KR920008801B1 - 수치제어 공작기계에 있어서 분할척의 분할각도 자동제어장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

수치제어 공작기계에 있어서 분할척의 분할각도 자동제어장치

제1도는 본 발명인 분할각도 자동제어장치를 나타내는 블록다이어그램.

제2도는 본 발명인 분할각도 자동제어장치에 내장되는 마이크로 프로세서에 관련한 블록다이어그램.

제3도는 본 발명에 사용되는 스텝모터의 속도제어를 위한 가변정전압 공급회로를 나타내는 블록다이어그램.

제4도는 제3도의 스텝모터가 작동시 정전압 공급회로에 있어서 스텝모터에 인가되는 구동전압변화를 나타내는 그라프.

제5도는 본 발명에 사용되는 키보드(Key Board)를 나타내는 평면도.

제6도 내지 제15도는 본 발명에 내장된 마이크로 프로세서의 제어단계를 서술하기 위한 순서도로서.

제6도는 주제어순서도.

제7도는 모드키(Mode Key)에 의한 프로그램작동 순서도.

제8도는 데이터키(Data Key)에 의한 프로그램 작동순서도.

제9도는 엔터키(Enter Key)에 의한 프로그램 작동순서도.

제10도는 프리런키(Free Run Key)에 의한 프로그램 작동순서도.

제11도는 디렉션키(Direction Key)에 의한 프로그램 작동순서도.

제12도는 인크리멘트키(Increment Key)에 의한 프로그램 작동순서도.

제13도는 넥스트키(Next Key)에 의한 프로그램 작동순서도.

제14도는 오토넥스트키(Auto Next Key)에 의한 프로그램 작동순서도.

제15도는 스텝모터의 가감속제어에 따른 프로그램 작동순서도.

제16도는 본 발명인 제어장치를 이용하여 피가공물을 가공하는 하나의 실시 예로서의 공정을 도시한 것으로서, 제16a도는 피가공물의 가동전 사시도, 제16b도는 설정된 분할각으로 가공되기 전의 상태도, 제16c도는 설정된 분할각으로 가공된 후의 상태도, 제16d도는 분할각을 미세조정하여 가공되기 전의 상태도, 제16e도는 분할각을 미세조정하여 가공완료된 상태의 피가공물을 도시한 사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 마이크로프로세서 2 : 키보드

3 : 동적디스플레이 3' : LED 디스플레이

4 : 스텝모터앰프 5 : 메모리부

6 : 병렬입출력 LSI 7 : 키/디스플레이 LSI

8 : 스텝모터제어 TR Array 9 : 가변정전압 공급회로

10 : 주파수/전압변환회로

본 발명은 범용가공기계 또는 전용기계에 있어 각도분할장치에 관한 것으로 특히, 수동분할척을 사용하여 분할각도를 조정하는 경우 자동적으로 분하각도를 제어할 수 있도록 오픈루프방식의 분할척의 분할각도 자동제어장치에 관한 것이다.

수치제어 가공방식은 피가공물에 대한 공구의 위치를 그의 대응하는 수치정보로 지령제어하여 피가공물을 가공하는 것인바, 종래의 분할척은 수치제어공작기계에 있어서도 주로 기계적인 조작에 의하여 각도분할을 행하는 것이 대다수를 차지하여 왔었던 바, 수동조작에 따른 번거롭고 불편한 점이 있고 분할판을 일일이 판독하여 조작하여야만 하므로 판독의 모든 실수로 인한 오조작의 우려가 있으며, 특히 분할각도가 정수로 되지 아니한 분할수를 갖는 경우에는 분할판을 교체하지 아니하면 안되므로 이들의 교체작업에 따른 시간적인 손실의 문제점이 있고 특정분할각을 요하는 경우에 있어서는 분할판을 새로이 제작하거나 별도로 구입하여야 하는 등의 문제점이 발생되고 있는 실정이었다. 한편, 수동인덱스머신의 경우에 있어서는 기계적인 오차, 즉 백래쉬(Back Lash)에 의하여 정밀한 분할각도를 설정하여 두어도 설정분할 각도를 정확하게 실행할 수 없는 특유의 문제점을 갖는다. 물론 정밀한 기계적 가공을 통하여 백래쉬를 극감시키는 경우에는 설정분할각도를 정확하게 실행할 수 있는 장점은 갖으나 기설비된 범용가공기계에는 적용이 곤란한 문제점을 갖는다. 따라서 수동인덱스의 정밀한 각도분할을 위하여 휘드백제어방식을 채택할 수도 있겠으나, 경제성 제조의 용이성등이 떨어지며 구동모터를 정밀제어하더라도 기계적인 오차발생의 제어는 불완전한 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 수동분할척을 갖는 장치가 갖는 제반문제점을 해소하고자 안출된 것으로서, 사용자가 본 발명에 설치된 마이크로 프로세서의 키보드를 통하여 분할하고자하는 정수값의 데이터를 입력하고 필요시 분할각을 미세조정하여 분할척의 스텝모터를 회동시키게 됨으로서 사용자가 원하는 분할각을 정확하게 제어할 수 있도록 경제성을 갖는 오픈푸프 제어방식을 채택하여 작업시간의 단축, 가공정확도의 극대화로 생산성 향상에 이바지 할 수 있는 분할척의 분할각도 자동제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이하 첨부된 도면에 의거 본 발명의 구성에 대하여 상세하게 살펴보기로 한다.

본 발명은 제1도에 도시된 바와같이 제어의 핵심을 이루는 마이크로 프로세서(1)에 데이터 입력용 키보드(2)가 입력연결되고 동적디스플레이(3)와 LED 디스플레이(3')와 스텝모터앰프(4)가 출력연결되어 사이 스텝모터앰프(4)에 스텝모터(M)와 감속이 이루어질 수 있는 윔기어가 형성된 분할척을 연결하여서 이루어지는 것으로서 이 때 분할척은 기존의 기계식 분할척을 적용할 수 있으며 기계식 분할척은 감속기에 의하여 스텝모터(M)회전시에 40 : 1 또는 90 : 1의 감속이 이루어지게 된다.

좀 더 상세하게 살펴보면, 마이크로 프로세서(1)는 각 데이터를 지정처리하는 중앙처리장치(C.P.U) 와 ROM, RAM으로 이루어진 메모리부(5)와 스텝모터(M)의 보조제어신호와 분할척의 동작상태를 표시하기 위한 병렬입출력 LSI(Large Scals Integratiln)(6)와 키보드(2), 디스플레이(3)를 통하여 사용자와 마이크로프로세서(INTEL 8031)(1)간에 각종데이타를 입출력하도록 된 키/디스플레이 LSI(7) 및 스텝모터(M)를 동작시키는 펄스열을 발생시키며 펄스열의 단위시간(7000bps)당 수효에 따라서 스텝모터(M)의 회전속도를 지령하고 회전중에도 실시간 위치를 디스플레이하며 스텝모터가 정위치 회전완료후 가공작업시 회전부가 움직이는 것을 방지하기 위한 전자브레이크 제어신호를 출력하도록 된 스텝모터제어 TR Array(8)로 이루어지되 상술된 중앙처리장치(C.P.U)와 메모리부(5) 및 각 LSI(6,7)는 어드레스버스(A Bus), 데이터버스(D Bus) 및 콘트롤버스(C Bus)를 통하여 각각의 데이터가 교환될 수 있도록 이루어진다. 따라서, 기존에 사용되던 스텝모터 드라이버 출력용 펄스제너레이터를 이용하지 않고서도 스텝모터의 속도와 위치제어가 고속(7000bps)으로 가능하다(마이크로프로세서만으로 스텝모터용 상(相)신호를 제어한다).

다음은 스텝모터제어 TR Array(8)의 가변정전압공급회로(9)를 제3도의 블록다이어그램을 통하여 살펴본다.

도시된 바와같이 정류 및 정전압회로(11)와 주파수/전압변환부(12)로 구성되어 전술된 스텝모터제어 TR Array(8)로부터 발생되는 펄스열의 단위시간당 수효에 비례하여 주파수/전압변화부(12)가 동작되어 스텝모터에 인가되는 동작전압 및 그 주파수가 변환되도록 이루어진 것이다. 왜냐하면 스텝모터(M)가 저속에서 고속회전(7000bps)까지의 넓은 범위의 속도조절을 수행함과 동시에 그 비례추이 그라프가 제4도에 도시된 바와같이 펄스열이 증가함에 따라 전압을 상승시키게 되는데 이는 스텝모터의 회전에 필요한 토오크를 적정선에서 유지하도록 구동전류를 증가시키키 위함이다. 이로서 스텝모터(M)의 과부하 운전상태를 방지할 수 있다.

이와같은 마이크로프로세서(1)를 조작하는 키보드(2)는 대별하여 데이터입력보드(2')와 스텝모터(M)로 제어하는 스텝모터 제어보드(2'')로 설명될수 있다.

제5도에 도시된 바와같은 키보드(Key Board)의 구성과 작용은 다음의 표1과 표2에서 요약설명된다.

[표 1]

데이타 입력보드

[표 2]

스텝모터 제어보드

다음으로 상술된 바와 같은 본 발명의 제어실행을 첨부도면 제6도 내지 제15도에 걸쳐 도시한 순서도를 참조하여 살펴보면 다음과 같다.

I. 메인프로그램(제6도 참조)

메인프로그램은 초기에 전원이 인가되면서 마이크로프로세서내의 각종 데이터를 초기화하는 동작을 수행하며, 이 과정이 완료된 후 키스캔 프로그램이 동작하고 사용자가 키보드를 통하여 데이터 입력을 하게 되면 입력된 키를 판별하여 그 키에 해당되는 기능을 갖는 서브루틴(Sub Routine)을 호출하는 제어명령 처리동작이 실행된다.

II. 모드키 프로그램(제7도 참조)

모드키 프로그램은 사용자가 분할키를 조작하거나 오프셋 키를 누를 경우 1원주 분할정수 값의 데이터나 오프셋 테이타를 입력할 수 있도록 데이터구조를 open시키고 각 키에 해당되는 모드를 LED를 통하여 표시하고 과거의 데이터를 동적디스플레이를 통하여 디스플레이하며 메인 프로그램으로 돌아가게 되는데 입력확인동작을 통하여 분할척이 작동중에 있을 때는 사용자가 분할수를 임의로 변경할 수 없도록하는 프로그램 보호 부분으로서 다른 서브루틴에서도 이러한 입력확인을 통한 보호부분이 삽입되어 있다.

III. 데이터키 프로그램(제8도 참조)

이 서브루틴은 II. 의 모드키 프로그램에 의하여 데이터 구조가 open될때에만 수행되며 각 모드키에 따른 데이터를 실제로 open된 데이터 구조에 기록(Write)하게 되는 동시에 기록된 데이터를 동적디스플레이를 통하여 디스플레이하는 기능을 수행하도록 한다.

IV. 엔터키 프로그램(제9도 참조)

이 서브루틴은 III. 의 데이터키 프로그램에서 입력된 일련의 데이터를 종료하여 셋팅동작을 수행하는 프로그램으로서 데이터 입력이 정당하게 되면 BCD코드로 입력된 데이터를 2진(Binary)데이타 형태로 바꾸어주는 동작을 수행하게 되면서 open된 데이터구조를 clsoe하게되는 것인바, 분할값이 정수분할로서 1원주의 전체펄스가 나머지 값이 없이 몫으로 분할되는 경우에는 상기 1원주의 전체펄스의 분할몫에 해당하는 펄스를 분할펄스로 하여 모우터를 스테핑제어하므로서 분할각도를 제어하게 되나 반대로 분할값이 비정수 분할로서 분할몫과 나머지 값이 존재하는 경우 매 분할회수마다 나머지값을 최소설정단위(여기서는 0.0225°의 회전각)로 나누어 그 값이 0.5를 초과하는 경우에는 해당분할 펄스나 분할펄스 +1의 값으로 분할처리되고, 미달되는 경우에는 분할펄스는 해당 분할몫 값으로 처리되는 제어실행을 한다. 즉, 비정수 분할에서 발생될 수 있는 나머지 값을 근사치로 설정하기 위함이다.

V. 프리런 프로그램(제10도 참조)

이 서브루틴은 분할척의 구동각을 분할하지 않은 상태에서 스텝모터를 최고속도로 회동시켜 피가공물의 설치상태를 파악할 수 있으며 동작키와 정지키가 있다.

VI. 디렉션키 프로그램(제11도 참조)

이 서브루틴은 입력데이타에 의하여 서브모터의 회전방향을 오른쪽 또는 왼쪽으로 결정하게 되는 제어단계로서, 기계적인 백래쉬를 감안하여 최후의 모터회전방향을 기억하고 새로운 회전방향이 설정될 때 양자의 방향이 일치하는지 여부에 따라서 일치하는 경우에는 이동스텝펄스는 제9도의 분할데이타 값으로 실행되고 일치하지 않고 역방향인 경우에는 이동스텝펄스는 분할데이타값 +일정량으로하여 스텝모터를 구동하고, 상기 이동스텝펄스의 구동이 완료되면 역방향으로 상기 분할데이타값에 가산된 일정량만큼 스텝모터를 역방향으로 구동하게 하여 백래쉬를 극감되도록 한다. 여기서, 상기 일정량은 백래쉬에 해당하는 회전각을 펄스수로 연산하여 셋팅한 상수값이다.

VII. 인크리멘트키 프로그램(제12도 참조)

이 서브루틴은 2가지의 제어기능을 수행하게 되는바, 매뉴얼(Manual)키와 자동키에 의한 제어이다. 즉, 매뉴얼키를 누르고 있을 때 일정량의 펄스열이 계속 발생되며 발생된 펄스수효가 각도로 연산되어 동적디스플레이를 통하여 표시되며 수동조작으로 스텝모터를 미세조정할 수 있도록하며 자동키는 II.의 모드키 프로그램에서 오프셋데이타의 양만큼 움직이게하는 기능을 수행하게 된다.

VIII. 넥스트키 프로그램(제13도 참조)

이 서브루틴은 II.의 모드키 분할데이타에 맞는 펄스를 계산하고 출력하는 것으로서 넥스트는 1회의 입력으로 1분할수를 움직이고 스텝모터의 작동을 전후로하여 전자브레이크에 제어신호를 인가하여 브레이크 해제 또는 브레이크의 동작을 제어하게 되고 그 상태를 LED를 통하여 디스플레이 되는 제어를 실행한다.

IX. 오토넥스트 키 프로그램(제14도 참조)

이 서브루틴은 상기 VIII.의 반자동조작에 따른 스텝모터의 분할각 구동에 대한 제어기능을 1회의 키 입력으로 자동수행토록 하는 제어실행을 수행하는 것이다.

X. 모터의 가감속제어프로그램(제15도 참조)

이 제어실행은 스텝모터가 동작중에만 실행되는 인터럽트(Interrupt)프로그램 부분인바, 스텝모터에 인가되는 구동펄스에 대비하여 속도를 가감속하는 것으로서 인터럽트가 걸리게 되면 스텝모터의 가속감속여부를 판단한 뒤 감속이면 펄스의 미분시간을 줄이고 가속인 경우는 반대로 증가시키게 되어 스텝모터의 속도제어를 행하게 되는 것으로서 본 프로그램에서는 약 15-25ms마다 주기적으로 제어실행되도록 하였다.

상술한 바와같은 본 발명의 제어실행에 있어서 모든 수단이 갖는 제어동작을 구현한 분할각도 자동제어장치를 이용하여 가공될 수 있는 피가공물의 가공공정을 하나의 실시 예로서 표현한 제16도를 참조하여 살펴보고자 한다. 사용자가 본 발명이 적용된 수치제어 공작기계의 분할척에 제16a도와 같은 피가공물을 고정설치되도록 한 후, 동작전원을 투입하게 되면 마이크로 프로세서(1)의 모든 프로그램이 초기화되게 된다. 이때 피가공물의 고정설치상태를 확인하기 위하여 스텝모터 제어보드(2'')에 프리턴 온키로서 스텝모터를 최고속도로 회전시켜 볼수 있으며 프리턴의 동작시기는 분할데이터의 셋팅단계 이전에서는 (Enter Key 동작전) 언제나 가능하므로 반듯이 정하여진 동작절차는 아니다. 계속하여 살펴보건데 피가공물의 설치상태가 안정되게 되어져 있음을 확인하고난 후 데이터 입력보드(2')의 모드에 위치한 분할키를 조작하고 숫자데이타키를 통하여 1원주의 분할정수값에 해당하는 데이터를 기록하게 되는 바, 여기서는 1원주의 4등분 분할각을 예시하고 있으므로 ＂4＂를 키인(Key In)하게 되고 이후 데이터 입력을 종료하게 된다. 동시에 스텝모터의 회전방향을 결정하여 모터 디렉션 라이트 또는 레프트키를 가전한 뒤, 넥스트키를 1회 조작하면 스텝모터가 회전하여 피가공물은 1/4등분의 분할각을 회동하게 되면서 전자브레이크가 동작되어 가공시 흔들림을 방지하게 되는데 이러한 상태에서 가공을 행한후 반복하여 넥스트키로서 전술한 동작을 가하게 되면 제16d도에 도시한 바와같은 설정된 분할각으로 가공된 상태의 피가공물이 나타나게 된다.

피가공물의 1원주 정수분할각도 만큼 이동되어 가공이 종료되고 난후 인크리멘탈 레프트 또는 라이트키를 조작하여 미세각도를 조정하게 되는데 전술한 바와같이 스텝모터 90 : 1감속비를 갖는 수동인덱스로 제어되므로서 이동은 매우 천천히 회전되게되며 동시에 동적디스플레이(3)에는 스텝모터의 동작펄스가 나타나게되어 재차 가공시는 오프셋인 크리멘탈, 오프셋 토탈키를 이용한 프로그램의 동시입력이 가능하게 된다. 다시 가공공정으로 돌아가 계속 설명하면 미세각도를 매뉴얼로 조작한 뒤 가공되기전의 상태는 제16d도에 도시된 바와 같으며 전술한 정수분할가공과 동일한 가공을 하게 되는바, 미세조정된 지점으로부터 마찬가지로 1/4등분 분할 이동되면서 미세조정된 각도는 상호 90도의 각도를 유지하게 되고 그 가공의 완료된 상태가 제16e도에 도시되어 있다. 이와같은 가공공정은 본 발명의 수동(Manual) 프로그램으로서의 가공실시 예이며, NG 밀링머신의 분할척과 결합구성하게 되면 가공에 필요한 데이터를 총괄하여 입력하고 1회의 오토네스트키 입력으로 상술한 전체공정이 자동적으로 이루어질 수 있다. 또한, 미세조정을 통하여 1원주의 분할을 자유로이 할 수 있으며 그 조정범위가 매우 조밀하게 되어 기계식 분할판에서는 불가능한 비정수 분할각도로 분할가공이 가능하게 됨을 알 수 있다.

이상에서 예시된 도면을 통하여 설명된 바와같은 본 발명은 종래의 수치제어 공작기계에서와 같이 각도분할을 위한 수동조작공정을 배제하고 전공정을 마이크로프로세서를 이용하여 자동분할 되도록 함으로서 미세각도 조정에 의한 1원주의 자유로운 분할가공이 가능할 뿐만 아니라 이에 따라서 제품의 생산성 향상에도 크게 기여하게 되고 또한 제품의 균일한 생산이 가능하게 되는가하면 작업시간이 단축되어 원가절감에도 기여하게 되는 등의 커다란 효과를 갖는 매우 우수한 발명인 것이다.

Claims (3)

1. 수동수치제어 공작기계에 있어서, 중앙처리장치(C.P.U)와 ROM, RAM으로 이루어진 메모리부(5)와 병렬입출력 LSI(6)와 키/디스플레이 LSI(7)와 스텝모터 제어 TR Array(8)로 이루어진 마이크로 프로세서(1)에 데이터 입력보드(2')와 스텝모터 제어보드(2'')로 된 키보드(2)를 접속하고 동적디스플레이 및 LED로 이루어지는 디스플레이(3, 3')를 접속하여서 된 자동수치제어장치를 구성함에 있어서, 모터제어부(4)의 가변정전압공급회로(9)에 주파수/전압 변환회로(10)를 접속하여 마이크로프로세서(1)의 단위시간(최고 7000bps)당 출력펄스율에 따라서 주파수/전압을 변환하여 스텝모터의 속도에 따른 토오크의 변화를 수용하도록 이루어 상기 마이크로 프로세서가 스텝모터에 스텝이동 펄스와 구동전원을 증감시키도록 이루고, 상기 마이크로 프로세서(1)의 출력데이타로 스텝모터를 속도제어하여 1원주의 분할각도를 제어하고 그 출력펄스율에 따라서 분할척의 분할각도가 제어되고 실시간 위치표시되는 것을 특징으로 하는 분할각도 자동제어장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 마이크로프로세서는 비정수분할의 경우 연산오차를 감소시키기 위하여 오차를 계산하여 최소설정단위의 1/2보다 오차가 작은 쪽으로 위치를 결정하는 알고리즘을 갖는 것을 특징으로 하는 분할척의 분할각도 자동제어장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 마이크로프로세서는 기계적인 백래쉬를 보정하기 위하여 최후회전방향과 새로운 회전방향을 비교하여 일치하는 경우에는 분할데이타 값으로 모터구동 제어를 실행하고 일치하지 아니할 때 일정량을 분할데이타 값에 가산하여 모터구동을 지령하고 구동완료후 상기 일정량만큼 반대방향으로 모터구동제어하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 분할척의 분할각도 자동제어장치.

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