KR20090070164A - 스플라인 샤프트의 지지구조를 갖는 머시닝 센터 자동공구교환 장치 - Google Patents

스플라인 샤프트의 지지구조를 갖는 머시닝 센터 자동공구교환 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스플라인 샤프트의 지지구조를 갖는 머시닝 센터 자동공구 교환 장치에 관한 것으로서, 캠박스 내부에 설치되며 기어드 모터의 구동축과 축결합된 회전축에 축 결합되고, 외주면에 회전 캠곡선과 일측면에 직선 캠곡선이 형성된 캠과; 상기 캠의 회전캠 곡선에 맞물리 회전하는 캠팔로워와; 상기 캠의 직선캠 곡선에 맞물려 왕복 이송되는 플랜지와; 상기 캠팔로워에 일측이 결합되어 캠팔로워의 회전에 따라서 자체 회전하는 터렛과; 상기 터렛의 내측에 스플라인 결합되어 터렛의 회전에 따라 회전하며, 동시에 직선 캠곡선의 유동에 상응한 플랜지의 왕복이송에 따라 상하로 왕복이송되는 스플라인 샤프트와; 상기 스플라인 샤프트와 하우징 사이에 설치하되, 스플라인 샤프트의 상부쪽과 하부쪽에 각각 설치하여 스플라인 샤프트의 회전운동과 왕복운동을 지지하는 스플라인 샤프트 지지용 베어링을 포함하는 것을 특징으로 한다.
스플라인, 샤프트, 머시닝, 공구교환

Description

스플라인 샤프트의 지지구조를 갖는 머시닝 센터 자동공구 교환 장치{ATC UNIT FOR CNC HAVING SPINDLE SHAFT SUPPORTING STRUCTURE}
본 발명은 스플라인 샤프트의 지지구조를 갖는 머시닝 센터 자동공구 교환 장치에 관한 것으로, 특히 스플라인 샤프트의 지지방법을 스플라인 샤프트의 상하부에 베어링을 추가 설치하여 양단을 지지토록 함으로서 자동공구 교환장치의 신뢰성을 향상시킥 안전사고를 예방토록 하는 것을 특징으로 하는 스플라인 샤프트의 지지구조를 갖는 머시닝 센터 자동공구 교환 장치에 관한 것이다.
일반적으로 수직형 머시닝센터에 적용되는 캠구동방식의 자동공구교환장치(Automatic Tool Changer, ATC)는 도 1 에 도시된 바와 같이 박스형상의 자동공구 교환장치 본체에 툴매거진과 칼럼측 스핀들에 위치된 각 공구를 서로 교환하기 위한 툴 체인지 플레이트(500)가 길이방향의 스플라인 샤프트(400)의 선단에 고정 설치되는 한편, 상기 스플라인 샤프트(400)의 후단에는 하우징(420)에 베어링 결합된 터렛(410)이 스플라인 결합되어 있다. 그리고 상기 터렛(410)의 선단에는 캠팔로워(430)가 설치되어 있다.
한편, 상기 터렛(410)의 캠팔로워(430) 수평 중심선의 연장위치에는 정역 구 동되는 기어드 모터(도시되지 않음)로부터 축 결합된 기어드모터 축이 자동공구 교환장치 회전축(140)에 결합되어 설치되고, 회전축(140) 상에는 캠(110)이 구성되어 있다.
그리고 캠(110)에는 회전 캠곡선(130)과 직선 캠곡선(130)이 형성되어 기어드 모터의 회전력으로부터 회전운동 및 직선운동을 발생시킨다.
회전 캠곡선(130)은 기어드 모터 축의 회전력으로부터 터렛(410)의 회전력을 발생시키기 위한 부재로서, 캠(110)의 원주방향에 마련된 캠팔로워(430)와 캠 결합된다. 따라서 회전 캠곡선(130)이 회전하면 캠팔로워(430)가 회전하며 이 회전력은 터렛(410)과 이와 스플라인 결합된 스플라인 샤프트(400)를 회전하게 한다.
직선 캠곡선(120)에는 제1 내지 제4링크(210, 220, 230, 240)가 캠결합되며, 이로써 기어드 모터 축의 회전력으로부터 스플라인 샤프트(400)의 상하 운동을 발생시킨다. 구체적으로 설명하면, 캠(110)을 수용하고 있는 자동공구 교환장치 캠박스(100)의 일측단에는 제1 힌지축(310)이 마련되고, 제1 힌지축(310)에는 직선 캠곡선(120)과 캠 결합된 제 1 링크(210)가 설치된다. 그리고 제 1 링크(210)의 끝단에는 제 2 힌지축(320)에 의해 회전되게 결합된 제 2 링크(220)와 제3 및 제4힌지축(330, 340)에 의해 회전되게 결합된 제 3 링크(230)가 연결되고, 제 2 링크(220)의 다른편 끝단에는 스플라인 샤프트(400)를 일정한 수직높이로 들어올리기 위해 스플라인 샤프트(400) 하단에 마련된 플랜지(440)에 결합된다.
즉, 제 1 링크(210)는 제 1 힌지축(310)에 의하여 고정되고, 제 2 링크(220)는 제 2 힌지축(320)에 의하여 고정되며, 제 3 링크(230)는 제 1 힌지축(310)의 일 측 끝단부와 제 2 힌지축(320)의 일측에 제 3 힌지축(330) 및 제 4 힌지축(340)에 의하여 유동되도록 설치된다.
이에 따라 제 1 링크(210)가 유동되면 제 3 링크(230)가 유동되고 이에 따라 제 2 링크(220)가 유동되면서 플랜지(440)를 상하로 이동시키게 되며, 이에 따라 스플라인 샤프트(400)가 왕복 이동하게 된다.
물론, 상기 플랜지(440)는 스플라인 샤프트(400)의 회전방향의 작동에는 연동하지 않고 제 2 링크(220)의 구간회전에 의해 스플라인 샤프트(400)가 리프팅되도록 구성되어 있다.
즉, 캠(110)을 이용한 종래의 자동공구 교환장치는 캠(110)의 1회전마다, 링크구조에 의해 스플라인 샤프트(400)의 전진왕복운동과 캠팔로워(430)에 의한 스플라인 샤프트(400)의 회전운동을 동기시켜 툴 체인지 플레이트(500)의 원하는 동작을 가능케 한다.
그러나, 자동공구 교환장치의 공구 교환시 상하 운동 및 회전 운동을 하는 스플라인 샤프트(400)의 지지가 불안정하여 자동공구 교환장치 동작시 스플라인 샤프트(400)가 터렛(410)에 압착되어 공구 교환이 원할하게 진행되지 못하는 문제가 있어 장비의 신뢰성의 저하가 발생하는 것은 물론 안전사고의 위험성이 높은 문제가 있다.
본 발명은 캠 박스 상하부에 베어링을 추가한 상하 양단 지지구조를 채택하여 종래구조인 스플라인 샤프트의 불안정한 동작을 개선하여 안정적인 공구교환이 이루어지도록 하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 수단으로, 본 발명은 스플라인 샤프트의 지지구조를 갖는 수평형 머시닝 센터의 자동공구 교환장치로서, 스플라인 샤프트의 지지구조를 갖는 수평형 머시닝 센터의 자동공구 교환장치로서, 캠박스(100) 내부에 설치되며 기어드 모터의 구동축과 결합된 회전축(140)에 축 결합되고 외주면에 회전 캠곡선(130)과 일측면에 직선 캠곡선(120)이 형성된 캠(110)과; 상기 캠(110)의 회전캠 곡선(130)에 맞물려 회전하는 캠팔로워(430)와; 상기 캠(110)의 직선캠 곡선(120)에 결합되어 직선캠 곡선(120)의 회전에따라 왕복운동하는 링크수단과; 상기 링크수단에 결합되어 링크수단의 운동에따라 왕복 이송되는 플랜지(440)와; 상기 캠팔로워(430)에 일측이 결합되어 캠팔로워(430)의 회전에 따라서 자체 회전하는 터렛(410)과; 상기 터렛(410)에 스플라인 결합되어 터렛(410)의 회전에 따라 회전하며, 동시에 직선 캠곡선(120)의 유동에 상응한 플랜지(440)의 왕복이송에 따라 상하로 왕복이송되는 스플라인 샤프트(400)와; 상기 스플라인 샤프트(400)와 하우징(420) 사이에 설치하되, 스플라인 샤프트(400)의 상부쪽과 하부쪽에 각각 설치하여 스플라인 샤프트(400)의 회전운동과 왕복운동을 지지하는 스플라인 샤프트 지지 용 베어링(610, 620);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 링크수단은, 상기 캠박스(100)의 일단에 위치되며 직선 캠곡선(120)의 유동에 따라 제 1 힌지축(310)을 중심으로 회동하는 제 1 링크(210)와; 일측이 캠박스(100)에 고정된 제 2 힌지축(320)에 고정되고, 다른 일측은 플랜지(440)에 고정되어 제 2 힌지축(320)을 중심으로 플랜지(440)를 왕복 이송시키는 제 2 링크(220)와; 상기 제 1 링크(210)와 제 2 링크(220)의 일단을 결합하되, 제 1 링크(210)와는 3 힌지축(330)을 통해 결합되고, 제 2 링크(220)와는 제 4 힌지축(340)을 통해 결합되는 제 3 링크(230);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스플라인 샤프트 지지용 베어링(610, 620)은 오일리스베어링인 것이 바람직하다.
본 발명은 공구 교환시 스플라인 샤프트의 상하단에 스플라인 샤프트의 회전운동 및 왕복운동을 2차로 지지하는 스플라인 샤프트 지지용 베어링을 추가함으로서 스플라인 샤프트의 동작이 상하 양단 지지구조로 개선되고, 이에 따라 자동공구 교환장치의 공구교환이 안정적으로 이루어지므로 제품의 신뢰성을 높이고 또한 정확한 동작으로 안전사고를 예방하므로서 이로 인하여 공작기계 운용 경쟁력을 향상시킬 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요 소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 구성요소를 살펴보면, 캠박스(100)와, 스플라인 샤프트(400)와, 터렛(410)과, 플랜지(440)와, 캠 팔로워(430)와, 고정 하우징(420)과, 툴 체인지 플레이트(500)와, 스플라인 샤프트 지지용 베어링(610, 620)으로 이루어진다.
그리고, 캠 박스(100)에는 캠(110)과, 회전 캠곡선(130)과, 직선 캠곡선(120)과, 제 1 링크(210)와, 제 2 링크(220)와, 제 3 링크(230)와, 제 1 힌지축(310)과, 제 2 힌지축(320)과, 제 3 힌지축(330)과, 제 4 힌지축(340)이 설치되어 이루어진다. 이외에 고정 하우징(420)과 스플라인 샤프트(400) 사이에는 기밀용 오링(20)과 먼지의 유입을 차단하기 위한 더스트 실(10)이 설치된다.
먼저, 캠 박스(100)의 구성을 살펴보면 다음과 같다.
캠(110)은 캠 회전축상에 위치되며, 캠 회전축(140)은 기어드 모터의 축에 맞물리게 된다. 기어드 모터가 회동하면 캠(110)이 회동되는 구조이다.
캠(110)에는 회전 캠곡선(130)과 직선 캠곡선(120)이 마련되어 있으며, 회전 캠곡선(130)의 회동에 의하여 스플라인 샤프트(400)가 회전되도록 회전 동력이 공급되고, 직선 캠곡선(120)의 회동에 의하여 스플라인 샤프트(400)가 왕복 이송되도록 왕복이송 동력이 공급된다.
제 1 링크(210)는 캠박스(100)의 일단에 위치되며 직선 캠곡선(120)의 유동 에 따라 제 1 힌지축(310)을 중심으로 회동할 수 있도록 구성된다.
제 2 링크(220)는 일측이 제 2 힌지축(320)에 고정되고, 다른 일측은 플랜지(440)에 고정되어 제 2 힌지축(320)을 중심으로 플랜지(440)를 왕복 이송시키도록 구성된다.
제 3 링크(230)는 상기 제 1 링크(210)와 제 2 링크(220)의 일단을 결합하되, 제 1 링크(210)와는 제 3 힌지축(330)을 통해 결합되고, 제 2 링크(220)와는 제 4 힌지축(340)을 통해 결합된다.
상기 제 3 힌지축(330)은 제 1 링크(210)와 제 3 링크(230)의 회전을 지지하고, 제 4 힌지축(340)은 제 3 링크(230)와 제 2 링크(220)의 회전을 지지토록 한다.
캠 박스(100)를 제외한 나머지 구성에 대해 설명하면 다음과 같다.
터렛(410)은 수직한 축 형태로서 일측 외주연에 캠팔로워(430)가 결합되어 캠팔로워(430)의 회전에 따라서 자체 회전한다.
그리고, 스플라인 샤프트(400)의 일측 끝단부 외주연에는 터렛(410)이 설치되며, 스플라인 샤프트(400)와 터렛(410)은 스플라인 결합되어 있어서 터렛(410)이 스플라인 샤프트(400)을 회전시키면서 동시에 스플라인 샤프트의 회전을 지지토록 한다.
아울러, 터렛(410)은 스플라인 샤프트(400)가 제 2 링크(220)의 작용으로 플랜지(440)의 왕복운동에 상응하여 왕복운동을 할 때 왕복이동을 지지하는 역할을 동시에 한다.
본 발명의 스플라인 샤프트 지지용 베어링(610, 620)은 스플라인 샤프트(400)와 하우징(420) 사이에 설치하되 스플라인 샤프트(400)의 상부쪽과 하부쪽에 각각 설치하여 터렛(410)만이 스플라인 샤프트(400)의 회전과 왕복운동을 지지하던 것을 스플라인 샤프트 지지용 베어링(610, 620)이 터렛(410)의 지지작용과 더불어서 스플라인 샤프트(400)의 회전과 왕복운동을 지지토록 한다.
이하 전술한 구성에 따른 본 발명의 동작 과정을 설명한다.
먼저, 기어드 모터가 회동하면, 기어드 모터 회전축(140)에 결합된 캠(110)이 회전운동을 한다.
그러면, 캠(110)에 설치된 회전 캠곡선(130)과 직선 캠곡선(120)이 회동하게 되며, 회전 캠곡선(130)의 회동에 따라서 캠팔로워(430)가 회전되면서 이에 맞물려 있는 터렛(410)이 회전하게 되고, 이에 따라 터렛(410)에 스플라인 결합된 스플라인 샤프트(400)가 회전한다.
이와 동시에 직선 캠곡선(120)이 회동함에 따라서 제 1 링크(210)가 회전운동을 하고, 이에 연동되어 제 3 링크(230) 및 제 2 링크(220)가 회동한다.
이에 따라 제 2 링크(220)에 맞물린 플랜지(440)가 왕복이송되면서 플랜지(440)가 부착되어 있는 스플라인 샤프트(400)가 왕복이송을 한다.
상기 스플라인 샤프트(400)의 왕복이송과 회전운동은 동시에 이루어지며, 이에 따라 툴 체인지 플레이트(500)과 회전운동과 왕복운동을 하여 공구를 교환하게 된다.
이때, 상기 스플라인 샤프트(400)가 회전운동 및 왕복운동을 하게 되면 터 렛(410)이 회전운동과 왕복운동을 지지하게 되고, 이와 동시에 스플라인 샤프트(400)의 상부와 하부에 설치된 스플라인 샤프트 지지용 베어링(610, 620)이 스플라인 샤프트(400)의 회전운동과 왕복운동을 지지한다. 스플라인 샤프트 지지용 베어링(610, 620)은 본 발명의 주요한 구성상 특징이다.
이에 따라 스플라인 샤프트(400)의 지지가 분산되면서 터렛(410)에 가해지는 지지압력이 분산되는 효과가 발생하여 원할한 스플라인 샤프트(400)의 회전운동 및 왕복운동이 이루어지게 된다.
즉, 종래에는 자동공구 교환장치의 공구 교환시 상하 운동 및 회전 운동을 하는 스플라인 샤프트(400)의 지지가 불안정하여 자동공구 교환장치 동작시 스플라인 샤프트(400)가 터렛(410)에 압착되어 공구 교환이 원할하게 진행되지 못하는 문제가 있으나, 본 발명을 이용하게 되면 스플레인 샤프트 지지용 베어링(610, 620)이 스플레인 샤프트(400)의 상부와 하부에서 지지하기 때문에 터렛(410)에 가해지던 압박이 분산되면서 원할한 공구교환이 이루어지게 된다.
이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였다. 그러나, 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 공구교환장치 구성도.
도 2는 본 발명의 공구교환장치 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 캠박스 110: 캠
120: 직선 캠곡선 130: 회전 캠곡선
140: 캠 회전축 210: 제 1 링크
220: 제 2 링크 230: 제 3 링크
310: 제 1 힌지축 320: 제 2 힌지축
330: 제 3 힌지축 340: 제 4 힌지축
400: 스플라인 샤프트 410: 터렛
420: 하우징 430: 캠팔로워
440: 플랜지 500: 툴 체인지 플레이트
610, 620: 스플라인 샤프트 지지용 베어링

Claims (3)

  1. 스플라인 샤프트의 지지구조를 갖는 수평형 머시닝 센터의 자동공구 교환장치로서,
    캠박스(100) 내부에 설치되며 기어드 모터의 구동축과 결합된 회전축(140)에 축 결합되고 외주면에 회전 캠곡선(130)과 일측면에 직선 캠곡선(120)이 형성된 캠(110)과;
    상기 캠(110)의 회전캠 곡선(130)에 맞물려 회전하는 캠팔로워(430)와;
    상기 캠(110)의 직선캠 곡선(120)에 결합되어 직선캠 곡선(120)의 회전에따라 왕복운동하는 링크수단과;
    상기 링크수단에 결합되어 링크수단의 운동에따라 왕복 이송되는 플랜지(440)와;
    상기 캠팔로워(430)에 일측이 결합되어 캠팔로워(430)의 회전에 따라서 자체 회전하는 터렛(410)과;
    상기 터렛(410)에 스플라인 결합되어 터렛(410)의 회전에 따라 회전하며, 동시에 직선 캠곡선(120)의 유동에 상응한 플랜지(440)의 왕복이송에 따라 상하로 왕복이송되는 스플라인 샤프트(400)와;
    상기 스플라인 샤프트(400)와 하우징(420) 사이에 설치하되, 스플라인 샤프트(400)의 상부쪽과 하부쪽에 각각 설치하여 스플라인 샤프트(400)의 회전운동과 왕복운동을 지지하는 스플라인 샤프트 지지용 베어링(610, 620);
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 스플라인 샤프트의 지지구조를 갖는 머시닝 센터 자동공구 교환 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 링크수단은,
    상기 캠박스(100)의 일단에 위치되며 직선 캠곡선(120)의 유동에 따라 제 1 힌지축(310)을 중심으로 회동하는 제 1 링크(210)와;
    일측이 캠박스(100)에 고정된 제 2 힌지축(320)에 고정되고, 다른 일측은 플랜지(440)에 고정되어 제 2 힌지축(320)을 중심으로 플랜지(440)를 왕복 이송시키는 제 2 링크(220)와;
    상기 제 1 링크(210)와 제 2 링크(220)의 일단을 결합하되, 제 1 링크(210)와는 3 힌지축(330)을 통해 결합되고, 제 2 링크(220)와는 제 4 힌지축(340)을 통해 결합되는 제 3 링크(230);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 스플라인 샤프트의 지지구조를 갖는 머시닝 센터 자동공구 교환 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스플라인 샤프트 지지용 베어링(610, 620)은 오일리스베어링인 것을 특징으로 하는 스플라인 샤프트의 지지구조를 갖는 머시닝 센터 자동공구 교환 장치.
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