KR102579416B1 - Tool Wear Analysis Method Using Real-Time Cutting Force Estimation - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 실시간 절삭력 추정을 활용한 공구 마모도 분석방법은, 컴퓨터의 프로세서에 의해 수행되는 공구마모 분석방법에 있어서, 공구 절삭력 및 공구 마모도의 로우 데이터를 수집하는 (a)단계, 상기 (a)단계를 통해 수집된 로우 데이터를 통해 공구 절삭력 및 공구 마모도의 회귀관계식을 도출하는 (b)단계, 공구의 실시간 절삭력을 추정하는 (c)단계 및 상기 (c)단계에서 추정된 공구의 실시간 절삭력을 상기 회귀관계식에 대입하여 공구 마모도를 도출하는 (d)단계를 포함한다.The tool wear analysis method using real-time cutting force estimation according to the present invention is a tool wear analysis method performed by a computer processor, comprising the steps of (a) collecting raw data of tool cutting force and tool wear, (a) Step (b) of deriving the regression relationship between tool cutting force and tool wear through raw data collected through the steps, step (c) of estimating the real-time cutting force of the tool, and step (c) of estimating the real-time cutting force of the tool estimated in step (c). It includes step (d) of deriving tool wear by substituting the above regression equation.
Description
본 발명은 공구 마모도 분석방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실측 과정 또는 공구 동력계 등의 활용이 배제된 상태에서 실시간으로 추정된 절삭력을 통해 공구 마모도를 도출할 수 있는 실시간 절삭력 추정을 활용한 공구 마모도 분석방법에 관한 것이다.The present invention relates to a tool wear analysis method, and more specifically, tool wear using real-time cutting force estimation, which can derive tool wear through real-time estimated cutting force while excluding the actual measurement process or the use of tool dynamometers, etc. It is about analysis method.
일반적으로 절삭 가공 공정에 있어서, 공구의 마모도는 가공 품질에 가장 큰 영향을 주는 결정적인 요소이므로, 가공 공정의 진행에 따른 공구의 마모도를 정밀하게 측정하여 파악할 필요가 있다.In general, in a cutting process, the degree of tool wear is a critical factor that has the greatest impact on machining quality, so it is necessary to precisely measure and understand the degree of tool wear as the machining process progresses.
종래의 경우, 가공 영역에 인접하게 설치되는 비전센서 등을 이용하여 공정 진행 과정에서 공구의 표면 이미지를 지속적으로 획득하여 마모 경향을 분석하는 방법이 가장 널리 사용되었으며, 또한 이와 함께 공구동력계(Dynamometer)를 통해 공구의 절삭력을 측정하고, 이를 통해 공구의 마모도를 도출하는 방법도 사용되고 있다.In the past, the most widely used method was to analyze wear trends by continuously acquiring surface images of the tool during the process using a vision sensor installed adjacent to the machining area, and in addition, a tool dynamometer was used. A method is also used to measure the cutting force of a tool and derive the wear of the tool through this.
다만, 이와 같은 공구 마모도 측정방법들은 매번 실제 측정 과정이 이루어질 필요가 있으므로 작업이 바쁘고 신속하게 이루어지는 현장에 적용하기에는 무리가 있으며, 또한 공구동력계의 경우 매우 고가의 장비로서 이를 구축하기 위한 비용이 과도하게 소요되므로, 일반적인 현장에서 활용하기에는 어려움이 존재한다.However, these tool wear measurement methods require an actual measurement process each time, making it difficult to apply them to sites where work is busy and fast. Additionally, tool dynamometers are very expensive equipment, so the cost of constructing them is excessive. Because of this, it is difficult to use it in general settings.
따라서 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방법이 요구된다.Therefore, a method to solve these problems is required.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 실측 과정 또는 공구 동력계 등의 활용이 배제된 상태에서 실시간으로 추정된 절삭력을 통해 공구 마모도를 도출할 수 있는 실시간 절삭력 추정을 활용한 공구 마모도 분석방법을 제공하기 위한 목적을 가진다.The present invention is an invention made to solve the problems of the prior art described above, and utilizes real-time cutting force estimation that can derive tool wear through real-time estimated cutting force while excluding the use of actual measurement processes or tool dynamometers. The purpose is to provide a tool wear analysis method.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems of the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시간 절삭력 추정을 활용한 공구 마모도 분석방법은, 컴퓨터의 프로세서에 의해 수행되는 공구마모 분석방법에 있어서, 공구 절삭력 및 공구 마모도의 로우 데이터를 수집하는 (a)단계, 상기 (a)단계를 통해 수집된 로우 데이터를 통해 공구 절삭력 및 공구 마모도의 회귀관계식을 도출하는 (b)단계, 공구의 실시간 절삭력을 추정하는 (c)단계 및 상기 (c)단계에서 추정된 공구의 실시간 절삭력을 상기 회귀관계식에 대입하여 공구 마모도를 도출하는 (d)단계를 포함한다.The tool wear analysis method using real-time cutting force estimation of the present invention to achieve the above purpose is a tool wear analysis method performed by a computer processor, collecting raw data of tool cutting force and tool wear (a) step, step (b) of deriving a regression relationship between tool cutting force and tool wear through the raw data collected through step (a), step (c) of estimating the real-time cutting force of the tool, and estimation in step (c) It includes step (d) of deriving the tool wear by substituting the real-time cutting force of the tool into the regression equation.
이때 상기 (a)단계는, 공구 절삭력의 로우 데이터를 수집하는 (a-1)단계, 상기 공구 절삭력의 로우 데이터에 기 설정된 필터를 적용하여 가공하는 (a-2)단계 및 공구 마모도의 로우 데이터를 수집하는 (a-3)단계를 포함할 수 있다.At this time, the step (a) includes a step (a-1) of collecting raw data of tool cutting force, a step (a-2) of processing by applying a preset filter to the raw data of tool cutting force, and raw data of tool wear. It may include step (a-3) of collecting.
그리고 상기 (b)단계는, 공구 마모도를 직교좌표평면의 x축으로 설정하고, 공구 절삭력을 직교좌표평면의 y축으로 설정하는 (b-1)단계, 상기 (a)단계를 통해 수집된 로우 데이터로부터 공구 절삭력에 따른 공구 마모도를 산출하여 직교좌표평면 상에 배치하는 (b-2)단계 및 상기 (b-2)단계에 의해 직교좌표평면 상에 배치된 공구 절삭력에 따른 공구 마모도 분포를 통해 회귀관계식을 도출하는 (b-3)단계를 포함할 수 있다.In step (b), the tool wear is set to the x-axis of the Cartesian coordinate plane, and the tool cutting force is set to the y-axis of the Cartesian coordinate plane. Step (b-2) of calculating tool wear according to tool cutting force from data and placing it on the Cartesian coordinate plane, and through the distribution of tool wear according to tool cutting force placed on the Cartesian coordinate plane by step (b-2). It may include step (b-3) of deriving the regression equation.
이때 상기 (b-3)단계는,At this time, in step (b-3),
(Fres: 공구 절삭력, VB: 공구 마모도, a, b: 상수)(F res : tool cutting force, VB: tool wear, a, b: constant)
의 회귀관계식을 도출할 수 있다.The regression relationship can be derived.
그리고 상기 회귀관계식에서, a값은 공구 절삭력에 따른 공구 마모도 분포 경향의 기울기이며. b값은 공구 절삭력의 초기값으로 설정될 수 있다.And in the above regression equation, the value a is the slope of the tool wear distribution tendency according to the tool cutting force. The b value can be set as the initial value of the tool cutting force.
또는 상기 (b-3)단계는,Or in step (b-3),
(Fthres: 공구 절삭력, VBthres: 공구 마모도, Kwear: 절삭계수, Fsim: 공구 절삭력 시뮬레이션 도출값)(F thres : tool cutting force, VB thres : tool wear, K wear : cutting coefficient, F sim : tool cutting force simulation derived value)
의 회귀관계식을 도출할 수 있다.The regression relationship can be derived.
한편 상기 (c)단계는, 공구가 장착되는 스핀들 모터의 소비전류를 통해 공구 절삭력을 추정할 수 있다.Meanwhile, in step (c), the tool cutting force can be estimated through the current consumption of the spindle motor on which the tool is mounted.
또는 상기 (c)단계는, 공작기계의 이송축 모터 전류 변화를 통해 공구 절삭력을 추정할 수 있다.Alternatively, in step (c), the tool cutting force can be estimated through the change in current of the feed shaft motor of the machine tool.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시간 절삭력 추정을 활용한 공구 마모도 분석방법은, 공구 절삭력 및 공구 마모도의 회귀관계식을 도출하고, 추정된 공구의 실시간 절삭력을 이와 같은 회귀관계식에 대입하여 공구 마모도를 도출하는 방식을 사용하므로 별도의 실측 과정 또는 공구 동력계 등을 활용하지 않고도 실시간으로 추정된 절삭력을 통해 공구 마모도를 도출할 수 있는 장점을 가진다.The tool wear analysis method using real-time cutting force estimation of the present invention to solve the above-mentioned problems derives a regression relationship between tool cutting force and tool wear, and substitutes the estimated real-time cutting force of the tool into this regression relationship to determine tool wear. Since it uses a method to derive , it has the advantage of being able to derive tool wear through cutting force estimated in real time without using a separate actual measurement process or tool dynamometer.
또한 본 발명은 매우 정밀하고 정확한 공구 마모도 예측 결과를 제공할 수 있으며, 다양한 장비, 공구, 공정 조건에 따라 적용 분야를 용이하게 확장할 수 있다.Additionally, the present invention can provide very precise and accurate tool wear prediction results, and its field of application can be easily expanded according to various equipment, tools, and process conditions.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 절삭력 추정을 활용한 공구 마모도 분석방법의 각 과정을 나타낸 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 절삭력 추정을 활용한 공구 마모도 분석방법에 있어서, (a)단계의 세부 과정을 나타낸 도면;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 절삭력 추정을 활용한 공구 마모도 분석방법에 있어서, (a)단계에 의한 데이터 처리 과정을 예시하여 나타낸 도면;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 절삭력 추정을 활용한 공구 마모도 분석방법에 있어서, (b)단계의 세부 과정을 나타낸 도면;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 절삭력 추정을 활용한 공구 마모도 분석방법에 있어서, 일반 회귀분석 기법을 위해 공구 절삭력에 따른 공구 마모도 경향을 표시한 직교좌표평면을 예시하여 나타낸 도면; 및
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 절삭력 추정을 활용한 공구 마모도 분석방법에 있어서, Y절편 고정 회귀분석 기법을 위해 공구 절삭력에 따른 공구 마모도 경향을 표시한 직교좌표평면을 예시하여 나타낸 도면이다.1 is a diagram showing each process of a tool wear analysis method using real-time cutting force estimation according to an embodiment of the present invention;
Figure 2 is a diagram showing the detailed process of step (a) in the tool wear analysis method using real-time cutting force estimation according to an embodiment of the present invention;
Figure 3 is a diagram illustrating the data processing process in step (a) in the tool wear analysis method using real-time cutting force estimation according to an embodiment of the present invention;
Figure 4 is a diagram showing the detailed process of step (b) in the tool wear analysis method using real-time cutting force estimation according to an embodiment of the present invention;
Figure 5 is a diagram showing an example of a Cartesian coordinate plane displaying tool wear trends according to tool cutting force for a general regression analysis technique in a tool wear analysis method using real-time cutting force estimation according to an embodiment of the present invention; and
Figure 6 is a diagram showing an example of a Cartesian coordinate plane showing the tool wear trend according to tool cutting force for the Y-intercept fixed regression analysis method in the tool wear analysis method using real-time cutting force estimation according to an embodiment of the present invention. am.
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.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention, in which the object of the present invention can be realized in detail, will be described with reference to the attached drawings. In describing this embodiment, the same names and the same symbols are used for the same components, and additional description accordingly will be omitted.
본 발명에 따른 실시간 절삭력 추정을 활용한 공구 마모도 분석방법은 저장매체에 저장된 실시간 절삭력 추정을 활용한 공구 마모 분석용 프로그램이 설치된 컴퓨터의 프로세서를 통해 수행될 수 있다.The tool wear analysis method using real-time cutting force estimation according to the present invention can be performed through a processor of a computer installed with a tool wear analysis program using real-time cutting force estimation stored in a storage medium.
그리고 프로세서에 의해 구동된 실시간 절삭력 추정을 활용한 공구 마모 분석용 프로그램은 디스플레이 모듈 등 영상 출력장치를 통해 출력될 수 있으며, 사용자가 소유한 PC, 모바일 단말기 등에서 시각화된 그래픽 유저 인터페이스를 통해 가시적인 정보를 제공할 수 있다.In addition, the tool wear analysis program that utilizes real-time cutting force estimation driven by the processor can be output through an image output device such as a display module, and the information is visible through a graphical user interface visualized on the user's PC, mobile terminal, etc. can be provided.
특히 실시간 절삭력 추정을 활용한 공구 마모 분석용 프로그램이 저장된 저장매체는 이동식 디스크나 통신망을 이용하여 소정의 단말기에 설치될 수 있다.In particular, a storage medium storing a tool wear analysis program using real-time cutting force estimation can be installed in a certain terminal using a removable disk or a communication network.
즉 본 발명은 소프트웨어에 의한 정보 처리가 하드웨어를 통해 구체적으로 실현된다.In other words, in the present invention, information processing by software is concretely realized through hardware.
이하에서는 프로세서에 의해 수행되는 본 발명의 실시간 절삭력 추정을 활용한 공구 마모도 분석방법의 알고리즘에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, the algorithm of the tool wear analysis method using real-time cutting force estimation of the present invention performed by a processor will be described.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 절삭력 추정을 활용한 공구 마모도 분석방법의 각 과정을 나타낸 도면이다.Figure 1 is a diagram showing each process of a tool wear analysis method using real-time cutting force estimation according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 절삭력 추정을 활용한 공구 마모도 분석방법은, 공구 절삭력 및 공구 마모도의 로우 데이터를 수집하는 (a)단계, (a)단계를 통해 수집된 로우 데이터를 통해 공구 절삭력 및 공구 마모도의 회귀관계식을 도출하는 (b)단계, 공구의 실시간 절삭력을 추정하는 (c)단계 및 (c)단계에서 추정된 공구의 실시간 절삭력을 회귀관계식에 대입하여 공구 마모도를 도출하는 (d)단계를 포함한다.As shown in Figure 1, the tool wear analysis method using real-time cutting force estimation according to an embodiment of the present invention includes steps (a) and (a) of collecting raw data of tool cutting force and tool wear. Step (b) of deriving the regression equation of tool cutting force and tool wear through the collected raw data, step (c) of estimating the real-time cutting force of the tool, and substituting the real-time cutting force of the tool estimated in step (c) into the regression equation. This includes step (d) of deriving the tool wear.
먼저 (a)단계에서는, 공구 절삭력 및 공구 마모도의 로우 데이터를 각각 수집하고, 가공하는 과정이 이루어진다.First, in step (a), raw data of tool cutting force and tool wear are collected and processed.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 절삭력 추정을 활용한 공구 마모도 분석방법에 있어서, (a)단계의 세부 과정을 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 절삭력 추정을 활용한 공구 마모도 분석방법에 있어서, (a)단계에 의한 데이터 처리 과정을 예시하여 나타낸 도면이다.Figure 2 is a diagram showing the detailed process of step (a) in the tool wear analysis method using real-time cutting force estimation according to an embodiment of the present invention, and Figure 3 is a diagram showing real-time cutting force estimation according to an embodiment of the present invention. This is a diagram illustrating the data processing process in step (a) in the tool wear analysis method using .
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, (a)단계는 세부적으로 (a)단계는, 공구 절삭력의 로우 데이터를 수집하는 (a-1)단계, 공구 절삭력의 로우 데이터에 기 설정된 필터를 적용하여 가공하는 (a-2)단계 및 공구 마모도의 로우 데이터를 수집하는 (a-3)단계를 포함할 수 있다.As shown in Figures 2 and 3, step (a) is in detail, step (a-1) collects raw data of tool cutting force, and applies a preset filter to the raw data of tool cutting force. It may include a step (a-2) of processing and a step (a-3) of collecting raw data of tool wear.
즉 (a)단계는 도 3의 (A)와 같이 공구 절삭력의 로우 데이터를 수집한 뒤, 도 3의 (B)와 같이 기 설정된 필터를 적용하여 가공한다. 이때 사용되는 필터는 로우패스필터, 밴드패스필터 및 버터워스필터 중 적어도 어느 하나 이상이 적용될 수 있다.That is, in step (a), raw data of tool cutting force is collected as shown in (A) of FIG. 3 and then processed by applying a preset filter as shown in (B) of FIG. 3. At this time, the filter used may be at least one of a low-pass filter, a band-pass filter, and a Butterworth filter.
그리고 이와 같이 처리된 공구 절삭력의 로우 데이터에 대해, 도 3의 (C)와 같이 기 설정된 시간 간격으로 데이터 평균화를 진행하고, 각 가공 공정 별로 대표값을 추출하여 그래프 생성을 수행하고 추세를 확인하게 된다.And for the raw data of tool cutting force processed in this way, data averaging is performed at preset time intervals as shown in Figure 3 (C), representative values are extracted for each machining process, graph creation is performed, and trends are confirmed. do.
또한 이와 함께 도 4의 (D)와 같이, 공구 마모도에 대한 로우 데이터를 수집한다.Additionally, as shown in Figure 4 (D), raw data on tool wear is collected.
다음으로, (b)단계는, 이후 절삭력 추정 결과를 활용하여 공구 마모도를 도출하기 위해, (a)단계를 통해 수집된 로우 데이터를 통해 공구 절삭력 및 공구 마모도의 회귀관계식을 도출하는 과정이 이루어진다.Next, step (b) involves deriving a regression relationship between tool cutting force and tool wear through the raw data collected through step (a) in order to derive tool wear using the cutting force estimation results.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 절삭력 추정을 활용한 공구 마모도 분석방법에 있어서, (b)단계의 세부 과정을 나타낸 도면이다.Figure 4 is a diagram showing the detailed process of step (b) in the tool wear analysis method using real-time cutting force estimation according to an embodiment of the present invention.
도 4에 도시된 바와 같이, (b)단계는 세부적으로 공구 마모도를 직교좌표평면의 x축으로 설정하고, 공구 절삭력을 직교좌표평면의 y축으로 설정하는 (b-1)단계, (a)단계를 통해 수집된 로우 데이터로부터 공구 절삭력에 따른 공구 마모도를 산출하여 직교좌표평면 상에 배치하는 (b-2)단계 및 (b-2)단계에 의해 직교좌표평면 상에 배치된 공구 절삭력에 따른 공구 마모도 분포를 통해 회귀관계식을 도출하는 (b-3)단계를 포함할 수 있다.As shown in Figure 4, step (b) is step (b-1), (a) of setting the tool wear degree to the x-axis of the Cartesian coordinate plane in detail and setting the tool cutting force to the y-axis of the Cartesian coordinate plane. Steps (b-2) and (b-2) of calculating tool wear according to tool cutting force from the raw data collected through the step and placing it on the Cartesian coordinate plane. According to the tool cutting force placed on the Cartesian coordinate plane, It may include step (b-3) of deriving a regression relationship through the tool wear distribution.
즉 (b-1)단계 및 (b-2)단계는, (a)단계에 의해 수집된 로우 데이터에서 공구 절삭력에 따른 공구 마모도 값을 연동하여 직교좌표평면 상에 배치하게 되며, 이는 도 5에 도시된 결과와 같이 바와 같이 1차 함수에 근사한 경향성을 보이는 것을 확인할 수 있다.That is, in steps (b-1) and (b-2), the tool wear value according to the tool cutting force is linked to the raw data collected in step (a) and placed on the Cartesian coordinate plane, which is shown in Figure 5. As shown in the results, it can be seen that it shows a tendency to approximate a linear function.
따라서 (b-3)단계에서의 회귀관계식은,Therefore, the regression equation in step (b-3) is,
(Fres: 공구 절삭력, VB: 공구 마모도, a, b: 상수)(F res : tool cutting force, VB: tool wear, a, b: constant)
와 같이 일반 회귀분석 수식으로 표현될 수 있다. 이때 a값은 공구 절삭력에 따른 공구 마모도 분포 경향의 기울기이며. b값은 공구 절삭력의 초기값으로 설정된다.It can be expressed as a general regression analysis formula as follows. At this time, the a value is the slope of the tool wear distribution tendency according to the tool cutting force. The b value is set as the initial value of the tool cutting force.
즉 일반 회귀분석 기법을 적용할 경우 위와 같은 회귀관계식에 각 상수와 추정된 공구 절삭력 값을 대입하여 공구 마모도를 도출하게 된다.In other words, when applying the general regression analysis technique, the degree of tool wear is derived by substituting each constant and the estimated tool cutting force value into the above regression equation.
한편 공구 절삭력 초기값은, 기 공지된 시뮬레이션 기법을 통해 모식될 수 있으며, 이와 같은 경우 공구 절삭력 초기값 시뮬레이션 결과를 직교좌표평면의 Y절편으로 하여 고정 인자로서 활용이 가능하다.Meanwhile, the initial value of the tool cutting force can be modeled through a known simulation technique, and in this case, the initial value of the tool cutting force can be used as a fixed factor by using the simulation result of the initial value of the tool cutting force as the Y-intercept of the Cartesian coordinate plane.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 절삭력 추정을 활용한 공구 마모도 분석방법에 있어서, Y절편 회귀분석 기법을 위해 공구 절삭력에 따른 공구 마모도 경향을 표시한 직교좌표평면을 예시하여 나타낸 도면이다.Figure 6 is a diagram showing an example of a Cartesian coordinate plane showing the trend of tool wear according to tool cutting force for the Y-intercept regression analysis method in the tool wear analysis method using real-time cutting force estimation according to an embodiment of the present invention. .
이와 같은 경우, 상기 (b-3)단계는,In this case, step (b-3) is,
(Fthres: 공구 절삭력, VBthres: 공구 마모도, Kwear: 절삭계수, Fsim: 공구 절삭력 시뮬레이션 도출값)(F thres : tool cutting force, VB thres : tool wear, K wear : cutting coefficient, F sim : tool cutting force simulation derived value)
와 같이 Y절편 고정 회귀분석 수식으로 표현될 수 있다.It can be expressed as a Y-intercept fixed regression analysis formula as follows.
즉 Y절편 고정 회귀분석 기법을 적용할 경우 위와 같은 회귀관계식에 추정된 공구 절삭력, 절삭계수 및 공구 절삭력 시뮬레이션 도출값을 대입하여 공구 마모도를 도출하게 된다.In other words, when applying the Y-intercept fixed regression analysis technique, tool wear is derived by substituting the estimated tool cutting force, cutting coefficient, and tool cutting force simulation-derived values into the above regression equation.
도 5 및 도 6에서 예시된 각 직교좌표평면에서 도출된 회귀관계식의 각 인자 값은, 다음의 표 1에 나타난다.The values of each factor of the regression equation derived from each orthogonal coordinate plane illustrated in FIGS. 5 and 6 are shown in Table 1 below.
이상과 같은 과정을 거쳐 공구 마모회귀관계식이 도출되며, 이하에서는 공구의 실시간 절삭력을 추정하는 (c)단계와, 이와 같은 (c)단계에서 추정된 공구의 실시간 절삭력을 회귀관계식에 대입하여 공구 마모도를 도출하는 (d)단계가 각각 수행된다.The tool wear regression equation is derived through the above process. In the following, the real-time cutting force of the tool is estimated in step (c), and the real-time cutting force of the tool estimated in step (c) is substituted into the regression equation to determine the tool wear. Step (d) of deriving is performed respectively.
여기서 (c)단계는, 공구가 장착되는 스핀들 모터의 소비전류를 통해 공구 절삭력을 추정하는 방법이 사용될 수도 있으며, 또는 공작기계의 이송축 모터 전류 변화를 통해 공구 절삭력을 추정하는 방법이 사용될 수도 있다.Here, in step (c), a method of estimating the tool cutting force through the current consumption of the spindle motor on which the tool is mounted may be used, or a method of estimating the tool cutting force through the change in current of the feed axis motor of the machine tool may be used. .
공구가 장착되는 스핀들 모터의 소비전류를 통해 공구 절삭력을 추정하는 방법의 경우, 전류센서를 통해 스핀들 모터의 소비전류를 취득하여 절삭력을 추정하는 방식이다.In the case of the method of estimating the tool cutting force through the current consumption of the spindle motor on which the tool is mounted, the cutting force is estimated by acquiring the current consumption of the spindle motor through a current sensor.
또한 공작기계의 이송축 모터 전류 변화를 통해 공구 절삭력을 추정하는 방법은, 세부적으로 공작기계의 복수 개의 이송축에 대한 기초 3상 전류값을 획득하고, 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 산출한다.In addition, the method of estimating the tool cutting force through the change in the motor current of the feed axis of the machine tool is to obtain the basic three-phase current values for the plurality of feed axes of the machine tool in detail, and to obtain the basic three-phase current values for the obtained plurality of feed axes. To each phase constituting the current value, a band-pass filter is applied to derive the current value required only for actual machining of the machine tool to calculate the filtered three-phase current value.
그리고 이와 같은 과정에 의해 산출된 필터드 3상 전류값을 각 이송축 별로 합성하여 합성 전류값을 산출한 뒤, 이송축 별 합성 전류값을 통해 실효값(RMS, Root Mean Square)을 산출하고, 공작기계 각 축의 절삭력을 산출하여 최종적으로 공작기계의 통합 절삭력을 산출하는 과정이 각각 수행될 수 있다.Then, the filtered three-phase current values calculated through this process are combined for each transport axis to calculate the composite current value, and then the effective value (RMS, Root Mean Square) is calculated through the composite current value for each transport axis, The process of calculating the cutting force of each axis of the machine tool and finally calculating the integrated cutting force of the machine tool can be performed separately.
이와 같이, 본 발명은 공구 절삭력 및 공구 마모도의 회귀관계식을 도출하고, 추정된 공구의 실시간 절삭력을 회귀관계식에 대입하여 공구 마모도를 도출하는 방식을 사용하므로 별도의 실측 과정 또는 공구 동력계 등을 활용하지 않고도 실시간으로 추정된 절삭력을 통해 공구 마모도를 도출할 수 있다.As such, the present invention uses a method of deriving a regression relationship between tool cutting force and tool wear, and substituting the estimated real-time cutting force of the tool into the regression relationship to derive tool wear, without using a separate actual measurement process or tool dynamometer. Tool wear can be derived through cutting force estimated in real time.
이는 매우 정밀하고 정확한 공구 마모도 예측 결과를 제공할 수 있으며, 다양한 장비, 공구, 공정 조건에 따라 적용 분야를 용이하게 확장할 수 있다.This can provide very precise and accurate tool wear prediction results, and the application field can be easily expanded according to various equipment, tools, and process conditions.
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.As described above, preferred embodiments according to the present invention have been examined, and the fact that the present invention can be embodied in other specific forms in addition to the embodiments described above without departing from the spirit or scope thereof is recognized by those skilled in the art. It is self-evident to them. Therefore, the above-described embodiments are to be regarded as illustrative and not restrictive, and accordingly, the present invention is not limited to the above description but may be modified within the scope of the appended claims and their equivalents.
Claims (8)
공구 절삭력 및 공구 마모도의 로우 데이터를 수집하는 (a)단계;
상기 (a)단계를 통해 수집된 로우 데이터를 통해 공구 절삭력 및 공구 마모도의 회귀관계식을 도출하는 (b)단계;
공구의 실시간 절삭력을 추정하는 (c)단계; 및
상기 (c)단계에서 추정된 공구의 실시간 절삭력을 상기 회귀관계식에 대입하여 공구 마모도를 도출하는 (d)단계;
를 포함하며,
상기 (c)단계는,
공구가 장착되는 스핀들 모터의 소비전류를 통해 공구 절삭력을 추정하는 방법 또는 공작기계의 이송축 모터 전류 변화를 통해 공구 절삭력을 추정하는 방법 중 어느 하나를 적용하되,
상기 공작기계의 이송축 모터 전류 변화를 통해 공구 절삭력을 추정하는 방법은,
공작기계의 복수 개의 이송축에 대한 기초 3상 전류값을 획득하는 과정;
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 과정;
상기 필터드 3상 전류값을 각 이송축 별로 합성하여 합성 전류값을 산출하는 과정;
이송축 별 합성 전류값을 통해 실효값(RMS, Root Mean Square)을 산출하는 과정; 및
공작기계 각 축의 절삭력을 산출하여 공작기계의 통합 절삭력을 산출하는 과정;
을 포함하는,
실시간 절삭력 추정을 활용한 공구 마모도 분석방법.In the tool wear analysis method performed by a computer processor,
Step (a) of collecting raw data of tool cutting force and tool wear;
Step (b) of deriving a regression relationship between tool cutting force and tool wear through the raw data collected through step (a);
Step (c) of estimating the real-time cutting force of the tool; and
Step (d) of deriving tool wear by substituting the real-time cutting force of the tool estimated in step (c) into the regression equation;
Includes,
In step (c),
Apply either a method of estimating the tool cutting force through the current consumption of the spindle motor on which the tool is mounted or a method of estimating the tool cutting force through the change in current of the feed axis motor of the machine tool.
The method of estimating the tool cutting force through the change in current of the feed shaft motor of the machine tool is:
A process of acquiring basic three-phase current values for a plurality of transport axes of a machine tool;
A process of calculating a filtered three-phase current value by applying a band-pass filter to each phase constituting the basic three-phase current value for a plurality of transport axes to derive the current value required only for actual machining of the machine tool;
A process of calculating a composite current value by combining the filtered three-phase current values for each transport axis;
The process of calculating the root mean square (RMS) through the composite current value for each transport axis; and
The process of calculating the integrated cutting force of the machine tool by calculating the cutting force of each axis of the machine tool;
Including,
Tool wear analysis method using real-time cutting force estimation.
상기 (a)단계는,
공구 절삭력의 로우 데이터를 수집하는 (a-1)단계;
상기 공구 절삭력의 로우 데이터에 기 설정된 필터를 적용하여 가공하는 (a-2)단계; 및
공구 마모도의 로우 데이터를 수집하는 (a-3)단계;
를 포함하는,
실시간 절삭력 추정을 활용한 공구 마모도 분석방법.According to paragraph 1,
In step (a),
Step (a-1) of collecting raw data of tool cutting force;
Step (a-2) of processing by applying a preset filter to the raw data of the tool cutting force; and
Step (a-3) of collecting raw data of tool wear;
Including,
Tool wear analysis method using real-time cutting force estimation.
상기 (b)단계는,
공구 마모도를 직교좌표평면의 x축으로 설정하고, 공구 절삭력을 직교좌표평면의 y축으로 설정하는 (b-1)단계;
상기 (a)단계를 통해 수집된 로우 데이터로부터 공구 절삭력에 따른 공구 마모도를 산출하여 직교좌표평면 상에 배치하는 (b-2)단계; 및
상기 (b-2)단계에 의해 직교좌표평면 상에 배치된 공구 절삭력에 따른 공구 마모도 분포를 통해 회귀관계식을 도출하는 (b-3)단계;
를 포함하는,
실시간 절삭력 추정을 활용한 공구 마모도 분석방법.According to paragraph 1,
In step (b),
Step (b-1) of setting the tool wear degree to the x-axis of the Cartesian coordinate plane and setting the tool cutting force to the y-axis of the Cartesian coordinate plane;
Step (b-2) of calculating tool wear according to tool cutting force from the raw data collected through step (a) and placing it on a Cartesian coordinate plane; and
Step (b-3) of deriving a regression equation through the tool wear distribution according to the tool cutting force placed on the Cartesian coordinate plane in step (b-2);
Including,
Tool wear analysis method using real-time cutting force estimation.
상기 (b-3)단계는,
(Fres: 공구 절삭력, VB: 공구 마모도, a, b: 상수)
의 회귀관계식을 도출하는,
실시간 절삭력 추정을 활용한 공구 마모도 분석방법.According to paragraph 3,
In step (b-3),
(F res : tool cutting force, VB: tool wear, a, b: constant)
Deriving the regression relationship of
Tool wear analysis method using real-time cutting force estimation.
상기 회귀관계식에서,
a값은 공구 절삭력에 따른 공구 마모도 분포 경향의 기울기이며.
b값은 공구 절삭력의 초기값으로 설정되는,
실시간 절삭력 추정을 활용한 공구 마모도 분석방법.According to paragraph 4,
In the above regression equation,
The a value is the slope of the tool wear distribution trend according to the tool cutting force.
The b value is set as the initial value of the tool cutting force,
Tool wear analysis method using real-time cutting force estimation.
상기 (b-3)단계는,
(Fthres: 공구 절삭력, VBthres: 공구 마모도, Kwear: 절삭계수, Fsim: 공구 절삭력 시뮬레이션 도출값)
의 회귀관계식을 도출하는,
실시간 절삭력 추정을 활용한 공구 마모도 분석방법.According to paragraph 3,
In step (b-3),
(F thres : tool cutting force, VB thres : tool wear, K wear : cutting coefficient, F sim : tool cutting force simulation derived value)
Deriving the regression relationship of
Tool wear analysis method using real-time cutting force estimation.
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