KR101515402B1 - 에너지 소비 효율 향상을 위한 가상 공작기계 시뮬레이션 모델 및 이를 이용한 공작기계 에너지 소비 효율 향상 방법 - Google Patents

에너지 소비 효율 향상을 위한 가상 공작기계 시뮬레이션 모델 및 이를 이용한 공작기계 에너지 소비 효율 향상 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101515402B1
KR101515402B1 KR1020140101907A KR20140101907A KR101515402B1 KR 101515402 B1 KR101515402 B1 KR 101515402B1 KR 1020140101907 A KR1020140101907 A KR 1020140101907A KR 20140101907 A KR20140101907 A KR 20140101907A KR 101515402 B1 KR101515402 B1 KR 101515402B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
machine tool
energy consumption
unit
machining
simulation model
Prior art date
Application number
KR1020140101907A
Other languages
English (en)
Inventor
민병권
이원균
이찬영
이상조
Original Assignee
연세대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 연세대학교 산학협력단 filed Critical 연세대학교 산학협력단
Priority to KR1020140101907A priority Critical patent/KR101515402B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101515402B1 publication Critical patent/KR101515402B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q15/00—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work
    • B23Q15/20—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work before or after the tool acts upon the workpiece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/09—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/32—Operator till task planning
    • G05B2219/32021—Energy management, balance and limit power to tools
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/34—Director, elements to supervisory
    • G05B2219/34295—System, logic analyser, simulation
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/34—Director, elements to supervisory
    • G05B2219/34306—Power down, energy saving

Abstract

에너지 소비 효율 향상을 위한 공작기계 시뮬레이션 모델 및 이를 이용한 공작기계 에너지 소비 효율 향상 방법이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 공작기계 시뮬레이션 모델(100)은, 기계가공 공작기계를 운용함에 있어 각 부분의 에너지 소비 효율을 예측하고, 이를 바탕으로 에너지 소비 효율을 향상시킬 수 있는 최적화된 가공조건을 산출하는 모듈화된 공작기계 시뮬레이션 모델(100)로서, 제어부를 통해 전달받은 제어신호에 의해 가공툴 또는 가공 대상물을 회전시키거나 이송시키는 구동부, 및 구동부 및 보조 유닛에 제어신호를 송신하는 제어부를 구비하는 피드 드라이브 시스템(feed drive systems, 110); 피드 드라이브 시스템(110)의 구동부에 의해 구동되고, 가공툴을 장착하여 기계가공을 수행할 수 있도록 구동모터 및 베어링을 구비하는 스핀들(spindle, 120); 상기 피드 드라이브 시스템(110) 및 스핀들(120)의 기계적 마찰을 저감시키는 윤활장치부, 피드 드라이브 시스템(110) 및 스핀들(120)을 냉각시키는 냉각장치부, 및 공작기계 시뮬레이션 모델의 전자장치를 구비하는 보조 유닛(auxiliary units, 130);을 포함하는 것을 구성의 요지로 한다.

Description

에너지 소비 효율 향상을 위한 가상 공작기계 시뮬레이션 모델 및 이를 이용한 공작기계 에너지 소비 효율 향상 방법 {Virtual Machine Tool Simulation Model for Improvement of Energy Efficiency, and Method for Improvement of Energy Efficiency Using the Same}
본 발명은 가상 공작기계 시뮬레이션 모델 및 이를 이용한 공작기계 에너지 소비 효율 향상 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기계가공 공작기계를 운용함에 있어 각 부분의 에너지 소비 효율을 예측하고, 이를 바탕으로 에너지 소비 효율을 향상시킬 수 있는 최적화된 가공조건을 산출하는 모듈화된 가상 공작기계 시뮬레이션 모델 및 이를 이용한 공작기계 에너지 소비 효율 향상 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 공작기계를 활용한 기계가공 방법은 운용자에 의해 직접 운용되어 가공되는 기계가공 방법과 입력된 가공 프로그램에 의해 운용되어 가공되는 기계가공 방법으로 나눌 수 있다. 비교적 구조가 간단하고 크기가 작은 가공물일 경우, 운용자에 의해 직접 운용되는 공작기계를 이용하여 기계가공 될 수 있으나, 고정밀도를 요하거나 매우 복잡하며 크기가 큰 가공물일 경우, 입력된 가공 프로그램에 의해 공작기계가 운용된다.
상기 언급한 가공 프로그램에 의한 기계가공 방법의 경우, 종래 기술에서는 가공툴의 경로 분석을 통해 공작기계를 구성하는 각 부분의 작동시간을 결정하여 에너지 소비량을 저감시키고 에너지 소비 효율을 향상시키고 있다.
구체적으로, 종래 기술에 따른 공작기계 에너지 소비 효율 향상 방법은, 공작기계를 구성하는 각 부분의 전력소비 측정결과를 이용하여 각 부분 별 에너지 소비 분포를 예측하고, 이를 통해 최적의 가공툴 또는 부품을 선정하거나 공정조건을 결정하는 방식이다.
도 1에는 종래 기술에 따른 공작기계 밀링머신을 이용하여 기계가공하는 모습을 나타내는 사시도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1에 도시된 공작기계를 이용하여 종래 기술에 따른 운용조건에 의해 운용한 후, 공작기계에 소비된 에너지를 예측한 시뮬레이션 결과 그래프가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 종래 기술에 따른 공작기계 에너지 소비 효율 향상 방법은, 공작기계의 각 부분 별(또는 부품 별) 전력소비 측정결과를 이용하여 각 부분 별 에너지 소비 분포를 예측하고, 이를 통해 최적의 가공툴 또는 부품을 선정하거나 공정조건을 결정하는 방법이다.
도 2에 도시된 공작기계에 소비된 에너지를 예측한 시뮬레이션 결과 그래프를 살펴보면, 종래 기술에 따른 공작기계 에너지 소비 효율 향상 방법에 의해 운용되는 공작기계는, 보조유닛 소비 전력량(auxiliary units) 91 J, 스핀들 소비 전력량(spindle) 77.3 J, 피드 드라이브 소비 전력량(feed drives) 26.4 J 로서 총 194.7 J의 전력량을 소비했다. 여기서, 보조유닛(auxiliary units)은 윤활 펌프(lubricant pump), 컨트롤러(controller), 기타 전자 장비(other electrical devices) 등을 의미하고, 스핀들(spindle)은 가공툴의 구동을 위한 구동모터, 베어링 등을 의미한다. 또한, 피드 드라이브(feed drives)는 볼 스크류(ball screw), LM 가이드(linear motion guide) 또는 이들은 구동시키는 구동모터 등을 의미한다.
종래 기술에 따른 공작기계 에너지 소비 효율 향상 방법은, 앞서 언급한 바와 같이, 공작기계의 각 부분 별(또는 부품 별) 전력소비 측정결과를 이용하여 각 부분 별 에너지 소비 분포를 예측하고, 이를 통해 최적의 가공툴 또는 부품을 선정하거나 공정조건을 결정한다.
그러나, 종래 기술에 따른 공작기계 에너지 소비 효율 향상 방법은, 공작기계의 각 부분 별(또는 부품 별) 전력소비 측정을 위해서 각 부분(또는 부품) 마다 측정기기를 설치해야 하며, 기계요소(예를 들어, 나사, 볼트, 너트, 핀, 축, 베어링 등)의 경우에는 소비에너지를 측정하기 위한 방법에도 한계가 있다. 더욱이, 완성된 공작기계의 각 부품에 소비에너지를 측정하기 위한 센서를 부착하여 소비에너지를 측정하는 것은 쉽지 않다. 또한, 측정기반 방법은 특정 장비에 대해서만 적용할 수 있고, 장비의 종류가 변경되거나 구성 또는 설계가 변경될 경우 적용될 수 없다는 단점을 가지고 있다.
한국공개특허공보 제10-1992-0010433호 (1992년 06월 26일 공개)
본 발명의 목적은, 모듈화된 시뮬레이션 모델로 구성된 공작기계 모델의 장점을 활용하여 종래 측정기반 에너지 소비 효율 향상 방법보다 에너지 소비 효율을 향상시킬 수 있으며, 종래 기술에 따른 기계가공 방법과 함께 적용될 수 있는 특성의 에너지 소비 효율 향상을 위한 공작기계 시뮬레이션 모델 및 이를 이용한 공작기계 에너지 소비 효율 향상 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 공작기계 시뮬레이션 모델은,
기계가공 공작기계를 운용함에 있어 각 부분의 에너지 소비 효율을 예측하고, 이를 바탕으로 에너지 소비 효율을 향상시킬 수 있는 최적화된 가공조건을 산출하는 모듈화된 공작기계 시뮬레이션 모델로서,
제어부를 통해 전달받은 제어신호에 의해 가공툴 또는 가공 대상물을 회전시키거나 이송시키는 구동부, 및 구동부 및 보조 유닛에 제어신호를 송신하는 제어부를 구비하는 피드 드라이브 시스템(feed drive systems);
가공툴을 장착하여 기계가공을 수행할 수 있도록 구동모터 및 베어링을 구비하는 스핀들(spindle);
상기 피드 드라이브 시스템 및 스핀들의 기계적 마찰을 저감시키는 윤활장치부, 피드 드라이브 시스템 및 스핀들의 열적 데미지를 저감시키는 냉각장치부, 및 전자장치를 구비하는 보조 유닛(auxiliary units);
을 포함하는 구성일 수 있다.
이 경우, 상기 기계가공은 고정공구 또는 회전공구를 이용하는 공구에 의한 절삭가공일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 공작기계 시뮬레이션 모델은,
운용자로부터 입력된 가공조건에 따라 최적화된 가공조건을 산출처리한 후 피드 드라이브 시스템에 송신하는 산출처리부; 및
상기 피드 드라이브 시스템(feed drive systems), 스핀들(spindle) 및 보조 유닛(auxiliary units)의 에너지 소비량을 예측하는 에너지 소비량 예측부;
를 더 포함하는 구성일 수 있다.
이 경우, 상기 산술처리부는, 에너지 프로파일링 방법을 통하여 공작기계 시뮬레이션 모델을 구성하는 각 부분의 에너지 소비량을 분석하여 에너지를 소비하는 부분을 파악하고, 해당 부분의 교체에 따른 에너지 소비 효율의 변화와 공작기계 시뮬레이션 모델의 운동 특성 변화를 동시에 확인하며, 이를 통해 획득한 데이터를 바탕으로 최적화된 가공조건을 산출할 수 있다.
또한, 상기 산술처리부는, 운용자로부터 입력된 이송조건을 최적제어 알고리즘을 이용하여 이송 구간별로 에너지 효율에 최적화된 이송조건을 산출하여 초기 입력된 이송조건을 수정할 수 있다.
또한, 상기 산술처리부는, 공작기계 시뮬레이션 모델을 이용하여 기계가공 시뮬레이션을 실행한 후, 기계가공 공정 중 각 부분별 작동시간을 산출하여 각 부분의 전원 공급 및 차단 여부를 산출하고, 이에 관한 데이터를 최적화된 가공조건에 반영할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 공작기계 시뮬레이션 모델은,
기계가공 공작기계를 운용함에 있어 각 부분의 에너지 소비 효율을 예측하고, 이를 바탕으로 에너지 소비 효율을 향상시킬 수 있는 최적화된 가공조건을 산출하는 모듈화된 공작기계 시뮬레이션 모델로서,
제어부를 통해 전달받은 제어신호에 의해 가공툴 또는 가공대상물을 회전시키는 회전장치부;
제어부를 통해 전달받은 제어신호에 의해 가공툴 또는 가공대상물을 이송시키는 이송장치부;
상기 회전장치부 또는 이송장치부에 장착되고, 제어부를 통해 전달받은 제어신호에 의해 가공대상물을 가공시키는 가공장치부;
운용자로부터 입력된 가공조건에 따라 최적화된 가공조건을 산출처리한 후 제어부에 송신하는 산출처리부;
상기 산출처리부로부터 수신한 최적화된 가공조건에 대응되는 제어신호를 회전장치부, 이송장치부 및 가공장치부에 송신하는 제어부; 및
상기 제어부에 의해 작동되는 회전장치부, 이송장치부 및 가공장치부의 에너지 소비량을 예측하는 에너지 소비량 예측부;
를 포함하는 구성일 수 있다.
이 경우, 상기 기계가공은 고정공구 또는 회전공구를 이용하는 공구에 의한 절삭가공일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 공작기계 시뮬레이션 모델은, 상기 제어부를 통해 전달받은 제어신호에 의해 회전장치부, 이송장치부 및 가공장치부의 마찰부를 윤활시켜주는 윤활장치부를 더 포함하고,
상기 에너지 소비량 예측부는, 상기 윤활장치부의 에너지 소비량을 추가로 더 측정할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 공작기계 시뮬레이션 모델은, 상기 제어부를 통해 전달받은 제어신호에 의해 회전장치부, 이송장치부 및 가공장치부를 냉각시켜주는 냉각장치부를 더 포함하고,
상기 에너지 소비량 예측부는, 상기 냉각장치부의 에너지 소비량을 추가로 더 측정할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 산술처리부는, 에너지 프로파일링 방법을 통하여 공작기계 시뮬레이션 모델을 구성하는 각 부분의 에너지 소비량을 분석하여 에너지를 소비하는 부분을 파악하고, 해당 부분의 교체에 따른 에너지 소비 효율의 변화와 공작기계 시뮬레이션 모델의 운동 특성 변화를 동시에 확인하며, 이를 통해 획득한 데이터를 바탕으로 최적화된 가공조건을 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 산술처리부는, 운용자로부터 입력된 이송조건을 최적제어 알고리즘을 이용하여 이송 구간별로 에너지 효율에 최적화된 이송조건을 산출하여 초기 입력된 이송조건을 수정할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 산술처리부는, 공작기계 시뮬레이션 모델을 이용하여 기계가공 시뮬레이션을 실행한 후, 기계가공 공정 중 각 부분별 작동시간을 산출하여 각 부분의 전원 공급 및 차단 여부를 산출하고, 이에 관한 데이터를 최적화된 가공조건에 반영할 수 있다.
또한, 본 발명은 공작기계 에너지 소비 효율 향상 방법을 제공할 수 있는 바, 본 발명의 일 측면에 따른 공작기계 에너지 소비 효율 향상 방법은,
공작기계 시뮬레이션 모델을 이용하여 최적화된 가공조건을 산출하고, 실제 공작기계의 에너지 소비 효율을 향상시킬 수 있는 공작기계 에너지 소비 효율 향상 방법으로서,
a) 본 발명에 따른 공작기계 시뮬레이션 모델을 준비하는 모델 준비단계;
b) 가공 완성품에 대한 데이터 및 가공 대상물에 대한 데이터를 입력하는 데이터 입력단계;
c) 공작기계 시뮬레이션 모델을 구성하는 각 부분의 이송조건, 구동조건 및 가공조건을 산출하여 에너지 소비량을 최소화할 수 있는 최적화된 조건을 산출하는 최적조건 산출단계;
d) 산출된 최적화된 조건에 따라 공작기계 시뮬레이션 모델을 운용하며 각 부분의 에너지 소비량을 예측하는 에너지소비량 예측단계;
e) 상기 에너지소비량 예측단계로부터 예측된 각 부분의 에너지 소비량과 상기 최적조건 산출단계로부터 산출된 최적화된 조건을 비교하여, 최적조건을 수정하는 최적조건 수정단계;
f) 상기 최적조건 산출단계 및 최적조건 수정단계를 거쳐 최종 최적조건을 산출하는 최적조건 최종산출단계; 및
g) 상기 최종 산출단계로부터 산출된 최종 최적조건을 실제 공작기계에 적용하는 실제적용단계;
를 포함하는 구성일 수 있다.
일 실시예로, 상기 e) 최적조건 수정단계에서는,
에너지소비량 예측단계에서 예측된 각 부분의 에너지 소비량이, 최적조건 산출단계로부터 산출된 최적화된 조건에 의해 산출된 에너지 소비량보다 클 경우, 최적조건을 수정할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 e) 최적조건 수정단계에서 수정되는 조건은,
회전장치부 구동 설정, 이송장치부의 구동 설정, 가공장치부의 구동 설정, 가공툴 설정, 가공툴 회전속도, 가공툴 이송경로, 가공속도, 가공깊이, 각 부분별 작동시간 설정, 각 부분별 전원 공급 및 차단 설정으로 이루어진 군에서 하나 이상 선택되는 것일 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 공장기계 에너지 소비 효율 향상 방법을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램을 저장한 기록매체를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 공작기계 시뮬레이션 모델을 포함하는 기계가공 시스템을 제공할 수 있는 바, 본 발명의 일 측면에 따른 기계가공 시스템은,
상기 공작기계 시뮬레이션 모델;
상기 공작기계 에너지 소비 효율 향상 방법을 컴퓨터에서 실행시키는 프로그램을 수행하는 컴퓨터와 모니터; 및
상기 공작기계 에너지 소비 효율 향상 방법에 따라 상기 컴퓨터에서 산출된 최종 최적조건을 적용하여 가공대상물을 가공시키는 기계가공 공작기계;
를 포함하는 구성일 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 공작기계 시뮬레이션 모델을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어기를 제공할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 공작기계 에너지 소비 효율 향상 방법에 의해 운용되는 것을 특징으로 하는 제어기를 제공할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 에너지 소비 효율 향상을 위한 공작기계 시뮬레이션 모델 및 이를 이용한 공작기계 에너지 소비 효율 향상 방법에 따르면, 모듈화된 시뮬레이션 모델로 구성된 공작기계의 장점을 활용하여 공작기계의 에너지 소비 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 에너지 소비 효율 향상을 위한 공작기계 시뮬레이션 모델 및 이를 이용한 공작기계 에너지 소비 효율 향상 방법에 따르면, 에너지 프로파일링 방법을 통하여 공작기계를 구성하는 각 부분들의 에너지 소비를 분석할 수 있고, 에너지를 소비하는 부분을 파악 할 수 있으며, 해당 부분 교체에 따른 에너지 소비 효율의 변화를 동시에 확인할 수 있다.
또한, 본 발명의 에너지 소비 효율 향상을 위한 공작기계 시뮬레이션 모델 및 이를 이용한 공작기계 에너지 소비 효율 향상 방법에 따르면, 공작기계 시뮬레이션 모델을 이용하여 기계가공 시뮬레이션을 실행한 후, 기계가공 공정 중 각 부분별 작동시간을 산출하여 각 부분의 전원 공급 및 차단 여부를 산출하고, 이에 관한 데이터를 최적화된 가공조건에 반영함으로써, 가공툴의 가공경로 분석을 통해 가공장치를 구성하는 각 부분의 작동시간을 결정하는 종래 기술에 따른 가공장치 대비, 에너지 소비 효율을 현저히 향상 시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 에너지 소비 효율 향상을 위한 공작기계 시뮬레이션 모델 및 이를 이용한 공작기계 에너지 소비 효율 향상 방법에 의해 구동되는 공작기계는, 가공공정에 있어 에너지 소비효율을 향상시킬 수 있으므로, 가공작업에 소요되는 에너지의 필요량을 절감할 수 있으며, 가공 시간을 단축시킬 수 있으며, 이에 따라 가공 단가를 낮출 수 있고, 결과적으로 공작기계를 운용하여 가공품을 생산하는 생산라인의 생산 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 공작기계 기계가공 모습을 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 공작기계 시뮬레이션 모델을 종래 기술에 따른 운용조건에 의해 운용한 후, 공작기계 시뮬레이션 모델에 소비된 에너지를 예측한 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 공작기계 시뮬레이션 모델을 나타내는 그림이다.
도 4는 도 3에 도시된 공작기계 시뮬레이션 모델의 개념도이다.
도 5는 피드 드라이브 시스템(feed drive systems)의 에너지 소비량을 산출하는 방법을 나타내는 모식도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 공작기계 시뮬레이션 모델을 나타내는 개념도이다.
도 7은 본 발명에 따른 공작기계 시뮬레이션 모델의 윤활장치부 및 냉각장치부를 나타내는 개념도이다.
도 8은 본 발명에 따른 공작기계 에너지 소비 효율 향상 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 9는 도 1에 도시된 공작기계 기계가공 데이터를 도 3, 도 4, 도 6에 도시된 공작기계 시뮬레이션 모델에 적용하여 도 8에 도시된 공작기계 에너지 소비 효율 향상 방법을 통하여 운용한 후, 공작기계 시뮬레이션 모델에 소비된 에너지를 예측한 그래프이다.
도 10은 본 발명에 따른 공작기계를 나타내는 개념도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 공작기계를 나타내는 개념도이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하지만 본 발명의 범주가 그것에 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어 공지된 구성에 대해서는 그 상세한 설명을 생략하며, 또한 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 소지가 있는 구성에 대해서도 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 3에는 본 발명에 따른 공작기계 시뮬레이션 모델을 나타내는 개념도가 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 공작기계 시뮬레이션 모델(100)은, 피드 드라이브 시스템(feed drive systems, 110), 스핀들(spindle, 120) 및 보조 유닛(auxiliary units, 130)을 포함하는 구성일 수 있다.
구체적으로, 피드 드라이브 시스템(110)은, 제어부를 통해 전달받은 제어신호에 의해 가공툴 또는 가공 대상물을 회전시키거나 이송시키는 구동부, 및 구동부 및 보조 유닛에 제어신호를 송신하는 제어부를 구비하는 구성일 수 있다.
또한, 스핀들(120)은, 피드 드라이브 시스템(110)의 구동부에 의해 구동되고, 가공툴을 장착하여 기계가공을 수행할 수 있도록 구동모터 및 베어링을 구비하는 구성일 수 있다.
보조 유닛(130)은, 피드 드라이브 시스템(110) 및 스핀들(120)의 기계적 마찰을 저감시키는 윤활장치부, 피드 드라이브 시스템(110) 및 스핀들(120)을 냉각시키는 냉각장치부, 및 공작기계 시뮬레이션 모델의 전자장치를 구비하는 구성일 수 있다.
이때, 본 실시예에 따른 공작기계 시뮬레이션 모델(100)이 수행할 수 있는 기계가공은 운용자의 설정에 따라 변경 가능함은 물론이며, 예를 들어 고정공구 또는 회전공구를 이용하는 공구에 의한 절삭가공 일 수 있다.
도 4에는 도 3에 도시된 공작기계 시뮬레이션 모델의 개념도가 도시되어 있다. 또한, 도 5에는 피드 드라이브 시스템(feed drive systems)의 에너지 소비량을 산출하는 방법을 나타내는 모식도가 도시되어 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 공작기계 시뮬레이션 모델(100)은, 산출처리부(140) 및 에너지 소비량 예측부(150)를 더 포함하는 구성일 수 있다.
구체적으로, 산출처리부(140)는, 운용자로부터 입력된 가공조건에 따라 최적화된 가공조건을 산출처리한 후 피드 드라이브 시스템(110)에 송신하는 구성일 수 있다. 또한, 에너지 소비량 예측부(150)는, 피드 드라이브 시스템(feed drive systems, 110), 스핀들(spindle, 120) 및 보조 유닛(auxiliary units, 130)의 에너지 소비량을 예측하는 구성일 수 있다.
더욱 구체적으로, 이하에서는 피드 드라이브 시스템(feed drive systems, 110)의 에너지 소비량을 산출하는 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 피드 드라이브 시스템의 에너지 소비량은 회로, 모터, 볼 스크류, LM 가이드 등에 소요되는 에너지 소비량을 모두 더한 값이다. 모터 에너지 소비량은 전기에너지(PM_e)와 기계에너지(PM_m)를 포함하도록 구성된다. 이러한 각각의 구성은 모델의 정확도 향상을 위해 각기 별개로 고려된다.
전기에너지는 아이들링 파워(Pidle), 카파 손실(copper loss) 및 아이언 손실(iron loss)을 포함한다. 구체적으로, 카파 손실(Pcu)은 다음과 같이 표현될 수 있다.
(식 1)
Figure 112014074941712-pat00001

아이언 손실(Pfe)는 히스테리시스 로스(hysteresis loss) 및 에디커런트 로스(eddycurrent loss)를 포함하는 구성이며, 이는 다음과 같이 표현될 수 있다.
(식 2)
Figure 112014074941712-pat00002

(식 1)과 (식 2)로부터, 총 전기적 손실량을 다음과 같이 표현할 수 있다.
(식 3)
Figure 112014074941712-pat00003

상기 (식 3)을 간단히 정리하면 다음과 같다.
(식 4)
Figure 112014074941712-pat00004

(식 4)에서 ke0, ke1 및 ke2는 전기적 손실 계수로서, 실험적으로 예측된 데이터를 커브피팅(curve fitting)하여 얻은 값이다.
기계에너지(PM_m) 값은 다음과 같이 표현될 수 있다.
(식 5)
Figure 112014074941712-pat00005

(식 5)에서 dpitch는 볼나사의 리드 값을 나타내고, Jm, Bm 및 FmC 값은 각각 회전 관성 모멘트(mass moment of inertia), 뎀핑(damping), 계수(coefficient) 및 모터의 쿨롱 마찰력(Coulomb friction)을 나타낸다.
볼나사의 에너지 소비량(PB) 및 LM 가이드의 에너지 소비량(PL)은, 다음 (식 6)과 같이 상기 모터의 기계에너지 소비량 계산과 유사하게 산출될 수 있다.
(식 6)
Figure 112014074941712-pat00006

(식 7)
Figure 112014074941712-pat00007

(식 6)에서 Jb는 볼나사의 회전 관성 모멘트를 나타내고, Ml은 LM 블록의 질량을 나타내며, Fbf 및 Flf는 각각 볼나사의 마찰력 및 LM 가이드의 마찰력을 나타낸다.
한편, 본 실시예에 따른 산술처리부(140)는, 에너지 프로파일링 방법을 통하여 공작기계 시뮬레이션 모델(100)을 구성하는 각 부분의 에너지 소비량을 분석하여 에너지를 소비하는 부분을 파악하고, 해당 부분의 교체에 따른 에너지 소비 효율의 변화와 공작기계 시뮬레이션 모델(100)의 운동 특성 변화를 동시에 확인하며, 이를 통해 획득한 데이터를 바탕으로 최적화된 가공조건을 산출할 수 있다.
구체적으로, 산술처리부(140)는, 운용자로부터 입력된 이송조건을 최적제어 알고리즘을 이용하여 이송 구간별로 에너지 효율에 최적화된 이송조건을 산출하여 초기 입력된 이송조건을 수정할 수 있다. 또한, 산술처리부(140)는, 공작기계 시뮬레이션 모델(100)을 이용하여 기계가공 시뮬레이션을 실행한 후, 기계가공 공정 중 각 부분별 작동시간을 산출하여 각 부분의 전원 공급 및 차단 여부를 산출하고, 이에 관한 데이터를 최적화된 가공조건에 반영할 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 공작기계 시뮬레이션 모델에 따르면, 에너지 프로파일링 방법을 통하여 공작기계를 구성하는 각 부분들의 에너지 소비를 분석할 수 있고, 에너지를 소비하는 부분을 파악 할 수 있으며, 해당 부분 교체에 따른 에너지 소비 효율의 변화를 동시에 확인할 수 있다.
도 6에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 공작기계 시뮬레이션 모델을 나타내는 개념도가 도시되어 있고, 도 7에는 본 발명에 따른 공작기계 시뮬레이션 모델의 윤활장치부 및 냉각장치부를 나타내는 개념도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 공작기계 시뮬레이션 모델(200)은, 회전장치부(210), 이송장치부(220), 가공장치부(230), 산출처리부(240), 제어부(250) 및 에너지 소비량 예측부(260)를 포함하는 구성일 수 있다.
구체적으로, 회전장치부(210)는 제어부(250)를 통해 전달받은 제어신호에 의해 가공툴(231) 또는 가공대상물(271)을 회전시키는 구성일 수 있고, 이송장치부(220) 제어부(250)를 통해 전달받은 제어신호에 의해 가공툴(231) 또는 가공대상물(271)을 이송시키는 구성일 수 있다.
또한, 가공장치부(230)는 회전장치부(210) 또는 이송장치부(220)에 장착되고, 제어부(250)를 통해 전달받은 제어신호에 의해 가공대상물(271)을 가공시키는 구성일 수 있다.
산출처리부(240)는 운용자로부터 입력된 가공조건에 따라 최적화된 가공조건을 산출처리한 후 제어부(250)에 송신하는 구성일 수 있으며, 제어부(250)는 산출처리부(240)로부터 수신한 최적화된 가공조건에 대응되는 제어신호를 회전장치부(210), 이송장치부(220) 및 가공장치부(230)에 송신하는 구성일 수 있다.
에너지 소비량 예측부(260)는, 제어부(250)에 의해 작동되는 회전장치부(210), 이송장치부(220) 및 가공장치부(230)의 에너지 소비량을 예측하는 구성일 수 있다.
이때, 본 실시예에 따른 공작기계 시뮬레이션 모델(100)이 수행할 수 있는 기계가공은 운용자의 설정에 따라 변경 가능함은 물론이며, 예를 들어 고정공구 또는 회전공구를 이용하는 공구에 의한 절삭가공 일 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 공작기계 시뮬레이션 모델(200)은, 제어부(250)를 통해 전달받은 제어신호에 의해 회전장치부(210), 이송장치부(220) 및 가공장치부(230)의 마찰부를 윤활시켜주는 윤활장치부(280)를 더 포함하는 구성일 수 있다. 이때, 에너지 소비량 예측부(260)는, 윤활장치부(280)의 에너지 소비량을 추가로 더 측정할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 공작기계 시뮬레이션 모델(200)은, 제어부(250)를 통해 전달받은 제어신호에 의해 회전장치부(210), 이송장치부(220) 및 가공장치부(230)를 냉각시켜주는 냉각장치부(290)를 더 포함하는 구성일 수 있다. 이때, 에너지 소비량 예측부(260)는, 냉각장치부(290)의 에너지 소비량을 추가로 더 측정할 수 있다.
한편, 산술처리부(240)는, 에너지 프로파일링 방법을 통하여 공작기계 시뮬레이션 모델(200)을 구성하는 각 부분의 에너지 소비량을 분석하여 에너지를 소비하는 부분을 파악하고, 해당 부분의 교체에 따른 에너지 소비 효율의 변화와 공작기계 시뮬레이션 모델(200)의 운동 특성 변화를 동시에 확인하며, 이를 통해 획득한 데이터를 바탕으로 최적화된 가공조건을 산출할 수 있다.
또한, 산술처리부(240)는, 운용자로부터 입력된 이송조건을 최적제어 알고리즘을 이용하여 이송 구간별로 에너지 효율에 최적화된 이송조건을 산출하여 초기 입력된 이송조건을 수정할 수 있다. 경우에 따라서, 산술처리부(240)는, 공작기계 시뮬레이션 모델을 이용하여 기계가공 시뮬레이션을 실행한 후, 기계가공 공정 중 각 부분별 작동시간을 산출하여 각 부분의 전원 공급 및 차단 여부를 산출하고, 이에 관한 데이터를 최적화된 가공조건에 반영할 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 공작기계 시뮬레이션 모델에 따르면, 에너지 프로파일링 방법을 통하여 공작기계를 구성하는 각 부분들의 에너지 소비를 분석할 수 있고, 에너지를 소비하는 부분을 파악 할 수 있으며, 해당 부분 교체에 따른 에너지 소비 효율의 변화를 동시에 확인할 수 있다.
경우에 따라서, 상기 언급한 공작기계 시뮬레이션 모델은 공작기계를 제어하는 제어기에 장착되거나 포함되어 활용될 수 있다. 이때, 공작기계 시뮬레이션 모델은 공작기계의 최적의 운용조건을 산출한 후 제어기에 제공할 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 공작기계 시뮬레이션 모델을 포함하는 제어기는 최적화된 가공조건에 의해 공작기계를 제어할 수 있다.
도 8에는 본 발명에 따른 공작기계 에너지 소비 효율 향상 방법을 나타내는 흐름도가 도시되어 있다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 공작기계 에너지 소비 효율 향상 방법(S100)은, 본 발명에 따른 공작기계 시뮬레이션 모델(100, 200)을 준비하는 모델 준비단계(S110), 가공 완성품에 대한 데이터 및 가공 대상물에 대한 데이터를 입력하는 데이터 입력단계(S120) 및 공작기계 시뮬레이션 모델(100, 200)을 구성하는 각 부분의 이송조건, 구동조건 및 가공조건을 산출하여 에너지 소비량을 최소화할 수 있는 최적화된 조건을 산출하는 최적조건 산출단계(S130)를 포함하는 구성일 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 공작기계 에너지 소비 효율 향상 방법(S100)은, 산출된 최적화된 조건에 따라 공작기계 시뮬레이션 모델(100, 200)을 운용하며 각 부분의 에너지 소비량을 예측하는 에너지소비량 예측단계(S140), 에너지소비량 예측단계(S140)로부터 예측된 각 부분의 에너지 소비량과 상기 최적조건 산출단계(S130)로부터 산출된 최적화된 조건을 비교하여, 최적조건을 수정하는 최적조건 수정단계(S150), 및 최적조건 산출단계(S130) 및 최적조건 수정단계(S150)를 거쳐 최종 최적조건을 산출하는 최적조건 최종산출단계(S160)를 포함하는 구성일 수 있다.
경우에 따라서, 최적조건 수정단계(S150)에서, 에너지소비량 예측단계(S140)에서 예측된 각 부분의 에너지 소비량이, 최적조건 산출단계로부터 산출된 최적화된 조건에 의해 산출된 에너지 소비량보다 클 경우, 최적조건을 수정 할 수 있다.
이 때 최적조건 수정단계(S150)에서 수정되는 조건은, 회전장치부 구동 설정, 이송장치부의 구동 설정, 가공장치부의 구동 설정, 가공툴 설정, 가공툴 회전속도, 가공툴 이송경로, 가공속도, 가공깊이, 각 부분별 작동시간 설정, 각 부분별 전원 공급 및 차단 설정으로 이루어진 군에서 하나 이상 선택되는 것 일 수 있다.
마지막으로, 본 실시예에 따른 공작기계 에너지 소비 효율 향상 방법(S100)은, 최종 산출단계(S160)로부터 산출된 최종 최적조건을 실제 공작기계에 적용하는 실제적용단계(S170)를 포함하는 구성일 수 있다.
도 9에는 도 1에 도시된 공작기계 기계가공 데이터를 도 3, 도 4, 도 6에 도시된 공작기계 시뮬레이션 모델에 적용하여 도 8에 도시된 공작기계 에너지 소비 효율 향상 방법을 통하여 운용한 후, 공작기계 시뮬레이션 모델에 소비된 에너지를 예측한 그래프가 도시되어 있다.
도 9에 도시된 그래프를 살펴보면, 본 실시예에 따른 공작기계 에너지 소비 효율 향상 방법에 의해 운용된 공작기계 시뮬레이션 모델은, 보조유닛 소비 전력량(auxiliary units) 91 J, 스핀들 소비 전력량(spindle) 54.1 J, 피드 드라이브 소비 전력량(feed drives) 23.7 J 로서 총 168.8 J의 전력량을 소비했다. 이러한 결과를 도 2에 도시된 그래프와 비교해보면, 종래 기술에 따른 운용조건에 의해 운용된 것에 비해 총 25.9 J의 전력량을 절감한 것을 볼 수 있다. 즉, 동일한 기계가공을 함에 있어서 13.3 % 이상의 전력량을 절감할 수 있다. 이는 가공작업에 소요되는 에너지의 필요량을 절감할 수 있으며, 가공 시간을 단축시킬 수 있고, 이에 따라 가공 단가를 낮출 수 있고, 결과적으로 공작기계를 운용하여 가공품을 생산하는 생산라인의 생산 효율을 향상시킬 수 있는 것을 의미한다.
따라서, 본 발명의 에너지 소비 효율 향상을 위한 공작기계 시뮬레이션 모델 및 이를 이용한 공작기계 에너지 소비 효율 향상 방법에 따르면, 공작기계 시뮬레이션 모델을 이용하여 기계가공 시뮬레이션을 실행한 후, 기계가공 공정 중 각 부분별 작동시간을 산출하여 각 부분의 전원 공급 및 차단 여부를 산출하고, 이에 관한 데이터를 최적화된 가공조건에 반영함으로써, 가공툴의 가공경로 분석을 통해 가공장치를 구성하는 각 부분의 작동시간을 결정하는 종래 기술에 따른 가공장치 대비, 에너지 소비 효율을 현저히 향상 시킬 수 있다.
경우에 따라서, 상기 언급한 에너지 소비 효율 향상 방법은 공작기계를 제어하는 제어기에 적용되어 활용될 수 있다. 이때, 에너지 소비 효율 향상 방법은 공작기계의 최적의 운용조건을 산출한 후 제어기에 제공할 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 에너지 소비 효율 향상 방법이 적용된 제어기는 최적화된 가공조건에 의해 공작기계를 제어할 수 있다.
도 10에는 본 발명에 따른 공작기계를 나타내는 개념도가 도시되어 있고, 도 11에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 공작기계를 나타내는 개념도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 본 발명은 최적화된 가공조건을 산출한 후 이를 직접 실제 공작기계에 적용하는 기계가공 시스템을 제공할 수 있다.
구체적으로, 본 실시예에 따른 기계가공 시스템(300A, 300B)은, 본 발명에 따른 공작기계 시뮬레이션 모델(100, 200), 컴퓨터(320)와 모니터(310), 및 기계가공 공작기계(330)를 포함하는 구성 일 수 있다.
구체적으로, 컴퓨터(320)와 모니터(310)는, 본 발명에 따른 공작기계 에너지 소비 효율 향상 방법을 컴퓨터에서 실행시키는 프로그램을 수행하는 구성일 수 있다.
또한, 기계가공 공작기계(330)는 본 발명에 따른 공작기계 에너지 소비 효율 향상 방법에 따라 컴퓨터(320)에서 산출된 최종 최적조건을 적용하여 가공대상물을 가공시키는 것일 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 에너지 소비 효율 향상을 위한 공작기계 시뮬레이션 모델 및 이를 이용한 공작기계 에너지 소비 효율 향상 방법에 따르면, 모듈화된 시뮬레이션 모델로 구성된 공작기계의 장점을 활용하여 공작기계의 에너지 소비 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 에너지 소비 효율 향상을 위한 공작기계 시뮬레이션 모델 및 이를 이용한 공작기계 에너지 소비 효율 향상 방법에 따르면, 에너지 프로파일링 방법을 통하여 공작기계를 구성하는 각 부분들의 에너지 소비를 분석할 수 있고, 에너지를 소비하는 부분을 파악 할 수 있으며, 해당 부분 교체에 따른 에너지 소비 효율의 변화를 동시에 확인할 수 있다.
또한, 본 발명의 에너지 소비 효율 향상을 위한 공작기계 시뮬레이션 모델 및 이를 이용한 공작기계 에너지 소비 효율 향상 방법에 따르면, 공작기계 시뮬레이션 모델을 이용하여 기계가공 시뮬레이션을 실행한 후, 기계가공 공정 중 각 부분별 작동시간을 산출하여 각 부분의 전원 공급 및 차단 여부를 산출하고, 이에 관한 데이터를 최적화된 가공조건에 반영함으로써, 가공툴의 가공경로 분석을 통해 가공장치를 구성하는 각 부분의 작동시간을 결정하는 종래 기술에 따른 가공장치 대비, 에너지 소비 효율을 현저히 향상 시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 에너지 소비 효율 향상을 위한 공작기계 시뮬레이션 모델 및 이를 이용한 공작기계 에너지 소비 효율 향상 방법에 의해 구동되는 공작기계는, 가공공정에 있어 에너지 소비효율을 향상시킬 수 있으므로, 가공작업에 소요되는 에너지의 필요량을 절감할 수 있으며, 가공 시간을 단축시킬 수 있으며, 이에 따라 가공 단가를 낮출 수 있고, 결과적으로 공작기계를 운용하여 가공품을 생산하는 생산라인의 생산 효율을 향상시킬 수 있다.
이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
100: 공작기계 시뮬레이션 모델
110: 피드 드라이브 시스템(feed drive systems)
120: 스핀들(spindle)
130: 보조 유닛(auxiliary units)
140: 산출처리부
150: 에너지 소비량 예측부
160: 일체화 모듈
200: 공작기계 시뮬레이션 모델
210: 회전장치부
220: 이송장치부
230: 가공장치부
231: 가공툴
240: 산출처리부
250: 제어부
260: 에너지 소비량 예측부
270: 가공대상물 고정부
271: 가공대상물
280: 윤활장치부
290: 냉각장치부
300A, 300B: 기계가공 시스템
310: 모니터
320: 컴퓨터
330: 기계가공 공작기계

Claims (20)

  1. 기계가공 공작기계를 운용함에 있어 각 부분의 에너지 소비 효율을 예측하고, 이를 바탕으로 에너지 소비 효율을 향상시킬 수 있는 최적화된 가공조건을 산출하는 모듈화된 공작기계 시뮬레이션 모델(100)로서,
    제어부를 통해 전달받은 제어신호에 의해 가공툴 또는 가공 대상물을 회전시키거나 이송시키는 구동부, 및 구동부 및 보조 유닛에 제어신호를 송신하는 제어부를 구비하는 피드 드라이브 시스템(feed drive systems, 110);
    가공툴을 장착하여 기계가공을 수행할 수 있도록 구동모터 및 베어링을 구비하는 스핀들(spindle, 120);
    상기 피드 드라이브 시스템(110) 및 스핀들(120)의 기계적 마찰을 저감시키는 윤활장치부, 피드 드라이브 시스템(110) 및 스핀들(120)을 냉각시키는 냉각장치부, 및 전자장치를 구비하는 보조 유닛(auxiliary units, 130);및
    운용자로부터 입력된 가공조건에 따라 최적화된 가공조건을 산출처리한 후 피드 드라이브 시스템(110)에 송신하는 산출처리부(140);을 포함하되,
    상기 산출처리부(140)는, 공작기계 시뮬레이션 모델(100)을 이용하여 기계가공 시뮬레이션을 실행한 후, 기계가공 공정 중 각 부분별 작동시간을 산출하여 각 부분의 전원 공급 및 차단 여부를 산출하고, 이에 관한 데이터를 최적화된 가공조건에 반영하는 것을 특징으로 하는 공작기계 시뮬레이션 모델.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기계가공은 고정공구 또는 회전공구를 이용하는 공구에 의한 절삭가공인 것을 특징으로 하는 공작기계 시뮬레이션 모델.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 공작기계 시뮬레이션 모델(100)은,
    상기 피드 드라이브 시스템(feed drive systems, 110), 스핀들(spindle, 120) 및 보조 유닛(auxiliary units, 130)의 에너지 소비량을 예측하는 에너지 소비량 예측부(150);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계 시뮬레이션 모델.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 산출처리부(140)는, 에너지 프로파일링 방법을 통하여 공작기계 시뮬레이션 모델(100)을 구성하는 각 부분의 에너지 소비량을 분석하여 에너지를 소비하는 부분을 파악하고, 해당 부분의 교체에 따른 에너지 소비 효율의 변화와 공작기계 시뮬레이션 모델(100)의 운동 특성 변화를 동시에 확인하며, 이를 통해 획득한 데이터를 바탕으로 최적화된 가공조건을 산출하는 것을 특징으로 하는 공작기계 시뮬레이션 모델.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 산출처리부(140)는, 운용자로부터 입력된 이송조건을 최적제어 알고리즘을 이용하여 이송 구간별로 에너지 효율에 최적화된 이송조건을 산출하여 초기 입력된 이송조건을 수정하는 것을 특징으로 하는 공작기계 시뮬레이션 모델.
  6. 삭제
  7. 기계가공 공작기계를 운용함에 있어 각 부분의 에너지 소비 효율을 예측하고, 이를 바탕으로 에너지 소비 효율을 향상시킬 수 있는 최적화된 가공조건을 산출하는 모듈화된 공작기계 시뮬레이션 모델(200)로서,
    제어부(250)를 통해 전달받은 제어신호에 의해 가공툴(231) 또는 가공대상물(271)을 회전시키는 회전장치부(210);
    제어부(250)를 통해 전달받은 제어신호에 의해 가공툴(231) 또는 가공대상물(271)을 이송시키는 이송장치부(220);
    상기 회전장치부(210) 또는 이송장치부(220)에 장착되고, 제어부(250)를 통해 전달받은 제어신호에 의해 가공대상물(271)을 가공시키는 가공장치부(230);
    운용자로부터 입력된 가공조건에 따라 최적화된 가공조건을 산출처리한 후 제어부(250)에 송신하는 산출처리부(240);
    상기 산출처리부(240)로부터 수신한 최적화된 가공조건에 대응되는 제어신호를 회전장치부(210), 이송장치부(220) 및 가공장치부(230)에 송신하는 제어부(250); 및
    상기 제어부(250)에 의해 작동되는 회전장치부(210), 이송장치부(220) 및 가공장치부(230)의 에너지 소비량을 예측하는 에너지 소비량 예측부(260);를 포함하되,
    상기 산출처리부(240)는, 공작기계 시뮬레이션 모델을 이용하여 기계가공 시뮬레이션을 실행한 후, 기계가공 공정 중 각 부분별 작동시간을 산출하여 각 부분의 전원 공급 및 차단 여부를 산출하고, 이에 관한 데이터를 최적화된 가공조건에 반영하는 것을 특징으로 하는 공작기계 시뮬레이션 모델.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 기계가공은 고정공구 또는 회전공구를 이용하는 공구에 의한 절삭가공인 것을 특징으로 하는 공작기계 시뮬레이션 모델.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 공작기계 시뮬레이션 모델(200)은, 상기 제어부(250)를 통해 전달받은 제어신호에 의해 회전장치부(210), 이송장치부(220) 및 가공장치부(230)의 마찰부를 윤활시켜주는 윤활장치부(280)를 더 포함하고,
    상기 에너지 소비량 예측부(260)는, 상기 윤활장치부(280)의 에너지 소비량을 추가로 더 측정하는 것을 특징으로 하는 공작기계 시뮬레이션 모델.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 공작기계 시뮬레이션 모델(200)은, 상기 제어부(250)를 통해 전달받은 제어신호에 의해 회전장치부(210), 이송장치부(220) 및 가공장치부(230)를 냉각시켜주는 냉각장치부(290)를 더 포함하고,
    상기 에너지 소비량 예측부(260)는, 상기 냉각장치부(290)의 에너지 소비량을 추가로 더 예측하는 것을 특징으로 하는 공작기계 시뮬레이션 모델.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 산출처리부(240)는, 에너지 프로파일링 방법을 통하여 공작기계 시뮬레이션 모델(200)을 구성하는 각 부분의 에너지 소비량을 분석하여 에너지를 소비하는 부분을 파악하고, 해당 부분의 교체에 따른 에너지 소비 효율의 변화와 공작기계 시뮬레이션 모델(200)의 운동 특성 변화를 동시에 확인하며, 이를 통해 획득한 데이터를 바탕으로 최적화된 가공조건을 산출하는 것을 특징으로 하는 공작기계 시뮬레이션 모델.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 산출처리부(240)는, 운용자로부터 입력된 이송조건을 최적제어 알고리즘을 이용하여 이송 구간별로 에너지 효율에 최적화된 이송조건을 산출하여 초기 입력된 이송조건을 수정하는 것을 특징으로 하는 공작기계 시뮬레이션 모델.
  13. 삭제
  14. 공작기계 시뮬레이션 모델(100, 200)을 이용하여 최적화된 가공조건을 산출하고, 실제 공작기계의 에너지 소비 효율을 향상시킬 수 있는 공작기계 에너지 소비 효율 향상 방법(S100)으로서,
    a) 상기 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 공작기계 시뮬레이션 모델(100, 200)을 준비하는 모델 준비단계(S110);
    b) 가공 완성품에 대한 데이터 및 가공 대상물에 대한 데이터를 입력하는 데이터 입력단계(S120);
    c) 공작기계 시뮬레이션 모델(100, 200)을 구성하는 각 부분의 이송조건, 구동조건 및 가공조건을 산출하여 에너지 소비량을 최소화할 수 있는 최적화된 조건을 산출하는 최적조건 산출단계(S130);
    d) 산출된 최적화된 조건에 따라 공작기계 시뮬레이션 모델(100, 200)을 운용하며 각 부분의 에너지 소비량을 예측하는 에너지소비량 예측단계(S140);
    e) 상기 에너지소비량 예측단계(S140)로부터 예측된 각 부분의 에너지 소비량과 상기 최적조건 산출단계로부터 산출된 최적화된 조건을 비교하여, 최적조건을 수정하는 최적조건 수정단계(S150);
    f) 상기 최적조건 산출단계(S130) 및 최적조건 수정단계(S150)를 거쳐 최종 최적조건을 산출하는 최적조건 최종산출단계(S160); 및
    g) 상기 최종 산출단계(S160)로부터 산출된 최종 최적조건을 실제 공작기계에 적용하는 실제적용단계(S170);를 포함하되,
    상기 e) 최적조건 수정단계(S150)에서,
    에너지소비량 예측단계(S140)에서 예측된 각 부분의 에너지 소비량이, 최적조건 산출단계로부터 산출된 최적화된 조건에 의해 산출된 에너지 소비량보다 클 경우, 최적조건을 수정하는 것을 특징으로 하는 공작기계 에너지 소비 효율 향상 방법.
  15. 삭제
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 e) 최적조건 수정단계(S150)에서, 수정되는 조건은,
    회전장치부 구동 설정, 이송장치부의 구동 설정, 가공장치부의 구동 설정, 가공툴 설정, 가공툴 회전속도, 가공툴 이송경로, 가공속도, 가공깊이, 각 부분별 작동시간 설정, 각 부분별 전원 공급 및 차단 설정으로 이루어진 군에서 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 공작기계 에너지 소비 효율 향상 방법.
  17. 상기 제 14 항에 따른 공작기계 에너지 소비 효율 향상 방법을 컴퓨터에서 실행시키는 프로그램을 저장한 기록매체.
  18. 제 14 항에 따른 공작기계 에너지 소비 효율 향상 방법을 컴퓨터에서 실행시키는 프로그램을 수행하는 컴퓨터(320); 및
    상기 공작기계 에너지 소비 효율 향상 방법에 따라 상기 컴퓨터(320)에서 산출된 최종 최적조건을 적용하여 가공대상물을 가공시키는 기계가공 공작기계(330);를 포함하는 것을 특징으로 하는 기계가공 시스템.
  19. 상기 제 1 항 내지 제 5 항, 제 7 항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 따른 공작기계 시뮬레이션 모델을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어기.
  20. 상기 제 14 항에 따른 공작기계 에너지 소비 효율 향상 방법에 의해 운용되는 것을 특징으로 하는 제어기.
KR1020140101907A 2014-08-07 2014-08-07 에너지 소비 효율 향상을 위한 가상 공작기계 시뮬레이션 모델 및 이를 이용한 공작기계 에너지 소비 효율 향상 방법 KR101515402B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140101907A KR101515402B1 (ko) 2014-08-07 2014-08-07 에너지 소비 효율 향상을 위한 가상 공작기계 시뮬레이션 모델 및 이를 이용한 공작기계 에너지 소비 효율 향상 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140101907A KR101515402B1 (ko) 2014-08-07 2014-08-07 에너지 소비 효율 향상을 위한 가상 공작기계 시뮬레이션 모델 및 이를 이용한 공작기계 에너지 소비 효율 향상 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101515402B1 true KR101515402B1 (ko) 2015-05-04

Family

ID=53393239

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140101907A KR101515402B1 (ko) 2014-08-07 2014-08-07 에너지 소비 효율 향상을 위한 가상 공작기계 시뮬레이션 모델 및 이를 이용한 공작기계 에너지 소비 효율 향상 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101515402B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101825881B1 (ko) * 2017-06-27 2018-02-08 부경대학교 산학협력단 빅 데이터 분석을 이용한 제조 공정 관리 방법 및 이를 이용한 제조 공정 관리 시스템
CN110262392A (zh) * 2019-07-09 2019-09-20 重庆大学 一种基于虚拟样件的机床固有能效属性测量系统与方法
KR20220072792A (ko) 2020-11-25 2022-06-02 연세대학교 산학협력단 공작기계의 요소단위 에너지 소모량 예측을 위한 수치제어장치 및 방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009012092A (ja) * 2007-07-02 2009-01-22 Fujitsu Ltd 工作機械の制御装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009012092A (ja) * 2007-07-02 2009-01-22 Fujitsu Ltd 工作機械の制御装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
논문1 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101825881B1 (ko) * 2017-06-27 2018-02-08 부경대학교 산학협력단 빅 데이터 분석을 이용한 제조 공정 관리 방법 및 이를 이용한 제조 공정 관리 시스템
CN110262392A (zh) * 2019-07-09 2019-09-20 重庆大学 一种基于虚拟样件的机床固有能效属性测量系统与方法
KR20220072792A (ko) 2020-11-25 2022-06-02 연세대학교 산학협력단 공작기계의 요소단위 에너지 소모량 예측을 위한 수치제어장치 및 방법
KR102503868B1 (ko) 2020-11-25 2023-02-27 연세대학교 산학협력단 공작기계의 요소단위 에너지 소모량 예측을 위한 수치제어장치 및 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10928802B2 (en) Method for optimizing the productivity of a machining process of a CNC machine
US11481630B2 (en) Machining condition adjustment device and machining condition adjustment system
CN109799784B (zh) 刀具磨耗检测装置、其检测方法及刀具磨耗补偿方法
US20200356069A1 (en) Machine tool management system
CN1781659B (zh) 控制装置
Lee et al. Simulation-based machining condition optimization for machine tool energy consumption reduction
KR101515402B1 (ko) 에너지 소비 효율 향상을 위한 가상 공작기계 시뮬레이션 모델 및 이를 이용한 공작기계 에너지 소비 효율 향상 방법
US11826865B2 (en) Machine tool machining dimensions prediction device, machine tool equipment abnormality determination device, machine tool machining dimensions prediction system, and machine tool machining dimensions prediction method
JP2000271836A (ja) 数値制御による工作機械の制御方法及び装置
CN108673241B (zh) 一种切削阶段数控机床能耗计算方法
JP2009012092A (ja) 工作機械の制御装置
JP6731395B2 (ja) 工作機械、および、工具の摩耗の度合いを算出する方法
JP2019082836A (ja) 工具寿命予測装置
KR20130084657A (ko) 부하 관성 추정 방법 및 제어 파라미터 조정 방법
US20180085874A1 (en) Microlubrication system
CN110174873A (zh) 伺服控制装置
Sparham et al. Designing and manufacturing an automated lubrication control system in CNC machine tool guideways for more precise machining and less oil consumption
KR101626458B1 (ko) 공작기계의 공구이상 검출장치
CN109773584B (zh) 机床的进给轴的运行状态显示装置及运行状态显示方法
Zhou et al. Modelling and compensation of thermal deformation for machine tool based on the real-time data of the CNC system
CN111615437B (zh) 用于机器人加工的方法和装置
KR20130042140A (ko) 공작기계의 볼스크류 변형에 의한 실시간 위치 보정 방법 및 장치
JP2014219911A (ja) シミュレーション装置およびシミュレーションプログラム
JP6885914B2 (ja) 数値制御装置
TWI580145B (zh) 適用於加工機台之用電量預估系統與用電量預估方法

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee