KR100707373B1 - 공작기계의 축 낙하방지장치 및 방법 - Google Patents

공작기계의 축 낙하방지장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비정상적인 방법으로 파워 스위치가 오프될시에 브레이크 구동부를 곧바로 작동시켜 수직축 모터가 이송되는 것을 차단하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 축 낙하방지장치 및 방법에 관한 것으로,
수치제어부의 출력단에 접속되어 정상적인 프로그램 제어에 따라서 24V를 공급하여 서보모터 브레이크 단속신호를 출력하는 제 1 릴레이와; 브레이크 구동부에 결합되어 상기 제 1 릴레이의 작동에 따라 브레이크로 출력되는 전원을 차단하여 수직축 모터를 정지시키는 제 1 릴레이 스위치와; 상기 NC 파워 스위치에 연결되어 정전 또는 작업자의 실수나 스위치 고장으로 상기 NC 파워 스위치가 오프되면 서보모터 브레이크 단속신호를 출력하는 제 2 릴레이와; 상기 제 2 릴레이의 작동에 따라 개폐되는 제 2 릴레이 스위치와 수치제어부의 출력라인에 직렬결합되어 제 2 릴레이의 작동에 연동하여 작동하는 제 3 릴레이와; 브레이크 구동부에 결합되어 제 3 릴레이의 작동에 따라 브레이크로 출력되는 전원을 차단하여 수직축 모터를 정지시키는 제 3 릴레이 스위치를 포함하여 구성함이 특징이다.
공작기계, 축, 낙하방지

Description

공작기계의 축 낙하방지장치 및 방법{Apparatus for a Fall Prevention of CNC Body Axis and Method Thereof}
도 1은 종래의 축 낙하방지 장치 개념도.
도 2는 본 발명의 전체 구성도.
도 3은 본 발명의 브레이크 구동부 장치 개념도.
도 4는 본 발명의 수치제어부 제어 구성도.
도 5는 본 발명의 파워 스위치 회로 구성 실시예도.
도 6은 본 발명의 수치제어부 회로 구성 실시예도.
도 7은 본 발명의 브레이크 구동부 회로 구성 실시예도.
도 8은 본 발명의 동작 플로우 챠트.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100: NC 파워 스위치 110: 제 1 릴레이
111: 제 1 릴레이 스위치 120: 제 2 릴레이
121: 제 2 릴레이 스위치 130: 제 3 릴레이
131: 제 3 릴레이 스위치 200: 수치제어부
300: 브레이크 구동부 400: 수직축 모터
본 발명은 공작기계의 축 낙하방지장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 비정상적인 방법으로 파워 스위치가 오프될시에 브레이크 구동부를 곧바로 작동시켜 수직축 모터가 이송되는 것을 차단하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 축 낙하방지장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 가공도를 정밀하게 제어할 수 있도록 하기 위해 공작기계가 산업현장에서 광범위하게 사용되고 있다.
한편, 공작기계에 있어 수직축은 일반적으로 해당축의 무게만큼 떨어지려는 힘이 작용하기 대문에 이를 보상하기 위하여 반대방향으로 주물덩어리를 매달던지 아니면 유압 등을 이용한 밸런스 평형장치 등을 추가하는 게 보편이나 최근에는 고속화 및 소형화 추세로 이러한 밸런스 평형장치 등을 제거하고 있는 추세이다.
그러나 밸런스 평형장치 등이 없는 상태에서 정전 현상이 발생할 경우 짧은시간(수십 - 수백 mS) 동안에 축이 떨어지는 현상이 발생하여 공작물 및 공구파손이 일어나기도 한다.
참고로, 현재 적용되는 일반적인 수직축 브레이크 제어회로는 도 1에 도시한 바와같이, 공작기계를 총괄 제어하는 수치제어 컨트롤러(10)와, 상기 수치제어 컨트롤러(10)의 출력단에 접속되어 수직축 서보모터 브레이크를 단속하기 위한 릴레이(20)와, 상기 릴레이(20)가 오픈되면 수직축 서보모터 브레이크에 전원공급을 차 단하여 수직축 서보모터의 운행을 정지토록 하는 브레이크 구동부(30)로 이루어진다.
여기서 미설명부호 1은 직류로 전환된 전원을 모터에 공급하기 위한 정류기이다.
상기한 구성에 의한 종래의 수치제어 공작기계의 수직축 브레이크 장치의 동작은 다음과 같이 이루어진다.
메인전원이 인가되면 수치제어 컨트롤러(10)로부터 서보 파워온 신호가 출력됨으로서 릴레이(20)에 전류가 흘러 여자되고 이로 인하여 릴레이의 스위치단 (21)이 온 된다.
상기와 같이 릴레이(20)의 스위치단(21)이 온되면 브레이크 구동부(30)에 신호가 입력되어 브레이크 구동부(30)가 동작하지 않게 됨으로서, 즉 수직축을 압착하여 제동력을 발생시켰던 스프링력이 해제되어 수직축의 유동이 가능토록 한다.
이 상태에서 수치제어 컨트롤러(10)의 제어에 의해 작업이 진행되다가, 공작기계의 동작을 정지시키기 위해 전원을 오프시키면 수치제어 컨트롤러(10)에서 신호의 출력을 중단하여 릴레이(20)의 스위치단(21)을 오프시킨다.
상기와 같이 릴레이(20)의 스위치단(21)이 오프되면 브레이크 구동부(30)에 신호가 입력되지 않음으로서 브레이크 구동부(30)가 동작하게 되어 수직축이 제동된다.
상기와 같이 정상적인 상태에서 서보제어를 차단하는 경우에는 먼저 브레이크를 동작시킨후에 서보제어를 차단하기 때문에 별다른 문제가 없으나, 정전시에는 이러한 선행제어가 불가능하기 때문에 일정량(기계에 따라 다르나 보통 0.3 - 2㎜정도) 떨어지는 현상이 발생하였다.
즉, 정전이 발생하게 되면 수치제어 컨트롤러(10)가 브레이브 구동부(30)를 제어하기 전에 전원이 차단되므로 그 순간 브레이크 구동부(30)에 전원공급 상태가 유지되어 일정길이 더 낙하후 멈추게 되는 것이다.
따라서, 가공물에 따라 가공불량 및 공구파손등의 요인이 되는 문제점이 있었다
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결코자 하는 것으로 NC 파워 스위치가 오프되면 수직축 모터의 브레이크 구동부를 빠른시간내에 작동시켜 수직축이 아래로 밀리는 것을 막도록 하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 수단으로,
본 발명은 공작기계의 전원을 온오프 하는 NC 파워 스위치(100)와; 공작기계를 총괄제어하는 수치제어부(200)와; 상기 수치제어부(200)의 출력단에 접속되어 정상적인 프로그램 제어에 따라서 24V를 공급하여 서보모터 브레이크 단속신호를 출력하는 제 1 릴레이(110)와; 브레이크 구동부(300)에 결합되어 상기 제 1 릴레이(110)의 작동에 따라 브레이크로 출력되는 전원을 차단하여 수직축 모터(400)를 정지시키는 제 1 릴레이 스위치(111)와; 상기 NC 파워 스위치(100)에 연결되어 정전 또는 작업자의 실수나 스위치 고장으로 상기 NC 파워 스위치(100)가 오프되면 서보모터 브레이크 단속신호를 출력하는 제 2 릴레이(120)와; 상기 제 2 릴레이(120)의 작동에 따라 개폐되는 제 2 릴레이 스위치(121)와 수치제어부(120)의 출력라인에 직렬결합되어 제 2 릴레이(120)의 작동에 연동하여 작동하는 제 3 릴레이(130)와; 브레이크 구동부(300)에 결합되어 제 3 릴레이(130)의 작동에 따라 브레이크로 출력되는 전원을 차단하여 수직축 모터(400)를 정지시키는 제 3 릴레이 스위치(131)를 포함하여 구성함이 특징이다.
또한, NC 파워 스위치가 오프되면 NC 파워 스위치에 연결된 제 2 릴레이가 작동하는 단계(S10)와; 상기 제 2 릴레이가 작동되면 수치제어장치에 연결된 제 2 릴레이 스위치가 작동하는 단계(S20)와; 상기 제 2 릴레이 스위치가 작동하면 수치제어장치에 직렬 연결된 제 3 릴레이가 오프되는 단계(S30)와; 상기 제 3 릴레이가 오프되면 브레이크 구동부에 연결된 제 3 릴레이 스위치가 오프되어 수직축 브레이크를 작동시켜 움직임을 차단하는 단계(S40)로 이루어짐이 특징이다.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2는 본 발명의 전체 구성도.
도 3은 본 발명의 브레이크 구동부 장치 개념도.
도 4는 본 발명의 수치제어부 제어 구성도.
도 5는 본 발명의 파워 스위치 회로 구성 실시예도.
도 6은 본 발명의 수치제어부 회로 구성 실시예도.
도 7은 본 발명의 브레이크 구동부 회로 구성 실시예도로서,
본 발명은 도 2 내지 도 4에 나타낸 바와 같이 크게 NC 파워 스위치(100)와, 수치제어부(200)와, 제 1 릴레이(110)와, 제 1 릴레이 스위치(111)와, 제 2 릴레이(120)와, 제 2 릴레이 스위치(121)와, 제 3 릴레이(130)와, 제 3 릴레이 스위치(131)와, 브레이크 구동부(300)와, 수직축 모터(400)로 이루어진다.
NC 파워 스위치(100)는 메인전원을 공작기계의 서보계와 제어계등에 출력하여 공작기계에 메인 전기를 공급한다. 그리고, 수치 제어부(200)는 전원이 인가되면 공작기계를 총괄제어하여 가공프로그램에 따라고 공작물을 가공한다.
상기 제 1 릴레이(110)는 상기 수치제어부(200)의 출력단에 접속되어 정상적인 프로그램 제어에 따라서 24V를 공급하여 서보모터 브레이크 단속신호를 출력하고, 제 1 릴레이 스위치(111)는 브레이크 구동부(300)에 결합되어 상기 제 1 릴레이(110)의 작동에 따라 브레이크로 출력되는 전원을 차단하여 수직축 모터(400)를 정지시킨다.
상기 제 2 릴레이(120)는 상기 NC 파워 스위치(100)에 연결되어 정전 또는 작업자의 실수나 스위치 고장으로 상기 NC 파워 스위치(100)가 오프되면 서보모터 브레이크 단속신호를 출력하고, 제 2 릴레이 스위치(121)는 수치제어부(120)의 출력라인에 결합되어 온 또는 오프시킨다.
상기 제 3 릴레이(130)는 상기 제 2 릴레이(120)의 작동에 따라 개폐되는 제 2 릴레이 스위치(121)와 수치제어부(120)의 출력라인에 직렬결합되어 제 2 릴레이(120)의 작동에 연동하여 작동하며, 제 3 릴레이 스위치(131)는 브레이크 구동부(300)에 결합되어 제 3 릴레이(130)의 작동에 따라 브레이크로 출력되는 전원을 차단하여 수직축 모터(400)를 정지시킨다.
상기 구성에 따른 본 발명의 전체 동작을 도 5 내지 도 7을 통해 살펴보면 다음과 같다.
본 발명의 브레이크 구동부(300)에는 제 1 릴레이 스위치(111)와 제 3 릴레이 스위치(131)가 직렬연결되어 있으며, 상기 제 1 릴레이 스위치(111) 또는 제 3 릴레이 스위치(131)중 하나 이상이 스위칭을 오프하면 브레이크가 작동되어 수직축이 움직이지 못하도록 하고, 제 1 릴레이 스위치(111)와 제 3 릴레이 스위치(131)가 모두 온상태이면 브레이크를 해제하여 수직축모터(400)가 자유롭게 상하로 왕복 이송되도록 한다.
그리고, NC 파워 스위치(100)에는 제 2 릴레이(120)가 연결되어 있어 NC 파워 스위치(100)가 온 되면 제 2 릴레이 스위치(121)가 온 되어 공작기계에 전원을 공급하고, 비정상적인 상황으로 NC 파워 스위치가 오프되면 제 2 릴레이 스위치(121)가 오프되는 동작을 한다.
그리고, 상기 수치제어부(200)에는 제 2 릴레이 스위치(121)와 제 1 릴레이(110)와 제 3 릴레이(130)가 접속되어 있어 공작기계를 운용시에는 각각의 릴레이와 릴레이 스위치가 온 상태를 유지하고 있도록 하여 브레이크를 해제시켜 수직축이 자유롭게 상하로 이동하도록 하고, 정상적인 방법에 의해 제 1 릴레이(110)를 오프하면 브레이크 구동부(300)에 연결된 제 1 릴레이 스위치(111)를 오프시키고, 비정상적인 방법에 의해 제 2 릴레이 스위치(120)가 오프되면 곧바로 제 3 릴레이(130)가 차단되면서 제 3 릴레이 스위치(131)가 오프되어 브레이크 구동부(300)가 온 되어 수직축 모터(400)의 이송을 차단한다.
본 발명의 특징적인 동작을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
상기 제 2 릴레이(120)가 NC 파워 스위치(100)에 연결되어 있는바, 상기 NC 파워 스위치(100)가 온되어 공작기계에 전원이 인가된 상태에서 작업자의 실수나 정전등에 의해서 비정상적으로 NC 파워 스위치(100)가 오프되면 제 2 릴레이(120)가 이에 연동하여 작동한다.
상기 제 2 릴레이(120)가 작동하면 이에 연동되도록 설계된 제 2 릴레이 스위치(121)가 작동하며, 상기 제 2 릴레이 스위치(121)가 작동하면 제 3 릴레이(130)가 이에 연동하여 작동하게 되며, 이에 의해 수치제어부(200)는 제 3 릴레이(130)의 작동에 따라 브레이크 구동부(300)에 연결된 제 3 릴레이 스위치(131)를 오프시켜 브레이크 구동부(300)가 동작토록 하여 수직축 모터(400)를 제동시킨다.
즉, 정상적인 공작기계 전원 종료시에는 서보제어장치를 차단하는 경우 먼저 수직축 모터(400)의 브레이크를 동작시킨후 서보제어를 차단하게 되나 비정상적으로 전원이 종료되면 선행제어가 불가능하여 일정량(약 0.3 - 2mm) 낙하하는 문제가 있었으며, 본 발명을 적용하게 되면 제 2 릴레이(120)와 제 3 릴레이(130)에 의해서 곧바로 브레이크가 동작하기 때문에 비정상적인 공작기계 전원 차단후 약 0.02mm의 범위내로 수직축의 낙하공차를 줄일수 있게 된다.
결국, 정상적인 공작기계의 전원종료시에는 NC의 주공급전원(24V)이 차단되고, 이에 따라 수치제어부(200)는 제 1 릴레이(110)를 작동시키며, 상기 제 1 릴레이(110)에 연동되는 제 1 릴레이 스위치(111)가 작동되어 브레이크 동작을 완료하고 이후 서보제어를 차단하여 수직축이 정상적으로 브레이크 작동을 완료하도록 하고, 작업자의 실수나 스위치 고장으로 인한 NC 파워 스위치(100) 오프시에는 NC 파워 스위치(100)에 연동된 제 2 릴레이(120)가 작동되면서 수치 제어부(200)에 접속된 제 2 릴레이 스위치(120)가 작동하도록 하고, 상기 제 2 릴레이 스위치(120)가 작동하면서 제 3 릴레이(130)가 연동하여 작동하며, 이에 따라 브레이크 구동부(300)에 접속된 제 3 릴레이 스위치(131)가 작동하여 브레이크를 차단함으로서 NC의 서보제어없이 수직축의 브레이크가 곧바로 차단된다.
도 8은 본 발명의 동작 순서도로서,
NC 파워 스위치가 오프되면 NC 파워 스위치에 연결된 제 2 릴레이가 작동하는 단계(S10)와;
상기 제 2 릴레이가 작동되면 수치제어장치에 연결된 제 2 릴레이 스위치가 작동하는 단계(S20)와;
상기 제 2 릴레이 스위치가 작동하면 수치제어장치에 직렬 연결된 제 3 릴레이가 오프되는 단계(S30)와;
상기 제 3 릴레이가 오프되면 브레이크 구동부에 연결된 제 3 릴레이 스위치가 오프되어 수직축 브레이크를 작동시켜 움직임을 차단하는 단계(S40)X로 이루어진다.
상술한 바와 같이 본 발명은 정상적인 공작기계 전원 오프시와 비정상적인 전원오프시에 모두 수직축의 브레이크를 빠른시간내에 작동시켜 수직축의 추락을 차단하여 수직축 낙하량을 0.02mm 이내로 개선하는 장점을 제공한다.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 첨부된 청구의 범위는 본 발명의 진정한 범위내에 속하는 그러한 수정 및 변형을 포함할 것이라고 여겨진다.

Claims (2)

  1. 공작기계의 전원을 온오프 하는 NC 파워 스위치(100)와;
    공작기계를 총괄제어하는 수치제어부(200)와;
    상기 수치제어부(200)의 출력단에 접속되어 정상적인 프로그램 제어에 따라서 24V를 공급하여 서보모터 브레이크 단속신호를 출력하는 제 1 릴레이(110)와;
    브레이크 구동부(300)에 결합되어 상기 제 1 릴레이(110)의 작동에 따라 브레이크로 출력되는 전원을 차단하여 수직축 모터(400)를 정지시키는 제 1 릴레이 스위치(111)와;
    상기 NC 파워 스위치(100)에 연결되어 정전 또는 작업자의 실수나 스위치 고장으로 상기 NC 파워 스위치(100)가 오프되면 서보모터 브레이크 단속신호를 출력하는 제 2 릴레이(120)와;
    상기 제 2 릴레이(120)의 작동에 따라 개폐되는 제 2 릴레이 스위치(121)와 수치제어부(120)의 출력라인에 직렬결합되어 제 2 릴레이(120)의 작동에 연동하여 작동하는 제 3 릴레이(130)와;
    브레이크 구동부(300)에 결합되어 제 3 릴레이(130)의 작동에 따라 브레이크로 출력되는 전원을 차단하여 수직축 모터(400)를 정지시키는 제 3 릴레이 스위치(131)를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 공작기계의 축 낙하방지장치.
  2. NC 파워 스위치가 오프되면 NC 파워 스위치에 연결되어 서보모터 브레이크 단속신호를 출력하는 제 2 릴레이(120)를 작동하는 단계(S10)와;
    상기 제 2 릴레이(120)가 작동되면 수치제어부(200)에 연결된 제 2 릴레이 스위치(121)를 작동하는 단계(S20)와;
    상기 제 2 릴레이 스위치(121)가 작동하면 수치제어부(200)에 직렬 연결된 제 3 릴레이(130)가 오프되는 단계(S30)와;
    상기 제 3 릴레이(130)가 오프되면 브레이크 구동부(300)에 연결된 제 3 릴레이 스위치(131)가 오프되어 수직축 브레이크로 출력되는 전원을 차단하여 수직축 모터(400)를 정지시키는 단계(S40)로 이루어짐을 특징으로 하는 공작기계의 축 낙하방지방법.
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