KR20160106235A - 대형 팔레트 자동 교환 장치 및 상기 장치를 포함하는 대형 팔레트 자동 교환 고속 수평형 머시닝 센터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대형 팔레트 자동 교환 장치 및 상기 장치를 포함하는 대형 팔레트 자동 교환 고속 수평형 머시닝 센터에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 팔레트 자동 교환 장치의 이동 방향을 개선하여 기존보다 훨씬 대형의 공작물의 가공이 가능하게 하며, 이에 따라 팔레트의 고속 교환이 가능할뿐더러 정밀한 위치 제어가 가능하게 함으로써, 대형 공작물의 가공 시간을 획기적으로 단축시켜 생산성을 극대화시키는, 대형 팔레트 자동 교환 장치 및 상기 장치를 포함하는 대형 팔레트 자동 교환 고속 수평형 머시닝 센터를 제공함에 있다.

Description

대형 팔레트 자동 교환 장치 및 상기 장치를 포함하는 대형 팔레트 자동 교환 고속 수평형 머시닝 센터 {Auto pallet changer and horizontal machining center having the APC}

본 발명은 대형 팔레트 자동 교환 장치 및 상기 장치를 포함하는 대형 팔레트 자동 교환 고속 수평형 머시닝 센터에 관한 것이다.

머시닝 센터(machining center)란 복합 수치 제어 공작 기계를 말하는 것으로, 보링, 밀링, 드릴링 등 다양한 기계적 가공을 단 하나의 장치로 수행할 수 있도록 하는 일종의 만능 공작 기계이다. 머시닝 센터는 기본적으로 공구의 자동 교환 또는 자동 선택 기능을 구비하고 있으며, 필요한 공정에 대한 설계 데이터를 입력하면 자동 프로그래밍 장치에 의하여 가공 순서가 결정되며, 이 순서에 따라 자동적으로 공구가 교환 또는 선택되어 가면서 가공이 이루어진다. 이러한 머시닝 센터는 단 한 번의 세팅으로 다축 가공, 다공정 가공이 가능하기 때문에, 다품종 소량 부품의 생산에 매우 적절하다. 최근에는 머시닝 센터의 작업량을 충분히 확보해 주기 위해서 (공작물을 올려놓는) 팔레트를 자동 교환해 주는 기능, 가공 상황을 모니터링하고 자동 보정하는 기능 등을 부가하는 기술이 꾸준히 발전되고 있다.

머시닝 센터는 크게는 주축 운동 방향, 즉 공구 운동 방향에 따라 수직형 및 수평형으로 종류가 나뉜다. 수직형 머시닝 센터는 주축(공구 방향)이 수직 방향으로 이동하면서 공작물의 상면을 가공하는 기계로서, 베이스 등과 같은 평면형 공작물을 가공하는데 적절하다. 일반적으로 산업 전반에 널리 보급되어 있는 머시닝 센터는 수직형이다. 수평형 머시닝 센터는 공작물을 회전 테이블 위에 고정하여 동시에 4면을 한 번의 세팅으로 가공할 수 있으며, 기어박스 등과 같은 박스형 공작물을 가공하기에 적절하다. 수직형 머시닝 센터의 경우 공작물을 고정한 팔레트가 XY 방향으로 이동하기 때문에 팔레트를 교환하는 것이 구조적으로 어려우나, 수평형 머시닝 센터의 경우 공구가 XY 방향으로 이동하기 때문에 팔레트를 교환하는 것이 편리하다. 따라서 앞서 설명한 바와 같은 팔레트 자동 교환 장치는 대부분 수평형 머시닝 센터에 적용된다. 팔레트 자동 교환 장치가 구비되는 수평형 머시닝 센터에 관하여서는, 한국특허공개 제2014-0078449호("스핀들 지그와 이를 구비한 자동 팔레트 교환형 머시닝 센터", 이하 선행문헌 1), 한국특허공개 제2006-0076890호("팔레트 처짐이 향상된 수평형 머시닝센터의 자동 팔레트교환장치", 이하 선행문헌 2) 등과 같이 여러 문헌에 개시된 바 있다.

그런데 현재 국내에서 상용화되어 사용되고 있는 팔레트 자동 교환형 수평형 머시닝 센터는, 가공 가능한 공작물의 크기가 소형으로 한계가 있고, 저속 장비로서 가공 시간이 상대적으로 길며, 팔레트 자동 교환 장치의 동작 주기가 길어서 생산성이 낮아 국제 경쟁력이 떨어진다는 문제점이 있었다. 선행문헌 1, 2에서는 팔레트 자동 교환 장치의 구조적 안정성 등에 주로 집중하고 있어, 이러한 문제를 해결하기에는 적절하지 않다.

기존의 팔레트 자동 교환 장치는, 중심의 회전축에 대하여 방사상으로 다수 개의 팔레트가 구비되며, 각각의 팔레트 상에 공작물이 고정된 형태로 이루어진다. 회전축의 회전에 의하여 가공 대상 공작물이 고정된 팔레트가 공구의 동작 반경 내로 들어오게 되면 해당 팔레트 상의 공작물에 가공이 이루어지며, 가공이 완료되면 회전축이 회전하여 해당 팔레트는 공구의 동작 반경에서 벗어나고 다음 가공 대상 공작물이 고정된 다른 팔레트가 공구의 동작 반경 내로 들어가게 되는 과정이 반복됨으로써 자동화 공정이 진행될 수 있게 된다. 일반적으로는 도 1(A), (B)에 도시되어 있는 바와 같이 한 쌍의 테이블(팔레트)을 가지는 듀얼 테이블 타입이 널리 사용되나, 도 1(C)에 도시되어 있는 바와 같이 다수 개의 테이블을 가지는 타입도 있다.

팔레트 자동 교환 장치의 긴 동작 주기로 인하여 생산성이 떨어지는 문제를 해결하기 위하여, 한국특허공개 제2006-0076889호("교환속도가 향상된 머시닝 센터의 자동 팔레트 교환장치", 이하 선행문헌 3)에서는 팔레트 교환 속도를 향상하는 기술이 개시된 바 있다. 선행문헌 3에서는, 기존의 팔레트 자동 교환 장치에서 회전축과 팔레트 중심 간의 거리를 줄여 회전 시 발생하는 원심력을 최소화시킴으로써 팔레트 교환속도를 줄이도록 하였다. 선행문헌 3에 의한 팔레트 교환 장치는 도 1(D)에 도시된 바와 같으며, 도 1(A), (B)의 예시와 같은 듀얼 테이블 타입으로 이루어져 있다.

그런데 도 1에 도시된 모든 팔레트 자동 교환 장치에 있어서, 직관적으로 확인할 수 있는 바와 같이 팔레트 자체의 크기가 작아 소형 공작물 가공에 사용되기에는 적절하나, 대형 공작물 가공에는 사용하기에 어려움이 있다. 또한 기존의 장치는 기본적으로 팔레트의 교환에 대하여 회전 운동을 사용하기 때문에 원심력 발생 문제, 좌표의 비틀림 문제 등과 같은 위험 요인을 근본적으로 포함할 수밖에 없다. 물론 이에 따라 충분한 정밀도를 보장하기 위해서는 팔레트 교환 속도를 어느 이상으로 높일 수 없는 제한이 있어, 공정 속도 향상에도 한계가 발생하는 문제가 있는 것이다.

1. 한국특허공개 제2014-0078449호("스핀들 지그와 이를 구비한 자동 팔레트 교환형 머시닝 센터") 2. 한국특허공개 제2006-0076890호("팔레트 처짐이 향상된 수평형 머시닝센터의 자동 팔레트교환장치") 3. 한국특허공개 제2006-0076889호("교환속도가 향상된 머시닝 센터의 자동 팔레트 교환장치")

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 팔레트 자동 교환 장치의 이동 방향을 개선하여 기존보다 훨씬 대형의 공작물의 가공이 가능하게 하며, 이에 따라 팔레트의 고속 교환이 가능할뿐더러 정밀한 위치 제어가 가능하게 함으로써, 대형 공작물의 가공 시간을 획기적으로 단축시켜 생산성을 극대화시키는, 대형 팔레트 자동 교환 장치 및 상기 장치를 포함하는 대형 팔레트 자동 교환 고속 수평형 머시닝 센터를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 대형 팔레트 자동 교환 장치는, 지면과 수평한 방향을 X축, 지면으로부터 수직한 방향을 Y축, X축 및 Y축과 수직한 방향을 Z축이라 하고, XY평면을 기준으로 Z축의 양의 방향을 전면, 음의 방향을 후면이라 하고, Y축을 기준으로 Y축의 양의 방향을 상측, 음의 방향을 하측이라 할 때, XY평면 상에 펼쳐지는 플레이트 형태로 형성되어 전면에 공작물이 배치되며, 하부에 Z축 중심으로 회전하는 롤러 형태로 형성되는 다수 개의 리프트 가이드 베어링(110)이 열을 이루어 구비되는 팔레트(100); XY평면 상에 펼쳐지는 플레이트 형태로 형성되어 상기 팔레트(100)의 후면에 평행하게 배치되며, 하부에 X축 방향으로 연장되어 상기 리프트 가이드 베어링(110)이 결합되는 리프트 가이드 유닛(210)이 구비되어, 상기 팔레트(100)가 X축 방향으로 이동 가능하게 결합되는 팔레트 캐리어(200); 를 포함하여 이루어지며, 상기 팔레트(100)의 후면에 Z축 방향으로 함몰되는 인덱스 하우징(120)이 구비되고, 상기 팔레트 캐리어(200)의 전면에 Z축 방향으로 돌출 가능하게 형성되는 인덱스 유닛(220)이 구비되어, 상기 인덱스 하우징(120)에 상기 인덱스 유닛(220)이 삽입 결합되며, 상기 팔레트(100)의 후면에 X축 방향으로 연장되고 Y축 방향으로 돌출되는 클램핑 블록(130)이 구비되고, 상기 팔레트 캐리어(200)의 전면에 X축 방향으로 연장되고 Y축 방향으로 지지면이 형성되며 Z축 방향으로 돌출 가능하게 형성되는 클램핑 유닛(240)이 구비되어, 상기 클램핑 블록(110)이 상기 클램핑 유닛(250)에 지지 및 클램핑되어 결합되는 것을 특징으로 한다.

이 때 상기 인덱스 유닛(220)은, Z축 방향으로 연장되는 인덱스 돌출부(221), Z축 방향으로 함몰되는 내부 공간이 형성되며 상기 인덱스 돌출부(221)의 후면에 배치되는 인덱스 몸체부(222)를 포함하여 이루어지며, 상기 인덱스 몸체부(222)의 내부 공간에 상기 인덱스 돌출부(221)가 수용 구비되며, 상기 인덱스 몸체부(222)에 의해 상기 인덱스 돌출부(221)가 Z축 방향으로 안내되어 슬라이딩 이동됨으로써 돌출될 수 있다.

또한 이 때 상기 인덱스 유닛(220)은, 유압에 의해 상기 인덱스 돌출부(221)가 이동될 수 있다. 또한 상기 인덱스 돌출부(221)는, 단면이 사각형 형상으로 형성될 수 있다.

또한 상기 클램핑 유닛(230)은, X축 방향으로 연장되는 블록 형태로 이루어지는 머리부(231a) 및 상기 머리부(231a)보다 좁은 폭을 가지며 상기 머리부(231a)의 후면 측으로 돌출되는 기둥부(231b)로 이루어지는 클램핑 지지부(231), Z축 방향으로 함몰되는 내부 공간이 형성되며 상기 클램핑 지지부(231)의 후면에 배치되는 클램핑 몸체부(232), 상기 클램핑 몸체부(232)의 내부 공간에 수용되어 Z축 방향으로 슬라이딩 이동 가능하도록 구비되는 클램핑 구동부(233), 상기 클램핑 몸체부(232)의 내부 공간에 수용되되 상기 클램핑 구동부(233)의 전면에 배치되는 클램핑 탄성부(234), 상기 클램핑 몸체부(232)의 내부 공간을 폐쇄하도록 상기 클램핑 몸체부(232)의 전면에 구비되며, 중심에 관통구멍(235a)이 형성되는 클램핑 덮개부(235)를 포함하여 이루어지며, 상기 기둥부(231b)가 상기 관통구멍(235a)을 관통하도록 배치되어 상기 클램핑 구동부(233)와 볼팅 결합되어, 상기 클램핑 몸체부(232)에 의해 상기 클램핑 구동부(233)가 Z축 방향으로 안내되어 슬라이딩 이동됨으로써 클램핑 지지부(231)가 이동되되, 상기 머리부(231a)의 후면 및 상기 기둥부(231b)의 상면 또는 하면이 상기 클램핑 블록(130)과 면접되어 지지되며, 상기 클램핑 탄성부(234)의 복원력에 의해 상기 클램핑 지지부(231)가 후면 방향으로 당겨짐으로써 상기 클램핑 블록(130)이 클램핑될 수 있다.

또한 이 때 상기 클램핑 유닛(230)은, 유압에 의해 상기 클램핑 구동부(233)가 이동될 수 있다.

또한 상기 대형 팔레트 자동 교환 장치는, 하측 방향으로 돌출되는 하나의 클램핑 블록(130) 및 상기 하나의 클램핑 블록(130)의 하측으로 이격 배치되며 상측 방향으로 돌출되는 다른 하나의 클램핑 블록(130) 한 쌍이, 하나의 클램핑 유닛(230) 기둥부(231b)의 상면 및 하면에 각각 면접되어 지지될 수 있다. 이 때 상기 대형 팔레트 자동 교환 장치는, 한 쌍의 상기 클램핑 블록(130) 및 하나의 상기 클램핑 유닛(230)으로 이루어지는 결합체가 다수 개가 X축 방향으로 열을 이루어 배치될 수 있다. 또한 상기 대형 팔레트 자동 교환 장치는, 상기 결합체가 이루는 열이 적어도 한 쌍 구비되며, 각각의 상기 결합체가 이루는 열들은 서로 평행하게 Y축 방향으로 이격되어 배치될 수 있다.

또한 상기 대형 팔레트 자동 교환 장치는, 상기 팔레트(100)의 후면에 Z축 방향으로 함몰되는 암 오토 커플러(141)를 구비하는 도킹 하우징(140)이 구비되고, 상기 팔레트 캐리어(200)의 전면에 Z축 방향으로 돌출되는 수 오토 커플러(241)를 구비하는 도킹 유닛(240)이 구비되어, 상기 도킹 하우징(140) 및 상기 도킹 유닛(240)이 오토 커플링 결합될 수 있다.

이 때 상기 대형 팔레트 자동 교환 장치는, 상기 도킹 하우징(140)에 Z축 방향으로 함몰되는 제1핀 수용부(142) 및 제2핀 수용부(143)가 구비되고, 상기 도킹 유닛(240)에 Z축 방향으로 돌출되는 제1핀(242) 및 제2핀(243)이 구비되어, 상기 제1핀 수용부(142)에 상기 제1핀(242)이 삽입되고, 상기 제2핀 수용부(143)에 상기 제2핀(243)이 삽입되어 상기 도킹 하우징(140) 및 상기 도킹 유닛(240) 간 결합이 안내될 수 있다.

또한 본 발명의 대형 팔레트 자동 교환 고속 수평형 머시닝 센터는, 베이스(950); 상기 베이스(950) 상에 구비되며 X축 방향으로 연장되는 컨베이어 벨트 형태로 형성되어 이물질을 이송하는 이물질 이송부(900); 상술한 바와 같은 팔레트(100) 및 팔레트 캐리어(200)로 이루어지며, 상기 이물질 이송부(900) 일측에 배치되는 대형 팔레트 자동 교환 장치; 상기 베이스(950) 상에 구비되며 상기 팔레트 캐리어(200) 후면에서 상기 팔레트 캐리어(200)를 지지하는 테이블 베드(300); 상기 베이스(950) 상에 구비되며 상기 팔레트(100)와 마주보도록 상기 이물질 이송부(900) 타측에 배치되어 상기 팔레트(100) 상에 고정된 공작물에 가공을 수행하는 머시닝 컬럼(400); 상기 베이스(950) 상에 구비되며 상기 머시닝 컬럼(400)과 연결되어 상기 머시닝 컬럼(400)에서 사용되는 공구를 교환 공급하는 툴 체인저(500); 상기 머시닝 컬럼(400)에 가공 종류, 조건, 순서를 포함하는 가공 프로그램을 입력하고 가공 상태를 출력하는 콘트롤 패널(600); 상기 머시닝 컬럼(400) 및 상기 툴 체인저(500)를 포함하는 구동 장치들에 전력을 공급하고 제어하는 전자장치부(700); 상기 베이스(950) 상에 구비되며 상기 이물질 이송부(900) 타측에 배치되어 상기 팔레트(100), 상기 팔레트(100) 상에 고정된 공작물 또는 상기 이물질 이송부(900) 상에 공기를 불어 이물질을 제거하는 이물질 제거부(800); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 기존의 팔레트 자동 교환 장치가 회전축을 중심으로 동일 평면 상에 방사상으로 펼쳐져 구비된 팔레트들을 회전 운동에 의하여 교환하였던 것과는 달리, 팔레트를 구비한 팔레트 캐리어가 슬라이딩 방식으로 직선 운동으로 이동하도록 함으로써 기존의 팔레트 자동 교환 장치에 비하여 동역학적 특성을 훨씬 단순화시켜, 위치 제어를 훨씬 용이하게 할 수 있게 하는 효과가 있다. 특히 본 발명에서는 팔레트 캐리어에 팔레트가 장착될 때 X, Y, Z축 방향으로 원하는 정위치에 자동으로 고정되되, 정확한 위치에 높은 고정력으로 클램핑되도록 이루어짐으로써, 가공 전 또는 가공 중에 공작물이 정확하게 정위치에 배치 및 고정되어 있도록 해 주는 효과가 있다. 즉 본 발명에 의하면, 팔레트 자동 교환 장치에서의 정밀한 위치 및 이동 제어가 가능하게 함으로써, 기존에 비하여 가공 정밀도를 향상할 수 있는 큰 효과가 있는 것이다.

또한 본 발명에 의하면, 상술한 바와 같이 팔레트 캐리어 이송 방식을 바꿈으로써 기존보다 훨씬 빠른 이송이 가능하며, 즉 고속 가공이 가능하여 생산 속도를 향상시키는 큰 효과가 있다. 뿐만 아니라 팔레트 교환에 걸리는 시간 자체도 줄어들기 때문에, 결과적으로 생산 속도를 더욱 향상시킬 수 있는 큰 효과가 있다.

물론 본 발명에 의하면 팔레트의 배치 구조를 변경함으로써 기존보다 대형의 공작물을 이동시킬 수 있으며, 더불어 상술한 바와 같이 동역학적 특성 개선으로 인해 공작물의 중량 및 부피에 따른 제어 불안정성 요인을 낮출 수 있어, 궁극적으로는 기존에 비하여 가공 가능한 공작물 크기 제한에 훨씬 자유롭다는 장점 또한 있다.

도 1은 종래의 팔레트 자동 교환 장치의 여러 실시예.
도 2는 본 발명의 대형 팔레트 자동 교환 고속 수평형 머시닝 센터 실시예.
도 3은 본 발명의 팔레트 실시예의 후면도.
도 4는 본 발명의 팔레트 캐리어 실시예의 정면 및 후면도.
도 5는 본 발명의 팔레트 및 팔레트 캐리어 결합체의 측면 단면도.
도 6은 본 발명의 팔레트 캐리어의 드라이빙 유닛 실시예.
도 7은 본 발명의 팔레트 캐리어의 인덱스 유닛 실시예.
도 8은 본 발명의 팔레트 캐리어의 클램핑 유닛 실시예.
도 9는 본 발명의 팔레트 캐리어의 도킹 유닛 실시예.
도 10은 본 발명의 팔레트 캐리어의 리프트 가이드 유닛 실시예.
도 11은 본 발명의 팔레트 캐리어의 팔레트 무빙 유닛 실시예.
도 12는 본 발명의 팔레트 캐리어의 캠 롤러 가이드 유닛 실시예.
도 13은 본 발명의 팔레트 캐리어의 에어 블로우 유닛 실시예.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 대형 팔레트 자동 교환 장치 및 상기 장치를 포함하는 대형 팔레트 자동 교환 고속 수평형 머시닝 센터를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 대형 팔레트 자동 교환 고속 수평형 머시닝 센터 실시예를 도시한 것이다. 본 발명의 대형 팔레트 자동 교환 고속 수평형 머시닝 센터(1000)는 도 2에 도시되어 있는 바와 같은 팔레트(100) 및 팔레트 캐리어(200)를 포함하여 이루어지는 본 발명의 대형 팔레트 자동 교환 장치를 구비하고 있다는 점에서 기존의 수평형 머시닝 센터와는 상이하나, 그 명칭으로 알 수 있는 바와 같이 대형 팔레트 자동 교환 장치 외의 구성은 기본적으로 일반적인 수평형 머시닝 센터 구성과 유사하게 이루어진다. 이하 상기 머시닝 센터(1000)의 나머지 각부에 대하여 간략히 설명하며, 본 발명의 대형 팔레트 자동 교환 장치에 대해서는 이후에 보다 상세히 설명한다.

기본적으로 본 발명의 대형 팔레트 자동 교환 고속 수평형 머시닝 센터(1000)는, 도시된 바와 같이 베이스(950), 이물질 이송부(900), 팔레트(100) 및 팔레트 캐리어(200)로 이루어지는 대형 팔레트 자동 교환 장치, 테이블 베드(300), 머시닝 컬럼(400), 툴 체인저(500), 콘트롤 패널(600), 전자장치부(700), 이물질 제거부(800)를 포함하여 이루어진다.

상기 베이스(950)는 지면에 고정되어 다른 장치들을 지지하는 역할을 한다. 즉 상기 이물질 이송부(900)에서 상기 이물질 제거부(800)까지의 모든 장치들은 상기 베이스(950)에 구비될 수 있다. 물론 어떠한 장치의 실제 동작이 어떤 특정한 위치에서 이루어져야 하는 것이 반드시 필요한 것은 아닌 경우, 예를 들어 상기 전자장치부(700)와 같이 단지 전선으로 연결되어 있기만 해도 되는 경우 등에는 상기 베이스(950) 상에 구비되지 않아도 무방하나, 설비의 편의성 등을 위해서는 상기 베이스(950)에 모든 장치들이 구비되어 있는 것이 바람직하다. 더불어 여기에서 방향을 정의하기로, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 지면과 수평한 방향을 X축, 지면으로부터 수직한 방향을 Y축, X축 및 Y축과 수직한 방향을 Z축이라 하고, XY평면을 기준으로 Z축의 양의 방향을 전면, 음의 방향을 후면이라 하고, Y축을 기준으로 Y축의 양의 방향을 상측, 음의 방향을 하측이라 한다. 즉 지면은 ZX평면에 평행하게 펼쳐지는 것이며, 상기 베이스(950)는 이 ZX평면에 평행한 지면 상에 고정적으로 놓여지는 것이다.

상기 이물질 이송부(900)는 X축 방향으로 연장되는 컨베이어 벨트 형태로 형성되어 이물질을 이송하는 역할을 한다. 공작물을 가공하면 재료가 깎여나와서 발생되는 칩 등의 이물질이 반드시 발생되며, 이외에도 공작물이나 여러 장치들 상에 불필요한 이물질이 묻어 있을 수 있으며, 이런 이물질들은 (이하 설명될) 상기 이물질 제거부(800)에 의해 대상물로부터 제거된 후 상기 이물질 이송부(900)에 의하여 이송되어 상기 머시닝 센터(1000) 외부로 배출되게 된다.

상기 대형 팔레트 자동 교환 장치는 상술한 바와 같이 팔레트(100) 및 팔레트 캐리어(200)로 이루어지며, 상기 이물질 이송부(900) 일측에 배치된다. 이 때, 본 발명에서는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 팔레트(100) 및 상기 팔레트 캐리어(200)가 지면에 대해 수직한 방향으로 서 있게 배치된다. 도 1과 비교하여 보면 알 수 있는 바와 같이, 기존의 팔레트 교환 장치에서는 모두 팔레트가 지면에 수평한 방향으로 배치되며, 다수 개의 팔레트가 회전축을 중심으로 방사상으로 배치되도록 이루어진다. 따라서 도 1의 여러 실시예에 잘 나타나 있는 바와 같이 팔레트 자체의 크기에 제한이 발생하며, 이는 당연히 가공 가능한 공작물의 크기에도 제한을 주게 된다.

그러나 본 발명에서는, 공작물을 고정하는 팔레트(100)가 지면에 대하여 수직한 방향으로 놓이며, (도 2에 표시된 좌표축을 기준으로 할 때) 상기 팔레트 캐리어(200) 상에서 상기 팔레트(100)가 X축을 따라 이동함으로써 공작물의 교환이 이루어지게 된다. 즉 기존에는 팔레트가 [수평 방향으로 펼쳐짐 / 회전 운동에 의해 교환]의 구성을 가지고 있었던 것과는 달리, 본 발명에서는 팔레트가 [수직 방향으로 펼쳐짐 / 직선 운동에 의해 교환]의 구성을 가지고 있다.

본 발명의 대형 팔레트 자동 교환 장치에서 팔레트 교환 시 발생하는 운동에 대하여 보다 구체적으로 설명하자면 다음과 같다. 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 상기 팔레트(100)에 비하여 상기 팔레트 캐리어(200)는 X축 방향으로 보다 길게 연장되어 있으며, 상기 팔레트(100)는 상기 팔레트 캐리어(200) 상에서 X축을 따라 이동하여 고정되게 된다. 최초에는 가공이 아직 이루어지지 않은 공작물을 전면에 고정한 하나의 팔레트(100)가 상기 팔레트 캐리어(200)의 X축 방향 일측 끝단에 배치되며, 상기 팔레트(100)가 X축 방향을 따라 이동하여 상기 팔레트 캐리어(200) 상의 정위치에 상기 팔레트(100)가 고정된다. 다음으로 상기 팔레트 캐리어(200)가 (자신의 몸체 상에 상기 팔레트(100)를 고정한 채로) 역시 X축 방향을 따라 이동하여, 실제 가공이 이루어지는 (이하 설명될) 머시닝 컬럼(400)의 가공 가능 영역에 상기 팔레트(100)가 위치하게 되면, 이제 비로소 공작물에 대한 가공이 이루어진다. 가공이 완료되면, 상기 팔레트(100) 및 상기 팔레트 캐리어(200)는 가공이 완료된 공작물을 전면에 고정한 채로 X축 방향을 따라 다시 이동하여 가공 가능 영역을 벗어나며, 사용자가 팔레트로부터 가공 완료된 공작물을 떼어내면 해당 공작물에 대한 공정은 완료된다. 한편 상기 머시닝 센터(1000)의 X축 방향 일측 끝단에는, 도 2에서 점선으로 표시되어 있는 바와 같이 다른 팔레트(100) 및 팔레트 캐리어(200)들이 보관되어 있는 수용부가 대기되어 있으며, 가공이 완료된 팔레트(100) 및 팔레트 캐리어(200)가 가공 영역을 벗어나도록 이동하면 다른 팔레트(100) 및 팔레트 캐리어(200)가 새로이 가공 영역으로 들어오게 된다. 이러한 과정이 반복 수행됨으로써, 연속적인 자동화 공정이 실현될 수 있다.

물론 이처럼 팔레트의 크기를 확대할 수 있는 요인은 공간적 제약을 해소했기 때문만이 아니다. 기존에는 팔레트의 교환이 회전 운동에 의하여 이루어졌던 반면 본 발명에서는 직선 운동에 의하여 이루어지게 되는 바, 동역학적 특성이 개선되고 위치, 속도 등의 해석이 보다 단순화될 수 있다. 다시 말하면, 팔레트의 교환에 있어서 위치, 속도 등의 제어에 드는 계산 시간이나 처리해야 하는 데이터량 등이 줄어들게 된다는 것이며, 따라서 기존에 비해 훨씬 효율적인 제어가 가능하게 되는 것이다. 이 때, 상식적으로 잘 알려져 있는 바와 같이 어떠한 대상물의 중량 및 부피가 클수록 그 운동을 제어하는 것이 어려우며, 기존의 팔레트 교환 장치의 경우 이러한 점에서도 제약이 따를 수밖에 없었다. 그러나 본 발명에서는 상술한 바와 같이 교환 시 발생하는 운동의 방향을 바꿈으로써 동역학적 특성을 개선하여 제어 자체가 용이해진 만큼, 기존에 제어가 가능했던 중량 또는 부피 한계점보다 훨씬 큰 범위의 대상물의 운동까지 제어가 가능하게 되는 것이다.

이처럼 본 발명의 대형 팔레트 자동 교환 장치는, 도 1(종래기술) 및 도 2(본 발명)를 비교하여 직관적으로 알 수 있는 바와 같이, 종래에 비해 훨씬 대형의 공작물을 가공할 수 있게 해 주는, 다시 말해 공작물의 중량 및 부피 제한에서 훨씬 자유로워지는 큰 장점이 있는 것이다.

상기 테이블 베드(300)는 상기 팔레트 캐리어(200) 후면에서 상기 팔레트 캐리어(200)를 지지하는 역할을 한다. 머시닝 센터(1000)에서 발생되는 가공은 보링, 드릴링, 밀링 등과 같은 것으로, 상기 팔레트(100) 및 상기 팔레트 캐리어(200)에는 가공 중 많은 하중 및 진동이 인가되게 된다. 이 때 이러한 진동 등을 흡수할 수 있으려면 공작물을 지지하는 부품 자체의 중량이 큰 것이 유리한데, 반면 상기 팔레트(100) 등은 운동이 발생되는 부품이기 때문에 그 자체의 중량이 커지지 않는 것이 바람직하다. 이러한 점을 고려하여, 상기 팔레트 캐리어(200)를 지지하는 상기 테이블 베드(300)가 구비됨으로써, 가공 중 발생되는 하중 및 진동을 안정적으로 지지 및 흡수할 수 있게 하는 것이다.

상기 머시닝 컬럼(400)은 상기 팔레트(100)와 마주보도록 상기 이물질 이송부(900) 타측에 배치되어 상기 팔레트(100) 상에 고정된 공작물에 가공을 수행하는 역할을 한다. 실질적인 가공은 상기 머시닝 컬럼(400)에서 이루어지는 것으로, 상기 머시닝 컬럼(400)에 구비되는 공구는 도 2를 기준으로 X방향 및 Y방향으로 이동하면서 상기 팔레트(100) 전면에 배치된 공작물에 가공을 수행하게 된다. 일반적인 머시닝 센터에 구비되는 머시닝 컬럼과 본 발명의 머시닝 컬럼(400) 간의 상이한 점은 상기 팔레트(100)의 배치 방향이 달라졌으므로 공구 이동 방향도 그에 맞게 달라진다는 것인데, 그 외 실질적인 구동 등과 관련된 구성 등은 기존의 머시닝 컬럼의 구성을 채용할 수 있으므로 여기에서는 상세한 설명을 생략한다.

상기 툴 체인저(500)는 상기 베이스(950) 상에 구비되며 상기 머시닝 컬럼(400)과 연결되어 상기 머시닝 컬럼(400)에서 사용되는 공구(tool, 툴)를 교환 공급하는 역할을 한다. 일반적인 머시닝 센터에는 모두 이러한 툴을 교환 공급하는 장치가 구비되며, 상기 툴 체인저(500)는 일반적인 머시닝 센터의 툴 체인저의 구성을 채용할 수 있으므로 여기에서는 상세한 설명을 생략한다.

상기 콘트롤 패널(600)은 상기 머시닝 컬럼(400)에 가공 종류, 조건, 순서를 포함하는 가공 프로그램을 입력할 수 있게 해 준다. 또한 상기 콘트롤 패널(600)을 통해 가공 상태가 출력됨으로써, 미리 입력되었던 가공 종류, 조건, 순서 등을 참조하여 현재 가공이 얼마나 진행되고 있는지 등을 모니터링할 수도 있다.

상기 전자장치부(700)는 상기 머시닝 컬럼(400) 및 상기 툴 체인저(500)를 포함하는 구동 장치들에 전력을 공급하고 제어하는 역할을 하는 것이다. 앞서도 간략히 설명했던 바와 같이 상기 전자장치부(700)는 전력 및 제어를 위한 전기 신호를 보낼 수 있도록 각종 구동 장치들과 전선으로 연결되어 있기만 하면 되므로, 반드시 상기 베이스(950) 상에 구비되어야만 하는 것은 아니나, 설비의 편의성 등을 위하여 도시된 바와 같이 상기 베이스(950) 상의 적절한 위치에 배치 구비되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 이물질 제거부(800)는, 역시 앞서 설명한 바와 같이, 상기 베이스(950) 상에 구비되며 상기 이물질 이송부(900) 타측에 배치되어 상기 팔레트(100), 상기 팔레트(100) 상에 고정된 공작물 또는 상기 이물질 이송부(900) 상에 공기를 불어 이물질을 제거하는 역할을 한다. 이러한 역할을 수행하기 위하여, 상기 이물질 제거부(800)에는 물론 압축 공기를 공급하여 주는 배관 등이 별도로 더 구비될 수 있음은 당연하다.

이하에서는, 본 발명의 대형 팔레트 자동 교환 장치의 구체적인 구성에 대하여 보다 상세하게 설명한다. 앞서 설명하였듯이 본 발명의 대형 팔레트 자동 교환 장치는, 기존의 팔레트 교환 장치와는 달리 수직 방향으로 펼쳐지며, 팔레트가 직선 운동을 함으로써 팔레트의 교환이 이루어지게 된다. 이 때 팔레트를 원하는 정위치에 정확하게 멈추어 고정하지 못할 경우 원래 설계되었던 가공이 제대로 이루어지지 못하게 될 수 있다. 따라서 가공 정밀도를 높이기 위해서는 팔레트를 원하는 정위치에 정확하게 멈추어 고정할 수 있도록 하는 것이 매우 중요한 바, 이하에서는 이와 관련된 구성을 상세히 다룬다.

도 3은 본 발명의 팔레트 실시예의 후면도이며, 도 4는 본 발명의 팔레트 캐리어 실시예의 정면 및 후면도를 도시하고 있다. 또한 도 5는 본 발명의 팔레트 및 팔레트 캐리어 결합체의 측면 단면도를 도시하고 있다. 도 3 내지 5를 통해 본 발명의 대형 팔레트 자동 교환 장치의 전반적인 구성을 설명한다. 이 때 방향의 정의는, 도 2에서와 동일하게, 지면과 수평한 방향을 X축, 지면으로부터 수직한 방향을 Y축, X축 및 Y축과 수직한 방향을 Z축이라 하고, XY평면을 기준으로 Z축의 양의 방향을 전면, 음의 방향을 후면이라 하고, Y축을 기준으로 Y축의 양의 방향을 상측, 음의 방향을 하측이라 한다.

본 발명의 대형 팔레트 자동 교환 장치는, 앞서 설명한 바와 같이 기본적으로 팔레트(100) 및 팔레트 캐리어(200)를 포함하여 이루어진다. 상기 팔레트(100)는, XY평면 상에 펼쳐지는 플레이트 형태로 형성되어 전면에 공작물이 배치되며, 하부에 Z축 중심으로 회전하는 롤러 형태로 형성되는 다수 개의 리프트 가이드 베어링(110)이 열을 이루어 구비된다. 또한 상기 팔레트 캐리어(200)는, XY평면 상에 펼쳐지는 플레이트 형태로 형성되어 상기 팔레트(100)의 후면에 평행하게 배치되며, 하부에 X축 방향으로 연장되어 상기 리프트 가이드 베어링(110)이 결합되는 리프트 가이드 유닛(210)이 구비되어, 상기 팔레트(100)가 X축 방향으로 이동 가능하게 결합된다. 즉 상기 팔레트(100)의 상기 리프트 가이드 베어링(110)이, 상기 팔레트 캐리어(200)의 상기 리프트 가이드 유닛(210)에 얹혀져서 이를 따라(즉 X축 방향을 따라) 슬라이딩 이동이 이루어지게 되는 것이다. 이 때, 상기 리프트 가이드 베어링(110) - 상기 리프트 가이드 유닛(210)의 결합에 의하여, 상기 팔레트(100)의 Y축 방향 위치는 자연히 고정될 수 있게 된다. 즉 도 3 내지 5를 참조할 때 중력 방향은 하측 방향(Y축의 음의 방향)으로 작용하며, 상기 리프트 가이드 베어링(110) - 상기 리프트 가이드 유닛(210)이 상하 방향으로 배치 결합되기 때문에, 상기 팔레트(100) 자체의 중량에 의하여 Y축 방향의 위치가 고정되는 것이다.

부가적으로, 도 10은 본 발명의 팔레트 캐리어의 리프트 가이드 유닛 실시예를 도시하고 있다. 도 5 및 10을 참조하면, 상기 리프트 가이드 유닛(210)은 X축 방향으로 연장되며 원형 단면을 가지는 가이드 봉(211)을 포함하며, 상기 리프트 가이드 베어링(110)은 상기 가이드 봉(211)의 형상에 상응하도록 외면이 곡면 형태로 패여진 형태로 형성되어, 이 두 부품이 서로 맞물려 결합이 이루어지게 된다. 상기 가이드 봉(211)은 Z축 방향으로 이격되는 한 쌍의 지지블록(212)에 의하여 Z축 방향으로 이동하지 못하도록 지지 고정된다. 한편 상기 가이드 봉(211)의 하부에는 상하 방향으로 이동 가능하도록 구비되는 지지대(213)가 구비되어, 상기 가이드 봉(211)을 하부로부터 받쳐 주게 된다. 상기 지지대(213)의 하측 끝단에는 안내부(214)가 구비되어 상기 지지대(213)의 운동이 상하 방향(즉 Y축 방향)으로만 이루어지도록 제한하게 되는데, 양단이 상기 안내부(214) 및 상기 지지대(213)에 접촉되도록 상기 안내부(214) 내측에 탄성부(215)가 구비되어, 상기 지지대(213)가 상하 운동을 함에 따라 상기 탄성부(215)에서는 수축 또는 인장 변형이 발생한다.

앞서 설명한 바와 같이 상기 팔레트(100)의 전면에는 가공 대상물이 고정 구비되어 지지된 상태에서, 상기 팔레트(100)는 상기 팔레트 캐리어(200) 상의 (미리 결정된) 정위치까지 X축 방향으로 이동하여야 한다. 그런데 상기 팔레트(100) 및 가공 대상물의 중량에 의하여 상기 팔레트(100)가 눌린 채로 이동하게 되면, 상기 팔레트 캐리어(200)에 지나친 하중이 가해져 손상이 발생할 수도 있고, 물론 상기 팔레트(100)를 이동시키는 데 드는 동력도 지나치게 커지는 등의 문제가 있다. 상기 리프트 가이드 유닛(210)은 바로 이러한 문제를 방지하기 위하여, 상기 팔레트(100)가 상기 팔레트 캐리어(200) 상에서 정위치에 고정될 때까지 X축 방향으로 이동하는 동안, 상기 팔레트(100)를 살짝 들어올려 주는 역할을 한다. 즉 상기 지지대(213)를 상측 방향으로 밀어올려 줌으로써, 상기 팔레트(100)와 직접 접촉하는 상기 가이드 봉(211)이 들어올려지게 되는 것이다. 이처럼 상기 지지대(213)를 밀어올리는 것은 하방에서 유압을 공급하는 등의 방식으로 구현할 수 있다.

이처럼 상기 팔레트(100)가 상기 리프트 가이드 유닛(210)에 의하여 살짝 들어올려진 채로 이동한 후, 상기 팔레트 캐리어(200) 상의 미리 결정된 정위치에 도달하면, 상기 리프트 가이드 유닛(210)에 공급되는 유압을 제거한다. 그러면 상기 지지대(213)가 하강하여, 상기 팔레트 캐리어(200) 상에서 상기 팔레트(100)가 안정적인 Y축 정위치에 놓이게 된다. 이 때, 상기 지지대(213)가 상승한 상태일 때 수축되어 있던 상기 탄성부(215)의 복원력이 작용함으로써 상기 지지대(213)의 하강이 원활하게 이루어질 수 있으며, 더불어 유압이 제거되더라도 상기 지지대(213)가 급작스럽게 하강하지 않고 안정적으로 부드럽게 하강할 수 있게 된다.

상기 탄성부(215)에 의한 부가적인 효과로서 다음과 같은 것도 있다. 상술한 바와 같이 가공 중에는 많은 진동이 발생하게 되는데, 이러한 진동이 그대로 상기 팔레트(100) 및 상기 팔레트 캐리어(200)에 전달될 경우 피로의 누적으로 인하여 부품의 손상이 발생하게 될 수 있다. 상기 탄성부(215)는 이를 방지하기 위해 구비되는 것으로, 전달되어 오는 진동을 상기 탄성부(215)에서 흡수함으로써 부품 몸체 상에 피로가 누적되는 것을 방지할 수 있다.

한편 앞서 설명하였던 바와 같이 상기 팔레트(100)는 상기 팔레트 캐리어(200)에 대하여 X축 방향으로 이동할 수 있도록 형성되어 있으며, 상기 머시닝 컬럼(400)의 가공 가능 영역 내 정위치에 정확히 멈추어 고정되어야 한다. 즉 X축 방향의 정확한 위치를 잡아주기 위한 구성이 필요한데, 본 발명에서는 인덱스 하우징(120) - 인덱스 유닛(220)의 결합으로 이러한 X축 방향의 정위치 고정을 실현한다. 좀더 상세히 설명하자면, 상기 팔레트(100)의 후면에 Z축 방향으로 함몰되는 인덱스 하우징(120)이 구비되고, 상기 팔레트 캐리어(200)의 전면에 Z축 방향으로 돌출 가능하게 형성되는 인덱스 유닛(220)이 구비되어, 상기 인덱스 하우징(120)에 상기 인덱스 유닛(220)이 삽입 결합되도록 이루어진다. 즉, 후면에 상기 인덱스 하우징(120)을 구비한 상기 팔레트(100)가 상기 팔레트 캐리어(200)를 따라 X축 방향으로 이동해 가다가, 상기 인덱스 하우징(120)이 상기 인덱스 유닛(220) 위치에 도달하면, 상기 인덱스 하우징(120)의 함몰부에 상기 인덱스 유닛(220)이 돌출되어 삽입됨으로써 걸리게 되고, 이에 따라 상기 팔레트(100)가 X축 방향으로 더 이상 이동하지 못하고 해당 위치에 멈추어 고정됨으로써, 상기 팔레트(100)의 X축 방향 정위치 고정이 실현되는 것이다. 물론 가공이 완료되면 상기 인덱스 유닛(200)이 상기 인덱스 하우징(120)으로부터 빠짐으로써 상기 팔레트(100)가 다시 이동할 수 있게 된다.

도 7은 본 발명의 팔레트 캐리어의 인덱스 유닛 실시예로서, 도 7을 참조하여 상기 인덱스 유닛(200)의 구성을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 7에 도시된 바와 같이 상기 인덱스 유닛(220)은, Z축 방향으로 연장되는 인덱스 돌출부(221), Z축 방향으로 함몰되는 내부 공간이 형성되며 상기 인덱스 돌출부(221)의 후면에 배치되는 인덱스 몸체부(222)를 포함하여 이루어질 수 있다. 이 때 상기 인덱스 몸체부(222)의 내부 공간에 상기 인덱스 돌출부(221)가 수용 구비되며, 상기 인덱스 몸체부(222)에 의해 상기 인덱스 돌출부(221)가 Z축 방향으로 안내되어 슬라이딩 이동됨으로써 돌출이 이루어지게 된다.

도 7에 도시되어 있는 바와 같이 상기 인덱스 유닛(220)에는 상기 내부 공간과 연통되는 통로가 구비되어 유압이 인가될 수 있도록 이루어짐으로써, 유압에 의해 상기 인덱스 돌출부(221)가 이동되도록 이루어질 수도 있다. 물론 이로써 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 전기로 작동되는 액추에이터 등을 이용하여 상기 인덱스 돌출부(221)가 구동되도록 할 수도 있는 등 다양한 변경 실시가 가능하다.

더불어 상기 인덱스 돌출부(221)는 단면이 사각형 형상으로 형성되어 있도록 하되, 도 3에 나타나 있는 바와 같이 상기 인덱스 하우징(120)의 함몰부가 이에 상응하는 형상을 가지고 있도록 하는 것이 바람직하다. 상기 팔레트(100)가 X축 방향으로 이동하다가 상기 인덱스 하우징(120) - 상기 인덱스 유닛(220)이 정위치에서 겹쳐질 때 상기 인덱스 돌출부(221)가 자연스럽게 돌출되어야 하는데, 이를 위해서는 상기 인덱스 돌출부(221)가 X축 방향에 수직한 방향 즉 Y축 방향으로 연장되는 면을 가지는 것이 유리하다. 이러한 조건을 만족시키는 가장 단순한 형태가 바로 도 7에 나타난 바와 같이 각 모서리들이 X축 또는 Y축과 나란하게 형성되는 사각형의 단면을 가지는 기둥 모양이다.

앞서 리프트 가이드 베어링(110) 및 리프트 가이드 유닛(210)의 접촉에 의하여 상기 팔레트(100)가 상기 팔레트 캐리어(200) 상에서 미리 결정된 Y축 정위치에 배치될 수 있음을 설명하였다. 이 때 상기 팔레트(100)가 상기 팔레트 캐리어(200) 상에서 X축 방향으로 이동하고 있는 중에는 상기 리프트 가이트 유닛(210)이 상기 리프트 가이드 유닛(210)에 의하여 원래의 Y축 정위치보다 살짝 위로 뜬 상태로 있게 된다. 즉, 상기 인덱스 하우징(120)은 이 때의 Y축 방향 상승폭만큼의 여유분을 가지고 있어야 하며, 상기 인덱스 돌출부(221)는 상기 리프트 가이드 유닛(210)에 의한 상하 이동량만큼 상기 인덱스 하우징(120) 내에서 Y축 방향으로 이동하여야 한다. 이러한 점을 고려할 때, 상기 인덱스 돌출부(221) 및 상기 인덱스 하우징(120)은 도 3의 실시예와 같이 X축 / Y축과 나란한 모서리들을 갖는 사각형 형상인 것이 가장 바람직한 것이다.

한편 앞서 설명하였던 바와 같이 머시닝 컬럼(400)에서 수행하는 가공은 보링, 드릴링, 밀링 등과 같이 상당히 큰 하중 및 진동을 발생시키는 바, 상기 팔레트(100)가 Z축 방향으로도 견고하고 안정적으로 고정되도록 하는 것이 필요하다. 본 발명에서는, 클램핑 블록(130) - 클램핑 유닛(230)의 결합으로 이러한 Z축 방향의 정위치 고정을 실현한다. 좀더 상세히 설명하자면, 상기 팔레트(100)의 후면에 X축 방향으로 연장되고 Y축 방향으로 돌출되는 클램핑 블록(130)이 구비되고, 상기 팔레트 캐리어(200)의 전면에 X축 방향으로 연장되고 Y축 방향으로 지지면이 형성되며 Z축 방향으로 돌출 가능하게 형성되는 클램핑 유닛(240)이 구비되어, 상기 클램핑 블록(110)이 상기 클램핑 유닛(250)에 지지 및 클램핑되어 결합이 이루어지게 되는 것이다.

도 8은 본 발명의 팔레트 캐리어의 클램핑 유닛 실시예로서, 도 8을 참조하여 상기 클램핑 유닛(230)의 구성을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. 상기 클램핑 유닛(230)은 도 8에 도시된 바와 같이, 클램핑 지지부(231), 클램핑 몸체부(232), 클램핑 구동부(233), 클램핑 탄성부(234), 클램핑 덮개부(235)를 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 클램핑 지지부(231)는, X축 방향으로 연장되는 블록 형태로 이루어지는 머리부(231a) 및 상기 머리부(231a)보다 좁은 폭을 가지며 상기 머리부(231a)의 후면 측으로 돌출되는 기둥부(231b)로 이루어진다. 상기 클램핑 몸체부(232)는, Z축 방향으로 함몰되는 내부 공간이 형성되며 상기 클램핑 지지부(231)의 후면에 배치된다. 상기 클램핑 구동부(233)는, 상기 클램핑 몸체부(232)의 내부 공간에 수용되어 Z축 방향으로 슬라이딩 이동 가능하도록 구비된다. 상기 클램핑 탄성부(234)는, 상기 클램핑 몸체부(232)의 내부 공간에 수용되되 상기 클램핑 구동부(233)의 전면에 배치된다. 상기 클램핑 덮개부(235)는, 상기 클램핑 몸체부(232)의 내부 공간을 폐쇄하도록 상기 클램핑 몸체부(232)의 전면에 구비되며, 중심에 관통구멍(235a)이 형성된다.

이들의 결합 관계 및 동작을 설명하자면 다음과 같다. 상기 기둥부(231b)가 상기 관통구멍(235a)을 관통하도록 배치되어 상기 클램핑 구동부(233)와 볼팅 결합되어, 상기 클램핑 몸체부(232)에 의해 상기 클램핑 구동부(233)가 Z축 방향으로 안내되어 슬라이딩 이동됨으로써 클램핑 지지부(231)가 이동된다. 이 때, 도 5의 측면도에 잘 나타나 있는 바와 같이, 상기 머리부(231a)의 후면 및 상기 기둥부(231b)의 상면 또는 하면이 상기 클램핑 블록(130)과 면접되어 지지되도록 이루어진다. 이 때 상기 클램핑 탄성부(234)의 복원력에 의해 상기 클램핑 지지부(231)가 후면 방향으로 당겨짐으로써 상기 클램핑 블록(130)이 견고하게 클램핑된다. 이처럼 상기 클램핑 블록(130) - 상기 클램핑 유닛(230)의 결합에 의하여 Z축 방향의 고정이 이루어지며, 상기 클램핑 탄성부(234)는 복원력을 이용하여 상기 클램핑 블록(130)을 견고하게 지지할 뿐만 아니라, 가공 중 발생되는 Z축 방향으로의 진동을 흡수하는 역할도 할 수 있다.

이 때 상기 인덱스 유닛(220)의 구동과 유사하게, 도 8에 도시되어 있는 바와 같이 상기 클램핑 몸체부(232)에는 상기 내부 공간과 연통되는 통로가 구비되어 유압이 인가될 수 있도록 이루어짐으로써, 유압에 의해 상기 클램핑 구동부(233)가 이동되도록 이루어질 수도 있다. 물론 이로써 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 전기로 작동되는 액추에이터 등을 이용하여 상기 클램핑 구동부(233)가 구동되도록 할 수도 있는 등 다양한 변경 실시가 가능하다.

한편 도 3 내지 5에 나타나 있는 바와 같이, 하측 방향으로 돌출되는 하나의 클램핑 블록(130) 및 상기 하나의 클램핑 블록(130)의 하측으로 이격 배치되며 상측 방향으로 돌출되는 다른 하나의 클램핑 블록(130) 한 쌍이, 하나의 클램핑 유닛(230) 기둥부(231b)의 상면 및 하면에 각각 면접되어 지지되도록 이루어지는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써 하나의 클램핑 유닛(230)으로 두 개의 클램핑 블록(130)을 클램핑하여 고정할 수 있으며, 물론 이에 따라 고정력이 보다 향상된다.

더불어, 상기 팔레트(100)가 XY평면에 걸쳐 넓게 펼쳐진 형태로 형성되기 때문에, 전체 면적에 걸쳐 안정적인 고정이 이루어지도록 하기 위해 상기 클램핑 블록(130) - 상기 클램핑 유닛(230) 결합 구조는 다수 개가 구비되는 것이 바람직하다. 도 3 내지 5에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 상기 클램핑 블록(130) 및 하나의 상기 클램핑 유닛(230)으로 이루어지는 결합체가 다수 개가 X축 방향으로 열을 이루어 배치되도록 하는 것이 바람직하며, 또한 상기 결합체가 이루는 열이 적어도 한 쌍 구비되며, 각각의 상기 결합체가 이루는 열들은 서로 평행하게 Y축 방향으로 이격되어 배치되도록 하는 것이 바람직하다. 도 3 내지 5의 실시예에서는 상기 결합체가 이루는 열이 한 쌍 구비되는 것으로 도시되어 있으나, 필요에 따라 3열 이상이 서로 평행하게 구비되도록 할 수도 있는 등, 적절한 변경 실시가 가능함은 물론이다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 팔레트(100) - 팔레트 캐리어(200)는, 상기 리프트 가이드 베어링(110) - 상기 리프트 가이드 유닛(210)의 결합에 의해 Y축 방향 정위치가 고정되고, 상기 인덱스 하우징(120) - 상기 인덱스 유닛(220)의 결합에 의해 X축 방향 정위치가 고정되고, 상기 클램핑 블록(130) - 상기 클램핑 유닛(230)의 결합에 의해 Z축 방향 정위치가 고정된다. 물론 이러한 각 유닛의 결합은 자동으로 이루어지게 되는 바, 별도의 복잡한 제어 없이도 원하는 정위치에 정확하게 팔레트(100)를 고정할 수 있게 된다. 또한 앞서 설명한 바와 같이 상기 팔레트(100)는 X축 방향을 따라 직선 운동을 하게 되므로, 회전 운동 시 고려해야 하는 모멘텀 문제 등을 고려할 필요가 없어 고속 제어가 용이하며, 궁극적으로는 종래에 비해 훨씬 고속의 팔레트 교환 동작을 실현할 수 있게 된다.

상술한 구성들은 본 발명의 대형 팔레트 자동 교환 장치를 정위치에 고정시키기 위한 구성들이며, 이외에도 상기 대형 팔레트 자동 교환 장치에는 다양한 구성들이 더 구비된다.

앞서 설명한 바와 같이 상기 인덱스 하우징(110) - 상기 인덱스 유닛(210)에 의하여 X축 방향 정위치 고정이 이루어지는 것과 더불어, 상기 대형 팔레트 자동 교환 장치에는 도킹 하우징(140) - 도킹 유닛(240) 결합이 더 이루어질 수 있다. 상기 도킹 하우징(140) 및 상기 도킹 유닛(240)은, 상기 팔레트(100) 전면으로 진공을 인가할 수 있도록 하기 위하여 구비되는 것이다. 여러 번 설명한 바와 같이 상기 팔레트(100)의 전면에는 가공 대상물이 구비되는데, 이 때 상기 팔레트(100) 및 가공 대상물을 견고히 잡아 주는 것이 필요하다. 물론 가공 대상물을 상기 팔레트(100) 전면에 볼팅, 클램핑 등의 방법으로 고정시킬 수 있으나, 여기에 더불어 상기 팔레트(100) 및 가공 대상물 사이의 틈새를 진공화함으로써, 가공 대상물이 상기 팔레트(100) 전면에 흡착되도록 하여 고정력을 더욱 강화할 수 있다. 이 때 상기 팔레트(100) 상에 진공화 장치가 구비되는 것은 어려우므로, 상기 팔레트 캐리어(200) 쪽에서 진공을 인가해 줄 수 있도록 상기 도킹 유닛(240)이 구비되는 것이다.

도 9는 본 발명의 팔레트 캐리어의 도킹 유닛 실시예로서, 보다 상세히 설명하자면, 상기 대형 팔레트 자동 교환 장치는, 상기 팔레트(100)의 후면에 Z축 방향으로 함몰되는 암 오토 커플러(141)를 구비하는 도킹 하우징(140)이 구비되고, 상기 팔레트 캐리어(200)의 전면에 Z축 방향으로 돌출되는 수 오토 커플러(241)를 구비하는 도킹 유닛(240)이 구비되어, 상기 도킹 하우징(140) 및 상기 도킹 유닛(240)이 오토 커플링 결합되도록 이루어질 수 있다. 일반적으로 유체 유동이 가능하도록 유로를 연결하는 결합 구조로서 오토 커플러가 널리 사용되며, 따라서 상기 암 오토 커플러(141) 및 상기 수 오토 커플러(241)의 형상이나 구조는 이러한 공지된 오토 커플러의 구성을 적절히 선택하여 채용하면 된다.

또한 도 9의 실시예에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 대형 팔레트 자동 교환 장치는, 상기 도킹 하우징(140)에 Z축 방향으로 함몰되는 제1핀 수용부(142) 및 제2핀 수용부(143)가 구비되고, 상기 도킹 유닛(240)에 Z축 방향으로 돌출되는 제1핀(242) 및 제2핀(243)이 구비되어, 상기 제1핀 수용부(142)에 상기 제1핀(242)이 삽입되고, 상기 제2핀 수용부(143)에 상기 제2핀(243)이 삽입되어 상기 도킹 하우징(140) 및 상기 도킹 유닛(240) 간 결합이 안내되도록 이루어지는 것이 바람직하다.

도 6은 본 발명의 팔레트 캐리어의 드라이빙 유닛 실시예를 도시하고 있다. 앞서 설명한 바와 같이 상기 팔레트 캐리어(200) 상에 상기 팔레트(100)가 고정된 상태에서, 상기 팔레트 캐리어(200)가 상기 테이블 베드(300)에 의해 지지되면서 X축 방향으로 이동함으로써, 상기 팔레트(100) 전면에 고정된 가공 대상물이 상기 머시닝 컬럼(400)의 가공 영역 안으로 들어올 수 있게 된다. 상기 드라이빙 유닛(250)은 바로 이와 같이, 상기 팔레트 캐리어(200)를 상기 테이블 베드(300)에 대하여 X축 방향으로 이동시켜 주는 역할을 한다.

도 4, 5에도 나타나 있는 바와 같이 상기 팔레트 캐리어(200)의 후면에는 랙 유닛(255)이 구비되며, 상기 랙 유닛(255)은 상기 테이블 베드(300) 상의 랙 기어와 맞물린다. 상기 드라이빙 유닛(250)은 상기 랙 유닛(255)을 회전시켜 주는데, 그러면 상기 랙 유닛(255)의 회전에 따라 상기 팔레트 캐리어(200)가 상기 테이블 베드(300)에 대하여 X축 방향으로 이동하게 되는 것이다. 이 때 상기 드라이빙 유닛(250)을 제어하여 회전 속도, 회전 회수 등을 조절함으로써 상기 팔레트 캐리어(200)의 상기 테이블 베드(300)에 대한 이동 속도, 이동 거리 등을 원하는 대로 조절할 수 있다.

도 11은 본 발명의 팔레트 캐리어의 팔레트 무빙 유닛 실시예를 도시하고 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 상기 팔레트 캐리어(200) 상에 상기 팔레트(100)를 올려놓고 X축 방향으로 이동시키다가, 정위치에 도달하였을 때 상기 인덱스 유닛(220), 상기 클램핑 유닛(230) 등을 이용하여 상기 팔레트(100)를 상기 팔레트 캐리어(200) 상의 원하는 정위치에 고정시키게 된다. 이 때 상기 팔레트(100)를 상기 팔레트 캐리어(200) 상에서 X축 방향으로 이동시키기 위한 수단이 필요한데, 이것이 바로 상기 팔레트 무빙 유닛(260)이다.

상기 팔레트 무빙 유닛(260)은 도시된 바와 같이 팔레트 무빙 기어(265)를 가지고 있다. 상기 팔레트 무빙 기어(265)는 도 3에 도시된 상기 팔레트(100) 후면의 팔레트 무빙 베어링(150)과 맞물린다. 상기 팔레트 무빙 기어(265)는 도시된 바와 같이 X축 방향으로 연장되는 기둥 상에 나선형으로 돌출된 형태를 가지고 있는데, 상기 팔레트 무빙 기어(265)가 X축을 중심으로 회전하면, 상기 드라이빙 베어링(150)과 맞물린 나선부가 X축 방향으로 (상기 팔레트 무빙 기어(265)의 회전 방향에 따라) 전진 또는 후진하게 된다. 상기 드라이빙 베어링(150)은 Z축을 중심으로 회전하게 되어 있으므로, 상기 팔레트 무빙 기어(265)의 나선부가 전진 또는 후진함에 따라 자연스럽게 회전하며, 이에 따라 상기 팔레트(100)가 상기 팔레트 캐리어(200)에 대하여 X축 방향으로 전진 또는 후진할 수 있게 된다.

도 12는 본 발명의 팔레트 캐리어의 캠 롤러 가이드 유닛 실시예를 도시하고 있다. 상기 캠 롤러 가이드 유닛(270)은 도 5에도 도시되어 있는 바와 같이 상기 팔레트(100)를 Y축 방향으로 지지해 주는 역할을 한다. 앞서 설명한 바와 같이 상기 팔레트(100)는 상기 팔레트 캐리어(200) 상에서 정위치를 잡을 때까지 X축 방향으로 이동하며, 이동하는 동안에는 상기 리프트 가이드 유닛(210)에 의하여 Y축 방향으로 (Y축 방향 정위치에 비해) 살짝 위쪽으로 밀어올려진 상태가 되어 있게 된다. 이 때 상기 리프트 가이드 유닛(210)은 상기 팔레트(100) 하측에 위치하고 있는 바, 상기 팔레트(100)의 상측을 더 지지해 주는 것이 안정성을 높일 수 있을 것으로 기대할 수 있다. 상기 캠 롤러 가이드 유닛(270)은 바로 이러한 역할을 해 주는 것이다.

도 13은 본 발명의 팔레트 캐리어의 에어 블로우 유닛 실시예를 도시하고 있다. 상기 에어 블로우 유닛(280)은 도 14에 도시된 원형 구멍으로 공기를 불어 주는 장치로서, 상기 팔레트(100) 또는 상기 팔레트 캐리어(200) 표면에 붙은 이물질을 제거해 주는 역할을 한다. 도 5 등에 나타나 있는 바와 같이 상기 에어 블로우 유닛(280)은 상기 팔레트(100)가 상기 팔레트 캐리어(200)에 Y축 방향으로 면접촉하는 부위에 구비된다. 이 위치에서 상기 팔레트(100) - 상기 팔레트 캐리어(200) 사이에 이물질이 낄 경우 Y축 방향으로의 정위치가 제대로 잡히지 않거나 또는 상기 팔레트(100)의 X축 방향 이동이 원활하지 못하게 될 수 있는 문제가 있는데, 상기 에어 블로우 유닛(280)이 해당 위치에 구비되어 이물질을 제거해 줌으로써 상술한 바와 같은 문제들을 미연에 방지할 수 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

1000: (본 발명의) 머시닝 센터
100: 팔레트
110: 리프트 가이드 베어링 120: 인덱스 하우징
130: 클램핑 블록 140: 도킹 하우징
150: 팔레트 무빙 베어링
200: 팔레트 캐리어
210: 리프트 가이드 유닛 220: 인덱스 유닛
230: 클램핑 유닛 240: 도킹 유닛
250: 드라이빙 유닛 255: 랙 유닛
260: 팔레트 무빙 유닛 265: 팔레트 무빙 기어
270: 캠 롤러 가이드 유닛 280: 에어 블로우 유닛
300: 테이블 베드 400: 머시닝 컬럼
500: 툴 체인저 600: 콘트롤 패널
700: 전자장치부 800: 이물질 제거부
900: 이물질 이송부 950: 베이스

Claims (12)

1. 지면과 수평한 방향을 X축, 지면으로부터 수직한 방향을 Y축, X축 및 Y축과 수직한 방향을 Z축이라 하고,
   XY평면을 기준으로 Z축의 양의 방향을 전면, 음의 방향을 후면이라 하고,
   Y축을 기준으로 Y축의 양의 방향을 상측, 음의 방향을 하측이라 할 때,
   XY평면 상에 펼쳐지는 플레이트 형태로 형성되어 전면에 공작물이 배치되며, 하부에 Z축 중심으로 회전하는 롤러 형태로 형성되는 다수 개의 리프트 가이드 베어링(110)이 열을 이루어 구비되는 팔레트(100);
   XY평면 상에 펼쳐지는 플레이트 형태로 형성되어 상기 팔레트(100)의 후면에 평행하게 배치되며, 하부에 X축 방향으로 연장되어 상기 리프트 가이드 베어링(110)이 결합되는 리프트 가이드 유닛(210)이 구비되어, 상기 팔레트(100)가 X축 방향으로 이동 가능하게 결합되는 팔레트 캐리어(200);
   를 포함하여 이루어지며,
   상기 팔레트(100)의 후면에 Z축 방향으로 함몰되는 인덱스 하우징(120)이 구비되고, 상기 팔레트 캐리어(200)의 전면에 Z축 방향으로 돌출 가능하게 형성되는 인덱스 유닛(220)이 구비되어, 상기 인덱스 하우징(120)에 상기 인덱스 유닛(220)이 삽입 결합되며,
   상기 팔레트(100)의 후면에 X축 방향으로 연장되고 Y축 방향으로 돌출되는 클램핑 블록(130)이 구비되고, 상기 팔레트 캐리어(200)의 전면에 X축 방향으로 연장되고 Y축 방향으로 지지면이 형성되며 Z축 방향으로 돌출 가능하게 형성되는 클램핑 유닛(240)이 구비되어, 상기 클램핑 블록(110)이 상기 클램핑 유닛(250)에 지지 및 클램핑되어 결합되는 것을 특징으로 하는 대형 팔레트 자동 교환 장치.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 인덱스 유닛(220)은
   Z축 방향으로 연장되는 인덱스 돌출부(221),
   Z축 방향으로 함몰되는 내부 공간이 형성되며 상기 인덱스 돌출부(221)의 후면에 배치되는 인덱스 몸체부(222)
   를 포함하여 이루어지며,
   상기 인덱스 몸체부(222)의 내부 공간에 상기 인덱스 돌출부(221)가 수용 구비되며, 상기 인덱스 몸체부(222)에 의해 상기 인덱스 돌출부(221)가 Z축 방향으로 안내되어 슬라이딩 이동됨으로써 돌출되는 것을 특징으로 하는 대형 팔레트 자동 교환 장치.
   
3. 제 2항에 있어서, 상기 인덱스 유닛(220)은
   유압에 의해 상기 인덱스 돌출부(221)가 이동되는 것을 특징으로 하는 대형 팔레트 자동 교환 장치.
   
4. 제 2항에 있어서, 상기 인덱스 돌출부(221)는
   단면이 사각형 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 대형 팔레트 자동 교환 장치.
   
5. 제 1항에 있어서, 상기 클램핑 유닛(230)은
   X축 방향으로 연장되는 블록 형태로 이루어지는 머리부(231a) 및 상기 머리부(231a)보다 좁은 폭을 가지며 상기 머리부(231a)의 후면 측으로 돌출되는 기둥부(231b)로 이루어지는 클램핑 지지부(231),
   Z축 방향으로 함몰되는 내부 공간이 형성되며 상기 클램핑 지지부(231)의 후면에 배치되는 클램핑 몸체부(232),
   상기 클램핑 몸체부(232)의 내부 공간에 수용되어 Z축 방향으로 슬라이딩 이동 가능하도록 구비되는 클램핑 구동부(233),
   상기 클램핑 몸체부(232)의 내부 공간에 수용되되 상기 클램핑 구동부(233)의 전면에 배치되는 클램핑 탄성부(234),
   상기 클램핑 몸체부(232)의 내부 공간을 폐쇄하도록 상기 클램핑 몸체부(232)의 전면에 구비되며, 중심에 관통구멍(235a)이 형성되는 클램핑 덮개부(235)
   를 포함하여 이루어지며,
   상기 기둥부(231b)가 상기 관통구멍(235a)을 관통하도록 배치되어 상기 클램핑 구동부(233)와 볼팅 결합되어, 상기 클램핑 몸체부(232)에 의해 상기 클램핑 구동부(233)가 Z축 방향으로 안내되어 슬라이딩 이동됨으로써 클램핑 지지부(231)가 이동되되,
   상기 머리부(231a)의 후면 및 상기 기둥부(231b)의 상면 또는 하면이 상기 클램핑 블록(130)과 면접되어 지지되며, 상기 클램핑 탄성부(234)의 복원력에 의해 상기 클램핑 지지부(231)가 후면 방향으로 당겨짐으로써 상기 클램핑 블록(130)이 클램핑되는 것을 특징으로 하는 대형 팔레트 자동 교환 장치.
   
6. 제 5항에 있어서, 상기 클램핑 유닛(230)은
   유압에 의해 상기 클램핑 구동부(233)가 이동되는 것을 특징으로 하는 대형 팔레트 자동 교환 장치.
   
7. 제 5항에 있어서, 상기 대형 팔레트 자동 교환 장치는
   하측 방향으로 돌출되는 하나의 클램핑 블록(130) 및 상기 하나의 클램핑 블록(130)의 하측으로 이격 배치되며 상측 방향으로 돌출되는 다른 하나의 클램핑 블록(130) 한 쌍이, 하나의 클램핑 유닛(230) 기둥부(231b)의 상면 및 하면에 각각 면접되어 지지되는 것을 특징으로 하는 대형 팔레트 자동 교환 장치.
   
8. 제 7항에 있어서, 상기 대형 팔레트 자동 교환 장치는
   한 쌍의 상기 클램핑 블록(130) 및 하나의 상기 클램핑 유닛(230)으로 이루어지는 결합체가 다수 개가 X축 방향으로 열을 이루어 배치되는 것을 특징으로 하는 대형 팔레트 자동 교환 장치.
   
9. 제 8항에 있어서, 상기 대형 팔레트 자동 교환 장치는
   상기 결합체가 이루는 열이 적어도 한 쌍 구비되며, 각각의 상기 결합체가 이루는 열들은 서로 평행하게 Y축 방향으로 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 대형 팔레트 자동 교환 장치.
   
10. 제 1항에 있어서, 상기 대형 팔레트 자동 교환 장치는
    상기 팔레트(100)의 후면에 Z축 방향으로 함몰되는 암 오토 커플러(141)를 구비하는 도킹 하우징(140)이 구비되고, 상기 팔레트 캐리어(200)의 전면에 Z축 방향으로 돌출되는 수 오토 커플러(241)를 구비하는 도킹 유닛(240)이 구비되어, 상기 도킹 하우징(140) 및 상기 도킹 유닛(240)이 오토 커플링 결합되는 것을 특징으로 하는 대형 팔레트 자동 교환 장치.
    
11. 제 10항에 있어서, 상기 대형 팔레트 자동 교환 장치는
    상기 도킹 하우징(140)에 Z축 방향으로 함몰되는 제1핀 수용부(142) 및 제2핀 수용부(143)가 구비되고,
    상기 도킹 유닛(240)에 Z축 방향으로 돌출되는 제1핀(242) 및 제2핀(243)이 구비되어,
    상기 제1핀 수용부(142)에 상기 제1핀(242)이 삽입되고, 상기 제2핀 수용부(143)에 상기 제2핀(243)이 삽입되어 상기 도킹 하우징(140) 및 상기 도킹 유닛(240) 간 결합이 안내되는 것을 특징으로 하는 대형 팔레트 자동 교환 장치.
    
12. 베이스(950);
    상기 베이스(950) 상에 구비되며 X축 방향으로 연장되는 컨베이어 벨트 형태로 형성되어 이물질을 이송하는 이물질 이송부(900);
    제 1항 내지 제 11항 중 선택되는 어느 한 항에 의한 팔레트(100) 및 팔레트 캐리어(200)로 이루어지며, 상기 이물질 이송부(900) 일측에 배치되는 대형 팔레트 자동 교환 장치;
    상기 베이스(950) 상에 구비되며 상기 팔레트 캐리어(200) 후면에서 상기 팔레트 캐리어(200)를 지지하는 테이블 베드(300);
    상기 베이스(950) 상에 구비되며 상기 팔레트(100)와 마주보도록 상기 이물질 이송부(900) 타측에 배치되어 상기 팔레트(100) 상에 고정된 공작물에 가공을 수행하는 머시닝 컬럼(400);
    상기 베이스(950) 상에 구비되며 상기 머시닝 컬럼(400)과 연결되어 상기 머시닝 컬럼(400)에서 사용되는 공구를 교환 공급하는 툴 체인저(500);
    상기 머시닝 컬럼(400)에 가공 종류, 조건, 순서를 포함하는 가공 프로그램을 입력하고 가공 상태를 출력하는 콘트롤 패널(600);
    상기 머시닝 컬럼(400) 및 상기 툴 체인저(500)를 포함하는 구동 장치들에 전력을 공급하고 제어하는 전자장치부(700);
    상기 베이스(950) 상에 구비되며 상기 이물질 이송부(900) 타측에 배치되어 상기 팔레트(100), 상기 팔레트(100) 상에 고정된 공작물 또는 상기 이물질 이송부(900) 상에 공기를 불어 이물질을 제거하는 이물질 제거부(800);
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 대형 팔레트 자동 교환 고속 수평형 머시닝 센터.

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