KR102139382B1 - 공작기계용 수치제어 프로그램 제공 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 명세서의 적어도 일부의 실시 예는 공작기계용 수치제어 프로그램 제공 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 가공 특성(예컨대, 에너지 소비량, 절삭력, 공구 마모율 및 가공 시간 중 적어도 하나가 포함)에 대한 사용자의 설정과 입력된 가공 형상 및 가공 조건에 의하여 최적화된 수치제어 프로그램을 자동으로 생성함으로써, 수치제어 프로그래밍에 익숙하지 않은 미숙련자의 공작기계에 대한 사용 편의성을 향상시키고, 사용자의 설정사항에 따라 가공시간의 최소화, 가공품위 확보, 에너지 소비 저감, 공구수명 최대화 등을 가능하게 하는 수치제어 프로그램을 신속하게 제공함으로써 사용자에게 최적의 생산성을 제공할 수 있다.

Description

공작기계용 수치제어 프로그램 제공 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR PROVIDING NUMERICAL CONTROL PROGRAM FOR MACHINE TOOL AND METHOD THEREOF}
본 명세서는 가공 조건 및 가공 경로를 가공 특성에 따라 최적화하고 최적화된 가공 특성에 대한 공작기계용 수치제어 프로그램을 제공할 수 있는 공작기계용 수치제어 프로그램 제공 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
사용자는 직접 사용하는 공구의 제조업체에서 제공하는 추천값의 범위 안에서 경험적으로 가공조건과 경로를 고려하여 종래의 수치제어(NC: Numerical Control) 프로그램을 작성하고 있다. 따라서 사용자가 가공하고자 하는 형상에 대하여, 가공물의 품위을 확보하기 위해서는 충분한 가공경험과 절삭가공에 대한 지식이 요구된다.
뿐만 아니라, 환경 규제 및 화석원료 가격 증가로 인한 전기 에너지 소비 비용의 증가에 의한 에너지 소모 관점의 최적화, 생산성 향상을 위한 가공시간 및 공구마모의 최소화, 공구의 파손 및 가공품위의 저하를 유발하는 절삭력의 최소화에 대한 고려가 필요하다. 이러한 조건을 NC 프로그래밍에 적용하기 위해서는 사용자의 경험과 절삭가공에 대한 보다 폭넓은 지식이 요구된다.
보통 일반적인 가공 작업자들은 이러한 가공 지식이 있거나 검색하는데 어려움이 있다. 특히, 가공과정에서의 에너지 소모량, 공구의 수명, 절삭력, 가공시간 등은 가공과정에서 정확한 값을 도출하기 어렵다. 따라서 해당 조건에 대한 최적경로 및 가공조건은 오로지 사용자의 경험에 의존하게 된다. 이로 인해 가공 생산성이 저하되는 경향이 있다.
종래의 방법으로는 각각의 최적화 요소에 대한 정보를 얻으려면 각각의 요소에 대하여 측정장비와 비용이 소모된다.
예를 들어, 에너지 소모량은 가공과정에서 소모되는 전력량을 의미한다. 실제 가공에서 전력량을 확보하려면 전력량계 등의 추가적인 장비가 필요하다. 또한, 전력량을 확보하려면 소재와 공구의 소모에 따른 비용적인 문제가 발생한다.
공구의 수명은 공구의 마모량에 대한 사용한계에 대한 마모량의 비율로 나타낼 수 있다. 그런데 사용자는 마모율을 확보하려면 소재 및 공구, 가공조건 변경 시 마다 매번 마모량을 측정해야 한다.
절삭력은 절삭가공 과정에서 공구와 가공 소재 간에 작용하는 힘을 의미한다. 절삭력을 측정하기 위해서는 공구 동력계 등의 고가의 장비가 추가로 필요로 한다. 또한, 다른 요소와 마찬가지로 공구 및 가공소재의 소모가 발생한다.
가공시간 또한 가공 경로 및 가공 조건에 대하여 달라지므로 형상의 종류 및 가공조건, 가공 경로에 대해서 매 가공 시에 측정해야 한다. 그러므로 측정시마다 시간적인 소모를 피할 수 없다.
각 요소에 대한 값을 도출하는 과정이 위와 같이 큰 비용과 많은 시간을 유발한다. 최적화 과정 또한 다수의 가공 시험에 의한 측정결과를 필요로 함으로써 많은 시간이 소요될 수 있다.
본 명세서의 적어도 일부의 실시 예는 가공 특성(예컨대, 에너지 소비량, 절삭력, 공구 마모율 및 가공 시간 중 적어도 하나가 포함)에 대한 사용자의 설정과 입력된 가공 형상 및 가공 조건에 의하여 최적화된 수치제어 프로그램을 자동으로 생성함으로써, 수치제어 프로그래밍에 익숙하지 않은 미숙련자의 공작기계에 대한 사용 편의성을 향상시키고, 사용자의 설정사항에 따라 가공시간의 최소화, 가공품위 확보, 에너지 소비 저감, 공구수명 최대화 등을 가능하게 하는 수치제어 프로그램을 신속하게 제공함으로써 사용자에게 최적의 생산성을 제공할 수 있는, 공작기계용 수치제어 프로그램 제공 장치 및 그 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
본 명세서의 적어도 일부의 실시 예는 사용자가 입력한 가공 형상 및 가공 조건에 대하여 가공경로를 생성하고, 각각의 최적화 조건에 대한 값을 산출하며 입력된 가공 조건을 최적화 조건에 맞게 변경하여 사용자가 추가 수정 없이 가공 공정에 가공 조건을 이용하는 수치제어 프로그램을 출력할 수 있는, 공작기계용 수치제어 프로그램 제공 장치 및 그 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
본 명세서의 일 실시 예에 따르는 장치는, 미리 저장된 공작기계 정보 및 공구 및 소재 정보를 입력받고, 사용자로부터 가공형상 및 가공 조건과 목표 가공 특성을 입력받는 입력부; 상기 입력된 가공형상 및 가공 조건에 따라 가공 경로를 생성하고, 상기 생성된 가공 경로에 대한 수치제어 프로그램을 생성하는 프로그램 생성부; 상기 생성된 수치제어 프로그램과 상기 입력받은 공작기계 정보 및 공구 및 소재 정보에 기초하여 에너지 소비량, 절삭력, 공구 마모율 및 가공 시간 중 적어도 하나가 포함된 가공 특성을 산출하는 가공특성 산출부; 상기 산출된 가공 특성이 목표 가공 특성에 수렴하는지를 판단하고, 목표 가공 특성에 수렴하지 않는 경우 상기 생성된 가공 조건을 변경하고 상기 변경된 가공 조건에 대해서 재산출된 가공 특성이 목표 가공 특성에 수렴하도록 상기 변경된 가공 조건에 따른 가공 특성의 재산출 및 재판단 과정을 반복적으로 수행하게 하는 가공특성 분석부; 및 상기 가공특성 분석부의 반복적인 판단 결과에 따라 상기 입력된 목표 가공 특성에 수렴하는 가공 특성에 대한 수치제어 프로그램을 출력하는 출력부를 포함할 수 있다.
상기 가공특성 산출부는 가공 모터에 대한 입력을 산출하여 각 모터의 가공 모델에 입력하고 가공 모델에 따라 가공 모터의 회전에 의한 토크와 절삭력에 의한 토크를 시간에 대하여 적분하여 가공 에너지 소비량을 산출함과 동시에 가공 모터 이외의 주변부품에 대하여 기측정하여 얻은 데이터나 각 부품의 사양으로부터 도출된 에너지 소비량을 합산하여 가공 시 전체 에너지 소비량을 산출할 수 있다.
상기 가공특성 산출부는 상기 입력받은 공작기계 정보 및 공구 및 소재 정보에 포함된 소재의 절삭력, 절삭깊이, 이송속도, 공구절입각, 절삭지수 및 절삭력계수 중 적어도 하나를 이용하여 절삭력을 산출할 수 있다.
상기 가공특성 산출부는 소재 및 공구 정보와 가공 조건을 공구수명 예측모델에 적용하고 상기 공구수명 예측모델의 공구수명지수 및 절삭속도에 따라 공구 마모율을 산출할 수 있다.
상기 가공특성 산출부는 상기 생성된 수치제어 프로그램을 구성하는 과정을 순차적으로 계산하고 상기 계산 과정에서 발생한 소요 시간을 적산하여 가공 시간을 산출할 수 있다.
상기 가공특성 분석부는 상기 산출된 가공 특성을 기 설정된 가중치 기반의 산술적인 합산을 목적 함수로 정하고 상기 산출된 가공 특성에 대한 목적 함수의 결과를 평가하는 가공특성 평가부; 담금질 기법, 유전자 알고리즘 및 신경망 기법 중 어느 하나의 방법에 따라 이전 가공 특성에 대한 목적 함수 결과보다 높은 목적 함수의 결과가 도출되도록 가공 조건을 변경하는 가공조건 변경부; 및 상기 변경된 가공 조건에 따른 가공 특성이 상기 입력된 목표 가공 특성에 수렴하는지를 판단하고, 목표 가공 특성에 수렴하지 않는 경우 상기 변경된 가공 조건에 대해서 재산출된 가공 특성이 목표 가공 특성에 수렴하도록 상기 변경된 가공 조건에 따른 가공 특성의 재산출 및 재판단 과정을 반복적으로 수행하게 하는 가공특성 판단부를 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시 예에 따르는 방법은, 미리 저장된 공작기계 정보 및 공구 및 소재 정보를 입력받고, 사용자로부터 가공형상 및 가공 조건과 목표 가공 특성을 입력받는 단계; 상기 입력된 가공형상 및 가공 조건에 따라 가공 경로를 생성하고, 상기 생성된 가공 경로에 대한 수치제어 프로그램을 생성하는 단계; 상기 생성된 수치제어 프로그램과 상기 입력받은 공작기계 정보 및 공구 및 소재 정보에 기초하여 에너지 소비량, 절삭력, 공구 마모율 및 가공 시간 중 적어도 하나가 포함된 가공 특성을 산출하는 단계; 상기 산출된 가공 특성이 목표 가공 특성에 수렴하는지를 판단하고, 목표 가공 특성에 수렴하지 않는 경우 상기 생성된 가공 조건을 변경하고 상기 변경된 가공 조건에 대해서 재산출된 가공 특성이 목표 가공 특성에 수렴하도록 상기 변경된 가공 조건에 따른 가공 특성의 재산출 및 재판단 과정을 반복적으로 수행하는 단계; 및 상기 가공특성의 판단 결과에 따라 상기 입력된 목표 가공 특성에 수렴하는 가공 특성에 대한 수치제어 프로그램을 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 가공 특성을 산출하는 단계는 가공 모터에 대한 입력을 산출하여 각 모터의 가공 모델에 입력하고 가공 모델에 따라 가공 모터의 회전에 의한 토크와 절삭력에 의한 토크를 시간에 대하여 적분하여 가공 에너지 소비량을 산출함과 동시에 가공 모터 이외의 주변부품에 대하여 기측정하여 얻은 데이터나 각 부품의 사양으로부터 도출된 에너지 소비량을 합산하여 가공 시 전체 에너지 소비량을 산출할 수 있다.
상기 가공 특성을 산출하는 단계는 상기 입력받은 공작기계 정보 및 공구 및 소재 정보에 포함된 소재의 절삭력, 절삭깊이, 이송속도, 공구절입각, 절삭지수 및 절삭력계수 중 적어도 하나를 이용하여 절삭력을 산출할 수 있다.
상기 가공 특성을 산출하는 단계는 소재 및 공구 정보와 가공 조건을 공구수명 예측모델에 적용하고 상기 공구수명 예측모델의 공구수명지수 및 절삭속도에 따라 공구 마모율을 산출할 수 있다.
상기 가공 특성을 산출하는 단계는 상기 생성된 수치제어 프로그램을 구성하는 과정을 순차적으로 계산하고 상기 계산 과정에서 발생한 소요 시간을 적산하여 가공 시간을 산출할 수 있다.
상기 가공 특성의 재산출 및 재판단 과정을 반복적으로 수행하는 단계는 상기 산출된 가공 특성을 기 설정된 가중치 기반의 산술적인 합산을 목적 함수로 정하고 상기 산출된 가공 특성에 대한 목적 함수의 결과를 평가하는 단계; 담금질 기법, 유전자 알고리즘 및 신경망 기법 중 어느 하나의 방법에 따라 이전 가공 특성에 대한 목적 함수 결과보다 높은 목적 함수의 결과가 도출되도록 가공 조건을 변경하는 단계; 및 상기 변경된 가공 조건에 따른 가공 특성이 상기 입력된 목표 가공 특성에 수렴하는지를 판단하고, 목표 가공 특성에 수렴하지 않는 경우 상기 변경된 가공 조건에 대해서 재산출된 가공 특성이 목표 가공 특성에 수렴하도록 상기 변경된 가공 조건에 따른 가공 특성의 재산출 및 재판단 과정을 반복적으로 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
본 명세서의 적어도 일부의 실시 예에 따르면 가공 특성(예컨대, 에너지 소비량, 절삭력, 공구 마모율 및 가공 시간 중 적어도 하나가 포함)에 대한 사용자의 설정과 입력된 가공 형상 및 가공 조건에 의하여 최적화된 수치제어 프로그램을 자동으로 생성함으로써, 수치제어 프로그래밍에 익숙하지 않은 미숙련자의 공작기계에 대한 사용 편의성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 명세서의 적어도 일부의 실시 예에 따르면 사용자의 설정사항에 따라 가공시간의 최소화, 가공품위 확보, 에너지 소비 저감, 공구수명 최대화 등을 가능하게 하는 수치제어 프로그램을 신속하게 제공함으로써 사용자에게 최적의 생산성을 제공할 수 있다.
또한, 본 명세서의 적어도 일부의 실시 예에 따르면 사용자가 입력한 가공 형상 및 가공 조건에 대하여 가공경로를 생성하고, 각각의 최적화 조건에 대한 값을 산출하며 입력된 가공 조건을 최적화 조건에 맞게 변경하여 사용자가 추가 수정없이 가공 공정에 가공 조건을 이용하는 수치제어 프로그램을 출력할 수 있다.
또한, 본 명세서의 적어도 일부의 실시 예에 따르면 사용자의 설정에 따라 가공특성을 최적화할 수 있는 수치제어 프로그램 생성방법을 통해 최적화된 수치제어 프로그램에 따라 가공시 소비되는 에너지 소비 저감과 생산성 향상을 도모할 수 있다.
또한, 본 명세서의 적어도 일부의 실시 예에 따르면 수치제어 프로그램 생성 과정에서 에너지 및 가공 시간에 대한 최적 가공 조건을 자동으로 도출함으로써, 종래 가공 업무에 추가적인 업무 과정이 발생하지 않고 손쉽게 적용할 수 있다.
도 1은 본 명세서의 일 실시 예에 따르는 공작기계용 수치제어 프로그램 제공 장치의 구성도이다.
도 2는 본 명세서의 일 실시 예에 따르는 에너지 소비량 및 절삭력의 최적화에 대한 설명도이다.
도 3은 본 명세서의 일 실시 예에 따르는 공구 마모율 및 가공 시간의 최적화에 대한 설명도이다.
도 4는 본 명세서의 일 실시 예에 따른 공작기계용 수치제어 프로그램 제공 방법에 대한 흐름도이다.
이하, 본 명세서의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
실시 예를 설명함에 있어서 본 명세서가 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 명세서와 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 명세서의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.
도 1은 본 명세서의 일 실시 예에 따르는 공작기계용 수치제어 프로그램 제공 장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 명세서의 일 실시 예에 따른 공작기계용 수치제어 프로그램 제공 장치(100)는 입력부(110), 프로그램 생성부(120), 가공특성 산출부(130), 가공특성 분석부(140), 출력부(150) 및 데이터 저장부(160)를 포함한다.
이하, 도 1의 공작기계용 수치제어 프로그램 제공 장치(100)의 각 구성요소들의 구체적인 구성 및 동작을 설명한다.
입력부(110)는 데이터 저장부(160)에서 미리 저장된 공작기계 정보와 공구 및 소재 정보를 입력받는다. 그리고 입력부(110)는 사용자로부터 가공 형상 및 가공 조건과 목표 가공 특성을 입력받고, 목표 가공 특성을 최적화 조건으로 설정할 수 있다. 즉, 입력부(110)는 사용자가 가공하고자 하는 가공 형상을 입력받는다. 또한, 입력부(110)는 사용자가 임의의 선택한 절삭 가공 조건을 입력받을 수 있다.
프로그램 생성부(120)는 입력부(110)에서 입력된 가공 형상 및 가공 조건에 따라 가공 경로를 생성한다. 여기서, 가공 과정에서의 여러 가지 가공 특성은 가공 경로 및 가공 조건에 의해 결정된다. 가공 조건에는 절입량, 이송스피드 및 절삭속도 등이 포함될 수 있다. 이러한 가공 조건이 변경되면 가공 특성이 달라지므로 최적화하고자 하는 가공 특성에 따라 가공 조건이 변경될 수 있다. 일례로, 프로그램 생성부(120)는 입력부(110)에서 입력된 가공 형상에 대하여 소재의 정보와 가공 조건, 공구 정보에 따라 가공 경로를 생성할 수 있다.
그리고 프로그램 생성부(120)는 입력된 가공 형상을 가공하기 위한 공구의 경로를 생성하고, 사용자가 입력하거나 가공특성 분석부(140)에서 변경된 가공 조건에 대하여 수치제어 프로그램을 생성할 수 있다.
가공특성 산출부(130)는 프로그램 생성부(120)에서 생성된 수치제어 프로그램과 입력부(110)에서 입력받은 공작기계 정보 및 공구 및 소재 정보에 기초하여 가공 특성을 산출한다. 가공 특성에는 에너지 소비량, 절삭력, 공구 마모율 및 가공 시간 중 적어도 하나가 포함될 수 있다. 가공특성 산출부(130)는 최적의 가공 조건 및 가공 경로를 선정하기 위하여 가공 특성을 반복적으로 산출할 수 있다.
구체적으로 살펴보면, 가공특성 산출부(130)는 프로그램 생성부(120)에서 생성된 수치제어 프로그램을 입력받아 스핀들 모터, 이송 서보 모터에 대한 입력값을 단위시간마다 산출한다. 그리고 가공특성 산출부(130)는 입력값을 각 모터 모델에 입력한 후 동적 특성을 파악하여 에너지 소비량 및 절삭력, 가공시간 및 공구 마모율 등을 산출할 수 있다.
이에 따른 에너지 소비량, 절삭력, 공구 마모율 및 가공 시간별로 가공 특성 산출 과정을 살펴보기로 한다.
가공특성 산출부(130)는 가공 모터에 대한 입력을 산출하여 각 모터의 가공 모델에 입력하고 가공 모델에 따라 가공 모터의 회전에 의한 토크와 절삭력에 의한 토크를 시간에 대하여 적분하여 가공 에너지 소비량을 산출함과 동시에 가공 모터 이외의 주변부품에 대하여 기측정하여 얻은 데이터나 각 부품의 사양으로부터 도출된 에너지 소비량을 합산하여 가공 시 전체 에너지 소비량을 산출할 수 있다.
여기서, 동작하는 모터에 대한 에너지 소비량은 하기의 [수학식 1]과 같이 산출될 수 있다.
Figure 112013118968359-pat00001
여기서, E는 에너지 소비량, P는 소비전력(W), V는 입력전압(V), I는 입력전류(I), η는 일정효율, T는 토크, w는 모터의 회전속도, Eetc는 주변부품의 에너지 소비량을 나타낸다.
상기 [수학식 1]과 같이, 입력된 소비전력은 모터를 구동시켜 기계적인 일(W)로 변환된다. 이때, 입력된 소비전력은 일정효율(η)만큼 기계적인 일(W)로 변환된다. 그러므로 가공특성 산출부(130)는 예측되는 기계적인 일(W)에 기계의 특성인 효율(η)로 나누어 소모되는 에너지 소비전력을 예측할 수 있다. 가공특성 산출부(130)는 예측되는 모터의 토크(T) 및 모터의 회전속도(w)로부터 기계적인 일(W)을 산출할 수 있다. 또한, 가공특성 산출부(130)는 모터의 회전력 이외에 절삭력이 모터에 작용하는 토크를 계산하여 절삭가공에 필요한 에너지 소비전력을 산출할 수 있다.
여기서, 절삭력에 의해 모터에 가해지는 토크는 절삭력과 공구의 직경 위치로 산출될 수 있다. 이때, 가공특성 산출부(130)는 모터의 회전에 의한 토크와 절삭력에 의한 토크를 시간에 대하여 적분하면 에너지 소비전력량(Wh)을 구할 수 있다. 가공특성 산출부(130)는 이러한 에너지 소비전력량에 추가로 부수적인 전기소모 부품에 대하여 합하여 총 소모에너지량을 산출할 수 있다.
가공특성 산출부(130)는 입력부(110)에서 입력받은 공작기계 정보 및 공구 및 소재 정보에 포함된 소재의 절삭력, 절삭깊이, 이송속도, 공구절입각, 절삭지수 및 절삭력계수 중 적어도 하나를 이용하여 절삭력을 산출할 수 있다.
Figure 112013118968359-pat00002
여기서, k는 소재의 절삭력(N/mm2), aP는 절삭깊이(mm), f는 이송속도, κ는 공구절입각, m은 절삭지수, K는 절삭력계수를 나타낸다. 가공특성 산출부(130)는 해당 값들을 공작기계의 가공 특성, 가공 조건, 가공 경로, 소재특성 및 공구 특성으로부터 각각 획득하여 절삭력을 계산할 수 있다.
가공특성 산출부(130)는 소재와 공구의 물성, 가공 조건을 이용하여 공구 마모율을 계산한다. 가공특성 산출부(130)는 공구 마모율을 계산하기 위하여 테일러(Taylor)의 공구수명 예측모델을 적용할 수 있다. 즉, 가공특성 산출부(130)는 소재 및 공구 정보와 가공 조건을 공구수명 예측모델에 적용하고 그 공구수명 예측모델의 공구수명지수 및 절삭속도에 따라 공구 마모율을 산출할 수 있다.
Figure 112013118968359-pat00003
여기서, V는 절삭속도(m/min), T는 공구수명(min), n은 공구수명지수, C는 절삭상수를 나타낸다. 이때, 공구수명(T)f을 최적화하는 목적이므로 절삭속도(V)와 공구수명(T)의 관계에 의해서, 절삭속도(V)가 최소화하면 공구수명이 최대화된다. 다만, 공구수명지수(n)값에 따라서 절삭 속도(V)에 대한 가공 시간(T)의 변화량이 달라지므로, 공구수명지수(n)값은 사용자가 입력하도록 한다. 공구수명지수(n)값에 따라서 절삭속도(V)에 대한 공구수명(T)의 변화량이 달라지므로, 공구수명지수(n)값은 사용자가 입력하도록 한다.
가공특성 산출부(130)는 프로그램 생성부(120)에서 생성된 수치제어 프로그램을 구성하는 과정을 순차적으로 계산하고 그 계산 과정에서 발생한 소요 시간을 적산하여 가공 시간을 산출할 수 있다.
한편, 가공특성 분석부(140)는 산출된 가공 특성이 목표 가공 특성에 수렴하는지를 판단하고, 목표 가공 특성에 수렴하지 않는 경우 그 생성된 가공 조건을 변경한다. 그리고 가공특성 분석부(140)는 변경된 가공 조건에 대해서 재산출된 가공 특성이 목표 가공 특성에 수렴하도록 변경된 가공 조건에 따른 가공 특성을 재산출하거나 상기 판단 과정을 반복적으로 수행할 수 있다.
여기서, 가공특성 분석부(140)는 가공특성 평가부(141), 가공조건 변경부(142) 및 가공특성 판단부(143)를 포함한다.
가공특성 평가부(141)는 가공특성 산출부(130)에서 산출된 가공 특성을 사용자에 의해 미리 설정된 가중치 기반의 산술적인 합산을 목적 함수로 정하고 산출된 가공 특성에 대한 목적 함수의 결과를 평가한다.
가공조건 변경부(142)는 가공특성 산출부(130)에서 산출된 에너지 소비량, 가공 시간, 절삭력 및 공구 마모율을 저장한다. 그리고 가공조건 변경부(142)는 입력된 목표 가공 특성에 따라 가공 조건을 변경하여 프로그램 생성부(120)에 전달한다. 가공 특성의 최적화가 완료되면, 데이터 저장부(160)는 생성된 수치제어 프로그램을 저장할 수 있다.
여기서, 가공조건 변경부(142)는 선택된 최적화 방법을 기반으로 이전 가공 조건에 비해 보다 향상된 목적 함수의 결과를 보일 수 있는 새로운 가공 조건을 도출되도록 가공 조건을 변경한다. 예를 들어, 가공조건 변경부(142)는 담금질 기법(simulated annealing), 유전자 알고리즘(genetic algorithm), 신경망 기법(neural network method) 중 어느 하나의 방법에 따라 이전 가공 특성에 대한 목적 함수 결과보다 높은 목적 함수의 결과가 도출되도록 가공 조건을 변경할 수 있다.
그리고 가공특성 판단부(143)는 가공조건 변경부(142)에서 변경된 가공 조건에 따른 가공 특성이 입력부(110)에서 입력된 목표 가공 특성에 수렴하는지를 판단하고, 목표 가공 특성에 수렴하지 않는 경우 변경된 가공 조건에 대해서 재산출된 가공 특성이 목표 가공 특성에 수렴하도록 변경된 가공 조건에 따른 가공 특성의 재산출 및 재판단 과정을 반복적으로 수행하게 한다.
이와 같이, 가공특성 분석부(140)는 가공 특성의 재산출 및 재판단 과정을 반복하여 목표 가공 특성에 맞는 수치제어 프로그램을 결정한다. 가공특성 분석부(140)는 재차 반복 시에는 입력된 변화폭에 대하여 각 가공 조건을 변화시켜 가공 조건을 재구성한다. 그리고 가공특성 분석부(140)는 재구성된 가공 조건을 다시 평가하여 사용자가 입력한 제한 변동폭이나 사전에 정해진 기준에 해당되는 변화폭이 발생할 때 평가를 종료한다.
한편, 출력부(150)는 가공특성 분석부(140)의 반복적인 판단 결과에 따라 목표 가공 특성에 수렴하는 가공 특성에 대한 수치제어 프로그램을 출력한다. 즉, 최종적으로 재구성된 가공 조건은 데이터 저장부(160)에 저장된다. 출력부(150)는 최종적으로 재구성된 가공 조건에 따라 생성된 수치제어 프로그램을 사용자가 이용할 수 있도록 출력한다.
데이터 저장부(160)는 공구기계 데이터베이스(DB)(161)와 공구 및 소재 데이터베이스(DB)(162)를 포함한다. 공구기계 DB(161)는 공작기계 정보를 저장한다. 공구 및 소재 DB(162)는 공구 및 소재 정보를 미리 저장한다.
그리고 데이터 저장부(160)는 프로그램 저장부에서 생성된 가공 경로 및 수치제어 프로그램을 저장한다. 또한, 데이터 저장부(160)는 가공특성 분석부(140)에서 변경된 가공 조건을 저장할 수 있다. 그리고 데이터 저장부(160)는 가공특성 산출부(130)에서 산출된 에너지 소비량, 절삭력, 공구 마모율 및 가공 시간 중 적어도 하나가 포함된 가공 특성을 저장한다.
도 2는 본 명세서의 일 실시 예에 따르는 에너지 소비량 및 절삭력의 최적화에 대한 설명도이다. 도 3은 본 명세서의 일 실시 예에 따르는 공구 마모율 및 가공 시간의 최적화에 대한 설명도이다.
도 2를 참조하면, 본 명세서의 일 실시 예에 따르는 에너지 소비량(201) 및 절삭력(202)의 최적화 과정이 나타나 있다.
에너지 소비량(201)은 가공 조건에 따라 단위 시간별로 감소하는 경향을 보인다.
또한, 절삭력(202)은 가공 조건에 따라 단위 시간별로 증가하는 경향을 보인다.
도 3을 참조하면, 본 명세서의 일 실시 예에 따르는 공구 마모율(301) 및 가공 시간(302)의 최적화 과정이 나타나 있다.
공구 마모율(301)은 가공 조건에 따라 단위 시간별로 감소하는 경향을 보인다.
가공 시간(302)은 가공 조건에 따라 단위 시간별로 증가하는 경향을 보인다.
도 4는 본 명세서의 일 실시 예에 따른 공작기계용 수치제어 프로그램 제공 방법에 대한 흐름도이다.
입력부(110)는 데이터 저장부(160)에서 미리 저장된 공작기계 정보 및 공구 및 소재 정보를 입력받는다(S402).
입력부(110)는 사용자가 가공하고자 하는 가공 형상을 입력받는다(S404).
입력부(110)는 사용자가 가공하고자 하는 가공 조건을 입력받는다(S404).
그리고 입력부(110)는 사용자로부터 에너지 소비량, 절삭력, 공구 마모율 및 가공 시간 중 적어도 하나가 포함된 최적화 조건 즉, 목표 가공 특성을 설정한다(S408).
프로그램 생성부(120)는 입력부(110)에서 입력된 가공 형상 및 가공 조건에 따라 가공 경로를 생성하고, 그 생성된 가공 경로에 대한 수치제어 프로그램을 생성한다(S410).
가공특성 산출부(130)는 프로그램 생성부(120)에서 생성된 수치제어 프로그램과 입력부(110)에서 입력받은 공작기계 정보 및 공구 및 소재 정보에 기초하여 에너지 소비량, 절삭력, 공구 마모율 및 가공 시간 중 적어도 하나가 포함된 가공 특성을 산출한다(S412). 여기서, 가공특성 산출부(130)는 가공 모터에 대한 입력을 산출하여 각 모터의 가공 모델에 입력하고 가공 모델에 따라 가공 모터의 회전에 의한 토크와 절삭력에 의한 토크를 시간에 대하여 적분하여 에너지 소비량을 산출할 수 있다. 또한, 가공특성 산출부(130)는 공작기계 정보 및 공구 및 소재 정보에 포함된 소재의 절삭력, 절삭깊이, 이송속도, 공구절입각, 절삭지수 및 절삭력계수 중 적어도 하나를 이용하여 절삭력을 산출할 수 있다. 또한, 가공특성 산출부(130)는 소재 및 공구 정보와 가공 조건을 공구수명 예측모델에 적용하고 상기 공구수명 예측모델의 공구수명지수 및 절삭속도에 따라 공구 마모율을 산출할 수 있다. 또한, 가공특성 산출부(130)는 생성된 수치제어 프로그램을 구성하는 과정을 순차적으로 계산하고 그 계산 과정에서 발생한 소요 시간을 적산하여 가공 시간을 산출할 수 있다.
가공특성 분석부(140)는 가공특성 산출부(130)에서 산출된 가공 특성이 목표 가공 특성에 수렴하는지를 판단한다(S414).
상기 판단 결과(S414), 가공 특성이 목표 가공 특성에 수렴하지 않는 경우, 가공특성 분석부(140)는 생성된 가공 조건을 변경한다(S416).
상기 S416 과정에서 변경된 가공 조건에 대해서 재산출된 가공 특성이 목표 가공 특성에 수렴하도록 S410 과정 내지 S416 과정이 반복적으로 수행된다.
이후, S410 과정 내지 S416 과정을 반복적으로 수행한 결과 재산출된 가공 특성이 목표 가공 특성에 수렴하면, 출력부(150)는 목표 가공 특성에 수렴하는 가공 특성에 대한 수치제어 프로그램을 출력한다.
이때, 처리 흐름도 도면들의 각 블록과 흐름도 도면들의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록은 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실행 예들에서는 블록들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
이때, 본 실시 예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.
본 명세서가 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 명세서가 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 명세서의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 명세서의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
한편, 본 명세서와 도면에는 본 명세서의 바람직한 실시 예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 명세서의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 명세서의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예 외에도 본 명세서의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 명세서가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100: 수치제어 프로그램 제공 장치
110: 입력부 120: 프로그램 생성부
130: 가공특성 산출부 140: 가공특성 분석부
141: 가공특성 평가부 142: 가공조건 변경부
143: 가공특성 판단부 150: 출력부
160: 데이터 저장부 161: 공작기계 DB
162: 공구 및 소재 DB

Claims (12)

  1. 미리 저장된 공작기계 정보 및 공구 및 소재 정보를 입력받고, 사용자로부터 가공형상 및 가공 조건과 목표 가공 특성을 입력받는 입력부;
    상기 입력된 가공형상 및 가공 조건에 따라 가공 경로를 생성하고, 상기 생성된 가공 경로에 대한 수치제어 프로그램을 생성하는 프로그램 생성부;
    상기 생성된 수치제어 프로그램과 상기 입력받은 공작기계 정보 및 공구 및 소재 정보에 기초하여 에너지 소비량, 절삭력, 공구 마모율 및 가공 시간이 포함된 가공 특성을 산출하는 가공특성 산출부;
    상기 산출된 가공 특성이 목표 가공 특성에 수렴하는지를 판단하고, 목표 가공 특성에 수렴하지 않는 경우 상기 생성된 가공 조건을 변경하고 상기 변경된 가공 조건에 대해서 재산출된 가공 특성이 목표 가공 특성에 수렴하도록 상기 변경된 가공 조건에 따른 가공 특성의 재산출 및 재판단 과정을 반복적으로 수행하게 하는 가공특성 분석부; 및
    상기 가공특성 분석부의 반복적인 판단 결과에 따라 상기 입력된 목표 가공 특성에 수렴하는 가공 특성에 대한 수치제어 프로그램을 출력하는 출력부
    를 포함하며,
    상기 가공특성 분석부는
    상기 산출된 가공 특성을 기 설정된 가중치 기반의 산술적인 합산을 목적 함수로 정하고 상기 산출된 가공 특성에 대한 목적 함수의 결과를 평가하는 가공특성 평가부;
    담금질 기법, 유전자 알고리즘 및 신경망 기법 중 어느 하나의 방법에 따라 이전 가공 특성에 대한 목적 함수 결과보다 높은 목적 함수의 결과가 도출되도록 가공 조건을 변경하는 가공조건 변경부; 및
    상기 변경된 가공 조건에 따른 가공 특성이 상기 입력된 목표 가공 특성에 수렴하는지를 판단하고, 목표 가공 특성에 수렴하지 않는 경우 상기 변경된 가공 조건에 대해서 재산출된 가공 특성이 목표 가공 특성에 수렴하도록 상기 변경된 가공 조건에 따른 가공 특성의 재산출 및 재판단 과정을 반복적으로 수행하게 하는 가공특성 판단부
    를 포함하는 공작기계용 수치제어 프로그램 제공 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가공특성 산출부는
    가공 모터에 대한 입력을 산출하여 각 모터의 가공 모델에 입력하고 가공 모델에 따라 가공 모터의 회전에 의한 토크와 절삭력에 의한 토크를 시간에 대하여 적분하여 가공 에너지 소비량을 산출함과 동시에 가공 모터 이외의 주변부품에 대하여 기측정하여 얻은 데이터나 각 부품의 사양으로부터 도출된 에너지 소비량을 합산하여 가공 시 전체 에너지 소비량을 산출하는 공작기계용 수치제어 프로그램 제공 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가공특성 산출부는
    상기 입력받은 공작기계 정보 및 공구 및 소재 정보에 포함된 소재의 절삭력, 절삭깊이, 이송속도, 공구절입각, 절삭지수 및 절삭력계수 중 적어도 하나를 이용하여 절삭력을 산출하는 공작기계용 수치제어 프로그램 제공 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 가공특성 산출부는
    소재 및 공구 정보와 가공 조건을 공구수명 예측모델에 적용하고 상기 공구수명 예측모델의 공구수명지수 및 절삭속도에 따라 공구 마모율을 산출하는 공작기계용 수치제어 프로그램 제공 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 가공특성 산출부는
    상기 생성된 수치제어 프로그램을 구성하는 과정을 순차적으로 계산하고 상기 계산 과정에서 발생한 소요 시간을 적산하여 가공 시간을 산출하는 공작기계용 수치제어 프로그램 제공 장치.
  6. 삭제
  7. 미리 저장된 공작기계 정보 및 공구 및 소재 정보를 입력받고, 사용자로부터 가공형상 및 가공 조건과 목표 가공 특성을 입력받는 단계;
    상기 입력된 가공형상 및 가공 조건에 따라 가공 경로를 생성하고, 상기 생성된 가공 경로에 대한 수치제어 프로그램을 생성하는 단계;
    상기 생성된 수치제어 프로그램과 상기 입력받은 공작기계 정보 및 공구 및 소재 정보에 기초하여 에너지 소비량, 절삭력, 공구 마모율 및 가공 시간이 포함된 가공 특성을 산출하는 단계;
    상기 산출된 가공 특성이 목표 가공 특성에 수렴하는지를 판단하고, 목표 가공 특성에 수렴하지 않는 경우 상기 생성된 가공 조건을 변경하고 상기 변경된 가공 조건에 대해서 재산출된 가공 특성이 목표 가공 특성에 수렴하도록 상기 변경된 가공 조건에 따른 가공 특성의 재산출 및 재판단 과정을 반복적으로 수행하는 단계; 및
    가공특성의 판단 결과에 따라 상기 입력된 목표 가공 특성에 수렴하는 가공 특성에 대한 수치제어 프로그램을 출력하는 단계
    를 포함하며,
    상기 가공 특성의 재산출 및 재판단 과정을 반복적으로 수행하는 단계는
    상기 산출된 가공 특성을 기 설정된 가중치 기반의 산술적인 합산을 목적 함수로 정하고 상기 산출된 가공 특성에 대한 목적 함수의 결과를 평가하는 단계;
    담금질 기법, 유전자 알고리즘 및 신경망 기법 중 어느 하나의 방법에 따라 이전 가공 특성에 대한 목적 함수 결과보다 높은 목적 함수의 결과가 도출되도록 가공 조건을 변경하는 단계; 및
    상기 변경된 가공 조건에 따른 가공 특성이 상기 입력된 목표 가공 특성에 수렴하는지를 판단하고, 목표 가공 특성에 수렴하지 않는 경우 상기 변경된 가공 조건에 대해서 재산출된 가공 특성이 목표 가공 특성에 수렴하도록 상기 변경된 가공 조건에 따른 가공 특성의 재산출 및 재판단 과정을 반복적으로 수행하는 단계
    를 포함하는 공작기계용 수치제어 프로그램 제공 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 가공 특성을 산출하는 단계는
    가공 모터에 대한 입력을 산출하여 각 모터의 가공 모델에 입력하고 가공 모델에 따라 가공 모터의 회전에 의한 토크와 절삭력에 의한 토크를 시간에 대하여 적분하여 가공 에너지 소비량을 산출함과 동시에 가공 모터 이외의 주변부품에 대하여 기측정하여 얻은 데이터나 각 부품의 사양으로부터 도출된 에너지 소비량을 합산하여 가공 시 전체 에너지 소비량을 산출하는 공작기계용 수치제어 프로그램 제공 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 가공 특성을 산출하는 단계는
    상기 입력받은 공작기계 정보 및 공구 및 소재 정보에 포함된 소재의 절삭력, 절삭깊이, 이송속도, 공구절입각, 절삭지수 및 절삭력계수 중 적어도 하나를 이용하여 절삭력을 산출하는 공작기계용 수치제어 프로그램 제공 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 가공 특성을 산출하는 단계는
    소재 및 공구 정보와 가공 조건을 공구수명 예측모델에 적용하고 상기 공구수명 예측모델의 공구수명지수 및 절삭속도에 따라 공구 마모율을 산출하는 공작기계용 수치제어 프로그램 제공 방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 가공 특성을 산출하는 단계는
    상기 생성된 수치제어 프로그램을 구성하는 과정을 순차적으로 계산하고 상기 계산 과정에서 발생한 소요 시간을 적산하여 가공 시간을 산출하는 공작기계용 수치제어 프로그램 제공 방법.
  12. 삭제
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