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KR102706006B1 - 공작기계의 공작물 절단 확인장치 및 확인방법 - Google Patents

공작기계의 공작물 절단 확인장치 및 확인방법 Download PDF

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KR102706006B1
KR102706006B1 KR1020200023404A KR20200023404A KR102706006B1 KR 102706006 B1 KR102706006 B1 KR 102706006B1 KR 1020200023404 A KR1020200023404 A KR 1020200023404A KR 20200023404 A KR20200023404 A KR 20200023404A KR 102706006 B1 KR102706006 B1 KR 102706006B1
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spindle
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clamped
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하종수
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주식회사 디엔솔루션즈
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Abstract

본 발명은 2개의 스핀들을 구비하는 공작기계에서 서브 스핀들이 메인 스핀들에서 선가공된 공작물을 클램핑한 상태에서 메인 스핀들 또는 서브 스핀들의 위치편차를 공작물의 종류와 두께 및 가공프로그램에 따라 다양하게 설정된 기준 전류값과 비교하여 선가공된 공작물을 서브 스핀들로 가공하기 전에 선가공된 공작물의 절단유무를 자동으로 확인함에 따라 공작기계의 오작동을 방지하고, 호환성과 범용성을 극대화하며, 사용자의 편의성을 향상하고, 불필요한 기계부 구성을 제거하여 공작기계의 소형화를 도모할 수 있는 공작기계의 공작물 절단 확인장치 및 확인방법에 관한 것이다.

Description

공작기계의 공작물 절단 확인장치 및 확인방법{Workpiece cutoff confirmation apparatus of machine tool and method thereof}
본 발명은 공작기계의 공작물 절단 확인장치 및 확인방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 2개의 스핀들을 구비하는 공작기계에서 메인 스핀들 또는 서브 스핀들의 위치편차를 통해 메인 스핀들과 서브 스핀들에 동시에 클램핑되거나 메인 스핀들과 서브 스핀들 중 어느 하나에 클램핑된 공작물의 절단 유무를 자동으로 확인함에 따라 공작기계의 전체적인 제조비용을 절감하고 공작기계의 소형화를 도모하며, 가공생산성을 증대시키고, 공작기계에 대한 신뢰성과 안정성을 극대화하기 위한 공작기계의 공작물 절단 확인장치 및 확인방법에 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 등을 비롯한 다양한 종류의 공작기계는 다양한 산업 현장에서 해당 작업의 용도에 맞게 널리 사용되고 있다.
일반적으로 현재 사용되고 있는 다양한 종류의 공작기계는 수치제어(numerical control, NC) 또는 CNC(computerized numerical control) 기술이 적용되는 조작반을 구비하고 있다. 이러한 조작반은 다양한 기능스위치 또는 버튼과 모니터를 구비한다.
또한, 공작기계는 공작물인 소재가 안착되고 공작물 가공을 위해 이송하는 테이블, 가공전 공작물을 준비하는 팔렛트, 공구 또는 공작물이 결합되어 회전하는 주축, 공작물 등을 가공중에 지지하기 위한 심압대, 방진구 등을 구비한다.
일반적으로 공작기계에서 테이블, 공구대, 주축, 심압대, 방진구 등은 다양한 가공을 수행하기 위해 이송축을 따라 이송하는 이송유닛을 구비한다.
일반적으로 선삭이란 소재인 공작물 회전시키고, 절삭공구를 공작물에 접촉하여 공작물을 절삭가공하는 것으로 이러한 선삭가공은 회전체 형상의 제품을 가공할 때 많이 이용된다. 또한, 오늘날에는 선삭가공을 통해 가공되는 제품은 그 형상이 다양하고 고정밀 가공이 요구되며, 가공시간을 단축시킬 것이 요구되고 있다.
이러한 선삭가공이 사용되는 대표적인 제품의 일례로 가늘고 기다란 형상의 공작물이 사용되고, 이러한 공작물은 선삭 가공할 때에 제품의 길이가 비교적 짧게 절단되는 형태를 갖는다.
또한, 하나의 공작물을 연속으로 공급하고 가공하며 절단하고, 절단된 부분이 제품이 되고 다음 절단된 다음의 부분이 가공영역으로 공급되어 선삭 가공을 수행하고, 이러한 선삭방식을 스위스턴(swiss turn) 방식으로 지칭한다.
오늘날에는 스위스턴을 포함하는 선반이나 터닝센터가 선삭가공을 위해 대표적으로 사용되고, 생산성을 높이고 가공시간을 단축하기 위해 상술한 바와 같이 스위스턴 방식 이외에 복잡한 형상의 제품을 가공하기 위해 2개의 스핀들을 구비하고, 1개의 스핀들에 클램핑된 상태로 가공된 표면과 다른 표면을 가공하는 용도로도 제작되어 사용되고 있다.
또한, 상술한 2개의 스핀들을 갖는 스위스턴이나 2개의 스핀들을 갖는 터닝센터에서 공작물을 가공하기 위해서는 반드시 공작물을 절단하여야 하고, 절단된 상태를 확인할 수 있어야 한다.
이처럼 스위스턴이나 터닝센터를 포함하여 2개의 스핀들을 갖는 공작기계에서 소재의 절단 유무를 신속하게 하기 위해서 기계적인 공작기계의 공작물 절단 확인장치 및 확인방법이 발명되었다.
구체적으로, 작기계의 공작물 절단 확인장치 및 확인방법은 도 1에 도시된 것처럼, 제1 스핀들(2)과 제2 스핀들(3)을 구비하고, 절단장치(4)로 소재(5)를 절단하면 터치센서 등을 구비한 절단 검사장치가 가공영역으로 진입하여 이동하여 소재의 절단유무를 확인하고, 절단확인이 완료되면 다시 절단 검사장치가 가공영역에서 이탈되게 이동한 후에, 가공을 수행하였다.
이처럼, 종래 공작기계의 공작물 절단 확인장치 및 확인방법은 기계적인 방식으로 공작물 절단 유무 확인에 많은 시간이 소요됨에 따라 공작기계의 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.
또한, 종래 공작기계의 공작물 절단 확인장치 및 확인방법은 다양한 기계 구성품을 추가로 구비해야 함에 따라 공작기계의 전체적인 제조비용이 증가하여, 소비자의 부담을 초래하고, 공작기계의 소형화를 도모할 수 없고, 공간활용도가 감소하는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 대한민국 특허공개공보 제10-2005-0066787호에서 서브 스핀들의 전후진 이동에 의한 거리를 확인하여 공작물의 절단 유무를 확인하는 공작기계의 공작물 절단 확인장치 및 확인방법을 개발하였다.
그러나, 기계적인 방식이 아닌 제어적인 방식의 종래 공작기계의 공작물 절단 확인장치 및 확인방법은 공작물의 종류나 두께 또는 가공프로그램에 대한 고려없이 일률적인 기준의 거리이동만으로 공작물의 절단유무를 판단함에 따라 정확성이 저하되고, 공작기계의 공작물 절단 확인장치 및 확인방법의 신뢰성과 안정성이 저하되는 문제점이 있었다.
또한, 기계적인 방식이 아닌 제어방식의 종래 공작기계의 공작물 절단 확인장치 및 확인방법은 1개의 단순한 공작물에 대해서만 적용이 가능하고 다양한 공작물에 대해 정확하게 적용될 수 없고, 메인 스핀들이나 서브 스핀들의 회전에 의한 편차에 대해 고려하지 않아, 공작물이 변경되는 경우나 경험이 없는 초보 사용자의 경우 공작물 절단 확인을 제어방식으로 수행할 수 없어 사용자의 불편을 초래하고, 불필요한 구성의 증가에 따라 공작기계의 전체적인 제조비용만 증가하고, 장비 설정과 작동에 따른 많은 시간과 비용이 소요되어 가공비용이 증가하는 문제점이 있었다.
더욱이, 기계적인 방식이 아닌 제어방식의 종래 공작기계의 공작물 절단 확인장치 및 확인방법은 장비의 작동에 따른 실시간 장비 운영상태를 반영하지 못함에 따라 범용성이 감소하여 호환성이 저하되고, 절단 오류의 경우 공작물의 배출에 대한 고려 없이 설계됨에 따라 최종적으로 비가공시간을 증가시켜 공작기계의 생산성을 저하시키는 문제점이 있었다.
이에 따라, 기계적인 방식이 아닌 제어방식으로 작동하면서도 공작물의 종류나 두께와 가공 프로그램을 고려함과 동시에 실시간으로 공작기계의 작동상태에 따라 공작물의 절단 유무를 자동으로 확인하고, 절단 오류가 발생되는 경우에 해당 공작물을 신속하게 배출시킬 수 있는 공작기계의 공작물 절단 확인장치 및 확인방법의 개발이 시급한 실정이다.
대한민국 특허공개공보 제10-2000-0046975호 대한민국 특허공개공보 제10-2011-0064386호 대한민국 특허공개공보 제10-2005-0066787호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 2개의 스핀들을 구비하는 공작기계에서 메인 스핀들과 서브 스핀들 중 어느 하나에 클램핑되어 가공된 공작물이 메인 스핀들과 서브 스핀들에 동시에 클램핑되거나 메인 스핀들과 서브 스핀들 중 어느 하나에 클램핑된 상태에서 메인 스핀들 및/또는 서브 스핀들의 위치편차를 공작물의 종류와 두께 및 가공프로그램에 따라 다양하게 설정된 기준 전류값과 비교하여 메인 스핀들 또는 서브 스핀들에 클램핑된 공작물을 가공하기 전에 메인 스핀들 또는 서브 스핀들에 클램핑된 공작물의 절단유무를 자동으로 확인함에 따라 공작기계의 오작동을 방지하고, 호환성과 범용성을 극대화하며, 사용자의 편의성을 향상하고, 불필요한 기계부 구성을 제거하여 공작기계의 소형화를 도모할 수 있는 공작기계의 공작물 절단 확인장치 및 확인방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 공작물의 절단 유무를 확인하기 위한 위치편차의 기준 전류량과 오차범위를 실시간으로 보정하고, 공작물의 종류와 공작물의 두께에 의한 공작물 정보 및 가공프로그램에 따라 다양하게 변경하여 설정함에 따라 공작물의 종류와 가공프로그램 별로 공작물의 절단 유무를 정확하고 신속하게 자동으로 확인함에 따라 비가공시간 감소에 의해 공작기계의 생산성을 극대화하고, 공작기계의 안정성과 신뢰성을 극대화하며, 오작동에 의한 공구 또는 다른 장비의 손상이나 파손을 방지하여 공작기계의 수명을 증대시키고, 공작기계의 유지비용을 절감할 수 있는 공작기계의 공작물 절단 확인장치 및 확인방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 공작기계의 공작물 절단 확인장치는 공작물을 가공하기 위해 공작물을 클램핑하는 메인 스핀들; 상기 메인 스핀들에 클램핑되어 가공된 공작물을 클램핑하는 서브 스핀들; 상기 메인 스핀들과 상기 서브 스핀들 중 적어도 어느 하나에 클램핑된 공작물을 절단하는 절단유닛; 및 상기 메인 스핀들과 상기 서브 스핀들에 동시에 클램핑되거나 상기 메인 스핀들과 상기 서브 스핀들 중 어느 하나에 클램핑된 공작물의 절단 유무를 확인하는 제어부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 공작물 절단 확인장치의 바람직한 일 실시예에서, 공작기계의 공작물 절단 확인장치의 상기 제어부는 상기 메인 스핀들과 상기 서브 스핀들에 동시에 클램핑되거나 상기 메인 스핀들과 상기 서브 스핀들 중 어느 하나에 클램핑되어 가공된 공작물이 상기 메인 스핀들과 상기 서브 스핀들에 동시에 클램핑된 상태 또는 상기 메인 스핀들과 상기 서브 스핀들 중 어느 하나에 클램핑된 상태에서 상기 메인 스핀들 또는 상기 서브 스핀들의 위치편차를 비교하여 공작물의 절단유무를 확인할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 공작물 절단 확인장치의 바람직한 일 실시예에서, 공작기계의 공작물 절단 확인장치의 상기 위치편차는 상기 메인 스핀들이나 상기 서브 스핀들의 직선이송 또는 상기 메인 스핀들이나 상기 서브 스핀들의 회전에 의해 생성할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 공작물 절단 확인장치의 바람직한 일 실시예에서, 공작기계의 공작물 절단 확인장치의 상기 제어부는 상기 서브 스핀들에 클램핑된 공작물의 절단 유무를 확인하기 위한 정보를 저장하는 저장부; 상기 저장부에 저장된 정보와 상기 메인 스핀들 또는 상기 서브 스핀들의 위치편차를 비교하여 상기 서브 스핀들에 클램핑된 공작물의 절단 유무를 분석하는 분석부; 및 상기 분석부의 결과에 따라 상기 서브 스핀들에 클램핑된 공작물의 절단 유무를 확인하는 처리부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 공작물 절단 확인장치의 바람직한 일 실시예에서, 공작기계의 공작물 절단 확인장치의 상기 저장부는 공작물 종류 및 공작물 두께에 대한 공작물 정보를 저장하는 공작물데이터 저장부; 공작물을 가공하기 위한 가공프로그램을 저장하는 가공프로그램 저장부; 및 공작물 정보와 가공프로그램을 기준으로 설정된 기준 전류값, 최대 전류값, 최소 전류값, 또는 오차범위를 저장하는 기준데이터 저장부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 공작물 절단 확인장치의 바람직한 일 실시예에서, 공작기계의 공작물 절단 확인장치의 상기 분석부는 상기 메인 스핀들과 상기 서브 스핀들의 클램핑 또는 언클팸핑 상태를 확인하는 확인부; 상기 서브 스핀들이 상기 메인 스핀들에 클램핑되어 가공된 공작물을 클램핑한 상태에서 상기 메인 스핀들 또는 상기 서브 스핀들의 위치편차를 검출하는 검출부; 및 상기 검출부에서 검출된 위치편차와 상기 기준데이터 저장부에 저장된 기준 전류값을 비교하는 비교부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 공작물 절단 확인장치의 바람직한 일 실시예에서, 공작기계의 공작물 절단 확인장치의 상기 처리부는 상기 비교부의 비교결과 상기 검출부에서 검출된 위치편차와 상기 기준데이터 저장부에 저장된 기준 전류값의 차이가 오차범위 이내인 경우에는 상기 서브 스핀들에 클램핑된 공작물의 가공 수행을 수행하도록 절단확인 지령신호를 발생하고, 오차범위를 초과하는 경우에는 상기 서브 스핀들에 클램핑된 공작물의 가공을 중단하는 절단오류 지령신호를 출력하는 지령부; 및 상기 지령부의 결과에 따라 절단오류 지령신호가 출력되는 경우에 절단오류를 경고하고 상기 서브 스핀들에 클램핑된 공작물을 수거하기 위한 알람신호를 출력하는 알람부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 공작물 절단 확인장치의 바람직한 일 실시예에서, 공작기계의 공작물 절단 확인장치의 상기 처리부는 상기 지령부를 통해 절단확인 지령신호 또는 절단오류 지령신호가 출력되는 경우에 상기 검출부로부터 검출된 위치편차를 실시간으로 저장하고, 실시간으로 저장된 데이터를 상기 기준데이터 저장부에 저장되는 기준 전류값 및 오차범위와 비교하여 상기 기준데이터 저장부에 저장되는 기준 전류값과 오차범위를 실시간으로 보정하는 보정부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 공작물 절단 확인장치의 바람직한 일 실시예에서, 공작기계의 공작물 절단 확인장치의 상기 제어부는 상기 서브 스핀들에 클램핑된 공작물의 절단 유무 자동 확인 모드를 선택하는 선택부; 및 상기 저장부, 상기 분석부, 및 상기 처리부의 결과를 표시하는 표시부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 공작기계의 제어방법은 메인 스핀들에 클램핑되어 가공된 공작물을 서브 스핀들로 클램핑하여 가공하기전에 상기 서브 스핀들에 클램핑된 공작물의 절단 유무를 확인하기 위한 정보를 저장하는 단계; 상기 서브 스핀들에 클램피된 공작물의 절단 유무 확인 작동에 대한 신호를 수신하는 단계; 상기 서브 스핀들에 클램핑된 공작물의 클램핑 또는 언클팸핑 상태를 확인하는 단계; 상기 메인 스핀들과 상기 서브 스핀들에 동시에 클램핑되거나 상기 메인 스핀들과 상기 서브 스핀들 중 어느 하나에 클램핑되어 가공된 공작물을 상기 서브 스핀들이 클램핑한 상태에서 상기 메인 스핀들 또는 상기 서브 스핀들의 위치편차를 검출하는 단계; 검출된 위치편차와 기준 전류값을 비교하는 단계; 및 비교결과에 따라 검출된 위치편차와 기준 전류값의 차이가 오차범위 이내인 경우에는 상기 서브 스핀들에서 클램핑된 공작물의 가공 수행을 수행하도록 절단확인 지령신호를 출력하고, 오차범위를 초과하는 경우에는 상기 서브 스핀들에서 클램핑된 공작물의 가공을 중단하는 절단오류 지령신호를 출력하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 제어방법의 바람직한 일 실시예에서, 공작기계의 제어방법은 상기 지령신호를 출력하는 단계 이후에 절단오류 지령신호가 출력된 경우에 절단오류를 경고하고 상기 서브 스핀들에 클램핑된 공작물을 수거하기 위한 알람신호를 출력하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 제어방법의 바람직한 일 실시예에서, 공작기계의 제어방법은 상기 알람신호를 출력하는 단계 이후에 절단확인 지령신호 또는 절단오류 지령신호가 출력되는 경우에 검출된 위치편차를 실시간으로 저장하고, 실시간으로 저장된 데이터를 기준 전류값 및 오차범위를 비교하여 기저장된 기준 전류값과 오차범위를 실시간으로 보정하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 공작기계의 공작물 절단 확인장치 및 확인방법은 2개의 스핀들을 구비하는 공작기계에서 메인 스핀들과 서브 스핀들 중 어느 하나에 클램핑되어 가공된 공작물이 메인 스핀들과 서브 스핀들에 동시에 클램핑되거나 메인 스핀들과 서브 스핀들 중 어느 하나에 클램핑된 상태에서 메인 스핀들 및/또는 서브 스핀들의 위치편차를 공작물의 종류와 두께 및 가공프로그램에 따라 다양하게 설정된 기준 전류값과 비교하여 서브 스핀들에 클램핑된 공작물을 가공하기 전에 서브 스핀들에 클램핑된 공작물의 절단유무를 자동으로 확인함에 따라 공작기계의 오작동을 방지하고, 오작동에 의한 공구 또는 다른 장비의 손상이나 파손을 방지하여 공작기계의 수명을 증대시키고, 공작기계의 유지비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 공작물 절단 확인장치 및 확인방법은 2개의 스핀들을 구비하는 공작기계에서 메인 스핀들과 서브 스핀들에 클램핑된 공작물의 절단 유무를 직선이송 또는 회전에 의한 위치편차를 통해 제어부로 신속하게 자동으로 확인함에 따라 사용자의 편의성을 향상하며, 불필요한 기계부 구성을 제거하여 공작기계의 소형화를 도모하며, 공작기계의 전체적인 제조비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
더욱이, 본 발명에 의한 공작기계의 공작물 절단 확인장치 및 확인방법은 2개의 스핀들을 구비하는 공작기계에서 메인 스핀들과 서브 스핀들에 클램핑된 공작물의 절단 유무를 확인하기 위한 위치편차의 기준 전류량과 오차범위를 실시간으로 보정하고, 공작물의 종류와 공작물의 두께에 의한 공작물 정보 및 가공프로그램에 따라 다양하게 변경하여 설정함에 따라 공작물의 종류와 가공프로그램 별로 공작물의 절단 유무를 정확하고 신속하게 자동으로 확인함에 따라 공작기계의 안정성과 신뢰성을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
게다가, 본 발명에 의한 공작기계의 공작물 절단 확인장치 및 확인방법은 2개의 스핀들을 구비하는 공작기계에서 메인 스핀들과 서브 스핀들 중 어느 하나에 클램핑되어 가공된 공작물이 메인 스핀들과 서브 스핀들에 동시에 클램핑되거나 메인 스핀들과 서브 스핀들 중 어느 하나에 클램핑된 상태에서 메인 스핀들 또는 서브 스핀들의 위치편차를 공작물의 종류와 두께 및 가공프로그램에 따라 다양하게 설정된 기준 전류값과 비교하여 서브 스핀들에 클램핑된 공작물을 가공하기 전에 서브 스핀들에 클램핑된 공작물의 절단유무를 자동으로 확인하는 것을 공작물 종류와 가공프로그램에 따라 다양한 종류의 공작기계에 용이하게 적용할 수 있어 범용성과 호환성이 증가하고, 해당 공작기계에 신속하게 적용이 가능하여 비가공시간 감소에 의해 공작기계의 생산성을 극대화하고, 가공비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 공작기계의 공작물 절단 확인장치의 개념도를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 의한 공작기계의 공작물 절단 확인장치의 개념도를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 의한 공작기계의 공작물 절단 확인장치가 설치된 상태의 공작기계의 사시도를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 의한 공작기계의 공작물 절단 확인장치의 제어부의 구성에 대한 블록도를 나타낸다.
도 5는 본 발명에 의한 공작기계의 공작물 절단 확인장치 및 확인방법에서 정상적으로 절단이 수행된 상태에서 위치편차에 대한 그래프를 나타낸다.
도 6은 본 발명에 의한 공작기계의 공작물 절단 확인장치 및 확인방법에서 비정상적으로 절단이 수행된 상태에서 위치편차에 대한 그래프를 나타낸다.
도 7은 본 발명에 의한 공작기계의 공작물 절단 확인방법의 절차도를 나타낸다.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 공작기계의 공작물 절단 확인장치 및 확인방법의 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 2는 본 발명에 의한 공작기계의 공작물 절단 확인장치의 개념도를 나타내고, 도 3은 본 발명에 의한 공작기계의 공작물 절단 확인장치가 설치된 상태의 공작기계의 사시도를 나타내며, 도 4는 본 발명에 의한 공작기계의 공작물 절단 확인장치의 제어부의 구성에 대한 블록도를 나타낸다. 도 5는 본 발명에 의한 공작기계의 공작물 절단 확인장치 및 확인방법에서 정상적으로 절단이 수행된 상태에서 위치편차에 대한 그래프를 나타내고, 도 6은 본 발명에 의한 공작기계의 공작물 절단 확인장치 및 확인방법에서 비정상적으로 절단이 수행된 상태에서 위치편차에 대한 그래프를 나타낸다. 도 7은 본 발명에 의한 공작기계의 공작물 절단 확인방법의 절차도를 나타낸다.
도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명에 의한 공작기계의 공작물 절단 확인장치(1)를 설명한다. 도 2 내지 도 4에 도시된 것처럼, 본 발명에 의한 공작기계의 공작물 절단 확인장치(1)는 메인 스핀들(100), 서브 스핀들(200), 절단유닛(300), 및 제어부(400)를 포함한다.
메인 스핀들(100)은 공작물(50)을 가공하기 위해 공작물(50)을 클램핑한다.
서브 스핀들(220)은 메인 스핀들(100)에 인접하게 설치되어 메인 스핀들(100)에 클램핑되어 먼저 가공된 공작물(51)을 가공하기 위해 클램핑한다. 즉, 서브 스핀들(200)은 필요에 따라 메인 스핀들에 클램핑되어 선가공된 공작물을 단순히 새롭게 가공할 수도 있고, 메인 스핀들에 클램핑되어 선가공된 공작물의 다른 표면이나 동일한 표면이라도 이를 클램핑하여 다른 종류의 가공을 수행할 수 있다.
절단유닛(300)은 메인 스핀들과 서브 스핀들 중 적어도 하나에 클램핑된 공작물을 절단한다. 즉, 절단유닛은 메인 스핀들에 클램핑되어 가공된 공작물을 서브 스핀들이 클램핑한 상태에서 서브 스핀들에 클램핑된 공작물을 가공하기 위해 메인 스핀들과 서브 스핀들 중 적어도 어느 하나에 클램핑된 공작물을 절단한다. 구체적으로 절단유닛(300)은 메인 스핀들에 클램핑된 공작물을 공구로 가공한 후에 공작물의 다른 표면이나 동일한 표면에 추가적인 가공을 수행하기 위해 메인 스핀들에 클램핑된 공작물의 일부를 서브 스핀들이 클램핑한 상태에서 메인 스핀들과 서브 스핀들 중 적어도 어느 하나에 클램핑된 공작물을 절단한다. 이러한 절단유닛(300)은 별도의 절단장치로 형성될 수 있고, 또는 메인 공구대에 설치된 절단 공구를 통해 절단할 수도 있다.
도 3은 본 발명에 의한 공작기계의 공작물 절단 확인장치(1)가 적용된 상태의 공작기계로 구체적으로 스위스턴을 예시한다. 다만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 터닝센터, 선반, 머시닝 센터 등에 다양하게 적용될 수 있다. 도 3을 참조하여 본 발명에 의한 발명에 의한 공작기계의 공작물 절단 확인장치(1)의 구성을 더욱 구체적으로 설명한다.
지면에 베드(10)가 설치되고, 베드(10)의 상부에 메인 스핀들(100)이 메인 구동부(30)에 의해 이동 가능하게 설치된다. 또한 메인 스핀들(100)은 가이드부쉬(30)를 통해 공작물(50)을 클램핑하고, 이러한 공작물은 메인 스핀들에 클램핑된 상태에서 메인 공구대에 장착된 공구를 통해 가공된다. 메인 스핀들(100)은 수치제어부나 PLC를 통해 메인 스핀들을 이동시키는 메인 구동부와 별도의 서보모터나 빌트인 모터를 통해 회전구동하고, 이에 따라 메인 스핀들의 가이드부쉬에 클램핑된 공작물(50)이 메인 스핀들과 연동하여 회전하고, 메인 공구대에 장착된 공구가 이동하여 회전하는 공작물에 접촉되면서 공작물이 가공된다.
서브 스핀들(200)은 메인 스핀들(100)에 인접하도록 베드(10)의 상부에 설치된다. 또한, 이러한 서브 스핀들(200)은 서브 구동부(40)에 의해 베드(10)의 상부에 이동 가능하게 설치된다. 도면에 표시되지는 않았지만 서브 스핀들도 가이드부쉬를 구비하고, 이러한 가이드부쉬를 통해 서브 스핀들(200)은 메인 스핀들에 클램핑된 상태로 선가공된 공작물(51)을 클램핑한다. 서브 스핀들(200)에 클램핑된 이미 메인 스핀들에 클램핑되어 가공된 공작물(51)은 서브 공구대에 장착된 공구를 통해 가공이 수행된다. 서브 스핀들(200) 또한 수치제어부나 PLC를 통해 서브 스핀들을 이동시키는 서브 구동부와 별도의 서보모터나 빌트인 모터를 통해 회전구동하고, 이에 따라 서브 스핀들의 가이드부쉬에 클램핑된 공작물(51)이 서브 스핀들과 연동하여 회전하고, 서브 공구대에 장착된 공구가 이동하여 회전하는 공작물에 접촉되면서 공작물이 가공된다.
즉, 메인 스핀들, 서브 스핀들, 메인 공구대, 서브 공구대, 메인 구동부, 및/또는 서브 구동부는 수치제어부 또는 PLC의 신호에 의해 가공프로그램에 부합하도록 구동된다.
제어부(400)는 메인 스핀들과 서브 스핀들에 동시에 클램핑되거나 메인 스핀들과 서브 스핀들 중 어느 하나에 클램핑된 공작물의 절단 유무를 확인한다. 즉, 구체적으로 이러한 제어부는 메인 스핀들과 서브 스핀들에 동시에 클램핑되거나 메인 스핀들과 서브 스핀들 중 어느 하나에 클램핑되어 가공된 공작물이 메인 스핀들과 서브 스핀들에 동시에 클램핑된 상태 또는 메인 스핀들과 서브 스핀들 중 어느 하나에 클램핑된 상태에서 메인 스핀들 또는 서브 스핀들의 위치편차를 비교하여 공작물의 절단유무를 확인한다. 구체적으로, 제어부(400)는 서브 스핀들이 메인 스핀들에서 가공된 공작물을 메인 스핀들과 함께 클램핑하거나 메인 스핀들 또는 서브 스핀들에서 선가공한 공작물을 서브 스핀들 또는 메인 스핀들이 클램핑한 상태에서 메인 스핀들 또는 서브 스핀들의 위치편차를 비교하여 메인 스핀들 또는 서브 스핀들 중 어느 하나 또는 메인 스핀들과 서브 스핀들에 동시에 클램핑된 공작물을 가공하기 전에 메인 스핀들과 서브 스핀들중 어느 하나 또는 메인 스핀들과 서브 스핀들에 동시에 클램핑된 공작물의 절단유무를 자동으로 확인하는 기능을 수행한다. 이처럼, 제어부(400)는 메인 스핀들에 클램핑되어 가공된 공작물이 메인 스핀들 뿐만 아니라 서브 스핀들에 함께 클램핑된 상태에서 서브 스핀들에 클램핑된 이미 선가공된 공작물을 가공하기 전에 서브 스핀들에 클램핑된 공작물의 절단 유무를 메인 스핀들과 서브 스핀들의 위치편차를 비교하여 자동으로 확인하는 기능을 수행한다. 또한, 제어부(400)는 이와 반대로 서브 스핀들에 클램핑되어 가공된 공작물이 서브 스핀들 뽄만 아니라 메인 스핀들에 함께 클램핑되거나 메인 스핀들 또는 서브 스핀들에만 클램핑된 상태에서 해당 스핀들에 클램핑되거나 메인 스핀들과 서브 스핀들에 동시에 클램핑된 상태에서 메인 스핀들과 서브 스핀들의 위치편차를 비교하여 공작물의 절단 유무를 자동으로 확인하는 기능을 수행한다.
이러한 위치편차는 메인 스핀들이나 서브 스핀들의 직선이송하는 경우에 생성될 수 있고, 메인 스핀들이나 서브 스핀들의 회전에 의해 생성될 수 있다. 구체적으로, 위치편차가 직선이송에 의해 형성되는 경우에는 서브 스핀들이 메인 스핀들에 클램핑되어 가공된 공작물을 클램핑한 상태에서 메인 스핀들 또는 서브 스핀들이 상대적으로 직선이동함에 따라 생성된다. 위치편차가 회전에 의해 형성되는 경우에는 서브 스핀들이 메인 스핀들에 클램핑되어 가공된 공작물을 클램핑한 상태에서 서브 스핀들과 메인 스핀들이 상대적으로 회전함에 따라 생성된다.
또한, 도면에 도시되지는 않았지만, 본 발명에 의한 공작기계의 공작물 절단확인 장치는 수치제어부와 PLC를 포함한다.
수치제어부는 NC(numerical control, NC) 또는 CNC(computerized numerical control)를 포함하고, 각종 수치 제어 프로그램이 내장되어 있다. 즉, 수치제어부에는 메인 구동부, 서브 구동부, 메인 스핀들, 서브 스핀들, 메인 공구대, 및 서브 공구대의 서보 모터의 구동프로그램, 공구의 가동프로그램 등이 내장되고, 수치제어부의 구동에 따라 해당 프로그램이 자동으로 로딩되어 작동한다. 또한, 수치제어부는 PLC 및 제어부(400)와 소정의 프로토콜에 의해 통신을 수행한다.
또한, 수치제어부는 제어부, PLC, 메인 스핀들과 서브 스핀들의 메인 구동부와 서브 구동부, 메인 공구대와 서브 공구대, 및 절단유닛의 구동에 사용되는 서보 모터와 통신을 수행하고, 서보모터로부터 피드백 정보를 전달 받는다.
또한, 도면에 도시되지는 않았지만, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 이러한 수치제어부는 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.
PLC(Programmable Logic Controller)는 메인 스핀들, 서브 스핀들, 메인 구동부, 서브 구동부, 수치제어부, 제어부 등과 소정의 프로토콜에 의한 통신을 수행하고, 이러한 통신을 통해 제어명령을 행하는 기능을 수행한다. 즉, PLC는 수치제어부 및 제어부의 수치 제어 프로그램에 따라 메인 스핀들, 서브 스핀들, 메인 구동부, 서브 구동부, 메인 공구대, 서브 공구대, 및 절단유닛을 구동시킨다.
따라서, 본 발명에 의한 공작기계의 공작물 절단 확인장치는 2개의 스핀들을 구비하는 공작기계에서 메인 스핀들에 클램핑되어 가공된 공작물이 서브 스핀들에 클램핑된 상태에서 메인 스핀들 또는 서브 스핀들의 위치편차를 공작물의 종류와 두께 및 가공프로그램에 따라 다양하게 설정된 기준 전류값과 비교하여 서브 스핀들에 클램핑된 공작물을 가공하기 전에 서브 스핀들에 클램핑된 공작물의 절단유무를 자동으로 확인함에 따라 공작기계의 오작동을 방지하고, 오작동에 의한 공구 또는 다른 장비의 손상이나 파손을 방지하여 공작기계의 수명을 증대시키고, 공작기계의 유지비용을 절감하며, 공작물의 절단 유무를 직선이송 또는 회전에 의한 위치편차를 통해 제어부로 신속하게 자동으로 확인함에 따라 사용자의 편의성을 향상하며, 불필요한 기계부 구성을 제거하여 공작기계의 소형화를 도모하며, 공작기계의 전체적인 제조비용을 절감한다.
도 4에 도시된 것처럼, 본 발명에 의한 공작기계의 공작물 절단 확인장치(1)의 제어부(400)는 저장부(410), 분석부(420), 처리부(430), 선택부(440), 및 표시부(450)를 포함한다.
저장부(410)는 서브 스핀들에 클램핑된 공작물의 절단 유무를 확인하기 위한 각종 정보를 저장한다. 이러한 저장부(410)는 ROM, RAM, EPROM, 플래시 드라이브, 하드 드라이브 등과 같은 다양한 저장기기일 수 있고, 인터넷(internet)상에서 저장부(410)의 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage)일 수도 있다. 저장부(410)에 서브 스핀들에 클램핑된 선가공된 공작물의 절단 유무를 확인하기 위한 각종 정보를 저장하는 작업은 작업자가 수치제어부 또는 주조작부를 통해 수행할 수 있고, 프로그램 형태로 PLC에 저장할 수도 있다.
분석부(420)는 저장부(410)에 저장된 공작물 절단 확인 관련 정보와 메인 스핀들 및/또는 서브 스핀들의 위치편차를 비교하여 서브 스핀들에 클램핑된 메인 스핀들에 클램핑되어 선가공된 공작물의 절단 유무를 분석한다.
처리부(430)는 분석부의 결과에 따라 서브 스핀들에 클램핑된 메인 스핀들에 클램핑되어 선가공된 공작물의 절단 유무를 확인하고, 지령신호 또는 알람신호를 출력하거나 저장부에 저장된 데이터를 수정한다.
선택부(440)는 서브 스핀들에 클램핑된 메인 스핀들에 클램핑된 선가공된 공작물의 절단 유무 자동 확인 모드를 선택하는 기능을 수행한다. 구체적으로 선택부(440)는 후술하는 표시부(450) 등에 버튼 형태로 형성되어 사용자가 버튼 조작을 통해 자동 공작물 절단 확인 기능을 수행하면 제어부에 의해 서브 스핀들에 클램핑된 메인 스핀들에 클램핑되어 선가공된 공작물의 절단 유무 자동으로 확인한다. 반대로 사용자가 버튼 조작을 통해 자동 공작물 절단 확인 기능을 수행하지 않으면 공작물 절단 확인 기능이 수행되지 않고 가공이 진행된다. 이처럼, 사용자가 필요에 따라 메인 스핀들과 서브 스핀들에 클램핑되는 공작물의 절단 자동 확인 여부를 임의로 선택함에 따라 가공시간을 감소하여 생산성을 극대화하고, 사용자의 편의성을 도모할 수 있다.
표시부(450)는 저장부(410), 분석부(420), 및 처리부(430)의 결과를 실시간으로 표시하여 사용자의 편의성을 향상할 수 있다.
이러한 표시부(450)는 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED), 플렉서블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display), 전자잉크 디스플레이(e-ink display) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 표시부(450)는 공작물 절단 확인을 위한 각종 공작물정보 또는 가공프로그램 정보나 사용자의 조작 명령을 입력받고 입력받은 조작명령이나 공작물 절단 확인정보를 수치제어부, PLC, 제어부로 출력할 수 있는 터치스크린 형태로 형성될 수 있다.
또한, 표시부(450)는 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, 표시부는 공작기계의 하우징, 케이스, 또는 일측에 설치되어 다양한 기능스위치 또는 버튼과 각종 정보를 표시할 수 있다.
도 4에 도시된 것처럼, 본 발명에 의한 공작기계의 공작물 절단 확인장치(1)의 제어부(400)의 저장부(410)는 공작물데이터 저장부(411), 가공프로그램 저장부(412), 및 기준데이터 저장부(413)을 포함한다.
공작물데이터 저장부(411)는 공작물 종류 및 공작물 두께에 대한 공작물 정보를 저장한다.
가공프로그램 저장부(412)는 공작물을 가공하기 위한 가공프로그램을 저장한다. 가공프로그램에 의해 공작물의 가공중에 메인 스핀들과 서브 스핀들의 직선이동 또는 회전이 결정되고, 메인 공구대와 서브 공구대의 이송경로가 결정된다.
기준데이터 저장부(413)는 공작물 정보와 가공프로그램을 기준으로 설정된 기준 전류값, 최대 전류값, 최소 전류값, 또는 오차범위를 저장한다. 구체적으로 기준데이터 저장부(413)는 공작물의 종류에 따라 4개의 기준 전류값, 최대 전류값, 최소 전류값, 또는 오차범위를 룩업테이블 형태로 저장한다. 즉, 예를 들어 티타늄과 같은 난삭소재의 경우에는 룩업테이블 1로 저장하고, 알루미늄과 같은 연소재의 경우에는 룩업테이블 2로 저장하며, 강과 주철이 섞인 합금과 같은 중간소재의 경우에는 룩업테이블 3으로 저장하고, 철과 같은 강소재인 일반소재의 경우에는 룩업테이블 4로 저장할 수 있다. 이와 같은 방식으로 공작물의 두께와 가공프로그램에 따라 다양한 형태의 룩업테이블 형태로 기준 전류값, 최대 전류값, 최소 전류값, 또는 오차범위를 서로 다르게 설정하여 저장하고, 실제 가공되는 공작물의 종류와 가공프로그램에 따라 서로 다르게 설정 저장된 기준값과 오차범위를 추출하여 비교함에 따라 2개의 스핀들을 구비하는 공작기계에서 서브 스핀들이 메인 스핀들에 클램핑되어 선가공된 공작물을 클램핑한 상태에서 메인 스핀들 또는 서브 스핀들의 위치편차를 비교하여 서브 스핀들에 클램핑된 공작물을 서브 스핀들로 가공하기 전에 서브 스핀들에 클램핑된 공작물의 절단유무를 자동으로 공작물 종류와 가공프로그램에 따라 다양한 종류의 공작기계에 용이하게 적용할 수 있어 범용성과 호환성이 증가하고, 해당 공작기계에 신속하게 적용이 가능하여 비가공시간 감소에 의해 공작기계의 생산성을 극대화하고, 가공비용을 절감할 수 있다.
만약, 룩업테이블에 없는 데이터의 경우에는 선형 보간법, 근사법 등을 통해 분석부의 비교부에서 계산하여 사용함에 따라 모든 경우에 대해 안전하고 정확하게 공작물 절단 확인 수행이 가능하여 공작기계의 안정성과 신뢰성을 향상하여 공작기계의 성능 증대를 도모할 수 있다.
도 4에 도시된 것처럼, 본 발명에 의한 공작기계의 공작물 절단 확인장치(1)의 제어부(400)의 분석부(420)는 확인부(421), 검출부(422), 및 비교부(423)을 포함한다.
확인부(421)는 메인 스핀들(100)과 서브 스핀들(200)의 클램핑 또는 언클램핑 상태를 확인한다. 구체적으로 확인부(421)는 메인 스핀들과 서브 스핀들 중 어느 하나 또는 메인 스핀들과 서브 스핀들에 동시에 클램핑된 선가공된 공작물(51)의 클램핑 또는 언클팸핑 상태를 확인한다. 즉, 메인 스핀들(100)에 클램핑되어 가공된 공작물(50)이 서브 스핀들(200)에 클램핑 자체가 되지 않고 언클램핑 되는 경우에는 공작물의 절단 확인 결과 비정상상태가 될 가능성이 높고 정확한 판단이 되지 않기 때문에 선행하여 이를 확인한다. 확인부(421)의 확인결과 서브 스핀들(200)에 메인 스핀들에 클램핑되어 선가공된 공작물(51)이 언클램핑된 경우에는 신호를 독출하여 지령부로 전달하고, 이에 따라 알람신호가 발생된다.
검출부(422)는 확인부의 확인결과 서브 스핀들(200)이 메인 스핀들(100)에 클램핑되어 가공된 공작물(100)을 클램핑한 상태에서 메인 스핀들 또는 서브 스핀들의 위치편차를 검출한다. 즉, 검출부(422)는 클램핑된 메인 스핀들에 클램핑되어 가공된 공작물이 서브 스핀들에 클램핑된 후에 수치제어부 또는 PLC의 신호에 의해 메인 스핀들이나 서브 스핀들이 직선이송하게 되면 해당 직선이송에 따른 메인 구동부 또는 서브 구동부의 펄스(PULSE) 신호에 의한 전류값에 의해 직선이송에 대한 위치편차를 검출한다. 마찬가지로 검출부(422)는 서브 스핀들에 메인 스핀들에 클램핑되어 가공된 공작물이 클램핑된 후에 수치제어부 또는 PLC의 신호에 의해 메인 스핀들이나 서브 스핀들이 회전하게 되면 해당 회전에 따른 메인 구동부 또는 서브 구동부의 펄스(PULSE) 신호에 의한 전류값에 의해 회전에 따른 위치편차를 검출한다.
도 5 및 도 6에서 가로축은 시간을 세로축은 서보모터로 피드백 되는 전류값을 펄스엔코더를 통해 측정한 전류(PULSE)를 나타낸다. 또한, 도 5 및 도 6에서 실선은 위치편차를 점선은 기준 전류값을 나타낸다.
도 5에 도시된 것처럼, 서브 스핀들에 클램핑된 메인 스핀들에 클램핑되어 가공된 공작물이 절단유닛에 의해 정상적으로 절단된 경우에는 기준 전류값과 위치편차(전류값)가 거의 동일한 값이 되도록 생성된다.
도 6에 도시된 것처럼, 서브 스핀들에 클램핑된 메인 스핀들에 클램핑되어 가공된 공작물이 절단유닛에 의해 비정상적으로 절단된 경우에는 기준 전류값과 위치편차(전류값)가 서로 다른 값이 되도록 생성된다.
본 발명은 이러한 전류값으로 표현되는 위치편차가 직선이동뿐만 아니라 회전시에도 위치편차를 검출하고 이를 기준데이터에 저장된 기준 전류값과 비교하고, 차이가 오차범위에 포함되는지를 비교하여 공작물의 절단 유무를 자동으로 확인한다.
비교부(423)는 검출부에서 검출된 위치편차와 기준데이터 저장부에 저장된 기준 전류값을 비교한다. 즉, 비교부(423)는 검출부에서 검출된 위치편차와 기준데이터 저장부에 저장된 기준 전류값의 차이를 계산한다.
본 발명에 의한 공작기계의 공작물 절단 확인장치는 2개의 스핀들을 구비하는 공작기계에서 메인 스핀들에 클램핑되어 가공된 공작물이 서브 스핀들에 클램핑된 상태에서 메인 스핀들 또는 서브 스핀들의 위치편차를 공작물의 종류와 두께 및 가공프로그램에 따라 다양하게 설정된 기준 전류값과 비교하여 서브 스핀들에 클램핑된 공작물을 가공하기 전에 서브 스핀들에 클램핑된 공작물의 절단유무를 자동으로 확인함에 따라 공작기계의 오작동을 방지하고, 오작동에 의한 공구 또는 다른 장비의 손상이나 파손을 방지하여 공작기계의 수명을 증대시키고, 공작기계의 유지비용을 절감할 수 있다.
도 4에 도시된 것처럼, 본 발명에 의한 공작기계의 공작물 절단 확인장치(1)의 제어부(400)의 처리부(430)는 지령부(431), 알람부(432), 및 보정부(433)를 포함한다.
지령부(431)는 비교부의 비교결과 검출부에서 검출된 위치편차와 기준 데이터 저장부에 저장된 기준 전류값의 차이가 오차범위 이내인 경우에는 메인 스핀들에 클램핑되어 가공된 공작물이 서브 스핀들에 클램핑된 상태에서 가공을 수행하도록 절단확인 지령신호를 발생하고, 오차범위를 초과하는 경우에는 서브 스핀들에 클램핑된 공작물의 가공을 중단하는 절단오류 지령신호를 출력한다.
알람부(432)는 지령부의 결과에 따라 절단오류 지령신호가 출력되는 경우에 절단오류를 경고하고, 서브 스핀들에 클램핑된 공작물을 수거하기 위한 알람신호를 출력한다.
구체적으로 지령부(431)는 비교부에서 검출부에서 검출된 위치편차와 기준데이터 저장부에 저장된 기준 전류값의 차이값이 기준 데이터 저장부에 저장된 오차범위 안에 포함되는 경우에는 서브 스핀들에 클램핑된 메인 스핀들에 클램핑되어 가공된 공작물의 가공을 서브 스핀들에 클램핑된 상태에서 수행하도록 절단확인 지령신호를 출력하여 수치제어부 또는 PLC에 전달하여 공작물의 절단이 정상적으로 수행된 것으로 판단하고 서브 스핀들에 클램핑된 공작물의 가공을 수행하도록 서브 구동부와 서브 공구대를 동작시켜 후속 공정을 진행한다. 반대로, 지령부(431)는 비교부에서 검출부에서 검출된 위치편차와 기준데이터 저장부에 저장된 기준 전류값의 차이값이 기준 데이터 저장부에 저장된 오차범위를 초과하는 경우에는 서브 스핀들에 클램핑된 공작물의 가공을 중단하는 절단오류 지령신호를 출력하고, 해당 절단오류 지령신호를 발행하고 후술하는 알람부에 해당 신호를 전달하여 표시부에 절단오류 경고를 표시하고, 절단오류 지령신호를 수치제어부 또는 PLC에 전달하여 서브 스핀들에 클램핑된 공작물의 배출하는 공정을 진행한다.
이처럼, 본 발명에 의한 공작기계의 공작물 절단 확인장치는 2개의 스핀들을 구비하는 공작기계에서 공작물의 절단 유무를 직선이송 또는 회전에 의한 위치편차를 통해 제어부로 신속하게 자동으로 확인함에 따라 사용자의 편의성을 향상하며, 불필요한 기계부 구성을 제거하여 공작기계의 소형화를 도모하며, 공작기계의 전체적인 제조비용을 절감할뿐만 아니라 절단오류 지령신호가 발생되어 출력된 경우에 해당 신호를 독출하여 알람을 표시할 뿐만 아니라 서브 스핀들에 클램핑된 절단오류 공작물을 배출하는 공정을 신속하게 수행하여 공구와 장비의 손상을 방지하고 예방하여 제조비용을 절감하고, 자원낭비를 방지할 수 있는 효과가 있다.
보정부(433)는 지령부를 통해 절단확인 지령신호 또는 절단오류 지령신호가 출력되는 경우에 검출부로부터 검출된 위치편차를 실시간으로 저장하고, 실시간으로 저장된 데이터를 기준데이터 저장부에 저장되는 기준 전류값 및 오차범위와 비교하여 기준데이터 저장부에 저장되는 기준 전류값과 오차범위를 실시간으로 보정한다.
즉, 보정부(433)는 2개의 스핀들을 구비하는 공작기계에서 공작물의 절단 유무를 확인하기 위한 위치편차의 기준 전류량과 오차범위를 실시간으로 보정하고, 공작물의 종류와 공작물의 두께에 의한 공작물 정보 및 가공프로그램에 따라 다양하게 변경하여 설정함에 따라 공작물의 종류와 가공프로그램 별로 공작물의 절단 유무를 정확하고 신속하게 자동으로 확인함에 따라 공작기계의 안정성과 신뢰성을 극대화고, 호환성과 범용성을 증대시켜 소비자의 만족도를 극대화하며, 설치시간 감소를 통해 생산성을 극대화할 수 있다.
도 7을 참조하여 본 발명에 의한 공작기계의 공작물 절단 확인방법을 설명한다. 도 7에 도시된 것처럼, 본 발명에 의한 공작기계의 공작물 절단 확인방법은 데이터 저장 단계(S1), 신호 수신 단계(S2), 확인 단계(S3), 검출 단계(S4), 비교 단계(S5), 지령 신호 출력 단계(S6), 알람신호를 출력하는 단계(S7), 및 보정 단계(S8)를 포함한다. 본 발명에 의한 공작기계의 공작물 절단 확인방법의 전체적인 작동원리 제어방식 및 장비 구성 등은 상술한 본 발명에 의한 공작기계의 공작물 절단 확인장치와 동일한 바 이하에서는 차이점을 중점으로 설명한다.
메인 스핀들에 클램핑되어 가공된 공작물을 서브 스핀들로 클램핑하여 가공하기 전에 서브 스핀들에 클램핑된 메인 스핀들에 클램핑되어 가공된 공작물의 절단 유무를 확인하기 위한 정보를 저장한다. 구체적으로 저장부에 공작물 종류와 공작물 두께 등 공작물 관련 데이터와 가공프로그램 및 기준 전류값, 오차범위 등에 해당하는 정보를 사용자가 수치제어부의 주조작부, PLC 또는 표시부를 통해 저장한다.
데이터 저장 단계(S1) 이후에, 선택부(440)를 통해 메인 스핀들에 클램핑되어 가공된 공작물의 절단 유무 확인 작동에 대한 신호를 수신한다. 즉, 사용자가 선택부(440)를 통해 공작물 절단 자동 확인 기능을 활성화하지 않으면 공작물 절단 자동 확인 공정이 수행되지 않게 된다.
신호 수신 단계(S2) 이후에, 확인부(421)에서 서브 스핀들에 클램핑된 공작물의 클램핑 또는 언클팸핑 상태를 확인한다. 확인부(421)의 확인결과 서브 스핀들에 메인 스핀들에 클램핑되어 가공된 공작물이 언클램핑된 경우에는 알람부로 신호를 전달하고, 알람부가 신호를 독출하여 표시부에 표시한다. 또한, 이러한 알람 신호는 반드시 표시부에 한정되는 것은 아니며 경광등, 사이렌 등과 같은 시각적, 청각적 형태의 알람을 모두 포함한다.
확인 단계(S3) 이후에, 검출부(422)에서 메인 스핀들과 서브 스핀들에 동시에 클램핑되거나 메인 스핀들과 서브 스핀들 중 어느 하나에 클램핑되어 가공된 공작물을 서브 스핀들이 클램핑한 상태에서 메인 스핀들 또는 서브 스핀들의 위치편차를 검출한다. 즉, 상술한 바와 같이 메인 스핀들 또는 서브 스핀들이 직선이송하는 경우에는 직선이송에 대한 위치편차를 검출하고, 메인 스핀들 또는 서브 스핀들이 회전하는 경우에는 회전에 대한 위치편차를 검출한다.
검출 단계(S4) 이후에, 비교부(423)에서 검출된 위치편차와 기준 전류값의 차이를 계산한다.
비교 단계(S5) 이후에, 지령부(431)에서 비교결과에 따라 검출된 위치편차와 기준 전류값의 차이가 오차범위 이내인 경우에는 서브 스핀들에 클램핑된 메인 스핀들에 클램핑되어 선가공된 공작물의 가공을 수행하도록 절단확인 지령신호를 출력하여 이를 수치제어부 또는 PLC에 전달하고, 지령부(431)에서 비교결과에 따라 검출된 위치편차와 기준 전류값의 차이가 오차범위를 초과하는 경우에는 서브 스핀들에 클램핑된 메인 스핀들에 클램핑되어 선가공된 공작물의 가공을 중단하는 절단오류 지령신호를 출력하여 이를 알람부에 전달한다.
지령 신호 출력 단계 이후에, 지령부(431)에서 절단오류 지령신호가 출력된 경우에 절단오류를 경고하고 서브 스핀들에 클램핑된 공작물을 수거하기 위한 알람신호를 출력한다. 구체적으로, 지령부(431)에서 절단오류 지령신호가 출력된 경우에 해당 신호를 알람부(432)가 독출하여 절단오류 경고를 위해 알람부에서 알람신호를 출력하여 표시부를 통해 경고하고, 이와 동시에 지령부(431)에서 절단오류 지령신호가 출력된 경우에 해당 신호를 알람부(432)가 독출하여 서브 스핀들에 클램핑된 메인 스핀들에 클램핑되어 가공된 공작물을 수거할 수 있도록 알람신호를 출력하여 이를 수치제어부와 PLC에 전달하여 공작물 수거를 위한 장비의 작동을 진행한다.
알람신호를 출력하는 단계(S7) 이후에 보정부(433)에서 절단확인 지령신호 또는 절단오류 지령신호가 출력되는 경우에 검출된 위치편차를 실시간으로 저장하고, 실시간으로 저장된 데이터를 기준 전류값 및 오차범위를 비교하여 기저장된 기준 전류값과 오차범위를 실시간으로 보정한다.
따라서, 본 발명에 의한 공작기계의 공작물 절단 확인장치 및 확인방법은 2개의 스핀들을 구비하는 공작기계에서 공작물의 절단 유무를 직선이송 또는 회전에 의한 위치편차를 통해 제어부로 신속하게 자동으로 확인함에 따라 사용자의 편의성을 향상하며, 불필요한 기계부 구성을 제거하여 공작기계의 소형화를 도모하며, 공작기계의 전체적인 제조비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 공작물 절단 확인방법은 2개의 스핀들을 구비하는 공작기계에서 공작물의 절단 유무를 확인하기 위한 위치편차의 기준 전류량과 오차범위를 실시간으로 보정하고, 공작물의 종류와 공작물의 두께에 의한 공작물 정보 및 가공프로그램에 따라 다양하게 변경하여 설정함에 따라 공작물의 종류와 가공프로그램 별로 공작물의 절단 유무를 정확하고 신속하게 자동으로 확인함에 따라 공작기계의 안정성과 신뢰성을 극대화할 수 있다.
더욱이, 본 발명에 의한 공작기계의 공작물 절단 확인방법은 2개의 스핀들을 구비하는 공작기계에서 서브 스핀들이 메인 스핀들에서 선가공된 공작물을 클램핑한 상태에서 메인 스핀들 또는 서브 스핀들의 위치편차를 비교하여 선가공된 공작물을 서브 스핀들로 클램핑한 상태로 가공하기 전에 서브 스핀들에 클램핑된 선가공된 공작물의 절단유무를 자동으로 공작물 종류와 가공프로그램에 따라 다양한 종류의 공작기계에 용이하게 적용할 수 있어 범용성과 호환성이 증가하고, 해당 공작기계에 신속하게 적용이 가능하여 비가공시간 감소에 의해 공작기계의 생산성을 극대화하고, 가공비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술할 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
1 : 공작기계의 공작물 절단 확인장치, 10 : 베드,
20 : 가이드 부쉬, 30 : 메인 구동부,
40 : 서브 구동부, 50 : 공작물,
51 : 선가공된 공작물,
100 : 메인 스핀들, 200 : 서브 스핀들,
300 : 절단유닛, 400 : 제어부,
410 : 저장부, 411 : 공작물데이터 저장부,
412 : 가공프로그램 저장부, 413 : 기준데이터 저장부,
420 : 분석부, 421 : 확인부,
422 : 검출부, 423 : 비교부,
430 : 처리부, 431 : 지령부,
432 : 알람부, 433 : 보정부,
440 : 선택부, 450 : 표시부.

Claims (12)

  1. 공작물을 가공하기 위해 공작물을 클램핑하는 메인 스핀들;
    상기 메인 스핀들에 클램핑되어 가공된 공작물을 클램핑하는 서브 스핀들;
    상기 메인 스핀들과 상기 서브 스핀들 중 적어도 어느 하나에 클램핑된 공작물을 절단하는 절단유닛; 및
    상기 메인 스핀들과 상기 서브 스핀들에 동시에 클램핑되거나 상기 메인 스핀들과 상기 서브 스핀들 중 어느 하나에 클램핑된 공작물의 절단 유무를 확인하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 메인 스핀들과 상기 서브 스핀들에 동시에 클램핑되거나 상기 메인 스핀들과 상기 서브 스핀들 중 어느 하나에 클램핑되어 가공된 공작물이 상기 메인 스핀들과 상기 서브 스핀들에 동시에 클램핑된 상태 또는 상기 메인 스핀들과 상기 서브 스핀들 중 어느 하나에 클램핑된 상태에서 상기 메인 스핀들 또는 상기 서브 스핀들의 위치편차를 비교하여 공작물의 절단유무를 확인하고,
    상기 제어부는,
    상기 서브 스핀들에 클램핑된 공작물의 절단 유무를 확인하기 위한 정보를 저장하는 저장부;
    상기 저장부에 저장된 정보와 상기 메인 스핀들 또는 상기 서브 스핀들의 위치편차를 비교하여 상기 서브 스핀들에 클램핑된 공작물의 절단 유무를 분석하는 분석부; 및
    상기 분석부의 결과에 따라 상기 서브 스핀들에 클램핑된 공작물의 절단 유무를 확인하는 처리부;를 포함하고,
    상기 저장부는,
    공작물 종류 및 공작물 두께에 대한 공작물 정보를 저장하는 공작물데이터 저장부;
    공작물을 가공하기 위한 가공프로그램을 저장하는 가공프로그램 저장부; 및
    공작물 정보와 가공프로그램을 기준으로 설정된 기준 전류값, 최대 전류값, 최소 전류값, 또는 오차범위를 저장하는 기준데이터 저장부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공작물 절단 확인장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 위치편차는 상기 메인 스핀들이나 상기 서브 스핀들의 직선이송 또는 상기 메인 스핀들이나 상기 서브 스핀들의 회전에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공작물 절단 확인장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 분석부는,
    상기 메인 스핀들과 상기 서브 스핀들의 클램핑 또는 언클팸핑 상태를 확인하는 확인부;
    상기 서브 스핀들이 상기 메인 스핀들에 클램핑되어 가공된 공작물을 클램핑한 상태에서 상기 메인 스핀들 또는 상기 서브 스핀들의 위치편차를 검출하는 검출부; 및
    상기 검출부에서 검출된 위치편차와 상기 기준데이터 저장부에 저장된 기준 전류값을 비교하는 비교부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공작물 절단 확인장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 처리부는,
    상기 비교부의 비교결과 상기 검출부에서 검출된 위치편차와 상기 기준데이터 저장부에 저장된 기준 전류값의 차이가 오차범위 이내인 경우에는 상기 서브 스핀들에 클램핑된 공작물의 가공 수행을 수행하도록 절단확인 지령신호를 발생하고, 오차범위를 초과하는 경우에는 상기 서브 스핀들에 클램핑된 공작물의 가공을 중단하는 절단오류 지령신호를 출력하는 지령부; 및
    상기 지령부의 결과에 따라 절단오류 지령신호가 출력되는 경우에 절단오류를 경고하고 상기 서브 스핀들에 클램핑된 공작물을 수거하기 위한 알람신호를 출력하는 알람부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공작물 절단 확인장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 처리부는,
    상기 지령부를 통해 절단확인 지령신호 또는 절단오류 지령신호가 출력되는 경우에 상기 검출부로부터 검출된 위치편차를 실시간으로 저장하고, 실시간으로 저장된 데이터를 상기 기준데이터 저장부에 저장되는 기준 전류값 및 오차범위와 비교하여 상기 기준데이터 저장부에 저장되는 기준 전류값과 오차범위를 실시간으로 보정하는 보정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공작물 절단 확인장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 서브 스핀들에 클램핑된 공작물의 절단 유무 자동 확인 모드를 선택하는 선택부; 및
    상기 저장부, 상기 분석부, 및 상기 처리부의 결과를 표시하는 표시부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공작물 절단 확인장치
  10. 메인 스핀들에 클램핑되어 가공된 공작물을 서브 스핀들로 클램핑하여 가공하기전에 상기 서브 스핀들에 클램핑된 공작물의 절단 유무를 확인하기 위한 정보를 저장하는 단계;
    상기 서브 스핀들에 클램피된 공작물의 절단 유무 확인 작동에 대한 신호를 수신하는 단계;
    상기 서브 스핀들에 클램핑된 공작물의 클램핑 또는 언클팸핑 상태를 확인하는 단계;
    상기 메인 스핀들과 상기 서브 스핀들에 동시에 클램핑되거나 상기 메인 스핀들과 상기 서브 스핀들 중 어느 하나에 클램핑되어 가공된 공작물을 상기 서브 스핀들이 클램핑한 상태에서 상기 메인 스핀들 또는 상기 서브 스핀들의 위치편차를 검출하는 단계;
    검출된 위치편차와 기준 전류값을 비교하는 단계; 및
    비교결과에 따라 검출된 위치편차와 기준 전류값의 차이가 오차범위 이내인 경우에는 상기 서브 스핀들에서 클램핑된 공작물의 가공 수행을 수행하도록 절단확인 지령신호를 출력하고, 오차범위를 초과하는 경우에는 상기 서브 스핀들에서 클램핑된 공작물의 가공을 중단하는 절단오류 지령신호를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공작물 절단 확인방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 지령신호를 출력하는 단계 이후에,
    절단오류 지령신호가 출력된 경우에 절단오류를 경고하고 상기 서브 스핀들에 클램핑된 공작물을 수거하기 위한 알람신호를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공작물 절단 확인방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 알람신호를 출력하는 단계 이후에,
    절단확인 지령신호 또는 절단오류 지령신호가 출력되는 경우에 검출된 위치편차를 실시간으로 저장하고, 실시간으로 저장된 데이터를 기준 전류값 및 오차범위를 비교하여 기저장된 기준 전류값과 오차범위를 실시간으로 보정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공작물 절단 확인방법.
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