KR102448172B1 - 교체 설치 가능한 척 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가공 대상물을 파지하는 조임 조를 포함한 척의 일부를 분리할 수 있어, 일부 구성을 교체 가능하게 구성한 척 시스템과 관련되며 실시예로, 공작 기계에 장착되어 회전하는 메인바디부와, 상기 메인바디부의 전방에 분리 가능하게 결합되며 공작대상물을 파지하는 조임 조들을 구비하는 교체헤드부를 구비하는 척 시스템에 있어서, 상기 메인바디부는 전방으로부터 후방으로 갈수록 회전 축을 향하여 하향 경사지게 형성된 복수의 가이드홀이, 상기 메인바디부의 회전 축을 중심으로 방사상으로 형성되어 있는 척 하우징, 각 상기 가이드홀을 따라 전, 후로 이동하면서 상기 교체헤드부의 후단부를 조여 고정하는 드로잉 조 및 상기 메인바디부의 내부에 구비되며, 상기 드로잉 조들을 전, 후 이동시키는 체결플런저를 포함하는 교체 설치 가능한 척 시스템을 제시한다.

Description

교체 설치 가능한 척 시스템{Exchangeable chuck system}

본 발명은 가공 대상물을 파지하는 조임 조를 포함한 척의 일부를 분리할 수 있어, 일부 구성을 교체 가능하게 구성한 척 시스템과 관련된다.

금속 가공 장치는 단일 가공에서 복합 가공으로 또 작업자의 수작동에서 컴퓨터 알고리즘에 의한 가공 자동화로 발전해 왔으며, 근래에는 로봇에 의한 가공물의 로딩/언로딩, 가공 툴의 자동 교체가 구현되고 있다.

공작 기계를 이용한 가공 작업 중에 직전과 다른 가공물들로 교체되는 때가 있다. 변경되는 가공물에 맞춰 가공 툴뿐만 아니라 가공물을 고정하는 콜렛이나 척 등도 적정하게 교체되어야 한다.

종래의 기술에서는 주로 소프트 조들(soft jaws)을 신속하게 또는 작업자가 편리하게 교체 작업할 수 있도록 하는 기술이나, 로봇 팔에 의한 자동화 방식으로 조를 교체하는 기술이 제시되어 있다. 이러한 조의 교체 작업은 통상 셋 이상으로 이루어진 조들을 모두 한꺼번에 교체하므로, 조의 수 만큼 작업 공수가 늘어나는 문제가 있다. 신속한 교체가 어려우며, 교체한 조들을 조화롭게 세팅하는 데에도 많은 수고를 필요로 한다. 따라서 일련의 조를 교체하는 자동화 설비의 구축은 매우 까다롭다.

이러한 점을 고려하여 조가 구비된 척의 선단부를 함께 교체하는 기술에 대해 대한민국 공개특허 제10-1998-0026460호가 있다. 조들을 포함한 척 하우징을 교체하여, 교체 시간을 단축할 수 있지만 유압 라인을 연결하는 구조를 필요로 하므로 기밀성에 취약하고, 교체를 위해 분리 시에 누유의 우려 등 여러 단점이 있다.

대한민국 등록실용신안 제0405545호 (2006.01.02) 대한민국 등록실용신안 제0402499호 (2005.11.24) 대한민국 공개특허 제10-1998-0026460호 (1998.07.06)

본 발명은 로봇암에 의해 조를 포함한 척의 전방부가 일체로 교체 가능하게 구현하여, 자동화 설비에 의한 척 교체가 가능케 한 척 시스템을 제시하고자 한다.

그 외 본 발명의 세부적인 목적은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.

위 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 실시예로, 공작 기계에 장착되어 회전하는 메인바디부와, 상기 메인바디부의 전방에 분리 가능하게 결합되며 공작대상물을 파지하는 조임 조들을 구비하는 교체헤드부를 구비하는 척 시스템에 있어서, 상기 메인바디부는 전방으로부터 후방으로 갈수록 회전 축을 향하여 하향 경사지게 형성된 복수의 가이드홀이, 상기 메인바디부의 회전 축을 중심으로 방사상으로 형성되어 있는 척 하우징, 각 상기 가이드홀을 따라 전, 후로 이동하면서 상기 교체헤드부의 후단부를 조여 고정하는 드로잉 조 및 상기 메인바디부의 내부에 구비되며, 상기 드로잉 조들을 전, 후 이동시키는 체결플런저를 포함하는 교체 설치 가능한 척 시스템을 제시한다.

여기서 상기 드로잉 조가 후퇴함에 따라 이와 접촉하는 상기 교체헤드부의 계합면은, 후방을 향하여 오름 경사지게 형성될 수 있다.

한편 상기 척 시스템의 가동 중에는 상기 체결플런저가 후퇴하는 방향으로 지속적으로 당겨지도록 하여, 메인바다부와 교체헤드부의 결속을 유지할 수 있다.

한편 상기 드로잉 조에는 회전 축을 향하여 개방된 장착홈이 형성되어 있고, 상기 체결플런저의 가장자리가 상기 장착홈에 수용되어, 상기 체결플런저의 전, 후 이동에 따라 상기 장착홈과 상기 체결플런저의 가장자리의 접촉 부위에서 반경 방향으로 미끄러짐이 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 자동 로봇에 의해 장착 위치로 이동한 교체헤드부를 정위치에 견고하게 결속시킴으로써 척 시스템에 의한 정밀한 가공 대상물 파지 및 정밀 가공이 가능하다.

그 외 본 발명의 효과들은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여, 또는 본 발명을 실시하는 과정 중에 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 교체 설치 가능한 척 시스템의 개략적인 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 실시예의 메인바디부와 교체헤드부를 분리하여 나타낸 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 실시예의 측면 방향의 단면도.
도 4는 도 1에 도시된 실시예에 채용된 드로잉 조를 나타낸 사시도.
도 5는 도 1에 도시된 실시예의 사용 상태를 개략적으로 나타낸 단면도.
도 6은 도 1에 도시된 실시예의 또 다른 사용 상태를 개략적으로 나타낸 단면도.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 교체 설치 가능한 척 시스템의 구성, 기능 및 작용을 설명한다. 단, 도면들에 걸쳐 동일하거나 유사한 구성요소에 대한 도면번호는 통일하여 사용하기로 한다.

첨부된 도면은 본 발명의 적용된 실시예를 나타낸 것으로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 통하여 제한 해석해서는 아니된다. 이 기술분야에 속하는 전문가의 견지에서 도면에 도시된 일부 또는 전부가 발명의 실시를 위하여 필연적으로 요구되는 형상, 모양, 순서가 아니라고 해석될 수 있다면, 이는 청구범위에 기재된 발명을 한정하지 아니한다.

도 1 내지 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 척 시스템과 관련된다.

본 발명의 실시예에 따른 척 시스템(100)은 공작 기계(도시 생략)에 장착되어 회전하는 메인바디부(10)와, 메인바디부(10)의 전방에 분리 가능하게 결합되는 교체헤드부(20)를 포함한다. 교체헤드부(20)의 전방에는 공작대상물을 파지하여 고정하는 조임 조들(22)이 구비된다.

가공 대상물에 따라 조임 조의 사이즈나 형태를 달리하는 다수의 교체헤드부가 준비되었다가. 로봇에 의해 교체될 수 있다.

예를 들어, 집게 형태의 엔드 툴을 구비한 로봇암이 메인바디부로부터 분리된 교체헤드부를 파지하여 보관 스테이지에 옮겨둔 후, 보관 스테이지에 있던 다른 교체헤드부를 메인바디부의 전방으로 옮길 수 있다.

메인바디부(10)는 공작 기계와 연결되어 교체헤드부(20)를 파지하고, 교체헤드부(20)의 조임 조(22)를 작동시키며, 교체헤드부(20)를 파지한 상태로 회전한다.

교체헤드부(20)를 파지하거나 그 파지를 해제하기 위하여, 메인바디부(10)는 척 하우징(11), 드로잉 조(12) 및 체결플런저(13)를 포함한다. 그 외 교체헤드부에 구비된 조임 조들을 작동시키는 수단으로 마스터 조(14), 웨지플런저(15)를 구비한다.

척 하우징(11)은 메인바디부(10)의 형태를 구성하는 것으로, 이에 드로잉 조(12) 등의 구성요소가 장착된다.

척 하우징(11)의 전면(111)에는 드로잉 조(12)의 조임블록(122), 마스터 조(14)의 걸림블록(141), 가이드 핀(16), 가이드 센터 커버(17)가 돌출되어 있어, 교체헤드부(20)와의 결합을 돕거나 조임 조들(22)의 작동을 구현한다.

교체헤드부(20)는 메인바디부(10)의 전면(111)에 접하는 평탄한 배면(211)을 가진 플레이트바디(21)와, 플레이트바디(21)에 장착되는 부속품들을 포함한다.

플레이트바디(21)의 반경 방향으로 슬라이딩 이동 가능하게 베이스 조들(23)이 장착되어 있다. 베이스 조(23)의 바닥면에는 요홈(231)이 형성되어 있고, 플레이트바디(21)의 배면(211)을 관통한 홀을 통해 노출된다. 요홈(231)은 메인바디부(10)의 전면(111)으로 나온 마스터 조(14)의 걸림블록(141)과 결합된다.

또 베이스 조(23)의 전방에는 조임 조(22)가 장착되어, 마스터 조(14)의 작동에 베이스 조(23)와 조임 조(22)가 동조하여 작동된다.

베이스 조(23)와 마스터 조(14)는 요홈(231)과 걸림블록(141)에 의해 기계적 결합되어, 마스터 조(14)의 반경 방향 직선 운동이 베이스 조(23)와 조임 조(22)에 바로 전달되고, 교체헤드부(20)가 전방으로 이동할 때에 요홈(231)에서 걸림블록(141)이 즉시 빠져 분리된다.

플레이트바디(21)의 배면(211)에는 조임블록(122)이 수용되는 조립홈(212)이 형성되어 있다. 조립홈(212)의 내측 면 중 플레이트바디(21)의 원형 단면의 중심을 향하는 면이 조임블록(122)과 접촉하는 계합면(212a)이 된다.

또한 플레이트바디(21)의 배면(211)에는 가이드 핀들(16)과 가이드 센터 커버(17)에 대응하여 이들을 수용하는 홀들이 형성되어 있다. 가이드 핀들(16)과 가이드 센터 커버(17)는 각기 대응하는 홀 또는 홀 속의 구조물과 접촉하면서, 메인바디부(10)에 접근하는 교체헤드부(20)를 회전 축의 중심에 맞게 정렬시킨다. 이로써 로봇 암의 자동 오차에도 불구하고 메인바디부(10)와 교체헤드부(20)의 근접 시에 발생하는 위치 오차를 의도한 수준 이하로 관리할 수 있게 된다.

도시한 실시예에서 조임 조(22)와 드로잉 조(12) 등은 회전 축을 기준으로 방사상으로 3개가 구비되어 있는데, 다른 실시예에서 넷 이상의 복수가 될 수 있다.

도 3 내지 도 6은 척 시스템의 내부 구조 또는 작동 방식과 관련된다.

척 하우징(11)에는 메인바디부(10)의 회전 축을 기준으로 방사상으로 배치된 가이드홀들(112)이 형성되어 있다. 이 가이드홀(112)은 척 하우징(11)의 전방으로부터 후방으로 갈수록 회전 축(A)을 향하여 하향 경사지게 형성되어 있다. 도 3에서 도시한 단면도에서 가이드홀(112)은 경사진 직선으로 나타난다.

도 5를 참고하면, 드로잉 조(12)는 핀바디(121)와 조임블록(122)을 포함한다.

핀바디(121)는 가이드홀(112)의 단면에 대응하는 단면으로 길게 형성되어, 가이드홀(112)에 진입하여 가이드홀을 타고 길이 방향으로 전후 이동하는 부재이다. 핀바디(121)의 후단부에는 체결플런저(13)와 결합하는 장착홈(121a)이, 회전 축(A)을 향하여 개방된 형태로 형성되어 있다.

조임블록(122)은 핀바디(121)의 전면에 결합된다. 조임블록(122)의 둘레 중 메인바디부(10)의 회전 축(A)을 향하는 접촉면(122a)이, 플레이트바디(21)의 계합면(212a)과 만나게 된다.

다시 도 3을 참고하면, 척 하우징(11)의 내부에는 마스터 조(14)와 연결되는 웨지플런저(15)가 구비된다. 웨지플런저(15)를 중심에 놓고 그 둘레를 감싸는 형태로 체결플런저(13)가 위치한다.

체결플런저(13)의 가장자리는 가이드홀(112)을 통과하여 노출된 핀바디(121)의 장착홈(121a)에 삽입된다.

공작 기계에 구비된 회전 실린더의 피스톤(도시 생략)에 체결플런저(13)가 결합되어, 체결플런저(13)는 척 하우징(11) 내에서 전후 방향(도 3, 도 5 내지 도 6에서 좌우 방향, 이하 동일)으로 이동된다.

체결플런저(13)의 가장자리가 장착홈(121a)에 수용되어 있어 체결플런저(13)의 전, 후 이동에 따라 드로잉 조(12)가 가이드홀(112)을 타고 앞, 뒤로 이동하게 된다. 드로잉 조(12)가 경사진 가이드홀(112)을 타고 이동하기 때문에, 전후 이동시에 드로잉 조(12)와 회전 축(A)과의 반경 방향 거리도 달라진다.

즉 드로잉 조들(12)이 전진 이동하면 각 조임블록들(122)은 회전 축(A)으로부터 서로 멀어지도록 벌어지고, 드로잉 조들(12)이 후진 이동하면 조임블록들(122)은 서로 가깝게 이동하여 조여진다.

장착홈(121a)과 체결플런저(13)의 가장자리와의 접촉 부위에서 반경 방향으로 미끄러짐이 발생하여, 드로잉 조(12)의 반경 방향 이동이 가능하게 된다.

도 5와 도 6은 교체헤드부(20)가 메인바디부(10)에 결합되는 작동 관계를 나타낸다. 도 5와 도 6은 설명에 필요한 구성요소들을 단순하게 도시하고 있으며, 일부 구성요소는 이해를 돕기 위해 과장하여 표현하고 있다. 또한 드로잉 조 등은 상하로 대칭을 이루는 것이 아니지만, 도면에서는 인식의 편의성을 위해 상하 대칭인 것으로 도시하고 있다.

도 5는 체결플런저(13)와 드로잉 조(12)가 전방으로 이동한 상태로, 교체헤드부(20)의 파지가 해제된 상태이다. 교체헤드부(20)는 로봇암(도시 생략)에 의해 파지되어 메인바디부(10)의 전면(111) 앞에서 천천히 후진 이동하여 조립 위치로 이동하게 된다.

도 2에 도시한 가이드 핀(16), 가이드 센터 커버(17)가 교체헤드부(20)의 배면(211)과 순차적으로 만나면서, 교체헤드부(20)가 메인바디부(10)의 중심에 맞춰진다. 또한 메인바디부(10)의 전방으로 크게 돌출된 드로잉 조(12)의 조임블록(122)이 교체헤드부(20)의 배면(211)에 형성된 조립홈(212) 안으로 들어가게 된다.

교체헤드부(20)가 메인바디부(10)의 전방에 안착된 후 체결플런저(13)가 후퇴하여 드로잉 조(12)를 후진 이동시킨다. 도 6을 참고하면, 경사진 가이드홀을 타고 드로잉 조들(12)이 후진 이동함에 따라 조임블록(122)이 회전 축(A)에 가깝게 이동된다. 그에 따라 조임블록(122)의 접촉면(122a)이 조립홈(212)의 계합면(212a)과 접하면서, 방사상으로 배치된 조임블록들(122)의 조임에 의한 교체헤드부(20)의 파지가 이루어진다.

한편 드로잉 조(12)가 후퇴함에 따라 이와 접촉하는 교체헤드부(20)의 계합면(212a)은, 후방을 향하여 오름 경사지게 형성되어 있다. 여기서 오름 경사는 대략 3도 수준으로 낮은 경사로 형성된다.

반면 계합면(212a)에 접촉하는 조임블록(122)의 접촉면(122a)은 수평한 면이다.

경사진 계합면(212a)에 수평한 접촉면(122a)이 접촉하면서 가압하게 되므로, 조임블록(122)이 가하는 반경 방향의 압력 중 일부는 교체헤드부(20)를 메인바디부(10)를 향하여 당기는 방향으로 작용한다.

방사상으로 놓인 조임블록들(122)이 반경 방향으로 모아지면서 플레이트바디(21)를 조임에 따라 조임블록(122)이나 플레이트바디(21)에 발생한 전단 변형으로 메인바디부(10)의 전면(111)으로부터 플레이트바디(21)의 배면(211)이 들뜨는 현상을 방지하게 된다.

나아가 척 시스템(100)의 가동 중에는 체결플런저(13)가 후퇴하는 방향으로 지속적으로 당겨지도록 하여, 교체헤드부(20)가 메인바디부(10)와 일체를 이룬 상태에서 가공 대상물의 파지가 이루어지도록 할 수 있다.

체결플런저(13)가 후퇴하는 방향으로 계속 당겨지는 상태가 유지되므로, 조임블록들(122)에 의한 계합면(212a)의 가압 역시 유지된다. 그에 따라 메인바디부(10)의 전면(111)에 교체헤드부(20)의 배면(211)이 밀착된 상태를 유지하여, 메인바디부(10)와 교체헤드부(20)가 일체화된 상태로 가공 공정이 진행된다. 일체화 상태로 척 시스템이 운용되므로 정밀 가공이 가능하다.

본 발명의 실시예에 따른 척 시스템은 전후진 작동하는 피스톤을 이용하여 복수의 드로잉 조들(12)이 오므려지며 교체헤드부(20)를 파지하거나 파지를 해제할 수 있다. 웨지플런저(15)나 마스터 조들(14) 등이 구비된 척 하우징(11) 내에 이들과 간섭됨 없이 설치가 가능하며, 조임블록(122)에 의한 체결력을 크게 얻을 수 있는 장점이 있다.

또한 조여지는 드로잉 조들(12)과 접촉하는 계합면(212a)이 경사지게 형성되어 있어 메인바디부(10)와 교체헤드부(20)의 접촉면 사이에 들뜸 없이 양자를 결속시킬 수 있다. 온전한 하나의 척으로 기능함으로써 가공 정밀도가 향상된다.

100 : 척 시스템
10 : 메인바디부
11 : 척 하우징 111 : 전면 112 : 가이드홀
12 : 드로잉 조 121 : 핀바디 121a : 장착홈 122 : 조임블록
122a : 접촉면 13 : 체결플런저
14 : 마스터 조 141 : 걸림블록 15 : 웨지플런저
16 : 가이드 핀 17 : 가이드 센터 커버 A : 회전 축
20 : 교체헤드부
21 : 플레이트바디 211 : 배면 212 : 조립홈 212a : 계합면
22 : 조임 조 23 : 베이스 조 231 : 요홈

Claims (4)

1. 공작 기계에 장착되어 회전하는 메인바디부와, 상기 메인바디부의 전방에 분리 가능하게 결합되며 공작대상물을 파지하는 조임 조들을 구비하는 교체헤드부를 구비하는 척 시스템에 있어서,
   상기 메인바디부는
   전방으로부터 후방으로 갈수록 회전 축을 향하여 하향 경사지게 형성된 복수의 가이드홀이, 상기 메인바디부의 회전 축을 중심으로 방사상으로 형성되어 있는 척 하우징,
   각 상기 가이드홀을 따라 전, 후로 이동하여 반경 방향으로 서로 가깝게 이동하거나 멀어지게 이동하면서, 상기 교체헤드부의 후단부를 조여 고정하거나 고정을 해제하는 드로잉 조 및
   상기 메인바디부의 내부에 구비되며, 상기 드로잉 조들을 전, 후 이동시키는 체결플런저를 포함하는
   교체 설치 가능한 척 시스템.
   
2. 제1항에서,
   상기 드로잉 조가 후퇴함에 따라 이와 접촉하는 상기 교체헤드부의 계합면은, 후방을 향하여 오름 경사지게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
   교체 설치 가능한 척 시스템.
   
3. 제2항에서,
   상기 척 시스템의 가동 중에는 상기 체결플런저가 후퇴하는 방향으로 지속적으로 당겨지는 것을 특징으로 하는
   교체 설치 가능한 척 시스템.
   
4. 제1항에서,
   상기 드로잉 조에는 회전 축을 향하여 개방된 장착홈이 형성되어 있고,
   상기 체결플런저의 가장자리가 상기 장착홈에 수용되어, 상기 체결플런저의 전, 후 이동에 따라 상기 장착홈과 상기 체결플런저의 가장자리의 접촉 부위에서 반경 방향으로 미끄러짐이 이루어지는 것을 특징으로 하는
   교체 설치 가능한 척 시스템.
   

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