KR200165316Y1 - 고속 선형유도전동기를 이용한 자동 공구공급장치 - Google Patents

Abstract

고속 선형유도전동기를 이용한 공구공급장치는 한 절삭가공시스템이 사용하는 모든 절삭공구들을 공동으로 저장하는 중앙공구저장소와, 상기 중앙공구저장소로 부터 각 공작기계로 공구를 전달하기 위한 트랙 및 트랙위를 이동하면서 공구를 공작기계에 공급하는 공구 트랜스포터로 구성되는 선형유도전동기에 의한 공구공급장치, 그리고 이 공구공급장치를 감시제어하는 공구전달제어기로 구성된다. 이러한 선형유도전동기에 의한 공구공급장치는 다수의 공작기계로 구성되는 자동화된 절삭가공시스템에 적용하기 위한 것으로서, 공기단축에 의해 절삭가공시스템의 생산성을 획기적으로 향상시키고, 유연성을 극대화시키며, 절삭공구및 공구 매거진에 대한 투자비를 절감하고, 복잡한 절삭가공시스템의 운영제어 문제를 손쉽게 해 주는 장점을 갖는다.

Description

고속 선형유도전동기를 이용한 자동 공구공급장치

본 고안은 고속 선형유도전동기(Linear Induction Motor ; LIM)를 이용한 절삭공구 공급장치에 관한 것으로서, 절삭공구의 중복투자 및 공구 매거진 용량확대에 따른 과다 투자, 그리고 절삭가공시스템의 효율적 운영을 위하여 해결해야 되는 복잡한 제어문제등 많은 문제점을 갖고 있는 기존의 공구 공급방법에 대한 대안으로 고안된 것이다.

절삭가공을 위한 공작기계는 보유하고 있는 절삭공구의 내용에 따라 가공할 수 있는 작업의 종류가 정해지므로, 유연생산시스템(Felxible Manufacturing System ; FMS)등의 고도로 자동화된 가공시스템을 포함한 절삭가공시스템들의 생산성은 필요한 절삭공구의 적기공급여부에 따라 큰 차이를 보이게 된다. 또한 자동화된 공작기계에 사용되는 절삭공구들은 각기 공구에 홀더, 섕크등 고가의 주변기기들을 결합한 Kit로 사용하게 되어 있는 바, 공구kit당 가격이 평균 70만원대에 이르고 있어 공구의 적정보유는 투자비용의 절감과 직결되고 있다. 현재 사용되고 있는 절삭공구 공급방법은 공작기계의 공구매거진의 용량을 크게 하여 많은 수의 공구를 각 공작기계가 보유하게 함으로써 필요한 공구를 즉시 꺼내 쓸 수 있게 하는 방법과, 작업자가 직접 공구를 공구 매거진에 삽입하는 수동식 방법, 그리고 이 두 방법을 절충하면서 서보모터, 볼스크류 및 공압등을 이용한 자동화된 공구공급장치를 부분적으로 사용하는 경우로 대별된다.

이 중, 각 공작기계가 제각기 많은 공구를 보유하도록 하는 방법은 공구의 사용효율이 극히 저하되고, 사용빈도에 상관없이 공구를 다량 중복해서 보유해야 하므로 투자가 많이 소요되며, 여전히 주어진 공구 매거진용량의 한계에 따라 유연성, 즉 가공가능한 품종의 수가 제약된다. 반면, 작업자가 공구를 직접 공구매거진에 삽입하게 되면 공구교환을 위하여 공작기계를 장시간 정지시키는 데 따른 생산시간의 낭비로 가공시스템의 효율을 떨어뜨리게 된다. 그리고 교류 서보모터등을 이용한 자동 공구공급장치는 이송속도가 최대 1m/sce 정도에 불과하므로 다수의 공작기계를 포함하는 가공시스템의 공구교환을 전부 수행할 수는 없고 마모된 공구의 교환등 부분적인 용도로 밖에는 사용되지 않고 있다. 또한 상기한 기존 공구공급방법을 채택하게 되면 다품종생산을 할 경우 생산의 효율을 높이기 위해서는 품목별 생산순서의 결정과 이에 따른 절삭공구들의 적기 공급량 및 교체시기 결정등 복잡한 운영상의 제어문제를 해결해 주어야 하는 데, 이에 대해서는 아직 정확한 해결책을 구하는 방안은 찾지 못하고 있다.

본 고안은 상술한 문제점들을 해결하고 공구공급 및 관리를 간편화하기 위해 제안된 것으로서, 고속 선형유도전동기를 이용한 공구공급장치를 사용함으로써 절삭공구 및 공구 매거진에 대한 투자비를 절감하고, 공구교환을 효율적으로 수행케 함으로써 운영에 따른 제어문제를 용이하게 하는 데 목적이 있다.

도1은 본 고안에 의한 고속 선형유도전동기를 이용한 자동 공구공급장치의 개략도임.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 중앙 공구저장소(Central Tool Storages ; CTS)

2 : 선형유도전동기 트랙 3 : 공구 트랜스포터

5 : 메인트랙 6 : 회피트랙

상기 목적을 달성하기 위해 본 고안이 제시하는 고속 선형유도전동기를 이용한 공구공급장치는 공구를 저장하는 중앙공구저장소와, 상기 중앙공구저장소에 연결되어 이로부터 각 공작기계로 공구를 전달하기 위한 선형유도전동기 트랙, 트랙과 함께 선형유도전동기의 일부로서 이 트랙위를 이동하면서 공구를 각 공작기계에 공급하는 공구 트랜스포터, 그리고 이를 제어하는 컴퓨터에 의한 공구전달제어기(Tool Delivery Controller ; TDC)로 구성된다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 고안의 일 실시예를 통해 본 고안을 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도1은 본 고안에 의한 선형유도전동기를 이용한 공구공급장치의 개략도로서, 다수의 공작기계가 절삭공구를 공유할 수 있도록 사용중인 모든 공구들을 한 장소에 저장하는 중앙공구저장소(1)(CTS)를 중앙에 설치하고, CTS로부터 각 공작기계의 공구 매거진까지 선형유동전동기 트랙(2)을 설치하여 선형유도전동기 트랙의 위를 공구 트랜스포터(3)가 이동하면서 공구를 각 공작기계에 실시간으로 공급한다. TDC는 이 그림에 도시되어 있지 않으나 전체시스템의 상태를 감시하고 제어하는 컴퓨터로 이루어져 있다. 고속 선형유도전동기에 의한 공구 트랜스포터의 가속도는 최대 3G까지 가능하다.

한편, 본원 고안은 다수 공작기계의 병설로 인한 공구요구의 중복과 이 요구의 선후의 결정, 공구 트랜스포터의 불필요한 주행 등으로 인한 공구시간 효율의 저하하는 문제가 생길 수도 있으나 본원 고안은 혼류생산방식이기 때문에 공구의 중복요구 문제가 발생하기 어렵다. 또한, 본원 고안에서는 종래와 같이 자동공구공급장치의 이송속도인 1m/sec이하 보다는 실시간 이송을 실현하기 위해서는 구동부의 속도가 평균 초속 3m/sec 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 공구 트랜스포터(3)는 부하가 크면 복수의 트랜스포터를 운영할 수 있고 그 경우 트랙은 원형의 메인 트랙(5)과 각 트랜스포터(3)가 각 공작기계 앞에서 작업시 메인 트랙(5)의 교통을 방해하지 않도록 회피 트랙(6)을 설치한다.

이 때, 각 공작기계는 주어진 품목의 가공에 필요한 절삭공구들 중에서 진행중인 가공작업에 소요되는 공구와 다음 가공작업에 필요한 공구만 자체 공구 매거진에 보관하고 나머지 사용하지 않고 있는 공구들은 모두 CTS에 공동 보관하면서 필요할 때만 TDC를 통해 필요한 공구를 전달받아 사용하게 된다. 따라서 각 공작기계는 최소 2개의 절삭공구만 수용할 수 있는 공구 매거진만 가지고 있으면 된다. 공작기계들은 매번 가공작업이 하나 끝날 때마다 준비된 다음 작업용 공구를 매거진에서 스핀들로 옮겨 다음 작업을 준비하는 동시에 그 다음 작업에 필요한 공구를 전달해 주도록 TDC에 요구하게 된다. 특정 공작기계가 다음 작업에 필요한 공구를 공급받는 과정은 다음과 같다.

(1) 공작기계는 TDC를 통해 CTS에 필요한 공구가 있는지를 확인한다.

없으면 해당 공구가 CTS에 입수될 때까지 기다린다.

(2) CTS에 원하는 공구가 있으면, TDC는 해당 공구를 이 공작기계용으로 선언하여 다른 기계가 사용하지 못하도록 조치한 뒤 가용 공구 트랜스포터가 있는지를 확인한다. 공구 트랜스포터가 모두 사용중이면 가용 공구 트랜스포터가 하나 나타날 때까지 기다린다.

(3) 가용 공구 트랜스포터가 생기면, TDC는 해당 공구 트랜스포터를 이 공작기계용으로 선언하여 다른 기계들이 사용하지 못하도록 한 뒤 해당 공구 트랜스포터를 CTS로 이동시킨다.

(4) CTS로 이동한 공구 트랜스포터는 탑재한 간이 로봇을 이용하여 지정된 공구를 싣고 이 공구를 요구한 공작기계로 이동한다.

(5) 공구 트랜스포터는 날라온 공구를 탑재한 로봇을 이용하여 공작기계의 공구 매거진에 꽂은 뒤, 그 공작기계의 매거진에서 사용이 끝난 공구는 다시 CTS로 운송하여 반납한다.

(6) 상기한 일련의 과정이 끝나면 TDC는 반납된 공구와 사용된 공구 트랜스포터를 해당 공작기계에 의한 구속상태에서 해제시킨다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 고안에 따른 고속 선형유도전동기를 이용한 자동 공구공급장치를 사용하면, 공구공급이 신속히 이루어져 다수의 공작기계가 필요로 하는 공구를 모두 실시간으로 자동공급할 수 있고, 공구를 다수의 기계가 공유하게 됨으로써 공구의 중복된 보유수를 줄여 투자를 절감할 수 있으며 공구의 사용효율도 높일 수 있다. 그리고 각 기계는 최소한의 공구만을 보유하더라도 필요한 공구는 적기에 실시간으로 전달받아 사용할 수 있으므로 공구에 의한 가공품종의 제한을 받지 않게 되므로 유연성이 극대화되며, 기존시스템에서 보이는 복잡한 운영제어 문제가 단순화되므로 가공시스템의 운영효율이 크게 개선된다. 또한 필요한 공구를 모두 전달받아 사용할 수 있으므로 설계기능이 같은 공작기계간 가공기능의 차별이 없어지므로 가공물이 공작기계사이를 이동해야 할 필요성이 거의 없어져 물류의 관리가 쉬워지고 재공재고도 크게 줄일 수 있다.

상기에서는 본 고안의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 등록 청구의 범위에 기재된 본 고안의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 고안을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (2)

1. 절삭공구를 공동으로 저장하는 중앙공구저장소와, 상기 중앙공구저장소에 연결되어, 중앙공구저장소로 부터 각 공작기계의 공구매거진으로 공구를 운반해 주는 트랙 및 상기 트랙의 위를 이동하면서 공구를 각 공작기계에 공급하는 공구 트랜스포터로 구성된 선형유도전동기와, 공구공급장치의 상태와 각 공작기계가 보유한 공구의 상태를 감시하면서 각 공작기계가 요구하는 공구를 적기에 공급하도록 중앙공구저장소 및 공구공급장치를 제어하는 공구전달제어기를 포함하는 고속 선형유도전동기를 이용한 자동 공구공급장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 공구 트랜스포터에 탑재되어 공구 트랜스포터와 CTS간의 공구교환, 그리고 공구 트랜스포터와 각 공작기계의 공구 매거진간의 공구교환을 담당하는 간이 로보트를 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 선형유도전동기를 이용한 자동 공구공급장치.