KR102497169B1 - 자동 공구 교환 장치 - Google Patents

Abstract

개시된 자동 공구 교환 장치는, 공구가 착탈 가능하게 탑재되는 공구 포트, 공구 포트가 착탈 가능하게 탑재되는 복수의 공구 포트 홀더를 구비한 것으로, 복수의 공구 포트 홀더가 순차적이고 반복적으로 공구 포트 착탈 지점을 통과하도록 무한궤도를 이루며 연결되어 주행하는 체인 매거진, 공구를 해제 가능하게 파지하고 공구 착탈 지점과 머시닝 센터의 본체 사이를 왕복하는 공구 그립퍼, 및 공구 포트를 해제 가능하게 파지하고 공구 포트 착탈 지점과 공구 착탈 지점 사이를 왕복하는 공구 포트 그립퍼를 구비한다. 공구 포트 그립퍼는, 공구 포트 착탈 지점에서 공구가 탑재된 공구 포트를 파지하고 공구 착탈 지점까지 이동하여 공구 착탈 지점에서 공구 포트에 탑재된 공구를 공구 그립퍼로 인계하고, 공구 그립퍼에 파지된 공구를 공구 포트 그립퍼에 파지된 공구 포트로 이전 탑재시키고 공구가 탑재된 공구 포트를 공구 포트 착탈 지점에 위치한 공구 포트 홀더까지 이동하여 인계한다. 공구는 상하 방향으로 세워진 상태로 공구 포트 홀더로부터 공구 그립퍼까지 및 그 반대 방향으로 이동한다.

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 고속 회전하는 스핀들 헤드(spindle head)를 구비한 본체와, 여러 종류의 공구(tool)를 수납하고 자동으로 이 공구들 중 하나를 선택하여 상기 스핀들 헤드에 교환 장착해주는 자동 공구 교환 장치(ATC: automatic tool changer)와, 수치 제어 장치를 구비한다.

100개 이상의 다수의 공구를 수납할 수 있는 자동 공구 교환 장치에는 장치 점유 공간의 제약 및 무게의 제약 때문에 대관람차 형태의 회전형 공구 매거진이 적용되지 않고 상하 방향으로 이격되게 적층된 복수 층의 공구 매거진이 적용된다. 그리고, 각 층의 공구 매거진에 수납된 공구를 빼내거나 상기 공구 매거진에 공구를 끼워 수납하는 공구 그립퍼(tool gripper)를 구비한다. 상기 공구 그립퍼는 스프링(spring)의 탄성력에 의해 또는 공구에 충돌하는 힘에 의해 공구를 상기 공구 매거진에서 공구 그립퍼로 옮기거나, 반대로 상기 공구 그립퍼에서 공구 매거진으로 옮긴다. 그러나, 이와 같은 방식으로 상기 공구 매거진에서 공구 그립퍼로 또는 그 반대로 공구를 옮기는 과정에서 공구가 정확히 파지되지 못하여 손상되거나 공구가 낙하하여 안전 사고가 발생하기도 한다. 한편, 공구 매거진과 공구 그립퍼 사이 공구 교환 동작의 신뢰성을 높이기 위한 구성이 추가되면 자동 공구 교환 장치, 특히 각 층의 공구 매거진의 무게가 너무 커져서 상기 공구 매거진의 처짐이 발생할 수 있고, 이는 공구 교환 동작의 신뢰성 저하 문제 및 하중이 집중되는 부품의 내구성 저하 문제를 야기할 수 있다.

등록특허공보 제10-1564663호 등록특허공보 제10-1842872호

본 발명은 다수의 공구를 복수 층으로 수납하도록 용이하게 설계 가능한 자동 공구 교환 장치로서, 공구 포트 홀더에서 공구 그립퍼로 또는 그 반대로 공구를 옮기는 동작의 신뢰성이 향상되는 자동 공구 교환 장치를 제공한다.

본 발명은, 공구가 착탈 가능하게 탑재되는 공구 포트(tool pot), 상기 공구 포트가 착탈 가능하게 탑재되는 복수의 공구 포트 홀더(holder)를 구비한 것으로, 상기 복수의 공구 포트 홀더가 순차적이고 반복적으로 공구 포트 착탈 지점을 통과하도록 무한궤도를 이루며 연결되어 주행하는 체인 매거진(chain magazine), 상기 공구를 해제 가능하게 파지하고 공구 착탈 지점과 머시닝 센터(machining center)의 본체 사이를 왕복하는 공구 그립퍼(tool gripper), 및 상기 공구 포트를 해제 가능하게 파지하고 상기 공구 포트 착탈 지점과 상기 공구 착탈 지점 사이를 왕복하는 공구 포트 그립퍼를 구비하고, 상기 공구 포트 그립퍼는, 상기 공구 포트 착탈 지점에서 상기 공구가 탑재된 공구 포트를 파지하고 상기 공구 착탈 지점까지 이동하여 상기 공구 착탈 지점에서 상기 공구 포트에 탑재된 공구를 상기 공구 그립퍼로 인계(引繼)하고, 상기 공구 그립퍼에 파지된 공구를 상기 공구 포트 그립퍼에 파지된 공구 포트로 이전 탑재시키고 상기 공구가 탑재된 공구 포트를 상기 공구 포트 착탈 지점에 위치한 공구 포트 홀더까지 이동하여 인계하며, 상기 공구는 상하 방향으로 세워진 상태로 상기 공구 포트 홀더로부터 상기 공구 그립퍼까지 및 그 반대 방향으로 이동하는 자동 공구 교환 장치를 제공한다.

상기 자동 공구 교환 장치는 상기 체인 매거진을 복수 개 구비하고, 상기 복수의 체인 매거진은 상하 방향으로 이격되게 배치되고, 동시에 같은 속도와 같은 방향으로 주행할 수 있다.

상기 공구 포트 홀더는 상기 무한궤도의 바깥을 향해 개방되고 상기 공구 포트가 끼워지도록 파인 덴트(dent)가 형성된 상측 및 하측 홀더 브라켓과, 상기 상측 및 하측 홀더 브라켓 사이에 개재되며 상기 상측 및 하측 홀더 브라켓에 끼워진 공구 포트의 외주면의 일 측 및 타 측을 탄성 가압하는 일 측 단부 및 타 측 단부를 구비한 판 스프링을 구비하고, 상기 판 스프링은 상기 일 측 단부 및 타 측 단부에 상기 공구 포트의 외주면의 일 측 및 타 측을 향해 돌출된 후크(hook)를 구비하고, 상기 공구 포트의 외주면의 일 측 및 타 측에는 상기 후크가 안착되는 후크 수용 홈(groove)이 형성될 수 있다.

상기 공구 포트는, 엔지니어링 플라스틱(engineering plastics) 소재로 이루어진 포트 하우징(housing)과, 상기 포트 하우징의 내부에 설치되고 상기 공구를 탄성력에 의해 상기 포트 하우징에 고정하는 볼 플런저(ball plunger)를 구비하고, 상기 공구는, 상기 볼 플런저에 의해 상기 포트 하우징에 고정되도록 상기 포트 하우징 내부에 삽입되는 아버(arbor), 상기 아버의 반대 측에 마련되고 상기 포트 하우징 내부에 상기 아버가 삽입되더라도 상기 포트 하우징의 외부에 노출되는 팁(tip), 및 상기 아버와 팁의 사이에 마련되고 상기 포트 하우징 내부에 상기 아버가 삽입되더라도 상기 포트 하우징의 외부에 노출되는 생크(shank)를 구비할 수 있다.

상기 공구 그립퍼는, 수직 방향의 회전 축선을 중심으로 회전 가능하고 상기 회전 축선과 교차하는 방향으로 이동 가능한 암(arm), 및 상기 암의 단부에 마련되며 상기 생크를 파지하기 위해 오므려지고 상기 생크의 파지를 해제하기 위해 벌어지는 한 쌍의 공구 파지 핑거(finger)를 구비하고, 상기 한 쌍의 공구 파지 핑거는 유압(hydraulic pressure)에 의한 힘에 의해 오므려지고 벌어질 수 있다.

상기 공구 포트에 탑재된 공구가 상기 공구 그립퍼로 인계되도록, 상기 공구 포트를 파지한 공구 포트 그립퍼가 상기 공구 착탈 지점으로 이동하고, 상기 공구 그립퍼가 상기 공구 착탈 지점으로 이동하고, 상기 한 쌍의 공구 파지 핑거가 오므려져 상기 공구 포트에 탑재된 공구의 생크가 파지되고, 상기 공구 포트를 파지한 공구 포트 그립퍼가 상기 공구 착탈 지점에서 이격되는 방향으로 이동하여 상기 한 쌍의 공구 파지 핑거에 파지된 공구가 상기 공구 포트에서 분리 이격될 수 있다.

상기 공구 그립퍼에 파지된 공구가 상기 공구 포트 그립퍼에 파지된 공구 포트로 이전되도록, 상기 공구를 파지한 공구 그립퍼가 상기 공구 착탈 지점으로 이동하고, 상기 포트 하우징에 상기 공구의 아버가 삽입 고정되도록 상기 공구 포트를 파지한 공구 포트 그립퍼가 상기 공구 착탈 지점으로 이동하고, 상기 생크의 파지가 해제되도록 상기 한 쌍의 공구 파지 핑거가 벌어지고, 상기 공구 포트 그립퍼가 상기 공구 착탈 지점에서 이격되는 방향으로 이동하여 상기 공구 포트에 탑재된 공구가 상기 공구 그립퍼에서 분리 이격될 수 있다.

상기 공구 포트 그립퍼는, 상기 공구 포트의 상단부를 파지할 때 오므려지고 상기 공구 포트의 상단부의 파지를 해제할 때 벌어지는 한 쌍의 공구 포트 파지 핑거를 구비하고, 상기 공구 포트의 상단부에는 상기 한 쌍의 공구 포트 파지 핑거가 오므려진 때 상기 한 쌍의 공구 포트 파지 핑거가 끼워지도록 단차지게 파인 핑거 홈(groove)이 형성되고, 상기 공구 포트 그립퍼가 상기 공구 포트 착탈 지점에서 상기 공구 포트를 파지하고 상기 무한궤도의 바깥을 향한 방향으로 이동하면, 상기 공구 포트 착탈 지점에 위치한 공구 포트 홀더로부터 상기 공구 포트가 분리될 수 있다.

상기 자동 공구 교환 장치는, 상기 공구 포트가 상기 공구 포트 그립퍼에 파지된 상태로 기울어지지 않도록 상기 공구 포트를 가로막는 틸팅 방지 가이드, 및 상기 공구 포트의 외주면을 가압하는 공구 포트 가압 돌기를 더 구비하고, 상기 공구 포트의 외주면에는 상기 공구 포트 가압 돌기의 말단이 끼워지도록 파인 가압 돌기 수용 홈(groove)이 형성될 수 있다.

상기 자동 공구 교환 장치는, 상기 공구 포트 그립퍼가 상기 공구 포트 착탈 지점으로 접근할 때 과도한 이동을 가로막는 공구 포트 그립퍼 스토퍼(stopper)를 더 구비하고, 상기 공구 포트 그립퍼 스토퍼는, 상기 공구 포트 그립퍼가 상기 공구 포트 그립퍼 스토퍼에 접촉된 채 승강할 때 마모를 억제하는 아이들링 롤러(idling roller)를 구비할 수 있다.

본 발명의 자동 공구 교환 장치는, 체인 매거진의 공구 포트 홀더와 공구 포트 그립퍼 간 공구 포트의 인수인계 동작과, 공구 포트 그립퍼와 공구 그립퍼 간 공구의 인수인계 동작이 신뢰성있게 수행되어서, 공구 교환 동작 에러나 안전 사고가 억제된다.

또한, 본 발명의 자동 공구 교환 장치는 복수 층의 체인 매거진을 구비하여 100개 이상 다수의 공구를 수납하도록 설계하기 용이하고, 복수 층의 체인 매거진을 구비하더라도 장치의 높이만 높아지므로 장치 설치를 위한 점유 공간이 확장된 공구 수용 용량에 비해 과도하게 커지지 않는다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 공구 포트가 엔지니어링 플라스틱 소재로 된 포트 하우징을 구비하여 충분한 강성을 가지면서도 무게가 가볍다. 따라서, 다수의 공구 포트가 탑재되는 체인 매거진이 과도한 무게로 인해 처지거나 체인 매거진에 구비된 부품의 내구성이 저하되지 않으며, 체인 매거진의 동작의 신뢰성도 향상된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자동 공구 교환 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 체인 매거진에 구비된 하나의 공구 포트 홀더(tool pot holder)와, 상기 공구 포트 홀더에 탑재되는 공구 포트를 도시한 사시도이다.
도 3 및 도 4는 도 1의 공구 포트 캐리어를 도시한 사시도로서, 도 3은 위에서 본 도면이고 도 4는 아래에서 본 도면이다.
도 5는 도 1의 자동 공구 교환 장치의 부분 확대 정면도로서, 공구 포트 그립퍼와 공구 포트 그립퍼 스토퍼를 도시한 도면이다.
도 6은 도 1의 자동 공구 교환 장치의 부분 확대 사시도로서, 공구 캐리어를 도시한 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 1은 본 발명의 실시예에 따른 자동 공구 교환 장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 체인 매거진에 구비된 하나의 공구 포트 홀더(tool pot holder)와, 상기 공구 포트 홀더에 탑재되는 공구 포트를 도시한 사시도이고, 도 3 및 도 4는 도 1의 공구 포트 캐리어를 도시한 사시도로서, 도 3은 위에서 본 도면이고 도 4는 아래에서 본 도면이고, 도 5는 도 1의 자동 공구 교환 장치의 부분 확대 정면도로서, 공구 포트 그립퍼와 공구 포트 그립퍼 스토퍼를 도시한 도면이며, 도 6은 도 1의 자동 공구 교환 장치의 부분 확대 사시도로서, 공구 캐리어를 도시한 도면이다. 도 1 내지 도 3과, 도 6을 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 자동 공구 교환 장치(10)는 상하 방향으로 이격되게 3층으로 배치된 3개의 체인 매거진(chain magazine)(40A, 40B, 40C), 상기 3개의 체인 매거진(40A, 40B, 40C)에 착탈 가능하게 탑재되는 다수의 공구 포트(tool port)(11), 공구(tool)(1A, 1B)를 해제 가능하게 파지하는 공구 그립퍼(tool gripper)(100)를 구비한 공구 캐리어(carrier)(90), 및 공구 포트(11)를 해제 가능하게 파지하는 공구 포트 그립퍼(80)(도 3 참조)를 구비한 공구 포트 캐리어(60)를 구비한다.

공구 포트(11)에는 공구(1A, 1B)가 착탈 가능하게 탑재된다. 공구 포트(11)는 대략 원통 형태의 포트 하우징(housing)(12)과, 상기 포트 하우징(12)의 내부에 설치되고, 상기 공구(1A, 1B)를 탄성력에 의해 상기 포트 하우징(12)에 고정하는 볼 플런저(ball plunger)(23)를 구비한다. 상기 포트 하우징(12)은 예컨대, 페놀 수지와 같은 엔지니어링 플라스틱(engineering plastics) 소재로 이루어진다. 상기 엔지니어링 플라스틱은 스테인레스스틸과 같은 금속 소재에 비해 매우 가볍고, 그 강성은 공구(1A, 1B)를 파지한 볼 플런저(23)가 안정적으로 고정될 정도로 충분히 강하다.

포트 하우징(12)에는 Z축과 평행한 포트 축선(CX)을 따라 중공이 형성된다. 상기 중공의 내측면에 볼 플런저(23)가 고정 설치되어 상기 중공이 폐쇄되고 포트 하우징(12)에는 아래로 개방된 하측 개구(14)가 남겨진다. 상기 하부 개구(14)를 통해 공구(1A, 1B)의 상측부, 다시 말해 아버(arbor)(2)가 삽입되면서 공구(1A, 1B)가 공구 포트(11)에 탑재된다.

볼 플런저(23)는 상기 중공에 삽입되어 외측면이 상기 중공의 내측면에 고정되는 내부 경통과, 상기 내부 경통의 내부에 마련된 스프링 수용 공간에 삽입되는 코일 스프링과, 상기 내부 경통의 하부의 외측벽에 마련된 복수의 볼 끼움 통공에 끼워지는 복수의 볼(ball)과, 상기 내부 경통의 아래로부터 상기 코일 스프링을 관통하도록 상기 내부 경통의 내부에 삽입되는 볼 푸시 핀(ball push pin)과, 볼트 체결에 의해 상기 볼 푸시 핀의 상단에 결합 고정되는 스프링 지지 부재를 구비한다. 볼 푸시 핀의 하단부는 상기 볼 끼움 통공에 끼워진 볼을 밀착 가압하는 경사 가압면를 구비한다.

공구(1A, 1B)는 상부의 일 측의 아버(arbor)(2)와, 상기 아버(2)의 반대 측에 마련되는 팁(tip)(8A, 8B)과, 상기 아버(2)와 팁(8A, 8B) 사이에 마련되는 생크(shank)(5)를 구비한다. 상기 아버(2)는 상기 하측 개구(14)를 통해 포트 하우징(12)의 내부에 삽입되어 상기 볼 플런저(23)에 고정되는 관(pipe) 형상의 부분으로, 외주벽에 볼 플런저(23)의 복수의 볼이 끼워지는 복수의 볼 간섭 홀(hole)(3)이 형성된다. 아버(2)의 말단에는 단차지게 파인 복수의 아버 덴트(dent)(4)가 형성되고, 포트 하우징(12)의 내부에는 상기 복수의 아버 덴트(4)에 삽입 간섭되도록 아래 측으로 돌출된 복수의 아버 덴트 간섭 돌기가 구비된다.

코일 스프링의 탄성력에 의해 볼 푸시 핀은 경사 가압면이 복수의 볼을 밀착 가압하도록 상측으로 탄성 바이어스(bias)된다. 복수의 아버 덴트(4)에 상기 복수의 아버 덴트 간섭 돌기가 끼워지도록 상기 아버(2)가 포트 하우징(12)의 하측 개구(14)를 통해 포트 하우징(12)의 내부로 삽입되면, 상기 경사 가압면에 의해 방사 방향으로 탄성 가압되는 복수의 볼이 상기 복수의 볼 간섭 홀(3)에 끼워져서 공구(1A, 1B)가 공구 포트(11)의 포트 하우징(12)에 탑재된다.

공구의 팁(8A, 8B)은 공구(8A, 8B)가 자동 공구 교환 장치(10)를 구비하는 머시닝 센터(미도시)의 본체에 탑재된 때에 예컨대, 금속 모재와 같은 가공 대상물을 직접 접촉하여 기계 가공하는 부분이다. 구체적으로 예를 들면, 상기 아버(2)가 상기 머시닝 센터의 본체에 구비된, 고속 회전하는 스핀들 헤드(spindle head)에 물려 고정된 상태로 공구(1A, 1B)가 고속 회전하면서 상기 팁(8A, 8B)이 가공 대상물을 강한 힘으로 접촉하여 상기 가공 대상물을 절삭할 수 있다. 공구(1A, 1B)에 구비된 아버(2)는 공통되지만, 가공 대상물의 종류, 기계 가공의 종류와 크기에 따라 상기 팁(8A, 8B)은 서로 다를 수 있다. 공구(1A, 1B)가 공구 포트(11)에 탑재된 때 상기 아버(2)는 포트 하우징(12)의 내부에 삽입되지만 상기 팁(8A, 8B)은 포트 하우징(12)의 외부에 노출된다.

생크(5)는 공구 그립퍼(100)에 의해 해제 가능하게 파지되는 부분으로 공구(1A, 1B)가 공구 포트(11)에 탑재된 때 상기 팁(8A, 8B)과 마찬가지로 포트 하우징(12)의 외부에 노출된다. 상기 아버(2)가 공구 하우징(12)의 내부에 삽입되어서 공구 포트(11)에 탑재된 상태에서 상기 공구 그립퍼(100)가 상기 생크(5)를 파지하고, 상기 공구 포트(11)가 상기 공구(1A, 1B)에서 이격되는 방향으로 이동하면, 복수의 볼이 포트 축선(CX)을 향한 방향으로 탄성 복원 가능하게 이동하면서 복수의 볼 간섭 홀(3)에서 빠져 잠금이 해제되면서 공구(1A, 1B)의 파지가 해제되어 공구 포트(11)와 공구(1A, 1B)가 분리 이탈된다.

각각의 체인 매거진(40A, 40B, 40C)은 공구 포트(11)가 착탈 가능하게 하나씩 탑재되는 복수의 공구 포트 홀더(holder)(42A, 42B)를 구비한다. 상기 복수의 공구 포트 홀더(42A, 42B)는 무한궤도를 이루며 연결되어 주행하도록 구성된다. 체인 매거진(40A, 40B, 40C)에 제1 형(type) 공구 포트 홀더(42A)와 제2 형 공구 포트 홀더(42B)가 교번하여 배치된다. 제1 형 및 제2 형 공구 포트 홀더(42A, 42B)는 각각, 상하로 이격된 상측 및 하측 홀더 브라켓(bracket)(43, 46), 판 스프링(53), 및 복수의 베어링(51, 52)을 구비한다. 상측 및 하측 홀더 브라켓(43, 46)에는 각각 상기 무한궤도의 바깥을 향해 개방되고 상기 공구 포트(11)가 끼워지도록 파인 상측 덴트(44) 및 하측 덴트(47)가 형성된다. 이에 따라 상기 상측 및 하측 홀더 브라켓(43, 46)은 대략 한글 자음 'ㄷ'자 유사한 횡단면 형상을 갖는다.

한 쌍의 외측 연결 핀(49)에 의해 상측 및 하측 홀더 브라켓(43, 46)의 상기 무한궤도의 외측 방향의 말단이 서로 이격되게 연결된다. 또한, 한 쌍의 내측 연결 핀(50)에 의해 상측 및 하측 홀더 브라켓(43, 46)의 상기 무한궤도의 내측 방향의 말단이 서로 이격되게 연결된다. 판 스프링(53)은 상측 및 하측 홀더 브라켓(43, 46) 사이에 개재되며, 상기 상측 및 하측 홀더 브라켓(43, 46)과 마찬가지로 대략 한글 자음 'ㄷ'자 유사한 횡단면 형상을 갖는다.

부연하면, 상기 판 스프링(53)은 중간부(54)와 상기 중간부(54)의 양 측 말단에서 절곡되어 상기 무한궤도의 바깥측으로 연장된 일 측 및 타 측 단부(55)를 구비한다. 공구 포트 홀더(42A, 42B)는 상기 한 쌍의 내측 연결 핀(50)이 끼워져 상기 상측 및 하측 홀더 브라켓(43, 46) 사이에 개재되는 스프링 지지체(48)를 더 구비하고, 상기 판 스프링(53)의 중간부(54)가 상기 스프링 지지체(48)에 고정된다. 공구 포트(11)가 의도하지 않게 공구 포트 홀더(42A, 42B)에서 분리되지 않도록, 상기 일 측 및 타 측 단부(55)는 상기 상측 및 하측 홀더 브라켓(43, 46)의 상측 및 하측 덴트(44, 47)에 끼워진 공구 포트(11)의 외주면, 구체적으로는 포트 하우징(12)의 외주면을 탄성 가압한다.

판 스프링(53)은 상기 일 측 및 타 측 단부(55)에 상기 공구 포트(11)의 외주면의 일 측 및 타 측을 향해 돌출된 후크(hook)(56)를 구비한다. 상기 공구 포트(11)의 외주면, 다시 말해 포트 하우징(12)의 외주면의 일 측 및 타 측에는 상기 상측 및 하측 홀더 브라켓(43, 46)이 진입할 수 있도록 단차지게 파인 상측 및 하측 홀더 브라켓 가이드 홈(guide groove)(15, 16)과, 상기 후크(56)가 안착되는 후크 수용 홈(groove)(19)이 형성된다. 이로 인해, 상기 상측 및 하측 홀더 브라켓 가이드 홈(15, 16)과 후크 수용 홈(groove)(19)이 상기 상측 및 하측 홀더 브라켓(43, 46)과 후크(56)에 치합되도록 상기 공구 포트(11)가 공구 포트 홀더(42A, 42B)에 끼워지면, 상기 공구 포트(11)가 공구 포트 홀더(42A, 42B)에서 의도하지 않게 분리되거나 이탈되지 않는다.

복수의 베어링(51, 52)은 체인 매거진(40A, 40B, 40C)이 순환 주행할 때 공구 포트 홀더(42A, 42B)의 마찰을 줄여준다. 복수의 베어링(51, 52)은 한 쌍의 내측 연결 핀(50)의 상단과 하단에 결합되어 외륜이 Z축과 평행한 축선을 중심으로 회전하는 수직 축선 베어링(51)과, 하측 홀더 브라켓(46)에 고정된 베어링 브라켓에 결합되어 상기 Z축에 직교하는 축선을 중심으로 회전하는 수평 축선 베어링(52)으로 구분된다.

제2 형 공구 포트 홀더(42B)는 자신의 상측 및 하측 홀더 브라켓이 인접한 제1 형 공구 포트 홀더(42A)의 상측 및 하측 홀더 브라켓(43, 46) 사이에 개재되도록 내측 연결 핀(50)에 꿰어지는 점 외에는 제1 형 공구 포트 홀더(42A)와 동일한 구조를 가지므로 중복되는 설명은 생략한다. 한편, 도 1 및 도 5에는 제1 형 공구 포트 홀더(42A)에만 공구 포트(11)가 탑재되고 제2 형 공구 포트 홀더(42B)에는 공구 포트(11)가 탑재되지 않은 것으로 도시되어 있으나, 이는 예시적인 것으로 실제로는 제1 형 및 제2 형 공구 포트 홀더(42A, 42B) 모두에 공구 포트(11)가 탑재될 수 있다.

각각의 체인 매거진(40A, 40B, 40C)은, 상기 체인 매거진(40A, 40B, 40C)이 순환 주행할 때 상기 수직 축선 베어링(51)의 진행 경로를 안내하는 베어링 가이드(59)와, 상기 수평 축선 베어링(52)에 의해 지지되는 매거진 지지판(41)을 더 구비한다. 공구 포트(11)의 포트 하우징(12)이 스테인레스스틸이 아닌 엔지니어링 플라스틱으로 형성되어서 가벼우므로, 체인 매거진(40A, 40B, 40C)의 순환 주행 중에 상기 베어링 가이드(59) 및 매거진 지지판(41)에 가해지는 하중이 경감된다. 따라서, 상기 베어링 가이드(59) 및 매거진 지지판(41)의 휨, 처짐이나 베어링(51, 42)의 손상이 억제되고, 체인 매거진(40A, 40B, 40C)의 내구성이 향상된다.

상기 3개의 체인 매거진(40A, 40B, 40C)은 동시에 같은 속도와 같은 방향으로 순환 주행하도록 구성된다. 이를 위하여 자동 공구 교환 장치(10)는 체인 매거진 구동 모터(미도시)와, 상기 3개의 체인 매거진(40A, 40B, 40C)을 관통하도록 Z축과 평행하게 연장되고, 상기 체인 매거진 구동 모터의 회전력에 의해 회전하는 동력 전달 샤프트(shaft)(38)와, 각각의 체인 매거진(40A, 40B, 40C)을 순환 주행시키도록 연결된 것으로, 상기 동력 전달 샤프트(38)가 꿰어져 고정되어서 상기 동력 전달 샤프트(38)가 회전하면 함께 회전하는 구동 스프로켓(sprocket)(39)을 더 구비한다. 각각의 체인 매거진(40A, 40B, 40C)에서 공구 포트 캐리어(60)에 상대적으로 가까운 지점(P1)이 공구 포트(11)가 착탈되는 공구 포트 착탈 지점(P1)이 된다.

도 1, 도 3 내지 도 6을 함께 참조하면, 공구 캐리어(60)는 공구 포트 그립퍼(80)를 및 Z축과 평행한 수직 방향으로 왕복 이동시키기 위한 구성과, 공구 포트 그립퍼(80)를 Y축과 평행한 수평 방향으로 왕복 이동시키기 위한 구성을 구비한다. 구체적으로, 상기 공구 포트 그립퍼(80)를 수직 방향으로 왕복 이동시키는 구성은, Z축과 평행하게 연장된 수직 방향 볼 스크류(ball screw)(62)와, 상기 볼 스크류(62)를 시계 방향 및 반시계 방향으로 회전시키는 동력을 제공하는 공구 포트 그립퍼 승강 구동 모터(61)와, 상기 볼 스크류(62)에 꿰어져서 상기 볼 스크류(62)의 회전 방향에 따라 승강하는 승강 블록(66)을 구비한다. 참조번호 '67'은 승강 블록(66)에 형성된, 상기 볼 스크류(62)가 관통하는 볼 스크류 관통공을 가리킨다.

공구 포트 그립퍼(80)는 상기 승강 블록(66)의 상측에 설치된다. 상기 볼 스크류(62)에 인접하여 배치되고 상기 볼 스크류(62)와 평행하게 연장된 승강 안내 컬럼(column)(63)의 모서리에 Z축과 평행하게 연장된 가이드 레일(guide rail)(64)이 고정 설치되고, 상기 가이드 레일(64)에 승강 가능하게 끼워지는 하측 및 상측 가이드 레일 리시버(receiver)(69, 71)가 상기 승강 블록(66)에 고정 결합된 판형의 승강 블록 실드(shield)(68)에 고정 결합된다. 이에 따라 상기 볼 스크류(62)의 회전 방향에 따라 상기 공구 포트 그립퍼(80)가 Z축과 평행한 방향으로 승강한다.

상기 공구 포트 그립퍼(80)를 수평 방향으로 왕복 이동시키는 구성은, 상기 승강 블록 실드(68)의 상측에 고정 지지된 에어 실린더 지지판(87)에 고정 지지된 에어 실린더(air cylinder)(88)를 구비한다. 공구 포트 그립퍼(80)는 파지 핑거 지지 블록(81)과, 상기 파지 핑거 지지 블록(81)에 지지된 한 쌍의 공구 포트 파지 핑거(82)와, 상기 파지 핑거 지지 블록(81)에 고정 결합되고 X축 음(-)의 방향과 평행하게 연장된 에어 실린더 연계판(85)을 구비한다.

상기 에어 실린더 연계판(85)은 상기 에어 실린더(88)의 실린더 보디(body)에서 노출되도록 돌출된 로드(rod)의 말단에 결합된다. 이에 따라, 상기 에어 실린더(88)의 로드(rod)가 Y축 양(+)의 방향과 평형하게 상기 에어 실린더의 실린더 보디에서 돌출되면 공구 포트 그립퍼(80)는 체인 매거진(40A, 40B, 40C)에 가까워지는 방향으로 수평 이동하고, 빈대로 상기 에어 실린더(88)의 로드가 Y축 음(-)의 방향과 평행하게 상기 에어 실린더의 실린더 보디로 삽입되면 공구 포트 그립퍼(80)는 체인 매거진(40A, 40B, 40C)에서 멀어지는 방향으로 수평 이동한다.

한 쌍의 공구 포트 파지 핑거(82)는 Y축과 평행하게 서로 가까워지거나 서로 멀어지는 방향으로 이동 가능하도록 상기 파지 핑거 지지 블록(81)에 지지된다. 한 쌍의 공구 포트 파지 핑거(82)가 서로 가까워지게 이동하는 것을 한 쌍의 공구 포트 파지 핑거(82)가 오므려진다고 표현하고, 반대로 한 쌍의 공구 포트 파지 핑거(82)가 서로 멀어지게 이동하는 것을 한 쌍의 공구 포트 파지 핑거(82)가 벌어진다고 표현한다. 상기 한 쌍의 공구 포트 파지 핑거(82)가 오므려지고 벌어지는 구동력은 예컨대, 유압 실린더(hydraulic cylinder)(미도시)의 유압에 의한 힘에 의해 제공될 수 있다. 보다 정확하고 강력한 파지 및 파지 해제 동작을 구현하기 위함이다.

공구 포트 그립퍼(80)가 각 체인 매거진(40A, 40B, 40C)의 공구 포트 착탈 지점(P1)으로 이동하고 한 쌍의 공구 포트 파지 핑거(82)가 오므려지면 상기 공구 포트 착탈 지점(P1)에서 공구 포트 홀더(42A, 42B)에 탑재된 공구 포트(11)의 상단부, 구체적으로는 포트 하우징(12)의 상단부가 파지되고, 반대로 상기 공구 포트 착탈 지점(P1)에서 한 쌍의 공구 포트 파지 핑거(82)가 벌어지면 포트 하우징(12)의 상단부의 파지가 해제된다.

포트 하우징(12)의 상단부에는 상기 한 쌍의 공구 포트 파지 핑거(82)가 오므라진 때 상기 한 쌍의 공구 포트 파지 핑거(82)가 끼워지도록 파인 한 쌍의 핑거 홈(groove)(18)(도 2 참조)이 형성된다. 한 쌍의 공구 포트 파지 핑거(82)는 서로 마주보는 내면에 단차지게 돌출된 단차 돌기(83)를 각각 구비하고, 각각의 핑거 홈(18)은 상기 단차 돌기(83)가 끼워지도록 단차지게 파여진다. 상기 공구 포트 그립퍼(80)가 3개의 체인 매거진(40A, 40B, 40C) 중 하나의 공구 포트 착탈 지점(P1)에서 공구 포트(11)를 파지하고, 체인 매거진(40A, 40B, 40C)의 무한궤도의 바깥을 향한 방향, 구체적으로 Y축 음(-)의 방향과 평행한 방향으로 이동하면, 상기 공구 포트 착탈 지점(P1)에 위치한 공구 포트 홀더(42A, 42B)에 탑재된 공구 포트(11)가 상기 공구 포트 홀더(42A, 42B)로부터 분리된다.

공구 포트 그립퍼(80)는 3개의 체인 매거진(40A, 40B, 40C) 중 하나의 공구 포트 착탈 지점(P1)로 접근하기 위하여 Y축 양(+)의 방향과 평행하게 이동하는데, 에어 실린더(88)의 공압에 의해 이동하므로 그 이동 거리가 정밀하게 제어되지 않을 수 있다. 자동 공구 교환 장치(10)는 공구 포트 그립퍼(80)가 상기 공구 포트 착탈 지점(P1)으로 접근할 때 과도한 이동을 가로막는 공구 포트 그립퍼 스토퍼(stopper)(57)를 더 구비한다. 공구 포트 그립퍼(80)는 에어 실린더 연계판(85)에서 전방으로 돌출된 스토퍼 간섭 돌기(86)를 구비한다. 상기 스토퍼 간섭 돌기(86)가 공구 포트 그립퍼 스토퍼(57)와 충돌할 때까지 공구 포트 그립퍼(80)가 Y축 양(+)의 방향과 평행하게 이동하여 멈추면, 공구 포트 그립퍼(80)의 파지 핑거 지지 블록(81)이 공구 포트 착탈 지점(P1)의 위에 위치하게 된다. 즉, 상기 파지 핑거 지지 블록(81)과 공구 포트 착탈 지점(P1)의 Y축 방향 위치 좌표값이 같아지게 된다.

공구 포트 착탈 지점(P1)과 정렬되게 상측에 위치한 공구 포트 그립퍼는, 한 쌍의 공구 포트 파지 핑거(82)가 벌어진 상태로 미리 설정된 높이만큼 약간 하강하고 한 쌍의 공구 포트 파지 핑거(82)를 오므려서 상기 공구 포트 착탈 지점(P1)에 위치한 공구 포트(42A, 42B)에 탑재된 공구 포트(11)의 포트 하우징(12)을 파지한다. 또한, 공구 포트(11)를 파지한 공구 포트 그립퍼(80)가 공구 포트 착탈 지점(P1)에 위치한 공구 포트(42A, 42B)에 공구 포트(11)를 끼워 탑재한 후에는, 한 쌍의 공구 포트 파지 핑거(82)를 벌려 파지를 해제하고 미리 설정된 높이만큼 약간 상승하여 공구 포트 그립퍼(80)가 Y축 음(-)의 방향과 평행하게 이동하여 복귀할 때 공구 포트(11)를 접촉하지 않도록 한다.

이처럼 공구 포트 그립퍼(80)가 미리 설정된 높이만큼 약간 하강하거나 상승할 때 접촉되어 있는 공구 포트 그립퍼 스토퍼(57) 및 스토퍼 간섭 돌기(86) 중 적어도 하나가 마모될 수 있다. 이와 같은 마모를 억제하기 위하여 공구 포트 그립퍼 스토퍼(57)는 상기 스토퍼 간섭 돌기(86)과 접촉한 힘에 의해 시계 또는 반시계 방향으로 회전하는 아이들링 롤러(idling roller)(58)를 구비한다.

공구 포트 캐리어(60)는 공구 포트 그립퍼(80)보다 약간 아래에 배치되도록 상기 승강 블록 실드(68)에 고정 결합된 제1 및 제2 틸팅 방지 가이드(73, 75)를 더 구비한다. 제1 및 제2 틸팅 방지 가이드(73, 75)는 횡단면 형상이 한글 자음 'ㄱ' 자 형상인 부재로서, Y축과 평행하게 돌출 연장된 단부를 구비하고, 제1 및 제2 틸팅 방지 가이드(73, 75)의 단부 사이에는 공구 포트(11)가 끼워질 수 있는 틈이 형성된다. 따라서, 공구 포트(11)를 파지한 공구 포트 그립퍼(80)가 공구 포트 착탈 위치(P1)에서 Y축 음(-)의 방향과 평행하게 이동하여 복귀하면 공구 포트(11)가 판 스프링(53)의 탄성력을 극복하고 공구 포트 홀더(42A, 42B)에서 빠져나와 상기 제1 및 제2 틸팅 방지 가이드(73, 75) 사이의 틈에 끼워진다. 이 상태에서는 공구 포트(11)가 상기 제1 및 제2 틸팅 방지 가이드(73, 75)에 가로막혀서 상기 공구 포트 그립퍼(80)에 파지된 상태로 X축과 평행한 방향으로 기울어지거나 미끄러지지 않게 된다.

공구 포트 캐리어(60)는 제2 틸팅 방지 가이드(75)의 단부를 관통하여 공구 포트 그립퍼(80)에 파지된 공구 포트(11)의 외주면, 즉 포트 하우징(12)의 외주면을 가압하는 공구 포트 가압 돌기(78)를 더 구비한다. 상기 공구 포트 가압 돌기(78)는 상기 제2 틸팅 방지 가이드(75)에 지지된 예컨대, 에어 실린더와 같은 돌기 돌출 구동기(actuator)(77)의 구동력에 의해 말단이 상기 제1 및 제2 틸팅 방지 가이드(73, 75) 사이의 틈으로 돌출되거나, 상기 제2 틸팅 가이드(75)의 단부 내부로 숨겨지도록 이동한다. 상기 포트 하우징(12)의 외주면에는 상기 공구 포트 가압 돌기(78)의 말단이 끼워지도록 파인 가압 돌기 수용 홈(groove)(17)(도 2 참조)이 형성된다.

공구 포트 그립퍼(80)에 파지된 공구 포트(11)가 제1 및 제2 틸팅 방지 가이드(73, 75) 사이의 틈에 끼워져 있을 때 상기 공구 포트 가압 돌기(78)가 돌출하면 상기 가압 돌기 수용 홈(17)에 공구 포트 가압 돌기(78)의 말단이 끼워진다. 이 상태에서 상기 공구 포트 그립퍼(80)가 Z축과 평행하게 승강하더라도 상기 공구 포트(11)가 안정적으로 지지되므로 의도하지 않은 충격으로 공구 포트(11)가 공구 포트 그립퍼(80)에서 분리되거나 공구 포트 그립퍼(80)에 불완전하게 파지된 상태로 기울어지거나 미끄러지지 않는다.

공구 캐리어(90)는 공구 그립퍼(100)를 공구 포트 그립퍼(80)의 아래에서 X축과 평행한 수평 방향으로 왕복 이동시키는 구성을 구비한다. 구체적으로, 상기 공구 그립퍼(100)를 수평 방향으로 왕복 이동시키는 구성은, X축과 평행하게 연장된 수평 방향 볼 스크류(ball screw)(92)와, 상기 볼 스크류(92)를 시계 방향 및 반시계 방향으로 회전시키는 동력을 제공하는 공구 그립퍼 수평 구동 모터(91)와, 상기 볼 스크류(92)에 꿰어져서 상기 볼 스크류(92)의 회전 방향에 따라 X축 과 평행하게 전진 또는 후진하는 전후진 블록(93)을 구비한다.

공구 그립퍼(100)는 상기 전후진 블록(93)에 고정된 공구 그립퍼 지지 브라켓(94)에 설치된다. 상기 볼 스크류(92)의 회전 방향에 따라 공구 그립퍼(100)는 공구 포트 그립퍼(80) 아래의 공구 착탈 지점(P2)에서 상기 자동 공구 교환 장치(10)의 전방에 위치한 머시닝 센터의 본체(미도시)을 향해 이동하거나, 반대로 상기 머시닝 센서의 본체에서 상기 공구 착탈 지점(P2)을 향해 이동한다. 공구 그립퍼(100)는 암(arm)(104), 상기 암(104)의 양 측 단부, 즉 제1 및 제2 단부에 한 쌍씩 구비된 제1 및 제2 공구 파지 핑거(finger)(105A, 106A; 105B, 106B)와, 상기 암(104)을 Z축과 평행한 수직 방향의 회전 축선(RX)을 중심으로 회전시키는 회전력을 제공하는 암 회동 모터(101)를 구비한다.

상기 암 회동 모터(101)는 상기 공구 그립퍼 지지 브라켓(94)에 고정 설치되고, 상기 암(104)의 중앙에 상기 암 회동 모터(101)의 모터 샤프트가 고정 체결되어서, 상기 암(104)이 상기 수직 방향 회전 축선(RX)을 중심으로 회전할 수 있다. 상기 암(104)은 상기 회전 축선(RX)을 중심으로 90° 또는 180° 만큼 회전할 수 있다.

암(104)의 제1 단부에 구비된 제1 및 제2 공구 파지 핑거(105A, 106A)는 상기 제1 단부가 상기 공구 착탈 지점(P1)에 위치하거나 상기 머시닝 센터의 본체에 마련된 공구 교환 지점에 위치한 때에, 공구(1A, 1B)의 생크(5)를 파지하기 위하여 오므려지거나 상기 생크(5)의 파지를 해제하기 위해 벌어진다. 마찬가지로, 암(104)의 제2 단부에 구비된 제1 및 제2 공구 파지 핑거(105B, 106B)도 상기 제2 단부가 상기 공구 착탈 지점(P1)에 위치하거나 상기 머시닝 센터의 본체에 마련된 공구 교환 지점에 위치한 때에, 상기 공구(1A, 1B)의 생크(5)를 파지하기 위하여 오므려지거나 상기 생크(5)의 파지를 해제하기 위해 벌어진다. 도 6에서는 암(104)의 제1 단부에 마련된 제1 및 제2 공구 파지 핑거(105A, 106A)에 파지된 공구(1A)와, 암(104)의 제2 단부에 마련된 제1 및 제2 공구 파지 핑거(105B, 106B)에 파지된 공구(1B)가 서로 다른 종류로 특정되어 도시되어 있으나, 이는 예시적인 것에 불과하다.

상기 제2 공구 파지 핑거(106A, 106B)는 상기 암(104)의 제1 및 제2 단부에 움직이지 않게 고정 결합될 수 있고, 상기 제1 공구 파지 핑거(105A, 105B)는 상기 제2 공구 파지 핑거(106A, 106B)에 가까워지는 방향 또는 그 반대 방향으로 회동할 수 있게 상기 제1 및 제2 단부에 회동 가능하게 결합될 수 있다. 상기 제1 공구 파지 핑거(105A, 105B)가 상기 제2 공구 파지 핑거(106A, 106B)에 가까워지는 방향으로 회동하는 것을 제1 및 제2 공구 파지 핑거(105A, 106A; 105B, 106B)가 오므려진다고 표현하고, 반대로 상기 제1 공구 파지 핑거(105A, 105B)가 상기 제2 공구 파지 핑거(106A, 106B)에서 멀어지는 방향으로 회동하는 것을 제1 및 제2 공구 파지 핑거(105A, 106A; 105B, 106B)가 벌어진다고 표현한다. 상기 제1 및 제2 공구 파지 핑거(105A, 106A; 105B, 106B)가 오므려지고 벌어지는 구동력은 예컨대, 유압 실린더(미도시)의 유압에 의한 힘에 의해 제공될 수 있다. 보다 정확하고 강력한 파지 및 파지 해제 동작을 구현하기 위함이다.

상기 공구 그립퍼(100)는 공구(1A, 1B)를 해제 가능하게 파지하고 상기 공구 착탈 지점(P2)과 머시닝 센터의 본체에 마련된 공구 교환 지점(미도시) 사이를 왕복한다. 상기 공구 포트 그립퍼(80)는 상기 공구 포트(11)를 해제 가능하게 파지하고 상기 공구 포트 착탈 지점(P1)과 상기 공구 착탈 지점(P2) 사이를 왕복한다.

상기 공구 포트 그립퍼(80)는 3개의 체인 매거진(40A, 40B, 40C) 중 하나에 속한 공구 포트 착탈 지점(P1)에서 상기 공구(1A, 1B)가 탑재된 공구 포트(11)를 파지하고 공구 착탈 지점(P2)까지 이동하여 상기 공구 착탈 지점(P2)에서 상기 공구 포트(11)에 탑재된 공구(1A, 1B)를 상기 공구 그립퍼(100)로 인계(引繼)한다. 또한, 상기 공구 포트 그립퍼(80)는 상기 공구 그립퍼(100)에 파지된 공구(1A, 1B)를 상기 공구 포트 그립퍼(80)에 파지된 공구 포트(11)로 이전 탑재시키고 상기 공구(1A, 1B)가 탑재된 공구 포트(11)를 3개의 체인 매거진(40A, 40B, 40C) 중 하나에 속한 공구 포트 착탈 지점(P1)에 위치한 공구 포트 홀더(42A, 42B)까지 이동하여 인계한다.

상기 공구(1A, 1B)는 Z축과 평행하게 상하 방향으로 세워진 상태로 상기 공구 포트 홀더(42A, 42B)로부터 상기 공구 그립퍼(100)까지 및 그 반대 방향으로 이동한다. 3개의 체인 매거진(40A, 40B, 40C) 중 하나에 속한 공구 포트(42A, 42B)에 탑재된 공구(1A, 1B)가 머시닝 센터의 본체에 장착되는 예시적인 과정은 다음과 같다. 먼저, 특정된 공구(1A, 1B)가 탑재된 공구 포트(11)가 공구 포트 착탈 지점(P1)으로 이동하도록 체인 매거진(40A, 40B, 40C)이 순환 주행한다. 다음으로, 공구 포트 그립퍼(80)가 상기 공구 포트 착탈 지점(P1)과 정렬되고 상기 공구 포트 착탈 지점(P1)보다 약간 높은 위치로 이동하도록 Z축 양(-)의 방향과 평행한 방향 및 Y축 양(+)의 방향과 평행한 방향으로 공구 포트 그립퍼(80)가 이동한다. 다음으로, 공구 포트 그립퍼(80)가 약간 아래로 하강하고 한 쌍의 공구 포트 파지 핑거(82)가 오므려져 상기 공구 포트 착탈 지점(P1)의 공구 포트(11)가 공구 포트 그립퍼(80)에 파지된다.

다음으로, 상기 특정된 공구(1A, 1B)를 탑재한 공구 포트(11)가 공구 포트 홀더(42A, 42B)에서 분리되도록 공구 포트 그립퍼(80)가 Y축 음(-)의 방향과 평행한 방향으로 이동하고, 상기 특정된 공구(1A, 1B)가 공구 착탈 지점(P2)으로 이동하도록 상기 공구 포트 그립퍼(80)가 Z축 음(-)의 방향과 평행한 방향으로 이동한다. 다음으로, 공구 그립퍼(100)가 상기 공구 착탈 지점(P2)으로 이동한다. 부연하면, 암(104)이 X축 음(-)의 방향과 평행하게 이동함에 따라, 상기 암(104)의 제1 단부 및 제2 단부 중 하나의 단부가 제1 및 제2 공구 파지 핑거(105A, 106A; 105B, 106B)가 벌어진 채로 상기 공구 착탈 지점(P2)에 도달하여 상기 벌어진 제1 및 제2 공구 파지 핑거(105A, 106A; 105B, 106B)가 공구 포트(11)에 탑재된 공구(1A, 1B)의 생크(5)를 에워싼다.

다음으로, 상기 벌어진 제1 및 제2 공구 파지 핑거(105A, 106A; 105B, 106B)가 오므려져 상기 공구(1A, 1B)의 생크(5)가 공구 그립퍼(100)에 파지되고, 상기 공구 포트(11)를 파지한 공구 포트 그립퍼(80)가 상기 공구 착탈 지점(P2)에서 이격되는 방향으로 상승 이동하여 상기 공구 그립퍼(100)에 파지된 공구(1A, 1B)가 상기 공구 포트 그립퍼(80)에 파지된 공구 포트(11)에서 분리 이격된다. 이로써, 상기 공구 포트(11)에 탑재된 공구(1A, 1B)가 공구 그립퍼(100)에 인계된다.

다음으로, 암(104)이 상기 수직 회전 축선(RX)을 중심으로 180° 회전하여 상기 공구 그립퍼(100)에 파지된 공구(1A, 1B)가 전방을 향하도록 하고, 상기 공구 그립퍼(100)가 X축 양(+)의 방향과 평행하게 이동하여 상기 공구 그립퍼(100)에 파지된 공구(1A, 1B)가 상기 머시닝 센터의 본체에 마련된 공구 교환 지점에 도달한다. 상기 공구 교환 지점에서 상기 오므려진 제1 및 제2 공구 파지 핑거(105A, 106A; 105B, 106B)가 벌어지며 상기 특정된 공구(1A, 1B)의 파지가 해제되고, 상기 특정된 공구(1A, 1B)는 상기 머시닝 센터의 본체에 인계된다.

한편, 상기 머시닝 센터의 본체에서 분리된 특정의 공구(1A, 1B)가 3개의 체인 매거진(40A, 40B, 40C) 중 하나에 속한 공구 포트(42A, 42B)에 탑재되는 예시적인 과정은 다음과 같다. 먼저, 상기 공구 교환 지점에서 대기하는 상기 공구(1A, 1B)를 향해 암(104)이 접근하여 벌어진 제1 및 제2 공구 파지 핑거(105A, 106A; 105B, 106B)로 상기 공구(1A, 1B)의 생크(5)를 에워싸고, 상기 제1 및 제2 공구 파지 핑거(105A, 106A; 105B, 106B)가 오므려져 상기 공구(1A, 1B)의 생크(5)가 공구 그립퍼(100)에 파지된다.

다음으로, 암(104)이 상기 수직 회전 축선(RX)을 중심으로 180° 회전하여 상기 공구 그립퍼(100)에 파지된 공구(1A, 1B)가 후방을 향하도록 하고, 상기 공구 그립퍼(100)가 X축 음(-)의 방향과 평행하게 이동하여 상기 공구 그립퍼(100)에 파지된 공구(1A, 1B)가 상기 공구 착탈 지점(P2)에 도달한다. 다음으로, 공구(1A, 1B)가 탑재되지 않은 공구 포트(11)를 탑재한 공구 포트 그립퍼(80)가 상기 공구 착탈 지점(P2)에 위치한 공구(1A, 1B)와 정렬되는 상측에서 상기 공구 착탈 지점(P2)을 향해 하강한다. 그리하면, 상기 하강한 공구 포트(11)의 포트 하우징(12)의 하측 개구(14)를 통해 상기 공구(1A, 1B)의 아버(2)가 포트 하우징(12)의 내부에 삽입 고정된다.

다음으로, 상기 오므려진 제1 및 제2 공구 파지 핑거(105A, 106A; 105B, 106B)가 벌어져 공구 그립퍼(100)에 의한 상기 생크(5)의 파지가 해제된다. 다음으로, 상기 공구 포트(11)를 파지한 공구 포트 그립퍼(80)가 공구 착탈 지점(P2)에서 이격되는 방향으로 상승 이동하여 상기 공구 포트(11)의 포트 하우징(12)에 탑재된 공구(1A, 1B)가 상기 공구 그립퍼(100)에서 분리 이격된다. 이로써 상기 공구 그립퍼(100)에 파지된 공구(1A, 1B)가 상기 공구 포트 그립퍼(80)에 파지된 공구 포트(11)로 이전된다. 다음으로, 상기 공구 포트 그립퍼(80)가 상술한 바와 같이 Z축 양(+)의 방향과 평행한 방향 및 Y축 양(+)의 방향과 평행한 방향으로 이동하여 공구 포트 착탈 지점(P1)으로 이동하고, 상기 공구 포트(11)를 상기 공구 포트 착탈 지점(P1)의 공구 포트 홀더(42A, 42B)에 인계한다.

한편, 상기 체인 매거진(40A, 40B, 40C)에 수용된 공구(1A, 1B) 중의 하나를 검사하거나 상기 체인 매거진(40A, 40B, 40C)의 빈 공구 포트 홀더(42A, 42B)에 공구(1A, 1B)를 보충하여 채우고자 하는 경우에, 작업자는 상기 공구 그립퍼(100)를 공구 착탈 위치(P2)보다 좀더 전방의 위치로 이동시키고, 상기 암(104)을 상기 수직 회전 축선(RX)을 중심으로 90° 만큼만 회전시킨 상태에서 제1 및 제2 공구 파지 핑거(105A, 106A; 105B, 106B)에서 공구(1A, 1B)의 파지를 해제하여 상기 공구(1A, 1B)를 분리하거나, 상기 제1 및 제2 공구 파지 핑거(105A, 106A; 105B, 106B)에 공구(1A, 1B)를 파지하여 공구 그립퍼(100)에 공구(1A, 1B)를 탑재할 수 있다. 이로써 작업자가 체인 매거진(40A, 40B, 40C)에 가까이 접근하지 않아도 되므로, 작업자의 안전 사고가 예방된다.

이상에서 설명한 자동 공구 교환 장치(10)는, 체인 매거진(40A, 40B, 40C)의 공구 포트 홀더(42A, 42B)와 공구 포트 그립퍼(80) 간 공구 포트(11)의 인수인계 동작과, 공구 포트 그립퍼(80)와 공구 그립퍼(100) 간 공구(1A, 1B)의 인수인계 동작이 신뢰성있게 수행되어서, 공구 교환 동작 에러나 안전 사고가 억제된다.

또한, 상기 자동 공구 교환 장치(10)는 복수 층의 체인 매거진(40A, 40B, 40C)을 구비하여 100개 이상 다수의 공구(1A, 1B)를 수납하도록 설계하기 용이하고, 복수 층의 체인 매거진(40A, 40B, 40C)을 구비하더라도 자동 공구 교환 장치(10)의 높이만 높아지므로, 상기 장치(10)의 설치를 위한 점유 공간이 확장된 공구 수용 용량에 비해 과도하게 커지지 않는다.

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.

1A, 1B: 공구 10: 공구 자동 교환 장치
11: 공구 포트 40A, 40B, 40C: 체인 매거진
42A, 42B: 공구 포트 홀더 57: 공구 포트 그립퍼 스토퍼
60: 공구 포트 캐리어 80: 공구 포트 그립퍼
90: 공구 캐리어 100: 공구 그립퍼

Claims (10)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 공구가 착탈 가능하게 탑재되는 공구 포트(tool pot); 상기 공구 포트가 착탈 가능하게 탑재되는 복수의 공구 포트 홀더(holder)를 구비한 것으로, 상기 복수의 공구 포트 홀더가 순차적이고 반복적으로 공구 포트 착탈 지점을 통과하도록 무한궤도를 이루며 연결되어 주행하는 체인 매거진(chain magazine); 상기 공구를 해제 가능하게 파지하고 공구 착탈 지점과 머시닝 센터(machining center)의 본체 사이를 왕복하는 공구 그립퍼(tool gripper); 및, 상기 공구 포트를 해제 가능하게 파지하고 상기 공구 포트 착탈 지점과 상기 공구 착탈 지점 사이를 왕복하는 공구 포트 그립퍼;를 구비하고,
   상기 공구 포트 그립퍼는, 상기 공구 포트 착탈 지점에서 상기 공구가 탑재된 공구 포트를 파지하고 상기 공구 착탈 지점까지 이동하여 상기 공구 착탈 지점에서 상기 공구 포트에 탑재된 공구를 상기 공구 그립퍼로 인계(引繼)하고, 상기 공구 그립퍼에 파지된 공구를 상기 공구 포트 그립퍼에 파지된 공구 포트로 이전 탑재시키고 상기 공구가 탑재된 공구 포트를 상기 공구 포트 착탈 지점에 위치한 공구 포트 홀더까지 이동하여 인계하고,
   상기 공구는 상하 방향으로 세워진 상태로 상기 공구 포트 홀더로부터 상기 공구 그립퍼까지 및 그 반대 방향으로 이동하고,
   상기 공구 포트는, 엔지니어링 플라스틱(engineering plastics) 소재로 이루어진 포트 하우징(housing)과, 상기 포트 하우징의 내부에 설치되고 상기 공구를 탄성력에 의해 상기 포트 하우징에 고정하는 볼 플런저(ball plunger)를 구비하고,
   상기 공구는, 상기 볼 플런저에 의해 상기 포트 하우징에 고정되도록 상기 포트 하우징 내부에 삽입되는 아버(arbor), 상기 아버의 반대 측에 마련되고 상기 포트 하우징 내부에 상기 아버가 삽입되더라도 상기 포트 하우징의 외부에 노출되는 팁(tip), 및 상기 아버와 팁의 사이에 마련되고 상기 포트 하우징 내부에 상기 아버가 삽입되더라도 상기 포트 하우징의 외부에 노출되는 생크(shank)를 구비하는 것을 특징으로 하는 자동 공구 교환 장치.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 공구 그립퍼는, 수직 방향의 회전 축선을 중심으로 회전 가능하고 상기 회전 축선과 교차하는 방향으로 이동 가능한 암(arm), 및 상기 암의 단부에 마련되며 상기 생크를 파지하기 위해 오므려지고 상기 생크의 파지를 해제하기 위해 벌어지는 한 쌍의 공구 파지 핑거(finger)를 구비하고,
   상기 한 쌍의 공구 파지 핑거는 유압(hydraulic pressure)에 의한 힘에 의해 오므려지고 벌어지는 것을 특징으로 하는 자동 공구 교환 장치.
6. 제5 항에 있어서,
   상기 공구 포트에 탑재된 공구가 상기 공구 그립퍼로 인계되도록, 상기 공구 포트를 파지한 공구 포트 그립퍼가 상기 공구 착탈 지점으로 이동하고, 상기 공구 그립퍼가 상기 공구 착탈 지점으로 이동하고, 상기 한 쌍의 공구 파지 핑거가 오므려져 상기 공구 포트에 탑재된 공구의 생크가 파지되고, 상기 공구 포트를 파지한 공구 포트 그립퍼가 상기 공구 착탈 지점에서 이격되는 방향으로 이동하여 상기 한 쌍의 공구 파지 핑거에 파지된 공구가 상기 공구 포트에서 분리 이격되는 것을 특징으로 하는 자동 공구 교환 장치.
7. 제5 항에 있어서,
   상기 공구 그립퍼에 파지된 공구가 상기 공구 포트 그립퍼에 파지된 공구 포트로 이전되도록, 상기 공구를 파지한 공구 그립퍼가 상기 공구 착탈 지점으로 이동하고, 상기 포트 하우징에 상기 공구의 아버가 삽입 고정되도록 상기 공구 포트를 파지한 공구 포트 그립퍼가 상기 공구 착탈 지점으로 이동하고, 상기 생크의 파지가 해제되도록 상기 한 쌍의 공구 파지 핑거가 벌어지고, 상기 공구 포트 그립퍼가 상기 공구 착탈 지점에서 이격되는 방향으로 이동하여 상기 공구 포트에 탑재된 공구가 상기 공구 그립퍼에서 분리 이격되는 것을 특징으로 하는 자동 공구 교환 장치.
8. 공구가 착탈 가능하게 탑재되는 공구 포트(tool pot); 상기 공구 포트가 착탈 가능하게 탑재되는 복수의 공구 포트 홀더(holder)를 구비한 것으로, 상기 복수의 공구 포트 홀더가 순차적이고 반복적으로 공구 포트 착탈 지점을 통과하도록 무한궤도를 이루며 연결되어 주행하는 체인 매거진(chain magazine); 상기 공구를 해제 가능하게 파지하고 공구 착탈 지점과 머시닝 센터(machining center)의 본체 사이를 왕복하는 공구 그립퍼(tool gripper); 및, 상기 공구 포트를 해제 가능하게 파지하고 상기 공구 포트 착탈 지점과 상기 공구 착탈 지점 사이를 왕복하는 공구 포트 그립퍼;를 구비하고,
   상기 공구 포트 그립퍼는, 상기 공구 포트 착탈 지점에서 상기 공구가 탑재된 공구 포트를 파지하고 상기 공구 착탈 지점까지 이동하여 상기 공구 착탈 지점에서 상기 공구 포트에 탑재된 공구를 상기 공구 그립퍼로 인계(引繼)하고, 상기 공구 그립퍼에 파지된 공구를 상기 공구 포트 그립퍼에 파지된 공구 포트로 이전 탑재시키고 상기 공구가 탑재된 공구 포트를 상기 공구 포트 착탈 지점에 위치한 공구 포트 홀더까지 이동하여 인계하고,
   상기 공구는 상하 방향으로 세워진 상태로 상기 공구 포트 홀더로부터 상기 공구 그립퍼까지 및 그 반대 방향으로 이동하고,
   상기 공구 포트 그립퍼는, 상기 공구 포트의 상단부를 파지할 때 오므려지고 상기 공구 포트의 상단부의 파지를 해제할 때 벌어지는 한 쌍의 공구 포트 파지 핑거를 구비하고,
   상기 공구 포트의 상단부에는 상기 한 쌍의 공구 포트 파지 핑거가 오므려진 때 상기 한 쌍의 공구 포트 파지 핑거가 끼워지도록 단차지게 파인 핑거 홈(groove)이 형성되고,
   상기 공구 포트 그립퍼가 상기 공구 포트 착탈 지점에서 상기 공구 포트를 파지하고 상기 무한궤도의 바깥을 향한 방향으로 이동하면, 상기 공구 포트 착탈 지점에 위치한 공구 포트 홀더로부터 상기 공구 포트가 분리되는 것을 특징으로 하는 자동 공구 교환 장치.
9. 제8 항에 있어서,
   상기 자동 공구 교환 장치는, 상기 공구 포트가 상기 공구 포트 그립퍼에 파지된 상태로 기울어지지 않도록 상기 공구 포트를 가로막는 틸팅 방지 가이드; 및, 상기 공구 포트의 외주면을 가압하는 공구 포트 가압 돌기;를 더 구비하고,
   상기 공구 포트의 외주면에는 상기 공구 포트 가압 돌기의 말단이 끼워지도록 파인 가압 돌기 수용 홈(groove)이 형성된 것을 특징으로 하는 자동 공구 교환 장치.
10. 제8 항에 있어서,
    상기 자동 공구 교환 장치는, 상기 공구 포트 그립퍼가 상기 공구 포트 착탈 지점으로 접근할 때 과도한 이동을 가로막는 공구 포트 그립퍼 스토퍼(stopper);를 더 구비하고,
    상기 공구 포트 그립퍼 스토퍼는, 상기 공구 포트 그립퍼가 상기 공구 포트 그립퍼 스토퍼에 접촉된 채 승강할 때 마모를 억제하는 아이들링 롤러(idling roller)를 구비하는 것을 특징으로 하는 자동 공구 교환 장치.

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