KR20230107962A

KR20230107962A - 공작기계의 공구 파지 및 공급 장치

Info

Publication number: KR20230107962A
Application number: KR1020220003192A
Authority: KR
Inventors: 권태형
Original assignee: 주식회사 디엔솔루션즈
Priority date: 2022-01-10
Filing date: 2022-01-10
Publication date: 2023-07-18

Abstract

수직 방향으로 설치되는 공작기계(100) 램스핀들(110)과, 상기 공작기계(100)의 일 측 방향에 수직으로 설치하여 회전판(220)에 원주 방향으로 복수의 대기포트(230)를 구비하고 공구(120)를 수직으로 거치하며 램스핀들(110)과 공구(120)를 교환하는 공구교환 스테이션(200)과, 상기 공구교환 스테이션(200)과 공구교환이 가능하도록 상기 공구교환 스테이션(200)의 인접한 측면에 원통 형상으로 설치하며, 상기 원통 형상의 내부 벽면에 복수의 공구 거치대(301)를 다단으로 설치하는 타워형 공구 수납부(300)와, 상기 타워형 공구 수납부(300)의 내부 중심부에 수직 방향으로 설치하며, 하부에 회전구동부(420)와, 상기 회전구동부(420) 상부에 수직으로 설치어 상하 및 수평 방향으로 슬라이드 이동하는 공구 캐리어(410)와, 상기 공구 캐리어(410) 선단에 설치되어 자력에 의해 공구(120)를 파지하고 상기 공구교환 스테이션(200) 및 상기 타워형 공구 수납부(300)와 공구교환을 하는 공구 파지장치(500)를 포함하여 공작기계의 공구 파지 및 공급 장치를 구현함으로써, 다양한 공구(120)를 수납하는 공구 공급장치를 제공하고, 공구교환 시간을 단축하며, 나아가 공구 공급장치의 설치 면적을 최소화 할 수 있다.

Description

공작기계의 공구 파지 및 공급 장치{Tool gripping and feeding device for machine tools }

본 발명은 공구 수납부에 적재된 공구를 파지하고, 파지한 공구를 공작기계에 공급하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수직형 공작기계에서 타워형 다단 공구 수납부에 수납된 공구를 공작기계에 공급하고 또는 공자기계에 장착된 공구를 타워형 다단 공구 수납부에 반납 받는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 공작기계는 다양한 가공작업을 위해 여러 종류의 공구들을 수납한 공구매거진을 구비한다. 그러나 최근 공작기계는 다양한 가공작업을 위해 더욱 다양한 공구를 필요로 한다. 이를 위해 공작기계와 인접하여 로타리 방식이나 매트릭스방식과 같은 대규모의 공구매거진을 구비하는 추세이다. 그러나 이러한 대규모의 공구매거진은 경제적인 면에서, 또는 설치 면적에 있어서 매우 불리한 입장이 된다. 특히 수직 선반과 같은 공작기계는 스핀들이 수직방향으로 설치되고, 컴팩트한 공작기계의 구조적 특징을 고려할 때, 대규모의 공구매거진을 설치하는 것은 바람직하지 않다. 더구나 수직형 선반인 경우, 중량물인 공구를 스핀들과 동일한 수직 방향으로 거치해야 하므로 공구의 수량에 제한을 받거나, 이에 걸 맞는 대형 공구매거진을 구성하는 것이 여의치가 않다. 따라서 다양한 공구를 사용하기 위해서는 공구매거진이 더욱 대형화 되고 설치 면적이 확대됨으로 인해 설치 비용과 설치 면적에서 더욱 불리한 상황이 된다.

이와 같이 종래의 수직 선반에서는, 선반의 일 측면에 여러 종류의 공구를 수납할 수 있는 자동공구교환 장치를 설치하고, 복잡한 가공 작업 종류에 대응하여 다양한 공구들을 공급하는 데는 한계가 있다.

또한, 특허문헌 1과 같은 공구매거진 장치는 공구매거진의 외형을 원통 형상으로 구성하고, 원통형의 커버프레임 내벽면에 공구포트들이 원주방향으로 장착된 공구포트 모듈을 상하 다단으로 장착하고, 상기 커버프레임의 내부 중심부에는 회전 및 수직, 수평 이동을 동시에 수행하는 공구포트 이송체를 설치하며, 커버프레임의 일 측에는 외부와 개방된 구조의 공구포트 출입구를 형성한다. 공구포트 이송체의 선단에 장착된 그리퍼를 통해 커버프레임의 내부에 장착된 공구포트를 공구포트 출입구를 통해 외부의 공구포트 대기부와 교환함으로써 공구매거진의 크기를 줄이면서 내부에 수납되는 공구포트의 수량은 늘리는 구조를 제시하고 있다.

그러나 특허문헌 1과 같은 공구매거진 장치는, 커버프레임의 공구교환 출입구 외측에 설치되는 공구포트 대기부는 교환할 하나의 공구만을 파지하는 구조로 되어 있으며, 공구를 파지하기 위해 내부에 공구포트를 수납할 수 있는 블록을 구비하며, 블록의 일 측에는 공구를 파지하는 공압 엑츄에이터가 장착되는 복잡한 구조이다. 또한, 복잡한 형상을 가공하는 공작기계에서 짧은 시간에 다양한 공구교환이 요구될 경우, 공구포트 대기부에는 하나의 공구만을 대기 시킬 수 있으므로, 다른 공구를 교환하기 위해서는 공구포트 대기부에 수납된 공구를 교환하고 나서 공구포트 대기부가 공구를 수납 가능한 상태가 되어야만 커버프레임 내부에 설치된 그리퍼가 해당 공구를 커버프레임 내부에서 인출하여 공구포트 대기부에 교환해 놓을 수 있다. 따라서 공구교환에 많은 시간이 소요되어, 짧은 시간에 다양한 공구교환이 요구되는 가공을 할 때는 공구 교환에 따른 작업시간이 지연되는 문제가 발생한다.

한국 공개특허공보 제10-2021-0119652호

상기한 문제점들을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 수직형 선반과 같은 공작기계에서 다양한 공구를 수납하는 공구 공급장치를 구현하고, 또한 공구 교환시간을 최대한 단축하며, 나아가 공구 공급장치의 설치 면적을 최소화하는 데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 공구 공급장치 내부에서 공구 교환 시 공구의 파지부 형상의 차이에도 불구하고 하나의 공구 파지장치를 이용하여 다양한 공구를 파지할 수 있는 공구파지 장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 공작기계의 공구 파지 및 공급 장치는,

수직 방향으로 설치되며 상하 좌우로 이동하고 선단에 공구(120)를 장착하여 회전하는 램스핀들(110)을 구비한 공작기계(100)에 있어서,

상기 공작기계(100)의 일 측 방향에 설치하며 상기 램스핀들(110)과 공구(120)를 교환하는 복수의 대기포트(230)를 포함하는 공구교환 스테이션(200)과;

상기 공구교환 스테이션(200)과 공구교환이 가능하도록 상기 공구교환 스테이션(200)의 인접한 측면에 원통 형상으로 설치하며, 상기 원통 형상의 내부 벽면에 복수의 공구 거치대(301)를 다단으로 설치하는 타워형 공구 수납부(300)와;

상기 공구교환 스테이션(200)의 대기포트(230)와 상기 타워형 공구 수납부(300)의 공구 거치대(301) 사이에서 회전 및 상하 좌우 이동을 하며 공구(120)를 교환하는 공구 리프트 장치(400)를 포함하며,

상기 공구 리프트 장치(400)는 상기 타워형 공구 수납부(300)의 내부 중심부에 수직 방향으로 설치하며, 하부에는 각도 분할이 가능하게 회전하는 회전축 모터(422)와 상기 회전축 모터(422)의 회전축(427)과 함께 회전하는 로테이션 플레이트(423)를 포함하는 회전구동부(420)와, 상기 로테이션 플레이트(423) 상부에 수직으로 설치되는 수직 프레임(401)에 수평 방향으로 설치되어 상기 수직 프레임(401) 상에서 상하 방향으로 슬라이드 이동하는 공구 캐리어(410)와, 상기 공구 캐리어(410) 상에서 수평 방향으로 슬라이드 이동하는 공구 로더(416)와, 상기 공구 로더(416)의 선단에 설치되어 자력에 의해 공구(120)를 파지하고 상기 공구교환 스테이션(200)의 대기포트(230)와 상기 타워형 공구 수납부(300)의 공구 거치대(301)사이에서 공구교환을 하는 공구 파지장치(500)를 포함한다.

바람직한 실시예로, 상기 타워형 공구 수납부(300)는 상기 공구 거치대(301)가 상하 방향으로 다단으로 모듈 형식으로 설치되는 구조인 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로, 상기 공구 리프트 장치(400)의 상기 회전구동부(420)는 상기 로테이션 플레이트(423)의 원주 방향 선단에 상기 로테이션 플레이트(423)의 회전을 가이드하는 캠플로워 유닛(424)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로, 상기 공구 리프트 장치(400)의 상기 공구 캐리어(410)는 상기 수직 프레임(401) 상에서 상기 공구 캐리어(410)를 상하 방향으로 안내하는 복수의 가이드웨이(402)와, 상기 공구 캐리어(410)를 상하 방향으로 이동시키는 볼스크류(403)와, 상기 볼스크류(403)를 구동하는 상하 이송모터(404)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로, 상기 공구 리프트 장치(400)의 상기 공구 캐리어(410)는 일 측면에 설치되는 공구 로딩모터(412)와, 상기 공구 로딩모터(412)의 출력 축인 모터샤프트(413)에 결합되는 제1피니언 기어(414)와, 상기 제1피니언 기어(414)와 치합하여 선택적으로 출몰하는 제1랙기어(415)와, 상기 제1랙기어(415)에 길이 방향으로 설치되며 선단에 상기 공구 파지장치(500)를 설치하는 공구 로더(416)와, 상기 공구 캐리어(410) 몸체 바닥에 지지되어 상기 제1랙기어(415)를 가이드하는 공구 로더 가이드(417)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로, 상기 공구 파지장치(500)는 상기 공구 캐리어(410)의 공구 로더(416) 선단에 설치하며, 몸체를 형성하는 마그네틱 홀더 베이스(511)와, 상기 마그네틱 홀더 베이스(511)에 수직 방향으로 형성되어 상기 공구(120)의 경사진 생크부(121)와 결합되는 경사 홀(512)과, 상기 경사 홀(512)의 인접한 양 측면 상기 마그네틱 홀더 베이스(511)에 서로 마주 보는 방향으로 한 쌍의 마그네틱 홀더(510)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로, 상기 한 쌍의 마그네틱 홀더(510)는 각각 비자성체인 알루미늄 플레이트(516)를 사이에 두고 양 측으로 N극(515)과 S극(517)으로 이루어지는 외부 자성체(513)와, 상기 한 쌍의 외부 자성체(513)의 내부에 상기 외부 자성체(513)의 자극 방향과 동일 또는 반대 방향으로 회전 가능하게 설치되는 N극(515)과 S극(517)으로 이루어지는 내부 자성체(514)로 이루어지며,

상기 한 쌍의 외부 자성체(513)는 상기 경사 홀(512)을 가운데 두고 서로 마주보는 방향으로 자극을 서로 반대가 되도록 배치하고, 상기 내부 자성체(514)의 중심부에는 상기 내부 자성체(514)를 회전시킬 수 있는 마그네틱 샤프트(518)가 상기 마그네틱 홀더 베이스(511)의 외부로 연장되게 설치하며, 상기 마그네틱 샤프트(518) 선단에는 제2피니언 기어(519)가 형성되고, 상기 제2피니언 기어(519)는 상기 마그네틱 홀더 베이스(511) 상에서 슬라이드 가능하게 설치되는 제2랙기어(520)와 치합되고, 상기 마그네틱 홀더 베이스(511)의 일측에는 실린더 로드(523)가 출몰 작동하는 유체 실린더(521)를 설치하고, 상기 실린더 로드(523)의 선단에는 길이 방향으로 상기 제2랙기어(520)의 일측 선단과 연결되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로, 상기 마그네틱 홀더 베이스(511)의 일측에는 상기 제2랙기어(520)의 이동 동작과 연동되는 도그 핀(524)을 이동 가능하게 설치하고, 상기 도그 핀(524)의 이동 범위의 양단에는 상기 도그 핀(524)의 접촉을 검출하는 전후진 감지센서(525)를 설치하는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로, 상기 마그네틱 홀더(510)의 하단 상기 경사 홀(512)의 일 측면에는 상기 공구 파지장치(500)가 공구(120)를 파지하기 위해 하강 할 때 상기 공구(120)의 키홈(122)과 결합하는 위치결정 키(526)가 형성된 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로, 상기 경사 홀(512)의 일 측면에는 상기 경사 홀(512)의 내부로 탄력 돌출되는 공구검출 도그(527)를 설치하고, 상기 공구검출 도그(527)의 후단에는 상기 공구검출 도그(527)의 돌출 여부를 검출하는 공구 검출센서(528)를 설치한 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로, 상기 공구 파지장치(500)는 상기 공구 캐리어(410)의 공구 로더(416) 선단에 설치되며, 몸체를 형성하는 마그네틱 홀더 베이스(511)와, 상기 마그네틱 홀더 베이스(511)에 수직 방향으로 형성되어 상기 공구(120)의 경사진 생크부(121)와 결합되는 경사 홀(512)과, 상기 경사 홀(512)의 원주 방향 둘레에 전류를 인가 또는 차단함으로써 상기 공구(120)를 상기 경사 홀(512)에 파지 또는 파지 해지하는 전자석(530)을 설치한 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로, 상기 공구교환 스테이션(200)은 상기 공작기계(100)의 일 측 방향에 수직으로 설치하는 서포트 프레임(210)과, 상기 서포트 프레임(210)의 상부에 수평 방향으로 회전 가능하게 설치하는 회전판(220)과, 상기 회전판(220)에 원주 방향으로 공구(120)를 수직으로 거치한 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로, 상기 공구교환 스테이션(200)의 회전판(220) 상에 설치되는 상기 대기포트(230)는 상기 공구 캐리어(410)와 일직선으로 정렬되었을 때 상기 대기포트(230)의 수직 방향 중심이 상기 공구 캐리어(410)의 공구 로더(416)가 상기 대기포트(230) 방향으로 전진 했을 때 상기 공구 로더(416)의 선단에 설치된 상기 공구 파지장치(200)의 수직 방향 중심과 동일 수직선 상에 정렬되도록 설치한 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로, 상기 공작기계(100)의 램스핀들(110)과 상기 공구교환 스테이션(200)의 대기포트(230)와, 상기 공구 로더(416)에 설치된 공구 파지장치(500)와, 상기 타워형 공구 수납부(300)에 설치된 공구 거치대(301)는 모두 수직 방향으로 설치된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 수직형 선반과 같은 공작기계에서 가공할 공작물의 형상이 복잡해지고 자동화가 진척됨에 따라 가공작업에 소요되는 더 많은 수의 다양한 공구를 수납하는 공구 공급장치를 제공하고, 또한 공작기계에 공구를 교환하는 시간을 최대한 단축하며, 나아가 공구 공급장치의 설치 면적을 최소화 할 수 있다.

또한, 본 발명은 공구 공급장치 내부에서 공구 교환 시 공구 종류에 따른 공구 파지부의 형상의 차이에도 불구하고 하나의 공구 파지 장치를 이용하여 공구를 파지 할 수 있게 구현함으로써, 공구 파지 장치를 간소화 하고 나아가 공구 교환 시간을 단축 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예로서, 타워형 공구 공급장치를 구비한 공작기계의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예로서, 타워형 공구 공급장치를 구비한 공작기계의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예로서, 공구 리프트 장치 하부에 설치되는 회전구동부의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예로서, 공구 리프트 장치 상부에 설치되는 공구 케리어의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예로서, 공구 케리어에 설치되는 공구 공구 캐리어 구동부 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예로서, 공구 캐리어 선단부에 설치되는 공구 파지장치의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예로서, 영구자석 방식의 공구 파지장치 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예로서, 영구자석 방식의 공구 파지장치 작동 개념도이다.
도 9는 본 발명의 실시예로서, 공구 유무 확인 구조를 나타내는 공구 파지장치의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 실시예로서, 타워형 공구 공급장치에 사용하는 공구 유형을 나타내는 공구 사시도이다.
도 11은 본 발명의 실시예로서, 영구자석 방식의 공구 파지장치 작동 상태도이다.
도 12는 본 발명의 실시예로서, 전자석 방식의 공구 파지장치 단면도이다.
도 13a는 본 발명의 실시예로서, 공작기계 공구 공급장치의 공구 공급 동작(공구교환 스테이션에서 타워형 공구 수납부로 반납하는 동작) 순서도이다.
도 13b는 본 발명의 실시예로서, 공작기계 공구 공급장치의 공구 공급 동작(타워형 공구 수납부에서 공구교환 스테이션으로 공급하는 동작) 순서도이다.

이하, 도 1 내지 도 13을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예로서, 타워형 공구 공급장치를 구비한 공작기계의 평면도이다. 도 2는 본 발명의 실시예로서, 타워형 공구 공급장치를 구비한 공작기계의 단면도이다. 도 3은 본 발명의 실시예로서, 공구 리프트 장치 하부에 설치되는 회전구동부(420)의 단면도이다. 도 4는 본 발명의 실시예로서, 공구 리프트 장치 상부에 설치되는 공구 케리어의 평면도이다. 도 5는 본 발명의 실시예로서, 공구 케리어에 설치되는 공구 공구 캐리어 구동부 단면도이다.

도 1,2에 도시한 바와 같이, 공작기계(100)의 공구 공급 장치는 공작기계(100)의 일측에 설치되는 타워형 공구 수납부(300)를 설치하되, 상기 타워형 공구 수납부(300)와 공작기계(100) 사이에는 공구교환 스테이션(200)을 설치한다.

도 1,2에 도시한 바와 같이, 상기 공작기계(100)에는 수직 방향으로 설치되며 상하 좌우로 이동하고 선단에 공구(120)를 장착하여 회전을 통해 공작물을 가공하는 램스핀들(110)을 구비한다.

상기 공구교환 스테이션(200)은 상기 공작기계(100)의 일 측 방향에 수직으로 설치하는 서포트 프레임(210)과, 상기 서포트 프레임(210)의 상부에 수평 방향으로 회전 가능하게 설치하는 회전판(220)과, 상기 회전판(220)에는 원주 방향으로 공구(120)를 수직으로 거치하며 상기 공작기계(100)의 램스핀들(110)과 공구교환을 하는 복수의 대기포트(230)를 설치한다.

또한, 타워형 공구 수납부(300)는 상기 공구교환 스테이션(200)과 공구교환이 가능하도록 상기 공구교환 스테이션(200)의 인접한 측면에 원통 형상으로 설치하며, 상기 원통 형상의 내부 벽면에는 복수의 공구 거치대(301)를 다단으로 설치한다. 상기 공구 거치대(301)는 상하 방향으로 다단으로 모듈 형식으로 증설 할 수 있는 구조이다.

상기 타워형 공구 수납부(300)의 내부 중심부에 수직 방향으로 설치하며, 회전과 상하 이동이 가능하며 선단에 공구(120)를 착탈하는 공구 파지장치(500)를 구비한 공구 리프트 장치(400)를 설치한다.

도 3에 도시한 바와 같이, 상기 공구 리프트 장치(400)는 하부 바디(421)에는 각도 분할이 가능하게 회전하는 회전축 모터(422)와, 상기 회전축 모터(422)의 회전을 감속시켜 회전토크를 증가시키는 감속기(425)와, 상기 감속기(425)의 풀리에 연동하는 타이밍벨트(426)를 통해 동력을 전달 받아 회전하는 회전축(427)과, 상기 회전축(427) 상부에 고정되어 상기 회전축(427)과 함께 회전하는 로테이션 플레이트(423)를 포함하는 회전구동부(420)를 구비한다.

한편, 상기 로테이션 플레이트(423)의 원주 방향 선단에는 캠플로워 유닛(424)을 설치하여 상기 로테이션 플레이트(423)의 상부에 설치하는 상기 공구 리프트 장치(400)의 하중을 회전 지지한다.

도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 로테이션 플레이트(423) 상부에는 수직 방향으로는 수직 프레임(401)을 설치한다. 상기 수직 프레임(401) 상에는 상기 수직 프레임(401) 상에서 상하 방향으로 이동하며 수평 방향으로 슬라이드 이동하여 상기 타워형 공구 수납부(300)와 상기 공구교환 스테이션(200) 간에 공구(120)를 이동시키는 공구 캐리어(410)를 설치한다.

또한, 상기 수직 프레임(401) 상에는 상기 공구 캐리어(410)를 상하 방향으로 안내하는 복수의 가이드웨이(402)를 설치하고, 또한 상기 수직 프레임(401) 상에는 상기 공구 캐리어(410)를 상하 방향으로 이동시키는 볼스크류(403)와 상기 볼스크류(403)를 구동하는 상하 이송모터(404)를 설치한다.

도 4,5에 도시한 바와 같이, 상기 공구 캐리어(410)는 일 측면에 공구 로딩모터(412)가 설치되고, 상기 공구 로딩모터(412)의 출력 축인 모터샤프트(413)에는 제1피니언 기어(414)가 결합하며, 또한 상기 공구 캐리어(410)의 길이 방향으로는 상기 제1피니언 기어(414)와 치합하여 상기 타워형 공구 수납부(300) 또는 상기 공구교환 스테이션(200) 방향으로 출몰하는 제1랙기어(415)를 설치한다.

한편 상기 제1랙기어(415)에는 길이 방향으로 공구 로더(416)를 설치하고, 상기 공구 로더(416)의 선단에는 상기 공구 파지장치(500)를 설치한다. 또한, 상기 제1랙기어(415) 하부에는 상기 공구 캐리어(410) 몸체 바닥에 지지되어 상기 제1랙기어(415)를 가이드하는 공구 로더 가이드(417)를 설치한다.

도 6은 본 발명의 실시예로서, 공구 캐리어 선단부에 설치되는 공구 파지장치의 사시도이다. 도 7은 본 발명의 실시예로서, 영구자석 방식의 공구 파지장치 단면도이다. 도 8은 본 발명의 실시예로서, 영구자석 방식의 공구 파지장치 작동 개념도이다. 도 9는 본 발명의 실시예로서, 공구 유무 확인 구조를 나타내는 공구 파지장치의 단면도이다. 도 10은 본 발명의 실시예로서, 타워형 공구 공급장치에 사용하는 공구 유형을 나타내는 공구 사시도이다.

도 6 내지 도 8에 도시한 바와 같이, 공구 파지장치(500)는 실제 가공에 사용되거나 사용이 완료된 공구(120)를 공구교환 스테이션(200)으로부터 타워형 공구 수납부(300)의 공구 거치대(301)로 반납하거나, 또는 사용 할 공구(120)를 공구 거치대(301)로부터 반출하기 위한 장치이다.

상기 공구 파지장치(500)는 상기 공구 로더(416)의 선단에 설치되어 몸체를 형성하는 마그네틱 홀더 베이스(511)와, 상기 마그네틱 홀더 베이스(511)에 수직 방향으로 형성되어 공구(120)의 경사진 생크부(121)와 결합되는 경사 홀(512)을 구비한다. 또한 상기 공구 파지장치(500)는 상기 경사 홀(512)의 인접한 양 측면 상기 마그네틱 홀더 베이스(511)에 서로 마주 보는 방향으로 한 쌍의 마그네틱 홀더(510)가 설치된다. 상기 한 쌍의 마그네틱 홀더(510)는 각각 비자성체인 알루미늄 플레이트(516)를 사이에 두고 양 측으로 N극(515)과 S극(517)으로 이루어지는 외부 자성체(513)와, 상기 한 쌍의 외부 자성체(513)의 내부에 상기 외부 자성체(513)의 자극 방향과 동일 또는 반대 방향으로 회전 가능하게 설치되는 N극(515)과 S극(517)으로 이루어지는 내부 자성체(514)를 설치한다.

상기 한 쌍의 외부 자성체(513)는 상기 경사 홀(512)을 가운데 두고 서로 마주보는 방향으로 자극이 서로 반대가 되도록 배치한다. 상기 내부 자성체(514)의 중심부에는 상기 내부 자성체(514)를 회전시킬 수 있는 마그네틱 샤프트(518)가 상기 마그네틱 홀더 베이스(511)의 외부로 연장되어 설치된다. 상기 마그네틱 샤프트(518) 선단에는 제2피니언 기어(519)가 형성된다. 상기 제2피니언 기어(519)는 상기 마그네틱 홀더 베이스(511) 상에서 슬라이드 가능하게 설치되는 제2랙기어(520)와 치합되게 설치한다.

한편, 상기 마그네틱 홀더 베이스(511)의 일측에는 유체로 작동하여 실린더 로드(523)가 출몰 작동하는 유체 실린더(521)를 설치하고, 상기 실린더 로드(523)의 선단에는 길이 방향으로 상기 제2랙기어(520)의 일측 선단이 연결된다.

따라서 상기 유체 실린더(521)는 유체출입포트(522)를 통해 유체가 공급 및 배출됨에 따라 실린더 로드(523)가 출몰하여, 상기 실린더 로드(523)에 연결된 상기 제2랙기어(520)가 전후진하여 상기 제2피니언 기어(519)를 180도 회전시키고, 상기 제2피니언 기어(519)의 회전에 따라 상기 마그네틱 샤프트(518)가 회전하면서 상기 내부 자성체(514)의 자극을 상기 외부 자성체(513)의 자극과 동일 또는 반대 방향으로 회전시킴으로써 상기 마그네틱 홀더(510)에 자력을 발생시키기도 하고, 자력을 소멸시키기도 한다.

즉 상기 내부 자성체(514)의 자극이 상기 외부 자성체(513)의 자극과 반대 방향이 될 때는 상기 마그네틱 홀더(510)에는 자력이 발생하고, 상기 내부 자성체(514)의 자극이 상기 외부 자성체(513)의 자극과 동일 방향이 될 때는 상기 마그네틱 홀더(510)에는 자력이 소멸한다.

이와 같이, 상기 마그네틱 홀더(510)에 자력이 발생하면 공구 파지장치(500)는 공구(120)를 파지할 수 있는 상태가 되고, 상기 마그네틱 홀더(510)에 자력이 발생하지 않으면 공구 파지장치(500)는 공구(120)를 파지할 수 없는 상태가 된다.

한편, 상기 마그네틱 홀더 베이스(511)의 일측에는 상기 제2랙기어(520)의 이동 동작과 연동되는 도그 핀(524)을 이동 가능하게 설치하고, 상기 도그 핀(524)의 이동 범위의 양단 상기 마그네틱 홀더 베이스(511)에는 상기 도그 핀(524)의 접촉을 검출하는 전후진 감지센서(525)를 설치한다. 따라서 상기 실린더 로드(523)에 연동하는 상기 제2랙기어(520)가 전후진하여 상기 상기 마그네틱 홀더(510)에 자력이 발생한 상태인지 또는 자력이 소멸한 상태인지를 검출한다.

즉, 상기 제2랙기어(520)가 전진하여 상기 마그네틱 샤프트(518)를 회전시켜 상기 내부 자성체(514)의 자극이 상기 외부 자성체(513)의 자극과 반대 방향이 되면 상기 마그네틱 홀더(510)에 자력이 발생되고, 이와 동시에 상기 도그 핀(524)은 상기 마그네틱 홀더(510)에 자력이 발생하였음을 검출하는 일측 전후진 감지센서(525)에 근접하여 신호를 인가하게 된다. 반면에 상기 제2랙기어(520)가 전진 후 후진하여 상기 마그네틱 샤프트(518)를 반대로 회전시켜 상기 내부 자성체(514)의 자극이 상기 외부 자성체(513)의 자극과 동일한 방향이 되면 상기 마그네틱 홀더(510)에 자력이 소멸하고, 이와 동시에 상기 도그 핀(524)은 상기 마그네틱 홀더(510)에 자력이 소멸하였음을 검출하는 반대 측 전후진 감지센서(525)에 근접하여 신호를 인가하게 된다.

이와 같이, 상기 제2랙기어(520)와 연동하는 상기 도그 핀(524) 및 전후진 감지센서(525)에 의해 상기 공구 파지장치(500)가 공구(120)를 파지할 수 있는 상태인지 아닌지를 검출할 수 있다.

또한, 상기 마그네틱 홀더(510)의 하단 상기 경사 홀(512)의 일 측면에는 상기 공구 파지장치(500)가 공구(120)를 파지하기 위해 하강 할 때 상기 공구(120)의 키홈(122)과 결합하는 위치결정 키(526)가 형성된다. 상기 위치결정 키(526)는 공구(120)가 상기 마그네틱 홀더(510)에 의해 상기 경사 홀(512)에 파지될 때 공구(120)의 원주방향 위치가 정위치에 파지되었는지를 확인하기 위한 수단으로 활용된다. 이에 대한 기능은 하기에서 설명한다.

한편, 도 9에 도시한 바와 같이, 상기 경사 홀(512)의 일 측면에는 상기 경사 홀(512)의 내부로 탄성에 의해 돌출되는 공구검출 도그(527)를 설치하고, 상기 공구검출 도그(527)의 후단에는 상기 공구검출 도그(527)의 돌출 여부를 검출하는 공구 검출센서(528)를 설치한다. 따라서 상기 경사 홀(512)에 공구(120)의 생크부(121)가 삽입되면 돌출되었던 상기 공구검출 도그(527)가 후퇴되어 상기 공구 검출센서(528)에 검출됨으로써 상기 공구 파지장치(500)의 경사 홀(512)에 공구(120)가 정상적으로 삽입되었음을 인식하게 된다.

이와 같이, 상기 마그네틱 홀더(510)의 하단 상기 경사 홀(512)의 일 측면에 설치된 상기 위치결정 키(526)가 공구(120)의 키홈(122)과 정상적으로 결합하고, 또한, 상기 공구 검출센서(528)가 상기 공구검출 도그(527)의 후퇴를 검출함으로써 공구(120)가 상기 마그네틱 홀더(510)에 의해 상기 경사 홀(512)의 정위치에 정상적으로 삽입되어 파지 되었음을 인식할 수 있다.

도 10은 본 발명의 실시예로서, 타워형 공구 공급장치에 사용하는 공구 유형을 나타내는 공구 사시도이다. 도 11은 본 발명의 실시예로서, 영구자석 방식의 공구 파지장치 작동 상태도이다.

도 10과 도 11에 도시한 것처럼, 상기 경사 홀(512)에 삽입 파지되는 상기 공구(120)는 상기 경사 홀(512)의 경사면과 동일한 구배를 가지는 생크부(121)와 상기 마그네틱 홀더(510)의 하단 상기 경사 홀(512)의 일 측면에 설치된 상기 위치결정 키(526)와 결합되는 키홈(122)을 구비한다. 따라서 상기 마그네틱 홀더(510)에 파지되는 공구(120)는 생크부(121) 후단의 구조에 상관없이 상기 경사 홀(512)의 경사면과 일치하는 생크부(121)와, 키홈(122)만 구비하면 선삭 공구(120)이든 밀링 공구(120)이든 공구(120)의 종류에 상관없이 상기 마그네틱 홀더(510)를 이용하여 파지 될 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예로, 상기 공구 파지장치(500)를 전자석 방식으로 구현할 수도 있다. 도 12는 본 발명의 실시예로서, 전자석 방식의 공구 파지장치 단면도이다. 도 12에 도시한 것처럼, 상기 공구 파지장치(500)는 상기 상기 마그네틱 홀더(510)에 대응하여 상기 경사 홀(512)의 원주 방향 둘레에 전자석(530)을 설치하여 구현한 것이다. 또한, 상기 전자석(530)의 하단 상기 경사 홀(512)의 일 측면 마그네틱 홀더 베이스(511)에는 공구(120)의 키홈(122)과 결합하는 위치결정 키(526)를 구비하고, 또한 상기 경사 홀(512)의 일 측면에는 상기 경사 홀(512)의 내부로 탄성에 의해 돌출되는 공구검출 도그(527)를 설치하고, 상기 공구검출 도그(527)의 후단에는 상기 공구검출 도그(527)의 돌출 여부를 검출하는 공구 검출센서(528)를 설치한다.

따라서 상기 전자석(530)을 이용한 공구 파지장치(500)는 상기 마그네틱 홀더(510)를 이용한 것과 마찬가지로, 상기 전자석(530) 하단 상기 경사 홀(512)의 일 측면에 설치된 상기 위치결정 키(526)가 공구(120)의 키홈(122)과 정상적으로 결합하고, 또한, 상기 공구 검출센서(528)가 상기 공구검출 도그(527)의 후퇴를 검출함으로써 공구(120)가 상기 경사 홀(512)의 정위치에 정상적으로 삽입되어 파지 되었음을 인식할 수 있다.

한편, 상기 전자석(530)은 전류를 인가 또는 차단함으로써 공구(120)를 상기 경사 홀(512)에 파지 또는 파지 해지를 할 수 있다.

한편, 상기 공구교환 스테이션(200)의 회전판(220) 상에 설치되는 상기 대기포트(230)들은 상기 공구 캐리어(410)와 일직선으로 정렬되었을 때 상기 대기포트(230)의 수직 방향 중심이 상기 공구 캐리어(410)의 공구 로더(416)가 상기 대기포트(230) 방향으로 전진 했을 때 상기 공구 로더(416)의 선단에 설치된 공구 파지장치(200)의 수직 방향 중심과 동일 수직선 상에 정렬되도록 설치된다.

또한, 공작기계(100)의 램스핀들(110)과 상기 공구교환 스테이션(200)의 대기포트(230), 상기 공구 로더(416)에 설치된 공구 파지장치(500)와 타워형 공구 수납부(300)에 설치된 공구 거치대(301)는 동일하게 모두 수직 방향으로 설치되어, 상기 램스핀들(110)과 상기 대기포트(230) 간의 공구교환 시, 상기 상기 대기포트(230)와 상기 공구 파지장치(500) 간의 공구교환 시, 상기 공구 파지장치(500)와 상기 공구 거치대(301) 간의 공구교환 시 공구(120)의 방향을 바꾸지 않고 모두 공구(120)를 수직 방향으로 유지한 채 교환 할 수 있다. 따라서 공구교환을 위해 공구(120)의 자세를 바꾸는 별도의 공구교환 장치를 필요로 하지 않을 뿐만 아니라, 다양한 공구(120)를 빠르게 교환 할 수 있다.

이하에서는 상기 실시예와 같이 구성된 본 발명, 공작기계의 공구 공급 장치의 작동을 살펴본다.

도 13a는 본 발명의 실시예로서, 공작기계 공구 공급장치의 공구 공급 동작(공구교환 스테이션에서 타워형 공구 수납부로 반납하는 동작) 순서도이다. 도 13b는 본 발명의 실시예로서, 공작기계 공구 공급장치의 공구 공급 동작(타워형 공구 수납부에서 공구교환 스테이션으로 공급하는 동작) 순서도이다.

먼저 도 13a를 참고하여 공구교환 스테이션(200)에서 타워형 공구 수납부(300)로 공구(120)를 반납하는 동작을 설명한다. 다만, 이하 S1 내지 S12의 동작 과정 설명에서, 언급하지 않은 구성부품의 동작에 대해서는 상기 본 발명 구조에 대한 실시예 설명을 참조하면 충분히 이해할 수 있으므로 본 동작 설명에서는 생략한다.

(S1 동작)

공구교환 스테이션(200)이 회전하여 교환할 공구(120)가 거치된 대기포트(230)가 타워형 공구 수납부(300)의 공구 캐리어(410)와 일직선이 될 수 있는 위치로 정렬된다. 이 때 타워형 공구 수납부(300)의 공구 리프트 장치(400)는 상하 이송모터(404)의 회전에 의해 공구 캐리어(410)를 상기 공구교환 스테이션(200)의 대기포트(230)와 공구교환 할 수 있는 높이로 이동시키고, 동시에 하부의 회전구동부(420)의 회전에 의해 공구 캐리어(410)가 상기 공구교환 할 대기포트(230)와 일직선으로 정렬되도록 회전시킨다.

이어서 공구 캐리어 구동부(411)에 의해 공구 파지장치(500)를 수평 방향으로 이동시켜 경사 홀(512) 중심이 공구교환 스테이션(200)의 대기포트(230) 상의 교환할 공구(120)의 수직 방향 중심과 일치하도록 한다. 이어서 상하 이송모터(404)의 회전에 의해 공구 캐리어(410)를 아래로 이동시켜 공구(120)의 생크부(121)가 공구 파지장치(500)의 경사 홀(512)에 삽입되도록 한다. 이 때 전후진 감지센서(525)와 공구 검출센서(528)에 의해 공구(120)가 경사 홀(512)의 정위치에 정확하게 안착된 것이 확인되면, 공구 파지장치(500)의 실린더(521)가 전진 작동하는 것에 의해 마그네틱 홀더(510)의 내부 자성체(514)가 회동하면서 마그네틱 홀더(510)에 자력을 형성하여 대기포트(230)의 공구(120)을 자력에 의해 파지한다. 이어서 공구 캐리어(410)는 상하 이송모터(404)에 의해 위로 이동하여 대기포트(230)로부터 공구(120)을 분리하고, 이어서 공구 로딩모터(412)를 회전시켜 공구 캐리어(410)가 타워형 공구 수납부(300) 내에서 회전할 때 공구(120)를 파지한 공구 파지장치(500)가 타워형 공구 수납부(300)의 공구 거치대(301)에 부딪히지 않도록 일정 거리만큼 후퇴 이동 시킨다.

(S2 동작)

이어서 공구 캐리어(410)는 공구 리프트장치(400) 하부의 회전구동부(420)에 의해 공구 파지장치(500)에 파지된 공구(120)가 거치될 타워형 공구 수납부(300)의 공구 거치대(301)와 동일한 방향이 되도록 회전한다.

(S3 동작)

이어서 상하 이송모터(404)의 회전에 의해 공구 캐리어(410)를 상하 방향으로 이동시켜 공구 파지장치(500)에 파지된 공구(120)가 타워형 공구 수납부(300)의 공구 거치대(301)와 공구교환을 할 수 있는 높이가 되도록 한다.

(S4 동작)

이어서 공구 캐리어 구동부(411)의 공구 로딩모터(412)에 의해 공구 로더(416)가 전진하면서 공구 로더(416)에 장착된 공구(120)를 파지한 공구 파지장치(500)가 타워형 공구 수납부(300)의 공구 거치대(301) 상부로 수평 이동된다. 이 때 공구 파지장치(500)에 파지된 공구(120)의 중심은 공구(120)가 거치된 타워형 공구수납부(300)의 공구 거치대(301)의 중심과 일치하는 위치가 된다. 이어서 상하 이송모터(404)의 회전에 의해 공구 캐리어(410)가 아래로 이동하면서 공구 파지장치(500)에 파지된 공구(120)를 타워형 공구수납부(300)의 공구 거치대(301)에 안착 시킨다.

(S5 동작)

다음으로 공구 캐리어(410)에 설치된 실린더(521)가 후진 작동하는 것에 의해 마그네틱 홀더(510)의 내부 자성체(514)가 반대 반향으로 회동하면서 마그네틱 홀더(510)의 자력을 소멸시켜 공구 파지장치(500)의 공구(120)를 타워형 공구 수납부(300)의 공구 거치대(301)에 거치시킨다. 이어서 상하 이송모터(404)의 회전에 의해 공구 캐리어(410)가 위로 이동하면서 공구 파지장치(500)는 타워형 공구수납부(300)의 공구 거치대(301)에 안착된 공구(120)로부터 분리된다.

(S6 동작)

이어서 공구 로딩모터(412)에 의해 공구 캐리어(410)가 후진하면서 공구 파지장치(500)는 타워형 공구 수납부(300)의 공구 거치대(301) 상부로부터 수평 방향으로 후퇴 이동된다. 따라서 공구 캐리어(410)가 타워형 공구 수납부(300) 내에서 회전하더라도 공구 파지장치(500)가 타워형 공구 수납부(300)의 공구 거치대(301)에 부딪히지 않게 되고, 이로써 공구교환 스테이션(200)에서 타워형 공구 수납부(300)로 공구(120)를 반납하는 공구교환 동작을 완료한다.

다음으로 도 13b를 참고하여 타워형 공구 수납부(300)에서 공구교환 스테이션(200)으로 공구(120)를 공급하는 동작을 설명한다.

(S7 동작)

공구 리프트 장치(400) 하부의 회전구동부(420)의 회전에 의해 공구 캐리어(410)가 교환할 공구(120)가 거치된 타워형 공구 수납부(300)의 공구 거치대(301)와 일직선으로 정렬되도록 회전한다. 이와 동시에 상하 이송모터(404)의 회전에 의해 공구 캐리어(410)를 위 또는 아래로 이동시켜 공구 파지장치(500)가 교환할 공구(120)가 거치된 타워형 공구수납부(300)의 공구 거치대(301)의 공구교환 높이로 이동한다.

(S8 동작)

이어서 공구 로딩모터(412)에 의해 공구 캐리어(410)가 전진하면서 공구 파지장치(500)가 파지할 공구(120)가 거치된 타워형 공구 수납부(300)의 공구 거치대(301)의 상부로 수평 이동한다. 이 때 공구 파지장치(500)의 경사 홀(512)의 중심은 파지할 공구 공구(120)의 중심과 일치하는 위치가 된다.

(S9 동작)

이어서 상하 이송모터(404)에 의해 공구 캐리어(410)가 아래로 이동하면 공구 파지장치(500)의 경사 홀(512)에 공구(120)의 생크부(121)가 삽입되고, 이 때 전후진 감지센서(525)와 공구 검출센서(528)에 의해 공구(120)가 경사 홀(512)의 정위치에 정확하게 안착된 것이 확인되면, 공구 파지장치(500)의 실린더(521)가 전진 작동하는 것에 의해 마그네틱 홀더(510)의 내부 자성체(514)가 회동하면서 마그네틱 홀더(510)에 자력을 형성하여 공구 거치대(301)에 거치된 공구(120)을 파지한다.

(S10 동작)

이어서 공구 캐리어(410)는 상하 이송모터(404)의 회전에 의해 위로 이동하여 공구 파지장치(500)는 공구 거치대(301)로부터 공구(120)을 분리시키고, 이어서 공구 로딩모터(412)를 회전시켜 공구 캐리어(410)가 타워형 공구 수납부(300) 내에서 회전할 때 공구(120)를 파지한 공구 파지장치(500)가 타워형 공구 수납부(300)의 공구 거치대(301)에 부딪히지 않도록 일정 거리만큼 후퇴 이동 시킨다.

(S11 동작)

이어서 타워형 공구 수납부(300) 하부의 회전구동부(420)의 회전에 의해 공구 캐리어(410)는 공구교환 스테이션(200)의 대기포트(230)와 일직선으로 정렬되도록 회전한다. 이때 공구교환 스테이션(200)도 회전하여 공구 파지장치(500)의 공구(120)를 거치할 대기포트(230)가 공구 캐리어(410)와 공구교환 위치가 되도록 일직선으로 정렬된다.

이어서 상하 이송모터(404)의 회전에 의해 공구 캐리어(410)가 아래로 이동하면서 공구 파지장치(500)에 파지된 공구(120)를 공구교환 스테이션(200)의 대기포트(230)에 거치 시킨다.

이어서 실린더(521)가 후진 작동하는 것에 의해 마그네틱 홀더(510)의 내부 자성체(514)가 반대 반향으로 회동하면서 마그네틱 홀더(510)의 자력을 소멸시켜 공구 파지장치(500)가 공구(120)를 파지한 상태로부터 해제 되도록 한다..

(S12 동작)

이어서 상하 이송모터(404)의 회전에 의해 공구 캐리어(410)를 위로 이동시켜 공구 파지장치(500)가 공구교환 스테이션(200)의 대기포트(230)에 거치된 공구(120)로부터 분리도록 한다. 이어서 공구 로딩모터(412)에 의해 공구 캐리어(410)가 후진하면서 공구 파지장치(500)는 공구교환 스테이션(200)의 대기포트(230) 상부로부터 수평 방향으로 후퇴 이동된다. 따라서 공구 캐리어(410)는 타워형 공구 수납부(300) 내에서 회전하더라도 공구 파지장치(500)가 공구교환 스테이션(200)의 대기포트(230)나 타워형 공구 수납부(300)의 공구 거치대(301)에 부딪히지 않게 되고, 이로써 타워형 공구 수납부(300)에서 공구교환 스테이션(200)으로 공구(120)를 공급하는 공구교환 동작을 완료한다.

추가적으로, 공작기계(100)의 램스핀들(110)과 공구교환 스테이션(200) 간의 공구교환 동작에 대해 설명한다.

먼저, 공작기계(100)의 램스핀들(110)이 공구교환 스테이션(200)으로부터 공구(120)를 가져오는 과정은, 공구교환 스테이션(200)이 회전하여 교환할 공구(120)가 거치된 대기포트(230)가 공작기계(100) 방향으로 정렬된다. 이어서 공작기계(100)의 램스핀들(110)이 교환할 공구(120)가 거치된 공구교환 스테이션(200)의 대기포트(230) 상부로 이동한다. 이어서 램스핀들(110)이 하강하여 대기포트(230)에 거치된 공구(120)를 클램핑한 후 대기포트(230)로부터 공구(120)을 이탈시켜 가공 위치로 이동한다.

다음으로, 공작기계(100)의 램스핀들(110)에 장착된 공구(120)를 공구교환 스테이션(200)에 반납하는 과정은, 반납할 공구(120)가 장착된 공작기계(100)의 램스핀들(110)을 공구교환 스테이션(200)의 상부로 이동 시키고, 이와 동시에 공구교환 스테이션(200)은 공구(120)를 반납 받을 대기포트(230)를 램스핀들(110) 하부 위치로 회전시킨다. 이어서 램스핀들(110)이 하강하여 램스핀들(110)에 장착된 공구(120)를 대기포트(230)에 거치한 후, 램스핀들(110)은 공구(120)의 클램핑을 해제한 후 반납한 공구(120)가 거치된 대기포트(230)의 상부로 이동함으로써 공구(120)의 반납을 완료한다.

상기 실시예들을 통해 설명한 바와 같이, 본 발명은 수직형 선반과 같은 공작기계(100)에서 가공할 공작물의 형상이 복잡해지고 자동화가 진척됨에 따라 가공작업에 소요되는 더 많은 수의 다양한 공구(120)를 수납하는 공구 공급장치를 제공하고, 또한 공작기계(100)에 공구(120)를 교환하는 시간을 최대한 단축하며, 나아가 공구 공급장치의 설치 면적을 최소화 할 수 있다.

또한, 본 발명은 공구 공급장치 내부에서 공구교환 시 공구(120) 종류에 따른 공구 파지부의 형상의 차이에도 불구하고 하나의 공구 파지장치(500)를 이용하여 다양한 공구(120)를 파지 할 수 있다. 나아가 공구 파지장치(500)를 간소화 하고, 공구교환 시간을 단축 할 수 있다.

100 : 공작기계
110 : 램스핀들
120 : 공구
121 : 생크부
122 : 키홈
200 : 공구교환 스테이션
210 : 서포트 프레임
220 : 회전판
230 : 대기포트
300 : 타워형 공구 수납부
301 : 공구 거치대
400 : 공구 리프트 장치
401 : 수직 프레임
402 : 가이드웨이
403 : 볼스크류
404 : 상하 이송모터
410 : 공구 캐리어
411 : 공구 캐리어 구동부
412 : 공구 로딩모터
413 : 모터샤프트
414 : 제1피니언 기어
415 : 제1랙기어
416 : 공구 로더
417 : 공구 로더 가이드
420 : 회전구동부
421 : 바디
422 : 회전축 모터
423 : 로테이션 플레이트
424 : 캠플로워 유닛
425 : 감속기
426 : 타이밍벨트
427 : 회전축
500 : 공구 파지장치
510 : 마그네틱 홀더
511 : 마그네틱 홀더 베이스
512 : 경사 홀
513 : 외부 자성체
514 : 내부 자성체
515 : N극
516 : 알루미늄 플레이트
517 : S극
518 : 마그네틱 샤프트
519 : 제2피니언 기어
520 : 제2랙기어
521 : 실린더
522 : 유체출입포트
523 : 실린더 로드
524 : 도그 핀
525 : 전후진 감지센서
526 : 위치결정 키
527 : 공구검출 도그
528 : 공구 검출센서
530 : 전자석

Claims

수직 방향으로 설치되며 상하 좌우로 이동하고 선단에 공구(120)를 장착하여 회전하는 램스핀들(110)을 구비한 공작기계(100)에 있어서,
상기 공작기계(100)의 일 측 방향에 설치하며 상기 램스핀들(110)과 공구(120)를 교환하는 복수의 대기포트(230)를 포함하는 공구교환 스테이션(200)과;
상기 공구교환 스테이션(200)과 공구교환이 가능하도록 상기 공구교환 스테이션(200)의 인접한 측면에 원통 형상으로 설치하며, 상기 원통 형상의 내부 벽면에 복수의 공구 거치대(301)를 다단으로 설치하는 타워형 공구 수납부(300)와;
상기 공구교환 스테이션(200)의 대기포트(230)와 상기 타워형 공구 수납부(300)의 공구 거치대(301) 사이에서 회전 및 상하 좌우 이동을 하며 공구(120)를 교환하는 공구 리프트 장치(400)를 포함하며,
상기 공구 리프트 장치(400)는 상기 타워형 공구 수납부(300)의 내부 중심부에 수직 방향으로 설치하며, 하부에는 각도 분할이 가능하게 회전하는 회전축 모터(422)와 상기 회전축 모터(422)의 회전축(427)과 함께 회전하는 로테이션 플레이트(423)를 포함하는 회전구동부(420)와, 상기 로테이션 플레이트(423) 상부에 수직으로 설치되는 수직 프레임(401)에 수평 방향으로 설치되어 상기 수직 프레임(401) 상에서 상하 방향으로 슬라이드 이동하는 공구 캐리어(410)와, 상기 공구 캐리어(410) 상에서 수평 방향으로 슬라이드 이동하는 공구 로더(416)와, 상기 공구 로더(416)의 선단에 설치되어 자력에 의해 공구(120)를 파지하고 상기 공구교환 스테이션(200)의 대기포트(230)와 상기 타워형 공구 수납부(300)의 공구 거치대(301)사이에서 공구교환을 하는 공구 파지장치(500)를 포함하는 공작기계의 공구 파지 및 공급 장치.
제 1항에 있어서, 상기 타워형 공구 수납부(300)는 상기 공구 거치대(301)가 상하 방향으로 다단으로 모듈 형식으로 설치되는 구조인 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구 파지 및 공급 장치.
제 1항에 있어서, 상기 공구 리프트 장치(400)의 상기 회전구동부(420)는 상기 로테이션 플레이트(423)의 원주 방향 선단에 상기 로테이션 플레이트(423)의 회전을 가이드하는 캠플로워 유닛(424)을 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구 파지 및 공급 장치.
제 1항에 있어서, 상기 공구 리프트 장치(400)의 상기 공구 캐리어(410)는 상기 수직 프레임(401) 상에서 상기 공구 캐리어(410)를 상하 방향으로 안내하는 복수의 가이드웨이(402)와, 상기 공구 캐리어(410)를 상하 방향으로 이동시키는 볼스크류(403)와, 상기 볼스크류(403)를 구동하는 상하 이송모터(404)를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구 파지 및 공급 장치.
제 1항에 있어서, 상기 공구 리프트 장치(400)의 상기 공구 캐리어(410)는 일 측면에 설치되는 공구 로딩모터(412)와, 상기 공구 로딩모터(412)의 출력 축인 모터샤프트(413)에 결합되는 제1피니언 기어(414)와, 상기 제1피니언 기어(414)와 치합하여 선택적으로 출몰하는 제1랙기어(415)와, 상기 제1랙기어(415)에 길이 방향으로 설치되며 선단에 상기 공구 파지장치(500)를 설치하는 공구 로더(416)와, 상기 공구 캐리어(410) 몸체 바닥에 지지되어 상기 제1랙기어(415)를 가이드하는 공구 로더 가이드(417)를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구 파지 및 공급 장치.
제 1항에 있어서, 상기 공구 파지장치(500)는 상기 공구 캐리어(410)의 공구 로더(416) 선단에 설치하며, 몸체를 형성하는 마그네틱 홀더 베이스(511)와, 상기 마그네틱 홀더 베이스(511)에 수직 방향으로 형성되어 상기 공구(120)의 경사진 생크부(121)와 결합되는 경사 홀(512)과, 상기 경사 홀(512)의 인접한 양 측면 상기 마그네틱 홀더 베이스(511)에 서로 마주 보는 방향으로 한 쌍의 마그네틱 홀더(510)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구 파지 및 공급 장치.
제 6항에 있어서, 상기 한 쌍의 마그네틱 홀더(510)는 각각 비자성체인 알루미늄 플레이트(516)를 사이에 두고 양 측으로 N극(515)과 S극(517)으로 이루어지는 외부 자성체(513)와, 상기 한 쌍의 외부 자성체(513)의 내부에 상기 외부 자성체(513)의 자극 방향과 동일 또는 반대 방향으로 회전 가능하게 설치되는 N극(515)과 S극(517)으로 이루어지는 내부 자성체(514)로 이루어지며,
상기 한 쌍의 외부 자성체(513)는 상기 경사 홀(512)을 가운데 두고 서로 마주보는 방향으로 자극을 서로 반대가 되도록 배치하고, 상기 내부 자성체(514)의 중심부에는 상기 내부 자성체(514)를 회전시킬 수 있는 마그네틱 샤프트(518)가 상기 마그네틱 홀더 베이스(511)의 외부로 연장되게 설치하며, 상기 마그네틱 샤프트(518) 선단에는 제2피니언 기어(519)가 형성되고, 상기 제2피니언 기어(519)는 상기 마그네틱 홀더 베이스(511) 상에서 슬라이드 가능하게 설치되는 제2랙기어(520)와 치합되고, 상기 마그네틱 홀더 베이스(511)의 일측에는 실린더 로드(523)가 출몰 작동하는 유체 실린더(521)를 설치하고, 상기 실린더 로드(523)의 선단에는 길이 방향으로 상기 제2랙기어(520)의 일측 선단과 연결되는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구 파지 및 공급 장치.
제 7항에 있어서, 상기 마그네틱 홀더 베이스(511)의 일측에는 상기 제2랙기어(520)의 이동 동작과 연동되는 도그 핀(524)을 이동 가능하게 설치하고, 상기 도그 핀(524)의 이동 범위의 양단에는 상기 도그 핀(524)의 접촉을 검출하는 전후진 감지센서(525)를 설치하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구 파지 및 공급 장치.
제 6항에 있어서, 상기 마그네틱 홀더(510)의 하단 상기 경사 홀(512)의 일 측면에는 상기 공구 파지장치(500)가 공구(120)를 파지하기 위해 하강 할 때 상기 공구(120)의 키홈(122)과 결합하는 위치결정 키(526)가 형성된 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구 파지 및 공급 장치.
제 6항에 있어서, 상기 경사 홀(512)의 일 측면에는 상기 경사 홀(512)의 내부로 탄력 돌출되는 공구검출 도그(527)를 설치하고, 상기 공구검출 도그(527)의 후단에는 상기 공구검출 도그(527)의 돌출 여부를 검출하는 공구 검출센서(528)를 설치한 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구 파지 및 공급 장치.
제 1항에 있어서, 상기 공구 파지장치(500)는 상기 공구 캐리어(410)의 공구 로더(416) 선단에 설치되며, 몸체를 형성하는 마그네틱 홀더 베이스(511)와, 상기 마그네틱 홀더 베이스(511)에 수직 방향으로 형성되어 상기 공구(120)의 경사진 생크부(121)와 결합되는 경사 홀(512)과, 상기 경사 홀(512)의 원주 방향 둘레에 전류를 인가 또는 차단함으로써 상기 공구(120)를 상기 경사 홀(512)에 파지 또는 파지 해지하는 전자석(530)을 설치한 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구 파지 및 공급 장치.
제 1항에 있어서, 상기 공구교환 스테이션(200)은 상기 공작기계(100)의 일 측 방향에 수직으로 설치하는 서포트 프레임(210)과, 상기 서포트 프레임(210)의 상부에 수평 방향으로 회전 가능하게 설치하는 회전판(220)과, 상기 회전판(220)에 원주 방향으로 공구(120)를 수직으로 거치한 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구 파지 및 공급 장치.
제 12항에 있어서, 상기 공구교환 스테이션(200)의 회전판(220) 상에 설치되는 상기 대기포트(230)는 상기 공구 캐리어(410)와 일직선으로 정렬되었을 때 상기 대기포트(230)의 수직 방향 중심이 상기 공구 캐리어(410)의 공구 로더(416)가 상기 대기포트(230) 방향으로 전진 했을 때 상기 공구 로더(416)의 선단에 설치된 상기 공구 파지장치(200)의 수직 방향 중심과 동일 수직선 상에 정렬되도록 설치한 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구 파지 및 공급 장치.
제 1항에 있어서, 상기 공작기계(100)의 램스핀들(110)과 상기 공구교환 스테이션(200)의 대기포트(230)와, 상기 공구 로더(416)에 설치된 공구 파지장치(500)와, 상기 타워형 공구 수납부(300)에 설치된 공구 거치대(301)는 모두 수직 방향으로 설치된 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구 파지 및 공급 장치.