KR102057727B1 - 멀티 가공형 머시닝 센터 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 멀티 가공형 머시닝 센터는, 베이스 프레임과; 상기 베이스 프레임의 상부 앞쪽에 구비되는 가공 테이블과; 상기 베이스 프레임의 상부에 세워지는 지지 프레임과; 상기 지지 프레임에 설치되고 상기 가공 테이블에 고정된 공작물을 가공할 수 있도록 공구가 장착되는 스핀들이 각각 구비된 복수개의 공작 헤드와; 상기 베이스 프레임의 상부 뒤쪽에 구비되어 공구가 수납됨과 아울러 상기 복수개의 스핀들에 공구를 각각 교환할 수 있도록 이루어진 복수개의 공구교환장치를 포함하여 구성됨으로써, 복수개의 스핀들을 이용하여 여러 개의 공작물을 동시에 가공함과 아울러, 보다 신속하고 효율적인 공구 교환이 가능하여 생산성을 더욱 높일 수 있는 효과를 갖는다.

Description

멀티 가공형 머시닝 센터{Machining center with multi-spindle}

본 발명은 여러 개의 스핀들이 구비되어 공작물을 절삭 등의 방법으로 가공하는 멀티 가공형 머시닝 센터에 관한 것이다.

일반적으로 공작기계는 머시닝 센터를 비롯하여, 터닝 센터, 스위스 턴, 방전 가공기, 수평형 NC 보링머신 등을 비롯하여 다양한 종류가 작업의 용도에 맞게 널리 사용되고 있다.

특히, 머시닝 센터(machining center)는 드릴링/보링/밀링/절삭/리밍/태핑 등을 자동으로 가공하는 공작기계로서, 각종 공구가 매거진에 배열된 상태에서 수치제어시스템에 의해서 필요로 하는 공구를 교환하면서 가공물을 정해진 순서에 따라 자동으로 가공하게 된다.

이러한 머시닝센터는 자동화된 여러 종류의 가공을 위해 다양한 종류의 공구들을 선택적으로 교환하면서 가공해야 하므로, 스핀들에 장착된 공구가 하나의 공정에 대한 가공을 완료하면 다음 공정을 위하여 스핀들에 장착된 공구와 공구 매거진에 수납되어 있는 공구를 교환할 수 있는 자동공구교환장치(ATC; automatic tool changer)가 필수적으로 요구된다.

머시닝 센터는 스핀들의 개수에 따라 단축식과 다축식 등으로 분류되고, 스핀들의 위치에 따라 수직형 머시닝 센터 또는 수평형 머시닝센터 등으로 분류되고 있다.

이 중에서 다축식(멀티형) 머시닝 센터의 경우에는 스마트 폰 등의 소형 부품을 한꺼번에 가공함으로써 대량 생산이 가능하여 생산성을 높일 수 있는 장점을 갖는다.

생산성을 더욱 높이기 위해서는 가공 처리 속도가 매우 중요한데, 이를 위해서는 가공 환경을 개선함과 아울러 최적의 가공 프로그램을 설정하여야 한다. 또한, 각각의 스핀들에 신속하게 공구를 교환하면서 공작물을 연속적으로 빠르게 가공하는 기술 역시 생산성을 향상시키는 중요한 요인이 된다.

따라서, 다축식 머시닝 센터에서, 생산성을 더욱 향상시키기 위해 멀티 스핀들과 이에 대응하는 공구교환장치의 구조를 개선하여 보다 신속하고 효율적으로 공구를 교환하면서 공작물의 연속 가공이 이루어지도록 하는 기술 개발이 요구되고 있다.

한국 공개특허 제10-2013-0119292호 한국 등록특허 제10-1724057호

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 수평 이동이 가능한 공구교환장치를 이용하여 수직 방향으로 배치된 복수개의 스핀들에 공구를 교환할 수 있도록 구성함으로써 신속하고 효율적인 공구 교환이 가능하여 생산성을 더욱 높일 수 있는 멀티 가공형 머시닝 센터를 제공하는 데 목적이 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 멀티 가공형 머시닝 센터는, 베이스 프레임과; 상기 베이스 프레임의 상부 앞쪽에 구비되는 가공 테이블과; 상기 베이스 프레임의 상부에 세워지는 지지 프레임과; 상기 지지 프레임에 설치되고 상기 가공 테이블에 고정된 공작물을 가공할 수 있도록 공구가 장착되는 스핀들이 각각 구비된 복수개의 공작 헤드와; 상기 베이스 프레임의 상부 뒤쪽에 구비되어 공구가 수납됨과 아울러 상기 복수개의 스핀들에 공구를 각각 교환할 수 있도록 이루어진 복수개의 공구교환장치를 포함한 것을 특징으로 한다.

상기 지지 프레임을 중심으로, 상기 가공 테이블과 상기 복수개의 공작 헤드는 앞쪽 공간에 배치되고, 상기 공구교환장치는 뒤쪽 공간에 배치되는 것이 바람직하다.

상기 복수개의 공작 헤드의 스핀들은 수직 방향으로 움직이면서 공작물을 가공할 수 있도록 구성되고, 상기 복수개의 공구교환장치는 수평 방향으로 배치되어 상기 스핀들 방향으로 이동하면서 공구 교환이 이루어지도록 구성되는 것이 바람직하다.

상기 각 공구교환장치는, 상기 베이스 프레임의 상부에 수평 방향으로 배치되어 공구들이 수납되는 툴 매거진과, 상기 툴 매거진의 앞쪽에서 베이스 프레임의 상부에 배치되어 상기 스핀들과 공구를 교환하는 툴 체인저와, 상기 툴 매거진 쪽에 지지되어 상기 툴 매거진과 상기 툴 체인저의 공구를 교환하는 툴 보이를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

상기 툴 체인저는, 상기 베이스 프레임의 상부에 상기 툴 매거진과 스핀들 사이에서 직선 이동 가능하도록 설치된 체인지 지지대와, 상기 체인지 지지대의 상부에 회전 가능하게 설치되고 180도 방향에 공구가 각각 탑재되는 체인지 홀더를 갖는 체인지 기구와, 상기 체인지 지지대에 구비되어 상기 체인지 기구를 회전 구동시키는 체인지 구동수단을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

상기 지지 프레임에는 상기 공작 헤드 및 가공 테이블이 위치되는 공간과 상기 공구교환장치가 위치되는 공간을 개폐하는 차단 도어가 설치될 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 주요한 과제 해결 수단들은, 아래에서 설명될 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용', 또는 첨부된 '도면' 등의 예시를 통해 보다 구체적이고 명확하게 설명될 것이며, 이때 상기한 바와 같은 주요한 과제 해결 수단 외에도, 본 발명에 따른 다양한 과제 해결 수단들이 추가로 제시되어 설명될 것이다.

본 발명에 따른 멀티 가공형 머시닝 센터는, 수평 이동이 가능한 공구교환장치를 이용하여 수직 방향으로 배치된 복수개의 스핀들에 공구를 교환할 수 있도록 구성되기 때문에 복수개의 스핀들을 이용하여 여러개의 공작물을 동시에 가공함과 아울러, 보다 신속하고 효율적인 공구 교환이 가능하여 생산성을 더욱 높일 수 있는 효과를 제공한다.

도 1 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 가공형 머시닝 센터가 도시된 도면들로서,
도 1은 앞쪽 방향에서 본 사시도,
도 2는 뒤쪽 방향에서 본 사시도,
도 3은 정면도,
도 4는 측면도,
도 5는 배면도,
도 6은 평면도이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 공구교환장치가 도시된 상세도로서,
도 7은 사시도,
도 8은 정면도,
도 9는 측면도이다.
도 10 내지 도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 가공형 머시닝 센터가 도시된 도면들로서,
도 10은 차단 도어 닫힘 상태의 사시도,
도 11은 차단 도어 개방 상태의 사시도,
도 12는 차단 도어 닫힘 상태의 측면도,
도 13은 차단 도어 개방 상태의 측면도이다.
도 14는 차단 도어 개방 상태의 상세도이다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 가공형 머시닝 센터가 도시된 도면들로서, 도 1은 앞쪽 방향에서 본 사시도, 도 2는 뒤쪽 방향에서 본 사시도, 도 3은 정면도, 도 4는 측면도, 도 5는 배면도, 도 6은 평면도이다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 가공형 머시닝 센터는, 베이스 프레임(10)과, 이 베이스 프레임(10)의 상부 앞쪽에 구비되는 가공 테이블(20)와, 베이스 프레임(10)의 상부에 세워지는 지지 프레임(30)과, 이 지지 프레임(30)에 설치되고 공구(T)가 장착되어 상기 가공 테이블(20)에 고정된 공작물을 가공할 수 있도록 이루어진 스핀들(42)이 각각 구비된 공작 헤드(40)와, 상기 베이스 프레임(10)의 상부 뒤쪽에 구비되어 공구(T)가 수납됨과 아울러 상기 복수개의 스핀들(42)에 공구를 교환할 수 있도록 이루어진 복수개의 공구교환장치(50)를 포함하여 구성된다.

여기서, 가공 테이블(20)과 복수개의 공작 헤드(40)는 상기 지지 프레임(30)을 중심으로 머시닝 센서의 앞쪽 공간에 배치되고, 공구교환장치(50)는 상기 지지 프레임(30)을 중심으로 머시닝 센서의 뒤쪽 공간에 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 복수개의 공작 헤드(40)의 스핀들(42)은 수직 방향으로 배치되어 상하 이동이 가능하도록 구성되고, 복수개의 공구교환장치(50)는 수평 방향으로 배치되어 복수개의 스핀들(42)과 각각 공구 교환이 이루어지도록 구성되는 것이 바람직하다.

이때, 복수개의 스핀들(42)과 복수개의 공구교환장치(50)는 동일 개수로 각각 대응하면서 공구 교환이 이루어지도록 구성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 지지 프레임(30)에는 공작 헤드(40) 및 가공 테이블(20)이 위치되는 앞쪽 공간과 공구교환장치(50)가 위치되는 뒤쪽 공간을 개폐하기 위해 차단 도어(100; 도 10 참조)가 설치될 수 있다. 차단 도어(100)에 대해서는 도 10 내지 도 14를 참조하여 본 발명의 제 2 실시예에서 설명한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 머시닝 센터의 주요 구성 부분에 대하여 상세히 설명한다.

먼저, 상기 베이스 프레임(10)은 머시닝 센터를 안정되게 지지할 수 있는 구조와 하중을 갖도록 설치되는 것이 바람직하다.

이러한 베이스 프레임(10)에는 공작물을 가공하면서 발생하는 칩 등을 배출할 수 있도록 칩 배출로(12)가 구성될 수 있는데, 베이스 프레임(10)의 앞쪽과 양쪽에 형성될 수 있다. 그리고 칩 배출로(12)에는 칩을 뒤쪽으로 이송하여 배출하기 위한 배출 스크류(14)가 구비될 수 있다.

베이스 프레임(10)에는 상기 구성 외에도 머시닝 센터를 지지하고 작업할 수 있는 공지의 여러 구성 요소들이 설치되어 구성될 수 있다.

다음, 상기 가공 테이블(20)은 가공 공작물이 세팅된 후 가공되는 구성 부분이다.

이러한 가공 테이블(20)은 상부에 복수개의 스핀들(42)이 좌우 방향으로 길게 배열되어 설치될 경우에 이에 대응할 수 있도록 구성되는데, 도면에서와 같이 각 스핀들(42)에 의해 가공되는 공작물을 함께 올려놓고 동시 가공이 가능하도록 좌우 방향으로 길게 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 가공 테이블(20)은 복수개의 스핀들(42)에 대하여 상대 이동이 가능하도록 구성될 수 있는데, 복수개의 스핀들(42)이 X축(좌우), Z축(상하) 방향으로 이동 가능하게 구성될 경우에, 가공 테이블(20)은 Y축(전후) 방향으로 이동 가능하게 구성될 수 있다.

이러한 가공 테이블(20)과 스핀들(42)의 상대 이동 구조는 반드시 구성되어야 하는 것은 아니고 실시 조건에 따라 공지의 직선 이동 구조를 이용하여 적절하게 선택하여 구성할 수 있을 것이다.

다음, 상기 지지 프레임(30)은 베이스 프레임(10)의 상부에 갠트리(Gantry) 구조로 공작 헤드(40)를 안정되게 지지하기 위한 구성 부분이다.

이러한 지지 프레임(30)은, 베이스 프레임(10)의 양쪽에 수직으로 세워지는 양쪽 수직 지지대(32)와, 이 양쪽 수직 지지대(32)의 상부를 연결하는 수평 지지대(34)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

다음, 상기 복수개의 공작 헤드(40)는 각 스핀들(42)에 공구가 장착되어 상하 이동하면서 가공 테이블(20)에 세팅된 공작물을 가공하는 구성부분이다.

이러한 복수개의 공작 헤드(40)는 지지 프레임(30)에 지지된 헤드 지지대(46)에 좌우 방향으로 일렬로 설치되는 것이 바람직하다.

본 실시예의 도면에서는 4개의 공작 헤드(40)가 나란히 설치된 구성을 보여준다.

각각의 공작 헤드(40)는, 상기 헤드 지지대(46)에 Z축 방향으로 상대 이동 가능하도록 설치되는 헤드 바디(44)와, 이 헤드 바디(44)에 구비되고 공구가 장착되는 스핀들(42)로 이루어지는 것이 바람직하다.

공작 헤드(40)의 Z축 방향으로 이동은 리니어 기구에 의해 이루어지는 것으로, 공지의 리니어 모터 등을 이용하여 구성할 수 있으므로 그에 대한 설명은 생략한다.

공작 헤드(40)에는 스핀들(42)을 구동하는 스핀들 모터(48)가 각각 구비된다.

스핀들(42)은 필요로 하는 공구를 장착할 수 있도록 구성되는데, 본 실시예에서는 스핀들(42)이 수직 방향으로 배치되어 공구도 수직 방향으로 장착될 수 있도록 구성된 것을 보여준다.

또한 스핀들(42)은 공압, 솔레노이드 등을 이용하여 공구를 자동으로 장착 또는 분리할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다. 이러한 스핀들(42)의 공구 탈장착 메커니즘은 널리 공지되어 있으므로 구체적인 설명은 생략한다.

한편, 본 실시예에서는 공작 헤드(40)가 X축 방향으로 이동하는 구조는 나타나 있지 않지만, 실시 조건에 따라서는 공지의 리니어 기구를 이용하여 공작 헤드(40)를 지지하는 헤드 지지대(46)를 지지 프레임(30)에 대하여 X축 방향으로 상대 이동이 가능하도록 구성하는 것도 가능하다.

다음, 상기 복수개의 공구교환장치(50)에 대하여, 주로 도 7 내지 도 9를 참조하여 설명한다.

도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 공구교환장치가 도시된 상세도로서, 도 7은 사시도, 도 8은 정면도, 도 9는 측면도이다. 이들 도면은 지지 프레임(30)의 일부가 생략된 상태의 도면들이다.

복수개의 공구교환장치(50)는 각 스핀들(42)과 공구를 제공 또는 회수할 수 있도록 구성된 것으로, 스핀들(42)이 개수와 동일 개수로 대응되게 구성되는 것이 바람직한 바, 본 실시예에서와 같이 스핀들(42)이 4개로 구성될 경우에 이에 대응할 수 있도록 공구교환장치(50)도 4개가 구성된다.

각 공구교환장치(50)는 앞서 설명한 바와 같이 전후 방향으로 길게 배치되고, 복수개 공구교환장치(50)가 좌우 방향으로 나란히 배치되어 구성되는 것이 바람직하다.

각 공구교환장치(50)는, 베이스 프레임(10)의 상부에 수평 방향으로 배치되어 공구들이 수납되는 툴 매거진(60)과, 이 툴 매거진(60)의 앞쪽에서 베이스 프레임(10)에 배치되어 상기 스핀들(42)과 공구를 교환하는 툴 체인저(70)와, 툴 매거진(60)과 툴 체인저(70) 사이에 공구를 교환하는 툴 보이(80)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

즉, 각 공구교환장치(50)는 툴 매거진(60)에 대기하고 있는 공구(T)를 툴 보이(80)에서 툴 체인저(70)에 이동시키고, 반대로 툴 체인저(70)에 거치된 공구를 툴 보이(80)에서 툴 매거진(60)으로 이동시켜 수납할 수 있도록 구성되는 것이다.

이러한 각 공구교환장치(50)는 툴 매거진(60)과 툴 체인저(70)의 공구 수납 또는 탑재 위치는 수평 방향으로 동일 높이에 위치되고, 툴 보이(80)는 툴 매거진과 툴 체인저(70)의 상부에 위치되어 툴 매거진(60)과 툴 체인저(70) 사이에서 공구를 교환토록 구성되는 것이 바람직하다.

각 공구교환장치(50)를 구성하는 툴 매거진(60), 툴 체인저(70), 툴 보이(80) 각각에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.

상기 툴 매거진(60)은, 베이스 프레임(10)에 지지되는 매거진 지지대(61)와, 이 매거진 지지대(61)의 상부에 복수개의 툴 홀더(63)가 무한궤도 방식으로 연속하여 수평 방향으로 배치되는 홀더 어셈블리(62)와, 매거진 지지대(61)에 설치되어 공구 교환을 위해 홀더 어셈블리(62)를 회전시키는 매거진 구동수단(66)을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

여기서, 매거진 지지대(61)는 베이스 프레임(10)의 뒤쪽 상부에 수직 및 수평 방향으로 배치되어 구성될 수 있다.

홀더 어셈블리(62)는, 매거진 지지대(61)의 상부에 수평 방향으로 무한궤도 방식으로 회전 가능하게 설치되는 홀더 체인(64)과, 이 홀더 체인(64)에 연속적으로 일정 간격마다 설치되어 공구(T)가 각각 수납되는 복수개의 툴 홀더(63)로 이루어지는 것이 바람직하다.

툴 홀더(63)는 공구를 수직 상태에서 끼워서 수납할 수 있도록 구성될 수 있다.

매거진 구동수단(66)은 홀더 체인(64)을 회전시킬 수 있도록 구성된 것으로, 구동 모터의 회전력을 감속시켜 홀더 체인(64)을 회전시키는 스프로킷에 전달할 수 있도록 구성될 수 있다. 이외에도 매거진 구동수단(66)은 복수개의 툴 홀더(63) 및 홀더 체인(64)을 회전시킬 수 있는 구성이면, 공지의 회전 구동기구를 채택하여 구성하는 것도 가능하다.

상기 툴 체인저(70)는, 베이스 프레임(10)의 상부에 직선 이동 가능하도록 설치된 체인지 지지대(71)와, 이 체인지 지지대(71)의 상부에 회전 가능하게 설치되고 공구(T)가 탑재되는 체인지 홀더(76)를 갖는 체인지 기구(73)와, 이 체인지 지지대(71)에 구비되어 체인지 기구(73)를 회전 구동시키는 체인지 구동수단(77)을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

체인지 지지대(71)는 리니어 기구(72) 등 직선 이동 기구에 의해 베이스 프레임(10)의 전후 방향으로 직선 이동하도록 구성되는 것이 바람직하다.

이러한 체인지 지지대(71)의 직선 이동은 상기 툴 매거진(60)에 대기하고 있는 공구(T)를 전달받아 스핀들(42) 하부까지 이동한 후에 스핀들(42)에 공구를 제공하고, 또 스핀들(42)에서 분리된 공구를 받아 다시 툴 매거진(60) 쪽으로 직선 이동한 후에 툴 매거진(60) 쪽에 공구를 전달하도록 하기 위한 것이다.

도면에서 79는 가공하면서 발생한 칩 등이 리니어 기구(72) 등에 유입되지 않도록 하는 보호 커버이다. 보호 커버(79)는 벨로우즈 형태로 구성되는 것이 바람직하며, 일측은 높고 일측은 낮게 구성하여, 칩이 자연스럽게 흘러내리도록 구성되는 것이 바람직하다.

체인지 기구(73)는, 체인지 지지대(71)에 수직으로 세워져 상기 체인지 구동수단(77)에 의해 회전하는 체인지 축(74)과, 이 체인지 축(74)의 상단부에 수평 방향으로 연결되고 적어도 양쪽에 공구가 탑재되는 체인지 홀더(76)가 각각 구비된 체인지 암(75)을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

여기서, 체인지 암(75)은 상기 체인지 축(74)을 중심으로 양쪽에 각각 하나씩 체인지 홀더(76)가 구성될 수 있는데, 한 쪽 체인지 홀더(76)는 툴 매거진(60) 쪽과 공구 교환이 이루어지고, 반대 쪽 체인지 홀더(76)는 스핀들(42)과 공구 교환이 이루어지도록 구성될 수 있다.

체인지 홀더(76)는 상기 툴 매거진(60)의 툴 홀더(63)와 동일한 구조로 공구가 끼워져 수납 또는 탑재될 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

상기 체인지 구동수단(77)은 상기 체인지 암(75)을 회전시킬 수 있는 구성이면, 공지의 회전 구동수단을 이용하여 구성할 수 있다.

본 실시예에서는 체인지 구동수단(77)이 체인지 실린더(78)와, 이 체인지 실린더(78)의 직선 운동을 회전운동으로 변환시켜 체인지 기구(73)를 회전시키는 변환 장치(78a)를 포함하여 구성되는 것을 보여준다.

즉, 체인지 암(75)의 양쪽에 체인지 홀더(76)가 각각 구비되므로, 한 번에 180도씩 회전시킬 수 있도록 구성되는 것이 바람직한 바, 유압 등에 의해 작동되는 체인지 실린더(78)의 직선 운동을 변환 장치(78a)에서 랙 피니언 등을 이용하여 회전 운동으로 변환시켜 체인지 기구(73)를 회전시킬 수 있도록 구성되는 것이다. 이에 따라 체인지 실린더(78)의 일회 작동으로 체인지 암(75)의 180도 전환이 신속하게 이루어질 수 있게 된다.

상기 툴 보이(80)는, 툴 매거진(60)과 툴 체인저(70) 사이에서 상대쪽으로 공구(T)를 옮겨주는 장치로서, 툴 매거진(60) 쪽에 지지되는 툴 바디(81)와, 이 툴 바디(81)에 설치되어 툴 매거진(60)과 툴 체인저(70)에 수납 또는 탑재된 공구를 상대 쪽으로 이동시키는 그리퍼(83)와, 이 그리퍼(83)를 수평 및 수직 이동시키면서 공구를 교환하도록 구동하는 보이 구동수단(85)을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

여기서, 툴 바디(81)는 그리퍼(83) 및 보이 구동수단(85)을 지지할 수 있는 구성이면, 실시 조건에 따라 적절하게 구성하여 실시할 수 있을 것이다. 본 실시예에서는 툴 매거진(60)의 상부에 구성된 것을 예시하였으나, 이에 한정되지 않고, 베이스 프레임(10)의 상부 또는 지지 프레임(30)에 지지되게 구성되는 것도 가능하다.

그리퍼(83)는 공구의 끝단을 잡아서 이동시킬 수 있도록 구성된 부분으로서, 보이 구동수단(85)에 의해 상하 방향으로 이동하면서 공구의 상단부와 결합 및 분리될 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

보이 구동수단(85)은 그리퍼(83)의 수직 이동 및 수평 이동이 가능하도록 구동력을 제공하도록 구성하는 것으로, 복수의 실린더를 이용하여 수직 및 수평 운동이 가능하도록 구성될 수 있다. 이외에도 보이 구동수단(85)은 모터 등을 이용하여 구성하는 것도 가능하다. 이러한 보이 구동수단(85)의 2축 운동 방식은 실린더 또는 모터 등을 이용한 공지의 2축 구동기구를 이용하여 용이하게 구성할 수 있으므로 보다 구체적인 설명은 생략한다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 공구교환장치(50)를 이용하여 공구를 교환하는 과정을 설명한다.

툴 매거진(60)에 대기하고 있는 공구(T)를 스핀들(42)에 장착하는 과정은 다음과 같이 이루어진다.

매거진 구동수단(66)이 작동하여 홀더 어셈블리(62)를 회전시키고, 툴 홀더(63)들 중에 필요 공구의 툴 홀더가 툴 체인저(70)의 바로 앞쪽에 위치되도록 이동시킨다.

필요 공구의 툴 홀더(63)가 툴 체인저(70)의 체인지 홀더(76) 바로 앞쪽에 위치되면, 툴 보이(80)의 그리퍼(83)가 하강하여 필요 공구를 잡고 일정 높이까지 들어 올린 다음, 툴 체인저(70)의 상부까지 직선 이동한다. 그리고 툴 보이(80)의 그리퍼(83)가 하강하여 툴 체인저(70)의 체인지 홀더(76)에 필요 공구를 내려놓아 탑재한다.

체인지 홀더(76)에 필요 공구가 탑재되면, 체인지 구동수단(77)에 의해 체인지 암(75)이 180도 회전한다. 이후 체인지 지지대(71)가 직선 이동 기구에 의해 스핀들(42) 하부까지 직선 이동하고, 필요 공구가 탑재된 체인지 홀더(76)가 스핀들(42)의 수직 방향으로 하부에 위치되면, 스핀들(42)이 하강하여 필요 공구와 결합한 후에 상승함으로써 스핀들(42)에 필요 공구가 장착된다.

여기서, 체인지 암(75)의 180도 회전은 스핀들(42)의 하부에서 이루어지는 것도 가능하다. 이때에는 스핀들(42)에 장착된 공구를, 비어 있는 다른 쪽 체인지 홀더(76)에 내려놓은 다음, 체인지 암(75)을 180도 회전시켜 반대쪽 체인지 홀더(76)에 탑재된 필요 공구를 스핀들(42)에 장착할 수 있다. 즉, 체인지 암(75)의 180도 회전으로 스핀들(42)의 공구 분리와 공구 장착이 연속적으로 신속하게 이루어질 수 있다.

스핀들(42)에 장착된 공구를 분리하여 툴 매거진(60)으로 이동시키는 과정은 다음과 같이 이루어진다.

앞서 설명한 바와 같이 스핀들(42)이 하강하여 체인지 암(75)의 체인지 홀더(76)에 분리 공구를 내려놓는다.

분리 공구가 체인지 홀더(76)에 탑재되면 체인지 암(75)이 180도 회전하고, 이후 체인지 지지대(71)가 후진한다. 이때 분리 공구가 탑재된 체인지 홀더(76)가 툴 매거진(60) 앞쪽에 위치된다.

이와 같은 상태에서 상기와 반대로 툴 보이(80)에서 체인지 홀더(76)에 탑재된 분리 공구를 들어 올려 직선 이동한 다음, 툴 매거진(60)의 툴 홀더(63)에 내려놓는다.

상기한 바와 같이 구성되고 작동되는 공구교환장치(50)는 필요한 공구를 신속하게 스핀들(42)에 장착하고, 또 수납할 공구도 신속하게 툴 매거진(60)으로 이동시켜 수납할 수 있게 된다.

한편, 앞서 설명한 바와 같이 지지 프레임(30)에는 공작 헤드(40) 및 가공 테이블(20)이 위치되는 앞쪽 공간과 공구교환장치(50)가 위치되는 뒤쪽 공간을 분리하기 위해 차단 도어가 설치될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예는 차단 도어가 설치된 머시닝 센터에 관한 것으로 이에 대하여 도 10 내지 도 14를 참조하여 설명한다.

도 10 내지 도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 가공형 머시닝 센터가 도시된 도면들로서, 도 10은 차단 도어 닫힘 상태의 사시도, 도 11은 차단 도어 개방 상태의 사시도, 도 12는 차단 도어 닫힘 상태의 측면도, 도 13은 차단 도어 개방 상태의 측면도, 도 14는 차단 도어 개방 상태의 상세도이다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 가공형 머시닝 센터는 차단 도어(100) 구조를 제외하고는 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예의 머시닝 센터와 동일 또는 유사하게 구성될 수 있으므로, 도면에 동일한 도면 부호를 부여하고 반복 설명은 생략한다.

도 10 내지 도 14를 참조하면, 차단 도어(100)는 공구교환을 위해 상기 툴 체인저(70)가 스핀들(42) 하측으로 전진하면 도어가 개방되고, 툴 체인저(70)가 후진하면 닫히도록 구성되는 것이 바람직하다.

이러한 차단 도어(100)는 상부 도어(110)와 하부 도어(120)로 이루어져, 상기 공구교환장치(50)의 툴 체인저(70)가 전진하게 되면, 상부 도어(110)는 상단부를 중심으로 회전하면서 개방되고, 하부 도어(120)는 앞쪽으로 일정 정도 이동하면서 개방되도록 구성될 수 있다. 그리고 툴 체인저(70)가 후진하면 리턴 수단인 탄성 부재(130)에 의해 하부 도어(120)가 당겨지면서 뒤쪽으로 이동하고, 동시에 상부 도어(110)도 내려오는 쪽으로 회전하면서 닫히도록 구성될 수 있다.

이러한 작동 구조를 실현하기 위해, 상부 도어(110)는 지지 프레임(30)에 회전축(112)을 중심으로 회전 가능하게 설치되어 지지 프레임(30)의 안쪽 영역 상부를 개폐하도록 구성되고, 하부 도어(120)는 지지 프레임(30)에 전후 이동 가능하게 설치되어 지지 프레임(30)의 안쪽 영역 하부를 개폐하도록 구성되는 것이 바람직하다.

여기서, 상부 도어(110)는 툴 체인저(70)가 전진함에 따라 하부 도어(120)가 앞쪽으로 이동하면 하부 도어(120)에 밀려서 상측으로 회전하고, 툴 체인저(70)가 후진함에 따라 하부 도어(120)가 뒤쪽으로 이동하면 자중에 의해 하측으로 회전하도록 구성될 수 있다.

하부 도어(120)는, 평면에서 보았을 때 ㄷ자형 구조를 갖도록 구성되는 바, 양쪽 측면판(122)과, 이 양쪽 측면판(122)의 앞쪽에 좌우 방향으로 연결되어 상기 지지 프레임(30)의 안쪽 영역 하부를 개폐하는 도어판(124)을 포함하여 구성될 수 있다.

이러한 하부 도어(120)는 양쪽 측면판(122)의 높이가 도어판(124)의 높이보다 높게 구성되어, 도어판(124)의 상부 개방된 공간은 상부 도어(110)에 의해 닫힐 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

이때, 상부 도어(110)는 하부 도어(120)가 전후 이동될 때 연동되면서 개폐 작동이 가능하도록 구성되는데, 도 14를 참조하면, 하부 도어(120)의 양쪽 측면판(122)의 상단부에 구비된 레일(123)을 따라 구름 운동할 수 있도록 롤러(115)가 설치되는 것이 바람직하다.

상기 리턴 수단인 탄성 부재(130)는 지지 프레임(30)과 하부 도어(120) 사이에 연결되어 툴 체인저(70)가 후진하면, 탄성 부재(130)의 탄성력에 의해 하부 도어(120)가 뒤쪽으로 후진하면서 닫힐 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

한편, 지지 프레임(30)에는 도면에 예시하지는 않았지만, 하부 도어(120)의 전후 이동을 안내하는 가이드 레일이 구성될 수 있다. 즉, 하부 도어(120)가 전후진 할 때, 가이드 레일을 따라 이동할 수 있도록 구성되는 것으로, 하부 도어(120)의 양쪽 측면판(122) 하부에 위치되게 구성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 툴 체인저(70) 쪽에는 하부 도어(120)를 밀어주는 푸시 블록(150)이 구성될 수 있다. 이러한 푸시 블록(150)은 각각의 툴 체인저(70)에 하나씩 구비되어 구성될 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 머시닝 센터의 도어는 앞서 설명한 바와 같이, 공구 교환을 위해 툴 체인저(70)가 전진하면, 하부 도어(120)가 푸시 블록(150)에 밀리면서 앞쪽으로 이동하게 되고, 이때 상부 도어(110)는 하부 도어(120)가 앞쪽으로 이동함에 따라 측면판(122)에 밀리면서 상측으로 회전하게 된다. 이에 따라 상부 도어(110)와 하부 도어(120)가 개방되어 툴 체인저(70)가 스핀들(42) 하부까지 이동하여 공구 교환이 이루어질 수 있다.

이후, 툴 체인저(70)가 후진하면, 탄성 부재(130)의 복원력에 의해 하부 도어(120)가 당겨지면서 후진하고, 동시에 상부 도어(110)도 하부 도어(120)가 후진함에 따라 자중에 의해 하측으로 회전하면서 닫히게 된다.

이와 같이 하여, 하부 도어(120)의 도어판(124)과 상부 도어(110)가 가공 테이블(20)이 위치되는 공간과 공구교환장치(50)가 위치되는 공간을 분리하여 차단하게 된다.

상기와 같이 차단 도어(100)가 닫힌 상태에서, 가공 테이블(20) 위에 올려진 공작 대상물을 가공하게 되면, 가공 중 발생하는 칩, 또는 오일 등이 차단 도어(100)에 의해 공구교환장치(50) 쪽으로 유입되는 것을 차단할 수 있게 된다.

상기한 바와 같은, 본 발명의 실시예들에서 설명한 기술적 사상들은 각각 독립적으로 실시될 수 있으며, 서로 조합되어 실시될 수 있다. 또한, 본 발명은 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 실시예를 통하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

10 : 베이스 프레임 20 : 가공 테이블
30 : 지지 프레임 32 : 수직 지지대
34 : 수평 지지대 40 : 공작 헤드
42 : 스핀들 44 : 헤드 바디
50 : 공구교환장치 60 : 툴 매거진
61 : 매거진 지지대 62 : 홀더 어셈블리
63 : 툴 홀더 64 : 홀더 체인
66 : 매거진 구동수단 70 : 툴 체인저
71 : 체인지 지지대 73 : 체인지 기구
74 : 체인지 축 75 : 체인지 암
76 : 체인지 홀더 77 : 체인지 구동수단
80 : 툴 보이 81 : 툴 바디
83 : 그리퍼 85 : 보이 구동수단
100 : 차단 도어 110 : 상부 도어
115 : 롤러 120 : 하부 도어
123 : 레일 130 : 탄성 부재
150 : 푸시 블록

Claims (5)

1. 베이스 프레임과; 상기 베이스 프레임의 상부 앞쪽에 구비되는 가공 테이블과; 상기 베이스 프레임의 상부에 세워지는 지지 프레임과; 상기 지지 프레임에 설치되고 상기 가공 테이블에 고정된 공작물을 가공할 수 있도록 공구가 장착되는 스핀들이 각각 구비된 복수개의 공작 헤드와; 상기 베이스 프레임의 상부 뒤쪽에 구비되어 공구가 수납됨과 아울러 상기 복수개의 스핀들에 공구를 각각 교환할 수 있도록 이루어진 복수개의 공구교환장치와; 상기 가공 테이블에 고정된 공작물을 가공할 때 가공 중 발생하는 칩 또는 오일이 상기 복수개의 공구교환장치 쪽으로 유입되는 것을 차단하는 차단 도어;를 포함하고,
   상기 각 공구교환장치는, 상기 베이스 프레임의 상부에 수평 방향으로 배치되어 공구들이 수납되는 툴 매거진과, 상기 툴 매거진의 앞쪽에서 베이스 프레임의 상부에 배치되어 상기 스핀들과 공구를 교환하는 툴 체인저와, 상기 툴 매거진 쪽에 지지되어 상기 툴 매거진과 상기 툴 체인저의 공구를 교환하는 툴 보이를 포함하며,
   상기 툴 체인저는, 상기 베이스 프레임의 상부에 상기 툴 매거진과 스핀들 사이에서 직선 이동 가능하도록 설치된 체인지 지지대와, 상기 체인지 지지대의 상부에 회전 가능하게 설치되고 180도 방향에 공구가 각각 탑재되는 체인지 홀더를 갖는 체인지 기구와, 상기 체인지 지지대에 구비되어 상기 체인지 기구를 회전 구동시키는 체인지 구동수단을 포함하고,
   상기 지지 프레임을 중심으로, 상기 가공 테이블과 상기 복수개의 공작 헤드는 앞쪽 공간에 배치되고, 상기 공구교환장치는 뒤쪽 공간에 배치되고,
   상기 복수개의 공작 헤드의 스핀들은 수직 방향으로 움직이면서 공작물을 가공할 수 있도록 구성되고,
   상기 복수개의 공구교환장치는 수평 방향으로 배치되어 상기 스핀들 방향으로 이동하면서 공구 교환이 이루어지도록 구성되며,
   상기 차단 도어는 상부 도어와 하부 도어로 구성되고,
   상기 상부 도어는 상기 지지 프레임에 회전축을 중심으로 회전 가능하게 설치되어 상기 지지 프레임의 안쪽 영역 상부를 개폐하도록 구성되고,
   상기 하부 도어는 상기 지지 프레임에 전후 이동 가능하게 설치되어 상기 지지 프레임의 안쪽 영역 하부를 개폐하도록 구성되어,
   상기 복수개의 공구교환장치에서 공구교환을 위해 상기 툴 체인저가 상기 스핀들 하측으로 전진하면 상기 차단 도어가 개방되고, 상기 툴 체인저가 상기 스핀들 하측으로 후진하면 상기 차단 도어가 닫히는 것을 특징으로 하는 멀티 가공형 머시닝 센터.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 하부 도어는 양쪽 측면판과, 상기 양쪽 측면판의 앞쪽에 좌우 방향으로 연결되어 상기 지지 프레임의 안쪽 영역 하부를 개폐하는 도어판을 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 가공형 머시닝 센터.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 하부 도어의 양쪽 측면판의 상단부에 구비된 레일을 따라 구름 운동할 수 있는 롤러가 설치되는 것을 특징으로 하는 멀티 가공형 머시닝 센터.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 지지 프레임과 상기 하부 도어 사이에 연결되는 탄성 부재를 더 포함하고,
   상기 탄성 부재의 탄성력에 의해 상기 하부 도어가 뒤쪽으로 후진하면서 닫힐 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 멀티 가공형 머시닝 센터.
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