KR20230171711A - 공작기계의 자동공구교환장치 및 이의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공구교환지령이 생성된 경우에 교환대상 공구포트의 순번 개수와 도그부의 카운팅된 회전수에 따라 도그부의 회전속도를 다단으로 변경하여 기어모터를 사용함에도 공구포트의 1개 포트 이동시에 멈춤없이 자동으로 공구교환을 수행할 수 있는 공작기계의 자동공구교환장치 및 이의 제어방법에 관한 것이다.

Description

공작기계의 자동공구교환장치 및 이의 제어방법{Auto tool changer of machine tool and method for controlling thereof}

본 발명은 공작기계의 자동공구교환장치 및 이의 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공구교환지령이 생성된 경우에 교환대상 공구포트의 순번 개수와 도그부의 카운팅된 회전수에 따라 도그부의 회전속도를 다단으로 변경하여 기어모터를 사용함에도 공구포트의 1개 포트 이동시에 멈춤없이 자동으로 공구교환을 수행할 수 있는 공작기계의 자동공구교환장치 및 이의 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 툴 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, Automatic Tool Changer)를 구비한다.

일반적으로 공작기계, 특히 머시닝센터나 터닝센터에서 사용하고 있는 공구매거진의 타입은 크게 2가지 종류로 구분할 수 있다. 하나는 드럼타입(Drum type)의 툴 매거진과, 체인타입(Chain type)의 툴 매거진이다.

또한, 종래 사용되고 있는 자동공구교환장치(ATC)는 공구를 클램프하는 방식에 따라 암타입(arm type)과 암리스타입(armless type)으로 나누어진다.

이러한 암타입과 암리스타입의 자동공구교환장치는 일반적으로 공구가 장착된 다수의 공구포트가 배열되는 회전판이 회전하여 공구교환이 이루어진다.

즉, 회전판을 회전시키기 위해 기어모터나 서보모터를 사용하여 공구매거진의 회전판을 회전시킨다.

그러나, 종래 공작기계의 자동공구교환장치는 기어모터를 사용하는 경우에 공구포트가 한 포트식 이동할 때마다 배럴캠 멈춤 구간(dwell)이 발생하여 연속적으로 회전하지 못하고 일시적으로 정지하는 동작을 수반함에 따라 공구교환 시간이 증가되어 비가공시간 증가에 따라 생산성이 감소하고, 가공비용이 증가되는 문제점이 있었다.

또한, 종래 공작기계의 자동공구교환장치가 기어모터를 사용하는 경우 멈춤 구간(dwell)이 발생하여 진동이 증가되어 가공 정밀도가 감소하고 안정성과 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다.

더욱이, 종래 공작기계의 자동공구교환장치가 서보모터를 사용하는 경우 서보드라이브와 서보모터 제어를 위한 별도 각종 장비를 필수적으로 추가로 구비해야 함에 따라 제조비용이 증가하고, 소비자의 불만을 초래하며 수출감소 야기시키는 문제점이 있었다.

이에 따라 기어모터를 사용한 상태에서 멈춤구간(dwell) 없이 공구교환을 수행할 수 있는 공작기계의 자동공구교환장치와 이의 제어방법에 대한 개발이 시급한 실정이다.

대한민국 특허공개공보 제10-2021-0019327호 대한민국 특허공개공보 제10-2021-0105519호 대한민국 특허공개공보 제10-1998-0059385호 대한민국 특허공개공보 제10-2018-0092177호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 생성된 공구교환지령에 따라 교환대상 공구포트의 순번 개수에서 한 개가 부족한 수만큼 제1 도그부를 기본속도로 회전시키고, 카운팅결과 제1 도그부가 교환대상 공구포트의 순번 개수에서 한 개가 부족한 수만큼 회전이 완료된 경우에 모터를 1단 감속속도로 감속함과 동시에 제2 도그부의 회전을 감지하는 제2 센싱부를 활성화한 후에, 카운팅결과 제1 도그부가 1단 감속속도로 교환대상 공구포트의 순번 개수의 마지막 회전을 진행하는 동안에 제1 센싱구간이 제1 센싱부에 진입하는 순간에 모터를 2단 감속속도로 감속하여 제2 센싱부가 제2 센싱구간을 감지하면 교환대상 공구포트가 정위치한 것으로 인식하여 모터를 정지하고 인버터부의 직류제동을 작동시켜 공구매거진을 회전을 정지시킨 상태에서 소정 시간 경과 후에 직류제동을 해제하고 모터브레이크를 작동하여 공구교환을 수행함에 따라 도그부의 카운팅된 회전수에 따라 도그부의 회전속도를 다단으로 변경하여 기어모터를 사용함에도 공구포트의 1개 포트 이동시에 멈춤없이 자동으로 공구교환을 수행할 수 있는 공작기계의 자동공구교환장치 및 이의 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 공작기계의 자동공구교환장치는 다수의 공구포트를 구비하고 회전 가능하게 배치되는 공구매거진; 상기 공구매거진의 회전 동력을 발생시키는 구동부; 상기 구동부의 회전과 연동하여 상기 공구매거진을 회전시키는 회전부; 상기 회전부에 배치되어 상기 회전부와 연동하여 회전하는 도그부; 상기 도그부와 인접하게 배치되어 상기 도그부를 감지하는 센싱부; 상기 구동부에 전류를 인가하여 상기 구동부를 구동시키는 인버터부; 및 공구교환을 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는 공구교환지령이 생성된 경우에 상기 센싱부로부터 상기 도그부의 카운팅된 회전수와 정위치를 확인하여 상기 인버터부에서 상기 구동부로 인가되는 헤르츠를 조절함에 따라 상기 구동부의 회전속도를 다단으로 변환하면서 상기 공구매거진을 회전시켜 공구교환을 수행할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 자동공구교환장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 자동공구교환장치는 상기 회전부의 1회전마다 상기 공구포트가 1포트씩 이동하고, 상기 구동부의 모터의 종류에 상관없이 상기 공구교환지령에 따라 공구교환을 위한 공구포트가 특정된 경우에 상기 회전부는 교환대상 공구포트가 공구교환위치로 이동하는 동안에 연속적으로 회전할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 자동공구교환장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 자동공구교환장치의 상기 도그부는 원주방향으로 돌출 형성되는 제1 센싱구간을 구비하고, 상기 회전부에 배치되어 상기 회전부와 연동하여 회전하는 제1 도그부; 및 원주방향으로 돌출 형성되는 제2 센싱구간을 구비하고, 상기 회전부에 상기 제1 도그부와 순차적으로 배치되어 상기 제1 도그부와 연동하여 회전하는 제2 도그부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 자동공구교환장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 자동공구교환장치의 상기 센싱부는 상기 제1 도그부의 회전시에 상기 제1 센싱구간을 통해 상기 제1 도그부를 감지하기 위해 상기 제1 도그부에 인접하게 배치되는 제1 센싱부; 및 상기 제2 도그부의 회전시에 상기 제2 센싱구간을 통해 상기 제2 도그부를 감지하기 위해 상기 제2 도그부에 인접하게 배치되는 제2 센싱부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 자동공구교환장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 자동공구교환장치의 상기 제1 센싱구간의 원주길이는 상기 제2 센싱구간의 원주길이보다 크게 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 자동공구교환장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 자동공구교환장치의 상기 제어부는 생성된 공구교환지령에 따라 교환대상 공구포트의 순번 개수에서 한 개가 부족한 수만큼 상기 제1 도그부가 기본속도로 회전하는지를 상기 제1 센싱부로 감지하여 카운팅하고, 카운팅결과 상기 제1 도그부가 교환대상 공구포트의 순번 개수에서 한 개가 부족한 수만큼 회전이 완료된 경우에 상기 모터를 1단 감속속도로 감속함과 동시에 상기 제2 도그부의 회전을 상기 제2 센싱부가 감지하도록 상기 제2 센싱부를 활성화시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 자동공구교환장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 자동공구교환장치의 상기 제어부는 카운팅결과 상기 제1 도그부가 상기 1단 감속속도로 교환대상 공구포트의 순번 개수의 마지막 회전을 진행하는 동안에 상기 제1 센싱구간이 상기 제1 센싱부에 진입하는 순간에 상기 모터를 2단 감속속도로 감속하고, 상기 제2 센싱부가 상기 제2 센싱구간을 감지하면 교환대상 공구포트가 정위치한 것으로 인식하여 상기 모터를 정지하고 상기 인버터부의 직류제동을 작동시켜 상기 공구매거진을 회전을 정지시킨 상태에서 소정 시간 경과 후에 직류제동을 해제하고 모터브레이크를 작동시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 자동공구교환장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 자동공구교환장치의 상기 제어부는 공구교환지령이 생성되면 상기 제1 센싱부로 상기 제1 도그부의 회전을 감지하기 전에 상기 모터브레이크의 작동을 해제시키고 모터를 기본속도로 회전시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 자동공구교환장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 자동공구교환장치의 상기 1단 감속속도는 상기 기본속도보다 느린 속도이고, 상기 2단 감속속도는 상기 1단 감속속도보다 느린 속도인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 자동공구교환장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 자동공구교환장치의 상기 공구매거진은 베이스부; 상기 베이스부에 회전 가능하게 배치되는 드럼; 및 상기 드럼의 원주방향을 따라 소정 간격으로 이격되게 배치되어 공구를 수납하는 복수의 공구포트;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 자동공구교환장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 자동공구교환장치의 상기 구동부는 상기 베이스부에 설치되어 상기 인버터부에서 인가되는 전류에 의해 작동하는 모터; 상기 모터에 삽입 결합되어 상기 모터의 회전에 연동하여 회전하는 회전축; 상기 모터에 배치되어 상기 제어부의 제어에 따라 상기 모터의 회전을 차단하는 모터브레이크; 및 상기 회전축의 일측에 설치되어 회전력을 전달하는 전달부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 자동공구교환장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 자동공구교환장치의 상기 회전부는 상기 회전축과 평행하면서 회전 가능하도록 상기 베이스부에 배치되는 캠샤프트; 상기 캠샤프트의 축방향을 따라 수평구간 없이 원주방향을 따라 나선형으로 형성되는 배럴캠; 및 상기 캠샤프트의 일측에 배치되어 상기 전달부와 기어치합을 통해 연결되어 상기 회전축과 연동하여 회전하는 연결부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 자동공구교환장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 자동공구교환장치의 상기 모터는 기어모터인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 공작기계의 자동공구교환장치의 제어방법은 회전부의 1회전마다 공구매거진의 공구포트가 1포트씩 이동하여 공구교환을 수행하는 공작기계의 자동공구교환 제어방법에 있어서, 공구교환지령이 생성된 경우에 제1 센셍부로부터 제1 도그부의 회전수와 제2 센싱부로부터 제2 도그부의 정위치를 확인하여 인버터부에서 구동부 모터로 인가되는 전류를 조절함에 따라 구동부의 회전속도를 다단으로 변환하면서 회전부를 공구교환을 수행하기 위한 데이터를 저장하는 단계; 공구매거진의 공구교환을 위한 공구교환지령을 생성하는 단계; 생성된 공구교환지령에 따라 교환대상 공구포트의 순번 개수에서 한 개가 부족한 수만큼의 회전수를 계산하는 단계; 모터브레이크를 해제하는 단계; 상기 모터를 기본속도로 작동시켜 상기 구동부를 회전시키는 단계; 상기 제1 도그부가 회전하는지를 상기 제1 센싱부에서 감지하여 회전수를 카운팅하는 단계; 카운팅 결과 상기 제1 도그부가 교환대상 공구포트의 순번 개수에서 한 개가 부족한 수만큼 회전이 완료된 경우에 상기 모터를 1단 감속속도로 감속하여 상기 회전부를 1단 감속속도로 감속하는 단계; 상기 제2 도그부의 회전을 상기 제2 센싱부가 감지하도록 상기 제2 센싱부를 활성화시키는 단계; 카운팅결과 상기 제1 도그부가 상기 1단 감속속도로 교환대상 공구포트의 순번 개수의 마지막 회전을 진행하는 동안에 상기 제1 도그부의 제1 센싱구간이 상기 제1 센싱부에 진입하는 순간에 상기 모터를 2단 감속속도로 감속하는 단계; 상기 제2 센싱부가 상기 제2 도그부의 제2 센싱구간을 감지하면 상기 모터를 정지하여 교환대상 공구포트를 정위치시키는 단계; 상기 인버터부의 직류제동을 작동시켜 상기 공구매거진의 회전을 정지시키는 단계; 및 공구교환지령에 따라 공구교환을 수행하는 단계;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 자동공구교환장치의 제어방법의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 자동공구교환장치의 제어방법은 상기 인버터부의 직류제동을 작동시켜 상기 공구매거진을 회전을 정지시키는 단계 이후에, 상기 인버터부의 직류제동을 작동시킨 상태에서 소정 시간 경과 후에 상기 인버터부의 직류제동을 해제하고 상기 모터브레이크를 작동시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의한 공작기계의 자동공구교환장치 및 이의 제어방법은 생성된 공구교환지령에 따라 교환대상 공구포트의 순번 개수에서 한 개가 부족한 수만큼 제1 도그부를 기본속도로 회전시키고, 카운팅결과 제1 도그부가 교환대상 공구포트의 순번 개수에서 한 개가 부족한 수만큼 회전이 완료된 경우에 모터를 1단 감속속도로 감속함과 동시에 제2 도그부의 회전을 감지하는 제2 센싱부를 활성한 후에, 카운팅결과 제1 도그부가 1단 감속속도로 교환대상 공구포트의 순번 개수의 마지막 회전을 진행하는 동안에 제1 센싱구간이 제1 센싱부에 진입하는 순간에 모터를 2단 감속속도로 감속하여 제2 센싱부가 제2 센싱구간을 감지하면 교환대상 공구포트가 정위치한 것으로 인식하여 모터를 정지하고 인버터부의 직류제동을 작동시켜 공구매거진을 회전을 정지시킨 상태에서 소정 시간 경과 후에 직류제동을 해제하고 모터브레이크를 작동하여 공구교환을 수행함에 따라 도그부의 카운팅된 회전수에 따라 도그부의 회전속도를 다단으로 변경하여 기어모터를 사용함에도 공구포트의 1개 포트 이동시에 멈춤없이 자동으로 공구교환을 수행하여 공구교환 시간 감소에 비가공시간을 감소하여 가공비용을 절감하고 생산성을 향상할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 자동공구교환장치 및 이의 제어방법은 서보모터가 아닌 기어모터와 인버터부와 제어부만으로 서보모터 등이 없이 멈춤구간 없이 공구교환이 가능함에 따라 진동 발생을 방지하여 가공정밀도를 향상하고 공작기계의 안전성과 신뢰성을 향상할 수 있는 효과가 있다.

더욱이, 본 발명에 의한 공작기계의 자동공구교환장치 및 이의 제어방법은 서보모터를 사용하지 않아도 됨에 따라 제조비용을 절감하여 소비자의 만족도를 향상할 수 있는 효과가 있다.

게다가, 본 발명에 의한 공작기계의 자동공구교환장치 및 이의 제어방법은 기어모터와 인버터부와 제어부와 도그부와 센서부의 간단한 구성만으로 멈춤구간 없이 공구교환이 가능하여 자동공구교환장치의 소형화를 도모하여 제조비용을 감소하고 공간활용도를 극대화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 공작기계의 자동공구교환장치의 개념도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 자동공구교환장치의 전방 사시도를 나타낸다.
도 3은 도 2에서 공구매거진의 드럼과 공구포트가 제거된 상태의 후방 사시도를 나타낸다.
도 4는 도 3에서 공구매거진의 베이스부가 추가로 제거된 상태의 사시도를 나타낸다.
도 5는 도 4의 평면도를 나타낸다.
도 6은 도 5의 A-A선의 단면도를 나타낸다.
도 7은 도 5의 B-B선의 단면도를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 자동공구교환장치의 작동 시퀀스에 따른 작동 과정에 대한 개념도를 나타낸다.
도 9는 본 발명에 의한 공작기계의 자동공구교환장치의 제어방법의 절차도를 나타낸다.

이하, 본 발명의 실시예에 의한 공작기계의 자동공구교환장치 및 이의 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 1은 본 발명에 의한 공작기계의 자동공구교환장치의 개념도를 나타내고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 자동공구교환장치의 전방 사시도를 나타내며, 도 3은 도 2에서 공구매거진의 드럼과 공구포트가 제거된 상태의 후방 사시도를 나타낸다. 도 4는 도 3에서 공구매거진의 베이스부가 추가로 제거된 상태의 사시도를 나타내고, 도 5는 도 4의 평면도를 나타낸다. 도 6는 도 5의 A-A선의 단면도를 나타내고, 도 7은 도 5의 B-B선의 단면도를 나타낸다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 자동공구교환장치의 작동 시퀀스에 따른 작동 과정에 대한 개념도를 나타낸다. 도 9는 본 발명에 의한 공작기계의 자동공구교환장치의 제어방법의 절차도를 나타낸다.

도 1 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 자동공구교환장치(1)를 설명한다. 도 1 내지 도 7에 도시된 것처럼, 본 발명에 의한 공작기계의 자동공구교환장치(1)는 공구매거진(10), 구동부(20), 회전부(30), 도그부(40), 센싱부(50), 인버터부(60), 및 제어부(70)를 포함한다.

공구매거진(10)은 다수의 공구포트를 구비하고 회전 가능하게 배치된다.

즉, 도 1 내지 도 3에 도시된 것처럼, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 공작기계의 자동공구교환장치의 공구매거진(10)은 베이스부(11), 드럼(12), 및 공구포트(13)를 포함한다.

베이스부(11)는 공구매거진의 후방의 외형을 형성하고 프레임 형태로 형성되어 공작기계의 일부에 설치된다. 즉, 베이스부는 공구매거진의 후방에 배치되어 후술하는 드럼, 구동부, 회전부, 도그부, 센싱부가 설치되는 공간을 제공한다.

드럼(12)은 베이스부에 회전 가능하게 배치된다. 즉, 드럼은 원판형태로 형성되어 베이스부에 회전 가능하게 설치된다.

복수의 공구포트(13)는 드럼의 원주방향을 따라 소정 간격으로 이격되게 배치되어 공구(14)를 수납한다. 이처럼, 다수의 공구포트에 많은 공구를 수납하고 공작물 가공에 따라 공구를 교환하여 사용함에 따라 작업자의 편의를 도모하고, 가공시간을 단축하여 생산성을 향상하고 가공비용을 절감할 수 있다.

구동부(20)는 공구매거진의 회전 동력을 발생시킨다. 즉, 구동부는 드럼을 회전시키는 동력을 발생시킨다.

도 1 내지 도 7에 도시된 것처럼, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 공작기계의 자동공구교환장치의 구동부(20)는 모터(21), 구동축(22), 전달부(23), 및 모터브레이크(24)를 포함한다.

모터(21)는 베이스부에 설치되어 인버터부에서 인가되는 전류에 의해 작동한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공작기계의 자동공구교환장치의 구동부의 모터는 기어모터로 형성된다. 즉, 서보모터(servo motor)가 아니라 감속기어가 내장되어 인버터부에 의해 가감속 제어가 가능한 유도전동기의 일종인 기어모터 타입(gear motor type)이 사용될 수 있다. 이에 따라 별도의 서보드라이브나 추가적인 서보모터 제어장치 없이 구동이 가능하여 제조비용을 절감하고, 소형화를 도모하면서 소비자의 만족도를 향상할 수 있다.

회전축(22)은 모터에 삽입 결합되어 모터의 회전과 연동하여 회전한다.

전달부(23)는 회전축의 일측에 설치되어 회전력을 전달한다. 즉, 전달부는 회전축의 일측에 평기어 형태로 형성되어 후술하는 회전부의 연결부와 기어치합을 통해 연결되어 회전축의 회전동력을 회전부에 전달한다.

모터브레이크(24)는 모터에 배치되어 제어부의 제어에 따라 모터의 회전을 차단한다. 즉, 모터브레이크는 모터에 배치되고, 제어부의 제어에 따라 모터의 회전을 차단하거나 회전축의 회전을 차단하는 다양한 형태로 형성될 수 있다.

회전부(30)는 구동부의 회전과 연동하여 공구매거진을 회전시킨다. 즉, 회전부(30)는 구동부의 전달부를 통해 구동부의 회전과 연동하여 회전하여 최종적으로 공구매거진을 회전시키고, 이에 따라 공구매거진에 원주방향을 따라 소정 각도로 배치되는 공구포트가 회전이동하여 교환위치로 이동하게 되어 공구교환을 수행한다.

도 1 내지 도 7에 도시된 것처럼, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 공작기계의 자동공구교환장치의 회전부(30)는 캠샤프트(31), 배럴캠(32), 및 연결부(33)를 포함한다.

캠샤프트(31)는 회전축과 평행하면서 회전 가능하도록 베이스부에 배치된다.

배럴캠(32)이 캠샤프트의 축방향을 따라 수평구간 없이 원주방향을 따라 나선형으로 형성된다.

연결부(33)는 캠샤프트의 일측에 배치되어 전달부와 기어치합을 통해 연결되어 회전축과 연동하여 회전한다.

이에 따라 원통형상의 캠샤프트의 원주방향을 따라 배럴캠이 나선형홈 형태로 형성되어 캠샤프트가 회전할 때에 축방향으로 위상이 변하지 않아 멈춤구간(dwell) 없이 연속적으로 축방향 위상이 변화하도록 나선형 홈이 형성되어 연결부를 통해 전달받은 회전력에 의해 캠샤프트가 회전할 때에 멈춤없이 회전하여 배럴캠에 의해 안내되는 캠부를 통해 공구매거진의 드럼이 연속적으로 회전하게 된다. 또한, 이러한 캠부의 개수는 드럼에 배치되는 공구포트의 개수에 대응하는 개수로 형성된다.

도그부(40)는 회전부에 배치되어 회전부와 연동하여 회전한다.

센싱부(50)는 도그부와 인접하게 배치되어 도그부를 감지한다.

인버터부(60)는 구동부에 전류를 인가하여 구동부를 구동시킨다. 즉, 인버터부는 제어부의 제어를 통해 구동부의 모터에 인가되는 전류량을 조절하여 구동부를 구동시킬 뿐만아니라 필요에 따라 인버터부의 직류제동을 통해 모터의 회전을 제한할 수 있다. 구체적으로 인버터부는 구동부에 인가되는 헤르츠를 조절한다.

제어부(70)는 공구교환을 제어한다. 본 발명의 제어부는 공구교환지령이 생성된 경우에 센싱부로부터 도그부의 카운팅된 회전수와 정위치를 확인하여 인버터부에서 구동부로 인가되는 헤르츠를 조절함에 따라 구동부의 회전속도를 다단으로 변환하면서 공구매거진을 회전시켜 공구교환을 수행한다.

즉, 회전부의 1회전마다 상기 공구포트가 1포트씩 이동하고, 구동부의 모터의 종류에 상관없이 공구교환지령에 따라 공구교환을 위한 공구포트가 특정된 경우에 회전부는 교환대상 공구포트가 공구교환위치로 이동하는 동안에 연속적으로 회전하게 된다.

제어부는 NC(numerical control, NC) 또는 CNC(computerized numerical control)와 PLC를 포함하고, 각종 수치 제어 프로그램이 내장되어 있다. 즉, 제어부에는 가공부, 구동부,이송부 등의 가공프로그램과 구동프로그램 및 작동프로그램 등이 내장되고, 제어부의 작동에 따라 해당 프로그램이 자동으로 로딩되어 작동한다. 또한, 제어부는 구동부, 가공부, 센싱부, 인버터부, 및 PLC와 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 공작기계의 케이스, 제어부의 케이스 또는 공작기계나 제어부의 일측에 설치되어 다양한 기능스위치 또는 버튼과 각종 정보를 표시할 수 있는 모니터를 구비한다.

또한, 도면에 표시되지는 않았지만 본 발명에 의한 공작기계의 자동공구교환장치의 제어부는 공구교환지령, 교환대상 공구포트, 교환위치에 있는 공구포트, 모터의 회전속도, 센싱부의 센싱결과, 제1 도그부의 회전수 등을 실시간으로 표시하여 사용자 또는 작업자의 편의성을 향상할 수 있는 표시부를 포함할 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 공작기계나 제어부의 케이스, 또는 공작기계나 제어부의 일측에 설치되어 다양한 기능스위치 또는 버튼과 각종 정보를 표시할 수 있다.

따라서, 본 발명에 의한 공작기계의 자동공구교환장치는 서보모터가 아닌 기어모터와 인버터부와 제어부만으로 서보모터 등이 없이 멈춤구간 없이 공구교환이 가능함에 따라 진동 발생을 방지하여 가공정밀도를 향상하고 공작기계의 안전성과 신뢰성을 향상하고, 서보모터를 사용하지 않아도 됨에 따라 제조비용을 절감하여 소비자의 만족도를 향상할 수 있다.

도 1 내지 도 7에 도시된 것처럼, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 공작기계의 자동공구교환장치의 도그부(40)는 제1 도그부(41) 및 제2 도그부(42)를 포함하고, 센싱부(50)는 제1 센싱부(51)와 제2 센싱부(52)를 포함한다.

제1 도그부(41)는 원주방향으로 돌출 형성되는 제1 센싱구간(R1)을 구비하고, 회전부에 배치되어 회전부와 연동하여 회전한다.

즉, 제1 도그부는 회전부의 캠샤프트에 축방향으로 삽입 설치되어 회전부의 캠샤프트의 회전과 연동하여 회전한다.

또한, 제1 도그부는 전체적으로 소정 직경을 갖고 대략 원판 또는 원에 가까운 타원 형태로 형성되고, 이러한 제1 도그부가 회전할 때에 후술하는 센싱부의 제1 센싱부가 센싱이 용이하도록 제1 도그부의 원주방향으로 소정의 원주길이를 갖도록 제1 센싱구간이 돌출 형성된다.

제2 도그부(42)는 원주방향으로 돌출 형성되는 제2 센싱구간(R2)을 구비하고, 회전부에 제1 도그부와 순차적으로 배치되어 제1 도그부와 연동하여 회전한다.

즉, 제2 도그부는 회전부의 캠샤프트에 제1 도그부와 순차적으로 축방향으로 삽입 설치되어 회전부의 캠샤프트 및 제1 도그부의 회전과 연동하여 동일한 방향과 속도로 회전한다.

또한, 제2 도그부는 전체적으로 소정 직경을 갖고 대략 원판 또는 원에 가까운 타원 형태로 형성되고, 이러한 제2 도그부가 회전할 때에 후술하는 센싱부의 제2 센싱부가 센싱이 용이하도록 제2 도그부의 원주방향으로 소정의 원주길이를 갖도록 제2 센싱구간이 돌출 형성된다.

제1 센싱부(51)는 제1 도그부의 회전시에 제1 센싱구간을 통해 제1 도그부를 감지하기 위해 제1 도그부에 인접하게 배치된다. 즉, 제1 센싱부는 제1 도그부에 인접하도록 베이스부 또는 회전부에 설치된다.

또한, 제1 센싱부는 근접센서로 형성되어 제1 도그부의 회전시에 제1 센싱부를 거쳐 회전하는 제1 도그부의 제1 센싱구간을 통해 제1 도그부의 회전을 감지하여 제1 도그부의 회전수를 카운팅하고, 제1 센싱구간의 원주방향 길이가 제2 센싱구간의 원주방향 길이보다 길게 형성됨에 따라 제1 센싱구간을 지나는 순간에 신호를 제어부로 전송하여 모터의 회전속도를 변경한다.

제2 센싱부(52)는 제2 도그부의 회전시에 제2 센싱구간을 통해 제2 도그부를 감지하기 위해 제2 도그부에 인접하게 배치된다. 즉, 제2 센싱부 제2 도그부에 인접하도록 베이스부 또는 회전부에 설치된다.

또한, 제2 센싱부는 근접센서로 형성되어 제2 도그부의 회전시에 제2 센싱부를 거쳐 회전하는 제2 도그부의 제2 센싱구간을 통해 제2 도그부의 회전을 감지하여 정위치를 확인하고 모터 정지 신호를 제어부로 전송한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 자동공구교환장치의 제1 도그부의 제1 센싱구간의 원주길이는 제2 도그부의 제2 센싱구간의 원주길이보다 크게 형성된다. 즉, 제1 도그부의 제1 센싱구간의 원주길이가 제2 도그부의 제2 센싱구간의 원주길이보다 크게 형성됨에 따라 제1 도그부가 카운팅도그로서 기능하여 제1 도그부의 회전수에 따라 제2 도그부의 회전을 제2 센싱부가 감지하여 정위치 확인을 간편하고 신속하며 정확하게 수행할 수 있다.

본 발명에 의한 공작기계의 자동공구교환장치는 기어모터와 인버터부와 제어부와 도그부와 센서부의 간단한 구성만으로 멈춤구간 없이 공구교환이 가능하여 자동공구교환장치의 소형화를 도모하여 제조비용을 감소하고 공간활용도를 극대화할 수 있다.

도 1 내지 도 8을 참조하여 본 발명에 의한 공작기계의 자동공구교환장치와 이의 제어방법에 따른 자동공구교환 작동원리를 설명한다.

제어부의 데이터저장부에 공작물 가공프로그램, 각 공구포트에 수납되는 공구정보, 공구포트 정보 등을 저장하고, 저장된 정보에 따라 공작물의 가공을 위한 공구교환프로그램이 저장된다.

또한, 인버터부에서 구동부의 모터로 인가되는 헤르츠를 조절함에 따라 구동부인 모터의 회전속도를 저장한다. 이러한 모터의 회전속도는 기본속도(V1), 1단 감속속도(V2), 및 2단 감속속도(V3)로 저장된다.

바람직하게는, 1단 감속속도(V2)는 기본속도(V1)보다 느린 속도이고, 2단 감속속도(V3)는 1단 감속속도(V2)보다 느린 속도로 특정된다.

예를 들어 실질적으로 인버터에서 모터로 인가되는 전류는 헤르츠(Hz)를 조절하여 조절할 수 있는데 헤르츠가 크면 속도가 빨라지게 됨에 따라 기본속도는 75Hz, 1단 감속속도는 10Hz, 2단 감속속도는 3Hz로 지정된다.

가공프로그램과 공구교환프로그램에 따라 현재 공작물 가공상태에 따라 제어부에서 공구교환지령이 생성된다. 구체적으로 도 2 내지 도 8을 참조하여 T1의 위치가 공구교환위치인 경우에 공구교환지령에 따라 T8로 공구교환지령이 생성되는 경우를 예를 들어 설명한다.

공구교환지령에 따라 교환대상 공구포트의 위치에 따라 회전수를 계산한다. 즉, 모터가 1회전하면 회전축이 1회전하고, 회전축의 1회전에 의해 캠샤프트가 1회전하고 캠샤프트의 1회전에 의해 공구포트가 1포트식 회전한다. 이에 따라, 공구교환지령에 따라 교환대상 공구포트가 T8이면 회전수는 7이 된다.

이후, 제어부에서 공구교환지령이 생성되면 제1 센싱부로 제1 도그부의 회전을 감지하기 전에 제어부의 제어신호를 통해 모터브레이크의 작동을 해제한다. 이후 도 8과 같이 일정시간(500ms)이 경과한 후에 모터를 기본속도(75Hz, V1)로 회전시킨다.

모터의 기본속도 회전에 따라 모터의 회전축과 기어치합되는 전달부와 회전부의 연결부가 회전하고 연결부의 회전에 연동하여 캠샤프트가 모터와 동일한 기본속도로 회전한다. 이에 따라 도 8에 도시된 것처럼, 제1 도그부와 제2 도그부가 기본속도로 회전한다.

모터가 기본속도로 회전하면, 제어부는 생성된 공구교환지령에 따라 교환대상 공구포트의 순번 개수(N)에서 한 개가 부족한 수(N-1)만큼 제1 도그부가 기본속도로 회전하는지를 제1 센싱부로 감지하여 카운팅한다. 즉, 제1 도그부의 제1 센싱구간이 제1 센싱부를 한번 지나칠 때에 제1 센싱부가 1회전으로 카운팅하게 된다. 구체적으로 T8로 교환을 위해서는 교환대상 공구포트의 순번 개수(N)가 7이 됨에 따라 한 개가 부족한 수(N-1)는 6이 되고, 제1 도그부가 기본속도(75Hz, V1)로 6번 회전하는지를 제1 센싱부가 제1 도그부의 제1 센싱구간을 통해 감지하여 카운팅한다.

제1 센싱부를 통해 제1 도그부가 기본속도로 교환대상 공구포트의 순번 개수(N)에서 한 개가 부족한 수(N-1)만큼 회전하는지 카운팅한 결과 제1 도그부가 교환대상 공구포트의 순번 개수(N)에서 한 개가 부족한 수(N-1)만큼 회전이 완료된 경우에 모터를 1단 감속속도(V2)로 감속함과 동시에 제2 도그부의 회전을 제2 센싱부가 감지하도록 제2 센싱부를 활성화시킨다. 즉, 1단 감속속도로 감속하는 신호를 제어부가 인버터부에 전송하면 인버터부에서 모터에 인가되는 전류가 10 헤르츠로 변경되어 모터가 1단 감속속도로 회전한다.

구체적으로 예들 들어 제1 도그부가 6회전이 제1 센싱부를 통해 카운팅되면 신호를 통해 제2 센싱부를 활성화시키고, 제2 센싱부의 활성화 후에 80ms 경과하면 인버터부에 신호를 전송하여 모터의 회전속도를 1단 감속속도인 10Hz로 감속한다.

제2 센싱부가 제2 도그부의 회전을 감지하도록 활성화된 상태에서 제1 센싱부의 카운팅결과 제1 도그부가 1단 감속속도로 교환대상 공구포트의 순번 개수(N)의 마지막 회전(N차 회전)을 진행하는 동안에 제1 센싱구간이 제1 센싱부에 진입하는 순간에 모터를 2단 감속속도로 감속하는 신호를 제어부가 전송하여 인버터부로부터 모터에 인가되는 전류가 3헤르츠로 변경되어 모터가 2단 감속속도로 회전하고, 회전부의 캠샤프트가 2단 감속속도로 회전함에 따라 제1 도그부와 제2 도그부가 2단 감속속도로 회전하게 된다.

즉, 제1 도그부가 6회전 한 후에 10Hz로 15ms 더 회전하다가 모터를 3Hz의 2단 감속속도로 변경하여 30ms 동안 회전한다. 이처럼, 제1 도그부는 카운팅도그와 감속도그 기능을 병행하여 수행한다.

이후, 제어부는 제1 도그부의 순번 개수(N)에 따른 맨 마지막 회전시에 모터가 2단 감속속도로 1단 감속속도보다 더욱 천천히 회전하고, 제2 센싱부가 제1 센싱구간보다 원주길이가 작게 형성되는 제2 센싱구간을 감지하면 교환대상 공구포트가 정위치한 것으로 인식한다. 즉, 제2 센싱구간은 제1 센싱구간 보다 매우 작게 형성되고, 맨 마지막 회전은 천천히 회전함에 따라 제2 센싱부가 신속하고 정밀하게 제2 도그부의 회전을 감지하여 교환대상 공구포트가 교환위치로 정위치하게 된다. 이처럼, 제2 도그부는 정위치확인도그 기능을 수행한다.

이후, 제어부가 제2 센싱부의 신호에 따라 정위치가 완료되면 제어신호를 인버터부에 전송하여 모터를 정지하고 인버터부의 직류제동을 작동시켜 공구매거진을 회전을 정지시킨다.

즉, T8 교환대상 공구포트가 총 7바퀴를 회전하여 7포트 반시계방향으로 이동하여 공구교환위치로 정위치하면 제어부의 신호를 통해 인버터부 직류제동을 2000ms 동안 유지하여 공구매거진의 회전을 방지한다.

이후, 인버터부의 직류제동을 계속하여 유지하기 어려워 소정 시간 경과후에 직류제동을 해제하고 모터브레이크를 작동하여 공구매거진의 드럼의 회전을 방지한 상태에서 공구교환을 수행한다.

즉, 인버터부 직류제동이 시작되고 500ms 정도 경과한 후에 모터브레이크를 작동하여 공구매거진의 드럼 회전을 차단한 상태에서 공구교환 신호에 따라 공구교환을 수행한다.

도 9를 참조하여 본 발명에 의한 공작기계의 자동공구교환장치의 제어방법을 설명한다. 도 9에 도시된 것처럼, 본 발명에 의한 공작기계의 자동공구교환장치의 제어방법은 데이터 저장 단계(S1), 공구교환지령 생성 단계(S2), N-1 회전수 계산 단계(S3), 모터브레이크 해제 단계(S4), 기본속도 회전 단계(S5), 회전수 카운팅 단계(S6), 1단 감속 단계(S7), 활성화 단계(S8), 2단 감속 단계(S9), 정위치 단계(S10), 직류 제동 작동 단계(S11), 모터브레이크 작동 단계(S12), 및 공구교환 단계(S13)를 포함한다. 각 단계에서 구체적으로 장치의 작동과정이나 작동원리와 구성이나 내용은 본 발명의 명세서의 공작기계의 자동공구교환장치와 동일하여 이하에서는 도 9를 참조하여 공작기계의 자동공구교환장치의 제어방법의 특이점을 중점으로 설명한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의한 공작기계의 자동공구교환 제어방법은 기본적으로 회전부의 1회전마다 공구매거진의 공구포트가 1포트씩 이동하여 공구교환을 수행한다.

공구교환지령이 생성된 경우에 제1 센셍부로부터 제1 도그부의 회전수와 제2 센싱부로부터 제2 도그부의 정위치를 확인하여 인버터부에서 구동부 모터로 인가되는 전류를 조절함에 따라 구동부의 회전속도를 다단으로 변환하면서 회전부를 공구교환을 수행하기 위한 데이터를 저장한다.

데이터 저장 단계 이후에, 가공공정에 따라 가공프로그램과 공구교환프로그램에 의해 공구매거진의 공구교환을 위한 공구교환지령이 생성된다.

공구교환지령 생성 단계(S2) 이후에, 생성된 공구교환지령에 따라 교환대상 공구포트의 순번 개수(N)에서 한 개가 부족한 수만큼의 회전수(N-1)를 제어부가 계산한다.

교환대상 공구포트의 순번 개수(N)에서 한 개가 부족한 수만큼의 회전수(N-1) 계산 단계(S3) 이후에, 제어부가 모터브레이크를 해제한다. 이에 따라 모터가 인버터의 전류 신호에 따라 회전구동할 수 있는 상태가 된다.

모터브레이크 해제 단계(S4) 이후에, 모터를 기본속도로 작동시켜 구동부를 기본속도로 회전시킨다.

기본속도 회전 단계(S5) 이후에, 제1 도그부가 회전하는지를 제1 센싱부에서 감지하여 회전수를 카운팅한다.

회전수 카운팅 단계(S6) 이후에, 카운팅 결과 제1 도그부가 교환대상 공구포트의 순번 개수에서 한 개가 부족한 수만큼 회전이 완료된 경우에 모터를 1단 감속속도로 감속하여 회전부를 1단 감속속도로 감속한다.

1단 감속 단계(S7) 이후에, 제2 도그부의 회전을 제2 센싱부가 감지하도록 제2 센싱부를 활성화시킨다.

활성화 단계(S8) 이후에, 카운팅결과 제1 도그부가 1단 감속속도로 교환대상 공구포트의 순번 개수의 마지막 회전을 진행하는 동안에 제1 도그부의 제1 센싱구간이 제1 센싱부에 진입하는 순간에 모터를 2단 감속속도로 감속한다.

2단 감속 단계(S9) 이후에, 제2 센싱부가 제2 도그부의 제2 센싱구간을 감지하면 모터를 정지하여 교환대상 공구포트를 정위치시킨다.

정위치 단계(S10) 이후에, 인버터부의 직류제동을 작동시켜 공구매거진의 회전을 정지시킨다.

직류제동 작동 단계(S11) 이후에, 인버터부의 직류제동을 작동시킨 상태에서 소정 시간 경과후에 인버터부의 직류제동을 해제하고 모터브레이크를 작동시킨다.

모터브레이크 작동 단계(S12) 이후에, 공구교환지령에 따라 공구교환을 수행한다.

이처럼, 본 발명에 의한 공작기계의 자동공구교환장치 및 이의 제어방법은 생성된 공구교환지령에 따라 교환대상 공구포트의 순번 개수에서 한 개가 부족한 수만큼 제1 도그부를 기본속도로 회전시키고, 카운팅결과 제1 도그부가 교환대상 공구포트의 순번 개수에서 한 개가 부족한 수만큼 회전이 완료된 경우에 모터를 1단 감속속도로 감속함과 동시에 제2 도그부의 회전을 감지하는 제2 센싱부를 활성한 후에, 카운팅결과 제1 도그부가 1단 감속속도로 교환대상 공구포트의 순번 개수의 마지막 회전을 진행하는 동안에 제1 센싱구간이 제1 센싱부에 진입하는 순간에 모터를 2단 감속속도로 감속하여 제2 센싱부가 제2 센싱구간을 감지하면 교환대상 공구포트가 정위치한 것으로 인식하여 모터를 정지하고 인버터부의 직류제동을 작동시켜 공구매거진을 회전을 정지시킨 상태에서 소정 시간 경과후에 직류제동을 해제하고 모터브레이크를 작동하여 공구교환을 수행함에 따라 도그부의 카운팅된 회전수에 따라 도그부의 회전속도를 다단으로 변경하여 기어모터를 사용함에도 공구포트의 1개 포트 이동시에 멈춤없이 자동으로 공구교환을 수행하여 공구교환 시간 감소에 비가공시간을 감소하여 가공비용을 절감하고 생산성을 향상하고, 진동 발생을 방지하여 가공정밀도를 증대하고, 공작기계의 안정성과 신뢰성을 향상하며, 서보모터 사용을 배제하여 제조비용을 절감하고 소비자의 만족도를 향상할 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 : 자동공구교환장치
10 : 공구매거진
20 : 구동부
30 : 회전부
40 : 도그부
50 : 센싱부
60 : 인버터부
70 : 제어부

Claims (15)

1. 다수의 공구포트를 구비하고 회전 가능하게 배치되는 공구매거진;
   상기 공구매거진의 회전 동력을 발생시키는 구동부;
   상기 구동부의 회전과 연동하여 상기 공구매거진을 회전시키는 회전부;
   상기 회전부에 배치되어 상기 회전부와 연동하여 회전하는 도그부;
   상기 도그부와 인접하게 배치되어 상기 도그부를 감지하는 센싱부;
   상기 구동부에 전류를 인가하여 상기 구동부를 구동시키는 인버터부; 및
   공구교환을 제어하는 제어부;를 포함하고,
   상기 제어부는 공구교환지령이 생성된 경우에 상기 센싱부로부터 상기 도그부의 카운팅된 회전수와 정위치를 확인하여 상기 인버터부에서 상기 구동부로 인가되는 헤르츠를 조절함에 따라 상기 구동부의 회전속도를 다단으로 변환하면서 상기 공구매거진을 회전시켜 공구교환을 수행하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 자동공구교환장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 자동공구교환장치는,
   상기 회전부의 1회전마다 상기 공구포트가 1포트씩 이동하고,
   상기 구동부의 모터의 종류에 상관없이 상기 공구교환지령에 따라 공구교환을 위한 공구포트가 특정된 경우에 상기 회전부는 교환대상 공구포트가 공구교환위치로 이동하는 동안에 연속적으로 회전하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 자동공구교환장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 도그부는,
   원주방향으로 돌출 형성되는 제1 센싱구간을 구비하고, 상기 회전부에 배치되어 상기 회전부와 연동하여 회전하는 제1 도그부; 및
   원주방향으로 돌출 형성되는 제2 센싱구간을 구비하고, 상기 회전부에 상기 제1 도그부와 순차적으로 배치되어 상기 제1 도그부와 연동하여 회전하는 제2 도그부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 자동공구교환장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 센싱부는,
   상기 제1 도그부의 회전시에 상기 제1 센싱구간을 통해 상기 제1 도그부를 감지하기 위해 상기 제1 도그부에 인접하게 배치되는 제1 센싱부; 및
   상기 제2 도그부의 회전시에 상기 제2 센싱구간을 통해 상기 제2 도그부를 감지하기 위해 상기 제2 도그부에 인접하게 배치되는 제2 센싱부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 자동공구교환장치.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1 센싱구간의 원주길이는 상기 제2 센싱구간의 원주길이보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 공작기계의 자동공구교환장치.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 제어부는,
   생성된 공구교환지령에 따라 교환대상 공구포트의 순번 개수에서 한 개가 부족한 수만큼 상기 제1 도그부가 기본속도로 회전하는지를 상기 제1 센싱부로 감지하여 카운팅하고,
   카운팅결과 상기 제1 도그부가 교환대상 공구포트의 순번 개수에서 한 개가 부족한 수만큼 회전이 완료된 경우에 상기 모터를 1단 감속속도로 감속함과 동시에 상기 제2 도그부의 회전을 상기 제2 센싱부가 감지하도록 상기 제2 센싱부를 활성화시키는 것을 특징으로 하는 공작기계의 자동공구교환장치.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 제어부는,
   카운팅결과 상기 제1 도그부가 상기 1단 감속속도로 교환대상 공구포트의 순번 개수의 마지막 회전을 진행하는 동안에 상기 제1 센싱구간이 상기 제1 센싱부에 진입하는 순간에 상기 모터를 2단 감속속도로 감속하고,
   상기 제2 센싱부가 상기 제2 센싱구간을 감지하면 교환대상 공구포트가 정위치한 것으로 인식하여 상기 모터를 정지하고 상기 인버터부의 직류제동을 작동시켜 상기 공구매거진을 회전을 정지시킨 상태에서 소정 시간 경과후에 직류제동을 해제하고 모터브레이크를 작동시키는 것을 특징으로 하는 공작기계의 자동공구교환장치.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 제어부는,
   공구교환지령이 생성되면 상기 제1 센싱부로 상기 제1 도그부의 회전을 감지하기 전에 상기 모터브레이크의 작동을 해제시키고 모터를 기본속도로 회전시키는 것을 특징으로 하는 공작기계의 자동공구교환장치.
   
9. 제7항에 있어서,
   상기 1단 감속속도는 상기 기본속도보다 느린 속도이고, 상기 2단 감속속도는 상기 1단 감속속도보다 느린 속도인 것을 특징으로 하는 공작기계의 자동공구교환장치.
   
10. 제2항에 있어서,
    상기 공구매거진은,
    베이스부;
    상기 베이스부에 회전 가능하게 배치되는 드럼; 및
    상기 드럼의 원주방향을 따라 소정 간격으로 이격되게 배치되어 공구를 수납하는 복수의 공구포트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 자동공구교환장치.
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 구동부는,
    상기 베이스부에 설치되어 상기 인버터부에서 인가되는 전류에 의해 작동하는 모터;
    상기 모터에 삽입 결합되어 상기 모터의 회전에 연동하여 회전하는 회전축;
    상기 모터에 배치되어 상기 제어부의 제어에 따라 상기 모터의 회전을 차단하는 모터브레이크; 및
    상기 회전축의 일측에 설치되어 회전력을 전달하는 전달부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 자동공구교환장치.
    
12. 제11항에 있어서,
    상기 회전부는,
    상기 회전축과 평행하면서 회전 가능하도록 상기 베이스부에 배치되는 캠샤프트;
    상기 캠샤프트의 축방향을 따라 수평구간 없이 원주방향을 따라 나선형으로 형성되는 배럴캠; 및
    상기 캠샤프트의 일측에 배치되어 상기 전달부와 기어치합을 통해 연결되어 상기 회전축과 연동하여 회전하는 연결부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 자동공구교환장치.
    
13. 제11항에 있어서,
    상기 모터는 기어모터인 것을 특징으로 하는 공작기계의 자동공구교환장치.
    
14. 회전부의 1회전마다 공구매거진의 공구포트가 1포트씩 이동하여 공구교환을 수행하는 공작기계의 자동공구교환 제어방법에 있어서,
    공구교환지령이 생성된 경우에 제1 센셍부로부터 제1 도그부의 회전수와 제2 센싱부로부터 제2 도그부의 정위치를 확인하여 인버터부에서 구동부 모터로 인가되는 전류를 조절함에 따라 구동부의 회전속도를 다단으로 변환하면서 회전부를 공구교환을 수행하기 위한 데이터를 저장하는 단계;
    공구매거진의 공구교환을 위한 공구교환지령을 생성하는 단계;
    생성된 공구교환지령에 따라 교환대상 공구포트의 순번 개수에서 한 개가 부족한 수만큼의 회전수를 계산하는 단계;
    모터브레이크를 해제하는 단계;
    상기 모터를 기본속도로 작동시켜 상기 구동부를 회전시키는 단계;
    상기 제1 도그부가 회전하는지를 상기 제1 센싱부에서 감지하여 회전수를 카운팅하는 단계;
    카운팅 결과 상기 제1 도그부가 교환대상 공구포트의 순번 개수에서 한 개가 부족한 수만큼 회전이 완료된 경우에 상기 모터를 1단 감속속도로 감속하여 상기 회전부를 1단 감속속도로 감속하는 단계;
    상기 제2 도그부의 회전을 상기 제2 센싱부가 감지하도록 상기 제2 센싱부를 활성화시키는 단계;
    카운팅결과 상기 제1 도그부가 상기 1단 감속속도로 교환대상 공구포트의 순번 개수의 마지막 회전을 진행하는 동안에 상기 제1 도그부의 제1 센싱구간이 상기 제1 센싱부에 진입하는 순간에 상기 모터를 2단 감속속도로 감속하는 단계;
    상기 제2 센싱부가 상기 제2 도그부의 제2 센싱구간을 감지하면 상기 모터를 정지하여 교환대상 공구포트를 정위치시키는 단계;
    상기 인버터부의 직류제동을 작동시켜 상기 공구매거진의 회전을 정지시키는 단계; 및
    공구교환지령에 따라 공구교환을 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 자동공구교환장치의 제어방법.
    
15. 제14항에 있어서,
    상기 인버터부의 직류제동을 작동시켜 상기 공구매거진을 회전을 정지시키는 단계 이후에,
    상기 인버터부의 직류제동을 작동시킨 상태에서 소정 시간 경과후에 상기 인버터부의 직류제동을 해제하고 상기 모터브레이크를 작동시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 자동공구교환장치의 제어방법.

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