KR20230120308A

KR20230120308A - 공작기계의 공구 교환장치

Info

Publication number: KR20230120308A
Application number: KR1020220016734A
Authority: KR
Inventors: 정영근
Original assignee: 주식회사 디엔솔루션즈
Priority date: 2022-02-09
Filing date: 2022-02-09
Publication date: 2023-08-17

Abstract

공구매거진에 공구를 장착하거나 탈거하는 공구교환 동작을 할 때, 공구를 파지하는 그리퍼 조립체를 캠팔로워와 캠팔로워 가이드를 이용하여 공구의 장착 및 탈거 경로를 최적화 하고, 공구매거진의 공구포트로부터 공구를 탈거할 때 공구 탈거 보조장치를 적용함으로써 공구매거진에 대한 공구교환 동작을 빠르고 손쉽게 수행할 수 있다. 또한 그리퍼 조립체가 공구의 장착 및 탈거 경로에 따라 안내될 때 엘엠가이드에 의해 슬라이드 이동되게 함으로써 적은 힘으로 공구 교환을 수행할 수 있게 한다. 또한, 그리퍼 조립체가 공구교환을 위해 이동할 때 스토퍼를 사용하여 정위치에 정렬 및 정지케 함으로써 공구교환 동작의 정확성을 확보할 수 있다. 또한 풋 스위치와 안전도어를 적용함으로써 공구교환 과정에 발생할 수 있는 위험요소를 제거하여 안전한 공구교환 작업을 수행할 수 있게 한다.

Description

공작기계의 공구 교환장치{Tool change devise for machine tool}

본 발명은 공작기계의 공구매거진에 공구를 착탈하는 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공구매거진에 공구를 장착 또는 탈거하는 수동 공구 착탈장치에 관한 것이다.

머시닝센터와 같은 공작기계는 보통 여러 개의 공구를 공구매거진에 수납하고, 가공작업 종류에 따라 공구매거진으로부터 필요한 공구를 스핀들에 교환하여 사용한다. 이러한 공구매거진은 주로 머시닝센터의 측면에 설치되어, 보통 20개 이상의 공구 포트를 구비하고 각각의 공구포트에는 작업에 필요한 다양한 종류의 공구를 삽입해 둔다. 또한 작업의 종류에 따라 공구매거진에 새로운 공구를 교체하거나, 마모나 손상된 공구를 교체하는 작업을 수시로 실행한다.

이러한 공구매거진에 공구를 장착하거나 탈거하는 작업은 다양한 방식이 있으나, 고가의 자동화 장비를 사용하지 않고 주로 수동으로 장착 또는 탈거한다. 이러한 공구 장착 또는 탈거 방법은 작업자가 장착할 공구를 공작기계의 스핀들에 장착한 후 ATC를 작동시켜 스핀들에 장착한 공구를 공구매거진의 해당 공구포트에 옮겨 장착하는 방식이 있고, 다른 방법은 작업자가 장착할 공구를 들고 공구매거진에 접근하여 해당 공구포트에 공구를 직접 장착하는 방식이 있다.

그러나 이와 같이 작업자가 수동으로 공구를 스핀들이나 공구매거진에 직접 장착하거나 탈거하는 데는 여러 가지 어려움과 위험 요소가 있다.

우선, 공작기계가 대형인 경우 공구가 장착되는 스핀들이나 공구매거진의 공구포트 위치는 공작기계의 가장자리로부터 일정 거리 이상 떨어진 내부에 위치하기 때문에 작업자가 몇 십 Kg의 무거운 공구를 들고 스핀들이나 공구매거진의 공구포트 위치로 접근하는 데 많은 힘이 소요될 뿐만 아니라 위험한 작업이 된다. 특히, 작업자가 팔을 뻗어서 공구를 장착하거나 탈거해야 하는 경우, 공구의 무게로 인해 허리 등, 작업자의 신체를 다칠 위험이 존재한다. 더구나 공구는 스핀들이나 공구포트에 이탈을 방지하기 위해 공구포트의 파지장치에 볼락(ball lock) 구조 등으로 견고하게 파지되기 때문에 장착이나 탈거 과정에 작업자로 하여금 더 많은 근력과 위험에 노출 되게 한다.

한편, 종래기술로 특허문헌 1은 공구매거진에 공구를 장착 또는 탈거하기 위한 공구 착탈장치로서, 공구 그리퍼를 가이드레일 상에서 서로 직교하는 제1방향과 제2방향으로 슬라이드 이동하면서 공구를 탈부착하는 구조를 개시하고 있다. 그러나 이러한 구조는 공구를 장착 또는 탈거할 때 제1방향과 제2방향으로 슬라이드 이동하는 거리와 공구매거진의 설치 높이를 감안할 때, 장비가 복잡해질 뿐만 아니라, 그 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 접촉 지지부를 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.

또한, 특허문헌 6은 단지, 공구를 착탈하기 위해 작업자가 공구를 파지하는 보조수단으로서의 치구를 제공하는 것이다. 따라서 특허문헌 6은 단지 작업자가 공구를 직접 손으로 잡지 않고 치구를 사용하여 공구를 핸들링 함으로써 약간의 작업편의성을 제공할 뿐이다.

한국 등록특허 10-1836731호 한국 등록특허 10-0655316호 한국 공개특허 10-2012-0071620호 한국 공개특허 10-2013-0086719호 한국 공개특허 10-2019-0092309호 한국 공개특허 10-2020-0102685호

상기한 문제점들을 해결하기 위한 본 발명은, 공구매거진에 공구를 장착하거나 탈거할 때 힘이 적게 들고 동작을 최소화한 구조의 공구 장착 및 탈거 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 공구매거진에 공구를 장착하거나 탈거할 때 정확하게 장착 또는 탈거하며, 안전한 공구교환 작업이 이루어지는 공구교환 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 공구 교환장치는,

복수의 공구포트를 구비한 공구매거진의 일측에 설치되어 공구매거진에 공구를 장착 및 탈거하는 공구교환 장치에 있어서,

바닥 면으로부터 공구매거진의 공구교환 위치 높이로 설치되는 프레임;

상기 프레임에 상기 공구매거진을 향하여 설치되며, 상기 공구매거진 방향으로는 제1가이드를 포함하는 지지대;

상기 지지대와 직교하는 측면에서 상기 제1가이드에 안내되어 상기 공구매거진 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 설치되며, 상기 지지대와 직교하는 방향으로는 제2가이드를 포함하는 이송대;

상기 이송대의 전면에서 상기 제2가이드에 안내되어 상기 공구매거진의 공구포트 방향으로 슬라이드 이동 가능하도록 설치되며 일측에 공구를 파지하는 그리퍼 조립체;

상기 지지대의 상부에 상기 공구매거진 방향으로 연장되어 설치되며, 상부에는 상기 그리퍼 조립체를 공구매거진 방향으로 왕복 이동 안내하는 캠팔로워 가이드가 설치되는 안내판;

상기 그리퍼 조립체 하부 일측에 설치되며 상기 캠팔로워 가이드에 안내되어 상기 그리퍼 조립체를 상기 안내판 상에서 이동 안내하는 캠팔로워;

를 포함한다.

바람직한 실시예로, 상기 그리퍼 조립체 상부에 설치되어 상기 그리퍼 조립체를 이동시키는 손잡이와, 상기 그리퍼 조립체의 일측에 설치되며 상기 그리퍼 조립체를 상기 안내판 상에서 이동하지 못하도록 고정하는 록킹핀과, 상기 공구매거진과 상기 공구교환 장치 사이에 설치되며 도어스위치에 의해 작동되는 보호용 안전도어를 포함한다.

바람직한 실시예로, 상기 록킹핀은 전기적으로 구동되는 솔레노이드로 구성하는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로, 상기 록킹핀은 상기 도어스위치와 병렬로 연결되어 상기 안전도어와 연동하는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로, 상기 캠팔로워 가이드는 상기 공구매거진 방향으로 상기 그리퍼 조립체를 직선 이동 안내하는 직선 안내구간과, 상기 직선 안내구간에 직교하며 공구매거진에 장착된 공구포트의 축선 방향으로 상기 그리퍼 조립체를 이동 안내하는 전후진 안내구간과, 상기 직선 안내구간의 시작점과 상기 전후진 안내구간의 전진 방향 끝 지점과 연결되어 상기 그리퍼 조립체를 공구교환 시작 점에서 상기 공구매거진에 장착된 공구포트 위치 사이에서 이동 안내하는 경사 안내구간으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로, 상기 캠팔로워 가이드는 상기 안내판 상부에 돌출된 형상으로 설치되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로, 상기 그리퍼 조립체는 상기 이송대의 제2엘엠가이드 상에서 슬라이드 이동하는 그리퍼 몸체와, 상기 그리퍼 몸체에 상기 공구매거진 방향으로 설치되며 공구를 파지하는 상하 한 쌍의 핑거를 포함하며, 상기 캠팔로워를 상기 그리퍼 몸체 하부 일측에 설치하고, 상기 핑거는 선단이 서로 마주보는 방향으로 회동하여 공구를 파지하도록 길이 방향의 중심에 흰지핀을 설치하며, 상기 핑거의 후단에는 서로 마주보는 방향으로 상기 핑거의 후단을 탄력 지지하는 스프링을 설치한 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로, 상기 지지대의 상기 제1가이드 선단부 위치에는 상기 이송대가 공구매거진 방향으로 최대로 이동했을 멈추게 하는 제1스토퍼를 설치한 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로, 상기 이송대의 상기 제2가이드 양단부 위치에는 상기 그리퍼 몸체가 상기 제2가이드 상에서 최대 행정거리를 제한하는 제2스토퍼를 설치한 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로, 상기 공구매거진의 공구교환 위치에 해당하는 공구포트 후단에는 공구포트에 수납된 공구의 후단 풀스터드를 가압하여 공구포트로부터 공구의 이탈을 보조하는 공구 탈거 보조장치와, 상기 공구교환 장치 인근의 지면에는 상기 공구 탈거 보조장치를 조작하는 풋 스위치를 설치한 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로, 상기 공구 탈거 보조장치는 공압으로 작동 되는 에어실린더와, 상기 에어실린더의 선단에 장착되어 상기 공구포트에 장착된 공구의 후단 풀스터드를 가압하는 푸셔로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로, 상기 제1가이드와 상기 제2가이드는 각각 한 쌍의 제1엘엠가이드와 제2엘엠가이드로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 공구매거진에 공구를 장착하거나 탈거하는 공구교환 동작을 할 때, 공구를 파지하는 그리퍼 조립체를 캠팔로워와 캠팔로워 가이드를 이용하여 공구의 장착 및 탈거 경로를 최적화 함으로써 공구매거진에 대한 공구교환 동작을 빠르고 손쉽게 수행할 수 있다. 또한 그리퍼 조립체가 공구의 장착 및 탈거 경로에 따라 안내될 때 엘엠가이드에 의해 슬라이드 이동되게 함으로써 적은 힘으로 공구 교환을 수행할 수 있게 한다. 또한, 그리퍼 조립체가 공구교환을 위해 이동할 때 스토퍼를 사용하여 정위치에 정렬 및 정지케 함으로써 공구교환 동작의 정확성을 확보할 수 있다. 더 나아가 풋 스위치와 안전도어를 적용함으로써 공구교환 과정에 발생할 수 있는 위험요소를 제거하여 안전한 공구교환 작업을 수행할 수 있게 한다.

도 1은 본 발명의 실시예로서, 공구매거진의 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예로서, 공구교환 장치 가 설치된 공구매거진의 부분 사시도이다.
도 3은 도 2의 A부분의 상세도로, 공구교환 장치의 확대 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예로서, 공구교환 장치의 캠팔로워 가이드를 나타내는 부분 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예로서, 공구교환 장치의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예로서, 공구교환 장치의 슬라이딩 부분을 나타내는 저면 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예로서, 공구교환 장치의 그리퍼 조립체의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예로서, 공구교환 장치의 록킹핀이 설치 부의 단면도이다.
도 9는 도 1의 A-A선 단면도이다.
도 10은 본 발명의 실시예로서, 공구 장착 및 탈거 시 공구교환 장치가 캠팔로워 가이드 상에서 이동하는 궤적을 나타내는 동작 순서도이다.
도 11은 본 발명의 실시예로서, 공구매거진에 공구를 장착하는 동작 순서도이다.
도 12는 본 발명의 실시예로서, 공구매거진에서 공구를 탈거하는 동작 순서도이다.

이하, 도 1 내지 도 12를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예로서, 공구매거진의 구조를 나타내는 도면이다. 도 2는 본 발명의 실시예로서, 공구교환 장치가 설치된 공구매거진의 부분 사시도이다. 도 3은 도 2의 A부분의 상세도로, 공구교환 장치의 확대 사시도이다.

도 1 내지 도 2에 도시한 것처럼, 공작기계의 외측에는 공구매거진(10)이 설치된다. 상기 공구매거진(10)은 정해진 경로를 따라 회동 가능하게 설치되는 체인조립체(11)에 복수의 공구포트(12)를 설치하고, 이들 공구포트(12)에는 여러 유형의 공구(13)들이 장착된다.

한편, 공구매거진(10)의 일측에는 공구매거진(10)에 공구(13)를 장착 및 탈거하는 공구교환 장치(40)가 설치된다. 또한, 공구매거진(10)과 공구교환 장치(40) 사이에는 보호용 안전도어(30)가 설치된다.

상기 공구교환 장치(40)는 도 2 내지 도 6에 도시한 것처럼, 바닥 면으로부터 공구매거진(10)의 공구교환 위치 높이로 프레임(41)을 설치하고, 상기 프레임(41)의 상단 일측면에 수직 형태로 상기 공구매거진(10) 방향을 향하여 지지대(42)를 설치하고, 상기 지지대(42)의 측면에는 상기 공구매거진(10) 방향으로 한 쌍의 제1엘엠가이드(43)로 이루어지는 제1가이드를 설치한다.

상기 지지대(42)와 직교하는 일 측면에는 상기 제1엘엠가이드(43)에 안내되어 상기 공구매거진(10) 방향으로 슬라이드 이동하는 이송대(44)를 구비한다.

상기 이송대(44)의 일 측면에는 상기 지지대(42)와 직교하는 방향으로 한 쌍의 제2엘엠가이드(45)로 이루어지는 제2가이드를 설치한다.

상기 이송대(44)의 전면에는 상기 제2엘엠가이드(45)에 안내되어 상기 공구매거진(10)의 공구포트(12) 방향으로 슬라이드 이동하는 그리퍼 조립체(60)를 설치한다.

한편, 상기 지지대(42)의 상부에는 상기 공구매거진(10) 방향으로 연장되는 안내판(46)을 설치한다. 상기 안내판(46) 상부에는 상기 그리퍼 조립체(60)가 공구매거진(10) 방향으로 왕복 이동할 때 그리퍼 조립체(60)의 이동 경로를 안내하는 캠팔로워 가이드(50)가 설치된다. 상기 캠팔로워 가이드(50)는 상기 공구매거진(10) 방향으로 상기 그리퍼 조립체(60)를 직선 이동 안내하는 직선 안내구간(51)과, 상기 직선 안내구간(51)에 직교하며 공구매거진(10)에 장착된 공구포트(12)의 축선 방향으로 상기 그리퍼 조립체(60)를 이동 안내하는 전후진 안내구간(52)과, 상기 직선 안내구간(51)의 시작점과 상기 전후진 안내구간(52)의 전진 방향 끝 지점과 연결되어 상기 그리퍼 조립체(60)를 공구교환 시작 점에서 상기 공구매거진(10)에 장착된 공구포트(12) 위치 사이에서 이동 안내하는 경사 안내구간(53)으로 형성된다. 한편, 상기 캠팔로워 가이드(50)는 상기 안내판(46) 상부에 돌출된 형상으로 설치하고 돌출된 형상의 캠팔로워 가이드(50) 측면은 캠팔로워(54)가 슬라이드 이동하기 용이한 곡면을 형성한다.

한편, 상기 그리퍼 조립체(60)는 도 7과 도 2내지 도 6에 도시한 것처럼, 상기 이송대(44)의 제2엘엠가이드(45) 상에서 슬라이드 이동하는 그리퍼 몸체(61)와, 상기 그리퍼 몸체(61)에 상기 공구매거진(10) 방향으로 설치되며 공구(13)를 파지하는 상하 한 쌍의 핑거(62)와, 상기 그리퍼 몸체(61) 하부 일측에 설치되며 상기 캠팔로워 가이드(50)에 안내되어 상기 그리퍼 조립체(60)를 상기 안내판(46) 상에서 이동 안내하는 캠팔로워(54)와, 상기 그리퍼 몸체(61) 상부에 설치되어 상기 그리퍼 조립체(60)를 이동시키는 손잡이(65)를 포함한다.

또한, 상기 핑거(62)는 선단이 서로 마주보는 방향으로 회동하여 공구(13)를 파지하도록 길이 방향의 중심에 흰지핀(63)을 설치하고, 상기 핑거(62)의 후단에는 서로 마주보는 방향으로 상기 핑거(62)의 후단을 탄력 지지하는 스프링(64)을 설치한다.

이와 같은 구조로 인해 서로 마주보는 한 쌍의 핑거(62)에 공구(13)를 파지할 때 공구(13)가 핑거(62)에 안전하게 파지되게 하고, 또한 핑거(62)에 파지된 공구(13)를 빼낼 때는 상기 스프링(64)의 탄력을 능가하는 힘을 가함으로 공구(13)를 핑거(62)로부터 이탈 시킬 수 있게 한다.

상기 그리퍼 조립체(60)의 일측에는 도 8에 도시한 것처럼, 상기 그리퍼 조립체(60)를 상기 안내판(46) 상에서 이동하지 못하도록 고정하는 록킹핀(70)을 설치한다. 상기 록킹핀(70)은 상기 그리퍼 조립체(60)의 일측에 설치되어 상기 안내판(46)의 상부에 형성된 삽입홈(71)에 가압 삽입되는 구조이다. 따라서 상기 록킹핀(70)이 상기 삽입홈(71)에 가압된 상태로 유지되었을 때는 그리퍼 조립체(60)는 이동이 억제된 고정된 상태를 유지하고 상기 록킹핀(70)의 가압 상태를 해제하면 이동 가능한 상태가 된다.

한편, 다른 실시예로 상기 삽입홈(71)의 깊이를 얇은 홈 형상으로 형성하고, 상기 록킹핀(70)은 상기 그리퍼 조립체(60)에 일정한 힘을 가하지 않는 한 상기 록킹핀(70)이 상기 삽입홈(71)으로부터 이탈하지 않도록 하고, 상기 그리퍼 조립체(60)에 상기 록킹핀(70)이 삽입홈(71)으로부터 이탈할 정도의 힘을 가하면 가압 삽인된 록킹핀(70)이 삽입홈(71)으로부터 이탈하여 상기 그리퍼 조립체(60)가 이동이 가능한 상태가 되게 할 수 있다. 이와 같이 록킹핀(70)이 일정한 외력에 의해 삽입홈(71)으로부터 이탈 가능하게 함으로써 작업자가 일일이 록킹핀(70)을 삽입홈(71)으로부터 빼내는 과정을 거치지 않고 외력을 가함으로써 그리퍼 조립체(60)를 이동시킬 수 있다.

한편, 또 다른 실시예로서, 상기 록킹핀(70)은 전기적으로 구동되는 솔레노이드로 구성하고, 상기 솔레노이드는 상기 안전도어(30)를 개폐하는 도어스위치(31)와 병렬로 연결하여 상기 안전도어(30)를 폐쇄할 때 상기 록킹핀(70)도 삽입홈(71)에 체결되어 상기 그리퍼 조립체(60)가 상기 안내판(46) 상에서 이동하지 못하도록 고정하고, 상기 안전도어(30)를 개방 할 때는 상기 록킹핀(70)도 삽입홈(71)으로부터 해제되어 상기 그리퍼 조립체(60)가 안내판(46) 상에서 이동 가능한 상태가 되게 할 수 있다. 이와 같이 함으로써 작업자가 매번 록킹핀(70) 해제 절차를 수행하지 않고 안전도어(30)를 조작하는 것만으로 그리퍼 조립체(60)를 이동 가능하게 하여 공구(13) 교환작업의 편의성을 더욱 증대 시킬 수 있다.

한편, 도 6에 도시한 것처럼, 상기 지지대(42)의 상기 제1엘엠가이드(43) 선단부 위치에는 상기 이송대(44)가 공구매거진(10) 방향으로 최대로 이동했을 때, 즉 상기 그리퍼 조립체(60)의 핑거(62) 위치가 공구매거진(10)의 공구포트(12)의 축선 위치와 정렬되는 위치에 정확하게 멈추게 하는 제1스토퍼(66)를 설치한다.

또한, 상기 이송대(44)의 상기 제2엘엠가이드(45) 양단부 위치에는 상기 그리퍼 몸체(61)가 상기 제2엘엠가이드(45) 상에서 최대 행정거리로 이동했을 때, 즉 그리퍼 조립체(60)의 핑거(62)가 공구매거진(10)의 교환할 공구포트(12)의 축선 위치와 정렬된 위치에서 핑거(62)에 파지된 공구(13)를 공구매거진(10)의 공구포트(12)에 삽입하거나 또는 공구포트(12)에 삽입된 공구(13)를 인출할 때 그리퍼 조립체(60)를 공구포트(12)의 축선 방향으로 최대 거리로 밀거나 당기는 행정거리를 제한하는 제2스토퍼(67)를 설치한다.

한편, 도 2에 도시한 것처럼, 상기 안전도어(30)는 상기 공구교환 장치(40)가 공구매거진(10) 안쪽으로 공구(13) 교환을 위해 진입할 때 상하 방향으로 개방되어 상기 공구교환 장치(40)가 공구매거진(10)의 공구포트(12)로 출입하도록 하고, 공구(13) 교환이 완료 되면 폐쇄되어 외부로부터 공구매거진(10)에 접근을 막는 보호 기능을 한다. 상기 안전도어(30)는 별도로 설치되는 도어스위치(31)에 의해 개폐 작동 한다. 이 때 안전도어(30)는 상기 공구교환 장치(40)가 공구매거진(10) 안쪽으로 공구(13) 교환을 위해 진입할 때 좌우 방향으로 개폐되게 할 수도 있다.

또한, 도 9에 도시한 것처럼, 공구매거진(10)의 공구교환 위치에 해당하는 공구포트(12) 후단에는 공구포트(12)에 수납된 공구(13)의 후단 풀스터드(14)를 가압하여 공구포트(12)로부터 공구(13)의 이탈을 용이하게 보조하는 공구 탈거 보조장치(20)를 설치한다. 상기 공구 탈거 보조장치(20)는 공압으로 작동 되는 에어실린더(21)와, 상기 에어실린더(21)의 선단에 장착되어 공구포트(12)에 장착된 공구(13)의 후단 풀스터드(14)를 가압하는 푸셔(22)와, 상기 공구교환 장치(40) 인근의 지면에 설치되며 상기 에어실린더(21)에 압축공기를 공급 또는 배출하도록 조작하는 풋 스위치(23)로 구성된다.

한편, 상기 에어실린더(21)는 공구(13) 후단의 풀스터드(14)를 가압한 상태에서는 공구(13)는 공구포트(12) 내부에 설치된 볼락(15) 구조에 의해 공구포트(12)로부터 완전히 이탈하지 않고 파지 상태를 유지하여 공구(13)가 공구포트(12)로부터 낙하하지 않도록 하며, 공구(13)를 공구포트(12)로부터 인출할 때 약간의 힘을 가하는 것만으로도 쉽고 안전하게 공구(13)를 탈거할 수 있도록 보조 역할을 한다. 또한, 공구포트(12)로부터 공구(13)의 탈거를 취소하고자 할 경우에는 풋 스위치(23)를 조작하여 에어실린더(21)에 가해지는 공압을 제거함으로써 공구포트(12)의 볼락(15)의 가압 탄력에 의해 공구(13)가 공구포트(12)의 원래의 위치에서 체결력을 유지한 채로 안전하게 파지된 상태를 유지하게 할 수 있다.

한편, 상기 실시예와 같이 구성된 본 발명의 동작 과정을 살펴보면 다음과 같다.

도 10은 본 발명의 실시예로서, 공구(13) 장착 및 탈거 시 공구교환 장치(40)가 캠팔로워 가이드(50) 상에서 이동하는 궤적을 나타내는 동작 순서도이다. 도 11은 본 발명의 실시예로서, 공구매거진(10)에 공구(13)를 장착하는 동작 순서도이다. 도 12는 본 발명의 실시예로서, 공구매거진(10)에서 공구(13)를 탈거하는 동작 순서도이다.

<공구매거진(10)에 공구(13)를 장착하는 동작>

도 10 및 도 11에 도시한 것처럼, 공구매거진(10)의 공구포트(12)에 수납하고자 하는 공구(13)를 그리퍼 조립체(60)의 핑거(62)에 파지시킨다.(a)

이어서 그리퍼 조립체(60)를 안내판(46) 상에서 이동하지 못하도록 고정하고 있던 록킹핀(70)을 해제하고, 또한 도어스위치(31)를 조작하여 공구매거진(10)과 공구교환 장치(40) 사이의 안전도어(30)를 개방한다.(b)

이 때 다른 실시예로서, 록킹핀(70)을 솔레노이드 구조로 형성하여 도어스위치(31)와 연동시킴으로써 도어스위치(31)의 조작만으로 록킹핀(70)을 함께 해제할 수 있다.

이어서 그리퍼 조립체(60)의 손잡이(65)를 이용하여 그리퍼 조립체(60)를 공구매거진(10)의 공구포트(12)의 전방으로 전진 시킨다(c).

이 때 공구(13)를 파지한 그리퍼 조립체(60)는 하부의 캠팔로워(54)가 안내판(46) 상부에 형성된 캠팔로워 가이드(50)의 직선 안내구간(51)에 유도되어 공구매거진(10)의 공구포트(12) 전방으로 이동하고, 또한, 이 때 그리퍼 조립체(60)를 지지하는 이송대(44)는 지지대(42)에 설치된 제1엘엠가이드(43)에 의해 슬라이드 이동하여 지지대(42)에 설치된 제1스토퍼(66)에 의해 이동이 정지될 때까지 이동된다. 이 때 그리퍼 조립체(60)는 캠팔로워(54)와 제1엘엠가이드(43)에 의해 안내됨으로 적은 힘으로도 이동되며, 핑거(62)에 파지된 공구(13)는 공구매거진(10)의 공구포트(12)와 축선 방향으로 정렬된 위치의 전방에 정확하게 위치하게 된다.

이어서 그리퍼 조립체(60)의 손잡이(65)를 공구포트(12)의 축선 방향으로 전진시켜 핑거(62)에 파지된 공구(13)가 공구매거진(10)의 공구포트(12) 내부로 삽입되게 한다.(d)

이 때 공구(13)를 파지한 핑거(62)를 지지하는 그리퍼 몸체(61)는 이송대(44)의 제2엘엠가이드(45) 상에서 슬라이드 이동되어 그리퍼 몸체(61)가 이송대(44)의 일측에 구비된 제2스토퍼(67)에 의해 이동이 정지될 때까지 이동하게 되고, 그 결과 공구(13) 후단의 풀스터드(14)가 공구포트(12)에 설치된 볼락(15)에 의해 가압 파지됨으로 공구(13)는 공구매거진(10)의 공구포트(12)에 견고하게 파지되게 된다.

이어서 그리퍼 조립체(60)의 손잡이(65)를 공구매거진(10)의 외측 방향으로 당김으로써 공구(13)는 공구매거진(10)의 공구포트(12)에 파지된 상태로 유지되고, 공구(13)를 파지하고 있던 핑거(62)는 공구(13)로부터 이탈된다. 계속해서 손잡이(65)를 공구(13) 교환 초기 위치로 당겨 그리퍼 조립체(60)를 공구교환 초기의 위치로 후퇴 이동시킨다.(e)

이 때 그리퍼 조립체(60)는 하부의 캠팔로워(54)가 안내판(46)의 상부에 형성된 캠팔로워 가이드(50)의 경사 안내구간(53)에 유도되고, 그리퍼 조립체(60)를 지지하는 이송대(44)는 지지대(42)에 설치된 제1엘엠가이드(43)를 슬라이드 이동하여 공구교환 초기의 위치로 적은 힘으로 후퇴 이동한다. 또한, 이 때 그리퍼 조립체(60)는 캠팔로워(54)가 경사 안내구간(53)에 가이드되어 공구교환 초기의 위치로 한번에 이동됨에 따라, 상기 공구(13)를 공구포트(12)에 삽입하기 위해 공구(13)의 축선 방향으로 전진했던 (d)동작의 회복 동작을 실행하지 않고 곧 바로 공구교환 초기의 위치로 짧은 시간에 복귀할 수 있다.

한편, 상기와 같이 그리퍼 조립체(60)가 초기 위치로 복귀하게 되면 록킹핀(70)을 체결하여 그리퍼 조립체(60)가 안내판(46) 상에서 이동하지 못하도록 고정하고, 도어스위치(31)를 조작하여 공구매거진(10)과 공구교환 장치(40) 사이의 안전도어(30)를 폐쇄한다.(f)

이 때 앞서 다른 실시예에서 소개한 것처럼, 록킹핀(70)을 솔레노이드 방식으로 구성하고 도어스위치(31)와 연동시킴으로써 도어스위치(31)의 조작만으로 안전도어(30)의 폐쇄와 함께 록킹핀(70)도 체결하여 공구교환 동작을 더욱 간결하게 하고 안전을 도모할 수 있다.

<공구매거진(10)으로부터 공구(13)를 탈거하는 동작>

도 10 및 도 12에 도시한 것처럼, 공구매거진(10)의 공구포트(12)로부터 공구(13)를 탈거하고자 할 경우에는

먼저, 그리퍼 조립체(60)를 안내판(46) 상에서 이동하지 못하도록 고정하고 있던 록킹핀(70)을 해제하고, 또한 도어스위치(31)를 조작하여 공구매거진(10)과 공구교환 장치(40) 사이의 안전도어(30)를 개방한다.(a)

한편, 이 때 앞서 다른 실시예로 앞서 소개한 것처럼, 록킹핀(70)을 솔레노이드 방식으로 구성하고 도어스위치(31)와 연동시킴으로써 도어스위치(31)의 조작만으로 록킹핀(70)도 함께 해제할 수 있다.

이어서 그리퍼 조립체(60)의 손잡이(65)를 이용하여 그리퍼 조립체(60)를 공구매거진(10)의 공구포트(12)에 장착된 공구(13)의 측면 위치로 정렬되게 전진시킨 후, 그리퍼 조립체(60)의 손잡이(65)를 공구포트(12)에 파지된 공구(13)의 측면으로 더욱 전진시켜 핑거(62)가 공구포트(12)에 삽입된 공구(13)를 파지하게 한다. 또한, 지면에 설치된 풋 스위치(23)를 답입하여 공구 탈거 보조장치(20)의 에어실린더(21) 푸셔(22)가 공구(13)의 후단 풀스터드(14)를 가압하여 공구포트(12)에 삽입된 공구(13)가 쉽게 탈거될 수 있는 상태가 되도록 한다.(b)

이 때 공구(13)를 파지할 그리퍼 조립체(60)는 하부의 캠팔로워(54)가 안내판(46)의 상부에 형성된 캠팔로워 가이드(50)의 경사 안내구간(53)에 유도되어 공구매거진(10)의 공구포트(12) 측면공구(13) 파지 위치에 정확하게 정렬된 위치로 이동하고, 또한, 그리퍼 조립체(60)는 캠팔로워(54)와 제1엘엠가이드(43)에 의해 안내됨으로 적은 힘으로도 이동된다. 또한 이 때 작업자는 그리퍼 조립체(60)의 손잡이(65)를 공구포트(12)에 파지된 공구(13)의 측면으로 더욱 전진시켜 핑거(62)를 지지하는 이송대(44)가 지지대(42)에 설치된 제1엘엠가이드(43)에 의해 슬라이드 이동하여 지지대(42)에 설치된 제1스토퍼(66)에 의해 이동이 정지될 때까지 이동시킨다. 따라서 그리퍼 몸체(61)서 장착된 상하 한 쌍의 핑거(62)는 후단의 스프링(64)의 탄력을 극복하고 상하 방향으로 확장되면서 공구(13)의 파지부 외경을 정확하게 파지한다.

이어서 그리퍼 조립체(60)의 손잡이(65)를 핑거(62)에 파지된 공구(13)의 축선 방향으로 당겨 공구매거진(10)의 공구포트(12)로부터 공구(13)를 이탈 시킨다.(c)

이 때 공구(13)는 공구(13) 후단의 풀스터드(14)가 공구포트(12)의 볼락(15) 구조의 가압 탄력에의한 파지력을 극복하고 공구포트(12)로부터 이탈한다. 또한, 이 때 공구(13)를 파지한 그리퍼 조립체(60)는 하부의 캠팔로워(54)가 안내판(46)의 상부에 형성된 캠팔로워 가이드(50)의 전후진 안내구간(52)에 유도되고, 그리퍼 몸체(61)는 이송대(44)에 설치된 제2스토퍼(67)의 위치까지 제2엘엠가이드(45) 상에서 슬라이드 이동함에 따라 탈거된 공구(13)가 공구매거진(10)의 공구포트(12)로부터 간섭 받지 않는 위치까지 완전히 후퇴하게 된다.

이어서 손잡이(65)를 공구(13) 교환 초기 위치로 당겨 공구(13)를 파지한 그리퍼 조립체(60)를 공구교환 초기의 위치로 후퇴 이동시킨다.(d)

이 때 그리퍼 조립체(60)는 캠팔로워(54)가 직선 안내구간(51)에 가이드되어 공구교환 초기의 위치로 적은 힘으로 이동하게 된다.

이어서 그리퍼 조립체(60)를 안내판(46) 상에서 이동하지 못하도록 록킹핀(70)으로 체결하고, 또한 도어스위치(31)를 조작하여 공구매거진(10)과 공구교환 장치(40) 사이의 안전도어(30)를 폐쇄한다. 또한 그리퍼 조립체(60)의 핑거(62)에 파지된 공구(13)를 탈거함으로써 공구(13) 탈거작업을 완료한다.(e)

한편, 이 때 앞서 다른 실시예로 소개한 것처럼, 록킹핀(70)을 솔레노이드 방식으로 구성하고 도어스위치(31)와 연동시킴으로써 도어스위치(31)를 조작하는 것으로 록킹핀(70)도 함께 체결할 수 있다.

상기 실시예의 구성 및 동작 설명에서 설명한 바와 같이, 공구매거진(10)에 공구(13)를 장착하거나 탈거하는 공구교환 동작을 할 때, 공구(13)를 파지하는 그리퍼 조립체(60)를 캠팔로워(54)와 캠팔로워 가이드(50)를 이용하여 공구(13)의 장착 및 탈거 경로를 최적화 함으로써 공구매거진(10)에 대한 공구교환 동작을 빠르고 손쉽게 수행할 수 있다.

또한 그리퍼 조립체(60)가 공구(13)의 장착 및 탈거 경로에 따라 안내될 때 엘엠가이드에 의해 슬라이드 이동되게 함으로써 적은 힘으로 공구(13) 교환을 수행할 수 있게 한다.

또한, 그리퍼 조립체(60)가 공구교환을 위해 이동할 때 스토퍼를 사용하여 정위치에 정렬 및 정지케 함으로써 공구교환 동작의 정확성을 확보할 수 있다. 더 나아가 풋 스위치(23)와 안전도어(30)를 적용함으로써 공구교환 과정에 발생할 수 있는 위험요소를 제거하여 안전한 공구교환 작업을 수행할 수 있게 한다.

10 공구매거진
11 체인조립체
12 공구포트
13 공구
14 풀스터드
15 볼락
20 공구 탈거 보조장치
21 에어실린더
22 푸셔
23 풋 스위치
30 안전도어
31 도어스위치
40 공구교환 장치
41 프레임
42 지지대
43 제1엘엠가이드
44 이송대
45 제2엘엠가이드
46 안내판
50 캠팔로워 가이드
51 직선 안내구간
52 전후진 안내구간
53 경사 안내구간
54 캠팔로워
60 그리퍼 조립체
61 그리퍼 몸체
62 핑거
63 흰지핀
64 스프링
65 손잡이
66 제1스토퍼
67 제2스토퍼
70 록킹핀
71 삽입홈

Claims

복수의 공구포트를 구비한 공구매거진의 일측에 설치되어 공구매거진에 공구를 장착 및 탈거하는 공구교환 장치에 있어서,
바닥 면으로부터 공구매거진의 공구교환 위치 높이로 설치되는 프레임;
상기 프레임에 상기 공구매거진을 향하여 설치되며, 상기 공구매거진 방향으로는 제1가이드를 포함하는 지지대;
상기 지지대와 직교하는 측면에서 상기 제1가이드에 안내되어 상기 공구매거진 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 설치되며, 상기 지지대와 직교하는 방향으로는 제2가이드를 포함하는 이송대;
상기 이송대의 전면에서 상기 제2가이드에 안내되어 상기 공구매거진의 공구포트 방향으로 슬라이드 이동 가능하도록 설치되며 일측에 공구를 파지하는 그리퍼 조립체;
상기 지지대의 상부에 상기 공구매거진 방향으로 연장되어 설치되며, 상부에는 상기 그리퍼 조립체를 공구매거진 방향으로 왕복 이동 안내하는 캠팔로워 가이드가 설치되는 안내판;
상기 그리퍼 조립체 하부 일측에 설치되며 상기 캠팔로워 가이드에 안내되어 상기 그리퍼 조립체를 상기 안내판 상에서 이동 안내하는 캠팔로워;
를 포함하는 공작기계의 공구 교환장치.
제 1항에 있어서, 상기 그리퍼 조립체 상부에 설치되어 상기 그리퍼 조립체를 이동시키는 손잡이와, 상기 그리퍼 조립체의 일측에 설치되며 상기 그리퍼 조립체를 상기 안내판 상에서 이동하지 못하도록 고정하는 록킹핀과, 상기 공구매거진과 상기 공구교환 장치 사이에 설치되며 도어스위치에 의해 작동되는 보호용 안전도어를 포함하는 공작기계의 공구 교환장치.
제 2항에 있어서, 상기 록킹핀은 전기적으로 구동되는 솔레노이드로 구성하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구 교환장치.
제 3항에 있어서, 상기 록킹핀은 상기 도어스위치와 병렬로 연결되어 상기 안전도어와 연동하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구 교환장치.
제 1항에 있어서, 상기 캠팔로워 가이드는 상기 공구매거진 방향으로 상기 그리퍼 조립체를 직선 이동 안내하는 직선 안내구간과, 상기 직선 안내구간에 직교하며 공구매거진에 장착된 공구포트의 축선 방향으로 상기 그리퍼 조립체를 이동 안내하는 전후진 안내구간과, 상기 직선 안내구간의 시작점과 상기 전후진 안내구간의 전진 방향 끝 지점과 연결되어 상기 그리퍼 조립체를 공구교환 시작 점에서 상기 공구매거진에 장착된 공구포트 위치 사이에서 이동 안내하는 경사 안내구간으로 형성되는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구 교환장치.
제 5항에 있어서, 상기 캠팔로워 가이드는 상기 안내판 상부에 돌출된 형상으로 설치되는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구 교환장치.
제 1항에 있어서, 상기 그리퍼 조립체는 상기 이송대의 제2엘엠가이드 상에서 슬라이드 이동하는 그리퍼 몸체와, 상기 그리퍼 몸체에 상기 공구매거진 방향으로 설치되며 공구를 파지하는 상하 한 쌍의 핑거를 포함하며, 상기 캠팔로워를 상기 그리퍼 몸체 하부 일측에 설치하고, 상기 핑거는 선단이 서로 마주보는 방향으로 회동하여 공구를 파지하도록 길이 방향의 중심에 흰지핀을 설치하며, 상기 핑거의 후단에는 서로 마주보는 방향으로 상기 핑거의 후단을 탄력 지지하는 스프링을 설치한 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구 교환장치.
제 1항에 있어서, 상기 지지대의 상기 제1가이드 선단부 위치에는 상기 이송대가 공구매거진 방향으로 최대로 이동했을 멈추게 하는 제1스토퍼를 설치한 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구 교환장치.
제 1항에 있어서, 상기 이송대의 상기 제2가이드 양단부 위치에는 상기 그리퍼 몸체가 상기 제2가이드 상에서 최대 행정거리를 제한하는 제2스토퍼를 설치한 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구 교환장치.
제 1항에 있어서, 상기 공구매거진의 공구교환 위치에 해당하는 공구포트 후단에는 공구포트에 수납된 공구의 후단 풀스터드를 가압하여 공구포트로부터 공구의 이탈을 보조하는 공구 탈거 보조장치와, 상기 공구교환 장치 인근의 지면에는 상기 공구 탈거 보조장치를 조작하는 풋 스위치를 설치한 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구 교환장치.
제 10항에 있어서, 상기 공구 탈거 보조장치는 공압으로 작동 되는 에어실린더와, 상기 에어실린더의 선단에 장착되어 상기 공구포트에 장착된 공구의 후단 풀스터드를 가압하는 푸셔로 이루어지는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구 교환장치.
제 1항에 있어서, 상기 제1가이드와 상기 제2가이드는 각각 한 쌍의 제1엘엠가이드와 제2엘엠가이드로 이루어지는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구 교환장치.