KR20130084569A - 공구 이동 장치 - Google Patents

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KR20130084569A
KR20130084569A KR1020120005443A KR20120005443A KR20130084569A KR 20130084569 A KR20130084569 A KR 20130084569A KR 1020120005443 A KR1020120005443 A KR 1020120005443A KR 20120005443 A KR20120005443 A KR 20120005443A KR 20130084569 A KR20130084569 A KR 20130084569A
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정경효
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현대위아 주식회사
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Abstract

본 발명은 공구 매거진과 공구 교환 장치 사이의 공구 포트의 이동 거리에 관계 없이 공구 포트를 고속으로 이동시킬 수 있는 공구 이동 장치를 개시한다. 본 발명에 따른 공구 이동 장치는 공구 매거진과 공구 교환 장치를 연결하는 가이드 플레이트 및 지지 플레이트; 소정 길이를 가지며, 구동부의 구동축과 연결되어 회전하는 볼 스크류; 및 볼 스크류의 회전에 따라 지지 플레이트 상에서 직선 이동하며, 공구 매거진에 탑재된 공구 포트를 클램핑 및 언클램핑하는 공구 포트 클램핑 유니트를 포함한다. 여기서, 공구 포트 클램핑 유니트는 공구 매거진에 장착된 공구 포트를 클램핑한 상태에서 볼 스크류의 회전에 따라 지지 플레이트 상에서 공구 교환 장치로 이동되고, 이후 공구 포트 클램핑 유니트는 공구 포트를 언클램핑한다. 공구 포트 클램핑 유니트는; 내주면에 나선부가 형성되고 내부에 볼 스크류가 삽입되는 관통로를 갖고 있어 볼 스크류의 회전시 지지 플레이트 상에서 직선 왕복 이동하는 본체; 본체 내에 배치되며, 본체 내부의 유압 회로에 의하여 본체 외부 및 내부를 향하여 왕복 이동 가능한 로드; 및 핀에 의하여 로드를 중심으로 본체의 양 측부에 회전 가능하게 각각 배치되며, 로드의 이동에 따라 한 단부가 본체의 외측을 향하여 그리고 로드를 향하여 각회전하여 공구 포트를 클램핑 또는 언클램핑하는 제 1 및 제 2 핑거를 포함한다.

Description

공구 이동 장치{Tool shift}
본 발명은 공구 이동 장치에 관한 것으로서, 특히 공작 기계의 매거진에 탑재된 공구 포트를 공구 교환 장치로 고속으로 그리고 안정적으로 이동시킬 수 있는 구조를 갖는 공구 이동 장치에 관한 것이다.
절삭 가공 분야의 자동화 및 수치 제어(NC; numerical control) 기술의 발달로 인하여 선반 계열과 밀링 계열로 양분된 공작 기계의 수치 제어 기술이 서로 복합적으로 결합된 다기능 머시닝 센터가 사용되고 있다.
머시닝 센터는 다양한 형태의 절삭 가공 공정을 단일의 기계에서 자동적으로 수행하는 NC 공작 기계로서, 공구의 자동 교환 기능 및 피가공물의 2개면 이상을 자동적으로 가공할 수 있는 기능을 구비하고 있다.
이러한 머시닝 센터는 크게 회전하지 않는 피가공물을 가공하는 머시닝 센터와 회전하는 피가공물을 가공하는 머시닝 센터로 구분될 수 있다. 그러나, 일반적으로 머시닝 센터는 자동 공구 교환 장치(automatic tool changer), 공구 매거진(tool magazine), 그리고 공구 이동 장치(tool shifter)를 포함한다.
공구 교환 장치는 사용이 완료된 공구를 공구 매거진에 탑재된 다양한 종류의 공구 중에서 선택된, 가공에 필요한 공구로 자동적으로 교체한다.
도 1은 일반적인 머시닝 센터를 구성하는 공구 매거진과 공구 교환 장치의 관계를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 공구 매거진(10)은 구동부(도시되지 않음), 구동부의 회전력을 전달받는 스프라켓(11); 스프라켓(11)에 연결된 체인(12); 체인(12)에 장착된 다수의 공구 포트(13; tool port)를 포함한다. 각 공구 포트(13)에는 공구(T)가 탑재되어 있다.
이와 같은 공구 매거진(10)의 일측에는 공구 교환 장치(30)가 배치되며, 공구 매거진(10)과 공구 교환 장치(30)는 공구 이동 장치(20)에 의하여 연결되어 있다.
위와 같은 공구 매거진(10), 공구 이동 장치(20) 그리고 공구 교환 장치(30)는 하기와 같이 작동한다.
도 2은 도 1의 공구 이동 장치를 도시한 도면(평면도)로서, 도 2에서는 공구 매거진이 도시되어 있지 않다.
공구 이동 장치(20)는 공구 매거진(10)과 공구 교환 장치(30) 사이에 배치된 플레이트(21), 플레이트(21) 상에 가이드 레일(22), 선택된 공구 포트(도 1의 13)를 공구 교환 위치, 즉 플레이트(21)의 소정 위치로 이동시키는 실린더(23)를 포함한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 구동부에 의하여 스프라켓(11) 및 체인(12)이 회전되면, 공구(T)가 탑재된 공구 포트(13)가 체인(12)에 의하여 이동하며, 해당 공구 포트(13)가 공구 이동 장치(20)에 대응하면 공구 매거진(10)의 스프라켓(11) 및 체인(12)의 회전이 정지된다.
공구 포트(13)의 이동이 정지되면, 실린더(23)의 작동 로드 선단에 장착된 클램핑 장치(23-1)에 공구 포트(도 2에서 "13-1"로 표시됨)가 클램핑되며, 이후 실린더(23)의 작동에 따라 공구 포트(13)는 가이드 레일(22)을 따라서 이동된다.
이후, 공구 교환 위치로 이동이 완료된, 클램핑된 상태의 공구 포트(도 2에서 "13-2"로 표시됨)에 탑재된 공구는 공구 교환 장치(30)에 의하여 머시닝 센터의 공구 장착 위치로 이동된다.
이와 같은 공구 이동 장치(20)에서, 공구 포트(13)를 이동시키는 실린더(23)로 일반적으로 유압 실린더가 이용된다. 이러한 조건에서, 공구 포트(13)의 이동 거리, 즉 실린더(23)의 스트로크가 짧을 경우에는 큰 문제가 되지 않지만, 공구 포트(13)의 이동 거리가 길 경우, 유압 실린더 내에서의 압력 및 유량은 공구 포트의 이동에 영향을 미친다.
즉, 유압 실린더의 작동 로드의 스트로크 및 속도는 유압 및 유량에 의하여 결정되기 때문에 유압 실린더 내의 유압 및 유량을 정밀하게 제어해야 한다. 그러나, 유압 회로를 통하여 유압 실린더 내의 유압 및 유량을 제어하는 것은 용이하지 않으며, 따라서 공구 포트의 정확하고 빠른 이동을 보장하기 어렵다.
본 발명은 공구 포트를 공구 매거진에서 공구 교환 장치로 이동시키는 공구 이동 장치에서 나타날 수 있는 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 공구 포트의 이동 거리에 관계 없이 공구 포트를 고속으로 이동시킬 수 있는 공구 이동 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른, 공작 기계의 공구 매거진과 공구 교환 장치 사이에 배치된 공구 이동 장치는 공구 매거진과 공구 교환 장치를 연결하는 가이드 플레이트 및 지지 플레이트; 소정 길이를 가지며, 구동부의 구동축과 연결되어 회전하는 볼 스크류; 및 볼 스크류의 회전에 따라 지지 플레이트 상에서 직선 이동하며, 공구 매거진에 탑재된 공구 포트를 클램핑 및 언클램핑하는 공구 포트 클램핑 유니트를 포함한다.
여기서, 공구 포트 클램핑 유니트는 공구 매거진에 장착된 공구 포트를 클램핑한 상태에서 볼 스크류의 회전에 따라 지지 플레이트 상에서 공구 교환 장치로 이동되고, 이후 공구 포트 클램핑 유니트는 공구 포트를 언클램핑한다.
바람직하게는, 서보 모터가 구동부로 이용되고, 구동부의 구동축과 볼 스크류는 커플러를 통하여 연결될 수 있다.
공구 포트 클램핑 유니트는; 내주면에 나선부가 형성되고 내부에 볼 스크류가 삽입되는 관통로를 갖고 있어 볼 스크류의 회전시 지지 플레이트 상에서 직선 왕복 이동하는 본체; 본체 내에 배치되며, 본체 내부의 유압 회로에 의하여 본체 외부 및 내부를 향하여 왕복 이동 가능한 로드; 및 핀에 의하여 로드를 중심으로 본체의 양 측부에 회전 가능하게 각각 배치되며, 로드의 이동에 따라 한 단부가 본체의 외측을 향하여 그리고 로드를 향하여 각회전하여 공구 포트를 클램핑 또는 언클램핑하는 제 1 및 제 2 핑거를 포함한다.
여기서, 제 1 및 제 2 핑거는 각각 "L"자형 부재로서, 로드를 기준으로 서로 대칭된 상태로 배치되며, 각각의 중앙부에는 본체에 고정된 제 1 핀이 관통되어 제 1 핀을 중심으로 각각 회전한다. 특히, 각 핑거의 제 1 종단부는 제 2 핀에 의하여 로드에 체결되고, 제 2 종단부는 본체의 외부로 연장되어 공구 포트와 대응, 접촉한다.
이상과 같은 본 발명에 따른 공구 이동 장치는 유압 실린더가 아닌 서보 모터와 같은 구동 모터 및 볼 스크류를 이용하여 공구 포트 클램핑 장치를 공구 매거진과 공구 교환 장치 사이에서 이동시킴으로써 정확하고 안정적인 공구 포트의 이동을 기대할 수 있다.
도 1은 일반적인 머시닝 센터에서의 공구 매거진과 공구 이동 장치의 관계를 도시한 도면.
도 2는 도 1에 도시된 공구 이동 장치의 평면도.
도 3은 본 발명에 따른 공구 이동 장치를 도시한 도면으로서, 공구 매거진과 연결된 상태를 도시함.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 공구 이동 장치를 세부적으로 도시한 사시도 및 단면도로서, 편의상 공구 포트를 함께 도시함. .
도 5는 도 4a 및 도 4b에 도시된 공구 포트 클램핑 유니트의 사시도.
이하, 본 발명을 첨부한 도면을 통하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 공구 이동 장치와 공구 매거진 간의 관계를 도시한 도면이다. 한편, 도 3에 도시된 공구 매거진은 도 1에 도시된 공구 매거진(10)과 그 구성 및 기능이 동일하며, 따라서 이에 대한 설명은 생략한다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 공구 이동 장치를 세부적으로 도시한 사시도 및 단면도로서, 도 4a 및 도 4b에는 도 3에 도시된 공구 매거진에서 인출된 어느 하나의 공구 포트를 함께 도시하였다.
본 발명에 따른 공구 이동 장치(1)는 가이드 플레이트, 가이드 플레이트의 일측에 가이드 플레이트와 나란하게 배치된 지지 플레이트, 지지 플레이트의 일 단부에 설치된 구동부, 구동부에 연결된 상태로 지지 플레이트 상에 회전 가능하게 설치된 소정 길이의 볼 스크류(ball screw) 및 볼 스크류에 체결된 공구 포트 클램핑 유니트를 포함한다.
각 구성 부재의 구성 및 기능을 도 4a 및 도 4b를 통하여 설명한다.
가이드 플레이트(100) 및 지지 플레이트(200)
가이드 플레이트(100)는 공구 매거진(도 1의 10)과 공구 교환 장치(도 1의 30)를 연결하는 소정 길이의 부재로서, 공구 매거진에서 인출된 (공구가 탑재된) 공구 포트(13)는 이 가이드 플레이트(100)를 따라서 이동한다.
지지 플레이트(200)는 가이드 플레이트(100)와 인접하게 설치되며, 소정 길이를 갖는다. 지지 플레이트(200)는 가이드 플레이트(100)와 별개로 이루어질 수 있고, 또한 가이드 플레이트(100)와 일체로 이루어질 수 있다.
구동부(300)
구동부(300)는 지지 플레이트(200)의 후단부에 고정적으로 설치된다. 한편, 서보 모터는 가감속 특성 및 응답성이 좋고 속도 제어 범위가 넓은 특징이 있는 모터로 알려져 있다. 따라서, 비교적 짧은 거리를 통하여 공구 포트(13)를 반복적으로 이동시키고 그리고 정지 및 이동이 반복적으로 이루어지는 특성을 고려할 때, 서보 모터를 본 발명에 따른 공구 이동 장치(1)의 구동부(300)로 이용하는 것이 바람직하다.
볼 스크류 (400)
소정 길이를 갖는 볼 스크류(400)는 지지 플레이트(200) 상에 회전 가능한 상태로 설치되며, 안내 플레이트(100)와 나란하게 배치된다.
볼 스크류(400)의 제 1 종단부는 커플러(420)을 통하여 구동부(300)의 구동축에 연결되어 있으며, 제 2 종단부는 고정 부재(410)를 통하여 지지 플레이트(200) 상에 회전 가능하게 지지되어 있다.
한편, 지지 플레이트(200) 상에는 볼 스크류(400)와 평행하게 배치된 가이드 바(210)가 설치될 수 있다.
공구 포트 클램핑 유니트 (500)
도 5는 도 4a 및 도 4b에 도시된 클램핑 유니트의 사시도로서, 공구 포트 클램핑 유니트(500)는 볼 스크류에 체결된 본체(501), 핀(511 및 521)에 의하여 본체(501)의 양 측부에 회전 가능하게 각각 배치된 제 1 및 제 2 핑거(510 및 520), 그리고 제 1 및 제 2 핑거(510 및 520)를 회전시키기 위한 로드(530)를 포함한다.
본체(501)의 내부에 볼 스크류(400)가 관통하는 관통로(도시되지 않음)가 형성되며, 이 관통로 내주면에는 볼 스크류(400)와 치합되는 나선부가 형성되어 있다. 따라서 구동부(300)의 회전에 따른 볼 스크류(400)의 회전시 본체(501)는 볼 스크류(400)를 따라 직선 이동된다.
여기서, 본체(501)의 바닥부에는 이동 방향으로 연장된 그루브(도시되지 않음)가 형성되며, 이 그루브에는 지지 플레이트(200) 상에 형성된 가이드 바(210)가 수용된다. 따라서 볼 스크류(400)에 의한 본체(501)는 지지 플레이트(200) 상에 안정적으로 선형 이동된다.
한편, 도 5b에 도시된 바와 같이, 본체(501)에 설치된 제 1 및 제 2 핑거(510 및 520)는 각각 "L"자형 부재로서, 로드(530)를 기준으로 서로 대칭된 상태로 배치된다. 제 1 및 제 2 핑거(510 및 520) 각각의 중앙부에는 본체(501)에 고정된 제 1 핀(511 및 521)이 관통되며, 따라서 제 1 및 제 2 핑거(510 및 520)는 핀(510 및 520)을 중심으로 각각 회전될 수 있다.
제 1 및 제 2 핑거(510 및 520)의 제 1 종단부는 제 2 핀(540)에 의하여 로드(530)에 체결되며, 제 2 종단부는 본체(501)의 외부로 각각 연장되어 있다. 여기서, 본체(501)의 내부에 배치된 로드(530)는 유압 회로(도시하지 않음)에 연결되어 있어 외부에서 공급되는 유압에 의하여 본체(501) 내에서 왕복 운동할 수 있다.
이러한 구조에 의하여, 로드가 본체(501)의 외부로 이동할 때, 제 1 및 제 2 핑거(510 및 520)는 제 1 핀(511 및 521)을 중심으로 회전하며, 따라서 제 1 및 제 2 핑거(510 및 520)의 제 2 종단부는 로드(530)의 외측으로 각각 회전한다. 결과적으로 제 1 및 제 2 핑거(510 및 520)의 제 2 종단부 사이의 간격은 벌어지게 된다.
반대로, 로드(530)가 본체(501)의 내부를 향하여 이동할 때, 제 1 및 제 2 핑거(510 및 520)가 제 1 핀(511 및 521)을 중심으로 회전하며, 이 결과 제 1 및 제 2 핑거(510 및 520)의 제 2 종단부는 로드(530)를 향하여, 즉 서로를 향하여 각각 회전한다. 따라서, 제 1 및 제 2 핑거(510 및 520)의 제 2 종단부 사이의 간격은 좁아진다.
이상과 같은 부재로 이루어진 본 발명에 따른 공구 이동 장치의 작동을 각 도면을 통하여 상세히 설명한다.
도 1에 도시된 공구 매거진(10)에서, 구동부에 의하여 스프라켓(11) 및 체인(12)이 회전되면, 공구(T)가 탑재된 공구 포트(13)가 체인에 의하여 이동하며, 해당 공구 포트가 본 발명에 따른 공구 이동 장치(1)에 대응하면 공구 매거진(10)의 스프라켓(11) 및 체인(12)의 회전이 정지된다.
공구 포트의 이동이 정지되면, 공구 이동 장치(1)의 구동부(300)가 작동하여 볼 스크류(400)가 제 1 방향으로 회전된다. 따라서, 공구 포트 클램핑 유니트(500)의 본체(501)는 볼 스크류(400)를 따라서 직선 이동하여 공구 포트와 대응한다.
이후, 구동부(300)의 작동이 정지된 상태, 즉 공구 포트 클램핑 유니트(500)가 정지된 상태에서, 공구 포트 클램핑 유니트(500)의 본체(501)의 내부로 공급된 유압에 의하여 로드(300)가 본체(501)의 내부를 향하여 이동한다. 따라서, 제 1 및 제 2 핑거(510 및 520)가 제 1 핀(511 및 521)을 중심으로 회전하며, 그 결과 제 1 및 제 2 핑거(510 및 520)의 제 2 종단부는 로드(300)를 향하여, 즉 공구 포트를 향하여 각각 회전하여 공구 포트를 클램핑한다.
공구 포트가 클램핑된 상태에서, 공구 이동 장치(1)의 구동부(300)가 역으로 작동하여 볼 스크류(300)가 (제 1 방향과 반대 방향인) 제 2 방향으로 회전되며, 따라서, 공구 포트 클램핑 유니트(500)는 지지 플레이트(200) 상에서 공구 교환 장치(도 1의 30)로 이동된다. 물론, 제 1 및 제 2 핑거(510 및 520)에 의하여 클램핑된 공구 포트(도 4b의 13; 공구는 도시않음) 역시 가이드 플레이트(100) 상에서 공구 교환 장치로 이동된다.
이후, 구동부(300)의 작동이 정지되어 공구 포트 클램핑 유니트(500)가 정지된 상태에서, 공구 포트 클램핑 유니트(500)의 본체(501)의 내부로 공급된 유압에 의하여 로드(530)가 본체(501)의 외부를 향하여 이동한다. 따라서, 제 1 및 제 2 핑거(510 및 520)가 제 1 핀(511 및 521)을 중심으로 각각 회전하며, 그 결과 제 1 및 제 2 핑거(510 및 520)의 제 2 종단부는 로드(530)의 외측, 즉 공구 포트(13)의 외측을 향하여 각각 회전하여 공구 포트(13)를 언클램핑한다.
이러한 상태에서 공구 교환 장치(도 1의 30)는 공구 포트(13)에 탑재된 공구를 공작 기계의 공구 장착 위치로 이동하여 공작 기계에 장착시킨다.
공구 매거진(도 1의 10)의 공구 포트(13)에 탑재된 각 공구를 공작 기계에 장착하기 위하여 위와 같은 과정이 동일하게 이루어진다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한, 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 기술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다.

Claims (5)

  1. 공작 기계의 공구 매거진과 공구 교환 장치 사이에 배치된 공구 이동 장치에 있어서,
    공구 매거진과 공구 교환 장치를 연결하는 가이드 플레이트 및 지지 플레이트;
    소정 길이를 가지며, 구동부의 구동축과 연결되어 회전하는 볼 스크류; 및
    볼 스크류의 회전에 따라 지지 플레이트 상에서 직선 이동하며, 공구 매거진에 탑재된 공구 포트를 클램핑 및 언클램핑하는 공구 포트 클램핑 유니트를 포함하여,
    공구 포트 클램핑 유니트는 공구 매거진에 장착된 공구 포트를 클램핑한 상태에서 볼 스크류의 회전에 따라 지지 플레이트 상에서 공구 교환 장치로 이동되고, 이후 공구 포트 클램핑 유니트는 공구 포트를 언클램핑하는 공구 이동 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 구동부는 서보 모터인 공구 이동 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 구동부의 구동축과 볼 스크류는 커플러를 통하여 연결된 공구 이동 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 공구 포트 클램핑 유니트는;
    내주면에 나선부가 형성되고 내부에 볼 스크류가 삽입되는 관통로를 갖고 있어 볼 스크류의 회전시 지지 플레이트 상에서 직선 왕복 이동하는 본체;
    본체 내에 배치되며, 본체 내부의 유압 회로에 의하여 본체 외부 및 내부를 향하여 왕복 이동 가능한 로드; 및
    핀에 의하여 로드를 중심으로 본체의 양 측부에 회전 가능하게 각각 배치되며, 로드의 이동에 따라 한 단부가 본체의 외측을 향하여 그리고 로드를 향하여 각회전하여 공구 포트를 클램핑 또는 언클램핑하는 제 1 및 제 2 핑거를 포함하는 공구 이동 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 제 1 및 제 2 핑거는 각각 "L"자형 부재로서, 로드를 기준으로 서로 대칭된 상태로 배치되며, 각각의 중앙부에는 본체에 고정된 제 1 핀이 관통되어 제 1 핀을 중심으로 각각 회전되며, 제 1 종단부는 제 2 핀에 의하여 로드에 체결되고, 제 2 종단부는 본체의 외부로 연장되어 공구 포트와 대응, 접촉하는 공구 이동 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104816185A (zh) * 2015-05-12 2015-08-05 浙江海洋学院 一种加工中心的刀库
KR20210082043A (ko) * 2019-12-24 2021-07-02 현대위아 주식회사 고중량 툴 적용이 가능한 툴포트 이송장치를 구비한 공작기계

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CN104816185A (zh) * 2015-05-12 2015-08-05 浙江海洋学院 一种加工中心的刀库
KR20210082043A (ko) * 2019-12-24 2021-07-02 현대위아 주식회사 고중량 툴 적용이 가능한 툴포트 이송장치를 구비한 공작기계

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