KR20150113543A

KR20150113543A - 자동 공구 교환 장치의 공구 교환 암 조립체

Info

Publication number: KR20150113543A
Application number: KR1020140037635A
Authority: KR
Inventors: 박동수
Original assignee: 주식회사 대영테크
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2015-10-08
Also published as: KR101574604B1

Abstract

한 쌍의 그리퍼를 구비하며, 각 그리퍼는 서로 다른 직경의 공구 자루를 갖는 복수 종류의 공구를 파지할 수 있는, 자동 공구 교환 장치의 공구 교환 암 조립체가 개시된다. 개시된 공구 교환 암 조립체는, 회전 가능한 메인 샤프트(main shaft), 및 메인 샤프트가 회전할 때 동축(同軸) 회전하도록 메인 샤프트에 체결된 암 보디(arm body)와, 암 보디의 양 측에 하나씩 결합되는 것으로, 파지되는 공구 자루의 직경이 다른 복수 종류의 공구를 파지할 수 있는 한 쌍의 그리퍼(gripper)를 구비한 암(arm)을 구비하고, 한 쌍의 그리퍼는 각각, 서로 같은 축선(軸線)에 대해 피봇(pivot) 가능하게 암 보디에 결합되고, 암 보디의 바깥으로 돌출된 한 쌍의 전단부(前端部)가 서로 가까워지는 방향으로 탄성 바이어스(elastic bias)된 한 쌍의 핑거(finger)를 구비하고, 핑거는 각각, 파지되는 공구의 종류에 따라 공구 자루에 접촉되는 부분이 구별되는 엣지(edge)를 전단부에 구비한 공구 교환 암 조립체(tool changing arm assembly)를 제공한다.

Description

자동 공구 교환 장치의 공구 교환 암 조립체{Tool changing arm assembly in automatic tool changer}

본 발명은 자동 공구 교환 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공구 거치대의 셀(cell)에서 공구를 파지하고 공작 기계의 스핀들(spindle)로, 또는 그 반대 방향으로 공구를 이동시키는 공구 교환 암 조립체에 관한 것이다.

머시닝 센터(machining center)는 예컨대, 보링(boring), 밀링(milling), 드릴링(drilling), 탭핑(tapping)와 같은 기계 가공들 중에서 적어도 한가지 이상의 기계 가공을 자동으로 수행하는 공작 기계를 일컫는다. 공구를 이용해 재료에 가공을 수행하는 기계 본체와, 여러 개의 공구를 절삭 조건에 맞게 자동적으로 교환해주는 자동 공구 교환 장치(ATC: automatic tool changer)와, 수치 제어 장치를 구비한다. 통상적으로, 자동 공구 교환 장치는 공구가 거치되는 다수의 셀(cell)을 갖는 공구 거치대와, 상기 거치 셀에서 공구를 빼내어 파지하고 공구 거치대에서 공작 기계의 스핀들(spindle)로, 또는 그 반대로 공구를 이동시키는 공구 교환 암 조립체(tool changing arm assembly)를 구비한다.

종래의 공구 교환 암 조립체는 좌우에 각각 같은 직경의 공구 자루를 갖는 공구를 파지할 수 있는 한 쌍의 그리퍼(gripper)를 구비하거나, 좌우에 서로 다른 직경의 공구 자루를 갖는 공구를 파지할 수 있는 그리퍼를 하나씩 구비하였다. 전자(前者)의 경우에는, 다른 직경의 공구 자루를 갖는 공구를 파지할 수 없어 머시닝 센터에서 사용 가능한 공구의 종류가 매우 제한되는 문제가 있다. 한편, 후자(後者)의 경우에는, 서로 같은 직경의 공구 자루를 가지지만 기계 가공의 종류가 다른 공구를 순차적으로 사용하여 기계 가공을 수행하고자 하면, 좌우에 구비된 한 쌍의 그리퍼 중에서 하나만 파지 작업에 사용되고 다른 하나는 사용될 수 없다. 따라서, 상기 작업에 사용되는 그리퍼로 스핀들에서 공구를 분리 및 파지하여 공구 거치대의 지정된 셀로 옮겨 놓고, 상기 그리퍼로 다른 공구가 거치된 셀에서 상기 다른 공구를 분리 및 파지하여 스핀들로 옮겨 놓는 동작이 순차적으로 수행된다. 이에 따라 스핀들에 공구를 교환 장착하는 시간이 지연되고, 전체적인 기계 가공 시간이 지연된다.

대한민국 등록특허공보 제10-0655308호 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0055724호

본 발명은, 한 쌍의 그리퍼를 구비하며, 각 그리퍼는 서로 다른 직경의 공구 자루를 갖는 복수 종류의 공구를 파지할 수 있도록 구성되는 공구 교환 암 조립체를 제공한다.

또한 본 발명은, 서로 같은 직경의 공구 자루를 가지지만 기계 가공의 종류가 다른 공구를 순차적으로 사용하여 기계 가공을 수행하는 경우에도 공구를 교환 장착하는데 시간 지연이 발생하지 않는 공구 교환 암 조립체를 제공한다.

본 발명은, 공구(tool)가 거치되는 공구 거치대의 셀(cell)과 공작 기계의 스핀들(spindle) 사이에서 상기 공구를 파지하여 이동시키는 것으로, 회전 가능한 메인 샤프트(main shaft), 및 상기 메인 샤프트가 회전할 때 동축(同軸) 회전하도록 상기 메인 샤프트에 체결된 암 보디(arm body)와, 상기 암 보디의 양 측에 하나씩 결합되는 것으로, 파지되는 공구 자루의 직경이 다른 복수 종류의 공구를 파지할 수 있는 한 쌍의 그리퍼(gripper)를 구비한 암(arm)을 구비하고, 상기 한 쌍의 그리퍼는 각각, 서로 같은 축선(軸線)에 대해 피봇(pivot) 가능하게 상기 암 보디에 결합되고, 상기 암 보디의 바깥으로 돌출된 한 쌍의 전단부(前端部)가 서로 가까워지는 방향으로 탄성 바이어스(elastic bias)된 한 쌍의 핑거(finger)를 구비하고, 상기 핑거는 각각, 파지되는 공구의 종류에 따라 상기 공구 자루에 접촉되는 부분이 구별되는 엣지(edge)를 상기 전단부에 구비한 공구 교환 암 조립체(tool changing arm assembly)를 제공한다.

상기 엣지에서, 상대적으로 직경이 큰 공구 자루에 접촉되는 부분은, 상대적으로 직경이 작은 공구 자루에 접촉되는 부분보다 상기 핑거의 축선에 더 가깝게 배치되고, 두께가 더 두꺼울 수 있다.

상기 한 쌍의 핑거의 전단부가 서로 가까워지도록 상기 핑거를 탄성 가압하는 수단은, 상기 암 보디에 일 측 단부가 힌지(hinge) 결합되고 타 측 단부는 상기 핑거의 후단부(後端部)에 형성된 통공을 관통하는 가이드 로드(guide rod)와, 일 측 단은 상기 암 보디에 접촉되고 타 측단은 상기 핑거의 후단부에 접촉되도록 상기 가이드 로드에 끼워진 압축 스프링을 구비할 수 있다.

상기 암은, 상기 공구를 파지한 그리퍼에서 상기 공구가 빠지지 않도록 상기 한 쌍의 핑거의 자세를 고정하는 것으로, 상기 암 보디를 관통하여 상기 암 보디의 외부로 돌출 가능한 돌기부와, 상기 암 보디 내부에 위치하고 상기 돌기부보다 직경이 더 큰 플랜지부(flange portion)를 구비하고, 상기 돌기부가 상기 암 보디의 외부로 돌출되는 방향으로 탄성 바이어스(elastic bias)된 록 핀(lock pin)을 더 구비하고, 상기 한 쌍의 핑거 각각에는, 서로 마주보게 파여지고 상기 돌기부가 상기 암 보디의 외부로 돌출되는 방향과 평행한 방향을 따라 그 깊이가 얕게 파여진 복수의 단차면이 형성되어, 상기 플랜지부가 상기 복수의 단차면 중 어느 한 단차면에 끼워지면 상기 한 쌍의 핑거의 자세가 고정되고, 상기 플랜지부가 끼워지는 단차면의 종류에 따라 상기 핑거가 고정된 자세가 구별되도록 구성될 수 있다.

상기 암은, 상기 플랜지부가 상기 복수의 단차면 중 어느 한 단차면에 끼워질 때 상기 플랜지부가 끼워지는 단차면의 종류에 따라 상기 돌기부가 상기 암 보디의 외부로 돌출되는 부분의 길이가 구별되고, 상기 플랜지부가 상기 복수의 단차면 중 어느 단차면에도 끼워지지 않은 때에는, 상기 한 쌍의 핑거의 자세는 고정되지 않고, 상기 플랜지부가 상기 복수의 단차면 중 어느 한 단차면에 끼워질 때보다 상기 돌기부가 상기 암 보디의 외부로 돌출되는 부분의 길이가 더 짧아지도록 구성될 수 있다.

본 발명의 공구 교환 암 조립체는, 상기 돌기부 중에서 상기 암 보디의 외부로 돌출되는 부분의 길이를 조절하기 위하여 상기 돌기부의 말단을 접촉 가압하는 록 핀 푸시 유압 실린더를 더 구비할 수 있다.

본 발명의 공구 교환 암 조립체는, 상기 암의 회전과 무관하게 위치 고정된 잠김 해제 부재를 더 구비하고, 상기 돌기부가 상기 암 보디의 외부로 돌출된 상태로 상기 잠김 해제 부재에 가까워져 상기 잠기 해제 부재와 충돌하면 상기 돌기부가 상기 잠김 해제 부재에 의해 가압되어 상기 플랜지부가 상기 복수의 단차면 중 어느 단차면에도 끼워지지 않는 위치로 이동하도록 구성될 수 있다.

상기 암은, 상기 한 쌍의 핑거의 자세가 고정된 때 상기 한 쌍의 핑거의 후단부 사이의 간격이 좁혀지지 않게 하는 잠금 보조 유닛을 더 구비하고, 상기 잠금 보조 유닛은, 작동 오일의 출입이 가능한 내부 공간이 마련된 하우징과, 상기 한 쌍의 핑거의 후단부에 접촉되는 한 쌍의 접촉 돌기를 구비하고, 상기 하우징의 내부 공간에 상기 작동 오일이 채워지면 상기 한 쌍의 접촉 돌기가 서로 가까워지지 않게 위치 고정되도록 구성될 수 있다.

상기 암은, 상기 공구 자루의 외주면에서 상기 공구의 중심을 향해 파여진 키 홈(key groove)에 끼워지도록 돌출된 키(key)를 더 구비하고, 상기 그리퍼에 파지되는 공구의 종류에 무관하게 상기 키가 상기 키 홈에 끼워질 수 있게, 상기 키는 탄성 수축 가능하게 구성될 수 있다.

상기 그리퍼는, 상기 공구가 상기 한 쌍의 핑거의 전단부 사이로 진입할 때 상기 공구와 상기 한 쌍의 핑거의 충돌로 상기 공구 또는 상기 한 쌍의 핑거에 손상이 발생하지 않도록, 각 핑거의 전단부의 말단에 자유 회전 가능한 롤러(roller)를 더 구비할 수 있다.

상기 메인 샤프트를 회전시키는 수단은, 상기 메인 샤프트의 외주면에 피니언 기어(pinion gear)가 형성되어 이루어진 피니언 기어면과, 상기 피니언 기어에 치합되는 랙 기어(rack gear)가 일 측에 형성된 랙(rack)과, 상기 랙을 상기 메인 샤프트의 길이 방향에 대해 직교하는 방향으로 왕복 구동하는 랙 구동 액추에이터를 구비할 수 있다.

본 발명의 공구 교환 암 조립체는 한 쌍의 그리퍼를 구비하고, 한 쌍의 그리퍼는 각각 서로 다른 직경의 공구 자루를 갖는 복수 종류의 공구를 파지할 수 있도록 구성된다. 따라서, 서로 같은 직경의 공구 자루를 가지지만 기계 가공의 종류가 다른 공구를 순차적으로 사용하여 기계 가공을 수행하는 경우에도 공구를 교환 장착하는데 시간 지연이 발생하지 않으며, 결과적으로 복합 기계 가공의 작업 시간을 줄일 수 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공구 교환 암 조립체에 의해 파지되는 공구의 제1 예와 제2 예를 도시한 측면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공구 교환 암 조립체의 평면도이다.
도 4는 도 3의 암(arm)을 도시한 종단면도로서, 도 3을 IV-IV에 따라 절개하여 도시한 단면도이다.
도 5는 도 3의 암을 도시한 횡단면도이다.
도 6은 도 5를 VI-VI에 따라 절개하여 도시한 단면도로서, 그리퍼에 도 1의 공구가 파지된 때 록 핀(lock pin)의 위치를 도시한 도면이다.
도 7은 도 5를 VII-VII에 따라 절개하여 도시한 단면도로서, 그리퍼에 도 2의 공구가 파지된 때 록 핀의 위치를 도시한 도면이다.
도 8은 도 6 및 도 7에 대응되는 록 핀의 단면도로서, 그리퍼의 잠김이 해제된 때 록 핀의 위치를 도시한 도면이다.
도 9는 도 5를 IX-IX에 따라 절개하여 도시한 단면도로서, 키(key)를 도시한 도면이다.
도 10은 도 3을 X-X에 따라 절개하여 도시한 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 자동 공구 교환 장치의 공구 교환 암 조립체를 상세히 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공구 교환 암 조립체에 의해 파지되는 공구의 제1 예와 제2 예를 도시한 측면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 공구 교환 암 조립체(30)(도 3 참조)에 의해 파지되는 공구(1, 11)는 공작 기계의 스핀들(spindle)(미도시)에 연결되는 공구 자루(5, 15)와, 공구 자루(5, 15) 전방으로 원뿔 형상으로 돌출된 공구 보디(2, 12)와, 공구 보디(2, 12)의 끝에서 돌출되며 가공 대상 소재(미도시)와 직접 접촉하여 이를 기계 가공하는 공구 블레이드(3, 13)를 구비한다.

공구 자루(5, 15)는 큰 직경(DS1, DL1)을 갖는 한 쌍의 대직경부(6a, 6b; 16a, 16b) 사이에 작은 직경(DS2, DL2)을 갖는 소직경부(7, 17)를 구비한다. 상기 작은 직경(DS2, DL2)은 상기 큰 직경(DS1, DL1)보다 작다. 한편, 도 1에 도시된 공구(1)는 도 2에 도시된 공구(11)에 비해 크기가 작은 공구로서, 이하에서는 도 1에 도시된 공구(1)를 작은 공구로, 도 2에 도시된 공구(11)를 큰 공구로 호칭한다. 작은 공구(1)의 공구 자루(5), 공구 보디(2), 및 공구 블레이드(3)의 크기는 큰 공구(11)의 공구 자루(5), 공구 보디(2), 및 공구 블레이드(3)의 크기보다 작다.

공구(1, 11)의 공구 자루(5, 15)에는 한 쌍의 키 홈(key groove)(9, 19)이 형성된다. 공구(1, 11)가 공구 거치대의 셀(cell)(미도시)에 탑재되거나, 공구 교환 암 조립체(30)(도 3 참조)의 암(arm)(50)(도 3 참조)에 파지될 때 자세 정렬(aligning)을 위해서, 상기 셀, 또는 상기 암(50)에는 키 홈(9, 19)에 끼워지도록 돌출된 키(key)(도 4의 '87' 참조)가 구비된다. 상기 키가 상기 키 홈(9, 19)에 끼워지면 상기 셀 내에서, 또는 상기 암(50)에 파지된 상태에서 공구(1, 11)의 회동이 방지된다. 큰 공구(11)의 키 홈(19)의 내측면(19a)까지 파여진 깊이가 작은 공구(1)의 키 홈(9)의 내측면(9a)까지 파여진 깊이보다 더 깊다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공구 교환 암 조립체의 평면도이고, 도 4는 도 3의 암(arm)을 도시한 종단면도로서, 도 3을 IV-IV에 따라 절개하여 도시한 단면도이며, 도 5는 도 3의 암을 도시한 횡단면도이다. 본 발명의 실시예에 따른 공구 교환 암 조립체(30)는 자동 공구 교환 장치(ATC)의 일부로 구비될 수 있는 것으로, 공구가 하나씩 거치된 공구 거치대의 셀(cell)에서 특정 공구를 픽업(pick-up)하고 이동하여 상기 특정 공구를 공작 기계의 스핀들(spindle)에 로딩(loading)하거나, 이와 반대로 상기 스핀들에서 공구를 분리하고 이동하여 공구 거치대의 셀에 이 공구를 거치하는 작업을 수행한다.

도 3 내지 도 5를 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 공구 교환 암 조립체(30)는 메인 샤프트(main shaft)(31), 암(arm)(50), 및 기어 박스(34)를 구비한다. 메인 샤프트(31)는 Y축과 평행한 방향으로 연장된다. 메인 샤프트(31)는 그 길이 방향으로 연장된 메인 샤프트 축선(CL)에 대해 시계 방향 및 반시계 방향으로 회전 가능하며, X축과 평행하게 좌우로 이동 가능하다. 상기 메인 샤프트(31)를 회전시키는 수단은 후술한다.

암(50)은 암 보디(52)와, 암 보디(52)의 양 측에 하나씩 결합되는 한 쌍의 그리퍼(gripper)(90)와, 한 쌍의 록 핀(lock pin)(81)과, 한 쌍의 잠금 보조 유닛(67)과, 한 쌍의 키(key)(87)를 구비한다. 암 보디(52)는 중앙의 메인 샤프트 관통공(51)을 통해 메인 샤프트(31)가 끼워지고 메인 샤프트 결합 브라켓(135)에 의해 메인 샤프트(31)에 결합되어, 메인 샤프트(31)가 회전함에 따라 동축(同軸) 회전한다. 한편, 암(50)은 메인 샤프트(31)의 길이 방향, 즉 Y축과 평행한 방향으로 이동 가능하나 그 수단이 첨부 도면에 도시되진 않았다.

한 쌍의 그리퍼(90) 각각은 공구 자루(5, 15)(도 1 및 도 2 참조)의 직경이 서로 다른 작은 공구(1)와 큰 공구(11)(도 1 및 도 2 참조)를 파지할 수 있다. 한 쌍의 그리퍼(90)는 각각 전단부(92, 112)가 서로 가까워지도록 오므려져 공구(1, 11)의 공구 자루(5, 15)를 파지하는 제1 및 제2 핑거(finger)(91, 111)를 구비한다. 제1 및 제2 핑거(91, 111)는 피봇 샤프트(65)에 체결되어, 피봇 샤프트(65)의 길이 방햐으로 연장된 피봇 샤프트 축선(HL)에 대해 피봇(pivot) 가능하게 암 보디(52)에 결합된다. 제1 및 제2 핑거(91, 111)는 피봇 샤프트(65)를 기준으로 암 보디(52)의 외부로 돌출된 전단부(92, 112)와 암 보디(52)의 내부에 삽입된 후단부(101, 121)로 구분된다. 상기 후단부(101, 121)는 피봇 샤프트(65)의 일 단을 지지하며 암 보디(52)에 체결된 그리퍼 커버(gripper cover)(74)에 의해 외부에 노출되지 않게 가려진다. 암 보디(52)의 양 측 단부에는 제1 및 제2 핑거(91, 111)의 후단부(101, 121)가 피봇 샤프트 축선(HL)에 대해 회전할 때 회전 각도를 제한하는 제1 및 제2 벽(54, 55)이 마련된다.

그리퍼(90)는 한 쌍의 핑거 전단부(92, 112)가 서로 가까워지는 방향으로 탄성 바이어스(bias)된다. 제1 핑거(91)를 탄성 가압하는 수단은, 암 보디(52)의 제2 벽(55)에 일 측 단부가 힌지(hinge)(62)에 의해 결합되고 타 측 단부는 제1 핑거 후단부(101)에 형성된 통공(106)을 관통하는 제1 가이드 로드(guide rod)(61)와, 일 측 단은 상기 제2 벽(55)에 접촉되고 타 측 단은 제1 핑거 후단부(101)에 접촉되도록 제1 가이드 로드(61)에 끼워진 제1 압축 스프링(63)을 구비한다. 이와 유사하게, 제2 핑거(111)를 탄성 가압하는 수단은, 암 보디(52)의 제1 벽(54)에 일 측 단부가 힌지(hinge)(58)에 의해 결합되고 타 측 단부는 제2 핑거 후단부(121)에 형성된 통공(126)을 관통하는 제2 가이드 로드(guide rod)(57)와, 일 측 단은 상기 제1 벽(54)에 접촉되고 타 측 단은 제2 핑거 후단부(121)에 접촉되도록 제2 가이드 로드(57)에 끼워진 제2 압축 스프링(59)을 구비한다.

이에 따라, 그리퍼(90)에 공구 자루(5, 15)가 파지되지 않은 경우에 제1 및 제2 압축 스프링(63, 59)이 탄성 팽창하여 제1 및 제2 핑거 전단부(92, 112)가 가까워져 오므려지며, 이렇게 오므려지는 범위는 제1 핑거 후단부(101)가 제1 벽(54)에 가로막히고 제2 핑거 후단부(121)가 제2 벽(55)에 가로막히게 될 때까지로 제한된다. 제1 및 제2 핑거 전단부(92, 112) 사이로 공구 자루(5, 15)가 진입하면 제1 및 제2 핑거 전단부(92, 112)가 멀어져 벌어지고 제1 및 제2 압축 스프링(63, 59)이 탄성 수축된다. 제1 및 제2 핑거 전단부(92, 112)에 큰 공구(11)(도 2 참조)의 공구 자루(15)가 끼워지면 제1 가이드 로드(61)와 제2 가이드 로드(57)는 일직선으로 중첩되고(도 4의 좌측 그리퍼 참조), 그 외의 경우에는 제1 가이드 로드(61)와 제2 가이드 로드(57)는 서로 교차한다(도 4의 우측 그리퍼 참조).

제1 및 제2 핑거 전단부(92, 112)에는, 파지되는 공구(1, 11)(도 1 및 도 2 참조)의 종류에 따라 공구 자루(5, 15)에 접촉되는 부분이 구별되는 제1 및 제2 엣지(edge)(94, 114)가 구비된다. 제1 및 제2 엣지(94, 114)는 큰 공구(11)의 공구 자루(15)에 끼워져 접촉되는 대직경 엣지부(95, 115)와, 작은 공구(1)의 공구 자루(5)에 끼워져 접촉되는 소직경 엣지부(96, 116)를 구비한다. 대직경 엣지부(95, 115)와 소직경 엣지부(96, 116) 모두 핑거(91, 111)의 내측을 향해 경사지게 돌출된 경사 측면(95b, 115b; 96b, 116b)과, 경사 측면(95b, 115b; 96b, 116b) 말단에 연결된 리지(ridge)(95a, 115a; 96a, 116a)를 구비한다. 여기서, 대직경 엣지부(95, 115)의 리지(ridge)(95a, 115a)의 두께(T2)가 소직경 엣지부(96, 116)의 리지(96a, 116a)의 두께(T1)보다 두껍다.

대직경 엣지부(95, 115)는 소직경 엣지부(96, 116)보다 핑거(91, 111)의 피봇 축선(HL)에 더 가깝게 배치된다. 대직경 엣지부(95, 115)와 소직경 엣지부(96, 116)의 경계선(97, 117)은 작은 공구(1)의 공구 자루(5) 외주의 곡률과 같은 곡률을 갖는 곡선으로 형성된다. 그리퍼(90)에 작은 공구(1)(도 1 참조)의 공구 자루(5)가 파지되면 공구 자루(5)는 소직경 엣지부(96, 116)에만 끼워져 접촉 지지되고, 경계선(97, 117) 바깥의 대직경 엣지부(95, 115)에는 접촉 지지되지 않는다(도 4의 우측 일점 쇄선 참조). 한편, 그리퍼(90)에 큰 공구(11)(도 2 참조)의 공구 자루(15)가 파지되면 공구 자루(15)는 소직경 엣지부(96, 116)와 대직경 엣지부(95, 115)에 걸쳐 끼워지지만, 두 엣지부(96, 116; 95, 115)의 두께 차이로 인해 대직경 엣지부(95, 115)에만 접촉 지지된다.

도 6은 도 5를 VI-VI에 따라 절개하여 도시한 단면도로서, 그리퍼에 도 1의 공구가 파지된 때 록 핀(lock pin)의 위치를 도시한 도면이고, 도 7은 도 5를 VII-VII에 따라 절개하여 도시한 단면도로서, 그리퍼에 도 2의 공구가 파지된 때 록 핀의 위치를 도시한 도면이며, 도 8은 도 6 및 도 7에 대응되는 록 핀의 단면도로서, 그리퍼의 잠김이 해제된 때 록 핀의 위치를 도시한 도면이다. 도 4 내지 도 8을 참조하면, 록 핀(80)은 공구 자루(5, 15)를 파지한 그리퍼(90)에서 공구 자루(5, 15)가 빠지지 않도록 제1 및 제2 핑거(91, 111)의 자세, 구체적으로는 한 쌍의 핑거 전단부(92, 112)의 벌어진 정도를 고정하는 부재이다. 록 핀(80)은 돌기부(81)와 플랜지부(flange portion)(82)와, 후단부(83)가 일체로 형성된다. 돌기부(81)는 Y축과 평행하게 연장되고 암 보디(52)를 관통하여 암 보디(52)의 외부로 돌출 가능하다. 플랜지부(82)는 암 보디(52) 내부에 위치하고 돌기부(81)보다 직경이 더 크다. 돌기부(81) 반대 측의 후단부(83)에는 스프링 안착홈(84)이 형성된다.

록 핀(80)이 암 보디(52)에서 빠져 나오지 않도록 록 핀 커버(77)가 그리퍼 커버(74)에 결합된다. 압축 스프링(85)이 스프링 안착홈(84)에 수용된 채 록 핀 커버(77)의 내측면에 일 측이 지지되고, 스프링 안착홈(84)의 바닥면에 타 측이 지지된다. 이에 따라 록 핀(80)은 돌기부(81)가 Y축의 양(+)의 방향과 평행하게 이동하여 암 보디(52)에서 돌출되는 방향으로 탄성 바이어스(elastic bias)된다.

한편, 제1 및 제2 핑거 후단부(101, 121)에는 서로 마주보게 파여지고 인접한 단차면과 단차지게 파여진 제1 단차면(102, 122)과 제2 단차면(103, 123)이 형성된다. 두 종류의 단차면(102, 122; 103, 123) 사이에는 돌기부(81)가 암 보디(52)의 외부로 돌출되는 방향, 즉 Y축 양(+)의 방향과 평행한 방향을 따라 파여진 깊이가 얕게 파여지는 관계가 형성된다. 부연하면, 제2 단차면(103, 123)이 제1 단차면(102, 122)보다 깊게 파여 있다. 제1 단차면(102, 122)과 제2 단차면(103, 123)의 외주 경계선은 플랜지부(82)의 외주 경계선의 곡률과 같은 곡선 형태이다.

도 4의 우측 일점 쇄선과 도 6을 참조하면, 제1 및 제2 핑거 전단부(92, 112) 사이에 작은 공구(1)(도 1 참조)의 공구 자루(5)가 파지될 때 제1 및 제2 핑거 전단부(92, 112) 사이는 상대적으로 좁아지나 제1 및 제2 핑거 후단부(101, 121) 사이는 상대적으로 벌어진다. 이 때 압축 스프링(85)의 탄성 팽창으로 인해 록 핀(80)의 플랜지부(82)는 마주보는 한 쌍의 제1 단차면(102, 122) 사이에 끼워지고 돌기부(81)는 암 보디(52)의 외부로 돌출된다. 플랜지부(82)에 의해 가로막혀 제1 및 제2 핑거 후단부(101, 121)가 좁혀질 수 없으므로 제1 및 제2 핑거 전단부(92, 112)는 더 벌어질 수 없고 작은 공구(1)의 공구 자루(5)가 끼워진 자세로 고정된다.

도 4의 좌측 일점 쇄선과 도 7을 참조하면, 제1 및 제2 핑거 전단부(92, 112) 사이에 큰 공구(11)(도 2 참조)의 공구 자루(15)가 파지될 때 제1 및 제2 핑거 전단부(92, 112) 사이는 상대적으로 벌어지나 제1 및 제2 핑거 후단부(101, 121) 사이는 상대적으로 좁아진다. 이 때 록 핀(80)의 압축 스프링(85)에 의해 탄성 바이어스되지만 마주보는 한 쌍의 제1 단차면(102, 122) 사이는 좁아져서 플랜지부(82)가 끼워질 수 없다.

대신에 플랜지부(82)는, 플랜지부(82)가 끼워질 수 있을 정도로 좁아진, 마주보는 한 쌍의 제2 단차면(103, 123) 사이에 끼워져 안착되고, 돌기부(81)는 암 보디(52)의 외부로 돌출된다. 다만, 돌기부(81)가 암 보디(52)의 외부로 돌출된 길이는 도 6의 경우보다는 작다. 부연하면, 플랜지부(82)가 끼워지는 단차면의 종류에 따라 돌기부(81)가 암 보디(52)의 외부로 돌출되는 부분의 길이가 달라진다. 이 때에도 플랜지부(82)에 의해 가로막혀 제1 및 제2 핑거 후단부(101, 121)가 좁혀질 수 없으므로 제1 및 제2 핑거 전단부(92, 112)는 더 벌어질 수 없고 큰 공구(11)의 공구 자루(15)가 끼워진 자세로 고정된다.

한편 도 8을 참조하면, 그리퍼 커버(74)에는 플랜지부(82)가 안착될 수 있을 정도로 파여진 잠김 해제 홈(75)이 형성된다. 플랜지부(82)가 한 쌍의 제1 단차면(102, 122)과 한 쌍의 제2 단차면(103, 123)에 모두 끼워지지 않고 상기 잠김 해제 홈(75)에 안착되면 제1 및 제2 핑거(91, 111)의 자세는 고정되지 않게 되므로, 상기 제1 및 제2 핑거 전단부(92, 112) 사이의 간격은 공구 자루(5, 15)의 출입에 따라 벌어지거나 좁혀질 수 있다. 또한, 플랜지부(82)가 한 쌍의 제1 및 제2 단차면(102, 122; 103, 123) 중 어느 한 단차면에 끼워질 때보다 돌기부(81)가 암 보디(52)의 외부로 돌출되는 부분의 길이가 더 짧아진다.

도 3 및 도 4와, 도 6 내지 도 8을 함께 참조하면, 공구 교환 암 조립체(30)는 록 핀 푸시 유압 실린더(lock pin push hydraulic cylinder)(43)와 잠김 해제 부재(47)를 더 구비한다. 록 핀 푸시 유압 실린더(43)는 록 핀(80)의 돌기부(81) 중에서 암 보디(52)의 외부로 돌출되는 부분의 길이를 조절하기 위하여 돌기부(81)의 말단을 접촉 가압한다. 록 핀 푸시 유압 실린더(43)는 실린더 보디(cylinder body)(44)와 실린더 보디(44)에서 Y축 음(-)의 방향과 평행하게 돌출하거나 그 반대 방향으로 수축되는 실린더 로드(cylinder rod)(45)를 구비한다. 록 핀 푸시 유압 실린더(43)는 메인 샤프트(31)를 기준으로 좌측에 위치하고, 실린더 보디(44)는 기어 박스(34)에 고정된다. 암(50)이 X축과 평행하게 연장되는 자세로 있을 때 실린더 로드(45)와 좌측의 록 핀 돌기부(81)는 일렬로 정렬된다. 이때 실린더 로드(45)가 실린더 보디(44)에서 Y축 음(-)의 방향과 평행하게 돌출되어 상기 돌기부(81)를 가압하면 록 핀(80)이 Y축 음(-)의 방향과 평행하게 후퇴한다.

실린더 로드(45)에 의해 록 핀(80)의 플랜지부(82)가 한 쌍의 제1 단차면(102, 122)까지 후퇴하여 끼워지면(도 6 참조), 제1 및 제2 핑거 전단부(92, 112)(도 4 참조)가 작은 공구(1)(도 1 참조)의 공구 자루(5)를 파지할 수 있을 정도로 벌어진 자세로 고정된다. 실린더 로드(45)에 의해 록 핀(80)의 플랜지부(82)가 한 쌍의 제2 단차면(103, 123)까지 후퇴하여 끼워지면(도 7 참조), 제1 및 제2 핑거 전단부(92, 112)(도 4 참조)가 큰 공구(21)(도 2 참조)의 공구 자루(15)를 파지할 수 있을 정도로 벌어진 자세로 고정된다.

한편, 실린더 로드(45)에 의해 록 핀(80)의 플랜지부(82)가 제1 단차면(102, 122)과 제2 단차면(103, 123)에 모두 끼워지지 않고 잠김 해제 홈(75)까지 후퇴하여 안착되면(도 8 참조), 제1 및 제2 핑거 전단부(92, 112)(도 4 참조)는 잠금이 해제되어 그 벌어진 자세가 고정되지 않는다. 이때에 제1 및 제2 핑거 전단부(92, 112)(도 4 참조) 사이가 비어 있으면 압축 스프링(59, 63)(도 4 참조)의 탄성력에 의해 제1 및 제2 핑거 전단부(92, 112)(도 4 참조)가 오므려지고, 한 쌍의 롤러(110, 130)(도 4 참조) 사이의 틈을 통해 공구 자루(5, 15)가 제1 및 제2 핑거 전단부(92, 112)(도 4 참조) 사이로 진입하면 제1 및 제2 핑거 전단부(92, 112)(도 4 참조)가 탄성 복원 가능하게 벌어지게 된다. 한편, 도 4에서는 암 보디(52)의 중심을 기준으로 좌측의 그리퍼(90)에는 큰 공구(11)의 공구 자루(15)가 파지되고, 우측의 그리퍼(90)에는 작은 공구(1)의 공구 자루(5)가 파지된 것으로 도시되어 있으나, 이는 공구 자루를 파지한 모습의 일 예에 불과하며, 반대로 상기 좌측의 그리퍼(90)에 작은 공구(1)의 공구 자루(5)가 파지되고 상기 우측의 그리퍼(90)에 큰 공구(11)의 공구 자루(15)가 파지될 수도 있고, 좌측 및 우측의 그리퍼(90) 중에서 하나에만 공구 자루(5, 15)가 파지되고, 다른 하나에는 아무 것도 파지되지 않고 빈 상태일 수도 있다.

도 3 및 도 8을 함께 참조하면, 잠김 해제 부재(47)는 메인 샤프트(31)를 기준으로 우측에 위치한다. 잠김 해제 부재(47)는 기어 박스(34)에 고정 체결된 플레이트(plate) 형상의 부재로서 우측으로 연장된다. 암(50)이 X축과 평행하게 연장되는 자세를 유지하며 Y축 양(+)의 방향과 평행하게 이동하여 기어 박스(34)에 가깝게 접근하면 암(50) 우측의 록 핀 돌기부(81)가 잠김 해제 부재(47)와 충돌하면서 가압되어 록 핀(80)이 Y축 음(-)의 방향과 평행하게 후퇴한다. 이때 암 보디(52)가 잠김 해제 부재(47)에 거의 접촉될 때까지 암(50)이 이동하므로 록 핀(80)은 그 플랜지부(81)가 잠김 해제 홈(75)(도 7 참조)에 안착될 때까지 후퇴한다(도 8 참조). 따라서, 도 8을 참조하여 이미 언급한 바와 같이 제1 및 제2 핑거 전단부(92, 112)(도 4 참조)는 잠금이 해제되어 그 벌어진 자세가 고정되지 않는다.

도 4를 다시 참조하면, 암(50)은 록 핀(80)에 의해 제1 및 제2 핑거(91, 111)의 자세가 잠겼을 때 제1 및 제2 핑거 후단부(101, 121) 사이의 간격이 좁혀지지 않게 가로막아, 제1 및 제2 핑거(91, 111)의 잠김이 풀리지 않도록 보조하는 잠금 보조 유닛(67)을 더 구비한다. 특히, 큰 공구(11)는 상대적으로 크고 무겁기 때문에, 제1 및 제2 핑거 전단부(92, 112) 사이에 큰 공구(11)의 공구 자루(15)가 파지된 상태로 암(50)이 메인 샤프트 축선(CL)에 대해 회전할 때 록 핀(80)에 의해 제1 및 제2 핑거(91, 111)의 자세가 잠겨있다고 잠김이 의도하지 않게 해제되어 공구(11)가 그리퍼(90)에서 분리되거나 불완전하게 파지되어 작업 에러(error)가 야기될 수 있다. 잠금 보조 유닛(67)은 이러한 의도하지 않은 제1 및 제2 핑거(91, 111)의 잠금 해제로 인한 작업 에러를 방지한다.

잠금 보조 유닛(67)은, 작동 오일(미도시)의 출입이 가능한 내부 공간(69)이 마련된 하우징(68)과, 하우징(68)의 상하 방향으로 돌출된 제1 및 제2 접촉 돌기(71, 72)를 구비한다. 도시되진 않았으나, 제1 및 제2 접촉 돌기(71, 72) 사이에 압축 스프링이 개재될 수도 있다. 도 4의 우측 그리퍼(90)의 예에서 제1 및 제2 핑거 전단부(92, 112) 사이에 큰 공구(11)의 공구 자루(15)가 파지되면 제1 및 제2 핑거 후단부(101, 121) 사이는 가까워진다.

록 핀(80)에 의해 제1 및 제2 핑거(91, 111)의 자세가 잠긴 때 외부로부터 작동 오일이 하우징(68)에 유입되어 채워지면, 제1 및 제2 접촉 돌기(71, 72)가 상하로 돌출하여 제1 접촉 돌기(71)는 제1 핑거 후단부(101) 말단의 제1 보조 유닛 접촉부(108)에 접촉되고, 제2 접촉 돌기(72)는 제2 핑거 후단부(121) 말단의 제2 보조 유닛 접촉부(128)에 접촉된다. 하우징(68)에 유입된 작동 오일이 유출되지 않는 한 제1 및 제2 접촉 돌기(71, 72)는 서로 가까워지지 않게 위치 고정되므로 제1 핑거 후단부(101)와 제2 핑거 후단부(121)가 가까워질 수 없어 제1 및 제2 핑거(91, 111)의 자세가 더욱 견고하게 잠긴다.

한편, 도 8에 도시된 것처럼 록 핀(80)의 플랜지부(82)가 잠김 해제 홈(75)에 안착되어 제1 및 제2 핑거(91, 111)의 자세 잠김이 해제될 때에는, 이와 동시에 작동 오일이 하우징(68) 외부로 유출되면 제1 및 제2 접촉 돌기(71, 72)는 위치 고정이 해제되어 서로 가까워질 수 있게 되므로 더 이상 제1 및 제2 핑거(91, 111)의 록킹(locking)을 보조하지 않게 된다.

도 9는 도 5를 IX-IX에 따라 절개하여 도시한 단면도로서, 키(key)를 도시한 도면이다. 도 4, 도 5, 및 도 9를 함께 참조하면, 암(50)은 공구 자루(5, 15)에서 공구(1, 11)(도 1 및 도 2 참조)의 중심을 향해 파여진 키 홈(9, 19)에 모두 끼워질 수 있게 돌출된 키(key)(87)를 구비한다. 그리퍼(90)에 파지되는 공구(1, 11)의 종류에 무관하게 키(87)가 키 홈(9, 19)에 끼워질 수 있도록, 키(87)는 압축 스프링(89)에 의해 탄성 수축 가능하게 구성된다. 구체적으로, 도 4의 우측 그리퍼(90)와 좌측 그리퍼(90)를 비교해보면 알 수 있듯이, 그리퍼(90)에 작은 공구(1)의 공구 자루(5)가 파지될 때에는 큰 공구(11)의 공구 자루(15)가 파지될 때보다 키(87)가 암(50)의 중심, 즉 메인 샤프트 축선(CL)으로부터 멀어지는 방향으로 더 돌출된다. 다만, 그리퍼(90)에 작은 공구 자루(5)가 파지될 때에는 키(87)의 말단이 키 홈(9)의 내측면(9a)(도 1 참조)에 닿지 않지만, 그리퍼(90)에 큰 공구 자루(15)가 파지될 때에는 키(87)의 말단이 키 홈(19)의 내측면(19a)(도 2 참조)에 닿는다. 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 공구(1, 11)가 공구 거치대의 셀(cell)(미도시)에 탑재되거나, 그리퍼(90)에 파지될 때 키(87)가 키 홈(9, 19)에 끼워짐으로써 자세 정렬(aligning)이 되고, 상기 셀 내에서, 또는 상기 그리퍼(90)에 파지된 상태에서 공구(1, 11)의 회동이 방지된다.

도 3 내지 도 5를 함께 참조하면, 제1 및 제2 핑거 전단부(92, 112)의 말단에는 자유 회전 가능한 제1 및 제2 롤러(110, 130)가 구비된다. 상기 한 쌍의 롤러(110, 130)로 구비됨으로써, 공구(1, 11), 보다 구체적으로는 공구 자루(5, 15)가 한 쌍의 핑거 전단부(92, 112) 사이로 진입할 때 공구 자루(5, 15)와 한 쌍의 핑거 전단부(92, 112)가 충돌하여 공구 자루(5, 15) 또는 한 쌍의 핑거 전단부(92, 112)에 손상이 발생하지 않게 된다.

도 10은 도 3을 X-X에 따라 절개하여 도시한 단면도이다. 도 3 및 도 10을 함께 참조하면, 암(50)을 메인 샤프트 축선(CL)에 대해 회전시키기 위해 메인 샤프트(31)를 회전시키는 수단은 기어 박스(34)에 구비된다. 상기 메인 샤프트(31)를 회전시키는 수단은, 메인 샤프트(31)의 외주면에 피니언 기어(pinion gear)가 형성되어 이루어진 피니언 기어면(32)과, 상기 피니언 기어에 치합되는 랙 기어(rack gear)(41)가 일 측에 형성된 랙(rack)(40)과, 랙(40)을 메인 샤프트(31)의 길이 방향에 직교하는 방향, 즉 Z축과 평행하게 왕복 구동하는 랙 구동 액추에이터(actuator)를 구비한다.

상기 랙 구동 액추에이터는 랙(40)을 내부에 포함하고 밀봉된 랙 하우징(36)과, 랙 하우징(36) 상단과 하단에 작동 오일이 출입 가능한 제1 및 제2 오일 출입부(38, 39)를 구비한다. 제1 오일 출입부(38)를 통해 랙 하우징(36)의 상단부 내부로 작동 오일이 유입되고, 제2 오일 출입부(39)를 통해 랙 하우징(36)의 하단부 내부에 있던 작동 오일이 랙 하우징(36) 외부로 유출되면 랙(40)은 아래로 하강하고, 메인 샤프트(31)와 암(50)은 메인 샤프트 축선(CL)에 대해 반시계 방향으로 회전하게 된다. 반대로 제2 오일 출입부(39)를 통해 랙 하우징(36)의 하단부 내부로 작동 오일이 유입되고, 제1 오일 출입부(38)를 통해 랙 하우징(36)의 상단부 내부에 있던 작동 오일이 랙 하우징(36) 외부로 유출되면 랙(40)은 위로 상승하고, 메인 샤프트(31)와 암(50)은 메인 샤프트 축선(CL)에 대해 시계 방향으로 회전하게 된다.

이하에서, 도 3 및 도 4를 참조하여 공구 교환 암 조립체(30)의 동작을 예시적으로 설명한다. 공작 기계의 스핀들(미도시)에 탑재된 공구를 다른 것으로 변경하고자 할 때, 좌측의 그리퍼(90)의 자세가 록 핀(80)에 의해 잠기지 않은 상태, 즉 좌측의 그리퍼(90)가 언록킹(unlocking) 상태로 공구 교환 암 조립체(30)가 X축 음(-)의 방향과 평행하게 이동하여 공구 거치대의 셀(미도시)로 접근하면, 좌측 그리퍼(90)의 제1 및 제2 핑거 전단부(92, 112) 사이에 상기 셀에 거치된 공구(1, 11)의 공구 자루(5, 15)가 끼워져 파지된다. 이 때 좌측의 그리퍼(90)가 록킹(locking) 상태로 전환되고, 암(50)이 Y축 양(+)의 방향과 평행하게 이동하여 상기 셀에서 공구(1, 11)가 이격된다.

암(50)이 기어 박스(34)에 근접하여 우측 그리퍼(90)가 잠김 해제 부재(47)에 가압되는 록 핀(80)으로 인해 언록킹(unlocking) 상태가 된다. 이 상태로 공구 교환 암 조립체(30)가 X축 양(+)의 방향과 평행하게 이동하면 우 측 그리퍼(90)가 공작 기계의 스핀들로 접근하여 상기 스핀들에 탑재된 공구(1, 11)가 우측 그리퍼(90)의 제1 및 제2 핑거 전단부(92, 112) 사이에 끼워져 파지된다. 상기 스핀들이 공구(1, 11)에서 분리되고 암(50)이 메인 샤프트 축선(CL)에 대해 180° 회전하면, 좌측과 우측 그리퍼(90)의 위치가 서로 전환되어 상기 스핀들에서 분리된 공구(1, 11)가 파지된 그리퍼(90)는 록킹(locking) 상태가 되고, 상기 셀에서 분리된 공구(1, 11)가 파지된 그리퍼(90)는 언록킹(unlocking) 상태가 된다. 상기 스핀들이 상기 언록킹 상태인 우측 그리퍼(90)로 접근하여 공구(1, 11)에 체결되면, 공구 교환 암 조립체(30)가 X축 음(-)의 방향과 평행하게 이동하고, 이로 인해 우측 그리퍼(90)는 상기 스핀들에 체결된 공구(1, 11)로부터 분리된다.

상기 스핀들에서 분리한 공구(1, 11)가 파지된 좌측 그리퍼(90)와 비어있는 공구 거치대의 셀이 정렬된 때 암(50)이 Y축 음(-)의 방향과 평행하게 이동하여 상기 셀에 좌측 그리퍼(90)에 파지된 공구(1, 11)를 거치한다. 그리고, 좌측 그리퍼(90)는 언록킹(unlocking) 상태로 전환되고, 공구 교환 암 조립체(30)가 X축 양(+)의 방향으로 평행하게 이동함에 따라 좌측 그리퍼(90)는 상기 셀에 거치된 공구(1, 11)로부터 분리된다.

이와 같은 방법에 의해 공구 교환 암 조립체(30)를 이용하여 상기 셀과 상기 스핀들 사이에 공구를 교환하면, 서로 다른 직경의 공구 자루를 갖는 다른 공구를 교환하는 경우는 물론, 서로 같은 직경의 공구 자루를 가지지만 기계 가공의 종류가 다른 공구를 교환하는데에도 시간 지연이 발생하지 않으며, 결과적으로 복합 기계 가공의 작업 시간이 절감되고, 작업 효율이 증대된다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

1, 11: 공구 5, 15: 공구 자루
30: 공구 교환 암 조립체 31: 메인 샤프트(main shaft)
34: 기어 박스 50: 암(arm)
52: 암 보디(arm body) 67: 잠금 보조 유닛
80: 록 핀(lock pin) 87: 키(key)
90: 그리퍼(gripper) 91, 111: 핑거(finger)
94, 114: 엣지(edge) 110, 130: 롤러

Claims

공구(tool)가 거치되는 공구 거치대의 셀(cell)과 공작 기계의 스핀들(spindle) 사이에서 상기 공구를 파지하여 이동시키는 것으로,
회전 가능한 메인 샤프트(main shaft);
상기 메인 샤프트가 회전할 때 동축(同軸) 회전하도록 상기 메인 샤프트에 체결된 암 보디(arm body)와, 상기 암 보디의 양 측에 하나씩 결합되는 것으로, 파지되는 공구 자루의 직경이 다른 복수 종류의 공구를 파지할 수 있는 한 쌍의 그리퍼(gripper)를 구비한 암(arm);을 구비하고,
상기 한 쌍의 그리퍼는 각각, 서로 같은 축선(軸線)에 대해 피봇(pivot) 가능하게 상기 암 보디에 결합되고, 상기 암 보디의 바깥으로 돌출된 한 쌍의 전단부(前端部)가 서로 가까워지는 방향으로 탄성 바이어스(elastic bias)된 한 쌍의 핑거(finger)를 구비하고,
상기 핑거는 각각, 파지되는 공구의 종류에 따라 상기 공구 자루에 접촉되는 부분이 구별되는 엣지(edge)를 상기 전단부에 구비한 것을 특징으로 하는 공구 교환 암 조립체(tool changing arm assembly).
제1 항에 있어서,
상기 엣지에서, 상대적으로 직경이 큰 공구 자루에 접촉되는 부분은, 상대적으로 직경이 작은 공구 자루에 접촉되는 부분보다 상기 핑거의 축선에 더 가깝게 배치되고, 두께가 더 두꺼운 것을 특징으로 하는 공구 교환 암 조립체.
제1 항에 있어서,
상기 한 쌍의 핑거의 전단부가 서로 가까워지도록 상기 핑거를 탄성 가압하는 수단은, 상기 암 보디에 일 측 단부가 힌지(hinge) 결합되고 타 측 단부는 상기 핑거의 후단부(後端部)에 형성된 통공을 관통하는 가이드 로드(guide rod)와, 일 측 단은 상기 암 보디에 접촉되고 타 측단은 상기 핑거의 후단부에 접촉되도록 상기 가이드 로드에 끼워진 압축 스프링을 구비하는 것을 특징으로 하는 공구 교환 암 조립체.
제1 항에 있어서,
상기 암은, 상기 공구를 파지한 그리퍼에서 상기 공구가 빠지지 않도록 상기 한 쌍의 핑거의 자세를 고정하는 것으로, 상기 암 보디를 관통하여 상기 암 보디의 외부로 돌출 가능한 돌기부와, 상기 암 보디 내부에 위치하고 상기 돌기부보다 직경이 더 큰 플랜지부(flange portion)를 구비하고, 상기 돌기부가 상기 암 보디의 외부로 돌출되는 방향으로 탄성 바이어스(elastic bias)된 록 핀(lock pin)을 더 구비하고,
상기 한 쌍의 핑거 각각에는, 서로 마주보게 파여지고 상기 돌기부가 상기 암 보디의 외부로 돌출되는 방향과 평행한 방향을 따라 그 깊이가 얕게 파여진 복수의 단차면이 형성되어,
상기 플랜지부가 상기 복수의 단차면 중 어느 한 단차면에 끼워지면 상기 한 쌍의 핑거의 자세가 고정되고, 상기 플랜지부가 끼워지는 단차면의 종류에 따라 상기 핑거가 고정된 자세가 구별되도록 구성된 것을 특징으로 하는 공구 교환 암 조립체.
제4 항에 있어서,
상기 암은, 상기 플랜지부가 상기 복수의 단차면 중 어느 한 단차면에 끼워질 때 상기 플랜지부가 끼워지는 단차면의 종류에 따라 상기 돌기부가 상기 암 보디의 외부로 돌출되는 부분의 길이가 구별되고,
상기 플랜지부가 상기 복수의 단차면 중 어느 단차면에도 끼워지지 않은 때에는, 상기 한 쌍의 핑거의 자세는 고정되지 않고, 상기 플랜지부가 상기 복수의 단차면 중 어느 한 단차면에 끼워질 때보다 상기 돌기부가 상기 암 보디의 외부로 돌출되는 부분의 길이가 더 짧아지도록 구성된 것을 특징으로 하는 공구 교환 암 조립체.
제5 항에 있어서,
상기 돌기부 중에서 상기 암 보디의 외부로 돌출되는 부분의 길이를 조절하기 위하여 상기 돌기부의 말단을 접촉 가압하는 록 핀 푸시 유압 실린더를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 공구 교환 암 조립체.
제5 항에 있어서,
상기 암의 회전과 무관하게 위치 고정된 잠김 해제 부재를 더 구비하고,
상기 돌기부가 상기 암 보디의 외부로 돌출된 상태로 상기 잠김 해제 부재에 가까워져 상기 잠기 해제 부재와 충돌하면 상기 돌기부가 상기 잠김 해제 부재에 의해 가압되어 상기 플랜지부가 상기 복수의 단차면 중 어느 단차면에도 끼워지지 않는 위치로 이동하도록 구성된 것을 특징으로 하는 공구 교환 암 조립체.
제4 항에 있어서,
상기 암은, 상기 한 쌍의 핑거의 자세가 고정된 때 상기 한 쌍의 핑거의 후단부 사이의 간격이 좁혀지지 않게 하는 잠금 보조 유닛을 더 구비하고,
상기 잠금 보조 유닛은, 작동 오일의 출입이 가능한 내부 공간이 마련된 하우징과, 상기 한 쌍의 핑거의 후단부에 접촉되는 한 쌍의 접촉 돌기를 구비하고, 상기 하우징의 내부 공간에 상기 작동 오일이 채워지면 상기 한 쌍의 접촉 돌기가 서로 가까워지지 않게 위치 고정되도록 구성된 것을 특징으로 하는 공구 교환 암 조립체.
제1 항에 있어서,
상기 암은, 상기 공구 자루의 외주면에서 상기 공구의 중심을 향해 파여진 키 홈(key groove)에 끼워지도록 돌출된 키(key)를 더 구비하고,
상기 그리퍼에 파지되는 공구의 종류에 무관하게 상기 키가 상기 키 홈에 끼워질 수 있게, 상기 키는 탄성 수축 가능하게 구성된 것을 특징으로 하는 공구 교환 암 조립체.
제1 항에 있어서,
상기 그리퍼는, 상기 공구가 상기 한 쌍의 핑거의 전단부 사이로 진입할 때 상기 공구와 상기 한 쌍의 핑거의 충돌로 상기 공구 또는 상기 한 쌍의 핑거에 손상이 발생하지 않도록, 각 핑거의 전단부의 말단에 자유 회전 가능한 롤러(roller)를 더 구비한 것을 특징으로 하는 공구 교환 암 조립체.
제1 항에 있어서,
상기 메인 샤프트를 회전시키는 수단은, 상기 메인 샤프트의 외주면에 피니언 기어(pinion gear)가 형성되어 이루어진 피니언 기어면과, 상기 피니언 기어에 치합되는 랙 기어(rack gear)가 일 측에 형성된 랙(rack)과, 상기 랙을 상기 메인 샤프트의 길이 방향에 대해 직교하는 방향으로 왕복 구동하는 랙 구동 액추에이터를 구비하는 것을 특징으로 하는 공구 교환 암 조립체.