KR20090089830A - 머시닝 센터의 자동 공구교환장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 머시닝 센터의 자동 공구교환장치에 관한 것으로, 테이블의 양측에 입설된 매거진이 베이스의 상면에 형성된 X축 레일을 따라서 실린더에 의해 작동되도록 구성되되, 작업대상물이 가공될 때에는 테이블과 이격된 위치에서 대기하고 있다가 스핀들이 상승하여 공구를 교체할 시에는 테이블의 상부 중앙으로 수평이동하도록 하여 공구의 교체가 쉽고 빠르게 진행될 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 실린더(21)의 양끝단과 결합된 이송수단(20)과; 상기 이송수단(20)의 상면에 입설되어 실린더(21)가 수축·이완함에 따라 X축 레일(12a)을 따라서 수평으로 이동되는 수직부재(30)와; 상기 수직부재(30)의 상부에 각각 마주보는 형태로 설치되되, 공구(1)가 내재되는 공구수납홈(41)이 1열 이상 배열된 매거진(40)으로 구성되어, 공구(1)를 교체하기 위해 주축(13)이 Z축 방향으로 이동을 완료하면, 상기 실린더(21)가 수축하여 X축 방향으로 매거진(40)을 이동시킨 후, X-Y축 방향으로 매거진(40)이 움직이면서 공구(1)의 교체가 이루어지도록 하며, 공구(1) 교체가 완료된 후에는 실린더(21)가 이완되어 매거진(40)을 테이블(14)과 이격된 위치로 이동시킨 다음 주축(13)이 Z축 방향으로 이동하여 이후 가공을 하도록 한 대략적인 구성을 갖는다.
상기와 같이 구성된 본 발명은, 공구를 교체할 시점이 되면 테이블의 양측에 설치된 두 개의 이송수단이 실린더에 의해 테이블의 상부 중앙으로 수평이동하면 그와 결합된 매거진이 테이블의 상부에서 하나의 매거진 형태로 결합된 다음 공구교체가 이루어지도록 함으로써 단시간 내에 공구교체가 이루어질 수 있을 뿐만 아니라, 장치의 구성이 대단히 간결하면서도 신뢰성은 높은 특징이 있다.
또한, 1축 스핀들뿐만 아니라, 2축 이상의 다축 스핀들이 장착된 머시닝 센터에도 사용가능한바, 특히 2축 스핀들의 경우에는 같은 종류의 공구를 장착하여 가공대상물을 가공함으로써 생산성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 일측 스핀들에는 저속용 공구를 장착하고 타측 스핀들에는 정삭용 공구를 장착하여 가공대상물의 황삭 및 정삭을 동시에 수행할 수 있는 등의 효과가 있다.
머시닝 센터, 자동 공구교환장치, ATC, 매거진, 스핀들

Description

머시닝 센터의 자동 공구교환장치 { AUTOMATIC TOOL CHANGER OF MACHINING CENTER }
본 발명은 머시닝 센터의 자동 공구교환장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게 설명하면, 테이블의 양측에 입설된 매거진이 베이스의 상면에 형성된 X축 레일을 따라서 실린더에 의해 작동되도록 구성되되, 작업대상물이 가공될 때에는 테이블과 이격된 위치에서 대기하고 있다가 스핀들이 상승하여 공구를 교체할 시에는 테이블의 상부 중앙으로 수평이동하도록 하여 공구의 교체가 쉽고 빠르게 진행될 수 있도록 한 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 전 후진과 회전을 해야 함으로써 공구교환 시간이 대단히 많이 소요됨은 물론, 공구 교체지연으로 인한 전체 가공효율을 저하시키는 문제점을 내포하고 있었으며, 스핀들이 2축 이상 다축일 경우에는 종래의 자동 공구교환장치는 사용할 수 없는 문제점이 있었다.
뿐만 아니라, 교체될 공구를 인덱스 하기 위해서는 정밀하게 제어할 수 있는 서보모터 등의 장치와 이를 구동하는 동력이 반드시 필요하여 자동 공구교환장치의 제품 단가가 상승되는 문제점을 초래하였고, 연동이 되지 않거나 정밀하게 제어되지 않을 경우에는 불량품이 발생할 뿐만 아니라, 고장이 자주 발생하는 폐단이 있었다.
상기와 같은 문제점을 감안하여 발명한 본 발명은 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 실린더(21)의 양끝단과 결합된 이송수단(20)과; 상기 이송수단(20)의 상면에 입설되어 실린더(21)가 수축·이완함에 따라 X축 레일(12a)을 따라서 수평으로 이동되는 수직부재(30)와; 상기 수직부재(30)의 상부에 각각 마주 보는 형태로 설치되되, 공구(1)가 내재되는 공구수납홈(41)이 1열 이상 배열된 매거진(40)으로 구성되어, 공구(1)를 교체하기 위해 주축(13)이 Z축 방향으로 이동을 완료하면, 상기 실린더(21)가 수축하여 X축 방향으로 매거진(40)을 이동시킨 후, X-Y축 방향으로 매거진(40)이 움직이면서 공구(1)의 교체가 이루어지도록 하며, 공구(1) 교체가 완료된 후에는 실린더(21)가 이완되어 매거진(40)을 테이블(14)과 이격된 위치로 이동시킨 다음 주축(13)이 Z축 방향으로 이동하여 이후 가공을 하도록 한 대략적인 구성을 갖는다.
상기와 같이 구성된 본 발명은, 공구를 교체할 시점이 되면 테이블의 양측에 설치된 두 개의 이송수단이 실린더에 의해 테이블의 상부 중앙으로 수평이동하면 그와 결합된 매거진이 테이블의 상부에서 하나의 매거진 형태로 결합된 다음 공구교체가 이루어지도록 함으로써 단시간 내에 공구교체가 이루어질 수 있을 뿐만 아니라, 장치의 구성이 대단히 간결하면서도 신뢰성은 높은 특징이 있다.
또한, 1축 스핀들뿐만 아니라, 2축 이상의 다축 스핀들이 장착된 머시닝 센터에도 사용가능한바, 특히 2축 스핀들의 경우에는 같은 종류의 공구를 장착하여 가공대상물을 가공함으로써 생산성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 일측 스핀들에는 저속용 공구를 장착하고 타측 스핀들에는 정삭용 공구를 장착하여 가공대상물의 황삭 및 정삭을 동시에 수행할 수 있는 등의 효과가 있다.
본 발명은 머시닝 센터의 자동 공구교환장치에 관한 것으로, 테이블의 양측에 입설된 매거진이 베이스의 상면에 형성된 X축 레일을 따라서 실린더에 의해 작동되도록 구성되되, 작업대상물이 가공될 때에는 테이블과 이격된 위치에서 대기하고 있다가 스핀들이 상승하여 공구를 교체할 시에는 테이블의 상부 중앙으로 수평이동하도록 하여 공구의 교체가 쉽고 빠르게 진행될 수 있도록 한 특징이 있다.
이하 본 발명의 실시 예를 예시도면을 통해 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 측면도를 나타낸 것이고, 도 2a 및 도 2b는 본 발명의 작동상태 정면도를 나타낸 것이며, 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 작동상태 평면도를 나타낸 것이고, 도 4는 본 발명 매거진의 요부확대도를 나타낸 것으로, 도시한 바와 같이, 머시닝 센터(10)의 베이스(12) 상부에 설치되는 자동 공구교환장치(ATC)는 X축 레일(12a)을 따라 움직이는 이송수단(20)과, 그 상부로 수직부재(30)가 입설되며, 수직부재(30)의 상단에는 매거진(40)이 일체로 결합되는바, 베이스(12)의 상부에 설치된 자동 공구교환장치는 실린더(21)가 이완·수축함에 따라 테이블(14)과 이격된 양측에서 테이블(14)의 중앙으로 이동되는 형태로 구성된다.
우선, 머시닝 센터(10)의 구성을 살펴보면, 통상적으로 널리 사용되는 주축(13)이 Z축 방향으로만 움직이는 주축(13) 고정식 머시닝 센터(10)로, 머시닝 센 터(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 구성된다.
한편, 상기 베이스(12)의 상부 양측에 설치되어 자동으로 공구를 교환할 수 있도록 하는 자동 공구교환장치(ATC)는 X축 레일(12a)을 따라 움직이도록 구성된 이송수단(20)과 수직부재(30) 및 매거진(40)으로 구성된다.
이송수단(20)의 구성을 살펴보면, 테이블(14)의 양측에 각각 하나씩 설치되는 플레이트 형태로, 이송수단(20)의 하단으로는 안착발(22)이 형성되어 상기 X축 레일(12a)을 따라서 슬라이딩할 수 있도록 구성된다.
그리고 이송수단(20)끼리는 실린더(21)에 의해 연결되는바, 실린더(21)의 일측단은 우측 이송수단(20)에 결합되고, 실린더(21)의 타측은 좌측 이송수단(20)에 각각 결합되어 실린더(21)가 공압에 의해 수축 및 이완하게 되면 두 개의 이송수단(20)이 수평방향으로 동시에 움직이는 구성을 갖는다.
다시 말해, 실린더(21)가 공압에 의해 수축하게 되면 좌·우측 이송수단(20)이 테이블(14) 측으로 수평이동하여 테이블(14)과 맞닿은 상태로 작동하게 되며, 실린더(21)가 이완하게 되면 좌·우측 이송수단(20)이 테이블(14)에서부터 X축 레일(12a)의 끝까지 이격되는 작동을 하게 된다.
한편, 수직부재(30)의 구성을 살펴보면, 상기 이송수단(20)의 상부에 각각 설치되는바, 전면에서 보았을 때, 좌측 이송수단(20)의 상부에 설치되는 수직부재(30)의 단면형태는 '┏'의 형태이고, 우측 이송수단(20)의 상부에 설치되는 수직부재(30)의 단면형태는 '┓'의 형태로 상기 이송수단(20)의 작동에 따라 테이블(14)의 상부에서 일체로 결합되었다가 분리되는 작동을 하게 된다.
마지막으로 상기 수직부재(30)의 최상부에 설치되는 매거진(40)의 구성을 살펴보면, 평면으로 보았을 때 반타원 형태의 금속구조물로 구성되되, 직선구간의 내·외주로는 공구수납홈(41)이 연속적으로 설치된 구성을 갖는다.
매거진(40)의 구성을 상세히 살펴보면, 전면에서 보았을 때, 좌측 수직부재(30)의 상부에 설치되는 매거진(40)의 형태는 '⊂'의 형태이고, 우측 수직부재(30)의 상부에 설치되는 매거진(40)의 형태는 '⊃'의 형태로 상기 이송수단(20)의 작동에 따라 테이블(14)의 상면에서 타원형태로 결합되었다가 반타원 형태로 분리되는 동작을 하게 된다.
이와 같이 매거진(40)이 반으로 분리된 형태로 대기하고 있다가 공구교체시기가 되면 수평방향으로 신속하게 움직여서 하나의 매거진(40) 형태로 동작함으로 인해 공구교체시간이 현저히 줄어들 뿐만 아니라 신뢰성이 높은 특징이 있다.
상기 매거진(40)의 직선구간의 내·외주에는 반원형 홈 형태의 공구수납홈(41)이 연속 배열되어 있으며, 공구수납홈(41)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(41)에 진입하게 되면, 공구수납홈(41)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(41)에 완전히 거치되면, 스프링(42d)의 탄성력에 의해 습동구(42c)가 지속적으로 전진하는 힘이 발생하여 공구(1)가 공구수납홈(41)에 안정적으로 거치될 수 있도록 구성된다.
본 발명에서는 매거진(40)의 형태가 반타원형인 것을 기준으로 설명하고 있지만, 반타원형뿐만 아니라, 교체될 공구(1)의 개수와 작업환경 등에 따라서 사각형태 혹은 공구수납홈(41)이 다수열로 배열된 형태의 매거진(40)으로도 충분히 변형 실시가 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) 상에 자동 공구교환장치(ATC)를 설치한다.
자동 공구교환장치(ATC)의 조립 및 설치를 상세히 살펴보면, 먼저 베이스(12)의 상면에 실린더(21)를 설치하고, 실린더(21)의 양측단에 이송수단(20)을 설치하되, 상기 X축 레일(12a)을 따라서 이동되도록 설치하며, 이송수단(20)의 상면으로는 수직부재(30)를 입설하도록 한다.
수직부재(30)의 최상단으로는 매거진(40)이 설치하되, 매거진(40)에는 다수개의 공구수납홈(41)이 형성되고, 공구수납홈(41)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 수평방향으로 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(41) 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 같은 과정을 반복함으로써 공구(1)가 자동으로 교체되면서 가공작업이 신속하게 진행되는 작동과정을 갖는다.
본 발명은 1축 스핀들뿐만 아니라, 2축 이상의 다축 스핀들이 장착된 머시닝 센터에도 공히 적용가능한 것으로, 특히 2축 스핀들의 경우에는 같은 종류의 공구를 장착하여 가공대상물을 가공함으로써 생산성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 일측 스핀들에는 저속용 공구를 장착하고 타측 스핀들에는 정삭용 공구를 장착하여 가공대상물의 황삭 및 정삭을 동시에 수행할 수 있는바, 이러한 변형실시 또한 본 발명의 기술적 사상 내에서 당업자라면 충분히 변형실시 가능한 것이므로 본 발명의 권리범위 내에 속하는 것이 자명한 사실이라 하겠다.
도 1은 본 발명의 측면도
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 작동상태 정면도
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 작동상태 평면도
도 4는 본 발명 매거진의 요부확대도
[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]
1 : 공구 1a : 요홈
10 : 머시닝 센터 11 : 본체
12 : 베이스 12a : X축 레일
13 : 주축 14 : 테이블
20 : 이송수단 21 : 실린더
22 : 안착발 30 : 수직부재
40 : 매거진 41 : 공구수납홈
42a : 결착구 42b : 하우징
42c : 습동구 42d : 스프링

Claims (4)

  1. 머시닝 센터의 자동 공구교환장치에 있어서,
    본체(11)와 베이스(12), 주축(13) 및 테이블(14)로 구성된 머시닝 센터(10)와;
    상기 베이스(12)의 상면에 형성된 X축 레일(12a)을 따라서 실린더(21)에 의해 수평방향으로 이동되도록 실린더(21)의 양끝단과 결합된 이송수단(20)과;
    상기 이송수단(20)의 상면에 입설되어 실린더(21)가 수축·이완함에 따라 X축 레일(12a)을 따라서 수평으로 이동되는 수직부재(30)와;
    상기 수직부재(30)의 상부에 각각 마주보는 형태로 설치되되, 공구(1)가 내재되는 공구수납홈(41)이 1열 이상 배열된 매거진(40)으로 구성되어,
    공구(1)를 교체하기 위해 주축(13)이 Z축 방향으로 이동을 완료하면, 상기 실린더(21)가 수축하여 X축 방향으로 매거진(40)을 이동시킨 후, X-Y축 방향으로 매거진(40)이 움직이면서 공구(1)의 교체가 이루어지도록 하며, 공구(1) 교체가 완료된 후에는 실린더(21)가 이완되어 매거진(40)을 테이블(14)과 이격된 위치로 이동시킨 다음 주축(13)이 Z축 방향으로 이동하여 이후 가공이 행해지도록 구성됨을 특징으로 하는 머시닝 센터의 자동 공구교환장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    이송수단(20)은 테이블(14)의 양측에 각각 하나씩 설치되는 플레이트 형태로, 이송수단(20)의 하단으로는 안착발(22)이 형성되어 상기 X축 레일(12a)을 따라서 슬라이딩할 수 있도록 구성되며, 각각의 이송수단(20)은 실린더(21)에 의해 연결·결합되어 실린더(21)가 공압에 의해 수축 및 이완하게 되면 두 개의 이송수단(20)이 수평방향으로 동시에 움직이도록 구성됨을 특징으로 하는 머시닝 센터의 자동 공구교환장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    수직부재(30)는 이송수단(20)의 상부에 각각 설치되는바, 전면에서 보았을 때, 좌측 이송수단(20)의 상부에 설치되는 수직부재(30)의 단면형태는 '┏'의 형태이고, 우측 이송수단(20)의 상부에 설치되는 수직부재(30)의 단면형태는 '┓'의 형태로 상기 이송수단(20)의 작동에 따라 테이블(14)의 상부에서 일체로 결합되었다가 분리되는 형태로 작동됨을 특징으로 하는 머시닝 센터의 자동 공구교환장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    매거진(40)은 전면에서 보았을 때, 좌측 수직부재(30)의 상부에 설치되는 매거진(40)의 형태는 '⊂'의 형태이고, 우측 수직부재(30)의 상부에 설치되는 매거진(40)의 형태는 '⊃'의 형태로 상기 이송수단(20)의 작동에 따라 테이블(14)의 상 면에서 타원형태로 결합되었다가 반타원 형태로 분리되는 형태로 작동됨을 특징으로 하는 머시닝 센터의 자동 공구교환장치.
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