KR930009403B1 - 공구교환장치를 구비한 공작기계 - Google Patents

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미츠오 고바야시
히로아키 노무라
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부라더 고교 가부시키가이샤
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Description

공구교환장치를 구비한 공작기계
도면은 본 발명의 일실시예를 도시한 것으로서,
제 1 도는 공구교환장치를 구비한 공작기계의 개요를 도시한 모식도.
제 2 도는 외관을 도시한 사시도.
제 3 도는 평면도.
제 4 도는 제 3 도의 A-A선에서 본 도면.
제 5 도는 제 2의 슬리브의 종단면도.
제 6 도는 패럴렐캠을 도시한 제 4 도의 B-B선 단면도.
제 7 도는 제 1의 원통홈캠을 도시한 제 4 도의 C-C선 단면도.
제 8 도는 평면홈캠을 도시한 제 4 도의 D-D선 계단단면도.
제 9 도는 제 8 도의 E-E선에서 본 도면.
제 10 도는 선회암을 도시한 제 5 도의 K-K선 단면도.
제 11 도는 제 2의 원통홈캠을 도시한 제 4 도의 F-F선 단면도.
제 12 도는 제 11 도의 G-G선 단면도.
제 13 도는 주축의 종단면을 도시한 제 11 도의 H-H선 단면도.
제 14 도는 공구매거진의 종단면을 도시한 제 3 도의 J-J선 단면도.
제 15 도는 작동을 도시한 타이밍차트.
제 16 도는 플로차트.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
3 : 주축대 11 : 주축
15 : 공구파지클릭 16 : 선회암
17 : ATC 모터 23 : ATC 구동축
26 : 제 1의 슬리브 30 : 제 2의 슬리브(ATC축)
33 : 회동로드 37 : 패럴렐캠(제 1의 캠)
42 : 제 1의 원통홈캠(제 2의 캠) 47 : 평면홈캠(제 3의 캠)
51 : 제 2의 원통홈캠(제 4의 캠) 156 : 배럴형캠
본 발명은 공구교환장치(ATC장치)를 구비한 공작기계에 관한 것이다.
종래, 머시닝센터 등의 공구교환장치를 구비한 공작기계에서는 공구매거진(magazine)과 주축(主軸)과의 사이에서 공구를 교환하는 선회암을 컬럼(column)위등 고정된 위치에 설치하고 있었다. 또, 공구파지클릭에 의한 공구의 파지, 공구의 발취, 180°의 선회, 새공구의 삽입, 공구의 클램프라고 하는 일련의 공구교환 동작은 각각의 요소를 유압실린더로 구동하고, 리미트스위치를 사용하여 동작확인을 하면서 다음의 동작을 하도록 한 것이 있었다.
그러므로, 공구교환을 하기 위하여는 주축대를 선회암이 설치된 위치, 즉 공구교환위치까지 이동시키지 않으면 안되며, 불필요한 시간이 소요된다고 하는 문제점이 있었다.
또한 공구교환동작에 들어간 후에도 각 동작이 앞동작의 종료를 확인한 후에 순서에 따라서 실행되므로 동작의 일부를 중복시킬 수 없으며, 시간단축이 곤란하다고 하는 문제점이 있었다.
또한, 유압실린더를 구동원으로 하고 있으므로, 가감속시의 가속도의 제어가 곤란하며, 어떤 한도를 넘어동작을 고속화하는 것의 곤란하다고 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 고속동작이 가능하며 공구교환에 요하는 시간이 매우 짧은 공구교환장치를 구비한 공작기계를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 있어서는, 복수의 각종 공구를 지지하는 공구매거진과, 그 공구매거진에 지지된 각종 공구를 일단에 착탈할 수 있도록 지지하고, 상기 공구에 대한 공구클램프기구를 내장하는 주축과, 상기 주축을 회전할 수 있도록 지지하는 주축대와, 이 주축대를 상기 주축에 지지된 공구와 상대하는 피가공물에 대하여 상대적으로 상기 주축의 회전축선과 같은 방향으로 왕복이동할 수 있도록 지지하는 프레임을 구비한 공작기계에 있어서, 상기 주축의 회전축선과 평행한 1축선에 따르는 왕복운동과, 그 1축선의 주위의 선회운동이 가능하도록 상기 주축대에 지지된 공구교환축과, 상기 공구교환축의 일단에 장착되고, 상기 1축선을 사이에 둔 양측에 각각 한쌍의 공구파지클릭을 가지며, 내부에 상기 공구파지클릭의 공구파악, 석방운동을 위한 작동기구를 구비하는 동시에, 가공시에 있어서도 공구파지클릭을 석방한 상태에서 공구교환위치에 대기하는 공구교환암과, 상기 주축대에 회전할 수 있도록 지지된 구동축과, 상기 구동축과 상기 주축의 공구클램프기구와의 사이에 설치되고, 구동축의 회전에 따라 주축에 설치된 공구클램프기구의 공구파악, 석방동작을 행하는 제 1의 캠기구와, 상기 구동축과 상기 공구교환축과의 사이에 설치되고, 구동축의 회전에 따라 상기 주축 및 상기 공구매거진에 대한 공구의 인반, 삽입을 위한 공구교환축의 왕복운동과, 주축과 공구매거진과의 사이에 공구교환동작을 위한 공구교환축의 선회운동을 행하는 제 2의 캠기구와, 상기 구동축과 상기 작동기구와의 사이에 설치되고, 구동축의 회전에 따라 상기 공구파지클릭의 공구파악, 석방동작을 위한 작동기구의 작동을 행하는 제 3의 캠기구와, 상기 구동축을 회전시키는 1개의 모터를 구비한 것을 특징으로 한다.
상기의 구성에 의하면, 본 발명의 공구교환장치를 구비한 공작기계에서는, 1개의 모터가 구동축을 회전시킴으로써, 복수의 캠기구가 주축에 설치된 공구클램프기구의 공구파악, 석방동작이나, 주축 및 공구매거진에 대한 공구의 인발, 삽입을 위한 공구교환축의 왕복운동과, 주축과 공구매거진과의 사이의 공구교환동작을 위한 공구교환축의 선회운동이나, 공구파지클릭의 공구파악, 석방동작을 위한 작동기구의 작동을 행하는 것이다.
이와 같은 본 발명은 캠의 동작에 따른 동작이므로 각 부재의 동작위치가 구동축(23)의 회전각위치에 대응하는 캠높이에 의해 정확히 규제되고, 개개의 동작확인을 하나씩 행하지 않고, 연속적으로 실행시킬 수 있다. 또한, 일부 동작을 중복하여 행하는 것도 가능해진다. 그리고, 각 캠(37), (42), (47), (51)은 캠윤곽(輪郭)을 적절히 형성함으로써 각 부재의 가감속시의 가속도를 적절히 제어할 수 있으며, 고속이고도 원활한 동작이 가능해진다.
또, 공구매거진을 상기 모터와는 별개의 모터에 연결하고, 공구매거진의 회전인덱스동작을 이 별개의 모터의 회전에 의해 행하도록 함으로써, 각각의 모터의 특성을 각각의 기능에 가장 적합한 것으로 선정할 수 있으며, 장치전체를 한층 소형경량의 것으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 대하여 도면에 따라서 구체적으로 설명한다.
제 2 도는 본 발명에 관한 공구교환장치가 탑재된 머시닝센터를 도시한 사시도, 제 3 도는 평면도이다.
기대(1)에 직립하여 고정된 컬럼(2)에 주축대(3)가 지지되어 있다. 주축대(3)는 리니어가이드(4)에 안내되어 Z축 이송모터(5) 및 이송스크류(6)에 의하여 상하방향으로 이동된다. 테이블(7)은 수평면에서 X-Y방향으로 이동할 수 있다. 주축대(3)에는 주축모터(10) 및 주축(11)외에 회전형의 공구매거진(8)이 탑재되어 있다. 공구매거진(8)은 매거진모터(12)에 의해 회전되어 선택공구가 인덱스(index)된다. 또한, 주축대(3)에는 공구매거진(8)과 주축(11)과의 사이에서 공구(13)을 교환하는 공구교환장치(ATC 장치)가 배설되어 있다. 양끝에 공구파지클릭(15)을 구비한 선회암(16), 공구교환구동모터(17)(이하ATC 모터(17)라 함)등이 그 부재이다.
제 1 도는 본 발명에 관한 공구교환장치의 기구의 개요를 도시한 모식도이다.
ATC 모터(17)의 회전은 웜(worm)(21) 및 웜기어(22)에 의해 공구교환구동축(23)(이하 ATC 구동추(23)이라고 함)에 전달된다. ATC 구동축은 베어링(24), (25)에 의해 주축대에 회전할 수 있도록 축지지되어 있다. ATC 구동축(23)에는 4개의 캠이 배설되어 있다.
한편, 제 1의 슬리브(26)가 베어링(27), (28)에 의해 주축대(3)에 회전할 수 있도록 축지지되어 있다. 제 1의 슬리브(26)의 내주면에는 스플라인키(29)가 형성되고, 제 2의 슬리브(30)의 스플라인부(31)가 걸어맞추어진다. 제 2의 슬리브(30)는 제 1의 슬리브(26)의 내주면 및 메탈베어링(32)을 통해 주축대(3)에 지지되고, 제 1의 슬리브(26)와 일체로 회전되는 동시에 축방향으로 슬라이드 이동할 수 있다. 제 2의 슬리브(30)의 선단에는 선회암(16)이 고정되어 있다. 제 2의 슬리브(30)는 선회암축을 이룬다. 선회암(16)내에는 공구 파지클릭(15)을 개폐하는 개폐기구가 내장되어 있다. 그 개폐기구의 구동부에 제 2의 슬리브(30)에 끼워져 주축대(3)에 회전할 수 있도록 지지된 회동로드(33)가 걸어맞추어지며, 회동로드(33)의 회전에 의해 공구파지클릭(15)을 개폐한다. 그리고, 선회암(16)의 회전 및 축방향에의 이동에 의해 주축(11)과 공구매거진(8)의 공구폿(pot)(34)과의 사이에서 공구(13)을 교환한다.
ATC 구동축(23)에 설치된 제 1의 캠은 2매의 판(板) 캠(35), (36)으로 이루어지는 복합캠이고, 이른바 패럴렐캠(parallel cam)(37)이라고 칭하는 것이다. 2매의 판캠(35), (36)은 제 1의 슬리브(26)와 일체로 구성된 종동자(縱動子)(38)의 종절(縱節)롤러(39), (40)에 맞닿아서, 제 1의 슬리브(26)의 회전위치를 규제한다. 그리고, ATC 구동축(23)의 1회전 동안에 제 1의 슬리브(26)를 간헐적으로 180°회전시킨다.
ATC 구동축(23)에 설치된 제 2의 캠은 원통부재(41)의 주면(周面)에 형성된 제 1의 원통홈캠(42)이다. 제 1의 원통홈캠(42)에 따라 동작하여 요동되는 요동레버(43)에 설치된 접촉자(44)가 제 2의 슬리브(30) 외주의 원주홈(45)에 걸어맞추어져서, 제 2의 슬리브(30)의 축방향위치를 규제한다. ATC 구동축(23)의 1회전 동안에 제 2의 슬리브(30)는 축방향으로 간헐적으로 1왕복하게 된다.
ATC 구동축(23)에 설치된 제 3의 캠은 원판(46)의 상면에 형성된 평면홈캠(47)이다. 평면홈캠(47)에 따라 동작하여 왕복동되는 랙(rack)(48)이 회동로드(33)의 피니온(49)과 걸어맞추어져서, 회동로드(33)의 회동위치를 규제한다. 회동로드(33)의 회동위치에 따라서 공구파지클릭(15)이 개폐된다.
ATC 구동축(23)에 설치된 제 4의 캠은 원통부재(41)의 상부에 형성된 제 2의 원통홈캠(51)이다. 제 2의 원통홈캠(51)에 따라 동작하여 요동되는 요동부재(52)에 의해 공구착탈장치의 드로바(draw bar)(53)에 연결된 공구릴리스핀(54)을 누르고, 주축(11)의 공구(13)를 언클램프상태로 할 수 있다.
다음에, 상기 기구의 상세에 대하여 설명한다.
제 4 도는 주축대(3)의 좌측면을 덮는 공구매거진(8)을 제외하고 본 제 3 도의 A-A선에서 본 도면이고, 제 5 도는 제 2의 슬리브(30)의 종단면도이다.
주축대(3)의 상부에 원통형상의 브래킷(57)이 고정되어 있다. 이 원통형 브래킷(57) 및 주축대(3)의 립(rip)부(58)에 베어링(59), (60)을 통해 제 1의 슬리브(26)가 회전할 수 있도록 지지되어 있다. 제 1의 슬리브(26)는 다수의 종절롤러(39), (40)를 지지하는 상하 3매의 원판으로 이루어지는 패럴렐캠(37)의 종동자(38)와 일체로 구성되어 있다. 또한, 그 내주면에는 스플라인키(29)가 형성되어 있다.
제 2의 슬리브(30)의 상부에는 스플라인(31)이 형성되고, 그 스플라인(31)이 제 1의 슬리브(26)의 스플라인키(29)와 걸어맞추어져서, 제 2의 슬리브(30)의 상부를 지지한다. 제 2의 슬리브(30)의 하부는 메탈베어링(32)에 의해 주축대(3)에 회전할 수 있도록, 또한 축방향으로 이동할 수 있도록 지지되어 있다. 제 2의 슬리브(30)의 중앙부 외주에는 링부재(61)가 나사(62)에 의해 고정되어 있고, 그 링부재(61)의 원주홈(45)에 요동레버(43)의 접촉자(44)가 걸어맞추어져서, 제 2의 슬리브(30)의 축방향위치를 규제하며 지지하고 있다.
제 2의 슬리브(30)의 내부에는 공구파지클릭(15)을 개폐하기 위한 회동로드(33)가 끼워져 있다. 회동로드(33)는 상단부를 원통형 브래킷(57)내에서 베어링(63)에 의해 회전할 수 있도록 지지되어 있다. 회동로드(33)는 축방향으로는 이동할 수 없다. 회동로드(33)의 상단부에 설치된 피니온(49)는 원통형 브래킷(57)에 슬라이드 이동할 수 있도록 지지되어 평면홈캠(47)에 따라 동작하여 왕복동되는 랙(48)과 걸어맞추어진다.
제 2의 슬리브(30)을 회전구동하는 캠인덱스기구에 대하여 제 5 도 및 제 6 도를 참조하여 설명한다. 제 6 도는 제 4 도의 B-B선 단면도이다.
ATC 구동축(23)에 고정된 2매의 판캠(35), (36)은 각각 원형부(35A), (36A)와 산형부(山形部)(35B), (36B)로 이루어지는 캠윤곽을 가지며, 2매의 판캠(35), (36)의 산형부(36B), (36B)는 서로 엇갈리게 구성되어 있다. 제 1의 슬리브(26)와 일체로 형성된 3매의 원판(38) 사이에는 각각 4개의 종절롤러(39), (40)가 회전 할 수 있도록 지지되어 패럴렐캠(37)의 종동자(38)를 구성하고 있다. 상단(上段)의 종절롤러(39)와 하단(下段)의 종절롤러(40)는 서로 엇갈려 위치하도록 배설되어 있다. 2매의 판캠(35), (36)은 각각 4개의 종절롤러(39), (40)의 어느 하나에 맞닿는다.
ATC 구동축(23)의 회전에 따라서 판캠(35), (36)의 산형부(35B), (36B)가 일종의 기어와 같이 되어서 종절롤러(39), (40)와 맞물려 종동자(38) 즉 제 1의 슬리브(26)를 회전시킨다. 또한, 제 6 도에 도시한 바와 같이 판캠(35), (36)의 원형부(35A)(36A)가 종절롤러(39), (40)에 맞닿아 있을 때는, 상하단의 서로 엇갈린 종절롤러(39), (40)가 판캠(35), (36)의 원형부(35A), (36A)를 협지한 상태로 되고, 판캠(35), (36)의 회전에도 불구하고 종동자(38) 즉 제 1의 슬리브(26)는 완전히 로크된 정지상태로 된다. 판캠(35), (36)의 캠윤곽은 180°의 회전으로 종동자(38)를 180°회전시키고, 남은 180°의 회전에서는 종동자(38)를 정지상태로 로크하도록 형성되어 있다.
제 2의 슬리브(30)를 축방향으로 왕복운동시키는 축이송기구에 대하여 제 4 도 및 제 7 도를 참조하여 설명한다. 제 7 도는 제 4 도의 C-C선 단면도이다.
요동레버(43)가 주축대(3)의 격벽(65)에 설치된 축(66)을 지점으로 하여 요동할 수 있도록 지지되어 있다. 요동레버(43)의 중앙부에는 옆쪽으로 돌출한 원통형상의 캠폴로워(cam followr)(67)가 설치되며, 선단부에는 롤러로 이루어지는 접촉자(44)가 설치되어 있다. 캠폴로워(67)는 제 1 의 원통형캠(42)에 걸어맞추어지며, 선단의 접촉자(44)는 제 2 의 슬리브(30)에 고정된 링부재(61)의 원주홈(45)에 걸어맞추어져 있다. ATC 구동축(23)의 회전에 따라서 제 2의 슬리브(30)가 축방향으로 상하 이동된다.
회동로드(33)를 평면홈캠(47)에 따라서 동작하여 회동하는 기구에 대하여 제 8 도 및 제 9 도를 참조하여 설명한다. 제 8 도는 제 4 도의 D-D선 계단단면도, 제 9 도는 제 8 도의 E-E선에서 본 도면이다.
주축대(3)의 천정벽(70)에 수평레버(71)가 중앙부를 축(72)으로 하여 지지되고, 수평면내에서 요동할 수 있도록 부착되어 있다. 수평레버(71)의 일단에는 아래쪽으로 돌출한 원통형상의 캠폴로워(73)가 설치되고, 타단에는 위쪽으로 돌출한 원통형의 접촉자(74)가 설치되어 있다. 회동로드(33)의 상단을 지지하는 원통형 브래킷(57)에는 수평방향으로 관통하는 원형의 안내공(75)이 형성되고, 그 안내공(75)에 랙(48)이 슬라이드 이동할 수 있도록 끼워져 안내되어 있다. 랙(48)은 회동로드(33)의 상단에 설치된 피니온(49)과 맞물린다. 원통형 브래킷(57)의 측면으로부터 돌출한 랙(48)의 후단부에는 계합홈(76)이 형성되고, 이 계합홈(76)에 수평레버(71)의 접촉자(74)가 걸어맞추어진다. 또한, 수평레버(71)의 캠폴로워(67)는 평면홈캠(47)에 걸어맞추어진다. ATC 구동축(23)의 회전에 따라서 수평레버(71)가 요동되고, 랙(48)이 전후로 슬라이드 이동되어서 회동로드(33)가 회동된다.
회동로드(33)의 회동에 따라서 공구파지클릭(15)을 개폐하는 파지클릭개폐기구에 대하여 제 5 도 및 제 10 도를 참조하여 설명한다. 제 10 도는 제 5 도의 K-K선 단면도이다.
회동로드(33)의 하단부에는 원통형상의 소켓(80)이 핀(81)에 의해 부착되어 있다. 소켓(80)은 제 2 의 슬리브(30)의 내주면에 슬라이드 접촉하며, 회동로드(33)의 하단을 제 2 의 슬리브(30)의 회전중심축 선상에 지지한다. 회동로드(33)의 하단에는 수평방향으로 돌출하여 계합핀(82)의 설치되어 있다.
한편, 제 2 의 슬리브(30)의 선단에 고정된 선회암(16)의 중심에는 피니온축(83)이 베어링(84),(85)을 통해 수직으로 축지지되어 있다 피니온축(83)의 상단면에는 회동로드(33)의 계합핀(82)과 걸어맞추기 위한 U자형홈(86)이 형성되어 있다. 제 5 도에 도시한 바와 같이, 제 2 의 슬리브(30)가 상승끝부에 위치했을 때에, 계합핀(82)이 U자형홈(86)에 걸어맞추어지며, 회동로드(33)의 회동에 따라서 동작하여 피니온축(83)이 회동된다.
선회암(16)내에는 피니온축(83)의 피니온과 맞물리는 랙부재(88)가 케이싱(89)에 안내되어 좌우로 슬라이드 이동할 수 있도록 설치되어 있다. 랙부재(88)는 그 선단부(90)가 케이싱(89)으로부터 돌출하여 공구홀더의 홈에 걸어맞추는 노치를 겸하는 부재이다. 랙부재(88)의 슬라이드면을 이루는 측면에는 2개의 V홈(91),(92)이 수직으로 형성되어 있다. 케이싱(89)의 상기 V홈(91),(92)에 대응하는 위치에 구명(93)이 형성되고, 이 구멍(93)에 나사(94)에 의해 압축된 스프링(95)에 의해 힘이 가해진 볼(96)이 배설되어 있다. 볼(96)은 V홈(91),(92)에 검어맞출 수 있으며, 랙부재(88)를 전진위치 또는 후퇴 위치에 지지할 수 있다. 랙부재(88)의 중앙부에는 긴 원형의 투공(透孔)(97)이 형성되고 그 투공(97)을 관통하여 2개의 고정핀(98),(99)이 직립하여 케이싱(89)에 고정되어 있다. 투공(97)은 랙부재(88)의 직선이동을 피하기 위한 것이다.
한쪽의 공구파지클릭(15A)이 2개의 레버(101),(102)에 의해 고정핀(98),(99)에 연결되어 있다. 각 레버(101),(102)는 핀(103),(104)에 의해 공구파지클릭(15A)과 연결되어 있으며, 각 레버(101),(102)는 요동할 수 있다. 한쪽의 공구파지클릭(15A)을 연결하는 레버(101),(102)는 랙부재(88)의 위쪽에서 고정핀(98),(99)으로 연결되고, 쌍이 되는 다른 쪽의 공구파지클릭(15B)을 연결하는 레버(105),(106)는 랙부재(88)의 아래쪽에서 고정핀(98),(99)으로 연결된다. 각 레버(101),(102) 및 (105),(106)의 요동을 가능하게 하는 스페이스를 비워두기 위해 랙부재(88)의 투공(97)이 형성된 부근은 상하면이 깎여져서 판두께가 얇게 되어 있다.
피니온축(83)이 회전구동되어 랙부재(88)가 전진하면 랙부재(88)의 후방의 스텝부(107)가 레버(101)의 옆끝을 누르고, 고정핀(98)을 중심으로 레버(101)가 회전되어 공구파지클릭(15A)을 닫는다. 그리고, 볼(96)이 V홈(91)에 걸어맞추어진 상태로 랙부재(88)가 지지된다. 그 후, 제 2 의 슬리브(30)가 하강하여 회동로그(33)의 계합핀(82)과 U자형홈(86)과의 걸어맞춤이 벗겨지고, 피니온축(83)이 자유로된 상태에서도 작용각(作用角)의 관계 때문에 공구파지클릭(15)으로 부터의 힘에 의해 랙부재(88)가 이동하는 일은 없다. 회동로등(33)에 의해 피니온축(83)이 역방향으로 회전되어 랙부재(88)가 후퇴하면 랙부재(88)의 앞쪽의 스텝부(108)가 레버(102)의 옆끝을 눌러서, 공구파지클릭(15A)을 연다.
공구착탈장치의 구동기구에 대하여 제 11 도, 제 12 도 및 제 13 도를 참조하여 설명한다. 제 11 도는 제 4 도의 F-F선 단면도, 제 12 도는 제 11 도의 G-G선 단면도, 제 13 도는 주축의 종단면을 도시한 제 11 도의 H-H선 단면도이다.
주축대(3)의 측벽(111)에는 상하방향으로 뻗은 돌출부(112)가 형성되며, 그 내측면에는 내면에 원주형상(圓柱形狀)의 공간을 가진 플랜지부(113)가 형성되어 있다. 주축대(3)의 격벽(65)에는 내면에 상기 플랜지부(113)와 대략 동일한 공간을 가진 플랜지부(114)가 형성되어 있다. 그리고, 상기 플랜지부(113), (114)의 공간에는 슬라이드 베어링(121), (122)이 각각 부착되고, 그 슬라이드 베어링(121), (122)에는 각각 지지봉(123), (124)이 상하방향으로 슬라이드 이동가능하게 지지되어 있다. 그 각 지지봉(123),(124)의 상부에는 연결부재(125)가 나사(126),(127)에 의해 각각 고정되어 있다. 연결부재(125)의 선단은 주축대(3)의 격벽(65)의 창(128)을 통과하여 ATC 구동축(23)이 배설된 실(室)에 도달하도록 되어 있다. 그 연결부재(125)의 선단에는 캠폴로워(116)가 회전할 수 있도록 부착되어 제 2의 원통홈캠(51)에 걸어맞추어진다.
열결부재(125)와는 수직의 방향으로 요동부재(52)가 배설된다. 요동부재(52)는 측벽(111) 및 격벽(65)에 지지된 수평축(117)에 중앙부가 지지되어 상하방향으로 요동할 수 있다. 요동부재(52)의 일단에는 상하방향으로 둘로 갈라진 2다리부(118)가 형성되고, 그 2다리부(118)가 연결부재(125)의 대략 중간부를 협지해서 요동부재(52)가 연결부재(125)에 걸어맞추어져 있다. 요동부재(42)의 타단은 수평방향으로 Y자형으로 둘로 갈리고, 그 Y자부(119)가 주축(11)의 측면에 돌출할 공구릴리스핀(54)을 위쪽에서 누를 수 있다.
제 2의 원통홈캠(51)의 캠높이가 낮을 때는 요동부재(52)의 Y자부(1119)는 공구릴리스핀(54)으로부터 이탈되며, 제 2의 원통홈캠(51)의 캠높이가 높을 때는 요동부재(52)가 요동되어 Y자부(119)가 공구릴리스핀(54)을 위쪽으로 누른다.
공구착탈장치에 대하여 제 13 도를 참조하여 설명한다. 이 장치는 데이퍼형상의 아버(130) 및 풀스터드(131)를 구비한 공구(13)를 착탈할 수 있도록 장착한 것이다. 주축(11)의 축끝면에는 아버(130)가 밀착되어 데이퍼결합하는 테이퍼공(132)이 형성되어 있다. 테이퍼공(132)에 연통되는 위쪽의 콜렛실(133)에는 원통형상의 콜렛(collet)(134)이 축방향으로 슬라이드 이동할 수 있도록 설치되어 있다. 콜렛(134)의 둘레위에 형성된 복수의 작은 테이퍼공(135)에 볼(136)이 배설되고, 복수의 볼(136)이 풀스터드(131)의 넥부를 에워싸듯이 지지되어 있다. 콜렛(134)이 상승했을 때는 각 볼(136)은 콜렛실(133)상부의 데이퍼부(137)에 눌리어서 중심방향으로 이동하여, 복수의 볼(136)이 풀스터드(131)를 협지하여 끌어올린다. 한편, 콜렛(134)이 하강했을 때는 제 13 도에 도시한 바와 같이 콜렛실(133)의 측벽이 약간 넓어져 있으므로 각 볼(136)은 경(經)방향으로 피할 수 있고, 풀스터드(131)는 자유로이 콜렛(134)내를 통과할 수 있다.
콜렛(134)에는 드로바(53)가 고착되고, 드로바(53)의 상단에는 나사에 의해 플럭(138)이 고정되어 있다. 플럭(138)은 주축(11)의 중공부(中共部)내를 축방향으로 슬라이드 이동할 수 있다. 플럭(138)과 주축(11)의 중공부에 형성된 스텝부(139)와의 사이에 1군의 접시형 스프링(140)이 탄력적으로 압축 삽입되어 있다. 접시형 스프링(140)의 강한 압축력에 의해 플럭(138)은 윗쪽으로 힘이 가해져서, 드로바(53) 및 콜렛(134)이 윗쪽으로 힘이 가해져 있다. 주축(11)에는 긴 원형의 장공(141)이 대향하여 형성되고, 그 장공(141)으로부터 플럭(138)에 직교하여 끼워 고정된 공구릴리스핀(54)이 돌출되어 있다.
요동부재(52)의 Y자부(119)에 의하여 공구릴리스핀(54)를 접시형 스프링(140)의 부세력에 항거하여 아래쪽으로 밀어누름으로써 공구(13)를 언클램프상태로 할 수 있다.
공구매거진(8)의 구조에 대하여 제 14 도를 참조하여 설명한다. 제 14 도는 제 3 도의 J-J선 단면도이다.
프레임(150)의 중앙부에 돌출한 원통형 부분(151)에 베어링(152)을 통해 원반(1153)이 회전할 수 있도록 지지되어 있다. 원반(153)의 뒷면에 고정된 환체(環體)(154)에는 동일 원주상에 다수의 롤러(155)가 배설되어 있다. 이들 롤러(155)는 배럴형캡(156)의 캠폴로워를 이룬다. 캠축(157)이 수직으로 프레임(150)에 축지지되어 있다. 원통부재에 나선형으로 홈이 만들어진 배럴형캡(156)의 캠축(157)에 고정되어, 복수의 롤러(155)와 걸어맞추어진다. 캠축(157)은 감속기(158)를 통해 프레임(150) 상부에 배설된 매거진모터(12)에 연결되어 있다. 캠축(157)의 회전에 따라서 동작하여 계속해서 롤러(155)가 배럴형캡(156)에 걸어맞추어져서, 원반(153)을 회전구동한다.
원반의 표면에서는 다수의 공구폿(34)을 지지하는 지지부재(160)가 고정되어 있다. 지지부재(160)은 원반(153)의 주위에서 방사형으로 또한 내부의 방향(도면 왼쪽방향)으로 연출되고, 그 각 연출부(延出部)(161)에 설치된 지지축(162)에 각 공구폿(34)이 요동할 수 있도록 지지되어 있다.
각 공구폿(34)에는 압축스프링(164)으로 힘이 가해진 볼(165)로 이루어지는 래치기구가 설치되어 있으며, 공구(13)를 압축스프링(164)의 부세력에 항거해서 강하게 밀어 넣으면 풀스터드(131)에 볼(165)이 걸어맞추어져서 공구(13)가 지지되며, 압축스프링(164)의 부세력에 항거하여 강하게 인발하면 공구(13)를 공구폿(34)으로부터 빼낼 수 있다.
각 공구폿(34)의 후단에는 핀(166)이 설치되어 있다. 이 핀(166)에 걸어맞출 수 있는 U자형홈(167)을 가진 슬라이더(168)가 상하방향으로 슬라이드 이동할 수 있도록 프레임(150)의 아래쪽으로 지지되고, 에어실린더(170)의 피스톤로드(171)에 연결되어 있다. 가장 아래위치에 인덱스된 공구폿(34)의 핀(166)이 슬라이더(168)의 U자형홈 (167)에 걸어맞추어진다. 피스톤로드(171)를 후퇴하여 슬라이더(168)를 상승시킴으로써 가상선으로 나타낸 바와 같이 인덱스된 공구폿(34)이 90°회전되어 매거진으로부터 꺼내져서, 선회암(16)에 의해 공구 교환이 가능한 자세로 된다. 매거진의 주위를 에워싼 원통형의 커버(172)는 공구(13)가 꺼내지는 최하부의 개소만 절결되어 있다.
이상의 구성에 의한 작동에 대하여 제 15 도 및 제 16 도를 참조하여 설명한다. 제 15 도는 공구교환장치의 작동을 도시한 타이밍챠트, 제 16 도는 플로챠트이다.
가공이 종료되면(상태 201), Z축 이송모터(5)가 구동되고, 오리 엔테이션이 행해진다. 즉, 공구(13)가 피가공물과 간섭하지 않는 위치까지 주축대(3)가 상승된다(상태 202). 동시에 공구홀더의 홈이 랙부재(88)의 선단부(90)와 걸어맞추어질 수 있도록 주축(11)의 정위치(定位置)정지가 행해진다(상태 202). 또한, 공구매거진(8)의 실린더(170)가 상승되어 인덱스된 공구폿(34)이 90°회전되어서 공구교환이 가능한 자세로 된다(상태 302).
주축정위치정지가 확인되면 바로 ATC모터(17)가 구동되어 ATC구동축(23)이 회전을 개시한다. ATC구동축(23)이 약 20°회전한 곳으로부터 평면홈캡(47)의 캠높이가 상승을 개시하고, 회동로드(33)를 회전시켜 공구파지클릭(15)을 닫는다(상태 203, 303). 이로써, 주축(11) 및 공구매거진(8)의 공구(13)서 선회암(16)에 지지된다. ATC구동축(23)이 약 35°회전하면 제 2의 원통홈캠(51)의 캠높이가 상승을 개시하고, 요동부재(52)에 의해 공구릴리스핀(54)을 밑으로 눌러서, 주축(11)에 지지된 공구(13)를 언클램프상태로 한다(상태 204). 다시, ATC구동축(23)의 회전이 진행되어 약 65°의 회전각에 도달하면, 제 1의 원통홈캠(42)의 캠높이가 하강을 개시하여, 제 2의 슬리브(30)를 하강시켜서 공구(13)의 발취를 개시한다(상태 205, 305). 공구(13)의 발취는 ATC구동충(23)의 65°내지 115°의 회전각 사이에서 행해진다. 한편, ATC구동축(23)이 약90°의 회전각에 도달하면 패럴렐캠(37)의 2매의 판캠(35), (36)의 산형부(35B), (35B)가 종절롤러(39), (40)에 맞닿기 시작하며, 제 1의 슬리브(26)를 회전시켜서 선회암(16)의 회전이 개시된다(상태 206). 여기서, ATC 구동축(23)의 회전각 90°내지 115°사이에서는 제 2의 슬리브(30)의 하강에 의한 공구(13)의 발취동작과 선회암(16)의 회전에 의한 공구(13)의 교환동작이 일부 중복되어 행해진다(제 15 도에 (401)로 표시). 이와 같이, 동작을 일부 중복시킴으로써 공구교환시간을 보다 단축할 수 있다. 선회암(16)은 ATC 구동축(23)의 90°내지 270°까지의 회전사이에 180°회전되어 공구위치가 교환된다.
그리고, ATC구동축(23)의 약 255°의 위치까지 회전하면 제 1의 원통홈캠(42)의 캠높이가 상승을 개시하고, 제 2의 슬리브(30)가 상승하여 새로운 공구(13)의 삽입이 개시된다(상태 207, 307). 여기서도, 선회암(16)의 회전과 상승이 일부 중복되어 행해지며(제 15 도에 (420)으로 표시함), 공구교환시간의 단축을 도모하고 있다. 다음에, ATC구동축(23)이 약 305°의 위치까지 회전하면 제 2의 원통홈캠(51)의 캠높이가 하강하여 요동부재(52)가 공구릴리스핀(54)으로부터 이탈되고, 접시형 스프링(140)의 부세력에 의해 공구(13)가 주축(11)에 클램프 된다(상태 208). 그리고, ATC 구동축(23)의 회전각이 320°내지 350°사이에 평면홈캠(47)의 캠높이가 하강하고, 회동로드(33)가 역회전되어 공구파지클릭(15)이 열려져서(상태 209, 309), 공구(13)가 선회암(16)으로부터 이탈된다.
ATC구동축(23)이 1회전하여 최초의 상태로 돌아오면, ATC모터(17)가 정지되며, 공구교환이 종료한다. 공구교환이 종료하면 바로 Z축 이송모터(5) 및 주축모터(10)가 구동되고(상태 210), 다음의 가공작업에 들어간다(상태 211). 한편, 공구매거진(8)에서는 실린더(170)가 하강하고, 공구폿(34)이 90°회전되어 격납되며(상태 310), 매거진모터(12)가 구동되어서 다음에 교환할 공구의 인덱스가 개시되고(상태 311), 다음의 공구교환에 대비한다.
제 15 도에서는 동작을 명확히 나타내기 위하여 각 캠(37), (42), (47), (51)의 캡윤곽이 직선적으로 변화하는 것처럼 도시하였으나, 실제로는 각 캠의 캠윤곽은 원활한 곡선으로 형성되어, 각 부재에 충격을 주지 않고 고속으로 동작시킬 수 있게 되어 있다.
이상 기술한 본 실시예는 다음과 같은 이점이 있다.
(1) 공구교환시에 선회암(16)이 하강하면서 회전하는 등(제 15 도의 (401), (402)로 표시함)동작에 일부 중복부분을 설정하고 있으므로, 공구교환에 요하는 시간을 보다 단축할 수 있다.
(2) 캠에 평면홈캠(47), 제 1 및 제 2의 원통홈캠(42), (51), 패럴렐캠(37)등의 구속캠을 사용하고 있으므로, 고속동작을 시켜도 따라서 동작하는 각 부재의 동작위치를 확실 규제할 수 있다. 그러므로, 선회암(16)의 하강과 회전 등의 각 동작을 한계까지 중복시킬 수 있어서, 공구교환시간을 보다 단축할 수 있다.
(3) 주축대(3)에 공구매거진(8) 및 선회암(16)등의 공구교환장치가 설치되어 있으므로, 주축대(3)의 위치에 불구하고 공구교환을 할수 있어서, 특정의 공구교환위치까지 되돌아갈 필요가 없다.
(4) 공구매거진(8)의 인덱스의 배럴형캠(156)을 사용하고 있으므로, 매거진을 인덱스하기 위한 노치 등이 불필요하며, 소음도 발생하지 않는다. 또한, 배럴형캠(156)은 셀프록기능이 작용하여 원반(153)측으로부터 회전시킬 수 없기 때문에, 탑재된 공구중량의 밸런스에 의해 매거진이 회전되는 일이 없으며, 또한 매거진 모터(12)의 정지시에 매거진의 관성력에 의해 과도한 회전으로 인덱스에 실패하는 일이 없다.
(5) ATC 구동축(23)에 설치된 각 캠(37), (42), (47), (51)의 캠 윤곽이 ATC 구동축(23)의 1회전에 의해 1회의 공구교환동작을 하도록 형성되어 있으므로, 동작이 단순하게 되고 제거가 용이하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상기의 구성을 가지며, 1개의 구동축의 회전에 의하여 작동되는 복수의 캠에 의하여, 주축내의 공구클램프/언클램프동작을 포함한 일련의 공구교환동작이 행해지는 것이므로, 고속동작이 가능하게 되어 공구교환시간을 현저하게 단축시킬 수 있다는 우수한 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 복수의 각종 공구를 지지하는 공구매거진과, 그 공구매거진에 지지된 각종 공구를 일단에 착탈할 수 있도록 지지하고, 상기 공구에 대한 공구클램프기구를 내장하는 주축과, 상기 주축을 회전할 수 있도록 지지하는 주축대와, 이 주축대를 상기 주축에 지지된 공구와 상대하는 피가공물에 대하여 상대적으로 상기 주축의 회전축선과 같은 방향으로 왕복이동할 수 있도록 지지하는 프레임을 구비한 공작기계에 있어서, 상기 주축의 회전축선과 평행한 1축선에 다르는 왕복운동과, 그 1축선의 주위의 선회운동이 가능하도록 상기 주축대에 지지된 공구교환축과, 상기 공구교환축의 일단에 장착되고, 상기 1축선을 사이에 둔 양측에 각가 한쌍의 공구파지클릭을 가지고, 내부에 상기 공구파지클릭의 공구파악, 석방운동을 위한 작동기구를 구비하는 동시에, 가공시에 있어서도 공구파지클릭을 석방한 상태에서 공구교환위치에 대기하는 공구교환암과, 상기 주축대에 회전할 수 있도록 지지된 구동축과, 상기 구동축과 상기 주축의 공구클램프기구와의 사이에 설치되고, 구동축의 회전에 따라 주축에 설치된 공구클램프기구의 공구파악, 석방동작을 행하는 제 1의 캠기구와, 상기 구동축과 상기 공구교환축과의 사이에 설치되고, 구동축의 회전에 따라 상기 주축 및 상기 공구 매거진에 대한 공구의 인발, 삽입을 위한 공구교환축의 왕복운동과, 주축과 공구매거진과의 사이의 공구교환동작을 위한 공구교환축의 선회운동을 행하는 제 2의 캠기구와, 상기 구동축과 상기 작동기구와의 사이에 설치되고, 구동축의 회전에 따라 상기 공구파지클릭의 공구파악, 석방동작을 위한 작동기구의 작동을 행하는 제 3의 캠기구와, 상기 구동축을 회전시키는 1개의 모터를 구비한 것을 특징으로 하는 공구교환장치를 구비한 공작기계.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 주축대가 상기 공구매거진을 회전인덱스 가능하게 지지하고 있는 것을 특징으로 하는 공구교환장치를 구비한 공작기계.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 주축대가 상기 구동매거진을 상기 주축의 회전축선과 대략 직교하는 1축선의 주위에 회전인덱스 가능하게 지지하고 있는 것을 특징으로 하는 공구교환장치를 구비한 공작기계.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 공구매거진이 상기 모터와는 별개의 모터에 연결되고, 이 모터에 의해 회전인덱스되는 것을 특징으로 하는 공구교환장치를 구비한 공작기계.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 공구교환축의 최소한 일부가 관형상의 외주축, 이 관형상 외주축의 내부에 끼워진 같은 관형상의 중간축, 이 관형상중간축의 내부에 끼워진 중심축의 3축으로 이루어진 3중축으로 되어 있는 것과, 상기 외주축은 상기 구동축에 의 해 회전만을 행하도록 되고, 또한 그 회전을 상기 중간축에 전달하도록 되어 있는 것과, 상기 중간축은 상기의 회전과 상기 구동축에 의해 부여되는 축방향왕복운동을 행하도록 되고, 또한, 일단에 상기 공구교환암이 고착되어 있는 것과, 상기 중심축은 상기 외주축 및 중간축과는 관계 없이 상기 구동축에 의해 회전만을 행하도록 되고, 또한 상기 공구교환암의 내부에 설치된 공구파지클릭의 공구파악, 석방운동을 위한 작동기구의 구동부재로 되어 있는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 공구교환장치를 구비한 공작기계.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 공구매거진에 그 외주에 복수의 공구를 평시에는 그들 공구축선이 공구매거진의 회전축선과 평행으로 되는 자세로 지지하고, 공구교환위치에 회전인덱스된 공구가 그 인덱스 위치에 있어서 상기의 자세로부터 공구축선이 주축의 회전축선과 평행으로 되는 자세에 향하여 기복(起伏)가능하게 되도록 지지하고 있는 것을 특징으로 하는 공구교환장치를 구비한 공작기계.
KR1019870008972A 1986-11-12 1987-08-17 공구교환장치를 구비한 공작기계 KR930009403B1 (ko)

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