KR100944602B1 - 공구와 공구홀더 및 공작기계 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 통상의 공구와 마찬가지로 공작기계의 주축에 자유롭게 착탈되도록 장착되고, 외부의 전원 등과 결선되지 않아도 구동가능하며, 외부에서 전력을 공급하지 않아도 공작기계의 주축보다 높은 회전수를 얻을 수 있으며, 자동공구교환이 가능하도록 된 공구에 있어서, 공작물을 가공하는 가공구와, 이 가공구를 구동시키는 전동기, 공작기계의 주축으로부터 회전력이 전달되어 전동기를 구동시키는 전력이 발생되는 발전기, 소정값 이상의 전류가 흐를 때 발전기에서 전동기로의 전류공급로를 차단하는 차단기를 갖추고 있다.

Description

공구와 공구홀더 및 공작기계 {Tool, tool holder, and machine tool}
본 발명은 공작기계의 주축에 장착되는 공작물을 가공하는 공구에 관한 것이다.
예컨대, 머시닝센터 등 주축을 구비한 공작기계에서, 주축의 최대회전수는 주축을 자유롭게 회전되도록 지지하는 메인베어링의 구조나 윤활방식에 의해 결정된다. 그래서, 이 최대회전수보다 높은 회전수로 공구를 회전시키고 싶을 때에는 예컨대 증속장치를 이용하게 된다.
증속장치로서는, 예컨대 공구를 주축에 착탈가능하게 지지하도록 된 유성치차기구 등의 치차기구를 구비한 것이 알려져 있다.
그러나, 상기와 같은 치차기구에 의한 증속장치에 의해 공구를 주축의 회전수보다 증속시킬 때, 회전수가 수 만 내지 수십 만에 이르도록 초고속으로 회전시키면, 증속장치의 발열이 증대하고, 공구의 열팽창 때문에 가공정도에 영향을 줄 수 있다. 또, 회전수가 수 만 내지 수십 만에 이르는 초고속회전에서는, 증속장치로부터의 소음도 증대한다. 더욱이, 증속장치는 예컨대 회전수가 수 만 내지 수십 만에 이르는 회전을 견뎌내는 신뢰성이 높은 구조로 되어 있기 때문에 비교적 제조비용이 상승되는 단점도 있다.
이에 본 발명의 목적은, 통상의 공구와 마찬가지로 공작기계의 주축에 자유롭게 착탈가능하게 장착되고, 외부의 전원 등과 결선되지 않아도 구동가능하며, 외부에서 전력을 공급하지 않아도 공작기계의 주축보다 높은 회전수를 얻을 수 있으며, 자동공구교환이 가능하도록 된 공구 및 공구홀더를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 공구 및 공구홀더를 구비한 공작기계를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 제 1관점에 따른 공구는, 공작기계의 주축에 착탈되는 공구에 있어서, 공작물을 가공하는 가공구와, 이 가공구를 구동시키는 전동기, 공작기계의 주축으로부터 회전력이 전달되어 전동기를 구동시키는 전력이 발생되는 발전기 및, 이 발전기에서 전동기로의 전류공급로에 소정값 이상의 전류가 흐를 때 공급로를 차단하도록 된 차단수단을 갖추고 있다.
본 발명의 제 1관점에 따른 공구홀더는, 공작물을 가공하는 가공구를 지지할 수 있고 공작기계본체의 주축에 착탈되는 공구홀더에 있어서, 가공구를 자유롭게 회전되도록 지지하는 공구지지부와, 이 공구지지부를 회전시키는 전동기, 공작기계의 주축으로부터 회전력이 전달되어 전동기를 구동시키는 전력이 발생되는 발전기 및, 이 발전기에서 전동기로 전력을 공급하는 공급로에 소정값 이상의 전류가 흐를 때 공급로를 차단하도록 된 차단수단을 갖추고 있다.
본 발명의 제 1관점에 따른 공작기계는, 주축과 이 주축을 구동시키는 구동수단 및 이 주축과 공작물의 상대위치를 변경시키는 적어도 하나의 제어축을 구비하는 공작기계본체와, 공작물을 가공하는 가공구와, 이 가공구를 구동시키는 전동기 및 주축으로부터 회전력이 전달되어 전동기를 구동시키는 전력이 발생되는 발전기를 갖추고 주축에 착탈되는 공구 및, 구동수단과 제어축을 가공프로그램에 따라 구동제어하는 제어장치를 갖춘 공작기계에 있어서, 공구는 발전기로부터 전동기로의 전류공급로에 소정값 이상의 전류가 흐를 때 공급로를 차단하도록 된 차단수단을 구비한다.
본 발명의 제 2관점에 따른 공구는, 공작기계의 주축에 착탈가능하게 장착되는 공구에 있어서, 공작물을 가공하는 가공구와, 이 가공구를 구동시키는 전동기, 주축의 회전력에 의해 전력을 발생시키는 발전기, 이 발전기에서 발전된 전력의 전동기로의 공급을 제어하여 전동기를 구동제어하는 제어수단 및, 전동기의 구동상태를 검출하는 구동상태 검출수단을 구비하되, 제어수단은 구동상태 검출수단에 의해 검출된 정보에 의해 전동기를 구동제어하도록 되어 있다.
본 발명의 제 2관점에 따른 공구홀더는, 공작물을 가공하는 가공구를 지지할 수 있게 되어 있고, 공작기계본체의 주축에 착탈가능하게 장착되는 공구홀더에 있 어서, 가공구를 구동시키는 전동기와, 주축의 회전력에 의해 전력을 발생시키는 발전기, 이 발전기에서 발전된 전력의 전동기로의 공급을 제어하여 전동기를 구동제어하는 제어수단 및, 전동기의 구동상태를 검출하는 구동상태 검출수단을 구비하되, 제어수단은 구동상태 검출수단에 의해 검출된 정보에 의해 전동기를 구동제어하도록 되어 있다.
본 발명의 제 2관점에 따른 공작기계는, 주축과, 이 주축을 구동시키는 구동수단 및, 주축과 공작물의 상대위치를 변경시키는 적어도 하나의 제어축을 구비하는 공작기계본체와, 구동수단 및 제어축을 가공프로그램에 따라 구동제어하는 제어장치 및, 공작물을 가공하는 가공구와, 이 가공구를 구동하는 전동기, 주축의 회전력에 의해 전력을 발생시키는 발전기, 이 발전기에서 발전된 전력의 전동기로의 공급을 제어하여 전동기를 구동제어하는 제어수단 및, 전동기의 구동상태를 검출하는 구동상태 검출수단을 갖추고 공작기계본체의 주축에 착탈가능하게 장착되는 공구를 구비하되, 공구의 제어수단은 구동상태 검출수단에 의해 검출된 정보에 의해 전동기를 구동제어하도록 되어 있다.
본 발명의 제 3관점에 따른 공구는, 공작기계의 주축에 착탈가능하게 장착되는 공구에 있어서, 공작물을 가공하는 가공구와, 이 가공구를 구동시키는 전동기, 공작기계의 주축으로부터 회전력이 공급되어 전동기를 구동시키는 전력이 발생되는 발전기, 이 발전기의 회전수에 대응되는 광신호를 생성하는 광신호 생성수단 및, 외부로부터 이 광신호 생성수단으로 빛을 유도하고, 광신호 생성수단에서 생성된 광신호를 외부에 출력하는 도광수단을 갖추고 있다.
본 발명의 제 3관점에 따른 공구홀더는, 공작물을 가공하는 가공구를 지지할 수 있게 되어 있고, 공작기계본체의 주축에 착탈가능하게 장착되는 공구홀더에 있어서, 가공구를 구동시키는 전동기와, 주축의 회전력에 의해 전동기를 구동시키는 전력이 발생되는 발전기, 전동기의 회전수에 대응되는 광신호를 생성하는 광신호 생성수단 및, 외부로부터 이 광신호 생성수단에 빛을 유도하고, 광신호 생성수단에서 생성된 광신호를 외부에 출력하는 도광수단을 갖추고 있다.
본 발명의 제 3관점에 따른 공작기계는, 주축과, 이 주축을 구동시키는 구동수단 및, 주축과 공작물의 상대위치를 변경시키는 적어도 하나의 제어축을 구비하는 공작기계본체와, 구동수단 및 제어축을 가공프로그램에 따라 구동제어하는 제어장치, 공작물을 가공하는 가공구와, 이 가공구를 구동시키는 전동기, 공작기계본체의 주축으로부터 회전력이 공급되어 전동기를 구동시키는 전력이 발생되는 발전기, 이 발전기의 회전수에 대응되는 광신호를 생성하는 광신호 생성수단 및, 외부로부터 이 광신호 생성수단에 빛을 유도하고, 광신호 생성수단에서 생성된 광신호를 외부에 출력하는 도광수단을 구비하며 공작기계본체의 주축에 착탈가능하게 장착되는 공구, 이 공구의 도광수단에 빛을 비접촉으로 출력시키면서 광신호를 비접촉으로 수신하는 수광수단 및, 수신된 광신호에 의해 전동기의 회전수를 검출하는 회전수 검출수단을 갖추고 있다.
본 발명의 제 4관점에 따른 공구는, 공작기계의 주축에 착탈가능하게 장착되는 공구에 있어서, 공작물을 가공하는 가공구와, 이 가공구를 구동시키는 전동기, 공작기계의 주축으로부터 회전력이 공급되어 전동기를 구동시키는 전력이 발생되는 발전기, 이 발전기의 회전수를 검출하는 회전검출수단 및, 이 회전검출수단의 검출된 회전수를 외부에서 식별할 수 있도록 표시하는 회전수 표시수단을 갖추고 있다.
본 발명의 제 4관점에 따른 공구홀더는, 공작물을 가공하는 가공구를 지지할 수 있게 되어 있고, 공작기계본체의 주축에 착탈가능하게 장착되는 공구홀더에 있어서, 가공구를 구동시키는 전동기와, 주축의 회전력에 의해 전동기를 구동시키는 전력이 발생되는 발전기, 전동기의 회전수를 검출하는 회전검출수단 및, 이 회전검출수단에서 검출된 회전수를 외부에서 식별할 수 있도록 표시하는 회전수 표시수단을 갖추고 있다.
본 발명의 제 4관점에 따른 공작기계는, 주축과, 이 주축을 구동시키는 구동수단 및, 주축과 공작물의 상대위치를 변경시키는 적어도 하나의 제어축을 구비하는 공작기계본체와, 구동수단 및 제어축을 가공프로그램에 따라 구동제어하는 제어장치 및, 공작물을 가공하는 가공구와, 이 가공구를 구동시키는 전동기, 공작기계본체의 주축으로부터 회전력이 공급되어 전동기를 구동시키는 전력이 발생되는 발전기, 이 발전기의 회전수를 검출하는 회전검출수단 및, 이 회전검출수단에서 검출된 회전수를 외부에서 식별할 수 있도록 표시하는 회전수 표시수단을 구비하고 공작기계본체의 주축에 착탈가능하게 장착되는 공구를 갖추고 있다.
본 발명의 제 1관점에서는, 주축에 장착되는 공구에 발전기 및 전동기를 구비하고, 주축의 회전력을 이용하여 발전하며, 발전된 전력으로 전동기를 구동시켜 가공구를 회전시킨다. 이에 따라, 외부의 전원 등과 결선되지 않고도 공구의 구동이 가능하게 되며, 자동공구교환도 가능하게 된다.
또, 본 발명의 공구는 주축의 회전력을 이용하여 발전되기 때문에, 가공 중에 가공구에 과부하가 인가된 경우에 있어서도, 주축은 그대로 구동되므로 발전기나 전동기에 과전류가 흐를 가능성이 있다. 그러므로, 본 발명에서는 차단수단을 설치하여 발전기로부터 전동기로의 전류의 공급로에 소정 이상의 전류가 흐를 때 공급로를 차단함으로써 발전기 및 전동기를 보호하게 된다.
본 발명의 제 2관점의 주축에 장착된 공구는, 주축에 착탈되는 공구에 발전기 및 전동기를 구비하고, 주축의 회전력을 이용하여 발전되며, 발전된 전력으로 전동기를 구동시켜 가공구를 회전시킨다. 이에 따라, 외부의 전원 등과 결선되지 않아도 공구의 구동이 가능하게 되며, 자동공구교환도 가능하게 된다.
더욱이, 본 발명의 제 2관점에서는 구동상태 검출수단에 의해 전동기의 구동상태를 검출하고 이를 제어수단에 피드백하여 전동기의 구동제어를 실시함으로써, 주축과 독립시켜 여러 종류의 공구를 사용할 수 있을 뿐만 아니라 정밀한 제어가 가능하게 된다.
본 발명의 제 3관점의 주축에 장착된 공구는, 주축에 착탈되는 공구에 발전기 및 전동기를 구비하고, 주축의 회전력을 이용하여 발전되며, 발전된 전력으로 전동기를 구동시켜 가공구를 회전시킨다. 이에 따라, 외부의 전원 등과 결선되지 않아도 공구의 구동이 가능하게 되며, 자동공구교환도 가능하게 된다.
더욱이, 본 발명의 제 3관점에서는 공구에 광신호 생성수단 및 도광수단을 구비하며, 외부로부터 입력되는 빛이 광신호 생성수단에 의해 전동기의 회전수에 대응되는 광신호로 생성되고, 이 광신호를 외부에 출력한다. 이 출력된 광신호에 의해 전동기의 회전수를 검출함에 따라 공구에 광원이나 수광장치를 내장할 필요가 없으며, 공구의 소형화가 가능하게 된다.
본 발명의 제 4관점의 주축에 장착된 공구는, 주축에 착탈되는 공구에 발전기 및 전동기를 구비하고, 주축의 회전력을 이용하여 발전되며, 발전된 전력으로 전동기를 구동시켜 가공구를 회전시킨다. 전동기가 회전하면 회전검출수단에 의해 회전수가 검출되고, 이 회전수는 회전수 표시수단에 의해 외부에서 식별할 수 있도록 표시된다. 그러므로, 공구의 구동상황을 용이하게 파악할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따르면, 통상의 공구처럼 공작기계의 주축에 자유롭게 착탈가능하게 장착할 수 있으며, 외부의 전원 등과 결선되지 않아도 구동가능할 뿐만 아니라 외부에서 전력을 공급하지 않아도 공작기계의 주축보다 높은 회전수를 얻을 수 있고, 자동공구교환도 가능하다.
이하 본 발명의 실시예에 관해 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
제 1실시예
도 1은 본 발명이 적용된 공작기계의 일예인 머시닝센터의 구성도로서, 머시닝센터는 복합가공이 가능한 수치제어 공작기계이다.
머시닝센터(1)는 공작기계본체(2)와 수치제어장치(250;이하 NC장치) 및 프로그램형 논리제어기(150;이하 PLC)를 구비하고 있다.
도 1에서, 공작기계본체(2)는 문형(門型)의 기둥(38)의 각 축에 의해 양단부를 이동가능하게 지지하는 가로대(37)를 구비하고, 이 가로대(37)상을 이동가능하게 지지하는 새들(44;saddle)을 매개로 램(45)이 연직방향(Z축방향)으로 이동가능하게 설치되어 있다.
새들(44)에는 수평방향으로 가로대(37)내를 관통하는 나사부(도시되지 않음)가 형성되어 있고, 이 나사부의 외주에는 나사부가 형성된 이송축(41)이 나사결합되어 있다.
이송축(41)의 한쪽 단부에는 서보모터(19)가 접속되어 있으며, 이송축(41)은 이 서보모터(19)에 의해 회전구동된다.
이송축(41)의 회전구동에 의해 새들(44)은 Y축방향으로 이동가능하게 되며, 이에 따라 램(45)의 Y축방향의 이동 및 위치결정이 이뤄진다.
더욱이, 새들(44)에는 연직방향으로 나사부(방향은 도시되지 않음)가 형성되어 있고, 이 새들(44)의 나사부에는 외주에 나사부가 형성된 이송축(42)이 나사결합되어 있으며, 이송축(42)의 단부에는 서보모터(20)가 접속되어 있다.
이송축(42)은 서보모터(20)에 의해 회전구동되고, 이송축(42)의 회전에 의해 새들(44)에 이동가능하게 설치된 램(45)의 Z축방향의 이동과 위치결정이 이뤄진다.
램(45)내에는 주축모터(31)가 내장되어 있고, 이 주축모터(31)는 램(45)에 자유롭게 회전할 수 있도록 지지된 주축(46)을 회전구동시킨다.
*주축(46)의 선단에는 엔드밀 등의 가공구와 이 가공구를 지지하는 공구홀더로 이루어진 공구(T)가 장착되어 주축(46)의 회전에 의해 공구(T)가 구동된다.
램(45)의 아래쪽에는 가공해야 할 공작물을 고정하는 테이블(35)이 X축방향으로 이동가능하게 설치되어 있다. 이 테이블(35)에는 나사부(도시되지 않음)가 형성되어 있고, 이 나사부에는 X축방향을 따라 설치된 이송축(도시되지 않음)이 나사결합되어 있으며, 이 이송축에 서보모터(18)가 접속되어 있다.
테이블(35)은 서보모터(18)의 회전구동에 의해 X축방향의 이동 및 위치결정이 이뤄진다.
2개의 문형의 기둥(38)에는 나사부(도시되지 않음)가 각각 형성되어 있고, 이 나사부에 나사결합되는 이송축(32a)을 가로대 승강용 모터(32)에 의해 회전구동시킴으로써 가로대(37)가 상승된다.
자동공구교환장치(39;ATC)는 주축(46)에 대해 각종 공구(T)를 자동교환한다.
이 자동공구교환장치(39)는, 예컨대 매거진(magazine;도시되지 않음)에 엔드밀, 드릴 등의 각종 가공구를 공구홀더에 의해 지지한 공구(T)를 수납하며, 주축(46)에 장착된 공구(T)를 공구교환아암(도시되지 않음)에 의해 매거진에 수납하고, 필요한 공구(T)를 공구교환아암에 의해 주축(46)에 장착한다.
NC장치(250)는, 상기 서보모터(18,19,20)와 가로대 승강용 모터(32)를 구동제어한다.
또한 NC장치(250)는, 구체적으로는 가공프로그램에서 미리 규정된 공작물의 가공순서에 따라 서보모터(18,19,20,32)에 의한 공구(T)와 공작물 사이의 위치 및 속도제어를 실시한다. 또, NC장치(250)는 가공프로그램에서 예컨대 S코드로 규정된 주축모터(31)의 회전수(단위시간당 회전수)를 해독하여 주축(46)의 회전수를 제어한다.
또, NC장치(250)는 NC프로그램에서 예컨대 M코드로 규정된 공구(T)의 교환동작을 해독하여 각종 공구(T)의 자동교환을 실행한다.
PLC(150)는 NC장치(250) 및 조작패널(200)과 접속되어 있고, 이 PLC(150)는 미리 결정된 시퀀스프로그램에 따라 머시닝센터(1)의 기동, 정지를 실시하거나, 조작패널(200)의 표시부를 점등, 소등하는 신호를 출력하는 등 각종 시퀀스제어를 실시하게 된다.
또, PLC(150)는 주축모터(31)를 구동제어하는 주축모터 드라이버(157)와 접속되고, PLC(150)는 주축모터(31)의 기동, 정지 및 속도제어를 실시하기 위한 제어지령을 주축모터 드라이버(157)에 출력한다.
도 2는 본 발명의 제 1실시예에 따른 공구의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 2에서, 공구(60)는 절단공구(100)와 이 절단공구(100)를 지지하는 공구홀더(61)로 구성되며, 상기 절단공구(100)는 본 발명의 가공구의 일실시예이다. 또, 본 실시예에 따른 공구(60)는 상기 설명된 통상의 공구(T)와 마찬가지로 자동공구교환장치(39)에 의해 주축(46)에 장착된다.
공구홀더(61)는 장착부(62)와, 케이스부재(66,67,68)로 구성된 케이스(65), 발전기(70), 전동기(80), 공구지지부(90) 및, 회전저지부재(85)를 구비한다.
장착부(62)는 파지부(62a)와, 상기 주축(46)의 선단부에 형성된 테이퍼슬리이브(46a)에 장착되는 테이퍼다리부(62b), 이 테이퍼다리부(62b)의 선단부에 형성된 당김대(62c;pull stud) 및, 케이스부재(66)에 자유롭게 회전가능하도록 지지된 축부(62d)를 구비하고 있다.
장착부(62)의 파지부(62a)는, 상기 자동공구교환장치(39)의 공구교환아암에 의해 자동공구교환장치(39)의 매거진으로부터 주축(46)에 장착될 때와, 주축(46)으로부터 자동공구교환장치(39)의 매거진으로 반송될 때 파지된다.
장착부(62)의 테이퍼다리부(62b)는, 주축(46)의 테이퍼슬리이브(46a)에 장착됨으로써 그 중심축이 주축(46)의 중심축과 동심을 갖게 된다.
장착부(62)의 당김대(62c)는, 장착부(62)가 주축(46)의 테이퍼슬리이브(46a)에 장착되면 주축(46)에 내장된 고정기구(도시되지 않음)의 고리에 의해 고정된다. 한편, 주축(46)에 내장된 고정기구는 주지기술이므로 상세한 설명은 생략한다.
장착부(62)의 축부(62d)는 복수의 베어링(72)을 매개로 케이스부재(66)의 내주에 자유롭게 회전가능하도록 지지되어 있으며, 베어링(72)으로는 밀봉식 볼베어링이 이용된다.
밀봉식 볼베어링은 JIS나 ISO에서는 커플링베어링이라 불리기도 한다.
밀봉식 볼베어링은, 예컨대 내륜과 외륜의 양쪽 면쪽에 시일부재를 설치하고, 이 시일부재에 의해 밀봉된 공간내에 윤활유가 봉입된 것으로, 이와 같은 밀봉베어링을 이용함으로써 윤활제의 공급, 배출을 위한 관로를 공구(60)내에 형성할 필요가 없고, 공구(60)의 소형화를 추구할 수 있다.
케이스부재(67)의 내주에는 지지부재(73)를 매개로 발전기(70)와 전동기(80)가 지지되어 있다.
발전기(70)의 입력축(71)은 장착부(62)의 축부(62d)와 동심으로 연결되어 있고, 주축(46)의 회전력은 장착부(62)를 매개로 발전기(70)에 전달된다.
발전기(70)로는 예컨대 3상동기발전기가 이용된다.
전동기(80)는, 도 3에 도시된 것과 같이 3개의 도전케이블(CU,CV,CW)에 의해 발전기(70)에 접속되어 발전기(70)에서 발전된 전력이 공급된다.
이 전동기(80)는 발전기(70)에서 공급되는 전력에 의해 구동된다.
전동기(80)로는 예컨대 3상유도전동기를 이용할 수 있다.
상기 도전케이블(CU,CV,CW)의 도중에는 각각 퓨즈(FU,FV,FW)가 설치되어 있다.
퓨즈(FU,FV,FW)는 상기 케이스(65)내의 소정 위치에 배치된다.
이들 퓨즈(FU,FV,FW)는 도전케이블(CU,CV,CW)에 소정값 이상의 전류가 흐를 때, 예컨대 단락에 의해 전동기(80)와 발전기(70) 사이의 회로를 차단한다. 이에 따라, 발전기(70)와 전동기(80)에 과전류가 흘러 태워지는 것을 방지할 수 있다. 퓨즈(FU,FV,FW)로는 예컨대 알루미늄, 아연, 동 등의 재료로 이루어진 부재를 유리나 섬유통에 수납한 것을 사용할 수 있다.
도 2에서, 공구지지부(90)는 회전축(91)과, 이 회전축(91)과 전동기(80)의 회전축(81)을 연결하는 커플링(93), 회전축(91)의 선단부에 고정된 공구장착부(95)를 구비하며, 회전축(91) 및 회전축(81)은 본 발명에 따른 구동축의 일실시예이다.
전동기(80)의 회전축(81)은 베어링(도시되지 않음)에 의해 자유롭게 회전할 수 있도록 지지되어 있고, 이 베어링으로는 밀봉베어링이 이용된다.
회전축(91)은 케이스부재(68)의 내주에 복수의 베어링(92)을 매개로 자유롭게 회전할 수 있도록 지지되어 있으며, 베어링(92)으로는 밀봉베어링이 이용된다.
회전축(91)의 선단쪽은 케이스부재(68)의 이탈방지부재(94)에 의해 이탈이 방지된다.
절단공구(100)는 공구장착부(95)에 지지되어 있고 이 절단공구(100)가 공작물을 가공하게 된다. 그리고, 공구장착부(95)는 본 발명에 따른 공구지지부의 일실시예이며, 절단공구(100)는 구체적으로는 드릴, 엔드밀 등의 각종 절단공구이다.
케이스부재(66,67,68)는 예컨대 볼트 등의 체결수단에 의해 연결되고, 이들 케이스부재(66,67,68)가 케이스(65)를 구성하게 된다.
케이스부재(66)의 외주에는 회전저지부재(85)가 설치되어 있다.
장착부(62)가 주축(46)의 테이퍼슬리이브(46a)에 장착됨에 따라, 회전저지부재(85)는 그 선단(85a)이 주축(46)쪽의 예컨대 램(45) 등의 비회전부(47)에 형성된 끼움구멍(47a)에 삽입된다.
이에 따라, 케이스부재(66) 즉 케이스(65)는 주축(46)이 회전되어도 회전이 규제된다.
다음으로, 본 실시예에 따른 공구(60)의 동작의 일예에 관해 설명한다.
먼저, 자동공구교환장치(39)에 의해 공구장착부(95)에 절단공구(100)를 지지한 공구(60)를 공작기계본체(2)의 주축(46)에 장착한다.
공구(60)는 회전저지부재(85)의 선단(85a)이 비회전부(47)의 끼움구멍(47a)에 끼워져서 케이스(65)의 회전이 규제된다.
이 상태에서 주축(46)을 회전수 N0로 회전시키면 공구(60)의 장착부(62)가 회전되고, 주축(46)의 회전력이 발전기(70)에 전달된다.
이에 따라, 발전기(70)로 예컨대 3상 동기발전기를 이용할 때에는 3상 교류전력이 발전된다.
3상 동기발전기에서 발생되는 3상 교류전력의 주파수(f)는, 3상 동기발전기의 극수를 P1로 하고 주축(46)의 회전수를 N0[min-1]로 하면 다음의 식(1)로 나타내어진다.
f = P1 ×N0 /120 [Hz] …(1)
따라서, 주축(46)을 회전수 N0로 회전시키면 상기 식(1)로 나타내어진 주파수(f)의 3상 교류전력이 전동기(80)에 공급된다.
여기서, 전동기(80)로 3상 유도전동기를 이용할 때 전동기(80)의 3상 유도전동기의 극수가 P2가 되면, 3상 유도전동기는 3상 교류의 1싸이클에서 2/P2회전하게 되어, 매끄럽지 않을 때의 3상 유도전동기의 동기속도(N1)가 다음의 식(2)로 나타내어진다.
N1 = 120 ×f / P2 [min-1] …(2)
이에 따라, 주축(46)의 회전수(N0)에 대한 공구의 회전수(N1)는 다음의 식(3)으로 나타내어진다.
N1 = N0 ×P1 / P2 [min-1] …(3)
식(3)으로 알 수 있듯이, 주축(46)의 회전수(N0)는 식(3)의 회전수(N1)로 변속된다.
식(3)에 나타내어진 것과 같이, 3상 동기발전기의 극수(P1)와 3상 유도전동기의 극수(P2)의 비를 적절하게 설정함으로써 주축(46)의 회전수(N2)에 대한 공구(60)의 회전수(N1)의 변속비를 임의로 설정할 수 있음을 알 수 있다.
즉, 주축(46)의 회전수(N0)를 증속하고 싶을 때에는 극수비(P1/P2)를 1보다 크게 하고, 감속하고 싶을 때에는 극수비(P1/P2)를 1보다 작아지도록, 3상 동기발전기의 극수(P1) 및 3상 유도전동기의 극수(P2)를 미리 선택하는 것이 바람직하다.
예컨대, 알루미늄합금 등의 공작물을 가공할 때 절단공구(100)의 회전수를 주축(46)의 최대회전수(Nmax)보다 높게 할 때가 있다. 이와 같은 경우를 위해, 머시닝센터(1)의 자동공구교환장치(39)의 매거진에 공구(60)를 미리 넣어 둔다.
예컨대, 머시닝센터(1)의 주축(46)의 최대회전수(Nmax)가 3000[1/min]이고, 30000[1/min]으로 증속되는 경우에는 상기 극수비(P1/P2)가 10인 발전기(70) 및 전동기(80)를 이용한다.
자동공구교환장치(39)에 의해 통상의 공구와 마찬가지로 주축(46)에 공구(60)를 자동장착하며, 통상의 공구로는 공구홀더에 절단공구가 고정된 것을 이용한다.
주축모터(31)를 구동시켜 주축(46)을 회전시키게 되지만, 공구(60)에 지지된 절단공구(100)의 회전수는 주축(46)의 회전수에 의해 제어된다. 즉, NC장치(250)에 다운로드되는 NC프로그램에서, 주축(46)의 회전수를 S코드로 규정함으로써 공구(60)의 절단공구(100)의 회전수를 규정해 놓는다. 즉, NC장치(250)는 주축(46)의 회전수를 제어함으로써 공구(60)의 절단공구(100)의 회전수를 제어한다.
예컨대, 공구(60)의 절단공구(100)를 30000min- 1으로 회전시키고 싶을 때는 NC프로그램에서 S코드로 주축(46)의 회전수를 3000min- 1으로 지정해 놓는다.
주축(46)을 3000min- 1으로 회전시키면 발전기(70)는 주축(46)의 회전수와 극수(P1)에 대응되는 주파수의 3상 교류가 발생한다.
전동기(80)는 발전기(70)로부터 공급되는 3상 교류에 의해 구동되고, 공구(60)의 절단공구(100)는 약 30000min-1의 회전수로 회전된다.
상기와 같이 절단공구(100)가 증속된 상태에서 테이블(35)에 고정된 공작물과 절단공구(100;또는 주축(46))를 가공프로그램에 따라 상대이동시킴으로써 공작물의 절삭가공이 실시된다.
이에 따라, 알루미늄합금재 등의 공작물의 적절한 가공이 가능하게 된다.
이상과 같은 본 실시예에 따르면, 발전기(70)에서 발생된 전력으로 전동기(80)를 구동시켜 주축(46)에 대한 절단공구(100)의 회전수를 상승시키므로, 주축(46)을 고속회전시켜도 치차장치와 같이 발열이 증대되지 않고 가공정도의 저하가 억제된다.
더욱이, 본 실시예에 따르면 전동기(80)의 관성을 주축(46)의 관성보다 작아지게 할 수 있기 때문에, 주축(46)을 직접 고속회전시키는 경우에 비해서 절단공구(100)의 응답성을 향상시킬 수 있다.
또, 본 실시예에 따르면, 주축(46)의 회전속도를 증속시키는 공구(60)를 주축(46)에 대해 자유롭게 착탈되게 하면서 자동공구교환장치(39)에 의해 통상의 공구와 마찬가지로 교환가능하게 되어 있으므로, 통상의 회전속도의 범위에서의 가공을 실시하면서 고속가공의 요구에 대해 즉각 대응할 수 있다.
또, 본 실시예에 따르면, 주축(46)의 회전에 의해 발전된 전력으로 절단공구(100)를 구동시키기 때문에, 외부에서 구동전류를 공급할 필요가 없고 그 결과 전원공급을 위한 배선이 필요없게 된다.
그리고, 본 실시예에 따르면, 가공 중에 절단공구(100)에 과부하가 인가되는 경우에 발전기(70) 및 전동기(80)에 과전류가 흐르는 것을 방지할 수 있고, 발전기(70) 및 전동기(80)가 타는 것을 확실하게 피할 수 있다.
제 2실시예
도 4는 본 발명의 제 2실시예에 따른 공구에서 발전기와 전동기의 접속상태 를 도시한 도면이다. 본 실시예에 따른 공구의 다른 구성부분은 상술된 제 1실시예와 동일하다.
도 4에 도시된 것과 같이, 본 실시예에서는 발전기(70)와 전동기(80)를 결선하는 도전케이블(CU,CV,CW)의 도중에 조작부(OS)를 구비한 차단기(CB)가 설치되어 있다.
차단기(CB)는 도전케이블(CU,CV,CW)에 소정값 이상의 전류가 흐를 때 전동기(80)와 발전기(70) 사이의 회로를 차단한다.
조작부(OS)는 회로를 접속시키는 접속위치(Pa)와 회로를 차단하는 차단위치(Pb)로 이동할 수 있게 되어 있고, 차단기(CB)가 차단되면 접속위치(Pa)에 있는 조작부(OS)는 차단위치(Pb)로 자동적으로 이동할 수 있게 되어 있다.
차단위치(Pb)로 이동된 조작부(OS)를 조작하여 접속위치(Pa)로 다시 이동시킴으로써 전동기(80)와 발전기(70) 사이의 회로가 다시 접속된다.
도 5는 상기 차단기(CB)의 공구배치의 일예를 나타낸 도면이다.
도 5에 도시된 것과 같이, 차단기(CB)의 조작부(OS)는 케이스(65)에 형성된 창부분(Wd)을 통해 외부에서 식별할 수 있고 조작가능하게 설치되어 있다.
예컨대, 가공 중에 차단기(CB)가 과전류를 검출하여 조작부(OS)가 차단위치(Pb)로 이동되면, 조작자는 과전류가 발생되어 전동기(80)와 발전기(70) 사이의 회로가 차단되었음을 시각적으로 확인할 수 있다.
더욱이, 조작자는 차단위치(Pb)로 이동된 조작부(OS)를 조작하여 접속위치(Pa)로 이동시킴으로써 전동기(80)와 발전기(70) 사이의 회로를 다시 형성시킬 수 있다.
이와 같은 본 실시예에 따르면, 전동기(80)와 발전기(70)를 과전류로부터 보호할 수 있고 조작성을 향상시킬 수 있다.
제 3실시예
도 6은 제 3실시예에 따른 공구의 전기계통의 기능블록도이며, 본 실시예에 따른 공구의 구조는 상기 설명된 제 1실시예와 동일하다.
도 6에 도시된 것과 같이, 본 실시예에 따른 공구는 발전기(70) 및 전동기(80)에 컨버터(200)와 인버터(210) 및 제어회로(230)를 더 구비하며, 이 컨버터(200)와 인버터(210) 및 제어회로(230)는 본 발명의 제어수단의 일실시예를 구성하고 있다. 또, 발전기(70)로는 3상 동기발전기가 이용되고, 전동기(80)로는 3상 유도전동기가 이용된다. 더욱이, 컨버터(200)와 인버터(210) 및 제어회로(230)는 케이스(65)내에 내장되어 있다.
컨버터(200)는 도전케이블(U1,V1,W1)에 의해 발전기(70)에 전기적으로 접속됨과 동시에 도전케이블(Wx,Wy)에 의해 인버터(210)에 전기적으로 접속되어 있다.
이 컨버터(200)는 발전기(70)에 의해 발전된 3상 교류를 도전케이 블(U1,V1,W1)을 통해 공급하고, 이를 직류로 변환하여 도전케이블(Wx,Wy)을 통해 인버터(210)에 공급한다.
인버터(210)는 도전케이블(U2,V2,W2)에 의해 전동기(80)에 전기적으로 접속되어 있으며, 인버터(210)는 제어회로(230)로부터 입력되는 펄스폭변조(Pulse Width Modulation)신호(230s)에 따라 컨버터(200)에서 공급되는 직류를 3상 교류로 변환하고 도전케이블(U2,V2,W2)을 통해 전동기(80)를 구동시키는 구동전류를 공급한다.
제어회로(230)는 인버터(210)로부터 전동기(80)에 도전케이블(U2,V2,W2)을 통해 공급되는 구동전류를 제어하는 펄스폭변조신호(230s)를 인버터(210)에 출력시키며, 이 펄스폭변조신호(230s)는 인버터(210)의 통전폭을 제어한다.
제어회로(230)에는 전동기(80)에 공급되는 구동전류를 검출하는 전류검출기(312)의 전류값신호(312s) 및 전동기(80)에 부착된 회전위치검출기(260)의 위치신호(260s)가 입력된다. 한편, 전류검출기(312) 및 회전위치검출기(260)는 전동기(80)의 구동상태를 검출하는 본 발명의 구동상태 검출수단의 일실시예이다.
제어회로(230)는 전류검출기(312)의 전류값신호(312s) 및 회전위치검출기(260)의 위치신호(260s)를 이용하여 전동기(80)를 구동제어하기 위한 펄스폭변조신호(230s)를 생성하고 이를 인버터(210)에 보낸다.
다음으로, 본 실시예에 따른 공구(602)의 동작의 일예에 관해 설명한다.
주축(46)이 회전하면 그 회전력이 장착부(62)를 통해 발전기(70)에 전달된다.
3상 동기발전기인 발전기(70)는 3상 교류전력을 발전하고, 이 전력이 컨버터(200)에 공급된다. 3상 동기발전기인 발전기(70)에서 발생하는 3상 교류전력의 주파수(f)는 주축(46)의 회전수(N0)에 대응되는 값이 된다.
컨버터(200)에 의해 직류로 변환되는 전류는 인버터(210)에 공급되며, 제어회로(230)로부터의 펄스폭변조신호(230s)에 따라 소정 주파수(f)의 3상 교류로 변환되어 전동기(80)에 공급된다.
전동기(80)에 공급되는 3상 교류의 주파수(f)를 제어회로(230)에 의해 제어함으로써 전동기(80)의 회전수(N1), 즉 절단공구(100)의 회전수를 변속가능하게 제어할 수 있게 되고, 전동기(80)의 회전수(N1)를 주축(46)의 회전수(N0)에 대해 독립적으로 설정할 수 있다.
이와 같이 절단공구(100)가 회전된 상태에서 테이블(35)에 고정된 공작물과 절단공구(100;또는 주축(46))를 가공프로그램에 따라 상대이동시킴으로써 공작물의 절삭가공을 실시할 수 있다.
전동기의 제어
하지만, 상기 제어회로(230)에 의한 전동기(80)의 제어는 발전기(70)에서 발전된 전력을 인버터(210)에 의해 소정 주파수(f)의 3상 교류로 변환하고, 주파수(f)에 대응되는 회전수로 전동기(80)를 구동시키는 개방루프제어이다.
따라서, 예컨대 공작물과 절단공구(100)를 가공프로그램에 따라 상대이동시켜 공작물의 절삭가공을 실시하는 동안에, 절단공구(100;또는 전동기(80))에 걸린 부하가 변동하면 전동기(80)의 회전수나 전동기(80)에서 발생하는 토크 등이 변동된다. 이렇게 전동기(80)의 회전수나 토크가 변동되면, 균일한 품질의 절삭가공을 실시하지 못할 가능성이 생기게 된다.
때문에, 본 실시예에서는 전동기(80)의 회전위치를 나타내는 위치신호(260s)나 전동기(80)의 구동전류를 나타내는 전류값신호(312s) 등의 전동기(80)의 구동상태를 검출하고 이를 제어회로(230)에 피드백하여, 이들 위치신호(260s)나 전류값신호(312s)를 이용하여 전동기(80)의 구동제어를 실시한다.
제어회로(230)는 예컨대 위치신호(260s)로부터 전동기(80)의 실제 회전수를 환산하고, 절단공구(100)에 걸리는 부하변동에 관계없이 실제 회전수를 이용하여 전동기(80)의 회전수를 소정 회전수로 유지하도록 제어할 수 있게 된다.
또, 제어회로(230)는 예컨대 전류값신호(312s)를 이용하여 절단공구(100)에 걸리는 부하변동에 관계없이 전동기(80)에 발생되는 토크가 일정하게 되도록 제어할 수 있게 된다.
더욱이, 제어회로(230)는 예컨대 위치신호(260s) 및 전류값신호(312s)를 이용하여 전동기(80)의 벡터제어를 실시할 수도 있다.
본 실시예에 따르면, 발전기(70)에서 발전된 전력의 전동기(80)로의 공급을 제어하는 컨버터(200)와 인버터(210) 및 제어회로(230)를 구비하고, 전동기(80)의 회전수나 구동전류 등의 구동상태를 검출하는 회전위치검출기(260)나 전류검출기(312) 등의 구동상태 검출수단을 구비하기 때문에, 전동기(80)의 정밀한 제어가 가능하게 된다.
한편, 상기 설명된 실시예에서 설명된 전동기(80)의 제어회로(230)에 의한 구동제어방법은, 본 발명에서는 상기 구동제어방법에 한정될 이유는 없고 다른 각종 구동제어가 가능하다.
그리고, 상기 설명된 실시예에서는 전동기(80)의 구동상태 검출수단으로서 회전위치검출기(260) 및 전류검출기(312)를 예시하였지만, 구동상태 검출수단으로 이들 이외에도 전동기(80)의 회전수를 검출하기 위한 타코발전기나 전동기(80)의 회전축에 걸린 토크를 검출하는 토크센서 등, 전동기(80)의 구동상태를 검출하는 센서라면 본 발명을 적용할 수 있다.
제 4실시예
도 7은 본 발명에 따른 공구의 일실시예의 구성을 도시한 단면도이다.
도 7에서, 공구(603)는 절단공구(100)와, 이 절단공구(100)를 지지하는 공구홀더(613)로 구성된다. 도 7에서 제 1실시예에 따른 공구와 동일한 구성부분에 관해서는 동일한 부호를 사용한다.
회전검출기구
상기 설명된 공구(603)는 케이스(65)에 형성된 삽입구멍(65h) 및 이 삽입구멍(65h)과 연통되는 회전저지부재(85)에 형성된 삽입구멍(85h)에 삽입된 광섬유(200)와, 이 광섬유(200)의 한쪽 단에 접속된 광학부품(201), 광섬유(200)의 다른 단에 접속된 광학부품(202), 전동기(80)의 회전축(91)에 설치된 반사거울(125)을 구비한다. 여기서, 광섬유(200) 및 광학부품(201,202)은 본 발명에 따른 도광수 단의 일실시예이고, 회전축(91)에 설치된 반사거울(125)은 본 발명의 광신호 생성수단의 일실시예이다.
한편, 주축(46)쪽에는 비회전부(47)의 끼움구멍(47a)에 설치된 광학부품(251)과, 이 광학부품(251)에 한쪽 단이 접속되고 비회전부(47)에 형성된 삽입구멍(47h)에 삽입된 광섬유(250) 및, 이 광섬유(250)의 다른 단에 접속된 센서증폭장치(400)가 설치되어 있다. 여기서, 광학부품(251), 광섬유(250) 및 센서증폭장치(400)는 본 발명의 수광(受光)수단의 일실시예이다.
도 8은 전동기(80)의 회전수를 검출하기 위한 요부구성을 도시한 도면이다.
도 8에서, 광학부품(201)은 전동기(80)의 회전축(91)에 대향되는 위치에 고정되어 있고, 광섬유(200)에 의해 안내되는 빛을 회전축(91)을 향해 출력하면서 회전축(91)으로부터의 반사광을 광섬유(200)로 안내한다.
광학부품(202)은 회전저지부재(85)가 비회전부(47)의 끼움구멍(47a)에 끼워짐에 따라 광학부품(251)에 대해 대향하여 배치된다. 이 광학부품(202)은 광학부품(251)에서 출력되는 빛을 광섬유(200)로 안내하면서 광섬유(200)를 통해 출력되는 회전축(91)으로부터의 반사광을 광학부품(251)에 출력한다.
광학부품(251)은 센서증폭장치(400)로부터 광섬유(250)를 통해 출력되는 빛을 광학부품(202)에 출력하면서, 광학부품(202)으로부터 출력되는 회전축(91)으로부터의 반사광을 광섬유(250)로 안내한다.
센서증폭장치(400)는 발광소자(401) 및 수광소자(402)를 구비하며, 발광소자(401)는 예컨대 레이저다이오드로 구성되고, 수광소자(402)는 예컨대 포토다이오 드로 구성된다.
이 센서증폭장치(400)는 발광소자(401)로부터 광섬유(250)에 빛을 출력하면서 광섬유(250)를 통해 입력되는 회전축(91)으로부터의 반사광을 수광소자(402)로 수광한다.
수광소자(402)는 수광된 빛을 그 강도에 대응되는 전기신호로 변환하고 이 신호(402s)를 PLC(150)에 출력한다.
PLC(150)는 센서증폭장치(400)로부터의 신호(402s)에 기초하여 전동기(80)의 회전수를 검출한다. 또, PLC(150)는 검출된 전동기(80)의 회전수를 NC장치(450)에 출력한다. 한편, PLC(150)는 본 발명의 회전수 검출수단의 일실시예이다.
다음으로, 본 실시예에 따른 공구(603)의 동작의 일예에 관해 설명한다.
회전저지부재(85)의 선단(85a)이 비회전부(47)의 끼움구멍(47a)에 끼워져 삽입되면, 상기 광학부품(202)과 광학부품(251)이 대향된 상태가 된다.
여기서 센서증폭장치(400)의 발광소자(401)로부터 빛을 출력시키면, 광섬유(250) 및 광학부품(251)을 통해 이 빛이 비접촉으로 광학부품(202)에 입력된다. 광학부품(202)에 입력된 빛은 광섬유(200)를 통해 광학부품(201)으로부터 회전축(91)을 향해 출력된다.
이 상태에서 주축(46)을 소정 회전수(N0)로 회전시키면 공구(603)의 장착부(62)가 회전하게 되고, 주축(46)의 회전력이 발전기(70)에 전달된다.
이에 따라, 발전기(70)로 예컨대 3상 동기발전기를 이용하는 경우에는 3상 교류전력이 발생된다.
전동기(80)는 발전기(70)로부터 공급되는 3상 교류에 의해 구동된다.
전동기(80)의 회전축(91)이 회전하고 있는 동안 회전축(91)에 설치된 반사거울(125)이 광학부품(201)에 대향되는 위치에 있게 되면, 반사거울(125)은 광학부품(201)으로부터의 빛을 광학부품(201)을 향해 반사하며, 이에 따라 광학부품(201)에는 회전축(91)의 회전수에 동기된 강도의 광신호가 입력되게 된다.
회전축(91)의 회전수에 동기된 강도를 갖는 광신호는 광섬유(200,250)를 통해 센서증폭장치(400)의 수광소자(402)에 입사된다. 수광소자(402)는 이 광신호를 광전(光電)변환하고, 신호(402s)를 PLC(150)로 출력한다.
PLC(150)는 이 신호(402s)에 기초하여 전동기(80)의 회전수를 검출하고, 검출된 회전수를 NC장치(450)에 출력한다.
이에 따라, NC장치(450)는 전동기(80)의 회전수를 항상 감시할 수 있게 되고, NC장치(450)는 검출된 전동기(80)의 회전수를 이용하여 주축(46)의 회전제어를 실시함으로써 전동기의 회전제어를 간접적으로 실시할 수 있게 된다.
본 실시예에 따르면, 공구(603)쪽에는 광학부품과 광섬유 및 반사거울만을 설치하고, 발광소자나 수광소자를 공구(603) 밖에 설치하여 공구(603)에 내장된 전동기(80)의 회전수를 검출하는 구성으로 되어 있으므로, 공구(603)의 구조를 간소화할 수 있고 소형화할 수 있게 되며 공구(603)를 자동공구교환할 수 있다.
또, 상기 설명된 실시예에서는 반사거울(125)이 회전축(91)에 설치된 구성으로 되어 있지만, 회전축(91)의 일부를 거울면가공해도 된다. 또, 반사거울(125)은 회전축(91)의 원주방향을 따라 복수로 배치할 수 있게 된다.
또, 전동기(80)의 회전수의 검출방법은 상기 설명된 반사거울(125)을 이용한 방법에 한정되지는 않으며, 예컨대 회전축(91)에 투과구멍을 갖춘 원판을 설치하고, 이 원판의 한쪽면 쪽에서 빛을 출력하며, 원판의 다른쪽면 쪽에서 투과구멍을 통과한 빛을 수광함으로써 전동기(80)의 회전수에 대응되는 광신호를 생성하는 구성으로 할 수 있으며, 공구(603)의 외부에서 빛을 공급하여 전동기(80)의 회전수에 대응되는 광신호를 생성하여 외부로 출력시키는 구성이라면 어떤 구성이라도 사용될 수 있다.
제 5실시예
도 9는 본 발명에 따른 공구의 다른 실시예의 구성을 나타낸 정면도이다. 도 9에서, 상기 설명된 실시예와 동일한 구성부분에는 동일한 부호를 사용한다.
도 9에 도시된 것과 같이, 본 실시예에 따른 공구(604)는 케이스(65)의 바깥쪽면에 디지털표시기(600)를 구비하고 있고, 이 디지털표시기(600)는 공구(604)에 내장된 전동기의 회전수를 표시한다.
도 10은 본 실시예에 따른 공구(604)의 전기계통의 구성도이다.
본 실시예에 따른 공구(604)는 상기 설명된 제 1실시예에 따른 공구(60)와 마찬가지로 발전기(70) 및 전동기(80)를 내장하고 있다. 발전기(70)는 장착부(62)를 통해 주축(46)의 회전이 전달되어 발전되며, 이 발전기(70)로는 예컨대 3상 동기발전기가 이용된다.
본 실시예에 따른 공구(604)는 발전기(70) 및 전동기(80)와, 정류회로(302), 전력역변환회로(303) 및, 제어회로(304)를 구비하고 있다.
이들 정류회로(302)와, 전력역변환회로(303) 및, 제어회로(304)는 상기 케이스(65)에 내장되어 있다.
정류회로(302)는 발전기(70)에서 발전된 교류전류를 직류전류로 정류하여 전력역변환회로(303)에 공급한다.
또, 정류회로(302)는 정류된 직류전류의 일부를 제어회로(304)의 전원으로 공급한다.
전력역변환회로(303)는 정류회로(302)로부터 공급된 직류전류를 전동기(80)를 구동하는 데에 필요한 주파수의 교류전류로 변환하는 인버터이며, 예컨대 펄스폭변조 인버터로 구성된다.
제어회로(304)는 마이크로프로세서(305)와, 롬(306;Read Only Memory), 램(307;Random Access Memory), 카운터회로(308), 아날로그/디지털 변환회로(310) 및, 디지털/아날로그 변환회로(309)를 구비하고 있다.
롬(306)은 전동기(80)의 구동제어, 예컨대 벡터제어에 의한 전동기(80)의 변속가능한 제어를 위한 제어용 프로그램을 기억 및 유지한다.
램(307)은 마이크로프로세서(305)의 연산에 필요한 데이터 등을 기억 및 유지한다.
마이크로프로세서(305)는 롬(306)에 기억된 제어용 프로그램을 실행하고, 각종 연산을 실시하여 디지털/아날로그 변환회로(309)를 매개로 전력역변환회로(303) 에 제어신호(304s)를 출력시키며, 제어신호(304s)는 예컨대 펄스폭변조 제어신호이다.
또, 마이크로프로세서(305)는 전동기(80)의 회전수를 검출하고, 전동기(80)의 회전수 정보(Rn)를 디지털표시기(600)에 출력한다.
아날로그/디지털 변환회로(310)는 전류검출기(312)에서 검출된 전력역변환회로(303)로부터 전동기(80)에 공급되는 전류값을 디지털신호로 변환하여 마이크로프로세서(305)에 출력한다.
전동기(80)에는 회전위치검출기(311)가 설치되어 있고, 이 회전위치검출기(311)로는 예컨대 광학용 회전식 엔코더나 각위치측정기(resolver)가 사용된다.
카운터회로(308)는 회전위치검출기(311)에서 검출된 전동기(80)의 회전량에 대응되는 펄스신호를 세어 마이크로프로세서(305)에 출력한다.
이와 같은 구성의 제어회로(304)는 발전기(70)가 주축(46)의 회전에 의해 발전됨에 따라 전력이 공급되어 동작가능하게 된다.
제어회로(304)에는 발전기(80)의 회전량 및 구동전류가 입력되기 때문에, 제어회로(304)의 롬(306)에 필요한 제어프로그램을 미리 준비해 둠으로써 전동기(80)의 각종 구동제어가 가능하게 된다.
예컨대, 전동기(80)로 동기전동기를 이용하는 경우에 이 동기전동기를 변속가능하게 제어하고 싶을 때에는, 속도지령패턴을 롬(306)에 미리 설정해 두고 이 속도지령패턴에 따라 속도를 제어할 수 있게 된다.
다음으로, 이 구성을 갖는 공구(604)의 동작의 일예에 관해 설명한다.
발전기(70)에 의해 발전된 교류전류는 정류회로(302)에 의해 직류전류로 정류되고, 제어회로(304) 및 전력역변환회로(303)로 공급된다.
제어회로(304)에 전력이 공급되면, 제어회로(304)는 동작을 개시하게 되고 롬(306)에 기억된 프로그램을 실행한다. 이 프로그램에 의해 전력역변환회로(303)로부터 소정 주파수의 교류가 전동기(80)에 공급되어 전동기(80)가 구동된다.
전동기(80)가 구동되면 이 전동기(80)의 회전수에 대응되는 수의 펄스신호가 회전위치검출기(311)로부터 카운터회로(308)에 입력된다. 카운터회로(308)는 이 패널신호를 차례로 세어 그 측정값을 마이크로프로세서(305)에 출력한다.
마이크로프로세서(305)는 카운터회로(308)로부터 입력되는 측정값으로부터 전동기(80)의 회전수를 환산하고, 이 전동기(80)의 회전수를 이용하여 전동기(80)의 회전위치제어, 속도제어, 토크제어 등을 실시한다.
더욱이, 마이크로프로세서(305)는 전동기(80)의 회전수정보(Rn)를 디지털표시기(600)에 차례로 출력한다.
이에 의해 디지털표시기(600)에는 현재 전동기(80)의 회전수가 표시된다.
본 실시예에서는, 공구(604)가 주축(46)과 전기적으로 독립되어 있기 때문에, 공구(604)의 동작상태를 파악하기 위해서는 무선장치 등으로 공구(604)의 외부에 공구(604)의 작동상태를 알리는 정보를 송신하는 등의 구성이 필요하다. 또, 디지털표시기(600)를 케이스(65)에 설치함으로써 공구(60)의 동작상태를 간단하게 파 악할 수 있게 된다.
한편, 본 실시예에서는 디지털표시기(600)에 전동기(80)의 회전수가 표시되도록 구성하였지만, 예컨대 전동기(80)에 공급되는 전류값 등 전동기(80)의 다른 동작상태를 나타내는 정보를 표시할 수도 있으며, 전동기(80)의 동작상태를 나타내는 복수의 정보를 표시하는 구성으로 할 수도 있다.
더욱이, 전동기(80)에 한정되지 않고 발전기(70)의 동작상태를 검출하여 이를 외부에서 식별할 수 있도록 표시할 수도 있다.
도 1은 본 발명이 적용된 공작기계의 일예인 머시닝센터의 구성도이고,
도 2는 본 발명의 제 1실시예에 따른 공구의 구성을 나타낸 단면도,
도 3은 발전기와 전동기의 접속관계를 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 제 2실시예에 따른 공구에서의 발전기와 전동기의 접속관계를 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 제 2실시예에 따른 공구의 외관도,
도 6은 본 발명의 제 3실시예에 따른 공구에서의 발전기와 전동기의 접속관계를 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 제 4실시예에 따른 공구의 구성을 나타낸 단면도,
도 8은 전동기의 회전수를 검출하기 위한 요부구성을 도시한 도면,
도 9는 본 발명의 제 5실시예에 따른 공구의 구성을 나타낸 정면도,
도 10은 본 발명의 제 5실시예에 따른 공구의 전기계통의 구성을 도시한 도면이다.

Claims (8)

  1. 공작기계의 주축에 착탈가능하게 장착되는 공구에 있어서,
    공작물을 가공하는 가공구와,
    이 가공구를 구동시키는 전동기,
    상기 공작기계의 주축으로부터 회전력이 공급되어 상기 전동기를 구동시키는 전력이 발생되는 발전기,
    상기 공작기계의 비회전부에 삽입되는 회전저지부재,
    자기에게 안내된 광을 반사하는 것에 의해 상기 전동기의 회전수에 대응되는 광신호를 생성하는 광신호 생성수단 및,
    상기 회전저지부재에 설치된 공구측 광학부품을 구비하고, 상기 공작기계의 비회전부에 설치된 공작기계측 광학부품으로부터 상기 공구측 광학부품에 비접촉으로 입사된 광을 상기 광신호 생성수단으로 안내하고, 상기 광신호 생성수단으로 생성된 광신호를 상기 공구측 광학부품으로부터 출사하여 상기 공작기계측 광학부품에 비접촉으로 출력하는 도광수단을 구비하는 공구.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 도광수단은 광섬유를 구비하도록 된 공구.
  3. 공작기계의 주축에 착탈가능하게 장착되는 공구에 있어서,
    공작물을 가공하는 가공구와,
    이 가공구를 구동시키는 전동기,
    상기 공작기계의 주축으로부터 회전력이 공급되어 상기 전동기를 구동시키는 전력이 발생되는 발전기,
    상기 공작기계의 비회전부에 삽입되는 회전저지부재,
    자기에게 안내된 광을 반사하는 것에 의해 상기 전동기의 회전수에 대응되는 광신호를 생성하는 광신호 생성수단,
    상기 회전저지부재에 설치된 공구측 광학부품을 구비하고, 상기 공작기계의 비회전부에 설치된 공작기계측 광학부품으로부터 상기 공구측 광학부품에 비접촉으로 입사된 광을 상기 광신호 생성수단으로 안내하고, 상기 광신호 생성수단으로 생성된 광신호를 상기 공구측 광학부품으로부터 출사하여 상기 공작기계측 광학부품에 비접촉으로 출력하는 도광수단,
    상기 공작기계측 광학부품에 설치되어 상기 도광수단으로부터 출력된 광신호를 수신하는 수광수단 및,
    상기 수광수단에서 수광된 상기 전동기의 회전수에 대응하는 광신호에 기초하여 상기 전동기의 회전수를 검출하는 회전수 검출수단을 구비하는 공구.
  4. 제3항에 있어서, 상기 공구는 상기 회전수 검출수단으로 검출된 상기 전동기의 회전수를 상기 공구의 외부로부터 식별할 수 있도록 표시하는 회전수 표시수단을 구비하는 공구.
  5. 공작물을 가공하는 가공구를 지지할 수 있게 되어 있고, 공작기계본체의 주축에 착탈가능하게 장착되는 공구홀더에 있어서,
    상기 가공구를 구동시키는 전동기와,
    상기 공작기계의 주축으로부터 회전력이 공급되어 상기 전동기를 구동시키는 전력이 발생되는 발전기,
    상기 공작기계의 비회전부에 삽입되는 회전저지부재,
    자기에게 안내된 광을 반사하는 것에 의해 상기 전동기의 회전수에 대응되는 광신호를 생성하는 광신호 생성수단 및,
    상기 회전저지부재에 설치된 공구측 광학부품을 구비하고, 상기 공작기계의 비회전부에 설치된 공작기계측 광학부품으로부터 상기 공구측 광학부품에 비접촉으로 입사된 광을 상기 광신호 생성수단으로 안내하고, 상기 광신호 생성수단으로 생성된 광신호를 상기 공구측 광학부품으로부터 출사하여 상기 공작기계측 광학부품에 비접촉으로 출력하는 도광수단을 구비하는 공구홀더.
  6. 공작물을 가공하는 가공구를 지지할 수 있게 되어 있고, 공작기계본체의 주축에 착탈가능하게 장착되는 공구홀더에 있어서,
    상기 가공구를 구동시키는 전동기와,
    상기 공작기계의 주축으로부터 회전력이 공급되어 상기 전동기를 구동시키는 전력이 발생되는 발전기,
    상기 공작기계의 비회전부에 삽입되는 회전저지부재,
    자기에게 안내된 광을 반사하는 것에 의해 상기 전동기의 회전수에 대응되는 광신호를 생성하는 광신호 생성수단,
    상기 회전저지부재에 설치된 공구측 광학부품을 구비하고, 상기 공작기계의 비회전부에 설치된 공작기계측 광학부품으로부터 상기 공구측 광학부품에 비접촉으로 입사된 광을 상기 광신호 생성수단으로 안내하고, 상기 광신호 생성수단으로 생성된 광신호를 상기 공구측 광학부품으로부터 출사하여 상기 공작기계측 광학부품에 비접촉으로 출력하는 도광수단,
    상기 공작기계측 광학부품에 설치되어 상기 도광수단으로부터 출력된 광신호를 수신하는 수광수단 및,
    상기 수광수단에서 수광된 상기 전동기의 회전수에 대응하는 광신호에 기초하여 상기 전동기의 회전수를 검출하는 회전수 검출수단, 및
    이 회전수 검출수단에서 검출된 회전수를 상기 공구의 외부에서 식별할 수 있도록 표시하는 회전수 표시수단을 구비하는 공구홀더.
  7. 주축과, 이 주축을 구동시키는 구동수단 및, 상기 주축과 공작물의 상대위치를 변경시키는 적어도 하나의 제어축을 구비하는 공작기계본체와,
    상기 구동수단 및 제어축을 가공프로그램에 따라 구동제어하는 제어장치,
    공작물을 가공하는 가공구와, 이 가공구를 구동시키는 전동기, 상기 공작기계본체의 주축으로부터 회전력이 공급되어 상기 전동기를 구동시키는 전력을 발생하는 발전기, 상기 공작기계의 비회전부에 삽입되는 회전저지부재, 자기에게 전달된 광을 반사하는 것에 의해 전동기의 회전수에 대응되는 광신호를 생성하는 광신호 생성수단 및, 상기 회전저지부재에 설치된 공구측 광학부품을 구비하여 상기 공작기계의 비회전부재에 설치된 공작기계측 광학부품으로부터 상기 공구측 광학부품에 비첩촉으로 입사된 광을 상기 광신호 생성수단에 안내하고 상기 광신호 생성수단으로 생성된 광신호를 상기 공구측 광학부품으로부터 출사하여 상기 공작기계측 광학부품에 비접촉으로 출력하는 도광수단을 구비하고, 상기 공작기계 본체의 주축에 착탈가능하게 장착되는 공구,
    상기 공작기계측 광학부품에 설치되어 상기 도광수단으로부터 출력된 광신호를 수신하는 수광수단 및,
    상기 수광수단으로 수광된 상기 전동기의 회전수에 대응하는 광신호에 기초하여 상기 전동기의 회전수를 검출하는 회전수 검출수단을 구비하는 공작기계.
  8. 주축과, 이 주축을 구동시키는 구동수단 및, 상기 주축과 공작물의 상대위치를 변경시키는 적어도 하나의 제어축을 구비하는 공작기계본체와,
    상기 구동수단 및 상기 제어축을 가공프로그램에 따라 구동제어하는 제어장치 및,
    공작물을 가공하는 가공구와, 이 가공구를 구동시키는 전동기, 상기 공작기계본체의 주축으로부터 회전력이 공급되어 상기 전동기를 구동시키는 전력을 발생하는 발전기, 상기 공작기계의 비회전부에 삽입되는 회전저지부재, 자기에게 전달된 광을 반사하는 것에 의해 전동기의 회전수에 대응되는 광신호를 생성하는 광신호 생성수단 및, 상기 회전저지부재에 설치된 공구측 광학부품을 구비하여 상기 공작기계의 비회전부재에 설치된 공작기계측 광학부품으로부터 상기 공구측 광학부품에 비첩촉으로 입사된 광을 상기 광신호 생성수단에 안내하고 상기 광신호 생성수단으로 생성된 광신호를 상기 공구측 광학부품으로부터 출사하여 상기 공작기계측 광학부품에 비접촉으로 출력하는 도광수단과, 상기 도광수단으로부터 출력된 광신화를 수광하는 수광수단과, 상기 수광수단에서 수광된 상기 전동기의 회전수에 대응하는 광신호에 기초하여, 상기 전동기의 회전수를 검출하는 회전수 검출수단과, 상기 회전수 검출수단에서 검출된 상기 전동기의 회전수를 상기 공구의 외부로부터 식별가능하게 표시하는 회전수 표시수단을 구비하고, 상기 공작기계 본체의 주축에 착탈가능하게 장착되는 공구를 구비하는 공작기계.
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