KR20190115216A - 공구 교환 제어장치 및 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공구 교환 제어장치 및 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수개의 스핀들을 구비한 공작기계에서 공구 매거진 그립퍼를 그룹핑하여 각 스핀들별로 공구 교환을 제어하여 공구 파손이나 공작물 손상을 방지할 수 있는 공작기계의 공구 교환 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.

Description

공구 교환 제어장치 및 제어방법{Tool change control device and method thereof}

본 발명은 공구 교환 제어장치 및 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수개의 스핀들을 구비한 공작기계에서 공구 매거진 그립퍼를 그룹핑하여 각 스핀들별로 공구 교환을 제어하여 공구 파손이나 공작물 손상을 방지할 수 있는 공작기계의 공구 교환 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 공작기계라 함은 각종 절삭 가공방법 또는 비절삭 가공방법으로 금속/비금속의 공작물을 적당한 공구를 이용하여 원하는 형상 및 치수로 가공할 목적으로 사용하는 기계를 말한다.

터닝센터, 수직/수평 머시닝센터, 문형머시닝센터, 스위스 턴, 방전 가공기, 수평형 NC 보링머신, CNC 선반, 복합가공기 등을 비롯한 다양한 종류의 공작기계는 다양한 산업 현장에서 해당 작업의 용도에 맞게 널리 사용되고 있다.

공작기계 중 복합가공기란 선삭가공과 드릴, 탭핑, 밀링가공 등 가공형태가 다양한 가공을 수행하는 다기능의 자동공구교환장치(ATC)와 공구 매거진이 장착된 터닝센터를 의미한다. 복합가공기에서 작업자가 가공에 필요한 공구를 로딩하거나 교환시에 공구를 수동으로 공구 매거진에 장착한다.

일반적으로 현재 사용되고 있는 다양한 종류의 공작기계는 수치제어(numerical control, NC) 또는 CNC(computerized numericalcontrol) 기술이 적용되는 조작반을 구비하고 있다. 이러한 조작반은 다양한 기능스위치 또는 버튼과 모니터를 구비한다.

또한, 공작기계는 공작물인 소재가 안착되고 공작물 가공을 위해 이송하는 테이블, 가공전 공작물을 준비하는 팔렛트, 공구 또는 공작물이 결합되어 회전하는 주축, 공작물 등을 가공중에 지지하기 위한 심압대, 방진구 등을 구비한다.

일반적으로 공작기계에서 테이블, 공구대, 주축, 심압대, 방진구 등은 다양한 가공을 수행하기 위해 이송축을 따라 이송하는 이송유닛을 구비한다.

또한, 일반적으로 공작기계는 다양한 가공을 위하여 다수의 공구를 사용하게 되며, 다수의 공구를 수납보관하고 있는 공구 보관장소의 형태로 공구 매거진이나 터렛이 사용된다.

이러한 공작기계는 다양한 가공을 위하여 다수의 공구를 사용하게 되며, 다수의 공구를 수납보관하고 있는 공구 보관장소의 형태로 공구 매거진이 사용된다.

또한, 일반적으로 공작기계는 비가공 시간을 최소화하기 위해, 자동팔레트교환장치(APC, Automatic Palette Changer)를 구비한다. 자동팔레트교환장치(APC)는 팔레트를 공작물 가공 영역과 공작물 설치 영역 간에 자동으로 교환한다. 팔레트에는 공작물이 탑재될 수 있다.

또한, 일반적으로 공작기계는 공작기계의 생산성을 향상시키기 위해 수치제어부의 지령에 의해 특정한 공구를 공구 매거진으로부터 인출하거나 다시 수납하기 위한 자동공구교환장치(ATC, AutomaticTool Changer)를 구비한다.

일반적으로 머시닝센터(machining center)라 함은 자동공구교환장치 등을 구비하고, 여러 종류의 공구를 교환하여 선반, 밀링, 드릴링, 보링머신 등에서 할 수 있는 광범위한 가공을 수행하는 공작기계를 말하는 것으로 크게 추축이 수직으로 장착되어 있는 수직형(vertical) 머시닝센터와 수평형(horizontal) 머시닝센터로 나누어진다.

수직형 머시닝센터는 베드와 베드의 상부에 설치되는 새들과, 이러한 새들에 설치되어 공작물이 놓여지는 테이블과, 베드의 후방에 수직으로 장착되는 컬럼,과 이 컬럼에 장착되는 스핀들과 이러한 스핀들을 구동시키고 작동을 제어하기 위한 동력 전달계와 전자제어계를 구비하고, 추가로 자동공구교환장치와 공구 매거진 및 공구를 클램핑하는 주축대를 구비할 수 있다.

도 1에 도시된 것처럼, 종래 공작기계의 공구 교환 제어장치(1)는 주축대(2)에 스핀들(3)이 주축대(2)에 공구 매거진(4)이 서로 양측에 장착되어 주축대(2)의 중량이 증가하고 전체적으로 공작기계와 구조물의 중량이 증가함에 따라 공작기계의 소형화 및 경량화를 도모할 수 없는 문제점이 있었다.

또한, 종래 공작기계의 공구 교환 제어장치(1)는 공구 매거진(4)이 커짐에 따라 전체적인 중량 증대에 의해 고속으로 이동할 수 없게 됨에 따라 공구교환시간이 증가하고 비가공시간 증대에 따라 생산성이 감소하는 문제점이 있었다.

더욱이, 종래 공작기계의 공구 교환 제어장치(1)는 복수의 스핀들(3)을 갖는 공작기계의 경우 각 스핀들별로 공구 교환을 캠박스(5)와 체인지암(6)을 통해 교환함에 따라 크기가 커져서 공작기계가 대형화되고, 2개의 장비를 유지보수함에 따라 유지보수 비용과 시간이 증가하는 문제점이 있었다.

게다가, 종래 공작기계의 공구 교환 제어장치(1)는 동시에 동일한 가공을 수행하기 위해 복수의 스핀들에 장착하는 공구를 통일하기 위해 공구 매거진(4)에 공구를 장착하는데 많은 시간이 소요되어 비가공 시간 증가에 따라 생산성이 감소하고, 작업자의 불편을 초래하는 문제점이 있었다.

또한, 종래 공작기계의 공구 교환 제어장치(1)는 공구 매거진(4)에 작업자가 공구 장착시에 해당 그립퍼에 정확하게 가공프로그램에 따른 가공 순서에 따른 공구를 장착하지 못할 경우에 공구가 손상되어 자원을 낭비하고, 가공 정밀도가 감소하며, 동시가공을 통해 생산성을 극대화하려는 본연의 목적을 달성할 수 없는 문제점이 있었다.

대한민국 특허공개공보 제10-2016-0092326호 대한민국 특허공개공보 제10-2009-0051822호 대한민국 특허공개공보 제10-2017-0049058호 대한민국 특허공개공보 제10-2015-0066633호 대한민국 특허공개공보 제10-2014-0050174호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 스핀들 헤드부에 설치되는 스핀들의 개수와 스핀들간의 이격거리 및 공작물의 가공 프로그램의 가공 순서에 따라 공구 매거진에 장착되는 공구를 그룹핑하여 복수개의 스핀들에 탈부착되는 공구 교환을 제어하고 공구 매거진이 컬럼 또는 새들에 분리 없이 일체로 형성하여 암리스를 통해 공구 교환을 수행함에 따라 공작기계의 소형화 및 경령화를 도모하고, 증량감소에 의해 고속이동을 통해 공구교환시간을 최대한 단축하여 비가공시간 감소에 의해 생산성을 높일 수 있는 공구 교환 제어장치 및 제어방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 복수개의 스핀들을 구비한 공작기계에서 공구 매거진 그립퍼를 그룹핑하여 각 스핀들별로 공구 교환을 제어하여 공구 파손이나 공작물 손상을 방지하여 안정적인 공구 교환을 통해 공작기계의 신뢰성과 안정성을 증대시키고, 복수의 스핀들을 구비한 공작기계에서 동시가공을 수행할 때에 공구 교환 오류를 예방하여 공작물이 낭비되는 것을 방지하며, 작업자의 편의를 도모하고 안전사고를 미연에 예방할 수 있는 공구 교환 제어장치 및 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 공구 교환 제어장치는 베드; 상기 베드에 이동 가능하게 설치되는 새들; 상기 새들에 이동 가능하게 설치되는 컬럼; 복수개의 공작물을 동시에 가공하도록 서로 이격하여 복수개의 스핀들을 구비하고, 상기 컬럼에 이동 가능하게 설치되는 스핀들 헤드부; 상기 복수개의 스핀들에 각각 동일한 공구를 공급하기 위한 복수의 그립퍼를 구비하고 상기 컬럼 또는 상기 새들에 형성되어 복수의 공구를 수납하는 공구 매거진; 및 상기 스핀들 헤드부에 설치되는 상기 스핀들의 개수와 상기 스핀들간의 이격거리 및 상기 공작물의 가공 프로그램의 가공 순서에 따라 상기 공구 매거진에 장착되는 공구를 그룹핑하여 상기 복수개의 스핀들에 탈부착되는 공구 교환을 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공구 교환 제어장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공구 교환 제어장치의 제어부는 공작물을 가공하기 위한 가공프로그램을 저장하는 가공프로그램 저장부; 상기 스핀들 헤드부에 설치되는 상기 스핀들의 개수와 상기 스핀들간의 이격거리 및 상기 공작물의 가공프로그램의 가공 순서에 따라 상기 공구 매거진에 장착되는 공구를 그룹핑하는 그룹핑부; 상기 가공프로그램저장부 및 상기 그룹핑부와의 통신을 통해 복수개의 공작물의 가공 순서에 따라 그룹핑된 공구의 교환 지령을 전달하는 공구 교환 지령부; 및 싱가 공구 교환 지령부의 신호에 따라 상기 공구 매거진의 구동부와 상기 스핀들 헤드부의 동력 발생부의 작동을 조절하여 공구 교환을 수행하는 교환부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공구 교환 제어장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공구 교환 제어장치의 제어부의 그룹핑부는 상기 스핀들 헤드부에 설치되는 상기 스핀들의 개수와 상기 스핀들간의 이격거리 데이터를 저장하는 스핀들 데이터 저장부; 상기 스핀들 데이터 저장부와 상기 가공프로그램 저장부에 저장된 데이터에 의해 그룹핑할 그립퍼의 수량을 계산하는 계산부; 및 상기 계산부에 의해 그룹핑된 각각의 스핀들에 따른 그룹의 복수의 그립퍼에 장착되는 공구의 순서를 결정하는 결정부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공구 교환 제어장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공구 교환 제어장치의 제어부의 그룹핑부는 상기 결정부의 공구 순서에 따라 상기 각 그룹의 복수의 그립퍼에 장착된 공구의 이상 유무를 판단하는 판단부;를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공구 교환 제어장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공구 교환 제어장치의 상기 제어부의 그룹핑부의 계산부는 상기 가공프로그램 저장부에 저장된 가공프로그램상의 공작물 가공을 위해 필요한 공구의 개수가 기준값을 초과하는 경우에는 그룹핑할 그립퍼의 수량을 계산하여 모그룹을 형성하고, 상기 모그룹으로 그룹핑된 그립퍼들 중에서 자그룹으로 그룹핑할 그립퍼의 수량을 재계산하여 자그룹을 형성하고, 상기 제어부의 그룹핑부의 결정부는 각각의 상기 모그룹과 해당 모그룹에 속하는 자그룹의 각각의 그립퍼에 장착되는 공구의 순서와 각각의 모그룹과 자그룹이 상기 공구 매거진 상에 배치되는 순서를 결정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 공구 교환 제어장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공구 교환 제어장치의 제어부는 상기 교환부에 의해 공구 교환시에 상기 복수개의 스핀들의 공구 교환 이동 경로 데이터를 저장하는 위치데이터 저장부;를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공구 교환 제어장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공구 교환 제어장치의 제어부는 상기 교환부에 의해 공구 교환시에 스핀들에 따라 그룹핑된 그룹의 복수의 그립퍼 중에서 공구 교환 순서에 따른 교환 대상 공구를 탈부착하는 그립퍼가 공구교환영역에 위치하는지 유무와 상기 그룹핑된 그립퍼가 교환 대상 공구를 수납하고 있는지 유무를 확인하는 비교부;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 공구 교환 제어방법은 가공프로그램 및 공구 교환시에 스핀들의 공구 교환 이동 경로 데이터를 저장하는 저장하는 단계; 스핀들 헤드부에 설치되는 스핀들의 개수와 상기 스핀들간의 이격거리 데이터를 저장하는 단계; 상기 스핀들 개수와 스핀들간의 이격거리 및 상기 가공프로그램에 의해 공구 매거진에서 그룹핑할 그립퍼의 수량을 계산하는 단계; 상기 계산하는 단계에 의해 계산된 그룹핑된 각각의 스핀들에 따른 그룹의 복수의 그립퍼에 장착되는 공구의 순서를 결정하는 단계; 및 상기 복수의 그립퍼에 장착되는 공구의 순서에 따라 그룹핑된 각각의 스핀들에 따른 그룹의 복수의 그립퍼에 공구를 반복하여 순차적으로 장착하는 단계;를 포함하고, 상기 공구 매거진은 컬럼 또는 새들에 형성되고, 상기 스핀들은 상기 스핀들 헤드부에 복수개가 서로 이격하여 설치되어 복수개의 공작물을 동시에 가공할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공구 교환 제어장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공구 교환 제어방법은 상기 공구를 반복하여 순차적으로 장착하는 단계 이후에, 가공프로그램에 따라 교환 대상 공구를 지령하는 단계; 공구 교환 지령 신호에 따라 상기 공구 매거진의 구동부를 작동하여 상기 공구 매거진을 회전시키는 단계; 상기 스핀들에 따라 그룹핑된 그룹의 복수의 그립퍼 중에서 공구 교환 순서에 따른 교환 대상 공구를 탈부착하는 그립퍼가 공구교환영역에 위치하는지 유무를 확인하는 단계; 상기 그룹핑된 그립퍼가 교환 대상 공구를 수납하고 있는지 유무를 확인하는 단계; 및 공구 교환 지령 신호에 따라 상기 스핀들 헤드부의 동력 발생부의 작동을 조절하여 공구 교환을 수행하는 단계;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공구 교환 제어장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공구 교환 제어방법은 상기 위치확인 유무 단계와 공구 수납 유무 확인하는 단계 이후에, 상기 스핀들에 따라 그룹핑된 그룹의 복수의 그립퍼 중에서 공구 교환 순서에 따른 교환 대상 공구를 탈부착하는 그립퍼가 공구교환영역에 위치하지 않거나 상기 그룹핑된 그립퍼가 교환 대상 공구를 수납하지 않은 경우에 알람을 발생하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공구 교환 제어장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공구 교환 제어방법은 상기 공구 장착 단계 이후에, 상기 스핀들에 따라 그룹핑된 그룹의 복수의 그립퍼에 장착된 공구의 순서 이상 유무를 판단하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의한 공구 교환 제어장치 및 제어방법은 스핀들 헤드부에 설치되는 스핀들의 개수와 스핀들간의 이격거리 및 공작물의 가공 프로그램의 가공 순서에 따라 공구 매거진에 장착되는 공구를 그룹핑하여 복수개의 스핀들에 탈부착되는 공구 교환을 제어하고 공구 매거진이 컬럼 또는 새들에 분리 없이 일체로 형성하여 암리스를 통해 공구 교환을 수행함에 따라 공작기계의 소형화 및 경량화를 도모하여 이동체의 고속이동을 가능하게 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 공구 교환 제어장치 및 제어방법은 경량화 및 소형화에 따른 고속이동을 통해 공구교환시간을 최대한 단축하여 비가공시간 감소에 따라 공작기계의 생산성을 향상할 수 있는 효과가 있다.

더욱이, 본 발명에 의한 공구 교환 제어장치 및 제어방법은 공구 매거진 그립퍼를 그룹핑하여 각 스핀들별로 공구 교환을 제어하여 공구 파손이나 공작물 손상을 방지하여 안정적인 공구 교환을 통해 공작기계의 신뢰성과 안정성을 증대시킬 수 있다.

게다가, 본 발명에 의한 공구 교환 제어장치 및 제어방법은 복수의 스핀들의 공구 교환을 그립퍼의 그룹핑을 통한 그립퍼 제어를 통해 복수의 스핀들을 구비한 공작기계에서 동시가공을 수행할 때에 공구 교환 오류를 예방하여 공작물이 낭비되는 것을 방지하며, 공구의 파손이나 손상을 예방하여 유지비용과 보수비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 공구 교환 제어장치 및 제어방법은 그룹핑된 그립퍼에 가공프로그램의 순서에 따라 공구를 자동 또는 수동으로 순차적으로 장착할 수 있게 됨에 따라 작업자의 편의를 도모하고 공구 장착 과정에서 발생할 수 있는 안전사고를 미연에 예방할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 공작기계에 공구 매거진이 장착된 상태의 개념도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공구 교환 제어장치의 개념도를 나타낸다.
도 3은 스핀들에 장착된 공구를 공구 매거진에 반환하기 전 상태에서의 본 발명의 일 실시예에 따른 공구 교환 제어장치의 측면도를 나타낸다.
도 4는 공구 매거진에 장착된 공구를 스핀들에 교환하기 전 상태에서의 본 발명의 일 실시예에 따른 공구 교환 제어장치의 측면도를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공구 교환 제어장치의 제어부의 구성도를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공구 교환 제어장치의 스핀들간의 이격거리에 대한 개념도를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 공구 교환 제어장치의 그룹핑할 그립퍼의 수량을 계산하는 원리를 나타낸다.
도 8은 도 2에서 새들, 컬럼, 스핀들 헤드부가 제거된 상태의 사시도를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 공구 교환 제어장치에서 복수의 그립퍼에 장착되는 공구의 순서에 따라 그룹핑된 각각의 스핀들에 따른 그룹의 복수의 그립퍼에 공구를 반복하여 순차적으로 장착하는 순서에 대한 개념도를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 공구 교환 제어방법의 절차도를 나타낸다.

이하, 본 발명의 실시예에 의한 공작기계의 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시 예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 따라서 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다 (comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/ 또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공구 교환 제어장치의 개념도를 나타내고, 도 3은 스핀들에 장착된 공구를 공구 매거진에 반환하기 전 상태에서의 본 발명의 일 실시예에 따른 공구 교환 제어장치의 측면도를 나타내며, 도 4는 공구 매거진에 장착된 공구를 스핀들에 교환하기 전 상태에서의 본 발명의 일 실시예에 따른 공구 교환 제어장치의 측면도를 나타낸다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공구 교환 제어장치의 제어부의 구성도를 나타내고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공구 교환 제어장치의 스핀들간의 이격거리에 대한 개념도를 나타낸다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 공구 교환 제어장치의 그룹핑할 그립퍼의 수량을 계산하는 원리를 나타내고, 도 8은 도 2에서 새들, 컬럼, 스핀들 헤드부가 제거된 상태의 사시도를 나타내며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 공구 교환 제어장치에서 복수의 그립퍼에 장착되는 공구의 순서에 따라 그룹핑된 각각의 스핀들에 따른 그룹의 복수의 그립퍼에 공구를 반복하여 순차적으로 장착하는 순서에 대한 개념도를 나타낸다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 공구 교환 제어방법의 절차도를 나타낸다.

이하에서 사용하는 용어의 정의는 다음과 같다. "수평방향"이란 동일부재에서 가로방향, 즉 도 2 내지 도 4에서 X축 방향을 의미하고, "수직방향"이란 수평방향에 대해 직교하면서 동일부재에서 세로방향, 즉 도 2 및 도 4에서 Y축 방향을 의미하며, "높이방향"이란 수평방향과 수직방향에 대해 직교하면서 동일부재에서 상하방향, 즉 즉 도 2 및 도 4에서 Z축 방향을 의미한다. 또한, 상방(상부)이란 "높이방향"에서 위쪽 방향, 즉 도 2 및 도 4에서 Z축의 위쪽을 향하는 방향을 의미하고, 하방(하부)이란 "높이방향"에서 아래쪽 방향, 즉 도 2 및 도 4에서 Z축 아래쪽을 향하는 방향을 의미한다. 또한, 내측이란 동일부재에서 상대적으로 중심에 가까운 쪽 즉, 도 2 내지 도 4에서 안쪽을 의미하고 외측이란 동일부재에서 상대적으로 중심에서 먼쪽 즉 도 2 내지 도 4에서 바깥쪽을 의미한다. 또한, "전방"이란, 그립퍼를 기준으로 앞쪽, 즉 외부공간을 향하는 방향을 의미하며, "후방"이란, 그립퍼를 기준으로 뒷쪽 즉 새들이나 컬럼에 인접하는 방향을 의미한다.

도 2 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공구 교환 제어 장치(10)를 설명한다. 도 2 내지 도 4에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공구 교환 제어 장치(10)는 베드(100), 새들(200), 컬럼(300), 스핀들 헤드부(400), 공구 매거진(500), 제어부(600), 테이블(700), 및 도어부(800)를 포함한다.

지면 또는 베이스에 베드(100)가 설치된다. 베드(100)는 공작물을 가공하는 지지대 역할을 수행하고, 공작물을 가공하기 위해 필요한 부품들이 설치되는 공간과 서포트 기능을 수행한다.

테이블(700)은 베드(100)의 상부에 설치되고, 테이블(700)에 공작물이 안착된다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 테이블(700)은 고정 테이블 또는 회전 테이블로 형성될 수 있다. 즉, 테이블(700)은 필요에 따라 베드(100)의 상부에서 수직방향, 수평방향, 높이방향으로 이동하고 회전할 수도 있다.

새들(200)은 베드(100)의 상부에 이동 가능하게 설치된다. 즉, 새들(200)은 베드(100)의 상부에서 컬럼(300)을 지지하는 기능을 수행한다. 또한, 새들(200)은 이송부에 의해 베드(100)의 상부에서 수평방향과 수직방향으로 이동할 수 있다.

컬럼(300)은 새들(200)에 이동 가능하게 설치된다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만 컬럼(300)은 새들(200)에 대해 높이방향 상방으로 설치된다. 즉, 도 2내지 도 4에 도시된 것처럼, 컬럼(300)은 이송부에 의해 새들(200)의 상부에서 수평방향(X축 방향)이나 수직방향(Y축 방향)으로 이동할 수 있다.

스핀들 헤드부(400)는 복수개의 공작물을 동시에 가공하도록 서로 이격하여 설치되는 복수개의 스핀들을 구비한다. 또한, 스핀들 헤드부(400)는 컬럼(300)에 이동 가능하게 설치된다. 즉, 도 2 내지 도 4에 도시된 것처럼, 스핀들 헤드부(400)는 수직방향(Y축 방향)과 높이방향(Z축 방향)으로 이동할 수 있도록 설치된다. 스핀들 헤드부(400)는 동력 전달부(430)의 작동에 따라 이동한다. 이에 따라 후술하는 공구 매거진(500)에 장착된 공구와 별도의 체인지암 없이 공구 매거진(500)의 그립퍼(540)의 위치와 스핀들 헤드부(400)의 이동에 따라 그립퍼(540)에 장착된 공구를 교환할 수 있다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 동력 전달부(430)와 상술한 이송부는 LM 가이드와 볼스크류 및 모터, 특히 서보모터로 형성될 수 있다.

공구 매거진(500)은 복수개의 스핀들에 각각 동일한 공구(T)를 공급하기 위한 복수의 그립퍼(540)를 구비한다. 특히 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공구 교환 제어장치의 공구 매거진(500)은 컬럼 또는 새들에 형성되어 복수의 공구를 수납할 수 있다. 이에 따라 공작기계의 소형화 및 경량화를 도모하여 이동체의 고속이동을 가능하게 할 수 있다.

제어부(600)는 스핀들 헤드부(600)에 설치되는 스핀들의 개수(M)와 스핀들간의 이격거리(D) 및 공작물의 가공 프로그램의 가공 순서에 따라 공구 매거진(500)에 장착되는 공구를 그룹핑하여 복수개의 스핀들에 탈부착되는 공구 교환을 제어한다.

따라서, 본 발명에 의한 공구 교환 제어장치는 공구 매거진 그립퍼를 그룹핑하여 각 스핀들별로 공구 교환을 제어하여 공구 파손이나 공작물 손상을 방지하여 안정적인 공구 교환을 통해 공작기계의 신뢰성과 안정성을 증대할 수 있다.

도 2 내지 도 5에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공구 교환 제어장치(10)의 제어부(600)는 가공프로그램 저장부(610), 그룹핑부(620), 공구 교환 지령부(630), 및 교환부(640)를 포함한다. 또한, 도 5에 도시된 것처럼 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공구 교환 제어장치(10)의 제어부(600)는 위치 데이터 저장부(650) 및 비교부(650)를 더 포함할 수 있다.

가공프로그램 저장부(610)에 공작물을 가공하기 위한 가공프로그램이 저장된다. 즉 가공프로그램 저장부(610)는 작업자가 공작물을 가공하기 위한 가공프로그램을 입력하기 위한 사용자-기계연계 인터페이스(Human-Machine Interface)를 제공한다. 작업자는 가공프로그램 저장부(610)를 이용하여 하나 이상의 공작물 가공프로그램을 입력한다.

또한, 가공프로그램 저장부(610)는 가공프로그램 저장부(610)에 저장되는 가공프로그램상의 공작물 가공을 위해 필요한 공구의 개수에 대한 기준값이 저장된다. 기준값은 공작물의 종류 해당 공구 매거진에 설치되는 그립퍼의 개수, 공작물의 크기와 스핀들 헤드부에 설치되는 스핀들의 개수, 스핀들간의 이격거리에 따라 변경될 수 있다. 이러한 기준값은 작업자가 필요에 따라 입력부를 통해 지정할 수 있고, 해당 데이터와 가공프로그램에 따라 자동으로 산출되어 저장될 수 있다. 기준값을 기준으로 후술하는 바와 같이 그립핑할 그립퍼의 수량을 계산하여 모그룹을 형성하고, 모그룹으로 그룹핑된 그립퍼들 중에서 자그룹으로 그룹핑할 그립퍼의 수량을 재계산하여 자그룹을 형성하고, 이러한 해당 모그룹과 자그룹을 공구 매거진 상에 서로 관련하여 가장 효과적으로 배치함에 따라 공작물 가공 정밀도와 생산성을 증대하고, 공구 매거진에 설치되는 공구의 클램핑 오류를 최소화할 수 있다.

또한, 가공프로그램 저장부(610)는 수치제어부를 포함하고, 수치제어부는 가공프로그램 저장부(610)에 저장된 가공프로그램을 전송받아 공작물의 가공하기 위한 파라메터들을 입력하고 가공 경로를 생성한다. 수치제어부는 NC(numerical control, NC) 또는 CNC(computerized numerical control)를 포함하고, 각종 수치 제어 프로그램이 내장되어 있다. 즉, 수치제어부는 동력 전달부(540)와 공구 매거진의 구동부(510)의 구동프로그램, 공구의 가동프로그램 등이 내장되고, 수치제어부의 구동에 따라 해당 프로그램이 자동으로 로딩되어 작동한다. 이러한 수치제어부는 가공프로그램 저장부(610), 그룹핑부(620), 공구 교환 지령부(630), 교환부(640), 위치 데이터 저장부(650), 비교부(660) 및 PLC와 소정의 프로토콜에 의해 통신을 수행한다.

또한, 도면에 도시되지는 않았지만, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 수치제어부는 주조작부를 포함하고, 이러한 주조작부는 화면표시 프로그램과 화면표시 선택에 따른 데이터 입력 프로그램을 포함하고, 화면표시 프로그램의 출력에 따라 표시화면에 소프트웨어 스위치를 디스플레이하고, 소프트웨어 스위치의 온(ON)/오프(OFF)를 인식하여 기계 동작의 입출력 명령을 내리는 기능을 수행한다.

또한, 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 주조작부는 공작기계의 하우징, 케이스, 또는 일측에 설치되어 다양한 기능스위치 또는 버튼과 각종 정보를 표시할 수 있는 모니터를 구비한다.

그룹핑부(620)는 스핀들 헤드부(400)에 설치되는 스핀들의 개수(M)와 스핀들간의 이격거리(D) 및 공작물의 가공프로그램의 가공 순서에 따라 공구 매거진(500)의 그립퍼(540)에 장착되는 공구(T)를 그룹핑 한다.

공구 교환 지령부(630)는 가공프로그램 저장부(610) 및 그룹핑부(620)와의 통신을 통해 복수개의 공작물의 가공 순서에 따라 그룹핑된 공구의 교환 지령을 전달한다.

교환부(640)는 공구 교환 지령부(640)의 신호에 따라 공구 매거진의 구동부(510)와 스핀들 헤드부의 동력 발생부(430)의 작동을 조절하여 공구 교환을 수행한다.

또한, 교환부(640)는 PLC(Programmable Logic Controller)를 포함하고, PLC는 가공프로그램 저장부(610), 그룹핑부(620), 공구 교환 지령부(630), 위치 데이터 저장부(650), 비교부(660)와 소정의 프로토콜에 의한 통신을 수행하고, 이러한 통신을 통해 제어명령을 행하는 기능을 수행한다. 즉, PLC는 수치제어부 또는 제어부(600)의 제어 프로그램에 따른 제어 명령을 받아 작동한다. 또한, 도 2 내지 도 3에 도시된 것처럼, PLC는 구동부(510)의 엔코더(511)를 이용하여 회전수, 토크를 측정할 수 있고, 이에 따라 공구 매거진(500)의 그룹핑된 그룹의 그립퍼(540)의 현재 위치를 검출하여 가공프로그램에 따라 공구 대상 교환 공구를 수납하거나 제1, 2 스핀들(410, 420)에 장착된 공구를 파지하기 위한 그립퍼(540)를 공구교환영역(A)으로 자동으로 이동시킬 수 있다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 구동부(510)는 모터 또는 서보모터(SERVO MOTOR)로 형성되고, PLC와 교환부(640)에 의해 구동이 제어된다. 이에 따라, 교환부를 통해 저가의 공작기계뿐만 아니라 수평형 또는 수직형 공작기계와 암리스 타입(ARMLESS TYPE)에 대해서도 본 발명이 용이하게 설치되고, 작동됨에 따라 호환성을 극대화하고, 설치비용을 최소화할 수 있다.

또한, 도면에 도시되지는 않았지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공구 교환 제어장치(10)의 제어부(600)는 입력부와 표시부를 더 포함할 수 있다.

입력부는 조작반 등에 스위치 또는 터치 버튼 등의 형태로 설치되어 스핀들 개수, 스핀들간의 이격거리, 제1 위치(P1)과 제2 위치(P2) 등을 작업자가 용이하게 입력할 수 있다.

표시부는 제어부(600)의 계산부(622)의 계산값, 결정부(623)의 공구 순서, 판단부(624)의 판단결과, 비교부(660)의 비교결과, 현재 구동중인 가공프로그램 등을 표시한다. 이에 따라 작업자가 육안으로 현재 장비의 상태를 확인하고, 장비의 이상 유무를 판단하고 검사함에 따라 유지보수 비용을 절감하고 안전사고를 미연에 방지할 수 있다.

또한, 표시부는 판단부의 판단결과에 따라 공구 순서에 따른 공구가 각 스핀들별로 그룹핑된 그룹의 그립퍼에 정확하게 장착되지 않는 경우에는 비교부의 비교결과에 따라 공구교환영역에 위치하지 않거나 해당 그립퍼가 공구를 클램핑하지 않는 경우에 알람을 표시하여 작업자에게 경고함에 따라 공작물이 낭비되는 것을 방지하고, 공구가 손상되거나 파손되는 것을 방지할 수 있다. 이때에 알람은 모니터에 표시되는 형태, 경고음 또는 경광등 등의 형태로 표시될 수 있다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만 표시부는 LCD, LED, PDP 모니터 등으로 구성될 수 있다.

위치데이터 저장부(650)는 교환부(640)에 의해 공구 교환시에 복수개의 스핀들(410, 420)의 공구 교환 이동 경로 데이터를 저장한다. 즉, 도 3에 도시된 것처럼, 제2 스핀들(420)에 공구(T)가 장착된 경우에 해당 공구(T)를 공구 매거진(500)의 그립퍼(540)로 이동시키기 위해 제1 위치(P1)로 제2 스핀들(420)이 이동하여야 하고, 반대로 도 4에 도시된 것처럼, 제2 스핀들(420)에 공구 매거진(500)의 그립퍼(540)에 장착된 공구(T)를 장착하기 위해서 제2 스핀들(420)은 제2 위치(P2)로 이동하여야 하고, 이러한 이동 경로를 최소화하여 비가공시간을 절감하여 생산성을 극대화하면서 장비나 공작물이 손상되는 것을 방지하기 위한 최적의 제1 위치(P1)와 제2 위치(P2)를 각 장비나 가공 종류나 공작물의 크기에 따라 작업자가 임의로 조작하여 지정할 수 있다.

비교부(660)는 교환부(640)에 의해 공구 교환시에 스핀들에 따라 그룹핑된 그룹의 복수의 그립퍼 중에서 공구 교환 순서에 따른 교환 대상 공구를 탈부착하는 그립퍼가 공구교환영역(A)에 위치하는지 유무와 그룹핑된 그립퍼가 교환 대상 공구를 수납하고 있는지 유무를 확인하는 비교부(660)를 포함한다.

도 3 및 도 8에 도시된 것처럼, 공구 교환 순서에 따른 교환 대상 공구를 탈부착하는 그립퍼가 공구교환영역(A)에 위치하는지 유무는 위치확인부(520)에 의해 수행된다. 위치확인부(520)는 공구 매거진의 지지 프레임에 설치되어 공구교환영역(A)에서 공구교환시에 그립퍼가 이동하지 않도록 그립퍼(540)를 고정한다. 즉, 위치확인부(520)는 공구교환영역(A)에서 공구교환시에 공구 위치의 정확도를 증가하여 공구교환영역에 위치하는 그립퍼(540)가 고정되어 이동하지 않도록 하고, 제1, 2 스핀들(410, 420)의 이동에 의한 공구교환시에 그립퍼(540)가 이동하거나 흔들리는 것을 방지하여 정확한 공구교환을 도모하고, 공작기계의 신뢰도를 향상할 수 있도록 공구교환영역(A)에 설치된다. 이처럼, 위치확인부(520)에 의해 그립퍼(520)의 정확한 포지션닝이 가능하여 가공정밀도와 안정성을 극대화할 수 있다.

도 3 및 도 8에 도시된 것처럼, 그룹핑된 그립퍼가 교환 대상 공구를 수납하고 있는지 유무는 공구유무 확인부(530)에 의해 수행된다. 공구유무 확인부(530)는 공구교환영역(A)상의 공구 매거진(500)의 지지프레임에 설치되어 공구교환영역 내에서 현재 공구 교환될 위치에 놓여진 그립퍼(540)에 공구가 수납되어 있는지를 확인하여 공구교환시에 제1, 2 스핀들(41, 420)과의 충돌을 방지한다. 따라서, 스핀들의 파손에 의한 보수비용 및 시간을 절감하고 안전사고를 미연에 방지할 수 있다.

도 2 내지 도 10에서 스핀들 헤드부(400)에 스핀들이 제1 스핀들(410)과 제2 스핀들(420)로 2개가 설치된 것으로 도시되어 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 3개 이상으로도 형성될 수 있다. 바람직하게는 스핀들은 2개 내지 10개로 형성될 수 있다.

또한, 스핀들 헤드부(400)의 스핀들이 제1 스핀들(410)과 제2 스핀들(420)의 2개 이상의 복수개로 형성되는 경우에는 제1, 2 스핀들(410, 420)의 공구교환은 공구 매거진(500)의 직선영역에서 이루어진다. 즉, 스핀들이 복수개로 형성되는 공작기계에서 공구 매거진(500)의 지지 프레임은 반드시 직선영역을 구비해야 하고, 공구가 교환되는 공구교환영역(A)은 이러한 직선영역에 위치하게 된다. 이는 곡선부(예를 들어 원형)로만 지지 프레임이 형성되는 경우에는 복수개의 스핀들이 형성되는 경우에는 공간 제약과 간섭 등으로 인해 동시에 공구를 교환할 수 없기 때문이다.

도 3 및 도 4를 참조하여 공구교환 동작을 설명한다.

도 3에 도시된 것처럼, 제1 스핀들(410)과 제2 스핀들(420)에 공구(T)가 장착된 경우에는 스핀들이 제1 위치(P1)로 이동하고, 이때에 제어부(600)에 의해 구동부(510)를 통해 공구 매거진(500)의 그립퍼(540)가 회전하여 제1, 2 스핀들(410, 420)에 장착된 공구를 수납하기 위한 그립퍼(540)가 공구교환영역(A)으로 위치하게 된다. 이후, 비교부(660)에서 공구교환여역(A)에 해당 그립퍼(540)가 위치하고 있는지 유무와 그립퍼(540)가 공구를 파지하고 있는지 유무를 확인한 후에, 이상이 없으면 도어부(800)가 열리고, 제1, 2 스핀들이 수직방향(Y축 방향)으로 이동하게 된다. (도 3에서 오른쪽 방향) 이에 따라 제1, 2 스핀들(410, 420)에 장착된 공구는 그룹핑된 그립퍼에 클램핑된다. 이후, 제1, 2 스핀들(410, 420)은 높이방향(Z축 방향) 상부로 이동하고, 제어부(600)에 의해 제1, 2 스핀들에 장착될 순서의 공구를 클램핑하고 있는 그립퍼가 공구교환영역으로 이동하게 된다. 이후 제1, 2 스핀들이 높이방향 하부로 이동함과 동시에 공구(T)를 클램핑하고, 다시 수직방향(Y축 방향)으로 이동하고 도어부(800)가 닫히게 된다.(도 3에서 왼쪽 방향)

도 4에 도시된 것처럼, 제1 스핀들(410)과 제2 스핀들(420)에 공구(T)가 장착되지 않은 경우에는 스핀들이 제2 위치(P2)로 이동하고, 제어부(600)에 의해 제1, 2 스핀들에 장착될 순서의 공구를 클램핑하고 있는 그립퍼가 공구교환영역으로 이동하게 된다. 이후, 비교부(660)에서 공구교환여역(A)에 해당 그립퍼(540)가 위치하고 있는지 유무와 그립퍼(540)가 공구를 파지하고 있는지 유무를 확인한 후에, 이상이 없으면 도어부(800)가 열리고, 제1, 2 스핀들이 수직방향(Y축 방향)으로 이동(도 4에서 오른쪽 방향)하고, 이후 제1, 2 스핀들이 높이방향(Z축 방향) 하부로 이동하면서 해당 공구를 클램핑한다. 이후, 제1, 2 스핀들은 다시 수직방향(Y축 방향)으로 이동하고 도어부(800)가 닫히게 된다.(도 4에서 왼쪽 방향)

이때에, 제2 위치(P2)가 제1 위치(P1) 보다 높이방향으로 더 높은 위치에 위치하게 된다.

도어부(800)에 의해 대기중인 공구와 그립퍼(540)와 공구 매거진이 불순물이나 절삭유와 칩으로부터 오염되는 것을 방지하여 유지비용과 시간을 절감할 수 있다.

도 5에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공구 교환 제어장치(10)의 제어부(600)의 그룹핑부(620)는 스핀들 데이터 저장부(621), 계산부(622), 결정부(623), 및 판단부(624)를 포함한다.

스핀들 데이터 저장부(621)는 스핀들 헤드부(400)에 설치되는 스핀들의 개수(M)와 스핀들간의 이격거리(D) 데이터를 저장한다.

계산부(622)는 스핀들 데이터 저장부와 가공프로그램 저장부에 저장된 데이터에 의해 그룹핑할 그립퍼의 수량(N)을 계산한다.

결정부(623)는 계산부(622)에 의해 그룹핑된 각각의 스핀들에 따른 그룹(G1, G2)의 복수의 그립퍼(540)에 장착되는 공구의 순서를 결정한다.

판단부(624)는 결정부(623)의 공구 순서에 따라 각 그룹(G1, G2)의 복수의 그립퍼(540)에 장착된 공구의 이상 유무를 판단한다.

이처럼, 본 발명에 의한 공작기계의 공구 교환 제어장치는 복수의 스핀들의 공구 교환을 그립퍼의 그룹핑을 통한 그립퍼 제어를 통해 복수의 스핀들을 구비한 공작기계에서 동시가공을 수행할 때에 공구 교환 오류를 예방하여 공작물이 낭비되는 것을 방지하며, 공구의 파손이나 손상을 예방하여 유지비용과 보수비용을 절감할 수 있고, 그룹핑된 그립퍼에 가공프로그램의 순서에 따라 공구를 자동 또는 수동으로 순차적으로 장착할 수 있게 됨에 따라 작업자의 편의를 도모하고 공구 장착 과정에서 발생할 수 있는 안전사고와 가공중에 발생하는 사고를 미연에 예방할 수 있다.

또한, 제어부(600)의 그룹핑부(620)의 계산부(622)는 가공프로그램 저장부(610)에 저장된 가공프로그램상의 공작물 가공을 위해 필요한 공구의 개수가 가공프로그램 저장부(610)에 저장된 기준값을 초과하는 경우에는 그룹핑할 그립퍼의 수량을 계산하여 모그룹(G)을 형성하고, 모그룹(G)으로 그룹핑된 그립퍼들 중에서 자그룹으로 그룹핑할 그립퍼의 수량을 재계산하여 자그룹(G')을 형성한다.

또한, 제어부(600)의 그룹핑부(620)의 결정부(623)는 각각의 모그룹(G)과 해당 모그룹에 속하는 자그룹의 각각의 그립퍼에 장착되는 공구의 순서와 각각의 모그룹과 자그룹이 공구 매거진(500) 상에 배치되는 순서를 결정하고 해당 그립퍼에 해당 공구가 클램핑 된다.

즉, 계산부는 가공프로그램 저장부(610)에 저장되는 가공프로그램상의 공작물 가공을 위해 필요한 공구의 개수에 대한 기준값을 기준으로 이러한 기준값을 초과하는 경우에는 계산부가 그룹핑할 그립퍼의 수량을 계산하여 모그룹을 형성하고, 해당 모그룹으로 그룹핑된 그립퍼들 중에서 각각의 모그룹에 속하는 자그룹으로 그룹핑할 그립퍼의 수량을 재계산하여 각각의 자그룹을 형성한다. 구체적으로 예를 들어 그룹핑할 그립퍼의 수량에 따라 2개의 모그룹이 필요한 경우에는 2개의 모그룹(G1, G2)을 1차로 형성하고, 제1 모그룹(G1)으로 그룹핑된 그립퍼들 중에서 제1 모그룹의 자그룹으로 그룹핑할 그립퍼의 수량을 재계산하여 제1-1, 1-2 자그룹(G1', G1'')을 2차로 형성하고, 동일한 방식으로 제2 모그룹(G2)으로 그룹핑된 그립퍼들 중에서 제1 모그룹의자그룹으로 그룹핑할 그립퍼의 수량을 재계산하여 제2-1, 2-2 자그룹(G2', G2'')를 2차로 형성한다.

이후, 결정부는 각각의 모그룹(G)과 해당 모그룹에 속하는 자그룹의 각각의 그립퍼에 장착되는 공구의 순서와 각각의 모그룹과 자그룹이 공구 매거진(500)상에 배치되는 순서를 결정하고, 최종적으로 도 9와 동일한 방식으로 해당 그립퍼에 해당 공구를 클램핑하게 된다.

즉, 결정부는 제1 모그룹(G)과 이에 해당하는 1-1, 1-2 자그룹(G1', G1'')과 제2 모그룹(G)과 이에 해당하는 제2-1, 2-2, 2-3 자그룹(G2', G2'')을 공구 매거진 상에 공작물 가공시간, 가공순서, 공구 매거진에 설치되는 그립퍼의 개수, 공작물의 크기와 종류, 스핀들간의 이격거리 등을 고려하여 최적의 상태로 배치하게 된다. 구체적으로 일예로 공구 매거진에 제1 모그룹(G1)이 배치되고, 인접하여 제2 모그룹(G2)이 배치되고, 제2 모그룹(G2)에 인접하여 제1-1 자그룹(G1')이 배치되고, 제1-1 자그룹에 인접하여 제2-1 자그룹(G2')이 배치된다. 동일한 방식으로 제2-1 자그룹(G')에 인접하여 제1-2 자그룹(G1'')이 배치되고, 이에 인접하여 제2-2 자그룹(G2'')가 배치된다.

이때에 공구는 제1 모그룹(G1)에 T1, T2가 장착되면 제2 모그룹(G2)에 T1, T2가 동일하게 장착되고, 동일한 방식으로 제1-1 자그룹(G1')에 T3, T4가 장착되면 제2-1 자그룹(G2')에 T3, T4가 장착된다. 또한, 동일한 방식으로 제1-2 자그룹(G1'')에 T5, T6가 장착되면 제2-2 자그룹(G2'')에 T5, T6가 장착된다.

따라서, 많은 수의 공구가 필요한 긴 공정이 필요한 공작물의 가공시에도 모그룹과 자그룹의 그룹핑을 통해 복수개의 스핀들이 동시 가공을 수행할 수 있어 가공시간 감소에 따라 생산성을 향상하고, 작업자의 공구 설치 어려움을 해소하여 작업자의 만족도를 개선하고, 공구 설치 오류로 인한 공작물이나 공구 손상을 방지하여 자원낭비를 예방하고, 공작기계의 신뢰성과 안전성을 극대화할 수 있다.

도 6 내지 도 9를 참조하여 그룹핑부(620)에 의해 공구 매거진(500)의 그립퍼(540)의 그룹핑 방법 및 원리를 설명한다.

도 6에 도시된 것처럼, 스핀들 헤드부(400)에 설치되는 스핀들간의 이격거리(D)를 스핀들 데이터 저장부(621)에 저장한다. 도 6에 도시된 것처럼 스핀들이 2개로 제1 스핀들(410)의 중심축(B)과 제2 스핀들(420)의 중심축(C) 사이의 거리는 D/(M-1)이 되고, 여기서 M은 스핀들의 개수로 2가 된다. 스핀들간의 총 이격거리 D는 작업자가 입력부 등을 통해 각 장치와 가공프로그램 또는 가공 종류, 공작물 종류에 따라 고정값으로 입력하게 된다. 스핀들간의 거리에 따라 그룹핑될 그립퍼의 길이가 결정되고, 이러한 길이 계산은 인접하는 그립퍼(도 7에서 1, 2번 그립퍼) 사이의 거리(D/N(M-1))에 의해 계산된다. 즉, 스핀들간 이격거리가 가공 순서에 따라 동일한 공구를 각각의 스핀들에 장착하면서 교환할 수 있도록 하기 위해 스핀들간 이격거리와 동일한 거리 내에서 해당 그립퍼가 그룹핑되어야 하기 때문이다. 이와 같이 되지 않을 경우 제1 스핀들과 제2 스핀들에 다른 공구가 장착되게 된다.

만약, M 2, D가 100인 경우 그룹핑된 그립퍼의 수량 N은 4가 된다. 즉, 도 7과 도 8에서 제1 그룹의 그립퍼(540-1, 540-2,540-3, 540-4)는 4개가 되고, 제2 그룹의 그립퍼(540-5)는 제1 그룹의 그립퍼(540-1)과 동일한 공구를 클램핑하여야 동시에 동일한 가공을 수행할 수 있다. 따라서, 540-1 그립퍼가 클램핑하는 공구(T1)와 540-5 그립퍼가 클램핑하는 공구(T2)는 동일한 공구가 되게 된다.

계산부(622)에 의해 계산된 그룹핑할 그립퍼의 수량(N)이 결정되면, 결정부(623)에서 그룹핑된 각각의 스핀들에 따른 그룹(G1, G2)의 복수의 그립퍼(540)에 장착되는 공구의 순서를 결정하게 된다. 즉, 도 9에 도시된 것처럼, 제1 그룹(G)의 1번 그립퍼와 제2 그룹(G2)의 5번 그립퍼, 제1 그룹(G)의 2번 그립퍼와 제2 그룹(G2)의 6번 그립퍼, 제1 그룹(G)의 3번 그립퍼와 제2 그룹(G2)의 6번 그립퍼, 제1 그룹(G)의 4번 그립퍼와 제2 그룹(G2)의 8번 그립퍼는 각각 동일한 공구(T1, T2, T3, T4)가 장착되어야 한다.

이에 따라 결정부(623)에 의해 공구 순서가 결정되면 작업자 또는 자동으로 공구 매거진(500)의 구동부(510)를 구동하여 1번 그립퍼에 공구(T1)을 장착하고(도 9 ①) 이후 5번 그립퍼에 공구(T1)를 장착한다.(도 9 ②) 이후 순차적으로 2번 그립퍼에 공구(T2)를 장착하고(도 9 ③), 이후 6번 그립퍼에 공구(T2)를 장착한다.(도 9 ④) 이후 순차적으로 3번 그립퍼에 공구(T3)를 장착하고(도 9 ⑤), 이후 7번 그립퍼에 공구(T3)를 장착한다.(도 9 ⑥) 이후 순차적으로 4번 그립퍼에 공구(T4)를 장착하고(도 9 ⑦), 이후 8번 그립퍼에 공구(T4)를 장착한다.(도 9 ⑧)

따라서, 본 발명에 의한 공구 교환 제어장치 및 제어방법은 그룹핑된 그립퍼에 가공프로그램의 순서에 따라 공구를 자동 또는 수동으로 순차적으로 장착할 수 있게 됨에 따라 작업자의 편의를 도모하고 공구 장착 과정에서 발생할 수 있는 안전사고를 미연에 예방하며 가공정밀도와 신뢰도를 극대화할 수 있다.

도 10을 참조하여 본 발명에 의한 공작기계의 공구 교환 제어방법을 설명한다. 도 10에 도시된 것처럼, 공작기계의 공구 교환 제어방법은 가공프로그램 및 공구 교환 이동 경로 데이터 저장 단계(S1), 스핀들 관련 데이터 저장 단계(S2), 그룹핑할 그립퍼 수량 계산 단계(S3), 공구의 순서 결정 단계(S4), 공구 장착 단계(S5), 공구 순서 이상 유무 판단 단계(S6), 교환 대상 공구 지령 단계(S7), 공구 매거진 회전 단계(S8), 공구 교환 영역 위치 확인 단계(S9), 그립퍼 교환 대상 공구 수납 유무 확인 단계(S10), 및 공구 교환(S11)로 이루어진다.

가공프로그램 저장부(610)에 가공프로그램 및 공구 교환시에 스핀들의 공구 교환 이동 경로 데이터를 위치 데이터 저장부(650)에 저장한다.

가공프로그램 및 공구 교환 이동 경로 데이터 저장 단계(S1) 이후에, 스핀들 헤드부(400)에 설치되는 스핀들의 개수(M)와 스핀들간의 이격거리(D) 데이터를 스핀들 데이터 저장부(621)에 저장한다.

스핀들 관련 데이터 저장 단계(S2) 이후에, 스핀들 개수(M)와 스핀들간의 이격거리(D) 및 가공프로그램에 의해 공구 매거진에서 그룹핑할 그립퍼의 수량(N)을 계산부(622)에서 계산한다. 즉, 상술한 바와 같이 도 5 내지 도 9에 도시된 방식과 동일한 방식에 의해 공구 매거진에서 그룹핑할 그립퍼의 수량(N)을 계산하낟.

그룹핑할 그립퍼 수량 계산 단계(S3) 단계 이후에, 계산부(622)에서 계산된 그룹핑된 각각의 스핀들에 따른 그룹의 복수의 그립퍼에 장착되는 공구의 순서를 결정부(623)에서 결정한다.

공구의 순서 결정 단계(S4) 이후에, 복수의 그립퍼에 장착되는 공구의 순서에 따라 그룹핑된 각각의 스핀들에 따른 그룹의 복수의 그립퍼에 공구를 반복하여 순차적으로 장착한다. 즉, 상술한 바와 같이 도 6 내지 도 9에서 설명한 방식과 동일한 방식으로 그룹상에서 동일한 위치에 해당하는 그립퍼에 동일한 공구를 장착하면서 공구 장착시간을 감소하고, 오류를 예방하여 생산성을 증대하고 사용자의 편의를 극대화한다.

이러한, 공구 매거진(500)은 컬럼(300) 또는 새들(200)에 형성되고, 스핀들은 스핀들 헤드부(400)에 복수개가 서로 이격하여 설치되어 복수개의 공작물을 동시에 가공한다.

공구 장착 단계(S5) 이후에, 스핀들에 따라 그룹핑된 그룹의 복수의 그립퍼에 장착된 공구의 순서 이상 유무를 판단부(624)에서 판단한다. 상술한 바와 같이 판단결과 공구 순서 이상이 있는 경우에는 표시부 등을 통해 알람을 발생한ㄷ.

공구 순서 이상 유무 판단 단계(S6) 이후에, 가공프로그램 저장부(610)에 저장된 가공프로그램에 따라 교환 대상 공구를 공구 교환 지령부(630)에서 지령한다.

교환 대상 공구 지령 단계(S7) 이후에, 공구 교환 지령 신호에 따라 공구 매거진(500)의 구동부(510)를 작동하여 공구 매거진을 회전시킨다.

공구 매거진 회전 단계(S8) 단계 이후에, 스핀들에 따라 그룹핑된 그룹의 복수의 그립퍼 중에서 공구 교환 순서에 따른 교환 대상 공구를 탈부착하는 그립퍼가 공구교환영역에 위치하는지 유무를 위치확인부(520)의 결과를 수신하여 비교부(660)가 확인한다.

공구 교환 영역 위치 확인 단계(S9) 이후에, 그룹핑된 그립퍼가 교환 대상 공구를 수납하고 있는지 유무를 공구유무 확인부(530)의 결과를 수신하여 비교부(660)가 확인한다.

그립퍼 교환 대상 공구 수납 유무 확인 단계(S10) 이후에, 스핀들에 따라 그룹핑된 그룹의 복수의 그립퍼 중에서 공구 교환 순서에 따른 교환 대상 공구를 탈부착하는 그립퍼가 공구교환영역에 위치하지 않거나 그룹핑된 그립퍼가 교환 대상 공구를 수납하지 않은 경우에 표시부를 통해 알람을 발생한다.

알람 발생 단계 이후에, 공구 교환 지령 신호에 따라 스핀들 헤드부의 동력 발생부의 작동을 조절하여 공구 교환을 수행한다.

그룹핑 방법, 공구 순서에 따라 그룹핑된 각 그룹의 그립퍼에 공구를 장착하는 방법, 알람 표시 등에 대한 방법 및 원리는 공작기계의 공구 교환 제어장치에서 자세하게 생략한바 이하 생략한다.

따라서, 본 발명에 의한 공구 교환 제어방법은 스핀들 헤드부에 설치되는 스핀들의 개수와 스핀들간의 이격거리 및 공작물의 가공 프로그램의 가공 순서에 따라 공구 매거진에 장착되는 공구를 그룹핑하여 복수개의 스핀들에 탈부착되는 공구 교환을 제어하고 공구 매거진이 컬럼 또는 새들에 분리 없이 일체로 형성하여 암리스를 통해 공구 교환을 수행함에 따라 공작기계의 소형화 및 경량화를 도모하여 이동체의 고속이동을 가능하게 할 수 있으며, 공구 매거진 그립퍼를 그룹핑하여 각 스핀들별로 공구 교환을 제어하여 공구 파손이나 공작물 손상을 방지하여 안정적인 공구 교환을 통해 공작기계의 신뢰성과 안정성을 증대시킬 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술할 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

1 : 종래 공구 교환 제어장치, 2 : 주축대,
3 : 스핀들, 4 : 공구 매거진,
5 : 캠박스, 6 : 체인지암,
10 : 공구 교환 제어장치, 100 : 베드,
200 : 새들, 300 : 컬럼,
400 : 스핀들 헤드부, 410 : 제1 스핀들,
420 : 제2 스핀들, 430 : 동력 발생부,
500 : 공구 매거진, 510 : 구동부,
511 : 엔코더, 520 : 위치확인부,
530 : 공구유무 확인부, 540 : 그립퍼,
600 : 제어부, 610 : 가공프로그램 저장부,
620 : 그룹핑부, 621 : 스핀들 데이터 저장부,
622 : 계산부, 623 : 결정부,
624 : 판단부, 630 : 공구 교환 지령부,
640 : 교환부, 650 : 위치 데이터 저장부,
660 : 비교부, 700 : 테이블,
800 : 도어부, A : 공구교환영역,
B : 제1 스핀들 중심축, C : 제2 스핀들 중심축,
D : 스핀들간 이격거리, G : 그룹,
M : 스핀들수, N : 그룹핑할 그립퍼의 수량,
P1 : 제1 위치, P2 : 제2 위치,
T : 공구.

Claims (11)

1. 베드;
   상기 베드에 이동 가능하게 설치되는 새들;
   상기 새들에 이동 가능하게 설치되는 컬럼;
   복수개의 공작물을 동시에 가공하도록 서로 이격하여 복수개의 스핀들을 구비하고, 상기 컬럼에 이동 가능하게 설치되는 스핀들 헤드부;
   상기 복수개의 스핀들에 각각 동일한 공구를 공급하기 위한 복수의 그립퍼를 구비하고 상기 컬럼 또는 상기 새들에 형성되어 복수의 공구를 수납하는 공구 매거진; 및
   상기 스핀들 헤드부에 설치되는 상기 스핀들의 개수와 상기 스핀들간의 이격거리 및 상기 공작물의 가공 프로그램의 가공 순서에 따라 상기 공구 매거진에 장착되는 공구를 그룹핑하여 상기 복수개의 스핀들에 탈부착되는 공구 교환을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공구 교환 제어장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   공작물을 가공하기 위한 가공프로그램을 저장하는 가공프로그램 저장부;
   상기 스핀들 헤드부에 설치되는 상기 스핀들의 개수와 상기 스핀들간의 이격거리 및 상기 공작물의 가공프로그램의 가공 순서에 따라 상기 공구 매거진에 장착되는 공구를 그룹핑하는 그룹핑부;
   상기 가공프로그램저장부 및 상기 그룹핑부와의 통신을 통해 복수개의 공작물의 가공 순서에 따라 그룹핑된 공구의 교환 지령을 전달하는 공구 교환 지령부; 및
   싱가 공구 교환 지령부의 신호에 따라 상기 공구 매거진의 구동부와 상기 스핀들 헤드부의 동력 발생부의 작동을 조절하여 공구 교환을 수행하는 교환부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공구 교환 제어장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 제어부의 그룹핑부는,
   상기 스핀들 헤드부에 설치되는 상기 스핀들의 개수와 상기 스핀들간의 이격거리 데이터를 저장하는 스핀들 데이터 저장부;
   상기 스핀들 데이터 저장부와 상기 가공프로그램 저장부에 저장된 데이터에 의해 그룹핑할 그립퍼의 수량을 계산하는 계산부; 및
   상기 계산부에 의해 그룹핑된 각각의 스핀들에 따른 그룹의 복수의 그립퍼에 장착되는 공구의 순서를 결정하는 결정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공구 교환 제어장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 제어부의 그룹핑부는,
   상기 결정부의 공구 순서에 따라 상기 각 그룹의 복수의 그립퍼에 장착된 공구의 이상 유무를 판단하는 판단부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공구 교환 제어장치.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 제어부의 그룹핑부의 계산부는,
   상기 가공프로그램 저장부에 저장된 가공프로그램상의 공작물 가공을 위해 필요한 공구의 개수가 기준값을 초과하는 경우에는 그룹핑할 그립퍼의 수량을 계산하여 모그룹을 형성하고, 상기 모그룹으로 그룹핑된 그립퍼들 중에서 자그룹으로 그룹핑할 그립퍼의 수량을 재계산하여 자그룹을 형성하고,
   상기 제어부의 그룹핑부의 결정부는,
   각각의 상기 모그룹과 해당 모그룹에 속하는 자그룹의 각각의 그립퍼에 장착되는 공구의 순서와 각각의 모그룹과 자그룹이 상기 공구 매거진 상에 배치되는 순서를 결정하는 것을 특징으로 하는 공구 교환 제어장치.
   
6. 제4항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 교환부에 의해 공구 교환시에 상기 복수개의 스핀들의 공구 교환 이동 경로 데이터를 저장하는 위치데이터 저장부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공구 교환 제어장치.
   
7. 제4항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 교환부에 의해 공구 교환시에 스핀들에 따라 그룹핑된 그룹의 복수의 그립퍼 중에서 공구 교환 순서에 따른 교환 대상 공구를 탈부착하는 그립퍼가 공구교환영역에 위치하는지 유무와 상기 그룹핑된 그립퍼가 교환 대상 공구를 수납하고 있는지 유무를 확인하는 비교부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공구 교환 제어장치.
   
8. 가공프로그램 및 공구 교환시에 스핀들의 공구 교환 이동 경로 데이터를 저장하는 저장하는 단계;
   스핀들 헤드부에 설치되는 스핀들의 개수와 상기 스핀들간의 이격거리 데이터를 저장하는 단계;
   상기 스핀들 개수와 스핀들간의 이격거리 및 상기 가공프로그램에 의해 공구 매거진에서 그룹핑할 그립퍼의 수량을 계산하는 단계;
   상기 계산하는 단계에 의해 계산된 그룹핑된 각각의 스핀들에 따른 그룹의 복수의 그립퍼에 장착되는 공구의 순서를 결정하는 단계; 및
   상기 복수의 그립퍼에 장착되는 공구의 순서에 따라 그룹핑된 각각의 스핀들에 따른 그룹의 복수의 그립퍼에 공구를 반복하여 순차적으로 장착하는 단계;를 포함하고,
   상기 공구 매거진은 컬럼 또는 새들에 형성되고, 상기 스핀들은 상기 스핀들 헤드부에 복수개가 서로 이격하여 설치되어 복수개의 공작물을 동시에 가공하는 것을 특징으로 하는 공구 교환 제어방법.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 공구를 반복하여 순차적으로 장착하는 단계 이후에,
   가공프로그램에 따라 교환 대상 공구를 지령하는 단계;
   공구 교환 지령 신호에 따라 상기 공구 매거진의 구동부를 작동하여 상기 공구 매거진을 회전시키는 단계;
   상기 스핀들에 따라 그룹핑된 그룹의 복수의 그립퍼 중에서 공구 교환 순서에 따른 교환 대상 공구를 탈부착하는 그립퍼가 공구교환영역에 위치하는지 유무를 확인하는 단계;
   상기 그룹핑된 그립퍼가 교환 대상 공구를 수납하고 있는지 유무를 확인하는 단계; 및
   공구 교환 지령 신호에 따라 상기 스핀들 헤드부의 동력 발생부의 작동을 조절하여 공구 교환을 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공구 교환 제어방법.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 위치확인 유무 단계와 공구 수납 유무 확인하는 단계 이후에,
    상기 스핀들에 따라 그룹핑된 그룹의 복수의 그립퍼 중에서 공구 교환 순서에 따른 교환 대상 공구를 탈부착하는 그립퍼가 공구교환영역에 위치하지 않거나 상기 그룹핑된 그립퍼가 교환 대상 공구를 수납하지 않은 경우에 알람을 발생하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공구 교환 제어방법.
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 공구 장착 단계 이후에,
    상기 스핀들에 따라 그룹핑된 그룹의 복수의 그립퍼에 장착된 공구의 순서 이상 유무를 판단하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공구 교환 제어방법.

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