KR101538686B1

KR101538686B1 - 자동 공구 교환 장치

Info

Publication number: KR101538686B1
Application number: KR1020150036117A
Authority: KR
Inventors: 최경수; 민종관
Original assignee: (주)삼익테크
Priority date: 2015-03-16
Filing date: 2015-03-16
Publication date: 2015-07-23

Abstract

공구를 교환하는 동작이나, 공구 포트의 회전 동작을 구현하는 구성 부품들을 용이하게 배치할 수 있고, 상기한 동작들을 신뢰성 있게 구현하는 자동 공구 교환 장치가 개시된다. 개시된 자동 공구 교환 장치는 매거진 프레임(magazine frame), 매거진 프레임에 대해 회전 가능한 매거진 드럼(magazine drum), 매거진 드럼의 회전 축선으로부터 같은 거리만큼 이격되며 매거진 드럼에 일측 단부가 회전 가능하게 결합된 복수의 회전 브라켓, 및 복수의 회전 브라켓의 타측 단부에 하나씩 고정 지지된, 공구가 장착되는 공구 포트(tool pot)를 구비한 공구 매거진, 및 복수의 공구 포트 중 하나가 미리 설정된 공구 교환 위치에 위치한 때, 공구 교환 위치에 위치한 공구 포트를 공구가 장착된 채 매거진 드럼이 회전 가능한 제1 자세와, 공구 교환을 위해 공구가 탈착되는 제2 자세 사이에서 이동시키는 공구 포트 이동 유닛을 구비하고, 공구 포트 이동 유닛에 의해 공구 교환 위치에 위치한 공구 포트를 지지하는 회전 브라켓의 일측 단부를 중심으로 공구 포트가 회전하여 제1 자세와 제2 자세로 이동하게 된다.

Description

자동 공구 교환 장치{AUTOMATIC TOOL CHANGER}

본 발명은 머시닝 센터에 구비되는, 공구를 자동으로 교환해주는 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.

자동 공구 교환 장치의 유형 가운데 회전형 공구 매거진(magazine)을 구비한 것이 있다. 상기 자동 공구 교환 장치는 회전형 공구 매거진의 외주부에 공구(too)가 하나씩 수납되는 복수의 공구 포트(tool pot)를 구비하며, 상기 복수의 공구 포트 중 특정 공구 포트가 교환 위치로 이동하도록 상기 공구 매거진을 회전시키고, 상기 교환 위치에서 공구를 교환하게 된다.

상기 회전형 매거진을 구비한 유형의 자동 공구 교환 장치에서 공구 포트는 피봇(pivot) 회전 가능하게 공구 매거진에 대해 힌지(hinge) 결합된다. 그런데, 종래의 자동 공구 교환 장치에서는 상기 공구 포트가 힌지를 중심으로 회전하는 회전 궤적이 작아서, 공구 포트를 회전시키는 구성이나, 공구 포트에서 공구를 빼내거나 삽입하는 구성을 배치할 공간을 확보하기 어렵고, 이로 인해 설계에 어려움이 있다. 또한, 공구 포트를 회전시키는 구성이나, 공구 포트에서 공구를 교환시키는 구성을 배치한 경우에도 여유 공간이 부족하여 공구 포트의 회전시 공구 포트와 다른 부품들 사이에 간섭이 발생할 수도 있다. 이러한 공구 포트와 타 부품 사이의 간섭은 공구 교환 동작 중 오작동을 야기하거나, 의도하지 않은 부품의 파손을 야기한다.

대한민국등록특허공보 제10-1200314호

본 발명은 공구를 교환하는 동작이나, 공구 포트의 회전 동작을 구현하는 구성 부품들을 용이하게 배치할 수 있고, 상기한 동작들을 신뢰성 있게 구현하는 자동 공구 교환 장치를 제공한다.

본 발명은, 매거진 프레임(magazine frame), 상기 매거진 프레임에 대해 회전 가능한 매거진 드럼(magazine drum), 상기 매거진 드럼의 회전 축선으로부터 같은 거리만큼 이격되며 상기 매거진 드럼에 일측 단부가 회전 가능하게 결합된 복수의 회전 브라켓, 및 상기 복수의 회전 브라켓의 타측 단부에 하나씩 고정 지지된, 공구가 장착되는 공구 포트(tool pot)를 구비한 공구 매거진, 및 상기 복수의 공구 포트 중 하나가 미리 설정된 공구 교환 위치에 위치한 때, 상기 공구 교환 위치에 위치한 공구 포트를 공구가 장착된 채 상기 매거진 드럼이 회전 가능한 제1 자세와, 공구 교환을 위해 공구가 탈착되는 제2 자세 사이에서 이동시키는 공구 포트 이동 유닛을 구비하고, 상기 공구 포트 이동 유닛에 의해 상기 공구 교환 위치에 위치한 공구 포트를 지지하는 회전 브라켓의 일측 단부를 중심으로 상기 공구 포트가 회전하여 상기 제1 자세와 상기 제2 자세로 이동하는 자동 공구 교환 장치를 제공한다.

상기 회전 브라켓의 일측 단부는 힌지 핀(hinge pin)에 의해 상기 매거진 드럼에 회전 가능하게 결합되고, 상기 힌지 핀의 길이 방향으로 연장되는 공구 포트의 회전 축선은 상기 매거진 드럼의 회전 축선을 중심으로 하는 원의 접선일 수 있다.

상기 힌지 핀은 볼트(bolt)에 의해 상기 매거진 드럼에 분리 가능하게 결합될 수 있다.

상기 제1 자세에서 공구 포트는 상기 매거진 드럼의 회전 축선의 방사 방향으로 연장된 방사 방향 직선에 대해 예각으로 기울어지고, 상기 제2 자세에서 공구 포트는 상기 방사 방향 직선과 평행할 수 있다.

상기 회전 브라켓은 상기 매거진 프레임과 접촉되는 가이드 롤러(guide roller)를 구비하고, 상기 공구 교환 위치에 위치하지 않은 공구 포트를 지지하는 회전 브라켓의 가이드 롤러가 상기 매거진 프레임에 접촉되어 있어 상기 공구 포트가 상기 회전 브라켓의 일측 단부를 중심으로 회전하지 않을 수 있다.

상기 공구 포트 이동 유닛은, 상기 매거진 드럼이 회전할 때에는 상기 공구 포트의 일측 단부를 잡지 않고, 상기 매거진 드럼이 회전하지 않을 때에는 상기 공구 교환 위치에 위치하는 공구 포트의 일측 단부를 잡고 상기 공구 포트를 상기 제1 자세와 상기 제2 자세 사이에서 이동시키는 후크(hook)를 구비할 수 있다.

상기 공구 포트 이동 유닛은, 상기 후크를 상기 매거진 드럼의 회전 축선과 평행한 방향으로 왕복하도록 안내하는 LM 가이드(linear motion guide)와, 상기 LM 가이드가 고정된 테이블(table)과, 상기 테이블을 상기 매거진 드럼의 회전 축선의 방사 방향으로 왕복하도록 구동하는 액추에이터(actuator)를 더 구비하고, 상기 액추에이터가 상기 테이블을 상기 방사 방향으로 이동시키면 상기 공구 포트를 잡고 있는 후크가 상기 LM 가이드를 따라 이동하여 상기 후크에 잡혀 있는 공구 포트가 상기 회전 브라켓의 일측 단부를 중심으로 회전할 수 있다.

상기 액추에이터는 공압 실린더(air cylinder) 또는 유압 실린더(hydraulic cylinder)를 포함할 수 있다.

상기 공구 포트의 일측 단부와 상기 후크 사이에 마찰이 감소되도록 상기 공구 포트는 그 일측 단부에 후크 롤러(hook roller)를 구비할 수 있다.

상기 공구 포트 이동 유닛은, 상기 후크의 위치를 통해 상기 공구 포트가 상기 제1 자세 및 상기 제2 자세 중 어느 자세에 있는지를 감지하는 후크 위치 감지 센서를 더 구비할 수 있다.

상기 공구 포트 이동 유닛은, 상기 매거진 드럼이 회전할 때 상기 공구 포트와 상기 후크가 충돌하지 않도록 상기 후크의 위치를 고정하는 엔드록 핀(end-lock pin)을 더 구비할 수 있다.

본 발명에 의하면, 공구가 교환되는 공구 포트의 자세와, 공구가 장착된 채 공구 매거진이 회전 가능한 공구 포트의 자세 사이를 피봇 회전하는 공구 포트의 회전 궤적이 확대되어 공구 교환 동작과 공구 매거진의 회전 동작을 위한 부품 간의 간섭이 억제되고, 이로 인해 동작의 신뢰성이 향상된다. 또한, 상기 동작들을 구현하는 구성 부품의 배치 설계가 용이하다.

또한, 매거진 프레임에 접촉되는 가이드 롤러가 회전 브라켓에 마련되어 공구 포트가 공구 교환 위치에 있는 때 외에는 공구 포트가 의도하지 않게 회전 브라켓의 일측 단부를 중심으로 회전하지 않는다. 따라서, 공구 포트와 회전 브라켓이 중력(重力)에 낙하하지 않게 되어 오작동 및 손상이 예방된다.

또한, 회전 브라켓이 매거진 드럼에 대해 볼트에 의해 결합됨으로써, 볼트 결합 해제만으로 회전 브라켓에 지지된 공구 포트를 매거진 드럼으로부터 분리시킬 수 있게 된다. 그로 인해, 공구 포트의 유지/보수가 용이하다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자동 공구 교환 장치의 사시도로서, 도 1은 전방에서 본 사시도이고, 도 2는 후방에서 본 사시도이다.
도 3은 도 2의 III 부분을 확대 도시한 사시도로서, 매거진 프레임을 제거하여 공구 포트와 회전 브라켓을 노출한 모습을 도시한 사시도이다.
도 4는 도 2의 IV 부분을 확대 도시한 사시도이다.
도 5 및 도 6은 도 4에 도시된 공구 포트의 회전 동작을 순차적으로 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 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 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자동 공구 교환 장치의 사시도로서, 도 1은 전방에서 본 사시도이고, 도 2는 후방에서 본 사시도이고, 도 3은 도 2의 III 부분을 확대 도시한 사시도로서, 매거진 프레임을 제거하여 공구 포트와 회전 브라켓을 노출한 모습을 도시한 사시도이다. 본 발명의 실시예에 따른 자동 공구 교환 장치(1)는 공구 매거진(10), 공구 포트 이동 유닛(35), 및 공구 교환 유닛(50)을 구비한다.

공구 매거진(10)은 원형의 매거진 프레임(magazine frame)(12)과, 매거진 프레임(12)에 대해 회전 가능하게 결합된 원형의 매거진 드럼(magazine drum)(16)을 구비한다. 매거진 드럼(16)은 모터(11) 동력에 의해 매거진 드럼(16)의 중앙을 관통하는 회전 축선(R1)을 중심으로 회전 가능하다. 또한, 공구 매거진(10)은 매거진 드럼(16)의 회전 축선(R1)으로부터 같은 거리만큼 이격되며 매거진 드럼(16)의 외주측에 일측 단부(23)가 회전 가능하게 결합된 복수의 회전 브라켓(22)과, 복수의 회전 브라켓(22)의 타측 단부(25)에 하나씩 고정 지지된 공구 포트(30)를 구비한다. 공구 포트(30)에는 공구(T)가 분리 가능하게 삽입 장착된다.

구체적으로, 매거진 드럼(16)은 외주측에 같은 간격으로 이격되어 방사 방향(radial direction)으로 돌출된 복수의 스포크(spoke)(18)를 구비하고, 회전 브라켓(22)의 일측 단부(23)는 힌지 핀(hinge pin)(28)에 의해 상기 스포크(18)에 회전 가능하게 결합된다. 따라서, 공구 포트(30)는 회전 브라켓(22)의 일측 단부(23)를 중심으로 회전 가능하고, 그 회전 축선(R2)은 힌지 핀(28)의 길이 방향으로 연장되는 직선과 같다. 상기 공구 포트(30)의 회전 축선(R2)은 매거진 드럼(16)의 회전 축선(R1)을 중심으로 하는 원(C)의 접선과 같다.

상기 힌지 핀(28)은 랜치 볼트(wrench bolt)(29)에 체결되어 상기 스포크(18)에 고정된다. 따라서, 공구 포트(30)나 회전 브라켓(22)에 문제가 발생된 경우 랜치 볼트(29)를 조여지는 방향과 반대 방향으로 돌려 풀어서 공구 포트(30)와 회전 브라켓(22)을 매거진 드럼(16)에서 쉽게 분리할 수 있다.

각각의 회전 브라켓(22)은 일측 단부(23)와 타측 단부(25) 사이에 가이드 롤러(guide roller)(27)를 구비한다. 가이드 롤러(27)는 매거진 프레임(12)의 내측면에 접촉된다. 구체적으로, 매거진 드럼(16)이 회전하는 때나 매거진 드럼(16)이 회전하지 않고 정지된 때나 각 회전 브라켓(22)의 가이드 롤러(27)는 매거진 프레임(12)의 내측면에 접촉을 유지하며, 다만 공구 포트(30)가 공구 교환 위치(CP)에 위치한 때에만 가이드 롤러(27)가 매거진 프레임(12)에 접촉되지 않는다. 따라서, 공구 교환 위치(CP)에 위치하지 않은 공구 포트(30)는 공구 포트 회전 축선(R2)을 중심으로 회전하지 않으며, 중력(重力)으로 인한 공구 포트(30)의 회전 낙하와 같은 오작동이나 그로 인한 손상이 예방된다. 참고로, 상기 가이드 롤러(27)는 구름 베어링, 구름 수지 베어링, 캠 팔로워(cam follower) 및 미끄럼베어링 중 어느 하나로 채용 가능하다. 한편, 공구 교환 위치(CP)에 위치한 공구 포트(30)는 공구 포트 이동 유닛(35)의 후크(hook)(43)에 구속되며, 이에 대해서는 후술한다.

도 4는 도 2의 IV 부분을 확대 도시한 사시도이고, 도 5 및 도 6은 도 4에 도시된 공구 포트의 회전 동작을 순차적으로 나타내는 도면이다. 도 4 내지 도 6을 함께 참조하면, 공구 포트 이동 유닛(35)은 회전 브라켓(22)을 매개로 매거진 드럼(16)에 체결된 복수의 공구 포트(30) 중에서 미리 설정된 하나의 공구 포트(30)가 공구 교환 위치(CP)에 위치한 때, 상기 미리 설정된 공구 포트(30)를 제1 자세와 제2 자세 사이에서 이동시킨다. 상기 제1 자세는 공구 포트(30)에 공구(T)가 장착된 채 매거진 드럼(16)이 회전하면 상기 매거진 드럼(16)에 체결된 공구 포트(30)가 후크(43)와 같은 다른 부품들의 간섭을 받지 않고 매거진 드럼(16)과 함께 회전할 수 있는 자세이다. 제2 자세는 공구(T)의 교환을 위해 공구(T)가 탈착되는 공구 포트(30)의 자세이다. 도 4 및 도 5에 도시된 공구 포트(30)의 자세가 제1 자세에 해당되고, 도 1, 도 2, 및 도 6에 도시된 공구 포트(30)의 자세가 제2 자세에 해당된다.

공구 교환 유닛(50)은 공구 매거진(10)의 공구 교환 위치(CP)에서 회전 축선(R1)과 평행한 방향으로 일정 거리 이격된 위치에 마련되며, 제2 자세로 이동된 공구 포트(30)에 장착된 공구(T)를 빼내고 상기 공구 포트(30)에 다른 공구(T)를 삽입 장착함으로써 공구(T)를 교환시킨다. 공구 교환 유닛(50)은 제2 자세로 이동된 공구 포트(30)를 파지하는 교환 지지대(51)를 포함한다. 한편, 자세히 도시되진 않았으나, 공구 교환 유닛(50)은 후크(43)에 파지된 공구 포트(30)로부터 공구(T)를 분리시키는 분리 수단과, 분리된 공구(T) 대신에 새로운 공구(T)를 공급하는 공급 수단을 더 포함할 수도 있다. 상기 분리 수단 및 공급 수단의 구성은 본 발명의 요지가 아니므로 자세한 설명은 생략한다.

공구 포트 이동 유닛(35)은 후크(hook)(43)와, LM 가이드(linear motion guide)(42)와, 테이블(40)과, 액추에이터(actuator)를 구비한다. 후크(43)는 매거진 드럼(16)과 이에 체결된 복수의 공구 포트(30)가 회전 축선(R1)(도 2 참조)을 중심으로 회전할 때에는 공구 포트(30)의 일 측 단부에 구비된 후크 롤러(hook roller)(32)를 잡지 않는다. 그러나, 후크(43)는 매거진 드럼(16)과 이에 체결된 복수의 공구 포트(30)가 회전하지 않을 때에는 공구 교환 위치(CP)에 위치하는 공구 포트(30)의 후크 롤러(32)를 잡고 상기 공구 포트(30)를 상기 제1 자세와 상기 제2 자세 사이에서 이동시킨다.

구체적으로, 후크(43)는 Z축과 평행한 방향으로는 위아래로 개방되어 있고, X축과 평행한 방향으로는 후크 롤러(32)와 마주보는 측면만 개방되고 반대 측면은 폐쇄되어 있다. 상기 Z축과 평행한 방향이 공구 포트(30)가 회전 축선(R1)을 중심으로 회전할 때 공구 교환 위치(CP)에서 공구 포트(30)의 회전 궤도의 접선 방향과 일치하므로, 복수의 공구 포트(30)가 회전 축선(R1)을 중심으로 회전하더라도 후크 롤러(32)가 후크(43)에 충돌하거나 구속되지 않고 후크(43)를 통과한다. 따라서, 후크(43)는 공구 포트(30)가 회전 축선(R1)을 중심으로 회전할 때에는 공구 포트(30)를 구속하지 않게 된다.

그러나, 회전 축선(R1)을 중심으로 한 복수의 공구 포트(30)의 회전이 정지되고 특정의 공구 포트(30)가 공구 교환 위치(CP)에 위치하면, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 공구 포트(30)의 후크 롤러(32)가 후크(43)에 끼워진 상태로 정지하게 되므로 후크(43)가 XY 평면과 평행한 방향으로 이동하면 상기 공구 포트(30)가 후크(43)에 구속되어 당겨지거나 밀려 이동하게 된다. 후크(43) 내부에 외력에 의해 자유 회전 가능한 후크 롤러(32)가 잡혀 있기 때문에 후크(43)에 끌리거나 밀려서 공구 포트(30)가 제1 자세와 제2 자세 사이로 이동하더라도 공구 포트(30)의 일측 단부와 후크(43) 사이에 마찰열로 인한 손상이나 고장이 예방된다.

LM 가이드(42)는 후크(43)를 매거진 드럼(16)의 회전 축선(R1)(도 2 참조)과 평행한 방향(PA)(도 4 참조), 즉 X축과 평행한 방향으로 왕복하도록 안내한다. 테이블(table)(40)에는 LM 가이드(42)가 고정된다. 상기 액추에이터는 테이블(40)을 상기 회전 축선(R1)의 방사 방향(RA)(도 4 참조)으로 왕복하도록 구동한다. 여기서, 공구 교환 위치에 있는 공구 포트(30)에 대하여 상기 방사 방향(RA)은 Y축과 평행한 방향과 같다.

상기 액추에이터는 실린더 보디(38)와 상기 실린더 보디(38)로부터 돌출되는 방향 및 상기 실린더 보디(38) 내부로 삽입되는 방향으로 이동 가능한 실린더 로드(39)를 구비한 공압 실린더(air cylinder)(37)를 포함한다. 공압 실린더(37)의 실린더 보디(38)는 매거진 프레임(12)에 고정 지지된다. 다만, 상기 액추에이터는 공압 실린더(37)를 포함하는 것에 한정되지는 않으며, 예컨대, 유압 실린더(hydraulic cylinder)를 포함하는 것으로 대체될 수도 있다.

실린더(37)의 실린더 로드(39)가 실린더 보디(38)로부터 돌출되거나 삽입되어 테이블(40)을 상기 방사 방향(RA)으로 이동하면, 공구 포트(30)의 후크 롤러(32)를 잡고 있는 후크(43)가 LM 가이드(42)를 따라 상기 평행(PA)으로 이동하여, 공구 교환 위치(CP)의 공구 포트(30)가 그를 지지하는 회전 브라켓(22)의 일측 단부(23)를 중심으로 회전한다. 이에 따라, 제1 자세에 위치한 공구 포트(30)(도 5 참조)는 도 6의 화살표(CCW)와 같이 상기 일측 단부(23)를 중심으로 반시계 방향으로 회전하여 제2 자세(도 6 참조)로 이동하고, 제2 자세에 위치한 공구 포트(30)(도 6 참조)는 도 5의 화살표(CW)와 같이 상기 일측 단부(23)를 중심으로 시계 방향으로 회전하여 제1 자세(도 5 참조)로 이동한다.

부연하면, 도 5에 도시된 바와 같이 제1 자세에 위치한 공구 포트(30)의 후크 롤러(32)를 잡고 있는 후크(43)는, LM 가이드(42) 상에서 X축 음(-)의 방향과 평행한 방향으로 최대로 이동되어 있고, 실린더(37)의 실린더 로드(39)는 실린더 보디(38)로부터 최대로 돌출되어 테이블(40)이 Y축 음(-)의 방향과 평행한 방향으로 최대로 이동되어 있는 상태이다. 이때 실린더(37)가 구동되어 실린더 로드(39)가 실린더 보디(38) 내로 삽입되는 방향으로 이동하면, 도 6에 도시된 바와 같이 테이블(40)이 회전 축선(R1)(도 2 참조)의 방사 방향, 구체적으로는 Y축 양(+)의 방향과 평행한 방향(RA1)으로 이동한다.

여기서, 상기 후크(43)에 구속된 공구 포트(30)는 회전 브라켓(22)의 일측 단부(23)를 중심으로 하는 회전 궤도를 따라 회전할 수 밖에 없으므로, 후크(43)는 상기 테이블(40)과 마찬가지로 Y축 양(+)의 방향과 평행한 방향(R1)으로 이동함과 동시에, LM 가이드(42)를 따라 회전 축선(R1)과 평행한 방향, 구체적으로는 X축 양(+)의 방향과 평행한 방향(PA1)으로 이동한다. 이에 따라, 공구 포트(30)는 회전 브라켓(22)의 일측 단부(23)를 중심으로 반시계 방향(CCW)으로 회전하여 제2 자세로 이동하게 된다.

제2 자세에 위치한 공구 포트(30)를 구속하는 후크(43)는, LM 가이드(42) 상에서 X축 양(+)의 방향과 평행한 방향으로 최대로 이동되어 있고, 실린더(37)의 실린더 로드(39)는 실린더 보디(38)에 최대로 삽입되어 테이블(40)이 Y축 양(+)의 방향과 평행한 방향으로 최대로 이동되어 있는 상태이다. 이때 실린더(37)가 구동되어 실린더 로드(39)가 실린더 보디(38)로부터 돌출되는 방향으로 이동하면, 도 5에 도시된 바와 같이 테이블(40)이 회전 축선(R1)의 방사 방향, 구체적으로는 Y축 음(-)의 방향과 평행한 방향(RA2)으로 이동한다.

여기서, 상기 후크(43)에 구속된 공구 포트(30)는 회전 브라켓(22)의 일측 단부(23)를 중심으로 하는 회전 궤도를 따라 회전할 수 밖에 없으므로, 후크(43)는 상기 테이블(40)과 마찬가지로 Y축 음(-)의 방향과 평행한 방향(RA2)으로 이동함과 동시에, LM 가이드(42)를 따라 회전 축선(R1)과 평행한 방향, 구체적으로는 X축 음(-)의 방향과 평행한 방향(PA2)으로 이동한다. 이에 따라, 공구 포트(30)는 회전 브라켓(22)의 일측 단부(23)를 중심으로 시계 방향(CW)으로 회전하여 제1 자세로 복귀하게 된다.

한편 도 4를 참조하면, 공구 포트 이동 유닛(35)은 후크(43)의 위치를 통해 공구 포트(30)가 제1 자세 및 제2 자세 중 어느 자세에 있는지를 감지하는 후크 위치 감지 센서(46, 47)를 더 구비한다. 구체적으로, 테이블(40)에 센서 브라켓(45)이 고정되고, 센서 브라켓(45)의 일측 단부와 타측 단부에 제1 센서(46)와 제2 센서(47)가 고정 지지된다. 제1 센서(46)는 제1 자세에 있는 공구 포트(30)의 후크 롤러(32)를 잡고 있는 후크(43)를 감지하고, 제2 센서(47)는 제2 자세에 있는 공구 포트(30)의 후크 롤러(32)를 잡고 있는 후크(43)를 감지한다. 상기 제1 및 제2 센서(46, 47)는 포토 센서(photo sensor)와 같은 비접촉식 감지 센서일 수도 있고, 리미트 스위치(limit switch)와 같은 접촉식 감지 센서일 수도 있다. 상기 센서들(46, 47)에 의해 후크(43)가 정확한 위치에 도착하지 않는다고 판단되면, 자동 공구 교환 장치(1)(도 2 참조)의 작업을 중지하고 경고등 등의 표시로 작업자에게 알려줄 수 있다.

또한, 도 5를 참조하면 상기 공구 포트 이동 유닛(35)은 매거진 드럼(16)과 함께 회전하는 공구 포트(30)와 후크(43)가 충돌하지 않도록 후크(43)의 위치를 고정하는 엔드록 핀(end-lock pin)(49)를 더 구비한다. 즉, 제1 자세에 있는 공구 포트(30)를 구속하는 위치에 있는 후크(43)가 흔들리거나 LM 가이드(42)를 따라 조금이라도 움직이면, 매거진 드럼(16)이 회전 축선(R1)(도 2 참조)을 중심으로 회전할 때 공구 포트(30)가 후크(43)에 충돌하거나 후크(43)에 의해 방해되어 회전할 수가 없게 되는데, 이를 막기 위해 엔드록 핀(49)이 구비된다.

엔드록 핀(49)은 테이블(40)에 수납되며, 테이블(40)에서 돌출되는 방향으로 탄성 바이어스된다. 실린더(37)의 구동으로 후크(43)가 LM 가이드(42)를 따라 X축 양(+)의 방향과 평행하게 이동하며 후크(43)가 엔드록 핀(49)을 지나갈 때에는 엔드록 핀(49)은 테이블(40) 내부로 삽입되도록 후퇴한다. 한편, 실린더(37)의 구동으로 후크(43)가 LM 가이드(42)를 따라 X축 음(-)의 방향과 평행하게 이동하여 제1 자세에 있는 공구 포트(30)를 구속하는 위치까지 이동하면, 상기 엔드록 핀(49)이 탄성력에 의하여 테이블(40)에서 돌출되어 후크(43)를 고정시킨다.

제1 자세에서 공구 포트(30)는 매거진 드럼(16)의 회전 축선(R1)(도 2 참조)의 방사 방향으로 연장된 방사 방향 직선에 대해 예각(AN)으로 기울어진다. 즉, 도 5를 참조하면 공구 교환 위치에서 상기 방사 방향 직선은 Y축과 평행하고, 제1 자세에 있는 공구 포트(30)의 길이 방향으로 연장된 직선(PL1)이 상기 방사 방향과 평행한 직선에 대해 기울어진 각도(AN)는 0°보다 크고 90°보다 작다. 따라서, 제1 자세에서 공구 포트(30)가 회전 축선(R1)과 평행하게 연장된 상태로 회전 브라켓(22)에 지지되어 있는 것보다 도 5에서와 같이 공구 포트(30)가 기울어져서 회전 브라켓(22)에 지지되어 있는 것이 X축과 평행한 방향으로 더 적게 돌출된다. 이에 따라, 공구 매거진(10)의 사이즈를 줄일 수 있고, 설치 공간을 줄일 수 있다. 상기 각도(AN)는 대략 30° 내지 45°일 수 있다.

한편, 제2 자세에서 공구 포트(30)는 매거진 드럼(16)의 회전 축선(R1)(도 2 참조)의 방사 방향으로 연장된 방사 방향 직선과 평행하다. 즉, 도 6을 참조하면 공구 교환 위치에서 상기 방사 방향 직선은 Y축과 평행하고, 제2 자세에 있는 공구 포트(30)의 길이 방향으로 연장된 직선(PL2)은 Y축과 평행하다. 이처럼 제1 자세에서는 공구 포트(30)가 회전 축선(R1)의 방사 방향 직선에 대해 예각으로 기울어지고, 제2 자세에서는 공구 포트(30)가 회전 축선(R1)의 방사 방향 직선과 평행한 자세를 갖도록 하기 위하여, 회전 브라켓(22)은 일측 단부(23)에서 타측 단부(25)까지 직선으로 연장되지 않고 중간 부분이 둔각으로 절곡되어 연장된다.

본 발명의 자동 공구 교환 장치(1)(도 2 참조)는 공구 교환 위치(CP)(도 2 참조)에서 공구 포트(30)를 회전 궤도를 따라 회전시켜 자세를 변경하고 공구를 교환하도록 구성함으로써, 공구 포트 이동 유닛(35)을 매거진 프레임(12)의 후방에 회전 축선(R1)에 가깝게 배치할 수 있다. 이에 따라, 실린더(37)를 구동하기 위한 공압 공급 라인들이 공구 포트(30) 및 공구 교환 유닛(50)과 이격되게 배치되어 공구 교환 작업이 진행되는 동안 공압 공급 라인들과 공구 포트(30) 사이에 간섭이 발생되지 않는다.

이하에서, 도 1, 도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명에 의한 자동 공구 교환 장치(1)의 공구 교환 동작을 설명한다. 매거진 드럼(16)이 회전 축선(R1)을 중심으로 회전하는 동안 후크(43)는 공구 포트(30)의 후크 롤러(32)가 통과하는 통로 기능을 한다. 특정 공구 포트(30)가 공구 교환 위치(CP)에 위치하도록 매거진 드럼(16)이 일정 각도만큼 회전하고 정지하면 후크(43)가 후크 롤러(32)를 감싸 잡은 상태가 된다. 이때 실린더(37)의 구동으로 테이블(40)이 Y축 양(+)의 방향과 평행한 방향(RA1)으로 이동하면, 후크(43)가 후크 롤러(32)를 같은 방향으로 당기게 된다. 이에 따라 공구 포트(30)가 매거진 드럼(16)으로부터 분리된다. 이때에, 상기 회전 브라켓(22)의 일측 단부(23)를 중심으로 반시계 방향(CCW)의 회전력이 발생하여 공구 포트(11)가 회전하고, 후크(43)는 LM 가이드(42)를 따라 X축 양(+)의 방향과 평행한 방향(PA1)으로 이동한다. 이에 따라 공구 포트(30)가 제2 자세에 정확하게 위치하게 된다. 제2 자세로 이동된 공구 포트(30)는 교환 지지대(51)에 파지되어 공구(T)가 교환된다.

제2 자세의 공구 포트(30)에 대해 공구(T) 교환이 완료되면, 실린더(37)의 구동으로 테이블(40)이 Y축 음(-)의 방향과 평행한 방향(RA2)으로 이동하고, 후크(43)가 후크 롤러(32)를 같은 방향으로 밀게 된다. 이에 따라, 상기 회전 브라켓(22)의 일측 단부(23)를 중심으로 시계 방향(CW)의 회전력이 발생하여 공구 포트(11)가 회전하고, 후크(43)는 LM 가이드(42)를 따라 X축 음(+)의 방향과 평행한 방향(PA2)으로 이동한다. 이에 따라 공구 포트(30)가 제1 자세로 정확하게 복귀한다.

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: 자동 공구 교환 장치 10: 공구 매거진
12: 매거진 프레임 16: 매거진 드럼
18: 스포크 22: 회전 브라켓
27: 가이드 롤러 28: 힌지 핀
30: 공구 포트 32: 후크 롤러
35: 공구 포트 이동 유닛 37: 공압 실린더
40: 테이블 42: LM 가이드
43: 후크 50: 공구 교환 유닛

Claims

매거진 프레임(magazine frame), 상기 매거진 프레임에 대해 회전 가능한 매거진 드럼(magazine drum), 상기 매거진 드럼의 회전 축선으로부터 같은 거리만큼 이격되며 상기 매거진 드럼에 일측 단부가 회전 가능하게 결합된 복수의 회전 브라켓, 및 상기 복수의 회전 브라켓의 타측 단부에 하나씩 고정 지지된, 공구가 장착되는 공구 포트(tool pot)를 구비한 공구 매거진; 및,
상기 복수의 공구 포트 중 하나가 미리 설정된 공구 교환 위치에 위치한 때, 상기 공구 교환 위치에 위치한 공구 포트를 공구가 장착된 채 상기 매거진 드럼이 회전 가능한 제1 자세와, 공구 교환을 위해 공구가 탈착되는 제2 자세 사이에서 이동시키는 공구 포트 이동 유닛;을 구비하고,
상기 공구 포트 이동 유닛에 의해 상기 공구 교환 위치에 위치한 공구 포트를 지지하는 회전 브라켓의 일측 단부를 중심으로 상기 공구 포트가 회전하여 상기 제1 자세와 상기 제2 자세로 이동하고,
상기 공구 포트 이동 유닛은, 상기 매거진 드럼이 회전할 때에는 상기 공구 포트의 일측 단부를 잡지 않고, 상기 매거진 드럼이 회전하지 않을 때에는 상기 공구 교환 위치에 위치하는 공구 포트의 일측 단부를 잡고 상기 공구 포트를 상기 제1 자세와 상기 제2 자세 사이에서 이동시키는 후크(hook)를 구비하며,
상기 공구 포트 이동 유닛은, 상기 후크의 위치를 통해 상기 공구 포트가 상기 제1 자세 및 상기 제2 자세 중 어느 자세에 있는지를 감지하는 후크 위치 감지 센서를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 자동 공구 교환 장치.
제1 항에 있어서,
상기 회전 브라켓의 일측 단부는 힌지 핀(hinge pin)에 의해 상기 매거진 드럼에 회전 가능하게 결합되고, 상기 힌지 핀의 길이 방향으로 연장되는 공구 포트의 회전 축선은 상기 매거진 드럼의 회전 축선을 중심으로 하는 원의 접선인 것을 특징으로 하는 자동 공구 교환 장치.
제2 항에 있어서,
상기 힌지 핀은 볼트(bolt)에 의해 상기 매거진 드럼에 분리 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 자동 공구 교환 장치.
제1 항에 있어서,
상기 제1 자세에서 공구 포트는 상기 매거진 드럼의 회전 축선의 방사 방향으로 연장된 방사 방향 직선에 대해 예각으로 기울어지고, 상기 제2 자세에서 공구 포트는 상기 방사 방향 직선과 평행한 것을 특징으로 하는 자동 공구 교환 장치.
제1 항에 있어서,
상기 회전 브라켓은 상기 매거진 프레임과 접촉되는 가이드 롤러(guide roller)를 구비하고,
상기 공구 교환 위치에 위치하지 않은 공구 포트를 지지하는 회전 브라켓의 가이드 롤러가 상기 매거진 프레임에 접촉되어 있어 상기 공구 포트가 상기 회전 브라켓의 일측 단부를 중심으로 회전하지 않는 것을 특징으로 하는 자동 공구 교환 장치.
삭제
제1 항에 있어서,
상기 공구 포트 이동 유닛은, 상기 후크를 상기 매거진 드럼의 회전 축선과 평행한 방향으로 왕복하도록 안내하는 LM 가이드(linear motion guide)와, 상기 LM 가이드가 고정된 테이블(table)과, 상기 테이블을 상기 매거진 드럼의 회전 축선의 방사 방향으로 왕복하도록 구동하는 액추에이터(actuator)를 더 구비하고,
상기 액추에이터가 상기 테이블을 상기 방사 방향으로 이동시키면 상기 공구 포트를 잡고 있는 후크가 상기 LM 가이드를 따라 이동하여 상기 후크에 잡혀 있는 공구 포트가 상기 회전 브라켓의 일측 단부를 중심으로 회전하는 것을 특징으로 하는 자동 공구 교환 장치.
제7 항에 있어서,
상기 액추에이터는 공압 실린더(air cylinder) 또는 유압 실린더(hydraulic cylinder)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 공구 교환 장치.
제1 항에 있어서,
상기 공구 포트의 일측 단부와 상기 후크 사이에 마찰이 감소되도록 상기 공구 포트는 그 일측 단부에 후크 롤러(hook roller)를 구비하는 것을 특징으로 하는 자동 공구 교환 장치.
삭제
매거진 프레임(magazine frame), 상기 매거진 프레임에 대해 회전 가능한 매거진 드럼(magazine drum), 상기 매거진 드럼의 회전 축선으로부터 같은 거리만큼 이격되며 상기 매거진 드럼에 일측 단부가 회전 가능하게 결합된 복수의 회전 브라켓, 및 상기 복수의 회전 브라켓의 타측 단부에 하나씩 고정 지지된, 공구가 장착되는 공구 포트(tool pot)를 구비한 공구 매거진; 및,
상기 복수의 공구 포트 중 하나가 미리 설정된 공구 교환 위치에 위치한 때, 상기 공구 교환 위치에 위치한 공구 포트를 공구가 장착된 채 상기 매거진 드럼이 회전 가능한 제1 자세와, 공구 교환을 위해 공구가 탈착되는 제2 자세 사이에서 이동시키는 공구 포트 이동 유닛;을 구비하고,
상기 공구 포트 이동 유닛에 의해 상기 공구 교환 위치에 위치한 공구 포트를 지지하는 회전 브라켓의 일측 단부를 중심으로 상기 공구 포트가 회전하여 상기 제1 자세와 상기 제2 자세로 이동하고,
상기 공구 포트 이동 유닛은, 상기 매거진 드럼이 회전할 때에는 상기 공구 포트의 일측 단부를 잡지 않고, 상기 매거진 드럼이 회전하지 않을 때에는 상기 공구 교환 위치에 위치하는 공구 포트의 일측 단부를 잡고 상기 공구 포트를 상기 제1 자세와 상기 제2 자세 사이에서 이동시키는 후크(hook)를 구비하며,
상기 공구 포트 이동 유닛은, 상기 매거진 드럼이 회전할 때 상기 공구 포트와 상기 후크가 충돌하지 않도록 상기 후크의 위치를 고정하는 엔드록 핀(end-lock pin)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 자동 공구 교환 장치.