KR20080101827A

KR20080101827A - 머시닝 센터의 자동 공구교환장치

Info

Publication number: KR20080101827A
Application number: KR1020080094411A
Authority: KR
Inventors: 김성철
Original assignee: 김성철
Priority date: 2008-09-26
Filing date: 2008-09-26
Publication date: 2008-11-21

Abstract

본 발명은 머시닝 센터의 자동 공구교환장치에 관한 것으로, 정사각형태로 형성된 매거진의 각 변에 공구수납홈을 형성하여 교체될 공구가 거치되도록 하고, 매거진의 모서리 부분에는 기어부를 형성시켜서 주축에 형성된 기어부와 치합되어 X-Y-Z 축의 동시 원호 이송을 통해 매거진을 신속하고 정확하게 회전시킴으로써 별도의 동력과 장치 없이도 공구를 용이하게 교체할 수 있도록 한 특징이 있다.

본 발명은 크게 네 부분으로 구성되는바, 본체(11)와 베이스(12) 및 주축(13)으로 구성된 머시닝 센터(10)와; 상기 베이스(12)의 상면에 형성된 X축 레일(12a)을 따라서 실린더(21)에 의해 수평방향으로 이동되도록 구성된 이송수단(20)과; 상기 이송수단(20)의 중앙에 입설되되, 상부로는 매거진(40)이 90°씩 회전한 후 매거진(40)에 형성된 걸림홈(41)과 결합되어 고정될 수 있도록 강구(31)와 스프링(32) 및 실린더(33)가 구비된 수직부재(30)와; 상기 수직부재(30)의 상부에 정사각판 형태로 설치되되, 중심으로부터 네 방향으로 걸림홈(41)이 형성되고, 사각판의 각 변에는 공구수납홈(42)이 구비되며, 각 모서리에는 기어부(43)가 형성된 매거진(40)으로 구성되어, 주축(13)에 형성된 기어부(13a)와 매거진(40)의 기어부(43)가 치합되어 X-Y-Z축의 동시 원호 이송에 의해 매거진(40)이 회전하도록 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명은, 공구를 교체할 시점이 되면, 매거진이 실린더에 의해 수평이송하여 공구를 교체하도록 하고, 매거진의 다른 변에 위치하고 있는 공구와의 교체가 필요할 때에는 X-Y-Z축의 동시 원호 이송을 이용하여 매거진을 회전시킨 후 공구를 교환하도록 함으로써 별도의 장치와 동력의 필요없이 신속하게 공구를 교환할 수 있도록 한 효과가 있다.

또한, 자동 공구교환장치의 이송을 베이스 상부에 기 설치된 X축 레일을 따라서 이송되도록 함으로써 제품 단가를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 기존의 머시닝 센터에도 용이하게 적용할 수 있는 또 다른 효과가 있다.

자동 공구교환장치(ATC), 머시닝 센터, 주축, 공구교환, 매거진

Description

머시닝 센터의 자동 공구교환장치 { automatic tool changer of machining center }

본 발명은 머시닝 센터의 자동 공구교환장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게 설명하면, 정사각형태로 형성된 매거진의 각 변에 공구수납홈을 형성하여 교체될 공구가 거치되도록 하고, 매거진의 모서리 부분에는 기어부를 형성시켜서 주축에 형성된 기어부와 치합되어 X-Y-Z축의 동시 원호 이송을 통해 매거진을 신속하고 정확하게 회전시킴으로써 별도의 동력과 장치 없이도 공구를 용이하게 교체할 수 있도록 한 머시닝 센터의 자동 공구교환장치에 관한 것이다.

일반적으로, 머시닝 센터(machining center)라 함은, 본체와 다수개의 공구를 절삭조건에 맞게 자동으로 바꾸어 주는 자동 공구교환장치(automatic tool changer:ATC) 및 NC장치로 되어 있으며, 단 한 번의 세팅으로 다공정 가공이 가능하므로 다품종 소량부품의 가공공정 자동화에 주로 많이 사용된다.

종래 머시닝 센터 등의 공작기계에 있어서, 가공 프로그램에 따라 매거진에 수납된 공구를 교환하면서 연속적으로 공작물의 가공을 실행하는 것이 이미 여러 가지 형태로 알려져 있다.

이러한 머시닝 센터 중 주축이 수직방향으로만 움직이고, 수평방향으로는 움직이지 않는 주축 고정형 머시닝 센터의 경우에는 원판형태의 매거진이 주로 사용되고 있는바, 원판의 외주면에 형성된 공구수납홈에 치수와 형상이 상이한 탭, 드릴 및 리머 등 각종 공구를 수납하도록 구성된다.

위와 같이 구성된 머시닝 센터의 작업시 공구교환타이밍으로 되면, 복잡한 캠 시스템과 공압시스템 혹은 서보모터를 이용하여 공구를 자동으로 교체하였다.

상기와 같은 종래의 자동 공구교환장치는, 공구교체를 위해 원판형태의 매거진이 수차례 전후진과 회전을 해야 함으로써 공구교환 시간이 대단히 많이 소요됨은 물론, 공구 교체지연으로 인한 전체 가공효율을 저하시키는 문제점을 내포하고 있었다.

뿐만 아니라, 교체될 공구를 인덱스하기 위해서는 정밀하게 제어할 수 있는 서보모터 등의 장치와 이를 구동하는 동력이 반드시 필요하여 자동 공구교환장치의 제품 단가가 상승되는 문제점을 초래하였고, 연동이 되지 않거나 정밀하게 제어되 지 않을 경우에는 불량품이 발생할 뿐만 아니라, 고장이 자주 발생하는 폐단이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로, 본체(11)와 베이스(12) 및 주축(13)으로 구성된 머시닝 센터(10)와; 상기 베이스(12)의 상면에 형성된 X축 레일(12a)을 따라서 실린더(21)에 의해 수평방향으로 이동되도록 구성된 이송수단(20)과; 상기 이송수단(20)의 상면 중앙에 입설되되, 상부에는 매거진(40)이 90°씩 회전한 후 매거진(40)의 저부에 형성된 걸림홈(41)과 결합·고정되도록 강구(31)와 스프링(32) 및 실린더(33)가 구비된 수직부재(30)와; 상기 수직부재(30)의 상부에 정사각판 형태로 설치되되, 중심으로부터 네 방향으로 걸림홈(41)이 형성되고, 사각판의 각 변에는 공구수납홈(42)이 구비되며, 각 모서리에는 기어부(43)가 형성된 매거진(40)으로 구성되어, 주축(13)에 형성된 기어부(13a)와 매거진(40)의 기어부(43)가 치합되어 X-Y-Z축의 동시 원호 이송에 의해 매거진(40)이 회전하도록 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명은, 공구를 교체할 시점이 되면, 매거진이 실린더에 의해 수평이송하여 같은 변에 있는 공구를 교체하도록 하고, 매거진의 다른 변에 위치하고 있는 공구와의 교체가 필요할 때에는 X-Y-Z축의 동시 원호 이송을 이용하여 매거진을 회전시킨 후 공구를 교환하도록 함으로써 별도의 장치와 동력의 필요없이 신속하게 공구를 교환할 수 있도록 한 효과가 있다.

본 발명은 머시닝 센터의 자동 공구교환장치에 관한 것으로, 정사각형태로 형성된 매거진의 각 변에 공구수납홈을 형성하여 교체될 공구가 거치되도록 하고, 매거진의 모서리 부분에는 기어부를 형성시켜서 주축에 형성된 기어부와 치합되어 X-Y-Z축의 동시 원호 이송을 통해 매거진을 신속하고 정확하게 회전시킴으로써 별도의 동력과 장치 없이도 공구를 용이하게 교체할 수 있도록 한 특징이 있다.

이하 본 발명의 실시 예를 예시도면을 통해 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 정면도를 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명의 측면도를 나타낸 것이며, 도 3은 본 발명의 평면도를 나타낸 것이고, 도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 매거진이 공구 교체를 위해 회전중임을 도시한 평면도이며, 도 5는 본 발명 매거진의 상세 평면도를 나타낸 것으로, 도시한 바와 같이, 머시닝 센터(10)의 베이스(12) 상부 일측에 설치되는 자동 공구교환장치(ATC)는 X축 레일(12a)을 따라서 이송수단(20)이 전·후진하는 형태로 설치되며, 이송수단(20)의 상부로는 수직부재(30)가 입설되고, 수직부재(30)의 상단에 매거진(40)이 일체로 결합되어 회전 및 고정되는 구성을 갖는다.

우선, 머시닝 센터(10)의 구성을 살펴보면, 통상적으로 널리 사용되는 주축(13)이 Z축 방향으로만 움직이는 주축(13) 고정식 머시닝 센터(10)로, 머시닝 센터(10) 본체(11)의 바닥에 설치되는 베이스(12)와, 베이스(12)의 상부에 X축 레일(12a)을 따라서 이송되는 테이블(14) 및 본체(11)에 설치되는 주축(13) 등으로 구성되며, 주축(13)의 하단 외주부 일측에는 기어부(13a)가 형성되어 있어서 후술하는 매거진(40)의 모서리부에 형성된 기어부(43)와 치합되도록 구성된다.

한편, 상기 베이스(12)의 상부 일측에 설치되어 자동으로 공구를 교환할 수 있도록 하는 자동 공구교환장치(ATC)는 X축 레일(12a)을 따라 움직이도록 구성된 이송수단(20)과 그 상부에 입설된 수직부재(30) 및 수직부재(30)의 상단에 설치된 매거진(40)으로 구성된다.

이송수단(20)의 구성을 살펴보면, 사각테이블 형태로 구성되되, 저면에는 X축 레일(12a) 상에 안착되도록 안착발(22)이 형성되어 있으며, 이송수단(20)의 배면으로는 실린더(21)가 구비되어 있어서 이송수단(20)이 공압에 의해 X축 방향으로 전·후진할 수 있는 구성을 갖는다.

또한, 상기 이송수단(20)의 상부 중앙에 입설된 수직부재(30)는, 원기둥형태로 형성되되, 상부에는 후술하는 매거진(40)이 90°씩 회전한 후, 고정될 수 있도록 고정수단이 구비되어 있다.

고정수단은 강구(31)와 스프링(32) 및 실린더(33)로 구성되는데, 매거진(40)에 형성된 걸림홈(41)과 결합·고정되도록 일측으로는 강구(31)와 스프링(32)에 의해 임의 고정되고, 타측으로는 실린더(33) 로드에 의해 완전히 고정되는 구성을 갖는다.

다시 말해, 매거진(40)이 90°회전하게 되면, 우선적으로는 스프링(32)의 탄성력에 의해 상승하는 강구(31)가 걸림홈(41)과 결합하여 1차로 고정하게 되며, 그 후로는 실린더(33) 로드가 상승하여 반대편 걸림홈(41)과 결합하게 됨으로써 매거진(40)의 견고한 고정을 가능하도록 구성된다.

마지막으로 상기 수직부재(30)의 최상부에 설치되는 매거진(40)의 구성을 살펴보면, 정사각판 형태로 구성되되, 중심으로부터 일정거리 이격된 네 방향으로 원형통공 형태의 걸림홈(41)이 각각 형성되고, 사각판의 각 변에는 공구수납홈(42)이 구비되며, 각 모서리에는 기어부(43)가 형성된 구성을 갖는다.

걸림홈(41)의 기능은 위에서 살펴본 바와 같이, 스프링(32)에 의해 승강하는 강구(31) 및 실린더(33)의 로드와 결합하여 매거진(40)이 고정되도록 한다.

또한, 매거진(40)의 각 변에는 반원형 홈 형태의 공구수납홈(42)이 연속 배 열되어 있으며, 공구수납홈(42)의 양측으로는 결착구(42a)가 구비되어 있는바, 이는 원통 형태의 하우징(42b) 내측 양단으로 콘 형태의 습동구(42c)가 상호대응되는 형태로 내재되되, 습동구(42c)의 후방이 서로 마주보는 형태로 내재되며, 습동구(42c)의 후방으로는 스프링(42d)이 삽설되어 습동구(42c)가 스프링(42d)에 의해 좌우로 습동될 수 있도록 구성된다.

위와 같이 구성됨으로 인해, 공구(1)를 보관하기 위해 공구(1)가 공구수납홈(42)에 진입하게 되면, 공구수납홈(42)의 양측에 구비된 결착구(42a)의 습동구(42c)가 후퇴하면서 공구(1)의 요홈(1a)과 맞접하게 되며, 공구(1)가 결착구(42a)에 의해 공구수납홈(42)에 완전히 거치되면, 스프링(42d)의 탄성력에 의해 습동구(42c)가 지속적으로 전진하는 힘이 발생하여 공구(1)가 공구수납홈(42)에 안정적으로 거치될 수 있도록 구성된다.

한편, 매거진(40)의 모서리부에 형성된 기어부(43)는 주축(13)의 기어부(13a)와 맞물려서 주축(13)이 회전함에 따라 매거진(40)이 회전하도록 하는 구성을 갖는다.

본 발명에서는 매거진(40)의 형태를 정사각형인 것을 기준으로 설명하고 있지만, 정사각형뿐만 아니라, 교체될 공구(1)의 개수와 작업환경 등에 따라서 삼각 또는 사각 혹은 오각형 이상의 매거진(40)으로도 충분히 변형실시가 가능한바, 이러한 변형실시는 본 발명의 기술적 사상 내에서 당업자라면 충분히 변형실시가 가능한 것이므로 당연히 본 발명의 권리범위 내에 속하는 것이 자명한 사실이라 하겠다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 조립 및 설치과정을 살펴보면, 우선 본체(11)와 베이스(12), 테이블(14) 및 주축(13) 등으로 구성된 머시닝 센터(10)를 설치한 다음, 상기 머시닝 센터(10)의 베이스(12) 상에 형성된 X축 레일(12a)에 자동 공구교환장치(ATC)를 설치한다.

자동 공구교환장치(ATC)의 조립 및 설치를 상세히 살펴보면, 먼저 베이스(12)의 상면에 실린더(21)와 결합된 이송수단(20)을 설치하며, 이송수단(20)의 상면 중앙으로는 수직부재(30)를 입설된다.

수직부재(30)의 최상단으로는 매거진(40)이 설치되되, 수직부재(30)와 매거진(40)의 사이에는 스프링(32)에 의해 승강하는 강구(31)와 실린더(33)를 설치한다.

한편, 매거진(40)에는 다수개의 공구수납홈(42)이 형성되고, 공구수납홈(40a)의 양측으로는 습동구(42c)가 구비된 결착구(42a)를 설치함으로써 본 발명의 조립 및 설치과정을 완료한다.

상기와 같이 설치된 본 발명의 작동과정을 살펴보면, 우선 테이블(14)의 상부에 피가공물을 재치 고정한 후, 공구(1)를 통해 피가공물을 가공하도록 구성된다.

피가공물의 가공 중 공구(1)를 교체하여 가공할 경우에는 스핀들이 매거진(40)의 높이까지 상승하도록 하며, 그와 동시에 자동 공구교환장치가 수평방향으 로 이동하여 공구(1)의 교체가 이루어질 수 있도록 한다.

다시 말해, 스핀들이 피가공물의 가공 작업을 진행하다가 공구(1)의 교환 시점이 되면, 스핀들은 그 위치에서 상승함과 동시에 자동 공구교환장치는 스핀들이 위치한 지점까지 수평방향으로 이동하고 자체의 X-Y-Z축을 움직여 공구(1)의 교체가 이루어지도록 하며, 자체의 X-Y-Z축을 이송하여 새로운 공구위치로 이송함으로써 공구(1)의 교체속도가 신속하게 이루어지도록 작동된다.

공구(1)의 교체과정은, 자동 공구교환장치(ATC)의 비어있는 공구수납홈(42)에 교체되어야 할 공구(1)를 먼저 반납하고, 이후, 장착되어야 할 공구(1)를 스핀들에 장착하게 되며, 공구(1) 교체가 완료되면, 자동 공구교환장치는 다시 수평으로 이동하여 대기위치로 이송되며, 스핀들은 하강하여 작업을 계속 진행하도록 구성된다.

상기와 같이 공구(1)를 교체하는 과정에서 매거진(40)의 다른 측면에 위치한 공구(1)가 필요할 경우에는 주축(13)의 외주면에 형성된 기어부(13a)와 매거진(40)의 모서리에 위치한 기어부(43)를 치합되도록 X-Y-Z축을 움직여 매거진(40)을 이송한 후, X-Y-Z 축의 동시 원호 이송을 통해 회전시킴으로써 매거진(40)은 원호를 그리면서 90°회전하게 된다.

이때, 매거진(40)이 회전할 시에는 수직부재(30)의 상단 일측에 결합된 실린더(33)의 로드가 하강하여 매거진(40)이 회전할 수 있도록 하며, 매거진(40)이 회전을 완료하면 강구(31)에 의해 1차로 고정된 후, 실린더(33)의 로드가 상승하여 2차로 고정을 완료한다.

상기와 같은 과정을 반복함으로써 공구(1)가 자동으로 교체되면서 가공작업이 신속하게 진행되는 작동과정을 갖는다.

도 1은 본 발명의 정면도

도 2는 본 발명의 측면도

도 3은 본 발명의 평면도

도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 매거진이 공구 교체를 위해 회전중임을 도시한 평면도

도 5는 본 발명 매거진의 상세 평면도

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]

1 : 공구 1a : 요홈

10 : 머시닝 센터 11 : 본체

12 : 베이스 12a : X축 레일

13 : 주축 13a : 기어부

14 : 테이블 20 : 이송수단

21 : 실린더 22 : 안착발

30 : 수직부재 31 : 강구

32 : 스프링 33 : 실린더

40 : 매거진 41 : 걸림홈

42 : 공구수납홈 42a : 결착구

42b : 하우징 42c : 습동구

42d : 스프링 43 : 기어부

Claims

본체(11)와 베이스(12), 테이블(14) 및 주축(13)으로 구성된 머시닝 센터(10)의 자동 공구교환장치에 있어서,

베이스(12)의 상면에 형성된 X축 레일(12a)을 따라서 실린더(21)에 의해 수평방향으로 이동되도록 구성된 이송수단(20)과;

상기 이송수단(20)의 상면 중앙에 입설되되, 상부에는 매거진(40)이 90°씩 회전한 후 매거진(40)의 저부에 형성된 걸림홈(41)과 결합·고정되도록 고정수단이 구비된 수직부재(30)와;

상기 수직부재(30)의 상부에 정사각판 형태로 설치되되, 중심으로부터 네 방향으로 걸림홈(41)이 형성되고, 사각판의 각 변에는 공구수납홈(42)이 구비되며, 각 모서리에는 기어부(43)가 형성된 매거진(40)으로 구성되어, 주축(13)에 형성된 기어부(13a)와 매거진(40)의 기어부(43)가 치합되어 X-Y-Z축의 동시 원호 이송에 의해 매거진(40)이 회전하도록 구성됨을 특징으로 하는 머시닝 센터의 자동 공구교환장치.
제 1항에 있어서,

수직부재(30)에 설치된 고정수단은, 강구(31)와 스프링(32) 및 실린더(33)로 구성되되, 매거진(40)에 형성된 걸림홈(41)과 결합·고정되도록 일측으로는 스프 링(32)에 의해 승강하는 강구(31)가 설치되고, 타측으로는 실린더(33)의 로드가 설치됨을 특징으로 하는 머시닝 센터의 자동 공구교환장치.
제 1항에 있어서,

매거진(40)의 측면에 형성된 공구수납홈(42)의 양측으로는 결착구(42a)가 구비되어 있는바, 이는 원통 형태의 하우징(42b) 내측 양단으로 콘 형태의 습동구(42c)가 상호대응되는 형태로 내재되되, 습동구(42c)의 후방이 서로 마주보는 형태로 내재되며, 습동구(42c)의 후방으로는 스프링(42d)이 삽설되어 습동구(42c)가 스프링(42d)에 의해 좌우로 습동될 수 있도록 구성됨을 특징으로 하는 머시닝 센터의 자동 공구교환장치.