KR20220154501A - 공작기계의 공구교환 제어장치 및 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가공프로그램을 선독하여 스핀들에 장착된 가공공구의 현재 잔여시간과 준비스테이션에 보관될 교환공구 또는 대기공구의 준비시간에 따라 스핀들에서 사용 예정중인 교환공구 또는 대기공구를 준비스테이션에 미리 준비시키고, 스핀들에서 반납되는 반납공구를 임시 보관함에 따라 대기공구 준비, 교환공구와 가공공구의 교환, 및 반납공구의 반납에 대한 순서를 가공프로그램에 따라 정밀하게 제어하면서 자동으로 공구교환을 수행함에 따라 공구교환시에 버퍼링을 방지하고 공구교환 지연시간을 최대한 단축하여 비가공시간 감소에 의해 생산성을 향상하고, 가공비용을 절감할 수 있는 공작기계의 공구교환 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.

Description

공작기계의 공구교환 제어장치 및 제어방법{Tool change control device of machine tool and method thereof}

본 발명은 공작기계의 공구교환 제어장치 및 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 대기포트를 구비하는 준비스테이션을 구비하고 대용량 매거진을 갖는 공작기계에서 가공프로그램을 선독하여 준비스테이션에 대기공구와 교환공구를 최적화된 상태로 미리 준비하여 공구교환을 수행함에 따라 공구교환시에 버퍼링을 방지하고, 공구교환 지연시간을 최소화하여 가공생산성을 극대화할 수 있는 공작기계의 공구교환 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 numerical control) 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.

또한, 일반적으로 공작기계는 가공방법에 따라 크게 터닝센터(TURNING CENTER)와 머시닝센터(MACHINING CENTER)로 분류된다. 일반적으로 터닝센터는 공작물이 회전하고, 머시닝센터는 공구가 회전하면서 공작물의 가공이 수행된다.

일반적으로 터닝센터라 함은 자동공구교환장치 등을 구비하고, 여러 종류의 공구를 교환하여 다양한 가공을 수행하는 공작기계를 말하는 것으로 크게 주축이 수직으로 장착되어 있는 수직형(vertical) 터닝센터와 수평형(horizontal) 터닝센터로 나누어진다.

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 주축이 수직으로 장착되어 있는 수직형(vertical) 머시닝센터와 수평형(horizontal) 머시닝센터로 나누어진다.

이러한 터닝센터와 머시닝센터는 다양한 가공을 신속하고 효과적으로 수행하기 위해 일반 매거진보다 매우 많은 공구를 보관하는 대용량 매거진을 구비할 수 있다.

도 1에 도시된 것처럼, 종래 공작기계의 공구교환 제어장치 및 제어방법은 공구 준비 시간 단축을 위해 1개의 대기포트를 운영한다. 즉, 매거진(20)에 다수의 공구(2)가 수납되고, 이송 그립퍼(21)를 통해 1개의 대기포트(30)에 다음 가공에 사용되는 교환공구를 대기시킨다. 스핀들(10)에 장착된 가공공구의 가공이 완료되면 자동공구교환장치(40)를 통해 스핀들(10)에 장착된 가공공구와 대기포트(30)에 대기중인 교환공구를 자동공구교환장치(40)가 교환한다. 대기포트(30)로 반납된 가공공구는 이송 그립퍼(21)를 통해 다시 대용량 매거진(20)으로 반납된다. 즉, 도 1에서 점선 화살표는 매거진(20)으로부터 대기포트(30)를 경유하여 교환공구가 스핀들(10)까지 이동하는 경로를 나타내고, 실선 화살표는 스핀들(10)로부터 대기포트(30)를 경유하여 매거진(20)으로 반납되는 경로를 나타낸다.

이처럼, 종래 공작기계의 공구교환 제어장치 및 제어방법은 가공프로그램 공정상 사용되는 공구들의 호출되는 시간 간격이 공구를 준비하는 시간보다 긴 경우에는 공구교환 지연시간이 발생하지 않지만, 공구를 준비하는 시간이 공구 호출시간 보다 긴 경우에는 공구교환 지연시간이 필연적으로 발생하여 생산성이 감소하는 문제점이 있었다.

즉, 도 2에 도시된 것처럼, 종래 공작기계의 공구교환 제어장치 및 제어방법은 스핀들로 가공시에 실제 가공이 진행되는 절삭 공정과 공구교환 대기에 따른 시간 차이가 발생하여 공구교환 지연시간이 발생하고, 매거진에서는 공구 준비 시간과 공구 반납 시간상에 차이로 인해 가공프로그램의 가공 공정상 공구교환 지연시간이 증가하여 비가공시간 증가에 따라 가공생산성이 저하되고, 가공비용이 증가하는 문제점이 있었다.

또한, 종래 공작기계의 공구교환 제어장치 및 제어방법은 1개의 대기포트만을 운영하여 버퍼링 기능의 활용을 도모하지 못함에 따라 공구손상이나 파손시에 공구교환 오류 등을 방지할 수 없어 공작기계의 신뢰성과 안정성이 감소하여 소비자의 불만을 초래하는 문제점이 있었다.

더욱이, 종래 공작기계의 공구교환제어장치 및 제어방법은 1개의 공구만을 대기포트에 대기한 상태에서 공구교환을 수행함에 따라 공구손상이나 파손시에 해당 공구로 가공을 수행함에 따라 공작물 손상에 따라 자원낭비를 초래하고, 공작기계의 유지보수 비용과 시간이 증가하는 문제점이 있었다.

게다가, 종래 공작기계의 공구교환 제어장치 및 제어방법은 오직 1개의 공구만을 대기하여 공구교환을 수행함에 따라 가공정밀도가 감소되고, 작업자가 계속해서 다음 공정의 작동 유무를 확인해야 함에 따라 작업자의 불편을 초래하고, 안전사고가 발생할 수 있는 문제점이 있었다.

따라서, 대용량 매거진을 갖는 공작기계에서 가공프로그램을 선독하여 스핀들에 장착된 가공공구를 준비스테이션의 버퍼링 기능을 최대한 다양하게 활용하여 공구교환, 대기공구 준비, 반납공구의 반납의 순서와 진행여부를 자동으로 결정하여 자동으로 공구교환을 수행할 수 있는 공작기계의 공구교환 제어장치 및 제어방법의 개발이 시급한 실정이다.

대한민국 특허공개공보 제10-2016-0053507호 대한민국 특허공개공보 제10-2002-0015945호 대한민국 특허공개공보 제10-2009-0051822호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 가공프로그램을 선독하여 상기 스핀들에 장착되어 가공을 수행하는 가공공구의 현재 잔여시간과 상기 준비스테이션에 보관될 교환공구 또는 대기공구의 준비시간에 따라 상기 준비스테이션에 교환공구 또는 대기공구를 미리 준비시킨 상태에서 자동으로 공구교환을 수행하고, 스핀들에서 반납되는 반납공구를 임시 보관함에 따라 대기공구 준비, 교환공구와 가공공구의 교환, 및 반납공구의 반납에 대한 순서를 가공프로그램에 따라 정밀하게 제어하면서 자동으로 공구교환을 수행함에 따라 공구교환 지연시간을 최대한 단축하여 비가공시간 감소에 의해 생산성을 향상하고, 가공비용을 절감할 수 있는 공작기계의 공구교환 제어장치 및 제어방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 복수개의 포트를 구비하는 준비스테이션을 구비하고, 가공프로그램에 따라 순서대로 교환공구, 대기공구, 반납공구를 임시로 수납하는 버퍼링기능을 통한 공구교환 제어 순서를 자동으로 결정하고 공구교환 오류 등을 방지하여 공구교환을 수행함에 따라 공작기계의 신뢰성과 안정성을 증대시키고, 공구 파손이나 공작물 손상을 방지하여 공작물이 낭비되는 것을 예방하고, 가공정밀도를 향상하고, 공작기계의 유지비용과 시간을 절감하며, 작업자의 편의를 도모하고, 안전사고를 미연에 방지할 수 있는 공작기계의 공구교환 제어장치 및 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 공작기계의 공구교환 제어장치는 공구가 탈부착 가능하게 장착되어 공작물을 가공하는 스핀들; 상기 스핀들에 장착되는 복수의 공구를 보관하는 매거진; 상기 스핀들에 장착되는 공구를 교환하는 자동공구교환부; 상기 스핀들과 상기 매거진 사이에서 공구를 임시로 수납하는 준비스테이션; 및 상기 스핀들, 상기 매거진, 상기 자동공구교환부, 및 상기 준비스테이션의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는 가공프로그램을 선독하여 상기 스핀들에 장착되어 가공을 수행하는 가공공구의 현재 잔여시간과 상기 준비스테이션에 보관될 교환공구 또는 대기공구의 준비시간에 따라 상기 준비스테이션에 교환공구 또는 대기공구를 미리 준비시킨 상태에서 자동으로 공구교환을 수행할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 공구교환 제어장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 공구교환 제어장치의 상기 준비스테이션은 상기 스핀들과 상기 매거진 사이에서 회전 가능하게 설치되는 베이스부; 및 상기 베이스부에 복수개로 형성되어 상기 매거진으로부터 로딩된 교환공구 또는 대기공구와 상기 스핀들로부터 반납된 반납공구를 수납하는 복수의 대기포트;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 공구교환 제어장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 공구교환 제어장치의 상기 매거진은 상기 제어부의 제어를 통해 상기 매거진에 보관되는 사용 예정중인 교환공구 또는 대기공구를 상기 준비스테이션으로 로딩시키거나 상기 준비스테이션으로부터 상기 매거진으로 언로딩되는 반납공구를 상기 매거진으로 회수하는 셔틀부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 공구교환 제어장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 공구교환 제어장치의 상기 제어부는 상기 스핀들에서 사용 예정중인 교환공구 또는 대기공구를 상기 준비스테이션에 미리 준비시킨 상태에서 자동으로 공구교환을 수행하기 위한 정보를 저장하는 데이터 저장부; 상기 데이터 저장부에 저장된 데이터를 통해 상기 준비스테이션에 사용 예정중인 교환공구 또는 대기공구를 상기 준비스테이션에 미리 준비하기 위해 교환주기와 준비시간을 확인하고, 현재 가공시간과 잔여시간을 계산하는 연산부; 및 상기 연산부의 연산결과 및 상기 데이터 저장부에 저장된 데이터를 통해 상기 준비스테이션에 사용 예정중인 교환공구 또는 대기공구를 미리 준비하거나 상기 준비스테이션에 수납중인 반납공구를 상기 매거진으로 반납하거나 상기 스핀들의 공구교환을 순서대로 수행하는 처리부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 공구교환 제어장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 공구교환 제어장치의 제어부의 상기 데이터 저장부는 가공프로그램, 선독프로그램, 매거진, 공구, 준비스테이션, 자동공구교환부, 스핀들, 우선순위, 교환위치, 준비위치, 대형공구 지연비율에 대한 데이터를 저장하는 기본데이터 저장부; 상기 매거진에 보관되는 모든 공구에 대해 상기 매거진에서 상기 준비스테이션으로 로딩 및 상기 준비스테이션에서 상기 매거진으로 언로딩되는 준비시간에 대한 데이터를 저장하는 준비시간 데이터 저장부; 가공프로그램에 따라 상기 매거진에 보관되는 모든 공구에 대해 상기 스핀들에 장착된 이후부터 교환되기까지의 교환주기에 대한 데이터를 저장하는 교환주기 데이터 저장부; 및 현재 상기 준비스테이션의 각각의 대기포트에 수납된 대기공구 또는 교환공구 또는 반납공구, 현재 상기 스핀들에 장착된 가공공구, 현재 교환위치에 위치중인 대기포트, 및 현재 준비위치에 위치중인 대기포트에 대한 데이터를 실시간으로 저장하는 실시간 데이터 저장부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 공구교환 제어장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 공구교환 제어장치의 제어부의 상기 연산부는 상기 기본데이터 저장부에 저장된 가공프로그램을 선독하여 분석하는 분석부; 상기 분석부의 분석결과, 상기 기본데이터 저장부, 및 상기 실시간 데이터 저장부에 저장된 데이터에 의해 현재 상기 스핀들의 가공프로그램에 따른 가공 진행상태와 상기 준비스테이션의 각각의 대기포트의 현재상태와 현재위치와 대형공구 유무 및 우선순위를 확인하는 확인부; 상기 확인부의 확인결과, 상기 기본데이터 저장부, 및 상기 실시간 데이터 저장부에 저장된 데이터에 의해 상기 스핀들에 장착된 가공공구의 현재 가공시간을 계산하는 현재 가공시간 계산부; 및 상기 현재 가공시간 계산부의 계산결과, 상기 기본데이터 저장부, 및 상기 교환주기 데이터 저장부에 저장된 데이터에 의해 상기 스핀들에 장착된 가공공구의 현재 잔여시간을 계산하는 잔여시간 계산부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 공구교환 제어장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 공구교환 제어장치의 제어부의 상기 처리부는 상기 잔여시간 계산부의 계산결과에 따른 잔여시간과 상기 준비시간 데이터 저장부에 저장된 사용 예정중인 대기공구 또는 반납공구의 준비시간을 비교하는 비교부; 상기 비교부의 비교결과 및 상기 데이터 저장부에 저장된 데이터에 따라 상기 매거진으로부터 상기 준비스테이션으로 사용 예정중인 교환공구 또는 대기공구의 준비여부 또는 상기 준비스테이션에서 상기 매거진으로 반납공구의 반납여부 또는 상기 스핀들의 공구교환 여부를 판단하는 판단부; 및 상기 분석부의 분석결과, 상기 확인부의 확인결과, 및 상기 판단부의 판단결과에 따라 상기 준비스테이션에 교환공구 대기공구의 준비 또는 상기 준비스테이션에서 반납공구의 반납 또는 상기 스핀들의 공구교환 순서를 결정하고 결정지령을 전송하는 결정부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 공구교환 제어장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 공구교환 제어장치의 제어부의 상기 처리부는 상기 확인부의 확인결과, 상기 기본데이터 저장부, 및 상기 준비시간 데이터 저장부에 저장된 데이터에 의해 상기 준비스테이션에 미리 준비되거나 교환되는 공구가 대형공구인 경우에 상기 기본데이터 저장부에 저장된 대형공구 지연비율에 따라 상기 준비시간 데이터 저장부에 저장된 준비시간을 보정하고, 보정된 준비시간을 상기 준비시간 데이터 저장부에 저장하는 보정부;를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 공구교환 제어장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 공구교환 제어장치는 현재 상기 스핀들에 장착된 가공공구의 잔여시간이 사용예정 중인 대기공구의 준비시간 또는 반납공구의 준비시간 보다 큰 경우에는 상기 매거진으로부터 상기 준비스테이션으로 사용 예정중인 대기공구를 준비하거나 상기 준비스테이션으로부터 상기 매거진으로 반납공구를 반납하고,

현재 상기 스핀들에 장착된 가공공구의 잔여시간이 사용예정 중인 대기공구의 준비시간 또는 반납공구의 준비시간 보다 작거나 같은 경우에는 상기 준비스테이션의 준비 또는 상기 매거진으로의 반납을 중지하고 상기 스핀들의 공구교환만을 수행할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 공구교환 제어장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 공구교환 제어장치의 상기 제어부는 상기 스핀들에서 사용 예정중인 교환공구 또는 대기공구를 상기 준비스테이션에 미리 준비시킨 상태로 공구교환의 수행 여부를 선택하는 선택부; 및 상기 데이터 저장부, 상기 연산부, 상기 처리부, 및 상기 선택부의 결과를 표시하는 표시부;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 공작기계의 공구교환 제어방법은 스핀들에서 사용 예정중인 교환공구 또는 대기공구를 매거진으로부터 준비스테이션에 미리 준비시킨 상태에서 자동으로 공구교환을 수행하기 위한 데이터를 저장하는 단계; 가공프로그램을 선독하여 분석하는 단계; 현재 상기 스핀들의 가공프로그램에 따른 가공 진행상태와 상기 준비스테이션의 각각의 대기포트의 현재 상태와 위치와 대형공구 유무 및 우선순위를 확인하는 단계; 확인결과와 기저장된 데이터에 의해 상기 스핀들에 장착된 가공공구의 현재 가공시간을 계산하는 단계; 현재 가공시간 계산결과와 기저장된 데이터에 의해 상기 스핀들에 장착된 가공공구의 현재 잔여시간을 계산하는 단계; 잔여시간 계산결과와 기저장된 데이터에 따라 사용 예정중인 대기공구 또는 반납공구의 준비시간을 비교하는 단계; 비교결과와 기저장된 데이터에 따라 상기 매거진으로부터 상기 준비스테이션으로 사용 예정중인 교환공구 또는 대기공구의 준비여부 또는 상기 준비스테이션에서 상기 매거진으로 반납공구의 반납여부를 판단하는 단계; 및 분석결과, 확인결과, 및 판단결과에 따라 상기 준비스테이션에 교환공구 대기공구의 준비 또는 상기 준비스테이션에서 반납공구의 반납 또는 상기 스핀들의 공구교환 순서를 결정하고 결정지령을 전송하는 단계;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 공구교환 제어방법의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 공구교환 제어방법은 상기 확인 단계 이후에 확인결과에 따라 상기 준비스테이션에 미리 준비되거나 교환되는 공구가 대형공구인 경우에 준비시간을 보정하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의한 공작기계의 공구교환 제어장치 및 제어방법은 가공프로그램을 선독하여 스핀들에 장착되어 가공을 수행하는 가공공구의 현재 잔여시간과 준비스테이션에 보관될 교환공구 또는 대기공구의 준비시간에 따라 준비스테이션에 교환공구 또는 대기공구를 미리 준비키고, 스핀들에서 반납되는 반납공구를 임시 보관한 상태에서 대기공구 준비, 교환공구와 가공공구의 교환, 및 반납공구의 반납에 대한 순서를 가공프로그램에 따라 정밀하게 제어하면서 자동으로 공구교환을 수행함에 따라 공구교환시에 발생하는 버퍼링을 방지하고 공구교환 지연시간을 최대한 단축하여 비가공시간 감소에 의해 생산성을 향상할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 공구교환 제어장치 및 제어방법은 생산성 향상 및 비가공시간 감소에 따라 가공비용을 절감하고, 공작기계의 유지비용과 시간을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

더욱이, 본 발명에 의한 공작기계의 공구교환 제어장치 및 제어방법은 복수개의 포트를 구비하는 준비스테이션에 가공프로그램에 따라 교환공구, 대기공구, 반납공구를 임시로 수납하는 버퍼링기능을 통한 공구교환 순서를 자동으로 결정하고 공구교환을 자동으로 수행함에 따라 공구교환 오류를 방지하여 공작기계의 신뢰성과 안정성을 증대시킬 수 있다.

게다가, 본 발명에 의한 공작기계의 공구교환 제어장치 및 제어방법은 준비스테이션의 버퍼링 기능을 통해 자동으로 공구교환을 신속하고 정확하게 수행함에 따라 공구교환시에 공구의 손상이나 파손을 방지하여 공작물이 낭비되는 것을 예방하고, 가공정밀도를 향상하며, 작업자의 편의를 도모하고, 안전사고를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 공작기계의 공구교환 제어장치의 개념도를 나타낸다.
도 2는 종래 공작기계의 공구교환 제어장치 및 제어방법으로 공구교환시에 스핀들과 매거진에서 발생하는 시간 지연에 대한 그래프를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 의한 공작기계의 공구교환 제어장치의 구성도를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 의한 공작기계의 공구교환 제어장치의 개념도를 나타낸다.
도 5는 본 발명에 의한 공작기계의 공구교환 제어장치의 제어부의 블록도를 나타낸다.
도 6은 본 발명에 의한 공작기계의 공구교환 제어장치 및 제어방법의 일실시예에 따른 공구교환 순서와 교환주기가 입력된 데이터 및 화면구성을 나타낸다.
도 7은 본 발명에 의한 공작기계의 공구교환 제어장치 및 제어방법의 일실시예에 따른 우선순위가 입력된 데이터 및 화면구성을 나타낸다.
도 8은 본 발명에 의한 공작기계의 공구교환 제어장치 및 제어방법의 일실시예에 따른 스핀들과 매거진 및 준비스테이션에서의 공구 준비와 반납 및 공구교환 과정을 나타낸다.
도 9는 본 발명에 의한 공작기계의 공구교환 제어방법의 절차도를 나타낸다.

이하, 본 발명의 실시예에 의한 공작기계의 공구교환 제어장치 및 제어방법의 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 3은 본 발명에 의한 공작기계의 공구교환 제어장치의 구성도를 나타내고, 도 4는 본 발명에 의한 공작기계의 공구교환 제어장치의 개념도를 나타내며, 도 5는 본 발명에 의한 공작기계의 공구교환 제어장치의 제어부의 블록도를 나타낸다. 도 6은 본 발명에 의한 공작기계의 공구교환 제어장치 및 제어방법의 일실시예에 따른 공구교환 순서와 교환주기가 입력된 데이터 및 화면구성을 나타내고, 도 7은 본 발명에 의한 공작기계의 공구교환 제어장치 및 제어방법의 일실시예에 따른 우선순위가 입력된 데이터 및 화면구성을 나타내며, 도 8은 본 발명에 의한 공작기계의 공구교환 제어장치 및 제어방법의 일실시예에 따른 스핀들과 매거진 및 준비스테이션에서의 공구 준비와 반납 및 공구교환 과정을 나타낸다. 도 9는 본 발명에 의한 공작기계의 공구교환 제어방법의 절차도를 나타낸다.

도 3 내지 도 5 및 도 7 내지 도 9를 참조하여 본 발명에 의한 공작기계의 공구교환 제어장치(1)를 설명한다. 도 3 내지 도 5에 도시된 것처럼, 본 발명에 의한 공작기계의 공구교환 제어장치(1)는 스핀들(100), 매거진(200), 준비스테이션(300), 자동공구교환부(400), 및 제어부(500)를 포함한다.

스핀들(100)은 공구가 탈부착 가능하게 장착되어 공작물을 가공한다. 즉, 스핀들(100)에 가공공구(T1)가 장착되어 공작물을 가공한다. 또한, 이러한 가공공구는 수시로 매거진에 보관된 다른 공구와 가공프로그램에 따른 제어부의 제어를 통해 교체된다.

매거진(200)은 스핀들에 장착되는 복수의 공구를 보관한다. 즉, 매거진(200)은 가공프로그램에 따라 가공에 사용되는 다양한 공구와 다른 가공프로그램에 사용되는 공구 등 다수의 공구를 포함한다. 특히, 본 발명에 의한 공작기계의 공구교환 제어장치의 매거진은 일반 매거진보다 더욱 많은 다수의 공구를 보관하는 대용량 매거진으로 이루어진다.

이러한 대용량 매거진(200)은 도 3에 도시된 것처럼, 셔틀부(210), 하우징(220), 복수의 그립퍼(230)를 구비한다. 즉, 하우징(220)은 대용량 매거진의 외관을 형성하고, 복수의 그립퍼(230)와 체인 및 체인 구동장치 및 셔틀부(210)가 설치되는 공간을 형성한다. 복수의 그립퍼에 각각의 1개의 공구(240)가 수납된다. 또한, 복수의 그립퍼는 하우징의 내부에서 체인에 연결된 상태로 다단으로 형성될 수 있다.

셔틀부(210)는 제어부의 제어를 통해 매거진에 보관되는 사용 예정중인 교환공구 또는 대기공구를 준비스테이션으로 로딩시키거나 준비스테이션으로부터 매거진으로 언로딩되는 반납공구를 매거진으로 회수하는 기능을 수행한다. 즉, 셔틀부(210)는 후술하는 준비스테이션의 베이스부(310)의 회전에 의해 베이스부의 대기포트가 준비위치(B)로 이동하면 셔틀부를 통해 매거진에 보관중인 사용예정 중인 대기공구를 준비스테이션의 대기포트로 이송시키거나, 또는 포트에 보관중인 반납공구를 매거진으로 회수한다.

준비스테이션(300)은 가공공구와 교환되는 교환공구, 교환공구와 공구교환을 대기중인 대기공구, 및 스핀들로부터 반납된 반납공구를 각각의 대기포트에 수납한다.

즉, 가공공구란 현재 스핀들에 장착되어 공작물을 가공하는 공구를 의미한다. 대기공구란 가공프로그램상 현재 가공되는 공구 다음에 사용 예정중인 공구로 현재 스핀들에 장착되어 가공을 수행하고 있는 가공공구와 교환되어 가공프로그램상 바로 다음 가공을 수행하기 위해 복수의 대기포트 중에서 1개의 대기포트에 수납된 공구로, 결국 가공프로그램상 교환공구 바로 다음 또는 다다음과 같이 교환공구의 이후 순서로 교환되도록 대기포트에 수납된 교환공구 이후 순서의 공구를 의미한다. 반납공구란 현재 교환공구가 스핀들에 장착되고 바로 직전에 스핀들에 장착되어 준비스테이션의 대기포트 중 1개의 대기포트로 반납되거나, 이전에 준비스테이션에 반납된 상태에서 준비스테이션의 대기포트에서 수납되어 대기중인 상태로 가공프로그램에 따라 매거진으로 최종 반납되는 공구를 의미한다.

구체적으로 가공공구란 현재 스핀들에 장착되어 공작물을 가공하는 공구를 의미한다. 또한, 교환공구는 현재 스핀들에 장착되어 공작물을 가공하는 가공공구와 준비스테이션에서 대기중인 상태로 교환되는 공구를 의미한다. 대기공구란 교환공구와 교환을 대기중인 공구 또는 차순위 대기공구와 교환을 대기중인 공구를 의미한다. 반납공구는 스핀들로부터 교환공구와 ㄱ교환되어 반납되는 공구를 의미한다. 즉, 가공공구, 교환공구, 대기공구, 반납공구는 가공프로그램에 따라 계속해서 변동된다. 예를 들어 현재 교환공구와 교환을 대기중인 공구가 제1 대기공구로 준비스테이션에 준비되고, 이러한 제1 대기공구와 교환을 대기중인 제2 대기공구가 준비스테이션에 준비된다. 현재 스핀들에 장착되어 공작물의 가공을 수행하는 가공공구와 교환을 준비하기 위해 준비스테이션에 수납된 교환공구는 가공공구와 교환되는 순간 가공공구가 되고 기존에 스핀들에서 가공을 수행하여 교환된 가공공구는 준비스테이션으로 언로딩되면서 반납공구가 된다. 또한, 스핀들에 새롭게 교체되어 장착된 기존 교환공구와 교환을 준비중인 제1 대기공구는 교환공구가되고, 제2 대기공구는 제1 대기공구로 변경된다. 결국, 가공공구, 교환공구, 대기공구, 반납공구는 준비스테이션에 로딩 또는 언로딩되는 과정에서 준비스테이션을 중심으로 가공프로그램에 따라 계속해서 변경된다.

또한, 도 3 및 도 4에 도시된 것처럼, 본 발명에 의한 공작기계의 공구교환 제어장치의 준비스테이션(300)는 베이스부(310)와 복수의 대기포트(P1, P2, P3, P4)를 포함한다.

베이스부(310)는 스핀들과 상기 매거진 사이에서 회전 가능하게 설치된다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 베이스부(310)는 대략 원판 형태 또는 사각형 형태로 형성되어 스핀들과 매거진 사이에 회전 가능하게 배치된다. 또한, 베이스부는 복수의 대기포트가 형성되는 공간 및 대기포트를 통해 교환공구, 대기공구, 반납공구를 지지하는 기능을 수행한다.

복수의 대기포트(P1, P2, P3, P4)는 베이스부에 복수개로 형성되어 매거진으로부터 로딩된 교환공구 또는 대기공구와 스핀들로부터 반납된 반납공구를 수납한다. 도 3 내지 도 4에 복수의 대기포트가 4개로 형성된 것으로 도시되어 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 더 많거나 더 적은 숫자로 형성될 수 있다. 다만, 본 발명의 준비스테이션의 버퍼링기능을 활용하기 위해 종래와 달리 반드시 준비스테이션은 2개 이상의 대기포트를 구비해야 한다.

자동공구교환부(400)는 준비스테이션과 스핀들 사이에 배치되어 준비스테이션에 수납중인 교환공구와 스핀들에 장착된 가공공구를 서로 교환한다. 즉, 자동공구교환부는 제어부의 제어를 통해 준비스테이션의 대기포트에 수납중인 교환공구와 스핀들에 장착된 가공공구를 서로 맞교환한다. 이처럼, 교환공구와 가공공구가 교환되면 교환공구는 새롭운 가공공구가 기존의 가공공고는 반납공구가 된다.

제어부(500)는 스핀들에 장착된 가공공구를 준비스테이션에 수납중인 교환공구로 교환하기 위해 스핀들, 매거진, 준비스테이션, 및 자동공구교환부의 작동을 제어한다. 즉, 제어부는 가공프로그램을 선독하여 스핀들에 장착되어 가공을 수행하는 가공공구의 현재 잔여시간과 준비스테이션에 보관될 교환공구 또는 대기공구의 준비시간에 따라 준비스테이션에 교환공구 또는 대기공구를 미리 준비시킨 상태에서 자동으로 공구교환을 수행한다. 구제척으로 제어부는 가공프로그램을 선독하여 스핀들에 장착된 가공공구의 현재 잔여시간과 준비스테이션에 보관될 교환공구 또는 대기공구의 준비시간에 따라 스핀들에서 사용 예정중인 교환공구 또는 대기공구를 준비스테이션에 미리 준비시킨 상태에서 교환공구와 가공공구를 자동으로 교환하고 반납공구를 매거진으로 반납하여 자동으로 공구교환을 수행하여 공구교환 지연시간을 최대한 단축하여 비가공시간 감소에 의해 생산성을 향상하고, 가공비용을 절감하고, 공작기계의 유지비용과 시간을 감소시킬 수 있다.

도 3 내지 도 5에 도시된 것처럼, 본 발명에 의한 공작기계의 공구교환 제어장치(1)의 제어부(500)는 데이터 저장부(510), 연산부(520), 처리부(530), 선택부(540), 및/또는 표시부(500)를 포함한다.

또한, 도면에 도시되지는 않았지만, 본 발명에 의한 공작기계의 공구교환 제어장치의 제어부는 PLC를 포함한다.

제어부는 NC(numerical control, NC) 또는 CNC(computerized numerical control)를 포함하고, 각종 수치 제어 프로그램이 내장되어 있다. 즉, 제어부에는 스핀들, 매거진, 준비스테이션, 및 자동공구 교환부 등의 구동프로그램 등이 내장되고, 제어부의 구동에 따라 해당 프로그램이 자동으로 로딩되어 작동한다. 또한, 제어부는 스핀들, 준비스테이션, 매거진, 및 자동공구교환부와 소정의 프로토콜에 의해 통신을 수행한다.

또한, 도면에 도시되지는 않았지만, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 제어부는 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 공작기계 또는 매거진의 하우징, 케이스, 또는 일측에 설치되어 다양한 기능스위치 또는 버튼과 각종 정보를 표시할 수 있는 모니터를 구비한다.

PLC(Programmable Logic Controller)는 제어부, 스핀들, 매거진, 준비스테이션, 및 자동공구교환부 등과 소정의 프로토콜에 의한 통신을 수행하고, 이러한 통신을 통해 제어명령을 행하는 기능을 수행한다. 즉, PLC는 제어부의 수치 제어 프로그램에 따라 스핀들, 매거진, 준비스테이션, 및 자동공구교환부 등을 구동시킨다.

데이터 저장부(510)는 스핀들에서 사용 예정중인 교환공구 또는 대기공구를 준비스테이션에 미리 준비시킨 상태에서 자동으로 공구교환을 수행하기 위한 정보를 저장한다. 이러한 데이터 저장부(610)는 ROM, RAM, EPROM, 플래시 드라이브, 하드 드라이브 등과 같은 다양한 저장기기일 수 있고, 인터넷(internet)상에서 데이터 저장부(510)의 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage)일 수도 있다.

연산부(520)는 데이터 저장부에 저장된 데이터를 통해 준비스테이션에 사용 예정중인 교환공구 또는 대기공구를 준비스테이션에 미리 준비하기 위해 준비시간, 교환주기를 확인하고, 현재 가공시간과 잔여시간을 계산한다.

처리부(530)는 연산부의 연산결과 및 데이터 저장부에 저장된 데이터를 통해 준비스테이션에 사용 예정중인 교환공구 또는 대기공구를 미리 준비하거나 준비스테이션에 수납중인 반납공구를 매거진으로 반납하거나 스핀들의 공구교환을 순서대로 수행한다.

따라서, 본 발명에 의한 공작기계의 공구교환 제어장치는 복수개의 포트를 구비하는 준비스테이션이 가공프로그램에 따라 교환공구, 대기공구, 반납공구를 임시로 수납하는 버퍼링기능을 통한 공구교환 순서를 자동으로 결정하고 공구교환을 자동으로 수행함에 따라 공구교환 오류를 방지하여 공작기계의 신뢰성과 안정성을 증대시키고, 준비스테이션의 버퍼링 기능을 통해 자동으로 공구교환을 신속하고 정확하게 수행함에 따라 공구교환시에 공구의 손상이나 파손을 방지하여 공작물이 낭비되는 것을 예방하고, 가공정밀도를 향상하며, 작업자의 편의를 도모하고, 안전사고를 미연에 방지할 수 있다.

선택부(540)는 스핀들에서 사용 예정중인 교환공구 또는 대기공구를 준비스테이션에 미리 준비시킨 상태로 공구교환의 수행 여부를 선택한다. 즉, 선택부는 공작기계의 공작물 가공시에 스핀들에서 사용 예정중인 교환공구 또는 대기공구를 준비스테이션에 미리 준비시킨 상태로 공구교환의 수행할지 말지에 대해 사용자의 의사에 따라 간단한 버튼 조작을 통한 온/오프 기능을 통해 결정할 수 있다. 구체적으로 선택부는 표시부 또는 제어부의 조작반 등에 버튼 형태로 표시되어 사용자가 버튼 조작을 통해 가공프로그램을 선독하여 스핀들에 장착된 가공공구의 현재 잔여시간과 준비스테이션에 보관될 교환공구 또는 대기공구의 준비시간에 따라 스핀들에서 사용 예정중인 교환공구 또는 대기공구를 준비스테이션에 미리 준비시킨 상태에서 자동으로 공구교환을 수행하고, 가공프로그램에 따른 교환공구 또는 대기공구의 준비 또는 반납공구의 반납이나 공구교환 순서를 자동으로 결정하여 공구교환을 신속하고 정확하게 수행하여 공구교환 지연시간을 최소화하여 가공 생산성을 향상한다. 이와 반대로 사용자가 버튼 조작을 통해 준비스테이션의 버퍼링 기능을 활용한 가공프로그램에 따른 순서에 의한 공구교환 수행 기능을 오프시키면 현재 가공공구와 교환공구만을 교환하면서 대기공구의 준비 등이 없이 가공을 수행한다. 이처럼 사용자가 필요에 따라 공작기계의 준비스테이션의 대기공구와 반납공구의 미리 준비된 상태의 버퍼링 기능 사용 여부를 임의로 선택함에 따라 가공시간을 감소하여 생산성을 극대화하고, 가공비용과 유지보수 비용 및 시간을 절감하고, 공작기계의 안전성과 신뢰성을 향상하며 가공프로그램에 따른 최적화된 가공을 수행하여 소비자의 만족도를 극대화하고 작업자의 편의를 도모할 수 있다.

표시부는 데이터 저장부, 연산부, 처리부, 및 선택부의 결과를 표시하는 표시부하여 사용자의 편의성을 향상할 수 있다. 이러한 표시부는 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED), 플렉서블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display), 전자잉크 디스플레이(e-ink display) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.

또한, 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 표시부는 터치스크린 형태로 형성되어 공작기계의 하우징, 케이스, 또는 일측에 설치되어 다양한 기능스위치 또는 버튼과 각종 정보를 표시할 수 있다.

이처럼, 표시부에 각종 상태가 표시됨에 따라 사용자 또는 작업자는 현재 공작기계의 운영상태와 장비상태를 실시간으로 확인하여 발생할 수 있는 충돌이나 공구 또는 장비 파손을 미연에 방지하여 유지보수 비용과 시간을 감소하고 안전사고를 예방하며, 알람 등을 통해 갑작스러운 사고에 대비할 수 있다.

도 5 및 도 6에 도시된 것처럼, 본 발명에 의한 공작기계의 공구교환 제어장치의 제어부의 데이터 저장부(510)는 기본데이터 저장부(511), 준비시간 데이터 저장부(512), 교환주기 데이터 저장부(513), 및 실시간 데이터 저장부(514)를 포함한다.

기본데이터 저장부(511)는 가공프로그램, 선독프로그램, 매거진, 공구, 준비스테이션, 자동공구교환부, 스핀들, 우선순위, 교환위치, 준비위치, 대형공구 지연비율에 대한 데이터를 저장한다. 즉, 기본데이터 저장부는 각각의 공작물에 따른 가공프로그램, 가공프로그램의 선독프로그램, 매거진, 준비스테이션, 자동공구교환부, 및 스핀들의 크기, 유형, 종류, 작동 등에 대한 정보를 저장한다. 또한, 매거진에 장착되는 공구의 종류, 크기, 타입 등에 대한 정보를 저장한다. 즉, 해당 공구가 대형공구인지 일반공구인지, 선삭공구인지 황삭공구인지 등을 포함하여 다양한 공구정보를 저장한다. 또한, 준비스테이션의 대기포트에 수납된 교환공구를 스핀들에 장착된 가공공구와 교환하기 위한 준비스테이션의 베이스부의 교환위치(A)와 준비스테이션의 대기포트에 수납된 반납공구를 매거진으로 언로딩하거나 매거진에 보관중인 대기공구를 준비스테이션으로 로딩하기 셔틀부와 교환할 수 있는 준비위치(B)에 대한 정보를 저장한다. 또한, 대형공구의 경우 일반공구와 달리 매거진에서 준비스테이션으로 대형공구의 로딩 또는 반대로 준비스테이션에서 매거진으로 언로딩시 일반공구와 준비시간이 상이함에 따라 각 대형공구별로 대형공구 지연비율(Q)에 대한 데이터를 룩업테이블 등의 형태로 저장한다. 또한, 반납공구 또는 대기공구가 가공프로그램상 다다음 공정에서 사용되거나 총 가공프로그램상 다른 공구에 비해 빈번하게 사용되는 경우에는 우선순위를 설정하여 준비스테이션에서 매거진으로 언로딩되어 반납되고, 다시 준비스테이션으로 로딩하는 것과 같은 반복된 동작을 통한 시간낭비를 방지하기 위해 준비스테이션의 대기포트의 숫자 등을 고려하여 우선순위를 저장할 수 있다.

즉, 도 7에 도시된 것처럼, 각각의 공구에 대해 우선순위를 설정하여 1개의 가공프로그램이 작동하는 동안에 해당 우선순위가 가장 낮은 공구는 준비스테이션에서 매거진으로 언로딩하여 반납하고, 가장 우선순위가 높은 공구는 준비스테이션에서 매거진으로 반납하지 않고 계속해서 준비스테이션의 대기포트에 수납한 상태로 버퍼링을 유지하여 가공프로그램에 따른 최적화된 공구교환 지연시간을 방지하면서 가공을 수행할 수 있다.

또한, 자주사용하는 공구를 우선순위로 등록할 때에는 1개의 가공프로그램에서 특정 공구 사용 횟수를 전체 공구 교환 횟수로 나누고 100을 곱하여 퍼센트 비율로 설정한 식 1을 계산하거나 사용자가 임의로 지정한 형태로 설정될 수 있다.

[식 1]

자주 사용하는 공구의 우선순위 = (특정 공구 사용 횟수/전체 공구 교환 횟수) × 100

준비시간 데이터 저장부(512)는 매거진에 보관되는 모든 공구에 대해 매거진에서 준비스테이션으로 로딩 및 준비스테이션에서 매거진으로 언로딩되는 준비시간에 대한 데이터를 저장한다. 즉, 준비시간이란 각각의 공구에 대해 매거진에서 준비스테이션으로 로딩되거나 이와 반대로 준비스테이션에서 매거진으로 언로딩되는 시간을 의미한다. 이러한 준비시간은 가공프로그램의 선독을 통해 자동으로 산출되어 준비시간 데이터 저장부에 룩업테이블 형태로 저장된다.

교환주기 데이터 저장부(513)는 가공프로그램에 따라 매거진에 보관되는 모든 공구에 대해 스핀들에 장착된 이후부터 교환되기까지의 교환주기에 대한 데이터를 저장한다. 즉, 교환주기란 도 6에 도시된 것처럼, 공작기계에 장착된 공구가 가공프로그램상 가공을 수행하고 교체되기까지 걸리는 시간으로, 해당 공구가 스핀들에 장착되어 가공공구가 된 상태에서 실제 가공을 수행하는 가공시간을 의미한다. 구체적으로 도 6에서 T1 공구가 스핀들에 장착되어 가공공구로서 가공을 수행하면 30초 동안의 교환주기를 갖고, T11 공구는 T1 가공공구가 T11 교환공구와 교체되어 T1 공구는 반납공구가 되고, T11 공구가 가공공구로서 32초 동안 교환주기를 갖고 32초 동안 가공을 수행하는 것을 의미한다. 이러한 교환주기는 가공프로그램의 선독을 통해 자동으로 산출되어 교환주기 데이터 저장부에 룩업테이블 형태로 저장된다.

실시간 데이터 저장부(514)는 현재 준비스테이션의 각각의 대기포트에 수납된 대기공구 또는 교환공구 또는 반납공구, 현재 스핀들에 장착된 가공공구, 현재 교환위치에 위치중인 대기포트, 및 현재 준비위치에 위치중인 대기포트에 대한 데이터를 실시간으로 저장한다.

도 5에 도시된 것처럼, 본 발명에 의한 공작기계의 공구교환 제어장치의 제어부의 연산부(520)는 분석부(521), 확인부(522), 현재 가공시간 계산부(523), 및 잔여시간 계산부(524)를 포함한다.

분석부(521)는 기본데이터 저장부에 저장된 가공프로그램을 선독하여 분석한다. 즉, 분석부는 선독프로그램을 이용하여 가공프로그램을 미리 선독하여 분석하여 준비시간, 교환주기, 공구교환 순서, 교환되는 공구의 대형공구 유무, 우선순위 지정유무 등을 분석한다.

확인부(522)는 분석부의 분석결과, 기본데이터 저장부, 및 실시간 데이터 저장부에 저장된 데이터에 의해 현재 스핀들의 가공프로그램에 따른 가공 진행상태와 준비스테이션의 각각의 대기포트의 현재 상태와 현재 위치와 대형공구 유무 및 우선순위를 확인한다. 즉, 확인부는 분석부의 분석결과와 기본데이터 저장부, 및 실시간 데이터 저장부에 저장된 데이터에 의해 현재 스핀들의 가공공구의 가공진행 상태, 각각의 대기포트에 수납된 공구의 종류와 공구번호, 가공순서, 대형공구 유무, 우선순위, 교환위치와 준비위치에 위치한 대기포트 번호 등을 확인하고 특정한다.

현재 가공시간 계산부(523)는 확인부의 확인결과, 기본데이터 저장부, 및 실시간 데이터 저장부에 저장된 데이터에 의해 스핀들에 장착된 가공공구의 현재 가공시간을 계산한다.

잔여시간 계산부(524)는 현재 가공시간 계산부의 계산결과, 기본데이터 저장부, 및 교환주기 데이터 저장부에 저장된 데이터에 의해 스핀들에 장착된 가공공구의 현재 잔여시간을 계산한다. 즉, 잔여시간 계산부는 식 2를 통해 현재 가공공구의 잔여시간을 계산한다.

[식 2]

잔여시간 = 교환주기 - 현재 가공시간

즉, 도 6에 참조하여 예를 들어 설명하면, T1이 현재 스핀들에 장착된 상태의 가공공구라 할 때 현재 가공시간 계산부에서 계산된 현재 가공시간이 10초라면, T1의 교환주기는 30초로 잔여시간은 20초로 계산된다.

도 5에 도시된 것처럼, 본 발명에 의한 공작기계의 공구교환 제어장치의 제어부의 처리부(530)는 비교부(531), 판단부(532), 결정부(533), 및 보정부(534)를 포함한다.

비교부(531)는 잔여시간 계산부의 계산결과에 따른 잔여시간과 준비시간 데이터 저장부에 저장된 사용 예정중인 대기공구 또는 반납공구의 준비시간을 비교한다.

보정부(534)는 확인부의 확인결과, 기본데이터 저장부, 및 준비시간 데이터 저장부에 저장된 데이터에 의해 준비스테이션에 미리 준비되거나 교환되는 공구가 대형공구(heavy tool)인 경우에 기본데이터 저장부에 저장된 대형공구 지연비율(Q)에 따라 준비시간 데이터 저장부에 저장된 준비시간을 보정하고, 보정된 준비시간을 준비시간 데이터 저장부에 저장한다. 즉, 상술한 바와 같이 준비스테이션으로 준비되거나 준비스테이션에서 반납되는 공구가 대형공구인 경우에는 일반공구와 달리 공구의 추락으로 인한 사고를 미연에 방지하기 위해 이송속도가 감소된 상태로 준비스테이션으로의 로딩 또는 매거진으로의 언로딩을 위한 교환이 수행된다.

구체적으로 보정부는 대형공구의 준비시간을 하기 식 3에 의해 기존에 있던 준비시간을 보정하여 보정된 준비시간을 다시 준비시간 데이터 저장부에 저장한다. 이에 따라 만약 하고, 준비스테이션으로 준비되거나 준비스테이션에서 반납되는 공구가 대형공구인 경우에는 최종적으로 확인부의 판단에 따라 비교부는 보정부를 통해 보정된 준비시간과 잔여시간 계산부를 통해 계산된 잔여시간을 비교하게 된다.

[식 3]

보정된 준비시간 = 준비시간 × 해당 대형공구 지연비율(Q)

판단부(533)는 비교부의 비교결과 및 데이터 저장부에 저장된 데이터에 따라 매거진으로부터 준비스테이션으로 사용 예정중인 교환공구 또는 대기공구의 준비여부 또는 준비스테이션에서 매거진으로 반납공구의 반납여부 또는 스핀들의 공구교환 여부를 판단한다.

결정부(534)는 분석부의 분석결과, 확인부의 확인결과, 및 판단부의 판단결과에 따라 준비스테이션에 교환공구 대기공구의 준비 또는 준비스테이션에서 반납공구의 반납 또는 스핀들의 공구교환 순서를 결정하고 결정지령을 전송하여 공구교환 또는 공구준비를 수행한다.

구체적으로 결정부는 현재 상기 스핀들에 장착된 가공공구의 잔여시간이 사용예정 중인 대기공구의 준비시간 또는 반납공구의 준비시간 보다 큰 경우에는 매거진으로부터 준비스테이션으로 사용 예정중인 대기공구를 준비하거나 준비스테이션으로부터 매거진으로 반납공구를 반납하고, 현재 상기 스핀들에 장착된 가공공구의 잔여시간이 사용예정 중인 대기공구의 준비시간 또는 반납공구의 준비시간 보다 작거나 같은 경우에는 준비스테이션의 준비 또는 매거진으로의 반납을 중지하고 스핀들의 공구교환만을 수행하고, 준비스테이션은 현재 상태로 공구 버퍼링을 유지하면서 추가 반납이나 준비를 진행하지 않고 대기한다.

도 4 및 8을 참조하여 본 발명에 의한 공작기계의 공구교환 제어원리와 동작원리를 설명한다. 도 3 내지 도 7에 도시된 것처럼, 비가공시간 최소화를 통한 공구교환 및 정밀하고 안전한 공구교환을 위해서는 공구교환 지연시간의 발생을 최소로 해야 함에 따라 2개 이상의 대기포트를 구비한 준비스테이션에 효과적인 대기공구의 준비와 가공공구와 반납공구의 로딩 및 언로딩이 순차적이고 효과적으로 최적의 순서로 제어되어야 한다.

도 8에서 가공프로그램은 가공은 T1 공구(절삭 가공 공정 1) -> T11 공구(절삭 가공 공정 2) -> T12 공구(절삭 가공 공정 3) -> T13 공구(절삭 가공 공정 3) -> T14 공구(절삭 가공 공정 4) 순서로 진행되는 것을 예시로 설명한다.

분석부에서 가공프로그램을 선독하여 상술한 바와 같은 가공프로세스에 따른 가공 순서를 미리 선독하고 분석한다. 해당 가공프로세스에서 동일한 횟수로 공구가 사용됨에 따라 우선순위는 별도로 없는 것으로 가정하고, 대형공구 또한 없는 것으로 가정한다.

제어부를 통해 매거진에 보관된 T1 공구가 P1 대기포트에 미리 수납된다. 이후, P1 대기포트에 수납된 T1 공구가 스핀들에 장착되어 가공공구로서 절삭 가공공정 1을 수행한다.

T11 공구는 절삭 가공 공정 1 이후에 가공을 수행해야 하는 공구로서 절삭 가공 공정 1이 진행되는 동안에는 교환공구가 된다. 교환공구 T11을 준비스테이션에 미리 준비하기 위해 가공공구 T1이 절삭 가공공정 1을 수행하는 중에 현재 가공시간 계산부를 통한 가공공구 T1의 현재 가공시간을 계산하고, 잔여시간 계산부에서 가공공구 T1의 잔여시간을 계산하여 가공공구 T1의 잔여시간과 교환공구 T11의 준비시간을 비교부에서 서로 비교하고, 비교부의 비교결과에 따라 판단부에서 판단한다. 만약, 도 8에 도시된 것처럼, 판단부의 판단결과 가공공구 T1의 잔여시간이 교환공구 T11의 준비시간 보다 큰 경우에는 결정부의 지령을 통해 가공공구 T1이 절삭 가공 공정 1을 수행하는 동안에 매거진에 수납된 교환공구 T11이 준비스테이션의 P2 대기포트에 교환공구 T11이 로딩되어 준비스테이션에 수납된 상태로 버퍼링(buffering)을 유지한다.

또한, T12 공구는 교환공구 T11의 절삭 가공 공정 2 이후에 절삭 가공 공정 3을 수행하는 공구로 교환공구 T11 이후에 바로 가공을 수행해야 하는 공구로 대기공구 T12가 된다. 마찬가지로, 대기공구 T12를 준비스테이션에 미리 준비하기 위해 가공공구 T1이 절삭 가공공정 1을 수행하는 중간에 현재 가공시간 계산부를 통한 가공공구 T1의 현재 가공시간을 계산하고, 잔여시간 계산부에서 가공공구 T1의 잔여시간을 계산하여 가공공구 T1의 잔여시간과 대기공구 T12의 준비시간을 비교부에서 서로 비교하고, 비교부의 비교결과에 따라 판단부에서 판단한다. 도 8에 도시된 것처럼, 만약, 판단부의 판단결과 가공공구 T1의 잔여시간이 대기공구 T12의 준비시간 보다 큰 경우에는 결정부의 지령을 통해 가공공구 T1이 절삭 가공 공정 1을 수행하는 동안에 매거진에 수납된 대기공구 T12가 준비스테이션의 P3 대기포트에 대기공구 T12가 로딩되어 준비스테이션에 수납된 상태로 대기상태를 유지한다.

또한, T13 공구는 대기공구 T12의 절삭 가공 공정 3 이후에 절삭 가공 공정 4를 수행하는 공구로 대기공구 12의 후순위로 가공을 수행해야 하는 공구로 대기공구 13이 된다. 마찬가지로, 대기공구 T13을 준비스테이션에 미리 준비하기 위해 가공공구 T1이 절삭 가공공정 1을 수행하는 중간에 현재 가공시간 계산부를 통한 가공공구 T1의 현재 가공시간을 계산하고, 잔여시간 계산부에서 가공공구 T1의 잔여시간을 계산하여 가공공구 T1의 잔여시간과 대기공구 T13의 준비시간을 비교부에서 서로 비교하고, 비교부의 비교결과에 따라 판단부에서 판단한다.

도 8에 도시된 것처럼, 판단부의 판단결과 가공공구 T1의 잔여시간이 대기공구 T13의 준비시간 보다 작거나 같은 경우에는 대기공구 T13의 준비시간이 가공공구 T1의 잔여시간보다 크거나 같은 경우에 대기공구 T13을 매거진에서 준비스테이션의 P3 대기포트로 로딩하게 되면 교환공구 T11의 교환까지 공구교환 지연시간이 발생되어 비가공시간 증가에 따른 가공생산성 저하를 초래하게 된다. 이에 따라 결정부의 지령에 의해 매거진에서 대기공구 T13을 준비스테이션의 P4 대기포트로 로딩하지 않고, 현재 상태를 유지한다.

이후, 도 8에 도시된 것처럼, 가공 공정에 따라 절삭 가공 공정 2를 수행하기 위해 P2 대기포트에 수납되어 대기중인 교환공구 T11과 가공공구 T1을 결정부의 지령을 통해 자동공구교환부가 작동하여 서로 교환한다. 이때에 가공공구 T1은 원래의 P1 대기포트로 반납되어 반납공구로 변경되고, 기존 교환공구 T11은 현재 가공공구 T11이 된다.

현재 대기공구 T13이 준비스테이션에 미리 준비된 상태가 아니므로 실시간 데이터 저장부와 확인부의 확인결과에 따라 현재 상태를 판단한다. 마찬가지로, 대기공구 T13을 준비스테이션으로 미리 준비하기 위해 가공공구 T11이 절삭 가공공정 2를 수행하는 중간에 현재 가공시간 계산부를 통한 가공공구 T11의 현재 가공시간을 계산하고, 잔여시간 계산부에서 가공공구 T11의 잔여시간을 계산하여 가공공구 T11의 잔여시간과 대기공구 T13의 준비시간을 비교부에서 서로 비교하고, 비교부의 비교결과에 따라 판단부에서 판단한다.

도 8에 도시된 것처럼, 만약, 판단부의 판단결과 가공공구 T11의 잔여시간이 대기공구 T13의 준비시간 보다 큰 경우에는 결정부의 지령을 통해 가공공구 T11이 절삭 가공 공정 2를 수행하는 동안에 매거진에 수납된 대기공구 T13이 준비스테이션의 P4 대기포트에 대기공구 T13이 로딩되어 준비스테이션에 수납된 상태로 대기상태를 유지한다.

이후, 도 8에 도시된 것처럼, T14 공구는 교환공구 T13의 절삭 가공 공정 4 이후에 절삭 가공 공정 5를 수행하는 공구로 대기공구 T13 이후에 바로 가공을 수행해야 하는 공구로 대기공구 T14가 된다. 즉, 반납공구 T1은 가공프로그램 선독을 통해 이후 가공프로세스상 사용하지 않게 되면 다른 대기공구를 대기포트에 유지하는 것이 가공프로세스상 공구교환 지연시간을 방지할 수 있게 됨에 따라 반납공구 T1을 준비스테이션에서 매거진으로 반납하는 것이 최적의 가공프로세스를 구성하게 된다.

이에 따라 가공프로세스상 반납공구 T1을 준비스테이션에서 매거진으로 언로딩시켜 반납하기 위해 가공공구 T11이 절삭 가공공정 2를 수행하는 중간에 현재 가공시간 계산부를 통한 가공공구 T11의 현재 가공시간을 계산하고, 잔여시간 계산부에서 가공공구 T11의 잔여시간을 계산하여 가공공구 T11의 잔여시간과 반납공구 T1의 준비시간을 비교부에서 서로 비교하고, 비교부의 비교결과에 따라 판단부에서 판단한다. 도 8에 도시된 것처럼, 만약, 판단부의 판단결과 가공공구 T11의 잔여시간이 반납공구 T1의 준비시간 보다 큰 경우에는 결정부의 지령을 통해 가공공구 T11이 절삭 가공 공정 2를 수행하는 동안에 준비스테이션의 P1 대기포트에 수납된 반납공구 T1을 준비위치로 이동시켜 셔틀부를 통해 매거진으로 언로딩시켜 반납하여 P1 대기포트에 다른 대기공구를 수납할 수 있도록 유지한다.

이후, 도 8에 도시된 것처럼, 절삭 가공 공정 2가 완료되면 가공 공정에 따라 절삭 가공 공정 3을 수행하기 위해 P3 대기포트에 수납되어 대기중인 교환공구 T12와 가공공구 T11을 결정부의 지령을 통해 자동공구교환부가 작동하여 서로 교환한다. 이때에 가공공구 T11은 원래의 P2 대기포트로 반납되어 반납공구로 변경되고, 기존 교환공구 T12은 현재 가공공구 T12가 된다.

이후, 도 8에 도시된 것처럼, P1 대기포트에 차순위 대기공구 T14를 준비하기 위해 가공공구 T12가 절삭 가공공정 3을 수행하는 중간에 현재 가공시간 계산부를 통한 가공공구 T12의 현재 가공시간을 계산하고, 잔여시간 계산부에서 가공공구 T13의 잔여시간을 계산하여 가공공구 T13의 잔여시간과 대기공구 T14의 준비시간을 비교부에서 서로 비교하고, 비교부의 비교결과에 따라 판단부에서 판단한다. 도 8에 도시된 것처럼, 만약, 판단부의 판단결과 가공공구 T12의 잔여시간이 대기공구 T14의 준비시간 보다 큰 경우에는 결정부의 지령을 통해 가공공구 T12가 절삭 가공 공정 3을 수행하는 동안에 매거진에 수납된 대기공구 T14가 준비스테이션의 현재 빈 P1 대기포트에 대기공구 T14가 로딩되어 준비스테이션에 수납된 상태로 버퍼링 상태를 다시 유지하면서 자신의 공구교환 순서까지 대기상태를 유지한다.

따라서, 본 발명에 의한 공작기계의 공구교환 제어장치는 가공프로그램을 선독하여 스핀들에 장착된 가공공구의 현재 잔여시간과 준비스테이션에 보관될 교환공구 또는 대기공구의 준비시간에 따라 스핀들에서 사용 예정중인 교환공구 또는 대기공구를 준비스테이션에 미리 준비시키고, 스핀들에서 반납되는 반납공구를 임시 보관함에 따라 대기공구 준비, 교환공구와 가공공구의 교환, 및 반납공구의 반납에 대한 순서를 가공프로그램에 따라 정밀하게 제어하면서 자동으로 공구교환을 수행함에 따라 공구교환 지연시간을 최대한 단축하여 비가공시간 감소에 의해 생산성을 향상하고, 가공비용을 절감하며, 공작기계의 유지비용과 시간을 감소하고, 공작기계의 안전성과 신뢰성을 극대화할 수 있다.

도 9를 참조하여 본 발명에 의한 공작기계의 공구교환 제어방법을 설명한다. 도 9에 도시된 것처럼, 본 발명에 의한 공작기계의 공구교환 제어방법은 데이터 저장 단계(S1), 분석 단계(S2), 확인 단계(S3), 보정 단계(S4), 현재 가공시간 계산 단계(S5), 잔여시간 계산 단계(S6), 비교 단계(S7), 판단 단계(S8), 및 결정 단계(S9)로 이루어진다. 각 단계에서 구체적으로 장치의 작동과정이나 작동원리와 구성이나 내용은 본 발명의 명세서의 공작기계의 공구교환 제어장치와 동일하여 이하에서는 도 9를 참조하여 공작기계의 공구교환 제어방법의 특이점을 중점으로 설명한다.

스핀들에서 사용 예정중인 교환공구 또는 대기공구를 매거진으로부터 준비스테이션에 미리 준비시킨 상태에서 자동으로 공구교환을 수행하기 위한 데이터를 데이터 저장부에 저장한다.

데이터 저장 단계(S1) 이후에, 분석부에서 가공프로그램을 선독하여 분석한다.

분석 단계(S2) 이후에, 현재 상기 스핀들의 가공프로그램에 따른 가공 진행상태와 상기 준비스테이션의 각각의 대기포트의 현재 상태와 위치와 대형공구 유무 및 우선순위를 확인부에서 확인한다.

확인 단계(S3) 이후에, 확인부의 확인결과에 따라 준비스테이션에 미리 준비되거나 교환되는 공구가 대형공구인 경우에 준비시간을 보정하여 준비시간 데이터 저장부에 저장한다.

보정 단계(S4) 이후에 확인부의 확인결과와 기저장된 데이터에 의해 스핀들에 장착된 가공공구의 현재 가공시간을 현재 가공시간 계산부를 통해 계산한다.

현재 가공시간 계산 단계(S5) 이후에, 현재 가공시간 계산결과와 교환주기 데이터 저장부에 기저장된 교환주기 데이터에 의해 스핀들에 장착된 가공공구의 현재 잔여시간을 계산한다.

잔여시간 계산 단계(S6) 이후에, 잔여시간 계산결과와 준비시간 데이터 저장부 또는 보정부를 통해 보정된 준비시간이 저장된 데이터와 같은 기저장된 데이터에 따라 비교부에서 사용 예정중인 대기공구 또는 반납공구의 준비시간을 비교한다.

비교 단계(S7) 이후에, 비교결과와 데이터 저장부에 저장된 기본데이터, 실시간 데이터 등의 기저장된 데이터에 따라 매거진으로부터 준비스테이션으로 사용 예정중인 교환공구 또는 대기공구의 준비여부 또는 준비스테이션에서 상기 매거진으로 반납공구의 반납여부를 판단부에서 판단한다.

판단 단계(S8) 이후에, 분석결과, 확인결과, 및 판단결과에 따라 준비스테이션에 교환공구 대기공구의 준비 또는 상기 준비스테이션에서 반납공구의 반납 또는 상기 스핀들의 공구교환 순서를 결정하고 결정지령을 스핀들, 매거진, 준비스테이션, 및 자동공구교환부로 전송한다.

결정 단계에서 현재 상기 스핀들에 장착된 가공공구의 잔여시간이 사용예정 중인 대기공구의 준비시간 또는 반납공구의 준비시간 보다 큰 경우에는 매거진으로부터 준비스테이션으로 사용 예정중인 대기공구를 준비하거나 준비스테이션으로부터 매거진으로 반납공구를 반납하고, 현재 상기 스핀들에 장착된 가공공구의 잔여시간이 사용예정 중인 대기공구의 준비시간 또는 반납공구의 준비시간 보다 작거나 같은 경우에는 준비스테이션의 준비 또는 매거진으로의 반납을 중지하고 스핀들의 공구교환만을 수행하고, 준비스테이션은 현재 상태로 공구 버퍼링을 유지하면서 추가 반납이나 준비를 진행하지 않고 대기한다.

이처럼, 본 발명에 의한 공작기계의 공구교환 제어방법은 가공프로그램을 선독하여 스핀들에 장착된 가공공구의 현재 잔여시간과 준비스테이션에 보관될 교환공구 또는 대기공구의 준비시간에 따라 스핀들에서 사용 예정중인 교환공구 또는 대기공구를 준비스테이션에 미리 준비시키고, 스핀들에서 반납되는 반납공구를 임시 보관함에 따라 대기공구 준비, 교환공구와 가공공구의 교환, 및 반납공구의 반납에 대한 순서를 가공프로그램에 따라 정밀하게 제어하면서 자동으로 공구교환을 수행함에 따라 공구교환 지연시간을 최대한 단축하여 비가공시간 감소에 의해 생산성을 향상 및 가공비용과 유지보수 비용과 시간 절감하고, 공구교환 오류를 최소화하고 최적화된 공구교환 순서를 설정하여 공작기계의 안전성과 신뢰성을 향상하고, 작업자의 편의를 도모할 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 : 공구교환 제어장치, 100 : 스핀들,
200 : 매거진, 300 : 준비스테이션,
400 : 자동공구교환부, 500 : 제어부,
510 : 데이터 저장부, 520 : 연산부,
530 : 처리부, 540 : 선택부,
550 : 표시부.

Claims (12)

1. 공구가 탈부착 가능하게 장착되어 공작물을 가공하는 스핀들;
   상기 스핀들에 장착되는 복수의 공구를 보관하는 매거진;
   상기 스핀들에 장착되는 공구를 교환하는 자동공구교환부;
   상기 스핀들과 상기 매거진 사이에서 공구를 임시로 수납하는 준비스테이션; 및
   상기 스핀들, 상기 매거진, 상기 자동공구교환부, 및 상기 준비스테이션의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하고,
   상기 제어부는 가공프로그램을 선독하여 상기 스핀들에 장착되어 가공을 수행하는 가공공구의 현재 잔여시간과 상기 준비스테이션에 보관될 교환공구 또는 대기공구의 준비시간에 따라 상기 준비스테이션에 교환공구 또는 대기공구를 미리 준비시킨 상태에서 자동으로 공구교환을 수행하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구교환 제어장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 준비스테이션은,
   상기 스핀들과 상기 매거진 사이에서 회전 가능하게 설치되는 베이스부; 및
   상기 베이스부에 복수개로 형성되어 상기 매거진으로부터 로딩된 교환공구 또는 대기공구와 상기 스핀들로부터 반납된 반납공구를 수납하는 복수의 대기포트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구교환 제어장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 매거진은,
   상기 제어부의 제어를 통해 상기 매거진에 보관되는 사용 예정중인 교환공구 또는 대기공구를 상기 준비스테이션으로 로딩시키거나 상기 준비스테이션으로부터 상기 매거진으로 언로딩되는 반납공구를 상기 매거진으로 회수하는 셔틀부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구교환 제어장치.
   
4. 제2항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 스핀들에서 사용 예정중인 교환공구 또는 대기공구를 상기 준비스테이션에 미리 준비시킨 상태에서 자동으로 공구교환을 수행하기 위한 정보를 저장하는 데이터 저장부;
   상기 데이터 저장부에 저장된 데이터를 통해 상기 준비스테이션에 사용 예정중인 교환공구 또는 대기공구를 상기 준비스테이션에 미리 준비하기 위해 교환주기와 준비시간을 확인하고, 현재 가공시간과 잔여시간을 계산하는 연산부; 및
   상기 연산부의 연산결과 및 상기 데이터 저장부에 저장된 데이터를 통해 상기 준비스테이션에 사용 예정중인 교환공구 또는 대기공구를 미리 준비하거나 상기 준비스테이션에 수납중인 반납공구를 상기 매거진으로 반납하거나 상기 스핀들의 공구교환을 순서대로 수행하는 처리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구교환 제어장치.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 데이터 저장부는,
   가공프로그램, 선독프로그램, 매거진, 공구, 준비스테이션, 자동공구교환부, 스핀들, 우선순위, 교환위치, 준비위치, 대형공구 지연비율에 대한 데이터를 저장하는 기본데이터 저장부;
   상기 매거진에 보관되는 모든 공구에 대해 상기 매거진에서 상기 준비스테이션으로 로딩 및 상기 준비스테이션에서 상기 매거진으로 언로딩되는 준비시간에 대한 데이터를 저장하는 준비시간 데이터 저장부;
   가공프로그램에 따라 상기 매거진에 보관되는 모든 공구에 대해 상기 스핀들에 장착된 이후부터 교환되기까지의 교환주기에 대한 데이터를 저장하는 교환주기 데이터 저장부; 및
   현재 상기 준비스테이션의 각각의 대기포트에 수납된 대기공구 또는 교환공구 또는 반납공구, 현재 상기 스핀들에 장착된 가공공구, 현재 교환위치에 위치중인 대기포트, 및 현재 준비위치에 위치중인 대기포트에 대한 데이터를 실시간으로 저장하는 실시간 데이터 저장부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구교환 제어장치.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 연산부는,
   상기 기본데이터 저장부에 저장된 가공프로그램을 선독하여 분석하는 분석부;
   상기 분석부의 분석결과, 상기 기본데이터 저장부, 및 상기 실시간 데이터 저장부에 저장된 데이터에 의해 현재 상기 스핀들의 가공프로그램에 따른 가공 진행상태와 상기 준비스테이션의 각각의 대기포트의 현재상태와 현재위치와 대형공구 유무 및 우선순위를 확인하는 확인부;
   상기 확인부의 확인결과, 상기 기본데이터 저장부, 및 상기 실시간 데이터 저장부에 저장된 데이터에 의해 상기 스핀들에 장착된 가공공구의 현재 가공시간을 계산하는 현재 가공시간 계산부; 및
   상기 현재 가공시간 계산부의 계산결과, 상기 기본데이터 저장부, 및 상기 교환주기 데이터 저장부에 저장된 데이터에 의해 상기 스핀들에 장착된 가공공구의 현재 잔여시간을 계산하는 잔여시간 계산부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구교환 제어장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 처리부는,
   상기 잔여시간 계산부의 계산결과에 따른 잔여시간과 상기 준비시간 데이터 저장부에 저장된 사용 예정중인 대기공구 또는 반납공구의 준비시간을 비교하는 비교부;
   상기 비교부의 비교결과 및 상기 데이터 저장부에 저장된 데이터에 따라 상기 매거진으로부터 상기 준비스테이션으로 사용 예정중인 교환공구 또는 대기공구의 준비여부 또는 상기 준비스테이션에서 상기 매거진으로 반납공구의 반납여부 또는 상기 스핀들의 공구교환 여부를 판단하는 판단부; 및
   상기 분석부의 분석결과, 상기 확인부의 확인결과, 및 상기 판단부의 판단결과에 따라 상기 준비스테이션에 교환공구 대기공구의 준비 또는 상기 준비스테이션에서 반납공구의 반납 또는 상기 스핀들의 공구교환 순서를 결정하고 결정지령을 전송하는 결정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구교환 제어장치.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 처리부는,
   상기 확인부의 확인결과, 상기 기본데이터 저장부, 및 상기 준비시간 데이터 저장부에 저장된 데이터에 의해 상기 준비스테이션에 미리 준비되거나 교환되는 공구가 대형공구인 경우에 상기 기본데이터 저장부에 저장된 대형공구 지연비율에 따라 상기 준비시간 데이터 저장부에 저장된 준비시간을 보정하고, 보정된 준비시간을 상기 준비시간 데이터 저장부에 저장하는 보정부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구교환 제어장치.
   
9. 제7항에 있어서,
   현재 상기 스핀들에 장착된 가공공구의 잔여시간이 사용예정 중인 대기공구의 준비시간 또는 반납공구의 준비시간 보다 큰 경우에는 상기 매거진으로부터 상기 준비스테이션으로 사용 예정중인 대기공구를 준비하거나 상기 준비스테이션으로부터 상기 매거진으로 반납공구를 반납하고,
   현재 상기 스핀들에 장착된 가공공구의 잔여시간이 사용예정 중인 대기공구의 준비시간 또는 반납공구의 준비시간 보다 작거나 같은 경우에는 상기 준비스테이션의 준비 또는 상기 매거진으로의 반납을 중지하고 상기 스핀들의 공구교환만을 수행하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구교환 제어장치.
   
10. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 스핀들에서 사용 예정중인 교환공구 또는 대기공구를 상기 준비스테이션에 미리 준비시킨 상태로 공구교환의 수행 여부를 선택하는 선택부; 및
    상기 데이터 저장부, 상기 연산부, 상기 처리부, 및 상기 선택부의 결과를 표시하는 표시부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구교환 제어장치.
    
11. 스핀들에서 사용 예정중인 교환공구 또는 대기공구를 매거진으로부터 준비스테이션에 미리 준비시킨 상태에서 자동으로 공구교환을 수행하기 위한 데이터를 저장하는 단계;
    가공프로그램을 선독하여 분석하는 단계;
    현재 상기 스핀들의 가공프로그램에 따른 가공 진행상태와 상기 준비스테이션의 각각의 대기포트의 현재 상태와 위치와 대형공구 유무 및 우선순위를 확인하는 단계;
    확인결과와 기저장된 데이터에 의해 상기 스핀들에 장착된 가공공구의 현재 가공시간을 계산하는 단계;
    현재 가공시간 계산결과와 기저장된 데이터에 의해 상기 스핀들에 장착된 가공공구의 현재 잔여시간을 계산하는 단계;
    잔여시간 계산결과와 기저장된 데이터에 따라 사용 예정중인 대기공구 또는 반납공구의 준비시간을 비교하는 단계;
    비교결과와 기저장된 데이터에 따라 상기 매거진으로부터 상기 준비스테이션으로 사용 예정중인 교환공구 또는 대기공구의 준비여부 또는 상기 준비스테이션에서 상기 매거진으로 반납공구의 반납여부를 판단하는 단계; 및
    분석결과, 확인결과, 및 판단결과에 따라 상기 준비스테이션에 교환공구 대기공구의 준비 또는 상기 준비스테이션에서 반납공구의 반납 또는 상기 스핀들의 공구교환 순서를 결정하고 결정지령을 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구교환 제어방법.
    
12. 제11항에 있어서,
    상기 확인 단계 이후에,
    확인결과에 따라 상기 준비스테이션에 미리 준비되거나 교환되는 공구가 대형공구인 경우에 준비시간을 보정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구 교환 제어방법.
    

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