KR100439055B1 - 수치제어장치 및 캠시스템 - Google Patents

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Abstract

해석부(11, 31)에서 가공 프로그램을 해석할 때에, 수치제어장치는 공구와 가공물 사이의 접촉위치에 관한 정보를 추출하고, 상기 정보에 기초하여 주축 회전수 산출부(14, 38)에서 주축 회전수 명령값을 산출한다. 캠시스템에서는, 상기 수치제어장치에 공급될 공구와 가공물 사이의 접촉위치에 관한 정보가 계산되어서 상기 가공 프로그램에 부가된다.

Description

수치제어장치 및 캠시스템{NUMERICAL CONTROL APPARATUS AND CAM SYSTEM}
본 발명은 고속으로 자유곡면을 정밀하게 가공하는데 적합한 가공 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 가공 프로그램의 명령에 따라 주축 회전수를 제어하는 수치제어장치 및 가공 프로그램에 공구 접촉위치 정보를 부가하는 캠시스템에 관한 것이다.
고속으로 자유곡면을 정밀하게 가공하는데 적합한 수치제어장치에 있어서, 공구의 이동경로는 가공 프로그램에 의해 명령되고, 이 경로를 따르는 공구의 이동속도도 가공 프로그램에 F 코드를 기입함으로써 명령된다. 그러나, 공구가 F 코드에 의해 명령된 속도로 이동된다면, 시스템은 서보 시스템의 지연과 같은 오차 요인으로 인해 가공 정밀도를 유지할 수 없는 경우가 있다.
상기의 결점을 방지하는 한 방법으로서, 자유곡면을 고속 및 고정밀도로 가공하기 위한 최근 몇몇의 수치제어장치는 명령된 경로의 형상을 평가하고, 가공 정밀도를 허용 오차범위내로 유지하기 위해 허용 최대속도를 평가된 형상에 따라서 구하고, 그리고 F 코드에 의해 명령된 속도에 관계없이 허용 최대속도의 범위 내에서 속도를 자동적으로 제한하도록 형성되어 있다.
비록 주축의 회전수가 프로그램의 S 코드에 의해 명령된다 하더라도, 주축의 회전수와 주축의 이송 속도 사이에는 절삭조건에 의존하는 최적의 조합이 있다. 그러나, 시스템이 형상에 따라 이송 속도를 자동적으로 제어하는 상기한 기능을 가지고 있는 경우, 이러한 값들이 프로그램의 F 코드 및 S 코드에 의해 명령된다면, 속도값이 제한되고, 그리고 비록 주축의 회전수가 일정하다고 하더라도, 속도는 F 코드에 의해 명령된 값과 차이가 크게 될 수 있다.
일반적으로 절삭가공에 있어서, 각각의 블레이드의 이송량이 일정하고, 절삭 속도, 즉 공구와 가공물 사이의 접촉점의 상대 접선 속도가 일정한 것이 바람직한 절삭 조건이라고 알려져 있다.
이러한 조건하에서, 실제 절삭 속도는 안정되고 공구의 수명은 길어지고, 공구의 마모는 경감되며, 그리고 각각의 블레이드의 안정한 이송 속도가 확보된다. 결론적으로, 가공된 표면은 질적으로 개선되고, 이송 속도의 개선에 의해 가공시간의 단축이 기대될 수 있다.
상기의 상황하에서, 본원 발명자들은 일본 특허출원 평7-175277호(일본 특허공개공보 평9-29584호)에 개시된 것으로서, 자유곡면을 절삭할 때 절삭 조건에 의해 결정된 주축의 회전수 및 이송 속도의 조합에 대한 최적의 조건을 유지하고, 공구의 마모를 경감하며, 그리고 고속 및 고정밀도의 가공을 보장할 수 있는 수치제어장치를 제안하였다.
즉, 이러한 수치제어장치는 미리 설정된 절삭속도를 때때로 만곡면에 따라 변화하는 공구의 접촉 직경에 따라서 원주 속도로 제어하여, 회전과 이송 속도를 동기화시킨다. 보다 상세하게는, 가공 프로그램에 의해 명령된 공구의 이동 형상에 기초하여 이송속도 결정수단에 의해 획득된 이송속도에 응하여 주축 회전수 제어수단에 의해 주축의 회전수를 변화시키고, 주축의 이동방향에 따라 공구와 가공물 사이의 접촉위치의 변화에 기초한 주축 회전수를 주축 회전수 제어수단에 의해 부가적으로 변화시키고, 공구의 이동 형상에 따라 이송속도 결정수단에 의해서 획득된 주축 이동 방향에 관한 정보를 포함하는 이송 속도에 기초하여 주축 회전수를 주축 회전수 제어수단에 의해 더 변화시키도록 되어 있다.
그러나, 이러한 기능은 가공 프로그램에 의해 명령된 공구의 이동 방향에 기초하여 공구와 가공물 사이의 접촉위치를 산출하기 때문에, 특별한 경우에 있어서 접촉위치의 변화에 대응할 수 없다.
예를 들면, 도 4는 볼 단부 밀(1)이 지면에 수직한 방향으로 이동하고, 이 공구의 이동방향에 평행한 경사면(2)을 가공하는 것을 도시하고 있다. 이 경우에 있어서, 하얀색 점으로 표시된 프로그램 명령에 의해 지정된 접촉위치와 검정색 점으로 표시된 실제 접촉위치의 사이에 편차가 있다.
도 5는 공구의 종류에 따라 접촉위치의 차이가 생기는 것을 도시하고 있다. 하얀색 점은 볼 단부 밀(3)의 경우의 접촉위치를 나타내고, 반면에 검정색 원은 불노즈(bull nose)(4)의 경우의 접촉위치를 나타낸다.
이러한 문제점을 극복하기 위해서, 가공 프로그램은 캠이 절삭 조건에 의해 결정된 주축 회전수 및 이송량의 조합의 최적 조건을 유지하도록 하는 주축 회전수를 명령할 수 있다. 그러나, 주축 회전수 및 이송 속도의 조합의 최적 조건이 공구와 가공물의 강도, 공구 블레이드의 수 등에 의존하여 다양하게 변화하기 때문에, 캠이 가공 프로그램에 의해 주축 회전수를 명령하는 경우에, 가공 프로그램 자체가 최적 조건이 변화할 때마다 재출력되어야 하는 번거로움이 있다.
그러므로 본 발명의 목적은 공구와 가공물의 특수한 관계하에서도 최적 주축 회전수를 안정되게 획득할 수 있고, 공구의 마모를 경감하며, 고속 및 고정밀도 가공을 실현시킬 수 있는 수치제어장치 및 이 수치제어장치에 적절한 정보를 줄 수 있는 캠시스템을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예를 도시하는 블록도;
도 2는 본 발명의 공구 접촉위치에 관한 정보를 산출하는 방법을 보여주는 설명도;
도 3은 본 발명의 제 2 실시예를 도시하는 블록도;
도 4는 종래 기술에 수반된 문제점 중의 하나를 보여주는 설명도; 그리고
도 5는 종래 기술에 수반된 다른 문제점을 보여주는 설명도이다.
본 발명에 있어서, 공구와 가공물 사이의 접촉위치에 대한 정보가 캠 시스템에 의해서 산출되어서 가공 프로그램에 부가되기 때문에, 수치제어장치는 주축의 회전수를 제어하기 위해서 가공 프로그램에 포함된 접촉위치에 대한 정보를 이용한다. 그러므로, 가공물의 경사면에 평행한 공구의 이동 방향과 같은, 공구와 가공물 사이의 특수한 위치관계하에서도, 최적의 주축 회전수를 획득하고, 공구의 마모를 경감하며, 그리고 고속 및 고정밀도 가공을 실현할 수 있다.
(바람직한 실시예의 설명)
본 발명의 실시예는 도면을 참고하여 이하에서 기술된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 수치제어장치(10)의 개략적인 구성을 도시하는 블록도이다. 본 실시예에 있어서는, 주축 회전수에 대한 아무런 명령값도 가공 프로그램에 명령되어 있지 않다.
가공 프로그램(5)은 해석부(11)에 보내져서 해석된다. 해석부(11)는 가공 프로그램의 문자열로부터 X 코드, S 코드, G 코드, M 코드 등과 같은 문자열을 추출하여, 각각의 축이동량을 구한다. 이러한 축이동량은 예를 들면, 가공의 시작위치 및 종료위치의 좌표로부터 X, Y, Z축을 따르는 이동량으로서 구해질 수 있다. 이러한 양은 각각의 블록에 대해서 구해진다.
각 축 상에서의 이동량은 분배부(12)에 의해 각 축의 이동 명령으로 전환되어, 버퍼(13)를 통하여 각 축의 서보시스템으로 보내진다.
한편, 해석부(11)는 접촉위치에 대한 정보도 출력한다.
도 2는 접촉위치 정보를 산출하는 방법을 보여주는 설명도이다.
접촉위치 정보는 공구와 가공물 사이의 접촉점으로부터 공구의 중심까지의 거리(r)와 공구의 반경(R)과의 배율의 형태로 아래와 같이 산출된다.
배율 = 공구 반경(R)/ 접촉지점으로부터 공구 중심까지의 거리(r)
이 식이 사용되는 경우, 예를 들면, 공구 팁부분의 가공의 경우 계산상으로배율이 무한히 커질 수 있다. 그러므로, 배율의 최대값을 설정하여 제한한다. 두 지점에서 공구와 가공물이 접촉하는 경우에 있어서, 보다 큰 배율과 보다 작은 배율 중 어느 것을 선택하는 지는 파라미터로 설정할 수 있도록 되어 있다.
캠은 산출된 접촉위치 정보를 각각의 블록에 대한 가공 프로그램에 부가한다. 그것의 한 예가 아래에 있다.
N001 G01 X100. Y100. L1.0
N002 X200. L2.0
N003 Y200. L100.0
도 1로 되돌아 가면, 해석부에서 구해진 접촉위치 정보는 주축 회전수 산출부(14)에 보내진다.
또한, 주축 회전수 산출부(14)에는 최외주 가공시의 주축 회전수 기억부(15)에 기억된 최외주 가공시의 주축 회전수, 최대/최소 주축 회전수 기억부(16)에 기억된 주축의 최대 및 최소 회전수, 그리고 주축 오버라이드량이 입력되어, 이러한 데이타로부터 주축 회전수 명령값(S)이 구해진다. 이 명령값(S)은 주축 드라이버(21)에 대하여 출력된다.
수치제어장치에 있어서 주축 회전수는 예를 들면, 아래의 방법에 의해 산출된다.
각각의 이동 블록에 대한 가공 프로그램에 의해 부여된 접촉위치 정보와 수치제어장치에 의해 설정된 최외주 가공시의 주축 회전수에 기초하여, 접촉위치에서의 주축 회전수가 아래의 식에 의해 산출된다.
블록의 주축 회전수 = (최외주 가공시의 주축 회전수) × (블록의 배율)
공구와 가공물의 재질, 공구의 블레이드 수 등과 같은 조건이 변화한 경우에 있어서, 최외주 가공시의 주축 회전수를 변환시킴으로써 대응할 수 있다.
본 실시예는 공구와 가공물 사이의 접촉위치 정보에 기초하여 주축 회전수를 산출하기 때문에, 양자가 특수한 위치관계에 있는 경우에도 고속 및 고정밀도 가공을 실시할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 수치제어장치(30)의 개략적인 구성을 도시하는 블록도이다. 이 실시예에 있어서도 주축 회전수에 대한 명령값은 가공 프로그램에는 기재되어 있지 않은 것으로 가정한다.
가공 프로그램(5)은 해석부(31)에 보내져서 해석된다. 해석부(31)는 가공 프로그램의 문자열로부터 X 코드, S 코드, G 코드, M 코드 등과 같은 문자열을 추출하여, 각 축 상의 이동량을 구한다. 각 축 상의 이동량을 구하는 방법은 제 1 실시예의 방법과 동일하다.
명령 이송 속도 및 도 2에 도시된 방법에 의해 구해진 접촉위치에 대한 정보도 해석부(31)로부터 출력되어, 목표 이송속도 산출부에 보내진다.
축 이동량은 형상 평가부(32)에 보내져서, 이동형상이 구해진다. 이동형상의 판정은 복수의 블록에 걸친 축 이동량을 해석함으로써 코너인지 또는 곡선인지를 판단하는 것으로 행한다. 직선은 무한히 큰 곡률반경을 가진 곡선으로서 인식된다.
목표 이송속도 산출부(33)에서는, 상기한 명령 이송속도를 고려하여, 접촉위치 정보 및 형상 평가부에 의해 획득된 이동형상에 기초하여, 목표 이송속도가 산출된다. 이 경우, 비록 이동형상에 따른 이송속도에 대하여 우선권이 부여되지만, 임시로 결정된 이송속도로 가공물을 가공한 경우에, 가공 정밀도가 최외주 가공시의 이송속도 허용오차를 기억하는 이송속도 허용오차 기억부(34)에 기억된 허용오차 내에 들어가는지 체크되고, 허용오차 내에 들어간 조건으로 수정된 다음에, 제 1 목표 이송속도(Fe)가 출력된다.
절삭속도를 일정하게 하기 위하여, 이동방향에 의한 평가에 의하여 제 2 목표 이송속도(Fc)가 구해진다. 이것은 예를 들면 아래의 방식으로 구할 수 있다.
볼 단부 밀의 경우에, 주축 회전수(S)는
S = (60/2π)(V/r(θ)) (rpm)
로 결정된다.
그러므로, 상응하는 이송속도로 변환하기 위한 계수(K)(mm/rev)로 상기 주축 회전수를 곱하므로써, 절삭속도를 일정하게 하기 위한 목표 이송속도(Fc)는 다음식으로 구할 수 있다.
Fc = K*S (mm/min)
Fc 와 Fe 중 보다 작은 쪽이 그 시점의 목표 이송속도로서 사용되고, 목표 이송속도 산출부(33)로부터 출력된다.
목표 이송속도는 각각의 블록에 대하여 개별적으로 결정된다. 그러나, 이 목표 이송속도는 하나의 블록으로부터 다른 블록으로의 각각의 변화하는 지점에서 크게 변할 수 있으므로, 하나의 블록으로부터 다른 블록으로의 속도변화를 원활하게 연속적으로 하기 위해, 즉 실제 이송속도를 구하기 위해 가속 또는 감속처리가 가속/감속처리부(35)에서 행해진다.
이 실제 이송속도는 분배기(36)에 의해 각 축의 이동명령으로 전환되어서, 각 축의 서보 시스템(20)으로 보내진다.
실제 이송속도는 주축 회전수 산출부(38)에도 보내진다. 이 주축 회전수 산출부(38)에 있어서는, 기억부(39)에 기준값으로서 기억된 기준 이송속도, 주축 최대 회전수 및 주축 최소 회전수가 추출되어 입력되며, 그리고 주축 오버라이드량이 입력되어 있고, 이들 데이타로부터 주축 회전수 명령값(Sx)을 구하여 출력한다.
주축 회전수를 산출하기 위해, 아래식
Fx = 실제 이송속도/기준 이송속도
을 기초로 하여
Sx = 명령 회전수 * Fx * 주축 오버라이드
라는 식으로 구할 수 있다.
그러나, 이 회전수는 예정된 최소 회전수와 최대 회전수 사이에 있어야 하기 때문에, Sx는
최소 회전수 ≤ Sx ≤ 최대 회전수
라는 조건을 만족하도록 결정된다.
상기와 같이 구한, 주축 회전수 명령값은 주축의 회전수를 제어하기 위해 주축 드라이버(21)에 보내진다.
이 실시예에 따르면, 주축 회전수는 축이동의 형상을 고려하여 공구와 가공물 사이의 접촉위치에 관한 정보에 따라 산출되기 때문에, 공구와 가공물 사이의 특수한 위치관계하에서도 고속 및 고정밀도 가공이 실시될 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 공구의 접촉위치에 관한 정보가 주축 회전수를 산출하기 위해서 사용되기 때문에, 종래 기술에 의해서는 대응할 수 없었던, 공구의 진행방향과 평행한 경사면의 가공, 상이한 형상을 가진 공구에 의한 가공 등과 같은 특수한 위치관계의 경우에도, 실질적으로 최적의 절삭 조건하에서 가공이 수행될 수 있다.
또한, 공구와 가공물의 재질, 공구의 블레이드 등의 조건이 변하는 경우에도, 가공 프로그램을 변화시키지 않고 최외주 가공시의 주축 회전수를 변화시킴으로써 대응할 수 있다.

Claims (12)

  1. 형상면을 가공하기 위해 사용된 공작기계를 제어하는 수치제어장치에 있어서,
    가공 프로그램에 의해 명령된 공구와 가공물 사이의 접촉위치에 관한 접촉위치 정보에 기초하여 주축 회전수를 제어하는 주축 회전수 제어수단; 및
    공구의 형상과 공구의 접촉점으로부터 접촉위치 정보를 생성하는 접촉위치 산출수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 수치제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 주축 회전수 제어수단은
    가공 프로그램에 의해 명령된 접촉위치 정보를 얻기 위한 해석부; 그리고
    상기 접촉위치 정보에 기초하여 공구와 가공물 사이의 접촉위치에 상응하는 주축의 회전수를 산출하기 위한 주축 회전수 산출부를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 수치제어장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 주축의 회전수는, R(mm)이 가공공구로서 사용된 공구의 최외주의 반경, V(mm/sec)는 상기 주축 회전수 산출부에 의해 부여된, 공구의 가공지점에서의 바람직한 접선속도, L은 접촉위치정보, 그리고 S(rpm)는 주축 회전수를 의미하는 조건에서, 아래의 식
    S = (60/2π)*(V/R)*L
    로부터 산출되는 것을 특징으로 하는 수치제어장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 주축 회전수 제어수단은 산출된 주축 회전수에 대하여 최대값 및 최소값을 부여함으로써 제한을 가하는 제한수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 수치제어장치.
  5. 형상면을 가공하기 위해 사용된 공작기계를 제어하는 수치제어장치에 있어서,
    가공 프로그램에 의해 명령된 공구 축의 이동형상에 기초하여 이송속도를 결정하는 이송속도 결정수단;
    상기 이송속도 및 상기 가공 프로그램에 의해 명령된 공구와 가공물 사이의 접촉위치에 관한 접촉위치 정보에 기초하여 주축 회전수를 제어하는 주축 회전수 제어수단; 및
    공구의 형상과 공구의 접촉점으로부터 접촉위치 정보를 생성하는 접촉위치 산출수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 수치제어장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 주축 회전수 제어수단은
    가공 프로그램에 의해 명령된 접촉위치 정보를 얻기 위한 해석부; 그리고
    상기 접촉위치 정보에 기초하여 공구와 가공물 사이의 접촉위치에 상응하는 주축의 회전수를 산출하기 위한 주축 회전수 산출부를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 수치제어장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 주축의 회전수는, R(mm)이 가공공구로서 사용된 공구의최외주의 반경, V(mm/sec)는 상기 주축 회전수 산출부에 의해 부여된, 공구의 가공지점에서의 바람직한 접선속도, L은 접촉위치정보, 그리고 S(rpm)는 주축 회전수를 의미하는 조건에서, 아래의 식
    S = (60/2π)*(V/R)*L
    로부터 산출되는 것을 특징으로 하는 수치제어장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 주축 회전수 제어수단은 산출된 주축 회전수에 대하여 최대값 및 최소값을 부여함으로써 제한을 가하는 제한수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 수치제어장치.
  9. 형상면을 가공하는 공작기계를 제어하기 위한 수치제어장치에 사용된 가공 프로그램을 생성하는 캠시스템에 있어서,
    공구의 형상과 공구의 접촉점으로부터 접촉위치 정보를 생성하는 접촉위치 산출수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 캠시스템.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 접촉위치 산출수단은 공구와 가공물 사이의 복수의 접촉위치 중의 하나인 가공조건을 선택할 수 있는 것을 특징으로 하는 캠시스템.
  11. 제 9 항에 있어서, 공구의 반경과 공구의 접촉점으로부터 공구의 중심까지의 거리 사이의 비는 상기 접촉위치 정보로서 사용되는 것을 특징으로 하는 캠시스템.
  12. 제 9 항에 있어서, 산출된 배율에 대하여 최대값을 부여함으로써 제한을 가하는 제한수단을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 캠시스템.
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