KR20130084572A - 공구 파손 검출 장치를 갖는 공작 기계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공구 파손 검출 장치를 주축대의 인접 영역이 아닌, 공구 교환 과정에서 공구 파손을 검출할 수 있도록 구성하여 주축대에 새로운 공구를 장착하기 전에 공구 파손 검출 장치가 공구의 파손 여부를 판단할 수 있는 공작 기계를 개시한다. 본 발명에 따른 공작 기계는 주축대 및 새들이 장착된 가공 영역 그리고 공구 매거진과 자동 공구 교환 장치 사이에 위치하는 공구 이동 영역으로 구분되며, 공구의 파손 상태를 검출하는 공구 파손 검출 장치가 공구 이동 영역에 배치된다.여기서, 공구 파손 검출 장치는 공구 매거진이 장착된 플레이트의 일 측부에 장착된다. 이러한 공구 파손 검출 장치는 플레이트에 형성된 레일을 따라 이동 가능한 본체; 본체에 고정되며, 본체로부터 하향 연장된 연장 부재; 및 연장 부재의 하단에 장착된 프로브를 포함한다.이러한 구조에서, 공구 매거진에서 인출된 공구 포트를 향하여 공구 파손 검출 장치의 본체가 이동하여 프로브와 공구 포트에 탑재된 공구와 접촉하여 공구의 파손 여부를 검출한다.

Description

공구 파손 검출 장치를 갖는 공작 기계{Machining center provided with device for detecting damage of tool}

본 발명은 공작 기계에 관한 것으로서, 특히 가공 영역 밖에 설치되어 다른 장치와의 간섭을 억제하면서 공구의 파손을 용이하게 그리고 정확하게 검출할 수 있는 장치를 구비한 공작 기계에 관한 것이다.

절삭 가공 분야의 자동화 및 수치 제어(NC; numerical control) 기술의 발달로 인하여 선반 계열과 밀링 계열로 양분된 공작 기계의 수치 제어 기술이 서로 복합적으로 결합된 다기능 머시닝 센터가 사용되고 있다.

머시닝 센터는 다양한 형태의 절삭 가공 공정을 단일의 기계에서 자동적으로 수행하는 NC 공작 기계로서, 공구의 자동 교환 기능 및 피가공물의 2개면 이상을 자동적으로 가공할 수 있는 기능을 구비하고 있다.

이러한 머시닝 센터는 크게 회전하지 않는 피가공물을 가공하는 머시닝 센터와 회전하는 피가공물을 가공하는 머시닝 센터로 구분될 수 있다. 그러나, 일반적으로 머시닝 센터는 자동 공구 교환 장치(automatic tool changer), 공구 매거진(tool magazine), 그리고 공구 이동 장치(tool shifter)를 포함한다.

공구 교환 장치는 사용이 완료된 공구를 공구 매거진에 탑재된 다양한 종류의 공구 중에서 선택된, 가공에 필요한 공구로 자동적으로 교체한다.

일반적으로, 가공 공정 전에 교체된 공구가 정상적인 상태를 유지하고 있는지, 즉 손상 및 파손된 부위가 있는지를 판단해야 한다. 이러한 공구의 파손 점검은 판단은 공구가 탑재된 공구 포트(tool port)가 공구 이동 장치에 의하여 공구 공구 매거진으로부터 이동된 자동 공구 교환 장치로 이동된 후, 즉, 자동 공구 교환 장치에 의하여 공구가 스핀들에 장착되기 전에 진행된다.

도 1은 일반적인 머시닝 센터를 개략적으로 도시한 도면, 도 2a는 도 1의 "A" 방향에서 본 도면, 그리고 도 2b는 도 1의 "B" 방향에서 본 도면으로서, 머시닝 센터에서의 공구 파손 검출 장치가 설치된 위치를 도시하고 있다.

도 1에 도시된 머시닝 센터(1)는 새들(3), 구동부를 포함한 주축대(2) 및 새들(3)에 장착된 공구 파손 검출 장치(4)를 포함한다.

공구 교환 장치에 의하여 이송된 공구는 주축대(2)에 클램핑되며, 이후 공구가 클램핑된 주축대(2)는 소정 위치로 이동한다(도 2a에서의 도면 부호 "2"는 이동 전의 주축대를, 도면 부호 "2-1"는 이동 후의 주축대를 각각 나타냄). 이후 새들(3)이 이동하여 공구 파손 검출 장치(4)를 주축대(2-1)에 클램핑된 공구와 접촉시킨다.

공구 파손 검출 장치(4)의 프로부(도시되지 않음)는 공구와 접촉하여 공구의 파손 여부를 검출하며, 검출 결과 공구가 파손되지 않은 경우 주축대(2)는 가공 위치로 이동(회전)하여 가공 공정을 진행한다 (새들(3)도 최초 위치로 복귀).

이와 같은 과정을 통하여 공구의 파손 여부를 검출하는 공구 파손 검출 장치(4)는 주축대(2)로 공구를 이동시키는 공구 교환 장치의 작동 영역과의 간섭이 발생하지 않는 위치에 설치해야 하며, 또한 피가공물이 공구 파손 검출 장치(4)와 의 접촉이 이루어지지 않도록 피가공물을 이동시켜야만 하는 제약이 뒤따른다.

이와 함께, 공구 파손 검출 장치(4)가 장착된 새들(3)을 공구(즉, 주축대(2))로 이동한 후에 공구 파손을 측정하여야 하며, 따라서 피가공물의 가공 준비에 비교적 많은 시간이 소요된다.

본 발명은 공구 파손 검출 장치로 인하여 나타나는 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 공구 파손 검출 장치를 주축대의 인접 영역이 아닌, 공구 교환 과정에서 공구 파손을 검출할 수 있도록 구성한 공작 기계를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 주축대에 새로운 공구를 장착하기 전에 공구 파손 검출 장치가 공구의 파손 여부를 판단함으로써 주축대에 장착된 파손 공구의 교체에 소요되는 시간을 줄일 수 있는 공작 기계를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 공작 기계는 주축대 및 새들이 장착된 가공 영역 그리고 공구 매거진과 자동 공구 교환 장치 사이에 위치하는 공구 이동 영역으로 구분되며, 공구의 파손 상태를 검출하는 공구 파손 검출 장치가 공구 이동 영역에 배치된다.

여기서, 공구 파손 검출 장치는 공구 매거진이 장착된 플레이트의 일 측부에 장착된다. 이러한 공구 파손 검출 장치는 플레이트에 형성된 레일을 따라 이동 가능한 본체; 본체에 고정되며, 본체로부터 하향 연장된 연장 부재; 및 연장 부재의 하단에 장착된 프로브를 포함한다.이러한 구조에서, 공구 매거진에서 인출된 공구 포트를 향하여 공구 파손 검출 장치의 본체가 이동하여 프로브와 공구 포트에 탑재된 공구와 접촉하여 주축대에 장착되기 전에 공구의 파손 여부를 검출한다.

이상과 같은 본 발명에 따른 공작 기계는 공구의 파손 여부를 검출하기 위한 공구 파손 검출 장치를 가공 영역이 아닌, 자동 공구 교환 장치의 공구 이동 영역에 배치함으로써 피가공물의 이동, 공구의 장착 등과 같은 다른 공정에 영향을 미치지 않는다.

특히, 주축대에 새로운 공구를 장착하기 전에 공구 파손 검출 장치가 공구의 파손 여부를 판단함으로써 주축대에 장착된 파손 공구의 교체에 소요되는 시간을 줄일 수 있다.

도 1은 일반적인 머시닝 센터를 개략적으로 도시한 도면.
도 2a는 도 1의 "A" 방향에서 본 도면.
도 2b는 도 1의 "B" 방향에서 본 도면.
도 3은 본 발명에 따른 머시닝 센터를 개략적으로 도시한 도면.
도 4a 및 4b는 도 3의 "C" 부분의 상세도로서, 도 4a는 정면도, 도 4b는 측면도.

이하, 본 발명에 따른 공작 기계를 첨부한 도면을 통하여 상세히 설명한다. 한편, 이하의 설명에서는 공작 기계의 예로서 머시닝 센터를 예를 들어 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 머시닝 센터를 개략적으로 도시한 도면으로서, 본 발명에 따른 머시닝 센터의 전체적인 구성은 일반적인 머시닝 센터의 구성과 실질적으로 동일하며, 이에 이하의 설명에서는 본 발명의 특징적인 부분만을 설명한다.

본 발명에 따른 머시닝 센터(10)는 주축대 및 새들이 장착된 가공 영역(100)및 공구 매거진과 자동 공구 교환 장치 사이에 위치하는 공구 이동 영역(200)으로 구분된다.

본 발명에 따른 머시닝 센터의 가장 큰 구성적 특징은 장착될 공구의 파손 상태를 검출하는 공구 파손 검출 장치(300)가 공구 이동 영역(200)에 배치한 것이다.

도 4a 및 4b는 도 3의 "C" 부분의 상세도로서, 도 4a는 정면도, 도 4b는 측면도로서, 공구 매거진(500), 공구 이동 영역(200)에 배치된 공구 이동 장치(400) 그리고 공구 파손 검출 장치(300)를 도시하고 있다.

한편, 도 4b에서는 본 발명과 직접적인 관련이 없는 공구 매거진(500)을 박스로 도시하였다.

공구 매거진(500)은 일반적으로 구동부, 구동부의 회전력을 전달받는 스프라켓; 스프라켓에 연결된 체인(도 4a의 501) 체인에 장착된 다수의 공구 포트(tool port)를 포함한다. 각 공구 포트에는 공구가 탑재되어 있다.

공구 매거진(500)의 하부에는 공구 이동 장치(400)가 배치된다. 공구 이동 장치(400)는 상하 이동 가능하게 그리고 제 1 종단(401)을 중심으로 회전 가능하게 설치된 트윈 아암(twin arm)으로서, 트윈 아암(400)의 제 2 종단부에는 공구 포트를 파지 및 지지할 수 있는 파지 부재(402)가 형성되어 있다 (도 4a에는 공구 이동 장치인 트윈 아암이 도시되지 않음).

한편, 공구 매거진(500)이 장착된 플레이트(800)의 일 측부에는 공구 파손 검출 장치(300)가 장착되어 있다. 공구 파손 검출 장치(300)는 플레이트(800)에 형성된 레일(801)을 따라 이동할 수 있는 본체(310), 본체(310)에 내장된 액츄에이터(340), 본체(310)에 고정되며 본체(310)로부터 하향 연장된 연장 부재(320) 및 연장 부재(320)의 하단에 장착된 프로브(330; probe)를 포함한다.

공구 파손 검출 장치(300)를 구성하는 프로브(330)는 판독부(도시되지 않음)에 전기적으로 연결되며, 공구에 존재하는 파손 부위와 접촉하는 경우, 전기적인 신호를 판독부(도시되지 않음)에 전달한다.

위와 같이 구성된 공구 파손 검출 장치(300)의 동작 및 기능을 도면을 통하여 설명한다.

주축대에 장착될 공구가 탑재된 공구 포트가 공구 매거진(500)에서 인출되면, 공구 이동 장치인 트윈 아암(400)이 상승 및 회전하여 파지 부재(402)가 공구 포트(도 4a의 "P")를 파지하며, 이후 하강과 동시에 90도 회전한다.

이후, 공구 파손 검출 장치(300)의 액츄에이터(340)가 작동함으로써 본체(310)는 플레이트(800)에 형성된 레일(801)을 따라 이동한다 (도 4a에서 이동이 완료된 공구 파손 검출 장치(300)가 점선으로 도시됨). 본체(310)의 이동이 완료된 후, (본체(310)에서 연장된) 연장 부재(320)의 하단에 장착된 프로브(330)는 트윈 아암(400)의 파지 부재(402)에 파지된 공구(공구 포트(P) 내에 탑재된 상태)와 대응한 상태에서 공구 표면과 접촉한다.

공구 파손 검출 장치(300)의 프로브(330)는 공구에 존재할 수 있는 파손 영역과 접촉할 때 전기적인 신호를 판독부에 전송하며, 작업자는 판독부를 통하여 공구의 파손 여부를 결정할 수 있다.

공구 파손 검툴 공정이 완료된 후, 공구 파손 검출 장치(300)는 최초 위치로 복귀하며, 파손되지 않는, 정상적인 공구는 트윈 아암(400)에 의하여 자동 공구 교환 장치(도시되지 않음)로 이송된 후 가공 영역(100) 내의 주축대에 장착된다.

한편, 파손이 검출된 비정상적인 공구는 작업자가 트윈 아암(400)으로부터 제거하며, 공구 매거진(500)에서 배출된 새로운 공구에 대하여 위와 같은 과정이 다시 진행된다.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한, 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 기술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다.

Claims (2)

1. 주축대 및 새들이 장착된 가공 영역 그리고 공구 매거진과 자동 공구 교환 장치 사이에 위치하는 공구 이동 영역으로 구분되며, 공구의 파손 상태를 검출하는 공구 파손 검출 장치가 공구 이동 영역에 배치된 것을 특징으로 하는 공작 기계.
2. 제 1 항에 있어서, 공구 파손 검출 장치는 공구 매거진이 장착된 플레이트의 일 측부에 장착되되,
   플레이트에 형성된 레일을 따라 이동 가능한 본체;
   본체에 고정되며, 본체로부터 하향 연장된 연장 부재; 및
   연장 부재의 하단에 장착된 프로브를 포함하여, 공구 매거진에서 인출된 공구 포트를 향하여 본체가 이동하여 프로브와 공구 포트에 탑재된 공구와 접촉하는 것을 특징으로 하는 공작 기계.

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