KR101460115B1 - 회전형 공구 매거진 및 이를 구비한 자동 공구 교환 장치 - Google Patents

회전형 공구 매거진 및 이를 구비한 자동 공구 교환 장치 Download PDF

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Abstract

회전 및 정지 동작에서 진동과 소음이 저감되고, 동작의 신뢰성이 향상되는 회전형 공구 매거진 및 이를 구비한 자동 공구 교환 장치가 개시된다. 개시된 회전형 공구 매거진은, 링(ring) 형상의 회전 프레임, 회전 프레임의 외주부에 서로 같은 간격으로 배열된 복수의 롤러, 회전 프레임의 내주부에 서로 같은 간격으로 배열된, 복수의 공구(tool)가 하나씩 탑재되는 복수의 공구 탑재 셀(cell), 및 상기 회전 프레임의 외측에서 동력 회전하여, 상기 복수의 롤러를 회전 프레임의 접선 방향으로 가압하여 회전 프레임을 회전시키는 스프로켓(sprocket)을 구비한다. 공구 탑재 셀은, 공구가 출입하도록 회전 프레임의 회전 중심을 향해 개방된 개구(開口)와, 공구가 끼워지도록 오목하게 파여진 공구 홈과, 공구 홈에 끼워진 공구가 개구를 통해 빠져 나오지 않게 막는 공구 홀딩 유닛(tool holding unit)을 구비한다.

Description

회전형 공구 매거진 및 이를 구비한 자동 공구 교환 장치{Rotary type tool magazine and automatic tool changer with the same}
본 발명은 머시닝 센터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 여러 종류의 공구가 거치되는 회전형 공구 매거진과, 이를 구비한 자동 공구 교환 장치에 관한 것이다.
머시닝 센터(machining center)는 보링 머신(boring machine), 밀링 머신(milling machine), 드릴링 머신(drilling machine) 등을 하나로 구성한 복합 공작 기계이다. 머시닝 센터는 기계 본체와, 여러 개의 공구를 절삭 조건에 맞게 자동적으로 교환해주는 자동 공구 교환 장치(ATC: automatic tool changer)와, 수치 제어 장치를 구비한다. 통상적으로, 자동 공구 교환 장치는 공구가 거치되는 다수의 거치 셀(cell)을 갖는 공구 매거진과, 상기 거치 셀에서 공구를 빼내는 공구 픽업 유닛(tool pick-up unit)을 구비한다.
도 1은 일본 등록특허공보 제4845484호에 개시된 종래의 공구 교환 장치의 일 예를 도시한 정면도로서, 이를 참조하면, 종래의 공구 교환 장치는 공구(19)가 삽입되는 셀(cell)이 원주를 따라 일정간 간격으로 배열된 링(ring) 형태의 공구 매거진(21)을 구비한다. 공구 매거진(21)은 감겨진 체인(chain)에 의해 모터(43)와 동력 전달 가능하게 연결되어 회전한다. 공구 매거진(21)의 외주부에 접한 4개의 지지 롤러(39)는 공구 매거진(21)를 회전 가능하게 지지한다. 그런데, 상기 공구 매거진(21)은 체인을 이용하여 동력을 전달하고 공구 매거진(21)의 하부만 지지되는 구조로 인해 공구 매거진(21)을 회전 및 정지시킬 때 진동과 소음이 크게 발생한다. 이러한 큰 진동과 소음은 공구 매거진(21)의 내구성을 약화시키는 문제점을 포함한다.
한편, 종래의 공구 교환 장치에서는 하나의 공구는 하나의 공구 포켓(tool pocket)과 개별적으로 결합되어 보호되고, 공구 매거진의 셀(cell)에도 상기 공구와 공구 포켓의 콤비네이션(combination)이 거치되며, 공구 픽업 유닛도 상기 공구와 공구 포켓의 콤비네이션을 파지하여 빼낸다. 공구를 작업용 축에 장착하기 위하여 공구 교환 장치는 상기 공구 포켓으로부터 상기 공구를 분리하는 수단을 추가적으로 필요로 한다. 결과적으로, 종래의 공구 교환 장치는 다수의 공구 포켓 등 추가적인 구성을 필요로 하여 제조 비용이 상승하고, 공구 포켓으로부터 공구를 분리하는 동작이 요구됨에 따라 공구 교환 작업에 필요한 작업 시간도 길어진다. 또한, 장치의 구성이 복잡해져 부피도 커지고 작동의 신뢰성도 저하될 수 있다.
일본 등록특허공보 제4845484호
본 발명은, 회전 및 정지 동작에서 진동과 소음이 저감되고, 동작의 신뢰성이 향상되는 회전형 공구 매거진 및 이를 구비한 자동 공구 교환 장치를 제공한다.
또한 본 발명은, 공구 포켓을 필요로 하지 않고 공구를 탑재할 수 있는 셀(cell)을 구비한 회전형 공구 매거진 및 이를 구비한 자동 공구 교환 장치를 제공한다.
본 발명은, 링(ring) 형상의 회전 프레임, 상기 회전 프레임의 외주부에 서로 같은 간격으로 배열된 복수의 롤러, 상기 회전 프레임의 내주부에 서로 같은 간격으로 배열된, 복수의 공구(tool)가 하나씩 탑재되는 복수의 공구 탑재 셀(cell), 및 상기 회전 프레임의 외측에서 동력 회전하여, 상기 복수의 롤러를 상기 회전 프레임의 접선 방향으로 가압하여 상기 회전 프레임을 회전시키는 스프로켓(sprocket)을 구비하고, 상기 공구 탑재 셀은, 상기 공구가 출입하도록 상기 회전 프레임의 회전 중심을 향해 개방된 개구(開口)와, 상기 공구가 끼워지도록 오목하게 파여진 공구 홈과, 상기 공구 홈에 끼워진 공구가 상기 개구를 통해 빠져 나오지 않게 막는 공구 홀딩 유닛(tool holding unit)을 구비하는 회전형 공구 매거진을 제공한다.
본 발명의 회전형 공구 매거진은, 상기 회전 프레임이 회전할 수 있도록 상기 복수의 롤러를 접촉 지지하는, 링(ring) 형상의 회전 지지 프레임을 더 구비하고, 상기 회전 프레임은 서로 이격되게 배열된 링(ring) 형상의 제1 및 제2 플레이트(plate)를 구비하고, 상기 롤러는 상기 제1 및 제2 플레이트 사이에 자유 회전(idling rotation) 가능하게 개재되어, 상기 회전 프레임이 회전할 때 상기 복수의 롤러는 상기 회전 지지 프레임의 외주면에 접촉하여 회전하도록 구성될 수 있다.
상기 공구 홀딩 유닛은, 상기 공구 홈의 주변에 피봇(pivot) 가능하게 마련되고, 상기 공구 홈에 끼워진 공구가 빠져 나오지 못하게 막는 방향으로 탄성 바이어스(bias)되는 레버(lever)를 구비하고, 상기 공구가 자중(自重)보다 큰 힘으로 상기 개구를 통해 출입하는 때에 상기 레버는 상기 공구에 밀려 상기 공구가 통과할 수 있게 후퇴되도록 구성될 수 있다.
상기 공구 홀딩 유닛은, 상기 레버의 피봇(pivot) 범위를 제한하는 스토퍼 블록(stopper block)과, 상기 스토퍼 블록과 상기 레버 사이에 개재되어 상기 레버가 탄성 바이어스되도록 상기 레버를 탄성 가압하는 스프링(spring)을 더 구비할 수 있다.
또한 본 발명은, 상기 회전형 공구 매거진, 상기 복수의 공구 탑재 셀 중의 일 공구 탑재 셀에 탑재된 공구를 픽업(pick-up)하여 그 개구를 통해 빼내는 언로딩(unloading) 작업, 및 공구를 픽업(pick-up)하여 상기 복수의 공구 탑재 셀 중 일 공구 탑재 셀에 그 개구를 통해 탑재하는 로딩(loading) 작업을 수행하는 공구 픽업 유닛(tool pick-up unit), 및 상기 로딩 작업이 수행되는 공구 탑재 셀 및 상기 언로딩 작업이 수행되는 공구 탑재 셀이 작업 지점에 위치하도록 상기 회전 프레임의 회전을 제어하고, 상기 공구 픽업 유닛이 상기 언로딩 작업 및 상기 로딩 작업을 수행하도록 제어하는 제어 유닛을 구비한 자동 공구 교환 장치를 제공한다.
본 발명에 의하면, 공구 매거진의 외주부에 다수의 롤러들을 설치하고, 이 롤러들을 스프로켓(sprocket)에 직접 체결하여 공구 매거진을 회전시킨다. 따라서, 회전 및 정지 동작에서 진동과 소음이 저감되고, 구성이 단순해져 동작의 신뢰성이 향상된다.
또한 본 발명의 공구 매거진은 공구 포켓을 필요로 하지 않으므로 제조 비용이 절감되고, 셀(cell)에서 공구를 픽업하는 동작과, 반대로 셀에 공구를 탑재하는 동작이 간결해져 공구 교환 작업이 신속하게 진행되며, 작업의 신뢰성도 향상된다.
도 1은 종래의 공구 교환 장치의 일 예를 도시한 정면도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자동 공구 교환 장치의 정면도 및 종단면도이다.
도 4는 도 3의 IV 부분을 확대 도시한 도면이다.
도 5는 도 2의 V 부분을 확대 도시한 도면이다.
도 6은 도 2의 VI 부분을 확대 도시한 도면이다.
도 7은 도 2의 공구 픽업 유닛을 도시한 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 회전형 공구 매거진 및 이를 구비한 자동 공구 교환 장치를 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자동 공구 교환 장치의 정면도 및 종단면도이고, 도 4는 도 3의 IV 부분을 확대 도시한 도면이다. 도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 자동 공구 교환 장치(20)는, 회전형 공구 매거진(rotary tool magazine)(21)과, 공구 픽업 유닛(tool pick-up unit)(70)과, 제어 유닛(control unit)(120)을 구비한다. 상기 회전형 공구 매거진(21)은, 링(ring) 형상의 회전 프레임(23), 복수의 롤러(30), 복수의 공구 탑재 셀(cell)(40), 및 스프로켓(sprocket)(65)을 구비한다.
상기 복수의 롤러(30)는 상기 회전 프레임(23)의 외주부에 같은 간격으로 배열된다. 예를 들어, 80개의 롤러(30)가 회전 프레임(23) 외주부에 배열될 수 있고, 인접한 롤러(30) 사이는 약간씩 이격된다. 회전 프레임(23)은 롤러(30)의 길이만큼 서로 이격되게 배열된 링(ring) 형상의 제1 및 제2 플레이트(plate)(24, 26)를 구비한다. 링 형상의 제1 플레이트(24)와 제2 플레이트(26)는, 외경이 서로 같으나 내경은 제1 플레이트(24)가 제2 플레이트(26)보다 더 작다.
복수의 롤러(30)는 제1 및 제2 플레이트(24, 26) 사이에서 자유 회전(idling rotation) 가능하게 개재된다. 구체적으로, 롤러(30)는 베어링(34)이 개재된 채 롤러 샤프트(32)에 끼워지고, 롤러 샤프트(32)의 양 측 단부는 제1 플레이트(24)와 제2 플레이트(26)에 고정되어 롤러(30)가 회전 가능하게 회전 프레임(23)에 결합된다.
한편, 회전형 공구 매거진(21)은 회전 프레임(23)이 회전할 수 있도록 복수의 롤러(30)를 접촉 지지하는, 링(ring) 형상의 회전 지지 프레임(28)을 더 구비한다. 구체적으로, 롤러(30)의 길이 방향 양 단부가 돌출되어 각 롤러(30)는 오목하게 형성되고, 상기 회전 지지 프레임(28)의 외주면은 상기 오목한 롤러(30)의 형상에 대응되게 볼록하게 돌출된다. 그리하여, 상기 회전 프레임(23)이 회전 중심(RC)에 대해 회전할 때 복수의 롤러(30)는 회전 지지 프레임(28)의 외주면에 접촉하여 회전하도록 구성된다. 상기 회전 지지 프레임(28)은 후방 프레임(22)과 연결될 수 있다. 이와 같이 회전 프레임(23)의 원주(圓周)를 따라 전(全) 부분을 회전 지지 프레임(28)이 지지하므로, 회전 프레임(23)의 회전시에 진동 및 소음이 감소된다.
도 5는 도 2의 V 부분을 확대 도시한 도면으로, 도 2, 도 3, 및 도 5를 함께 참조하면, 스프로켓(65)은 회전 프레임(23)의 외측에서 동력 회전하여, 상기 복수의 롤러(30)를 회전 프레임(23)의 접선 방향으로 가압하여 회전 프레임(23)을 회전시킨다. 구체적으로 스프로켓(65)은 프레임(23)의 아래에 배치되며, 일정 간격으로 이격된 복수의 날개(66)가 중심(MR)으로부터 방사상으로 돌출된다. 스프로켓(65)을 동력 회전시키는 모터(68)의 모터 샤프트(69)는 스프로켓(65)의 중심에 직접 결합된다. 그리하여 스프로켓(65)은 예컨대, 체인과 같은 동력 전달 매개체 없이 모터 샤프트(69)에 직접 동축(同軸) 회전 가능하게 결합된다.
스프로켓(65)이 그 회전 중심(MR)에 대해 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전하면 스프로켓 날개(66)가 연속적으로 인접한 롤러(30) 사이의 이격된 공간으로 침투하여 롤러(30)를 회전 프레임(23) 외주의 접선 방향으로 밀고 빠져 나온다. 이로 인해 스프로켓(65)이 반시계 방향으로 회전하면 회전 프레임(23)이 그 회전 중심(RC)에 대해 시계 방향으로 회전하고, 스프로켓(65)이 시계 방향으로 회전하면 회전 프레임(23)이 그 회전 중심(RC)에 대해 반시계 방향으로 회전한다. 제어 유닛(120)은 모터(68) 작동을 제어하여 회전 프레임(23)의 회전 각도 및 회전 방향을 제어한다.
도 6은 도 2의 VI 부분을 확대 도시한 도면으로, 도 2, 도 4, 및 도 6을 함께 참조하면, 공구 탑재 셀(40)은 복수의 공구(tool)(1)가 하나씩 탑재되는 곳으로, 링 형상의 회전 프레임(23)의 내주부에 서로 같은 간격으로 배열된다. 공구 탑재 셀(40)은 공구(1)가 출입하도록 회전 프레임(23)의 회전 중심(RC)을 향해 개방된 개구(開口)(45)와, 공구(1)가 끼워지도록 오목하게 파여진 공구 홈(41)과, 공구 홈(41)에 끼워진 공구(1)가 개구(45)를 통해 빠져 나오지 않게 막는 공구 홀딩 유닛(tool holding unit)(50)을 구비한다. 공구 홀딩 유닛(50)은 제1 플레이트(24)에 탑재된다.
공구(1)는 기계 가공 작업을 위한 머시닝 센터의 주축(main shaft)(미도시)에 연결되는 자루부(shank portion)(5)와, 자루부(5) 전방으로 원뿔 형상으로 돌출된 공구 보디(4)와, 소재(미도시)와 직접 접촉하여 이를 기계 가공하는 공구 말단(2)과, 상기 공구 보디(4)와 공구 말단(2)을 연결하는 공구 목(3)을 구비한다. 상기 자루부(5)는 한 쌍의 대직경부(D1, D2) 사이에 이보다 직경이 작은 소직경부(D3)를 구비한다. 공구 홈(41)의 내주부에는 내측으로 돌출된 공구 구속 턱(43)이 형성된다.
공구(1)는 예컨대, 공구 포켓(tool pocket)과 같은 매개체에 삽입되지 않은 채 개구(45)를 통해 공구 홈(41)에 직접 삽입되고, 상기 한 쌍의 대직경부(D1, D2) 사이의 오목한 소직경부(D3)가 공구 구속 턱(43)에 끼워져 공구(1)가 공구 홈(41)에 안착된다. 이로써 공구 홈(41)에 안착된 공구(1)는 공구 홈(41) 내에서 자신의 길이 방향, 즉 Y축과 평행한 방향으로 미끄러져 공구 홈(41)에서 빠져나올 수 없다.
상기 공구 탑재 셀(40)은 공구 홈(41) 측으로 돌출된 키(key)(47)를 구비한다. 공구(1)가 공구 탑재 셀(40)에 탑재되거나, 공구 픽업 유닛(70)에 픽업되거나, 또는 머시닝 센터의 주축(미도시)에 장착될 때 자세 정렬(aligning)을 위해 공구(1)의 자루부(5)에는 한 쌍의 키 홈(key groove)(미도시)이 형성된다. 공구(1)가 공구 홈(41)에 안착될 때 자세 정렬되어 상기 한 쌍의 키 홈 중 하나에 상기 키(47)가 끼워지고, 이로써 공구 홈(41) 내에서 공구(1)의 회동이 방지된다.
공구 홀딩 유닛(50)은 레버(lever)(51), 스토퍼 블록(stopper block)(60), 및 스프링(spring)(58)을 구비한다. 레버(51)는 공구 홈(41)의 주변에 피봇 중심(LC)에 대해 피봇(pivot) 가능하게 마련된다. 스토퍼 블록(60)은 레버(51)의 피봇(pivot) 범위를 제한하는 것으로, 레버(51)에 인접하여 제1 플레이트(24) 상에 고정된다. 스프링(58)은 스토퍼 블록(60)의 안착 홈(61)과 레버(51)의 안착 홈(55)에 양 측이 안착되어 스토퍼 블록(60)과 레버(51) 사이에 개재되어 레버(51)를 탄성 가압한다. 레버(51)의 피봇 중심(LC)으로부터 상대적으로 먼 레버(51)의 일 측 단부(52)는 스프링(58)에 의해 공구 홈(41)에 끼워져 안착된 공구(1)가 개구(45)를 통해 빠져 나오지 못하게 막는 방향으로 탄성 바이어스(bias)된다.
구체적으로, 레버(51)의 일 측 단부(52)에는 공구 지지 경사면(53)과 후퇴 경사면(54)이 마련된다. 공구 지지 경사면(53)은 레버(51)의 일 측 단부(52)가 스프링(58)에 의해 탄성 가압되어 공구 홈(41)에 안착된 공구(1)의 자루부(5)에 밀착되는 접촉면으로, 상기 자루부(5)의 외주면 형상에 대응되는 곡면 형상이다. 후퇴 경사면(54)은 공구(1)가 개구(45)를 통해 공구 홈(41)에 진입할 때 자루부(5)에 접촉되어 밀리는 접촉면이다. 상기 후퇴 경사면(54)에 전달된 공구(1)의 가압력에 의해 레버(51)의 일 측 단부(52)는 스프링(58)이 압축되는 방향으로 후퇴하고, 개구(45)는 상기 자루부(5)가 공구 홈(41)에 안착될 수 있게 개방된다.
스프링(58)의 탄성 가압력은 공구(1)의 자중(自重)을 견딜 수 있을 정도로 크다. 부연하면, 회전 프레임(23)이 회전하다 멈춘 후, 공구 픽업 유닛(70)이 공구(1)를 픽업(pick-up)하여, 공구(1)를 개구(45)를 통해 공구 홈(41)으로 진입시키거나, 반대로 공구(1)를 개구(45)를 통해 공구 홈(41)의 밖으로 빼내는 경우, 공구(1)가 자중(自重)보다 큰 힘으로 개구(45)를 통해 출입하는 때에는 레버(51)가 공구(1)의 자루부(5)에 밀려 공구(1)가 통과할 수 있게 후퇴된다. 그러나, 회전 프레임(23)이 회전하거나 정지되어 있는 때와 같이 의도되지 않은 때에는 레버(51)는 후퇴되지 않으며 공구 홈(41)에 안착된 공구(1)는 공구 홈(41)에서 빠지지 않는다.
스토퍼 블록(60)과 마주보는 레버(51)의 측면은, 피봇 중심(LC)을 기준으로 일 측 단부(52)에 가까운 제1 정지면(56)과, 타 측 단부에 가까운 제2 정지면(57)으로 구성된다. 제1 정지면(56)은 레버(51)가 공구(1)에 의해 밀려 후퇴될 때 스토퍼 블록(60)에 밀착되는 면으로, 레버 단부(52)가 후퇴될 때 피봇(pivot) 각도를 제한한다. 제2 정지면(57)은 공구 홈(41)이 비어 있을 때 스토퍼 블록(60)에 밀착되는 면으로, 레버 단부(52)가 스프링(58)의 탄성력에 의해 전진할 때 피봇 각도를 제한한다.
도 7은 도 2의 공구 픽업 유닛을 도시한 사시도이다. 도 2, 도 4, 도 6, 및 도 7을 함께 참조하면, 공구 픽업 유닛(70)은 언로딩(unloading) 작업과 로딩(loading) 작업을 수행하는 유닛이다. 언로딩 작업은, 회전 프레임(23)의 복수의 공구 탑재 셀(40) 중에서 일 공구 탑재 셀(40)에 탑재된 공구(1)를 픽업(pick-up)하여 그 개구(45)를 통해 빼내는 작업이며, 공구(1)를 픽업하여 로딩 작업은 복수의 공구 탑재 셀(40) 중의 일 공구 탑재 셀(40)에 그 개구(45)를 통해 탑재하는 작업이다. 도 2에 도시된 본 발명의 실시예에서 공구 픽업 유닛(70)은 링(ring) 형상 회전 프레임(23)의 9시 방향에 배치되고, 언로딩 작업 및 로딩 작업이 수행되는 공구 탑재 셀(40)이 위치하는 작업 지점(WP)도 정각 9시 방향에 위치하나, 이는 실시예에 불과하며 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
제어 유닛(120)은 로딩 작업이 수행되는, 비어 있는 공구 탑재 셀(40), 및 언로딩 작업이 수행되는, 특정 공구(1)가 탑재되어 있는 공구 탑재 셀(40)이 작업 지점(WP)에 위치하도록 회전 프레임(23)의 회전을 제어한다. 또한, 공구 픽업 유닛(70)이 언로딩 작업 및 로딩 작업을 수행하도록 제어한다.
공구 픽업 유닛(70)은 회전 프레임(23) 뒤의 후방 프레임(22)에 지지되며, 공구 홀더(71), 피봇 샤프트(pivot shaft)(85), LM 부재(90), LM 액추에이터(actuator)(93), 및 피봇 액추에이터(97)를 구비한다. 공구 홀더(71)는 공구(1)를 파지하여 이동시키는 것으로, 공구(1)에 직접 접촉되는 한 쌍의 제1 및 제2 핑거(finger)(72, 73)를 구비한다. 제1 및 제2 핑거(72, 73)는 공구 그립 액추에이터(78)의 구동에 의해 서로 가까워지거나 서로 멀어지는 방향으로 움직일 수 있다. 공구(1)를 사이에 두고 제1 및 제2 핑거(72, 73)가 서로 가까워지면 공구(1)의 보디(4), 말단(2), 및 목(3)이 파지되며, 제2 핑거(73) 말단에 형성된 키(75)가 공구 자루부(5)에 형성된 한 쌍의 키 홈(미도시) 중 상기 공구 탑재 셀(40)의 키(47)가 끼워지지 않은 하나의 키 홈에 끼워진다.
한편, 작업 지점(WP)에서 제1 및 제2 핑거(72, 73)가 서로 멀어지면 공구(1)의 보디(4), 말단(2), 및 목(3)이 한 쌍의 핑거(72, 73)와 이격되고, 공구 탑재 셀(40)에 공구(1)가 탑재되어 있음에도 불구하고 회전 프레임(23)의 회전이 제1 및 제2 핑거(72, 73)에 의해 방해되지 않는다.
공구 그립 액추에이터(78)의 뒤에는 지지 브라켓(81)에 지지된 공구 회전 액추에이터(83)가 구비되고, 공구 회전 액추에이터(83)는 연결 부재(79)에 의해 공구 그립 액추에이터(78)와 연결된다. 공구 회전 액추에이터(83)는, 공구 그립 액추에이터(78), 연결 부재(79), 공구 회전 액추에이터(83), 및 공구 홀더(71)를 일렬로 연결하는 홀더 롤링(rolling) 축선(C2)을 기준으로 공구 홀더(71), 공구 그립 액추에이터(78), 및 연결 부재(79)를 회전시킨다. 이에 따라 도 7에 가상선으로 도시된 바와 같이 제2 핑거(73)가 제1 핑거(72)의 위에 위치하도록 공구 홀더(71)의 자세가 전환되며, 공구 홀더(71)에 파지된 공구(1)는 자신의 길이 방향을 따라 연장된 공구 축선(TL)에 대해 회전하여 자세를 전환한다.
피봇 샤프트(85)는 Z축과 평행하게 수직 방향으로 연장되고, 상단이 LM 부재(90)를 관통하여 지지 브라켓(81)에 고정된다. 피봇 샤프트(85)는 LM 부재(90)에 대해 회전 가능하며, 하단부 외주면에 피니언 기어(pinion gear)(87)가 형성된다. 피니언 기어(87)는 X축과 평행하게 수평 방향으로 연장된 랙 기어(rack gear)(95)에 치합되고, 랙 기어(95)는 피봇 구동 액추에이터(97)에 의해 X축과 평행한 방향으로 왕복 가능하다. 구체적인 예로, 피봇 구동 액추에이터(97)는 공압 실린더를 포함하며, 상기 공압 실린더의 로드(rod)(98) 단부가 랙 기어(95)에 결합되어 X축 방향으로 왕복함에 따라 랙 기어(95)가 X축과 평행한 방향으로 왕복할 수 있다. 도 7에 명확히 도시되진 않았으나, 피봇 구동 액추에이터(97)는 LM 부재(90)에서 연장되거나 LM 부재(90)에 고정 연결된 부재에 지지될 수 있다.
랙 기어(95)가 X축의 양(+)의 방향과 평행하게 이동하면, 치합된 피니언 기어(87)로 인해 피봇 샤프트(85)가 홀더 피봇 축선(C1)을 기준으로 반시계 방향으로 90°만큼 회전한다. 이에 따라 공구 홀더(71)는 홀더 롤링 축선(C2)이 Y축과 평행하게 연장된 자세에서 홀더 롤링 축선(C2)이 X축과 평행하게 연장된 자세로 전환된다. 반대로, 랙 기어(95)가 X축의 음(-)의 방향과 평행하게 이동하면, 치합된 피니언 기어(87)로 인해 피봇 샤프트(85)가 홀더 피봇 축선(C1)을 기준으로 시계 방향으로 90°만큼 회전한다. 이에 따라 공구 홀더(71)는 홀더 롤링 축선(C2)이 X축과 평행하게 연장된 자세에서 홀더 롤링 축선(C2)이 Y축과 평행하게 연장된 자세로 전환된다.
LM 부재(90)는 X축과 평행한 방향으로 왕복 가능하게 후방 프레임(22)(도 3 참조)에 결합되며, X축과 평행한 방향의 왕복 운동을 안내하는 LM 가이드(91)를 구비한다. LM 부재(90)는 LM 구동 액추에이터(93)에 의해 X축과 평행하게 왕복 이동할 수 있다. 구체적인 예로, LM 구동 액추에이터(93)는 공압 실린더를 포함하며, 상기 공압 실린더의 로드(rod)(94) 단부가 LM 부재(90)에 결합되어 X축 방향으로 왕복함에 따라 LM 부재(90)가 X축과 평행한 방향으로 왕복할 수 있다. LM 부재(90)가 X축과 평행하게 이동함에 따라 피봇 샤프트(85) 및 이에 고정 결합된 지지 브라켓(81)이 같은 방향으로 이동하며, 공구 홀더(71)가 X축과 평행하게 이동한다. 명확히 도시되진 않았으나 LM 구동 액추에이터(93)는 후방 프레임(22)에 지지될 수 있다.
이하에서, 머시닝 센터의 주축(main shaft)에 미리 지정된 공구(1)를 장착하기 위하여 상기 공구(1)가 탑재된 공구 탑재 셀(40)에서 상기 공구(1)를 빼내는 언로딩(unloading) 작업의 과정과, 상기 주축에 장착된 특정한 공구(1)를 주축에서 분리하여 그 공구(1)의 주소로 지정된 특정의 공구 탑재 셀(40)에 탑재하는 로딩 작업의 과정을 설명한다.
언로딩 작업의 시작에 앞서 공구 홀더(71)는, 제1 및 제2 핑거(72, 73)가 같은 높이에서 서로 이격되게 위치하고, 홀더 롤링 축선(C2)이 Y축과 평행하게 연장되어 작업 지점(WP)을 관통하는 자세로 대기한다. 회전 프레임(23)은 언로딩(unloading)할 특정 공구(1)가 탑재된 공구 탑재 셀(40)이 작업 지점(WP)으로 이동될 때까지 회전하고 정지한다. 회전 프레임(23)이 정지하면 제1 및 제2 핑거(72, 73)가 서로 가까워져 작업 지점(WP)의 공구 탑재 셀(40)에 탑재된 공구(1)를 파지한다. 구체적으로, 한 쌍의 핑거(72, 73)가 공구(1)의 보디(4), 목(3), 및 공구 말단(2)과 접촉하여 공구(1)를 파지한다.
그리고, LM 구동 액추에이터(93)에 의해 LM 부재(90)가 X축의 양(+)의 방향과 평행하게 이동하여, 공구 홀더(71)가 공구(1)를 파지한 채 X축의 양(+)의 방향과 평행하게 이동한다. 이에 따라, 공구(1)의 자루부(5)가 개구(45)를 통해 회전 프레임(23)의 회전 중심(RC)을 향하여 이동하여 공구 홈(41)에서 빼내어 진다. 이때 공구 홀딩 유닛(50)의 레버(51)는 공구(1)의 언로딩을 방해하지 않도록 자루부(5)에 밀려 후퇴된다.
다음으로, 피봇 구동 액추에이터(97)가 랙 기어(95)를 X축의 양(+)의 방향과 평행하게 이동시키고, 이로 인해 공구 홀더(71)가 공구(1)를 파지한 채 홀더 피봇 축선(C1)을 기준으로 피봇(pivot) 회전하여 홀더 롤링 축선(C2)이 Y축과 평행한 자세에서 X축과 평행한 자세로 전환된다. 이와 동시에 공구 홀더(71)가 홀더 롤링 축선(C2)을 기준으로 롤링(rolling)하여 키(75)를 구비한 제2 핑거(73)가 제1 핑거(72)보다 위에 위치하도록 자세가 전환된다. 이로 인해 공구 홀더(71)에 파지된 공구(1)도 자신의 한 쌍의 키 홈(미도시)이 위 아래로 배치되도록 자세가 전환된다.
다음으로, 공구 암(arm)(110)(도 3 참조)이 그 회전 중심(AC)을 기준으로 회전하여 공구 암(110) 단부의 공구 전달 홈(112)(도 3 참조)에 공구(1)의 자루부(5)가 끼워진다. 그리고, 한 쌍의 핑거(72, 73)가 서로 이격되어 공구(1)가 공구 홀더(71)에 더 이상 구속되지 않게 되며, 공구 암(110)이 다시 회전함에 따라 공구 홀더(71)에서 분리되어 공구 암(110)으로 이전된다.
로딩 작업은 언로딩 작업과 반대되는 순서로 순차 진행된다. 구체적으로, 공구 홀더(71)는, 홀더 롤링 축선(C2)이 X축과 평행하고, 제2 핑거(73)가 제1 핑거(72)보다 위에 위치하며, 제1 핑거(72)와 제2 핑거(73)가 서로 이격된 자세로 대기한다. 공구 암(110)(도 3 참조)이 공구 전달 홈(112)(도 3 참조)에 공구(1)가 끼워진 채 그 회전 중심(AC)을 기준으로 회전하여 정지하면 제1 핑거(72)와 제2 핑거(73)가 서로 가까워져 공구(1)를 파지한다.
그리고, 피봇 구동 액추에이터(93)가 랙 기어(95)를 X축의 음(-)의 방향과 평행하게 이동시킨다. 이로 인해 공구(1)는 공구 전달 홈(112)에서 빼내지고, 공구 홀더(71)가 공구(1)를 파지한 채 홀더 피봇 축선(C1)을 기준으로 피봇 회전하여 홀더 롤링 축선(C2)이 X축과 평행한 자세에서 Y축과 평행한 자세로 전환된다. 이와 동시에 공구 홀더(71)가 홀더 롤링 축선(C2)을 기준으로 롤링(rolling)하여 제1 핑거(72)와 제2 핑거(73)가 같은 높이에 배치되도록 자세가 전환된다.
다음으로, LM 구동 액추에이터(93)에 의해 LM 부재(90)가 X축의 음(-)의 방향과 평행하게 이동하여, 공구 홀더(71)가 공구(1)를 파지한 채 X축의 음(-)의 방향과 평행하게 이동한다. 이에 따라, 공구(1)의 자루부(5)가 개구(45)를 통해 공구 홈(45) 내측으로 이동하여 공구 홈(45)에 탑재된다. 이때 공구 홀딩 유닛(50)의 레버(51)는 공구(1)의 로딩(loading)을 방해하지 않도록 자루부(5)에 밀려 후퇴된다. 공구(1)가 공구 탑재 셀(40)에 탑재된 후 제1 및 제2 핑거(72, 73)는 서로 이격되어 공구(1)는 공구 홀더(71)에 더 이상 구속되지 않게 된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
1: 공구 20: 자동 공구 교환 장치
21: 공구 매거진 30: 롤러
40: 공구 탑재 셀 50: 공구 홀딩 유닛
51: 레버 60: 스토퍼 블록
65: 스프로켓 68: 모터
70: 공구 픽업 유닛 71: 공구 홀더

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 서로 대향하면서 일정한 이격을 가지고 배치되며 각각 링 형상을 하며 서로 연결된 제1, 2 플레이트를 포함하며, 후방 프레임의 전방에 이격배치된 회전 프레임;
    상기 제1, 2 플레이트 사이에 상기 회전 프레임의 원주 방향에 따라 일정한 간격을 가지고 개재된 상태로 상기 제1, 2 플레이트에 연결되며, 자유 회전가능하게 배치된 복수의 롤러;
    상기 회전 프레임의 내주부에 배치되어서, 복수의 공구가 탑재되는 복수의 공구 탑재 셀; 및
    상기 회전 프레임의 외측에서 상기 롤러와 직접 계합되게 배치된 스프로켓을 포함하고,
    상기 스프로켓이 회전함에 따라서, 상기 롤러들이 차례로 상기 스프로켓에 밀려 이동하고, 이에 따라서 상기 회전 프레임이 회전하는 것을 특징으로 하는 회전형 공구 매거진.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 공구 홀딩 유닛은, 상기 공구 홈의 주변에 피봇(pivot) 가능하게 마련되고, 상기 공구 홈에 끼워진 공구가 빠져 나오지 못하게 막는 방향으로 탄성 바이어스(bias)되는 레버(lever)를 구비하고,
    상기 공구가 자중(自重)보다 큰 힘으로 개구를 통해 출입하는 때에 상기 레버는 상기 공구에 밀려 상기 공구가 통과할 수 있게 후퇴되도록 구성된 것을 특징으로 하는 회전형 공구 매거진.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 공구 홀딩 유닛은, 상기 레버의 피봇(pivot) 범위를 제한하는 스토퍼 블록(stopper block)과, 상기 스토퍼 블록과 상기 레버 사이에 개재되어 상기 레버가 탄성 바이어스되도록 상기 레버를 탄성 가압하는 스프링(spring)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 회전형 공구 매거진.
  5. 제2 항 내지 제4 항 중 어느 한 항의 회전형 공구 매거진;
    상기 복수의 공구 탑재 셀 중의 일 공구 탑재 셀에 탑재된 공구를 픽업(pick-up)하여 그 개구를 통해 빼내는 언로딩(unloading) 작업, 및 공구를 픽업(pick-up)하여 상기 복수의 공구 탑재 셀 중 일 공구 탑재 셀에 그 개구를 통해 탑재하는 로딩(loading) 작업을 수행하는 공구 픽업 유닛(tool pick-up unit); 및,
    상기 로딩 작업이 수행되는 공구 탑재 셀 및 상기 언로딩 작업이 수행되는 공구 탑재 셀이 작업 지점에 위치하도록 상기 회전 프레임의 회전을 제어하고, 상기 공구 픽업 유닛이 상기 언로딩 작업 및 상기 로딩 작업을 수행하도록 제어하는 제어 유닛;을 구비한 것을 특징으로 하는 자동 공구 교환 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 후방 프레임에 고정되는 것으로, 상기 회전 프레임이 회전할때, 상기 각각의 롤러를 접촉 지지하는 원주면을 가진 회전 지지 프레임을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전형 공구 매거진.
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