KR20200037614A - 대용량 툴 매거진을 갖는 복합가공기 - Google Patents

Abstract

대용량 툴 매거진을 갖는 복합가공기가 개시된다. 본 발명의 대용량 툴 매거진을 갖는 복합가공기는, 워크피스를 지지하는 메인 스핀들과 서브 스핀들, 워크피스를 가공하는 툴 스핀들을 포함하는 복합가공기 본체; 상기 복합가공기 본체와 별도로 분리되도록 이격된 위치에 배치되며 적어도 수백개 이상의 툴이 저장되며 선택된 툴을 그리핑하여 설정 위치로 이송하도록 이송유닛이 마련되는 대형 매트릭스 매거진; 상기 복합가공기 본체에 마련되어 상기 이송유닛에 그리핑된 툴을 전달받거나 이송유닛으로 툴을 전달하는 포트 시프트 유닛; 및 상기 복합가공기 본체에 마련되며, 상기 툴 스핀들에 장착된 툴과 상기 포트 시프트 유닛 상의 툴을 상호 교환하는 자동공구교환유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 대략 200툴 이상의 툴을 자동으로 공급/교환하도록 툴 매거진을 별도 마련함으로써, 다품종 소량 생산에 유리하고, 툴이 저장되는 툴 매거진을 별도로 마련함에 따라 기계 운전중에도 툴 매거진에 장착되어 있는 툴을 언로딩하거나 툴을 로딩하여 툴 사양변경을 용이하게 적용하여 다양한 가공작업이 끊김없이 연속적으로 이루어지도록 할 수 있다.

Description

대용량 툴 매거진을 갖는 복합가공기{Multitasking machining center with large capacity tool magazine}

본 발명은 대략 수백개 이상의 툴을 수납 가능한 매트릭스 매거진을 가지고 있으므로 다품종 소량 생산에 최적화되어 있고 이러한 매트릭스 매거진이 복합가공기 본체와 별도로 마련되어 있으므로 장치의 운전 중에도 툴의 로딩/언로딩을 용이하게 실시할 수 있는 대용량 툴 매거진을 갖는 복합가공기에 관한 것이다.

현재 4차산업, 전기 및 수소자동차, 드론등의 상용화 요구에 의해 모든 부품은 소형화 및 다양화되어가고 있다. 즉, 다품종 소량생산이라는 트랜드가 가속화되고 있으며, 다품종 소량품을 양산 가공하기 위해서는 기계의 종류가 많이 필요하고 공구의 종류도 다양하게 필요하다.

하지만 현실은 각각의 기계를 모두 구비하기가 힘들뿐만 아니라 대용량의 공구가 자동공구교환유닛(ATC)에 의해 빈번히 교환되어야 다품종 소량생산이 가능하나 일반 체인형 ATC, 매거진으로는 기계구조상 요원한 일이다.

현재 복합가공기에는 대략 30 ~40 툴 정도가 수납되는 툴 매거진이 복합 가공기 본체의 일측에 일체로 마련되어 있으며, 자동공구교환유닛을 통해 제한된 개수의 툴 교환을 통해 선반, 머시닝센터 가공이 이루어지고 있는데 툴 개수의 부족함이 크게 발생하여 다품종 소량생산을 더욱 활성화하는데 있어 커다란 문제점이 발생하였다. 또한 툴 매거진이 일체로 마련되어 있으므로 장치의 운전 중에는 툴 매거진에 기존 장착된 툴을 언로딩한 후 새로운 툴을 로딩하는 작업이 불가한 문제 또한 발생하였다.

이에 본 출원인은 복합가공기에 별도의 툴 매거진을 마련하되 대략 수백개 이상의 툴을 수납할 수 있는 툴 매거진을 구비하여 장치 운전중에도 툴의 로딩/언로딩을 가능하게 할 뿐만 아니라 다품종 소량생산이 가능하도록 하는 장치를 제안하는 바이다.

대한민국 공개특허 제10-2018-0085434호(2018.07.27. 공개)

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 대략 수백개 이상의 툴을 수납 가능한 매트릭스 매거진을 가지고 있으므로 다품종 소량 생산에 최적화되어 있고 이러한 매트릭스 매거진이 복합가공기 본체와 별도로 마련되어 있으므로 장치의 운전 중에도 툴의 로딩/언로딩을 용이하게 실시할 수 있는 대용량 툴 매거진을 갖는 복합가공기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 워크피스를 지지하는 메인 스핀들과 서브 스핀들, 워크피스를 가공하는 툴 스핀들을 포함하는 복합가공기 본체; 상기 복합가공기 본체와 별도로 분리되도록 이격된 위치에 배치되며 적어도 수백개 이상의 툴이 저장되며 선택된 툴을 그리핑하여 설정 위치로 이송하도록 이송유닛이 마련되는 대형 매트릭스 매거진; 상기 복합가공기 본체에 마련되어 상기 이송유닛에 그리핑된 툴을 전달받거나 이송유닛으로 툴을 전달하는 포트 시프트 유닛; 및 상기 복합가공기 본체에 마련되며, 상기 툴 스핀들의 툴을 전달받아 상기 포트 시프트 유닛 상의 툴과 교환하는 자동공구교환유닛을 포함하는 대용량 툴 매거진을 갖는 복합가공기가 제공된다.

상기 자동공구교환유닛은, 상기 툴 스핀들에 장착된 제1 툴과 상기 포트 시프트 유닛의 툴 포트에 장착된 제2 툴을 서로 교환하기 전에 각각 고정하도록 양측에 툴 고정부가 각각 마련되는 툴 교환암; 상기 툴 교환암을 선택적으로 정역 회전시키는 교환암 회전부; 및 상기 툴 교환암을 상기 툴 스핀들, 상기 툴 포트 측으로 접근 또는 이격시키는 암 이동부를 포함할 수 있다.

상기 블록 이동부는, 상기 툴 교환암에 축 결합된 교환암 회전축을 이동시키는 캠 구조체와 상기 캠 구조체를 회전시키는 캠 모터를 포함할 수 있다.

상기 제1 및 제2 툴은 각각, 툴 헤드, 상기 툴 헤드에 연결되고 외면에 복수의 걸림홈이 마련된 툴 바디와, 상기 툴 바디에 연결되는 툴 본체를 포함하고, 상기 툴 고정부는, 상기 걸림홈과 대응하는 형상의 걸림돌기가 마련된 툴 고정블록; 및 상기 걸림돌기가 상기 걸림홈에 삽입된 상태에서 상기 툴 바디를 가압하여 상기 툴 고정블록에 대해 상기 제1 및 제2 툴을 탄성적으로 고정하는 탄성가압부를 포함할 수 있다.

상기 툴 헤드의 내주면에는 포트 걸림홈이 마련되고, 상기 툴 포트는 상기 툴 헤드가 삽입되어 결합 고정되는 것으로서, 툴 포트 본체; 상기 툴 포트 본체 내측에 고정되게 마련되고 경사면을 갖는 제1 포트부; 상기 경사면과의 사이에 이격공간이 마련되도록 상기 제1 포트부를 감싸도록 마련되고 복수의 개구가 마련되는 제2 포트부; 상기 툴 포트 본체 내측에서 상기 제2 포트부를 탄성적으로 지지하는 탄성지지부; 및 상기 이격공간 내측에 마련되어 상기 툴 헤드의 삽입시 상기 개구로 돌출되어 상기 포트 걸림홈에 걸림되는 복수의 걸림구를 포함할 수 있다.

상기 복합가공기 본체는, 상기 툴 스핀들이 구비된 툴 스핀들 몸체와 상기 툴 스핀들에 장착된 제1 툴이 상기 자동공구교환유닛을 마주보도록 툴 스핀들 몸체를 틸팅 회전시키는 것이 가능한 툴 스핀들 몸체 회전부를 포함하고, 상기 자동공구교환유닛은, 상기 툴 스핀들 몸체 회전부의 구동신호를 전달받아 상기 블록 이동부의 구동을 제어하고 상기 교환암 회전부의 정역 회전을 선택적으로 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

상기 툴 스핀들 몸체 회전부는, 상기 툴 스핀들 몸체와 연결되어 구동부에 의해 툴 스핀들 몸체를 설정 범위 내에서 회전시키는 툴 스핀들 몸체 회전축; 및 상기 자동공구교환유닛을 마주보도록 툴 스핀들 몸체가 회전한 상태에서 상기 툴 스핀들 몸체 회전축의 회전을 억제하기 위한 브레이크를 포함할 수 있다.

상기 브레이크는, 상기 툴 스핀들 몸체 회전축을 감싸도록 마련되는 에어튜브; 상기 에어튜브로 압축공기를 공급하는 압축공기 공급배관; 및 상기 압축공기 공급배관과 연결되어 압축공기 공급배관 내의 공기압을 체크하는 에어 캐치 센서를 포함하고, 상기 제어부는 상기 에어 캐치 센서의 감지값을 전달받아 상기 블록 이동부와 상기 교환암 회전부의 구동을 제어할 수 있다.

상기에서 설명한 본 발명의 대용량 툴 매거진을 갖는 복합가공기에 의하면, 대략 200툴 이상의 툴을 자동으로 공급/교환하도록 툴 매거진을 별도 마련함으로써, 다품종 소량 생산에 유리하다.

또한 툴이 저장되는 툴 매거진을 별도로 마련함에 따라 기계 운전중에도 툴 매거진에 장착되어 있는 툴을 언로딩하거나 툴을 로딩하여 툴 사양변경을 용이하게 적용하여 다양한 가공작업이 끊김없이 연속적으로 이루어지도록 할 수 있다.

또한, 복합가공기에서 많은 개수의 툴을 이용함으로써 생산성이 향상되고 한층 정밀가공이 가능하도록 하여 제품 품질 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 대용량 툴 매거진을 갖는 복합가공기를 개략적으로 나타내는 정면도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 대용량 툴 매거진을 갖는 복합가공기에서 툴 스핀들 몸체와 포트 시프트 유닛, 자동공구교환유닛의 배치 관계를 보여주는 평면도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 대용량 툴 매거진을 갖는 복합가공기에서 포트 시프트 유닛의 이동 관계를 보여주는 정면도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 대용량 툴 매거진을 갖는 복합가공기에서 툴 스핀들 몸체와 툴 스핀들 몸체 회전부의 결합 관계를 나타내는 측면도,
도 5는 도 4에서 툴 스핀들 몸체 회전부에 의해 툴 스핀들 몸체가 회전한 상태를 보여주는 도면,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 대용량 툴 매거진을 갖는 복합가공기에서 브레이크의 작동 관계를 나타내는 도면,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 대용량 툴 매거진을 갖는 복합가공기에서 자동공구교환유닛의 툴 교환암을 나타내는 정면도,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 대용량 툴 매거진을 갖는 복합가공기에서 제1 툴, 제2 툴을 나타내는 사시도,
도 9는 도 7에 도 8이 결합된 상태를 나타내는 정면도,
도 10 내지 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 대용량 툴 매거진을 갖는 복합가공기에서 제1 툴과 제2 툴을 상호 교환하기 위한 과정을 순차적으로 나타내는 도면,
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 대용량 툴 매거진을 갖는 복합가공기에서 툴 포트와 툴의 결합 관계를 나타내는 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 대용량 툴 매거진을 갖는 복합가공기는 대략 200툴 이상의 툴을 자동으로 공급/교환하도록 툴 매거진을 별도 마련함으로써, 다품종 소량 생산에 유리하며 툴이 저장되는 툴 매거진을 별도로 마련함에 따라 기계 운전중에도 툴 매거진에 장착되어 있는 툴을 언로딩하거나 툴을 로딩하여 툴 사양변경을 용이하게 적용하여 다양한 가공작업이 끊김없이 연속적으로 이루어지도록 할 수 있다. 또한, 본 발명은 복합가공기에서 많은 개수의 툴을 이용함으로써 생산성이 향상되고 한층 정밀가공이 가능하도록 하여 제품 품질 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

이하, 실시예를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 대용량 툴 매거진을 갖는 복합가공기는 복합가공기 본체(100), 대형 매트릭스 매거진(200), 포트 시프트 유닛(300) 및 자동공구교환유닛(400)을 포함한다.

먼저, 복합가공기 본체(100)는 작업 대상 워크피스(110)를 양측에서 지지하는 메인 스핀들(120)과 서브 스핀들(130)을 포함하고, 선반, 밀링 등 다양한 가공을 통해 워크피스(110)를 성형하기 위한 툴 스핀들(140)을 포함한다. 여기서, 메인 스핀들(120)과 서브 스핀들(130)이 회전하고 툴 스핀들(140)에 장착된 툴이 워크피스(110)에 접근해서 선반 가공을 실시할 수 있고, 반대로 메인 스핀들, 서브 스핀들의 회전 정지상태에서 툴 스핀들의 툴이 회전하면서 MCT(머시닝센터) 가공이 이루어질 수 있고 이러한 내용은 당업자에게 자명하므로 구체적인 설명은 생략한다.

도 1 및 도 4에 도시한 바와 같이, 복합가공기 본체(100)는 툴 스핀들(140)이 구비된 툴 스핀들 몸체(150)와 툴 스핀들(140)에 장착된 제1 툴(600)이 후술하는 자동공구교환유닛(400)을 마주보도록 툴 스핀들 몸체(150)를 틸팅 회전시키는 것이 가능한 툴 스핀들 몸체 회전부(160)를 포함한다.

아래에서 다시 설명하겠지만, 도 2 및 도 5에 도시한 바와 같이 본 발명에서 공구교환은 툴 스핀들 몸체(150)의 하부, 즉 제1 툴(600)이 장착된 단부가 자동공구교환유닛(400)의 툴 교환암(410)을 마주보도록 설정 각도로 회전한 상태에서 이루어지게 되는데 툴 스핀들 몸체(150)가 회전한 상태를 안정적으로 유지해야 안정적인 공구교환이 이루어질 수 있다.

부연하자면, 툴 스핀들 몸체(150)가 전술한 바와 같이 기설정 위치(툴 교환암과 마주보도록 회전한 위치)로 회전한 상태에서 자중에 의해 하측으로 회전할 경우 공구교환이 제대로 이루어질 수 없으므로 하방 회전을 제한하기 위한 추가 구조가 요구된다.

이를 위해, 도 4 및 도 6에 도시한 바와 같이, 툴 스핀들 몸체 회전부(160)는 툴 스핀들 몸체 회전축(161)과 브레이크(162)를 포함한다.

툴 스핀들 몸체 회전축(161)은 구동부(모터 등)와 툴 스핀들 몸체(150) 사이를 연결하여 툴 스핀들 몸체(150)로 구동부의 회전 동력을 전달하여 툴 스핀들 몸체(150)를 설정 범위 내에서 회전시키게 된다. 본 발명의 실시예에서 회전 각도는 대략 110 ~ 130도 범위로 설정 가능하다.

브레이크(162)는 주로 선삭 가공시 절삭저항에 의한 회전 모멘트 발생시 이러한 회전 모멘트를 받아주는 역할을 하여 툴 스핀들의 미세한 움직임을 억제하여 보다 정밀한 가공이 이루어지도록 할 수 있으며, 또한 후술하는 바와 같이 툴 교환시에도 툴 스핀들 몸체의 미세 움직임을 억제한다.

브레이크(162)는 자동공구교환유닛(400)의 툴 교환암(410)을 마주보도록 툴 스핀들 몸체(150)가 회전한 상태에서 툴 스핀들 몸체 회전축(161)의 회전을 억제하여 툴 스핀들 몸체(150)에 장착된 교환대상 툴이 툴 교환암(410)에 정확하게 장착되도록 하고 더불어 툴 교환암(410)에 기장착되어 있는 새로운 툴이 툴 스핀들 몸체(150)로 정확하게 장착되도록 할 수 있다.

도 6에 도시한 바와 같이, 브레이크는 에어튜브(163), 압축공기 공급배관(164), 에어 캐치 센서(165)를 포함한다.

에어튜브(163)는 툴 스핀들 몸체 회전축(161)을 감싸도록 마련되어 에어 주입에 의해 팽창시에는 툴 스핀들 몸체 회전축(161)의 외면을 상기 회전축의 중심축 방향을 향해 가압하여 회전을 제한하게 된다. 반대로 에어튜브(163)로의 에어 주입이 이루어지지 않아 수축된 경우 툴 스핀들 몸체 회전축(161)의 회전이 자유롭게 이루어질 수 있다.

압축공기 공급배관(164)은 압축공기탱크(미도시)와 에어튜브(163) 사이를 연결하여 압축공기 공급유로를 제공하며, 에어 캐치 센서(165)는 압축공기 공급배관(164)과 압력감지배관(166)을 통해 연결되어 공기압을 체크한다.

구체적으로 에어튜브(163)로 설정된 양의 압축공기가 주입완료되어 에어튜브(163)가 충분하게 팽창된 상태에서 지속적인 에어공급이 이루어지는 경우, 압력감지배관(166)에는 일정 수치 이상의 에어 압력이 작용하게 되고 에어 캐치 센서(165)는 이러한 압력을 감지하여 에어튜브(163)가 정상적으로 팽창된 상태를 유지하는지를 감지할 수 있다.

이와 달리, 에어튜브(163)가 공기주입에 의해 팽창하고 있는 상태에서 에어공급이 이루어지는 경우, 압력감지배관(166)에는 에어 압력이 작용하지 않게 되고 에어 캐치 센서(165)는 압력 미감지를 통해 에어튜브(163)가 팽창하고 있는 중임을 감지할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 후술하는 제어부(미도시)는 에어 캐치 센서(165)의 감지값을 전달받아 암 이동부(430)와 교환암 회전부(420)의 구동을 제어하여 툴 교환이 정확한 위치에서 원활하게 이루어지도록 할 수 있다. 부연하자면, 전자의 경우에서 에어 캐치 센서(165)가 대략 0.15~0.25MPa 정도의 에어 압력을 감지하게 되면 제어부(미도시)는 에어튜브(163)가 정상적으로 툴 스핀들 몸체 회전축(161)의 회전을 브레이킹하고 있다고 판단하여 암 이동부(430)와 교환암 회전부(420)의 구동을 실시하도록 제어명령을 전달하게 된다.

그러나, 후자의 경우처럼 에어 캐치 센서(165)가 에어 압력을 검출하지 못하게 되면 제어부는 에어튜브(163)로 에어 주입이 이루어지는 상태로 판단하여 딜레이 타임을 갖고 압력감지를 재실시할 수 있고 또한 에어 누출이 발생한 것으로 판단하여 작업자에게 경고음이나 경고등을 통해 비상 신호를 전달할 수 있다. 이 경우 제어부는 에어튜브(163)가 정상적으로 툴 스핀들 몸체 회전축(161)의 회전을 브레이킹하지 못하고 있다고 판단하여 암 이동부(430)와 교환암 회전부(420)의 구동을 정지시킨다.

다음, 도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이, 대형 매트릭스 매거진(200)은 대략 수백개(구체적으로 200개 이상) 이상의 작업 툴을 저장 배치할 수 있는 공간을 제공하는 것으로서, 본 발명의 실시예에서는 복합가공기 본체(100)에 일체로 마련되는 것이 아니라 일정 거리 이격된 곳에 분리된 상태로 배치된다. 대형 매트릭스 매거진(200)은 베이스, 복수의 툴을 수납하는 툴 홀더, 툴 홀더에 수납된 툴을 파지하는 그리퍼, 그리퍼를 포트 시프트 유닛(300)과의 상호 툴 교환위치를 향해 x,y,z축 방향으로 이송시키는 이송유닛 등을 포함하고 있다.

각 구성들의 동작 관계는 통상의 툴 매거진에 적용되는 것과 동일/유사하나 본 발명은 대형 매트릭스 매거진(200)이 복합가공기 본체(100)와 일체로 마련되어 있지 않고 별도로 분리되어 있으며 기존과 달리 200개 이상의 작업 툴이 수납되는 공간을 제공하고 있다는 점에서 기존 매트릭스 매거진과는 차별성을 갖고 있다.

다음, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 포트 시프트 유닛(300)은 복합가공기 본체(100)에 마련되어 이송유닛에 그리핑된 툴을 전달받거나 이송유닛으로 툴을 전달하게 된다. 부연하자면, 대형 매트릭스 매거진(200)의 툴 홀더에는 각각의 작업 툴이 개별적으로 포트에 결합된 상태로 수납되어 있고 이송유닛은 툴 이송시 툴과 포트를 동시에 이송시켜 포트 시프트 유닛(300)으로 전달하게 된다. 따라서 포트 시프트 유닛의 명칭은 툴과 포트를 이송시킨다는 의미에서 작명되었다.

본 발명의 실시예에서, 도 3에 도시한 바와 같이, 포트 시프트 유닛(300)은 대형 매트릭스 매거진(200)의 이송유닛과 툴과 포트를 상호 교환하도록 실질적으로 툴과 포트를 파지하는 포트 그리퍼(310)와 포트 그리퍼(310)를 기설정된 대형 매트릭스 매거진(200)의 이송유닛과의 상호 툴 교환위치로 이송하는 포트 그리퍼 이송유닛(320)을 포함한다. 여기서 포트 그리퍼 이송유닛(320)은 볼 스크루, LM 가이드 등 정밀 이송제어가 가능한 이송수단으로 적용 가능하다.

포트 그리퍼(310)는 대형 매트릭스 매거진(200)의 이송유닛과의 상호 툴 교환 작업이 용이하게 이루어지면서 툴 교환 작업 반경의 축소를 위해 필요시 회전이 요구될 수 있으며, 본 발명에서는 이를 위해 포트 그리퍼(310)가 대략 90도 범위에서 대상체를 회전시킬 수 있는 로터리 실린더(330) 상에 설치되는 것이 바람직하다.

다음, 도 1 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 자동공구교환유닛(400)은 복합가공기 본체(100)에 마련되며 툴 스핀들(140)에 장착된 툴과 포트 시프트 유닛(300)의 포트 그리퍼(310)에 장착된 툴을 상호 교환하게 되며, 구체적으로 툴 교환시 매트릭스 매거진으로부터 이송된 툴을 지지하는 툴 포트(500)는 포트 그리퍼(310)에 장착된 상태를 유지하고 툴 끼리만 상호 교환이 이루어지게 된다. 툴 교환이 이루어진 후 포트 그리퍼(310)에 그리핑되어 있는 툴 포트(500)와 툴은 상호 결합된 상태로 매트릭스 매거진의 이송유닛으로 전달된다.

자동공구교환유닛(400)은 툴 교환암(410), 교환암 회전부(420), 암 이동부(430)를 포함한다.

도 2, 도 7, 도 9에 도시한 바와 같이, 툴 교환암(410)은 실질적으로 툴 스핀들(140)에 장착된 제1 툴(600)과 포트 시프트 유닛(300)의 툴 포트(500)에 장착된 제2 툴(700)을 서로 교환하는 것으로서, 양단부에는 제1 툴(600)과 제2 툴(700)을 각각 탄성적으로 고정하도록 툴 고정부(440)가 마련된다.

관련 구성에 대해 더 설명하기 전에 제1 툴(600), 제2 툴(700) 구조에 대해 먼저 설명하면 각각은, 도 8에 도시한 바와 같이, 툴 헤드(810), 툴 헤드(810)에 연결되고 외면에 복수의 걸림홈(830)이 마련된 툴 바디(820), 툴 바디(820)에 연결되는 툴 본체(840)를 포함한다. 본 발명의 실시예에서 일 예로 툴 바디(820)는 원형의 단면 형상을 갖고 원주 방향을 따라 이격되게 총 4개의 걸림홈(830)이 마련되어 있다. 이하 설명의 편의를 위해 이러한 구조를 기준으로 설명한다.

툴 헤드(810)는 후술하겠지만 툴 포트(500) 내에 삽입되어 고정되는 부분이고, 툴 본체(840)는 바이트, 커터, 드릴, 엔드밀 등 실질적으로 워크피스 가공에 직접적으로 작용하는 부분이고, 툴 바디(820)는 이 사이를 연결하며 툴 고정부(440)에 결합되는 부분이다.

본 발명의 실시예에서, 툴 고정부(440)는 툴 바디(820)의 걸림홈(830)과 대응하는 형상의 걸림돌기(441)가 마련된 툴 고정블록(442), 툴 바디(820)를 탄성적으로 가압하여 고정하는 탄성가압부(443)를 포함한다.

툴 고정블록(442)은 툴 교환암 본체(450)에 스크루 등을 통해 분리 가능하도록 체결되며 내측면에는 걸림돌기(441)가 마련된다. 관련 도면에서 걸림홈(830)과 걸림돌기(441)는 각각 V자의 단면형상을 갖는 경우가 나타나 있으며 반드시 이에 한정되지 않고 양자 사이에 걸림 결합 가능하다면 어떠한 단면 구조가 적용되어도 무방하다.

툴 고정블록(442)이 툴 교환암 본체(450)에 분리 가능하도록 마련됨으로써, 툴의 스펙이 바뀌어 걸림홈(830)의 깊이, 길이 등이 변경되는 경우 작업자는 툴 고정블록(442)을 변경된 툴에 대응하는 새로운 부품으로 교체하여 신속하면서 유연하게 대응할 수 있게 된다.

탄성가압부(443)는 툴 고정블록(442)의 걸림돌기(441)가 툴 바디(820)의 걸림홈(830)에 삽입된 상태에서 툴 바디(820)를 가압하여 툴 고정블록(442)에 대해 제1 및 제2 툴(600,700)을 탄성적으로 가압하여 고정한다. 탄성가압부(443)는 탄성가압블록(460)과 탄성가압블록(460)을 탄성 지지하는 탄성지지부(470)를 포함하며, 탄성가압블록(460)은 툴 바디(820)를 툴 고정블록(442) 측으로 효율적으로 가압하여 고정하도록, 즉 툴 바디(820)의 외면과의 사이에 선 접촉이 아닌 적어도 면 접촉이 가능하도록 경사면(480)이 마련되어 있다.

한편, 툴 교환암 본체(450)에는 탄성가압블록(460)이 외측으로 이탈하는 것을 방지함과 더불어 탄성지지부(470)에 의한 탄성가압블록(460)의 이동거리를 제한하기 위한 스토퍼(490)가 추가적으로 마련되어 있고 이 또한 툴 교환암 본체(450)에 스크루 등을 통해 분리가능하게 결합된다.

아래에서 다시 설명하겠지만, 제1 툴(600), 제2 툴(700)은 교환암 회전부(420) 구동에 의해 툴 교환암(410)이 정 방향으로 회전하면서 툴 고정블록(442)과 탄성가압부(443)에 탄성적으로 걸림 결합된다. 또한, 제1 툴(600), 제2 툴(700)은 툴 교환암(410)이 역 방향으로 회전함에 의해 툴 고정블록(442)과 탄성가압부(443)로부터 이탈될 수 있다.

즉, 본 발명에서 제1 및 제2 툴(600,700)과 툴 교환암(410)과의 결합은 툴 교환암(410)이 회전하면서 그 회전 반경 안에 배치되어 있는 제1 및 제2 툴(600,700)이 자연스럽게 툴 고정블록(442) 측으로 접근하게 되고 탄성가압부(443)에 의해 탄성적으로 지지되어 외부 이탈이 방지되는 결합 방식으로 적용된다.

다음, 교환암 회전부(420)는 툴 교환암(410)을 선택적으로 정역 회전시키는 것으로서 회전 방향 제어가 용이한 서보모터로 적용될 수 있으며, 정역 회전에 따른 툴 고정부(440)로의 툴 장착과 툴 분리(이탈) 작업에 대한 구체적인 설명은 후술한다.

다음, 암 이동부(430)는 툴 교환암(410)을 툴 스핀들(140) 측으로 접근 또는 이격시켜 툴 교환암(410)의 일단에 장착되어 있는 툴을 툴 스핀들(140)로 장착하거나 툴 스핀들(140)에 기장착되어 있는 툴을 이로부터 분리하는 역할을 수행하게 되고, 또한 툴 교환암(410)의 타단에 장착되어 있는 툴을 툴 포트(500)로 장착하거나 툴 포트(500)에 기장착되어 있는 툴을 이로부터 분리하는 역할을 수행한다. 이러한 툴 장착, 분리, 교환에 대한 자세한 설명은 아래 전체 작업 과정을 설명하면서 보완한다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 암 이동부(430)는 툴 교환암(410)에 축 결합된 교환암 회전축(431)을 이동시키는 캠 구조체(432)와 캠 구조체(432)를 회전시키는 캠 모터(433)를 포함한다. 툴 교환암(410)은 별도의 서보모터에 의해 정역 회전되며, 캠 모터(433)는 툴 교환암(410)의 전진, 후진을 제어하게 된다.

본 발명의 실시예에서, 제어부(미도시)는 툴 스핀들 몸체 회전부(160)의 구동신호를 전달받아 암 이동부(430)의 구동을 제어하고 교환암 회전부(420)의 정역 회전을 선택적으로 제어하여 정상적으로 툴 교환이 이루어지도록 한다.

이하, 툴 교환 작업이 이루어지는 순서와 교환 과정을 구체적으로 설명한다.

먼저, 도 10에 도시한 바와 같이, 대형 매트릭스 매거진(200)의 이송유닛으로부터 교환하고자 하는 제2 툴(700)을 장착한 포트 시프트 유닛(300)의 툴 포트(500)가 자동공구교환유닛(400)과의 공구교환을 위한 대기 위치로 이송된다. 또한, 교환 대상 툴인 제1 툴(600)이 장착된 툴 스핀들 몸체(150)는 툴 스핀들 몸체 회전부(160)의 틸팅 구동에 의해 관련 도면을 기준으로 대략 90도 정도 우측으로 회전하게 되며, 이때 제1 툴(600)의 단부는 자동공구교환유닛(400)을 마주보게 된다. 또한, 현재 상태에서 툴 교환암(410)은 본 발명의 복합가공기가 설치된 설치 바닥면에 경사진(예를 들어 수직한) 상태로 배치되며 이러한 경사 배치각 조절은 교환암 회전부(420) 구동에 의해 가능하다.

다음, 도 11에 도시한 바와 같이, 교환암 회전부(420)는 툴 교환암(410)을 대략 90 ~ 110도 정도 정방향으로 회전시키게 되며, 이때 툴 교환암(410)의 양측 툴 고정부(440)는 점차 제1 툴(600), 제2 툴(700) 측으로 접근하게 되고, 툴의 툴 바디(820)와 툴 고정블록(442) 사이에 돌기, 홈의 걸림 결합이 이루어지고 탄성가압부(443)의 가압을 통해 제1 툴(600)과 제2 툴(700)은 툴 고정부(440)에 견고하게 장착되는 상태가 된다. 여기서, 제1 툴(600)과 제2 툴(700)은 툴 교환암(410)의 회전 반경 내에 위치하고 있으며 툴 고정부(440)와는 결합/분리가 가능한 기설정된 위치에 배치된다.

다음, 도 12에 도시한 바와 같이, 암 이동부(430)는 툴 교환암(410)을 관련 도면 기준으로 우측(툴 스핀들과 툴 포트로부터 이격되는 방향)으로 이동시켜 제1 툴(600)과 제2 툴(700)이 툴 스핀들(140)과 툴 포트(500)로부터 분리/이탈되도록 한다. 이러한 분리/이탈 작업전에 툴 스핀들(140)이 제1 툴(600)을 일정 이상의 압력으로 파지하는 상태는 제어부의 제어를 통해 해제되며, 툴 포트(500)에 장착되어 있는 제2 툴(700)은 툴 교환암(410)의 이동에 의해 강제적으로 툴 포트(500)로부터 강제 분리된다.

다음, 도 13에 도시한 바와 같이, 교환암 회전부(420)는 툴 교환암(410)을 정방향으로 180도 회전시키고, 이때 제1 툴(600)은 툴 포트(500)와 대응하는 위치에 배치되고 제2 툴(700)은 툴 스핀들(140)과 대응하는 위치에 배치된다.

다음, 도 14에 도시한 바와 같이, 암 이동부(430)는 툴 교환암(410)을 관련 도면 기준으로 좌측(툴 스핀들과 툴 포트로 접근하는 방향)으로 이동시켜 제1 툴(600)과 제2 툴(700)이 각각 툴 포트(500)와 툴 스핀들(140)에 결합(장착)되도록 한다. 이후 툴 스핀들(140)에서는 별도의 가압부(미도시)를 통해 제2 툴(700)을 일정 압력 이상으로 견고하게 파지함으로써 툴 교환 후 작업이 신속하고 안전하게 이루어지도록 하게 된다. 또한 제1 툴(600)은 툴 포트(500)로 삽입되어 고정되는데 고정 원리에 대해서는 후술하기로 한다.

다음, 도 15에 도시한 바와 같이, 교환암 회전부(420)는 툴 교환암(410)을 대략 90 ~ 110도 정도 역방향으로 회전시키게 되며, 이때 툴 교환암(410)의 양측 툴 고정부(440)와 제1 툴(600), 제2 툴(700) 간의 결합상태는 해제된다. 부연하자면, 툴 교환암(410)의 역방향 회전을 통해 탄성가압부(443)에 의해 고정되어 있던 제1 툴(600), 제2 툴(700)은 툴 교환암(410)의 양측 툴 고정부(440)로부터 강제 이탈 가능하게 된다.

다음, 도면에 구체적으로 도시하지는 않았으나, 교환대상 툴인 제1 툴(600)이 장착된 툴 포트(500)는 대형 매트릭스 매거진(200)으로의 공구 수납을 위해 대형 매트릭스 매거진(200)의 이송유닛과의 상호 작용을 위한 설정 위치로 이송하게 되며, 또한 교환된 제2 툴(700)이 장착된 툴 스핀들 몸체(150)는 툴 스핀들 몸체 회전부(160)의 틸팅 구동에 의해 대략 90도 정도 회전(워크피스 가공을 위한 가공 위치)로 회전하여 후속 복합 성형 가공작업을 진행하게 된다.

이하, 포트 시프트 유닛(300)의 툴 포트(500)와 툴 간의 결합 및 분리 구조에 대해 구체적으로 설명한다.

먼저 도 8에 도시한 바와 같이, 툴 헤드(810)의 내주면에는 원주방향을 따라 연속적으로 포트 걸림홈(850)이 마련되어 있다.

도 16에 도시한 바와 같이, 툴 포트(500)는 툴 헤드(810)가 삽입되어 결합 고정되는 것으로서, 툴 포트 본체(510), 제1 포트부(520), 제2 포트부(522), 탄성지지부(530), 삽입거리 제한브래킷(580)을 포함한다.

먼저, 제1 포트부(520)는 툴 포트 본체(510) 내측에 이동 가능하게 마련되고 원주방향을 따라 경사면(550)이 마련된다. 아래에서 설명하겠지만 룰 헤드(810) 삽입시 툴 헤드(810)의 외면이 걸림구(540)를 가압하여 걸림구(540)가 경사면(550)을 따라 이동하면서 제1 포트부(520)를 순간적으로 이동시키게 된다. 이때 탄성지지부(530)는 가압된 상태를 가지며 걸림구(540)가 포트 걸림홈(850) 내에 삽입되어 걸림되고 제1 포트부(520)는 탄성지지부(530)에 의해 항시 탄성 지지된 상태를 가지므로 걸림구(540)의 포트 걸림홈 걸림 상태가 유지될 수 있다.

다음, 제2 포트부(522)는 상기 제1 포트부(520)를 감싸도록 마련되고 복수의 개구(560)가 마련되며, 복수의 걸림구(540)가 상기 경사면(550)과 접촉하고 개구(560)상에 적어도 일부가 외측으로 돌출되게 결합된다.

탄성지지부(530)는 일 예로 코일 스프링으로서, 툴 포트 본체(510) 내측에서 제1 포트부(520)를 탄성적으로 지지하는데 제1 포트부(520) 내측의 홈에 배치되어 탄성 지지한다.

삽입거리 제한브래킷(590)은 상기 툴 포트 본체(510)에 분리 가능하게 결합되어 툴 헤드(810)의 삽입거리를 제한한다.

툴 포트 본체(510) 내측으로 툴 헤드(810)가 삽입되는 경우, 툴 헤드(810)는 걸림구(540)를 순간 내측으로 가압하여 경사면(550)을 따라 제1 포트부(520) 측으로 접근하도록 하고, 이때 제1 포트부(520)는 순간적으로 도면 기준으로 좌측으로 이동하게 된다. 본 발명에서 제1 포트부(520)는 탄성지지부(530)를 통해 항시 탄성 지지된 상태를 가지므로 툴 헤드(810)가 더욱 삽입되면 걸림구(540)는 외측으로 돌출되어 포트 걸림홈(850)에 걸린 상태를 가질 수 있다. 이때에도 제1 포트부(520)는 탄성지지부(530)를 통해 탄성 지지된 상태를 유지하므로 걸림구(540)와 포트 걸림홈(850)의 걸림 상태는 안정적으로 유지될 수 있다.

툴 포트(500)에 결합된 툴의 분리를 위해서는 툴을 그리핑한 후 결합방향의 반대방향으로 강제 인출함으로써 가능하게 된다.

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.

100: 복합가공기 본체 140: 툴 스핀들
160: 툴 스핀들 몸체 회전부 162: 브레이크
163: 에어튜브 165: 에어 캐치 센서
166: 압력감지배관 200: 대형 매트릭스 매거진
300: 포트 시프트 유닛 310: 포트 그리퍼
320: 포트 그리퍼 이송유닛 330: 로터리 실린더
400: 자동공구교환유닛 410: 툴 교환암
420: 교환암 회전부 430: 암 이동부
432: 캠 구조체 433: 캠 모터
440: 툴 고정부 441: 걸림돌기
442: 툴 고정블록 443: 탄성가압부
460: 탄성가압블록 480: 경사면
490: 스토퍼 500: 툴 포트
520: 제1 포트부 522: 제2 포트부
530: 탄성지지부 540: 걸림구
550: 경사면 560: 개구
600: 제1 툴 700: 제2 툴
810: 툴 헤드 820: 툴 바디
830: 걸림홈 840: 툴 본체
850: 포트 걸림홈

Claims (10)

1. 워크피스를 지지하는 메인 스핀들(120)과 서브 스핀들(130), 워크피스를 가공하는 툴 스핀들(140)을 포함하는 복합가공기 본체(100);
   상기 복합가공기 본체(100)와 별도로 분리되도록 이격된 위치에 배치되며 적어도 수백개 이상의 툴이 저장되며 선택된 툴을 그리핑하여 설정 위치로 이송하도록 이송유닛이 마련되는 대형 매트릭스 매거진(200);
   상기 복합가공기 본체(100)에 마련되어 상기 이송유닛에 그리핑된 툴을 전달받거나 이송유닛으로 툴을 전달하는 포트 시프트 유닛(300); 및
   상기 복합가공기 본체에 마련되며, 상기 툴 스핀들(140)에 장착된 툴과 상기 포트 시프트 유닛(300) 상의 툴을 상호 교환하는 자동공구교환유닛(400)을 포함하는 대용량 툴 매거진을 갖는 복합가공기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 자동공구교환유닛(400)은,
   상기 툴 스핀들(140)에 장착된 제1 툴(600)과 상기 포트 시프트 유닛(300)의 툴 포트(500)에 장착된 제2 툴(700)을 각각 탄성적으로 고정하도록 양측에 툴 고정부(440)가 마련되는 툴 교환암(410);
   상기 툴 교환암(410)을 선택적으로 정역 회전시키는 교환암 회전부(420); 및
   상기 툴 교환암(410)을 상기 툴 스핀들(140), 상기 툴 포트(500) 측으로 접근 또는 이격시키는 암 이동부(430)를 포함하는 것을 특징으로 하는 대용량 툴 매거진을 갖는 복합가공기.
3. 제2항에 있어서,
   상기 암 이동부(430)는, 상기 툴 교환암(410)에 축 결합된 교환암 회전축(431)을 이동시키는 캠 구조체(432)와 상기 캠 구조체를 회전시키는 캠 모터(433)를 포함하는 것을 특징으로 하는 대용량 툴 매거진을 갖는 복합가공기.
4. 제2항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 툴은 각각, 툴 헤드(810), 상기 툴 헤드에 연결되고 외면에 복수의 걸림홈(830)이 마련된 툴 바디(820)와, 상기 툴 바디에 연결되는 툴 본체(840)를 포함하고,
   상기 툴 고정부(440)는,
   상기 걸림홈(830)과 대응하는 형상의 걸림돌기(441)가 마련된 툴 고정블록(442); 및
   상기 걸림돌기(441)가 상기 걸림홈(830)에 삽입된 상태에서 상기 툴 바디(820)를 가압하여 상기 툴 고정블록(442)에 대해 상기 제1 및 제2 툴을 탄성적으로 고정하는 탄성가압부(443)를 포함하는 것을 특징으로 하는 대용량 툴 매거진을 갖는 복합가공기.
5. 제4항에 있어서,
   상기 탄성가압부(443)는, 제1 및 제2 툴을 상기 툴 고정블록 측으로 가압하는 탄성가압블록(460)과 상기 탄성가압블록(460)을 탄성 지지하는 탄성지지부(470)를 포함하는 것을 특징으로 하는 대용량 툴 매거진을 갖는 복합가공기.
6. 제5항에 있어서,
   상기 탄성가압블록(460)의 단부에는 경사면(480)이 마련되는 것을 특징으로 하는 대용량 툴 매거진을 갖는 복합가공기.
7. 제4항에 있어서,
   상기 툴 헤드(810)의 내주면에는 포트 걸림홈(850)이 마련되고,
   상기 툴 포트(500)는 상기 툴 헤드(810)가 삽입되어 결합 고정되는 것으로서,
   툴 포트 본체(510);
   상기 툴 포트 본체(510) 내측에 이동 가능하게 마련되고 경사면(550)을 갖는 제1 포트부(520);
   상기 제1 포트부(520)를 감싸도록 마련되고 복수의 개구(560)에 상기 경사면(550)과 접촉하고 개구(560)상에 적어도 일부가 외측으로 돌출되게 복수의 걸림구(540)가 결합되는 제2 포트부(522);
   상기 툴 포트 본체(510) 내측에서 상기 제1 포트부(520)를 탄성적으로 지지하는 탄성지지부(530); 및
   상기 툴 포트 본체(510)에 결합되어 툴 헤드(810)의 삽입거리를 제한하는 삽입거리 제한브래킷(580)을 포함하며,
   상기 툴 헤드(810)의 삽입시 상기 걸림구(540)는 상기 탄성지지부(530)를 가압하는 방향으로 상기 제1 포트부(520)를 순간적으로 이동시킨 후 상기 포트 걸림홈(850)에 걸림되는 것을 특징으로 하는 대용량 툴 매거진을 갖는 복합가공기.
8. 제2항에 있어서,
   상기 복합가공기 본체(100)는, 상기 툴 스핀들(140)이 구비된 툴 스핀들 몸체(150)와 상기 툴 스핀들에 장착된 제1 툴이 상기 자동공구교환유닛(400)을 마주보도록 툴 스핀들 몸체(150)를 틸팅 회전시키는 것이 가능한 툴 스핀들 몸체 회전부(160)를 포함하고,
   상기 자동공구교환유닛(400)은, 상기 툴 스핀들 몸체 회전부(160)의 구동신호를 전달받아 상기 암 이동부(430)의 구동을 제어하고 상기 교환암 회전부(420)의 정역 회전을 선택적으로 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대용량 툴 매거진을 갖는 복합가공기.
9. 제8항에 있어서,
   상기 툴 스핀들 몸체 회전부(160)는,
   상기 툴 스핀들 몸체(150)와 연결되어 구동부에 의해 툴 스핀들 몸체(150)를 설정 범위 내에서 회전시키는 툴 스핀들 몸체 회전축(161); 및
   상기 자동공구교환유닛(400)을 마주보도록 툴 스핀들 몸체(150)가 회전한 상태에서 상기 툴 스핀들 몸체 회전축(161)의 회전을 억제하기 위한 브레이크(162)를 포함하는 것을 특징으로 하는 대용량 툴 매거진을 갖는 복합가공기.
10. 제9항에 있어서,
    상기 브레이크(162)는,
    상기 툴 스핀들 몸체 회전축(161)을 감싸도록 마련되는 에어튜브(163);
    상기 에어튜브(163)로 압축공기를 공급하는 압축공기 공급배관(164); 및
    상기 압축공기 공급배관(164)과 연결되어 압축공기 공급배관 내의 공기압을 체크하는 에어 캐치 센서(165)를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 에어 캐치 센서(165)의 감지값을 전달받아 상기 암 이동부(430)와 상기 교환암 회전부(420)의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 대용량 툴 매거진을 갖는 복합가공기.
    
    

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