KR102455912B1 - 공급 전류값을 이용한 공작기계의 절삭력 추정방법 - Google Patents

공급 전류값을 이용한 공작기계의 절삭력 추정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 공급 전류값을 이용한 공작기계의 절삭력 추정방법은, 공작기계를 통해 가공을 수행하는 과정에서, 상기 공작기계의 복수 개의 이송축에 대한 기초 3상 전류값을 획득하는 (a)단계, 상기 (a)단계에 의해 획득한 복수 개의 이송축에 대한 기초 3상 전류값을 구성하는 각 상에, 상기 공작기계의 실제 가공을 위해서만 소요되는 전류값을 도출하기 위한 밴드 패스 필터를 적용하여 필터드 3상 전류값을 산출하는 (b)단계, 상기 (b)단계에 의해 산출된 필터드 3상 전류값을 각 이송축 별로 합성하여 합성 전류값을 산출하는 (c)단계, 상기 (c)단계에 의해 산출된 이송축 별 합성 전류값을 통해 실효값(RMS, Root Mean Square)을 산출하는 (d)단계, 상기 (d)단계에 의해 산출된 이송축 별 실효값을 통해 공작기계 각 축의 절삭력을 산출하는 (e)단계 및 상기 (e)단계에 의해 산출된 공작기계 각 축의 절삭력을 통해 통합 절삭력을 산출하는 (f)단계를 포함한다.

Description

공급 전류값을 이용한 공작기계의 절삭력 추정방법{Cutting Force Estimating Method of Machine Tool Using Feed Current}
본 발명은 공작기계의 절삭력을 추정하기 위한 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공작기계의 공급 전류값을 이용하여 절삭력을 추정하는 과정에서, 공작기계의 이송축 위치마다 전류값이 달라지는 문제를 보완하여 공작기계의 절삭력을 보다 정확하고 정밀하게 산출할 수 있도록 하는 공작기계의 절삭력 추정방법에 관한 것이다.
일반적으로 공작기계를 통해 절삭 공정을 수행하는 과정에 있어서, 가공 대상에 대한 표면 정밀도 예측, 적응제어 등을 위하여 절삭공구의 정확한 절삭력을 추정하고, 이를 시뮬레이션하는 과정의 중요성이 점차 증가하고 있다.
따라서 공작기계의 절삭력을 추정하는 방법에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 현재 다양한 방식으로 절삭력을 추정하는 알고리즘들이 개발되어 제시되고 있다.
그 중 한 가지 방법은, 실제 가공을 하면서 측정한 축전류 값으로부터 가상 가공을 수행하면서 측정한 축전류 값을 빼 순수 절삭 가공을 하는 데 소요된 전류를 계산한 뒤, 이 값을 통해 공작기계의 절삭력을 도출하는 방식이다.
이와 같은 방법은 별도의 공구동력계가 요구되지 않으므로 고가의 센서가 불필요하며, 가공 공간 내에 센서를 설치하지 않아도 되기 때문에 가공 작업의 자유도가 상승하고, 위험 요소가 감소하는 장점이 있다. 더불어 가공 신호 취득 시에 절삭유의 분사 등과 같은 요소의 영향을 비교적 적게 받는다는 장점도 존재한다.
하지만, 이와 같은 방법은 절삭 가공에 소요된 전류값을 파악하기 위해 공작기계에서의 기본적인 축 이송에 필요한 기초 전류값의 크기를 알아야 할 필요가 있으나, 공작기계의 각 축 위치가 변하면 이송에 필요한 기본 전류값이 매번 다르게 측정되는 문제가 있다.
이와 같은 문제로 인해, 결과적으로 최종적으로 도출된 추정 절삭력은 매 가공 시마다 편차가 발생하게 되며, 이는 절삭력을 추정하는 알고리즘 자체의 신뢰도를 크게 떨어뜨리는 원인이 된다.
따라서 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방법이 요구된다.
한국등록특허 제10-2073290호
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 공작기계의 공급 전류값을 이용하여 절삭력을 추정하는 과정에서, 공작기계의 이송축 위치마다 전류값이 달라지는 문제를 보완함에 따라 공작기계의 절삭력을 보다 정확하고 정밀하게 산출할 수 있도록 하기 위한 목적을 가진다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 공급 전류값을 이용한 공작기계의 절삭력 추정방법은, 공작기계를 통해 가공을 수행하는 과정에서, 상기 공작기계의 복수 개의 이송축에 대한 기초 3상 전류값을 획득하는 (a)단계, 상기 (a)단계에 의해 획득한 복수 개의 이송축에 대한 기초 3상 전류값을 구성하는 각 상에, 상기 공작기계의 실제 가공을 위해서만 소요되는 전류값을 도출하기 위한 밴드 패스 필터를 적용하여 필터드 3상 전류값을 산출하는 (b)단계, 상기 (b)단계에 의해 산출된 필터드 3상 전류값을 각 이송축 별로 합성하여 합성 전류값을 산출하는 (c)단계, 상기 (c)단계에 의해 산출된 이송축 별 합성 전류값을 통해 실효값(RMS, Root Mean Square)을 산출하는 (d)단계, 상기 (d)단계에 의해 산출된 이송축 별 실효값을 통해 공작기계 각 축의 절삭력을 산출하는 (e)단계 및 상기 (e)단계에 의해 산출된 공작기계 각 축의 절삭력을 통해 통합 절삭력을 산출하는 (f)단계를 포함한다.
이때 상기 (b)단계의 상기 밴드 패스 필터는, 상기 공작기계에 구비된 공구의 초당 회전속도를 산출하는 (ex-1)단계, 상기 공구의 초당 회전속도에 공구의 날 수를 곱하여 패싱 빈도값을 산출하는 (ex-2)단계, 상기 (ex-2)단계에 의해 산출된 패싱 빈도값의 기 설정된 비율을 상기 패싱 빈도값에 합산하여 상기 밴드 패스 필터의 상위 리미트를 설정하는 (ex-3)단계 및 상기 (ex-2)단계에 의해 산출된 패싱 빈도값의 기 설정된 비율을 상기 패싱 빈도값에 감산하여 상기 밴드 패스 필터의 하위 리미트를 설정하는 (ex-4)단계에 의해 산출될 수 있다.
또한 상기 (c)단계는, 필터드 3상 전류값 각각을 제곱하여 합산하는 (c-1)단계, 상기 (c-1)단계의 결과값을 상의 개수로 나누는 (c-2)단계 및 상기 (c-2)단계의 결과값에 대한 제곱근을 취하여 합성 전류값을 산출하는 (c-3)단계를 포함할 수 있다.
그리고 상기 (e)단계는, 상기 공작기계 각 축의 실효값을 상기 공작기계의 모터 토크값으로 바꾸는 (e-1)단계, 상기 (e-1)단계에 의해 도출된 모터 토크값을 상기 모터에 연결되어 회전하는 볼스크류의 반경으로 나누어, 모터 토크값을 볼스크류 회전 방향의 힘으로 바꾸는 (e-2)단계 및 상기 (e-2)단계에서 도출된 볼스크류 회전 방향의 힘을 볼스크류의 리드각에 대한 탄젠트 값으로 나누어 이송축 방향의 힘으로 바꾸는 (e-3)단계를 포함할 수 있다.
더불어 상기 (f)단계는, 각 축의 산출된 절삭력을 제곱하여 합산하는 (f-1)단계 및 상기 (f-1)단계의 결과값에 대한 제곱근을 취하여 상기 공작기계 각 축의 절삭력을 산출하는 (f-2)단계를 포함할 수 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 공급 전류값을 이용한 공작기계의 절삭력 추정방법은, 공작기계의 이송축 위치마다 전류값이 달라지는 문제를 보완하여 공작기계의 절삭력을 보다 정확하고 정밀하게 산출할 수 있는 알고리즘을 제공할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명은 측정된 축 전류 값을 절삭력으로 변환하지 않고 절삭 가공에 소요되는 전류값의 크기 데이터만 제공받는 경우에도, 누적되는 데이터들로부터 가공 초기와 비교하여 가공이 진행되는 동안 변화되는 값을 파악할 수 있으므로, 현재 공정 상태를 파악하는데 있어서 유용한 데이터로 활용이 가능하다는 장점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공급 전류값을 이용한 공작기계의 절삭력 추정방법을 설명하기 위한 예시로 제시된 공작기계의 모습을 나타낸 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공급 전류값을 이용한 공작기계의 절삭력 추정방법의 각 단계를 나타낸 도면;
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공급 전류값을 이용한 공작기계의 절삭력 추정방법에 있어서, X축 이송축 및 Y축 이송축에 대해 획득한 기초 3상 전류값 데이터를 나타낸 그래프;
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공급 전류값을 이용한 공작기계의 절삭력 추정방법에 있어서, X축 이송축 및 Y축 이송축에 대해 산출된 필터드 3상 전류값 데이터를 나타낸 그래프;
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 공급 전류값을 이용한 공작기계의 절삭력 추정방법에 있어서, 합성 전류값 데이터를 나타낸 그래프;
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 공급 전류값을 이용한 공작기계의 절삭력 추정방법에 있어서, 합성 전류값에 대한 실효값 데이터를 나타낸 그래프;
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 공급 전류값을 이용한 공작기계의 절삭력 추정방법에 있어서, 공작기계 각 축의 절삭력을 산출하는 과정을 개념적으로 나타낸 도면;
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 공급 전류값을 이용한 공작기계의 절삭력 추정방법에 있어서, 공작기계 각 축의 절삭력 데이터를 나타낸 그래프;
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 공급 전류값을 이용한 공작기계의 절삭력 추정방법에 있어서, 최종적으로 추정된 공작기계의 절삭력 데이터를 나타낸 그래프; 및
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 공급 전류값을 이용한 공작기계의 절삭력 추정방법에 있어서, 최종적으로 추정된 공작기계의 절삭력 데이터와 공구동력계를 이용하여 측정된 절삭력 데이터를 비교하여 나타낸 그래프이다.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
본 발명은 공급 전류값을 이용하여, 공작기계의 이송축 위치마다 전류값이 달라지는 문제를 보완함에 따라 공작기계의 절삭력을 보다 정확하고 정밀하게 산출할 수 있는 알고리즘을 제공한다.
그리고 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공급 전류값을 이용한 공작기계의 절삭력 추정방법을 설명하기 위한 예시로 제시된 공작기계의 모습을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 예시된 공작기계는 모터(100)의 회전축에 볼스크류(110)가 구비되어 모터(100)의 구동력에 의해 회전하며, 이와 같은 볼스크류(110)에는 가공테이블(120)의 너트(122)가 나사산에 의해 맞물린 상태로 구비된다.
이에 따라 모터(100)의 구동력에 의한 볼스크류(110)의 회전 운동은, 가공테이블(120)의 직선 운동으로 변환될 수 있다.
이때 가공테이블(120)의 상부에는 홀더(12)에 의해 고정된 상태로 회전하며 공작물(5)을 가공하는 가공 툴(10)이 구비된다.
그리고 이와 같은 공작기계에서는 모터(100)에 공급되는 전류의 크기를 조절하여 이송축을 원하는 속도로 움직이게 된다.
다만, 일반적으로 공작기계의 가공테이블(120)은 무게가 매우 무겁기 때문에, 공작물(5)을 가공하는데 소요되는 전류의 크기에 비해 가공을 하지 않고 있는 상태에서 가공테이블(120)을 움직이는데 소요되는 기본 전류의 크기가 훨씬 더 크게 나타나게 된다.
더불어 이송축의 동작 상태에 따라 전류 신호의 변화 패턴이 다양하고 그 크기가 크기 때문에, 실제 가공에 소요되는 전류의 크기가 얼마인지 알아내기는 매우 어렵다.
따라서 본원발명은, 실제 가공에 소요되는 전류 신호만을 유의미하게 추출하여 공작기계의 절삭력을 추정할 수 있도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공급 전류값을 이용한 공작기계의 절삭력 추정방법의 각 단계를 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 공급 전류값을 이용한 공작기계의 절삭력 추정방법은, 공작기계를 통해 가공을 수행하는 과정에서, 전류센서를 통해 공작기계의 복수 개의 이송축에 대한 기초 3상 전류값을 획득하는 (a)단계, 컴퓨터의 프로세서가, (a)단계에 의해 획득한 복수 개의 이송축에 대한 기초 3상 전류값을 구성하는 각 상에, 공작기계의 실제 가공을 위해서만 소요되는 전류값을 도출하기 위한 밴드 패스 필터를 적용하여 필터드 3상 전류값을 산출하는 (b)단계, 컴퓨터의 프로세서가,(b)단계에 의해 산출된 필터드 3상 전류값을 각 이송축 별로 합성하여 합성 전류값을 산출하는 (c)단계, 컴퓨터의 프로세서가,(c)단계에 의해 산출된 이송축 별 합성 전류값을 통해 실효값(RMS, Root Mean Square)을 산출하는 (d)단계, 컴퓨터의 프로세서가,(d)단계에 의해 산출된 이송축 별 실효값을 통해 공작기계 각 축의 절삭력을 산출하는 (e)단계 및 컴퓨터의 프로세서가,(e)단계에 의해 산출된 공작기계 각 축의 절삭력을 통해 공작기계의 통합 절삭력을 산출하는 (f)단계를 포함한다.
이하에서는 이들 각 단계에 대해 자세히 설명하도록 한다.
먼저, (a)단계에서는 공작기계의 복수 개의 이송축에 대한 기초 3상 전류값을 획득하는 과정이 수행되며, 공작기계의 모터를 구동시키는 과정에서 전류센서를 통해 측정될 수 있다.
그리고 본 실시예에서 공작기계의 이송축은 X축과 Y축을 포함하며, 본 단계에서는 이들 각 이송축에 대해 기초 3상 전류값, 즉 R상, S상, T상에 대한 전류값을 각각 획득하게 된다.
도 3 및 도 4에는, 이와 같은 과정을 통해 X축 이송축 및 Y축 이송축에 대해 획득한 기초 3상 전류값 데이터 그래프가 각각 도시된다.
도 3은 X축 이송축에 대해 획득한 기초 3상 전류값 데이터 그래프이며, 도 4는 Y축 이송축에 대해 획득한 기초 3상 전류값 데이터 그래프이다.
다음으로, (b)단계에서는 이와 같은 각 이송축의 기초 3상 전류값에서, 공작기계의 실제 가공을 위해서만 소요되는 전류값만을 도출하기 위한 밴드 패스 필터를 적용하여 필터드 3상 전류값을 산출하는 과정이 수행된다.
발명의 배경이 되는 기술 부분에서 설명한 바와 같이, 종래에는 실제 가공을 하면서 측정한 축전류 값으로부터 가상 가공을 수행하면서 측정한 축전류 값을 빼 순수 절삭 가공을 하는 데 소요된 전류를 계산한 뒤, 이 값을 통해 공작기계의 절삭력을 도출하였다.
하지만, 본 발명은 이와 같은 번거로운 과정을 생략하고 (b)단계를 통해 밴드 패스 필터 처리를 수행함으로써 대체할 수 있다.
한편 밴드 패스 필터는, 이하의 각 과정을 거쳐 산출될 수 있다.
밴드 패스 필터를 산출하기 위해서는 먼저, 컴퓨터의 프로세서가,공작기계에 구비된 공구의 초당 회전속도를 산출하는 (ex-1)단계가 수행되며, 다음으로 컴퓨터의 프로세서가 (ex-1)단계를 통해 산출된 공구의 초당 회전속도에 공구의 날 수를 곱하여 패싱 빈도값을 산출하는 (ex-2)단계가 수행된다.
그리고 컴퓨터의 프로세서가 (ex-2)단계에 의해 산출된 패싱 빈도값의 기 설정된 비율을 패싱 빈도값에 합산하여 밴드 패스 필터의 상위 리미트를 설정하는 (ex-3)단계와, 컴퓨터의 프로세서가 (ex-2)단계에 의해 산출된 패싱 빈도값의 기 설정된 비율을 패싱 빈도값에 감산하여 상기 밴드 패스 필터의 하위 리미트를 설정하는 (ex-4)단계가 각각 수행될 수 있다.
이때 패싱 빈도값의 기 설정된 비율은 다양한 조건에 따라 정해질 수 있으며, 본 실시예의 경우 10%인 것으로 설정하여 실험을 진행하였다. 이 수치는 본 실시예로 제한되는 것이 아니다.
도 5 및 도 6에는, 이상과 같은 과정을 통해 도출된 밴드 패스 필터를 적용하여 X축 이송축 및 Y축 이송축에 대해 획득한 필터드 3상 전류값 데이터 그래프가 각각 도시된다.
도 5는 X축 이송축에 대해 획득한 필터드 3상 전류값 데이터 그래프이며, 도 6은 Y축 이송축에 대해 획득한 필터드 3상 전류값 데이터 그래프이다.
다음으로, (c)단계에서는 이상과 같은 필터드 3상 전류값을 각 이송축 별로 합성하여 합성 전류값을 산출하게 된다. 즉 본 단계는 X축 이송축 및 Y축 이송축 각각의 R상, S상, T상에 대한 필터드 전류값을 합성하는 과정이 수행된다.
그리고 구체적으로 (c)단계는, 컴퓨터의 프로세서가 필터드 3상 전류값 각각을 제곱하여 합산하는 (c-1)단계, 컴퓨터의 프로세서가 (c-1)단계의 결과값을 상의 개수로 나누는 (c-2)단계 및 컴퓨터의 프로세서가 (c-2)단계의 결과값에 대한 제곱근을 취하여 합성 전류값을 산출하는 (c-3)단계를 통해 이루어질 수 있다.
이하의 식 1에는, 이와 같은 각 세부 단계를 함축한 X축 이송축에 대한 필터드 3상 전류값의 합성을 위한 수식이 제시된다. 이는 Y축 이송축에 대해서도 대응되는 파라미터를 치환하여 동일한 방법으로 진행될 수 있다.
Figure 112020101856018-pat00001
다음으로, (d)단계에서는 이송축 별 합성 전류값을 통해 실효값(RMS, Root Mean Square)을 산출하는 과정이 수행된다.
본 단계는 이하의 식 2를 적용하여 이루어질 수 있으며, 이와 같이 실효값을 구하는 과정은 당업자에게는 자명한 사항이므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.
Figure 112020101856018-pat00002
그리고 도 8에는, 이와 같은 방법으로 산출된 X축 이송축 및 Y축 이송축에 대한 실효값 데이터 그래프가 도시된다.
다음으로, (e)단계에서는 (d)단계에 의해 산출된 이송축 별 실효값을 통해 공작기계 각 축의 절삭력을 산출하게 된다. 즉 본 단계에서는, X축 이송축의 실효값 및 Y축 이송축의 실효값을 통해 공작기계의 각 축의 절삭력을 산출하는 과정이 이루어진다.
그리고 구체적으로 (e)단계는, 컴퓨터의 프로세서가,공작기계 각 축의 실효값을 공작기계의 모터 토크값으로 바꾸는 (e-1)단계, 컴퓨터의 프로세서가, (e-1)단계에 의해 도출된 모터 토크값을 모터에 연결되어 회전하는 볼스크류의 반경으로 나누어, 모터 토크값을 볼스크류 회전 방향의 힘으로 바꾸는 (e-2)단계, 및 컴퓨터의 프로세서가, (e-2)단계에서 도출된 볼스크류 회전 방향의 힘을 볼스크류의 리드각에 대한 탄젠트 값으로 나누어 이송축 방향의 힘으로 바꾸는 (e-3)단계를 통해 이루어질 수 있다.
이하의 식 3에는, 이와 같은 각 세부 단계를 함축한, 공작기계 각 축의 절삭력 산출을 위한 수식이 제시된다. 식 3에 나타난 Kt는 모터의 토크상수를 의미하며, d는 볼스크류의 직경, θ는 볼스크류의 리드각을 의미한다.
Figure 112020101856018-pat00003
그리고 도 9는 공작기계 각 축의 절삭력을 산출하는 과정을 개념적으로 나타낸 도면이다.
식 3은 기본적으로 모터가 스크류를 회전시키는데 하는 일의 크기(P1)가 가공테이블을 이송축 방향으로 움직이는데 하는 일의 크기(P2)와 같다는 가정이 전제되어 있다. 즉 이는 모터가 볼스크류를 회전시키는데 하는 일(P1)이 손실 없이 가공테이블을 이송하는 일(P2)로 변환됨을 의미한다.
또한 도 9에 표시된 Fr은 가공 툴이 공작물의 소재를 제거하는데 걸리는 힘으로 인해 가공테이블에 가해지는 힘에 저항하는 힘을 의미하는 것으로, 이 힘은 실제 가공에 소요되는 절삭력과 같은 것으로 간주할 수 있다.
또한 도 10에는, 이와 같은 방법으로 산출된 공작기계 각 축의 절삭력 데이터 그래프가 도시된다.
최종 단계인 (f)단계는, 전술한 (e)단계에 의해 산출된 공작기계 각 축의 절삭력을 통해 공작기계의 통합 절삭력을 산출하는 과정이다.
구체적으로 본 실시예에서 (f)단계는, 컴퓨터의 프로세서가 각 축의 산출된 절삭력을 제곱하여 합산하는 (f-1)단계, 및 컴퓨터의 프로세서가 (f-1)단계의 결과값에 대한 제곱근을 취하여 공작기계 각 축의 절삭력을 산출하는 (f-2)단계를 포함한다.
이하의 식 4에는, 이와 같은 각 세부 단계를 함축한, 공작기계의 통합 절삭력 산출을 위한 수식이 제시된다.
Figure 112020101856018-pat00004
그리고 도 11에는, 이와 같은 과정을 통해 최종적으로 추정된 공작기계의 절삭력 데이터 그래프가 도시된다.
또한 도 12는, 최종적으로 추정된 공작기계의 절삭력 데이터와 공구동력계를 이용하여 측정된 절삭력 데이터를 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 공급 전류값을 이용한 공작기계의 절삭력 추정방법을 통해 도출된 공작기계의 절삭력 추정 결과는, 공구동력계를 이용하여 실제 측정한 절삭력과 유의미한 수준의 유사성이 나타나는 것을 확인할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
5: 공작물
10: 가공 툴
12: 홀더
100: 모터
110: 볼스크류
120: 가공테이블
122: 너트

Claims (5)

  1. 모터와, 상기 모터의 구동력에 의해 회전하는 볼스크류와, 상기 볼스크류에 구비되는 가공테이블을 포함하여, 상기 모터의 구동력에 의한 상기 볼스크류의 회전 운동을 상기 가공테이블의 직선 운동으로 변환시키는 공작기계를 통해 가공을 수행하는 과정에서, 전류센서를 통해 상기 공작기계의 복수 개의 이송축에 대한 기초 3상 전류값을 획득하는 (a)단계;
    컴퓨터의 프로세서가, 상기 (a)단계에 의해 획득한 복수 개의 이송축에 대한 기초 3상 전류값을 구성하는 각 상에, 상기 공작기계의 실제 가공을 위해서만 소요되는 전류값을 도출하기 위한 밴드 패스 필터를 적용하여 필터드 3상 전류값을 산출하는 (b)단계;
    컴퓨터의 프로세서가, 상기 (b)단계에 의해 산출된 필터드 3상 전류값을 각 이송축 별로 합성하여 합성 전류값을 산출하는 (c)단계;
    컴퓨터의 프로세서가, 상기 (c)단계에 의해 산출된 이송축 별 합성 전류값을 통해 실효값(RMS, Root Mean Square)을 산출하는 (d)단계;
    컴퓨터의 프로세서가, 상기 (d)단계에 의해 산출된 이송축 별 실효값을 통해 공작기계 각 축의 절삭력을 산출하는 (e)단계; 및
    컴퓨터의 프로세서가, 상기 (e)단계에 의해 산출된 공작기계 각 축의 절삭력을 통해 통합 절삭력을 산출하는 (f)단계;
    를 포함하며,
    상기 (b)단계의 상기 밴드 패스 필터는,
    컴퓨터의 프로세서가, 상기 공작기계에 구비된 공구의 초당 회전속도를 산출하는 (ex-1)단계;
    컴퓨터의 프로세서가, 상기 공구의 초당 회전속도에 공구의 날 수를 곱하여 패싱 빈도값을 산출하는 (ex-2)단계;
    컴퓨터의 프로세서가, 상기 (ex-2)단계에 의해 산출된 패싱 빈도값의 기 설정된 비율을 상기 패싱 빈도값에 합산하여 상기 밴드 패스 필터의 상위 리미트를 설정하는 (ex-3)단계; 및
    컴퓨터의 프로세서가, 상기 (ex-2)단계에 의해 산출된 패싱 빈도값의 기 설정된 비율을 상기 패싱 빈도값에 감산하여 상기 밴드 패스 필터의 하위 리미트를 설정하는 (ex-4)단계;
    에 의해 산출되고,
    상기 (e)단계는,
    컴퓨터의 프로세서가, 상기 공작기계 각 축의 실효값을 상기 공작기계의 모터 토크값으로 바꾸는 (e-1)단계;
    컴퓨터의 프로세서가, 상기 (e-1)단계에 의해 도출된 모터 토크값을 상기 모터에 연결되어 회전하는 볼스크류의 반경으로 나누어, 모터 토크값을 볼스크류 회전 방향의 힘으로 바꾸는 (e-2)단계; 및
    컴퓨터의 프로세서가, 상기 (e-2)단계에서 도출된 볼스크류 회전 방향의 힘을 볼스크류의 리드각에 대한 탄젠트 값으로 나누어 이송축 방향의 힘으로 바꾸는 (e-3)단계;
    를 포함하여,
    상기 모터가 상기 볼스크류를 회전시키는데 하는 일이 손실 없이 상기 가공테이블을 이송하는 일로 변환된다는 가정을 전제로,
    Figure 112022103910765-pat00017

    (Kt: 모터의 토크상수, d: 볼스크류의 직경, θ: 볼스크류의 리드각)
    의 수식을 통해 공작기계 각 축의 절삭력을 산출하는,
    공작기계의 절삭력 추정방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (c)단계는,
    컴퓨터의 프로세서가, 필터드 3상 전류값 각각을 제곱하여 합산하는 (c-1)단계;
    컴퓨터의 프로세서가, 상기 (c-1)단계의 결과값을 상의 개수로 나누는 (c-2)단계; 및
    컴퓨터의 프로세서가, 상기 (c-2)단계의 결과값에 대한 제곱근을 취하여 합성 전류값을 산출하는 (c-3)단계;
    를 포함하는,
    공작기계의 절삭력 추정방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 (f)단계는,
    컴퓨터의 프로세서가, 각 축의 산출된 절삭력을 제곱하여 합산하는 (f-1)단계; 및
    컴퓨터의 프로세서가, 상기 (f-1)단계의 결과값에 대한 제곱근을 취하여 상기 공작기계 각 축의 절삭력을 산출하는 (f-2)단계;
    를 포함하는,
    공작기계의 절삭력 추정방법.
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