KR20160093296A - Automatic tool changer - Google Patents

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현대위아 주식회사
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Abstract

The present invention relates to an automatic tool exchange device. The technical subject to be solved is to provide the automatic tool exchange device capable of a stable tool exchange motion by optimizing rotational speed control for each load section of a servo motor by controlling the rotational speed of the servo motor according to a change in the weight of a tool. To this end, according to the present invention, disclosed is the automatic tool exchange device comprising: a change arm to change a tool which is on standby at an exchange position with a tool of a main shaft through rotary and straight line motions; a cam assembly to make the change arm perform the rotary and straight line motions; the servo motor to drive the cam assembly; and a control unit to detect a driving current value from the servo motor and to control the rotational speed of the servo motor according to the detected driving current value.

Description

자동 공구 교환 장치{AUTOMATIC TOOL CHANGER}{AUTOMATIC TOOL CHANGER}

본 발명은 자동 공구 교환 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to an automatic tool changer.

산업 전반적인 성역화 추세에 힘입어 절삭 가공분야의 자동화 및 수치제어화(numerical control, NC)도 급속히 진전되고 있다. 아울러 최근에는 그 동안 회전형 선반계열과 밀링 계열로 양분되어 진행되어 온 공작기계의 수치제어화가 서로 복합적으로 결합되어 다기능 머시닝 센터가 출현하였으며, 산업현장의 폭넓은 수요에 힘입어 그 시장은 급속히 확대되고 있다. 상기 머시닝 센터란 몇 가지 종류의 절삭가공을 하나의 기계에서 자동적으로 수행하는 NC(numerical control) 공작기계로서, 대개 공구 자동교환기능과 가공물의 2개면 이상을 자동적으로 깎고 또한 분할할 수 있는 기능을 구비하고 있다. 상기 머시닝 센터는 그 발달의 뿌리를 어디에 두었던 간에 크게 비회전체 부품을 가공하는 형식과 회전체 부품을 가공하는 형식의 2종으로 구분할 수 있다. 비회전체 부품을 대상으로 하는 머시닝 센터는 가공하는 NC 밀링 머신 또는 NC 드릴링 머신을 발전 모체로 하여 여러 가지 부분을 개량하였고, 여기에 자동 공구 교환 장치(Automatic Tool Changer, ATC), 투울 매거진, 자동 가공물 교환 장치(Automatic Loader, AL)를 조합하여 머시닝 센터를 만든 것이다. 회전부품을 대상으로 하는 머시닝 센터는 NC 선반을 발전 모체로 하여 회전체 부품을 선삭 후에 각도분할, 홈 가공, 구멍가공, 탭 작업 등 여러 가지 가공을 하며, 자동 공구 교환 장치(ATC) 이외에 자동 가공물 교환장치(AL)도 가지고 있고, 또한 가공 중에 별도로 준비된 척으로 소재를 잡고 가공이 완료된 가공물은 척에서 풀려 나오도록 함으로써 가공물의 탈착을 자동화하고 있다.The automation and numerical control (NC) of the cutting machining field is also rapidly progressing due to the trend of the overall declining trend of the industry. Recently, the multifunctional machining center has emerged due to the combination of the numerical control of the machine tool which has been divided into the rotary type and the milling type, and the market is rapidly expanding . The machining center is an NC (numerical control) machine tool that automatically carries out several types of cutting operations on a single machine. It usually has automatic tool change function and automatic cutting and splitting of more than two sides of the workpiece. Respectively. The machining center can be divided into two types, one for machining non-rotating parts and the other for machining rotating parts, regardless of where the roots of the machining center are located. The machining centers for non-rotating parts are made up of NC milling machine or NC drilling machine as a power generation base, and various parts have been improved. The automatic tool changer (ATC), the bullet magazine, And a switching center (Automatic Loader, AL). Machining centers for rotating parts have various parts such as angle division, grooving, hole machining and tapping after turning parts with NC lathe as a power generation base. In addition to automatic tool changer (ATC) (AL), and the workpiece, which has been separately prepared during processing, is held by the chuck, and the processed workpiece is released from the chuck, thereby automating the detachment of the workpiece.

상기 자동 공구 교환 장치는 공구 매거진에 각 공정에 필요한 공구를 다수 보유하고 있으면서, 공구 홀더를 이용하여 다양한 작업에 필요한 적당한 공구를 교환 공급해주는 구조로 이루어진다.The automatic tool changer has a structure in which a plurality of tools necessary for each process are stored in a tool magazine, and a suitable tool necessary for various operations is exchanged and supplied using a tool holder.

이러한 종래의 자동 공구 교환 장치는, 서보 모터에 의한 캠 곡선 상의 부하구간과 공구중량의 변동을 감안하지 않은 채 일괄적으로 서보 모터의 회전속도를 파라메타에 입력하여 상기 서보 모터의 속도를 제어함으로써 자동공구교환을 수행하였다.Such a conventional automatic tool changer apparatus automatically inputs the rotational speed of the servomotor into the parameter without considering the load section on the cam curve by the servomotor and the fluctuation of the tool weight and controls the speed of the servomotor Tool exchange was performed.

이러한 속도 제어 방식은 다양한 공구의 중량변동에 따른 관성부하를 고려하지 않았기 때문에, 공구 교환 시 기계적인 충격, 소음, 채터링(chattering) 등이 발생할 뿐만 아니라, 공구 낙하 및 장비의 내구성을 저하시키는 주요 요인이 될 수 있다.
This speed control method does not take into account the inertial load due to the weight variation of various tools. Therefore, the mechanical impact, noise, chattering, etc. occur during the tool change, It can be a factor.

본 발명은, 공구의 중량 변동에 따른 서보 모터의 회전속도를 제어하여 서보 모터의 부하 구간 별 회전속도 제어를 최적화함으로써 보다 안정적인 공구 교환 동작을 실시할 수 있는 자동 공구 교환 장치를 제공한다.
The present invention provides an automatic tool changer capable of performing a more stable tool change operation by controlling the rotation speed of the servo motor according to the weight change of the tool to optimize the rotation speed control for each load section of the servo motor.

본 발명의 실시예에 따른 자동 공구 교환 장치는, 회전 운동 및 직선 운동을 통해 교환위치에 대기된 공구를 주축의 공구와 교환하기 위한 체인지 암; 상기 체인지 암을 회전 운동 및 직선 운동시키기 위한 캠 어셈블리; 상기 캠 어셈블리를 구동하기 위한 서보 모터; 및 공구 교환 시 상기 체인지 암의 교환 동작 구간 별로 상기 서보 모터의 회전속도를 제어하되, 상기 서보 모터로부터 구동전류 값을 검출하고, 검출된 구동전류 값에 따라 상기 서보 모터의 회전속도를 조절하는 제어부를 포함한다.An automatic tool changer according to an embodiment of the present invention includes: a change arm for exchanging a tool, which has been waiting at an exchange position, through a rotational motion and a linear motion with a tool of a main shaft; A cam assembly for rotating and linearly moving the change arm; A servo motor for driving the cam assembly; And a controller for controlling the rotation speed of the servomotor in accordance with a change operation interval of the change arm during tool change and detecting a drive current value from the servo motor and adjusting the rotation speed of the servo motor according to the detected drive current value, .

또한, 상기 교환 동작 구간은, 공구 교환 시 상기 체인지 암을 통해 회전 및 직선 이동하는 공구의 관성력에 의해 상기 서보 모터의 부하가 변동되는 부하변동 구간 및 공구 교환 시 상기 서보 모터의 부하가 변동되지 않은 무부하 구간을 포함할 수 있다.The change operation section may include a load change period in which a load of the servo motor is varied by an inertial force of a tool that rotates and linearly moves through the change arm at the time of tool change and a load change period during which the load of the servo motor is not changed And may include a no-load section.

또한, 상기 제어부는, 상기 서보 모터로부터 검출되는 구동전류 값의 변동 유무에 따라 상기 부하변동 구간 또는 상기 무부하 구간을 판단하고, 상기 부하변동 구간 동안 상기 서보 모터의 회전속도를 조절할 수 있다.The controller may determine the load fluctuation period or the no-load period according to the fluctuation of the drive current value detected from the servo motor, and adjust the rotational speed of the servo motor during the load fluctuation period.

또한, 상기 제어부는, 상기 서보 모터로부터 검출되는 구동전류 값이 증가하는 경우 상기 서보 모터의 회전속도를 감소시켜 상기 서보 모터가 등속 회전하도록 제어할 수 있다.
Also, the controller may control the servo motor to rotate at a constant speed by decreasing the rotation speed of the servo motor when the drive current value detected from the servo motor increases.

본 발명에 따르면, 공구의 중량 변동에 따른 서보 모터의 회전속도를 제어하여 서보 모터의 부하 구간 별 회전속도 제어를 최적화함으로써 보다 안정적인 공구 교환 동작을 실시할 수 있는 자동 공구 교환 장치를 제공할 수 있다.
According to the present invention, it is possible to provide an automatic tool changer capable of performing a more stable tool change operation by controlling the rotation speed of the servo motor in accordance with the weight change of the tool and optimizing the rotation speed control for each load section of the servo motor .

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자동 공구 교환 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공구 교환 동작을 나타낸 흐름도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 체인지 암의 동작에 따른 캠 챠트를 나타낸 도면이다.1 is a view showing a configuration of an automatic tool changer according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a tool exchange operation according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 and FIG. 4 are diagrams showing cam charts according to the operation of the change arm according to the embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.The embodiments of the present invention are described in order to more fully explain the present invention to those skilled in the art, and the following embodiments may be modified in various other forms, The present invention is not limited to the embodiment. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be more faithful and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art.

또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.In the following drawings, thickness and size of each layer are exaggerated for convenience and clarity of description, and the same reference numerals denote the same elements in the drawings. As used herein, the term "and / or" includes any and all combinations of one or more of the listed items.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. As used herein, the singular forms "a,""an," and "the" include singular forms unless the context clearly dictates otherwise. Also, " comprise "and / or" comprising "when used herein should be interpreted as specifying the presence of stated shapes, numbers, steps, operations, elements, elements, and / And does not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, operations, elements, elements, and / or groups.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자동 공구 교환 장치의 구성을 나타낸 도면이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공구 교환 동작을 나타낸 흐름도이다. 도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 체인지 암의 동작에 따른 캠 챠트를 나타낸 도면이다.1 is a view showing a configuration of an automatic tool changer according to an embodiment of the present invention. 2 is a flowchart illustrating a tool exchange operation according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 and FIG. 4 are diagrams showing cam charts according to the operation of the change arm according to the embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 자동 공구 교환 장치(100)는 체인지 암(110), 캠 어셈블리(120), 서보 모터(130) 및 제어부(140)를 포함한다. 더불어 상기 자동 공구 교환 장치(100)는 캠 선도 홈 센서(150)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, an automatic tool changer 100 according to an embodiment of the present invention includes a change arm 110, a cam assembly 120, a servo motor 130, and a control unit 140. In addition, the automatic tool changer 100 may further include a cam-guided groove sensor 150.

상기 체인지 암(110)은 회전 운동 및 직선 운동을 통해 교환위치에 대기되어 있는 공구를 주축의 공구와 교환하는 역할을 한다. 상기 체인지 암(110)은 회전 운동과 직선 운동을 동시에 진행하여 공구 교환을 실시할 수 있다.The change arm 110 serves to exchange a tool that is waiting at the exchange position with a tool of the main shaft through rotational motion and linear motion. The change arm 110 can simultaneously perform rotational movement and linear movement to perform tool change.

상기 캠 어셈블리(120)는 롤러 기어 캠 및 업/다운 캠(121), 체인지 암 전/후진 링크(122) 및 체인지 암 회전 캠 팔로워 베어링(123)을 포함하며, 상기 체인지 암(110)을 회전 운동 및 직선 운동시키는 역할을 한다.The cam assembly 120 includes a roller gear cam and an up / down cam 121, a change arm forward / backward link 122 and a change arm rotational cam follower bearing 123, and rotates the change arm 110 Exercise and linear motion.

상기 서보 모터(130)는 전원 케이블(131)이 연결되어 있으며, 상기 캠 어셈블리(120)를 구동시키는 역할을 한다. The servomotor 130 is connected to a power cable 131 and drives the cam assembly 120.

상기 제어부(140)는 공구 교환 시 PLC(programmable logic controller) 케이블(141)을 통해 상기 체인지 암(110)의 교환 동작 구간 별로 상기 서보 모터(130)의 회전속도를 제어하되, 피드백 케이블(142)을 통해 상기 서보 모터로부터 구동전류 값을 검출하고, 검출된 구동전류 값에 따라 상기 서보 모터(130)의 회전속도를 조절하는 역할을 한다. 상기 교환 동작 구간은, 공구 교환 시 상기 체인지 암(110)을 통해 회전 및 직선 이동하는 공구의 관성력에 의해 상기 서보 모터(130)의 부하가 변동되는 부하변동 구간 및 공구 교환 시 상기 서보 모터(130)의 부하가 변동되지 않은 무부하 구간을 포함할 수 있다. The control unit 140 controls the rotation speed of the servo motor 130 for each replacement operation interval of the change arm 110 through a programmable logic controller (PLC) And controls the rotation speed of the servo motor 130 according to the detected drive current value. The swing operation period includes a load fluctuation period in which the load of the servo motor 130 fluctuates due to an inertial force of a tool that rotates and linearly moves through the change arm 110 when the tool is exchanged, ) May include a no-load section in which the load is not varied.

일반적으로 자동 공구 교환 장치에 적재되어 있는 공구는 용도에 따라 다양한 크기와 그에 따른 무게를 갖지만, 기존의 자동 공구 교환 장치는 공구의 무게 변동에 관계 없이 서보 모터의 회전속도를 일괄적으로 제어해 왔다. 체인지 암은 회전 및 직선 운동을 통해 공구 교환 동작을 실시하는데, 중량의 공구를 교환하는 경우 교환 과정에서 공구의 관성력이 증가하게 되며, 그에 따라 장비에 충격이나 흔들림 등이 발생될 수 있고, 공구가 낙하되는 경우까지 발생될 수 있다.In general, the tool loaded in the automatic tool changer has various sizes and weights depending on the application, but the conventional automatic tool changer collectively controls the rotation speed of the servo motor irrespective of the weight variation of the tool . The change arm carries out a tool change operation through rotation and linear motion. When a heavy tool is exchanged, the inertia of the tool increases during the exchange, which may cause shock or vibration to the equipment, It may occur until it falls.

그러나, 본 발명의 실시예에 따른 제어부(140)는 상기 서보 모터(130)의 구동 전류를 검출하여 중량의 공구에 의한 상기 서보 모터(130)의 부하 변동을 판단하고 부하가 변동되는 구간 동안 상기 서보 모터(130)의 회전속도를 조절함으로써 체인지 암 등의 교환 장비의 고장을 방지할 수 있다.However, the control unit 140 according to the embodiment of the present invention detects the drive current of the servo motor 130 to determine the load variation of the servo motor 130 by the weight of the tool, The rotation speed of the servo motor 130 can be adjusted to prevent malfunction of the exchange equipment such as the change arm.

구체적으로 상기 제어부(140)는, 무부하 구간 동안에는 미리 설정된 회전속도로 상기 서보 모터(130)를 제어하되, 상기 서보 모터(130)로부터 검출되는 구동전류 값의 변동이 있을 경우 부하변동 구간으로 판단하고, 이러한 부하변동 구간 동안 상기 서보 모터의 회전속도를 조절한다. 예를 들어, 중량의 공구를 교환하는 경우 회전 및 직선 이동하는 공구의 관성력 증가에 의해 상기 서보 모터(130)가 받는 부하량이 증가하게 되고, 이에 따라 상기 서보 모터(130)로부터 검출되는 구동전류 값이 증가하게 된다. 이때 상기 제어부(140)는 상기 서보 모터(130)의 회전속도를 감소시켜 상기 서보 모터(130)가 등속 회전하도록 제어함으로써 공구 교환을 안정적으로 실시할 수 있도록 한다. More specifically, the controller 140 controls the servo motor 130 at a preset rotational speed during a no-load period, and determines the load fluctuation period when there is a variation in the drive current value detected by the servo motor 130 , And adjusts the rotational speed of the servomotor during the load variation period. For example, when a heavy tool is exchanged, the amount of load received by the servomotor 130 increases due to an increase in the inertial force of the tool that rotates and moves linearly. As a result, the drive current value . At this time, the controller 140 decreases the rotation speed of the servo motor 130 to control the servo motor 130 to rotate at a constant speed, thereby enabling stable tool exchange.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따르면, 체인지 암이 360도 회전하는 것을 기준으로 할 경우, 무부하 구간은 대략 0 내지 75도, 285 내지 360도 정도의 회전 구간이 되며, 부하변동 구간은 대략 75 내지 285도 정도의 회전 구간이 될 수 있다. 이와 같이 부하변동 구간은 공구의 회전 시 관성력에 의해 서보 모터의 부하가 증가되는 구간일 수 있다.3 and 4, according to the present embodiment, when the change arm rotates 360 degrees, the no-load section becomes a rotation section of approximately 0 to 75 degrees and 285 to 360 degrees, The variation period may be a rotation period of about 75 to 285 degrees. In this way, the load fluctuation period may be a period in which the load of the servo motor is increased by the inertia force when the tool is rotated.

본 발명의 실시예에 따르면, 공구의 중량 변동에 따른 서보 모터의 회전속도를 제어하여 서보 모터의 부하 구간 별 회전속도 제어를 최적화함으로써 보다 안정적인 공구 교환 동작을 실시할 수 있다.
According to the embodiment of the present invention, it is possible to perform more stable tool change operation by controlling the rotation speed of the servo motor according to the weight change of the tool and optimizing the rotation speed control for each load section of the servo motor.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 자동 공구 교환 장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be applied to the automatic tool changer according to the present invention, It will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention.

100: 자동 공구 교환 장치
110: 체인지 암
120: 캠 어셈블리
121: 롤러 기어 캠 및 업/다운 캠
122: 체인지 암 전/후진 링크
123: 체인지 암 회전 캠 팔로워 베어링
130: 서보 모터
131: 전원 케이블
140: 제어부
141: PLC 케이블
142: 피드백 케이블
150: 캠 선도 홈 센서100: Automatic tool changer
110: Change arm
120: cam assembly
121: Roller gear cam and up / down cam
122: Change arm forward / reverse link
123: Change arm rotating cam follower bearing
130: Servo motor
131: Power cable
140:
141: PLC cable
142: Feedback cable
150: Cam lead home sensor

Claims (4)

회전 운동 및 직선 운동을 통해 교환위치에 대기된 공구를 주축의 공구와 교환하기 위한 체인지 암;
상기 체인지 암을 회전 운동 및 직선 운동시키기 위한 캠 어셈블리;
상기 캠 어셈블리를 구동하기 위한 서보 모터; 및
공구 교환 시 상기 체인지 암의 교환 동작 구간 별로 상기 서보 모터의 회전속도를 제어하되, 상기 서보 모터로부터 구동전류 값을 검출하고, 검출된 구동전류 값에 따라 상기 서보 모터의 회전속도를 조절하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 공구 교환 장치.A change arm for exchanging a tool waiting at the exchange position with a tool of the main shaft via rotational motion and linear motion;
A cam assembly for rotating and linearly moving the change arm;
A servo motor for driving the cam assembly; And
A control unit for controlling the rotation speed of the servomotor according to a change operation interval of the change arm when the tool is changed, detecting a drive current value from the servo motor, and adjusting the rotation speed of the servo motor according to the detected drive current value Wherein the automatic tool changer comprises: 제1 항에 있어서,
상기 교환 동작 구간은, 공구 교환 시 상기 체인지 암을 통해 회전 및 직선 이동하는 공구의 관성력에 의해 상기 서보 모터의 부하가 변동되는 부하변동 구간 및 공구 교환 시 상기 서보 모터의 부하가 변동되지 않은 무부하 구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 공구 교환 장치.The method according to claim 1,
Wherein the swing operation section includes a load fluctuation section in which a load of the servomotor is varied by an inertial force of a tool rotating and linearly moving through the change arm at the time of tool change and a load fluctuation section during which the load of the servomotor is not changed at the time of tool change Wherein the automatic tool changing device comprises: 제2 항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 서보 모터로부터 검출되는 구동전류 값의 변동 유무에 따라 상기 부하변동 구간 또는 상기 무부하 구간을 판단하고, 상기 부하변동 구간 동안 상기 서보 모터의 회전속도를 조절하는 것을 특징으로 하는 자동 공구 교환 장치.3. The method of claim 2,
Wherein the control unit determines the load fluctuation period or the no load period according to the fluctuation of the drive current value detected from the servo motor and adjusts the rotational speed of the servomotor during the load fluctuation period Exchange device. 제3 항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 서보 모터로부터 검출되는 구동전류 값이 증가하는 경우 상기 서보 모터의 회전속도를 감소시켜 상기 서보 모터가 등속 회전하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 자동 공구 교환 장치.The method of claim 3,
Wherein the control unit decreases the rotation speed of the servo motor when the drive current value detected from the servo motor increases and controls the servo motor to rotate at the constant speed.
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