KR101492438B1 - Atc 에어스핀들 구동용 에어터빈 제어시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에어터빈 제어시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 에어터빈을 구동하기 위해 공급되는 에어의 유량을 조절하여 피삭재의 절삭을 위해 회전하는 주축인 ATC 에어스핀들이 정속으로 회전함과 아울러 정위치에서 회전할 수 있도록 에어터빈의 외주면에 형성된 포켓에 공급되는 에어의 유량을 정밀하게 제어할 수 있게 하는 ATC 에어스핀들 구동용 에어터빈 제어시스템에 관한 것이다.

Description

ATC 에어스핀들 구동용 에어터빈 제어시스템{AIR TURBINE CONTROL SYSTEM FOR DRIVING OF ATC AIR SPINDLE}
본 발명은 에어터빈 제어시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 에어터빈을 구동하기 위해 공급되는 에어의 유량을 조절하여 피삭재의 절삭을 위해 회전하는 주축인 ATC 에어스핀들이 정속으로 회전함과 아울러 정위치에서 회전할 수 있도록 에어터빈의 외주면에 형성된 포켓에 공급되는 에어의 유량을 정밀하게 제어할 수 있게 하는 ATC 에어스핀들 구동용 에어터빈 제어시스템에 관한 것이다.
일반적으로 머시닝센터에 사용되는 ATC(Automatic Tool Changer) 스핀들(spindle, 주축(主軸))은 축단이 공작물이나 절삭공구에 장착된 회전축으로서 고속으로 회전하며 절삭이 이루어지게 하는데 이용된다.
기존에 사용되는 머시닝센터용 ATC 스핀들의 회전구동은 빌트인 모터 형식으로 이루어짐이 일반적인데, 이러한 빌트인 모터 형식에서 피삭재 절삭을 위해 ATC 스핀들을 회전시킴에 있어 속도제어를 통하여 절삭부하시에도 무부하일 경우와 동일한 회전속도를 얻을 수 있도록 빌트인 모터에 공급되는 전류량을 조절함으로써, ATC 스핀들이 정속으로 회전할 수 있게 구성되었다.
이와 같이 공작기계의 다양한 분야에서 이루어지는 정밀 선삭/면삭 가공에 적용되는 머시닝센터의 ATC 스핀들(주축)은 세라믹 볼베어링과 빌트인 모터 구조로 구성되었는데, 이처럼 접촉식 볼베어링을 적용할 경우 최고 40,000rpm 까지 밖에 동작할 수 없는 한계가 있으며, 볼베어링 자체의 접촉 마찰 및 마모로 인하여 주기적인 베어링 교체(약 6개월 주기)가 필요하였다. 또한, 볼베어링의 접촉 마찰로 인한 발열과 더불어 모터자체의 발열 등 열원을 내포할 수 밖에 없어 냉각 시스템을 별도로 구비하여야 하는 번거로운 문제점이 있었으며, 이러한 문제점으로 인하여 초정밀/초고속 회전에 대한 한계점을 가질 수 밖에 없었다.
또한, 머시닝센터에 에어베어링이 적용된 ATC 에어스핀들의 경우 구동부가 빌트인 모터 형식으로 이루어진 때에는 기존 스핀들과 동일하게 빌트인 모터에 공급되는 전류량에 의해 원하는 구동속도를 유지하도록 조절되었다. 그러나 이 경우에도 빌트인 모터를 사용함으로 인하여 모터자체의 발열을 제거하기 위한 냉각시스템이 요구됨은 마찬가지였는바, 초정밀/초고속 회전에 적용하기에는 구조적인 한계를 가질 수 밖에 없었다.
최근에는, 초정밀/초고속 회전에 유리한 에어베어링이 적용된 스핀들의 경우 발열원을 제거하기 위하여 빌트인 모터 형식의 구동 시스템을 에어터빈으로 대체하여 이루어지는 추세이며, 이러한 에어터빈은 원주면에 다수의 포켓이 형성되고 노즐을 통해 상기 포켓에 일정량의 에어를 공급하여 에어터빈을 회전시키도록 구성된다. 그에 따라, 종래 볼베어링을 사용하면서 고속 회전할 경우 발생될 수 있는 볼베어링의 마모로 인한 내부 발열을 방지할 수 있게 된다.
이와 같이 에어터빈에 의해 구동되는 ATC 에어스핀들(1)은 도 1에 도시된 바와 같이 축(Shaft)(10)과 에어터빈(Air Turbine)(20)으로 이루어지며, 상기 에어터빈(20)은 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 노즐에서 배출되는 에어(도 2b에서는 화살표로 도시함)에 의해 저항력이 발생되어 에어터빈을 회전시킬 수 있는 다수의 포켓(30)이 외주면에 형성되어 이루어진다.
이처럼 에어의 공급에 의해 에어터빈을 구동하는 경우에는 에어스핀들의 구동과 회전속도를 조절할 수 있도록, 에어터빈이 회전하는 정방향과 역방향 각각의 에어터빈 외주면에 에어공급 노즐이 구비되어야 하며, 각 에어공급 노즐에는 에어의 공급유량을 조절하기 위한 밸브가 구비되어 이루어진다.
종래의 빌트인 모터의 경우 전류량의 제어에 의해 그 회전수를 정밀하게 제어할 수 있었음에 반하여, 에어터빈의 경우에는 요구되는 회전수의 증감을 위하여 기계적 구성으로 이루어진 밸브의 개폐 정도를 정밀하게 제어하여야 하는바, 전류량으로 제어되는 빌트인 모터에 비하여 응답 속도 측면에서 상대적으로 불리할 수 밖에 없는 문제점이 있었다. 그러나, 고품질 가공과 더불어 생산성 향상을 위한 초정밀/초고속에 유리한 에어베어링과 에어터빈으로 이루어지는 ATC 에어스핀들의 경우 초고속 회전에서의 회전수 오차 값은 상대적으로 무시될 수 있을 정도인바 아직까지는 응답 속도 측면에서의 불이익에도 불구하고 사용되고 있다.
그에 따라, 에어베어링과 에어터빈의 형태로 이루어진 에어스핀들은 주축에 장착되는 툴 형식의 개념으로 일부 적용되고 있을 뿐, 주축 자체로 사용되기는 어려운 문제점이 있었다.
이처럼 에어베어링과 에어터빈 형태로 이루어진 에어스핀들은 빌트인 모터로 이루어지는 스핀들에 비하여 응답 속도 측면에서 불리한 점이 있는바, 보다 정밀한 절삭을 위해서는 근본적으로 에어터빈의 회전수를 보다 신속하고 정밀하게 제어할 수 있는 최적의 제어방법에 대한 개발 요청이 존재할 수 밖에 없었다.
특히 현재 에어베어링과 에어터빈으로 이루어지는 ATC 에어스핀들의 경우 정속 및 정위치 제어가 요구되지 않는 정밀 연삭 및 커팅 등의 공정(반도체 웨이퍼 관련 가공 및 금형사상 가공 등)에 한정적으로 적용되고 있을 뿐인바, 정속 제어 및 정위치 제어가 가능한 제어시스템이 구현될 경우 보다 다양한 분야로의 확대가 가능하게 될 것임은 분명하다 할 것이다.
대한민국 등록특허공보 제10-1256394호
본 발명이 해결하려는 과제는, 에어터빈을 구동하기 위해 공급되는 에어의 유량을 조절하여 피삭재의 절삭을 위해 회전하는 주축인 ATC 에어스핀들이 정속으로 회전함과 아울러 정위치에서 회전할 수 있도록 에어터빈의 외주면에 형성된 포켓에 공급되는 에어의 유량을 정밀하게 제어할 수 있게 하는 ATC 에어스핀들 구동용 에어터빈 제어시스템을 제공함에 있다.
그에 따라, 본 발명은 에어베어링과 에어터빈으로 이루어진 ATC 에어스핀들이 머시닝센터의 주축으로 적용될 수 있도록, 에어터빈에 공급되는 에어의 공급유량을 조절하는 밸브를 정밀 제어함으로써, 정/역방향으로 회전하는 에어터빈에 공급되는 유량을 정밀 제어하여 정속회전을 유지함과 아울러, 절삭부하에 대응하여도 일정한 회전속도를 유지할 수 있게 한 ATC 에어스핀들 구동용 에어터빈 제어시스템을 제공함에 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 ATC 에어스핀들 구동용 에어터빈 제어시스템은,
머시닝센터를 이루는 장비의 교체와 구동을 통합적으로 제어하는 제어반인 CNC 시스템; 상기 CNC 시스템에 일단이 연결되어 에어터빈의 구동을 위한 제어명령인 요구 회전수를 수신하고 에어터빈으로 에어를 공급하는 밸브의 개폐를 조절하는 밸브조절신호를 생성하여 밸브로 전송하는 PLC 정속제어부; 및 상기 PLC 정속제어부에서 전송되는 밸브조절신호에 의해 회전하는 에어터빈의 실 회전수를 카운팅한 후 상기 PLC 정속제어부로 전송하여 밸브조절신호의 갱신을 위한 피드백신호로 공급하는 엔코더를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 PLC 정속제어부는,
상기 CNC 시스템에 전기적으로 연결되어 회전축이 도달해야 하는 요구 회전수를 수신하는 CNC 연결부; 상기 CNC 연결부에서 수신한 요구 회전수에 도달하기 위해 에어터빈으로 공급해야 할 에어의 유량을 연산하여 밸브의 개폐 정도를 산출한 후 밸브조절신호를 생성하는 밸브조절신호 생성부; 에어를 에어터빈으로 공급하는 밸브에 일단이 연결되어 상기 밸브조절신호 생성부에서 생성된 밸브조절신호를 전송하는 밸브조절신호 전송부; 상기 엔코더에 일단이 연결되어 상기 엔코더에서 카운팅된 에어터빈의 실 회전수를 수신하는 엔코더 연결부; 및 상기 엔코더 연결부를 통하여 수신한 실 회전수를 상기 CNC 연결부에서 수신한 요구 회전수와 비교하여 그 차이를 최소화할 수 있는 갱신 회전수를 산출하는 피드백 처리부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 PLC 정속제어부는 응답시간을 최소화할 수 있는 제어방식인 PID(Proportional, Integral, Differential) 방식으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 ATC 에어스핀들 구동용 에어터빈 제어시스템은,
머시닝센터를 이루는 장비의 교체와 구동을 통합적으로 제어하는 제어반인 CNC 시스템; 상기 CNC 시스템에 일단이 연결되어 회전축(Shaft)의 위치를 나타내는 요구 위치값을 수신하고 회전축의 현재 위치값을 앱솔루트 엔코더로부터 수신한 후 상기 현재 위치값이 요구 위치값과 일치되게 에어터빈을 회전시키는 위치조절신호를 생성하여 밸브로 전송하는 PLC 정위치 제어부; 및 상기 ATC 에어스핀들을 이루는 회전축의 현재 위치값을 에어터빈의 회전 각도에 의해 산출하고 산출된 현재 위치값을 상기 PLC 정위치 제어부로 전송하는 앱솔루트 엔코더를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 PLC 정위치 제어부는,
상기 CNC 시스템에 전기적으로 연결되어 회전축이 위치해야 하는 각도를 나타내는 요구 위치값을 수신하는 CNC 연결부; 상기 앱솔루트 엔코더에 연결되어 ATC 에어스핀들을 이루는 회전축의 현재 위치값을 상기 앱솔루트 엔코더로부터 수신하는 앱솔루트 엔코더 연결부; 상기 CNC 연결부에서 수신한 요구 위치값을 상기 앱솔루트 엔코더에서 수신한 현재 위치값과 비교하여 회전축의 현재 위치값이 요구 위치값과 일치되게 하기 위해 상기 에어터빈이 회전해야 하는 방향과 각도를 산출한 후 위치조절신호를 생성하는 위치조절신호 생성부; 상기 위치조절신호 생성부에 생성된 위치조절신호에 의해 에어터빈을 회전시키기 위해 상기 에어터빈으로 공급해야 할 에어의 유량을 연산하여 밸브조절신호를 생성하는 밸브조절신호 생성부; 및 에어를 에어터빈으로 공급하는 밸브에 일단이 연결되어 상기 밸브조절신호 생성부에서 생성된 밸브조절신호를 전송하는 밸브조절신호 전송부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 에어터빈을 구동하기 위해 공급되는 에어의 유량을 조절하여 피삭재의 절삭을 위해 회전하는 주축인 ATC 에어스핀들이 정속으로 회전함과 아울러 정위치에서 회전할 수 있도록 에어터빈의 외주면에 형성된 포켓에 공급되는 에어의 유량을 정밀하게 제어할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 에어터빈에 공급되는 에어의 공급유량을 조절하는 밸브를 정밀 제어함으로써, 정/역방향으로 회전하는 에어터빈에 공급되는 유량을 정밀 제어하여 정속회전을 유지함과 아울러, 절삭부하에 대응하여도 일정한 회전속도를 유지할 수 있게 하여, 에어베어링과 에어터빈으로 이루어진 ATC 에어스핀들을 머시닝센터의 주축으로 적용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 ATC 에어스핀들의 단면도.
도 2a 및 도 2b는 ATC 에어스핀들의 에어터빈의 평면도 및 측단면도.
도 3은 본 발명에 따른 ATC 에어스핀들 구동용 에어터빈 제어시스템의 블록 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 ATC 에어스핀들 구동용 에어터빈 제어시스템을 이루는 PLC 정위치 제어부의 블록 구성도.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명에 따른 ATC 에어스핀들 구동용 에어터빈 제어시스템의 블록 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 ATC 에어스핀들 구동용 에어터빈 제어시스템을 이루는 PLC 정위치 제어부의 블록 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 ATC 에어스핀들 구동용 에어터빈 제어시스템은, 머시닝센터를 이루는 장비의 교체와 구동을 통합적으로 제어하는 제어반인 CNC 시스템(100)과, 상기 CNC 시스템에 일단이 연결되어 에어터빈의 구동을 위한 제어명령인 요구 회전수를 수신하고 에어터빈으로 에어를 공급하는 밸브의 개폐를 조절하는 밸브조절신호를 생성하여 밸브로 전송하는 PLC 정속제어부(200)와, 상기 PLC 정속제어부에서 전송되는 밸브조절신호에 의해 회전하는 에어터빈의 실 회전수를 카운팅한 후 상기 PLC 정속제어부로 전송하여 밸브조절신호의 갱신을 위한 피드백신호로 공급하는 엔코더(300)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 ATC 에어스핀들(1)은 에어의 공급에 의해 회전할 수 있도록 외주면에 다수의 포켓이 형성된 에어터빈(Air Turbine)(20)과, 상기 에어터빈에 일단이 연결되어 에어터빈의 회전과 함께 회전하는 회전축(Shaft)(10)을 포함하여 이루어지며, 아날로그 신호 또는 펄스 신호의 형태로 이루어진 밸브조절신호를 상기 PLC 정속제어부로부터 수신하여 상기 에어터빈으로 공급되는 에어의 공급량을 조절하는 밸브(400)와, 상기 밸브를 통하여 공급되는 에어를 에어터빈 외주면의 포켓(30)으로 분사하는 노즐(미도시)을 포함하여 구성된다. 이때, 정방향 또는 역방향 회전이 가능하도록 적어도 2개 이상의 노즐이 구비되는 것이 바람직하며, ATC 에어스핀들을 통하여 구현하고자 하는 회전수에 따라 그 이상의 노즐이 구비되도록 구성될 수도 있다. 또한, 일정한 속도의 유지를 위하여 에어터빈에 브레이크를 에어를 공급할 수 있는 노즐을 더 포함하여 구성되며, 이러한 다수의 노즐에 에어를 공급하는 밸브의 단속에 의해 에어터빈의 회전속도, 즉 ATC 에어스핀들의 회전속도를 제어하도록 구성된다.
상기 CNC(Computer Numerical Control) 시스템(100)은 머시닝센터의 제어가 이루어지는 제어반으로서, 머시닝센터에서 장비의 교체와 구동을 제어하기 위해 구비된 통합제어반으로 구성된다. 이때, 상기 CNC 시스템은 본 발명에 따른 에어터빈 제어시스템의 구동을 위해 독립적으로 설계된 제어반으로 구성될 수도 있으나, 머시닝센터 전체 제어반의 재구성은 많은 시간과 비용이 소요될 수 있는바 기존의 머시닝센터에 적용되던 제어반(예를 들어 FANUC 등) 으로 구성되는 것이 바람직하다.
그에 따라, 기존의 머시닝센터에 적용되던 제어반인 CNC 시스템(100)에 에어터빈의 회전속도를 일정하게 유지할 수 있는 PLC 정속제어부(200)와, 툴장착이나 탭가공 등 축의 회전 절대 위치값이 요구되는 공정에 활용될 수 있는 PLC 정위치 제어부(500)를 추가적으로 탑재하여 정속제어 및 정위치제어가 가능하게 되므로 기존 장비의 활용도를 향상시킬 수 있게 된다. 이러한 CNC 시스템의 일반적인 구성은 기존의 머시닝센터에 적용되던 것과 동일한바 이하 그 상세한 설명은 생략한다.
상기 PLC 정속제어부(200)는, 상기 CNC 시스템에 전기적으로 연결되어 회전축이 도달해야 하는 요구 회전수를 수신하는 CNC 연결부(210)와, 상기 CNC 연결부에서 수신한 요구 회전수에 도달하기 위해 에어터빈으로 공급해야 할 에어의 유량을 연산하여 밸브의 개폐 정도를 산출한 후 밸브조절신호를 생성하는 밸브조절신호 생성부(220)와, 에어를 에어터빈으로 공급하는 밸브에 일단이 연결되어 상기 밸브조절신호 생성부에서 생성된 밸브조절신호를 전송하는 밸브조절신호 전송부(230)와, 상기 엔코더에 일단이 연결되어 상기 엔코더에서 카운팅된 에어터빈의 실 회전수를 수신하는 엔코더 연결부(240)와, 상기 엔코더 연결부를 통하여 수신한 실 회전수를 상기 CNC 연결부에서 수신한 요구 회전수와 비교하여 그 차이를 최소화할 수 있는 갱신 회전수를 산출하는 피드백 처리부(250)를 포함하여 구성된다.
상기 CNC 연결부(210)는 사용자의 조작이나 미리 프로그래밍된 설정 값에 의하여 절삭공정을 수행하기 위해 주축으로 작용하는 ATC 에어스핀들이 도달해야 하는 RPM을 나타내는 요구 회전수를 상기 CNC 시스템(100)으로부터 수신하도록 구성된다. 이때, 상기 CNC 연결부(210)는 요구 회전수를 나타내는 명령신호를 NET-WORK를 통하여 상기 CNC 시스템(100)으로부터 전달받게 된다.
상기 밸브조절신호 생성부(220)는 상기 CNC 연결부(210)에서 수신한 요구 회전수에 도달하기 위해 공급해야 할 에어의 유량을 연산한 후 밸브(400)의 개폐 정도를 결정하여 밸브를 개폐하여 단속하는 밸브조절신호를 생성하도록 구성된다. 이때, 빠른 회전이 요구될 경우에는 보다 많은 양의 에어를 에어터빈으로 공급할 수 있도록 밸브의 개방정도를 크게 하고, 느린 회전이 요구될 경우에는 에어터빈으로 공급되는 에어의 양을 줄일 수 있도록 밸브의 개방정도를 작게 하여 ATC 에어스핀들의 회전정도를 조절하게 된다.
이때, 상기 밸브조절신호 생성부(220)는 밸브의 종류에 따라 상기 밸브조절신호를 아날로그 신호의 형태나 펄스 신호의 형태로 생성하도록 구성되는 것이 바람직하다.
상기 밸브조절신호 전송부(230)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 밸브(400)에 일단이 연결되어 밸브조절신호를 밸브로 전송하여 밸브를 개폐할 수 있도록 구성된다.
상기 엔코더 연결부(240)는 상기 밸브에서 공급되는 에어에 의해 에어터빈(20)이 실제로 회전하는 실 회전수를 수신할 수 있도록 일단이 상기 엔코더(300)에 연결된다. 그에 따라 무부하시의 회전수뿐만 아니라, 절삭하고자 하는 대상물에 장비가 접하는 경우에 부하로 인하여 감소된 상태의 회전수를 상기 PLC 정속제어부에서 즉시 인지할 수 있게 된다.
상기 피드백 처리부(250)는 상기 엔코더 연결부(240)에서 수신한 에어터빈(20)의 실 회전수를 상기 CNC 연결부에서 수신한 요구 회전수와 비교하여 그 차이를 인식한 후, 그 차이를 최소화할 수 있는 갱신 회전수를 산출하여 상기 밸브조절신호 생성부(220)로 전송하도록 구성된다.
그에 따라, 상기 피드백 처리부(250)는, 절삭하고자 하는 부하로 인하여 실 회전수가 요구 회전수보다 감소된 것으로 판단될 경우에는 부하가 있는 상태에서도 ATC 에어스핀들이 요구 회전수에 도달할 수 있도록 상기 갱신 회전수를 요구 회전수보다 크게 산출하고, 절삭이 완료되어 실 회전수가 상기 CNC 연결부에서 수신한 요구 회전수보다 증가된 것으로 판단될 경우에는 ATC 에어스핀들이 최초의 요구 회전수를 유지할 수 있도록 상기 갱신 회전수를 요구 회전수와 같게 또는 요구 회전수보다 작게 산출함으로써, ATC 에어스핀들이 부하의 유무에 관계없이 요구 회전수로 회전하면서 정속 제어가 가능하도록 구성된다. 이 경우 브레이크 에어를 공급하는 밸브를 개방하여 에어터빈의 회전속도 감소가 신속하게 이루어지도록 구성될 수도 있음은 물론이다.
이때, 상기 PLC 정속제어부(200)는 ATC 에어스핀들이 요구 회전수에 도달하고 이를 유지하는 응답시간을 최소화할 수 있도록, 응답시간을 최소화할 수 있는 제어방식인 PID(Proportional, Integral, Differential) 방식으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 엔코더(Encoder)(300)는 일단이 상기 에어터빈(20)에 연결되어 에어터빈의 실 회전수를 카운팅한 후 상기 엔코더 연결부(240)를 통하여 PLC 정속제어부(200)로 카운팅된 실 회전수를 전송할 수 있는 고속 펄스 카운터(Pulse Counter)로 구성된다.
이때, 상기 엔코더(300)는 초고속으로 회전하는 에어터빈의 실제적인 회전수를 카운트하기는 쉽지 않은바, 에어터빈의 실제적인 회전수를 10대1로 감속하여 실 회전수를 카운트하도록 구성되는 것이 바람직하다.
이와 같이, 기계적인 구조로 개폐되면서 에어터빈으로 공급되는 유량을 조절하는 밸브를 구동하는 밸브조절신호를 생성함에 있어, CNC 시스템에서 전송되는 명령신호인 요구 회전수와, 에어의 공급이나 부하의 유무에 따라 증감된 실 회전수를 지속적으로 비교하여 그 오차를 최소화할 수 있는 갱신 회전수를 별도로 산출한 후 그에 따라 에어 공급량이 신속하게 조절되게 함으로써, 에어베어링과 에어터빈으로 이루어진 ATC 에어스핀들의 회전수를 일정하게 유지하면서 정속제어가 가능하게 된다.
또한, 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 ATC 에어스핀들 구동용 에어터빈 제어시스템은, 머시닝센터를 이루는 장비의 교체와 구동을 통합적으로 제어하는 제어반인 CNC 시스템(100)과, 상기 CNC 시스템에 일단이 연결되어 회전축(Shaft)의 위치를 나타내는 요구 위치값을 수신하고 회전축의 현재 위치값을 앱솔루트 엔코더로부터 수신한 후 상기 현재 위치값이 요구 위치값과 일치되게 에어터빈을 회전시키는 위치조절신호를 생성하여 밸브로 전송하는 PLC 정위치 제어부(500)와, 상기 ATC 에어스핀들을 이루는 회전축의 현재 위치값을 에어터빈의 회전 각도에 의해 산출하고 산출된 현재 위치값을 상기 PLC 정위치 제어부로 전송하는 앱솔루트 엔코더(600)를 포함하여 구성된다.
상기 PLC 정위치 제어부(500)는, 상기 CNC 시스템에 전기적으로 연결되어 회전축이 위치해야 하는 각도를 나타내는 요구 위치값을 수신하는 CNC 연결부(510)와, 상기 앱솔루트 엔코더에 연결되어 ATC 에어스핀들을 이루는 회전축의 현재 위치값을 상기 앱솔루트 엔코더로부터 수신하는 앱솔루트 엔코더 연결부(540)와, 상기 CNC 연결부에서 수신한 요구 위치값을 상기 앱솔루트 엔코더에서 수신한 현재 위치값과 비교하여 회전축의 현재 위치값이 요구 위치값과 일치되게 하기 위해 상기 에어터빈이 회전해야 하는 방향과 각도를 산출한 후 위치조절신호를 생성하는 위치조절신호 생성부(550)와, 상기 위치조절신호 생성부에서 생성된 위치조절신호에 의해 에어터빈을 회전시키기 위해 상기 에어터빈으로 공급해야 할 에어의 공급방향과 유량을 연산하여 밸브조절신호를 생성하는 밸브조절신호 생성부(520)와, 에어를 에어터빈으로 공급하는 밸브에 일단이 연결되어 상기 밸브조절신호 생성부에서 생성된 밸브조절신호를 전송하는 밸브조절신호 전송부(530)를 포함하여 구성된다.
이와 같이 상기 PLC 정위치 제어부(500)에서 에어터빈의 현재 위치를 인식한 후 이를 요구 위치값과 비교하여 원하는 위치로 조절함으로써, 절삭가공하고자 하는 대상물이 정위치에서 가공될 수 있게 된다.
이와 같이 머시닝센터에 적용된 ATC 에어스핀들을 에어베어링과 에어터빈으로 구성하면서도 정속제어와 정위치제어가 가능하게 함으로써 초정밀 초고속 회전 공정의 세밀화를 구현할 수 있게 된다.
또한, 기존의 머시닝센터에 구비된 제어반인 CNC 시스템에 PLC 정속제어부와 PLC 정위치제어부를 추가 장착하는 것만으로도 기존의 ATC 에어스핀들을 이용한 초정밀 초고속 회전의 세밀화를 구현할 수 있게 되어, 보다 저렴한 비용으로 장비를 개량하면서 활용도를 향상시킬 수 있게 된다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
1 - 에어스핀들
10 - 축 20 - 에어터빈
30 - 포켓
100 - CNC 시스템
200 - PLC 정속제어부 210 - CNC 연결부
220 - 밸브조절신호 생성부 230 - 밸브조절신호 전송부
240 - 엔코더 연결부 250 - 피드백 처리부
300 - 엔코더
400 - 밸브
500 - PLC 정위치 제어부 510 - CNC 연결부
520 - 밸브조절신호 생성부 530 - 밸브조절신호 전송부
540 - 앱솔루트 엔코더 연결부 550 - 위치조절신호 생성부
600 - 앱솔루트 엔코더

Claims (6)

  1. 삭제
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  6. 머시닝센터를 이루는 장비의 교체와 구동을 통합적으로 제어하는 제어반인 CNC 시스템;
    상기 CNC 시스템에 일단이 연결되어 회전축(Shaft)의 위치를 나타내는 요구 위치값을 수신하고 회전축의 현재 위치값을 앱솔루트 엔코더로부터 수신한 후 상기 현재 위치값이 요구 위치값과 일치되게 에어터빈을 회전시키는 위치조절신호를 생성하여 밸브로 전송하는 PLC 정위치 제어부; 및
    ATC 에어스핀들을 이루는 회전축의 현재 위치값을 에어터빈의 회전 각도에 의해 산출하고 산출된 현재 위치값을 상기 PLC 정위치 제어부로 전송하는 앱솔루트 엔코더;를 포함하며,
    상기 PLC 정위치 제어부는,
    상기 CNC 시스템에 전기적으로 연결되어 회전축이 위치해야 하는 각도를 나타내는 요구 위치값을 수신하는 CNC 연결부;
    상기 앱솔루트 엔코더에 연결되어 ATC 에어스핀들을 이루는 회전축의 현재 위치값을 상기 앱솔루트 엔코더로부터 수신하는 앱솔루트 엔코더 연결부;
    상기 CNC 연결부에서 수신한 요구 위치값을 상기 앱솔루트 엔코더에서 수신한 현재 위치값과 비교하여 회전축의 현재 위치값이 요구 위치값과 일치되게 하기 위해 상기 에어터빈이 회전해야 하는 방향과 각도를 산출한 후 위치조절신호를 생성하는 위치조절신호 생성부;
    상기 위치조절신호 생성부에 생성된 위치조절신호에 의해 에어터빈을 회전시키기 위해 상기 에어터빈으로 공급해야 할 에어의 유량을 연산하여 밸브조절신호를 생성하는 밸브조절신호 생성부; 및
    에어를 에어터빈으로 공급하는 밸브에 일단이 연결되어 상기 밸브조절신호 생성부에서 생성된 밸브조절신호를 전송하는 밸브조절신호 전송부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 ATC 에어스핀들 구동용 에어터빈 제어시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0710552U (ja) * 1993-07-20 1995-02-14 株式会社ディスコ エアースピンドル通電機構
JPH0911083A (ja) * 1995-06-28 1997-01-14 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 動力工具自動試験装置
KR19990043652A (ko) * 1997-11-29 1999-06-15 전주범 마이크로 드릴링 머신의 스핀들 제어장치

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