KR102305644B1 - 스핀들의 회전과 이송이 일체로 구동되는 다축 스핀들의 드릴 장비에서 개별축 스핀들의 가공부하를 측정하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스핀들과 이송이 일체로 구동되는 다축 스핀들(multi-axis spindle)을 가진 드릴장비를 활용할때 각 스핀들 축에 가해지는 가공부하를 측정하는 방법에 관한 것으로서,
메인스핀들 모터의 전류량(SM_c)를 측정하는 단계(S 10);
각 서브스핀들 진동크기(ACC_ss)를 측정하는 단계(S 20);
측정된 상기 메인스핀들 모터의 전류량(SM_c)과 서브스핀들 진동크기(ACC_ss)에 대해서 가중치(w1, w2)를 부과하는 단계(S 30);
상기 가중치를 활용하여 개별축 스핀들의 가공부하값(SS_load)를 하기의 수학식 1에 의해서 계산하는 단계(S 40);를 포함하고 개별축 스핀들의 가공부하값(SS_load)을 계산하는 단계(S 40)는 하기의 수학식 1에 의해서 계산하는 다축 스핀들 드릴 장치의 각 서브스핀들에 가해지는 가공부하를 측정한다.
SS_load=SM_c×w1+ACC_ss×w2 (수학식 1)
여기서 SS_load는 가공진행시 발생하는 개별축 스핀들의 가공부하값이고, SM_C는 메인스핀들 모터의 전류량, ACC_ss는 각 서브스핀들에서 발생하는 진동크기를 말한다. 또한 w1, w2는 각각 메인스핀들 모터의 가중치와 서브스핀들 진동의 가중치이다.

Description

스핀들의 회전과 이송이 일체로 구동되는 다축 스핀들의 드릴 장비에서 개별축 스핀들의 가공부하를 측정하는 방법 {A METHOD FOR MEASURING CUTTING LOAD ON INDIVIDUAL SPINDLE IN MULTI-SPINDLE DRILLING MACHINE, WHICH IS DRIVEN BY BOTH A SPINDLE MOTOR AND A FEEDRATE MOTOR}

본 발명은 스핀들과 이송이 일체로 구동되는 다축 스핀들(multi-axis spindle)을 가진 드릴장비를 활용할때 각 스핀들 축에 가해지는 가공부하를 측정하는 방법에 관한 것이다.

다축 스핀들 드릴링 장비는 다 수의 동일한 부품을 동시에 가공함으로써 생산성을 높이는 목적으로 사용하는 전용장비로 대량 생산에 자주 활용되고 있다.

여기서 스핀들과 이송이 일체로 구동되는 다축 스핀들 드릴 장비는 하나의 메인 스핀들 모터로 드릴장비의 주축을 회전시키고 풀리 또는 기어로 복수의 서브 스핀들을 회전구동시키며, 또한 각 이송축은 하나의 램에 체결되어 있어서 램을 이송하는 이송모터에 의해서 각 이송축의 이송속도를 제어하는 구조이다. 이와 같이, 다축 스핀들 드릴 장비는 다축 스핀들에 일률적으로 회전력과 이송력을 전달하기 때문에 동일부품의 대량생산을 위해서는 바람직하지만 특정부품의 양산작업 외에 활용할 수 없는 점, 개별 스핀들에 작용하는 가공부하를 정확하게 알 수 없는 등의 단점이 있었다.

이로 인해서 개별축 스핀들에 가해지는 각각의 가공부하를 알지 못하기 때문에 공구수명관리를 동시에 진행한다. 일례로, 5축 스핀들 중에서 1개 스핀들의 가공공구가 마모되어 가공부하가 커지고 불량품이 발생하게 되는 경우에 기존 방식으로는 5축 스핀들에 장착된 5개의 공구를 일괄적으로 교환해야 되고, 공구의 일괄적 교환에 의한 가공비용의 상승이 발생하게 된다.

그러나 최근에는 특정한 대량생산에 있어서 매우 뛰어난 작업효율을 보이는 전용장비에 IoT기술과 지능적 기능을 부가함으로써 작업의 유연성을 높이고 작업의 최적화를 수행하면서 대량 양산 제조라인을 운용하는 기업들에게에게 새로운 관점에서 주목받고 있다.

특히 드릴 절삭가공 제조공정에서는 생산성을 향상시키면서 동시에, 공구수명관리 및 절삭공구의 교환시점 결정 등을 지능적으로 수행할 수 있도록 하여 품질을 향상시키는데 관심을 기울이고 있다.

이에 제안기술은 스핀들과 이송이 일체로 구동되는 다축 스핀들 드릴 장비에서 개별축에 가해지는 가공부하를 측정하는 방법을 효율적인 방법을 고안함으로써 다축 스핀들 드릴 장비의 유연성을 높이고, 다축 스핀들 장비에서의 가공품의 품질을 효율적으로 관리할 수 있도록 하였다.

0001. 등록특허 제10-0952619호(2010.04.06. 등록)

본 발명은 스핀들과 이송이 일체로 구동되는 다축 스핀들의 드릴 전용장비에서 개별축 스핀들에 가해지는 가공부하를 측정하고 이를 통해서 개별축 스핀들에 장착된 절삭공구의 마모를 진단하며, 개별축 스핀들의 절삭공구에 대한 교환 시점을 결정하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명은,

하나의 메인스핀들 모터로 복수의 서브스핀들을 회전 구동하고, 하나의 이송모터로 복수의 서브스핀들의 이송을 구동하는 다축 스핀들 드릴 장치의 각 서브스핀들에 가해지는 가공부하를 측정하는 방법은 하기 수학식에 의해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 다축 스핀들 드릴 장치의 각 서브스핀들에 가해지는 가공부하를 측정하는 방법이다.

SS_load=SM_c×w1+ACC_ss×w2

여기서 SS_load는 가공진행시 발생하는 개별축 스핀들의 가공부하값이고, SM_C는 메인스핀들 모터의 전류량, ACC_ss는 각 서브스핀들에서 발생하는 진동크기를 말한다. 또한 w1, w2는 각각 메인스핀들 모터의 가중치와 서브스핀들 진동의 가중치이다.

본 발명은 스핀들과 이송이 일체로 구동되는 다축 스핀들을 장착한 드릴 전용장비가 지능적으로 개별축 스핀들에 가해지는 가공부하를 측정하고 이를 통해서 개별축 스핀들에 장착된 절삭공구의 마모를 진단하며, 개별축 스핀들의 절삭공구에 대한 교환 시점을 결정하게 되므로, 부품가공의 품질관리가 가능하게 되며, 절삭공구를 최고 수명까지 사용함으로써 공구 비용을 절감할 수 있게 한다.

도 1은 본 발명에 따른 스핀들과 이송이 일체로 구동되는 다축 스핀들 드릴 장비의 구조도
도 2는 본 발명에 따른 스핀들과 이송이 일체로 구동되는 다축 스핀들 드릴 장비에서 개별축 스핀들의 가공부하 검출 개념도
도 3은 본 발명에 따른 스핀들과 이송이 일체로 구동되는 다축 스핀들 드릴 장비에서 개별축 스핀들의 가공부하를 검출 및 공구마모량 진단 및 공구교환 지시에 관한 흐름도

이하, 상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부 도면을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백히 드러나게 될 것이다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하에서는 본 발명에 따른 스핀들과 이송이 일체로 구동되는 다축 스핀들 드릴 장비에서 스핀들 모터의 전류량을 측정하는 전류센서와 각 개별축의 진동크기를 센싱하는 진동센서가 설치된 드릴장비에 적용된 실시예를 통해서 설명한다.

본 발명은 메인스핀들 모터의 전류량(SM_c)를 측정하는 단계(S 10);

각 서브스핀들 진동크기(ACC_ss)를 측정하는 단계(S 20);

각 서브스핀들에 작용하는 진동의 크기는 진동센서에 의해서 측정된다. 진동센서는 서브스핀들의 진동을 측정하여 진동의 특성인 고유진동수 Hz와 진동폭의 값으로 진동크기를 센싱값으로 출력한다. 진동을 정밀하게 측정하기 위해서는 피에조 압전소자를 이용한 진동센서를 사용한다. 피에조 진동센서는 출력치로 진동크기 즉, 가속도 크기를 제공해주는데 가속도를 두번 적분하면 힘을 얻을 수 있게 된다.

그래서 진동의 특성 중에서 진동크기는 절삭할때 발생하는 힘인 절삭력과 가공부하를 측정할 수 있게 된다.

측정된 상기 메인스핀들 모터의 전류량(SM_c)과 서브스핀들 진동크기(ACC_ss)에 대해서 가중치(w1, w2)를 부과하는 단계(S 30);

상기 가중치는 메인스핀들 모터의 용량과 서브스핀들의 직경을 고려하여 결정한다. 예로 메인스핀들 모터의 토크가 크고, 서브스핀들의 직경이 작으면 메인스핀들 모터의 가중치는 낮고 서브스핀들 이송모터의 가중치는 높게 하는 방식으로 한다.

상기 가중치를 활용하여 개별축 스핀들의 가공부하값(SS_load)를 계산하는 단계(S 40);

상기 개별축 스핀들의 가공부하값(SS_load)를 계산하는 연산식은 하기의 수학식 1을 활용한다.

SS_load=SM_c×w1+ACC_ss×w2 (수학식 1)

여기서 SS_load는 가공진행시 발생하는 개별축 스핀들의 가공부하값이고, SM_C는 메인스핀들 모터의 전류량, ACC_ss는 각 서브스핀들에서 발생하는 진동크기를 말한다. 또한 w1, w2는 각각 메인스핀들 모터의 가중치와 서브스핀들 진동의 가중치를 말한다.

상기 개별축 스핀들의 가공부하값을 기준부하값과 비교하는 단계(S 50);

상기 기준부하값은 개별축에 새로운 인선(刃線)을 가진 새 드릴공구를 장착한 후 테스트가공을 수행하여 개별축 스핀들에 가해지는 평균 가공부하값으로 설정되는 단계(S 50-1);

상기 기준부하값의 설정을 위한 테스트 가공을 5차례이상 수행한다.

상기 S 50 단계에 의해서 가공부하값과 기준부하값을 상대적으로 비교하여 가공진행시의 공구마모량을 진단하는 단계(S 60);

상기 공구마모량의 진단을 통해서 공구마모량이 허용범위를 초과한 것으로 진단되면 공구교환을 지시하는 단계(S 70);를 포함하는 것을 특징으로 하는 개별 스핀들에 작용하는 가공부하는 측정하는 방법이다.

또한 스핀들과 이송이 일체로 구동되는 다축 스핀들을 장착한 드릴 장비에 있어서, 지능적으로 개별축 스핀들에 가해지는 가공부하를 측정하고 이를 통해서 개별축 스핀들에 장착된 절삭공구의 마모를 진단하며, 개별축 스핀들의 절삭공구에 대한 교환 시점을 결정하게 된다.

SM: 절삭공구의 선속도를 구동하는 스핀들모터
SM_c: 상기 스핀들모터의 전류량
ACC_ss: 개별축 스핀들에서 발생하는 진동크기
SS_load: 개별축 스핀들의 가공부하

Claims (4)

1. 메인스핀들 모터의 전류량(SM_c)를 측정하는 단계(S 10);
   각 서브스핀들 진동크기(ACC_ss)를 측정하는 단계(S 20);
   측정된 상기 메인스핀들 모터의 전류량(SM_c)과 서브스핀들 진동크기(ACC_ss)에 대해서 가중치(w1, w2)를 부과하는 단계(S 30);
   상기 가중치를 활용하여 개별축 스핀들의 가공부하값(SS_load)를 계산하는 단계(S 40);를 포함하고,
   개별축 스핀들의 가공부하값(SS_load)을 계산하는 단계(S 40)는 하기의 수학식 1에 의해서 계산하는 다축 스핀들 드릴 장치의 각 서브스핀들에 가해지는 가공부하를 측정하는 방법.
   
   SS_load=SM_c×w1+ACC_ss×w2 (수학식 1)
   
   여기서 SS_load는 가공진행시 발생하는 개별축 스핀들의 가공부하값이고, SM_c는 메인스핀들 모터의 전류량, ACC_ss는 각 서브스핀들에서 발생하는 진동크기를 말한다. 또한 w1, w2는 각각 메인스핀들 모터의 가중치와 서브스핀들 진동의 가중치이다.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 개별축 스핀들의 가공부하값을 기준부하값과 비교하는 단계(S 50);를 더 구비하되, 상기 기준부하값은 개별축에 새로운 인선(刃線)을 가진 새 드릴공구를 장착한 후 테스트가공을 수행하여 개별축 스핀들에 가해지는 평균 가공부하값으로 설정되는 단계(S 50-1);에 의해서 획득되는 다축 스핀들 드릴 장치의 각 서브스핀들에 가해지는 가공부하를 측정하는 방법.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 S 50 단계에 의해서 가공부하값과 기준부하값을 상대적으로 비교하여 가공진행시의 공구마모량을 진단하는 단계(S 60); 및
   상기 공구마모량의 진단을 통해서 공구마모량이 허용범위를 초과한 것으로 진단되면 공구교환을 지시하는 단계(S 70);를 더 포함하는 다축 스핀들 드릴 장치의 각 서브스핀들에 가해지는 가공부하를 측정하는 방법.
   

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