KR20140063233A - 자동공구교환장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 상대적으로 중량이 가벼운 공구포트가 상하운동을 하도록 함으로 전력 에너지 소모량을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 상하 이동시 기계 전체에 대한 충격을 감소시켜서 진동에 의한 내구성 저하를 방지할 수 있으며, 공구교환시간이 상대적으로 단축되도록 함으로써 생산성을 향상시킬 수가 있는, 자동공구교환장치에 관한 것으로서,
본 발명의 구성은, 스핀들에서 사용되는 다수개의 공구의 위치를 정하여 저장하며, 상기 공구를 적재할 수 있도록 원주방향을 따라 등간격을 이루면서 다수 개의 홈이 형성되어 있는 매거진; 상기 매거진의 원주 상에 위치하여 상기 매거진의 회전시 공구가 이탈되지 않도록 잡아주는 그리퍼; 좌우로 분리되는 구조로 상하 직선운동을 하며, 상기 공구의 각도를 유지시키기 위해 상기 공구와의 접촉면에 상기 공구의 형상에 따른 홈이 가공되는 공구포트; 상기 공구포트를 상하이동시키는 공압실린더; 상기 공구포트의 상하이동을 유도하기 위한 가이드; 및 공구를 클램프하여 회전됨으로써 공구를 교환하는 트윈암어셈블리를 포함한다.

Description

자동공구교환장치{Automatic tool changer}

본 발명은 자동공구교환장치에 관한 것이다.

각종의 절삭 가공방법 또는 비절삭 가공방법으로 금속 또는 비금속의 소재를 적당한 공구를 사용하여 형상 및 치수로 가공하든가 또는 반소재에 더욱 정밀한 가공을 할 목적으로 사용하는 기계를 공작기계라 한다. 상기한 공작기계중에서 가공과정에서 칩이 발생하는 공작기계를 절삭공작기계라고 하고, 가공과정에서 칩이 발생하지 않는 비절삭 공작기계를 금속가공기계라고 한다. 상기한 절삭공작기계에는 선반(lathe), 밀링기, 머시닝센터(machining center), 드릴링기, 보링기, 연삭기, 기어가공기, 특수가공기 등이 있고, 상기한 금속성형기계에는 기계식 프레스, 유압식 프레스, 절단절곡기, 단조기, 인발기 등이 있다.

산업 전반적인 성력화 추세에 힘입어 절삭 가공분야의 자동화 및 수치제어(NC)화도 급속히 진전되고 있다. 아울러 최근에는 그동안 회전형 선반계열과 밀링 계열로 양분되어 진행되어 온 공작기계의 수치제어(NC)화가 서로 복합적으로 결합되어 다기능 머시닝 센터가 출현하였으며, 산업현장의 폭넓은 수요에 힘입어 그 시장은 급속히 확대되고 있다. 상기한 머시닝 센터란 몇가지 종류의 절삭가공을 하나의 기계에서 자동적으로 수행하는 NC 공작기계로서, 대개 공구 자동교환기능과 가공물의 2개면 이상을 자동적으로 깎고 또한 분할할 수 있는 기능을 구비하고 있다. 상기한 머시닝 센터는 그 발달의 뿌리를 어디에 두었던간에 크게 비회전체 부품을 가공하는 형식과 회전체 부품을 가공하는 형식의 2종으로 구분할 수 있다. 비회전체 부품을 대상으로 하는 머시닝 센터는 가공하는 NC 밀링 머시인 또는 NC 드릴링 머시인을 발전 모체로 하여 여러가지 부분을 개량하였고, 여기에 자동 공구교환장치(Automatic Tool Changer, ATC), 투울 매거진, 자동 가공물 교환장치(Automatic Loader, AL)를 조합하여 머시닝 센터를 만든 것이다. 회전부품을 대상으로 하는 머시닝 센터는 NC 선반을 발전 모체로 하여 회전체 부품을 선삭후에 각도분할, 홈가공, 구멍가공, 탭작업 등 여러가지 가공을 하며, 자동 공구교환장치(ATC) 이외에 자동 가공물 교환장치(AL)도 가지고 있고, 또한 가공중에 별도로 준비된 척으로 소재를 잡고 가공이 완료된 가공물은 척에서 풀려 나오도록 함으로써 가공물의 탈착을 자동화하고 있다.

상기 자동 공구교환장치는 공구 매거진 장치에 각 공정에 필요한 공구를 다수 보유하고 있으면서, 공구홀더를 이용하여 다양한 작업에 필요한 적당한 공구를 교환 공급해주는 구조로 이루어진다.

도 1은 일반적인 자동공구교환장치의 구성도이다.

도 1에 도시되어 있는 바와 같이 일반적인 자동공구교환장치는, 2개의 드럼(100a, 100b)에 의해 회전되면서 스핀들에서 사용되는 다수개의 공구의 위치를 정하여 저장하는 매거진(100)과, 상기 매거진(100)의 원주 상에 위치하여 상기 매거진(100)의 회전시 공구가 이탈되지 않도록 잡아주는 공구홀더(200)와, 상기 트위암어셈블리(500)를 Y축 방향으로 상하이동시키는 유압실린더(300)와, 상기 트윈암어셈블리(500)의 Y축 방향으로의 상하이동을 유도하기 위한 가이드(400)와, 상기 가이드(400)를 따라 이동하면서 공구를 큼램프하여 회전됨으로써 공구를 교환하는 트윈암어셈블리(500)를 포함하여 이루어진다.

상기한 트윈암 어셈블리(530)는 회전동력을 발생시키는 모터(510)와, 상기한 모터(510)에 연결되어 있는 기어박스(520) 및 캠박스(525)와, 상기한 기어박스(520) 및 캠박스(525)에 의해서 Z축을 중심으로 회전운동하면서 스핀들의 공구와 상기 공구홀더(200)의 공구의 위치를 서로 교환해주는 트윈암(530)을 포함하여 이루어진다.

상기한 트윈암(530)은, 스핀들의 공구와 공구홀더(200)의 공구를 각각 클램프하기 위한 제1 핑거(546) 및 제2 핑거(550)로 이루어진다.

상기한 구성에 의한 일반적인 자동공구교환장치의 동작은 다음과 같이 이루어진다.

2개의 드럼(100a, 100b)으로 회전되는 궤도상에 공구홀더(200)가 마련되어 공구를 저장하고 있는 매거진(100)이 필요한 공구를 공구교환위치로 이동시킨다.

공구교환위치에 공구가 위치하면 유압실린더(300)의 로드가 인출되면서 트윈암어셈블리(500)가 가이드(400)를 타고 Y축 (+)방향으로 상승하여 트윈암(530)의 제1핑거(546)가 상기 공구를 클램프한다.

상기 트윈암(530)이 Z축 (+)방향으로 이동되고, 트윈암어셈블리(500)가 Y축 (-)방향으로 하강하여 Z축 (-)방향으로 이동한다.

스핀들에 고정되어 있는 공구를 클램프하기 위해 상기 트윈암어셈블리(500)가 Y축 (-)방향으로 하강하여 트위암 제2핑거(550)가 상기 스핀들에 고정된 공구를 클램핑한다.

상기 트윈암(530)이 Z축 (+)방향으로 이동되고, 상기 트윈암(530)이 Z축 방향으로 180도 회전한 후 다시 Z축의 (-)방향으로 이동하여 공구를 교환하게 된다.

상기 트윈암어셈블리(500)는 상기 트윈암(530)의 제2 핑거(550)에 공구를 클램프한 채 상기 트윈암(530)의 제1핑거(546)에 클램프된 공구를 상기 스핀들에 두고 상기 트윈암어셈블리(500)를 Y축 (+)방향으로 상승시킨다.

상기 트윈암(530)을 Z축 (+)방향으로 이동시켜서 상기 공구교환위치에 위치하게 되면 상기 트윈암(530)이 Z축 (-)방향으로 이동하여 공구홀더(200)에 상기 트윈암(530)의 제2핑거(550)에 클램프된 공구를 위치시키고 그대로 Y축 (-)방향으로 하강하여 공구 교환을 마치게 된다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래의 자동공구교환장치는 중량이 무거운 트윈암어셈블리(500)를 상하로 이동시킴으로써 전력 에너지 소모가 크게 되고, 무거운 중량으로 인히여 상하 이동시 기계 전체에 충격을 주게 되는 문제점이 있다.

또한, 상기한 종래의 자동공구교환장치는, 트윈암 어셈블리(500)의 상하 이동시간이 상대적으로 길어서 공구교환시간이 오래 걸리기 때문에 생산성이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 상대적으로 중량이 가벼운 공구포트가 상하운동을 하도록 함으로 전력 에너지 소모량을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 상하 이동시 기계 전체에 대한 충격을 감소시켜서 진동에 의한 내구성 저하를 방지할 수 있는 자동공구교환장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은, 공구교환시간이 상대적으로 단축되도록 함으로써 생산성을 향상시킬 수 있는 자동공구교환장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 구성은, 스핀들에서 사용되는 다수개의 공구의 위치를 정하여 저장하며, 상기 공구를 적재할 수 있도록 원주방향을 따라 등간격을 이루면서 다수 개의 홈이 형성되어 있는 매거진; 상기 매거진의 원주 상에 위치하여 상기 매거진의 회전시 공구가 이탈되지 않도록 잡아주는 그리퍼; 좌우로 분리되는 구조로 상하 직선운동을 하며, 상기 공구의 각도를 유지시키기 위해 상기 공구와의 접촉면에 상기 공구의 형상에 따른 홈이 가공되는 공구포트; 상기 공구포트를 상하이동시키는 공압실린더; 상기 공구포트의 상하이동을 유도하기 위한 가이드; 및 공구를 클램프하여 회전됨으로써 공구를 교환하는 트윈암어셈블리를 포함한다.

본 발명의 구성은, 상기한 매거진은 공구의 위치를 확인시켜주기 위한 표시부가 형성된다.

본 발명의 구성은, 상기한 공구포트는 2로 나뉘어져 좌우로 분리되는 구조로 이루어진다.

본 발명의 구성은, 상기한 트윈암 어셈블리는 회전동력을 발생시키는 모터;

상기한 모터에 연결되어 있는 기어박스 및 캠박스;

상기한 기어박스 및 캠박스에 의해서 Z축을 중심으로 회전운동하면서 스핀들의 공구와 상기 공구포트의 공구의 위치를 서로 교환해주는 트윈암을 포함한다.

본 발명의 효과는, 상대적으로 중량이 가벼운 공구포트가 상하운동을 하도록 함으로 전력 에너지 소모량을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 상하 이동시 기계 전체에 대한 충격을 감소시켜서 진동에 의한 내구성 저하를 방지할 수 있으며, 공구교환시간이 상대적으로 단축되도록 함으로써 생산성을 향상시킬 수가 있다.

도 1은 일반적인 자동공구교환장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 자동공구교환장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 자동공구교환장치의 가이드와 공구포트의 평면 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 자동공구교환장치의 공구포트가 분리된 모습을 보여하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 자동공구교환장치의 공구포트가 공구를 클램핑한 모습을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 자동공구교환장치의 구성은, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 스핀들(17)에서 사용되는 다수개의 공구(15)의 위치를 정하여 저장하며, 상기 공구(15)를 적재할 수 있도록 원주방향을 따라 등간격을 이루면서 다수 개의 홈(11)이 형성되어 있는 매거진(1)과, 상기 매거진(1)의 원주 상에 위치하여 상기 매거진(1)의 회전시 공구(15)가 이탈되지 않도록 잡아주는 그리퍼(3)와, 좌우로 분리되는 구조로 Y축 방향으로 상하 직선운동을 하며, 상기 공구(15)의 각도를 유지시키기 위해 상기 공구(15)와의 접촉면에 상기 공구(15)의 형상에 따른 홈이 가공되는 공구포트(5)와, 상기 공구포트(5)를 Y축 방향으로 상하이동시키는 공압실린더(9)와, 상기 공구포트(5)의 Y축 방향으로의 상하이동을 유도하기 위한 가이드(7)와, 공구(15)를 클램프하여 회전됨으로써 공구를 교환하는 트윈암어셈블리(6)를 포함하여 이루어진다.

상기한 매거진(1)은 공구(15)의 위치를 확인시켜주기 위한 표시부(12)가 형성되는 구조로 이루어진다.

상기한 공구포트(5)는 2로 나뉘어져 좌우로 분리되는 구조로 이루어진다.

상기한 트윈암 어셈블리(6)는 회전동력을 발생시키는 모터(64)와, 상기한 모터(64)에 연결되어 있는 기어박스(61) 및 캠박스(62)와, 상기한 기어박스(61) 및 캠박스(62)에 의해서 Z축을 중심으로 회전운동하면서 스핀들(17)의 공구와 상기 공구포트(5)의 공구의 위치를 서로 교환해주는 트윈암(63)을 포함하여 이루어진다.

상기한 구성에 의한, 본 발명에 따른 자동공구교환장치의 동작은 다음과 같이 이루어진다.

그리퍼(3)에 클램프된 공구(15)가 좌우로 분리되어 벌어져 있는 공구포트(5)의 사이에 위치되도록 매거진(1)이 Z축을 중심으로 회전한다.

도 5에 도시되어 있는 바와 같이 그리퍼(3)에 클램프된 공구(15)가 좌우로 벌어져 있는 공구포트(5)의 사이에 위치하게 되면, 공압실린더(9)의 로드가 제거되면서 도 6에 도시되어 있는 바와 같이 좌우로 벌어져 있던 상기 공구포트(5)가 닫히면서 상기 공구(15)를 클램프한다.

상기 공구포트(5)가 Y축 (-)방향으로 하강하여 상기 트윈암(63)의 회전 궤적 상에 위치하게 된다.

상기 트윈암(63)이 Z축 (+)방향으로 회전하여 상기 공구포트(5)에 클램프된 공구를 클램프하는 동시에 스핀들(17)에 클램프되어 있던 공구도 동시에 클램프한다.

상기 트윈암(63)이 Z축 (+)방향으로 직선운동을 하고 180도 정회전하여 스핀들에 클램프되어 있던 공구와 상기 공구포트(5)에 클램프되어 있던 공구의 위치를 교환한 후 Z축 (-)방향으로 직선운동을 한다.

상기 트윈암(63)이 Z축 (-)방향으로 역회전하여 상기 스핀들(17)과 상기 공구포트(3)에 공구가 각각 클램프된다.

공압실린더(9)의 로드가 주입되어 상기 공구포트(5)를 Y축 (+)방향으로 상승시키고, 상기 매거진(1)의 원주상에 위치하게 된다.

상기 공구포트(5)에 클램프되어 있던 공구가 상기 그리퍼(3)에 클램프되고, 상기 매거진(1)이 회전하여 다음 공구가 상기 공구포트(5) 사이에 위치하게 되어 교환을 마치게 된다.

이와 같이 상대적으로 중량이 가벼운 공구포트(5)가 상하운동을 하도록 함으로 전력 에너지 소모량을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 상하 이동시 기계 전체에 대한 충격을 감소시켜서 진동에 의한 내구성 저하를 방지할 수 있으며, 공구교환시간이 상대적으로 단축되도록 한다.

이상에서 제시된 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 본 발명의 기술적 사상이 반드시 제시된 실시예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시예가 가능하다.

1 : 매거진 3 : 그리퍼
5 : 공구포트 6 : 트윈암 어셈블리
7 : 가이드 9 : 공압 실린더
15 : 공구

Claims (4)

1. 스핀들에서 사용되는 다수개의 공구의 위치를 정하여 저장하며, 상기 공구를 적재할 수 있도록 원주방향을 따라 등간격을 이루면서 다수 개의 홈이 형성되어 있는 매거진;
   상기 매거진의 원주 상에 위치하여 상기 매거진의 회전시 공구가 이탈되지 않도록 잡아주는 그리퍼;
   좌우로 분리되는 구조로 상하 직선운동을 하며, 상기 공구의 각도를 유지시키기 위해 상기 공구와의 접촉면에 상기 공구의 형상에 따른 홈이 가공되는 공구포트;
   상기 공구포트를 상하이동시키는 공압실린더;
   상기 공구포트의 상하이동을 유도하기 위한 가이드; 및
   공구를 클램프하여 회전됨으로써 공구를 교환하는 트윈암어셈블리를 포함하는 자동공구교환장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기한 매거진은 공구의 위치를 확인시켜주기 위한 표시부가 형성되는 자동공구교환장치.
3. 제 1항에 있어서,
   상기한 공구포트는 2로 나뉘어져 좌우로 분리되는 자동공구교환장치.
4. 제 1항에 있어서,
   상기한 트윈암 어셈블리는,
   회전동력을 발생시키는 모터;
   상기한 모터에 연결되어 있는 기어박스 및 캠박스;
   상기한 기어박스 및 캠박스에 의해서 Z축을 중심으로 회전운동하면서 스핀들의 공구와 상기 공구포트의 공구의 위치를 서로 교환해주는 트윈암을 포함하는 자동공구교환장치.

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