KR101343109B1

KR101343109B1 - 머시닝센터의 자동 공구교환장치

Info

Publication number: KR101343109B1
Application number: KR1020120006356A
Authority: KR
Inventors: 김성철
Original assignee: 김성철
Priority date: 2012-01-19
Filing date: 2012-01-19
Publication date: 2013-12-20
Also published as: KR20130085298A

Abstract

본 발명은 머시닝센터의 자동 공구교환장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 주축 고정형 머시닝센터에 실린더를 이용하여 부채꼴 형태로 회동가능한 매거진을 구성하되, 상기 머시닝센터가 작업대상물을 가공할 때에는 매거진이 부채꼴 형태로 이격된 위치에서 대기하고 있다가 상기 머시닝센터의 주축이 상승하여 공구를 교체할 시에는 부채꼴 형태로 이격된 매거진이 중앙으로 마주보도록 회동하여 머시닝센터의 공구교체가 쉽고 빠르게 진행될 수 있도록 한 자동 공구교환장치에 관한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로 본 발명의 머시닝센터의 자동 공구교환장치에 따르면, 본체(11)와 베이스(12), 주축(13) 및 테이블(14)로 구성된 머시닝센터(10)의 자동 공구교환장치에 있어서, 상기 테이블(14)의 한 개 내지 두 개의 수직부재(21)가 부채꼴 형태로 회동가능하게 회동축(23)에 의해 각각 결합하되, 우측에서 보았을 때, 수직부재(21)의 단면형태는 '┓'의 형태이고, 수직부재(21)의 상단에 공구(1)가 내재 되는 공구수납홈(22)이 1열 이상 배열되도록 구성된 매거진(20)과, 상기 두 개의 매거진(20) 사이에 위치하여 각각의 매거진(20)에 일측과 타측이 결합되고, 상기 각각의 매거진(20)을 수축·이완함에 따라 부채꼴 형태로 회동시키는 작동실린더(30)로 구성됨을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명은, 머시닝센터의 테이블 후면에 실린더를 이용하여 부채꼴 형태로 회동가능한 매거진을 결합함으로써 그 구성이 간단하여 머시닝센터의 테이블에 설치하는 것이 간단하며, 청소, 수리 등 관리가 매우 편리한 효과가 있다.
또한, 구동부는 실린더를 이용하여 상기 매거진이 신속정확하게 회동함으로써 공구교환을 신속하게 할 수 있어 생산성을 높일 수 있는 효과도 있다.

Description

머시닝센터의 자동 공구교환장치 {AUTOMATIC TOOL CHANGER OF MACHINING CENTER}

본 발명은 머시닝센터의 자동 공구교환장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 주축 고정형 머시닝센터에 실린더를 이용하여 부채꼴 형태로 회동가능한 매거진을 구성하되, 상기 머시닝센터가 작업대상물을 가공할 때에는 매거진이 부채꼴 형태로 이격된 위치에서 대기하고 있다가 상기 머시닝센터의 주축이 상승하여 공구를 교체할 시에는 부채꼴 형태로 이격된 매거진이 중앙으로 마주보도록 회동하여 머시닝센터의 공구교체가 쉽고 빠르게 진행될 수 있도록 한 자동 공구교환장치에 관한 것이다.

일반적으로, 머시닝센터(machining center)는 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 머시닝센터 등의 공작기계에서는 가공 프로그램에 따라 매거진에 수납된 공구를 교환하면서 연속적으로 공작물의 가공을 실행하는 것이 일반적이다.

이러한 머시닝센터 중 주축이 수직방향으로만 움직이고, 수평방향으로는 움직이지 않는 주축 고정형 머시닝센터의 경우에는 원판형태의 매거진이 주로 사용되고 있는바, 원판의 외주면에 형성된 공구수납홈에 치수와 형상이 상이한 탭, 드릴 및 리머 등 각종 공구를 수납하도록 구성된다.

위와 같이 종래의 머시닝센터는 작업시 공구교환 타이밍으로 되면, 복잡한 캠 시스템과 공압시스템 혹은 서보모터를 사용하기 때문에 공구교체를 위해 원판형태의 매거진이 수차례 전 후진과 회전을 해야 함으로써 공구교환 시간이 대단히 많이 소요됨은 물론, 공구 교체지연으로 인한 전체 가공효율이 저하되는 문제점을 내포하고 있었다.

뿐만 아니라, 교체될 공구를 인덱스 하기 위해서는 정밀하게 제어할 수 있는 서보모터 등의 장치와 이를 구동하는 동력이 반드시 필요하여 자동 공구교환장치의 제품 단가가 상승되는 문제점을 초래하였고, 연동이 되지 않거나 정밀하게 제어되지 않을 경우에는 불량품이 발생할 뿐만 아니라, 고장이 자주 발생하는 폐단이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 특허출원 2009-0070737호를 살펴보면, 도 1과 같이 공구(1)를 교체하기 위해 주축(a13)이 Z축 방향으로 이동을 완료하면, 상기실린더(a21)가 수축하여 X축 방향으로 매거진(a40)을 이동시킨 후, X축 방향으로 매거진(a40)이 움직이면서 공구(1)의 교체가 이루어지도록 하며, 공구(1) 교체가 완료된 후에는 실린더(a21)가 이완되어 매거진(a40)을 테이블(a14)의 양측 방향으로 이격된 위치에 이동시킨 다음 주축(a13)이 Z축 방향으로 이동하여 이후 가공이 행해지도록 구성됨을 특징으로 하고 있다.

하지만 위와 같은 공구교환장치를 종래의 머시닝센터에 설치하기 위해서는 이송수단을 설치해야 하는데 머시닝센터의 종류에 따라 상기 공구교환장치의 설치가 용이하지 않고, 공구교환장치의 구조가 복잡하여 설치 및 관리에 불편한 문제점이 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 머시닝센터에 실린더에 의해 부채꼴형태로 회동되는 매거진을 설치함으로써 매거진을 머시닝센터에 용이하게 설치할 수 있고, 공구교환을 신속하게 할 수 있으며, 청소, 고장수리 등의 관리가 용이한 머시닝센터의 자동 공구교환장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로 본 발명의 머시닝센터의 자동 공구교환장치에 따르면, 본체(11)와 베이스(12), 주축(13) 및 테이블(14)로 구성된 머시닝센터(10)의 자동 공구교환장치에 있어서, 상기 테이블(14)의 한 개 내지 두 개의 수직부재(21)가 부채꼴 형태로 회동가능하게 회동축(23)에 의해 각각 결합하되, 우측에서 보았을 때, 수직부재(21)의 단면형태는 '┓'의 형태이고, 수직부재(21)의 상단에 공구(1)가 내재 되는 공구수납홈(22)이 1열 이상 배열되도록 구성된 매거진(20)과, 상기 두 개의 매거진(20) 사이에 위치하여 각각의 매거진(20)에 일측과 타측이 결합되고, 상기 각각의 매거진(20)을 수축·이완함에 따라 부채꼴 형태로 회동시키는 작동실린더(30)로 구성됨을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명은, 머시닝센터의 테이블 후면에 실린더를 이용하여 부채꼴 형태로 회동가능한 매거진을 결합함으로써 그 구성이 간단하여 머시닝센터의 테이블에 설치하는 것이 간단하며, 청소, 수리 등 관리가 매우 편리한 효과가 있다.

또한, 구동부는 실린더를 이용하여 상기 매거진이 신속정확하게 회동함으로써 공구교환을 신속하게 할 수 있어 생산성을 높일 수 있는 효과도 있다.

도 1은 종래의 머시닝센터의 자동공구 교환장치 정면도
도 2는 본 발명의 측면도
도 3은 본 발명에서 머시닝센터의 공구교체 모습을 나타내는 정면도
도 4는 본 발명에서 머시닝센터의 공구교체가 끝나고 두 개의 매거진이 부채꼴 형상으로 회동된 모습을 나타내는 정면도
도 5는 본 발명에서 공구수납홈의 평면도
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 모습의 정면도
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 모습의 정명도
도 8은 본 발명에서 각각의 벨트폴리에 벨트를 엇걸기로 연결한 모습을 나타내는 부분사시도.

이하 본 발명에 따른 머시닝센터의 자동 공구교환장치에 대하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

우선, 머시닝센터(10)의 구성을 살펴보면, 통상적으로 널리 사용되는 주축(13)이 Z축 방향으로만 움직이는 주축고정식 머시닝센터로, 머시닝센터(10) 본체(11)의 바닥에 설치되는 베이스(12)와, 베이스(12)의 상부에 X축 및 Y축 방향으로 이송되는 테이블(14) 및 본체(11)에 설치되는 주축(13) 등으로 구성된다.

한편, 상기 테이블(14)의 후면에 설치되어 자동으로 공구를 교환할 수 있도록 하는 자동 공구교환장치는 2개의 수직부재(21) 및 공구수납홈(22)으로 구성되는 매거진(20)과 수직부재(21)를 부채꼴형태로 회동시켜주는 작동실린더(30)로 구성된다.

상기 각 수직부재(21)는 단면형태가 '┓'의 형태이고, 각각의 수직부재(21)의 하부는 상기 테이블(14)의 후면에 회동가능하게 결합된다.

그리고 각각의 수직부재(21)는 작동실린더(30)에 의해 연결되는바, 작동실린더 몸체(31) 끝단은 일측 수직부재(21)에 결합되고, 작동실린더 피스톤로드(32) 끝단은 타측 수직부재(21)에 각각 결합되여 작동실린더 피스톤로드(32)가 공압 또는 유압에 의해 왕복운동하게 되면 상기 각각의 수직부재(21)가 동시에 부채꼴 형태로 좌·우로 회동된다.

상기에서 작동실린더 몸체(31) 끝단 및 작동실린더 피스톤로드(32) 끝단은 각각의 수직부재(21)와 회동가능하도록 결합된다.

작동실린더(30)가 유공압에 의해 수축하게 되면 좌·우측 수직부재(21)가 마주보도록 회동하고, 상기 작동실린더(30)가 이완하게 되면 좌·우측 수직부재(21)가 서로 반대방향으로 회동하는 것이다.

한편, 본 발명은 수직부재가 1개일 경우에도 동일하게 적용될 수 있는바, 수직부재(21)가 1개일 경우에는 작동실린더 피스톤로드(32) 끝단은 수직부재(21)에 회동가능하도록 결합되고, 작동실린더 몸체(31)는 테이블(14)에 결합하면 실린더의 왕복운동에 의해 1개의 수직부재가 부채꼴 형태로 회동하게 된다.

마지막으로 상기 수직부재(21)의 상단에 설치되는 공구수납홈(22)은 공구를 수납할 수 있도록 반원형 홈이 수평으로 연속 배열되어 있는 것으로 종래 머시닝센터 공구교환장치의 공구수납홈과 동일한 구조이다.

상기와 같이 설치된 본 발명의 작동과정을 살펴보면, 우선 테이블(14)의 상부에 피가공물을 재치 고정한 후, 주축에 최초 설치된 공구(1)로 피가공물을 가공한다.

그 다음 피가공물의 가공 중 공구(1)를 교체해야 하는 경우에는 주축(13)을 z축 방향(위쪽)으로 이동시키고, 그와 동시에 작동실린더(30)를 수축시켜 벌어져 있는 좌우측의 수직부재(21)를 회동시켜 주축 하단부로 이동시킨다.

이때, 상기 좌·우측 수직부재(21)는 작동실린더(30)에 의해 동시에 회동 되도록 구성되되, 상기 수직부재(21)의 회동축(23)에 벨트풀리(80)를 각각 결합하고, 상기 각각의 벨트풀리(80)에 X형태로 벨트를 엇걸기로 연결하여 좌·우측 수직부재(21)가 맞물려서 동시에 회동 되어 상기 두 개의 수직부재(21)가 더욱더 안정적으로 동시에 회동 될 수 있는 것이다.

그 후, 테이블(14)을 X축 및 Y축 방향으로 이송하여 먼저 비어있는 공구수납홈(22)을 주축의 중심으로 이송하면 주축이 하강하여 교체되어야 할 공구(1)를 반납하고, 또 다시 주축이 상승한 후 테이블을 X축 및 Y축으로 이송시켜 교체할 공구(1)가 수납된 공구수납홈(22)을 주축의 중심으로 이송시키면 주축이 하강하여 공구(1)의 교체가 이루어진다.

상기와 같이, 머시닝센터(10)의 공구교체가 완료된 후에는 상기 작동실린더(30)가 이완되어 각각의 수직부재(21)는 다시 부채꼴 형태로 이격되고, 이후 머시닝센터(10)의 주축이 하강하여 피가공물의 가공이 행해지는 것이다.

이 때, z축으로 상승한 주축(13)과 회동하는 매거진(20)이 서로 충돌되지 않도록 높이를 조정해야 한다.

상기와 같은 모든 과정은 프로그램에 의해 자동으로 작동될 수 있다.

한편, 상기 매거진(20)의 공구수납홈(22)의 상단 일측에 회동가능한 커버(40)를 결합하고, 상기 커버(40)와 공구수납홈(22) 사이를 커버실린더(50)로 연결하여 상기 커버실린더(50)의 왕복운동에 따라 공구수납홈(22) 상단에 수납되는 공구(1)를 덮거나 열 수 있도록 한다.

또는, 상기 상기 매거진(20)의 공구수납홈(22)의 상단 일측에 회동가능한 커버(40)를 결합하고, 상기 테이블(14)의 일측에 회동축부재(60)를 결합하고, 상기 커버(40)와 회동축부재(60)에 형성된 각각의 회동축에 연결부재(70)의 양끝을 결합연결하여 상기 매거진(20)의 회동에 따라 공구수납홈(22) 상단에 수납되는 공구(1)를 덮거나 열 수 있는 방법도 있다.

이는, 상기 머시닝센터(10)가 가공물을 가공할 때에는 상기 커버실린더(50)가 수축하여 상기 커버(40)가 상기 매거진(20)의 상단에 내재 되어 있는 공구(1)를 덮고, 상기 머시닝센터(10)가 공구(1)를 교체할 때에는 상기 커버실린더(50)가 수축하여 커버(40)가 열리도록 한다.

상기 커버(40)는 작동실린더(30)과 동시에 작동하며, 매거진(20)이 이송될때 상기 주축(13)과 커버(40)가 충돌되지 않게 항상 작동실린더(30)가 이완되어 있을 때 작동해야 한다.

1: 공구 10: 머시닝센터
11: 본체 12: 베이스
13: 주축 14: 테이블
20: 매거진 21: 수직부재
22: 공구수납홈 23: 회동축
30: 작동실린더 31: 작동실린더 몸체
32: 작동실린더 피스톤로드 40: 커버
50: 커버실린더 60: 회동축부재
70: 연결부재 80: 벨트풀리
90: 벨트

Claims

본체(11)와 베이스(12), 주축(13) 및 테이블(14)로 구성된 머시닝센터(10)의 자동 공구교환장치에 있어서,
상기 테이블(14)에 '┓'의 형태의 단면을 가진 두 개의 수직부재(21)가 부채꼴 형태로 회동가능하게 회동축(23)에 의해 각각 결합되되, 상기 수직부재(21)의 상단에는 공구(1)가 수납되는 공구수납홈(22)이 1열 이상 배열되도록 구성된 매거진(20)과;
상기 수직부재(21) 사이에 위치하되, 작동실린더 몸체(31) 끝단은 일측 수직부재(21)와 결합되고 작동실린더 피스톤로드(32) 끝단은 타측 수직부재(21)에 결합되어 왕복운동함으로써 각각의 수직부재(21)를 부채꼴 형태로 회동시키는 작동실린더(30)로 구성되며,
상기 테이블(14)과 각각의 수직부재(21)들을 결합시켜주는 각각의 회동축(23)에 벨트풀리(80)를 결합하고, 상기 각각의 벨트풀리(80)에 벨트(90)를 엇걸기로 연결함으로써 상기 작동실린더(30)에 의해 회동되는 각각의 수직부재(21)가 동일한 속도로 회동될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 머시닝센터의 자동 공구교환장치.
제1항에 있어서,
상기 매거진(20)의 공구수납홈(22)의 상단 일측에 회동가능한 커버(40)를 결합하고, 상기 커버(40)와 공구수납홈(22) 사이를 커버실린더(50)로 연결하여 상기 커버실린더(50)의 왕복운동에 따라 공구수납홈(22) 상단에 수납되는 공구(1)를 덮거나 열 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 머시닝센터의 자동 공구교환장치.
제1항에 있어서,
상기 매거진(20)의 공구수납홈(22)의 상단 일측에 회동가능한 커버(40)를 결합하고, 상기 테이블(14)의 일측에 회동축부재(60)를 결합하고, 상기 커버(40)와 회동축부재(60)에 형성된 각각의 회동축에 연결부재(70)의 양끝을 결합연결하여 상기 매거진(20)의 회동에 따라 공구수납홈(22) 상단에 수납되는 공구(1)를 덮거나 열 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 머시닝센터의 자동 공구교환장치.
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