KR101672322B1

KR101672322B1 - 수직형 머시닝센터의 고정번지타입 자동공구교환장치

Info

Publication number: KR101672322B1
Application number: KR1020160016293A
Authority: KR
Inventors: 윤상대; 조성민
Original assignee: (주)연암테크
Priority date: 2016-02-12
Filing date: 2016-02-12
Publication date: 2016-11-04
Anticipated expiration: 2036-02-12

Abstract

본 발명은 공구가 장착된 툴홀더가 저장되는 매거진플레이트의 구조를 간단하게 구성하여 생산 및 조립의 편의성을 확보하면서 제조단가를 낮출 수 있고, 보다 많은 수의 공구를 저장할 수 있으며, 공구 교환시에 자신의 고유번호가 매겨진 지정된 위치에 공구가 저장될 수 있는 고정번지방식을 가진 수직형 머시닝센터의 고정번지타입 자동공구교환장치에 관한 것으로서, 수직으로 세워진 원판형상으로 회전 가능하게 설치된 매거진플레이트와, 상기 매거진플레이트의 외주에 방사상 등간격으로 각각 고정 설치되고, 공구가 장착된 각각의 툴홀더를 탄성적으로 그립핑하며, 각각 고유번호가 부착된 복수의 그립퍼와, 상기 매거진플레이트의 최하단에 설치되고, 교환하고자 하는 교환공구가 장착된 상기 툴홀더를 클램핑하여 상기 그립퍼로부터 하방을 향해 취출하는 클램퍼와, 상기 클램퍼의 하방에 설치되고, 수직형 머시닝센터의 스핀들로부터 장착공구가 장착된 툴홀더 및 상기 클램퍼로부터 상기 교환공구가 장착된 툴홀더를 각각 건네받아 서로 교환해주는 트윈암과, 상기 트윈암에 의해 교환되는 상기 장착공구 및 교환공구가 초기 그립핑된 각각의 고유번호에 맞는 상기 그립퍼로 복귀하도록 상기 매거진플레이트, 클램퍼 및 트윈암의 작동을 각각 제어하는 제어부를 포함하여 이루어진다.

Description

수직형 머시닝센터의 고정번지타입 자동공구교환장치{FIXED-ADDRESS TYPE AUTOMATIC TOOL CHANGER FOR VERTICAL TYPE MACHINING CENTER}

본 발명은 다수개의 공구를 저장하고, 필요한 가공에 따라 공구를 선별하여 자동으로 스핀들의 공구와 교환하는 수직형 머시닝센터의 고정번지타입 자동공구교환장치에 관한 것이다.

일반적으로 머시닝 센터(Machining Center)는 보링 머신, 밀링 머신 및 드릴링 머신을 하나로 한 복합공작기계로서, 주축(Main Spindle)의 운동방향에 따라 수직형 또는 수평형 머시닝 센터로 구분한다.

이러한 머시닝 센터는 직선운동, 회전운동 및 스핀들회전과 같은 운동에 의해 복합가공이 가능하도록 되어 있으며, 이들 운동은 수치제어되는 서보모터(Servo Motor)와 스핀들에 의해 위치가 결정됨과 동시에 스핀들의 속도가 제어된다.

그리고 상기 머시닝 센터는 기계 본체와 여러 개의 공구를 절삭조건에 맞게 자동으로 바꾸어주는 자동공구교환장치(Automatic Tool Changer, ATC) 및 수치제어장치(Number Controller, NC)로 이루어져 있다.

이중 자동공구교환장치는 다수개의 공구(tool, 툴)를 저장하여 필요한 가공에 따라 공구를 선별하여 자동으로 공구를 교환한다. 이러한 자동공구교환장치는 공구를 저장하였다가 필요한 공구를 스핀들의 공구와 교환하는 툴매거진을 포함하고, 상기 툴매거진에 저장되는 공구는 일정한 크기의 툴홀더에 장착된 상태로 툴포트에 저장된다.

즉, 다양한 길이 및 크기를 가진 각각의 공구에 툴홀더 및 툴포트는 동일한 크기로 제작되어 머시닝 센터의 스핀들에 교환되면서 공구가 장착된 툴홀더가 상기 스핀들에 교체 결합되는 것이다. 예컨대, 등록특허공보 제10-1225189호의 "머시닝센터의 자동공구교환장치", 공개특허공보 제10-2012-0039781호의 "자동공구교환장치의 툴 캐리어" 및 등록특허공보 제10-1271564호의 "머시닝센터의 자동 공구교환장치" 등이 있다.

그러나, 상술한 종래기술에 따른 자동공구교환장치는 첫째, 공구가 장착된 툴홀더를 저장하기 위해 툴매거진에 각각 복수의 툴포트를 구비하고 있어 툴매거진의 구조가 복잡해짐은 물론, 제조단가가 상승하고, 특히 툴포트 간의 이격을 위해 보다 많은 수의 공구를 저장하기 어렵다는 문제가 있다.

둘째, 이러한 툴포트 구조로부터 트윈암을 작동시켜 공구를 교환하게 되는데, 툴매거진 상에 초기 위치한 공구가 스핀들과 교환되는 동시에 다른 위치로 저장되는 랜덤번지방식을 가지기 때문에 제어부는 공구의 교환시에 언제나 새로운 위치로 저장된 공구를 인식해야 하는 문제가 발생한다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은, 첫째 공구가 장착된 툴홀더가 저장되는 매거진플레이트의 구조를 간단하게 구성하여 생산 및 조립의 편의성을 확보하면서 제조단가를 낮출 수 있고, 보다 많은 수의 공구를 저장할 수 있는 수직형 머시닝센터의 고정번지타입 자동공구교환장치를 제공하는 데 있다.

둘째, 공구 교환시에 공구의 초기 저장된 위치에서 다른 위치로 저장되는 랜덤번지방식을 탈피하고, 자신의 고유번호가 매겨진 지정된 위치에 공구가 저장될 수 있는 고정번지방식을 가진 수직형 머시닝센터의 고정번지타입 자동공구교환장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관된 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 수직형 머시닝센터의 고정번지타입 자동공구교환장치는, 수직으로 세워진 원판형상으로 회전 가능하게 설치된 매거진플레이트와, 상기 매거진플레이트의 외주에 방사상 등간격으로 각각 고정 설치되고, 공구가 장착된 각각의 툴홀더를 탄성적으로 그립핑하며, 각각 고유번호가 부착된 복수의 그립퍼와, 상기 매거진플레이트의 최하단에 설치되고, 교환하고자 하는 교환공구가 장착된 상기 툴홀더를 클램핑하여 상기 그립퍼로부터 하방을 향해 취출하는 클램퍼와, 상기 클램퍼의 하방에 설치되고, 수직형 머시닝센터의 스핀들로부터 장착공구가 장착된 툴홀더 및 상기 클램퍼로부터 상기 교환공구가 장착된 툴홀더를 각각 건네받아 서로 교환해주는 트윈암과, 상기 트윈암에 의해 교환되는 상기 장착공구 및 교환공구가 초기 그립핑된 각각의 고유번호에 맞는 상기 그립퍼로 복귀하도록 상기 매거진플레이트, 클램퍼 및 트윈암의 작동을 각각 제어하는 제어부를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 그립퍼 각각은, 상기 매거진플레이트의 외주방향으로 상기 툴홀더의 일측 외주가 삽입 접촉되는 반원형홈이 형성되고, 내주방향으로 각각의 상기 고유번호가 부착되며, 상기 반원형홈의 일측에 탄성편결합부가 형성된 그립퍼몸체와, 'Y'자 형상의 판스프링으로 아랫변이 상기 그립퍼몸체의 탄성편결합부에 삽입 결합되고, 벌어진 한 쌍의 윗변 중 어느 하나가 상기 반원형홈과 함께 원을 형성하며, 상기 윗변 중 다른 하나는 인접한 다른 그립퍼몸체의 반원형홈과 함께 또 다른 원을 형성하면서 상기 그립퍼몸체의 반원형홈에 일측 외주가 삽입 접촉된 상기 툴홀더의 타측 외주를 감싸면서 탄성적으로 그립핑하는 그립탄성편을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 툴홀더는, 상기 공구가 장착되는 공구장착부 및 상기 스핀들에 삽입 결합되는 삽입결합부 사이에 환형의 플랜지부가 돌출 형성되며, 상기 플랜지부에는 내주방향으로 함몰된 환형의 함몰부가 형성되고, 상기 그립탄성편은, 상기 툴홀더의 플랜지부를 감싸면서 탄성적으로 그립핑하고, 상기 툴홀더의 함몰부에 삽입되도록 부분 절개되어 돌출된 탄성돌출부가 형성되며, 벌어진 한 쌍의 상기 윗변 각각은 상단에 서로 마주보도록 부분 절곡된 탄성절곡부가 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 클램퍼는, 상기 매거진플레이트의 최하단에 위치하는 그립퍼를 바라보는 수평상태에서 하방으로 90도 회전된 수직상태로 회전 가능하게 설치되고, 상기 그립퍼에 그립핑된 툴홀더의 삽입결합부를 클램핑 또는 언클램핑하도록 작동하는 클램핑부재와, 상기 클램핑부재를 수평상태와 수직상태로 각각 회전시키는 왕복동실린더를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 트윈암은, 상기 클램퍼의 하방에 회전 가능하게 설치되고, 양단에 각각 형성된 파지부를 통해 상기 스핀들로부터 상기 장착공구가 장착된 툴홀더 및 상기 클램퍼로부터 상기 교환공구가 장착된 툴홀더를 각각 파지하여 서로 교환해주는 트윈암부재와, 상기 트윈암부재를 정역회전시키는 트윈암모터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어부는, 상기 스핀들에 상기 장착공구가 장착된 툴홀더를 상기 교환공구가 장착된 툴홀더로 교환하고자 할 경우, 상기 매거진플레이트를 회전시켜 상기 교환공구가 장착된 툴홀더가 그립핑된 상기 그립퍼를 상기 매거진플레이트의 최하단에 위치시키고, 수평상태의 상기 클램퍼를 작동시켜 상기 교환공구가 장착된 툴홀더의 삽입결합부를 파지한 후 수직상태로 회전시키며, 상기 트윈암을 작동시켜 상기 스핀들로부터 장착공구가 장착된 툴홀더 및 상기 클램퍼로부터 상기 교환공구가 장착된 툴홀더를 서로 교환한 후 상기 클램퍼에 간섭되지 않도록 상기 트윈암을 역회전시키고, 상기 매거진플레이트를 회전시켜 상기 장착공구가 장착된 툴홀더의 고유번호에 맞는 초기 그립핑된 상기 그립퍼를 상기 매거진플레이트의 최하단에 위치시키며, 수직상태의 상기 클램퍼를 작동시켜 상기 장착공구가 장착된 툴홀더가 초기 그립핑된 상기 그립퍼에 그립핑되도록 수평상태로 회전시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 수직형 머시닝센터의 고정번지타입 자동공구교환장치는, 첫째 공구가 장착된 툴홀더가 저장되는 매거진플레이트 및 그립퍼의 구조를 간단하게 구성하여 생산 및 조립의 편의성을 확보하면서 제조단가를 낮출 수 있고, 보다 많은 수의 공구를 저장할 수 있다.

둘째, 공구 교환시에 공구의 초기 저장된 위치에서 다른 위치로 저장되는 랜덤번지방식을 탈피하고, 자신의 고유번호가 매겨진 지정된 위치에 공구가 저장될 수 있는 고정번지방식을 가짐으로써 교체, 설치 및 사용상 편의성을 제고할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 수직형 머시닝센터의 고정번지타입 자동공구교환장치의 일 실시예를 도시한 정면도이고,
도 2는 도 1의 실시예의 측단면도이며,
도 3은 도 2의 실시예 중 매거진플레이트 및 그립부를 도시한 요부 측단면도이고,
도 4는 도 1의 실시예 중 매거진플레이트의 그립부를 도시한 요부 정면도이며,
도 5는 도 1의 실시예 중 매거진플레이트의 그립부를 실제 촬영한 사진이고,
도 6은 도 2의 실시예 중 클램퍼를 도시한 요부 측단면도이며,
도 7 내지 10은 도 6의 실시예의 작동과정을 도시한 측단면도이고,
도 11은 도 1의 실시예 중 트윈암을 도시한 평면도이며,
도 12는 도 2의 실시예 중 트윈암을 도시한 요부 측단면도이고,
도 13 내지 29는 본 발명에 따른 수직형 머시닝센터의 고정번지타입 자동공구교환장치의 공구교환을 위한 각 구성의 작동과정을 도시한 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 수직형 머시닝센터의 고정번지타입 자동공구교환장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 수직형 머시닝센터의 고정번지타입 자동공구교환장치는, 도 1 내지 29에 도시된 바와 같이 매거진플레이트(100), 그립퍼(200), 클램퍼(300), 트윈암(400) 및 제어부(미도시)를 포함하여 이루어진다. 또한, 상기 그립퍼(200)는 그립퍼몸체(210) 및 그립탄성편(220)을 포함하고, 상기 클램퍼(300)는 클램핑부재(310) 및 왕복동실린더(320)를 포함하며, 상기 트윈암(400)은 트윈암부재(410) 및 트윈암모터(420)를 포함한다.

매거진플레이트(100)는 도 1 내지 3에 도시된 바와 같이 수직으로 세워진 원판형상으로 회전 가능하게 설치된다. 이러한 매거진플레이트(100)는 회전모터(도면부호 미도시)로부터 회전력을 전달받아 회전하며, 후술하는 복수의 그립퍼(200)에 그립핑된 공구(T)를 스핀들(S)에 전달하기 위한 교환위치로 회전하게 된다.

그립퍼(200)는 도 1 내지 5에 도시된 바와 같이 복수가 구비되어 상기 매거진플레이트(100)의 외주에 방사상 등간격으로 각각 고정 설치되고, 공구(T)가 장착된 각각의 툴홀더(10)를 탄성적으로 그립핑하며, 각각 고유번호(212)가 부착된다. 공구(T)는 종류별로 형상이나 크기 및 무게가 다양하므로 이러한 공구(T)는 일정한 크기 및 형상을 가진 툴홀더(10)에 장착되고, 이렇게 공구(T)가 장착된 툴홀더(10)를 상기 그립퍼(300)가 그립핑하여 상기 매거진플레이트(100)에 저장해 놓는다. 이후, 가공시 필요한 공구(T)가 장착된 그립퍼(200)를 교환위치에 오도록 매거진플레이트(100)를 회전시킨 후 후술하는 클램퍼(300) 및 트윈암(400)의 작동에 의해 스핀들(S)에 전달하기 위해 그립퍼(200)로부터 툴홀더(10)가 그립핑 해제되는 것이다.

또한, 상기 그립퍼(200)에 부착된 각각의 고유번호(212)는 초기에 설정되어 저장된 각각의 공구(T)에 고유번호(212)를 지정함으로써, 교환후에도 언제나 자신의 고유번호(212)가 지정된 그립퍼(200)로 위치되도록 하여 이를 시각적으로도 확인 가능하게 하기 위한 것이다. 예컨대, 공구(T)나 툴홀더(10)의 파손 또는 교체로 인해 정비 후 사용자가 그립퍼(200)에 공구(T)가 장착된 툴홀더(10)를 그립핑시키고자 할 경우에도 상기 고유번호(212)를 보고 쉽게 인지하여 설치할 수 있고, 또한 프로그램상으로도 고유번호(212)가 지정된 경우에는 언제나 해당 고유번호(212)에 맞는 공구(T)가 위치하도록 지정할 수 있는 것이다.

상기 그립퍼(200) 각각은 공구(T)가 장착된 툴홀더(10)를 탄성적으로 그립핑하는데, 구체적으로 도 4 및 5에 도시된 바와 같이 그립퍼몸체(210) 및 그립탄성편(220)을 포함한다. 즉, 그립퍼몸체(210)는 상기 매거진플레이트(100)의 외주방향으로 상기 툴홀더(10)의 일측 외주가 삽입 접촉되는 반원형홈(211)이 형성되고, 내주방향으로 각각의 상기 고유번호(212)가 부착되며, 상기 반원형홈(211)의 일측에 탄성편결합부(213)가 형성된다. 또한, 상기 그립탄성편(220)은 'Y'자 형상의 판스프링으로 아랫변이 상기 그립퍼몸체(210)의 탄성편결합부(213)에 삽입 결합되고, 벌어진 한 쌍의 윗변 중 어느 하나가 상기 반원형홈(211)과 함께 원을 형성하며, 상기 윗변 중 다른 하나는 인접한 다른 그립퍼몸체(210)의 반원형홈(211)과 함께 또 다른 원을 형성하면서 상기 그립퍼몸체(210)의 반원형홈(211)에 일측 외주가 삽입 접촉된 상기 툴홀더(10)의 타측 외주를 감싸면서 탄성적으로 그립핑한다.

이때, 상기 툴홀더(10)는 도 3 내지 5에 도시된 바와 같이 상기 공구(T)가 장착되는 공구장착부(11) 및 상기 스핀들(S)에 삽입 결합되는 삽입결합부(12) 사이에 환형의 플랜지부(13)가 돌출 형성되며, 상기 플랜지부(13)에는 내주방향으로 함몰된 환형의 함몰부(13a)가 형성된다. 이러한 툴홀더(10)의 형상 및 구조는 일반적으로 널리 사용되는 것으로, 공구(T)의 장착 및 스핀들(S)에의 결합이 용이하도록 구성된 것이다. 이러한 툴홀더(10)에 대하여, 상기 그립탄성편(220)은 상기 툴홀더(10)의 플랜지부(13)를 감싸면서 탄성적으로 그립핑하고, 상기 툴홀더(10)의 함몰부(13a)에 삽입되도록 부분 절개되어 돌출된 탄성돌출부(221)가 형성되며, 벌어진 한 쌍의 상기 상기 윗변 각각은 상단에 서로 마주보도록 부분 절곡된 탄성절곡부(222)가 형성된다.

즉, 툴홀더(10)는 그립퍼(200)에 탄성적으로 그립핑 또는 그립핑 해제되는데, 이를 위해 그립퍼몸체(210)의 반원형홈(211)에 일측 외주면이 접촉 삽입되고, 판스프링으로 된 그립탄성편(220)이 탄성적으로 벌어지거나 닫히면서 상기 툴홀더(10)의 타측 외주면을 감싸면서 그립핑하게 된다. 이때, 툴홀더(10)가 그립탄성편(220)의 윗변에 접촉하면서 삽입될 때 부드럽게 삽입될 수 있도록 그립탄성편(220)의 상단에 부분 절곡된 탄성절곡부(222)가 형성되는 것이며, 그립퍼(200)에 그립핑된 툴홀더(10)의 위치가 비틀어지지 않고, 일정하게 고정되도록 하기 위하여 상기 그립탄성편(220)의 탄성돌출부(221)가 툴홀더(10)의 함몰부(13a)에 삽입되는 것이다.

클램퍼(300)는 도 1, 2 및 6에 도시된 바와 같이 상기 매거진플레이트(100)의 최하단에 설치되고, 교환하고자 하는 교환공구(T2)가 장착된 상기 툴홀더(10)를 클램핑하여 상기 그립퍼(200)로부터 하방을 향해 취출한다. 보다 구체적으로, 상기 클램퍼(300)는 도 7 내지 10에 도시된 바와 같이 상기 매거진플레이트(100)의 최하단에 위치하는 그립퍼(200)를 바라보는 수평상태에서 하방으로 90도 회전된 수직상태로 회전 가능하게 설치되고, 상기 그립퍼(200)에 그립핑된 툴홀더(10)의 삽입결합부(12)를 클램핑 또는 언클램핑하도록 작동하는 클램핑부재(310)와, 상기 클램핑부재(310)를 수평상태와 수직상태로 각각 회전시키는 왕복동실린더(320)를 포함한다. 즉, 클램퍼(300)는 도 7 및 8에 도시된 바와 같이 클램핑부재(310)가 상기 툴홀더(10)의 삽입결합부(12)를 클램핑 또는 언클램핑하도록 작동하고, 도 8 및 9에 도시된 바와 같이 왕복동실린더(320)의 작동으로 클램핑부재(310)가 수평상태 및 수직상태로 회전할 수 있다.

트윈암(400)은 도 11, 12, 19 내지 23에 도시된 바와 같이 상기 클램퍼(300)의 하방에 설치되고, 수직형 머시닝센터의 스핀들(S)로부터 장착공구(T1)가 장착된 툴홀더(10) 및 상기 클램퍼(300)로부터 상기 교환공구(T2)가 장착된 툴홀더(10)를 각각 건네받아 서로 교환해준다. 수직형 머시닝센터는 수평형 머시닝센터에 대비되는 것으로, 주축인 스핀들(S)이 도면에 도시된 바와 같이 수직으로 설치된 것을 말한다. 이러한 트윈암(400)은 보다 구체적으로, 상기 클램퍼(300)의 하방에 회전 가능하게 설치되고, 양단에 각각 형성된 파지부(411)를 통해 상기 스핀들(S)로부터 상기 장착공구(T1)가 장착된 툴홀더(10) 및 상기 클램퍼(300)로부터 상기 교환공구(T2)가 장착된 툴홀더(10)를 각각 파지하여 서로 교환해주는 트윈암부재(410)와, 상기 트윈암부재(410)를 정역회전시키는 트윈암모터(420)를 포함한다. 이러한 트윈암(400)을 통해 스핀들(S)의 장착공구(T1)와 클램퍼(300)의 교환공구(T2)를 상호 교환시킬 수 있는 것이다.

상기 트윈암(400)에 의해 공구가 교환될 때, 장착공구(T1)의 초기 저장된 고유번호(212)에 맞는 그립퍼(200)의 위치에 올 수 있도록 제어부(미도시)를 통해 고정번지방식의 제어가 이루어져야 한다. 즉, 제어부는 명칭 그대로 각 구성요소의 작동을 제어하는 것으로서, 상기 트윈암(400)에 의해 교환되는 상기 장착공구(T1) 및 교환공구(T2)가 초기 그립핑된 각각의 고유번호(212)에 맞는 상기 그립퍼(200)로 복귀하도록 상기 매거진플레이트(100), 클램퍼(300) 및 트윈암(400)의 작동을 각각 제어한다. 즉, 상기 제어부는 공구(T) 각각의 고유번호(212)가 매겨진 지정된 위치에 각각의 공구(T)가 저장될 수 있는 고정번지방식이 가능하도록 제어하고자 하는 것이다.

보다 구체적으로, 상기 제어부는 도 13 내지 29에 도시된 바와 같이 상기 스핀들(S)에 상기 장착공구(T1)가 장착된 툴홀더(10)를 상기 교환공구(T2)가 장착된 툴홀더(10)로 교환하고자 할 경우, 상기 매거진플레이트(100)를 회전시켜 상기 교환공구(T2)가 장착된 툴홀더(10)가 그립핑된 상기 그립퍼(200)를 상기 매거진플레이트(100)의 최하단에 위치시키고, 수평상태의 상기 클램퍼(300)를 작동시켜 상기 교환공구(T2)가 장착된 툴홀더(10)의 삽입결합부(12)를 파지한 후 수직상태로 회전시키며, 상기 트윈암(400)을 작동시켜 상기 스핀들(S)로부터 장착공구(T1)가 장착된 툴홀더(10) 및 상기 클램퍼(300)로부터 상기 교환공구(T2)가 장착된 툴홀더(10)를 서로 교환한 후 상기 클램퍼(300)에 간섭되지 않도록 상기 트윈암(400)을 역회전시키고, 상기 매거진플레이트(100)를 회전시켜 상기 장착공구(T1)가 장착된 툴홀더(10)의 고유번호(212)에 맞는 초기 그립핑된 상기 그립퍼(200)를 상기 매거진플레이트(100)의 최하단에 위치시키며, 수직상태의 상기 클램퍼(300)를 작동시켜 상기 장착공구(T1)가 장착된 툴홀더(10)가 초기 그립핑된 상기 그립퍼(200)에 그립핑되도록 수평상태로 회전시키도록 제어한다.

상기와 같은 제어부의 제어과정을 도 13 내지 29를 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

도 13에 도시된 바와 같이 스핀들(S)에는 고유번호(212)가 '1'인 그립퍼(200)에 초기 저장되어 있던 장착공구(T1)가 장착된 툴홀더(10)를 사용하고 있는 상태이다. 따라서, 고유번호(212)가 '1'인 그립퍼(200)에는 공구(T)가 장착된 툴홀더(10)가 비어있는 상태이다.

이때, 도 14에 도시된 바와 같이 교환하고자 교환공구(T2)가 장착된 툴홀더(10)를 그립핑하고 있는 그립퍼(200)의 고유번호(212)가 '7'인 경우 매거진플레이트(100)가 회전하면서 상기 그립퍼(200)를 최하단에 위치시킨다. 이렇게 위치된 상태가 도 15에 도시되어 있으며, 클램퍼(300)의 클램핑부재(310)는 언클램핑된 상태이면서 수평상태를 유지하고 있다.

도 16에 도시된 바와 같이 클램퍼(300)의 클램핑부재(310)가 교환공구(T2)가 장착된 툴홀더(10)의 삽입결합부(12)를 클램핑한다. 이때, 스핀들(S)은 교환위치로 점점 이동해오고 있는 상태이다.

도 17 및 18에 도시된 바와 같이 클램퍼(300)의 클램핑부재(310)가 클램핑된 상태에서 왕복동실린더(320)가 작동하여 클램핑부재(310)를 수평상태에서 수직상태로 회전시킨다. 이때, 고유번호(212)가 '7'인 그립퍼(200)에 그립핑되어 있던 교환공구(T2)가 장착된 툴홀더(10)는 상기 그립퍼(200)의 그립탄성편(220)의 탄성력을 이기면서 그립핑해제된다. 또한, 스핀들(S) 역시 클램퍼(300)의 클램핑부재(310)가 수직상태인 위치와 마주보게 대응되도록 교환위치로 이동된 상태가 된다.

도 19 및 20에 도시된 바와 같이 트윈암(400)이 회전작동하여 트윈암부재(410) 양단의 파지부(411)가 각각 클램퍼(300)의 교환공구(T2)가 장착된 툴홀더(10) 및 스핀들(S)의 장착공구(T1)가 장착된 툴홀더(10)를 파지한다.

도 21에 도시된 바와 같이 트윈암(400)의 파지부(411)가 각각의 교환공구(T2) 및 장착공구(T1)의 툴홀더(10)를 파지한 상태에서, 클램퍼(300)는 교환공구(T2)가 장착된 툴홀더(10)를 언클램핑하고, 스핀들(S) 역시 장착공구(T1)가 장착된 툴홀더(10)로부터 이탈된다.

도 22에 도시된 바와 같이 트윈암(400)은 180도 회전작동하여 장착공구(T1)가 장착된 툴홀더(10)는 클램퍼(300)의 하방으로 위치시키고, 교환공구(T2)가 장착된 툴홀더(10)는 스핀들(S)의 하방으로 위치시킨다.

도 23에 도시된 바와 같이 상기 트윈암(400)의 180도 회전에 따라 스핀들(S)은 교환공구(T2)가 장착된 툴홀더(10)를 클램핑하고, 클램퍼(300)는 장착공구(T1)가 장착된 툴홀더(10)를 클램핑한다.

도 24 및 25에 도시된 바와 같이 트윈암(400)은 상기 클램퍼(300) 및 스핀들(S)에 간섭되지 않도록 역회전하면서 각각의 툴홀더(10)를 파지 해제한다.

도 26에 도시된 바와 같이 교환이 완료된 스핀들(S)은 교환공구(T2)가 장착된 툴홀더(10)를 클램핑한 상태로 가공을 위해 이동하고, 클램퍼(300)는 수직상태를 유지한다.

도 27에 도시된 바와 같이 장착공구(T1)가 장착된 툴홀더(10)의 초기 그립핑된 고유번호(212) '1'에 맞는 그립퍼(200)가 최하단에 위치하도록 상기 매거진플레이트(100)가 회전한다.

도 28 및 29에 도시된 바와 같이 왕복동실린더(320)가 작동하여 클램핑부재(310)를 수평상태로 회전시킴에 따라 장착공구(T1)가 장착된 툴홀더(10)는 고유번호(212) '1'의 그립퍼(200)에 그립핑된다. 또한, 이후의 작동과정상 스핀들(S)의 교환공구(T2)는 사용되어짐에 따라 장착공구(T1)로 바뀌고, 상기 과정을 반복함으로써 새로운 교환공구(T2)로의 교환이 계속적으로 이루어질 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 수직형 머시닝센터의 고정번지타입 자동공구교환장치는, 첫째 공구(T)가 장착된 툴홀더(10)가 저장되는 매거진플레이트(100) 및 그립퍼(200)의 구조를 간단하게 구성하여 생산 및 조립의 편의성을 확보하면서 제조단가를 낮출 수 있고, 보다 많은 수의 공구(T)를 저장할 수 있다.

둘째, 공구(T) 교환시에 공구(T)의 초기 저장된 위치에서 다른 위치로 저장되는 랜덤번지방식을 탈피하고, 자신의 고유번호(212)가 매겨진 지정된 위치에 공구(T)가 저장될 수 있는 고정번지방식을 가짐으로써 교체, 설치 및 사용상 편의성을 제고할 수 있다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

S : 스핀들
T : 공구
T1 : 장착공구 T2 : 교환공구
10 : 툴홀더
11 : 공구장착부 12 : 삽입결합부
13 : 플랜지부 13a : 함몰부
100 : 매거진플레이트
200 : 그립퍼
210 : 그립퍼몸체 211 : 반원형홈
212 : 고유번호 213 : 탄성편결합부
220 : 그립탄성편
221 : 탄성돌출부 222 : 탄성절곡부
300 : 클램퍼
310 : 클램핑부재 320 : 왕복동실린더
400 : 트윈암
410 : 트윈암부재 411 : 파지부
420 : 트윈암모터

Claims

수직으로 세워진 원판형상으로 회전 가능하게 설치된 매거진플레이트와, 상기 매거진플레이트의 외주에 방사상 등간격으로 각각 고정 설치되고, 공구가 장착된 각각의 툴홀더를 탄성적으로 그립핑하며, 각각 고유번호가 부착된 복수의 그립퍼와, 상기 매거진플레이트의 최하단에 설치되고, 교환하고자 하는 교환공구가 장착된 상기 툴홀더를 클램핑하여 상기 그립퍼로부터 하방을 향해 취출하는 클램퍼와, 상기 클램퍼의 하방에 설치되고, 수직형 머시닝센터의 스핀들로부터 장착공구가 장착된 툴홀더 및 상기 클램퍼로부터 상기 교환공구가 장착된 툴홀더를 각각 건네받아 서로 교환해주는 트윈암과, 상기 트윈암에 의해 교환되는 상기 장착공구 및 교환공구가 초기 그립핑된 각각의 고유번호에 맞는 상기 그립퍼로 복귀하도록 상기 매거진플레이트, 클램퍼 및 트윈암의 작동을 각각 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 그립퍼 각각은,
상기 매거진플레이트의 외주방향으로 상기 툴홀더의 일측 외주가 삽입 접촉되는 반원형홈이 형성되고, 내주방향으로 각각의 상기 고유번호가 부착되며, 상기 반원형홈의 일측에 탄성편결합부가 형성된 그립퍼몸체와,
'Y'자 형상의 판스프링으로 아랫변이 상기 그립퍼몸체의 탄성편결합부에 삽입 결합되고, 벌어진 한 쌍의 윗변 중 어느 하나가 상기 반원형홈과 함께 원을 형성하며, 상기 윗변 중 다른 하나는 인접한 다른 그립퍼몸체의 반원형홈과 함께 또 다른 원을 형성하면서 상기 그립퍼몸체의 반원형홈에 일측 외주가 삽입 접촉된 상기 툴홀더의 타측 외주를 감싸면서 탄성적으로 그립핑하는 그립탄성편을 포함하고,
상기 툴홀더는,
상기 공구가 장착되는 공구장착부 및 상기 스핀들에 삽입 결합되는 삽입결합부 사이에 환형의 플랜지부가 돌출 형성되며, 상기 플랜지부에는 내주방향으로 함몰된 환형의 함몰부가 형성되고,
상기 그립탄성편은,
상기 툴홀더의 플랜지부를 감싸면서 탄성적으로 그립핑하고, 상기 툴홀더의 함몰부에 삽입되도록 부분 절개되어 돌출된 탄성돌출부가 형성되며, 벌어진 한 쌍의 상기 윗변 각각은 상단에 서로 마주보도록 부분 절곡된 탄성절곡부가 형성된 것을 특징으로 하는 수직형 머시닝센터의 고정번지타입 자동공구교환장치.
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제1항에 있어서,
상기 클램퍼는,
상기 매거진플레이트의 최하단에 위치하는 그립퍼를 바라보는 수평상태에서 하방으로 90도 회전된 수직상태로 회전 가능하게 설치되고, 상기 그립퍼에 그립핑된 툴홀더의 삽입결합부를 클램핑 또는 언클램핑하도록 작동하는 클램핑부재와,
상기 클램핑부재를 수평상태와 수직상태로 각각 회전시키는 왕복동실린더를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 머시닝센터의 고정번지타입 자동공구교환장치.
제4항에 있어서,
상기 트윈암은,
상기 클램퍼의 하방에 회전 가능하게 설치되고, 양단에 각각 형성된 파지부를 통해 상기 스핀들로부터 상기 장착공구가 장착된 툴홀더 및 상기 클램퍼로부터 상기 교환공구가 장착된 툴홀더를 각각 파지하여 서로 교환해주는 트윈암부재와,
상기 트윈암부재를 정역회전시키는 트윈암모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 머시닝센터의 고정번지타입 자동공구교환장치.
제5항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 스핀들에 상기 장착공구가 장착된 툴홀더를 상기 교환공구가 장착된 툴홀더로 교환하고자 할 경우, 상기 매거진플레이트를 회전시켜 상기 교환공구가 장착된 툴홀더가 그립핑된 상기 그립퍼를 상기 매거진플레이트의 최하단에 위치시키고, 수평상태의 상기 클램퍼를 작동시켜 상기 교환공구가 장착된 툴홀더의 삽입결합부를 파지한 후 수직상태로 회전시키며, 상기 트윈암을 작동시켜 상기 스핀들로부터 장착공구가 장착된 툴홀더 및 상기 클램퍼로부터 상기 교환공구가 장착된 툴홀더를 서로 교환한 후 상기 클램퍼에 간섭되지 않도록 상기 트윈암을 역회전시키고, 상기 매거진플레이트를 회전시켜 상기 장착공구가 장착된 툴홀더의 고유번호에 맞는 초기 그립핑된 상기 그립퍼를 상기 매거진플레이트의 최하단에 위치시키며, 수직상태의 상기 클램퍼를 작동시켜 상기 장착공구가 장착된 툴홀더가 초기 그립핑된 상기 그립퍼에 그립핑되도록 수평상태로 회전시키는 것을 특징으로 하는 수직형 머시닝센터의 고정번지타입 자동공구교환장치.