KR20200007647A

KR20200007647A - 공작 기계

Info

Publication number: KR20200007647A
Application number: KR1020190065685A
Authority: KR
Inventors: 다이스케 우에니시
Original assignee: 화낙 코퍼레이션
Priority date: 2018-07-13
Filing date: 2019-06-04
Publication date: 2020-01-22
Also published as: JP6882234B2; KR102509411B1; US20200016708A1; US10967470B2; DE102019004520A1; CN110711866A; JP2020011306A

Abstract

기존의 기계 설비에 변경을 가하지 않고, 위상 결정을 간단하면서도 확실히 행할 수 있는 공작 기계를 제공한다. 공작 기계(1)는, 키 홈(144)을 가지는 공구 홀더(14)와, 공구 홀더(14)의 키 홈(144)과 감합 가능한 주축 키(212) 및 주축(21)을 가지며 또한 공구 홀더(14)를 착탈 가능하게 보지하는 주축 구동부와, 그립 키(136)를 가지며 또한 공구 홀더(14)를 주축(21)에 대하여 정위치(定位置)로 유지하는 그립(13)을 구비하는 공구 교환 장치와, 주축(21)으로의 공구 홀더(14)의 착탈을 행하도록 공구 교환 장치를 제어하는 수치 제어 장치를 구비하고, 상기 수치 제어 장치는, 공구 홀더(14)를 주축(21)에 장착할 때에, 공구 홀더(14)의 키 홈(144)이 주축 키(212)에 삽입되는 상태에서, 주축(21)을 회전시켜 주축 키(212)를 키 홈(144)으로 꽉 눌러서, 주축(21)에 대한 공구 홀더(14)의 위상 결정을 행하도록 상기 주축 구동부를 제어한다.

Description

공작 기계 {MACHINE TOOL}

본 발명은, 공작 기계에 관한 것이다.

공작 기계를 이용한 절삭 가공에 있어서, 주축을 고정한 채로 주축 헤드를 이동시켜, 주축의 선단에 장착된 공구에 의해 워크의 절삭을 행하는 가공(예를 들면, 헬 가공)이 알려져 있다. 이 종류의 가공에서는, 주축에 고정한 채의 공구를 워크 상에서 이동시키므로, 공구가 부착된 공구 홀더와 주축의 회전 방향과의 위상(회전 위치) 결정이 중요해진다. 그러나, 주축에 설치된 주축 키와 공구 홀더의 키 홈의 사이에는, 공구 홀더의 착탈을 용이하게 하기 위하여 작은 간극이 형성되어 있다. 그 때문에, 공구 홀더(공구)를 교환할 때마다, 공구 홀더와 주축의 회전 방향과의 위상 결정 위치에 차이가 생긴다. 이를 해결하기 위하여, 주축, 공구 홀더의 키 홈에 탄성체를 추가하거나 테이퍼면을 추가하여 위상 결정을 행하도록 한 기술이 제안되어져 있다(예를 들면, 특허 문헌 1~3 참조).

특허 문헌 1: 일본 특허 공개 공보 제2002-307257호 공보 특허 문헌 2: 일본 실용 신안 공개 공보 제H01-114244호 특허 문헌 3: 일본 실용 신안 공개 공보 제H03-062745호

상기 종래 기술의 구조를 채용하여, 공작 기계의 주축, 공구 홀더의 사양을 변경한 경우, 기존의 공작 기계의 기계 설비와의 호환성이 없어져서, 공구 홀더를 공유화할 수 없게 되므로, 호환성을 확보하기 위한 부대 설비의 코스트가 증대된다. 또한, 절삭 가공(예를 들면, 호브 가공)에 의해서는, 공구 홀더의 키 홈에 큰 부하가 걸리므로, 키 홈에 탄성체를 추가하거나 테이퍼면을 추가하는 것과 같은, 강성(剛性)을 내리는 것과 같은 구조를 채용하는 것은 어렵다.

본 발명의 목적은, 기존의 기계 설비에 변경을 가하지 않고, 위상 결정을 간단하면서도 확실히 행할 수 있는 공작 기계를 제공하는 것에 있다.

(1) 본 발명은, 공구 및 키 홈(예를 들면, 후술하는 키 홈(144))을 가지는 공구 홀더(예를 들면, 후술하는 공구 홀더(14))과, 상기 공구 홀더의 상기 키 홈과 감합 가능한 주축 키(예를 들면, 후술하는 주축 키(212)) 및 주축(예를 들면, 후술하는 주축(21))을 가지며 또한 상기 공구 홀더를 착탈 가능하게 보지하는 주축 구동부와, 상기 공구 홀더의 상기 키 홈과 감합 가능한 그립 키(예를 들면, 후술하는 그립 키(136))를 가지며 또한 상기 공구 홀더를 상기 주축에 대하여 정위치(定位置)로 유지하는 그립(예를 들면, 후술하는 그립(13))을 구비하는 공구 교환 장치(예를 들면, 후술하는 공구 교환 장치(10))와, 상기 주축으로의 상기 공구 홀더의 착탈을 행하도록, 상기 공구 교환 장치를 제어하는 수치 제어 장치(예를 들면, 후술하는 수치 제어 장치(30))를 구비하고, 상기 수치 제어 장치는, 상기 그립에 보지되는 상기 공구 홀더를 상기 주축에 장착할 때에, 적어도 상기 공구 홀더의 상기 키 홈이 상기 주축 키에 삽입되는 상태에서, 상기 주축을 회전시켜 상기 주축 키를 상기 공구 홀더의 상기 키 홈에 대고 눌러서 상기 주축에 대한 상기 공구 홀더의 위상 결정을 행하도록, 상기 주축 구동부를 제어하는 공작 기계(예를 들면, 후술하는 공작 기계(1))에 관한 것이다.

(2)　(1)의 공작 기계에 있어서, 상기 주축에 가하는 부하의 역치를 기억하는 부하 역치 기억부(예를 들면, 후술하는 RAM(303))를 구비하고, 상기 수치 제어 장치는, 상기 공구 홀더의 위상 결정을 행할 때에, 주축에 가하는 부하(예를 들면, 후술하는 부하 토크값(T1))와 상기 부하 역치 기억부에 기억되는 상기 부하의 역치(예를 들면, 후술하는 부하 토크 역치(Tth))에 기초하여, 상기 공구 홀더의 위상 결정을 종료할지의 여부를 판단하도록 해도 된다.

(3)　(1) 또는 (2)의 공작 기계에 있어서, 상기 공구 홀더의 위상 결정을 실행할 때의 상기 주축의 회전 방향에 관한 정보를 기억하는 회전 방향 기억부(예를 들면, 후술하는 RAM(303))를 구비하고, 상기 수치 제어 장치는, 상기 공구 홀더의 위상 결정을 행할 때에, 상기 회전 방향 기억부에 기억되어 있는 상기 주축의 회전 방향에 관한 정보에 기초하여 상기 주축을 회전시켜도 된다.

(4)　(1) 내지 (3)의 어느 한 공작 기계에 있어서, 상기 공구 홀더의 위상 결정을 종료한 때의 상기 주축의 축 회전의 회전 위치에 관한 정보를 기억하는 회전 위치 기억부(예를 들면, 후술하는 RAM(303))를 구비하고, 상기 수치 제어 장치는, 상기 공구 홀더의 위상 결정을 종료한 후, 상기 회전 위치 기억부에 기재되어 있는 상기 회전 위치에 관한 정보에 기초하여 상기 주축의 회전 위치를 보정하도록 해도 된다.

본 발명에 의하면, 기존의 기계 설비에 변경을 가하지 않고, 위상 결정을 간단하면서도 확실히 행할 수 있는 공작 기계를 제공할 수 있다.

도 1은, 실시 형태에 있어서의 공작 기계(1)의 기계계(機械系)의 구성을 나타내는 개념도이다.
도 2는, 공구 홀더(14)의 측면도이다.
도 3은, 그립(13)의 측면도이다.
도 4는, 그립(13)의 평면도이다.
도 5는, 그립(13)에 보지된 공구 홀더(14)를 주축(21)에 장착한 경우의 단면도이다.
도 6a는, 도 5의 a-a 선 단면에 상당하는 단면도이다.
도 6b는, 도 5의 b-b 선 단면에 상당하는 단면도이다.
도 7은, 수치 제어 장치(30)의 전기적인 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 8은, 수치 제어 장치(30)로 실행되는 공구 교환 처리의 순서를 나타내는 플로우차트이다.
도 9a는, 위상 결정 회전 위치로부터 주축(21)을 회전시킨 때의 키와 키 홈과의 위치 관계를 나타내는 모식도이다.
도 9b는, 위상 결정 회전 위치로부터 주축(21)을 회전시킨 때의 키와 키 홈과의 위치 관계를 나타내는 모식도이다.
도 9c는, 위상 결정 회전 위치로부터 주축(21)을 회전시킨 때의 키와 키 홈과의 위치 관계를 나타내는 모식도이다.
도 10은, 주축(21)의 회전 위치와 주축(21)에 가하는 부하 토크와의 관계를 나타내는 개념도이다.
도 11은, 공구 홀더(14)를 떼어낼 때에, 주축(21)의 회전 위치를 보정하는 처리의 순서를 나타내는 플로우차트이다.

이하, 본 발명에 따른 공작 기계의 실시 형태에 대하여 설명한다. 또한, 본 명세서에 첨부한 도면은, 모두 개념도 또는 모식도이며, 쉬운 이해 등을 고려하여, 각 부의 형상, 축척, 종횡의 치수 비 등을, 실물로부터 변경 또는 과장하고 있다. 또한, 도면에 있어서는, 부재의 단면을 나타내는 해칭(hatching)을 적절히 생략한다.

도 1은, 본 실시 형태에 있어서의 공작 기계(1)의 기계계의 구성을 나타내는 개념도이다. 도 2는, 공구 홀더(14)의 측면도이다. 도 3은, 그립(13)의 측면도이다. 도 4는, 그립(13)의 평면도이다. 도 5는, 그립(13)에 보지된 공구 홀더(14)를 주축(21)에 장착한 경우의 단면도이다. 도 6a는, 도 5의 a-a 선 단면에 상당하는 단면도이다. 도 6b는, 도 5의 b-b 선 단면에 상당하는 단면도이다. 또한, 본 명세서 및 도면에서는, 공작 기계(1)를 마루면 등에 설치한 상태에서, 연직 방향을 Z 방향으로 한다. Z 방향에 있어서, 윗 방향을 ＋Z 방향으로 하고, 아래 방향을 -Z 방향으로 한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 공작 기계(1)는, 공구 교환 장치(10)와, 가공 장치(20)와, 수치 제어 장치(30)(도 7 참조)와, 워크의 지지·이동 기구(미도시)를 구비한다. 공구 교환 장치(10)는, 주축에 장착된 공구 홀더(14)(후술)를 자동적으로 교환하는 장치이다. 공구 교환 장치(10)는, 주된 구성으로서, 공구 매거진(11)과, 매거진 지지부(12)를 구비한다. 공구 매거진(11)은, 외주를 따라 복수의 그립(13)(후술)이 부착된 대략 원반 형상의 구조체이다. 매거진 지지부(12)는, 공구 매거진(11)을 회동 가능하게 지지하며 또한, 공구 매거진(11)을 회동시켜, 교환 대상이 되는 그립(13)을 주축(21)의 직하까지 이동시키는 장치이다. 본 실시 형태에서, 수치 제어 장치(30)에 의해 제어되는 공구 교환 장치(10)의 기본적인 동작은, 종래의 공구 교환 장치와 거의 동일하다.

가공 장치(20)는, 주축(21)에 장착된 공구를 회전시키거나 이동시킴으로써, 워크(미도시)를 가공하는 장치이다. 가공 장치(20)는, 주된 구성으로서, 주축(21)과, 주축 헤드(22)를 구비한다. 본 실시 형태에 있어서, 주축(21), 주축 헤드(22) 및 그 제어계(후술)는, 주축 구동부를 구성한다. 주축(21)은, 공구가 부착된 공구 홀더(14)를 회전시키거나, 고정한 채로 보지하는 부분이다. 주축(21)에는, 도 5에 도시한 바와 같이, 공구 홀더(14)의 키 홈(144)과 감합 가능한 주축 키(212)가 설치되어 있다. 주축 키(212)는, 공구 홀더(14)의 회전 축(C)을 중심으로 하여 180 도 반대측의 위치에 한 쌍 설치되어 있다. 도 5에서, 한 쌍의 주축 키(212)는, 지면(紙面)의 좌우 방향에 설치되어 있다. 또한, 주축(21)의 내부에는, 공구 홀더(14)의 클램프 기구로서의 드로버(23)가 설치되어 있다.

또한, 도 1에서, 주축 헤드(22)는, 주축(21)을 회전시키는 구동 기구이다. 주축 헤드(22)는, 주축(21)에 회전력을 부여하는 주축 모터(317)(도 7 참조)를 구비한다. 주축 모터(317)는, 주축(21)에 장착된 회전 공구에 의해 절삭 가공을 행하는 경우, 연속적으로 고속 회전하는 스핀들 모터로서 기능한다. 한편, 주축 모터(317)는, 주축(21)에 장착된 고정 공구에 의해 헬 가공 등의 절삭 가공을 행하는 경우, 주축(21)의 위상(회전 위치)을 제어하는 장치로서 기능한다. 또한, 주축 헤드(22)는, 주축(21)을 연직 방향(Z 방향)을 따라 상하로 이동시키는 승강 기구(부호 생략)를 구비한다. 이 승강 기구는, 주축(21)을 연직 방향(Z 방향)을 따라 상하로 이동시키는 써보 모터(313)(도 7 참조) 등을 구비한다. 가공 장치(20)의 동작은, 후술하는 수치 제어 장치(30)에 의해 제어된다.

이어서, 공구 홀더(14)의 구성에 대하여, 도 2를 참조하여 설명한다. 또한, 도 2에서, 공구 홀더(14)의 회전 축(C)은, 공구 홀더(14)가 주축(21)에 장착되는 위치까지 이동한 경우의 연직 방향(Z 방향)과 일치하고 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 공구 홀더(14)는, 테이퍼 셩크(141), 풀스태드(142), 보지 홈(143), 키 홈(144), 홀더 헤드(145) 및 공구(146)를 구비한다.

테이퍼 셩크(141)는, 주축(21)의 테이퍼 홀(213)(도 5 참조)과 감합하는 대략 원추 형상의 부분이다. 풀스태드(142)는, 주축(21)의 내부에 설치된 드로버(23)와 걸어 맞추는 부분이다. 공구 홀더(14)는, 풀스태드(142)가 드로버(23)에 의해 연직 방향의 윗 방향(＋Z 방향)으로 끌어 올려짐으로써, 주축(21)의 내부에 보지된다. 또한, 공구 홀더(14)는, 풀스태드(142)가 드로버(23)에 의해 연직 방향의 아래 방향(-Z 방향)으로 끌어 내려짐으로써, 주축(21)과의 감합이 해제되어, 취출이 가능해진다.

보지 홈(143)은, 그립(13)(후술)에 의해 보지되는 부분이다. 보지 홈(143)은, 회전 축(C)과 직교하는 단면도에서, 대략 V 자 형상이 되는 홈(V 자 홈)이다. 보지 홈(143)은, 공구 홀더(14)의 외주를 따라 환 형상으로 형성되어 있다. 키 홈(144)은, 후술하는 바와 같이, 주축(21)에 설치된 주축 키(212) 및 그립(13)의 그립 키(136)(도 5 참조)와 감합하는 홈이다. 키 홈(144)은, 공구 홀더(14)의 회전 축(C)을 중심으로 하여, 180 도 반대측의 위치에 한 쌍 설치되어 있다. 도 2에서는, 공구 홀더(14)에서, 지면(紙面)의 앞 측에 설치된 키 홈(144)을 나타내고 있고, 지면(紙面)의 안쪽 측에 설치된 키 홈은 숨겨져 있으므로, 나타내어져 있지 않다. 홀더 헤드(145)는, 공구(146)를 보지하는 부분이다. 공구(146)로서는, 예를 들면, 드릴, 엔드 밀, 탭, 헬 공구, 트리머 등이 이용된다.

공구 홀더(14)에서, 키 홈(144)의 폭(W1)은, 도 4에 도시한 바와 같이, 후술하는 그립 키(136)(그립(13))의 폭(W3)에 대하여 조금 넓게 설정되어 있다. 그 때문에, 그립 키(136)가 키 홈(144)의 중앙에 위치하고 있는 경우, 그립 키(136)의 편측의 측면과 공구 홀더(14)의 키 홈(144)과의 사이에는, 각각 간극(g1)이 형성된다. 또한, 키 홈(144)의 폭(W1)은, 도 6a에 도시한 바와 같이, 주축 키(212)(주축(21))의 폭(W2)에 대해서도 조금 넓게 설정되어 있다. 그 때문에, 주축 키(212)가 키 홈(144)의 중앙에 위치하고 있는 경우, 주축 키(212)의 편측의 측면과 공구 홀더(14)의 키 홈(144)의 사이에는, 각각 간극(g2)이 형성된다.

이어서, 공구 매거진(11)에 설치된 그립(13)의 구성에 대하여 설명한다. 도 3에 도시한 바와 같이, 그립(13)은, 암 본체(131)의 선단측에 보지 암(132)을 구비한다. 보지 암(132)은, 도 4에 도시한 바와 같이, 공구 홀더(14)를 양측으로부터 끼워넣도록 한 쌍 설치되어 있다. 한 쌍의 보지 암(132)은, 각각 선단부에 보지 롤러(133)를 구비한다. 보지 롤러(133)는, 공구 홀더(14)의 보지 홈(143)(V 자 홈)과 걸어맞추는 원반 형상의 부품이다.

보지 롤러(133)는, 고정 핀(135)을, 보지 암(132)의 선단에 설치된 홀부(134) 및 보지 롤러(133)의 중심에 설치된 축 홀(미도시)을 관통하도록 압입(壓入)함으로써 고정된다. 한 쌍의 보지 암(132)은, 암 본체(131)의 내부에 설치된 탄성 부재(미도시)에 의해, 서로의 방향(내측)을 향해 부세(付勢)되어 있다. 또한, 암 본체(131)는, 중앙부 부근에 그립 키(136)를 구비한다. 그립 키(136)는, 보지 암(132) 간에 보지된 공구 홀더(14)를 위치 결정하기 위한 돌기이다.

도 4에서, 한 쌍의 보지 암(132)의 사이에 공구 홀더(14)를 삽입하면, 보지 암(132)의 선단에 설치된 보지 롤러(133)와 공구 홀더(14)의 보지 홈(143)이 걸어맞추어지며, 또한 공구 홀더(14)의 키 홈(144)이 그립 키(136)와 걸어 맞춘다. 이 상태에서, 공구 홀더(14)는, 서로의 방향으로 부세(付勢)된 한 쌍의 보지 암(132)의 사이에 보지된다. 또한, 공구 홀더(14)의 키 홈(144)은, 그립 키(136)와 걸어맞추므로, 공구 홀더(14)의 축 방향을 중심으로 한 회전이 억제된다. 또한, 전술한 바와 같이, 키 홈(144)과 그립 키(136)의 사이에는 간극(g1)이 있으므로, 도 4에 도시한 상태에서 주축(21)을 회전시킴으로써, 그립 키(136)의 측면으로 공구 홀더(14)의 키 홈(144)이 대고 눌려지는 상태가 확실하게 형성된다.

이어서, 그립(13)에 보지된 공구 홀더(14)를 주축(21)에 장착한 경우에 있어서의 키와 키 홈과의 감합에 대하여 설명한다. 도 5에 도시한 바와 같이, 그립(13)에 보지된 공구 홀더(14)를 주축(21)에 장착한 상태에서, 공구 홀더(14)의 키 홈(144)에는, 주축(21)의 주축 키(212)와, 그립(13)의 그립 키(136)가 각각 감합한다.

구체적으로는, 도 6a에 도시한 바와 같이, 주축(21)에 설치된 한 쌍의 주축 키(212)는, 공구 홀더(14)에 설치된 한 쌍의 키 홈(144)의 각각과 감합한다. 주축(21)과 공구 홀더(14)가 도 6a에 도시하는 바와 같은 위치 관계에 있는 경우, 주축 키(212)의 편측의 측면과 공구 홀더(14)의 키 홈(144)의 사이에는, 각각 간극(g2)이 형성된다. 또한, 도 6b에 도시한 바와 같이, 그립(13)에 설치된 그립 키(136)는, 공구 홀더(14)에 설치된 일방의 키 홈(144)과 감합한다. 그립(13)과 공구 홀더(14)가 도 6b에 도시한 바와 같은 위치 관계에 있는 경우, 그립 키(136)의 편측의 측면과 공구 홀더(14)의 키 홈(144)의 사이에는 각각 간극(g1)이 형성된다.

공구 홀더(14)를 주축(21)에 장착한 후, 공구 매거진(11)에 설치된 그립(13)은, 공구 홀더(14)로부터 떨어진 위치로 이동한다. 그 때문에, 공구 홀더(14)를 교환할 때에, 그립 키(136)와 공구 홀더(14)의 사이에 생기는 간극(g1)이 달라도, 위상 결정 위치에 영향을 주는 일은 없다. 그러나, 공구 홀더(14)와 주축(21)의 사이에 생기는 간극(g2)은, 공구 홀더(14)를 교환할 때마다 다르면, 위상 결정 위치에 영향을 준다. 이에, 본 실시 형태의 공작 기계(1)에서는, 후술하는 바와 같이, 공구 홀더(14)를 주축(21)에 장착할 때에, 주축(21)을 회전시켜 주축 키(212)를 공구 홀더(14)의 키 홈(144)에 대고 누름으로써, 공구 홀더(14)와 주축(21)과의 위상 결정 위치가 항상 같아지도록 제어한다.

이어서, 수치 제어 장치(30)의 구성에 대하여 설명한다. 도 7은, 수치 제어 장치(30)의 전기적인 구성을 나타내는 블럭도이다. 수치 제어 장치(30)는, 공구 교환 장치(10) 및 가공 장치(20)를 제어함으로써, 공작 기계(1)에 소정의 절삭 가공을 실행시키는 장치이다. 수치 제어 장치(30)는, 예를 들면, 가공 프로그램에 기초하여, 각 축에 대하는 이동 지령, 각 부를 구동하는 모터로의 회전 지령 등을 포함하는 동작 지령을 작성하고, 이 동작 지령을 공구 교환 장치(10), 가공 장치(20)로 송신한다. 이에 의해, 수치 제어 장치(30)는, 각 장치에 설치된 모터를 제어하여, 공작 기계(1)에 의한 절삭 가공을 실행한다.

도 7에 도시한 바와 같이, 수치 제어 장치(30)는, 프로세서(301), ROM(302), RAM(303), SRAM(304), PMC(305), I/O 유닛(306), 표시부(307), 표시 제어부(308), 조작 입력부(309), 입력 제어부(310), 축 제어부(311), 써보 앰프(312), 스핀들 제어부(315), 스핀들 앰프(316)를 구비하고, 이들 각 부가 직접적 또는 간접적으로 버스(319)를 통하여 서로 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 수치 제어 장치(30)에는, 써보 모터(313), 위치·속도 검출기(314), 주축 모터(317) 및 포지션 코더(318)가 전기적으로 접속되어 있다.

프로세서(CPU)(301)는, ROM(302)에 저장된 시스템 프로그램을 읽어내고, 그 시스템 프로그램에 따라 수치 제어 장치(30)의 전체를 제어한다. 프로세서(301)는, 공구 교환지(交換持)에 공구의 위상 결정이 지령된 경우, 후술하는 위상 결정의 처리를 실행한다. RAM(303)에는, 프로세서(301)에 의해 사용되는 계산 데이터, 표시 데이터, 오퍼레이터에 의해 입력된 각종 데이터가 일시적으로 저장된다. 본 실시 형태에서, RAM(303)은, 주축(21)에 가하는 부하 토크의 역치(부하 토크 역치(Tth))를 기억하는 부하 역치 기억부, 공구 홀더(14)의 위상 결정을 실행할 때의 주축(21)의 회전 방향에 관한 정보를 기억하는 회전 방향 기억부, 및 공구 홀더(14)의 위상 결정을 종료한 때의 주축(21)의 회전 위치에 관한 정보(주축 위상 위치(θ))를 기억하는 회전 위치 기억부로서도 기능한다. SRAM(304)는, 수치 제어 장치(30)의 전원이 오프해도 기억 내용이 보지되는 불휘발성 메모리로서 구성된다.

PMC(프로그래머블·머신·콘트롤러)(305)는, 수치 제어 장치(30)에 내장된 시퀀스 프로그램으로 정해진 순서, 가공 조건 등에 따라 공구 교환 장치(10) 및 가공 장치(20)를 제어한다. PMC(305)는, 시퀀스 프로그램에 의해 변환된 각종 신호를, I/O 유닛(306)을 통하여 외부의 공구 교환 장치(10) 및 가공 장치(20)로 출력한다. 또한, PMC(305)는, 오퍼레이터가 조작 입력부(309)로부터 입력한 신호를 취득하여, 소정의 신호 처리를 실시한 후, 프로세서(301)로 전달한다.

표시부(307)는, 각종 데이터, 설정 내용, 오퍼레이션의 상태 등을 표시할 수 있는 디스플레이 장치이다. 표시 제어부(308)는, 표시부(307)의 표시 내용을 제어한다. 조작 입력부(309)는, 오퍼레이터가 각종의 설정 데이터, 수치 데이터, 동작 지시 등을 입력할 수 있는 장치이다. 조작 입력부(309)는, 예를 들면, 키보드, 마우스, 터치 패널 등(미도시)에 의해 구성된다. 입력 제어부(310)는, 조작 입력부(309)로부터 입력된 데이터, 지시 등을 취득하여, ROM(302), RAM(303) 등에 저장한다.

축 제어부(311)는, 주축 헤드(22)의 상하 방향(Z 방향)의 이동을 제어한다. 축 제어부(311)는, 프로세서(301)로부터의 이동 지령량을 받아, 써보 앰프(312)로 토크 지령값을 출력한다. 써보 앰프(312)는, 축 제어부(311)로부터 출력된 토크 지령값에 따라, 써보 모터(Z 축 모터)(313)로 구동 전류를 공급한다. 위치·속도 검출기(314)는, 써보 모터(313)의 위치, 속도를 검출하여, 축 제어부(311)로 위치·속도 피드백 신호를 출력한다. 축 제어부(311)는, 위치·속도 검출기(314)로부터 출력된 위치·속도 피드백 신호에 기초하여, 써보 모터(313)의 위치, 속도의 피드백 제어를 행한다.

스핀들 제어부(315)는, 주축(21)의 회전을 제어한다. 스핀들 제어부(315)는, 프로세서(301)로부터의 주축 회전 지령을 받아, 스핀들 앰프(316)로 스핀들 속도 신호를 출력한다. 스핀들 앰프(316)는, 스핀들 속도 신호에 지령된 회전 속도로 주축 모터(317)를 구동한다. 포지션 코더(318)는, 주축 모터(317)의 회전에 동기한 귀환 펄스를 스핀들 제어부(315)로 출력한다. 스핀들 제어부(315)는, 포지션 코더(318)로부터 출력된 귀환 펄스에 기초하여, 주축 모터(317)의 속도의 피드백 제어를 행한다. 또한, 스핀들 제어부(315)의 프로세서(미도시)에는, 외란(추정) 옵저버가 편입되어져 있다. 스핀들 제어부(315)에서는, 이 외란 옵저버에 의해 주축(21)의 부하 토크가 구해진다. 또한, 스핀들 제어부(315)는, 주축 모터(317)에 공급되는 전류값을 감시하고 있으므로, 이 전류값으로부터 부하 토크를 산출해도 된다. 이와 같이, 본 실시 형태의 수치 제어 장치(30)에서는, 주축(21)의 부하 토크를 측정하기 위한 센서 등을 주축(21), 주축 모터(317) 또는 그 양방에 설치할 필요가 없으므로, 기존의 공작 기계에도 용이하게 적용할 수 있다. 또한, 도 7에서는, 주축 헤드(22)를 상하 방향으로 이동시키는 모터 및 그 제어계와, 주축(21)을 회전시키는 모터 및 그 제어계만을 도시하고 있으며, X 축 모터, Y 축 모터, 공구 매거진용 모터 및 그들 제어계의 도시를 생략하고 있다.

이어서, 본 실시 형태의 수치 제어 장치(30)로 실행되는 공구 교환 처리에 대하여 설명한다. 도 8은, 수치 제어 장치(30)로 실행되는 공구 교환 처리의 순서를 나타내는 플로우차트이다. 도 8에 도시한 공구 교환 처리는, 프로세서(301)가 시스템 프로그램에 기초하여, ROM(302)에 저장된 가공 프로그램을 해석함으로써 실행된다. 또한, 이하에 설명하는 프로세서(301)에 의한 제어는, PMC(305)(도 7 참조)에 있어서 일부 또는 전부를 실행해도 된다.

도 9a 내지 도 9c는, 위상 결정 회전 위치로부터 주축(21)을 회전시킨 때의 키와 키 홈과의 위치 관계를 나타내는 모식도이다. 도 9a 및 도 9b는, 주축 키(212)와 공구 홀더(14)의 키 홈(144)과의 위치 관계를 나타내고 있다. 도 9c는, 그립 키(136)와 공구 홀더(14)의 키 홈(144)과의 위치 관계를 나타내고 있다. 도 10은, 주축(21)의 회전 위치와 주축(21)에 가하는 부하 토크와의 관계를 나타내는 개념도이다.

도 8에 도시한 스텝 S101에서, 프로세서(301)는, 공구의 위상 결정이 지령되었는지의 여부를 판정한다. 스텝 S101에서, 프로세서(301)에 의해 공구의 위상 결정이 지령되었다고 판정된 경우, 처리는 스텝 S102으로 이행한다. 한편, 스텝 S101에서, 프로세서(301)에 의해, 공구의 위상 결정이 지령되어 있지 않다고 판정된 경우, 처리는 스텝 S110으로 이행한다.

스텝 S110(스텝 S101：NO)에서, 프로세서(301)는, 통상의 공구 교환을 실행하도록 공구 매거진(11), 주축 헤드(22) 등을 제어한다. 통상의 공구 교환에 있어서는, 공구 홀더(14)의 위상 결정을 행하지 않고, 주축(21)에 공구 홀더(14)를 장착한다. 스텝 S110의 처리가 종료된 후, 본 플로우차트의 처리는 종료된다.

스텝 S102(스텝 S101：YES)에서, 프로세서(301)는, 현재 장착되어 있는 공구 홀더(이하, 「공구 홀더 A」라고도 함)(14)의 제외를 실행하도록 공구 매거진(11), 주축 헤드(22) 등을 제어한다. 또한, 전회의 공구 교환에 있어서 공구 홀더(14)의 위상 결정을 행한 경우, 스텝 S102에서는, 후술하는 바와 같이, 주축(21)의 회전 위치를 보정하는 처리가 행해진다. 스텝 S103에서, 프로세서(301)는, 지정된 공구 홀더(이하, 「공구 홀더 B」라고도 함)(14)를 산출하여, 교환 위치까지 이동시키도록 공구 매거진(11)을 제어한다.

스텝 S104에서, 프로세서(301)는, 교환 위치까지 이동시킨 공구 홀더(14)를, 위상 결정 회전 위치까지 주축(21)에 삽입하도록 주축 헤드(22)를 제어한다. 본 실시 형태의 공작 기계(1)에서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 그립(13)(공구 매거진(11))에 보지된 공구 홀더(14)에 대하여, 주축 헤드(22)가 아래 방향(-Z 방향)으로 이동함으로써, 공구 홀더(14)가 주축(21)에 삽입된다. 또한, 주축(21)에 대하여 공구 홀더(14)가 윗 방향으로 이동함으로써, 공구 홀더(14)가 주축(21)에 삽입되는 형태여도 된다.

또한, 위상 결정 회전 위치란, 주축 키(212)가 공구 홀더(14)의 키 홈(144)과 감합하고 있으며, 또한 주축(21)의 테이퍼 홀(213)과 공구 홀더(14)의 테이퍼 셩크(141)가 접촉하고 있지 않은 위치를 말한다. 앞서 설명한 도 5는, 주축(21)에 공구 홀더(14)가 완전히 장착된 상태를 나타내고 있다. 이 장착 상태에 있어서, 주축(21)의 단면(21a)의 연직 방향(Z 방향)의 위치를 Z0로 하면, 예를 들면, Z0의 위치로부터 1.0mm(＋Z 방향)만큼 떨어진 위치가 위상 결정 회전 위치가 된다. 이와 같이, 주축(21)과 공구 홀더(14)가 접촉하지 않는 위치를 위상 결정 회전 위치로 하면, 주축(21)의 테이퍼 홀(213)과 공구 홀더(14)의 테이퍼 셩크(141)와의 사이에서 마찰 저항이 생기지 않으므로, 주축(21)에 가하는 부하 토크를 보다 정확히 측정할 수 있다.

또한, 위상 결정 회전 위치는, 이 예에 한정되지 않고, 예를 들면, 주축(21)의 테이퍼 홀(213)과 공구 홀더(14)의 테이퍼 셩크(141)가 조금 접촉하는 위치여도 된다. 즉, 주축(21)을 회전시켜 주축 키(212)를 공구 홀더(14)의 키 홈(144)에 대고 누를 수 있으면, 위상 결정 회전 위치에 있어서, 주축(21)의 테이퍼 홀(213)과 공구 홀더(14)의 테이퍼 셩크(141)는 접촉하고 있어도 된다.

스텝 S105에서, 프로세서(301)는, 위상 결정을 실행할 때의 주축(21)의 회전 방향에 관한 정보를 RAM(303)으로부터 취득한다. 그리고, 프로세서(301)는, 주축(21)을, 미리 설정된 회전 방향으로 회전시키도록 주축 모터(317)(도 7 참조)를 제어한다.

여기서, 위상 결정 회전 위치에 있어서, 주축(21)을 회전시킨 때의 키와 키 홈과의 위치 관계에 대하여, 도 9a 내지 도 9c를 참조하여 설명한다. 도 9a에 도시한 바와 같이, 위상 결정 회전 위치에 있어서, 주축(21)을 회전시키기 전의 주축 키(212)와 공구 홀더(14)의 키 홈(144)과의 사이에는 간극이 있고, 주축 키(212)는, 공구 홀더(14)의 키 홈(144)과 접촉하고 있지 않다. 또한, 도 9a에서는, 위상 결정 회전 위치에 있어서, 키 홈(144)의 중앙에 주축 키(212)가 위치하는 예를 나타내고 있으나, 실제로는, 항상 이러한 위치 관계가 된다고는 한정되지 않으며, 주축 키(212)가 키 홈(144)에 접촉하고 있는 경우도 있다.

이어서, 도 9a에 도시한 위상 결정 회전 위치로부터, 주축(21)을 시계 방향(도면 중, 화살표 방향)으로 회전시키면, 도 9b에 도시한 바와 같이, 2 개의 주축 키(212)의 양방 또는 어느 일방의 측면이 공구 홀더(14)의 키 홈(144)에 대고 눌려진다(도면 중, a 부분). 도 9b에서는, 2 개의 주축 키(212)의 양방의 측면이 공구 홀더(14)의 키 홈(144)애 대고 눌려진 상태를 나타내고 있다. 또한, 주축(21)을 시계 방향으로 회전시키면, 주축 키(212)에 의해 공구 홀더(14)의 키 홈(144)이 눌려지므로, 공구 홀더(14)도 마찬가지로 시계 방향으로 회전한다. 또한, 주축(21)은, 반시계 방향으로 회전시켜도 된다. 그 경우, 주축 키(212)의 측면은, 공구 홀더(14)에 있어서, 도 9b와는 반대측의 키 홈(144)에 대고 눌려진다.

공구 홀더(14)가 시계 방향으로 회전하면, 도 9c에 도시한 바와 같이, 그립 키(136)(그립(13))의 일방의 측면이 공구 홀더(14)의 키 홈(144)에 대고 눌려진다(도면 중, b 부분). 그립 키(136)를 보지하는 그립(13)은, 공구 매거진(11)에 고정되어 있다. 그 때문에, 그립 키(136)의 일방의 측면이 공구 홀더(14)의 키 홈(144)에 대고 눌려지면, 공구 홀더(14)와 함께 주축(21)의 회전이 저지되고, 주축(21)에 가하는 부하 토크가 서서히 증대한다.

도 8로 되돌아와서, 공구 교환 처리를 설명한다. 도 8에 도시한 스텝 S106에서, 프로세서(301)는, 스핀들 제어부(315)(도 7 참조)에서 구해진 주축(21)의 부하 토크의 값(이하, 「부하 토크값(T1)」이라고도 함)을 취득한다. 또한, 프로세서(301)는, 부하 토크의 역치(이하, 「부하 토크 역치(Tth)」라고도 함)를 RAM(303)으로부터 취득한다. 그리고, 프로세서(301)는, 부하 토크값(T1)이 부하 토크 역치(Tth)를 넘었는지의 여부를 판정한다. 또한, 부하 토크값(T1)은 리얼 타임으로 변동한다. 그 때문에, 프로세서(301)는, 부하 토크값(T1)을, 예를 들면, 수 ms마다 취득하여 상기 판정을 행한다.

도 10에 도시한 바와 같이, 주축(21)의 부하 토크는, 주축(21)의 회전 위치에 비례하여 증가한다. 그러나, 그립 키(136)가 공구 홀더(14)의 키 홈(144)에 대고 눌려지고, 주축(21)의 회전이 저지되면, 그 이후는 부하 토크의 증가가 무뎌지고, 그 후는 거의 일정한 부하 토크값(Tmax)이 된다. 그 때문에, 부하 토크값(Tmax)을 조금 밑도는 값을 부하 토크 역치(Tth)로 함으로써, 부하 토크값(T1)이 부하 토크 역치(Tth)를 넘은 시점에 있어서, 주축 키(212)가 공구 홀더(14)의 키 홈(144)에 대고 눌려지는 위치까지 회전했다고 간주할 수 있다. 또한, 도 10에서, 주축 회전 위치(S)는, 주축 키(212)가 공구 홀더(14)의 키 홈(144)에 대고 눌려지는 위치에 달했다고 간주한 위치를 나타내고 있다.

도 8로 되돌아와서, 공구 교환 처리를 설명한다. 도 8에 도시한 스텝 S106에서, 프로세서(301)에 의해, 부하 토크값(T1)이 부하 토크 역치(Tth)를 넘지 않았다고 판정된 경우, 처리는 스텝 S106으로 이행한다. 한편, 프로세서(301)에 의해, 부하 토크값(T1)이 부하 토크 역치(Tth)를 넘었다고 판정된 경우, 처리는 스텝 S107으로 이행한다.

스텝 S107(스텝 S106：YES)에서, 프로세서(301)는, 주축(21)의 회전을 정지하도록 주축 모터(317)를 제어한다. 스텝 S107에서, 주축(21)의 회전을 정지시킴으로써, 공구 홀더(14)의 위상 결정이 종료된다. 스텝 S108에서, 프로세서(301)는, 주축(21)에 공구 홀더(14)를 완전히 장착하도록, 공구 매거진(11), 주축 헤드(22) 등을 제어한다.

스텝 S109에서, 프로세서(301)는, 공구 홀더(14)의 위상 결정을 종료한 때의 주축(21)의 회전 위치에 관한 정보(주축 위상 위치(θ))를 RAM(303)에 저장한다. 본 실시 형태에서, 주축 위상 위치(θ)는, 스텝 S105에서 주축(21)을 회전시키고 나서, 스텝 S107에서 주축(21)의 회전을 정지할 때까지의 주축(21)의 회전 각도이다. 주축 위상 위치(θ)는, 후술하는 공구 홀더(14)의 떼어냄 처리에 있어서 참조된다. 스텝 S109의 처리가 종료된 후, 본 플로우차트의 처리는 종료된다.

이어서, 스텝 S102에 있어서의 주축(21)의 회전 위치를 보정하는 처리에 대하여 설명한다. 도 11은, 공구 홀더(14)를 떼어낼 때에, 주축(21)의 회전 위치를 보정하는 처리의 순서를 나타내는 플로우차트이다. 도 11에 도시한 처리는, 도 8에 도시한 플로우차트(메인 루틴)에서, 스텝 S102의 써브 루틴으로서 실행된다. 도 11에 도시한 스텝 S201에서, 프로세서(301)는, 위상 결정을 실행할 때의 주축(21)의 회전 방향에 관한 정보를 RAM(303)으로부터 취득한다.

스텝 S202에서, 프로세서(301)는, 공구 홀더(14)의 위상 결정을 종료한 때의 주축(21)의 회전 위치에 관한 정보로서, 주축 위상 위치(θ)를 RAM(303)으로부터 취득한다. 스텝 S203에서, 프로세서(301)는, 주축 위상 위치(θ)의 반값(θ／2)을 산출한다. 그리고, 프로세서(301)는, 위상 결정을 실행한 때의 회전 방향과는 역방향으로 반값 분만큼 주축(21)을 회전시키도록 주축 모터(317)를 제어한다. 스텝 S04에서, 프로세서(301)는, 현재 장착되어 있는 공구 홀더(14)의 떼어냄을 실행하도록 공구 매거진(11), 주축 헤드(22) 등을 제어한다. 스텝 S204의 처리가 종료된 후, 다시 도 8에 도시한 메인 루틴으로 되돌아온다.

이상 설명한 본 실시 형태의 공작 기계(1)에 의하면, 예를 들면, 이하와 같은 효과가 얻어진다. 공작 기계(1)는, 공구 홀더(14)를 주축(21)에 장착할 때에, 공구 홀더(14)를 위상 결정 회전 위치까지 주축(21)에 삽입한 상태에서 주축(21)을 회전시킴으로써, 주축 키(212)를 공구 홀더(14)의 키 홈(144)에 대고 눌러서, 주축(21)에 대한 공구 홀더(14)의 위상 결정을 행한다. 이에 의하면, 교환한 공구 홀더(14)와 주축(21)의 회전 방향과의 위상 결정 위치가 항상 같아지므로, 주축(21)을 고정한 채로 주축 헤드(22)를 이동시키는 가공에 있어서, 워크와 공구를 보다 높은 정밀도로 위치 조정할 수 있다. 또한, 공작 기계(1)는, 주축(21), 공구 홀더(14)의 키 홈에 탄성체를 추가하거나, 테이퍼면을 추가할 필요가 없으므로, 이들 각 부에 있어서의 강성의 저하를 억제할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태의 공작 기계(1)에 의하면, 기존의 기계 설비에 변경을 가하지 않고, 위상 결정을 간단하면서도 확실하게 행할 수 있다.

공작 기계(1)는, 주축(21)을 회전시킬 때에, 주축(21)의 회전 방향에 관한 상태에 기초하여 주축(21)을 회전시킨다. 이에 의하면, 교환한 공구 홀더(14)와 주축(21)의 회전 방향과의 위상 결정을, 항상 같은 방향의 위치에서 행할 수 있으므로, 위상 결정의 정밀도를 보다 높일 수 있다.

공작 기계(1)는, 주축(21)을 회전시킨 후, 주축(21)에 가하는 부하 토크값(T1)과 부하 토크 역치(Tth)에 기초하여, 공구 홀더(14)의 위상 결정을 종료할지의 여부를 판정한다. 그 때문에, 공작 기계(1)에 있어서는, 주축 키(212)가 공구 홀더(14)의 키 홈(144)에 대고 눌려진 것을, 보다 정확하면서도 확실히 특정할 수 있다.

공작 기계(1)는, 공구 홀더(14)를 교환할 때에, 위상 결정을 실행한 때의 회전 방향과는 역방향으로 주축(21)을 회전시켜, 주축(21)의 회전 위치를 보정한다. 이에 의하면, 공구 홀더(14)를 떼어낼 때에, 공구 홀더(14)의 키 홈(144)이 주축 키(212) 및 그립 키(136)과 접촉한 채로 뽑혀지는 경우가 없으므로, 공구 홀더(14)의 키 홈(144)의 마모를 억제할 수 있다. 그 때문에, 장기간에 걸쳐 보다 정밀도가 높은 위상 결정을 행할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명했으나, 본 발명은, 전술한 실시 형태로 한정되는 것은 아니며, 후술하는 변형 형태와 같이 다양한 변형이나 변경이 가능하고, 그것들도 본 발명의 기술적 범위 내에 포함된다. 또한, 실시 형태에 기재한 효과는, 본 발명으로부터 생기는 가장 바람직한 효과를 열거한 것에 지나지 않고, 실시 형태에 기재한 것으로 한정되지 않는다. 또한, 상술의 실시 형태 및 후술하는 변형 형태는, 적절히 조합하여 이용할 수도 있으나, 상세한 설명은 생략한다.

(변형 형태)

실시 형태에서는, 주축(21)에 가하는 부하 토크값(T1)과 부하 토크 역치(Tth)에 기초하여, 공구 홀더(14)의 위상 결정을 종료할지의 여부를 판정하는 예에 대하여 설명하였으나, 이에 한정되지 않는다. 주축(21)을 회전시킨 후, 주축(21)이 소정의 회전 위치까지 회전한 시점에서 공구 홀더(14)의 위상 결정을 종료하도록 해도 되고, 주축(21)을 소정 시간만큼 회전시킨 후, 공구 홀더(14)의 위상 결정을 종료하도록 해도 된다. 또한, 주축 키(212)가 공구 홀더(14)의 키 홈(144)에 대고 눌려진 것을, 센서 등에 의해 검출해도 된다.

실시 형태에서는, 공구 홀더(14)의 위상 결정을 종료한 때의 주축(21)의 회전 위치에 관한 정보로서, 주축 위상 위치(θ)를 이용하는 예에 대하여 설명하였으나, 이에 한정되지 않는다. 주축 위상 위치(θ)를 기억해 두는 대신에, 주축(21)을 역방향으로 회전시키는 각도를 미리 설정해 두고, 공구 홀더(14)를 떼어낼 때에는, 이 각도 분만큼 주축(21)을 회전시켜도 된다.

1：공작 기계
10：공구 교환 장치
11：공구 매거진
13：그립
14：공구 홀더
20：가공 장치
21：주축
22：주축 헤드
23：드로버
30：수치 제어 장치
136：그립 키
141：테이퍼 셩크
144：키 홈
146：공구
212：주축 키
301：프로세서
302：ROM
303：RAM(부하 역치 기억부, 회전 방향 기억부, 회전 위치 기억부)
304：SRAM
305：PMC
311：축 제어부
313：써보 모터
314：위치·속도 검출기
315：스핀들 제어부
317：주축 모터
318：포지션 코더

Claims

공구 및 키 홈을 가지는 공구 홀더와,
상기 공구 홀더의 상기 키 홈과 감합 가능한 주축 키 및 주축을 가지며 또한 상기 공구 홀더를 착탈 가능하게 보지하는 주축 구동부와,
상기 공구 홀더의 상기 키 홈과 감합 가능한 그립 키를 가지며 또한 상기 공구 홀더를 상기 주축에 대하여 정위치(定位置)로 유지하는 그립을 구비하는 공구 교환 장치와,
상기 주축으로의 상기 공구 홀더의 착탈을 행하도록, 상기 공구 교환 장치를 제어하는 수치 제어 장치를 구비하고,
상기 수치 제어 장치는, 상기 그립에 보지되는 상기 공구 홀더를 상기 주축에 장착할 때에, 적어도 상기 공구 홀더의 상기 키 홈이 상기 주축 키에 삽입되는 상태에서, 상기 주축을 회전시켜 상기 주축 키를 상기 공구 홀더의 상기 키 홈에 대고 눌러서, 상기 주축에 대한 상기 공구 홀더의 위상 결정을 행하도록, 상기 주축 구동부를 제어하는 공작 기계.
제1항에 있어서,
상기 주축에 가하는 부하의 역치를 기억하는 부하 역치 기억부를 구비하고,
상기 수치 제어 장치는, 상기 공구 홀더의 위상 결정을 행할 때에, 주축에 가하는 부하와 상기 부하 역치 기억부에 기억되는 상기 부하의 역치에 기초하여, 상기 공구 홀더의 위상 결정을 종료할지의 여부를 판단하는 공작 기계.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 공구 홀더의 위상 결정을 실행할 때의 상기 주축의 회전 방향에 관한 정보를 기억하는 회전 방향 기억부를 구비하고,
상기 수치 제어 장치는, 상기 공구 홀더의 위상 결정을 행할 때에, 상기 회전 방향 기억부에 기억되어 있는 상기 주축의 회전 방향에 관한 정보에 기초하여 상기 주축을 회전시키는 공작 기계.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 공구 홀더의 위상 결정을 종료한 때의 상기 주축의 축 회전의 회전 위치에 관한 정보를 기억하는 회전 위치 기억부를 구비하고,
상기 수치 제어 장치는, 상기 공구 홀더의 위상 결정을 종료한 후, 상기 회전 위치 기억부에 기재되어 있는 상기 회전 위치에 관한 정보에 기초하여 상기 주축의 회전 위치를 보정하는 공작 기계.