KR20030069648A

KR20030069648A - 이동식 자동공구교환장치

Info

Publication number: KR20030069648A
Application number: KR1020020009564A
Authority: KR
Inventors: 김동환
Original assignee: 두산메카텍 주식회사
Priority date: 2002-02-22
Filing date: 2002-02-22
Publication date: 2003-08-27

Abstract

본 발명은 이동식 자동공구교환장치에 관한 것으로, 최하부의 베이스 프레임(110')과, 이 베이스 프레임(110')의 상면에 구비되는 구동하우징(120)과, 이 구동하우징(120)의 내부로부터 인출되어 상방으로 연장된 회전축(130)과, 상기 회전축(130)을 회전시키는 구동모터(140)를 포함하여 구성되고, 상기 베이스 프레임(110')의 전,후 양측에는 상기 구동하우징(120)의 좌우이동이 가능하도록 하는 가이드레일(150)이 구비되며, 상기 구동하우징(120)의 하부에는 상기 가이드레일(150)의 길이방향을 따라 왕복 피스톤운동을 하며 상기 구동하우징(120)을 좌우 이동시키도록 된 왕복실린더부재(160)가 구비된 것을 특징으로 하는 이동식 자동공구교환장치를 제공한다. 이와 같이, 본 발명은 주축의 이동방향에 대응하여 좌우 이동가능한 구조를 제공함으로써 공구 교환시 주축의 이동거리를 단축하고, 이로 인해 대기시간을 줄여 작업효율을 높일 수 있게 될 뿐 아니라, 주축의 이동거리 단축으로 인해 머시닝센터의 전체 크기를 축소할 수 있어 설치공간 및 제조원가를 줄일 수 있는 효과가 있다.

Description

이동식 자동공구교환장치{Movable and Automatic Tool Changing System}

본 발명은 머시닝센터의 자동공구교환장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 베이스 프레임 상면에 구동하우징의 슬라이딩 이동이 가능하도록 하는 가이드레일과 이 가이드레일을 따라 상기 구동하우징을 구동시키도록 된 왕복실린더부재를 구비하여 공구교환시 주축의 이동거리를 줄임으로써 작업 대기시간을 단축시켜 작업효율을 높이고, 아울러 기계 외형의 축소는 물론, 이로 인해 제조원가의 절감을 실현하도록 된 이동식 자동공구교환장치에 관한 것이다.

일반적으로 머시닝 센터(machining center)는 보링머신, 밀링머신, 드릴링머신을 하나로 합친 복합 공작기계로서, 주축의 운동방향에 따라 수직형 머시닝센터와 수평형 머시닝센터로 구분한다. 이러한 머시닝센터의 운동은 직선운동, 회전운동, 주축회전의 세가지 형태가 있으며, 이들 운동은 수치제어(NC)되는 서보모터와 주축에 의해 위치결정됨과 아울러, 주축의 속도가 제어된다.

또한, 머시닝센터는 기계 본체와, 여러 개(예를 들어 20~70개)의 공구를 절삭조건에 맞게 자동적으로 바꾸어주는 자동공구교환장치(automatic tool changer;ATC), 그리고 수치제어장치로 구성되는데, 자동공구교환장치에 의한 상기 머시닝센터의 가공은 단 한번의 세팅으로 다축가공, 다공정가공이 가능하므로 다품종 소량 부품의 가동공정을 자동화하는데 유리하다.

이하 설명될 자동공구교환장치는 수직형 머시닝센터에 적용된 구조를 예로 들어 설명한다.

첨부된 예시도면 도 1은 종래 머시닝센터의 자동공구교환장치를 도시한 정면도이고, 도 2는 도 1에 따른 종래 자동공구교환장치의 측면도이다.

도시된 바와 같이, 자동공구교환장치(100)는 머시닝센터의 주축(미도시;도 3 참조)에 장착된 공구를 교환할 수 있도록 하는 보조장치로서, 주축의 이동가능한 영역내에서 하부 프레임인 베드(bed;2) 상면에 고정,설치된다.

도시되지는 않았지만, 상기 주축은 사용 공구를 교환하기 위해 전후, 좌우 및 상하방향으로 이동가능하도록 복수의 구동수단이 연결된 구조로 되어 있다.

종래 자동공구교환장치(100)의 구성을 살펴보면, 최하부의 베이스프레임(110) 상면에 구동하우징(120)이 일체로 고정되어 있고, 이 구동하우징(120)의 상면에는 내부로부터 인출된 회전축(130)이 상방향으로 연장되어 있으며, 이 회전축(130)의 상부 외주면에는 회전축(130)과 함께 회전가능하도록 외측방향으로 연장하여 회전판(131)이 형성되어 있고, 이 회전판(131)의 선단에는 원주방향을 상기 주축(미도시)에 장착된 공구를 수납하거나 교체용 공구를 파지하도록 된 복수의 공구그립퍼(tool gripper;133)가 구비되어 있다.

또한, 상기 회전축(130)의 하단에는 원판구조의 분활판(135)이 일체로 형성되어 이 분활판(135)이 구동하우징(120)의 내부에 내장되어 있으며, 상기 분활판(135)의 하방으로 상기 구동하우징(120)의 내부 일측에는 상기 분활판(135)을 회전시키기 위한 원통캠(123)이 구비되어 있다. 상기 원통캠(123)의 둘레면에는 회전방향 및 길이방향을 따라 나선형 홈(123a)이 형성되어 있으며, 상기 분활판(135)의 저면 선단에는 원통캠(123)의 회전시 상기 나선형 홈(123a)과 맞물린 상태로 연동하면서 상기 분활판(135)을 회전시키도록 된 복수의 캠팔로우(135a)가 상호 이격된 상태로 돌출,형성되어 있다.

또한, 상기 구동하우징(120)의 일 측면에는 상기 원통캠(123)을 회전시키기 위한 구동모터(140)가 구비되어 있으며, 이 구동모터(140)와 상기 원통캠(123)은 상호 축이음되어 있다.

첨부도면 도 1 및 도 2의 미설명 부호 "121"은 회전축 케이스로서, 상기 구동하우징(120)의 상방으로 연장되어 있다.

다음에서는 위와 같은 구성의 자동공구교환장치(100)를 구비한 종래 머시닝센터의 작동관계를 설명한다.

첨부도면 도 3은 도 1에 따른 종래 자동공구교환장치의 공구교환 전 상태를 도시한 도면이고, 도 4는 종래 자동공구교환장치와 주축 간에 공구교환시 상태를 도시한 도면이다.

도시된 바와 같이, 주축 헤드(210)에 장착된 공구(A)를 이용하여 소정의 작업을 완료한 주축(200)은 다른 작업을 수행하기 위해 공구를 교체하여야 하는 바, 공구교환을 위해 상기 주축(200)은 자동공구교환장치(100) 측으로 이동하게 된다. 상기 주축(200)이 이동하여 자동공구교환장치(100)의 상부에 위치하게 되면 구동모터(140)가 구동하게 되는데, 이때 구동모터(140)의 일측과 축이음되어 상기 구동하우징(120) 내부에 내장된 원통캠(123)을 회전시키게 된다.

원통캠(123)이 회전하게 되면 회전축(130) 하단의 분활판(135)에 구비된 캠팔로우(135a)가 상기 원통캠(123) 표면의 나선형 홈(미도시)에 순차적으로 맞물려 돌아가면서 분활판(135)과 회전축(130)을 동시에 회전시키게 된다. 또한, 상기 회전축의 회전으로 회전축(130) 상부에 구비된 회전판(133)이 동시에 회전하면서 주축(200)에 대한 공구그립퍼(133)의 위치를 결정하는 동작을 반복하여 실시하게 된다.

이 과정에서 공구를 파지하지 않은 빈 공구그립퍼(133')가 주축(200)의 바로 아래에 위치하게 될 때, 주축(200)이 하강하여 주축 헤드(210)에 장착된 공구(A)를 공구그립퍼(133)에 반납하게 되고, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 회전판(131)이계속 회전하여 각각의 공구그립퍼(133)에 파지된 교체용 공구 중 필요한 공구(B)가 위치하게 되면 주축(200)이 다시 하강하여 상기 공구(B)를 장착하게 된다.

이와 같은 작동구조로 이루어진 종래 머시닝센터에서는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 자동공구교환장치(100)가 베이스 프레임(110) 상면에 고정된 구조로 이루어져 있어 소정의 작업을 마친 공구(A)를 교체하기 위해 주축(200)이 자동공구교환장치(100)의 위치까지 이동하여야 하고, 공구교환 후에는 다시 원래의 작업위치로 귀환하여야 하였는 바, 주축의 이동거리가 길어 공구교환시 많이 시간이 소요되는 문제점이 있었다.

아울러, 종래의 머시닝센터에서는 주축의 작업위치로부터 공구 교환위치인 자동공구교환장치에 이르는 긴 이동거리로 인해 기계의 크기가 불필요하게 커지므로 설치공간을 많이 차지하게 됨은 물론, 기계의 외형증대로 인해 제조원가도 상승하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 수직형 머시닝센터에서 공구교환을 위한 주축의 이동거리를 최소화할 수 있도록 주축과 대응하는 방향으로 이동가능한 구조를 제공하여 공구교환시 작업 대기시간을 줄여 작업효율을 높이고, 기계 외형을 축소하여 설치공간을 줄임은 물론, 제조원가도 절감할 수 있게 되는 이동식 자동공구교환장치를 적용함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 머시닝센터의 자동공구교환장치를 도시한 정면도

도 2는 도 1에 따른 종래 자동공구교환장치의 측면도

도 3은 도 1에 따른 종래 자동공구교환장치의 작동 상태도

도 4는 종래 자동공구교환장치와 주축 간에 공구교환 상태도

도 5는 본 발명에 따른 이동식 자동공구교환장치를 도시한 사시도

도 6은 도 5에 따른 이동식 자동공구교환장치의 다른 일측 사시도

도 7은 도 5에 따른 이동식 자동공구교환장치의 일부 저면 사시도

도 8은 도 5에 따른 이동식 자동공구교환장치의 작동전 상태도

도 9는 도 5의 이동식 자동공구교환장치의 작동 상태도

도 10은 본 발명의 이동식 자동공구교환장치와 주축 간에 공구교환 상태도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

100,100' : 자동공구교환장치110,110' : 베이스 프레임

110'a,110'b : 연장부120 : 구동하우징

121 : 회전축 케이스123 : 원통캠

125 : 지지플레이트127 : 슬라이딩부재

130 : 회전축131 : 회전판

133,133' : 공구그립퍼135 : 분활판

135a : 캠팔로우140 : 구동모터

150 : 가이드레일160 : 왕복실린더부재

161 : 실린더161a : 보호대

162 : 피스톤200 : 주축

A,B : 공구

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 최하부의 베이스 프레임과, 이 베이스 프레임의 상면에 구비되는 구동하우징과, 이 구동하우징의 내부로부터 인출되어 상방으로 연장된 회전축과, 상기 회전축을 회전시키는 구동모터를 포함하여 구성되고, 상기 베이스 프레임의 전,후 양측에 상기 구동하우징의 좌우이동이 가능하도록 하는 가이드레일이 구비되며, 상기 구동하우징의 하부에는 상기 가이드레일의 길이방향을 따라 왕복 피스톤운동을 하며 상기 구동하우징을 좌우 이동시키도록 된 왕복실린더부재가 구비된 것을 특징으로 하는 이동식 자동공구교환장치를 제공한다.

본 발명은 그 구체적인 예로, 상기 베이스 프레임의 전,후 양단 및 일 측단에 각각 연장부가 형성되되, 상기 연장부의 상면에는 상기 가이드레일이 고정되고, 상기 연장부의 상면에는 상기 왕복실린더부재의 일측 끝단이 고정된 것을 특징으로 하는 구조를 제공한다.

본 발명은 더욱 구체적인 예로, 상기 구동하우징의 전,후측에는 상기 연장부에 대응하여 상기 가이드레일의 상측으로 연장된 지지플레이트가 형성되고, 상기 각 지지플레이트의 저면에는 상기 가이드레일을 따라 슬라이딩가능하도록 된 슬라이딩부재가 구비되어, 상기 슬라이딩부재가 상기 가이드레일에 맞물린 상태로 이동가능하게 결합된 것을 특징으로 하는 구조를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 왕복실린더부재가 상기 연장부의 상면에 고정된 실린더와, 상기 실린더의 내외측으로 왕복운동가능하게 구비되는 피스톤으로 구성되되,상기 실린더의 둘레에는 외부충돌을 방어하기 위한 하나 이상의 보호대가 구비되고, 상기 피스톤의 일측 끝단은 상기 구동하우징의 하부에 고정된 구조를 제공한다.

이와 같이, 본 발명은 주축의 이동방향에 대응하여 좌우 이동가능한 이동식 자동공구교환장치를 제공함으로써 공구 교환시 주축의 이동거리를 단축하고, 이로 인해 대기시간을 줄여 작업효율을 높일 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 주축의 이동거리 단축으로 인해 머시닝센터의 전체 크기를 축소할 수 있게 될 뿐 아니라, 이로 인해 설치공간 및 제조원가를 대폭 줄일 수 있게 되며 유지보수도 용이하게 된다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 살펴보므로써 본 발명의 구성을 설명한다.

본 발명의 구성에서는 종래기술과 동일한 구성요소에 대해 동일한 부호를 부여하고 새로운 구성요소에 대해서만 새로운 부호를 부여하여 설명하며, 상기 동일 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략한다.

첨부된 예시도면 도 5는 본 발명에 따른 이동식 자동공구교환장치를 도시한 사시도이고, 도 6은 도 5에 따른 이동식 자동공구교환장치의 다른 일측 사시도이며, 도 7은 도 5에 따른 이동식 자동공구교환장치의 일부 저면 사시도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명은 머시닝센터의 베드(미도시)상에 설치되는 최하부의 베이스 프레임(110')과, 이 베이스 프레임(110')의 상면에 구비되는 구동하우징(120)과, 이 구동하우징(120)의 내부로부터 상면으로 인출되어 상방향으로 연장된 회전축(130)과, 그리고 상기 구동하우징(120)의 일측면에 설치되어 상기 회전축(130)을 회전시키도록 된 구동모터(140)를 포함하며 전술한 종래의 자동공구교환장치(100)와 동일한 구성을 포함하여 이루어진 이동식 자동공구교환장치(100')를 제공한다.

또한, 본 발명의 이동식 자동공구교환장치(100')는 종래 자동공구교환장치(100)의 구성에 추가하여 베이스 프레임(110')의 전,후 양단과 일 측단에 각각 연장부(110'a)(110'b)가 형성되고, 상기 연장부(110'a)의 상면에는 구동하우징(120)의 좌우이동이 가능하도록 하는 가이드레일(150)이 용접 또는 나사결합 등의 방식으로 고정되어 구비되며, 상기 구동하우징(120)의 하부에는 상기 가이드레일(150)의 길이방향을 따라 왕복 피스톤운동을 하며 상기 구동하우징(120)을 좌우 이동시키도록 된 왕복실린더부재(160)가 구비되어 이 왕복실린더부재(160)의 일측 끝단이 상기 연장부(110'b) 상면에 고정된다. 이의 고정되는 방식은 용접 또는 나합 고정하는 방식을 취할 수 있다.

상기 구동하우징(120)의 전,후 양측에는 상기 연장부(110'a)에 대응하여 가이드레일(150)의 상방으로 연장하여서 각 가이드레일(150)에 의해 지지되는 지지플레이트(125)가 형성되고, 상기 각 지지플레이트(125)의 저면에는 가이드레일(150)을 따라 슬라이딩가능하도록 된 슬라이딩부재(127)가 구비되되, 상기 슬라이딩부재(127)는 가이드레일(150)에 맞물린 상태로 이동가능하게 결합되어 있다.

상기 왕복실린더부재(160)는 앞서 설명한 상기 연장부(110'a)의 상면과 상기 베이스 프레임(110')의 일측 상면에 양측이 각각 용접 또는 나사결합 등의 방식으로 고정되는 실린더(161)와, 이 실린더(161)의 내외측으로 왕복운동가능하게 구비되는 피스톤(162)으로 구성되는데, 상기 실린더(161)의 둘레에는 외부로부터 소정의 충돌을 막아 실린더 파손을 방지하기 위한 복수의 보호대(161a)가 구비되고, 상기 피스톤(162)의 일측 끝단은 구동하우징(120)의 하부에 용접 또는 나사결합 등의 방식으로 고정되어 구비된다. 한편, 상기 왕복실린더부재(160)는 구동모터(140)와는 대각선 방향으로 대칭을 이루며 나란하게 구비된다.

다음에서는 위와 같은 구성을 갖는 본 발명 이동식 자동공구교환장치(100')의 작동에 관하여 설명한다

첨부도면 도 8은 도 5에 따른 이동식 자동공구교환장치의 작동 전 상태도이고, 도 9는 도 5의 이동식 자동공구교환장치의 작동시 상태도이며, 도 10은 본 발명의 이동식 자동공구교환장치와 주축 간에 공구교환 상태를 도시한 도면이다.

본 발명의 이동식 자동공구교환장치(100')는 주축(200)이 소정의 작업을 완료하고 공구(A)를 교환하기 위해 공구교환위치로 이동하는 동안 상기 주축(200)과 대응하는 방향으로 동시 이동하여 공구교환을 수행하게 된다.

이와 같은 본 발명 이동식 자동공구교환장치(100')의 작동과정을 좀더 상세히 살펴보면, 주축(200)의 이동시 상기 베이스 프레임(110')과 구동하우징(120)을 연결하는 상기 왕복실린더부재(160)가 동시에 작동하게 되는데, 이때 피스톤(162)은 실린더(161)의 외측 방향, 즉 주축(200)의 접근방향과 마주하며 연장하게 되고, 상기 구동하우징(120)은 가이드레일(150)을 따라 상기 피스톤(162)의 이동방향으로 이동하게 된다.

이와 같이 구동하우징(120)이 주축(200)과 동시에 이동하여 회전축(130) 상부의 공구그립퍼(133)와 주축 헤드(210)가 상하방향으로 동일선상에 위치하게 될 때, 본 발명의 이동식 자동공구교환장치(100')에서는 구동모터(140)가 작동하여 상기 구동하우징(120) 내부의 원통캠(123)을 회전시키게 되고, 이 원통캠(123)은 다시 캠팔로우(135a)가 연결된 분활판(135)을 회전시켜 상기 분활판(135)과 일체로 된 회전축(130)을 회전시키게 되는데, 이때 상기 회전축(130) 상부의 회전판(131)이 회전하며 원통캠(123)의 지정 분활각도에 따라 주축(200)에 대한 공구그립퍼(133)의 위치를 결정하는 동작을 반복하여 실시하게 된다.

이후, 공구교환을 위해 주축(200)이 하강,이동하여 도 9에 도시된 바와 같이 사용 완료된 공구(A)를 빈 공구그립퍼(133')에 반납하고 도 10에 도시된 바와 같이 다른 공구그립퍼(133)로부터 필요한 공구(B)를 취득하여 장착한 다음, 주축(200)이 다시 원래의 작업위치로 귀환하여 제작업을 수행하게 되는 것이다.

이와 같이, 본 발명은 주축(200)의 이동방향에 대응하여 좌우 이동가능한 이동식 자동공구교환장치(100')를 제공함으로써, 공구 교환시 주축(200)의 이동거리를 단축할 수 있게 되며, 이로 인해 대기시간을 줄여 작업효율을 높일 수 있게 될 뿐 아니라, 머시닝센터의 전체 크기를 축소할 수 있게 되는 것이다.

상기에서는 이동식 자동공구교환장치의 구성 및 작동관계를 구체적으로 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정하지 않고 다양한 변형이 가능함은 물론이다.

위에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 주축의 이동방향에 대응하여 좌우 이동가능한 이동식 자동공구교환장치를 제공함으로써 공구 교환시 주축의 이동거리를 단축하고, 이로 인해 대기시간을 줄여 작업효율을 높일 수 있게 된다.

Claims

최하부의 베이스 프레임(110')과, 이 베이스 프레임(110')의 상면에 구비되는 구동하우징(120)과, 이 구동하우징(120)의 내부로부터 인출되어 상방으로 연장된 회전축(130)과, 상기 회전축(130)을 회전시키는 구동모터(140)를 포함하여 구성된 머시닝센터의 자동공구교환장치에 있어서,

상기 베이스 프레임(110')의 전,후 양측에 상기 구동하우징(120)의 좌우이동이 가능하도록 하는 가이드레일(150)이 구비되고,

상기 구동하우징(120)의 하부에는 상기 가이드레일(150)의 길이방향을 따라 왕복 피스톤운동을 하며 상기 구동하우징(120)을 좌우 이동시키도록 된 왕복실린더부재(160)가 구비된 것을 특징으로 하는 이동식 자동공구교환장치.
제 1항에 있어서,

상기 베이스 프레임(110')의 전,후 양단 및 일 측단에 각각 연장부(110'a)(110'b)가 형성되되, 상기 연장부(110'a)의 상면에는 상기 가이드레일(150)이 고정되고, 상기 연장부(110'b)의 상면에는 상기 왕복실린더부재(160)의 일측 끝단이 고정된 것을 특징으로 하는 이동식 자동공구교환장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 구동하우징(120)의 전,후측에는 상기 연장부(110'a)에 대응하여 상기 가이드레일(150)의 상측으로 연장된 지지플레이트(125)가 형성되고, 상기 각 지지플레이트(125)의 저면에는 상기 가이드레일(150)을 따라 슬라이딩가능하도록 된 슬라이딩부재(127)가 구비되어, 상기 슬라이딩부재(127)가 상기 가이드레일(150)에 맞물린 상태로 이동가능하게 결합된 것을 특징으로 하는 이동식 자동공구교환장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 왕복실린더부재(160)는 상기 연장부(110'b)의 상면에 고정된 실린더(161)와, 상기 실린더(161)의 내외측으로 왕복운동가능하게 구비되는 피스톤(162)으로 구성되되, 상기 실린더(161)의 둘레에는 외부충돌을 방어하기 위한 하나 이상의 보호대(161a)가 구비되고, 상기 피스톤(162)의 일측 끝단은 상기 구동하우징(120)의 하부에 고정된 것을 특징으로 하는 이동식 자동공구교환장치.