KR20100061887A - 공작기계의 매트릭스형 툴매거진 - Google Patents

Abstract

본 발명은 메인스핀들(70)과 상기 그립퍼(30) 사이에서 툴(50)을 교환해주기 위한 메인 체인저(60)를 구비한 공작기계에 사용되는 복수개의 상기 툴(50)을 매트릭스 형태로 수납하는 공작기계의 매트릭스형 툴 매거진으로서, 복수개의 툴 수용부(41)가 수직방향으로 일정간격으로 배열되어 상기 툴(50)을 매트릭스 형태로 수납하도록 구성된 하나 이상의 툴홀더(40)와; 상기 툴(50)의 단부 형상에 상응하는 툴 파지부(31)가 마련되어 상기 툴(50)을 직접 파지하도록 구성된 그립퍼(30)와; 상기 그립퍼(30)를 상기 툴홀더(40)에 수납된 툴(50) 중 특정 툴(50)이 장착된 위치와, 상기 메인 체인저(60) 사이에서 이송가능하도록 해 주는 이송 수단(10, 20)을 포함하며, 상기 툴홀더(40)는 일체형으로 구성되고, 상기 툴홀더(40)에서 그립퍼(30)에 의해 파지된 툴(50)은 상기 이송수단(10, 20)에 의해 상기 툴홀더(40)와 상기 메인 체인저(60) 사이에서 중간매개체 없이 직접 전달되는 것을 특징으로 한다.

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Description

공작기계의 매트릭스형 툴매거진{Matrix type tool magazine for machine tool}

본 발명은 공작기계의 툴 매거진(Tool Magazine)에 관한 것이고, 보다 상세하게는 툴이 매트릭스 형태의 홀더에 수납되는 매트릭스형 툴 매거진(Matrix type tool magazine)에 관한 것이다.

일반적으로 현재의 공작기계는 다수개의 툴을 일개의 장치에 미리 설치하고, 상기 툴을 툴체인저를 이용하여 툴을 자동으로 교환하면서 가공장치에 연결 설치함으로서 공작물의 가공이 보다 편리하게 이루어질 수 있도록 구성되어 있다.

이를 위해 공작기계는 툴을 탑재할 수 있는 툴 매거진을 별도로 구비하고 있고, 툴 매거진에는 다양한 가공이 가능토록 모양이나 크기가 다른 다수개의 툴을 설치하고 아울러 툴 매거진 근방에는 툴체인저가 설치되어 있어 상기 툴을 가공장치에 전달하고 아울러 가공장치에 존재하는 툴을 툴 매거진에 다시 보내는 역할을 한다.

한편, 툴 매거진의 형태는 다양한 바, 최근에는 다수개의 툴을 효율적으로 수납하기 위하여 매트릭스 형태의 홀더에 툴을 수납하는 매트릭스형 툴 매거진이 사용되고 있다.

도 7 내지 도 9는 종래의 매트릭스형 툴 매거진의 정면도, 측면도, 평면도를 각각 도시하고 있다.

우선, 도 9에 도시된 것과 같이 종래의 매트릭스형 툴 매거진은 복수개의 툴(5)이 매트릭스 형태로 배치된 포트 플레이트(6)들 사이에 수납되어 있다.

그리고 도 7 및 도 8에 도시된 것과 같이, 수납된 매트릭스형 매거진의 포트 플레이트(6)에 수납된 툴(5)을 파지(grip)하기 위해 그립퍼(3)가 마련되는 바, 그립퍼(3)는 수평 이송축 슬라이드(1)를 따라 횡방향으로 이송되고 수직 이송축 슬라이드(2)를 따라 종방향으로 이송가능하도록 구성되어, 교환을 원하는 툴(5)에 효과적으로 접근할 수 있도록 되어 있다.

그러나, 도 10에 도시된 것과 같이 종래의 매트릭스형 툴 매거진에 사용되는 그립퍼(3)는 툴(5) 자체를 붙잡는 것이 아니라, 툴(5)을 수납하고 있는 포트(4)를 붙잡아서 툴체인저로 이동하는 방식으로 구성되어 있다.

따라서, 종래에는 도 8에 도시된 것과 같이 그립퍼(3)와 메인 체인저 사이에서 툴교환시까지 툴 포트(4)를 대기시키기 위해 서브 체인저(7)와 웨이팅 포트(8)를 추가로 설치하여야 하므로, 구성이 복잡해지고 작동 과정에서 툴간의 충돌이나 작동 오류가 발생할 가능성이 높았다.

또한, 종래의 매트릭스형 툴 매거진에서 각 툴(5)의 수납은 툴(5)이 포트(4)에 장착된 상태로 상하로 각각 조립된 포트 플레이트(6)들 사이에 단순히 배치되는 방식이므로, 외부 진동이나 충격에 의해 툴(5)을 수납하고 있는 포트(4)가 상하 포 트 플레이트(6) 사이에서 흘러나오거나 이탈되는 경우가 빈번히 발생한다.

그에 따라, 이송된 그립퍼(3)가 포트(4)를 정확하게 붙잡을 수가 없게 되어 포트(4)에 수납된 툴(5)가 이탈되어 낙하할 우려가 있었다.

또한, 포트(4)가 수납될 위치를 정확히 맞추기 위하여 포트(4)가 배치될상하부 포트 플레이트(6)의 평행도를 개별적으로 확인한 후 조립하여야 하므로 포트 플레이트(6) 조립체의 조립에 많은 시간이 소요되었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결코자 하는 것으로서, 공작기계용 매트릭스형 툴 매거진의 구조를 개선하는 것을 기술적 과제로 한다.

구체적으로, 본 발명은 그립퍼가 포트를 매개로 하지 않고 툴을 직접 붙잡고 이동하도록 함으로써, 별도의 서브 체인저나 웨이팅 포트 없이 그립퍼로부터 직접 메인 체인저로 이동할 수 있도록 하는 것을 기술적 과제로 한다.

또한, 본 발명은 툴 포트의 위치 및 평행도를 맞추기 위하여 다수개의 툴 플레이트를 조립할 필요 없이, 툴 수납 수단을 일체형의 툴 홀더로 구성함으로써 툴 수납 수단의 설치 시간을 단축시키는 것을 기술적 과제로 한다.

또한, 본 발명은 툴 수납 수단인 툴 홀더에 고정수단을 마련하여 툴 수납 안정성을 높여 툴이 이탈될 가능성을 방지하는 것을 기술적 과제로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 공작기계의 매트릭스형 툴 매거진은, 메인스핀들(70)과 상기 그립퍼(30) 사이에서 툴(50)을 교환해주기 위한 메인 체인저(60)를 구비한 공작기계에 사용되는 복수개의 상기 툴(50)을 매트릭스 형태로 수납하는 데에 적용되는 것으로서, 복수개의 툴 수용부(41)가 수직방향으로 일정간격으로 배열되어 상기 툴(50)을 매트릭스 형태로 수납하도록 구성된 하나 이상의 툴홀더(40)와; 상기 툴(50)의 단부 형상에 상응하는 툴 파지부(31)가 마련되어 상기 툴(50)을 직접 파지하도록 구성된 그립퍼(30)와; 상기 그립퍼(30)를 상기 툴홀더(40)에 수납된 툴(50) 중 특정 툴(50)이 장착된 위치와, 상기 메인 체인저(60) 사이에서 이송가능하도록 해 주는 이송 수단(10, 20);을 포함한다.

여기서, 상기 툴홀더(40)는 일체형으로 구성되며, 상기 툴홀더(40)에서 그립퍼(30)에 의해 파지된 툴(50)은 상기 이송수단(10, 20)에 의해 상기 툴홀더(40)와 상기 메인 체인저(60) 사이에서 중간 매개체 없이 직접 전달되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 툴홀더(40)는 상기 툴(50)의 이탈을 방지하기 위해 상기 툴(50)의 외주면에서 내측으로 상기 툴(50)을 가압하는 브라켓(43)과, 상기 브라켓(43)에 가압력을 전달하기 위한 가압수단(44)으로 구성된 툴 고정수단(42);을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 이송 수단(10, 20)은, 상기 그립퍼(30)를 횡방향으로 이송시키는 수평 이송수단(10)과; 상기 그립퍼(30)를 종방향으로 이송시키는 수직 이송수단(20);으로 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명은 종래와 같이 별도의 서브 체인저나 웨이팅 포트가 필요 없이 툴(50)을 직접 메인 체인저(60)로 이송할 수 있게 되므로, 툴교환을 위한 대기 시간을 줄일 수 있다.

또한, 본 발명은 툴 수납 구조, 즉 툴홀더(40)를 일체형으로 구성함으로써 종래와 같이 개별적인 상하부 포트 플레이트를 조립할 필요가 없어지는 바, 조립시간을 현격히 줄일 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 툴홀더(40)의 툴수용부(41)에 스프링과 같은 가압 수단(44)과 브라켓(42)으로 구성된 툴고정수단(42)을 마련함으로써 툴(50)이 이탈될 가능성을 현저히 감소시켰다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 매트릭스형 툴 매거진의 정면도, 측면도, 평면도 및 배면도를 각각 도시하고 있다.

본 발명에 따른 매트릭스형 툴 매거진은 메인스핀들(70)에 장착된 툴(50)을 교환하기 위한 ATC 암(80)과 메인 체인저(60)를 구비한 공작기계에 적용되는 것으로서, 툴(50)을 이송시키기 위한 수평 및 수직 이송 수단(10, 20)과, 툴(50)을 파지(把持, grip)하기 위한 그립퍼(30)와, 매트릭스 형태로 복수개의 툴(50)을 수납하기 위한 툴홀더(40)로 구성되어 있다.

수평 이송 수단(10) 및 수직 이송 수단(20)은 그립퍼(30)를 메인 체인저(60)의 ATC 암(80)과 툴홀더(40) 상의 소정 지점 사이에서 이송시키도록 한다. 수평 이송 수단(10)과 수직 이송 수단(20)은 각각 수평 이송축(11)과 수직 이송축(21)상 에서 슬라이딩 이동 가능하도록 구성되는 것이 바람직하다.

즉, 도 1 내지 도 3에 도시된 것과 같이 메인 체인저(60)의 ATC 암(80)으로부터 전달받은 툴(50)을 그립퍼(30)에 파지한 상태로 수평 이송 수단(10)에 의해 수평 이송축(11)을 따라 슬라이딩 이송시킨 후, 수직 이송 수단(20)에 의해 수직 이송축(21)을 따라 이송시켜 도 4에 도시된 툴 홀더(40) 중 원하는 위치까지 그립퍼(30)를 이송시킬 수 있게 된다. 그리고, 툴홀더(40)의 특정 위치에 수납된 툴(50)을 ATC 암(80)으로 이송시키는 경우에는 이상의 과정과 역순으로 수직 이송 수단(20) 및 수평 이송 수단(10)을 적절히 작동하여 그립퍼(30)에 의해 툴(50)을 파지한 후, ATC 암(80)까지 그립퍼(30) 및 툴(50)을 이송한다.

그립퍼(30)는 툴(50)을 파지하기 위한 구성으로서, 본 발명에서는 종래의 매트릭스형 매거진과 달리 툴(50)을 포트를 매개로 하지 않고 직접 파지하는 것을 특징으로 한다.

이를 위해 그립퍼(30)는, 도 5에 도시된 것과 같이 툴(5) 단부 형상에 대응하는 형상을 가진 툴 파지부(31)를 마련하여 툴(5)을 중간 매개체, 예컨대 툴 포트 없이 직접 파지할 수 있게 된다.

이러한 본 발명의 그립퍼(30) 구성은 툴(5)을 수납하고 있는 툴 포트(4)를 파지하는 종래의 그립퍼(3, 도 10 참조)의 구성과 명확히 구별된다.

이와 같이, 툴(50)을 직접 파지하는 본 발명의 그립퍼(30) 구성에 따라, 본 발명의 툴 수납 수단, 즉 툴홀더(40) 또한 종래와 상이한 구성을 가질 수 있게 된다.

즉, 도 4에 도시된 것과 같이, 본 발명의 툴홀더(40)는 일체형으로 구성된 것을 주요한 특징으로 한다. 즉, 툴홀더(40)에는 툴(50)을 수납하기 위한 복수개의 툴 수용부(41)가 수직방향으로 일정간격으로 배열되어 있으며 바람직하게는 툴 수용부(41)는 동일한 높이마다 좌우 양측에 각각 마련될 수 있다.

또한, 툴 수용부(41)의 형상은 툴(50)을 효과적으로 수납할 수 있도록 툴(50)의 외주면 형상에 대응되도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 바람직한 실시예에 따르면 본 발명의 툴홀더(40)는 파지한 공구의이탈을 방지하기 위한 툴 고정수단(42)이 더 마련될 수 있는 바, 툴 고정수단(42)에 대해서는 6을 참조로 보다 상세히 설명한다.

도 6a는 본 발명에 따른 툴홀더(40)의 평면도이고, 도 6b는 툴(50)이 파지한 상태를 나타낸 툴홀더(40)의 상세도이며, 도 6c는 툴홀더(40)에 의해 툴(50)이 파지된 모습을 도시한 도면이다.

도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 툴 고정수단(42)은 툴홀더(40) 툴 수용부(41)의 소정 위치, 바람직하게는 툴 수용부(41)를 구성하는 원호 중심축이 통과하는 외주부에 마련되며, 브라켓(43)과 가압수단(44)으로 이루어져 있다.

브라켓(43)은 툴 수용부(41)에 안착된 툴(50)의 이탈을 방지하기 위해 툴(50)의 외주면에서 내측으로 툴(50)을 가압하는 역할을 수행한다.

가압수단(44)은 브라켓(43)에 가압력을 전달하기 위한 수단으로서 바람직하게는 탄성을 가진 스프링으로 구현할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

이상의 구성에 따라 본 발명의 매트릭스형 매거진의 작동 과정을 설명한다.

본 발명의 매트릭스형 매거진 작동의 개요는 다음과 같다.

수평 이송수단(10)과 수직 이송수단(20)로 구성되어 있는 슬라이드 구조에 툴(50)을 직접 파지할 수 있는 그립퍼(30)를 장착한다.

그 다음, 이송 수단(10, 20)을 이용하여 그립퍼(30)를 매트릭스 형태로 툴(50)을 수납하고 있는 일체형으로 된 툴홀더(40)의 교환할 툴(50)의 위치로 이송시켜 해당 툴(5)을 파지한다.

툴(50)을 파지한 상태로 그립퍼(30)를 이송 수단(10, 20)에 의해 메인 체인저(60)로 이동시켜 메인 스핀들(70)에 있는 툴(50)과 교환한 후, 교환된 툴(50)을 그립퍼(30)가 파지한 상태로 다시 툴홀더(50)의 해당 툴 위치로 이동시켜 수납한다.

이상의 작동 과정을 보다 상세하게 설명한다.

오픈 상태의 그립퍼(30)가 대기위치에 있는 상태에서 툴 호출지령이 발생하면, 먼저 수평 이송수단(10)에 의해 그립퍼(30)를 원하는 수평 위치로 이동시킨다음, 수직 이송수단(20)에 의해 그립퍼(30)를 수직방향으로 낙하시킴으로써 지령된 툴의 위치에 위치하도록 한다.

그립퍼(30)가 원하는 툴 위치에 도달한 상태에서 다시 수평 이송 수단(10)을 저속으로 지령된 툴의 위치까지 전진시키면 그립퍼(30)가 해당 툴(50)을 파지한다.

툴(50)을 파지한 후 그립퍼(30)는 수평 이송수단(10)에 의해 저속으로 후퇴한 다음 이상의 과정과 역순으로 수직 이송 수단(20) 및 수평 이송 수단(10)에 의해 수직 이송축(21)과 수평 이송축(11)을 따라 이송하여 대기 위치로 복귀한다.

그 다음, 대기 위치에 있는 ATC 암(80)에 해당 툴(50)을 장착하고 그립퍼(30)는 대기 위치로 이동한다.

ATC 암(80)에 해당 툴(50)을 장착된 상태에서 실린더(90)에 의해 메인 체인저(60)를 스핀들(70) 방향으로 90도 회전시키면, ATC 암(80)이 스핀들(70) 방향으로 이동하여 A 위치(툴매거진 측)에서 B 위치(스핀들 측)로 이송된다(도 3 참조).

ATC 암(80)이 스핀들(70) 쪽으로 접근한 상태에서 스핀들(70)의 툴(50)을 파지하면 ATC 암(80)이 전진하고 180도 회전하여 툴(50)을 교환한 후 다시 실린더(90)에 의해 A 위치(툴 매거진 측)으로 회전하여 대기 위치로 이동한다.

한편, 교환된 툴(50)은 대기하고 있는 그립퍼(30)에 의해 파지된 후, 이송 수단(10, 20)에 의해 매트릭스 형태의 툴홀더(40)의 툴 수용부(41)로 이송된다.

툴홀더(40)의 툴수용부(41)로 이동된 툴(50)은 낙하 방지를 위하여 각각의 스프링과 같은 가압 수단(44)과 브라켓(43)으로 구성된 툴 고정수단(42)에 의해 지지된다(도 6 참조).

이상과 같이, 본 발명에 따르면 그립퍼(30)가 포트와 같은 중간 매개체 없이 직접 툴(50)을 파지한 후 이동하는 방식이다.

따라서, 본 발명은 종래와 같이 별도의 서브 체인저나 웨이팅 포트가 필요 없이 툴(50)을 직접 메인 체인저(60)로 이송할 수 있게 되므로, 툴교환을 위한 대기 시간을 줄일 수 있다.

또한, 본 발명은 툴 수납 구조, 즉 툴홀더(40)를 일체형으로 구성함으로써 종래와 같이 개별적인 상하부 포트 플레이트를 조립할 필요가 없어지는 바, 조립시 간을 현격히 줄일 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 툴홀더(40)의 툴수용부(41)에 스프링과 같은 가압 수단(44)과 브라켓(42)으로 구성된 툴고정수단(42)을 마련함으로써 툴(50)이 이탈될 가능성을 현저히 감소시켰다.

이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였지만, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.

따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 매트릭스형 툴 매거진의 정면도, 측면도, 평면도 및 배면도.

도 5는 본 발명에 따른 매트릭스형 툴 매거진에 적용되는 그립퍼(30)의 상세도.

도 6은 본 발명에 따른 매트릭스형 툴 매거진에 적용되는 툴홀더(40)의 상세도.

도 7 내지 도 9는 종래 기술에 따른 매트릭스형 툴 매거진의 정면도, 측면도, 평면도.

도 10은 종래 기술에 따른 매트릭스형 툴 매거진에 적용되는 그립퍼(3)의 상세도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10: 수평 이송 수단 11: 수평 이송축

20: 수직 이송 수단 21: 수직 이송축

30: 그립퍼 31: 툴파지부

40: 툴홀더 41: 툴 수용부

42: 툴 고정수단 43: 브라켓

44: 가압수단 50: 툴

60: 메인 체인저 70: 스핀들

80: ATC 암 90:실린더

Claims (3)

1. 복수개의 툴(50)을 매트릭스 형태로 수납하는 공작기계의 매트릭스형 툴 매거진으로서,

   복수개의 툴 수용부(41)가 수평방향으로 일정간격으로 배열되어 상기 툴(50)을 매트릭스 형태로 수납하도록 구성된 하나 이상의 툴홀더(40)와;

   상기 툴(50)의 단부 형상에 상응하는 툴 파지부(31)가 마련되어 상기 툴(50)을 직접 파지하도록 구성된 그립퍼(30)와;

   상기 그립퍼(30)를 상기 툴홀더(40)에 수납된 툴(50)과 상기 메인 체인저(60) 사이에서 이송가능하도록 해 주는 이송 수단(10, 20);을 포함하고,

   상기 툴홀더(40)는 일체형으로 구성되며,

   상기 툴홀더(40)에서 그립퍼(30)에 의해 파지된 툴(50)은 상기 이송수단(10, 20)에 의해 상기 툴홀더(40)와 상기 메인 체인저(60) 사이에서 중간매개체 없이 직접 전달되는 것을 특징으로 하는 공작기계의 매트릭스형 툴 매거진.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 툴홀더(40)는 상기 툴(50)의 이탈을 방지하기 위해 상기 툴(50)의 외주면에서 내측으로 상기 툴(50)을 가압하는 브라켓(43)과, 상기 브라켓(43)에 가압력을 전달하기 위한 가압수단(44)으로 구성된 툴 고정수단(42);

   을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 매트릭스형 툴 매거진.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 이송 수단(10, 20)은,

   상기 그립퍼(30)를 횡방향으로 이송시키는 수평 이송수단(10)과;

   상기 그립퍼(30)를 종방향으로 이송시키는 수직 이송수단(20);으로 구성되는 것을 특징으로 하는 공작기계의 매트릭스형 툴 매거진.

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