KR101358503B1

KR101358503B1 - 공작 기계

Info

Publication number: KR101358503B1
Application number: KR1020120023402A
Authority: KR
Inventors: 게이시 이또오; 도모노리 아꾸자와
Original assignee: 브라더 고오교오 가부시키가이샤
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2012-03-07
Publication date: 2014-02-05
Also published as: CN102729083B; JP2012206227A; KR20120112017A; CN102729083A

Abstract

본 발명은 공구 교환 시간을 단축하여, 가공의 생산성을 향상시킬 수 있는 공작 기계에 관한 것이다. 공작 기계는 공구 교환 동작을 개시하면, 주축 오리엔트 동작을 행한다. 주축 헤드는 가공 위치로부터 Z축 원점으로 Z축 최고 속도로 상승한다(S11). 주축 오리엔트 동작이 완료되면(S12 : 예), 주축 헤드는 Z축 원점으로부터 공구 교환을 행하는 ATC 원점으로 Z축 ATC 상승 속도로 상승한다(S13). 주축 헤드가 ATC 원점(Z615)에 도달하면(S13), 매거진 모터는 구동한다. 공구 매거진은 회전하여, 다음 공구를 위치 결정한다(S14). 그 후, 주축 헤드는 ATC 원점으로부터 Z축 원점으로 Z축 최고 속도와 동일한 속도로 하강한다(S15). 그 후, 주축 헤드는 Z축 원점으로부터 피가공물의 가공 개시 위치로 Z축 최고 속도로 하강한다(S16). 공작 기계는 공구로 피가공물의 가공을 행한다.

Description

공작 기계{MACHINE TOOL}

본 발명은 공작 기계에 관한 것이다. 구체적으로는 주축 헤드를 ATC 영역 내에서 이동하여 주축에 장착한 공구를 교환하는 공작 기계에 관한 것이다.

공작 기계는 자동 공구 교환을 행할 때, 미리 주축 오리엔트 동작을 실행한다. 공작 기계는 공구 교환이 실행 가능한 회전 각도 위치에서 주축을 정지할 필요가 있다. 주축 오리엔트 동작은 공구 교환 실행 가능한 회전 각도 위치에 주축을 위치 결정하는 것이다. 공작 기계는 공구 교환 시에 Z축 원점으로의 주축 헤드의 상승 동작과 주축 오리엔트 동작을 동시에 행한다. Z축 원점은 Z축의 기계 원점이다. 공작 기계는 주축 오리엔트 동작 완료 후, Z축 원점으로의 주축 헤드의 상승 동작의 감속을 개시한다. 그 후, 공작 기계는 ATC 원점으로의 주축 헤드의 상승 동작을 개시한다. ATC 원점은 주축 헤드의 공구 교환 위치이다. ATC 원점으로의 주축 헤드의 상승 동작은 주축 오리엔트 동작이 미완인 상태에서는 개시할 수 없다. 그러므로 주축 회전수가 클 때, 또는 Z축 원점으로의 주축 헤드의 상승 거리가 작을 때, Z축 원점으로의 주축 헤드의 상승 동작이 종료된 상태에서도 주축 오리엔트 동작은 미완일 때가 있다. ATC 원점으로의 주축 헤드의 상승 동작은 주축 오리엔트 동작의 완료를 기다려 개시한다. 그러므로 공구 교환에 필요로 하는 시간은 늦어진다.

예를 들어, 일본 특허 공개 2006년 272473호 공보는 주축 헤드가 ATC 영역 내에서 이동할 때의 이동 속도를 변경 가능한 공작 기계를 개시한다. 주축 헤드는 가공 영역 내를 이동한 후, ATC 영역 내를 ATC 원점까지 이동하여 정지한다. 그 후, 주축 헤드는 ATC 원점으로부터 ATC 영역 내를 이동한 후, 가공 영역 내를 이동한다. ATC 영역은 Z축 원점으로부터 ATC 원점까지의 범위이다. 가공 영역은 테이블 상면으로부터 Z축 원점까지의 범위이다.

공구 교환이 종료된 후, 주축 헤드는 ATC 원점으로부터 Z축 원점까지 하강한다. ATC 원점으로부터 Z축 원점까지의 주축 헤드의 이동 속도는 Z축 원점으로부터ATC 원점까지의 주축 헤드의 상승 속도와 동일한 경우가 많다. 그러므로 공구 교환 시간은 단축할 수 없다.

본 발명의 목적은 공구 교환 시간을 단축하여 가공의 생산성을 향상시킬 수 있는 공작 기계를 제공하는 것이다.

청구항 1에 기재된 공작 기계는 주축 헤드, 주축, 공구 교환 장치, 주축 헤드 이동 기구, 제어부를 구비한다. 주축 헤드는 피가공물의 가공을 행하는 가공 영역과 공구 교환을 행하는 ATC 영역의 사이에서 이동 가능하다. 주축 헤드는 주축을 회전 가능하게 지지한다. 공구 교환 장치는 주축과 주축 헤드가 ATC 영역에서 이동함으로써 주축에 장착한 공구를 교환한다. 주축 헤드 이동 기구는 주축과 주축 헤드를 주축의 축 방향으로 이동한다. 제어부는 주축 헤드 이동 기구를 제어한다. 제어부는 주축과 주축 헤드가, 피가공물의 가공 위치로부터 기계 원점까지 제1 속도로 이동하고, 기계 원점으로부터 ATC 원점까지 제2 속도로 이동하고, 공구 매거진 회전 정지 후에 ATC 원점으로부터 기계 원점까지, 제3 속도로 이동하도록, 주축 헤드 이동 기구를 제어한다. ATC 원점은 ATC 영역에서 공구 매거진이 회전 가능한 위치이다. 제2 속도는 제1 속도보다 느리다. 제3 속도는 제2 속도 이상, 또한 제1 속도 이하이다. 그러므로 공작 기계는 기계 각 부에 부담을 가하는 일 없이, 공구 교환 시간을 단축할 수 있다.

청구항 2에 기재된 공작 기계에서는, 제어부는, 교환 후의 공구의 중량에 기초하여 제3 속도를 결정한다. 그러므로 공작 기계는 공구의 중량에 따라 기계 각 부에 부담을 가하는 일 없이, 공구 교환 시간을 단축할 수 있다.

청구항 3에 기재된 공작 기계에서는, 제어부는, 교환 후의 공구의 중량이 제1 소정값 이하일 때, 제3 속도를 제1 속도와 동일한 속도로 결정하고, 교환 후의 공구의 중량이 제2 소정값보다 무거울 때, 제3 속도를 제2 속도와 동일한 속도로 결정하고, 교환 후의 공구의 중량이 제1 소정값보다 무겁고 제2 소정값 이하일 때, 제3 속도를 교환 후의 공구의 중량에 비례한, 제1 속도와 상기 제2 속도 사이의 속도로 결정한다. 그러므로 공구가 가벼운 경우, 공작 기계는 제3 속도를 빠르게 하여, 공구 교환의 효율화를 도모할 수 있다. 공구가 무거운 경우, 공작 기계는 제2 속도와 제1 속도의 범위에서 제3 속도를 느리게 하여, 기계 각 부에 부담을 가하는 일 없이, 공구 교환 시간을 단축할 수 있다.

도 1은 공작 기계(1)의 사시도이다.
도 2는 주축 헤드(7)의 일부 파단 확대도이다.
도 3은 공작 기계(1)와 수치 제어 장치(30)의 전기적 구성을 도시하는 블록도이다.
도 4는 비휘발성 기억 장치(35)의 기억 영역의 개념도이다.
도 5는 공구 교환 동작의 흐름도이다.
도 6은 주축 헤드(7)의 Z축 방향에서의 승강 동작을 도시하는 도면이다.
도 7은 공구 테이블(350)의 개념도이다.
도 8은 공구 중량과 Z축 ATC 하강 속도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 제2 실시 형태의 공구 교환 동작의 흐름도이다.

이하 본 발명의 제1 실시 형태의 공작 기계(1)에 대해 도면에 기초하여 설명한다. 도 1의 지면(紙面) 전방 방향, 깊이 방향, 우측, 좌측은 각각 공작 기계(1)의 전방, 후방, 우측, 좌측이다. 공작 기계(1)의 좌우 방향은 X축 방향, 전후 방향은 Y축 방향, 상하 방향은 Z축 방향이다. 공작 기계(1)는 베이스(2), 기계 본체(3), 공구 교환 장치(20), 보호 커버(도시 생략)를 구비한다. 베이스(2)는 철제이다. 기계 본체(3)는 베이스(2)의 상부에 위치하고, 피가공물을 절삭한다. 공구 교환 장치(20)는 기계 본체(3)의 상부에 위치하고, 기계 본체(3)의 주축(9)에 장착하는 공구(4)의 교환을 행한다. 보호 커버는 기계 본체(3)와 공구 교환 장치(20)의 둘레를 둘러싼다.

공작 기계(1)는 보호 커버의 전방면에 조작 패널(도시 생략)을 구비한다. 조작 패널은 입력부(24)(도 3 참조)와 표시기(액정 디스플레이)(25)(도 3 참조)를 구비한다. 표시기(25)는 액정 디스플레이이다. 작업자는 표시기(25)의 표시 정보를 확인하고, 입력부(24)를 사용하여 가공 프로그램, 공구의 종류, 공구 정보, 각종 파라미터 등을 입력한다.

기계 본체(3)의 구성에 대해 설명한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 기계 본체(3)는 컬럼(5), 주축 헤드(7)(도 2 참조), 주축(9), 작업대(10) 등을 구비한다. 컬럼(5)은 각기둥 형상이다. 컬럼(5)은 베이스(2)의 상부 후방에 고정한다. 주축 헤드(7)는 컬럼(5)의 전방면을 따라 승강한다. 주축 헤드(7)는 Z축 모터(53)(도 3 참조)의 구동에 의해 Z축 방향으로 이동한다. 주축(9)은 주축 헤드(7)의 하부에 설치한다. 주축(9)은 공구(4)를 장착하고, 주축 모터(54)(도 2 참조)의 구동에 의해 회전한다. 작업대(10)는 베이스(2)의 상부 중앙에 설치한다. 작업대(10)는 X축 모터(51)(도 3 참조), Y축 모터(52)(도 3 참조), 가이드 기구(도시 생략)에 의해 XY축 방향으로 이동한다. 수치 제어 장치(30)(도 3 참조)는 제어 상자(6)에 수납한다. 제어 상자(6)는 컬럼(5)의 배면측에 위치한다. 피가공물은 작업대(10) 상에 고정한다.

작업대(10)의 이동 기구에 대해 설명한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 작업대(10)는 하부에 지지대(12)를 설치한다. 지지대(12)는 직육면체 형상이다. 지지대(12)는 상면에 한 쌍의 X축 이송 안내(도시 생략)를 구비한다. 한 쌍의 X축 이송 안내는 X축 방향으로 연장되어, 작업대(10)를 이동 가능하게 지지한다.

베이스(2)는 상부에 한 쌍의 Y축 이송 안내(도시 생략)를 구비한다. 한 쌍의 Y축 이송 안내는 Y축 방향으로 연장되고, 베이스(2)의 전후 방향을 따라 배치한다. 한 쌍의 Y축 이송 안내는 지지대(12)를 이동 가능하게 지지한다.

베이스(2)는 상부에 Y축 모터(52)(도 3 참조)를 구비한다. Y축 모터(52)는 작업대(10)를 Y축 이송 안내를 따라 Y축 방향으로 이동 구동한다. 지지대(12)는 상부에 X축 모터(51)(도 3 참조)를 구비한다. X축 모터(51)는 작업대(10)를 X축 이송 안내를 따라 X축 방향으로 이동 구동한다. X축 모터(51)와 Y축 모터(52)는 서보 모터이다.

X축 이송 안내는 커버(13, 14)를 작업대(10)의 좌우 양측에 구비한다. 커버(13, 14)는 텔레스코픽식으로 신축한다. Y축 이송 안내는 커버(15)를 지지대(12) 앞에 구비하고, 후방 커버(도시 생략)를 지지대(12)의 뒤에 구비한다. 커버(13 내지 15)와 후방 커버는 X축 이송 안내와 Y축 이송 안내를 항상 덮는다. 그러므로 공작 기계(1)는 가공 영역으로부터 비산하는 절삭 칩, 쿨런트액이 각 축 이송 안내 상으로 낙하하는 것을 방지한다.

주축 헤드의 승강 기구에 대해 설명한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 컬럼(5)은 주축 헤드(7)를 안내 궤도(도시 생략)와 리니어 가이드를 통해 승강 가능하게 지지한다. 안내 궤도는 컬럼(5)의 전방측(도 2에 있어서의 좌측)에 있어서 상하 방향으로 고정한다.

볼 나사(26)는 컬럼(5)의 전방면에 상하 방향으로 설치한다. 상측 베어링부(27)와 하측 베어링부(28)는 볼 나사(26)를 회전 가능하게 지지한다. 너트(29)는 주축 헤드(7)의 배면에 고정한다. 너트(29)는 볼 나사(26)에 나사 결합한다. 볼 나사(26)의 상단부는 Z축 모터(53)(도 3 참조)의 구동축에 커플링(도시 생략)을 통해 연결한다. Z축 모터(53)는 상측 베어링부(27)의 상부에 고정한다. 그러므로 볼 나사(26)는 Z축 모터(53)의 구동에 의해 정역 양방향으로 회전한다. 볼 나사(26)가 정역 방향으로 회전하면, 너트(29)가 승강한다. 그러므로 주축 헤드(7)는 도 2의 화살표 A 방향으로 승강한다. 도 2에 있어서 Z축 모터(53)는 생략되어 있다.

주축 헤드(7)의 내부 구조에 대해 설명한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 주축(9)은 주축 헤드(7)의 전방 하부의 내측에 설치한다. 주축(9)은 상하 방향으로 회전축을 갖고, 회전 가능하다. 주축 모터(54)는 주축 헤드(7)의 상부에 고정한다. 주축(9)은 주축 모터(54)의 구동축에 커플링(23)을 통해 연결한다. 주축(9)은 주축 모터(54)의 구동에 의해 회전한다. 주축(9)의 선단부(하단부)는 테이퍼 구멍(18)을 갖는다. 테이퍼 구멍(18)은 공구 홀더(17)의 테이퍼 장착부(17a)를 장착할 수 있다. 풀 스터드(17b)는 테이퍼 장착부(17a)로부터 상방으로 돌출된다. 홀더 끼움 지지 부재(19)는 주축(9)의 내부에 설치한다. 테이퍼 장착부(17a)를 테이퍼 구멍(18)에 장착하면, 홀더 끼움 지지 부재(19)는 풀 스터드(17b)를 끼움 지지한다. 드로우 바(81)는 주축(9)의 중심을 통과하는 구멍 안을 삽입 관통한다. 드로우 바(81)는 주축(9)과 동축 상에 배치한다. 드로우 바(81)가 홀더 끼움 지지 부재(19)를 하방으로 누를 때, 홀더 끼움 지지 부재(19)는 풀 스터드(17b)의 끼움 지지를 해제한다.

주축 헤드(7)는 후방 상부의 내측에 지지축(61)을 통해 크랭크 레버(60)를 요동 가능하게 지지한다. 크랭크 레버(60)는 측면에서 볼 때 역L자형이다. 크랭크 레버(60)는 수직 레버(60b)와 수평 레버(60a)를 구비한다. 수평 레버(60a)는 대략 수평으로 연장된다. 수직 레버(60b)는 수평 레버(60a)의 후단부로부터 대략 수직으로 상방으로 연장된다. 핀(65)은 드로우 바(81)에 직교하여 설치한다. 수평 레버(60a)의 선단부는 핀(65)에 결합 가능하다. 판캠체(66)는 수직 레버(60b)의 배면 상부에 고정한다. 캠 팔로워(67)는 상측 베어링부(27)에 고정한다. 판캠체(66)는 캠 팔로워(67)와 접촉 분리 가능하다. 인장 코일 스프링(68)은 수직 레버(60b)와 주축 헤드(7) 사이에 탄력적으로 설치한다. 인장 코일 스프링은 크랭크 레버(60)를 우측에서 보아 시계 방향으로 상시 가압한다. 그러므로 수평 레버(60a)는 핀(65)을 하방으로 누르지 않는다.

예를 들어, 주축(9)의 테이퍼 구멍(18)이 공구 홀더(17)의 테이퍼 장착부(17a)를 장착한 상태에서, 주축 헤드(7)가 상승하면, 판캠체(66)는 캠 팔로워(67)로 미끄럼 이동한다. 판캠체(66)가 캠 팔로워(67)로 미끄럼 이동하면, 크랭크 레버(60)는 우측에서 보아 지지축(61)을 중심으로 반시계 방향으로 회전한다. 크랭크 레버(60)가 회전하면, 수평 레버(60a)는 핀(65)에 결합하여, 핀(65)을 하방으로 누른다. 핀(65)이 하방으로 이동함으로써, 드로우 바(81)는 홀더 끼움 지지 부재(19)를 하방으로 가압하여, 홀더 끼움 지지 부재(19)는 풀 스터드(17b)의 끼움 지지를 해제한다. 그러므로 공구 홀더(17)는 주축(9)에 착탈 가능하다. 또한, 공구 홀더(17)는 공구(4)를 보유 지지한다.

공구 교환 장치(20)의 구조에 대해 설명한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 공구 교환 장치(20)는 터릿식의 공구 매거진(21)을 구비한다. 공구 매거진(21)은 매거진 베이스(71)와 복수의 그립 아암(73)을 주로 구비한다. 매거진 베이스(71)는 플랜지가 구비된 원통 형상이다. 복수의 그립 아암(73)은 매거진 베이스(71)의 플랜지부(72)의 배면 외주를 따라 요동 가능하게 설치한다. 매거진 지지대(87)는 프레임(78)에 고정한다. 지지축(75)은 공작 기계(1)의 전방 경사 하방으로 연장된다. 매거진 지지대(87)는 지지축(75)을 회전 가능하게 지지한다. 매거진 베이스(71)는 지지축(75)의 외측에 끼워진다. 그러므로 매거진 베이스(71)는 공작 기계(1)의 전방에 원형 형상의 플랜지부(72)의 정면을 향하게 하여 배치하고, 회전 가능하다.

매거진 베이스(71)는 보스부(74)와 플랜지부(72)를 주로 구비한다. 보스부(74)는 통 형상이다. 지지축(75)은 보스부(74)의 내측을 삽입 관통한다. 플랜지부(72)는 보스부(74)의 외주면의 전단부측에 플랜지 형상으로 설치한다. 원판(77)은 보스부(74)의 후단부 외측에 끼워지고, 또한 지지축(75)을 중심으로 한다. 캠 팔로워(도시 생략)는 원판(77)의 배면측[주축 헤드(7)에 대향하는 면]에 복수의 그립 아암(73)의 배치 위치에 대응하여 설치한다. 캠 팔로워는 롤러 형상이다.

케이싱(82)은 매거진 지지대(87)의 상부에 고정한다. 매거진 모터(55)는 케이싱(82)의 상부에 고정한다. 매거진 모터(55)는 매거진 베이스(71)의 위치 결정에 사용한다. 위치 결정 기구는 복수의 기어(도시 생략)와 캠(도시 생략)을 구비한다. 위치 결정 기구의 일부는 케이싱(82)의 내측에서 매거진 모터(55)의 회전축에 연결한다. 캠 홈(도시 생략)은 위치 결정 기구의 캠에 형성한다. 원판(77)의 복수의 캠 팔로워는 캠 홈에 순차 끼워 맞춘다. 그러므로 원판(77)은 간헐적인 위치 결정을 행할 수 있다. 위치 결정 기구는 복수의 그립 아암(73) 중 1개를 매거진 베이스(71)의 최하단부에 위치 결정한다. 도시하지 않지만, 인코더는 매거진 모터(55)에 고정하고, 공작 기계(1)의 수치 제어 장치(30)(도 3 참조)에 접속한다. 그러므로 공작 기계(1)는 인코더의 출력 신호에 기초하여 매거진 모터(55)의 피드백 제어를 행한다.

공작 기계(1)와 수치 제어 장치(30)의 전기적 구성에 대해 설명한다. 도 3에 도시한 바와 같이, 공작 기계(1)는 수치 제어 장치(30)를 구비한다. 수치 제어 장치(30)는 CPU(31), ROM(32), RAM(33), 비휘발성 기억 장치(35), 입출력부(34), 타이머(36), 축 제어 회로(41a 내지 45a), 서보 앰프(41 내지 44), 미분기(51b 내지 54b) 등을 구비한다. 서보 앰프(41 내지 44)는 X축 모터(51), Y축 모터(52), Z축 모터(53), 주축 모터(54)에 접속한다. 축 제어 회로(45a)는 매거진 모터(55)에 접속한다.

ROM(32)은 제어 프로그램 등을 기억한다. 제어 프로그램은 가공 프로그램을 해석하여 실행하기 위한 프로그램이다. RAM(33)은 후술하는 제어 프로그램의 실행 중에 산출한 값 등을 일시적으로 기억한다. 도 4에 도시한 바와 같이, 비휘발성 기억 장치(35)는 공구 테이블 기억 영역(351), 가공 프로그램 기억 영역(352) 등을 구비한다. 작업자는 입력부(24)를 사용하여 다양한 가공 프로그램을 가공 프로그램 기억 영역(352)에 등록한다.

X축 모터(51), Y축 모터(52)는 각각 작업대(10)를 X축 방향, Y축 방향으로 구동한다. Z축 모터(53)는 주축 헤드를 Z축 방향으로 구동한다. 매거진 모터(55)는 공구 매거진(21)을 구동한다. 주축 모터(54)는 주축(9)을 구동한다. X축 모터(51), Y축 모터(52), Z축 모터(53), 주축 모터(54)는 각각 인코더(51a 내지 54a)를 구비한다.

축 제어 회로(41a 내지 44a)는 CPU(31)로부터 이동 지령량을 받고, 전류 지령량을 서보 앰프(41 내지 44)에 출력한다. 전류 지령량은 토크 지령값이다. 서보 앰프(41 내지 44)는 전류 지령량을 받고, 모터(51 내지 54)에 구동 전류를 출력한다. 인코더(51a 내지 54a)는 축 제어 회로(41a 내지 44a)와 미분기(51b 내지 54b)에 위치 피드백 신호를 출력한다. 축 제어 회로(41a 내지 44a)는 위치의 피드백 제어를 행한다. 미분기(51b 내지 54b)는 위치 피드백 신호를 미분하여 속도 피드백 신호로 변환하고, 축 제어 회로(41a 내지 44a)에 속도 피드백 신호를 출력한다. 축 제어 회로(41a 내지 44a)는 속도 피드백의 제어를 행한다.

전류 검출기(41b 내지 44b)는 구동 전류를 검출한다. 수치 제어 장치(30)는 전류 검출기(41b 내지 44b)가 검출한 구동 전류를 축 제어 회로(41a 내지 44a)에 피드백한다. 축 제어 회로(41a 내지 44a)는 구동 전류에 기초하여 전류(토크) 제어를 행한다.

축 제어 회로(45a)는 CPU(31)로부터 이동 지령량을 받아 매거진 모터(55)를 구동한다. 입력부(24)와 표시기(25)는, 입출력부(34)에 접속한다.

도 3, 도 5, 도 6을 참조하여 공작 기계(1)의 공구 교환 동작에 대해 설명한다. Z축의 기계 원점은 이하의 설명에서 Z축 원점이라고 한다. 기계 원점은 X축, Y축의 기계 좌표가 0이고, 또한 Z축의 기계 좌표가 가공 가능한 상한인 위치이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 공작 기계(1)는 공구 교환 동작을 개시하면, 주축 오리엔트 동작을 개시한다(S11). 주축 오리엔트 동작은 주축(9)의 회전 각도 위치를 공구 교환 가능한 위치에 정지하는 동작이다. 구체적으로는, Z축 모터(53)는 CPU(31)의 제어에 의해 회전한다. 주축 헤드(7)는 구간 101을 Z축 최고 속도로 상승한다(S11). 도 6에 도시한 바와 같이, 구간 101은 피가공물의 가공 위치(Z350)로부터 Z축 원점(Z480)까지의 구간이다. Z축 최고 속도는 Z축을 상승시키는 최고 속도이다. 이하, Z축 최고 속도는 「제1 속도」라고도 한다. Z축 최고 속도의 일례는 50m／min이다. S11의 처리에서는, 주축 모터(54)는 CPU(31)의 제어에 의해 회전하여, 주축 오리엔트 동작을 행한다.

주축(9)의 회전 각도 위치가 공구 교환 가능한 위치로 되었을 때, CPU(31)는 주축 오리엔트 동작이 완료되었다고 판단한다(S12 : 예). Z축 모터(53)는 CPU(31)의 제어에 의해 회전한다. 주축 헤드(7)는 구간 102를 Z축 ATC 상승 속도로 상승한다(S13). 도 6에 도시한 바와 같이, 구간 102는 Z축 원점(Z480)으로부터 공구 교환을 행하는 ATC 원점(Z615)까지의 구간이다. 이하, Z축 ATC 상승 속도는 제2 속도라고도 한다. 주축 오리엔트 동작이 완료되어 있지 않을 때(S12 : 아니오), CPU(31)는 주축 오리엔트 동작을 감시한다(S12). 제2 속도는 제1 속도보다도 느린 속도이고, 예를 들어 35m／min이다. 그러므로 부하는 크랭크 레버(60), 판캠체(66), 캠 팔로워(67)(도 2 참조) 등에 가해지지 않는다. 주축 헤드(7)가 도 6에 도시하는 ATC 원점(Z615)에 도달하면(S13), 매거진 모터(55)가 CPU(31)의 제어에 의해 구동한다. 공구 매거진(21)은 회전하여, 다음 공구를 파지한 그립 아암(73)을 매거진 베이스(71)의 최하단부에 위치 결정한다(S14).

그 후, Z축 모터(53)는 CPU(31)의 제어에 의해 회전한다. 주축 헤드(7)는 구간 103을 Z축 ATC 하강 속도로 하강한다(S15). 도 6에 도시한 바와 같이, 구간 103은 ATC 원점(Z615)으로부터 Z축 원점(Z480)까지의 구간이다. 이하, Z축 ATC 하강 속도는 제3 속도라고도 한다. 주축 헤드(7)가 하강할 때, 부하는 크랭크 레버(60), 판캠체(66), 캠 팔로워(67)(도 2 참조) 등에 그다지 가해지지 않는다. 그러므로 Z축 ATC 하강 속도(제3 속도)는 상기 Z축 최고 속도(제1 속도)와 동일한 속도이다. 그 후, 주축 헤드(7)는 구간 104를 Z축 최고 속도로 하강한다(S16). 구간 104는 Z축 원점(Z480)으로부터 피가공물의 가공 개시 위치(Z350)까지의 구간이다. 주축 모터(54)는 CPU(31)의 제어에 의해 회전하고, 주축(9)은 CPU(31)가 지령한 회전 속도로 회전한다(S16). 종래, 주축 헤드(7)는 구간 103을 Z축 최고 속도보다 느린 Z축 ATC 상승 속도와 동일한 속도로 하강한다. 제1 실시 형태에서는, 주축 헤드(7)는 구간 103을 Z축 최고 속도로 하강한다. 그러므로 공구 교환의 시간은 단축할 수 있어, 피가공물의 가공 시간은 단축할 수 있다.

도 6 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 제2 실시 형태에 대해 설명한다. 제2 실시 형태에서는, CPU(31)는 공구(4)의 중량에 따라 Z축 ATC 하강 속도(제3 속도)를 결정(산출)한다. 도 7을 참조하여 공구 테이블(350)을 설명한다. 도 4에 나타내는 비휘발성 기억 장치(35)의 공구 테이블 기억 영역(351)은 공구 테이블(350)을 기억한다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 공구 테이블(350)은 공구 번호, 공구 이름, 공구 길이, 공구 직경, 공구 중량을 기억한다. 예를 들어, 공구 번호 1에 대해, 공구 이름은 드릴, 공구 길이는 100㎜, 공구 직경은 5㎜, 공구 중량은 1.0㎏이다. 공구 번호 2에 대해, 공구 이름은 탭, 공구 길이는 150㎜, 공구 직경은 6㎜, 공구 중량은 1.5㎏이다. 공구 번호 3에 대해, 공구 이름은 엔드밀, 공구 길이는 200㎜, 공구 직경은 50㎜, 공구 중량은 3.0㎏이다.

도 8을 참조하여 구간 103의 Z축 ATC 하강 속도(제3 속도)를 공구 중량에 기초하여 결정하는 방법에 대해 설명한다. 제2 실시 형태에서는, 공작 기계(1)는 파라미터 A(제1 소정값)와 파라미터 B(제2 소정값)를 설정한다. 파라미터 A와 파라미터 B는 Z축 ATC 하강 속도(제3 속도)를 전환하는 공구 중량이다. 예를 들어, 공작 기계(1)는 파라미터 A를 1.0㎏, 파라미터 B를 2.0㎏으로 설정한다. 공구 중량이 1.0㎏ 이하일 때, 주축 헤드(7)는 Z축 최고 속도(예를 들어, 50m／min)로 하강한다. 공구 중량이 2.0㎏보다 무거울 때, 주축 헤드(7)는 Z축 ATC 상승 속도(예를 들어, 35m／min)로 하강한다. 공구 중량이 1.0㎏보다 무겁고 2.0㎏ 이하일 때, CPU(31)는 Z축 최고 속도와 Z축 ATC 상승 속도 사이에서 공구 중량에 비례한 제3 속도(Z축 ATC 하강 속도)를 결정한다.

공구 중량이 1.0㎏ 미만으로 가벼울 때, 주축 헤드(7)가 Z축 최고 속도로 이동하면, 부하는 크랭크 레버(60), 판캠체(66), 캠 팔로워(67)(도 2 참조) 등에 그다지 가해지지 않는다. 그러므로 공작 기계(1)는 파라미터 A를 1.0㎏으로 설정한다. 공구 중량이 2.0㎏보다 무거울 때, 주축 헤드(7)가 Z축 최고 속도로 이동하면, 부하는 크랭크 레버(60), 판캠체(66), 캠 팔로워(67) 등에 가해질 가능성이 있다. 그러므로 공작 기계(1)는 파라미터 B를 2.0㎏으로 설정한다.

도 9의 흐름도를 참조하여 제2 실시 형태의 공구 교환 동작에 대해 설명한다. 또한, S21 내지 S24는 제1 실시 형태의 S11 내지 S14와 동일하므로, 설명을 생략한다.

S25에 있어서, CPU(31)는 비휘발성 기억 장치(35)에 기억한 공구 테이블(350)을 참조하여 교환 후의 공구 중량에 기초하여 Z축 ATC 하강 속도(제3 속도)를 결정(산출)한다(S25). 예를 들어, 교환 후의 공구가 공구 번호 1의 드릴일 때, 공구 중량은 1.0㎏으로, 파라미터 A(1.0㎏) 이하이다. 그러므로 CPU(31)는 Z축 ATC 하강 속도(제3 속도)를 Z축 최고 속도(일례로서, 50m／min)와 동일한 속도로 결정한다. 교환 후의 공구가 공구 번호 3의 엔드밀일 때, 공구 중량은 3.0㎏으로, 파라미터 B(2.0㎏)보다 무겁다. 그러므로 CPU(31)는 Z축 ATC 하강 속도(제3 속도)를 일례로서 35m／min으로 결정한다. 교환 후의 공구가 공구 번호 2의 탭일 때, 공구 중량이 1.5㎏으로, 파라미터 A(1.0㎏)보다 무겁고 파라미터 B(2.0㎏) 이하이다. 그러므로 CPU(31)는 Z축 ATC 하강 속도(제3 속도)를 비례 배분으로 산출하여 결정한다. 산출식은 다음과 같다.

Z축 ATC 하강 속도(제3 속도)＝Z축 최고 속도―(Z축 최고 속도―Z축 ATC 상승 속도)×(공구 중량―파라미터 A)

예를 들어, 상기한 예에서는, Z축 ATC 하강 속도(제3 속도)＝50―(50―35)×(1.5―1)＝42.5(m／min)이다.

그 후, Z축 모터(53)는 CPU(31)의 제어에 의해 회전한다. 주축 헤드(7)는 구간 103을 CPU(31)가 S25에서 산출하여 결정한 Z축 ATC 하강 속도(제3 속도)로 하강한다(S26). 그 후, 주축 헤드(7)는 구간 104를 Z축 최고 속도로 하강한다(S27). 도 6에 도시한 바와 같이, 구간 104는 Z축 원점(Z480)으로부터 피가공물의 가공 개시 위치(Z350)까지의 구간이다. 주축 모터(54)는 CPU(31)의 제어에 의해 회전하고, 주축(9)은 CPU(31)가 지령한 회전 속도로 회전한다(S27). 제2 실시 형태에서는, 주축 헤드(7)는 구간 103을 CPU(31)가 공구(4)의 중량, Z축 최고 속도, Z축 ATC 상승 속도에 기초하여 결정한 속도로 하강한다. 그러므로 공구 교환의 시간은 단축할 수 있고, 부하는 크랭크 레버(60), 판캠체(66), 캠 팔로워(67)등에 부하를 가하지 않도록 할 수 있다.

상기 실시 형태에서는, 주축 헤드 이동 기구의 일례는 Z축 모터(53)이다. 제어부의 일례는 수치 제어 장치(30)와 CPU(31)이다.

상기 실시 형태에서는 종형의 공작 기계를 예로 설명하였다. 본 발명은 횡형의 공작 기계에도 적용 가능하다. 공구 교환 장치(20)는 다른 방식의 기구이어도 된다. 상기 제1 속도 내지 제3 속도의 수치의 구체예는 일례이다. 공작 기계(1)는 실제의 공구(4)의 무게에 따라 제1 속도 내지 제3 속도를 결정하면 된다. 파라미터 A와 B의 수치의 구체예는 일례이다. 공작 기계(1)는 실제의 공구(4)의 무게에 따라 파라미터 A와 B의 수치를 결정하면 된다.

Claims

피가공물의 가공을 행하는 가공 영역과 공구 교환을 행하는 ATC 영역 사이에서 이동 가능한 주축 헤드(7)와,
상기 주축 헤드가 회전 가능하게 지지하는 주축(9)과,
상기 주축과 상기 주축 헤드가 상기 ATC 영역에서 이동함으로써 상기 주축에 장착한 공구(4)를 교환하는 공구 교환 장치(20)를 구비한 공작 기계(1)에 있어서,
상기 주축과 상기 주축 헤드를 상기 주축의 축 방향으로 이동하는 주축 헤드 이동 기구(53)와,
상기 주축 헤드 이동 기구를 제어하는 제어부(30, 31)를 구비하고,
상기 주축과 상기 주축 헤드는 상기 피가공물의 가공 위치로부터 기계 원점까지 제1 속도로 이동하고,
상기 기계 원점으로부터 상기 ATC 영역에서 공구 매거진(21)이 회전 가능한 위치인 ATC 원점까지, 상기 제1 속도보다 느린 제2 속도로 이동하고,
상기 공구 매거진 회전 정지 후에 상기 ATC 원점으로부터 상기 기계 원점까지, 상기 제2 속도 이상, 또한 상기 제1 속도 이하의 제3 속도로 이동하도록,
상기 제어부는 상기 주축 헤드 이동 기구를 제어하고,
상기 제어부는,
교환 후의 공구의 중량이 제1 소정값보다 무겁고 제2 소정값 이하일 때, 상기 제3 속도를 교환 후의 공구의 중량에 비례한, 상기 제1 속도와 상기 제2 속도 사이의 속도로 결정하는, 공작 기계.
삭제
제1항에 있어서, 상기 제어부는,
교환 후의 공구의 중량이 제1 소정값 이하일 때, 상기 제3 속도를 상기 제1 속도와 동일한 속도로 결정하고,
교환 후의 공구의 중량이 제2 소정값보다 무거울 때, 상기 제3 속도를 상기 제2 속도와 동일한 속도로 결정하는, 공작 기계.