KR20140101472A - 암리스 자동공구교환장치 - Google Patents

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KR20140101472A KR1020130014271A KR20130014271A KR20140101472A KR 20140101472 A KR20140101472 A KR 20140101472A KR 1020130014271 A KR1020130014271 A KR 1020130014271A KR 20130014271 A KR20130014271 A KR 20130014271A KR 20140101472 A KR20140101472 A KR 20140101472A
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Abstract

본 발명에 의한 암리스 자동공구교환장치는 컬럼(1), 상기 컬럼(1)에 장착되어 상하로 이동가능한 스핀들 헤드 바디부(2), 공구에 의해 공작물을 가공하는 스핀들(3), 및 매거진 플레이트(4)의 원주방향을 따라 형성된 다수의 공구포트(5)에 다수의 공구(T)를 수납하고 회전가능한 공구 매거진(6)을 구비하는 암리스 자동공구교환장치에 있어서, 캠 구동부(20); 상기 캠 구동부(20)의 일측에 설치되는 기어부(30); 상기 기어부(30)를 구동하기 위한 공구 매거진 구동유닛(40); 및 상기 캠 구동부(20)와 상기 기어부(30)에 절삭유 또는 칩이 유입되는 것을 방지하기 위한 하우징(50);을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

암리스 자동공구교환장치{A armless automatic tool changer}
본 발명은 암리스 자동공구교환장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지면에 수평하게 설치되는 캠 샤프트에 의해 중력의 영향을 최소화하여 내구성을 향상하고, 캠 구동부, 기어부, 및 공구 매거진 구동유닛에 절삭유 또는 칩이 유입되는 것을 방지하는 하우징을 구비하여 암리스 자동공구교환장치의 고장을 방지하며, 기어부에 의해 고속회전이 가능하여 생산성을 향상시킬 수 있는 암리스 자동공구교환장치에 관한 것이다.
공작기계에는 터닝센터, 머시닝센터, 문형머시닝센터, 스위스 턴, 방전 가공기, 수평형 NC 보링머신 등을 비롯하여 다양한 종류가 작업의 용도에 맞게 널리 사용되고 있다.
일반적으로 공작기계에서 가공 생산선을 향상시키기 위한 방안은 크게 절삭시간의 단축방안과 비절삭시간의 단축방안으로 나누어진다.
비절삭시간의 단축방안은 다시 이송계의 이송속도를 향상시키는 방안과 자동공구교환장치(ATC)에 의한 공구교환시간을 단축하는 방안으로 세분화된다.
종래 사용되고 있는 자동공구교환장치(ATC)는 공구를 클램프하는 방식에 따라 암 타입(arm type)과 암리스 타입(armless type)으로 나누어진다.
일반적으로 암리스(armless) 자동공구교환장치(ATC, automatic tool changer)는 공구매거진의 매거진 플레이트에 다수 구비된 공구를 별도의 체인지 암(change arm) 없이 컬럼과 스핀들의 움직임만으로 공구를 교환하는 방식으로 주로 수직형 머시닝센터(vertical type machining center)에서 주로 사용된다.
이러한 수직형 머시닝센터는 스핀들에 장착된 공구로 공작물을 가공한다.
일반적으로 PLC(programmable logic controller) 또는 PMC(programmable machine controller)와 같은 미리 프로그램된 공작물 가공 프로그램이 저장된 NC(numerical control)를 통해 다양한 공구가 교환장착된다.
도 1은 종래 암리스 자동공구교환장치의 측면 사시도를 나타낸다.
도 1에 도시된 것처럼, 종래 암리스 자동공구교환장치는 컬럼(1)과 컬럼(1)에 장착되어 상하로 이동가능한 스핀들 헤드 바디부(2)를 구비한다.
스핀들(3)은 스핀들에 장착된 공구에 의해 공작물을 가공한다.
공구 매거진(6)은 매거진 플레이트(4)의 원주방향을 따라 형성된 다수의 공구포트(5)에 다수의 공구(T)를 수납한다.
스핀들 헤드 바디부(2)가 상하로 이동하면서 공구포트(5)를 틸팅하게 된다.
스핀들 헤드 바디부(2)가 상부로 이동하게 되면, 공구포트(5)는 수평 위치에 있으면서 다음 공구를 호출할 수 있는 위치에 있게 된다.
종래 암리스 자동공구교환장치는 지면에 대해 수직으로 설치하게 설치되는 캠 샤프트(13)와 캠 샤프트(13)의 일부에 설치되는 캠(11), 매거진 플레이트의 배면에 설치되는 다수의 캠 팔로우(12), 및 상기 캠 샤프트(13)의 끝단에 설치되는 캠 샤프트 기어(14)를 구비한다.
또한, 종래 암리스 자동공구교환장치는 기어드 모터(15)를 구비하고, 이러한 기어드 모터(15)의 하단에 기어드 모터(15)이 구동과 일체로 회전하는 모터기어(16)를 구비한다.
캠 샤프트 기어(14)와 모터기어(16)가 체인(17)에 의해 연결되고, 기어드 모터(15)가 구동하면 모터기어(16)를 회전시키고, 모터기어(16)가 체인(17)이 회전시키고, 체인(17)이 캠 샤프트 기어(14)를 회전시키게 된다.
이에 따라, 최종적으로 캠 샤프트 기어(14)가 캠 샤프트(13)를 회전시키고, 캠(11)과 캠 팔로우(12)의 상호운동에 따라 공구 매거진(6)이 회전하게 된다.
도 1에 도시된 것처럼, 종래 암리스 자동공구교환장치의 캠 샤프트(13)는 지면에 대해 수직하게 설치되어 장시간 구동에 따라 베어링 등을 마모시켜 암리스 자동공구교환장치의 오작동 또는 파손을 초래하는 문제점이 있었다.
또한, 종래 암리스 자동공구교환장치는 기어드 모터와 체인에 따른 구동에 의해 고속회전을 할 수 없어 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.
더욱이, 종래 암리스 자동공구교환장치는 이러한 기어드 모터, 체인, 캠, 캠 팔로우, 캠 샤프트 등이 외부에 설치됨에 따라 공작물의 가공중에 발생하는 칩과 비산되는 절삭유에 무방비로 노출되고, 이러한 이물질에 의해 암리스 자동공구교환장치가 오작동 되거나 잦은 고장을 발생시키는 문제점이 있었다.
대한민국 특허등록번호 제10-1225189호 대한민국 특허공개번호 제10-2003-0058486호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 캠 구동부를 형성하는 캠 샤프트가 지면에 수평하게 설치됨에 따라 중력의 영향을 최소화하여 암리스 자동공구교환장치의 내구성을 향상하고, 캠 구동부, 기어부, 및 공구 매거진 구동유닛에 절삭유 또는 칩이 유입되는 것을 방지하기 위한 하우징을 구비하여 암리스 자동공구교환장치의 고장 등을 방지하며, 기어부의 기어 구동에 따라 고속회전이 가능하여 신속하게 공구를 교체함으로써 생산성을 향상시킬 수 있는 암리스 자동공구교환장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명은 컬럼, 상기 컬럼에 장착되어 상하로 이동가능한 스핀들 헤드 바디부, 공구에 의해 공작물을 가공하는 스핀들, 및 매거진 플레이트의 원주방향을 따라 형성된 다수의 공구포트에 다수의 공구를 수납하고 회전가능한 공구 매거진을 구비하는 암리스 자동공구교환장치에 있어서, 캠 구동부; 상기 캠 구동부의 일측에 설치되는 기어부; 상기 기어부를 구동하기 위한 공구 매거진 구동유닛; 및 상기 캠 구동부와 상기 기어부에 절삭유 또는 칩이 유입되는 것을 방지하기 위한 하우징;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 암리스 자동공구교환장치의 바람직한 다른 실시예에서, 암리스 자동공구교환장치는 상기 공구 매거진을 틸팅하기 위한 공구 매거진 틸팅부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 암리스 자동공구교환장치의 바람직한 다른 실시예에서, 캠 구동부는 지면에 수평하게 상기 공구 매거진의 배면에 설치되는 캠 샤프트;상기 캠 샤프트의 일부에 설치되는 캠; 및 상기 매거진 플레이트의 배면에 설치되는 다수의 캠 팔로우;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 암리스 자동공구교환장치의 바람직한 다른 실시예에서, 기어부는 상기 공구 매거진 구동유닛에 연결되어 상기 공구 매거진 구동유닛과 일체로 회전하는 제1 기어; 상기 제1 기어에 맞물리도록 설치되어 상기 제1 기어의 회전에 따라 일체로 회전하는 제2 기어; 및 상기 제2 기어에 맞물리도록 설치되고, 중앙에 상기 캠 샤프트의 일단이 연결되어 상기 제2 기어의 회전에 따라 일체로 회전하며, 동시에 상기 캠 샤프트를 회전시키는 제3 기어;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 암리스 자동공구교환장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공구 매거진 틸팅부는 상기 하우징의 하부 일단에 형성된 공구 매거진 캠 팔로우; 상기 스핀들의 외측 일부에 형성되어 상기 공구 매거진 캠 팔로우의 틸팅을 가이드 하는 가이드부; 및 상기 공구 매거진 캠 팔로우가 상기 가이드부를 따라 틸팅될 때 상기 공구 매거진의 회전을 위한 공구 매거진 회전축;을 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 암리스 자동공구교환장치는 캠 구동부를 구성하는 캠 샤프트가 지면에 수평하게 설치되어 중력에 따른 영향을 최소화하여 베어링 등의 마모를 방지하여 암리스 자동공구교환장치의 내구성을 향상시키고 수명을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 암리스 자동공구교환장치는 캠 구동부, 기어부, 및 공구 매거진 구동유닛에 절삭유 또는 칩이 유입되는 것을 방지하기 위한 하우징을 구비하여 이러한 이물질에 의해 암리스 자동공구교환장치가 오작동 되거나 파손되는 것을 방지하여 인사사고를 예방하고, 암리스 자동공구교환장치의 유지비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
더욱이, 본 발명에 의한 암리스 자동공구교환장치는 기어부의 기어 구동을 서보 모터를 통해 구동함으로써 고속회전이 가능하고, 이에 따라 신속하게 공구를 교체함으로써 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 암리스 자동공구교환장치의 측면 사시도를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 암리스 자동공구교환장치의 좌측 사시도를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 암리스 자동공구교환장치의 우측 일부 사시도를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 암리스 자동공구교환장치의 캠 구동부와 기어부의 투명 사시도를 나타낸다.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 부호를 가지도록 하고 있다.
도 2는 본 발명에 따른 암리스 자동공구교환장치(10)의 좌측 사시도를 나타내고, 도 3은 본 발명에 따른 암리스 자동공구교환장치(10)의 우측 일부 사시도를 나타낸다. 도 4는 본 발명에 따른 암리스 자동공구교환장치(10)의 캠 구동부(20)와 기어부(30)의 투명 사시도를 나타낸다.
도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 암리스 자동공구교환장치(10)를 설명한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 암리스 자동공구교환장치(10, armless automatic tool changer)는 캠 구동부(20), 기어부(30), 공구 매거진 구동유닛(40), 및 하우징(50)으로 이루어진다.
반드시 이에 한정되는 것은 아니지만 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 암리스 자동공구교환장치(10)는 컬럼(1)과 컬럼(1)에 장착되어 상하로 이동가능한 스핀들 헤드 바디부(2)를 구비한다.
스핀들(3)은 스핀들에 장착된 공구에 의해 공작물을 가공한다.
공구 매거진(6)은 매거진 플레이트(4)의 원주방향을 따라 형성된 다수의 공구포트(5)에 다수의 공구(T)를 수납한다.
캠 구동부(40)가 공구 매거진(6), 더욱 상세하게는 매거진 플레이트(4)의 배면에 설치된다.
기어부(30)는 캠 구동부(20)의 일측에 설치된다.
공구 매거진 구동유닛(40)은 기어부(30)를 구동하는 동력을 전달한다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면 이러한 공구 매거진 구동유닛(40)은 서보모터(servo motor)로 이루어질 수 있다.
하우징(50)은 캠 구동부(20)와 기어부(30)에 절삭유 또는 칩이 유입되는 것을 방지한다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 이러한 하우징(50)은 캠 구동부(20)와 기어부(30)를 한 번에 덮는 일체형일 수 있고, 필요에 따라서는 캠 구동부(20)와 기어부(30)를 각각 덮는 분리형일 수도 있다.
이러한 하우징(50)에 의해 가공중에 발생되는 칩과 비산되는 절삭유가 암리스 자동공구교환장치를 구성요소에 침투하는 것을 방지하여 암리스 자동공구교환장치의 파손 및 오작동을 방지하고, 수명을 증가시킬 수 있게 된다.
도 3에 도시된 것처럼 본 발명의 바람직한 다른 일 실시예에 따르면, 암리스 자동공구교환장치(10)는 공구 매거진(6)을 틸팅하기 위한 공구 매거진 틸팅부(60)를 더 포함할 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 것처럼 본 발명의 바람직한 다른 일 실시예에 따르면, 이러한 공구 매거진 틸팅부(60, tiliting part)는 공구 매거진 캠 팔로우(61, tool magazine cam follower), 가이드부(62, guide part), 및 공구 매거진 회전축(63, tool magazine rotation center)으로 이루어진다.
공구 매거진 캠 팔로우(61)는 하우징(50)의 하부 일단에 형성된다.
가이드부(62)는 스핀들(3)의 외측 일부에 형성되어 공구 매거진 캠 팔로우(61)의 틸팅을 가이드 하는 기능을 수행한다.
공구 매거진 회전축(63)은 공구 매거진 캠 팔로우(61)가 가이드부(62)를 따라 상하로 틸팅(tiliting) 될 때 공구 매거진(6)의 힌지포인트 기능을 수행한다.
즉, 스핀들 헤드 바디부(2)가 상하로 움직이면서 공구 매거진 캠 팔로우(61)가 스핀들(3)에 외측 일부에 형성된 가이드부(62)를 따라 틸팅하게 된다.
도 4에 도시된 것처럼 본 발명의 바람직한 다른 일 실시예에 따르면, 캠 구동부(20)는 캠 샤프트(13), 캠(11), 및 다수의 캠 팔로우(12)로 이루어진다.
캠 샤프트(13)는 지면에 수평하게 공구 매거진(6)의 배면, 더욱 상세하게는 매거진 플레이트(4)의 중앙에 설치된다. 캠(11)은 캠 샤프트(13)의 일부에 설치된다. 다수의 캠 팔로우(12)가 공구 매거진(6)의 배면, 더욱 상세하게는 매거진 플레이트(4)의 배면 중앙에 설치된다.
또한, 도 4에 도시된 것처럼 본 발명의 바람직한 다른 일 실시예에 따르면, 기어부(30)는 제1 기어(31), 제2 기어(32), 및 제3 기어(33)로 이루어진다.
제1 기어(31)는 중앙에 홈을 구비하고 이러한 홈에 공구 매거진 구동유닛(40)에 구동축에 연결된다. 제1 기어(31)는 공구 매거진 구동유닛(40)이 구동하는 경우 공구 매거진 구동유닛(40)과 일체로 회전하게 된다.
제2 기어(32)는 제1 기어(31)에 맞물리도록 설치된다. 따라서, 제2 기어(32)는 제1 기어의 회전에 따라 일체로 회전하게 된다.
제3 기어(33)는 제2 기어(32)에 맞물리도록 설치된다. 또한 제3 기어(33)는 중앙에 홈을 구비하고 이러한 홈에 캠 샤프트(13)의 일단이 연결된다. 따라서, 제3 기어(33)는 제2 기어(32)의 회전에 따라 일체로 회전하고, 동시에 캠 샤프트(13)를 회전시키게 된다.
본 발명에 따른 암리스 자동공구교환장치(10)는 작동동작은 다음과 같다.
스핀들 헤드 바디부(2)가 상하로 움직이면서 공구 매거진 캠 팔로우(61)가 스핀들(3)에 외측 일부에 형성된 가이드부(62)를 따라 틸팅하게 된다. 스핀들 헤드 바디부(2)가 상부로 이동하게 되면 암리스 자동공구교환장치는 다음 공구를 호출할 수 있는 위치에 있게 된다. 이때, 공구 매거진 구동유닛(40)인 서보모터가 구동하게 된다. 서보모터가 구동하게 되면 감속역할을 하는 3개의 제1, 2, 3 기어(31, 32, 33)가 회전을 하면서 제3 기어(33)에 연결된 캠 샤프트(13)를 구동시키게 된다. 캠 샤프트(13)의 구동에 따라 캠(11)이 회전하게 되고, 캠(11)과 캠 팔로우(12)의 상호 작동에 의해 최종적으로 공구 매거진(6)이 회전하게 된다.
이처럼, 본 발명에 따른 암리스 자동공구교환장치(10)는 캠 샤프트(13)가 지면에 대해 수평하게 설치되어 중력에 따른 영향력을 최소화하여 베어링 등의 마모를 방지하고 암리스 자동공구교환장치의 내구성을 증대시킬 수 있게 된다.
또한, 서보모터와 기어의 구동에 따라 고속회전이 가능함에 따라 생산성을 향상시킬 수 있게 된다.
본 발명은 도면에 도시된 변형예와 상기에서 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 첨부된 청구항의 범주내에 속하는 다른 실시예로 확장될 수 있다.
1 : 컬럼, 2 : 스핀들 헤드 바디부,
3 : 스핀들, 4 : 매거진 플레이트,
5 : 공구포트, 6 : 공구 매거진,
7 : 공구포트 회전축,
10 : 암리스 자동공구교환장치, 11 : 캠,
12 : 캠 팔로우, 13 : 캠 샤프트,
14 : 캠 샤프트 기어, 15 : 기어드 모터,
16 : 모터기어, 17 : 체인,
20 : 캠 구동부, 30 : 기어부,
31 : 제1 기어, 32 : 제2 기어,
33 : 제3 기어, 40 : 공구 매거진 구동 유닛,
50 : 하우징, 60 : 공구 매거진 틸팅부,
61 : 공구 매거진 캠 팔로우, 62 : 가이드부,
63 : 공구 매거진 회전축, T : 공구.

Claims (5)

  1. 컬럼, 상기 컬럼에 장착되어 상하로 이동가능한 스핀들 헤드 바디부, 공구에 의해 공작물을 가공하는 스핀들, 및 매거진 플레이트의 원주방향을 따라 형성된 다수의 공구포트에 다수의 공구를 수납하고 회전가능한 공구 매거진을 구비하는 암리스 자동공구교환장치에 있어서,
    캠 구동부;
    상기 캠 구동부의 일측에 설치되는 기어부;
    상기 기어부를 구동하기 위한 공구 매거진 구동유닛; 및
    상기 캠 구동부와 상기 기어부에 절삭유 또는 칩이 유입되는 것을 방지하기 위한 하우징;을 포함하는 것을 특징으로 하는 암리스 자동공구교환장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 암리스 자동공구교환장치는,
    상기 공구 매거진을 틸팅하기 위한 공구 매거진 틸팅부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 암리스 자동공구교환장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 캠 구동부는,
    지면에 수평하게 상기 공구 매거진의 배면에 설치되는 캠 샤프트;
    상기 캠 샤프트의 일부에 설치되는 캠; 및
    상기 매거진 플레이트의 배면에 설치되는 다수의 캠 팔로우;를 포함하는 것을 특징으로 하는 암리스 자동공구교환장치.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 기어부는,
    상기 공구 매거진 구동유닛에 연결되어 상기 공구 매거진 구동유닛과 일체로 회전하는 제1 기어;
    상기 제1 기어에 맞물리도록 설치되어 상기 제1 기어의 회전에 따라 일체로 회전하는 제2 기어; 및
    상기 제2 기어에 맞물리도록 설치되고, 중앙에 상기 캠 샤프트의 일단이 연결되어 상기 제2 기어의 회전에 따라 일체로 회전하며, 동시에 상기 캠 샤프트를 회전시키는 제3 기어;를 포함하는 것을 특징으로 하는 암리스 자동공구교환장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 공구 매거진 틸팅부는,
    상기 하우징의 하부 일단에 형성된 공구 매거진 캠 팔로우;
    상기 스핀들의 외측 일부에 형성되어 상기 공구 매거진 캠 팔로우의 틸팅을 가이드 하는 가이드부; 및
    상기 공구 매거진 캠 팔로우가 상기 가이드부를 따라 틸팅될 때 상기 공구 매거진의 회전을 위한 공구 매거진 회전축;을 포함하는 것을 특징을 하는 암리스 자동공구교환장치.
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