KR20090033508A - 자동 공구 교환 장치의 공구 파손 방지용 안전 장치 - Google Patents

Abstract

머시닝 센터용 자동 공구 교환 장치(ATC)의 공구 파손 방지용 안전 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 ATC 공구 파손 방지용 안전 장치는 암 샤프트(200)와, 상기 암 샤프트(200)의 하단부 외주면에 배치되어 상기 암 샤프트(200)와 함께 회전가능하고 양단부에 공구를 수용하도록 구성된 암(100)과, 상기 암 샤프트(200)의 외주면 주위에 배치되고 상기 암(100) 및 암 샤프트(200)를 좌우 방향으로 이동시키기 위한 체인저(300)와, 상기 암 샤프트(200)의 하단에서 상기 체인저(300)의 내주면과 상기 암 샤프트(200)의 외주면 사이에 배치된 제1 지지 베어링(600)과, 상기 제1 지지 베어링(600)과 상기 암(100) 사이에 배치되어 상기 암(100)을 탄성적으로 지지하기 위한 탄성 부재(700)와, 상기 암 샤프트(200)의 상단부 주위에 배치된 감지 수단(1000)과, 상기 감지 수단(1000)이 작동하는 경우 상기 자동 공구 교환 장치의 작동을 정지시키기 위한 제어 수단을 포함한다.

자동 공구 교환 장치, ATC, 공작 기계, 머시닝 센터

Description

자동 공구 교환 장치의 공구 파손 방지용 안전 장치{SAFETY DEDIVE FOR PREVENTING TOOL FROM BREAKING IN AUTOMATIC TOOL CHANGER}

본 발명은 공작 기계 머시닝 센터의 자동 공구 교환 장치(Automatic Tool Changer, ATC)에 관한 것이며, 보다 상세하게는 자동 공구 교환 장치에 있어서 공구의 파손을 방지하는 안전 장치에 관한 것이다.

최근, 다양한 공작 기계가 개발되고 있으며, 특히 하나의 공작 기계 내에 다수개의 공구를 장착한 다음, 필요한 기계 작업에 따라 적합한 공구를 선택하여 사용할 수 있도록 하는 머시닝 센터가 산업 현장에서 이용되고 있다.

머시닝 센터에서는 다수개의 공구를 교환하기 위하여 자동 공구 교환 장치(Automatic Tool Changer, 이하 ATC)가 이용된다. 도 1 는 종래의 ATC 장치의 평면도이고 도 2는 도 1를 Y 방향으로 절단한 정면도이다. 도시된 것과 같이, ATC 장치에는 중심축(L)을 중심으로 회전 가능한 암 샤프트(200)와 이 암 샤프트(200) 회전시 함께 회전가능한 암(100)이 마련되고, 암(100) 및 암 샤프트(200)를 좌우 방향으로 이동시키기 위한 체인저(300)를 포함한다.

암(100)의 양단에는 공구(A, B)를 수용하여 붙잡을 수 있도록 하는 공구 수 용부(110)가 마련된다. 그리고 도 2에 도시된 것과 같이 스핀들 헤드(400)에는 공구(B)가 장착되며, 스핀들 헤드(400)는 상하(또는 전후진) 이동이 가능하고 공구(B)를 클램핑 또는 언클램핑할 수 있다.

한편, 종래의 ATC 장치에서 공구의 교환이 이루어지는 과정을 도 3 내지 도 5를 참조로 설명한다.

예컨대, 도 3에 도시된 것과 같이 스핀들 헤드(400)에 장착된 공구 B를 공구 A와 교환하고자 하는 경우, 스핀들 헤드(400)가 공구 B를 클램핑한 상태로 전진(하방) 이동한 상태(단계 1)에서 체인저(300)가 우측으로 이동하면(단계 2), 암(100) 우측단의 공구 수용부(110)가 공구 B와 맞물린다.

이 상태에서 도 4에 도시된 것과 같이 스핀들 헤드(400)가 공구 B를 언클램프한 다음 후진(상방) 이동한다(단계 3). 이에 후속하여 암(100)이 암 샤프트(200)를 중심으로 180도 회전 운동을 하면(단계 4), 도 5에 도시된 것과 같이 암(100)의 좌측 단부에 위치하였던 공구 A가 우측 단부로 이동하여 스핀들 헤드(400)의 하방에 배치되고, 공구 B는 암(100)의 좌측 단부에 배치된다.

이 상태에서 스핀들 헤드(400)가 다시 전진(하방) 이동하여 공구 A를 클램핑한 다음(단계 5) 체인저(300)가 좌측으로 이동하면(단계 6) 암(100)의 우측단에 마련된 공구 수용부(110)는 공구 A와의 맞물림이 해제되고, 이로써 공구 A와 공구 B의 교환이 완료된다.

그러나, 종래의 ATC 장치에서는 공구 교환 과정 중 도 4에 도시된 단계 3에서 문제점이 있었다. 즉, 도 4에 도시된 것과 같이 스핀들 헤드(400)는 공구 B를 언클램프한 다음 후진(상방) 이동하여야 하지만, 스핀들 헤드(400)가 공구 B를 클램프한 상태로 후진(상방) 이동하는 경우가 종종 발생하였던 것이다.

전술한 것과 같이, 단계 3에서는 암(100)의 좌측단 수용부(110)가 공구 B와 맞물려 있는 상태이다. 따라서, 이 상태에서 스핀들 헤드(400)가 공구를 클램프한 상태로 후진(상방) 이동하게 되면 공구 B와 맞물려 있는 암(100)에 상방으로 부하가 작용하게 되고 이는 암(100)과 암 샤프트(200) 및 이에 연결된 공구가 파손되는 주요 원인이 되었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해서 도출된 것으로서, ATC 장치에서 스핀들 헤드의 오작동으로 스핀들 헤드가 공구를 클램핑한 상태로 공구 교환 동작이 일어남으로써, 공구 및 ATC장치가 파손되는 것을 방지하는 것을 기술적 과제로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 ATC 장치의 공구 파손 방지용 안전 장치에서는 스핀들 헤드의 오작동을 감지하기 위한 감지 수단, 바람직하게는 근접 스위치를 마련한 것을 특징으로 한다.

더 구체적으로는, 본 발명은 공구를 장착하기 위한 스핀들 헤드(400)를 구비한 머시닝 센터용 자동 공구 교환 장치(ATC)의 공구 파손 방지용 안전 장치로서, 중심축(L)을 중심으로 회전가능한 암 샤프트(200)와, 상기 암 샤프트(200)의 하단부 외주면에 배치되어 상기 암 샤프트(200)가 회전함에 따라 상기 암 샤프트(200)와 함께 회전가능하고 양단부에 공구를 수용하도록 구성된 암(100)과, 상기 암 샤프트(200)의 외주면 주위에 배치되고 상기 암(100) 및 암 샤프트(200)를 좌우 방향으로 이동시키기 위한 체인저(300)와, 상기 암 샤프트(200)의 하단에서 상기 체인저(300)의 내주면과 상기 암 샤프트(200)의 외주면 사이에 배치된 제1 지지 베어링(600)과, 상기 제1 지지 베어링(600)과 상기 암(100) 사이에 배치되어 상기 암(100)을 탄성적으로 지지하기 위한 탄성 부재(700)를 포함한다.

이에 추가하여 본 발명에서는 상기 암 샤프트(200)의 상단부 주위에 배치된 감지 수단(1000)과, 상기 감지 수단(1000)이 작동하는 경우 상기 자동 공구 교환 장치의 작동을 정지시키기 위한 제어 수단을 포함한다.

이러한 구성에 의해 상기 감지 수단(1000)은 상기 스핀들 헤드(400)가 공구를 클램핑한 상태로 상방으로 이동하여 그에 따라 상기 암(100) 및 암 샤프트(200)가 상방으로 이동함으로써 상기 감지 수단(1000)과 상기 암 샤프트(200)와의 거리가 소정 거리 이내가 되는 경우 작동하고, 감지 수단(1000)이 작동하면 제어 수단에 의해 ATC 장치의 작동이 비상 정지된다.

상기 감지 수단(1000)은 근접 스위치인 것이 바람직하다.

또한, 바람직한 실시예에 따르면, 상기 안전 장치는 상기 암 샤프트(200)의 상단에서 상기 체인저(300)의 내주면과 상기 암 샤프트(200) 외주면 사이에 배치된 제2 지지 베어링(500)과, 상기 암 샤프트(200)의 상단 외주면에서 상기 제2 지지 베어링(500)을 지지하기 위한 도그(900)를 더 포함할 수 있다.

상기 실시예에 따르면, 상기 감지 수단(1000)은 상기 감지 수단(1000)과 상기 도그(900)와의 거리가 소정 거리 이내인 경우 작동하게 된다.

또한, 상기 탄성 부재(700)는 스프링일 수 있으며, 이 경우 상기 스프링은 압축 상태로 상기 제2 지지 베어링(600)과 상기 암(100) 사이에 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 암 샤프트(200)의 상단부 근처에 감지 수단(1000), 바람 직하게는 근접 스위치가 마련되고, 이를 제어하기 위한 제어 수단이 마련됨으로써 스핀들 헤드가 공구를 클램핑한 상태로 상방 이동하는 오작동시에, 이를 감지하여 장치를 비상 정지시킬 수 있게 된다. 따라서, 스핀들 헤드의 오작동시에 장치 및 공구가 파손되었던 종래 기술의 문제점을 해결하였다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 6 은 본 발명에 따른 ATC 장치의 공구 파손 방지용 안전 장치로서, 상기 도 1의 X 방향으로 절단한 단면도이다. 도 6 에서는 전술한 도 1에서와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하였으며, 이하에서는 동일한 도면 부호에 대한 작동 원리에 대해서는 설명을 생략하고, 본 발명과 종래 기술과의 차이점을 중심으로 설명한다.

도 6에 도시된 본 발명의 ATC 장치의 공구 파손 방지용 안전 장치가 종래 기술과 상이한 점은 스핀들 헤드(400)의 오작동을 감지하기 위한 감지 수단, 바람직하게는 근접 스위치(1000)가 암 샤프트(200)의 상단부 근방에 마련된다는 점이다.

본 발명에 따른 ATC 장치의 공구 파손 방지용 안전 장치에는 중심축(L)을 중심으로 회전가능한 암 샤프트(200)와, 이 암 샤프트(200)의 하단부 외주면에 배치되어 상기 암 샤프트(200)가 회전함에 따라 상기 암 샤프트(200)와 함께 회전가능하고 양단부에 공구를 수용하기 위한 암(100), 그리고 암 샤프트(300)의 외주면에 배치되고 암(100) 및 암 샤프트(300)를 좌우 방향으로 이동시키기 위한 체인 저(300)가 마련되며, 이는 전술한 도 1 및 도 2의 구조와 동일하다.

암 샤프트(200)의 하단에는 상기 체인저(300)의 내주면과 상기 암 샤프트(200)의 외주면 사이에 배치된 제1 지지 베어링(600)이 마련되고, 제1 지지 베어링(600)과 암(100) 또는 제1 지지 베어링(600)과 암 샤프트(200)의 사이에는 탄성 부재(700)가 마련된다. 탄성 부재(700)에 탄성력에 의해 암(100) 및 암 샤프트(200)는 탄성 부재(700)의 탄성 한도 내에서 축방향으로 소정 거리만큼 이동가능하다.

탄성 부재(700)는 스프링인 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것이 아니며, 탄성 부재(700)는 압축된 상태로 지지 부재(1300, 800) 사이에 배치되는 것이 바람직하다. 그리고 탄성 부재(700)와 제1 지지 베어링(600) 사이에는 지지 수단(800)이 마련될 수도 있다.

또한, 암 샤프트(200)의 하단부에는 암 샤프트(200)와 암(100)를 지지하기 위한 엔드 블록(1100)이 마련되는 것이 바람직하다.

한편, 암 샤프트(200)의 상단부에는 암 샤프트(200)를 지지하기 위한 제2 지지 베어링(500)이 마련되고, 제2 지지 베어링(500)의 상부에는 제2 지지 베어링(500)을 지지하기 위한 도그(900)가 암 샤프트(200)의 외주면에 체결되어 있다. 도그(900)는 암 샤프트(200)가 상하 방향으로 이동시 함께 이동한다.

다음으로, 본 발명의 특징적 구성인 감지 수단(1000)은 암 샤프트(200)의 상단부에 근접한 위치에 배치되며, 특히, 도 6에 도시된 것과 같이 감지 수단(1000)은 암 샤프트(200) 상단에 배치된 도그(900)보다 상부에 배치되는 것이 바람직하 다. 감지 수단(1000)은 물체가 소정 거리 이내에 접근하였을 때 작동(ON)하는 부재이다.

그에 따라, 도 6의 상태에서 스핀들 헤드(400)의 오작동으로 암 샤프트(200)가 상방으로 이동하여 도 7과 같은 상태가 된 경우, 암 샤프트(200) 즉, 도그(900)는 감지 수단(1000)에 일정 거리 이내로 접근하게 된다. 만약 그 거리가 소정 거리보다 가까워지면 감지 수단(1000)이 작동하게 된다. 감지 수단(1000)은 근접 스위치인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것이 아니고 물체의 접근을 감지할 수 있는 다양한 수단이 채용가능하다.

또한, 바람직한 실시예에 따르면 감지 수단(1000)에 의해 도그(900)가 근접했음이 감지되었을 때, ATC 장치의 작동을 정지시키기 위한 제어 수단(미도시)이 마련된다. 제어 수단은 감지 수단(1000)이 작동하면 감지 수단으로부터 신호를 받아서 ATC 장치의 작동을 정지시킨다.

이러한 구성에 의해 본 발명에 따른 ATC 장치의 공구 파손 방지용 안전 장치의 작동 원리에 대해서 도 6 내지 도 8을 참조로 설명한다.

도 6은 ATC 장치에서 공구 교환 작업이 정상적으로 이루어지는 상태의 모습을 도시하고, 도 7은 스핀들 헤드(400)의 오작동시, 즉 스핀들 헤드(400)가 공구를 클램프한 상태로 후진(상방) 이동하는 경우에 암 샤프트(200)가 상방으로 이동한 상태를 도시한다.

앞서 도 4의 단계 3에서 도시된 것과 같이, 정상 작동시에는 스핀들 헤드(400)는 공구 B를 언클램프한 상태로 후진(상방) 이동하여야 하지만, 스핀들 헤 드(400)의 오작동으로 인하여 공구 B를 클램프한 상태로 후진(상방) 이동을 하게 되는 경우에 문제가 된다.

이 경우, 암(100) 우측단부의 공구 수용부(110)도 공구 B에 맞물려 있는 상태이므로 스핀들 헤드(400)의 후진(상방) 이동시 암(100)도 공구 B와 함께 상방으로 이동하게 되며, 이로 인해 암(100)과 암 샤프트(200)는 탄성 부재(700)의 탄성을 이기고 원래 위치보다 상방으로 이동하여 도 7에 도시된 상태가 된다.

도 7에서와 같이 암 샤프트(200)가 정상 위치보다 상방으로 이동하게 되면 암 샤프트(200) 상단의 도그(900)가 감지 수단(1000)에 근접하여 감지 수단(1000)이 ON된다.

감지 수단(1000)이 ON되면 이 신호가 제어 수단(미도시)로 전송되며, 신호를 받은 제어 수단은 ATC 장치의 작동을 정지시킨다. 이로 인해, 스핀들 헤드(400)의 오작동으로 인한 ATC 장치의 파손이 미연에 방지된다.

도 8은 본 발명에 따른 안전 장치의 작동 과정을 나타낸 흐름도이다.

공구의 교환을 위해 도 3에 도시된 것과 같이 공구 B를 클램프한 스핀들 헤드(400)가 전진(하방) 이동한 상태에서 체인저(300)가 우측으로 이동하여 암(100) 우측단부의 공구 수용부(110)가 공구 B에 맞물린다(S 100 단계).

이 상태에서 도 4에 도시된 것과 같이 스핀들 헤드(400)는 공구 B를 언클램프한 상태로 후진(상방) 이동한다(S 300 단계).

만약, 스핀들 헤드(400)가 오작동하여 공구 B를 클램프한 상태로 후진(상방)이 이동하였다면, 공구 B에 맞물려 있는 암(100) 및 암 샤프트(200)도 함께 상방으 로 이동하여 도 7과 같은 상태가 될 것이다.

이 경우, 감지 수단(1000)에 암 샤프트(200)의 도그(900)가 근접하므로 감지 수단(1000)이 ON 되며, 감지 수단(1000)의 ON 신호를 받은 제어 수단(미도시)은 ATC 장치의 작동을 정지시키게 된다(S 500 단계).

반면, 스핀들 헤드(400)가 정상 작동한 경우, 즉 스핀들 헤드(400)가 공구 B를 언클램프한 상태로 후진 이동하였다면 도 6과 같이 암 샤프트(200)는 상방으로 이동하지 않을 것이므로 감지 수단(1000)은 OFF 상태일 것이며, 이 경우에는 ATC 장치가 정지되지 않고, 공구 교환 작업의 후속 동작이 계속 진행된다.

즉, 도 4에서와 같이 암(100)이 회전 운동(S 600 단계)하여, 도 5에서와 같이 공구 A와 B의 위치가 뒤바뀐 다음, 스핀들 헤드(400)가 다시 전진(하방) 이동하여 공구 A를 클램프하고(S 700 단계), 체인저(300)가 좌측으로 이동함으로써 공구 교환 작업이 완료된다(S 800 단계).

이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였지만, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.

따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

도 1은 종래의 ATC 장치의 평면도.

도 2는 종래의 ATC 장치의 정면도.

도 3 내지 도 5는 ATC 장치에서의 공구 교환 과정을 나타낸 도면.

도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 ATC 공구 파손 방지용 안전 장치를 도시한 도면.

도 8은 본 발명에 따른 ATC 공구 파손 방지용 안전 장치의 작동 과정을 나타낸 흐름도.

<도면의 주요 참조 부호에 대한 설명>

A, B: 공구 100: 암

200: 암 샤프트 300: 체인저

400: 스핀들 헤드 500: 제2 베어링

600: 제1 베어링 700: 탄성 부재

800: 지지 수단 900: 도그

1000: 감지 수단 1100: 엔드 블록

Claims (4)

1. 공구를 장착하기 위한 스핀들 헤드(400)를 구비한 머시닝 센터용 자동 공구 교환 장치(ATC)의 공구 파손 방지용 안전 장치로서,

   중심축(L)을 중심으로 회전가능한 암 샤프트(200)와,

   상기 암 샤프트(200)의 하단부 외주면에 배치되어 상기 암 샤프트(200)가 회전함에 따라 상기 암 샤프트(200)와 함께 회전가능하고 양단부에 공구를 수용하도록 구성된 암(100)과,

   상기 암 샤프트(200)의 외주면 주위에 배치되고 상기 암(100) 및 암 샤프트(200)를 좌우 방향으로 이동시키기 위한 체인저(300)와,

   상기 암 샤프트(200)의 하단에서 상기 체인저(300)의 내주면과 상기 암 샤프트(200)의 외주면 사이에 배치된 제1 지지 베어링(600)과,

   상기 제1 지지 베어링(600)과 상기 암(100) 사이에 배치되어 상기 암(100)을 탄성적으로 지지하기 위한 탄성 부재(700)와,

   상기 암 샤프트(200)의 상단부 주위에 배치된 감지 수단(1000)과,

   상기 감지 수단(1000)이 작동하는 경우 상기 자동 공구 교환 장치의 작동을 정지시키기 위한 제어 수단을 포함하고,

   상기 감지 수단(1000)은 상기 스핀들 헤드(400)가 공구를 클램핑한 상태로 상방으로 이동하여 그에 따라 상기 암(100) 및 암 샤프트(200)가 상방으로 이동함으로써 상기 감지 수단(1000)과 상기 암 샤프트(200)와의 거리가 소정 거리 이내가 되는 경우에 작동하는 것을 특징으로 하는 자동 공구 교환 장치(ATC)의 공구 파손 방지용 안전 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 감지 수단(1000)은 근접 스위치인 것인 자동 공구 교환 장치(ATC)의 공구 파손 방지용 안전 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 장치는

   상기 암 샤프트(200)의 상단에서 상기 체인저(300)의 내주면과 상기 암 샤프트(200) 외주면 사이에 배치된 제2 지지 베어링(500)과,

   상기 암 샤프트(200)의 상단 외주면에서 상기 제2 지지 베어링(500)을 지지하기 위한 도그(900)를 더 포함하고,

   상기 감지 수단(1000)은 상기 감지 수단(1000)과 상기 도그(900)와의 거리가 소정 거리 이내인 경우 작동하는 것을 특징으로 하는 자동 공구 교환 장치(ATC)의 공구 파손 방지용 안전 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 탄성 부재(700)는 스프링이고, 상기 스프링은 압축 상태로 상기 제1 지지 베어링(600)과 상기 암(100) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 자동 공구 교환 장치(ATC)의 공구 파손 방지용 안전 장치.

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