KR950011793B1

KR950011793B1 - 공작기계의 자동공구교환장치

Info

Publication number: KR950011793B1
Application number: KR1019910003712A
Authority: KR
Inventors: 쇼끼 야스다
Original assignee: 부라더 고교 가부시기가이샤; 야스이 요시히로
Priority date: 1990-03-15
Filing date: 1991-03-08
Publication date: 1995-10-10
Also published as: DE4107911C2; JPH0722860B2; US5134767A; DE4107911A1; JPH03264234A; KR910016437A

Abstract

내용 없음.

Description

공작기계의 자동공구교환장치

도면은 본 발명의 실시예를 나타내며,

제1도는 자동공구교환장치의 기계구성을 나타낸 종단면도.

제2도는 공구매거진의 주요부를 나타낸 종단면도.

제3도는 제2도의 화살표 A방향에서 본 도면.

제4도는 제2도의 화살표 B방향에서 본 도면.

제5도는 그립암을 나타낸 사시도.

제6도는 공구매거진 인덱스기구를 나타낸 제1도의 화살표 C방향에서 본 도면.

제7도는 작동을 설명하는 정면도.

제8도는 주축헤드의 이동과 각 부재의 동작과의 대응을 나타낸 타임차트도.

제9도는 제어장치를 나타낸 블록도.

제10도 및 제11도는 메모리의 구성을 나타낸 도면.

제12도는 작동의 개요를 모식적으로 나타낸 도면.

제13도는 ATC 동작의 프로그램 예를 나타낸 플로차트.

제14도는 CPU에서의 실제의 처리를 나타낸 플로차트.

제15도, 제16도 및 제17도는 그 상세를 나타낸 플로차트.

제18도는 각 축의 동작을 나타낸 타이밍차트.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

12 : 프레임 22 : Z축 모터

24 : 주축헤드 40 : 주축

66 : 공구매거진 68 : 매거진모터

82 : 그립암(그립부) 86 : 복합캠체

94, 96 : 캠폴로어 102 : 리미트스위치(주축회전 금지영역센서)

110 : 제어장치 111 : 마스터 CPU

112 : 슬레이브 CPU 113 : ATC부 CPU

121 : MS간 공통 RAM 122 : MA간 공통 RAM

본 발명은 공작기계의 자동공구교환장치에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 주축헤드의 왕복이동에 종동(從動)하여 공구매거진과 주축과의 사이에서 공구를 교환하는 기구를 구비한 자동공구교환장치에 관한 것이다.

이 종류의 자동공구교환장치로서 일본국 특개소 63(1988)-267136호에는 주축헤드의 승강 및 하강동작에 의해 캠기구를 이용하여 공구교환을 행하도록 한 것이 기재되어 있다. 이 공구교환장치는 주축헤드의 이동영역에 기계가공을 행하는 가공영역과 공구교환을 행하는 ATC 영역을 설정하고, ATC 영역에서의 주축헤드의 왕복이동에 의해 캠기구를 작동시켜서, 공구교환을 행하게 하는 것이다.

그리고, 기계가공중에 주축헤드가 ATC 영역에 잘못들어가지 않도록, 가공영역과 ATC 영역과의 경계를 기계원점에 설정하여, 2개의 영역을 명확하게 분리하고 있었다. 주축헤드를 하나의 영역으로부터 다른 영역으로 이동시킬 때에는, 일단 원점복귀동작을 행하게 하고, 그후 다른 영역으로 이동하도록 하기 위해서이다. 그리고, 종래의 제어장치는 원점복귀동작은 위치결정모드에 의해 행하고 있었다.

그러나, 위치결정모드에 의한 원점복귀동작에서는, 주축헤드는 반드시 기계원점에 일단 정지하지 않으면 안된다. 그러므로, 가공영역에 있는 주축헤드에 공구교환동작을 행하게 할때에는, 주축헤드를 원점위치에 향하여 상승시켜서 원점위치 근방에서 감속시켜서 기계원점에 일단 정지하고, 그런 다음에 다시 가속하여 주축헤드를 ATC 영역내로 상승시키고, 캠기구를 작동시켜서 공구교환동작을 행하고 있었다.

공구교환 종료후에는, 주축헤드를 기계원점에 향하여 하강시키고, 원점근방에서 감속하여 기계원점에서 주축헤드를 일단 정지시킨다. 그런 다음에 다시 가속하고, 주축헤드를 하강시켜서 가공영역내의 원위치로 복귀시키고 있었다. 그리고, 다음의 가공을 위한 주축의 회전은 주축이 기계원점에 일단 정지한 후에 개시하고 있다.

상기와 같이 종래의 장치에서는 공구교환동작을 행할때에, 주축헤드를 기계원점에서 반드시 일단 정지시키지 않으면 안되며, 왕복 2회의 일단정지에 의해 공구교환시간이 길어진다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것이며, 그 목적으로 하는 바는 주축헤드의 이동에 종동하여 공구교환동작을 행하게 하는 간이한 구조의 자동공구교환장치에 있어서, 그 공구교환시간을 단축하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본원 발명에서는 제1의 발명으로서, 프레임(12)과, 공작물을 가공하는 가공영역과 공구교환동작을 행하는 ATC 영역과의 사이에서 왕복이동가능하도록 상기 프레임(12)에 설치된 주축헤드(24)와, 그 주축헤드(24)에 그 주축헤드(24)의 이동방향과 평행의 회전축선을 중심으로 회전할 수 있도록 지지된 주축(40)과, 상기 프레임(12)에 회전가능하도록 지지되어 각각에 공구유지가능한 다수의 그립부(82)를 그 회전축선을 중심으로 하는 원주상에 배열하는 공구매거진(66)과, 상기 주축헤드(24)의 ATC영역에서의 이동에 종동하여 상기 공구매거진(66)의 소정 인덱스위치에 위치하는 그립부(82)에 상기 주축(40)과의 사이에 공구(50)를 주고 받는 동작을 행하게 하는 공구수수(授受)장치(86,94,96)와, 상기 주축(40)을 소정회전위치에 위치결정하는 주축정위치정지제어장치(111)와, 상기 가공영역 또는 ATC영역의 어느한쪽의 영역으로부터 양 영역의 경계점인 원점위치로 상기 주축헤드(24)를 이동시키는 원점복귀장치(22,111,112)와, 그 원점위치로부터 다음의 영역내로 상기 주축헤드(24)를 이동시키는 이동장치(22,111,112)와, 상기 공구매거진(66)을 회전시켜서 다음 공구가 지지된 그립부(82)를 상기 소정 인덱스위치에 위치결정하는 회전인덱스제어장치(111)와를 구비하는 공작기계의 자동공구교환장치에 있어서, 공구교환명령을 받아서, 상기 가공영역으로부터의 원점복귀장치의 실행도중에 있어서의 원점위치도착 직전의 감속동작과 다음에 실행할 이동장치(22,111,112)의 실행개시 직후의 가속동작을 중복하여 실행시키는 중복실행제어장치(111)와, 상기 주축(40)이 주축정위치정지제어장치(111)에 의한 소정 회전위치에 정지해 있지 않으면 상기 중복실행제어장치(111)의 실행을 금지하는 금지제어장치(111)와를 구비하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구교환장치가 제공된다.

또, 제2의 발명으로서, 상기 주축헤드(24)가 상기 ATC 영역내의 주축의 회전을 금지할 영역내에 있는 것을 검출하는 회전금지영역검출장치(102)와, 상기 회전인덱스제어장치(111)의 종료신호를 받아서, 상기 ATC 영역으로부터의 원점복귀장치(22,111,112)의 실행도중에 있어서의 원점위치도착 직전의 감속동작과 다음에 실행할 이동장치(22,111,112)의 실행개시 직후의 가속동작을 중복하여 실행시키는 중복실행제어장치(111)와, 상기 다음에 실행할 이동장치(22,111,112)의 실행개시와 동시적으로 가공개시를 위해 미리 주축(40)에 회전동작을 부여하는 가공개시명령부여제어장치(111) 와, 상기 회전금지영역검출장치(102)가 검출신호를 발하고 있는 동안에는 상기 가공개시명령부여제어장치(111)로부터의 명령의 실행을 금지하는 실행금지제어장치(112)와를 구비하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구교환장치가 제공된다.

상기와 같이 구성된 공작기계의 자동공구교환장치에서는, 원점복귀동작시의 감속동작과 다음의 이동의 가속동작이 중복하여 실행된다. 상기의 동작은 원점복귀시의 동작모드를 절삭모드로 함으로써 가능하게 된다. 감속동작과 가속동작이 중복하여 실행되므로, 주축헤드는 일단 정지하지 않고 기계원점을 통과하여, 다른 영역으로 이동하는 것이 가능하게 되며, 공구교환에 요하는 시간이 단축된다.

제1의 발명에서는 주축헤드를 가공영역으로부터 ATC 영역으로 이동시킬 때의 상기 중복동작이 실행된다. 이때, 주축정위치정지제어장치에 의한 주축의 오리엔테이션이 완료되어 있지 않으면, 금지제어장치에 의해 중복실행이 금지되므로, 공구교환이 불가능한 상태인 채 주축헤드가 ATC 영역으로 이동하여 공구교환동작이 개시되는 일 이 없다.

제2의 발명에서는, 주축헤드를 ATC 영역으로부터 가공영역으로 이동시킬때의 상기 중복동작이 실행된다. 이때, 주축헤드가 회전금지영역을 아직 통과하지 않았을 때는, 실행금지제어장치에 의해 주축의 회전이 금지되므로, 공구매거진의 그립부가 주축으로부터 이탈하기 전에 주축이 회전을 개시하는 일이 없다.

본 발명의 실시예에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 먼저, 자동공구교환장치의 기계구성에 대해 제1도 내지 제8도에 따라서 설명한다.

[(1)주축헤드 및 공구매거진]

제1도에 도시한 바와 같이 자동공구교환장치를 구비한 공작기계는 수직의 콜럼(10)에 고정설치한 프레임(12)에 배설되어 Z축 방향으로 왕복이동가능한 주축헤드(24)와, 상기 프레임(12)에 매거진지지대(58)를 통해 배설되고, 회전인덱스가능한 공구매거진(66)을 기본적으로 구비하고 있다.

즉, 상기 프레임(12)에 가이드레일(14)이 수직으로 배설되고, 상하의 관계로 배설한 한쌍의 리니어가이드(16), (16)를 통해 주축헤드(24)가 상기 가이드레일(14)에 따라서 Z축 방향으로 승강할 수 있도록 장착되어 있다. 이 주축헤드(24)에는 적절한 위치에 이송너트(18)가 고정되고, 상기 가이드레일(14)에 따라서 평행으로 지지된 회전할 수 있는 볼나사(20)가 상기 이송너트(18)에 나사맞춤되어 있다. 그리고, 이 볼나사(20)를 프레임(12)의 위쪽에 배치한 서보모터(Z축 모터)(22)에 의해 정역 양방향으로 회전구동함으로써, 상기 주축헤드(24)에는 이송너트(18) 및 볼나사(20)의 나합(螺合)작용하에 가이드레일(14)에 따라서 Z축 방향으로 승강하는 원활한 운동이 부여된다.

주축헤드(24)의 내부에는, 하단부에 공구유지부(테이퍼공)(42)를 구비한 주축(40)이 회전할 수 있도록 수직으로 배설되며, 이 주축(40)은 프레임(12)의 위쪽에 설치된 주축모터(36)에 커플링(38)을 통해 연결되고, 이 모터(36)에의해 회전구동되도록 되어 있다. 주축(40)의 상기 공구유지부(42)에는, 선단에 공구(50)를 장착한 공구홀더(48)의 아버(52)를 끼워넣을 수 있게 되어 있으며, 이 공구홀더(48)를 공구유지부(42)에 끼워넣으면, 이 홀더(48)에 배설한 풀스터드(54)가 주축(40)내에 설치한 홀더협지부재(44)에 의해 협지(클램프)된다. 또, 이 홀더협지부재(44)를 주축(40)의 중심통공(中心通孔)내에 동축적으로 삽통배치한 드로바(46)에 의해 누르면, 이 홀더협지부재(44)에 의한 상기 풀스터드(54)의 협자가 해제(언클램프)되어, 공구홀더(48)를 분리하는 것이 가능하게 된다.

[(2)공구의 클램프 언클램프기구]

상기 공구유지부(42)에 끼워넣은 공구홀더(48)를 클램프하고, 또 이 클램프를 해제하기 위해, 크랭크레버 및 이것에 요동운동을 부여하는 캠기구가 배설되어 있다. 즉, 주축헤드(24)의 적절한 위치에 지지축(32)을 통해 크랭크레버(30)가 요동할 수 있도록 지지되며, 이 레버(30)에 있어서의 한쪽의 짧은 레버(3a)의 선단부가 상기 드로바(46)에 수평방향으로 돌출설치한 핀(56)과 계합할 수 있게 되어 있다. 또, 크랭크레버(30)의 다른쪽의 긴 레버(30b)에 도시한 형상의 판캠(28)이 고정되고, 이 판캠(28)은 그 이동궤적에 위치하도록 상기 Z축 모터(22)의 측부의 위치에 배설한 롤러형의 캠폴로어(26)와 접촉이탈가능하게 되어 있다. 또한, 상기 긴 레버(30b)와 주축헤드(24)와의 사이에 인장코일스프링(34)이 배설되고, 크랭크레버(30)에 시계방향으로 힘을 가하여, 통상시에는 짧은 레버(30a)에 의한 상기 핀(56)의 누름을 해제하고 있다.

그리고, 상기 Z축 모터(22)의 구동에 의해 주축헤드(24)가 상승하면, 그 상승과정에 있어서 크랭크레버(30)에 설치한 판캠(28)이 고정위치에 배치한 상기 캠폴로어(26)와 접촉하여, 이 크랭크레버(30)에 지지축(32)을 중심으로 하는 반시계방향의 이동을 부여한다. 이로써, 짧은 레버(30a)가 상기 핀 (56)을 아래쪽으로 누르고, 드로바(46)를 통해 홀더협지부재(44)에 힘을 가하고 공구홀더(48)의 풀스터드(54)에 대한 클램프를 해제한다.

[(3) 공구매거진의 회전인덱스기구]

프레임(12)에 고정설치한 매거진지지대(58)에는, 주축헤드(24)의 승강영역과 인접해서 경사좌하측으로 지향하는 지지축(60)이 배설되고, 이 지지축(60)에 도시한 형상의 매거진베이스(64)가 베어링(62)을 통해 회전할 수 있도록 지지되어 있다. 이 매거진베이스(64)에는, 후술하는 홀더파지수단으로서 가능하는 그립암(82)이 방사형으로 소요의 중심각으로 복수개 요동할 수 있도록 배설되어 있다.

제2도에 도시한 바와 같이, 이 메거진베이스(64)에는 상기 지지축(60)을 중심으로 하는 인덱스원판(80)이 볼트(79)를 통해 고정되고, 이 인덱스원판(80)의 일측면에 롤러형상의 캠폴로어(78)가 후술하는 그립암(82)의 배설위치에 대응시켜서 복수개(실시예에서는 10개) 배설되어 있다.

제1도의 화살표 C방향에서 본 도면인 제2도에 도시한 바와 같이, 상기 매거진지지대(58)에 수직배치한 케이싱(67)의 상부에 인덱스용 매거진모터(68)가 도립(倒立)배치되고, 매거진모터(68)의 회전축(69)에 구동축(70)이 커플링(71)을 통해 접속되어 있다. 이 구동축(70)의 하단부에는 베벨기어(72)가 고정되고, 이 베벨기어(72)는 베어링(73), (73)을 통해 수평으로 지지한 회전축(75)에 배설한 베벨기어(74)와 맞물려 있다. 이 회전축(75)에는, 외주면에 소요의 곡선을 그리는 캠홈(76a)이 형성된 바렐캠(76)이 고정되고, 이 캠홈기(76a)에 상기 인덱스원판(80)에 방사배치한 각 캠폴로어(78)가 순차 계합가능하게 되어 있다. 그리고, 상기 바렐캠(76)의 회전에 의해 인덱스원판(80)에 간헐적인 인덱스회전이 부여된다.

[(4) 공구수수수단]

다음에, 전술한 회전인덱스기구에 의해 인덱스되는 그립암 및 그립암을 공구홀더(48)의 수수(授受)를 위해 요동구동하는 기구에 대해 설명한다.

제2도, 제3도 및 제4도에 도시한 바와 같이, 공구매거진(66)의 일부를 구성하는 매거진베이스(64)에는, 상기 지지축(60)을 중심으로 하는 원주방향으로 소요의 중심각으로 클레비스(81)가 순차 배설되어 있다(도시예에서는 10개). 각각의 클레비스(81)에는 회전지지축(84)을 통해 도시한 형상의 그립암(그립부)(82)이 요동할 수 있도록 지지되며, 이 암(82)의 자유단이 반경방향 외측으로 면해 있다. 그립암(그립부)(82)의 자유단에는 제3도에 도시한 바와 같이, 상기 공구홀더(48)의 파지부를 협지가능한 치수로 설정한 2분기부(83)가 형성되어 있다. 이 2분기부(83)의 각 선단부내측에는 유저공(有低孔)(83a)이 뚫려 있으며, 이 유저공(83a)에 압축코일스프링(99)에 의해 탄압(彈壓)되는 지지핀(98)이 후퇴가능하게 수납되고, 이 지지핀(98)의 선단이 2분기부 안쪽으로 면해 있다. 따라서, 2분기부(83)의 양단부에서는, 한쌍의 지지핀(98), (98)이 그 선단을 서로 대향하여 있게 된다.

그리고, 그립암(82)의 2분기부(83)를 상기 공구홀더(48)의 파지부 V형 홈부(48a)에 위치맞춤으로써, 한쌍의 지지핀(98), (98)이 상기 V형 홈부(48A)에 계합되어 접촉되고, 압축코일스프링(99)의 탄력에 항거하여 후퇴한 상태로 공구홀더(48)를 파지한다.

또, 제2도에 도시한 바와 같이, 그립암(82)의 반자유단(反自由端)에도 유저공(82a)이 뚫려 있으며, 이유저공(82a)에 압축코일스프링(92)과 함께 강구(鋼救)(90)가 탄력적으로 수납되어서, 이 강구(90)의 일부를 유저공(82a)의 개구로부터 돌출시키고 있다. 또, 매거진베이스(64)의 보스부(64a)에는, 단면이 원호형을 한 안내면(88a)을 외주에 형성한 그립지지콜러(88)가 밖에서 끼워지고, 이 안내면(88a)에 상기 그립암(82)에 배설한 강구(90)가 탄력적으로 접촉가능하게 되어 있다. 그리고, 제5도에도 도시한 바와 같이 상기 안내면(88a)의 매거진베이스(64)측에는 노치홈(88b)이 형성되고 인덱스대기상태에 있는 각 그립암(82)은 그 강구(90)를 상기 노치홈(88b)에 낙착시켜서, 이 암(82)을 그 자세로 안정유지시킬 수 있도록 되어 있다.

제5도에 도시한 바와 같이, 상기 그립암(82)의 회전지점으로 되는 회전지지축(84)을 사이에 둔 암길이방향의 전후에서, 또한 이 암(82)의 중심선에 대해 whk우로 나눈 위치에, 롤러형상을 한 제1캠폴로어(94) 및 제2캠폴로어(96)가 회전할 수 있도록 지지되어 있다. 그리고, 이 제1zoa폴로어(94) 및 제2캠폴로어(96)는 복합캠체(86)에 형성한 제1캠면(86a) 및 제2캠면(86b)에, 각각 대응적으로 접촉 및 이간 가능하게 되어 있다. 즉, 제1도에 도시한 바와 같이, 주축헤드(24)의 수직면이고, 또한 상기 공구매거진(66)과 지향하는 측에 복합캠체(86)가 수직으로 볼트고정되고, 그 제1캠면(86a) 및 제2캠면(86b)이 공구매거진(66)의 원하는 공구홀더(48)의 인덱스위치(주축(40)의 공구유지부(42)에 대응적으로 인덱스된 그립암(82)과 근접하는 위치)측에 면해 있다.

그리고, 그립암(82)에 배설한 제1캠폴로어(94) 및 제2캠폴로어(96)는 제7도 및 제8도에 관해 후술하는 바와 같이, 기계원점 ZO을 중심으로 주축헤드(24)의 소요의 승강영역내에서, 상기 복합캠판(86)의 제1Z캠면(86a) 및 제2캠면(86b)과 각각 대응적으로 접촉하여 슬라이드하도록 위치설정되어 있다. 주축헤드(24)를 Z축 위쪽으로 승강이동시키면, 후술하는 조건하에서 제1캠폴로어(94)가 제1캠면에, 또 제2캠폴로어(96)가 제2캠면에 접촉하여, 각 대응의 캠작용하에 상기 그립암(82)은 회전지지축(84)을 중심으로하여 소정의 요동운동을 행한다. 이때 그립암(82)의 반자유단에 배설된 강구(90)는 그립지지콜러(88)에 형성된 노치홈(88)으로부터 이탈하여, 그 안내면(88a)에 따르면서 이동하게 된다. 상기 복합캠체(86), 제1캠폴로어(94) 및 제2캠폴로어(96)는 공구수수장치를 구성한다.

[(5) 주축회전금지영역검출수단]

제1도에 도시한 바와 같이, 주축헤드(24)의 뒤쪽으로 돌출한 부분(24A)에 도그(101)가 고정되어 있다. 한편, 이 도그(101)에 대응하는 회전금지영역검출장치로서의 주축회전금지영역센서 즉 리미트스위치(102)가 콜럼(10)의 측면에 고정되어 있다. 리미트스위치(102)는 주축헤드(24)가 ATC 영역내의 주축회전금지영역에 위치하는 것을 검출하는 리미트스위치이며, 주축헤드(24)가 기계원점 ZO으로부터 소정 거리 이상(예를 들면 5㎜이상) 위쪽으로 이동했을 때에, 리미트스위치(102)를 계속하여 치도록 도그(101)의 형태가 형성되어 있다.

[(6) 캠기구에 의한 공구교환동작]

다음에, 상기 같이 구성된 기계구성으로 이루어지는 자동공구교환장치의 동작에 대해 제7도 및 제8도를 참조하여 설명한다. 그리고, 전술한 바와 같이, 주축헤드(24) 및 이것에고정된 복합캠체(86)는 Z축 방향으로 승강이동되나, 공구매거진(66) 자체는 프레임(12)상의 정위치에 있고, 매거진베이스(64)를 회전시킬뿐이다. 따라서, 도면중에 주축헤드(24)의 동작기준위치로 되는 기계원점 ZO을 명시하고 있다. 이 기계원점 ZO으로부터 아래쪽이 주축헤드(24)가 공작물의 가공을 행하는 가공영역이며, 기계원점 ZO으로부터 위쪽이 주축헤드(24)가 공구교환동작을 행하는 ATC영역이다.

제7a도는 공작기계에 의해 공작물(91)을 절삭하고 있는 상태를 나타낸다. 이 상태에서는, 주축(40)의 하축단(下軸端)은 기계원점 ZO으로부터 아래쪽에 위치하고 있다. 그리고, 그립암(82)에 배설한 제1캠폴로어(94)는 대응하는 복합캠체(87)의 제1캠면을 완전히 상승시킨 위치에 있다. 또, 제2캠폴로어(96)는 대응하는 제2캠면(86b)의 최하부에 위치하여, 이 그립암(82)의 2분기부(83)를 가장 좌방향으로 이동시킨 상태로 유지하고 있다. 즉, 2분기부(83)는 주축(40)의 공구유지부(42)에 장착한 특정의 공구홀더(48)로부터 크게 이간된 상태에 있으며, 그러므로 주축헤드(24)는 공구매거진(66)에 간섭하지 않고 공작물(91)에 향하여 하강하여 소요의 절삭가공을 행할 수 있다.

제7b도는 주축헤드(24)가 기계원점 ZO와 대략 일치한 위치(Z=0)까지 상승한 상태를 나타내고 있다. 주축(40)은 오리엔테이션(주축정위치정지)종료의 상태로 되어 있다. 그립암(82)의 제1캠폴로어(94)는 상기 제1캠면(86a)의 중도에 위치하고, 또 제2캠폴로어(96)는 제2캠면(86b)의 중도에 위치하여, 이 그립암(82)을 회전지지축(84)을 중심으로 하여 반시계방향으로 약간 회동시키고 있다. 이로써, 2분기부(83)에 배설한 한쌍의 지지핀(98), (98)을 상기 공구홀더(48)의 최대 직경부에 형성되어 수평으로 위치하고 있는 상기 V형 홈부(48a)에 일치시켜서 근접하고 있다.

즉, 이 시점에서는, 지지편(98), (98)은 V형 홈부(48a)에 아직 끼워져 있지 않으며, 따라서 공구(50)에 의한 공작물(91)에 대한 가공이 여전히 가능하다. 그리고,제7d도에서 후술하는 그립동작의 종료까지 2분기부(83)의 지지핀(98), (98)이 계속하여 공구홀더(48)의 V형 홈부(48a)에 추종 동작할 수 있도록 상기 제1캠면(86a) 및 제2캠면(86b)이 캠설계되어 있다.

제7c도는 주축헤드(24)가 ATC 영역에 들어가서 기계원점 ZO보다도, 예를들면 거리 Z=30만큼 상승한 상태를 나타내고 있다. 이 위치까지 주축헤드(24)가 상승하는 과정에서 주축헤드(24)뒤쪽의 도그(101)가 리미트스위치(102)를 치게 되고 리미트스위치(102)는 주축헤드(24)가 주축회전금지영역에 들어간 것을 알리는 검출신호를 출력한다. 또, 전술한 크랭크레버(30)의 판캠(28)이 캠플로어(26)에 접촉계합하기에 이르고, 이 크랭크 레버(30)는 인장 코일스프링(34)의 부세력에 항거하여 반시계방향으로의 회동을 개시한다. 또, 기계원점 ZO으로부터 위쪽으로의주축헤드(24)의 상승에 따라서 복합캠체(86)의 제1캠면(86a) 및 제2캠면(86b)는 각각 대응하는 제1캠폴로어(94) 및 제2캠폴로어(96)를 종동시켜서, 그립암(82)을 반시계방향으로 더욱 요동시킨다. 이로써, 그립암(82)의 2분기부(83)에 배설한 한쌍의 지지핀(98), (98)은 공구홀더(48)의 V형 홈부(48a)에 정렬하여 추종이동하고, 이 지지핀(98), (98)을 코일스프링(99), (99)의 탄력에 항거하여 후퇴시키면서, 주축(40)의 중심선 C상에 위치하기에 이른다.

그리고, 이 시점에서, 상기 크랭크레버(30)의 짧은 레버(30a)가 드로바(46)에 설치한 핀(56)을 밀어내리기 시작하고, 공구홀더(48)의 풀스터드(54)에 대한 홀더협지부재(44)에 의한 협지의 해제를 개시한다.

제7d도는 주축헤드(24)가 기계원점 ZO보다 거리 Z=50만큼 상승한 상태를 나타내고 있다. 이 상태에 이르기 직전에, 상기 크랭크레버(30)는 완전히 요동하고, 홀더협지부재(44)는 풀스터드(54)를 해제하고, 공구홀더(48)에 대한 언클램프를 종료한다. 그립암(82)은 양 캠면(86a), (86b)과 각각 대응하는 캠폴로어(94), (96)와의 작용하에 반시계방향으로 더욱 요동하여, 이 암(82)의 강구(90)를 그립지지콜러(88)의 노치홈(88b)내에 낙착하여 안정시키고, 그 동작을 종료한다. 또, 암 2분기부(83)의 지지핀(98), (98)이 공구홀더(48)의 V형 홈부(48a)를 완전히 파지하여, 그립암(82)에 공구홀더(48)의 파지가 이루어진다. 이 시점으로부터, 주축(40)으로부터 공구홀더(48)의 발취를 개시하게 된다.

제7e도는 주축헤드(24)가 기계원점 ZO으로부터 거리 Z=138만큼 상승한 상태를 나타내고 있다. 제7b도에 나타낸 위치로부터의 주축헤드(24)의 상승에 따라서 주축(40)에 장착되어 있던 공구홀더(48)는 그립암(82)에 파지된 채 잔류하고, 이로써 공구홀더(48)의 발취(주축헤드(24)로부터 공구매거진(66)에의 수수)가 완료된다. 이 주축헤드(24)가 상승한 위치(Z=138)에서 매거진모터(68)가 회전구동되고, 바렐캠(76) 및 캠폴로어(78)의 캠작용하에 인덱스원판(80)의 회전인덱스가 행해진다.

제7f도는 인덱스원판(80)의 회전인덱스에 의해 다음에 사용될 공구홀더(48)를 파지한 다른 그립암(82)이 상기 주축헤드(24)의 공구유지부(42)의 바로 아래에 중심선 C을 정렬시켜서 위치한 상태를 나타내고 있다.

이어서, 이 새로이 인덱스된 공구홀더(48)를 주축(40)의 공구유지부(42)에 장착하는 과정을 설명한다. 주측(40)에의 장착은 Z축 모터(22)를 역방향으로 회전시켜서, 주축헤드(24)를 하강시킴으로써 행해진다.

제7g도는 기계원점 ZO으로부터 거리 Z=50의 위치까지 하강한 상태를 나타내고 있다. 이 주축헤드(24)의 하강에 의해 새로이 인덱스된 공구홀더(48)의 아버(52)는공구유지부(42)내에 삽입된다. 그리고, 제7e도 및 제17f도에서는, 양 캠폴로어(94), (96)는 복합캠체(86)의 양 캠면(86a), (86b)으로부터 이탈하고 있었으나, 이 제7g도에 나타낸 상태에 이르러, 양 캠폴로어(94), (96)는 다시 대응한 양 캠면(86a),(86b)과 맞닿아서, 그립암(82)의 퇴피동작이 개시된다. 즉, 그립암(82)은 회전지지축(84)을 중심으로 하는 시계방향으로의 요동을 개시하고, 이 암(82)의 2분기부(83)에 배설한 지지핀(98), (98)이 공구홀더(48)에 형성한 V형 홈부(48a)의 이동에 추종하는 동작을 행한다.

다시 주축헤드(24)가 거리 Z=47까지 하강하면, 지금까지 캠폴로어(26)에 맞닿아서 이 크랭크레버(30)를 반시계방향으로 요동시키고 있던 판캠(28)은 상기 캠폴로어(26)로부터 퇴피하기 시작하고, 공구홀더(48)의 풀스터드(54)에 대한 홀더협지부재(44)에 의한 협지를 개시한다.

제7h도는 주축헤드(24)가 다시 하강하여 기계원점 ZO에 대해 거리 Z=30의 위치까지 하강한 상태를 나타내고 있다. 이 위치에서는 상기 크랭크레버(30)에 있어서의 판캠(28)은 캠폴로어(26)로부터 완전히 이탈하고, 이로써 홀더협지부재(44)가 풀스터드(54)를 협지하여 클램프동작을 종료한다. 또, 그립암(82)은 그 양 캠폴로어(94), (96)가 대응한 양 캠면(86a), (86b)과 연계동작함으로써, 암선단에 배설한 강구(90)가 그립지지콜러(88)의 노치홈(88)b으로부터 이탈하여 시계방향으로 요동한다.

제7i도는 다시 주축헤드(24)가 하강하여 기계원점 ZO에 일치한 상태를 나타내고 있다. 이 위치까지 하강하기 직전에 주축헤드(24) 후방의 도그(101)가 리미트스위치(102)로부터 떨어지고, 리미트스위치(102)는 검출신호를 소실하여 주축헤드(24)가 회전금지영역을 이탈한 것을 알린다. 기계원점(Z=0)에서는 그립암(82)은 주축(40)의 공구유지부(42)에 끼워 유지된 공구홀더(48)로부터 완전히 이탈한다.

또한, 이 원점 ZO보다 주축헤드(24)가 하강하면, 그립암(82)은, 예를 들면 제7a도에 나타낸 바와 같이, 더욱 이간방향으로 퇴피하여, 주축헤드(24)에 의한 공작물(91)에 대한 단독의 하강이 가능하게 된다.

제8도는 이상 설명한 캠기구에 의한 공구교환동작을, 종축에 주축헤드(24)의 스트로크위치(Z축 위치), 횡축에 시간을 취하여, 관련되는 각 부재의 동작타이밍을 나타낸 타임차트도이다.

[(7) 제어장치]

제9도는 상기의 기계구성으로 이루어지는 자동공구교환장치를 구비한 공작기계의 제어장치를 나타낸 블록도이다.

제어장치(110)는 콤퓨터를 구비한 것이며, 제어전체를 통괄하는 마스터 CPU(111)와, 공작물의 가공을 주로 관장하는 실행금지제어장치인 슬레이브 CPU(112)와, 공구교환을 주로 관장하는 ATC부 CPU(113)의 3개의 CPU를 중심으로 구성되어 있다. 상기 서보모터(22), 마스터 CPU(111) 및 슬레이브 CPU(112)는 원점복귀장치 또는 이동장치를 구성하고, 마스터 CPU(111)는 회전인덱스제어장치, 주축정위치정지제어장치, 금지제어장치, 중복실행제어장치 또는 가공개시명령부여제어장치등으로서 기능한다.

마스터 CPU(111)에는, 메모리장치로서 제어장치 자체를 동작시키는 프로그램이나, 상수등을 격납하는 마스터부 ROM(114)과, 제어실행중의 변수나 플래그등을 일시 기억하는 제1마스터부 RAM(115)과, 공구 교환타이밍 및 공작물가공에 사용하는 공구등을 지시하기 위한 가공프로그램등을 격납한 제2마스터부 RAM(116)이 접속되어 있다. 그리고 이 제2마스터부 RAM(116)은 전원을 오프했을 때에도 백업되어 있다.

슬레이브 CPU(112)에는, 공작물가공을 위한 모터구동프로그램이나, 상수등을 격납하는 슬레이브부 ROM(117)과, 공작물가공제어실행중의 변수나 플래그등을 일시 기억하는 슬레이브부 RAM(118)이 접속되어 있다. ATC부 CPU(113)에는 공구교환을 위한 매거진선회프로그램이나 상수등을 격납하는 ATC ROM(119)과 공구교환제어실행중의 변수나 플래그등을 일시 기억하는 ATC부 RAM(120)이 접속되어 있다.

마스터 CPU(111)와 슬레이브 CPU(112)와의 사이에는, 마스터CPU(111)로부터 슬레이브 CPU(112)에의 지령 또는 그 역방향의 신호, 기타의 정보를 주고 받기 위한 MS간 공통 RAM(121)이 접속되어 있다. MS간 공통 RAM(121)은 마스터 CPU(111)및 슬레이브 CPU(112)의 쌍방으로부터 정보가 기입되거나, 또는 독출된다.

또, 마스터 CPU(111)와 ATC부 CPU(113)와의 사이에는, 마스터 CPU(111)로부터 ATC부 CPU(113)에의 지령 또는 그 역방향의 신호, 기타의 정보를 주고 받기 위한 MA간 공통 RAM(122)이 접속되어 있다. 전술한 MS간 공통 RAM(121)과 마찬가지로 MA간 공통 RAM(122)은 마스터 CPU(111) 및 ATC부 CPU(113)의 쌍방으로부터 정보가 기입되거나, 또는 독출된다.

또한, 마스터 CPU(111)에는 가공프로그램등을 작성입력하기 위한 키보드(123)와, 이 가공프로그램등을 표시하기 위한 CRT(124)가 접속되어 있다.

슬레이브 CPU(112)에는 도시하지 않은 워크테이블을 X축 방향으로 이동시키는 X축 모터(125), Y축 방향으로 이동시키는 Y축 모터(126), 또한 워크테이블을 회전시키는 B축 모터(127)의 주축헤드(24)를 승강시키는 Z축 모터(22) 및 주축(40)을 회전시키는 주축모터(36)가 접속되어 있다. 슬레이브 CPU(112)는 이들을 제어구동하여, 워크테이블상에 재치된 공작물에 대하여 소정의 공구에 의한 가공을 실행한다. 또, 슬레이브 CPU(112)에는 주축회전금지영역을 검출하는 리미트스위치(102)가 접속되고, 주축헤드(24)가 기계원점위치 ZO로부터 위쪽의 주축회전금지영역에 위치하는 것을 알린다.

한편, ATC부 CPU(113)에는, 매거진모터(68)가 접속되어 있다. ATC부 CPU(113)는 매거진모터(68)를 제어구동하고, 공구매거진(66)을 회전시켜서, 다음에 사용할 공구의 인덱스를 행한다.

제10도는 마스터 CPU(111)와 슬레이브 CPU(112)와의 사이에서 정보를 주고 받는 MS간 공통 RAM(121)의 메모리구성을 나타낸 도면이다. (151)~(155)에는 각종 플래그가 수용되고, (156)~(162)에는 마스터 CPU(111)가 슬레이브 CPU(112)에 부여하는 지령치의 데이터가 수용된다. 한편, (165)~(168)에는 슬레이브 CPU(112)로부터 마스터 CPU(111)에 전달하는 데이터가 격납된다.

상세에 대해 설명한다. (151)은 동작의 개시를 지령하는 실행개시플래그 START_ F이다. 마스터 CPU(111)가 여기에 1을 기입함으로써, 슬레이브 CPU (112)는 기타의 정보를 참조하면서 동작의 실행을 개시한다. (152)는 동작의 종료를 알리는 실행종료플래그 END_ F이다. 상기 실행개시플래그 START_ F에 의해 실행이 개시된 동작이 종료되면, 슬레이브 CPU(112)가 1을 기입하고, 동작의 종료를 마스터 CPU(111)에 알린다. (153)은 절삭모드플래그 CUT_ F이다. 마스터 CPU(111)가 1을 기입함으로써, 축이동이 절삭모드(G01)로 되고, 0을 기입함으로써 위치결정모드(G00)로 된다. 위치결정모드(G00)에서는, 슬레이브 CPU(112)는 축이동이 완전히 종료된 후에, 상기 실행종료플래그 END_ F(152)를 올린다. 이에대해, 절삭모드(G01)에서는 슬레이브 CPU(112)는 축이동의 감속개시시에 상기 실행종료플래그 END_ F(152)를 올리고, 다음의 축이동의 접수를 가능하게 한다. (154)는 탭동작플래그 TAP_ F이다. 마스터 CPU(111)가 탭동작시에 1을 기입한다. (155)는 주축동작플래그 SPCMD_ F이다. 마스터 CPU(111)가 주축회전 동작시에는 1을, 오리엔테이션동작시에는 2를 기입한다.

(156)~(159)는 각각 X축 이동지령치 XCMD_ V, Y축 이동지령치 YCMD _V, Z축 이동지령치 ZCMD_V 및 B축 이동지령치 BCMD_V이다. 미스터 CPU(111)가 축이동지령시에 이제부터 이동할 거리를 인크리멘탈량으로 기입한다. 또, (160)은 주축회전지령치 SPCMD_V, (161)은 이동지령속도 FEED_V, (162)는 탭지령피치 PITCH_V이다.

또, (165)~(168)은 각각 X축 현재위치 XPOS_V, Y축 현재위치 YPOS_V, Z축 현재위치 ZPOS_V 및 B축 현재위치 BPOS_V로서 사용된다. 이들 현재위치데이터(165)~(168)는 축이동동작의 실행에 따라서, 슬레이브 CPU(112)에 의해 순차 갱신된다.

여기서, MS간 공통 RAM(121)에의 설정은 가능한 한의 복합동작을 허용하도록 되어 있다.

제11도는 마스터 CPU(111)와 ATC부 CPU(113)와의 사이에서 정보를 주고 받는 MA간 공간 RAM(122)의 메모리구성을 나타낸 도면이다. (171)은 실행개시플래그 ASTART_ F이다. 마스터 CPU(111)가 1을 기입함으로써, ATC부 CPU(113)는 기타의 정보를 참조하여, 동작의 실행을 개시한다. (172)는 실행종료플래그 AEND_ F이다. ATC부 CPU(113)는 상기 실행개시플래그 ASTART_ F(171)에 의해 실행이 걸린 동작이 종료되면, 1을 기입하고, 동작종료를 마스터 CPU(111)에 알린다. (173)은 매거진선회포트번호 APOT _V의 데이터가 기억된다. 마스터 CPU(111)는 다음에 사용할 공구의 매거진포트번호를 기입하고, 다음의 공구교환동작에서의 인덱스위치를 ATC부 CPU(113)에 알린다.

[(8) 제어사상]

이상의 구성에 의거하여 제어장치의 작동에 대해 설명한다. 워크가공제어 및 공구교환제어는 마스터 CPU(111)로부터의 지령에 의거하여 실행한다. 마스터 CPU(111)는 키보드(123)로부터 입력되어 제2마스터부 RAM(116)에 격납된 가공프로그램을 1동작씩 읽어 넣고, 이 읽어 넣은 정보가 공작물가공에 관한 것이며, MS간 공통 RAM(121)에 그 지령을 기입한다. 슬레이브 CPU(112)는 이 기입된 지령을 독출하여, 각 축모터(22), (125), (126), (127)의 이동량 및 주축(40)의 회전수를 결정하고, 전술한 공작물가공제어를 실행한다. 마찬가지로, 독출된 가공프로그램에 공구교환이 포함되어 있는 경우는, MS간 공통 RAM(121) 및 MA간 공간 RAM(122)의 양자에 지령데이터가 기입된다. 이 결과, 슬레이브 CPU(112)는 각 축모터(22), (125), (126), (127) 및 주축모터(36)를 구동제어하고, ATC부 CPU(113)는 매거진모터(68)를 구동제어하여, 공구교환제어가 실행된다.

제12도는 공구교환제어의 개요를 나타낸 플로차트도이다. 공구교환명령 직전의 명령에 의한 가공동작(201)이 종료되면, 즉시 Z축 원점복귀동작(202)이 개시되고, 주축헤드(24)의 상승이 개시된다. 이때, Z축원점복귀동작(202)과 병행하여 동시에 주축정위치정지동작(203)이 실행된다. 그리고, 주축정위치정지동작(203)의 완료를 조건으로 하여, Z축 원점복귀동작(202)의 완료 직전의 감속동작과 다음에 실행할 Z축 상방이동동작(204)의 가속동작이 중복하여 실행된다. 주축헤드(24)가 상승단(上昇端) 근방의 매거진선회위치에 도달하면, 매거진인덱스동작(205)이 개시되고, 매거진모터(68)에 의해 매거진이 선회되어서, 다음에 사용할 공구가 인덱스된다. 이 매거진인덱스동작(205)중에, X축 및 Y축 이동동작(206)이 병행하여 실행되어,테이블이 다음의 가공위치로 이동된다. 매거진의 인덱스가 종료되면, ATC 영역으로부터의 Z축 원점복귀동작(207)이 개시되고, 주축헤드(24)의 하강이 개시된다. 그리고, Z축 원점복귀동작(207)의 종료 직전의 감속동작과 다음에 실행될 Z축 하방이동동작(208)의 가속동작이 중복하여 실행되고, 주축헤드(24)는 기계원점 ZO에 정지하지 않고, 다음의 가공위치로 이동한다. 또, 주축회전금지영역을 떨어져서, 도그(101)가 리미트 스위치(102)로부터 떨어진 것을 조건으로 주축회전동작(209)이 병행하여 개시되며, 주축의 다음의 가공에 대응한 회전수에서의 회전이 개시된다. 이상으로 공구교환동작을 종료하고, 다음 명령에 따라서 가공동작(210)이 개시된다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 관한 자동공구교환장치에서는, 가공영역으로부터의 Z축 원점복귀동작(202)과 주축정위치정지동작(203)을 병행하여 실시할 뿐만 아니고, Z축 원점복귀동작(202)의 일부와, Z축 상방이동동작(204)의 일부를 중복하여 실행하며, 또한 ATC 영역으로부터의 Z축 원점복귀동작(207)의 일부와 Z축 하방이동동작(208)의 일부를 중복하여 실행하도록 하여, 공구교환에 요하는 시간을 단축하려고 하는 것이다.

[(9) 제어장치에서의 처리]

전술한 제어사상을 제어장치(110)에서의 처리에 대해 설명한다.

제13도는 공구교환시의 가공프로그램의 일예를 나타낸 도면이다. 일련의 가공명령(220)후에 Z축 원점복귀명령 G28Z과, 주축오리엔테이션명령 ORI과의 복합명령(221)이 프로그램된다. 이어서, 공구교환명령 T07과 테이블의 위치결정명령 G00X100Y50으로 이루어지는 복합명령(222)이 프로그램된다. 여기서는 다음의 공구로서 No.7의 공구포트가 선택되어 있다. 이어서, Z축을 다음의 가공위치로 이동시키는 위치결정명령 G002Z-50과, 주축회전명령 SPN4000으로 이루어지는 복합명령(223)이 프로그램되고, 이하는 다음의 가공명령(224)이 순차 프로그램되어 있다.

제14도는 마스트 CPU(111)에서의 운전처리를 나타낸 플로차트이다. 처리(300)가 개시되면, 먼저 스텝(301)에서 가공프로그램을 1명령씩 읽어 넣는다. 그리고, 스텝(302)에서 읽어 넣은 가공프로그램의 동작종류의 판정이 행해진다. 가공프로그램이 단독동작명령의 경우는 스텝(311) 이하로 이행하여, 스텝(311)~(315)에서 단독동작의 종류가 판별되고, 각각의 단독동작처리(321)~(325)로 이행한다. 예를 들면, 가공프로그램이 위치결정명령 G00의 경우는 스텝(321)으로 이행하여 위치결정이동처리가 행해지며, 이송명령G01의 경우는 스텝(322)으로 이행하여 절삭이동처리가 행해지며, 텝이동명령 G77의 경우는 스텝(323)으로 이행하여 탭이동처리가 행해진다. 또, 보조신호명령 Mnn의 경우는 스텝(324)으로 이행하여 신호출력처리가 행해지고, 프로그램종료명령 M30의 경우는 스텝(325)으로 이행하여 프로그램종료처리가 행해진다. 이들의 처리(321)~(325)는 마스터 CPU(111)가 MS간 공통 RAM(121)에 실행종료플래그 END_ F(152)가 세워지는 것을 기다리고, 실행종료플래그 END_ F(152)가 세워지면 스텝(303)으로 이행한다.

한편, 스텝(302)에서 복합동작이라고 판정되는 경우는, 스텝(331)이하로 이행하고, 스텝(331)~(334)에서 그 복합동작의 종류가 판별되며, 각각의 복합동작처리(341)~(344)로 이행한다. 예를 들면, 공구교환 및 위치결정의 복합처리 Tnn_G00에서는, 스텝(341)에서 ATC 영역에서의 주축헤드(24)의 이동과 매거진(66)의 인덱스에 의한 공구교환처리 및 테이블의 위치결정처리가 행해진다. 또, 위치결정 및 주축회전의 복합명령 G00_ SPN에서는 스텝(342)에서 이처리가, Z축 원점복귀 및 주축오리엔테이션의 복합명령 G28N_ORI에서는 스탭(343)에서 이 처리가 각각 행해진다. 이들의 처리(341)~(344)는 MS간 공통 RAM(121) 및 MA간 공간 RAM(122)에 소정의 플래그 및 데이터로 이루어지는 명령을 기입함으로써 행해진다.

그리고, 실행종료플래그 END_ F(152) 및 AEND_ F(172)가 세워지는 것을 기다려서, 스텝(303)으로 이행한다. 스텝(303)에서는, 가공프로그램이 모두 종료되었는가 여부를 판별하고, 종료되어 있지 않으면 스텝(301)으로 복귀하여 전술한 처리를 반복한다. 또, 가공프로그램이 종료된 경우는, 스텝(303)으로부터 스텝(304)으로 이행하고, 운전처리를 종료한다.

따라서, 제13도에 나타낸 가공처리프로그렘에서는 , 먼저 명령(221)에 의해 스텝(343)의 Z축 원점복귀 및 주축오리엔테이션의 복합동작처리 G28Z_ORI가 실행되며, 이어서 명령(222)에 의해 스텝(341)의 공구교환 및 위치결정처리 Tnn_G00가 실행되며, 그리고 명령(223)에 의해 스텝(342)의 위치결정 및 주축회전의 처리 G00_SPN가 실행된다. 각 처리(343), (341), (342)의 상세에 대해 다음에 설명한다.

제15도는 Z축 원점복귀 및 주축오리엔테이션처리(343)의 상세를 나타낸 플로차트이다. 처리(343)가 개시되면, 먼저 스텝(401)에서, Z축 이동지령치 ZCMD_V (158)가 MS간 공통 RAM(121)에 설정된다. 이 Z축이동지령치 ZCMD_V(158)는 기계고유의 Z축 원점위치 ZO로부터 MS간 공통 RAM(121)에 기억되어 있는 Z축 현재위치 ZPOS_V(167)의 값을 감산함으로써 산출된다(ZCDM _V=ZO-ZPOS_V).

다음에, 스텝(402)에서는 금회의 Z축 원점복귀가 공구교환을 위한 것인가 여부가 판단된다. 이판단은 다음에 실행할 가공프로그램(222)에 공구교환명령 Tnn이 있는가 여부에 해 판단된다. 공구교환을 위한 것이면 스텝(403)으로 이행하여, 절삭모드플래그 CUT_ F(153)를 1에 세트한다. 한편, 공구교환을 위한 것이 아니면 스텝(404)으로 이행하여, 절삭모드플래그 CUT_ F(153)를 0에 세트한다. 이 결과, 통상의 Z축 원점복귀동작은 위치결정모드(G00)로 실행되지만, 공구교환을 위한 Z축 원점복귀에 한하여 절삭모드(G01)로 실행되게 된다.

다음에, 스텝(405)에서 주축동작플래그 SPCMD_ F(160)에 2를 설정하여 주축오리엔테이션을 명령한다. 이상으로 동작의 준비를 종료하고, 스텝(406)에서는 실행개시플래그 START_ F(151)를 1에 설정하고, 슬레이브 CPU(112)에 지시된 동작의 실행을 개시시킨다. 그리고, 스텝(407)에서 실행종료플래그 END_ F(152)가 슬레이브 CPU(112)에 의해 세워지는 것을 기다린다. 슬레이브 CPU(112)는 주축오리엔테이션과 Z축의 원점복귀의 2동작이 종료했을때에, 실행종료플래그 END_F(152)를 1에 설정한다.

이때, 절삭모드플래그 CPU_ F(153)가 스텝(403)에서 1에 설정되어 있으므로, 슬레이브 CPU(112)는 주축헤드(24)가 기계원점위치 ZO에 도착하는 것을 기다리지 않고, 원점위치도착 직전의 감속동작의 개시와 함께 실행종료플래그 END_ F(152)를 1에 세트한다. 실행종료플래그 END_ F(152)가 1로 되면, 스텝(407)으로부터 스텝(408)으로 이행하여, 금회의 Z축 원점복귀 및 주축오리엔테이션처리(343)를 종료한다.

제16도는 다음에 실행되는 공구교환 및 위치결정처리(341)의 상세를 나타낸 플로차트이다. 이 처리(341)는 3페이즈로 이루어지고, 제1의 페이즈는 주축헤드(24)의 매거진선회가능한 위치(Z=138)에의 이동처리, 제2의 페이즈는 매거진(66)의 선회 및 테이블의 위치결정처리, 제3의 페이즈는 주축헤드(24)의 기계원점 ZO에서의 복귀처리로 이루어진다.

처리(341)가 개시되면, 먼저 제1의 페이즈가 개시되고, 스텝(511)에서 매거진(66)이 선회가능한 위치에의 Z축 이동지령치 ZCMD_V(158)가 설정된다. 이 Z축 이동지령치 ZCMD_V(158)는 Z축 원점위치 ZO로 부터 Z축의 상승단 부근까지의 기계에 고유한 값이며, 본 실시예에서는 Z=138이 설정된다. 그리고, 스텝(512)에서, 실행개시플래그 START_ F(151)에 1을 설정하여 슬레이브 CPU(112)에 Z축의이동을 개시시키고, 스텝(513)에서 실행종료플래그 END_ F(152)가 1로 되는 것을 기다린다. 이상으로 페이즈 1의 처리를 종료하고, 다음에 페이즈 2의 처리로 이행한다.

페이즈 2에서는, 먼저 스텝(521)에서 MA간 공간 RAM(122)의 매거진선회포트번호 APOT_ V(173)에 가공프로그램에서 명령된 포트번호를 기입한다. 예를들면, 제13도에 나타낸 가공프로그램(222)에서는 포트번호는 07이다. 다음에, 스텝(522)에서 X축 이동지령치 XCMD_V(156)를 설정하고, 스텝(523)에서 Y축 이동지령치 YCMD_V(157)를 설정한다. 이들의 이동지령치는 가공프로그램(222)에서 명령된 좌표 X100Y50로부터 X축 및 Y축의 현재위치 XPOS_V(165), YPOS_V(166)를 감산함으로써 산출된다. 이상으로 준비를 종료하고, 스텝(524)에서 MA간 공통 RAM(122)의 실행개시플래그 START_ F(171) 및 MS간 공통 RAM(121)의 실행개시플래그 START_ F(121)를 함께 1에 설정하고, ATC부 CPU(113) 및 슬레이브, CPU(112)에 처리의 실행을 개시시킨다. 그리고, 스텝(525) 및 (526)에서는, 각각의 CPU(122),(121)의 처리가 종료되고, 실행종료플래그 AEND_ F(172) 및 END_ F(152)가 1로 되는 것을 기다린다.

이상으로 페이즈 2의 처리를 종료하고, 다음에 페이즈 3의 처리로 이행한다. 스텝(531)에서는, 주축헤드(24)를 원점위치 ZO에 복귀하기 위해 Z축 이동지령치 ZCMD_V(158)를 설정한다. 이 Z축 이동지령치 ZCMD_V(158)는 주축헤드(24)의 상승단 부근으로부터 Z축 기계원점 ZO까지의 거리이며, 기계에 고유한 값이다. 본 실시예에서는 Z=-138이 설정된다. 다음에 스텝(532)에서 절삭모드플래그 CUT_ F(153)를 1에 설정한다. 이로써, 금회의 Z축 원점위치 ZO에의 복귀는 절삭모드 G01로 행해지게 된다. 그리고 스텝(523)에서, 실행개시플래그 START_ F(151)를 1에 설정하여 슬레이브 CPU(112)에 처리를 개시시키고, 스텝(534)에서 실행종료플래그 END_ F(152)가 1로 되는 것을 기다린다. 여기서는, 절삭모드플래그 CUT_ F(153)가 1에 세트되어 있으므로, 주축헤드(24)가 Z축 원점위치 ZO에 도착하기 직전의 감속동작이 개시되는 것과 동시에, 실행종료플래그 END_ F(152)가 1로 된다. 실행종료플래그 END _ F(152)가 1로 되면 스텝(534)으로부터 (535)로 이행하고, 금회의 공구교환 및 위치결정처리(341)를 종료한다.

제17도는 다음에 실행되는 Z축 위치결정 및 주축회전처리(342)의 상세를 나타낸 프로차트이다. 처리(342)가 개시되면, 먼저 스텝(601)에서, 가공프로그램(223)의 명령에 따라서 Z축 이동지령치 ZCMD_V(158)가 설정되고, 이어서 스텝(602)에서, 주축회전지령치 SPCMD_V(154)가 설정된다. 다음에, 스텝(603)에서, 주축동작플래그 SPCMD_ F(155)에 1이 설정되어 우회전이 지시된다. 이상으로 준비를 종료하고, 스텝(604)에서는, 실행개시플래그 START_F(151)에 1이 설정되어 슬레이브 CPU(112)에 동작의 개시를 명령한다. 그리고, 스텝(605)에서, 실행종료플래그 END_ F(152)가 1로 되는 것을 기다리고, 실행종료플래그 END_ F(152)가 1로 되면 스텝(606)으로 이행하여, 금회의 Z축 위치결정 및 주축회전처리(342)를 종료한다.

[(10) 동작]

제18도는 이상 설명한 제어장치의 처리에 의한 각 축의 동작을 나타낸 타이밍차트이다. 자동공구교환동작이 개시되면, Z축 모터(22)가 구동되고, Z축 원점복귀동작이 개시되는 동시에(도시 701), 주축모터(36)가 일단 정지되고, 주축오리엔테이션동작이 실행된다(도시 702). 이 병행동작은 제15도에 나타낸 처리(343) (401~408)에 의해실행된다. 다음에 원점위치도착 직전의 감속동작(703)과, ATC 영역에서의 이동(705)의 가속동작(704)이 주축오리엔테이션(702)의 종료를 조건으로 중복하여 실행된다. 그러므로, 주축헤드(24)는 기계원점 ZO에서 정지하지 않고, 기계원점 ZO을 통과한다. 이것은 스텝(403)에서 절삭모드플래그 CUT_ F(153)가 1에 세트되어 있으므로, 주축헤드(24)의 기계원점 ZO에의 도착을 기다리지 않고, 스텝(407)으로부터 (408)로 이행하며, 다음의 공구교환 및 위치결정처리(341)(511~535)가 개시되므로 실현된다. 도면에서는 주축오리엔테이션(702)의 종료가 약간 지연된 경우를 예시하고 있으며, 가속동작(704)의 개시가 지연되므로, Z축 모터(22)의 속도에 약간 저하되는 부분(706)을 볼 수 있다.

주축헤드(24)가 상승단 부근의 매거진선회위치에 도착하면, 매거진모터(68)가 구동되어 매거진(66)의 인덱스가 행해진다(도시 706). 동시에 X축 및 Y축 모터(125), (126)가 구동되고, 테이블의 위치결정이 행해진다(도시 707). 이 동작(706), (707)은 스텝(521)~(526)의 처리에 의해 실현된다.

매거진(66)의 인덱스가 완료되면 Z축 모터(22)가 재차 구동되고, 주축헤드(24)의 원점위치 ZO에의 하강이 개시된다(708). 그리고, 여기서도 원점위치도착 직전의 감속동작(709)과 다음의 Z축의 이동(711)의 가속동작(710)이 중복하여 실행된다. 이것은 스텝(532)에서 절삭모드플래그 CUT_ F(153)가 1에 설정되므로, 주축헤드(24)가 기계원점 ZO에 도착하기 직전에 스텝(534)으로 부터 (535)로 이행하여, 다음의 Z축 위치결정 및 주축회전처리(342)(601~606)가 개시됨으로써 실현된다. 그러므로, 주축헤드(24)는 기계원점위치에서 일단정지하거나, 감속되거나 하지 않고 ATC 영역으로부터 가공영역으로 이동할 수 있다. 그러므로, 종래의 장치에서는 5.4초를 요하고 있던 공구교환시간을 본 실시예에서는 4.0초로 단축할 수 있었다.

또, 주축회전금지영역을 검출하는 리미트스위치(102)로부터의 신호가 소실되는 것을 조건으로, Z축의 위치결정동작(711)과 병행하여 주축모터(68)의 회전이 개시된다(712). 이 조건은 스텝(604)에서 마스터 CPU(111)에 의해 동작의 개시가 명령되어 실행개시플래그 START_ F(151)가 1로 되어 있어도, 슬레이브 CPU(112)에서는, 리미트스위치(102)로부터의 신호가 소실되기까지 주축모터(36)의 회전구동(712)을 금지하도록 인터록처리가 취해지기 때문이다.

이와 같이, 주축회전금지영역검출용의 리미트스위치(102)의 부가에 의해, 감속동작(710)이 개시된 시점의 주축헤드(24)의 위치를 고려하지 않고, 주축(40)의 회전지령처리(602), (603), (604)를 진행시킬 수 있고, 제어장치에서의 처리가 간단하게 된다는 이점이 생긴다.

본 실시예에서는, 주축회전금지영역을 검출하는 센서로서 리미트스위치(102)를 콜럼(10)에 설치하였으나, 제어장치 내부의 MS간 공통 RAM(121)에 기억되는 Z축 현재위치 ZPOS_V(167)의 데이터를 이용하여, 슬레이브 CPU(112)의 처리에 의해 주축회전금지영역을 검출하는, 이른바 소프트리미트를 사용하도록 해도된다.

[(11) 기타]

이상 설명한 실시예에 있어서, 복합캠체(86) 및 이것에 접촉계합하는 제1 및 제2캠폴로어(94), (96)로 이루어지는 캠기구는 상기 주축헤드(24)의 ATC 영역에서의 이동에 종동하여 상기 공구매거진(66)의 소정 회전위치에 위치하는 그립부(그립암)(82)에 상기 주축(40)과의 사이에서 공구(50)를 주고 받는 동작을 행하게 하는 공구수수수단을 이룬다.

또, 스텝(401), (406) 및 스텝(531), (533)의 처리는 상기 가공영역 또는 ATC 영역의 어느 한쪽의 영역으로부터 양 영역의 경계점인 원점 위치 ZO에 상기 주축헤드(24)를 이동시키는 원점복귀수단을 이루고, 스텝(511), (512) 및 스텝(531), (533)의 처리는 그 원점복귀위치 ZO로부터 다음의 영역내에 상기 주축헤드(24)를 이동시키는 이동수단을 이룬다.

또, 스텝(403)에 있어서 절삭모드플래그 CUT_ F(153)에 1을 설정하는 처리는 공구교환명령(221), (222)을 받아서, 상기 가공영역으로부터의 원점복귀수단의 실행도중에 있어서의 원점위치 ZO 도착 직전의 감속동작(703)과 다음에 실행할 이동수단(705)의 실행개시 직후의 가속동작(704)을 중복하여 실행하는 제1의 발명의 중복실행수단을 이룬다.

또, 스텝(407)에 있어서 스텝(405)에서 설정된 주축위치정지동작과 Z축 원점복귀의 2동작의 완료를 기다리는 처리는 상기 주축(40)이 주축정위치정지수단(405)에 의한 소정 회전위치에 정지하고 있지 않으면 상기 중복실행수단의 실행을 금지하는 제1의 발명의 금지수단을 이룬다.

다음에, 스텝(532)에 있어서 절삭모드플래그 CUT_ F(153)에 1을 설정하는 처리는 회전인덱스수단(706)의 종료신호(526)를 받아서, 상기 ATC 영역으로부터의 원점복귀수단(708)의 실행도중에 있어서의 원점위치 ZO도착 직전의 감속동작(709)과 다음에 실행할 이동수단(711)의 실행개시 직후의 가속동작(710)을 중복하여 실행하는 제2의 발명의 중복실행수단을 이룬다.

또, 스텝(602) 내지 (604)에 있어서, Z축 이동지령치 ZCMD_V 및 주축회전지령치 SPCMD_V등을 설정한 후에 실행개시플래그 START_ F를 1에 설정하는 처리는 상기 다음에 실행할 이동수단(711)의 실행개시와 동시적으로 가공개시를 위해 미리 주축에 회전동작(712)을 부여하는 가공개시명령부여수단을 이룬다.

또, 슬레이브 CPU(112)에 있어서 마스터 CPU(111)로부터의 동작개시명령(START_ F)에 불구하고 리미트스위치(102)로부터의 신호가 소실되기까지 주축모터(36)의 회전구동을 금지하는 인터록처리는 상기 회전금지영역검출수단(102)이 검출신호를 발하고 있는 동안은 상기 가공개시명령부여수단의 실행을 금지하는 제2의 발명의 실행금지수단을 이룬다.

본 발명은 상기의 구성을 가지고, 원점위치도착 직전의 감속동작과, 다음의 가속동작을 중복하여 실행하도록 한 것이다. 주축헤드를 한쪽의 영역으로부터 다른 영역으로 이동시킬 때에 원점에서 일단 정지시킬 필요가 없어지며, 자동공구교환에 요하는 시간을 단축할 수 있다는 우수한 효과가 있다.

특히 제1의 발명에 있어서는, 주축정위치정지에 관련된 금지수단을 구비하므로, 공구교환이 기계적으로 불가능한 주축회전위치 그대로 ATC 영역으로 이동하는 것을 방지하면서 주축헤드를 가공영역으로부터 ATC 영역으로 이동시키는 시간을 최단으로 할 수 있고, 자동공구교환의 전반(前半)에 요하는 시간을 단축할 수 있다.

제2의 발명에 있어서는, 회전금지영역검출수단에 관련된 실행금지수단을 구비하므로, 공구매거진의 그립부가 주축으로부터 이탈하기전에 주축이 회전을 개시하는 것을 방지하면서 주축헤드를 ATC 영역으로부터 가공영역에 이동시키는 시간을 최단으로 할 수 있고, 자동공구교환의 후반(後半)에 요하는 시간을 단축할 수 있다.

Claims

프레임(12)과, 공작물을 가공하는 가공영역과 공구교환동작을 행하는 ATC영역과의 사이에서 왕복이동가능하도록 상기 프레임(12)에 설치된 주축헤드(24)와, 그 주축헤드(24)에 그 주축헤드(24)의 이동방향과 평행의 회전축선을 중심으로 회전할 수 있도록 지지된 주축(40)과, 상기 프레임(12)에 회전가능하도록 지지되어 각각에 공구유지가능한 다수의 그립부(82)를 그 회전축선을 중심으로 하는 원주상에 배열하는 공구매거진(66)과, 상기 주축헤드(24)의 ATC 영역에서의 이동에 종동하여 상기 공구매거진(66)의 소정 인덱스위치에 위치하는 그립부(82)에 상기 주축(40)과의 사이에서 공구(50)를 주고 받는 동작을 행하게 하는 공구수수(授受)장치(86,94,96)와, 상기 주축(40)을 소정 회전위치에 위치결정하는 주축정위치정지제어장치(111)와, 상기 가공영역 또는 ATC 영역의 어느 한쪽의 영역으로부터 양 영역의 경계점인 원점위치로 상기 주축헤드(24)를 이동시키는 원점복귀장치(22,111,112)와, 그 원점위치로부터 다음의 영역내로 상기 주축헤드(24)를 이동시키는 이동장치(22,111,112)와, 상기 공구매거진(66)을 회전시켜서 다음 공구가 지지된 그립부(82)를 상기 소정 인덱스위치에 위치결정하는 회전인덱스제어장치(111)와, 를 구비하는 공작기계의 자동공구교환장치에 있어서, 공구교환명령을 받아서, 상기 가공영역으로부터의 원점복귀장치의 실행도중에 있어서의 원점위치도착 직전의 감속동작과 다음에 실행할 이동장치(22,111,112)의 실행개시 직후의 가속동작을 중복하여 실행시키는 중복실행제어장치(111)와 상기 주축(40)이 주축정위치정지제어장치(111)에 의한 소정 회전위치에 정지해 있지 않으면 상기 중복실행제어장치(111)의 실행을 금지하는 금지제어장치(111)와, 를 구비하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구교환장치.
프레임(12)과, 공작물을 가공하는 가공영여과 공구교환동작을 행하는 ATC 영역과의 사이에서 왕복이동가능하도록 상기 프레임(12)에 설치된 주축헤드(24)와, 그 주축헤드(24)에 그 주축헤드(24)의 이동방향과 평행의 회전축선을 중심으로 회전할 수 있도록 지지된 주축(40)과, 상기 프레임(12)에 회전가능하도록 지지되어 각각에 공구유지가능한 다수의 그립부(82)를 그 회전축선을 중심으로 하는 원주상에 배열하는 공구매거진(66)과, 상기 주축헤드(24)의 ATC 영역에서의 이동에 종동하여 상기 공구매거진(66)의 소정 인덱스위치에 위치하는 그립부(82)에 상기 주축(40)과의 사이에서 공구(50)를 주고 받는 동작을 행하게 하는 공구수수장치(86,94,96)와, 상기 가공영역 또는 ATC 영역의 어느 한쪽의 영역으로부터 양 영역의 경계점인 원점위치로 상기 주축헤드(24)를 이동시키는 원점복귀장치(22,111,112)와, 그 원점위치로부터 다음의 영역내로 상기 주축헤드(24)를 이동시키는 이동장치(22,111,112)와, 상기 공구매거진(66)을 회전시켜서 다음 공구가 지지된 그립부(82)를 상기 소정 인덱스위치에 위치결정하는 회전인덱스제어장치(111)와, 를 구비하는 공작기계의 자동공구교환장치에 있어서, 상기 주축헤드(24)가 상기 ATC 영역내의 주축의 회전을 금지할 영역내에 있는 것을 검출하는 회전금지영역검출장치(102)와, 상기 회전인덱스제어장치(111)의 종료신호를 받아서, 상기 ATC 영역으로부터의 원점복귀장치(22,111,112)의 실행도중에 있어서의 원점위치도착 직전의 감속동작과 다음에 실행할 이동장치(22,111,112)의 실행개시 직후의 가속동작을 중복하여 실행시키는 중복실행제어장치(111)와, 상기 다음에 실행할 이동장치(22, 111, 112)의 실행개시와 동시적으로 가공개시를 위해 미리 주축(40)에 회전동작을 부여하는 가공개시명령부여제어장치(111)와, 상기 회전금지영역검출장치(102)가 검출신호를 발하고 있는 동안에는 상기 가공개시명령부여제어장치(111)로부터의 명령의 실행을 금지하는 실행금지제어장치(112)와, 를 구비하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구교환장치.