KR102465579B1 - 공구 마모도 측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 공구 마모도 측정방법은, 기 설정된 가상모델을 통해 미사용 상태의 공구를 이용한 가공에서 도출되는 초기절삭부하와 마모길이에 따라 변화하는 가변절삭부하를 각각 도출하여 공구의 사용한계에 대응하는 임계절삭부하를 도출하는 제1과정, 상기 공구의 가공작업을 수행 시 센서를 이용하여 상기 공구에 작용하는 측정절삭부하를 도출하고, 상기 임계절삭부하와 상기 측정절삭부하를 비교하는 제2과정 및 상기 측정절삭부하가 기 설정된 수준 이상으로 상기 임계절삭부하보다 크게 측정되는 경우 상기 공구의 상태가 임계값 이상으로 마모된 것으로 판단하는 제3과정을 포함한다.
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Description

공구 마모도 측정방법{Wear Rate Measuring Method of Tool}

본 발명은 공구 마모도 측정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기 설정된 임계절삭부하를 기준으로, 공구의 작업 시 측정되는 측정절삭부하를 통해 공구의 마모를 예측할 수 있고 이에 따라 교체 여부를 지정하여 가공 품질을 극대화하기 위한 공구 마모도 측정방법에 관한 것이다.

종래의 공구 마모도 측정방법은 일반적으로 테일러 곡선을 통해 이루어지고 있다.

이는 1900년대 초반에 미국의 엔지니어 F.W. Taylor에 의해 고안된 방법으로서, 늘어난 절삭 깊이가 공구 수명에 미치는 영향이 적고, 빨라진 이송 속도가 더 영향을 미치며, 공구 수명에 가장 큰 영향을 미치는 요소가 높은 절삭 속도라는 것을 기반으로 한 측정방법이다.

이와 같은 테일러 곡선을 이용한 공구 마모도 측정방법은 비교적 정확도가 높은 것으로 평가되고 있으나, 이 모델은 여러 요인이 추가되었음에도 한번에 하나씩 절삭 조건을 바꾸는 상황에서 정확성이 가장 높으며, 여러 조건을 동시에 변경하면 일정하지 못한 결과가 도출될 수 있다는 문제가 있다.

즉 테일러 곡선을 통한 공구 마모도 측정방법은 가공 과정 중 실시간으로 공구 마모도를 예측하거나 모니터링을 통한 공구 마모도 예측이 불가능하다는 한계가 있었다.

따라서 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 방법이 요구된다.

한국등록실용신안 제20-0140349호

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 실시간으로 공구의 마모에 의해 작용되는 측정절살력을 도출하고 기 설절된 임계절삭부하와 비교하여 공구가 임계값 이상 마모되었는지 여부를 판단함에 따라 가공 품질을 극대화하기 위한 공구 마모도 측정방법을 제공하기 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 공구 마모도 측정방법은, 기 설정된 가상모델을 통해 미사용 상태의 공구를 이용한 가공에서 도출되는 초기절삭부하와 마모길이에 따라 변화하는 가변절삭부하를 각각 도출하여 공구의 사용한계에 대응하는 임계절삭부하를 도출하는 제1과정, 상기 공구의 가공작업을 수행 시 센서를 이용하여 상기 공구에 작용하는 측정절삭부하를 도출하고, 상기 임계절삭부하와 상기 측정절삭부하를 비교하는 제2과정 및 상기 측정절삭부하가 기 설정된 수준 이상으로 상기 임계절삭부하보다 크게 측정되는 경우 상기 공구의 상태가 임계값 이상으로 마모된 것으로 판단하는 제3과정을 포함한다.

또한, 상기 제1과정은 미사용상태의 공구를 이용하여 가공 시 측정되는 절삭부하를 통해 상기 초기절삭부하를 도출하는 (a)단계, 상기 공구의 마모길이에 따라 측정되는 부하에 대응하여 변화하는 상기 가변절삭부하를 도출하는 (b)단계 및 상기 초기절삭부하와 상기 가변절삭부하를 이용하여 공구의 사용한계에 대한 상태판단 기준값인 임계절삭부하를 도출하는 (c)단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 가변절삭부하는 공구의 절삭부하와 마모길이 간의 관계식을 도출하고, 이를 통해 상기 절삭부하의 증가에 따라 마모길이가 증가하는 것으로 설정할 수 있다.

또한, 상기 절삭부하와 마모길이 간의 관계식은 상기 공구의 절삭부하-시간의 그래프와, 상기 공구의 마모길이-시간의 그래프를 이용하여 1차 선형회귀 분석을 통해 도출하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 공구 마모도 측정방법은, 가공 과정 중 실시간으로 측정되는 공구의 측정절삭부하를 기 설정된 임계절삭부하와 비교하여 사용중인 공구가 임계값 이상으로 마모하였는지 판단할 수 있으며, 판단결과를 즉시 반영함에 따라 가공 품질을 극대화할 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명은 현장에서 운영이 가능한 기술로서 실제 사용현장에서 공구의 마모정도가 입계값 이상인지 여부를 판단함으로써, 일정 수준 이상의 절삭품질을 유지가 가능해 품질관리를 할 수 있는 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 공구 마모도 측정방법에서 공구의 절삭부하-시간 그래프를 나타낸 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공구 마모도 측정방법에서 공구의 마모길이-시간 그래프를 나타낸 도면;
도 3은 도 1과 도 2의 그래프를 이용하여 공구의 절삭부하와 마모길이의 상관관계를 나타낸 도면; 및
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공구 마모도 측정방법의 전체적인 과정을 나타낸 도면이다.

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.

도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 공구 마모도 측정방법을 살펴보면 다음과 같다.

도 4를 살펴보면 본 발명에 따른 공구 마모도 측정방법의 개략적인 과정을 나타낸 것으로써, 도시된 바와 같이 크게 가상을 모델을 이용하여 공구의 사용한계에 대응하는 임계절삭부하를 도출하는 제1과정, 실제 공구의 가공을 통해 측정되는 측정절삭부하를 도출하는 제2과정이 독립적으로 진행된다.

그리고, 상기 임계절삭부하와 측정절삭부하의 비교를 통해 공구의 교체 유무를 판단하는 제3과정을 포함한다.

일반적으로, 본 발명에서 공구마모도의 측정을 위해서는 공구의 사용 시 부하를 측정하고 이를 통해서 절삭부하를 도출하도록 구성되며, 본 실시예에서는 공구의 마모길이와 절삭부하의 시간에 따른 변화 데이터를 기반으로 1차 선형회귀 분석을 통해 상관관계를 도출하였다.

먼저 상기 제1과정은 미사용상태의 공구에 작용하는 절삭부하를 통해 초기절삭부하를 도출하는 (a)단계, 공구의 마모길이에 따라 측정되는 절삭부하에 대응하여 변화하는 가변절삭부하를 도출하는 (b)단계 및 초기절삭부하와 가변절삭부하를 이용하여 공구의 사용한계에 대한 기준값인 임계절삭부하를 도출하는 (c)단계를 포함한다.

(a)단계에서는 기 설정된 가상모듈을 통해 미사용 공구의 사용 시 작용하는 절삭부하를 측정하고, 이를 통해 초기절삭부하를 도출한다. 여기서, 상기 가상모델은 상기 공구의 종류나 형상, 가공대상물의 종류 등에 따라 변화할 수 있으며, 최초 공구의 사용 시 작용하는 절삭부하를 수집하여 초기가공부하를 도출한다(S120).

이때, 상기 초기절삭부하의 도출 이전에 기 설정된 상기 가상모델에서 상기 공구의 초기 값이나 가공조건 등을 설정하는 단계가 선행되어야 한다(S110).

한편, 가변절삭부하를 도출하는 (b)단계를 살펴보면, 공구의 마모길이에 따라 측정되는 절삭부하에 대응하여 변화하는 가변절삭부하를 도출한다. 구체적으로 가변절삭부하는 초기상태에서 상기 공구의 마모된 길이와 이에 따라 측정되는 절삭부하를 이용하여 상관관계를 도출할 수 있다.

본 발명에서 공구의 마모된 길이에 따라 절삭부하 역시 증가하는 것을 알 수 있으며, 이는 기 설정된 공구의 수명식을 이용하여 도출한다.

이와 관련하여, 먼저 도 1을 살펴보면 본 발명의 실시예에 따른 일 예로 공구의 마모길이-시간에 관한 그래프로써, 공구의 사용에 따라 마모길이가 점차 증가하는 것을 알 수 있다.

그리고 도 2를 살펴보면 본 발명의 실시예에 따른 공구의 절삭부하-시간에 관한 그래프로써, 공구의 사용에 따라 절삭부하 역시 점차 증가하는 것을 알 수 있다.

즉, 도 1 및 도 2의 그래프를 비교하여 살펴본 바, 절삭부하-마모길이가 각각 사용에 따라 유사한 형태로 증가하는 것을 알 수 있으며, 이러한 그래프의 1차선형회기 분석을 동해 도 3에 도시된 바와 같이 절삭부하와 마모길이간의 관계식을 도출할 수 있다.

여기서, 기 설정된 공구의 수명식을 이용하여 공구의 절삭부하와 마모길이간의 관계식을 도출하며 이를 통해 공구의 마모길이 증가에 따라 절삭부하가 증가하는 것으로 설정한다.

본 실시예에서 상기 공구의 절삭부하와 마모길이간의 관계식은 아래와 같으며, 마모길이의 증가에 따라 절삭부하가 증가하는 것을 알 수 있다. 여기서 K값의 경우 절삭부하와 마모길이의 증가에 대한 상수 값이며, 이는 공구의 조건에 따라 변화한다.

이와 같이 본 발명에 따른 상기 (b)단계에서 가변절삭부하를 도출할 수 있다.

한편, 상기 (a)단계와 (b)단계를 통해 각각 초기절삭부하와 가변절삭부하를 도출한 후 이들을 이용하여 공기의 사용한계에 대한 기준값인 임계절삭부하를 도출하는 (c)단계를 진행한다(S130).

구체적으로 임계절삭부하는 상기 초기절삭부하와 가변절삭부하의 값을 합한 값이며, 가변절삭부하가 일정 수준 이상으로 증가하여 공구의 마모길이가 증가하는 경우 가공 품질이 저하되는 상태에서의 절삭부하값에 해당한다.

본 발명에서 상기 임계절삭부하는 아래의 수식에 대응하여 도출할 수 있으며, Fsim값의 경우 초기절삭부하에 해당하다.

상기 수식에 대응하여 공구의 마모 길이가 증가함에 따라 가변절삭부하가가 증가하게 되며, 이에 따라 최종 절삭부하가 함께 증가한다. 이때, 공구의 마모길이가 일정 수준 이상으로 마모되어 가공품질이 저하되는 시점에서의 가변절삭부하 값을 측정하여 해당 값에 대응하는 F값을 도출 함으로써 임계절삭부하를 도출할 수 있다.

상기 임계절삭부하는 공구의 사용한계에 대한 상태판단 기준값으로 사용될 수 있으며, 후술하는 제2과정에서의 실제 공구의 절삭부하값과 비교하여 공구의 교체 유무를 판단할 수 있다.

이와 같이 상기 제1과정은 상기 (a)단계~ 상기 (c)단계를 거치며 공구의 상태 판단을 위한 기준값인 상기 임계절삭부하를 도출하고, 이를 통해 측정절삭부하를 판단하는 기준이 된다.

한편, 제2과정은 상술한 제1과정과 독립적으로 진행되며, 공구를 통해 실제 가공대상물을 가공하고, 가공 시 공구에 작용하는 절삭부하를 측정하여 측정절삭부하를 도출한다(S140). 구체적으로 측정절삭부하는 초기상태의 공구가 사용될 수도 있고 이미 사용된 적이 있는 공구가 사용될 수도 있으며. 공구의 사용과 함께 지속적으로 절삭부하를 측정한다.

이때, 측정되는 측정절삭부하는 지속적으로 변화할 수 있으며, 절삭부하가 증가함에 따라 공구의 마모길이가 증가하여 가공대상물의 가공품질이 저하된다.

이와 같이 측정된 측정절삭부하는 상기 제1과정에서 도출된 임계절삭부하와 비교하는 제3과정을 진행한다.

구체적으로 상기 제3과정은 상기 임계절삭부하를 기준값으로 하여 상기 측정절삭부하가 기 설정된 수준 이상으로 차이가 발생하는지 여부를 먼저 판단한다(S150).

여기서 도 4에도시된 바와 같이 상기 임계절삭부하보다 상기 측정절삭부하가 상대적으로 크게 측정되는 경우 공구의 상태가 임계값 이상으로 마모된 것으로 판단할 수 있으며. 이에 따라 공구를 사용불가로 분류하여 사용을 중지한다(S160).

이에 반하여, 상기 측정절삭부하가 상기 임계절삭부하보다 상재적으로 작게 측정되는 경우 공구의 상태가 사용 가능한 것으로 분류하여 지속적으로 사용이 가능하도록 한다(S170)

여기서, 상기 제2과정에서 측정되는 상기 측정절삭부하는 상기 공구의 사용 시 센서를 통해 지속적으로 반복하여 측정하며, 실제 측정 시 상기 측정절삭부하가 증가하는 상태로 측정되어야 한다.

이때, 상기 제2과정에서 측정되는 상기 측정절삭부하의 증가형태가 가 상기 제1과정에서 도출된 가변절삭부하와 비교하여 일정 수준 이상 오차가 발생하는 경우, 상기 공구 또는 가공대상물에 이상이 발생한 것으로 판단하여 추가적으로 가공대상물의 가공을 중지하는 과정에 더 추가될 수 있다.

즉, 상기 제2과정에서 상기 측정절삭부하를 지속적으로 측정 시 일정 수준 이내에서 증가하는 것이 바람직하며, 상기 가변절삭부하와의 오차가 일정 수준 이상으로 변동하는 경우 가공대상물이 올바르게 가공되지 않는 상황으로 판단하여 문제를 해결하도록 한다.

이와 같이 본 발명에 따른 공구의 마모도 측정방법은 공구를 이용하여 가공 시 지속적으로 가공절삭부하를 측정하고, 가상모델을 통해 도출된 임계절삭부하와 비교하여 일정 수준 이상으로 차이가 발생하는 경우 공구가 사용 불가능한 수준으로 마모된 것으로 판단하여 가공의 중단 및 교체를 통해 가공대상물의 품질을 유지할 수 있는 이점이 있다.

특히 본 발명은 가공 과정 중 실시간으로 공구의 마모를 예측할 수 있으며, 가공절삭부하의 측정결과를 즉시 반영함에 따라 가공 품질을 극대화할 수 있도록 할 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.

S110: 가상모델을 이용한 초기 가공부하 도출단계
S120: 실제 작업을 이용한 가공부하 도출단계

Claims (4)

1. 기 설정된 가상모델을 통해 미사용 상태의 공구를 이용한 가공에서 도출되는 초기절삭부하와 마모길이에 따라 변화하는 가변절삭부하를 각각 도출하여 공구의 사용한계에 대응하는 임계절삭부하를 도출하는 제1과정;
   상기 공구의 가공작업을 수행 시 센서를 이용하여 상기 공구에 작용하는 측정절삭부하를 도출하고, 상기 임계절삭부하와 상기 측정절삭부하를 비교하는 제2과정; 및
   상기 측정절삭부하가 기 설정된 수준 이상으로 상기 임계절삭부하보다 크게 측정되는 경우 상기 공구의 상태가 임계값 이상으로 마모된 것으로 판단하는 제3과정;을 포함하고,
   상기 제1과정은,
   미사용상태의 공구를 이용하여 가공 시 측정되는 절삭부하를 통해 상기 초기절삭부하를 도출하는 (a)단계, 상기 공구의 마모길이에 따라 측정되는 부하에 대응하여 변화하는 상기 가변절삭부하를 도출하는 (b)단계 및 상기 초기절삭부하와 상기 가변절삭부하를 이용하여 공구의 사용한계에 대한 상태판단 기준값인 임계절삭부하를 도출하는 (c)단계를 포함하며,
   상기 가변절삭부하는,
   절삭부하-마모길이가 각각 사용에 따라 유사한 형태로 증가하는 것에 기반하여 공구의 절삭부하-시간의 그래프와, 공구의 마모길이-시간의 그래프를 이용하여 1차 선형회귀 분석을 통해 공구의 절삭부하와 마모길이 간의 관계식을 도출하고, 이를 통해 상기 절삭부하의 증가에 따라 마모길이가 증가하며, 공구의 조건에 따라 변화하도록 설정하는 공구 마모도 측정방법.
   
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