KR20140083088A - 공작기계의 가공물 자동 배출 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공작기계에서 가공이 완료된 가공물을 배출할 때 현재 공구 옵션과 실제 가공물의 길이를 측정하여 최적의 가공물의 배출 위치를 산출하여 제어함으로써, 길이가 다른 가공물을 혼용하여 생산하는 경우나 가공물의 형상 변경에 대하여 별도의 기구적인 조정 없이도 가공물 배출 위치를 쉽게 조정하여 자동 배출이 가능한 공작기계의 가공물 자동배출 제어 방법에 대하여 제공한다.

Description

공작기계의 가공물 자동 배출 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING AUTOMATIC WORKPIECE DISCHARGE DEVICE OF MACHINE TOOL}

본 발명은 공작기계의 가공물 자동 배출 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공작기계에서 가공이 완료된 가공물을 배출할 때 공구 옵셋과 가공물 길이 정보를 반영한 최적의 가공물의 반출 위치를 산출함으로써 가공물의 자동 배출을 원활하게 구현하기 위한 공작기계의 가공물 자동 배출 제어 방법에 관한 것이다.

수치제어가 가능한 공작기계(이하, 수치제어 공작기계)는 일정한 가공 프로그램에 의해 소재를 가공하고 가공이 완료된 가공물을 반출한 후 다시 가공할 새로운 소재를 장착하는 연속적인 작업을 통해 가공 공정을 수행한다. 이때 가공물의 반출을 신속하게 수행하기 위해 가공물 배출 장치를 사용한다.

도 1을 참조하면, 가공물 배출 장치는 일반적으로 공압 또는 유압을 이용한 포켓이나 그래퍼(grapper)와 같은 기구부(10)를 가공이 완료된 가공물의 위치에 이동시켜 가공을 완료한 가공물을 배출한다.

이러한 가공물 배출 장치는 고정 스토퍼(20)를 구비하여 고정 스토퍼(20)의 위치 조정으로 가공물의 배출 위치를 결정한다. 그런데, 고정 스토퍼(20)를 이용한 위치 조정은 가공물 형상이 변경됨에 따라 배출 위치의 변경이 쉽지 않은 문제가 있다.

특히, 종래 고정 스토퍼(20)를 이용한 위치 변경은 작업자가 수작업으로 조정해야 하므로 동일 장비에서 길이가 다른 가공물을 혼용하여 생산하는 경우 위치 변경 작업이 원활하지 않는 특성 때문에 생산성이 저하되는 문제점이 있다.

또한, 소형 머시닝 센터와 같이 다양한 형태의 가공물을 가공하고 소량 다품종의 부품 생산에 적용하는 수치제어 공작기계의 경우에는 더욱이나 적용하기가 어려운 문제점이 있다.

따라서, 상기의 문제점을 해결하기 위해 정밀 위치 제어가 가능한 서보 모터를 이용한 가공물 배출 장치를 도입하고 있으나, 서보 모터 자체의 단가가 높고 이를 제어하는 별도의 제어 수단이 구성되어야 하는 단점이 있다.

따라서, 고가의 서보 모터를 사용하지 않으면서도 다양한 가공물에 대응하여 원활하게 자동 배출을 구현할 수 있는 가공물 배출 장치가 필요하다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 공작기계에서 가공이 완료된 가공물을 배출할 때 다양한 형태의 가공물에 대하여 별도의 기구적인 조정(변경) 없이도 가공물의 배출 위치를 조정하여 자동 배출이 용이한 공작기계의 가공물 자동배출 제어 장치 및 방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 가공물 자동 배출 제어 방법은, 가공 공정이 완료된 가공물을 배출시키기 위한 공작기계에서의 가공물 배출 제어 장치에서의 제어 방법으로서, 상기 가공 공정에 적용된 공구 번호 및 공구 옵셋 지령이 있었는지에 대한 지령 유무를 확인하는 단계; 상기 지령이 있었으면 해당 공구 번호에 대한 공구 옵셋 정보를 불러 와 상기 공구 옵셋에 따른 공구대의 Z축 위치 좌표값을 검출하는 단계; 상기 Z축 위치 좌표값을 가공물 길이값으로 환산하여 Z축이 이동한 현재 위치를 Za축의 위치로 환산하는 단계; 상기 환산한 가공물 길이값과 기 저장된 가공물 길이 정보를 비교하는 단계; 상기 환산한 가공물 길이값과 기 저장된 가공물 길이 정보간 오차가 허용 오차 범위 내에 속하면 상기 가공물 길이값에 해당하는 Za축의 위치를 가공물 배출 위치로 선정하고, 허용 오차 범위 내에 속하지 않으면 오류 메시지를 발생하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 가공물 자동 배출 제어 방법에서, 상기 Z축 위치 좌표값을 가공물 길이값으로 환산하는 방법은, Z축 원점에서 척 단면까지의 거리(Zm)에서 Z축 위치 좌표값에 대응하는 거리(Zd) 및 현재 공구 옵셋량(Zos)를 감산하는 수학식을 이용하여 환산하는 것을 특징으로 한다.

상기한 본 발명에 따르면, 가공이 완료된 가공물을 배출할 때 공구 옵셋이 포함된 실제 배출 좌표 데이터(좌표값)로부터 가공물의 길이 정보와 비교하여 가공물의 배출 위치를 결정함으로써 길이가 다른 가공물의 혼류 생산시나 가공물의 형상이 변경되더라도 기구적인 변경 없이 가공물의 배출 위치에 대한 실시간 변경이 용이한 효과가 있다. 이로써, 가공 속도가 증가하고 가공 생산을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 가공물의 길이 변화에 따른 가공물 배출 위치를 수치제어(CNC) 가공 프로그램을 통해 제어가 가능하므로, 수작업에 의한 위치 설정에 비해 정확하고 작업자가 쉽고 간편하게 대응할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 일반적인 가공물 자동 배출 장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 공작기계의 가공물 자동 배출 제어방법을 개략적으로 나타낸 플로우 차트.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 공작기계의 가공물 자동 배출 제어방법에서 Z축 위치 좌표값을 Za축 위치값으로 환산하는 개념을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 공작기계의 가공물 자동 배출 제어방법을 구현하기 위한 장치의 구성도.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되어있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다.

이하, 첨부된 도면 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 공작기계의 가공물 자동 배출 제어 방법에 대해서 설명한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 공작기계의 가공물 자동 배출 제어 방법은 가공 시 적용한 공구 정보(즉, 공구 번호 및 공구 옵셋)를 이용하여 공구대 위치 좌표값(이하, Z축 위치 좌표값)을 산출하고 산출한 Z축 위치 좌표값을 가공물 길이로 데이터를 환산하여 기 저장된 가공물 길이 정보와 비교함으로써, 허용 오차 범위 내에 해당하는 경우 가공물 배출 위치로 이동한다. 즉, 가공물 길이 변화에 따라 자동 배출이 가능한 방안을 개시하고 있다. 이러한 제어 방법은 CNC 프로그램을 통한 가공 공정을 완료한 단계(S100) 이후에 수행할 수 있다.

먼저, 가공물 자동 배출 제어 장치(이하, 장치)가 CNC 프로그램을 통한 가공 완료 후, 가공 공정에 적용된 공구 번호 및 공구 옵셋 지령이 있었는지에 대한 지령 유무를 확인한다(S110).

지령이 있었으면 해당 공구 번호 및 공구 옵셋에 대한 정보를 불러 와 이에 따른 공구대 위치 좌표값, 즉 Z축 위치 좌표값을 검출하여 생성한다(S120). 검출한 Z축 위치 좌표값은 공구 옵셋을 반영한 Z축 기계 좌표값이다.

이후, 본 발명이 장치가 Z축 위치 좌표값을 M코드로 지령하여 이동시킨다(S130).

이후, 본 발명의 장치가 Z축 위치 좌표값을 근거로 한 하기의 수학식을 이용하여 Z축이 이동한 현재 위치를 가공물 길이값으로 환산한다(S140). 이러한 과정은 Z축의 위치 좌표값을 Za축의 위치로 데이터를 환산하여 기저장된 가공물 길이 정보와 비교하기 위함이다.

Zm : Z축 원점에서 척단면 거리

Zd : Z축 기계좌표 거리

Zos : 현재 적용 공구의 옵셋량

ΔZt : 가공물의 길이 정보

즉, 위 수학식 1에 나타낸 바와 같이, Z축 원점에서 척 단면까지의 거리(Zm)에서 Z축 위치 좌표값에 대응하는 거리(Zd) 및 공구 옵셋량(Zos)를 감산하여 산출할 수 있다.

만약, 가공 시 가공 공정에 적용된 공구 번호 및 공구 옵셋 지령이 없으면 본 발명의 장치가 사전에 기 설정한 표준 위치 좌표값을 이용하여 Z축 이동을 수행할 수 있다(S150). 이때, 표준 위치 좌표값은 Z축 기계 좌표값일 수 있고, Z축 기계 좌표값으로부터 Za축의 위치로 환산한 데이터일 수 있다. Z축 기계 좌표값인 경우 상기의 수학식 1을 이용하여 Za축의 위치로 환산하는 과정을 더 포함할 수 있다.

이후, 본 발명의 장치가 생성한 Z축 위치 좌표값을 또는 표준 위치 좌표값인 경우 이를 기 저장된 가공물 길이 정보와 비교한다(S160).

가공물 길이 정보는 가공 완료 후 데이터 입력을 통해 CNC 메모리에 저장된다. 또는 측정을 통해 실제 가공물 길이 정보를 적용할 수도 있을 것이다.

비교한 결과, Z축 위치 좌표값(또는 표준 위치 좌표값)과 기저장된 가공물 길이 정보간 오차가 허용 오차 범위에 벗어나면 본 발명의 장치가 오류 메시지를 발생시키고 가공물 배출 동작을 수행하지 않는다(S200).

반대로, Z축 위치 좌표값(또는 표준 위치 좌표값)과 기저장된 가공물 길이 정보간 오차가 허용 오차 범위 내에 해당하면, 본 발명의 장치가 상기 Z축 위치 좌표값을 가공물 배출 위치로 선정하고 Za축 스태핑 모터를 구동한다(S170). 그리고, 가공물 배출 위치로 가공물 배출 위치로 이동하도록 지령한다(S180).

이후, 본 발명의 장치가 가공물을 배출한다(S190).

이러한 과정을 통해 본 발명은 공구 옵셋뿐만 아니라 가공물의 길이를 고려하여 가공물을 배출하기 위한 배출 위치를 산정함으로써 위치 제어를 통해 정확한 가공물 반출이 가능하게 된다.

결국, 공작기계에서 가공 완료된 가공물을 가공물 반출 장치를 사용하여 기계 외부로 가공물을 배출하는 경우 가공물의 반출 위치를 가공 공정 수치제어 프로그램에서 자동 산출하여 스태핑 모터의 펄스 신호에 인가함으로써 가공물 반출 위치를 자동적으로 제어할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 공작기계의 가공물 자동 배출 제어 방법을 구현하기 위한 장치의 구성도이다.

본 발명의 실시 예에 따른 가공물 자동 배출 제어 장치는 가공물 길이 정보 및 CNC프로그램(100), 공구대 기계축(Z축) 위치 제어 컨트롤러(200), 가공물 자동배출 제어장치 기계축(Za축) 위치 제어 컨트롤러(300), 모터 제어부(400), 및 Za축 드라이브(500)를 포함하여 구성될 수 있다.

가공물 길이 정보 및 CNC프로그램(100)은 사전에 CNC 메모리에 가공물 길이 정보를 저장해 두고, 이 가공물 길이 정보와 가공 시 적용한 공구 정보(즉, 공구 번호와 공구 옵셋)를 적용하여 기 저장된 데이터에 근거한 공구대 위치 좌표값(Z축 위치 좌표값)을 생성한다. 이러한 기능은 가공 공정 수치제어 프로그램(CNC 프로그램)을 통해 수행할 수 있다.

공구대 기계축(Z축) 위치 제어 컨트롤러(200)는 가공물 배출 위치를 제어하기 위한 공구대 기계축(Z축)의 위치를 제어한다. 즉, 가공물 길이 정보 및 CNC프로그램(100)을 통해 생성한 Z축 위치 좌표값으로 공구대 기계축의 위치를 제어할 수 있다.

가공물 자동배출 제어장치 기계축(Za축) 위치 제어 컨트롤러(300)는 가공물 길이 정보 및 CNC프로그램(100)로부터 전달된 Z축 위치 좌표값을 Za축 최적의 위치로 산출하여 가공물 길이 정보와 비교 연산한다.

즉, Z축 위치 좌표값을 앞서 언급한 수학식 1에 근거하여 Za축 위치값으로 환산한다. 환산한 Za축 위치값은 가공물 길이값을 추종한다. 따라서, 가공물 자동배출 제어장치 기계축(Za축) 위치 제어 컨트롤러(300)는 환산한 Za축 위치값을 기 저장된 가공물 길이 정보와 비교 연산하여 둘 간 오차가 허용 범위 내에 있으면 해당 Za축 위치값을 가공물 배출 위치로 설정한다. 둘 간 오차가 허용 범위 내에 속하지 않으면 가공물 배출 위치에 큰 오차가 발생한 것으로 간주하여 오류 메시지를 발생시키고 더 이상의 가공물 배출 동작을 수행하지 않는다.

모터 제어부(400)는 가공물 배출 위치로 이송하기 위한 Za축 드라이브(500)의 구동을 제어한다.

Za축 드라이브(500)는 모터 제어부(400)의 제어에 따라 구동한다.

특히, 도시한 스태핑 모터는 가공물 배출 장치를 Za축 좌우로 이동시키며, 공구대는 Z축 위치 제어 콘트롤러(200)에 의하여 Z축 좌우로 이송한다.

상기와 같은 구성으로 CNC 프로그램을 통하여 수치제어 가공시 좌표값(Z축)을 가지고 가공물 자동배출 제어장치 배출위치 좌표값(Za축)을 제어하게 되며 이 값을 근거로 모터 제어부(400)를 통해 Za축 드라이브(500)를 구동하여 가공물 자동 배출 장치를 제어할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로, 이상에서 기술한 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (3)

1. 가공 공정이 완료된 가공물을 배출시키기 위한 공작기계에서의 가공물 배출 제어 장치에서의 제어 방법으로서,
   상기 가공 공정에 적용된 공구 번호 및 공구 옵셋 지령이 있었는지에 대한 지령 유무를 확인하는 단계(S110);
   상기 지령이 있었으면 해당 공구 번호에 대한 공구 옵셋 정보를 불러 와 상기 공구 옵셋에 따른 공구대의 Z축 위치 좌표값을 검출하는 단계(S120);
   상기 Z축 위치 좌표값을 가공물 길이값으로 환산하여 Z축이 이동한 현재 위치를 Za축의 위치로 환산하는 단계(S140);
   상기 환산한 가공물 길이값과 기 저장된 가공물 길이 정보를 비교하는 단계(S160);
   상기 환산한 가공물 길이값과 기 저장된 가공물 길이 정보간 오차가 허용 오차 범위 내에 속하면 상기 가공물 길이값에 해당하는 Za축의 위치를 가공물 배출 위치로 선정하고, 허용 오차 범위 내에 속하지 않으면 오류 메시지를 발생하는 단계
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 가공물 자동 배출 제어 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 Z축 위치 좌표값을 가공물 길이값으로 환산하는 방법은,
   Z축 원점에서 척 단면까지의 거리(Zm)에서 Z축 위치 좌표값에 대응하는 거리(Zd) 및 현재 공구 옵셋량(Zos)를 감산하는 수학식을 이용하여 환산하는 것을 특징으로 하는 가공물 자동 배출 제어 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 가공물 배출 위치를 선정한 후, 상기 가공물 배출 위치로 이동하도록 Za축 스태핑 모터에 구동을 지령하는 단계
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가공물 자동 배출 제어 방법.

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