KR101660184B1

KR101660184B1 - 슬라이드형 공구 교환장치

Info

Publication number: KR101660184B1
Application number: KR1020150152091A
Authority: KR
Inventors: 박준형
Original assignee: 현대위아 주식회사
Priority date: 2015-10-30
Filing date: 2015-10-30
Publication date: 2016-09-26
Anticipated expiration: 2035-10-30

Abstract

본 발명은 슬라이드형 공구 교환장치에 관한 것이다.
이를 위하여, 본 발명은 주축대의 상부에 구비된 공구 지지대와; 상기 공구 지지대의 전면에 구비된 아암 지지대와; 상기 아암 지지대에 상단부가 힌지부로 결합된 아암과; 상기 아암의 하부에 구비된 툴포트를 갖는 1축액츄에이터와; 상기 공구 지지대에 수직되게 구비된 캠가이드와; 상기 캠가이드에 의하여 아암이 회동되게 구비된 캠과; 상기 아암의 상단부에 고정되며, 공구 지지대의 하부로 연장된 멈춤편에 멈추게 지지되는 아암 실린더; 및 상기 아암 지지대에 아암의 복귀충격을 방지하는 쇽업소버가 결합되고, 상기 캠가이드의 하단에 경사가이드편이 힌지로 결합되며, 스프링에 걸려지게 구성됨을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은 공구가 교환되는 과정에서 아암의 정확한 툴 포트가 선정되도록 하고, 캠가이드의 경사각을 완화시켜 이송거리를 줄이는 가운데 부하가 감소될 수 있도록 하고, 아울러 아암 지지대에 쇽업소버가 구비되도록 하여 복귀시 발생되는 충격을 최소화할 수 있도록 한 것이다.

Description

슬라이드형 공구 교환장치{SLIDE-TYPE AUTOMATIC TOOL CHANGER}

본 발명은 슬라이드형 공구 교환장치에 관한 것으로서, 특히 툴포트에 구비된 공구가 교환되는 과정에서 아암의 정확한 툴 포트가 선정되도록 하고, 캠가이드의 경사각을 완화시켜 이송거리를 줄이는 가운데 부하가 감소될 수 있도록 하고, 아울러 아암 지지대에 쇽업소버가 구비되도록 하여 복귀시 발생되는 충격을 최소화할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 머시닝 센터(machining center)는 본체와 다수개의 공구를 절삭조건에 맞게 자동으로 바꾸어주는 자동 공구교환장치(automatic tool changer:ATC) 및 NC 장치로 구성되어 있으며, 한 번의 세팅으로 다공정 가공이 가능하므로 다품종 소량 부품의 가공 공정 자동화에 주로 많이 사용된다.

머시닝 센터는 가공 프로그램에 따라 공구 매거진에 수납된 공구를 교환하면서 연속적으로 공작물의 가공을 실행하는 것이 이미 여러 가지 형태로 알려져 있다.

일예로서는 공구매거진을 작업대와 이격된 일측 끝단에 작업대와 동일한 높이로 설치하여 공구 교환시에는 주축헤드가 공구매거진이 위치한 일측 끝단까지 이동하도록 되어 있다.

이러한 공구매거진에는 치수와 형상이 상이한 탭, 드릴 및 리머 등 각종 공구가 수납되어 있으며, 공구교환 타이밍이 되면 공구매거진의 빈 곳에 공구를 먼저 반납하고, 교체될 공구를 인덱스한 후 주축헤드에 인덱스된 공구를 교체 삽입함으로써 공구가 자동으로 교체되었다.

공구가 교체된 이후에는 다시 작업대로 주축헤드가 이송되어 작업이 이루어지는바, 이는 현 공정으로부터 다음 공정에서의 이행에 시간을 대단히 많이 요함은 물론, 공구 교체지연으로 인한 전체 가공구 교체지연으로 인한 전체 가 공효율을 저하시키는 문제점이 있었다.

문제점들을 해소하기 위해 특허등록공보 제10-968575호(2010.6.30)의 머시닝센터의 자동 공구교환장치가 제안되었고, 제안된 자동 공구교환장치는 머시닝센터의 공구 교환시 스핀들이 최적의 작업교차점으로 이동함과 동시에 양측이 개방된 매거진이 수평방향으로 이동함으로써 신속하게 공구의 교체가 이루어지도록 하며 자동화 장치의 설치가 가능할 뿐만 아니라 지그 상에 공작물을 투입 및 인출할 때 방해가 되지 않도록 하였으나, 공구 교체 과정에서 구동되는 캠과 간섭현상이 발생되어 부분적으로 파손되는 또 다른 문제점이 있었다.

이러한 문제점은 기존의 해바라기 타입의 자동 공구교환장치에서도 발생하는 원인이 있었고, 이로 인해 복귀시 충격이 발생되는 원인으로 인하여 정확한 툴포트의 선정이 어려운 또 다른 문제점이 있었다.

특허등록공보 제10-968575호(2010.6.30)

본 발명은 툴포트에 구비된 공구가 교환되는 과정에서 아암 실린더와 멈춤편에 의하여 아암의 정확한 툴 포트가 선정되도록 하는 가운데 아암 지지대에 쇽업소버가 구비되도록 하여 복귀시 발생되는 충격을 최소화할 수 있도록 하고, 아울러 캠가이드의 경사각을 완화시켜 이송거리를 줄이는 가운데 부하가 감소될 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 주축대의 상부에 구비된 공구 지지대와, 상기 공구 지지대의 전면에 구비된 아암 지지대와, 상기 아암 지지대에 상단부가 힌지부로 결합된 아암과, 상기 아암의 하부에 구비된 툴포트를 갖는 1축액츄에이터와, 상기 공구 지지대에 수직되게 구비된 캠가이드와, 상기 캠가이드에 의하여 아암이 회동되게 구비된 캠 및 상기 아암의 상단부에 고정되며, 공구 지지대의 하부로 연장된 멈춤편에 멈추게 지지되는 아암 실린더를 포함하며, 상기 아암 지지대에 아암의 복귀충격을 방지하는 쇽업소버가 결합되고, 상기 캠가이드의 하단에 경사가이드편이 힌지로 결합되며, 스프링에 걸려지게 구성되고, 상기 1축액츄에이터는 전면 양측에 아암의 하단부가 각각 결합되며, 배면에 다수개의 상기 툴포트가 결합됨을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 주축대의 상부에 구비된 공구 지지대와, 상기 공구 지지대의 전면에 구비된 아암 지지대와, 상기 아암 지지대에 상단부가 힌지부로 결합된 아암과, 상기 아암의 하부에 구비된 툴포트를 갖는 1축액츄에이터와, 상기 공구 지지대에 수직되게 구비된 캠가이드와, 상기 캠가이드에 의하여 아암이 회동되게 구비된 캠 및 상기 아암의 상단부에 고정되며, 공구 지지대의 하부로 연장된 멈춤편에 멈추게 지지되는 아암 실린더를 포함하며, 상기 아암 지지대에 아암의 복귀충격을 방지하는 쇽업소버가 결합되고, 상기 캠가이드의 하단에 경사가이드편이 힌지로 결합되며, 스프링에 걸려지게 구성되고, 상기 캠가이드는 캠가이드패널의 전면 하부에 제1경사부가 형성되며, 상기 제1경사부의 하단부에 배면 상부를 향하는 유도홈부가 형성되고, 상기 제1경사부와 평행한 제2경사부가 캠가이드패널의 전면 최하단부에 형성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 힌지부는 힌지축의 양단이 회동지지부에 의하여 회동되게 지지되고, 상기 힌지축의 양측 단부에 각각 아암의 상단부가 결합됨을 특징으로 한다.

삭제

그리고 상기 캠은 캠가이드편의 일측 단부에 아암의 측면이 맞대어져 고정되고, 상기 캠가이드편의 타측단부에 캠로울러가 결합됨을 특징으로 한다.

본 발명은 툴포트를 갖는 액츄에이터가 아암 지지대에 결합된 상태에서 캠가이드에 의하여 캠이 밀리면서 아암을 회동시키도록 함으로써, 툴포트에 구비된 공구가 교환되는 과정에서 아암 실린더와 멈춤편에 의하여 아암의 정확한 툴 포트가 선정되도록 한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 캠가이드의 경사각을 완화시킴으로써, 이송거리를 줄이는 가운데 부하를 감소시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 아암 지지대에 쇽업소버가 구비되도록 함으로써, 복귀시 발생되는 충격을 최소화할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

그리고 이를 통해 전체적으로 중량을 줄이는 가운데 정밀도를 향상시킬 수 있도록 하고, 아울러 수명을 더 연장시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

도1은 본 발명에 따른 슬라이드형 공구 교환장치의 사시도.
도2는 본 발명에 따른 슬라이드형 공구 교환장치의 측면도.
도3a 내지 도3g는 본 발명에 따른 슬라이드형 공구 교환장치의 작동 상태를 도시한 측면도.

본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 발명에 따른 슬라이드형 공구 교환장치의 사시도이고, 도2는 본 발명에 따른 슬라이드형 공구 교환장치의 측면도이고, 도3a 내지 도3g는 본 발명에 따른 슬라이드형 공구 교환장치의 작동 상태를 도시한 측면도이다.

슬라이드형 공구 교환장치가 사용되는 머시닝 센터는 기본적으로 구동 모터, 주축대, 베드, 새들, 테이블, 컬럼, 자동공구 교환장치 ATC(Automatic Tool Changer), 강전 제어반, 조작판, 서보 기구 등으로 구비되어 차례로 새로운 가공면에 대응해 필요한 공구를 자동적으로 배치하여 절삭(切削), 천공, 구멍넓히기, 연마 등 각종 작업을 모두 한 대의 기계로 할 수 있게 된다.

자동공구 교환장치는 주축에 고정되어 있는 공구와 다음 가공에 사용될 공구를 자동으로 교환하는 것으로 기계의 크기에 따라 형식이 다른 것이 있으며(터릿형, 저장형 등), 장착할 수 있는 공구의 수도 여러 개에서 수십 개까지 있다.

터릿형(turret type)은 여러 개의 공구를 공구대에 직접 설치하고 공구대를 회전시킨 후 직선적으로 이동하여 필요한 공구를 작업 위치로 이동시키는 방법으로 교환 시간은 짧으나 공구끼리의 간섭을 피하기 위해 충분한 간격을 유지해야 하며, 공구의 저장 개수가 제한적이다.

반면 저장형(magazine type)은 주축으로부터 떨어진 위치에 여러 개의 공구를 저장하는 공구 보관 매거진을 두고, 이 매거진에 내장되어 있는 공구를 교환 위치까지 이동시켜 교환 암 등을 사용해 주축에 있는 사용하던 공구와 교환하는 방식이다. 이 방식은 머시닝 센터나 다양한 종류의 부품을 가공하기 위해 많은 공구를 필요로 하는 공작기계에 많이 이용되고 있다. 공구 호출 방식은 임의의 공구를 번호로 호출하여 교환할 수 있는 랜덤 방식과 배열순으로 주축에 장착하는 순차형 방식이 있다.

본 발명에 따른 슬라이드형 공구 교환장치는 툴포트에 구비된 공구가 교환되는 과정에서 정확한 툴 포트의 선정이 이루어지도록 하여 정밀도를 향상시킬 수 있도록 하는 가운데 툴 포트의 이송거리를 줄이는 가운데 이로 인하여 부하가 감소될 수 있도록 하고, 아울러 공구 교환 후 복귀 과정에서 발생되는 충격을 최소화시킬 수 있도록 한 것으로 공구 지지대(10), 아암 지지대(20), 아암(30), 1축액츄에이터(40), 캠가이드(50), 캠(60), 아암 실린더(70) 및 쇽업소버(80) 및 경사가이드편(90)으로 구성되어 있다.

상기 공구 지지대(10)는 주축대(S)의 상부에 안정되게 지지될 수 있게 구비되어 있고, 상기 주축대(S)는 내부에 주축 모터와 풀리(pulley)가 V벨트로 연결되어 주축을 회전시키며, 주축의 구멍은 테이퍼로 되어 있어 공구를 클램핑(clamping)했을 때 주축의 중심과 공구의 중심이 정확히 일치되도록 되어 있다.

상기 공구 지지대(10)의 전면에는 아암 지지대(20)가 결합되어 있고, 상기 아암 지지대(20)에는 아암(30)의 상단부가 힌지부(31)로 결합되어 회동 가능하게 구비되어 있다.

상기 힌지부(31)는 아암(30) 및 아암(30)의 하단부에 구비된 1축엑츄에이터(40)가 안정되게 이동할 수 있도록 한 것으로 힌지축(311)의 양단이 회동지지부(312)에 의하여 회동되게 지지되고, 상기 힌지축(311)의 양측 단부에 각각 아암(30)의 상단부가 결합되어 있다.

상기 1축액츄에이터(40)는 내측으로 다수개의 툴포트(41)가 구비된 것으로 상기 아암(30)의 하부에 안정되게 지지될 수 있게 구비되며, 상기 1축엑츄에이터(40)는 전면 양측에 아암(30)의 하단부가 각각 결합되며, 배면에 다수개의 상기 툴포트(41)가 결합된 상태가 유지될 수 있게 구비되어 있다. 이때, 액츄에이터의 반복 위치 정밀도는 50um 이하를 갖도록 하며, 중량이 최소화될 수 있도록 하는 것이 더욱 바람직하고, 이로 인해 툴의 갯수도 기존의 7개에서 10개로 더 증가시켜 작업이 용이하게 이루어질 수 있게 된다.

상기 캠가이드(50)는 공구 지지대(10)에 수직되게 구비되어 있으며, 캠가이드(50)에 의하여 아암(30)이 회동 가능하게 한 캠(60)을 밀어 이동시킬 수 있게 구비되어 있다.

상기 캠가이드(50)는 캠가이드패널(51)의 전면 하부에 제1경사부(511)가 형성되며, 상기 제1경사부(511)의 하단부에 배면 상부를 향하는 유도홈부(512)가 형성되고, 상기 제1경사부(511)와 평행한 제2경사부(513)가 캠가이드패널(51)의 전면 최하단부에 형성되도록 구비되어 있다.

이는 캠 가이드면 경사각 완화될 수 있도록 하는 가운데 공구 교환시 2단 캠 방식을 통한 Z축(수직)이송거리 감소시키고, 아울러 캠 경사각이 완화되도록 하여 부하가 감소되도록 할 수 있다.

상기 캠(60)은 캠가이드편(61)의 일측 단부면의 아암(30)의 측면에 맞대어져 나사 볼트 등을 이용하여 고정되고, 상기 캠가이드편(61)의 타측단부에 캠로울러(62)가 결합되어 캠가이드패널(51)이 이동되는 과정에서 마찰이 발생되는 것을 방지할 수 있게 된다.

상기 아암 실린더(70)는 아암(30)의 상단부에 고정되며, 공구 지지대(10)의 하부로 연장된 멈춤편(71)에 의하여 멈추게 됨에 따라 작동 과정에서 수직위치의 정밀도를 극도로 높여 정밀도가 더 높아질 수 있게 된다. 이는 기계적인 접촉을 통해 툴포트의 위치를 고정할 수 있게 된다.

상기 쇽업소버(80)는 공구 교환이 이루어진 후 아암(30)이 아암 지지대(20)를 향하여 복귀되는 과정에서 발생되는 복귀충격을 줄일 수 있게 구비되어 있다.

상기 경사가이드편(90)은 캠가이드편(61)이 원활하며 안정되게 이동되도록 하는 것으로 상기 캠가이드(50)의 하단에 힌지(92)로 결합되며, 캠가이드(50)의 선단이 항상 아암(30)의 배면 또는 타측면을 향하여 도출되는 형태를 갖기 위해 스프링(93)에 걸려진 상태가 유지되게 구비되어 있다.

도3a 내지 도3g는 본 발명에 따른 슬라이드형 공구 교환장치의 작동 상태를 도시한 측면도이다.

이러한 슬라이드형 공구 교환장치에 의하여 공구가 교환되는 과정은 먼저, 공작물이 절삭되는 과정에서는 도3a에 도시된 바와 같이, 아암 실린더(70)로부터 인출된 실린더 로드가 멈춤편(71)에 의하여 멈춤이 유지되어 아암(30)과 아암(30)의 하단에 구비된 툴포트(41)를 갖는 1축엑츄에이터(40)가 벌어진 상태가 유지된다. 이때, 쇽업소버(70)는 기울어진 상태의 아암(30) 외측면을 가압시킨 상태 즉, 맞닿은 상태가 유지된다.

다음, 공구를 교환하고자 할 경우, 아암 실린더(70)로부터 인출된 실린더 로드가 역방향으로 인입됨에 따라 인입되는 길이 만큼 자중에 의하여 아암(30)이 힌지축(311)을 중심으로 반시계방향으로 회동하여 도3b에 도시된 바와 같이, 캠가이드편(61)에 형성된 캠로울러(62)가 캠가이더(50)에 형성된 유도홈부(512)의 직하부로 위치된 상태 즉, 아암(30)이 캠가이더(50)의 전면과 평행한 상태가 유지된다.

다음, 캠가이더(50)가 하부로 이동하여 즉, 캠로울러(62)가 캠가이더(50)에 형성된 유도홈(512)에 삽입된 상태(도3c) 및 역방향으로 캠로울러(62)가 유도홈(512)에서 일출된 상태(도3d)에서 공구의 교환이 이루어진다.

다음, 공구교환이 이루어진 상태에서는 캠로울러(62)가 도3d에 도시된 바와 같이, 경사가이드편(90)의 하단 외측에 맞닿은 상태가 유지되며, 이어 캠가이더(50)가 하부로 이동됨과 동시에 캠로울러(62)는 경사가이드편(90)의 경사면을 따라 도3e에 도시된 바와 같이 이동하게 되면서 캠가이더(50)와 평행한 상태를 유지하고 있는 아암(30)이 경사지게 벌어지면서 복귀가 시작된다.

다음, 도3f에 도시된 바와 같이 캠로울러(62)가 경사가이드편(90)의 상부측을 가압시킴과 동시에 스프링(93)이 인장되면서 경사가이드편(90)의 상부측 배면이 캠가이드패널(51)의 제1경사부(511)에 맞대어진 후 캠로울러(62)가 경사가이드편(90)으로부터 캠가이드패널(50)의 전면으로 이동됨과 동시에 복귀가 마무리된다(도3g). 이때, 아암(30)에 가해지는 충격력이 쇽업소버(80)에 의하여 줄어들게 되며, 제1경사부(511)의 경사면에 경사가이드편(90)의 경사가 합쳐진 상태 즉, 경사각이 줄어들어 그 만큼의 충격력도 줄어 들 수 있게 된다.

10:공구 지지대 20:아암 지지대
30:아암 40:1축액츄에이터
41:툴포트 50:캠가이드
60:캠 70:아암 실린더
71:멈춤편 80:쇽업소버
90:경사가이드편 92:힌지
93:스프링

Claims

주축대의 상부에 구비된 공구 지지대;
상기 공구 지지대의 전면에 구비된 아암 지지대;
상기 아암 지지대에 상단부가 힌지부로 결합된 아암;
상기 아암의 하부에 구비된 툴포트를 갖는 1축액츄에이터;
상기 공구 지지대에 수직되게 구비된 캠가이드;
상기 캠가이드에 의하여 아암이 회동되게 구비된 캠; 및
상기 아암의 상단부에 고정되며, 공구 지지대의 하부로 연장된 멈춤편에 멈추게 지지되는 아암 실린더;를 포함하며,
상기 아암 지지대에 아암의 복귀충격을 방지하는 쇽업소버가 결합되고,
상기 캠가이드의 하단에 경사가이드편이 힌지로 결합되며, 스프링에 걸려지게 구성되고,
상기 1축액츄에이터는 전면 양측에 아암의 하단부가 각각 결합되며, 배면에 다수개의 상기 툴포트가 결합됨을 특징으로 하는 슬라이드형 공구 교환장치.
주축대의 상부에 구비된 공구 지지대;
상기 공구 지지대의 전면에 구비된 아암 지지대;
상기 아암 지지대에 상단부가 힌지부로 결합된 아암;
상기 아암의 하부에 구비된 툴포트를 갖는 1축액츄에이터;
상기 공구 지지대에 수직되게 구비된 캠가이드;
상기 캠가이드에 의하여 아암이 회동되게 구비된 캠; 및
상기 아암의 상단부에 고정되며, 공구 지지대의 하부로 연장된 멈춤편에 멈추게 지지되는 아암 실린더;를 포함하며,
상기 아암 지지대에 아암의 복귀충격을 방지하는 쇽업소버가 결합되고,
상기 캠가이드의 하단에 경사가이드편이 힌지로 결합되며, 스프링에 걸려지게 구성되고,
상기 캠가이드는 캠가이드패널의 전면 하부에 제1경사부가 형성되며, 상기 제1경사부의 하단부에 배면 상부를 향하는 유도홈부가 형성되고, 상기 제1경사부와 평행한 제2경사부가 캠가이드패널의 전면 최하단부에 형성됨을 특징으로 하는 슬라이드형 공구 교환장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 힌지부는 힌지축의 양단이 회동지지부에 의하여 회동되게 지지되고, 상기 힌지축의 양측 단부에 각각 아암의 상단부가 결합됨을 특징으로 하는 슬라이드형 공구 교환장치.
삭제
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 캠은 캠가이드편의 일측 단부에 아암의 측면이 맞대어져 고정되고, 상기 캠가이드편의 타측단부에 캠로울러가 결합됨을 특징으로 하는 슬라이드형 공구 교환장치.