KR100324642B1 - 듀얼 로터리 테이블 제어장치 및 방법 - Google Patents

듀얼 로터리 테이블 제어장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 머시닝 센터에서의 소재 장착을 위한 테이블에서의 4축 제어장치 및 방법에 관한 것으로, 4개의 축 제어를 위한 4축 제어용 CNC 유니트와; 상기 4축 제어용 CNC 유니트의 제어신호에 따라 로터리 테이블에 장착된 축을 구동하는 1축 제어용 서보 앰프와; 상기 1축 제어용 서보 앰프의 제어신호에 따라 4-1축 서보모터를 구동하는 4-1축 서보모터 구동신호를 출력하는 4-1축 제어 연동장치와; 상기 1축 제어용 서보 앰프의 제어신호에 따라 4-2축 서보모터를 구동하는 4-2축 서보모터 구동신호를 출력하는 4-2축 제어 연동장치와; 테이블 위치를 확인하여 가공영역 인지를 판단할 수 있도록 전기적인 신호를 출력하는 테이블 위치 확인부와; 상기 테이블 위치 확인부의 신호를 피드백 받아 현재 테이블의 영역이 작업영역인지를 확인하고, 하나의 4축에 대한 가공이 완료되면 CNC 유니트로부터 제어신호를 인가받아 4-1축 제어 연동장치 또는 4-2축 제어 연동장치에 테이블 교환지령 신호를 출력하며, 테이블을 교환할 경우 그리드 쉬프트 값을 이용하여 원점복귀 신호를 완료토록 하는 PMC 제어부를 포함하여 구성함이 특징이다.

Description

듀얼 로터리 테이블 제어장치 및 방법{Dual Rotary Table Control Unit and Method}
본 발명은 머시닝 센터에서의 소재 장착을 위한 테이블에서의 4축 제어장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 로터리 테이블에서의 2개의 4-1축/ 4-2축의 제어장치 및 방법에 관한 것이다.
공지된 바와같이 공작기계, 예를 들면, 머시닝 센터는 공작물을 소망하는 형상으로 가공하는데 사용되는 것으로, 공작물을 지지하는 테이블과, 공구를 구동하여 공작물의 가공을 행하는 주축대와, 다수의 공구를 정렬된 상태로 보관하는 공구매거진과, 이 매거진으로부터 선택된 공구를 뽑아 주축에 장착하는 공구체인저 등을 갖추고 있다.
이러한 머시닝 센터의 테이블의 상면에는 두개의 클램프가 설치되어, 어느 하나의 클램프에 장착된 공작물이 가공되는 동안 나머지 클램프에서는 가공된 공작물의 탈거 및 새로운 공작물의 장착이 행하여 진다.
공작물을 클램프에 장착하는 작업은 작업자가 직접 손으로 할 수 있으나, 최근에는 자동화 추세에 맞추어 유압 또는 공압을 이용하는 방식도 개발되고 있다.
도 1은 스플래시 가드가 있는 상태의 공작기계를 도시한 것으로,
주축대(10)의 하부에는 주축대에 가깝게 위치하는 가공영역(A1)과 주축대에서 멀게 위치하는 장착영역(A2)을 제공하는 공작물 테이블(20)이 배치된다.
상기 테이블(20)은 그저면에 설치되는 회전구동수단(24)에 의해 제 1의 수직축선(C1)을 기준으로 180°의 정회전 및 역회전을 반복적으로 이루도록 구성된다.테이블(20)은 회전시 매번 가공영역(A1)과 장착영역(A2)이 뒤바뀌게 되며, 이때의 뒤바뀜은 영역자체의 이동을 의미하는 것이 아니고, 그 영역에 포함되는 테이블의 부분이 자리바꿈 하는 것을 의미한다.
상기 주축대(10)의 전방에는 칩 또는 절삭유가 가공영역(A1)으로부터 장착영역(A2)으로 비산되는 것을 제한하는 스플래시 가드(30)가 공간을 두고 설치되어 있으며, 스플레시 가드(30)는 주축대(10)의 전방에 수직상태로 배설되는 고정가드 (32)와, 가공영역(A1)과 장착영역(A2)을 가공영역(A1)의 상부공간이 장착영역(A2)의 상부공간보다 넓어지도록 비대칭적으로 구획하는 가동가드(34) 및 상기 가동가드(34)를 고정가드에 대해 회전가능하게 부착하는 홀더(35)를 갖추고 있다.
한편, 상기와 같은 로터리 테이블을 가진 머시닝 센터에서는 각각의 로터리 테이블에 장착된 4축(4-1축/4-2축)제어를 위해서는 각각의 제어장치가 필요하게 된다.
따라서, 머시닝 센터의 기본 3축외에 4-1축/4-2축제어를 위한 6축 제어용 CNC 유니트가 필요하게 되며 서보제어용 앰프 2개, 그에 따른 각각의 2개씩 전장품 등이 요구된다.
즉, 도 1은 종래의 로터리 테이블에서의 4축 제어에 관한 회로 구성을 도시하고 있는바, 로터리 테이블이 유동하여 작업영역에 4-1축 또는 4-2축이 들어오게 되면 PMC 제어부에서는 클램핑 제어신호를 인가하여 작업할 축을 고정시키고 이어 4-1축 서보 앰프에서 모터를 콘트롤 하여 가공물의 위치를 작업 좌표에 맞도록 유동시키게 된다.
그리고, 4-2축 서보앰프 및 전장품은 도시하지 않았지만, 상기의 4-1축 서보앰프와 전장품과 동일하게 구성되며, 모두 6축 제어용 CNC 유니트의 제어에 따라 작업영역에 들어온 축의 서보앰프를 제어하여 모터를 유동시키게 되는 것이다.
그러나, 상기와 같이 이루어지는 로터리 테이블에서는 로터리 테이블의 특성상 항상 공작물 가공영역 내부의 4-1축 또는 4-2축중 일개의 축에 대해서만 제어를 하게 되며, 가공영역 외부의 나머지 4축 하나에 대해서는 다음 가공을 위한 공작물 준비작업만 하게 되므로 CNC제어는 실질적으로 불필요하게 된다.
즉, 로터리 테이블의 구조적 특성상 4-1축/4-2축에 대한 동시제어가 불필요하게 되므로 4-1축/4-2축에 소요되는 6축용 CNC 유니트 및 각각의 서보 제어용 앰프는 무의미하게 되는 것이다.
따라서, 본 발명은 로터리 테이블에서 제어가 요구되는 공작물 가공영역 내부의 한 개 4축에 대해서만 필요한 4축용 CNC 유니트(기본 3축 포함) 및 서보 제어용 앰프 1개만을 사용하고도 5축의 기능과 제어효과를 가짐이 본 발명의 주요목적이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 수단으로,
본 발명은 4축 제어를 위한 4축 제어용 CNC 유니트와; 로터리 테이블에 장착된 축을 구동하는 1축 제어용 서보 앰프와; 4-1축 서보모터 구동신호를 출력하는 4-1축 제어 연동장치와; 4-2축 서보모터 구동신호를 출력하는 4-2축 제어 연동장치와; 테이블 위치를 확인하여 가공영역 인지를 판단할 수 있도록 하는 테이블위치 확인부와; 현재의 테이블의 영역을 확인하고, 하나의 4축에 대한 가공이 완료되면 4-1축 제어 연동장치 또는 4-2축 제어 연동장치에 테이블 교환 명령을 출력하며, 그리드 쉬프트 값을 이용하여 원점복귀 신호를 완료토록 하는 PMC 제어부를 포함하여 구성함이 특징이다.
도 1은 종래 로터리 테이블의 개략적 구성도.
도 2는 종래 로터리 테이블의 회로 구성도.
도 3은 본 발명의 구성블록도.
도 4는 본 발명에 적용되는 PMC 제어부의 회로 구성도.
도 5는 4축 서보앰프와 PMC 제어부의 제어에 따라 작동되는 4-1축 서보모터 구동 시스템 도면.
도 6은 4축 서보앰프와 PMC 제어부의 제어에 따라 작동되는 4-2축 서보모터 구동 시스템 도면.
도 7은 본 발명의 동작 제어 흐름도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100: CNC 유니트 110: 서보앰프
120: 4-1축 제어 연동장치 130: 4-2축 제어 연동장치
140: 테이블 위치 확인장치 150: PMC 제어부
160: 4-1축 서보모터 170: 4-2축 서보모터
이하에서 도면을 참조로 본 발명을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 구성 블록도로써, 도시한 바와같이
4개의 축 제어를 위한 4축 제어용 CNC 유니트(100)와;
상기 4축 제어용 CNC 유니트(100)의 제어신호에 따라 로터리 테이블에 장착된 축을 구동하는 1축 제어용 서보 앰프(110)와;
상기 1축 제어용 서보 앰프(110)의 제어신호에 따라 4-1축 서보모터(160)를 구동하는 4-1축 서보모터 구동신호를 출력하는 4-1축 제어 연동장치(120)와;
상기 1축 제어용 서보 앰프(110)의 제어신호에 따라 4-2축 서보모터(170)를 구동하는 4-2축 서보모터 구동신호를 출력하는 4-2축 제어 연동장치(130)와;
테이블 위치를 확인하여 가공영역 인지를 판단할 수 있도록 전기적인 신호를 출력하는 테이블 위치 확인부(140)와;
상기 테이블 위치 확인부(140)의 신호를 피드백 받아 현재 테이블의 영역이 작업영역인지를 확인하고, 하나의 4축에 대한 가공이 완료되면 CNC 유니트(100)로부터 제어신호를 인가받아 4-1축 제어 연동장치(120) 또는 4-2축 제어 연동장치(130)에 테이블 교환지령 신호를 출력하며, 테이블을 교환할 경우 그리드쉬프트 값을 이용하여 원점복귀 신호를 완료토록 하는 PMC 제어부(150)를 포함하여 구성한다.
상기와 같이 구성하는 본 발명은 1축 제어용 서보 앰프(110)에서 4축 제어용 CNC 유니트(100)의 제어신호에 따라 로터리 테이블에 장착된 축을 구동하게 된다.
그리고, 4-1축 제어 연동장치(120)에서는 상기 1축 제어용 서보 앰프(110)의 제어신호에 따라 4-1축 서보모터(160)를 구동하는 4-1축 서보모터 구동신호를 출력하고, 4-2축 제어 연동장치(130)에서는 마찬가지로 상기 1축 제어용 서보 앰프(110)의 제어신호에 따라 4-2축 서보모터(170)를 구동하는 4-2축 서보모터 구동신호를 출력하게 된다.
그리고, 테이블 위치 확인부(140)에서는 테이블 위치를 확인하여 가공영역 인지를 판단할 수 있도록 전기적인 신호를 출력하며, PMC 제어부(150)에서는 상기 테이블 위치 확인부(140)의 신호를 피드백 받아 현재 테이블의 영역이 작업영역인지를 확인하고, 하나의 4축에 대한 가공이 완료되면 CNC 유니트(100)로부터 제어신호를 인가받아 4-1축 제어 연동장치(120) 또는 4-2축 제어 연동장치(130)에 테이블 교환지령 신호를 출력하며, 테이블을 교환할 경우 그리드 쉬프트 값을 이용하여 원점복귀 신호를 완료토록 한다.
도 4는 본 발명에 적용되는 PMC 제어부의 회로구성도이고, 도 5는 4축 서보앰프와 PMC 제어부의 제어에 따라 작동되는 4-1축 서보모터 구동 시스템 도면이며, 도 6은 4축 서보앰프와 PMC 제어부의 제어에 따라 작동되는 4-2축 서보모터 구동 시스템 도면이다.
먼저, 4-1축이 작업영역에 들어가게 되면 도 5의 4-1축 확인용 스위치(KA17)가 오프된 상태를 유지하며, 이때 CNC 유니트(100)는 도 4의 릴레이(KA17)를 통해 상기 정보를 피드백 받아 4-1축이 작업영역에 들어갔음을 인지하게 되며, 또한 도 5의 클램프 스위치(KA14)가 온 되는 시점을 도 4의 릴레이(KA14)를 통해 피드백 받아 4-1축의 가공물이 작업할 준비가 완료된 것으로 판단하여, 4-1축 모터 작동용 릴레이(KM15)를 작동시켜 4-1축 서보모터를 구동시키게 된다.
그리고, 4-2축이 작업영역에 들어가게 되면 도 5의 4-2축 확인용 스위치(KA17)가 온된 상태를 유지하고, 이때 CNC 유니트(100)는 도 4의 릴레이(KA17)를 통해 상기 정보를 피드백 받아 4-2축이 작업영역에 들어갔음을 인지하게 되며, 또한 도 6의 클램프 스위치(KA15)가 온 되는 시점을 도 4의 릴레이(KA15)를 통해 피드백 받아 4-2축의 가공물이 작업할 준비가 완료된 것으로 판단하여, 4-2축 모터 작동용 릴레이(KM15)를 작동시켜 4-1축 서보모터를 구동시키게 된다.
이하에서 본원 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
상기와 같이 본 발명의 구성에 있어, 로터리 테이블의 4축용 서보 모터용 전원공급과 제어 피드백은 항상 공작물 가공영역 내부의 하나의 4축에만 국한된다.
이에 따른 가공영역 내외부의 확인은 로터리 테이블의 위치 확인용 스위치(KA17)에 의해 결정되며, 확인 스위치(KA17)에 의한 서보모터 전원공급용 마그네틱 콘텍터와 피드백 확인을 위한 릴레이 회로를 구성한다.
이때 테이블의 위치 확인용 스위치(KA17)의 동작 불량으로 인한 피드백 릴레이와 모터 전원 공급용 마그네틱 콘텍터의 오동작 및 알람을 방지하기 위해 반드시 상반된 접점(KM16-ZK16, KM15-ZK15)을 이용한 인터록을 사용한다(도 4에 도시함).
그리고, 서보 제어용 앰프와 서보 모터의 피드백 동작은 +5V에 의해 제어됨으로 각각의 로터리 테이블의 4축의 펄스 코더의 피드백 신호 중 0V와 +5V를 테이블 위치 확인용 스위치(도 5, 도 6의 KA17)에 의해 릴레이(도 4의 KA17)를 구동한다.
그리고, 로터리 테이블의 위치 확인용 스위치(KA17)에 의해 마그네틱 콘텍터 및 릴레이 접점을 구동하기 위한 출력 회로를 구성한다.
릴레이 접점의 온/오프가 순간적일 지라도 테이블이 교환되는 동안 즉, 릴레이 접점이 오프되는 동안에는 CNC의 서보 알람이 발생하게 된다.
이 경우의 CNC 알람을 방지하기 위해 로터리 테이블이 교환되는 동안에는 4축 무시신호를 이용하고, 로터리 테이블이 완전히 안착한 후에 4축 무시신호를 배제함으로써 이를 해결한다.
상기 로터리 테이블의 교환 도중 발생되는 비상 알람으로 테이블의 어느 위치도 확인 불가할 경우에도 4축 무시신호를 사용하여 CNC 알람을 배제할 수 있도록 하며, 알람원인의 해제 및 복귀 완료 후 4축 무시 신호를 오프한다.
로터리 테이블에서의 각각의 4축 기계적인 원점위치는 상이하며 이에 따른 그리드쉬프트 값은 4축 각각의 고유한 데이터를 가지게 된다.
각각의 서브제어용 앰프 및 6축 제어용 CNC 유니트를 사용의 경우에는 4-1축/4-2축의 그리드 쉬프트(위치 보정) 영역이 CNC측에 할당되지만, 본 발명에있어서는 각각의 고유의 그리드 쉬프트의 하나의 CNC측에 다른 하나는 PMC 측을 이용하여 저장할 수 있도록 구성한다.
따라서, 자동모드에서 하나의 4축 -CNC측 그리드 쉬프트 사용- 에 대한 가공 완료 후 로터리 테이블을 교환할 경우, 나머지 하나의 4축 -PMC측 그리드 쉬프트 사용- 은 원점복귀와 동시에 PMC에 저장된 그리드 쉬프트 값을 읽어들여 원점복귀를 완료하도록 한다.
도 7은 본 발명의 동작제어 흐름도로써,
로터리 테이블 교환 지령이 시작되면, 현재 테이블의 작업영역 위치에 있는 축이 4-1축인가를 판단하는 제 1 단계와;
상기 제 1 단계에서 작업영역에 있는 축이 4-1축이면 4-2축이 작업영역으로 이동하도록 지령을 내리는 제 2 단계와;
상기 제 2 단계후 알람이 발생하지 않을 때까지 4축 무시 출력을 인가하는 제 3 단계와;
상기 제 3 단계 후 4-2축이 작업영역으로 이송되었는가를 판단하여 작업영역에 들어오지 않았으면 알람을 발생하는 제 4 단계와;
상기 제 4 단계에서 4-2축이 작업영역으로 이송되었으면 4축 무시 신호를 오프시켜 원래의 기능을 수행토록 하는 제 5 단계와;
상기 제 5 단계후 4-2축이 원하는 지점에 정확히 위치할 수 있도록 원점복귀 지령을 내리는 제 6 단계와;
상기 제 6 단계후 PMC측 그리드 쉬프트 값을 이용하여 원점복귀 신호를 완료토록 하는 제 7 단계와;
상기 제 1 단계에서 현재 작업영역의 축이 4-2축이면 4-1축이 작업영역으로 이동하도록 지령을 내리는 제 8 단계와;
상기 제 8 단계후 알람이 발생하지 않을 때까지 4축 무시 출력을 인가하는 제 9 단계와;
상기 제 9 단계 후 4-2축이 작업영역으로 이송되었는가를 판단하여 작업영역에 들어오지 않았으면 알람을 발생하는 제 10 단계와;
상기 제 10 단계에서 4-2축이 작업영역으로 이송되었으면 4축 무시 신호를 오프시켜 원래의 기능을 수행토록 하는 제 11 단계와;
상기 제 11 단계후 4-2축이 원하는 지점에 정확히 위치할 수 있도록 원점복귀 지령을 내리고, 원점복귀를 완료하는 제 12 단계로 이루어져 순차 진행한다.
한 개의 서보 제어용 앰프만을 사용함으로써 로터리 테이블에 있어서의 두개의 4-1축/4-2축을 제어할 수 있게 됨으로 5축 사용과 동일한 기계적인 효과가 있게 되어, 6축 제어용 CNC유니트를 4축 제어용 CNC 유니트로, 2축 제어용 서보모터 제어용 앰프를 1축으로 대체할 수 있게 된다.

Claims (2)

  1. 4개의 축 제어를 위한 4축 제어용 CNC 유니트(100)와;
    상기 4축 제어용 CNC 유니트(100)의 제어신호에 따라 로터리 테이블에 장착된 축을 구동하는 1축 제어용 서보 앰프(110)와;
    상기 1축 제어용 서보 앰프(110)의 제어신호에 따라 4-1축 서보모터(160)를 구동하는 4-1축 서보모터 구동신호를 출력하는 4-1축 제어 연동장치(120)와;
    상기 1축 제어용 서보 앰프(110)의 제어신호에 따라 4-2축 서보모터(170)를 구동하는 4-2축 서보모터 구동신호를 출력하는 4-2축 제어 연동장치(130)와;
    테이블 위치를 확인하여 가공영역 인지를 판단할 수 있도록 전기적인 신호를 출력하는 테이블 위치 확인부(140)와;
    상기 테이블 위치 확인부(140)의 신호를 피드백 받아 현재 테이블의 영역이 작업영역인지를 확인하고, 하나의 4축에 대한 가공이 완료되면 CNC 유니트(100)로부터 제어신호를 인가받아 4-1축 제어 연동장치(120) 또는 4-2축 제어 연동장치(130)에 테이블 교환지령 신호를 출력하며, 테이블을 교환할 경우 그리드 쉬프트 값을 이용하여 원점복귀 신호를 완료토록 하는 PMC 제어부(150)를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 듀얼 로터리 테이블 제어장치.
  2. 로터리 테이블 교환 지령이 시작되면, 현재 테이블의 작업영역 위치에 있는 축이 4-1축인가를 판단하는 제 1 단계와;
    상기 제 1 단계에서 작업영역에 있는 축이 4-1축이면 4-2축이 작업영역으로 이동하도록 지령을 내리는 제 2 단계와;
    상기 제 2 단계후 알람이 발생하지 않을 때까지 4축 무시 출력을 인가하는 제 3 단계와;
    상기 제 3 단계후 4-2축이 작업영역으로 이송되었는가를 판단하여 작업영역에 들어오지 않았으면 알람을 발생하는 제 4 단계와;
    상기 제 4 단계에서 4-2축이 작업영역으로 이송되었으면 4축 무시 신호를 오프시켜 원래의 기능을 수행토록 하는 제 5 단계와;
    상기 제 5 단계후 4-2축이 원하는 지점에 정확히 위치할 수 있도록 원점복귀 지령을 내리는 제 6 단계와;
    상기 제 6 단계후 PMC측 그리드 쉬프트 값을 이용하여 원점복귀 신호를 완료토록 하는 제 7 단계와;
    상기 제 1 단계에서 현재 작업영역의 축이 4-2축이면 4-1축이 작업영역으로 이동하도록 지령을 내리는 제 8 단계와;
    상기 제 8 단계후 알람이 발생하지 않을 때까지 4축 무시 출력을 인가하는 제 9 단계와;
    상기 제 9 단계 후 4-2축이 작업영역으로 이송되었는가를 판단하여 작업영역에 들어오지 않았으면 알람을 발생하는 제 10 단계와;
    상기 제 10 단계에서 4-2축이 작업영역으로 이송되었으면 4축 무시 신호를 오프시켜 원래의 기능을 수행토록 하는 제 11 단계와;
    상기 제 11 단계후 4-2축이 원하는 지점에 정확히 위치할 수 있도록 원점복귀 지령을 내리고, 원점복귀를 완료하는 제 12 단계로 이루어져 순차 진행함을 특징으로 하는 듀얼 로터리 테이블 제어방법.
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