KR20180061622A - 자동 공구 교환이 가능한 디버링 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주조품의 버어를 자동으로 제거하는 디버링 장치에 관한 것으로 그 구성의 특징으로서, 적어도 주조품을 수용하는 너비를 가진 베드가 배치되고, 상기 베드 상에 주조품이 출입 가능한 높이로 돌출된 겐트리가 설치된 본체부; 상기 겐트리 상에 다축으로 유동하는 한 쌍의 로봇암이 매달리고, 상기 로봇암의 일단에 주조품을 파지하는 클램프와, 주조품을 다듬질하는 스핀들이 각각 장착된 작동부; 및 상기 베드 상에 복수의 공구를 수납하는 공구대가 장착되고, 상기 스핀들의 출력축에 공구대와 연동하여 주조품에 대응하는 공구로 자동으로 교환이 가능하게 고정하는 척킹대가 연결된 공구부;를 포함하여 이루어진다.
이에 따라 본 발명은, 스핀들 본연의 구조를 변경할 필요 없이도 주조품에 대응하는 공구로 자동 교환이 가능하도록 구현하여 디버링에 요구되는 정밀성과 내구성을 확보할 수 있는 것은 물론, 전반적인 품질을 향상하면서도 무인화로 인한 공수를 절감할 수 있는 효과가 있다.

Description

자동 공구 교환이 가능한 디버링 장치{Deburring device capable of automatic tool change}

본 발명은 다이에 사출 성형된 주조품의 버어를 자동으로 제거하는 디버링 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 버어를 제거하는 단일의 스핀들에 주조품에 대응하는 공구로 자동 교환이 가능하도록 구현하여 전반적인 품질을 향상하면서도 무인화로 인한 공수를 절감할 수 있는 자동 공구 교환이 가능한 디버링 장치에 관한 것이다.

통상적으로 정밀가공을 요구하는 실린더 헤드와 같은 가공물은 다이캐스팅 주조법에 의해 성형된 이후, 디버링 공정을 거치는 것이 필수적이다. 이러한 디버링(Deburring)은 금형으로 부터 취출, GF런너 컷, 디게이트 공정 후 남게 되는 스크랩, 칩, 분진 등을 마무리 제거하는 후 가공을 일컫는다.

기존의 디버링 공정은 로봇이 주조품을 파지한 상태에서 정 위치에 고정된 디버링용 장치에 주조품의 위치를 바꿔가며 디버링을 수행하였다. 이와 같은 디버링 로봇은 금형 가공 후의 연마 등과 같이 회전공구를 이용하는 사상 작업들이고, 장시간이 소모되며 단순 지루하고 작업 환경이 열악하여 작업자들이 기피하는 작업이다.

그러므로 자동화가 절실하나 대부분의 경우 다품종 소량생산으로서 자동화 시 정 위치에 고정된 디버링 장치가 중복 설치되어 설치 면적을 크게 차지할 뿐만 아니라 현실적으로 자동화의 장애 요소로 작용하고 있는 실정이다. 즉, 회전 공구에 의한 다품종 소량 생산 작업의 자동화에서는 장시간의 작업 도중 회전 공구의 마모와 사양의 변경 등으로 인하여 주기적으로 공구(툴, 비트)를 교체해야만 하는데, 이러한 교체 작업은 무인 자동화에 가장 큰 걸림돌로 작용하고 있다.

현재 로봇 자동화에서 공구를 교체하는데 사용되고 있는 자동 공구 교환 방식은 로봇의 아암에 자동 교환 장치를 장착하여 특정 공구가 연결된 스핀들을 전부 교체하는 방식을 취하고 있다. 이러한 방식은 아크 용접, 스폿 용접을 포함하여 대부분의 회전 공구를 장착한 시스템에 적용되고 있다. 그러나 대개의 경우 스핀들은 고가로서, 공구를 교체하기 위하여 스핀들까지 교환한다면 필요 이상의 예산이 소요되는 불합리성이 있다.

이에 따라 금형의 연마 작업과 같이 장시간이 소요되는 기피 작업의 무인자동화를 가능하게 하고, 작업 품질을 향상시키기 위해서는 기존의 스핀들 전체를 교환하는 방식에서 공구와 공구 홀더만을 교환할 수 있는 새로운 방식의 개발이 필요하다.

이를 해결하기 위해 한국 등록특허공보 제10-1448478호 "자동공구 교환 기능을 갖는 디버링 로봇 시스템"을 제안하고 있다. 제안된 문헌에 따르면, 별도의 툴 체인지를 구비하지 않고 스핀들에 그 기능을 구현함으로서 하나의 스핀들을 이용하여 다수 종류의 공구를 장착할 수 있음에 따라, 시스템의 성능향상 및 제조 단가를 격감시킬 수가 있다.

그러나 앞서 언급한 바와 같이 정밀성과 강성 및 내구성이 요구되는 스핀들에 자동 공구 교환 기능을 가지도록 부가하는 것은 기술적으로 구현하기가 어려울 뿐더러 복잡한 구조로 인해 스핀들이 가져야할 기본적인 성능을 저해시킬 수 있는 문제가 있다. 더구나 공구를 교환하기 위해 별도의 일정한 공기압을 지속적으로 공급시켜야 하므로 전반적인 유지보수에 필요한 공수가 증가하게 되는 문제가 있다.

한국 등록특허공보 제10-1448478호 "자동공구 교환 기능을 갖는 디버링 로봇 시스템"

이에 따라 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 근본적으로 해결하기 위한 것으로서, 스핀들 본연의 구조를 변경하지 않으면서도 비교적 경박 단소한 구조로 자동 공구 교환 기능을 구현함으로서 디버링에 요구되는 정밀성과 내구성을 확보할 수 있는 것은 물론, 복수의 로봇을 겐트리 구조로 배치하여 공간 활용성과 작업 효율성을 극대화할 수 있는 자동 공구 교환이 가능한 디버링 장치를 제공하려는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 주조품의 버어를 자동으로 제거하는 디버링 장치에 있어서: 적어도 주조품을 수용하는 너비를 가진 베드가 배치되고, 상기 베드 상에 주조품이 출입 가능한 높이로 돌출된 겐트리가 설치된 본체부; 상기 겐트리 상에 다축으로 유동하는 한 쌍의 로봇암이 매달리고, 상기 로봇암의 일단에 주조품을 파지하는 클램프와, 주조품을 다듬질하는 스핀들이 각각 장착된 작동부; 및 상기 베드 상에 복수의 공구를 수납하는 공구대가 장착되고, 상기 스핀들의 출력축에 공구대와 연동하여 주조품에 대응하는 공구로 자동으로 교환이 가능하게 고정하는 척킹대가 연결된 공구부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때, 본 발명에 의한 상기 공구대는 공구의 자루가 노출되게 거치하는 지지판이 형성되고, 상기 지지판의 상단에 척킹대를 수용하는 허브가 돌출되고, 상기 척킹대는 스핀들의 출력축에 공구가 삽탈되는 어댑터가 장착되고, 상기 어댑터의 외면에 허브와 맞물려 구속되는 너트가 체결되며, 상기 어댑터의 내면에 너트의 체결에 따라 승·하강하는 콜릿이 내장된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 상기 어댑터의 내면은 승·하강에 따라 콜릿의 직경이 가변되는 각도로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 상기 허브와 너트의 내·외면에는 서로 맞물려 구속을 유도하는 고정홈과 고정돌기가 각각 형성된 것을 특징으로 한다.

한편, 이에 앞서 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이상의 구성 및 작용에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 주조품에 대응하는 공구로 자동 교환이 가능하게 고정하는 척킹대가 스핀들의 출력축에 탈·장착 가능한 구조로 적용하여 스핀들 본연의 구조를 변경할 필요가 없음에 따라 디버링에 요구되는 정밀성과 내구성을 확보할 수 있고, 복수의 로봇을 겐트리 구조로 배치하여 작업장의 공간 활용성을 극대화할 수 있는 것은 물론, 복수의 로봇을 서로 연동 가능한 분업화로 전반적인 작업의 효율성을 극대화할 수 있는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 디버링 장치를 전체적으로 나타내는 사시도.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 디버링 장치의 주요부를 나타내는 구성도.
도 4 내지 도 7은 본 발명에 따른 디버링 장치가 공구를 교환하는 과정을 나타내는 작동상태도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

본 발명은 주조품(1)의 버어를 자동으로 제거하는 디버링 장치에 관련되며, 도 1처럼 본체부(10)와 작동부(20) 그리고 공구부(30)를 주요 구성으로 하는 자동 공구 교환이 가능한 디버링 장치이다. 본 발명의 디버링 장치는 스핀들 본연의 구조를 변경할 필요 없이도 주조품에 대응하는 공구로 자동 교환이 가능하도록 구현하여 디버링에 요구되는 정밀성과 내구성을 확보할 수 있는 것은 물론, 전반적인 품질을 향상하면서도 무인화로 인한 공수를 절감할 수 있는 것을 주요 요지로 한다.

먼저, 본 발명에 따른 본체부(10)는 주조품(1)을 디버링 하는 작동부(20)와 공구부(30)를 지지하는 프레임으로서, 도 1처럼 베드(11)와 겐트리(15)로 이루어진다.

베드(11)는 겐트리(15)를 지지하도록 바닥에 배치되는 기반으로서, 적어도 주조품(1)을 수용하는 너비를 가진 장방형으로 형성된다. 그리고 겐트리(15)는 후술하는 작동부(20)의 로봇암(21)이 하나 이상으로 매달리게 설치시키는 기둥으로서, 적어도 주조품(1)이 출입 가능한 높이로 베드(11)상에 돌출된다. 이러한 본체부(10)는 복수의 로봇을 겐트리 구조로 배치되게 유도하여 작업장의 공간 활용성과 작업 효율성을 극대화해준다.

이어서 본 발명에 따른 작동부(30)는 컨트롤러로부터 설정된 수치신호를 받아 주조품(1)의 버어를 제거하는 작동체로서, 도 1처럼 한 쌍의 로봇암(21)과 클램프(25) 및 스핀들(26)로 이루어진다.

로봇암(21)은 최소 6축 이상의 관절을 가져 소정 반경 내에서 자유롭게 유동이 가능한 능동기구로, 겐트리(15)상에 베드(11)를 향하도록 거꾸로 매달려진다. 그리고 클램프(25)는 주조품(1)을 파지하는 집게로서, 일측 로봇암(21)의 일단에 장착되고, 스핀들(26)은 주조품(1)을 다듬질하는 속도로 회전하는 모터로서, 타측 로봇암(21)의 일단에 장착된다.

즉, 일측 로봇암(21)은 주조품(1)을 베드(11)상으로 로드/언로드 하고, 타측 로봇암(21)은 로드된 주조품(1)의 디버링 위치로 근접하여 디버링 한다. 여기서 일측 로봇암(21)은 고정된 상태가 아니라 스핀들(26)이 최대한 신속하게 디버링 위치로 근접할 수 있도록 주조품(1)을 유동한다.

따라서 주조품(1)을 다양한 형상에 구애받지 않고 디버링이 가능한 것은 물론, 전반적인 디버링 속도를 향상시킬 수 있다. 물론, 주조품(1)이 비교적 단순한 형상일 경우엔 복수의 클램프(25)를 베드(11)에 장착한 다음, 복수의 로봇암(21)에 스핀들(26)만을 장착할 수도 있다. 이 경우 동 시간에 복수의 주조품(1)을 디버링할 수가 있는 이점이 있다.

마지막으로 본 발명에 따른 공구부(30)는 스핀들(26)의 회전력을 전달받아 주조품(1)을 디버링 하는 공구(T)들을 수납하고, 주조품(1)에 대응하는 공구(T)로 선택적으로 교환 가능하게 고정하는 연결체로서, 도 1처럼 공구대(31)와 척킹대(35)로 이루어진다.

공구대(31)는 베드(11)상에 필요한 공구(T)를 소정 패턴으로 나열되게 수납하는 것으로, 디버링에 방해되지 않는 위치에 장착된다. 그리고 척킹대(35)는 스핀들(26)의 출력축에 장착되어 동시에 회전하는 것으로, 일단 중앙으로 공구(T)의 자루가 삽탈되어 회전력을 전달한다. 여기서 공구대(31)는 도 2처럼 공구(T)의 자루가 노출되게 거치하는 지지판(31a)이 형성되고, 지지판(31a)의 상단에 척킹대(35)를 수용하는 허브(31b)가 돌출된다.

지지판(31a)은 공구(T)의 직경에 대응하는 복수의 수납홀이 형성되어 공구(T)를 거치하는 역할을 수행한다. 그리고 허브(31b)는 내면에 척킹대(35)와 맞물리는 고정홈(30a)이 형성된다. 즉, 허브(31b)는 척킹대(35)를 수용한 상태에서 공구(T)가 교체되게 구속하는 역할을 수행하는데, 후술하는 척킹대(35)와 함께 재설명하겠다.

척킹대(35)는 도 3처럼 스핀들(26)의 출력축에 공구(T)가 삽탈되는 어댑터(35a)가 장착되고, 어댑터(35a)의 외면에 허브(31b)와 맞물려 구속되는 너트(35b)가 체결되며, 어댑터(35a)의 내면에 너트(35b)의 체결에 따라 승·하강하는 콜릿(35c)이 내장된 구조로 이루어진다.

어댑터(35a)는 스핀들(26)과 공구(T)를 연결하는 축으로서, 일측에는 스핀들(26)의 출력축이 삽입된 상태로 체결되는 연결홈이 형성되고, 타측에는 공구(T)의 자루가 삽입되는 경사홈이 형성되며, 외면에는 너트(35b)의 체결을 유도하는 나선이 형성된다.

너트(35b)는 어댑터(35a)의 나선에 체결되는 나사홀이 형성되는데, 일측에는 어댑터(35a)의 외경에 대응하는 직경으로 형성되고, 타측에는 경사홈에 내장된 콜릿(35c)을 가로막는 직경으로 형성된다. 여기서 너트(35b)의 외면에는 허브(31b)의 고정홈(30a)과 맞물리는 고정돌기(30b)가 형성된다.

콜릿(35)는 공구(T)의 자루에 대응하는 직경의 홀이 개구된 원뿔로 형성되고, 홀의 직경이 가변하도록 여러 방향의 절개홈이 형성된다. 이러한 콜릿(35)는 너트(35b)의 체결에 따라 경사홈 상에서 승·하강하고, 승하강에 따라 직경이 가변된다.

즉, 어댑터(35a)에 체결된 너트(35b)를 죄면, 콜릿(35c)이 경사홈을 따라 승강되면서 중앙에 삽입된 공구(T)를 압박하여 고정한다. 반대로 너트(35b)를 풀면, 콜릿(35c)이 경사홈을 따라 하강하면서 공구(T)의 압박을 해제한다.

이하, 본 발명에 따른 디버링 장치의 작동을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 다이캐스팅 금형으로부터 취출되고, 냉각, 트리밍을 거친 주조품이 준비되면, 일측 로봇암(21)이 클램프(25)를 유동시켜 주조품(1)을 파지한 다음, 베드(11)상으로 로드한다. 그리고 타측 로봇암(21)이 스핀들(26)을 유동시켜 공구(T)로 하여금 주조품(1)을 디버링 한다.

이때, 주조품(1)의 디버링 부위 중 특수형상이나 표면조건이 다른 경우 즉시 형상과 조건에 적합한 공구(T)로 교환한다. 즉, 스핀들(26)이 정지된 상태에서 도 4처럼 로봇암(21)이 기 고정된 공구(T)를 본래에 수납된 공구대(31)에 위치시킨다.

공구(T)가 수납되면, 도 5처럼 허브(31b)의 고정홈(30a)과 너트(35b)의 고정돌기(30b)가 서로 맞물려 회전이 구속된다. 이 상태에서 스핀들(26)이 반시계방향으로 수회 회전하면, 어댑터(35a)에 체결된 너트(35b)가 풀리면서 콜릿(35c)이 경사홈을 따라 하강해 공구(T)의 압박이 해제된다.

이어서 로봇암(21)이 스핀들(26)을 승강시키면, 도 6처럼 공구대(31)에 공구(T)가 수납된 상태로 이탈하게 된다. 그리고 로봇암(21)이 스핀들(26)을 교환대상의 공구(T)로 이동하여 자루를 경사홈에 삽입시킨다.

현 위치가 되면, 마찬가지로 허브(31b)의 고정홈(30a)과 너트(35b)의 고정돌기(30b)가 서로 맞물려 회전이 구속된다. 이 상태에서 도 7처럼 스핀들(26)이 시계방향으로 수회 회전하면, 어댑터(35a)에 체결된 너트(35b)가 조여지면서 콜릿(35c)이 경사홈을 따라 승강해 공구(T)를 압박한다.

이어서 로봇암(21)이 스핀들(26)을 승강시키면, 형상과 조건에 적합한 공구(T)로 교환이 완료된다. 그리고 타측 로봇암(21)이 스핀들(26)을 유동시켜 공구(T)로 하여금 주조품(1)을 디버링 한다. 디버링이 완료되면, 일측 로봇암(21)이 클램프(25)를 유동시켜 베드(11)로부터 언로드 한다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

1: 주조품 10: 본체부
11: 베드 15: 겐트리
20: 작동부 21: 로봇암
25: 클램프 26: 스핀들
30: 공구부 30a: 고정홈
30b: 고정돌기 31: 공구대
31a: 지지판 31b: 허브
35: 척킹대 35a: 어댑터
35b: 너트 35c: 콜릿
T: 공구

Claims (4)

1. 주조품의 버어를 자동으로 제거하는 디버링 장치에 있어서:
   적어도 주조품을 수용하는 너비를 가진 베드가 배치되고, 상기 베드 상에 주조품이 출입 가능한 높이로 돌출된 겐트리가 설치된 본체부;
   상기 겐트리 상에 다축으로 유동하는 한 쌍의 로봇암이 매달리고, 상기 로봇암의 일단에 주조품을 파지하는 클램프와, 주조품을 다듬질하는 스핀들이 각각 장착된 작동부; 및
   상기 베드 상에 복수의 공구를 수납하는 공구대가 장착되고, 상기 스핀들의 출력축에 공구대와 연동하여 주조품에 대응하는 공구로 자동으로 교환이 가능하게 고정하는 척킹대가 연결된 공구부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동 공구 교환이 가능한 디버링 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 공구대는 공구의 자루가 노출되게 거치하는 지지판이 형성되고, 상기 지지판의 상단에 척킹대를 수용하는 허브가 돌출되고,
   상기 척킹대는 스핀들의 출력축에 공구가 삽탈되는 어댑터가 장착되고, 상기 어댑터의 외면에 허브와 맞물려 구속되는 너트가 체결되며, 상기 어댑터의 내면에 너트의 체결에 따라 승·하강하는 콜릿이 내장된 것을 특징으로 하는 자동 공구 교환이 가능한 디버링 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 어댑터의 내면은 승·하강에 따라 콜릿의 직경이 가변되는 각도로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 자동 공구 교환이 가능한 디버링 장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 허브와 너트의 내·외면에는 서로 맞물려 구속을 유도하는 고정홈과 고정돌기가 각각 형성된 것을 특징으로 하는 자동 공구 교환이 가능한 디버링 장치.

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