KR20160090635A - 머시닝센터 라인형 공구교환장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 머시닝센터 라인형 공구교환장치에 관한 것으로, 수직형 바디 상단에 설치된 Z축 이송유닛이 구비된 새들과, X축 이송유닛과 연결된 상기 새들에 고정된 스핀들과, 상기 스핀들 하단에 피가공물을 위치시키고 Y축 유닛과 연결되는 이송 스테이지를 포함하여 구성된 머시닝센터의 공구교환장치에 있어서, 상기 바디 하단에 X축 방향으로 고정 설치된 엑츄에이터 고정부; 상기 엑츄에이터 고정부 중심 상부 중심에 수직한 방향으로 설치되어 직선 이동 가능한 리니어 엑츄에이터; 상기 리니어 엑츄에이터의 전방에 고정 설치되고, 상부면에 다수의 공구를 수납할 수 있는 툴 홀더가 형성된 공구 교환부; 상기 공구 교환부를 지지하고, Y축 방향으로 직선이동 가능한 매거진 지지부를 포함하되, 상기 리니어 엑츄에이터의 구동으로 상기 매거진 지지부가 스핀들 하단으로 이동하여 공구교환이 가능한 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명은 종래의 방사형 회전 공구매거진과 달리, 스핀들 하단에서 수평으로 직선이동하여 공구교환 할 수 있는 라인형 공구교환장치를 제공함으로써, 공구교환이 필요하지 않을 때는 내부로 보관하고, 공구교환이 필요할 때는 신속하게 스핀들 하단으로 직선 이동하여 공구교환 할 수 있는 위치에 공구가 홀딩된 툴 홀더를 위치시켜 공구교환 할 수 있도록 하여 보관 및 공구교환 기능을 제공하는 컴팩트한 새로운 개념의 머시닝센터의 공구교환장치를 제공한다.

Description

머시닝센터 라인형 공구교환장치{Line typed Auto tool changer of machining center}

본 발명은 머시닝센터의 공구교환장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 신속한 공구교환과 보관기능이 강화된 머시닝센터 라인형 공구교환장치에 관한 것이다.

머시닝센터와 같은 복합 공작 기계의 경우 1대가 구멍을 뚫고, 나사를 깎고, 파고, 면을 절삭하는 등 각종 공작 기능을 갖고 있는데 이를 위한 여러 가지 여러 종류의 공구를 매거진에 수납하고 있다가, 가공 작업의 종류에 따라 매거진을 회전시킨 후 매거진에 수납된 필요한 공구를 공작기계의 헤드(H) 부분에 장착하거나, 헤드(H) 부분에 장착된 공구를 탈착하여 매거진에 자동으로 수납하는 장치가 바로 자동 공구교환장치이다.

한편, 일반적인 자동 공구교환장치는 공작기계의 헤드(H) 전방이 위치하는 본체와; 본체 상부에 설치되는 정역회전이 가능한 감속모터와; 중앙에는 나선캠을 형성하고 본체에 베어링으로 지지되어 감속모터의 동력에 의해서 회전하는 캠샤프트와; 본체에 회전 가능케 결합되며, 내측면에는 나선캠과 접하는 캠팔로워를 원형으로 배열하여 나선캠의 회전에 의해 회전하는 원판형의 회전판과; 회전판 외측에 일체로 고정되며, 공구를 수납하는 공구 교환홀더를 코일스프링으로 탄설하여 외측 둘레에는 방사형으로 형성한 매거진과; 본체의 내측면에 코일스프링으로 탄설되어 공작기계의 헤드(H)의 승강에 따라서 승강하며 공구교환홀더를 회동시키는 홀더회전장치로 구성된다.

그리하여 공작기계의 헤드(H)가 승강하면, 헤드(H)의 중심부와 일렬로 정렬된 공구교환홀더가 승강장치에 의해 하강하면서 헤드(H)에 공구를 탈부착하게 되는 것이다. 한편, 상기와 같은 종래의 자동 공구교환장치에 있어서, 매거진에 방사형으로 설치된 공구교환홀더에 설치된 공구를 교환하기 위하여 매거진을 회전시킬 때, 본체에 회전 가능케 설치되며, 내측면에는 캠팔로워를 방사형으로 탄설한 회전판을 감속모터에 의해 구동되는 나선캠을 이용해 회전시킴으로써 매거진의 회전이 이루어지게 된다.

이러한 매거진의 회전은 자동 공구교환장치가 설치된 공작기계의 작동에 따라서 시간당 수십에서 수백 회까지 이루어지기 때문에 그에 따른 감속모터와 나선캠의 회전이 반복되어야 하는 문제점이 있다.

그리고 공구교환홀더가 공구를 수납하여 보관하고 있다가 헤드의 승강에 따라 개폐되면서 헤드에 공구를 착탈하는 역활을 수행하게 되는데 종래에는 이 공구교환홀더를 개폐시키기 위하여 주로 공구교환장치 내측에 위치한 헤드가 소재를 가공하기 위하여 하강하면서 공구교환홀더에 끼워진 공구를 헤드 하부에 장착한 후 이 헤드가 계속적으로 하강하면서 공구교환홀더와 직접 접촉하여 외측으로 밀어 젓혀서 개방시키는 방법을 사용하였다.

그러나 이와 같은 종래의 방사형 회전 공구교환장치는 공구가 홀딩된 상태로 외부에 항상 노출되어 있기 때문에, 공구가 습기로 인한 부식 또는 외부 이물질에 의한 오염으로 공구의 성능을 저하시켜 보관기능이 전혀 이루어지지 않고 있다는 문제점이 있고, 또한 방사형 공구교환장치의 크기와 이를 구동하기 위한 부품 및 장치의 무게로 인하여 머시닝센터 전체의 균형 및 강성을 약화시키고, 머시닝센터 전체의 싸이즈가 커지며, 제조단가가 높아지는 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허 제10-1153324호(2012년05월30일)

상술한 문제를 해결하고자 하는 본 발명의 과제는, 신속한 공구교환과 보관기능이 강화된 라인형 공구교환장치를 제공하고, 머시닝센터의 싸이즈와 무게를 줄이고, 제조단가를 낮출 수 있는 컴팩트한 새로운 개념의 머시닝센터 공구교환장치를 제공하고자 함이다.

상술한 과제를 해결하는 본 발명의 특징은 수직형 바디 상단에 설치된 Z축 이송유닛이 구비된 새들과, X축 이송유닛과 연결된 상기 새들에 고정된 스핀들과, 상기 스핀들 하단에 피가공물을 위치시키고 Y축 이송유닛과 연결되는 이송 스테이지를 포함하여 구성된 머시닝센터의 공구교환장치에 있어서, 상기 바디 하단에 X축 방향으로 고정 설치된 엑츄에이터 고정부; 상기 엑츄에이터 고정부 상부 중심에 수직한 방향으로 설치되어 직선 이동 가능한 리니어 엑츄에이터; 상기 리니어 엑츄에이터의 전방에 고정 설치되고, 상부면에 다수의 공구를 수납할 수 있는 툴 홀더가 형성된 공구 교환부; 상기 공구 교환부를 지지하고, Y축 방향으로 직선이동 가능한 매거진 지지부를 포함하되, 상기 리니어 엑츄에이터의 구동으로 상기 매거진 지지부가 스핀들 하단으로 이동하여 공구교환이 가능한 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 리니어 엑츄에이터는 에어 실린더인 것이 바람직하고, 매거진 지지부는, 하단부에 Y축 방향으로 직선이동 가능하도록 하는 LM 가이드가 일정 간격으로 다수개 설치되는 것이 바람직하며, 상기 실린더 고정부 중앙에 상기 에어 실린더를 걸어 지지하는 트러니언 브라켓이 설치된 것이 바람직하다.

또한, 바람직하게는 상기 바디의 하단의 상기 공구 교환부 상부에 설치되는 것으로, 상기 공구 교환부의 구동에 따라 개폐되는 매거진 도어부가 더 포함된 것일 수 있고, 상기 매거진 도어부는, 도어 플레이트와, 상기 도어 플레이트 후면 중심 상부에 수직으로 힌지 연결되어 밀거나 당겨 상기 공구 교환부의 출입구를 개폐하는 개폐 구동부를 포함하는 것일 수 있다.

그리고, 상기 개폐 구동부는, 직선 구동이 가능한 리니어 모터, 솔레노이드 및 유압 실린더 중 어느 하나인 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명은 종래의 방사형 회전 공구매거진과 달리, 스핀들 하단에서 수평으로 직선이동하여 공구교환 할 수 있는 라인형 공구교환장치를 제공함으로써, 공구교환이 필요하지 않을 때는 내부로 보관하고, 공구교환이 필요할 때는 신속하게 스핀들 하단으로 직선 이동하여 공구교환 할 수 있는 위치에 공구가 홀딩된 툴 홀더를 위치시켜 공구교환 할 수 있도록 하여 보관 및 공구교환 기능을 제공하는 컴팩트한 새로운 개념의 머시닝센터의 공구교환장치를 제공한다.

또한, 머시닝센터의 싸이즈와 무게를 줄이고, 제조단가를 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 기타 부품의 설치를 위한 공간이 많이 확보할 수 있기 때문에 디자인 자유도가 높아지는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 머시닝센터 라인형 공구교환장치가 장착된 머시닝센터의 구성을 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 머시닝센터 라인형 공구교환장치의 구성을 나타낸 사시도이고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 머시닝센터 라인형 공구교환장치의 구성을 나타낸 평면도이고,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 머시닝센터 라인형 공구교환장치의 구성을 나타낸 평면 및 정면을 나타낸 도면이고,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 머시닝센터 라인형 공구교환장치의 개폐에 사용되는 매거진 도어부의 구조를 예시한 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 통해 설명될 것이다. 그러나 본 발명은 여기에서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지, 본 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여 제공되는 것이다.

도면들에 있어서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니며 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소를 나타낸다.

본 명세서에서 "및/또는"이란 표현은 전후에 나열된 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용된다. 또한, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, 명세서에서 사용되는 "포함한다" 또는 "포함하는"으로 언급된 구성요소, 단계, 동작 및 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작, 소자 및 장치의 존재 또는 추가를 의미한다.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 머시닝센터 라인형 공구교환장치가 장착된 머시닝센터의 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 머시닝센터 라인형 공구교환장치(500)의 구성을 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 머시닝센터 라인형 공구교환장치(500)의 구성을 나타낸 평면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 머시닝센터 라인형 공구교환장치(500)의 구성을 나타낸 평면 및 정면을 나타낸 도면이다.

도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 머시닝센터 라인형 공구교환장치(500)는, 수직형 바디 상단에 설치된 Z축(상하) 이송유닛이 구비된 새들(100)과, X축(좌우) 이송유닛과 연결된 상기 새들(100)에 고정된 스핀들과, 상기 스핀들 하단에 피가공물을 위치시키고 Y축(전후) 이송유닛과 연결되는 이송 스테이지(300)를 포함하여 구성된 머시닝센터의 공구교환장치(500)에 있어서, 상기 바디 하단에 X축 방향으로 고정 설치된 엑츄에이터 고정부(510); 상기 엑츄에이터 고정부(510) 상부 중심에 수직한 방향으로 설치되어 직선 이동 가능한 리니어 엑츄에이터(530); 상기 리니어 엑츄에이터(530)의 전방에 고정 설치되고, 상부면에 다수의 공구를 수납할 수 있는 툴 홀더(555)가 형성된 공구 교환부(550); 상기 공구 교환부(550)를 지지하고, Y축 방향으로 직선이동 가능한 매거진 지지부(570)를 포함하되, 상기 리니어 엑츄에이터(530)의 구동으로 상기 매거진 지지부(570)가 스핀들 하단으로 이동하여 공구교환이 가능한 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명은 종래의 방사형 회전 공구매거진과 달리, 스핀들(200) 하단에서 수평으로 직선이동하여 공구교환 할 수 있는 라인형 공구교환장치(500)를 제공한다. 즉, 공구교환이 필요하지 않을 때는 바디 하단 내부에 보관하고, 공구교환이 필요할 때는 신속하게 스핀들(200) 하단으로 직선 이동하여 공구교환 할 수 있는 위치에 툴 홀더(555)를 위치시켜 공구교환 할 수 있도록 하여 보관 및 공구교환 기능을 제공하는 컴팩트한 새로운 개념의 머시닝센터의 공구교환장치(500)를 제공한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 공구교환장치(500)는 새들(100)과 스핀들(200)을 지지하는 바디의 하단에 설치되는 것으로, 스핀들(200)의 하단 후방에 위치하게 되어, 공구 교환이 필요할 때는, 리니어 엑츄에이터(530)의 구동으로 전빙으로 직선이동되어 공구가 수납된 툴 홀더(555)가 스핀들(200) 하단으로 이동하여 공구교환 할 수 있는 위치로 이동하게 되고, 공구교환이 끝나면, 다시 리니어 엑츄에이터(530)의 구동으로 후방으로 직선이동하여 공구를 내부 보관하게 되는 라인형 공구교환장치(500)를 제안한다.

본 발명의 실시예에 따른 머시닝센터 라인형 공구교환장치(500)는 도 2에 나타낸 바와 같이, 바디의 하단에 X축 방향으로 막대형 엑츄에이터 고정부(510)가 설치되어 있고, 그 중심 상부에 수직으로 리니어 엑츄에이터(530)가 고정 설치되어 있으며, 리니어 엑츄에이터(530) 전방에 공구 교환부(550)가 설치되어, 상기 리니어 엑츄에이터(530)의 직선 구동으로 공구 교환부(550)가 전진 및 후진을 통한 공구교환 및 보관 기능을 수행하는 구조를 형성한다.

여기서 엑츄에이터 고정부(510)는 X축으로 평행하게 막대형으로 고정된 지지 구조로서, 중앙부에는 상기 리니어 엑츄에이터(530)를 걸어 지지하는 트러니언 브라켓이 설치된 것이 바람직하다. 이는, 리니어 엑츄에이터(530)를 보다 안정적으로 지지하기 위함이고, 수직한 방향의 직선 구동을 수행함에서 있어서 강성을 보완하기 위함이다.

리니어 엑츄에이터(530)는 에어 실린더를 사용하는 것이 바람직한데, 이는 비용이 저렴할 뿐만 아니라 후단에 설치된 스피들 콘트롤러에 의해 직선이동을 용이하게 제어할 수 있고, 공구 교환부(550)의 무게를 충분히 감당할 수 있을 정도의 직선 구동력을 가지고 있기 때문이다. 그 외에도 직선 이동이 가능한 유압 실린더도 가능하고, 리니어 모터를 사용하는 것도 역시 가능하다.

공구 교환부(550)는 상기 리니어 엑츄에이터(530)의 전방에 고정 설치되고, 상부면에 다수의 공구를 수납할 수 있는 툴 홀더(555)가 형성된 구조를 가지고 있다. 툴 홀더(555)는 공구가 수납되는 장치로서 상기 공구 교환부(550)가 스핀들(200)의 하단으로 이동된 후, 스핀들(200)의 하강하여 정확하게 툴 홀더(555)에 위치하는 공구와 도킹할 수 있도록 각각의 툴 홀더(555)의 위치는 스핀들(200) 센터에 정확하게 일치하는 위치에 형성되는 것이 바람직하다. 또한 툴 홀더(555)는 안정적으로 스핀들(200)이 도킹하여 공구 교환할 수 있도록 공구를 흔들림 없이 잡아줄 수 있는 홀딩 구조를 형성하는 것이 바람직하다.

매거진 지지부(570)는 상기 공구 교환부(550)를 지지하고, Y축 방향으로 직선이동 가능하도록 하는 지지 구조로서, 공구 교환부(550)를 고정하는 지지대와 상기 지지대 측면에서 측면 지지하는 매거진 브라켓은 비틀림이나 휨이 없도록 튼튼한 리브를 갖는 구조를 형성하는 것이 바람직하다.

그리고, 도 4에 나타낸 바와 같이, 매거진 지지부(570)는 하단부에 Y축 방향으로 직선이동 가능하도록 하는 LM 가이드가 일정 간격으로 다수개 설치되는 구조가 바람직하다. 이는 공구 교환부(550)의 무게를 지지하면서 공구 교환을 위한 Y축 직선 이동을 원활하도록 하기 위한 구조를 제안하기 위함이다.

본 발명의 실시예에서 적용되는 LM 가이드는 안쪽 2개소의 LM 가이드 스팬이 380mm, 바깥쪽 LM 가이드 스팬이 1380mm로 상당히 간격이 넓고 직진도 또한 정확하도록 설계하기 위해서, 설계시 부품의 강성을 유지토록 하고 평행도 및 직진도 맞춤시 조정이 가능한 구조를 제안한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 머시닝센터 라인형 공구교환장치(500)의 개폐에 사용되는 매거진 도어부(590)의 구조를 예시한 도면이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 매거진 도어부(590)는, 상기 바디의 하단의 상기 공구 교환부(550) 상부에 설치되고, 상기 공구 교환부(550)의 구동에 따라 개폐되는 구조이다.

또한, 매거진 도어부(590)는, 도어 플레이트(593)와, 상기 도어 플레이트(593) 후면 중심 상부에 수직으로 힌지 연결되어 밀거나 당겨 상기 공구 교환부(550)의 출입구를 개폐하는 개폐 구동부(595)를 포함하는 구조로서, 구성이 매우 간단하고, 리니어 엑츄에이터(530)의 구동으로 도어 플레이트(593)가 X축을 중심으로 회동되어 개폐되는 구조를 제안한다. 여기서, 개폐 구동부(595)는, 직선 구동이 가능한 리니어 모터, 솔레노이드 및 유압 실린더 등 직선구동이 가능한 엑츄에이터면 모두 가능함은 물론이다.

이와 같은 매거진 도어부(590) 구조를 채택함으로써, 공구 교환이 필요하지 않을 때는 매거진 도어부(590)를 닫아 보관 기능을 높이고, 공구 교환이 필요할 때는, 머시닝센터의 통합 제어부를 통해, 상기 개폐 구동부(595)를 동작시켜 도어를 오픈하여 사용하도록 함으로써, 공구 교환부(550)의 이동을 원활하게 할 뿐만 아니라, 외부 이물질 또는 물이나 습기 등으로부터 차단할 수 있는 개폐 구조를 형성하여 보관 기능이 강화된 공구교환장치(500)를 제공할 수 있게 된다.

이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능 하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

500: 공구교환장치, 510: 엑츄에이터 고정부, 530: 리니어 엑츄에이터,
550: 공구 교환부, 570: 매거진 지지부, 590: 매거진 도어부

Claims (7)

1. 수직형 바디 상단에 설치된 Z축 이송유닛이 구비된 새들과, X축 이송유닛과 연결된 상기 새들에 고정된 스핀들과, 상기 스핀들 하단에 피가공물을 위치시키고 Y축 이송유닛과 연결되는 이송 스테이지를 포함하여 구성된 머시닝센터의 공구교환장치에 있어서,
   상기 바디 하단에 X축 방향으로 고정 설치된 엑츄에이터 고정부;
   상기 엑츄에이터 고정부 상부 중심에 수직한 방향으로 설치되어 직선 이동 가능한 리니어 엑츄에이터;
   상기 리니어 엑츄에이터의 전방에 고정 설치되고, 상부면에 다수의 공구를 수납할 수 있는 툴 홀더가 형성된 공구 교환부;
   상기 공구 교환부를 지지하고, Y축 방향으로 직선이동 가능한 매거진 지지부를 포함하되,
   상기 리니어 엑츄에이터의 구동으로 상기 매거진 지지부가 스핀들 하단으로 이동하여 공구교환이 가능한 것을 특징으로 하는 머시닝센터 라인형 공구교환장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 리니어 엑츄에이터는 에어 실린더인 것을 특징으로 하는 머시닝센터 라인형 공구교환장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   매거진 지지부는,
   하단부에 Y축 방향으로 직선이동 가능하도록 하는 LM 가이드가 일정 간격으로 다수개 설치되는 것을 특징으로 하는 머시닝센터 라인형 공구교환장치.
   
4. 제2항에 있어서,
   상기 실린더 고정부 중앙에 상기 에어 실린더를 걸어 지지하는 트러니언 브라켓이 설치된 것을 특징으로 하는 머시닝센터 라인형 공구교환장치.
   
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 바디의 하단의 상기 공구 교환부 상부에 설치되는 것으로, 상기 공구 교환부의 구동에 따라 개폐되는 매거진 도어부가 더 포함된 것을 특징으로 하는 머시닝센터 라인형 공구교환장치.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 매거진 도어부는,
   도어 플레이트와,
   상기 도어 플레이트 후면 중심 상부에 수직으로 힌지 연결되어 밀거나 당겨 상기 공구 교환부의 출입구를 개폐하는 개폐 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 머시닝센터 라인형 공구교환장치.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 개폐 구동부는,
   직선 구동이 가능한 리니어 모터, 솔레노이드 및 유압 실린더 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 머시닝센터 라인형 공구교환장치.
   
   
   
   
   
   
   
   

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