KR101963029B1 - Servo selfeeder and control system with penetration detection function and Simultaneous drilling / tapping - Google Patents

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Abstract

본 발명은 통상 구멍가공과 탭핑가공을 하는데 사용되는 셀피더에 관한 것으로, 주축의 진동을 감지하는 진동감지센서와 주축서보모터 및 이송서보모터의 부하를 감지하여 관통감지기능과 공구 마모나 파손을 감지하는 기능을 갖도록 하는 셀피더의 구성과 그 제어시스템에 관한 것이다.The present invention relates generally to a selvedge used for hole machining and tapping machining. It detects a load of a vibration sensor, a spindle servo motor, and a feed servomotor, which detects the vibration of the main spindle, The present invention relates to a configuration of a cell reader and a control system thereof.

Description

드릴/탭핑 동시가공 및 관통감지기능을 가진 서보 셀피더 및 그 제어시스템 {Servo selfeeder and control system with penetration detection function and Simultaneous drilling / tapping}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a servo self-feeder having a drill /

본 발명은 통상 구멍가공과 탭핑가공을 하는데 사용되는 셀피더에 관한 것으로, 특히 관통감지기능과 공구 마모나 파손을 감지하는 기능을 갖도록 하는 셀피더의 구성과 그 제어시스템에 관한 것이다.Field of the Invention [0002] The present invention relates generally to a selvedge used for drilling and tapping, and more particularly to a configuration of a selvedzer and a control system thereof, which have a through-hole detecting function and a function for detecting tool wear or breakage.

주지된 바와 같이 종래 금속 재질의 공작물에 구멍(Hole) 또는 탭(Tap) 가공을 하기 위해서는 단순한 벤치 프레스 형태의 기기에서 Up/Down 형태의 액츄에이터를 조합하여 작업자의 수동방식으로 공작물을 생산하는 방식이 일반적이었다.Conventionally, in order to process a hole or tap on a conventional metal workpiece, a method of manually producing a workpiece by combining an up / down type actuator with a simple bench press type device It was common.

그러나 최근의 산업 현장은 생산라인의 형성과 자동화 공정으로 변하고 있으며 이를 위해서는 반드시 Tool 자체에 직진성과 위치 결정성을 가진 셀피더(selfeeder) 방식을 적용한 서보 셀피더가 홀과 탭 가공을 위한 자동화 전용 디바이스로 자리 잡고 있는 현실이다.However, the recent industrial field is changing to the production line and automation process. In order to do this, the servo selfider adopting the self-aligner method, Is a reality.

이러한 서보 셀피더는 외부 인터페이스 기능이 현대적 자동화 시스템에 비해 부족한 부분이 많음에도 불구하고 산업용 서보 셀피더는 대부분 일본이나 대만 등의 해외 수입에 의존하고 있으며, 일부 국내의 셀피더 제조 산업의 실정은 최근 산업현장의 트랜드와는 달리 일반적인 실린더 또는 기어박스 타입의 셀피더를 개발, 제작하고 있으며, 이에 따라 최근 빠른 속도로 발전하는 국내 가공산업 현장이 요구하는 정밀성과 생산성 등의 작업능률과 품질향상이 미흡하였고, 결국 자동화 전용 디바이스로는 가격적으로 비싼 일본의 서보 셀피더 시스템을 수입하여 사용하고 있는 실정이다.In spite of the fact that the external interface function is insufficient compared to the modern automation system, the industrial servo selfier is mostly dependent on imports from Japan or Taiwan, and in some domestic countries, Unlike the trend in the industrial field, it develops and manufactures a general cylinder or gear box type of selfider. Therefore, the efficiency and quality improvement such as precision and productivity required by the domestic processing industry field, As a result, we are importing and using Japanese servo servo system, which is expensive as automation device.

특히, 국내 제품들과 수입 제품 모두 구멍가공 또는 탭핑 가공기 관통이 완료된 상태를 감지하지 못하여 작업자의 감각이나 시각적인 확인으로 관통 완료를 판단한 후 작동을 중지시키는 동작으로 이어지므로 정밀성이 부족하거나 과도한 가공동작으로 시간과 인력 및 동력의 낭비로 이어지는 문제가 있었다.Particularly, both domestic products and imported products can not detect the completion of penetration of the hole or tapping machine, and the operation is stopped after judging the completion of penetration by the sense of the operator or visual confirmation. Therefore, Which leads to waste of time, manpower and power.

또 공구의 마모나 파손 등의 상태를 즉각 감지하지 못하여 작업시간을 낭비하거나 불량가공을 계속하게 되는 등의 문제도 있었다.In addition, there is also a problem that it is not possible to immediately detect the state of the tool such as wear or breakage, thereby wasting work time or continuing bad machining.

등록특허공보 제10-0260624호(2000년07월01일)Patent Registration No. 10-0260624 (Jul. 01, 2000)

상기 문제점과 필요성에 의해 안출된 본 발명은, 주축과 이송축을 서보모터로 구성하여 드릴링과 탭핑을 동시에 할 수 있으며, 홀 가공패턴의 분석과 진동 감지 센서, 주축 및 이송 서보 부하율 감지데이터를 이용하여 가공 소재의 관통여부 및 공구의 정상상태 여부를 판단함으로써 생산성 및 가공 효율을 높일 수 있는 서보 셀피더 및 제어시스템을 개발하고자 함을 목적으로 한다.According to the present invention, which is devised based on the problems and necessity, it is possible to simultaneously perform drilling and tapping by constituting a main shaft and a feed shaft by a servo motor, and by analyzing a hole processing pattern, using a vibration sensor, It is an object of the present invention to develop a servo selfider and a control system which can improve the productivity and machining efficiency by judging the penetration of the workpiece and the steady state of the tool.

아울러, 해외 서보 셀피더의 단점을 보완하여 국산화함으로써 수입품을 대체하고 해외 시장에 수출을 통한 사업화를 모색하고 하는 것이다.In addition, it compensates for the disadvantages of the overseas servo serifers and localizes them to replace imports and seek commercialization through export to overseas markets.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 서보 셀피더에 있어서, 주축을 감싸는 하우징의 하단부에 진동감지센서를 장착하고, 주축서보모터의 드라이브 및 이송서보모터의 드라이버가 연결되어 작동상태 및 부하 정보를 수신받도록 메인CPU를 구성하고, 메인CPU는 GUI(Graphic User Interface)를 연결하여 메인 CPU가 주축서보모터의 부하감지 정도와 이송서보모터의 부하량에 대한 데이터를 수집하고, 아울러 진동감지센서의 진동 데이터를 판단하여 구멍가공의 관통 여부 및 탭핑 가공의 가공정도를 판단할 수 있도록 함을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a servo selvedge in which a vibration sensor is mounted on a lower end portion of a housing surrounding a main shaft, and a driver of the main shaft servomotor and a driver of the transfer servomotor are connected to receive The main CPU is connected to a GUI (Graphic User Interface) so that the main CPU collects data on the degree of load detection of the main shaft servomotor and the load of the transfer servomotor, and the vibration data of the vibration sensor So that it is possible to judge the penetration of the hole machining and the machining degree of the tapping machining.

상기와 같은 본 발명에 의하면, 소재의 특성에 따라 최적 가공 패턴을 터치스크린에 도식화된 GUI를 통해서 작업자가 선택 또는 설정만 하면 가공부하를 최소화한 기본 파라메타에 의해 홀과 탭 가공 전용 디바이스로써 드릴 / 탭핑 동시 가공이 가능한 2축 서보 셀피더 및 제어 시스템을 제공하게 되어 전문 가공인력이 아니어도 자동화된 높은 가공품질을 얻을 수 있게 된다.According to the present invention, when an operator selects or sets an optimum machining pattern on a touch screen according to the characteristics of a material, the operator can drill / Axis servomotor and control system capable of tapping simultaneous machining, which enables automatic high quality machining even without a professional machining force.

특히 소재 관통감지기능을 추가에 의해 가공 시간에 대한 손실을 최소화하여 생산성 및 가공효율을 최적화할 수 있게 되며, 공구의 마모나 파손을 즉시 감지할 수 있어서, 가공 시간의 낭비와 불량 가공을 미연에 예방할 수 있도록 하는 효과가 있다.Especially, it is possible to optimize productivity and machining efficiency by minimizing the loss of machining time by adding material penetration detection function, and it is possible to detect the abrasion or breakage of tool immediately, It is possible to prevent the problem.

도 1은 본 발명에 의한 서보 셀피더의 구성 예시도
도 2는 본 발명에 의한 진동감지센서의 작동원리를 나타낸 개념도
도 3은 본 발명의 제어 시스템에 대한 전체 구성도Fig. 1 is a schematic diagram of a configuration of a servo selvider according to the present invention. Fig.
FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating the principle of operation of the vibration sensor according to the present invention.
Figure 3 is an overall schematic diagram of a control system of the present invention

이하 본 발명을 구현하기 위한 바람직한 구성 실시 예를 첨부된 도면에 의거 상세히 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 서보 셀피더는 주축(10)에 주축서보모터(11)가 연결되어 가공을 위한 주축(10)의 회전을 제어하고, 주축(10)의 옆에는 이송서보모터(12)가 연결되어 주축(10)의 승하강을 제어한다. 주축(10)의 끝단에는 공구장착을 위한 슬리브(13)가 결합된다.The servo selvider of the present invention is characterized in that the main shaft servo motor 11 is connected to the main shaft 10 to control the rotation of the main shaft 10 for machining and the transfer servomotor 12 is connected to the side of the main shaft 10 And controls the rising and falling of the main shaft 10. At the end of the main shaft (10), a sleeve (13) for tool mounting is engaged.

본 발명은 주축(10)을 감싸는 하우징(14)의 하단부에 진동감지센서(15)를 장착하였다. 그리고 본 발명의 셀피더에는 주축서보모터(11)의 드라이브(11-1) 및 이송서보모터(12)의 드라이버(12-1)가 연결되어 작동상태 및 부하 정보를 수신받도록 메인CPU(20)를 구성하고, 메인CPU(20)에는 GUI(21; Graphic User Interface)를 연결하였다.The vibration sensor 15 is mounted on the lower end of the housing 14 surrounding the main shaft 10. The drive 11-1 of the main spindle servomotor 11 and the driver 12-1 of the feed servomotor 12 are connected to the selvedger of the present invention so as to receive the operating status and load information, And a GUI 21 (Graphic User Interface) is connected to the main CPU 20. [

따라서 메인 CPU(20)가 주축서보모터(11-1)의 부하감지 정도와 이송서보모터(12)의 부하량에 대한 데이터를 수집하고, 아울러 진동감지센서(15)의 진동 데이터를 판단하여 구멍가공의 관통 여부 및 탭핑 가공의 가공정도를 판단할 수 있도록 하였다.Therefore, the main CPU 20 collects data on the degree of load detection of the main shaft servomotor 11-1 and the load amount of the feed servomotor 12, and also judges the vibration data of the vibration detection sensor 15, And the degree of processing of the tapping process can be judged.

본 발명은 상기 같은 서보 셀피더의 작동을 제어하기 위하여 메인CPU(20)에 연결되는 GUI(21)를 통하여 작업자가 주축서보모터(11)의 부하감지 정도와 이송서보모터(12)의 부하감지 정도 및 진동감지센서(15)의 진동감지 패턴을 설정하여 작업진행 정도의 판단 기준으로 제어할 수 있도록 하면서 결과를 출력할 수도 있도록 제어하는 것이다.In order to control the operation of the servo selfider as described above, the operator inputs the load sensing degree of the main shaft servomotor 11 and the load sensing degree of the transfer servomotor 12 through the GUI 21 connected to the main CPU 20 And the vibration detection pattern of the vibration detection sensor 15 can be set so as to be controlled based on the criterion of the progress of the work, and the result can be outputted.

주축서보모터(11) 및 이송서보모터(12)의 부하감지 정도에 따른 판단기준은 작업시작 이후 급격한 부하의 감소를 관통 기준으로 하고, 작업시간의 연장과 부하의 완만한 증가의 계속은 공구의 마모나 파손으로 판단하는 기준으로 설정 입력한다. 또한, 재질의 특성과 드링릴과 탭핑 등 가공종류에 따른 부하와 진동의 변화 특성을 데이터화하여 입력한다.The criterion according to the degree of load detection of the spindle servo motor 11 and the feed servomotor 12 is that the rapid decrease of the load after the start of the work is set as a penetration reference and the continuation of the work time extension and the gradual increase of the load, Set as the criteria to judge wear or breakage. The characteristics of the material and the characteristics of the load and the variation of the vibration according to the type of processing such as drag ring and tapping are input as data.

또한, 진동감지센서(15)의 진동감지 형태가 구멍이 관통되기 전에 일정범위 진동의 증가되었다가 급격히 진동이 감소하는 패턴을 관통기준으로 설정하는 것이며, 진동의 패턴 변화를 통하여 공구의 마모나 파손을 판단하는 기준으로 설정한다.In addition, the vibration sensing pattern of the vibration sensing sensor 15 is set to a penetration reference pattern in which the vibration is rapidly decreased after a certain range of vibration is increased before the hole is penetrated. By changing the pattern of vibration, As shown in FIG.

따라서 본 발명은 구멍 천공작업이나 탭핑 작업을 진행하는 도중에 주축서보모터(11) 및 이송서보모터(12)의 드라이버(11-1, 11-2)가 받는 부하의 변화를 판단함과 동시에 진동감지센서의 진동이 급격히 저하되는 것을 판단하여 구멍이 관통되거나 관통된 구멍에 나사형성이 완료된 것을 즉시 판단할 수 있게 되며, 아울러 공구의 마모나 파손 여부를 판단할 수 있게 된다.Therefore, according to the present invention, while the hole drilling operation or the tapping operation is being performed, a change in the load received by the drivers 11-1 and 11-2 of the main shaft servo motor 11 and the transfer servomotor 12 is determined, It is possible to judge that the vibration of the sensor is drastically reduced so that it is possible to immediately determine whether or not the hole is formed in the through hole or the through hole, and it is also possible to judge whether the tool is worn or damaged.

이로써 메인CPU(20)가 작업완료 신호를 보내게 되고 즉시 복귀하여 다음의 작업을 진행하게 되므로 가공에 따르는 시간의 낭비와 장비의 효율적인 사용에 따른 수명의 연장 효과를 얻을 수 있는 것이다.As a result, the main CPU 20 sends a job completion signal and immediately returns to the next job, thereby wasting time for processing and extending the service life due to efficient use of the equipment.

또한, 공구의 마모나 파손이 발생시 이를 판단하지 못하여 작업을 계속함으로써 발생하는 시간적 낭비와 불량가공 등을 방지하고 적절한 시점에 공구의 교체를 할 수 있는 것이다.In addition, it is impossible to judge the wear or breakage of the tool when it occurs, so that it is possible to prevent time-wasting and bad machining caused by continuing the work, and to replace the tool at an appropriate time.

결국, 본 발명에 의하여 홀 가공 제어 패턴의 가공 시점과 진동센서 감지, 주축서보 부하값 비교 등 소재 관통 여부의 다중적 데이터 적용하여 자동화 시스템 및 로봇 시스템 등 다양한 외부 환경과 연결 가능한 인터페이스를 구축하게 된 것으로, 홀 가공 제어패턴 알고리즘과 진동센서의 가공 진동 감지를 통한 소재 관통 여부 판단기능의 지능형 제어시스템을 완성하고 소재와 가공특성에 따른 홀 가공 제어 패턴을 터치스크린의 GUI를 통한 직관적인 조작으로 일반적인 작업자도 조작 가능하도록 구성하게 된 것이다.As a result, according to the present invention, by applying multiple data of material penetration such as machining time of the hole machining control pattern, vibration sensor detection, and spindle servo load value, an interface connectable with various external environments such as an automation system and a robot system is constructed The intelligent control system of the hole processing control pattern algorithm and the vibration detection of the vibration sensor is completed, and the hole processing control pattern according to the material and the processing characteristic is realized by the intuitive operation through the GUI of the touch screen So that the operator can operate it.

10: 주축
11: 주축서보모터
11-1: 드라이버
12: 이송서보모터
13: 슬리브
14: 하우징
15: 진동감지센서
20: 메인 CPU
21: GUI10:
11: Spindle servo motor
11-1: Driver
12: Feed Servo Motor
13: Sleeve
14: Housing
15: Vibration sensor
20: Main CPU
21: GUI

Claims (2)

삭제delete 주축(10)에 주축서보모터(11)가 연결되어 가공을 위한 주축(10)의 회전을 제어하고, 주축(10)의 옆에는 이송서보모터(12)가 연결되어 주축(10)의 승하강을 제어하며, 주축(10)의 끝단에는 공구장착을 위한 슬리브(13)가 결합되는 서보 셀피더의 제어시스템에 있어서,
주축(10)을 감싸는 하우징(14)의 하단부에 진동감지센서(15)를 장착하고 메인CPU에 진동감지센서(15)의 진동감지 형태가 구멍이 관통되기 전에 일정범위 진동의 증가되었다가 급격히 진동이 감소하는 패턴을 관통기준으로 설정하며, 진동의 패턴 변화를 통하여 공구의 마모나 파손을 판단하는 기준으로 설정하며,
메인CPU가 진동감지센서(15)와, 주축서보모터(11)의 드라이브(11-1) 및 이송서보모터(12)의 드라이버(12-1)가 연결되어 진동감지 상태와 작동상태 및 부하 정보를 수신받도록 하며,
주축서보모터(11) 및 이송서보모터(12)의 부하감지 정도에 따른 판단기준은 작업시작 이후 급격한 부하의 감소를 관통 기준으로 하고, 작업시간의 연장과 부하의 완만한 증가의 계속은 공구의 마모나 파손으로 판단하는 기준으로 설정 입력하며, 또한 재질의 특성과 드릴링 또는 탭핑의 가공종류에 따른 부하와 진동의 변화 특성을 데이터화하여 입력하며,
메인 CPU(20)가 주축서보모터(11-1)의 부하감지 정도와 이송서보모터(12)의 부하량에 대한 데이터를 수집토록 하고, 아울러 진동감지센서(15)의 진동 데이터를 판단하여 구멍가공의 관통 여부 및 탭핑 가공의 가공정도를 판단하되, 구멍 천공작업이나 탭핑 작업을 진행하는 도중에 부하의 변화와 진동감지센서가 감지하는 진동의 변화를 이용하여 작업완료와 공구의 마모나 파손 여부를 판단토록 하며,
메인CPU(20)가 작업완료 신호를 보내게 되고 주축이 즉시 복귀하여 다음의 작업을 진행하도록 제어함을 특징으로 하는 드릴/탭핑 동시가공 및 관통감지기능을 가진 서보 셀피더 제어시스템.A spindle servo motor 11 is connected to the spindle 10 to control the rotation of the spindle 10 for machining and a transfer servomotor 12 is connected to the side of the spindle 10 to move the spindle 10 up and down And a sleeve (13) for mounting a tool is coupled to an end of the main shaft (10), the control system comprising:
A vibration sensing sensor 15 is attached to the lower end of the housing 14 surrounding the main shaft 10 and a vibration sense form of the vibration sensing sensor 15 is applied to the main CPU, The pattern is set as a penetration reference, and is set as a criterion for judging wear or breakage of the tool through a change in vibration pattern.
The main CPU is connected to the vibration detection sensor 15 and the driver 11-1 of the main spindle servo motor 11 and the driver 12-1 of the feed servo motor 12 to detect the vibration detection state, And,
The criterion according to the degree of load detection of the spindle servo motor 11 and the feed servomotor 12 is that the rapid decrease of the load after the start of the work is set as a penetration reference and the continuation of the work time extension and the gradual increase of the load, And inputting the data of the change characteristic of the load and the vibration according to the characteristics of the material and the machining type of the drilling or tapping,
The main CPU 20 causes the spindle servo motor 11-1 to collect data on the degree of load detection and the load servo motor 12 load data and also determines vibration data of the vibration detection sensor 15, And the degree of machining of the tapping process is judged. During the hole drilling operation or tapping operation, the change of the load and the change of the vibration sensed by the vibration detecting sensor are used to judge completion of the work and whether the tool is worn or damaged However,
Wherein the main CPU (20) sends a work completion signal, and the main shaft is immediately returned to perform the next operation.
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