KR101575144B1 - 에너지 절감형 수치 제어 장치 - Google Patents

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이종필
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Abstract

본 발명은 이송 축의 가감속도 및 스핀들 회전의 가감속도를 조절함으로써, 공작 기계의 소비 전력을 최소화하는 에너지 절감형 수치 제어 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 수치 제어 장치는 주축 모터 또는 이송 모터를 구동하기 위한 위치, 속도 및 가감속도 중 적어도 하나의 지령을 가공 사이클에 따라 하달하는 가공 프로그램부와, 가공 프로그램부와 연동되 사이클이 포함하는 각 지령의 시정수를 설정하는 시정수 산출부를 포함할 수 있다.

Description

에너지 절감형 수치 제어 장치{Apparatus for energy savings numerical control}
본 발명은 이송 축의 가감속도 및 스핀들 회전의 가감속도를 조절함으로써, 공작 기계의 소비 전력을 최소화하는 에너지 절감형 수치 제어 장치에 관한 것이다.
공작 기계는 주조, 단조 등으로 만든 기계부품을 가공하는 기계로 기계공업의 기초가 되는 기계이다. 19세기 중에 대부분의 공작기계가 발명되었으며, 20세기에는 성능향상이 이루어지고, 수치제어 공작기계 등이 제조되었다.
수치제어(numerical control)는 컴퓨터 등의 제어장치를 이용해 공작 기계를 자동제어하는 기술로 주로 공작기계의 자동화에 이용된다. 이를 이용한 공구에는 위치결정, 직선절삭, 연속절삭 등에 이용되고 있다.
한국 공개특허 특1988-0013050호에는 제어축의 가속 및 감속에 대한 시간을 전환하는 방법이 개시되고 있지만, 이송 축의 가감속도 및 스핀들 회전의 가감속도를 조절함으로써, 공작 기계의 소비 전력을 최소화하는 기술은 개시되고 있지않다.
한국 공개특허 특1988-0013050호
본 발명은 이송 축의 가감속도 및 스핀들 회전의 가감속도를 조절함으로써, 공작 기계의 소비 전력을 최소화하는 에너지 절감형수치 제어 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 수치 제어 장치는 주축 모터 또는 이송 모터를 구동하기 위한 위치, 속도 및 가감속도 중 적어도 하나의 지령을 가공 사이클에 따라 하달하는 가공 프로그램부와, 가공 프로그램부와 연동되 사이클이 포함하는 각 지령의 시정수를 설정하는 시정수 산출부를 포함할 수 있다.
본 발명의 에너지 절감형 수치 제어 장치는 주축 및 이송 축의 가감속도, 속도 또는 시정수를 재산출함으로써, 공작 기계의 소비 전력을 최소화할 수 있다.
본 발명의 에너지 절감형 수치 제어 장치는 주축 모터의 목표 속도의 도달 시간인 제1 시정수와 이송 모터의 목표 위치 도달 시간인 제2 시정수의 관계를 비교 판단함으로써, 시스템의 구동을 더 안정적으로 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 수치 제어 장치가 구비된 공작 기계를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 수치 제어 장치를 나타내는 블럭도이다.
도 3은 주축 모터와 이송 모터의 제어에서 상관 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 주축 모터의 소비 전력을 주축 모터의 목표 속도 도달 시간에 따라 나타내는 그래프이다.
도 5는 가공의 한 사이클에서 주축 모터와 이송 모터의 제어 상관 관계를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
도 1은 본 발명의 수치 제어 장치(100)가 구비된 공작 기계를 나타내는 개략도이다. 도 2는 본 발명의 수치 제어 장치(100)를 나타내는 블럭도이다. 도 3은 주축 모터(10)와 이송 모터(20)의 제어에서 상관 관계를 나타내는 그래프이다. 도 4는 주축 모터(10)의 소비 전력을 주축 모터(10)의 목표 속도 도달 시간에 따라 나타내는 그래프이다. 도 5는 가공의 한 사이클에서 주축 모터(10)와 이송 모터(20)의 제어 상관 관계를 나타내는 그래프이다.
이하 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 수치 제어 장치(100)의 기능 및 구성을 상세히 설명한다.
공작 기계는 절삭 등의 가공을 위해 공구(43)를 회전시키는 스핀들 모터와 공구(43)를 피가공물(45)에 접촉시키기 위해 공구(43)를 이송하는 서보 모터를 포함할 수 있다.
공작 기계에서 공구(43)는 스핀들 헤드(41)를 통해 스핀들 모터와 연결될 수 있다.
공작 기계에서, 이송 축은 공구(43)를 장착한 스핀들 헤드(41) 측에 구비되어 피가공물(45)에 공구(43)를 직접 이송할 수 있다. 또한 이송 축은 피가공물(45)이 장착된 테이블(47) 측에 구비되어 공구(43)에 피가공물(45)을 직접 이송할 수도 있다.
이하, 스핀들 모터를 주축 모터(10)라 하고, 서보 모터를 이송 모터(20)라 한다.
수치 제어 장치(100)는 주축 모터(10) 및 이송 모터(20)에 연결되어 모터의 구동을 제어한다.
본 발명의 수치 제어 장치(100)는 위치, 속도 및 가감속도 중 적어도 하나의 지령을 입력받아 지령 따라 주축 모터(10) 또는 이송 모터(20)를 구동하는 구동부(110)와, 구동부(110)에 가공 사이클에 따라 상기 지령을 하달하는 가공 프로그램부(130)와, 가공 프로그램부(130)와 연동하며 사이클이 포함하는 각 지령의 시정수를 재설정하는 시정수 산출부(150)를 포함할 수 있다.
다시 한번 정리하면, 본 발명의 수치 제어 장치(100)는 주축 모터(10) 또는 이송 모터(20)를 구동하는 위치, 속도 및 가감속도 중 적어도 하나의 지령을 가공 사이클에 따라 하달하는 가공 프로그램부(130)와, 가공 프로그램부(130)와 연동하며 사이클이 포함하는 각 지령의 시정수를 재설정하는 시정수 산출부(150)를 포함할 수 있다.
사이클은 각 지령이 조합되어 하나의 가공 공정을 완료하는 구간을 의미한다.
가공 프로그램부(130)에서는 가공 조건에 따라 사이클의 시간 구간별로 주축 모터(10)와 이송 모터(20)에 하달하기 위한 위치, 속도 및 가감속도 중 적어도 하나의 지령을 설정한다.
일실시예로, 도 5을 참조하여 설명하면 절삭가공의 경우, 주축 모터(10)는 절삭을 위해 목표 회전 속도에 도달해야되고, 이송 모터(20)는 가공이 필요한 목표 위치에 공구(43) 또는 피가공물(45)을 이송시켜야 한다. 따라서 주축 모터(10)가 목포 회전 속도에 도달하기 위해 가속 회전을 하는 l구간 동안에 이송 모터(20)는 도구를 해당 목표 위치로 이송하고, 절삭 후 주축 모터(10)가 감속 회전을 하는 n구간 동안에 이송 모터(20)는 도구를 원위치로 이송한다.
이하, 주축 모터(10)가 목표 회전 속도까지 도달하는 시간을 제1 시정수라고 정의한다. 이하, 이송 모터(20)가 목표 위치까지 도달하는 시간을 제2 시정수라고 정의한다.
시정수 산출부(150)는 가공 프로그램부(130)에서 지령 값과 각 지령에 대한 시정수를 입력받고, 소비 전력이 최소가 되도록 시정수 또는 지령을 산출하며, 산출된 상기 시정수 또는 지령을 가공 프로그램부(130)에 전달할 수 있다.
시정수 산출부(150)는 주축 모터(10)의 회전 가감속도 및 이송 모터(20)의 가감속도를 조절하여 전력소비가 최소가 되는 제1 시정수 및 제2 시정수를 산출할 수 있다.
시정수 산출부(150)는 가공 프로그램부(130)로 부터 지령 값과 각 지령에 대한 시정수를 입력받고, 소비 전력이 최소가 되는 시정수와 지령을 산출하며, 산출된 시정수 및 지령을 다시 가공 프로그램부(130)에 입력할 수 있다.
시정수 산출부(150)는 주축 모터(10)의 소비 전력이 최소가 되는 제1 시정수를 산출하고, 이송 모터(20)의 소비 전력을 제2 시정수 또는 목표 위치를 반영하여 산출하며, 이송 모터(20)의 소비 전력이 최소가 되는 이송 모터(20)의 속도 또는 가감속도를 산출할 수 있다.
시정수 산출부(150)의 시정수 산출 순서는 다음과 같다.
제1 단계로 시정수 산출부(150)는 가공 프로그램부(130)로 부터 지령 및 시정수를 입력받고, 최대 허용 소비 전력이 설정될 수 있다. 제1 시정수의 최소 전력의 조건과 제2 시정수의 최소 전력 조건이 가공 조건을 만족하지 못할 경우에 최대 허용 소비 전력를 만족하는 값으로 시정수는 재설정된다. 최대 허용 소비 전력은 사용자가 임의로 입력하는 상수 값일 수 있다. 예를 들어, 제2 시정수의 최소 전력을 만족하는 값이 제1 시정수의 값보다 길게 되면 공구(43)가 목표 회전 속도에 도달하기 전에 피가공물(45)에 접촉하게 되고 가공 품질을 저하하는 문제가 발생할 수 있다. 이런 경우를 예방하기 위해서 제2 시정수가 제1 시정수보다 길지않게 제1 시정수 또는 제2 시정수를 최대 허용 소비 전력을 넘지 않는 선에서 재설정될 수 있다. 따라서 최대 허용 소비 전력은 시정수의 상한값과 하한값의 기준이 될 수 있다. 도 4를 참조하면 주축 모터(10)의 최대 허용 소비 전력
Figure 112014069217734-pat00001
에 의해 제1 시정수의 상한값과 하한값의 설정되는 범위를 볼 수 있다.
제2 단계로 시정수 산출부(150)는 소비 전력이 최소가 되는 제1 시정수를 산출한다. 제1 시정수는 주축 모터(10)가 목표 회전 속도에 도달하는 시간을 의미하며 회전 가속도를 조절함으로써 산출될 수 있다.
제3 단계로 시정수 산출부(150)는 제2 시정수와 이송 모터(20)의 속도 또는 가감속도에 따른 이송 모터(20)의 소비전력을 산출한다. 제2 시정수는 이송 모터(20)가 도구를 목표 위치에 이동시키는 시간을 의미하며 이송 속도 또는 이송 가감속도를 조절함으로써 산출될 수 있다.
제4 단계로 시정수 산출부(150)는 제1 시정수와 제2 시정수를 비교하고, 제2 시정수가 제1 시정수보다 크다면 제1 시정수 또는 제2 시정수를 최대 허용 소비 전력 이하에서 제2 시정수가 제1 시정수를 초과하지 않도록 재설정할 수 있다.
제5 단계로 시정수 산출부(150)는 산출된 제1 시정수 및 제2 시정수와, 제1 시정수 및 제2 시정수를 만족하는 위치, 속도 또는 가감속도 지령 값을 가공 프로그램부(130)로 입력할 수 있다.
이하, 시정수 산출부(150)에서 시정수를 산출하는 구체적인 내용을 상세히 설명한다.
제1 시정수를 산출하는 과정을 상세히 설명한다.
이하, 제1 시정수 산출에 사용되는 변수를 정의한다.
Figure 112014069217734-pat00002
는 주축 모터(10)가 목표 회전 속도에 도달하는 시간인 제1 시정수를 의미한다.
Figure 112014069217734-pat00003
는 주축 모터(10)의 각가속도를 의미한다.
Figure 112014069217734-pat00004
는 주축 모터(10)의 목표 각속도를 의미한다.
Figure 112014069217734-pat00005
는 주축 모터(10)의 코일의 저항을 의미한다.
Figure 112014069217734-pat00006
는 주축 모터(10)의 마찰 토크을 의미한다. 마찰 토크의 물리적 차원은 (힘)*(거리)가 된다.
Figure 112014069217734-pat00007
는 주축 모터(10)와 관련되는 부하 관성을 의미한다. 부하 관성는 주축뿐만 아니라 도구 및 주축과 도구 사이에 결합되는 모든 기계 구조를 고려하여 얻을 수 있다.
Figure 112014069217734-pat00008
는 주축 모터(10)의 토크 정수를 의미한다. 토크 정수의 물리적 차원은 (힘)*(거리)/(전류)가 된다.
Figure 112014069217734-pat00009
는 주축 모터(10)에서의 전류를 의미한다. 여기서 마찰 토크, 부하 관성, 토크 정수, 코일 저항 등은 모터 파라미터일 수 있다.
주축 모터(10)의 가속시에 소비 전력을 구하기 위해서는 모터 코일에서 부하 관성에 의해 소비되는 전력과, 마찰 토크에 의해 소비되는 전력을 고려해야 한다.
주축 모터(10)가 목표 회전 각속도까지 가속하는 동안에 부하 관성에 의한 소비 전력
Figure 112014069217734-pat00010
는 다음과 같이 전개될 수 있다.
Figure 112014069217734-pat00011
여기서 주축 모터(10)의 전류를 부하 관성, 각가속도, 토크 정수를 이용하여 다음과 같이 전개할 수 있다.
Figure 112014069217734-pat00012
수학식 2를 수학식 1에 대입하고 각가속도를 각속도와 제1 시정수로 표현해서 전개하면 부하 관성에 의한 소비 전력은 다음과 같이 전개될 수 있다.
Figure 112014069217734-pat00013
주축 모터(10)가 목표 회전 각속도까지 가속하는 동안에 마찰 토크에 의한 소비 전력
Figure 112014069217734-pat00014
는 다음과 같이 전개될 수 있다.
Figure 112014069217734-pat00015
주축 모터(10)가 목표 회전 각속도까지 가속하는 동한 소비되는 총 소비 전력은 수학식 3과 수학식 4를 더하여 다음과 같이 전개할 수 있다.
Figure 112014069217734-pat00016
수학식 5는 주축의 마찰 토크, 부하 관성, 주축 모터(10)의 파라미터를 근거로 산출된 제1 소비전력함수로 정의한다.
수학식 5에서 우변의 제1 시정수
Figure 112014069217734-pat00017
를 제외한 모든 변수는 상수이다. 결국 주축 모터(10)가 목표 회전 각속도까지 가속하는 동안의 소비 전력은 제1 시정수와 비례하는 항과 반비례하는 항의 조합으로 전개된다. 따라서 소비 전력이 최소가 되는 극소점이 존재한다.
따라서 제1 소비전력함수는 상기 제1 시정수와 정비례하는 항과 반비례하는 항을 포함하고 있으며, 제1 시정수에 대해서 1차 미분을 함으로써, 최소 소비 전력이 되는 제1 시정수를 알 수 있다.
구체적으로는 최소 소비 전력이 되는 제1 시정수는 정비례하는 항의 계수를 반비례하는 항의 계수로 나눈 값의 제곱근이 된다.
도 4를 참조하면 소비전력이 최소가 되는 제1 시정수는
Figure 112014069217734-pat00018
가 되고,
Figure 112014069217734-pat00019
는 다음과 같이 정의된다.
Figure 112014069217734-pat00020
제2 시정수를 산출하는 과정을 이하에서 상세히 설명한다.
이하, 제2 시정수 산출에 사용되는 변수를 정의한다.
Figure 112014069217734-pat00021
는 이송 모터(20)가 목표 위치에 도달하는 시간인 제2 시정수를 의미한다.
Figure 112014069217734-pat00022
는 이송 모터(20)의 각가속도를 의미한다.
Figure 112014069217734-pat00023
는 이송 모터(20)의 등속 운동시의 각속도를 의미한다.
Figure 112014069217734-pat00024
는 이송 모터(20)의 코일의 저항을 의미한다.
Figure 112014069217734-pat00025
는 이송 모터(20)의 마찰 토크을 의미한다.
Figure 112014069217734-pat00026
는 이송 모터(20)와 관련되는 부하 관성을 의미한다. 부하 관성는 이송 축뿐만 아니라 이송 축과 이송 모터(20) 사이에 결합되는 모든 기어 구조를 고려하여 얻을 수 있다.
Figure 112014069217734-pat00027
는 이송 모터(20)의 토크 정수를 의미한다.
Figure 112014069217734-pat00028
는 이송 모터(20)에서의 전류를 의미한다.
Figure 112014069217734-pat00029
는 원점에서 목표 위치까지의 거리를 의미한다.
제2 시정수
Figure 112014069217734-pat00030
는 이송 모터(20)의 가감속 구간의 시간인 제2 가감속 시정수
Figure 112014069217734-pat00031
와 등속 구간의 시간인 제2 등속 시정수
Figure 112014069217734-pat00032
로 분리될 수 있다. 도 3의 (b) 그래프를 참조하면 이송 모터(20)의 구동은
Figure 112014069217734-pat00033
시간 동안 가속을 하고,
Figure 112014069217734-pat00034
시간 동안 등속 운동을 하며, 다시
Figure 112014069217734-pat00035
시간 동안 감속을 하여 목표 위치에 도달하게 된다.
목표 위치에 대한
Figure 112014069217734-pat00036
와 시정수
Figure 112014069217734-pat00037
,
Figure 112014069217734-pat00038
와의 관계는 다음과 같이 전개될 수 있다.
Figure 112014069217734-pat00039
여기서
Figure 112014069217734-pat00040
Figure 112014069217734-pat00041
가 물리적 차원이 시간 역수이기 때문에 거리 차원의 스케일 보정을 위한 계수이다. 따라서
Figure 112014069217734-pat00042
는 이송 속도
Figure 112014069217734-pat00043
가 된다.
Figure 112014069217734-pat00044
는 이송 축의 지름, 기어 비에 따라서 달라질 수 있다.
수학식 7을
Figure 112014069217734-pat00045
에 관해서 정리하면 다음과 같이 전개될 수 있다.
Figure 112014069217734-pat00046
이송 모터(20)에서 가속 구간의 소비 전력
Figure 112014069217734-pat00047
은 다음과 같이 전개할 수 있다.
Figure 112014069217734-pat00048
감속 구간에서는 감속하기 위해 토크가 작용하는 방향과 마찰 토크가 작용하는 방향이 같기 때문에
Figure 112014069217734-pat00049
에 비례하는 항은 가속 구간과 부호가 반대가 된다. 따라서각가감속을 모두 고려한 가감속 구간에서의 소비 전력
Figure 112014069217734-pat00050
은 다음과 같이 전개될 수 있다.
Figure 112014069217734-pat00051
그리고 등속 구간에서는 관성 변화가 없기 때문에 마찰 토크만 고려하면 되고 등속 구간에서의 소비 전력
Figure 112014069217734-pat00052
는 다음과 같이 전개될 수 있다.
Figure 112014069217734-pat00053
따라서 이동 모터가 피가공물(45)을 목표 위치까지 도달시키기 위해서 필요한 소비 전력은 수학식 10과 수학식 11의 합이 된다. 그리고
Figure 112014069217734-pat00054
에 수학식 8을 대입하여 목표 위치에 도달하기 위한 소비 전력
Figure 112014069217734-pat00055
는 다음과 같이 전개된다.
Figure 112014069217734-pat00056
주축 모터(10)와 관련된 식에서는 목표 각속도까지 도달하는 것이 목적이기 때문에 각속도는 상수고 제1 시정수만이 가변하는 변수였지만, 이송 모터(20)에서는 목표 위치까지 도달하는 것이 목적이기 때문에 제2 가감속 시정수
Figure 112014069217734-pat00057
와 각속도
Figure 112014069217734-pat00058
가 모두 가변하는 변수이다. 하지만
Figure 112014069217734-pat00059
에 대해서는 수학식 12에서 반비례하는 항과 음으로 정비례하는 항의 합으로 이루어지므로,
Figure 112014069217734-pat00060
이 클수록 전력 소비가 적어진다. 하지만 제2 시정수는 제1 시정수보다 작아야되므로 다음과 같은 조건이 존재한다.
Figure 112014069217734-pat00061
따라서
Figure 112014069217734-pat00062
은 상한값이 존재하고,
Figure 112014069217734-pat00063
에 대해서는 극소점 또한 존재하지 않는다.
따라서 이송 모터(20)에서의 최소 소비 전력을 찾기 위해서는 각속도 또는 각가속도를 변수로 찾을 수 있다. 결과적으로 이송 모터(20)에 최소 소비 전력이 되는 시정수 및 지령이 적용이 되면 도 3의 (b)의 구동에서 도 3의 (c)의 구동으로 변화하게 된다.
시정수 산출부(150)의 시정수 산술과정을 다시 한번 이하에서 설명한다.
주축의 마찰 토크 및 부하 관성을 근거로 소비 전력이 최소인 주축 회전이 목표 회전 속도에 도달하는 제1 시정수와 가속도 지령을 산출하고, 제2 시정수가 제1 시정수의 이상이 되지 않은 조건에서 소비 전력이 최소가 되는 이송 모터(20)의 가감속도 또는 가속도 지령을 산출하며, 산출된 지령 및 시정수를 가공 프로그램부(130)로 입력한다.
본 발명의 에너지 절감형 수치 제어 장치(100)는 주축 및 이송 축의 가감속도, 속도 또는 시정수를 재산출함으로써, 공작 기계의 소비 전력을 최소화할 수 있다.
본 발명의 에너지 절감형 수치 제어 장치(100)는 주축 모터(10)의 목표 속도의 도달 시간인 제1 시정수와 이송 모터(20)의 목표 위치 도달 시간인 제2 시정수의 관계를 비교 판단함으로써, 시스템의 구동을 더 안정적으로 할 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
10...주축 모터 20...이송 모터
31...공 나사 33...너트
41...주축 헤드 43...공구
45...피가공물 47...테이블
100...수치 제어 장치 110...구동부
130...가공 프로그램부 150...시정수 산출부

Claims (8)

  1. 주축 모터 또는 이송 모터를 구동하기 위한 위치, 속도 및 가감속도 중 적어도 하나의 지령을 가공 사이클에 따라 하달하는 가공 프로그램부;
    상기 가공 프로그램부와 연동되며 상기 사이클이 포함하는 상기 각 지령의 시정수를 설정하는 시정수 산출부;를 포함하고,
    상기 주축 모터의 소비 전력이 최소가 되는 상기 주축 회전이 목표 회전 속도에 도달하는 시간인 제1 시정수와 가속도 지령을 산출하며,
    상기 주축의 마찰 토크, 부하 관성, 상기 주축 모터의 파라미터 중 적어도 하나를 근거로 제1 소비전력함수가 산출되며,
    상기 제1 소비전력함수가 최소값이 되게하는 제1 시정수를 최적값으로 산출하고,
    상기 제1 소비전력함수는 상기 제1 시정수를 독립변수로 하는 함수이며,
    상기 제1 소비전력함수는 상기 제1 시정수와 정비례하는 항과 반비례하는 항을 포함하고 있으며,
    상기 주축 모터의 소비 전력이 최소가 되는 상기 제1 시정수는 상기 정비례하는 항의 계수를 상기 반비례하는 항의 계수로 나눈 값의 제곱근인 수치 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이송 모터가 목표 위치까지 도달하는 시간을 제2 시정수라고 정의할 때,
    상기 시정수 산출부는,
    상기 주축 모터의 소비 전력이 최소가 되는 상기 제1 시정수를 산출하고,
    상기 이송 모터의 소비 전력을 상기 제2 시정수 또는 상기 목표 위치를 반영하여 산출하며,
    상기 이송 모터의 소비 전력이 최소가 되는 상기 이송 모터의 속도 또는 가감속도를 산출하는 수치 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 시정수 산출부는,
    상기 제1 시정수와 상기 제2 시정수를 비교하고,
    상기 제2 시정수가 상기 제1 시정수보다 크다면 상기 제1 시정수 또는 상기 제2 시정수를 최대 허용 소비 전력 이하에서 상기 제2 시정수가 상기 제1 시정수를 초과하지 않도록 재설정하는 수치 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 이송 모터가 목표 위치까지 도달하는 시간을 제2 시정수라고 정의할 때,
    상기 제2 시정수는 상기 이송 모터의 가감속 구간의 시간인 제2 가감속 시정수와 상기 이송 모터의 등속 구간의 시간인 제2 등속 시정수로 분리되며,
    상기 시정수 산출부는,
    상기 이송 모터의 소비 전력을 최소화하는 상기 제2 가감속 시정수 또는 상기 제2 등속 시정수를 산출하는 수치 제어 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112230601A (zh) * 2020-10-21 2021-01-15 山东科技大学 数控机床主轴停转节能临界时间确定及节能方法
KR20230130308A (ko) 2022-03-03 2023-09-12 주식회사 디엔솔루션즈 다계통 복합공작기계의 에너지 절감 장치

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004326238A (ja) 2003-04-22 2004-11-18 Toshiba Mach Co Ltd 数値制御装置及び数値制御方法
JP2010250697A (ja) * 2009-04-17 2010-11-04 Fanuc Ltd 工作機械の制御装置
JP2011145825A (ja) * 2010-01-13 2011-07-28 Mori Seiki Co Ltd 工作機械

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004326238A (ja) 2003-04-22 2004-11-18 Toshiba Mach Co Ltd 数値制御装置及び数値制御方法
JP2010250697A (ja) * 2009-04-17 2010-11-04 Fanuc Ltd 工作機械の制御装置
JP2011145825A (ja) * 2010-01-13 2011-07-28 Mori Seiki Co Ltd 工作機械

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112230601A (zh) * 2020-10-21 2021-01-15 山东科技大学 数控机床主轴停转节能临界时间确定及节能方法
WO2022082877A1 (zh) * 2020-10-21 2022-04-28 山东科技大学 数控机床主轴停转节能临界时间确定及节能方法
KR20230130308A (ko) 2022-03-03 2023-09-12 주식회사 디엔솔루션즈 다계통 복합공작기계의 에너지 절감 장치

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