KR20220150006A

KR20220150006A - 공작기계 공구매거진의 공구 착탈장치 및 공구 착탈장치 제어방법

Info

Publication number: KR20220150006A
Application number: KR1020210057160A
Authority: KR
Inventors: 노성대
Original assignee: 주식회사 디엔솔루션즈
Priority date: 2021-05-03
Filing date: 2021-05-03
Publication date: 2022-11-10

Abstract

공작기계의 일측면에 설치되는 공구매거진을 구비한 공작기계에 있어서, 상기 공구매거진이 주위와 분리되도록 상기 공구매거진을 에워싸는 안전펜스를 설치하고, 상기 안전펜스 내부에서 상기 공구매거진의 일측에 상기 공구매거진에 공구를 장착하거나 탈거하는 공구 착탈장치를 설치하며, 상기 공구 착탈장치와 인접한 상기 안전펜스에 상기 안전펜스를 개방 또는 폐쇄하도록 개폐되는 안전도어를 설치하고, 상기 안전도어와 인접한 상기 안전펜스의 외부에 상기 공구 착탈장치를 조작하도록 조작반을 설치하며, 상기 조작반의 선택 스위치의 동작에 따라 상기 공구 착탈장치의 동작을 제어하는 제어장치를 포함하며, 상기 공구 착탈장치는 상기 공구매거진의 공구포트 방향으로 시프트될 수 있는 체인져 프레임과, 상기 체인져 프레임의 일측에 설치되며 양쪽 선단에 공구를 파지하는 그리퍼를 구비하고 상기 공구매거진의 공구포트 방향으로 또는 그 반대 방향으로 회전가능하며, 전후진 방향으로 이동 가능하게 설치되는 체인져 암을 포함하여 공작기계 공구매거진의 공구 착탈장치를 구현함으로써, 보다 안전하고 편리하게 공구매거진에 공구를 교환할 수 있는 공구 착탈장치를 제공한다.

Description

공작기계 공구매거진의 공구 착탈장치 및 공구 착탈장치 제어방법{Tool change devise and control method for machine tool magazine}

본 발명은 공작기계 공구매거진에 공구를 착탈하는 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 작업자가 공구매거진에 공구를 장착 또는 탈거하기 위해 공작기계의 일측에 설치하는 공구 착탈장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

터닝센터와 같은 NC 공작기계는 보통 여러 개의 공구를 공구매거진에 수납하고, 가공작업 종류에 따라 자동공구교환장치(ATC: Automatic tool changer)를 이용하여 필요한 공구를 스핀들에 교환하여 사용한다.

공구매거진은 드럼 타입(drum type)과 체인 타입(chain type), 매트릭스 타입(matrix type) 등으로 나눌 수 있다. 이 중에서도 드럼 타입 공구매거진은 주로 머시닝센터의 측면이나 상부에 설치되며, 보통 20개 내외의 한정된 공구 포트를 구비한다. 또한 매트릭스 타입 공구매거진은 가장 많은 공구를 수납할 수 있는 공구매거진으로 수 백개의 공구를 수납한다. 그러나 매트릭스 타입 공구매거진은 많은 수의 공구를 수납함에 따라 규모가 커서 넓은 설치 면적과 제조비용을 수반하는 문제가 있다. 또한 체인 타입 공구매거진은 드럼 타입 공구매거진 보다는 많은 공구를 수납하고, 매트릭스 타입 공구매거진 보다는 규모가 적어 범용적으로 널리 사용되고 있다.

이러한 공구매거진들은 각각 공구포트에는 작업에 필요한 다양한 종류의 공구를 삽입해 두고, 작업의 종류에 따라 공구매거진에 새로운 공구를 교체하거나, 마모나 손상된 공구를 교체하는 작업을 수시로 실행한다.

따라서 공구매거진에 공구를 장착하거나 탈거하는 작업은 다양한 방식이 있으나, 고가의 자동화 장비를 사용하지 않고 수동으로 장착이나 탈거하는 방법은 주로 두 가지 방법으로 이루어진다. 첫째는 작업자가 장착할 공구를 공작기계의 스핀들이나 ATC(Automatic tool changer)에 장착한 후 ATC를 작동시켜 ATC나 스핀들에 장착한 공구를 공구매거진의 해당 공구포트에 옮겨 장착하는 방식이 있고, 둘째는 작업자가 장착할 공구를 들고 공구매거진에 접근하여 해당 공구포트에 공구를 직접 장착하는 방식이 있다.

그러나 작업자가 수동으로 공구를 스핀들이나 공구매거진에 직접 장착하거나 탈거하는 데는 여러 가지 어려움과 위험 요소가 있다. 특히, 공작기계가 대형인 경우 공구가 장착되는 스핀들이나 공구매거진의 공구포트 위치는 공작기계의 가장자리로부터 일정 거리 이상 떨어진 내부에 위치하기 때문에 작업자가 많게는 몇 십 Kg의 무거운 공구를 들고 스핀들이나 공구매거진의 공구포트로 접근하는 데 많은 힘이 소요되고 위험한 작업이 된다. 특히, 작업자가 팔을 뻗어서 무거운 공구를 장착하거나 탈거해야 하는 경우, 공구의 무게로 인해 허리 등 신체를 다칠 위험이 존재한다. 더구나 공구는 스핀들이나 공구포트에 이탈을 방지하기 위해 공구포트의 파지장치에 볼락(ball lock) 구조 등으로 견고하게 파지되어 있어 장착이나 탈거 과정에 작업자로 하여금 더 많은 근력과 위험에 노출 되게 한다.

한편, 공작기계 대형화 되면서 공작기계의 작업테이블의 높이가 불가피하게 높아지는 현상이 발생한다. 이 경우 작업자의 작업 편의를 위해 공작기계 테이블의 높이를 작업자의 작업 편의 높이로 낮출 필요가 있다. 이를 위해 공작기계가 설치되는 바닥을 파내고 공작기계의 하부 몸체가 지표면 아래에 설치되도록 설치한다. 이와 같이 공작기계가 지표면 아래에 설치됨으로 인해 공작기계의 측면에 설치되는 체인 타입 공구매거진도 일부가 지표면 아래에 위치하게 되어 안전을 위해 공구매거진 주위를 안전펜스로 에워싸고, 수동 공구교환을 위해 안전펜스에 개폐식 안전도어를 설치하여 운영한다.

그러나 이러한 안전펜스 장치와 안전도어는, 도 1,2에 도시한 것처럼, 안전도어(23) 개폐 부위에 상기 안전도어(23) 개폐 시 알람을 발신하는 안전스위치(25)를 설치하고, 또한 공구교환을 위해 공구매거진(10)을 회전시키는 조작스위치(51)는 상기 안전도어(23)와 원거리에 배치하여 작업자가 공구교환 작업을 위해 안전도어(23)와 조작스위치(51)를 동시에 작동하지 못하도록 하였다. 즉, 작업자가 공구매거진(10)의 공구 착탈장치(30) 위치에 존재하는 상태에서는 공구매거진(10) 조작스위치(51)를 조작할 수 없도록 인위적으로 거리를 이격시켜 설치함으로써, 공구매거진(10)의 동작에 따른 작업자의 안전사고를 방지하기 위함이다.

한편, 공구매거진 설치 바닥면(21)이 지하에 위치하는 경우에는 작업자가 지면(22)에서 공구매거진(10)에 수동 공구교환 작업을 수행할 수 없어, 지하의 협소한 공구매거진 설치 바닥면(21)으로 이동하여 좁은 지하 공간에서 작업을 수행함에 따라 신체적으로 불안전한 자세가 되어 위험할 뿐만 아니라, 작업성이 떨어지는 문제가 있다.

한편, 종래기술로 특허문헌 1은 공구매거진에 공구를 장착 또는 탈거하기 위한 공구 착탈장치로서, 공구 그리퍼를 가이드레일 상에서 슬라이드 이동하면서 공구를 탈부착하는 구조를 개시하고 있다. 그러나 이러한 구조는 장치가 복잡하고 슬라이드 이동하는 거리와 공구매거진의 설치 높이를 감안할 때, 장비의 크기로 인해 공작기계의 외형이 지나치게 커지는 문제가 있고, 공작기계 주변의 일정 면적을 차지하므로 주변 작업공간 활용에 지장을 초래하는 문제가 있다.

또한, 특허문헌 2는 공구매거진의 프레임에 캠 팔로워에 의해 회전과 클램프 동작을 통해 그리퍼에 파지된 공구를 탈거하는 장치를 개시하고 있다. 그러나 이장치는 공구를 공구포트로부터 탈거하는데 만 유용할 뿐, 무거운 공구를 공구매거진에 장착하는 데는 전적으로 작업자의 힘에 의존해야 하므로 무거운 공구를 취급하는 데 따른 안전상의 문제는 여전하다.

또한, 특허문헌 3은 한 쌍의 단부가 교환 대상 공구에 형성된 네크의 양단에 가압되는 두 갈래로 형성되는 접촉지지부를 형성한 것으로, 툴포트에 장착된 공구를 빼내는 데에만 유용한 기구이다.

또한, 특허문헌 4는 공구매거진 바디에 공구포트 그리퍼를 슬라이드 이동과 회전 가능하게 설치한 공구인출 장치이다. 그러나 이 장치는 공구를 포함하는 공구포트 자체를 공구매거진 외부로 인출하는 구조로, 슬라이드 이동구조로 인해 장치의 크기가 커지는 문제가 있고, 공구와 공구포트를 공구매거진 외부로 인출한다 하더라도 작업자가 무거운 공구를 공구 인출부에 장착이나 탈거할 때 여전히 힘든 작업을 수행하여야 하는 문제가 있다.

또한, 특허문헌 5는 다수의 공구가 일체로 장착된 공구공급유닛(A)과, 공구공급유닛을 이송위치로 들어올리는 리프팅장치(B)와, 리프팅장치에 의해 리프팅된 공구를 시프팅 장치(C)로 시프팅하여 공구를 파지하고 회전하여 공구매거진에 제공하는 공구조작기(D)로 구성되는 바, 공작기계 주변에 이러한 장치를 설치함에 따라 공작기계 규모가 지나치게 커지는 문제와, 이를 제조하는 비용의 증가를 극복해야 하는 문제가 있다.

한국 등록특허 10-1836731호 한국 등록특허 10-0655316호 한국 공개특허 10-2012-0071620호 한국 공개특허 10-2013-0086719호 한국 공개특허 10-2019-0092309호

상기한 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 공작기계의 일측면에 작업자가 접근 가능한 공구매거진과, 공구매거진 주위에 안전펜스를 설치한 공작기계에서, 보다 안전하고 편리하게 공구매거진에 공구를 교환하는 공구 착탈장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 공작기계 공구매거진의 공구 착탈장치는,

공작기계의 일측면에 설치되는 공구매거진을 구비한 공작기계에 있어서,

상기 공구매거진이 주위와 분리되도록 상기 공구매거진을 에워싸는 안전펜스;

상기 안전펜스 내부에서 상기 공구매거진의 일측에 설치되며 상기 공구매거진에 공구를 장착하거나 탈거하는 공구 착탈장치;

상기 공구 착탈장치와 인접한 상기 안전펜스에 설치되며 상기 안전펜스를 개방 또는 폐쇄하도록 개폐되는 안전도어;

상기 안전도어와 인접한 상기 안전펜스의 외부에 상기 공구 착탈장치를 조작하도록 설치되는 조작반;

상기 조작반의 선택 스위치의 동작에 따라 상기 공구 착탈장치의 동작을 제어하는 제어장치를 포함하며,

상기 공구 착탈장치는 상기 공구매거진의 공구포트 방향으로 시프트될 수 있는 체인져 프레임과, 상기 체인져 프레임의 일측에 설치되며 양쪽 선단에 공구를 파지하는 그리퍼를 구비하고 상기 공구매거진의 공구포트 방향으로 또는 그 반대 방향으로 회전가능하며, 전후진 방향으로 이동 가능하게 설치되는 체인져 암을 포함한다.

바람직한 실시예로, 상기 공구매거진은 지면보다 낮은 바닥면에 설치되며, 상기 안전펜스는 공구매거진이 설치되는 지하 바닥면과 지상 바닥면의 경계에 설치되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로, 상기 체인져 프레임은 후면에는 상기 공구매거진으로부터 상기 체인져 프레임을 수평 방향으로 슬라이드 이동 안내하는 가이드웨이와, 일단은 상기 체인져 프레임에 흰지 결합되며 타단은 상기 공구매거진에 흰지 결합되어 미리 정해진 스트로크 범위 내에서 상기 체인져 프레임을 상기 공구매거진으로부터 왕복 이동시키는 시프트실린더를 설치하고,

상기 체인져 프레임 전면에는 상기 체인져 암을 180도 정역회전시키는 회동실린더를 설치하며,

상기 체인져 암에는 상기 체인져 암을 상기 체인져 프레임으로부터 전진 이동 또는 후진 이동 시키는 전후진실린더를 설치한 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로, 상기 시프트실린더와 상기 회동실린더와 상기 전후진실린더는 각각 시프트실린더 확인센서와, 회동실린더 확인센서와, 전후진실린더 확인센서를 포함하고, 상기 제어장치는 상기 확인센서들로부터 신호를 인가 받아 상기 각 실린더의 동작여부를 확인한 후 다음 단계를 실행하도록 제어하는 것을 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로,상기 안전펜스에는 상기 안전도어의 개폐여부를 검출하는 안전스위치를 설치하며,

상기 체인져 암과 대응되는 위치의 상기 공구매거진에는 공구매거진의 공구포트에 공구가 존재하는지를 확인하는 공구 검출센서를 설치하고,

상기 제어장치는 상기 안전스위치 및 상기 공구 검출센서와 전기적으로 연결하고, 상기 조작반에 설치된 공구포트 호출스위치와 상기 공구 착탈장치를 작동시키는 조작스위치와 전기적으로 연결하여, 상기 안전스위치가 온(on)되고 상기 공구 검출센서가 작동 조건이 되었는지를 확인한 후에 상기 공구 착탈장치를 작동시키는 것을 특징으로 한다.

다른 실시예로, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 공작기계 공구매거진의 공구 착탈장치 제어방법은,

조작반의 공구포트 호출스위치를 조작하면 안전펜스의 안전도어의 폐쇄를 확인하여 공구가 장착될 공구매거진의 공구포트를 호출하는 공구포트 호출단계(S100);

상기 호출한 공구포트가 공구 착탈장치 위치로 이동하는 공구매거진 회전단계(S200);

공구 검출센서를 통해 상기 공구 착탈장치의 위치에 도착한 상기 공구포트에 공구가 존재하는지 확인하고, 상기 공구포트에 공구가 존재할 경우 알람을 발신하고 동작을 정지하는 공구검출단계(S300);

상기 공구검출단계(S300)에서 상기 공구포트에 공구가 삽입되어 있지 않은 것으로 확인될 경우, 상기 안전도어를 개방하고, 상기 공구 착탈장치의 체인져 암 그리퍼에 상기 공구매거진에 장착할 공구를 파지시킨 다음, 상기 안전도어를 닫고, 상기 조작반의 조작스위치를 조작하여 전후진실린더가 체인져 암을 전진시키는 체인져 암 전진단계(S400);

회동실린더를 작동시켜 상기 체인져 암이 180도 회전하여 공구가 파지된 상기 그리퍼를 상기 공구매거진 방향으로 회전시키는 체인져 암 회전단계(S500);

시프트실린더를 작동시켜 상기 공구가 파지된 그리퍼를 상기 공구매거진의 공구포트 입구로 시프트 시키는 체인져 암 시프트단계(S600);

전후진실린더를 후퇴 작동시켜 상기 그리퍼에 파지된 공구를 상기 공구매거진의 공구포트에 삽입하는 체인져 암 후진단계(S700);

시프트실린더를 작동시켜 상기 공구를 파지한 그리퍼를 상기 공구포트에 삽입된 공구로부터 분리하고 이와 동시에 상기 체인져 암을 대기 위치로 복귀시키는 체인져 암 복귀 시프트단계(S800)를 포함한다.

바람직한 실시예로, 상기 체인져 암 전진단계(S400) 이후에 상기 전후진실린더가 완전하게 작동하였는지를 확인하고, 전후진실린더가 완전하게 작동하지 않은 경우 알람신호 발신과 동작의 정지를 명령하는 체인져 암 전진여부 확인단계(S410)를 추가하고,

상기 체인져 암 회전단계(S500) 이후에 상기 회동실린더가 완전하게 작동하였는지를 확인하고, 상기 회동실린더가 완전하게 작동하지 않은 경우 알람신호 발신과 동작의 정지를 명령하는 체인져 암 회전여부 확인단계(S510)를 추가하며,

상기 체인져 암 시프트단계(S600) 이후에는 상기 시프트실린더가 완전하게 작동하였는지를 확인하고, 상기 시프트실린더가 완전하게 작동하지 않은 경우 알람신호 발신과 동작의 정지를 명령하는 체인져 암 시프트여부 확인단계(S610)를 추가하고,

상기 체인져 암 후진단계(S700) 이후에 상기 전후진실린더가 완전하게 작동하였는지를 확인하고, 상기 전후진실린더가 완전하게 작동하지 않은 경우 알람신호 발신과 동작의 정지를 명령하는 체인져 암 후진여부 확인단계(S710)를 추가하는 것을 특징으로 한다.

또 다른 실시예로, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 공작기계 공구매거진의 공구 착탈장치 제어방법은,

조작반의 공구포트 호출스위치를 조작하면 안전펜스의 안전도어의 폐쇄를 확인하여 탈거할 공구가 장착된 공구매거진의 공구포트를 호출하는 공구포트 호출단계(R100);

상기 호출한 공구포트가 공구 착탈장치 위치로 이동하는 공구매거진 회전단계(R200);

공구 검출센서를 통해 상기 공구 착탈장치의 위치에 도착한 상기 공구포트에 공구가 존재하는지 확인하고, 상기 공구포트에 공구가 존재하지 않을 경우 알람을 발신하고 동작을 정지하는 공구검출단계(R300);

상기 공구검출단계(R300)에서 상기 공구포트에 공구가 삽입되어 있을 경우, 시프트실린더를 작동시켜 체인져 암을 상기 공구포트로 시프트시켜, 공구가 파지 되지 않은 상기 체인져 암 선단의 그리퍼가 상기 공구매거진 공구포트에 장착된 공구를 파지하는 체인져 암 시프트단계(R400);

전후진실린더를 전진 작동시켜 상기 체인져 암이 전진하여 상기 체인져 암의 그리퍼에 파지된 공구를 상기 공구매거진의 공구포트로부터 뽑아내는 체인져 암 전진단계(R500);

시프트실린더를 작동시켜 상기 체인져 암을 대기 위치로 복귀 이동시켜 상기 그리퍼에 파지된 공구를 상기 공구매거진의 공구포트로부터 이동시키는 체인져 암 복귀 시프트단계(R600);

회동실린더를 작동시켜 상기 체인져 암이 180도 회전하여 상기 공구가 파지된 그리퍼를 공구매거진의 반대 방향으로 회동시키는 체인져 암 회전단계(R700);

전후진실린더가가 후퇴 작동시켜 상기 그리퍼에 파지된 공구를 공구 탈거 위치로 이동시키는 체인져 암 후진단계(R800)를 포함한다.

본 발명은 공작기계의 일측면에 작업자가 접근 가능한 공구매거진과, 공구매거진 주위에 안전펜스를 설치한 공작기계에서, 보다 안전하고 편리하며 신속하게 공구매거진에 공구를 교환하는 공구 착탈장치를 제공한다.

도 1은 종래기술의 실시예로서, 안전펜스가 쳐진 체인 타입 공구매거진의 부분 측면도이다.
도 2은 종래기술의 실시예로서, 안전펜스가 쳐진 체인 타입 공구매거진의 부분 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예로서, 안전펜스가 쳐진 체인 타입 공구매거진의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예로서, 공구매거진의 공구 착탈장치의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예로서, 공구 착탈장치의 체인져 암 후면의 부분 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예로서, 안전도어를 폐쇄한 상태의 안전펜스 외부 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예로서, 안전도어를 개방한 상태에서 안전펜스 내부의 공구 착탈장치를 바라 본 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예로서, 공구 유무 확인 장치가 설치된 공구매거진의 부분 사시도이다.
도 9는 본 발명의 실시예로서, 공구착탈 장치의 제어부 블록다이어그램이다.
도 10은 본 발명의 실시예로서, 공구착탈 장치의 동작 과정별 사시도이다.
도 11은 본 발명의 실시예로서, 공구착탈 장치를 이용하여 공구매거진에 공구를 장착하는 동작 순서도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예로서, 공구착탈 장치를 이용하여 공구매거진에 공구를 장착하는 동작 순서도이다.
도 13은 본 발명의 실시예로서, 공구착탈 장치를 이용하여 공구매건에 삽입된 공구를 탈거하는 동작 순서도이다.

이하, 도 3 내지 도 13을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예로서, 안전펜스(20)가 쳐진 체인 타입 공구매거진(10)의 사시도이다. 도 3에 도시한 것처럼, 체인(11) 방식으로 회전하는 공구매거진(10)은 공작기계의 일측면에 수직 방향으로 설치되며, 공작기계의 크기로 인해 공작기계와 공구매거진(10)은 지면(22)보다 낮은 바닥면(21)에 위치한다. 공작기계와 공구매거진 설치 바닥면(21)의 깊이는 작업자가 지면(22)에서 공작기계의 작업테이블 상에 필요한 작업을 할 때, 공작기계의 작업테이블의 높이가 작업자의 작업 동작에 알맞은 신체 높이가 되도록 설정한다.

또한, 공구매거진(10)의 주위에는 공구매거진(10)을 에워싸는 안전펜스(20)가 설치된다. 상기 안전펜스(20)는 공구매거진(10)이 설치되는 지하 바닥면(21)과 지상 바닥 지면(22)의 경계에 설치한다.

공구매거진(10)의 일측에는 외부에서 공구매거진(10)에 공구(13)를 장착하거나, 또는 공구매거진(10)에 장착된 공구(13)를 탈거하는 공구 착탈장치(30)가 설치된다.

상기 공구 착탈장치(30)는 인접한 상기 안전펜스(20) 내부에 설치되며, 상기 안전펜스(20)에는 상기 공구매거진(10)이 설치된 내부와 상기 안전펜스(20)의 내외부를 개방 또는 폐쇄하는 안전도어(23)가 설치된다. 또한, 상기 안전도어(23)와 인접한 상기 안전펜스(20)의 외부에는 상기 공구 착탈장치(30)를 조작하는 조작반(50)을 설치한다.

도 4는 본 발명의 실시예로서, 공구매거진(10)의 공구 착탈장치(30)의 사시도이다. 도 5는 본 발명의 실시예로서, 공구 착탈장치(30)의 체인져 암(32) 후면의 부분 사시도이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 공구 착탈장치(30)는 공구매거진(10)의 일측에 설치되며 상기 공구매거진(10)의 공구포트(12) 방향으로 시프트될 수 있는 체인져 프레임(31)을 구비한다. 또한 상기 체인져 프레임(31)의 일측에는 양쪽 선단에 공구(13)를 파지하는 그리퍼(33)를 구비하고 상기 공구매거진(10)의 공구포트(12) 방향으로 또는 그 반대 방향으로 회전하는 체인져 암(32)을 설치한다.

또한, 도5에 도시한 것처럼, 상기 체인져 프레임(31)은 후면에는 공구매거진(10)으로부터 상기 체인져 프레임(31)을 수평 방향으로 슬라이드 이동 안내하는 가이드웨이(34)와, 일단은 상기 체인져 프레임(31)에 흰지 결합되며 타단은 상기 공구매거진(10)에 흰지 결합되어 미리 정해진 스트로크 범위 내에서 상기 체인져 프레임(31)을 상기 공구매거진(10)으로부터 왕복 이동시키는 시프트실린더(35)가 설치된다.

또한, 상기 체인져 암(32)이 설치된 상기 체인져 프레임(31) 전면에는 상기 체인져 암(32)을 180도 정역회전시키는 회동실린더(36)가 설치된다. 바람직하게는 상기 회동실린더(36)의 선단에는 랙기어(미도시)가 설치되고 상기 체인져 암(32)의 후단 회전축에는 피니언기어(미도시)가 설치되어, 상기 회동실린더(36)의 출몰에 따라 상기 랙기어가 상기 피니언기어를 회전시켜 상기 체인져 암(32)을 정역회전시키는 구조이다.

또한, 상기 체인져 암(32)의 선단에는 상기 체인져 암(32)을 상기 체인져 프레임(31)으로부터 전진 이동 또는 후진 이동 시키는 전후진실린더(37)가 설치된다. 상기 전후진실린더(37)의 전진 및 후진 이동거리는 상기 체인져 암(32)의 선단에 마련된 그리퍼(33)에 공구(13)를 파지한 상태에서 공구(13)를 공구매거진(10)의 공구포트(12)에 삽입하거나 공구포트(12)로부터 탈거하는 이동거리이다.

한편, 상기 체인져 프레임(31)의 일측에는 상기 시프트실린더(35)와 상기 회동실린더(36), 상기 전후진실린더(37)에 유체를 공급하는 다기관(38)이 설치된다. 바람직하게 상기 다기관(38)을 통해 상기 시프트실린더(35)와 상기 회동실린더(36), 상기 전후진실린더(37)에 공급되는 유체는 압축공기이다. 다만, 상기 실린더들의 작동 성능을 고려하여 상기 유체는 작동유로 대체할 수도 있다.

도 6은 본 발명의 실시예로서, 안전도어(23)를 폐쇄한 상태의 안전펜스(20) 외부 사시도이다. 도 7은 본 발명의 실시예로서, 안전도어(23)를 개방한 상태에서 안전펜스(20) 내부의 공구 착탈장치(30)를 바라 본 사시도이다.

도 6과 도 7에 도시한 것처럼, 공구 착탈장치(30)에 인접한 상기 안전펜스(20)에는 작업자가 상기 공구 착탈장치(30)에 접근할 수 있는 안전도어(23)가 설치된다. 상기 안전도어(23)에는 상기 안전펜스(20)와 연결부에 도어흰지(24)가 설치되어 안전펜스(20)로부터 안전도어(23)를 회동시킨다.

또한, 상기 안전도어(23)가 개폐되는 안전펜스(20)에는 상기 안전도어(23)의 개폐여부를 검출하는 안전스위치(25)가 설치된다.

한편, 상기 안전도어(23)의 일측에는 공구 착탈장치(30)를 작동시키는 조작반(50)이 설치되며, 상기 조작반(50)에는 상기 공구 착탈장치(30)를 작동시키는 조작스위치(51)와 공구매거진(10)의 공구포트(12)를 공구 착탈장치(30) 위치로 이동하도록 호출하는 공구포트 호출스위치(52)가 설치된다.

한편, 상기 조작스위치(51)와 상기 공구포트 호출스위치(52)는 제어장치(60)와 제어 가능하게 전기적으로 연결된다. 상기 제어장치(60)는 상기 공구 착탈장치(30)를 작동시키는 상기 시프트실린더(35), 상기 회동실린더(36), 상기 전후진실린더(37)에 작동 유체를 공급하는 상기 다기관제어밸브(39)를 제어 가능하게 연결한다.

또한, 상기 조작스위치(51) 및 공구포트 호출스위치(52)는 상기 안전도어(23)의 안전스위치(25)와 연동되어, 상기 안전도어(23)가 폐쇄되어 상기 안전스위치(25)가 온(On)된 상태에서만 작동되어 공구매거진(10)의 회전 및 공구 착탈장치(30)를 작동시키게 된다.

도 8은 본 발명의 실시예로서, 공구(13) 유무 확인 장치가 설치된 공구매거진(10)의 부분 사시도이다. 도 9는 본 발명의 실시예로서, 공구 착탈장치(30)의 제어부 블록다이어그램이다.

도 8에 도시한 것처럼, 상기 공구 착탈장치(30)의 체인져 암(32)과 대응되는 위치의 상기 공구매거진(10)에는 공구매거진(10)의 공구포트(12)에 공구(13)가 존재하는지를 확인하는 공구 검출센서(61)가 설치되고, 상기 공구 검출센서(61)에서 검출한 신호는 제어장치(60)에 제공된다.

한편, 도 9에 도시한 것처럼, 제어장치(60)는 안전도어(23)에 설치된 안전스위치(25)로부터 상기 안전도어(23)의 개폐 신호를 수신하고, 조작반(50)의 공구포트 호출스위치(52)와 조작스위치(51)로부터 명령을 인가 받는다. 또한 제어장치(60)는 상기 공구포트 호출스위치(52)와 상기 조작스위치(51)로부터 공구(13) 장착 또는 공구(13) 탈거 선택신호를 인가받으면, 순차적으로 상기 공구 검출센서(61)를 통해 공구포트(12)에 공구(13)가 존재하는 지를 검출하고, 그 결과에 따라 상기 공구 착탈장치(30)의 시프트실린더 확인센서(62)와, 상기 회동실린더 확인센서(63)와, 상기 전후진실린더 확인센서(64)로부터 각각 신호를 인가 받아 각 실린더의 동작여부를 확인한 후 다음 단계를 진행하도록 명령한다.

또한 제어장치(60)는 상기 확인센서들로부터 동작여부를 확인한 후 상기 시프트실린더(35), 상기 회동실린더(36), 상기 전후진실린더(37)에 선택적으로 유로를 연통시키는 다기관제어밸브(39)를 제어하여 상기 시프트실린더(35), 상기 회동실린더(36), 상기 전후진실린더(37) 중 선택된 실린더를 작동시킨다.

이하에서는 상기 실시예와 같이 구성된 본 발명의 공구매거진(10) 공구 착탈장치(30)의 작동을 설명한다.

도 10은 본 발명의 실시예로서, 공구 착탈장치(30)의 동작 과정별 사시도이다. 도 11은 본 발명의 실시예로서, 공구 착탈장치(30)를 이용하여 공구매거진(10)에 공구(13)를 장착하는 동작 순서도이다. 도 10와 도 11에 도시한 것처럼, 공구 착탈장치(30)를 이용하여 공구매거진(10)에 공구(13)를 장착하는 동작 과정은,

먼저, 안전펜스(20)의 안전도어(23)를 닫고 조작반(50)의 공구포트 호출스위치(52)를 조작하여 공구(13)가 장착될 공구매거진(10)의 공구포트(12)를 호출하는 공구포트 호출단계(S100)를 실행한다.

다음은 공구매거진(10)의 체인(11)이 회전하여 공구(13)를 수납할 공구포트(12)가 공구 착탈장치(30) 위치로 이동하는 공구매거진 회전단계(S200)를 실행한다.

이어서 공구 착탈장치(30) 위치에 도착한 공구매거진(10)의 공구포트(12)에 공구(13)가 존재하는지 공구 검출센서(61)를 통해 확인하고, 공구(13)가 존재할 경우에는 알람을 발신하고 동작을 정지하는 공구검출단계(S300)를 실행한다.

다음은 상기 공구검출단계(S300)에서 공구포트(12)에 공구(13)가 삽입되어 있지 않은 것으로 확인될 경우, 작업자는 안전펜스(20)의 안전도어(23)를 개방하고, 공구 착탈장치(30)의 체인져 암(32) 그리퍼(33)에 공구매거진(10)에 장착할 공구(13)를 파지시킨 다음, 안전도어(23)를 닫고, 조작반(50)의 조작스위치(51)를 조작하여 전후진실린더(37)가 체인져 암(32)을 전진시키는 체인져 암 전진단계(S400)를 실행한다.(도 9의 a 참조)

다음은 회동실린더(36)가 작동하여 체인져 암(32)이 180도 회전하여 공구(13)가 파지된 그리퍼(33)를 공구매거진(10) 방향으로 회전시키는 체인져 암 회전단계(S500)를 실행한다. (도 9의 b 참조)

이어서 시프트실린더(35)가 작동하여 공구(13)가 파지된 그리퍼(33)를 공구매거진(10)의 공구포트(12) 입구로 시프트 시키는 체인져 암 시프트단계(S600)를 실행한다.(도 9의 c 참조)

다음은 전후진실린더(37)가가 후퇴 작동하여 그리퍼(33)에 파지된 공구(13)를 공구매거진(10)의 공구포트(12)에 삽입하는 체인져 암 후진단계(S700)를 실행한다(도 9의 d 참조)

이어서 시프트실린더(35)가 작동하여 체인져 암(32)을 대기 위치로 복귀시키고, 이와 동시에 그리퍼(33)에 파지되었던 공구(13)는 그리퍼(33)로부터 분리되어 공구매거진(10)의 공구포트(12)에 장착되는 체인져 암 복귀 시프트단계(S800)을 실행한다(도 9의 e 참조)

한편, 도 12는 본 발명의 다른 실시예로서, 공구 착탈장치(30)를 이용하여 공구매거진(10)에 공구(13)를 장착하는 동작 순서도이다. 도 13에 도시한 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예는 상기 시프트실린더(35)와 상기 회동실린더(36)와 상기 전후진실린더(37)의 동작여부를 확인하기 위해 상기 각각의 실린더의 동작 부위에 각각 시프트실린더 확인센서(62)와, 회동실린더 확인센서(63)와, 전후진실린더 확인센서(64)를 설치하고, 상기 확인센서를 제어장치(60)와 연계하여 통해 각각의 실린더의 동작이 제대로 이루어지지 않은 경우 알람신호를 발신하고 동작을 정지시키는 단계를 추가한다.

즉, 상기 체인져 암 전진단계(S400) 이후에 상기 전후진실린더(37)가 완전하게 작동하였는지를 확인하고, 전후진실린더(37)가 완전하게 작동하지 않은 경우 알람신호 발신과 동작의 정지를 명령하는 체인져 암(32) 전진여부 확인단계(S410)를 추가하고,

상기 체인져 암 회전단계(S500) 이후에 상기 회동실린더(36)가 완전하게 작동하였는지를 확인하고, 상기 회동실린더(36)가 완전하게 작동하지 않은 경우 알람신호 발신과 동작의 정지를 명령하는 체인져 암(32) 회전여부 확인단계(S510)를 추가한다.

또한, 상기 체인져 암 시프트단계(S600) 이후에는 상기 시프트실린더(35)가 완전하게 작동하였는지를 확인하고, 상기 시프트실린더(35)가 완전하게 작동하지 않은 경우 알람신호 발신과 동작의 정지를 명령하는 체인져 암(32) 시프트여부 확인단계(S610)를 추가하고,

상기 체인져 암 후진단계(S700) 이후에 상기 전후진실린더(37)가 완전하게 작동하였는지를 확인하고, 상기 전후진실린더(37)가 완전하게 작동하지 않은 경우 알람신호 발신과 동작의 정지를 명령하는 체인져 암(32) 후진여부 확인단계(S710)를 추가한다.

한편, 도 13은 본 발명의 실시예로서, 공구 착탈장치(30)를 이용하여 공구매거진(10)에 삽입된 공구(13)를 탈거하는 동작 순서도이다. 또 12에 도시된 공구(13) 탈거 동작은 앞서 설명한 공구(13) 장착 순서와 대체로 역순이지만, 일부 구성 부품의 동작 순서는 약간의 상이함이 있다. 그러나 공구(13) 탈착장치의 기구적 동작은 공구(13)장착 과정과 동일한 만큼, 앞서 설명한 도 11의 도면부호와의 혼돈을 피하기 위해 서로 다른 도면부호를 부여하여 설명한다.

도 13에 도시한 것처럼, 공구 착탈장치(30)를 이용하여 공구매거진(10)에 공구(13)를 탈거하는 동작 과정은,

먼저, 작업자가 안전펜스(20)의 안전도어(23)를 닫고 조작반(50)의 공구포트 호출스위치(52)를 조작하여 탈거할 공구(13)가 장착될 공구매거진(10)의 공구포트(12)를 호출하는 공구포트 호출단계(R100)를 실행한다.

다음은 공구매거진(10)의 체인(11)이 회전하여 탈거할 공구(13)가 수납된 공구포트(12)를 공구 착탈장치(30) 위치로 이동시키는 공구매거진 회전단계(R200)를 실행한다.

이어서 공구 착탈장치(30) 위치에 도착한 공구포트(12)에 공구(13)가 존재하는지 공구 검출센서(61)를 통해 확인하고, 이미 공구(13)가 존재하지 않을 경우에는 알람을 발신하고 동작을 정지하는 공구검출단계(R300)를 실행한다.

다음은 상기 공구검출단계(R300)에서 공구포트(12)에 공구(13)가 삽입되어 있을 경우, 시프트실린더(35)가 작동하여 공구(13)가 파지되지 않은 그리퍼(33)를 공구매거진(10)의 공구포트(12)로 시프트 시켜, 공구매거진(10)의 공구포트(12)에 장착된 공구(13)가 체인져 암(32)의 그리퍼(33)에 파지되게 하는 체인져 암 시프트단계(R400)를 실행한다.

이어서 전후진실린더(37)가 체인져 암(32)을 전진시켜 그리퍼(33)에 파지된 공구(13)를 공구매거진(10)의 공구포트(12)로부터 뽑아내는 체인져 암 전진단계(R500)를 실행한다.

이어서 시프트실린더(35)가 작동하여 체인져 암(32)을 대기 위치로 복귀 이동시켜 그리퍼(33)에 파지된 공구(13)를 공구매거진(10)의 공구포트(12)로부터 이동시키는 체인져 암 복귀 시프트단계(R600)을 실행한다.

다음은 회동실린더(36)가 작동하여 체인져 암(32)을 180도 회전시켜 공구(13)가 파지된 그리퍼(33)가 공구매거진(10)의 반대 방향으로 회동시키는 체인져 암 회전단계(R700)를 실행한다.

다음은 전후진실린더(37)가가 후퇴 작동하여 그리퍼(33)에 파지된 공구(13)를 작업자가 탈거가 용이한 위치에 대기시키는 체인져 암 후진단계(R800)를 실행한다.

이후 작업자는 안전펜스(20)의 안전도어(23)를 열고, 수작업으로 체인져 암(32) 그리퍼(33)에 파지된 공구(13)를 안전하게 탈거한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예의 공작기계 공구매거진(10)의 공구 착탈장치(30)는 공작기계의 일측면에 작업자가 접근 가능한 체인(11) 타입 공구매거진(10)을 채용하고, 공구매거진(10)은 안전펜스(20)에 의해 주위와 격리된 공작기계에서, 보다 안전하고 편리하게 공구매거진(10)에 공구(13)를 교환하는 공구 착탈장치(30)를 제공한다.

10 공구매거진
11 체인
12 공구포트
13 공구
20 안전펜스
21 공구매거진 설치 바닥면
22 지면
23 안전도어
24 도어흰지
25 안전스위치
30 공구 착탈장치
31 체인져 프레임
32 체인져 암
33 그리퍼
34 가이드웨이
35 시프트실린더
36 회동실린더
37 전후진실린더
38 다기관
39 다기관제어밸브
50 조작반
51 조작스위치
52 공구포트 호출스위치
60 제어장치
61 공구 검출센서
62 시프트실린더 확인센서
63 회동실린더 확인센서
64 전후진실린더 확인센서
S100 공구포트 호출단계
S200 공구매거진 회전단계
S300 공구검출단계
S400 체인져 암 전진단계
S500 체인져 암 회전단계
S600 체인져 암 시프트단계
S700 체인져 암 후진단계
S800 체인져 암 복귀 시프트단계

Claims

공작기계의 일측면에 설치되는 공구매거진을 구비한 공작기계에 있어서,
상기 공구매거진이 주위와 분리되도록 상기 공구매거진을 에워싸는 안전펜스;
상기 안전펜스 내부에서 상기 공구매거진의 일측에 설치되며 상기 공구매거진에 공구를 장착하거나 탈거하는 공구 착탈장치;
상기 공구 착탈장치와 인접한 상기 안전펜스에 설치되며 상기 안전펜스를 개방 또는 폐쇄하도록 개폐되는 안전도어;
상기 안전도어와 인접한 상기 안전펜스의 외부에 상기 공구 착탈장치를 조작하도록 설치되는 조작반;
상기 조작반의 선택 스위치의 동작에 따라 상기 공구 착탈장치의 동작을 제어하는 제어장치를 포함하며,
상기 공구 착탈장치는 상기 공구매거진의 공구포트 방향으로 시프트될 수 있는 체인져 프레임과, 상기 체인져 프레임의 일측에 설치되며 양쪽 선단에 공구를 파지하는 그리퍼를 구비하고 상기 공구매거진의 공구포트 방향으로 또는 그 반대 방향으로 회전가능하며, 전후진 방향으로 이동 가능하게 설치되는 체인져 암을 포함하는 공작기계 공구매거진의 공구 착탈장치.
제 1 항에 있어서, 상기 공구매거진은 지면보다 낮은 바닥면에 설치되며, 상기 안전펜스는 공구매거진이 설치되는 지하 바닥면과 지상 바닥면의 경계에 설치되는 것을 특징으로 하는 공작기계 공구매거진의 공구 착탈장치.
제 1 항에 있어서, 상기 체인져 프레임은 후면에는 상기 공구매거진으로부터 상기 체인져 프레임을 수평 방향으로 슬라이드 이동 안내하는 가이드웨이와, 일단은 상기 체인져 프레임에 흰지 결합되며 타단은 상기 공구매거진에 흰지 결합되어 미리 정해진 스트로크 범위 내에서 상기 체인져 프레임을 상기 공구매거진으로부터 왕복 이동시키는 시프트실린더를 설치하고,
상기 체인져 프레임 전면에는 상기 체인져 암을 180도 정역회전시키는 회동실린더를 설치하며,
상기 체인져 암에는 상기 체인져 암을 상기 체인져 프레임으로부터 전진 이동 또는 후진 이동 시키는 전후진실린더를 설치한 것을 특징으로 하는 공작기계 공구매거진의 공구 착탈장치.
제 3 항에 있어서, 상기 시프트실린더와 상기 회동실린더와 상기 전후진실린더는 각각 시프트실린더 확인센서와, 회동실린더 확인센서와, 전후진실린더 확인센서를 포함하고, 상기 제어장치는 상기 확인센서들로부터 신호를 인가 받아 상기 각 실린더의 동작여부를 확인한 후 다음 단계를 실행하도록 제어하는 것을 것을 특징으로 하는 공작기계 공구매거진의 공구 착탈장치.
제 1 항에 있어서, 상기 안전펜스에는 상기 안전도어의 개폐여부를 검출하는 안전스위치를 설치하며,
상기 체인져 암과 대응되는 위치의 상기 공구매거진에는 공구매거진의 공구포트에 공구가 존재하는지를 확인하는 공구 검출센서를 설치하고,
상기 제어장치는 상기 안전스위치 및 상기 공구 검출센서와 전기적으로 연결하고, 상기 조작반에 설치된 공구포트 호출스위치와 상기 공구 착탈장치를 작동시키는 조작스위치와 전기적으로 연결하여, 상기 안전스위치가 온(on)되고 상기 공구 검출센서가 작동 조건이 되었는지를 확인한 후에 상기 공구 착탈장치를 작동시키는 것을 특징으로 하는 공작기계 공구매거진의 공구 착탈장치.
조작반의 공구포트 호출스위치를 조작하면 안전펜스의 안전도어의 폐쇄를 확인하여 공구가 장착될 공구매거진의 공구포트를 호출하는 공구포트 호출단계(S100);
상기 호출한 공구포트가 공구 착탈장치 위치로 이동하는 공구매거진 회전단계(S200);
공구 검출센서를 통해 상기 공구 착탈장치의 위치에 도착한 상기 공구포트에 공구가 존재하는지 확인하고, 상기 공구포트에 공구가 존재할 경우 알람을 발신하고 동작을 정지하는 공구검출단계(S300);
상기 공구검출단계(S300)에서 상기 공구포트에 공구가 삽입되어 있지 않은 것으로 확인될 경우, 상기 안전도어를 개방하고, 상기 공구 착탈장치의 체인져 암 그리퍼에 상기 공구매거진에 장착할 공구를 파지시킨 다음, 상기 안전도어를 닫고, 상기 조작반의 조작스위치를 조작하여 전후진실린더가 체인져 암을 전진시키는 체인져 암 전진단계(S400);
회동실린더를 작동시켜 상기 체인져 암이 180도 회전하여 공구가 파지된 상기 그리퍼를 상기 공구매거진 방향으로 회전시키는 체인져 암 회전단계(S500);
시프트실린더를 작동시켜 상기 공구가 파지된 그리퍼를 상기 공구매거진의 공구포트 입구로 시프트 시키는 체인져 암 시프트단계(S600);
전후진실린더를 후퇴 작동시켜 상기 그리퍼에 파지된 공구를 상기 공구매거진의 공구포트에 삽입하는 체인져 암 후진단계(S700);
시프트실린더를 작동시켜 상기 공구를 파지한 그리퍼를 상기 공구포트에 삽입된 공구로부터 분리하고 이와 동시에 상기 체인져 암을 대기 위치로 복귀시키는 체인져 암 복귀 시프트단계(S800)를 포함하는 공작기계 공구매거진의 공구 착탈장치 제어방법.
제 6 항에 있어서, 상기 체인져 암 전진단계(S400) 이후에 상기 전후진실린더가 완전하게 작동하였는지를 확인하고, 전후진실린더가 완전하게 작동하지 않은 경우 알람신호 발신과 동작의 정지를 명령하는 체인져 암 전진여부 확인단계(S410)를 추가하고,
상기 체인져 암 회전단계(S500) 이후에 상기 회동실린더가 완전하게 작동하였는지를 확인하고, 상기 회동실린더가 완전하게 작동하지 않은 경우 알람신호 발신과 동작의 정지를 명령하는 체인져 암 회전여부 확인단계(S510)를 추가하며,
상기 체인져 암 시프트단계(S600) 이후에는 상기 시프트실린더가 완전하게 작동하였는지를 확인하고, 상기 시프트실린더가 완전하게 작동하지 않은 경우 알람신호 발신과 동작의 정지를 명령하는 체인져 암 시프트여부 확인단계(S610)를 추가하고,
상기 체인져 암 후진단계(S700) 이후에 상기 전후진실린더가 완전하게 작동하였는지를 확인하고, 상기 전후진실린더가 완전하게 작동하지 않은 경우 알람신호 발신과 동작의 정지를 명령하는 체인져 암 후진여부 확인단계(S710)를 추가하는 것을 특징으로 하는 공작기계 공구매거진의 공구 착탈장치 제어방법.
조작반의 공구포트 호출스위치를 조작하면 안전펜스의 안전도어의 폐쇄를 확인하여 탈거할 공구가 장착된 공구매거진의 공구포트를 호출하는 공구포트 호출단계(R100);
상기 호출한 공구포트가 공구 착탈장치 위치로 이동하는 공구매거진 회전단계(R200);
공구 검출센서를 통해 상기 공구 착탈장치의 위치에 도착한 상기 공구포트에 공구가 존재하는지 확인하고, 상기 공구포트에 공구가 존재하지 않을 경우 알람을 발신하고 동작을 정지하는 공구검출단계(R300);
상기 공구검출단계(R300)에서 상기 공구포트에 공구가 삽입되어 있을 경우, 시프트실린더를 작동시켜 체인져 암을 상기 공구포트로 시프트시켜, 공구가 파지 되지 않은 상기 체인져 암 선단의 그리퍼가 상기 공구매거진 공구포트에 장착된 공구를 파지하는 체인져 암 시프트단계(R400);
전후진실린더를 전진 작동시켜 상기 체인져 암이 전진하여 상기 체인져 암의 그리퍼에 파지된 공구를 상기 공구매거진의 공구포트로부터 뽑아내는 체인져 암 전진단계(R500);
시프트실린더를 작동시켜 상기 체인져 암을 대기 위치로 복귀 이동시켜 상기 그리퍼에 파지된 공구를 상기 공구매거진의 공구포트로부터 이동시키는 체인져 암 복귀 시프트단계(R600);
회동실린더를 작동시켜 상기 체인져 암이 180도 회전하여 상기 공구가 파지된 그리퍼를 공구매거진의 반대 방향으로 회동시키는 체인져 암 회전단계(R700);
전후진실린더가가 후퇴 작동시켜 상기 그리퍼에 파지된 공구를 공구 탈거 위치로 이동시키는 체인져 암 후진단계(R800)를 포함하는 공작기계 공구매거진의 공구 착탈장치 제어방법.