KR101517222B1 - 공작기계 주축의 공구 유무 감지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 공작기계 주축의 공구유무 감지장치는 하우징에 회전가능하게 지지되며 공구를 고정하는 그리퍼(Gripper)가 설치된 스핀들; 상기 스핀들의 내부에 길이 방향으로 슬라이딩 가능하게 설치되며 상기 그리퍼(Gripper)를 조작하기 위한 드로우바; 상기 하우징에 설치되어 상기 드로우바를 스핀들의 길이방향을 따라 전,후진시켜 그리퍼(Gripper)를 조작하기 위해 드로우바와 연결되는 로드와 로드를 전후진시키기 위한 피스톤을 구비한 실린더유닛과, 상기 실린더유닛의 피스톤과 연결되어 실린더로부터 돌출되어 피스톤과 동기되는 검출로드와, 상기 검출로드에 설치되며 길이 방향으로 외주면에 복수개의 검출홈 및 검출돌기가 형성된 디텍터와, 상기 디텍터와 인접되게 설치된 브라켓에 지지되어 상기 드로우바의 이동에 의한 검출홈부과 검출돌기부들의 위치를 검출함으로써 클램프에 공구의 장착 유무상태를 검출하기 위한 위치검출센서를 구비한다.

Description

공작기계 주축의 공구 유무 감지장치{tool existence sensing device of a machining tool}

본 발명은 공작기계 주축의 공구유무 감지장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 공작기계의 주축내부에 설치되는 그리퍼(Gripper)에 의해 고정되는 공구의 장착상태를 검출하기 위한 공작기계 주축의 공구유무 감지장치에 관한 것이다.

일반적으로 머시닝 센터등 CNC 공작기계는 공구가 주축에 올바르게 장착되어 장착 되어 있는지의 여부를 확인 할 필요가 있다. 주축에 공구가 정확하게 장착되지 않은 상태에서 공구를 회전시키면 공구가 주축에서 이탈할 할 경우 위험한 상황이 발생할 수도 있으므로 안전을 위하여 공구가 정확하게 장착되어 있는가를 반드시 확인할 필요가 있다.

따라서 자동공구교환장치가 있는 주축의 경우, 특히 고정 번지 방식 툴 메거진(Fixed address method of tool magazine)을 가진 공작기계에서는 반드시 공구 장착의 유ㅇ무가 확인기능이 있어야 한다. 고정 번지 방식 툴 메거진(Fixed address method of tool magazine)을 가진 공작기계에서는 툴 메거닌(Tool magazine)에 공구가 있고 주축에도 공구가 장착되어 있는 상태에서 자동 공구 교환을 할 경우 충돌사고가 발생하여 많은 비용과 시간이 소요되므로 반드시 메거진( Magazine)뿐만 아니라 공작기계의 주축에도 반드시 공구 장착의 유ㅇ무가 확인기능이 있어야 한다.

대한민국 공개특허공보 제 2009-0054484호에는 공작기계의 스핀들 공구클램프 확인 장치가 게시되어 있다. 게시된 클램프 확인장치는 공구를 고정하는 그리퍼(Gripper)이 설치된 스핀들; 이 스핀들의 내부에 구비되고 일단부에 조정칼라가 착탈 가능하게 구비되며, 일측 또는 타측으로 이동 가능한 드로우바; 피스톤의 실린더로드의 일단에 고정되고 상기 조정칼라와 마주하는 푸시블록; 상기 실린더로드의 상부캡의 일측에 구비된 위치검출용 도그; 상기 피스톤을 수용하는 실린더바디의 일측에 브레킷을 매개로 하여 상부와 하부에 각각 구비된 제1,2 위치검출용 스위치; 및 외주면에 차단돌기가 형성되고 축선을 따라 에어 안내를 위한 유로를 갖는 차단부재를 포함하여 구성되며, 상기 푸시블록의 일단부는 상기 차단부재의 차단돌기의 일측부와 접촉 또는 해제되는 걸림턱이 형성되며, 상기 차단부재는 고정수단을 매개로 하여 상기 드로우바의 상단부에 탈착 가능하게 고정된다.

상술한 바와 같이 구성된 종래 공작기계의 자동공구 교환 장치용 공구 클램프 확인장치는 위치 검출용 도그의 상하부측에 위치되는 제 1,2위치 검출용 스위치를 이용하여 드로우바의 위치을 검출하는 것으로, 제 1,2스위치가 온, 오프를 감지하여 공구클램프 위치를 검출한다. 이러한 검출장치는 구조가 상대적으로 복잡하고, 검출에 따른 신뢰성이 상대적으로 낮다.

그리고 일본 등록특허 제 4232017호에는 공작기계 드로우바 위치 검출기구가 게시되어 있으며, 대한민국 특허공개 공보 제 10-2010-0065424호에는 공작기계 공구 클램핑 및 언클램핑 감지장치가 게시되어 있다. 그리고 대한민국 특허등록 제 072828200호에는 복합가공 터닝센터의 툴 클램프 확인장치 및 그 방법이 게시되어 있다.

그러나 상술한 바와 같은 주축의 감지장치는 구조가 상대적으로 복잡하고, 드로우바 검출장치의 설치에 따른 많은 제약을 받게 되어 공작기계 설계의 자유도를 높이기 어렵다

대한민국 공개특허공보 제 2009-0054484호(2009.06.01) 일본 등록특허 제 4232017호(2008.12.19) 대한민국 특허공개 공보 제 10-2010-0065424호(2010.06.17) 대한민국 특허등록 제 0728282호(2007.06.07)

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 감안하여 스핀들의 그리퍼(Gripper)에 공구의 장착상태를 쉽고 편리하게 정확하게 검출할 수 있으며, 검출에 따른 신뢰성을 높여 공작기계의 안전사고의 발생을 방지할 수 있는 공작기계 주축의 공구유무 감지장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 공작기계 주축의 공구유무 감지장치는 하우징에 회전가능하게 지지되며 공구를 고정하는 클램프가 설치된 스핀들; 상기 스핀들의 내부에 길이 방향으로 슬라이딩 가능하게 설치되며 상기 그리퍼(Gripper)를 조작하기 위한 드로우바; 상기 하우징에 설치되어 상기 드로우바를 스핀들의 길이방향을 따라 전,후진시켜 그리퍼(Gripper)를 조작하기 위해 드로우바와 연결되는 로드와 로드를 전후진시키기 위한 피스톤을 구비한 실린더유닛과,

상기 실린더유닛의 피스톤과 연결되어 실린더로부터 돌출되어 피스톤과 동기되는 검출로드와, 상기 검출로드에 설치되며 길이 방향으로 외주면에 복수개의 검출홈 및 검출돌기가 형성된 디텍터와, 상기 디텍터와 인접되게 설치된 브라켓에 지지되어 상기 드로우바의 이동에 의한 검출홈부과 검출돌기부들의 위치를 검출함으로써 그리퍼(Gripper)에 공구의 장착상태를 검출하기 위한 위치검출센서를 구비한다.

본 발명에 있어서, 상기 위치검출센서는 리미트 스위치이며, 상기 디텍터는 중공부를 가지는 원통형의 디텍터본체를 구비하며, 이 디텍터의 외주면에 상기 지지홈이 길이 방향으로 형성되고, 이 검출홈부들의 사이에 검출돌기가 형성된다.

본 발명에 따른 공작기계 주축의 공구유무 감지장치는 그리퍼(Gripper)에 의한 공구의 클램핑, 공구의 정확한 장착 유,무, 또는 언클램핑 상태, 드로우바(Draw Bar)를 구동시키기 위한 실린더의 완전한 후진상태 4가지의 위치를 정확하게 검출할 수 있으며, 구조가 상대적으로 간단하고, 설치가 용이하며, 실린더유닛의 피스톤과 연동되는 구조를 가지고 있으므로, 드로우바의 위치이동을 정확하게 검출할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 공작기계 주축의 공구유무 감지장치가 설치된 상태를 나타내 보인 주축의 단면도,
도 2는 도 1에 도시된 공작기계 주축의 공구유무 감지장치를 발췌하여 도시한 분리사시도,
도 3은 본 발명에 따른 공작기계 주축의 공구유무 감지장치가 설치된 상태의 다른 실시예를 나타내 보인 사시도,
도 4 내지 도 8은 공작기계 주축의 공구유무 감지장치의 작동상태를 나타내 보인 단면도.

본 발명은 공작기계 주축의 공구유무 감지장치는 공작기계의 스핀들에 설치된 공구클램프를 조작하기 위한 드로우바의 위치를 검출하여 그리퍼(Gripper)에 공구의 장착상태를 검출할 수 있는 것으로, 그 일 실시예를 도 1 내지 도 2에 나타내 보였다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 공작기계 주축의 공구유무 감지장치(10)는 하우징(11)에 회전가능하게 설치되는 스핀들(20)과, 상기 스핀들(20)의 단부에 설치되어 공구를 탈착 가능하게 수용하고 그 공구의 상단부를 고정하는 그리퍼(Gripper)(30)를 구비한다. 그리고 상기 스핀들(20)의 내부에 마련된 중공부에 길이 방향으로 슬라이딩 가능하게 설치되는 것으로, 상기 스핀들(20)의 중공부에 스프링베어링(41)에 의해 지지되는 드로우바(40)와, 상기 하우징(11)에 설치되어 상기 드로우바(40)의 상단부측과 연결부재(51)에 의해 연결되어 드로우바(40)를 승강시킴으로써 상기 그리퍼(Gripper)(30)에 공구를 클램핑하기 위한 클램핑 및 클램핑 해지력을 제공하는 실린더유닛(60)을 구비한다. 상기 실린더유닛(60)은 하우징의 상부측에 설치되는 실린더본체(61)에 슬라이딩 가능하게 설치되는 피스톤(62)과, 상기 피스톤(62)에 설치되어 상기 스핀들(20)과 연결부재(51)에 의해 연결되는 피스톤로드(63)를 구비한다.

그리고 상기 드로우바(40)의 위치를 검출하기 위한 것으로, 상기 피스톤(62)에는 상기 피스톤로드(63)와 나란하게 일측단부가 고정되고 타측단부가 상기 실린더본체(61)로부터 돌출되도록 검출로드(71)가 설치된다. 상기 검출로드는 도면에 도시되어 있지 않으나 피스톤의 로드 또는 드로우바의 이동을 검출할 수 있도록 피스톤로드(63)나 드로우바(40)에 고정된 브라켓에 설치될 수 있다.

그리고 상기 검출로드(71)의 단부에는 디텍터(72)가 설치되는데, 이 디텍터는 가 설치되는데, 이 이텍터(72)에는 길이 방향으로 검출로드(71)가 삽입되는 중공(72a)가 설치되고, 이의 외주면에는 검출홈부(73)과 검출돌기부(74)들이 교번하여 길이 방향으로 형성된다. 상기 검출홈(73)과 검출돌기부(74)는 디텍터(72)의 외주면측에 원주방향으로 형성된다. 상기 디텍터(72)의 검출홈부(73)은 3개를 설치함이 바람직하다. 즉, 상기 검출홈부(73)는 하면으로부터 제 1,2,3검출홈(73a)(73b)(73c)들로 이루어질 수 있으며, 상기 검출돌기부(74)는 세 개의 제 1,2,3검출홈(73a)(73b)(73c)들의 사이에 설치되는 제 1,2검출돌기(74a)(74b)들로 이루어질 수 있다. 검출돌기부는 2개로 이루어질 수 있다.

디텍터(71)와 인접되는 측에는 하우징(11) 또는 이와 인접되는 측에는 브라켓(미도시)이 설치되고, 상기 검출로드(71)가 승강됨에 따라 이에 설치된 디텍터(72) 외주면에 형성된 검출홈부(72) 및 검출돌기부(73)와 접촉되어 이들의 위치를 검출하기 위한 위치검출센서(75)를 구비한다.

상기 위치 검출센서(75)는 디텍터(71)의 외주면에 검촉되는 검출롤러(75a)를 구비한 리미트 스위치로 이루어질 수 있다. 상기 위치검출센서는 상기 실시예에 의해 한정되지 않고, 상기 검출홈부(73)과 검출돌기부(74)를 인식할 수 있는 센서이면 가능하다.

상기 공작기계 주축의 공구유무 감지장치(10)는 도 3에 도시된 바와 같이 실린더 실린더본체(61)의 상부측으로 돌출되는 인출로드(71)가 설치되고, 이 인출로드의 단부에 디텍터가 설치되며 이 디텍터와 접촉되는 위치검출센서가 하우징에 설치될 수 있다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 공작기계 주축의 공구유무 감지장치의 작용을 도 4 내지 도 8을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 공작기계 주축의 공구유무 감지장치(10)는 상기 위치검출센서인 리미트 스위치와 전기적으로 연결되어 리미트 스위치의 작동에 따라 공구가 장착되어 있거나 또는 없는 경우의 정상적인 공구 클램프 신호, 또는 비정상적인 공구 클램프 신호, 피스톤의 완전한 후진 및 전진 상태를 간단하면서 확실하게 검출할수 있도록 되어 있다.

먼저, 정상적인 스핀들 클램프 동작의 경우, 공구의 상단부가 스핀들(11)의 테이퍼면을 따라 그 스핀들(20)의 내부에 구비된 클램프(30)에 이른 상태에서 실린더유닛(60)에 피스톤(62)의 상승을 위한 작동유가 공급되면, 공급되면 그 피스톤(62)의 실린더로드(63)가 상승하게 된다.

이와 같이 상기 실린더로드(63)가 상승하면, 실린더로드(63)에 의해 하방으로 눌려 있던 드로우바(40) 의해 하방으로 눌려있던 상기 스핀들(20)과 드로우바(40) 사이에 적층되어 있는 접시스프링의 탄성 복원력에 의해 상승하게 된다. 이와 같이 상기 드로우바(40)가 상승하게 되면 그 드로우바(40)의 하단을 통해 클램프(30)에 공구가 클램핑된다.

이러한 과정에서 도 4에 도시된 바와 같이 상기 피스톤(62)에 설치된 검출로드(71)는 상승하게 되고, 검출로드(71)에 설치되는 디턱터(72)의 제 1검출홈(72a)에 리미트스위치의 검출롤러(75a)가 위치된다.

따라서 리미트스위치의 전기적 신호에 의해 공구가 클램프(30)에 의해 정상적으로 작동되었음을 알림수단(미도시)인 표시부 또는 알람수단을 통해 알리게 된다.

그리고 정상적인 스핀들 언클램핑 동작의 경우, 실린더유닛(60)에 피스톤(52)을 하강시키기 위한 작동유가 공급되면, 피스톤(62)의 실린더로드(63)가 실린더본체(61)따라 하강하게 된다. 이와 같이 상기 실린더로드(63)가 하강하게 되면, 상기 드로우바(40)는 실린더로드(63)의 작용에 의해 상기 스핀들(20)과 드로우바(44) 사이에 적층되어 있는 접시스프링을 누르면서 하강하게 된다. 이와 같이 상기 드로우바(40)의 하강에 의해 드로우바(40)의 하단부가 그리퍼(Gripper)(30)의 콜릿을 확장시키게 되어 클램프(30)가 공구를 언클램핑하게 된다.

이러한 과정에서 도 4에 도시된 바와 같이 상기 피스톤(62)에 설치된 검출로드(71)는 상승하게 되고, 검출로드(71)에 설치되는 디턱터(72)의 제 3검출홈(72c)에 리미트스위치의 검출롤러(75a)가 위치된다.

따라서 리미트스위치의 전기적 신호에 의해 공구가 그리퍼(Gripper)(30)에 의해 언클램프 되었음을 알림수단(미도시)인 표시부 또는 알람수단을 통해 알리게 된다.

그리고 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 실린더유닛(60)에 의해 공구의 클램프 또는 언클램프 과정에서 공구가 그리퍼(Gripper)(30)에 삽입되거나 완전하게 클램프가 이루어지지 않은 비정상적인 클램프 동작의 경우 리미트스위치의 검출롤러(75a)는 디텍터(71)의 제 2검출홈(72b)에 위치되거나 제 1 또는 제 2검출돌기(74a)(74b)에 위치된다. 즉, 클램프(30)에 의해 완전하게 공구가 클램프 되지 않고, 삽입된 상태로 즉, 가공 시 발생된 칩과 같은 이물질의 삽입으로 인하여 완전한 클램프가 이루어지지 않은 경우 도 6에 도시된 바와 같이 검출롤러(75a)는 제 2검출홈(72b)에 위치될 수 있다. 그리고 실린더유닛의 작동으로 공구의 클램프 동작이 이루어졌으나 공구(100)가 존재하지 않은 경우, 도 7에 도시된 바와 같이 디텍터(71)의 검출롤러(75a)가 제 1검출홈(72a)에 위치되지 않고, 제 1,2검출홈(72a)(72b)의 경계부에 위치되는 제 2검출돌기(74a) 상에 위치될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 공작기계 주축의 공구유무 감지장치는 스핀들에 공구가 장착되어 있는가 또는 장착되어 있지 않는가의 상태를 명확하게 측정할 수 있으므로 공작기계의 불안정한 동작 및 공구의 손상을 근본적으로 방지할 수 있으며, 공작기계의 구동에 따른 신뢰성을 높일 수 있다. 또한 드로우바 위치 검출장치의 구조가 상대적으로 간단하고 설치가 용이하여 각 공작기계에 적용에 따른 원가를 절감할 수 있으며, 안전사고의 발생을 방지할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

본 발명의 공작기계 주축의 공구유무 감지장치는 각종 공작기계, 산업시설 등에 널리 적용 가능하다.

Claims (2)

1. 하우징에 회전가능하게 지지되며 공구를 고정하는 그리퍼가 설치된 스핀들; 상기 스핀들의 내부에 길이 방향으로 슬라이딩 가능하게 설치되며 상기 그리퍼를 조작하기 위한 드로우바; 상기 하우징에 설치되어 상기 드로우바를 스핀들의 길이방향을 따라 전,후진시켜 그리퍼를 조작하기 위해 드로우바를 전후진시키기 위한 피스톤을 구비한 실린더유닛과,
   상기 실린더유닛의 피스톤과 연결되어 피스톤과 동기되는 검출로드와, 상기 검출로드에 설치되며 길이 방향으로 외주면에 복수개의 검출 홈 및 검출돌기가 형성된 디텍터와, 상기 디텍터와 인접되게 설치된 브라켓에 지지되어 상기 피스톤의 이동에 의한 검출홈부과 검출돌기부들의 위치를 검출함으로써 클램프에 공구의 장착상태를 피스톤의 전 후진 상태를 이용하여 검출하기 위한 위치검출센서를 구비한 공작기계 주축의 공구유무 감지장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 위치검출센서는 리미트 스위치이며, 상기 디텍터는 검출로드가 삽입되는 중공부를 가지며 외주면에 상기 검출홈부 길이 방향으로 형성되고, 이 검출홈부들의 사이에 검출돌기부가 형성된 하는 공작기계 주축의 공구유무 감지장치.

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