KR102274047B1 - 전원 차단이나 비상정지 시 수직축에 부설된 스핀들헤드의 인상 량 자동 조정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수직형 공작기계에서 전원 차단이나 비상정지 시 수직축에 부설된 스핀들헤드의 인상 높이를 자동으로 조정하는 방법으로, 스핀들헤드 인상 량을 조정하기 위한 시작신호가 실행되면 공작기계의 수직축 컬럼 상에 위치한 상기 스핀들헤드의 현재 위치 좌표 값을 읽어 들여 저장하는 제1 좌표값 검출단계(100), 상기 스핀들헤드의 비상정지를 실행하는 비상정지단계(200)를 실행한다. 상기 비상정지단계 실행 후 스핀들헤드의 위치 좌표 값을 읽어 들여 저장하는 제2 좌표값 검출단계(300)와, 상기 제1, 2 좌표값 검출단계에서 저장한 제1 좌표값과 제2 좌표값의 차이를 연산하고, 연산결과 상기 제1, 2 좌표값의 차이가 미리 정해진 스핀들헤드 표준인상 량 설정 값 범위 내인지를 판단하는 비교단계(400), 상기 비교단계(400)에서 제1,2 좌표값의 차이 값이 미리 정해진 스핀들헤드 표준인상 량 설정 값 범위보다 크거나 작을 경우, 인상 량 보정 파라메터 값을 소정 량만큼 증가 또는 감소 시키는 파라메터 보정단계(500)와, 스핀들헤드가 지령에 의해 이동 가능한 준비상태인 서보레디단계(600)와, 상기 제1 좌표값과 제2 좌표값의 차이 값이 미리 정해진 스핀들헤드 표준인상 량 설정 값 범위 이내에 도달할 때까지 상기 제1 좌표값 검출단계(100)부터 상기 서보레디단계(600)를 반복하여 실행하고, 만일 상기 비교단계에서 상기 제1 좌표값과 제2 좌표값의 차이 값이 미리 정해진 스핀들헤드 표준인상 량 설정 값 범위 이내일 경우에는 제1,2 좌표값의 차이 값을 스핀들헤드의 인상 량으로 확정하는 인상 량 설정단계(700)를 실행한다.

Description

전원 차단이나 비상정지 시 수직축에 부설된 스핀들헤드의 인상 량 자동 조정방법{Method to automatically adjust the height of the spindle head attached to the vertical axis when the power is shut down or emergency stop}

본 발명은 수직형 공작기계에서 전원 차단이나 비상정지 시 수직축에 부설된 스핀들헤드의 인상 높이를 자동으로 조정하는 방법에 관한 것이다.

상세하게는 전원 차단이나 비상정지 시 브레이크가 작동하기 전에 수직축에 설치된 스핀들헤드의 인상 량을 조정하는 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 수직축을 가지는 공작기계가 많다. 이러한 수직축에는 보통 무거운 중량의 스핀들헤드가 장착되어 있고, 이 스핀들헤드는 서보모타에 의해 수직축 상에서 상하 방향으로 이동하면서 공작물을 가공하게 된다. 이와 같이 수직축에 상하 이동 가능하게 장착된 스핀들헤드는 그 자체로서 중량물에 해당되어 정전이나 비상정지 시, 자체 무게로 인해 자유낙하 하려는 속성을 가지고 있다. 만일 공작물 가공 도중에 전원이 차단되거나, 비상정지 상황이 발생하면 스핀들헤드는 그 자체의 무게와 이 스핀들헤드에 장착된 공구의 무게로 인해 자유낙하 하게 된다. 이 때 수직축에 설치된 서보모타 브레이크가 작동 하여 스핀들헤드의 낙하로 인한 고가의 공작물의 손상이나 공구의 파손을 막아준다. 그러나 수직축에 설치된 서보모타 브레이크의 작동 지연이나, 슬립 등으로 인해 스핀들헤드의 최소한의 자유낙하는 발생하게 되고, 이로 인해 공작물이나 공구의 손상을 초래하게 된다.

종래 기술로는, 한국 실용신안공개공보 1998-019411는 사용자가 메인 전원을 오프시키는 경우 수직축을 제동하거나 릴리즈시키는 브레이크 구동부를 가진다. 이와 같은 종래기술은 수치제어장치의 제어에 의해 작업이 진행되다가, 작업자가 메인 전원을 차단하기 위해 파워오프 스위치(PB)를 오프시키면, 해당 릴레이의 스위치단이 오프되어 브레이크 구동부가 동작하게 되어 수직축이 제동된다.

이 과정에서 파워오프 스위치(PB)가 오프되고 나서 브레이크 구동부에 의해 브레이크가 동작되기 까지는 극히 짧은 시간이지만, 작동 지연이 발생하여 수직축의 낙하 량이 발생하게 된다.

또 다른 한국 등록실용신안공보 20-0256352는 공작기계의 순간 정전 시 중력 축 낙하 방지장치에 관한 것이다. 본 낙하 방지 장치는 서보증폭부에 저항(R)과 릴레이를 직렬 연결하고, 그 사이에 콘덴서를 병렬 연결한 장치이다. 이 장치는 서보증폭기(Servo AMP)의 종단 부분에 적분회로를 추가함으로써, 순간 정전 시 서보증폭기 내의 서보 레디(Ready) 신호의 정지시간을 지연시킴으로써, 브레이크 동작시간을 확보하고 공작기계의 중력 축 낙하 량을 최소화하여 가공 중인 공구의 보호와 공작물의 손상을 줄이는 것이다.

또 다른 일본 공개특허공보 평4-86905는, 중력 방향 이동 축을 구동하는 서보모타의 전원 차단 또는 전력 약화가 검출되면 서보모타를 상 방향으로 소정 량 이동하도록 데이터 지령을 발송하여 브레이크 작동 시까지 중력 축의 낙하방지를 최소화 하는 방법을 제시하고 있다.

그러나 이와 같은 종래기술들은 정전이나 갑작스런 전원 차단 시 수직축에 이동 가능하게 부설된 중량의 스핀들헤드의 낙하를 지연시키거나, 낙하방지용 브레이크를 최대한 빨리 작동시키는 효과는 있다. 하지만 이러한 방법들은 스핀들헤드의 낙하 량을 어느 정도 줄일 수는 있지만, 근원적으로 낙하를 방지하거나 스핀들헤드의 인상 량을 정확하게 제어 할 수는 없다.

또한 일본 공개특허공보 평4-86905에서는 정전이나 전력 약화를 감지하여 순간적으로 수직축에 부설된 스핀들헤드를 상 방향으로 이동하도록 지령하고, 이 지령이 수행되는 동안에 브레이크를 작동시켜 스핀들헤드의 낙하를 방지하는 방법을 제시하고 있다. 하지만 이와 같은 일률적인 수직축 인상 기능은 비상정지나 메인 전원 차단 시 수직축의 스핀들헤드의 낙하 량에 따라 스핀들헤드를 일정량만큼 상승시켜 낙하 량을 보상할 수는 있으나, 공작기계 마다 정확한 인상 량을 설정하기 위해서는 수동으로 낙하 량에 대한 시간, 거리 등의 파라메타를 여러 번 측정한 후 최적의 인상 량에 해당하는 값을 입력해야 하는 번거로움이 있다. 따라서 공작기계 마다 낙하 량이 다르고, 브레이크의 작동 정확도도 다른 점을 무시하고 일률적으로 상 방향으로 이동시키는 지령을 발생시킬 경우 스핀들헤드의 낙하방지가 부족하게 이루어지거나, 또는 스핀들헤드의 상 방향으로 이동이 과도하게 이루어지는 문제점이 있다.

결국 일본 공개특허공보 평4-86905는 공작기계 마다 정확한 인상 량에 대한 조건이 다름에도 불구하고 일률적인 인상 량만 관리하게 되어 공작기계의 가공 정밀도에 문제가 생긴다.

이와 같이 종래의 기술들은, 동일 종류의 공작기계라 할지라도 사용 시간의 경과에 따라, 브레이크 부품의 노후화와 응답속도에 차이가 있고, 브레이크의 마찰력 차이 등으로 인해 낙하 량의 방지효과가 일정 하지 않고, 정확한 낙하 량의 조절이 어렵게 되는 문제점이 있다.

또한 이와 같은 문제 점들로 인해, 갑작스런 정전이나 전원 차단 시 중량물인 스핀들헤드의 수직축 상에서의 낙하 량을 정확하게 제어하기가 어렵고, 그 결과 스핀들헤드에 장착된 공구의 보호 및 공작물의 손상을 방지하는데 한계가 있다.

다른 한편으로, 정전이나 비상정지 시 스핀들헤드 인상 기능을 가지는 수직축 공작기계에서, 각각의 공작기계 마다 제조 공장에서 조립과정 또는 설치장소로 이동하는 과정 중에 외력에 의해 스핀들헤드의 낙하 량에 차이가 발생하여 공작기계 마다 정전이나 비상정지 시 인상 량이 다르게 나타날 수 있어 이를 보정해 줄 필요가 발생한다.

이에 본 발명자는 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 수직축을 가지는 공작기계에서 전원 차단이나 비상정지 시, 각 공작기계 마다 다르게 발생하는 수직축 방향의 스핀들헤드의 인상 량을 미리 정해진 인상 량 범위 내의 값으로 자동 조정해주는 방법을 개발하기에 이르렀다.

대한민국 실용신안공개공보 20-1998-019411 대한미국 등록실용신안공보 20-0256352 일본 공개특허공보 평4-86905

본 발명의 목적은 수직형 공작기계에서 갑작스런 전원 차단이나 비상정지 시, 스핀들의 인상 량을 일률적으로 제어하지 않고 해당 공작기계의 상태에 맞게 사전에 조정하여 스핀들헤드의 인상 량이 일정하게 유지되도록 자동 조정하는 방법을 제공하는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 해결 방법은, 비상정지나 정전 시 수직축 상의 스핀들헤드의 인상기능을 가지는 공작기계에서, 제어장치를 통해 정전이나 비상정지 상황을 소프트웨어적으로 반복 구현하여 비상정지 기능 실행 전의 스핀들헤드의 수직 방향 좌표 값과 비상정지 기능 실행 후의 스핀들헤드의 수직 방향 좌표 값을 비교한다. 비교 결과 스핀들헤드의 수직 방향 이동 량이 미리 정한 표준 인상범위 설정 값 보다 크거나 작을 경우 미리 설정된 표준 인상범위 설정 값 내에 수렴하도록 스핀들헤드의 수직 방향 이동거리 파라메터 값을 가감하여 스핀들헤드의 표준 인상 값을 조정함으로써 가능해진다

또한 이와 같은 공작기계 수직축 스핀들헤드 인상 량 자동 조정방법은, 제어장치에 의해 주기적으로 자동 실행되게 하거나, 공작기계의 설치 시나 사용 조건의 변경 시 실행되도록 함으로써 달성 될 수 있다.

또한 공작기계 수직축 스핀들헤드 인상 량을 수시로 조정하기 위해 별도의 조작스위치를 설치함으로써 달성할 수 있다.

이와 같이 본 발명은, 수직축을 구비한 공작기계에서 전원 차단이나 비상정지 시 수직축에 설치된 스핀들헤드의 인상 높이를 일정하게 유지하도록 사전에 손쉽게 자동으로 조정할 수 있다.

또한 본 발명은, 공작기계의 사용 시간이나, 노후 상태에 상관없이 전원 차단이나 비상정지 시 수직축에 설치된 스핀들헤드의 인상 높이를 항상 일정하면서도 손쉽게 조정할 수 있다.

이로 인해 본 발명은 전원 차단이나 비상정지 시 수직축 공작기계의 스핀들헤드와, 스핀들헤드에 장착된 공구를 보호하고, 나아가 공작물의 손상을 방지 할 수 있다. 또한 본 발명은 전원 차단이나 비상정지 시 가공중인 공작물로부터 스핀들헤드의 높이를 일정하게 유지할 수가 있어, 전원 차단이나 비상정지 후 가공 재개 시 스핀들헤드를 재조정하거나 특별한 후속 조치 없이 가공작업을 계속 할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 수직형 공작기계의 일 실시예로서, 정전이나 비상정지 시 스핀들헤드 상하 이동 개략도.
도 2는 본 발명의 일 실시예로서, 수직형 공작기계의 스핀들헤드의 인상 량을 자동으로 조정하는 제어흐름도.
도 3은 본 발명의 일 실시예로서, 수직형 공작기계에서 스핀들헤드의 인상 량을 조정하기 위하여 스핀들헤드가 수직 방향으로 이동하는 작동상태도.

이하, 도 1, 2, 3을 참조하여 본 발명의 일실시예에 의한 수직형 공작기계의 스핀들헤드 인상 량 조정 방법을 설명한다. 도 1은 본 발명의 수직형 공작기계의 일실시예로서 정전이나 비상정지 시 스핀들헤드가 상하로 이동하는 개략도를 나타낸 것이다. 또한 2 는 도 1의 본 발명 수직형 공작기계에서 스핀들헤드의 인상 량을 자동으로 조정하는 제어흐름도를 나타낸다. 또한 도 3은 본 발명의 일실시예로서, 수직형 공작기계에서 스핀들헤드의 인상 량을 조정하기 위하여 스핀들헤드가 수직 방향으로 이동하는 작동상태도 이다.

먼저 수직형 공작기계의 스핀들헤드(20) 인상 량을 조정하기에 앞서, 스핀들헤드(20)나 스핀들헤드(20)에 장착된 공구(30)가 테이블(40)이나 공작물(미도시)과 충돌을 방지하기 위해 스핀들헤드(20)의 위치를 확인하고, 바람직하게는 스핀들헤드(20)의 위치를 중립위치로 이송한다. 그런 다음 스핀들헤드(20)의 인상 량을 조정하기 위해 시작신호(미도시)를 실행 시킨다.

상기 시작신호가 실행되면 공작기계 제어부(미도시)는 공작기계의 수직축(10) 상에 위치한 스핀들헤드(20)의 현재 위치(50) 좌표 값을 읽어 들여 저장하는 제1 좌표값 검출단계(100)를 실행한다.

다음 단계로, 공작기계 제어부는 스핀들헤드(20)의 비상정지단계(200)를 실행한다. 상기 비상정지단계(200)는 스핀들헤드(20)가 실제 비상정지 동작과 동일한 조건이 되도록 하여, 공작기계에 내장된 비상 전원을 이용하여 스핀들헤드(20)를 미리 정해진 높이만큼(통상 0.02mm 정도) 인상되도록 제어함과 동시에 스핀들헤드(20)의 낙하를 방지하기 위해 스핀들모터 브레이크(미도시)를 작동 시킨다. 하지만 이 때 스핀들헤드(20)는 공작기계의 상태나 브레이크의 특성에 따라 원하는 인상 높이보다 높은 초과 상승 위치(60)로 인상되거나, 또는 원하는 인상 높이보다 낮은 위치로 낙하한 초과 낙하 위치(70)가 될 수 있다.

다음 단계로, 공작기계 제어부는 상기 비상정지단계(200) 실행 후의 스핀들헤드(20)의 상승 위치 또는 낙하 위치 값을 읽어 들여 저장하는 제2 좌표값 검출단계(300)를 실행한다.

다음 단계로, 제어부는 상기 제1 좌표값과 제2 좌표값의 차이를 연산하고, 연산결과 상기 좌표값의 차이가 미리 정해진 스핀들헤드(20) 표준인상 량 설정 값 범위(80) 내인지를 판단하는 비교단계(400)를 실행한다. 즉, 스핀들헤드(20)가 현재 위치(50)로부터 상승 높이가 바람직한 표준인상 량 설정 값 범위(80)이내인지 판단한다. 여기서 바람직한 표준인상 량 설정 값 범위(80)는 10 내지 20μm이다.

또한, 상기 제1 좌표값과 제2 좌표값의 차이를 연산하는 방법은 상기 제2 좌표값에서 제1 좌표값을 감산하는 것이다.

다음 단계로, 상기 비교단계(400)에서 제1,2 좌표값의 차이가 미리 정해진 스핀들헤드(20) 표준인상 량 설정 값 범위(80)보다 크거나 작을 경우, 즉, 스핀들헤드(20)가 미리 정한 표준인상 량 설정 값 범위(80)보다 높은 위치인 초과 상승 위치(60)로 인상된 상태이거나, 스핀들헤드(20)가 미리 정한 표준인상 량 설정 값 범위(80)보다 낮은 위치인 초과 낙하 위치(70)로 낙하한 상태인 경우, 상기 비상정지단계(200)에서 지령한 미리 정해진 높이의 인상 량 보정 파라메터 값을 소정 량만큼 증가 또는 감소 시키는 파라메터 보정단계(500)를 실행한다.

다시 말해, 비상정지 후 스핀들헤드(20)가 표준인상 량 설정 값 범위(80)보다 높은 위치인 경우에는 인상 량 보정 파라메터 값을 소정 량만큼 감소 시키고, 스핀들헤드(20)가 미리 정한 표준인상 량 설정 값 범위(80)보다 낮은 위치로 낙하한 경우에는 인상 량 보정 파라메터 값을 소정 량만큼 증가 시킨다.

다음 단계로, 스핀들헤드(20)가 지령에 의해 이동 가능한 준비상태인 서보레디(Servo Ready) 단계(600)를 거쳐, 상기 스핀들헤드(20)가 표준인상 량 설정 값 범위(80) 내에 도달할 때까지 상기 제1 좌표값 검출단계(100)부터 상기 서보레디단계(600)를 반복한다. 이러한 반복 과정은 보통 3,4회 하게 되면 완료된다.

한편, 상기 비교단계(400)에서 상기 스핀들헤드(20)가 표준인상 량 설정 값 범위(80) 내에 위치 할 경우, 즉, 상기 비교단계(400)에서 제1,2 좌표값의 차이가 미리 정해진 스핀들헤드(20) 표준인상 량 설정 값 범위(80) 내인 경우에는, 상기 제1,2 좌표값의 차이 값을 스핀들헤드(20)의 인상 량으로 확정하는 인상 량 설정단계(700)를 실행하고 스핀들헤드(20)의 인상 량 조정 과정을 종료한다.

상기와 같이 스핀들헤드(20)의 인상 량 설정이 완료되면, 이후 공작기계가 비상정지나 전원 차단이 될 경우 상기 설정단계에서 확정된 인상 량만큼 스핀들헤드(20)를 인상시키게 된다.

한편, 상기에서 스핀들헤드(20)의 인상 량 조정은, 바람직하게는 수직형 공작기계 설치 시와, 일정한 주기로 실행하는 것이 좋다. 또는 기구적 접촉부의 마모나 스핀들모터의 브레이크 능력이 저하 시 임의로 실행할 수 있다. 또는 공작기계의 가동시간이 설정된 시간에 도달하였을 경우 제어부의 제어 로직에 의해 자동적으로 실행되도록 할 수 있다.

이러한 스핀들헤드(20)의 인상 량 조정은 별도의 조작 스위치를 설치하거나, 소프트웨어 스위치에 의해 공작기계 조작자가 원하는 시기에 임의로 실행할 수도 있다.

한편, 본 발명이 적용되는 공작기계에서 비상정지 신호나 정전 상태의 인식 방법은 메인 전원의 전압 강하를 검출하여 인식할 수 있다. 이와 같은 비상정지 또는 정전 상태의 인식 방법은 본 발명이 해결하고자 하는 목적이 아니므로 상기 방법 외에 이미 알려진 다양한 방법으로 인식할 수도 있다.

이상과 같은 본 발명의 실시예에 의하면, 본 발명은 수직형 공작기계에서 공작물 가공작업 도중에 비상정지나 정전 상태가 발생되면, 스핀들헤드(20)가 본 발명에 의해 정해진 인상 조정 량만큼 정확하게 인상되어 공작물의 손상을 방지함은 물론, 스핀들헤드(20)와 스핀들헤드(20)에 장착된 공구(30)를 보호하고, 또한 공작물 가공작업을 재개할 때 작업시간을 단축 할 뿐만 아니라, 가공 정밀도를 유지할 수 있는 효과가 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 일실시예에 대하여 설명하였지만, 이 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 수직형 공작기계나 중력 축을 가지는 공작기계에서 본 발명을 적용하는 것이 가능하고, 이러한 적용은 본 발명의 범위를 벗어날 수 없는 것이다.

10: 수직축(컬럼) 20: 스핀들헤드
30: 공구 40: 테이블
50: 현재 위치 60: 초과 상승 위치
70: 초과 낙하 위치 80: 표준인상 량 설정 값 범위
100: 제1 좌표값 검출단계 200: 비상정지단계
300: 제2 좌표값 검출단계 400: 비교단계
500: 파라메터 보정단계 600: 서보레디(Servo Ready)단계
700: 인상 량 설정단계

Claims (4)

1. 스핀들헤드 인상 량을 조정하기 위한 시작신호가 실행되면 공작기계의 수직축 컬럼 상에 위치한 상기 스핀들헤드의 현재 위치 좌표 값을 읽어 들여 저장하는 제1 좌표값 검출단계(100)를 실행하고;
   상기 스핀들헤드의 비상정지를 실행하는 비상정지단계(200)를 실행하고;
   상기 비상정지단계 실행 후 상기 스핀들헤드의 위치 좌표 값을 읽어 들여 저장하는 제2 좌표값 검출단계(300)를 실행하고;
   상기 검출단계(300) 실행 후 상기 제1, 2 좌표값 검출단계에서 저장한 제1 좌표값과 제2 좌표값의 차이를 연산하고, 연산결과 상기 제1, 2 좌표값의 차이가 미리 정해진 스핀들헤드 표준인상 량 설정 값 범위 내인지를 판단하는 비교단계(400)를 실행하고;
   상기 비교단계(400)에서 제1,2 좌표값의 차이 값이 미리 정해진 스핀들헤드 표준인상 량 설정 값 범위보다 크거나 작을 경우, 인상 량 보정 파라메터 값을 소정 량만큼 증가 또는 감소 시키는 파라메터 보정단계(500)를 실행하고;
   다음 단계로 상기 스핀들헤드가 지령에 의해 이동 가능한 준비상태인 서보레디단계(600) 를 실행하고;
   상기 서보레디단계(600) 실행 후 상기 스핀들헤드(20)의 위치가 상기 표준인상 량 설정 값 범위 내에 도달할 때까지 상기 제1 좌표값 검출단계(100)부터 상기 서보레디단계(600)를 반복하여 실행하며;
   만일 상기 비교단계에서 제1,2 좌표값의 차이 값이 미리 정해진 스핀들헤드 표준인상 량 설정 값 범위내일 경우에는 제1,2 좌표값의 차이 값을 스핀들헤드의 인상 량으로 확정하는 인상 량 설정단계(700)를 실행하는 것을 특징으로 하는 전원 차단이나 비상정지 시 수직축에 부설된 스핀들헤드의 인상 량 자동 조정방법
2. 제1항에 있어서, 상기 비상정지단계(200)는 스핀들헤드가 실제 비상정지 동작과 동일한 조건이 되도록 제어하고, 동시에 상기 스핀들헤드를 미리 정해진 높이만큼 인상되도록 제어하고, 동시에 스핀들헤드의 낙하를 방지하기 위해 스핀들모터 브레이크를 작동 시키는 것을 특징으로 하는 전원 차단이나 비상정지 시 수직축에 부설된 스핀들헤드의 인상 량 자동 조정방법
3. 제1항에 있어서, 상기 파라메터 보정단계(500)는 상기 제1,2 좌표값의 차이가 미리 정해진 스핀들헤드 표준인상 량 설정 값 범위보다 큰 경우는 인상 량 보정 파라메터 값을 소정 량만큼 감소 시키고, 상기 제1,2 좌표값의 차이가 미리 정해진 스핀들헤드 표준인상 량 설정 값 범위보다 작은 경우는 인상 량 보정 파라메터 값을 소정 량만큼 증가 시키는 것을 특징으로 하는 전원 차단이나 비상정지 시 수직축에 부설된 스핀들헤드의 인상 량 자동 조정방법
4. 제1항에 있어서, 공작기계의 가동시간이 설정된 시간에 도달하였을 때 상기 제1 좌표값 검출단계(100)부터 상기 서보레디단계(600) 또는 인상 량 조정단계(700)를 자동적으로 실행하는 것을 더 포함하는 전원 차단이나 비상정지 시 수직축에 부설된 스핀들헤드의 인상 량 자동 조정방법
   

Images