KR101203755B1 - 그리퍼 아암의 중량공구 이탈 방지장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 그리퍼 아암의 중량공구 이탈 방지장치에 관한 것이다. 이를 위해, 공작기계의 공구를 교체하기 위한 그리퍼 아암 장치에 있어서, 그리퍼 아암(50)의 회전반경내에 구비되어 축선방향으로 왕복 이동이 가능한 적어도 하나의 피스톤(200); 그리퍼 아암(50)내에 형성된 관통공(100) 및 관통공(100) 내에서 축선 방향으로 왕복 이동 가능하게 조립되어, 피스톤(200)과 선택적으로 간섭을 일으키는 록킹핀(110); 그리퍼 아암(50)의 내부에 위치하고 일단이 록킹핀(110)의 일측에 밀착되어 록킹핀(110)의 이동 위치에 따라 반경반향 위치를 조정하는 공구바아(115); 및 공구바아(115)의 타단에 구비되어 공구바아(115)의 반경 방향 위치에 따라 공구(120)를 안정적으로 파지하거나 파지 해제하도록 하는 롤러(119);가 제공된다.
공구, 그리퍼, 아암, 중량, 이탈, 회전, 실린더, 피스톤, 아암, 롤러

Description

그리퍼 아암의 중량공구 이탈 방지장치{heavy tools secession prevention device of a gripper arm}
도 1은 종래의 그리퍼 아암 구조의 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 중량공구의 이탈 방지장치가 설치된 그리퍼 아암의 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 그리퍼 아암의 부분 사시도,
도 4는 도 2중 A-부분의 확대 단면도로서, 록킹핀(110)이 전진한 상태이고,
도 5는 도 2중 A-부분의 확대 단면도로서, 록킹핀(110)이 후퇴한 상태이고,
도 6은 그리퍼 아암이 제거된 상태에서 본 발명에 따른 중량공구 이탈 방지장치가 설치된 정면도,
도 7은 본 발명에 따른 제 1, 2 피스톤(200a, 200b)을 구동하기 위한 개략적인 유압회로도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
5 : 스핀들, 10 : 그리퍼 아암,
12 : 이동축, 14 : 체인저 바디,
16 : 오일레스 부시, 18 : 스토퍼,
20 : 하우징, 22 : 스플라인축,
24 : 레버, 26 : 캠유닛,
50 : 그리퍼 아암,
54 : 하우징, 56 : 캡,
58 : 스토퍼, 62 : 이동축,
64 : 체인저 바디, 72 : 스플라인축,
74 : 레버, 76 : 캠유닛,
100 : 관통공, 110 : 록킹핀,
112 : 경사면, 115 : 공구바아,
117 : 단면경사부, 118 : 그리퍼,
119 : 롤러, 120 : 공구,
125 : 원주홈, 200 : 피스톤,
200a : 제 1 피스톤, 200b : 제 2 피스톤,
210 : B포트, 220 : A포트,
230 : 유압분배구, 235 : 유압라인,
250 : 언클램프 밸브, 260 : 공구 클램프 솔레노이드,
270 : 조절밸브, 290 : 시프터.
본 발명은 공작기계의 공구를 교환하기 위한 그리퍼 아암 장치에 관한 것으 로서, 보다 상세하게는 그리퍼 아암의 중량공구 이탈 방지장치에 관한 것이다.
일반적으로, 수치제어 공작기계는 스핀들축에 끼워진 공구를 새로운 공구로 대체하기 위하여 그리퍼 아암 장치가 사용된다. 이러한 그리퍼 아암의 일측에는 교체될 공구가 끼워지고, 타측에는 교체된 공구가 끼워진다.
도 1은 이와 같은 종래의 그리퍼 아암 구조의 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 체인저 바디(14)의 내부에는 캠유닛(26)과 레버(24)가 조립되어 있고, 이동축(12)은 체인저 바디(14)의 외부로 돌출하거나 회전하게 구성된다. 그리고, 그리퍼 아암(10)은 이동축(12)의 끝단에 조립된다.
캠유닛(26)은 복잡한 캠 형상을 갖고 있으며, 이동축(12)을 축선방향으로 왕복 이송하거나 180°씩 회전시키도록 하는 구성을 갖는다. 레버(24)의 일단은 캠유닛(26)과 연결되어 캠의 형상을 따라 이동하고, 타단은 스플라인축(22)에 연결되어 있다.
스플라인축(22)은 이동축(12)의 내경에 조립되어 있다. 그리고, 이동축(12)은 중공 형태로서 일단이 체인저 바디(14) 내부에 위치하고, 타단은 체인저 바디(14)의 외부에서 자유단으로 위치한다. 이러한 중공의 이동축(12) 내부에는 스플라인축(22)과 치형맞춤이 되어 있다.
하우징(20)은 환형이며, 외륜에는 체인저 바디(14)가 끼워지고, 내륜에는 오릴레스 부시(16)를 매개로 이동축(12)이 끼워진다. 그리고, 하우징(20)의 일측으로는 스토퍼(18)가 조립되어 있다. 이러한 스토퍼(18)는 회전하는 그리퍼 아암(10)의 회전위치를 한정하기 위한 것이다.
이하에서는 상기와 같은 구성을 갖는 종래의 그리퍼 아암(10)의 동작방법에 대해 설명하기로 한다. 우선 그리퍼 아암(10)의 양단중 일단에는 교체 예정인 공구가 끼워져 있고, 타단은 비워 있다. 그 다음, 캠유닛(26)의 동작으로 이동축(12)이 돌출된 후 180°회전한다. 이 때, 비워져 있던 타단으로 스핀들에 끼워져 있던 공구가 이동한다. 다시 역방향으로 180°회전한 다음 같은 방식으로 일단에 끼워져 있던 공구로 교체한다. 교체되어 빠져나온 공구는 툴 매거진에서 다시 같은 동작을 반복하여 공구의 원래 포트위치로 되돌아가게 된다.
그러나, 이와 같이 동작하는 종래의 그리퍼 아암은 다음과 같은 문제점이 있다. 즉, 공구의 최대 중량이 약 25 Kg 이기 때문에 중량공구가 매달려 회전하는 경우 이탈할 위험이 있다. 특히 공구의 교환은 가공과정중에 빈번히 발생하는 동작이기 때문에 신뢰성이 확보되지 못하다면 자동화의 문제 뿐만 아니라 전체 생산 계획에도 차질을 빚게 된다. 그리고, 만약 공구가 이탈되어 떨어진다면 공작기계내의 다른 부품을 훼손할 뿐만 아니라 안전 사고의 위험도 매우 높다.
따라서, 공구의 교체하기 위하여 공구를 파지하고 파지해제하는 과정들은 명확한 기계적 메카니즘을 통해 구현되는 것이 바람직하며, 이 과정에서 공구가 이탈될 가능성은 철저히 배제되도록 설계될 필요가 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 중량 공구를 교체하는 과정에서 공구가 그리퍼 아암으로부터 이탈되지 못하도록 하여 공구 교체에 관한 신뢰성을 확보할 수 있는 그리퍼 아암의 중량공구 이탈 방지장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 공작기계의 공구를 교체하기 위한 그리퍼 아암 장치에 있어서,
그리퍼 아암(50)의 회전반경내에 구비되어 축선방향으로 왕복 이동이 가능한 적어도 하나의 피스톤(200);
그리퍼 아암(50)내에 형성된 관통공(100) 및 관통공(100) 내에서 축선 방향으로 왕복 이동 가능하게 조립되어, 피스톤(200)과 선택적으로 간섭을 일으키는 록킹핀(110);
그리퍼 아암(50)의 내부에 위치하고 일단이 록킹핀(110)의 일측에 밀착되어 록킹핀(110)의 이동 위치에 따라 반경반향 위치를 조정하는 공구바아(115); 및
공구바아(115)의 타단에 구비되어 공구바아(115)의 반경 방향 위치에 따라 공구(120)를 안정적으로 파지하거나 파지 해제하도록 하는 롤러(119);로 구성되는 것을 특징으로 하는 그리퍼 아암의 중량공구 이탈 방지장치에 의해 달성될 수 있다.
그리고, 피스톤(200)은 한 쌍이 구비되고, 그리퍼 아암(50)이 스핀들과 툴 매거진을 향하는 위치에 각각 구비되는 것이 바람직하다.
또한, 피스톤(200)은 유압 또는 공압 피스톤 또는 솔레노이드중 어느 하나인 것이 적합하다.
뿐만 아니라, 록킹핀(110)은 둘레 영역에 경사면(112)을 갖고,
공구바아(115)의 일단은 단면 경사부(117)를 형성하며,
단면 경사부(117)는 경사면(112)에 밀착되는 것이 더욱 바람직하다.
아울러, 경사면(112)은 록킹핀(110)이 피스톤(200)을 향해 전진할 때 공구바아(115)가 방사방향으로 밀려나도록 기울기를 갖는 것이 가장 바람직하다.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부 도면들과 관련되어 설명되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명확해질 것이다.
이하에서는 양호한 실시예를 도시한 첨부 도면과 관련하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 도 2는 본 발명에 따른 그리퍼 아암의 처짐 방지 구조의 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 그리퍼 아암의 부분 사시도이다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 체인저 바디(64)의 내부에는 캠유닛(76)과 레버(74)가 조립되어 있고, 이동축(62)은 체인저 바디(64)의 외부로 돌출하거나 회전하게 구성된다. 그리고, 그리퍼 아암(50)은 이동축(62)의 끝단에 조립된다. 그러퍼 아암(50)의 양단에는 반원형의 고정된 그리퍼(118)가 구비되고, 그 인근에는 공구의 클램핑과 언클램핑을 결정하기 위한 롤러(119)가 구비되어 있다. 이들의 구조를 각각 분설하면 다음과 같다.
캠유닛(76)은 복잡한 캠 형상을 갖고 있으며, 이동축(62)을 축선방향으로 왕복 이송하거나 180°씩 회전시키도록 하는 구성을 갖는다. 레버(74)의 일단은 캠유닛(76)과 연결되어 캠의 형상을 따라 이동하고, 타단은 스플라인축(72)에 연결되어 있다.
스플라인축(72)은 이동축(62)의 내경에 조립되어 있다. 그리고, 이동축(62)은 중공 형태로서 일단이 체인저 바디(64) 내부에 위치하고, 타단은 체인저 바디(64)의 외부에서 자유단으로 위치한다. 이러한 중공의 이동축(62) 내경은 스플라인축(72)과 치형맞춤이 되어 있다. 이러한 이동축(62)의 자유단은 캡(56)의 중심에 고정되고, 캡(56)의 가장자리에는 그리퍼 아암(50)이 고정된다.
하우징(54)은 환형이며, 외륜에는 체인저 바디(64)가 조립되고, 내륜에는 이동축(62)이 슬라딩 가능하게 끼워진다. 그리고, 하우징(54)의 일측으로는 스토퍼(58)가 조립되어 있다. 이러한 스토퍼(58)는 회전하는 그리퍼 아암(50)의 회전위치를 기계적으로 한정하기 위한 것이다.
축가이드부는 중공형상으로서 내경에는 오일레스 부시를 매개로 이동축(62)이 슬라이딩 가능하게 조립되어 있고, 외경에는 그리퍼 아암(50)과 캡(56)이 조립된다. 그리고, 축가이드부의 일단은 하우징(54)에 볼트 체결되어 일체로서 체인저 바디(64)에 고정된다.
그리퍼 아암(50)은 양단으로 공구를 파지할 수 있는 그리퍼(118)가 구비되고, 중간의 회전 중심은 축가이드부에 슬라이딩 가능하게 끼워진다. 그리고, 그리퍼 아암(50)은 캡(56)에 고정됨으로서, 캡(56)과 일체로 구동하게 된다.
캡(56)은 원형으로, 노출면은 폐쇄되어 있고, 체인저 바디(64)를 향하는 면은 개방되어 있다. 이러한 캡(56)의 중심 영역에는 이동축(62)이 일체로 고정되고, 가장자리로는 그리퍼 아암(50)이 일체로 고정된다. 따라서, 캡(56)은 외부로부터의 먼지나 이물질 침투를 방지할 뿐만 아니라 이동축(62)과 그리퍼 아암(50) 사이의 동력과 움직임을 전달하는 역할을 한다.
도 4는 도 2중 A-부분의 확대 단면도로서, 록킹핀(110)이 전진한 상태이고, 도 5는 도 2중 A-부분의 확대 단면도로서, 록킹핀(110)이 후퇴한 상태이다. 우선, 도 4와 도 5에서 록킹핀(110)의 우측 이동을 "전진"으로 정의하고 좌측 이동을 "후퇴"로 정의하며, 피스톤(200)의 좌측 이동을 "돌출"로 정의 하고, 우측 이동을 "수축"으로 정의한다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 그리퍼 아암(50)의 회전 중심 인근에는 관통공(100)이 축선 방향으로 형성되어 있고, 그 내부에는 축선 방향으로 미끄럼 이동이 가능한 록킹핀(110)이 끼워진다.
록킹핀(110)은 하우징(54)을 향하여 전진하거나 후퇴하여, 둘레영역에는 경사면(112)이 형성되어 있다. 이러한 경사면(112)은 공구바아(115)의 단면경사부(117)가 맞닿아 있어 상호 작용을 하게 된다.
그리퍼 아암(50)의 내부에는 반경방향으로 공구바아(115)가 설치되어 있다. 공구바아(115)의 일단은 단면 경사부(117)를 형성하며, 록킹핀(110)의 경사면(112)에 밀착되어 있다. 그리고, 공구바아(115)의 타단에는 공구의 물림이나 물림 해제를 확실히 하기 위한 롤러(119)가 형성되어 있다. 이러한 롤러(119)는 공구(120)의 밑둥에 형성된 원주홈(125)을 따라 이동하면서 걸리거나 걸림해제되도록 구성되어 있다.
하우징(54)중 회전 중심에 가까운 영역에는 유압 피스톤(200)이 구비되어 있고, 축선 방향으로 돌출되거나 수축될 수 있다. 이러한 피스톤(200)의 동작을 위해 별도의 유압라인(235)이 구비되어 A, B 포트(220, 210)에 연결되며, 구체적인 설명은 도 7에서 하기로 한다.
유압 피스톤(200)은 록킹핀(110)과 맞닿는 위치에 설치되며, 피스톤(200)이 돌출되어었을 록킹핀(110)을 축선 방향으로 밀면서 돌출하고, 수축할 때 록킹핀(110)이 전진하는 구성을 갖는다.
도 6은 그리퍼 아암(50)이 제거된 상태에서 본 발명에 따른 중량공구 이탈 방지장치가 설치된 정면도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 고정된 하우징(54) 상에 2개의 피스톤(200a, 200b)가 설치되어 있다. 제 1 피스톤(200a)은 그리퍼 아암(50)이 툴 매거진을 향하도록 위치하였을 때 록킹을 위한 것이고, 제 2 피스톤(200b)은 그리퍼 아암(50)이 스핀들을 향하도록 위치하였을 때 록킹을 위한 것이다.
제 1, 2 피스톤(200a, 200b)에 유압을 공급하기 위하여 일측으로 유압라인(235)이 형성되어 있다. 그리고, 유압분배구(230)로부터 각 피스톤(200a, 200b) 까지는 각각 2줄의 유압라인(235)이 연결되어 있으나, 상하로 겹쳐지기 때문에 도 6에서는 하나의 유압라인(235)만이 도시된다. 도 6에 도시된 피스톤(200)의 위치는 툴 매거진의 위치 또는 스핀들의 위치가 변경됨에 따라 변경될 수 있음은 물론이다.
도 7은 본 발명에 따른 제 1, 2 피스톤(200a, 200b)을 구동하기 위한 개략적인 유압회로도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 제 1, 2 피스톤(200a, 200b)의 유압라인(235)은 스핀들 헤드의 공구 언클램프 밸브(250)와 공구 클램프 솔레노이드(260) 사이로부터 병렬로 분지되어 각 피스톤(200)에 연결된다. 따라서, 공구 클램 프 솔레노이드(260)의 동작과 함께 제 1, 2 피스톤(200a, 200b)도 함께 연동하게 된다.
이하에서는 상기와 같은 구성을 갖는 그리퍼 아암의 중량공구 이탈 방지장치의 동작방법에 대해 설명하기로 한다. 우선, 그리퍼 아암의 동작에 대해 설명하기로 한다. 도 3과 같은 제 1 단계에서 그리퍼 아암(50)은 75°를 시계방향으로 회전하고, 제 2 단계에서 공구를 언클램프 하고, 제 3 단계에서 그리퍼 아암(50)이 돌출되고, 제 4 단계에서 그리퍼 아암(50)이 180°를 반시계방향으로 회전하고, 제 5 단계에서 그리퍼 아암(50)이 수축되고, 제 6 단계에서 공구를 클램프하고, 제 7 단계에서 그리퍼 아암이 75°를 반시계방향으로 회전하여 원위치하게 된다.
본 발명에서는 제 2 단계에서 록킹핀(112)이 후퇴하고, 제 6 단계에서 록킹핀(112)이 전진하게 된다. 우선 공구 클램핑 과정에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 4에서 피스톤(200)의 B 포트(210)로 유압이 인가되면, 피스톤(200)이 수축한다. 그러면 록킹핀(110)이 전진하면서 경사면(112)에 의해 공구바아(115)를 반경방향으로 밀게 된다. 그러면 그리퍼(118)내의 공구(120)에 대해 롤러(119)가 원주홈(125)을 타고 이동하면서 공구(120)를 클램핑하게 된다.
그리고, 이하에서는 본 발명에 따른 장치에서 공구를 언클램핑하는 과정에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다. 도 5에서 피스톤(200)의 A 포트(220)로 유압이 인가되면, 피스톤(200)이 돌출한다. 그러면 록킹핀(110)이 후퇴하면서 경사면(112)에 의해 공구바아(115)가 내경방향으로 복귀 된다. 그러면 그 리퍼(118)내의 공구(120)에 대해 롤러(119)가 그리퍼 아암(50) 안쪽으로 진입하면서 공구(120)가 자유롭게 되어 언클램핑 할 수 있는 상태가 된다.
비록, 본 발명에서는 유압으로 구동되는 유압 피스톤(200)을 개시하고 설명하였으나, 공압 피스톤 또는 전기식 솔레노이드에 의해서도 동일한 연결관계를 구현할 수 있다.
따라서, 상기 설명한 바와 같은 본 발명의 일실시예에 의하면, 중량 공구를 교체하는 과정에서 공구가 그리퍼 아암으로부터 이탈되지 못하도록 하여 공구 교체에 관한 신뢰성을 확보할 수 있다.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로 부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허청구의 범위에 속함은 자명하다.

Claims (5)

  1. 공작기계의 공구를 교체하기 위한 그리퍼 아암 장치에 있어서,
    그리퍼 아암(50)의 회전반경 내에서 하우징(54)에 장착되고, 축선 방향으로 돌출 또는 수축의 왕복 이동이 가능하도록 설치된 적어도 하나의 피스톤(200);
    상기 그리퍼 아암(50) 내에 형성된 관통공(100) 내에서 상기 축선 방향으로 왕복 이동이 가능하게 조립되고, 왕복 이동하는 상기 피스톤(200)과 선택적으로 간섭되어 전진 또는 후퇴하는 록킹핀(110);
    상기 그리퍼 아암(50)의 내부에 위치하고, 일단이 상기 록킹핀(110)의 일측에 밀착되어 상기 록킹핀(110)의 이동 위치에 따라 반경 방향 위치가 조정되는 공구바아(115); 및
    상기 공구바아(115)의 타단에 구비되어 상기 공구바아(115)의 반경 방향 위치에 따라 공구(120)를 안정적으로 파지하거나 파지 해제하도록 클램핑 또는 언클램핑하는 롤러(119);가 포함되고, 그리고
    상기 록킹핀(110)의 둘레 영역에 형성되면서 일정 기울기를 갖는 경사면(112)과 상기 공구바아(115)의 일단에 형성된 단면 경사부(117)가 밀착된 상태에서, 상기 록킹핀(110)이 상기 피스톤(200)을 향해 전진할 때 상기 공구바아(115)가 방사방향으로 밀려나 상기 롤러(119)가 상기 공구(120)를 클램핑하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 그리퍼 아암의 중량공구 이탈 방지장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 피스톤(200)은,
    상기 그리퍼 아암(50)의 일측이 교체를 위한 새로운 공구가 수납된 툴 매거진을 향하였을 때의 위치와 중첩되도록 설치된 제1피스톤(200a); 및
    상기 그리퍼 아암(50)의 타측이 교체될 낡은 공구가 장착된 스핀들(5)을 향하였을 때의 위치와 중첩되도록 설치된 제2피스톤(200b);이 구비되어 이루어진 것을 특징으로 하는 그리퍼 아암의 중량공구 이탈 방지장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 피스톤은 유압 또는 공압 또는 솔레노이드 피스톤 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 그리퍼 아암의 중량공구 이탈 방지장치.
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