KR100563250B1 - Tool Wear Monitoring System with Hybrid Approach to Cutting Force Regulation - Google Patents

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KR100563250B1
KR100563250B1 KR1020040040515A KR20040040515A KR100563250B1 KR 100563250 B1 KR100563250 B1 KR 100563250B1 KR 1020040040515 A KR1020040040515 A KR 1020040040515A KR 20040040515 A KR20040040515 A KR 20040040515A KR 100563250 B1 KR100563250 B1 KR 100563250B1
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Abstract

본 발명은 가공 오류와 생산성 저하를 일으키는 공구마모의 효과적인 모니터링을 위한 시스템에 관한 것으로 그 목적은 CNC 가공을 통한 금형 가공이나 주물 가공에서의 공구 모니터링을 통한 무인화 및 자동화의 구현이며, 이를 통해 궁극적으로 안정한 가공을 바탕으로 높은 생산성의 고능률 가공을 이룰 수 있다.The present invention relates to a system for effective monitoring of tool wear that causes machining errors and reduced productivity. The object of the present invention is to realize unmanned and automated through tool monitoring in die processing or casting through CNC machining, and ultimately Based on stable processing, high productivity and high efficiency can be achieved.

본 발명은 절삭력 평준화를 위해 하이브리드(오프라인/실시간) 방식을 적용한다. NC Data의 가공 조건에 대한 절삭력을 예측하여 오프라인 이송속도 최적화를 통해 가공 조건에 대한 절삭력을 평준화하고 이로부터 가공 중 변화하는 절삭력에서 가공 조건에 의한 요인을 배제시켜 공구마모에 의한 절삭력 변화 신호만을 감지할 수 있다. 공구마모에 의해 증가하는 절삭력 역시 가공 안정화를 위해 DSP(Digital Signal Processor)로 구성된 실시간 이송속도 제어 모듈의 이송속도 오버라이드 조정으로써 평준화되며, 이때 결과적으로 감소하게 되는 이송속도 오버라이드의 평균값의 변화를 통해 공구마모를 모니터링 할 수 있다. 본 발명을 통해, 가공 조건 및 공구마모로 변화하는 절삭력을 각각 하이브리드 방식의 평준화로부터 가공 시 안정성과 생산성의 극대화를 이루는 공구마모 모니터링 시스템을 통하여 CNC 가공에서 요구되는 가공 무인화 및 자동화가 이루어 질 수 있다.The present invention applies a hybrid (offline / real-time) scheme for leveling the cutting force. Prediction of cutting force for machining conditions of NC data, optimizing cutting force for machining conditions by optimizing off-line feed rate, and detecting only cutting force change signals due to tool wear by excluding factors caused by cutting conditions from cutting force changes during machining can do. The cutting force increased by tool wear is also leveled by adjusting the feedrate override of the real-time feedrate control module configured with DSP (Digital Signal Processor) to stabilize the process.As a result, the change of the average value of the feedrate override that is reduced Wear can be monitored. Through the present invention, machining unmanned and automated required in CNC machining can be achieved through a tool wear monitoring system for maximizing stability and productivity when machining cutting forces varying from machining conditions and tool wear, respectively, from hybridization leveling. .

공작기계, 공구, 공구마모, NC, 모니터링, 절삭력, 이송속도, 오버라이드Machine Tool, Tool, Tool Wear, NC, Monitoring, Cutting Force, Feed Rate, Override

Description

하이브리드 방식의 절삭력 평준화를 통한 공구마모 모니터링 시스템{Tool Wear Monitoring System with Hybrid Approach to Cutting Force Regulation}Tool Wear Monitoring System with Hybrid Approach to Cutting Force Regulation}

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.The following drawings, which are attached in this specification, illustrate preferred embodiments of the present invention, and together with the detailed description of the present invention, serve to further understand the technical spirit of the present invention. It should not be construed as limited to.

도 1은 본 발명의 하이브리드 방식 절삭력 평준화를 통한 공구마모 모니터링 시스템의 구성도.1 is a block diagram of a tool wear monitoring system through a hybrid-type cutting force leveling of the present invention.

도 2는 본 발명에 따라 오프라인으로 절삭력을 평준화하는 연산 흐름도.2 is a calculation flow chart for leveling cutting forces offline according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따라 실시간으로 절삭력을 평준화하는 연산 흐름도.3 is a calculation flow chart for leveling cutting forces in real time according to the present invention.

도 4는 본 발명의 실시간 절삭력 평준화의 과정을 도시한 그래프.4 is a graph showing the process of real-time cutting force leveling of the present invention.

도 5는 본 발명의 하이브리드 방식에 따른 절삭력 평준화를 나타내는 그래프.5 is a graph showing the cutting force leveling according to the hybrid method of the present invention.

도 6은 본 발명에서의 순수 공구마모에 따른 절삭력의 증가를 나타내는 그래프.Figure 6 is a graph showing the increase in cutting force according to the pure tool wear in the present invention.

도 7은 본 발명에서 공구마모 모니터링을 위한 이송속도 오버라이드 그래프. Figure 7 is a feedrate override graph for tool wear monitoring in the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

101 : CNC 머시닝 센터 102 : 오프라인 이송속도 최적화 모듈101: CNC machining center 102: offline feedrate optimization module

103 : 실시간 이송속도 제어 모듈 104 : 가공 상태 모니터링 모듈103: real time feed rate control module 104: machining status monitoring module

201 : 초기조건 입력부분 202 : 가공 기준 절삭력 선정201: Initial Condition Input Part 202: Cutting Force Selection

203 : 가공 조건에 대한 절삭력 예측을 위한 캠 데이터 입력203: Cam data input for cutting force prediction for machining conditions

204 : 가공 기준 절삭력과 가공 조건 절삭력의 비교부분204: comparison part between cutting reference cutting force and cutting condition cutting force

205 : 절삭력 비교를 통한 최적 이송속도 생성부분205: Part of generating optimum feed speed by comparing cutting force

301 : 스핀들 구동 감지 302 : 에어컷 감지301: spindle drive detection 302: air cut detection

303 : 가공 추천 조건을 통한 가공 기준 절삭력 선정부분303: Machining standard cutting force selection part through machining recommendation conditions

304 : 실시간 이송속도 제어 모듈로의 절삭력 신호 전송304: Cutting force signal transmission to real-time feed rate control module

305 : 이송속도 오버라이드 변경부분305: change of feedrate override

401 : 주축 전류 402 : 스핀들 구동 시 주축 피크401: spindle current 402: spindle peak during spindle drive

403 : 에어컷 404 : 공구와 공작물의 초기 접촉 전류403: air cut 404: initial contact current of the tool and the workpiece

405 : 실시간 이송속도 오버라이드 선도.405: Real time feedrate override diagram.

501 : 절삭력 평준화 전 주축 전류 선도.501: Spindle current diagram before cutting force leveling.

502 : 오프라인 이송속도 최적화를 통한 절삭력 평준화 후 주축 전류 선도.502: Spindle current diagram after leveling cutting force through offline feedrate optimization.

503 : 하이브리드 절삭력 평준화 후 주축 전류 선도.503: Leading spindle current after hybrid cutting force leveling.

601 : 공구 마모에 의한 절삭력 증가 선도.601: Leading cutting force increase due to tool wear.

602 : 공구 마모에 의한 절삭력 이동 평균 값 선도.602: cutting force moving average value by tool wear.

603 : 공구 마모와 절삭력간의 선형 관계 선도.603: Linear relationship between tool wear and cutting force.

701 : 이송속도 오버라이드 이동 평균 값 선도.701: Feedrate override moving average value diagram.

702 : 공구 마모와 이송속도 오버라이드간의 선형 관계 선도.702: Linear relationship diagram between tool wear and feedrate override.

본 발명은 공작물을 가공하는 공작기계의 공구 마모를 모니터링하기 위한 시스템에 관한 것으로, 특히 공구마모에 의한 절삭력 신호만을 분리하여 실시간으로 제어되는 이송속도 오버라이드의 이동 평균값으로 공구마모의 점진적인 변화를 모니터링하는 하이브리드 방식의 절삭력 평준화를 통한 공구마모 모니터링 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a system for monitoring tool wear of a machine tool for processing a workpiece, and in particular, to monitor the gradual change of the tool wear as a moving average value of the feedrate override controlled in real time by separating only the cutting force signal due to the tool wear. The present invention relates to a tool wear monitoring system through hybridization of cutting force leveling.

가공 중 공구마모가 발생하면 절삭력이 증가하고, 동적 불안정성의 증가로 인해 표면 품위와 가공 안정성이 크게 저하된다. 본 발명은 가공 중 위와 같은 문제를 발생하는 공구마모의 모니터링에 관한 것으로, 고능률 CNC 가공의(시간당 소재제거율을 극대화시키는 가공으로 생산성과 함께 가공 안정성이 요구됨) 성능을 극대화하기 위한 가공 자동화 및 무인화를 위한 주요 과제이다.If abrasion occurs during machining, the cutting force increases and the surface quality and machining stability are greatly reduced due to the increase of dynamic instability. The present invention relates to the monitoring of tool wear, which causes the above problems during machining, and is an automated and unmanned process for maximizing the performance of high-efficiency CNC machining (processing stability is required with productivity by maximizing material removal rate per hour). It is a major task for.

공구마모 모니터링을 통한 가공의 자동화 및 무인화는 숙련된 작업자 없이도 가공 상태를 파악할 수 있게 하며 한 명의 작업자가 여러 대의 기계를 관리할 수 있으며 야간의 무인가공에 있어서도 생산성과 안정성을 부여할 수 있다. Automated and unmanned machining through tool wear monitoring allows the machine to know the machining status without the need for skilled operators, and allows one operator to manage multiple machines and provide productivity and stability even during night unattended machining.

그러나 기존의 공구마모 모니터링 시스템은 마모신호를 얻기 위해 고가의 센서, 혹은 점진적인 공구마모에는 적용할 수 없고 다만 극단적인 공구파손에 적용 가능한 센서를 사용하였다. 종래기술의 또 다른 문제점은 가공조건과 공구마모에 의한 신호 분리를 효과적으로 할 수 없어 공구마모에 의한 절삭력의 영향만을 파악하기 어려웠다. 상기 신호의 분리를 위해 정해진 경로의 전 구간에 대해 공구마모 혹은 파손이 없는 이상적인 조건으로 샘플링 가공하여, 전 구간에서 가공조건에 의한 신호를 저장 시켜 구간별로 그 값의 일정 상한값을 넘어선 신호에 대해 공구마모 혹은 공구파손으로 판단하였다. However, the existing tool wear monitoring system uses an expensive sensor or a sensor that is not applicable to gradual tool wear to obtain a wear signal but is applicable to extreme tool breakage. Another problem of the prior art is that it is difficult to effectively separate the signal due to the machining conditions and the tool wear, it is difficult to grasp only the influence of the cutting force by the tool wear. For the separation of the signal, sampling is performed under ideal conditions without tool wear or damage for all sections of the determined path, and the signal is stored in the entire section for the signal exceeding a certain upper limit of the value for each section. Judging by wear or damage to the tool.

그러나 이러한 기술은 새로운 가공 경로에 대해서는 반드시 샘플링 가공이 필요하므로 상당히 비생산적이며, 선삭에 비해 상대적으로 복잡한 형상을 가공하여 불규칙적으로 절삭력이 변동하는 밀링의 경우에는 공구마모 혹은 파손 기준치의 설정에 어려움이 있었다. 또 다른 접근으로는 터치센서를 통해 파손을 측정하는 것이 있었으나 이 또한 가공 중에 실시간 측정이 불가능하며 점진적으로 발생하는 공구마모의 모니터링에 적합하지 않았다. However, this technique is quite unproductive because it requires sampling for new machining paths, and in the case of milling where the cutting force is changed irregularly by machining a relatively complex shape compared to turning, it is difficult to set tool wear or breakage thresholds. . Another approach was to measure breakage with a touch sensor, but this was also not possible for real-time measurement during machining and was not suitable for monitoring progressive wear of tools.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 다음과 같다. The technical problem to be achieved in the present invention is as follows.

첫째, 모든 가공 경로에 대한 비생산적인 샘플링 가공을 피하기 위해, 공구마모와 가공조건의 의한 절삭력 신호를 각각 분리하는 것이다. 이를 위해 가공조건에 대한 절삭력변화를 가공 전 오프라인 이송속도 최적화를 통해 평준화하여 가공 중에는 가공조건에 의한 절삭력의 변화가 없도록 한다.First, in order to avoid unproductive sampling of all machining paths, the cutting force signals due to tool wear and machining conditions are separated. To this end, the cutting force change for the machining conditions is equalized by optimizing the offline feedrate before machining so that the cutting force does not change during machining.

둘째, 공구마모의 물리적인 값과 공구마모에 의한 절삭력과의 관계를 확인하는 것이다. 이를 위해 측정된 공구마모 신호 값과 실제 측정된 공구마모의 물리적인 값을 비교하며 관계를 확인한다. Second, check the relationship between the physical value of the tool wear and the cutting force due to the tool wear. To do this, compare the measured tool wear signal values with the actual measured physical values of the tool wear and verify the relationship.                         

셋째, 가공 안정성을 위해 최종적으로 공구마모에 의해 증가하는 절삭력을 실시간으로 평준화시키며 동시에 공구마모를 모니터링하는 것이다. 이를 위해, 가공 중 공구마모로 인한 절삭력을 이송속도 오버라이드를 통한 실시간 적응제어로써 평준화하며 이송속도 오버라이드의 변화 값으로부터 공구마모를 모니터링한다.Third, the cutting force is finally leveled in real time by the tool wear for machining stability and at the same time monitoring the tool wear. To this end, the cutting force due to tool wear during machining is leveled by real-time adaptive control through feedrate override, and tool wear is monitored from the change value of feedrate override.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단은,Specific means of the present invention for achieving the above object,

수치제어장치를 갖는 공작기계의 절삭력 평준화를 통한 공구의 마모를 모니터링하는 시스템에 있어서,In the system for monitoring the wear of the tool by leveling the cutting force of the machine tool having a numerical control device,

가공조건에 대한 절삭력이 일정하도록 이송속도를 전 가공구간에 대해 최적화시키고, 최적화된 캠 데이타(CAM DATA)를 상기 수치제어장치에 전송하여 평준화된 절삭력으로 이송을 유도하는 오프라인 이송속도 최적화 모듈과;An offline feedrate optimization module for optimizing the feed rate for the entire processing section so that the cutting force for the machining condition is constant, and transferring the optimized cam data to the numerical control device to induce the feed with the leveled cutting force;

상기 수치제어장치로부터 절삭신호를 인가받아 공구마모에 의해 절삭력 변화를 상기 수치제어장치에 이송속도 오버라이드 지령을 통해 실시간으로 평준화시키는 실시간 이송속도 제어 모듈과;A real time feed speed control module for receiving a cutting signal from the numerical control device and equalizing a change in cutting force by tool wear in real time through a feed rate override command to the numerical control device;

상기 실시간 이송속도 제어 모듈에서 사용된 이송속도 오버라이드의 변화값으로부터 공구마모를 모니터링하는 가공 상태 모니터링 모듈을 포함한 것을 특징으로 한다.It characterized in that it comprises a machining state monitoring module for monitoring the tool wear from the change value of the feedrate override used in the real-time feedrate control module.

또한, 본 발명에 따르면, 오프라인 이송속도 최적화 모듈은,In addition, according to the present invention, the offline feedrate optimization module,

공구추천조건으로부터 가공 기준 절삭력을 구하는 단계와;Obtaining a machining reference cutting force from the tool recommendation condition;

캠 데이터를 입력받아 미소절삭력 모델을 통해 절삭력을 예측하는 단계와;Predicting the cutting force through the micro cutting force model by receiving the cam data;

예측된 절삭력과 가공 기준 절삭력을 비교하여 예측 절삭력이 작을 경우 이 송속도를 증가시키고, 그 반대로 예측 절삭력이 클 경우 이송속도를 감소시켜 이송속도를 최적화시키는 단계가 포함된 것을 특징으로 한다.By comparing the predicted cutting force and the cutting reference cutting force, the feed rate is increased when the predicted cutting force is small, and conversely, the feed rate is reduced by optimizing the feed rate when the predicted cutting force is large.

또한 본 발명에 따르면, 실시간 이송속도 제어 모듈은,In addition, according to the present invention, the real-time feed rate control module,

주축 회전 감지후 에어컷 신호가 인지되면 가공 기준 절삭력을 선정하는 단계와;Selecting a cutting reference cutting force when the air cut signal is detected after the spindle rotation is detected;

가공 기준 절삭력과 가공 측정 절삭력을 비교하는 단계와;Comparing the machining reference cutting force and the machining measurement cutting force;

가공 측정 절삭력이 가공 기준 절삭력을 증가할 경우 절삭력이 가공 기준 절삭력에 추종할 수 있도록 실시간으로 이송속도 오버라이드를 통한 이송속도 감소 지령을 하는 단계가 포함된 것을 특징으로 한다.When the machining measurement cutting force increases the machining reference cutting force is characterized in that it comprises a step of reducing the feed rate through the feedrate override in real time so that the cutting force can follow the machining reference cutting force.

또한 본 발명에 따르면, 가공 상태 모니터링 모듈은,In addition, according to the present invention, the processing state monitoring module,

이송속도 오버라이드의 평균 이동값을 인덱스시켜 공구마모량과 선형적으로 디스플레이되는 것을 특징으로 한다.By indexing the average moving value of the feedrate override is characterized in that the tool wear and linearly displayed.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 하이브리드 방식의 절삭력 평준화를 통한 공구마모 모니터링 시스템의 구성도이다. 1 is a block diagram of a tool wear monitoring system through the hybridization of the cutting force leveling.

도 1에 도시된 바와 같이 CNC 머시닝 센터(101), 오프라인 이송속도 최적화 모듈(102), DSP(Digital Signal Processor)로 구현된 실시간 이송속도 제어모듈(103), 가공 상태 모니터링 모듈(104)과 같이 크게 4부분이 있다.As shown in FIG. 1, a CNC machining center 101, an offline feedrate optimization module 102, a real-time feedrate control module 103 implemented by a DSP (Digital Signal Processor), and a machining state monitoring module 104 are provided. There are four parts.

오프라인 이송속도 최적화 모듈을 통해 캠 데이터(CAM Data)의 가공조건으로부터 절삭력이 예측되며 가공 중 가공조건에 대한 절삭력이 일정하도록 이송속도가 구간별로 전 구간에 대해 최적화 된다. 최적화된 캠 데이터는 CNC 머시닝 센터의 제어부에 전송되어 절삭력이 평준화된 가공이 진행된다. 가공 중 발생하는 공구마모로 인한 절삭력의 변화는 가공 안정성을 위해 DSP로 구현된 실시간 이송속도 제어모듈을 통해 평준화된다. The cutting force is predicted from the machining conditions of CAM data through the offline feedrate optimization module, and the feedrate is optimized for every section so that the cutting force for the machining conditions is constant during machining. The optimized cam data is transmitted to the control part of the CNC machining center, where the cutting force is leveled. Changes in cutting forces due to tool wear occurring during machining are leveled by a real-time feed rate control module implemented in the DSP for machining stability.

여기서 이송속도 제어는 이송속도 오버라이드를 통해 이루어지며 이러한 이송속도 오버라이드의 변화는 가공 상태 모니터링 모듈을 통해 실시간으로 모니터링된다. 이송속도 오버라이드와 실제 공구마모와의 관계를 통해 이송속도 오버라이드를 통해 공구마모를 모니터링하게 된다. Here, the feedrate control is performed through the feedrate override, and the change of the feedrate override is monitored in real time through the machining status monitoring module. The relationship between feedrate override and actual tool wear is used to monitor tool wear through feedrate override.

도 2는 오프라인 이송속도 최적화 모듈의 주요 연산 흐름도이다. 공구와 피삭재가 선정되면 공구의 가공 추천 조건(201)으로부터 가공 기준 절삭력(202)을 구한다. 캠 데이터의 가공 조건(203)에 의한 절삭 영역에서의 절삭력을 예측하고 상기 가공 기준 절삭력으로 평준화(204)하기 위해 모든 가공 조건에서 최적 이송속도(205)를 생성한다. 2 is a main operation flow chart of the offline feedrate optimization module. When the tool and the workpiece are selected, the machining reference cutting force 202 is obtained from the machining recommendation condition 201 of the tool. In order to predict the cutting force in the cutting area by the machining condition 203 of the cam data and to level it 204 with the machining reference cutting force, an optimum feed rate 205 is generated in all machining conditions.

도 3은 실시간으로 절삭력을 평준화하는 연산 흐름도이다. 가공 조건에 대한 절삭력은 도 2와 같이 평준화되었기 때문에 가공 중에 공구마모에 의한 절삭력 변화를 도 3과 같은 방법으로 실시간으로 평준화한다. 3 is a calculation flowchart for leveling a cutting force in real time. Since the cutting force for the processing conditions is leveled as shown in FIG. 2, the change in cutting force due to tool wear during machining is leveled in real time in the same manner as in FIG. 3.

스핀들 구동 시 신호의 피크 값을 감지한 후(301) 에어컷을 인지하게 되고(302) 역시 가공 추천 조건으로부터 가공 기준 절삭력을 설정하고(303) 가공이 진행되면 측정되는 절삭력이 DSP로 구현된 실시간 이송속도 제어 모듈로 전송(304)된다. 가공 중 공구마모가 발생하게 되면 절삭력이 증가하므로 가공 중 절삭력이 가공 기준 절삭력에 추종할 수 있도록 실시간으로 이송속도 오버라이드를 통한 이송속도 감소 지령(305)을 한다. After detecting the peak value of the signal when driving the spindle (301), the air cut is recognized (302), and also the machining reference cutting force is set from the machining recommendation conditions (303). It is transmitted 304 to the feed rate control module. When the wear of the tool occurs during processing, the cutting force is increased, so that the cutting speed during processing is instructed to reduce the feed rate through the feedrate override in real time so as to follow the cutting reference cutting force.

도 4는 상기 설명된 실시간 이송속도 제어모듈에서의 절삭력 변화를 절삭력과 선형관계를 보이는 주축 전류(401)를 통해서 보이고 있다. 먼저 스핀들이 구동되면 다음과 같이 주축 전류 피크(402)가 발생하고 이 후, 주축 전류로부터 에어컷을 인지하고(403) 피삭재와 공구간의 초기 접촉으로 실제 가공을 인지한다(404). 선정된 가공 기준을 고려하여 절삭력과 선형관계의 주축 전류가 평준화 될 수 있도록 이송속도 오버라이드를 지령(405)하여 절삭력이 가공 기준에 추종 될 수 있도록 한다.4 shows the change in cutting force in the above described real-time feed rate control module through the spindle current 401 showing a linear relationship with the cutting force. First, when the spindle is driven, a spindle current peak 402 is generated as follows. Then, the air cut is recognized from the spindle current (403), and the actual machining is recognized by the initial contact between the workpiece and the tool (404). In consideration of the selected machining standard, the feedrate override command 405 is provided so that the cutting force and the spindle current in the linear relationship can be leveled so that the cutting force can be followed the machining standard.

도 5는 하이브리드 방식을 통한 가공 조건과 공구마모에 의한 절삭력 평준화의 결과를 보이고 있다. Figure 5 shows the results of the cutting force leveling by the machining conditions and the tool wear through a hybrid method.

첫 번째 그래프(501)는 절삭력 평준화가 이루어지지 않은 초기 CAM Data를 통한 가공의 결과를 보이고 있다. 이 그래프에서는 가공 조건 및 공구마모에 의한 절삭력 변화를 함께 보이고 있다.The first graph 501 shows the result of the machining through the initial CAM data without cutting force leveling. This graph shows the cutting force change due to the machining conditions and the wear of the tool.

두 번째 그래프(502)에서는 오프라인 이송속도 최적화 모듈을 통해 가공 조건에 의한 절삭력의 평준화를 보이고 있다. 세 번째 그래프(503)에서는 상기의 모듈을 통한 가공 조건에 의한 절삭력 평준화 후 실시간 이송속도 제어 모듈을 통해 가공 중 발생하는 공구마모에 의한 절삭력의 평준화를 보이고 있다. The second graph 502 shows the leveling of the cutting force by the processing conditions through the offline feedrate optimization module. The third graph 503 shows the leveling of the cutting force due to tool wear occurring during machining through the real-time feed rate control module after leveling the cutting force by the processing conditions through the above module.

이러한 가공 중 공구마모와 절삭력의 관계는 도 6의 순수 공구마모에 의한 절삭력의 증가(601)의 그래프에 나타내었다. 오프라인 이송속도 최적화로 인해, 그래프에서의 가공 중 절삭력의 변화는 공구마모에 의한 것과 피삭재의 비균질성에 의한 것이 주요요인이다. 이 중 공구마모에 의한 절삭력은 점진적으로 증가하고 피삭재의 비균질성에 의한 절삭력은 노이즈와 같이 비규칙적으로 변화한다. 이 중 공구마모만에 의한 절삭력 변화의 관계를 민감하게 하기 위해 절삭력의 이동 평균값(602)을 그래프에 나타내었다. 증가된 절삭력의 이동 평균값들에 대한 실제 측정된 공구마모량과의 관계는 그림과 같다. 공구마모와 절삭력간의 선형관계(603)를 보이고 있다. The relationship between tool wear and cutting force during such machining is shown in the graph of increase 601 of cutting force due to pure tool wear of FIG. 6. Due to the offline feedrate optimization, the change in cutting force during machining in the graph is mainly due to tool wear and the inhomogeneity of the workpiece. Among them, the cutting force due to tool wear gradually increases, and the cutting force due to the inhomogeneity of the workpiece changes irregularly like noise. Among them, the moving average value 602 of the cutting force is shown on the graph in order to make the relationship between the cutting force change only by the tool wear only sensitive. The relationship between the actual measured tool wear for moving average values of increased cutting force is shown. A linear relationship 603 between tool wear and cutting force is shown.

그러나 상기의 공구마모에 의한 절삭력의 변화는 가공 안정화를 위해 실시간 이송속도 제어 모듈의 이송속도 오버라이드를 통해 평준화되므로, 도 7의 공구마모 모니터링을 위한 이송속도 오버라이드 그래프를 통해서 공구마모를 모니터링하게 된다. However, since the change in cutting force due to the tool wear is leveled through the feedrate override of the real-time feed rate control module for stabilization of the process, the tool wear is monitored through the feedrate override graph for the tool wear monitoring of FIG. 7.

상기와 같이 공구마모에 의해 증가하는 절삭력을 평준화시키는 이송속도 오버라이드를 알아보기 위해 이송속도 오버라이드의 평균 이동값(701)을 그래프에 나타내었다. 증가된 절삭력의 평준화를 위해 감소된 이송속도 오버라이드의 평균 이동값들에 대한 실제 측정된 공구마모량과의 관계는 그림과 같다. 공구마모와 이송속도 오버라이드의 평균값간의 선형관계(702)를 볼 수 있다.As described above, the average moving value 701 of the feedrate override is shown in the graph to find the feedrate override for leveling the cutting force increased by the tool wear. The relationship between the actual measured tool wear and the average travel values of the reduced feedrate override for the equalization of the increased cutting forces is shown. A linear relationship 702 can be seen between the average value of tool wear and feedrate override.

여기서, 가공 중 피삭재의 비균질성 같은 요인에는 둔감하고 점진적으로 변화하는 공구 마모만을 모니터링할 수 있도록 이송속도 오버라이드를 이동 평균값으 로 표현한다.Here, the feedrate override is expressed as a moving average so that only insensitive and progressively changing tool wear can be monitored for factors such as inhomogeneity of the workpiece during processing.

이같이 실시간 획득되는 절삭 신호 및 이에 대해 지령되는 이송속도 오버라이드의 일정량 샘플링을 통해 평균값을 구하고 지정 시간 후에 초기 샘플 값을 구하여 공구마모와 관계없는 노이즈 요인에 의한 영향을 줄이게 된다.In this way, the average value is obtained by sampling a certain amount of the cutting signal and the feedrate override commanded in real time, and the initial sample value is obtained after a predetermined time to reduce the influence of noise factors irrelevant to tool wear.

예를 들어, 1000개의 데이터의 평균을 구할 때 샘플주차수가 100Hz이라 하면, 초기 10초 동안 1000개의 데이터를 받아 평균을 내고 1초 후에 1초 동안 모아진 100개의 새로운 데이터를 넣기 위해 초기 1초 동안 받았던 100개의 데이터를 버리고 새로운 이동 평균을 구하는 것이다.For example, if you average 1000 data, the sample frequency is 100Hz, and you receive 1000 data for the first 10 seconds, average it, and after 1 second you receive 100 new data collected for 1 second. Discard 100 data and get a new moving average.

상기에 설명된 하이브리드 방식의 절삭력 평준화를 통한 공구마모 모니터링 시스템을 통하여 가공조건에 의한 절삭력 변화를 공구마모에 의한 절삭력 변화로부터 분리하였으며 가공 중 공구마모에 의한 절삭력 변화를 안정화시키기 위해 실시간으로 변경 지령되는 이송속도 오버라이드를 모니터링함으로써 공구마모를 모니터링할 수 있게 된다.The tool wear monitoring system through the hybridization of cutting force leveling described above separates the cutting force change due to the machining condition from the cutting force change due to the tool wear and changes in real time to stabilize the cutting force change due to the tool wear during machining. Tool wear can be monitored by monitoring the feedrate override.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.As described above, although the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto, and the technical idea of the present invention and the following by those skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of equivalents of the claims to be described.

상술한 바와 같이 본 발명의 하이브리드 방식의 절삭력 평준화를 통한 공구마모 모니터링 시스템에 따르면, 가공 시 점진적으로 발생하는 공구마모를 모니터 링할 수 있다. 이는 CNC 가공의 자동화 및 무인화에 근간이 된다.According to the tool wear monitoring system through the cutting force leveling of the hybrid method of the present invention as described above, it is possible to monitor the tool wear that occurs gradually during machining. This is the basis for automation and unmanned CNC machining.

또한 본 발명의 하이브리드 방식의 절삭력 평준화를 통한 공구마모 모니터링 시스템은 가공조건과 공구마모에 의한 절삭력 변화를 구분하는 과정에서 오프라인으로 가공조건에 대한 이송속도를 최적화하고 가공 중 변화하는 절삭력을 실시간 이송속도 제어를 통해 안정화시키며 공구마모를 모니터링을 하므로 생산성과 안정성이 향상된다.In addition, the tool wear monitoring system through the hybridization of the cutting force leveling method of the present invention optimizes the feed rate for the machining conditions offline in the process of distinguishing the cutting force changes due to the machining conditions and the tool wear and feeds the cutting force that changes during machining in real time. Stabilization through control and monitoring of tool wear improves productivity and stability.

이는 최근에 주목받고 있는 금형 분야의 고능률 가공의 요구조건을 충분히 만족시킬 수 있는 공구마모 모니터링 시스템이며, 가공 부하가 크게 변동하여 안정성이 충분히 요구되는 주물가공 분야 역시 만족시킬 수 있는 공구마모 모니터링 시스템이다. This is a tool wear monitoring system that satisfies the requirements of high efficiency machining in the mold sector, which is recently attracting attention. to be.

따라서 CNC가공 분야에서의 성공적인 가공 자동화 및 무인화로 효율적인 야간 가공 역시 가능해지며 숙련자가 부족한 작업장에서도 생산적이고 객관적으로 안정된 가공을 진행할 수 있다.As a result, successful night automation and unmanned machining in CNC machining also enable efficient night machining, and can produce productive and objectively stable machining even in workshops that lack skilled personnel.

Claims (4)

수치제어장치(CNC)를 갖는 공작기계의 절삭력 평준화를 통한 공구의 마모를 모니터링하는 시스템에 있어서,In the system for monitoring the wear of the tool by leveling the cutting force of the machine tool having a numerical control device (CNC), 가공조건에 대한 절삭력이 일정하도록 이송속도를 전 가공구간에 대해 최적화시키고, 최적화된 캠 데이타(CAM DATA)를 상기 수치제어장치에 전송하여 평준화된 절삭력으로 이송을 유도하는 오프라인 이송속도 최적화 모듈(102)과;The offline feedrate optimization module 102 optimizes the feedrate for the entire cutting section so that the cutting force for the machining conditions is constant, and transmits the optimized CAM data to the numerical control device to induce the feed with the leveled cutting force. )and; 상기 수치제어장치로부터 절삭신호를 인가받아 공구마모에 의해 절삭력 변화를 상기 수치제어장치에 이송속도 오버라이드를 통해 실시간으로 평준화시키는 실시간 이송속도 제어 모듈(103)과;A real time feed rate control module 103 for receiving a cutting signal from the numerical control device and equalizing the change in cutting force by tool wear in real time through a feed rate override to the numerical control device; 상기 실시간 이송속도 제어 모듈(103)에서 사용된 이송속도 오버라이드의 변화값으로부터 공구마모를 모니터링하는 가공 상태 모니터링 모듈(104)을 포함한 것을 특징으로 하는 하이브리드 방식의 절삭력 평준화를 통한 공구마모 모니터링 시스템.Tool wear monitoring system through the hybridization of the cutting force leveling, characterized in that it comprises a machining state monitoring module 104 for monitoring the tool wear from the change value of the feedrate override used in the real-time feed rate control module (103). 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 오프라인 이송속도 최적화 모듈(102)은,The offline feedrate optimization module 102, 공구추천조건으로부터 가공 기준 절삭력을 구하는 단계와;Obtaining a machining reference cutting force from the tool recommendation condition; 캠 데이터를 입력받아 미소절삭력 모델을 통해 절삭력을 예측하는 단계와;Predicting the cutting force through the micro cutting force model by receiving the cam data; 예측된 절삭력과 가공 기준 절삭력을 비교하여 예측 절삭력이 작을 경우 이 송속도를 증가시키고, 그 반대로 예측 절삭력이 클 경우 이송속도를 감소시켜 이송속도를 최적화시키는 단계가 포함된 것을 특징으로 하는 하이브리드 방식의 절삭력 평준화를 통한 공구마모 모니터링 시스템.Comparing the predicted cutting force and the cutting reference cutting force increases the feed rate when the predicted cutting force is small, and vice versa by reducing the feed rate when the predicted cutting force is large. Tool wear monitoring system through leveling of cutting force. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 실시간 이송속도 제어 모듈(103)은,The real time feed rate control module 103, 주축 회전 감지후 에어컷 신호가 인지되면 가공 기준 절삭력을 선정하는 단계와;Selecting a cutting reference cutting force when the air cut signal is detected after the spindle rotation is detected; 가공 기준 절삭력과 가공 측정 절삭력을 비교하는 단계와;Comparing the machining reference cutting force and the machining measurement cutting force; 가공 측정 절삭력이 가공 기준 절삭력을 증가할 경우 절삭력이 가공 기준 절삭력에 추종할 수 있도록 실시간으로 이송속도 오버라이드를 통한 이송속도 감소 지령을 하는 단계가 포함된 것을 특징으로 하는 하이브리드 방식의 절삭력 평준화를 통한 공구마모 모니터링 시스템.When the machining measurement cutting force increases the machining reference cutting force, the cutting speed leveling method of the hybrid method includes a command to reduce the feed rate through the feedrate override in real time so that the cutting force can follow the machining reference cutting force. Wear monitoring system. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 가공 상태 모니터링 모듈(104)은,The processing state monitoring module 104, 이송속도 오버라이드의 평균 이동값을 인덱스시켜 공구마모량과 선형적으로 디스플레이되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 방식의 절삭력 평준화를 통한 공구마모 모니터링 시스템.Tool wear monitoring system through the hybridization of the cutting force leveling, characterized in that the index of the average moving value of the feedrate override is displayed linearly with the amount of tool wear.
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