WO2020184945A1 - 자동공구교환장치와 이의 제어방법 및 이를 포함하는 공작기계 - Google Patents

자동공구교환장치와 이의 제어방법 및 이를 포함하는 공작기계 Download PDF

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WO2020184945A1
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최재현
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    • B23Q2039/008—Machines of the lathe type

Definitions

  • the present invention relates to an automatic tool changing device and a control method thereof, and to a machine tool including the same, and more particularly, to make a magazine and a tool rest concentric for tool exchange in a horizontal machine tool such as a lathe or horizontal turning center. It relates to an automatic tool changing device and a control method thereof for a machine tool that can move all to exchange tools mounted on a tool rest, and a machine tool including the same.
  • a machine tool refers to a machine used for the purpose of processing a metal/non-metal workpiece into a desired shape and dimension using a suitable tool by various cutting or non-cutting processing methods.
  • the multi-tasking machine refers to a turning center equipped with a multifunctional automatic tool changer (ATC) and a tool magazine that performs various machining types such as turning, drilling, tapping, and milling.
  • ATC automatic tool changer
  • a tool magazine that performs various machining types such as turning, drilling, tapping, and milling.
  • NC numerical control
  • CNC computerized numerical control
  • the machine tool is a table on which the workpiece is placed and transported for processing the workpiece, a pallet to prepare the workpiece before processing, a spindle that rotates by combining a tool or workpiece, a tailstock to support the workpiece, etc. Etc.
  • a table, a tool rest, a main shaft, a tailstock, a vibration isolator, etc. have a conveying unit that conveys along a conveying axis to perform various processing.
  • machine tools use a number of tools for various processing, and a tool magazine or a turret is used in the form of a tool storage area storing and storing a number of tools.
  • Such a machine tool uses a number of tools for various processing, and a tool magazine is used in the form of a tool storage place storing a number of tools.
  • machine tools are equipped with an automatic pallet changer (APC) to minimize non-processing time.
  • the automatic pallet changer (APC) automatically exchanges pallets between the workpiece processing area and the workpiece installation area. Workpieces can be mounted on pallets.
  • machine tools are equipped with an automatic tool changer (ATC) for retrieving or re-accommodating a specific tool from a tool magazine by a command from a numerical control unit in order to improve the productivity of the machine tool.
  • ATC automatic tool changer
  • tool magazines used in machine tools can be classified into two types.
  • One is a drum type tool magazine and a chain type tool magazine.
  • the conventional automatic tool changer (ATC) is divided into an arm type (arm type) and an armless type (armless type) according to the method of clamping the tool.
  • the armless automatic tool changer is a method of changing tools only by movement of the column and spindle without a separate change arm without a separate change arm for tools provided on the magazine plate of the tool magazine. It is mainly used in vertical type machining center or vertical type turning center.
  • machine tools are largely classified into turning centers and machining centers according to processing methods.
  • the double turning center is equipped with a tool rest such as a turret that is equipped with a number of tools and indexes the tools required in the machining process.
  • the present invention is to solve the above problems, and an object of the present invention is to exchange a tool mounted on a tool rest and a tool stored in a magazine so that various machining can be performed in a machine tool, especially a horizontal machine tool such as a lathe.
  • a horizontal machine tool such as a lathe.
  • both the magazine and the tool rest are moved so that they are concentric, and the magazine is installed in a horizontal direction so as to be parallel to the tool rest, and as the tools are installed in a horizontal direction so that they are parallel to the tool rest, the non-processing time due to tool replacement is reduced
  • another object of the present invention is to achieve miniaturization of the machine tool while performing various processing, maximize the expandability and convenience of the machine tool through various processing, and reduce the maintenance cost and time of the automatic tool changer and machine tool. And, it is to provide a machine tool including an automatic tool changing device that can maximize the machinability of the machine tool by minimizing non-processing time.
  • an automatic tool exchange device for a machine tool comprises: a base portion installed on a spindle; A support part movably installed on the base part; A magazine that accommodates a plurality of tools and is movably installed in the support unit; And a moving part for moving the support part and the magazine, and both the magazine and the tool rest may move so that the magazine and the tool rest installed in the bed are close to each other when the tool is exchanged.
  • the magazine of the automatic tool changing device of the machine tool is installed in a horizontal direction parallel to the tool rest, and the tool accommodated in the magazine is It may be installed in a horizontal direction parallel to the tool rest.
  • the base portion of the automatic tool changing device of the machine tool may include a coupling portion formed on the upper portion of the spindle.
  • the base portion of the automatic tool changing device of the machine tool is formed parallel or inclined to the vertical transfer axis of the tool rest on the spindle. It further includes a slope portion, and the coupling portion may be installed above the slope portion.
  • the moving part of the automatic tool changing device of the machine tool is formed parallel to the horizontal transfer axis of the tool rest on the upper part of the base part.
  • the magazine of the automatic tool changing device for a machine tool includes: a main body coupled to the second moving part; A rotating shaft part extending parallel to the horizontal transfer shaft in the main body part and installed rotatably; A tool storage unit having a plurality of gripper parts for receiving a plurality of tools radially with respect to the rotation center of the rotation shaft part, and being coupled to the rotation shaft part to rotate by rotation of the rotation shaft part; And a rotating part generating power to rotate the rotating shaft part.
  • the automatic tool changing device of the machine tool moves independently from the magazine at the time of tool exchange to support a tool stored in the magazine. May include;
  • the tool support part of the automatic tool changing device of the machine tool is parallel to the horizontal transfer axis of the tool rest and is adjacent to the base part and the A guide portion formed parallel to the base portion; A slide part movably installed on the guide part; A third moving part formed parallel to the horizontal transfer axis of the tool rest on the guide part to move the slide part linearly and reciprocally; And an elevating portion installed to be elevating and descending on the slide portion to maintain a horizontal level of a tool drawn into or drawn out of the magazine when a tool is exchanged.
  • the elevating portion of the automatic tool changing device of the machine tool includes a housing portion formed on the slide portion; A rod portion installed to be elevating and descending on the housing portion; A compensation unit coupled to the front end of the rod unit to prevent sagging of a tool that is inserted into or withdrawn into a gripper of the magazine when a tool is changed; And a fourth driving unit generating power for raising and lowering the rod unit.
  • the magazine of the automatic tool changing device for a machine tool may further include a confirmation unit that checks whether or not the tool is clamped when changing the tool. have.
  • a method for controlling an automatic tool changer includes the steps of moving a tool post and a magazine in a horizontal direction so as to be adjacent to each other; Moving the magazine forward in an inclined axis direction to clamp the machining tool mounted on the tool rest by a gripper clamping the machining tool of the magazine; Moving the tool post in a horizontal direction to move the tool post away from the magazine in order to unclamp the tool post; Rotating the magazine so that the gripper for holding the exchange tool is positioned at the exchange position; Re-moving the tool post in the horizontal direction so that the tool post is adjacent to the magazine so that the tool post clamps the exchange tool; Moving the magazine backward in the oblique axis direction so that the gripper clamping the exchange tool of the magazine unclamps the exchange tool to be mounted on the tool rest; And moving the tool rest and the magazine in a horizontal direction to move away from each other.
  • the control method of the automatic tool changing device is clamped by the processing tool gripper of the magazine after the step of moving the magazine forward in the inclined axis direction. Raising the tool support to support the machining tool; Lowering the tool support part after the step of moving the tool post in a horizontal direction to move away from the magazine; Re-rising the tool support part to support the exchange tool clamped by the exchange tool gripper of the magazine after the step of re-moving the tool post in the horizontal direction so as to be adjacent to the magazine; And re-falling the tool support unit after the magazine moves backward in the inclined axis direction.
  • control method of the automatic tool changing device includes the steps of opening a door portion; And closing the door unit after each moving in a horizontal direction so that the magazine and the tool rest are moved away from each other.
  • a machine tool including an automatic tool changing device may include the automatic tool changing device according to any one of claims 1 to 5 of the present invention. have.
  • the machine tool including the automatic tool changing device includes a bed; A spindle installed on the bed to rotate the work piece; A tool rest on which a tool is mounted and movably installed on the bed to process the work; An operation unit for transferring the tool rest; A cover part partitioning a processed area and a non-processed area in which the work is processed; And a door portion installed to be slidably opened and closed on the cover portion.
  • the automatic tool exchange device and a control method thereof for a machine tool according to the present invention, and a machine tool including the same, are moved so that the magazine and the tool post are concentric when the tool mounted on the tool post and the tool accommodated in the magazine are exchanged,
  • the magazine is installed horizontally to be parallel to the tool post, and as the tools are installed in the magazine horizontally to be parallel to the tool post, the tools installed in the tool post and the tools stored in the magazine are automatically and quickly replaced. It has the effect of reducing the time and manpower and performing various processing.
  • the automatic tool exchange device and the control method thereof according to the present invention minimize the non-processing time of the machine tool by automatically and quickly replacing the tools stored in the magazine and the tools mounted on the tool rest. Through this, there is an effect of maximizing the productivity of the machine tool, improving the reliability and stability of the machine tool, and promoting the convenience of the operator.
  • the automatic tool changing device and the control method thereof according to the present invention aims to reduce the size of the machine tool and reduce the manufacturing cost of the machine tool as the magazine storing various interchangeable tools moves. , It has the effect of increasing space utilization and improving consumer satisfaction.
  • the automatic tool changing device and the control method thereof according to the present invention prevents safety accidents due to dropping of the tool in advance and prevents the As it is installed, there is an effect of reducing maintenance cost and maintenance time by preventing damage or damage from chips or cutting oil.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a machine tool including an automatic tool changing device according to the present invention.
  • FIG. 2 shows a right side view of FIG. 1.
  • FIG. 3 shows a right side view of FIG. 1 in a state in which the door part is opened.
  • FIG. 4 is a front perspective view of an automatic tool changer according to the present invention.
  • FIG. 5 is a rear perspective view of an automatic tool changing device according to the present invention.
  • FIG. 6 is a front view of an automatic tool changing device according to the present invention.
  • 22 is a flowchart illustrating a control method of an automatic tool changer according to the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view of a machine tool including an automatic tool changing device according to the present invention
  • FIG. 2 is a right side view of FIG. 1
  • FIG. 3 is a right side view of FIG. 1 in a state in which the door is opened.
  • Figure 4 is a front perspective view of the automatic tool changing device according to the present invention
  • Figure 5 is a rear perspective view of the automatic tool changing device according to the present invention
  • Figure 6 is a front view of the automatic tool changing device according to the present invention.
  • 7 to 21 show a tool change operation process in a machine tool including the automatic tool change device according to the present invention.
  • 22 is a flowchart illustrating a control method of an automatic tool changer according to the present invention.
  • “Horizontal direction” or “horizontal conveying axis” means the transverse direction in the same member, that is, the Z-axis direction in FIGS. 1 to 21, and the "vertical direction” or “vertical conveying axis” is orthogonal to the horizontal direction. In the same member, it means the longitudinal direction, that is, the X-axis direction in FIGS. 1 to 21, and the term “inclined axis direction” or “inclined axis direction transport axis” refers to a direction formed to have a predetermined angle with respect to the vertical direction. It refers to the direction of movement to achieve concentricity with the base, that is, the direction of the X1 axis in FIGS.
  • inner side means the side relatively close to the center of the same member, that is, the inner side in FIGS. 1 to 21, and the outer side means the side relatively far from the center of the same member, that is, the outer side in FIGS. 1 to 21 .
  • front means the side close to the cover, and “rear” means the side far from the cover.
  • machining area refers to the area where the work piece is mounted on the chuck of the spindle and processed by the tool, which means the space in which the tool rest moves inside the cover part
  • non-processing area is the area where the work is not processed by the tool. This is an area where the tool rest cannot move.
  • the machine tool 1 including the automatic tool changer according to the present invention includes a bed 10, a spindle 20, a tool rest 30, an operation part 40, a cover part 50, and a door part 60. , And an automatic tool changing device (70).
  • the configuration and features of the above-described automatic tool changing device 70 will be described later. That is, in addition to the automatic tool exchange device 70 to be described later, the features of the machine tool will be mainly described.
  • Bed 10 is installed on the ground or base.
  • the bed 10 serves as a support for processing a work piece, and performs a space and a support function in which parts necessary for processing the work are installed.
  • the transport axis in the longitudinal direction of the bed that is, in the horizontal direction, forms the Z axis.
  • the spindle 20 is installed on the bed 10 to rotate the work. Specifically, the work is installed on a part of the bed 10 of the spindle 20, and the work is mounted on a chuck installed at the tip of the spindle, and the work is rotated by the rotation of the spindle. This spindle is protected by the spindle housing.
  • the spindle body is positioned in the non-processed area by the cover part 50 to be described later, and the chuck is positioned in the processed area.
  • the tool rest 30 is equipped with a tool to process a work piece, and is movably installed on the bed 10. That is, as described above, the tool rest 30 can be moved in the horizontal direction of the bed by the first operation unit 41 of the operation unit 40 to be described later, and this movement direction is a horizontal transfer axis (Z axis) To form. In addition, the tool rest 30 is moved in a vertical direction by the second operation unit 42 of the operation unit 40 to be described later along the cross slide for various processing, and this vertical transfer axis forms the X axis. That is, the tool rest can be moved in the vertical direction by the second operation part 41.
  • the operating unit 40 transfers the tool rest.
  • the operation unit 40 includes a first operation unit 41 and a second operation unit 42.
  • the first operation part 41 linearly reciprocates the tool post 30 in the Z-axis direction (horizontal transfer axis), and the second operation part 42 moves the tool post 30 in the X-axis direction (vertical transfer axis). Axis) linearly reciprocating.
  • the cover part 50 divides a processed area and a non-processed area in which the work piece is processed. That is, the spindle main body and the automatic tool changing device are installed in the non-processing area, and the tool rest and the operating part are installed in the processing area. In addition, the tool rest is movably installed in the machining area.
  • the door part 60 is installed on a part of the cover part to enable slide opening and closing. As will be described later, when the door part 60 is opened, the automatic tool changer and the tool rest exchange tools, and after the door part 60 is closed, chips or cutting oil are scattered in the non-processed area as the workpiece is processed. It protects the spindle and the automatic tool changer by preventing them from being damaged or damaged, reducing the maintenance cost and time of the machine tool, and improving the durability to increase the service life.
  • An automatic tool changer 70 is installed on the spindle 20. That is, the automatic tool changer 70 is installed in the non-processing area so as to be located above the housing of the spindle.
  • the machine tool including the automatic tool changing device can reduce the size of the machine tool, reduce the manufacturing cost of the machine tool, increase space utilization, and improve customer satisfaction.
  • the automatic tool exchange device 70 of a machine tool according to the present invention includes a base unit 110, a support unit 120, a magazine 130, a moving unit 140, and a tool support unit 170.
  • the automatic tool exchange device 70 of the machine tool according to the present invention may further include a control unit.
  • the base portion 110 forms an outer shape in which various configurations of the automatic tool exchange device 70 can be installed.
  • the base portion 110 is installed on the spindle 20. Specifically, the base portion 110 is installed on the upper portion of the housing of the spindle 20 installed in the non-processed area.
  • the base portion 110 includes a coupling portion 112 formed on the base portion. More preferably, the base portion 110 includes an inclined portion 111 and a coupling portion 112 installed above the inclined portion.
  • the inclined portion 111 is formed to be parallel or inclined with respect to the vertical transfer axis (X-axis) of the tool rest 30 on the upper portion of the spindle 20. That is, the inclined part 111 is an inclined axis with respect to the vertical transfer axis (X axis) of the tool post 30 in order to achieve concentricity between the magazine 130 and the tool post 30 at the time of tool exchange. It is formed to be inclined at a predetermined angle with respect to the vertical transfer axis to form (X1 axis). Accordingly, the magazine and the tool rest are concentrically formed at the time of tool exchange, so that not only can the tools be automatically exchanged quickly, but also the miniaturization of the automatic tool changing device can be achieved, thereby making the overall machine tool compact.
  • the coupling part 112 is fixedly installed on the inclined part 111. That is, the coupling portion 112 is formed in a plate shape and fixedly installed on the inclined portion 111, and a support portion, a magazine, and a moving portion, which will be described later, are installed on the coupling portion 112. In addition, when there is no inclined portion, the coupling portion may be formed perpendicular to the horizontal direction on the upper portion of the spindle.
  • the support part 120 is installed to be movable on the base part 110. That is, the support part 120 is installed to be movable in parallel with the horizontal transfer axis (Z axis) of the tool rest 30 by the moving part 140 on the upper part of the base part 110. Specifically, the support part 120 is installed on the upper part of the base part 110 so as to be linearly reciprocated along the Z-axis direction by the first moving part 140.
  • the magazine 130 accommodates a plurality of tools T, and is installed to be movable on the support part 120. That is, the magazine 130 is installed to be movable so as to achieve a predetermined inclination with the vertical transfer axis (X-axis) of the tool holder by the moving part 140 on the upper part of the support part 120.
  • the magazine 130 is a support part (the support part to be linearly reciprocated along an inclined axis (X1 axis) formed to form a predetermined inclination with the vertical transfer axis (X-axis) of the tool holder by the second moving part 160) ( 120).
  • the moving part 140 moves the support part 120 and the magazine 130.
  • the tool support 170 moves in the horizontal direction (Z-axis direction) independently of the magazine 130 when the tool is changed to support the tool accommodated in the magazine. That is, the tool support 170 moves horizontally independently of the magazine 130 when changing the tool, so that the machining tool mounted on the tool rest is inserted into the gripper of the magazine, or the exchange tool stored in the other gripper of the magazine is a tool When it is pulled out, the tool can be replaced stably by supporting the processing tool or the exchange tool to compensate for the deflection of the tool with a relatively long length. Accordingly, as the tool is accurately mounted on the tool rest, the machining precision of the machine tool is improved, vibration and noise are reduced, and the tool life can be increased by preventing wear or damage of the tool.
  • the magazine 130 is installed in a horizontal direction so as to be parallel to the tool rest 30. That is, the magazine 130 is installed in the Z-axis direction.
  • the tool (T) accommodated in the magazine 130 is installed in a horizontal direction so as to be parallel to the tool rest (30). That is, when a tool is inserted or taken out of each gripper 134 of the magazine 130, the tool is drawn in or taken out in the horizontal direction of the Z-axis direction. As a result, the tool is accommodated in the magazine 130 so as to be parallel to the horizontal Z-axis direction.
  • the automatic tool changing device automatically and quickly replaces the tools mounted on the tool rest and the tools stored in the magazine to reduce the time and manpower according to the tool change, and can perform various processing. It is easy to expand and maximize the productivity of the machine tool by minimizing the non-processing time of the machine tool, improve the reliability and stability of the machine tool, and promote the convenience of the operator.
  • the control unit controls the operation of the tool rest, the operation part, the door part, the moving part, the magazine, and the tool support part in order to exchange the exchange tool accommodated in the gripper of the magazine and the processing tool installed in the tool rest.
  • control unit may include a processing program storage unit, a magazine position storage unit, a tool rest position storage unit, a tool exchange command unit, and a determination unit.
  • control unit includes a casting unit, and this casting unit includes a screen display program and a data input program according to screen display selection, and a screen display program It displays the software switch on the display screen according to the output of and executes the function of giving input/output commands for machine operation by recognizing the software switch's ON/OFF.
  • the casting unit includes a housing, a case, or a monitor capable of displaying various function switches or buttons and various information by being installed on one side of the machine tool.
  • the machining program for machining the workpiece is stored in the machining program storage unit. That is, the machining program storage unit provides a human-machine interface for an operator to input a machining program for machining a workpiece. The operator inputs one or more workpiece machining programs using the machining program storage unit.
  • the machining program storage unit includes a numerical control unit, and the numerical control unit receives the machining program stored in the machining program storage unit, inputs parameters for machining the workpiece, and creates a machining path.
  • the numerical control unit includes numerical control (NC) or computerized numerical control (CNC), and various numerical control programs are built-in. That is, the numerical control unit contains a driving program of the driving unit of the operation unit, the moving unit, the magazine, and the tool support unit, and the operation program of the tool, and the corresponding program is automatically loaded and operated according to the operation of the numerical control unit.
  • This numerical control unit communicates with a processing program storage unit, a magazine position storage unit, a tool post position storage unit, a tool exchange command unit, a determination unit, and a PLC through a predetermined protocol.
  • the machining program storage unit stores the number of tools required for machining the workpiece in the machining program stored in the machining program storage unit and a reference value for the order of the tools.
  • the reference value can be changed according to the type of work piece, the number of grippers installed in the magazine, and the size and type of work pieces mounted on the chuck at the tip of the spindle.
  • Such a reference value may be designated by an operator through an input unit as needed, and may be automatically calculated and stored according to the data and processing program. Accordingly, it is possible to minimize the tool change time by placing a gripper for holding a tool to be used in the next process at the standby position.
  • the magazine position storage unit stores the initial position of the magazine in which the magazine is in standby state for tool exchange, the standby position of the magazine where the gripper of the exchange tool is located, and the exchange position for gripping the machining tool of the actual tool rest.
  • the tool rest position storage unit is located adjacent to the door part, where the tool rest is located, the processing tool for exchange is located, the setup position moves forward to the door part in the horizontal direction and the machining tool is returned and the tool rests in the Z-axis direction to clamp the exchange tool. Save the ready location. That is, two values of setup position and ready position are stored for quick tool change. However, various locations may be stored according to the size, length and type of the tool.
  • the tool change command unit communicates with the machining program storage unit, the magazine position storage unit, and the tool rest position storage unit to transmit the tool exchange command according to the machining sequence of the workpiece.
  • Tool change is performed by driving the operation part, the moving part, the magazine, and the tool support part by the command signal of the tool change command part.
  • the determination unit is normal to the signal of the check unit 136 as to whether the gripper of the magazine normally clamps or unclamps the machining tool at the time of tool change by the signal of the tool change command unit, and whether the exchange tool is normally clamped or unclamped to the tool rest. It determines the presence or absence and sends a signal to the control unit when an abnormality occurs, and the control unit expresses it to the outside through a monitor, etc. to inform the operator or user of the equipment abnormality to prevent malfunction.
  • the exchange unit includes a PLC (Programmable Logic Controller), and the PLC includes a processing program storage unit, a magazine position storage unit, a tool holder position storage unit, a tool exchange command unit, a determination unit, an operation unit, and a movement unit. It communicates with the unit, magazine, and tool support unit by a predetermined protocol, and performs a function of executing a control command through such communication. That is, the PLC operates by receiving a control command according to the numerical control unit or the control program of the control unit.
  • PLC Program Control
  • the PLC can measure the rotational speed, torque, or the operating state of the cylinder by using the encoder of the tool support part, the moving part, the operation part, and the driving unit of the magazine, and accordingly, the magazine is stored in a plurality of grippers.
  • the gripper containing the standby tool to be used for the next processing according to the processing program can be automatically moved to the standby position, or the tool support can be quickly operated depending on the condition.
  • the rotating unit which is a driving unit of the magazine, is formed of a motor or a servo motor, and the driving is controlled by a PLC and a controller.
  • control unit 1000 of the machine tool may further include an input unit and a display unit.
  • the input unit is installed in the form of a switch or a touch button on an operation panel, etc., so that an operator can easily input an initial position, a standby position, an exchange position, and a gripping position of a tool.
  • the display unit can display the result of the determination unit of the control unit, the current position of the automatic tool changer, the position of the magazine, the position of the tool stand, the tool number at the standby position, the currently running machining program, the tool number of the tool stand setup position, etc. . Accordingly, as the operator visually checks the current state of the equipment, determines whether or not there is an abnormality in the equipment, and inspects it, maintenance costs can be reduced and safety accidents can be prevented in advance.
  • the display unit displays an alarm when clamping or unclamping of the tool in the magazine gripper or tool rest is not normally performed according to the judgment result of the judgment unit, warning the operator to prevent waste of work and damage to the tool. Can be prevented from being damaged or damaged.
  • the alarm may be displayed in a form displayed on a monitor, a warning sound, or a warning light.
  • the display unit may be composed of an LCD, LED, PDP monitor, or the like.
  • the moving part 140 of the automatic tool changing device includes a first moving part 150 and a second moving part 160.
  • the first moving part 150 is formed parallel to the horizontal transfer axis (Z axis) of the tool rest on the upper part of the base part 110 to move the support part linearly and reciprocally. That is, the first moving part 150 is installed on the upper part of the coupling part to move the support part 120 linearly and reciprocally along the Z axis when the tool is replaced by a signal from the controller.
  • the first moving part 150 of the automatic tool changing device includes a first linear guide 151, a first linear guide block 152, and a first driving part 153. ).
  • the first linear guide 151 is installed parallel to the horizontal transfer axis (Z-axis) of the tool holder on the upper part of the coupling part 112, that is, the first linear guide 151 is installed on the upper part of the coupling part in the Z-axis direction. It is installed as an extension.
  • the first linear guide block 152 is installed to be movable along the first linear guide 151.
  • the first linear guide block 152 is coupled to the support unit 120 and is installed in plurality on the first linear guide to perform a function of supporting the support unit 120 while reciprocating in the Z-axis direction.
  • the first driving unit 153 generates power for linearly reciprocating the support unit 120 along the first linear guide.
  • the second moving part 160 is formed on the upper part of the support part 120 so as to be orthogonal to the first moving part 150 to move the magazine 130 linearly and reciprocally. That is, the second moving unit 160 is installed on the upper portion of the support unit 120 to move the magazine 130 linearly and reciprocally along the inclined axis (X1 axis) at the time of tool exchange by a signal from the control unit.
  • the second moving part 160 of the automatic tool changing device includes a second linear guide 161, a second linear guide block 162, and a second driving part 163. ).
  • the second linear guide 161 is installed at an upper portion of the support part 120 to be perpendicular to the horizontal transfer axis (Z axis) of the tool holder and inclined with respect to the vertical transfer axis (X axis) of the tool holder. That is, the second linear guide 161 is installed extending in the inclined axis direction (X1 axis) so as to be inclined to the X axis on the upper portion of the support unit 120.
  • the second linear guide block 162 is installed to be movable along the second linear guide 161.
  • the second linear guide block 162 is combined with the magazine 130 and installed in plurality on the second linear guide to support the magazine 130 while reciprocating in the X1 axis (inclined axis) direction. do.
  • the second driving unit 163 generates power for linearly reciprocating the magazine 130 along the second linear guide.
  • the first linear guide 151 and the second linear guide 161 may be formed of an LM guide rail.
  • the first driving unit 153 and the second driving unit 163 may be formed of a ball screw and a servo motor.
  • the first driving unit 153 and the second driving unit 163 may be formed of a hydraulic or pneumatic cylinder.
  • the magazine moves linearly along the Z-axis and X1 axis by the first and second moving parts
  • the tool rest moves linearly along the Z-axis and X-axis by the first and second operation parts of the operation unit. Accordingly, when the magazine and the tool rest are concentric when changing the tool, the tool exchange time is reduced by automatically changing the tool quickly, and the productivity of the machine tool can be maximized by finally reducing the non-processing time.
  • the magazine 130 of the automatic tool exchange device includes a main body 131, a rotating shaft 132, a tool storage 133, a plurality of grippers 134, It includes a rotating part 135, and a confirmation part 136.
  • the main body 131 is coupled to the second linear guide block of the second moving part.
  • the main body 131 is made of a metal material and is installed on the second linear guide block 162 to stably support the magazine 130. As described above, the main body 131 is installed on the second linear guide block in the vertical direction so that the magazine 130 is installed in parallel with the horizontal direction of the tool rest.
  • the rotation shaft portion 132 is formed extending in the horizontal direction from one side of the body portion 131. That is, the rotation shaft portion 132 is formed to extend in the Z-axis direction parallel to the horizontal transfer axis (Z-axis) from the main body portion, and is rotatably installed on the main body portion 131 by driving a rotation unit to be described later.
  • the tool storage part 133 includes a plurality of gripper parts 134 for receiving a plurality of tools T radially with respect to the rotation center of the rotation shaft part 132.
  • the tool receiving portion 133 is coupled to the rotation shaft portion 132 and rotates by rotation of the rotation shaft portion.
  • the tool housing 133 may be formed in a disk shape.
  • the rotating part 135 generates power to rotate the rotating shaft part 132.
  • the rotating part 134 may be formed of a servo motor.
  • the confirmation unit 136 checks whether or not a gripper clamping a processing tool or a gripper clamping an exchange tool and a tool mounting portion of the tool stand are clamped normally.
  • This confirmation unit 136 is formed in the form of a sensor, and transmits the confirmed signal to the control unit to secure accuracy and reliability of tool exchange to prevent damage or damage to the tool.
  • the magazine storing various interchangeable tools moves and is installed on the upper part of the spindle, thereby miniaturizing the machine tool and reducing the manufacturing cost of the machine tool, Space utilization can be increased and consumer satisfaction can be improved.
  • the tool support 170 of the automatic tool exchange device 70 includes a guide unit 210, a slide unit 220, a third moving unit 230, and an elevating unit. It includes a steel part 240.
  • the guide part 210 forms the outer shape of the tool support part 170 and is formed in a plate shape.
  • the guide part 210 is parallel to the horizontal transfer axis (Z axis) of the tool rest 30 and is adjacent to the base part 110 and parallel to the base part.
  • the slide part 220 is installed to be movable above the guide part 210.
  • the third moving part 230 is formed parallel to the horizontal transfer axis (Z axis) of the tool rest 30 on the upper part of the guide part 210 to move the slide part 220 linearly and reciprocally. That is, the third moving part 230 is formed parallel to the first moving part on the upper part of the guide part 210 in the Z-axis direction and operated by a signal from the controller to move the slide part 220 in the Z-axis direction. Reciprocate.
  • the third moving part 230 of the tool support 170 of the automatic tool changing device includes a third linear guide 231, a third linear guide block 232, And a third driving unit 233.
  • the third linear guide 231 is installed on the upper part of the guide part 210 in parallel with the horizontal transfer axis (Z axis) of the tool rest. That is, the third linear guide 231 is installed extending in the Z-axis direction on the top.
  • the third linear guide block 232 is installed to be movable along the third linear guide 231.
  • the third linear guide block 232 is coupled to the slide unit 220 and is installed in plural on the third linear guide to support the slide unit 220 while reciprocating in the Z-axis (horizontal transfer axis) direction. Performs the function of
  • the third driving unit 233 generates power for linearly reciprocating the slide unit 220 along the third linear guide.
  • the third linear guide 231 may be formed as an LM guide rail.
  • the third driving unit 233 may be formed of a ball screw and a servo motor.
  • the third driving unit 233 may be formed of a hydraulic or pneumatic cylinder.
  • the elevating portion 240 is installed to be elevating and descending on the upper portion of the slide portion 220 to maintain a horizontal by supporting a processing tool inserted into the magazine or an exchange tool drawn out of the magazine when a tool is changed.
  • the elevating part 240 of the tool support part 170 of the automatic tool changing device includes a housing part 241, a rod part 242, a compensation part 243, and It includes a fourth driving unit 244.
  • the housing portion 241 is formed on the upper portion of the slide portion 220 to form the outer shape of the elevating portion.
  • the rod portion 242 is installed to be elevating and descending on the housing portion 241 by a fourth driving portion 244 to be described later.
  • the compensation unit 243 is coupled to the front end of the rod unit 242 to provide a processing tool that is inserted into the gripper 134 of the magazine 130 when changing the tool or an exchange tool that is drawn out from the gripper 134 of the magazine 130. Support to keep the tool level. That is, in the case of a tool with a long tool length and heavy weight, the compensation unit supports one end of the tool to be replaced and maintains a horizontal level to prevent the tool change from being accurately performed as one side of the tool sags in the direction of gravity. Prevents tool sagging.
  • the fourth driving unit 244 generates power for raising and lowering the rod unit 242 by a signal from the control unit.
  • the fourth driving unit may be formed of a pneumatic or hydraulic cylinder.
  • the automatic tool changing device improves the machining precision of the machine tool, reduces vibration or noise, and prevents wear or damage of the tool as the tool is accurately clamped to the gripper or tool rest of the magazine by the tool support.
  • tool life can be increased.
  • the control method of the automatic tool changing device includes a door opening step (S1), a step of moving each in a horizontal direction so that the tool rest and the magazine are adjacent to each other (S2), and the magazine is tilted Step of moving forward in the direction (S3), step of raising the tool support (S4), step of moving in the horizontal direction so that the tool rest is away from the magazine (S5), step of lowering the tool support (S6), the magazine rotates Step (S7), step of re-moving the tool post in the horizontal direction so as to be adjacent to the magazine (S8), step of re-rising the tool support part (S9), step of moving the magazine backward in the inclined axis direction (S10), It consists of a step of descending (S11), a step of moving each in the horizontal direction so that the tool rest and the magazine are separated from each other (S12), and a step
  • the door is opened by a signal from the control unit in order to exchange the processing tool mounted on the tool rest and the exchange tool mounted on the magazine with the automatic tool changing device.
  • the tool rest of the control unit and the magazine move horizontally so that they are adjacent to each other. That is, according to the driving of the operation unit, the tool rest moves in the Z-axis direction and moves to the setup position so that it is adjacent to the door unit (or magazine), and the magazine is moved to the door unit (or tool rest) according to the driving of the first moving unit. It moves along the Z-axis direction from the initial position to the replacement position so that it partially protrudes into the processing area through the open part of the negative.
  • a gripper for clamping the machining tool of the magazine is mounted on the tool post.
  • the magazine moves forward in the inclined axis direction (X1) to clamp. That is, the magazine moves forward in the X1 axis direction to be adjacent to the tool rest and moves to the replacement position.
  • the tool support portion is raised to support the machining tool clamped to the machining tool gripper of the magazine. That is, in order to support the machining tool at the moment when the machining tool is clamped to the machining tool gripper of the magazine, the rod portion of the lifting/lowering part of the tool support part rises to support the machining tool by a signal from the control unit.
  • the tool post is moved horizontally so that the tool post is away from the magazine in order to unclamp the machining tool. That is, the tool rest moves in the Z-axis direction to the ready position so that it is away from the magazine and the door part.
  • the tool support is lowered after the step S5 of horizontally moving the tool rest away from the magazine. That is, the rod portion of the elevating portion of the tool support portion is lowered to prevent collision due to mechanical interference.
  • the magazine is rotated so that the gripper for gripping the exchange tool is located in the exchange position. That is, the rotating part of the magazine is operated so that the gripper of the magazine holding the necessary exchange tool according to the processing program moves to the exchange position, so that the magazine rotates.
  • the tool rest is moved horizontally so that the tool rest is adjacent to the magazine in order to clamp the exchange tool. That is, the tool rest is re-moved in the horizontal direction so as to be adjacent to the magazine (or door part).
  • the tool support is re-raised to support the exchange tool clamped to the exchange tool gripper of the magazine. That is, the rod portion of the elevating portion of the tool support portion rises again to stably support the exchange tool.
  • a gripper for clamping the exchange tool of the magazine is inclined to unclamp the exchange tool to be mounted on the tool post. Move backwards. That is, the magazine moves backward in a direction away from the tool rest in the inclined axis direction and moves to the initial position.
  • the tool support is lowered again. That is, in order to prevent damage or damage due to mechanical interference caused by the movement of the tool rest and the magazine, the rod part of the elevating and descending part of the tool support is lowered again.
  • the tool rest and the magazine are respectively moved in the horizontal direction so that they are separated from each other. That is, the magazine moves horizontally to the initial position so as to be away from the tool rest and the door part, and at the same time, the tool rest also moves horizontally so that it is away from the door part and the magazine for processing, and returns to its original position.
  • control method of the automatic tool changing device maximizes the productivity of the machine tool by minimizing the non-processing time of the machine tool by automatically and quickly replacing the tool stored in the magazine and the tool mounted on the tool rest. , It can improve the reliability and stability of machine tools, and promote the convenience of workers.
  • the door is opened by a signal from the control unit.
  • the set-up position so that the door part is opened by a signal from the control unit and the tool rest moves in the Z-axis direction (horizontal direction) as the operation part is driven by a signal from the control unit and is adjacent to the open part of the door part. Go to.
  • the tool rest moves in a horizontal direction to a location adjacent to the open part of the door, and at the same time, the support part moves in the Z-axis direction (horizontal direction) according to the driving of the first moving part by a signal from the control unit. It moves forward and moves from the initial position to the exchange position so that the magazine passes through the open part of the door and partially protrudes into the processing area. That is, the magazine and the automatic tool change device move so as to be close to each other during tool change.
  • the magazine moves forward in the X1 axis direction (inclined axis direction) by driving the second moving unit by a signal from the control unit. That is, the magazine moves forward in the X1 axis direction to be adjacent to the tool rest and moves to the replacement position. Accordingly, the machining tool of the tool rest is clamped to the empty gripper of the magazine.
  • the fourth driving unit is operated by a signal from the control unit, so that the rod unit of the elevating unit rises, and the slide unit is clamped to the gripper of the magazine. Maintain the horizontal by supporting the machined tool. Thereafter, the confirmation unit confirms that the machining tool of the tool rest is accurately clamped to the empty gripper of the magazine, and transmits a signal for this to the control unit.
  • the fourth driving part is operated by a signal from the control unit, and the rod part of the elevating part descends.
  • the rotating part of the magazine is operated so that the rod part of the elevating part descends and the rotating part is operated by a signal from the control unit to move the gripper holding the necessary exchange tool according to the processing program to the exchange position.
  • the payment is rotated. That is, the tool holder rotates from the magazine standby position to move the gripper holding the exchange tool to the exchange position.
  • the tool rest is moved horizontally so that the tool rest is again adjacent to the door by a signal from the control unit. That is, the tool rest moves back to the setup position.
  • the fourth driving part is operated by a signal from the control unit, and the rod part of the lifting and lowering part rises, and the slide part supports the exchange tool clamped by the gripper of the magazine to maintain the horizontal level. do.
  • the magazine is moved backward in the X1 axis direction (inclined axis direction) by driving the second moving unit by a signal from the control unit. That is, the magazine moves back to the initial position in the X1 axis direction so as to move away from the tool rest. Accordingly, the exchange tool stored in the gripper of the magazine is mounted on the tool rest, and the tool rest clamps the exchange tool.
  • the signal is transmitted to the control unit.
  • the fourth driving unit is operated by a signal from the control unit, and the rod unit of the elevating unit descends.
  • the magazine moves in the horizontal direction in the direction away from the door unit according to the driving of the first moving unit by a signal from the control unit.
  • the tool rest also moves horizontally in a direction away from the door according to the driving of the operation part by the signal. That is, by a signal from the control unit, the magazine moves backward in the Z-axis direction to move to the initial position, and the tool rest is also returned to its original position for processing.
  • a signal from the control unit is applied to the signal from the control unit to prevent chips or coolant from being scattered on the non-machined area during machining of the workpiece.
  • the door is closed.
  • both the tool post and the magazine move in a horizontal turning center such as a lathe to automatically perform tool change, and the magazine is parallel to the tool post. It is installed horizontally so that the tool is installed in a horizontal direction so that it is parallel to the tool post in the magazine, so the tools installed in the tool post and the tools stored in the magazine are automatically and quickly replaced, reducing the time and manpower associated with tool replacement.
  • the productivity of the machine tool is maximized, the reliability and stability of the machine tool is improved, the miniaturization of the machine tool is promoted to reduce the manufacturing cost, and the chip is installed in the non-processing area. By preventing damage or damage from cutting oil, etc., it can reduce maintenance cost and maintenance time, promote the convenience of workers, and prevent safety accidents that occur when changing tools.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Automatic Tool Replacement In Machine Tools (AREA)

Abstract

본 발명은 공작기계 특히 선반과 같은 수평형 공작기계에서 다양한 가공을 수행할 수 있도록 공구대에 장착된 공구와 매거진에 수납된 공구를 교환하기 위해 매거진과 공구대가 동심을 이루도록 모두 이동하고, 매거진은 공구대와 평행하도록 수평방향으로 설치되며, 공구가 매거진에 공구대와 평행하도록 수평방향으로 설치됨에 따라 공구교체에 따른 비가공시간을 감소하고, 생산성을 향상하며, 작업자의 편의를 도모하고, 다양한 가공을 수행하면서도 공작기계의 소형화를 도모하고, 다양한 가공을 통해 공작기계의 확장성과 편의성을 극대화하고, 자동공구교환장치와 공작기계의 유지비용과 시간을 절감하고, 비가공시간 최소화를 통해 공작기계의 가공성을 극대화할 수 있는 자동공구교환장치와 이의 제어방법 및 이를 포함하는 공작기계에 관한 것이다.

Description

자동공구교환장치와 이의 제어방법 및 이를 포함하는 공작기계
본 발명은 자동공구교환장치와 이의 제어방법, 및 이를 포함하는 공작기계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선반이나 수평형 터닝센터와 같은 수평형 공작기계에서 공구교환을 위해 매거진과 공구대가 동심을 이루도록 모두 이동하여 공구대에 장착된 공구를 교환할 수 있는 공작기계의 자동공구교환장치와 이의 제어방법, 및 이를 포함하는 공작기계에 관한 것이다.
일반적으로 공작기계라 함은 각종 절삭 가공방법 또는 비절삭 가공방법으로 금속/비금속의 공작물을 적당한 공구를 이용하여 원하는 형상 및 치수로 가공할 목적으로 사용하는 기계를 말한다.
터닝센터, 수직/수평 머시닝센터, 문형머시닝센터, 스위스 턴, 방전 가공기, 수평형 NC 보링머신, CNC 선반, 복합가공기 등을 비롯한 다양한 종류의 공작기계는 다양한 산업 현장에서 해당 작업의 용도에 맞게 널리 사용되고 있다.
공작기계 중 복합가공기란 선삭가공과 드릴, 탭핑, 밀링가공 등 가공형태가 다양한 가공을 수행하는 다기능의 자동공구교환장치(ATC)와 공구 매거진이 장착된 터닝센터를 의미한다. 복합가공기에서 작업자가 가공에 필요한 공구를 로딩하거나 교환시에 공구를 수동으로 공구 매거진에 장착한다.
일반적으로 현재 사용되고 있는 다양한 종류의 공작기계는 수치제어(numerical control, NC) 또는 CNC(computerized numericalcontrol) 기술이 적용되는 조작반을 구비하고 있다. 이러한 조작반은 다양한 기능스위치 또는 버튼과 모니터를 구비한다.
또한, 공작기계는 공작물인 소재가 안착되고 공작물 가공을 위해 이송하는 테이블, 가공전 공작물을 준비하는 팔렛트, 공구 또는 공작물이 결합되어 회전하는 주축, 공작물 등을 가공중에 지지하기 위한 심압대, 방진구 등을 구비한다.
일반적으로 공작기계에서 테이블, 공구대, 주축, 심압대, 방진구 등은 다양한 가공을 수행하기 위해 이송축을 따라 이송하는 이송유닛을 구비한다.
또한, 일반적으로 공작기계는 다양한 가공을 위하여 다수의 공구를 사용하게 되며, 다수의 공구를 수납보관하고 있는 공구 보관장소의 형태로 공구 매거진이나 터렛이 사용된다.
이러한 공작기계는 다양한 가공을 위하여 다수의 공구를 사용하게 되며, 다수의 공구를 수납보관하고 있는 공구 보관장소의 형태로 공구 매거진이 사용된다.
또한, 일반적으로 공작기계는 비가공 시간을 최소화하기 위해, 자동팔레트교환장치(APC, Automatic Palette Changer)를 구비한다. 자동팔레트교환장치(APC)는 팔레트를 공작물 가공 영역과 공작물 설치 영역 간에 자동으로 교환한다. 팔레트에는 공작물이 탑재될 수 있다.
또한, 일반적으로 공작기계는 공작기계의 생산성을 향상시키기 위해 수치제어부의 지령에 의해 특정한 공구를 공구 매거진으로부터 인출하거나 다시 수납하기 위한 자동공구교환장치(ATC, Automatic Tool Changer)를 구비한다.
일반적으로 공작기계, 특히 머시닝센터나 터닝센터에서 사용하고 있는 툴 매거진의 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.
일반적으로 암리스(armless) 자동공구교환장치(ATC, automatic tool changer)는 공구매거진의 매거진 플레이트에 다수 구비된 공구를 별도의 체인지 암(change arm) 없이 컬럼과 스핀들의 움직임만으로 공구를 교환하는 방식으로 주로 수직형 머시닝센터(vertical type machining center)나 수직형 터닝센터에서 주로 사용된다.
또한, 일반적으로 공작기계는 가공방법에 따라 크게 터닝센터(TURNING CENTER)와 머시닝센터(MACHINING CENTER)로 분류된다. 이중 터닝센터는 다수의 공구를 장착하고 가공과정에서 필요한 공구를 인덱싱(INDEXING)하는 터렛과 같은 공구대를 구비한다.
일반적으로 종래 수직형 터닝센터의 경우 공구대에 장착된 공구를 교환하기가 용이하여 별도의 매거진과 자동공구교환장치를 구비하여 공구대에 장착된 공구를 자동으로 교환할 수 있었다.
그러나, 종래 선반이나 수평형 터닝센터와 같은 수평형 공작기계의 경우 공구대에 8~12개 이하의 공구만이 장착되기 때문에 더 많은 공구를 필요로 하는 공작물 가공을 수행하기 위해서는 공구대에 장착된 공구를 교환하기 위해 공작기계를 멈추고 기존 공구를 탈착한 후에 새로운 공구를 장착함에 따라 많은 시간과 인력이 소모되고, 작업자의 불편을 초래하는 문제점이 있었다.
즉, 종래 선반이나 수평형 터닝센터와 같은 수평형 공작기계는 공구를 수납하는 매거진도 없고, 이를 자동으로 교환하는 자동공구교환장치 자체를 구비하지 않아 생산성이 감소하는 문제점이 있었다.
또한, 종래 선반이나 수평형 터닝센터와 같은 수평형 공작기계는 비가공시간이 증가함에 따라 공작기계의 생산성이 감소하고, 공작기계의 안전성과 신뢰성이 감소하는 문제점이 있었다.
더욱이, 종래 선반이나 수평형 터닝센터와 같은 수평형 공작기계는 수동으로 공구를 교환하는 경우에도 다수의 공작물을 수납하는 매거진이 분리 설치됨에 따라 공작기계의 소형화를 도모할 수 없고, 공작기계의 제조비용이 증가하며, 공간활용도가 감소하는 문제점이 있었다.
게다가, 종래 선반이나 수평형 터닝센터와 같은 수평형 공작기계는 길이가 긴 공구를 작업자가 수작업으로 교체할 때에 공구가 낙하함에 따라 공구가 손상되어 유지비용이 증가하고, 안전사고를 유발하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 공작기계 특히 선반과 같은 수평형 공작기계에서 다양한 가공을 수행할 수 있도록 공구대에 장착된 공구와 매거진에 수납된 공구를 교환하기 위해 매거진과 공구대가 동심을 이루도록 모두 이동하고, 매거진은 공구대와 평행하도록 수평방향으로 설치되며, 공구가 매거진에 공구대와 평행하도록 수평방향으로 설치됨에 따라 공구교체에 따른 비가공시간을 감소하고, 생산성을 향상하며, 작업자의 편의를 도모할 수 있는 공작기계의 자동공구교환장치와 이의 제어방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 다양한 가공을 수행하면서도 공작기계의 소형화를 도모하고, 다양한 가공을 통해 공작기계의 확장성과 편의성을 극대화하고, 자동공구교환장치와 공작기계의 유지비용과 시간을 절감하고, 비가공시간 최소화를 통해 공작기계의 가공성을 극대화할 수 있는 자동공구교환장치를 포함하는 공작기계를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 공작기계의 자동공구교환장치는 스핀들에 설치되는 베이스부; 상기 베이스부에 이동 가능하게 설치되는 서포트부; 복수의 공구를 수납하고, 상기 서포트부에 이동 가능하게 설치되는 매거진; 및 상기 서포트부와 상기 매거진을 이동시키기 위한 이동부;를 포함하고, 공구 교환시에 상기 매거진과 베드에 설치되는 공구대가 서로 근접하도록 상기 매거진과 상기 공구대가 모두 이동할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 자동공구교환장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 자동공구교환장치의 상기 매거진은 상기 공구대와 평행하도록 수평방향으로 설치되고, 상기 매거진에 수납되는 공구는 상기 공구대와 평행하도록 수평방향으로 설치될 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 자동공구교환장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 자동공구교환장치의 상기 베이스부는 상기 스핀들의 상부에 형성되는 결합부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 자동공구교환장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 자동공구교환장치의 상기 베이스부는 상기 스핀들의 상부에 상기 공구대의 수직방향 이송축에 대해 평행하거나 경사지게 형성되는 경사부;를 더 포함하고, 상기 결합부는 상기 경사부의 상부에 설치될 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 자동공구교환장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 자동공구교환장치의 상기 이동부는 상기 베이스부의 상부에 상기 공구대의 수평방향 이송축에 대해 평행하게 형성되어 상기 서포트부를 직선왕복 이동시키는 제1 이동부; 및 상기 서포트부의 상부에 상기 제1 이동부와 직교하도록 형성되어 상기 매거진을 직선왕복 이동시키는 제2 이동부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 자동공구교환장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 자동공구교환장치의 상기 매거진은 상기 제2 이동부에 결합 설치되는 본체부; 상기 본체부에서 상기 수평방향 이송축에 평행하게 연장 형성되고, 회전 가능하게 설치되는 회전축부; 상기 회전축부의 회전중심을 기준으로 방사상으로 복수의 공구를 수납하는 복수의 그립퍼부를 구비하고, 상기 회전축부에 결합되어 상기 회전축부의 회전에 의해 회전하는 공구수납부; 및 상기 회전축부를 회전시키는 동력을 발생하는 회전부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 자동공구교환장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 자동공구교환장치는 공구 교환시에 상기 매거진과 독립적으로 이동하여 상기 매거진에 수납되는 공구를 지지하는 공구지지부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 자동공구교환장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 자동공구교환장치의 상기 공구지지부는 상기 공구대의 수평방향 이송축에 대해 평행하면서 상기 베이스부에 인접하고 상기 베이스부와 평행하게 형성되는 가이드부; 상기 가이드부에 이동 가능하게 설치되는 슬라이드부; 상기 가이드부에 상기 공구대의 수평방향 이송축에 대해 평행하게 형성되어 상기 슬라이드부를 직선왕복 이동시키는 제3 이동부; 및 상기 슬라이드부에 승하강 가능하게 설치되어 공구 교환시에 상기 매거진에 인입 또는 인출되는 공구의 수평을 유지하는 승하강부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 자동공구교환장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 자동공구교환장치의 상기 승하강부는 상기 슬라이드부의 상부에 형성되는 하우징부; 상기 하우징부에 승하강 가능하게 설치되는 로드부; 상기 로드부의 선단에 결합되어 공구 교환시에 상기 매거진의 그립퍼에 인입 또는 인출되는 공구의 처짐을 방지하는 보상부; 및 상기 로드부를 승하강시키기 위한 동력을 발생시키는 제4 구동부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 자동공구교환장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 자동공구교환장치의 상기 매거진은 공구교환시에 공구의 클램핑 유무를 확인하는 확인부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 자동공구교환장치의 제어방법은 공구대와 매거진이 서로 인접하도록 수평방향으로 각각 이동하는 단계; 상기 매거진의 가공공구를 클램핑하는 그립퍼가 상기 공구대에 장착된 가공공구를 클램핑하기 위해 상기 매거진이 경사축 방향으로 전진 이동하는 단계; 상기 공구대가 가공공구를 언클램핑하기 위해 상기 공구대가 상기 매거진에서 멀어지도록 수평방향으로 이동하는 단계; 교환공구를 파지하는 그립퍼가 교환위치에 위치하도록 상기 매거진이 회전하는 단계; 상기 공구대가 교환공구를 클램핑하기 위해 상기 공구대가 상기 매거진에 인접하도록 수평방향으로 재이동하는 단계; 상기 매거진의 교환공구를 클램핑하는 그립퍼가 상기 공구대에 장착될 교환공구를 언클램핑하기 위해 상기 매거진이 경사축 방향으로 후진 이동하는 단계; 및 상기 공구대와 상기 매거진이 서로 멀어지도록 수평방향으로 각각 이동하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 자동공구교환장치의 제어방법의 바람직한 다른 실시예에서, 자동공구교환장치의 제어방법은 상기 매거진이 경사축 방향으로 전진 이동하는 단계 이후에 상기 매거진의 가공공구 그립퍼에 클램핑된 상기 가공공구를 지지하기 위해 상기 공구지지부가 상승하는 단계; 상기 공구대가 상기 매거진에서 멀어지도록 수평방향으로 이동하는 단계 이후에 상기 공구지지부가 하강하는 단계; 상기 공구대가 상기 매거진에 인접하도록 수평방향으로 재이동하는 단계 이후에 상기 매거진의 교환공구 그립퍼에 클램핑된 상기 교환공구를 지지하기 위해 상기 공구지지부가 재상승하는 단계; 및 상기 매거진이 경사축 방향으로 후진 이동하는 단계 이후에 상기 공구지지부가 재하강하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 자동공구교환장치의 제어방법의 바람직한 다른 실시예에서, 자동공구교환장치의 제어방법은 도어부가 개방되는 단계; 및 상기 매거진과 상기 공구대가 서로 멀어지도록 수평방향으로 각각 이동하는 단계 이후에 상기 도어부가 폐쇄되는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 자동공구교환장치를 포함하는 공작기계는 본 발명의 청구항 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서 상기 자동공구교환장치를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 자동공구교환장치를 포함하는 공작기계의 바람직한 다른 실시예에서, 자동공구교환장치를 포함하는 공작기계는 베드; 상기 베드에 설치되어 공작물을 회전시키는 스핀들; 공구가 장착되고 상기 베드에 이동 가능하게 설치되어 상기 공작물을 가공하는 공구대; 상기 공구대를 이송시키기 위한 작동부; 상기 공작물이 가공되는 가공영역과 비가공영역을 구획하는 커버부; 및 상기 커버부에 슬라이드 개폐 가능하게 설치되는 도어부;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 공작기계의 자동공구교환장치와 이의 제어방법, 및 이를 포함하는 공작기계는 공구대에 장착된 공구와 매거진에 수납된 공구의 교환시에 매거진과 공구대가 동심을 이루도록 모두 이동하고, 매거진은 공구대와 평행하도록 수평방향으로 설치되며, 공구가 매거진에 공구대와 평행하도록 수평방향으로 설치됨에 따라 공구대에 장착된 공구와 매거진에 수납된 공구를 자동으로 신속하게 교체하여 공구교체에 따른 시간과 인력을 감소하고, 다양한 가공을 수행할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 자동공구교환장치와 이의 제어방법, 및 이를 포함하는 공작기계는 매거진에 수납된 공구와 공구대에 장착된 공구를 자동으로 신속하게 교체함에 따라 공작기계의 비가공시간 최소화를 통해 공작기계의 생산성을 극대화하고, 공작기계의 신뢰성과 안정성을 향상하며, 작업자의 편의를 도모할 수 있는 효과가 있다.
더욱이, 본 발명에 따른 자동공구교환장치와 이의 제어방법, 및 이를 포함하는 공작기계는 교환 가능한 다양한 공구를 수납하는 매거진이 이동함에 따라 공작기계의 소형화를 도모하고, 공작기계의 제조비용을 감소하며, 공간활용도를 증가하고, 소비자의 만족도를 향상할 수 있는 효과가 있다.
게다가, 본 발명에 따른 자동공구교환장치와 이의 제어방법, 및 이를 포함하는 공작기계는 길이가 긴 공구도 안정적으로 자동으로 교체됨에 따라 공구 낙하 등에 따른 안전사고를 미연에 방지하고, 비가공 영역에 설치됨에 따라 칩이나 절삭유 등으로부터 손상이나 파손되는 것을 예방하여 유지비용과 유지시간을 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자동공구교환장치를 포함하는 공작기계의 사시도를 나타낸다.
도 2는 도 1의 우측면도를 나타낸다.
도 3은 도어부가 개방된 상태에서의 도 1의 우측면도를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 자동공구교환장치의 전방 사시도를 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따른 자동공구교환장치의 후방 사시도를 나타낸다.
도 6은 본 발명에 따른 자동공구교환장치의 정면도를 나타낸다.
도 7 내지 도 21은 본 발명에 따른 자동공구교환장치를 포함하는 공작기계에서 공구교환 작동과정을 나타낸다.
도 22는 본 발명에 따른 자동공구교환장치의 제어방법에 대한 절차도를 나타낸다.
<부호의 설명>
1 : 공작기계, 2 : 가공공구,
3 : 교환공구, 10 : 베드,
20 : 스핀들, 30 : 공구대,
40 : 작동부, 50 : 커버부,
60 : 도어부, 70 : 자동공구교환장치,
110 : 베이스부, 120 : 서포트부,
130 : 매거진, 140 : 이동부,
150 : 제1 이동부, 160 : 제2 이동부,
170 : 공구지지부, 210 : 가이드부,
220 : 슬라이드부, 230 : 제3 이동부,
240 : 승하강부.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 자동공구교환장치와 이의 제어방법 및 이를 포함하는 공작기계의 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시 예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 따라서 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다 (comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/ 또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 자동공구교환장치를 포함하는 공작기계의 사시도를 나타내고, 도 2는 도 1의 우측면도를 나타내며, 도 3은 도어부가 개방된 상태에서의 도 1의 우측면도를 나타낸다. 도 4는 본 발명에 따른 자동공구교환장치의 전방 사시도를 나타내고, 도 5는 본 발명에 따른 자동공구교환장치의 후방 사시도를 나타내며, 도 6은 본 발명에 따른 자동공구교환장치의 정면도를 나타낸다. 도 7 내지 도 21은 본 발명에 따른 자동공구교환장치를 포함하는 공작기계에서 공구교환 작동과정을 나타낸다. 도 22는 본 발명에 따른 자동공구교환장치의 제어방법에 대한 절차도를 나타낸다.
이하에서 사용하는 용어의 정의는 다음과 같다. "수평방향" 또는 "수평방향 이송축"이란 동일부재에서 가로방향, 즉 도 1 내지 도 21에서 Z축 방향을 의미하고, "수직방향" 또는 "수직방향 이송축"이란 수평방향에 대해 직교하면서 동일부재에서 세로방향, 즉 도 1 내지 도 21에서 X축 방향을 의미하며, "경사축방향" 또는 "경사축방향 이송축"이란 수직방향에 대해 소정각도를 갖도록 형성된 방향으로 후술하는 매거진이 공구대와 동심을 이루기 위해 이동하는 방향, 즉 도 4 내지 도 21에서 X1축 바향을 의미한다. 또한, "상승(상부)"이란 도 1 내지 도 21에서 지면에대해 위쪽 방향으로 올라가는 방향 즉 위쪽을 향하는 방향을 의미하고, "하강(하부)"란 도 1 내지 도 21에서 지면에 대해 아래쪽 방향으로 내려가는 방향 즉 아래쪽을 향하는 방향을 의미한다.
또한, 내측(내부)이란 동일부재에서 상대적으로 중심에 가까운 쪽 즉, 도 1 내지 도 21에서 안쪽을 의미하고 외측이란 동일부재에서 상대적으로 중심에서 먼쪽 즉 도 1 내지 도 21에서 바깥쪽을 의미한다. 또한, "전방"이란, 커버에 가까운 쪽을 의미하며, "후방"이란 커버에 먼쪽을 의미한다.
또한, "가공영역"이란 스핀들의 척에 공작물이 장착되고, 공구에 의해 가공이 이루어지는 영역으로 커버부의 내측으로 공구대가 이동하는 공간을 의미하고, "비가공영역"이란 공구에 의해 가공이 이루어지지 않는 영역으로, 공구대가 이동할 수 없는 공간을 의미한다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 자동공구교환장치를 포함하는 공작기계를 설명한다. 본 발명에 따른 자동공구교환장치를 포함하는 공작기계(1)는 베드(10), 스핀들(20), 공구대(30), 작동부(40), 커버부(50), 도어부(60), 및 자동공구교환장치(70)를 포함한다. 상술한 자동공구교환장치(70)의 구성과 특징에 대해서는 후술한다. 즉, 후술하는 자동공구교환장치(70) 이외에 공작기계의 특징을 중점으로 설명한다.
지면 또는 베이스에 베드(10)가 설치된다. 베드(10)는 공작물을 가공하는 지지대 역할을 수행하고, 공작물을 가공하기 위해 필요한 부품들이 설치되는 공간과 서포트 기능을 수행한다. 베드의 길이방향, 즉 수평방향의 이송축이 Z축을 이룬다.
스핀들(20)은 베드(10)에 설치되어 공작물을 회전시킨다. 구체적으로 스핀들(20)의 베드(10)의 일부에 설치되고, 스핀들의 선단에 설치되는 척에 공작물이 장착되어 스핀들의 회전에 의해 공작물이 회전한다. 이러한 스핀들은 스핀들 하우징에 의해 보호된다. 스핀들 본체는 후술하는 커버부(50)에 의해 비가공영역에 위치하고, 척은 가공영역에 위치하게 된다.
공구대(30)는 공작물을 가공하기 위해 공구가 장착되고, 베드(10)에 이동 가능하게 설치된다. 즉, 상술한 바와 같이 공구대(30)는 후술하는 작동부(40)의 제1 작동부(41)에 의해 베드의 수평방향으로 이동가능하고, 이러한 이동방향이 수평방향 이송축(Z축)을 형성한다. 또한, 공구대(30)는 다양한 가공을 위해 크로스 슬라이드를 따라 후술하는 작동부(40)의 제2 작동부(42)에 의해 수직방향으로 이동하고, 이러한 수직방향 이송축이 X축을 형성한다. 즉, 공구대는 제2 작동부(41)에 의해 수직방향으로 이동할 수 있다.
작동부(40)는 공구대를 이송시킨다. 이러한, 작동부(40)는 제1 작동부(41)와 제2 작동부(42)를 구비한다. 제1 작동부(41)는 공구대(30)를 Z축 방향(수평방향 이송축)으로 직선 왕복이동시키고, 제2 작동부(42)는 공구대(30)를 X축 방향(수직방향 이송축)으로 직선 왕복 이동시킨다.
커버부(50)는 공작물이 가공되는 가공영역과 비가공영역을 구획한다. 즉, 스핀들 본체와 자동공구교환장치는 비가공영역에 설치되고, 공구대와 작동부는 가공영역에 설치된다. 또한, 공구대는 가공영역에 이동가능하게 설치된다.
도어부(60)는 슬라이드 개폐 가능하게 커버부의 일부에 설치된다. 후술하는 바와 같이 도어부(60)의 개방시에 의해 자동공구교환장치와 공구대가 공구를 교환하고, 도어부(60)가 폐쇄된 후에 공작물이 가공됨에 따라 비가공영역에 칩이나 절삭유가 비산되는 것을 방지하여 스핀들과 자동공구교환장치를 보호하고 이들의 손상이나 파손을 예방하여 공작기계의 유지비용과 시간을 감소하고, 내구성을 향상하여 수명을 증대시킬 수 있다.
자동공구교환장치(70)가 스핀들(20)의 상부에 설치된다. 즉, 자동공구교환장치(70)는 스핀들의 하우징 상부에 위치하도록 비가공영역에 설치된다.
따라서, 본 발명에 따른 자동공구교환장치를 포함하는 공작기계는 공작기계의 소형화를 도모하고, 공작기계의 제조비용을 감소하며, 공간활용도를 증가하고, 소비자의 만족도를 향상할 수 있다.
도 1 내지 도 21을 참조하여 본 발명에 따른 공작기계의 자동공구교환장치를 설명한다. 본 발명에 따른 공작기계의 자동공구교환장치(70)는 베이스부(110), 서포트부(120), 매거진(130), 이동부(140), 및 공구지지부(170)를 포함한다. 또한, 도면에 도시되지는 않았지만, 본 발명에 따른 공작기계의 자동공구교환장치(70)는 제어부를 더 포함할 수 있다.
베이스부(110)는 자동공구교환장치(70)의 각종 구성이 설치될 수 있는 외형을 형성한다. 베이스부(110)는 스핀들(20)에 설치된다. 구체적으로 베이스부(110)는 비가공영역에 설치되는 스핀들(20)의 하우징의 상부에 설치된다.
반드시 이에 한정되는 것은 아지지만, 도 4 및 도 6에 도시된 것처럼, 베이스부(110)는 베이스부의 상부에 형성되는 결합부(112)를 포함한다. 더욱 바람직하게는 베이스부(110)는 경사부(111)와 경사부의 상부에 설치되는 결합부(112)를 포함한다.
경사부(111)는 스핀들(20)의 상부에 공구대(30)의 수직방향 이송축(X축)에 대해 평행하거나 경사지게 형성된다. 즉, 경사부(111)는 공구교환시에 매거진(130)과 공구대(30)의 동심을 이루기 위해 매거진(130)이 공구대(30)의 수직방향 이송축(X축)에 대해 경사축(X1축)을 형성하도록 수직방향 이송축에 대해 소정각도로 경사지게 형성된다. 이에 따라 공구교환시에 매거진과 공구대의 동심을 형성하여 신속하게 공구를 자동으로 교환할 수 있을 뿐만 아니라, 자동공구교환장치의 소형화를 도모하여 전체적으로 공작기계의 컴팩트화를 도모할 수 있다.
결합부(112)는 경사부(111)의 상부에 고정 설치된다. 즉, 결합부(112)는 판 형상의 플레이트 형상으로 형성되어 경사부(111)의 상부에 고정 설치되고, 이러한 결합부(112)에 후술하는 서포트부, 매거진, 이동부가 설치된다. 또한, 경사부가 없는 경우에 결합부는 스핀들의 상부에 수평방향에 대해 수직하게 형성될 수도 있다.
서포트부(120)는 베이스부(110)에 이동 가능하게 설치된다. 즉, 서포트부(120)는 베이스부(110)의 상부에 이동부(140)에 의해 공구대(30)의 수평방향 이송축(Z축)과 평행하도록 이동가능하게 설치된다. 구체적으로, 서포트부(120)는 제1 이동부(140)에 의해 Z축 방향을 따라 직선 왕복 이동가능하도록 베이스부(110)의 상부에 설치된다.
매거진(130)은 복수의 공구(T)를 수납하고, 서포트부(120)에 이동 가능하게 설치된다. 즉, 매거진(130)은 서포트부(120)의 상부에 이동부(140)에 의해 공구대의 수직방향 이송축(X축)과 소정의 경사를 이루도록 이동가능하게 설치된다. 구체적으로 매거진(130)은 제2 이동부(160)에 의해 공구대의 수직방향 이송축(X축)과 소정의 경사를 이루도록 형성되는 경사축(X1축)을 따라 직선 왕복 이동가능하도록 서포트부(120)의 상부에 설치된다.
이동부(140)는 서포트부(120)와 매거진(130)을 이동시킨다.
공구지지부(170)는 공구 교환시에 매거진(130)과 독립적으로 수평방향(Z축 방향)으로 이동하여 매거진에 수납되는 공구를 지지한다. 즉, 공구지지부(170)는 공구 교환시에 매거진(130)과 독립적으로 수평방향으로 이동하여 공구대에 장착된 가공공구가 매거진의 그립퍼에 인입되거나, 매거진의 다른 그립퍼에 수납된 교환공구가 공구대로 인출될 때에 가공공구나 교환공구를 지지하여 길이가 상대적으로 긴 공구의 처짐을 보상하여 안정적으로 공구교환을 수행할 수 있다. 이에 따라 공구대에 공구가 정확하게 장착됨에 따라 공작기계의 가공정밀도를 향상하고 진동이나 소음을 감소하며, 공구의 마모나 손상을 방지하여 공구 수명을 증대할 수 있다.
매거진에 수납된 교환공구(3)와 공구대에 장착된 가공공구(2)의 교환시에 매거진(130)과 베드(10)에 설치되는 공구대(30)는 동심을 이루도록 이동부와 작동부에 의해 매거진과 공구대가 모두 서로 근접하도록 이동한다.
또한, 매거진(130)은 공구대(30)와 평행하도록 수평방향으로 설치된다. 즉, 매거진(130)은 Z축 방향으로 설치된다.
또한, 이러한 매거진(130)에 수납되는 공구(T)는 공구대(30)와 평행하도록 수평방향으로 설치된다. 즉 매거진(130)의 각 그립퍼(134)에 공구가 인입 또는 인출될 때에 공구는 수평방향인 Z축 방향으로 인입 또는 인출된다. 결국, 공구는 매거진(130)에 수평방향인 Z축 방향과 평행하도록 수납된다.
따라서, 본 발명에 의한 자동공구교환장치는 공구대에 장착된 공구와 매거진에 수납된 공구를 자동으로 신속하게 교체하여 공구교체에 따른 시간과 인력을 감소하고, 다양한 가공을 수행할 수 있어 공작기계의 확장성이 용이하고, 공작기계의 비가공시간 최소화를 통해 공작기계의 생산성을 극대화하고, 공작기계의 신뢰성과 안정성을 향상하며, 작업자의 편의를 도모할 수 있다.
제어부는 매거진의 그립퍼에 수납된 교환공구와 공구대에 장착된 가공공구를 교환하기 위해 공구대, 작동부, 도어부, 이동부, 매거진, 및 공구지지부의 동작을 제어한다.
반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 이러한 제어부는 가공프로그램 저장부, 매거진 위치저장부, 공구대 위치저장부, 공구교환지령부, 및 판단부를 포함할 수 있다.
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 하우징, 케이스, 또는 일측에 설치되어 다양한 기능스위치 또는 버튼과 각종 정보를 표시할 수 있는 모니터를 구비한다.
가공프로그램 저장부에 공작물 가공을 위한 가공프로그램을 저장된다. 즉 가공프로그램 저장부는 작업자가 공작물을 가공하기 위한 가공프로그램을 입력하기 위한 사용자-기계연계 인터페이스(Human-Machine Interface)를 제공한다. 작업자는 가공프로그램 저장부를 이용하여 하나 이상의 공작물 가공프로그램을 입력한다.
또한, 가공프로그램 저장부는 수치제어부를 포함하고, 수치제어부는 가공프로그램 저장부에 저장된 가공프로그램을 전송받아 공작물의 가공하기 위한 파라메터들을 입력하고 가공 경로를 생성한다. 수치제어부는 NC(numerical control, NC) 또는 CNC(computerized numerical control)를 포함하고, 각종 수치 제어 프로그램이 내장되어 있다. 즉, 수치제어부는 작동부, 이동부, 매거진, 및 공구지지부의 구동유닛의 구동프로그램, 공구의 가동프로그램 등이 내장되고, 수치제어부의 구동에 따라 해당 프로그램이 자동으로 로딩되어 작동한다. 이러한 수치제어부는 가공프로그램 저장부, 매거진 위치저장부, 공구대 위치저장부, 공구교환지령부, 판단부, 및 PLC와 소정의 프로토콜에 의해 통신을 수행한다.
또한, 가공프로그램 저장부는 가공프로그램 저장부에 저장되는 가공프로그램상의 공작물 가공을 위해 필요한 공구의 개수와 공구의 순서에 대한 기준값이 저장된다. 기준값은 공작물의 종류 해당 매거진에 설치되는 그립퍼의 개수, 스핀들의 선단의 척에 장착되는 공작물의 크기와 종류에 따라 변경될 수 있다. 이러한 기준값은 작업자가 필요에 따라 입력부를 통해 지정할 수 있고, 해당 데이터와 가공프로그램에 따라 자동으로 산출되어 저장될 수 있다. 이에 따라 대기위치에 다음 공정에 사용될 공구를 파지하는 그립퍼가 위치하도록하여 공구교환시간을 최소화할 수 있다.
매거진 위치저장부는 공구교환을 위해 매거진이 대기상태에 있는 매거진의 초기위치, 교환공구의 그립퍼가 위치하는 매거진의 대기위치, 및 실제 공구대의 가공공구를 그립핑하는 교환위치를 저장한다.
공구대 위치저장부는 공구대가 도어부로 인접하게 위치하고, 교환하기 위한 가공공구가 위치하고, 수평방향으로 도어부까지 전진 이동하는 셋업위치와 가공공구를 반납하고 교환공구를 클램핑하기 위해 Z축 방향으로 후진하는 준비위치를 저장한다. 즉, 신속한 공구교환을 위해 셋업위치와 준비위치의 2개 값이 저장된다. 다만, 공구의 크기와 길이 및 종류에 따라 다양한 위치가 저장될 수도 있다.
공구교환지령부는 가공프로그램 저장부와 매거진 위치저장부, 및 공구대 위치저장부와의 통신을 통해 공작물의 가공순서에 따라 공구의 교환 지령을 전달한다.
공구교환지령부의 지령 신호에 의해 작동부, 이동부, 매거진, 공구지지부를 구동하여 공구교환을 수행한다.
판단부는 공구교환지령부의 신호에 의해 공구 교환시에 매거진의 그립퍼가 가공공구를 정상적으로 클램핑 또는 언클램핑하는지와 공구대에 교환공구가 정상적으로 클램핑 또는 언클램핑되었는지에 대해 확인부(136)의 신호에 정상유무를 판단하고 이상이 발생한 경우 제어부에 신호를 보내고 제어부는 모니터 등을 통해 이를 외부로 표출하여 작업자나 사용자에게 장비의 이상을 알려 오작동을 방지할 수 있다.
또한, 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만 교환부는 PLC(Programmable Logic Controller)를 포함하고, PLC는 가공프로그램 저장부, 매거진 위치저장부, 공구대 위치저장부, 공구교환지령부, 판단부, 작동부, 이동부, 매거진, 공구지지부와 소정의 프로토콜에 의한 통신을 수행하고, 이러한 통신을 통해 제어명령을 행하는 기능을 수행한다. 즉, PLC는 수치제어부 또는 제어부의 제어 프로그램에 따른 제어 명령을 받아 작동한다. 또한, 바람직하게는 PLC는 공구지지부, 이동부, 작동부, 매거진의 구동유닛의 엔코더를 이용하여 회전수, 토크 또는 실린더의 작동상태를 측정할 수 있고, 이에 따라 매거진이 복수의 그립퍼에 수납된 공구의 현재 위치를 검출하여 가공프로그램에 따라 다음 가공에 사용할 대기공구를 수납한 그립퍼가 대기위치로 자동으로 이동시키거나 상태에 따라 공구지지부를 빠르게 작동시킬 수 있다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 매거진의 구동유닛인 회전부는 모터 또는 서보모터(SERVO MOTOR)로 형성되고, PLC와 제어부에 의해 구동이 제어된다.
또한, 도면에 도시되지는 않았지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 제어부(1000)는 입력부와 표시부를 더 포함할 수 있다.
입력부는 조작반 등에 스위치 또는 터치 버튼 등의 형태로 설치되어 초기위치, 대기위치, 교환위치, 공구의 그립핑 위치 등을 작업자가 용이하게 입력할 수 있다.
표시부는 제어부의 판단부의 결과, 현재 자동공구교환장치의 위치, 매거진의 위치, 공구대의 위치, 대기위치에 있는 공구번호, 현재 구동중인 가공프로그램, 공구대의 셋업위치의 공구번호 등을 표시할 수 있다. 이에 따라 작업자가 육안으로 현재 장비의 상태를 확인하고, 장비의 이상 유무를 판단하고 검사함에 따라 유지보수 비용을 절감하고 안전사고를 미연에 방지할 수 있다.
또한, 표시부는 판단부의 판단결과에 따라 매거진의 그립퍼 또는 공구대에서 공구의 클램핑 또는 언클램핑이 정상적으로 이루어지지 않은 경우에는 알람을 표시하여 작업자에게 경고함에 따라 공작물이 낭비되는 것을 방지하고, 공구가 손상되거나 파손되는 것을 방지할 수 있다. 이때에 알람은 모니터에 표시되는 형태, 경고음 또는 경광등 등의 형태로 표시될 수 있다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만 표시부는 LCD, LED, PDP 모니터 등으로 구성될 수 있다.
도 4 내지 도 21에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 자동공구교환장치의 이동부(140))는 제1 이동부(150)와 제2 이동부(160)를 포함한다.
제1 이동부(150)는 베이스부(110)의 상부에 공구대의 수평방향 이송축(Z축)에 대해 평행하게 형성되어 서포트부를 직선왕복 이동시킨다. 즉, 제1 이동부(150)는 결합부의 상부에 설치되어 제어부의 신호에 의해 공구교환시에 서포트부(120)를 Z축을 따라 직선 왕복 이동시킨다.
도 4 내지 도 21에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 자동공구교환장치의 제1 이동부(150)는 제1 리니어 가이드(151), 제1 리니어 가이드 블록(152), 및 제1 구동부(153)를 포함한다.
제1 리니어 가이드(151)는 결합부(112)의 상부에 공구대의 수평방향 이송축(Z축)에 대해 평행하게 설치된다, 즉, 제1 리니어 가이드(151)는 결합부의 상부에 Z축 방향으로 연장 설치된다.
제1 리니어 가이드 블록(152)이 제1 리니어 가이드(151)를 따라 이동 가능하게 설치된다. 이러한, 제1 리니어 가이드 블록(152)은 서포트부(120)와 결합되고, 제1 리니어 가이드 상에 복수개로 설치되어 서포트부(120)를 Z축 방향으로 왕복 이동시키면서 지지하는 기능을 수행한다.
제1 구동부(153)는 서포트부(120)를 제1 리니어 가이드를 따라 직선왕복 이동시키기 위한 동력을 발생시킨다.
제2 이동부(160)는 서포트부(120)의 상부에 제1 이동부(150)와 직교하도록 형성되어 매거진(130)을 직선왕복 이동시킨다. 즉, 제2 이동부(160)는 서포트부(120)의 상부에 설치되어 제어부의 신호에 의해 공구교환시에 매거진(130)을 경사축(X1축)을 따라 직선 왕복 이동시킨다.
도 4 내지 도 21에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 자동공구교환장치의 제2 이동부(160)는 제2 리니어 가이드(161), 제2 리니어 가이드 블록(162), 및 제2 구동부(163)를 포함한다.
제2 리니어 가이드(161)는 서포트부(120)의 상부에 공구대의 수평방향 이송축(Z축)에 대해 직교하고, 공구대의 수직방향 이송축(X축)에 대해 경사지게 설치된다. 즉, 제2 리니어 가이드(161)는 서포트부(120)의 상부에 X축에 경사지도록 경사축 방향(X1축)으로 연장 설치된다.
제2 리니어 가이드 블록(162)이 제2 리니어 가이드(161)를 따라 이동 가능하게 설치된다. 이러한, 제2 리니어 가이드 블록(162)은 매거진(130)과 결합되고, 제2 리니어 가이드 상에 복수개로 설치되어 매거진(130)을 X1축(경사축) 방향으로 왕복 이동시키면서 지지하는 기능을 수행한다.
제2 구동부(163)는 매거진(130)를 제2 리니어 가이드를 따라 직선왕복 이동시키기 위한 동력을 발생시킨다.
이러한, 제1 리니어 가이드(151), 제2 리니어 가이드(161)은 LM가이드 레일로 형성될 수 있다. 또한 제1 구동부(153)과 제2 구동부(163)는 볼스크류와 서보모터로 형성될 수 있다. 또한, 필요에 따라 제1 구동부(153)과 제2 구동부(163)는 유압 또는 공압 실린더로 형성될 수 있다.
이처럼, 매거진이 제1 이동부와 제2 이동부에 의해 Z축과 X1축을 따라 직선 왕복이동하고, 공구대가 작동부의 제1 작동부와 제2 작동부에 의해 Z축과 X축을 따라 직선 왕복이동함에 따라 공구교환시에 매거진과 공구대가 동심을 이룸에 따라 신속하게 공구를 자동으로 교환하여 공구교환시간을 감소하고, 최종적으로 비가공시간 감소에 따라 공작기계의 생산성을 극대화할 수 있다.
도 4 내지 도 21에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 자동공구교환장치의 매거진(130)은 본체부(131), 회전축부(132), 공구수납부(133), 복수의 그립퍼(134), 회전부(135), 및 확인부(136)을 포함한다.
본체부(131)는 제2 이동부의 제2 리니어 가이드 블록에 결합 설치된다. 본체부(131)는 금속 재질로 제2 리니어 가이드 블록(162)에 설치되어 매거진(130)을 안정적으로 지지하는 기능을 수행한다. 상술한 바와 같이 매거진(130)이 공구대의 수평방향과 평행하게 설치되도록 본체부(131)는 수직방향으로 제2 리니러 가이드 블록에 설치된다.
회전축부(132)가 본체부(131)의 일측에서 수평방향으로 연장 형성된다. 즉, 회전축부(132)가 본체부에서 수평방향 이송축(Z축)에 평행하게 Z축 방향으로 연장 형성되고, 본체부(131)에 후술하는 회전부의 구동에 의해 회전가능하게 설치된다.
공구수납부(133)는 회전축부(132)의 회전중심을 기준으로 방사상으로 복수의 공구(T)를 수납하는 복수의 그립퍼부(134)를 구비한다. 또한, 공구수납부(133)는 회전축부(132)에 결합되어 회전축부의 회전에 의해 회전한다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 공구수납부(133)는 원판 형상으로 형성될 수 있다.
회전부(135)는 회전축부(132)를 회전시키는 동력을 발생한다. 이러한, 회전부(134)는 서보모터로 형성될 수 있다.
확인부(136)는 공구교환시에 가공공구를 클램핑하는 그립퍼 또는 교환공구를 클램핑하는 그립퍼와 공구대의 공구장착부의 공구의 클램핑 정상 유무를 확인한다. 이러한 확인부(136)는 센서 형태로 형성되고, 확인된 신호를 제어부로 전송하여 공구교환의 정확성과 신뢰성을 확보하여 공구의 손상이나 파손을 방지한다.
이처럼, 본 발명에 따른 공작기계의 자동공구교환장치는 교환 가능한 다양한 공구를 수납하는 매거진이 이동하고, 스핀들의 상부에 설치됨에 따라 공작기계의 소형화를 도모하고, 공작기계의 제조비용을 감소하며, 공간활용도를 증가하고, 소비자의 만족도를 향상할 수 있다.
도 4 내지 도 21에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 자동공구교환장치(70)의 공구지지부(170)는 가이드부(210), 슬라이드부(220), 제3 이동부(230), 및 승하강부(240)를 포함한다.
가이드부(210)는 공구지지부(170)의 외형을 형성하고, 판 형상으로 형성된다. 가이드부(210)는 공구대(30)의 수평방향 이송축(Z축)에 대해 평행하면서 베이스부(110)에 인접하고 베이스부와 평행하게 형성된다.
슬라이드부(220)는 가이드부(210)의 상부에 이동 가능하게 설치된다.
제3 이동부(230)는 가이드부(210)의 상부에 공구대(30)의 수평방향 이송축(Z축)에 대해 평행하게 형성되어 슬라이드부(220)를 직선왕복 이동시킨다. 즉, 제3 이동부(230)는 가이드부(210)의 상부에 제1 이동부와 나란하도록 Z축 방향으로 평행하게 형성되어 제어부의 신호에 의해 작동하여 슬라이드부(220)를 Z축 방향으로 왕복 이동시킨다.
도 4 내지 도 6에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 자동공구교환장치의 공구지지부(170)의 제3 이동부(230)는 제3 리니어 가이드(231), 제3 리니어 가이드 블록(232), 및 제3 구동부(233)를 포함한다.
제3 리니어 가이드(231)는 가이드부(210)의 상부에 공구대의 수평방향 이송축(Z축)에 대해 평행하게 설치된다. 즉, 제3 리니어 가이드(231)는 상부에 Z축 방향으로 연장 설치된다.
제3 리니어 가이드 블록(232)이 제3 리니어 가이드(231)를 따라 이동 가능하게 설치된다. 이러한, 제3 리니어 가이드 블록(232)은 슬라이드부(220)와 결합되고, 제3 리니어 가이드 상에 복수개로 설치되어 슬라이드부(220)을 Z축(수평방향 이송축) 방향으로 왕복 이동시키면서 지지하는 기능을 수행한다.
제3 구동부(233)는 슬라이드부(220)를 제3 리니어 가이드를 따라 직선왕복 이동시키기 위한 동력을 발생시킨다.
이러한, 제3 리니어 가이드(231)는 LM가이드 레일로 형성될 수 있다. 또한 제3 구동부(233)는 볼스크류와 서보모터로 형성될 수 있다. 또한, 필요에 따라 제3 구동부(233)는 유압 또는 공압 실린더로 형성될 수 있다.
승하강부(240)는 슬라이드부(220)의 상부에 승하강 가능하게 설치되어 공구 교환시에 매거진에 인입되는 가공공구 또는 매거진에서 인출되는 교환공구를 지지하여 수평을 유지한다.
도 4 내지 도 6에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 자동공구교환장치의 공구지지부(170)의 승하강부(240)는 하우징부(241), 로드부(242), 보상부(243), 및 제4 구동부(244)를 포함한다.
하우징부(241)는 슬라이드부(220)의 상부에 형성되어 승하강부의 외형을 형성한다.
로드부(242)는 후술하는 제4 구동부(244)에 의해 하우징부(241)에 승하강 가능하게 설치된다.
보상부(243)는 로드부(242)의 선단에 결합되어 공구 교환시에 매거진(130)의 그립퍼(134)에 인입되는 가공공구 또는 매거진(130)의 그립퍼(134)에서 인출되는 교환공구를 지지하여 공구의 수평을 유지한다. 즉, 보상부는 공구의 길이가 길고 무게가 무거운 공구의 경우 공구의 한쪽이 중력방향으로 처짐에 따라 공구교환이 정확하게 이루어지지 않는 것을 방지하기 위해 교환이 이루어지는 공구의 일측 선단을 지지하여 수평을 유지하여 공구의 처짐을 방지한다.
제4 구동부(244)는 제어부의 신호에 의해 로드부(242)를 승하강시키기 위한 동력을 발생시킨다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 제4 구동부는 공압 또는 유압 실린더로 형성될 수 있다.
이처럼, 본 발명에 의한 자동공구교환장치는 공구지지부에 의해 매거진의 그립퍼나 공구대에 공구가 정확하게 클램핑됨에 따라 공작기계의 가공정밀도를 향상하고 진동이나 소음을 감소하며, 공구의 마모나 손상을 방지하여 공구 수명을 증대할 수 있다.
도 22를 참조하여 본 발명에 따른 자동공구교환장치의 제어방법을 설명한다. 도 22에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 자동공구교환장치의 제어방법은 도어부 개방 단계(S1), 공구대와 매거진이 서로 인접하도록 수평방향으로 각각 이동하는 단계(S2), 매거진이 경사축 방향으로 전진 이동하는 단계(S3), 공구지지부가 상승하는 단계(S4), 공구대가 매거진에서 멀어지도록 수평방향으로 이동하는 단계(S5), 공구지지부가 하강하는 단계(S6), 매거진이 회전하는 단계(S7), 공구대가 매거진에 인접하도록 수평방향으로 재이동하는 단계(S8), 공구지지부가 재상승하는 단계(S9), 매거진이 경사축 방향으로 후진 이동하는 단계(S10), 공구지지부가 재하강하는 단계(S11), 공구대와 매거진이 서로 멀어지도록 수평방향으로 각각 이동하는 단계(S12), 및 도어부 폐쇄 단계(S13)로 이루어진다.
도 7 및 도 22에 도시된 것처럼, 자동공구교환장치로 공구대에 장착된 가공공구와 매거진에 장착된 교환공구를 교환하기 위해 제어부의 신호에 의해 도어부가 개방된다.
도 8 내지 도 10 및 도 22에 도시된 것처럼, 도어부 개방 단계(S1) 이후에, 제어부의 공구대와 매거진이 서로 인접하도록 수평방향으로 각각 이동한다. 즉, 작동부의 구동에 따라 공구대가 Z축 방향으로 이동하여 도어부(또는 매거진)에 인접하도록 셋업위치로 이동하고, 제1 이동부의 구동에 따라 매거진이 도어부(또는 공구대)에 인접하도록 도어부의 개방된 곳을 통과하여 가공영역으로 일부 돌출하도록 초기위치에서 교환위치로 Z축 방향을 따라 이동한다.
도 11 내지 도 12 및 도 22에 도시된 것처럼,공구대와 매거진이 서로 인접하도록 수평방향으로 각각 이동하는 단계(S2) 이후에, 매거진의 가공공구를 클램핑하는 그립퍼가 공구대에 장착된 가공공구를 클램핑하기 위해 매거진이 경사축 방향(X1)으로 전진 이동한다. 즉, 매거진이 X1축 방향으로 공구대에 인접하도록 전진하여 교환위치로 이동한다.
도 11 내지 도 12 및 도 22에 도시된 것처럼, 매거진이 경사축 방향으로 전진 이동하는 단계(S3) 이후에, 매거진의 가공공구 그립퍼에 클램핑된 가공공구를 지지하기 위해 공구지지부가 상승한다. 즉, 가공공구가 매거진의 가공공구 그립퍼에 클램핑된 순간에 가공공구를 지지하기 위해 제어부의 신호에 의해 공구지지부의 승하강부의 로드부가 상승하여 가공공구를 지지한다.
도 13 내지 도 14 및 도 22에 도시된 것처럼, 공구지지부가 상승하는 단계(S4) 이후에, 공구대가 가공공구를 언클램핑하기 위해 공구대가 매거진에서 멀어지도록 수평방향으로 이동한다. 즉, 공구대가 매거진과 도어부에서 멀어지도록 준비위치로 Z축 방향으로 이동한다.
도 13 내지 도 14 및 도 22에 도시된 것처럼, 공구대가 매거진에서 멀어지도록 수평방향으로 이동하는 단계(S5) 이후에 공구지지부가 하강한다. 즉, 기계적 간섭에 의한 충돌을 방지하기 위해 공구지지부의 승하강부의 로드부가 하강한다.
도 15 및 도 22에 도시된 것처럼, 공구지지부가 하강하는 단계(S6) 이후에, 교환공구를 파지하는 그립퍼가 교환위치에 위치하도록 매거진이 회전한다. 즉, 가공프로그램에 따라 필요한 교환공구를 파지하는 매거진의 그립퍼가 교환위치로 이동하도록 매거진의 회전부가 작동하여 매거진이 회전한다.
도 16 및 도 22에 도시된 것처럼, 매거진이 회전하는 단계(S7) 이후에, 공구대가 교환공구를 클램핑하기 위해 공구대가 매거진에 인접하도록 수평방향으로 재이동한다. 즉, 공구대가 매거진(또는 도어부)에 인접하도록 수평방향으로 재이동한다.
도 17 및 도 22에 도시된 것처럼, 공구대가 매거진에 인접하도록 수평방향으로 재이동하는 단계(S8) 이후에, 매거진의 교환공구 그립퍼에 클램핑된 교환공구를 지지하기 위해 공구지지부가 재상승한다. 즉, 공구지지부의 승하강부의 로드부가 재상승하여 교환공구를 안정적으로 지지한다.
도 18 내지 도 19 및 도 22에 도시된 것처럼, 공구지지부가 재상승하는 단계(S9) 이후에 매거진의 교환공구를 클램핑하는 그립퍼가 공구대에 장착될 교환공구를 언클램핑하기 위해 매거진이 경사축 방향으로 후진 이동한다. 즉, 매거진이 경사축 방향으로 공구대에서 멀어지는 방향으로 후진하여 초기위치로 이동한다.
도 18 내지 도 19 및 도 22에 도시된 것처럼, 매거진이 경사축 방향으로 후진 이동하는 단계(S10) 이후에 공구지지부가 재하강한다. 즉, 공구대와 매거진의 이동에 따른 기계적 간섭에 의한 파손이나 손상을 방지하기 위해 공구지지부의 승하강부의 로드부가 재하강한다.
도 20 내지 도 22에 도시된 것처럼, 공구지지부가 재하강하는 단계(S11) 이후에 공구대와 매거진이 서로 멀어지도록 수평방향으로 각각 이동한다. 즉, 매거진은 공구대와 도어부에서 멀어지도록 초기위치로 수평방향으로 이동하고, 이와 동시에 공구대도 가공작업을 위해 도어부와 매거진에서 멀어지도록 수평방향으로 이동하여 원래의 위치로 복귀한다.
도 21 및 도 22에 도시된 것처럼, 공구대와 매거진이 서로 멀어지도록 수평방향으로 각각 이동하는 단계(S12) 이후에, 공작물의 가공시에 가공영역에서 칩이나 절삭유가 비가공영역에 비산되는 것을 방지하기 위해 도어부가 폐쇄된다.
따라서, 본 발명에 따른 자동공구교환장치의 제어방법은 매거진에 수납된 공구와 공구대에 장착된 공구를 자동으로 신속하게 교체함에 따라 공작기계의 비가공시간 최소화를 통해 공작기계의 생산성을 극대화하고, 공작기계의 신뢰성과 안정성을 향상하며, 작업자의 편의를 도모할 수 있다.
도 7 내지 도 22를 참조하여 본 발명에 따른 자동공구교환장치 및 이의 제어방법과 이를 포함하는 공작기계의 작동원리, 즉 공구대와 매거진에서의 공구교환 과정을 구체적으로 설명한다.
도 7에 도시된 것처럼, 도어부가 제어부의 신호에 의해 개방된다.
도 8에 도시된 것처럼, 도어부가 제어부의 신호에 의해 개방됨과 동시에 제어부의 신호에 의해 작동부에 구동에 따라 공구대가 Z축 방향(수평방향)으로 이동하여 도어부의 개방된 곳으로 인접하도록 셋업위치로 이동한다.
도 9 및 도 10에 도시된 것처럼, 공구대가 도어부의 개방된 곳에 인접한 곳으로 수평방향으로 이동함과 동시에, 제어부의 신호에 의해 제1 이동부의 구동에 따라 서포트부가 Z축 방향(수평방향)으로 전진하여 매거진이 도어부의 개방된 곳을 통과하여 가공영역으로 일부 돌출하도록 초기위치에서 교환위치로 이동한다. 즉, 공구교환시에 매거진과 자동공구교환장치가 서로 근접하도록 이동한다.
도 11 및 도 12에 도시된 것처럼, 제어부의 신호에 의해 제2 이동부의 구동에 의해 매거진이 X1축 방향(경사축 방향)으로 전진 이동한다. 즉, 매거진이 X1축 방향으로 공구대에 인접하도록 전진하여 교환위치로 이동한다. 이에 따라 매거진의 빈 그립퍼에 공구대의 가공공구가 클램핑 된다.
도 11 및 도 12에 도시된 것처럼, 매거진의 빈 그립퍼에 공구대의 가공공구가 클램핑되는 순간에 제어부의 신호에 의해 제4 구동부가 작동하여 승하강부의 로드부가 상승하고, 슬라이드부가 매거진의 그립퍼에 클램핑된 가공공구를 지지하여 수평을 유지한다. 이후, 확인부가 매거진의 빈 그립퍼에 공구대의 가공공구가 정확하게 클램핑된 것을 확인하고, 이에 대한 신호를 제어부에 전달한다.
도 13 및 도 14에 도시된 것처럼, 제어부가 확인부로부터 정상 클램핑 신호를 수신하면, 제어부의 신호에 의해 공구대가 Z축 방향으로 이동한다. 즉, 공구대가 도어부에서 멀어지는 방향인 준비위치로 이동한다.
도 13 및 도 14에 도시된 것처럼, 공구대가 도어부에서 멀어짐과 동시에 제어부의 신호에 의해 제4 구동부가 작동하여 승하강부의 로드부가 하강한다.
도 15에 도시된 것처럼, 승하강부의 로드부가 하강함과 동시에 제어부의 신호에 의해 회전부가 작동하여 가공프로그램에 따라 필요한 교환공구를 파지하는 그립퍼가 교환위치로 이동하도록 매거진의 회전부가 작동하여 공구수납부의 회전이 이루어진다. 즉, 매거진이 대기위치에서 공구수납부가 회전하여 교환공구를 파지하는 그립퍼가 교환위치로 이동하게 된다.
도 16에 도시된 것처럼, 공구수납부의 회전후에, 제어부의 신호에 의해 공구대가 다시 도어부에 인접하도록 수평방향으로 이동한다. 즉, 공구대가 다시 셋업위치로 이동한다.
도 17에 도시된 것처럼, 공구대가 셋업위치로 재이동하면 제어부의 신호에 의해 제4 구동부가 작동하여 승하강부의 로드부가 상승하고, 슬라이드부가 매거진의 그립퍼에 클램핑된 교환공구를 지지하여 수평을 유지한다.
도 18 및 도 19에 도시된 것처럼, 로드부가 상승하여 교환공구의 수평을 유지한 후에, 제어부의 신호에 의해 제2 이동부의 구동에 의해 매거진이 X1축 방향(경사축 방향)으로 후진 이동한다. 즉, 매거진이 X1축 방향으로 공구대에서 멀어지도록 후진하여 초기위치로 이동한다. 이에 따라 매거진의 그립퍼에 수납된 교환공구를 공구대에 장착하여 공구대가 교환공구를 클램핑하게 된다.
도 18 및 19에 도시된 것처럼, 공구대가 교환공구를 클램핑하고, 매거진이 X1축 방향으로 후진함과 동시에 확인부가 매거진의 교환공구를 그립핑한 그립퍼에 교환공구가 언클램핑된 것을 확인하고, 이에 대한 신호를 제어부에 전달한다. 제어부의 신호에 의해 제4 구동부가 작동하여 승하강부의 로드부가 하강한다.
도 20에 도시된 것처럼, 매거진이 경사축 방향으로 후진하고, 로드부가 하강한 후에, 제어부의 신호에 의해 제1 이동부의 구동에 따라 매거진이 도어부에서 멀어지는 방향으로 수평방향으로 이동하고, 제어부의 신호에 의해 작동부의 구동에 따라 공구대도 도어부에서 멀어지는 방향으로 수평방향으로 이동한다. 즉, 제어부의 신호에 의해 매거진이 초기위치로 이동하도록 Z축 방향으로 후진하고, 공구대도 가공작업을 위해 원래 위치로 복귀하게 된다.
도 21에 도시된 것처럼, 매거진이 초기위치로 이동하고, 공구대가 원래 위치로 복귀하는 동안에 공작물의 가공시에 가공영역에서의 칩이나 절삭유가 비가공영역에 비산되는 것을 방지하기 위해 제어부의 신호에 의해 도어부가 닫히게 된다.
이처럼, 본 발명에 따른 공작기계의 자동공구교환장치 및 이를 포함하는 공작기계는 선반과 같은 수평형 터닝센터에서 공구대와 매거진이 모두 이동하여 자동으로 공구교환을 수행하고, 매거진이 공구대와 평행하도록 수평방향으로 설치되며, 공구가 매거진에 공구대와 평행하도록 수평방향으로 설치됨에 따라 공구대에 장착된 공구와 매거진에 수납된 공구를 자동으로 신속하게 교체하여 공구교체에 따른 시간과 인력을 감소하고, 공작기계의 비가공시간 최소화를 통해 공작기계의 생산성을 극대화하며, 공작기계의 신뢰성과 안정성을 향상하고, 공작기계의 소형화를 도모하여 제조비용을 절감하며, 비가공 영역에 설치됨에 따라 칩이나 절삭유 등으로부터 손상이나 파손되는 것을 예방하여 유지비용과 유지시간을 절감하고, 작업자의 편의를 도모하며 공구교환시에 발생하는 안전사고를 미연에 방지할 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.

Claims (15)

  1. 스핀들에 설치되는 베이스부;
    상기 베이스부에 이동 가능하게 설치되는 서포트부;
    복수의 공구를 수납하고, 상기 서포트부에 이동 가능하게 설치되는 매거진; 및
    상기 서포트부와 상기 매거진을 이동시키기 위한 이동부;를 포함하고,
    공구 교환시에 상기 매거진과 베드에 설치되는 공구대가 서로 근접하도록 상기 매거진과 상기 공구대가 모두 이동하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 자동공구교환장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 매거진은 상기 공구대와 평행하도록 수평방향으로 설치되고,
    상기 매거진에 수납되는 공구는 상기 공구대와 평행하도록 수평방향으로 설치되는 것을 특징으로 하는 공작기계의 자동공구교환장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 베이스부는,
    상기 스핀들의 상부에 형성되는 결합부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 자동공구교환장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 베이스부는,
    상기 스핀들의 상부에 상기 공구대의 수직방향 이송축에 대해 평행하거나 경사지게 형성되는 경사부;를 더 포함하고,
    상기 결합부는 상기 경사부의 상부에 설치되는 것을 특징으로 하는 자동공구교환장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 이동부는,
    상기 베이스부의 상부에 상기 공구대의 수평방향 이송축에 대해 평행하게 형성되어 상기 서포트부를 직선왕복 이동시키는 제1 이동부; 및
    상기 서포트부의 상부에 상기 제1 이동부와 직교하도록 형성되어 상기 매거진을 직선왕복 이동시키는 제2 이동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 자동공구교환장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 매거진은,
    상기 제2 이동부에 결합 설치되는 본체부;
    상기 본체부에서 상기 수평방향 이송축에 평행하게 연장 형성되고, 회전 가능하게 설치되는 회전축부;
    상기 회전축부의 회전중심을 기준으로 방사상으로 복수의 공구를 수납하는 복수의 그립퍼부를 구비하고, 상기 회전축부에 결합되어 상기 회전축부의 회전에 의해 회전하는 공구수납부; 및
    상기 회전축부를 회전시키는 동력을 발생하는 회전부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 자동공구교환장치.
  7. 제1항에 있어서,
    공구 교환시에 상기 매거진과 독립적으로 이동하여 상기 매거진에 수납되는 공구를 지지하는 공구지지부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 자동공구교환장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 공구지지부는,
    상기 공구대의 수평방향 이송축에 대해 평행하면서 상기 베이스부에 인접하고 상기 베이스부와 평행하게 형성되는 가이드부;
    상기 가이드부에 이동 가능하게 설치되는 슬라이드부;
    상기 가이드부에 상기 공구대의 수평방향 이송축에 대해 평행하게 형성되어 상기 슬라이드부를 직선왕복 이동시키는 제3 이동부; 및
    상기 슬라이드부에 승하강 가능하게 설치되어 공구 교환시에 상기 매거진에 인입 또는 인출되는 공구의 수평을 유지하는 승하강부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 자동공구교환장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 승하강부는,
    상기 슬라이드부의 상부에 형성되는 하우징부;
    상기 하우징부에 승하강 가능하게 설치되는 로드부;
    상기 로드부의 선단에 결합되어 공구 교환시에 상기 매거진의 그립퍼에 인입 또는 인출되는 공구의 처짐을 방지하는 보상부; 및
    상기 로드부를 승하강시키기 위한 동력을 발생시키는 제4 구동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동공구교환장치.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 매거진은,
    공구교환시에 공구의 클램핑 유무를 확인하는 확인부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 자동공구교환장치.
  11. 공구대와 매거진이 서로 인접하도록 수평방향으로 각각 이동하는 단계;
    상기 매거진의 가공공구를 클램핑하는 그립퍼가 상기 공구대에 장착된 가공공구를 클램핑하기 위해 상기 매거진이 경사축 방향으로 전진 이동하는 단계;
    상기 공구대가 가공공구를 언클램핑하기 위해 상기 공구대가 상기 매거진에서 멀어지도록 수평방향으로 이동하는 단계;
    교환공구를 파지하는 그립퍼가 교환위치에 위치하도록 상기 매거진이 회전하는 단계;
    상기 공구대가 교환공구를 클램핑하기 위해 상기 공구대가 상기 매거진에 인접하도록 수평방향으로 재이동하는 단계;
    상기 매거진의 교환공구를 클램핑하는 그립퍼가 상기 공구대에 장착될 교환공구를 언클램핑하기 위해 상기 매거진이 경사축 방향으로 후진 이동하는 단계; 및
    상기 공구대와 상기 매거진이 서로 멀어지도록 수평방향으로 각각 이동하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동공구교환장치의 제어방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 매거진이 경사축 방향으로 전진 이동하는 단계 이후에 상기 매거진의 가공공구 그립퍼에 클램핑된 상기 가공공구를 지지하기 위해 상기 공구지지부가 상승하는 단계;
    상기 공구대가 상기 매거진에서 멀어지도록 수평방향으로 이동하는 단계 이후에 상기 공구지지부가 하강하는 단계;
    상기 공구대가 상기 매거진에 인접하도록 수평방향으로 재이동하는 단계 이후에 상기 매거진의 교환공구 그립퍼에 클램핑된 상기 교환공구를 지지하기 위해 상기 공구지지부가 재상승하는 단계; 및
    상기 매거진이 경사축 방향으로 후진 이동하는 단계 이후에 상기 공구지지부가 재하강하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동공구교환장치의 제어방법.
  13. 제11항에 있어서,
    도어부가 개방되는 단계; 및
    상기 매거진과 상기 공구대가 서로 멀어지도록 수평방향으로 각각 이동하는 단계 이후에 상기 도어부가 폐쇄되는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동공구교환장치의 제어방법.
  14. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자동공구교환장치를 포함하는 공작기계.
  15. 제14항에 있어서,
    베드;
    상기 베드에 설치되어 공작물을 회전시키는 스핀들;
    공구가 장착되고 상기 베드에 이동 가능하게 설치되어 상기 공작물을 가공하는 공구대;
    상기 공구대를 이송시키기 위한 작동부;
    상기 공작물이 가공되는 가공영역과 비가공영역을 구획하는 커버부; 및
    상기 커버부에 슬라이드 개폐 가능하게 설치되는 도어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계.
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