KR20130140263A - 자동차 브레이크 시스템의 캘리퍼 하우징 가공용 고속 툴 체인저 - Google Patents

자동차 브레이크 시스템의 캘리퍼 하우징 가공용 고속 툴 체인저 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차의 브레이크 시스템의 캘리퍼 하우징을 가공하는 머시닝 센터 등의 가공장비에 사용되는 툴을 자동으로 교체하는 자동 툴 교환장치에 관한 것으로, 기존의 자동 툴 교환장치와 달리 별도의 유압 또는 공압의 액츄에이터 및 전용 캠 장치를 사용하지 않고, 기구적인 메커니즘만을 이용하여 자동 툴 교환장치를 구현하도록 수직으로 이송을 발생시키는 제1 서보모터가 장착된 캘리퍼 하우징 가공장치에 일측 말단부에 장착된 제1 롤러가 메인프레임에 접촉하고, 타측 말단부가 이송 샤프트에 힌지로 연결되며, 중앙부가 링크프레임에 힌지로 연결되도록 구성되는 캠 링크와, 링크 암 및 푸시 로드의 중앙부가 서로 엇갈리도록 힌지로 연결되고, 푸시 로드 말단에는 에어공급노즐이 장착되며, 링크암의 일측 말단부에 장착된 제2 롤러가 메인프레임에 접촉되도록 구성되는 캠 슬라이더를 장착하여 툴 교환유닛의 수평 슬라이드운동과 툴 그립 훅 및 에어공급노즐을 제어하도록 구성함으로써 낮은 비용으로 자동 툴 교환 시스템을 구축하고, 칩 투 칩을 단축시켜 제품의 생산효율을 향상시키는 효과를 제공하는 자동차 브레이크 시스템의 캘리퍼 하우징 가공용 고속 툴 체인저에 관한 것이다.

Description

자동차 브레이크 시스템의 캘리퍼 하우징 가공용 고속 툴 체인저{HIGH SPEED AUTOMATIC TOOL CHANGER FOR CALLIPER HOUSING MANUFACTURING OF AUTOMOTIVE BRAKE SYSTEM}
본 발명은 자동차의 브레이크 시스템의 캘리퍼 하우징을 가공하는 머시닝 센터 등의 가공장비에 장착되는 툴(tool)을 자동으로 교환시키는 자동 툴 교환장치(ATC, Automatic Tool Changer)에 관한 것으로, 더욱 세부적으로는 다수개의 툴 장착부가 원형으로 배치된 툴 교환유닛에 툴 교환유닛을 회전시키는 서보모터를 장착하고, 스핀들 하우징 및 수직이송장치상에 툴 교환유닛을 설치하며, 툴 교환유닛의 수직 및 수평이송이 가능하도록 함으로써, 자동으로 스핀들에 장착된 툴의 제거 및 새로운 툴을 스핀들에 장착할 수 있도록 하는 자동차 브레이크 시스템의 캘리퍼 하우징 가공용 고속 툴 체인저에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 브레이크 시스템의 캘리퍼 하우징을 대량생산하는 공정에서는 머시닝 센터 또는 탭핑 센터 등의 가공장비가 사용되며, 가공장비에 사용되는 툴을 교체하는데 소요되는 시간은 캘리퍼 하우징의 가공시간에 직접적인 영향을 미치게 되어, 캘리퍼 하우징의 대량생산 라인에서의 생산 효율성과 밀접한 관계를 가지게 된다.
이러한 자동 툴 교환장치는 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0067173호 (2010.06.21) 및 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0068779호(2009.06.29)에 개시된 바와 같이 캠(cam)을 이용하거나, 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0089830호(2009.08.24) 및 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0014549호(2012.02.17)에 개시된 바와 같이 유압방식을 이용하는데, 캠 방식에 의하면 자동 툴 교환 시스템을 구축하는데 많은 비용이 소요되고, 내구성 및 유연성이 떨어져 충격을 흡수하지 못하는 단점이 있고, 유압 방식에 의하면 툴 교환에 소요되는 시간이 증가하여 생산 효율성이 감소하는 단점이 있어, 최근에는 캠 방식과 유압 방식의 장점을 혼합한 하이브리드 방식이 증가하는 추세이다.
제품의 가공 후 자동 툴 교환장치에서 툴을 교체한 다음 다시 제품을 가공하는데 소요되는 시간을 칩 투 칩(chip to chip)이라고 하며, 위와 같은 캠 방식, 유압 방식 또는 하이브리드 방식에 의한 종래의 자동 툴 교환장치의 칩 투 칩은 통상 4초 내외가 소요되는데, 칩 투 칩을 단축시켜 제품의 가공속도를 높여 생산효율을 향상시키기 위한 연구 개발이 현재에도 계속되고 있는 중이다.
대한민국 공개특허공보 제10-2010-0067173호(2010.06.21) 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0068779호(2009.06.29) 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0089830호(2009.08.24) 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0014549호(2012.02.17)
상술한 바와 같은 칩 투 칩을 단축하여 캘리퍼 하우징의 생산 효율성을 향상시키기 위하여, 본 발명에서는 유압 또는 공압의 액츄에이터 및 전용 캠 장치를 배제하고 순수하게 기구적인 메커니즘만을 이용하여 자동 툴 교환장치를 구현하도록 수직 피드 시스템(feed system)에 힌지(hinge)로 고정되어 회전하는 링크(link)와 롤러(roller)를 결합하였으며, 더욱 구체적으로는 제1 서보모터에 의해 수직이송 가능한 스핀들에 매거진(magazine)의 회전에 의하여 툴의 교환이 가능한 툴 교환유닛을 장착하고, 캠 링크(cam link)의 일측 말단부는 제1 롤러를 통해 메인프레임에 접촉하고, 타측 말단부는 이송 샤프트와 힌지로 연결되고, 중앙부가 링크프레임에 힌지로 연결됨으로써 툴 교환유닛의 수평 슬라이드운동 및 툴 그립 훅의 작동이 발생할 수 있도록 하였으며, 링크 암(link arm) 및 푸시 로드(push rod)의 중앙부가 서로 엇갈리도록 힌지로 연결되고, 푸시 로드 말단에는 에어 공급부에 압축 에어를 공급하는 에어공급노즐이 장착되고, 링크암의 일측 말단부에 장착된 제2 롤러가 메인프레임에 접촉되도록 슬라이더(cam slider)를 구성함으로써 에어공급노즐과 에어 공급부의 작동을 조절하도록 하였다.
위와 같이 본 발명의 자동차 브레이크 시스템의 캘리퍼 하우징 가공용 툴 체인저는 기구적인 메커니즘만을 이용하여 자동 툴 교환장치를 구현함으로써 낮은 비용으로 자동 툴 교환장치 시스템을 구축할 수 있도록 하였고, 칩 투 칩이 1.6초 이내의 시간동안 발생하도록 함으로써 툴 교환 속도를 200~300% 향상시켜 제품의 생산효율을 향상시키는 효과를 제공하는데 그 목적이 있다.
목적을 달성하기 위한 구성으로는, 메인프레임의 상부에 장착되어 연결프레임을 수직이송하는 제1 서보모터와; 상기 메인프레임의 측면에 장착되어 제1 서보모터와 연결되며, 상부 일측면에 링크프레임이 돌출되어 형성된 연결프레임과; 상기 연결프레임의 하부에 장착되며, 일측 말단에 툴(tool)이 장착되는 툴 클램프(tool clamp)가 형성되고, 타측 말단에는 툴 교환 중 유입되는 칩(chip) 등의 이물질을 제거하도록 에어 공급부가 형성되고, 중앙부에 제1 풀리(pulley)가 형성된 스핀들 샤프트(spindle shaft)가 내부를 관통하도록 장착되는 스핀들과; 상기 스핀들의 상부에 장착되며, 툴 클램프에 회전동력을 공급하도록 제1 풀리와 풀리 벨트를 통해 연결되는 제2 풀리가 형성된 스핀들 모터와; 상기 스핀들의 상부에 툴 클램프 방향으로 연결되며, 중앙에 형성된 구동 샤프트를 기준으로 다수개의 툴 장착부가 원형으로 배열된 매거진(magazine)이 구동 샤프트에 연결되고, 구동 샤프트를 구동하는 제2 서보모터에 의해 매거진이 회전하여 툴의 교환을 가능하도록 하는 툴 교환유닛과; 상기 스핀들 및 툴 교환유닛 사이에서 스핀들과 평행하게 배치된 이송 샤프트 말단에 장착되며, 툴 아버(tool arbor)를 그립(grip)하여 툴이 매거진으로부터 이탈하는 것을 방지하도록 툴 그립 훅(tool grip hook)이 툴 클램프 방향으로 형성된 툴 그립유닛과; 상기 제1 서보모터의 작동에 의해 연결프레임이 수직으로 이송되면 이송 샤프트를 수평으로 이동시켜 툴 교환유닛의 수평 슬라이드운동 및 툴 그립 훅의 작동이 발생할 수 있도록 일측 말단부에 장착된 제1 롤러가 메인프레임에 접촉하고, 타측 말단부가 이송 샤프트에 힌지(hinge)로 연결되고, 중앙부가 링크프레임에 힌지로 연결되도록 구성되는 캠 링크(cam link); 및 상기 스핀들의 툴 클램프 반대 방향 말단에 링크 암(link arm) 및 푸시 로드(push rod)의 중앙부가 서로 엇갈리도록 힌지로 연결되고, 푸시 로드 말단에는 에어 공급부에 압축 에어를 공급하는 에어공급노즐이 장착되고, 링크암의 일측 말단부에 장착된 제2 롤러가 메인프레임에 접촉되도록 구성되어있어, 제1 서보모터의 작동에 의해 연결프레임이 수직으로 이송되면 푸시 로드에 장착된 에어공급노즐이 에어 공급부와 접촉하여 스핀들에 유입된 이물질의 제거되는 캠 슬라이더(cam slider);로 이루어진다.
본 발명의 다른 특징으로는, 상기 툴 클램프는 내부클램프와 외부클램프의 2개소로 나누어지고, 내부클램프에는 스핀들 샤프트 내부를 관통하는 드로우 바(draw bar)가 연결되며, 내부클램프와 외부클램프가 서로 콜릿(collet)을 형성하고있어, 드로우 바에 의해 내부클램프가 툴의 반대 방향으로 이동하면서 외부클램프가 툴 클램프 외측으로 확장되어 툴의 내면과 접촉함으로써 툴을 고정되도록 이루어진다.
본 발명의 또 다른 특징으로는, 상기 드로우 바는 스핀들 샤프트 내면에 장착된 다수개의 접시 스프링에 의해 툴의 반대 방향으로 당겨지는 힘이 발생하여 외부클램프의 확장이 이루어진다.
본 발명의 또 다른 특징으로는, 상기 툴 그립 훅은 연결프레임의 수직 이송에 의해 이송 샤프트가 수평으로 이동하면 툴 교환유닛의 수평 슬라이드운동이 발생하고, 동시에 툴 그립 훅의 작동이 연속적으로 발생하도록 중앙부가 힌지에 의해 스핀들 상부와 고정되고, 이송 샤프트와 툴 그립 훅을 연결해주는 툴 그립 링크를 더 포함하여 이루어진다.
본 발명의 또 다른 특징으로는, 상기 이송 샤프트는 스핀들에서 발생하는 진동의 완충작용 및 툴 그립 훅의 툴 아버 그립 및 그립 해제상태를 유지하도록 중앙부에 밸런스 실린더를 더 포함하여 이루어진다.
본 발명의 또 다른 특징으로는, 상기 제2 서보모터는 구동축 말단에 제1 기어가 형성되고, 제2 기어가 웜 샤프트의 말단에 형성된 제3 기어와 제1 기어를 서로 연결하고, 웜 샤프트의 중앙부에 형성된 웜 기어에는 웜 휠이 연결되며, 웜 휠의 회전축에는 툴 교환유닛의 구동 샤프트가 연결되어있어, 제2 서보모터가 구동하면 제1 기어, 제2 기어, 제3 기어, 웜 샤프트, 웜 휠이 순서대로 작동하여 툴 교환유닛의 매거진의 회전이 발생하도록 이루어진다.
본 발명의 또 다른 특징으로는, 상기 이송 샤프트는 말단부에 툴 교환유닛의 작동 완료 여부를 확인하는 툴 교환유닛 확인 센서를 더 포함하여 이루어진다.
본 발명의 또 다른 특징으로는, 상기 푸시 로드는 말단에 툴 클램프 확인 독(tool clamp check dog)이 형성되어 있고, 툴 클램프 확인 독의 상부에는 툴 클램프 확인 센서가 장착되어있어, 툴의 클램프(clamp) 여부를 확인하도록 이루어진다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 수직으로 이송을 발생시키는 제1 서보모터가 장착된 캘리퍼 하우징 가공장치에 일측 말단부에 장착된 제1 롤러가 메인프레임에 접촉하고, 타측 말단부가 이송 샤프트에 힌지로 연결되며, 중앙부가 링크프레임에 힌지로 연결되도록 구성되는 캠 링크와, 링크 암 및 푸시 로드의 중앙부가 서로 엇갈리도록 힌지로 연결되고, 푸시 로드 말단에는 에어공급노즐이 장착되며, 링크암의 일측 말단부에 장착된 제2 롤러가 메인프레임에 접촉되도록 구성되는 캠 슬라이더를 장착하여 툴 교환유닛의 수평 슬라이드운동과 툴 그립 훅 및 에어공급노즐을 제어함으로써 기구적인 메커니즘만을 이용하여 자동 툴 교환장치를 구현하여, 별도의 유압 또는 공압의 액츄에이터 및 전용 캠 장치를 필요로 하지 않게 되어 낮은 비용으로 자동 툴 교환 시스템을 구축할 수 있도록 하는 효과와, 기존의 툴 교환장치에 비하여 칩 투 칩을 단축시켜 제품의 생산효율을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자동차 브레이크 시스템의 캘리퍼 하우징 가공용 고속 툴 체인저의 정면도.
도 2는 본 발명에 따른 자동차 브레이크 시스템의 캘리퍼 하우징 가공용 고속 툴 체인저의 측면도.
도 3은 본 발명에 따른 자동차 브레이크 시스템의 캘리퍼 하우징 가공용 고속 툴 체인저의 평면도.
도 4는 본 발명에 따른 자동차 브레이크 시스템의 캘리퍼 하우징 가공용 고속 툴 체인저의 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 스핀들의 측면도.
도 6은 툴 교환유닛의 측면도.
도 7은 본 발명에 따른 툴 교환유닛 구동샤프트의 정면도 및 측면도.
도 8은 본 발명에 따른 캠 링크의 작동상태도.
도 9는 본 발명에 따른 캠 슬라이더의 작동상태도.
도 1은 본 발명에 따른 자동차 브레이크 시스템의 캘리퍼 하우징 가공용 고속 툴 체인저의 정면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 자동차 브레이크 시스템의 캘리퍼 하우징 가공용 고속 툴 체인저의 측면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 자동차 브레이크 시스템의 캘리퍼 하우징 가공용 고속 툴 체인저의 평면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 자동차 브레이크 시스템의 캘리퍼 하우징 가공용 고속 툴 체인저의 단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 스핀들의 측면도이고, 도 6은 툴 교환유닛의 측면도이고, 도 7은 본 발명에 따른 툴 교환유닛 구동샤프트의 정면도 및 측면도이고, 도 8은 본 발명에 따른 캠 링크의 작동상태도이고, 도 9는 본 발명에 따른 캠 슬라이더의 작동상태도이다.
이하, 도면을 참고로 본 발명에 따른 구성요소를 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 자동차 브레이크 시스템의 캘리퍼 하우징 가공용 고속 툴 체인저는 도 1 내지 도 4에서 도시하는 바와 같이 제1 서보모터(10), 연결프레임(20), 스핀들(30), 스핀들 모터(40), 툴 교환유닛(50), 툴 그립유닛(60), 캠링크(cam link,70), 캠 슬라이더(cam slider,80) 및 툴 교환유닛 확인 센서(90)와 툴 클램프 확인 센서(91)로 구성된다.
세부적으로, 상기 제1 서보모터(10)는 메인프레임(11)의 상부에 장착되고, 메인프레임(11)의 측면에는 상부 일측면에 링크프레임(21)이 돌출되어 형성된 연결프레임(20)이 제1 서보모터(10)와 연결된다.
상기 스핀들(30)은 도 5에서 도시하는 바와 같이 연결프레임(20)의 하부에 장착되고, 일측 말단에 툴(tool)이 장착되는 툴 클램프(tool clamp,31)가 형성되고, 타측 말단에는 에어 공급부(32)가 형성되며, 중앙부에는 제1 풀리(pulley,33)가 형성된 스핀들 샤프트(spindle shaft,34)가 스핀들(30)의 내부를 관통하도록 장착된다.
상기 툴 클램프(31)는 서로 콜릿(collet)을 형성하는 내부클램프(31a)와 외부클램프(31b)의 2개소로 나누어지고, 내부클램프(31a)에는 스핀들 샤프트(34) 내부를 관통하는 드로우 바(draw bar,34a)가 연결되며, 스핀들 샤프트(34) 내면에는 다수개의 접시 스프링(34b)이 장착된다.
상기 스핀들 모터(40)는 스핀들(30)의 상부에 장착되고, 스핀들 샤프트(34)에 형성된 제1 풀리(33)와 풀리 벨트(41)를 통해 연결되도록 제2 풀리(42)가 형성되어 있다.
상기 툴 교환유닛(50)은 도 6에서 도시하는 바와 같이 스핀들(30)의 상부에 툴 클램프(31) 방향으로 연결되고, 매거진(magazine,52)의 중앙에 연결된 구동 샤프트(51)를 기준으로 다수개의 툴 장착부(52a)가 원형으로 배열되고, 구동 샤프트(51)는 제2 서보모터(53)에 연결되며, 제2 서보모터(53)는 구동축 말단에 제1 기어(53a)가 형성되고, 웜 샤프트(51c)의 말단에 형성된 제3 기어(51b)와 제1 기어(53a)는 제2 기어(51a)에 의해 연결되고, 웜 샤프트(51c)의 중앙부에 형성된 웜 기어(51d)에는 웜 휠(51e)이 연결되고, 웜 휠(51e)의 회전축에는 툴 교환유닛(50)의 구동 샤프트(51)가 연결된다.
상기 툴 그립유닛(60)은 도 4에서 도시하는 바와 같이 스핀들(30) 및 툴 교환유닛(50) 사이에서 스핀들(30)과 평행하게 배치된 이송 샤프트(61) 말단에 장착되고, 툴 그립유닛(60)에는 툴 클램프(31) 방향으로 툴 그립 훅(tool grip hook,62)이 형성되고, 툴 그립 훅(62)에는 중앙부가 힌지에 의해 스핀들(30) 상부와 고정된 툴 그립 링크(63)가 장착되어있어, 이송 샤프트(61)와 툴 그립 훅(62)을 연결해주며, 이송 샤프트(61)의 중앙부에는 밸런스 실린더(72)가 장착된다.
상기 캠 링크(70)는 도 8에서 도시하는 바와 같이 일측 말단부에 제1 롤러(71)가 장착되어있어 메인프레임(11)에 접촉하고, 타측 말단부가 힌지(hinge)에 의해 이송 샤프트(61)에 연결되며, 중앙부가 힌지에 의해 링크프레임(21)에 연결된다.
상기 캠 슬라이더(80)는 도 9에서 도시하는 바와 같이 스핀들(30)의 툴 클램프(31) 반대 방향 말단에 링크 암(link arm,81) 및 푸시 로드(push rod,82)의 중앙부가 서로 엇갈리도록 힌지로 연결되고, 푸시 로드(82) 말단에는 에어공급노즐(83)이 장착되고, 링크암(81)의 일측 말단부에는 제2 롤러(84)가 장착되어 있어 메인프레임(11)에 접촉하며, 에어공급노즐(83)은 에어 공급부(32) 말단에 배치된다.
상기 툴 교환유닛 확인 센서(90)는 도 4에서 도시하는 바와 같이 이송 샤프트(61)의 말단부에 장착되고, 툴 클램프 확인 센서(91)는 푸시 로드(82)의 말단에 형성된 툴 클램프 확인 독(tool clamp check dog,91a)의 상부에 장착된다.
상술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 작동방법을 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 자동차 브레이크 시스템의 캘리퍼 하우징 가공용 고속 툴 체인저는 특정 툴에 의한 캘리퍼 하우징의 가공 단계가 완료되면 제1 서보모터(10)의 작동에 의해 스핀들(30) 및 툴 교환유닛(50)의 위치가 초기화되고, 스핀들(30) 및 툴 교환유닛(50)의 위치 초기화가 완료되면 제1 서보모터(10)가 다시 작동하면서 연결프레임(20) 및 스핀들(30)의 상승이 발생한다.
연결프레임(20)이 상승하면서 연결프레임(20)에 돌출되어 형성된 링크프레임(21)도 같이 상승하게 되고, 이에 따라 중앙부가 힌지에 의해 링크프레임(21)과 연결되고, 일측 말단부에는 메인프레임(11)에 접촉하도록 제1 롤러(71)가 장착된 캠 링크(70)가 중앙부의 힌지를 축으로 회전하게 되어, 캠 링크(70)의 타측 말단부에 연결된 이송 샤프트(61)를 전진시키게 된다.
동시에 스핀들(30)이 연결프레임(20)과 함께 상승하면서 툴 클램프(31) 반대 방향 말단부에 연결된 캠 슬라이더(80)의 링크 암(81)이 말단부에 장착된 제2 롤러(84)에 의해 회전하게 되고, 링크 암(81)이 회전함에 따라 링크 암(81)과 힌지로 연결되는 푸시 로드(82)가 전진하여 푸시 로드(82) 말단에 형성된 에어공급노즐(83)이 스핀들(30)의 툴 클램프(31) 반대방향 말단에 형성된 에어공급부(32)와 접촉하게 되며, 스핀들(30) 내부에 압축 에어를 공급하여 캘리퍼 하우징의 가공 중 스핀들(30) 내부에 들어온 칩(chip) 등의 이물질을 제거하게 된다.
이송 샤프트(61)가 전진하면 이송 샤프트(61)에 연결된 툴 교환유닛(50)이 함께 슬라이드 이동하여 툴 교환영역에 진입하게 되고, 툴 교환영역에 진입한 후에도 이송 샤프트(61)가 전진하여 툴 그립유닛(60)의 툴 그립 링크(63)를 작동시키게 된다.
툴 그립 링크(63)가 작동되면 매거진(52)에 장착된 툴의 툴 아버(tool arbor)를 그립하고 있는 툴 그립 훅(62)의 그립이 발생하고, 동시에 툴 클램프(31)에 장착된 툴 아버의 그립해제가 발생하여 툴 클램프(31)에서 툴이 분리되며, 툴이 툴 클램프(31)로부터 분리되면 제2 서보모터(53)의 작동에 의해 구동 샤프트(51) 및 매거진(52)이 회전하여 툴 교환이 일어나게 된다.
툴 교환이 완료되면 제1 서보모터(10)의 재작동에 의해 연결프레임(20) 및 스핀들(30)의 하강이 발생한다.
연결프레임(20)이 하강하면서 링크프레임(21)도 같이 하강하게 되고, 이에 따라 캠 링크(70)가 중앙부의 힌지를 축으로 역회전하게 되어, 이송 샤프트(61)를 후진시키게 된다.
동시에 스핀들(30)이 연결프레임(20)과 함께 하강하면서 캠 슬라이더(80)의 링크 암(81)이 역회전하게 되고, 링크 암(81)이 역회전함에 따라 푸시 로드(82)가 후진하여 에어공급부(32)와 에어공급노즐(83)의 접촉이 해제되면서 스핀들(30) 내부 클리닝이 중지되어 스핀들(30)의 회전이 가능하도록 한다.
이송 샤프트(61)가 후진하면 툴 그립유닛(60)의 툴 그립 링크(63)를 다시 작동시키게 되고, 이에 따라 툴 그립 훅(62)에서 매거진(52)에 장착된 툴 아버의 그립해제가 발생하고, 동시에 툴 클램프(31)에 새로이 장착된 툴 아버의 그립이 발생하여 툴 장착이 완료되며, 이송 샤프트(61)에 연결된 툴 교환유닛(50)이 함께 슬라이드 이동하여 툴 교환영역으로부터 가공영역으로 진입하게 된다.
툴 교환유닛(50)이 가공영역으로 진입하면 스핀들 모터(40)의 작동에 의해 스핀들(30)이 회전하여 캘리퍼 하우징 가공을 재개함으로써 본 발명에 따른 자동차 브레이크 시스템의 캘리퍼 하우징 가공용 고속 툴 체인저의 작동이 완료된다.
여기서, 상기 툴 클램프(31)는 도 5에서 도시하는 바와 같이 서로 콜릿(collet)을 형성하는 내부클램프(31a) 및 외부클램프(31b)의 2개소로 나누어지고, 내부클램프(31a)에는 드로우 바(34a)가 스핀들 샤프트(34) 내부를 관통하도록 연결되며, 스핀들 샤프트(34) 내면에 장착된 다수개의 접시 스프링(34b)에 의해 드로우 바(34a)가 툴의 반대 방향으로 당겨지는 힘이 발생하여, 내부클램프(31a)가 드로우 바(34a)와 함께 당겨지면서 외부클램프(31b)를 확장하여 툴을 고정시킨다.
또한, 상기 스핀들 모터(40)에 형성된 제2 풀리(42)가 회전하면 스핀들 샤프트(34)에 형성된 제1 풀리(33)가 함께 회전하여 스핀들(30)의 툴 클램프(31)에 그립 된 툴을 회전시키게 된다.
그리고, 상기 툴 교환유닛(50)의 구동 샤프트(51)는 도 7에서 도시하는 바와 같이 제2 서보모터(53)의 구동축 말단에 형성된 제1 기어(53a)가 회전하면 제2 기어(51a)에 의해 웜 샤프트(51c)의 말단에 형성된 제3 기어(51b)가 회전하고, 이에 따라 웜 샤프트(51c)의 중앙부에 형성된 웜 기어(51d)가 회전하면서 웜 휠(51e) 및 구동 샤프트(51)를 회전시켜 툴 교환유닛(50)의 매거진(52)의 회전이 발생하도록 한다.
또한, 상기 이송 샤프트(61) 중앙에는 도 4에서 도시하는 바와 같이 밸런스 실린더(72)가 장착되어있어, 스핀들(30)에서 발생하는 진동의 완충작용 및 툴 그립 훅(62)의 툴 아버 그립 및 그립 해제상태를 유지하도록 한다.
그리고, 상기 이송 샤프트(61)는 말단부에 툴 교환유닛 확인 센서(90)가 장착되어 있어 툴 교환유닛(50)의 작동 완료 여부를 확인할 수 있도록 하며, 상기 푸시 로드(82)는 말단에 툴 클램프 확인 독(tool clamp check dog,91a)이 형성되고, 툴 클램프 확인 독(91a)의 상부에는 툴 클램프 확인 센서(91)가 장착되어있어, 툴의 클램프(clamp) 여부를 확인할 수 있도록 한다.
본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부된 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
10 : 제1 서보모터 11 : 메인프레임
20 : 연결프레임 21 : 링크프레임
30 : 스핀들 31 : 툴 클램프
31a : 내부클램프 31b : 외부클램프
32 : 에어 공급부 33 : 제1 풀리
34 : 스핀들 샤프트 34a : 드로우 바
34b : 접시 스프링 40 : 스핀들 모터
41 : 풀리 벨트 42 : 제2 풀리
50 : 툴 교환유닛 51 : 구동 샤프트
51a : 제2 기어 51b : 제3 기어
51c : 웜 샤프트 51d : 웜 기어
51e : 웜 휠 52 : 매거진
52a : 툴 장착부 53 : 제2 서보모터
53a : 제1 기어 60 : 툴 그립유닛
61 : 이송 샤프트 62 : 툴 그립 훅
63 : 툴 그립 링크 70 : 캠 링크
71 : 제1 롤러 72 : 밸런스 실린더
80 : 캠 슬라이더 81 : 링크 암
82 : 푸시 로드 83 : 에어공급노즐
84 : 제2 롤러 90 : 툴 교환유닛 확인센서
91 : 툴 클램프 확인 센서 91a : 툴 클램프 확인 독

Claims (8)

  1. 자동차 브레이크 시스템의 캘리퍼 하우징 가공을 위한 머시닝 센터의 자동 툴 교환장치에 있어서,
    메인프레임(11)의 상부에 장착되어 연결프레임(20)을 수직이송하는 제1 서보모터(10)와;
    상기 메인프레임(11)의 측면에 장착되어 제1 서보모터(10)와 연결되며, 상부 일측면에 링크프레임(21)이 돌출되어 형성된 연결프레임(20)과;
    상기 연결프레임(20)의 하부에 장착되며, 일측 말단에 툴(tool)이 장착되는 툴 클램프(tool clamp,31)가 형성되고, 타측 말단에는 툴 교환 중 유입되는 칩(chip) 등의 이물질을 제거하도록 에어 공급부(32)가 형성되고, 중앙부에 제1 풀리(pulley,33)가 형성된 스핀들 샤프트(spindle shaft,34)가 내부를 관통하도록 장착되는 스핀들(30)과;
    상기 스핀들(30)의 상부에 장착되며, 툴 클램프(31)에 회전동력을 공급하도록 제1 풀리(33)와 풀리 벨트(41)를 통해 연결되는 제2 풀리(42)가 형성된 스핀들 모터(40)와;
    상기 스핀들(30)의 상부에 툴 클램프(31) 방향으로 연결되며, 중앙에 형성된 구동 샤프트(51)를 기준으로 다수개의 툴 장착부(52a)가 원형으로 배열된 매거진(magazine,52)이 구동 샤프트(51)에 연결되고, 구동 샤프트(51)를 구동하는 제2 서보모터(53)에 의해 매거진(52)이 회전하여 툴의 교환을 가능하도록 하는 툴 교환유닛(50)과;
    상기 스핀들(30) 및 툴 교환유닛(50) 사이에서 스핀들(30)과 평행하게 배치된 이송 샤프트(61) 말단에 장착되며, 툴 아버(tool arbor)를 그립(grip)하여 툴이 매거진(52)으로부터 이탈하는 것을 방지하도록 툴 그립 훅(tool grip hook,62)이 툴 클램프(31) 방향으로 형성된 툴 그립유닛(60)과;
    상기 제1 서보모터(10)의 작동에 의해 연결프레임(20)이 수직으로 이송되면 이송 샤프트(61)를 수평으로 이동시켜 툴 교환유닛(50)의 수평 슬라이드운동 및 툴 그립 훅(62)의 작동이 발생할 수 있도록 일측 말단부에 장착된 제1 롤러(71)가 메인프레임(11)에 접촉하고, 타측 말단부가 이송 샤프트(61)에 힌지(hinge)로 연결되고, 중앙부가 링크프레임(21)에 힌지로 연결되도록 구성되는 캠 링크(cam link,70); 및
    상기 스핀들(30)의 툴 클램프(31) 반대 방향 말단에 링크 암(link arm,81) 및 푸시 로드(push rod,82)의 중앙부가 서로 엇갈리도록 힌지로 연결되고, 푸시 로드(82) 말단에는 에어 공급부(32)에 압축 에어를 공급하는 에어공급노즐(83)이 장착되고, 링크암(81)의 일측 말단부에 장착된 제2 롤러(84)가 메인프레임(11)에 접촉되도록 구성되어있어, 제1 서보모터(10)의 작동에 의해 연결프레임(20)이 수직으로 이송되면 푸시 로드(82)에 장착된 에어공급노즐(83)이 에어 공급부(32)와 접촉하여 스핀들(30)에 유입된 이물질의 제거되는 캠 슬라이더(cam slider,80);로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차 브레이크 시스템의 캘리퍼 하우징 가공용 고속 툴 체인저.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 툴 클램프(31)는 내부클램프(31a)와 외부클램프(31b)의 2개소로 나누어지고, 내부클램프(31a)에는 스핀들 샤프트(34) 내부를 관통하는 드로우 바(draw bar,34a)가 연결되며, 내부클램프(31a)와 외부클램프(31b)가 서로 콜릿(collet)을 형성하고있어, 드로우 바(34a)에 의해 내부클램프(31a)가 툴의 반대 방향으로 이동하면서 외부클램프(31b)가 툴 클램프(31) 외측으로 확장되어 툴의 내면과 접촉함으로써 툴을 고정되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차 브레이크 시스템의 캘리퍼 하우징 가공용 고속 툴 체인저.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 드로우 바(34a)는 스핀들 샤프트(34) 내면에 장착된 다수개의 접시 스프링(34b)에 의해 툴의 반대 방향으로 당겨지는 힘이 발생하여 외부클램프(31b)의 확장이 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차 브레이크 시스템의 캘리퍼 하우징 가공용 고속 툴 체인저.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 툴 그립 훅(62)은 연결프레임(20)의 수직 이송에 의해 이송 샤프트(61)가 수평으로 이동하면 툴 교환유닛(50)의 수평 슬라이드운동이 발생하고, 동시에 툴 그립 훅(62)의 작동이 연속적으로 발생하도록 중앙부가 힌지에 의해 스핀들(30) 상부와 고정되고, 이송 샤프트(61)와 툴 그립 훅(62)을 연결해주는 툴 그립 링크(63)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차 브레이크 시스템의 캘리퍼 하우징 가공용 고속 툴 체인저.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 이송 샤프트(61)는 스핀들(30)에서 발생하는 진동의 완충작용 및 툴 그립 훅(62)의 툴 아버 그립 및 그립 해제상태를 유지하도록 중앙부에 밸런스 실린더(72)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차 브레이크 시스템의 캘리퍼 하우징 가공용 고속 툴 체인저.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 서보모터(53)는 구동축 말단에 제1 기어(53a)가 형성되고, 제2 기어(51a)가 웜 샤프트(51c)의 말단에 형성된 제3 기어(51b)와 제1 기어(53a)를 서로 연결하고, 웜 샤프트(51c)의 중앙부에 형성된 웜 기어(51d)에는 웜 휠(51e)이 연결되며, 웜 휠(51e)의 회전축에는 툴 교환유닛(50)의 구동 샤프트(51)가 연결되어있어, 제2 서보모터(53)가 구동하면 제1 기어(53a), 제2 기어(51a), 제3 기어(51b), 웜 샤프트(51c), 웜 휠(51e)이 순서대로 작동하여 툴 교환유닛(50)의 매거진(52)의 회전이 발생하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차 브레이크 시스템의 캘리퍼 하우징 가공용 고속 툴 체인저.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 이송 샤프트(61)는 말단부에 툴 교환유닛(50)의 작동 완료 여부를 확인하는 툴 교환유닛 확인 센서(90)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차 브레이크 시스템의 캘리퍼 하우징 가공용 고속 툴 체인저.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 푸시 로드(82)는 말단에 툴 클램프 확인 독(tool clamp check dog,91a)이 형성되어 있고, 툴 클램프 확인 독(91a)의 상부에는 툴 클램프 확인 센서(91)가 장착되어있어, 툴의 클램프(clamp) 여부를 확인하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차 브레이크 시스템의 캘리퍼 하우징 가공용 고속 툴 체인저.
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