KR20210119652A - 공작기계의 공구매거진 장치 - Google Patents

공작기계의 공구매거진 장치 Download PDF

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Abstract

공구매거진 장치는 공구매거진의 외형을 원통 형상으로 구성하고, 원통형의 커버프레임 내벽면에 공구포트들이 원주방향으로 장착된 공구포트모듈을 상하 다단으로 장착하고, 상기 커버프레임의 내부 중심부에는 회전 및 수직, 수평 이동을 동시에 수행하는 공구포트이송체를 설치하며, 커버프레임의 일 측에는 외부와 개방된 구조의 공구포트출입구를 형성한다. 공구포트이송체의 선단에 장착된 그리퍼를 통해 커버프레임의 내부에 장착된 공구포트를 공구포트출입구를 통해 외부의 공구포트 대기부와 교환하하므로써 공구매거진의 크기를 줄이면서 내부에 수납되는 공구포트의 수량은 최대로 늘리고, 공구교환시간을 단축한다. 또한 커버프레임의 일 측에 교체나 새로이 추가할 공구포트를 거치하는 공구셋업도어를 설치하여 공구포트의 교체를 자동화하였다.

Description

공작기계의 공구매거진 장치{Tool magazine apparatus of machine tools}
본 발명은 공작기계의 공구매거진에 관한 사항으로, 보다 구체적으로는 원통형의 좁은 공간 내부에 복수의 공구를 수납하여 공구 밀도와 공구교환 사이클타임(cycle time)을 높이는 공구매거진 장치에 관한 것이다.
최근의 복합공작기계는 다양한 가공작업을 위해 여러 종류의 공구들을 수납한 공구매거진을 구비한다. 이러한 공구매거진은 로타리방식, 매트릭스방식 등 다양한 유형이 있으며, 제어장치의 지령에 의해 특정 공구를 공작기계의 스핀들에 제공하고, 또한 스핀들에서 사용이 완료된 공구를 반납 받아 정해진 위치에 수납하여 보관한다.
한편, 가공해야 할 공작물의 형상이 복잡해지고, 자동화가 진척됨에 따라 공구매거진의 공구 수납 량은 더욱 증가하고, 이에 따른 공구 매거진의 구조는 더욱 복잡해지고, 그 크기도 더욱 커지는 추세이다.
이러한 추세에 부응하여 수납 공구의 수를 증대시킨 종래의 공구매거진 중에는 특허문헌 1(대한만국 공개특허1020190113285호) 에서 개시한 것처럼, 60여개의 공구를 공구포트에 수납할 수 있도록, 두 개의 공구매거진을 연결한 더블 공구매거진 형식의 공구매거진이 있다. 이러한 공구매거진은 레이아웃(lay-out)이 커지고 두 개의 공구매거진 사이에서 공구를 이송하기 위한 서브 체인져가 반드시 설치돼야 함에 따라, 공구매거진과 스핀들 사이에 공구교환 시간이 길어지고, 공구매거진의 크기가 커지고 구조가 복잡해지며, 무게가 무거워지는 문제가 있다.
특허문헌 1에서 소개하는 또 다른 종래기술의 공구매거진 중에는 무한궤도 방식으로 회전하는 체인상에 다수의 공구포트를 장착한 공구매거진이 있다. 이 공구매거진은 체인을 굴절시켜 60개 이상의 많은 공구포트를 장착할 수 있으나, 체인의 길이가 길어짐에 따라, 체인을 구성하는 링크 마디의 누적된 공차로 인해 공구교환 위치 정확도가 떨어지고, 공구교환 시간이 길어진다. 또한 공구매거진의 설치 면적이 넓어지고 무게가 증가하는 문제도 있다.
또 다른 종래기술로 소개하는 특허문헌 2(대한만국 공개특허 1020130030928호)의 공구매거진은 수직 형태의 구조물에 매트릭스 형태로 고정된 다수의 랙을 설치하고, 이 랙에 다수의 공구포트를 거치하고, 수직 및 수평 방향으로 이동하는 이송유닛을 통해 공구포트를 교환위치로 이동시킨다. 이러한 공구매거진은 공구포트를 이송하기 위한 별도의 이송유닛을 구비해야 함에 따라 공구매거진의 크기가 너무 커지고, 무게가 증가하며, 공구교환을 위해 공구포트를 공구교환 위치로 이동하는데 많은 시간이 소요되는 문제가 있다.
또 다른 종래기술로 소개하는 특허문헌 3(대한만국 특허 101957059호)의 공구매거진은, 회전축 상에서 회전하는 원판의 테두리에 여러 개의 공구를 장착하고, 회전축과 원판을 여러 개 적층하여 공구매거진 베이스를 구성하며, 공구매거진 베이스의 외부에 상하방향 및 전후 방향으로 이동하면서 공구매거진 베이스와 공구교환유닛 사이에서 공구를 상호 교환하는 이송계를 구비한 공구매거진 모듈을 소개하고 있다.
그러나 이 공구매거진 모듈은 공구를 수납한 적층된 각각의 모듈 원판을 회전시키는 회전장치가 필요하고, 모듈 원판의 공구를 교환하는 이송계를 외부에 별도로 설치해야 하므로, 공구매거진의 전체 크기가 커지고, 무게가 무거워지는 단점이 있다.
또 다른 종래기술로 소개하는 특허문헌 4(미합중국 특허 9533389호)의 공구매거진은 한쪽 방향이 개방된 원형 선반을 타워 구조로 형성하고, 원형 선반에는 다수의 공구를 수납하며, 원형 선반의 내부 중심에는 공구 파지부를 수직방향 이동, 수평방향 회전 및 전후진 동작을 하는 공구취급장치(tool handing system)를 설치하여, 원형 선반에 장착된 공구를 공작기계 일 측의 공구저장장치(pick-up tool magazine store)와 교환하도록 한 구조이다.
그러나 특허문헌 4의 방식은 원형 선반에 공구를 수납 배치할 때 일일이 수동으로 수납하여야 하는 구조라서 공구매거진의 셋팅에 시간이 걸리고 불편함이 초래된다. 또한, 공구교환을 위해 공구 파지부가 이동할 때 주변 구성 부품과 간섭을 피하기 위해 공구를 수납한 원형 선반의 일 측이 개방된 구조를 가지므로 인해, 개방된 부위만큼 수납할 수 있는 공구의 수량이 줄어든다.
또 다른 종래기술로 소개하는 특허문헌 5(미합중국 특허5107581)의 공구매거진 역시, 특허문헌 4의 공구매거진과 같이 한쪽 방향이 개방된 원형 선반을 적층하여 배열하고, 원형 선반에는 다수의 공구를 수납하며, 원형 선반의 내부 중심에는 수직방향 이동, 수평방향 회전 및 전후진 동작을 통해 원형 선반 내부의 공구를 파지하여 원형선반 외부로 이송하는 구조이며, 원형 선반 외부에는 공구를 파지하여 공작기계와 공구교환 할 수 있는 위치로 이송하는 별도의 이송장치를 가지는 구조이다.
그러나 특허문헌 5의 공구매거진 역시 공구교환을 위해 공구 파지부가 이동할 때 주변 구성 부품과 간섭을 피하기 위해 공구를 수납한 원형 선반의 일 측이 개방된 구조를 가져야 함에 따라, 개방된 부위만큼 수납할 수 있는 공구의 수량이 줄어든다. 또한 원형 선반에 공구를 장착할 때 일일이 수동으로 수납하여야 하는 불편함이 초래된다.
상기에 소개한 바와 같이, 종래 기술들은 구조가 복잡하고 크기가 커서 무게가 무거우며, 공구교환 시간이 길어지고, 또한 공구포트를 공구교환 위치로 이동하는데 시간이 많이 걸릴 뿐만 아니라, 공구교환 위치의 정확도가 떨어진다. 또한 공구매거진의 크기에 비해 내부에 수납할 수 있는 공구의 수량이 제한되고, 내부 수납부에 공구를 일일이 수작업으로 장착해야 하는 번거로움이 있다.
KR 1020190113285 A KR 1020130030928 A KR 101957059 B US 9533389 B US 5107581 B
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 극복하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 간단한 구조를 가지고 공간상의 제약을 최소화 한다.
본 발명의 다른 목적은 공구매거진 내부에서 공구포트를 수직 및 수평 축 방향으로 동시에 이동함으로써 공구교환 시간을 단축하고 교환위치 정확도를 높이는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 공구매거진의 외형 크기에 비해 수납할 수 있는 공구의 수량을 최대화 하며, 필요 시 용이하게 수납 공간을 확장할 수 있는 구조를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 공구매거진에 공구 셋팅작업을 자동화 함으로써 공구매거진의 공구 셋팅시간을 단축하고, 수작업에 따른 불편을 해소하는데 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 본 발명의 공구매거진 장치는 내부의 공구매거진 기능 부품들을 에워싸는 원통 형상으로 이루어지는 커버프레임과,
상기 커버프레임의 내벽면에 복수의 공구포트들이 원주방향으로 장착되며 상기 커버프레임의 내벽면에 상하 방향으로 적어도 한 개 이상으로 배치되는 공구포트모듈과,
상기 커버프레임의 내부 중심부에 수직방향으로 설치되며 선단에 공구포트를 파지하는 그리퍼를 구비하고 상기 그리퍼가 상하방향 이동과 수평방향 회전과 수평방향 전후진 이동하도록 구성되는 공구포트이송체와,
상기 그리퍼가 상기 커버프레임의 외부로 출입 가능하도록 상기 커버프레임의 일 측에 개방된 창으로 형성된 공구교환출입구와,
상기 커버프레임의 일 측에 개폐 가능하게 설치되며 안쪽 면은 상기 커버프레임의 내벽면과 연장된 면을 형성하며 상기 안쪽 면에 상기 공구포트모듈로부터 교체할 공구포트를 인출하여 거치하거나 외부로부터 상기 공구포트모듈에 반입할 공구포트를 거치하는 거치대를 구비한 공구셋업도어를 포함한다.
상기 커버프레임은 상부에 내벽면에 공구포트모듈을 장착한 커버프레임 모듈을 적층하는 구조이다.
상기 공구포트이송체는 하부에 상기 커버프레임의 바닥면과 결합되는 베이스프레임과, 상기 베이스프레임 상에 회전모터에 의해 회전 가능하게 설치되는 베이스플레이트와, 상기 베이스플레이트 상에 수직 방향으로 설치된 승하강프레임과, 상기 승하강프레임의 상부에 설치된 승하강모터와, 상기 승하강모터에 의해 회전하며 상기 승하강프레임과 동일한 방향으로 설치된 볼스크류축과, 상기 볼스크류축과 회전 결합하는 너트를 구비하고 상기 승하강프레임에 상하방향으로 안내되도록설치되는 포크프레임과, 상기 포크프레임 상에서 수평이송모터에 의해 수평방향으로 구동되는 랙 피니언기어와, 상기 랙 피니언기어의 선단에 장착된 그리퍼를 포함하여 구성된다.
상기 승하강프레임의 일 측에는 수직방향으로 상기 볼스크류축의 회전에 의해 상하 방향으로 이동하는 포크프레임을 안내하는 제1LM가이드가 설치되고, 상기 포크프레임 일 측에는 상기 랙 피니언기어에 의해 수평방향으로 이동하는 그리퍼를 안내하는 제2LM가이드를 설치한다.
상기 그리퍼는 공압실린더에 의해 구동되어 공구포트를 파지하는 핑거를 구비한다.
상기 공구셋업도어는 상기 공구포트거치대의 일 측에 장착되어 공구포트에 장착된 공구정보를 읽어 들이고, 상기 읽어 들인 공구정보를 제어부에 전달하여 거치된 공구포트를 상기 공구포트모듈의 지정 위치로 이송 가능하게 하는 공구정보 리더기와, 상기 공구셋업도어의 안쪽 일 측에 부착되어 상기 공구셋업도어의 개폐여부를 신호를 검출하여 제어부에 제공하는 개폐센서를 포함한다.
상기 커버프레임의 공구교환출입구 외측에는 상기 그리퍼로부터 제공받는 공구포트 또는 일 측에 설치된 자동공구교환장치로부터 제공받는 공구를 파지하는 공구포트 대기부가 설치된다.
상기 공구포트 대기부는 내부에 공구포트를 수납할 수 있는 블록과, 상기 블록의 일 측에 설치되어 공압엑츄에이터에 의해 상기 블록의 내부로 출몰하는 록킹블록과, 상기 록킹블록과 대향되는 상기 블록의 타 측 내부에 설치되는 서포트블록을 구비한다.
본 발명은 간단한 구조로 공간상의 제약을 최소화 하고, 수납할 수 있는 공구의 수 대비 공구매거진의 무게를 최소화 한다.
본 발명은 공구매거진 내부에서 공구포트를 회전 및 수직, 수평 이동을 동시에 수행함으로써 공구교환 시간을 단축하고 교환위치 정확도를 높인다.
본 발명은 공구매거진의 외형 크기에 비해 수납할 수 있는 공구의 수량을 최대화 하며, 필요 시 용이하게 수납 공간을 확장할 수 있다.
본 발명은 공구매거진에 공구 셋팅작업을 자동화 함으로써 공구매거진의 공구 셋팅시간을 단축하고, 수작업에 따른 불편을 해소한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예로서, 원통형 공구매거진의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예로서, 커버프레임의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예로서, 커버프레임 내부에 설치되는 공구포트이송체의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예로서, 그리퍼의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예로서, 커버프레임의 일 측에 설치되는 공구셋업도어의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예로서, 공구셋업도어의 배면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예로서, 공구포트 대기부의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예로서, 공구포트 대기부와 자동공구교환장치 사이의 공구교환 개념도이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
먼저 본 발명의 구조에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예로서, 원통형 공구매거진의 개략도이다. 도 1에 개시한 것처럼, 본 발명의 공구매거진은, 원통 형상의 커버프레임(10)이 공구매거진의 외형을 결정하며, 내부의 공구매거진 기능 부품들을 에워싸는 구조이다.
또한, 상기 커버프레임(10)의 내벽에는 복수의 공구포트(11)들이 원주형상으로 공구포트모듈(13)을 형성하며 상하 방향으로 적층되어 장착된다.
상기 커버프레임(10)의 중심부에는 커버프레임(10)의 외부로 이동하면서 내부의 공구포트모듈(13)로부터 공구포트(11)를 인출하거나 공구포트모듈(13)에 공구포트(11)를 장착하는 공구포트이송체(20)가 설치된다. 상기 공구포트이송체(20)는 상기 커버프레임(10)의 중심부에 수직방향으로 설치되며, 선단에 공구포트(11)를 파지하는 그리퍼(40)를 구비하고, 상하방향 이동과 수평방향 회전과 수평방향 전후진 이동하도록 구성된다.
한편, 상기 커버프레임(10)의 일 측에는 공구포트(11)를 파지한 그리퍼(40)가 커버프레임(10) 외측에 설치된 공구포트 대기부(60)와의 사이에서 출입할 수 있도록 개방된 창 구조의 공구교환출입구(14)가 형성된다.
또한, 상기 커버프레임(10) 일 측에는 공구포트모듈(13)로부터 마모된 공구(12)를 파지한 공구포트(11)를 인출하여 수납하거나, 또는 상기 공구포트모듈(13)에 반입할 새로운 공구(12)를 파지한 공구포트(11)를 수납하며, 커버프레임(10)의 외부로 개폐 가능한 공구셋업도어(50)가 설치된다.
한편, 상기 커버프레임(10)은 도 2에 개시한 것처럼, 공구매거진에 더 많은 공구(12)를 장착할 필요가 있을 경우, 커버프레임(10)의 상부에 추가적으로 커버프레임 모듈(15)을 적층할 수 있는 구조이다. 커버프레임 모듈(15)은 내벽에 공구포트모듈(13)이 원주방향으로 장착되며, 하부에는 커버프레임(10)의 상부의 조립구멍(17)에 조립되는 조립봉(16)이 원주방향으로 다수 개 설치된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예로서, 커버프레임 내부에 설치되는 공구포트이송체의 사시도이다. 도 3에 개시한 것처럼, 공구포트이송체(20)는 하부에 상기 커버프레임(10)의 바닥면과 결합되는 베이스프레임(21)을 설치하고, 상기 베이스프레임(21) 상에는 회전모터(23)와 상기 회전모터(23)에 의해 회전하는 베이스플레이트(22)를 설치한다.
상기 베이스플레이트(22) 상에는 수직 방향으로 복수의 기둥으로 형성된 승하강프레임(24)을 설치한다. 상기 승하강프레임(24)의 일 측에는 상부에 설치된 승하강모터(25)에 의해 회전하는 볼스크류축(26)을 수직방향으로 설치하고, 다른 일 측에는 수직방향으로 안내면을 형성하는 제1LM가이드(27)를 설치한다.
상기 승하강프레임(24) 내부에는 상기 볼스크류축(26)과 회전 결합하는 너트가 설치되어 상기 볼스크류축(26)의 회전에 의해 상하 방향으로 이동하되, 상기 제1LM가이드(27)에 의해 안내되어 상기 승하강프레임(24)의 상하방향으로 이동하는 포크프레임(30)을 설치한다.
상기 포크프레임(30) 상에는 수평이송모터(31)와 상기 수평이송모터(31)에 의해 수평방향으로 구동되는 랙 피니언기어(33)와, 상기 랙 피니언기어(33)에 의해 수평방향으로 이동되는 그리퍼(40)를 설치한다. 상기 포크프레임(30) 상에는 상기 그리퍼(40)의 수평 이동을 안내하는 제2LM가이드(32)를 설치한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예로서, 그리퍼의 사시도이다. 도 4에 개시한 바와같이, 그리퍼(40)는 선단에 공압실린더(42)에 의해 구동되어 공구포트(11)를 파지하는 핑거(41)를 구비한다
도 5는 본 발명의 일 실시예로서, 커버프레임의 일 측에 설치되는 공구셋업도어의 사시도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예로서, 공구셋업도어의 배면도이다.
공구셋업도어(50)의 안쪽, 커버프레임(10)의 내벽에 해당하는 후면에는 복수의 공구포트(11)를 거치할 수 있는 공구포트거치대(51)를 설치하고, 또한 후면 일 측에는 상기 공구셋업도어(50)를 커버프레임(10)의 외측 방향으로 개폐할 수 있도록 회전축(53)을 설치한다.
한편, 상기 공구포트거치대(51)의 일 측에는 공구포트(11)에 장착된 공구(12)의 정보를 읽는 공구정보 리더기(52)를 설치한다. 이 공구정보 리더기(52)는 공구포트거치대(51)로부터 새로운 공구포트(11)가 이동될 때 마다 해당 공구포트(11)가 공구(12)의 속성 정보를 기록하고 있는 태그를 근접시킴으로써, 해당 공구(12)의 정보를 읽어드려 제어부(미도시)에 전달함으로써 해당 공구포트(11)의 위치 및 공구관리를 가능하게 한다.
또한, 공구셋업도어(50)의 안쪽 일 측에는 커버프레임(10)에 접촉하여 공구셋업도어(50)의 개폐여부를 인식하는 개폐스위치를 설치하고, 제어부와 전기적으로 연결한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예로서, 공구포트 대기부의 사시도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예로서, 공구포트 대기부와 자동공구교환장치 사이의 공구교환 개념도이다. 공구포트 대기부(60)는 도 1에 개시한 바와 같이, 커버프레임(10)의 공구교환출입구(14) 외측에 설치된다. 공구포트 대기부(60)는 내부에 공구포트(11)를 수납할 수 있는 블록(61)을 구비하며, 블록(61)의 일 측에는 공압엑츄에이터(62)가 장착되고, 이 공압엑츄에이터(62)에는 블록(61)의 일 측면에서 블록(61)의 내부를 향해 출몰하는 록킹블록(64)을 연결한다. 또한 상기 블록(61)의 타 측면에는 상기 록킹블록(64)과 대향되는 위치에 서포트블록(63)을 설치한다. 상기 서포트블록(63)과 록킹블록(64) 사이에는 공구포트이송체(20)의 그리퍼(40) 또는 자동공구교환장치(70)로부터 제공되는 공구포트(11)가 삽입되어 상기 록킹블록(64)의 출몰에 의해 파지 또는 해지된다.
한편, 도 8에 개시한 바와 같이, 상기 공구포트 대기부(60)의 일 측에는 상기 공구포트 대기부(60)의 공구포트(11)를 향하여 회동하는 자동공구교환장치(70)를 설치한다. 자동공구교환장치(70)의 선단에는 공구포트 대기부(60)에 장착된 공구포트(11)의 공구(12)를 파지하는 공구홀더(71)가 설치된다.
이하에서는 상기와 같은 구조를 가지는 본 발명의 공구매거진 장치의 작동에 대해 도 1내지 도 8을 참조하여 설명한다.
먼저 원통형 커버프레임(10)의 내벽에 설치된 공구포트모듈(13)에 공구(12)와 함께 공구포트(11)를 장착하는 과정을 설명한다.
공구셋업도어(50)를 열고 공구셋업도어(50) 안쪽에 마련된 공구포트거치대(51)에 공구(12)가 장착된 공구포트(11)를 거치한 후 공구셋업도어(50)를 닫는다. 이 때 공구셋업도어(50)의 공구포트거치대(51)에는 4개의 공구포트(11)를 동시에 거치할 수 있다. 또한 공구셋업도어(50)는 커버프레임(10)과 결합된 회전축(53)의 회전에 의해 개폐되고, 공구셋업도어(50) 안쪽에 부착된 개폐센서(54)에 의해 공구셋업도어(50)가 닫혔다는 신호를 제어부(미도시)에 전달한다.
제어부는 공구포트이송체(20)의 회전모터(23)와 승하강모터(25)와 수평이송모터(31)(이하에서는 구동부라고도 표현한다)를 동시에 제어하여 그리퍼(40)를 공구셋업도어(50)에 거치된 공구포트(11)로 이동시킨다. 그리퍼(40)는 공압실린더(42)의 동작으로 선단의 핑거(41)를 확장 및 수축하여 공구포트(11)를 파지하여 공구포트거치대(51)로부터 공구포트(11)를 인출한다.
제어부는 구동부를 제어하여 인출한 공구포트(11)를 파지한 그리퍼(40)를 공구포트거치대(51) 일 측에 마련된 공구정보 리더기(52)로 이동시켜 공구포트(11)의 일 측에 구비된 태그를 공구정보 리더기(52)에 접근시킨다. 공구정보 리더기(52)는 공구포트(11)의 태그로부터 읽어 들인 공구(12) 정보를 제어부에 전송하고, 제어부는 입력된 공구(12)의 정보에 따라 그리퍼(40) 구동부를 제어하여, 그리퍼(40)에 파지된 공구포트(11)를 정해진 공구포트모듈(13) 위치로 이송하여 수납한다.
다음은 원통형 커버프레임(10)의 내벽에 설치된 공구포트모듈(13)과 커버프레임(10)의 외측에 설치된 공구포트 대기부(60) 간에 공구포트(11)를 교환하는 과정을 설명한다.
이 과정은 공구포트모듈(13)에 수납된 공구포트(11)를 공구포트 대기부(60)로 이송하거나, 공작기계의 스핀들에서 사용이 완료된 공구(12)를 반납 받은 공구포트 대기부(60)에서 공구포트(11)를 커버프레임(10) 내부의 공구포트모듈(13)로 이송하는 과정이다.
먼저 공구포트모듈(13)에서 커버프레임(10)의 외측에 마련된 공구포트 대기부(60)로 공구포트(11)를 이송하는 과정을 설명한다. 제어부의 지령에 따라 구동부인 회전모터(23)와 승하강모터(25)와 수평이송모터(31)를 동시에 제어하여 커버프레임(10) 내부에서 그리퍼(40)를 회전, 승하강, 수평방향 전진 이동을 동시에 수행하여 그리퍼(40)를 인출하고자 하는 해당 공구포트(11)가 수납된 공구포트모듈(13)로 이동시킨다.
이어서 그리퍼(40)의 공압실린더(42)를 작동시켜 핑거(41)가 공구포트(11)를 파지하고, 공구포트모듈(13)로부터 공구포트(11)를 인출한다. 인출된 공구포트(11)는 제어부에 의해 제어되는 회전모터(23)와 승하강모터(25)와 수평이송모터(31)의 동시 동작에 따라 그리퍼(40)가 회전, 승하강 및 수평방향 후진 이동하면서 커버프레임(10)의 일 측에 형성된 공구교환출입구(14)를 통해 외부의 공구포트 대기부(60)로 이동한다. 이 때, 그리퍼(40)에 의해 공구교환출입구(14)로 이동한 공구포트(11)는 수평이송모터(31)에 의해 구동되는 랙 피니언기어(33)의 동작에 의해 공구교환출입구(14)를 통해 커버프레임(10) 외부의 공구포트 대기부(60)의 블록(61) 내부로 수평 이동한다.
공구포트 대기부(60)의 블록(61) 내부로 이동된 공구포트(11)는 도 7에 개시한 것처럼, 블록(61) 일 측에 장착된 공압엑츄에이터(62)의 작동으로 록킹블록(64)이 전진하여 블록(61)의 반대측 서포트블록(63)과의 사이에서 공구포트 대기부(60)에 고정된다. 공구포트(11)가 공구포트 대기부(60)에 고정된 후에는 그리퍼(40)는 공구포트 대기부(60)와 간섭되지 않는 위치로 후퇴하여 대기한다.
이 때 제어부에서 공작기계 스핀들의 공구교환을 위해 공구포트 대기부(60) 일 측에 마련된 자동공구교환장치(70)를 회전시키면, 자동공구교환장치(70)의 선단에 마련된 공구홀더(71)가 공구포트(11)에 장착된 공구(12)를 파지하고, 이어서 자동공구교환장치(70)가 하방으로 이동하여 공구포트(11)로부터 공구(12)를 이탈시키고, 다시 자동공구교환장치(70)를 회전시켜 공구(12)를 공작기계의 스핀들에 장착한다.
이어서 자동공구교환장치(70)의 타단의 공구홀더(71)는 스핀들에서 반납되는 공구(12)를 파지하고 공구포트 대기부(60)의 하부에 위치하고 있다가 자동공구교환장치(70)가 상부로 이동하여 공구홀더(71)에 파지하고 있던 공구(12)를 공구포트 대기부(60)의 빈 공구포트(11)에 삽입한 후 후퇴한다.
다음은, 커버프레임(10) 외측의 공구포트 대기부(60)에서 커버프레임(10) 내부의 공구포트모듈(13)로 공구포트(11)를 반납하는 과정에 대해 설명한다.
이 과정은 상기에서 설명한 공구포트모듈(13)에서 공구포트 대기부(60)로 공구포트(11)를 이동하는 과정의 역순이다.
즉, 제어부의 지령에 따라 회전모터(23)와 승하강모터(25)와 수평이송모터(31)가 제어되고, 그 결과 그리퍼(40)가 회전, 승하강, 수평방향 전진 이동하여 공구포트 대기부(60)에 접근한다. 이 상태에서 그리퍼(40)의 핑거(41)가 작동하여 공구포트 대기부(60)에 고정된 공구포트(11)를 파지 한다. 이어서 공구포트 대기부(60)의 공압엑츄에이터(62)가 작동하여 록킹블록(64)을 후진시켜 공구포트 대기부(60)에 고정된 공구포트(11)를 이동 가능한 상태로 만든다. 이어서 그리퍼(40)는 구동부의 작동에 의해 공구포트 대기부(60)로부터 반납된 공구(12)가 삽입된 공구포트(11)를 인출한다.
그리퍼(40)에 의해 공구포트 대기부(60)로부터 인출된 공구포트(11)는, 수평이송모터(31)에 의해 구동되는 랙 피니언기어(33)의 동작에 의해 커버프레임(10) 내부로 수평 후진한다. 이어서 공구포트(11)는 그리퍼(40)를 구동하는 구동부에 의해 회전 및 승하강 동작을 동시에 수행하며 커버프레임(10)의 내벽에 위치한 해당 공구포트모듈(13)로 이동하여 지정된 위치에 수납된다.
다음은 사용시간이 도래한 공구(12)를 공구포트모듈(13)로부터 교체하는 과정을 설명한다.
제어부의 공구관리 프로그램에 의해 교체 대상 공구(12)가 지령되면, 공구포트이송체(20)의 그리퍼(40)는 구동부의 회전 및 승하강, 전후진 동시 동작에 의해 교체할 공구포트(11)가 수납된 공구포트모듈(13)로 이동한다. 이동 후 그리퍼(40)는 앞서 공구포트(11)를 공구포트 대기부(60)로 이송하는 과정처럼, 공구포트모듈(13)로부터 교체할 공구포트(11)를 인출하여 공구셋업도어(50)의 공구포트거치대(51)로 이동하여 거치한다.
이와 같이 교체할 공구(12)가 공구포트(11)와 함께 공구셋업도어(50)의 공구포트거치대(51)에 모아지게 되면 작업자는 공구셋업도어(50)를 개방하여 교체할 공구포트(11)를 빼내고 새로운 공구(12)를 공구포트(11)와 함께 공구포트거치대(51)에 거치하고 공구셋업도어(50)를 닫는다.
공구셋업도어(50)를 닫고 나면, 앞서 설명한 원통형 커버프레임(10)의 내벽에 설치된 공구포트모듈(13)에 공구포트(11)를 장착하는 과정과 같이, 공구셋업도어(50) 안쪽에 부착된 개폐센서(54)는 공구셋업도어(50)가 닫혔다는 신호를 제어부(미도시)에 전달한다.
제어부는 공구포트이송체(20)의 구동부인 회전모터(23)와 승하강모터(25)와 수평이송모터(31)를 동시에 제어하여 그리퍼(40)를 공구셋업도어(50)에 거치된 공구포트(11)로 이동시킨다. 그리퍼(40)는 공압실린더(42)의 동작으로 선단의 핑거(41)를 확장 및 수축하여 공구포트거치대(51)에 거치된 공구포트(11)를 파지하여 공구포트거치대(51)로부터 공구포트(11)를 인출한다.
그리퍼(40)는 구동부의 동작으로 인출한 공구포트(11)를 공구포트거치대(51) 일 측에 마련된 공구정보 리더기(52)로 이동시켜, 공구포트(11)의 태그를 공구정보 리더기(52)에 접근시켜 해당 공구(12)의 정보를 읽게 한다.
공구정보 리더기(52)는 읽어 들인 공구(12) 정보를 제어부로 전송하고, 제어부는 입력된 해당 공구(12)의 정보에 따라 그리퍼(40) 구동부를 제어하여 그리퍼(40)에 파지된 공구포트(11)를 정해진 공구포트모듈(13) 위치로 이송하여 수납한다. 이로써 본 발명의 공구매거진 장치는 사용시간이 만료된 공구(12)를 공구매거진 내부로 교체하는 작업을 자동으로 수행한다.
이하에서는 도 3을 참조하여 공구포트이송체(20)의 작동에 대해 좀 더 자세히 설명한다. 공구포트이송체(20)는 상기에서 설명한 바처럼, 공구포트모듈(13)과 공구셋업도어(50) 사이에서 또는 공구포트모듈(13)과 공구포트 대기부(60) 사이에서 공구포트(11)를 이동시키는 작용을 한다.
우선 공구포트(11)를 파지하는 그리퍼(40)는 포크프레임(30)에 설치된 랙 피니언기어(33) 선단에 설치되어, 수평이송모터(31)가 랙 피니언기어(33)를 구동함에 따라 전진 또는 후진 이동한다. 이 때 그리퍼(40)는 상기 랙 피니언기어(33)와 동일한 방향으로 수평 설치된 제2LM가이드(32)에 안내되어 보다 정밀하게 수평이동 한다.
한편, 상기 랙 피니언기어(33)가 설치된 포크프레임(30)은 베이스플레이트(22)에 수직으로 설치된 승하강프레임(24)의 내부에서 상하 이동 가능하게 설치된다. 포크프레임(30)은 일 측에 너트가 설치되어 승하강프레임(24)과 동일한 방향으로 설치된 볼스크류축(26)과 나사 결합에 의해 승하강프레임(24) 내부에서 상하 이동한다. 이 때 포크프레임(30)은 승하강프레임(24)의 일 측에 설치된 제1LM가이드(27)에 의해 승하강프레임(24) 내에서 보다 정밀하게 상하 방향으로 안내된다.
한편, 포크프레임(30)을 상하방향으로 구동하는 볼스크류축(26)은 승하강프레임(24)의 상부에 설치된 승하강모터(25)에 의해 회전된다.
한편, 상기 승하강프레임(24)이 수직으로 설치된 베이스플레이트(22)는 바닥면에 설치된 베이스프레임(21) 상에서 회전모터(23)에 의해 360도 범위로 회전한다.
이와 같이 공구포트(11)를 파지한 그리퍼(40)는 베이스플레이트(22)에 의해 360도 회전하고, 포크프레임(30)에 의해 상하 이동하며, 랙 피니언기어(33)에 의해 수평방향으로 전후진 이동한다. 또한 상기 그리퍼(40)의 회전 및 상하 이동, 수평방향 전후진은 동시에 또는 독립적으로 작동이 가능하다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 공구매거진 장치는 간단한 구조로 공간상의 제약을 최소화 하고, 수납할 수 있는 공구(12)의 수 대비 공구매거진의 무게를 최소화 한다.
또한, 공구매거진 내부에서 공구포트(11)를 회전 및 수직, 수평 이동을 동시에 수행함으로써 공구교환 시간을 단축하고 교환위치 정확도를 높인다.
또한, 공구매거진의 외형 크기에 비해 수납할 수 있는 공구(12)의 수량을 최대화 하며, 필요 시 용이하게 수납 공간을 확장할 수 있다.
또한, 공구매거진에 공구(12) 셋팅작업을 자동화 함으로써 공구매거진의 공구(12) 셋팅시간을 단축하고, 수작업에 따른 불편을 해소한다.
10 커버프레임
11 공구포트
12 공구
13 공구포트모듈
14 공구교환출입구
15 커버프레임 모듈
16 조립봉
17 조립구멍
20 공구포트이송체
21 베이스프레임
22 베이스플레이트
23 회전모터
24 승하강프레임
25 승하강모터
26 볼스크류축
27 제1LM가이드
30 포크프레임
31 수평이송모터
32 제2LM가이드
33 랙 피니언기어
40 그리퍼
41 핑거
42 공압실린더
50 공구셋업도어
51 공구포트거치대
52 공구정보 리더기
53 회전축
54 개폐센서
60 공구포트 대기부
61 블록
62 공압엑츄에이터
63 서포트블록
64 록킹블록
70 자동공구교환장치
71 공구홀더

Claims (8)

  1. 내부에 공구매거진 기능 부품들을 에워싸는 원통 형상으로 이루어지는 커버프레임과,
    상기 커버프레임의 내벽면에 복수의 공구포트들이 원주방향으로 장착되며 상기 커버프레임의 내벽면에 상하 방향으로 적어도 한 개 이상으로 배치되는 공구포트모듈과,
    상기 커버프레임의 내부 중심부에 수직방향으로 설치되며 선단에 공구포트를 파지하는 그리퍼를 구비하고 상기 그리퍼가 상하방향 이동과 수평방향 회전과 수평방향 전후진 이동하도록 구성되는 공구포트이송체와,
    상기 그리퍼가 상기 커버프레임의 외부로 출입 가능하도록 상기 커버프레임의 일 측에 개방된 창으로 형성된 공구교환출입구와,
    상기 커버프레임의 일 측에 개폐 가능하게 설치되며 안쪽 면은 상기 커버프레임의 내벽면과 연장된 면을 형성하며 상기 안쪽면에 상기 공구포트모듈로부터 교체할 공구포트를 인출하여 거치하거나 외부로부터 상기 공구포트모듈에 반입할 공구포트를 거치하는 거치대를 구비한 공구셋업도어를 포함하는 공작기계의 공구매거진 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 커버프레임은 상부에 내벽면에 공구포트모듈을 장착한 커버프레임 모듈을 적층하는 구조인 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구매거진 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 공구포트이송체는 하부에 상기 커버프레임의 바닥면과 결합되는 베이스프레임과, 상기 베이스프레임 상에 회전모터에 의해 회전가능하게 설치되는 베이스플레이트와, 상기 베이스플레이트 상에 수직방향으로 설치된 승하강프레임과, 상기 승하강프레임의 상부에 설치된 승하강모터와, 상기 승하강모터에 의해 회전하며 상기 승하강프레임과 동일한 방향으로 설치된 볼스크류축과, 상기 볼스크류축과 회전 결합하는 너트를 구비하고 상기 승하강프레임에 상하방향으로 안내되도록 설치되는 포크프레임과, 상기 포크프레임 상에서 수평이송모터에 의해 수평방향으로 구동되는 랙 피니언기어와, 상기 랙 피니언기어의 선단에 장착된 그리퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구매거진 장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 승하강프레임의 일 측에는 상기 볼스크류축의 회전에 의해 상하 방향으로 이동하는 상기 포크프레임을 안내하는 제1LM가이드가 설치되고, 상기 포크프레임 일 측에는 상기 랙 피니언기어에 의해 수평방향으로 이동하는 그리퍼를 안내하는 제2LM가이드가 설치된 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구매거진 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 그리퍼는 공압실린더에 의해 구동되어 공구포트를 파지하는 핑거를 구비한 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구매거진 장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 공구셋업도어는 상기 공구포트거치대의 일 측에 장착되어 공구포트에 장착된 공구정보를 읽어 들이고, 상기 읽어 들인 공구정보를 제어부에 전달하여 거치된 공구포트를 상기 공구포트모듈의 지정 위치로 이송 가능하게 하는 공구정보 리더기와, 상기 공구셋업도어의 안쪽 일 측에 부착되어 상기 공구셋업도어의 개폐여부를 신호를 검출하여 제어부에 제공하는 개폐센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구매거진 장치.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 커버프레임의 공구교환출입구 외측에는 상기 그리퍼로부터 제공받는 공구포트 또는 일 측에 설치된 자동공구교환장치로부터 제공받는 공구를 파지하는 공구포트 대기부가 설치된 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구매거진 장치.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 공구포트 대기부는 내부에 공구포트를 수납할 수 있는 블록과, 상기 블록의 일 측에 설치되어 공압엑츄에이터에 의해 상기 블록의 내부로 출몰하는 록킹블록과, 상기 록킹블록과 대향되는 상기 블록의 타 측 내부에 설치되는 서포트블록을 구비한 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구매거진 장치.
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