KR102711689B1 - Tool change method between machine tool magazine and spindle - Google Patents
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Abstract
본 발명은 주축과 공구매거진이 공구교환위치에 정렬 단계(S100)와, 상기 주축에 파지하고 있던 공구를 상기 공구매거진의 공구포트에 삽입하는 공구 삽입 단계(S200)와, 상기 공구매거진과 주축이 동일한 방향으로 회동하면서 상기 주축의 공구를 공구매거진의 공구포트로 인계하는 공구 반환 단계(S300)와, 상기 공구매거진이 주축에 제공할 새로운 공구가 공구교환위치에 오도록 회전한 후, 상기 주축이 상기 공구의 후단부로 전진하여 상기 공구를 파지하는 공구 파지 단계(S400)와, 상기 공구를 파지한 주축이 상기 공구매거진의 공구포트로부터 후퇴 이동하는 주축 공구 장착 단계(S500)를 포함한다.The present invention includes a step (S100) of aligning a spindle and a tool magazine to a tool exchange position, a tool insertion step (S200) of inserting a tool held by the spindle into a tool port of the tool magazine, a tool return step (S300) of transferring a tool of the spindle to the tool port of the tool magazine while the tool magazine and the spindle rotate in the same direction, a tool gripping step (S400) of rotating the tool magazine so that a new tool to be provided to the spindle comes to the tool exchange position, and then the spindle moves forward to the rear end of the tool to grip the tool, and a spindle tool mounting step (S500) of moving the spindle, which has gripped the tool, backward from the tool port of the tool magazine.
Description
본 발명은 공구교환장치를 구비하지 않은 공작기계에서 공구매거진과 주축 사이에서 공구를 교환하는 방식에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 공구매거진과 주축 사이에서 공구교환을 할 때 공구매거진의 회전 동작을 멈추지 않고 공구교환을 함으로써 공구교환 시간을 단축하는 공작기계 공구매거진과 주축 사이의 공구교환방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for exchanging tools between a tool magazine and a spindle in a machine tool not equipped with a tool exchange device. More specifically, the present invention relates to a method for exchanging tools between a tool magazine and a spindle in a machine tool, which shortens tool exchange time by exchanging tools without stopping the rotational motion of the tool magazine when exchanging tools between the tool magazine and the spindle.
일반적으로 머시닝센터와 같은 공작기계 중에서 공구교환시간을 단축하고 공작기계의 구조를 단순화 하기 위하여 자동공구교환장치(Auto tool changer)를 구비하지 않는 공작기계가 있다. 이러한 공작기계는 일반적으로 공작기계의 컬럼(30)에 로타리 타입의 공구매거진(10)(Tool Magazine)이 수직 방향으로 회전 가능하게 장착되고, 이 공구매거진(10)의 회전축과 동일한 방향으로 주축(20)이 설치된다. 공구매거진(10)은 회전축을 중심으로 회전은 가능하지만 상하 좌우 방향으로 이동은 되지 않게 설치된다.In general, among machine tools such as machining centers, there are machine tools that do not have an automatic tool changer in order to shorten tool change time and simplify the structure of the machine tool. In such machine tools, a rotary type tool magazine (10) is generally mounted on a column (30) of the machine tool so as to be rotatable in the vertical direction, and a main shaft (20) is installed in the same direction as the rotation axis of the tool magazine (10). The tool magazine (10) is installed so as to be able to rotate around the rotation axis, but not to move in the up, down, left, or right directions.
이러한 공작기계에서 주축(20)은 공구매거진(10)의 공구교환위치까지 이동할 수 있으며, 공구교환위치에서 상승, 전진, 후퇴 동작을 통해 공구매거진(10)과 공구 교환 동작을 수행한다.In these machine tools, the spindle (20) can move to the tool exchange position of the tool magazine (10), and performs tool exchange operations with the tool magazine (10) through rising, forward, and backward movements at the tool exchange position.
이와 같이 자동공구교환장치가 없는 종래의 일반적인 공작기계의 공구교환 동작에 대해 도 1 내지 도 3을 통해 좀 더 자세히 살펴보기로 한다.Let us examine in more detail the tool changing operation of a conventional machine tool without an automatic tool changing device with reference to FIGS. 1 to 3.
도 1 내지 도 2에 개시한 바와 같이 다수 개의 공구(12)를 수납하는 공구매거진(10)이 공작기계의 컬럼(30) 상단부에 수평방향으로 회전 가능하게 설치된다.As disclosed in FIGS. 1 and 2, a tool magazine (10) storing a plurality of tools (12) is installed so as to be rotatable horizontally on the upper part of a column (30) of a machine tool.
이러한 공구매거진(10)은 원형 형상으로, 환상의 원주방향으로는 공구(12)가 수납되는 복수개의 공구포트(11)가 구비된다. 각각의 공구포트(11)에는 수치제어장치에 입력된 가공 프로그램에 따라 가공작업 단계별로 선택된 공구(12)를 공작기계의 주축(20)에 제공하기도 하고, 반대로 공작기계 주축(20)에서 사용이 완료된 공구(12)를 받아들여 수납하기도 한다.This tool magazine (10) is circular in shape and is provided with a plurality of tool ports (11) in which tools (12) are stored in the direction of the annular circumference. Each tool port (11) provides a tool (12) selected for each machining step according to a machining program input into a numerical control device to the spindle (20) of the machine tool, or conversely, receives and stores a tool (12) that has been used in the spindle (20) of the machine tool.
도 3에 도시한 바와 같이, 이와 같이 구성된 공구매거진(10)의 공구교환 동작을 살펴보면, 주축(20)이 공구교환을 위해 제1공구(14)를 파지(Clamp)한 상태에서 공구매거진(10)의 하부 공구교환위치로 이동한다. 이 때 공구매거진(10)은 주축(20)의 제1공구(14)를 수납할 빈 공구포트(11)가 주축(20)의 상부 공구교환위치에 오도록 회전하여 정렬된 상태를 유지한다(a). 이어서 주축(20)이 공구매거진(10)의 빈 공구포트(11) 방향으로 상승 이동한다. 주축(20)은 제1공구(14)를 매거진의 공구포트(11) 안으로 삽입한 후 제1공구(14)의 파지를 해지(unclamp)하고, 공구매거진(10)의 공구포트(11)는 주축(20)의 제1공구(14)를 파지한다(b). 다음으로 주축(20)은 제1공구(14)를 공구매거진(10)의 공구포트(11)에 인계하고 수평방향으로 후퇴한 후 공구교환위치로 복귀하여 대기한다(c).As shown in Fig. 3, when examining the tool exchange operation of the tool magazine (10) configured in this manner, the spindle (20) moves to the lower tool exchange position of the tool magazine (10) while clamping the first tool (14) for tool exchange. At this time, the tool magazine (10) rotates and maintains an aligned state so that the empty tool port (11) for storing the first tool (14) of the spindle (20) comes to the upper tool exchange position of the spindle (20) (a). Then, the spindle (20) moves upward toward the empty tool port (11) of the tool magazine (10). The spindle (20) inserts the first tool (14) into the tool port (11) of the magazine, then unclamps the first tool (14), and the tool port (11) of the tool magazine (10) grips the first tool (14) of the spindle (20) (b). Next, the spindle (20) transfers the first tool (14) to the tool port (11) of the tool magazine (10), horizontally retracts, and then returns to the tool exchange position and waits (c).
다음으로 주축(20)으로부터 제1공구(14)를 인계 받은 공구매거진(10)은 주축(20)에 제공할 새로운 제2공구(15)을 파지한 공구포트(11)가 주축(20)이 대기하고 있는 공구교환위치에 오도록 회전 후 정지한다(d). 다음으로 새로운 제2공구(15)의 후단에 대기하고 있던 주축(20)이 전진하여 공구매거진(10)의 공구포트(11)에 파지된 새로운 제2공구(15)를 파지한다. 이 때 새로운 제2공구(15)를 파지하고 있던 공구포트(11)는 제2공구(15)의 파지를 해지한다(e). 다음으로 주축(20)이 제2공구(15)를 파지한 채로 하강하여 공구매거진(10)의 공구포트(11)로부터 제2공구(15)를 분리한다(f). 이후 주축(20)은 이동하여 가공 모드로 진입하고, 가공작업 종류가 바뀌어 공구교환이 필요할 때 마다 상기 동작들(a 내지 f)을 반복한다.Next, the tool magazine (10) that has received the first tool (14) from the spindle (20) rotates and stops so that the tool port (11) that has gripped the new second tool (15) to be provided to the spindle (20) comes to the tool exchange position where the spindle (20) is waiting (d). Next, the spindle (20) that has been waiting at the rear end of the new second tool (15) moves forward and grips the new second tool (15) gripped by the tool port (11) of the tool magazine (10). At this time, the tool port (11) that has been gripping the new second tool (15) releases the grip of the second tool (15) (e). Next, the spindle (20) descends while gripping the second tool (15) to separate the second tool (15) from the tool port (11) of the tool magazine (10) (f). Afterwards, the spindle (20) moves and enters the machining mode, and the above operations (a to f) are repeated whenever the type of machining work changes and tool change is required.
그러나 이와 같은 공구교환 동작은 공구매거진(10)의 회전과 정지, 주축(20)의 상승과 하강, 후퇴와 전진 동작을 반복함에 따라 공구교환 시간이 길어지는 문제가 발생한다. 궁극적으로 이와 같은 공구교환 시간이 증가함에 따라 가공작업의 생산성을 떨어뜨리는 문제를 야기하게 된다.However, this tool exchange operation causes a problem in that the tool exchange time becomes longer as the tool magazine (10) rotates and stops and the main shaft (20) rises and falls and moves backward and forward repeatedly. Ultimately, as this tool exchange time increases, it causes a problem in that the productivity of the machining work decreases.
이에 본 발명은, 상기한 문제점들을 해결하기 위해 방법으로, 공구교환위치에서 공구매거진의 회전동작을 멈추지 않고 주축을 공구매거진의 회전속도와 동기화 하여 동일한 방향으로 이동하면서 공구교환 동작을 수행함으로써, 주축과 공구매거진 사이에서 공구교환 시간을 단축하는 공구교환 방법을 제공한다.Accordingly, the present invention provides a tool exchange method for solving the above-mentioned problems by performing a tool exchange operation while moving the spindle in the same direction as the rotational speed of the tool magazine without stopping the rotational operation of the tool magazine at the tool exchange position, thereby shortening the tool exchange time between the spindle and the tool magazine.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 공작기계 공구매거진과 주축 사이의 공구교환방법의 해결 수단은, 제1공구를 파지한 주축은 공구매거진의 하부 공구교환위치로 이동하고, 공구매거진은 상기 주축의 제1공구를 수납할 공구포트가 상기 주축과 수직 방향으로 정렬되도록 회전하는 공구교환위치 정렬 단계(S100);The solution for the tool exchange method between a tool magazine and a spindle of a machine tool to achieve the above-described purpose of the present invention comprises a tool exchange position alignment step (S100) in which a spindle holding a first tool moves to a lower tool exchange position of the tool magazine, and the tool magazine rotates such that a tool port for storing the first tool of the spindle is aligned in a vertical direction with the spindle;
상기 주축이 상기 공구매거진 방향으로 접근하도록 상승하여 상기 주축에 파지하고 있던 상기 제1공구를 상기 공구매거진의 공구포트에 삽입하는 공구 삽입 단계(S200);A tool insertion step (S200) in which the spindle is raised so as to approach the tool magazine and the first tool held by the spindle is inserted into the tool port of the tool magazine;
상기 공구매거진의 공구포트는 상기 주축으로부터 인계된 제1공구를 파지하고, 상기 공구매거진과 주축이 동일한 방향으로 회동하면서 상기 주축은 파지하고 있던 제1공구를 해지 후 축 방향으로 후퇴하여 대기하는 공구 반환 단계(S300);The tool port of the above tool magazine holds the first tool taken over from the spindle, and while the tool magazine and the spindle rotate in the same direction, the spindle releases the first tool it was holding and then axially retracts to wait in a tool return step (S300);
상기 공구매거진은 주축에 제공할 새로운 제2공구가 상기 대기 중인 주축과 공구교환이 가능한 위치가 되도록 회전하고, 이와 동시에 상기 주축은 상기 제2공구의 후단부로 전진하여 상기 공구를 파지하는 공구 파지 단계(S400);The tool magazine rotates so that a new second tool to be provided to the spindle can be exchanged with the waiting spindle, and at the same time, the spindle moves forward to the rear end of the second tool to grip the tool (S400);
상기 공구매거진은 제2공구의 파지를 해지하고, 상기 제2공구를 파지한 주축이 상기 공구매거진의 외측방향으로 이동하여 상기 공구매거진의 제2공구를 반출하는 주축 공구 장착 단계(S500)를 포함하여 이루어진다.The above tool magazine is configured to include a spindle tool mounting step (S500) in which the spindle holding the second tool is released, and the spindle holding the second tool moves in the outward direction of the tool magazine to take out the second tool of the tool magazine.
실시예로서, 상기 공구교환위치 정렬 단계(S100)에서 상기 공구매거진의 회전 방향은 상기 주축의 제1공구를 수납할 공구포트의 위치가 상기 공구교환위치로부터 가까운 방향으로 회전하는 것을 특징으로 한다.As an example, in the tool exchange position alignment step (S100), the rotation direction of the tool magazine is characterized in that the position of the tool port for storing the first tool of the spindle rotates in a direction closer to the tool exchange position.
실시예로서, 상기 공구 반환 단계(S300)는 상기 주축이 상기 공구매거진과 동일한 방향으로 동기화하여 회동하는 것을 특징으로 한다.As an example, the tool return step (S300) is characterized in that the spindle rotates synchronously in the same direction as the tool magazine.
실시예로서, 상기 주축이 상기 공구매거진과 동일한 방향으로 동기화하여 회동하되 미리 정해진 주축의 수직방향 상승 높이 까지만 회동하는 것을 특징으로 한다.As an example, the spindle is characterized in that it rotates synchronously in the same direction as the tool magazine, but only to a predetermined vertical elevation height of the spindle.
실시예로서, 상기 주축의 동기화 회동속도는 공구매거진의 회동속도에 부합하여 가감속되는 것을 특징으로 한다.As an example, the synchronous rotation speed of the main shaft is characterized by being accelerated and decelerated in accordance with the rotation speed of the tool magazine.
실시예로서, 상기 주축 공구 장착 단계(S500)는 상기 제2공구를 파지한 주축이 상기 공구매거진의 공구포트로부터 하단 방향으로 이동하는 것을 특징으로 한다.As an example, the spindle tool mounting step (S500) is characterized in that the spindle holding the second tool moves downward from the tool port of the tool magazine.
실시예로서, 상기 공구 파지 단계(S400)에서 상기 주축으로부터 반환된 제1공구를 수납한 공구매거진은 주축에 제공할 제2공구가 상기 주축과 공구교환이 가능한 위치가 되도록 가장 가까운 방향으로 회전한다.As an example, in the tool gripping step (S400), the tool magazine storing the first tool returned from the spindle rotates in the closest direction so that the second tool to be provided to the spindle can be exchanged with the spindle.
실시예로서, 상기 공구 반환 단계(S300)에서 상기 주축이 제1공구를 해지한 후 축 방향으로 후퇴하여 대기하는 위치는 상기 공구매거진과 동일한 방향으로 회동한 상태의 현재 위치이다.As an example, in the tool return step (S300), the position at which the spindle is axially retracted and waits after releasing the first tool is the current position in a state where it rotates in the same direction as the tool magazine.
실시예로서, 상기 공구 파지 단계(S400)에서 상기 주축이 상기 제2공구의 후단부로 전진하는 동작과, 상기 주축 공구 장착 단계(S500)에서 상기 제2공구를 파지한 주축이 상기 공구매거진의 외측방향으로 이동하는 동작은 상기 공구매거진과 상기 주축이 동일한 방향으로 동기화하여 이동하면서 이루어지는 것을 특징으로 한다.As an example, the operation of the spindle moving forward toward the rear end of the second tool in the tool gripping step (S400) and the operation of the spindle holding the second tool moving in the outward direction of the tool magazine in the spindle tool mounting step (S500) are characterized in that they are performed while the tool magazine and the spindle move in synchronization in the same direction.
다른 실시예로서 본 발명의 목적을 달성하기 위한 공작기계 공구매거진과 주축 사이의 공구교환방법의 해결 수단은, 제1공구를 파지한 주축은 공구매거진의 하부 공구교환위치로 이동하고, 공구매거진은 상기 주축의 제1공구를 수납할 공구포트가 상기 주축과 수직 방향으로 정렬되도록 회전하는 공구교환위치 정렬 단계(S100);In another embodiment, a solution for a tool exchange method between a machine tool magazine and a spindle for achieving the purpose of the present invention comprises a tool exchange position alignment step (S100) in which a spindle holding a first tool moves to a lower tool exchange position of the tool magazine, and the tool magazine rotates such that a tool port for storing the first tool of the spindle is aligned in a vertical direction with the spindle;
상기 주축이 상승하여 상기 주축에 파지하고 있던 제1공구를 상기 공구매거진의 공구포트에 삽입하는 공구 삽입 단계(S200);A tool insertion step (S200) in which the spindle is raised and the first tool held on the spindle is inserted into the tool port of the tool magazine;
상기 공구매거진과 주축이 동일한 방향으로 회동하면서 상기 주축은 파지하고 있던 제1공구를 해지 후 축 방향으로 후퇴하여 대기하고, 상기 공구매거진의 공구포트는 상기 주축으로부터 인계된 제1공구를 파지하는 공구 반환 단계(S300);A tool return step (S300) in which the tool magazine and the spindle rotate in the same direction, the spindle releases the first tool it was holding and then retreats in the axial direction to wait, and the tool port of the tool magazine holds the first tool taken over from the spindle;
상기 제1공구를 반환한 주축에 새로이 제공할 제2공구를 수납한 공구포트가 상기 대기 중인 주축과 정렬된 위치에 오도록 공구매거진이 회전하고, 상기 대기하고 있던 상기 주축이 상기 공구매거진과 동기화하여 동일한 방향으로 회전하면서 동시에 상기 공구매거진의 공구포트에 수납된 제2공구의 후단으로 전진하여 상기 제2공구를 파지하고, 상기 제2공구를 파지한 주축은 공구매거진과 동일한 회동 속도를 유지하면서 공구매거진의 외측 방향으로 이동하여 공구매거진의 공구포트로부터 제2공구를 이탈시키는 공구 파지 및 장착 단계(S600)를 포함하여 이루어진다.The tool magazine is rotated so that a tool port storing a second tool to be newly provided to the spindle that returned the first tool is aligned with the spindle that is waiting, and the spindle that was waiting rotates in the same direction in synchronization with the tool magazine while simultaneously moving forward toward the rear end of the second tool stored in the tool port of the tool magazine to grip the second tool, and the spindle that gripped the second tool moves in an outward direction of the tool magazine while maintaining the same rotation speed as the tool magazine to detach the second tool from the tool port of the tool magazine, including a tool gripping and mounting step (S600).
본 발명은, 주축과 공구매거진 사이에서 공구교환을 함에 있어, 공구교환위치에서 주축을 공구매거진의 회전속도와 동기화하여 공구매거진의 회전동작을 멈추지 않고 공구교환 동작을 수행함으로써 주축의 공구교환 시간을 단축하는 효과가 있다. The present invention has the effect of shortening the tool exchange time of the spindle by performing the tool exchange operation without stopping the rotational motion of the tool magazine by synchronizing the spindle with the rotational speed of the tool magazine at the tool exchange position when exchanging tools between the spindle and the tool magazine.
나아가 공구교환 시간이 단축됨으로 공작기계의 가공시간을 단축하는 효과가 있다.In addition, the tool change time is shortened, which has the effect of shortening the machining time of the machine tool.
도 1은 공구교환장치가 설치되지 않은 일반적인 공작기계의 예시도이다.
도 2는 도 1의 공구매거진의 정면도이다.
도 3은 종래기술로, 주축에 장착된 공구를 공구매거진의 공구포트에 반납한 후 공구매거진의 다른 공구포트에 있던 새로운 공구를 주축에 장착하는 하는 동작 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시예로서, 주축에 장착된 공구를 공구매거진의 공구포트에 반납한 후 공구매거진의 다른 공구포트에 있던 새로운 공구를 주축에 장착하는 동작 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시예로서, 주축과 공구 매거진이 동기화하여 회동하면서 주축의 공구를 공구매거진의 공구포트에 반납하는 동작을 나타내는 개념도이다.
도 6은 본 발명의 실시예로서, 주축과 공구매거진 사이의 공구교환 동작 순서도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예로서, 주축과 공구 매거진이 동기화하여 회동하면서 공구매거진 공구포트의 공구를 주축에 파지하는 동작을 나타내는 개념도이다
도 8은 본 발명의 다른 실시예로서, 주축과 공구매거진 사이의 공구교환 동작 순서도이다.Figure 1 is an example of a typical machine tool without a tool changer installed.
Figure 2 is a front view of the tool magazine of Figure 1.
Figure 3 is a flow chart showing a conventional operation of returning a tool mounted on a spindle to a tool port of a tool magazine and then mounting a new tool from another tool port of the tool magazine on the spindle.
FIG. 4 is a flow chart illustrating an operation of returning a tool mounted on a spindle to a tool port of a tool magazine and then mounting a new tool from another tool port of the tool magazine on the spindle, as an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a conceptual diagram showing an operation of returning a tool of a spindle to a tool port of a tool magazine while the spindle and the tool magazine rotate synchronously as an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a flow chart of a tool exchange operation between a spindle and a tool magazine as an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a conceptual diagram showing another embodiment of the present invention, in which the spindle and the tool magazine rotate synchronously and the tool of the tool magazine tool port is gripped by the spindle.
FIG. 8 is a flow chart of a tool exchange operation between a spindle and a tool magazine as another embodiment of the present invention.
이하, 도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 to 6.
먼저 공구교환위치 정렬 단계(S100)를 설명한다.First, the tool exchange position alignment step (S100) is described.
환형으로 형성되고 선단에 여러 개의 공구포트(11)를 구비한 공구매거진(10)은 공작기계가 가공작업을 수행하는 과정에 제어장치로부터 공구교환 지령이 전달되면, 주축(20)으로부터 반환되는 제1공구(14)를 수납할 공구포트(11)가 공구교환 위치에 오도록 회전한다. 이 때 공구매거진(10)은 어느 방향으로 회전하는 것이 수납할 공구포트(11)가 공구교환위치에 더 가까운지 판단하여 더 가까운 방향으로 회전한다.When a tool change command is transmitted from a control device during a process in which a machine tool performs a machining operation, a tool magazine (10) formed in an annular shape and equipped with multiple tool ports (11) at the tip rotates so that the tool port (11) for receiving the first tool (14) returned from the main shaft (20) comes to the tool change position. At this time, the tool magazine (10) determines in which direction the tool port (11) to be received is closer to the tool change position and rotates in the closer direction.
이 때, 공구매거진(10)에 반환할 제1공구(14)를 파지한 주축(20)은 공구매거진(10)의 하부에 위치한 공구교환위치로 이동하여 공구매거진(10)의 수납 공구포트(11)와 수직 방향으로 정렬된다.At this time, the spindle (20) that has received the first tool (14) to be returned to the tool magazine (10) moves to the tool exchange position located at the bottom of the tool magazine (10) and is aligned vertically with the storage tool port (11) of the tool magazine (10).
다음으로, 반환할 제1공구(14)를 파지한 상기 주축(20)이 상승하여 상기 주축(20)에 파지하고 있던 제1공구(14)를 상기 공구매거진(10)의 공구포트(11)에 삽입하는 공구 삽입 단계(S200)를 실행한다.Next, the spindle (20) that has gripped the first tool (14) to be returned is raised, and a tool insertion step (S200) is executed in which the first tool (14) gripped by the spindle (20) is inserted into the tool port (11) of the tool magazine (10).
이어서, 상기 공구매거진(10)과 주축(20)이 동일한 방향으로 회동하면서 상기 주축(20)은 파지하고 있던 제1공구(14)를 해지(unclamp)한 후 축 방향으로 후퇴하여 현재의 위치에 대기한다. 이 때 상기 공구매거진(10)의 공구포트(11)는 상기 주축(20)으로부터 인계된 제1공구(14)를 파지하는 공구 반환 단계(S300)를 수행한다.Next, as the tool magazine (10) and the spindle (20) rotate in the same direction, the spindle (20) unclamps the first tool (14) that it was holding and then axially retreats to stand by at the current position. At this time, the tool port (11) of the tool magazine (10) performs a tool return step (S300) of holding the first tool (14) taken over from the spindle (20).
이 때, 주축(20)은 상기 공구매거진(10)과 동일한 방향으로 동기화하여 회동하되, 공구매거진(10)의 회동속도에 맞춰 속도 시정수 변경을 통해 가감속이 이루어지면서 회동하게 된다. 물론 이 때 공구매거진(10)도 공구교환위치에 접근하면서 감속이 이루어지고 주축(20)과 공구교환이 끝날 즘에는 가속하여 회전한다. At this time, the main shaft (20) rotates in synchronization with the tool magazine (10) in the same direction, but rotates while accelerating and decelerating by changing the speed time constant according to the rotation speed of the tool magazine (10). Of course, at this time, the tool magazine (10) also decelerates as it approaches the tool exchange position, and accelerates and rotates when the tool exchange with the main shaft (20) is completed.
또한, 공구매거진(10)과 동기화하여 회동하는 주축(20)은, 공작기계의 컬럼(30) 상에서 상부에 설치된 공구매거진(10)과의 간섭을 피하기 위해 수직방향으로 미리 정해진 높이까지만 공구매거진(10)과 동기화하여 회동한다.In addition, the main shaft (20) that rotates in synchronization with the tool magazine (10) rotates in synchronization with the tool magazine (10) only up to a predetermined height in the vertical direction to avoid interference with the tool magazine (10) installed at the top on the column (30) of the machine tool.
한편, 상기 공구 반환 단계(S300) 후에는 더 이상 가공작업을 수행하지 않을 경우 공구매거진(10)은 공구포트(11)에 반환된 공구(12)가 공구매거진(10) 상에서 정위치에 오도록 회전하는 단계를 수행한다.Meanwhile, after the tool return step (S300), if no further processing work is performed, the tool magazine (10) performs a step of rotating the tool (12) returned to the tool port (11) so that it is in the correct position on the tool magazine (10).
다음으로, 상기 공구 반환 단계(S300) 후에는 상기 공구매거진(10)은 주축(20)에 제공할 새로운 제2공구(15)가 상기 대기 중인 주축(20)의 위치에 오도록 회전하고, 상기 제2공구(15)가 대기 중인 주축(20)의 위치에 도달하면, 대기하고 있던 상기 주축(20)은 상기 제2공구(15)의 후단부로 전진하여 상기 공구매거진(10)의 공구포트(11)로부터 제2공구(15)를 파지(clamp)하는 공구 파지 단계(S400)를 실행한다. 여기서 주축(20)이 공구교환을 위해 대기 하고 있는 위치는 공구매거진(10)의 공구포트(11)에 수납된 제2공구(15)와 동일한 축선 방향의 후단이 된다.Next, after the tool return step (S300), the tool magazine (10) rotates so that a new second tool (15) to be provided to the spindle (20) comes to the position of the spindle (20) that is waiting, and when the second tool (15) reaches the position of the spindle (20) that is waiting, the spindle (20) that has been waiting moves forward to the rear end of the second tool (15) and executes a tool gripping step (S400) of gripping (clamping) the second tool (15) from the tool port (11) of the tool magazine (10). Here, the position where the spindle (20) is waiting for tool exchange becomes the rear end in the same axial direction as the second tool (15) stored in the tool port (11) of the tool magazine (10).
다음으로, 공구매거진(10)의 공구포트(11)은 제2공구(15)의 파지를 해지하고, 주축(20)은 공구매거진(10)의 공구포트(11) 후단으로 전진하여 상기 제2공구(15)를 파지한 채로 상기 공구매거진(10)의 공구포트(11)로부터 외측 방향으로 이동하여 주축(20)에 새로운 공구(12)를 장착하는 주축(20) 공구 장착 단계(S500)를 완료한다.Next, the tool port (11) of the tool magazine (10) releases the grip of the second tool (15), and the spindle (20) moves forward to the rear end of the tool port (11) of the tool magazine (10) to grip the second tool (15) and moves outward from the tool port (11) of the tool magazine (10) to complete the spindle (20) tool mounting step (S500) of mounting a new tool (12) on the spindle (20).
이 때, 상기 주축(20) 공구 장착 단계(S500)는 상기 제2공구(15)를 파지한 주축(20)이 상기 공구매거진(10)의 회전 중심으로부터 원주방향으로 이동함으로써 제2공구(15)를 파지한 주축(20)이 회전하는 공구매거진(10)에 간섭을 일으키지 않도록 한다.At this time, the main shaft (20) tool mounting step (S500) ensures that the main shaft (20) holding the second tool (15) moves in the circumferential direction from the center of rotation of the tool magazine (10) so that the main shaft (20) holding the second tool (15) does not interfere with the rotating tool magazine (10).
한편, 상기 실시예에서는 주축(20)의 제1공구(14)를 공구매거진(10)에 반환할 때 주축(20)을 공구매거진(10)과 동기화하여 제1공구(14)를 반환하는 과정을 설명하였는데, 이하에서는 본 발명의 다른 실시예로서, 도 7 내지 도 8에서 개시한 바와 같이, 주축(20)이 공구매거진(10)으로부터 제2공구(15) 를 파지할 때에도 주축(20)이 공구매거진(10)과 동기화하여 회전하면서 제2공구(15)를 파지하는 실시예를 소개한다.Meanwhile, in the above embodiment, the process of returning the first tool (14) of the spindle (20) to the tool magazine (10) by synchronizing the spindle (20) with the tool magazine (10) when returning the first tool (14) of the spindle (20) to the tool magazine (10) has been described. Below, as another embodiment of the present invention, as disclosed in FIGS. 7 and 8, an embodiment is introduced in which the spindle (20) rotates in synchronization with the tool magazine (10) and grips the second tool (15) when gripping the second tool (15) from the tool magazine (10).
즉, 상기 실시예의 공구 반환 단계(S300) 후에 제1공구(14)를 반환한 주축(20)에 새로이 제공할 제2공구(15)를 수납한 공구매거진(10)의 공구포트(11)가 공구매거진(10)의 회전에 의해 주축(20)과 공구교환이 가능한 위치로 회전하면, 공구교환위치에 대기하고 있던 주축(20)이 상기 공구매거진(10)과 동일한 방향으로 동기화하여 회동하면서 상기 공구매거진(10) 공구포트(11)에 수납된 제2공구(15)의 후단으로 전진하여 공구(12)를 파지한다. 이 때 주축(20)은 공구매거진(10)과 회동 속도 동기화를 유지하면서 공구매거진(10)의 외측 방향으로 이동함으로써 공구매거진(10)의 공구포트(11)로부터 제2공구(15)를 이탈시키는 공구 파지 및 장착 단계(S600)를 수행한다.That is, after the tool return step (S300) of the above embodiment, when the tool port (11) of the tool magazine (10) storing the second tool (15) to be newly provided to the spindle (20) that returned the first tool (14) rotates to a position where the tool can be exchanged with the spindle (20) due to the rotation of the tool magazine (10), the spindle (20) that was waiting at the tool exchange position rotates synchronously in the same direction as the tool magazine (10) and moves forward to the rear end of the second tool (15) stored in the tool port (11) of the tool magazine (10) to grip the tool (12). At this time, the spindle (20) performs a tool gripping and mounting step (S600) to detach the second tool (15) from the tool port (11) of the tool magazine (10) by moving in the outward direction of the tool magazine (10) while maintaining the rotation speed synchronization with the tool magazine (10).
따라서 주축(20)이 공구매거진(10)으로부터 제2공구(15)를 파지할 때에도 공구매거진(10)의 회전을 멈추지 않고 제2공구(15)를 주축(20)에 파지 함으로써 주축(20)의 공구교환 시간을 더욱 단축시킬 수 있다.Accordingly, even when the spindle (20) grips the second tool (15) from the tool magazine (10), the tool change time of the spindle (20) can be further shortened by gripping the second tool (15) on the spindle (20) without stopping the rotation of the tool magazine (10).
한편, 상기 실시예들에서 공구매거진(10)의 일측에 공구(14,15) 감지용 센서(13)를 부설하여 공구교환위치에서 공구포트(11)에 제1,2공구(14,15)의 삽입 또는 이탈 여부를 검출할 수 있도록 하였으며, 이 센서(13)에서 인가되는 신호에 의해 주축(20)과 공구매거진(10)의 공구교환 동작의 정확도를 확인 할 수 있도록 하였다. Meanwhile, in the above embodiments, a sensor (13) for detecting tools (14, 15) is installed on one side of the tool magazine (10) so as to detect whether the first and second tools (14, 15) are inserted or removed from the tool port (11) at the tool exchange position, and the accuracy of the tool exchange operation of the main spindle (20) and the tool magazine (10) can be confirmed by the signal applied from the sensor (13).
또한, 상기 실시예들에서 모든 제어 알고리즘은 공작기계의 수치제어장치에서 실행되며, 수치제어장치의 제어 지령에 따라 주축(20)과 공구매거진(10)의 구동부를 제어 함으로써 실현되는 것이다.In addition, in the above embodiments, all control algorithms are executed in the numerical control device of the machine tool, and are realized by controlling the drive unit of the main shaft (20) and the tool magazine (10) according to the control command of the numerical control device.
이상 설명한 바와 같이 본 발명은, 주축(20)과 공구매거진(10) 사이에서 공구교환을 함에 있어, 공구교환위치에서 주축(20)을 공구매거진(10)의 회전속도와 동기화하여 공구매거진(10)의 회전동작을 멈추지 않고 공구교환 동작을 수행함으로써 주축(20)의 공구교환 시간을 단축하는 효과가 있다. 나아가 공구교환 시간을 단축함으로써 공작기계의 가공시간을 단축하는 효과가 있다.As described above, the present invention has the effect of shortening the tool exchange time of the spindle (20) by performing the tool exchange operation without stopping the rotational motion of the tool magazine (10) by synchronizing the spindle (20) with the rotational speed of the tool magazine (10) at the tool exchange position when exchanging tools between the spindle (20) and the tool magazine (10). Furthermore, by shortening the tool exchange time, there is the effect of shortening the machining time of the machine tool.
10 공구매거진
11 공구포트
12 공구
13 센서
14 제1공구
15 제2공구
20 주축
30 컬럼
S100 공구교환위치 정렬 단계
S200 공구 삽입 단계
S300 공구 반환 단계
S400 공구 파지 단계
S500 주축 공구 장착 단계
S600 공구 파지 및 장착 단계10 Tool Magazine
11 Tool Port
12 tools
13 Sensors
14 Tool 1
15 Tool 2
20 spindles
30 columns
S100 Tool Exchange Position Alignment Step
S200 Tool Insertion Steps
S300 Tool Return Steps
S400 tool phage step
S500 Spindle Tool Mounting Steps
S600 Tool Grabbing and Mounting Steps
Claims (10)
상기 주축이 상기 공구매거진에 접근하여 상기 주축에 파지하고 있던 상기 제1공구를 상기 공구매거진의 공구포트에 삽입하는 공구 삽입 단계(S200);
상기 공구매거진의 공구포트는 상기 주축으로부터 인계된 상기 제1공구를 파지하고, 상기 공구매거진과 상기 주축이 동일한 방향으로 동기화하여 회동하되, 상기 주축은 미리 정해진 수직방향 상승 높이 까지만 회동하여 파지하고 있던 상기 제1공구를 해지 후 축 방향으로 후퇴하여 대기하는 공구 반환 단계(S300);
상기 공구매거진은 상기 주축에 제공할 제2공구가 상기 대기 중인 주축과 공구교환이 가능한 위치가 되도록 회전하고, 상기 주축은 상기 제2공구의 후단부로 전진하여 상기 제2공구를 파지하는 공구 파지 단계(S400);
상기 공구매거진은 상기 제2공구의 파지를 해지하고, 상기 제2공구를 파지한 상기 주축은 상기 공구매거진의 외측방향으로 이동하되, 상기 공구매거진과 상기 주축은 동일한 방향으로 동기화하여 이동하면서 상기 공구매거진의 공구포트로부터 상기 제2공구를 장착하는 주축 공구 장착 단계(S500)를 포함하는 공작기계 공구매거진과 주축 사이의 공구교환방법.A tool exchange position alignment step (S100) in which the spindle that has received the first tool moves to the tool exchange position of the tool magazine, and the tool magazine rotates so that the tool port for storing the first tool of the spindle is aligned with the spindle;
A tool insertion step (S200) in which the spindle approaches the tool magazine and inserts the first tool held by the spindle into the tool port of the tool magazine;
The tool port of the above tool magazine holds the first tool taken over from the spindle, and the tool magazine and the spindle rotate in the same direction in synchronization, but the spindle rotates only to a predetermined vertical elevation height, releases the first tool that was being held, and then retreats in the axial direction to wait for a tool return step (S300);
The tool magazine rotates so that the second tool to be provided to the spindle is in a position where tool exchange with the waiting spindle is possible, and the spindle moves forward to the rear end of the second tool to grip the second tool (S400);
A tool exchange method between a tool magazine and a spindle of a machine tool, comprising a spindle tool mounting step (S500) in which the tool magazine releases the grip of the second tool, and the spindle that grips the second tool moves in the outward direction of the tool magazine, while the tool magazine and the spindle move synchronously in the same direction, and the second tool is mounted from the tool port of the tool magazine.
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