부핑거(170)들을 공구교환부프레임(110)의 전후방 측으로 전후진시킨다.
이러한 하부툴전후이송부(180)는, 하부이송실린더(181), 고정블록(183), 하부결합편(184), 하부LM가이드(185), 하판결합부(186)로 이루어진다.
하부이송실린더(181)는, 일단이 베드(20)에 고정되고 타단의 실린더로드(182)가 하부플레이트(160)에 고정되어서 실린더로드(182)의 전후진시 하부플레이트(160)를 전후진시키며 공구교환부프레임(110)의 내부공간(115)에 위치된다.
고정블록(183)은, 하단이 베드(20)에 고정되고 상단이 하부이송실린더(181)의 일단에 결합되어서 하부이송실린더(181)를 지지한다.
하부결합편(184)은, 하단이 하부이송실린더(181)의 실린더로드(182) 단부에 결합되고 상단이 하부플레이트(160)의 하부에 결합되어서 실린더로드(182)의 전후진시 하부플레이트(160)를 전후진시킨다.
하판결합부(186)는, 하부가 베드(20)의 상부에 슬라이드되도록 결합되어 있고 상부가 하부플레이트(160)의 저면에 고정되어 있다.
하부LM가이드(185)는, 하부가 베드(20)에 고정되어 있는 하부가이드레일(185a) 및 하부가이드레일(185a)에 결합되어서 하부가이드레일(185a)을 따라 슬라이드 이동되고 상부가 하판결합부(186)의 하부에 고정되어서 하부이송실린더(181)의 작동시 하판결합부(186) 및 하부플레이트(160)가 하부가이드레일(185a)을 따라 이송되도록 안내하는 하부가이드블록(185b)으로 이루어진다.
이러한 하부툴전후이송부(180)의 하판결합부(186)는, 하부플레이트(160)의 저면에 고정되는 고정판(187)과, 하부가이드블록(185b)의 상부에 고정되어서 하부가이드레일(185a)을 따라 이송되는 이송판(188)과, 상단 및 하단이 고정판(187) 및 이송판(188)에 고정되는 한쌍의 간격유지판(189)으로 이루어진다. 이 하판결합부(186)의 고정판(187), 이송판(188), 간격유지판(189) 사이에는 하부이송실린더(181)가 위치되어서 작동되도록 전후방향으로 개방된 실린더내장공간(180a)이 형성된다.
하부전진감지센서(190) 및 하부후진감지센서(191)는, 공구교환부프레임(110)의 하단부에 설치되고 하부플레이트(160)의 전진 및 후진을 감지하여서 하부플레이트(160)가 세팅된 전후진 위치를 벗어나서 이송될 시 하부툴전후이송부(180)의 구동을 정지시킨다.
이러한 구성의 문형구조의 소형 탭핑 센터용 별치형 2단 서랍식 자동공구교환장치는, 자동공구교환부(100)의 상부이송실린더(143) 또는 하부이송실린더(181)가 작동되어서 상부플레이트(120) 또는 하부플레이트(160)를 전진시켜서 주축(90)이 상부핑거(130)들의 툴(13) 또는 하부핑거(170)들의 툴(13)을 파지하도록 한다.
주축(90)이 X축 방향 및 Y축 방향으로 이송되고 자동공구교환부(100)의 상부핑거(130) 또는 하부핑거(170)가 전진되어서 주축(90)이 해당 툴(13)을 파지하면 자동공구교환부(100)의 상부이송실린더(143) 또는 하부이송실린더(181)가 작동되어서 상부플레이트(120) 또는 하부플레이트(160)를 후진시켜서 상부핑거(130)들 또는 하부핑거(170)들을 후진시킨다.
이와 같은 상태에서 주축(90)이 X축 방향, Y축 방향으로 이송되어서 공작물이 세팅된 팔레트 상부로 이송되며, Z축 방향으로 작동되어서 공작물을 가공한다.
이와 같은 본 발명의 문형구조의 소형 탭핑 센터용 별치형 2단 서랍식 자동공구교환장치는 다음과 같은 장점이 있다.
첫째, 본 발명의 자동공구교환부(100)는 베드(20) 내부 및 칼럼(30) 하부 중앙에 위치되고, 이러한 자동공구교환부(100)는 상부플레이트(120) 및 하부플레이트(160)에 다수의 상부핑거(130)들 및 하부핑거(170)들이 2단으로 배열되어 있으며, 상부핑거(130)들 및 하부핑거(170)들이 Y축 방향으로 전후진되도록 설치되어서 별치형 2단 서랍식으로 구비된다.
따라서 자동공구교환부(100)가 베드(20) 및 칼럼(30) 사이의 공간 내에 설치되고 베드(20)를 따라 전후진되므로 자동공구교환부(100)의 설치 및 구동이 베드(20) 및 칼럼(30)의 외부를 크게 벗어나지 않으며 이에 따라 문형구조의 소형 탭핑 센터를 소형화시킬 수 있다.
둘째, 본 발명의 공구교환부프레임(110)은 하단부가 베드(20)에 고정되고 공구교환부프레임(110)의 양측을 이루며 내부투시구멍(112)이 형성되어 있는 지지프레임(111)들과, 양단부가 지지프레임(111)들의 내측면 상부에 고정되어서 지지프레임(111)의 상부를 지지하는 수평지지바(113)와, 양단부가 지지프레임(111)들의 후방 상부에 고정되어서 지지프레임(111)의 상부를 보강하는 후방보강프레임(114)으로 이루어진다. 또한, 공구교환부프레임(110)의 내부공간(115)은 상부 및 전방, 후방 측으로 개방되어 있다.
이러한 공구교환부프레임(110)은, 직육면체의 틀을 유지하는 가운데 내부공간(115)이 확보되고 상부 및 전방, 후방측으로 개방되어서 상부이송실린더(143)의 일부, 하부이송실린더(181), 하부플레이트(160), 하부핑거(170)들이 공구교환부프레임(110)의 내부공간(115) 내에 위치된 상태에서 공구교환부프레임(110)의 전방 측으로 전후진되면서 작동되도록 지지한다.
따라서 공구교환부프레임(110)이 최소의 자재를 이용하여 크기 및 무게를 최소화시키면서도 안정적인 구조를 유지하므로 탭핑 센터의 소형화 경량화를 꾀할 수 있다.
셋째, 본 발명의 하판결합부(186)는 하부플레이트(160)의 저면에 고정되는 고정판(187)과, 하부가이드블록(185b)의 상부에 고정되어서 하부가이드레일(185a)을 따라 이송되는 이송판(188)과, 상단 및 하단이 고정판(187) 및 이송판(188)에 고정되는 한쌍의 간격유지판(189)으로 이루어지며, 고정판(187), 이송판(188), 간격유지판(189) 사이에 하부이송실린더(181)가 위치되어서 작동되도록 전후방향으로 개방된 실린더내장공간(180a)이 형성된다.
따라서, 하판결합부(186)가 최소의 공간을 차지하고 안정적으로 지지된 가운데 이 하판결합부(186)에 의해 하부핑거(170)들의 설치, 하부핑거(170)들의 전후 이송, 하부이송실린더(181)의 설치가 모두 이루어지므로 탭핑 센터의 소형화, 경량화를 추구할 수 있다.
넷째, 본 발명의 상부핑거(130)들 및 하부핑거(170)들에는 산화크롬(Cr2O3) 96~98% 및 이산화티타늄(TiO2) 2~4%가 혼합되어 이루어진 세라믹 분말, 산화크롬(Cr2O3) 분말, 산화알루미늄(Al2O3) 분말, 이산화티타늄(TiO2) 분말, 산화이트륨(Y2O3) 분말, 지르코니아(ZrO2) 분말, 크롬니켈(Cr3C2 25 NiCr) 분말(chromium carbide 75%, nickel 20%, chromium 5%) 중, 어느 한 종류의 분말이 용사되어서 코팅층(131)이 이루어진다.
따라서, 상부핑거(130)들 및 하부핑거(170)들의 강도, 내마모성, 내충격성이 향상되며, 이에 따라 툴(13)과 지속적으로 접촉되는 상부핑거(130)들 및 하부핑거(170)들의 수명을 연장시킬 수 있다.
다섯째, 본 발명의 공구교환부프레임(110)의 상부 전후방에는 상부플레이트(120)가 Y축 방향으로 이동되는 것을 감지하도록 상부전진감지센서(150) 및 상부후진감지센서(151)가 설치되어 있으며, 공구교환부프레임(110)의 하부 전후방에는 하부플레이트(160)가 Y축 방향으로 이동되는 것을 감지하도록 하부전진감지센서(190) 및 하부후진감지센서(191)가 설치되어 있다.
따라서 상부플레이트(120) 또는 하부플레이트(160)가 세팅 범위를 초과하여 작동될 경우 상부전진감지센서(150), 상부후진감지센서(151) 또는 하부전진감지센서(190), 하부후진감지센서(191)가 이를 감지하여서 상부이송실린더(143) 또는 하부이송실린더(181)의 동작을 제어하므로 안전사고를 방지시킨다.
13 : 툴 20 : 베드
30 : 칼럼 90 : 주축
100 : 자동공구교환부 110 : 공구교환부프레임
111 : 지지프레임 112 : 내부투시구멍
113 : 수평지지바 114 : 후방보강프레임
115 : 내부공간 120 : 상부플레이트
121 : 무게경감구멍 130 : 상부핑거
131 : 코팅층 140 : 상부툴전후이송부
141 : 상부이송실린더 142,182 : 실린더로드
143 : 상부결합편 144 : 상부LM가이드
145 : 상부가이드레일 146 : 상부가이드블록
150 : 상부전진감지센서 151 : 상부후진감지센서
160 : 하부플레이트 161 : 무게경감구멍
170 : 하부핑거 180 : 하부툴전후이송부
180a : 실린더내장공간 181 : 하부이송실린더
183 : 고정블록 184 : 하부결합편
185 : 하부LM가이드 185a : 하부가이드레일
185b : 하부가이드블록 186 : 하판결합부
187 : 고정판 188 : 이송판
189 : 간격유지판 190 : 하부전진감지센서
191 : 하부후진감지센서 370 : 컨트롤러

Claims (5)

  1. 베드(20)와, 베드(20)의 길이방향인 Y방향으로 이동되도록 베드(20)의 후방 상부에 설치되는 칼럼(30)과, 칼럼(30)에 X축 방향 및 Z축 방향으로 이송되도록 설치되고 칼럼(30)과 함께 Y축 방향으로 이송되는 주축(90)으로 이루어진 문형구조의 소형 탭핑 센터에 설치되어서, 주축(90)에 툴(13)을 자동으로 교환시키기 위한 자동공구교환장치에 있어서,
    베드(20)의 후방 상부에 설치되고 장비의 외형이 축소되도록 칼럼(30)의 하부 중앙부 공간에 위치되며 장착된 다수의 툴(13)이 주축(90)에 교환되도록 하는 자동공구교환부(100); 주축(90), 자동공구교환부(100)에 연결되어서 이들을 제어하는 컨트롤러(370)를 포함하여 이루어지며;
    자동공구교환부(100)는,
    베드(20)의 상부에 설치되는 공구교환부프레임(110)과,
    공구교환부프레임(110)의 상부에 위치되고 공구교환부프레임(110)의 전후방 측으로 전후이송되도록 구비되는 상부플레이트(120)와,
    상부플레이트(120)의 상단부 전방에 복수개 설치되고 툴(13)이 착탈되는 상부핑거(130)들과,
    공구교환부프레임(110)의 상부에 설치되고 상부플레이트(120)에 연결되어서 상부플레이트(120) 및 상부핑거(130)들을 공구교환부프레임(110)의 전후방 측으로 전후진시키는 상부툴전후이송부(140)와,
    공구교환부프레임(110)의 상단부에 설치되고 상부플레이트(120)의 전진 및 후진을 감지하여서 상부플레이트(120)가 세팅된 전후진 위치를 벗어나서 이송될 시 상부툴전후이송부(140)의 구동을 정지시키는 상부전진감지센서(150) 및 상부후진감지센서(151)와,
    공구교환부프레임(110)의 내부에 위치되고 공구교환부프레임(110)의 전후방 측으로 전후이송되도록 구비되는 하부플레이트(160)와,
    하부플레이트(160)의 상단부 전방에 복수개 설치되고 툴(13)이 착탈되는 하부핑거(170)들과,
    공구교환부프레임(110)의 내부공간(115)에 설치되고 하부플레이트(160)에 연결되어서 하부플레이트(160) 및 하부핑거(170)들을 공구교환부프레임(110)의 전후방 측으로 전후진시키는 하부툴전후이송부(180)와,
    공구교환부프레임(110)의 하단부에 설치되고 하부플레이트(160)의 전진 및 후진을 감지하여서 하부플레이트(160)가 세팅된 전후진 위치를 벗어나서 이송될 시 하부툴전후이송부(180)의 구동을 정지시키는 하부전진감지센서(190) 및 하부후진감지센서(191)로 이루어진 것을 특징으로 하는 문형구조의 소형 탭핑 센터용 별치형 2단 서랍식 자동공구교환장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서, 공구교환부프레임(110)은,
    하단부가 베드(20)에 고정되고 공구교환부프레임(110)의 양측을 이루며 내부투시구멍(112)이 형성되어 있는 지지프레임(111)들과, 양단부가 지지프레임(111)들의 내측면 상부에 고정되어서 지지프레임(111)의 상부를 지지하는 수평지지바(113)와, 양단부가 지지프레임(111)들의 후방 상부에 고정되어서 지지프레임(111)의 상부를 보강하는 후방보강프레임(114)으로 이루어지고;
    공구교환부프레임(110)의 내부공간(115)은 상부 및 전방, 후방 측으로 개방되어 있으며;
    상부이송실린더(143)의 일부, 하부이송실린더(181), 하부플레이트(160), 하부핑거(170)들이 공구교환부프레임(110)의 내부공간(115) 내에 위치된 상태에서 공구교환부프레임(110)의 전방 측으로 전후진되면서 작동되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 문형구조의 소형 탭핑 센터용 별치형 2단 서랍식 자동공구교환장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 하부툴전후이송부(180)는,
    일단이 베드(20)에 고정되고 타단의 실린더로드(182)가 하부플레이트(160)에 고정되어서 실린더로드(182)의 전후진시 하부플레이트(160)를 전후진시키며 공구교환부프레임(110)의 내부공간(115)에 위치되는 하부이송실린더(181)와,
    하단이 베드(20)에 고정되고 상단이 하부이송실린더(181)의 일단에 결합되어서 하부이송실린더(181)를 지지하는 고정블록(183)과,
    하단이 하부이송실린더(181)의 실린더로드(182) 단부에 결합되고 상단이 하부플레이트(160)의 하부에 결합되어서 실린더로드(182)의 전후진시 하부플레이트(160)를 전후진시키는 하부결합편(184)과,
    하부가 베드(20)의 상부에 슬라이드되도록 결합되어 있고 상부가 하부플레이트(160)의 저면에 고정되어 있는 하판결합부(186)와,
    하부가 베드(20)에 고정되어 있는 하부가이드레일(185a) 및 하부가이드레일(185a)에 결합되어서 하부가이드레일(185a)을 따라 슬라이드 이동되고 상부가 하판결합부(186)의 하부에 고정되어서 하부이송실린더(181)의 작동시 하판결합부(186) 및 하부플레이트(160)가 하부가이드레일(185a)을 따라 이송되도록 안내하는 하부가이드블록(185b)으로 이루어진 하부LM가이드(185)로 이루어지며;
    하판결합부(186)는,
    하부플레이트(160)의 저면에 고정되는 고정판(187)과, 하부가이드블록(185b)의 상부에 고정되어서 하부가이드레일(185a)을 따라 이송되는 이송판(188)과, 상단 및 하단이 고정판(187) 및 이송판(188)에 고정되는 한쌍의 간격유지판(189)으로 이루어지며, 고정판(187), 이송판(188), 간격유지판(189) 사이에 하부이송실린더(181)가 위치되어서 작동되도록 전후방향으로 개방된 실린더내장공간(180a)이 형성되는 것을 특징으로 하는 문형구조의 소형 탭핑 센터용 별치형 2단 서랍식 자동공구교환장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 툴(13)의 외부면에 접촉되는 상부핑거(130) 및 하부핑거(170)에는,
    산화크롬(Cr2O3) 96~98% 및 이산화티타늄(TiO2) 2~4%가 혼합되어 이루어진 세라믹 분말, 산화크롬(Cr2O3) 분말, 산화알루미늄(Al2O3) 분말, 이산화티타늄(TiO2) 분말, 산화이트륨(Y2O3) 분말, 지르코니아(ZrO2) 분말, 크롬니켈(Cr3C2 25 NiCr) 분말(chromium carbide 75%, nickel 20%, chromium 5%) 중, 어느 한 종류의 분말이 10~44㎛의 분말입도를 갖도록 구비되며, 상기의 분말입도를 갖는 분말이 상부핑거(130) 및 하부핑거(170)의 내측면에 용사되어 코팅층(131)이 이루어진 것을 특징으로 하는 문형구조의 소형 탭핑 센터용 별치형 2단 서랍식 자동공구교환장치.
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JP2010052068A (ja) 2008-08-27 2010-03-11 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 立形工作機械

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