KR101170323B1 - Monitoring method for condition of machining system with current value of spindle motor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 주축 구동 모터의 전류값을 이용한 절삭 가공 장치의 상태 모니터링 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a state monitoring method of a cutting device using the current value of the spindle drive motor.
과거에 비하여 현재 제조 환경에 있어서 자동화를 통한 인원 감축, 생산 시간 단축, 고품질화, 비용 절감 경향이 점점 강해지고 있다. 제조업에서 절삭 가공(machining)은 여전히 제품 생산에 있어 많은 시간과 비용을 차지하고 있으며, 앞서 설명한 바와 같은 경향과 더불어 절삭 가공을 수행하는 공작 기계에 있어서 고성능화 및 각종 계측 장비를 이용한 절삭 가공 상태의 감시에 대한 관심과 필요성이 증대되고 있다. 특히 제품의 주기가 짧아지고 다품종 소량 가공물이 증가하는 추세여서 가공 시간 단축이 생산성에서 차지하는 비중이 날로 늘어가고 있다. 따라서 절삭 가공 장치의 상태 모니터링 센서 시스템의 신뢰성 및 적용성과 관련하여, 정교한 제조 시스템의 높은 가용성 수준과 더불어 높은 제조 요소 품질을 달성해야 하는 새로운 난관이 드러나고 있다. 이를 달성하기 위해서는 지능형 센서 기반 제조 시스템이 매우 중요한 것으로 광범위하게 인정되고 있다.Compared to the past, there is a growing tendency to reduce personnel, reduce production time, improve quality and reduce costs through automation in the current manufacturing environment. Machining still takes a lot of time and money to manufacture in the manufacturing industry. In addition to the trends described above, machining is used to improve cutting performance and to monitor cutting conditions using various measuring equipment. There is a growing interest and necessity. In particular, as the cycle of products is shortened and the number of small-piece workpieces is increasing, the shortening of machining time is increasing in productivity. Thus, with regard to the reliability and applicability of the condition monitoring sensor system of the cutting machine, new challenges for achieving high manufacturing element quality as well as high availability levels of sophisticated manufacturing systems are emerging. Intelligent sensor-based manufacturing systems are widely recognized as critical to achieving this.
이러한 요구는 신호 처리 기술과 접목된 고급 센서 적용을 통해 가공 공정 상태에 관한 고급 정보 확보를 통하여 가공 공정 최적화 및 제어를 구현함으로써 실현되고 있다. 도 1은 종래 절삭 가공 장치에 적용되는 다양한 센서들을 도시하고 있는데, 이와 같이 다양한 정보를 수집하여 모니터링하고 이를 통한 제어를 수행함으로써 절삭 정밀도 향상, 배기가스ㆍ폐기물 최소화, 절삭 환경 개선 등의 효과를 얻고 있다. 최근에는 지능형, 자율대응, 전문가형과 같은 개념이 중요시되고 있는데, 이에 따라 절삭 조건에 관한 유연성이 내재된 자동화에 따른 절삭 상태 감시에 관련된 연구가 활발히 진행되고 있다. 그런데, 도 1과 같은 종래의 모니터링 시스템은 대부분 공구 상태와 관련된 정보밖에는 얻을 수 없어, 절삭 가공에 있어서 최적인 조건을 찾아 제어할 수 있는 상태 감시를 이룰 수 없는 한계가 있다.This demand is being realized by implementing advanced process control and control by securing advanced information on the state of the process through the application of advanced sensors combined with signal processing technology. Figure 1 shows a variety of sensors applied to the conventional cutting machine, by collecting and monitoring a variety of information in this way to perform the control through it to obtain the effect of improving cutting precision, minimizing waste gas, waste, improvement of cutting environment, etc. have. Recently, concepts such as intelligent, autonomous response, and expert type have been important. Accordingly, researches on cutting state monitoring by automation inherent in flexibility regarding cutting conditions have been actively conducted. However, the conventional monitoring system as shown in FIG. 1 can obtain only the information related to the tool state, and thus, there is a limit in that a state monitoring that can find and control the optimal conditions in cutting can be achieved.
일반적으로 절삭 가공품의 가공 조도(표면 거칠기)에 영향을 미치는 절삭 조건의 중요성은 절삭 속도, 이송 속도, 절삭 깊이 순으로 커지며, 이러한 요소들은 절삭물의 가공 조도와 더불어 절삭 가공 치수 정밀도에도 영향을 미친다는 점이 잘 알려져 있다. 따라서 절삭 가공 상태를 적절히 모니터링하여 절삭 조건을 제어해 줌으로써, 고품질의 가공물을 얻는 것과 동시에 절삭 가공 장치의 마모, 파손 등을 방지하여 장치 내구성을 높일 수 있을 것임을 예상할 수 있다.
In general, the importance of cutting conditions, which affect the machining roughness (surface roughness) of the workpiece, increases in the order of cutting speed, feed rate, and depth of cut, and these factors affect the machining roughness of the workpiece as well as the cutting dimension precision. The point is well known. Therefore, by controlling the cutting conditions by appropriately monitoring the cutting state, it can be expected that the durability of the device can be improved by obtaining a high quality workpiece and preventing wear and damage of the cutting machine.
이와 같은 절삭 가공 장치의 상태 모니터링을 위하여 다양한 연구가 이루어지고 있다. 도 2는 종래의 절삭 가공 장치의 모니터링 기술들의 예시들을 보여주고 있다.Various studies have been made to monitor the state of such cutting devices. 2 shows examples of monitoring techniques of a conventional cutting machine.
현재 실제 주축 부하를 바탕으로 NC(Numerically Controlled) 프로그램 상으로 이송 속도를 실시간 제어하고, 공구의 마모, 파손 등 절삭공구 상태를 지속적인 감시를 통해 한계값에 이르렀을 때 알람 발생 및 긴급 정지를 시키는 시스템이 국외에서 개발 진행되고 있다. 이러한 연구의 일환으로서 2010 동경국제공작 기계전시회에서 국외 S사에 의하여 상용 주축 유닛을 위해 3축 진동 센서(속도 센서), 파손 감지 센서(Crash Sensor), 온도 센서 등을 내장한 주축 파손 감지 시스템(Crash Detection System for Spindle)이 소개되었으며, 도 2(A)는 이러한 센서들이 장착되는 주축 시스템을 보여준다. 이와 같이 가공 시스템의 절삭력과 진동 가속도는 공구 동력계와 가속도계로 직접 측정이 가능하다. 그러나 거친 기계적 환경에서 견딜 수 있는 측정 장치의 가격이 워낙 비싸다는 문제점과, 공구 동력계 설치로 인한 강성의 감소로 떨림 현상과 치수 오차 발생에 따른 가공 품질의 저하 등으로 인해 공구 동력계를 이용하는 것이 항상 가능한 것은 아니라는 문제점이 남아 있다.A system that controls the feed rate in real time on NC (Numerically Controlled) program based on the actual spindle load and generates alarm and emergency stop when the limit value is reached through continuous monitoring of cutting tool status such as tool wear and breakage. Development is underway outside this country. As part of this research, the spindle failure detection system with 3-axis vibration sensor (speed sensor), crash sensor, temperature sensor, etc. was built for commercial spindle unit by overseas S company at the 2010 Tokyo International Machine Tool Show. Crash Detection System for Spindle has been introduced, and FIG. 2 (A) shows the spindle system on which these sensors are mounted. As such, the cutting force and vibration acceleration of the machining system can be measured directly with a tool dynamometer and accelerometer. However, it is always possible to use a tool dynamometer due to the problem that the measuring device that can withstand the harsh mechanical environment is very expensive, and due to the reduction of the stiffness due to the installation of the tool dynamometer and the deterioration of the machining quality due to the vibration and dimensional error. The problem remains.
국내의 경우 아직까지는 앞서 설명한 바와 같은 공구 상태를 감시하는 방향의 연구가 가장 활발하게 이루어지고 있다. 도 2(B)는 한국특허공개 제2002-0016178호("뉴로퍼지를 이용한 절삭작업에서의 공구상태 모니터링 시스템", 2002.03.04)로서, 지능형 공작기계의 절삭 가공중 상태를 모니터링하고 이상진단을 파악하는데 있어서, 센서 데이터와 절삭 변수 지수를 이용하여 공구의 상태를 판별할 수 있도록 뉴럴 네트워크를 학습시킨 학습된 뉴럴 네트워크 단계, 상기 학습된 뉴럴 네트워크를 재학습시키는 퍼지 추론 시스템(FIS) 단계, 상기 퍼지 추론 시스템을 통해 지식으로 학습된 뉴럴 네트워크를 이용하여 공정의 모든 특성과 복잡함을 언어적으로 표현하기 위한 퍼지 규칙 또는 멤버쉽 함수를 조절할 수 있는 최적화 단계로 구성되는 모니터링 기술을 개시한다. 도 2(C)는 한국특허등록 제0936263호("마이크로 엔드밀 공구용 측정 장치", 2010.01.04)로서, 정면공구측정카메라, 측면공구측정카메라, 레이져변위센서 등을 이용하여 가공 전에 공구 상태를 정확하게 측정하여, 절삭 가공 이후에 가공 오차 및 가공 불량에 따른 비용 손실이 발생하는 것을 방지하도록 한다. 그러나 이러한 기술들은 상술한 바와 같이 공구 자체의 상태를 모니터링하는데 그치고 있어, 절삭 가공의 정밀도를 충분히 개선하지 못한다.In Korea, research on monitoring tool status as described above has been actively conducted. FIG. 2 (B) shows Korean Patent Laid-Open Publication No. 2002-0016178 (“Tool State Monitoring System in Cutting Operation Using Neuropurge”, 2002.03.04), which monitors the state during cutting of an intelligent machine tool and diagnoses abnormal diagnosis. In the grasping, a trained neural network step of learning a neural network to determine a tool state using sensor data and cutting variable indexes, a fuzzy inference system (FIS) step of re-learning the learned neural network, Using a neural network trained with knowledge through fuzzy inference systems, a monitoring technique consisting of optimization steps that can adjust fuzzy rules or membership functions to verbally express all the characteristics and complexities of a process is disclosed. FIG. 2 (C) is a Korean Patent Registration No. 0936263 ("Measurement Device for Micro End Mill Tool", 2010.01.04), using a front tool measuring camera, a side tool measuring camera, a laser displacement sensor, etc. The measurement is performed accurately to prevent cost loss due to machining error and machining failure after cutting. However, these techniques merely monitor the condition of the tool itself, as described above, and do not sufficiently improve the precision of cutting.
도 2(D)는 한국특허등록 제0934337호("ＣＮＣ 호빙 머신의 공구 파손 방지 방법", 2009.12.18)로서, 기어 절삭 가공을 수행하는 중에 CNC 호빙 머신에 트러블이 발생하거나 비상정지 명령이 입력되면, 후퇴축으로 설정된 X축을 설정된 이송 속도로 설정된 후퇴 이송량만큼 후퇴시킨 후, 동기회전축인 C축과 동기되어 있는 동기축 Z축, B축, Y축 및 이송축 A축이 모두 정지하면, CNC 호빙 머신의 구동을 정지시키도록 구성되어, 기어 절삭 가공 중에 발생된 트러블 또는 비상정지로 인한 절삭 공구의 파손을 방지할 수 있게 한다. 이러한 기술을 통해 트러블 또는 비상정지 발생 시의 자동 대처가 가능해지는 장점은 있으나, 역시 절삭 가공의 정밀도 개선에는 큰 효과를 기대하기 어렵다.
FIG. 2 (D) is a Korean Patent Registration No. 0934337 ("How to Prevent Tool Breakage of CNC Hobbing Machines", 2009.12.18), in which a trouble occurs or an emergency stop command is input to the CNC hobbing machine during gear cutting. If the X axis set as the retraction axis is retracted by the retraction feed amount set at the set feed speed, and the Z axis, the B axis, the Y axis and the feed axis A axis which are synchronized with the C axis as the synchronous rotation axis stop, the CNC It is configured to stop the operation of the hobbing machine, so as to prevent breakage of the cutting tool due to trouble or emergency stop generated during the gear cutting process. This technology has the advantage that it is possible to automatically cope with trouble or emergency stop occurs, but it is also difficult to expect a great effect in improving the precision of cutting.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 절삭 가공 장치에서의 가공 상태를 절삭 공구용 모터에 공급되는 전류값을 측정하고, 이 전류값을 사용하여 절삭 가공 장치의 회전 속도 및 이송 속도를 간접적으로 모니터링함으로써 최소의 측정만으로 절삭 가공 상태 조건들을 효과적으로 모니터링하는, 주축 구동 모터의 전류값을 이용한 절삭 가공 장치의 상태 모니터링 방법을 제공함에 있다.
Accordingly, the present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, the object of the present invention is to measure the current value supplied to the motor for the cutting tool in the machining state in the cutting machine, the current value By indirectly monitoring the rotational speed and the feed rate of the cutting machine using the present invention to provide a method for monitoring the state of the cutting machine using the current value of the spindle drive motor, which effectively monitors the cutting state conditions with only minimal measurement.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 주축 구동 모터의 전류값을 이용한 절삭 가공 장치의 상태 모니터링 방법은, 절삭 가공 장치(100), 상기 절삭 가공 장치(100)의 절삭 공구 주축 구동 모터에서 소비되는 전류를 측정하는 전류 센서(510), 상기 전류 센서(510)로부터 전류 신호를 전달받아 분석하는 상기 절삭 가공 장치(100)의 상태를 제어하는 제어부(500)를 포함하여 이루어지는 시스템에 의하여 이루어지는 절삭 가공 장치의 상태 모니터링 방법에 있어서, 상기 제어부(500)에 의하여 상기 전류 센서(510)에서 측정된 전류값이 미리 설정된 기준치 이하인지 판단되는 모니터링 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The state monitoring method of the cutting machine using the current value of the spindle drive motor of the present invention for achieving the above object, the
이 때, 상기 제어부(500)는 회전 속도 및 이송 속도와 전류 간의 관계를 사용하여 전류값의 상기 기준치를 미리 결정하는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 제어부(500)는 회전 속도 및 이송 속도와 전류 간의 관계를 최소자승법을 이용한 1차식 또는 다차식 형태의 관계식으로 산출하여 상기 관계식을 전류값의 상기 기준치의 결정에 사용하는 것을 특징으로 한다.At this time, the
또한, 상기 모니터링 단계는, a1) 상기 절삭 가공 장치(100)에 절삭 가공을 위한 절삭 공구 주축 구동 모터의 회전 속도 및 이송 속도가 입력되어 세팅되는 단계(S01); a2) 상기 절삭 가공 장치(100)에 의하여 절삭 가공이 개시되는 단계(S02); a3) 상기 제어부(500)에 의하여 상기 전류 센서(510)에서 측정된 전류값이 미리 설정된 기준치 이하인지 판단되는 단계(S03); a4) 전류값이 기준치 이하가 아닌 경우(S03-No), 상기 제어부(500)에 의하여 경보가 발생되는 단계(S04); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이 때, 전류값의 상기 기준치는 상기 a1) 단계에서 세팅되는 회전 속도 및 이송 속도 값에 의하여 미리 결정되는 것을 특징으로 한다.In addition, the monitoring step, a1) the step of setting the rotational speed and the feed rate of the cutting tool spindle drive motor for cutting to the
이 때, 상기 제어부(500)는 상기 절삭 가공 장치(100)와는 독립적이며 상기 절삭 가공 장치(100) 자체의 제어 수단과 연결되어 신호를 송수신 가능하게 형성되는 연산처리수단 형태로 구성되거나, 또는 상기 절삭 가공 장치(100) 자체의 제어 수단에 부가 구비되는 하드웨어적 회로 형태로 구성되거나, 또는 상기 절삭 가공 장치(100) 자체의 제어 수단에 인스톨되어 동작하는 소프트웨어 형태로 구성되는 것을 특징으로 한다.
In this case, the
본 발명에 의하면, 절삭 가공 장치에 있어서의 상태 모니터링을 통해, 주축의 상태를 가공 공정 중 실시간으로 모니터링하고, 치수 정밀도 및 가공 조도에 영향이 미칠 경우 사전에 분석하고 실무자가 모니터링 결과를 보고 절삭 조건을 제어할 수 있도록 하여, 자기 진단 기능을 갖춘 절삭 가공 시스템을 실현할 수 있게 하는 큰 효과가 있다. 보다 구체적으로는, 본 발명에서는 특히 절삭 가공용 공구를 회전시키는 주축 모터에 전류 센서를 구비시켜 이 모터에서의 소비 전류를 측정하여 모니터링함으로써, 전류와 상관관계를 가지고 있는 회전 속도 및 이송 속도를 포함하는 절삭 가공 상태를 실시간 모니터링할 수 있게 되는 것이다.According to the present invention, the state of the spindle is monitored in real time during the machining process through the state monitoring in the cutting machine, and if the influence on the dimensional accuracy and the roughness is analyzed in advance, the practitioner sees the monitoring result and the cutting conditions It is possible to control the system, thereby realizing a cutting system with a self-diagnosis function. More specifically, in the present invention, in particular, the spindle motor for rotating the cutting tool is equipped with a current sensor to measure and monitor the current consumption in the motor, thereby including a rotational speed and a feed rate correlated with the current. The cutting status can be monitored in real time.
이와 같이 절삭 조건의 실시간 모니터링이 가능하게 됨으로써, 본 발명에 의하면 절삭 가공 품질을 더욱 향상시킬 수 있는 효과 또한 있다. 특히 본 발명은 모니터링을 위한 시스템을 구성하기 위한 부품들이 저가로 구성될 수 있으며 필요 부품 수도 많지 않은 바, 종래의 상태 모니터링 방법이나 장치 기술들에 비하여 훨씬 경제적으로 시스템을 구성할 수 있다는 장점이 있어, 경제적 효과가 더욱 뛰어나다.
As such, the real-time monitoring of the cutting conditions is possible, and according to the present invention, there is also an effect of further improving the cutting quality. In particular, the present invention has the advantage that the components for constituting the system for monitoring can be configured at a low cost and the number of parts required is much more economical than the conventional condition monitoring method or device techniques. The economic effect is even better.
도 1은 종래 절삭 가공 장치에 적용되는 다양한 센서들.
도 2는 종래 절삭 가공 장치의 모니터링 기술들.
도 3은 본 발명의 주축 구동 모터의 전류값을 이용한 절삭 가공 장치의 상태 모니터링 방법에 사용되는 시스템.
도 4는 Al, Brass, S45C 소재의 절삭 가공 시 고정 회전 속도 및 다양한 이송 속도에서의 시간에 대한 전류 측정 결과.
도 5a 내지 도 5c는 각각 Al, Brass, S45C 소재에서 다양한 회전 속도 및 이송 속도에 대한 전류 및 조도 측정 결과 및 이에 대한 1차(A) 또는 다차(B) 커브 피팅(curve fitting) 결과.
도 6a 내지 도 6c는 각각 Al, Brass, S45C 소재에서 도출된 회전 속도 - 이송 속도 - 전류 간의 관계 측정 결과(A) / 측정 결과로부터 도출된 1차 피팅 관계식에 따른 그래프(B) / 측정 결과로부터 도출된 다차 피팅 관계식에 따른 그래프(C).
도 7은 본 발명의 주축 구동 모터의 전류값을 이용한 절삭 가공 장치의 상태 모니터링 방법의 한 실시예.
도 8은 회전 속도 및 이송 속도 - 조도 / 회전 속도 및 이송 속도 - 전류 간 상관관계를 이용하여 회전 속도 및 이송 속도에 따른 전류값 기준치 결정 과정의 한 실시예.1 is various sensors applied to a conventional cutting machine.
2 is a monitoring technique of a conventional cutting machine.
3 is a system used in the state monitoring method of the cutting machine using the current value of the spindle drive motor of the present invention.
Figure 4 is a result of measuring the current with respect to time at a fixed rotational speed and various feed rates during cutting of Al, Brass, S45C material.
5A to 5C are current and roughness measurement results for various rotational speeds and feed speeds in Al, Brass, and S45C materials, respectively, and first (A) or multiple (B) curve fitting results.
6a to 6c are graphs (B) / measurement results according to the first fitting relationship derived from the measurement results (A) / measurement results of the relationship between the rotational speed-feed speed-current derived from Al, Brass, S45C materials, respectively Graph (C) according to derived multiple order fitting equation.
Figure 7 is an embodiment of the state monitoring method of the cutting machine using the current value of the spindle drive motor of the present invention.
8 is an embodiment of a process of determining a current value reference value according to the rotational speed and the feed rate using the correlation between the rotational speed and the feed rate-roughness / rotational speed and the feed rate-current.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 주축 구동 모터의 전류값을 이용한 절삭 가공 장치의 상태 모니터링 방법을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
Hereinafter, a state monitoring method of a cutting apparatus using a current value of a spindle drive motor according to the present invention having the configuration as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
현재까지 절삭 가공 장치의 상태를 감시하기 위한 연구로는 절삭 공구의 상태를 직접적으로 관찰하는 직접적인 방법과 여러 센서의 신호 특성을 이용해 가공 장비의 상태를 예측하는 간접적인 방법, 이 두 방향으로 다양한 연구가 있어 왔다. 하지만 최근 자동화되고 무인화를 지향하는 시스템의 경우는 직접적인 방법의 적용은 많은 한계를 가지고 있어 간접적인 방법에 대하여 절삭 부하, 진동 등을 측정하는 방법 등이 연구되고 있다. 그러나 앞서 설명한 바와 같이, 대부분의 경우 감시 시스템이 현장에 적용되기 위한 조건인 저가, 고신뢰성, 내구성, 유연성 등이 결여되어 있어 현장 적용에 어려움을 겪고 있다.Until now, researches for monitoring the state of cutting equipment include various methods in two directions: a direct method of observing the state of the cutting tool and an indirect method of predicting the state of the machining equipment using signal characteristics of various sensors. Has been. However, in the case of an automated and unmanned system, the direct method has many limitations. Therefore, the method of measuring cutting load, vibration, etc. has been studied for the indirect method. However, as described above, in most cases, it is difficult to apply the field due to the lack of low cost, high reliability, durability, flexibility, etc. for the surveillance system to be applied in the field.
본 발명에서는, 고가 또는 여러 개의 센서를 사용하지 않고 오직 전류 센서만을 사용하여, 절삭 가공 장치의 공구 주축 구동 모터의 소비 전류만을 측정함으로써, 절삭 가공 장치의 상태를 모니터링하고 또한 이를 통해 절삭 조건을 제어할 수 있도록 하고 있다. 이는 절삭 부하와 상관관계를 갖는 주축 구동 모터 전류 신호의 성분을 측정하여 측정 데이터를 바탕으로 절삭 조건의 제어 알고리즘을 적용함으로써 절삭 가공 장치의 상태를 효과적으로 모니터링할 수 있다. 이러한 본 발명의 주축 구동 모터의 전류값을 이용한 절삭 가공 장치의 상태 모니터링 방법은, 상술한 바와 같이 고가의 센서나 여러 개의 센서를 필요로 하지 않으며, 단지 전류값만을 이용해서도 절삭 가공 장치의 상태 즉 모터 주축의 회전 속도, 이송 속도 등을 모니터링하고 이를 제어할 수 있는 근거를 제시할 수 있어, 경제적이면서도 실용화가 용이하다.
In the present invention, by using only the current sensor without using expensive or multiple sensors, only the current consumption of the tool spindle drive motor of the cutting machine is measured, thereby monitoring the state of the cutting machine and thereby controlling the cutting conditions. I can do it. It can effectively monitor the state of the cutting machine by measuring the components of the spindle drive motor current signal correlated with the cutting load and applying a cutting algorithm control algorithm based on the measured data. The state monitoring method of the cutting machine using the current value of the spindle drive motor of the present invention does not require expensive sensors or multiple sensors as described above, and the state of the cutting machine only using the current value. In other words, it is possible to monitor the rotational speed, feed speed, etc. of the motor spindle and provide a basis for controlling it, so that it is economical and easy to use.
본 발명의 주축 구동 모터의 전류값을 이용한 절삭 가공 장치의 상태 모니터링 방법을 적용하기 위한 시스템은 도 3에 도시된 바와 같다. 본 발명의 절삭 가공 장치의 모니터링 방법을 위한 시스템은, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 절삭 가공 장치(100)에, 전류 센서(510) 및 제어부(500)가 더 구비되기만 하면 된다.The system for applying the state monitoring method of the cutting apparatus using the current value of the spindle drive motor of the present invention is as shown in FIG. As shown in FIG. 3, the system for the monitoring method of the cutting apparatus of the present invention only needs to include the
상기 전류 센서(510)는 상기 절삭 가공 장치(100)의 절삭 공구 주축 구동 모터에 구비되어, 상기 회전 모터에서 소비되는 전류를 측정한다. 본 발명에서 사용되는 센서는 상기 전류 센서(510) 한 가지 뿐으로, 종래의 모니터링 또는 제어 시스템들의 경우 가속도계 등의 고가의 센서를 필요로 했던 것과는 달리, 이와 같이 본 발명에서는 훨씬 저렴하게 시스템을 구성할 수 있게 된다.The
상기 제어부(500)는, 상기 전류 센서(510)로부터 전류 신호를 전달받아 분석하는 역할을 한다. 한편, 일반적인 현재의 절삭 가공 장치는, 사용자가 원하는 회전 속도 값, 이송 속도 값 등과 같은 초기 조건을 지정하여 입력하면 그 입력값에 맞추어 작동하도록 되어 있으며, 이와 같이 사용자에 의한 초기 조건 설정값의 입력 및 입력값에 따른 모터나 액추에이터의 구동 등을 처리하기 위한 제어 수단이 기본적으로 구비되어 있다. 따라서 상기 제어부(500)는, 상기 절삭 가공 장치(100)와는 독립적이며 상기 절삭 가공 장치(100) 자체의 제어 수단과 연결되어 신호를 송수신 가능하게 형성되는 연산처리수단 형태로 구성되거나, 또는 상기 절삭 가공 장치(100) 자체의 제어 수단에 부가 구비되는 하드웨어적 회로 형태로 구성되거나, 또는 상기 절삭 가공 장치(100) 자체의 제어 수단에 인스톨되어 동작하는 소프트웨어 형태로 구성될 수 있는 등, 그 구성 형태는 사용자의 편의 등에 따라 어떻게 구성되어도 무방하다.
The
이 때, 본 발명의 주축 구동 모터의 전류값을 이용한 절삭 가공 장치의 상태 모니터링 방법은, 기본적으로는 상기 제어부(500)에 의하여 상기 전류 센서(510)에서 측정된 전류값이 미리 설정된 기준치 이하인지 판단되는 모니터링 단계; 를 포함하여 이루어진다. 즉, 본 발명에서는 상기 절삭 가공 장치(100)의 상기 절삭 공구 주축 구동 모터의 소비 전류값을 통해 간접적으로 회전 속도 및 이송 속도를 모니터링하게 되는 것이다. 이 때, 본 발명에서는 상기 제어부(500)는 회전 속도 및 이송 속도와 전류 간의 관계를 사용하여 전류값의 상기 기준치를 미리 결정하게 된다. (모터의 소비 전류값과 회전 속도 및 이송 속도 간의 관계에 대해서는 이후에 보다 상세히 설명한다.)At this time, the state monitoring method of the cutting machine using the current value of the spindle drive motor of the present invention, basically, whether the current value measured by the
일반적으로 절삭 가공에 있어서, 회전 속도가 높을수록 가공 조도가 좋아지며, 이송 속도가 높을수록 생산성이 좋아진다. 즉 실제 가공에 있어서 회전 속도와 이송 속도는 둘 다 높을수록 좋다. 그런데 모터의 소비 전류가 지나치게 높아진다는 것은, 가공 대상의 재질이나 형태가 불량하여 가공이 제대로 이루어지지 않는다거나, 공구에 문제가 생겨서 가공이 제대로 이루어지지 않는 등과 같은 가공 상태에 관련된 문제가 발생했다는 것이며, 이럴 경우 어쩔 수 없이 회전 속도나 이송 속도를 낮추어 주어야 한다. 이 때 생산 현장에서 가장 중요시되는 것은 생산성으로, 즉 생산성과 직접적으로 관련되는 이송 속도에 있어서의 손실은 최대한 지양되어야 한다. 따라서 본 발명에서는, 가공 상태에 문제가 발생되면 회전 속도 - 이송 속도 순으로 저감을 시켜 문제를 해결한다. 즉 구체적으로 설명하자면, 먼저 회전 속도를 낮추어 문제를 해결하도록 하고, 회전 속도를 낮추어도 문제가 해결되지 않으면 그 후에 이송 속도를 낮추어 문제를 해결하도록 하는 것이다.
In general, in cutting, the higher the rotational speed, the better the roughness, and the higher the feed rate, the better the productivity. In other words, both the rotational speed and the feed rate are better in actual processing. However, if the current consumption of the motor is too high, it means that a problem related to the machining state, such as a poor material or shape of the object to be machined, may not be processed properly, or a problem occurs in the tool due to a problem. In this case, the rotational speed or the feed speed must be lowered. At this time, the most important thing in the production site is productivity, that is, the loss in the feed rate which is directly related to productivity should be avoided as much as possible. Therefore, in the present invention, when a problem occurs in the machining state, the problem is solved by reducing the rotational speed-the feeding speed. That is to say in detail, if the problem is solved by first lowering the rotational speed, and if the problem is not solved by lowering the rotational speed, then the lowering the feed rate to solve the problem.
이제 모터의 소비 전류값과 절삭 가공 장치의 상태(회전 속도, 이송 속도)의 관계에 대하여 보다 상세히 설명한다. 시험을 위하여 절삭 가공을 수행하면서 모터의 소비 전류값, 회전 속도, 이송 속도를 측정해 본 결과, Al, Brass, S45C 등과 같은 다양한 소재에 대하여 모두 회전 속도 및 이송 속도가 증가함에 따라 가공 대역에서는 전류값 및 가공 대상의 표면 조도가 증가함을 확인할 수 있다. 도 4는 Al, Brass, S45C 소재의 절삭 가공 시 고정 회전 속도 및 다양한 이송 속도에서의 시간에 대한 전류 측정 결과를 도시하고 있다. 이와 같은 실험 결과로부터 회전 속도 및 이송 속도와 전류값 사이의 상관관계를 도출할 수 있는 것이다. 도 5a 내지 도 5c는 각각 Al, Brass, S45C 소재에서 다양한 회전 속도 및 이송 속도에 대한 전류 및 조도 측정 결과 및 이에 대한 1차(A) 또는 다차(B) 커브 피팅(curve fitting) 결과를 도시하고 있다. 이로부터, 회전 속도 및 이송 속도 - 전류 / 회전 속도 및 이송 속도 - 조도 간에 상관관계가 있음을 알 수 있다.The relationship between the current consumption of the motor and the state of the cutting machine (rotational speed, feedrate) will now be described in more detail. As a result of measuring the current consumption, rotation speed and feed speed of the motor while cutting for testing, the current was increased in the machining band as the rotation speed and feed speed were increased for various materials such as Al, Brass and S45C. It can be seen that the value and surface roughness of the object to be processed increase. Figure 4 shows the results of the current measurement with respect to time at a fixed rotational speed and various feed speeds during cutting of Al, Brass, S45C material. From the experimental results, the correlation between the rotational speed, the feed rate and the current value can be derived. 5A to 5C show current and illuminance measurement results and various primary (A) or multiple (B) curve fitting results for various rotational and feed speeds in Al, Brass, and S45C materials, respectively. have. From this, it can be seen that there is a correlation between the rotational speed and the feed rate-current / rotational speed and the feed rate-roughness.
Al, Brass, S45C 소재 각각에 대한 상기와 같은 실험을 통하여, 주축 회전 속도와 이송 속도에 따른 전류값과 표면 조도 값 데이터를 바탕으로 주축 회전 속도와 이송 속도의 변화에 따라 전류값 증감량의 최종적인 관계식을 도출할 수 있다. 이 때, 상기 제어부(500)는 회전 속도 및 이송 속도와 전류 간의 관계를 최소자승법을 이용한 1차식 또는 다차식 형태의 관계식으로 산출하여 상기 관계식을 전류값의 상기 기준치의 결정에 사용할 수 있는데, 이하의 도 6a 내지 도 6c는 각각 Al, Brass, S45C 소재에서 도출된 회전 속도 - 이송 속도 - 전류 간의 관계 측정 결과(A) / 측정 결과로부터 도출된 1차 피팅 관계식에 따른 그래프(B) / 측정 결과로부터 도출된 다차 피팅 관계식에 따른 그래프(C)를 도시하고 있다.Through the above experiments for each of Al, Brass, and S45C materials, the final change of the current value increase / decrease according to the change of the spindle rotation speed and the feed speed based on the current value and the surface roughness data according to the spindle rotation speed and the feed speed. The relational expressions can be derived. At this time, the
도 6a(A)는 Al 소재의 절삭 가공 시 측정 결과를 바탕으로 회전 속도(x축), 이송 속도(y축), 전류(z축) 관계를 B-스플라인 곡선 형태로 피팅한 결과를 보여주고 있다. 하기의 수학식 1은 측정 결과로부터 도출된 회전 속도(x축), 이송 속도(y축), 전류(z축) 간의 1차 함수 피팅 관계식이며, 도 6a(B)는 그 결과를 도시하고 있다. 이 때 1차 함수로 피팅하여 얻어진 방정식의 RMSE(Root Mean Square Error, 평균 제곱근 오차)가 0.04695로 아주 낮다. 따라서 이 관계식을 제어에 그대로 사용할 수도 있으며, 이를 사용할 경우 1차 함수이기 때문에 계산량이 매우 적으므로 계산 시간을 단축하고 연산 부하를 낮출 수 있다. 그러나 정확도를 더욱 높이기 위해서는 RMSE를 좀더 낮출 필요가 있으며, 이에 회전 속도는 2차 함수로, 이송 속도는 3차 함수로 피팅한 결과 RMSE를 50% 이상 감소시킬 수 있었다. 하기의 수학식 2는 측정 결과로부터 도출된 회전 속도(x축), 이송 속도(y축), 전류(z축) 간의 다차 함수 피팅 관계식이며, 도 6a(C)는 그 결과를 도시하고 있다.Figure 6a (A) shows the result of fitting the relationship between the rotational speed (x-axis), feed rate (y-axis), current (z-axis) in the form of a B-spline curve on the basis of the measurement results when cutting the Al material have.
(AAl=5.27, BAl=-4.267e-006, CAl=0.00182, RMSE : 0.04695)(A Al = 5.27, B Al = -4.267e-006, C Al = 0.00182, RMSE: 0.04695)
(aAl=2.801, bAl=0.0003404, cAl=-0.005443, dAl=-1.563e-008, eAl=7.368e-007, fAl=8.025e-006, gAl=2.311e-013, hAl=-1.769e-011, iAl=-2.751e-010, RMSE : 0.02913)(a Al = 2.801, b Al = 0.0003404, c Al = -0.005443, d Al = -1.563e-008, e Al = 7.368e-007, f Al = 8.025e-006, g Al = 2.311e-013, h Al = -1.769e-011, i Al = -2.751e-010, RMSE: 0.02913)
도 6b(A)는 Brass 소재의 절삭 가공 시 측정 결과를 바탕으로 회전 속도(x축), 이송 속도(y축), 전류(z축) 관계를 B-스플라인 곡선 형태로 피팅한 결과를 보여주고 있다. 하기의 수학식 3은 측정 결과로부터 도출된 회전 속도(x축), 이송 속도(y축), 전류(z축) 간의 1차 함수 피팅 관계식이며, 도 6b(B)는 그 결과를 도시하고 있다. 이 때 1차 함수로 피팅하여 얻어진 방정식의 RMSE는 0.1596이며, 정확도를 더욱 높이기 위해서 회전 속도는 2차 함수로, 이송 속도는 3차 함수로 피팅한 결과 RMSE를 50% 이상 감소시킬 수 있었다. 하기의 수학식 4는 측정 결과로부터 도출된 회전 속도(x축), 이송 속도(y축), 전류(z축) 간의 다차 함수 피팅 관계식이며, 도 6b(C)는 그 결과를 도시하고 있다.Figure 6b (A) shows the result of fitting the relationship between the rotational speed (x-axis), feed rate (y-axis), current (z-axis) in the form of a B-spline curve based on the measurement result in the cutting of brass material have.
(AB=4.999, BB=3.167e-006, CB=0.003275, RMSE : 0.1596)(A B = 4.999, B B = 3.167e-006, C B = 0.003275, RMSE: 0.1596)
(aB=19.79, bB=-0.002033, cB=0.002728, dB=8.984e-008, eB=-1.887e-007, fB=4.828e-005, gB=-1.278e-012, hB=6.428e-012, iB=-1.576e-009, RMSE : 0.03726)(a B = 19.79, b B = -0.002033, c B = 0.002728, d B = 8.984e-008, e B = -1.887e-007, f B = 4.828e-005, g B = -1.278e-012 , h B = 6.428e-012, i B = -1.576e-009, RMSE: 0.03726)
도 6c(A)는 S45C 소재의 절삭 가공 시 측정 결과를 바탕으로 회전 속도(x축), 이송 속도(y축), 전류(z축) 관계를 B-스플라인 곡선 형태로 피팅한 결과를 보여주고 있다. 하기의 수학식 5는 측정 결과로부터 도출된 회전 속도(x축), 이송 속도(y축), 전류(z축) 간의 1차 함수 피팅 관계식이며, 도 6c(B)는 그 결과를 도시하고 있다. 이 때 1차 함수로 피팅하여 얻어진 방정식의 RMSE는 0.133이며, 정확도를 더욱 높이기 위해서 회전 속도는 2차 함수로, 이송 속도는 3차 함수로 피팅한 결과 RMSE를 50% 이상 감소시킬 수 있었다. 하기의 수학식 6은 측정 결과로부터 도출된 회전 속도(x축), 이송 속도(y축), 전류(z축) 간의 다차 함수 피팅 관계식이며, 도 6c(C)는 그 결과를 도시하고 있다.Figure 6c (A) shows the result of fitting the relationship between the rotational speed (x-axis), feed rate (y-axis), current (z-axis) in the form of a B-spline curve on the basis of the measurement results during cutting of S45C material have.
(AS=4.946, BS=7e-006, CS=0.00749, RMSE : 0.133)(A S = 4.946, B S = 7e-006, C S = 0.00749, RMSE: 0.133)
(aS=-2.89, bS=0.001162, cS=0.003259, dS=-5.367e-008, eS=2.253e-007, fS=-8.102e-005, gS=8e-013, hS=-1.301e-011, iS=6.222e-009, RMSE : 0.08231)
(a S = -2.89, b S = 0.001162, c S = 0.003259, d S = -5.367e-008, e S = 2.253e-007, f S = -8.102e-005, g S = 8e-013, h S = -1.301e-011, i S = 6.222e-009, RMSE: 0.08231)
상술한 바와 같이 절삭 가공 시 모터의 소비 전류와 절삭 가공 장치의 상태 즉 회전 속도 및 이송 속도 간에는 상관관계가 존재하며, 이를 본 발명이 모니터링 및 제어 시스템에 적용할 수 있다. (상기 예시에서는 회전 속도 및 이송 속도와 전류 간 관계식을 최소자승법을 이용한 다차식으로 구했으나 물론 이로써 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 조화함수 등을 이용한 다른 방식으로 관계식을 구하여 이를 사용하도록 하여도 무방하다.) 다양한 소재들에 대하여 이러한 상관관계를 미리 구할 수 있으며, 따라서 실제 절삭 가공 수행 시 초기 세팅되는 회전 속도와 이송 속도에 대하여 이 때 나올 것으로 예상되는 전류값을 미리 구할 수 있다. 따라서 초기 세팅 회전 속도와 이송 속도에 따라 정상적인 가공 상태일 때의 전류값의 최고값, 즉 기준치를 구할 수 있는 것이다.As described above, there is a correlation between the current consumption of the motor during cutting and the state of the cutting processing device, that is, the rotational speed and the feeding speed, and the present invention can be applied to the monitoring and control system. (In the above example, the relation between the rotational speed, the feedrate, and the current was obtained by using the least square method. However, the present invention is not limited thereto, and the relational expression may be obtained by using another method using a harmonic function or the like. These correlations can be obtained for various materials in advance, so that the current values expected at this time can be obtained in advance with respect to the rotational speed and the feedrate initially set when the actual cutting operation is performed. Therefore, the maximum value of the current value in the normal machining state, that is, the reference value, can be obtained according to the initial setting rotation speed and the feed speed.
절삭 가공 시 가공 상태에 문제가 없으면 당연히 전류값은 기준치 이하로 나오게 될 것이다. 그런데, 가공 대상의 재질이나 형태가 불량하여 가공이 제대로 이루어지지 않는다거나, 공구에 문제가 생겨서 가공이 제대로 이루어지지 않는 등과 같은 가공 상태에 관련된 문제가 발생할 경우 전류값은 기준치 이상으로 올라가게 된다. 따라서, 전류값이 기준치 이상으로 올라가면 가공 상태에 문제가 발생했다고 판단하고, 회전 속도나 이송 속도를 저감시킴으로써 문제를 해결할 수 있는 것이다.
If there is no problem in the machining condition during cutting, the current value will naturally be below the reference value. By the way, when a problem related to the processing state, such as the processing object is not made properly due to the material or the shape of the processing object is poor, or the machining is not made properly due to a problem in the tool, the current value is raised above the reference value. Therefore, when the current value rises above the reference value, it is determined that a problem has occurred in the machining state, and the problem can be solved by reducing the rotational speed or the feeding speed.
이제 앞서 설명한 절삭 가공 시 모터의 소비 전류와 절삭 가공 장치의 상태(즉 회전 속도 및 이송 속도) 간의 상관관계를 이용한 본 발명의 모니터링 방법을 구체적으로 설명한다.The monitoring method of the present invention will now be described in detail using the correlation between the current consumption of the motor during cutting and the state of the cutting device (ie, rotational speed and feed rate).
도 7은 본 발명의 주축 구동 모터의 전류값을 이용한 절삭 가공 장치의 상태 모니터링 방법의 한 실시예이다. 앞서 설명한 바와 같이 본 발명의 모니터링 방법은 가공 수행 시 전류값이 기준치 이하인지 판단되는 모니터링 단계와, 전류값이 기준치 이하가 아니면 회전 속도 및 이송 속도가 저감되어 전류값을 기준치 이하로 내리는 제어 단계로 이루어진다. 이 때, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 모니터링 단계는, a1) 상기 절삭 가공 장치(100)에 절삭 가공을 위한 절삭 공구 주축 구동 모터의 회전 속도 및 이송 속도가 입력되어 세팅되는 단계(S01); a2) 상기 절삭 가공 장치(100)에 의하여 절삭 가공이 개시되는 단계(S02); a3) 상기 제어부(500)에 의하여 상기 전류 센서(510)에서 측정된 전류값이 미리 설정된 기준치 이하인지 판단되는 단계(S03); a4) 전류값이 기준치 이하가 아닌 경우(S03-No), 상기 제어부(500)에 의하여 경보가 발생되는 단계(S04); 를 포함하여 이루어질 수 있다.7 is an embodiment of a state monitoring method of a cutting machine using the current value of the spindle drive motor of the present invention. As described above, the monitoring method of the present invention includes a monitoring step of determining whether the current value is lower than the reference value when the machining is performed, and a control step of lowering the current value below the reference value by reducing the rotational speed and the feeding speed if the current value is not lower than the reference value. Is done. In this case, as shown in FIG. 7, the monitoring step includes: a1) a rotation speed and a feed rate of a cutting tool spindle drive motor for cutting in the
앞서 설명한 바와 같이, 절삭 가공을 개시할 때 작업자는 적절한 회전 속도 및 이송 속도를 상기 절삭 가공 장치(100)에 미리 결정된 값으로 입력한다. 이러한 회전 속도 및 이송 속도 값은 물론, 가공 대상의 재질이나 형상, 요구되는 생산 품질, 생산량, 생산 시간 등과 같은 다양한 변수에 따라 적절히 선택되어 결정될 수 있으며, 예를 들어 경험적으로 작업자 본인에 의하여 선택된 값일 수도 있고, 미리 매뉴얼화되어 있는 값을 참조하여 선택된 값일 수도 있는 등 다양하게 결정될 수 있다. 특히 도 5a 내지 도 5c의 시험 결과에서 알 수 있듯이 회전 속도 및 이송 속도는 가공 대상의 표면 조도와도 상관관계를 가지고 있으므로, 요구되는 생산 품질 즉 조도에 따라 회전 속도 및 이송 속도가 결정되도록 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 회전 속도 및 이송 속도가 입력되어 세팅(S01)되는 시점에서, 상술한 바와 같이 a1) 단계(S01)에서 결정된 회전 속도 및 이송 속도일 때 발생 예상되는 전류값, 즉 전류값의 기준치가 결정된다.As described above, when initiating cutting, the operator inputs an appropriate rotational speed and feed rate into the
도 8을 참조하여 구체적인 전류값 기준치 결정 과정을 설명한다. 도 8은 도 5a(B)와 동일한 것으로, 즉 Al 소재에서 다양한 회전 속도 및 이송 속도에 대한 전류 및 조도 측정 결과 및 이에 대한 다차 커브 피팅(curve fitting) 결과이다. 예를 들어 Al 소재를 가공하고자 하고 또한 이 때 요구되는 표면 조도가 2㎛ 정도라 할 때, 작업자가 회전 속도를 20000rpm(O로 표시되는 그래프들)으로 결정했다고 가정한다. 도 8을 참조하여 볼 때, 2㎛에 해당하는 이송 속도는 약 50mm/s가 되고, 이 때 발생 예상되는 전류값은 약 5.3 정도가 됨을 알 수 있다. 즉 상술한 바와 같은 재질 및 요구 조도 조건(재질: Al / 요구 조도: 2㎛)에서, a1) 단계(S01)에서 회전 속도를 20000rpm 정도로 하려고 작업자가 결정했다면, 이송 속도는 최대 50mm/s 정도까지 올릴 수 있고, 이 때 전류값은 5.3 정도 나오게 됨을 도 8로부터 잘 알 수 있다. 즉 이 경우 전류 기준치를 5.3 정도로 잡을 수 있게 되는 것이다.Referring to Figure 8 will be described a specific current value reference determination process. FIG. 8 is the same as that of FIG. 5A (B), that is, current and roughness measurement results for various rotational speeds and feed speeds in Al materials and multi-curve fitting results thereof. For example, suppose that the operator wants to process an Al material and the surface roughness required at this time is about 2 μm, the operator has determined the rotational speed to 20000 rpm (graphs indicated by O). Referring to Figure 8, the feed rate corresponding to 2㎛ is about 50mm / s, it can be seen that the expected current value generated at this time is about 5.3. That is, in the above-described materials and the required roughness condition (material: Al / required roughness: 2 占 퐉), if the operator decides to rotate the rotational speed to about 20000 rpm in step S1), the feed rate may be up to about 50 mm / s. 8, it can be seen that the current value is about 5.3. In this case, the current reference value can be set to about 5.3.
이와 같이 회전 속도 및 이송 속도가 입력되어 세팅되고 나면 자연히 이에 따른 전류 기준치가 산출된다. 따라서 절삭 가공이 개시되면(S02), 상기 제어부(500)는 상기 전류 센서(510)에서 측정되는 전류값이 기준치를 넘어가는지 여부를 모니터링하게 된다(S03). 앞서 설명한 바와 같이 문제 상황이 발생하지 않으면 전류값은 이 기준치를 넘어가지 않을 것이며(S03-Yes), 그러면 도 7에 도시되어 있는 바와 같이 가공이 계속 수행되면 된다. 그러나 문제 상황이 발생되면 전류값이 기준치를 넘어가게 되는데, 이와 같이 전류값이 기준치 이하가 아닌 경우(S03-No), 상기 제어부(500)에 의하여 경보가 발생되어(S04) 문제 상황이 발생했음을 작업자에게 알릴 수 있게 된다. 상기 경보는 물론 소리, 빛 등으로 표현되는 알람 장치에 의해 이루어질 수도 있고, 또는 상기 전류값이 화면 상에 계속 표시되고 있다가 경보 메시지 창이 새로 뜨는 식과 같은 형태로 이루어질 수도 있는 등, 작업자에게 효과적으로 경보를 할 수만 있다면 어떠한 형태로 이루어져도 무방하다.In this way, once the rotational speed and the feed rate are input and set, the current reference value is naturally calculated accordingly. Therefore, when cutting is started (S02), the
이와 같이 본 발명은, 회전 속도 및 이송 속도를 따로 감지하지 않고도 단지 전류 센서 하나만을 이용해서 가공 상태(회전 속도 및 이송 속도)를 모니터링할 수 있어, 종래의 모니터링 기술에 비하여 훨씬 경제적이다. 또한, 이와 같이 모니터링을 함으로써 이후 즉 회전 속도 및 이송 속도를 적절히 저감하도록 조절하는 등의 제어를 자동 또는 수동으로 수행하도록 할 수 있어, 문제 상황 발생에 신속하고 정확하게 대처할 수 있게 된다.
As such, the present invention can monitor the machining state (rotational speed and feed rate) using only one current sensor without separately detecting the rotational speed and the feed rate, which is much more economical than conventional monitoring techniques. In addition, by monitoring in this way, it is possible to automatically or manually perform the control such as to adjust the rotational speed and the feed rate to be appropriately reduced, so that it is possible to quickly and accurately cope with the occurrence of a problem situation.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It goes without saying that various modifications can be made.
100: 절삭 가공 장치
500: 제어부
510: 전류 센서100: cutting device
500:
510: current sensor
Claims (6)
상기 제어부(500)에 의하여 상기 전류 센서(510)에서 측정된 전류값이 미리 수행된 선행 실험에 의하여 회전 속도 및 이송 속도와 전류 간의 관계로부터 경험적으로 미리 산출되어 설정된 기준치 이하인지 판단되는 모니터링 단계;
를 포함하여 이루어지며,
상기 모니터링 단계는,
a1) 상기 절삭 가공 장치(100)에 절삭 가공을 위한 절삭 공구 주축 구동 모터의 회전 속도 및 이송 속도가 입력되어 세팅되는 단계(S01);
a2) 상기 절삭 가공 장치(100)에 의하여 절삭 가공이 개시되는 단계(S02);
a3) 상기 제어부(500)에 의하여 상기 전류 센서(510)에서 측정된 전류값이 a1) 단계에서 세팅되는 회전 속도 및 이송 속도 값에 의하여, 미리 수행된 선행 실험에 의하여 회전 속도 및 이송 속도와 전류 간의 관계로부터 경험적으로 미리 산출되어 설정된 기준치 이하인지 판단되는 단계(S03);
a4) 전류값이 기준치 이하가 아닌 경우(S03-No), 상기 제어부(500)에 의하여 경보가 발생되는 단계(S04);
를 포함하여 이루어지며,
상기 제어부(500)는, 회전 속도 및 이송 속도와 전류 간의 관계를 최소자승법을 이용한 다차식 형태의 관계식으로 산출하여 상기 관계식을 전류값의 상기 기준치의 결정에 사용하되,
절삭 가공 대상물은 Al, Brass, S45C 중 어느 하나이고,
상기 절삭 가공 대상물이 Al일 경우, 회전 속도(x), 이송 속도(y), 전류(f) 간 관계식은 하기와 같고,
(aAl=2.801, bAl=0.0003404, cAl=-0.005443, dAl=-1.563e-008, eAl=7.368e-007, fAl=8.025e-006, gAl=2.311e-013, hAl=-1.769e-011, iAl=-2.751e-010, RMSE : 0.02913)
상기 절삭 가공 대상물이 Brass일 경우, 회전 속도(x), 이송 속도(y), 전류(f) 간 관계식은 하기와 같고,
(aB=19.79, bB=-0.002033, cB=0.002728, dB=8.984e-008, eB=-1.887e-007, fB=4.828e-005, gB=-1.278e-012, hB=6.428e-012, iB=-1.576e-009, RMSE : 0.03726)
상기 절삭 가공 대상물이 S45C일 경우, 회전 속도(x), 이송 속도(y), 전류(f) 간 관계식은 하기와 같은 것을 특징으로 하는 주축 구동 모터의 전류값을 이용한 절삭 가공 장치의 상태 모니터링 방법.
(aS=-2.89, bS=0.001162, cS=0.003259, dS=-5.367e-008, eS=2.253e-007, fS=-8.102e-005, gS=8e-013, hS=-1.301e-011, iS=6.222e-009, RMSE : 0.08231)
Cutting processing device 100, the current sensor 510 for measuring the current consumed by the cutting tool spindle drive motor of the cutting device 100, the cutting processing to receive and analyze the current signal from the current sensor 510 In the state monitoring method of the cutting apparatus made by the system which comprises the control part 500 which controls the state of the apparatus 100,
A monitoring step of determining, by the controller 500, whether the current value measured by the current sensor 510 is equal to or less than a predetermined reference value empirically calculated in advance from the relationship between the rotational speed and the feeding speed and the current by a preceding experiment previously performed;
And,
The monitoring step,
a1) a step of inputting and setting the rotational speed and the feed rate of the cutting tool spindle drive motor for cutting into the cutting device 100 (S01);
a2) a step in which cutting is started by the cutting device 100 (S02);
a3) The rotation speed and the feed speed and the current by the preceding experiment performed in advance by the rotation speed and the feed speed value set by the controller 500 in the current sensor 510 in step a1). Step (S03) that is empirically determined from a relationship between the two values and is equal to or less than a predetermined reference value;
a4) when the current value is not less than the reference value (S03-No), generating an alarm by the controller 500 (S04);
And,
The control unit 500 calculates the relationship between the rotational speed, the feed rate, and the current as a multi-dimensional relationship using the least square method, and uses the relationship to determine the reference value of the current value.
Cutting object is any one of Al, Brass, S45C,
When the cutting target object is Al, the relationship between the rotational speed (x), the feed rate (y), the current (f) is as follows,
(a Al = 2.801, b Al = 0.0003404, c Al = -0.005443, d Al = -1.563e-008, e Al = 7.368e-007, f Al = 8.025e-006, g Al = 2.311e-013, h Al = -1.769e-011, i Al = -2.751e-010, RMSE: 0.02913)
When the cutting target object is brass, the relationship between the rotational speed (x), the feed rate (y), the current (f) is as follows,
(a B = 19.79, b B = -0.002033, c B = 0.002728, d B = 8.984e-008, e B = -1.887e-007, f B = 4.828e-005, g B = -1.278e-012 , h B = 6.428e-012, i B = -1.576e-009, RMSE: 0.03726)
When the cutting target object is S45C, the relationship between the rotation speed (x), the feed speed (y), the current (f) is as follows: the state monitoring method of the cutting device using the current value of the spindle drive motor, characterized in that .
(a S = -2.89, b S = 0.001162, c S = 0.003259, d S = -5.367e-008, e S = 2.253e-007, f S = -8.102e-005, g S = 8e-013, h S = -1.301e-011, i S = 6.222e-009, RMSE: 0.08231)
상기 절삭 가공 장치(100)와는 독립적이며 상기 절삭 가공 장치(100) 자체의 제어 수단과 연결되어 신호를 송수신 가능하게 형성되는 연산처리수단 형태로 구성되거나,
또는 상기 절삭 가공 장치(100) 자체의 제어 수단에 부가 구비되는 하드웨어적 회로 형태로 구성되거나,
또는 상기 절삭 가공 장치(100) 자체의 제어 수단에 인스톨되어 동작하는 소프트웨어 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 주축 구동 모터의 전류값을 이용한 절삭 가공 장치의 상태 모니터링 방법.The method of claim 1, wherein the control unit 500
It is configured in the form of arithmetic processing means independent of the cutting device 100 and is connected to the control means of the cutting device 100 itself so as to transmit and receive a signal,
Or configured in the form of a hardware circuit additionally provided to the control means of the cutting device 100 itself,
Or the state monitoring method of the cutting device using the current value of the spindle drive motor, characterized in that configured in the form of software installed and operated in the control means of the cutting device (100) itself.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115415850A (en) * | 2022-09-16 | 2022-12-02 | 中达电子(江苏)有限公司 | Substrate dividing apparatus and dividing control method |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000141167A (en) | 1998-11-12 | 2000-05-23 | Toshiba Mach Co Ltd | Numeric value control device for machine tool |
| WO2009128156A1 (en) | 2008-04-17 | 2009-10-22 | 三菱電機株式会社 | Collision detector and method for detecting collision in processing machine |
-
2011
- 2011-08-17 KR KR1020110081427A patent/KR101170323B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000141167A (en) | 1998-11-12 | 2000-05-23 | Toshiba Mach Co Ltd | Numeric value control device for machine tool |
| WO2009128156A1 (en) | 2008-04-17 | 2009-10-22 | 三菱電機株式会社 | Collision detector and method for detecting collision in processing machine |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115415850A (en) * | 2022-09-16 | 2022-12-02 | 中达电子(江苏)有限公司 | Substrate dividing apparatus and dividing control method |
| CN115415850B (en) * | 2022-09-16 | 2024-03-22 | 中达电子(江苏)有限公司 | Substrate dividing apparatus and dividing control method |
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