KR20240014747A

KR20240014747A - 부품 취급장치를 구비한 공작기계

Info

Publication number: KR20240014747A
Application number: KR1020220092301A
Authority: KR
Inventors: 현재완
Original assignee: 주식회사 디엔솔루션즈
Priority date: 2022-07-26
Filing date: 2022-07-26
Publication date: 2024-02-02
Also published as: WO2024025239A1

Abstract

생크부가 공작기계의 스핀들에 장착되며, 스핀들의 후단으로부터 공급되는 압축공기를 이용하여 구동실린더를 작동시키며, 상기 구동실린더의 전방에는 상기 구동실린더에 의해 작동하는 그리퍼를 설치하여 부품 파지장치를 구현한다. 공구가 장착되는 스핀들에 부품 파지장치를 설치함으로써 스핀들의 회전에 의해 부품 파지장치에 파지된 부품을 회전시켜 공작기계의 테이블에 거치된 공작물에 용착시킴으로써, 머시닝센터의 구조를 변형하지 않고, 절삭가공 이 외의 공작물 가공 또는 조립작업이 가능한 머시닝센터를 제공한다. 또한, 본 발명은 머시닝센터를 이용하여 복잡한 형상의 공작물을 가공 또는 조립함에 있어 가공시간을 단축 한다.

Description

부품 취급장치를 구비한 공작기계{Machine tool equipped with parts handling device}

본 발명은 스핀들에 부품 파지장치를 장착하고, 부품을 공작물에 제공하거나 장착하는 공작기계에 관한 것이다.

일반적으로 공작기계는 공구를 고속으로 회전시키며 특정 축 방향으로 이송하고, 공작물은 작업 테이블 상에 고정 또는 비교적 저속으로 회전시키거나 특정 축 방향으로 이송시키면서 가공작업을 수행하는 머시닝센터와 같은 유형의 공작기계와, 공작물을 고속으로 회전시킨 상태에서 공구를 특정 축 방향으로 이송시켜 가공작업을 수행하는 터닝센터와 같은 유형의 공작기계로 구분할 수 있다.

터닝센터와 같은 공작기계는 보통 주축에 공작물을 파지하고 주축을 고속으로 회전시키는 것이므로, 공작물이 주로 봉 또는 원통 형상이며, 그 크기나 무게가 한정된다. 이에 비해 머시닝센터와 같은 공작기계는 고정되거나 저속회전, 또는 축 방향 이송이 가능한 작업 테이블에 공작물을 고정시킨 상태에서 가공작업을 수행함에 따라 공작물의 모양이나 크기, 무게를 비교적 자유롭게 선정할 수 있다.

한편, 머시닝센터와 같은 공작기계는, 스핀들에 공구를 장착하여 고속으로 회전시켜 절삭이나 밀링, 탭핑 등과 같은 전통적인 절삭 작업을 수행하지만, 최근 들어 공작물의 형상이 복잡해짐에 따라, 머시닝센터의 전통적인 절삭가공 방식으로 공작물을 가공할 경우, 가공시간이 지나치게 길어지거나, 가공 자체가 불가능한 경우도 발생한다.

예를 들면, 항공기 부품과 같이 비대칭적인 형상의 공작물을 가공할 경우, 기존의 머시닝센터로는 비대칭 형상의 복잡한 공작물을 일일이 절삭 가공함에 따라 가공시간이 지나치게 길어지는 문제가 발생한다. 또는, 머시닝센터를 이용하여 절삭 가공 이외의 특별한 가공 작업을 수행할 때에는 머시닝센터의 일부 구성을 변형하여 전용장비로 개조하여야만 작업이 가능해지는 경우도 있다.

한편, 종래기술로, 특허문헌 1,2는 CNC선반에서 압축 코일 스프링을 내장하고 푸쉬 파이프의 전후진에 의해 전후 방향으로 직선 운동이 가능한 척 슬리브와, 상기 척 슬리브의 압축 코일스프링에 의해 가압되며 상기 척 슬리브가 전후 이동 시 전방의 콜릿 척이 반경 방향으로 확장 및 축소되어 전방의 공작물을 언클램프 또는 클램프하는 구조와, 상기 척 슬리브와 콜릿 척의 내경부를 통해 전방의 공작물에 절삭유를 분사하는 구조를 제시하고 있다. 그러나 이러한 구조는 척 슬리브의 전후진 이동에 의해 콜릿 척이 공작물을 파지 또는 해지하는 구조를 나타낼 뿐이다.

한국 등록특허 제10-1620327호 한국 등록특허 제10-2270817호

상기한 문제점들을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 머시닝센터의 구조를 변형하지 않고, 공구가 수납되는 공구매거진에 부품을 파지하는 부품 파지장치를 수납하고, 이 부품 파지장치를 공구교환 방식으로 스핀들에 교환 장착하고, 부품 공급장치로부터 제공되는 부품을 파지하여 공작물에 장착함으로써 절삭가공 이 외의 공작물 가공작업이 가능한 공작기계를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 목적은 머시닝센터를 이용하여 복잡한 형상의 공작물을 가공함에 있어 가공시간을 단축하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 부품 취급장치를 구비한 공작기계는,

복수의 공구와 공구매거진에 수납된 상태로 공구매거진의 회동 경로를 따라 공구교환 위치로 회동하는 부품 파지장치;

상기 공구매거진의 일측에 설치되어 상기 공구매거진과 스핀들 간에 상기 공구 또는 부품 파지장치를 교환하는 공구교환장치;

선단에 상기 공구 또는 부품 파지장치를 삽입하여 파지할 수 있도록 하부는 넓고 상부는 좁은 원뿔 형태의 경사진 삽입홈이 형성되며, 후단의 내부 중심 길이 방향으로는 상기 공구 또는 부품 파지장치를 파지 또는 해지하는 드로바가 설치되며, 상기 드로바의 중심에는 길이 방향으로 압축공기가 유통하는 중공부가 형성되고, 상기 드로바의 후단에는 상기 중공부로 압축공기를 선택적으로 공급하여 선단에 삽입되어 파지된 상기 부품파지장치를 작동시키는 압축공기 공급유닛을 설치한 스핀들;

공작기계의 일측에 설치되며 복수 개의 부품을 수납하고, 상기 수납된 부품을 상기 스핀들에 장착된 상기 부품 파지장치에 공급하기 부품 공급장치를 포함한다.

바람직한 실시예로, 부품 취급장치를 구비한 공작기계에서, 상기 부품 공급장치는 상기 스핀들에 장착된 상기 부품 파지장치에 수납된 부품을 공급하기 위한 위치로 상기 부품 공급장치를 이동시키는 이동수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로, 부품 취급장치를 구비한 공작기계에서, 상기 부품 공급장치 수납된 부품을 하나씩 배출하는 부품배출기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로, 부품 취급장치를 구비한 공작기계에서, 상기 부품 파지장치는 일측 선단은 공작기계 스핀들 내부의 드로바에 의해 파지 또는 해지되는 풀스터드를 구비하고, 몸체는 상기 스핀들의 경사진 삽입홈에 면접촉되어 삽입되는 경사부로 이루어지며, 몸체의 길이 방향 중심에는 압축공기 통로가 형성된 생크부와,

상기 생크부의 압축공기 통로와 연통되는 챔버를 형성하고, 상기 챔버의 내부에는 전후진하는 피스톤을 구비하며, 상기 피스톤의 선단부는 전방으로 돌출되어 경사면을 형성한 경사 헤드를 구비하고, 상기 피스톤을 경계로 전방 챔버에는 상기 피스톤을 후방으로 가압하는 압축 스프링을 설치하며, 상기 피스톤을 경계로 후방 챔버는 상기 생크부의 압축공기 통로와 연통하는 구동실린더와,

상기 구동실린더의 몸체로부터 전방으로 돌출되어 설치되며, 상기 구동실린더의 경사 헤드와는 슬라이드 가능하게 경사지게 결합되어 서로 마주보는 방향으로 왕복 이동하는 한 쌍의 핑거로 이루어지는 그리퍼를 포함한다.

바람직한 실시예로, 부품 취급장치를 구비한 공작기계에서,상기 압축 스프링이 설치된 상기 챔버의 일측에는 외부로부터 공기가 유입 또는 배출는 벤트홀이 형성된 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로, 부품 취급장치를 구비한 공작기계에서,상기 핑거는, 상기 핑거 후단의 일측면은 상기 피스톤 경사 헤드의 경사면에 가이드되어 슬라이드 이동되도록 상기 경사 헤드의 경사면과 동일한 구배로 이루어지는 슬라이드면을 형성하고, 상기 핑거 후단 저면은 구동실린더의 몸체에 길이 방향에 대해 직각 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 결합되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로, 부품 취급장치를 구비한 공작기계에서,상기 핑거의 슬라이드면과 피스톤 경사 헤드의 경사면과, 상기 핑거의 후단 저면과 구동실린더의 몸체는 상기 핑거가 구동실린더의 몸체로부터 이탈하지 않도록 서로 슬라이드 가능한 요철결합 구조로 형성된 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로, 부품 취급장치를 구비한 공작기계에서,상기 핑거의 후단 저면과 구동실린더의 몸체의 요철결합 구조는 상기 구동실린더의 몸체의 결합구조가 체결볼트에 의해 분리 가능한 조립구조인 것을 특징으로 한다.

한편, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 부품 취급장치를 구비한 공작기계용 부품 파지장치는,

부품 취급장치를 구비한 공작기계에 있어서, 일측 선단은 공작기계의 스핀들 내부의 드로바에 의해 파지 또는 해지되는 풀스터드를 구비하고, 몸체는 상기 스핀들의 경사진 삽입홈에 면접촉되어 삽입되는 경사부로 이루어지며, 몸체의 길이 방향 중심에는 압축공기 통로가 형성된 생크부와,

본 발명은 머시닝센터와 같은 공작기계에서 공작기계 본체의 구조 변경을 최소화하여, 공구가 수납되는 공구매거진에 부품 파지장치를 수납하고, 공구교환 방식에 의해 부품 파지장치를 스핀들에 교환 장착하여, 이 부품 파지장치를 이용하여 별도의 부품공급장치로부터 공급되는 부품을 파지하여 공작물에 장착함으로써, 절삭가공 이 외의 공작물 가공 또는 조립작업이 가능한 공작기계를 제공한다.

또한, 본 발명은 공작물의 절삭가공을 위주로 하는 머시닝센터와 같은 공작기계에서 공작물을 탈거하지 않고, 머시닝센터를 이용하여 부품 장착작업을 가능케 함으로써 복잡한 형상의 공작물의 가공 또는 조립 시간을 단축 한다.

도 1은 본 발명의 실시예로서, 스핀들에 부품 파지장치를 설치한 머시닝센터의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예로서, 스핀들에 부품 파지장치를 설치한 머시닝센터의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예로서, 머시닝센터의 스핀들에 부품 파지장치를 설치한 상태의 단면도이다.
도 4는 도 3의 A부분의 확대도이다.
도 5은 본 발명의 실시예로서, 부품 파지장치 단면도이다.
도 6는 도 5의 A-A선 확대 단면도이다.
도 7는 도 5의 B-B선 확대 단면도이다.
도 8은 도 3의 B부분의 확대도이다.
도 9는 본 발명의 실시예로서, 스핀들에 장착된 부품 파지장치를 이용하여 공작물에 부품을 장착하는 머시닝센터의 작동상태도이다.
도 10은 본 발명의 실시예로서, 부품 파지장치를 이용하여 부품을 공작물에 용착하는 개념도이다.
도 11은 본 발명의 실시예로서, 그리퍼가 부품을 클램핑하는 상태의 부품 파지장치 단면도이다.
도 12는 본 발명의 실시예로서, 그리퍼가 파지한 부품을 언클램핑하는 상태의 부품 파지장치 단면도이다.
도 13은 본 발명의 실시예로서, 본 발명의 부품 파지장치를 이용하여 부품을 용착한 공작물의 사시도이다.

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

도 1,2에 도시한 것처럼, 머시닝센터(60)의 일측에는 여러 개의 공구(17)와 부품 파지장치(20)를 수납하는 공구매거진(15)을 설치한다. 이 때 부품 파지장치(20)는 공구매거진(15)에 수납된 공구들(17)과 마찬가지로 공구매거진(15)에 수납된 상태로 공구매거진(15)의 회동 경로를 따라 공구교환 위치로 회동 가능하게 수납된다.

또한, 공구매거진(15)의 일측에는 공구매거진(15)과 스핀들(10) 간에 공구(17) 또는 부품 파지장치(20)를 교환하는 공구교환장치(16)를 설치한다. 이 공구교환장치(16)는 머시닝센터(60)의 제어장치(미도시)의 지령에 의해 구동되어 공구매거진(15)에 수납된 공구(17) 또는 부품 파지장치(20)를 파지하여 스핀들(10)에 삽입 장착하고, 또는 스핀들(10)에 삽입된 공구(17) 또는 부품 파지장치(20)를 탈거하여 공구매거진(15) 반납하는 교환 동작을 수행한다.

한편, 머시닝센터(60)의 또 다른 일측에는 부품 공급장치(24)를 설치한다. 이 부품 공급장치(24)는 복수 개의 부품(21)을 수납하고, 제어장치(미도시)의 지령에 의해 스핀들(10)에 장착된 부품 파지장치(20)에 수납된 부품(21)을 공급하기 위한 위치로 상기 부품 공급장치(24)를 이동시키는 이동수단(미도시)을 포함한다. 바람직하게 이 이동수단은 부품 공급장치(24)를 정해진 이동거리 범위 내에서 상부에서 하부로 왕복 이동시키는 구조이다. 또한, 이 부품 공급장치(24)는 수납된 부품(21)을 하나씩 배출하는 부품배출기(25)를 포함한다. 이 부품배출기(25)는 부품 공급장치(24)에 수납된 복수 개의 부품(21)을 하나씩 일정 거리만큼 밀어낼 수 있는 구조로 형성된다.

또한, 머시닝센터(60)의 스핀들(10)은 도 4에 도시한 것처럼, 선단에 상기 공구(17) 또는 부품 파지장치(20)를 삽입하여 파지하는 구조이다. 또한, 상기 스핀들(10)은 하부는 넓고 상부는 좁은 원뿔 형태의 경사진 삽입홈(11)이 형성되며, 후단에는 스핀들(10) 내부 중심에는 길이 방향으로 상기 공구(17) 또는 부품 파지장치(20)를 파지 또는 해지하는 드로바(12)가 설치된다. 또한, 상기 드로바(12)의 중심에 길이 방향으로 압축공기가 유통하는 중공부(13)가 형성된다.

또한, 도 8에 도시한 것처럼, 중심부에 중공부(13)가 형성된 상기 드로바(12)의 후단에는 상기 중공부(13)로 압축공기를 선택적으로 공급하여 스핀들(10) 선단에 삽입되어 파지된 부품파지장치(20)를 작동시키는 압축공기 공급유닛(14)을 설치한다.

즉, 상기 드로바(12)가 전방의 부품 파지장치(20)를 스핀들(10)의 삽입홈(11)에 고정하기 위해 후방으로 이동할 경우, 상기 드로바(12)의 중공부(13)는 상기 압축공기 공급유닛(14)과 연결 상태가 되어, 상기 압축공기 공급유닛(14)으로부터 공급되는 압축공기가 상기 드로바(12)의 중공부(13)와 상기 부품 파지장치(20)의 압축공기 통로(33)를 통해 상기 구동실린더(40)의 챔버(41)로 공급될 수 있게 된다.

한편, 도 3에 도시한 것처럼, 부품 파지장치(20)는 머시닝센터(60)의 스핀들(10) 선단에는 착탈 가능한 구조이다. 상기 부품 파지장치(20)는 일측 선단은 상기 스핀들(10)에 삽입되는 생크부(30)로 구성되고, 타측 선단은 부품(21)을 파지하는 그리퍼(50)로 구성되며, 상기 생크부(30)와 상기 그리퍼(50)의 사이에는 압축공기에 의해 상기 그리퍼(50)를 구동하는 구동실린더(40)로 이루어진다.

도 4 내지 도 7에 도시한 것처럼, 상기 부품 파지장치(20)의 생크부(30)는 후단에 스핀들(10) 내부 중심에 길이 방향으로 설치되는 드로바(12)에 의해 파지 또는 해지되는 풀스터드(31)를 구비하고, 생크부(30)의 몸체(47)는 하부는 넓고 상부는 좁은 원뿔 형태의 경사부(32)로 이루어져 스핀들(10)의 경사진 삽입홈(11)에 면접촉되어 삽입되는 구조이다. 또한, 상기 생크부(30)의 중심에는 길이 방향으로 압축공기 통로(33)가 형성된다. 상기 압축공기 통로(33)는 상기 드로바(12)의 중심에 길이 방향으로 형성된 중공부(13)와 연통된다.

또한, 상기 부품 파지장치(20)의 구동실린더(40)는 압축공기에 의해 구동되는 실린더로, 상기 생크부(30)의 압축공기 통로(33)와 연통되는 챔버(41)를 형성하고, 상기 챔버(41)의 내부에는 전방의 그리퍼(50)를 향하여 전후진하는 피스톤(42)을 구비하되, 상기 피스톤(42)을 경계로 전방 챔버(41)에는 상기 피스톤(42)을 후방으로 가압하는 압축 스프링(43)이 설치되며, 상기 피스톤(42)을 경계로 후방 챔버(41)는 상기 압축공기 통로(33)와 연통된다.

한편, 상기 피스톤(42)의 선단부는 상기 구동실린더(40)의 몸체(47) 전방으로 돌출되며, 전방의 그리퍼(50)와 경사지게 결합되는 삼각형의 경사면(45)을 형성한 경사 헤드(44)를 구비한다.

한편, 상기 압축 스프링(43)이 설치된 챔버(41)의 일측에는 외부로부터 공기가 유입 또는 배출될 수 있는 벤트홀(46)이 형성된다. 상기 벤트홀(46)의 설치 위치는 상기 피스톤(42)을 경계로 상기 압축공기 통로(33)와 연통하는 피스톤(42) 후방의 상기 챔버(41)와는 압축공기가 서로 유통하지 않는 위치에 설치한다.

또한, 상기 그리퍼(50)는 부품 파지장치(20)의 길이 방향 중심선을 향하여 서로 마주 보는 방향으로 접근 또는 멀어지는 구조로 부품(21)을 파지할 수 있는 한 쌍의 핑거(52)로 구성된다. 상기 각각의 핑거(52)는 상기 구동실린더(40)의 몸체(47)로부터 전방으로 돌출되어 설치되며, 서로 마주보는 방향으로 왕복 이동하도록 구성된다.

또한, 상기 각각의 핑거(52) 후단의 일측면은 상기 피스톤(42) 경사 헤드(44)의 경사면(45)에 가이드되어 슬라이드 이동되도록 상기 경사 헤드(44)의 경사면(45)과 동일한 구배로 이루어지는 슬라이드면(51)을 형성하고, 상기 각각의 핑거(52) 후단 저면은 구동실린더(40)의 몸체(47)의 길이 방향에 대해 직각 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 조립된다.

한편, 도 6,7에 도시한 것처럼, 상기 핑거(52)의 슬라이드면(51)과 피스톤(42) 경사 헤드(44)의 경사면(45)은 서로 이탈되지 않으면서 슬라이드 가능한 요철결합 구조로 형성된다. 또한, 상기 핑거(52)의 후단 저면과 구동실린더(40)의 몸체(47)도, 상기 핑거(52)가 구동실린더(40)의 몸체(47)로부터 이탈하지 않도록 서로 슬라이드 가능한 요철결합 구조로 형성된다. 다만, 상기 구동실린더(40)의 몸체(47)에 형성되는 요철결합 구조는 핑거(52)의 조립을 위해 결합구조물 부위가 체결볼트(53)에 의해 분리 가능한 조립구조이다.

따라서 상기 한 쌍의 핑거(52)는 상기 피스톤(42)에 연동되어 피스톤(42)의 경사 헤드(44) 경사면(45)에 안내됨과 동시에 구동실린더(40)의 몸체(47)의 길이 방향에 대해 직각 방향으로도 안내되어, 서로 마주 보는 방향으로 평행을 유지한 상태로 오므려지기도 하고 벌어지기도 한다.

한편, 도 8에 도시한 것처럼, 상기 생크부(30)의 압축공기 통로(33)와 연통하는 상기 드로바(12) 중심부에 형성된 중공부(13)는 상기 드로바(12)의 후단에 설치된 압축공기 공급유닛(14)과 선택적으로 연결된다.

이하에서는 도 9 내지 도 10을 참조하여 상기 실시예와 같이, 부품 파지장치(20)을 구비한 머시닝센터(60)에서 공작물(23)에 부품(21)을 공급 및 장착하는 동작을 설명한다.

도 9,10에 도시한 것처럼, 부품(21)을 공작물(23)에 부품(21)을 공급하기 위해서는, 먼저 머시닝센터(60) 제어장치(미도시)의 지령에 의해 공구매거진(15)을 작동시켜, 공구매거진(15)의 특정 위치에 수납된 부품 공급장치(24)를 공구교환 위치로 이동시키고, 이어서 공구교환장치(16)을 작동시켜 공구매거진(15)의 공구교환 위치에 대기하고 있는 부품 파지장치(20)를 공구매거진(15)으로부터 인출하여 스핀들(10)에 삽입하여 고정시킨다.

이와 동시에 제어장치(미도시)는 머시닝센터(60)의 일측 상부에 설치된 부품 공급장치(24)의 이동수단(미도시)을 작동시켜 부품 공급장치(24)를 미리 정해진 위치로 아래 방향으로 이동시킨다. 이 때 아래로 이동한 부품 공급장치(24)의 하단 위치는 수평 방향으로 설치된 스핀들(10)의 중심과 평행한 상태가 된다. 또한, 이 때 부품 공급장치(24)의 하단 일측에 설치된 부품배출기(25)가 작동하여 부품 공급장치(24) 하단의 부품(21) 한 개를 스핀들(10)과 평행한 방향으로 밀어내어 부품 파지장치(20)에 파지 가능한 상태를 유지하도록 한다.

한편, 부품 공급장치(24)는 수직 방향으로 설치되고, 내부에는 다수의 부품(21)들을 수직 하부 방향으로 이동 가능하게 적층된 상태를 유지한다.

이어서 머시닝센터(60)는 제어장치(미도시)의 제어에 의해 부품 파지장치(20)를 삽입하여 고정한 스핀들(10)을 상하, 전후로 이동시켜 부품 공급장치(24) 하단에 배출된 부품(21)과 동일한 위상이 되도록 한다.

이하에서는 도 11 내지 도 12을 참조하여 상기 실시예와 같이, 머시닝센터(60)의 스핀들(10)에 장착된 부품 파지장치(20)의 작동을 설명한다.

도 11에 도시한 것처럼, 부품 파지장치(20)에 부품(21)을 파지하는 경우는, 상기 드로바(12)가 스핀들(10)의 삽입홈(11)에 삽입된 생크부(30)의 풀스터드(31)를 견인하여 생크부(30)의 경사부(32)가 스핀들(10)의 삽입홈(11)에 견고하게 삽입된 상태에서, 드로바(12) 후단의 압축공기 유닛으로부터 드로바(12)의 중공부(13)와 생크부(30)의 압축공기 통로(33)를 통해 구동실린더(40)의 챔버(41)로 공급되던 압축공기는 공급이 차단되면서 동시에, 상기 구동실린더(40)의 챔버(41)에서 피스톤(42)을 가압하던 압축공기는 생크부(30)의 압축공기 통로(33)와 드로바(12)의 중공부(13)를 통해 외부로 배출되고, 피스톤(42)은 전방의 압축 스프링(43)의 가압력에 의해 후진 이동하게 된다.

피스톤(42)이 후진함에 따라 피스톤(42)의 선단에 형성된 경사 헤드(44)도 함께 후진하게 되고, 이 때 핑거(52)는 핑거(52) 후단의 슬라이드면(51)이 피스톤(42) 경사 헤드(44)의 경사면(45)과 슬라이드 구조로 결합되어 있으며, 동시에 구동실린더(40)의 몸체(47)에 길이 방향에 대해 직각방향으로도 슬라이드 가능한 결합구조로 형성되어 있으므로, 상기 핑거(52)의 슬라이드면(51)은 상기 피스톤(42)의 경사 헤드(44) 경사면(45)에 안내됨과 동시에 구동실린더(40)의 몸체(47)의 길이 방향에 대해 직각 방향으로도 안내되어 한 쌍의 핑거(52)는 부품(21)을 파지하도록 안쪽으로 오므라들게 된다.

한편, 상기와 같이 핑거(52)가 바깥쪽으로 벌어지거나 안쪽으로 오므라들 때, 상기 압축 스프링(43)이 설치된 챔버(41)는 일측에 설치된 벤트홀(46)을 통해 외부와 연통하여 공기가 유입되거나 배출됨으로써 피스톤(42)은 원활하게 전후진 할 수 있게 된다.

한편, 도 9, 11에 도시한 것처럼, 상기 부품 파지장치(20)는 선단의 그리퍼(50)에 부품(21)을 파지한 상태에서 스핀들(10)과 함께 고속으로 회전하며 머시닝센터(60)의 테이블(22)에 거치된 공작물(23)에 접근하게 된다. 이 때 부품(21)이 고속으로 회전하며 공작물(23)의 표면에 접촉하면서 마찰이 발생하게 되고, 마찰에 의한 발열로 인해 공작물(23)과 부품(21) 사이에 마찰열에 의한 용착이 일어나게 된다.

또한, 상기 부품 파지장치(20)는 머시닝센터(60)의 제어장치에 의해 제어됨에 따라, 머시닝센터(60)의 일측에 설치된 부품 공급장치(24)로부터 연속적으로 부품(21)을 공급받고, 또한 부품 파지장치(20)를 장착하고 있는 스핀들(10)은 상하, 좌우 방향으로 축이송 동작을 하며, 공작물(23)을 거치하고 있는 테이블(22)은 각도분할 회전 및 틸팅(C축 회동) 동작을 하면서, 도 13에 도시한 것과 같이, 공작물(23)에 복수의 부품(21)을 설정된 위치에 용착한다.

한편, 공작물(23)에 부품(21)의 용착이 완료되면, 도 12에 도시한 것처럼, 부품 파지장치(20)는 파지하고 있던 부품(21)을 탈거하여야 한다. 이 때 , 상기 드로바(12)가 스핀들(10)의 삽입홈(11)에 삽입된 생크부(30)의 풀스터드(31)를 견인하여 생크부(30)의 경사부(32)가 스핀들(10)의 삽입홈(11)에 견고하게 삽입된 상태에서, 드로바(12) 후단의 압축공기 유닛으로부터 압축공기가 드로바(12)의 중공부(13)와 생크부(30)의 압축공기 통로(33)를 통해 구동실린더(40) 챔버(41)의 피스톤(42) 후방으로 공급되면, 상기 피스톤(42)은 전방에 설치된 압축 스프링(43)의 탄성력을 극복하고 전진한다. 피스톤(42)이 전진함에 따라 피스톤(42) 선단에 형성된 경사 헤드(44)가 함께 전진하면서 경사 헤드(44)의 경사면(45)이 핑거(52)의 슬라이드면(51)을 가압하게 된다.

이 때 핑거(52)의 후단은 핑거(52)의 슬라이드면(51)이 피스톤(42) 경사 헤드(44)의 경사면(45)과 슬라이드 구조로 결합되어 있으며, 동시에 구동실린더(40)의 몸체(47)의 길이 방향에 대해 직각방향으로도 슬라이드 가능한 결합구조로 형성되어 있으므로, 상기 핑거(52)의 슬라이드면(51)은 상기 피스톤(42)의 경사 헤드(44) 경사면(45)에 안내됨과 동시에 구동실린더(40)의 몸체(47)의 길이 방향에 대해 직각 방향으로도 안내되어 한 쌍의 핑거(52)는 파지한 부품(21)을 탈거 가능하게 바깥쪽으로 벌어지게 된다. 이후 스핀들(10)이 이동하여 부품 공급장치(24)로부터 새로운 부품(21)을 부품 파지장치(20)에 파지하여 연속적으로 부품(21)을 공작물(23)에 용착하는 작업을 반복하게 된다.

한편, 다른 실시예로, 상기 부품 파지장치(20)는 공작물(23)과 부품(21)에 나사가 형성된 경우, 부품(21)을 공작물(23)에 나사 조립하는 용도로도 사용할 수도 있다. 이와 같이 상기 부품 파지장치(20)는 머시닝센터(60)의 스핀들(10)에 장착됨으로써 부품(21)을 공작물(23)에 용착이나 조립, 삽입 등 다양한 공작물(23) 가공 또는 조립 작업을 수행할 수 있다.

상기 실시예를 통해 설명한 바와 같이, 본 발명은 머시닝센터(60)와 같은 공작기계의 구조 변경을 최소화하여, 공구(17)가 수납되는 공구매거진(15)에 부품 파지장치(20)를 설치하여 공구교환장치(16)를 통해 스핀들(10)에 교환 장착함으로써 절삭가공 이 외의 공작물(23) 가공 또는 조립작업이 가능한 머시닝센터(60)와 같은 공작기계를 제공한다.

또한, 본 발명은 머시닝센터(60)와 같은 공작기계를 이용하여 복잡한 형상의 공작물(23)을 가공 또는 조립함에 있어, 공작기계를 교체하지 않고 하나의 머시닝센터(60)와 같은 공작기계에서 절삭가공과 용착, 조립 등의 작업을 수행함으로 공작물(23)의 가공시간을 단축할 수 있다.

10 스핀들
11 삽입홈
12 드로바
13 중공부
14 압축공기 공급유닛
15 공구매거진
16 공구교환장치
17 공구
20 부품 파지장치
21 부품
22 테이블
23 공작물
24 부품 공급장치
25 부품배출기
30 생크부
31 풀스터드
32 경사부
33 압축공기 통로
40 구동실린더
41 챔버
42 피스톤
43 스프링
44 경사 헤드
45 경사면
46 벤트홀
47 몸체
50 그리퍼
51 슬라이드면
52 핑거
53 체결볼트
60 머시닝센터

Claims

복수의 공구와 공구매거진에 수납된 상태로 공구매거진의 회동 경로를 따라 공구교환 위치로 회동하는 부품 파지장치;
상기 공구매거진의 일측에 설치되어 상기 공구매거진과 스핀들 간에 상기 공구 또는 부품 파지장치를 교환하는 공구교환장치;
선단에 상기 공구 또는 부품 파지장치를 삽입하여 파지할 수 있도록 하부는 넓고 상부는 좁은 원뿔 형태의 경사진 삽입홈이 형성되며, 후단의 내부 중심 길이 방향으로는 상기 공구 또는 부품 파지장치를 파지 또는 해지하는 드로바가 설치되며, 상기 드로바의 중심에는 길이 방향으로 압축공기가 유통하는 중공부가 형성되고, 상기 드로바의 후단에는 상기 중공부로 압축공기를 선택적으로 공급하여 선단에 삽입되어 파지된 상기 부품파지장치를 작동시키는 압축공기 공급유닛을 설치한 스핀들;
공작기계의 일측에 설치되며 복수 개의 부품을 수납하고, 상기 수납된 부품을 상기 스핀들에 장착된 상기 부품 파지장치에 공급하기 부품 공급장치;를 포함하는 부품 취급장치를 구비한 공작기계.
제 1 항에 있어서, 상기 부품 공급장치는 상기 스핀들에 장착된 상기 부품 파지장치에 수납된 부품을 공급하기 위한 위치로 상기 부품 공급장치를 이동시키는 이동수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 부품 취급장치를 구비한 공작기계.
제 1 항에 있어서, 상기 부품 공급장치 수납된 부품을 하나씩 배출하는 부품배출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 부품 취급장치를 구비한 공작기계.
제 1 항에 있어서, 상기 부품 파지장치는 일측 선단은 상기 스핀들 내부의 드로바에 의해 파지 또는 해지되는 풀스터드를 구비하고, 몸체는 상기 스핀들의 경사진 삽입홈에 면접촉되어 삽입되는 경사부로 이루어지며, 몸체의 길이 방향 중심에는 압축공기 통로가 형성된 생크부와,
상기 생크부의 압축공기 통로와 연통되는 챔버를 형성하고, 상기 챔버의 내부에는 전후진하는 피스톤을 구비하며, 상기 피스톤의 선단부는 전방으로 돌출되어 경사면을 형성한 경사 헤드를 구비하고, 상기 피스톤을 경계로 전방 챔버에는 상기 피스톤을 후방으로 가압하는 압축 스프링을 설치하며, 상기 피스톤을 경계로 후방 챔버는 상기 생크부의 압축공기 통로와 연통하는 구동실린더와,
상기 구동실린더의 몸체로부터 전방으로 돌출되어 설치되며, 상기 구동실린더의 경사 헤드와는 슬라이드 가능하게 경사지게 결합되어 서로 마주보는 방향으로 왕복 이동하는 한 쌍의 핑거로 이루어지는 그리퍼를 포함하는 부품 취급장치를 구비한 공작기계.
제 4 항에 있어서, 상기 압축 스프링이 설치된 상기 챔버의 일측에는 외부로부터 공기가 유입 또는 배출는 벤트홀이 형성된 것을 특징으로 하는 부품 취급장치를 구비한 공작기계.
제 4 항에 있어서, 상기 핑거는, 상기 핑거 후단의 일측면은 상기 피스톤 경사 헤드의 경사면에 가이드되어 슬라이드 이동되도록 상기 경사 헤드의 경사면과 동일한 구배로 이루어지는 슬라이드면을 형성하고, 상기 핑거 후단 저면은 구동실린더의 몸체에 길이 방향에 대해 직각 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 부품 취급장치를 구비한 공작기계.
제 4 항에 있어서, 상기 핑거의 슬라이드면과 피스톤 경사 헤드의 경사면과, 상기 핑거의 후단 저면과 구동실린더의 몸체는 상기 핑거가 구동실린더의 몸체로부터 이탈하지 않도록 서로 슬라이드 가능한 요철결합 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 부품 취급장치를 구비한 공작기계.
제 7 항에 있어서, 상기 핑거의 후단 저면과 구동실린더의 몸체의 요철결합 구조는 상기 구동실린더의 몸체의 결합구조가 체결볼트에 의해 분리 가능한 조립구조인 것을 특징으로 하는 부품 취급장치를 구비한 공작기계.
부품 취급장치를 구비한 공작기계에 있어서, 일측 선단은 공작기계의 스핀들 내부의 드로바에 의해 파지 또는 해지되는 풀스터드를 구비하고, 몸체는 상기 스핀들의 경사진 삽입홈에 면접촉되어 삽입되는 경사부로 이루어지며, 몸체의 길이 방향 중심에는 압축공기 통로가 형성된 생크부와,
상기 생크부의 압축공기 통로와 연통되는 챔버를 형성하고, 상기 챔버의 내부에는 전후진하는 피스톤을 구비하며, 상기 피스톤의 선단부는 전방으로 돌출되어 경사면을 형성한 경사 헤드를 구비하고, 상기 피스톤을 경계로 전방 챔버에는 상기 피스톤을 후방으로 가압하는 압축 스프링을 설치하며, 상기 피스톤을 경계로 후방 챔버는 상기 생크부의 압축공기 통로와 연통하는 구동실린더와,
상기 구동실린더의 몸체로부터 전방으로 돌출되어 설치되며, 상기 구동실린더의 경사 헤드와는 슬라이드 가능하게 경사지게 결합되어 서로 마주보는 방향으로 왕복 이동하는 한 쌍의 핑거로 이루어지는 그리퍼를 포함하는 부품 파지장치.