KR101787602B1 - 공구 교환 시간을 획기적으로 감소시킬 수 있는 자동 공구 교환 장치를 포함하는 공작 기계 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 공작 기계는, 현재 작업 진행 중에 다음 작업에 필요한 공구를 미리 교환 용이한 위치로 이동시켜 놓음으로써 공구 교환 시간을 감소시킬 수 있는, ATC를 포함 이용하여, 스핀들(spindle)에 장착되어 현재 작업에 이용 중인 공구가 언클램핑될(to be unlamped) 공구 포트(tool pot)와 스핀들에 의하여 클램핑되어 다음 작업에 이용될 공구가 장착되어 있는 공구 포트가 하나의 세트를 이루어 공구 교환을 수행하므로 공구 교환 시간을 현저히 감소시킬 수 있다.

Description

공구 교환 시간을 획기적으로 감소시킬 수 있는 자동 공구 교환 장치를 포함하는 공작 기계{machine tool including automatic tool changer capable of innovatively reducing tool change time}

본 발명은 공작 기계에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 공구 교환 시 원거리에 위치한 공구의 교환 시간과 근거리에 위치한 공구의 교환 시간의 차이를 제거하여 공구 교환 시간을 획기적으로 감소시킬 수 있는 공구 자동 교환 장치를 포함하는 공작 기계에 관한 것이다.

최근 여러 작업을 수행할 수 있는 복합 공작 기계들이 개발되고 있고, 산업 현장에서도 이용되고 있다. 하나의 복합 공작 기계가 구멍을 뚫고, 나사를 깎고, 파고, 면을 절삭하는 등 각종 공작 기능을 갖고 있는데, 이를 위하여 공구를 필요에 따라 자동적으로 교환해 주는 자동 공구 교환 장치(自動工具交換裝置, automatic tool changer: 이하 본 명세서에서는 'ATC'라 함)가 필요하다. 최근에는 수백 개의 공구를 임의 선택할 수 있는 ATC도 출현하고 있다.

일반적으로 이러한 복합 공작 기계에서는 공구를 교환하는데 복잡한 절차를 거쳐야 하고, 많은 시간도 걸린다. 수치제어(數値制御, numerical control, 이하 본 명세서에서는 'NC'라 함)을 통하여 공구 교환이 자동적으로 이루어지면서 가공 시간이 대폭적으로 감소되었으나, 원거리 및 근거리에 위치한 공구 간의 교환 시간 차로 인한 시간 로스가 상당한 편이다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 현재 작업 진행 중에 다음 작업에 필요한 공구를 미리 교환 용이한 위치로 이동시켜 놓음으로써 공구 교환 시간을 감소시킬 수 있는, ATC를 포함하는 공작 기계를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 스핀들(spindle)에 장착되어 현재 작업에 이용 중인 공구가 언클램핑될(to be unlamped) 공구 포트(tool pot)와 스핀들에 의하여 클램핑되어 다음 작업에 이용될 공구가 장착되어 있는 공구 포트가 하나의 세트를 이루어 공구 교환을 수행하므로 공구 교환 시간을 감소시킬 수 있는 공작 기계를 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 공작 기계는, 스핀들(spindle); 상기 스핀들의 위치를 제어하는 제1 위치 조정부; 각각이, 상기 스핀들에 장착되어 제1 작업에 이용되고 있는 제1 공구가 언클램핑될(to be unlamped) 제1 공구 포트(tool pot) 및 상기 제1 공구 포트 옆에(next to) 위치하며 상기 스핀들에 의하여 클램핑(to be clamped)되어 상기 제1 작업에 이어 진행될 제2 작업에 이용될 제2 공구가 장착되어 있는 제2 공구 포트를 포함하는, 복수의 공구 포트 세트(sets)를 포함하는 공구 매거진(tool magazine); 상기 복수의 공구 포트 세트의 상기 공구 매거진 내에서의 위치를 제어하는 제2 위치 조정부; 및 상기 제1 위치 조정부 및 상기 제2 위치 조정부를 제어하여 상기 스핀들의 위치 및 상기 복수의 공구 세트의 공구 매거진 내에서의 위치를 변경함으로써, 상기 제1 작업 중에 상기 제2 작업에 대응되는 공구 포트 세트를 공구 교환 대기 위치로 이동시키는 공구 교환 준비 단계를 수행하고, 상기 제1 작업이 완료되면 상기 제1 공구를 상기 스핀들로부터 상기 제1 공구 포트에 언클램핑시키며 상기 제2 공구를 상기 제2 공구 포트로부터 상기 스핀들에 클램핑시키는 공구 교환 단계를 수행하는 컨트롤 블락을 포함할 수 있다.

상기 공작 기계는, 상기 공구 매거진 전체의 위치를 제어하는 제3 위치 조정부를 더 포함하며, 상기 컨트롤 블락은, 상기 제3 위치 조정부를 제어하여 상기 공구 매거진 전체의 위치를 더 변경함으로써 상기 공구 교환 준비 단계 및 상기 공구 교환 단계를 수행할 수 있다.

상기 공구 교환 단계는, 상기 스핀들을 상기 제1 공구 포트로 수평 이동시킨 다음 제1 방향으로 수직 이동시켜, 상기 스핀들에 장착된 상기 제1 공구를 상기 제1 공구 포트에 언클램핑시키는 단계; 상기 스핀들 및 상기 제2 공구 포트 중 적어도 하나를 수평 이동시켜, 상기 스핀들과 상기 제2 공구 포트의 수평 위치를 매칭시키는 단계; 및 상기 스핀들을 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 수직 이동시켜, 상기 제2 공구 포트에 장착된 상기 제2 공구를 상기 스핀들에 클램핑시키는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 공작 기계는, 적어도 하나의 추가 스핀들 및 상기 적어도 하나의 추가 스핀들에 대응되는 적어도 하나의 추가적인 제1 위치 조정부를 더 포함하며, 상기 복수의 공구 포트 세트 각각은, 상기 스핀들에 대응되는 제1 및 제2 공구 포트에 옆에 위치하며, 상기 추가 스핀들에 대응되는 추가적인 제1 및 제2 공구 포트를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 컨트롤 블락은, 상기 추가적인 제1 위치 조정부의 위치를 더 제어하여 상기 적어도 하나의 추가 스핀들의 위치를 더 변경함으로써, 상기 공구 교환 준비 단계 수행 시 상기 추가적인 제1 및 제2 공구 포트를 상기 추가 스핀들에 대응되는 공구 교환 대기 위치로 이동시키고, 상기 공구 교환 단계 수행 시 상기 추가적인 제1 및 제2 공구 포트를 이용한 공구 클램핑 및 언클램핑 동작을 수행하여 상기 추가적인 스핀들의 공구를 다음 작업에 이용될 공구로 교환할 수 있다.

상기 공구 교환 준비 단계는, 상기 제1 및 제2 공구 포트 및 상기 추가적인 제1 및 제2 공구 포트로 구성된 공구 포트 세트를 상기 공구 교환 대기 위치로 이동시키는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 공구 교환 단계는, 상기 스핀들과 함께, 상기 적어도 하나의 추가 스핀들을 상기 추가적인 제1 공구 포트로 수평 이동시킨 다음 제1 방향으로 수직 이동시켜, 상기 추가 스핀들에 장착된 제1 공구를 상기 추가적인 제1 공구 포트에 언클램핑시키는 단계; 상기 스핀들과 함께 상기 추가 스핀들을 수평 이동시키거나, 상기 제2 공구 포트와 함께 상기 추가적인 제2 공구 포트를 수평 이동시켜, 상기 스핀들 및 상기 추가 스핀들과 상기 제2 공구 포트 및 상기 추가적인 제2 공구 포트의 수평 위치를 매칭시키는 단계; 및 상기 스핀들과 함께 상기 추가 스핀들을 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 수직 이동시켜, 상기 추가적인 제2 공구 포트에 장착된 상기 제2 공구를 상기 스핀들에 클램핑시키는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 공작 기계는, 스핀들; 상기 스핀들의 위치를 제어하는 제1 위치 조정부; 복수의 공구 포트를 포함하는 공구 매거진; 상기 공구 매거진 내에서 상기 복수의 공구 포트의 위치를 제어하는 제2 위치 조정부; 상기 스핀들에 장착된 공구가 언클램핑될 제1 공구 포트 및 상기 스핀들에 의해 클램핑될 공구가 장착될 제2 공구 포트를 포함하는 공구 포트 세트를 포함하는 공구 운반자(tool carrier); 상기 공구 운반자의 위치 및 자세를 제어하는 제3 위치 조정부; 및 상기 제1 위치 조정부, 상기 제2 위치 조정부, 및 제3 위치 조정부를 제어하여, 상기 스핀들의 위치, 상기 복수의 공구 포트의 상기 공구 매거진 내에서의 위치, 및 상기 공구 운반자의 위치 및 자세를 변경할 수 제어부를 포함한다.

그 결과, 상기 컨트롤 블락은, 상기 제1 작업 중에 상기 제1 작업에 이어 수행될 제2 작업에 이용될 제2 공구를 상기 공구 매거진에서 상기 제2 공구 포트에 클램핑시켜 상기 공구 운반자를 공구 교환 대기 위치로 이동시키는 공구 교환 준비 단계를 수행하고, 상기 제1 작업이 완료되면, 상기 제1 공구를 상기 스핀들로부터 상기 제1 공구 포트에 언클램핑시키는 단계, 상기 제2 공구를 상기 제2 공구 포트로부터 상기 스핀들에 클램핑시키는 단계, 및 상기 제1 공구 포트에 언클램핑된 상기 제1 공구를 상기 복수의 공구 포트 중 비어 있는 공구 포트에 언클램핑하는 단계를 포함하는 공구 교환 단계를 수행할 수 있다.

상기 공구 교환 준비 단계는, 상기 제2 위치 조정부를 제어하여 상기 제2 공구를 상기 공구 운반자가 클램핑을 수행하는 위치로 이동시키는 단계; 상기 제3 위치 조정부를 제어하여 상기 공구 운반자의 위치 및 자세를 조정하여 상기 제1 공구 포트에 상기 제2 공구를 클램핑하는 단계; 및 상기 제3 위치 조정부를 제어하여 상기 공구 운반자를 상기 공구 교환 대기 위치로 이동시키는 단계를 포함할 수 있다.

상기 제1 공구를 상기 제1 공구 포트에 언클램핑시키는 단계는, 상기 공구 운반자의 위치 및 자세 중 적어도 하나를 조정하고, 상기 스핀들을 상기 제1 공구 포트로 수평 이동시킨 다음 제1 방향으로 수직 이동시켜, 상기 스핀들에 장착된 상기 제1 공구를 상기 제1 공구 포트에 언클램핑시키는 단계를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 제2 공구를 상기 스핀들에 클램핑 시키는 단계는, 상기 스핀들의 수평 위치, 상기 제2 공구 포트의 수평 위치, 상기 공구 운반자의 자세 중 적어도 하나를 조정하여, 상기 스핀들과 상기 제2 공구 포트의 수평 위치를 매칭시키는 단계; 및 상기 스핀들을 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 수직 이동시켜, 상기 제2 공구 포트에 장착된 상기 제2 공구를 상기 스핀들에 클램핑시키는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 공작 기계는, 적어도 하나의 추가 스핀들 및 상기 적어도 하나의 추가 스핀들에 대응되는 적어도 하나의 추가적인 제1 위치 조정부를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 공구 운반자는, 각각이 상기 제1 및 제2 공구 포트와 세트를 이루는, 상기 적어도 하나의 스핀들에 대응되는 적어도 하나의 추가적인 제1 및 제2 공구 포트를 더 포함할 수 있다.

상기 컨트롤 블락은, 상기 공구 교환 단계에서 상기 적어도 하나의 추가적인 제1 위치 조정부를 더 제어하여 상기 추가 스핀들의 위치를 상기 스핀들과 함께 조정함으로써, 상기 제1 공구의 언클램핑과 함께 상기 적어도 하나의 추가 스핀들에 장착된 공구를 상기 적어도 하나의 추가적인 제1 공구 포트에 언클램핑시키며, 상기 제2 공구의 클램핑과 함께 상기 적어도 하나의 추가적인 제2 공구 포트에 장착된 공구를 상기 적어도 하나의 추가 스핀들에 클램핑시킬 수 있다.

상기 컨트롤 블락은, 상기 제1 공구의 언클램핑과 함께, 상기 적어도 하나의 추가적인 제1 공구 포트에 언클램핑되어 있는 공구를 상기 공구 매거진에서 상기 비어 있는 공구 포트와 세트를 이루는 공구 포트에 언클램핑시킬 수 있다.

본 발명에 따른 공작 기계는, 현재 작업 진행 중에 다음 작업에 필요한 공구를 미리 교환 용이한 위치로 이동시켜 놓음으로써 공구 교환 시간을 감소시킬 수 있다.

본 발명에 따른 공작 기계는, 스핀들(spindle)에 장착되어 현재 작업에 이용 중인 공구가 언클램핑될(to be unlamped) 공구 포트(tool pot)와 스핀들에 의하여 클램핑(to be clamped)되어 다음 작업에 이용될 공구가 장착되어 있는 제2 공구 포트가 하나의 세트를 이루어 공구 교환을 수행하므로 공구 교환 시간을 감소시킬 수 있다.

상술한 효과는, 본 발명에 따른 공작 기계는, 공구 교환 시 원거리에 위치한 공구의 교환 시간과 근거리에 위치한 공구의 교환 시간의 차이를 제거하여 공구 교환 시간을 획기적으로 감소시킬 수 있음을 의미한다. 즉, 본 발명에 따른 공작 기계는 기존의 공작 기계에 비하여 작업 효율성이 높고, 이로 인한 가공 단가 및 생산 제품의 단가를 낮출 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작 기계의 블락도이다.
도 2는 본 발명에 따른 공작 기계 구동 방법의 일예를 나타내는 흐름도이다.
도 3은 발명에 따른 공작 기계 구동 방법의 다른 예를 나타내는 흐름도이다.
도 4는 도 3에 도시된 공작 기계 구동 방법이 수행되는 단계가 수행되는 과정을 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 공작 기계에 포함된 자동 공구 교환 장치 어셈블리의 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 공작 기계에 포함된 자동 공구 교환 장치 어셈블리의 평면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 공작 기계 구동 방법의 또 다른 예가 수행되는 과정을 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 공작 기계 구동 방법의 또 다른 예들이 수행되는 과정을 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공작 기계의 블락도이다.
도 11은 본 발명에 따른 공작 기계 구동 방법의 또 다른 예를 나타내는 흐름도이다.
도 12는 본 발명에 따른 공작 기계 구동 방법의 또 다른 예를 나타내는 흐름도이다.
도 13은 도 12에 도시된 공작 기계 구동 방법이 수행되는 과정을 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명에 따른 공작 기계 구동 방법의 또 다른 예가 수행되는 과정을 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 15 및 도 16은 본 발명에 따른 공작 기계 구동 방법의 또 다른 예가 수행되는 과정을 개념적으로 나타낸 도면이다.

본 발명의 상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련된 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 또한, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 본 발명과 관련된 공작 기계에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

본 발명에 따른 공작 기계는 공구 교환 시간을 획기적으로 감소시킬 수 있는 자동 공구 교환 장치를 포함하고 있어, 기존의 공작 기계에 비하여 작업 시간 및 제품 생산 단가를 감소시킬 수 있다. 본 발명에 따른 공작 기계에서 공구 교환 시간을 감소시키는 것은, 현재 작업 진행 중에 다음 작업에 필요한 공구를 미리 교환 용이한 위치로 이동시켜 놓는 특징과 현재 작업에 이용 중인 공구가 언클램핑될(to be unlamped) 공구 포트(tool pot)와 스핀들에 의하여 클램핑되어 다음 작업에 이용될 공구가 장착되어 있는 공구 포트가 하나의 세트를 이루어 공구 교환에 이용됨으로써 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작 기계(100)의 블락도이다. 도 1을 참조하면, 상기 공작 기계(100)는 복수의 스핀들(110), 복수의 제1 위치 조정부(120), 공구 매거진(130), 제2 위치 조정부(140), 제3 위치 조정부(150), 및 컨트롤 블락(160)을 포함한다. 도 1에 도시된 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 본 발명에 따른 공작 기계(100)는 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 가질 수도 있다. 이하, 상기 구성요소들에 대해 차례로 살펴본다.

상기 복수의 스핀들(110)은 회전 운동을 하면서 장착된 공구를 통한 각종 작업을 수행할 수 있다. 상기 복수의 스핀들(110)은 제1 스핀들(111) 및 제2 스핀들(112) 등을 포함할 수 있다. 도면에 도시된 바와 달리, 상기 공작 기계(100)는 3개 이상의 스핀들을 포함할 수도 있다. 그리고, 다른 구현 예에 따르면, 상기 공작 기계(100)는 하나의 스핀들만을 포함할 수도 있다.

상기 복수의 제1 위치 조정부(120)는 상기 복수의 스핀들(110)의 위치를 제어할 수 있다. 이러한 위치 제어는 공구를 이용하여 작업할 위치 뿐만 아니라 공구 교환이나 정비 등을 위한 위치 제어가 포함될 수 있다. 한편, 상기 복수의 제1 위치 조정부(120)는 제1 스핀들(111)을 제어하기 위한 제1 위치 조정부(121) 및 제2 스핀들의 위치를 제어하기 위한 제1 위치 조정부(122)를 포함할 수 있다. 그러나 상기 공작 기계(100)에 포함된 스핀들의 개수에 따라서 하나의 또는 3개 이상의 위치 조정부가, 상기 공작 기계(100)에 포함될 수도 있다.

상기 공구 매거진(130)은 복수의 공구 포트를 포함하고 있다. 상기 복수의 공구 포트는 복수의 공구 포트 세트로 구성된다. 상기 복수의 공구 포트 각각은 2개의 포트로 구성되며, 그 중 하나는 현재 스핀들에 장착되어 진행 중인 작업(예컨대, 제1 작업)에 이용되고 있는 공구가 언클램핑될(to be clamped, 공구가 장착되지 않고 비어 있는) 공구 포트(이하, '제1 공구 포트'라 함)이고 나머지 하나는 다음 작업에 이용되기 위하여 스핀들에 의하여 클램핑될(to be unclamped) 공구가 장착되어 있는 공구 포트(이하, '제2 공구 포트'라 함)일 수 있다.

상기 공작 기계(100)에 복수의 스핀들이 포함되어 있고, 상기 복수의 스핀들에 대한 공구 교환이 동시에 이루어질 수 있다. 이 경우에는 상기 복수의 공구 포트 각각은 복수의 스핀들에 현재 작업을 위해 장착된 공구가 언클램핑될 복수의 제1 공구 포트와 복수의 스핀들에 클램핑되어 다음 작업에 이용될 공구가 장착되어 있는 복수의 제2 공구 포트를 포함할 수 있다.

한편, 본 명세서에서 '제1 공구 포트'는 현재 스핀들에 장착되어 있는 현재 진행 중인 작업에 이용되고 있는 공구가 언클램핑될 공구 포트를 의미하고, '제2 공구 포트'는 현재 진행 중인 작업 다음에 수행될 작업에 이용되기 위하여 스핀들에 클램핑될 공구가 장착되어 있는 공구 포트를 의미한다. 그리고, 이하에서 제1 작업은 스핀들에 장착된 공구를 이용하여 현재 진행 중인 작업을 의미하며 제2 작업은 현재 진행 중인 작업 다음에 수행될 작업을 의미한다.

상기 제2 위치 조정부(140)는 상기 공작 기계(100) 내에서의 상기 복수의 공구 포트 세트의 위치를 제어한다. 예컨대, 상기 제2 위치 조정부(140)는 상기 공구 매거진(130)을 회전하여 특정 공구 포트 세트를 특정 위치로 이동시킬 수 있다.

상기 제3 위치 조정부(150)는 상기 공구 매거진(130) 전체의 위치를 제어할 수 있다. 예컨대, 상기 제3 위치 조정부(150)는 상기 공구 매거진(130) 전체의 위치를 좌우 방향 및 상하 방향 중 적어도 하나로 이동시킬 수 있다.

상기 컨트롤 블락(160)은 상기 공작 기계(100)의 동작을 전반적으로 제어한다. 상기 공작 기계의 동작(100)에는 장착된 공구를 이용한 각종 작업이 포함될 수 있다. 특히, 상기 컨트롤 블락(160)은 상기 복수의 제1 위치 조정부(120) 및 상기 제2 위치 조정부(140)를 제어하여 상기 스핀들의 위치 및 상기 복수의 공구 세트의 공구 매거진 내에서의 위치를 변경함으로써, 제1 작업 중에 제2 작업에 대응되는 공구 포트 세트를 공구 교환 대기 위치로 이동시키는 '공구 교환 준비 단계'를 수행하고, 상기 제1 작업이 완료되면 상기 제1 공구를 상기 스핀들로부터 상기 제1 공구 포트에 언클램핑시키며 상기 제2 공구를 상기 제2 공구 포트로부터 상기 스핀들에 클램핑시키는 '공구 교환 단계'를 수행할 수 있다.

경우에 따라, 상기 컨트롤 블락(160)은 상기 제3 위치 조정부(150)를 더 제어하여, 상기 공구 매거진(130)의 위치를 더 변경함으로써 공구 교환 준비 단계 및 공구 교환 단계를 수행할 수도 있다.

상기 컨트롤 블락(160)은 하나의 컨트롤러로 구현될 수도 있고, 각종 구성 요소들을 제어하기 위한 복수의 컨트롤러로 구현될 수도 있다. 경우에 따라서, 상기 복수의 제1 위치 조정부(120), 제2 위치 조정부(140), 및 제3 위치 조정부(150)도 상기 컨트롤 블락에 포함될 수도 있다.

이상에서 살펴본 공구 매거진(130), 제2 위치 조정부(140), 제3 위치 조정부(150), 및 컨트롤 블락(160)의 적어도 일부의 조합을 자동 공구 교환 장치(自動工具交換裝置, automatic tool change, ATC)라 할 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 공작 기계(100) 구동 방법의 일예를 나타내는 흐름도이다. 이하 필요한 도면들을 참조하여 상기 구동 방법을 설명한다.

먼저, 스핀들(111)에 장착된 제1 공구를 이용한 제1 작업이 수행되는 도중에, 컨트롤 블락(160)으로 공구 교환 명령이 수신된다(S100). 상기 공구 교환 명령은 현재 스핀들(111)에 장착된 제1 공구를 다음 작업에 이용될 제2 공구로 교환하라는 명령이다.

공구 교환 명령이 수신되면, 상기 컨트롤 블락(160)은, 상기 스핀들(111)에 장착된 상기 제1 공구를 이용한 제1 작업이 수행되는 도중에, 상기 제1 공구가 언클램핑될 제1 공구 포트 및 향후 수행될 제2 작업에 이용될 제2 공구 포트를 포함하는 공구 포트 세트를 공구 교환 위치로 이동시킨다(S110).

한편, 이러한 이동은 공구 포트들이 장착된 공구 매거진(130) 자체의 수평 및 수직 방향 중 적어도 하나의 이동을 포함할 수 있다. 그리고, 이러한 이동은 상기 공구 매거진(130) 내에서의 공구 포트들의 수평 및 수직 방향 중 적어도 하나의 이동을 포함할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 공작 기계 구동 방법에 따르면, 작업 진행 중에 다음 작업에 필요한 공구로의 교환 준비를 수행함으로써, 공구 교환 시간이 감소될 수 있다.

그런 다음, 상기 제1 작업이 완료된다. 그러면, 상기 컨트롤 블락(160)은 상기 스핀들(111)에 장착된 상기 제1 공구를 상기 제1 공구 포트에 언클램핑한다(S120). 이 경우, 상기 컨트롤 블락(160)에 의하여, 상기 제1 위치 조정부(121)가 제어되어, 상기 스핀들(111)의 위치가 상하 좌우 방향으로 변경됨으로써 상기 언클램핑 동작이 수행될 수 있다. 경우에 따라서는, 공구 언클램핑에 공구 매거진(130) 자체의 이동이나 상기 공구 매거진(130) 내에서 공구 포트의 이동이 요구될 수도 있다.

언클램핑 동작 후, 상기 컨트롤 블락(160)은 상기 제2 공구 포트에 장착된 제2 공구를 상기 스핀들(111)에 클램핑시킨 다음, 상기 제1 위치 조정부(121)를 제어하여 상기 스핀들(111)을 작업 위치로 이동시켜 상기 제2 공구를 이용한 제2 작업을 수행할 수 있다(S130). 이러한 클램핑 동작에는 상기 스핀들의 상하 방향 및 좌우 방향의 이동이 요구될 수 있다. 경우에 따라서는, 공구 클램핑에 공구 매거진(130) 자체의 이동이나 상기 공구 매거진(130) 내에서 공구 포트의 이동이 요구될 수도 있다.

도 3은 본 발명에 따른 공작 기계(100) 구동 방법의 다른 예를 나타내는 흐름도이다. 도 4는 도 3에 도시된 공작 기계(100) 구동 방법이 수행되는 과정을 개념적으로 나타낸 도면이다. 한편, 도 3의 공작 기계(100) 구동 방법은 도 2의 공작 기계(100) 구동 방법의 일예일 수 있다. 이하 필요한 도면들을 참조하여 상기 구동 방법을 설명한다.

먼저, 스핀들(111)에 장착된 제1 공구를 이용한 제1 작업이 수행되는 도중에, 컨트롤 블락(160)으로 공구 교환 명령이 수신된다(S200). 그러면, 상기 컨트롤 블락(160)은 공구 매거진(130)을 회전시켜 대응되는 공구 포트 세트(즉, 상기 제1 공구가 언클램핑될 제1 공구 포트 및 향후 수행될 제2 작업에 이용될 제2 공구 포트를 포함하는 공구 포트 세트)를 공구 교환 위치로 이동시킨다(S210). 이 경우, 상기 공구 매거진(130) 자체의 위치 이동은 수행되지 않는다.

도 4의 (a)는 상기 스핀들(111)에 제1 공구(적색 원)가 장착되어 제1 작업이 수행되는 중에, 상기 컨트롤 블락(160)이 제2 위치 조정부(140)를 제어하여 상기 제2 작업에 이용될 공구(흑색 삼각형)이 장착된 제2 포트와 상기 제1 공구가 언클램핑될 공구 포트로 이루어진 공구 포트 세트를 공구 교환 위치로 이동시킨다.

상기 대응되는 공구 포트 세트가 공구 교환 위치로 이동되어 있는 상태에서, 제1 작업이 완료되면, 상기 컨트롤 블락(160)은 제1 위치 조정부(121)를 제어하여 상기 스핀들(111)이 수평 이동하여 상기 스핀들(111)의 위치를 제1 공구 포트에 매칭시키고 상기 스핀들(111)의 수직 방향의 상승을 통하여 상기 제1 공구를 상기 제1 공구 포트에 언클램핑한다(S220).

경우에 따라서, 상기 제1 공구 언클램핑은 상기 스핀들(111)의 수직 방향의 하강을 통하여 수행될 수도 있다. 또한, 경우에 따라서, 상기 컨트롤 블락(160)은 상기 스핀들(111)의 상기 제1 공구 포트에 대한 위치 매칭 시에, 상기 제1 위치 조정부(121)를 제어하여, 상기 스핀들(111)의 수직 방향 이동을 더 수행케 할 수도 있다. 한편, 상기 스핀들(111)의 수직 방향의 상승을 제1 방향이라 하면, 그 반대 방향인 수직 방향의 하강을 제2 방향이라 할 수 있다. 또한, 그 반대일 수도 있다. 이는 본 명세서 전반에 적용될 수 있다.

도 4의 (b)는 상기 스핀들(111)이 상기 대응되는 공구 포트 세트의 제1 공구 포트에 매칭되는 위치로 이동한 다음, 상기 스핀들(111)에 장착된 제1 공구의 상기 제1 공구 포트에의 언클램핑을 위하여 수직 방향으로 상승하는 것을 나타낸다. 참고로, 도 4의 (b)에서 흰색 원은 상기 스핀들(111)이 상승하는 것을 나타내는 기호이다. 이는 향후 살펴볼 실시예들에서도 마찬가지이다.

상기 제1 공구의 언클램핑이 수행된 다음, 상기 컨트롤 블락(160)은 상기 제1 위치 조정부(121)를 제어하여 상기 스핀들(111)을 상기 대응되는 공구 포트 세트의 제2 공구 포트에 대응되는 위치로 수평 이동시킨 다음, 수직 방향으로 하강시킴으로써 상기 스핀들(111)이 상기 제2 공구 포트에 장착되어 있는 상기 제2 공구를 클램핑하도록 한다(S230).

경우에 따라서, S230 단계에서 수행되는 상기 제2 공구 클램핑은 상기 스핀들(111)의 수직 방향의 하강을 통하여 수행될 수도 있다. 또한, 경우에 따라서, 상기 컨트롤 블락(160)은 상기 스핀들(111)을 상기 제2 공구 포트에 대응되는 위치로 이동시킬 시에, 상기 스핀들(111)의 수직 방향 이동을 더 수행케 할 수도 있다.

도 4의 (c)는 상기 스핀들(111)이 상기 대응되는 공구 포트 세트의 제2 공구 포트에 매칭되는 위치로 이동한 다음, 상기 제2 공구 포트에 장착된 제2 공구의 클램핑을 위하여 수직 방향으로 하강하는 것을 나타낸다. 참고로, 도 4의 (b)에서 흑색 원은 상기 스핀들(111)이 하강하는 것을 나타내는 기호이다. 이는 향후 살펴볼 실시예들에서도 마찬가지이다.

상기 제2 공구가 상기 스핀들(111)에 클램핑되면, 상기 컨트롤 블락(160)은, 상기 제1 위치 조정부(121)를 제어하여 상기 스핀들(111)을 작업 위치로 이동시킨 다음, 상기 제2 공구를 이용한 제2 작업을 수행한다(S240). 도 4의 (d)는 상기 제2 공구를 클램핑한 상기 스핀들(111)이 작업 위치로 이동하는 것을 나타낸다.

향후 상기 제2 작업 다음에 수행될 제3 작업을 수행하기 위하여, 상기 컨트롤 블락(160)은, 상기 제3 작업에 이용될 공구가 장착된 공구 포트 및 상기 제2 공구가 언클램핑될 공구 포트를 포함하는, 상기 제3 작업에 대응되는 공구 포트 세트를 공구 교환 위치로 이동시키는 도 4의 (a)로부터 도 4의 (d) 단계를 순차적으로 수행할 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 공작 기계(100)에 포함된 자동 공구 교환 장치 어셈블리의 사시도이다. 도 6은 본 발명에 따른 공작 기계(100)에 포함된 자동 공구 교환 장치 어셈블리의 평면도이다.

상기 어셈블리는 복수의 공구 포트가 직렬로 연결되어 있는 공구 매거진(130, 도면에는 부재번호 미도시), 상기 공구 매거진(130)의 양 끝단에 마련된 톱니형 연결 수단(141 및 142)을 포함하는 제2 위치 조정부(140), 및 상기 공구 매거진(130) 전체의 위치를 좌우로 이동시킬 수 있는 실린더로 구현된 제3 위치 조정부(150)를 포함할 수 있다. 도면에 도시되지는 않았으나, 상기 제2 위치 조정부(140)는 상기 연결 수단들(141 및 142)에 회전력을 제공하기 위한 모터 등의 회전력 발생 수단 또는 별도의 회전력 발생 수단으로부터 회전력을 전달하는 기어 등의 회전력 전달 수단을 더 포함할 수 있다.

한편, 도 5 및 도 6의 실시예에서는, 상기 ATC 어셈블리는 상기 실린더(150)에 의한 상기 공구 매거진(130)의 좌우 방향의 이동 및 상기 제1 위치 조정부(121)의 회전력 제공에 의한 상기 공구 매거진(130)에 포함된 공구 포트 세트(131)들의 이동 등, 공구 교환을 위하여 수평 평면 상의 위치 조정만을 수행한다. 그러나, 본 발명의 다른 예에서는, 공구 교환을 위하여 공구 매거진의 수직 방향의 이동이나 공구 포트 세트의 수직 방향의 이동이 더 수행될 수도 있다.

도 7은 본 발명에 따른 공작 기계(100) 구동 방법의 또 다른 예가 수행되는 과정을 개념적으로 나타낸 도면이다.

도 7에 도시된 예는 도 4에 도시된 예와 거의 유사한 과정에 따라 스핀들(111)에 장착된 공구가 제1 공구에서 제2 공구로 교환된다. 그러므로 도 7의 예에 대해서는 도 4에 도시된 예와의 차이점을 중심으로 그 특징을 살펴 본다.

도 7의 예에서도 공구 매거진(130)의 회전에 따른 공구 포트 세트의 수평 이동, 스핀들(111)의 수평 이동 및 수직 상승 하강을 통한 공구의 언클램핑 및 클램핑 과정이 수행된다.

다만, 도 7의 예는, 도 7의 (c)에 도시된 바와 같이, 상기 제1 공구가 제1 공구 포트에 언클램핑된 다음, 상기 공구 매거진(130)의 회전에 의하여 상기 스핀들(111)의 위치가 상기 제2 공구가 장착된 제2 공구 포트에 매칭되는 위치에 맞춰진다는 점에서 도 4에 도시된 예와 차이가 있다.

도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 공작 기계(100) 구동 방법의 또 다른 예가 수행되는 과정을 개념적으로 나타낸 도면이다.

도 8에 도시된 예는 도 4에 도시된 예와 유사한 메커니즘에 따라 스핀들(111 및 112)에 장착된 공구들이 각각 제1 공구에서 제2 공구로 교환된다. 그러므로 도 8의 예에 대해서는 도 8에 도시된 예와의 차이점을 중심으로 그 특징을 살펴 본다.

도 8의 예에서도 공구 매거진(130)의 회전에 따른 공구 포트 세트의 수평 이동, 스핀들(111)의 수평 이동 및 수직 상승 하강을 통한 공구의 언클램핑 및 클램핑 과정이 수행된다. 다만, 도 8의 예는 복수의 스핀들(111 및 112)에 대한 공구 교환이 동시에 수행된다는 점에서 도 4의 예와 차이가 있다.

스핀들(111)과 추가 스핀들(112)의 이동은 제1 위치 조정부(121) 및 추가적인 제1 위치 조정부(122)에 의하여 이루어질 수 있다. 그리고, 공구 포트 세트에는 제1 및 제2 공구 포트 옆에 위치하는 2개의 추가적인 제1 및 제2 공구 포트가 더 포함되어 있다. 공구 교환 준비 단계에서는 상술한 4개의 공구 포트를 포함하는 공구 포트 세트가, 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 스핀들들(111 및 112)에 대응되는 공구 교환 위치로 이동된다.

도 8의 (b)는 상기 스핀들들(111 및 112)이 동시에 수직 방향으로 상승하여 상기 스핀들들(111 및 112)에 장착된 제1 공구가 제2 공구 포트 및 추가적인 제2 공구 포트에 언클램핑되는 것을 나타낸다. 도 8의 (c)는 공구의 클램핑을 위한 상기 스핀들들(111 및 112)의 수평 이동이 수행되는 것을 나타낸다.

도 8의 (d)는 상기 스핀들들(111 및 112)의 수직 방향의 하강에 의하여 상기 공구 포트 세트의 제2 공구 포트 및 추가적인 제2 공구 포트에 장착되어 있던 제2 공구들이 동시에 상기 스핀들들(111 및 112)에 의하여 클램핑된 다음, 상기 스핀들들(111 및 112)이 작업 위치로 이동하는 것을 나타낸다.

도 9의 예는 공구 클램핑을 위하여 스핀들들(111 및 112)의 위치를 제2 공구 포트 및 추가적인 공구 포트의 위치에 매칭시키기 위하여 공구 매거진이 회전한다는 점에서 도 8의 예와 차이가 있을 뿐이다. 그러므로 도 9의 예는 도 8의 예로부터 용이하게 도출 가능한 것이라 할 것인바, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

한편, 도 8 및 도 9의 예들에서는 2개의 스핀들에 대한 공구 교환을 예로 들었으나, 본 발명의 다른 예에 있어서는 3개 이상의 스핀들에 대한 공구 교환이 동시에 수행될 수도 있다. 물론, 공구 교환 메커니즘은 도 8 및 도 9의 예와 동일 또는 유사할 수 있다.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공작 기계(200)의 블락도이다. 도 10을 참조하면, 상기 공작 기계(200)는 복수의 스핀들(210), 복수의 제1 위치 조정부(220), 공구 매거진(230), 제2 위치 조정부(240), 공구 운반자(250), 제3 위치 조정부(260), 및 컨트롤 블락(270)을 포함한다. 도 10에 도시된 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 본 발명에 따른 공작 기계(200)는 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 가질 수도 있다. 이하, 상기 구성요소들에 대해 차례로 살펴본다.

한편, 도 1 및 도 10의 공작 기계들(100 및 200)에서 스핀들들(110 및 210), 제1 위치 조정부들(120 및 220), 공구 매거진들(130 및 230), 제2 위치 조정부들(140 및 240)의 구성 및 기능(또는 동작)은 서로 동일 또는 유사할 수 있다. 그리고, 컨트롤 블락들(160 및 270) 역시 공작 기계들(100 및 200)의 역할을 전반적으로 제어한다. 그러므로 서로 대응되는 구성 요소들에 대한 상세한 설명은 생략하고, 도 1 및 도 10의 공작 기계들(100 및 200)의 차이점에 대해 살펴 본다.

도 10의 공작 기계(200)는 공구 운반자(tool carrier, 250)을 더 포함하며, 상기 공구 운반자(250)의 위치 및 자세를 제어하기 위한 제3 위치 조정부(260)를 포함한다. 상기 공구 운반자(250)는 스핀들(211)에 장착되어 작업에 이용되고 있는 공구가 언클램핑될(즉, 공구가 장착되지 않고 비어 있는) 제1 공구 포트 및 상기 스핀들(211)에 의하여 클램핑될 공구가 상기 공구 매거진(230)으로부터 선택되어 장착될 제2 공구 포트를 포함하는 공구 포트 세트를 포함할 수 있다.

한편, 상기 공구 운반자(250)는 복수의 제1 공구 포트 및 상기 복수의 제1 공구 포트와 짝을 이루는 복수의 제2 공구 포트를 포함하는 복수의 공구 포트 세트를 포함할 수도 있다. 이 경우, 복수의 공구 포트 세트는 복수의 스핀들에 대한 공구 교환 작업을 수행하기 위한 공구 언클램핑 및 클램핑에 이용될 수 있다.

앞서 언급한 바와 같이, 상기 컨트롤 블락(270)은 상기 공작 기계(200)의 동작을 전반적으로 제어한다. 특히, 상기 컨트롤 블락(270)은 상기 제1 위치 조정부(220), 상기 제2 위치 조정부(240), 및 제3 위치 조정부(260)를 제어하여, 상기 스핀들(210)의 위치, 복수의 공구 포트의 상기 공구 매거진(230) 내에서의 위치, 및 상기 공구 운반자(250)의 위치 및 자세를 변경하여, 공구 교환 준비 단계 및 공구 교환 단계를 수행할 수 있다. 여기서 위치 변경은 수평 및/또는 수직 이동을 포함할 수 있고, 자세 변경은 회전이나 기울임 등을 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

이하, 상기 컨트롤 블락(270)의 제어하에 수행되는 공구 교환 준비 단계 및 공구 교환 단계에 대해 보다 상세히 살펴 본다.

상기 공구 교환 준비 단계는, 제2 공구 클램핑 단계 및 공구 운반자 이동 단계를 포함할 수 있다. 상기 제2 공구 클램핑 단계는, 상기 제1 작업에 이어 수행될 제2 작업에 이용될 제2 공구를 상기 공구 매거진(230)에서 상기 공구 운반자(250)의 상기 제2 공구 포트에 클램핑시키는 단계를 포함한다. 그리고, 상기 공구 운반자(250) 이동 단계는, 상기 공구 운반자(250)를 공구 교환 대기 위치로 이동시키는 단계를 포함할 수 있다.

한편, 상기 공구 교환 준비 단계는 스핀들(211)에 장착된 제1 공구를 이용한 제1 작업 중에 미리 이루어지므로, 공구 교환 시간이 감소될 수 있다.

상기 제1 작업이 완료되면, 상기 공구 교환 단계가 수행된다. 상기 공구 교환 단계는, 상기 제1 공구를 상기 스핀들(211)로부터 상기 공구 운반자(250)의 제1 공구 포트에 언클램핑시키는 단계, 상기 제2 공구를 상기 제2 공구 포트로부터 상기 스핀들(211)에 클램핑시키는 단계, 및 상기 제1 공구 포트에 언클램핑된 상기 제1 공구를 공구 매거진(230)의 복수의 공구 포트 중 비어 있는 공구 포트에 언클램핑하는 단계를 포함할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 공작 기계(200)에서는 공구 교환에 필요한 공구 언클램핑과 공구 클램핑이 공구 운반자(250)에 포함된 공구 포트 세트에 의하여 일괄적으로 이루어지므로, 공구 교환에 필요한 시간이 획기적으로 감소될 수 있다.

도 11은 본 발명에 따른 공작 기계(200) 구동 방법의 또 다른 예를 나타내는 흐름도이다. 이하 필요한 도면들을 참조하여 상기 구동 방법을 설명한다.

먼저, 스핀들(211)에 장착된 제1 공구를 이용한 제1 작업이 수행되는 도중에, 컨트롤 블락(270)으로 공구 교환 명령이 수신된다(S300). 상기 공구 교환 명령은 현재 상기 스핀들(211)에 장착된 제1 공구를 다음 제2 작업에 이용될 제2 공구로 교환하라는 명령이다.

상기 제1 작업 중에 공구 교환 명령이 수신되면, 상기 컨트롤 블락(270)은, 상기 제1 작업이 수행되는 도중에, 상기 공구 운반자(250)의 제2 공구 포트에 제2 공구를 상기 공구 매거진(230)으로부터 클램핑한 다음, 상기 공구 운반자(250)를 공구 교환 대기 위치로 이동시킨다(S310).

상기 공구 운반자(250)에 상기 제2 공구가 클램핑되는 단계는, 제2 위치 조정부(240)를 제어하여 상기 제2 공구를 상기 공구 운반자(250)가 클램핑을 수행하는 위치로 이동시키는 단계, 제3 위치 조정부(260)를 제어하여 상기 공구 운반자(250)의 위치 및 자세를 조정하여 상기 제1 공구 포트에 상기 제2 공구를 클램핑시키는 단계, 및 상기 제3 위치 조정부(260)를 제어하여 상기 공구 운반자(250)를 상기 공구 교환 대기 위치로 이동시키는 단계를 포함할 수 있다.

상기 공구 운반자(250)가 공구 교환 대기 위치로 이동된 다음, 상기 제1 작업이 완료된다. 그러면, 상기 컨트롤 블락(270)은 상기 스핀들(211)에 장착된 상기 제1 공구를 상기 공구 운반자(250)의 제1 공구 포트에 언클램핑하고, 상기 공구 운반자(250)의 제2 공구 포트에 장착된 제2 공구를 상기 스핀들(211)에 클램핑시킨 다(S320). 이때, 상기 컨트롤 블락(270)은, 제1 위치 조정부(221)를 제어하여, 상기 스핀들(111)을 작업 위치로 이동시켜 상기 제2 공구를 이용한 제2 작업을 수행할 수 있다.

그런 다음, 상기 컨트롤 블락(270)은 상기 공구 운반자(250)를 상기 공구 매거진(230) 근처로 이동시킨 다음, 상기 스핀들(211)로부터 상기 제1 공구 포트에 언클램핑되어 있는 상기 제1 공구를 상기 공구 매거진(230)의 비어 있는 공구 포트에 언클램핑시킨다(S330).

그런 다음, 상기 컨트롤 블락(270)은 상기 제2 작업 중에 제3 작업에 이용될 제3 공구로의 공구 교환 명령이 수신되면(S300), 상술한 S310 내지 S330 단계에 따라서 상기 스핀들(211)에 장착된 공구를 상기 제2 공구에서 상기 제3 공구로 교환할 수 있다.

도 12는 본 발명에 따른 공작 기계(200) 구동 방법의 또 다른 예를 나타내는 흐름도이다. 도 13은 도 12에 도시된 공작 기계(200) 구동 방법이 수행되는 과정을 개념적으로 나타낸 도면이다. 한편, 도 12의 공작 기계(200) 구동 방법은 도 11의 공작 기계(200) 구동 방법의 일예일 수 있다. 이하 필요한 도면들을 참조하여 상기 구동 방법을 설명한다.

제1 공구를 이용한 제1 작업 중에 공구 교환 명령이 수신된다(S400). 그러면, 컨트롤 블락(270)은 제2 작업에 이용될 제2 공구를 공구 매거진(230)에서 공구 운반자(250)의 제2 공구 포트에 클램핑한 다음, 상기 공구 운반자(250)를 공구 교환 대기 위치로 이동시킨다(S410). 이러한 공구 클램핑 및 이동은 상기 제1 작업이 수행되는 도중에 이루어진다.

상기 제2 공구의 클램핑은 공구 매거진(230) 자체의 이동이나 상기 공구 매거진(230)에서의 공구 포트들의 이동, 그리고 상기 공구 운반자(250)의 이동이나 자세 변화에 기초하여 수행될 수 있다. 즉, 상기 제1 공구의 언클램핑 과정에서 상기 공구 운반자(250)의 위치 및 자세 중 적어도 하나가 조정될 수 있다.

도 13의 (a)는 공구 매거진(230)으로부터 제2 작업에 이용될 제2 공구(삼각형)가 상기 공구 운반자(250)의 제2 공구 포트에 클램핑된 상태를 나타낸다. 도 13의 (b)는, 도 13의 (a) 상태에서, 상기 공구 운반자(250)가 공구 교환 대기 위치로 이동된 상태를 나타낸다.

이때, 상기 공구 운반자(250)는 상기 스핀들(211)에 장착된 제1 공구(적색 원형)가 언클램핑될 제1 공구 포트가 상기 스핀들(211)의 이동 위치에 대응되도록 반시계 방향으로 회전되어 있다. 경우에 따라서, 상기 공구 운반자(250)의 회전은 수행되지 않을 수 있고, 상기 공구 교환 대기 위치로 이동된 다음 수행될 수도 있다

수행 중이던 제1 작업이 완료되면, 상기 컨트롤 블락(270)은, 상기 제1 위치 조정부(221)를 제어하여, 상기 스핀들(211)을 상기 제1 공구 포트에 대응되는 위치로 수평 이동시킨 다음 수직 상승시킴으로써 상기 제1 공구를 상기 제1 공구 포트에 언클램핑시킨다(S420, 도 13의 (b) 참조).

그런 다음, 상기 컨트롤 블락(270)은 상기 스핀들(211)의 수평 및 수직 하강을 통하여 상기 공구 운반자(250)의 제2 공구 포트에 장착되어 있는 제2 공구를 상기 스핀들(211)에 클램핑시킨다(S430). 도 13의 (c)는 S430 단계의 수행 과정을 나타낸다.

도 13의 (c)를 참조하면, 상기 컨트롤 블락(270)에 의하여 제어되는 상기 제1 위치 조정부(221)에 의하여 상기 스핀들(211)이 수평 이동된 다음 하강하면서 상기 공구 운반자(250)의 상기 제2 공구 포트에 장착된 상기 제2 공구를 클램핑하는 것을 알 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 구현 형태에 따르면, 상기 공구 운반자(250)의 수평 이동 및 상기 공구 운반자(250)의 자세 조정 중 적어도 하나를 통하여, 상기 스핀들(211)의 수평 위치를 상기 공구 운반자(250)의 수평 위치에 대응시킨 다음, 상기 스핀들(211)에 상기 제2 공구를 클램핑시킬 수 있다.

그리고, 이상에서 살펴본 바에 따르면 제1 공구의 언클램핑은 상기 스핀들(211)의 수직 상승(제1 방향), 제2 공구의 클램핑은 상기 스핀들(211)의 수직 하강(제1 방향의 반대인 제2 방향)에 의하여 이루어졌으나, 그 반대일 수도 있다. 또한, 경우에 따라서 상기 공구 운반자(250)의 상승이나 하강에 의하여 공구의 클램핑이나 언클램핑이 수행될 수도 있다.

상기 제2 공구가 상기 스핀들(211)에 클램핑된 다음, 상기 컨트롤 블락(270)은, 상기 제1 위치 조정부(221)를 제어하여, 상기 스핀들(211)을 작업 위치로 이동시켜 상기 제2 공구를 이용한 제2 작업을 수행하고, 상기 공구 운반자(250)의 제1 공구 포트에 언클램핑되어 있는 상기 제1 공구를 상기 공구 매거진(230)에 언클램핑시킨다(S440).

도 13의 (c) 내지 (e)를 참조하면, 상기 제2 공구가 상기 스핀들(211)에 클램핑되면, 상기 스핀들(211)이 상기 제2 작업을 수행하기 위한 위치로 이동하며, 상기 공구 운반자(250)는 상기 제1 공구의 언클램핑을 위하여 상기 공구 매거진(230) 근처로 이동하는 것을 알 수 있다.

이 때, 상기 공구 운반자(250)는 상기 제1 공구가 언클램핑될 공구 포트에 대한 위치 매칭을 위하여 반시계 방향으로 회전한다. 그러나, 본 발명의 다른 구현 예에 있어서, 상기 공구 운반자(250)의 회전은 수행되지 않을 수도 있다. 한편, 상기 공구 매거진(230)은 상기 제1 공구가 언클램핑될 공구 포트를 상기 공구 운반자(250)가 이동되는 위치에 매칭되도록 회전될 수 있다. 한편, 이러한 위치 매칭을 위하여 상기 공구 매거진(230)의 위치 조정이 더 수행될 수도 있다.

도 13의 (e)를 참조하면, 상기 컨트롤 블락(270)이 상기 공구 운반자(250)의 반시계 방향의 회전을 통하여 상기 제1 공구를 상기 공구 매거진(230)의 비어 있는 공구 포트에 언클램핑시키는 것을 알 수 있다.

그런 다음, 상기 컨트롤 블락(270)은 상기 공구 매거진(230)을 반시계 방향으로 회전시켜 상기 제2 작업에 이어 수행될 제3 작업에 이용될 제3 공구(흑색 오각형)가 장착된 포트를 클램핑 위치로 이동시키고, 상기 공구 운반자(250)를 반시계 반향으로 회전시켜 상기 제3 공구를 상기 공구 운반자(250)의 제2 공구 포트에 클램핑시킨다. 그런 다음, 상기 컨트롤 블락(270)는 상기 공구 운반자(250)를 공구 교환 대기 위치로 이동시킨다. 그런 다음, 공구만 바뀐 상태에서 도 13의 (a) 내지 (g) 단계가 반복 수행된다.

도 14는 본 발명에 따른 공작 기계(200) 구동 방법의 또 다른 예가 수행되는 과정을 개념적으로 나타낸 도면이다.

도 14에 도시된 도 13에 도시된 예와 거의 유사한 과정에 따라 스핀들(211)에 장착된 공구가 제1 공구(적색 원형)에서 제2 공구(흑색 삼각형)로 교환된다. 도 14의 예에서도 공구 매거진(230)의 회전에 따른 공구 포트의 수평 이동, 스핀들(211)의 수평 이동 및 수직 상승 하강을 통한 공구의 언클램핑 및 클램핑 과정이 수행된다. 이하에서는, 도 14의 예의 도 13에 도시된 예에 대한 차이점을 중심으로 그 특징을 살펴 본다.

도 14의 예의 제1 공구 언클램핑 단계에서는, 상기 스핀들(211)의 수평 위치와 공구 운반자(250)의 제1 공구 포트의 수평 위치 매칭이 미리 수행되어 있다. 그리고 도 14의 예의 제2 공구 클램핑 단계에서는, 상기 스핀들(211)의 수평 위치와 상기 공구 운반자(250)의 제2 공구의 수평 위치 매칭이 상기 공구 운반자(250)의 시계 방향 회전에 의하여 이루어진다.

도 15 및 도 16은 본 발명에 따른 공작 기계(200) 구동 방법의 또 다른 예가 수행되는 과정을 개념적으로 나타낸 도면이다.

도 15에 도시된 예에서는 도 13에 도시된 예와 유사한 메커니즘에 따라 스핀들(211 및 212)에 장착된 공구들이 각각 제1 공구에서 제2 공구로 교환된다. 그러므로 도 15의 예에 대해서는 도 13에 도시된 예와의 차이점을 중심으로 그 특징을 살펴 본다.

도 15의 예에서는 복수의 스핀들(211 및 212)에 대한 공구 교환이 동시에 수행된다는 점에서 도 13의 예와 차이가 있다. 이 때, 추가 스핀들(212)의 이동은 추가적인 제1 위치 조정부(222)에 의하여 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 공구 운반자(250)에 마련된 공구 포트 세트에는 제1 및 제2 공구 포트 옆에 위치하는 2개의 추가적인 제1 및 제2 공구 포트가 더 포함되어 있다.

그리고, 도 15의 예에서는 도 13의 예와 달리, 복수의 스핀들(211 및 212)로부터 언클램핑된 공구들의 공구 매거진(230)으로의 언클램핑이 동시에 이루어지며, 제3 작업에 이용될 제3 공구의 공구 운반자(250)의 제1 공구 포트로의 클램핑 역시 동시에 수행된다.

한편, 공구 교환은 3개 이상의 공구에 대해서 수행될 수도 있다. 즉, 상기 공작 기계(200)는 적어도 하나의 추가 스핀들 및 상기 적어도 하나의 추가 스핀들에 대응되는 적어도 하나의 추가적인 제1 위치 조정부를 더 포함할 수 있다. 그리고, 상기 공구 운반자(250)는 각각이 상기 제1 및 제2 공구 포트와 세트를 이루는, 상기 적어도 하나의 스핀들에 대응되는 적어도 하나의 추가적인 제1 및 제2 공구 포트를 더 포함할 수 있다.

이 경우, 상기 컨트롤 블락(270)은 공구 교환 단계에서 상기 적어도 하나의 추가적인 제1 위치 조정부를 더 제어하여 상기 추가 스핀들의 위치를 상기 스핀들과 함께 조정함으로써, 상기 제1 공구의 언클램핑과 함께 상기 적어도 하나의 추가 스핀들에 장착된 공구를 상기 적어도 하나의 추가적인 제1 공구 포트에 언클램핑시킬 수 있다. 그리고, 상기 컨트롤 블락(270)은 상기 제2 공구의 클램핑과 함께 상기 적어도 하나의 추가적인 제2 공구 포트에 장착된 공구를 상기 적어도 하나의 추가 스핀들에 클램핑시킬 수 있다. 또한, 상기 컨트롤 블락(270)은 상기 제1 공구의 언클램핑과 함께, 상기 적어도 하나의 추가적인 제1 공구 포트에 언클램핑되어 있는 공구를 상기 공구 매거진(230)에서 상기 비어 있는 공구 포트와 세트를 이루는 공구 포트에 언클램핑시킬 수 있다.

도 16의 예는 공구 클램핑을 위하여 스핀들들(211 및 212)의 위치를 제2 공구 포트 및 추가적인 공구 포트의 위치에 매칭시키기 위하여 공구 운반자(250)가 회전한다는 점에서 도 15의 예와 차이가 있을 뿐이다. 그러므로 도 16의 예는 도 15의 예로부터 용이하게 도출 가능한 것이라 할 것인바, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 명세서에 기재된 공작 기계 구동 방법들의 적어도 일부는 하나의 기능 또는 작동을 수행하게 하는 별개의 소프트웨어 모듈에 의하여 구현될 수 있다. 이러한 소프트웨어 코드는 적절한 프로그램 언어로 쓰여진 소프트웨어 어플리케이션에 의해 구현될 수 있다. 또한, 소프트웨어 코드는 공작 기계의 컨트롤 블락에 내장되거나 별도의 메모리에 저장될 수 있으며, 상기 컨트롤 블락에 의해 실행될 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100: 공작 기계 110: 스핀들
120: 제1 위치 조정부 130: 공구 매거진
140: 제2 위치 조정부 150: 제3 위치 조정부
160: 컨트롤 블락
200: 공작 기계 210: 스핀들
220: 제1 위치 조정부 230: 공구 매거진
240: 제2 위치 조정부 250: 공구 운반자
260: 제3 위치 조정부 270: 컨트롤 블락

Claims (10)

1. 스핀들(spindle,111)과 추가 스핀들(112);
   상기 스핀들(111)의 위치를 제어하는 제1 위치 조정부(121)와 상기 추가 스핀들(112)의 위치를 제어하는 추가적인 제1 위치 조정부(122);
   각각이, 상기 스핀들(111)에 장착되어 제1 작업에 이용되고 있는 제1 공구가 언클램핑될(to be unlamped) 제1 공구 포트(tool pot) 및 상기 제1 공구 포트 옆에(next to) 위치하며 상기 스핀들(111)에 의하여 클램핑(to be clamped)되어 상기 제1 작업에 이어 수행될 제2 작업에 이용될 제2 공구가 장착되어 있는 제2 공구 포트; 및 상기 제1 및 제2 공구 포트의 옆에 위치하며 상기 추가 스핀들(112)에 대응되는 추가적인 제1 및 제2 공구 포트를 포함하는, 복수의 공구 포트 세트(sets)를 포함하는 공구 매거진(tool magazine, 130);
   상기 복수의 공구 포트 세트의 상기 공구 매거진(130) 내에서의 위치를 제어하는 제2 위치 조정부(140); 및
   상기 제1 위치 조정부(121), 상기 추가적인 제1 위치 조정부(122), 및 상기 제2 위치 조정부(140)를 제어하여 상기 스핀들(111) 및 상기 추가 스핀들(112)의 위치 및 상기 복수의 공구 세트의 공구 매거진(130) 내에서의 위치를 변경함으로써, 상기 제1 작업 중에 공구 교환 준비 단계를 수행하고 상기 제1 작업 완료 후 공구 교환 단계를 수행하는 컨트롤 블락(160)을 포함하며,
   상기 공구 교환 준비 단계는,
   상기 제1 작업 중에 상기 제2 작업에 대응되는 상기 제1 및 제2 공구 포트를 상기 스핀들(111)에 대응되는 공구 교환 대기 위치로 이동시키고 상기 추가적인 제1 및 제2 공구 포트를 상기 추가 스핀들(112)에 대응되는 공구 교환 대기 위치로 이동시키는 단계를 포함하며,
   상기 공구 교환 단계는,
   상기 스핀들(111)을 상기 제1 공구 포트로 수평 이동시킨 다음 제1 방향으로 수직 이동시켜, 상기 스핀들(111)에 장착된 상기 제1 공구를 상기 제1 공구 포트에 언클램핑시키는 단계; 상기 스핀들(111) 및 상기 제2 공구 포트 중 적어도 하나를 수평 이동시켜, 상기 스핀들(111)과 상기 제2 공구 포트의 수평 위치를 매칭시키는 단계; 및 상기 스핀들(111)을 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 수직 이동시켜, 상기 제2 공구 포트에 장착된 상기 제2 공구를 상기 스핀들(111)에 클램핑시키는 단계;를 수행하여 상기 제1 공구를 상기 스핀들(111)로부터 상기 제1 공구 포트에 언클램핑시키며 상기 제2 공구를 상기 제2 공구 포트로부터 상기 스핀들(111)에 클램핑시키는, 상기 스핀들(111)에 대한 공구 교환 단계; 및
   상기 추가적인 제1 위치 조정부(122)를 제어하여 상기 추가 스핀들(112)의 위치를 변경함으로써, 상기 추가적인 제1 및 제2 공구 포트를 이용한 공구 클램핑 및 언클램핑 동작을 수행하여 상기 추가 스핀들(122)의 공구를 상기 제2 작업에 이용될 공구로 교환하는 상기 추가적인 스핀들(112)에 대한 공구 교환 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 공작 기계(100).
2. 제1항에 있어서, 상기 공작 기계(100)는,
   상기 공구 매거진 전체의 위치를 제어하는 제3 위치 조정부(150)를 더 포함하며,
   상기 컨트롤 블락(160)은,
   상기 제3 위치 조정부(150)를 제어하여 상기 공구 매거진(130) 전체의 위치를 더 변경함으로써 상기 공구 교환 준비 단계 및 상기 공구 교환 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는, 공작 기계.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 상기 추가 스핀들(122)에 대한 공구 교환 단계는,
   상기 스핀들(111)과 함께, 상기 추가 스핀들(122)을 상기 추가적인 제1 공구 포트로 수평 이동시킨 다음 제1 방향으로 수직 이동시켜, 상기 추가 스핀들(122)에 장착된 제1 공구를 상기 추가적인 제1 공구 포트에 언클램핑시키는 단계;
   상기 스핀들(111)과 함께 상기 추가 스핀들(122)을 수평 이동시키거나, 상기 제2 공구 포트와 함께 상기 추가적인 제2 공구 포트를 수평 이동시켜, 상기 스핀들(111) 및 상기 추가 스핀들(112)과 상기 제2 공구 포트 및 상기 추가적인 제2 공구 포트의 수평 위치를 매칭시키는 단계; 및
   상기 스핀들(111)과 함께 상기 추가 스핀들(122)을 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 수직 이동시켜, 상기 추가적인 제2 공구 포트에 장착된 상기 제2 공구를 상기 추가 스핀들(112)에 클램핑시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 공작 기계.
6. 삭제
7. 스핀들(211);
   상기 스핀들(211)의 위치를 제어하는 제1 위치 조정부(221);
   복수의 공구 포트를 포함하는 공구 매거진(230);
   상기 공구 매거진(230) 내에서 상기 복수의 공구 포트의 위치를 제어하는 제2 위치 조정부(240);
   상기 스핀들(211)에 장착된 공구가 언클램핑될 제1 공구 포트 및 상기 스핀들(211)에 의해 클램핑될 공구가 장착될 제2 공구 포트를 포함하는 공구 포트 세트를 포함하는 공구 운반자(tool carrier, 250);
   상기 공구 운반자(250)의 위치 및 자세를 제어하는 제3 위치 조정부(260); 및
   상기 제1 위치 조정부(221), 상기 제2 위치 조정부(240), 및 제3 위치 조정부(260)를 제어하여, 상기 스핀들(211)의 위치, 상기 복수의 공구 포트의 상기 공구 매거진(230) 내에서의 위치, 및 상기 공구 운반자(250)의 위치 및 자세를 변경함으로써,
   제1 작업 중에 상기 제1 작업에 이어 수행될 제2 작업에 이용될 제2 공구를 상기 공구 매거진(230)에서 상기 제2 공구 포트에 클램핑시켜 상기 공구 운반자(250)를 공구 교환 대기 위치로 이동시키는 공구 교환 준비 단계를 수행하고,
   상기 제1 작업이 완료되면, 상기 제1 공구를 상기 스핀들(211)로부터 상기 제1 공구 포트에 언클램핑시키는 단계, 상기 제2 공구를 상기 제2 공구 포트로부터 상기 스핀들(211)에 클램핑시키는 단계, 및 상기 제1 공구 포트에 언클램핑된 상기 제1 공구를 상기 복수의 공구 포트 중 비어 있는 공구 포트에 언클램핑하는 단계를 포함하는 공구 교환 단계를 수행하는 컨트롤 블락(270)을 포함하며,
   상기 공구 교환 준비 단계는,
   상기 제2 위치 조정부(240)를 제어하여 상기 제2 공구를 상기 공구 운반자(250)가 클램핑을 수행하는 위치로 이동시키는 단계;
   상기 제3 위치 조정부(260)를 제어하여 상기 공구 운반자(250)의 위치 및 자세를 조정하여 상기 제1 공구 포트에 상기 제2 공구를 클램핑하는 단계; 및
   상기 제3 위치 조정부(260)를 제어하여 상기 공구 운반자(250)를 상기 공구 교환 대기 위치로 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 공작 기계(200).
8. 스핀들(211);
   상기 스핀들(211)의 위치를 제어하는 제1 위치 조정부(221);
   복수의 공구 포트를 포함하는 공구 매거진(230);
   상기 공구 매거진(230) 내에서 상기 복수의 공구 포트의 위치를 제어하는 제2 위치 조정부(240);
   상기 스핀들(211)에 장착된 공구가 언클램핑될 제1 공구 포트 및 상기 스핀들에 의해 클램핑될 공구가 장착될 제2 공구 포트를 포함하는 공구 포트 세트를 포함하는 공구 운반자(tool carrier, 250);
   상기 공구 운반자(250)의 위치 및 자세를 제어하는 제3 위치 조정부(260); 및
   상기 제1 위치 조정부(221), 상기 제2 위치 조정부(240), 및 제3 위치 조정부(260)를 제어하여, 상기 스핀들(211)의 위치, 상기 복수의 공구 포트의 상기 공구 매거진(230) 내에서의 위치, 및 상기 공구 운반자(250)의 위치 및 자세를 변경함으로써,
   제1 작업 중에 상기 제1 작업에 이어 수행될 제2 작업에 이용될 제2 공구를 상기 공구 매거진(230)에서 상기 제2 공구 포트에 클램핑시켜 상기 공구 운반자(250)를 공구 교환 대기 위치로 이동시키는 공구 교환 준비 단계를 수행하고,
   상기 제1 작업이 완료되면, 상기 제1 공구를 상기 스핀들(211)로부터 상기 제1 공구 포트에 언클램핑시키는 단계, 상기 제2 공구를 상기 제2 공구 포트로부터 상기 스핀들(211)에 클램핑시키는 단계, 및 상기 제1 공구 포트에 언클램핑된 상기 제1 공구를 상기 복수의 공구 포트 중 비어 있는 공구 포트에 언클램핑하는 단계를 포함하는 공구 교환 단계를 수행하는 컨트롤 블락(270)을 포함하며,
   상기 제1 공구를 상기 제1 공구 포트에 언클램핑시키는 단계는,
   상기 공구 운반자(250)의 위치 및 자세 중 적어도 하나를 조정하고, 상기 스핀들(211)을 상기 제1 공구 포트로 수평 이동시킨 다음 제1 방향으로 수직 이동시켜, 상기 스핀들(211)에 장착된 상기 제1 공구를 상기 제1 공구 포트에 언클램핑시키는 단계를 포함하며,
   상기 제2 공구를 상기 스핀들(211)에 클램핑 시키는 단계는,
   상기 스핀들(211)의 수평 위치, 상기 제2 공구 포트의 수평 위치, 상기 공구 운반자(250)의 자세 중 적어도 하나를 조정하여, 상기 스핀들(211)과 상기 제2 공구 포트의 수평 위치를 매칭시키는 단계; 및
   상기 스핀들(211)을 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 수직 이동시켜, 상기 제2 공구 포트에 장착된 상기 제2 공구를 상기 스핀들(211)에 클램핑시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 공작 기계(200).
9. 제8항에 있어서, 상기 공작 기계(200)는,
   추가 스핀들(212) 및 상기 추가 스핀들(212)에 대응되는 추가적인 제1 위치 조정부(222)를 더 포함하며,
   상기 공구 운반자(250)는,
   각각이 상기 제1 및 제2 공구 포트와 세트를 이루는, 상기 추가 스핀들(212)에 대응되는 추가적인 제1 및 제2 공구 포트를 더 포함하며,
   상기 컨트롤 블락(270)은,
   상기 공구 교환 단계에서 상기 추가적인 제1 위치 조정부(222)를 더 제어하여 상기 추가 스핀들(212)의 위치를 상기 스핀들(211)과 함께 조정함으로써,
   상기 제1 공구의 언클램핑과 함께 상기 추가 스핀들(212)에 장착된 공구를 상기 추가적인 제1 공구 포트에 언클램핑시키며,
   상기 제2 공구의 클램핑과 함께 상기 추가적인 제2 공구 포트에 장착된 공구를 상기 추가 스핀들(212)에 클램핑시키는 것을 특징으로 하는, 공작 기계(200).
10. 제8항에 있어서, 상기 컨트롤 블락(270)은,
    상기 제1 공구의 언클램핑과 함께, 상기 추가적인 제1 공구 포트에 언클램핑되어 있는 공구를 상기 공구 매거진(230)에서 상기 비어 있는 공구 포트와 세트를 이루는 공구 포트에 언클램핑시키는 것을 특징으로 하는, 공작 기계(200).

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