KR20230154566A - 공작기계의 자동 척 교환장치 - Google Patents

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KR20230154566A
KR20230154566A KR1020220054136A KR20220054136A KR20230154566A KR 20230154566 A KR20230154566 A KR 20230154566A KR 1020220054136 A KR1020220054136 A KR 1020220054136A KR 20220054136 A KR20220054136 A KR 20220054136A KR 20230154566 A KR20230154566 A KR 20230154566A
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임성진
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Abstract

본 발명은 척에 가공될 공작물을 셋업하는 셋업스테이션; 상기 셋업스테이션에서 상기 척에 셋업된 공작물을 가공하는 메인스핀들; 및 이송부와 브릿지부를 구비하고, 상기 셋업스테이션과 상기 메인스핀들에 인접하게 배치되어 상기 메인스핀들 또는 상기 셋업스테이션에 선택적으로 상기 척을 이송시키거나 이송받는 로더스테이션;을 포함하고, 상기 브릿지부는 상기 이송부에 직선 왕복이동 가능하게 설치되어 상기 척의 이송시에 상기 메인스핀들 또는 상기 셋업스테이션과 선택적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 공작기계의 자동 척 교환장치에 관한 것이다.

Description

공작기계의 자동 척 교환장치{Automatic Chuck Changer Of Machine Tool}
본 발명은 공작기계의 자동 척 교환장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공작물이 안착되는 척을 자동으로 교환하기 위한 공작기계의 자동 척 교환장치에 관한 것이다.
일반적으로 공작기계라 함은 각종 절삭 가공방법 또는 비절삭 가공방법으로 금속/비금속의 공작물을 적당한 공구를 이용하여 원하는 형상 및 치수로 가공할 목적으로 사용하는 기계를 말한다.
터닝센터, 수직/수평 머시닝 센터, 문형머시닝센터, 스위스 턴, 방전 가공기, 수평형 NC 보링머신, CNC 선반, 복합가공기 등을 비롯한 다양한 종류의 공작기계는 다양한 산업 현장에서 해당 작업의 용도에 맞게 널리 사용되고 있다.
공작기계 중 복합가공기란 선삭가공과 드릴, 탭핑, 밀링가공 등 가공형태가 다양한 가공을 수행하는 다기능의 자동공구교환장치(ATC)와 공구 매거진이 장착된 터닝센터를 의미한다. 복합가공기에서 작업자가 가공에 필요한 공구를 로딩하거나 교환시에 공구를 수동으로 공구 매거진에 장착한다.
일반적으로 현재 사용되고 있는 다양한 종류의 공작기계는 수치제어(numerical control, NC) 또는 CNC(computerized numerical control) 기술이 적용되는 조작반을 구비하고 있다. 이러한 조작반은 다양한 기능스위치 또는 버튼과 모니터를 구비한다.
또한, 공작기계는 공작물인 소재가 안착되고 공작물 가공을 위해 이송하는 테이블, 가공전 공작물을 준비하는 팔렛트, 공구 또는 공작물이 결합되어 회전하는 주축, 공작물 등을 가공 중에 지지하기 위한 심압대, 방진구 등을 구비한다.
일반적으로 공작기계에서 테이블, 공구대, 주축, 심압대, 방진구 등은 다양한 가공을 수행하기 위해 이송축을 따라 이송하는 이송유닛을 구비한다.
또한, 일반적으로 공작기계는 다양한 가공을 위하여 다수의 공구를 사용하게 되며, 다수의 공구를 수납보관하고 있는 공구 보관장소의 형태로 공구 매거진이나 터렛이 사용된다.
이러한 공작기계는 다양한 가공을 위하여 다수의 공구를 사용하게 되며, 다수의 공구를 수납보관하고 있는 공구 보관장소의 형태로 공구 매거진이 사용된다.
또한, 일반적으로 공작기계는 공작기계의 생산성을 향상시키기 위해 수치제어부의 지령에 의해 특정한 공구를 공구 매거진으로부터 인출하거나 다시 수납하기 위한 자동공구교환장치(ATC, Automatic Tool Changer)를 구비한다.
또한, 일반적으로 공작기계는 비가공 시간을 최소화하기 위해, 자동 척 교환장치(ACC, Automatic Chuck Changer)를 구비한다.
자동 척 교환장치(ACC, Automatic Chuck Changer)는 척(Chuck)를 공작물 가공 영역과 공작물 설치 영역 간에 자동으로 교환한다.
척(Chuck)에는 공작물이 탑재될 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 종래의 자동 척 교환장치(ACC, Automatic Chuck Changer)는 셋업유닛(10), 스핀들(20), 로더유닛(30) 및 스탁유닛(40)으로 이루어질 수 있다.
로더유닛(30)은 가공과정에 따라 셋업유닛(10), 스핀들(20) 및 스탁유닛(40) 중 어느 하나로 척(500)을 이송시키는 역할을 한다.
도 1 내지 도 3은 일 예로서 로더유닛(30)을 통해 스핀들(20)로 척을 이송시키는 과정을 나타낸다.
도 1 내지 도 3에 도시된 것처럼, 종래의 자동 척 교환장치(ACC, Automatic Chuck Changer)의 로더유닛(30)은 고정부(31), 회전부(32), 이동부(33), 및 추가이동부(34)를 포함한다.
종래의 자동 척 교환장치(ACC, Automatic Chuck Changer)의 로더유닛(30)은 구체적으로 척(500)을 이송시키기 위한 이동부(33)와 이동부(33)를 전후진 이송시키기 위한 추가이동부(34)를 포함한다.
이러한 이동부(33)와 추가이동부(34)를 통해 척(500)을 스핀들(20) 등으로 직선 이동시킬 수 있다.
또한, 회전부(32)는 이동부(33)와 추가이동부(34)를 회전시켜 로더유닛(30)이 셋업유닛(10), 스핀들(20) 및 스탁유닛(40) 중 어느 하나로 척(500)을 이송시킬 수 있도록 하는 역할을 한다.
종래의 자동 척 교환장치(ACC, Automatic Chuck Changer)의 로더유닛(30)의 작동과정을 살펴보면, 회전부(32)를 통해 이동부(33)와 추가이동부(34)를 회전시켜 로더유닛(30)이 셋업유닛(10), 스핀들(20) 및 스탁유닛(40) 중 어느 하나로 척(500)을 이송시킬 수 있는 상태를 형성한다.
예를 들어 도 1과 같이 회전부(32)를 통해 이동부(33)와 추가이동부(34)를 회전시켜 스핀들(20)로 척(500)을 이송시킬 수 있는 상태를 형성한다.
이 후 추가이동부(34)를 통해 척(500)이 안착된 이동부(33)를 스핀들(20)에 인접하는 방향으로 직선 이동하여 전진시킨다.
이와 같은 상태에서 이동부(33)를 통해 척(500)을 직선 이동하여 스핀들(20)애 척(500)을 안착시킨다.
이 후 추가이동부(34)가 복귀하기 위해 스핀들(20)에서 멀어지는 방향으로 직선 이동하여 이동부(33)를 후진시킨다.
상술한 바와 같이 종래의 자동 척 교환장치(ACC, Automatic Chuck Changer)의 로더유닛(30)은 이동부(33)와 추가이동부(34)의 두 가지 직선이송구조로 이루어져 있다.
이와 같이 종래의 자동 척 교환장치(ACC, Automatic Chuck Changer)의 로더유닛(30)은 이동부(33)와 추가이동부(34)의 별도의 두 가지 직선이송구조로 구성되면 직선이송구조가 복잡하고, 자체무게가 있는 이동부(33)에 척(500)이 안착되어 척(500)의 무게까지 더해진 상태에서 추가이동부(34)가 이동부(33)를 직선이송시켜야 하므로 무게가 무거워지는 문제점이 발생되었다.
또한, 종래의 자동 척 교환장치(ACC, Automatic Chuck Changer)의 로더유닛(30)은 척(500)의 이송시 추가이동부(34)가 이동부(33)를 직선이송시키게 되므로 무게의 비대칭으로 인해 발생하는 모멘트를 지지하기 위해 높은 강성이 요구되므로 자동 척 교환 장치의 제작난이도가 높고, 제조비용이 매우 높아지는 문제점이 발생되었다.
대한민국 특허등록 제10-0656629호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 로더스테이션의 브릿지부가 이송부에 직선 왕복이동 가능하게 설치되어 척의 이송시에 메인스핀들 또는 셋업스테이션과 선택적으로 연결되도록 하여 척의 직선이송 구조를 개선할 수 있는 공작기계의 자동 척 교환장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 공작기계의 자동 척 교환장치는 척에 가공될 공작물을 셋업하는 셋업스테이션; 상기 셋업스테이션에서 상기 척에 셋업된 공작물을 가공하는 메인스핀들; 및 이송부와 브릿지부를 구비하고, 상기 셋업스테이션과 상기 메인스핀들에 인접하게 배치되어 상기 메인스핀들 또는 상기 셋업스테이션에 선택적으로 상기 척을 이송시키거나 이송받는 로더스테이션;을 포함하고, 상기 브릿지부는 상기 이송부에 직선 왕복이동 가능하게 설치되어 상기 척의 이송시에 상기 메인스핀들 또는 상기 셋업스테이션과 선택적으로 연결될 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 자동 척 교환장치의 바람직한 일 실시예에서, 상기 로더스테이션은, 지지부; 및 상기 이송부를 회전 구동시키기 위해 상기 지지부에 회전 가능하게 배치되는 로테이트부;를 더 포함하고, 상기 브릿지부와 상기 이송부는 상기 로테이트부의 회전에 연동하여 함께 연결위치로 회동될 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 자동 척 교환장치의 바람직한 일 실시예에서, 상기 이송부는, 상기 로테이트부에 고정 설치되는 베이스부; 상기 베이스부의 상부에 폭방향으로 이격하고 길이방향을 따라 연장 배치되는 한 쌍의 레일부; 상기 베이스부에 설치되어 상기 척을 이송시키기 위한 동력을 발생시키는 작동부; 및 상기 작동부의 작동에 의해 상기 한 쌍의 레일부를 따라 상기 척을 직선 왕복 이동시키는 척캐리지부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 자동 척 교환장치의 바람직한 일 실시예에서, 상기 브릿지부는, 상기 베이스부의 내측에 폭방향으로 이격하고 길이방향을 따라 연장되게 고정 설치되는 한 쌍의 가이드부; 상기 한 쌍의 가이드부를 따라 슬라이딩 이동하여 상기 베이스부에서 인출되거나 상기 베이스부로 인입되는 바디부; 및 상기 베이스부에 배치되어 상기 바디부를 슬라이딩 이동시키는 실린더부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 자동 척 교환장치의 바람직한 일 실시예에서, 상기 브릿지부는, 연결위치에서 상기 척을 이송시키기 위해 상기 브릿지부를 상기 셋업스테이션 또는 상기 메인스핀들과 선택적으로 결합시키기 위해 상기 바디부의 선단에 형성되는 결합부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 자동 척 교환장치의 바람직한 일 실시예에서, 상기 브릿지부는, 연결위치에서 상기 척을 이송시키기 위해 상기 바디부가 상기 베이스부에서 인출되어 상기 셋업스테이션 또는 상기 메인스핀들에 선택적으로 결합된 상태에서 상기 척이 상기 브릿지부를 거쳐 이송되는 동안에 상기 척을 지지하도록 상기 바디부의 폭방향 양측에 배치되는 한 쌍의 서포트부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 자동 척 교환장치의 바람직한 일 실시예에서, 상기 한 쌍의 서포트부는 상기 한 쌍의 레일부의 수직방향 높이가 다른 수직방향 높이를 갖도록 상기 바디부에 배치될 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 자동 척 교환장치의 바람직한 일 실시예에서, 상기 척이 상기 로더스테이션에서 상기 메인스핀들 또는 상기 셋업스테이션으로 이송될 때에 상기 척의 롤러는 상기 이송부의 한 쌍의 레일부와 평행하도록 상기 메인스핀들 또는 상기 셋업스테이션에 배치되는 대응 레일부를 따라 슬라이딩이동하되 상기 척이 상기 브릿지부를 거쳐 이송되는 동안에 상기 척의 일부가 상기한 쌍의 서포트부에 의해 지지될 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 자동 척 교환장치의 바람직한 일 실시예에서, 상기 로더스테이션은, 상기 로테이트부에 인접하도록 상기 지지부에 설치되어 상기 로테이트부가 연결위치로 회전한 상태에서 상기 로테이트부의 회전을 방지하여 상기 로테이트부의 현재 위치를 유지시키는 위치결정부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 자동 척 교환장치의 바람직한 일 실시예에서, 상기 위치결정부는, 상기 지지부에 고정 설치되는 하우징부; 및 상기 하우징부에 인출입 가능하게 설치되어 상기 로테이트부와 선택적으로 결합되는 로딩부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 자동 척 교환장치의 바람직한 일 실시예에서, 상기 로더스테이션은, 상기 로테이트부에 인접하도록 상기 지지부에 설치되어 상기 로테이트부가 연결위치로 위치하였는지를 감지하는 감지부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 자동 척 교환장치의 바람직한 일 실시예에서, 가공이 완료된 공작물이 안착된 척을 상기 메인스핀들로부터 상기 로더스테이션을 통해 전달받기 위해 상기 로더스테이션에 인접하게 배치되어 상기 척의 이송시에 상기 브릿지부와 선택적으로 연결되는 스탁스테이션;을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 공작기계의 자동 척 교환장치의 브릿지부는 이송부에 직선 왕복이동 가능하게 설치되어 척의 이송시에 메인스핀들 또는 셋업스테이션(또는 스탁스테이션)과 선택적으로 연결되어 종래와 같은 척을 직선이동하기 위한 별도의 두 가지 직선이송구조에서 추가이동부를 제거하여 전체적인 로더스테이션의 구성을 간소하게 개선함에 따라 공작기계의 제조설계의 난이도를 낮출 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 자동 척 교환장치는 종래의 두 가지 직선이송구조에서 무게가 무거운 이송부 자체를 직선이동하기 위한 추가이동부를 제거하고, 척의 이송시 처짐방지와 안정적인 이송을 위하여 서포트부가 구비된 브릿지부를 추가하여 척의 직선이송구조의 무게를 줄여 척의 직선이송구조를 회전시키는 로테이트부가 받는 회전부하를 최소화 할 뿐만 아니라 지지부가 지지하는 부하도 최소화 하여 무거운 구조물의 이동에 의해 필연적으로 발생하는 전체 장비의 모멘트 부하를 최소화함에 따라 공작기계의 구성상의 안정성을 높이고 내구성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
게다가. 본 발명에 의한 공작기계의 자동 척 교환장치는 종래와 같이 두 가지의 척의 직선이송구조와 이를 회전시키는 로테이트부의 구성에서 추가이동부의 구성을 생략하여 전체 장비의 크기를 줄여 공작기계의 소형화를 도모할 수 있는 효과가 있다.
더욱이, 본 발명에 의한 공작기계의 자동 척 교환장치는 구성이 간소하게 개선하여 장비의 제조난이도를 낮추고, 척의 직선이송구조의 무게를 줄여 전체 장비의 모멘트 부하를 최소화 하여 전체 장비의 높은 강도가 요구되지 않고, 전체 장비의 크기가 소형화 됨에 따라 제조원가를 낮출 수 있는 효과가 있다.
도 1 내지 도 3은 종래의 공작기계의 자동 척 교환장치의 척 교환 동작의 순서를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 의한 공작기계의 자동 척 교환장치를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 의한 공작기계의 자동 척 교환장치의 로더스테이션의 사시도를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 의한 공작기계의 자동 척 교환장치의 로더스테이션의 이송부에 브릿지부가 인입된 상태(a)와 이송부에서 브릿지부가 인출된 상태(b)를 각각 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 의한 공작기계의 자동 척 교환장치의 로더스테이션의 브릿지부(340)의 사시도를 나타낸다.
도 8 내지 도 10은 본 발명에 의한 공작기계의 자동 척 교환장치의 로더스테이션에서 메인스핀들(또는 셋업스테이션 또는 스탁스테이션)으로 척이 이송되는 과정을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명에 의한 공작기계의 자동 척 교환장치의 로더스테이션의 브릿지부가 인입된 상태(c)에서 메인스핀들(또는 셋업스테이션 또는 스탁스테이션)에 결합되기 위해 인출(d)된 상태를 나타낸 도면이다.
도 12 내지 도 14는 본 발명에 의한 공작기계의 자동 척 교환장치의 로더스테이션에서 메인스핀들(또는 셋업스테이션 또는 스탁스테이션)으로 척이 이송되는 과정을 나타낸 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 공작기계의 자동 척 교환장치의 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시 예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 따라서 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다 (comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/ 또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도 1 내지 도 3은 종래의 공작기계의 자동 척 교환장치의 척 교환 동작의 순서를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 의한 공작기계의 자동 척 교환장치를 나타낸 도면이다. 도 5는 본 발명에 의한 공작기계의 자동 척 교환장치의 로더스테이션의 사시도를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 의한 공작기계의 자동 척 교환장치의 로더스테이션의 이송부에 브릿지부가 인입된 상태(a)와 이송부에서 브릿지부가 인출된 상태(b)를 각각 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 의한 공작기계의 자동 척 교환장치의 로더스테이션의 브릿지부(340)의 사시도를 나타낸다. 도 8 내지 도 10은 본 발명에 의한 공작기계의 자동 척 교환장치의 로더스테이션에서 메인스핀들(또는 셋업스테이션 또는 스탁스테이션)으로 척이 이송되는 과정을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명에 의한 공작기계의 자동 척 교환장치의 로더스테이션의 브릿지부가 인입된 상태(c)에서 메인스핀들(또는 셋업스테이션 또는 스탁스테이션)에 결합되기 위해 인출(d)된 상태를 나타낸 도면이다.
도 12 내지 도 14는 본 발명에 의한 공작기계의 자동 척 교환장치의 로더스테이션에서 메인스핀들(또는 셋업스테이션 또는 스탁스테이션)으로 척이 이송되는 과정을 나타낸 단면도이다.
이하에서 사용하는 용어의 정의는 다음과 같다. "길이방향"이란 동일부재에서 가로방향, 즉 도 5에서 X축 방향을 의미하고, "폭방향"이란 길이방향에 대해 직교하면서 동일부재에서 세로방향, 즉 도 5에서 Y축 방향을 의미하며, "수직방향"이란 길이방향과 폭방향에 대해 직교하면서 동일부재에서 상하방향을 의미한다.
또한, 상방(상부)이란 "수직방향"에서 위쪽 방향, 즉 도 5에서 Z축의 위쪽을 향하는 방향을 의미하고, 하방(하부)이란 "수직방향"에서 아래쪽 방향, 즉 도 5에서 Z축 아래쪽을 향하는 방향을 의미한다.
도 4 내지 도 14를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 자동 척 교환장치(1)를 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 자동 척 교환장치(1)는 셋업스테이션(100), 메인스핀들(200) 및 로더스테이션(300)을 포함하고, 또한 스탁스테이션(400)을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 자동 척 교환장치(1)의 셋업스테이션(100)은 척(500)에 가공될 공작물을 셋업하기 위한 것이다.
셋업스테이션(100)은 비가공영역(3)에 배치되며, 신속하게 척(400)이 이송될 수 있도록 로더스테이션(300) 및/또는 메인스핀들(200)과 인접하게 배치될 수 있다.
셋업스테이션(100)은 척(400)을 이송시키기 위한 대응 레일부(110)를 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 자동 척 교환장치(1)의 메인스핀들(200)은 셋업스테이션(100)에서 척(500)에 셋업된 공작물을 가공하기 위한 것이다.
메인스핀들(200)은 가공영역(2)에 배치되며, 신속하게 척(400)이 이송될 수 있도록 셋업스테이션(100), 로더스테이션(300), 및/또는 스탁스테이션(400)과 인접하게 배치될 수 있다.
메인스핀들(200)은 척(400)을 이송시키기 위한 대응 레일부(210)를 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 자동 척 교환장치(1)의 스탁스테이션(400)은 가공이 완료된 공작물이 안착된 척(500)을 메인스핀들(200)로부터 로더스테이션(300)을 통해 전달받기 위한 것이다.
스탁스테이션(400)은 비가공영역(3)에 배치되며, 신속하게 척(400)이 이송될 수 있도록 셋업스테이션(100), 메인스핀들(200) 및/또는 로더스테이션(300)과 인접하게 배치될 수 있다.
또한, 스탁스테이션(400)은 척(400)을 이송시키기 위한 대응 레일부(410)를 구비할 수 있다.
스탁스테이션(400)은 가공과정에서 필요에 따라 셋업스테이션(100), 메인스핀들(200) 및 로더스테이션(300)외에 추가로 배치될 수 있다.
스탁스테이션(400)이 가공과정에서 필요에 따라 추가로 배치되는 경우에는 로더스테이션(300)이 메인스핀들(200) 또는 셋업스테이션(100)과의 관계에서 작동하는 과정과 동일하게 작동된다.
일 예로, 스탁스테이션(400)은 로더스테이션(300)에 인접하게 배치되어 척(500)의 이송시에 브릿지부(340)와 선택적으로 연결된다.
이에 따라 스탁스테이션(400)에 대해 중복되는 내용은 생략하고 이하 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 자동 척 교환장치(1)의 로더스테이션(300)은 셋업스테이션(100)과 메인스핀들(200)에 인접하게 배치되어 메인스핀들(200) 또는 셋업스테이션(100)에 선택적으로 척(500)을 이송시키거나 이송받기 위한 것이다.
로더스테이션(300)은 비가공영역(3)에 배치되며, 신속하게 척(400)이 이송될 수 있도록 셋업스테이션(100), 메인스핀들(200) 및/또는 스탁스테이션(400)과 인접하게 배치될 수 있다.
구체적으로 로더스테이션(300)은 지지부(310), 로테이트부(320), 이송부(330), 브릿지부(340)를 포함할 수 있다.
지지부(310)는 상술한 로테이트부(320), 이송부(330), 및 브릿지부(340)를 지지하는 역할을 한다.
즉, 지지부(310)는 이송부(330)를 회전시키는 로테이트부(320)의 회전을 지지한다.
또한, 지지부(310)는 척(500)을 직선 이송시키는 이송부(330)와 브릿지부(340)의 직선 이동도 지지한다.
로테이트부(320)는 이송부(330)를 회전 구동시키기 위해 지지부(310)에 회전 가능하게 배치된다.
이에 따라 이송부(330)와 이송부(330)에 연결된 브릿지부(340)는 로테이트부(320)의 회전에 연동하여 함께 연결위치((P1. P2. P3)로 회동한다.
즉, 도 4를 참조하면, 로테이트부(320)는 이송부(330)가 연결위치(P1. P2. P3)에 위치하도록 이송부(330)를 회전구동시킨다.
연결위치(P1. P2. P3)란 로더스테이션(300)에서 메인스핀들(200)(또는 셋업스테이션(100) 또는 스탁스테이션(400))으로 척(500)을 이송시키거나 이와는 반대로 척(500)을 메인스핀들(200)(또는 셋업스테이션(100) 또는 스탁스테이션(400))로 부터 로더스테이션(300)으로 이송시킬 수 있는 위치를 의미한다.
즉, 연결위치(P1. P2. P3)란 이송부(300)의 레일부(332)와 메인스핀들의 대응레일부(110) (또는 셋업스테이션의 대응 레일부(410) 또는 스탁스테이션의 대응 레일부(410))가 일직선으로 연결될 수 있는 위치를 의미한다.
이송부(330)는 척(500)을 직선 이송시키기 위해 구비되며, 구체적으로 베이스부(331), 레일부(332), 작동부(333) 및 척캐리지부(334)를 포함한다.
베이스부(331)는 로테이트부(320)에 고정 설치되어 로테이트부(320)의 회전에 연동하여 회전한다.
레일부(332)는 한 쌍으로 이루어지며, 베이스부(331)의 상부에 폭방향(즉, 도 4에서 Y축 방향)으로 이격하고 길이방향(즉, 도 4에서 X축 방향)을 따라 연장 배치된다.
즉, 레일부(332)는 척캐리지부(334)의 원활한 이송을 위한 것이다.
작동부(333)는 베이스부(331)에 설치되어 척(500)을 이송시키기 위한 동력을 발생시킨다.
반드시 이에 한정되는 것을 아니지만. 작동부(333)는 볼스크류와 모터로 이루어 질 수 있다.
척캐리지부(334)는 작동부(333)의 작동에 의해 한 쌍의 레일부(332)를 따라 척(500)을 직선 왕복 이동시키는 역할을 한다.
척캐리지부(334)는 척(500)을 고정하여 직선으로 왕복하여 이송시켜주는 역할을 한다.
브릿지부(340)는 이송부(330)에 직선 왕복이동 가능하게 설치되어 척(500)의 이송시에 메인스핀들(100) 또는 셋업스테이션(100)(또는 스탁스테이션(400))과 선택적으로 연결된다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 구체적으로 브릿지부(340)는 가이드부(341), 바디부(342), 실린더부(343), 결합부(344) 및 서포트부(345)를 포함한다.
가이드부(341)는 한 쌍으로 이루어지며, 이송부(330)의 베이스부(331)의 내측에 폭방향으로 이격하고 길이방향을 따라 연장되게 고정 설치된다.
바디부(342)는 한 쌍의 가이드부(341)를 따라 슬라이딩 이동하여 베이스부(331)에서 인출되거나 베이스부(331)로 인입된다.
또한, 바디부(342)에는 한 쌍의 이동레일(3421)이 구비되어 한 쌍의 가이드부(341)를 따라 바디부(342)가 원활하게 슬라이딩 이동 될 수 있다.
즉, 바디부(342)는 이송부(330)가 로테이트부(320)를 통해 회전하는 동안에는 베이스부(331)로 인입된 상태를 유지하여 회전시 메인스핀들(200)(또는 셋업스테이션(100) 또는 스탁스테이션(400))과 간섭이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 바디부(342)는 이송부(330)가 로테이트부(320)를 통해 회전하여 연결위치(P1. P2. P3)에 위치하게 되면 베이스부(331)에서 인출되어 메인스핀들(200)(또는 셋업스테이션(100) 또는 스탁스테이션(400))과 연결된다.
실린더부(343)는 베이스부(331)에 배치되어 바디부(342)를 슬라이딩 이동시키는 역할을 한다.
도 6, 도 7 및 도 11을 참조하면, 결합부(344)는 연결위치(P1. P2. P3)에서 척(500)을 이송시키기 위해 브릿지부(340)를 셋업스테이션(100) 또는 메인스핀들(200)(또는 스탁스테이션(400))과 선택적으로 결합시키기 위해 바디부(342)의 선단에 형성된다.
즉, 결합부(344)는 연결위치(P1. P2. P3)에서 바디부(342)가 베이스부(331)에서 인출되어 메인스핀들(200)(또는 셋업스테이션(100) 또는 스탁스테이션(400))과 연결될 때 바디부(342)를 메인스핀들(200)(또는 셋업스테이션(100) 또는 스탁스테이션(400))에 결합 고정하여 브릿지부(340)가 높이방향 및 회전방향으로 움직이지 않도록 견고하게 고정하여 안정적으로 척(500)이 브릿지부(340)를 지나 이송될 수 있도록 하는 역할을 한다.
이처럼 본 발명에 의한 공작기계의 자동 척 교환장치의 브릿지부는 이송부에 직선 왕복이동 가능하게 설치되어 척의 이송시에 메인스핀들 또는 셋업스테이션(또는 스탁스테이션)과 선택적으로 연결되어 종래와 같은 척을 직선이동하기 위한 별도의 두가지 직선이송구조를 유지하지 않고 종래의 자동 척 교환장치에서 이동부 자체를 직선 이동시키기 위한 추가이동부를 제거하여 전체적인 로더스테이션의 구성을 간소하게 개선함에 따라 공작기계의 제조설계의 난이도를 낮출 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 자동 척 교환장치는 구성이 간소하게 개선하여 장비의 제조난이도를 낮추고, 척의 직선이송구조의 무게를 줄여 전체 장비의 모멘트 부하를 최소화 하여 전체 장비의 높은 강도가 요구되지 않고, 전체 장비의 크기가 소형화 됨에 따라 제조원가를 낮출 수 있다.
도 12 내지 도 14를 참조하면, 서포트부(345)는 한 쌍으로 이루어질 수 있다.
이러한 한 쌍의 서포트부(345)는 연결위치(P1. P2. P3)에서 척(500)을 이송시키기 위해 바디부(342)가 베이스부(331)에서 인출되어 셋업스테이션(100) 또는 메인스핀들(200)(또는 스탁스테이션(400))에 선택적으로 결합된 상태에서 척(500)이 브릿지부(340)를 거쳐 이송되는 동안에 척(500)을 지지하도록 바디부(342)의 폭방향 양측에 배치된다.
즉, 한 쌍의 서포트부(345)는 베이스부(331)가 바디부(342)에서 인출되어 결합부(344)를 통해 셋업스테이션(100), 메인스핀들(200) 및 스탁스테이션(400)) 중 어느 하나와 결합 고정된 상태에서 척(500)을 브릿지부(340)를 거쳐 이송하는 과정에서 척이 정확한 위치에서 원활하게 이송될 수 있도록 후술하는 바와 같이 척의 하부(520)를 지지하는 역할을 한다.
반드시 이에 한정되는 것은 아니지만 한 쌍의 서포트부(345)는 척의 하부(520)를 지지하면서 원활하게 이송시킬 수 있도록 롤러(Roller)로 이루어 질 수 있다.
또한, 한 쌍의 서포트부(345)는 이송부(330)의 한 쌍의 레일부(332)의 수직방향 높이(H)가 다른 수직방향 높이를 갖도록 바디부(342)에 배치된다.
도 12 내지 도 14를 참조하면, 척(500)은 척이 원활하게 이송될 수 있도록 롤러부(510)를 구비하고, 롤러부(510)와 수직방향으로 다른 높이를 가지는 척의 하부(520)를 구비할 수 있다.
이처럼 척(500)이 형성되어 있는 경우에, 척(500)이 로더스테이션(300)에서 메인스핀들(200) 또는 셋업스테이션(100) (또는 스탁스테이션(400))으로 이송될 때에 척(500)의 롤러(510)는 이송부(330)의 한 쌍의 레일부(332)와 평행하도록 메인스핀들(200) 또는 셋업스테이션(100) (또는 스탁스테이션(400))에 배치되는 대응 레일부(110, 210, 410)를 따라 슬라이딩이동하되 척(500)이 브릿지부(340)를 거쳐 이송되는 동안에는 척(500)의 일부가 한 쌍의 서포트부(345)에 의해 지지 된다.
또한, 이와는 반대로 메인스핀들(200) 또는 셋업스테이션(100) (또는 스탁스테이션(400))에서 로더스테이션(300)으로 척이 이송되는 과정도 상술한 바와 동일하게 척(500)이 브릿지부(340)를 거쳐 이송되는 동안에는 척(500)의 일부가 한 쌍의 서포트부(345)에 의해 지지 된다.
예를 들어, 도 12 내지 도 14에 도시된 것처럼 척(500)에 6 쌍의 롤러부(510)가 폭방향으로 서로 마주하면서 길이방향을 따라 이격되게 배치되어 있는 경우에 로더스테이션(300)에서 메인스핀들(200)로 척(500)이 이송되는 과정을 설명한다.
도 12와 같이 척(500)이 로더스테이션(300)의 이송부(330)를 따라 이송되는 과정에서는 척(500)에 6 쌍의 롤러부(510)가 이송부(330)의 레일부(332)를 따라 롤링되어 레일부(332)에 의해 지지된다.
이 후 도 13과 같이 척(500)이 로더스테이션(300)의 브릿지부(340)에 진입한 상태에서는 척(500)에 5 쌍의 롤러부(510)는 이송부(330)의 레일부(332)를 따라 롤링되고, 척의 하부(520)는 브릿지부(340)에 구비된 서포트부(345)의 구름구동을 통해 원활하게 이동되면서 지지되어 척(500)의 1쌍의 롤러부(510)가 더 이상 레일부(332)를 통해 지지되지 않아도 척(500)의 하중을 분산하여 척(500)을 안정적으로 이송시킬 수 있다.
다음으로 도 14와 같이 척(500)이 로더스테이션(300)의 브릿지부(340)를 거쳐 메인스핀들(200)로 진입한 상태에서는 척(500)에 4쌍의 롤러부(510)는 레일부(332)를 따라 롤링되어 레일부(332)에 의해 지지되고, 척(500)에 1쌍의 롤러부(510)는 메인스핀들(200)의 대응 레일부(210)를 따라 롤링되므로 대응 레일부(210)에 의해 지지된다.
한편, 이와 같은 상황에서 척이 이송되는 브릿지부를 거쳐 이송되는 동안에는 계속해서 척의 하부(520)는 브릿지부(340)에 구비된 서포트부(345)의 구름구동을 통해 원활하게 이송되면서 서포트부(345)에 의해 지지된다.
따라서 척(500)이 이송되는 과정에서 척(500)은 이송부(330)의 레일부(332), 브릿지부(340)의 서포트부(345), 및/또는 메인스핀들(200)의 대응 레일부(210)에 의해 지지되므로 전체적인 이송과정에서 척(500)의 자중에 의한 처짐을 방지하고 척(500)의 하중을 분산하여 척(500)을 안정적으로 이송시킬 수 있다.
이처럼, 본 발명에 의한 공작기계의 자동 척 교환장치는 종래의 두가지 직선이송구조에서 무게가 무거운 이송부 자체를 직선이동하기 위한 추가이동부를 제거하고, 척의 이송시 처짐방지와 안정적인 이송을 위하여 서포트부가 구비된 브릿지부를 추가하여 척의 직선이송구조의 무게를 줄여 척의 직선이송구조를 회전시키는 로테이트부가 받는 회전부하를 최소화 할 뿐만 아니라 지지부가 지지하는 부하도 최소화 하여 무거운 구조물의 이동에 의해 필연적으로 발생하는 전체 장비의 모멘트 부하를 최소화함에 따라 공작기계의 구성상의 안정성을 높이고 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 4를 참조하면, 로더스테이션(300)은 위치결정부(350) 및 감지부(360)를 더 포함할 수 있다.
도 4의 확대된 부분을 참조하면, 위치결정부(350)는 로테이트부(320)에 인접하도록 지지부(310)에 설치된다.
위치결정부(350)는 로테이트부(320)가 연결위치(P1. P2. P3)로 회전한 상태에서 로테이트부(320)의 회전을 방지하여 로테이트부(320)의 현재 위치를 유지시키는 역할을 한다.
구체적으로 위치결정부(350)는 하우징부(351)와 로딩부(352)를 포함한다.
하우징부(351)는 지지부(310)에 고정 설치되고, 로딩부(352)는 하우징부(351)에 인출입 가능하게 설치되어 로테이트부(320)와 선택적으로 결합된다.
즉, 로딩부(352)가 하우징부(351)에 인입된 상태에서는 로테이트부(320)가 회전할 수 있고, 로딩부(352)가 하우징부(351)에서 인출되어 로테이트부(320)의 위치홈(321)에 결합된 상태에서는 로테이트부(320)가 고정된 상태를 유지한다.
감지부(360)는 로테이트부(320)에 인접하도록 지지부(310)에 설치되어 로테이트부(320)가 연결위치(P1. P2. P3)로 위치하였는지를 감지 한다.
반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 도면에 도시된 것처럼 감지부(360)는 센서로 이루어 질 수 있다.
이처럼, 본 발명에 따른 공작기계의 자동 척 교환장치(1)는 감지부를 구비하여 로테이트부(320)가 연결위치(P1. P2. P3)로 위치하였는지를 정확하게 확인한 후 브릿지부(340)를 통해 척(500)을 이송시키는 동작을 진행하여 공작기계의 오작동을 방지하고 사용자의 편의성을 향상 시킬 수 있다.
본 발명에 따른 공작기계의 자동 척 교환장치(1)의 작동원리를 설명한다.
먼저 로더스테이션(300)은 메인스핀들(200)로 척(500)을 이송하기 위해 로테이트부(320)를 통해 이송부(330)를 회전시켜 이송부(330)를 연결위치(P2)로 위치시킨다.
다음으로, 위치결정부(350)의 로딩부(352)가 하우징부(351)에서 인출되어 로테이트부(320)의 위치홈(321)에 결합됨에 따라 로테이트부(320)를 연결위치(P2)에 고정시킨다.
이 후 브릿지부(400)의 바디부를 이송부(330)의 베이스부(331)에서 인출한다.
브릿지부(340)의 결합부(344)를 통해 브릿지부(340)와 메인스핀들(200)을 결합 고정 한다.
이후 이송부(330)의 척캐리지부(334)를 통해 한 쌍의 레일부(332)를 따라 척(500)을 메인스핀들(200)로 직선 이동시킨다.
척(500)이 메인스핀들(200)로 이송이 완료된 후 척캐리지부(334)만 원위치로 복귀한다.
이 후 브릿지부(340)의 바디부(342)가 베이스부(331)로 인입되어 회수된다.
다음으로 위치결정부(350)의 로딩부(352)가 하우징부(351)로 인입되면 로테이트부(320)를 통해 이송부(330)를 회전시켜 이송부(330)를 다음 연결위치(P1 또는 P3)로 위치시킨 뒤 상술한 과정 셋업스테이션(100)(또는 스탁스테이션(400))과 로더스테이션(300) 사이에서 반복된다.
이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술할 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
1 : 공작기계의 자동 척 교환장치,
2 : 가공영역,
3 : 비가공영역,
100 : 셋업스테이션,
200 : 메인스핀들,
300 : 로더스테이션,
310 : 지지부,
320 : 로테이트부,
330 : 이송부,
340 : 브릿지부,
350 : 위치결정부,
360 : 감지부,
400 : 스탁스테이션.

Claims (12)

  1. 척에 가공될 공작물을 셋업하는 셋업스테이션;
    상기 셋업스테이션에서 상기 척에 셋업된 공작물을 가공하는 메인스핀들; 및
    이송부와 브릿지부를 구비하고, 상기 셋업스테이션과 상기 메인스핀들에 인접하게 배치되어 상기 메인스핀들 또는 상기 셋업스테이션에 선택적으로 상기 척을 이송시키거나 이송받는 로더스테이션;을 포함하고,
    상기 브릿지부는 상기 이송부에 직선 왕복이동 가능하게 설치되어 상기 척의 이송시에 상기 메인스핀들 또는 상기 셋업스테이션과 선택적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 공작기계의 자동 척 교환장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 로더스테이션은,
    지지부; 및
    상기 이송부를 회전 구동시키기 위해 상기 지지부에 회전 가능하게 배치되는 로테이트부;를 더 포함하고,
    상기 브릿지부와 상기 이송부는 상기 로테이트부의 회전에 연동하여 함께 연결위치로 회동되는 것을 특징으로 하는 공작기계의 자동 척 교환장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 이송부는,
    상기 로테이트부에 고정 설치되는 베이스부;
    상기 베이스부의 상부에 폭방향으로 이격하고 길이방향을 따라 연장 배치되는 한 쌍의 레일부;
    상기 베이스부에 설치되어 상기 척을 이송시키기 위한 동력을 발생시키는 작동부; 및
    상기 작동부의 작동에 의해 상기 한 쌍의 레일부를 따라 상기 척을 직선 왕복 이동시키는 척캐리지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 자동 척 교환장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 브릿지부는,
    상기 베이스부의 내측에 폭방향으로 이격하고 길이방향을 따라 연장되게 고정 설치되는 한 쌍의 가이드부;
    상기 한 쌍의 가이드부를 따라 슬라이딩 이동하여 상기 베이스부에서 인출되거나 상기 베이스부로 인입되는 바디부; 및
    상기 베이스부에 배치되어 상기 바디부를 슬라이딩 이동시키는 실린더부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 자동 척 교환장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 브릿지부는,
    연결위치에서 상기 척을 이송시키기 위해 상기 브릿지부를 상기 셋업스테이션 또는 상기 메인스핀들과 선택적으로 결합시키기 위해 상기 바디부의 선단에 형성되는 결합부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 자동 척 교환장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 브릿지부는,
    연결위치에서 상기 척을 이송시키기 위해 상기 바디부가 상기 베이스부에서 인출되어 상기 셋업스테이션 또는 상기 메인스핀들에 선택적으로 결합된 상태에서 상기 척이 상기 브릿지부를 거쳐 이송되는 동안에 상기 척을 지지하도록 상기 바디부의 폭방향 양측에 배치되는 한 쌍의 서포트부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 자동 척 교환장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 한 쌍의 서포트부는 상기 한 쌍의 레일부의 수직방향 높이가 다른 수직방향 높이를 갖도록 상기 바디부에 배치되는 것을 특징으로 하는 공작기계의 자동 척 교환장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 척이 상기 로더스테이션에서 상기 메인스핀들 또는 상기 셋업스테이션으로 이송될 때에 상기 척의 롤러는 상기 이송부의 한 쌍의 레일부와 평행하도록 상기 메인스핀들 또는 상기 셋업스테이션에 배치되는 대응 레일부를 따라 슬라이딩이동하되 상기 척이 상기 브릿지부를 거쳐 이송되는 동안에 상기 척의 일부가 상기한 쌍의 서포트부에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 공작기계의 자동 척 교환장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 로더스테이션은,
    상기 로테이트부에 인접하도록 상기 지지부에 설치되어 상기 로테이트부가 연결위치로 회전한 상태에서 상기 로테이트부의 회전을 방지하여 상기 로테이트부의 현재 위치를 유지시키는 위치결정부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 자동 척 교환장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 위치결정부는,
    상기 지지부에 고정 설치되는 하우징부; 및
    상기 하우징부에 인출입 가능하게 설치되어 상기 로테이트부와 선택적으로 결합되는 로딩부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 자동 척 교환장치.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 로더스테이션은,
    상기 로테이트부에 인접하도록 상기 지지부에 설치되어 상기 로테이트부가 연결위치로 위치하였는지를 감지하는 감지부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 자동 척 교환장치.
  12. 제1항에 있어서,
    가공이 완료된 공작물이 안착된 척을 상기 메인스핀들로부터 상기 로더스테이션을 통해 전달받기 위해 상기 로더스테이션에 인접하게 배치되어 상기 척의 이송시에 상기 브릿지부와 선택적으로 연결되는 스탁스테이션;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 자동 척 교환장치.
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