KR20060031356A - 자동공작장치용 최적가공 컨트롤러와 상기 컨트롤러가설치된 자동공작장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동공작장치용 최적가공 컨트롤러와 이 컨트롤러가 설치된 자동공작장치에 에 관한 것이며, 최적화된 NC데이터에 따라 가공을 제어하는 특히 컨트롤러 및 가공을 수행하는 자동공작장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 자동공작장치용 최적가공 컨트롤러는, NC데이터에 따라 피가공물을 가공하는 자동공작장치용 컨트롤러로서,

NC데이터가 입력되는 데이터입력부와;

가공상황에 따른 최적의 가공데이터가 저장되어 있는 데이터베이스저장부와;

상기 NC데이터와 최적의 가공데이터를 비교하여 최적화된 NC데이터를 산출하는 연산부; 및

상기 연산부에 의해 연산된 최적화된 NC데이터에 따라 자동공작장치를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 최적가공 컨트롤러와 이 컨트롤러가 설치된 자동공작장치에서는, 최적화된 NC데이터에 의해 가공이 이루어지므로 불충분한 가공으로 인한 가공정밀도가 저하되거나 툴에 큰 충격이 가하여져 수명이 단축되는 문제점이 방지되고, 각 공작기계별로 현장작업자를 배치하여야 할 필요가 없기 때문에 인건비를 줄일수 있는 장점이 있다.

자동공작장치, NC데이터, 컨트롤러, 최적화, 툴, 부하, 이송속도, 가공.

Description

자동공작장치용 최적가공 컨트롤러와 상기 컨트롤러가 설치된 자동공작장치{OPTIMIZED MACHINING CONTROLLER FOR AUTOMATIC MACHINING DEVICE AND AUTOMATIC MACHINING DEVICE WITH SAID CONTROLLER}

도1은, 종래의 자동공작장치의 작업흐름을 나타내는 블록도이다.

도2는, 자동공작장치의 툴(tool)이 피가공물을 가공하는 것을 나타내는 모식도이다.

도3은, 본 발명에 따른 최적가공 컨트롤러가 설치된 자동공작장치의 작업흐름을 나타내는 블록도이다.

도4는, 도3의 컨트롤러의 모식도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

M... 피가공물, T... 툴,

w1,w2,w3... 절삭폭, d1,d2,d3... 절삭깊이,

본 발명은 자동공작장치용 최적가공 컨트롤러와 이 컨트롤러가 설치된 자동공작장치에 관한 것이며, 특히 최적화된 NC데이터에 따라 가공을 제어하는 최적가 공 컨트롤러와 가공을 수행하는 자동공작장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동공작장치로는 CNC 선반이나, 머시닝센터가 사용되고 있는데, 이러한 자동공작장치의 장점은 CAD로 작성된 피가공물의 도면에 대한 NC데이터를 입력하거나, 작업자가 수동으로 원하는 형상에 대한 NC데이터만을 상기 자동공작장치의 제어부에 입력하면 별도의 조작을 가하지 않아도 피가공물이 원하는 형상으로 자동으로 가공되기 때문에 현재 널리 사용되고 있는 추세이며, 특히 높은 가공속도와 고정밀도를 요하는 분야에서 널리 사용되고 있다.

CNC선반은 주로 절삭작업용이고, 머시닝센터는 주로 절삭, 보링, 밀링, 드릴링 등의 복합적인 가공이 필요한 경우에 사용되는데, CNC선반이나 머시닝센터 모두 x축, y축, z축으로 직선운동이 가능하고 회전운동이 가능한 가동부와, 상기 가동부를 제어하는 제어부를 포함하는 점에서 동일하므로, 이하에는 이들 뿐만 아니라 타자동공작장치를 포함하는 총칭으로 "자동공작장치"라는 용어를 사용한다.

자동공작장치는 통상적으로 본체 및 제어장치를 포함하여 구성된다.

상기 본체는, 피가공물이 그 위에서 고정되는 파레트와, 피가공물을 가공하는 툴(tool), 상기 툴을 x축, y축, z축으로 직선운동시키거나 회전시키는 툴가동부를 포함한다.

상기 제어장치는 보통 상기 본체에 인접하게 설치되어 외부로부터 입력되는 수치화된 데이터(이하, "NC데이터")에 따라 상기 툴가동부의 직선운동 및 회전운동을 제어하여 툴로써 피가공물을 가공한다.

도1은 종래의 자동공작장치의 작업흐름을 나타내는 블록도이다.

도1에 도시한 바와 같이, 먼저 설계자는 CAD를 사용하여 자동공작장치로써 가공하고자 하는 금형 등의 피가공물에 대한 설계도를 작성한다.

그 후, 작성된 CAD 도면이 NC데이터생성장치로 입력되고, NC데이터생성장치는 입력된 CAD도면으로부터 가공에 필요한 NC데이터를 산출하여 상기 제어장치로 출력한다.

상기 NC데이터생성장치로는, 보통 응용프로그램이 설치된 컴퓨터가 이용되는데, 상기 응용프로그램이 CAD도면으로부터 NC데이터를 산출하는 것이다.

또한, 상기 NC데이터는 피가공물의 가공에 필요한 가공경로(machining path)의 개수, 각 가공경로별 툴이 위치되는 죄표값들, 이송속도(feed), 툴의 종류, 회전수(rpm) 등에 대한 데이터를 포함하며, 상기 가공경로는 피가공물의 형상에 따라 수개에서 수십개로 이루어지게 된다.

상기 제어장치는 상기 NC데이터에 따라 툴가동부를 제어하여 종국적인 형상의 피가공물을 완성한다.

이하에는, 종래의 자동공작장치의 문제점을 도2를 참조하여 설명한다.

도2(a)는 자동공작장치의 툴(T)이 피가공물(M)을 가공하는 것을 나타내는 모식도로 1회의 가공경로에서 가공하는 것을 나타낸 것이고, 도2(b)는 도2(a)의 화살표 방향에서 바라본 단면도이다.

이 가공경로에서 툴(T)은 x축 -> y축 -> x축 방향으로 수평이동되고, 각 수평이동시에 피가공물(M)을 폭(w1),깊이(d1) / 폭(w2),깊이(d2) / 폭(w3),깊이(d3)로 각각 절삭가공한다.

상기 가공경로에서는 피가공물(M)이 절삭되는 폭과 깊이는 각 위치에 따라 다르며(도면에서는 w2 > w1, w2 이고 d2 > d1, d3이다), 이에 따라 툴(T)에 걸리는 부하도 달라지게 된다.

또, 도시하지는 않았지만 동일한 직선이동이라고 하더라도, 툴(T)의 절삭방향에 따라서도 부하가 달라지며(예컨대, z축 방향으로 상승절삭(up cut)이냐 하강절삭(down cut)이냐에 따라 부하가 달라짐), 툴(T)이 경사부를 가공하는 경우에는 그 경사각도에 따라 부하가 달라진다.

여기에서, 상기 툴(T)의 이송속도는 각 절삭조건(폭, 깊이 등)에 맞도록 정하여 지는 것이 바람직하다. 즉, 툴(T)에 걸리는 부하가 큰 경우에는 이송속도를 늦추고 그 반대인 경우에는 높이는 것이 바람직하다.

또, 동일한 폭과 깊이를 절삭하여도, 툴의 종류, 피가공물의 재질 등에 따라 이송속도가 변화하도록 제어되는 것이 바람직하다.

그러나, 종래의 머시닝센터에서는 툴(T)의 이송속도가 각 위치에서의 가공조건(절삭가공의 경우 폭, 깊이, 경사도, 절삭방향, 툴의 종류, 피가공물의 재질 등)에 적합하게 변화하도록 정해지는 것이 아니라 1개의 일정한 값으로 정해져 이에 따라 제어되는 것이 일반적이었다.

즉, 툴(T)은 가공조건에 관계없이 일정한 이송속도로 진행하면서 가공을 행하기 때문에, 툴(T)에 큰 부하가 걸리는 위치에서는 피가공물(M)에 대한 충분한 가공이 이루어지지 않거나 가공정밀도가 저하될 뿐만 아니라, 툴(T)에 큰 충격이 가하여져 툴(T)의 수명이 단축되는 문제점이 있었고, 이러한 문제점을 때문에 현장작 업자가 공작기계를 수동으로 조작하여 툴(T)의 이송속도를 조정해야 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 피가공물의 각 위치에 대한 가공조건별 최적화된 NC데이터에 의해 가공을 제어하므로, 공작장치의 불충분한 가공으로 인하여 가공정밀도가 저하하거나 툴(T)에 큰 충격이 가하여져 수명이 단축되는 문제점이 방지되고, 각 공작기계별로 현장작업자를 배치하여야 할 필요가 없는 구조의 최적가공 컨트롤러 및 이 컨트롤러가 설치된 자동공작장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 자동공작장치용 최적가공 컨트롤러는, NC데이터에 따라 피가공물을 가공하는 자동공작장치용 최적가공 컨트롤러로서,

NC데이터가 입력되는 데이터입력부와;

가공상황에 따른 최적의 가공데이터가 저장되어 있는 데이터베이스저장부와;

상기 NC데이터와 최적의 가공데이터를 비교하여 최적화된 NC데이터를 산출하는 연산부; 및

상기 연산부에 의해 연산된 최적화된 NC데이터에 따라 자동공작장치를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 자동공작장치는 상기 최적가공 컨트롤러가 설치된 것을 특징으로 한다.

이하에는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

도3은 본 발명에 따른 최적가공 컨트롤러가 설치된 자동공작장치의 작업흐름을 나타내는 블록도이고, 도4는 도3의 컨트롤러의 모식도이다.

도3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동공작장치에 있어서의 가공작업은 종래의 작업흐름(도1참조)과 비교할 때, 작업도중에 최적가공 컨트롤러에 의한 작업이 추가되는 점이 상이하고 그 밖의 점은 동일하므로, 중복되는 구성 및 작동에 대한 설명은 상세한 생략한다.

도면에서 상기 최적가공 컨트롤러가 설치되는 위치는 특정되지 않았지만, 상기 컨트롤러는 자동공작장치와 일체로 형성될 수도 있으며 분리식으로 형성되어 각종 자동공작장치와 호환가능하게 제작될 수도 있다.

상기 최적가공 컨트롤러는, 도4에 도시한 바와 같이, 데이터입력부와, 데이터베이스저장부와, 상기 데이터입력부 및 데이터베이스저장부와 각각 연결되어 있는 연산부와, 상기 연산부와 연결되어 있는 제어부를 포함하여 구성된다.

상기 데이터입력부는 램(ram) 등의 기억장치로서, NC데이터생성장치에 의해 생선된 NC데이터가 입력되어 상기 연산부로 출력된다.

상기 데이터베이스저장부도 램 등의 기억장치로, 각 가공조건별 최적의 가공데이터가 데이터베이스화되어 저장되어 있다.

상기 최적의 가공데이터의 데이터베이스는 툴의 이송속도에 대한 정보를 포함하는 데이터베이스로서, 가공량(폭, 깊이 등), 툴의 종류, 피가공부의 형상, 피가공물의 재질 등 가능한 조합의 가공조건 하에서, 툴에 가장 작은 부하가 가해지 는 한편, 가공량은 최대가 되는 툴의 이송속도가 미리 계산되어 데이터베이스화된 것이다.

보다 상세하게 설명하면, 가공량에 있어서, 툴이 절삭하는 폭과 깊이가 크냐 작으냐에 따라 툴에 가해지는 부하가 달라진다. 또한, 툴의 종류에 있어서, 툴이 절삭용 툴이냐, 밀링용 툴이냐에 따라 툴에 가해지는 부하는 달라지며, 또 그 툴의 크기에 따라서도 부하는 달라진다. 또, 피가공부의 형상에 있어서, 피가공부의 형상이 급격히 변하는 부분(예컨대, 급격한 곡선부 또는 모서리부)에서는 툴의 방향도 급격히 변하므로 부하도 커지게 되나, 직선부나 만곡부를 가공하는 경우에는 부하가 상대적으로 작아지게 된다. 또, 피가공물의 재질에 있어서, 재질이 연강 등 연성재질인 경우에는 부하가 상대적으로 작아지나, 고탄소강 등의 경성재질인 경우에는 부하가 상대적으로 크게 된다. 이러한 가공조건에 대한 변수(가공량, 툴의 종류, 피가공부의 형상, 피가공물의 재질 등)들의 각각의 가능한 조합에서 툴에 가해지는 부하가 최소로 되고 가공량은 최대가 되는 최적의 이송속도가 미리 계산되어 데이터베이스화되어 상기 데이터베이스저장부에 저장되어 있으며, 상기 최적의 가공데이터는 상기 연산부에 의해 호출되어 연산부로 출력된다.

상기 연산부는 마이크로프로세서 등과 같은 연산장치로서, 상기 데이터입력부로부터 입력된 NC데이터를 분석하여 각 가공조건의 변수에 부합하는 데이터베이스저장부에 저장되어 있는 데이터를 호출하여, 최적화된 NC데이터를 산출하여 제어부로 출력한다.

보다 상세하게 설명하면, 상기 데이터입력부로부터 입력되는 NC데이터는, 각 가공경로(machining path)의 개수, 각 가공경로에서 툴이 위치할 좌표값들(좌표값들을 연결하면 툴의 이동경로가 됨), 툴의 회전수, 툴의 종류, 피가공물의 재질 등의 데이터가 수치화된 것으로, 상기 연산부에서는 상기 데이터들을 분석하여 상기 데이터베이스저장부에 저장되어 있는 데이터들과 비교하는 과정을 반복하게 된다.

상기 연산부는 이러한 반복비교과정을 거쳐 각 가공조건에 부합하는 최적화된 데이터(최적의 이송속도를 포함하고 있음)를 찾아, 이러한 최적의 데이터로 이루어진 최적화된 NC데이터를 제어부로 출력하게 된다. 즉, 상기 NC데이터는 연산부를 거치는 동안 최적화된 NC데이터로 수정되는 것이다.

상기 제어부는 종래의 자동공작장치의 제어장치에 대응하는 것으로, 상기 최적화된 NC데이터가 제어부로 출력되면, 제어부는 상기 최적화된 NC데이터에 따라 툴가동부를 제어한다.

본 실시예에서는, 상기 데이터입력부, 연산부, 및 제어부가 각각 별개의 부재로 구성된 것을 설명하였지만, 데이터입력부와 연산부가 일체로 형성되거나, 연산부와 제어부가 일체로 형성되거나, 데이터입력부와 연산부와 제어부가 일체로 형성되어도 무방하며, 본 발명의 권리범위는 별개의 부재로 구성되는 경우로 한정되지는 않는다.

상기 실시예의 작동과정을 설명하면, 설계자가 작성한 가공하고자 하는 형상의 피가공물의 CAD도면이 NC데이터생성장치에서 NC데이터로 전환되어, 상기 NC데이터가 컨트롤러의 데이터입력부로 입력되면, 연산부는 상기 NC데이터를 분석하고 이를 데이터베이스저장부에 저장되어 있는 데이터와 비교하여 최적화된 NC데이터를 산출하여 제어부로 출력한다.

이에 따라, 상기 제어부는 상기 최적화된 NC데이터에 따라 툴가동부를 제어하여 원하는 형상의 피가공물을 완성한다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 최적가공 컨트롤러와 이 컨트롤러가 설치된 자동공작장치에서는, 최적화된 NC데이터에 의해 가공이 이루어지므로, 불충분한 가공으로 인한 가공정밀도가 저하되거나 툴(T)에 큰 충격이 가하여져 수명이 단축되는 문제점이 방지되고, 각 공작기계별로 현장작업자를 배치하여야 할 필요가 없기 때문에 인건비를 줄일수 있는 장점이 있다.

Claims (2)

1. NC데이터에 의하여 피가공물(M)을 가공하는 자동공작장치용 컨트롤러에 있어서, 상기 컨트롤러는,

   NC데이터가 입력되는 데이터입력부와;

   가공조건별 최적의 가공데이터가 저장되어 있는 데이터베이스저장부와;

   상기 NC데이터와 최적의 가공데이터를 비교하여 최적화된 NC데이터를 산출하는 연산부; 및

   상기 연산장치에 의해 연산된 최적화된 NC데이터에 따라 자동공작장치를 제어하는 제어부와;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동공작장치용 최적가공 컨트롤러.
2. 제1항의 자동공작장치용 최적가공 컨트롤러가 설치된 것을 특징으로 하는 자동공작장치.

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