KR101366452B1 - 공작 기계 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 주축의 조출량을 변경해도, 주축의 회전 속도가 위험 회전 속도를 초과하지 않도록 제어 가능한 공작 기계를 제공하는 것이다. 본 실시 형태에 의한 공작 기계는, 회전하는 주축(3)을 사용하여 공작 대상물을 가공하는 공작 기계이며, 주축을 지지하는 지지부(4)와, 주축을 제1 축을 중심으로 회전시키는 제1 구동부(17)와, 주축을 지지부로부터 제1 축 방향으로 조출하는 제2 구동부(9)와, 지지부로부터 조출되는 주축의 조출 길이에 따라 상기 주축의 회전 속도의 상한값을 변경하는 제어부(101)와, 회전 속도의 상한값을 상기 조출 길이와 관련지어 저장하는 기억부(102)를 구비하고 있다.

Description

공작 기계 및 그 제어 방법{MACHINE TOOL AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}
본 발명은 공작 기계에 관한 것으로, 예를 들어 주축을 조출하여 보링을 행하는 보링 머신 등의 공작 기계에 관한 것이다.
종래부터 NC(Numerical Control) 공작 기계의 하나로서 수평식 보링 머신(boring machine)이 사용되고 있다. 수평식 보링 머신은 수평 방향으로 조출 가능한 주축을 구비하고, 이 주축을 회전시키면서 수평 방향(W축 방향)으로 조출하여, 주축의 선단에 설치된 공구로 공작 대상물에 대해 보링 가공을 행한다.
수평식 보링 머신은 모터의 회전을 받는 지지부(슬리브)와, 슬리브의 회전과 동기하여 회전하도록 설치된 주축을 구비하고 있다. 주축은 그 후단부가 볼 베어링에 의해 보유 지지되어 있고, 슬리브 내에 있어서 미끄럼 키에 따라서 수평 방향(W축 방향)으로 조출 가능하게 구성되어 있다. 이에 의해, 수평식 보링 머신은 주축을 회전시키면서, 그 주축을 W축 방향으로 조출할 수 있다.
일본 특허 출원 공개 제2001-310210호의 공보(공개일: 2001년 11월 6일)
수평식 보링 머신의 주축은 슬리브 및 후단부의 볼 베어링에 의해 지지되어 있다. 그러나 슬리브는 W축 방향으로 이동하지 않으므로, 주축의 조출량(조출되어 있는 길이)에 의해 주축의 지지 상태가 크게 변화된다. 예를 들어, 주축의 조출량이 적은(조출의 길이가 짧은) 경우, 주축은 슬리브 및 볼 베어링에 의해 주축의 전체가 충분히 지지되어 있다. 한편, 주축의 조출량이 많은(조출의 길이가 긴) 경우, 주축 중 조출된 부분이 슬리브에 의해 지지되지 않는다. 이와 같은 지지 상태의 변화에 따라, 주축의 위험 회전 속도가 바뀐다. 주축의 회전 속도가 위험 회전 속도를 초과하면, 주축이 진동하여, 주축의 후단부의 볼 베어링에 과잉의 부하를 가하는 경우가 있다. 이와 같은 경우, 가공 정밀도가 저하되고, 또한 볼 베어링이 파손될 가능성도 있다.
주축의 허용 최고 회전수가 낮은 공작 기계, 혹은 주축의 조출량이 적은 공작 기계에서는, 상기한 바와 같은 문제는 발생하지 않지만, 최근 주축의 회전의 고속화 및 복잡한 가공이 요구되고 있어, 상기 문제는 무시할 수 없게 되어 있다.
따라서 본 발명의 목적은, 주축의 조출량을 변경해도, 주축의 회전 속도가 위험 회전 속도를 초과하지 않도록 제어 가능한 공작 기계를 제공하는 것이다.
본 실시 형태에 의한 공작 기계는, 회전하는 주축을 사용하여 공작 대상물을 가공하는 공작 기계이며, 상기 주축을 지지하는 지지부와, 상기 주축을 제1 축을 중심으로 회전시키는 제1 구동부와, 상기 주축을 상기 지지부로부터 상기 제1 축 방향으로 조출하는 제2 구동부와, 상기 지지부로부터 조출되는 상기 주축의 조출 길이에 따라 상기 주축의 회전 속도의 상한값을 변경하는 제어부와, 상기 회전 속도의 상한값을 상기 조출 길이와 관련지어 저장하는 기억부를 구비하고 있다.
본 실시 형태에 의한 공작 기계의 제어 방법은, 회전 가능하고, 또한 주축을 지지하는 지지부로부터 조출 가능한 주축을 사용하여 공작 대상물을 가공하는 공작 기계의 제어 방법이며, 상기 공작 기계는, 상기 회전 속도의 상한값을 상기 조출 길이와 관련지어 저장하고 있고, 상기 지지부로부터 조출되는 상기 주축의 조출 길이에 따라 상기 주축의 회전 속도의 상한값을 설정하는 것을 구비하고 있다.
본 발명에 의한 공작 기계는, 주축의 조출량을 변경해도, 주축의 회전 속도가 위험 회전 속도를 초과하지 않도록 제어할 수 있다.
도 1은 제1 실시 형태에 따른 공작 기계의 구성예를 도시하는 도면이다.
도 2는 제1 실시 형태에 의한 공작 기계의 제어 장치(100)를 도시하는 블록도이다.
도 3은 제1 실시 형태에 의한 주축(3)의 허용 최대 회전 속도(Smax)와 주축(3)의 조출량(P)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 허용 최대 회전 속도(max)(회전 속도의 상한값)와 조출량(P)의 관계를 나타내는 상한값 파라미터 테이블이다.
도 5는 제1 실시 형태에 의한 공작 기계의 프로그램 해석 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 조출량(P)의 구분 검색 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 오버라이드 처리의 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 8은 제2 실시 형태에 따른 주축(3)의 허용 최대 회전 속도(Smax)와 주축(3)의 조출량(P)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 제2 실시 형태에 의한 공작 기계의 프로그램 해석 동작을 나타내는 흐름도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 관한 실시 형태를 설명한다. 본 실시 형태는 본 발명을 한정하는 것이 아니다.
(제1 실시 형태)
도 1은 본 발명에 관한 제1 실시 형태에 따른 공작 기계의 구성예를 도시하는 도면이다. 본 실시 형태에 의한 공작 기계는, 하우징(1)과, 주축(3)과, 지지부(4)와, 회전 베어링(5)과, 기어(15)와, 제1 모터(17)와, 볼 나사(7)와, 제2 모터(9)와, 회전 전달 키(10)와, 키 홈(11)을 구비하고 있다.
하우징(1)은 주축(3)의 케이스로서 이동 가능하게 구성되어 있다. 주축(3)은 하우징(1)에 대해 제1 축으로서의 W축을 중심으로 회전 가능하게 설치되고, 또한 하우징(1)에 대해 W축 방향으로 조출 가능하게 설치되어 있다.
지지부(슬리브)(4)는 주축(3)을 지지하고 있고, 기어(15)의 회전 동작을 주축(3)에 전달하는 역할을 갖는다. 또한, 지지부(4)는 회전 전달 키(10) 및 키 홈(11)에 의해, 주축(3)을 회전시키면서 W축 방향으로 주축(3)을 조출할 수 있도록 구성되어 있다.
회전 베어링(5)은, 예를 들어 볼 베어링이고, 지지부(4)를 회전 가능한 상태로 지지한다. 회전 베어링(5)은 지지부(4)를 상기 지지부(4)의 전단부 및 후단부, 필요에 따라 그 중앙부에 있어서 회전 가능한 상태로 지지한다.
기어(15)는 제1 모터(17)의 회전을 지지부(4)에 전달한다. 볼 나사(7)는 제2 모터(9)의 회전에 의해 주축(3)을 W축 방향으로 조출하고, 혹은 복귀시킨다.
제1 모터(17)는 기어(15) 및 지지부(4)를 통해 주축(3)을 회전시킨다. 제2 모터(9)는 볼 나사(7)를 회전시킴으로써, 주축(3)을 지지부(4)로부터 조출하고, 혹은 주축(3)을 지지부(4) 내로 복귀시킨다. 제1 및 제2 모터(17, 9)는, 모두 서보 모터이면 된다.
이와 같은 구성에 의해, 본 실시 형태에 의한 공작 기계는, 주축(3)을 조출하여 W축 방향의 조출량을 고정시킨 상태에서 주축(3)을 회전시키고, 그 후 워크 또는 주축(3) 중 어느 하나를 이동시키거나, 혹은 주축(3)을 회전시키면서 조출함으로써, 주축(3)의 선단에 설치된 공구(2)로 공작 대상물(도시하지 않음)을 보링 가공할 수 있다.
도 2는 본 실시 형태에 의한 공작 기계의 제어 장치(100)를 도시하는 블록도이다. 제어 장치(100)는 모터(9 및 17)를 제어하도록 구성되어 있고, 공작 기계에 내장되어 있다.
제어 장치(100)는, 예를 들어 NC 제어 장치이고, 제어부(101)와, 기억부(102)와, 조작 표시부(103)를 구비하고 있다. 제어 장치(100)는 제1 및 제2 모터(17, 9)에 지령을 부여하여, 주축(3)의 회전 속도 및 조출량을 제어한다. 또한, 조출량은 하우징(1) 또는 지지부(4)로부터 조출된 주축(3)의 W축 방향의 길이이다.
제어부(101)는, 예를 들어 CPU로 구성되어 있고, 가공 프로그램 해석부(110)와, 가공 프로그램 실행부(111)와, 모니터부(112)를 구비하고 있다. 가공 프로그램 해석부(110)는 기억부(102)로부터의 가공 프로그램 및 상한값 파라미터를 사용하여, 상한값으로서의 허용 최대 회전 속도를 결정한다. 가공 프로그램 실행부(111)는 가공 프로그램을 실행하고, 가공 프로그램에 포함되어 있는 주축 조출 지령 및 주축 회전 지령에 따라서 제1 및 제2 모터(17 및 9)를 제어한다. 모니터부(112)는 주축(3)의 회전 속도 및 조출량을 감시하고 있다. 그리고 주축(3)의 회전 속도가 가공 프로그램 해석부(110)에 있어서 결정된 허용 최대 회전 속도를 초과하려고 한 경우, 가공 프로그램 실행부(111)는 조작 표시부(103)에 알람을 표시하고, 혹은 스피커로부터 알람음을 발생시킨다. 또한, 주축(3)의 회전 속도가 허용 최대 회전 속도를 초과하려고 한 경우, 가공 프로그램 실행부(111)는 주축(3)의 회전 속도가 허용 최대 회전 속도를 초과하지 않도록 주축(3)의 회전 속도를 허용 최대 회전 속도로 제한해도 좋다.
공작 기계가 가공 프로그램에서 설정된 회전 속도를 조절하는 기능(오버라이드 기능)을 구비하고 있는 경우, 가공 프로그램에서 설정된 회전 속도가 허용 최대 회전 속도 이하라도, 오버라이드에 의해 주축(3)의 회전 속도가 허용 최대 회전 속도를 초과할 가능성이 있다. 이와 같이, 오버라이드에 의해 주축(3)의 회전 속도가 허용 최대 회전 속도를 초과하는 경우에도, 가공 프로그램 실행부(111)는 주축(3)의 회전 속도가 허용 최대 회전 속도를 초과하지 않도록 주축(3)의 회전 속도를 허용 최대 회전 속도로 제한해도 좋다. 오버라이드(SOVR)는 가공 프로그램에서 설정된 회전 속도를 1OO％로 하고, 그 설정된 회전 속도에 대한 변경 비율이다. 오버라이드(SOVR)는, 예를 들어 50％ 내지 200％의 사이에서 오퍼레이터가 설정할 수 있다. 오버라이드(SOVR)가 200％이라 함은, 가공 프로그램에서 설정된 회전 속도의 2배의 속도인 것을 의미한다. 오버라이드(SOVR)는 모니터부(112)에 입력되어, 가공 프로그램 실행부(111)에 전달된다. 또한, 주축(3)의 실제의 회전 속도는 제1 모터(17)로부터 모니터부(112)로 피드백된다.
조작 표시부(103)는 모니터부(112)에서 감시하고 있는 주축(3)의 실제의 회전 속도, 조출량, 오버라이드의 수치, 가공 프로그램에서 설정된 회전 속도, 허용 최대 회전 속도 등을 표시한다. 조작 표시부(103)는, 예를 들어 터치 패널식 표시부이어도 좋고, 이 경우 오퍼레이터는 조작 표시부(103)를 사용하여 공작 기계의 조작을 할 수도 있다. 예를 들어, 오버라이드(SOVR)는 조작 표시부(103)에서 입력 가능하게 해도 된다.
도 3은 본 실시 형태에 의한 주축(3)의 허용 최대 회전 속도(Smax)와 주축(3)의 조출량(P)의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 3의 그래프에서 나타낸 바와 같이, 제어부(100)는 지지부(4)로부터 조출되는 주축(3)의 조출량(조출 길이)(P)에 따라 주축(3)의 회전 속도의 허용 최대 회전 속도(상한값)(Smax)를 변경시킨다.
주축(3)의 조출량(P)이 0㎜ 내지 P1(예를 들어, P1＝100㎜)의 범위에 있는 경우, 주축(3)은 지지부(4)에 충분히 지지되어 있어 안정되어 있으므로, 고속으로 회전해도 진동이나 파손의 위험성이 적다. 따라서 허용 최대 회전 속도(Smax)는 비교적 높게 S1로 설정된다.
주축(3)의 조출량(P)이 P1 내지 P2(예를 들어, P2＝200㎜)의 범위에 있는 경우, 허용 최대 회전 속도(Smax)는 S1보다도 작은 S2로 설정된다. 주축(3)의 조출량(P)이 P2 내지 P3(예를 들어, P3＝300㎜)의 범위에 있는 경우, 허용 최대 회전 속도(Smax)는 S2보다도 작은 S3으로 설정된다. 주축(3)의 조출량(P)이 P3 내지 P4(예를 들어, P4＝400㎜)의 범위에 있는 경우, 허용 최대 회전 속도(Smax)는 S3보다도 작은 S4로 설정된다. 주축(3)의 조출량(P)이 P4 내지 P5(예를 들어, P5＝500㎜)의 범위에 있는 경우, 허용 최대 회전 속도(Smax)는 S4보다도 작은 S5로 설정된다. 또한, 주축(3)의 조출량(P)이 P5 이상의 범위에 있는 경우, 허용 최대 회전 속도(Smax)는 S5보다도 작은 S6으로 설정된다.
이와 같이, 제어부(101)는 주축(3)의 조출량(P)이 커짐에 따라서, 허용 최대 회전 속도(Smax)를 S1로부터 S5로 단계적으로 저하시킨다. 환언하면, 조출량(P)은 복수의 구분(0 내지 P1, P1 내지 P2, P2 내지 P3, P3 내지 P4, P4 내지 P5)으로 구분되어 있고, 허용 최대 회전 속도(Smax)(회전 속도의 상한값)는 조출량(P)의 구분마다 설정되어 있다. 이것은, 주축(3)의 조출량(P)이 커져도, 진동이나 파손을 방지하기 위해서이다. 또한, 기억부(102)는 상한값 파라미터로서 도 4에 나타내는 테이블을 저장하면 된다.
도 4는 허용 최대 회전 속도(max)(회전 속도의 상한값)와 조출량(P)의 관계를 나타내는 상한값 파라미터 테이블이다. 기억부(102)는 도 4에 나타낸 바와 같이 주축(3)의 허용 최대 회전 속도[Smax(S1 내지 Sn)]를 실제의 조출량(P)이 속하는 구분의 최대 조출량(P1 내지 Pn)과 각각 관련지어 저장한다. 여기서, n은 정수로, 6 이상이어도 되고, 혹은 4 이하이어도 된다.
예를 들어, 구분 0 내지 P1의 최대 조출량은 P1이고, 이 구분에서의 허용 최대 회전 속도(Smax)는 S1이다. 구분 P1 내지 P2의 최대 조출량은 P2이고, 이 구분에서의 허용 최대 회전 속도(Smax)는 S2이다. 구분 P2 내지 P3의 최대 조출량은 P3이고, 이 구분에서의 허용 최대 회전 속도(Smax)는 S3이다. 구분 P3 내지 P4의 최대 조출량은 P4이고, 이 구분에서의 허용 최대 회전 속도(Smax)는 S4이다. 구분 P4 내지 P5의 최대 조출량은 P5이고, 이 구분에서의 허용 최대 회전 속도(Smax)는 S5이다. 이와 같이, 상한값 파라미터 테이블에서는, 파라미터 P1 내지 P5는 각 구분에 있어서의 허용 최대 회전 속도 S1 내지 S5와 관련되어 있다.
가공 프로그램 해석부(110)는 실제의 조출량(P)과 상한값 파라미터 테이블의 P1 내지 Pn을 각각 비교함으로써, 현 시점에 있어서의 실제의 조출량(P)이 어느 구분(0 내지 P1, P1 내지 P2, P2 내지 P3, … Pn-1 내지 Pn)에 속하는지를 검지할 수 있다. 그리고 가공 프로그램 해석부(110)는, 실제의 조출량(P)에 따라 조출량(P)이 속하는 구분에 대응한 속도(S1 내지 Sn 중 어느 하나)를 허용 최대 회전 속도(Smax)로 설정할 수 있다.
가공 프로그램 실행부(111)는 가공 프로그램 해석부(110)에서 설정된 허용 최대 회전 속도(Smax)에 따라서 제1 모터(17)를 제어한다.
다음에, 본 실시 형태에 의한 공작 기계의 동작을 보다 상세하게 설명한다.
도 5는 본 실시 형태에 의한 공작 기계의 가공 프로그램 해석 동작을 나타내는 흐름도이다. 우선, 제어부(101)는 기억부(102)에 저장된 가공 프로그램을 그 선두로부터 해석해 가서, 주축 회전 지령(S)의 유무를 확인한다(S10). 주축 회전 지령(S)은 가공 프로그램에 있어서 설정된 주축(3)의 회전 속도의 지령이다. 주축 회전 지령(S)은 오퍼레이터가 수동 설정한 원하는 회전 속도의 경우도 포함된다.
예를 들어, 주축 회전 지령(S)이 설정되어 있는 경우(S10의 예), 가공 프로그램 해석부(110)는 기억부(102)에 저장된 상한값 파라미터 테이블을 참조하여, 주축(3)의 실시 형태의 조출량(P)이 속하는 구분을 검색한다(S20). 보다 상세하게는, 가공 프로그램 해석부(110)는 도 6에 나타낸 바와 같이 실제의 조출량(P)과 각 구분의 최대 조출량 P1 내지 P5를 각각 비교하여, 판정한다.
도 6은 조출량(P)의 구분 검색 동작을 나타내는 흐름도이다. 우선, 가공 프로그램 해석부(110)는 실제의 조출량(P)과 최대 조출량(P1)을 비교한다(S21). 실제의 조출량(P)이 최대 조출량(P1)보다도 작은 경우(S21의 예), 실제의 조출량(P)은 0≤P＜P1의 구분에 속하는 것이 판명된다.
마찬가지로, 실제의 조출량(P)이 최대 조출량(P1) 이상인 경우(S21의 아니오), 가공 프로그램 해석부(110)는 실제의 조출량(P)과 최대 조출량(P2)을 비교한다(S22). 실제의 조출량(P)이 최대 조출량(P2)보다도 작은 경우(S22의 예), 실제의 조출량(P)은 P1≤P＜P2의 구분에 속하는 것이 판명된다.
실제의 조출량(P)이 최대 조출량(P2) 이상인 경우(S22의 아니오), 가공 프로그램 해석부(110)는 실제의 조출량(P)과 최대 조출량(P3)을 비교한다(S23). 실제의 조출량(P)이 최대 조출량(P3)보다도 작은 경우(S23의 예), 실제의 조출량(P)은 P2≤P＜P3의 구분에 속하는 것이 판명된다.
실제의 조출량(P)이 최대 조출량(P3) 이상인 경우(S23의 아니오), 가공 프로그램 해석부(110)는 실제의 조출량(P)과 최대 조출량(P4)을 비교한다(S24). 실제의 조출량(P)이 최대 조출량(P4)보다도 작은 경우(S24의 예), 실제의 조출량(P)은 P3≤P＜P4의 구분에 속하는 것이 판명된다.
실제의 조출량(P)이 최대 조출량(P4) 이상인 경우(S24의 아니오), 가공 프로그램 해석부(110)는 실제의 조출량(P)과 최대 조출량(P5)을 비교한다(S25). 실제의 조출량(P)이 최대 조출량(P5)보다도 작은 경우(S25의 예), 실제의 조출량(P)은 P4≤P＜P5의 구분에 속하는 것이 판명된다.
또한, 실제의 조출량(P)이 최대 조출량(P5) 이상인 경우(S25의 아니오), 실제의 조출량(P)은 P5≤P의 구분에 속하는 것이 판명된다.
이와 같이 하여, 실제의 조출량(P)이 속하는 구분이 판명된다.
다시, 도 5를 참조한다. 다음에, 가공 프로그램 해석부(110)는 상한값 파라미터 테이블을 참조하여, 실제의 조출량(P)이 속하는 구분에 대응하는 허용 최대 회전 속도(Smax)를 구한다(S30). 이때, 본 실시 형태에서는, 허용 최대 회전 속도(Smax)는 조출량의 구분에 대해 일대일로 대응하고 있고, 구분마다 일정하게 설정되어 있다. 즉, 조출량(P)이 속해 있는 구분이 바뀌면, 허용 최대 회전 속도(Smax)는 변화되지만, 조출량(P)이 동일 구분에 속해 있는 한, 허용 최대 회전 속도(Smax)는 변화되지 않는다.
따라서 본 실시 형태에서는, 실제의 조출량(P)이 속해 있는 구분이 스텝 S20에서 판명되면, 상한값 파라미터 테이블을 참조함으로써, 허용 최대 회전 속도(Smax)도 저절로 판명된다.
예를 들어, 실제의 조출량(P)이 O≤P＜P1의 구분에 속하는 경우, 허용 최대 회전 속도(Smax)는 S1로 설정된다. 실제의 조출량(P)이 P1≤P＜P2의 구분에 속하는 경우, 허용 최대 회전 속도(Smax)는 S2로 설정된다. 실제의 조출량(P)이 P2≤P＜P3의 구분에 속하는 경우, 허용 최대 회전 속도(Smax)는 S3으로 설정된다. 실제의 조출량(P)이 P3≤P＜P4의 구분에 속하는 경우, 허용 최대 회전 속도(Smax)는 S4로 설정된다. 실제의 조출량(P)이 P4≤P＜P5의 구분에 속하는 경우, 허용 최대 회전 속도(Smax)는 S5로 설정된다. 실제의 조출량(P)이 P5≤P의 구분에 속하는 경우, 허용 최대 회전 속도(Smax)는 S6으로 설정된다.
다음에, 가공 프로그램 실행부(111)가 기억부(102)에 저장된 가공 프로그램과, 가공 프로그램 해석부(110)에서 해석되어 설정된 허용 최대 회전 속도(Smax)를 사용하여, 제1 및 제2 모터(17, 9)를 구동한다.
제1 및 제2 모터(17, 9)는 가공 프로그램에 따라서 조출량(P) 및 회전 속도(S)로 주축(3)을 구동시켜, 공구로 가공 대상물을 가공한다.
가공 대상물의 가공 중에 있어서, 회전 속도(S)가 허용 최대 회전 속도(Smax) 미만인 경우(S40의 아니오), 가공 프로그램 실행부(111)는 가공 프로그램 그대로 제1 모터(17)를 구동시킨다. 즉, 회전 속도 코맨드(SCMD)를 가공 프로그램에서 설정된 지령 회전 속도(S)로 설정한다(S60). 또한, 회전 속도 코맨드(SCMD)는 가공 프로그램 실행부(111)가 제1 모터(17)에 부여하는 실제의 주축 회전 속도의 명령이다.
한편, 가공 대상물의 가공 중에 있어서, 지령 회전 속도(S)가 허용 최대 회전 속도(Smax) 이상으로 된 경우(S40의 예), 가공 프로그램 실행부(111)는 지령 회전 속도(S)를 허용 최대 회전 속도(Smax)로 설정한다(S50). 지령 회전 속도(S)가 허용 최대 회전 속도(Smax)로 되기 때문에, 스텝 S60에서는 회전 속도 코맨드(SCMD)는 허용 최대 회전 속도(Smax)로 된다. 즉, 회전 속도 코맨드(SCMD)는 허용 최대 회전 속도(Smax)를 초과하지 않는다. 이에 의해, 주축(3)의 진동을 억제하여, 주축(3)의 후단부의 볼 베어링(5)의 파손을 억제할 수 있다.
스텝 S50에서는, 가공 프로그램 실행부(111)는 지령 회전 속도(S)를 허용 최대 회전 속도(Smax)로 설정하는 동시에,(혹은, 이 대신에) 알람을 발생시켜도 된다. 알람으로서는, 예를 들어 조작 표시부(103)에 경고 내용을 표시해도 되고, 혹은 스피커로부터 경고음을 발해도 된다. 이에 의해, 오퍼레이터는 지령 회전 속도(S)가 허용 최대 회전 속도(Smax)를 초과한 것을 알 수 있다. 또한, 오퍼레이터는 회전 속도 코맨드(SCMD)를 허용 최대 회전 속도(Smax) 이하로 억제하도록 오버라이드(SOVR)를 설정할 수 있다.
또한, 스텝 S10에 있어서, 지령 회전 속도(S)가 없는 경우(S10의 아니오), 이전의 지령 회전 속도(S)가 리셋되어 있지 않는 한, 회전 속도 코맨드(SCMD)는 이전의 S를 유지한다.
도 7은 모니터부(112)에 있어서의 오버라이드 처리의 동작을 나타내는 흐름도이다. 상술한 바와 같이, 오버라이드 처리는 지령 회전 속도(S)를 오버라이드의 비율(SOVR)에 따라서 변경하는 처리이다. 이하, 오버라이드의 비율을 단순히 오버라이드(SOVR)라고도 한다.
오버라이드(SOVR)가 설정되면, 모니터부(112)는 지령 회전 속도(S)에 오버라이드(SOVR)를 승산한다(S31). 그리고 오버라이드 회전 속도(S')(S'＝S*SOVR)를 실제의 회전 속도로 한다.
가공 대상물의 가공 중에 있어서, 오버라이드 회전 속도(S')가 허용 최대 회전 속도(Smax) 미만인 경우(S41의 아니오), 가공 프로그램 실행부(111)는 회전 속도 코맨드(SCMD)를 오버라이드 회전 속도(S')로 설정한다(S61).
한편, 가공 대상물의 가공 중에 있어서, 오버라이드 회전 속도(S')가 허용 최대 회전 속도(Smax) 이상으로 된 경우(S41의 예), 모니터부(112)는 오버라이드 회전 속도(S')를 허용 최대 회전 속도(Smax)로 설정한다(S51). 오버라이드 회전 속도(S')가 허용 최대 회전 속도(Smax)로 설정되므로, 스텝 S61에서는 회전 속도 코맨드(SCMD)는 허용 최대 회전 속도(Smax)로 된다. 즉, 오버라이드를 사용해도, 회전 속도 코맨드(SCMD)는 허용 최대 회전 속도(Smax)를 초과하지 않는다. 이에 의해, 오버라이드를 사용한 경우라도, 주축(3)의 진동을 억제하고, 볼 베어링(5)의 파손을 억제할 수 있다.
스텝 S51에서는, 가공 프로그램 실행부(111)는 허용 최대 회전 속도(Smax)를 지령 회전 속도(S)로서 사용하는 동시에, 알람을 발생시켜도 된다.
이상과 같이, 본 실시 형태에 따르면 주축(3)의 조출량(P)에 따라 허용 최대 회전 속도(Smax)를 변경할 수 있다. 이에 의해, 가공 프로그램에 있어서 주축(3)의 조출량(P)이 변경되어도, 주축(3)의 회전 속도 코맨드(SCMD)를 과잉으로 저하시키는 일 없이, 주축(3)의 진동을 억제하고, 또한 주축(3)의 후단부의 볼 베어링(5)이 파손되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 허용 최대 회전 속도(Smax)는 위험 회전 속도에 기초하여 설정하면 된다. 예를 들어, 허용 최대 회전 속도(Smax)는 위험 회전 속도로부터 일정한 마진만큼 저하시킨 회전 속도로 해도 좋다. 이에 의해, 허용 최대 회전 속도(Smax)를 가급적으로 높은 값으로 설정할 수 있어, 주축(3)의 실제의 회전 속도를 과잉으로 저하시키는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는 주축(3)의 조출량(P)에 따라 허용 최대 회전 속도(Smax)를 변경함으로써, 주축(3)의 기계적 데미지도 방지할 수 있다.
통상, 주축(3)의 조출량(P)에 따른 허용 최대 회전 속도(Smax)는 가공 프로그램에서는 확인할 수 없다. 그러나 본 실시 형태는, 주축(3)의 조출량(P)에 따른 허용 최대 회전 속도(Smax)를 상한값 파라미터로서 미리 설정함으로써, 자동화, 무인화 및 고속화되어 있는 공작 기계를 보다 고정밀도로, 또한 안전하게 할 수 있다.
(제2 실시 형태)
도 8은 제2 실시 형태에 따른 주축(3)의 허용 최대 회전 속도(Smax)와 주축(3)의 조출량(P)의 관계를 나타내는 그래프이다. 제2 실시 형태에서는, 제어부(100)는 주축(3)의 조출량(P)에 따라 허용 최대 회전 속도(Smax)를 각 구분 내에 있어서 선형적으로 변경시킨다.
주축(3)의 조출량(P)이 0 내지 P1의 범위에 있는 경우, 허용 최대 회전 속도(Smax)는 S1로 설정된다. 주축(3)의 조출량(P)이 P1 내지 P2의 범위에 있는 경우, 허용 최대 회전 속도(Smax)는 S1과 S2 사이에서 선형으로 변화된다. 주축(3)의 조출량(P)이 P2 내지 P3의 범위에 있는 경우, 허용 최대 회전 속도(Smax)는 S2와 S3 사이에서 선형으로 변화된다. 주축(3)의 조출량(P)이 P3 내지 P4의 범위에 있는 경우, 허용 최대 회전 속도(Smax)는 S3과 S4 사이에서 선형으로 변화된다. 주축(3)의 조출량(P)이 P4 내지 P5의 범위에 있는 경우, 허용 최대 회전 속도(Smax)는 S4와 S5 사이에서 선형으로 변화된다. 주축(3)의 조출량(P)이 P5 이상의 범위에 있는 경우, 허용 최대 회전 속도(Smax)는 S5를 유지한다.
또한, 제2 실시 형태에 의한 공작 기계의 구성은, 도 1 및 도 2에 도시하는 구성과 동일해도 된다. 또한, 제2 실시 형태의 상한값 파라미터 테이블은 도 4에 나타내는 그것과 동일해도 된다. 제2 실시 형태에서는 가공 프로그램 해석부(110)에 있어서의 처리가 제1 실시 형태의 그것과 다르다.
다음에, 제2 실시 형태에 의한 공작 기계의 동작을 보다 상세하게 설명한다.
도 9는 제2 실시 형태에 의한 공작 기계의 프로그램 해석 동작을 나타내는 흐름도이다. 스텝 S10 및 S20은, 도 5를 참조하여 설명한 스텝 S10 및 S20과 동일하다.
다음에, 가공 프로그램 해석부(110)는 실제의 조출량(P)의 위치에 기초하여, 허용 최대 회전 속도(Smax)를 구한다(S35). 이때, 가공 프로그램 해석부(110)는 다음 수학식 1을 연산한다.
Figure 112012008300659-pat00001
여기서, i는 O 내지 n의 정수이다. Si는 조출량(P)이 속하는 구분의 허용 최대 회전 속도이다. Si -1은 조출량(P)이 속하는 구분의 바로 앞에 인접하는 구분의 허용 최대 회전 속도이다. Pi는 조출량(P)이 속하는 구분의 최대 조출량이다. Pi-1은 조출량(P)이 속하는 구분의 바로 앞에 인접하는 구분의 최대 조출량이다. 또한, (Si-Si -1)／(Pi-Pi -1)은, 도 8에 나타내는 그래프에 있어서, 조출량(P)이 속하는 구분에 있어서의 선분의 기울기를 나타낸다.
수학식 1을 연산함으로써, 가공 프로그램 해석부(110)는 조출량(P)이 속하는 구분의 허용 최대 회전 속도(Si)와 조출량(P)이 속하는 구분의 바로 앞에 인접하는 구분의 허용 최대 회전 속도(Si -1) 사이를 선형적으로 보간한 허용 최대 회전 속도를 실제의 조출량(P)에 기초하여 구할 수 있다. 이에 의해, 제2 실시 형태는 보다 상세하게 허용 최대 회전 속도(Smax)를 설정할 수 있다.
그 후의 스텝 S40 내지 S60은, 도 5를 참조하여 설명한 스텝 S40 내지 S60과 동일하다.
제2 실시 형태는 조출량(P)의 구분 사이에 있어서의 허용 최대 회전 속도를 선형적으로 보간하므로, 실제의 조출량(P)에 적합한 허용 최대 회전 속도(Smax)를 고정밀도로 설정할 수 있다. 또한, 제2 실시 형태는 제1 실시 형태의 효과도 얻을 수 있다.
또한, 제2 실시 형태에 있어서 n을 크게 하면, 도 8에 나타내는 그래프는 곡선에 가까워지므로, 허용 최대 회전 속도(Smax)를 더욱 고정밀도로 설정할 수 있다.
1 : 하우징
2 : 공구
3 : 주축
4 : 지지부(슬리브)
5 : 회전 베어링
7 : 볼 나사
9 : 제2 모터
10 : 회전 전달 키
11 : 키 홈
15 : 기어
17 : 제1 모터
100 : 제어 장치
101 : 제어부
102 : 기억부
103 : 조작 표시부
110 : 가공 프로그램 해석부
111 : 가공 프로그램 실행부
112 : 모니터부
Smax : 허용 최대 회전 속도
SCMD : 회전 속도 코맨드
SOVR : 오버라이드
P : 조출량

Claims (13)

  1. 회전하는 주축을 사용하여 공작 대상물을 가공하는 공작 기계이며,
    상기 주축을 지지하는 지지부와,
    상기 주축을 제1 축을 중심으로 회전시키는 제1 구동부와,
    상기 주축을 상기 지지부로부터 상기 제1 축 방향으로 조출하는 제2 구동부와,
    상기 지지부로부터 조출되는 상기 주축의 조출 길이에 따라 상기 주축의 회전 속도의 상한값을 변경하는 제어부와,
    상기 회전 속도의 상한값과 상기 조출 길이의 관계를 저장하는 기억부를 구비한, 공작 기계.
  2. 제1항에 있어서, 상기 조출 길이는, 복수의 구분으로 구분되어 있고,
    상기 회전 속도의 상한값은, 상기 조출 길이의 구분마다 설정되어 있는 것을 특징으로 하는, 공작 기계.
  3. 제2항에 있어서, 상기 기억부는, 상기 조출 길이의 구분 중 최대 조출 길이와 상기 회전 속도의 상한값의 관계를 저장하고 있는 것을 특징으로 하는, 공작 기계.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 회전 속도의 상한값은, 상기 조출 길이의 구분 내에 있어서 일정하게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는, 공작 기계.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 회전 속도의 상한값은, 상기 조출 길이의 구분 내에 있어서 선형으로 변화되도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는, 공작 기계.
  6. 제5항에 있어서, 상기 회전 속도의 상한값(Smax)은,
    [수학식 1]
    Figure 112013066865515-pat00002

    (i는 O 내지 n의 정수이다. Si는 조출 길이(P)이 속하는 구분의 허용 최대 회전 속도이다. Si-1은 조출 길이(P)이 속하는 구분의 바로 앞에 인접하는 구분의 허용 최대 회전 속도이다. Pi는 조출 길이(P)이 속하는 구분의 최대 조출 길이이다. Pi-1은 조출 길이(P)이 속하는 구분의 바로 앞에 인접하는 구분의 최대 조출 길이이다.)
    수학식 1에 따라서 결정되는 것을 특징으로 하는, 공작 기계.
  7. 회전 가능하고, 또한 주축을 지지하는 지지부로부터 조출 가능한 주축을 사용하여 공작 대상물을 가공하는 공작 기계의 제어 방법이며,
    상기 공작 기계는, 상기 회전 속도의 상한값과 상기 조출 길이의 관계를 저장하고 있고,
    상기 지지부로부터 조출되는 상기 주축의 조출 길이에 따라 상기 주축의 회전 속도의 상한값을 설정하는 것을 구비한, 공작 기계의 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 조출 길이는, 복수의 구분으로 구분되어 있고,
    상기 회전 속도의 상한값은, 상기 조출 길이의 구분마다 설정되어 있는 것을 특징으로 하는, 공작 기계의 제어 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 공작 기계는, 상기 조출 길이의 구분 중 최대 조출 길이와 상기 회전 속도의 상한값의 관계를 저장하고 있는 것을 특징으로 하는, 공작 기계의 제어 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 회전 속도의 상한값은, 상기 조출 길이의 구분 내에 있어서 일정하게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는, 공작 기계의 제어 방법.
  11. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 회전 속도의 상한값은, 상기 조출 길이의 구분 내에 있어서 선형으로 변화되도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는, 공작 기계의 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 회전 속도의 상한값(Smax)은,
    [수학식 1]
    Figure 112013066865515-pat00003

    (i는 O 내지 n의 정수이다. Si는 조출 길이(P)이 속하는 구분의 허용 최대 회전 속도이다. Si-1은 조출 길이(P)이 속하는 구분의 바로 앞에 인접하는 구분의 허용 최대 회전 속도이다. Pi는 조출 길이(P)이 속하는 구분의 최대 조출 길이이다. Pi-1은 조출 길이(P)이 속하는 구분의 바로 앞에 인접하는 구분의 최대 조출 길이이다.)
    수학식 1에 따라서 결정되는 것을 특징으로 하는, 공작 기계의 제어 방법.
  13. 제7항에 있어서, 상기 주축의 실제의 회전 속도를 상기 회전 속도의 상한값을 초과하지 않도록 제한하는 것을 특징으로 하는, 공작 기계의 제어 방법.
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