KR101640614B1 - 공작기계의 자동 공구 교환장치 - Google Patents

공작기계의 자동 공구 교환장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공작기계의 자동 공구 교환장치를 개시한다. 공작기계의 자동 공구 교환장치는, 외곽을 형성하는 외곽 프레임(310)을 구비한 툴 매거진(300)에 있어서, 툴 매거진(300)의 일측에 결합되는 대기 포트 어셈블리(100) 및 대기 포트 어셈블리(100)와 이웃되게 툴 매거진(300)에 연결되며, 대기 포트 어셈블리(100)와 상호 작용하여 공구를 교환하는 서브 체인저 어셈블리(200)를 포함하며,
상기 서브 체인저 어셈블리(200)는, 툴 매거진(300)의 외곽 프레임(310)에 결합되는 본체 프레임(210), 본체 프레임(210)의 상단에 장착되는 좌우방향 이송기구(240), 좌우방향 이송기구(240)에 지지되어 공구를 그립핑하는 툴 그립퍼 어셈블리(220), 좌우방향 이송기구(240)에 지지되며 툴 매거진(300)의 후방에 배치되는 전후방향 액추에이터(231)를 구비하며, 전후방향 액추에이터(231)의 동작에 의해 툴 그립퍼 어셈블리(220)를 툴 매거진(300)의 전후방향으로 이송시키는 전후방향 이송기구(230) 를 포함하여 구성되며 좌우방향 이송기구(240)는 대기 포트 어셈블리(100) 쪽을 향해 툴 그립퍼 어셈블리(210)를 좌우방향으로 이송시키는 것이다.

Description

공작기계의 자동 공구 교환장치{Automatic Tools Changer of Machine tool}
본 발명은, 공작기계의 자동 공구 교환장치에 관한 것으로, 특히, 공구를 좌우방향으로 혹은 전후방향으로 이송시키는 기구들의 돌출 거리를 최소화시켜 공구와의 간섭 현상을 감소시킬 수 있음은 물론 외관의 미를 향상시키면서 안전사고의 위험을 감소시킬 수 있으며, 유지보수 작업이 용이할 뿐만 아니라 툴 매거진의 선회 시 공구에 묻어있는 칩이나 절삭유로부터 이송 기구부를 보호할 수 있는 공작기계의 자동 공구 교환장치에 관한 것이다.
일반적으로 공작기계는 무척 많은 개수의 공구가 툴 매거진(Tool-magazine)에 장착되고, 이러한 공구는 가공물을 가공하는 목적에 따라 선택되어 스핀들에 장착되는데, 이때 선택된 공구를 스핀들에 장착하고 스핀들에 장착된 공구를 툴 매거진으로 옮기는 장치가 자동 공구 교환장치이다.
도 1은 종래기술에 따른 공작기계의 자동 공구 교환장치가 설치된 예를 도시하는 예시도면이고, 도 2는 도 1의 부분 측면도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 종래의 공작기계의 자동 공구 교환장치는, 대기 포트 어셈블리(10)와 서브 체인저 어셈블리(20)로 구성된다.
구체적으로 나타내지는 않았지만 서브 체인저 어셈블리(20)에는 툴 매거진이 배치된다.
대기 포트 어셈블리(10)는 전방의 한쪽에 암 어셈블리(11)가 배치되며, 암 어셈블리(11)는 회전축을 중심으로 그립퍼 어셈블리(50)가 점대칭으로 배치되어 반전하면서 양쪽의 툴(tool, 공구)의 위치를 바꾼다.
서브 체인저 어셈블리(20)는 상술한 대기 포트 어셈블리(10) 또는 툴 매거진과 공구(미도시)를 교환하기 위해 공구를 이동시키는 것으로 그 구성을 살펴보면 다음과 같다.
도 1에 나타낸 바와 같이 서브 체인저 어셈블리(20)의 전방에는 이동체(30)가 배치되고, 이동체(30)의 한쪽에는 이동체(30)를 이동 구동시키기 위한 좌우방향 액추에이터(32)가 장착된다.
이동체(30)의 다른 한쪽에는 서포터(31)가 장착되고, 서포터(31)의 내부에는 툴 그립퍼 어셈블리(50)가 배치되며, 서포터(31)의 전방에는 전후방향 액추에이터(33)가 장착되고, 전후방향 액추에이터(33)의 로드(34)는 상술한 툴 그립퍼 어셈블리(50)에 장착된다.
이동체(30)는 좌우방향 액추에이터(32)에 의해 구동되는데, 툴 매거진 또는 대기 포트어셈블리(10)쪽으로 툴을 이동시키기 위해서는 긴 구간을 이동하게 된다.
그리고 툴 그립퍼 어셈블리(50)는 전후방향 액추에이터(33)에 의해 구동되는데, 특히 공구를 옮겨 받거나 넘기기 위해서 전후방향으로 짧은 구간을 이동하게 된다.
그런데, 도 1 및 도 2와 같은 구조를 갖는 종래기술의 경우, 공구를 좌우방향으로 혹은 전후방향으로 이송시키는 기구들, 다시 말해 좌우방향 액추에이터(32) 및 전후방향 액추에이터(33)가 툴 메거진의 외부로 돌출되는 거리(L, 도 2)가 과도한 문제점이 있다.
특히, 도 2처럼 전후방향 액추에이터(33)가 툴 메거진의 외부로 돌출되는 길이(L, 도 2)가 과도하기 때문에 공구와의 간섭 영역이 발생되고, 외관이 미려하지 못할 뿐만 아니라 안전사고의 위험이 증가되는 문제점이 있다.
그리고 도 1 및 도 2에 도시된 종래기술의 경우, 좌우방향 액추에이터(32)를 비롯하여 공구를 좌우방향으로 이송시키는 기구들이 수직방향으로 놓여있기 때문에 분해 조립이 용이하지 못하여 유지보수에 어려움이 발생되는 문제점이 있으므로 이에 대한 적절한 구조 개선이 요구된다.
이에, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 공구를 좌우방향으로 혹은 전후방향으로 이송시키는 기구들의 돌출 거리를 최소화시켜 공구와의 간섭 현상을 감소시킬 수 있음은 물론 외관의 미를 향상시키면서 안전사고의 위험을 감소시킬 수 있으며, 유지보수 작업이 용이할 뿐만 아니라 툴 매거진의 선회 시 공구에 묻어있는 칩이나 절삭유로부터 이송 기구부를 보호할 수 있는 공작기계의 자동 공구 교환장치를 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 외곽을 형성하는 외곽 프레임(310)을 구비한 툴 매거진(300)에 있어서,상기 툴 매거진(300)의 일측에 결합되는 대기 포트 어셈블리(100); 및 상기 대기 포트 어셈블리(100)와 이웃되게 상기 툴 매거진(300)에 연결되며, 상기 대기 포트 어셈블리(100)와 상호 작용하여 공구를 교환하는 서브 체인저 어셈블리(200)를 포함하며,
상기 서브 체인저 어셈블리(200)는, 상기 툴 매거진(300)의 외곽 프레임(310)에 결합되는 본체 프레임(210); 상기 본체 프레임(210)의 상단에 장착되는 좌우방향 이송기구(240); 상기 좌우방향 이송기구(240)에 지지되어 공구를 그립핑하는 툴 그립퍼 어셈블리(220); 상기 좌우방향 이송기구(240)에 지지되며 상기 툴 매거진(300)의 후방에 배치되는 전후방향 액추에이터(231)를 구비하며, 상기 전후방향 액추에이터(231)의 동작에 의해 상기 툴 그립퍼 어셈블리(220)를 상기 툴 매거진(300)의 전후방향으로 이송시키는 전후방향 이송기구(230); 를 포함하여 구성되며 상기 좌우방향 이송기구(240)는 상기 대기 포트 어셈블리(100) 쪽을 향해 상기 툴 그립퍼 어셈블리(210)를 좌우방향으로 이송시키는 것이다.
또한 본 발명은 위의 본 발명의 일실시예에 대하여 다음의 구체적인 실시예들을 더 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 좌우방향 이송기구(240)는, 상기 툴 그립퍼 어셈블리(210)를 좌우방향으로 이송시키기 위한 동력을 발생시키는 좌우방향 액추에이터(241); 상기 본체 프레임(210)의 상면에 마련되는 좌우방향 이송레일(242); 및 상기 툴 그립퍼 어셈블리(220)와 상기 전후방향 이송기구(230)를 지지하며, 상기 좌우방향 이송레일(242)에 결합되어 상기 좌우방향 이송레일(242)을 따라 이송되는 좌우방향 이송블록(243);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전후방향 이송기구(230)는, 상기 좌우방향 이송블록(243)에 연결되는 연결 플레이트(232); 상기 연결 플레이트(232)의 상면에 마련되는 전후방향 이송레일(233); 및 일측은 상기 툴 그립퍼 어셈블리(220)와 연결되고 타측은 상기 전후방향 이송레일(233)과 레일 결합되는 전후방향 이송블록(234);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 공구를 좌우방향으로 혹은 전후방향으로 이송시키는 기구들의 돌출 거리를 최소화시켜 공구와의 간섭 현상을 감소시킬 수 있음은 물론 외관의 미를 향상시키면서 안전사고의 위험을 감소시킬 수 있으며, 유지보수 작업이 용이할 뿐만 아니라 툴 매거진의 선회 시 공구에 묻어있는 칩이나 절삭유로부터 이송 기구부를 보호할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 공작기계의 자동 공구 교환장치가 설치된 예를 도시하는 예시도면.
도 2는 도 1의 부분 측면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 자동 공구 교환장치의 사시도.
도 4는 도 3의 측면도.
도 5는 도 3의 평면도.
도 6은 도 3을 다른 각도에서 도시한 사시도.
도 7은 도 6의 A 영역에 대한 확대도.
도 8은 서브 체인저 어셈블리 영역의 정각 사시도.
이하, 본 발명에 따른 공작기계의 자동 공구 교환장치의 실시예를 도 3 내지 도 8을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 자동 공구 교환장치의 사시도, 도 4는 도 3의 측면도, 도 5는 도 3의 평면도, 도 6은 도 3을 다른 각도에서 도시한 사시도, 도 7은 도 6의 A 영역에 대한 확대도, 그리고 도 8은 서브 체인저 어셈블리 영역의 정각 사시도이다.
이들 도면을 참조하되 도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 실시예의 공작기계의 자동 공구 교환장치는, 툴 매거진(300)과, 툴 매거진(300)의 일측에 결합되는 대기 포트 어셈블리(100)와, 대기 포트 어셈블리(100)와 이웃되게 툴 매거진(300)에 연결되며, 대기 포트 어셈블리(100)와 상호 작용하여 공구(미도시)를 교환하는 서브 체인저 어셈블리(200)를 포함한다.
본 실시예에서 툴 매거진(300)은 다수의 툴 포켓(301)이 체인망의 형식으로 배열된 구조를 갖는다.
다수의 툴 포켓(301)은 외곽을 형성하는 외곽 프레임(310)에 배열되어 구동부(320)에 의해 회전된다. 툴 매거진(300)의 하부에는 베이스(330)가 마련된다.
대기 포트 어셈블리(100)는 툴 매거진(300)의 외곽 프레임(310) 외측에 결합된다.
대기 포트 어셈블리(100)의 일측에는 암 어셈블리(110)가 배치되며, 암 어셈블리(110)는 툴 그립퍼 어셈블리(220)와의 상호 작용에 의해 공구(tool)의 위치를 바꿔주는 역할을 한다. 즉 툴 그립퍼 어셈블리(220)가 점대칭으로 배치되어 반전하면서 양쪽의 공구(tool)의 위치가 바뀐다.
한편, 서브 체인저 어셈블리(200)는 대기 포트 어셈블리(100)와 이웃되게 툴 매거진(300)에 연결되며, 대기 포트 어셈블리(100)와 상호 작용하여 공구(미도시)를 교환하는 역할을 한다.
주로 도 8을 참조하면, 서브 체인저 어셈블리(200)는, 본체 프레임(210)과, 공구를 그립핑하는 툴 그립퍼 어셈블리(220)와, 툴 그립퍼 어셈블리(220)를 전후방향으로 이송시키는 전후방향 이송기구(230)와, 툴 그립퍼 어셈블리(220)를 좌우방향으로 이송시키는 좌우방향 이송기구(240)를 포함한다.
본체 프레임(210)은 대략 ㄱ자 형상의 브래킷 구조물로서 툴 매거진(300)의 외곽 프레임(310)에 결합된다.
툴 그립퍼 어셈블리(220)는 공구를 그립핑하는 역할을 한다. 툴 그립퍼 어셈블리(220)의 선단부에는 공구의 이탈을 저지시키는 스토퍼(221)가 마련되고, 내부에는 공구가 배치될 수 있는 공구배치홈부(222)가 형성된다. 공구배치홈부(222)는 아크(arc) 형상을 갖는다.
좌우방향 이송기구(240)에 대해 먼저 설명하면, 좌우방향 이송기구(240)는 대기 포트 어셈블리(100) 쪽을 향해 툴 그립퍼 어셈블리(220)를 툴 매거진(300)의 좌우방향인 도 8의 Y축 방향으로 이송시키는 역할을 한다.
이러한 좌우방향 이송기구(240)는, 툴 그립퍼 어셈블리(210)를 좌우방향으로 이송시키기 위한 동력을 발생시키는 좌우방향 액추에이터(241)와, 본체 프레임(210)의 상면에 마련되는 좌우방향 이송레일(242)과, 툴 그립퍼 어셈블리(220)와 전후방향 이송기구(230)를 지지하며, 좌우방향 이송레일(242)에 결합되어 좌우방향 이송레일(242)을 따라 이송되는 좌우방향 이송블록(243)을 구비한다.
전후방향 이송기구(230)는 툴 그립퍼 어셈블리(220)를 툴 매거진(300)의 전후방향인 도 8의 X축 방향으로 이송시키는 역할을 한다.
이러한 전후방향 이송기구(230)는, 툴 매거진(300)의 후방에 배치되는 전후방향 액추에이터(231)와, 좌우방향 이송블록(243)에 연결되는 연결 플레이트(232)와, 연결 플레이트(232)의 상면에 마련되는 전후방향 이송레일(233)과, 일측은 툴 그립퍼 어셈블리(220)와 연결되고 타측은 전후방향 이송레일(233)과 레일 결합되는 전후방향 이송블록(234)을 구비한다.
이러한 전후방향 이송기구(230)를 이루는 구성들 중 특히, 전후방향 액추에이터(231)는 종래 도면의 도 2와 달리 툴 매거진(300)의 후방에 배치된다.
실제, 공구의 교환 작업은 툴 매거진(300)의 전방에서 진행되는 것이 일반적인데, 본 실시예처럼 전후방향 이송기구(230)의 대부분, 특히 길이가 긴 전후방향 액추에이터(231)를 툴 매거진(300)의 후방에 배치시킴으로써 동일한 기능을 제공하면서도 공구와의 간섭 현상을 감소시킬 수 있음은 물론 외관의 미를 향상시키면서 안전사고의 위험을 감소시킬 수 있게 된다.
즉 종래처럼 전후방향 액추에이터(231)가 툴 매거진(300)의 전방에 위치되면 작업자가 툴 포켓(301)에 공구를 끼울 때 부딪히면서 사고가 발생될 우려가 높은데, 본 실시예처럼 전후방향 액추에이터(231)의 구조와 위치를 개선하게 되면 이러한 문제점을 해결할 수 있게 된다.
뿐만 아니라 실제 도 1 및 도 2의 종래도면과 달리, 본 실시예의 서브 체인저 어셈블리(200)는 툴 매거진(300)의 전방으로 최대한 돌출되지 않도록 툴 매거진(300)의 후방에 위치되고 있기 때문에, 툴 매거진(300)의 선회 시 공구에 묻어있는 칩이나 절삭유로부터 이송 기구부, 다시 말해 좌우방향 이송기구(240)와 전후방향 이송기구(230)를 보호할 수 있는 장점이 있다.
그리고 본 실시예의 경우, 전후방향 이송기구(230)에서 연결 플레이트(232)가 좌우방향 이송블록(243)에 연결된 상태에서 그 상면에 전후방향 이송레일(233)이 설치되는 구조를 가지기 때문에, 종래와 달리 유지보수 작업이 용이한 이점도 있다.
이러한 구성에 의해, 서브 체인저 어셈블리(200)가 툴 매거진(300)과 대기 포트 어셈블리(100) 사이를 왕래하면서 툴 그립퍼 어셈블리(220)로 하여금 그립핑한 공구를 툴 매거진(300) 쪽으로 혹은 대기 포트 어셈블리(100) 쪽으로 옮기는 과정으로 공구의 교환이 자동으로 진행된다.
이때, 서브 체인저 어셈블리(200)에서 툴 그립퍼 어셈블리(220)의 좌우방향 이송은 좌우방향 이송기구(240)가 담당하고, 툴 그립퍼 어셈블리(220)의 전후방향 이송은 전후방향 이송기구(230)가 담당한다.
좌우방향 이송 동작에 대해 살펴본다. 좌우방향 액추에이터(241)가 동작되면 툴 그립퍼 어셈블리(220)와 전후방향 이송기구(230)를 지지하는 좌우방향 이송블록(243)이 좌우방향 이송레일(242) 상에서 도 8의 +Y축 방향 혹은 -Y축 방향으로 이송될 수 있다.
전후방향 이송 동작에 대해 살펴본다. 전후방향 액추에이터(231)가 동작되면 툴 그립퍼 어셈블리(220)가 연결된 전후방향 이송블록(234)이 연결 플레이트(232)의 전후방향 이송레일(233) 상에서 도 8의 +X축 방향 혹은 -X축 방향으로 이송될 수 있다. 이때, 툴 그립퍼 어셈블리(220)의 전후방향 이송 거리는 좌우방향의 이송 거리보다는 짧다.
이처럼 좌우방향 이송기구(240)와 전후방향 이송기구(230)의 동작에 기초하여 툴 그립퍼 어셈블리(220)가 툴 매거진(300)과 대기 포트 어셈블리(100) 사이를 왕래함으로써 툴 그립퍼 어셈블리(220)에 그립핑된 공구는 툴 매거진(300) 쪽으로 혹은 대기 포트 어셈블리(100) 쪽으로 옮겨지면서 교환될 수 있게 되는 것이다.
이와 같이, 본 실시예에 따르면, 공구를 좌우방향으로 혹은 전후방향으로 이송시키는 기구들의 돌출 거리를 최소화시켜 공구와의 간섭 현상을 감소시킬 수 있음은 물론 외관의 미를 향상시키면서 안전사고의 위험을 감소시킬 수 있으며, 유지보수 작업이 용이할 뿐만 아니라 툴 매거진(300)의 선회 시 공구에 묻어있는 칩이나 절삭유로부터 이송 기구부(230,240)를 보호할 수 있게 된다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
100 : 대기 포트 어셈블리 200 : 서브 체인저 어셈블리
210 : 본체 프레임 220 : 툴 그립퍼 어셈블리
230 : 전후방향 이송기구 231 : 전후방향 액추에이터
232 : 연결 플레이트 233 : 이송레일
234 : 전후방향 이송블록 240 : 좌우방향 이송기구
241 : 좌우방향 액추에이터 242 : 좌우방향 이송레일
243 : 좌우방향 이송블록 300 : 툴 매거진
310 : 외곽 프레임

Claims (3)

  1. 외곽을 형성하는 외곽 프레임(310)을 구비한 툴 매거진(300)에 있어서,
    상기 툴 매거진(300)의 일측에 결합되는 대기 포트 어셈블리(100); 및
    상기 대기 포트 어셈블리(100)와 이웃되게 상기 툴 매거진(300)에 연결되며, 상기 대기 포트 어셈블리(100)와 상호 작용하여 공구를 교환하는 서브 체인저 어셈블리(200)를 포함하며,
    상기 서브 체인저 어셈블리(200)는,
    상기 툴 매거진(300)의 외곽 프레임(310)에 결합되는 본체 프레임(210);
    공구를 그립핑하는 툴 그립퍼 어셈블리(220);
    상기 툴 그립퍼 어셈블리(220)와 상기 외곽 프레임(310) 사이의 상기 본체 프레임(210)의 상단에 장착되어, 상기 툴 그립퍼 어셈블리(220)를 상기 대기 포트 어셈블리(100) 쪽을 향해 이동시키는 좌우방향 이송기구(240); 및
    상기 좌우방향 이송기구(240)에 지지되며 상기 툴 그립퍼 어셈블리(220)의 후방에 배치되어 상기 툴 매거진(300)의 후방으로 돌출되어 설치된 전후방향 액추에이터(231)를 구비하며, 상기 전후방향 액추에이터(231)의 동작에 의해 상기 툴 그립퍼 어셈블리(220)를 상기 툴 매거진(300)의 전후방향으로 이송시키는 전후방향 이송기구(230)
    를 포함하는 공작기계의 자동 공구 교환장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 좌우방향 이송기구(240)는,
    상기 툴 그립퍼 어셈블리(220)를 좌우방향으로 이송시키기 위한 동력을 발생시키는 좌우방향 액추에이터(241);
    상기 본체 프레임(210)의 상면에 마련되는 좌우방향 이송레일(242); 및
    상기 툴 그립퍼 어셈블리(220)와 상기 전후방향 이송기구(230)를 지지하며, 상기 좌우방향 이송레일(242)에 결합되어 상기 좌우방향 이송레일(242)을 따라 이송되는 좌우방향 이송블록(243);을
    포함하는 공작기계의 자동 공구 교환장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전후방향 이송기구(230)는,
    상기 좌우방향 이송블록(243)에 연결되는 연결 플레이트(232);
    상기 연결 플레이트(232)의 상면에 마련되는 전후방향 이송레일(233); 및
    일측은 상기 툴 그립퍼 어셈블리(220)와 연결되고 타측은 상기 전후방향 이송레일(233)과 레일 결합되는 전후방향 이송블록(234);을
    포함하는 공작기계의 자동 공구 교환장치.
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