KR20160076144A - 자동공구교환장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 공구가 배치되는 복수 개의 툴포트가 배치되는 매거진; 상기 매거진의 일측에 배치되어, 상기 매거진을 회전시키는 매거진 구동부; 상기 매거진의 타측에 배치되어, 상기 매거진에 배치된 툴포트의 배치각을 변경하는 툴포트 구동부; 및 상기 매거진의 타측에 배치되어, 상기 툴포트 구동부에 의해 배치각이 변경된 툴포트의 공구를 교환하는 체인져부;를 포함하는 자동공구교환장치를 제공한다.

Description

자동공구교환장치{AUTO TOOL CHANGER}
본 발명은 공작기계에 배치되는 구조가 개선된 자동공구교환장치에 관한 것이다.
공작기계는 각종 절삭 가공방법 또는 비절삭 가공방법으로 금속 또는 비금속의 소재(이하 모재)를 적당한 공구를 사용하여 형상 및 치수로 가공하던가 또는 더욱 정밀한 가공을 추가할 목적으로 사용되는 기계를 말한다.
이러한 공작기계에는 모재를 다양한 형상으로 가공하기 위해 다양한 공구가 필요하며, 이를 위해 자동공구교환장치(ATC: Auto Tool Changer)를 포함할 수 있다.
도 1은 종래 공작기계에 배치된 자동공구교환장치의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 자동공구교환장치(10)는 툴포트(11), 매거진(12), 매거진 구동부(13), 툴포트 구동부(14) 및 체인져부(15)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 툴포트(11)는 복수 개가 상기 매거진(12)의 외주에 배치되며, 이러한 매거진(12)은 상기 매거진 구동부(13)에 의해 회전된다. 상기 툴포트 구동부(14), 매거진 구동부(13) 및 체인져부(15)는 전부 상기 매거진(12)의 후측에 배치된다.
상기 매거진(12)이 회전되어 지정된 툴포트(11)가 특정 위치에 위치되면, 상기 툴포트 구동부(14)가 구동되어 상기 매거진(12)의 회전축과 수평으로 배치된 툴포트(11)를 수직방향으로 90°배치 변경한다.
이 후, 상기 체인져부(15)의 캠박스에 배치된 체인지암(15a)으로써 상기 툴포트(11)에 배치된 공구를 교환하는 것이다.
그러나, 이런 종래의 자동공구교환장치(10)는 다음과 같은 문제점이 있다.
상기 매거진 구동부(13)가 상기 매거진(12)의 후측에 배치되어 있기 때문에, 상기 체인져부(15)와 매거진(12)의 거리가 멀어질 수 밖에 없다. 따라서, 이러한 구조적 배치는 상기 툴포트(11)에 도달하기 위한 상기 체인지암(15a)의 길이가 길게 형성될 수 밖에 없고, 이는 체인지암(15a)의 무게를 증가시키며, 관성모멘트가 커지게 된다. 따라서, 공구의 변경을 위한 시간이 길게 걸리게 되며, 체인져부(15)의 모터 사양이 높아지게 된다.
또한, 상기 매거진(12)에 배치된 툴포트(11)는 상기 매거진(12)의 외주방향으로 배치되고, 툴교환을 위해 상기 툴포트 구동부(14)에 의해 90°로 꺽이게 된다. 즉, 무거운 공구가 배치된 툴포트(11)의 업다운 거리가 길기 때문에 공구의 변경을 위한 시간이 길게 걸리게 되며, 상기 툴포트 구동부(14)의 사양이 높아지게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 공구 교환을 위한 모재 비가공 시간을 단축함으로써 전체적인 가공시간을 줄여 생산성을 향상시킬 수 있는 자동공구교환장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 공작기계에 배치되는 공간을 최소화하면서, 적은 동력 및 내구성이 향상되는 자동공구교환장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명은, 공구가 배치되는 복수 개의 툴포트가 배치되는 매거진; 상기 매거진의 일측에 배치되어, 상기 매거진을 회전시키는 매거진 구동부; 상기 매거진의 타측에 배치되어, 상기 매거진에 배치된 툴포트의 배치각을 변경하는 툴포트 구동부; 및 상기 매거진의 타측에 배치되어, 상기 툴포트 구동부에 의해 배치각이 변경된 툴포트의 공구를 교환하는 체인져부;를 포함하는 자동공구교환장치를 제공한다.
또한, 상기 매거진에의 중앙에 배치되되, 중앙홀이 형성되며 상기 매거진 일측을 향하여 원형으로 돌출된 다수 개의 롤러베어링을 포함하는 디스크를 더 포함하며, 상기 매거진 구동부는 구동모터와, 상기 구동모터의 샤프트에 체결되어 회전하되 상기 롤러베어링에 대응되는 나사산이 형성되는 베럴캠과, 상기 중앙홀에 고정되어 상기 구동모터 및 배럴캠을 지지하는 지지부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수 개의 툴포트는 각각 상기 매거진의 일측 방향으로 소정 각도로 배치될 수 있다.
또한, 상기 툴포트 구동부는, 상기 매거진 타측 상부에 배치되는 실린더; 상기 매거진에 고정되어 상기 실린더의 로드의 직선운동을 가이드하는 플랜지; 및 일단이 상기 로드의 자유단에 힌지결합되고, 중단이 상기 플랜지에 힌지 결합되며, 타단이 상기 툴포트에 연결되는 링크부재;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 툴포트는, 상기 매거진에 축회동되도록 연결된 몸체; 상기 몸체의 일측에 배치되어, 상기 매거진의 일측 방향으로의 이동을 제한하는 스토퍼; 및 상기 몸체의 타측에 배치되어, 상기 링크부재의 타단에 구속되는 롤러부;를 포함할 수 있다.
본 발명은 매거진 구동부를 매거진의 전면에 배치하고 툴포트 구동부를 매거진 후면 상측에 배치하여, 툴포트와 체인지암의 거리를 줄임으로서, 공구교환의 효율을 향상시킬 수 있다.
여기서, 상기 매거진 구동부의 전원선은 지지부의 통공을 통해 매거진의 후면으로 뺄 수 있어서 칩과 이물질에 의한 손상을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 툴포트의 배치각을 형성하여, 공구 교환을 위한 툴포트의 행정거리를 최소화할 수 있으며, 전체적인 자동공구교환장치의 소형화를 구현할 수 있다.
도 1은 종래 공작기계에 배치된 ATC의 사시도.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 공작기계에 배치되는 자동공구교환장치의 전면 사시도.
도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 공작기계에 배치되는 자동공구교환장치의 후면 사시도.
도 3은 도 2a에서 본 발명의 실시예에 따른 매거진 구동부를 확대한 도면.
도 4a는 도 2b에서 본 발명의 실시예에 따른 툴포트 구동부를 확대한 도면.
도 4b는 도 4a의 측면도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
특별한 정의가 없는 한 본 명세서의 모든 용어는 당업자가 이해하는 용어의 일반적인 의미와 동일하고, 만약 본 명세서에서 사용된 용어가 당해 용어의 일반적인 의미와 충돌하는 경우에는 본 명세서에 사용된 정의에 따른다.
다만, 이하에 기술될 발명은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것은 아니며, 명세서 전반에 걸쳐서 동일하게 사용된 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 공작기계에 배치되는 자동공구교환장치의 전면 사시도, 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 공작기계에 배치되는 자동공구교환장치의 후면 사시도, 도 3은 도 2a에서 본 발명의 실시예에 따른 매거진 구동부를 확대한 도면, 도 4a는 도 2b에서 본 발명의 실시예에 따른 툴포트 구동부를 확대한 도면이며, 도 4b는 도 4a의 측면도이다.
도 2a 내지 도 4b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 자동공구교환장치(100)는 크게 툴포트(111), 매거진(110), 매거진 구동부(120), 툴포트 구동부(130) 및 체인져부(140)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 툴포트(111)는 자유단에 공구(미도시)가 고정되는 것으로서, 상기 매거진(110)의 외주에 복수 개가 배치될 수 있다.
여기서, 상기 복수 개의 툴포트(111)는 각각 상기 매거진(110)의 일측 방향(앞쪽)으로 소정 각도로 배치될 수 있으며, 이러한 구조적 배치는 공구 교환을 위한 배치 변경 거리(행정거리)를 현저하게 감소시킬 수 있다.
상기 툴포트(111)의 배치 각도는 상기 매거진(110)의 전면을 기준으로 예각을 가지고 배치될 수 있으며, 약 30°내지 60°, 바람직하게는 약 45°로 배치될 수 있다. 이러한 배치각은 전체적으로 자동공구교환장치(100)의 크기를 소형화할 수 있게 하며, 공구 교체를 위한 행정거리를 단축시킬 수 있다.
따라서, 툴포트(111)의 안정적인 배치를 위해, 상기 툴포트(111)는 상기 매거진(110)에 축회동되도록 연결된 몸체(111a)와, 상기 몸체(111a)의 일측에 배치되어 상기 매거진(110)의 일측 방향으로의 이동을 제한하는 스토퍼(111b)와, 상기 몸체(111a)의 타측에 배치되어 후술할 링크부재(133)의 타단에 구속되는 롤러부(111c)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 매거진(110)의 앞쪽에는 상기 스토퍼(111b)에 의해 상기 툴포트(111)가 소정의 경사각을 형성하고, 앞쪽으로 낙하를 방지할 수 있도록 원형의 테이퍼부(113)가 돌출 형성될 수 있다.
또한, 상기 매거진(110)의 뒷쪽에는 원형의 가이드부(114)가 형성되어 상기 롤러부(111c)가 상기 매거진(110)을 따라 회전할 때 부드럽게 상기 툴포트(111)가 회전되도록 구현할 수 있다.
즉, 상기 스토퍼(111b)는 소정 각도 이상 상기 툴포트(111)가 상기 매거진(110)에 회동되지 않도록 평소 배치 각도를 제약 할 수 있게 하며, 상기 롤러부(111c)는 상기 링크부재(133)의 타단에 구속되어 공구 교환 위치로 이동될 때 이동거리를 제약 할 수 있다.
상기 매거진(110)은 대략 원형의 판 형상으로 형성되며, 외주에 상기 복수 개의 툴포트(111)가 소정각도를 가지고 배치될 수 있다. 상기 매거진(110)은 상기 매거진(110)의 일측에 배치되어 상기 매거진(110)을 회전시키는 매거진 구동부(120)에 의해 회전된다.
여기서, 상기 매거진(110)의 전방에 후술할 매거진 구동부(120)를 배치하기 위해, 상기 매거진(110)에의 중앙에 배치되되, 중앙홀이 형성되며 상기 매거진(110) 일측을 향하여 원형으로 돌출된 다수 개의 롤러베어링(112a)을 포함하는 디스크(112)를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 매거진 구동부(120)는 구동모터(121)와, 상기 구동모터(121)의 샤프트에 체결되어 회전하되 상기 롤러베어링(112a)에 대응되는 나사산이 형성되는 배럴캠(122)과, 상기 중앙홀에 고정되어 상기 구동모터(121) 및 배럴캠(122)을 지지하는 지지부(123)를 포함할 수 있다.
즉, 상기 구동모터(121)에 의해 배럴캠(122)이 회전하면, 상기 롤러베어링(112a)이 상기 배럴캠(122)의 나사산을 따라 이동되며, 이는 결과적으로 디스크(112) 및 매거진(110)을 회전시킬 수 있다. 여기서, 상기 구동모터(121)는 정, 역회전 가능한 기어모터로써 구현될 수 있다.
또한, 상기 매거진(110)의 전방에 후술할 매거진 구동부(120)를 배치하기 위해, 상기 지지부(123)에서 상기 중앙홀에 고정되는 부분은 통공이 형성되어, 상기 구동모터(121)에 연결된 전원선을 상기 매거진(110)의 후측으로 처리하여 노출을 방지할 수 있다. 이는 칩 또는 이물에 의한 단선 또는 손상을 방지하여, 상기 매거진 구동부(120)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
상기 툴포트 구동부(130)는 상기 매거진(110)의 타측에 배치되어, 상기 매거진(110)에 배치된 툴포트(111)의 배치각을 변경할 수 있다.
구체적으로, 상기 툴포트 구동부(130)는 상기 매거진(110) 타측 상부에 배치되는 실린더(131)와, 상기 매거진(110)에 고정되어 상기 실린더(131)의 로드(131a)의 직선운동을 가이드하는 플랜지(132)와, 일단이 상기 로드(131a)의 자유단에 힌지결합되고 중단이 상기 플랜지(132)에 힌지 결합되며 타단이 상기 툴포트(111)에 연결되는 링크부재(133)를 포함할 수 있다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 상기 툴포트 구동부(130)에 의해 상기 툴포트(111)가 공구 교환을 위해 상기 매거진(110)의 일면과 수평이 되도록 행정 거리 이동된 것이 도시되어 있다. 이러한 작동은 일단 상기 실린더(131)의 로드(131a)가 도면에서 6시 방향(지면 방향)으로 이동하면, 상기 실린더(131) 로드(131a)에 일단이 연결된 링크부재(133)가 상기 중단을 회전축으로 하여 시계방향으로 회동된다.
그러면, 상기 링트부재의 타단은 시계방향으로 회전하여 특정 위치에 배치된 상기 툴포트(111)의 롤러부(111c)를 구속하여 상기 툴포트(111)를 반시계방향으로 회전시킨다.
상기 체인져부(140)는 상기 매거진(110)의 타측에 배치되어, 상기 툴포트 구동부(130)에 의해 배치각이 변경된 툴포트(111)의 공구를 교환한다. 이러한 체인져부(140)는 툴포트(111)에 공구를 교환하기 위한 체인지암(15a, 도 1 참조)과 이러한 체인지암을 구동시키는 캠박스(15)를 포함할 수 있다.
요컨대, 본 발명의 실시예에 따른 자동공구교환장치(100)는 툴포트(111)의 배치각도가 있어서 공구교환을 위한 행정거리가 감소되고 매거진(110)의 크기를 전반적으로 소형화할 수 있다
또한, 매거진 구동부(120)가 매거진(110)의 앞쪽에 배치됨으로서 툴포트(111)와 체인지암의 거리가 좁아지게되어 공구교환 속도 및 시간이 단축되고, 소형화를 꾀할 수 있다.
또한, 툴포트 구동부(130)가 매거진(110) 후측 상부에 배치되어 매거진(110)과 체인져부(140)의 거리가 좁아지게되어 공구교환 속도 및 시간이 단축되고, 소형화를 꾀할 수 있다.
이상, 상기 설명에 의해 당업자라면 본 발명의 기술적 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이며, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위 및 그와 균등한 범위에 의하여 정해져야 한다.
100: 자동공구교환장치 110: 매거진
111: 툴포트 112:디스크
113: 테이퍼부 114: 가이드부
120: 매거진 구동부 121: 구동모터
122: 배럴캠 123: 지지부
130: 툴포트 구동부 131: 실린더
132: 플랜지 133: 링크부재
140: 체인져부

Claims (5)

  1. 공구가 배치되는 복수 개의 툴포트가 배치되는 매거진;
    상기 매거진의 일측에 배치되어, 상기 매거진을 회전시키는 매거진 구동부;
    상기 매거진의 타측에 배치되어, 상기 매거진에 배치된 툴포트의 배치각을 변경하는 툴포트 구동부; 및
    상기 매거진의 타측에 배치되어, 상기 툴포트 구동부에 의해 배치각이 변경된 툴포트의 공구를 교환하는 체인져부;를 포함하는 자동공구교환장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 매거진에의 중앙에 배치되되, 중앙홀이 형성되며 상기 매거진 일측을 향하여 원형으로 돌출된 다수 개의 롤러베어링을 포함하는 디스크를 더 포함하며,
    상기 매거진 구동부는 구동모터와, 상기 구동모터의 샤프트에 체결되어 회전하되 상기 롤러베어링에 대응되는 나사산이 형성되는 베럴캠과, 상기 중앙홀에 고정되어 상기 구동모터 및 배럴캠을 지지하는 지지부를 포함하는 자동공구교환장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 툴포트는 각각 상기 매거진의 일측 방향으로 소정 각도로 배치되는 자동공구교환장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 툴포트 구동부는,
    상기 매거진 타측 상부에 배치되는 실린더;
    상기 매거진에 고정되어 상기 실린더의 로드의 직선운동을 가이드하는 플랜지; 및
    일단이 상기 로드의 자유단에 힌지결합되고, 중단이 상기 플랜지에 힌지 결합되며, 타단이 상기 툴포트에 연결되는 링크부재;를 포함하는 자동공구교환장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 툴포트는,
    상기 매거진에 축회동되도록 연결된 몸체;
    상기 몸체의 일측에 배치되어, 상기 매거진의 일측 방향으로의 이동을 제한하는 스토퍼; 및
    상기 몸체의 타측에 배치되어, 상기 링크부재의 타단에 구속되는 롤러부;를 포함하는 자동공구교환장치.
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