KR20050036075A - 머시닝센터의 자동공구교환을 위한 매거진 구동장치 - Google Patents

머시닝센터의 자동공구교환을 위한 매거진 구동장치 Download PDF

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KR20050036075A
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윤여진
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    • B23Q3/00—Devices holding, supporting, or positioning work or tools, of a kind normally removable from the machine
    • B23Q3/155—Arrangements for automatic insertion or removal of tools, e.g. combined with manual handling
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Abstract

본 발명은 머시닝 센터의 자동공구교환 장치에 관한 것으로, 공구교환을 위한 매거진 회전장치를 유도전동기로 속도 및 위치제어 한 것을 특징으로 하며 그 구성은 유도전동기와 교류전원을 단상 직류전원으로 변환하는 AC/DC 컨버터와, 벡터 프로그램이 내장되어 유도전동기의 회전수 및 출력 토크를 제어하는 마이크로 프로세서와 DC/AC 컨버터와 파워앰프와 유도전동기의 회전수를 검출하는 엔코더와 ATC 매거진부의 위치검출을 위한 엔코더로 이루어진다.

Description

머시닝센터의 자동공구교환을 위한 매거진 구동장치{Magazine relay controller to automatic tool changer of machining center}
본 발명은 머시닝 센터의 자동공구교환 장치에 관한 것으로 보다 상세하게 설명하자면, 수직 머시닝 센터의 엄브렐라(Umbrella)타입 자동공구교환 장치 또는 수평 머시닝센터의 매거진 회전장치의 매거진의 구동원으로 벡터제어 방식의 3상 유도전동기를 사용할 수 있게 한 것에 관한 것이다.
일반적으로 머시닝 센터의 주요 구성요소의 하나인 자동공구교환 장치(ATC)의 하나인 엄브렐라 타입의 매거진은 제네바기어 타입 및 캠구조의 매거진이 많이 사용되고 있으나 제네바기어 타입이나 캠구조의 매거진은 자동공구교환 장치의 생명이라 할 수 있는 공구의 교환 속도가 느리다는 단점과 매거진의 정확한 위치결정이 어렵다는 단점이 있으며 수평형 머시닝센터의 매거진의 경우에는 유압모터를 사용시는 동일한 단점이 있으며 고속 정확한 위치결정을 위하여 서보보터와 고비율 감속기를 조합하여 사용하는 경우가 많아 제조 원가를 상승시키는 요인이 되었다.
따라서 종래 자동공구교환 장치로서 사용되던 제네바 기어 방식이나 캠구조, 유압모터 방식의 매거진은 서보모터와 감속기어를 사용한 구조로 대체되고 있는 추세이다.
엄브렐라 타입 자동공구교환 장치는 다수개의 공구를 보유하고 있는 매거진으로 부터 선택된 공구를 스핀들 헤드 상에 기 공급되어져 있는 공구와 교환하여 주는 장치로서 축을 중심으로 시계방향 또는 반시계방향으로 회전이 자유로운 툴 매거진과 매거진 상에 형성되어 있는 공구를 보관하는 다수의 포케트와 공구를 교환하는데 사용되는 툴 체인저와 구동장치로 구성되어 있다.
엄브렐라 타입의 자동공구교환 장치는 메거진의 가격은 비교적 낮으나 공구교환을 위한 구동원으로는 위치 및 속도제어가 용이한 서보모터와 감속기어 사용이 불가피하고 서보모터의 가격이 높아 자동공구교환 장치의 저가격화 하는데에는 한계가 있다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로 고토오크 특성과 정밀제어 특성을 구현할 수 있는 벡터제어 유도전동기를 유압 모터 또는 서모보터와 대체할 수 있게 함으로서 유지관리가 용이하고 속도가 빠르면서도 위치결정이 정확한 저렴한 머시닝 센터의 자동공구교환 장치를 제공할 수 있게 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여 최근 전력 전자제어 기술의 발달에 힘입어 고토오크 특성과 정밀제어 특성을 구현할 수 있는 벡터제어 방식의 유도전동기를 유압모터나 서보모터를 대체하여 머시닝 센터의 자동공구교환 장치에 사용할 수 있게 하기 위하여 머시닝 센터의 컨트롤 유니트에서 툴 스케줄링에 대한 정보, 즉 공구선택 및 TTT(Tool-To-Tool)타임에 대한 정보를 자동공구교환 장치의 제어기로 넘겨주면 자동공구교환 장치의 제어기에서는 공구교환을 위한 위치명령 및 공구교환 시간에 대한 제어를 할 수 있도록 하는 범용 3상 유도전동기의 정밀 위치제어와 저속에서 모터의 힘을 높일 수 있는 제어 알고리즘을 개발함으로서 유도전동기 방식의 공구교환 메커니즘을 완성한다.
이하 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 구성을 설명하기에 앞서 본 발명의 구성을 불명료하게 하지 않는 범위 내에서 당업자에 의하여 용이하게 실시할 수 있는 공지된 구성에 대한 설명은 생략하여 본 발명의 요지를 더욱 명확하게 하기로 한다.
도 1은 본 발명 자동공구교환 장치의 매거진 회전을 위한 유도전동기 제어의 메커니즘 개략도이고,
도 2는 본 발명 자동공구교환 장치의 매거진 회전을 위한 유도전동기 제어 개념도이다.
본 발명 자동공구교환 장치의 구동부를 구성하는 3상 유도전동기(1)는 속도제어와 각도조절 및 위치조절을 정밀하게 할 수 있도록 벡터제어 기술을 응용하며 두개의 엔코더(2,3)를 사용하여 고정도의 위치제어 및 백러쉬 제어가 가능하다.
즉, 1st 엔코더(2)는 모터의 속도제어를 통한 가감속 제어용이며, 2nd 엔코더 (3)는 기어에 대한 백러쉬를 보정과 매거진의 위치 검출기능을 한다.
벡터제어란 유도전동기(1)의 출력토크를 고속으로 제어하기 위한 방식이나 벡터제어방식은 저속에서도 높은 출력토크가 발생하여 위치제어가 용이하므로 종래 서보모터의 단점으로 지적되던 저속에서의 고출력을 실현할 수 없다는 문제점을 해결할 수가 있는 것이다.
도 3은 본 발명 자동공구교환 장치의 유도 전동기 제어 알고리즘에 대한 블럭도이다.
자동공구교환 장치의 구동부를 구성하는 3상 유도전동기는 3상 교류전원을 단상 직류전원으로 변환하는 AC/DC 컨버터(4)와, 마이크로 프로세서(5)와 마이크로 프로세서의 제어신호로 DC/AC 컨버터(6)를 제어할 수 있도록 하는 신호를 증폭하는 파워앰프(10)와, AC/DC 컨버터(4)에서 변환되는 직류전류를 3상 교류로 변환 출력하는 DC/AC 컨버터(6)와, 벡터제어 소프트웨어가 내장된 마이크로 프로세서(5)로 구성된 제어장치(7)에 의하여 유도전동기의 주파수 및 전류를 제어함으로서 출력토크를 정밀하게 제어할 수 있다.
여기서 마이크로 프로세서에는 엔코더가 검출한 유도전동기의 속도, 회전수 및 위치 값이 입력된다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명 자동공구교환 장치의 구동부의 작용을 설명하자면 다음과 같다.
머시닝 센터의 자동공구교환 장치를 작동시키기 위한 전원을 공급하면 3상 교류전원이 AC/DC 컨버터(4)를 통하여 단상 직류전원으로 변환되고 변환된 단상 직류전원은 마이크로 프로세서(5)의 동작전원으로 인가되는 한편, DC/AC 컨버터(6)의 모터 구동전원으로 인가된다.
그리고 AC/DC 컨버터에서 출력된 단상 직류전원은 마이크로 프로세서 제어신호와 DC/AC 컨버터(6)를 통하여 다시 3상 유도전동기는 동작시키는 3상 교류전원으로 변환된다.
즉, 3상 교류전원의 동작 주파수 및 전류를 변환, 3상 유도전동기(1)에 공급하기 위해 AC/DC 컨버터(4)를 이용하여 3상 교류전원을 단상 직류전원으로 변환한 다음 다시 DC/AC 컨버터(6)를 이용하여 전류와 동작 주파수를 변환하여 3상 유도전동기(1)에 교류 전원을 공급하게 된다.
여기서 상기 마이크로 프로세서(5)에는 벡터제어를 가능하게 하는 벡터제어 프로그램이 내장되어 그 벡터 알고리즘에 따라 제어하게 된다.
그리고 엔코더(2,3)는 3상 유도전동기(1)의 회전수 및 위치를 검출하여 보정한 후 지속적으로 마이크로 프로세서로 그 보정 값을 피드백 시킨다.
상기 엔코더는 분해능이 높은 것을 사용하여 미세한 각도까지 검출할 수 있게 하는 것이 바람직하다.
이렇게 피드백된 보정값에 의해 마이크로 프로세서(5)는 그에 내장된 벡터제어 프로그램의 알고리즘에 따라 3상 유도전동기의 회전수와 출력토크를 제어하는 동작을 수행하게 된다.
따라서 상기한 벡터제어 프로그램에 의해 저속에서도 고출력 토크를 실현할 수 있는 것이다.
상기 마이크로 프로세서(5)의 제어 신호에 의거하여 제어된 3상 유도전동기는 그 출력토크에 의해 자동공구교환 장치의 툴 체인저를 구동시키게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 자동공구교환 장치를 구성함에 있어서 종래 사용되던 유압모터 또는 고가의 서보모터 대신에 저가격의 유도전동기를 사용함으로서 유지관리와 제작비용을 절감할 수 있으며 저속에서도 고출력을 얻을 수 있는 기술개발로 가·감속 제어에 의한 고속·고정도 매거진을 제조할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명 자동공구교환 장치의 매거진 회전을 위한 유도전동기 제어의 메커니즘 개략도
도 2는 본 발명 자동공구교환 장치의 매거진 회전을 위한 유도전동기 제어 개념도
도 3은 본 발명 자동공구교환 장치의 유도전동기 제어시스템에 대한 블럭도
도 4는 종래 서보모터 제어시스템의 블럭도
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1. 유도전동기 2. 1st 엔코더
3. 2nd 엔코더 4. AC/DC 컨버터
5. 마이크로 프로세서 6. DC/AC 컨버터
7. 제어장치 8. 감속기
9. 매거진 회전장치 10. 파워 앰프
21. 전원 22. 컨버터
23. 인버터 24. 전류 센서
25. 위치속도 센서 26. 제어기
27. 서보 모터

Claims (1)

  1. 머시닝 센터의 자동공구교환을 위한 매거진 구동장치에 있어서, 3상 교류전원을 단상 직류전원으로 변환하는 AC/DC 컨버터(4)와, 변환된 단상 직류전원이 인가되며 벡터제어 프로그램이 내장되어 3상 유도전동기(1)의 회전수 및 출력토크를 제어하는 마이크로 프로세서(5)와, AC/DC 컨버터에서 출력된 단상 직류전원을 3상 교류전원으로 변환하는 DC/AC 컨버터(6)와, 마이크로 프로세서 제어신호로 DC/AC 컨버터를 제어할 수 있도록 신호를 증폭하는 파워앰프(10)로 이루어진 제어장치와, 상기 마이크로 프로세서(5)의 벡터제어 신호에 의해 3상 유도전동기의 속도 및 위치조절을 위한 회전수를 보정하며 그 보정값을 마이크로 프로세서로 출력하는 엔코더(2, 3)로 구성한 것을 특징으로 하는 머시닝센터의 자동공구교환을 위한 매거진 구동장치.
KR1020030071626A 2003-10-15 2003-10-15 머시닝센터의 자동공구교환을 위한 매거진 구동장치 KR20050036075A (ko)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160085047A (ko) 2015-01-07 2016-07-15 두산공작기계 주식회사 자동 공구 교환 장치 및 방법
KR20160003474U (ko) * 2015-03-31 2016-10-10 산제트 인터내셔널 컴퍼니, 리미티드 공작기계의 지능형 제어 시스템

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