KR20130128878A - 자동 공구 교환장치 및 그의 제어방법 - Google Patents

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Abstract

이 발명은, 로터리 엔코더를 이용하여 공구호출 및 공구번호 인식을 함으로써 상대적으로 검출 신뢰성을 높일 수 있는, 자동 공구 교환장치 및 그의 제어방법에 관한 것으로서,
다수개의 툴포트가 원형으로 배열되어 있는 매거진과, 공구가 격납되는 툴포트와, 상기한 툴포트를 상승/하강시키기 위한 툴포트 상승/하강용 실린더와, 상기한 툴포트로부터 공구를 교환하기 위한 트윈암과, 상기한 매거진과 트윈암을 구동하기 위한 모터와, 매거진의 회전축에 설치되어 매거진의 회전을 감지하는 로터리 엔코더와, 엔코더 데이터(E_Data)와 포트간 거리 데이터(P_Data)를 이용하여 대기공구가 지령공구가 될 때까지 공구를 호출하는 컨트롤러부와, 상기한 로터리 엔코더와 컨트롤러부에 연결되어 있으며 엔코더 데이터(E_Data)와 포트간 거리 데이터(P_Data)를 이용하여 공구번호를 인식하는 공구번호 인식부와, 상기한 공구번호 인식부에 연결되어 있으며 공구번호를 외부로 표시하는 디스플레이부를 포함하여 이루어진다.

Description

자동 공구 교환장치 및 그의 제어방법{Automatic tool changer and control method therreof}
이 발명은 자동 공구 교환장치 및 그의 제어방법에 관한 것으로서, 좀더 세부적으로 말하자면 로터리 엔코더를 이용하여 공구호출 및 공구번호 인식을 함으로써 상대적으로 검출 신뢰성을 높일 수 있는, 자동 공구 교환장치 및 그의 제어방법에 관한 것이다.
각종의 절삭 가공방법 또는 비절삭 가공방법으로 금속 또는 비금속의 소재를 적당한 공구를 사용하여 형상 및 치수로 가공하든가 또는 반소재에 더욱 정밀한 가공을 할 목적으로 사용하는 기계를 공작기계라 한다. 상기한 공작기계중에서 가공과정에서 칩이 발생하는 공작기계를 절삭공작기계라고 하고, 가공과정에서 칩이 발생하지 않는 비절삭 공작기계를 금속가공기계라고 한다. 상기한 절삭공작기계에는 선반(lathe), 밀링기, 머시닝센터(machining center), 드릴링기, 보링기, 연삭기, 기어가공기, 특수가공기 등이 있고, 상기한 금속성형기계에는 기계식 프레스, 유압식 프레스, 절단절곡기, 단조기, 인발기 등이 있다.
산업 전반적인 성력화 추세에 힘입어 절삭 가공분야의 자동화 및 수치제어(NC)화도 급속히 진전되고 있다. 아울러 최근에는 그동안 회전형 선반계열과 밀링 계열로 양분되어 진행되어 온 공작기계의 수치제어(NC)화가 서로 복합적으로 결합되어 다기능 머시닝 센터가 출현하였으며, 산업현장의 폭넓은 수요에 힘입어 그 시장은 급속히 확대되고 있다.
상기한 머시닝 센터란 몇가지 종류의 절삭가공을 하나의 기계에서 자동적으로 수행하는 NC 공작기계로서, 대개 공구 자동교환기능과 가공물의 2개면 이상을 자동적으로 깎고 또한 분할할 수 있는 기능을 구비하고 있다. 상기한 머시닝 센터는 그 발달의 뿌리를 어디에 두었던간에 크게 비회전체 부품을 가공하는 형식과 회전체 부품을 가공하는 형식의 2종으로 구분할 수 있다. 비회전체 부품을 대상으로 하는 머시닝 센터는 가공하는 NC 밀링 머시인 또는 NC 드릴링 머시인을 발전 모체로 하여 여러가지 부분을 개량하였고, 여기에 자동 공구교환장치(Automatic Tool Changer, ATC), 툴 매거진, 자동 가공물 교환장치(Automatic Loader, AL)를 조합하여 머시닝 센터를 만든 것이다. 회전부품을 대상으로 하는 머시닝 센터는 NC 선반을 발전 모체로 하여 회전체 부품을 선삭후에 각도분할, 홈가공, 구멍가공, 탭작업 등 여러가지 가공을 하며, 자동 공구교환장치(ATC) 이외에 자동 가공물 교환장치(AL)도 가지고 있고, 또한 가공중에 별도로 준비된 척으로 소재를 잡고 가공이 완료된 가공물은 척에서 풀려 나오도록 함으로써 가공물의 탈착을 자동화하고 있다.
상기 자동 공구교환장치(ATC)는 공구 매거진 장치에 각 공정에 필요한 공구를 최소 60개 이상 다수 보유하고 있으면서, 다양한 작업에 필요한 적당한 공구를 프로그램에 의하여 자동적으로 교환 공급해주는 구조로 이루어진다.
도 1은 종래의 자동 공구교환장치의 정면도이고, 도 2는 종래의 자동 공구교환장치의 측면 구성도이다.
도 1 및 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 종래의 자동 공구교환장치의 구성은, 다수개의 툴포트가 원형으로 배열되어 있는 매거진(5)과, 공구가 격납되는 툴포트(3)와, 상기한 툴포트(3)를 상승/하강시키기 위한 툴포트 상승/하강용 실린더(2)와, 상기한 툴포트(3)로부터 공구를 교환하기 위한 트윈암(4)과, 상기한 매거진(5)과 트윈암(4)을 구동하기 위한 모터(1)를 포함하여 이루어진다.
상기한 구성에 의한, 종래의 자동 공구교환장치의 작용은 다음과 같다.
공구가 호출되어 매거진(5)이 인덱스되면 모터(1)의 구동을 중지하여 매거진(5)을 정지시킨다.
다음에, 매거진 회전방향 및 센서의 조합으로서 대기포트의 공구번호를 파악하여 현재의 대기 공구가 지령공구인지를 확인한다.
현재의 대기 공구가 지령공구가 아닌 경우에는 모터(1)를 구동하여 매거진(5)을 다시 회전시켜서 대기 공구가 지령공구가 될 때까지 위 과정을 반복한다.
현재의 대기 공구가 지령공구인 경우에, 주축(도시되지 않음)이 정위치되고 난 후, 툴포트 상승/하강용 실린더(2)가 작동함으로써 툴포트 상승/하강용 실린더(2)에 연결되어 있는 툴포트(3)가 하강한다.
이어서, 모터(1)가 작동함으로써 모터(1)에 연결되어 있는 트윈암(4)이 회전한다. 상기한 트윈암(4)은 툴포트(3)에 장착되어 있던 공구를 가져오는 대신에 툴포트(3)에 사용된 공구를 장착함으로써 공구를 교환하게 된다.
이와 같이 공구교환이 완료되면, 툴포트 상승/하강용 실린더(2)가 작동함으로써 툴포트 상승/하강용 실린더(2)에 연결되어 있는 툴포트(3)가 상승한다.
다음에, 주축(도시되지 않음)이 회전함으로써 가공이 재개된다.
이와 같은 공구호출에 따른 매거진 인덱스와 공구 교환시의 트윈암(4)의 회전은 모터(1)의 구동에 의해 고속화가 가능하다.
그러나, 상기한 종래의 자동 공구교환장치는, 매거진 회전방향 및 센서의 조합으로서 공구를 호출하고 대기포트의 공구번호를 파악하기 때문에 오랜 사용으로 인하여 센서의 검출체가 마모되는 경우에는 센서신호가 저하되어 검출이 안됨으로써 잘못된 공구가 호출되어 가공을 하게 되어 강공품 불량 및 공작기계 손상이 발생하게 되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 로터리 엔코더를 이용하여 공구호출 및 공구번호 인식을 함으로써 상대적으로 검출 신뢰성을 높일 수 있는, 자동 공구 교환장치 및 그의 제어방법을 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 구성은, 다수개의 툴포트가 원형으로 배열되어 있는 매거진과, 공구가 격납되는 툴포트와, 상기한 툴포트를 상승/하강시키기 위한 툴포트 상승/하강용 실린더와, 상기한 툴포트로부터 공구를 교환하기 위한 트윈암과, 상기한 매거진과 트윈암을 구동하기 위한 모터와, 매거진의 회전축에 설치되어 매거진의 회전을 감지하는 로터리 엔코더와, 엔코더 데이터(E_Data)와 포트간 거리 데이터(P_Data)를 이용하여 대기공구가 지령공구가 될 때까지 공구를 호출하는 컨트롤러부와, 상기한 로터리 엔코더와 컨트롤러부에 연결되어 있으며 엔코더 데이터(E_Data)와 포트간 거리 데이터(P_Data)를 이용하여 공구번호를 인식하는 공구번호 인식부와, 상기한 공구번호 인식부에 연결되어 있으며 공구번호를 외부로 표시하는 디스플레이부를 포함하여 이루어지면 바람직하다.
이 발명의 공구호출 제어방법의 구성은, 공구호출을 시작하면 대기공구가 지령공구인지를 판단하는 단계와, 대기공구가 지령공구가 아닌 경우에 브레이크를 해제하고 모터를 회전시킴으로써 매거진을 회전시키면서 매거진의 회전축에 설치된 로터리 엔코더로부터 엔코더 데이터(E_Data)를 입력받는 단계와, 상기한 로터리 엔코더로부터 포트간 거리 데이터(P_Data)를 입력받는 단계와, 포트간 거리 데이터(P_Data)에 대기공구 번호를 곱하여 목표값(A_Data)을 산출하는 단계와, 엔코더 데이터(E_Data)와 목표값(A_Data)이 같은지를 판단하여 엔코더 데이터(E_Data)와 목표값(A_Data)이 같은 경우에 대기공구가 지령공구인 것으로 판단하여 모터의 구동을 중지하여 매거진을 정지시키고 브레이크를 구동시키는 단계와, 공구 호출을 종료하고 공구교환을 히는 단계를 포함하여 이루어지면 바람직하다.
이 발명의 공구번호 인식 제어방법의 구성은, 매거진의 회전축에 설치된 로터리 엔코더로부터 엔코더 데이터(E_Data)를 입력받는 단계와, 상기한 로터리 엔코더로부터 포트간 거리 데이터(P_Data)를 입력받는 단계와, 엔코더 데이터(E_Data)를 포트간 거리 데이터(P_Data)로 나눈 값을 카운터 데이터(C_Data)로 설정하는 단계와, 매거진의 회전방향이 정방향인지 역방향인지를 판단하여 매거진의 회전방향이 정방향인 경우에 카운터 데이터(C_Data)를 1 증가시키는 단계와, 현재의 카운터의 값을 공구번호로 인식하여 디스플레이하는 단계를 포함하여 이루어지면 바람직하다.
이 발명은, 로터리 엔코더를 이용하여 공구호출 및 공구번호 인식을 함으로써 상대적으로 검출 신뢰성을 높일 수 있는, 효과를 갖는다.
도 1은 종래의 자동 공구교환장치의 정면도이다.
도 2는 종래의 자동 공구교환장치의 측면 구성도이다.
도 3은 이 발명의 일 실시예에 따른 자동 공구 교환장치의 구성도이다.
도 4는 이 발명의 일 실시예에 따른 자동 공구 교환장치의 공구호출 제어방법의 동작 순서도이다.
도 5는 이 발명의 일 실시예에 따른 자동 공구 교환장치의 공구번호 인식 제어방법의 동작 순서도이다.
이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 이 발명의 목적, 작용, 효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특징점들, 그리고 동작상의 이점들이 바람직한 실시예의 설명에 의해 보다 명확해질 것이다.
참고로, 여기에서 개시되는 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 제시된 실시예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시예가 가능함을 밝혀 둔다. 또한, 본원의 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로만 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도 3은 이 발명의 일 실시예에 따른 자동 공구 교환장치의 구성도이다.
도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 이 발명의 일 실시예에 따른 자동 공구 교환장치의 구성은, 다수개의 툴포트가 원형으로 배열되어 있는 매거진(5)과, 공구가 격납되는 툴포트(3)와, 상기한 툴포트(3)를 상승/하강시키기 위한 툴포트 상승/하강용 실린더(2)와, 상기한 툴포트(3)로부터 공구를 교환하기 위한 트윈암(4)과, 상기한 매거진(5)과 트윈암(4)을 구동하기 위한 모터(1)와, 매거진(5)의 회전축에 설치되어 매거진(5)의 회전을 감지하는 로터리 엔코더(10)와, 상기한 로터리 엔코더(10)로부터 입력되는 엔코더 데이터(E_Data)와 포트간 거리 데이터(P_Data)를 이용하여 대기공구가 지령공구가 될 때까지 공구를 호출하는 컨트롤러부(30)와, 상기한 로터리 엔코더(10)와 컨트롤러부(30)에 연결되어 있으며 엔코더 데이터(E_Data)와 포트간 거리 데이터(P_Data)를 이용하여 공구번호를 인식하는 공구번호 인식부(20)와, 상기한 공구번호 인식부(20)에 연결되어 있으며 공구번호를 외부에 표시하는 디스플레이부(40)를 포함하여 이루어진다.
도 4는 이 발명의 일 실시예에 따른 자동 공구 교환장치의 공구호출 제어방법의 동작 순서도이다.
도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 이 발명의 일 실시예에 따른 자동 공구 교환장치의 공구호출 제어방법의 구성은, 공구호출을 시작하는 단계(S0)와, 대기공구가 지령공구인지를 판단하는 단계(S1)와, 대기공구가 지령공구가 아닌 경우에 브레이크를 해제하는 단계{(S2)와, 모터(1)를 회전시키는 단계(S3)와, 매거진(5)의 회전축에 설치된 로터리 엔코더(10)로부터 엔코더 데이터(E_Data)를 입력받는 단계(S4)와, 상기한 로터리 엔코더(10)로부터 포트간 거리 데이터(P_Data)를 입력받는 단계(S7)와, 포트간 거리 데이터(P_Data)에 대기공구 번호를 곱하여 목표값(A_Data)을 산출하는 단계(S8)와, 엔코더 데이터(E_Data)과 목표값(A_Data)이 같은지를 판단하는 단계(S5)와, 엔코더데이터(E_Data)과 목표값(A_Data)이 같은 경우에 대기공구가 지령공구인 것으로 판단하여 모터의 구동을 중지하여 매거진을 정지시키고 브레이크를 구동시키는 단계(S9)와, 공구 호출을 종료하는 단계(S9)를 포함하여 이루어진다.
도 5는 이 발명의 일 실시예에 따른 자동 공구 교환장치의 공구번호 인식 제어방법의 동작 순서도이다.
도 5에 도시되어 있는 바와 같이 이 발명의 일 실시예에 따른 자동 공구 교환장치의 공구번호 인식 제어방법의 구성은, 매거진(5)의 회전축에 설치된 로터리 엔코더(10)로부터 엔코더 데이터(E_Data)를 입력받는 단계(S11)와, 로터리 엔코더(10)로부터 포트간 거리 데이터(P_Data)를 입력받는 단계(S12)와, 엔코더 데이터(E_Data)를 포트간 거리 데이터(P_Data)로 나눈 값을 카운터 데이터(C_Data)로 설정하는 단계(S13)와, 매거진의 회전방향이 정방향인지 역방향인지를 판단하는 단계(S14)와, 매거진의 회전방향이 정방향인 경우에 카운터 데이터(C_Data)를 1 증가시키는 단계(S15)와, 현재의 카운터의 값을 공구번호로 인식하여 디스플레이하는 단계(S16)를 포함하여 이루어진다.
상기한 구성에 의한, 이 발명의 일 실시예에 따른 자동 공구 교환장치 및 그의 제어방법의 작용은 다음과 같다.
공구호출이 시작되면(S0), 컨트롤러부(30)는 모터(1)의 구동을 중지하여 매거진(5)을 정지시킨 후에 대기공구가 지령공구인지를 판단한다(S1).
대기공구가 지령공구가 아닌 경우에 컨트롤러부(30)는 브레이크를 해제하고{(S2), 모터(1)를 회전시키면서(S3), 로터리 엔코더(10)로부터 엔코더 데이터(E_Data)를 입력받고(S4), 포트간 거리 데이터(P_Data)도 입력받는다(S7).
다음에, 컨트롤러부(30)는 포트간 거리 데이터(P_Data)에 대기공구 번호를 곱하여 목표값(A_Data)을 산출하고(S8), 엔코더 데이터(E_Data)와 목표값(A_Data)이 같은지를 판단하여(S5), 엔코더 데이터(E_Data)와 목표값(A_Data)이 같은 경우에 대기공구가 지령공구인 것으로 판단하여 모터의 구동을 중지하여 매거진을 정지시키고 브레이크를 구동시킨다(S9).
이어서, 주축(도시되지 않음)을 정위치시키고 난 후, 툴포트 상승/하강용 실린더(2)를 작동시킴으로써 툴포트 상승/하강용 실린더(2)에 연결되어 있는 툴포트(3)가 하강되도록 한다.
다음에, 모터(1)를 작동시킴으로써 모터(1)에 연결되어 있는 트윈암(4)이 회전되도록 한다. 상기한 트윈암(4)은 툴포트(3)에 장착되어 있던 공구를 가져오는 대신에 툴포트(3)에 사용된 공구를 장착함으로써 공구를 교환하게 된다.
이와 같이 공구교환이 완료되면, 툴포트 상승/하강용 실린더(2)를 작동시킴으로써 툴포트 상승/하강용 실린더(2)에 연결되어 있는 툴포트(3)가 상승되도록 한다. 다음에, 주축(도시되지 않음)이 회전함으로써 가공이 재개된다.
한편, 공구번호 인식부(20)는 로터리 엔코더(10)로부터 엔코더 데이터(E_Data)를 입력받고(S11), 포트간 거리 데이터(P_Data)를 입력받아서(S12), 엔코더 데이터(E_Data)를 포트간 거리 데이터(P_Data)로 나눈 값을 카운터 데이터(C_Data)로 설정한다(S13).
다음에, 공구번호 인식부(20)는 매거진의 회전방향이 정방향인지 역방향인지를 판단하여(S14), 매거진의 회전방향이 정방향인 경우에 카운터 데이터(C_Data)를 1 증가시키고(S15), 현재의 카운터의 값을 공구번호로 인식하여 디스플레이부(40)로 출력함으로써 디스플레이부(40)에 대기중인 공구번호가 디스플레이되도록 한다(S16).
1 : 모터 2 : 툴포트 상승/하강용 실린더
3 : 툴포트 4 : 트윈암
5 : 매거진 10 : 로타리 엔코더
20 : 공구번호 인식부 30 : 컨트롤러부
40 : 디스플레이부

Claims (3)

  1. 다수개의 툴포트가 원형으로 배열되어 있는 매거진과,
    공구가 격납되는 툴포트와,
    상기한 툴포트를 상승/하강시키기 위한 툴포트 상승/하강용 실린더와,
    상기한 툴포트로부터 공구를 교환하기 위한 트윈암과,
    상기한 매거진과 트윈암을 구동하기 위한 모터와,
    매거진의 회전축에 설치되어 매거진의 회전을 감지하는 로터리 엔코더와,
    엔코더 데이터(E_Data)와 포트간 거리 데이터(P_Data)를 이용하여 대기공구가 지령공구가 될 때까지 공구를 호출하는 컨트롤러부와,
    상기한 로터리 엔코더와 컨트롤러부에 연결되어 있으며 엔코더 데이터(E_Data)와 포트간 거리 데이터(P_Data)를 이용하여 공구번호를 인식하는 공구번호 인식부와,
    상기한 공구번호 인식부에 연결되어 있으며 공구번호를 외부로 표시하는 디스플레이부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동 공구 교환장치.
  2. 공구호출을 시작하면 대기공구가 지령공구인지를 판단하는 단계와,
    대기공구가 지령공구가 아닌 경우에 브레이크를 해제하고 모터를 회전시킴으로써 매거진을 회전시키면서 매거진의 회전축에 설치된 로터리 엔코더로부터 엔코더 데이터(E_Data)를 입력받는 단계와,
    상기한 로터리 엔코더로부터 포트간 거리 데이터(P_Data)를 입력받는 단계와,
    포트간 거리 데이터(P_Data)에 대기공구 번호를 곱하여 목표값(A_Data)을 산출하는 단계와,
    엔코더 데이터(E_Data)와 목표값(A_Data)이 같은지를 판단하여 엔코더 데이터(E_Data)와 목표값(A_Data)이 같은 경우에 대기공구가 지령공구인 것으로 판단하여 모터의 구동을 중지하여 매거진을 정지시키고 브레이크를 구동시키는 단계와,
    공구 호출을 종료하고 공구교환을 히는 단계를 포함하여 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동 공구 교환장치의 공구 호출 제어방법.
  3. 매거진의 회전축에 설치된 로터리 엔코더로부터 엔코더 데이터(E_Data)를 입력받는 단계와,
    상기한 로터리 엔코더로부터 포트간 거리 데이터(P_Data)를 입력받는 단계와,
    엔코더 데이터(E_Data)를 포트간 거리 데이터(P_Data)로 나눈 값을 카운터 데이터(C_Data)로 설정하는 단계와,
    매거진의 회전방향이 정방향인지 역방향인지를 판단하여 매거진의 회전방향이 정방향인 경우에 카운터 데이터(C_Data)를 1 증가시키는 단계와,
    현재의 카운터의 값을 공구번호로 인식하여 디스플레이하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동 공구 교환장치의 공구번호 인식 제어방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2016106679A1 (zh) * 2014-12-31 2016-07-07 深圳市配天智造装备股份有限公司 数控机床及数控机床的快速换刀方法
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