KR20150089300A - 공작기계의 축 제어 방법 및 장치 - Google Patents

공작기계의 축 제어 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공작기계의 축 제어 방법 및 장치에 관한 것으로서, 스핀들부(220)의 진동을 감지하는 가속도 센서(210); 각 모터(224, 234)의 토크값을 피드백하는 엔코더부(222, 232); 및 초기 절삭 가공시 상기 엔코더부(222, 232)에서 피드백되는 각 모터(224, 234)의 최소 토크값 및 최대 토크값을 기록한 후, 상기 가속도 센서(210)로부터 상기 스핀들부(220)의 진동이 감지되고, 상기 엔코더부(222, 232)에서 피드백된 각 모터(224, 234)의 최소 토크값 및 최대 토크값이 기록된 각 모터(224, 234)의 최소 토크값 및 최대 토크값보다 큰 경우 채터(Chatter)가 발생한 것으로 인식하여, 각 모터(224, 234)의 회전 속도를 높이도록 제어하는 제어부(240)를 포함한다.

Description

공작기계의 축 제어 방법 및 장치{Method and Apparatus for Controlling Axis in Machine Tool}
본 발명은 공작기계의 축 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 공작기계에는 선반(lathe), 밀링기, 머시닝센터(Machining Center), 드릴링기, 보링기, 연삭기, 기어가공기 및 특수가공기 등이 있다.
공작기계 중에서도 선반은 베드, 주축대, 심압대, 왕복대, 공구대 및 이송장치로 구성되며, 주축대와 심압대 사이에 가공물을 고정시키고 회전운동을 주축대로부터 받도록 설계된다.
절삭공구는 왕복대에 장치되어 있는 공구대에 지지되고, 공구대를 전후좌우로 움직여서 적당한 절삭길이를 주어 칩의 발생과 함께 가공물을 절삭해간다. 공구대는 베드의 전면에 있는 이송봉과 리드스크루를 따라 움직이게 된다.
베드는 주축대, 심압대 및 공구대 등 선반의 본체를 구성하는 주요부분을 싣고 있으므로 견고한 구조로 되어 있다. 베드의 상부는 왕복대가 좌우로 미끄러져서 그것을 안내하는 부분이므로, 정밀한 다듬질을 통하여 높은 정밀도를 유지하게 되어 있다.
한편, 종래의 공작기계에서 나사 절삭(Thread Cutting)은 도 1과 같은 방식으로 이루어지는데, 툴(Tool)이 가공물에 나사 산을 내면서 가공하게 된다.
그러나 종래의 공작기계는 나사 절삭시 가공 절입량이 많아질수록 스핀들 및 Z축의 부하가 올라가고, 이에 따라 소음 및 진동 등과 같은 채터(Chatter)가 발생하게 된다. 이로 인해 가공물의 가공면 조도 및 정도가 허용범위를 벗어나 가공 불량이 발생하게 된다.
본 명세서는 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 멀티 감지를 통해 스핀들의 회전 속도 및 Z축의 이송(Feed) 속도를 조절함으로써 채터 발생을 줄일 수 있는 공작기계의 축 제어 방법 및 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한, 본 명세서의 제1 실시예에 따르면, 본 명세서에 따른 공작기계의 축 제어 장치는, 스핀들부(220)의 진동을 감지하는 가속도 센서(210); 각 모터(224, 234)의 토크값을 피드백하는 엔코더부(222, 232); 및 초기 절삭 가공시 상기 엔코더부(222, 232)에서 피드백되는 각 모터(224, 234)의 최소 토크값 및 최대 토크값을 기록한 후, 상기 가속도 센서(210)로부터 상기 스핀들 부(220)의 진동이 감지되고, 상기 엔코더부(222, 232)에서 피드백된 각 모터(224, 234)의 최소 토크값 및 최대 토크값이 기록된 각 모터(224, 234)의 최소 토크값 및 최대 토크값보다 큰 경우 채터(Chatter)가 발생한 것으로 인식하여, 각 모터(224, 234)의 회전 속도를 높이도록 제어하는 제어부(240)를 포함한다.
바람직하게는, 상기 제어부(240)는 상기 스핀들부(220)에서 진동이 발생할 때마다 각 모터(224, 234)의 회전 속도를 단계적으로 높이도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 엔코더부(222, 232)는 스핀들 모터(224)의 토크값을 피드백하는 스핀들 엔코더(222); 및 Z축 모터(234)의 토크값을 피드백하는 Z축 엔코더(232)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제어부(240)는 상기 가속도 센서(210)로부터 상기 스핀들부(220)의 진동이 감지되고, 상기 스핀들 엔코더부(222)에서 피드백된 스핀들 모터(224)의 최소 토크값 및 최대 토크값이 기록된 스핀들 모터(224)의 최소 토크값 및 최대 토크값보다 크며, 상기 Z축 엔코더(232)에서 피드백된 Z축 모터(234)의 최소 토크값 및 최대 토크값이 기록된 Z축 모터(234)의 최소 토크값 및 최대 토크값보다 큰 경우 채터가 발생한 것으로 인식하여, 상기 스핀들 모터(224)의 회전 속도 및 상기 Z축 모터(234)의 이송 속도를 증가시키는 것을 특징으로 한다.
본 명세서의 제2 실시예에 따르면, 본 명세서에 따른 공작기계의 축 제어 방법은, 초기 절삭 가공시 각 모터(224, 234)의 최소 토크값 및 최대 토크값을 기록하는 단계; 스핀들부(220)의 진동이 감지되는지 여부 및 피드백되는 각 모터(224, 234)의 최소 토크값 및 최대 토크값이 기록된 각 모터(224, 234)의 최소 토크값 및 최대 토크값보다 큰지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 스핀들부(220)의 진동이 감지되고, 피드백되는 각 모터(224, 234)의 최소 토크값 및 최대 토크값이 기록된 각 모터(224, 234)의 최소 토크값 및 최대 토크값보다 큰 경우 채터가 발생한 것으로 인식하여, 각 모터(224, 234)의 회전 속도를 높이도록 제어하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 각 모터(224, 234)의 회전 속도를 높이도록 제어하는 단계에서, 상기 스핀들부(220)에서 진동이 발생할 때마다 각 모터(224, 234)의 회전 속도를 단계적으로 높이도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 명세서에 의하면, 스핀들 및 Z축의 토크 변화량에 따라 스핀들의 회전 속도 및 Z축의 이송 속도를 제어하는 공작기계의 축 제어 방법 및 장치를 제공함으로써, 나사 절삭 가공시 채터 발생량을 줄일 수 있고, 가공 조도를 높일 수 있다.
도 1은 종래의 공작기계에서 나사 절삭 가공을 보여주는 도면,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 공작기계의 축 제어 장치의 개략적인 구성을 나타낸 블럭 구성도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 공작기계의 축 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 공작기계의 축 제어 장치의 개략적인 구성을 나타낸 블럭 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 공작기계의 축 제어 장치는 가속도 센서(210), 스핀들부(220), Z축부(230) 및 제어부(240) 등을 포함한다.
나사 절삭(Thread Cutting)시 채터(Chatter)가 발생하게 되면 스핀들부(220)에서 진동이 발생하게 되고, 이에 따라 각 축(즉, 스핀들과 Z축)의 토크값이 변하게 된다. 이와 관련하여 가속도 센서(210)는 스핀들부(220)의 진동을 감지하고, 감지된 진동 신호를 제어부(240)로 피드백한다.
스핀들부(220)는 스핀들 엔코더(222) 및 스핀들 모터(224)로 구성된다. 스핀들 엔코더(222)는 스핀들 모터(224)의 토크값을 제어부(240)로 피드백한다. 자세하게는, 스핀들 엔코더(222)는 스핀들 모터(224)의 토크 변화량인 최소 토크값과 최대 토크값을 제어부(240)로 피드백한다.
Z축부(230)는 Z축 엔코더(232) 및 Z축 모터(234)로 구성된다. Z축 엔코더(232)는 Z축 모터(234)의 토크값을 제어부(240)로 피드백한다. 자세하게는, Z축 엔코더(232)는 Z축 모터(234)의 토크 변화량인 최소 토크값과 최대 토크값을 제어부(240)로 피드백한다.
제어부(240)는 초기 나사 절삭 가공시 스핀들 엔코더(222)에서 피드백되는 스핀들 모터(224)의 최소 토크값 및 최대 토크값과 Z축 엔코더(232)에서 피드백되는 Z축 모터(234)의 최소 토크값 및 최대 토크값을 기록한다. 그리고 제어부(240)는 가속도 센서로(210)부터 스핀들부(220)의 진동이 감지되고, 스핀들 엔코더(222)에서 피드백된 스핀들 모터(224)의 최소 토크값 및 최대 토크값이 기록된 스핀들 모터(224)의 최소 토크값 및 최대 토크값보다 크며, Z축 엔코더(232)에서 피드백된 Z축 모터(234)의 최소 토크값 및 최대 토크값이 기록된 Z축 모터(234)의 최소 토크값 및 최대 토크값보다 큰 경우 채터가 발생한 것으로 인식하여, 스핀들의 회전 속도 및 Z축의 이송(feed) 속도를 높이도록 제어한다.
이를 위해, 제어부(240)는 진동 피드백 입력부(242), 토크 피드백 입력부(244) 및 사이클 알고리즘부(246)를 포함할 수 있다.
진동 피드백 입력부(242)는 가속도 센서(210)에서 피드백되는 진동 신호를 수신한다.
토크 피드백 입력부(244)는 스핀들 엔코더(222)에서 피드백되는 스핀들 모터(224)의 최소 토크값 및 최대 토크값과 Z축 엔코더(232)에서 피드백되는 Z축 모터(234)의 최소 토크값 및 최대 토크값을 수신한다.
사이클 알고리즘부(246)는 초기 나사 절삭 가공시 토크 피드백 입력부(244)를 통해 입력되는 스핀들 모터(224)의 최소 토크값 및 최대 토크값과 Z축 모터(234)의 최소 토크값 및 최대 토크값을 기록하여 사이클 변수에 저장한 후, 가속도 센서로(210)부터 스핀들부(220)의 진동이 감지되고, 스핀들 엔코더(222)에서 피드백된 스핀들 모터(224)의 최소 토크값 및 최대 토크값이 기록된 스핀들 모터(224)의 최소 토크값 및 최대 토크값보다 크며, Z축 엔코더(232)에서 피드백된 Z축 모터(234)의 최소 토크값 및 최대 토크값이 기록된 Z축 모터(234)의 최소 토크값 및 최대 토크값보다 큰 경우 채터가 발생한 것으로 인식하여, 스핀들의 회전 속도 및 Z축의 이송(feed) 속도를 높이도록 제어한다.
한편, 본 발명에 따른 제어부(240)는 스핀들부(220)에서 진동이 발생할 때마다 스핀들의 회전 속도 및 Z축의 이송 속도를 단계적으로 높이도록 제어한다. 즉, 제어부(240)는 첫 번째 진동 발생시 이송 제어(Feed Control)를 온하여 스핀들의 회전 속도 및 Z축의 이송 속도를 증가시키고, 다음 진동 발생시 다시금 이송 제어를 온하여 스핀들의 회전 속도 및 Z축의 이송 속도를 증가시킨다. 전술한 바와 같이, 제어부(240)는 단계적으로 이송 제어를 수행하되, 더 이상 진동이 발생하지 않는 경우 스핀들의 회전 속도 및 Z축의 이송 속도를 증가시키지 않고 현재 스핀들의 회전 속도 및 Z축의 이송 속도를 유지한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 공작기계의 축 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 초기 나사 절삭 가공시 각 모터의 최소 토크값 및 최대 토크값을 기록한다(S310). 자세하게는, 초기 나사 절삭 가공시 스핀들 모터(224)의 최소 토크값 및 최대 토크값과 Z축 모터(234)의 최소 토크값 및 최대 토크값을 기록한다.
스핀들부(220)의 진동이 감지되는지 여부(S320) 및 피드백되는 각 모터의 최소 토크값 및 최대 토크값이 기록된 각 모터의 최소 토크값 및 최대 토크값보다 큰지 여부를 판단한다(S322). 자세하게는, 스핀들부(220)의 진동이 감지되는지 여부, 피드백되는 스핀들 모터(224)의 최소 토크값 및 최대 토크값이 기록된 스핀들 모터(224)의 최소 토크값 및 최대 토크값보다 큰지 여부 및 피드백되는 Z축 모터(234)의 최소 토크값 및 최대 토크값이 기록된 Z축 모터(234)의 최소 토크값 및 최대 토크값보다 큰지 여부를 판단한다.
이어서, 스핀들부(220)의 진동이 감지되고, 피드백되는 각 모터의 최소 토크값 및 최대 토크값이 기록된 각 모터의 최소 토크값 및 최대 토크값보다 큰 경우 채터가 발생한 것으로 인식하여, 각 모터의 회전 속도를 높이도록 제어한다(S330). 자세하게는, 스핀들부(220)의 진동이 감지되고, 피드백되는 스핀들 모터(224)의 최소 토크값 및 최대 토크값이 기록된 스핀들 모터(224)의 최소 토크값 및 최대 토크값보다 크며, 피드백되는 Z축 모터(234)의 최소 토크값 및 최대 토크값이 기록된 Z축 모터(234)의 최소 토크값 및 최대 토크값보다 큰 경우 채터가 발생한 것으로 인식하여, 스핀들의 회전 속도 및 Z축의 이송(feed) 속도를 높이도록 제어한다.
전술한 방법은 다양한 수단을 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 하드웨어, 펌웨어(Firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다.
하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 하나 또는 그 이상의 ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors), DSPDs(Digital Signal Processing Devices), PLDs(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), 프로세서, 콘트롤러, 마이크로 콘트롤러 및 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.
펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리 유닛에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리 유닛은 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.
이상에서 본 명세서에 개시된 실시예들을 첨부된 도면들을 참조로 설명하였다. 이와 같이 각 도면에 도시된 실시예들은 한정적으로 해석되면 아니되며, 본 명세서의 내용을 숙지한 당업자에 의해 서로 조합될 수 있고, 조합될 경우 일부 구성 요소들은 생략될 수도 있는 것으로 해석될 수 있다.
여기서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 명세서에 개시된 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 명세서에 개시된 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 명세서에 개시된 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
210: 가속도 센서 220: 스핀들부
222: 스핀들 엔코더 224: 스핀들 모터
230: Z축부 232: Z축 엔코더
234: Z축 모터 240: 제어부
242: 진동 피드백 입력부 244: 토크 피드백 입력부
246: 사이클 알고리즘부

Claims (6)

  1. 스핀들부(220)의 진동을 감지하는 가속도 센서(210);
    각 모터(224, 234)의 토크값을 피드백하는 엔코더부(222, 232); 및
    초기 절삭 가공시 상기 엔코더부(222, 232)에서 피드백되는 각 모터(224, 234)의 최소 토크값 및 최대 토크값을 기록한 후, 상기 가속도 센서(210)로부터 상기 스핀들부(220)의 진동이 감지되고, 상기 엔코더부(222, 232)에서 피드백된 각 모터(224, 234)의 최소 토크값 및 최대 토크값이 기록된 각 모터(224, 234)의 최소 토크값 및 최대 토크값보다 큰 경우 채터(Chatter)가 발생한 것으로 인식하여, 각 모터(224, 234)의 회전 속도를 높이도록 제어하는 제어부(240);
    를 포함하는 공작기계의 축 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부(240)는 상기 스핀들부(220)에서 진동이 발생할 때마다 각 모터(224, 234)의 회전 속도를 단계적으로 높이도록 제어하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 축 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 엔코더부(222, 232)는
    스핀들 모터(224)의 토크값을 피드백하는 스핀들 엔코더(222); 및
    Z축 모터(234)의 토크값을 피드백하는 Z축 엔코더(232);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 축 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부(240)는 상기 가속도 센서(210)로부터 상기 스핀들부(220)의 진동이 감지되고, 상기 스핀들 엔코더부(222)에서 피드백된 스핀들 모터(224)의 최소 토크값 및 최대 토크값이 기록된 스핀들 모터(224)의 최소 토크값 및 최대 토크값보다 크며, 상기 Z축 엔코더(232)에서 피드백된 Z축 모터(234)의 최소 토크값 및 최대 토크값이 기록된 Z축 모터(234)의 최소 토크값 및 최대 토크값보다 큰 경우 채터가 발생한 것으로 인식하여, 상기 스핀들 모터(224)의 회전 속도 및 상기 Z축 모터(234)의 이송 속도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 공작기계의 축 제어 장치.
  5. 초기 절삭 가공시 각 모터(224, 234)의 최소 토크값 및 최대 토크값을 기록하는 단계;
    스핀들부(220)의 진동이 감지되는지 여부 및 피드백되는 각 모터(224, 234)의 최소 토크값 및 최대 토크값이 기록된 각 모터(224, 234)의 최소 토크값 및 최대 토크값보다 큰지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 스핀들부(220)의 진동이 감지되고, 피드백되는 각 모터(224, 234)의 최소 토크값 및 최대 토크값이 기록된 각 모터(224, 234)의 최소 토크값 및 최대 토크값보다 큰 경우 채터가 발생한 것으로 인식하여, 각 모터(224, 234)의 회전 속도를 높이도록 제어하는 단계;
    를 포함하는 공작기계의 축 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 각 모터(224, 234)의 회전 속도를 높이도록 제어하는 단계에서,
    상기 스핀들부(220)에서 진동이 발생할 때마다 각 모터(224, 234)의 회전 속도를 단계적으로 높이도록 제어하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 축 제어 방법.
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KR102019280B1 (ko) 2018-04-27 2019-09-06 울산과학기술원 디카르복실산을 생산하는 형질전환 미생물 및 이를 이용한 디카르복실산 생산방법

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