KR102571167B1

KR102571167B1 - 공작기계의 툴 매거진

Info

Publication number: KR102571167B1
Application number: KR1020190015773A
Authority: KR
Inventors: 정성훈
Original assignee: 주식회사 디엔솔루션즈
Priority date: 2019-02-11
Filing date: 2019-02-11
Publication date: 2023-08-25
Anticipated expiration: 2039-02-11
Also published as: CN113412175B; EP3907039A1; WO2020166941A1; US12030154B2; KR20200098095A; EP3907039B1; US20220105596A1; CN113412175A; EP3907039C0; EP3907039A4

Abstract

본 발명은 매거진 유닛이 새들에 설치되고, 새들에 이동가능하게 설치되는 공구교환부와 공구교환부를 컬럼과 독자적으로 이동시키는 공구교환부 이송부에 의해 공구교환시에 매거진 유닛의 그립퍼부에 수납된 공구가 공구 축심 직각방향으로 인입 또는 인출되고, 체인지암의 파지부는 공구의 플랜지부를 직접 그립핑함에 따라 폭방향의 길이가 긴 중형 또는 대형 공작기계에서 공구교환시간을 단축하고 생산성을 향상시키고 충돌이나 기계적인 간섭을 최소화하여 안정성과 신뢰성을 증대시킬 수 있는 컬럼무빙형 머시닝센터와 같은 공작기계의 툴 매거진에 관한 것이다.

Description

공작기계의 툴 매거진{Tool magazine of machine tool}

본 발명은 공작기계의 툴 매거진에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 매거진 유닛이 새들에 설치되고, 새들에 이동가능하게 설치되는 공구교환부과 공구교환부를 컬럼과 독자적으로 이동시키는 공구교환부 이송부에 의해 공구교환시에 매거진 유닛의 그립퍼부에 수납된 공구가 공구 축심 직각방향으로 인입 또는 인출됨에 따라 공구교환시간을 단축하고 생산성을 향상시킬 수 있는 컬럼무빙형 머시닝센터와 같은 공작기계의 툴 매거진에 관한 것이다.

일반적으로 공작기계라 함은 각종 절삭 가공방법 또는 비절삭 가공방법으로 금속/비금속의 공작물을 적당한 공구를 이용하여 원하는 형상 및 치수로 가공할 목적으로 사용하는 기계를 말한다.

터닝센터, 수직/수평 머시닝센터, 문형머시닝센터, 스위스 턴, 방전 가공기, 수평형 NC 보링머신, CNC 선반, 복합가공기 등을 비롯한 다양한 종류의 공작기계는 다양한 산업 현장에서 해당 작업의 용도에 맞게 널리 사용되고 있다.

공작기계 중 복합가공기란 선삭가공과 드릴, 탭핑, 밀링가공 등 가공형태가 다양한 가공을 수행하는 다기능의 자동공구교환장치(ATC)와 공구 매거진이 장착된 터닝센터를 의미한다. 복합가공기에서 작업자가 가공에 필요한 공구를 로딩하거나 교환시에 공구를 수동으로 공구 매거진에 장착한다.

일반적으로 현재 사용되고 있는 다양한 종류의 공작기계는 수치제어(numerical control, NC) 또는 CNC(computerized numericalcontrol) 기술이 적용되는 조작반을 구비하고 있다. 이러한 조작반은 다양한 기능스위치 또는 버튼과 모니터를 구비한다.

또한, 공작기계는 공작물인 소재가 안착되고 공작물 가공을 위해 이송하는 테이블, 가공전 공작물을 준비하는 팔렛트, 공구 또는 공작물이 결합되어 회전하는 주축, 공작물 등을 가공중에 지지하기 위한 심압대, 방진구 등을 구비한다.

일반적으로 공작기계에서 테이블, 공구대, 주축, 심압대, 방진구 등은 다양한 가공을 수행하기 위해 이송축을 따라 이송하는 이송유닛을 구비한다.

또한, 일반적으로 공작기계는 다양한 가공을 위하여 다수의 공구를 사용하게 되며, 다수의 공구를 수납보관하고 있는 공구 보관장소의 형태로 공구 매거진이나 터렛이 사용된다.

이러한 공작기계는 다양한 가공을 위하여 다수의 공구를 사용하게 되며, 다수의 공구를 수납보관하고 있는 공구 보관장소의 형태로 공구 매거진이 사용된다.

또한, 일반적으로 공작기계는 비가공 시간을 최소화하기 위해, 자동팔레트교환장치(APC, Automatic Palette Changer)를 구비한다. 자동팔레트교환장치(APC)는 팔레트를 공작물 가공 영역과 공작물 설치 영역 간에 자동으로 교환한다. 팔레트에는 공작물이 탑재될 수 있다.

또한, 일반적으로 공작기계는 공작기계의 생산성을 향상시키기 위해 수치제어부의 지령에 의해 특정한 공구를 공구 매거진으로부터 인출하거나 다시 수납하기 위한 자동공구교환장치(ATC, AutomaticTool Changer)를 구비한다.

일반적으로 머시닝센터(machining center)라 함은 자동공구교환장치 등을 구비하고, 여러 종류의 공구를 교환하여 선반, 밀링, 드릴링, 보링머신 등에서 할 수 있는 광범위한 가공을 수행하는 공작기계를 말하는 것으로 크게 추축이 수직으로 장착되어 있는 수직형(vertical) 머시닝센터와 수평형(horizontal) 머시닝센터로 나누어진다.

수직형 머시닝센터는 베드와 베드의 상부에 설치되는 새들과, 이러한 새들에 설치되어 공작물이 놓여지는 테이블과, 베드의 후방에 수직으로 장착되는 컬럼과 이 컬럼에 장착되는 스핀들과 이러한 스핀들을 구동시키고 작동을 제어하기 위한 동력 전달계와 전자제어계를 구비하고, 추가로 자동공구교환장치와 공구 매거진 및 공구를 클램핑하는 주축대를 구비할 수 있다.

종래 공작기계, 특히 컬럼 무빙형 머시싱센터의 경우에는 매거진과 ATC(자동공구교환장치, auto tool changer)가 별도의 이송계를 구비하지 않고 고정체인 베드에 조립되어 공작기계의 측면(좌측면 또는 우측면)에 항상 고정되어 있다.

공구 교환을 위해서는 다양한 위치에서 가공중인 스핀들이 고정된 매거진과 ATC로 이동하여 공구를 교환한 후에 다시 가공위치로 복귀해야 함에 따라 공구교환시간이 증가되고, 비가공 시간 증대에 따라 생산성이 감소하는 문제점이 있었다.

또한, 종래 공작기계 특히 폭방향(X축 방향) 스트로크가 2m 이상인 중형 또는 대형 장비에서 이러한 문제점은 더욱 크게 발생된다. 즉, 폭방향 스트로크가 2m이상으로 큰 경우에는 공구교환을 위해 장비 측면에 고정되어 있는 매거진과 ATC까지 긴 구간을 스핀들이 왕복이동해야 함에 따라 공작물과의 간섭과 충돌 위험성이 존재하는 문제점이 있었다.

특히 종래 매거진의 그립퍼부는 스프링의 인장력을 갖는 볼로 풀스터드를 파지함에 따라 매거진의 그립퍼와 스핀들에서 ATC로 공구를 반납하거나 ATC에서 공구를 인출할 때에 ATC가 반드시 승강과 하강을 해야하고, 승하강을 위한 별도의 구성을 구비해야 함에 따라 ATC의 구성이 복작해지고, ATC가 커지게 되고 최종적으로 공작기계가 커지게 되는 문제점이 있었다.

더욱이, 종래 공작기계는 간섭과 충돌 위험성 감소를 위해 장비가 커짐에 따라 공간활용도가 저하되고, 장비가 무거워짐에 따라 불편을 초래하며, 장비의 제조비용과 유지보수 비용이 증가하는 문제점이 있었다.

게다가, 종래 공작기계는 ATC가 스핀들에서 공구교환을 위해 회전뿐만 아니라 상하이동까지 해야 함에 따라 ATC 자체의 크기가 증가하고, 장비가 무거워지며 제조비용이 증가하는 문제점이 있었다.

대한민국 특허공개공보 제10-2003-0069674호 대한민국 특허공개공보 제10-2012-0084508호 대한민국 특허공개공보 제10-2016-0092326호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 매거진 유닛이 새들에 설치되고, 새들에 이동가능하게 설치되는 공구교환부와 공구교환부를 컬럼과 독자적으로 이동시키는 공구교환부 이송부에 의해 공구교환시에 매거진 유닛의 그립퍼부에 수납된 공구가 공구 축심 직각방향으로 인입 또는 인출되고, 체인지암의 파지부는 공구의 플랜지부를 직접 그립핑함에 따라 폭방향의 길이가 긴 중형 또는 대형 공작기계에서 공구교환시간을 단축하고 생산성을 향상시키고 충돌이나 기계적인 간섭을 최소화하여 안정성과 신뢰성을 증대시킬 수 있는 컬럼무빙형 머시닝센터와 같은 공작기계의 툴 매거진을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 공작기계의 툴 매거진은 스핀들에 공구를 공급하기 위해 공구를 수납할 수 있는 복수의 그립퍼부를 구비하고, 각각의 그립퍼부에 해당 공구를 보관하며, 새들에 설치되어 새들의 이동시에 상기 새들과 함께 이동하는 매거진 유닛; 및 상기 매거진 유닛의 그립퍼부에 수납된 공구와 상기 스핀들에 장착된 공구를 교환하기 위해 상기 새들에 이동 가능하게 설치되는 공구교환부;를 포함하고, 상기 매거진 유닛의 그립퍼부에서 공구가 공구 축심 직각방향으로 인입 또는 인출될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 툴 매거진의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 툴 매거진의 상기 공구교환부는 상기 매거진 유닛의 그립퍼부에 수납되거나 상기 스핀들에 장착된 공구를 파지하는 체인지암을 구비하고, 상기 체인지암의 파지부는 상기 공구교환부의 직선이동에 의해 상기 공구의 플랜지부를 직접 그립핑할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 툴 매거진의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 툴 매거진의 상기 매거진 유닛의 그립퍼부는 각각 상기 그립퍼부에 수납되는 공구의 플랜지부를 회피하여 상기 공구를 클램핑할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 툴 매거진의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 툴 매거진의 상기 매거진 유닛은 메인 프레임; 상기 메인 프레임을 상기 새들에 결합하기 위한 지지 프레임; 상기 메인 프레임 또는 상기 지지 프레임에 설치되어 회전동력을 발생시키는 모터부; 상기 모터부의 회전동력에 의해 상기 메인 프레임을 따라 이동 가능하도록 설치되는 링크부; 상기 링크부에 장착되어 공구를 수납하는 복수의 그립퍼부; 및 대기위치에 인접하도록 상기 메인 프레임에 설치되어 상기 대기위치에 위치하는 그립퍼부에서 수납된 대기공구의 클램핑을 해제하는 해제부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 툴 매거진의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 툴 매거진의 매거진 유닛의 상기 그립퍼부는 각각 상기 링크부에 결합 설치되는 고정부; 상기 고정부에 상하 이동 가능하게 설치되는 이동부; 상기 해제부의 작동에 의해 상기 이동부를 승하강시키는 핸들부; 상기 핸들부를 중심으로 서로 마주하면서 평행하도록 상기 이동부에 설치되는 가이드 샤프트부; 및 상기 이동부에 설치되어 수납되는 공구를 클램핑하기 위해 공구를 가압하는 가압부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 툴 매거진의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 툴 매거진의 매거진 유닛의 상기 해제부는 상기 메인 프레임에 형성되는 실린더; 상기 실린더에 설치되어 상하로 왕복 이동하는 피스톤; 및 상기 피스톤의 선단에 설치되어 상기 피스톤의 상하 이동에 연동하여 상기 핸들부를 승하강시키는 걸이부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 툴 매거진의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 툴 매거진의 매거진 유닛의 상기 해제부의 걸이부는 상기 걸이부의 하부 선단 양측에서 내부로 절곡되게 형성되는 걸림턱부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 툴 매거진의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 툴 매거진의 매거진 유닛의 그립퍼부의 상기 핸들부는 상기 피스톤의 승강시에 상기 걸림턱부에 의해 상기 핸들부의 헤드부가 상승할 때에 상기 이동부의 단턱부와 접촉하여 상기 이동부를 승강시키도록 상기 핸들부의 하부에 형성되는 스토퍼부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 툴 매거진의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 툴 매거진은 상기 매거진 유닛의 그립퍼부가 공구를 클램핑할 때에 상기 핸들부의 헤드부의 하부와 상기 걸림턱부는 서로 이격되고, 상기 핸들부의 헤드부의 상부와 상기 걸림부는 서로 이격될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 툴 매거진의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 툴 매거진의 매거진 유닛의 그립퍼부의 상기 가이드 샤프트부는 상기 그립퍼부가 공구를 클램핑할때에 상기 이동부가 상기 고정부와 접촉하도록 상기 이동부를 하부로 가압하기 위해 상기 가이드 샤프트부의 하부에 설치되는 탄성부재;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 툴 매거진의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 툴 매거진의 매거진 유닛의 그립퍼부의 상기 고정부는 상기 공구의 플랜지부의 하부를 지지하는 핑거부; 및 상기 핑거부의 상부에 돌출 형성되는 키;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 툴 매거진의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 툴 매거진의 매거진 유닛의 그립퍼부의 상기 가압부는 상기 공구 생크부의 테이퍼면에 접촉하도록 테이퍼지게 형성되는 밀착부; 및 상기 공구 생크부의 둘레면과 접촉하여 상기 공구를 클램핑하도록 돌출 형성되는 지지부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 툴 매거진의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 툴 매거진의 매거진 유닛의 그립퍼부의 가압부의 상기 밀착부는 상기 생크부의 테이퍼면의 경사도와 대향되는 경사도를 갖도록 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 툴 매거진의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 툴 매거진은 베드; 상기 베드에 설치되어 공작물이 안착되는 테이블; 상기 베드에 이동 가능하게 설치되는 새들; 상기 새들에 이동 가능하게 설치되는 컬럼; 및 상기 컬럼에 이동 가능하게 설치되어 공작물을 가공하는 스핀들;을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 툴 매거진의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 툴 매거진은 상기 새들, 상기 컬럼, 및 상기 스핀들을 이송시키기 위한 이송부; 및 상기 이송부와 독립적으로 상기 공구교환부를 상기 새들에서 이송시키기 위해 상기 새들에 설치되는 공구교환부 이송부;를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의한 공작기계의 툴 매거진은 매거진 유닛이 새들에 설치되고, 새들에 이동가능하게 설치되는 공구교환부과 공구교환부를 컬럼과 독자적으로 이동시키는 공구교환부 이송부에 의해 공구교환시에 매거진 유닛의 그립퍼부에 수납된 공구가 공구 축심 직각방향으로 인입 또는 인출되도록 그립퍼부는 공구의 플랜지부를 회피하여 공구를 클램핑하고, 체인지암의 파지부는 공구의 플랜지부를 직접 그립핑하는 구조를 구비함에 따라 단순히 공구교환부가 공구교환부 이송부에 의해 직선왕복이동만으로 매거진 유닛이 그립퍼부와 스핀들에서 공구를 신속하게 교체할 수 있어 공구교환시간 감소를 도모하고, 생산성을 극대화할 수 있다.

또한, 신속한 공구교환이 가능함에 따라 폭방향의 길이가 긴 중형 또는 대형 공작기계에서 공구교환을 위한 이동시간을 최소하고 자동으로 공구교환을 수행하여 사용자의 편의를 극대화할 수 있다.

더욱이, 본 발명에 의한 공작기계의 툴 매거진은 공구교환을 위한 이동거리를 최소화함에 따라 간섭이나 충돌발생 가능성을 감소하여 공작기계의 안정성과 신뢰성을 향상할 수 있는 효과가 있다.

게다가, 본 발명에 의한 공작기계의 툴 매거진은 매거진 유닛과 공구교환부를 포함한 각 구성품의 소형화를 통해 장비 전체의 소형화 및 경량화를 도모하여 공간활용도를 극대화하고, 유지보수비용과 제조비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 툴 매거진은 공구교환부가 직선왕복이동과 회전 동작만 수행하고, 높이방향의 상하이동은 스핀들의 고유기능을 통해 공구교환을 수행함에 따라 공구교환부의 소형화를 도모하여 공구교환부의 신속한 이동을 가능하게 하여 비가공시간을 감소하고 장비의 이동시에 발생하는 진동과 소음을 저감하여 장비의 수명을 증대시키고, 가공정밀도를 극대화할 수 있는 효과가 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 툴 매거진의 사시도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 툴 매거진의 매거진 유닛의 링크부와 그립퍼부의 사시도를 나타낸다.
도 4는 도 3에 도시된 링크부와 그립퍼부의 평면도를 나타낸다.
도 5는 도 4의 Ⅰ-Ⅰ의 단면도이다.
도 6은 도 4의 Ⅱ-Ⅱ의 단면도이다.
도 7은 본 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 툴 매거진의 매거진 유닛의 그립퍼부에 장착되는 공구의 개념도를 나타낸다.
도 8은 도 2의 A부분의 확대도를 나타낸다.
도 9, 도 12, 도 14, 도 16 내지 도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 툴 매거진의 작동과정의 개념도를 나타낸다.
도 10은 도 9의 B부분의 확대도를 나타낸다.
도 11은 도 10의 D부분의 확대도를 나타낸다.
도 13은 도 12의 E부분의 확대도를 나타낸다.
도 15는 도 14의 F부분의 확대도를 나타낸다.

이하, 본 발명의 실시예에 의한 공작기계의 툴 매거진의 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시 예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 따라서 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다 (comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/ 또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 툴 매거진의 사시도를 나타내고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 툴 매거진의 매거진 유닛의 링크부와 그립퍼부의 사시도를 나타낸다. 도 4는 도 3에 도시된 링크부와 그립퍼부의 평면도를 나타낸다. 도 5는 도 4의 Ⅰ-Ⅰ의 단면도이고, 도 6은 도 4의 Ⅱ-Ⅱ의 단면도이다. 도 7은 본 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 툴 매거진의 매거진 유닛의 그립퍼부에 장착되는 공구의 개념도를 나타낸다. 도 8은 도 2의 A부분의 확대도를 나타낸다. 도 9, 도 12, 도 14, 도 16 내지 도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 툴 매거진의 작동과정의 개념도를 나타낸다. 도 10은 도 9의 B부분의 확대도를 나타낸다. 도 11은 도 10의 D부분의 확대도를 나타낸다. 도 13은 도 12의 E부분의 확대도를 나타낸다. 도 15는 도 14의 F부분의 확대도를 나타낸다.

이하에서 사용하는 용어의 정의는 다음과 같다. "폭방향"이란 동일부재에서 가로방향, 즉 도 1 내지 도 18에서 X축 방향을 의미하고, "길이방향"이란 폭방향에 대해 직교하면서 동일부재에서 세로방향, 즉 도 1 내지 도 18에서 Y축 방향을 의미하며, "높이방향"이란 폭방향과 길이방향에 대해 직교하면서 동일부재에서 상하방향, 즉 도 1 내지 도 18에서 Z축 바향을 의미한다. 또한, "상방(상부)"이란 "높이방향"에서 위쪽 방향, 즉 도 1 내지 도 18에서 Z축의 위쪽을 향하는 방향을 의미하고, "하방(하부)"란 "높이방향"에서 아래쪽 방향, 즉 도 1 내지 도 15에서 Z축 아래쪽을 향하는 방향을 의미한다. 또한, "승강(상승)"이란 도 1 내지 도 18에서 높이방향인 Z축의 위쪽을 향하는 방향으로 이동하는 것을 의미하고, "하강"이란 도 1 내지 도 18에서 높이방향인 Z축의 아래쪽을 향하는 방향으로 이동하는 것을 의미한다. 또한, 내측(내부)이란 동일부재에서 상대적으로 중심에 가까운 쪽 즉, 도 1 내지 도 14에서 안쪽을 의미하고 외측이란 동일부재에서 상대적으로 중심에서 먼쪽 즉 도 1 내지 도 14에서 바깥쪽을 의미한다. 또한, "전방"이란, 테이블에 가까운 쪽을 의미하며, "후방"이란 매거진에 가까운 쪽을 의미한다.

도 1 내지 도 18을 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 툴 매거진(1)을 설명한다. 도 1 내지 도 2에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 툴 매거진(1)은 매거진 유닛(600)와 공구교환부(800)를 포함한다.

도 1 내지 도 2에 도시된 것처럼, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 공작기계의 툴 매거진(1)은 베드(100), 테이블(200), 새들(300), 컬럼(400), 스핀들(500), 이송부(700), 공구교환부 이송부(900), 및 제어부(1000)를 더 포함할 수 있다.

지면 또는 베이스에 베드(100)가 설치된다. 베드(100)는 공작물을 가공하는 지지대 역할을 수행하고, 공작물을 가공하기 위해 필요한 부품들이 설치되는 공간과 서포트 기능을 수행한다.

테이블(200)은 베드(100)의 상부에 설치되고, 테이블(200)에 공작물이 안착된다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 테이블(200)은 고정 테이블 또는 회전 테이블로 형성될 수 있다. 즉, 테이블(200)은 필요에 따라 베드(100)의 상부에서 수직방향, 수평방향, 높이방향으로 이동하고 회전할 수도 있다.

베드(100)와 테이블(200)으 폭방향으로 2m 이상의 스트로크를 갖도록 형성될 수 있다.

새들(300)은 베드(100)의 상부에 이동 가능하게 설치된다. 새들(300)은 테이블(200)에 인접하도록 베드(100)의 상부에 설치된다. 또한, 도 1 및 도 2에 도시된 것처럼, 새들(300)은 이송부(700), 구체적으로 베드(100)에 설치된 새들 이송부(710)에 의해 베드(100)의 상부에서 폭방향(X축방향)으로 이동할 수 있다. 또한, 새들(300)은 베드(100)의 상부에서 컬럼(400)을 지지하는 기능을 수행한다.

컬럼(400)은 새들(300)의 상부에 이동 가능하게 설치된다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만 컬럼(400)은 새들(300)에 대해 높이방향 상방으로 설치된다. 즉, 도 1 및 도 2에 도시된 것처럼, 컬럼(400)은 이송부(700), 구체적으로 새들(300)에 설치된 컬럼 이송부(720)에 의해 새들(300)의 상부에서 길이방향(Y축방향)으로 이동할 수 있다.

스핀들(500)은 컬럼(400)에 이동 가능하게 설치되어 공작물을 가공하기 위해 클램핑된 가공공구(2)를 회전시킨다. 즉, 도 1 및 도 2에 도시된 것처럼, 스핀들(500)은 이송부(700), 구체적으로 컬럼(400)에 설치된 스핀들 이송부(730)에 의해 컬럼(400)의 일측면을 따라 높이방향(Z축방향)으로 이동할 수 있다. 구체적으로 스핀들(500)은 컬럼(400)을 따라 높이방향으로 이동하는 Z축 슬라이드와 주축이 장착된 스핀들 헤드로 형성될 수 있다.

매거진 유닛(600)은 공작기계의 가공 프로그램이나 가공 상태 또는 작업자에 의해 가공을 위한 가장 적합한 공구를 스핀들에 공구를 공급하기 위해 복수의 공구를 수납한다. 즉 매거진 유닛(600)은 스핀들(500)에 대기공구(3)를 공급하기 위해 공구(10)를 수납할 수 있는 복수의 그립퍼부(650)를 구비하고, 각각의 그립퍼부(650)에 해당 공구(10)를 보관한다. 도 8에 도시된 것처럼, 그립퍼부(630)는 링크부(640)에 연결 설치되고, 링크부(640)는 메인 프레임(610) 또는 지지 프레임(620)에 설치되는 모터부(630)의 구동에 의해 매거진 유닛(600)의 메인 프레임(610)을 따라 회전한다.

도 1 및 도 2에 도시된 것처럼, 이러한 매거진 유닛(600)은 지지 프레임(620)에 의해 새들(300)에 설치되어 새들(300)이 새들 이송부(710)에 의해 X축 방향으로 이동할 때에 새들(300)과 함께 X축 방향으로 이동한다.

이송부(700)는 새들(300), 컬럼(400), 스핀들(500)을 이송시키는 기능을 수행한다. 도 1 내지 2에 도시된 것처럼 이송부(700)는 새들 이송부(710), 컬럼 이송부(720), 및 스핀들 이송부(730)를 포함한다.

새들 이송부(710)는 새들(300)을 이송시키기 위해 베드(100)에 설치된다. 컬럼 이송부(720)는 컬럼(400)을 이송시키기 위해 새들(300)의 상부에 설치된다. 스핀들 이송부(730)는 스핀들(500)을 이송시키기 위해 컬럼(400)의 일측면에 설치된다. 이러한 이송부(700)는 LM 가이드와 볼스크류 및 모터로 형성된다.

공구교환부(800)는 매거진 유닛(600)의 그립퍼부(650)에 수납된 공구(10) 중에서 다음 공정에 사용될 대기공구(3)와 스핀들(500)에 장착된 가공공구(2)를 교환하기 위해 새들(300)에 이동 가능하게 설치된다.

도 8 내지 도 18에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계 툴 매거진(1)의 공구교환부(800)는 베이스부, 동력부, 샤프트부(830), 및 체인지암(840)을 포함한다.

베이스부는 공구교환부 이송부의 리니어 가이드 블록과 브라켓부에 의해 공구교환부 이송부의 리니어 가이드를 따라 새들의 상부에서 길이방향(X축방향)을 따라 이동 가능하게 설치된다.

동력부는 베이스부의 내부에 설치되어 회전 동력을 발생시킨다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 동력부는 서보모터(SERVO MOTOR)로 형성될 수 있다.

샤프트부(830)는 동력부의 회전동력에 의해 회전한다.

체인지암(840)은 샤프트부(830)의 일측에 샤프트부와 연동하여 회전 가능하게 설치된다. 또한, 체인지암(840)은 새들(300)의 상부에서 길이방향(Y축방향)으로의 직선이동을 통해 매거진 유닛(600)의 그립퍼부(650)에 수납된 대기공구(3) 또는 스핀들(500)에 장착된 가공공구(2) 또는 해당 공구(10)를 파지한다.

또한, 체인지암(840)은 양측 선단에 서로 대향하도록 설치되어 대기공구(3)를 수납하는 제1 파지부(841)와 가공공구를 그립핑하는 제2 파지부(842)를 구비한다. 즉, 체인지암(840)은 단순히 공구교환유닛 이송부(900)에 의해 새들(300)의 상부에서 길이방향(Y축방향)으로의 직선이동만으로 체인지암(840)의 제1 파지부(841)가 대기공구(3)를 수납하고, 제2 파지부(842)가 가공공구(2)를 그립핑(gripping)한다.

즉, 체인지암의 제1 파지부와 제2 파지부는 공구교환부의 직선이동에 의해 공구(10)의 플랜지부(14)를 직접 그립핑하고 이에 따라 체인지암(840)은 단순히 공구교환유닛 이송부(900)에 의해 새들(300)의 상부에서 길이방향(Y축방향)으로의 직선이동만으로 체인지암(840)의 제1 파지부(841)가 대기공구(3)를 수납하고, 제2 파지부(842)가 가공공구(2)를 그립핑(gripping)한다.

공구교환부 이송부(900)는 공구교환부(800)를 새들(300)에서 길이방향(Y축방향)으로 이송시키기 위해 새들(300)에 설치된다. 상술한 바와 같이 공구교환부 이송부(900)는 새들(300)의 상부에 공구교환부 이송부의 볼스크류, 리니어 가이드, 리니어 가으드 블록, 구동부, 커플링으로 형성된다.

공구교환부 이송부(900)는 컬럼(400)을 이송시키는 컬럼 이송부(720)와 독립적으로 공구교환부(800)를 새들(300)의 상부에서 컬럼(400)을 통과하여 컬럼(400)의 사이와 새들(300)의 상부에 형성되는 초기위치(T1)로부터 매거진 유닛(600)의 대기포트에 인접한 대기위치(T2)와 스핀들에 인접한 교환위치(T3) 사이에서 자유롭게 직선왕복 이동시킬 수 있다.

즉, 공구교환부 이송부(900)에 의해 공구교환부(800)는 컬럼(400)과 별도로 길이방향(Y축방향)을 따라 직선왕복 가능함에 따라 스핀들(500)이 공구교환을 위해 컬럼(400)과 별도로 독자적으로 이동을 하여 컬럼(400)에 결합된 스핀들(500)의 불필요한 이동 없이 신속하고 간편하게 공구를 교환할 수 있다.

제어부(1000)는 매거진 유닛(600)의 그립퍼부(650)에 수납된 공구 또는 다음공정에 바로 사용될 대기공구(3)와 스핀들(500)에 장착된 가공공구(2)를 교환하기 위해 매거진 유닛(600), 공구교환부(800), 공구교환부 이송부(900), 새들 이송부(710)와 컬럼 이송부(720)와 스핀들 이송부(730)를 구비하는 이송부(700)의 동작을 제어한다.

매거진 유닛(600)의 그립퍼부(650)에서 공구(10)가 공구 축심(C) 직각방향으로 인입 또는 인출되도록 그립퍼부(650)에 수납되는 공구의 플랜지부(14)를 회피하여 공구를 클램핑한다. 이와 반대로 체인지암(840)의 파지부(841, 842)는 공구교환부의 직선이동에 의해 공구의 플랜지부(14)를 직접 그립핑한다.

즉, 도 9 내지 도 19에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계 툴 매거진(1)에서 매거진 유닛(600)의 그립퍼부(650)에 수납된 대기공구(3)와 스핀들(500)에 장착된 가공공구(2)를 교환하기 위해, 공구교환부(800)는 새들(300)의 상부에서 상하이동(높이방향, Z축방향) 동작없이 길이방향(Y축방향)으로의 직선이동과 체인지암(840)의 회전 동작만 수행하고, 스핀들(500)에서의 가공공구(2)의 언클램핑과 체인지암(840)의 제1 파지부(841)에 수납된 대기공구(3)의 클램핑은 스핀들(500)의 상승 그립핑 라인과 하강 그립핑 라인의 높이방향 상하이동에 의해 수행된다. 즉, 스핀들에서 공구의 삽입과 인출을 위해 반드시 필요한 상하이동 동작을 공구교환부가 아닌 스핀들 자체의 상하동작을 통해 수행할 수 있다. 이는 매거진의 그립퍼에서 공구가 공구 축심 직각방향으로 인입 또는 인출되는 구조를 구비함에 따라 달성된다. 결국, 새들에 이동가능하게 설치되는 공구교환부와 공구교환부를 컬럼과 독자적으로 이동시키는 공구교환부 이송부에 의해 공구교환시에 매거진 유닛의 그립퍼부에 수납된 대기공구가 공구 축심 직각방향으로 인입 또는 인출되도록 그립퍼부가 공구의 플랜지부를 회피하여 공구를 파지하고, 체인지암의 제1 파지부 또는 제2 파지부는 공구의 플랜지부를 직접 그립핑하는 구조를 구비함에 따라 공구교환유닛의 체인지암의 상하이동 없이 단순히 공구교환유닛이 공구교환유닛 이송부에 의해 직선왕복이동하는 것만으로 매거진의 그립퍼부와 스핀들에서 공구를 신속하게 교체할 수 있다.

이처럼, 공구교환부는 직선왕복이동과 회전 동작만을 수행하고, 스핀들 자체의 상하이동 동작에 의해 스핀들에서 공구를 인입/인출함에 따라 공구교환부의 상하이동을 위한 별도의 구성을 최소화하여 공구교환부의 경량화와 소형화를 도모하여 전체적인 공작기계의 컴팩트화를 도모하고, 공간활용도를 극대화할 수 있다. 또한, 공구교환유닛의 소형화를 통해 공구교환부가 초기위치에서 대기위치와 교환위치로 왕복이동할 때에 이동을 신속하게 진행할 수 있어 비가공시간 최소화를 통해 생산성을 극대화할 수 있다.

도 1 내지 도 18에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 툴 매거진(1)의 매거진 유닛(600)은 메인 프레임(610), 지지 프레임(620), 모터부(630), 링크부(640), 복수의 그립퍼부(650), 및 해제부(660)를 포함한다.

메인 프레임(610)은 매거진 유닛(600)의 외형을 형성한다. 필요에 따라 메인 프레임(610)은 지지 프레임(620)과 일체로 형성될 수 있다.

지지 프레임(620)은 메인 프레임(610)을 새들(300)에 결합한다. 즉, 지지 프레임(620)에 의해 매거진 유닛(600)은 새들(300)에 결합 설치되어 새들(300)과 일체로 이동할 수 있다.

모터부(630)는 메인 프레임(610) 또는 지지 프레임(620)에 설치되어 링크부(640)를 회전순환시키는 회전동력을 발생시킨다. 모터부(630)는 서보모터(SERVO MOTOR)로 형성될 수 있다.

링크부(640)는 모터부630)의 회전동력에 의해 메인 프레임(610)을 따라 이동 가능하도록 메인 프레임(610)에 설치된다. 도면에 도시되지는 않았지만, 링크부(640)는 메인 프레임을 따라 순혼 회전 이동 가능하도록 구동 스프로켓과 아이들 스프로켓과 연결되어 메인 프레임에 설치될 수 있다. 이러한 링크부(640)는 체인타입 등 다양한 형태로 형성될 수 있다.

복수의 그립퍼부(650)가 링크부(640)에 장착되어 공구(10)를 수납한다. 각각의 1개의 그립퍼부(650)는 1개의 공구(10)가 수납된다.

해제부(660)는 대기공구(3)를 파지한 그립퍼부(650)가 대기위치(T2)에 인접하도록 메인 프레임(610)에 설치된다. 해제부(660)는 제어부(1000)의 공구교환 지령신호에 의해 대기위치(T2)에 위치하는 그립퍼부(650)에서 수납된 대기공구(3)의 클램핑을 해제하는 기능을 수행한다.

도 3 내지 도 18에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 툴 매거진(1)의 매거진 유닛(600)의 각각의 그립퍼부(650)는 고정부(651), 이동부(652), 핸들부(653), 가이드 샤프트부(654), 및 가압부(655)를 포함한다.

고정부(651)는 일측이 링크부(640)에 결합 설치되고, 공구의 플랜지부(14)가 안착된다. 도 3 내지 도 7, 도 10, 도 11, 도 13, 및 도 15에 도시된 것처럼, 고정부(651)는 핑거부(651a)와 키(651b)를 포함한다.

핑거부(651a)는 공구(10)의 플랜지부(14)의 하부를 지지하여 후술하는 가압부(655)와 연동하여 공구를 파지한다. 핑거부(651a)는 대략 "ㄷ"자 형상으로 형성되어 고정부(651)의 외형을 형성한다. 즉, 핑거부(651a)에 공구의 플랜지부(14)가 안정적으로 안착됨에 따라 신속하게 공구를 교환할 수 있다.

키(651b)가 핑거부(651a)의 상부에 돌출 형성된다. 키(651b)의해 공구(10)가 핑거부(651a)와 가압부(655)와 함께 견고하게 체결되면서 공구(10)의 방향성이 유지되어 체인지암(840)의 파지부(841, 842) 및 스핀들(500)에 용이하게 공구교환이 이루어지고, 공구교환시간을 단축하여 공작기계의 생산성을 증가시킬 수 있다.

이동부(652)는 고정부(651)의 일측 상부에 높이방향을 따라 상하이동 가능하게 설치된다. 즉, 후술하는 핸들부(653)와 해제부(660)의 피스톤(662)의 작동에 의해 이동부(652)는 상승하거나 하강하도록 형성된다. 도 3 내지 도 7, 도 10, 도 11, 도 13, 및 도 15에 도시된 것처럼, 이동부(652)의 내부에 핸들부(653)가 피스톤(662)이 작동에 의해 승강할때에 핸들부의 스토퍼부(653b)의 선단이 접촉하는 단턱부(652a)가 형성된다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 이동부(652)는 직육면체 형태의 블록 형태로 형성된다.

핸들부(653)는 이동부(652)에 삽입 설치된다. 핸들부(653)는 해제부(660)의 작동에 의해 이동부(652)를 승하강시킨다. 도 3 내지 도 7, 도 10, 도 11, 도 13, 및 도 15에 도시된 것처럼, 핸들부(653)는 피스톤(662)의 승강시에 걸림턱부(663a)에 의해 핸들부의 헤드부(652a)가 상승할 때에 이동부의 단턱부(652a)와 접촉하여 이동부(652)를 연동하여 승강시키도록 핸들부(653)의 하부에 형성되는 스토퍼부(653b)를 포함한다.

가이드 샤프트부(654)는 핸들부(653)를 중심으로 서로 마주하면서 평행하도록 이동부(652)에 삽입 설치된다. 도 5에 도시된 것처럼, 가이드 샤프트부(654)는 그립퍼부(650)가 공구(10)를 클램핑할때에 이동부(652)가 하강한 상태, 즉 이동부(652)가 고정부(651)와 접촉하도록 이동부(652)를 하부로 가압하기 위해 가이드 샤프트부(654)의 하부에 설치되는 탄성부재(654a)를 포함한다. 즉, 탄성부재(654a)는 항상 가이드 샤프트부(654)를 하부로 가압하도록 탄성력을 가할 수 있도록 스프링으로 형성될 수 있다. 이처럼 가이드 샤프트부의 탄성부재(654a)가 항상 이동부(652)가 하부로 향하도록 탄성력을 가함에 따라 후술하는 가압부(655)이 밀착부(655a)와 지지부(665b)가 공구의 생크부(12)이 테이퍼면(13)과 접촉하여 가압함에 따라 그립퍼부(650)는 항상 공구를 클램핑하는 상태를 유지할 수 있다. 또한, 공구교환부(800)가 공구교환부 이송부(900)에 이동하여 그립퍼부(650)에서 공구를 언클램핑한 상태로 인출할 때에 후술하는 해제부(660)의 피스톤(662)가 제어부에 의해 작동하고, 걸이부(663)이 걸림턱부(663a)가 핸들부의 헤드부(663a)와 접촉한 상태로 핸들부(653)를 승강시키면 공구의 생크부의 테이퍼면의 가압이 해제되면서 공구가 그립퍼부에서 공구 축심의 직각방향으로 인출될 수 있게 된다.

가압부(655)는 이동부(652)의 일측에 설치되어 수납되는 공구(10)를 클램핑하기 위해 공구를 가압한다. 도 3 내지 도 7, 도 10, 도 11, 도 13, 및 도 15에 도시된 것처럼, 가압부(655)는 밀착부(655a)와 지지부(655b)를 포함한다.

밀착부(655a)는 공구 생크부(12)의 테이퍼면(13)에 접촉하도록 테이퍼지게 형성된다. 지지부(655b)는 공구 생크부(12)의 둘레면과 접촉하여 공구를 클램핑하도록 돌출 형성된다. 즉, 밀착부(655a)에 의해 핑거부(651a)에 의해 1차적으로 공구를 클램핑하는 것뿐만 아니라 모터부에 의해 링크부가 회전하는 경우 등에도 공구가 그립퍼부에서 이탈되는 것을 방지하여 안전사고를 예방하고, 공구손상에 따른 유지보수 비용을 절감할 수 있다. 또한, 지지부(655b)에 의해 밀착부(655a)에 의해 2차적으로 공구를 클램핑하는 것뿐만 아니라 공구 생크부의 둘레면을 한번더 파지하여 공구 생크부를 3점 지지하여 견고하게 클램핑함에 따라 회전 중에 공구가 이탈되는 것을 방지할 뿐만 아니라 대형공구 등 무거운 공구도 용이하게 파지하여 장비의 효율성을 극대화하고 공구 파손 등으로 인한 정비시간 감소에 따라 생산성을 극대화할 수 있다.

도 6 및 도 7에 도시된 것처럼, 밀착부(655a)는 생크부(12)의 테이퍼면(13)의 경사도와 대향되는 경사도를 갖도록 형성된다. 즉, 밀착부(655a)는 공구의 생크부(12)의 테이퍼면(13)과 반대되는 경사구배를 갖도록 형성되어 가이드 샤프트부(654)의 탄성부재(654a)의 탄성력에 의해 공구와 3점 지지된 상태로 공구를 가압하여 클램핑할 수 있다.

도 3 내지 도 18에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 툴 매거진(1)의 매거진 유닛(600)의 해제부(660)는 실린더(661), 피스톤(662), 및 걸이부(663)를 포함한다.

실런더 프레임(661)은 대기위치에 인접하도록 메인 프레임(610)상에서 높이방향으로 형성된다.

피스톤(662)은 실린더(661)에 설치되어 피스톤이 높이방향을 따라 상하로 왕복 이동한다.

걸이부(663)는 실린더(662)이 피스톤의 선단에 설치되어 피스톤(662)의 높이방향 상하 이동에 연동하여 핸들부(663)를 승하강시킨다. 도 3 내지 도 7, 도 10, 도 11, 도 13, 및 도 15에 도시된 것처럼, 걸이부(663)는 걸이부의 하부 선단 양측에서 내부로 절곡되게 형성되는 걸림턱부(663a)를 포함한다. 걸림턱부(663a)가 핸들부의 헤드부(653a)오 접촉한 상태로 핸들부(653)를 승강시켜 그립퍼부에서 공구를 언클램핑한다.

도 13, 및 도 15에 도시된 것처럼, 매거진 유닛(600)의 그립퍼부(650)가 공구(10)를 클램핑한 상태에서는 항상 핸들부의 헤드부(653a)의 하부와 걸림턱부(663a)는 서로 이격된 제2 간격(663c)을 갖도록 설치되고, 핸들부의 헤드부(653a)의 상부와 걸림부(663)는 서로 이격된 제1 간격(663b)를 갖도록 설치된다. 즉, 피스톤이 작동하지 않은 상태에서 핸들부의 헤드부(653a)를 걸림턱부(663a)가 승강시키지 않은 상태인 클램핑시에는 항상 제1 간격과 제2 간격이 유지됨에 따라 모터부의 구동에 의해 링크부가 회전하고 이에 따라 각 공구를 클램핑하는 그립퍼부가 회전하여도 별도이 간접없이 회전할 수 있다. 이에 따라 스핀들에서 가공공구로 가공중에 매거진 유닛에서는 가공프로그램에 따라 다음 가공 순서에 사용될 공구를 클램핑하고 있는 그립퍼부가 해제부가 위치하는 대기위치로 회전이동하여 대기하게 된다.

따라서, 대기시간과 이동시간을 최소화하여 신속한 공구교환이 가능함에 따라 폭방향의 길이가 긴 중형 또는 대형 공작기계에서 생산성을 극대화하고 자동으로 공구교환을 수행하여 사용자의 편의를 극대화할 수 있다.

도 3 내지 도 18을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계 툴 매거진의 공구교환 작동원리를 설명한다.

도 12에 도시된 최초 스핀들(500)에서 가공공구(2)로 공작물을 가공중에는 공구교환부(800)은 새들(300)의 상부와 컬럼(400) 사이의 초기위치(T1)에 대기한다.

이때에 대기위치(T2)에는 가공프로그램에 따라 다음 공정에 사용될 대기공구(3)를 수납하고 있는 매거진 유닛의 그립퍼부가 위치하게 된다.

상술한 바와 같이 공구교환 전에는 그립퍼부는 공구가 그립퍼부에서 이탈되는 것을 방지하기 우해 공구를 클램핑하고 있어야 한다.

도 13에 도시된 것처럼, 제어부에 의해 피스톤(662)이 작동하지 않은 상태에서는 핸들부의 헤드부(653a)의 하부와 걸림턱부(663a)는 제2 간격(663c)을 갖도록 이격되고, 핸들부의 헤드부(653a)의 상부와 걸림부(663)는 제1 간격(663b)을 갖도록 이격된 상태를 유지한다. 이때에 도 3 내지 도 7에 도시된 것처럼, 가이드 샤프트부(654)의 탄성부재(654a)의 탄성력에 의해 이동부(652)는 고정부(651)와 접촉한 상태 즉 하강한 상태를 유지하고 이와 동시에 핸들부의 스토퍼부(653b)는 이동부의 단턱부(652a)와 이격된 상태를 유지한다. 이러한 상태에서 가압부의 밀착부(655a)와 지지부(655b)가 공구의 생크부의 테이퍼면(13)을 3점지지하고, 고정부의 핑거부(651a)가 공구의 플랜지부(14)의 하부를 지지하여 공구를 클램핑하게 된다.

도 12에 도시된 것처럼, 매거진 유닛(600)의 그립퍼부(650)에 수납된 대기공구(3)와 스핀들(500)에 장착된 가공공구(2)의 교환이 필요하게 되어 공구교환시에, 공구교환부(800)는 초기위치(T1)에서 대기위치(T2)로 공구교환부 이송부(900)에 의해 컬럼(400)과 별도로 직선 이동하여 체인지암(840)의 제1 파지부(841)가 대기공구(3)를 그립핑하게 된다.

상술한 바와 같이 체인지암(840)의 파지부 직선이동을 통해 공구를 그립핑하기 위해서는 매거진 유닛의 그립퍼부(650)가 공구를 언클램핑해야 한다. 이는 도 15를 참조하여 설명한다.

제어부에 의해 피스톤(662)이 작동한다. 즉, 피스톤(662)이 작동하면 피스톤이 승강하고 이와 동시에 걸이부(662)도 높이방향으로 상승한다. 이때에 걸이부(662)의 걸림턱부(663a)는 핸들부의 헤드부(653a)와 접촉한 상태로 핸들부(653)를 피스톤의 승강높이만큼 상승시키게 된다. 즉, 핸들부의 스토퍼부(653b)가 이동부의 단턱부(652a)와 접촉한 가이드 샤프트부의 탄성부재(654a)의 탄성력보다 큰 힘으로 핸들부(653)를 피스톤의 승강높이만큼 상승시킨다. 이때에 도 3 내지 도 7에 도시된 것처럼, 가이드 샤프트부(654)의 탄성부재(654a)의 탄성력이 해제된 상태에서 이동부(652)는 고정부(651)와 이격되고, 이동부(652)에 결합 설치된 가압부(655)도 함께 승강한다. 즉, 이동부(652)가 상승함에 따라 가압부(655)도 상승하고, 가압부의 밀착부(655a)와 지지부(655b)가 공구의 생크부의 테이퍼면(13)과 접촉이 해제되고, 고정부의 핑거부(651a)가 공구의 플랜지부(14)의 하부만 지지한 상태를 유지하게 된다.

이러한 상태에서 공구교환부이 체인지암의 파지부가 공구교환부 이송부에 의해 직선이동하게 되면 공구의 플랜지부 직접 파지하고 매거진 유닛의 그립퍼부에서 공구는 공구 축심 직각방향으로 인출되게 된다.

매거진 유닛의 그립퍼부에 공구가 인입되는 것은 상술한 동작으 반대로 진행함에 따라 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.

도 17에 도시된 것처럼, 체인지암(840)의 제1 파지부(841)가 대기공구(3)를 그립핑한 상태로 공구교환부(800)은 제어부(1000)의 신호에 따른 공구교환부 이송부(900)가 작동하여에 대기위치(T2)에서 교환위치(T3)로 직선 이동한다.

공구교환부(800)기 대기위치(T2)에서 교환위치(T1)로 이동할 때에 스핀들(500)은 가공공구(2)를 상기 체인지암의 제2 파지부(842)에 그립핑하기 위해 하강 스핀들 그립핑 위치로 하강한다. 이후 교환위치(T3)에서 공구교환부(800)의 체인지암이 제2 파지부가 가공공구(2)를 그립핑하면 스핀들(500)에서 가공공구를 언클램핑하기 위해 스핀들(500)이 상승 스핀들 그립핑 위치로 상승한다.

이후, 스핀들(500)이 가공공구(2)를 체인지암의 제2 파지부(842)에 그립핑하고, 스핀들(500)이 상승 그립핑 위치로 상승한 후에 가공공구와 대기공구의 교환을 위해 제어부(1000)의 신호에 의해 공구교환부(800)의 체인지암(840)이 회전한다.

이후, 스핀들(500)은 체인지암의 제1 파지부(841)에 그립핑된 대기공구(3)를 클램핑하기 위해 하강 스핀들 그립핑 위치로 하강한다.

이후, 스핀들(500)에서 대기공구를 클램핑하기 위해 스핀들(500)이 상승 스핀들 그립핑 위치로 상승한다.

이후, 공구교환부(800)는 체인지암의 제2 파지부(842)에 그립핑된 가공공구(2)를 매거진 유닛의 그립퍼부에 반납하기 위해 제어부(1000)이 신호에 의해 교환위치(T3)에서 대기위치(T2)로 직선이동한다.

이후, 공구교환부(800)가 체인지암의 제2 파지부(842)에 그립핑된 가공공구를 직선이동만으로 매거진 유닛의 그립퍼부에 반납한다.

이후, 도 18에 도시된 것처럼, 대기공구를 반납한 공구교환부(800)는 제어부(1000)이 신호에 의해 초기위치(T1)로 직선이동하고, 스핀들(500)은 가공프로그램 순서에 따라 스핀들(500)에 클팸핑된 대기공구(3)로 다음 가공을 수행하고, 대기위치(T2)에 위치한 그립퍼부에는 다음 공정에 해당하는 공구를 파지한 그립퍼부가 위치하며, 피스톤이 작동하지 않은 상태로 가이드 샤프트부의 탄성부재의 탄성력에 의해 가압부와 고정부의 핑거부로 공구를 클램핑한 상태를 유지한다.

이처럼, 본 발명에 의한 공작기계의 툴 매거진은 매거진 유닛과 공구교환부를 포함한 각 구성품의 소형화를 통해 장비 전체의 소형화 및 경량화를 도모하여 공간활용도를 극대화하고, 유지보수비용과 제조비용을 절감할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술할 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

1 : 공작기계, 2 : 가공공구,
3 : 대기공구, 10 : 공구,
11 : 풀스터드, 12 : 생크부,
13 : 테이퍼면,
14 : 플랜지부,
100 : 베드, 200 : 테이블,
300 : 새들, 400 : 컬럼,
500 : 스핀들, 600 : 매거진 유닛,
610 : 메인 프레임, 620 : 지지 프레임,
630 : 모터부, 640 : 링크부,
650 : 그립퍼부, 660 : 해제부,
700 : 이송부, 710 : 새들 이송부,
720 : 컬럼 이송부, 730 : 스핀들 이송부,
800 : 공구교환부, 900 : 공구교환부 이송부,
1000 : 제어부.

Claims

스핀들에 공구를 공급하기 위해 공구를 수납할 수 있는 복수의 그립퍼부를 구비하고, 각각의 그립퍼부에 해당 공구를 보관하며, 새들에 설치되어 새들의 이동시에 상기 새들과 함께 이동하는 매거진 유닛; 및
상기 매거진 유닛의 그립퍼부에 수납된 공구와 상기 스핀들에 장착된 공구를 교환하기 위해 상기 새들에 이동 가능하게 설치되는 공구교환부;를 포함하고,
상기 매거진 유닛의 그립퍼부에서 공구가 공구 축심 직각방향으로 인입 또는 인출되고,
상기 공구교환부는 상기 매거진 유닛의 그립퍼부에 수납되거나 상기 스핀들에 장착된 공구를 파지하는 체인지암을 구비하고,
상기 체인지암의 파지부는 상기 공구교환부의 직선이동에 의해 상기 공구의 플랜지부를 직접 그립핑하고,
상기 매거진 유닛의 그립퍼부는 각각 상기 그립퍼부에 수납되는 공구의 플랜지부를 회피하여 상기 공구를 클램핑하고,
상기 매거진 유닛은,
메인 프레임;
상기 메인 프레임을 상기 새들에 결합하기 위한 지지 프레임;
상기 메인 프레임 또는 상기 지지 프레임에 설치되어 회전동력을 발생시키는 모터부;
상기 모터부의 회전동력에 의해 상기 메인 프레임을 따라 이동 가능하도록 설치되는 링크부;
상기 링크부에 장착되어 공구를 수납하는 복수의 그립퍼부; 및
대기위치에 인접하도록 상기 메인 프레임에 설치되어 상기 대기위치에 위치하는 그립퍼부에서 수납된 대기공구의 클램핑을 해제하는 해제부;를 포함하고,
상기 그립퍼부는 각각,
상기 링크부에 결합 설치되는 고정부;
상기 고정부에 상하 이동 가능하게 설치되는 이동부;
상기 해제부의 작동에 의해 상기 이동부를 승하강시키는 핸들부;
상기 핸들부를 중심으로 서로 마주하면서 평행하도록 상기 이동부에 설치되는 가이드 샤프트부; 및
상기 이동부에 설치되어 수납되는 공구를 클램핑하기 위해 공구를 가압하는 가압부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 툴 매거진.
삭제
삭제
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 해제부는,
상기 메인 프레임에 형성되는 실린더;
상기 실린더에 설치되어 상하로 왕복 이동하는 피스톤; 및
상기 피스톤의 선단에 설치되어 상기 피스톤의 상하 이동에 연동하여 상기 핸들부를 승하강시키는 걸이부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 툴 매거진.
제6항에 있어서,
상기 걸이부는,
상기 걸이부의 하부 선단 양측에서 내부로 절곡되게 형성되는 걸림턱부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 툴 매거진.
제7항에 있어서,
상기 핸들부는,
상기 피스톤의 승강시에 상기 걸림턱부에 의해 상기 핸들부의 헤드부가 상승할 때에 상기 이동부의 단턱부와 접촉하여 상기 이동부를 승강시키도록 상기 핸들부의 하부에 형성되는 스토퍼부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 툴 매거진.
제8항에 있어서,
상기 매거진 유닛의 그립퍼부가 공구를 클램핑할 때에,
상기 핸들부의 헤드부의 하부와 상기 걸림턱부는 서로 이격되고,
상기 핸들부의 헤드부의 상부와 걸림부는 서로 이격되는 것을 특징으로 하는 공작기계의 툴 매거진.
제1항에 있어서,
상기 가이드 샤프트부는,
상기 그립퍼부가 공구를 클램핑할때에 상기 이동부가 상기 고정부와 접촉하도록 상기 이동부를 하부로 가압하기 위해 상기 가이드 샤프트부의 하부에 설치되는 탄성부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 툴 매거진.
제1항에 있어서,
상기 고정부는,
상기 공구의 플랜지부의 하부를 지지하는 핑거부; 및
상기 핑거부의 상부에 돌출 형성되는 키;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 툴 매거진.
제1항에 있어서,
상기 가압부는,
공구 생크부의 테이퍼면에 접촉하도록 테이퍼지게 형성되는 밀착부; 및
공구 생크부의 둘레면과 접촉하여 상기 공구를 클램핑하도록 돌출 형성되는 지지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 툴 매거진.
제12항에 있어서,
상기 밀착부는 상기 생크부의 테이퍼면의 경사도와 대향되는 경사도를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 공작기계의 툴 매거진.
제1항에 있어서,
베드;
상기 베드에 설치되어 공작물이 안착되는 테이블;
상기 베드에 이동 가능하게 설치되는 새들;
상기 새들에 이동 가능하게 설치되는 컬럼; 및
상기 컬럼에 이동 가능하게 설치되어 공작물을 가공하는 스핀들;을 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 툴 매거진.
제14항에 있어서,
상기 새들, 상기 컬럼, 및 상기 스핀들을 이송시키기 위한 이송부; 및
상기 이송부와 독립적으로 상기 공구교환부를 상기 새들에서 이송시키기 위해 상기 새들에 설치되는 공구교환부 이송부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 툴 매거진.