KR20110071866A - 공작기계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공작기계에 관한 것이다.

본 발명에 따른 공작기계는, 툴 매거진(5)의 일측에 설치되고 액추에이터(30)의 확장작용이 완료되는 위치에서 포크(34)와 접촉되어 충격과 소음을 흡수하는 제1 완충 가이드 부재(100),상기 툴 매거진(5)의 하측에 설치되어 툴 포트(22)가 수직자세일 때에 툴 포트(22)의 일측과 접촉되어 충격과 소음을 흡수하는 제2 완충 가이드 부재(110) 및 상기 포크(34)의 내측 상면 또는 내측 하면에 설치되어 작동롤러(26)와의 틈새를 제거하고 작동롤러(26)의 진입을 유도하는 제1 안내면 또는 제2 안내면이 형성된 제1 스페이서(120) 또는 제2 스페이서 (130)를 포함한다.

공작기계, 툴 매거진, 자동 공구교환장치, 툴 포트, 자세 정렬

Description

공작기계{Machine tool}

본 발명은 공작기계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 테이블에 공작물이 설치되고 스핀들이 공구가 장착되어 공작물과 공구간의 상대운동에 의해 공작물을 절삭가공하며, 일측에 여러 개의 공구를 수납하는 툴 매거진이 설치되고 툴 매거진의 공구와 스핀들의 공구를 교환하는 자동 공구 교환장치가 설치된 공작기계에 관한 것이다.

일반적으로 공작기계는 일측에 툴 매거진(Tool magazine)이 설치되고, 그 툴 매거진에는 여러 개의 공구가 수납되며, 자동 공구 교환장치(ATC)에 의해 툴 매거진에 수납된 공구와 스핀들에 장착된 공구가 교환된다.

종래의 공작기계를 첨부도면 도 1을 참조하여 좀 더 상세하게 설명한다.

첨부도면 도 1은 종래의 공작기계를 설명하기 위한 예시도면이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 공작기계(1)는 칼럼(2)의 전방에는 Z축 방향으로 운동되고 공구가 장착되는 스핀들(3), 상술한 칼럼(2)의 전방에 설치되어 X축과 Y축의 방향으로 운동되고 공작물이 설치는 테이블(4), 상술한 칼럼(2)의 일측에 설 치되어 공구를 수납하는 툴 매거진(5) 및 상술한 툴 매거진(5)에 수납된 공구와 상술한 스핀들(3)에 장착된 공구를 교환하는 자동 공구 교환장치(6)를 포함하여 구성된다.

즉, 상술한 스핀들(3)에 공구가 장착되고 상술한 테이블(4)에 공작물이 장착된 상태에서 스핀들(3)은 Z축 방향으로 운동하고, 테이블(4)은 X축과 Y축의 방향으로 운동하면서 공작물을 절삭가공하게 된다.

또한, 공구교환의 지령이 내려지면, 스핀들(3)은 공구교환위치로 이동되고, 툴 매거진(5)에서는 선택된 특정한 공구가 공구교환위치(7)로 이동되며, 상술한 자동 공구 교환장치(6)에 의해 공구가 교환되는 것이다.

상술한 툴 매거진(5) 및 자동 공구교환장치(6)는 첨부 도면 도 2를 참조하여 좀 더 상세하게 설명한다.

첨부도면 도 2는 종래의 공작기계에서 툴 매거진과 자동 공구 교환장치를 설명하기 위한 예시 정면도면이다.

툴 매거진(5)은 프레임의 스프로킷(10)이 설치되고, 스프로킷(10)에는 체인(12)이 설치되며, 체인(12)의 축핀에는 주행 롤러(14)가 배치된다.

또한, 툴 매거진(5)의 프레임에는 궤도 트랙(16)이 설치될 수 있고, 상술한 궤도 트랙(16)에 주행 롤러(14)가 배치되며 상술한 체인(12)은 궤도 트랙(16)에 의해 안내되어 주행될 수 있다.

또한, 상술한 체인(12)의 일측에는 브래킷(20)이 설치되고, 브래킷(20)에는 공구(70)를 수납하기 위한 툴 포트(22)가 축(24)에 의해 회전가능하게 설치되며, 상술한 툴 포트(22)의 일측에는 작동롤러(26)가 구비된다.

상술한 툴 포트(22)는 툴 매거진(5)의 내에서 체인(12)이 주행되는 구간에서는 수평자세일 수 있고, 공구교환위치(7)에서는 수직자세로 전환될 수 있다.

또한, 상술한 자동 공구 교환장치(6)는 승강 및 선회의 운동을 하는 승강 샤프트(6a)가 구비되고, 상술한 승강 샤프트(6a)의 하단 양측에는 공구(70)를 파지하기 위한 그리퍼(60)가 구비된다.

공구가 그리퍼(60)에 출납될 때에는 승강 샤프트(6a)가 선회 운동을 하고, 공구가 스핀들(3) 또는 툴 포트(22)에 장착/수납될 때에는 상술한 승강 샤프트(6a)가 승강 운동한다.

상술한 툴 포트(22)의 구성 및 작용을 첨부도면 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다.

첨부도면 도 3 및 도 4는 종래의 툴 매거진의 작용을 설명하기 위한 도면으로서, 도 3은 툴 매거진(5)에서 툴 포트(22)가 수평상태일 때를 보인 것이고, 도 4는 툴 매거진(5)에서 툴 포트(22)가 수직상태일 때를 보인 것이다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 툴 매거진(5)의 한쪽에는 액추에이터(30)가 설치되고, 액추에이터(30)의 로드(32)에는 포크(34)가 설치된다.

상술한 포크(34)는 단면 형상이 대략 디귿자 형상으로써, 내측에 상측내면(36)과 하측내면(38)이 이격되어 형성되고 하측내면(38)의 일측에는 하경사면(38a)이 형성된다.

또한, 상술한 툴 매거진(5)의 한쪽에는 툴 포트 가이드(40)가 설치되고, 툴 포트 가이드(40)의 일측에는 툴 포트 수납부(42)가 형성되며, 툴 포트 수납부(42)는 원호형상 홈으로 형성될 수 있다.

다른 한편으로, 상술한 툴 포트(22)의 일측에 구비된 작동 롤러(26)는 상술한 포크(34)의 내측에 배치될 수 있고, 좀 더 상세하게는 체인(12)이 주행하는 동안에 툴 포트(22)의 작동 롤러(26)가 상술한 포크(34)를 경유하며 선택된 공구가 수납된 툴 포트(22)가 공구교환 위치(7)로 이동되었을 때에 상술한 작동롤러(26)는 상술한 포크(34)의 내에 위치된다.

즉, 도 3에 나타낸 바와 같이, 공구교환이 이루어지지기 전 또는 공구교환이 완료된 후에는 툴 포트(22)가 수평상태를 유지하는 것이고, 도 4에 나타낸 바와 같이 공구교환이 이루어지는 동안에는 툴 포트(22)가 수직상태를 유지하는 것이다.

상술한 바와 같이, 툴 포트(22)는 수평상태와 수직상태로 자세를 전환하는 데, 이는 상술한 액추에이터(30)의 구동에 의해 작동된다.

툴 포트(22)가 수직 자세에서 수평 자세로 전환될 때에는 도 3에 나타 낸바와 같이, 액추에이터(30)가 로드(32)를 확장하는 방향으로 작용하고, 이때 축(24)과 작동롤러(26)의 위치를 살펴보면 축(24)의 중심에서 거리(L)만큼 X축 방향에 위치하므로 액추에이터(30)의 구동에 의해 포크(34)가 하강하면 작동롤러(26)는 포크(34)의 상측내면(36)에 밀리면서 축(24)을 중심으로 포트(22)를 회전시켜 수평 자세로 전환하는 것이다.

반대로, 툴 포트(22)가 수평 자세에서 수직 자세로 전환될 때에는 도 4에 나 타낸 바와 같이, 액추에이터(30)가 수축되는 방향으로 작용하고, 이로써 포크(34)는 작동롤러(26)를 끌어 당겨 툴 포트(22)를 수직 자세로 전환하는 것이다.

또한, 툴 포트(22)가 수직 자세로 전환되면 툴 포트(22)의 일부는 툴 포트 가이드(40)의 툴 포트 수납부(42)에 수납된다.

그러나 상술한 종래의 공작기계의 툴 매거진은 다음과 같은 문제점이 지적된다.

상술한 액추에이터(30)는 확장되어 멈출 때에 충격이 발생하고, 그러한 충격은 툴 포트(22)에서 공구(70)가 임의로 이탈되는 원인이 되고 또한 충격 소음이 발생한다.

또한, 툴 포트(22)가 수직 자세로 전환되는 과정에서 툴 포트(22)에 공구(70)가 장착되어 있는 상태라면 그 공구(70)의 무게가 중력으로 작용하므로 더 빠른 속도로 낙하될 수 있고, 이로써 툴 포트(22)가 툴 포트 수납부(42)에 수납될 때에 충격과 소음이 발생하며 충격에 의해 공구(70)가 임의로 분리되어 낙하되는 문제점이 있다.

또 다른 한편으로, 툴 포트(22)가 수직 자세를 취할 때에 툴 포트(22)가 흔들리지 않도록 붙잡아 주는 별도의 구성이 제공되지 않아 툴 포트(22) 흔들거리거나 불안정한 상태일 수 있고, 심지어 툴 포트(22)의 축선이 수직을 이루지 못하고 어느 한쪽으로 기울어진 상태일 수 있다.

특히, 상술한 바와 같이 툴 포트(22)가 기울어진 상태에 공구교환이 시도될 경우에는 그리퍼(60)가 공구(70)를 정교하게 파지하지 못하여 승강 샤프트(6a)가 선회될 때에 공구(70)가 이탈/낙하하는 사고가 발생할 수 있다.

또한, 상술한 포크(34)에서 작동 롤러(26)를 이동시킬 때에 작동 롤러(26)의 외경은 상술한 상내측면(36) 또는 하내측면(38)에 구름접촉을 하는데 상내측면(36)과 하내측면(38)의 사이 거리는 상술한 작동롤러(26)의 지름보다 크기 때문에 포크(34)의 작동이 전환되어 작동될 때에 지름과 거리의 차이만큼 이동되어 작동롤러(26)와 접촉하므로 소음이 발생하는 문제점이 있다.

또한, 그리퍼(60)는 공구교환이 이루어질 때에 공구(70)를 파지하는 작용을 하는데 이때 그리퍼(60)와 공구(70)의 위치정렬이 이루어져야 공구 교환이 정교하게 진행될 수 있다.

종래에 그리퍼(60)에 공구(70)가 장착되는 상태를 첨부도면 도 5를 참조하여 설명한다.

첨부도면 도 5는 종래의 자동 공구 교환장치에서 그리퍼를 설명하기 위한 도면이다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 그리퍼(60)는 내측에 투스(62)가 형성되고, 투스(62)의 양측면은 사다리꼴 형상으로 경사진 투스 경사면(66)이 형성된다.

또한, 공구(70)는 외경에 그루브(76)가 형성되고, 상술한 그루브(76)는 단면 형상이 사다리꼴 형상으로 측면이 경사지게 그루브 경사면(78)을 형성한다.

즉, 도 5의 상세도면에 나타낸 바와 같이 종래에는 그리퍼(60)는 공구(70)를 파지할 때에 투스(62)가 그루브(76)에 삽입되는 형태로 파지하게 되는데, 이때 단 순히 투스(62)가 그루브(76)에 삽입되는 형태일 뿐 그리퍼(60)와 공구(70)간에 위치를 정렬하지는 않는 것이고 이로써 공구(70)의 자세가 올바르지 못할 수 있는 문제점이 있다.

특히, 상술한 바와 같이, 그리퍼(60)에 공구(70)가 수직 자세를 유지하지 못하고 비뚤어져 있을 때에는 스핀들(3) 또는 툴 포트(22)에 장착/수납 될 때에 정교하지 못하고 불안정하게 장착/수납되는 문제점이 있다.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 툴 매거진에서 툴 포트의 자세가 수평에서 수직으로 전환될 때에 충격을 흡수하고 수직 자세를 정렬하도록 하는 공작기계를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 그리퍼에서 공구를 파지할 때에 그리퍼와 공구 간에 위치를 정렬하도록 하여 공구교환이 정교하게 진행되도록 하는 공작기계를 제공하는데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 공작기계는, 툴 매거진의 일측에 설치되고 액추에이터의 확장작용이 완료되는 위치에서 포크와 접촉되어 충격과 소음을 흡수하는 제1 완충 가이드 부재; 상기 툴 매거진의 하측에 설치되어 툴 포트가 수직자세일 때에 툴 포트의 일측과 접촉되어 충격과 소음을 흡수하는 제2 완충 가이드 부재; 및 상기 포크의 내측 상면 또는 내측 하면에 설치되어 작동롤러와 틈새를 제거하고 상기 작동롤러의 진입을 유도하는 제1 안내면 또는 제2 안내 면이 형성된 제1 스페이서 또는 제2 스페이서;를 포함한다.

또한, 상기 제2 완충가이드 부재는, 상기 툴 포트가 수직자세일 때에 툴 포트의 턱을 수납하고 억류하도록 턱 수납부;가 더 형성되는 것일 수 있다.

또한, 상기 공작기계의 한쪽에 설치되어 스핀들과 상기 툴 포트에서 공구를 교환하는 자동 공구 교환장치; 상기 자동 공구교환장치에 설치되어 상기 공구를 파지하는 그리퍼; 및 상기 그리퍼에 양측면이 경사지도록 투스 경사면이 형성된 투스;를 포함하고, 상기 투스의 폭(W2)은 상기 공구에 형성된 그루브의 폭(W1)보다 크게 형성되어 상기 그리퍼에 상기 공구가 장착될 때에 상기 투스 경사면과 상기 그루브가 접촉하여 상기 공구가 위치 정렬되는 것일 수 있다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 공작기계는 툴 포트가 자세를 전환할 때에 발생하는 충격과 소음을 줄일 수 있고, 아울러 툴 포트가 수직자세로 전환되었을 때에 위치를 정렬할 수 있어 공구교환이 정교하게 진행될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 공작기계는 그리퍼에 공구가 파지될 때에 그리퍼와 공구간의 위치정렬이 이루어지므로 공구교환이 정교하게 진행될 수 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭하고, 종래의 기술과 동일한 구성에 대하여 동일한 부호를 부여하고 그에 따른 상세한 설명은 생략한다.

이하, 도 6 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계에 대해서 설명한다.

첨부도면 도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 툴 매거진을 설명하기 위한 도면으로서, 도 6은 툴 매거진에서 툴 포트가 수평상태일 때를 보인 것이고, 도 7은 툴 매거진에서 툴 포트가 수직상태일 때를 보인 것이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 자동 공구 교환장치에서 그리퍼를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 일실시예에 따른 공작기계(1)는 툴 매거진(5)에서 툴 포트(22)의 자세 전환 구성과 그리퍼(160)의 구성을 개선한 것이다.

상술한 툴 포트(22)의 자세 전환구성은 첨부도면 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다.

액추에이터(30)의 작동에 의해 포크(34)가 하강하고 하강이 완료되는 위치에 제1 완충 가이드부재(100)가 툴 매거진(5)의 한쪽에 설치된다.

즉, 상술한 제1 완충 가이드 부재(100)는 포크(34)가 하강하였을 때에 부딪히면서 충격과 소음을 흡수하고 이로써 그 충격이 툴 포트(22)에 전달되지 않도록 하는 것이다.

또한, 툴 포트 가이드(40)의 한쪽에는 제2 완충 가이드 부재(110)가 배치되고, 상술한 제2 완충가이드 부재(110)는 툴 포트(22)가 수직 자세로 전환되었을 때에 툴 포트(22)와 부딪히는 충격과 소음을 흡수하도록 한 것이다.

또한, 상술한 제2 완충 가이드 부재(110)의 일측에는 상술한 툴 포트(22)에 형성된 턱(23)과 대응하는 형상으로 턱 수납부(112)가 형성될 수 있다.

상술한 툴 포트(22)의 외형은 원통형상에 평탄한 측면(23a)이 형성되는 것으로 측면(23a)과 외경면(23b)의 경계에 턱(23)이 형성되는 것이다.

즉, 상술한 턱 수납부(112)는 상술한 턱(23)과 대응하는 위치에 형성됨으로서 툴 포트(22)가 수직자세로 전환되었을 때에 도 7에 나타낸 바와 같이 턱(23)이 턱 수납부(112)에 수납되고 이로써 툴 포트(22)의 유동을 억제할 수 있는 것이다.

또한, 상술한 포크(34)의 내측 상면과 내측 하면에는 각각 제1, 제2 스페이서(120)(130)가 설치될 수 있고, 이때 제1 스페이서(120) 또는 제2 스페이서(130)는 작동롤러(26)가 포크(34)의 내에 위치되었을 때에 작동롤러(26)와의 간격이 발생하지 않도록 하는 것이다.

즉, 상술한 포크(34)의 작동이 반전될 때에 백래시(back-lash)가 발생하지 않으므로 포크(34)의 작동 반전에 의한 충격과 소음이 발생하지 않고 정교하게 작용하는 것이다.

다른 한편으로, 상술한 포크(34)에 작동 롤러(26)가 진입될 때에는 포크(34)의 측면방향에서 진입하는 것이므로, 작동롤러(26)의 진입을 유도하기 위한 경사진 형태의 제1, 제2 안내면(122)(132)이 상술한 제1 스페이서(120) 또는 제2 스페이서(130)의 일측에 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 다른 공작기계의 그리퍼(160)는 도 8에 나타낸 바와 같이, 그리퍼(160)에 공구(70)가 장착될 때에 위치가 정렬될 수 있다.

또한, 그리퍼(160)에 투스(162)가 형성되고, 그 투스(162)의 양측면에는 투스 경사면(166)이 형성되는데, 이때, 투스(162)의 폭(W2)은 공구(70)에 형성된 그루브(76)의 폭(W1)보다 상대적으로 크게 형성한 것이다.

즉, 그리퍼(160)에 공구(70)가 장착되면, 항상 투스 경사면(166)과 그루브 경사면(78)이 접촉하고 그루브 내경면(164)과 툴 섕크 외경면(74)의 사이는 이격된 상태일 수 있고, 이로써 공구(70)의 자세가 정렬될 수 있는 것이다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명에 따른 툴 매거진은 공작기계의 한쪽에 설치되고 여러 개의 공구가 수납되며 자동 공구 교환장치에 의해 공구교환이 이루어질 때에 공구가 출납되는 데에 이용될 수 있다.

도 1은 종래의 공작기계를 설명하기 위한 예시도면이다.

도 2는 종래의 공작기계에서 툴 매거진과 자동 공구 교환장치를 설명하기 위한 예시 정면도면이다.

도 3 및 도 4는 종래의 툴 매거진의 작용을 설명하기 위한 도면으로서,

도 3은 툴 매거진에서 툴 포트가 수평상태일 때를 보인 것이고,

도 4는 툴 매거진에서 툴 포트가 수직상태일 때를 보인 것이다.

도 5는 종래의 자동 공구 교환장치에서 그리퍼를 설명하기 위한 도면이다.

도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 툴 매거진을 설명하기 위한 도면으로서,

도 6은 툴 매거진에서 툴 포트가 수평상태일 때를 보인 것이고,

도 7은 툴 매거진에서 툴 포트가 수직상태일 때를 보인 것이다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 자동 공구 교환장치에서 그리퍼를 설명하기 위한 도면이다.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

1: 공작기계 2: 칼럼

3: 스핀들 4: 테이블

5: 툴 매거진 6: 자동 공구 교환장치

7: 툴 교환위치

10: 체인 스프로킷 12: 체인

14: 주행 롤러 16: 트랙

20: 브래킷 22: 툴 포트

23: 턱 23a: 측면

23b: 외경면 24: 축

26: 승강 롤러 30: 액추에이터

32: 로드 34: 포크

36: 상내측면 38: 하내측면

38a: 하경사면 40: 툴 포트 가이드

42: 툴 포트 수납부 60, 160: 그리퍼

62, 162: 투스 64, 164: 그리퍼 내경면

66, 166: 투스 경사면 70: 공구

72: 툴 섕크 74: 툴 섕크 외경면

76: 그루브 78: 그루브 경사면

100: 제1 완충 가이드 부재 110: 제2 완충 가이드 부재

112: 턱 수납부 120: 제1 스페이서

130: 제2 스페이서

Claims (3)

1. 툴 매거진(5)의 일측에 설치되고 액추에이터(30)의 확장작용이 완료되는 위치에서 포크(34)와 접촉되어 충격과 소음을 흡수하는 제1 완충 가이드 부재(100);

   상기 툴 매거진(5)의 하측에 설치되어 툴 포트(22)가 수직자세일 때에 툴 포트(22)의 일측과 접촉되어 충격과 소음을 흡수하는 제2 완충 가이드 부재(110); 및

   상기 포크(34)의 내측 상면 또는 내측 하면에 설치되어 작동롤러(26)와의 틈새를 제거하고 상기 작동롤러(26)의 진입을 유도하는 제1 안내면(122) 또는 제2 안내면(132)이 형성된 제1 스페이서(120) 또는 제2 스페이서 (130):

   를 포함하는 하는 공작기계.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제2 완충가이드 부재(110)는,

   상기 툴 포트(22)가 수직자세일 때에 툴 포트(22)의 턱(23)을 수납하고 억류하도록 턱 수납부(112);

   가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 공작기계.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 공작기계(1)의 한쪽에 설치되어 스핀들(3)과 상기 툴 포트(22)에서 공구(70)를 교환하는 자동 공구 교환장치(6); 상기 자동 공구교환장치(6)에 설치되어 상기 공구(70)를 파지하는 그리퍼(160); 및 상기 그리퍼(160)에 양측면이 경사지도록 투스 경사면(166)이 형성된 투스(162);를 포함하고,

   상기 투스(162)의 폭(W2)은 상기 공구(70)에 형성된 그루브(76)의 폭(W1)보다 크게 형성되어 상기 그리퍼(160)에 상기 공구(70)가 장착될 때에 상기 투스 경사면(166)과 상기 그루브(76)가 접촉하여 상기 공구(70)가 위치 정렬되는 것

   을 특징으로 하는 공작기계.

Images