KR20230126944A - Nc 선박가공에서 자동 기구조정 시스템의 개발 - Google Patents

Abstract

본 발명은 NC선반가공에서 기구손상으로 인하여 발생하는 가공오차를 자동으로 조정하기 위한 자동조정 시스템으로, 본 발명에서의 NC선반가공에서 측정할 부품의 특성에 따라 측정장치만 교체하여주면 부품의 형태에 관계없이 어떤 생산 공장에서나 간편히 설치하여 이용할 수 있다. 또한 시스템에서 기구를 조정하기 위해 기구조정선(TRL), 기구조정량 (BTRS, STRS)를 설정하여 정상품과 불량품을 구별하여 감지하는 것을 특징으로 한 것이며, 기구보정의 누증량 (누적된 기구 손상량)을 계산하여 사전에 설정된 기구 손상 한계치와 비교하면서 한계치를 벗어나면 기구를 교체하도록 신호를 발생 시킨다. 이와 같은 발명은 작업자의 도움없이 자동으로 공구를 조정할 수 있게 함으로서 작업 시간의 손실이 줄어들고 조정량 입력의 실수를 감소시키며 교체시기를 보다 정확히 알 수 있으므로 작업의 생산성의 긍정적인 영향을 끼칠 수 있다는 장점이 있다.

Description

NC 선박가공에서 자동 기구조정 시스템의 개발{Development of an Automatic Tool Rectification System in NC Lathe Machine}

본 발명은 NC 선반 가공을 위한 자동 기구 조정시스템을 설계하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공구마모로 인하여 발생하는 가공 오류를 자동으로 조정하기 위한 시스템이다. 본 자동 보정 시스템은 측정장치만 교체하여주면 부품의 형상에 상관없이 측정할 부품의 특징에 따라 어떤 생산 공장에서나 간편하게 적용 할 수 있는 NC 선반 가공을 위한 자동 기구 조정시스템에 관한 것이다.

본래 선반이란 원주 형태의 가공 재료를 회전시켜 그곳에 바이트를 대고 불필요한 부분을 깎아내는 공작 기계이다. 기본이 되는 우측 날 바이트에 의한 선삭 가공 외에 구멍 뚫기, 보링, 홈 가공, 나사 내기 등의 가공을 할 수 있다.

그에 비해 NC 선반은 수치 제어를 바탕으로 미리 설정한 순서에 따라 수십 종류에 이르는 바이트를 구분해서 사용하여 자동 가공을 한다는 점이 특징이다. 그리고 가로와 세로, 높이의 좌표 축을 통해 절삭 등의 가공 위치를 고정밀도로 제어할 수 있으며, 가공물의 재질이나 원하는 형상에 따라 회전 속도 및 바이트의 이송 속도를 제어함으로써 자유자재로 가공이 가능하다.

선반으로 가공할 때 기본인 우측 날 바이트를 비롯하여 절단 바이트나 보링 바이트 등을 구분하여 사용하면 여러 가지 형상을 만들어낼 수 있다. 여러 개의 바이트를 설정 변경 없이 연속해서 사용할 수 있다면 가공 효율을 높일 수 있는 것은 물론, 가공물의 방향을 바꾸거나 다른 바이트로 교체했을 때 발생할 수 있는 가공 정도의 저하를 방지한다.

NC 선반에서 터릿이라는 회전 장치에 여러 개의 바이트를 장착하고 터릿을 회전시킴으로써 다른 바이트로도 가공할 수 있게 만든 타입이 주류이다. 이로 인해 가공물을 척(장착 장치)에 고정한 상태에서 하나의 공정이 완료된 후 다른 공정을 연속해서 실시할 수 있다. 또한, 다축 자동 선반은 여러개의 주축으로 각기 다른 가공을 동시에 할 수 있기 때문에 생산 효율이 높다는 점이 특징이다. 단축 자동 선반은 단일 가공을 연속적으로 실시하는 경우에 적합하다. 가공물을 자동으로 설치하는 오토 로더가 있어 동일한 형상의 물체를 대량으로 가공할 수 있다. 그 외에 특수한 것으로는 큰 가공물에 대응한 정면 선반과 수직식 선반, 철도 차량의 바퀴를 가공하는 바퀴 선반 등이 있다.

현재 NC 선반은 컴퓨터 제어가 발달하여 NC 선반이라고 하면 곧 CNC 선반을 의미한다. 생산 효율을 추구하는 관점에서 주축 및 터릿을 여러 개 탑재하여 한 번의 처킹(가공물 고정)으로 여러 부분을 동시에 가공할 수 있는 모델이다. 한편 가공 정도에 관해서는 서브미크론 단위에 대응한 고밀도의 선반이 전자 기기 관련 등 정밀 가공에 다수 이용되고 있으며, 부속 기능으로 가공물 반출입이나 세정, 계측 등의 작업까지도 자동화된 기기가 이용된다.(도1 참고)

자동 기구 조정시스템은 NC 선반과 측정기기，그리고 PLC으로 구성 되어있다. 일단 가공물의 길이 혹은 너비와 같은 부품의 특성치가 지정된 규격을 벗어나는지 여부를 조사하기위해 선반에서 가공된 부품을 측정기로 이동시킨다.

측정기기는 마이크로 인디케이터나 공기 마이크로 미터와 같은 측정용 감지기를 이용하여 부품이 설정된 규격을 벗어나는지에 대한 여부만 알려줄 뿐이며, 부품의 실질적 규격은 측정하지 못한다.

부품을 측정한 결과값이 지정된 규격을 벗어나는 경우 바로 가공물의 보정이 이루어진다.

일반적으로 공구의 마모는 가공되는 제품의 규격을 지속적으로 증가시키거나 혹은 감소 시키기 때문에 공구보정 필요성을 판단하기 위해 설정되는 공구조정선((Tool Rectification Line:TRL)은 상한선 혹은 하한선으로만 설정할 수 있게 되어있다.

도 2 에서는 공구보정선이 상한선으로 존재하는 경우를 보여주고 있으며 정상품과 불량품의 판단을 위한 관리 한계선 (S± tol) 보다 엄격하게 설정되었다.

따라서 만약 감지된 부품의 규격이 공구보정선보다 작은 결과값이 측정된다면 해당 가공물은 정상품으로 결정된다.

반면에 부품의 규격이 기구조정선을 초과한 경우에는 가공된 부품이 관리한계선을 벗어날 수도 있으므로 불량품의 여부를 확인할 필요가 있다.

부품의 규격이 기구조정선을 벗어나는 원인은 공구 마모 외에도 공구파손이나 부품이나 공구의 잘못 된 셋팅 등으로 말미암을 수도 있다. 특히 기구마모 이외의 다른 원인들로 인하여 부품 규격이 공구보정선을 벗어나는 경우에는 부품규격의 오차가 크게 증가하므로 불량품이 발생할 가능성이 매우 커진다.

이후 NC 기계에서 가공이 완료된 부품은 측정기로 옮겨져 품질특성치에 대한 측정이 이루어진다. 만약 측정된 부품의 규격이 공구보정선을 초과하는 경우，측정장치는 PLC 를 통하여 NC제어기에 공구보정신호를 발생한다. NC 제어기는 공구보정신호가 전달될 때마다 매크로프로그램에 의하여 저장된 기구조정값을 변경하게 되며，따라서 그 이후에 가공되는 장치들은 자동적으로 공구조정이 완료되어 나온다.

절삭가공에서 기구의 손상으로 인하여 가공물의 치수가 변동하며 특히 자동생산설비에서는 이러한 가공의 오류 때문에 대량의 불량품이 만들어진다.

생산 공정이 안정되었을 경우, 가공오차는 거의 대부분 기구의 손상에 의하여 발생한다.

??문에 가공오차로 인한 불량품들의 발생을 예방하기위해 기구손상을 감지하기 위한 여러방법들이 제시되었지만, 지금까지 이루어진 기구조정에 관한 논문들과 많은 시도들은 기구의 손상에 따른 오차조정을 수동으로 실행해왔던 것들 뿐이다.

따라서 본 발명은 가공오차의 원인인 공구의 마모에 오차보정을 자동으로 수행하는 자동 기구 조정시스템의 설계 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 자동 기구 조정 시스템을 효과적으로 운영하는 방법을 제공한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 기구보정 자동 시스템의 구성 요소는 NC 선반과 측정기기 그리고 PLC 이다.

작업물의 길이 혹은 폭과 같은 부품의 특성된 수치가 설정된 규격을 초과하는지를 감지하기 위해 선반에서 가공된 가공품을 측정기기로 이동시킨다.

측정장치는 마이크로 인디케이터나 공기 마이크로 미터와 같은 계측용 감지기를 사용하여 부품이 설정된 치수와 다른점의 여부 판정만 내릴 뿐이며 부품의 실제 치수는 감지하지 못한다.

본 기구보정 자동시스템에서 측정장치를 사용하는 일차적인 목적은 제품의 불량 여부를 판별하는 것이 아니라 기구의 조정 여부를 판정하기 위한 것이다.

따라서 부품을 측정한 결과치가 지정된 규정을 벗어나는 경우 즉시 기구의 조정이 이루어진다. 일반적으로 기구의 손상은 생산되는 제품의 규격을 지속적으로 증가시키거나 혹은 감소 시키므로 기구조정 여부를 판별하기 위하여 설정되는 기구 보정선(Tool Rectification Line:TRL)은 상한선 혹은 하한선으로만 존재하게 된다.

따라서 만약 측정된 부품의 규격이 기구보정선보다 작은 값이라면 해당부품은 정상품으로 취급된다. 반면에 제품의 규격이 기구보정선을 초과한 경우에는 가공된 부품이 관리 한계선을 벗어날 수도 있으므로 불량품인지 직접 확인해볼 필요가 있다.

공구의 마모에 따른 오차 조정 수행할 때 가공된 기계부품의 측정데이터로부터 공구의 마모에 따른 오차 조정을 작업자의 도움없이 자동적으로 수행한다.

본 발명에서의 NC선반가공에서 기구손상으로 인하여 발생하는 가공차이를 자동으로 조정하기 위한 자동조정 시스템은 측정할 부품의 특성에 따라 측정장치만 교체하여주면 부품의 형태에 관계없이 어떠한 생산공장에서나 간편히 설치하여 이용할 수 있다.

NC선반가공에서 공구마모로 인하여 발생하는 가공오차를 자동으로 조정하기 위한 자동조정 시스템은 사람의 관여 없이 자동으로 기구를 조정할 수 있다.

따라서 자동으로 했을때의 작업시간이 수동으로 기구 조정을 했을 때의 작업시간의 손실에 비해 비교적으로 손실이 낮아지면서 작업의 효율성이 향상된다.

따라서 작업자가 공구를 자체적으로으로 보정할 경우 발생할 수 있는 보정량 입력의 실수를 없앨 수 있다.

NC선반가공에서 공구마모로 인하여 발생하는 가공오차를 자동으로 조정하기 위한 자동조정 시스템은 작업시에 발생하는 허용치를 초과한 불량품들의 양을 줄일 수 있다.

또한 기구를 교환해야될 적절한 때를 자동으로 결정하여 작업자에게 표시해준다.

도 1은 일반적으로 사용되는 NC 선반의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 자동 기구 조정이 이루어지는 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 대기구조정이 이루어지는 과정을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 대기구조정이 이루어질 때 나타나는 소기구조정량(STRS)를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 기구누증손상량을 이용하여 기구의 교환시기를 결정하는 과정을 나타낸 흐름도이다.

이하 설명되는 본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 구분하여 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

또한 본 출원에서 적어도 2개의 상이한 실시예들이 각각 기재되어 있을 경우, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 별다른 기재가 없더라도 각 실시예들은 구성요소의 전부 또는 일부를 상호 병합 및 혼용하여 사용할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 자동 기구 조정이 이루어지는 과정을 나타낸 흐름도이다. 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 대기구조정이 이루어지는 과정을 나타낸 도면이다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 대기구조정이 이루어질 때 나타나는 소기구조정량(STRS)를 나타낸 도면이다. 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 기구누증손상량을 이용하여 기구의 교환시기를 결정하는 과정을 나타낸 흐름도이다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명인 NC선반가공에서 공구마모로 인하여 발생하는 가공오차를 자동으로 조정하기 위한 자동조정 시스템의 적절한 예시 그리고, 절차와 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.

자동기구조정시스템에서 기구조정은 다음의 절차를 따라 이루어진다. 먼저 NC 제어기에서 가공이 완료된 부품은 측정장치로 이동되어 가공물에 대한 감지가 실시된다.

만약 감지된 제품의 측정값이 기구조정선을 초과하는 경우, 즉정장치는 PLC 를 통하여 NC제어기에 기구보조정신호를 발생한다.

NC 제어기는 기구조정신호가 명령될 때마다 매크로프로그램에 의하여 저장된 기구조정값을 변경하게 되며，따라서 그 이후에 가공되는 부품들은 자동적으로 기구조정이 이루어진다. (자동기구 조정이 이루어지는 과정을 흐름도로 도시하면 도 2 와 같다.)

기구조정시스템에서 기구를 조정하는 방법에는 대기구조정과 소기구조정 이 두가지가 있는데, 제품의 측정값이 공구 보정선을 벗어날 때마다 이루어지는 기구조정을 대기구조정이라하고 이 때 적용되는 기구조정량을 대공구보정량 (BigTool Rectification Size: BTRS) 이라고 부른다.

부품을 가공할 때마다 공구의 마모량을 예측하여 공구를 조정하는 것을 소기구조정이라고 하며 이 때 기구의 조정량을 소기구조정량 (Small Tool Rectification Size: STCS) 이라고 부른다.

제품의 가공이 진행됨에 따라 제품규격은 점차 상승하며, 제품규격이 기구조정선을 벗어나면 자동적으로 대기구조정량 (BTRS) 만큼 기구조정이 이루어진다. (도 3은 이와 같은 대기구조정이 이루어지는 과정을 보여주고 있으며, 이 때 실선은 중앙선 (S)를, 가는 점선은 관리 한계선 (S±tol)을 그리고 굵은 점선은 기구조정선 (TRL)을 나타낸다.)

으로 표시된 부품의 측정치가 설정된 기구조정선을 벗어나면 즉시 대기구조정량 (BTRS)만큼 기구조정이 이루어지며 이를 그림상에서는 흰 점 O으로 표시하고 있다.

기구조정선을 벗어난 2 개의 부품 가운데 왼편의 부품은 정상품이고 오른편의 부품은 불량품에 해당된다.

공구 손상으로 인하여 부품의 규격이 기구조정선을 초과할 때마다 자동적으로 대기구조정이 이루어진다. 이때 기구손상에 의한 가공차이는 제품을 가공할 때마다 계속해서 상승하므로 조정된 규격이 관리하한선 S-tol 을 벗어나지 않으면서도 가능한 가깝게 위치하도록 다음식과 같이 대기구조 정량(BTRS)을 정하는 것이 바람직하다. (BTRS = TRL-(S-tol) = 2xtol-W)

(W : 하나의 부품을 가공할 때 발생하는 최대 기구손상량)

소기구조정량(STRS)을 결정해 보자. 도 4 에 의하면 일반적으로 기구의 손상량은 가공시간 길어짐에 따라 그 크기가 증가하므로 대기구조정이 실행될 때마다 앞서 발생한 기구손상량과 가공된 제품의 수를 이용하여 다음식과 같이 정할 수 있다.

STRSi : i-卜번째 대기구조정이 일어난 이후부터 i 번째의 대기구조정이 일어나기 직전 까지의 구간에서 적용된 소기구조정량

N, : i-1 번째 대기구조정이 일어난 이후부터 i 1번째의 대기구조정이 일어나기 직전까지 가공된 제품의 수

기구를 조정하는 것은 기구가 조정량만큼 손상되었다는 것을 뜻하므로 기구의 조정된 값들을 누증하면 기구의 적절한 교체시기를 결정할 수 있다. 대기구조정이 k 번 수행되었다고 할 때 누적된 공구마모량 Y 는 다음과 같이 계산된다.

BTCS : 대기구조정량

STCSj : i-1 번째와 i 번째 대기구조정 사이에 가공된 부품에 적용된 소기구조정량

N, . 1 1 번째와 i 번째 대기구조정 사이에 가공된 부품의 수

일단 누증기구손상량 Y 가 계산되면 사진에 실정된 기구손상한계치와 비교하여 누증기구손상량 이 기구손상한계치를 벗어나면 기구를 교체하도록 작업자에게 알려준다.

도 5에서는 기구누증손상량을 이용하여 기구의 교환시기를 결정하는 과정을 흐름도로 나타내고 있다.

이상에서 상세하게 설명한 바에 의하면, 본 발명에서의 NC선반가공에서 기구손상으로 인하여 발생하는 가공차이를 자동으로 조정하기 위한 자동조정 시스템은 측정할 부품의 특성에 따라 측정장치만 교체하여주면 부품의 형태에 관계없이 어떠한 생산공장에서나 간편히 설치하여 이용할 수 있다. NC선반가공에서 공구마모로 인하여 발생하는 가공오차를 자동으로 조정하기 위한 자동조정 시스템은 사람의 관여 없이 자동으로 기구를 조정할 수 있다. 따라서 자동으로 했을때의 작업시간이 수동으로 기구 조정을 했을 때의 작업시간의 손실에 비해 비교적으로 손실이 낮아지면서 작업의 효율성이 향상된다. 따라서 작업자가 공구를 자체적으로으로 보정할 경우 발생할 수 있는 보정량 입력의 실수를 없앨 수 있다. NC선반가공에서 공구마모로 인하여 발생하는 가공오차를 자동으로 조정하기 위한 자동조정 시스템은 작업시에 발생하는 허용치를 초과한 불량품들의 양을 줄일 수 있다. 또한 기구를 교환해야될 적절한 때를 자동으로 결정하여 작업자에게 표시해준다.

한편, 본 도면에 개시된 실시예는 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.

Claims (4)

1. NC선반가공에서 기구손상으로 인하여 발생하는 가공오차를 자동으로 조정하기 위한 자동조정 시스템에 있어서, 구조는 NC선반과 측정장치，그리고 PLC이고 선반에서 가공된 제품은 측정장치로 이동시켜 마이크로 인디케이터나 공기 마이크로미터와 같은 측정용 감지기를 이용하여 작업물의 길이 혹은 너비와 같은 제품의 외형이 지정된 값을 초과하는지를 감지하여 기구의 조정 여부를 판정하여 기구조정선을 초과하는 경우，측정장치가 PLC 를 통하여 NC제어기에 기구조정신호를 발생시키는 시스템.
2. 제 1항에 있어서,
   NC선반가공에서 기구손상으로 인하여 발생하는 가공오차를 자동으로 조정하기 위한 자동조정 시스템이 NC 제어기가 기구조정신호가 전달될 때마다 매크로프로그램에 의하여 저장된 기구조정값을 교체하게 되며，따라서 그 이후에 가공되는 제품들을 대상으로 자동적으로 기구조정을 실시하는 시스템.
3. 제 1항에 있어서,
   NC선반가공에서 기구손상으로 인하여 발생하는 가공오차를 자동으로 보정하기 위한 자동보정 시스템에서 기구를 조정하기 위해 설정하는 기구조정선(TRL)과 기구조정시스템의 기구를 조정하는 방법중 부품의 측정값이 기구조정선을 벗어날 때마다 이루어지는 기구조정인 대기구조정과 이때 적용되는 대기구 조정량 (Big Tool Rectification Size: BTRS)과 제품을 가공할 때마다 기구의 손상량을 예측하여 기구를 조정하는 소기구 조정량과 이 때 적용되는 소기구의 조정량 (Small Tool Rectification Size: STRS)을 통해 사람의 관여없이 자동으로 기구를 조정하는 자동 기구 조정시스템.
4. 제 1항에 있어서,
   NC선반가공에서 기구손상으로 인하여 발생하는 가공오차를 자동으로 보정하기 위한 자동보정 시스템에서 누증기구손상량이 계산되면 사전에 설정된 기구손상한계치와 비교하여 누증기구손상량 이 기구손상한계치를 벗어나면 기구를 교체하도록 작업자에게 알려주어 기구의 적절한 교체일시를 정할 수 있도록 만드는 시스템.