KR20080113984A - Processing apparatus and method for controlling the same - Google Patents

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KR20080113984A
KR20080113984A KR1020070063092A KR20070063092A KR20080113984A KR 20080113984 A KR20080113984 A KR 20080113984A KR 1020070063092 A KR1020070063092 A KR 1020070063092A KR 20070063092 A KR20070063092 A KR 20070063092A KR 20080113984 A KR20080113984 A KR 20080113984A
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안중환
황진동
김선호
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부산대학교 산학협력단
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Abstract

A non-circular processing apparatus and a control method thereof are provided to accomplish quick and exact processing and improve productivity by employing a control unit using a voice coil motor and a digital signal processor. A non-circular processing apparatus comprises a voice coil motor which consists of a yoke(31) which is fixed to a table and a bobbin(32) which horizontally moves with the magnetic field formed between with the yoke and in which a tool(40) cutting a work piece is combined; a holder(43) in which the tool is combined and a holder support(42) which is installed on the end of the bobbin to horizontally slide along a frame base(41); and a control unit which controls the power applied to the voice coil motor in order to regulate the tool position with respect to the work piece at high speed.

Description

비원형 가공장치 및 그 제어방법{Processing Apparatus and Method for Controlling the Same}Processing Apparatus and Method for Controlling the Same

도 1은 본 발명에 따른 비원형 가공장치의 일 실시예의 구성을 나타낸 사시도1 is a perspective view showing the configuration of an embodiment of a non-circular processing apparatus according to the present invention

도 2는 도 1의 비원형 가공장치의 보이스코일모터 부분을 확대하여 나타낸 사시도Figure 2 is an enlarged perspective view of the voice coil motor portion of the non-circular processing apparatus of FIG.

도 3은 도 1에 도시된 보이스코일모터와 이 보이스코일모터의 작동을 제어하기 위한 구성을 개략적으로 나타낸 다이어그램FIG. 3 is a diagram schematically showing a voice coil motor shown in FIG. 1 and a configuration for controlling the operation of the voice coil motor. FIG.

도 4는 도 3에 도시된 컨트롤러 내부의 제어 프로그램 흐름을 도시한 다이어그램4 is a diagram showing a control program flow inside the controller shown in FIG.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

1 : 피가공물 10 : 스핀들1: Workpiece 10: Spindle

11 : 스핀들 구동모터 20 : 테이블11: spindle drive motor 20: table

30 : 보이스코일모터 31 : 요크30: voice coil motor 31: York

32 : 보빈 40 : 공구32: bobbin 40: tool

41 : 프레임베이스 42 : 홀더지지대41: frame base 42: holder support

43 : 홀더 44 : 엔코더43: holder 44: encoder

50 : 디지털시그널프로세서(DSP) 51 : 이송량측정부50: digital signal processor (DSP) 51: feed amount measuring unit

52, 53 : 동기신호처리부 54 : PWM출력부52, 53: synchronization signal processing unit 54: PWM output unit

60 : 모니터링 프로그램부 70 : 가공장치 제어부60: monitoring program unit 70: processing device control unit

80 : 증폭기80: amplifier

본 발명은 비원형 가공장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가공물의 절삭 가공하는 기존의 선반 등에 적용 가능하며, 피가공물이 타원이나 캠 형상과 같은 비원형 단면을 갖도록 절삭 가공하는 비원형 가공장치 및 그의 제어방법에 관한 것이다. The present invention relates to a non-circular processing apparatus and a control method thereof, and more particularly, can be applied to an existing lathe for cutting a workpiece, and the like for cutting a workpiece such that the workpiece has a non-circular cross section such as an ellipse or a cam shape. A circular processing apparatus and a control method thereof.

통상적으로, 선반에서 가공되는 피가공물의 단면은 항상 원형으로 나타난다. 그러나 자동차 피스톤이나 캠샤프트 등과 같은 형상은 단면이 비원형이다. 종래에는 이러한 비원형 형상을 제작하기 위해서 주물공정과 연삭공정과 같은 복잡한 공정을 수행하였는 바, 가공에 소요되는 시간이 많으며, 비용이 증가하여 생산성이 낮은 문제가 있다.Typically, the cross section of the workpiece processed in the lathe always appears circular. However, shapes such as automobile pistons and camshafts are non-circular in cross section. Conventionally, in order to produce such a non-circular shape, a complex process such as a casting process and a grinding process has been performed, and thus a lot of time is required for processing, and there is a problem of low productivity due to increased cost.

이에 종래에는 모터와 유압식 액추에이터, 또는 리니어모터를 이용하여 선반에서 피가공물을 비원형 단면으로 가공하는 방법이 적용되고 있다. In the related art, a method of processing a workpiece into a non-circular cross section on a lathe using a motor, a hydraulic actuator, or a linear motor has been applied.

그러나, 유압식의 경우 응답속도가 늦어 스핀들의 고속 회전시 비원형 가공 이 어려운 문제가 있다. However, in the case of the hydraulic type, the response speed is slow, so that non-circular machining at high speed of the spindle is difficult.

또한, 리니어모터를 이용하는 경우에는 리니어모터가 고가일 뿐만 아니라 선반과 일체형으로 제작되어 있어, 비원형 가공을 위하여 고가의 장비 전체를 구매하여야 한다. 따라서, 이 경우 생산 원가가 증가하게 되는 문제가 발생한다. In addition, in the case of using a linear motor, the linear motor is not only expensive but also manufactured integrally with a lathe, and thus, the entire expensive equipment must be purchased for non-circular processing. Therefore, in this case, a problem arises in that the production cost increases.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 간단한 구성으로 이루어져 기존의 선반에 용이하게 착탈시켜 적용할 수 있으며, 고속으로 공구를 제어할 수 있도록 하여 고속의 회전시에도 피가공물을 원하는 비원형 단면 형상으로 신속하고 정확하게 가공할 수 있는 비원형 가공장치 및 그의 제어방법을 제공함에 있다.The present invention has been proposed in order to solve the above problems, the object of the present invention is made of a simple configuration can be easily removed and applied to the existing shelf, it is possible to control the tool at high speed when rotating at high speed The present invention provides a non-circular processing apparatus and a control method thereof capable of quickly and accurately processing a workpiece into a desired non-circular cross-sectional shape.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 관점에 따르면, 본체와; 상기 본체의 일측에 수평축을 중심으로 회전하도록 설치되며, 피가공물이 고정되게 장착되는 스핀들과; 상기 본체에 설치되는 테이블과; 상기 테이블에 고정되게 결합되는 요크와, 상기 요크와의 사이에 형성되는 자기장에 의해 수평 이동하며 그 일단부에 상기 피가공물을 절삭 가공하는 공구가 결합된 보빈으로 이루어진 보이스코일모터와; 상기 보이스코일모터에 인가되는 전원을 제어하여 피가공물에 대한 상기 공구의 위치를 고속으로 제어하는 제어유닛을 포함하여 구성된 비원형 가공장치가 제공된다.According to an aspect of the present invention for achieving the above object, the main body; A spindle installed at one side of the main body so as to rotate about a horizontal axis, the workpiece being fixedly mounted; A table installed in the main body; A voice coil motor comprising a yoke fixedly coupled to the table and a bobbin coupled horizontally by a magnetic field formed between the yoke and a tool for cutting the workpiece at one end thereof; There is provided a non-circular processing apparatus comprising a control unit for controlling the power applied to the voice coil motor to control the position of the tool at high speed with respect to the workpiece.

본 발명의 한 실시 형태에 따르면, 상기 제어유닛은, 지령치에 대한 해석과 보간 제어를 담당하며, 보이스코일모터의 제어를 위한 PWM신호를 출력하는 디지털시그널프로세서(DSP)와; 시리얼(serial) 통신으로 상기 디지털시그널프로세서의 내부 변수 설정이나 모니터링을 수행하는 모니터링 프로그램부와; 상기 디지털시그널프로세서에서 출력되는 PWM신호를 증폭하여 보이스코일모터에 전송하는 증폭기(Amplifier)와; 상기 스핀들을 구동시키는 구동모터의 작동과 더불어 가공장치의 작동 전반을 제어하며 상기 디지털시그널프로세서에 제어신호를 전달하는 가공장치 제어부와; 상기 보이스코일모터의 위치에 따른 신호를 상기 디지털시그널프로세서로 전달하는 엔코더를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.According to an embodiment of the present invention, the control unit includes: a digital signal processor (DSP) that is responsible for analysis of the command value and interpolation control, and outputs a PWM signal for controlling the voice coil motor; A monitoring program unit configured to set or monitor internal variables of the digital signal processor through serial communication; An amplifier amplifying the PWM signal output from the digital signal processor and transmitting the amplified PWM signal to the voice coil motor; A processing device control unit which controls the overall operation of the processing device as well as the operation of the drive motor for driving the spindle, and transmits a control signal to the digital signal processor; And an encoder which transmits a signal according to the position of the voice coil motor to the digital signal processor.

본 발명의 다른 한 관점에 따르면, 상술한 것과 같은 본 발명의 비원형 가공장치를 제어하는 방법으로서, 모니터링 프로그램부를 통해 지령 명령을 입력하는 단계; 입력된 지령 명령을 디지털시그널프로세서(50)(DSP)로 전송하는 단계; 지령된 명령이 실행 가능한지를 평가하는 단계; 지령치를 보간하여 제어 주기마다 실행되어야 할 속도 프로파일을 생성하는 단계; 생성된 1개의 지령에 대한 속도프로파일 블록을 원형 큐(Circle Queue)에 삽입하거나, 원형 큐가 포화 상태일 경우 대기하면서 포화상태가 벗어나는 즉시 원형 큐에 삽입하는 단계; 디지털시그널프로세서(DSP)에 가공장치의 제어의 시작을 알리는 외부 제어신호를 인가하는 단계; 디지털시그널프로세서(DSP)가 상기 원형 큐 내부에서 하나의 속도프로파일 블록을 인출하고 이를 스핀들의 C상 전압에 동기하여 제어루틴을 가동시키는 단계; 디지털시그널프로세서(DSP)에서 상기 제어루틴을 통해 발생된 PWM 신호를 출력하는 단계; 상기 PWM신호를 증폭하여 보이스코일모터에 제공하는 단계를 포함하여 구성된 비원형 가공장치의 제어방법이 제공된다. According to another aspect of the invention, a method for controlling the non-circular processing apparatus of the present invention as described above, comprising: inputting a command command through a monitoring program unit; Transmitting the input command command to the digital signal processor 50 (DSP); Evaluating whether the commanded instruction is executable; Interpolating the setpoint to generate a speed profile to be executed at each control period; Inserting a velocity profile block for one generated command into a circular queue or inserting a velocity profile block into a circular queue immediately after saturation while waiting if the circular queue is saturated; Applying an external control signal to the digital signal processor (DSP) informing the start of control of the processing apparatus; A digital signal processor (DSP) drawing one speed profile block in the circular queue and activating a control routine in synchronization with the C phase voltage of the spindle; Outputting a PWM signal generated through the control routine in a digital signal processor (DSP); Provided is a control method of a non-circular processing device configured to amplify the PWM signal and provide the same to the voice coil motor.

이러한 본 발명에 따르면, 보이스코일모터와 디지털시그널프로세서(DSP)를 이용한 제어유닛을 적용하여 비원형 가공장치를 구성하고, 피가공물을 고속으로 절삭 가공할 수 있으므로, 신속하고 정확하게 비원형 단면을 가공할 수 있으며, 기존의 선반에 보이스코일모터를 착탈식으로 설치하여 비원형 가공장치를 구성하거나 새로운 비원형 가공장치를 저렴하고 간단하게 제작할 수 있으므로, 생산원가를 절감시킬 수 있는 이점이 제공된다.According to the present invention, by applying a control unit using a voice coil motor and a digital signal processor (DSP) to configure a non-circular processing device, the workpiece can be cut at high speed, so that non-circular cross-section is processed quickly and accurately In addition, since the voice coil motor can be detachably installed on an existing lathe to construct a non-circular processing device or a new non-circular processing device can be manufactured at low cost and simple, the cost of production can be reduced.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 비원형 가공장치 및 그 제어방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of a non-circular processing apparatus and a control method according to the present invention.

도 1은 본 발명에 따른 비원형 가공장치의 구성의 일 실시예를 나타낸 것으로, 비원형 가공장치는 피가공물(1)이 장착되며, 수평축을 중심으로 고속으로 회전 가능하도록 된 스핀들(10)과, X 방향 및 Y 방향으로 수평 이동하도록 설치되는 테이블(20)과, 상기 테이블(20)에 착탈가능하게 고정되며 일단부에 피가공물(1)을 가공하기 위한 공구(40)가 고정되는 보이스코일모터(30)(VCM: Voice Coil Motor)를 포함하여 구성된다. Figure 1 shows an embodiment of the configuration of the non-circular processing apparatus according to the present invention, the non-circular processing apparatus is equipped with the workpiece (1), and the spindle 10 is to be rotated at a high speed around the horizontal axis and And a table 20 installed to move horizontally in the X and Y directions, and a voice coil to which the tool 40 for processing the work 1 is fixed to the table 20 and detachably fixed to the table 20. The motor 30 is comprised including a voice coil motor (VCM).

상기 스핀들(10)은 스핀들 구동모터(11)에 의해 회전한다. The spindle 10 is rotated by the spindle drive motor (11).

상기 테이블(20)은 X축 가동판(21) 상에 Y축 볼스크류(24) 및 Y축 가이드레일(25)과 결합되도록 설치되며, 상기 X축 가동판(21)은 X축 볼스크류(21) 및 X축 가이드레일(22)에 결합된다. 상기 X축 볼스크류(21) 및 Y축 볼스크류(24)는 각각 X 축 구동모터(26) 및 Y축 구동모터(27)에 의해 회전한다. The table 20 is installed to be coupled to the Y-axis ball screw 24 and the Y-axis guide rail 25 on the X-axis movable plate 21, the X-axis movable plate 21 is an X-axis ball screw ( 21) and the X-axis guide rail 22. The X-axis ball screw 21 and the Y-axis ball screw 24 are rotated by the X-axis drive motor 26 and Y-axis drive motor 27, respectively.

따라서, 상기 테이블(20)은 상기 X축 볼스크류(21)의 회전에 의한 X축 가동판(21)의 이동에 의해 X축 방향의 임의의 위치로 이동하고, Y축 볼스크류(24)의 회전에 의해 Y축 가이드레일(25)을 따라 Y축 방향으로 이동하면서 공구(40)의 위치를 제어한다.Therefore, the table 20 is moved to an arbitrary position in the X-axis direction by the movement of the X-axis movable plate 21 by the rotation of the X-axis ball screw 21, so that the Y-axis ball screw 24 The position of the tool 40 is controlled while moving in the Y-axis direction along the Y-axis guide rail 25 by rotation.

상기 보이스코일모터(30)는 상기 테이블(20)에 착탈 가능하게 결합되는 프레임베이스(41) 상에 설치된다. The voice coil motor 30 is installed on the frame base 41 detachably coupled to the table 20.

도 2를 참조하면, 상기 보이스코일모터(30)는 상기 프레임베이스(41)에 고정되게 설치되며 내부에 영구자석이 구비된 요크(31)와, 디지털시그널프로세서(50)(도 3참조)로부터 전류가 인가되는 코일이 감겨져 있는 보빈(32)으로 구성된다. 따라서, 요크(31)의 영구자석이 발생시키는 자기장에 대해 수직방향으로 배치된 보빈(32)의 코일에 전류가 인가되면, 보빈(32)의 코일과 요크(31)의 영구자석 간에 로렌츠력이 발생하여 보빈(32)이 X축 방향으로 이동하게 된다. Referring to FIG. 2, the voice coil motor 30 is fixedly mounted to the frame base 41 and includes a yoke 31 having a permanent magnet therein and a digital signal processor 50 (see FIG. 3). It consists of the bobbin 32 in which the coil to which an electric current is applied is wound. Therefore, when a current is applied to the coil of the bobbin 32 arranged perpendicular to the magnetic field generated by the permanent magnet of the yoke 31, the Lorentz force is generated between the coil of the bobbin 32 and the permanent magnet of the yoke 31. And the bobbin 32 moves in the X-axis direction.

상기 프레임베이스(41) 상에는 LM가이드레일(미도시)이 X축 방향으로 연장되게 설치되며, 상기 LM가이드레일(미도시)에는 상기 보이스코일모터(30)의 보빈(32)에 연결되어 이동하는 홀더지지대(42)가 슬라이딩 가능하게 설치된다. 상기 홀더지지대(42)에는 상기 공구(40)가 착탈가능하게 결합되는 홀더(43)가 고정되게 설치된다. The LM guide rail (not shown) is installed to extend in the X-axis direction on the frame base 41, and the LM guide rail (not shown) is connected to the bobbin 32 of the voice coil motor 30 to move. The holder support 42 is slidably installed. The holder support 42 is installed to be fixed to the holder 43 to which the tool 40 is detachably coupled.

또한, 상기 프레임베이스(41)에는 상기 홀더지지대(42)의 일측부에 홀더지지대(42)의 위치에 따른 신호를 발생시는 엔코더(44)(encoder)가 설치된다. In addition, the frame base 41 is provided with an encoder 44 (encoder) for generating a signal according to the position of the holder support 42 on one side of the holder support 42.

상기와 같이 구성된 비원형 가공장치의 작동에 대해 개략적으로 설명하면 다음과 같다. Referring to the operation of the non-circular processing device configured as described above as follows.

먼저, 테이블(20)의 X,Y 방향 이동에 의해 공구(40)가 스핀들(10)에 고정된 피가공물(1)의 가공 위치에 정렬된다. 그리고, 상기 스핀들(10)의 회전에 의해 피가공물(1)이 고속 회전할 때, 스핀들(10)이 1회전하는 동안 상기 보이스코일모터(30)의 제어에 의해 공구(40)의 X축 방향 위치가 고속으로 제어되면서 공구(40) 끝단이 피가공물(1)과 접촉 및 비접촉되고, 이에 따라 피가공물(1)이 원하는 비원형 단면을 갖도록 가공된다. 이 때, 테이블(20)은 Y축 방향으로 일정 속도와 거리로 이동하면서 공구(40)와 피가공물(1)의 Y축 방향 상대 위치를 가변시킨다. First, the tool 40 is aligned with the machining position of the workpiece 1 fixed to the spindle 10 by the X, Y direction movement of the table 20. When the workpiece 1 rotates at high speed by the rotation of the spindle 10, the X-axis direction of the tool 40 is controlled by the voice coil motor 30 while the spindle 10 rotates once. While the position is controlled at a high speed, the tip of the tool 40 is in contact with and is not in contact with the workpiece 1, whereby the workpiece 1 is machined to have a desired non-circular cross section. At this time, the table 20 changes the relative position of the tool 40 and the workpiece 1 in the Y-axis direction while moving at a constant speed and distance in the Y-axis direction.

이하, 도 3과 도 4를 참조하여 상기 보이스코일모터(30)를 제어하여 공구(40)의 X축 방향 위치 제어를 고속으로 수행하기 위한 제어유닛의 구성 및 이를 이용한 제어방법에 대해 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the configuration of a control unit and a control method using the same for controlling the voice coil motor 30 to perform the X-axis position control of the tool 40 at high speed will be described in more detail with reference to FIGS. 3 and 4. do.

보이스코일모터(30)의 작동을 제어하기 위한 제어유닛은, 지령치에 대한 해석과 보간 제어를 담당하며 보이스코일모터(30)의 제어를 위한 제어신호를 출력하는 디지털시그널프로세서(50)(DSP)와, 시리얼(serial) 통신으로 상기 디지털시그널프로세서(50)의 내부 변수 설정이나 모니터링이 가능한 모니터링 프로그램부(60)와, 상기 디지털시그널프로세서(50)에서 출력되는 PWM신호를 증폭하여 보이스코일모터(30)에 전송하는 증폭기(80)(Amplifier)와, 상기 스핀들 구동모터(11)(도 1참조)의 작동과 더불어 가공장치의 작동 전반을 제어하며 상기 디지털시그널프로세서(50)에 제어신호를 전달하는 가공장치 제어부(70)와, 상기 보이스코일모터(30)의 위치에 따른 신호를 상기 디지털시그널프로세서(50)로 전달하는 엔코더(44)로 구성된다. The control unit for controlling the operation of the voice coil motor 30 is responsible for analysis of the command value and interpolation control, and outputs a control signal for controlling the voice coil motor 30 (DSP). And a monitoring program unit 60 capable of setting or monitoring internal variables of the digital signal processor 50 through serial communication, and amplifying a PWM signal output from the digital signal processor 50 to generate a voice coil motor ( 30 transmits the control signal to the digital signal processor 50 while controlling the overall operation of the processing apparatus together with the operation of the amplifier 80 and the spindle drive motor 11 (see FIG. 1). The processing unit controller 70 and the encoder 44 for transmitting a signal according to the position of the voice coil motor 30 to the digital signal processor 50.

상기 디지털시그널프로세서(50)(DSP)는, 외부 입력을 동기 신호로 하여 PWM 신호를 발생시키는 컨트롤러부와, 지령치에 대한 해석과 보간 제어를 담당하는 제어 프로그램부를 포함하여 구성된다. The digital signal processor 50 (DSP) includes a controller section for generating a PWM signal using an external input as a synchronization signal, and a control program section for analyzing and interpolating control of a command value.

그리고, 상기 컨트롤러부는 크게 이송량측정부(51)(counter)와, 동기신호처리부(52, 53) 및, PWM출력부(54)로 구성된다. 상기 이송량측정부(51)는 보이스코일모터(30)(VCM)에 부착된 엔코더(44) 신호를 거리수치로 환산하는 기능을 담당한다. 상기 동기신호처리부(52, 53)는 가공장치의 스핀들(10)의 C상 전압 신호와 구동시작 신호를 동기신호로 받아들이는 기능을 하는 부분으로, 가공장치 제어부(70)에서 가공시작을 알리는 신호와 같은 디지털 신호를 입력받거나 출력하는 기능을 담당하는 디지털신호입출력부(52)(DIO)와, 스핀들(10)의 1회전시 발생하는 C상 전압을 동기로 하여 보이스코일모터(30)를 구동하게 하는 동기제어 신호를 담당하는 XINT(53)로 구성될 수 있다. 또한, 상기 PWM출력부(54)는 제어 프로그램의 결과로서 상기 증폭기(80)에 인가되어 보이스코일모터(30)의 정밀한 구동을 제어하는 PWM신호를 출력한다. 상기 PWM출력부(54)는 1개의 PWM신호의 피크치를 +5V ~ -5V로 만들어 사용함으로써 H-Bridge 회로를 사용하지 않고도 보이스 코일 모터의 제어를 가능하게 한다. The controller is largely composed of a feed amount measuring unit 51 (counter), synchronization signal processing units 52 and 53, and a PWM output unit 54. The feed amount measuring unit 51 is responsible for converting the encoder 44 signal attached to the voice coil motor 30 (VCM) into a distance value. The synchronization signal processing units 52 and 53 have a function of receiving the C phase voltage signal and the driving start signal of the spindle 10 of the processing apparatus as the synchronization signal, and the signal indicating the processing start from the processing unit controller 70. The voice coil motor 30 is driven by synchronizing the digital signal input / output unit 52 (DIO) which is responsible for receiving or outputting a digital signal such as C and the C-phase voltage generated during one rotation of the spindle 10. It can be composed of XINT (53) that is in charge of the synchronization control signal. In addition, the PWM output unit 54 is applied to the amplifier 80 as a result of the control program and outputs a PWM signal for controlling the precise driving of the voice coil motor 30. The PWM output unit 54 enables the control of the voice coil motor without using an H-Bridge circuit by using the peak value of one PWM signal as + 5V to -5V.

상기 제어 프로그램부는 상기 모니터링 프로그램부(60)에서 지령된 명령의 실행 가능 여부를 해석하는 명령해석 알고리즘부와, 상기한 명령 해석 알고리즘을 통해 안전한 구동이 보장된 명령을 제어주기로 분할하기 위한 속도프로파일 생성부와, 생성된 속도프로파일 블록을 원형큐(Circle Queue)에 삽입 및 인출하는 원형큐 제어 알고리즘부로 이루어진다. The control program unit generates a command profile algorithm for analyzing whether or not the command commanded by the monitoring program unit 60 is executable, and a speed profile for dividing a command for which safe driving is guaranteed through the command analysis algorithm. Section and a circular queue control algorithm section for inserting and withdrawing the generated velocity profile block into a circular queue.

상기 모니터링 프로그램부(60)는 RS232 통신으로 상기 디지털시그널프로세서(50)(DSP) 내부에 설정된 변수를 업데이트하거나 가공시 측정된 변위 신호를 전송하는 컴퓨터로 이루어질 수 있다. 더욱 구체적으로 설명하면, 상기 모니터링 프로그램부(60)는, 윈도우와 같은 운영체제(OS)를 기반으로 실행되는 프로그램으로 시리얼통신을 전담하는 쓰레드(thread)를 통하여 디지털시그널프로세서(50)(DSP)와 통신하는 통신부와, 사용자가 디지털시그널프로세서(50)(DSP) 내부 변수를 확인하고 변경 가능하도록 하는 모니터링부를 포함하여 구성된다. The monitoring program unit 60 may be made of a computer that updates a variable set in the digital signal processor 50 (DSP) or transmits a displacement signal measured during processing through RS232 communication. In more detail, the monitoring program unit 60 is a program that is executed based on an operating system (OS) such as Windows, and the digital signal processor 50 (DSP) through a thread dedicated to serial communication. And a communication unit for communicating and a monitoring unit for allowing a user to check and change internal variables of the digital signal processor 50 (DSP).

상기와 같이 구성된 제어유닛을 이용하여 본 발명의 비원형 가공장치에 적용된 보이스코일모터(30)(VCM)를 제어하는 방법의 일 실시예는 다음과 같다.One embodiment of the method for controlling the voice coil motor 30 (VCM) applied to the non-circular processing apparatus of the present invention using the control unit configured as described above is as follows.

도 4를 참조하면, 디지털시그널프로세서(50)(DSP) 내부로 지령되는 지령 명령은 상기 모니터링 프로그램부(60)의 사용자인터페이스(user interface: UI)에서 입력되고, 이는 SCI 통신을 통해 디지털시그널프로세서(50)(DSP)로 전송이 된다. 디지털시그널프로세서(50)(DSP)로 전송된 지령은 먼저 명령해석 알고리즘부로 전달되고 명령해석 알고리즘부는 지령된 명령이 실행 가능한지를 평가한다. Referring to FIG. 4, a command command commanded into the digital signal processor 50 (DSP) is input from a user interface (UI) of the monitoring program unit 60, which is a digital signal processor through SCI communication. (50) (DSP). The instruction sent to the digital signal processor 50 (DSP) is first delivered to the instruction interpretation algorithm portion, and the instruction interpretation algorithm portion evaluates whether the instruction instruction is executable.

그리고, 지령치를 보간하여 제어 주기마다 실행되어야 할 속도 프로파일이 상기 속도프로파일 생성부를 통하여 변환된다. 이 변환된 1개의 지령에 대한 속도프로파일 블록은 원형큐 알고리즘부를 통하여 원형 큐에 즉시 삽입되거나 큐가 포 화 상태일 경우 대기하면서 포화상태가 벗어나는 즉시 큐에 삽입이 된다. 그리고, 가공장치의 제어의 시작을 알리는 신호가 인가되면, 디지털시그널프로세서(50)(DSP)는 큐 내부에서 하나의 속도프로파일 블록을 인출하고 이를 스핀들(10)의 C상 전압에 동기하여 제어루틴을 가동시키게 된다. 제어루틴은 기본적 PID 제어계로 동작하고 엔코더(44)의 신호를 속도로 환산하여 속도의 부호가 변화되는 부분(정지마찰력 작용점)이나 저속부분(Streibeck 마찰력 작용점)에서 보이스코일모터(30)의 구동을 방해하는 마찰력을 보상하는 알고리즘으로 이루어진다. 이러한 마찰력 보상을 통해 가공정도가 우수한 가공물을 생산할 수 있다. The speed profile to be executed for each control period by interpolating the command value is converted through the speed profile generator. The velocity profile block for this converted instruction is immediately inserted into the circular queue through the circular queue algorithm unit or inserted into the queue as soon as the saturation is released while the queue is saturated. When a signal indicating the start of control of the processing apparatus is applied, the digital signal processor 50 (DSP) draws out one speed profile block in the queue and synchronizes it with the C phase voltage of the spindle 10 to control the routine. Will be activated. The control routine operates as a basic PID control system and converts the signal of the encoder 44 into speed to drive the voice coil motor 30 in the part where the sign of the speed changes (stop frictional action point) or the low speed part (Streibeck frictional force action point). It consists of an algorithm that compensates for interfering friction. Through this frictional force compensation, it is possible to produce a workpiece with excellent precision.

이상에서와 같이 본 발명에 따르면, 피가공물을 가공하는 공구를 고속 제어가 가능한 보이스코일모터에 장착하고, 디지털시그널프로세서(DSP)를 이용하여 상기 보이스코일모터의 작동을 고속 제어하여 피가공물을 비원형 단면을 갖도록 가공할 수 있다. 따라서, 기존의 선반에 보이스코일모터를 착탈식으로 설치하여 비원형 가공장치를 구성하거나 새로운 비원형 가공장치를 저렴하고 간단하게 제작할 수 있으므로, 생산원가를 절감시킬 수 있으며, 용이하게 원하는 단면 형상을 가공할 수 있다.As described above, according to the present invention, a tool for processing a workpiece is mounted on a voice coil motor capable of high speed control, and a digital signal processor (DSP) is used to control the operation of the voice coil motor at high speed so that the workpiece is non-processed. It can be processed to have a circular cross section. Therefore, by installing the voice coil motor detachably on the existing lathe, it is possible to construct a non-circular processing device or to manufacture a new non-circular processing device cheaply and simply, thereby reducing the production cost and easily processing the desired cross-sectional shape. can do.

또한, 전술한 것처럼 본 발명은 보이스코일모터와 디지털시그널프로세서(DSP)를 이용한 제어유닛을 적용하여 비원형 가공장치를 구성하고, 피가공물을 고속으로 절삭 가공할 수 있으므로, 신속하고 정확한 가공이 이루어질 수 있으며, 따라서 생산성을 더욱 향상시킬 수 있는 이점도 있다. In addition, as described above, the present invention applies a control unit using a voice coil motor and a digital signal processor (DSP) to configure a non-circular processing device, and to process a workpiece at a high speed, so that rapid and accurate processing can be performed. There is also an advantage that can further improve productivity.

Claims (9)

본체와;A main body; 상기 본체의 일측에 수평축을 중심으로 회전하도록 설치되며, 피가공물이 고정되게 장착되는 스핀들과;A spindle installed at one side of the main body so as to rotate about a horizontal axis, the workpiece being fixedly mounted; 상기 본체에 설치되는 테이블과;A table installed in the main body; 상기 테이블에 고정되게 결합되는 요크와, 상기 요크와의 사이에 형성되는 자기장에 의해 수평 이동하며 그 일단부에 상기 피가공물을 절삭 가공하는 공구가 결합된 보빈으로 이루어진 보이스코일모터와;A voice coil motor comprising a yoke fixedly coupled to the table and a bobbin coupled horizontally by a magnetic field formed between the yoke and a tool for cutting the workpiece at one end thereof; 상기 보이스코일모터에 인가되는 전원을 제어하여 피가공물에 대한 상기 공구의 위치를 고속으로 제어하는 제어유닛을 포함하여 구성된 비원형 가공장치.And a control unit for controlling the power applied to the voice coil motor at a high speed to control the position of the tool relative to the workpiece. 제 1항에 있어서, 상기 보이스코일모터는 상기 테이블에 착탈 가능하게 결합되는 프레임베이스에 설치되며, 상기 보빈의 끝단부에는 홀더지지대가 상기 프레임베이스를 따라 수평하게 슬라이딩 이동하도록 설치되고, 상기 홀더지지대에는 상기 공구가 결합되는 홀더가 설치된 것을 특징으로 하는 비원형 가공장치.According to claim 1, wherein the voice coil motor is installed on the frame base detachably coupled to the table, the holder support is installed on the end of the bobbin to slide horizontally along the frame base, the holder support Non-circular processing apparatus, characterized in that the holder is coupled to the tool is installed. 제 1항에 있어서, 상기 제어유닛은, The method of claim 1, wherein the control unit, 지령치에 대한 해석과 보간 제어를 담당하며, 보이스코일모터의 제어를 위한 PWM신호를 출력하는 디지털시그널프로세서(DSP)와;A digital signal processor (DSP) responsible for analysis of the command value and interpolation control, and outputting a PWM signal for controlling the voice coil motor; 시리얼(serial) 통신으로 상기 디지털시그널프로세서의 내부 변수 설정이나 모니터링을 수행하는 모니터링 프로그램부와;A monitoring program unit configured to set or monitor internal variables of the digital signal processor through serial communication; 상기 디지털시그널프로세서에서 출력되는 PWM신호를 증폭하여 보이스코일모터에 전송하는 증폭기(Amplifier)와;An amplifier amplifying the PWM signal output from the digital signal processor and transmitting the amplified PWM signal to the voice coil motor; 상기 스핀들을 구동시키는 구동모터의 작동과 더불어 가공장치의 작동 전반을 제어하며 상기 디지털시그널프로세서에 제어신호를 전달하는 가공장치 제어부와;A processing device control unit which controls the overall operation of the processing device as well as the operation of the drive motor for driving the spindle, and transmits a control signal to the digital signal processor; 상기 보이스코일모터의 위치에 따른 신호를 상기 디지털시그널프로세서로 전달하는 엔코더를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 비원형 가공장치.Non-circular processing apparatus comprising an encoder for transmitting a signal according to the position of the voice coil motor to the digital signal processor. 제 3항에 있어서, 상기 디지털시그널프로세서(DSP)는, 외부 입력을 동기 신호로 하여 PWM 신호를 발생시키는 컨트롤러부와, 지령치에 대한 해석과 보간 제어를 담당하는 제어 프로그램부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 비원형 가공장치.4. The digital signal processor (DSP) according to claim 3, wherein the digital signal processor (DSP) comprises a controller unit for generating a PWM signal using an external input as a synchronization signal, and a control program unit responsible for analyzing and interpolating the command value. Non-circular processing equipment. 제 4항에 있어서, 상기 컨트롤러부는, 상기 엔코더로부터 신호를 받아 거리수치로 환산하는 이송량측정부(counter)와, 가공장치의 스핀들의 C상 전압 신호와 구동시작 신호를 동기신호로 받아들이는 동기신호처리부 및, 상기 이송량 측정부에서 측정된 신호와 지령치 간의 비교를 통해 가변되는 PWM 신호를 발생시키는 PWM출력부로 구성된 것을 특징으로 하는 비원형 가공장치.The synchronizing signal according to claim 4, wherein the controller unit receives a signal from the encoder and converts the distance value into a distance value, and a synchronizing signal receiving a C phase voltage signal and a driving start signal of the spindle of the processing apparatus as a synchronization signal. Non-circular processing device, characterized in that consisting of a processing unit, and a PWM output unit for generating a variable PWM signal by comparison between the signal measured in the feed amount measuring unit. 제 4항에 있어서, 상기 제어 프로그램부는, 상기 모니터링 프로그램부에서 지령된 명령의 실행 가능 여부를 해석하는 명령해석 알고리즘부와, 상기한 명령 해석 알고리즘을 통해 안전한 구동이 보장된 명령을 제어주기로 분할하기 위한 속도프로파일 생성부와, 생성된 속도프로파일 블록을 원형큐(Circle Queue)에 삽입 및 인출하는 원형큐 제어 알고리즘부로 이루어진 것을 특징으로 하는 비원형 가공장치.The method of claim 4, wherein the control program unit comprises: a command interpretation algorithm unit for analyzing whether or not the command commanded by the monitoring program unit is executable; and dividing a command in which a safe driving is guaranteed through the command analysis algorithm into control periods. And a circular queue control algorithm unit for inserting and withdrawing the generated velocity profile block into a circular queue. 제 3항에 있어서, 상기 모니터링 프로그램부는, 소정의 운영체제(OS)를 기반으로 실행되는 프로그램으로 시리얼통신을 전담하는 쓰레드(thread)를 통하여 디지털시그널프로세서(DSP)와 통신하는 통신부와, 사용자가 디지털시그널프로세서(DSP) 내부 변수를 확인하고 변경 가능하도록 하는 모니터링부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 비원형 가공장치.According to claim 3, The monitoring program unit is a program that is executed based on a predetermined operating system (OS) to communicate with the digital signal processor (DSP) via a thread dedicated to serial communication (DSP), the user digital Signal processor (DSP) Non-circular processing device, characterized in that configured to include a monitoring unit for checking and changing the internal variables. 모니터링 프로그램부를 통해 지령 명령을 입력하는 단계;Inputting a command command through a monitoring program unit; 입력된 지령 명령을 디지털시그널프로세서(50)(DSP)로 전송하는 단계;Transmitting the input command command to the digital signal processor 50 (DSP); 지령된 명령이 실행 가능한지를 평가하는 단계;Evaluating whether the commanded instruction is executable; 지령치를 보간하여 제어 주기마다 실행되어야 할 속도 프로파일을 생성하는 단계;Interpolating the setpoint to generate a speed profile to be executed at each control period; 생성된 1개의 지령에 대한 속도프로파일 블록을 원형 큐(Circle Queue)에 삽 입하거나, 원형 큐가 포화 상태일 경우 대기하면서 포화상태가 벗어나는 즉시 원형 큐에 삽입하는 단계;Inserting a velocity profile block for one generated command into a circular queue or inserting a velocity profile block into a circular queue immediately after saturation while waiting if the circular queue is saturated; 디지털시그널프로세서(DSP)에 가공장치의 제어의 시작을 알리는 외부 제어신호를 인가하는 단계;Applying an external control signal to the digital signal processor (DSP) informing the start of control of the processing apparatus; 디지털시그널프로세서(DSP)가 상기 원형 큐 내부에서 하나의 속도프로파일 블록을 인출하고 이를 스핀들의 C상 전압에 동기하여 제어루틴을 가동시키는 단계;A digital signal processor (DSP) drawing one speed profile block in the circular queue and activating a control routine in synchronization with the C phase voltage of the spindle; 디지털시그널프로세서(DSP)에서 상기 제어루틴을 통해 발생된 PWM 신호를 출력하는 단계;Outputting a PWM signal generated through the control routine in a digital signal processor (DSP); 상기 PWM신호를 증폭하여 보이스코일모터에 제공하는 단계를 포함하여 구성된, 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 기재된 비원형 가공장치를 제어하는 방법. A method for controlling the non-circular processing device according to any one of claims 1 to 8, comprising amplifying the PWM signal and providing the same to a voice coil motor. 제 8항에 있어서, 상기 제어루틴은 기본적 PID 제어계로 동작하고 엔코더의 신호를 속도로 환산하여 속도의 부호가 변화되는 부분이나 저속부분에서 보이스코일모터의 구동을 방해하는 마찰력을 보상하는 알고리즘으로 이루어진 것을 특징으로 하는 비원형 가공장치의 제어방법.10. The method of claim 8, wherein the control routine operates as a basic PID control system and converts an encoder signal into a speed, and includes an algorithm for compensating for a frictional force that hinders driving of the voice coil motor at a part where the sign of the speed is changed or at a low speed. Control method of a non-circular processing device, characterized in that.
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CN109108305A (en) * 2018-07-20 2019-01-01 国家电网有限公司 A kind of collector ring of generator automatic turning tool
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