KR102643798B1 - 이송축 전류 특성을 고려한 공작기계의 절삭력 추정방법 - Google Patents

이송축 전류 특성을 고려한 공작기계의 절삭력 추정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 이송축 전류 특성을 고려한 공작기계의 절삭력 추정방법은, 컴퓨터의 프로세서에 의해 수행되는 공작기계의 절삭력 추정방법에 있어서, 공작기계를 통해 가공을 수행하는 과정에서, 상기 공작기계의 복수 개의 이송축에 대한 절삭력 크기 변화량 및 전류 변화량 간의 선형 관계식을 도출하는 (a)단계, 상기 (a)단계를 n회 수행하여 도출된 n개의 상기 선형 관계식의 기울기와 Y절편 값을 데이터베이스화하는 (b)단계 및 상기 (b)단계에 의해 구축된 데이터베이스를 기반으로 하여, 공작기계를 통해 가공을 수행하는 과정에서 각 이송축의 이송 속도와 가공 형태에 대응되는 선형 관계 인자를 추출하여 도출한 선형 관계식을 적용함에 따라 공작기계의 절삭력을 추정하는 (c)단계를 포함한다.

Description

이송축 전류 특성을 고려한 공작기계의 절삭력 추정방법{Cutting Force Estimating Method of Machine Tool Considering Feed Axis Current Characteristics}
본 발명은 공작기계의 절삭력을 추정하기 위한 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공작기계의 복수 개의 이송축에 대한 절삭력 크기 변화량 및 전류 변화량 간의 선형 관계식을 데이터베이스화하고, 이를 실시간으로 추출하여 적용함에 따라 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 위치나 구조, 이송 속도, 가공 형태가 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 구조나 이송 속도, 가공 형태에 따라 동일한 가공 부하에 대응하는 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 이송축 전류 특성을 고려한 공작기계의 절삭력 추정방법은, 컴퓨터의 프로세서에 의해 수행되는 공작기계의 절삭력 추정방법에 있어서, 공작기계를 통해 가공을 수행하는 과정에서, 상기 공작기계의 복수 개의 이송축에 대한 절삭력 크기 변화량 및 전류 변화량 간의 선형 관계식을 도출하는 (a)단계, 상기 (a)단계를 n회 수행하여 도출된 n개의 상기 선형 관계식의 기울기와 Y절편 값을 데이터베이스화하는 (b)단계 및 상기 (b)단계에 의해 구축된 데이터베이스를 기반으로 하여, 공작기계를 통해 가공을 수행하는 과정에서 각 이송축의 이송 속도와 가공 형태에 대응되는 선형 관계 인자를 추출하여 도출한 선형 관계식을 적용함에 따라 공작기계의 절삭력을 추정하는 (c)단계를 포함한다.
이때 상기 (a)단계는, 상기 공작기계의 날당 이송, 가공 폭을 동일하게 유지하며 가공 깊이, 이송 속도 및 스핀들 회전 속도를 가변시켜 상기 공작기계의 절삭력 크기 변화량 및 상기 공작기계의 이송축 전류 변화량 간의 선형 관계식을 도출하도록 할 수 있다.
또한 상기 (a)단계는, 상기 공작기계의 복수 개의 이송축에 대한 기초 3상 전류값을 획득하는 (a-1)단계, 상기 (a-1)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 (a-2)단계, 상기 (a-2)단계에 의해 산출된 필터드 3상 전류값을 각 이송축 별로 합성하여 합성 전류값을 산출하는 (a-3)단계, 상기 (a-3)단계에 의해 산출된 이송축 별 합성 전류값을 통해 실효값(RMS, Root Mean Square)을 산출하는 (a-4)단계 및 상기 (a-4)단계에 의해 산출된 이송축 별 실효값을 통해 그래프를 구축하고, 선형회귀분석(Linear Regression)을 통해 상기 공작기계의 복수 개의 이송축에 대한 절삭력 크기 변화량 및 전류 변화량 간의 선형 방정식을 도출하는 (a-5)단계를 포함할 수 있다.
그리고 상기 (a-2)단계의 상기 밴드 패스 필터는, 상기 공작기계에 구비된 공구의 초당 회전속도를 산출하는 (a-2-1)단계, 상기 공구의 초당 회전속도에 공구의 날 수를 곱하여 패싱 빈도값을 산출하는 (a-2-2)단계, 상기 (a-2-2)단계에 의해 산출된 패싱 빈도값의 기 설정된 비율을 상기 패싱 빈도값에 합산하여 상기 밴드 패스 필터의 상위 리미트를 설정하는 (a-2-3)단계 및 상기 (a-2-2)단계에 의해 산출된 패싱 빈도값의 기 설정된 비율을 상기 패싱 빈도값에 감산하여 상기 밴드 패스 필터의 하위 리미트를 설정하는 (a-2-4)단계에 의해 산출될 수 있다.
더불어 상기 (a-3)단계는, 필터드 3상 전류값 각각을 제곱하여 합산하는 (a-3-1)단계, 상기 (a-3-1)단계의 결과값을 상의 개수로 나누는 (a-3-2)단계 및 상기 (a-3-2)단계의 결과값에 대한 제곱근을 취하여 합성 전류값을 산출하는 (a-3-3)단계를 포함할 수 있다.
한편 상기 (b)단계는, 상기 선형 관계식의 기울기와 Y절편 값을 각 축의 이송속도 구간 별로 구분하여 데이터베이스화할 수 있다.
또한 이와 같은 경우 상기 (c)단계는, 각 축의 이송속도 구간 별로 서로 다른 선형 관계 인자를 추출하도록 할 수 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 이송축 전류 특성을 고려한 공작기계의 절삭력 추정방법은, 공작기계의 구조나 이송 속도, 가공 형태에 따라 동일한 가공 부하에 대응하는 전류값이 달라지는 문제를 보완하여 공작기계의 절삭력을 보다 정확하고 정밀하게 산출할 수 있는 알고리즘을 제공할 수 있는 장점이 있다.
특히 본 발명은 공작기계의 복수 개의 이송축에 대한 절삭력 크기 변화량 및 전류 변화량 간의 선형 관계식을 데이터베이스화하고, 이를 실시간으로 추출하여 적용할 수 있으므로 적용할 공작기계의 구성 장치들에 대한 규격 정보를 전혀 모르는 상황에서도 활용이 가능하며, 대부분의 가공 업체들에서 보유하여 생산에 이용하고 있는 구형 공작기계에도 용이하게 적용이 가능하다는 장점을 가진다.
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 이송축 전류 특성을 고려한 공작기계의 절삭력 추정방법의 각 과정을 나타낸 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이송축 전류 특성을 고려한 공작기계의 절삭력 추정방법에 있어서, (a)단계의 세부 과정을 나타낸 도면;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이송축 전류 특성을 고려한 공작기계의 절삭력 추정방법에 있어서, (a-2)단계의 세부 과정을 나타낸 도면;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이송축 전류 특성을 고려한 공작기계의 절삭력 추정방법에 있어서, (a-3)단계의 세부 과정을 나타낸 도면;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이송축 전류 특성을 고려한 공작기계의 절삭력 추정방법에 있어서, 복수 개의 이송축에 대한 절삭력 크기 변화량 및 전류 변화량 간의 선형 방정식을 도출하기 위해 구축한 각 이송축 별 그래프를 나타낸 도면;
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이송축 전류 특성을 고려한 공작기계의 절삭력 추정방법에 있어서, (c)단계를 통해 공작기계의 절삭력을 추정하는 과정을 나타낸 도면; 및
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이송축 전류 특성을 고려한 공작기계의 절삭력 추정방법에 의해 추정된 절삭력을 공구동력계로 측정한 절삭력 및 이송 모터 전류와 모터 상수를 이용하여 추정한 절삭력과 비교한 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.
본 발명에 따른 이송축 전류 특성을 고려한 공작기계의 절삭력 추정방법은 저장매체에 저장된 이송축 전류 특성을 고려한 공작기계의 절삭력 추정용 프로그램이 설치된 컴퓨터의 프로세서를 통해 수행될 수 있다.
그리고 프로세서에 의해 구동된 이송축 전류 특성을 고려한 공작기계의 절삭력 추정용 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.
특히 이송축 전류 특성을 고려한 공작기계의 절삭력 추정용 프로그램이 저장된 저장매체는 이동식 디스크나 통신망을 이용하여 소정의 단말기에 설치될 수 있다.
즉 본 발명은 소프트웨어에 의한 정보 처리가 하드웨어를 통해 구체적으로 실현된다.
그리고 본 발명은 공급 전류값을 이용하여, 공작기계의 구조나 이송 속도, 가공 형태에 따라 동일한 가공 부하에 대응하는 전류값이 달라지는 문제를 보완함에 따라 공작기계의 절삭력을 보다 정확하고 정밀하게 산출할 수 있는 알고리즘을 제공한다.
이하에서는 프로세서에 의해 수행되는 본 발명의 이송축 전류 특성을 고려한 공작기계의 절삭력 추정방법의 알고리즘에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이송축 전류 특성을 고려한 공작기계의 절삭력 추정방법의 각 과정을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이송축 전류 특성을 고려한 공작기계의 절삭력 추정방법은, 공작기계를 통해 가공을 수행하는 과정에서, 공작기계의 복수 개의 이송축에 대한 절삭력 크기 변화량 및 전류 변화량 간의 선형 관계식을 도출하는 (a)단계, (a)단계를 n회 수행하여 도출된 n개의 선형 관계식의 기울기와 Y절편 값을 데이터베이스화하는 (b)단계 및 (b)단계에 의해 구축된 데이터베이스를 기반으로 하여, 공작기계를 통해 가공을 수행하는 과정에서 각 이송축의 이송 속도와 가공 형태에 대응되는 선형 관계 인자를 추출하여 도출한 선형 관계식을 적용함에 따라 공작기계의 절삭력을 추정하는 (c)단계를 포함한다.
이하에서는 이들 각 단계에 대해 자세히 설명하도록 한다.
한편 본 실시예에 있어, 가공 소재의 재질은 어느 것이어도 무방하나 실제 가공에서 주로 사용하는 소재로 선정하는 것이 바람직하며, 소재의 형상은 사각형의 형상에 상면이 한쪽 방향으로 경사를 갖는 형태로 제작된 형태가 적용될 수 있다.
먼저, (a)단계에서는 공작기계의 날당 이송, 가공 폭을 동일하게 유지하며 가공 깊이, 이송 속도 및 스핀들 회전 속도를 가변시켜 공작기계의 절삭력 크기 변화량 및 공작기계의 이송축 전류 변화량 간의 선형 관계식을 도출하도록 한다.
이때, 위에서 서술한 사각형의 형상에 상면이 한쪽 방향으로 경사를 갖는 형태로 제작된 소재가 갖는 효과로 인해, 공작기계의 날당 이송, 가공 폭의 변화가 없는 상태임에도 가공 중에 가공 깊이가 변화함에 따라 가공 부하의 변화를 갖게 된다.
이와 같이 하는 이유는, 이송 속도 변화에 따른 가공 부하 변화에 대한 절삭력 및 이송축 전류 간의 관계 변화를 파악하기 위한 것이기 때문이다.
즉 본 실시예에서 이송 속도 조건은 해당 공작기계의 이송축 모터 전류 변화 특성을 정확하게 파악할 수 있도록 적절한 간격으로 설정하되, 해당 공작기계에서 제품 가공 시 주로 사용하는 이송 속도 범위가 충분히 포함될 수 있도록 실험 조건의 범위를 설정할 수 있다.
그리고 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이송축 전류 특성을 고려한 공작기계의 절삭력 추정방법에 있어서, (a)단계의 세부 과정을 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이 (a)단계는, 공작기계의 복수 개의 이송축에 대한 기초 3상 전류값을 획득하는 (a-1)단계, (a-1)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 (a-2)단계, (a-2)단계에 의해 산출된 필터드 3상 전류값을 각 이송축 별로 합성하여 합성 전류값을 산출하는 (a-3)단계, (a-3)단계에 의해 산출된 이송축 별 합성 전류값을 통해 실효값(RMS, Root Mean Square)을 산출하는 (a-4)단계 및 (a-4)단계에 의해 산출된 이송축 별 실효값을 통해 그래프를 구축하고, 선형회귀분석(Linear Regression)을 통해 공작기계의 복수 개의 이송축에 대한 절삭력 크기 변화량 및 전류 변화량 간의 선형 방정식을 도출하는 (a-5)단계를 포함할 수 있다.
먼저, (a-1)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.
다음으로, (a-2)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 (a-2)단계를 통해 밴드 패스 필터 처리를 수행함으로써 대체할 수 있다.
한편 밴드 패스 필터는, 도 3에 나타난 각 과정을 거쳐 산출될 수 있다.
밴드 패스 필터를 산출하기 위해서는 먼저, 공작기계에 구비된 공구의 초당 회전속도를 산출하는 (a-2-1)단계가 수행되며, 다음으로 (a-2-1)단계를 통해 산출된 공구의 초당 회전속도에 공구의 날 수를 곱하여 패싱 빈도값을 산출하는 (a-2-2)단계가 수행된다.
그리고 (a-2-2)단계에 의해 산출된 패싱 빈도값의 기 설정된 비율을 패싱 빈도값에 합산하여 밴드 패스 필터의 상위 리미트를 설정하는 (a-2-3)단계와, (a-2-2)단계에 의해 산출된 패싱 빈도값의 기 설정된 비율을 패싱 빈도값에 감산하여 상기 밴드 패스 필터의 하위 리미트를 설정하는 (a-2-4)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.
다시 도 2를 참조하면, (a-3)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 도 4에 도시된 바와 같이 구체적으로 (a-3)단계는, 필터드 3상 전류값 각각을 제곱하여 합산하는 (a-3-1)단계, (a-3-1)단계의 결과값을 상의 개수로 나누는 (a-3-2)단계 및 (a-3-2)단계의 결과값에 대한 제곱근을 취하여 합성 전류값을 산출하는 (a-3-3)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.
다시 도 2를 참조하면, (a-4)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.
다음으로, (a-5)단계에서는 (a-4)단계에 의해 산출된 이송축 별 실효값을 통해 그래프를 구축하고, 선형회귀분석(Linear Regression)을 통해 공작기계의 복수 개의 이송축에 대한 절삭력 크기 변화량 및 전류 변화량 간의 선형 방정식을 도출하는 과정이 수행된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이송축 전류 특성을 고려한 공작기계의 절삭력 추정방법에 있어서, 복수 개의 이송축에 대한 절삭력 크기 변화량 및 전류 변화량 간의 선형 방정식을 도출하기 위해 구축한 각 이송축 별 그래프를 나타낸 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 과정에서는 신호 처리된 X방향 절삭력과 전류, Y방향 절삭력과 전류 데이터를 이용하여 그래프를 그리고, 선형회귀분석을 통하여 절삭력과 전류 사이의 선형 방정식을 구하게 된다. 이때 최소자승법(Least Square Method)를 적용할 수 있다.
도 5에 나타난 각 그래프에 기재된 선형 방정식에서, a는 그래프의 기울기를 의미하며, I는 전류값, 그리고 b는 y절편을 의미한다.
이와 같은 (a)단계 이후에는, (a)단계를 n회 수행하여 도출된 n개의 선형 관계식의 기울기와 Y절편 값을 데이터베이스화하는 (b)단계가 수행된다.
본 과정에서는 X축 및 Y축 각각에 대하여 절삭력 크기 변화량 및 전류 변화량 관계에 대하여 선형 피팅한 결과물인 기울기 값과 Y절편 값을 이송 속도, 가공 형태(단축 이송 가공, 두축 동시 이송 가공)를 포함하는 가공 조건 별로 테이블 형태의 데이터베이스를 구축하게 된다.
이하의 표 1은, 이와 같은 방법으로 구축된 데이터베이스의 예시를 나타낸 것이다.
이때 표 1에 나타난 바와 같이, 본 실시예에서 (b)단계는 선형 관계식의 기울기와 Y절편 값을 각 축의 이송속도 구간 별로 구분하여 데이터베이스화할 수 있다.
다음으로, 이와 같은 (b)단계에 의해 구축된 데이터베이스를 기반으로 하여, 공작기계를 통해 가공을 수행하는 과정에서 각 이송축의 이송 속도와 가공 형태에 대응되는 선형 관계 인자를 추출하여 도출한 선형 관계식을 적용함에 따라 공작기계의 절삭력을 추정하는 (c)단계가 수행된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이송축 전류 특성을 고려한 공작기계의 절삭력 추정방법에 있어서, (c)단계를 통해 공작기계의 절삭력을 추정하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, (c)단계에서는 가공에 사용하는 가공 장비에 대해, 데이터베이스로부터 실시간으로 이송 속도 및 가공 형태에 맞는 절삭력 크기 변화량 및 이송축 전류 변화량 간의 선형 관계 인자(기울기, Y절편)를 적용하여 절삭력을 추정하게 된다.
이때 (c)단계는, 각 축의 이송속도 구간 별로 서로 다른 선형 관계 인자를 추출하도록 할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이송축 전류 특성을 고려한 공작기계의 절삭력 추정방법에 의해 추정된 절삭력을 공구동력계로 측정한 절삭력 및 이송 모터 전류와 모터 상수를 이용하여 추정한 절삭력과 비교한 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 이송 모터 전류와 모터 상수를 이용하여 추정한 절삭력 그래프는 공구동력계로 측정한 절삭력 그래프와 큰 차이를 보이나, 본 발명의 일 실시예에 따른 이송축 전류 특성을 고려한 공작기계의 절삭력 추정방법에 의해 추정된 절삭력 그래프는 공구동력계로 측정한 절삭력 그래프와 거의 동일한 양상을 보이는 것을 확인할 수 있다.
즉 본 발명은 공작기계의 구조나 이송 속도, 가공 형태에 따라 동일한 가공 부하에 대응하는 전류값이 달라지는 문제를 보완하여 공작기계의 절삭력을 보다 정확하고 정밀하게 산출할 수 있는 알고리즘을 제공한다.
특히 본 발명은 공작기계의 복수 개의 이송축에 대한 절삭력 크기 변화량 및 전류 변화량 간의 선형 관계식을 데이터베이스화하고, 이를 실시간으로 추출하여 적용할 수 있으므로 적용할 공작기계의 구성 장치들에 대한 규격 정보를 전혀 모르는 상황에서도 활용이 가능하며, 대부분의 가공 업체들에서 보유하여 생산에 이용하고 있는 구형 공작기계에도 용이하게 적용이 가능하다.
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.

Claims (7)

  1. 컴퓨터의 프로세서에 의해 수행되는 공작기계의 절삭력 추정방법에 있어서,
    공작기계를 통해 절삭력 추정에 특화된 형상의 가공 소재에 대한 가공을 수행하는 과정에서, 상기 공작기계의 복수 개의 이송축에 대한 절삭력 크기 변화량 및 전류 변화량 간의 선형 관계식을 도출하는 (a)단계;
    상기 (a)단계를 n회 수행하여 도출된 n개의 상기 선형 관계식의 기울기와 Y절편 값을 데이터베이스화하는 (b)단계; 및
    상기 (b)단계에 의해 구축된 데이터베이스를 기반으로 하여, 공작기계를 통해 가공을 수행하는 과정에서 각 이송축의 이송 속도와 가공 형태에 대응되는 선형 관계 인자를 추출하여 도출한 선형 관계식을 적용함에 따라 공작기계의 절삭력을 추정하는 (c)단계;
    를 포함하며,
    상기 가공 소재로는,
    상기 공작기계의 날당 이송, 가공 폭의 변화가 없는 상태에서 가공 중에 가공 깊이가 변화함에 따라 가공 부하의 변화가 발생하는 효과가 나타날 수 있도록 사각형의 형상에 상면이 한쪽 방향으로 경사를 가지는 형태가 적용되고,
    상기 (a)단계는,
    상기 공작기계의 날당 이송, 가공 폭을 동일하게 유지하며 가공 깊이, 이송 속도 및 스핀들 회전 속도를 가변시켜 상기 공작기계의 절삭력 크기 변화량 및 상기 공작기계의 이송축 전류 변화량 간의 선형 관계식을 도출하도록 하는,
    이송축 전류 특성을 고려한 공작기계의 절삭력 추정방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (a)단계는,
    상기 공작기계의 복수 개의 이송축에 대한 기초 3상 전류값을 획득하는 (a-1)단계;
    상기 (a-1)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 (a-2)단계;
    상기 (a-2)단계에 의해 산출된 필터드 3상 전류값을 각 이송축 별로 합성하여 합성 전류값을 산출하는 (a-3)단계;
    상기 (a-3)단계에 의해 산출된 이송축 별 합성 전류값을 통해 실효값(RMS, Root Mean Square)을 산출하는 (a-4)단계; 및
    상기 (a-4)단계에 의해 산출된 이송축 별 실효값을 통해 그래프를 구축하고, 선형회귀분석(Linear Regression)을 통해 상기 공작기계의 복수 개의 이송축에 대한 절삭력 크기 변화량 및 전류 변화량 간의 선형 방정식을 도출하는 (a-5)단계;
    를 포함하는,
    이송축 전류 특성을 고려한 공작기계의 절삭력 추정방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 (a-2)단계의 상기 밴드 패스 필터는,
    상기 공작기계에 구비된 공구의 초당 회전속도를 산출하는 (a-2-1)단계;
    상기 공구의 초당 회전속도에 공구의 날 수를 곱하여 패싱 빈도값을 산출하는 (a-2-2)단계;
    상기 (a-2-2)단계에 의해 산출된 패싱 빈도값의 기 설정된 비율을 상기 패싱 빈도값에 합산하여 상기 밴드 패스 필터의 상위 리미트를 설정하는 (a-2-3)단계; 및
    상기 (a-2-2)단계에 의해 산출된 패싱 빈도값의 기 설정된 비율을 상기 패싱 빈도값에 감산하여 상기 밴드 패스 필터의 하위 리미트를 설정하는 (a-2-4)단계;
    에 의해 산출되는,
    이송축 전류 특성을 고려한 공작기계의 절삭력 추정방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 (a-3)단계는,
    필터드 3상 전류값 각각을 제곱하여 합산하는 (a-3-1)단계;
    상기 (a-3-1)단계의 결과값을 상의 개수로 나누는 (a-3-2)단계; 및
    상기 (a-3-2)단계의 결과값에 대한 제곱근을 취하여 합성 전류값을 산출하는 (a-3-3)단계;
    를 포함하는,
    이송축 전류 특성을 고려한 공작기계의 절삭력 추정방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 (b)단계는,
    상기 선형 관계식의 기울기와 Y절편 값을 각 축의 이송속도 구간 별로 구분하여 데이터베이스화하는,
    이송축 전류 특성을 고려한 공작기계의 절삭력 추정방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 (c)단계는,
    각 축의 이송속도 구간 별로 서로 다른 선형 관계 인자를 추출하도록 하는,
    이송축 전류 특성을 고려한 공작기계의 절삭력 추정방법.
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