KR100193756B1 - 리지드탭 기능이 내장된 수치제어장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수치제어장치에 관한 것으로, 특히 탭가공시 씨피유의 가변 샘플링 주기 알고리즘을 이용한 보간을 수행하여 Z축 이송 끝지점에서 Z축과 주축의 이송량의 여분 발생을 소멸시켜 기계적 충격을 제거하도록 한 리지드탭(RIGID TAP) 기능이 내장된 수치제어장치 및 방법에 관한 것으로, 가변 샘플링 주기 알고리즘으로 보간을 수행하고 시스템을 총괄 제어하는 씨피유(10)와 상기 씨피유(10)의 제어에 의해 탭핑 절삭을 상/하축으로 제어하는 Z축구동부(20)와 상기 Z축구동부(20)에 의해 회전되는 Z축모터(30)와, 상기 씨피유(10)를 통해 주축의 게인 및 시정수를 입력받아 가/감속 패턴을 연산하는 연산장치(40)와, 상기 연산장치(40)를 통해 주축의 보간 데이터에 대하여 부착된 가/감속 패턴을 입력받아 탭핑 절삭의 주축을 제어하는 주축구동부(50)와, 상기 주축구동부(50)에 의해 회전되는 주축모터(60)와, 상기 주축모터(60) 및 Z축모터(30)의 회전에 의해 피가공물을 가공하는 탭(70)과, 상기 탭(70)에 의해 가공되는 모재(80)를 포함하여 구성함으로써, 본 발명은 Z축 구동장치로 연산장치가 없는 서보를 채택함으로써 수치제어장치의 가격이 저렴해지고, 가변 샘플링 주기를 이용한 보간을 수행함으로써 Z축 이송 끝지점에서 Z축과 주축의 이송량에 여분이 발생하는 것을 소멸시켜 기계적 충격을 제거하였다.

Description

리지드탭(RIGID TAP) 기능이 내장된 수치제어장치 및 방법

본 발명은 수치제어장치에 관한 것으로, 특히 탭가공시 씨피유의 가변 샘플링 주기를 알고리즘을 이용한 보간을 수행하는 Z축 이송 끝지점에서 Z축과 주축의 이송량의 여분 발생을 소멸시켜 기계적 충격을 제거하도록 한 리지드탭(RIGID TAP)을 이용한 수치제어장치 및 방법에 관한 것이다.

제1도는 일반적인 탭가공의 사용 단면도로서, 이에 도시한 바와 같이 탭가공에서 주축 1회전당 Z축의 이송량은 탭나사의 피치와 같고, 상기 탭가공은 다음의 조건을 만족한다.

P = F / S

@ P : 탭의 나사 피치(mm) F : Z축의 이송속도(mm/min) S : 주축의 회전수(rpm)

또한, 일반적인 탭 사이클에서는 주축 회전의 제어와 Z축의 이송 제어가 각각 독립적으로 수행되므로 반드시 상기 조건을 만족하지 않으며, 특히 상기 Z축 이송의 가/감속 구간에서 상기 조건을 만족하지 않는 경우가 발생한다.

제2도는 종래 리지드 탭 기능이 내장된 수치제어장치의 구성도로서, 이에 도시한 바와 같이 일정 샘플링 주기 알고리즘으로 보간을 수행하고 시스템을 총괄 제어하는 씨피유(1)와 상기 씨피유(1)를 통해 주축의 가/감속 패턴, 게인(Gain) 및 시정수를 입력받아 Z축의 가/감속 패턴을 연산하는 연산장치(2)와, 상기 연산장치(2)를 통해 Z축의 보간 데이터에 대하여 부착된 가/감속 패턴을 입력받아 탭핑 절삭을 상/하축으로 제어하는 Z축구동부(3)와, 상기 Z축구동부(3)에 의해 회전되는 Z축모터(4)와, 상기 씨피유(1)를 통해 주축의 게인 및 시정수를 입력받아 주축의 가/감속 패턴을 연산하는 연산장치(5)와, 상기 연산장치(5)를 통해 주축의 보간 데이터에 대하여 부착된 가/감속 패턴을 입력받아 탭핑 절삭의 주축을 제어하는 주축구동부(6)와, 상기 주축구동부(6)에 의해 회전되는 주축모터(7)와, Z축과 주축을 동기시키는 동기신호장치(8)와, 상기 Z축모터(4) 및 주축모터(7)의 회전에 의해 피가공물을 가공하는 탭(9)에 의해 가공되는 모재(10)로 구성된 것으로, 이의 작용을 설명하면 다음과 같다.

씨피유(1)는 탭 지령이 입력되면 Z축과 주축의 시정수 및 게인을 맞추고, 주축의 회전각도(α)를 구하며, 상기 주축의 회전각도(α)를 연산장치(5)에 보내는 동시에 전송속도(f1)를 z축 연산장치(2)로 전송하며, 상기 주축의 연산장치(5)는 주축의 게인 및 시정수를 토대로 하여 주축의 가/감속 패턴을 연산하고, 상기 Z축의 연산장치(2)는 주축의 가/감속 패턴, 게인, 시정수를 기초로하여 Z축모터(4)의 가/감속 패턴을 연산한다.

또한, 씨피유(1)는 Z축의 이동량(Z1), Z축의 전송속도(f1) 및 주축의 정전각도(α)를 기초로하여 Z축과 주축의 보간을 실시하고, 양축의 연산장치(2)(5)에 전송하며, Z축의 연산장치(2)는 Z축의 보간 데이터에 대하여 가/감속 패턴을 부착하여 Z축구동부(3)로 보내고 Z축모터(4)를 회전시키며, 상기 Z축 연산장치(2)와 주축 연산장치(5) 사이에 동기를 취하기 위한 제어신호(8)가 있고, Z축과 주축의 동시 스타트의 타이밍을 취하도록 한다.

그리고, Z축의 이동이 Z1에 도달하면 씨피유(1)는 탭(9)을 상승시키기 위해 Z축의 이동량(Z), 전송속도(2f) 및 주축의 역회전각도(-2α)를 기초로하여 보간을 실시하고, 양축의 연산장치에 전송하며, 상기 Z축 연산장치(2)는 Z축의 보간 데이터에 대하여 가/감속 패턴을 부착하고 Z축구동부(3)로 보내어 Z축모터(4)를 회전시킨다.

또한, 상기 주축 연산장치(5)는 주축의 보간 데이터에 대하여 가/감속 패턴을 부착하고, 주축구동부(6)에 보내어 주축모터(7)를 회전시키는데, 이때 상기 주축모터(7)의 회전 동작을 탭시퀸스가 종료될 때까지 반복하고, 이에 의해 되돌림속도를 2배로 하는 고속 탭사이클로 절삭하며, 아울러 세트(Set) 데이터를 바꿈으로써 임의의 속도로 변경할 수 있다.

한편, 상기 씨피유(1)는 시스템 내부에 고유한 값으로 고정된 위치루프 주기를 기초로 Z축과 주축의 직선보간을 통한 각축의 수정값을 생성하기 때문에 Z축이송의 끝지점에서 Z축과 주축 이송량의 여분이 발생하여 갑자기 속도가 떨어짐으로써 기계에 충격이 가해지게 된다.

상기와 같이 종래의 수치제어장치에 있어서의 씨피유가 시스템 내부에 고정된 고유한 위치루프 주기를 기초로 Z축과 주축의 보간을 행하기 때문에 Z축 이송의 끝지점에서 Z축과 주축의 이송량의 여분이 발생하여 기계에 충격이 가해지는 문제점이 있었다.

제1도는 일반적인 탭가공의 사용 단면도.

제2도는 종래 리지드탭(RIGID TAP) 기능이 내장된 수치제어장치의 구성도.

제3도는 본 발명 리지드탭(RIGID TAP) 기능이 내장된 수치제어장치의 구성도.

제4도는 본 발명 가변 샘플링 주기의 속도기능이 내장된 파형도.

제5도는 본 발명 리지드탭(RIGID TAP) 기능이 내장된 수치제어방법의 신호흐름도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 씨피유 20 : Z축구동부

30 : Z축모터 40 : 연산장치

50 : 주축구동부 60 : 주축모터

70 : 탭 80 : 모재

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 수단으로, 가변 샘플링 주기 알고리즘을 이용하여 Z축과 주축의 보간을 수행함으로써 Z축 이송 끝지점에서 Z축과 주축의 이송량의 여분 발생을 소멸시켜 기계적 충격을 제거함으로써 달성된다.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거 상세히 설명하기로 한다.

제3도는 본 발명 리지드탭(RIGID TAP)이 내장된 수치제어장치의 구성도로서, 이에 도시한 바와 같이 가변 샘플링 주기 알고리즘으로 보간을 수행하고 시스템을 총괄 제어하는 씨피유(10)와 상기 씨피유(10)의 제어에 의해 탭핑 절삭을 상/하축으로 제어하는 Z축구동부(20)와 상기 Z축구동부(20)에 의해 회전되는 Z축모터(30)와, 상기 씨피유(10)를 통해 주축의 게인 및 시정수를 입력받아 가/감속 패턴을 연산하는 연산장치(40)와, 상기 연산장치(40)를 통해 주축의 보간 데이터에 대하여 부착된 가/감속 패턴을 입력받아 탭핑 절삭의 주축을 제어하는 주축구동부(50)와, 상기 주축구동부(50)에 의해 회전되는 주축모터(60)와, 상기 주축모터(60) 및 Z축모터(30)의 회전에 의해 피가공물을 가공하는 탭(70)과, 상기 탭(70)에 의해 가공되는 모재(80)를 포함하여 구성된 것으로, 이의 작용을 제4도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

씨피유(10)가 리지드 탭의 G코드를 해석하여 탭 피치(TAP PITCH)를 계산하고, 아울러 Z축과 주축의 가/감속 값중 작은 값을 그 G코드 블록(리지드탭/G코드)의 공통 가/감속 값으로 설정하며, 상기 씨피유(10)는 Z축의 이동거리와 이송속도를 기초로 Z축의 가변 위치루프 주기를 계산하는데, 이때 상기 위치 루프주기를 항상 일정한 값으로 사용한 경우 Z축 이동의 끝지점에서 Z축 이송량의 여분이 발생하여 기계에 충격을 주게 된다.

한편, 가변 샘플링 주기 알고리즘을 갖는 씨피유(10)는 매위치 루프 주기마다 Z축의 이송속도가 바뀔 때마다 도4와 같이 위치루프주기(ts)를 재계산하여 Z축의 이송 끝지점에서 여분이 발생되지 않도록 가변 샘플링 주기를 생성함과 동시에 최종 도달시간이 정확히 준수되도록 하였다.

그리고, 상기 생성된 위치루프 주기와 Z축 및 주축의 공통 가/감속 값을 기초로 Z축과 주축의 보간을 실행하여 Z축과 주축의 위치지령을 생성한 다음 각축의 위치루프 게인을 가하여 각각 Z축구동부(20)와 주축의 연산장치(40)에 출력하고, 상기 주축의 연산장치(40)는 씨피유(10)로부터 입력된 속도지령에 가/감속 패턴을 가해 주축구동부(50)에 출력하여 주축모터(60)를 회전시키며, Z축이 Z축의 목표지점에 도달하면 씨피유(10)는 Z축을 반대방향으로 이동시키고, 동시에 주축을 반대방향으로 회전시킨다.

따라서, 본 리지드 탭 기능에서는 주축의 회전과 Z축 이송을 직선 보간을 통해 위치제어하여 Z축 이송의 정속 구간뿐만 아니라, 가/감속 구간에서도 정확하게 동기시킴과 동시에 가변 위치루프 주기를 사용함으로써 Z축 이송 끝지점에서 Z축과 주축 이송량에 여분이 발생되지 않아 기계적 충격이 제거된다.

제5도는 본 발명 리지드탭(RIGID TAP) 기능이 내장된 수치제어방법의 신호흐름도로서, 씨피유(10)가 리지드탭(RIGID TAP)의 G코드를 해석하고 탭 피치(TAP PITCH)를 계산하며 Z축과 주축의 공통 가/감속 값을 설정하는 단계와(S1)(S2), 상기 씨피유(10)가 가변 위치루프 주기를 계산하고 Z축과 주축의 보간을 실행하여 위치지령을 생성시키며 Z축과 주축의 속도지령을 각 구동부로 출력하는 단계와(S3-S6), 정방향의 리지드 탭을 위한 보간이 완료되는 Z축과 주축을 역방향으로 이송시키는 보간을 행하는 단계(S7)(S8)로 이루어진다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 Z축 구동장치로 연산장치가 없는 서보를 채택함으로써 수치제어장치의 가격이 저렴해지고, 가변 샘플링 주기를 이용한 보간을 수행함으로써 Z축 이송 끝지점에서 Z축과 주축의 이송량에 여분이 발생하는 것을 소멸시켜 기계적 충격을 제거하였다.

씨피유가 가변 샘플링 주기를 이용한 보간을 수행하는 Z축 이송 끝지점에서 Z축과 주축의 이송량의 여분 발생을 소멸시켜 기계적 충격을 제거하고, Z축 구도장치가 연산장치가 없는 서보를 채택하여 저가의 수치제어장치를 실현하는데 그 목적이 있다.

Claims (2)

1. 가변 샘플링 주기 알고리즘으로 보간을 수행하고 시스템을 총괄 제어하는 씨피유(10)와, 상기 씨피유(10)의 제어에 의해 탭핑 절삭을 상/하축으로 제어하는 Z축구동부(20)와, 상기 Z축구동부(20)에 의해 회전되는 Z축모터(30)와, 상기 씨피유(10)를 통해 주축의 게인(Gain) 및 시정수를 입력받아 주축의 가/감속 패턴을 연산하는 연산장치(40)와, 상기 연산장치(40)를 통해 주축의 보간 데이터에 대하여 부착된 가/감속 패턴을 입력받아 탭핑 절삭의 주축을 제어하는 주축구동부(50)와, 상기 주축구동부(50)에 의해 회전되는 주축모터(60)와, 상기 주축모터(60) 및 Z축모터(30)의 회전에 의해 피가공물을 가공하는 탭(70)과, 상기 탭(70)에 의해 가공되는 모재(80)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 리지드탭(RIGID TAP) 기능이 내장된 수치제어장치.
2. 씨피유(10)가 리지드탭(RIGID TAP)의 G코드를 해석하고 탭 피치(TAP PITCH)를 계산하며 Z축과 주축의 공통 가/감속 값을 설정하는 단계와(S1)(S2), 상기 씨피유(10)가 가변 위치루프 주기를 계산하고 Z축과 주축의 보간을 실행하여 위치지령을 생성시키며 Z축과 주축의 속도지령을 각 구동부로 출력하는 단계와(S3-S6), 정방향의 리지드 탭을 위한 보간이 완료되면 Z축과 주축을 역방향으로 이송시키는 보간을 행하는 단계(S7)(S8)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리지드탭(RIGID TAP) 기능이 내장된 수치제어장치.