KR100441952B1 - 공작기계의 적응제어 시스템 및 그의 제어방법 - Google Patents

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Abstract

공구 또는 공작물에 가해지는 부하를 미세전압까지 검출하기 위한 부하계와, 상기한 부하계로부터 입력되는 애널로그 신호를 디지틀 신호로 변환하여 출력하는 애널로그/디지틀 컨버터와, 상기한 애널로그/디지틀 컨버터로부터 입력되는 신호를 이용하여 공구 또는 공작물에 부하가 과중하게 걸리는 경우에 프로그램한 이송속도 오버라이드 비율을 반응시간 100ms 이하로 절삭이송속도를 떨어뜨려 능동적으로 대처하기 위한 제어신호를 출력하는 제어수단과, 상기한 제어수단의 제어신호에 따라 구동신호를 생성하여 출력하는 PLC와, 상기한 PLC의 구동신호에 따라 공구 또는 공작물의 절삭이송속도를 조절하는 모터부를 포함하여 이루어지며,
지능형 소프트웨어를 탑재하여 최적의 부하율을 설정하여 공구 또는 공작물의 절삭이송속도를 조절하여 줌으로써 기계의 절삭 가공시에 급격한 부하변동이 발생하지 않도록 하여 공구 및 공작물이 파손되지 않도록 하고, 최적의 절삭이송속도를 가공 전구간에 걸쳐 제어함으로써 작업시간 단축을 통해 생산을 향상시킬 수 있는, 공작기계의 적응제어 시스템 및 그의 제어방법을 제공한다.

Description

공작기계의 적응제어 시스템 및 그의 제어방법{an adaptive control system of a machine and method thereof}
이 발명은 공작기계의 적응제어 시스템 및 그의 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 말하자면 지능형 소프트웨어를 탑재하여 최적의 부하율을 설정하여 공구 또는 공작물의 절삭이송속도를 조절하여 줌으로써 기계의 절삭 가공시에 급격한 부하변동이 발생하지 않도록 하여 공구 및 공작물이 파손되지 않도록 하고, 최적의 절삭이송속도를 가공 전구간에 걸쳐 제어함으로써 작업시간 단축을 통해 생산을 향상시킬 수 있는, 공작기계의 적응제어 시스템 및 그의 제어방법에 관한 것이다.
각종의 절삭 가공방법 또는 비절삭 가공방법으로 금속 또는 비금속의 소재를 적당한 공구를 사용하여 형상 및 치수로 가공하든가 또는 반소재에 더욱 정밀한 가공을 할 목적으로 사용하는 기계를 공작기계라 한다. 상기한 공작기계중에서 가공과정에서 칩이 발생하는 공작기계를 절삭공작기계라고 부르고, 가공과정에서 칩이 발생하지 않는 비절삭 공작기계를 금속가공기계라고 한다. 상기한 절삭공작기계에는 선반(lathe), 밀링기, 머시닝센터(machining center), 드릴링기, 보링기, 연삭기, 기어가공기, 특수가공기 등이 있으며, 상기한 금속성형기계에는 기계식 프레스, 유압식 프레스, 절단절곡기, 단조기, 인발기 등이 있다.
산업 전반적인 성력화 추세에 힘입어 절삭 가공을 위한 공작기계의 수치제어(NC)가 급속히 진전되고 있다. 최근에는 수치제어 프로그램이 탑재된 컴퓨터를 이용하여 공작기계를 자동으로 제어함으로써 수치제어(NC)를 한층 더욱 발전시킨 컴퓨터 수치제어(CNC)가 적용된 공작기계가 급속도로 보급되고 있는 추세이다.
컴퓨터 수치제어 공작기계는 수치제어 프로그램에 의해 작동되므로 숙련된 NC 프로그래머가 요구되며, 상기한 NC 프로그래머는 절삭이송속도 및 스핀들 회전속도 등을 가공전에 미리 결정하여 프로그래밍을 하여야 한다.
이 경우에, 공구와 소재재질의 조합의 종류가 수없이 많기 때문에, NC 프로그래머는 항상 최악의 경우를 예상하여 여유있는 절삭 이송속도나 스핀들 회전수를 정하여야만 한다. 만약, 공구와 소재 형상의 불균일에 의해 과도한 절식 깊이 또는 과도한 이송속도로 가공하게 되면, 공구 및 공작물뿐만 아니라, 공작기계 자체에 손상을 주게 되고, 공구의 파손, 채터 발생, 이송 및 주축계 축의 변형, 베어링의 손상 등의 결과를 초래할 수 있기 때문이다.
그러나, 종래의 수치제어 프로그램은 지능형 소프트웨어가 아니기 때문에 NC 프로그래머가 최적의 부하율을 설정하여 공구 또는 공작물의 절삭이송속도를 조절해주기가 어려워서, 기계의 절삭 가공시에 급격한 부하변동으로 인하여 공구 및 공작물이 파손되는 문제점 등이 있었다.
이 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 지능형 소프트웨어를 탑재하여 최적의 부하율을 설정하여 공구 또는 공작물의 절삭이송속도를 조절하여 줌으로써 기계의 절삭 가공시에 급격한 부하변동이 발생하지 않도록 하여 공구 및 공작물이 파손되지 않도록 하고, 최적의 절삭이송속도를 가공 전구간에 걸쳐 제어함으로써 작업시간 단축을 통해 생산을 향상시킬 수 있는, 공작기계의 적응제어 시스템 및 그의 제어방법을 제공하는 데 있다.
도 1은 이 발명의 실시예에 따른 공작기계의 적응제어 시스템의 구성도이다.
도 2는 이 발명의 실시예에 따른 공작기계의 적응제어 시스템의 아날로그/디지틀 컨버터의 상세 회로 구성도이다.
도 3은 이 발명의 실시예에 따른 공작기계의 적응제어 시스템의 제어방법을 설명하기 위한 그래프이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 부하계 20 : 애널로그/디지틀 컨버터
30 : 제어부 40 : PLC
50 : 모터부
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 장치의 구성은, 공구 또는 공작물에 가해지는 부하를 미세전압까지 검출하기 위한 부하계와, 상기한 부하계로부터 입력되는 애널로그 신호를 디지틀 신호로 변환하여 출력하는 애널로그/디지틀 컨버터와, 상기한 애널로그/디지틀 컨버터로부터 입력되는 신호를 이용하여 공구 또는 공작물에 부하가 과중하게 걸리는 경우에 프로그램한 이송속도 오버라이드 비율을 반응시간 100ms 이하로 절삭이송속도를 떨어뜨려 능동적으로 대처하기 위한 제어신호를 출력하는 제어수단과, 상기한 제어수단의 제어신호에 따라 구동신호를 생성하여 출력하는 PLC(Programmable Logic Controller)와, 상기한 PLC의 구동신호에 따라 공구 또는 공작물의 절삭이송속도를 조절하는 모터부를 포함하여 이루어진다.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 방법의 구성은, 공구 또는 공작물의 절삭이송속도를 일정하게 유지하는 단계와, 공구 또는 공작물에 가해지는 부하를 미세전압까지 검출하는 단계와,부하가 과중하게 걸리는 경우에 공구를 보호하기 위하여 프로그램한 이송속도 오버라이드 비율을 반응시간 100ms 이하로 절삭이송속도를 급격하게 줄이는 단계와, 감속된 절삭이송속도를 다시 서서히 증가시키는 단계를 포함하여 이루어진다.
이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 이 발명의 목적, 작용, 효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특징점들, 그리고 동작상의 이점들이 바람직한 실시예의 설명에 의해 보다 명확해질 것이다.
참고로, 여기에서 개시되는 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시예가 가능함을 밝혀 둔다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 이 발명의 실시예에 따른 공작기계의 적응제어 시스템의 구성은, 공구 또는 공작물에 가해지는 부하를 미세전압까지 검출하기 위한 부하계(10)와, 상기한 부하계(10)로부터 입력되는 애널로그 신호를 디지틀 신호로 변환하여 출력하는 애널로그/디지틀 컨버터(20)와, 상기한 애널로그/디지틀 컨버터(20)로부터 입력되는 신호를 이용하여 공구 또는 공작물에 부하가 과중하게 걸리는 경우에 프로그램한 이송속도 오버라이드 비율을 반응시간 100ms 이하로 절삭이송속도를 떨어뜨려 능동적으로 대처하기 위한 제어신호를 출력하는 제어부(30)와, 상기한 제어부(30)의 제어신호에 따라 구동신호를 생성하여 출력하는 PLC(40)와, 상기한 PLC(40)의 구동신호에 따라 공구 또는 공작물의 절삭이송속도를 조절하는 모터부(50)를 포함하여 이루어진다.
도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 이 발명의 실시예에 따른 공작기계의 적응제어 시스템의 제어방법의 구성은, 공구 또는 공작물의 절삭이송속도를 일정하게 유지하는 단계와, 공구 또는 공작물에 가해지는 부하를 미세전압까지 검출하는 단계와, 부하가 과중하게 걸리는 경우에 공구를 보호하기 위하여 프로그램한 이송속도 오버라이드 비율을 반응시간 100ms 이하로 절삭이송속도를 급격하게 줄이는 단계와, 감속된 절삭이송속도를 다시 서서히 증가시키는 단계를 포함하여 이루어진다.
상기한 구성에 의한, 이 발명의 실시예에 따른 공작기계의 적응제어 시스템 및 그의 제어방법의 작용은 다음과 같다.
동작이 시작되면 제어부(30)는 공구 또는 공작물의 절삭이송속도가 일정하게 유지되도록 PLC(40)로 제어신호를 출력함으로써 모터(50)가 구동되도록 한다.
부하계(10)로부터 애널로그/디지틀 컨버터(20)를 통하여 입력되는 신호로부터 과중한 절삭부하가 감지되는 경우에, 제어부(30)는 프로그램한 이송속도 오버라이드 비율을 반응시간 100ms 이하로 급격하게 낮추어 공구 또는 공작물의 충돌에 의한 파손을 방지한다.
이 상태에서, 제어부(30)는 절삭이송속도를 서서히 증가시켜 원래의 속도를 유지하도록 한다.
한편, 절삭부하가 무부하치 이하의 공절삭 상태가 감지되는 경우에 제어부(30)는 프로그램한 이송속도 오버라이드 비율을 증가시켜 작업시간을 단축한다.
이 경우에 진입방법은 공절삭 시작전의 피드가 프로그램 피드보다 크면 피드 100% 진입을 하고, 공절삭 시작전의 피드가 프로그램 피드보다 작거나 같으면 전 피드 진입을 한다.
이상의 설명에서와 같이 이 발명의 실시예에서, 지능형 소프트웨어를 탑재하여 최적의 부하율을 설정하여 공구 또는 공작물의 절삭이송속도를 조절하여 줌으로써 기계의 절삭 가공시에 급격한 부하변동이 발생하지 않도록 하여 공구 및 공작물이 파손되지 않도록 하고, 최적의 절삭이송속도를 가공 전구간에 걸쳐 제어함으로써 작업시간 단축을 통해 생산을 향상시킬 수 있는 효과를 가진 공작기계의 적응제어 시스템 및 그의 제어방법을 제공할 수가 있다. 이 발명의 이와 같은 효과는 공작기계 분야에서 이 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 응용되어 이용될 수가 있다.

Claims (2)

  1. (정정) 공구 또는 공작물에 가해지는 부하를 미세전압까지 검출하기 위한 부하계와,
    상기한 부하계로부터 입력되는 애널로그 신호를 디지틀 신호로 변환하여 출력하는 애널로그/디지틀 컨버터와,
    상기한 애널로그/디지틀 컨버터로부터 입력되는 신호를 이용하여 공구 또는 공작물에 부하가 과중하게 걸리는 경우에 프로그램한 이송속도 오버라이드 비율을 반응시간 100ms 이하로 절삭이송속도를 급속하게 떨어뜨려 능동적으로 대처하기 위한 제어신호를 출력하는 제어수단과,
    상기한 제어수단의 제어신호에 따라 구동신호를 생성하여 출력하는 PLC와,
    상기한 PLC의 구동신호에 따라 공구 또는 공작물의 절삭이송속도를 조절하는 모터부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 공작기계의 적응제어 시스템.
  2. (정정) 공구 또는 공작물의 절삭이송속도를 일정하게 유지하는 단계와,
    공구 또는 공작물에 가해지는 부하를 미세전압까지 검출하는 단계와,
    부하가 과중하게 걸리는 경우에 공구를 보호하기 위하여 프로그램한 이송속도 오버라이드 비율을 반응시간 100ms 이하로 절삭이송속도를 급격하게 줄이는 단계와,
    감속된 절삭이송속도를 다시 서서히 증가시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 공작기계의 적응제어 시스템의 제어방법.
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