KR850001596B1 - 자동공구교환 공작 기계 - Google Patents

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잔클 프랭크
비. 시펙 챨스
엘. 클릭 알빈
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케니 앤드 트랙커 코오포레이숀
미첼 제이. 가란드
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Abstract

내용 없음.

Description

자동공구교환 공작 기계
제1도는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 수직기계 가공센터의 정면도.
제2도는 제1도 수직기계 가공센터의 측면도.
제3도는 제2도 수직기계 가공센터의 부분절단 확대도.
제4도는 제1도 및 제2도의 수직기계 가공센터의 스핀들 헤드의 평형을 이루게하는 압축공기 시스템의 블록선도.
제4a도는 제4도의 압충공기 시스템에 포함되어 있는 공기유입기의 변경실시예를 도시하는 제1도 내지 제3도의 상방향으로부터 도시한 공작기계의 절단 단면도.
제5a도는 제1도 수직기계 가공센터의 일부를 포함하는 터이퍼자루 공구파지기의 하부 정면도.
제5b도는 제1도 수직기계 가공센터의 일부를 포함하는 직립자루 공구파지기의 하부 정면도.
제6도는 제1도 공작기계의 일부를 포함하는 수치제어회로의 전기적 개략선도.
제7a도―제7j도는 공구교환 사이클중에 제1도 수직기계가공 센터의 공구저장드럼 및 스핀들 헤드의 위치를 연속적으로 도시하는 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명
10 : 수직기계가공센터 12 : 베드
14a, 14b : 통로 18 : 테이블
20, 30 : 볼너트 22 : 모우터
28 : 직립부 32 : 불나사
42 : 스핀들헤드 38a, 38b : 통로
50 : 공기실린더 52 : 실린더
54 : 피스톤 70 : 압력조절기
73 : 공기저장실 74 : 실린더
78 : 요부 80a, 80b : 통로
88 : 디스크 90a, 90b : 공구파지기
94a, 94b : 공구유지기 95a : 스트랩
97 : 하우징 98 : 모우터
100 : 리졸버.
본 발명은 자동공구 교환기를 구비한 공작기계에 관한 것이며, 보다 상세하게는 내부에 자동공구 교환기가 설치된 공작기계에 관한 것이다.
공작기계분야에서 자동공구 자동교환기의 출현은 기계작동의 완전한 자동화를 이룩함으로써 대단한 생산성의 증가를 가져왔다. 기계스핀들에 고정되어 있는 절삭공구를 새것으로 교환하는 것은 종래에는 작업자에 의해서 수행되었지만, 작금에는 기계에 의해서 자동적으로 수행되기 때문에 사람의 손이 필요없이 장시간 작동할 수 있는 공작기계가 가능하게 되었다. 기계작동중에 사람의 인력이 필요한 시간은 공구가 마모되거나 파손되어 교체되어야 할 때 뿐이다.
현재 자동공구 교환공작기계는 공작기계 스핀들의 상부, 후부, 혹은 일측면에 위치한 공구저장매거진을 포함하고 있다.
공구교환 사이클중에, 공구저장매거진은 공구이동 아암의 도달범위내의 준비위치에 공구저장매거진의 선정된 일 공구고정소켓을 배치하도록 회전한다. 공작기계제어 시스템의 명령에 따라 작동하는 공구이동 아암은 준비위치에서 공구를 스핀들로 이동시키며, 전에 스핀들에 고정되어 있던 공구를 공구저장 매거진으로 귀환시킨다. 공구저장매거진의 회전은 새로운 공구를 준비위치에 배치시켜서 또다른 공구교환을 용이하게 한다.
통상적으로, 공구저장 매거진은 각 공구의 중량이 15―20kg되는 다수의 절삭공구를 지지한다. 공구의 크기 및 중량때문에, 공구저장매거진을 스핀들의 상부, 후부 혹은 일측면에 장치하는 것은 공작기계 작업시의 간섭을 배제하기 위하여 종래 공작기계설계에 상당한 수정을 필요로 한다. 또한, 공구저장 매거진을 스핀들의 상부, 하부 혹은 일측에 설치하는 것은 이곳에 지지된 공구가 가공공정중에 뿌려지는 냉각재 및 금속칩에 노출되게 하는 불리한 점을 초래하게 된다. 가공공정중에 이러한 칩과 냉각재에 과다하게 노출되는 것은 공구의 손상뿐만 아니라 공구저장 드럼자체까지도 손상되게 한다.
이에 반해서, 본 발명은 가공공정중에 공구저장 매거진이 스핀들로부터 떨어져서 상방향으로 요부내로 후퇴될 수 있도록 공작기계내에 활주 가능하게 설치된 공구저장 매거진을 가져서, 이에 의하여 기계작동과의 간섭을 사실상 배제하고 또한 이곳에 지지된 절삭공구를 냉각재와 칩으로부터 보호하는 공작기계에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 가공공정중에 공구교환기와 공작기계 사이의 간섭을 사실상 배제하는 공작기계 상부로 후퇴할 수 있는 자동화된 공구교환기를 내부에 구비하는 공작기계를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 절삭공구를 가공공정중에 냉각재 및 금속칩으로부터 보호하도록 공작기계 상부로 후퇴할 수 있는 자동화된 공구교환기를 내부에 구비하는 공작기계를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 현재의 다른 자동공구 교환기에 비해서 복잡성과 가격을 저하시킨 공작기계 상부로 후퇴할 수 있는 자동화된 공구교환기를 내부에 구비하는 공작기계를 제공하는 것이다.
요약하면, 본 발명의 양호한 실시예에 따라 공구이동이 이암이 필요없이 절삭공구의 신속한 교환을 수행하는 자동공구 교환기계 가공센터는 베드상에서 제1축을 따라 이동하도록 활주가능하게 설치되는 가공물을 유지하기 위한 가공테이블을 포함한다. 수직으로 신장하는 기둥 즉 직립부는 제1축에 수직인 제2축을 따라 이동할 수 있도록 고정베드에 활주가능하게 설치된다. 내부에 스핀들이 회전할 수 있게 설치된 스핀들 헤드는 테이블 위에 놓여지도록 직립부에 설치되고 또한 제1및 제2축에 직교하는 축을 따라 기둥위에서 이동할 수 있게 되어 있다. 베드에 인접한 기둥내에는 각각이 공구유지기를 갖는 다수의 공구파지기를 구비하는 공구저장 매거진이 배치되는 요부가 형성된다. 공구저장 매거진은 제1축에 평행인축을 따라 요부를 통해 이동할 수 있도록 베드상에 활주가능하게 설치된다.
공구저장 매거진의 공구파지기중의 하나에 고정되어 스핀들에 유지되는 공구유지기를 교체하기 위해서, 일차적으로 스핀들 헤드가 공구교환위치로 이동한다. 다음에, 공구저장 매거진은 요부로부터 외측으로 이동하여 스핀들에 유지된 공구유지기에 할당된 공구저장 매거진상의 반공구파지기가 스핀들에 유지된 공구유지기와 계합하도록 한다. 다음에, 스핀들에 유지된 공구유지기가 풀리고, 스핀들 헤드가 상방향으로 이동하여 공구유지기의 자루를 세정하며, 다음에 공구저장 드럼이 스핀들 바로밑의 준비위치에 공구유지기의 선택된 하나를 배치하도록 인덱스 된다. 마지막으로, 스핀들 헤드는 선택된 공구유지기와 함께 스핀들에 연결되도록 하방향으로 이동한다. 일단 스핀들이 새로운 공구유지기에 연결되면, 새로운 공구유지는 스핀들에 몰려지고 스핀들 헤드가 작업영역으로 복귀되는 동안 공구저장 매거진은 요부내의 본래위치로 귀환한다.
본 발명의 장점은 첨부 특허청구 범위에서 특정된다. 하기에 본 발명의 조직 및 작동방법에 관하여 제반목적 및 장점과 함께 첨부도면과 관련하여 양호하게 설명할 것이다.
제1도 내지 제3도는 각기 본 발명에 따른 개량된 수직기계 가공센터(10)의 정면도, 측면도 및 부분절단 확대를 도시한다. 기계가공센터(10)은 수준볼트(13)에 의해 바닥에 설치된 기저부 즉, 베드(12)로 구성되어 있다. 한쌍의 통로(14a, 14b : 제2도에 도시)가 각각이 제1축(16)에 평행이 되도록 베드(12)상에 설정된다. 상부에 가공물을 유지하는 테이블(18)은 통로(14a, 14b)에 베어링(도시하지 않음)으로 지지되어 통로를 따라 이동하게 되어 있다. 볼너트(20 : 제2도에 도시)이 테이블(18)의 하면에 고정되어 있어서 축(16)에 대하여 회전할 수 있도록 베드(12)에 저어널되어 있는 볼나사(도시하지 않음)와 결합하게 된다. 볼나사는 풀리(23a, 23b)와 벨트(23C)의 조합에 의해 모우터(22)로 구동된다. 따라서 모우터(22)의 회전방향을 제어함으로써 축(16)을 따르는 테이블(18)의 위치가 제어되게 된다.
한쌍의 수평통로(24a, 24b : 제1도에 도시)가 각각이 축(16)에 수직인축(26)에 평행이 되도록 베드(12)에 설정된다. 수직으로 신장하는 기둥 즉 직립부(28)이 베어링(도시하지 않음)으로 통로(24a, 24b)에 지지되어 상기 통로를 따라 이동할 수 있게되어 있다. 제2도 및 3도를 설명하면, 볼너트(30)이 직립부(28)의 기저부에 고정되어 축(26)에 평행인축에 대하여 회전할 수 있도록 베드(12)에 저어널되어 있는 볼나사(32)와 나사 결합하게 된다. 볼나사(32)는 풀리(36a, 36b)와 벨트(36c : 제2도에 도시)의 조합을 통하여 모우터(34)에 의해 회전 구동된다. 모우터(34)의 회전방향을 제어함으로써, 축(26)을 따르는 통로(24a, 24b)상에서의 직립부(28)의 이동이 제어된다.
제1도에 양호하게 도시된 바와같이, 한쌍의 통로(38a, 38b)가 축(16, 26)에 직교하는 축(40)에 평행인 직립부(28)의 정면표면에 설정된다. 축(40)에 대하여 회전할 수 있도록 저어널된 스핀들(44)를 갖는 스핀들 헤드(42)는 축(40)을 따라 이동할 수 있도록 통로(38a, 38b)에 활주가능하게 설치된다. 제2도를 참조하면, 볼너트(도시하지 않음)가 스핀들 헤드(42)에 부착되어, 축(40)에 평행인 축에 대하여 회전할 수 있도록 직립부(28)에 저어널된 볼나사(도시하지 않음)에 연결되게 된다. 볼나사는 풀리(48a 48b)및 벨트(48c)의 조합을 통하여 모우터(46)의 회전방향을 조절함으로써 제어될 수 있다.
스핀들 헤드(42)에 작용하는 하방향의 중력에 의해 야기되는 스핀들 헤드볼나사 및 그 지지베어링상의 응력을 감소시키기 위하여 한쌍의 공기실린더(50)이 스핀들 헤드의 균형을 유지하도록 스핀들헤드(42)와 직립부(28)사이에 설치된다. 각 공기실린더(50)의 세부를 도시하는 제4도를 참조하면, 각 공기실린더가 직립부(28)에 고착된 기저단부를 갖는 피스톤실 즉 실린더(52)로 이루어지는 것이 도시된다. 그 단부가 스핀들 헤드(42)에 고정되어 있는 피스톤(54)는 실린더(52)내에서 수직 왕복운동 한다. 스핀들헤드(42)가 상방향으로 이동하여 피스톤(54)가 실린더(52)내에서 상승함으로써 실린더 기저부 말단의 제1포트(56)을 통해 실린더내로 압축공기가 유입하게 되면, 실린더 체적을 채워 하방향의 중력에 반하여 피스톤을 상방향으로 밀쳐올림으로써 스핀들헤드(42)의 균형을 유지하게 되어 스핀들 헤드볼 나사와 스핀들 헤드볼나사 지지베어링에 작용하는 과다한 응력을 방지하게 된다. 피스톤(54)가 실린더(52)내에서 상승하면, 실린더(52)상단부에 있는 공기는 실린더 상단부에 인접되어 있는 포트(58)을 통해 배출된다. 포트(58)은 또한 스핀들 헤드가 하향이동하여 피스톤(54)가 하강함에 따라 공기를 실린더(52)내로 유입시킨다.
압충공기가 실린더(52)로 유입될 때 통과하는 포트(56)은 체크밸브(66) 및 압력조절기(70)을 통해 압축공기공급원(72)에 연결되는 공기도관(62)에 라인(60)을 통해 연결된다. 공기저장실(73)은 제4도에 도시한 바와같이 전형적인 독립공기탱크로 되어 있다. 제4도에 도시한 바와같이 공기저장실(73)은 공기도관에 연결된 입구를 갖는 직립부(28)과 같은 구조물내에서 중공의 용기형태를 취한다. 제4도를 다시 참조하면, 실린더의 길이를 연장하고 피스톤(54)의 행정을 짧게함으로써 실린더(52) 자체가 공기저장실 기능을 수행할 수도 있다.
공기저장실(73)은 기계가공센터(10)의 작동에 중요한 구실을 하는데, 이는 제어밸브(76)에 의해 도관(62)에 연결되는 실린더(74)로 개략되시는 다른 압축공기기구 및 실린더(56)에 공급되는 압축공기의 압력변동을 감소시키기 때문이다. 공기저장실(73)이 어떻게 공기압력의 변동을 감소시키는가를 이해하려면, 우선 다음 조항의 정의를 내리는 것이 필요하다.
Vr=공기저장실(73)의 체적
V1=피스톤(54)가 수직최상부에 위치할 때의 실린더(52)의 최대봉단부 체적
V2=피스톤(54)가 수직최하부에 위치할 때의 실린더(52)의 최소봉단부 체적
Va=실린더(74)의 체적으로 개략적으로 표시되는 기계가공센터(10)의 기타 모든 압축공기 기구의 체적
A=피스톤 봉단부에서의 피스톤(54)의 표면적.
Pr=압력조절기(70)의 압력설정치.
Pmax=최대시스템 압력.
처음에, 스핀들헤드(42 : 제1도 내지 제3도에 도시)가 공기가 스핀들 헤드상에 작용하는 하방향의 중력에 반하여 피스톤(54)를 수직 상방향으로 밀어올리도록 포트(56)을 통해 실린더(52)내로 유압된 후에 정지된 것으로 가정한다. 약간의 간격을 둔다음, 시스템압력은 Pr에서 안정되고 피스톤(54), 즉 스핀들헤드(42)상에서 추출되는 상방향의 힘은 APr이 된다. 스핀들헤드(42)가 수직상방향으로 이동하면, 실린더(52)의 봉단부체적이 V1으로 증가하기 때문에시스템의 전체 공기체적이 증가한다. 공기체적의 증가는 시스템의 대응하는 압력강하를 유발하게 되므로 압력조절기가 즉시 공기저장실(73)로 보다 많은 공기를 유입시킴으로써 압력조정을 개시한다. 결국 시스템압력은 Pr로 복귀한다.
스핀들헤드(42)가 수직하향 이동하면, 실린더(52)의 봉단부 체적의 감소로 인하여 전체 공기체적은 감소하게 된다. 체크밸브(66)이 공기의 역류를 막고 릴리이프 밸브가 없기 때문에, 시스템 압력은 Pr이상으로 상승한다. 최대 시스템압력은 스핀들헤드(42)가 최하부에 있을 때 발생하며 이것은 다음식에 의하여 대략적으로 계산될 수 있다.
Figure kpo00001
Pr에 대한 Pmax의 비는 괄호안의 양을 1에 접근시킴으로써 적게할 수 있다. 전형적으로, Va, V1, V2는 기계조건에 따라 고정되어 있다. 공기저장실(73)을 구비하는 기계가공센터(10)은 부가적인 변수Vr을 포함하게 된다. 상기 관계식으로부터 Vr이 커짐에 따라 시스템 공기압력 변동이 감소하는 것을 알 수 있다.
공지저장실(73)이 없으면, Pmax은 시스템 공기압력의 최대허용치보다 커질 수 있으며 이러한 고압은 공기실린더(50)은 물론 도관(62)에 연결된 기타 공기압 기구부품을 손상시키게 된다. 릴리이프 밸브를 체크밸브(66)에 교체함으로써 시스템 압력이 Pr이상으로 올라가는 것을 방지할 수 있지만, 릴리이프밸브를 체크밸브대신 사용하는 것은 스핀들헤드(42)가 하향으로 이동할 때마다 공기를 대기중으로 유출시키며, 이것은 명백히 낭비적인 설비가 된다. 이와는 대조적으로, 공기저장실(73)을 사용하면, 약간의 누설과 약간의 열역학적인 손실을 보상하기 위한 것 이외에는 부가적인 공기유입을 필요로 하지 않는다.
실린더(52)가 직립부(28)에 부착되어 있고 피스톤(54)가 스핀들 헤드(42)에 부착되어 있는 공기실린더(50)에 대하여 설명, 묘사하였지만, 실린더(52)가 스핀들헤드(42)에 설치되고 피스톤(54)가 직립부(28)에 설치된 경우에도 공기실린더(50)이 중력에 대향하여 스핀들헤드(42)의 균형을 유지하는 작용을 동일하게 수행한다. 각 공기실린더(50)은 스핀들헤드(42)를 상부로 끌어올리는 것이 아니라 미는 형식으로 설치될 수도 있다.
제1도 내지 제3도를 다시 참조하면, 직립부(28)은 테이블(18)에 인접하여 요부(78)을 구비한다. 한쌍의 통로(80a, 80b : 제1도에 도시)가 요부(78)내로 신장하도록 축(26)에 평행인 베드(12)에 고착된다. 제1도 및 제3도에 양호하게 도시한 바와같이, 공구저장 매거진(82)가 통로(80a, 80b)에 활주가능하게 설치되어 이곳을 따라 이동하도록 되어 있다. 공구저장매거진(82)는 일단부가 베드(12)에 고정되고 다른 일단부가 공구저장 매거진에 고정되어 있는 공기실린더(84 : 제3도에 도시)에 의해 통로(80a, 80b)를 따라 요부(78)내로 귀환 및 진출한다.
본 양호한 실시예에서, 공구저장 매거진(82)는 다수의 테이퍼자루 또는 직립자루 공구파지기(90a, 90b)를 갖는 디스크(88)로 이루어지는 드럼의 형태를 취하며, 상기 공구파지기는 각각 직립자루 및 테이퍼자루 공구유지기(94a, 94b)를 파지하기 위하여 보울트(92)에 의해 디스크(88)외주에 고착된다.
설명을 위하여 디스크(88)이 그 외주에 테이퍼자루 및 직립자루 공구가 모두 고정된 것으로 제3도에 도시되었지만, 실제로, 디스크(88)은 직선 혹은 테이퍼 자루중의 하나만을 그 주위에 부착시킨다. 이것은 공작기계 스핀들이 예컨대 테이퍼 자루공구 유지기와 같은 오직 한가지 형태의 공구유지기를 수용하도록 되어있으며, 수정을 하지 않고는 직립자루 공구유지기를 수용할 수 없고 그역 또한 마찬가지이기 때문이다.
테이퍼 공구파지기(90a) 세부도가 제5a도에 도시된다. 공구파지기(90a)는 공구파지기에 의해 유지되는 테이퍼자루 공구유지기(94a)를 배치하도록 디스크로부터 반지름방향으로 신장하여 짧은 거리만큼 초월하도록 보울트(92)에 의해 디스크(88)에 고착되는 스트랩(95a)로 이루어진다. 한쌍의 대체로 V형으로된 파지선(95b, 95c)는 겹쳐 배치되며, 각각은 그 폐쇄단부에서 유지나사(95d)에 의해 스트랩(95a)에 고착된다. 파지선(95b), (95c)의 아암은 스트모(95a)의 양측에서 디스크(88)에 고착된 한쌍의 파지선 유지기에 의해 테이퍼자루 공구유지기(90a)상의 홈과 계합하도록 서로를 향해 밀쳐진다. 통상적으로, 각 파지선 유지기(95f)는 파지선(95b, 95c)의 각각과 계합할 수 있도록 주위에 한쌍의 홈이 파인 환상의 칼러로 되어있다. 이러한 방식으로 구성된 파지선 유지기(95f)는 파지선(95b, 95c)에 의한 테이퍼자루 공구유지기(90a)의 확고한 유지를 보증하는 한편, 일단 테이퍼자루 공구유지기(94)가 공작기계 스핀들에 견고히 계합되고 디스크(88)이 스핀들로부터 측방향으로 이동하며 파지선으로부터 공구유지기가 방출되게 한다.
제5b도는 직립자루 공구파지기(90b)의 세부도를 도시한 것이다. 직립자루 공구파지기(90b) 디스크(88)로부터 반지름 방향으로 신장하여 그로부터 약간만 초월하도록 보울트(92)에 의해 디스크(88)에 고착되는 스트랩(95a)로 이루어진다. 한쌍의 죠오(95b')가 직립자루 공구파지기(94a)의 자루를 물기위해서 스트랩(95a')의 단부에 피벗가능하게 고정된다. 죠오(95b')를 공구유지기(94a')의 자루에 확고하게 밀기 위하여, V형의 파지선(95e')이 유지나사(95d')에 의해 그 폐쇄 단부에서 스트랩(95a')에 고착되며 스트랩(95a')의 양측에서 디스크(88)에 고착된 파지선 유지기(95f')에 의해 그 내부의 홈과 계합하도록 죠오(95b')에 반하여 밀쳐진다. 각 파지선 유지기((95f')는 파지선의 일측과 계합하도록 그 외주에 홈이 파인 환상의 칼러로 되어있다. 죠오(95b')가 파지선(95c')에 의해 서로에 반해 밀쳐질 때 공구자루(94a)를 확고하게 고착시키지만 공구자루가 스핀들에 견고하게 파지되고 디스크(88)이 공구교환 싸이클중에 스판들로부터 측방향으로 이동될시에는 공구자루가 해체되게 된다.
제3도를 다시 참조하면, 디스크(88)은 축(96)에 의해 이송되며, 축(96)은 통로(80a, 80b)에 베어링(도시하지 않음)에 의해 활주가능하게 설치되어 통로를 따라 이동하는 하우징(97)에 저어널되어 있다. 모우터(98)은 그축이 축(96)이 평행이 되도록 하우징)(97)에 평판(99)에 의해 고착된다. 모우터(98)의 축은 체인 혹은 벨트(도시하지 않음)에 의해 축(96)에 연결되어 있어, 축(96)및 디스크(88)이 모우터(98)에 의해 회전 구동되어 디스크(88)에 별개의 공구파지기에 의해 유지되는 선정된 일 공구유지기를 준비위치로 회전시켜서 공구교환을 용이하게 한다. 스핀들헤드(42)와 같은 비회전부재에 관한 디스크(88)의 각 위치는 통상적으로 리졸버 형태로 되어 있는 각 위치 변환기에 의해 결정된다. 리졸버(100)은 모우터(98)에 연결되어 모우터(98)의 축회전에 따라 변화하는 전기제어 신호를 발생시킨다. 모우터(98)의 축회전은 디스크(88)의 회전에 직접 관련되기 때문에, 리졸버의 출력신호는 스핀들헤드(42)에 대한 디스크(88)의 위치를 정확하게 지시해준다. 리졸버(100)의 출력신호는 기계공구 수치제어시스템(101)에 제공되어, 공작기계 제어시스템(도시하지 않음)으로 부터의 명령에 따라 리졸버출력신호에 응답하는 모우터(98)의 회전을 제어하게 된다.
수치제어회로시스템(101)의 세부도가 제6도에 도시된다. 내부 기억장치를 구비한 통산의 프로그램 된 전자 데이터프로세스기구인 제어기(101a)가 공작기계 제어시스템(도시하지 않음)에 연결되어 통상적으로 테이프에 기억된 명령을 수신함으로써 용구저장드럼상에 특정의 일공구파지기를 지정하도록 한다. 제어기(101a)는 또한 드럼모우터(98)축의 각 위치를 지시하는 피이드백정보를 수신하도록 리졸버(100)에 연결되며, 후술하는 방법으로 모우터(98)을 작동시키도록 드럼모우터 명령신호를 발생시키기 위하여 리졸버(100)에 의해 발생된 출력신호와 함께 공작기계 제어시스템의 공구저장 드럼회전에 대한 테이프 명령을 처리한다. 공구저장드럼 회전테이프 명령을 연속 수신하는 사이의 간격중에, 제어기(101a)는 모우터(22 : 제1도)를 작동시키는 X축모우터 명령신호를 발생하며, 모우터(22)는 기계공구 제어시스템의 X축테이블 이동 테이프명령 및 모우터(22)에 연결된 리졸버(101c)로부터의 출력신호에 의해 축(16 : 제2도)을 따라 테이블(18 : 제1도)을 추진시키도록 해당 볼나사를 구동시킨다.
제어기에 공급되는 공작기계 제어시스템 테이프명령이 공구저장드럼 회전테이프명령인가 혹은 X축테이블 이동 테이프명령인가에 따라 드럼모우터 명령신호 혹은 X축모우터 명령신호인 제어기(101a)로 부터의 출력이 증폭기의 입력으로 제공되어 각각 드럼모우터(98) 및 모우터(22)에 응답하는 회전속도계(101e)및 (101f)의 출력과 합산된다. 회전속도계(101e, 101f)는 전자적으로 작동하는 별도의 스위치(101e, 101f)중의 하나를 통해 증폭기(101d)의 입력에 연결되며, 스위치(101g, 101h)는 제어기(101a)에 의해 제어되어 제어기가 드럼모우터 명령신호를 발생할 때, 스위치(101g)는 닫히고 스위치(101h)는 개방되게 된다. 제어기(101a)가 X축모우터 명령신호를 발생하는 동안에는, 스위치(101g, 101h)의 위치가 역으로 된다.
제어기(101a)로부터의 명령에 응답하는 전자적으로 작동하는 스위치(101i)가 드럼모우터(98)과 모우터(22)사이에서 증폭기(101d)의 출력과 연결되어, 드럼모우터는 제어기로부터의 드럼모우터 명령신호만 수용하고, 마찬가지로 모우터(22)는 제어기로부터의 X축모우터 명령신호만을 수용하도록 한다.
작동중에, 드럼상의 그 위치가 제어기에 기억된 특정공구 파지기를 위치 설정하는 공작기계 제어시스템 드럼회전 테이프명령또는 테이블(18)의 X축좌표 위치를 지정하는 X축테이블 이동 테이프 명령이 제어기(101a)에 의해 수신될 때 제어기는 앞서의 공구저장드럼 각 위치 또는 X축테이블 위치를 결정하도록 그 내부 기억장치를 참조하여 공작기계 제어시스템으로부터의 입력테이프 명령과, 리졸버(100,101c)로부터의 각 출력신호와, 내부 기억장치에 앞서 기억된 위치정보와에 따라 드럼모우터 명령신호 또는 X축모우터 명령신호를 출력한다. 드럼모우터 명령신호 X축모우터 명령신호인 제어기출력 명령신호는 회전속도계(101e, 101f)의 각 출력신호와 합산되며, 모우터(98, 22)의 각각에 공급되기 전에 증폭되어 공구저장드럼의 소정의 회전 또는 테이블(18)의 소정의 X축 이동을 야기하도록 한다. 리졸버(100)의 출력신호에 따르는 서어보 제어모우터(98)과, 리졸버(101c)의 출력신호에 따르는 서어보 제어모우터(22)에 의해 공구저장드럼의 정확한 각위치 설정 및 테이블의 정확한 X축 위치설정이 보증되게 된다.
공구유지기 디스크(88)및 하우징(97)을 기계가공 작업중에 분출되는 냉각재 및 금속칩으로부터 보호하기 위해 공구저장 매거진(82)는 스핀들헤드(42)에 인접한 요부(78)의 개방단부를 대체적으로 밀봉하는 커버(102)를 구비한다. 커버(102)는 통로(80a, 80b)로부터 말단인 축(96)의 단부에 관해 회전하는 부싱(104)의 플랜지 단부에 설치된 한쌍의 4분의 1원통부로 이루어진다. 공구저장 매거진(82)가 요부(78)로 귀환하면, 스프링장치(도시하지 않음)가 커버(102)의 두 실린더부를 밀쳐서 공구저장 매거진을 보호하게 된다. 요부(78)에서 공구저장 매거진(82)가 통로(80a, 80b)를 따라 앞으로 나오면, 커버(102)의 외부표면에 있는 캠(106)이 요부(78)의 상부벽에 고착된 블록(108)과 계합하게 되며, 그로인해 디스크(88)상의 공구유지기(94a, 94b)가 이 개구부를 통해 신장하도록 커버(102)의 두 부분을 떨어뜨리게 된다.
상술한 바와같이, 기계가공 작업중에 금속칩 및 냉각재가 뿌려지게 된다. 통로(24a, 24b : 제1도에 상세히 도시)를 뿌려지는 냉각재 및 칩에 의한 손상으로부터 보호하기 위해서, 고무커버(108 : 제3도에 도시)이 일단부가 스핀들헤드(42)에 인접한 직립부(26)의 기저부에 고착되고 다른 일단부가 통로(24a, 24b)하부의 베드(12)에 설치된 스프링 감기로울러(110)에 고착되도록 설치된다.
직립부(28)이 통로(24a, 24b)를 따라 이동함에 따라, 스프링감기 로울러(110 : 제3도에 도시되었음)은 커버(102)가 충분한 장력을 갖도록 유지하여 커버에 융기부가 형성되지 않도록 하며 직립부와 통로(24a, 24b)사이에 걸리지 않도록 한다.
완전한 공구교환 사이클이 제7a도 내지 7j도에 관해 각기 설명된다. 공구교환 사이클에 대한 설명을 간략화하기 위해서, 공구유지기가 기계공구 스핀들에 고정되어 있고 기계공구 스핀들이 드릴링, 밀링, 탭핑등과 같은 부여된 기계가공작업을 수행하는 것으로 가정한다.
기계가공작업의 종료에 따라, 공구저장 매거진(82)를 색인함으로써 즉, 제7a도에 도시한 바와같이 디스크(88)를 회전시킴으로써, 공구에 할당되며 기계공구 스핀들에 유지된 디스크상의 빈공구파지기(90a)를 준비위치로 배치시켜서 공구교환이 개시된다.
다음에, 스핀들헤드(42)는 제7b도에 도시한 바와같이 공구교환 위치로 이동하여 디스크(88)의 빈공구파지기에 근접하게 된다. 일단, 스핀들헤드(42)가 공구교환위치로 이동하면, 공구저장 매거진(82)는 기계공구 직립부의 요부에서 제7도에 도시한 바와같이 진출하여 디스크(88)상의 빈공구파지기가 스핀들(44)에 유지되어 있는 공구에 연결되도록 한다.
디스크(88)상의 빈 공구파지기가 스핀들(44)에 유지되어 있는 공구에 확고하게 연결되면, 제7d도에 도시한 바와같이 스핀들은 공구의 고정을 풀고, 다음에 스핀들헤드(42)는 제7e도에 도해적으로 도시한 바와같이 상방향으로 이동하여 스핀들(44)가 디스크(88)에 고정되어 있는 공구유지기(90a)의 자루를 깨끗하게 한다.
스핀들헤드(52)가 상방향으로 이동함으로써, 공구저장 매거진(82)는 제7f도에 도시한 바와같이 스핀들(44)의 직하부에 선택된 하나의 공구유지기(94)를 배치하도록 색인된다. 다음에, 스핀들헤드(42)는 제7f도에 도시한 바와같이 하향으로 이동하여 스핀들(44)가 바로 밑에 위치한 공구에 연결되도록 한다. 일단 새로운 공구가 스핀들(44)에 확고하게 고정되면, 제7h도에 도시한 바와같이 스핀들(44)가 새로운 공구를 물며, 다음에 공구저장 매거진(82)가 제7i도에 도시한 바와같이 기계공구 직립부에 있는 오부로 후퇴하여 들어간다. 기계공구교환 사이클은 제7j도에 도시한 바와같이 스핀들헤드(42)를 가공물로 이동시킴으로써 완성된다.
상술한 바로부터, 본 발명은 공구이동 아암이 필요없이 공구교환을 자동적으로 수행하는 수직기계 가공센터를 제공하는 것임을 용이하게 알 수 있다. 공구교환이 공구저장 매거진 및 기계스핀들 헤드의 이동에 의해 수행되기 때문에 이동 아암이 필요없으며 따라서 기계공구의 복잡성 및 경비를 감소시킬 수 있다. 수직기계 가공센터(10)이 공구저장 매거진(82)가 직립부(28)의 선형운동 방향에 평행인 방향으로 선형운동할 수 있도록 베드(12)에 활주가능하게 설치된 것으로 명세되었지만, 그 어떤 경우에는 공구저장 매거진(82)를 고정시켜 직립부의 요부(78)내로 부분적으로 신장하도록 하는 것도 바람직하다. 공구저장 매거진(82)과 고정축에 대하여 회전할 수 있도록 베드(12)에 설치되면, 공구저장 매거진의 전후로 직립부(28)을 이동시켜 공구교환이 용이하게 수행할 수 있다.
본 발명의 임의의 특성이 예시에 의해 명세되었지만 본 기술에 숙련된자에 의하여 수많은 수정과 및 변형이 가능하다. 따라서, 첨부 특허청구 범위는 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위에서 이러한 수정 및 변형을 포함할 것이다.

Claims (6)

  1. 베드(12)와, 상기 베드(12)상에 설치된 가공물 지지테이블(18)과, 상기 베드(12)에 설치되어 수직으로 신장하는 직립부(28)과, 상기 가공물 지지테이블(18)과 상기 직립부(28)사이에서 상대운동을 수행하기 위한 볼너트(30), 볼나사(32) 및 모우터(34)와, 직선경로를 따라 이동하기 위하여 상기 직립부에 활주가능하게 설치되는 스핀들헤드(42)와 기계가공 작업중에 절단기를 회전시키기 위하여 상기 스핀들헤드(42)에 저어널된 절단기 지지스핀들(44)와 공구저장 매거진(82)와, 상기 스핀들(44)에 사용되기 위하여 공구를 지지하도록 채택되는 상기 매거진(82)내의 다수의 공구유지기(90a) 및 공구파지기(90b)와, 기계가공작업을 수행하기 위하여 상기 스핀들로 이송될 상기 공구저장 매거진(82)내의 다음 공구를 선정하는 기구와, 선정된 공구를 갖춘 공구유지기 및 공구파지기를 준비위치로 이동시키기 위한 모우터(98)과로 이루어지는 자동공구교환 공작기계에 있어서, 상기 베드(12)에 인접한 상기 직립부에 형성된 요부(78)과, 상기 요부(78)내에 상기 공구 저장 매거진(82)를 지지하기 위한 통로(80a, 80b)와, 상기 스핀들(44)와 상기 공구저장 매거진(82)사이에서 공구를 교환하기 위하여 상기 공구준비 위치의 공구유지기(90a) 및 공구파지기(90b)와 상기 스핀들(44)사이의 상대이동을 허용하는 모우터(46)과로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동공구교환 공작기계.
  2. 제1항에 있어서, 공구준비 위치에서 공궁유지기 및 공구파지기를 상기 스핀들과 정렬되도록 이동시키며 그로부터 취출시키기 위하여 상기 매거진을 이동시키도록 연결된 공기실린더(84)를 구비하는 것을 특징으로 하는 자동공구 교환공작기계.
  3. 제1항에 있어서, 먼지 및 파편물로부터 상기 매거진 및 공구를 방호하기 위하여 상기 요부에 근접하도록 적소에 지지된 커버(102)와, 공구교환작업에 대한 준비로 상기 요부를 노출시키기 위하여 상기 커버를 이동하도록 연결된 캠(106) 및 블록(108)과를 구비하는 것을 특징으로 하는 자동공구 교환공작기계.
  4. 제3항에 있어서, 공구준비 위치에서 공구유지기 및 공구파지기를 상기 스핀들과 정렬되도록 이동시키기 위하여 상기 매거진을 전방향으로 이동시키는 동시에 그로부터 취출되도록 상기 매거진을 배방향으로 이동시키는 공기실린더(84)를 구비하며, 상기 캠(106) 및 블록(108)이 상기 요부를 노출시키기 위하여 상기 커버를 이동시키도록 상기 매거진의 전방향이동에 의해 작동되며 상기 요부를 폐쇄하기 위하여 상기 매거진의 배방향이동에 작동되는 것을 특징으로 하는 자동공구 교환공작기계.
  5. 제2항에 있어서, 상기 스핀들과 정렬되는 공구유지기 및 공구파지기의 선정된 공구와 계합하도록 상기 스핀들을 하방향으로 이동시키기 위한 기구와, 준비위치에서의 공구유지기 및 공구파지기를 상기 스핀들에 의해 계합되는 공구로부터 해체하기 위하여 상기 매거진을 후퇴시키도록 상기 공기실린더(84)를 작동시키는 기구와를 구비하는 것을 특징으로 하는 자동공구 교환공작기계.
  6. 제1항에 있어서, 상기 선정기구가 선정된 공구를 공구준비위치에 배치시키는 상기 모우터(98)의 작동을 조절하기 위하여 상기 매거진내의 상기 공구유지기 및 공구파지기의 이동으로 작동하는 리졸버(100)을 구비하는 것을 특징으로 하는 자동공구 교환공작기계.
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