WO2018124402A1

WO2018124402A1 - 자동 공구 교환장치

Info

Publication number: WO2018124402A1
Application number: PCT/KR2017/004708
Authority: WO
Inventors: 이정호; 김진건; 이재홍
Original assignee: 주식회사 성산암데코
Priority date: 2016-12-28
Filing date: 2017-05-04
Publication date: 2018-07-05
Also published as: KR101862196B1

Abstract

본 발명은 스핀들 유닛과, 매거진 유닛과, 구동원 및 동력 전달유닛을 포함하여 이루어지며, 특히 상기 스핀들 유닛 및 매거진 유닛은 상기 동력 전달유닛을 통해 상기 단일의 구동원으로부터 제공되는 구동력을 전달받아 선택적으로 구동하되, 스핀들 유닛과 매거진 유닛 중 어느 한 유닛의 동작시 다른 한 유닛은 동작 중지되도록 구성됨을 특징으로 하는 자동 공구 교환장치가 제공되며, 이를 통해 제어의 단순함 및 제조 단가의 절감을 이룰 수 있도록 한 것이다.

Description

자동 공구 교환장치

본 발명은 공작기계에 관련된 기술로써, 더욱 상세하게는 공작기계에 적용되면서 복수의 공구를 선택적으로 자동 교환할 수 있도록 한 자동 공구 교환장치에 관한 것이다.

일반적으로 공작기계는 각종 재료를 가공하여 다양한 제품으로 제조하는 기기로써 자동 공구 교환장치(ATC:Automatic Tool Changer)를 갖는 머시닝센터와, 상기 자동 공구 교환장치를 가지고 있지 않은 NC밀링 혹은, NC선반을 포함한다.

여기서, 상기 자동 공구 교환장치는 복잡한 형상의 공작물 가공을 위해 사용되는 서로 다른 다양한 공구(tool)를 자동으로 교환해 줌으로써 수작업에 비해 작업 시간이 단축됨과 더불어 작업 인력의 소요를 줄일 수 있다는 점에서 많이 사용되고 있다.

즉, 수작업으로써 각 공구를 교환하고자 할 때에는 착탈 작업뿐 아니라 공구의 위치 조정 및 공구 보정과 같은 초기 설정을 매우 정밀하게 수행하여야만 함으로써 전체적인 공구 교체 시간이 오래 소요되었음과 더불어 초기 설정이 정확히 이루어지지 않았을 경우 가공 불량이 야기될 수밖에 없었기에, 상기 자동 공구 교환장치의 추가 제공을 통해 전술된 각종 문제점이 해소될 수 있게 된 것이다.

이러한 자동 공구 교환장치에 관련하여는 공개특허공보 제10-2010-0067173호, 공개특허공보 제10-2009-0038779호, 등록특허 제10-1383442호, 등록특허 제10-1401107호, 등록특허 제10-1487625호 등에 개시된 바와 같다.

하지만, 전술된 종래 기술들에 따른 자동 공구 교환장치는 그의 동작을 위해 구동력을 제공하는 구동원이 별개로 제공된다는 것을 고려할 때 공구 스핀들의 구동을 위한 구동원 이외의 별도 구동원 제공에 따른 전체적인 구조의 복잡함이 야기될 수밖에 없을 뿐 아니라 복수의 구동원을 제공함으로 인한 제조 단가의 상승이 야기될 수밖에 없다는 문제점이 있었다.

또한, 전술된 종래 기술들에 따른 자동 공구 교환장치는 여타의 구동 요소에 대한 동작 여부를 고려하여 툴 교체가 이루어져야만 함으로써 툴 교체를 위한 시간이 오래 소요될 수밖에 없고, 특히 그 제어를 위한 다양한 센서나 감지장치가 추가로 제공되어야 함과 더불어 제어가 극히 복잡하고 어려워질 수밖에 없다는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술된 종래 기술에 따른 각종 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 공작기계에 사용되는 자동 공구 교환장치의 구조적 개선을 통해 공작기계의 기계 가공을 위한 공구스핀들의 구동과 자동 공구 교환장치의 동작을 위한 구동이 동일한 구동원으로부터 제공될 수 있도록 하면서도 각각의 동작이 서로 연동되면서 이루어지도록 한 새로운 형태에 따른 자동 공구 교환장치를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자동 공구 교환장치에 따르면 본체프레임에 회전 가능하게 설치되며, 선단으로 기계 가공을 위한 공구가 선택적으로 장착되어 파지함과 더불어 상기 파지된 공구를 강제 회전시켜 기계 가공을 수행하는 스핀들 유닛; 상기 본체프레임에 전후 슬라이딩 이동 가능하게 설치됨과 더불어 기계 가공을 위한 복수의 공구가 각각 개별 안착되는 복수의 그립퍼 및 이 그립퍼를 일괄 회전시키는 회전체를 가지는 매거진 유닛; 상기 스핀들 유닛의 회전 및 상기 매거진 유닛을 이루는 회전체의 회전을 위한 회전 구동력을 제공하는 단일의 구동원; 상기 구동원으로부터 제공되는 회전 구동력을 상기 스핀들 유닛 혹은, 상기 매거진 유닛 중 어느 한 유닛에만 선택하여 제공함과 더불어 상기 스핀들 유닛 혹은, 매거진 유닛 중 어느 한 유닛의 동작시 다른 한 유닛은 동작은 중지되도록 구성된 동력 전달유닛;을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

여기서, 상기 스핀들 유닛은 선단의 내부로 공구의 생크가 수용되도록 형성되면서 상기 본체프레임에 회전 가능하게 설치된 스핀들과, 상기 스핀들의 선단 내부에 설치되어 선단측 부위의 벌림 조작으로 상기 공구의 생크를 파지하는 복수의 파지레버와, 상기 스핀들 내를 전후 이동 가능하게 설치되면서 상기 각 파지레버의 선단을 벌리도록 동작되는 조작로드를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 조작로드의 내부에는 그의 축 방향을 따라 쿨런트 공급홀이 관통 형성되어 상기 스핀들의 선단 내부에 파지된 공구로 쿨런트를 공급하도록 이루어짐을 특징으로 한다.

또한, 상기 매거진 유닛은 외관을 이루면서 본체프레임에 전후 슬라이딩 이동 가능하게 설치되는 매거진 몸체와, 상기 매거진 몸체의 상단측 배면 내측에 구비되면서 상기 구동원의 회전 구동력을 제공받아 회전 구동되는 회전피니언과, 상기 회전피니언의 축 방향과는 경사지면서 상기 매거진 몸체에 고정 설치되는 지지샤프트와, 상기 지지샤프트의 둘레에 회전 가능하게 설치되면서 상기 회전피니언에 맞물리는 베벨기어와, 상기 지지샤프트의 전방측 끝단 둘레에 회전 가능하게 설치되면서 상기 베벨기어가 결합되는 회전체를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 동력 전달유닛은 상기 구동원의 구동에 의해 회전되면서 전방측 내주면에는 제1내접기어가 형성됨과 더불어 둘레면에는 스핀들 유닛으로 구동력을 전달하도록 동력전달부재가 연결되는 주동측 회전풀리와, 상기 회전풀리의 축 방향을 향해 이동 가능하게 설치되며, 후단의 외주면에는 상기 제1내접기어와 맞물리는 제1외접기어가 형성됨과 더불어 선단의 외주면에는 제2외접기어가 형성된 이동형 회전축과, 상기 매거진 유닛에 회전 가능하게 설치되면서도 상기 매거진 유닛과 함께 전후 이동되도록 설치되며, 후단의 내주면에는 상기 제2외접기어에 맞물려 회전되는 제2내접기어가 형성됨과 더불어 후단의 내주면 끝단에는 상기 이동형 회전축에 형성된 제2외접기어의 후면을 받쳐주는 받침턱이 형성된 매거진측 회전축을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 동력 전달유닛으로부터 제공되는 회전 구동력이 상기 매거진 유닛으로부터 상기 스핀들 유닛으로 변경되어 제공될 때 스핀들 유닛의 선단측 전방에 위치된 공구가 상기 스핀들 유닛의 선단측 내로 수용되도록 하는 연동 유닛이 더 포함되어 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 연동 유닛은 매거진 유닛의 전후 이동을 위한 구동력을 제공하는 전후이동실린더와, 상기 전후이동실린더의 전후 이동을 위한 구동력을 제공받아 전후 이동되면서 상기 매거진 유닛을 전후 이동시키는 이동플런저와, 상기 이동플런저의 전후 이동 경로상에 위치됨과 더불어 그의 후방측 끝단은 상기 이동플런저의 저부에 맞닿도록 위치되면서 상기 이동플런저의 후퇴 이동에 따른 접촉 해제시 선단이 상향 이동되도록 회전되게 설치되는 링크부재와, 상기 링크부재의 선단에 결합됨과 더불어 전방측 끝단은 상기 매거진 유닛이 후퇴 이동되었을 경우 그립퍼에 결합되어 상기 링크부재의 회전에 의해 상향 슬라이딩 이동되면서 상기 그립퍼에 파지된 공구의 파지를 해제하는 슬라이딩블럭을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

이상에서와 같이, 본 발명에 따른 자동 공구 교환장치는 단일의 구동원을 이용하여 매거진 유닛과 스핀들 유닛을 구동시킬 수 있도록 함으로써 별도 구동원의 제공에 비해 전체적인 제조 단가의 절감을 이룰 수 있게 된 효과를 가진다.

특히, 본 발명에 따른 자동 공구 교환장치는 매거진 유닛이 동작될 때에는 스핀들 유닛으로 제공되는 동력이 차단되고, 또한 스핀들 유닛이 동작될 때에는 매거진 유닛으로 제공되는 동력이 차단됨에 따라 각 유닛의 동작시 여타 유닛이 함께 동작됨에 따라 야기될 수 있는 부품 손상을 방지할 수 있게 된 효과를 가진다.

또한, 본 발명에 따른 자동 공구 교환장치는 매거진 유닛의 동작과 스핀들 유닛으로부터 공구의 구속 해제를 위한 동작이 서로 연동되면서 동시에 이루어지도록 구성됨에 따라 툴 교체를 위한 작업 시간을 확연히 단축시킬 수 있게 된 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동 공구 교환장치의 외관 구조를 설명하기 위해 나타낸 정면도

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동 공구 교환장치의 내부 구조를 설명하기 위해 나타낸 상태도

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동 공구 교환장치의 내부 구조 중 구동원과 스핀들 유닛 간의 동력 전달 구조를 설명하기 위해 나타낸 상태도

도 4 및 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동 공구 교환장치 중 스핀들 유닛에 공구의 생크가 구속 및 구속 해제된 상태를 설명하기 위해 나타낸 요부도

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동 공구 교환장치의 매거진 유닛을 설명하기 위해 나타낸 상태도

도 7 내지 도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동 공구 교환장치의 동력 전달유닛에 대한 동작 상태를 설명하기 위해 나타낸 각각의 상태도

도 13 내지 도 15는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동 공구 교환장치의 연동 유닛 및 그 동작 상태를 설명하기 위해 나타낸 상태도

이하, 본 발명의 자동 공구 교환장치에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도 1 내지 도 15를 참조하여 설명하도록 한다.

실시예의 설명에 앞서, 각 구성의 설명 중 언급되는 방향의 경우 선단은 전방측 부위로써 도면상 우측에 위치되는 부위를 의미함과 더불어 후단은 후방측 부위로써 도면상 좌측에 위치되는 부위를 의미하며, 전면은 도면상 우측을 향하는 면을 의미함과 더불어 후면은 도면상 좌측을 향하는 면을 의미한다.

첨부된 도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동 공구 교환장치의 외관 구조를 설명하기 위해 나타낸 정면도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동 공구 교환장치의 내부 구조를 설명하기 위해 나타낸 상태도이며, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동 공구 교환장치의 내부 구조 중 구동원과 스핀들 유닛 간의 동력 전달 구조를 설명하기 위해 나타낸 상태도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 자동 공구 교환장치는 크게 스핀들 유닛(100)과, 매거진 유닛(200)과, 구동원(300) 및 동력 전달유닛(400)을 포함하여 이루어지며, 특히 상기 스핀들 유닛(100) 및 매거진 유닛(200)은 상기 동력 전달유닛(400)을 통해 상기 단일의 구동원(300)으로부터 제공되는 구동력을 전달받아 선택적으로 구동하되, 스핀들 유닛(100)과 매거진 유닛(200) 중 어느 한 유닛의 동작시 다른 한 유닛은 동작 중지되도록 구성됨을 특징으로 한다.

이를 각 구성별로 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 스핀들 유닛(100)은 공구(20)를 회전시켜 기계 가공을 수행하는 부위이다.

이와 같은 스핀들 유닛(100)은 선단으로 기계 가공을 위한 공구(20)가 선택적으로 장착되어 파지하면서 상기 파지된 공구(20)를 강제 회전시키는 역할을 하며, 스핀들(110)과, 복수의 파지레버(120) 및 조작로드(130)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 스핀들(110)은 선단의 내부로 공구(20)의 생크(21)가 수용되도록 형성되는 부위로써, 공작기기를 이루는 본체프레임(10)에 회전 가능하게 설치되어 이루어진다.

또한, 상기 복수의 파지레버(120)는 상기 스핀들(110)의 선단 내부로 수용된 공구(20)의 생크(21)를 파지하기 위한 구성으로써, 상기 스핀들(110)의 선단 내주면 둘레를 따라 각각 위치되며, 전방측 끝단은 후술될 조작로드(130)의 조작에 의해 상하 기울어지면서 벌어지거나 혹은, 오므려지면서 상기 공구(20)의 생크(21)를 선택적으로 파지하도록 이루어진다.

또한, 상기 조작로드(130)는 상기 스핀들(110) 내에 위치되면서 상기 스핀들(110) 내의 축 방향을 향해 전후 이동 가능하게 설치되며, 전방측 끝단에는 벌림단(131)이 추가로 제공되면서 해당 조작로드(130)의 후퇴 이동에 의해 첨부된 도 4와 같이 상기 각 파지레버(120)의 선단을 벌려 상기 공구(20)의 생크(21)를 파지하거나 혹은, 첨부된 도 5와 같이 해당 조작로드(130)의 전진 이동에 의해 상기 각 파지레버(120)의 선단을 오므려 상기 공구(20)의 생크(21)에 대한 파지가 해제되도록 동작된다.

이와 함께, 상기 스핀들(110)의 후방에는 상기 조작로드(130)의 전후 이동을 위한 동작을 제어하는 툴 클램핑용 실린더(140)가 구비되며, 특히 상기 조작로드(130)의 내부에는 그의 축 방향을 따라 쿨런트 공급홀(132)이 관통 형성되어 상기 스핀들(110)의 선단 내부에 파지된 공구(20)로 쿨런트를 공급하도록 이루어진다.

다음으로, 상기 매거진 유닛(200)은 기계 가공을 위한 복수의 공구를 보유함과 더불어 선택적인 회전에 의해 상기 스핀들 유닛(100)을 이루는 스핀들(110)의 선단측 전방으로 상기 각 공구 중 어느 한 공구를 선택적으로 위치시키도록 이루어진 부위이다.

이와 같은 매거진 유닛(200)은 매거진 몸체(210)와, 회전피니언(220)과, 지지샤프트(230) 및 그립퍼(240)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 매거진 몸체(210)는 매거진 유닛(200)의 외관을 이루는 부위로써, 공작기계를 이루는 본체프레임(10)의 상면에 형성된 가이드레일(도시는 생략됨)을 따라 전후 슬라이딩 이동 가능하게 설치된다.

또한, 상기 회전피니언(220)은 후술될 구동원(300)의 회전 구동력을 제공받아 회전 구동되는 구성으로써, 상기 매거진 몸체(210)의 상단측 배면 내측에 구비됨과 더불어 전술된 스핀들 유닛(100)의 스핀들(110)과는 동일한 축 방향을 향해 설치되도록 이루어진다.

또한, 상기 지지샤프트(230)는 상기 매거진 몸체(210)에 회전 가능하게 설치되는 부위로써 회전피니언(220)의 축 방향과는 경사지게 설치되면서 회전되도록 구성되며, 특히 이 지지샤프트(230)의 둘레에는 상기 회전피니언(220)에 맞물리는 베벨기어(250)가 상기 지지샤프트(230)의 지지를 받아 회전 가능하게 설치됨과 더불어 상기 지지샤프트(230)의 전방측 끝단 둘레에는 상기 베벨기어(250)가 결합되는 회전체(260)가 구비되어 상기 지지샤프트(230)의 지지를 받아 회전되도록 구성된다.

또한, 상기 그립퍼(240)는 상기 회전체(260)의 전면 방사 방향을 따라 각각 구비되면서 각각의 공구(20)가 파지되도록 구성된다. 이때 상기 그립퍼(240)는 슬라이더(241)의 상하 이동에 따라 상기 공구(20)의 파지 및 파지 해제가 이루어질 수 있도록 구성되며, 이러한 구조는 기존의 일반적인 그립퍼(240)의 파지 구조와 동일하기 때문에 더욱 상세한 구조 설명은 생략하도록 한다.

다음으로, 상기 구동원(300)은 상기 스핀들 유닛(100)의 회전 및 상기 매거진 유닛(200)을 이루는 회전체(260)의 회전을 위한 회전 구동력을 제공하는 부위이다.

본 발명의 실시예에서는 상기 구동원(300)이 구동모터로 이루어짐을 그 예로 하며, 특히 상기 구동모터는 회전수 혹은, 회전 속도의 제어가 가능한 구성임을 제시한다.

즉, 상기 구동모터의 구동에 따른 회전수 제어를 통해 상기 매거진 유닛(200)을 이루는 각 그립퍼(240)의 공구(20)가 스핀들 유닛(100)을 이루는 스핀들(110)에 각각 일치될 수 있도록 하고, 또한 상기 구동모터의 구동에 따른 회전 속도의 제어를 통해 스핀들(110)의 속도 제어가 가능하도록 한 것이다.

이때, 상기 구동원(300)은 그의 모터축(310)이 상기 매거진 유닛(200)을 이루는 회전피니언(220)과 동일 축선상에 위치되도록 배치된다.

다음으로, 상기 동력 전달유닛(400)은 상기 구동원(300)으로부터 제공되는 회전 구동력을 상기 스핀들 유닛(100) 혹은, 상기 매거진 유닛(200) 중 어느 한 유닛으로 선택하여 제공하는 구조이다.

즉, 상기 동력 전달유닛(400)에 의해 단일의 구동원(300)으로 스핀들 유닛(100) 및 매거진 유닛(200)의 회전 구동이 이루어질 수 있도록 한 것이다.

이와 같은 동력 전달유닛(400)은 첨부된 도 7 내지 도 12에 도시된 바와 같이 주동측 회전풀리(410)와, 이동형 회전축(420)과, 매거진 회전축(430)을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 주동측 회전풀리(410)는 상기 구동원(300)을 이루는 모터축(310)의 둘레에 회전 가능하게 결합되면서 후술될 이동형 회전축(420)으로부터 상기 구동원(300)의 회전 구동력을 전달받아 회전됨과 더불어 전방측 내주면에는 제1내접기어(411)가 형성되어 이루어진다.

이때, 상기 스핀들 유닛(100)의 후단측 둘레면에는 종동측 회전풀리(440)가 추가로 고정 설치되고, 상기 주동측 회전풀리(410)와 상기 종동측 회전풀리(440)는 동력전달부재(450)로써 서로 간의 동력 전달이 가능하도록 구성된다. 상기 동력전달부재(450)는 타이밍 벨트로 이루어짐을 그 예로 하며, 이는 첨부된 도 3에 도시된 바와 같다.

또한, 상기 이동형 회전축(420)은 구동원(300)의 회전 구동력을 상기 주동축 회전풀리(410) 혹은, 매거진 회전축(430) 중 어느 한 곳으로 선택하여 전달하도록 이루어진 부위로써, 상기 주동측 회전풀리(410)와 함께 축 방향을 향해 이동 가능하게 설치되면서 선단의 외주면에는 제2외접기어(421)가 형성됨과 후단에는 내주면 및 외주면에 기어를 동시에 갖는 기어부(460)가 고정 설치된다. 이때 상기 기어부(460)의 외주면에는 상기 제1내접기어(411)에 맞물리는 제1외접기어(461)가 형성됨과 더불어 내주면에는 구동원(300)의 모터축(310)에 형성된 기어(311)와 맞물리는 맞물림기어(462)가 형성되어 이루어진다.

또한, 상기 매거진 회전축(430)은 선단이 상기 매거진 유닛(200)의 회전피니언(220)의 후단에 고정되면서 상기 회전피니언(220)을 회전시키도록 설치되며, 그 후단의 내주면에는 상기 제2외접기어(421)에 맞물려 회전되는 제2내접기어(431)가 형성되고, 후단의 내주면 중 후방측 끝단에는 상기 이동형 회전축(420)의 제2외접기어(421)가 형성된 부위의 후면을 받쳐주는 받침턱(432)이 형성되면서 상기 매거진 유닛(200)의 전방 이동시 상기 이동형 회전축(420)을 전방으로 이동시킴과 더불어 상기 이동형 회전축(420)의 회전력을 전달받아 회전되면서 매거진 유닛(200)을 회전시키도록 구성된다.

즉, 전술된 주동측 회전풀리(410)와 이동형 회전축(420)과 기어부(460) 및 매거진 회전축(430)에 의해 구동원(300)의 모터축(310)으로부터 전달되는 회전 구동력은 상기 스핀들 유닛(100) 혹은, 매거진 유닛(200)에 선택적으로 제공되며, 특히 상기 이동형 회전축(420)은 상기 매거진 유닛(200)의 전후 이동에 의해 그의 전후 이동이 이루어지면서 상기 주동측 회전풀리(410) 혹은, 매거진 회전축(430)에 선택적으로 동력 전달 가능하게 연결되도록 구성되기 때문에 스핀들 유닛(100) 혹은, 매거진 유닛(200)으로의 선택적인 회전 구동력 전달은 순간적이면서도 정확히 이루어질 수 있게 된다.

이때, 상기 매거진 회전축(430)의 내부 후면 및 상기 이동형 회전축(420)의 전면 사이에는 이격스프링(470)이 개제되며, 이러한 이격스프링(470)에 의해 매거진 유닛(200)이 후퇴 이동될 경우 이동형 회전축(420)은 매거진 회전축(430)과 함께 후퇴 이동됨과 더불어 상기 이동형 회전축(420)의 제2외접기어(421)는 상기 매거진 회전축(430) 내의 제2내접기어(431)로부터 이격된 상태를 유지하게 된다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 자동 공구 교환장치는 연동 유닛(500)이 더 포함되어 이루어짐을 추가적인 특징으로 제시한다.

상기 연동 유닛(500)은 상기 동력 전달유닛(400)으로부터 제공되는 회전 구동력이 상기 매거진 유닛(200)으로부터 상기 스핀들 유닛(100)으로 변경되어 제공될 때 스핀들 유닛(100)의 선단측 전방에 위치된 공구(20)가 상기 스핀들 유닛(100)을 이루는 스핀들(110)의 선단측 내로 수용되도록 하는 부위이다.

이와 같은 연동 유닛(500)은 매거진 유닛(200)과 스핀들 유닛(100) 사이에 위치되도록 설치되며, 전후 이동실린더(510)와, 이동플런저(520)와, 링크부재(530) 및 슬라이딩블럭(540)을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 전후 이동실린더(510)는 매거진 유닛(200)의 전후 이동을 위한 구동력을 제공하는 실린더이며, 상기 이동플런저(520)는 상기 전후이동실린더(510)의 전후 이동을 위한 구동력을 제공받아 전후 이동되면서 상기 매거진 유닛(200)을 전후 이동시키도록 구성된다.

또한, 상기 링크부재(530)는 상기 이동플런저(520)의 전후 이동 경로상에 위치됨과 더불어 그의 후방측 끝단은 상기 이동플런저(520)의 저부에 맞닿도록 위치되면서 상기 이동플런저(520)의 후퇴 이동에 따른 접촉 해제시 선단이 상향 이동되도록 회전되게 설치된다. 이때, 상기 링크부재(530)의 후방측 끝단에는 상기 이동플런저(520)의 저부에 맞닿는 부위로 제공되면서 상기 이동플런저(520)와의 접촉 마찰을 줄이기 위한 구름롤러(531)가 구비되고, 상기 링크부재(530)의 전방측 끝단인 후술될 슬라이딩블럭(540)과의 결합 부위는 구형으로 형성되며, 상기 링크부재(530)의 선단측 상면에는 해당 링크부재(530)의 후방측 끝단에 대한 가압력 해제시 원위치로 복귀 회전되도록 하는 복원스프링(532)이 장착된다.

또한, 상기 슬라이딩블럭(540)은 상기 링크부재(530)의 선단에 결합됨과 더불어 전방측 끝단은 상기 매거진 유닛(200)이 후퇴 이동되었을 경우 그립퍼(240)에 결합되어 상기 링크부재(530)의 회전에 의해 상향 슬라이딩 이동되면서 상기 그립퍼(240)에 파지된 공구(20)의 파지를 해제하는 블럭이다. 이때 상기 슬라이딩블럭(540)의 전면에는 결합돌출단(541)이 돌출 형성되며, 이 결합돌출단(541)은 공구(20)의 파지 조작을 위해 그립퍼(240)에 구비되는 슬라이더(241) 내로 수용 결합되도록 이루어진다.

하기에서는, 전술된 본 발명의 실시예에 따른 자동 공구 교환장치에 대한 작용을 더욱 구체적으로 설명하도록 한다.

우선, 첨부된 도 2 내지 도 4와 같이 일반적인 공작기계의 동작 상태에서는 공구(20)의 생크(21)가 스핀들 유닛(100)의 스핀들(110)에 장착된 상태로 상기 스핀들(110)의 회전에 의해 회전 구동되면서 공작물을 가공하게 된다.

이의 경우, 연동 유닛(500)을 이루는 전후이동실린더(510)는 이동플런저(520)를 후퇴 이동시켜 첨부된 도 14에 도시된 바와 같이 링크부재(530)의 선단이 상향 경사진 상태를 이루도록 함으로써 슬라이딩블럭(540)이 그립퍼(240)의 슬라이더(241)를 상향 이동시켜 해당 그립퍼(240)에 위치되는 공구(20)의 구속을 해제한 상태로 유지되며, 특히 상기 이동플런저(520)의 후퇴 이동에 의해 매거진 유닛(200)을 이루는 매거진 몸체(210) 역시 후퇴 이동된다.

또한, 상기 매거진 몸체(210)의 후퇴 이동 및 이로 인한 이격스프링(470)의 복원력에 의해 동력 전달유닛(400)을 이루는 매거진 회전축(430)의 제2내접기어(431)로부터 이동형 회전축(420)의 제2외접기어(421)가 분리됨과 더불어 상기 이동형 회전축(420) 역시 매거진 회전축(430)과 함께 후퇴 이동되면서 이동형 회전축(420)의 후단에 구비된 기어부(460)의 제1외접기어(461)는 주동측 회전풀리(410)의 제1내접기어(411)에 맞물리게 된다. 이때 상기 기어부(460)의 맞물림기어(462)는 이동형 회전축(420)의 전후 이동에 상관없이 항상 모터축(310)의 기어(311)에 맞물린 상태로 유지된다.

따라서, 전술된 최초의 상태에서는 구동원(300)의 구동이 이루어질 경우 이 회전 구동력은 상기 기어부(460)에 의해 주동측 회전풀리(410)로 제공되어 상기 주동측 회전풀리(410)를 회전시키게 되며, 이로써 동력전달부재(타이밍벨트)(450)의 연동에 의한 종동측 회전풀리(440)의 회전 구동이 이루어지면서 스핀들(110)을 회전시킴에 따라 상기 스핀들(110)에 고정된 공구(20)의 회전 구동에 의한 공작물의 가공이 이루어질 수 있게 된다.

한편, 전술된 상태에서 작업의 필요상 공구(20)를 교체하고자 할 경우에는 연동 유닛(500)을 이루는 전후이동실린더(510)의 동작 제어가 이루어지면서 이동플런저(520)를 전진 이동시키게 된다.

이의 경우, 링크부재(530)의 선단은 첨부된 도 15에 도시된 바와 같이 복원스프링(532)의 복원력에 의해 하향 경사진 상태를 이루게 됨으로써 슬라이딩블럭(540)이 슬라이더(241)를 하향 이동시켜 해당 그립퍼(240)에 위치되는 공구(20)를 구속하게 되며, 이와 동시에 스핀들 유닛(100)을 이루는 툴 클램핑용 실린더(140)가 구동되면서 조작로드(130)를 전진 이동시킴에 따라 각 파지레버(120)에 의한 공구(20)의 생크(21)에 대한 파지가 해제된다.

이와 함께, 상기 이동플런저(520)의 전진 이동에 의해 매거진 유닛(200)을 이루는 매거진 몸체(210) 역시 전진 이동되면서 상기 매거진 유닛(200)의 각 그립퍼(240)에 구속된 공구(20)는 첨부된 도 5에 도시된 바와 같이 스핀들(110)로부터 이탈된다.

그리고, 상기한 매거진 몸체(210)의 전진 이동이 이루어지면 이 매거진 몸체(210)에 구비된 매거진 회전축(230)의 제2내접기어(431)는 이동형 회전축(420)의 제2외접기어(421)에 맞물림과 동시에 계속적인 추가 전진 이동에 의해 상기 이동형 회전축(420) 역시 전진 이동시킴으로써 상기 이동형 회전축(420)의 후단에 위치된 기어부(460)의 제1외접기어(461)는 주동측 회전풀리(410)의 제1내접기어(411)로부터 분리된다. 물론 이때에도 상기 기어부(460)의 맞물림기어(462)는 이동형 회전축(420)의 전후 이동에 상관없이 항상 모터축(310)의 기어(311)에 맞물린 상태로 유지된다.

따라서, 전술된 상태에서 구동원(300)의 구동이 이루어질 경우 이 회전 구동력은 상기 이동형 회전축(420)을 회전시킴과 동시에 이 이동형 회전축(420)이 동력 전달 가능하게 연결된 매거진 회전축(430)이 회전된다.

또한, 상기 매거진 회전축(430)이 회전되면 이에 고정된 회전피니언(220)의 회전이 이루어지며, 계속해서 상기 회전피니언(220)에 맞물린 베벨기어(250)가 회전되면서 회전체(260)를 회전시킴에 따라 상기 회전체(260)에 고정된 각 그립퍼(240)가 회전된다.

이후, 상기 각 그립퍼(240) 중 사용하고자 하는 공구(20)를 갖는 그립퍼(240)의 위치가 스핀들(110)의 전방에 위치되면 구동원(300)의 구동이 중단되고, 계속해서 전후이동실린더(510)의 구동에 따른 매거진 몸체(210)의 후퇴 이동 및 툴 클램핑용 실린더(140)의 구동에 따른 조작로드(130)의 후퇴 이동이 순차적으로 이루어지면서 공구(20)가 그립퍼(240)로부터 구속 해제됨과 더불어 이 공구(20)의 생크(21)가 스핀들(110) 내의 각 파지레버(120)에 의해 파지된 상태를 이루게 된다.

이와 함께, 상기 매거진 몸체(210)의 후퇴 이동 및 이로 인한 이격스프링(470)의 복원력에 의해 동력 전달유닛(400)을 이루는 매거진 회전축(430)의 제2내접기어(431)로부터 이동형 회전축(420)의 제2외접기어(421)가 분리됨과 더불어 상기 이동형 회전축(420) 역시 매거진 회전축(430)과 함께 후퇴 이동되면서 이동형 회전축(420)의 후단에 구비된 기어부(460)의 제1외접기어(461)는 주동측 회전풀리(410)의 제1내접기어(411)에 맞물리게 된다. 이때 상기 기어부(460)의 맞물림기어(462)는 이동형 회전축(420)의 전후 이동에 상관없이 모터축(310)의 기어(311)에 맞물린 상태로 유지된다.

따라서, 전술된 상태에서는 기 설명된 최초의 상태에서와 같이 구동원(300)의 구동에 따른 회전 구동력이 스핀들(110)로 제공되어 상기 스핀들(110)에 고정된 공구(20)의 회전 구동에 의한 공작물의 가공이 이루어질 수 있게 된다.

결국, 본 발명에 따른 자동 공구 교환장치는 단일의 구동원(300)을 이용하여 매거진 유닛(200)과 스핀들 유닛(100)을 구동시킬 수 있도록 함으로써 별도 구동원의 제공에 비해 전체적인 제조 단가의 절감을 이룰 수 있게 된다.

특히, 본 발명에 따른 자동 공구 교환장치는 매거진 유닛(200)이 동작될 때에는 스핀들 유닛(100)으로 제공되는 동력이 차단되고, 또한 스핀들 유닛(100)이 동작될 때에는 매거진 유닛(20))으로 제공되는 동력이 차단됨에 따라 각 유닛(100,200)의 동작시 여타 유닛이 함께 동작됨에 따라 야기될 수 있는 부품 손상을 방지할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따른 자동 공구 교환장치는 연동 유닛(500)의 추가 제공에 의해 매거진 유닛(200)의 동작과 스핀들 유닛(100)으로부터 공구의 구속 해제를 위한 동작이 서로 연동되면서 동시에 이루어지도록 구성됨에 따라 공구 교체를 위한 작업 시간을 확연히 단축시킬 수 있게 된다.

Claims

본체프레임에 회전 가능하게 설치되며, 선단으로 기계 가공을 위한 공구가 선택적으로 장착되어 파지함과 더불어 상기 파지된 공구를 강제 회전시켜 기계 가공을 수행하는 스핀들 유닛;

상기 본체프레임에 전후 슬라이딩 이동 가능하게 설치됨과 더불어 기계 가공을 위한 복수의 공구가 각각 개별 안착되는 복수의 그립퍼 및 이 그립퍼를 일괄 회전시키는 회전체를 가지는 매거진 유닛;

상기 스핀들 유닛의 회전 및 상기 매거진 유닛을 이루는 회전체의 회전을 위한 회전 구동력을 제공하는 단일의 구동원;

상기 구동원으로부터 제공되는 회전 구동력을 상기 스핀들 유닛 혹은, 상기 매거진 유닛 중 어느 한 유닛에만 선택하여 제공함과 더불어 상기 스핀들 유닛 혹은, 매거진 유닛 중 어느 한 유닛의 동작시 다른 한 유닛은 동작은 중지되도록 구성된 동력 전달유닛;을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 자동 공구 교환장치.
제 1 항에 있어서,

상기 스핀들 유닛은

선단의 내부로 공구의 생크가 수용되도록 형성되면서 상기 본체프레임에 회전 가능하게 설치된 스핀들과,

상기 스핀들의 선단 내부에 설치되어 선단측 부위의 벌림 조작으로 상기 공구의 생크를 파지하는 복수의 파지레버와,

상기 스핀들 내를 전후 이동 가능하게 설치되면서 상기 각 파지레버의 선단을 벌리도록 동작되는 조작로드를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 자동 공구 교환장치.
제 2 항에 있어서,

상기 조작로드의 내부에는 그의 축 방향을 따라 쿨런트 공급홀이 관통 형성되어 상기 스핀들의 선단 내부에 파지된 공구로 쿨런트를 공급하도록 이루어짐을 특징으로 하는 자동 공구 교환장치.
제 1 항에 있어서,

상기 매거진 유닛은

외관을 이루면서 본체프레임에 전후 슬라이딩 이동 가능하게 설치되는 매거진 몸체와,

상기 매거진 몸체의 상단측 배면 내측에 구비되면서 상기 구동원의 회전 구동력을 제공받아 회전 구동되는 회전피니언과,

상기 회전피니언의 축 방향과는 경사지면서 상기 매거진 몸체에 고정 설치되는 지지샤프트와,

상기 지지샤프트의 둘레에 회전 가능하게 설치되면서 상기 회전피니언에 맞물리는 베벨기어와,

상기 지지샤프트의 전방측 끝단 둘레에 회전 가능하게 설치되면서 상기 베벨기어가 결합되는 회전체를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 자동 공구 교환장치.
제 1 항에 있어서,

상기 동력 전달유닛은

상기 구동원의 구동에 의해 회전되면서 전방측 내주면에는 제1내접기어가 형성됨과 더불어 둘레면에는 스핀들 유닛으로 구동력을 전달하도록 동력전달부재가 연결되는 주동측 회전풀리와,

상기 회전풀리의 축 방향을 향해 이동 가능하게 설치되며, 후단의 외주면에는 상기 제1내접기어와 맞물리는 제1외접기어가 형성됨과 더불어 선단의 외주면에는 제2외접기어가 형성된 이동형 회전축과,

상기 매거진 유닛에 회전 가능하게 설치되면서도 상기 매거진 유닛과 함께 전후 이동되도록 설치되며, 후단의 내주면에는 상기 제2외접기어에 맞물려 회전되는 제2내접기어가 형성됨과 더불어 후단의 내주면 끝단에는 상기 이동형 회전축에 형성된 제2외접기어의 후면을 받쳐주는 받침턱이 형성된 매거진측 회전축을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 자동 공구 교환장치.
제 1 항에 있어서,

상기 동력 전달유닛으로부터 제공되는 회전 구동력이 상기 매거진 유닛으로부터 상기 스핀들 유닛으로 변경되어 제공될 때 스핀들 유닛의 선단측 전방에 위치된 공구가 상기 스핀들 유닛의 선단측 내로 수용되도록 하는 연동 유닛이 더 포함되어 구성됨을 특징으로 하는 자동 공구 교환장치.
제 6 항에 있어서,

상기 연동 유닛은

매거진 유닛의 전후 이동을 위한 구동력을 제공하는 전후이동실린더와,

상기 전후이동실린더의 전후 이동을 위한 구동력을 제공받아 전후 이동되면서 상기 매거진 유닛을 전후 이동시키는 이동플런저와,

상기 이동플런저의 전후 이동 경로상에 위치됨과 더불어 그의 후방측 끝단은 상기 이동플런저의 저부에 맞닿도록 위치되면서 상기 이동플런저의 후퇴 이동에 따른 접촉 해제시 선단이 상향 이동되도록 회전되게 설치되는 링크부재와,

상기 링크부재의 선단에 결합됨과 더불어 전방측 끝단은 상기 매거진 유닛이 후퇴 이동되었을 경우 그립퍼에 결합되어 상기 링크부재의 회전에 의해 상향 슬라이딩 이동되면서 상기 그립퍼에 파지된 공구의 파지를 해제하는 슬라이딩블럭을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 자동 공구 교환장치.