KR20090102329A - 공작기계의 가공개시높이 설정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공작기계로 가공대상물을 가공함에 있어서 가공대상물에 대한 공구의 가공개시높이를 실시간으로 정밀하고 간편하게 설정할 수 있는 공작기계의 가공개시높이 설정장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 가공개시높이 설정장치(1)는, 스팬들(3)에 공구(4)를 장착하여 가공대상물(W)을 가공하는 공작기계(2)에 적용되어 상기 공구(4)의 가공개시높이를 설정하는 장치로서, 상기 공구(4)에 인접한 주변에 상하 이동 가능하게 설치되어 상기 공구(4)의 존부(存否)를 검출하는 센서(11)가 장착된 센서블록(10); 상기 센서블록(10)을 상기 가공대상물(W)의 표면에 접한 가공위치(P1)와 상기 공구(4)의 상측까지 후퇴한 복귀위치(P2) 사이에 상하로 이동시키는 이동수단(20); 및 상기 공작기계(2)로 상기 가공대상물(W)의 가공을 시작하면, 상기 센서블록(10)을 상기 복귀위치(P2)로부터 상기 가공위치(P1)로 이동시킨 후에 상기 공구(4)를 하강시키고, 상기 공구(4)가 상기 가공대상물(W) 표면의 정해진 높이에 이르렀음을 상기 센서(11)가 감지하면 상기 센서(11)로부터 그 감지신호를 전송받아 상기 센서블록(10)을 상기 복귀위치(P2)로 후퇴시키는 것과 함께 상기 스핀들(3)을 작동시켜 상기 공구(4)가 상기 가공대상물(W)을 가공하도록 제어하는 제어부(30); 를 포함한다.

Description

공작기계의 가공개시높이 설정장치{Device for Setting Working Start Point in machine tools}

본 발명은 공작기계에 관한 것이며, 보다 상세하게는 머시닝센터와 같은 각종 공작기계로 가공대상물을 가공함에 있어서, 가공대상물에 대한 공구의 가공개시높이를 실시간으로 정밀하고 간편하게 설정할 수 있는 공작기계의 가공개시높이 설정장치에 관한 것이다.

널리 알려진 바와 같이, 철판과 같은 각종 가공대상물을 가공하기 위한 공작기계로서는 하나의 자동화된 장치로 드릴링, 볼링, 밀링, 태핑 등의 각종 가공을 자동으로 실행할 수 있는 소위 '머시닝센터'가 널리 일반적으로 사용되고 있다.

머시닝센터는 매우 다양하게 개발되어 있지만, 매거진을 구비한 공구교환장치에 각종 가공에 필요한 다양한 공구들이 설치되어 있고, 수치제어방식의 자동제어 방법에 의해 공구교환장치로부터 필요한 공구를 가공위치로 운반 및 장착하여 필요한 가공을 하고, 해당 가공이 끝나면 다음 가공에 필요한 공구를 가공위치로 운반 및 장착하여 다음의 가공을 하는 과정을 되풀이 하면서 목적하는 물건을 가공할 수 있는 시스템으로 되어 있다.

이와 같은 자동화된 머시닝센터 등의 공작기계로 가공대상물을 가공함에 있어서 중요한 사항 중에 하나는, 가공대상물을 가공할 공구의 가공개시높이를 적절히 설정하는 것이다. 예를 들어, 머시닝센터의 스핀들에 드릴을 장착하여 가공대상물을 천공하는 경우를 상정하여 설명하면, 가공대상물로부터 충분히 이격된 높은 위치에 있던 스핀들(드릴)이 설정된 가공개시높이까지 빠른 속도로 내려와서 설정된 가공개시높이에 이르면 스핀들(드릴)이 회전을 시작하여 가공대상물을 천공한 후에 원위치로 다시 올라가게 되는 바, 이때 드릴의 가공개시높이가 적정 높이보다 상대적으로 높게 세팅되면 가공대상물을 완전히 천공하지 못한 상태에서 스핀들이 후퇴하거나 완전한 천공이 이루어졌다고 하더라도 미리부터 드릴이 회전함으로써 작업시간이 길어지게 되는 문제가 발생하고, 반대로 드릴의 가공개시높이가 적정 높이보다 상대적으로 낮게 세팅되면 드릴이 본격적으로 회전하기에 앞서 가공대상물에 충돌하여 공구가 손상되거나 작업 자체가 불가능하게 된다.

머시닝센터 등의 공작기계에 사용되는 공구들은 그 종류마다 길이가 다르고 같은 공구에 대해서도 마모 상태에 따라 길이가 차이가 있으므로, 가공 효율을 높이기 위해서는 공작기계에 장착된 각 공구들에 대해서 그 길이에 대응하는 적절한 가공개시높이를 설정할 필요가 있는바, 이런 이유로 종래의 공작기계들 중에는 공구의 길이와 마모 상태 등에 따른 길이 차이를 보정하여 공구들의 적절한 가공개시높이를 유지하고 있다.

이와 같은 공구 길이의 차이를 보정하는 것에 관한 기술로서는 예를 들어 대한민국 등록특허 제10-0478241호(2005년03월23일 공고)의 '머시닝센터의 공구 계측 및 보정 방법'과 대한민국 등록특허 제10-0460918호(2004년12월09일 공고)의 '머시닝 센터 운전 중 공구길이 자동 측정 방법' 등이 있다.

그러나 위와 같은 종래의 공작기계들은, 각 공구의 길이 차이를 보정하여 가공개시높이를 설정하기 위해, 각종 측정 장치로 직접 해당 공구의 길이를 주기적으로 측정하여 측정된 값을 공작기계의 제어부(제어패널)에 주기적으로 입력 또는 적용하는 장치나 방법을 적용하여 왔는바, 이런 종래의 장치나 방법은 매우 번잡할 뿐만 아니라 보정치가 일정 간격의 주기로 적용됨에 따라 최적의 가공개시높이를 적용하는 것에도 한계가 있었다.

본 발명의 목적은, 전술한 바와 같이, 머시닝센터를 포함한 각종 공작기계에서 공구의 길이 차이를 보정하여 가공개시높이를 설정하는 것에 관련된 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 공구들의 길이를 직접 측정하여 그 길이 차이를 보정하여 가공개시높이를 설정하는 것이 아니라, 공구의 길이 측정 없이 실제의 가공 과정에서 가공개시높이를 간편하게 바로 설정할 수 있도록 함으로써, 각 공구의 길이 차이를 공작기계의 제어부에 입력할 필요가 없도록 할 뿐만 아니라, 가장 적정한 가공개시높이를 실시간으로 정확하게 설정할 수 있도록 하여 보정 주기에 따른 오차도 발생하지 않도록 하고자 하는 것이다.

본 발명에 따라 공작기계의 가공개시높이 설정장치가 제공된다.

본 발명에 따라, 스팬들에 공구를 장착하여 가공대상물을 가공하는 공작기계에 적용되어 상기 공구의 가공개시높이를 설정하는 공작기계의 가공개시높이 설정장치이다.

본 발명에 따른 공작기계의 가공개시높이 설정장치는, 센서블록, 이동수단 및 제어부를 포함한다.

상기 센서블록은, 상기 공구에 인접한 주변에 상하 이동 가능하게 설치되어 상기 공구의 존부(存否)를 검출하는 센서가 장착되어 있다.

상기 이동수단은, 상기 센서블록을 상기 가공대상물의 표면에 접한 가공위치(가공개시높이)와 상기 공구의 상측까지 후퇴한 복귀위치(안전위치) 사이에 상하로 이동시킨다.

상기 제어부는, 상기 공작기계로 상기 가공대상물의 가공을 시작하면, 상기 센서블록을 상기 복귀위치로부터 상기 가공위치(가공개시높이)로 이동시킨 후에 상기 공구를 하강시키고, 상기 공구가 상기 가공대상물 표면의 정해진 높이에 이르렀음을 상기 센서가 감지하면 상기 센서로부터 그 감지신호를 전송받아 상기 센서블록을 상기 복귀위치로 후퇴시키는 것과 함께 상기 스핀들을 작동시켜 상기 공구가 상기 가공대상물을 가공하도록 제어한다.

바람직하게, 상기 센서는 발광부와 수광부)를 구비하고, 상기 발광부와 상기 수광부의 사이에 상기 공구가 위치하게 될 때 그 감지신호를 상기 제어부로 전송한다.

바람직하게, 상기 이동수단은, 일단은 상기 센서블록에 고정되고 타단은 상기 스팬들에 고정된 실린더이다.

본 발명에 따른 공작기계의 가공개시높이 설정장치에 의하면, 머시닝센터를 포함한 각종 공작기계에서 공구의 길이 차이를 보정하여 가공개시높이를 설정하는 것에 관련하여, 공구의 길이를 직접 측정하여 그 길이 차이를 보정하여 가공개시높이를 설정하는 것이 아니라, 공구의 길이 측정 없이 실제의 가공 과정에서 센서로 공구의 위치를 직접 감지하여 그 가공개시높이를 설정함으로써, 각 공구의 길이 차이를 공작기계의 제어부에 일일이 입력할 필요가 없을 뿐만 아니라, 가장 적정한 가공개시높이를 실시간으로 설정할 수 있어 보정 주기에 따른 오차가 전혀 발생하지 않는 효과가 있다.

도1은 본 발명에 따른 예시적인 공작기계의 가공개시높이 설정장치가 적용된 공작기계의 부분 개략 사시도,

도2 내지 5는 본 발명에 따른 공작기계의 가공개시높이 설정장치의 작동도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 본 발명의 가공개시높이 설정장치 2: 공작기계

3: 스핀들 4: 공구

4a: 공구의 정단 5: 베드

10: 센서블록 11: 센서

11a: 발광부 11b: 수광부

20(20a): 이동수단(실린더) 21: 브래킷

22: 가이드 30: 제어부

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 공작기계의 가공개시높이 설정장치를 상세히 설명한다. 이하의 구체예는 본 발명에 따른 공작기계의 가공개시높이 설정장치를 예시적으로 설명하는 것일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 아니한다.

도1은 본 발명에 따른 예시적인 공작기계의 가공개시높이 설정장치가 적용된 공작기계의 부분 개략 사시도, 도2 내지 5는 본 발명에 따른 공작기계의 가공개시높이 설정장치의 작동도이다.

도1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 공작기계의 가공개시높이 설정장치(1)는, 스팬들(3)에 다양한 공구(4)를 선택적으로 장착하여 가공대상물(W)에 대해 드릴링, 볼링, 밀링, 태핑 등 각종 가공을 하는 머시닝센터와 같은 각종 공작기계(2)에 설치(적용)되어서 공구(4)의 적정 가공개시높이를 설정하는 장치이다.

본 발명에 따른 가공개시높이 설정장치(1)는, 기본적으로 센서블록(10), 이동수단(20) 및 제어부(30)를 포함한다.

상기 센서블록(10)은, 스핀들(3)에 장착되어 스핀들(3)과 함께 상하로 이동하는 공구(4)의 존부를 검출하는 센서(11)가 장착된 부재로서, 공구(4)에 인접한 주변에 상하이동 가능하게 설치된다.

도시된 구체예에 있어서 센서블록(10)은 공구(4)의 바로 위에 공구(4)를 고정시키는 스핀들(3)의 척(3a)의 둘레의 일부를 감싸는 판상으로 되어 있고, 판상의 센서블록(10)에는 공구(4)의 존부를 검출하기 위한 센서(11)가 설치되어 외부의 충격 등으로부터 센서(11)가 손상되거나 오염되지 않도록 하고 있다.

본 발명에 적용할 수 있는 센서(11)로서는 상하로 이동하는 공구(4)의 존부를 검출할 수 있는 센서라면 특히 제한되지 아니하며, 예를 들어 발광부(11a)와 수광부(11b)를 구비하고 발광부(11a)로부터 조사된 광(레이저, 적외선 등)이 수광부(11b)에 의해 수광 되는지 여부를 감지하되, 발광부(11a)와 수광부(11b) 사이에 공구(4: 보다 구체적으로는 공구의 정단)가 위치하여 수광부(11b)가 발광부(11a)로부터의 광을 감지하지 못하면 공구(4)가 존재함을 인식하여 이로부터 신호를 발생하여 그 신호를 제어부(30)로 전송하는 센서(11)를 적용할 수 있다. 본 구체예에서 수광부(11b)와 발광부(11a)는 그 연결 선상에 공구(4)가 위치하도록 배치한다.

상기 이동수단(20)은 센서블록(10)을 상하로 이동시키는 구동수단으로서, 이송수단(20)에 의해 센서블록(10)은 가공대상물(W)의 표면에 접한 가공위치(P1: 가공개시높이)와 공구(4)의 상측으로 후퇴한 복귀위치(P2: 안전위치) 사이에 상하로 이동된다.

이송수단(20)은 후술하는 제어부(30)의 제어를 통해 센서블록(10)을 가공위치(P1)와 복귀위치(P2) 사이에서 정해진 순서에 따라 이동시킬 수 있는 것이라면 특히 제한되지 아니한다.

도1의 구체예는 이동수단(20)으로서 예를 들어 공기압 실린더와 같은 통상의 실린더(20a)를 적용한 예를 도시한 것으로서, 실린더(20a)의 일단은 센서블록(10)에 고정되어 있고 실린더(20a)의 타단은 스팬들(3)에 브래킷(21)을 매개하여 고정되어 있다. 바람직하게 센서블록(10)과 브래킷(21) 사이에는 가이드(22)를 설치하여, 센서블록(10)이 보다 안전하게 상하로 이동할 수 있도록 할 수 있다.

이와 같은 이동수단(20)의 구성에 따라, 후술하는 제어부(30)의 제어를 통해 센서블록(10)은 가공위치(P1)와 복귀위치(P2) 사이에서 정해진 순서에 따라 상하 이동된다.

상기 제어부(30)는 상기 이동수단(20)과 스핀들(3)의 구동수단(도시 생략)을 본 발명의 목적에 맞게 제어하는 컨트롤러이다. 제어부(30)는 본 발명의 측면에서는 가공개시높이 설정장치(1)를 제어하기 위한 컨트롤러이지만, 본 발명의 가공개시높이 설정장치(1)가 적용되는 공작기계(2)의 전체적인 측면에서는 공작기계(2)를 제어하는 컨트롤러의 일부를 형성한다고 할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 가공개시높이 설정장치(1)의 제어부(30)는 공작기계(2)를 제어하는 컨트롤러의 일부가 되어 공작기계(2)의 작용과 유기적으로 작동하게 된다.

제어부(30)는, 공작기계(2)의 베드(5)에 가공대상물(W)을 올려놓고 가공을 시작할 때, 센서블록(10)을 복귀위치(P2)로부터 가공위치(P1)로 이동시킨 후에 이어서 공구(4: 스핀들)를 하강시키고, 센서(11)가 공구(4)의 정단(4a)이 가공대상물(W) 표면의 정해진 높이에 이르렀음을 감지하면 센서블록(10)을 복귀위치(P2)로 다시 후퇴시키는 것과 함께 스핀들(3)을 작동시켜 공구(4)가 가공대상물(W)을 가공하도록 제어한다.

이하, 도2 내지 5를 참조하여 본 발명에 따른 공작기계의 가공개시높이 설정장치(1)의 작동을 설명한다.

가공대상물(W)을 베드(5)에 올려놓은 가공 준비단계에서, 공구(4)는 가공대상물(W)로부터 충분히 이격된 위치로 올라와 있고, 센서블록(10)은 공구(4)의 상측까지 후퇴한 복귀위치(P2)에 위치한다(도2의 A).

이런 상태에서 공작기계(2)의 컨트롤러이면서 본 발명에 따른 가공개시높이 설정장치(1)의 컨트롤러인 상기 제어부(30)를 조작하여 가공작업의 시작을 입력하면, 제어부(30)는 이동수단(20)을 구동시켜 센서블록(10)이 복귀위치(P2: 공구의 상측까지 후퇴한 위치)로부터 가공위치(P1: 센서블록이 가공대상물의 표면에 접한 위치)로 하강 이동되게 한다(도2의 B 및 도3의 C). 이때 실린더(20a)와 같은 이동수단(20)이 센서블록(10)을 공기압 등에 의해 아래로 가압하고 있게 되므로 센서블록(10)은 가공대상물(W)의 표면에 접하여 있게 된다.

센서블록(10)이 복귀위치(P2)에 도달한 시점이 되면, 제어부(30)가 스핀들(3)의 상하 구동수단(도시생략)을 구동시켜 공구(4)가 장착된 스핀들(3)을 하강시키며, 이때 스핀들(3)은 상대적으로 빠른 속도로 하강하게 된다(도3의 C).

센서블록(10)의 하강과 스핀들(3)의 하강은, 센서블록(10)의 하강이 완료된 뒤에 스핀들(3)의 하강을 시작할 필요는 없고, 도2와 도3에 도시된 바와 같이, 센서블록(10)이 하강을 시작한 이후 시차를 두고 스핀들(3)이 하강하여 공구(4)의 정단(4a)이 센서블록(10) 보다 더 아래에 위치하지 않도록 하면 된다.

스핀들(3)의 하강으로 공구(4)의 정단(4a)이 센서블록(10)의 센서(11)의 감지위치에 도달하면, 예를 들어 센서(11)의 발광부(11a)로부터 수광부(11b)로 조사되는 광을 공구(4)의 정단(4a)이 차단하면, 센서(11)는 공구(4)의 존재를 검출하고 그 감지신호를 제어부(30)로 전송한다(도3의 D).

제어부(30)가 상기 감지신호를 전송 받으면, 공구(4)가 가공위치(P1: 가공개시높이)에 이른 것으로 인식하고, 상기 이동수단(20)을 구동하여 센서블록(10)을 복귀위치(P2)로 후퇴시킨다(도4의 E). 센서블록(10)을 복귀위치(P2)로 후퇴시키는 것은 공구(4)의 가공 과정에서 센서(11)가 손상되는 것을 방지하기 위한 것이다.

그리고 센서블록(10)의 후퇴에 뒤이어 스핀들(3)을 작동(회전)시켜 공구(4)가 가공대상물(W)의 가공을 개시하도록 한다(도4의 F).

이후, 공구(4)가 입력된 수치만큼 하강하여 가공대상물(W)을 가공(예, 천공)하게 되면(도5의 G), 제어부(30)는 스핀들(3)을 위로 상승시켜 가공을 종료하며(도5의 H), 이런 가공대상물(W)의 가공은 머시닝센터와 같은 종래 공작기계에 적용된 종래의 수치제어를 그대로 적용하면 된다.

도시된 구체예에서 센서블록(10)에 장착된 센서(11)는 가공대상물(W)의 표면보다 약간 위에 위치하여 가공대상물(W)의 표면으로부터 수 미리 높은 위치가 가공개시높이인 것으로 도시되어 있으나, 가공개시높이는 센서(11)의 실제 위치에 적절 길이를 가감한 수치를 제어부(30)에 입력하여 적용함으로써 실제의 센서(11)의 위치의 바로 위나 아래로 적절히 설정할 수도 있음은 당연하다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 공작기계의 가공개시높이 설정장치(1)에 의하면, 머시닝센터와 같은 공작기계(2)로 가공대상물(W)을 가공할 때, 공구(4)가 가공을 위한 작동을 하는 가공개시높이를 설정함에 있어서, 각각의 가공작업 때마다 센서(11)를 이용해 가공개시높이를 매우 정확하게 측정하여 측정된 가공개시높이에서 정확하게 공구(4)가 가공 작동을 하게 되므로, 스핀들(3)에 장착된 공구(4)의 길이 차이나 가공대상물(W)의 두께에 전혀 상관없이, 언제나 정확한 가공개시높이에서 가공을 시작할 수 있게 된다.

Claims (3)

1. 스팬들(3)에 공구(4)를 장착하여 가공대상물(W)을 가공하는 공작기계(2)에 적용되어 상기 공구(4)의 가공개시높이를 설정하는 공작기계의 가공개시높이 설정장치(1)에 있어서,

   상기 공구(4)에 인접한 주변에 상하 이동 가능하게 설치되어 상기 공구(4)의 존부(存否)를 검출하는 센서(11)가 장착된 센서블록(10);

   상기 센서블록(10)을 상기 가공대상물(W)의 표면에 접한 가공위치(P1)와 상기 공구(4)의 상측까지 후퇴한 복귀위치(P2) 사이에 상하로 이동시키는 이동수단(20); 및

   상기 공작기계(2)로 상기 가공대상물(W)의 가공을 시작하면, 상기 센서블록(10)을 상기 복귀위치(P2)로부터 상기 가공위치(P1)로 이동시킨 후에 상기 공구(4)를 하강시키고, 상기 공구(4)가 상기 가공대상물(W) 표면의 정해진 높이에 이르렀음을 상기 센서(11)가 감지하면 상기 센서(11)로부터 그 감지신호를 전송받아 상기 센서블록(10)을 상기 복귀위치(P2)로 후퇴시키는 것과 함께 상기 스핀들(3)을 작동시켜 상기 공구(4)가 상기 가공대상물(W)을 가공하도록 제어하는 제어부(30);

   를 포함하는 것을 특징으로 하는, 공작기계의 가공개시높이 설정장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 센서(11)는 발광부(11a)와 수광부(11b)를 구비하고, 상기 발광부(11a)와 상기 수광부(11b)의 사이에 상기 공구(4)가 위치하게 될 때 그 감지신호를 상기 제어부(30)로 전송하는 것을 특징으로 하는, 공작기계의 가공개시높이 설정장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 이동수단(20)은 그 일단이 상기 센서블록(10)에 고정되고 타단이 상기 스팬들(3)에 고정된 실린더(20a)인 것을 특징으로 하는, 공작기계의 가공개시높이 설정장치.