KR20160136569A - 공작 기계의 공구 클램프 감지 장치 - Google Patents

공작 기계의 공구 클램프 감지 장치 Download PDF

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Abstract

공작 기계의 공구 클램프 감지 장치는 감지 도그 및 센서를 포함할 수 있다. 상기 감지 도그는 공작 기계의 공구를 클램핑하는 공구 클램프의 위치에 대한 전기 신호를 발생시킬 수 있다. 상기 센서는 상기 감지 도그에서 발생된 상기 전기 신호를 감지하여, 상기 공구 클램프의 위치를 확인할 수 있다. 따라서, 공구가 공구 클램프에 정확하게 클램핑되었는지를 확인할 수 있게 되어, 공구가 공구 클램프에 비정상적으로 클램핑된 상태로 수행된 가공 작업으로 인해 초래되는 안전 사고를 미연에 방지할 수 있다.

Description

공작 기계의 공구 클램프 감지 장치{APPARATUS FOR DETECTING A TOOL CLAMP OF A MACHINE TOOL}
본 발명은 공작 기계의 공구 클램프 교환 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 선반의 공구를 클램핑하는 공구 클램프를 감지하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 공작 기계는 터닝 센터와 머시닝 센터로 구분할 수 있다. 머시닝 센터는 회전되는 공구를 이용해서 소재를 가공할 수 있다. 반면에, 터닝 센터는 회전되는 소재를 공구를 이용해서 가공할 수 있다. 따라서, 터닝 센터는 공구를 클램핑하기 위한 공구 클램프를 포함할 수 있다. 또한, 터닝 센터는 가공 용도에 따라 공구를 교체하기 위한 장치를 포함할 수 있다.
관련 기술들에 따르면, 공구 교환 장치를 이용해서 공구를 교환할 때, 기존 공구가 공구 클램프로부터 분리된 상태를 스위치를 이용해서 감지할 수 있다. 그러나, 새로운 공구가 공구 클램프에 클램핑된 상태를 감지할 수 없다. 특히, 새로운 공구가 공구 클램프에 과도하게 클램핑된 상태를 감지할 수 없다. 이로 인하여, 새로운 공구가 공구 클램프에 정확하게 클램핑되지 않은 상태에서 가공 작업이 수행되어, 안전 사고가 자주 발생되는 문제가 있을 수 있다.
본 발명은 공구가 공구 클램프에 정확하게 클램핑되었는지를 확인할 수 있는 공작 기계의 공구 클램프 감지 장치를 제공한다.
본 발명의 일 견지에 따른 공작 기계의 공구 클램프 감지 장치는 감지 도그 및 센서를 포함할 수 있다. 상기 감지 도그는 공작 기계의 공구를 클램핑하는 공구 클램프의 위치에 대한 전기 신호를 발생시킬 수 있다. 상기 센서는 상기 감지 도그에서 발생된 상기 전기 신호를 감지하여, 상기 공구 클램프의 위치를 확인할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 감지 도그는 상기 공구 클램프에 연결된 스핀들에 부착될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 전기 신호는 전압값을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 센서에는 상기 공구 클램프에 공구가 정상적으로 클램핑된 상태를 나타내는 허용 범위가 설정될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 센서는 리니어 센서를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 감지 장치는 상기 센서에서 확인된 상기 공구 클램프의 위치에 따라 공구의 클램핑 상태를 표시하는 표시부를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 표시부는 상기 공구 클램프에 비정상적으로 클램핑된 공구 상태를 경고하는 경보기를 더 포함할 수 있다.
상기된 본 발명에 따르면, 공구를 클램핑하는 공구 클램프의 위치를 감지 도그와 센서가 정확하게 감지하여, 공구가 공구 클램프에 정확하게 클램핑되었는지를 확인할 수 있다. 따라서, 공구가 공구 클램프에 비정상적으로 클램핑된 상태로 수행된 가공 작업으로 인해 초래되는 안전 사고를 미연에 방지할 수 있다.
도 1은 선반의 공구 클램핑 유닛과 공구 교환 장치를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 공구 클램프 유닛의 공구 클램프 감지 장치를 나타낸 단면도이다.
도 3 내지 도 5는 도 2에 도시된 공구 클램프 감지 장치의 공구 클램핑 동작을 나타낸 단면도들이다.
도 6 및 도 7은 도 2에 도시된 공구 클램프 감지 장치의 공구 분리 동작을 나타낸 단면도들이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 선반의 공구 클램핑 유닛과 공구 교환 장치를 나타낸 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에서 공작 기계는 선반을 포함할 수 있다. 선반은 공구 클램핑 유닛(C), 공구 교환 장치(A) 및 매거진(M)을 포함할 수 있다.
공구 클램핑 유닛(C)은 공구를 클램핑할 수 있다. 공구 클램핑 유닛(C)은 공구를 클램핑하기 위한 스핀들을 포함할 수 있다. 매거진(M)은 복수개의 공구들을 수용할 수 있다. 공구 교환 장치(A)는 공구 클램핑 유닛(C)의 기존 공구를 매거진(M)의 새로운 공구로 교환할 수 있다. 공구 교환 장치(A)는 기존 공구와 새로운 공구를 파지하는 암을 포함할 수 있다. 암은 수평축을 중심으로 회전 이동하면서 수평축을 따라 이동하는 것에 의해서 기존 공구를 공구 클램핑 유닛(C)으로부터 분리하고 새로운 공구를 공구 클램핑 유닛(C)에 장착시킬 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 공구 클램프 유닛의 공구 클램프 감지 장치를 나타낸 단면도이다.
도 2를 참조하면, 공구 클램핑 유닛(C)은 클램핑 하우징(140), 스핀들(110), 공구 클램프(120) 및 스프링(130)을 포함할 수 있다. 스핀들(110)은 클램핑 하우징(140) 내에 수평 방향을 따라 이동 가능하게 배치될 수 있다. 공구 클램프(120)는 스핀들(110)의 좌측 단부에 설치될 수 있다. 공구 클램프(120)는 공구(T)의 고정홈에 선택적으로 삽입되는 것에 의해서 공구(T)를 클램핑할 수 있다. 스프링(130)은 공구 클램프(120)와 클램핑 하우징(140) 사이에 연결되어, 공구 클램프(120)를 공구(T) 방향으로 탄력 지지할 수 있다.
따라서, 공구(T)가 공구 클램프(120)와 클램핑 하우징(140) 사이를 통해서 수평 방향을 따라 클램핑 하우징(140) 내부로 진입할 수 있다. 공구(T)는 스프링(130)을 압축시키면서 스핀들(110)을 우측으로 밀 수 있다. 공구 클램프(120)가 공구(T)의 고정홈에 삽입되어, 공구 클램프(120)가 공구(T)를 클램핑할 수 있다. 이와 같이, 공구 클램프(120)와 스핀들(110)은 연동될 수 있다. 그러므로, 공구 클램프(120)가 공구(T)를 정확하게 클램핑하였는지 여부는 스핀들(110)의 수평축 방향을 따른 이동 변위를 감지하는 것에 의해서 확인할 수 있다.
감지 장치는 스핀들(110)의 위치를 감지하여, 공구(T)가 공구 클램프(120)에 정확하게 클램핑되었는지 여부를 확인할 수 있다. 감지 장치는 감지 도그(150), 센서(160) 및 표시부(170)를 포함할 수 있다.
감지 도그(150)는 스핀들(110)의 우측 단부에 부착될 수 있다. 따라서, 감지 도그(150)는 스핀들(110)과 함께 수평축 방향을 따라 이동될 수 있다. 감지 도그(150)는 스핀들(110)의 우측 단부 위치에 대한 전기 신호를 발생시킬 수 있다. 예를 들어서, 감지 도그(150)는 스핀들(110)의 우측 단부 위치와 대응하는 전압값을 발생시킬 수 있다. 감지 도그(150)는 0V 내지 10V의 전압값을 0 내지 1,000의 값으로 전환하여 나타낼 수 있다.
센서(160)는 감지 도그(150)에 인접하게 배치될 수 있다. 센서(160)는 감지 도그(150)로부터 발생된 전압값으로부터 스핀들(110)의 위치, 즉 공구 클램프(120)의 위치를 확인할 수 있다. 센서(160)는 리니언 센서를 포함할 수 있다.
센서(160)에는 공구(T)가 공구 클램프(120)에 정확하게 클램핑된 상태를 나타내는 허용 범위가 설정될 수 있다. 허용 범위는 공구(T)가 공구 클램프(120)에 가장 정확하게 클램핑된 상태, 즉 공구 클램프(120)가 공구(T)의 고정홈에 가장 깊숙이 삽입된 상태를 나타내는 기준값을 포함할 수 있다. 예를 들어서, 기준값이 8.15V이면, 허용 범위는 8.15V의 ㅁ1.0일 수 있다. 따라서, 센서(160)에서 감지된 전압값이 상기 허용 범위 이내이면, 공구(T)가 공구 클램프(120)에 정상적으로 클램핑되었다는 것을 확인할 수 있다. 반면에, 센서(160)에서 감지된 전압값이 상기 허용 범위를 벗어나면, 공구(T)가 공구 클램프(120)에 비정상적으로 클램핑되었다는 것을 확인할 수 있다.
표시부(170)는 센서(160)에서 확인된 공구(T)의 클램핑 상태를 표시할 수 있다. 예를 들어서, 공구(T)가 클램핑 동작에 의해서 공구 클램프(120)에 정상적으로 클램핑되었으면, 표시부(170)는 정상 클램프임을 나타내는 색상, 예를 들어서 녹색 램프를 점등할 수 있다. 또한, 공구(T)가 공구 클램프(120)로부터 분리되면, 표시부(170)는 공구 분리 상태를 나타내는 색상의 램프를 점등할 수 있다. 반면에, 클램핑 동작 중 공구(T)가 스핀들(110)을 우측으로 과도하게 밀었을 경우, 공구(T)는 공구 클램프(120)에 비정상적으로 클램핑될 수 있다. 이러한 경우, 표시부(170)는 공구의 비정상적 클램핑 상태를 나타내는 색상, 예를 들면 적색 램프를 점등할 수 있다.
부가적으로, 표시부(170)는 경보기(180)를 포함할 수 있다. 경보기(180)는 표시부(170)의 적색 램프 점등과 함께 경보음을 발해서, 작업자에게 공구(T)가 공구 클램프(120)에 비정상적으로 클램핑되었음을 신속하게 알릴 수 있다. 그러므로, 다른 작업을 하고 있던 작업자는 경보기(180)로부터 발한 경보음을 듣고 선반의 가동을 즉각적으로 중지시킬 수 있다. 결과적으로, 공구(T)가 공구 클램프(120)에 비정상적으로 클램핑된 상태에서 선반 작업이 수행되는 것이 방지될 수 있게 되어, 안전 사고 발생을 미연에 방지할 수 있다.
도 3 내지 도 5는 도 2에 도시된 공구 클램프 감지 장치의 공구 클램핑 동작을 나타낸 단면도들이다.
도 3을 참조하면, 공구(T)는 수평 방향을 따라 우측으로 이동하여, 클램핑 하우징(140) 에 근접할 수 있다. 스핀들(110)은 스프링(130)에 의해서 좌측으로 밀린 상태일 수 있다. 따라서, 도그(150)도 스핀들(110)과 함께 좌측으로 이동된 상태일 수 있다. 그러므로, 도그(150)로부터는 0 내지 50의 전기 신호가 발생될 수 있다. 센서(160)는 도그(150)로부터 발생된 전기 신호를 감지하여, 현재 공구(T)가 공구 클램프(120)로부터 분리된 상태를 확인할 수 있다. 표시부(170)는 공구(T) 분리 상태를 나타내는 색상의 램프를 점등할 수 있다.
도 4를 참조하면, 공구(T)는 수평 방향을 따라 우측으로 더 이동하여, 공구 클램프(120)와 클램핑 하우징(140) 사이의 공간으로 진입할 수 있다. 공구(T)는 스핀들(110)과 접촉할 수 있다. 공구 클램프(120)는 공구(T)의 고정홈에 인접하게 위치될 수 있다.
도 5를 참조하면, 공구(T)는 스프링(130)을 압축시키면서 스핀들(110)을 우측으로 밀 수 있다. 따라서, 스핀들(110)은 수평축 방향을 따라 우측으로 이동될 수 있다. 이와 동시에, 공구 클램프(120)는 공구(T)의 고정홈 내로 삽입될 수 있다.
스핀들(110)과 함께 감지 도그(150)도 같이 우측으로 이동될 수 있다. 공구(T)가 공구 클램프(120)에 정확하게 클램핑되어 있으므로, 감지 도그(150)는 815ㅁ100 범위 내의 전기 신호를 발생시킬 수 있다. 센서(160)는 감지 도그(150)로부터 발생된 전기 신호를 감지하여, 공구 클램프(120)의 위치를 확인할 수 있다. 표시부(170)는 정상 클램프 상태임을 나타내는 녹색 램프를 점등시킬 수 있다.
만일 공구(T)가 우측으로 과도하게 진입하면, 공구 클램프(120)가 공구(T)의 고정홈에 정확하게 삽입될 수 없을 것이다. 이러한 경우, 스핀들(110)과 감지 도그(150)는 설정된 위치보다 우측으로 더 많이 이동될 것이다. 따라서, 감지 도그(150)는 815ㅁ100 범위를 벗어나는 전기 신호를 발생시킬 수 있다. 센서(160)는 감지 도그(150)로부터 발생된 전기 신호를 감지하여 공구 클램프(120)의 위치를 확인할 수 있다. 표시부(170)는 비정상 클램프 상태임을 나타내는 적색 램프를 점등시킬 수 있다. 아울러, 경보기(180)는 비정상 클램프 상태임을 작업자에게 경고하기 위한 경보음을 발할 수 있다.
도 6 및 도 7은 도 2에 도시된 공구 클램프 감지 장치의 공구 분리 동작을 나타낸 단면도들이다.
도 6을 참조하면, 새로운 공구 교환을 위해서 공구(T)가 수평축을 따라 좌측으로 이동될 수 있다. 스프링(130)의 복원력에 의해서 스핀들(110)은 좌측으로 이동될 수 있다. 아울러, 감지 도그(150)도 스핀들(110)과 함께 좌측으로 이동될 수 있다. 따라서, 공구 클램프(120)는 공구(T)의 고정홈으로부터 점진적으로 이탈될 수 있다.
도 7을 참조하면, 공구(T)가 클램핑 하우징(140)으로부터 완전히 분리되면, 스프링(130)의 최대 인장력이 스핀들(110)로 인가되므로, 스핀들(110)과 감지 도그(150)는 최대 좌측 위치로 이동될 수 있다. 그러므로, 도그(150)로부터는 0 내지 50의 전기 신호가 발생될 수 있다. 센서(160)는 도그(150)로부터 발생된 전기 신호를 감지하여, 현재 공구(T)가 공구 클램프(120)로부터 분리된 상태를 확인할 수 있다. 표시부(170)는 공구(T) 분리 상태를 나타내는 색상의 램프를 점등할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 실시예들에 따르면, 공구를 클램핑하는 공구 클램프의 위치를 감지 도그와 센서가 정확하게 감지하여, 공구가 공구 클램프에 정확하게 클램핑되었는지를 확인할 수 있다. 따라서, 공구가 공구 클램프에 비정상적으로 클램핑된 상태로 수행된 가공 작업으로 인해 초래되는 안전 사고를 미연에 방지할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
C ; 공구 클램핑 유닛 M ; 매거진
T ; 공구 A ; 공구 교환 장치
110 ; 스핀들 120 ; 공구 클램프
130 ; 스프링 140 ; 클램핑 하우징
150 ; 감지 도그 160 ; 센서
170 ; 표시부 180 ; 경보기

Claims (7)

  1. 공작 기계의 공구를 클램핑하는 공구 클램프의 위치에 대한 전기 신호를 발생시키는 감지 도그(dog); 및
    상기 감지 도그에서 발생된 상기 전기 신호를 감지하여, 상기 공구 클램프의 위치를 확인하는 센서를 포함하는 공작 기계의 공구 클램프 감지 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 감지 도그는 상기 공구 클램프에 연결된 스핀들에 부착된 공작 기계의 공구 클램프 감지 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전기 신호는 전압값을 포함하는 공작 기계의 공구 클램프 감지 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 센서에는 상기 공구 클램프에 공구가 정상적으로 클램핑된 상태를 나타내는 허용 범위가 설정된 공작 기계의 공구 클램프 감지 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 센서는 리니어 센서를 포함하는 공작 기계의 공구 클램프 감지 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 센서에서 확인된 상기 공구 클램프의 위치에 따라 공구의 클램핑 상태를 표시하는 표시부를 더 포함하는 공작 기계의 공구 클램프 감지 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 표시부는 상기 공구 클램프에 비정상적으로 클램핑된 공구 상태를 경고하는 경보기를 더 포함하는 공작 기계의 공구 클램프 감지 장치.
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