KR102123855B1

KR102123855B1 - 공작 기계의 자동 공구 교환 시스템

Info

Publication number: KR102123855B1
Application number: KR1020180111380A
Authority: KR
Inventors: 칭-산 창
Original assignee: 산제트 인터내셔널 컴퍼니, 리미티드
Priority date: 2017-11-01
Filing date: 2018-09-18
Publication date: 2020-06-18
Also published as: JP2019084672A; TW201918323A; TWI644759B; KR20200068016A

Abstract

공작 기계의 자동 공구 교환 시스템은, 하우징, 회전축, 공구 교환 암 및 동력 유닛을 포함한다. 동력 유닛은 하우징 내에 설치되고 고정축 및 회전 시트를 포함하고, 고정축의 외부에 전기자 코일 어셈블리가 설치되어 있으며, 회전 시트 상에는 전기자 코일 어셈블리와 대응되는 장자석이 설치되고, 회전 시트의 외면에 캠 프로파일이 형성되어 회전축 상의 롤러와 접촉한다. 전기자 코일 어셈블리에 전기가 통하면, 전기자 코일 어셈블리에 의해 발생되는 자기장은 장자석을 통해 회전 시트를 회전시키고, 캠 프로파일의 작동 곡선의 설계를 통해 롤러를 안내하여 밀어냄으로써, 회전축을 움직여 회전시키고, 공구 교환 암까지 회전시켜 공구 교환 동작을 수행한다.

Description

공작 기계의 자동 공구 교환 시스템{AUTOMATIC TOOL CHANGING SYSTEM FOR MACHINE TOOL}

본 발명은 공작 기계에 관한 것으로, 특히 공작 기계의 자동 공구 교환 시스템에 관한 것이다.

공작 기계의 자동 공구 교환 장치는 공구 매거진 및 공구 교환 시스템을 포함하고, 공구 매거진 상의 공구는 공구 교환 시스템의 공구 교환 암을 통해 공작 기계의 주축 상의 공구와 교환된다. 공작 기계의 자동 공구 교환 장치의 목적은 작업 효율을 높이기 위한 것이다.

대만 실용신안 공고 제M518604호의 「자동 공구 교환 기구 전용 모터의 감지 구조」는 통상의 자동 공구 교환 시스템를 개시했으며, 이 시스템은 하우징을 포함하고, 하우징의 상부에 모터 및 감속 기구가 설치되어 있으며, 하우징의 내부에 롤러기어 캠 기구 및 출력 주축이 설치되어 있고, 출력 주축의 일단은 아래를 향해 하우징을 관통하며 공구 교환 암이 연결되어 있다. 모터는 먼저 감속 기구를 통해 입력 주축을 구동하여 회전시키고, 입력 주축의 일단에는 맞물림 전동 방식으로 롤러기어 캠 기구의 한 나선 캠을 구동하여 회전시키도록 베벨 기어가 설치되어 있으며, 나선 캠은 출력 주축 상에 설치된 롤러와 접촉하여, 출력 주축을 구동하여 공구 교환 암과 같이 회전시킨다.

상술한 기존의 자동 공구 교환 시스템은 공구 교환 동작을 효과적으로 수행하지만, 모터 및 감속 기구가 하우징의 외부에 노출되어 있어, 공간을 차지하며, 또한 베벨 기어 및 롤러기어 캠 기구를 포함하는 내부 전동 구조도 많은 공간을 차지하므로, 하우징은 반드시 크게 제작해야 한다. 그리고, 상술한 기존의 자동 공구 교환 시스템은 하우징 내의 전동 구조들이 서로 양호한 윤활 전동 효과를 갖도록, 하우징 내에 기어 오일이 배치되어 있다. 따라서, 일정량의 기어 오일을 유지하고 기어 오일이 누출되지 않도록 보장하는 것은, 상술한 기존의 자동 공구 교환 시스템을 제작할 때의 중요한 과제이다. 이로 인해, 기존의 자동 공구 교환 시스템의 구조는 정비 및 수리에 있어서 불편함과 어려움을 증가시켰다.

이를 감안하여, 본 발명은 정비 및 수리가 편리하고, 액상의 기어 오일를 사용할 필요가 없는 공작 기계의 자동 공구 교환 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 이루기 위하여, 본 발명은 하우징, 회전축, 공구 교환 암 및 동력 유닛을 포함하는 공작 기계의 자동 공구 교환 시스템을 제공한다. 회전축은 상기 하우징에 회전 가능하게 관통 설치되며, 일단은 상기 하우징의 외부에 위치하고, 상기 회전축은 상기 하우징 내에 위치하는 종동부를 별도로 구비하며; 공구 교환 암은 상기 회전축의 상기 하우징의 외부에 위치하는 일단에 체결되며; 동력 유닛은 상기 하우징 내에 설치되며 고정축 및 회전 시트를 포함하고, 고정축의 외부에 적어도 하나의 전기자 코일 어셈블리가 설치되고, 회전하는 상기 고정축에 대해 상대적으로 회전할 수 있는 방식으로 상기 고정축과 결합되며, 상기 회전 시트 상에는 상기 전기자 코일 어셈블리와 대응되는 적어도 하나의 장자석(場磁石, field magnet)이 설치되고, 상기 회전 시트는 구동부를 구비하며, 상기 회전 시트가 회전하면, 상기 구동부는 상기 종동부를 통해 상기 회전축을 움직여 회전시킨다.

본 발명의 실시예에서, 회전 시트는 중공 구조이며, 고정축은 상기 회전 시트를 관통하고 양단은 각각 상기 하우징에 연결되며; 상기 회전 시트의 내벽에 상기 장자석이 설치되고, 상기 회전 시트의 외면에 상기 구동부가 구비된다.

본 발명의 실시예에서, 회전축의 상기 종동부는 상기 회전축의 외주면을 따라 간격을 두고 설치된 복수의 접촉부재를 포함하고; 상기 회전 시트의 외면은 상기 구동부를 형성하는 캠 프로파일(cam profile)을 구비하고, 회전하는 상기 회전 시트는 상기 캠 프로파일로 상기 접촉부재를 안내하여 밀어내어 상기 회전축을 회전시킨다.

본 발명의 효과는 동력 유닛이 하우징 내에 설치되어, 공구 교환 암에 연결된 회전축을 직접 전동하여 회전시키므로, 감속 기구를 생략할 수 있고, 또한 액상의 기어 오일를 사용할 필요가 없어, 기존 구조의 누출 오일(漏油)로 인해 환경이 오염되는 문제를 개선할 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공작 기계의 자동 공구 교환 시스템의 정면도이다.
도 2는 본 발명의 상기 바람직한 실시예에 따른 공작 기계의 자동 공구 교환 시스템의 평면도이다.

본 발명을 더 명백하게 설명하기 위하여, 이하 바람직한 실시예와 도면을 결합하여 상세하게 설명한다. 도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공작 기계의 자동 공구 교환 시스템(100)이며, 공구 매거진과 결합하여 사용한다. 상기 자동 공구 교환 시스템(100)은 하우징(10), 회전축(20), 공구 교환 암(30), 동력 유닛(40) 및 승강 구조(50)를 포함한다.

상기 하우징(10)은 수직으로 교차하는 정면(10a)과 밑면(10b)을 구비한다.

상기 회전축(20)은 회전 가능한 방식으로 상기 하우징(10)에 관통 설치되며, 회전축(20)의 일단은 상기 밑면(10b)을 수직으로 관통하여 하우징(10)의 외부에 위치한다. 상기 회전축(20)은 복수의 종동부를 별도로 포함하고, 종동부는 롤러(22)를 예로 들 수 있으나 이에 한정되지 않는 접촉부재로 구성되며, 상기 롤러(22)들은 하우징(10) 내에 위치하고, 회전축(20)의 외주면을 따라 간격을 두고 설치된다. 바람직하게, 롤러(22)는 터릿에 설치되는 방식으로 회전축(20)에 결합될 수 있다.

상기 공구 교환 암(30)은 상기 회전축(20)의 하우징(10)의 외부에 위치하는 일단에 체결되고, 공구 교환 암(30)은 상기 회전축(20)에 의해 구동되어 회전한다.

상기 동력 유닛(40)은 상기 하우징(10) 내에 설치되고, 회전 시트(42), 고정축(44), 적어도 하나의 전기자 코일 어셈블리(46) 및 적어도 하나의 장자석(48)을 포함한다. 상기 회전 시트(42)는 중공 구조이며, 원주형(圓周形)의 외면은 구동부를 형성하는 캠 프로파일(42a)을 구비하고, 상기 캠 프로파일(42a)은 롤러(22)를 마주하며; 상기 고정축(44)은 상기 하우징(10)의 정면(10a)에 수직되는 방식으로 상기 회전 시트(42)를 관통하고, 고정축(44)의 양단은 각각 상기 하우징(10)에 연결되어 고정된다. 상기 회전 시트(42)와 상기 고정축(44) 사이에 베어링(49)이 추가로 설치되어, 상기 회전 시트(42)가 상기 고정축(44)에 대해 상대적으로 원활하게 회전할 수 있도록 한다. 위에서 구동부는 캠 프로파일(42a)을 예로 들었으며, 회전축(20)을 회전시키도록 롤러(22)를 안내하여 밀어낼 수 있는 것이 목적이었으나, 기타 실시예에서 구동부는 캠 프로파일에 한정되지 않으며, 롤러(22)를 하나하나 안내하여 밀어낼 수만 있으면 된다. 예를 들면, 회전 시트의 원주형의 외면에 두 개의 나선형 테이퍼 리브가 설치되어 있고, 롤러(22)는 상기 두 테이퍼 리브 사이에 위치하여, 테이퍼 리브 자체의 경사도에 의해 롤러(22)를 안내하여 위치를 변화시킬 수 있다.

본 실시예의 동력 유닛(40)의 전기자 코일 어셈블리(46) 및 장자석(場磁鐵)(48)의 수량은 복수 개이며, 상기 전기자 코일 어셈블리(46)들은 고정축(44)의 외부에 설치되고, 전기자 코일 어셈블리(46)에 전기가 통하면 자기장을 발생시키고, 상기 장자석(48)들은 영구 자석이며, 상기 회전 시트(42)의 내벽에 등 간격으로 설치되며, 전기자 코일 어셈블리(46)에 의해 발생되는 자기장 범위 내에 위치한다.

상기 승강 구조(50)는 상기 회전 시트(42)와 연동하며, 상기 회전축(20)을 움직여 상하로 이동시킨다. 본 실시예에서, 승강 구조(50)는 로커암(52), 상기 회전 시트(42)의 일측면에 형성된 로커암 동작홈(54) 및 종동부재(56)를 포함한다. 상기 로커암(52)의 일단은 상기 하우징(10)에 피봇 연결되고, 타단은 상기 회전축(20)의 회전을 간섭하지 않는 방식으로 상기 회전축(20)에 연결되며, 상기 로커암(52) 상에 상기 종동부재(56)가 설치되고, 상기 종동부재(56)는 상기 로커암 동작홈(54)에 위치한다. 본 실시예의 종동부재(56)는 롤러를 예로 들며, 로커암 동작홈(54)은 폐쇄된 오목홈이며, 이로써 회전하는 회전 시트(42)가 로커암(52)을 움직여 스윙할 수 있게 하여 회전축(20)을 상하로 이동시키도록 한다.

이상은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동 공구 교환 시스템(100)의 구성에 대한 설명이다. 사용자는 전기자 코일 어셈블리(46)에 전기가 통하게 하여 자기장을 발생시키는 방식으로 장자석(48)의 배치와 결합하여 상기 회전 시트(42)를 회전시킬 수 있으며, 상기 회전 시트(42)가 회전하면, 회전 시트(42)는 로커암(52)을 통해 회전축(20)을 움직여 상하로 이동시킬 수 있으며, 회전 시트(42) 외면의 캠 프로파일(42a)은 롤러(22)를 안내하여 밀어낼 수 있고, 캠 프로파일(42a)의 작동 곡선의 설계를 통해 롤러(22)를 하나하나 안내하여 밀어내도록 하여, 상기 회전축(20)을 움직여 회전시킴으로써, 상기 공구 교환 암(30)까지 회전시켜 공구 교환 동작을 수행한다.

본 실시예의 자동 공구 교환 시스템(100)의 동력 유닛(40)은 하우징(10)의 외부로 노출된 모터가 없으므로, 공간 이용이 보다 융통성이 있고, 감속 기구를 설치할 필요가 없으며; 내부 전동 구조에 사용되는 부품을 줄여 너무 많은 공간을 차지하지 않도록 하여, 하우징(10)의 부피를 감축했다. 또한, 하우징(10) 내부에 액상의 기어 오일를 배치할 필요 없이, 접촉 구조 사이에 고체 기름을 바르기만 하면 되므로, 정비 및 수리에 있어서 상당히 편리하며, 누유로 인한 청소 및 환경 오염 문제가 없다.

상기 실시예에서, 롤러(22)는 직접 회전축(20)에 고정 연결될 수도 있고, 먼저 터릿에 결합한 다음 터릿을 회전축(20)에 고정 연결하는 방식으로 회전축(20)과 고정 연결하는 목적을 실현할 수도 있다. 또한, 본 실시예의 동력 유닛(40)은 전압 크기를 제어하는 것을 통해 회전 속도를 제어하는 목적을 달성할 수 있다.

이상은 단지 본 발명의 바람직한 실시예일뿐이며, 본 발명의 명세서 및 특허청구범위에 따른 등가 변화는 모두 본 발명의 범위 내에 포함된다.

100: 자동 공구 교환 시스템
10: 하우징
10a: 정면
10b: 밑면
20: 회전축
22: 롤러
30: 공구 교환 암
40: 동력 유닛
42: 회전 시트
42a: 캠 프로파일
44: 고정축
46: 전기자 코일 어셈블리
48: 장자석
49: 베어링
50: 승강 구조
52: 로커암
54: 로커암 동작홈
56: 종동부재

Claims

하우징, 회전축, 공구 교환 암 및 동력 유닛을 포함하고,
상기 회전축은 상기 하우징에 회전 가능하게 관통 설치되며, 상기 회전축의 일단은 상기 하우징의 외부에 위치하고, 상기 하우징 내에 위치하는 종동부를 구비하며;
상기 공구 교환 암은 상기 회전축의 상기 하우징의 외부에 위치하는 일단에 체결되며;
상기 동력 유닛은 상기 하우징 내에 설치되며 고정축 및 회전 시트를 포함하고, 상기 고정축의 외부에 적어도 하나의 전기자 코일 어셈블리가 설치되고, 상기 회전 시트는 상기 고정축에 대해 상대적으로 회전할 수 있는 방식으로 상기 고정축과 결합되며, 상기 회전 시트 상에는 상기 전기자 코일 어셈블리와 대응되는 적어도 하나의 장자석(field magnet)이 설치되고, 상기 회전 시트는 구동부를 구비하며, 상기 회전 시트가 회전하면, 상기 구동부는 상기 종동부를 통해 상기 회전축을 움직여 회전시키고,
상기 회전 시트는 중공 구조이며, 상기 고정축은 상기 회전 시트를 관통하고 양단은 각각 상기 하우징에 연결되며; 상기 회전 시트의 내벽에 상기 장자석이 설치되고, 상기 회전 시트의 외면에 상기 구동부가 구비되는,
공작 기계의 자동 공구 교환 시스템.
제1항에 있어서,
상기 회전축의 상기 종동부는 상기 회전축의 외주면을 따라 간격을 두고 설치된 복수의 접촉부재를 포함하고, 상기 회전 시트의 외면은 상기 구동부를 형성하는 캠 프로파일을 구비하고, 회전하는 상기 회전 시트는 상기 캠 프로파일로 상기 접촉부재를 안내하여 밀어내어 상기 회전축을 회전시키는, 공작 기계의 자동 공구 교환 시스템.
제1항에 있어서,
상기 동력 유닛은 상기 회전 시트와 상기 고정축 사이에 설치되는 적어도 하나의 베어링을 포함하는, 공작 기계의 자동 공구 교환 시스템.
제1항에 있어서,
상기 하우징은 수직으로 교차하는 정면과 밑면을 구비하고, 상기 고정축은 상기 정면에 수직되는 방식으로 설치되며, 상기 회전축은 상기 밑면을 수직으로 관통하는, 공작 기계의 자동 공구 교환 시스템.
제1항에 있어서,
상기 회전 시트와 연동하며, 상기 회전축을 움직여 상하로 이동시키는 승강 구조를 포함하는, 공작 기계의 자동 공구 교환 시스템.
제5항에 있어서,
상기 승강 구조는 로커암 및 상기 회전 시트에 형성된 로커암 동작홈을 포함하고, 상기 로커암의 일단은 상기 하우징에 피봇 연결되고, 상기 로커암의 타단은 상기 회전축의 회전을 간섭하지 않는 방식으로 상기 회전축에 연결되며, 상기 로커암 상에 종동부재가 설치되고, 상기 종동부재는 상기 로커암 동작홈에 위치하는, 공작 기계의 자동 공구 교환 시스템.
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