KR20180024093A - 실제 이송속도가 반영된 절삭부하를 기준으로 한 공작기계의 공구 손상 모니터링 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실제 이송속도가 반영된 절삭부하를 기준으로 한 공작기계의 공구 손상 모니터링 방법은 공구, 피가공물의 정보, 가공경로 및 이송속도를 고려하여 산술절삭부하를 산출하는 단계, 가공경로 및 이송속도를 공작기계에 입력하여 피가공물을 가공 시 실제 계측되는 계측이송속도를 도출하는 단계, 계측이송속도를 통해 산술절삭부하를 보정하여 기준절삭부하를 산출하는 단계, 공구를 통해 피가공물을 가공 시 공구에 입력되는 실제절삭부하를 계측하는 단계 및 실제절삭부하 및 기준절삭부하를 대비하여 공구의 손상 여부를 판단하는 단계를 포함한다.

Description

실제 이송속도가 반영된 절삭부하를 기준으로 한 공작기계의 공구 손상 모니터링 방법{TOOL BREAKAGE AND WEAR MONITORING METHOD}

본 발명은 수치제어 공작기계의 공구 손상을 모니터링하기 위한 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공구에 직접 가해지는 절삭부하를 측정하여 실제 이송속도(feed rate)가 반영된 기준 절삭부하와 대비함으로 공구의 파손 또는 마모를 판단하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 NC공작기계라고도 하는 수치제어공작기계(numerical control machine tool)를 통해 가공을 수행함에 있어 공구와 피가공물은 견고하게 고정된 상태로 회전 또는 이송된다.

수치제어장치는 공작기계를 목표값에 맞추어 동작하도록 지시하고 목표값과 검출값을 비교하여 목표값과 다를 경우 정정동작이 자동적으로 이루어진다.

공작기계가 작동되어 공구 및 피가공물이 접하여 가공이 수행될 때, 공구의 마모 또는 파손이 발생하게 되면 가공을 위한 목표값과는 큰 가공오차가 발생된다.

공구의 마모 또는 파손의 발생 시 공작기계의 동작을 적절하게 제어하지 못하게 되면 피가공물에 손상이 발생되거나 공작기계의 오작동으로 이어질 수 있어 공구의 마모 또는 파손에 대한 다양한 모니터링 방법이 실시되고 있다.

국내공개특허 제1997-0033320호 "자동심압대에서 퀼(quill) 제어 방법"에는 수치제어 선반의 자동 심압대에서 솔레노이드 밸브를 통해 퀼에 공급되는 압력조건을 모니터하여 압력 저하가 발생되면 경보를 발하고 회전을 중지시키는 기술이 개시되어 있다.

하지만, 공작물의 지지상태를 감지하여 공작기계의 동작을 제어하는 기술에 관련된 것으로 공구의 손상을 파악할 수는 없었고, 단순 압력저하 상태만을 감지하므로 다양한 공구와 공작물의 상태를 두루 파악할 수 없다는 단점이 있었다.

또는, 공작기계의 공구가 떨리는 현상인 채터링(chattering)을 측정하여 정상상태의 입력값을 벗어날 경우 공구의 회전량을 조절하여 채터링을 감소시키거나 작동을 중지하여 공구를 체크하는 방법들이 실시되고 있으나, 오차가 커 공구에 직접 발생된 마모 또는 파손을 감지해내기가 어려웠다.

따라서 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방법이 요구된다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 산술적으로 계산된 공구의 절삭부하를 실시간으로 계측되는 이송속도를 대입하여 보정함으로 공구의 마모 또는 파손을 판단할 수 있는 보다 정확한 기준 절삭부하를 도출하고, 가공과정에서 공구에 직접 입력되는 절삭부하를 대비함으로 공구의 마모 또는 파손을 자동으로 판단하는 방법을 제공하기 위함이다.

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 실제 이송속도가 반영된 절삭부하를 기준으로 한 공작기계의 공구 손상 모니터링 방법은 공구, 피가공물의 정보, 가공경로 및 이송속도를 고려하여 산술절삭부하를 산출하는 단계, 가공경로 및 이송속도를 공작기계에 입력하여 피가공물을 가공 시 실제 계측되는 계측이송속도를 도출하는 단계, 계측이송속도를 통해 산술절삭부하를 보정하여 기준절삭부하를 산출하는 단계, 공구를 통해 피가공물을 가공 시 공구에 입력되는 실제절삭부하를 계측하는 단계 및 실제절삭부하 및 기준절삭부하를 대비하여 공구의 손상 여부를 판단하는 단계를 포함한다.

그리고, 산술절삭부하를 산출하는 단계는 공구의 종류, 피가공물의 재질, 가공경로에 따른 절삭량, 이송속도를 변수로하는 산술절삭부하를 데이터 세트화한 제1데이터 세트를 작성한다.

또는, 계측이송속도를 도출하는 단계는 가공경로 및 이송속도를 공작기계에 프로그램 코드로 입력하여 계측되는 계측이송속도를 데이터 세트화한 제2데이터 세트를 작성한다.

그리고, 기준절삭부하를 산출하는 단계는 동일한 공구, 동일한 피가공물, 동일한 가공경로 및 동일한 이송속도를 통해 작성된 제1데이터 세트 및 제2데이터 세트를 병합하여 산출된다.

또는, 실제절삭부하는 공구에 가해지는 절삭부하를 직접적으로 계측한 값이다.

그리고, 기준절삭부하는 정상구역, 정상구역 미만의 파손구역 및 정상구역을 초과하는 마모구역으로 구획되어 상기 실제절삭부하와 대비된다.

또는, 실제절삭부하를 계측하는 단계는 공구에 입력되는 실제절삭부하는 토크센서 또는 전류센서로 측정된다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실제 이송속도가 반영된 절삭부하를 기준으로 한 공작기계의 공구 손상 모니터링 방법은 실제 공작기계의 이송속도를 반영함으로써 실제 가공상황이 반영되어 정확도가 향상된 기준절삭부하를 도출함으로 공구의 상태 모니터링 정확도를 높일수 있는 효과가 있고, 특히 소량부품의 가공 시 시험가공을 통하여 기준 절삭부하를 선정하기 어려웠던 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 공작기계를 간략화하여 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공구 손상 모니터링 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공구 손상 모니터링 방법에서 기준절삭부하를 산출하는 단계를 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공구 손상 모니터링 방법의 기준절삭부하를 도식화하여 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공구 손상 모니터링 방법의 공구 손상을 판단하는 기준을 나타낸 그래프이다.

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 공작기계의 공구 손상 모니터링 방법은 하기 되는 것과 같이 실시될 수 있다.

도 1은 공작기계를 간략화하여 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공구 손상 모니터링 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 공구 손상 모니터링 방법은 공구(10) 및 피가공물(20)의 정보와 가공경로 및 이송속도를 고려하여 산술절삭부하를 산출하는 단계(S100), 가공경로 및 이송속도를 공작기계에 입력하여 피가공물(20)을 가공 시 실제 계측되는 계측이송속도를 도출하는 단계(S200), 계측이송속도를 통해 산술절삭부하를 보정하여 기준절삭부하를 산출하는 단계(S300), 공구(10)를 통해 피가공물(20)을 가공 시 공구(10)에 입력되는 실제절삭부하를 계측하는 단계(S400), 실제절삭부하 및 기준절삭부하를 대비하여 공구(10)의 손상 여부를 판단하는 단계(S500)를 포함한다.

아래에서는 상기된 각각의 단계를 구체적으로 자세하게 설명한다.

산술절삭부하를 산출하는 단계(S100)는 가공을 위해 사용되는 공구(10)와 피가공물의 재질등과 같은 정보, 가공경로 및 이송속도등을 변수로 하여 산술적으로 공구(10)에 가하여질 절삭부하를 도출하는 단계이다.

이송속도는 피가공물(20)이 공구(10)와 접하여 가공되며 이송되는 속도이다.

산술적으로 특정 피가공물(20)을 공작기계를 통해 가공 시 공구(10)에 가하여지는 절삭부하를 구하는 것은 소량으로 가공되는 가공물을 대상으로 할 때, 선행된 가공정보를 취득할 수 없는 경우에도 본 발명을 통한 공구 손상 모니터링 방법을 적용할 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공구 손상 모니터링 방법에서 기준절삭부하를 산출하는 단계를 나타낸 흐름도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공구 손상 모니터링 방법의 기준절삭부하를 도식화하여 나타낸 그래프, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공구 손상 모니터링 방법의 공구 손상을 판단하는 기준을 나타낸 그래프이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 산술절삭부하는 공구의 종류, 피가공물의 재질, 가공경에 따른 절삭량, 이송속도를 변수로 하여 구해지며, 도식화된 제1데이터세트로 산출될 수 있다.

이는 예시적인 것으로서 본 발명이 적용되는 실시예에 따라 다양한 변수를 사용하여 산술적으로 제1데이터세트가 도출될 수 있다.

계측이송속도를 도출하는 단계(S200)는 산술절삭부하를 도출함에 있어 변수로 사용되었던 가공경로 및 이송속도를 수치제어공작기계에 입력하여 가공을 수행함에 있어서, 입력된 목표값과 실제 출력되는 이송속도의 출력값인 계측이송속도를 도출하여 데이터 세트화한 제2데이터 세트를 구하는 단계이다.

산술절삭부하는 목표값으로 사용된 이송속도를 변수로 하여 산술적으로 도출된 절삭부하이므로, 수치제어공작기계를 통해 발생되는 목표값 및 출력값의 차이만큼의 오차가 내재되어 있다.

따라서, 이러한 오차를 줄이기 위해 제2데이터 세트를 기반으로 산술절삭부하를 실시간으로 보정하는 단계를 거치게 된다.

상세하게는, 기 산출된 산술절삭부하인 제1데이터세트를 실시간으로 출력되는 계측이송속도인 제2데이터세트로 실시간 보정하는 단계를 통해 기준절삭부하를 산출하는 단계(S300)가 수행된다.

기준절삭부하가 실시간으로 제1데이터세트를 제2데이터세트를 통해 보정하여 도출되는 것은 소량의 가공물을 가공 시 실시간으로 공구(10)에 입력되는 적정한 절삭부하값을 보다 정확하게 도출하기 위한 것이다.

실제절삭부하를 계측하는 단계(S400)는 수치제어공작기계를 통해 가공이 수행되며 공구(10)로 입력되는 절삭부하인 실제절삭부하를 계측하는 단계로서, 공구(10)에 직접 입력되는 절삭부하를 직접적으로 계측한 값을 도출하며, 공구(10)에 적용되는 토크센서 또는 전류센서를 통하여 측정될 수 있다.

공구의 손상여부를 판단하는 단계(S500)는 상술하였던 과정에서 도출된 기준절삭부하와 가공을 수행하며 실시간으로 계측되는 실제절삭부하를 대비하여 공구(10)의 마모 또는 파손을 판단하는 단계이다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 기준절삭부하를 기준값으로 하고 기준절삭부하가 지닐 수 있는 공차(allowance)를 구하여 공구의 손상 여부를 판단하게 된다.

기준절삭부하가 지닐 수 있는 공차는 도 4에 도시된 바와 같이 공차상한 보정팩터(T)와 기준절삭부하의 곱으로 도출된 공차상한값과 공차하한 보정팩터(B)와 기준절삭부하의 곱으로 도출된 공차하한값의 사이에 위치하는 구간이 되며, 이 구간을 정상구역으로 정의한다.

공구(10)에 마모 또는 이물질의 고착이 발생될 경우 공구(10)로 입력되는 절삭부하가 커지게 되므로 정상구역을 초과하는 구간은 마모구역으로 정의한다.

공구(10)에 파손이 발생되어 공구(10)의 적어도 일부가 멸실되는 경우에는 공구(10)에 입력되는 절삭부하가 급격하게 감소하게 되므로 정상구역 미만의 구간은 파손구역으로 정의한다.

따라서, 실제절삭부하의 값이 정상구역에 속하는 경우 공구(10)의 손상이 없는 정상상태로 인지할 수 있고, 실제절삭부하의 값이 정상구역을 초과한 마모구간에 속할경우 공구(10)의 마모가 발생한 것으로 판단하며, 실제절삭부하의 값이 정상구역 미만인 파손구간에 속할경우에는 공구(10)가 파손된 것으로 판단하게 된다.

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.

10: 공구
20: 피가공물
30: 공구대
T: 공차상한 보정팩터
B: 공차하한 보정팩터

Claims (7)

1. 공구, 피가공물의 정보, 가공경로 및 이송속도를 고려하여 산술절삭부하를 산출하는 단계;
   상기 가공경로 및 상기 이송속도를 공작기계에 입력하여 상기 피가공물을 가공 시 실제 계측되는 계측이송속도를 도출하는 단계;
   상기 계측이송속도를 통해 상기 산술절삭부하를 보정하여 기준절삭부하를 산출하는 단계;
   상기 공구를 통해 상기 피가공물을 가공 시 상기 공구에 입력되는 실제절삭부하를 계측하는 단계; 및
   상기 실제절삭부하 및 상기 기준절삭부하를 대비하여 상기 공구의 손상 여부를 판단하는 단계;
   를 포함하는 공작기계의 공구 손상 모니터링 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 산술절삭부하를 산출하는 단계는,
   상기 공구의 종류, 상기 피가공물의 재질, 상기 가공경로에 따른 절삭량, 상기 이송속도를 변수로 하는 산술절삭부하를 데이터 세트화한 제1데이터 세트를 작성하는 공작기계의 공구 손상 모니터링 방법.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 계측이송속도를 도출하는 단계는,
   상기 가공경로 및 상기 이송속도를 상기 공작기계에 프로그램 코드로 입력하여 계측되는 상기 계측이송속도를 데이터 세트화한 제2데이터 세트를 작성하는 공작기계의 공구 손상 모니터링 방법.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 기준절삭부하를 산출하는 단계는,
   동일한 공구, 동일한 피가공물, 동일한 가공경로 및 동일한 이송속도를 통해 작성된 상기 제1데이터 세트 및 상기 제2데이터 세트를 병합하여 산출되는 공작기계의 공구 손상 모니터링 방법.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 실제절삭부하는,
   상기 공구에 가해지는 절삭부하를 직접적으로 계측한 값인 공작기계의 공구 손상 모니터링 방법.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 기준절삭부하는,
   정상구역, 상기 정상구역 미만의 파손구역 및 상기 정상구역을 초과하는 마모구역으로 구획되어 상기 실제절삭부하와 대비되는 공작기계의 공구 손상 모니터링 방법.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 실제절삭부하를 계측하는 단계는,
   상기 공구에 입력되는 실제절삭부하는 토크센서 또는 전류센서로 측정되는 공작기계의 공구 손상 모니터링 방법.
   

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