KR101953585B1 - 공작기계의 주축 회전 감속장치 및 주축 회전 감속방법 - Google Patents

공작기계의 주축 회전 감속장치 및 주축 회전 감속방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 주축의 회전운동에너지를 감소시키는 자기력을 주축 디스크에 전달하도록 설치되는 전자석을 통해, 주축의 회전운동에너지 크기에 따라 전원 공급부에서 전자석에 공급되는 전류량을 제어하여, 전자석과 주축 디스크 사이에서 발생하는 자기댐핑 효과를 이용하여 주축 회전 감속시간을 최소화하여 공작물의 가공사이클을 단축함에 따라 생산성을 향상하고, 주축 회전 감속에 소요되는 전류량을 최소화하여 유지비용을 절감할 수 있는 공작기계의 주축 회전 감속장치 및 주축 회전 감속방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

Description

공작기계의 주축 회전 감속장치 및 주축 회전 감속방법{Main spindle rotation deceleration device of machine tool and deceleration method thereof}
본 발명은 공작기계의 주축 회전 감속장치 및 주축 회전 감속방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주축의 회전운동에너지 크기에 따라 전원 공급부에서 전자석에 공급되는 전류량을 제어하여, 전자석과 주축 디스크 사이에서 발생하는 자기댐핑 효과를 이용하여 주축 회전 감속시간을 단축하여 생산성을 향상하고, 주축 회전감속에 소요되는 전류량을 최소화하여 유지비용을 절감할 수 있는 공작기계의 주축 회전 감속장치 및 주축 회전 감속방법에 관한 것이다.
터닝센터, 머시닝센터, 문형머시닝센터, 스위스 턴, 방전 가공기, 수평형 NC 보링머신, CNC 선반 등을 비롯한 다양한 종류의 공작기계는 다양한 산업 현장에서 해당 작업의 용도에 맞게 널리 사용되고 있다.
주축의 회전 감속시간은 공작물의 가공사이클을 결정하고, 이에 따라 생산효율이 결정되게 된다.
이처럼 공작기계의 생산성을 향상하기 위해서 종래 공작기계, 특히 선반의 경우에 주축 회전 감속은 주축모터와 주축앰프에 의해 수행되어 왔고, 주축 회전 감속시간을 단축하여 생산성을 향상시키기 위해 주축모터와 앰프의 용량을 증가시켜 주축 회전 감속시간을 단축하여 왔다. 그러나, 종래 기술에 의하면 주축모터와 앰프의 용량 증가에 따라 공작기계의 제조비용을 증가시키고, 공작기계의 크기가 커지는 문제점이 있었다.
주축 회전 감속시간을 단축하기 위해 유압을 이용하여 마찰 패드로 주축 디스크를 클램핑하여 주축 회전 감속시간을 단축하는 것을 고려할 수 있으나, 이는 동작 명령 시점부터 실제 유압이 전달되어 마찰 패드가 주축 디스크를 잡는 시간까지 상당한 시간적 지연이 발생할 수 있고, 주축 디스크를 잡는 동작에 따라 주축에 진동이 발생하여 공작물의 가공 정밀도가 저하되는 문제점이 있었다.
대한민국 특허공개공보 제10-2004-0029685호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 주축의 회전운동에너지를 감소시키는 자기력을 주축 디스크에 전달하도록 설치되는 전자석을 통해, 주축의 회전운동에너지 크기에 따라 전원 공급부에서 전자석에 공급되는 전류량을 제어하여, 전자석과 주축 디스크 사이에서 발생하는 자기댐핑 효과를 이용하여 주축 회전 감속시간을 최소화하여 공작물의 가공사이클을 단축함에 따라 생산성을 향상하고, 주축 회전 감속에 소요되는 전류량을 최소화하여 유지비용을 절감할 수 있는 공작기계의 주축 회전 감속장치 및 주축 회전 감속방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명은 주축 모터에 의해 구동되는 주축을 구비하는 공작기계에 있어서, 상기 주축 모터의 일부에 장착되고, 상기 주축 모터의 주축 부하 및 주축 속도 정보를 지속적으로 모니터링하는 주축 모터 엔코더; 상기 주축과 일체로 회전하도록 상기 주축에 설치되는 주축 디스크; 상기 주축의 회전운동에너지를 감소시키는 자기력을 상기 주축 디스크에 전달하도록 설치되는 전자석; 상기 전자석에 전류를 공급하기 위한 전원 공급부; 및 상기 주축의 회전운동에너지 크기에 따라 상기 전원 공급부에서 상기 전자석에 공급되는 전류량을 제어하기 위한 제어유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 본 발명에 의한 공작기계의 주축 회전 감속장치의 바람직한 다른 실시예에서, 제어유닛은 상기 주축 모터 엔코더에서 상기 주축 모터의 주축 부하 정보 및 주축 속도 정보를 저장하는 엔코더 데이터 저장부; 상기 엔코더 데이터 저장부에 저장된 상기 주축 부하 정보를 주축 모터 토크 값으로 변환하는 데이터 변환부; 상기 주축이 가속구간, 등속구간, 감속구간 중 어떠한 구간에 있는지 주축 속도 구간을 판단하는 주축 속도 구간 판단부; 상기 주축이 가속구간에 있는 경우 상기 주축의 회전관성을 계산하는 회전관성 계산부; 상기 주축이 등속구간에 있는 경우 상기 엔코더 데이터 저장부에서 상기 주축의 각속도를 저장하는 각속도 저장부; 및 상기 주축이 감속구간에 있는 경우, 상기 전원 공급부에서 상기 전자석에 공급되는 전류량을 계산하여 상기 전류량을 상기 전원 공급부에 전달하는 전류량 계산부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 본 발명에 의한 공작기계의 주축 회전 감속장치의 바람직한 다른 실시예에서, 회전관성 계산부는 하기 식(5)로 계산될 수 있다.
회전관성(I) = Tm/α ------ 식(5)
Tm : 주축 모터 토크
α : 주축 각가속도
또한, 본 발명에 본 발명에 의한 공작기계의 주축 회전 감속장치의 바람직한 다른 실시예에서, 전류량 계산부는 하기 식(2)로 계산될 수 있다.
전류량(A) = k × E = k × (1/2 ×I × ω2) ------ 식(2)
k : 회전운동에너지를 전류량으로 변환하기 위한 변환 계수
E : 회전운동에너지
I : 주축의 회전관성
ω : 주축이 등속구간에 있는 경우 주축의 각속도
또한, 본 발명에 본 발명에 의한 공작기계의 주축 회전 감속장치의 바람직한 다른 실시예에서, 전류량 계산부는 하기 식(6)으로 계산될 수 있다.
전류량(A) = k × E = k × (1/2 ×I0 × ω2) ------ 식(6)
k : 회전운동에너지를 전류량으로 변환하기 위한 변환 계수
E : 회전운동에너지
I0 : 주축이 가속구간에서 등속구간으로 바뀌기 직전에서의 주축의 회전관성
ω : 주축이 등속구간에 있는 경우 주축의 각속도
본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위해 공작기계의 주축 회전 감속방법은 주축 모터의 주축 부하 및 주축 속도 정보를 지속적으로 모니터링하는 단계; 모니터링한 상기 주축 모터의 주축 부하 정보 및 주축 속도 정보를 저장하는 단계; 상기 주축이 가속구간, 등속구간, 감속구간 중 어떠한 구간에 있는지 주축 속도 구간을 판단하는 단계; 상기 주축이 가속구간에 있는 경우 상기 주축의 회전관성을 계산하는 단계; 상기 주축이 등속구간에 있는 경우 상기 주축의 각속도를 저장하는 단계; 상기 주축이 감속구간에 있는 경우 상기 전원 공급부에서 상기 전자석에 공급되는 전류량을 계산하는 단계; 상기 전류량을 전원 공급부에 전달하는 단계;로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 주축 회전 감속방법의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 주축 회전 감속방법은 상기 모니터링한 상기 주축 모터의 주축 부하 정보 및 주축 속도 정보를 저장하는 단계 이후에 상기 주축 부하 정보를 주축 모터 토크 값으로 변환하는 단계;를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 공작기계의 주축 회전 감속장치 및 주축 회전 감속방법은 주축과 일체로 회전하도록 주축에 설치되는 주축 디스크와 주축의 회전운동에너지를 감소시키는 자기력을 주축 디스크에 전달하도록 설치되는 전자석을 구비하고, 주축의 회전운동에너지 크기에 따라 전원 공급부에서 전자석에 공급되는 전류량을 제어하여, 전자석과 주축 디스크 사이에서 발생하는 자기댐핑 효과를 이용하여 주축 회전 감속시간을 실시간으로 단축하여 생산성을 향상할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 주축 회전 감속장치 및 주축 회전 감속방법은 주축의 회전 감속에 소요되는 전류량을 최소화하여 유지비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
더욱이, 본 발명에 의한 공작기계의 주축 회전 감속장치 및 주축 회전 감속방법은 자기댐핑 효과에 따라 주축 회전 감속을 수행하여, 장시간 사용에도 불구하고 빈번한 부품의 교체작업을 요하지 않아 작업편의성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공작기계의 주축 회전 감속장치의 개념도를 나타낸다.
도 2는 시간에 따른 주축 속도 구간과 각 주축 속도 구간에서 주축 속도를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공작기계의 주축 회전 감속방법의 절차도를 나타낸다.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 부호를 가지도록 하고 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공작기계의 주축 회전 감속장치(1)의 개념도를 나타낸다. 도 2는 시간에 따른 주축 속도 구간과 각 주축 속도 구간에서 주축 속도를 나타내는 그래프이다.
도 1 내지 도 2를 참고하여 본 발명에 의한 공작기계의 주축 회전 감속장치(1)를 설명한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 공작기계의 주축 회전 감속장치(1)는 공작기계에 장착될 수 있다.
반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 본 발명의 일 실시예에 따르면 주축 모터(20)와 주축(10)은 풀리(15)와 벨트(14)로 연결되어, 주축(10)은 주축 모터(20)에 의해 구동된다.
즉, 주축 모터(20)의 회전동력에 따라 폴리(15)가 회전하고, 일단이 풀리(15)에 연결되고 타단이 주축(20)에 연결된 벨트(14)가 풀리(15)의 회전에 의해 회전하며, 이러한 벨트(14)의 회전에 의해 주축(10)이 회전한다.
주축(10)의 일단에는 공작물(12)을 파지하기 위한 척(11)이 설치되고, 척(11)에 장착되는 공작물(12)은 공구(13)에 의해 가공된다.
도 2에 도시된 것처럼, 공작물(12)을 가공하기 위해 주축(10)은 시간에 따라 가속되는 가속구간, 등속구간, 감속구간을 거치게 된다. 이처럼, 공작기계의 생산성은 주축 회전 감속시간을 단축하여 가공사이클을 최소화하는 것과 직결되게 된다.
도 1에 도시된 것처럼, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 공작기계의 주축 회전 감속장치(1)는 주축 모터 엔코더(30), 주축 디스크(40), 전자석(50), 전원 공급부(60), 및 제어유닛(70)으로 이루어진다.
상술한 바와 같이 주축(10)은 주축 모터(20)에 의해 구동된다.
주축 모터 엔코더(30)는 주축 모터(20)의 일부에 장착된다. 또한, 주축 모터 엔코더(30)는 주축 모터(20)의 주축 부하 및 주축 속도 정보(α,ω)를 지속적으로 모니터링한다.
주축 디스크(40)는 주축(10)과 일체로 회전하도록 주축(10)에 설치된다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 주축 디스크(40)는 주축에 용접, 볼트체결 등과 같은 공지의 수단으로 주축의 외주연을 둘러싸도록 주축에 설치되고, 주축(10)의 회전에 따라 주축과 일체로 회전하게 된다. 또한, 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면 주축 디스크(40)는 전자석이 될 수 있는 재질, 바람직하게는 금속으로 형성된다.
전자석(50)은 주축(10)의 회전운동에너지를 감소시키는 자기력을 주축 디스크(40)에 전달하도록 설치된다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전자석(50)은 도체로 이루어진 금속에 코일이 감겨 진 형태로 형성될 수 있다.
전원 공급부(60)는 전자석(50)이 주축(10)의 회전 운동에너지를 감소시키는 자기력을 형성할 수 있도록 전자석(50)에 전류를 공급한다.
제어유닛(70)은 주축(10)의 회전운동에너지(E)의 크기에 따라 전원 공급부(60)에서 전자석(50)에 공급되는 전류량(A)을 제어한다.
즉, 주축 디스크(40)에 주축 회전 운동에너지를 감소시키는 자기력을 전달할 수 있을 정도로 인접한 곳에 전자석(50)이 설치되고, 제어유닛(70)에서 주축 회전 운동에너지(E)의 크기에 따라 전원 공급부(60)에서 전자석(50)에 공급되는 전류량(A)을 제어하면, 전원 공급부(60)에서 주축 회전운동에너지(E)의 크기에 따라 주축의 회전을 감소시킬 수 있는 전류량(A) 전자석(50)에 공급하게 된다.
이에 따라 전자기 유도현상에 의해 주축 디스크에 맴돌이 전류(eddy current)가 발생되고, 이러한 주축 디스크에서 발생되는 맴돌이 전류와 전자석(50)은 상호 반대되는 힘으로 작용하여 주축의 회전운동에너지를 감소시키는 자기댐핑 (magnetic damping)효과가 발생되어 주축 회전 감속속도를 최소화하여 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1에 도시된 것처럼, 본 발명의 바람직한 다른 일 실시예에 따른 공작기계의 주축 회전 감속장치(1)의 제어유닛(70)은 엔코더 데이터 저장부(71), 데이터 변환부(72), 주축 속도 구간 판단부(73), 회전관성 계산부(74), 각속도 저장부(75), 및 전류량 계산부(76)로 이루어진다.
엔코더 데이터 저장부(71)는 주축 모터 엔코더(30)에서 주축 모터(20)의 주축 부하 정보 및 주축 속도 정보(α,ω)를 저장한다.
데이터 변환부(72)는 엔코더 데이터 저장부(71)에 저장된 주축 부하 정보를 주축 모터 토크(Tm) 값으로 변환한다.
주축 속도 구간 판단부(73)는 주축(10)이 가속구간, 등속구간, 감속구간 중 어떠한 구간에 있는지 주축 속도 구간을 판단한다.
회전관성 계산부(74)는 주축(10)이 가속구간에 있는 경우 주축(10)의 회전관성(I)을 계산한다.
각속도 저장부(75)는 주축(10)이 등속구간에 있는 경우 엔코더 데이터 저장부(71)에서 상기 주축(10)의 각속도(ω)를 저장한다.
전류량 계산부(76)는 주축(10)이 감속구간에 있는 경우에 전원 공급부(60)에서 전자석(50)에 공급되는 전류량(A)을 계산한다. 또한, 이렇게 계산된 전류량(A)이 전원 공급부(60)에 전달된다.
주축(10)의 회전운동에너지(E)는 주축 회전관성(I)과 각속도(ω)의 제곱의 곱에 비례한다. 즉, 본 발명에 의한 주축 회전 감속장치에서 주축(10)의 회전운동에너지(E)는 하기 식(1)에 의해 계산된다.
회전운동에너지(E) = 1/2 × I × ω2 ------- 식(1)
I : 주축 회전관성
ω : 각속도
일정시간 안에 주축을 정지시키기 위해서는 주축의 회전운동에너지를 모두 소진시켜야 한다. 따라서, 전원 공급부(60)에서 전자석(50)에 공급되는 전류량(A)은 회전운동에너지(E)의 크기에 따라 공급되어야 한다. 전원 공급부(60)에서 전자석(50)에 공급되는 전류량(A)은 회전운동에너지를 전류량으로 변환하기 위한 변환 계수(k)와 회전운동에너지(E)의 곱에 비례한다. 즉, 전류량(A)은 회전운동에너지를 전류량으로 변환하기 위한 변환계수(k), 1/2, 주축 회전관성(I), 및 주축이 등속구간에 있는 경우 주축의 각속도(ω)의 제곱의 곱에 비례한다. 따라서, 본 발명에 의한 주축 회전 감속장치의 제어유닛(70)의 전류량 계산부(76)에서 전류량(A)은 하기 식(2)에 의해 계산된다.
전류량(A) = k × E = k × (1/2 ×I × ω2) ------ 식(2)
k : 회전운동에너지를 전류량으로 변환하기 위한 변환 계수
E : 회전운동에너지
I : 주축의 회전관성
ω : 주축이 등속구간에 있는 경우 주축의 각속도
주축 모터 토크(Tm)는 마찰력 등에 의한 부하토크(Tl)와 주축의 회전관성을 가속하기 위한 토크(Ta)의 합에 비례한다. 즉, 본 발명에 의한 주축 회전 감속장치에서 주축 모터 토크(Tm)는 하기 식(3)에 의해 계산된다.
주축 모터 토크(Tm) = Tl + Ta ------- 식(3)
Tl : 마찰력 등에 의한 부하토크
Ta : 주축의 회전관성을 가속하기 위한 토크
상기 식에서 주축 모터 토크(Tm)는 주축 부하 정보를 토크(torque) 값으로 변환된 주축 모터의 토크 데이터를 이용하여 계산할 수 있다.
또한, 원칙적으로 주축의 회전관성(I)은 주축뿐만 아니라 소재의 관성 모멘트도 포함하고 있으나 마찰력에 의한 부하 토크(Tl)는 주축의 회전관성을 가속하기 위한 토크(Ta)에 비해서 그 값이 무시할 수 있을 정도로 매우 작다. 따라서, 주축 모터 토크(Tm)는 실질적으로 주축의 회전관성을 가속하기 위한 토크(Ta)와 실질적으로 동일하게 되고, 식(3)은 다음과 같이 표현될 수 있다.
주축 모터 토크(Tm) = Ta
Ta : 주축의 회전관성을 가속하기 위한 토크
주축의 회전관성을 가속하기 위한 토크(Ta)는 주축이 가속구간에 있는 경우 주축의 회전관성(I)과 주축 각가속도(α)의 곱에 비례한다. 즉, 본 발명에 의한 주축 회전 감속장치에서 주축의 회전관성을 가속하기 위한 토크(Ta)는 하기 식(4)에 의해 계산된다.
주축의 회전관성을 가속하기 위한 토크(Ta) = I × α ------ 식(4)
I : 주축이 가속구간에 있는 경우 주축의 회전관성
α : 주축 각가속도
따라서, 식(4)를 상기 식(3)에 대입하고, 마찰력에 의한 부하 토크(Tl)는 주축의 회전관성을 가속하기 위한 토크(Ta)에 비해서 그 값이 무시할 수 있을 정도로 작기 ?문에, 주축이 가속구간에 있는 경우 주축의 회전관성(I)은 주축 모터 토크(Tm)를 주축 각가속도(α)로 나눈 값이 된다. 즉, 본 발명에 의한 주축 회전 감속장치에서 주축이 가속구간에 있는 경우 주축의 회전관성(I)은 하기 식(5)에 의해 계산된다.
회전관성(I) = Tm/α ------ 식(5)
Tm : 주축 모터 토크
α : 주축 각가속도
상기 식(5)에 의해 주축이 가속구간에 있는 경우 회전관성 계산부(74)에서 계산된 회전관성(I)과 주축(10)이 등속구간에 있는 경우 엔코더 데이터 저장부(71)에 저장된 주축(10)의 각속도(ω) 값에 의해 전류량 계산부(76)가 회전운동에너지(E)의 크기에 따른 전류량(A)을 계산한다. 이렇게 계산된 전류량(A)에 의해 전원 공급부(60)가 전자석(50)에 공급하는 전류를 인가하여 주축 회전 감속시간을 최소화하여 생산성을 향상시키고, 소모되는 전력을 최소화할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 바람직한 다른 일 실시예에 따르면, 주축 각가속도(α)는 주축이 가속구간에 있는 경우에만 존재하고, 주축이 등속구간에 있는 경우 주축 각가속도(α)는 0이 되기 때문에, 회전관성(I)는 가속구간에서만 측정이 가능하다. 따라서, 회전운동에너지(E)의 크기에 따라 전원공급부에서 전자석에 공급되는 전류량을 정밀하게 제어하기 위해서 회전관성(I)을 주축이 가속구간에서 등속구간으로 바뀌기 직전에서의 주축의 회전관성(I0)을 사용할 수 있다.
이때, 전류량 계산부(76)는 전류량 계산부는 식(6)으로 계산될 수 있다.
전류량(A) = k × E = k × (1/2 ×I0 × ω2) ------ 식(6)
k : 회전운동에너지를 전류량으로 변환하기 위한 변환 계수
E : 회전운동에너지
I0 : 주축이 가속구간에서 등속구간으로 바뀌기 직전에서의 주축의 회전관성
ω : 주축이 등속구간에 있는 경우 주축의 각속도
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공작기계의 주축 회전 감속방법의 절차도를 나타낸다.
도 3을 참조하여 본 발명에 의한 공작기계의 주축 회전 감속방법을 설명한다. 본 발명에 의한 공작기계의 주축 회전 감속방법은 주축 부하 정보 및 주축 속도 정보 모니터링 단계(S1), 주축 부하 정보 및 주축 속도 정보 저장 단계(S2), 주축 속도 구간 판단 단계(S4), 주축의 회전관성 계산 단계(S5), 주축의 각속도 저장 단계(S6), 전류량 계산 단계(S7), 및 전류량(A)을 전원 공급부(60)에 전달하는 단계(S8)로 이루어진다.
주축 부하 정보 및 주축 속도 정보 모니터링 단계(S1)는 주축 모터(20)의 주축 부하 및 주축 속도 정보(α,ω)를 지속적으로 모니터링한다.
주축 부하 정보 및 주축 속도 정보 모니터링 단계(S1) 이후에, 모니터링한 주축 모터(20)의 주축 부하 정보 및 주축 속도 정보(α,ω)를 엔코더 데이터 저장부(71)에 저장한다.
본 발명의 바람직한 다른 일 실시예에 따른, 공작기계의 주축 회전 감속방법은 주축 부하 정보 및 주축 속도 정보 저장 단계(S2) 이후에, 주축 부하 정보를 주축 모터 토크(Tm) 값으로 변환하는 단계(S3)를 추가로 구비한다.
주축 부하 정보를 주축 모터 토크(Tm) 값으로 변환하는 단계(S3) 이후에, 주축(10)이 가속구간, 등속구간, 감속구간 중 어떠한 구간에 있는지 주축 속도 구간을 판단한다.
주축 속도 구간 판단 단계(S4) 이후에, 주축 속도 구간 판단에 따라 주축(10)이 가속구간에 있는 경우 회전관성 계산부(74)에서 상기 식(5)에 의해 주축(10)의 회전관성(I)을 계산한다.
주축의 회전관성 계산 단계(S5) 이후에, 주축(10)이 등속구간에 있는 경우 주축(10)의 각속도(ω)를 각속도 저장부(75)에 저장한다.
주축의 각속도 저장 단계(S6) 이후에, 주축(10)이 감속구간에 있는 경우 전원 공급부(60)에서 전자석(50)에 공급되는 전류량(A)을 전류량 계산부(76)에서 식(2)에 의해 계산한다.
전류량 계산 단계(S7) 이후에, 전류량 계산부(76)에서 식(2)에 의해 계산된 전류량(A)이 전원 공급부(60)에 전달되고, 이에 따라 최종적으로 전자석에 전원이 공급된다.
주축 회전운동에너지(E)의 크기에 따라 주축이 가속도 구간에 있을 경우 회전관성과 등속구간에 있을 경우 각속도를 이용하여 전자석에 공급되는 전류량을 제어하여 주축 회전 감속시간을 최소화하여 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 이에 따라 소모되는 전류량을 상황에 맞게 조절하여 유지비용을 절감할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 변형예와 상기에서 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 첨부된 청구항의 범주내에 속하는 다른 실시예로 확장될 수 있다.
1 : 주축 회전 감속장치,
10 : 주축, 11 : 척,
12 : 공작물, 13 : 공구,
14 : 벨트, 15 : 풀리,
20 : 주축 모터, 30 : 주축 모터 앤코더,
40 : 주축 디스크, 50 : 전자석,
60 : 전원 공급부, 70 : 제어유닛,
71 : 엔코더 데이터 저장부, 72 : 데이터 변환부,
73 : 주축 속도 구간 판단부, 74 : 회전관성 계산부,
75 : 각속도 저장부, 76 : 전류량 계산부,
S1 : 주축 부하 정보 및 주축 속도 정보 모니터링 단계,
S2 : 주축 부하 정보 및 주축 속도 정보 저장 단계,
S3 : 주축 부하 정보를 주축 모터 토크 값으로 변환하는 단계
S4 : 주축 속도 구간 판단 단계,
S5 : 주축의 회전관성 계산 단계,
S6 : 주축의 각속도 저장 단계,
S7 : 전류량 계산 단계,
S8 : 전류량을 전원 공급부에 전달하는 단계.

Claims (7)

  1. 주축 모터에 의해 구동되는 주축을 구비하는 공작기계에 있어서,
    상기 주축 모터의 일부에 장착되고, 상기 주축 모터의 주축 부하 및 주축 속도 정보를 지속적으로 모니터링하는 주축 모터 엔코더;
    상기 주축과 일체로 회전하도록 상기 주축에 설치되는 주축 디스크;
    상기 주축의 회전운동에너지를 감소시키는 자기력을 상기 주축 디스크에 전달하도록 설치되는 전자석;
    상기 전자석에 전류를 공급하기 위한 전원 공급부; 및
    상기 전자석과 상기 주축 디스크 사이에서 발생하는 자기 댐핑을 이용하여 상기 주축의 회전운동에너지를 감소시키도록, 상기 주축의 회전운동에너지 크기에 따라 상기 전원 공급부에서 상기 전자석에 공급되는 전류량을 제어하기 위한 제어유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 주축 회전 감속장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어유닛은,
    상기 주축 모터 엔코더에서 상기 주축 모터의 주축 부하 정보 및 주축 속도 정보를 저장하는 엔코더 데이터 저장부;
    상기 엔코더 데이터 저장부에 저장된 상기 주축 부하 정보를 주축 모터 토크 값으로 변환하는 데이터 변환부;
    상기 주축이 가속구간, 등속구간, 감속구간 중 어떠한 구간에 있는지 주축 속도 구간을 판단하는 주축 속도 구간 판단부;
    상기 주축이 가속구간에 있는 경우 상기 주축의 회전관성을 계산하는 회전관성 계산부;
    상기 주축이 등속구간에 있는 경우 상기 엔코더 데이터 저장부에서 상기 주축의 각속도를 저장하는 각속도 저장부; 및
    상기 주축이 감속구간에 있는 경우, 상기 전원 공급부에서 상기 전자석에 공급되는 전류량을 계산하여 상기 전류량을 상기 전원 공급부에 전달하는 전류량 계산부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 주축 회전 감속장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 회전관성 계산부는 하기 식(5)로 계산되는 것을 특징으로 하는 공작기계의 주축 회전 감속장치.
    회전관성(I) = Tm/α ------ 식(5)
    Tm : 주축 모터 토크
    α : 주축 각가속도
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전류량 계산부는 하기 식(2)로 계산되는 것을 특징으로 하는 공작기계의 주축 회전 감속장치.
    전류량(A) = k × E = k × (1/2 ×I × ω2) ------ 식(2)
    k : 회전운동에너지를 전류량으로 변환하기 위한 변환 계수
    E : 회전운동에너지
    I : 주축의 회전관성
    ω : 주축이 등속구간에 있는 경우 주축의 각속도
  5. 제3항에 있어서,
    상기 전류량 계산부는 하기 식(6)으로 계산되는 것을 특징으로 하는 공작기계의 주축 회전 감속장치.
    전류량(A) = k × E = k × (1/2 ×I0 × ω2) ------ 식(6)
    k : 회전운동에너지를 전류량으로 변환하기 위한 변환 계수
    E : 회전운동에너지
    I0 : 주축이 가속구간에서 등속구간으로 바뀌기 직전에서의 주축의 회전관성
    ω : 주축이 등속구간에 있는 경우 주축의 각속도
  6. 주축 모터의 주축 부하 및 주축 속도 정보를 지속적으로 모니터링하는 단계;
    모니터링한 상기 주축 모터의 주축 부하 정보 및 주축 속도 정보를 저장하는 단계;
    상기 주축이 가속구간, 등속구간, 감속구간 중 어떠한 구간에 있는지 주축 속도 구간을 판단하는 단계;
    상기 주축이 가속구간에 있는 경우 상기 주축의 회전관성을 계산하는 단계;
    상기 주축이 등속구간에 있는 경우 상기 주축의 각속도를 저장하는 단계;
    상기 주축이 감속구간에 있는 경우 상기 계산된 회전관성과 상기 저장된 각속도로 주축의 회전운동에너지를 계산하고, 상기 주축의 회전운동에너지를 감소시키도록, 상기 계산된 주축의 회전운동에너지의 크기에 따라 전원 공급부에서 전자석에 공급되는 전류량을 계산하는 단계; 및
    상기 전류량을 전원 공급부에 전달하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 공작기계의 주축 회전 감속방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 모니터링한 상기 주축 모터의 주축 부하 정보 및 주축 속도 정보를 저장하는 단계 이후에,
    상기 주축 부하 정보를 주축 모터 토크 값으로 변환하는 단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 주축 회전 감속방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7276193B2 (ja) * 2020-02-21 2023-05-18 ブラザー工業株式会社 数値制御装置と数値制御装置の制御方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004141991A (ja) * 2002-10-23 2004-05-20 Matsuura Machinery Corp タップ穴あけ加工における回転制御方法
JP2006281394A (ja) * 2005-04-01 2006-10-19 Mitsubishi Electric Corp 主軸制動方法及びその装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0631594A (ja) * 1992-07-21 1994-02-08 Okuma Mach Works Ltd 数値制御工作機械の回転軸制御装置
KR0130144B1 (ko) * 1995-08-14 1998-04-08 전성원 브레이크의 제동력 배가장치
KR100480938B1 (ko) 2002-10-02 2005-04-07 대우종합기계 주식회사 공작기계 회전축의 자기 댐핑장치

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004141991A (ja) * 2002-10-23 2004-05-20 Matsuura Machinery Corp タップ穴あけ加工における回転制御方法
JP2006281394A (ja) * 2005-04-01 2006-10-19 Mitsubishi Electric Corp 主軸制動方法及びその装置

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