WO2021095924A1 - 극저온 냉각 공구 예비 냉각을 위한 머시닝 센터 및 이의 제어방법 - Google Patents

극저온 냉각 공구 예비 냉각을 위한 머시닝 센터 및 이의 제어방법 Download PDF

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WO2021095924A1
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tool
tool assembly
assembly
time
spindle
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PCT/KR2019/015535
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남정수
김태곤
김효영
이석우
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한국생산기술연구원
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q11/00—Accessories fitted to machine tools for keeping tools or parts of the machine in good working condition or for cooling work; Safety devices specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools
    • B23Q11/10—Arrangements for cooling or lubricating tools or work
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q11/00—Accessories fitted to machine tools for keeping tools or parts of the machine in good working condition or for cooling work; Safety devices specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools
    • B23Q11/12—Arrangements for cooling or lubricating parts of the machine

Definitions

  • the present invention relates to a machining center and a control method thereof, and more particularly, to a machining center for preliminary cooling of a cryogenic cooling tool and a control method thereof.
  • liquid nitrogen (LN2) is used as a refrigerant for cryogenic processing.
  • a method of supplying from the outside of the spindle and a method of passing through the inside of the spindle are used.
  • a coolant channel is formed in the spindle through a draw bar.
  • the present invention is a problem to be solved to provide a machining center capable of performing preliminary cooling of a tool to be used in a next machining process and a control method thereof based on a preliminary cooling time for each tool and an entire machining schedule using a plurality of tools. It should be.
  • a machining center that performs cryogenic machining through a plurality of tool assemblies each including a tool holder equipped with a tool, provided to transmit rotational force to the tool And a spindle assembly including a spindle having a tool grip part to which a tool holder mounted with a tool is detachably mounted, a coolant supply part for supplying cryogenic coolant to the spindle assembly, a plurality of grip parts provided to seat the tool holder of the tool assembly, and Including a tool replacement unit including a driving unit for moving each grip unit, a precooling unit for supplying cryogenic refrigerant to the tool side of the tool holder seated on at least one grip unit, a processing time and a precooling time for a plurality of tool assemblies
  • a machining center including a control unit for controlling a spindle assembly, a refrigerant supply unit, and a pre-cooling unit based on the tool change time information is provided.
  • control unit supplies a cryogenic refrigerant to the spindle assembly when processing is performed in the order of the first tool assembly and the second tool assembly, while processing the object to be processed with the first tool assembly, based on the tool change time information. It is provided to perform preliminary cooling by supplying a cryogenic refrigerant to the second tool assembly seated on the grip.
  • a method for controlling a machining center including a spindle on which a tool holder is interchangeably mounted and performing cryogenic processing through a plurality of tool assemblies each including a tool holder mounted with a tool
  • a control method of the machining center comprising a.
  • machining center based on the entire machining schedule through a plurality of tools and the precooling time for each tool, preliminary cooling of the next tool is effectively performed. It can be done, and when the tool is replaced, it has the effect of easy removal of the existing tool holder.
  • FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a control method of a machining center.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a machining center related to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a schematic view of a spindle assembly.
  • FIG. 4 is a schematic view showing a cross section of a main part of the spindle assembly.
  • FIG. 5 is a schematic view showing a cross section of a main part in a state in which the spindle and the tool assembly are coupled.
  • FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a control method of a machining center
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a machining center 10 related to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic view of the spindle assembly 20
  • FIG. 4 is a schematic view showing a cross section of a main part of the spindle assembly
  • FIG. 5 is a schematic view showing a cross section of the main part in a state in which the spindle and the tool assembly are coupled.
  • the machining center 10 related to an embodiment of the present invention includes a spindle assembly 20, a refrigerant supply unit 110, a tool replacement unit 70, a pre-cooling unit 100, and a control unit. Includes 50.
  • the control unit 50 is provided to control the operation of the refrigerant supply unit 100, the pre-cooling unit 100, the spindle assembly 20, and the tool replacement unit 70.
  • the spindle assembly 20 is equipped with a tool holder 32 in which a tool 31 (eg, a cutting tool) for processing an object to be processed is pre-mounted.
  • a tool 31 eg, a cutting tool
  • the tool holder 32 on which the tool 31 is mounted is referred to as a tool assembly 30.
  • the tool assembly 30 is separated from the spindle 23 and replaced with the tool assembly 130 in which the new tool 131 is mounted. That is, in this document, tool replacement means replacement of the tool assembly 30.
  • the machining center 10 performs cryogenic machining through a plurality of tool assemblies 30 and 130 each including a tool holder equipped with a tool. That is, the cryogenic processing of the object to be processed is performed through the first to Nth (N>1, natural number) tool assemblies.
  • N N>1, natural number
  • the cryogenic processing when the processing of a plurality of tool assemblies is completed through the corresponding tool assembly, the tool assembly is replaced with a subsequent tool assembly, and the cryogenic processing is continuously performed. In the entire machining process, a particular tool assembly may be used more than once (reusable).
  • the plurality of tool assemblies may include first and second tool assemblies, and in this case, first and second tool assemblies may be used in sequence.
  • the plurality of tool assemblies may include first to third tool assemblies, and in this case, a first tool assembly, a second tool assembly, and a third tool assembly may be used in sequence.
  • the processing time (use time) of the plurality of tool assemblies is determined for each tool, and is stored in the control unit 50.
  • the processing time may be determined by a tool shape (diameter, length, etc.) and a tool holder type, and is stored in advance in the memory unit of the control unit 50.
  • the preliminary cooling time for each tool is stored in the memory unit of the control unit 50.
  • the pre-cooling time for each tool means a time to reach a predetermined target temperature while supplying a cryogenic refrigerant to the inside, and may vary according to the target temperature value.
  • the target temperature may be arbitrarily determined to be within the operating temperature of the cryogenic refrigerant and a predetermined value (eg, about 0°C to 30°C).
  • a tool change time may be calculated through the machining time and preliminary cooling time for each tool. That is, the tool change time information (also referred to as'tool change information') includes processing time for each tool and preliminary cooling time for each tool. In addition, the tool change time information includes machining time for each tool, machining times for each tool (1st, 2nd, etc. when reused), and preliminary cooling time for each tool.
  • the tool change time information includes machining time for each tool, machining times for each tool (1st, 2nd, etc. when reused), and preliminary cooling time for each tool.
  • the preliminary cooling start time may mean a time at which the preliminary cooling time is determined to be completed before replacing the subsequent tool assembly in consideration of the preliminary cooling time.
  • the machining center 10 is provided to transmit a rotational force to the tool 31, and the tool grip part 25 to which the tool holder 32 on which the tool 31 is mounted is detachably mounted.
  • a spindle assembly 20 comprising a spindle 23 having ).
  • the machining center 10 includes a refrigerant supply unit 110 for supplying a cryogenic refrigerant to the spindle assembly 20.
  • the machining center 10 includes a plurality of grip portions 71 and 72 provided so that the tool holders 32 and 132 of the tool assemblies 30 and 130 are seated, and a driving unit for moving each of the grip portions 71 and 72 ( Including a tool replacement part 70 including 80), the machining center 10 is preliminary cooling for supplying cryogenic refrigerant to the tool 131 side of the tool holder 132 seated on at least one grip part 72 Includes part 100.
  • the spindle assembly 20 is connected to a refrigerant supply unit to which a cryogenic refrigerant (eg, liquid nitrogen) is supplied, and the cryogenic refrigerant passes through the spindle assembly 20 and is transmitted to the tool side.
  • a cryogenic refrigerant eg, liquid nitrogen
  • the spindle assembly 20 is provided to give a rotational force so that the tool 31 can rotate about a rotation axis (C, also referred to as a'center axis'). Further, the spindle assembly 20 includes a spindle 23, an outer drawbar 22 and an inner drawbar 21.
  • the spindle 23 is connected to the driving unit 40 (for example, a spindle motor) (also referred to as a'first driving unit'), rotates together with the rotation of the spindle motor, and transmits rotational force to the tool assembly 30 do.
  • the spindle 23 is provided to transmit a rotational force to the tool 31, and has a tool grip part 25 to which the tool holder 32 on which the tool 31 is mounted is detachably mounted.
  • the tool grip part 25 is provided to selectively fix the mounting part 32a of the tool holder 32. That is, the tool grip part 25 is provided to fix the mounting part 32a of the tool holder 32 or to release the fixation of the tool holder with respect to the mounting part 32a.
  • the spindle assembly 20 is a hollow outer drawbar 22 disposed inside the spindle 23, and an inner drawbar 22 disposed inside the outer drawbar 22 and having a refrigerant passage S1 for flowing a cryogenic coolant. Includes a bar (21).
  • the spindle 23 has a drawbar insertion space along the central axis (C) direction so that the drawbars 21 and 22 in the form of a double pipe can be disposed therein. At this time, when the inner drawbar 21 and the outer drawbar 22 are disposed inside the spindle 23, they are arranged to share the same central axis.
  • a predetermined space S2 is formed between the outer and inner drawbars 22 and 21.
  • the inner drawbar 21 is located. That is, the inner drawbar 21 and the outer drawbar 22 are arranged concentrically, and the inner diameter of the outer drawbar 22 is set larger than the outer diameter of the inner drawbar 21.
  • the space S2 may be maintained in a vacuum state, air may be supplied from the outside, or may be maintained in a state isolated from the external space.
  • drawbars 21 and 22 shown in FIG. 4 extend through the tool grip part 25 to supply cryogenic coolant into the tool holder 32.
  • the control unit 50 includes the spindle assembly 20, the refrigerant supply unit 110, and the pre-cooling unit ( 100).
  • the processing time of the first tool assembly 30 is t1
  • the processing time of the second tool assembly 130 may be t2.
  • the time to replace the tool with the second tool assembly 130 may be e1
  • the preliminary cooling time of the second tool may be n1.
  • the machining time t1 of the first tool assembly 30 may be longer than the precooling time n1 of the second tool of the second tool assembly.
  • first and second symbols of the first tool assembly 30 and the second tool assembly 130 refer to the preceding relationship only, and the first tool assembly 30 is a tool assembly in which processing is first started. It is not limited to what means.
  • control unit 50 supplies a cryogenic refrigerant to the spindle assembly 20 when processing is performed in the order of the first tool assembly and the second tool assembly, while processing the object to be processed with the first tool assembly 30.
  • control unit 50 may be configured before the processing time of the first tool assembly 30 is completed.
  • a cryogenic refrigerant is supplied to the second tool assembly 130 to perform preliminary cooling. Can be.
  • the processing time of the first tool assembly 30 is t1, and the second tool assembly
  • the machining time of 130 may be t2, and the machining time of the third tool assembly 230 may be t3.
  • the time to replace the tool with the second tool assembly 130 may be e1, and the time to replace the tool with the third tool assembly 230 may be e2.
  • the precooling time of the second tool may be n1, and the precooling time of the third tool of the third tool assembly 230 may be n2.
  • reference numeral n3 denotes a preliminary cooling time of the fourth tool assembly (not shown).
  • the control unit 50 when the pre-cooling time of the third tool assembly 230 is longer than the processing time of the second tool assembly, the control unit 50, while processing the object to be processed with the first tool assembly 30, at least At a specific point in time, it may be provided to perform preliminary cooling of the second tool assembly 130 and the third tool assembly 230 at the same time. That is, the control unit 50 is provided to simultaneously supply the cryogenic refrigerant to the second tool assembly 130 and the third tool assembly 230 at a specific time.
  • the control unit 50 sets the second precooling time to be different from the first precooling time (the second precooling time is the first precooling time May be shorter), may be provided to determine a preliminary cooling start time based on the second precooling time.
  • the cryogenic refrigerant supplied to the tool assembly to be replaced may be delivered from the refrigerant supply unit 110 described above.
  • the pre-cooling unit 100 may be detachably mounted on the tool holder 132 of the tool assembly 130 to be replaced.
  • the precooling unit 100 may have a refrigerant flow channel to supply a cryogenic refrigerant to the tool holder 132 of the tool assembly 130 to be replaced.
  • the pre-cooling unit 100 may be connected to the refrigerant supply unit 110 so that the refrigerant is movable.
  • the control unit 50 may control the refrigerant to be supplied from the refrigerant supply unit 110 to the preliminary cooling unit 100 or to stop the supply.
  • the control unit 50 attaches the precooler 100 to the tool holder 132 of the tool assembly 130 to be replaced, or separates it from the tool holder 132 It can be controlled as much as possible.
  • the tool replacement unit 70 may include a known carrier type and/or a turret type.
  • the precooling unit 100 may be provided to supply a cryogenic refrigerant to a tool assembly mounted on a turret, or may be provided to supply a cryogenic coolant to a tool assembly mounted on a carrier.
  • the machining center 10 is based on the time of replacement of the tool assemblies 30 and 130 (see Figs. 2 and 5), the thermal energy and vibration energy toward the boundary area B between the tool holder 32 and the spindle 23. And one or more energy sources 60 provided to apply one or more of them.
  • a cryogenic refrigerant flows inside, and during extremely low-pore processing in which the spindle rotates, the boundary area between the tool holder 32 and the spindle 23 (B)
  • freezing occurs in the region including the boundary point M between the outer periphery of the tool holder 32 and the outer periphery of the spindle 23.
  • the spindle assembly 20 is provided on the spindle 23, and is provided to spray air toward the tool holder 32 while the tool holder 32 is mounted on the tool grip part 25. It may include one or more air nozzles 90.
  • the air may be dry air.
  • the air nozzle 90 is provided in a plurality on the spindle 23, for example, the plurality of air nozzles 90 are rotated relative to the central axis (C) of the spindle 23 (R) ( Alternatively, it may be arranged at a predetermined interval along the circumferential direction). In addition, the plurality of air nozzles 90 may be provided to inject air to different points of the tool holder 32 along the circumferential direction with respect to the central axis of the spindle 23.
  • the air nozzle 90 may be provided to enable adjustment of one or more of an injection angle and an injection amount.
  • at least one air nozzle 90 may be provided to enable adjustment of one or more of an injection angle and an injection amount.
  • the air nozzle 90 may be provided to inject air to a region including the boundary point M between the outer periphery of the tool holder 32 and the outer periphery of the spindle 23.
  • the air nozzle 90 injects air to a region including a boundary point M between the outer circumference of the tool holder 32 and the outer circumference of the spindle 23 Can be arranged to do.
  • control unit 50 may control the spindle 23 and the air nozzle 90.
  • the control unit 50 refers to a central control unit that controls the machining center 10.
  • the control unit 50 may be provided to adjust the on/off, injection amount, and/or grinding angle of the air nozzle 90.
  • the air nozzle 90 operates to inject air toward the tool holder 32 during cryogenic processing, that is, when the spindle 23 rotates. Is arranged to work on. Specifically, the control unit 50 is provided to operate the air nozzle 90 while the spindle 23 is rotated.
  • control unit 50 may be provided to operate the air nozzle 90 while the cryogenic refrigerant flows inside the spindle 23.
  • the spindle assembly 20 may include a measuring unit for detecting a frozen state of the boundary area between the tool holder and the spindle.
  • the measuring unit may be provided to detect the degree of freezing, the frozen range, and the like.
  • the controller 50 may control the air nozzle 90 according to the detected freezing state.
  • the air nozzle 90 may be provided to be able to adjust one or more of the temperature, humidity, injection angle, and injection amount of the air to be injected.
  • the spindle assembly 20 further includes an air supply source (not shown) for supplying air to the air nozzle 90 and one or more filters (not shown) provided between the air supply source and the air nozzle 90 can do.
  • the energy source 60 may be provided to be located inside the spindle 23 or may be provided in the tool replacement part 70.
  • the spindle assembly 20 is located inside the spindle 23, provided to apply one or more of thermal energy and vibration energy toward the boundary region (B) between the tool holder 32 and the spindle 23. It may include one or more energy sources 60.
  • the energy source 60 is disposed inside the spindle 23 and is provided to transfer energy to the boundary region B between the tool holder 32 and the spindle 23 when operating.
  • the energy source 60 may be provided to transmit energy to an area including the boundary point M between the outer periphery of the tool holder 32 and the outer periphery of the spindle 23.
  • the boundary area B between the tool holder 32 and the spindle 23 may include a boundary point M between the outer periphery of the tool holder 32 and the outer periphery of the spindle 23.
  • Energy source 60 may include one or more heaters. When the energy source 60 is a heater, the location of the heater, the operating time, and the amount of heat generated so that heat energy is transferred to the region including the boundary point M between the outer circumference of the tool holder 32 and the outer circumference of the spindle 23 Etc. can be determined.
  • the energy source 60 may include one or more vibrators.
  • the position, number, output, etc. of the vibrators are transmitted to the region including the boundary point M between the outer periphery of the tool holder 32 and the outer periphery of the spindle 23. Can be determined.
  • the energy source 60 is the boundary region B between the tool holder 32 and the spindle 23 along the circumferential direction (R, also referred to as'rotation direction') with respect to the central axis C of the spindle 23. ) May be provided to transmit energy to a plurality of points.
  • a plurality of heaters may be arranged inside the spindle 23 along the circumferential direction (R, also referred to as'rotation direction') based on the central axis C of the spindle 23, or the spindle 23
  • a plurality of vibrators may be arranged inside the spindle 23 along the circumferential direction (R, also referred to as'rotation direction') with respect to the central axis C of the.
  • the energy source 60 may be provided to receive power through a power supply unit provided in the machining center 10.
  • control unit 50 may control the energy source 60 and the spindle 23.
  • the controller 50 may control on/off of the energy source 60 and control the rotation of the spindle 23 by controlling the driving unit 40.
  • the energy source 60 is provided to operate upon replacement of the tool assemblies 30 and 130. That is, when an object is processed with the tool 31 while the cryogenic refrigerant flows into the spindle 23, it is frozen in the area including the boundary point M between the outer periphery of the tool holder 32 and the outer periphery of the spindle 23.
  • the energy source operates, heat energy or vibration energy is applied to the boundary region B, thereby performing a function of releasing the frozen state.
  • the control unit 50 is provided to operate the energy source 60.
  • control unit 50 is provided to operate the energy source 60 in a state in which the cryogenic refrigerant flow is stopped in the spindle 23.
  • the tool replacement part 70 includes a plurality of grip parts 71 and 72 provided to insert and separate the tool holder 32 and each grip part. And a driving unit 80 (also referred to as a “second driving unit”) for moving.
  • At least one of the spindle assembly 20 and the tool replacement unit 70 may be provided to be movable.
  • the spindle assembly 20 may be provided to be movable (elevating) toward the tool replacement unit 70
  • the tool changing unit 70 may be provided to be movable (elevating) toward the spindle assembly 20 It could be.
  • the tool replacement part 70 may have first and second grip parts, that is, at least two grip parts 71 and 72. At this time, the first grip part 72 may be pre-cooled and the tool assembly 130 to be replaced may be seated, and the second grip part 71 is provided so that the tool assembly 30 mounted on the spindle assembly 20 is seated. Can be.
  • the control unit 50 moves at least one of the tool replacement unit 70 and the spindle assembly 20 to replace the spindle assembly 20 and the tool.
  • the distance (d) between the grip portions of the portion 70 can be adjusted.
  • the control unit 50 may operate the energy source 60 in response to a tool change.
  • control unit 50 may be provided to operate the energy source 60 when at least one of the grip part and the spindle assembly of the tool change part is moved to replace the tool holder.
  • control unit 50 may be provided to operate the energy source 60 when the tool holder 32 of the spindle assembly 20 contacts the grip portion of the tool replacement unit 70.
  • control unit 50 may be provided to operate the energy source 60 when the distance d between the spindle assembly 20 and the grip part of the tool replacement part 70 is less than or equal to a predetermined value.
  • control unit 50 is provided to operate the energy source 60 while the rotation of the spindle 23 is stopped.
  • control unit 50 is provided to operate the energy source 60 in a state in which the cryogenic refrigerant flow is stopped in the spindle 23.
  • the machining center 10 may further include a measuring unit (not shown) for detecting a frozen state of the boundary area between the tool holder 32 and the spindle 23.
  • the measurement unit may include a temperature sensor.
  • the measuring unit may be provided to detect the degree of freezing, the frozen range, and the like.
  • the controller 50 may control the energy source 60 according to the sensed freezing state.
  • the controller 50 may be provided to adjust at least one of ON/OFF of the heater, an amount of heat generated, and a heat generation time according to the refrigeration state.
  • the spindle assembly 20 and the machining center 10 can prevent freezing by spraying air to the tool holder 32 during cryogenic processing, and when replacing the tool, the energy source 60 is When activated, the tool holder can be easily removed, and the overall machining time can be shortened by pre-cooling the next tool prior to tool change.
  • the present control method relates to a control method of the machining center 10 including a spindle on which a tool holder is interchangeably mounted, and performs cryogenic processing through a plurality of tool assemblies each including a tool holder equipped with a tool. .
  • the control method of the machining center includes tool replacement information including the processing time of the tool assembly and the pre-cooling time of the next tool assembly when cryogenic processing of the object to be processed is performed with a plurality of tool assemblies.
  • tool replacement information including the processing time of the tool assembly and the pre-cooling time of the next tool assembly when cryogenic processing of the object to be processed is performed with a plurality of tool assemblies.
  • Steps (a) and (b) are performed by the control unit 50, respectively.
  • step (b) when the pre-cooling time of the second tool assembly is longer than the processing time of the first tool assembly, the second tool assembly is completed before the processing time of the first tool assembly is completed.
  • the cryogenic refrigerant may be supplied to the second tool assembly to complete the preliminary cooling of the first tool assembly to perform the preliminary cooling.
  • step (b) when the control unit 50 performs processing in the order of the first tool assembly, the second tool assembly, and the third tool assembly, the pre-cooling time of the third tool assembly is the processing time of the second tool assembly.
  • preliminary cooling of the second tool assembly and the third tool assembly may be performed at the same time.
  • the second pre-cooling time is set different from the first pre-cooling time, and based on the second pre-cooling time, the pre-cooling The starting point can be determined.
  • control method may include applying at least one of thermal energy and vibration energy to the boundary region between the tool holder and the spindle, based on the time of replacement of the tool assembly.
  • a machining center and a control method thereof related to at least one embodiment of the present invention based on the entire machining schedule through a plurality of tools and the precooling time for each tool, it is possible to effectively perform preliminary cooling of the next tool, and tool replacement In this case, the removal of the existing tool holder has an easy effect.

Landscapes

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Abstract

본 발명은 머시닝 센터 및 이의 제어방법에 관한 것으로, 특히, 극저온 냉각 공구 예비 냉각을 수행할 수 있는 머시닝 센터 및 이의 제어방법에 관한 것이다.

Description

극저온 냉각 공구 예비 냉각을 위한 머시닝 센터 및 이의 제어방법
본 발명은 머시닝 센터 및 이의 제어방법에 관한 것으로, 특히, 극저온 냉각 공구 예비 냉각을 위한 머시닝 센터 및 이의 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 극저온 가공에 액화질소(LN2)가 냉매로 사용되고 있다. 이러한 극저온 냉매의 공급방식으로는 스핀들 외부에서 공급하는 방식과, 스핀들 내부를 관통하는 방식이 사용되고 있다.
특히, 스핀들 내부를 극저온 냉매가 관통하는 경우, 스핀들 내부에 드로우바를 통해 냉매 채널이 형성된다.
한편, 대상물 가공 시, 복수 개의 공구가 가공 공정 별로 교체되어 사용되는데, 차기 공정의 공구로 교체되어, 후속 공정에 사용될 공구가 스핀들에 장착되면, 새로운 공구는 극저온 가공에 요구되는 동작 온도까지 냉각되어야 하므로, 교체 후 바로 가공대상물을 가공하지 못하는 문제가 발생한다.
또한, 공구 교체 시, 기존 공구홀더 및 스핀들 사이의 경계영역에 동결이 발생함에 따라, 공구 교체가 원활히 이루어지지 않고, 이에 따라 전체 가공 시간이 증가하는 문제가 발생한다.
본 발명은, 복수 개의 공구를 이용한 전체 가공 스케줄 및 공구 별 예비 냉각 시간에 기초하여, 차기 가공 공정에 사용될 공구의 예비 냉각을 수행할 수 있는 머시닝 센터 및 이의 제어방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
또한, 본 발명은 극저온 가공 시, 공구 홀더의 동결을 방지함에 따라, 공구 홀더의 탈착을 용이하게 진행할 수 있는 머시닝 센터 및 이의 제어방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 공구가 장착된 공구홀더를 각각 포함하는 복수 개의 공구 조립체를 통해 극저온 가공을 수행하는 머시닝 센터에 있어서, 공구에 회전력을 전달하도록 마련되며, 공구가 장착된 공구 홀더가 분리 가능하게 장착되는 공구 그립부를 갖는 스핀들을 포함하는 스핀들 조립체, 스핀들 조립체로 극저온 냉매를 공급하기 위한 냉매 공급부, 공구 조립체의 공구 홀더가 안착되도록 마련된 복수 개의 그립부 및 각각의 그립부를 이동시키기 위한 구동부를 포함하는 공구 교체부, 적어도 하나의 그립부에 안착된 공구 홀더의 공구 측으로 극저온 냉매를 공급하기 위한 예비 냉각부, 복수 개의 공구 조립체의 가공 시간 및 예비 냉각 시간을 포함하는 공구 교체 시점 정보에 기초하여, 스핀들 조립체, 냉매 공급부 및 예비 냉각부를 제어하기 위한 제어부를 포함하는 머시닝 센터가 제공된다.
또한, 제어부는, 제1 공구 조립체 및 제2 공구 조립체 순서로 가공을 진행할 때, 스핀들 조립체에 극저온 냉매를 공급하며 제1 공구 조립체로 가공대상물을 가공하는 도중에, 상기 공구 교체 시점 정보에 기초하여 소정 그립부에 안착된 제2 공구조립체로 극저온 냉매를 공급하여 예비 냉각을 수행하도록 마련된다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 공구가 장착된 공구홀더를 각각 포함하는 복수 개의 공구 조립체를 통해 극저온 가공을 수행하며, 공구 홀더가 교체 가능하게 장착된 스핀들을 포함하는 머시닝 센터의 제어방법에 있어서, 복수 개의 공구 조립체로 가공 대상물의 극저온 가공이 진행될 때, 공구 조립체의 가공 시간 및 차기 공구 조립체의 예비 냉각 시간을 포함하는 공구 교체 정보를 생성하는 단계 (a) 및 제1 공구 조립체 및 제2 공구 조립체 순서로 가공을 진행할 때, 스핀들에 극저온 냉매를 공급하며 제1 공구 조립체로 가공대상물을 가공하는 도중에, 상기 공구 교체 정보에 기초하여 제2 공구조립체로 극저온 냉매를 공급하는 단계 (b)를 포함하는 머시닝 센터의 제어방법이 제공된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 적어도 일 실시예와 관련된 머시닝 센터 및 이의 제어방법에 따르면, 복수 개의 공구를 통한 전체 가공 스케줄 및 공구 별 예비 냉각 시간에 기초하여, 차기 공구의 예비 냉각을 효과적으로 수행할 수 있고, 공구 교체 시, 기존 공구 홀더의 탈착이 용이한 작용효과를 갖는다.
도 1은 머시닝 센터의 제어방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예와 관련된 머시닝 센터를 나타내는 개략도이다.
도 3은 스핀들 조립체의 개략도이다.
도 4는 스핀들 조립체의 요부 단면을 나타내는 개략도이다.
도 5는 스핀들과 공구 조립체가 결합된 상태의 요부 단면을 나타내는 개략도이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 머시닝 센터 및 이의 제어방법을 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.
도 1은 머시닝 센터의 제어방법을 설명하기 위한 개략도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예와 관련된 머시닝 센터(10)를 나타내는 개략도이다.
또한, 도 3은 스핀들 조립체(20)의 개략도이며, 도 4는 스핀들 조립체의 요부 단면을 나타내는 개략도이고, 도 5는 스핀들과 공구 조립체가 결합된 상태의 요부 단면을 나타내는 개략도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예와 관련된 머시닝 센터(10)는 스핀들 조립체(20), 냉매 공급부(110), 공구 교체부(70), 예비 냉각부(100) 및 제어부(50)를 포함한다. 상기 제어부(50)는 냉매 공급부(100), 예비 냉각부(100), 스핀들 조립체(20) 및 공구 교체부(70)의 작동을 제어하도록 마련된다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 스핀들 조립체(20)에는 가공대상물을 가공하기 위한 공구(31, 예를 들어, 절삭공구)가 미리 장착된 공구 홀더(32)가 장착된다. 본 문서에서, 공구(31)가 장착된 공구 홀더(32)를 공구 조립체(30)로 지칭한다. 또한, 공구 교체 시, 공구 조립체(30)가 스핀들(23)로부터 분리되어, 새로운 공구(131)가 장착된 공구 조립체(130)로 교체된다. 즉, 본 문서에서, 공구 교체는 공구 조립체(30)의 교체를 의미한다.
본 문서에서, 머시닝 센터(10)는 공구가 장착된 공구홀더를 각각 포함하는 복수 개의 공구 조립체(30, 130)를 통해 극저온 가공을 수행한다. 즉, 가공 대상물에 대한 극저온 가공은, 제1 내지 제N(N>1, 자연수) 개의 공구 조립체를 통해 수행된다. 본 문서에서, 극저온 가공은, 복수 개의 공구 조립체가 해당 공구 조립체를 통한 가공이 완료되면, 후속 공구 조립체로 교체되어, 극저온 가공을 계속하여 수행하게 된다. 전체 가공 공정에서, 특정 공구 조립체는 2회 이상 사용될 수도 있다(재사용 가능).
또한, 설명의 편의를 위하여, 복수 개의 공구 조립체라 함은, 제1 및 제2 공구 조립체를 포함할 수 있고, 이때, 제1 및 제2 공구 조립체가 차례로 사용될 수 있다. 또한, 복수 개의 공구 조립체라 함은, 제1 내지 제3 공구 조립체를 포함할 수 있고, 이때, 제1 공구조립체, 제2 공구 조립체 및 제3 공구 조립체가 차례로 사용될 수 있다.
또한, 복수 개의 공구 조립체는 공구 별로 가공 시간(사용 시간)이 결정되어, 제어부(50)에 저장된다. 상기 가공 시간은, 공구 형상(직경, 길이 등) 및 공구 홀더 종류에 의해 결정될 수 있으며, 제어부(50)의 메모리부에 미리 저장된다. 또한, 각각의 공구 별 예비 냉각 시간은 제어부(50)의 메모리부에 저장된다. 공구 별 예비 냉각 시간은 극저온 냉매를 내부로 공급하면서, 소정의 목표 온도에 도달하는 시간을 의미하며, 목표 온도 값에 따라 달라질 수 있다. 또한, 목표 온도는 극저온 냉매의 작동 온도와 소정 값(예를 들어, 약 0℃ 내지 30℃) 이내가 되도록 임의로 결정될 수 있다.
이와 같이, 공구 별 가공 시간 및 예비 냉각 시간을 통해 공구 교체 시점이 산출될 수 있다. 즉, 공구 교체 시점 정보('공구 교체 정보'라고도 함)는 공구 별 가공 시간 및 공구 별 예비 냉각 시간을 포함한다. 또한, 공구 교체 시점 정보는 공구 별 가공 시간, 공구 별 가공 회차(재사용 시 1회차, 2회차 등) 및 공구 별 예비 냉각 시간을 포함한다.
또한, 공구 별 가공 시간, 공구 교체 시간 및 공구 별 예비 냉각 시간이 결정되면, 도 1과 같이, 공구 별 전체 가공 스케줄이 결정되고, 공구 별 예비 냉각 시작 시점이 결정될 수 있다. 본 문서에서, 예비 냉각 시작 시점이라 함은 예비 냉각 시간을 고려하여, 후속 공구 조립체를 교체하기 이전에 예비 냉각 시간이 완료되도록 결정되는 시점을 의미할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 머시닝 센터(10)는, 공구(31)에 회전력을 전달하도록 마련되며, 공구(31)가 장착된 공구 홀더(32)가 분리 가능하게 장착되는 공구 그립부(25)를 갖는 스핀들(23)을 포함하는 스핀들 조립체(20)를 포함한다. 또한, 머시닝 센터(10)는 스핀들 조립체(20)로 극저온 냉매를 공급하기 위한 냉매 공급부(110)를 포함한다.
또한, 머시닝 센터(10)는 공구 조립체(30, 130)의 공구 홀더(32, 132)가 안착되도록 마련된 복수 개의 그립부(71, 72) 및 각각의 그립부(71, 72)를 이동시키기 위한 구동부(80)를 포함하는 공구 교체부(70)를 포함하고, 머시닝 센터(10)는 적어도 하나의 그립부(72)에 안착된 공구 홀더(132)의 공구(131) 측으로 극저온 냉매를 공급하기 위한 예비 냉각부(100)를 포함한다.
또한, 스핀들 조립체(20)는 극저온 냉매(예를 들어 액화질소)가 공급되는 냉매 공급부와 연결되며, 극저온 냉매는 스핀들 조립체(20) 내부를 관통하여 공구 측으로 전달된다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 스핀들 조립체(20)는 공구(31)가 회전축(C, '중심축'이라고도 함)을 중심으로 회전할 수 있도록 회전력을 주도록 마련된다. 또한, 상기 스핀들 조립체(20)는 스핀들(23), 외측 드로우바(22) 및 내측 드로우바(21)를 포함한다.
상기 스핀들(23)은 구동부(40)(예를 들어, 스핀들 모터)('제1 구동부'라고도 함)와 연결되어, 스핀들 모터의 회전에 따라 함께 회전하며, 회전력을 공구 조립체(30)에 전달한다. 상기 스핀들(23)은, 공구(31)에 회전력을 전달하도록 마련되며, 공구(31)가 장착된 공구 홀더(32)가 분리 가능하게 장착되는 공구 그립부(25)를 갖는다. 상기 공구 그립부(25)는 공구 홀더(32)의 장착부(32a)를 선택적으로 고정시키도록 마련된다. 즉, 공구 그립부(25)는 공구 홀더(32)의 장착부(32a)를 고정시키거나, 공구 홀더의 장착부(32a)에 대한 고정을 해제할 수 있도록 마련된다.
스핀들 조립체(20)는 스핀들(23) 내부에 배치된 중공의 외측 드로우바(22), 및 외측 드로우바(22) 내부에 위치하며, 극저온 냉매가 유동하기 위한 냉매 통로(S1)를 갖는 내측 드로우 바(21)를 포함한다.
상기 스핀들(23)은 내부에 2중관 형태의 드로우바(21, 22)가 배치될 수 있도록 중심축(C) 방향을 따라 드로우바 삽입공간을 갖는다. 이때, 내측 드로우바(21) 및 외측 드로우바(22)는, 스핀들(23) 내부에 배치 시, 동일한 중심축을 공유하도록 배열된다.
또한, 외측 드로우바(22) 내부에 내측 드로우바(21)가 배치될 때, 외측 및 내측 드로우바(22, 21) 사이에 소정 공간(S2)이 형성되도록, 외측 드로우바(22) 내부에 내측 드로우바(21)가 위치한다. 즉, 내측 드로우바(21) 및 외측 드로우바(22)는 동심 상에 배열되며, 외측 드로우바(22)의 내경이 내측 드로우바(21)의 외경 보다 크게 설정된다.
또한, 상기 공간(S2)은 진공 상태로 유지되거나, 외부에서 공기가 공급되거나, 또는, 외부 공간과 격리된 상태로 유지될 수 있다.
도 5에는 도시되어 있지 않으나, 도 4에 도시된 드로우바(21, 22)는 공구 그립부(25)를 통과하여, 공구 홀더(32) 내부로 극저온 냉매가 공급되도록 연장 형성된다.
상기 제어부(50)는, 복수 개의 공구 조립체(30, 130)의 가공 시간 및 예비 냉각 시간을 포함하는 공구 교체 시점 정보에 기초하여, 스핀들 조립체(20), 냉매 공급부(110) 및 예비 냉각부(100)를 제어한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 공구 조립체(30) 및 제2 공구 조립체(130) 순서로 가공 대상물에 대하여 극저온 가공을 진행할 때, 제1 공구 조립체(30)의 가공 시간은 t1이고, 제2 공구 조립체(130)의 가공 시간은 t2일 수 있다. 또한, 제2 공구 조립체(130)로 공구를 교체하는 시간은 e1일 수 있고, 제2 공구의 예비 냉각 시간은 n1일 수 있다. 일 실시예에서, 제1 공구 조립체(30)의 가공 시간(t1)은 제2 공구 조립체의 제2 공구의 예비 냉각 시간(n1) 보다 길 수 있다.
본 문서에서, 제1 공구 조립체(30) 및 제2 공구 조립체(130)의 제1 및 제2 라는 부호는 선후 관계를 의미할 뿐, 제1 공구 조립체(30)가 최초로 가공을 시작하는 공구 조립체를 의미하는 것으로 한정되지는 않는다.
이때, 상기 제어부(50)는, 제1 공구 조립체 및 제2 공구 조립체 순서로 가공을 진행할 때, 스핀들 조립체(20)에 극저온 냉매를 공급하며 제1 공구 조립체(30)로 가공대상물을 가공하는 도중에, 상기 공구 교체 시점 정보에 기초하여 소정 그립부(예를 들어, 72)에 안착된 제2 공구 조립체(130)로 극저온 냉매를 공급하여 예비 냉각을 수행하도록 마련된다.
이와는 다르게, 제어부(50)는, 제1 공구 조립체(30)의 가공 시간 보다 제2 공구 조립체(130)의 예비 냉각 시간이 더 긴 경우, 제1 공구 조립체(30)의 가공 시간이 완료되기 이전에 제2 공구 조립체(130)의 예비 냉각이 완료되도록, 제1 공구 조립체(30)로 가공대상물을 가공하기 이전에, 제2 공구조립체(130)로 극저온 냉매를 공급하여 예비 냉각을 수행하도록 마련될 수 있다.
한편, 제1 공구 조립체(30), 제2 공구 조립체(130) 및 제3 공구 조립체(230) 순서로 가공을 진행할 때, 제1 공구 조립체(30)의 가공 시간은 t1이고, 제2 공구 조립체(130)의 가공 시간은 t2이며, 제3 공구 조립체(230)의 가공시간은 t3일 수 있다. 또한, 제2 공구 조립체(130)로 공구를 교체하는 시간은 e1일 수 있고, 제3 공구 조립체(230)로 공구를 교체하는 시간은 e2일 수 있다. 또한, 제2 공구의 예비 냉각 시간은 n1일 수 이고, 제3 공구 조립체(230)의 제3 공구의 예비 냉각 시간은 n2일 수 있다. 또한, 도 1에서, 부호 n3는 제4 공구 조립체(도시되지 않음)의 예비 냉각 시간을 의미한다.
일 실시태양으로, 제어부(50)는, 제3 공구 조립체(230)의 예비 냉각 시간이 제2 공구 조립체의 가공 시간보다 긴 경우, 제1 공구 조립체(30)로 가공대상물을 가공하는 도중에, 적어도 특정 시점에서, 제2 공구조립체(130) 및 제3 공구조립체(230)의 예비 냉각을 동시에 수행하도록 마련될 수 있다. 즉, 제어부(50)는 특정 시점에, 제2 공구조립체(130) 및 제3 공구조립체(230)로 극저온 냉매를 동시에 공급하도록 마련된다.
한편, 제어부(50)는, 특정 공구 조립체가 전체 가공 공정에서 2회 이상 사용될 때, 2회차 예비 냉각 시간을 1회차 예비 냉각 시간과 상이하게 설정하고(2회차 예비 냉각 시간이 1회차 예비 냉각 시간보다 짧을 수 있음), 2회차 예비 냉각 시간에 기초하여, 예비 냉각 시작 시점을 결정하도록 마련될 수 있다.
본 문서에서, 교체될 공구 조립체로 공급되는 극저온 냉매는 전술한 냉매 공급부(110)로부터 전달될 수 있다. 예를 들어, 상기 예비 냉각부(100)는 교체될 공구 조립체(130)의 공구 홀더(132)에 분리 가능하게 장착될 수 있다. 또한, 예비 냉각부(100)는 교체될 공구 조립체(130)의 공구 홀더(132)에 극저온 냉매를 공급하도록 냉매 유동 채널을 가질 수 있다. 또한, 예비 냉각부(100)는 냉매 공급부(110)와 냉매 이동 가능하게 연결될 수 있다. 또한, 제어부(50)는 냉매 공급부(110)로부터 예비 냉각부(100)로 냉매가 공급되거나, 공급이 중단되도록 제어할 수 있다. 또한, 제어부(50)는, 예비 냉각부(100)를 이동시킴으로써, 예비 냉각부(100)를 교체될 공구 조립체(130)의 공구 홀더(132)에 장착시키거나, 공구 홀더(132)로부터 분리되도록 제어할 수 있다.
또한, 공구 교체부(70)는 공지의 캐리어(carrier) 타입 및/또는 터릿(turret) 타입을 포함할 수 있다. 이때, 예비 냉각부(100)는 터릿에 안착된 공구 조립체로 극저온 냉매를 공급하도록 마련되거나, 캐리어에 안착된 공구 조립체에 극저온 냉매를 공급하도록 마련될 수 있다.
또한, 머시닝 센터(10)는 공구 조립체(30, 130) 교체 시점(도 2 및 5 참조)에 기초하여, 공구 홀더(32) 및 스핀들(23) 사이 경계 영역(B) 측으로 열 에너지 및 진동 에너지 중 하나 이상을 인가하도록 마련된 하나 이상의 에너지 소스(60)를 포함한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 공구에 회전력을 인가하면서, 내부로 극저온 냉매가 유동하며, 스핀들이 회전하는 극저공 가공시, 공구 홀더(32)와 스핀들(23) 사이의 경계영역(B), 특히, 공구 홀더(32)의 외주 및 스핀들(23)의 외주 사이의 경계 지점(M)을 포함하는 영역에 동결이 발생하게 된다. 상기 경계 지점(M)에 동결이 발생할 경우, 공구 교체 진행 시, 공구 홀더(32)가 스핀들(23)로부터 쉽게 분리되지 않는 문제가 발생한다.
동결을 방지하기 위하여, 상기 스핀들 조립체(20)는 스핀들(23)에 마련되며, 공구 그립부(25)에 공구 홀더(32)가 장착된 상태에서, 공구 홀더(32)를 향하여 공기를 분사하도록 마련된 하나 이상의 에어 노즐(90)을 포함할 수 있다. 일예로, 상기 공기는 건조 공기(dry air)일 수 있다.
또한, 상기 에어 노즐(90)은 스핀들(23)에 복수 개로 구비되며, 예를 들어, 복수 개의 에어노즐(90)은 스핀들(23)의 중심축(C)을 기준으로 회전방향(R)(또는, '둘레방향'이라고도 함)을 따라 소정 간격 떨어져 배열될 수 있다. 또한, 복수 개의 에어 노즐(90)은, 스핀들(23)의 중심축을 기준으로 둘레방향을 따라 공구 홀더(32)의 서로 다른 지점으로 공기를 각각 분사하도록 마련될 수 있다.
또한, 에어 노즐(90)은, 분사 각도 및 분사량 중 하나 이상의 조절이 가능하게 마련될 수 있다. 에어 노즐(90)이 복수 개로 구비될 경우, 적어도 하나의 에어노즐(90)은 분사 각도 및 분사량 중 하나 이상의 조절이 가능하게 마련될 수 있다.
또한, 에어노즐(90)은 공구 홀더(32)의 외주 및 스핀들(23)의 외주 사이의 경계 지점(M)을 포함하는 영역까지 공기를 분사하도록 마련될 수 있다. 에어 노즐(90)이 복수 개로 구비될 경우, 적어도 하나의 에어노즐(90)은 공구 홀더(32)의 외주 및 스핀들(23)의 외주 사이의 경계 지점(M)을 포함하는 영역까지 공기를 분사하도록 마련될 수 있다.
또한, 제어부(50)는 스핀들(23) 및 에어노즐(90)을 제어할 수 있다. 상기 제어부(50)는 머시닝 센터(10)를 제어하는 중앙 제어부를 의미한다. 상기 제어부(50)는 에어노즐(90)의 온(On)/오프(Off), 분사량, 및/또는 분삭각도 등을 조절할 수 있도록 마련될 수 있다.
본 문서에서, 에어노즐(90)은 공구 홀더(32) 측의 동결을 방지하기 위하여, 극저온 가공 시에, 공구 홀더(32) 측으로 공기를 분사하도록 작동하며, 즉, 스핀들(23)의 회전 시에 작동하도록 마련된다. 구체적으로, 제어부(50)는 스핀들(23)의 회전 중에 에어 노즐(90)을 작동시키도록 마련된다.
또한, 제어부(50)는 스핀들(23) 내부에 극저온 냉매가 유동 중에 에어 노즐(90)을 작동시키도록 마련될 수 있다.
또한, 스핀들 조립체(20)는 공구 홀더 및 스핀들 사이 경계 영역의 냉동 상태를 감지하기 위한 측정부를 포함할 수 있다. 또한, 상기 측정부는 냉동 정도, 냉동된 범위 등을 감지하도록 마련될 수도 있다. 이때, 제어부(50)는 감지된 냉동 상태에 따라, 에어노즐(90)을 제어할 수 있다. 또한, 에어노즐(90)은 분사되는 공기의 온도, 습도, 분사 각도 및 분사량 중 하나 이상의 조절 가능하게 마련될 수 있다.
또한, 스핀들 조립체(20)는 에어노즐(90)로 공기를 공급하기 위한 공기 공급원(도시되지 않음) 및 공기 공급원과 에어노즐(90) 사이에 마련된 하나 이상의 필터(도시되지 않음)를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 에너지 소스(60)는 스핀들(23) 내부에 위치하도록 마련될 수도 있고, 공구 교체부(70)에 마련될 수도 있다. 도 5를 참조하면, 스핀들 조립체(20)는 스핀들(23) 내부에 위치되며, 공구 홀더(32) 및 스핀들(23) 사이 경계 영역(B) 측으로 열 에너지 및 진동 에너지 중 하나 이상을 인가하도록 마련된 하나 이상의 에너지 소스(60)를 포함할 수 있다.
상기 에너지 소스(60)는 스핀들(23) 내부에 배치되어, 작동 시, 공구 홀더(32) 및 스핀들(23) 사이 경계 영역(B)까지 에너지가 전달되도록 마련된다. 특히, 에너지 소스(60)는 공구 홀더(32)의 외주 및 스핀들(23)의 외주 사이의 경계 지점(M)을 포함하는 영역까지 에너지가 전달되도록 마련될 수 있다. 또한, 본 문서에서, 공구 홀더(32) 및 스핀들(23) 사이 경계 영역(B)은 공구 홀더(32)의 외주 및 스핀들(23)의 외주 사이의 경계 지점(M)을 포함할 수 있다.
에너지 소스(60)는 하나 이상의 히터를 포함할 수 있다. 상기 에너지 소스(60)가 히터일 경우, 공구 홀더(32)의 외주 및 스핀들(23)의 외주 사이의 경계 지점(M)을 포함하는 영역까지 열 에너지가 전달되도록 히터의 위치, 작동 시간, 발열량 등이 결정될 수 있다.
또한, 에너지 소스(60)는 하나 이상의 진동자를 포함할 수 있다. 상기 에너지 소스(60)가 진동자일 경우, 공구 홀더(32)의 외주 및 스핀들(23)의 외주 사이의 경계 지점(M)을 포함하는 영역까지 진동 에너지가 전달되도록 진동자의 위치, 개수, 출력 등이 결정될 수 있다.
또한, 에너지 소스(60)는 스핀들(23)의 중심축(C)을 기준으로 둘레방향(R, '회전방향'이라고도 함)을 따라 공구 홀더(32) 및 스핀들(23) 사이 경계 영역(B)의 복수 지점에 에너지가 전달되도록 마련될 수 있다.
예를 들어, 스핀들(23)의 중심축(C)을 기준으로 둘레방향(R, '회전방향'이라고도 함)을 따라 스핀들(23) 내부에 복수 개의 히터가 배열될 수도 있고, 스핀들(23)의 중심축(C)을 기준으로 둘레방향(R, '회전방향'이라고도 함)을 따라 스핀들(23) 내부에 복수 개의 진동자가 배열될 수 있다.
상기 에너지 소스(60)는 머시닝 센터(10)에 마련된 전원 공급부를 통해 전원을 공급받도록 마련될 수도 있다.
또한, 제어부(50)는 에너지 소스(60) 및 스핀들(23)을 제어할 수 있다. 제어부(50)는 에너지 소스(60)의 온(On)/오프(Off)를 제어하고, 구동부(40)를 제어함에 따라 스핀들(23)의 회전을 제어할 수 있다.
본 발명에서, 에너지 소스(60)는, 공구 조립체(30, 130) 교체 시에 작동하도록 마련된다. 즉, 스핀들(23) 내부로 극저온 냉매가 유동하면서 공구(31)로 대상물을 가공 시, 공구 홀더(32)의 외주 및 스핀들(23)의 외주 사이의 경계 지점(M)을 포함하는 영역에 동결이 발생하게 되며, 공구 교체 시, 에너지 소스가 작동함에 따라, 해당 경계영역(B)으로 열 에너지 또는 진동 에너지를 인가함으로써, 동결된 상태를 해제시키는 기능을 수행한다.
따라서, 공구(31) 교체 시, 즉, 스핀들(23)의 회전이 정지된 상태에서, 제어부(50)는 에너지 소스(60)를 작동시키도록 마련된다.
또한, 제어부(50)는 스핀들(23) 내부에 극저온 냉매 유동이 정지된 상태에서, 에너지 소스(60)를 작동시키도록 마련된다.
전술한 바와 같이, 공구 교체부(70)는 스핀들(23)의 공구 홀더(32)를 교체하기 위하여, 공구 홀더(32)가 삽입 및 분리되도록 마련된 복수 개의 그립부(71, 72) 및 각각의 그립부를 이동시키기 위한 구동부(80, '제2 구동부'하고도 함)를 포함한다.
머시닝 센터(10)에서 스핀들 조립체(20) 및 공구 교체부(70) 중 적어도 하나는 이동 가능하게 마련될 수 있다. 예를 들어, 스핀들 조립체(20)는 공구 교체부(70)를 향하여 이동(승강) 가능하게 마련될 수도 있고, 공구 교체부(70)는 스핀들 조립체(20)를 향하여 이동(승강) 가능하게 마련될 수도 있다.
또한, 공구 교체부(70)는 제1 및 제2 그립부, 즉, 적어도 2개의 그립부(71, 72)를 가질 수 있다. 이때, 제1 그립부(72)에는 예비 냉각되어 교체될 공구 조립체(130)가 안착되어 있을 수 있고, 제2 그립부(71)는 스핀들 조립체(20)에 장착된 공구 조립체(30)가 안착되도록 마련될 수 있다.
이때, 공구 교체를 위하여, 스핀들 조립체(20)의 회전이 정지되면, 제어부(50)는 공구 교체부(70) 및 스핀들 조립체(20) 중 적어도 하나를 이동시켜, 스핀들 조립체(20) 및 공구 교체부(70)의 그립부 사이 간격(d)을 조절할 수 있다. 이때, 제어부(50)는 공구 교체에 대응하여, 에너지 소스(60)를 작동시킬 수 있다.
일 실시태양으로, 제어부(50)는, 공구 홀더 교체를 위하여, 공구 교체부의 그립부 및 스핀들 조립체 중 적어도 하나가 이동될 때, 에너지 소스(60)를 작동시키도록 마련될 수 있다.
또한, 제어부(50)는, 공구 교체부(70)의 그립부에 스핀들 조립체(20)의 공구 홀더(32)가 접촉될 때, 에너지 소스(60)를 작동시키도록 마련될 수 있다.
또한, 제어부(50)는 스핀들 조립체(20) 및 공구 교체부(70)의 그립부 사이 간격(d)이 소정 값 이하일 때 에너지 소스(60)를 작동시키도록 마련될 수 있다.
또한, 제어부(50)는 스핀들(23)의 회전이 정지된 상태에서, 제어부(50)는 에너지 소스(60)를 작동시키도록 마련된다.
또한, 제어부(50)는 스핀들(23) 내부에 극저온 냉매 유동이 정지된 상태에서, 에너지 소스(60)를 작동시키도록 마련된다.
또한, 머시닝 센터(10)는 공구 홀더(32) 및 스핀들(23) 사이 경계 영역의 냉동 상태를 감지하기 위한 측정부(도시되지 않음)를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 측정부는 온도 센서를 포함할 수 있다.
또한, 상기 측정부는 냉동 정도, 냉동된 범위 등을 감지하도록 마련될 수도 있다.
이때, 제어부(50)는 감지된 냉동 상태에 따라, 에너지 소스(60)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 에너지 소스(60)가 히터인 경우, 제어부(50)는 냉동 상태에 따라, 히터의 ON/OFF, 발열량, 발열시간 중 적어도 하나를 조절하도록 마련될 수 있다.
정리하면, 본 문서에 따른 스핀들 조립체(20) 및 머시닝 센터(10)는 극저온 가공 시에 공구 홀더(32)로 공기를 분사하여 동결을 방지할 수 있고, 공구 교체 시, 에너지 소스(60)를 작동시켜, 공구 홀더를 쉽게 분리시킬 수 있으며, 공구 교체 이전에 차기 공구를 예비 냉각시킴으로써, 전체 가공 시간을 단축시킬 수 있다.
이하, 상기와 같은 구조를 머시닝 센터(10)를 이용한 공구 교체 시 머시닝 센터의 제어방법을 설명한다.
본 제어방법은, 공구가 장착된 공구홀더를 각각 포함하는 복수 개의 공구 조립체를 통해 극저온 가공을 수행하며, 공구 홀더가 교체 가능하게 장착된 스핀들을 포함하는 머시닝 센터(10)의 제어방법과 관련된다.
머시닝 센터의 제어방법(이하, '제어방법'이라고 함)은 복수 개의 공구 조립체로 가공 대상물의 극저온 가공이 진행될 때, 공구 조립체의 가공 시간 및 차기 공구 조립체의 예비 냉각 시간을 포함하는 공구 교체 정보를 생성하는 단계 (a) 및 제1 공구 조립체 및 제2 공구 조립체 순서로 가공을 진행할 때, 스핀들에 극저온 냉매를 공급하며 제1 공구 조립체로 가공대상물을 가공하는 도중에, 상기 공구 교체 정보에 기초하여 제2 공구조립체로 극저온 냉매를 공급하는 단계(b)를 포함한다.
상기 단계 (a) 및 단계 (b)는 각각 제어부(50)에 의해 수행된다.
또한, 단계 (b)에서, 제어부(50)는 제1 공구 조립체의 가공 시간 보다 제2 공구 조립체의 예비 냉각 시간이 더 긴 경우, 제1 공구 조립체의 가공 시간이 완료되기 이전에 제2 공구 조립체의 예비 냉각이 완료되도록, 제1 공구 조립체로 가공대상물을 가공하기 이전에, 제2 공구조립체로 극저온 냉매를 공급하여 예비 냉각을 수행할 수 있다.
또한, 단계 (b)에서, 제어부(50)는 제1 공구 조립체, 제2 공구 조립체 및 제3 공구 조립체 순서로 가공을 진행할 때, 제3 공구 조립체의 예비 냉각 시간이 제2 공구 조립체의 가공 시간보다 긴 경우, 제1 공구 조립체로 가공대상물을 가공하는 도중에, 적어도 특정 시점에서, 제2 공구조립체 및 제3 공구조립체의 예비 냉각을 동시에 수행할 수 있다.
또한, 제어부(50)에서, 특정 공구 조립체가 전체 가공 공정에서 2회 이상 사용될 때, 2회차 예비 냉각 시간을 1회차 예비 냉각 시간과 상이하게 설정되고, 2회차 예비 냉각 시간에 기초하여, 예비 냉각 시작 시점을 결정될 수 있다.
또한, 제어방법은, 공구 조립체 교체 시점에 기초하여, 공구 홀더 및 스핀들 사이 경계 영역 측으로 에너지 소스(60)를 이용하여 열 에너지 및 진동 에너지 중 하나 이상을 인가하는 단계를 포함할 수 있다.
위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
본 발명의 적어도 일 실시예와 관련된 머시닝 센터 및 이의 제어방법에 따르면, 복수 개의 공구를 통한 전체 가공 스케줄 및 공구 별 예비 냉각 시간에 기초하여, 차기 공구의 예비 냉각을 효과적으로 수행할 수 있고, 공구 교체 시, 기존 공구 홀더의 탈착이 용이한 작용효과를 갖는다.

Claims (10)

  1. 공구가 장착된 공구홀더를 각각 포함하는 복수 개의 공구 조립체를 통해 극저온 가공을 수행하는 머시닝 센터에 있어서,
    공구에 회전력을 전달하도록 마련되며, 공구가 장착된 공구 홀더가 분리 가능하게 장착되는 공구 그립부를 갖는 스핀들을 포함하는 스핀들 조립체;
    스핀들 조립체로 극저온 냉매를 공급하기 위한 냉매 공급부;
    공구 조립체의 공구 홀더가 안착되도록 마련된 복수 개의 그립부 및 각각의 그립부를 이동시키기 위한 구동부를 포함하는 공구 교체부;
    적어도 하나의 그립부에 안착된 공구 홀더의 공구 측으로 극저온 냉매를 공급하기 위한 예비 냉각부;
    복수 개의 공구 조립체의 가공 시간 및 예비 냉각 시간을 포함하는 공구 교체 시점 정보에 기초하여, 스핀들 조립체, 냉매 공급부 및 예비 냉각부를 제어하기 위한 제어부를 포함하며,
    제어부는, 제1 공구 조립체 및 제2 공구 조립체 순서로 가공을 진행할 때, 스핀들 조립체에 극저온 냉매를 공급하며 제1 공구 조립체로 가공대상물을 가공하는 도중에, 상기 공구 교체 시점 정보에 기초하여 소정 그립부에 안착된 제2 공구조립체로 극저온 냉매를 공급하여 예비 냉각을 수행하도록 마련된, 머시닝 센터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제어부는, 제1 공구 조립체의 가공 시간 보다 제2 공구 조립체의 예비 냉각 시간이 더 긴 경우, 제1 공구 조립체의 가공 시간이 완료되기 이전에 제2 공구 조립체의 예비 냉각이 완료되도록, 제1 공구 조립체로 가공대상물을 가공하기 이전에, 제2 공구조립체로 극저온 냉매를 공급하여 예비 냉각을 수행하도록 마련된, 머시닝 센터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    제어부는, 제1 공구 조립체, 제2 공구 조립체 및 제3 공구 조립체 순서로 가공을 진행할 때, 제3 공구 조립체의 예비 냉각 시간이 제2 공구 조립체의 가공 시간보다 긴 경우, 제1 공구 조립체로 가공대상물을 가공하는 도중에, 적어도 특정 시점에서, 제2 공구조립체 및 제3 공구조립체의 예비 냉각을 동시에 수행하도록 마련된, 머시닝 센터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    제어부는, 특정 공구 조립체가 전체 가공 공정에서 2회 이상 사용될 때, 2회차 예비 냉각 시간을 1회차 예비 냉각 시간과 상이하게 설정하고, 2회차 예비 냉각 시간에 기초하여, 예비 냉각 시작 시점을 결정하도록 마련된, 머시닝 센터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    공구 조립체 교체 시점에 기초하여, 공구 홀더 및 스핀들 사이 경계 영역 측으로 열 에너지 및 진동 에너지 중 하나 이상을 인가하도록 마련된 하나 이상의 에너지 소스를 포함하는 머시닝 센터.
  6. 공구가 장착된 공구홀더를 각각 포함하는 복수 개의 공구 조립체를 통해 극저온 가공을 수행하며, 공구 홀더가 교체 가능하게 장착된 스핀들을 포함하는 머시닝 센터의 제어방법에 있어서,
    (a)복수 개의 공구 조립체로 가공 대상물의 극저온 가공이 진행될 때, 공구 조립체의 가공 시간 및 차기 공구 조립체의 예비 냉각 시간을 포함하는 공구 교체 정보를 생성하는 단계; 및
    (b)제1 공구 조립체 및 제2 공구 조립체 순서로 가공을 진행할 때, 스핀들에 극저온 냉매를 공급하며 제1 공구 조립체로 가공대상물을 가공하는 도중에, 상기 공구 교체 정보에 기초하여 제2 공구조립체로 극저온 냉매를 공급하는 단계를 포함하는 머시닝 센터의 제어방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    단계 (b)에서, 제1 공구 조립체의 가공 시간 보다 제2 공구 조립체의 예비 냉각 시간이 더 긴 경우, 제1 공구 조립체의 가공 시간이 완료되기 이전에 제2 공구 조립체의 예비 냉각이 완료되도록, 제1 공구 조립체로 가공대상물을 가공하기 이전에, 제2 공구조립체로 극저온 냉매를 공급하여 예비 냉각을 수행하는 머시닝 센터의 제어방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    단계 (b)에서, 제1 공구 조립체, 제2 공구 조립체 및 제3 공구 조립체 순서로 가공을 진행할 때, 제3 공구 조립체의 예비 냉각 시간이 제2 공구 조립체의 가공 시간보다 긴 경우, 제1 공구 조립체로 가공대상물을 가공하는 도중에, 적어도 특정 시점에서, 제2 공구조립체 및 제3 공구조립체의 예비 냉각을 동시에 수행하는 머시닝 센터의 제어방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    특정 공구 조립체가 전체 가공 공정에서 2회 이상 사용될 때, 2회차 예비 냉각 시간을 1회차 예비 냉각 시간과 상이하게 설정되고, 2회차 예비 냉각 시간에 기초하여, 예비 냉각 시작 시점을 결정되는 머시닝 센터의 제어방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    공구 조립체 교체 시점에 기초하여, 공구 홀더 및 스핀들 사이 경계 영역 측으로 열 에너지 및 진동 에너지 중 하나 이상을 인가하는 단계를 추가로 포함하는 머시닝 센터의 제어방법.
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