KR102144420B1 - Monitoring system for cutting system using intelligent cutting simulation and Monitoring method using thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공작물을 3D로 가공할 때 가공물의 형상과 절삭력, 진동, 마모량 등을 시뮬레이션하고 시뮬레이션된 결과의 예측치와 가공시스템에서 측정한 측정치를 비교하여 가공 공정을 모니터링하는 시스템과 방법을 개시한다.
본 발명의 가공 공정 모니터링 시스템은 시뮬레이션 제어부에서 추출된 최고 절삭력과 최고 진동값을 절삭력 예측치 및 진동 예측치로 입력받고, 가공시스템에서 측정된 절삭력 측정치 및 진동 측정치를 비교하여 절삭력 예측치 및 진동 예측치 보다 절삭력 측정치 및 진동 측정치가 큰 경우 가공시스템의 작동을 정지시킬 수 있다.
The present invention discloses a system and method for monitoring a machining process by simulating the shape, cutting force, vibration, and wear of the workpiece when machining a workpiece in 3D, and comparing the predicted value of the simulated result with the measured value measured by the machining system.
The machining process monitoring system of the present invention receives the highest cutting force and highest vibration value extracted from the simulation control unit as a cutting force predicted value and a vibration predicted value, and compares the cutting force measurement value and vibration measured value measured in the machining system to measure the cutting force rather than the predicted cutting force and vibration predicted value. And if the vibration measurement is large, the operation of the processing system can be stopped.

Description

지능형 가공 시뮬레이션을 이용한 가공 공정 모니터링 시스템 및 이를 이용한 모니터링 방법{Monitoring system for cutting system using intelligent cutting simulation and Monitoring method using thereof} Processing process monitoring system using intelligent machining simulation, and monitoring method using the same {Monitoring system for cutting system using intelligent cutting simulation and Monitoring method using thereof}

본 발명은 공작물을 3D로 가공할 때 가공물의 형상과 절삭력, 진동, 마모량 등을 시뮬레이션하고 시뮬레이션된 결과의 예측치와 가공시스템에서 측정한 측정치를 비교하여 가공 공정을 모니터링하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for monitoring a machining process by simulating the shape of the workpiece, cutting force, vibration, and abrasion amount, etc., and comparing the predicted value of the simulated result with the measured value measured by the machining system when machining the workpiece in 3D.

일반적으로 가상 CNC 밀링머신은 CNC 프로그램을 입력하여 시뮬레이션을 통해 공작물의 가공 형상을 예측할 수 있다. 이러한 종래의 가상 CNC 밀링머신은 CNC 프로그램에서 좌표를 읽어들여 수학적으로 블리안(Boolean) 연산을 처리하여 공작물의 가공형상을 시뮬레이션한다.In general, a virtual CNC milling machine can predict the machining shape of a workpiece through simulation by entering a CNC program. Such a conventional virtual CNC milling machine simulates a machining shape of a workpiece by reading coordinates from a CNC program and mathematically processing a Boolean operation.

도 10은 기존의 가상 CNC 밀링머신을 통해 가공 형상을 검증하는 예를 도시한 순서도이다. 가상 CNC 밀링머신에 공구형상, 공작물 형상, 및 절삭 조건을 입력한다(S101). 그리고 CNC 프로그램에서 한 블록의 G 코드, X, Y, Z 좌표값을 입력한다(S103). 그러면 가상 CNC 밀링머신은 CNC 프로그램 한 블록 전체의 체적을 계산하고 계산된 체적을 소거한다(S105). 즉, 도 11에 도시한 바와 같이, 공작물(W)의 소거할 체적(V)을 계산하여 계산된 체적(V)을 소거한다. 그리고 가상 CNC 밀링머신은 가공형상을 화면으로 출력한다(S107). 그러면 작업자는 가공형상이 목적에 맞게 되었는지 판단할 수 있다. 그리고 CNC 프로그램의 전체 블록이 끝났는지를 판단(S109)하여 CNC 프로그램 전체의 블록이 끝나지 않은 경우에는 상술한 S103 단계에서 S107 단계를 반복하여 수행한다.10 is a flow chart illustrating an example of verifying a processing shape through a conventional virtual CNC milling machine. A tool shape, a work piece shape, and a cutting condition are input to the virtual CNC milling machine (S101). Then, input the G code, X, Y, Z coordinate values of one block in the CNC program (S103). Then, the virtual CNC milling machine calculates the volume of the entire block of the CNC program and erases the calculated volume (S105). That is, as shown in Fig. 11, the calculated volume V is erased by calculating the volume V to be erased of the work W. And the virtual CNC milling machine outputs the processed shape on the screen (S107). Then, the operator can determine whether the processed shape fits the purpose. In addition, it is determined whether the entire block of the CNC program is finished (S109), and if the block of the entire CNC program is not finished, steps S103 to S107 are repeated.

이러한 종래의 가상 CNC 밀링머신은 실제 가공 현상에서 발생하는 과도한 절삭으로 인한 공구의 파손, 마모 및 진동에 의해 발생한 공작물의 가공불량을 예측할 수 없고, 절삭력 및 진동 예측치와 절삭력 및 진동 측정치를 비교하여 가공 공정을 모니터링을 할 수 없는 문제점이 있다.Such a conventional virtual CNC milling machine cannot predict the machining defects of the workpiece caused by tool breakage, wear and vibration caused by excessive cutting that occurs in the actual machining phenomenon, and is processed by comparing the cutting force and vibration predicted values with the cutting force and vibration measurements. There is a problem that the process cannot be monitored.

한국공개특허공보 제10-2015-0075742호(2015. 7. 6 공개)Korean Patent Application Publication No. 10-2015-0075742 (published on July 6, 2015) 한국등록특허공보 제10-1638623호(2016. 7. 11 공고)Korean Registered Patent Publication No. 10-1638623 (announced on July 11, 2016)

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로써, 본 발명의 목적은 CNC 프로그램의 한 블록에서 날 당 체적을 계산하고 이를 이용하여 절삭력을 계산하여 CNC 프로그램의 가공조건 최적화, 공구의 마모도, 공구에 작용하는 진동을 예측하여 실제 가공 중에 공작물의 과도한 절삭에 의한 공구의 파손, 마모 및 진동에 의해 발생하는 공작물의 가공불량을 줄이고, 동시에 가공의 정밀도를 향상시키는 공작물의 가공 시뮬레이션 시스템과 이를 이용한 가공 공정 모니터링 방법을 제공하는데 있다. 즉, 실제 가공 시스템에서 절삭력 및 진동 측정치와 시뮬레이션에서 예측한 절삭력 및 진동 예측치를 비교하여 가공 공정의 상태를 모니터링하는 방법을 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention has been proposed to solve the above problems, and an object of the present invention is to calculate the volume per tooth in one block of the CNC program and calculate the cutting force using this to optimize the machining conditions of the CNC program, A machining simulation system for workpieces that predicts wear and vibration acting on the tool to reduce tool breakage due to excessive cutting of the workpiece during actual machining, reduce machining defects caused by wear and vibration, and at the same time improve machining precision. It is to provide a method for monitoring the processing process using this. That is, it is to provide a method of monitoring the state of the machining process by comparing the cutting force and vibration measurements in the actual machining system with the cutting force and vibration predicted values predicted in the simulation.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은In order to achieve the object of the present invention as described above, the present invention

가공 시뮬레이션 시스템은The machining simulation system

공구의 형상, 공작물의 형상, 그리고 절삭조건과 CNC 프로그램에서 각각의 블록의 코드, 상기 공구의 X, Y, Z의 좌표값, 상기 공구의 이송속도, 그리고 스핀들 회전속도 데이터를 입력받는 입력부,An input unit that receives the shape of the tool, the shape of the workpiece, the cutting conditions and the code of each block in the CNC program, the coordinate values of the tool's X, Y, Z, the feed rate of the tool, and the spindle rotation speed data,

상기 입력부의 데이터를 이용하여 절삭력을 계산하는 시뮬레이션 제어부,A simulation control unit that calculates a cutting force using data from the input unit,

상기 시뮬레이션 제어부에 의해 입출력되며 상기 입력부를 통해 입력된 데이터가 저장되거나 또는 상기 CNC 프로그램에서 좌표값, 이송속도, 스핀들속도가 최적화되어 저장되는 기본 데이터 저장부,A basic data storage unit that is input and output by the simulation control unit and stores data input through the input unit or optimizes and stores coordinate values, feed rates, and spindle speeds in the CNC program,

상기 시뮬레이션 제어부에서 계산된 절삭력을 이용하여 공작물의 가공 시뮬레이션 형상을 출력하는 출력부를 포함하며,Includes an output unit for outputting a processing simulation shape of the workpiece by using the cutting force calculated by the simulation control unit,

상기 시뮬레이션 제어부는The simulation control unit

상기 CNC 프로그램의 각각의 블록에서 날 당 칩체적을 계산하여 계산된 상기 날 당 칩체적을 소거하고 날 당 칩체적을 이용하여 날 당 절삭력을 계산하며,By calculating the chip volume per tooth in each block of the CNC program, the calculated chip volume per tooth is erased, and the cutting force per tooth is calculated using the chip volume per tooth,

상기 공구의 날 당 칩체적을 산출하는 날 당 칩체적 산출부,A chip volume calculation unit per blade that calculates the chip volume per blade of the tool,

상기 날 당 칩체적 산출부에서 산출된 값을 이용하여 상기 공구의 절삭력을 산출하는 날 당 절삭력 산출부,A cutting force calculation unit per blade that calculates the cutting force of the tool by using the value calculated by the chip volume calculation unit per blade,

상기 날 당 칩체적 산출부에서 산출된 값을 이용하여 상기 공구의 진동값을 산출하는 진동값 산출부, 그리고A vibration value calculation unit that calculates the vibration value of the tool by using the value calculated by the chip volume calculation unit per blade, and

상기 날 당 절삭력 산출부에서 산출된 값 중에서 최고 절삭력을 추출하고, 상기 진동값 산출부에서 산출된 값 중에서 최고의 진동값을 추출하는 추출부를 포함하며,And an extraction unit for extracting the highest cutting force from the values calculated by the cutting force per blade calculation unit, and extracting the highest vibration value from the values calculated by the vibration value calculation unit,

상기 시뮬레이션 제어부에서 추출된 최고 절삭력과 최고 진동값을 절삭력 예측치 및 진동 예측치로 입력받고, 가공시스템에서 측정된 절삭력 측정치 및 진동 측정치를 비교하여 상기 절삭력 예측치 및 상기 진동 예측치 보다 상기 절삭력 측정치 및 상기 진동 측정치가 큰 경우 상기 가공시스템의 작동을 정지시키는 가공공정 모니터링 시스템을 제공한다.The highest cutting force and the highest vibration value extracted from the simulation control unit are input as a cutting force predicted value and a vibration predicted value, and the cutting force measured value and the vibration measured value are compared to the cutting force predicted value and the vibration predicted value. When is large, it provides a processing process monitoring system that stops the operation of the processing system.

상기 가공공정 모니터링 시스템은The processing process monitoring system

입력되는 절삭력의 센서 보상값 및 진동의 센서 보상값을 로딩하는 센서 보상값 로딩부, 상기 가공시스템의 절삭력을 측정하는 전류 신호 측정부, 상기 전류 신호 측정부의 값과 상기 절삭력의 센서 보상값을 이용하여 절삭력을 계산하는 절삭력 계산부, 상기 가공시스템의 진동을 측정하는 가속도 측정부, 상기 가속도 측정부의 값과 상기 진동의 센서 보상값을 이용하여 진동을 계산하는 진동 계산부, 상기 가공 시뮬레이션 시스템의 절삭력 예측치 및 진동 예측치와 상기 절삭력 계산부에서 계산된 절삭력 측정치 및 상기 진동 계산부에서 계산된 진동 측정치를 비교하는 모니터링 판단부, 그리고 상기 모니터링 판단부에서 상기 절삭력 예측치 및 상기 진동 예측치 보다 상기 절삭력 측정치 및 상기 진동 측정치가 큰 경우 그의 신호를 입력받아 가공시스템을 정지시키는 제어를 수행하는 알람 제어부를 포함하는 것이 바람직하다.Using a sensor compensation value loading unit that loads the sensor compensation value of the input cutting force and the sensor compensation value of the vibration, a current signal measurement unit that measures the cutting force of the processing system, the current signal measurement unit value and the sensor compensation value of the cutting force. A cutting force calculation unit that calculates the cutting force, an acceleration measurement unit that measures the vibration of the processing system, a vibration calculation unit that calculates vibration using a value of the acceleration measurement unit and a sensor compensation value of the vibration, and the cutting force of the machining simulation system A monitoring determination unit that compares the predicted value and vibration predicted value with the cutting force measurement value calculated by the cutting force calculation unit and the vibration measurement value calculated by the vibration calculation unit, and the cutting force measurement value and the cutting force measurement value and the vibration predicted value in the monitoring determination unit. When the vibration measurement value is large, it is preferable to include an alarm control unit that receives the signal and performs control to stop the processing system.

또한, 본 발명은 In addition, the present invention

가공 시뮬레이션 시스템의 시뮬레이션 제어부는The simulation control unit of the machining simulation system

공구의 형상, 공작물의 형상, 그리고 절삭조건을 입력받는 단계,The step of receiving the shape of the tool, the shape of the workpiece, and the cutting conditions,

상기 공구의 형상, 공작물의 형상, 그리고 절삭조건을 입력받는 단계 후에 CNC 프로그램에서 순차적으로 한 블록의 코드, 상기 공구의 X, Y, Z의 좌표값, 상기 공구의 이송속도, 그리고 스핀들 회전속도를 기본 데이터 저장부에서 로딩하는 단계,After the step of receiving the shape of the tool, the shape of the workpiece, and the cutting conditions, the code of one block, the coordinate values of X, Y, Z of the tool, the feed rate of the tool, and the spindle rotation speed are sequentially determined in the CNC program. Loading from the basic data storage unit,

상기 한 블록의 코드, 상기 공구의 X, Y, Z의 좌표값, 상기 공구의 이송속도, 그리고 스핀들의 회전속도를 읽어들이는 단계 후에 상기 공구의 절삭력을 계산하는 단계,Calculating the cutting force of the tool after reading the code of the one block, the coordinate values of X, Y, Z of the tool, the feed rate of the tool, and the rotational speed of the spindle,

상기 공구의 절삭력을 계산하는 단계 후에 상기 공구가 상기 공작물에 충돌하거나 과도한 절삭력이 발생하는가를 판단하는 단계,Determining whether the tool collides with the work piece or excessive cutting force occurs after calculating the cutting force of the tool,

상기 공구가 상기 공작물에 충돌하거나 과도한 절삭력이 발생하는가를 판단하는 단계에서 상기 공구가 상기 공작물에 충돌하거나 과도한 절삭력을 발생하는 경우에는 경고 메시지를 출력하는 단계,In the step of determining whether the tool collides with the work or excessive cutting force occurs, outputting a warning message when the tool collides with the work or generates excessive cutting force,

상기 상기 공구가 상기 공작물에 충돌하거나 과도한 절삭력이 발생하는가를 판단하는 단계 후에 상기 공구가 상기 공작물에 충돌하지 않거나 과도한 절삭력이 발생하지 않는 경우에는 CNC 프로그램의 한 블록이 끝났는가를 판단하여 한 블록이 끝나지 않은 경우에는 상기 절삭력을 계산하는 단계 이전으로 이동시키는 블록 수행 종료를 판단하는 단계,After the step of determining whether the tool collides with the work piece or excessive cutting force occurs, if the tool does not collide with the work piece or does not generate excessive cutting force, it is determined whether one block of the CNC program is over and one block is not finished. If not, determining the end of performing the block moving to before the step of calculating the cutting force,

상기 블록 수행 종료를 판단하는 단계에서 한 블록의 수행이 끝난 경우에는 그 과정에서 발생한 최고 절삭력, 최고 진동값을 추출하는 단계,In the step of determining the end of the block execution, when the execution of one block is completed, extracting the highest cutting force and the highest vibration value generated in the process,

상기 최고 절삭력과 최고 진동값을 추출하는 단계 후에 가공형상 출력, 최고 절삭력, 최고 진동크기를 출력하고 데이터 저장부에 저장하는 단계, 그리고After the step of extracting the highest cutting force and the highest vibration value, outputting the processed shape output, the highest cutting force, and the highest vibration amplitude, and storing it in a data storage unit, and

상기 가공형상 출력, 최고 절삭력, 최고 진동크기를 출력하고 데이터 저장부에 저장하는 단계 후에 CNC 프로그램이 모두 수행이 되었는지 확인하여 CNC 프로그램이 모두 수행된 경우 프로그램을 종료시키고, 수행이 완료되지 않은 경우 상기 CNC 프로그램에서 한 블록의 G 코드, X, Y, Z 좌표값, 이송속도, 스핀들 속도를 입력받는 단계 이전으로 리턴시키는 단계를 포함하고,After the step of outputting the processing shape output, the highest cutting force, and the highest vibration amplitude, and storing it in the data storage unit, check if all the CNC programs have been executed, and if all CNC programs have been executed, terminate the program, and if the execution is not completed, the In the CNC program, a block of G code, X, Y, Z coordinate values, feed speed, and spindle speed are returned to the previous step of receiving input,

상기 절삭력을 계산하는 단계는 The step of calculating the cutting force

CNC 프로그램 한 블록에서 날 당 칩체적을 계산하여 가상 공작물의 체적을 소거하고 절삭력을 계산하며,By calculating the chip volume per tooth in one block of the CNC program, the volume of the virtual workpiece is eliminated and the cutting force is calculated.

상기 시뮬레이션 제어부는 상기 절삭력 최고치와 진동 최고치를 각각 절삭력 예측치 및 진동 예측치를 변환하여 가공공정 모니터링 시스템에 전송하고,The simulation control unit converts the cutting force peak value and the vibration peak value, respectively, to a cutting force predicted value and a vibration predicted value, and transmits it to a processing process monitoring system,

상기 가공공정 모니터링 시스템은The processing process monitoring system

입력되는 절삭력의 센서 보상값 및 진동의 센서 보상값을 로딩하는 단계,Loading the sensor compensation value of the input cutting force and the sensor compensation value of the vibration,

상기 센서 보상값을 로딩하는 단계 후에 가공시스템의 절삭력과 진동을 계산하기 위해 가공시스템의 전류신호와 가속도를 측정 측정하는 단계,After the step of loading the sensor compensation value, measuring and measuring the current signal and acceleration of the machining system to calculate the cutting force and vibration of the machining system,

상기 가공시스템의 절삭력과 진동을 측정하는 단계 후에 전류 신호 측정부의 값과 상기 절삭력의 센서 보상값을 이용하여 절삭력과 진동을 계산하는 단계, After measuring the cutting force and vibration of the processing system, calculating the cutting force and vibration using the value of the current signal measuring unit and the sensor compensation value of the cutting force,

상기 절삭력과 진동을 계산하는 단계 후에 상기 가공 시뮬레이션 시스템의 절삭력 예측치 및 진동 예측치를 입력받아 절삭력 측정치 및 진동 측정치를 비교하여 절삭력 측정치 및 진동 측정치가 큰가를 판단하는 단계, 그리고After calculating the cutting force and vibration, receiving a cutting force predicted value and a vibration predicted value of the processing simulation system and comparing the cutting force measurement value and the vibration measurement value to determine whether the cutting force measurement value and the vibration measurement value are large, and

상기 절삭력 측정치 및 진동 측정치가 절삭력 예측치 및 진동 예측치 보다 큰가를 판단하는 단계 후에 상기 절삭력 측정치 및 진동 측정치가 절삭력 예측치 및 진동 예측치 보다 큰 경우 상기 가공시스템을 정지시키는 제어를 수행하는 단계를 포함하는 가공공정 모니터링 방법을 제공한다.After determining whether the cutting force measurement value and the vibration measurement value are greater than the cutting force predicted value and the vibration predicted value, if the cutting force measurement value and the vibration measurement value are greater than the cutting force predicted value and the vibration predicted value, performing control to stop the processing system. Provides a monitoring method.

기존에는 단지 가공물의 형상만을 예측하였으나, 이와 같은 본 발명의 실시예는 실제 밀링머신의 절삭상황과 동일하게 날 당 칩 체적을 제거하여 가공 형상을 시뮬레이션하고, 공구의 절삭력을 정밀하게 예측할 수 있어 공작물의 가공 전에 절삭상황을 정밀하게 검증하고 CNC프로그램을 최적화하여 가공 후의 공작물의 정밀도를 향상시킬 수 있고, 절삭시스템의 측정값과 시뮬레이션의 예측값을 비교하여 절삭시스템을 모니터링할 수 있다.In the past, only the shape of the workpiece was predicted, but the embodiment of the present invention simulates the machining shape by removing the chip volume per tooth in the same way as the cutting situation of an actual milling machine, and accurately predicts the cutting force of the tool. The cutting situation can be accurately verified before machining of the machine and the precision of the workpiece after machining can be improved by optimizing the CNC program, and the cutting system can be monitored by comparing the measured value of the cutting system with the predicted value of the simulation.

도 1은 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 가공 시스템, 공작물의 가공 시뮬레이션 시스템 그리고 가공공정 모니터링 시스템을 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명에 적용되는 가공공정 시뮬레이션 시스템을 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명에 적용되는 가공공정 시뮬레이션 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 발명에 적용되는 가공공정 시뮬레이션 시스템의 공구의 매 날 당 절삭력을 계산하여 디스플레이로 출력한 그림이다.
도 5는 본 발명에 적용되는 가공공정 시뮬레이션 시스템의 검증결과 CAD모델과 가상 CNC 프로그램으로 검증한 형상을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명에 적용되는 가공공정 시뮬레이션 시스템의 날 당 절삭력을 계산하여 디스플레이로 출력한 그림이다.
도 7은 본 발명의 가공공정 모니터링 시스템을 도시한 구성도이다.
도 8은 본 발명의 가공공정 모니터링 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 9는 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 공구의 직경과 길이를 표시한 도면이다.
도 10은 종래의 가상 CNC 밀링머신을 이용하여 가공형상을 예측하는 방법을 설명하는 순서도이다.
도 11은 종래 기술에 의해 가공물의 체적을 소거하는 내용을 보여주는 도면이다.
1 is a block diagram showing a machining system, a machining simulation system of a workpiece, and a machining process monitoring system to describe an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram showing a machining process simulation system applied to the present invention.
3 is a flow chart for explaining a processing process simulation process applied to the present invention.
4 is a diagram showing a cutting force per edge of a tool in the machining process simulation system applied to the present invention and output to the display.
5 is a view showing a CAD model and a shape verified by a virtual CNC program as a result of verification of the machining process simulation system applied to the present invention.
6 is a diagram illustrating a cutting force per edge of the machining process simulation system applied to the present invention and output to the display.
7 is a block diagram showing a processing process monitoring system of the present invention.
8 is a flow chart for explaining the processing process monitoring process of the present invention.
9 is a view showing the diameter and length of the tool to explain the embodiment of the present invention.
10 is a flowchart illustrating a method of predicting a machining shape using a conventional virtual CNC milling machine.
11 is a diagram showing contents of erasing the volume of a workpiece according to the prior art.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 다른 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art to which the present invention pertains may easily practice. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and the same reference numerals are assigned to the same or similar components throughout the specification.

본 발명의 실시예에 적용되는 가공공정 시뮬레이션 시스템에서 가상의 공구를 T로 표시하고 가상의 공작물은 W로 표시하기로 한다.In the machining process simulation system applied to the embodiment of the present invention, a virtual tool is indicated by T and a virtual workpiece is indicated by W.

도 1은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 블록도로, 가공 시스템(1), 공작물의 가공 시뮬레이션 시스템(3, 이하, '가공 시뮬레이션 시스템' 또는 '시뮬레이션 시스템' 이라 함), 그리고 가공공정 모니터링 시스템(5, 이하, '모니터링 시스템' 이라고 함)을 도시하고 있다.1 is a block diagram for explaining an embodiment of the present invention, a machining system 1, a machining simulation system for a workpiece (3, hereinafter, referred to as a'machining simulation system' or'simulation system'), and a machining process monitoring system (5, hereinafter referred to as a'monitoring system') is shown.

가공 시스템(1)은 공구를 이용하여 절삭을 하기 위한 공작기계이다. 가공 시스템(1)은 공작기계 제어부(11), 전류 측정센서(13), 가속도 센서(15), 그리고 알람표시부(17)를 포함한다. The machining system 1 is a machine tool for cutting using a tool. The processing system 1 includes a machine tool control unit 11, a current measurement sensor 13, an acceleration sensor 15, and an alarm display unit 17.

공작기계 제어부(11)는 공작물 가공에 필요한 입력된 데이터를 이용하여 공작물을 가공하는 공구가 결합된 주축의 이송속도 등을 직접 제어하는 역할을 할 수 있다. 또한, 공작기계 제어부(11)는 가공공정 모니터링 시스템(5)에서 절삭력 예측치와 절삭력 측정치를 비교하거나 또는 진동 예측치와 진동 측정치를 비교하여 예측치보다 실제 측정치가 큰 경우 가공공정 모니터링 시스템(5)에서 제어신호를 입력받아 가공시스템(1)을 정지시킬 수 있다.The machine tool control unit 11 may directly control a feed speed of a main shaft to which a tool for machining a work is coupled using input data required for machining a work. In addition, the machine tool control unit 11 is controlled by the machining process monitoring system 5 when the actual measured value is larger than the predicted value by comparing the predicted cutting force value and the measured value of cutting force in the machining process monitoring system 5 or comparing the predicted value of vibration and the measured value of vibration. The processing system 1 can be stopped by receiving a signal.

전류측정센서(13)는 공작기계의 공구의 실제 절삭력을 측정할 수 있는 센서이다. 전류측정센서(13)는 측정된 센싱값을 가공공정 모니터링 시스템(5)에 전송할 수 있다. 그리고 가속도센서(15)는 공작기계의 공구의 실제 진동을 측정할 수 있는 센서이다. 가속도센서(15)는 측정된 센싱값을 가공공정 모니터링 시스템(5)에 전송할 수 있다. The current measurement sensor 13 is a sensor capable of measuring an actual cutting force of a tool of a machine tool. The current measurement sensor 13 may transmit the measured sensing value to the processing process monitoring system 5. And the acceleration sensor 15 is a sensor capable of measuring the actual vibration of the tool of the machine tool. The acceleration sensor 15 may transmit the measured sensing value to the processing process monitoring system 5.

알람표시부(17)는 부저 또는 경광등일 수 있으며, 가공공정 모니터링 시스템(5)에서 판단되는 신호에 의해 작동될 수 있다. 즉, 알람표시부(17)는 가공공정 모니터링 시스템(5)에서 절삭력 예측치와 절삭력 측정치를 비교하거나 또는 진동 예측치와 진동 측정치를 비교하여 예측치보다 실제 측정치가 큰 경우 제어신호를 입력받아 작동될 수 있다.The alarm display unit 17 may be a buzzer or a warning lamp, and may be operated by a signal determined by the processing process monitoring system 5. That is, the alarm display unit 17 may be operated by receiving a control signal when the actual measurement value is larger than the predicted value by comparing the predicted cutting force value and the measured value of cutting force in the processing process monitoring system 5 or comparing the predicted value of vibration and the measured value of vibration.

공작물의 가공 시뮬레이션 시스템(3)은 입력부(31), 시뮬레이션 제어부(33), 출력부(35), 그리고 데이터 저장부(37)를 포함할 수 있다. The machining simulation system 3 of a work piece may include an input unit 31, a simulation control unit 33, an output unit 35, and a data storage unit 37.

입력부(31)는 사용자에 의한 공구의 형상, 공작물의 형상, 그리고 절삭조건을 입력받아 데이터 저장부(37)에 저장할 수 있다. 또한, 입력부(31)를 통해 CNC 프로그램에서 각각의 블록의 코드, 상기 공구의 X, Y, Z의 좌표값, 상기 공구의 이송속도, 그리고 스핀들 회전속도 데이터를 입력 받을 수 있다. 이러한 입력값들은 시뮬레이션 제어부(33)에 의해 데이터 저장부(37)에 저장될 수 있다.The input unit 31 may receive a shape of a tool, a shape of a work, and a cutting condition by a user and store it in the data storage unit 37. In addition, through the input unit 31, the code of each block, the coordinate values of X, Y, and Z of the tool, the feed rate of the tool, and the spindle rotation speed data may be input from the CNC program. These input values may be stored in the data storage unit 37 by the simulation control unit 33.

시뮬레이션 제어부(33)는 입력부(31)를 통해 입력된 데이터를 이용하여 절삭력을 계산할 수 있으며, 데이터 저장부(37)에 입력된 데이터를 저장하거나 또는 로딩하여 계산된 값을 출력부(35)에 출력할 수 있다. 특히, 시뮬레이션 제어부(33)는 CNC 프로그램의 각각의 블록에서 날 당 칩체적을 계산하여 계산된 날 당 칩체적을 소거하여 절삭력을 계산할 수 있다.The simulation control unit 33 may calculate the cutting force by using the data input through the input unit 31, and store or load the data inputted in the data storage unit 37 to transfer the calculated value to the output unit 35. Can be printed. In particular, the simulation controller 33 may calculate the cutting force by calculating the chip volume per tooth in each block of the CNC program and erasing the calculated chip volume per tooth.

이러한 시뮬레이션 제어부(33)는 데이터 로딩부(131), 날 당 칩체적 산출부(133), 날 당 절삭력 산출부(135), 진동값 산출부(137), 공구 마모량 산출부(139), 최고 절삭력과 최고 진동값을 추출하는 추출부(141), 그리고 공작물의 가공 시뮬레이션형상을 저장하고 출력하는 저장 및 출력부(143)를 포함할 수 있다.The simulation control unit 33 includes a data loading unit 131, a chip volume per blade calculation unit 133, a cutting force per blade calculation unit 135, a vibration value calculation unit 137, a tool wear amount calculation unit 139, and It may include an extraction unit 141 for extracting the cutting force and the highest vibration value, and a storage and output unit 143 for storing and outputting the processing simulation shape of the workpiece.

데이터 로딩부(131)는 데이터 저장부(37)에 저장된 데이터를 로딩하는 역할을 할 수 있다. The data loading unit 131 may serve to load data stored in the data storage unit 37.

날 당 칩체적 산출부(133)는 공구의 하나의 날이 절삭한 칩의 체적을 계산하여 구할 수 있다. 이러한 날 당 칩체적 산출부(133)는 다음과 같은 계산식에 의해 날 당 칩체적(Sth)을 산출할 수 있다.The chip volume per blade calculation unit 133 may calculate and obtain the volume of chips cut by one blade of the tool. The chip volume per day calculation unit 133 may calculate the chip volume per day (S th ) by the following calculation formula.

즉, 날 당 칩체적(Sth)은,That is, the chip volume per blade (S th ) is,

Figure 112018113620129-pat00001
Figure 112018113620129-pat00001

로 표시되며,Is represented by

여기서, s p는 매 샘플링 시뮬레이션 시간 dt동안 제거되는 체적,

Figure 112018113620129-pat00002
이고,
Figure 112018113620129-pat00003
는 날 당 절삭시간이며,Where s p is the volume removed during each sampling simulation time d t ,
Figure 112018113620129-pat00002
ego,
Figure 112018113620129-pat00003
Is the cutting time per edge,

날 당 절삭시간

Figure 112018113620129-pat00004
는,Cutting time per edge
Figure 112018113620129-pat00004
Is,

Figure 112018113620129-pat00005
로 표시되며,
Figure 112018113620129-pat00005
Is represented by

여기서, S는 스핀들 회전수(rpm),

Figure 112018113620129-pat00006
는 공구의 날 수이다.Where S is the spindle speed (rpm),
Figure 112018113620129-pat00006
Is the number of teeth of the tool.

날 당 절삭력 산출부(135)는 날 당 칩체적(S th)을 이용하여 공구의 날 당 절삭력(F th)을 계산할 수 있다. 날 당 절삭력 산출부(135)를 통해 공구의 날 당 절삭력(F th)은 다음과 같은 계산식으로 표시될 수 있다.The cutting force per edge calculation unit 135 may calculate the cutting force per edge ( F th ) of the tool by using the chip volume per edge ( S th ). The cutting force per edge ( F th ) of the tool through the cutting force calculation unit 135 per edge may be expressed by the following calculation formula.

Figure 112018113620129-pat00007
Figure 112018113620129-pat00007

체적보상비는 절삭력의 계산의 정확성을 높이기 위해 다음과 같이 구한다.The volume compensation ratio is calculated as follows in order to increase the accuracy of the calculation of the cutting force.

Figure 112018113620129-pat00008
Figure 112018113620129-pat00008

진동값 산출부(137)는 가상의 공작물을 가공하는 과정에서 발생하는 공구의 진동값을 계산할 수 있다. 이러한 진동값 산출부(137)를 통해 계산되는 진동값은 다음과 같다.The vibration value calculation unit 137 may calculate a vibration value of the tool generated in the process of processing the virtual workpiece. The vibration value calculated by the vibration value calculation unit 137 is as follows.

공구에 의한 절삭시스템을 진동계로 모델링하면 진동방정식은 다음과 같다.If the cutting system by the tool is modeled as a vibration system, the vibration equation is as follows.

Figure 112018113620129-pat00009
Figure 112018113620129-pat00009

여기서 스프링 상수 k는 도 9에서 보는 것과 같이 공구직경과 공구길이를 이용하여 다음과 같이 구한다.Here, the spring constant k is obtained as follows using the tool diameter and the tool length as shown in FIG. 9.

Figure 112018113620129-pat00010
Figure 112018113620129-pat00010

이 진동방정식은 다자유도계로 모델링할 수 있다. 1자유도일 경우에 예측된 절삭력 F t에 의한 강제 진동계의 정상상태의 변위 x(t)는 다음과 같다. This vibrational equation can be modeled with a multi-DOF system. In the case of one degree of freedom, the displacement x (t) in the steady state of the forced vibration system by the predicted cutting force F t is as follows.

Figure 112018113620129-pat00011
Figure 112018113620129-pat00011

여기서 X 0는 진동의 진폭,

Figure 112018113620129-pat00012
는 위상이고, 고유주파수는 다음과 같다. Where X 0 is the amplitude of the vibration,
Figure 112018113620129-pat00012
Is the phase, and the natural frequency is as follows.

Figure 112018113620129-pat00013
Figure 112018113620129-pat00013

진동값으로 진폭 X 0를 출력한다.Output amplitude X 0 as vibration value.

공구 마모량 산출부(139)는 실제의 공작물을 가공할 때 예상되는 공구의 마모량을 계산하는 것으로, 공구 마모량(W)는 다음과 같은 식으로 계산될 수 있다.The tool wear amount calculation unit 139 calculates the expected tool wear amount when machining an actual work piece, and the tool wear amount W may be calculated by the following equation.

즉, 공구 마모량(W)는That is, the tool wear amount ( W ) is

Figure 112018113620129-pat00014
Figure 112018113620129-pat00014

의 계산식에 의해 계산될 수 있다.It can be calculated by the formula of

최고 절삭력과 최고 진동값(진폭값을 의미함)을 추출하는 추출부(141)는 상술한 날 당 절삭력 산출부(135)와 진동값 산출부(137)에서 계산된 값들 중에서 최고의 절삭력과 최고의 진동값을 추출하여 데이터 저장부(37)에 저장할 수 있다.The extraction unit 141 for extracting the highest cutting force and the highest vibration value (meaning the amplitude value) is the highest cutting force and highest vibration among the values calculated by the above-described cutting force calculation unit 135 and vibration value calculation unit 137. The value may be extracted and stored in the data storage unit 37.

최고 절삭력은 날 당 절삭력 산출부(135)에서 산출된 각각 날 당 절삭력을 비교하여 가장 큰 값의 절삭력을 추출할 수 있다. 또한, 최고 진동값은 진동값 산출부(137)에서 계산된 값들을 비교하여 가장 큰 진동값을 추출할 수 있다.The maximum cutting force may be extracted by comparing the cutting force per edge calculated by the cutting force per edge calculating unit 135 to extract the largest cutting force. Also, the highest vibration value may be extracted by comparing the values calculated by the vibration value calculator 137.

이러한 최고 절삭력과 최고 진동값은 실제로 공작물의 가공에 영향을 미치는 요소이므로 이들 값을 통해 실제의 공작물을 가공할 때 예상되는 문제점을 미리 제거하여 가공 불량을 방지하거나 가공 정밀도를 향상시킬 수 있다.Since these maximum cutting force and maximum vibration values are factors that actually affect the machining of the work piece, through these values, it is possible to prevent machining defects or improve machining precision by removing expected problems when machining an actual work piece in advance.

공작물의 가공 시뮬레이션형상 저장 및 출력부(143)는 상술한 계산 방법에 의해 계산된 결과 값을 이용하여 가상으로 가공된 형상을 이미지화시켜 데이터 저장부(7)에 저장하고 출력부(5)를 통해 출력할 수 있다(도 5 및 도 6 참조). 즉, 공작물의 가공 시뮬레이션형상 저장 및 출력부(143)는 시뮬레이션 제어부(33)에서 계산된 값을 저장하고 출력하여 작업자가 이를 확인하여 실제의 공작물을 가공할 때 반영할 수 있다.The processing simulation shape storage and output unit 143 of the work piece uses the result value calculated by the above-described calculation method to image the virtually processed shape and stores it in the data storage unit 7 and through the output unit 5 Can be output (see Figs. 5 and 6). That is, the processing simulation shape storage and output unit 143 of the work piece may store and output the value calculated by the simulation control unit 33 so that the operator can check it and reflect it when processing the actual work piece.

출력부(35)는 프린터(151)와 디스플레이(153)를 포함할 수 있다. 프린터(151)는 종이로 인쇄되는 일반적인 출력장치가 사용될 수 있으며, 디스플레이(153)는 컴퓨터와 연결된 모니터가 사용될 수 있다.The output unit 35 may include a printer 151 and a display 153. The printer 151 may be a general output device printed on paper, and the display 153 may be a monitor connected to a computer.

데이터 저장부(37)는 기본 데이터 저장부(171), 절삭력 데이터 저장부(173), 진동값 데이터 저장부(175), 그리고 공구 마모량 데이터 저장부(177)를 포함할 수 있다.The data storage unit 37 may include a basic data storage unit 171, a cutting force data storage unit 173, a vibration value data storage unit 175, and a tool wear amount data storage unit 177.

기본 데이터 저장부(171)에는 입력부(31)를 통해 입력된 공구형상, 공작물 형상, 그리고 절삭 조건 등의 저장될 수 있다. 또한, 기본 데이터 저장부(171)에는 CNC 파일에서 각 블록의 G 코드값, X, Y, Z 좌표값, 공구의 이송속도, 스핀들 속도 등이 입력되어 저장될 수 있다. 여기서 이송속도와 스핀들 속도는 절삭력이 일정하도록 조정한 최적값을 출력할 수 있다. The basic data storage unit 171 may store a tool shape, a work piece shape, and a cutting condition input through the input unit 31. In addition, the basic data storage unit 171 may store G code values, X, Y, Z coordinate values, tool feed rates, and spindle speeds of each block in the CNC file. Here, the feed speed and the spindle speed can output the optimum values adjusted so that the cutting force is constant.

절삭력 데이터 저장부(173)는 시뮬레이션 제어부(33)의 날 당 절삭력 산출부(135)에서 계산된 값들이 저장될 수 있다.The cutting force data storage unit 173 may store values calculated by the cutting force calculation unit 135 of the simulation control unit 33.

진동값 데이터 저장부(175)는 시뮬레이션 제어부(33)의 진동값 산출부(137)에서 계산된 값들이 저장될 수 있다.The vibration value data storage unit 175 may store values calculated by the vibration value calculation unit 137 of the simulation control unit 33.

마찬가지로 공구 마모량 데이터 저장부(177)는 시뮬레이션 제어부(33)의 공구 마모량 산출부(139)에서 계산된 값들이 저장될 수 있다.Similarly, the tool wear amount data storage unit 177 may store values calculated by the tool wear amount calculation unit 139 of the simulation control unit 33.

이와 같이 이루어지는 본 발명의 실시예에 적용되는 공작물의 가공 시뮬레이션 방법을 도 2와 도 3을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.A detailed description of the machining simulation method of the work piece applied to the embodiment of the present invention made as described above with reference to FIGS. 2 and 3 is as follows.

먼저, 사용자는 입력부(31)를 공구의 형상, 공작물의 형상, 그리고 절삭조건을 입력하고, CNC 프로그램에서 순차적으로 한 블록의 코드, 상기 공구의 X, Y, Z의 좌표값, 상기 공구의 이송속도, 그리고 스핀들 회전속도를 입력할 수 있다(S1). 입력부(31)를 통해 입력된 데이터는 데이터 저장부(37)의 기본 데이터 베이스(171)에 저장될 수 있다.First, the user inputs the shape of the tool, the shape of the workpiece, and the cutting condition through the input unit 31, and the code of one block sequentially in the CNC program, the coordinate values of X, Y, Z of the tool, and the transfer of the tool. The speed and spindle rotation speed can be entered (S1). Data input through the input unit 31 may be stored in the basic database 171 of the data storage unit 37.

그러면 시뮬레이션 제어부(33)의 데이터 로딩부(131)는 기본 데이터 저장부(171)에서 공구의 형상, 공작물의 형상, 그리고 절삭조건과 CNC 프로그램에서 순차적으로 한 블록의 코드, 상기 공구의 X, Y, Z의 좌표값, 상기 공구의 이송속도, 그리고 스핀들 회전속도를 로딩한다(S3).Then, the data loading unit 131 of the simulation control unit 33 is in the basic data storage unit 171, the shape of the tool, the shape of the workpiece, the cutting conditions and the code of one block sequentially in the CNC program, X, Y of the tool. , The coordinate value of Z, the feed rate of the tool, and the spindle rotation speed are loaded (S3).

그리고 시뮬레이션 제어부(33)는 공구의 절삭력을 계산한다(S5). 이때 공구의 절삭력은 CNC 프로그램 한 블록에서 날 당 칩체적을 계산하여 칩체적을 소거(도 4 참조)하고 이 칩체적을 이용하여 절삭력을 계산한다. 여기에서 날 당 칩체적은 시뮬레이션 제어부(33)의 날 당 칩체적 산출부(133)를 통해 계산이 이루어지며 날 당 칩 체적 산출식은 상술한 칩체적 산출부(133)에 제시한 계산식으로 이루어진다. 그리고 날 당 절삭력은 시뮬레이션 제어부(33)의 날 당 절삭력 산출부(135)에 의해 계산이 이루어지며 이의 계산식은 상술한 날 당 절삭력 산출부(135)에 기술한 계산식으로 이루어질 수 있다.Then, the simulation control unit 33 calculates the cutting force of the tool (S5). At this time, the cutting force of the tool is calculated by calculating the chip volume per edge in one CNC program block, erasing the chip volume (see Fig. 4), and calculating the cutting force using this chip volume. Here, the chip volume per blade is calculated by the chip volume per blade calculation unit 133 of the simulation control unit 33, and the chip volume calculation formula per blade is made of the calculation formula presented in the above-described chip volume calculation unit 133. In addition, the cutting force per edge is calculated by the cutting force per edge calculation unit 135 of the simulation control unit 33, and the calculation formula may be formed by the calculation formula described in the cutting force per edge calculation unit 135 described above.

본 발명의 실시예에서 날 당 절삭력은 날 당 칩체적을 이용하여 계산되는 것이 바람직하다.In the embodiment of the present invention, the cutting force per edge is preferably calculated using the chip volume per edge.

시뮬레이션 제어부(33)의 날 당 절삭력 산출부(135)에서 계산된 날 당 절삭력은 데이터 저장부(37)의 절삭력 데이터 저장부(173)에 저장되는 것이 바람직하다. 절삭력 데이터 저장부(173)에 저장된 데이터는 시뮬레이션 제어부(33)의 최고 절삭력과 최고 진동값 추출부(141)에서 최고의 절삭력을 추출하여 과도한 절삭력이 발생하는가를 판단한다(S7). 최고 절삭력 추출은 시뮬레이션 제어부(33)의 최고 절삭력과 최고 진동값 추출부(141)에서 절삭력 데이터 저장부(173)에 저장된 절삭력 데이터를 비교하여 최고 절삭력을 추출할 수 있다.The cutting force per edge calculated by the cutting force per edge calculation unit 135 of the simulation control unit 33 is preferably stored in the cutting force data storage unit 173 of the data storage unit 37. The data stored in the cutting force data storage unit 173 determines whether excessive cutting force is generated by extracting the highest cutting force from the highest cutting force and highest vibration value extracting unit 141 of the simulation control unit 33 (S7). The maximum cutting force may be extracted by comparing the maximum cutting force of the simulation control unit 33 with the cutting force data stored in the cutting force data storage unit 173 by the maximum vibration value extracting unit 141.

또한, 상술한 과도한 절삭력이 발생하는가를 판단하는 단계(S7)에서 공구의 이송속도에 의해 공구가 공작물에 충돌하는가를 판단할 수 도 있다. In addition, in the step (S7) of determining whether the above-described excessive cutting force occurs, it may be determined whether the tool collides with the workpiece by the feed speed of the tool.

공구가 상기 공작물에 충돌하거나 과도한 절삭력이 발생하는가를 판단하는 단계(S7)에서 공구가 공작물에 충돌하거나 과도한 절삭력이 발생하는 경우에는 출력부(35)의 디스플레이(153)를 통해 경고메시지를 출력한다(S9). 이 단계에서 경고 메시지를 기본 데이터 베이스(171)에 저장할 수 도 있다.In the step (S7) of determining whether the tool collides with the work or excessive cutting force occurs, a warning message is output through the display 153 of the output unit 35 when the tool collides with the work or excessive cutting force occurs. (S9). At this stage, the warning message may be stored in the basic database 171.

계속해서 시뮬레이션 제어부(33)는 공구가 가상의 공작물에 충돌하거나 과도한 절삭력이 발생하는가를 판단하는 단계(S7) 후에 공구가 가상의 공작물에 충돌하지 않거나 과도한 절삭력이 발생하지 않는 경우에는 CNC 프로그램의 한 블록이 끝났는가를 판단하는 블록 수행 종료 단계를 수행한다(S11). 이 단계(S11)에서 한 블록이 끝나지 않은 경우에는 절삭력을 계산하는 단계(S5)로 이동한다. Subsequently, after the step (S7) of determining whether the tool collides with the virtual workpiece or excessive cutting force occurs, the simulation control unit 33 determines whether the tool collides with the virtual workpiece or generates excessive cutting force. A block execution end step of determining whether the block is over is performed (S11). If one block is not finished in this step (S11), it moves to the step (S5) of calculating the cutting force.

상술한 블록 수행 종료를 판단하는 단계(S11)에서 한 블록의 수행이 끝난 경우에는 그 과정에서 발생한 최고 절삭력, 최고 진동값을 추출하고, 공구 마모량을 계산한다(S13).When the execution of one block is finished in the step (S11) of determining the completion of the block execution described above, the highest cutting force and the highest vibration value generated in the process are extracted, and the tool wear amount is calculated (S13).

시뮬레이션 제어부(33)의 최고 절삭력 및 최고 진동값 추출부(141)는 추출된 최고 절삭력을 절삭력 예측치로 변환하고 절삭력 예측치를 가공공정 모니터링 시스템(5)으로 전송한다(S14, 도 3에서 A로 표시함). 또한, 시뮬레이션 제어부(33)의 최고 절삭력 및 최고 진동값 추출부(141)는 추출된 최고 진동값을 진동값 예측치로 변환하고 진동값 예측치를 가공공정 모니터링 시스템(5)으로 전송한다(S14, 도 3에서 A로 표시함)The highest cutting force and highest vibration value extraction unit 141 of the simulation control unit 33 converts the extracted highest cutting force into a predicted cutting force and transmits the predicted cutting force to the machining process monitoring system 5 (S14, indicated by A in FIG. 3 ). box). In addition, the highest cutting force and highest vibration value extraction unit 141 of the simulation control unit 33 converts the extracted highest vibration value into a vibration value predicted value and transmits the vibration value predicted value to the machining process monitoring system 5 (S14, FIG. 3 to A)

그리고, 시뮬레이션 제어부(33)의 날 당 절삭력 산출부(135)는 상술한 식에 의해 계산된 절삭력 데이터를 절삭력 데이터 저장부(173)에 저장하고, 진동값 산출부(137)를 통해 계산된 공구의 진동값은 진동값 데이터 저장부(175)에 저장하며, 공구 마모량 산출부(139)에 의해 계산된 데이터는 공구 마모량 데이터 저장부(177)에 저장한다.In addition, the cutting force calculation unit 135 of the simulation control unit 33 stores the cutting force data calculated by the above-described equation in the cutting force data storage unit 173, and the tool calculated through the vibration value calculation unit 137 The vibration value of is stored in the vibration value data storage unit 175, and the data calculated by the tool wear amount calculation unit 139 is stored in the tool wear amount data storage unit 177.

계속해서 추출된 최고 절삭력 예측치와 추출된 최고 진동값을 모니터링 시스템(5)에 전송하는 단계(S14) 후에 가공형상 출력, 최고 절삭력, 최고 진동크기, 공구 마모량을 출력부(35)에 출력하고 데이터 저장부(37)에 저장한다(S15).After the step (S14) of continuously transmitting the extracted peak cutting force predicted value and the extracted peak vibration value to the monitoring system 5 (S14), the processed shape output, the highest cutting force, the highest vibration size, and the amount of tool wear are output to the output unit 35 and data It is stored in the storage unit 37 (S15).

그리고 가공형상 출력, 최고 절삭력, 최고 진동크기, 공구 마모량을 출력하고 데이터 저장부에 저장하는 단계(S15) 후에 CNC 프로그램이 모두 수행이 되었는지 판단하여 CNC 프로그램이 모두 수행된 경우 프로그램을 종료시키고, 수행이 완료되지 않은 경우 상기 CNC 프로그램에서 한 블록의 G 코드, X, Y, Z 좌표값, 이송속도, 스핀들 속도를 입력받는 단계(S3) 이전으로 이동된다.And after the step (S15) of outputting the machining shape output, the highest cutting force, the highest vibration size, and the amount of tool wear and storing it in the data storage unit (S15), it is determined whether all the CNC programs have been executed. If this is not completed, the CNC program moves to the previous step (S3) of receiving one block of G code, X, Y, Z coordinate values, feed speed, and spindle speed.

이와 같이 본 발명에 적용되는 가공 시뮬레이션 시스템(3)은 절삭력을 계산할 때 CNC 프로그램 한 블록에서 날 당 칩체적을 계산하여 가상 공작물의 칩체적을 소거하고 이 칩 체적을 이용하여 절삭력을 계산하여 예측한다.As described above, when calculating the cutting force, the machining simulation system 3 applied to the present invention calculates the chip volume per edge in one CNC program block to erase the chip volume of the virtual workpiece, and calculates and predicts the cutting force using this chip volume. .

이러한 본 발명의 실시예는 실제 밀링 머신의 절삭상황과 동일하게 날 당 칩 체적을 제거하여 가공형상을 시뮬레이션하고, 절삭력을 정밀하게 예측할 수 있어 작업 전에 절삭상황을 정밀하게 검증할 수 있다. 따라서 본 발명은 실제 공작물의 가공 작업 전에 가공 상황을 예측하여 가공에서 공구와 실제 공작물이 충돌하는 것을 방지할 수 있을 뿐 만 아니라 정밀한 가공작업을 수행할 수 있다.This embodiment of the present invention simulates a processing shape by removing a chip volume per edge in the same manner as a cutting situation of an actual milling machine, and can accurately predict a cutting force, so that the cutting situation can be accurately verified before work. Accordingly, according to the present invention, not only can the tool and the actual workpiece collide with each other during processing by predicting the machining situation before the actual workpiece machining operation, but also precise machining operation can be performed.

계속해서 본 발명의 실시예의 가공공정 모니터링 시스템(5) 및 그의 수행과정을 도 7 및 도 8을 통해 상세하게 설명한다.Subsequently, the processing process monitoring system 5 and its execution process according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 7 and 8.

본 발명의 실시예의 가공공정 모니터링 시스템(5)은 센서 보상값 로딩부(301), 전류신호 측정부(303), 절삭력 계산부(305), 가속도 측정부(307), 진동 계산부(309), 모니터링 판단부(311), 그리고 알람 제어부(313)를 포함할 수 있다.The processing process monitoring system 5 of the embodiment of the present invention includes a sensor compensation value loading unit 301, a current signal measurement unit 303, a cutting force calculation unit 305, an acceleration measurement unit 307, and a vibration calculation unit 309. , A monitoring determination unit 311, and an alarm control unit 313 may be included.

센서 보상값 로딩부(301)는 가공공정 모니터링 시스템(5)의 관리자에 의해 입력되는 값을 로딩하는 프로그램 모듈이다. 센서 보상값 로딩부(301)에서 로딩되는 센서 보상값은 실제 작동하는 가공시스템(1)에서 측정된 주축의 가속도 및 전류 신호의 값을 보상하여 예측치와 비교 가능한 측정치를 계산하기 위한 값이며 상수일 수 있다.The sensor compensation value loading unit 301 is a program module that loads a value input by an administrator of the processing process monitoring system 5. Sensor compensation value The sensor compensation value loaded from the loading unit 301 is a value for calculating a measurement value comparable to the predicted value by compensating the values of the acceleration and current signals of the spindle measured in the actual processing system 1 and is a constant. I can.

전류신호 측정부(303)는 가공시스템(1)에 설치된 전류측정 센서(13)에 의해 측정된 신호를 이용하여 실제 가공시스템(1)에서 절삭에 사용되는 공구의 절삭력을 측정할 수 있다. 전류신호 측정부(303)는 전류측정 센서(13)에서 측정된 값을 입력받을 수 있다.The current signal measurement unit 303 may measure the cutting force of a tool used for cutting in the actual machining system 1 by using the signal measured by the current measurement sensor 13 installed in the machining system 1. The current signal measurement unit 303 may receive a value measured by the current measurement sensor 13.

절삭력 계산부(305)는 전류신호 측정부(303)에 입력된 값과 센서 보상값 로딩부(301)의 값을 이용하여 실제 공구의 절삭력을 계산하여 절삭력 측정치를 얻을 수 있다.The cutting force calculation unit 305 may calculate the cutting force of the actual tool using a value input to the current signal measurement unit 303 and a value of the sensor compensation value loading unit 301 to obtain a cutting force measurement value.

가속도 측정부(107)는 가공시스템(1)에 설치된 가속도 센서(15)에 의해 측정된 신호를 이용하여 실제 가공시스템(1)에서 공구의 진동을 측정할 수 있다.The acceleration measurement unit 107 may measure the vibration of the tool in the actual machining system 1 by using the signal measured by the acceleration sensor 15 installed in the machining system 1.

가속도 측정부(307)는 가속도 센서(15)에서 측정된 값을 입력받을 수 있다.The acceleration measurement unit 307 may receive a value measured by the acceleration sensor 15.

진동 계산부(309)는 가속도 측정부(307)에 입력된 값과 센서 보상값 로딩부(301)의 값을 이용하여 실제 공구의 진동을 계산하여 진동 측정치를 얻을 수 있다.The vibration calculation unit 309 may obtain a vibration measurement value by calculating the actual vibration of the tool using a value input to the acceleration measurement unit 307 and a value of the sensor compensation value loading unit 301.

모니터링 판단부(311)는 가공 시뮬레이션 시스템(3)에서 예측된 절삭력 예측치 및 진동 예측치를 입력받아 실제 가공시스템(1)의 절삭력 측정치 및 진동 측정치를 비교하여 표시장치에 표시함으로써 절삭작업에서 발생하는 이상상태가 발생되는지를 판단할 수 있다. 즉, 모니터링 판단부(311)는 가공 시뮬레이션 시스템(3)에서 예측된 절삭력 예측치 및 진동 예측치를 입력받아 실제 가공시스템(1)의 절삭력 측정치 및 진동 측정치를 비교하여 예측치보다 측정치가 큰 경우 표시장치에 표시하고 알람제어부(313)에 그 신호를 전송할 수 있다.The monitoring determination unit 311 receives the predicted cutting force predicted value and the vibration predicted value predicted by the machining simulation system 3, compares the cutting force measurement value and the vibration measurement value of the actual machining system 1, and displays it on a display device. It can be determined whether a condition occurs. That is, the monitoring determination unit 311 receives the predicted cutting force predicted value and the vibration predicted value from the machining simulation system 3, compares the cutting force measurement value and the vibration measurement value of the actual machining system 1, and displays the display device when the measured value is greater than the predicted value. Display and transmit the signal to the alarm control unit 313.

알람 제어부(313)는 모니터링 판단부(311)에서 전송된 신호에 의해 가공 시스템(1)에 설치된 알람표시부(17)에 표시하고 동시에 가공시스템(1)을 정지시킬 수 있다.The alarm control unit 313 may display on the alarm display unit 17 installed in the processing system 1 according to a signal transmitted from the monitoring determination unit 311 and stop the processing system 1 at the same time.

이러한 본 발명의 실시예의 가공공정 모니터링 시스템(5)의 작동 과정을 도 8을 통해 상세하게 설명하기로 한다.The operation process of the processing process monitoring system 5 according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 8.

센서 보상값 로딩부(301)는 입력된 절삭력 보상값 및 진동 보상값을 로딩한다(S501). 전류신호 측정부(303)는 전류측정센서(13)의 측정 신호를 입력받는다(S503). 이와 동시에 가속도 측정부(307)는 가속도 센서(15)의 측정 신호를 입력 받는다(S503).The sensor compensation value loading unit 301 loads the input cutting force compensation value and vibration compensation value (S501). The current signal measurement unit 303 receives a measurement signal from the current measurement sensor 13 (S503). At the same time, the acceleration measurement unit 307 receives a measurement signal from the acceleration sensor 15 (S503).

그리고 절삭력 계산부(305)는 센서 보상값 로딩부(301)의 입력된 값과 전류신호 측정부(303)의 값을 이용하여 실제 공구의 절삭력의 측정치를 산출한다(S505). 또한, 진동 계산부(309)는 센서 보상값 로딩부(301)의 입력된 값과 가속도 측정부(307)의 값을 이용하여 실제 공구의 진동의 측정치를 산출한다(S505).Further, the cutting force calculation unit 305 calculates a measured value of the actual cutting force of the tool by using the input value of the sensor compensation value loading unit 301 and the value of the current signal measurement unit 303 (S505). In addition, the vibration calculation unit 309 calculates a measurement value of the actual vibration of the tool by using the input value of the sensor compensation value loading unit 301 and the value of the acceleration measurement unit 307 (S505).

모니터링 판단부(311)는 가공 시뮬레이션 시스템(3)에서 전송된 절삭력 예측치와 진동 예측치를 받아(도 3 및 도 8에서 A로 표시하고 있음) 절삭력 측정치와 진동 측정치를 비교하여 예측치에 비해 측정치가 크지 않은 경우에는 가속도 및 전류신호 측정 이전단계로 리턴시켜 정상적인 가공공정 모니터링 시스템(5)을 수행한다. 만일, 모니터링 판단부(311)에서 예측치에 비해 측정치가 큰 경우는 실제 가공시스템에서 문제가 발생한 것이므로 제어신호를 알람제어부(313)에 전송한다(S507). The monitoring determination unit 311 receives the cutting force predicted value and the vibration predicted value transmitted from the machining simulation system 3 (indicated by A in FIGS. 3 and 8), and compares the cutting force measurement value and the vibration measurement value, and the measured value is not larger than the predicted value. If not, the normal processing process monitoring system 5 is performed by returning to the previous step of measuring the acceleration and current signals. If the measured value is larger than the predicted value in the monitoring determination unit 311, since a problem has occurred in the actual processing system, a control signal is transmitted to the alarm control unit 313 (S507).

그러면 알람제어부(313)는 가공시스템(1)의 작동을 정지시키는 제어를 함과 동시에 가공시스템(1)의 알람 표시부(17)를 작동시키는 제어를 한다. 따라서 작업자는 가공 시뮬레이션 시스템(3)에서 예측한 예측치와 실제 가공시스템(1)에서 축정된 측정값을 비교하여 절삭작업에서 발생하는 이상상태를 실시간으로 감시할 수 있다.Then, the alarm control unit 313 controls to stop the operation of the processing system 1 and at the same time controls to operate the alarm display unit 17 of the processing system 1. Accordingly, the operator can monitor in real time an abnormal condition occurring in the cutting operation by comparing the predicted value predicted by the machining simulation system 3 with the measured value determined by the actual machining system 1.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and it is possible to implement various modifications within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. It is natural to fall within the scope of the invention.

1. 가공시스템,
3. 가공 시뮬레이션 시스템,
5. 가공공정 모니터링 시스템,
11. 공작기계 제어부,
13, 전류측정센서,
15. 가속도 센서,
17. 알람표시부,
31. 입력부,
33. 제어부,
35. 출력부,
37. 데이터 저장부,
131. 데이터 로딩부,
133. 날 당 칩체적 산출부,
135. 날 당 절삭력 산출부,
137. 진동값 산출부,
139. 공구 마모량 산출부,
141. 최고 절삭력과 최고 진동값 추출부,
143. 공작물의 가공 시뮬레이션 형상 저장 및 출력부,
171. 기본 데이터 저장부,
173. 절삭력 데이터 저장부,
175. 진동값 데이터 저장부,
177. 공구 마모량 데이터 저장부,
301. 센서 보상값 로딩부,
303. 전류신호 측정부,
305. 절삭력 계산부,
307. 가속도 측정부,
309. 진동 계산부,
311. 모니터링 판단부,
313. 알람 제어부
1. Processing system,
3. Machining simulation system,
5. Processing process monitoring system,
11. Machine tool control unit,
13, current measuring sensor,
15. acceleration sensor,
17. Alarm display,
31. Input,
33. Control,
35. Output,
37. Data storage,
131. Data loading unit,
133. Chip volume calculation unit per blade,
135. Cutting force calculation unit per edge,
137. Vibration value calculation unit,
139. Tool wear amount calculation unit,
141. Maximum cutting force and maximum vibration value extraction unit,
143. Processing simulation shape storage and output of the workpiece,
171. Basic data storage,
173. Cutting force data storage unit,
175. Vibration value data storage unit,
177. Tool wear data storage unit,
301. Sensor compensation value loading unit,
303. Current signal measuring unit,
305. Cutting force calculation unit,
307. Acceleration measurement unit,
309. Vibration calculation unit,
311. Monitoring judgment unit,
313. Alarm control

Claims (8)

가공 시뮬레이션 시스템은
공구의 형상, 공작물의 형상, 그리고 절삭조건과 CNC 프로그램에서 각각의 블록의 코드, 상기 공구의 X, Y, Z의 좌표값, 상기 공구의 이송속도, 그리고 스핀들 회전속도 데이터를 입력받는 입력부,
상기 입력부의 데이터를 이용하여 절삭력을 계산하는 시뮬레이션 제어부,
상기 시뮬레이션 제어부에 의해 입출력되며 상기 입력부를 통해 입력된 데이터가 저장되거나 또는 상기 CNC 프로그램에서 좌표값, 이송속도, 스핀들속도가 최적화되어 저장되는 기본 데이터 저장부,
상기 시뮬레이션 제어부에서 계산된 절삭력을 이용하여 공작물의 가공 시뮬레이션 형상을 출력하는 출력부를 포함하며,
상기 시뮬레이션 제어부는
상기 CNC 프로그램의 각각의 블록에서 날 당 칩체적을 계산하여 계산된 상기 날 당 칩체적을 소거하고 날 당 칩체적을 이용하여 날 당 절삭력을 계산하며,
상기 공구의 날 당 칩체적을 산출하는 날 당 칩체적 산출부,
상기 날 당 칩체적 산출부에서 산출된 값을 이용하여 상기 공구의 절삭력을 산출하는 날 당 절삭력 산출부,
상기 날 당 칩체적 산출부에서 산출된 값을 이용하여 상기 공구의 진동값을 산출하는 진동값 산출부, 그리고
상기 날 당 절삭력 산출부에서 산출된 값 중에서 최고 절삭력을 추출하고, 상기 진동값 산출부에서 산출된 값 중에서 최고의 진동값을 추출하는 추출부를 포함하며,
상기 시뮬레이션 제어부에서 추출된 최고 절삭력과 최고 진동값을 절삭력 예측치 및 진동 예측치로 입력받고, 가공시스템에서 측정된 절삭력 측정치 및 진동 측정치를 비교하여 상기 절삭력 예측치 및 상기 진동 예측치 보다 상기 절삭력 측정치 및 상기 진동 측정치가 큰 경우 상기 가공시스템의 작동을 정지시키고,
상기 가공 시뮬레이션 시스템의
상기 절삭력 산출부에서 절삭력을 산출하는 계산식은,
Figure 112020060224123-pat00052

로 이루어지며,
상기 체적 보상비의 계산식은
Figure 112020060224123-pat00053

로 이루어지는 가공공정 모니터링 시스템.
The machining simulation system
An input unit that receives the shape of the tool, the shape of the workpiece, the cutting conditions and the code of each block in the CNC program, the coordinate values of the tool's X, Y, Z, the feed rate of the tool, and the spindle rotation speed data,
A simulation control unit that calculates a cutting force using data from the input unit,
A basic data storage unit that is input and output by the simulation control unit and stores data input through the input unit or optimizes and stores coordinate values, feed rates, and spindle speeds in the CNC program,
Includes an output unit for outputting a processing simulation shape of the workpiece by using the cutting force calculated by the simulation control unit,
The simulation control unit
By calculating the chip volume per tooth in each block of the CNC program, the calculated chip volume per tooth is erased, and the cutting force per tooth is calculated using the chip volume per tooth,
A chip volume calculation unit per blade that calculates the chip volume per blade of the tool,
A cutting force calculation unit per blade that calculates the cutting force of the tool by using the value calculated by the chip volume calculation unit per blade,
A vibration value calculation unit that calculates the vibration value of the tool by using the value calculated by the chip volume calculation unit per blade, and
And an extraction unit for extracting the highest cutting force from the values calculated by the cutting force per blade calculation unit, and extracting the highest vibration value from the values calculated by the vibration value calculation unit,
The highest cutting force and the highest vibration value extracted from the simulation control unit are input as a cutting force predicted value and a vibration predicted value, and the cutting force measured value and the vibration measured value are compared to the cutting force predicted value and the vibration predicted value by comparing the cutting force measured value and the vibration measured value measured in the processing system. If is large, stop the operation of the processing system,
Of the processing simulation system
The calculation formula for calculating the cutting force in the cutting force calculation unit,
Figure 112020060224123-pat00052

Consists of
The formula for the volume compensation ratio is
Figure 112020060224123-pat00053

Processing process monitoring system consisting of.
청구항 1에 있어서,
상기 가공공정 모니터링 시스템은
입력되는 절삭력의 센서 보상값 및 진동의 센서 보상값을 로딩하는 센서 보상값 로딩부,
상기 가공시스템의 절삭력을 측정하는 전류 신호 측정부,
상기 전류 신호 측정부의 값과 상기 절삭력의 센서 보상값을 이용하여 절삭력을 계산하는 절삭력 계산부,
상기 가공시스템의 진동을 측정하는 가속도 측정부,
상기 가속도 측정부의 값과 상기 진동의 센서 보상값을 이용하여 진동을 계산하는 진동 계산부,
상기 가공 시뮬레이션 시스템의 절삭력 예측치 및 진동 예측치와 상기 절삭력 계산부에서 계산된 절삭력 측정치 및 상기 진동 계산부에서 계산된 진동 측정치를 비교하는 모니터링 판단부, 그리고
상기 모니터링 판단부에서 상기 절삭력 예측치 및 상기 진동 예측치 보다 상기 절삭력 측정치 및 상기 진동 측정치가 큰 경우 그의 신호를 입력받아 가공시스템을 정지시키는 제어를 수행하는 알람 제어부
를 포함하는 가공공정 모니터링 시스템.
The method according to claim 1,
The processing process monitoring system
A sensor compensation value loading unit that loads the sensor compensation value of the input cutting force and the sensor compensation value of the vibration,
A current signal measuring unit that measures the cutting force of the processing system,
A cutting force calculation unit that calculates a cutting force using the current signal measurement unit value and the sensor compensation value of the cutting force,
An acceleration measurement unit that measures the vibration of the processing system,
A vibration calculation unit that calculates vibration using a value of the acceleration measurement unit and a sensor compensation value of the vibration,
A monitoring determination unit comparing the predicted cutting force and vibration predicted value of the processing simulation system with the cutting force measured value calculated by the cutting force calculating unit and the vibration measured value calculated by the vibration calculating unit, and
An alarm control unit that receives a signal and stops the processing system when the cutting force measurement value and the vibration measurement value are greater than the cutting force predicted value and the vibration predicted value in the monitoring determination unit
Processing process monitoring system comprising a.
청구항 1에 있어서,
상기 가공 시뮬레이션 시스템의
상기 날 당 칩체적 산출부에서 날 당 칩체적을 산출하는 계산식은,
Figure 112018113620129-pat00015

로 표시되며,
여기서, s p는 매 샘플링 시뮬레이션 시간 dt동안 제거되는 체적,
Figure 112018113620129-pat00016
이고,
Figure 112018113620129-pat00017
는 날 당 절삭시간이며,
날 당 절삭시간
Figure 112018113620129-pat00018
는,
Figure 112018113620129-pat00019
로 표시되며,
여기서, S는 스핀들 회전수(rpm),
Figure 112018113620129-pat00020
는 공구의 날 수
로 이루어지는 가공공정 모니터링 시스템.
The method according to claim 1,
Of the processing simulation system
The calculation formula for calculating the chip volume per blade in the chip volume calculation unit per blade,
Figure 112018113620129-pat00015

Is represented by
Where s p is the volume removed during each sampling simulation time d t ,
Figure 112018113620129-pat00016
ego,
Figure 112018113620129-pat00017
Is the cutting time per edge,
Cutting time per edge
Figure 112018113620129-pat00018
Is,
Figure 112018113620129-pat00019
Is represented by
Where S is the spindle speed (rpm),
Figure 112018113620129-pat00020
Is the number of teeth of the tool
Processing process monitoring system consisting of.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 가공 시뮬레이션 시스템의
상기 진동값 산출부에서 산출하는 공구의 진동값은,
Figure 112018113620129-pat00023

여기서 스프링 상수 k는
Figure 112018113620129-pat00024

의 진동방정식의 다자유도계로 모델링하고, 1자유도일 경우 예측된 절삭력 F t에 의한 강제 진동계의 정상상태의 변위 x(t)는
Figure 112018113620129-pat00025

이며,
여기서, X0는 진동의 진폭,
Figure 112018113620129-pat00026
는 위상이고, 고유주파수는
Figure 112018113620129-pat00027

인 진동값으로 진폭 X0를 출력하는 가공공정 모니터링 시스템.
The method according to claim 1,
Of the processing simulation system
The vibration value of the tool calculated by the vibration value calculation unit is
Figure 112018113620129-pat00023

Where the spring constant k is
Figure 112018113620129-pat00024

Modeled with a multi-degree of freedom meter of the vibration equation of, and in the case of one degree of freedom, the displacement x (t) in the steady state of the forced vibration system by the predicted cutting force F t is
Figure 112018113620129-pat00025

Is,
Where X 0 is the amplitude of vibration,
Figure 112018113620129-pat00026
Is the phase, and the natural frequency is
Figure 112018113620129-pat00027

Machining process monitoring system that outputs amplitude X 0 as a vibration value.
가공 시뮬레이션 시스템의 시뮬레이션 제어부는
공구의 형상, 공작물의 형상, 그리고 절삭조건을 입력받는 단계,
상기 공구의 형상, 공작물의 형상, 그리고 절삭조건을 입력받는 단계 후에 CNC 프로그램에서 순차적으로 한 블록의 코드, 상기 공구의 X, Y, Z의 좌표값, 상기 공구의 이송속도, 그리고 스핀들 회전속도를 기본 데이터 저장부에서 로딩하는 단계,
상기 한 블록의 코드, 상기 공구의 X, Y, Z의 좌표값, 상기 공구의 이송속도, 그리고 스핀들의 회전속도를 읽어들이는 단계 후에 상기 공구의 절삭력을 계산하는 단계,
상기 공구의 절삭력을 계산하는 단계 후에 상기 공구가 상기 공작물에 충돌하거나 과도한 절삭력이 발생하는가를 판단하는 단계,
상기 공구가 상기 공작물에 충돌하거나 과도한 절삭력이 발생하는가를 판단하는 단계에서 상기 공구가 상기 공작물에 충돌하거나 과도한 절삭력을 발생하는 경우에는 경고 메시지를 출력하는 단계,
상기 상기 공구가 상기 공작물에 충돌하거나 과도한 절삭력이 발생하는가를 판단하는 단계 후에 상기 공구가 상기 공작물에 충돌하지 않거나 과도한 절삭력이 발생하지 않는 경우에는 CNC 프로그램의 한 블록이 끝났는가를 판단하여 한 블록이 끝나지 않은 경우에는 상기 절삭력을 계산하는 단계 이전으로 이동시키는 블록 수행 종료를 판단하는 단계,
상기 블록 수행 종료를 판단하는 단계에서 한 블록의 수행이 끝난 경우에는 그 과정에서 발생한 최고 절삭력, 최고 진동값을 추출하는 단계,
상기 최고 절삭력과 최고 진동값을 추출하는 단계 후에 가공형상 출력, 최고 절삭력, 최고 진동크기를 출력하고 데이터 저장부에 저장하는 단계, 그리고
상기 가공형상 출력, 최고 절삭력, 최고 진동크기를 출력하고 데이터 저장부에 저장하는 단계 후에 CNC 프로그램이 모두 수행이 되었는지 확인하여 CNC 프로그램이 모두 수행된 경우 프로그램을 종료시키고, 수행이 완료되지 않은 경우 상기 CNC 프로그램에서 한 블록의 G 코드, X, Y, Z 좌표값, 이송속도, 스핀들 속도를 입력받는 단계 이전으로 리턴시키는 단계를 포함하고,
상기 절삭력을 계산하는 단계는
CNC 프로그램 한 블록에서 날 당 칩체적을 계산하여 가상 공작물의 체적을 소거하고 절삭력을 계산하며,
상기 시뮬레이션 제어부는 상기 절삭력 최고치와 진동 최고치를 각각 절삭력 예측치 및 진동 예측치를 변환하여 가공공정 모니터링 시스템에 전송하고,
상기 가공공정 모니터링 시스템은
입력되는 절삭력의 센서 보상값 및 진동의 센서 보상값을 로딩하는 단계,
상기 센서 보상값을 로딩하는 단계 후에 가공시스템의 절삭력과 진동을 계산하기 위해 가공시스템의 전류신호와 가속도를 측정 측정하는 단계,
상기 가공시스템의 절삭력과 진동을 측정하는 단계 후에 전류 신호 측정부의 값과 상기 절삭력의 센서 보상값을 이용하여 절삭력과 진동을 계산하는 단계,
상기 절삭력과 진동을 계산하는 단계 후에 상기 가공 시뮬레이션 시스템의 절삭력 예측치 및 진동 예측치를 입력받아 절삭력 측정치 및 진동 측정치를 비교하여 절삭력 측정치 및 진동 측정치가 큰가를 판단하는 단계, 그리고
상기 절삭력 측정치 및 진동 측정치가 절삭력 예측치 및 진동 예측치 보다 큰가를 판단하는 단계 후에 상기 절삭력 측정치 및 진동 측정치가 절삭력 예측치 및 진동 예측치 보다 큰 경우 상기 가공시스템을 정지시키는 제어를 수행하는 단계
를 포함하는 가공공정 모니터링 방법.
The simulation control unit of the machining simulation system
The step of receiving the shape of the tool, the shape of the workpiece, and the cutting conditions,
After the step of receiving the shape of the tool, the shape of the workpiece, and the cutting condition, the code of one block, the coordinate values of X, Y, Z of the tool, the feed rate of the tool, and the spindle rotation speed are sequentially determined in the CNC program. Loading from the basic data storage unit,
Calculating the cutting force of the tool after reading the code of the one block, the coordinate values of X, Y, Z of the tool, the feed rate of the tool, and the rotational speed of the spindle,
Determining whether the tool collides with the workpiece or generates excessive cutting force after calculating the cutting force of the tool,
In the step of determining whether the tool collides with the work or excessive cutting force occurs, outputting a warning message when the tool collides with the work or generates excessive cutting force,
After the step of determining whether the tool collides with the work piece or excessive cutting force occurs, if the tool does not collide with the work piece or does not generate excessive cutting force, it is determined whether one block of the CNC program has ended and one block is not finished. If not, determining the end of performing the block moving to before the step of calculating the cutting force,
In the step of determining the end of the block execution, when the execution of one block is completed, extracting the highest cutting force and the highest vibration value generated in the process,
After the step of extracting the highest cutting force and highest vibration value, outputting the processed shape output, the highest cutting force, and the highest vibration amplitude, and storing the output in a data storage unit, and
After the step of outputting the processing shape output, the highest cutting force, and the highest vibration amplitude, and storing it in the data storage unit, check if all the CNC programs have been executed, and if all CNC programs have been executed, terminate the program, and if the execution is not completed, In the CNC program, a block of G code, X, Y, Z coordinate values, feed speed, and spindle speed are returned to the previous step of receiving input,
The step of calculating the cutting force
By calculating the chip volume per tooth in one block of the CNC program, the volume of the virtual workpiece is eliminated and the cutting force is calculated.
The simulation control unit converts the cutting force peak value and the vibration peak value, respectively, to a cutting force predicted value and a vibration predicted value, and transmits it to a processing process monitoring system,
The processing process monitoring system
Loading the sensor compensation value of the input cutting force and the sensor compensation value of the vibration,
After the step of loading the sensor compensation value, measuring and measuring the current signal and acceleration of the machining system to calculate the cutting force and vibration of the machining system,
After measuring the cutting force and vibration of the processing system, calculating the cutting force and vibration using the value of the current signal measuring unit and the sensor compensation value of the cutting force,
After calculating the cutting force and vibration, receiving a cutting force predicted value and a vibration predicted value of the processing simulation system and comparing the cutting force measurement value and the vibration measurement value to determine whether the cutting force measurement value and the vibration measurement value are large, and
After determining whether the cutting force measurement value and the vibration measurement value are greater than the cutting force predicted value and the vibration predicted value, if the cutting force measurement value and the vibration measurement value are greater than the cutting force predicted value and the vibration predicted value, performing control to stop the processing system
Processing process monitoring method comprising a.
청구항 6에 있어서,
상기 절삭력을 계산하는 단계에서
CNC 프로그램 한 블록에서 절삭력 계산식은
Figure 112018113620129-pat00028

이며, 상기 체적보상비는
Figure 112018113620129-pat00029

의 계산식으로 표시되고,
날 당 칩체적(Sth)의 계산식은
Figure 112018113620129-pat00030

이고, 여기서, s p는 매 샘플링 시뮬레이션 시간 dt동안 제거되는 체적
Figure 112018113620129-pat00031
이고,
Figure 112018113620129-pat00032
는 날 당 절삭시간이며,
날 당 절삭시간
Figure 112018113620129-pat00033
는,
Figure 112018113620129-pat00034
로 표시되며,
여기서, S는 스핀들 회전수(rpm),
Figure 112018113620129-pat00035
는 공구의 날 수
로 이루어진 가공공정 모니터링 방법.
The method of claim 6,
In the step of calculating the cutting force
The formula for calculating the cutting force in one block of the CNC program is
Figure 112018113620129-pat00028

And the volume compensation ratio is
Figure 112018113620129-pat00029

Is represented by the calculation formula of,
The formula for the chip volume per blade (S th ) is
Figure 112018113620129-pat00030

Where s p is the volume removed during each sampling simulation time d t
Figure 112018113620129-pat00031
ego,
Figure 112018113620129-pat00032
Is the cutting time per edge,
Cutting time per edge
Figure 112018113620129-pat00033
Is,
Figure 112018113620129-pat00034
Is represented by
Where S is the spindle speed (rpm),
Figure 112018113620129-pat00035
Is the number of teeth of the tool
Process monitoring method consisting of.
청구항 6에 있어서,
상기 공구의 진동값은
Figure 112018113620129-pat00036

로 표시되고,
스프링 상수 k는
Figure 112018113620129-pat00037

의 진동방정식의 다자유도계로 모델링하고, 1자유도일 경우 예측된 절삭력 F t에 의한 강제 진동계의 정상상태의 변위 x(t)는
Figure 112018113620129-pat00038

이며,
여기서 X 0는 진동의 진폭,
Figure 112018113620129-pat00039
는 위상이고, 고유주파수는
Figure 112018113620129-pat00040

인 진동값으로 진폭 X 0를 출력하는 가공공정 모니터링 방법.
The method of claim 6,
The vibration value of the tool is
Figure 112018113620129-pat00036

Is represented by
Spring constant k is
Figure 112018113620129-pat00037

Modeled with a multi-degree of freedom meter of the vibration equation of, and in the case of one degree of freedom, the displacement x (t) in the steady state of the forced vibration system by the predicted cutting force F t is
Figure 112018113620129-pat00038

Is,
Where X 0 is the amplitude of the vibration,
Figure 112018113620129-pat00039
Is the phase, and the natural frequency is
Figure 112018113620129-pat00040

Machining process monitoring method that outputs amplitude X 0 as a vibration value.
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