KR940010408B1 - 수치 제어 밀링 기계에서의 칩 자동 제거 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

수치 제어 밀링 기계에서의 칩 자동 제거 방법 및 그 장치

제 1a,b 도는 본 발명 칩 자동 제거 장치의 동작 상태를 설명하기 위한 개략 구성도.

제 2 도는 본 발명의 칩 자동 제거 지령을(NC코드) 생성시키는 소프트웨어 플로우챠트.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 머신 테이블 2 : 머신 스핀들

3 : 흡진구 4 : 흡진기

5 : 호오스 6 : 치구

7 : 소재 8 : 칩

9 : 절삭공구 10 : NC콘트롤러

11 : 모니터 12 : 공압실린더

13 : 가동구 61 : 캡홈

본 발명은 머시닝 센터를 포함한 수치제어 밀링기계(이하 CNC 기계라 약칭함)에서의 칩 자동제거 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

즉, NC밀링 작업중에 발생되어 소재의 캐비티(Cavity) 등에 쌓이는 칩이 소정량 이상 쌓이게 되면, 이를 검지하여 흡진기로 흡입시키거나 전자석으로 끌어당겨 자동으로 제거시킬 수 있도록 하여 NC가공 공정에서의 완전 무인화를 달성시킬 수 있도록 한 칩 자동제거 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

최근 들어 CNC 기계가 급속히 보급되어 NC가공이 보편화되고 있는 실정이다.

그러나 아직까지도 CNC가공중에 작업자가 이송속도 등을 조절하거나 절삭가공시 발생하는 칩을 제거하는 등의 일을 직접 수행하여야만 한다.

이는 CNC기계의 특성, 즉 자동 이송제어의 특성을 십분 활용하지 못하는 일일뿐만 아니라, 작업자를 쓰기 어려운 야간 작업을 가로막는 절대적인 요소이다.

따라서 대기업은 물론 수백여개에 달하는 영세금형 임가공업체에서도 작업자가 없는 야간에는 고가의 CNC기계를 활용하지 못하고 있는 실정이며, 가공중에도 항상 작업자가 CNC기계 옆에 붙어 있어야 하는 문제가 존재한다.

이는 심화되고 있는 작업자의 고임금 현상과 CNC 작업자의 공급부족을 고려해보면 매우 심각한 문제라고 하겠다.

이러한 문제가 야기되는 배경은 기존의 CAM시스템에서 생성된 NC데이타로는 과절삭, 미절삭 및 공구 과부하 등의 과제를 해결하지 못하고, 절삭작업중에 발생하는 칩의 제거를 수동으로 해야만 하는데 있다.

따라서, 공구의 과부하나 과절삭이 없는 무오류 NC데이타를 생성할 수만 있다면 작업자의 존재 의미는 절삭가공시에 발생하는 칩을 제거하기 위한 단순작업으로 한정된다.

따라서 이 경우에 칩을 자동으로 제거할 수만 있다면, CNC가공의 완전 무인화를 달성할 수 있을 것이다.

본 발명은 기술적 측면으로 CNC가공 기술의 완성을 의미하며, 경제 산업적 측면으로는 CNC기계(머시닝센터 포함) 보유업체의 야간 가동률을 향상시켜 제고시킬 것이고, 사회적으로는 단순작업의 자동화를 통해 새로운 분야로의 인력 공급효과를 파생시킬 것이다.

본 발명의 동작방식은 다음과 같다.

CNC 기계에서 절삭가공을 실시하는 도중소재의 캐비티부위에 쌓이는 칩의 양이 소정량 이상 쌓이는 시점이 되면 CNC기계의 절삭동작을 멈추고 공구를 후진시켜 기준점에 위치시킨다.

그리고는 머신 스핀들(Machin Spindle)측면에 부설된 "치구"를 작동시켜 "흡진구"가 상기 캐비티로 내려가도록 한다. 그후 흡진구가 지금까지의 공구경로를 추적해 나가거나 칩이 모여진 위치로 찾아가도록 하여 흡진기 혹은 전자석을 이용해 칩을 제거해주도록 한다. 칩이 모두 제거되면 칩 자동제거장치는 다시 원위치로 돌아가고 절삭가공작업은 계속된다. 이러한 일련의 수치제어지령(즉, 절삭동작 및 침제거동작 제어를 위한 NC코드)은 본 발명의 칩 자동제거 소프트웨어에서 생성된다.

이하 첨부된 도면(제 1 도)을 참조하여 칩 자동제거 장치의 구성 및 작동과정을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 제 1 도는 진공흡입에 의한 칩 제거방식을 보여주고 있는 것으로, 절삭공구(9)에 동력을 발생시켜 주는 머신 스핀들(2)의 일측부에는 NC작업에 따른 전반적인 제어기능을 수행하는 NC콘트롤러(10)가 설치되고, 이 NC콘트롤러(10)에는 절삭공구(9)에 의해 가공되어지는 소재(7)의 모형변화 및 그에 따른 칩의 쌓임정도가 계산하여 화상으로 나타나는 모니터(11)가 연결되어지며, 상기 머신 스핀들(2)의 타측부에는 내부에서 길이방향으로 소정형상의 캠 홈(61)이 형성되고 이 캠 홈(61)을 따라 흡진구(3)의 상단부가 고정된 가동구(13)가 선택적으로 슬라이딩될 수 있도록 축지되는 치구(6)가 설치되고, 상기 치구(6)의 상방에는 가동구(13)를 선택적으로 상, 하 이동시켜 흡진구(3)의 하단부가 소재(7)의 캐비티에 쌓인 칩으로 이동되게 하거나 소재로부터 상방으로 이동시켜 소재나 치공구등과 충돌되는 것을 방지하는 공압실린더(12)가 설치되며, 상기 흡진구(3)의 상단부는 플렉시블한 호오스(5)를 통해 칩을 직접적으로 흡입하는 흡진기(4)에 연결된다.

제 1a 도는 절삭공구(9)가 소재(7)를 NC가공하고 있는 상태를 나타낸 것으로, 머신 스핀들(2)의 치공구(9)에 의해 소재(7)의 절삭 가공이 수행될때이므로 상기 흡진구(3)는 공압실린더(12)의 당김작동에 의해 치구(6)를 따라 "후진위치"로 올라가 있어서 절삭가공도중 소재 및 치공구등과 충돌이 될 염려가 없다.

즉, 상기 머신 스핀들(2)의 상부에 설치된 공압실린더(12)가 NC콘트롤러(10)의 제어를 받아 당김작동을 하게 되면, 상기 공압실린더(12)의 레버에 축지된 'ㄴ'자 형상의 가동구(13)가 치구(6)내 캠홈(61)을 따라 상방으로 이동되므로 캠홈(61)에 축지된 가동구(13)의 일단과 공압실린더(12)의 레버에 축지된 가동구(13)의 타단이 제 1a 도와 같이 수평상태에 놓여지게 되어 상기 가동구(13)에 상단부가 고정된 흡진구(3)가 치구(6) 및 머신 스핀들(2)에 대해 수직방향으로 평행상태를 유지하게 되므로 절삭가공도중 소재 및 치공구등과 충돌이 전혀 이루어지지 않게 되는 것이다.

또한, 소재(7)의 가공중 NC콘트롤러(10)에서 칩 제거의 시점으로 판단되면 공구의 구동을 멈추고 (Spindle Off), 머신 스핀들(2)은 일정한 위치만큼 후진함(실제로는 머신 테이블(1)이 아래로 내려감)과 동시에 공압실린더(12)가 작동되므로 가동구(13)가 치구(6)의 캠홈(61)을 따라 하강하게 되어 이에 상단부가 고정된 상기 흡진구(3)의 하단부가 제 1b 도와 같이 소재(1)의 "칩 제거위치"로 내려오게 된다.

이와같이 공압실린더(12)가 작동신호를 받은 후, 흡진구(3)가 제 1a 도의 "후진위치"에서 제 1b 도의 "칩 제거위치"로 오는 시간동안 CNC기게자체는 정지(Dwell)상태에 있다.

이후, 곧바로 CNC기계는 NC가공의 경우와 동일한 방식으로 흡진구(3)의 위치가 변화되도록 머신 테이블(1)을 전, 후, 좌, 우, 상, 하로 이동시키며, 소재의 캐비티에 쌓인 칩(8)을 제거해 나간다.

칩 제거동작이 완료되면 흡진기(4)는 CNC기계 즉, NC콘트롤러(10)로부터 작동 중지신호를 받아 그 작동이 정지되고 공압실린더(12)는 후진작동을 하게되므로 상기 흡진구(3)는 치구(6)의 캠홈(61)을 따라 이동하는 가동구(13)와 함께 "후진위치"로 이동된다.

이어 CNC기계는 공구를 회전시키고(Spindle On) 칩 제거를 위하여 멈추었던 NC가공 작업을 계속해 나간다.

한편, 제 2 도는 상기 칩 제거동작을 제어하는 NC코드를 자동적으로 생성해주는 본 발명 칩 자동제거 방법에 따라 "소프트웨어"의 플로우차트를 나타낸 것으로, 먼저 NC가공용 NC코드와 가공할 소재 형상정보를 입력(S1) 받아서, 기존의 NC코드에 칩제거에 필요한 NC블럭들을 삽입하여 주는 일을 수행하게 되는데, 그의 상세내용은 다음과 같다.

우선, NC가공용 NC-코드와 가공할 소재(7)의 형상정보(S1)를 읽어들인 다음, 발생된 칩의 양을 누적 계산하기 위해 쌓인 칩의 양을 "0"으로 놓아(S2) 초기화시킨 후, NC-코드의 블록을 읽어 들이기 시작한다. 만일 읽어들인 블록이 마지막 NC-블럭(S3)이 아니면 현재 읽어들인 하나의 블록(S4)에 대하여 모의 가공(S5)을 수행한다.

이때, 모의가공의 수행은 한 NC-블럭의 수행에 따른 소재의 형상을 변형시키고 생성된 칩량을 계산하는 것으로 구성되며, 이의 모양은 모니터(11)상에 영상화면으로 나타나게 된다.

그 다음 단계에서는 한 NC-블럭에 따른 쌓인 칩량을 누적계산(S6)하여, 누적된 양이 제거요구 부피보다 큰가를 검출(S7)하게 되는데, 만약 누적된 양이 제거요구 부피보다 크면 칩제거용 NC-코드를 생성하는 다음 단계(S8∼S12)로 넘어가고, 제어요구 부피보다 적으면(S7의 No) 계속 앞서 수행한 단계들(S3∼S7)을 반복수행한다.

칩 제거용 NC-코드 생성의 첫단계로서 가공되 영역을 파악(S8)하고 가공된 영역정보와 모의가공에 의해 변형된 소재 형상정보(S9)를 이용하여 칩이 쌓인 영역을 추정(S10)하여 칩제거용 NC-코드를 생성한다(S11).

이때 칩제거용 NC-코드는 실제 NC-기계 및 칩제거장치를 구동시키기 위한 코드로서 칩제거 준비용 코드, 동작용 NC-코드 및 마무리용 NC-코드로 구성되어 있다(S11). 칩제거 준비용 코드는 공구정지 또는 머신 테이블의 작동, 스핀들의 정지, 공압실린더 및 흡진기 작동을 위한 코드이며, 칩제거 동작용 코드는 칩을 제거하기 위해 흡진기를 구동시켜 칩제거 경로를 따라가게 하는 코드이며, 칩제거 마무리용 코드는 흡진기 정지 및 공압실린더의 후진작동에 의한 흡진구 원위치, 스핀들 작동시작, 공구가 가공위치에 위치되도록 머신테이블을 작동시키는 코드이다.

자동 칩제거 시스템 소프트웨어의 마지막 과정으로서 위에서 생성된 칩제거용 NC-코드(S11)를 순수가공용 NC-코드에 삽입시켜 줌으로써(S11) "칩제거용 코드가 삽입된 NC-코드(S13)"가 만들어진다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명에 의하면 CNC기계를 이용하여 밀링 가공을 실시하는 도중 소재의 캐비티에 쌓이는 칩의 양을 계속 검출하여 상기 칩의 양이 소정량 이상 쌓게 되면 CNC기계의 밀링 동작이 멈춰지고, 머신 스핀들 측면에 부설된 흡진구가 상기 캐비티로 내려가 지금까지의 진행방향을 역으로 추적해 나가거나 칩이 모아진 위치로 찾아가 흡진기가 칩을 흡입시켜줌에 따라 과부하와 과절삭이 없는 무오류 NC데이타를 공급할 수 있고, 완전 무인화가 가능하게 되어 경제 산업측면에서 인력 공급을 효과적으로 이용할 수 있을 뿐만 아니라, CNC기계 보유업체의 야간 가동율을 증대시킬 수 있게 되어 경쟁력을 향상시킬 수 있음은 물론, 제품의 생산원가를 대폭 절감시킬 수 있는 것이다.

Claims (6)

1. NC가공용 NC코드와 가공할 소재의 형상 정보를 읽어 들이는 과정과; 칩량을 누적 계산하여 칩 제거 시점을 결정하는 과정과; 칩이 쌓인 위치를 추정하는 과정과; 칩 제거용 NC코드를 생성시키는 과정과; 칩 제거용 NC코드를 원래의 NC코드에 삽입하는 과정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 수치 제어 밀링 기계에서의 칩 자동 제거 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 칩량을 누적 계산하여 칩 제거 시점을 결정하는 과정은, 쌓인 칩의 양을 '0'으로 초기화시킨 다음, 읽어들인 NC블럭이 마지막 NC블럭인가를 검출하여 만약 마지막 NC블럭이 아니면 한 NC블럭을 읽어들인후, 한 NC블럭에 대한 모의 가공을 실시하여 소제의 형상을 변형에 따른 쌓인 칩량을 누적 계산한 다음, 그 결과값이 소정의 칩 제거 요구 부피값보다 많은지를 검출하여 칩양이 칩 제거 요구 부피값보다 많지 않으면 상기에서의 마지막 NC블럭인가를 검출하는 과정으로 되돌아가고, 상기에서 입력된 NC블럭을 검출한 결과 마지막 NC블럭이면 생성된 칩 제거용 코드를 원래의 NC코드에 삽입시키는 과정으로 이루어진 것임을 특징으로 하는 수치 제어 밀링 기계에서의 칩 자동 제거 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 칩이 쌓인 위치를 추정하는 과정은, 지금까지 밀링 가공된 영역을 파악한 다음 가공된 영역 정보와 모의 가공에 의해 변형된 소재의 형상 정보를 이용하여 칩이 쌓인 영역을 추정하는 과정으로 이루어진 것임을 특징으로 하는 수치 제어 밀링 기계에서의 칩 자동 제거 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 칩 제거용 NC코드 생성과정은, 공구의 후진 또는 미신 테이블의 하강, 스핀들의 정지, 치구의 가동구에 연결된 공압실린더 및 흡진구를 작동시키기 위한 칩 제거 준비용 NC코드를 생성시킨 다음, 칩을 제거시키기 위해 흡진기를 구동시켜 칩 제거 경로를 따라 가게하는 칩 제거 동작용 NC코드를 생성시킨 후, 흡진구 및 공압실린더의 원위치, 스핀들의 작동 시작 및 공구를 가공 위치로 이송시키는 칩 제거 마무리용 NC코드를 생성시키는 과정으로 이루어진 것임을 특징으로 하는 수치 제어 밀링 기계에서의 칩 자동 제거 방법.
5. 절삭공구(9)에 동력을 발생시켜 주는 공지의 머신 스핀들(2)의 일측부에는 NC작업에 따른 전반적인 제어기능을 수행하는 NC콘트롤러(10)를 설치하고, 이 NC콘트롤러(10)에는 절삭공구(9)에 의해 가공되어지는 소재(7)의 모형변화 및 그에 따른 칩의 쌓임정도가 계산하여 화상으로 나타나는 모니터(11)를 연결하며, 상기 머신 스핀들(2)의 타측부에는 내부에서 길이방향으로 소정형상의 캠홈(61)이 형성되고 이 캠홈(61)을 따라 흡진구(3)의 상단부가 고정된 가동구(13)가 선택적으로 슬라이딩될 수 있도록 축지되는 치구(6)가 설치되고, 상기 치구(6)의 상방에는 가동구(13)를 선택적으로 상, 하 이동시켜 흡진구(3)의 하단부가 소재(7)의 캐비티에 쌓인 칩으로 이동되게 하거나 소재로부터 상방으로 이동시켜 주는 공압실린더(12)를 설치하며, 상기 흡진구(3)의 상단부는 플렉시블한 호오스(5)를 통해 칩을 직접적으로 흡입하는 흡진기(4)가 연결된 것을 특징으로 하는 수치 제어 밀링 기계에서의 칩 자동 제거장치.
6. 제 5 항에 있어서, 칩을 흡인하는 것이 전자석인 것을 특징으로 하는 수치 제어 밀링 기계에서의 칩 자동 제거장치.