KR20180008177A - Automatic tool changer and method of changing tools using the same - Google Patents

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KR20180008177A
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Abstract

Disclosed is an automatic tool change device for a numerical value control machine tool. The automatic tool change device comprises: a tool change arm for performing rotational movement and linear movement according to a tool change signal, and changing a tool between a tool magazine and a spindle; a cam assembly for driving the tool change arm according to a displacement diagram of a cam structure; a driver for providing driving force for rotating the cam structure; and a tool change controller including an encoder for detecting a position of the tool change arm in real time and a failure recovery unit for automatically determining a return direction of the tool change arm depending on a failure position of the tool change arm detected by the encoder if a driving failure of the tool change arm occurs and for returning the tool change arm to a home position in the return direction to recover the tool change arm to a tool change initial state. According to the present invention, a driving failure of the automatic tool change device can be automatically mitigated.

Description

자동 공구교환 장치 및 이를 이용한 자동 공구교환 방법 {AUTOMATIC TOOL CHANGER AND METHOD OF CHANGING TOOLS USING THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an automatic tool changer,

본 발명은 자공 공구교환 장치(automatic tool changer, ATC) 및 이를 이용한 자동 공구교환 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 머시닝 센터용 자동 공구교환 장치 및 이를 이용한 자동 공구교환 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an automatic tool changer (ATC) and an automatic tool changer using the same. More particularly, the present invention relates to an automatic tool changer for a machining center and an automatic tool changer using the automatic tool changer.

대형 구조물에서부터 미세 부품에 이르기까지 다양한 형상과 사이즈를 갖는 가공물에 대하여 높은 정밀도를 갖고 대량으로 생산될 것이 요구됨에 따라 수치제어 알고리즘으로 가공 공정을 자동으로 제어할 수 있는 수치제어 공작기계(Numerical Control Machining Tool)에 대한 활용이 증가하고 있다. Numerical control machining (CNC) machines, which can automatically control machining processes with numerical control algorithms, are required to be produced in large quantities with high precision for workpieces of various shapes and sizes, from large structures to fine parts Tool) is increasing.

최근의 수치제어 공작기계는 공작물을 가공하는 가공기계와 함께 절삭조건에 맞게 공구를 자동으로 교환할 수 있는 공구 교환기(automatic tool changer, ATC)나 상기 공구에 대응하는 어태치먼트(attachment)를 자동으로 교환하는 어태치먼트 교환기(automatic attachment changer, AAC)와 같은 부수적인 장치를 일체로 구비하고 상기 가공기계와 부수장치를 제어기로 제어하는 머시닝 센터로 발전하고 있다. 따라서, 머시닝 센터에서는 입력된 설계 데이터에 따라 자동으로 다축 가공이나 다공정 가공을 수행함으로써 다양한 기계가공을 수행하게 된다. In recent numerical control machine tools, a tool changer (automatic tool changer, ATC) or an attachment corresponding to the tool can be automatically replaced Such as an automatic attachment changer (AAC), as a machining center for controlling the processing machine and ancillary equipment by a controller. Therefore, in the machining center, various machining is performed by automatically performing multi-axis machining or multi-step machining according to the input design data.

자동 공구 교환기(ATC)는 툴 매거진에 배치된 다수의 공구로부터 상기 머시닝 센터에서 수행되는 기계가공의 단계와 특성에 맞게 자동으로 공구를 교환한다. 이에 따라, 상기 머시닝 센터의 가공 정밀도와 공정 효율은 ATC에서의 공구교환 정밀도와 속도에 큰 영향을 받게 된다. The automatic tool changer (ATC) automatically exchanges tools from a plurality of tools disposed in a tool magazine in accordance with the machining step and characteristics performed at the machining center. Accordingly, the machining accuracy and process efficiency of the machining center are greatly affected by the accuracy and speed of tool change in the ATC.

특히, 자동 공구교환이 수행되는 도중 외부요인에 의해 일시 정지된 경우, 일시 정지 원인을 해소하고 공구교환 작업을 속행하는 일련의 처리과정은 작업자에 의해 수동으로 진행되어 머시닝 센터의 전체 공정효율을 저해하는 원인으로 지적되고 있다. In particular, in the case where the automatic tool change is temporarily stopped due to an external factor, a series of processing steps for solving the cause of the temporary stop and continuing the tool change operation is manually performed by the operator to inhibit the overall process efficiency of the machining center As the cause of the problem.

ATC를 이용하여 자동으로 공구를 교환하는 중에 전원이 끊어지거나 기구부의 끼임이나 공구간섭과 같은 구동 인터럽트에 의해 동작 에러가 발생한 경우, 작업자는 ATC 암의 회전방향, ATC 암 및 스핀들 헤드의 공구 유무 및 ATC 암의 정지 위치를 개별적으로 판단하여 ATC 암의 회전방향을 결정하고 결정된 회전방향을 따라 ATC 암의 복귀 및 공구 클램퍼(clamper) 조작을 수동으로 수행하게 된다. 이에 따라, 머시닝 센터의 공정효율을 높이기 위해 동작 에러가 발생한 ATC에서 ATC 암의 복귀과정을 자동화함으로써 공구교환의 정확도와 속도를 높이기 위한 다양한 노력들이 이루어지고 있다. When an operation error occurs due to a power interruption or a drive interruption such as tool intervention or tool interruption while automatically exchanging tools using ATC, the operator must know the direction of rotation of the ATC arm, the presence or absence of tools of the ATC arm and the spindle head, The stop position of the ATC arm is individually determined, the rotation direction of the ATC arm is determined, and the return of the ATC arm and the clamper operation of the tool are manually performed along the determined rotation direction. Accordingly, various attempts have been made to improve the accuracy and speed of tool change by automating the process of returning ATC arm from ATC in which operation error occurs in order to increase the process efficiency of the machining center.

그러나, 종래의 자동 공구교환에 필수적인 공구 클램퍼에 대한 클램핑/언클램핑 위치와 ATC 암의 홈위치(home position) 및 정지위치는 펄스신호를 검출하는 4개의 근접센서를 이용하여 수득함으로써 공구교환의 시작동작, 언클램핑(un-clamping) 동작, 클램핑(clamping) 동작 및 공구교환 정지동작의 개시시점만 확인할 수 있을 뿐 연속적인 회전궤적으로 구동하는 ATC 암의 현재위치나 각 동작의 완료시점은 확인할 수 없는 문제점이 있다. However, the clamping / unclamping position for the tool clamper, which is essential for conventional automatic tool changing, and the home position and stop position of the ATC arm are obtained using four proximity sensors that detect the pulse signal, It is only possible to confirm the start time of the operation, unclamping operation, clamping operation and tool change stop operation, and the current position of the ATC arm driven by the continuous rotation trajectory or the completion time of each operation can be confirmed There is no problem.

이에 따라, 자동 공구교환이 수행되는 임의의 시점에서 동작 에러가 발생한 경우 ATC 암의 현재위치를 검출할 수 없으므로 ATC 암의 복귀방향을 결정하기 위한 기준을 제공할 수 없는 문제점이 있다. 이와 같은 종래 ATC의 동작에러 복구장치는 필연적으로 작업자의 개별적인 수작업을 요구하게 되어 ATC의 자동화율을 저하시키는 원인으로 기능하고 있다. Accordingly, when an operation error occurs at an arbitrary point in time at which the automatic tool change is performed, the current position of the ATC arm can not be detected, so that there is a problem that a reference for determining the return direction of the ATC arm can not be provided. Such a conventional ATC operation error recovery device inevitably requires individual manual work of the operator, thereby serving as a cause of lowering the automation rate of the ATC.

따라서, ATC 암의 현재위치를 실시간으로 검출함으로써 ATC 암의 임의의 순간에 발생한 동작 에러에서도 ATC 암을 자동으로 복구할 수 있는 새로운 자동 공구 교환기가 요구된다. Therefore, a new automatic tool changer capable of automatically recovering an ATC arm even in the case of an operation error occurring at any moment of the ATC arm by detecting the current position of the ATC arm in real time is required.

본 발명의 목적은 ATC 암의 회전궤적 전체에 대하여 ATC 암의 위치를 실시간으로 검출할 수 있는 인코더(encoder)를 구비하는 자동 공구교환 장치를 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide an automatic tool changer having an encoder capable of detecting the position of an ATC arm in real time with respect to the entire rotational trajectory of the ATC arm.

본 발명의 다른 목적은 상기한 바와 같은 자동 공구교환 장치를 이용하여 자동으로 공구를 교환하는 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a method of automatically exchanging tools using the automatic tool changer as described above.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 자동 공구교환 장치는 공구교환 신호에 따라 회전이동 및 선형이동을 수행하며 공구 매거진과 스핀들 사이에서 공구를 교환하는 공구교환 암, 캠 구조물의 변위선도를 따라 상기 공구교환 암을 구동시키는 캠 어셈블리, 상기 캠 구조물을 회전시키는 구동력을 제공하는 구동기, 및 상기 공구교환 암의 위치를 실시간으로 검출하는 인코더 및 상기 공구교환 암의 구동장애가 발생한 경우 상기 인코더로부터 검출된 상기 공구교환 암의 장애위치에 따라 자동으로 상기 공구교환 암의 복귀방향을 결정하고 상기 복귀방향을 따라 상기 공구교환 암을 원위치(home position)로 복귀시켜 공구교환 초기상태로 복구하는 장애복구 유닛을 구비하는 공구교환 제어기를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an automatic tool changer comprising: a tool change arm for performing a rotary movement and a linear movement in response to a tool change signal and exchanging a tool between a tool magazine and a spindle; A cam assembly for driving the tool change arm along a displacement diagram of the structure, a driver for providing a driving force for rotating the cam structure, an encoder for detecting the position of the tool change arm in real time, , The return direction of the tool change arm is automatically determined according to the failure position of the tool change arm detected by the encoder, the tool change arm is returned to the home position along the return direction, And a tool change controller having a fail-over unit for restoring the tool.

일실시예로서, 상기 공구교환 제어기는 상기 변위선도 상에서의 상기 장애위치, 상기 스핀들로부터 공구를 탈착하는 탈착영역(unclamping area) 및 상기 스핀들로 공구를 부착하는 부착영역(clamping area)을 저장하는 위치정보 저장유닛, 상기 탈착영역에서의 공구 탈착상태, 상기 부착영역에서의 공구 부착상태, 상기 원위치에서의 상기 공구교환 암의 개시상태 및 종료상태를 저장하는 동작정보 저장유닛을 포함한다. In one embodiment, the tool change controller is configured to determine the position of the tool on the displacement diagram, including the fault location, an unclamping area for detaching the tool from the spindle, and a clamping area for attaching the tool to the spindle And an operation information storage unit for storing an information storage unit, a tool detachment state in the detachment area, a tool attachment state in the attachment area, and a start state and an end state of the tool exchange arm at the home position.

일실시예로서, 상기 장애복구 유닛은 상기 변위선도 상에서 상기 탈착영역 및 상기 부착영역에 대한 상기 장애위치의 상대위치를 판별하여 상기 공구교환 암의 복귀방향을 결정하는 복귀방향 검출부 및 상기 복귀방향을 따라 상기 공구교환 암을 구동하는 암 구동신호 및 상기 탈착상태 및 상기 부착상태를 선택적으로 변경하는 클램퍼(clamper) 구동신호를 생성하는 복귀 구동신호 생성부를 포함한다. In one embodiment, the failure recovery unit includes a return direction detecting unit for determining a return direction of the tool change arm by discriminating the relative position of the faulty position with respect to the detachment area and the attachment area on the displacement diagram, An arm drive signal for driving the tool change arm and a return drive signal generator for generating a clamper drive signal for selectively changing the attachment state and the attachment state.

일실시예로서, 상기 탈착영역은 상기 변위선도에서 탈착개시위치 및 탈착 종료위치에 의해 특정되고 상기 부착영역은 상기 변위선도에서 부착개시위치 및 부착 종료위치에 의해 특정되며, 상기 복귀방향은 상기 변위선도 상에서 상기 장애위치와 상기 탈착 종료위치 및 상기 부착 종료위치와의 상대위치에 따라 결정된다. In one embodiment, the desorption region is specified by the desorption start position and the desorption end position in the displacement diagram, and the attachment region is specified by the deposition start position and the deposition end position in the displacement diagram, Is determined on the basis of the relative position of the obstacle position, the detachment end position, and the attachment end position on the line.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 예시적인 실시예들에 의하면 상기 자동 공구교환 장치를 이용하여 자동으로 공구를 교환하는 방법이 개시된다. 먼저, 공구교환 신호에 의해 캠 구조물의 변위선도를 따른 회전운동과 일정한 진폭을 갖는 선형운동으로 공구교환 암을 구동한다. 상기 공구교환 암의 구동장애가 발생한 상기 변위선도의 위치를 장애위치로 검출하고, 상기 장애위치와 상기 변위선도의 공구탈착 종료위치 및 공구부착 종료위치를 비교하여 상기 공구교환 암의 복귀모드를 자동으로 결정한다. 이어서, 상기 복귀모드에 따라 상기 공구교환 암을 구동하여 원위치로 복귀시킨다. According to exemplary embodiments of the present invention for achieving the above-mentioned object, a method of automatically exchanging tools using the automatic tool changer is disclosed. First, the tool change arm is driven by a rotational movement along the displacement diagram of the cam structure and a linear movement with a constant amplitude by the tool change signal. Wherein the tool change arm is configured to detect the position of the displacement line where the drive failure of the tool change arm has occurred as a failure position and to compare the failure position with the tool removal end position and the tool attachment end position of the displacement line, . Subsequently, the tool change arm is driven in accordance with the return mode to return to the original position.

일실시예로서, 상기 복귀방향을 결정 한 후, 스핀들에 대한 공구의 탈착상태 및 부착상태를 검출하여 상기 탈착상태 또는 부착상태를 선택적으로 변경하는 클램퍼 구동신호를 공구 클램퍼로 인가하는 것을 더 포함할 수 있다. In one embodiment, after determining the return direction, the method further includes applying a clamper drive signal to the tool clamper to selectively detect a tool detachment state and an attachment state relative to the spindle to selectively change the detachment or attachment state .

상술한 바와 같은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 자동 공구교환 장치 및 자동 공구교환 방법에 의하면, 자동 공구교환을 수행하는 동안 인코더를 이용하여 공구교환 암의 이동궤적인 변위선도의 각 지점에서 실시간으로 위치를 검출하여 저장할 수 있다. 또한, 공구탈착 종료위치와 공구부착 종료위치 및 각 위치에서의 동작상태를 각 위치별로 저장할 수 있다. 이에 따라, 구동장애가 발생한 경우 장애발생 시점에서의 현재위치를 장애위치로 검출하고 상기 장애위치를 탈착 종료위치와 부착 종료위치를 기준으로 판단하여 공구교환 암의 복귀모드를 자동으로 결정한다. 자동으로 공구교환 암을 복귀하는 동안 탈착영역 및 부착영역에서의 공구 탈착 및 부착상태를 검사하여 탈착된 작업공구를 자동으로 스핀들에 다시 부착한다. According to the automatic tool changer and the automatic tool changer method according to the exemplary embodiments of the present invention as described above, it is possible to perform the automatic tool changer at each point of the displacement diagram, which is the movement locus of the tool change arm, The position can be detected and stored in real time. In addition, the tool removal end position, tool attachment end position, and operation state at each position can be stored for each position. Accordingly, when the drive failure occurs, the current position at the time of failure occurrence is detected as a failure position, and the failure mode is automatically determined based on the determination of the failure end position and the attachment end position. The detachment tool is automatically reattached to the spindle by inspecting the tool detachment and attachment state in the detachment area and the attachment area while automatically returning the tool exchange arm.

인코더를 이용하여 구동장애가 발생한 위치를 실시간으로 검출하여 장애위치를 특정하고 장애위치에 따라 선택적으로 스핀들에서의 공구 재결합 여부를 판단함으로써 적절한 복구모드를 선택하게 된다. 이에 따라, 자동 공구교환 장치의 구동장애 해소과정을 자동화함으로서 자동 공구교환 장치의 자동화율과 정확도를 높일 수 있다. An appropriate recovery mode is selected by detecting the location of the drive failure using an encoder in real time to specify the position of the failure and selectively reassigning the tool on the spindle according to the position of the failure. Accordingly, automation rate and accuracy of the automatic tool changer can be improved by automating the process of eliminating the drive failure of the automatic tool changer.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 자동 공구교환 장치를 나타내는 사시도이다.
도 2a는 도 1에 도시된 자동 공구교환 장치에서 자동 공구교환이 수행되는 단위 사이클 동안 공구교환 암의 수평변위를 나타내는 도면이다.
도 2b는 도 1에 도시된 자동 공구교환 장치에서 자동 공구교환이 수행되는 단위 사이클 동안 공구교환 암의 수직변위를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 자동 공구교환 장치를 이용하여 자동으로 수치제어 공작기계의 공구를 교환하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 공구교환 암의 복구모드를 결정하는 단계를 나타내는 흐름도이다.
1 is a perspective view showing an automatic tool changer according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2A is a diagram showing the horizontal displacement of the tool change arm during a unit cycle in which automatic tool change is performed in the automatic tool change apparatus shown in Fig.
Fig. 2b is a view showing the vertical displacement of the tool change arm during a unit cycle in which automatic tool change is performed in the automatic tool change apparatus shown in Fig. 1. Fig.
3 is a flowchart showing a method of automatically exchanging tools of a numerically controlled machine tool using the automatic tool changer shown in Fig.
4 is a flow diagram illustrating the step of determining a recovery mode of a tool change arm in accordance with an embodiment of the present invention.

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. For the embodiments of the invention disclosed herein, specific structural and functional descriptions are set forth for the purpose of describing an embodiment of the invention only, and it is to be understood that the embodiments of the invention may be practiced in various forms, The present invention should not be construed as limited to the embodiments described in Figs.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 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. The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It is to be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

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 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms may be used for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에" 와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는" 과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다. It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between. Other expressions that describe the relationship between components, such as "between" and "between" or "neighboring to" and "directly adjacent to" should be interpreted as well.

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 설시된 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.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprise", "having", and the like are intended to specify the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof, , Steps, operations, components, parts, or combinations thereof, as a matter of principle.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be construed as meaning consistent with meaning in the context of the relevant art and are not to be construed as ideal or overly formal in meaning unless expressly defined in the present application .

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 자동 공구교환 장치를 나타내는 사시도이다. 도 2a는 도 1에 도시된 자동 공구교환 장치에서 자동 공구교환이 수행되는 단위 사이클 동안 공구교환 암의 수평변위를 나타내는 도면이며, 도 2b는 도 1에 도시된 자동 공구교환 장치에서 자동 공구교환이 수행되는 단위 사이클 동안 공구교환 암의 수직변위를 나타내는 도면이다. 1 is a perspective view showing an automatic tool changer according to an embodiment of the present invention. Fig. 2a is a view showing the horizontal displacement of the tool change arm during a unit cycle in which the automatic tool change is performed in the automatic tool change apparatus shown in Fig. 1, Fig. 2b is a view showing the automatic tool change in the automatic tool change apparatus shown in Fig. Lt; RTI ID = 0.0 > a < / RTI > tool exchange arm during the unit cycle being performed.

도 1, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 자동 공구교환 장치(automatic tool changer(ATC), 1000)는 공구교환 신호에 따라 회전이동(R1) 및 선형이동(L)을 수행하며 공구 매거진(M)과 스핀들(미도시) 사이에서 공구(미도시)를 교환하는 공구교환 암(100), 캠 구조물(210)의 변위선도를 따라 상기 공구교환 암(100)을 구동시키는 캠 어셈블리(200), 상기 캠 구조물(210)을 회전시키는 구동력을 제공하는 구동기(300) 및 상기 공구교환 암(100)의 위치를 실시간으로 검출하는 인코더(411)를 구비하는 공구교환 제어기(400)를 포함한다. Referring to FIGS. 1, 2A and 2B, an automatic tool changer (ATC) 1000 according to an embodiment of the present invention includes a rotary movement R1 and a linear movement L The tool change arm 100 that exchanges a tool (not shown) between the tool magazine M and the spindle (not shown), the tool change arm 100 along the displacement diagram of the cam structure 210 A tool changer controller (300) including a cam assembly (200) for driving the cam structure (210), a driver (300) for providing driving force for rotating the cam structure (210), and an encoder (400).

상기 공구 매거진(M)은 공구 포트별로 공구를 수용하는 공구 수용부, 상기 공구 수용부에 공구를 수납하는 공구 탑재기 및 상기 공구 수용부 및 공구 탑재기와 연결되어 공구 매거진의 작동을 제어하는 매거진 제어기로 구성되어 공작물을 가공하는 공작기계(미도시)로 가공 단계에 적절한 공구를 제공하도록 제어된다. The tool magazine M includes a tool accommodating portion for accommodating a tool for each tool port, a tool mount for accommodating the tool in the tool accommodating portion, and a magazine controller for controlling the operation of the tool magazine in connection with the tool accommodating portion and the tool mount (Not shown) that is constructed and is used to machine the workpiece.

상기 공작기계는 수치 제어기(Numerical controller, N)에 입력된 가공 알고리즘에 따라 제어되어 자동으로 공작물을 가공하고 상기 매거진 제어기는 상기 수치 제어기의 일부를 구성하여 가공단계에 따라 자동으로 적절한 공구를 공작기계로 공급한다. The machine tool is controlled according to a machining algorithm input to a numerical controller N to automatically process the workpiece, and the magazine controller constitutes a part of the numerical controller, .

상기 자동 공구교환 장치(1000)는 상기 매거진(M)과 공작 기계의 스핀들(미도시) 사이에서 자동으로 공구를 교환하도록 동작한다. 따라서, 상기 자동 공구교환 장치(1000)는 상기 수치 제어기(N)와 연동된 매거진 제어기에 의해 동작이 제어되어 특정 가공단계가 완료된 램 스핀들로부터 작업공구를 탈착하고 상기 공구 매거진으로부터 선택된 선택공구를 부착하도록 구동한다. The automatic tool changer 1000 operates to automatically exchange the tool between the magazine M and a spindle (not shown) of the machine tool. Therefore, the automatic tool changer 1000 is controlled by the magazine controller interlocked with the numerical controller N to detach the work tool from the RAM spindle in which the specific machining step is completed, and attach the selected tool selected from the tool magazine .

본 실시예의 경우, 상기 자동 공구교환 장치(1000)는 인접하게 배치된 공구 매거진(M)과 공작기계 사이에 배치되어 상기 작업공구와 선택공구를 교환한다. 작업공구와 선택공구 사이의 공구교환은 x-y 평면과 나란하게 z축에 대해 회전하는 제1 회전운동(R1) 및 상기 z축을 따라 이동하는 선형운동(L)을 수행하는 공구교환 암(100)에 의해 수행된다. In the case of the present embodiment, the automatic tool changer 1000 is disposed between the tool magazine M and the machine tool, which are disposed adjacent to each other, and exchanges the tool with the tool. The tool change between the working tool and the selection tool is carried out by a tool change arm 100 which performs a first rotational motion R1 rotating about the z axis parallel to the xy plane and a linear motion L moving along the z axis Lt; / RTI >

상기 공구교환 암(100)은 폭보다 길이가 긴 세장부재 형상으로 제공되고 세장부재의 단부에 각각 공구를 이송하는 동안 고정할 수 있는 그립퍼(110)가 배치된다. 상기 세장부재의 중앙부에는 고정부(120)가 배치되어 상부에 배치되는 캠 어셈블리(200)에 회전 및 선형이동이 가능하게 고정된다. 이에 따라, 상기 공구교환 암(100)은 x-y 평면상에서 회전하면서 z축 방향을 따라 길이가 신축할 수 있다. 즉, 상기 공구교환 암(100)은 z축에 대해 회전가능하고 z축을 따라 선형 이동할 수 있도록 캠 어셈블리(200)에 고정된다. The tool change arm 100 is provided in the form of a slender member having a length longer than the width and a gripper 110 is disposed at the end of the slender member so as to be able to be fixed while transferring the tool. At the center of the elongated member, a fixing portion 120 is disposed and fixed to the cam assembly 200 disposed at the upper portion so as to be rotatable and linearly movable. Accordingly, the tool exchange arm 100 can be expanded and contracted along the z-axis direction while rotating on the x-y plane. That is, the tool exchange arm 100 is fixed to the cam assembly 200 so as to be rotatable about the z-axis and linearly move along the z-axis.

상기 캠 어셈블리(200)는 상기 구동기(300)에 의해 구동되어 상기 공구교환 암(100)에 대한 회전 및 선형운동을 전달한다. The cam assembly 200 is driven by the driver 300 to transmit rotational and linear motion to the tool change arm 100.

상기 툴 매거진의 공구 수용부와 공작기계의 램 스핀들은 동일한 평면상에 위치하지 않고 스핀들에서의 공구 탈부착 공정이 진행되는 동안 공구교환 암(100)은 동일한 위치를 유지할 필요가 있다. 이에 따라, 상기 공구교환 암(200)은 툴 매거진(M)의 공구 수용부로부터 선택공구를 추출하고 공작기계의 램 스핀들로부터 작업공구를 탈착하기 위해 선형이동이 요구되며 스핀들에서의 공구 탈부착이 진행되는 동안에는 캠 어셈블리(200)의 구동 중에도 동일한 위치를 유지할 것이 요구된다. The tool receiving portion of the tool magazine and the ram spindle of the machine tool are not located on the same plane and the tool change arm 100 needs to be kept in the same position while the tool detachment process in the spindle proceeds. Thus, the tool exchange arm 200 is required to extract a selected tool from the tool receiving portion of the tool magazine M and to remove the work tool from the ram spindle of the machine tool, and linear detachment of the tool from the spindle proceeds It is required to maintain the same position during driving of the cam assembly 200.

이에 따라, 상기 구동기(300)와 연동된 캠 어셈블리(200)는 회전운동을 유지하면서 캠 어셈블리(200)와 연동된 공구교환 암(100)은 선택적으로 정지상태를 유지하는 것이 요구되므로 상기 캠 어셈블리(200)는 기구학적 정지상태(kinematical halt state)를 구현할 수 있는 기계 구조물을 구비한다. 기구학적 정지상태란 입력링크의 운동에도 불구하고 출력링크가 정지할 수 있는 기계 구조물에서의 정지상태를 의미한다. Since the cam assembly 200 interlocked with the driver 300 is required to selectively maintain the stationary state of the tool exchange arm 100 interlocked with the cam assembly 200 while maintaining the rotational movement, (200) has a mechanical structure capable of implementing a kinematical halt state. Kinematic steady state means a stationary state in a mechanical structure where the output link can stop, despite the movement of the input link.

본 실시예의 경우, 상기 캠 어셈블리(200)는 기구학적 정지상태를 구현하기 위한 기계 구조물로서 캠 구조물(210)을 포함한다. 따라서, 상기 공구교환 암(100)은 상기 캠 구조물(210)이 1회전을 하는 동안 상기 캠 구조물(210)의 궤적을 따라 이동하면서 부분적으로 기구학적 정지상태를 겪게 된다. 즉, 상기 공구교환 암(100)은 캠 구조물(210)의 캠 변위선도에 대응하는 수평 이동궤적을 따라 회전하면서 기구학적으로 일시 정지하는 동안 상기 스핀들에서 공구의 탈부착이 수행된다.In the case of the present embodiment, the cam assembly 200 includes the cam structure 210 as a mechanical structure for implementing a kinematic stop state. Therefore, the tool change arm 100 is partially mechanically stopped while moving along the locus of the cam structure 210 during one rotation of the cam structure 210. That is, the tool change arm 100 is detached and attached to the spindle while mechanically pausing while rotating along the horizontal movement locus corresponding to the cam displacement diagram of the cam structure 210. [

본 실시예에서는 상기 공구교환 암(1000)의 기구학적 정지상태를 구현하기 위한 수단으로서 캠 구조물(210)을 예시적으로 개시하고 있지만, 기구학적 정지상태를 구현할 수 있다면 상기 캠 구조물(210)뿐만 아니라 다양한 동력전달용 기계 구조물이 사용될 수 있음은 자명하다. Although the cam structure 210 is illustratively shown as means for implementing the kinematic stop state of the tool change arm 1000 in the present embodiment, it is possible to use only the cam structure 210 It is apparent that various power transmission mechanical structures can be used.

상기 캠 어셈블리(200)는 기구학적 정지상태를 구현하기 위한 캠 구조물(210)뿐만 아니라 상기 구동기(300)와 연결된 회전축(미도시), 공구교환 암(100)을 z축 방향으로 이송하기 위한 암 이송축(미도시) 및 상기 암 이송축과 연결되어 선형 구동력을 전송하는 전동 구조물과 같은 다양한 기계 구조물을 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 전동 구조물은 랙과 피니언(미도시) 조합으로 제공될 수 있다. 이와 달리, z축 방향의 선형이동을 구현할 수 있는 수직 캠 구조물(미도시)을 이용하여 공구교환 암(100)의 선형이동을 구현할 수도 있다. 예를 들면, 상기 공구교환 암(100)은 도 2b에 도시된 바와 같이 공구교환 사이클 동안 z축을 따라 일정한 진폭을 갖는 선형궤적을 따라 이동하게 된다. The cam assembly 200 includes not only a cam structure 210 for implementing a kinematic stopping state but also a rotation shaft (not shown) connected to the drive machine 300, an arm for transferring the tool exchange arm 100 in the z- And may include various mechanical structures such as a transfer shaft (not shown) and a transmission structure connected to the arm transfer shaft to transfer a linear driving force. For example, the transmission structure may be provided in a combination of a rack and a pinion (not shown). Alternatively, linear movement of the tool change arm 100 may be implemented using a vertical cam structure (not shown) capable of implementing linear movement in the z-axis direction. For example, the tool change arm 100 moves along a linear locus having a constant amplitude along the z-axis during a tool change cycle, as shown in FIG. 2B.

이에 따라, 공구교환 신호가 인가되면 구동기(300)에 의해 캠 어셈블리(200)는 연속적으로 구동되고 상기 공구교환 암(100)은 z축 방향을 따른 선형이동과 기구학적 정지상태를 포함하는 z축에 대한 회전이동을 수행하면서 상기 램 스핀들에 대한 공구교환을 자동으로 수행하게 된다. Accordingly, when the tool change signal is applied, the cam assembly 200 is continuously driven by the actuator 300 and the tool change arm 100 is moved in the z-axis direction including the linear movement along the z- The tool change is automatically performed with respect to the ram spindle.

이때, 상기 구동기(300)는 캠 어셈블리(200)로 회전력을 전송하는 모터 구조물로 구성된다. 예를 들면, 상기 구동기(300)는 모터속도를 가변적으로 제어하여 공구교환시의 충격이나 소음을 줄이고 스핀들에서의 공구 탈부착 동작을 부드럽게 수행할 수 있는 서보모터(servo motor)를 포함한다. At this time, the driver 300 is configured as a motor structure that transmits rotational force to the cam assembly 200. For example, the driver 300 includes a servo motor that can vary the speed of the motor to reduce impact or noise during tool change, and smoothly perform a tool detachment operation in the spindle.

상기, 구동기(300), 캠 어셈블리(200) 및 공구교환 암(1000은 공구교환 제어기(400)에 의해 유기적으로 제어되어 자동으로 공구를 교환한다. 상기 공구교환 제어기(400)는 상기 자동 공구교환 장치(1000)를 구비하는 수치제어 공작기계를 제어하는 수치 제어기(N)와 연동되어 공작기계에서의 가공단계에 적합한 공구를 자동으로 공작기계의 스핀들에 부착할 수 있다. The actuator 300, the cam assembly 200 and the tool exchange arm 1000 are organically controlled by the tool change controller 400 to automatically exchange the tool. The tool change controller 400 performs the automatic tool change A tool suitable for the machining step in the machine tool can be automatically attached to the spindle of the machine tool in cooperation with the numerical controller N for controlling the numerical control machine tool having the apparatus 1000. [

특히, 상기 공구교환 제어기(400)는 상기 캠 어셈블리(200)에 배치되는 인코더(411)를 통하여 수평 변위선도 상에서의 공구교환 암(100)의 장애위치, 스핀들로부터 공구를 탈착하는 탈착영역(unclamping area, 도2a의 Z1) 및 상기 스핀들로 공구를 부착하는 부착영역(clamping area, 도 2a의 Z2)을 저장하는 위치정보 저장유닛(410), 상기 탈착영역(Z1)에서의 공구 탈착상태, 상기 부착영역(Z2)에서의 공구 부착상태, 공구교환 동작의 개시위치인 홈위치(A,K)에서의 상기 공구교환 암(100)의 개시상태 및 종료상태를 저장하는 동작정보 저장유닛(420) 및 상기 공구교환 암(100)의 구동장애가 발생한 경우 상기 인코더(411)로부터 검출된 상기 공구교환 암(100)의 장애위치에 따라 자동으로 상기 공구교환 암(100)의 복귀방향을 결정하고 상기 복귀방향을 따라 상기 공구교환 암을 홈위치(A,K)로 복귀시켜 공구교환 초기상태로 복구하는 장애복구 유닛(430)을 구비한다. In particular, the tool change controller 400 controls the position of the tool change arm 100 on the horizontal displacement line through the encoder 411 disposed in the cam assembly 200, the unclamping position of the tool change arm 100, (Z1 in Fig. 2A), and a clamping area (Z2 in Fig. 2A) for attaching the tool to the spindle; a tool detachment state in the detachment zone Z1; An operation information storage unit 420 for storing the tool attachment state in the attachment region Z2, the start state and the end state of the tool change arm 100 in the home positions A and K which are the start positions of the tool change operation, And a return direction of the tool change arm (100) is automatically determined according to a failure position of the tool change arm (100) detected by the encoder (411) when a drive failure occurs in the tool change arm The tool change arm is moved to the home position A , K) and restoring the tool change state to the tool change initial state.

상기 인코더(411)는 반도체 소자로 구성되는 논리회로의 조합으로 구성되며 집적회로의 형태로 배치되며 선택적으로 아날로그 디지털 변환기가 부가적으로 제공될 수 있다. 상기 인코더(411)는 구동기(300)로 제공되는 서보모터의 동작신호를 인터럽트하여 상기 캠 구조물(210)을 구동하는 연속적인 회전궤적에 대하여 실시간으로 위치를 검출할 수 있다. The encoder 411 is composed of a combination of logic circuits composed of semiconductor elements and is arranged in the form of an integrated circuit, and optionally an analog-to-digital converter can be additionally provided. The encoder 411 may interrupt the operation signal of the servo motor provided to the driver 300 and detect the position of the continuous rotation locus driving the cam structure 210 in real time.

즉, 서보모터와 연결된 상기 캠 구조물(210)의 구동축이 회전하는 궤적을 따라 실시간으로 위치를 검출함으로써 캠 구조물(210)의 회전궤적에 대하여 연속적으로 위치를 특정할 수 있다. That is, by detecting the position in real time along the locus of rotation of the drive shaft of the cam structure 210 connected to the servo motor, the position of the cam structure 210 can be continuously determined with respect to the rotation locus of the cam structure 210.

상기 위치정보 저장유닛(410)은 상기 인코더(411)로부터 전송된 캠 구조물(210) 구동축의 회전위치와 상기 캠 구조물(210)의 캠 변위선도에 대응하는 공구교환 암(100)의 x-y 평면상의 이동궤적인 수평 변위선도를 맵핑(mapping)시킴으로써 수평 변위선도의 각 지점에서 시간과 위치를 특정할 수 있다. 상기 공구교환 암(100)은 x-y 평면상에서 상기 수평 변위선도를 따라 회전하고 z방향을 따라 선형이동하면서 공구교환을 수행하므로, 공구교환 암(100)의 입체적인 이동궤적을 따라 위치와 시간을 특정하게 된다. The position information storage unit 410 stores the position information on the xy plane of the tool exchange arm 100 corresponding to the rotation position of the drive shaft of the cam structure 210 transmitted from the encoder 411 and the cam displacement diagram of the cam structure 210 By mapping the horizontal displacement line, which is the movement locus, the time and position can be specified at each point of the horizontal displacement line. Since the tool change arm 100 rotates along the horizontal displacement line on the xy plane and performs the tool change while linearly moving along the z direction, the position and time are specified along the three-dimensional movement trajectory of the tool change arm 100 do.

따라서, 상기 위치정보 저장유닛(410)은 공구교환 동작의 시점을 기점으로 하여 종료할 때까지 매 순간 공구교환 암(100)의 위치를 연속적으로 특정할 수 있다. 특히, 공구교환 동작의 특성을 결정하는 공구교환 동작이 시점과 종점 및 스핀들에서의 공구 탈착 및 부착영역(Z1,Z2)의 시간과 위치를 저장함으로써 공구교환 동작을 정밀하게 제어할 수 있다.Therefore, the position information storage unit 410 can continuously specify the position of the tool change arm 100 at every moment until the end of the tool change operation is started. In particular, a tool change operation that determines the characteristics of the tool change operation can precisely control the tool change operation by storing the time and position of the tool removal and attachment areas Z1, Z2 at the start and end points and the spindle.

상기 동작정보 저장유닛(420)은 위치정보 저장유닛(410)과 연동되어 인코더(411)에 의해 특정된 위치에서 공구교환 암(100)의 동작상태에 관한 정보를 저장할 수 있다. The operation information storage unit 420 may store information on the operation state of the tool change arm 100 at a position specified by the encoder 411 in association with the position information storage unit 410. [

예를 들면, 상기 공구 탈착영역(Z1)에 대해서는 스핀들에 공구 탈착신호가 인가되었는지의 여부와 공구탈착 상태를 저장하고, 상기 공구 부착영역(Z2)에 대해서는 스핀들에 대한 공구 부착신호 인가여부 및 공구부착 상태를 저장한다. 상기 홈위치(A,K)와 인접한 제1 백 슬래시 영역(Z3) 및 제2 백 슬래시 영역(Z4)에 대해서는 상기 공구교환 암(100)에 대한 공구교환 개시신호의 인가여부 및 공구교환 암의 개시동작 상태 및 종료상태에 관한 정보를 동작정보 저장유닛(420)에 저장한다. For example, whether or not a tool detachment signal is applied to the spindle and the tool detachment state are stored for the tool detachment zone Z1. Whether or not the tool attachment signal is applied to the spindle for the tool attachment zone Z2, Save the attachment status. For the first backslash area Z3 and the second backslash area Z4 adjacent to the home positions A and K, whether or not a tool change start signal is applied to the tool change arm 100, Information on the start operation state and the end state is stored in the operation information storage unit 420. [

공구교환 암(100)이 공구교환 동작을 수행하는 도중 전원의 단락이나 공구와의 간섭 기타 비상상황에 따라 구동이 정지되면, 상기 위치정보 저장유닛(410) 및 동작정보 저장유닛(420)에 저장된 공구교환 암(100)의 위치정보와 동작정보는 장애복구 유닛(430)으로 전송된다. When the tool change arm 100 stops driving according to a short circuit of the power supply, interference with the tool, or other emergency situation while performing the tool change operation, the positional information storage unit 410 and the operation information storage unit 420 The position information and the operation information of the tool change arm 100 are transmitted to the failure recovery unit 430.

본 실시예의 경우, 상기 장애 복구유닛(430)은 공구교환 암(100)의 복귀방향을 자동으로 결정하는 복귀방향 검출부(432) 및 상기 복귀방향을 따라 공구교환 암(100)을 구동하고 선택적으로 스핀들에서 공구를 탈착 또는 부착하는 구동하는 구동신호를 생성하는 복귀 구동신호 생성부(434)를 구비한다.In the case of this embodiment, the failure recovery unit 430 includes a return direction detecting unit 432 for automatically determining the return direction of the tool change arm 100, And a return drive signal generation section 434 for generating a drive signal for driving the tool to be attached or detached from the spindle.

공구교환 암(100)의 구동장애가 발생하면, 공구교환 암(100)의 현재위치는 상기 위치정보 저장유닛(410)으로부터 복귀방향 검출부(432)로 전송되어 장애위치로 저장되고 장애위치에서의 구동장애의 종류는 동작정보 저장유닛(420)으로부터 상기 복귀 구동신호 생성부(434)로 전송되어 저장된다. If a drive failure occurs in the tool change arm 100, the current position of the tool change arm 100 is transmitted from the position information storage unit 410 to the return direction detection unit 432, stored in the failure position, The type of the fault is transferred from the operation information storage unit 420 to the return drive signal generation unit 434 and stored.

일실시예로서, 상기 복귀방향 검출부(432)는 도 2a에 도시된 수평 변위선도 상에서 상기 탈착영역(Z1) 및 상기 부착영역(Z2)에 대한 장애위치의 상대위치를 판별하여 상기 공구교환 암(100)의 복귀방향을 자동으로 결정한다. In one embodiment, the return direction detecting section 432 determines the relative position of the faulty position with respect to the detachment zone Z1 and the mounting zone Z2 on the horizontal displacement diagram shown in FIG. 2A, 100 are automatically determined.

예를 들면, 상기 위치정보 저장유닛(410)은 상기 탈착영역(Z1)을 공정개시 시점 이후의 시간간격에 의해 상기 변위선도에서 구분되는 탈착개시위치(B) 및 탈착 종료위치(C)를 특정함으로써 저장하고, 상기 부착영역(Z2)을 공정개시 시점 이후의 시간간격에 의해 상기 변위선도에서 구분되는 부착개시위치(H) 및 부착 종료위치(I)를 특정함으로써 저장한다. 이때, 상기 복귀방향 검출부(432)는 장애위치와 상기 탈착 종료위치(C) 및 부착 종료위치(I)를 비교함으로써 공구교환 암(100)의 복귀방향을 결정한다. For example, the positional information storage unit 410 specifies the detachment start position (B) and the detachment end position (C), which are distinguished from the displacement diagram by a time interval after the start of the process, , And stores the attachment region Z2 by specifying an attachment start position (H) and an attachment end position (I) that are separated from the displacement diagram by a time interval after the start of the process. At this time, the return direction detecting section 432 determines the return direction of the tool change arm 100 by comparing the failure position with the attachment / detachment end position C and the attachment end position I.

복귀방향 검출부(432)에서 결정된 공구교환 암(100)의 복귀방향은 복귀 구동신호 생성부(434)로 전송되어 공구교환 암(100)을 홈위치로 복귀시킴으로써 공구교환 과정에서 발생한 구동장애를 자동으로 해소한다. The return direction of the tool exchange arm 100 determined by the return direction detection section 432 is transmitted to the return drive signal generation section 434 to return the tool exchange arm 100 to the home position, .

예를 들면, 상기 복귀 구동신호 생성부(434)는 상기 복귀방향을 따라 상기 공구교환 암(100)을 구동하는 암 구동신호 생성부(434a) 및 상기 탈착상태(Z1) 및 상기 부착상태(Z2)를 선택적으로 변경하는 클램퍼(clamper) 구동신호를 생성하는 클램퍼 구동신호 생성부(434b)를 구비한다. 상기 복귀방향은 장애위치에 따라 순방향 또는 역방향을 포함한다. For example, the return drive signal generating section 434 includes an arm drive signal generating section 434a for driving the tool exchange arm 100 along the return direction, and an arm drive signal generating section 434b for driving the tool exchange arm 100 in the detachment state Z1 and the attachment state Z2 And a clamper driving signal generating unit 434b for generating a clamper driving signal for selectively changing the driving signal. The return direction includes a forward direction or a reverse direction depending on the failure position.

복귀방향 검출부(432)에서 생성된 공구교환 암(100)의 복귀방향은 상기 암 구동신호 생성부(434a)로 전송되고, 상기 암 구동신호 생성부(434a)는 상기 복귀방향을 따라 공구교환 암(100)을 구동하는 암 구동신호를 생성한다. The return direction of the tool exchange arm 100 generated by the return direction detecting section 432 is transmitted to the arm drive signal generating section 434a and the arm drive signal generating section 434a generates the arm drive signal generating section 434a, Thereby generating an arm drive signal for driving the motor 100.

순방향으로 복귀방향이 결정되는 경우, 상기 공구교환 암(100)은 상기 수평 변위선도를 따라 구동하는 방향과 동일한 방향으로 이동되어 공구교환 종료점(K)으로 복귀한다. 공구교환 시점(A)과 종료점(K)은 캠 위상각이 0ㅀ와 360ㅀ인 지점으로서 실질적으로 동일한 위치를 나타내며 공구변환 공정의 홈위치(home position)에 대응한다. 역방향으로 복귀방향이 결정되는 경우, 상기 공구교환 암(100)은 상기 수평 변위선도를 따라 구동하는 방향과 반대방향으로 이동되어 공구교환 시점(A)으로 복귀한다. When the return direction is determined in the forward direction, the tool change arm 100 is moved in the same direction as the direction of driving along the horizontal displacement line, and returns to the tool change end point K. [ The tool change time point (A) and end point (K) represent substantially the same position as the cam phase angles are 0 ㅀ and 360 ㅀ and correspond to the home position of the tool change process. When the return direction is determined in the reverse direction, the tool change arm 100 is moved in the direction opposite to the direction of driving along the horizontal displacement line, and returns to the tool change point (A).

이때, 상기 공구교환 암(100)이 복귀하는 동안 장애위치에 따라 그립퍼(110)에 고정된 작업공구 또는 선택공구를 스핀들 또는 툴 매거진에 다시 고정할 수도 있다. 이때, 상기 클램퍼 구동신호 생성부(434b)는 상기 탈착영역(Z1) 및 상기 부착영역(Z2)의 동작 상태에 관한 정보를 상기 동작정보 저장유닛(420)으로부터 수득하여 공구 클램퍼에 대한 구동신호를 생성한다. At this time, the tool or the selective tool fixed to the gripper 110 may be fixed to the spindle or the tool magazine according to the position of the obstacle while the tool exchange arm 100 is returning. At this time, the clamper driving signal generating unit 434b obtains information on the operation state of the attaching region Z1 and the attaching region Z2 from the operation information storing unit 420 and outputs a drive signal for the tool clamper .

예를 들면, 상기 공구교환 암(100)이 상기 수평 변위선도의 탈착영역(Z1)을 통과하여 부착영역(Z2)으로 이동하는 중간에 구동장애가 발생한 경우, 상기 복귀방향 검출부(432)는 역방향으로 복귀방향을 결정하고 공구교환 개시시점(A)으로 복귀하도록 제어된다. 구동장애가 발생한 시점에서 스핀들의 작업공구는 스핀들에서 탈착되어 제1 그립퍼(111)에 고정되고 동시에 제2 그립퍼(112)에는 툴 매거진(M)으로부터 추출된 선택공구가 고정되어 있다. 따라서, 동작정보 저장유닛(420)은 공구 탈착영역(Z1)에 대응하는 동작정보로서 공구 탈착상태를 나타내는 신호정보를 저장하고 있으므로, 상기 클램프 구동신호 생성부(434b)는 공구교환 암(100)이 복귀동작을 수행하여 상기 탈착영역으로 복귀하는 경우 공구 부착신호를 공구 클램퍼(미도시)로 전송함으로써 탈착되었던 작업공구를 스핀들에 다시 장착하게 된다. For example, when a drive failure occurs in the middle of the movement of the tool change arm 100 through the detachment zone Z1 of the horizontal displacement diagram to the attachment zone Z2, the return direction detection unit 432 moves in the reverse direction And is controlled to return to the tool change starting point (A). At the time when the drive failure occurs, the working tool of the spindle is detached from the spindle and fixed to the first gripper 111, and at the same time, the selection tool extracted from the tool magazine M is fixed to the second gripper 112. Therefore, since the operation information storage unit 420 stores the signal information indicating the tool removal state as operation information corresponding to the tool detachment zone Z1, the clamp drive signal generation unit 434b controls the tool change arm 100, When the return operation is performed to return to the detachable area, a tool attachment signal is transmitted to a tool clamper (not shown) to mount the detached work tool on the spindle again.

이어서, 상기 공구교환 암(100)이 계속 역방향을 따라 이동하여 상기 탈착영역(Z1)의 탈착 개시지점(S1)을 통과하게 되면 탈착영역(Z1)에 대한 동작상태는 공구 부착상태로 전환되고 상기 동작정보 저장유닛(420)에는 탈착영역(Z1)에 대한 변환된 동작상태가 저장된다.Then, when the tool change arm 100 continuously moves along the reverse direction and passes through the disengagement start point S1 of the disengagement zone Z1, the operation state for the disengagement zone Z1 is switched to the tool attachment state, The operation information storage unit 420 stores the converted operation state of the detachment zone Z1.

이와 달리, 상기 장애위치에서 장애의 원인에 따라 스핀들에서 공구가 탈착되지 않을 수도 있다. 이 경우에는 상기 탈착영역(Z1)에 대한 동작상태는 여전히 부착상태로 저장되므로 복귀과정에서 클램퍼 구동신호를 별도로 생성할 필요는 없다. 따라서, 상기 클램퍼 구동신호는 스핀들에서의 공구 탈착 및 부착상태에 따라 선택적으로 생성된다. Alternatively, the tool may not be detached from the spindle depending on the cause of the failure at the fault location. In this case, since the operating state for the detachable zone Z1 is still stored in the attached state, it is not necessary to separately generate the clamper driving signal in the returning process. Thus, the clamper drive signal is selectively generated depending on the tool detachment and attachment state in the spindle.

구동장애가 공구 부착영역(Z2)의 부착 종료위치(T2)를 통과한 이후에 발생한 경우에는 이미 스핀들에서 작업공구와 선택공구의 공구교환은 수행되었으므로 공구교환 암(100)을 역방향으로 복귀할 필요가 없다. 이 경우, 상기 복귀방향은 순방향으로 결정되며 이 경우에는 공구의 탈착 및 부착상태를 변경할 필요가 없으므로 클램퍼 구동신호도 생성되지 않을 수 있다.If a drive failure occurs after passing through the attachment end position T2 of the tool attachment region Z2, it is necessary to return the tool change arm 100 in the reverse direction since the tool change of the working tool and the selection tool has already been performed on the spindle none. In this case, the return direction is determined in the forward direction, and in this case, there is no need to change the attachment / detachment state of the tool and the clamper driving signal may not be generated.

도 3은 도 1에 도시된 자동 공구교환 장치를 이용하여 자동으로 수치제어 공작기계의 공구를 교환하는 방법을 나타내는 흐름도이다. 3 is a flowchart showing a method of automatically exchanging tools of a numerically controlled machine tool using the automatic tool changer shown in Fig.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 자동 공구교환 장치(1000)를 구비하는 수치제어 공작기계의 수치 제어기(N)는 공작물의 가공조건에 따라 공구교환이 필요한 경우 공구교환 신호를 인가한다. 이에 따라, 상기 툴 매거진(M)과 자동 공구교환 장치(1000)는 공구교환 동작을 수행하게 된다. 1 to 3, the numerical controller N of the numerically controlled machine tool having the automatic tool changer 1000 applies a tool change signal when a tool change is required according to the machining conditions of the workpiece. Accordingly, the tool magazine M and the automatic tool changer 1000 perform a tool change operation.

공구교환 신호가 인가되면, 상기 구동기(300)로 구동파워가 인가되고 캠 어셈블리(200)의 캠 구조물(210) 및 선형 이송수단(미도시)의 구동축이 회전하게 된다. 상기 구동축이 1회전 하는 동안 상기 캠 구조물(210)은 x-y 평면상에서 캠 변위선도를 형성하면서 이동하게 된다. When a tool change signal is applied, drive power is applied to the actuator 300 and the cam structure 210 of the cam assembly 200 and the drive shaft of the linear transporting means (not shown) are rotated. While the drive shaft rotates once, the cam structure 210 moves while forming a cam displacement curve on the x-y plane.

이에 따라, 상기 캠 구조물(210)에 의해 구동되는 상기 공구교환 암(100)은 x-y 평면상에서 수평방향으로는 상기 캠 변위선도에 대응하도록 이동하여 도 2a에 도시된 바와 같은 수평 변위선도를 따라 회전운동을 수행한다. 또한, 상기 캠 어셈블리(200)의 선형 이송수단에 의해 상기 공구교환 암(100)은 공구교환 사이클을 구성하는 캠 구조물(210)의 1회전 동안 도 2b에 도시된 바와 같이 z축 방향을 따라 소정의 진폭을 갖고 왕복운동을 수행한다. Accordingly, the tool exchange arm 100 driven by the cam structure 210 moves in a horizontal direction on the xy plane to correspond to the cam displacement diagram, and rotates along the horizontal displacement diagram as shown in Fig. 2A Perform exercise. Further, by the linear transporting means of the cam assembly 200, the tool exchange arm 100 is moved along the z-axis direction during one rotation of the cam structure 210 constituting the tool change cycle, as shown in FIG. 2B Lt; RTI ID = 0.0 > of < / RTI >

이에 따라, 상기 공구교환 암(100)은 상기 공구교환 신호에 의해 캠 구조물의 변위선도를 따른 회전운동과 소정의 진폭을 갖는 선형운동에 의해 구동된다(단계 S100). Accordingly, the tool change arm 100 is driven by the tool change signal by the linear motion having the predetermined amplitude and the rotational motion along the displacement diagram of the cam structure (step S100).

상기 캠 구조물(210)이 공구 교환 사이클을 구성하는 개별적인 캠 위상각에 대하여 도 2a는 공구교환 암(100)의 수평방향 회전각을 나타내고 도 2b는 공구교환 암(100)이 z축 방향을 따라 이동한 거리를 나타낸다. 2a shows the horizontal rotation angle of the tool change arm 100 and Fig. 2b shows the tool change arm 100 along the z-axis direction, with respect to the respective cam phase angle at which the cam structure 210 constitutes a tool change cycle. Represents the distance traveled.

홈위치(home position)인 공구교환 개시위치(A)에서 대기 중이던 공구교환 암(100)은 공구교환 신호와 함께 상기 수평변위를 따라 이동을 개시한다. 캠 구조물(210)의 제1 백 슬래시 영역(Z3)을 경유하면 공구교환 암(100)은 캠 변위곡선에 대응하는 수평 변위곡선을 따라 회전하여 공구의 탈착 개시위치(B)까지 이동한다. The tool change arm 100 which is waiting at the tool change start position A which is the home position starts moving along the horizontal displacement together with the tool change signal. The tool change arm 100 rotates along the horizontal displacement curve corresponding to the cam displacement curve and moves to the tool detachment start position B via the first backslash area Z3 of the cam structure 210. [

상기 탈착 개시위치(B)에서 공구교환 암(100)의 제1 및 제2 그립퍼(111,112)는 각각 공작기계의 스핀들 및 툴 매거진(M)의 공구 수납부와 인접하도록 배치된다. 본 실시예의 경우, 상기 탈착 개시위치(B)는 상기 캠 구조물(210)의 위상각은 약 61ㅀ이고, 상기 공구교환 암(100)은 홈위치(A)로부터 약 75ㅀ만큼 회전한 위치로 설정된다. 그러나, 상기 탈착 개시위치(B)에 관한 캠 구조물의 위상각 및 공구교환 암의 회전각은 자동 공구교환 장치(1000)의 구성에 따라 달라질 수 있음은 자명하다. The first and second grippers 111 and 112 of the tool exchange arm 100 are disposed adjacent to the spindle of the machine tool and the tool receiving portion of the tool magazine M, respectively. In this embodiment, the phase angle of the cam structure 210 is about 61 ° and the tool change arm 100 is rotated about 75 ° from the groove position A Respectively. However, it is apparent that the phase angle of the cam structure with respect to the disengagement start position (B) and the rotation angle of the tool exchange arm may vary depending on the configuration of the automatic tool changer 1000. [

상기 탈착 개시위치(B)에서 캠 구조물(210)은 여전히 회전하지만 공구교환 암(100)은 스핀들 및 툴 매거진(M)에서의 공구교환을 위해 정지상태를 유지한다. 즉, 상기 공구교환 암(100)은 회전운동 및 선형운동을 중지하고 현재위치를 유지하는 동안 스핀들에 장착되어 있던 작업공구는 탈착되어 제1 그립퍼(111)로 고정되고 툴 매거진(M)의 공구 수납부에 추출된 선택공구는 제2 그립퍼(112)로 고정된다. The cam structure 210 still rotates at the disengagement start position B but the tool change arm 100 remains stationary for tool change in the spindle and tool magazine M. [ That is, the tool change arm 100 stops rotating and linear movement and while the present position is maintained, the work tool mounted on the spindle is detached and fixed to the first gripper 111 and the tool of the tool magazine M The selected tool extracted in the storage portion is fixed to the second gripper 112.

스핀들과 상기 공구교환 암(100) 사이에서 공구탈착은 탈착 개시위치(B)부터 탈착 종료위치(C) 사이의 탈착영역(Z1)에서 수행되며 이때 공구교환 암(100)은 탈착영역(Z1)에서 정지상태를 유지하게 된다. 본 실시예의 경우 상기 탈착 종료위치(C)는 캠 위상각으로 82ㅀ인 지점으로 설정되어, 상기 탈착영역(Z1)은 캠 위상각 61ㅀ 내지 82ㅀ사이의 영역으로 설정된다. The tool detachment between the spindle and the tool change arm 100 is performed in the detachment zone Z1 between the detachment start position B and the detachment end position C while the tool change arm 100 is detached from the detachment zone Z1, Thereby maintaining the stationary state. In the present embodiment, the detachment end position C is set to a point 82 degrees in terms of the cam phase angle, and the detachment zone Z1 is set in the range of the cam phase angle 61 to 82 degrees.

공구 탈착이 완료되면, 상기 공구교환 암(100)은 스핀들로부터 선형으로 이동하여 스핀들로부터 이격된다. 본 실시예의 경우, 상기 스핀들은 z 방향을 따라 설치되고 공구는 z축 방향을 따라 이동함으로써 탈착 및 부착하는 구조를 갖는다. 따라서, 스핀들로부터 공구 탈착이 완료되면 공구교환 암(100)의 회전은 중지한 채 스핀들의 구조에 따라 z축을 따라 상방 또는 하방으로 선형 이동하여 스핀들로부터 이격된다. 이에 따라, 상기 공구교환 암(100)은 작업공구를 탈착 한 채 스핀들로부터 충분히 이격되어 작업공구를 툴 매거진(M)으로 이송하기 위한 준비단계를 완료한다. When the tool detachment is completed, the tool change arm 100 moves linearly from the spindle and is spaced from the spindle. In the case of this embodiment, the spindle is installed along the z-direction, and the tool has a structure to be detached and attached by moving along the z-axis direction. Thus, when the tool detachment from the spindle is completed, the rotation of the tool change arm 100 linearly moves upward and downward along the z-axis and is separated from the spindle depending on the structure of the spindle. Thus, the tool change arm 100 is sufficiently spaced from the spindle while detaching the work tool to complete the preparation step for transferring the work tool to the tool magazine M.

따라서, 상기 공구교환 암(100)은 탈착 개시위치(B)부터 작업공구 이송위치(점 D)까지 회전이동 없이 구동함으로써 상기 캠 구조물(210)에 대하여 기구적 정지상태를 유지하게 된다. 즉, 상기 작업공구의 탈착을 위한 기구적 정지상태는 공구탈착 개시위치(B)부터 작업공구 이송위치(D)까지 유지된다. Therefore, the tool change arm 100 maintains a mechanical stop state with respect to the cam structure 210 by driving the tool change arm 100 from the disengagement start position B to the work tool transfer position (point D) without rotating movement. That is, the mechanical stop state for detachment of the work tool is maintained from the tool detachment start position (B) to the work tool transfer position (D).

본 실시예의 경우, 상기 공구교환 암(100)은 z축 방향을 따라 155mm 이동하는 경우를 예시적으로 개시하고 있지만, z축 방향의 이동거리는 공작기계의 구조에 따라 다양하게 변형될 수 있으며, 상기 스핀들도 수직방향이 아니라 수평방향을 따라 배치되어 공구교환 암(100)의 선형이동은 수평방향을 따라 수행될 수도 있다. In the present embodiment, the tool exchange arm 100 is illustratively moved by 155 mm along the z-axis direction. However, the movement distance in the z-axis direction can be variously modified according to the structure of the machine tool, The spindle is also disposed along the horizontal direction, not the vertical direction, so that the linear movement of the tool change arm 100 may be performed along the horizontal direction.

이어서, 기구적 정지상태를 해제하고 공구교환 암(100)은 다시 회전운동을 시작한다. 이때, 공구교환 암(100)이 스핀들과 충분한 이격거리를 유지할 때까지(점 E) 회전운동과 선형운동을 동시에 수행하지만, 충분하게 이격된 경우에는 동일한 이격위치를 유지하면서 회전운동만 수행하면서 이동한다(점 F). 이어서, 선택공구를 고정한 제2 그립퍼(112)를 스핀들에 부착하기 위해 스핀들로 접근하도록 회전운동과 선형운동을 동시에 수행하면서 부착 준비위치(점 G)까지 이동한다.Then, the mechanical stop state is canceled and the tool change arm 100 starts rotating again. At this time, both the rotary motion and the linear motion are simultaneously performed until the tool change arm 100 maintains a sufficient distance from the spindle (point E). However, if the tool change arm 100 is sufficiently spaced apart, (Point F). Then, the tool moves to the attachment preparation position (point G) while simultaneously performing the rotational movement and the linear movement so as to approach the spindle for attaching the second gripper 112 fixed with the selection tool to the spindle.

부착 준비위치(G)에서 공구교환 암(100)은 회전운동을 정지하고 상기 캠 구조물(210)에 대하여 기구적 정지상태를 유지한다. 공구교환 암(100)은 회전운동 없이 선형운동만 수행하여 스핀들의 하부인 부착 개시위치(점 H)로 이동하게 된다.At the attachment preparation position G, the tool change arm 100 stops rotating and maintains a mechanical stop state with respect to the cam structure 210. [ The tool change arm 100 performs only the linear movement without rotating and moves to the attachment start position (point H) which is the lower portion of the spindle.

부착 개시위치(H)에서 공구교환 암(100)은 정지하고 제2 그립퍼(112)에 고정된 선택공구는 스핀들에 부착된다. 탈착영역(Z1)과 마찬가지로, 부착 개시위치(H)에서 캠 구조물(210)은 여전히 회전하지만 공구교환 암(100)은 공구교환을 위해 정지상태를 유지한다. 이에 따라, 제2 그립퍼(112)에 고정된 선택공구는 스핀들에 결합되고 제1 그립퍼(111)에 고정된 작업공구는 툴 매거진(M)의 공구 수납부로 반납된다. At the attachment start position H, the tool change arm 100 is stopped and the selection tool fixed to the second gripper 112 is attached to the spindle. As with the detachment zone Z1, the cam structure 210 still rotates at the attachment start position H, but the tool change arm 100 remains stationary for tool change. The selection tool fixed to the second gripper 112 is coupled to the spindle and the work tool fixed to the first gripper 111 is returned to the tool storage portion of the tool magazine M. [

스핀들로의 공구부착을 위한 기구적 정지상태는 부착 종료위치(I)까지 유지된다. 특히, 스핀들과 상기 공구교환 암(100) 사이에서 작업공구 부착은 부착 개시위치(H)부터 부착 종료위치(I) 사이의 부착영역(Z2)에서 수행되며 이때 공구교환 암(100)은 부착영역(Z2)에서 정지상태를 유지하게 된다. 본 실시예의 경우 상기 부착 종료위치(H)는 캠 위상각으로 278ㅀ 내지 299ㅀ 사이의 영역으로 설정된다. The mechanical stopping state for attachment of the tool to the spindle is maintained until the attachment end position I is reached. In particular, the attachment of the working tool between the spindle and the tool change arm 100 is carried out in the attachment zone Z2 between the attachment start position H and the attachment end position I, (Z2). In the case of the present embodiment, the attachment end position H is set to an area between 278 and 299 degrees in cam phase angle.

작업공구의 스핀들 부착이 완료되면, 상기 공구교환 암(100)은 수평위치를 유지한 상태에서 회전운동을 수행하여 공구교환 완료위치(점 J)로 이동한다. 제2 백 슬래시 영역(Z4)을 경유하는 동안 공구교환 암(100)의 위치는 동일하게 유지하면서 캠 구조물(210)은 공구교환 사이클을 완성하게 된다. 따라서, 상기 공구교환 암(100)은 홈 위치(K)에 위치하게 된다. When the attachment of the spindle of the working tool is completed, the tool changing arm 100 performs the turning motion while maintaining the horizontal position, and moves to the tool replacement completed position (point J). The cam structure 210 completes the tool change cycle while maintaining the position of the tool change arm 100 while passing through the second backslash area Z4. Therefore, the tool change arm 100 is located at the home position K.

본 실시예의 경우, 상기 공구교환 암(100)은 역방향으로 회전하여 공구교환 완료위치(J)로 이동하게 된다. 이에 따라, 본 실시예에 의한 공구교환 암(100)은 공구교환이 완료된 경우 공구교환 암(100)이 180ㅀ 회전하여 제1 및 제2 그립퍼(111,112)의 위치가 교환되어 배치된다. 그러나, 캠 구조물(210)의 구성을 변경함으로써 공구교환 사이클을 완성하는 경우 공구교환 암(100)이 360ㅀ 회전하도록 구성할 수 있음은 자명하다. In the case of the present embodiment, the tool change arm 100 is rotated in the reverse direction to move to the tool change completed position J. Accordingly, in the tool change arm 100 according to the present embodiment, when the tool change is completed, the tool change arm 100 rotates by 180 degrees and the positions of the first and second grippers 111 and 112 are exchanged and disposed. However, it is apparent that the tool change arm 100 can be configured to rotate 360 占 when the tool change cycle is completed by changing the configuration of the cam structure 210. [

이때, 상기 인코더(411)는 캠 구조물(210)을 구동하는 서보모터의 동작신호를 인터럽트하여 상기 캠 구조물(210)을 구동하는 구동축의 연속적인 회전궤적에 대하여 실시간으로 위치를 검출함으로써 공구교환 암(100)의 수평 및 수직 변위선도에 대하여 연속적으로 위치정보를 수득한다. At this time, the encoder 411 interrupts the operation signal of the servo motor driving the cam structure 210 to detect the position in real time with respect to the continuous rotation locus of the drive shaft driving the cam structure 210, The positional information is obtained continuously with respect to the horizontal and vertical displacement diagrams of the apparatus 100.

인코더(411)에 의해 수득된 공구교환 암(100)의 위치정보는 위치정보 저장장유닛(410)에 전송되어 저장되고 각 위치에서의 공구교환 암(100)의 구동상태는 동작정보 저장유닛(420)에 저장된다. 예를 들면, 탈착 개시시점(B) 이전인 공구교환 개시 시점(A)에 대해서는 탈착신호의 생성여부가 공구교환 개시 시점(A)에 관한 동작상태로 저장되고 부착 개시시점(H) 이전인 부착 준비위치(G)에 대해서는 부착신호의 생성여부가 부착 준비위치(G)에 관한 동작상태로서 저장될 수 있다. The positional information of the tool change arm 100 obtained by the encoder 411 is transmitted to and stored in the positional information storage unit 410 and the drive status of the tool change arm 100 at each position is stored in the operation information storage unit 420). For example, with respect to the tool change start time A before the start time B of attachment / detachment, whether or not the generation of the desorption signal is stored in the operating state related to the tool change start time A, For the preparation position G, whether or not an attachment signal is generated can be stored as an operation state relating to the attachment preparation position G. [

상기 공구교환 암(100)이 공구교환 동작을 수행하는 도중 비상상황에 따라 구동이 정지되면, 상기 위치정보 저장유닛(410) 및 동작정보 저장유닛(420)에 저장된 정보를 이용하여 구동장애가 발생한 상기 수직 및 수평 변위선도의 위치를 장애위치로 검출한다(단계 S200). When the driving of the tool change arm 100 is stopped in accordance with the emergency situation during the tool change operation, the information stored in the position information storage unit 410 and the operation information storage unit 420 is used The positions of the vertical and horizontal displacement diagrams are detected as failure positions (step S200).

예를 들면, 비상상황에 의해 상기 캠 어셈블리(200)의 구동축 회전이 정지되면, 공구교환 암(100)의 위치정보와 동작정보는 상기 위치정보 저장유닛(410) 및 동작정보 저장유닛(420)으로부터 장애복구 유닛(430)으로 전송된다. 상기 구동축이 정지한 정지위치에 대응하는 공구교환 암(100)의 현재위치는 복귀방향 검출부(432)로 전송되어 장애위치로 검출된다(단계 S300). For example, when the driving shaft of the cam assembly 200 is stopped due to an emergency, the position information and operation information of the tool change arm 100 are transmitted to the position information storage unit 410 and the operation information storage unit 420, To the fault recovery unit 430. The current position of the tool change arm 100 corresponding to the stop position at which the drive shaft stops is transmitted to the return direction detecting unit 432 and detected as a fault position (step S300).

이어서, 공구교환 암(100)의 복귀모드를 자동으로 결정한다(단계 S400). 본 실시예의 경우, 공구교환 암(100)으로의 작업공구의 탈착여부 및 스핀들에 대한 선택공구의 부착여부를 기준으로 공구교환 암(100)의 복귀모드를 자동으로 결정한다. 즉, 공구탈착 종료위치(B) 및 공구부착 종료위치(I)와 상기 장애위치를 비교하고 작업공구 및 선택공구의 스핀들 부착여부를 판단하여 공구교환 암(100)의 복귀모드를 자동으로 결정할 수 있다.Then, the return mode of the tool change arm 100 is automatically determined (step S400). In this embodiment, the return mode of the tool change arm 100 is automatically determined on the basis of whether or not the work tool is detachably attached to the tool change arm 100 and whether or not the selective tool is attached to the spindle. That is, it is possible to automatically determine the return mode of the tool change arm 100 by comparing the tool removal end position B and the tool attachment end position I with the failure position and judging whether the spindle is attached to the working tool and the selection tool have.

상기 공구교환 암(100)의 복귀모드에 따라 결정된 복귀방향을 따라 공구교환 암(100)을 구동하여 원위치로 복귀함으로써 구동장애를 자동으로 해소할 수 있다(단계 S500). 특히, 공구교환 과정에서 구동장애가 발생한 경우, 상기 구동장애는 자동으로 조작 패널(P) 상에 표시되고 작업자는 수치제어 공작기계의 동작상태를 확인하면서 자동복구 알고리즘을 선택함으로써 간단하게 구동장애를 해소할 수 있다. The tool change arm 100 is driven in accordance with the return direction determined according to the return mode of the tool change arm 100, and returned to the home position, thereby automatically eliminating the drive failure (step S500). In particular, when a drive failure occurs in the tool change process, the drive failure is automatically displayed on the operation panel P, and the operator can easily solve the drive failure by selecting the automatic recovery algorithm while confirming the operation state of the numerically controlled machine tool can do.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 공구교환 암의 복구모드를 결정하는 단계를 나타내는 흐름도이다. 4 is a flow diagram illustrating the step of determining a recovery mode of a tool change arm in accordance with an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 상기 장애위치가 위치정보 저장유닛(410)으로부터 장애 복구유닛(430)으로 전송(단계 S410)되면, 복귀방향 검출부(432)는 수평 변위선도 상에서 상기 공구탈착 종결위치(C) 및 공구부착 종결위치(I)를 기준으로 상기 장애위치의 상대위치를 판별(단계 S420)하여 상기 공구교환 암(100)의 복귀방향을 자동으로 결정한다(단계 S420).4, when the failure position is transmitted from the position information storage unit 410 to the failure recovery unit 430 (step S410), the return direction detection unit 432 detects the tool removal end position C (Step S420) to determine the return direction of the tool change arm 100 (step S420).

예를 들면, 캠 위상각이 82ㅀ 보다 작은 위치에서 구동장애가 발생한 경우, 상기 장애위치는 공구탈착 종결위치(C)보다 작은 위치로 평가된다(단계 S421). 이때, 상기 복귀방향 검출부(421)는 정지된 공구교환 암(100)의 복귀방향을 캠 구조물(210) 구동축의 역회전 방향으로 결정(단계 S431)하고 스핀들에 작업공구가 결합되어 있는지 여부를 검사한다(단계 S440). 이에 따라, 상기 복귀방향 검출부(421)는 구동장애 해소를 위한 제1 복구모드를 수행한다. For example, when a drive failure occurs at a position where the cam phase angle is smaller than 82 mm, the obstacle position is evaluated as a position smaller than the tool release end position C (step S421). At this time, the return direction detecting unit 421 determines the return direction of the stopped tool change arm 100 in the reverse rotation direction of the drive shaft of the cam structure 210 (step S431) and checks whether or not the work tool is coupled to the spindle (Step S440). Accordingly, the return direction detecting unit 421 performs a first recovery mode for solving the driving failure.

스핀들로부터 작업공구가 제1 그립퍼(111)에 고정되기 전에 구동장애가 발생한 경우 상기 작업공구는 스핀들에 여전히 결합된 상태를 유지할 수 있고, 스핀들로부터 탈착되어 제1 그립퍼(111)로 고정된 후에 구동장애가 발생한 경우라면 작업공구와 스핀들은 탈착상태를 유지할 수 있다. If a drive failure occurs before the work tool is secured to the first gripper 111 from the spindle, the work tool can still remain engaged with the spindle and can be detached from the spindle and fixed with the first gripper 111, If so, the tool and the spindle can remain attached and detached.

따라서, 작업공구가 여전히 스핀들에 부착된 상태라면 암 구동신호 생성부(434a)를 구동하여 암 구동신호를 생성(단계 S441)한다. 이와 달리, 작업공구가 스핀들로부터 탈착된 상태라면 클램프 구동신호 생성부(434b)로부터 먼저 클램프 구동신호를 생성(단계 S442)하여 탈착된 작업공구를 클램프에 다시 재결합시킨 후 상기 원위치(A)로 복귀한다.Therefore, if the work tool is still attached to the spindle, the arm drive signal generator 434a is driven to generate an arm drive signal (step S441). Alternatively, if the work tool is detached from the spindle, a clamp drive signal is first generated from the clamp drive signal generation section 434b (step S442), and the detached work tool is recombined again with the clamp and then returned to the home position A do.

따라서, 상기 제1 복구모드는 상기 작업공구와 스핀들의 결합상태에 따라 클램프 구동신호를 선택적으로 생성할 수 있다. Therefore, the first recovery mode can selectively generate the clamp drive signal according to the coupled state of the work tool and the spindle.

이와 달리, 캠 위상각이 82ㅀ 보다 크고 299ㅀ보다 작은 위치에서 구동장애가 발생한 경우, 상기 장애위치는 공구탈착 종결위치(C)보다는 크고 공구부착 종결위치(I)보다 작은 위치로 평가된다(단계 S422). 이 경우에도 상기 복귀방향 검출부(421)는 정지된 공구교환 암(100)의 복귀방향을 캠 구조물(210) 구동축의 역회전 방향으로 결정(단계 S431)하고 스핀들에 작업공구가 결합되어 있는지 여부를 검사한다(단계 S440). 이에 따라, 상기 복귀방향 검출부(421)는 구동장애 해소를 위한 제2 복구모드를 수행한다. Alternatively, if the cam phase angle is greater than 82 mm and the drive failure occurs at a position less than 299 mm, the failure position is evaluated to be greater than the tool release end position C and less than the tool attachment end position I S422). In this case also, the return direction detecting section 421 determines the return direction of the stopped tool change arm 100 in the reverse rotation direction of the drive shaft of the cam structure 210 (step S431) and determines whether or not the work tool is coupled to the spindle (Step S440). Accordingly, the return direction detecting unit 421 performs a second recovery mode for solving the driving failure.

이 경우는 제1 그립퍼(111)에는 작업공구가 고정되고 제2 그립퍼(112)에는 툴 매거진으로부터 추출된 선택공구가 고정된 채 선택공구를 스핀들에 결합하기 위해 이동하는 중에 구동장애가 발생한 경우로서, 아직 스핀들과 선택공구의 결합은 수행되지 않은 상태이다. 따라서, 구동장애가 발생한 경우, 상기 공구교환 암(100)은 역회전 방향을 따라 원위치로 복귀시켜 원위치(A)에서 공구교환 과정을 다시 수행하도록 한다. In this case, when a working tool is fixed to the first gripper 111 and a driving failure occurs while the selection tool extracted from the tool magazine is fixed to the second gripper 112 while moving to couple the selection tool to the spindle, The combination of the spindle and the selection tool has not yet been performed. Accordingly, when a drive failure occurs, the tool change arm 100 returns to the home position along the reverse rotation direction, and the tool change process is performed again at the home position A.

스핀들로부터 작업공구가 제1 그립퍼(111)에 정상적으로 고정되지 않은 채 공구교환 암(100)이 이동하여 구동장애가 발생한 경우라면 상기 작업공구는 스핀들에 여전히 결합된 상태를 유지할 수 있고, 스핀들로부터 작업공구는 탈착되었지만 다른 이유에 의해 구동장애가 발생한 경우라면 작업공구와 스핀들은 탈착상태를 유지할 수 있다. If the tool change arm 100 is moved without a work tool normally fixed to the first gripper 111 from the spindle and a drive failure occurs, the work tool can still remain engaged with the spindle, The work tool and the spindle can be kept in a detached state if a drive failure occurs due to other reasons.

따라서, 제1 복구모드와 마찬가지로, 작업공구가 여전히 스핀들에 부착된 상태라면 암 구동신호 생성부(434a)를 구동하여 암 구동신호를 생성(단계 S441)한다. 이와 달리, 작업공구가 스핀들로부터 탈착된 상태라면 클램프 구동신호 생성부(434b)로부터 먼저 클램프 구동신호를 생성(단계 S442)하여 탈착된 작업공구를 클램프에 다시 재결합시킨 후 상기 원위치(A)로 복귀한다.Therefore, as in the first recovery mode, if the working tool is still attached to the spindle, the arm drive signal generation unit 434a is driven to generate the arm drive signal (step S441). Alternatively, if the work tool is detached from the spindle, a clamp drive signal is first generated from the clamp drive signal generation section 434b (step S442), and the detached work tool is recombined again with the clamp and then returned to the home position A do.

따라서, 상기 제2 복구모드도 상기 작업공구와 스핀들의 결합상태에 따라 클램프 구동신호를 선택적으로 생성할 수 있다. Therefore, the second recovery mode can also selectively generate the clamp drive signal according to the coupled state of the work tool and the spindle.

캠 위상각이 299ㅀ보다 큰 위치에서 구동장애가 발생한 경우, 상기 장애위치는 공구부착 종결위치(I)보다 큰 위치로 평가된다(단계 S423). 이 경우, 상기 복귀방향 검출부(421)는 정지된 공구교환 암(100)의 복귀방향을 캠 구조물(210) 구동축의 회전 방향과 동일한 방향으로 결정(단계 S432)하고 스핀들에 선택공구가 결합되어 있는지 여부를 검사한다(단계 S450). 이에 따라, 상기 복귀방향 검출부(421)는 구동장애 해소를 위한 제3 복구모드를 수행한다. If a drive failure occurs at a position where the cam phase angle is larger than 299 mm, the obstacle position is evaluated to a position larger than the tool attachment termination position I (step S423). In this case, the return direction detecting section 421 determines the return direction of the stopped tool exchange arm 100 in the same direction as the rotational direction of the drive shaft of the cam structure 210 (step S432) and determines whether the selection tool is coupled to the spindle (Step S450). Accordingly, the return direction detecting unit 421 performs a third recovery mode for solving the driving failure.

이 경우는 제2 그립퍼(112)에 고정되어 있던 선택공구는 스핀들에 결합되고 제1 그립퍼(111)에 고정되어 있던 작업공구는 툴 매거진(M)의 공구 수납부로 수납되어 공구교환 암(100)에는 공구가 구비되어 있지 않은 상태이다. 따라서, 선택공구와 스핀들의 결합불량이 아닌 한 구동장애가 발생했더라고 공구교환은 정상적으로 수행된 경우이므로 상기 공구교환 암(100)은 원래의 회전방향과 동일한 방향을 따라 계속 이동하여 홈위치(K)에 강제 복귀되도록 암 구동신호를 생성(단계 S451)한다. In this case, the selection tool fixed to the second gripper 112 is coupled to the spindle and the work tool fixed to the first gripper 111 is stored in the tool storage portion of the tool magazine M, ) Is not equipped with a tool. Therefore, the tool change arm 100 continues to move in the same direction as the original rotation direction, so that the tool change arm 100 does not move to the home position K, (Step S451).

공구교환이 완료된 경우 제1 및 제2 그립퍼(111,112)는 각각 홈위치(K) 및 홈위치(A)에 위치한다. 상기 홈위치(A,K)는 공구교환 신호가 인가되는 경우 공구교환 암(100)이 배치되는 위치이다. 따라서, 물리적으로 서로 다른 위치이지만 모두 공구교환 사이클의 개시위치인 것은 동일하므로 공구교환 사이클의 홈위치로 기능한다. When the tool change is completed, the first and second grippers 111 and 112 are located at the home position K and the home position A, respectively. The home positions A and K are positions where the tool change arm 100 is disposed when a tool change signal is applied. Thus, they are physically different but all function as the home position of the tool change cycle, since they are the same as the start positions of the tool change cycles.

이와 달리, 공구장애의 결과 선택공구가 스핀들에 충분히 결합되지 않은 경우라면 복귀방향을 역회전 방향으로 수정(단계 S452)하고 클램프 구동신호를 생성(단계 S453)한다. 암 구동신호를 생성(단계 S454)하여 공구교환 암(100)을 스핀들로 복귀시키고 선택공구를 스핀들에 재결합할 수 있다. 이후, 공구교환 암(100)은 역회전 방향을 따라 계속 복귀하여 작업공구를 스핀들에 재결합한 후 원위치(A)로 복귀할 수도 있다. Alternatively, if the selection tool is not sufficiently coupled to the spindle as a result of the tool failure, the direction of the return is corrected in the reverse direction (step S452) and the clamp drive signal is generated (step S453). The arm drive signal is generated (step S454) to return the tool exchange arm 100 to the spindle and to rejoin the select tool to the spindle. Thereafter, the tool change arm 100 may be returned to the home position A by continuously returning in the reverse direction, rejoining the working tool to the spindle.

이에 따라, 공구교환 암(100)의 구동장애가 발생한 경우, 장애위치에 따라 자동으로 공구교환 암(100)의 복귀방향을 결정하고 스핀들에서의 공구결합 상태를 공구교환 수행 이전 상태로 회복한 후 공구교환 암(100)을 원위치로 복귀시킴으로써 공구교환 이전상태를 자동으로 회복할 수 있다. 즉, 공구교환 과정에서 발생한 구동장애를 자동으로 해소할 수 있다. Accordingly, when a drive failure occurs in the tool change arm 100, the return direction of the tool change arm 100 is automatically determined according to the failure position, the tool engagement state in the spindle is restored to the state before the tool change, By returning the replacement arm 100 to its original position, the state before the tool change can be automatically recovered. That is, it is possible to automatically solve the drive failure caused by the tool change process.

구동장애를 자동으로 해소하기 위해 다양한 수단을 이용할 수 있다. Various means can be used to automatically resolve drive failures.

예를 들면, 자동공구 교환 도중에 구동장애가 발생한 경우, 공구교환 암(100)의 구동은 정지되고 상기 공구교환 제어기(400) 및 수치 제어기(N)와 연결된 조작 패널(P) 상에 구동장애 알람이 발생한다. 이때, 수치제어 공작기계의 작업자는 조작 패널(P) 상에서 구동장애를 제거하는 자동복구 알고리즘의 개시명령만 입력함으로써 자동으로 장애위치에 따른 다양한 복귀모드에 따라 구동장애를 해소할 수 있다. The drive of the tool change arm 100 is stopped and a drive failure alarm is generated on the operation panel P connected to the tool change controller 400 and the numerical controller N Occurs. At this time, the operator of the numerical control machine tool can automatically solve the drive failure according to various return modes according to the failure position by inputting only the start command of the automatic recovery algorithm for removing the drive failure on the operation panel P.

상술한 바와 같은 자동 공구교환 장치 및 이를 이용한 자동 공구교환 방법에 의하면, 자동 공구교환을 수행하는 동안 인코더를 이용하여 공구교환 암의 이동궤적인 변위선도의 각 지점에서 실시간으로 위치를 검출하여 저장할 수 있다. 또한, 공구탈착 종료위치와 공구부착 종료위치 및 각 위치에서의 동작상태를 각 위치별로 저장할 수 있다. 이에 따라, 구동장애가 발생한 경우 장애발생 시점에서의 현재위치를 장애위치로 검출하고 상기 장애위치를 탈착 종료위치와 부착 종료위치를 기준으로 판단하여 공구교환 암의 복귀모드를 자동으로 결정한다. 자동으로 공구교환 암을 복귀하는 동안 탈착영역 및 부착영역에서의 공구 탈착 및 부착상태를 검사하여 탈착된 작업공구를 자동으로 스핀들에 다시 부착한다. According to the automatic tool changer as described above and the automatic tool changer using the same, it is possible to detect and store the position in real time at each point of the displacement diagram, which is the movement locus of the tool change arm, using the encoder during the automatic tool changer have. In addition, the tool removal end position, tool attachment end position, and operation state at each position can be stored for each position. Accordingly, when the drive failure occurs, the current position at the time of failure occurrence is detected as a failure position, and the failure mode is automatically determined based on the determination of the failure end position and the attachment end position. The detachment tool is automatically reattached to the spindle by inspecting the tool detachment and attachment state in the detachment area and the attachment area while automatically returning the tool exchange arm.

종래에는 공구교환 암의 구동장애가 발생한 경우 작업자가 장애위치를 확인하고 장애위치에 따른 스핀들 공구의 부착상태를 수동으로 확인하여 공구교환 암의 복구방향 및 작업공구의 재부착 여부를 개별적으로 수행한다. Conventionally, when a drive failure occurs in the tool change arm, the operator confirms the failure position and manually confirms the attachment state of the spindle tool according to the failure position, thereby individually performing the recovery direction of the tool change arm and re-attaching the tool.

그러나, 본 발명의 경우 인코더를 이용하여 구동장애가 발생한 위치를 실시간으로 검출하여 장애위치를 특정하고 장애위치에 따라 선택적으로 스핀들에서의 공구 재결합 여부를 판단함으로써 적절한 복구모드를 선택하게 된다. 이에 따라, 자동 공구교환 장치의 구동장애 해소과정을 자동화함으로서 자동 공구교환 장치의 자동화율과 정확도를 높일 수 있다. However, in the case of the present invention, an appropriate recovery mode is selected by detecting the position where the drive failure has occurred using the encoder in real time to specify the failure position and selectively reassigning the tool in the spindle according to the failure position. Accordingly, automation rate and accuracy of the automatic tool changer can be improved by automating the process of eliminating the drive failure of the automatic tool changer.

이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 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.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the following claims. It can be understood that it is possible.

Claims (6)

공구교환 신호에 따라 회전이동 및 선형이동을 수행하며 공구 매거진과 스핀들 사이에서 공구를 교환하는 공구교환 암;
캠 구조물의 변위선도를 따라 상기 공구교환 암을 구동시키는 캠 어셈블리;
상기 캠 구조물을 회전시키는 구동력을 제공하는 구동기; 및
상기 공구교환 암의 위치를 실시간으로 검출하는 인코더 및 상기 공구교환 암의 구동장애가 발생한 경우 상기 인코더로부터 검출된 상기 공구교환 암의 장애위치에 따라 자동으로 상기 공구교환 암의 복귀방향을 결정하고 상기 복귀방향을 따라 상기 공구교환 암을 원위치(home position)로 복귀시켜 공구교환 초기상태로 복구하는 장애복구 유닛을 구비하는 공구교환 제어기를 포함하는 자동 공구교환 장치.
A tool change arm for performing rotational movement and linear movement in response to the tool change signal and for exchanging tools between the tool magazine and the spindle;
A cam assembly for driving the tool change arm along a displacement diagram of the cam structure;
A driver for providing a driving force for rotating the cam structure; And
An encoder for detecting a position of the tool change arm in real time and a return direction of the tool change arm automatically according to a failure position of the tool change arm detected by the encoder when a drive failure of the tool change arm occurs, And a fail-safe unit for returning the tool change arm to a home position along a direction of the tool change arm and restoring the tool change initial state to the tool change initial state.
제1항에 있어서, 상기 공구교환 제어기는 상기 변위선도 상에서의 상기 장애위치, 상기 스핀들로부터 공구를 탈착하는 탈착영역(unclamping area) 및 상기 스핀들로 공구를 부착하는 부착영역(clamping area)을 저장하는 위치정보 저장유닛, 상기 탈착영역에서의 공구 탈착상태, 상기 부착영역에서의 공구 부착상태, 상기 원위치에서의 상기 공구교환 암의 개시상태 및 종료상태를 저장하는 동작정보 저장유닛을 포함하는 자동 공구교환 장치.
The tool change controller of claim 1, wherein the tool change controller stores the fault location on the displacement diagram, an unclamping area for detachment of the tool from the spindle, and a clamping area for attaching the tool to the spindle And an operation information storage unit for storing the position information storage unit, the tool detachment state in the detachment area, the tool attachment state in the attachment area, the start state and the end state of the tool exchange arm at the home position, Device.
제2항에 있어서, 상기 장애복구 유닛은 상기 변위선도 상에서 상기 탈착영역 및 상기 부착영역에 대한 상기 장애위치의 상대위치를 판별하여 상기 공구교환 암의 복귀방향을 결정하는 복귀방향 검출부 및 상기 복귀방향을 따라 상기 공구교환 암을 구동하는 암 구동신호 및 상기 탈착상태 및 상기 부착상태를 선택적으로 변경하는 클램퍼(clamper) 구동신호를 생성하는 복귀 구동신호 생성부를 포함하는 자동 공구교환 장치. The apparatus according to claim 2, wherein the failure recovery unit comprises: a return direction detection unit for determining a return direction of the tool exchange arm by discriminating the relative position of the faulty position with respect to the detachment area and the attachment area on the displacement diagram; And a return drive signal generator for generating a clamper drive signal for selectively changing the attachment state and the attachment state of the tool change arm. 제2항에 있어서, 상기 탈착영역은 상기 변위선도에서 탈착개시위치 및 탈착 종료위치에 의해 특정되고 상기 부착영역은 상기 변위선도에서 부착개시위치 및 부착 종료위치에 의해 특정되며, 상기 복귀방향은 상기 변위선도 상에서 상기 장애위치와 상기 탈착 종료위치 및 상기 부착 종료위치와의 상대위치에 따라 결정되는 자동 공구교환 장치. 3. The method according to claim 2, wherein the desorption region is specified by a desorption start position and a desorption end position in the displacement diagram and the attachment region is specified by an adhesion start position and an adhesion end position in the displacement diagram, Wherein said displacement position is determined on the basis of a relative position between said failure position, said detachment end position and said attachment end position on a displacement graph. 공구교환 신호에 의해 캠 구조물의 변위선도를 따른 회전운동과 일정한 진폭을 갖는 선형운동으로 공구교환 암을 구동하고;
상기 공구교환 암의 구동장애가 발생한 상기 변위선도의 위치를 장애위치로 검출하고;
상기 장애위치와 상기 변위선도의 공구탈착 종료위치 및 공구부착 종료위치를 비교하여 상기 공구교환 암의 복귀모드를 자동으로 결정하고; 그리고
상기 복귀모드에 따라 상기 공구교환 암을 구동하여 원위치로 복귀시키는 것을 포함하는 자동 공구교환 방법.
Driving the tool change arm by rotational motion along the displacement diagram of the cam structure and linear motion with constant amplitude by the tool change signal;
Detecting a position of the displacement line where the drive failure of the tool change arm occurs as a fault position;
Automatically determining a return mode of the tool change arm by comparing the tool position and the tool attachment end position of the displacement map with the tool attachment end position; And
And driving the tool change arm according to the return mode to return to the original position.
제5항에 있어서, 상기 복귀방향을 결정 한 후, 스핀들에 대한 공구의 탈착상태 및 부착상태를 검출하여 상기 탈착상태 또는 부착상태를 선택적으로 변경하는 클램퍼 구동신호를 공구 클램퍼로 인가하는 것을 더 포함하는 자동 공구교환 방법.









6. The method of claim 5, further comprising, after determining the return direction, applying a clamper drive signal to the tool clamper to selectively detect the attachment / detachment state and attachment state of the tool relative to the spindle, Gt;









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