WO2014200199A1 - 회전 절삭공구의 실시간 이송속도 설정방법 및 제어장치 - Google Patents

회전 절삭공구의 실시간 이송속도 설정방법 및 제어장치 Download PDF

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WO2014200199A1
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WO
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feed rate
tool
per minute
mms
chatter vibration
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이강재
송진석
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두산인프라코어 주식회사
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/182—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by the machine tool function, e.g. thread cutting, cam making, tool direction control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q15/00—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work
    • B23Q15/007—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work while the tool acts upon the workpiece
    • B23Q15/013—Control or regulation of feed movement
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23Q15/007—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work while the tool acts upon the workpiece
    • B23Q15/08—Control or regulation of cutting velocity
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/43—Speed, acceleration, deceleration control ADC
    • G05B2219/43156—Feed rate

Definitions

  • the present invention relates to a method and a control apparatus for setting a real-time feed rate of a rotary cutting tool, and more particularly, to a rotary cutting tool capable of varying a feed rate of a tool when performing cutting on a workpiece using the rotary cutting tool.
  • the present invention relates to a method and a control apparatus for setting a feed rate in real time of a tool.
  • a machine tool performs a cutting process on a workpiece by numerically controlling the movement path of the tool and the rotation speed of the tool.
  • machine tools include machining centers, turning centers and NC milling machines. Such machine tools are also called numerically controlled multi-task machines.
  • the tool is a rotary cutting tool that rotates while mounted on a spindle to perform cutting operations on a stationary workpiece.
  • rotary cutting tools include end mills, face mills, milling tools, drill tools, boring tools and the like.
  • the "rotary cutting tool” is referred to as “tool” for short.
  • MRR material removal rate
  • the amount of cuts per minute depends on the cutting condition factors such as radial cutting depth, axial cutting depth, spindle speed and spindle feedrate.
  • the spindle speed and the spindle speed are the same meaning.
  • the tool rotational speed and the spindle speed may be understood as the same numerical value.
  • the spindle feed rate and the tool feed rate may be understood as the same value. If the cutting amount per minute is expressed by Equation 1 as follows.
  • the cutting amount per minute increases by increasing any one of the cutting condition elements.
  • the tool is sometimes presented as a manual recommendation conditions cutting conditions from the tool manufacturer.
  • these manual recommendations are provided based on the maximum allowable static machining load and do not reflect chatter vibration characteristics during cutting.
  • the machining conditions include tool type, tool geometry, tool protrusion length, tool edge, workpiece hardness, and machining point position (X, Y, Z coordinate position) within the machine tool. There is a characteristic that fluctuates.
  • vibration suppression and vibration avoidance through continuous evaluation and analysis of vibration characteristics are required during the cutting process.
  • the technical problem to be achieved by the present invention is to improve the productivity by increasing the feed rate of the tool during the cutting process, the feed rate of the tool to set the real-time feed rate of the rotary cutting tool to suppress the vibration and avoid vibration Its purpose is to provide a method and a control device.
  • the vibration data collection step of collecting vibration information from the sensor installed in the machine tool (100) (S20);
  • a tool feed rate adjusting step (S51, S52) for adjusting the tool feed rate to decrease when the inclination of the chatter vibration trend line (G) is increased.
  • the real-time feed speed setting method of the rotary cutting tool in the tool feed speed adjusting step (S51, S52), if the inclination of the chatter vibration trend line (G) is adjusted to increase the tool feed speed It may be.
  • the real-time feed rate setting method of the rotary cutting tool in the tool feed rate adjusting step (S51, S52), the tool feed rate is increased or decreased adjustment range of 2 ⁇ 10% of the current tool feed rate It may be limited to the range.
  • the manual cutting amount input step per minute (S60) for receiving a manual cutting amount per minute (MMS) provided from the tool manufacturer;
  • a correction minute cutting amount calculation step (S70) of virtually correcting the current tool feed rate and calculating a correction minute amount MMS-1 according to the correction;
  • a correction cutting amount per minute application determination step (S80) of comparing the magnitude relationship between the manual cutting amount per minute (MMS) and the corrected cutting amount per minute (MMS-1) to determine whether to apply a virtually set tool feed rate;
  • the real-time feed speed setting method of the rotary cutting tool according to an embodiment of the present invention, in the tool feed rate adjustment step (S91, S92), the correction amount per minute (MMS-1) than the manual amount per minute (MMS) Larger it may be to adjust the tool feed rate is reduced.
  • the adjustment range of the tool feed rate is 2 ⁇ 10% of the current tool feed rate It may be limited to a range.
  • the real-time feed rate setting method of the rotary cutting tool in the correction cutting amount per minute determination step (S80), the 90% value of the manual cutting amount per minute (MMS) and the correction per minute cutting amount (MMS-1 ) May be to compare the magnitude of
  • the real-time feed rate setting method of the rotary cutting tool if the inclination of the chatter vibration trend line (G) in the correction cutting amount per minute step (S70), the current tool feed rate is virtualized It may be to correct to be reduced to.
  • the real-time feed rate control apparatus for a rotary cutting tool for achieving the above technical problem, the tool feed rate is set by the method for setting the real-time feed rate of the rotary cutting tool to adjust the tool feed rate To control the machine.
  • the real-time feed rate setting method and control apparatus for a rotary cutting tool according to the present invention made as described above can increase productivity by increasing the feed rate of the tool during cutting.
  • the real-time feed rate setting method and control apparatus of the rotary cutting tool of the present invention is adjusted so that the feed rate of the tool is increased to monitor chatter vibration when cutting is performed to show the increase of the chatter vibration when the chatter vibration increases.
  • the workpiece can be kept in good condition.
  • the real-time feed rate setting method and control apparatus of the rotary cutting tool of the present invention does not change the already set tool paths (Tool Path), and thus does not make a big change in the cutting process, thereby preventing an increase in the workload of the operator. Can be.
  • the real-time feed rate setting method and control device of the rotary cutting tool of the present invention can ultimately prevent the tool life is abnormally shortened through vibration reduction and vibration avoidance of cutting, and can protect the workpiece In addition, productivity can be improved by shortening the processing time.
  • FIG. 1 is a process stability diagram showing an example in which the spindle rotation speed of a rotary cutting tool is changed to improve a material removal rate (MRR).
  • MRR material removal rate
  • FIG. 2 is a diagram for describing a limit of material removal rate (MRR) per minute.
  • MRR material removal rate
  • 3 and 4 are exemplary views for explaining the operation of the real-time feed rate setting method and the control device of the rotary cutting tool according to an embodiment of the present invention.
  • 5 and 6 are flowcharts for explaining a method for setting a real-time feed rate of a rotary cutting tool according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 to 9 are diagrams for explaining an example of monitoring the trend of chatter vibration.
  • FIG. 10 is a view for explaining an example of monitoring the vibration magnitude when the feed rate is changed by the real-time feed rate setting method of the rotary cutting tool according to an embodiment of the present invention.
  • 11 to 14 are tables for explaining an example in which the feed rate is changed by a real-time feed rate setting method of the rotary cutting tool according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 1 and 2 are process stability diagram showing an example in which the spindle rotation speed of a rotary cutting tool is changed to improve the material removal rate (MRR).
  • FIG. 2 is a diagram for describing a limit of material removal rate (MRR) per minute.
  • the vibration magnitude is small, and the trend of the chatter vibration magnitude is constant or reduced.
  • the vibration magnitude increases, and the chatter vibration magnitude increases.
  • MRR material removal rate
  • the toolmaker suggests the recommended cutting conditions for the cuts per minute of the tool. Therefore, the present invention is to improve the productivity and to maintain a good work quality by correcting the feed speed of the tool within the limit line of the cutting amount per minute.
  • FIGS. 3 and 4 are exemplary views for explaining the operation of the real-time feed rate setting method and the control device of the rotary cutting tool according to an embodiment of the present invention.
  • the information is collected by the machine tool 100, the information collected by the vibration processing unit 200, and the information about the vibration, which is the result of the calculation, can be known to the user through the terminal 300. It is to be.
  • the machine tool 100 described above is provided with a sensor that detects vibration on the main shaft, and generates vibration information by the sensor and transmits the vibration information to the vibration processing unit 200.
  • the vibration processing unit 200 analyzes the received various vibration information and processes what type of vibration is currently generated and transmits it to the terminal 300.
  • the terminal display image 400 is displayed on the terminal 300, and the user can know whether the vibration is generated and the chatter vibration status through the terminal display image 400.
  • the sensor provided in the machine tool 100 may be an accelerometer, an acoustic sensor, or the like.
  • the sensor may measure the rigidity of the X and Y axes of the machine tool to generate information on the vibration mode.
  • the vibration processing unit 200 described above may be mounted on a machine tool, and on the other hand, may be disposed in a remote control room. If the remote control room is arranged to be able to control the machine tool 100 remotely.
  • the above-described terminal 300 serves as an input / output device of a computer, and grasps a vibration situation, and adjusts a tool rotation speed and a tool feed speed in response to the vibration.
  • the terminal 300 may be provided in various forms such as a notebook computer, a tablet PC, a smart phone, and may also perform an operation of the terminal 300 in a computer disposed in a remote control room.
  • the terminal display image 400 is displayed on the terminal 300.
  • the terminal display image 400 is provided with a data input / output unit 410 for inputting and managing various data values.
  • the terminal display image 400 is provided with vibration amplitude output units 420 and 430 for outputting the magnitude and amplitude of vibration.
  • Real-time feed rate setting method of the rotary cutting tool may be mounted on the vibration processing unit 200 or the terminal 300.
  • increasing the feed rate of the tool monitors the vibration magnitude and chatter vibrations, and if signs of anomalous chatter vibrations are detected, the appropriate recommended tool feed rate is recommended in the current situation.
  • the recommended tool feed rate is fed back to the machine tool 100.
  • the recommended tool rotation speed may be automatically applied or a worker may be induced to apply the recommended tool speed.
  • FIGS. 5 and 6 are flowcharts for describing a method of setting a real-time feed speed of a rotary cutting tool according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • Cutting process determination step (S10) is a step of determining whether or not the cutting process in the machine tool (100). If cutting is not performed, the process is terminated. If cutting is performed, the process proceeds to the next step.
  • Vibration data collection step (S20) is a step of collecting the vibration data from the various sensors installed in the machine tool (100).
  • the vibration data includes vibration information such as vibration magnitude and vibration width.
  • Chatter vibration trend diagram derivation step (S30) Chatter vibration trend diagram display step (S30) processing the collected vibration data to display the magnitude of the vibration as chatter vibration over time, chatter vibration trend simplified (G) Derived and displayed on the terminal 300.
  • Chatter vibration trend determination step (S40) is a step of determining whether the chatter vibration trend line (G) increases, decreases, or stabilization state over time.
  • Tool feed speed adjusting step (S51, S52) Tool feed speed adjusting steps (S51, S52) is adjusted to reduce the tool feed speed when the slope of the chatter vibration trend line (G) is increased (S51). On the contrary, when the inclination of the chatter vibration trend line G decreases, the tool feed speed is adjusted to increase (S52).
  • the tool feed speed may not be adjusted or reduced.
  • the above-mentioned increase and decrease of the tool feed rate adjustment range may be limited to the range of 2 to 10% at the current tool feed rate. It is preferable to increase it step by step because, if the tool feed speed to be adjusted is excessively increased, there is a fear that the machining stability is lowered. On the other hand, if the tool feed rate to be adjusted is increased to a very small range, it may take a long time to expect the effect of increased productivity. Therefore, the above-mentioned increase and decrease of the tool feed rate adjustment range is preferably limited to the range of 2 ⁇ 10% from the current tool feed rate.
  • the process After the tool feed speed is adjusted, the process returns to the cutting process determination step (S10) or the vibration data collection step (S20), thereby repeatedly determining whether to further adjust the tool feed speed, and repeatedly to adjust.
  • Manual cutting amount input step S60 is a step of receiving a manual cutting amount per minute.
  • Manual cutting amount per minute is a value recommended by the tool manufacturer, it can be understood as a range that can be stably implemented in the cutting tool.
  • Cutting process determination step (S10) is a step of determining whether or not the cutting process in the machine tool (100). If cutting is not performed, the process is terminated. If cutting is performed, the process proceeds to the next step.
  • Corrected cut amount calculation step S70 is a step of virtually correcting a tool feed rate, and calculating the corrected cut amount MMS-1. That is, due to the compensation of the tool feed rate does not exceed the manual cutting amount per minute (MMS).
  • the above-mentioned adjustment range of the virtual tool feed rate may be limited to the range of 2 to 10% of the current tool feed rate. It is preferable to increase it step by step because, if the tool feed speed to be adjusted is excessively increased, there is a fear that the machining stability is lowered. On the other hand, if the tool feed rate to be adjusted is increased to a very small range, it may take a long time to expect the effect of increased productivity. Therefore, the above-mentioned increase and decrease of the virtual tool feed rate adjustment range is preferably limited to the range of 2 ⁇ 10% from the current tool feed rate.
  • the correction minute cutting amount calculation step (S70) may calculate the correction minute cutting amount (MMS-1) when applying the tool feed rate corrected in the above-described tool feed rate adjustment steps (S51, S52).
  • Correction cut amount application determination step (S80) The correction cut amount application determination step (S80) is applied to the tool feed rate virtually set by comparing the magnitude relationship between the manual cut amount per minute (MMS) and the correction cut amount per minute (MMS-1) It is a step of judging whether or not to do so.
  • Tool feedrate adjustment application steps (S91, S92) is a compensation amount per minute (MMS-1) than the manual cutting amount per minute (MMS) in the compensation amount per minute application determination step (S80) If larger, the cutting stability may be unstable, so that the tool feed speed is reduced (S91). On the other hand, if the corrected cutting amount per minute (MMS-1) is smaller than the manual cutting amount per minute (MMS) in the step S80 application determination step (S80), even if the tool feed rate is increased, the cutting stability will be maintained, so that the tool feed rate is increased. It adjusts (S92).
  • FIGS. 7 to 9 are diagrams for explaining an example of monitoring the trend of chatter vibration.
  • the axial cutting depth cannot be changed, and the machining can be carried out with the spindle speed set as high as possible within the range of the manual recommendation conditions so as to maximize productivity.
  • the chatter vibration magnitude is examined while increasing the feed rate of the tool for the purpose of further improving productivity.
  • chatter vibration magnitude diagram is simply evaluated by the chatter vibration trend diagram (G).
  • the chatter vibration trend diagram G is shown as a chatter vibration increase diagram G1 when the chatter vibration is increased. Also, the chatter vibration trend diagram G is shown as a chatter vibration reduction diagram G2 when the chatter vibration is reduced. In addition, the chatter vibration trend line G is shown as a chatter vibration stabilization line G3 when the chatter vibration is maintained similar.
  • chatter vibration increase diagram G1 in which chatter vibration is increased and a chatter vibration reduction diagram G2 in which chatter vibration is reduced are shown.
  • chatter vibration increase diagram G1 is displayed while increasing the feed rate of the tool, the chatter vibration is monitored by reducing the tool feed rate or returning to the tool feed rate before adjusting.
  • chatter vibration reduction diagram G2 in which chatter vibration is reduced is shown.
  • the feed rate of the tool may be further increased, thereby increasing productivity of the tool by further increasing the feed rate of the tool.
  • chatter vibration stabilization diagram G3 in which chatter vibration changes little over time is shown. That is, although the feed rate of the tool can be further increased, attention is required. That is, since the chatter vibration is likely to increase when the feed speed of the tool is further increased, it is induced to maintain or reduce the current tool feed speed.
  • Figure 10 is a view for explaining an example of monitoring the vibration magnitude when the feed rate is changed by the real-time feed rate setting method of the rotary cutting tool according to an embodiment of the present invention.
  • the vibration magnitude (g) is monitored.
  • the tool feed speed is increased to 750 m / min. Even at this time, it can be seen that the vibration magnitude (g) represents a stable processing state at 0.16.
  • the value is compared with the value of the compensation cut per minute (MMR-1) and the manual cut per minute (MMR) suggested by the tool manufacturer, and the compensation cut per minute (MMR-1) Do not exceed the cut per minute (MMR).
  • 11 to 14 are tables for explaining an example in which the feed rate is changed by a real-time feed rate setting method of a rotary cutting tool according to an embodiment of the present invention.
  • the manual machining conditions presented by the tool manufacturer is a feed rate of 300mm / minn
  • the cutting amount per minute (MMR) is 9000 mm3 / min
  • the cutting time per minute (MMR) according to the embodiment of the present invention is 3600 mW / min, which is within the range of the cutting amount per minute of manual processing conditions. Able to know. In other words, the embodiment of the present invention is to reduce the time required for cutting while maintaining a good work quality.
  • the manual machining conditions presented by the tool manufacturer is the feed rate of 2016mm / minn
  • the cutting amount per minute (MMR) is 90720mm3 / min
  • the feed rate according to an embodiment of the present invention 3628mm / min Can be adjusted
  • the cutting amount per minute (MMR) can be realized at 90700 mW / min.
  • the cutting amount per minute (MMR) is within the range of the cutting amount per minute of the manual processing conditions.
  • the embodiment of the present invention is to reduce the time required for cutting while maintaining a good work quality.
  • the manual machining conditions presented by the tool manufacturer is a feed rate of 500mm / minn
  • the cutting amount per minute (MMR) is 25000 mm3 / min
  • the feed rate according to an embodiment of the present invention 620mm / min Can be adjusted
  • the amount of cut per minute (MMR) can be realized at 24800 kW / min.
  • the cutting amount per minute (MMR) is within the range of the cutting amount per minute of the manual processing conditions.
  • the embodiment of the present invention is to reduce the time required for cutting while maintaining a good work quality.
  • the feed rate is 330mm / minn
  • the cutting amount per minute (MMR) is 6336mm3 / min
  • the feed rate according to an embodiment of the present invention 660mm / min
  • the cutting amount per minute (MMR) can be realized at 3960 mW / min.
  • the cutting amount per minute (MMR) is within the range of the cutting amount per minute of the manual processing conditions.
  • the embodiment of the present invention is to reduce the time required for cutting while maintaining a good work quality.
  • the real-time feed rate setting method and control apparatus of the rotary cutting tool of the present invention it is possible to ensure the processing stability by adjusting the tool rotational speed during the cutting process.
  • the real-time feed rate setting method and control device of the rotary cutting tool of the present invention does not change the already set tool path (Tool Path) because it does not make a big change in the cutting process to prevent the operator's work volume increases Can be.
  • the real-time feed rate setting method and control device of the rotary cutting tool of the present invention can ultimately prevent the tool life is abnormally shortened through vibration reduction and vibration avoidance of cutting, and can protect the workpiece In addition, productivity can be improved by shortening the processing time.
  • the real-time feed rate setting method and control apparatus of the rotary cutting tool according to the present invention can be used to improve productivity by adjusting the tool feed rate when performing cutting.

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Abstract

본 발명은 회전 절삭공구의 실시간 이송속도 설정방법 및 제어장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 회전 절삭공구의 실시간 이송속도 설정방법 및 제어장치는, 공작기계(100)에 설치된 센서로부터 진동 정보를 수집하는 진동 데이터 수집 단계(S20); 상기 수집된 진동 데이터에 근거하여 채터 진동의 증감을 단순화하여 채터 진동 추이선도(G)를 도출하는 채터 진동 추이선도 도출단계(S30); 상기 채터 진동 추이선도(G)의 기울기가 증가하는지, 감소하는지를 판단하는 채터 진동 추이 판단단계(S40); 및 상기 채터 진동 추이선도(G)의 기울기가 증가되면 공구 이송속도를 감소시키도록 조정하는 공구 이송속도 조정단계(S51, S52);를 포함한다.

Description

회전 절삭공구의 실시간 이송속도 설정방법 및 제어장치
본 발명은 회전 절삭공구의 실시간 이송속도 설정방법 및 제어장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회전 절삭공구를 이용하여 공작물에 대해 절삭가공을 수행할 때에 공구의 이송속도를 가변시킬 수 있도록 하는 회전 절삭공구의 실시간 이송속도 설정방법 및 제어장치에 관한 것이다.
일반적으로 공작기계는 공구의 이동경로와 공구의 회전수 등이 수치 제어되어 공작물에 대한 절삭가공을 수행한다. 공작기계의 예로서 머시닝센터, 터닝센터, NC 밀링 머신 등이 있다. 이러한 공작기계는 수치제어 복합 가공기라고도 한다.
공구는 스핀들에 장착된 상태에서 회전하여 정지된 공작물에 대하여 절삭 가공을 수행하도록 하는 회전 절삭공구가 있다. 회전 절삭공구의 예를 들면 엔드밀, 페이스 밀, 밀링공구, 드릴공구, 보링 공구 등이 있다. 이하에서 "회전 절삭공구"는 "공구"로 줄여서 칭한다.
공작기계는 분당 절삭량(MRR: material removal rate)이 높을수록 생산성이 좋은 것으로 평가되고, 가공면의 표면 거칠기가 매끄러울수록 가공 품위가 좋은 것으로 평가된다.
분당 절삭량은 반경 방향 절삭 깊이, 축방향 절삭 깊이, 주축 회전수 및 주축 이송속도 등의 절삭조건 요소에 따라 결정된다. 여기서, 주축 회전수와 스핀들 회전수는 동일한 의미이다. 또한, 스핀들에 공구가 장착된 상태에서 스핀들이 회전하면 공구가 회전하므로 공구 회전수와 주축회전수는 동일한 수치 값으로 이해될 수 있다. 또한, 주축 이송속도와 공구 이송속도는 동일한 값으로 이해될 수 있다. 분당 절삭량을 수학식1로 표현하면 다음과 같다.
수학식 1
Figure PCTKR2014004545-appb-M000001
즉, 수학식 1에 따르면, 절삭조건 요소 중에 어느 하나라도 증가시키면 분당 절삭량이 증가된다. 한편, 공구는 공구 제조사에서 절삭조건이 매뉴얼 추천 조건으로 제시되는 경우가 있다. 그러나 이러한 매뉴얼 추천 조건은 최대허용 정적가공 부하를 기반으로 제공되는 것으로써, 절삭가공 중에 발생하는 채터 진동 특성이 반영되지 않은 값이다.
따라서 절삭가공 중 발생하는 채터 진동과 채터 진동을 통하여 증폭되는 동적 가공 부하에서 공구 또는 공작물 파손에 대처할 수 없는 문제점이 있다. 이 때문에 작업자는 매뉴얼 추천 조건보다 매우 안정적인 절삭 조건으로 설정하여 절삭가공을 수행하려는 경향이 있다.
또한, 가공 조건은 공구 타입, 공구형상, 공구 돌출길이, 공구 날 수, 공작물 경도, 공작기계 내에 가공점 위치(X, Y, Z 좌표위치) 등이 있고, 채터 진동은 이러한 가공 조건에 따라 지속적으로 변동되는 특성이 있다.
즉, 작업자는 가공품질을 확보하기 위하여 공구 제조사에서 제시되는 매뉴얼 추천 조건 중에서 매우 보수적인 절삭 조건을 적용하려고 하고, 이로써 생산성이 저하되는 문제가 있다.
생산성 향상과 가공 품위를 동시에 만족하기 위해서는 절삭 가공 공정이 진행되는 동안에 지속적으로 진동 특성 평가 및 분석을 통한 진동 억제 및 진동 회피가 요구된다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 절삭 가공 공정이 진행되는 동안에 공구의 이송속도를 증가시켜 생산성을 향상시키되, 공구의 이송속도는 진동 억제 및 진동 회피할 수 있도록 하는 회전 절삭공구의 실시간 이송속도 설정방법 및 제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 회전 절삭공구의 실시간 이송속도 설정방법은, 공작기계(100)에 설치된 센서로부터 진동 정보를 수집하는 진동 데이터 수집 단계(S20); 상기 수집된 진동 데이터에 근거하여 채터 진동의 증감을 단순화하여 채터 진동 추이선도(G)를 도출하는 채터 진동 추이선도 도출단계(S30); 상기 채터 진동 추이선도(G)의 기울기가 증가하는지, 감소하는지를 판단하는 채터 진동 추이 판단단계(S40); 및 상기 채터 진동 추이선도(G)의 기울기가 증가되면 공구 이송속도를 감소시키도록 조정하는 공구 이송속도 조정단계(S51, S52);를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 회전 절삭공구의 실시간 이송속도 설정방법은, 공구 이송속도 조정단계(S51, S52)에서, 상기 채터 진동 추이선도(G)의 기울기가 감소되면 공구 이송속도를 증가시키도록 조정하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 회전 절삭공구의 실시간 이송속도 설정방법은, 상기 공구 이송속도 조정단계(S51, S52)에서, 상기 공구 이송속도가 증감 조정범위는 현재의 공구 이송속도에서 2 ~ 10%의 범위로 제한되는 것일 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 회전 절삭공구의 실시간 이송속도 설정방법은, 공구 제조사로부터 제공되는 매뉴얼 분당 절삭량(MMS)을 입력 받는 매뉴얼 분당 절삭량 입력단계(S60); 현재 공구 이송속도를 가상으로 보정하고 보정에 따라 보정 분당 절삭량(MMS-1)을 연산하는 보정 분당 절삭량 연산 단계(S70); 상기 매뉴얼 분당 절삭량(MMS)과 상기 보정 분당 절삭량(MMS-1)의 대소 관계를 비교하여 가상으로 설정한 공구 이송속도를 적용할지 여부를 판단하는 보정 분당 절삭량 적용 판단단계(S80); 상기 매뉴얼 분당 절삭량(MMS)보다 상기 보정 분당 절삭량(MMS-1)이 작으면 공구 이송속도를 증가되도록 조정하는 공구 이송속도 조정 적용단계(S91, S92);를 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 회전 절삭공구의 실시간 이송속도 설정방법은, 공구 이송속도 조정 적용단계(S91, S92)에서, 상기 매뉴얼 분당 절삭량(MMS)보다 상기 보정 분당 절삭량(MMS-1)이 크면 공구 이송속도가 감소되도록 조정하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 회전 절삭공구의 실시간 이송속도 설정방법은, 보정 분당 절삭량 연산 단계(S70)에서, 상기 공구 이송속도의 증감 조정범위는 현재의 공구 이송속도에서 2 ~ 10%의 범위로 제한하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 회전 절삭공구의 실시간 이송속도 설정방법은, 보정 분당 절삭량 적용 판단단계(S80)에서, 상기 매뉴얼 분당 절삭량(MMS)의 90%값과 보정 분당 절삭량(MMS-1)의 대소 관계를 비교는 것일 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 회전 절삭공구의 실시간 이송속도 설정방법은, 공구 제조사로부터 제공되는 매뉴얼 분당 절삭량(MMS)을 입력 받는 매뉴얼 분당 절삭량 입력단계(S60); 공작기계(100)에 설치된 센서로부터 진동 정보를 수집하는 진동 데이터 수집 단계(S20); 상기 수집된 진동 데이터에 근거하여 채터 진동의 증감을 단순화하여 채터 진동 추이선도(G)를 도출하는 채터 진동 추이선도 도출단계(S30); 상기 채터 진동 추이선도(G)의 기울기가 증가하는지, 감소하는지를 판단하는 채터 진동 추이 판단단계(S40); 상기 채터 진동 추이선도(G)의 기울기가 감소되면 현재 공구 이송속도를 가상으로 증가되도록 보정하고 보정에 따라 보정 분당 절삭량(MMS-1)을 연산하는 보정 분당 절삭량 연산 단계(S70); 상기 매뉴얼 분당 절삭량(MMS)과 상기 보정 분당 절삭량(MMS-1)의 대소 관계를 비교하여 가상으로 설정한 공구 이송속도를 적용할지 여부를 판단하는 보정 분당 절삭량 적용 판단단계(S80); 상기 매뉴얼 분당 절삭량(MMS)보다 상기 보정 분당 절삭량(MMS-1)이 작으면 공구 이송속도를 증가되도록 조정하고, 상기 매뉴얼 분당 절삭량(MMS)보다 상기 보정 분당 절삭량(MMS-1)이 크면 공구 이송속도가 감소되도록 조정하는 공구 이송속도 조정 적용단계(S91, S92);를 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 회전 절삭공구의 실시간 이송속도 설정방법은, 상기 보정 분당 절삭량 연산 단계(S70)에서, 상기 채터 진동 추이선도(G)의 기울기가 증가되면 현재 공구 이송속도를 가상으로 감소되도록 보정하는 것일 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 회전 절삭공구의 실시간 이송속도 제어장치는, 상기 회전 절삭공구의 실시간 이송속도 설정방법에 의해 공구 이송속도가 설정되어 공구 이송속도가 조정되도록 공작기계를 제어하는 것이다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 회전 절삭공구의 실시간 이송속도 설정방법 및 제어장치는, 절삭가공을 수행하는 동안에 공구의 이송속도를 증가시켜 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 회전 절삭공구의 실시간 이송속도 설정방법 및 제어장치는, 공구의 이송속도가 증가되도록 조정되어 절삭가공이 수행될 때에 채터 진동을 모니터링하여 채터 진동이 증가하는 징후가 나타날 때에 공구의 이송속도를 낮추거나 전단계로 되돌림으로써 가공품위를 양호하게 유지할 수 있다.
또한, 본 발명의 회전 절삭공구의 실시간 이송속도 설정방법 및 제어장치는, 이미 설정된 공구 이동경로(Tool Path)를 변경하지 않으므로 절삭공정에 큰 변화를 가하지 않기 때문에 작업자의 작업량이 증가되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 회전 절삭공구의 실시간 이송속도 설정방법 및 제어장치는, 궁극적으로 절삭가공의 진동저감과 진동회피를 통하여 공구 수명이 비정상적으로 단축되는 것을 방지할 수 있고, 공작물을 보호할 수 있으며, 가공시간을 단축하여 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 분당 절삭량(MRR: material removal rate)을 향상시키기 위하여 회전 절삭공구의 스핀들 회전수가 변경되는 예를 보인 가공 안정성선도이다.
도 2는 분당 절삭량(MRR: material removal rate) 한계선도를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 절삭공구의 실시간 이송속도 설정방법 및 제어장치를 작용을 설명하기 위한 예시도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 절삭공구의 실시간 이송속도 설정방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7 내지 도 9는 채터 진동의 추이를 모니터링하는 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 절삭공구의 실시간 이송속도 설정방법에 의해 이송속도가 변경될 때에 진동 크기를 모니터링하는 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 11 내지 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 절삭공구의 실시간 이송속도 설정방법에 의해 이송속도가 변경되는 예를 설명하기 위한 표이다.
[부호의 설명]
100: 공작기계
200: 진동처리부
300: 단말기
400: 단말 표시영상
410: 데이터 입출력
420, 430: 진동 진폭 출력부
G: 채터 진동 추이선도
G1: 채터 진동 증가선도
G2: 채터 진동 감소선도
G3: 채터 진동 답보선도
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명한다. 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 크기가 과장되게 도시될 수 있다.
한편, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하여 생산성을 향상시키도록 하는 방안을 먼저 설명한다. 첨부도면 도 1은 분당 절삭량(MRR: material removal rate)을 향상시키기 위하여 회전 절삭공구의 스핀들 회전수가 변경되는 예를 보인 가공 안정성선도이다. 도 2는 분당 절삭량(MRR: material removal rate) 한계선도를 설명하기 위한 도면이다.
절삭가공을 수행하는 동안에 절삭가공이 안정된 상태에서는 진동 크기가 작고, 채터 진동의 크기에 대한 추이를 살펴보면 일정하거나 감소된다. 반면에, 절삭가공이 불안정하면 진동 크기가 커지고, 채터 진동 크기의 추이는 증가하는 양상을 보인다.
다른 한편으로, 생산성을 살펴보면, 분당 절삭량(MRR: material removal rate)이 높을수록 좋은 것으로 평가된다. 분당 절삭량은 반경 방향 절삭 깊이, 축방향 절삭 깊이, 주축 회전수 및 이송속도 등의 절삭조건 요소에 따라 결정된다.
상술한 절삭조건 요소 중에 어느 하나라도 증가시키면 절삭량은 증가하게 된다. 그러나 절삭가공이 시작되면 축방향 절삭 깊이를 수정하기는 곤란하다. 이에 도 1에 나타낸 바와 같이, 스핀들 회전수(주축회전수)를 증가시키는 방안이 있지만, 가공이 안정된 범위 내에서 스핀들 회전수가 조정되는 것으로 한계가 있다.
따라서 본 발명에서는 도 2에서 나타낸 바와 같이, 공구의 이송속도를 증대시켜 생산성을 향상시키고자 한다.
공구제조사에서 해당 공구의 분당 절삭량에 대하여 매뉴얼 추천 조건으로 제시하고 있다. 따라서 본 발명은 분당 절삭량의 한계선도 내에서 공구의 이송속도를 보정하여 생산성을 향상시키고 가공품위를 양호하게 유지하고자 하는 것이다.
이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 회전 절삭공구의 실시간 이송속도 설정방법 및 장치에 대하여 설명한다. 첨부도면 도 3 및 도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 절삭공구의 실시간 이송속도 설정방법 및 제어장치를 작용을 설명하기 위한 예시도면이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 공작기계(100)에서 정보를 수집하고, 진동처리부(200)에서 수집된 정보를 연산하고, 연산된 결과인 진동에 대한 정보는 단말기(300)를 통하여 사용자가 알 수 있게 하는 것이다.
상술한 공작기계(100)에는 주축에 진동을 감지하는 센서가 구비되고, 센서에 의해 진동 정보를 생성하여 진동처리부(200)로 송신한다. 진동처리부(200)에서는 수신된 각종 진동 정보를 분석하여 현재 진동이 어떠한 형태로 발생하고 있는지를 처리하여 단말기(300)에 송신한다. 단말기(300)에는 단말 표시영상(400)이 나타나고, 사용자는 단말 표시 영상(400)를 통하여 진동 발생여부와 채터 진동 현황을 알 수 있다.
공작기계(100)에 구비되는 센서는 가속도계, 어쿠스틱(Acoustic) 센서 등일 수 있고, 이러한 센서에 의해 공작기계의 X축과 Y축의 강성을 측정하여 진동모드에 대한 정보를 발생시키는 것이다.
상술한 진동처리부(200)는 공작기계에 탑재될 수 있고, 다른 한편으로 원격 관제실에 배치될 수도 있다. 원격 관제실에 배치되는 경우에는 원격으로 공작기계(100)를 제어할 수 있게 된다.
상술한 단말기(300)는 컴퓨터의 입출력장치의 역할을 하는 것으로, 진동상황을 파악하고, 진동에 대처하여 공구 회전수와 공구 이송속도 등을 조정하도록 한다. 단말기(300)는 노트북 컴퓨터, 태블릿 PC, 스마트 폰 등 다양한 형태로 제공될 수 있으며, 원격 관제실에 배치된 컴퓨터에서 단말기(300)의 작용을 수행할 수도 있다.
단말기(300)에는 단말 표시 영상(400)이 표시된다. 단말 표시 영상(400)에는 각종 데이터 값을 입력하고 관리하도록 하는 데이터 입출력부(410)가 마련된다. 또한 단말 표시 영상(400)에는 진동의 크기와 진동 폭을 출력하는 진동 진폭 출력부(420, 430)가 마련된다.
본 발명의 실시예에 따른 회전 절삭공구의 실시간 이송속도 설정방법은 진동처리부(200) 또는 단말기(300)에 탑재될 수 있다. 어떤 경우이든, 공구의 이송속도를 증가시키면서 진동 크기와 채터 진동을 모니터링하고, 이상 채터 진동의 징후가 포착되면 현재 상황에서 적절한 추천 공구 이송속도를 추천하게 된다. 추천 공구 이송속도는 공작기계(100)에 피드백(peed back)된다. 공작기계(100)에서는 추천 공구 회전수를 자동으로 적용하거나 작업자에게 추천 공구회전수를 적용하도록 유도할 수도 있다.
이하, 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 절삭공구의 실시간 이송속도 설정방법을 설명한다. 첨부도면 도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 절삭공구의 실시간 이송속도 설정방법을 설명하기 위한 순서도이다.
먼저 도 5를 참조하여 공구 이송속도를 증가시키는 방법을 각 단계별로 설명한다.
절삭가공 여부 판단단계(S10): 절삭가공 여부 판단단계(S10)는 공작기계(100)에서 절삭가공을 수행하는지 여부를 판단하는 단계이다. 절삭가공을 수행하지 않는 경우에 종료되고, 절삭가공을 수행하는 경우에 다음 단계로 진행한다.
진동 데이터 수집 단계(S20): 진동 데이터 수집 단계(S20)는 공작기계(100)에 설치된 각종 센서로부터 진동 데이터를 수집하는 단계이다. 진동 데이터에서는 진동 크기, 진동 폭 등의 진동 정보가 포함되어 있다.
채터 진동 추이선도 도출단계(S30): 채터 진동 추이선도 표시단계(S30)는 수집된 진동 데이터를 가공하여 시간 대비 진동 크기를 채터 진동으로 표시하고, 채터 진동을 단순화하여 채터 진동 추이선도(G)를 도출하고 단말기(300)에 표시한다.
채터 진동 추이 판단단계(S40): 채터 진동 추이 판단단계(S40)는 채터 진동 추이선도(G)가 시간 흐름에 따라 기울기가 증가하는지, 감소하는지, 답보상태인지를 판단하는 단계이다.
공구 이송속도 조정단계(S51, S52): 공구 이송속도 조정단계(S51, S52)는 채터 진동 추이선도(G)의 기울기가 증가일 때에는 공구 이송속도가 감소되도록 조정한다(S51). 반대로 채터 진동 추이선도(G)의 기울기가 감소일 때에는 공구 이송속도가 증가되도록 조정한다(S52).
한편, 채터 진동 추이선도(G)의 기울기가 시간이 경과함에도 변화가 미미하여 답보상태로 판단될 때에는 공구 이송속도를 조절하지 않거나 감소되도록 조절할 수도 있다.
상술한 공구 이송속도의 증감 조정범위는 현재의 공구 이송속도에서 2 ~ 10%의 범위로 제한될 수 있다. 이는 조정될 공구 이송속도가 너무 과다하게 증가되면 오히려 가공 안정성이 저하될 우려가 있기 때문에, 단계적으로 증가시키는 것이 바람직하다. 반면에, 조정될 공구 이송속도가 매우 작은 범위로 증가되면 생산성 증대의 효과를 기대하기 까지 많은 시간이 소요될 수 있다. 따라서 상술한 공구 이송속도의 증감 조정범위는 현재의 공구 이송속도에서 2 ~ 10%의 범위로 제한되는 것이 바람직하다.
공구 이송속도가 조정된 후에는 절삭가공 여부 판단단계(S10) 또는 진동 데이터 수집 단계(S20)로 복귀하고, 이로써 계속하여 공구 이송속도를 더 조정할 것인지를 반복하여 판단하고 반복하여 조정하게 된다.
이하, 첨부도면 도 6을 참조하여 공구 이송속도에 따라 보정 분당 절삭량을매뉴얼 분당 절삭량 이하로 제한하는 방법을 각 단계별로 설명한다.
매뉴얼 분당 절삭량 입력단계(S60): 매뉴얼 분당 절삭량 입력단계(S60)는 매뉴얼 분당 절삭량을 입력 받는 단계이다. 매뉴얼 분당 절삭량은 공구 제조사에서 추천하는 값으로서, 해당 공구에서 절삭가공을 안정되게 구현할 수 있는 범위로 이해할 수 있다.
절삭가공 여부 판단단계(S10): 절삭가공 여부 판단단계(S10)는 공작기계(100)에서 절삭가공을 수행하는지 여부를 판단하는 단계이다. 절삭가공을 수행하지 않는 경우에 종료되고, 절삭가공을 수행하는 경우에 다음 단계로 진행한다.
보정 분당 절삭량 연산 단계(S70): 보정 분당 절삭량 연산 단계(S70)는 공구 이송속도를 가상으로 보정하고, 이때 보정 분당 절삭량(MMS-1)을 연산하는 단계이다. 즉, 공구 이송속도의 보정으로 인하여 매뉴얼 분당 절삭량(MMS)을 넘지 않도록 하는 것이다.
상술한 가상 공구 이송속도의 증감 조정범위는 현재의 공구 이송속도에서 2 ~ 10%의 범위로 제한될 수 있다. 이는 조정될 공구 이송속도가 너무 과다하게 증가되면 오히려 가공 안정성이 저하될 우려가 있기 때문에, 단계적으로 증가시키는 것이 바람직하다. 반면에, 조정될 공구 이송속도가 매우 작은 범위로 증가되면 생산성 증대의 효과를 기대할 때까지 많은 시간이 소요될 수 있다. 따라서 상술한 가상 공구 이송속도의 증감 조정범위는 현재의 공구 이송속도에서 2 ~ 10%의 범위로 제한되는 것이 바람직하다.
다른 한편으로, 보정 분당 절삭량 연산 단계(S70)는 상술한 공구 이송속도 조정단계(S51, S52)에서 보정되는 공구 이송속도를 적용하였을 때의 보정 분당 절삭량(MMS-1)을 연산할 수도 있다.
보정 분당 절삭량 적용 판단단계(S80): 보정 분당 절삭량 적용 판단단계(S80)는 매뉴얼 분당 절삭량(MMS)과 보정 분당 절삭량(MMS-1)의 대소 관계를 비교하여 가상으로 설정한 공구 이송속도를 적용할지 여부를 판단하는 단계이다.
한편, 매뉴얼 분당 절삭량(MMS)의 70% ~ 90%값과 보정 분당 절삭량(MMS-1)의 대소 관계를 비교하도록 제한할 수도 있다. 즉 좀 더 보수적인 값을 비교대상으로 설정함으로써 절삭가공의 안정성을 확보할 수 있고, 나아가 가공 품위를 양호하게 유지할 수 있다.
공구 이송속도 조정 적용단계(S91, S92): 공구 이송속도 조정 적용단계(S91, S92)는 보정 분당 절삭량 적용 판단단계(S80)에서 매뉴얼 분당 절삭량(MMS)보다 보정 분당 절삭량(MMS-1)이 크면 절삭가공 안정성이 불안정하게 될 우려가 있으므로 공구 이송속도가 감소되도록 조정한다(S91). 반면에 보정 분당 절삭량 적용 판단단계(S80)에서 매뉴얼 분당 절삭량(MMS)보다 보정 분당 절삭량(MMS-1)이 작으면 공구 이송속도를 증가시키더라도 절삭가공 안정성이 유지될 것이므로 공구 이송속도가 증가되도록 조정한다(S92).
이하, 첨부도면 도 7 내지 도 9를 참조하여 절삭가공을 수행하는 동안에 채터 진동의 변화를 설명한다. 첨부도면 도 7 내지 도 9는 채터 진동의 추이를 모니터링하는 예를 설명하기 위한 도면이다.
절삭가공을 수행할 때에, 축방향 절삭 깊이를 변화시킬 수 없고, 스핀들 회전수는 생산성을 극대화할 수 있도록 매뉴얼 추천 조건의 범위 내에서 최대한 높게 설정한 상태로 가공이 수행될 수 있다. 이때 생산성을 더욱 향상시킬 목적으로 공구의 이송속도를 증가시키면서 채터 진동 크기를 살핀다.
도 7 내지 도 9에 나타낸 바와 같이, 채터 진동 크기는 빈번하게 증감하는 것처럼 표시되므로, 채터 진동 크기선도를 채터 진동 추이선도(G)로 단순화하여 평가하는 것이다.
채터 진동 추이선도(G)는 채터 진동이 증가될 때에 채터 진동 증가선도(G1)로 나타난다. 또한, 채터 진동 추이선도(G)는 채터 진동이 감소될 때에 채터 진동 감소선도(G2)로 나타난다. 또한, 채터 진동 추이선도(G)는 채터 진동이 비슷하게 유지될 때에 채터 진동 답보선도(G3)로 나타난다.
첨부도면 도 7에서 채터 진동 추이선도(G)를 살펴보면, 채터 진동이 증가되는 채터 진동 증가선도(G1)와 채터 진동이 감소되는 채터 진동 감소선도(G2)가 나타난다. 공구의 이송속도를 증가시키다가 채터 진동 증가선도(G1)가 나타나면, 공구 이송속도를 감소시키거나 조정하기 이전의 공구 이송속도로 되돌림으로써 채터 진동을 감시시키도록 하는 것이다.
첨부도면 도 8에서 채터 진동 추이선도(G)를 살펴보면, 채터 진동이 감소되는 채터 진동 감소선도(G2)가 나타난다. 즉, 공구의 이송속도를 더욱 증가시켜도 된다는 의미이므로 공구의 이송속도를 더욱 증가시켜 생산성을 향상시키게 한다.
첨부도면 도 9에서 채터 진동 추이선도(G)를 살펴보면, 채터 진동이 시간 흐름에 대하여 변화가 미미한 채터 진동 답보선도(G3)가 나타난다. 즉, 공구의 이송속도를 더욱 증가시킬 수는 있지만, 주의가 요구된다. 즉, 공구의 이송속도를 더욱 증가시킬 경우에 채터 진동이 증가될 가능성이 있으므로, 현재의 공구 이송속도를 유지하거나 감소시키도록 유도한다.
이하, 첨부도면 도 10을 참조하여 공구 이송속도를 증가시키는 예를 설명한다. 첨부도면 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 절삭공구의 실시간 이송속도 설정방법에 의해 이송속도가 변경될 때에 진동 크기를 모니터링하는 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 10의 (a)은 공구 이송속도를 조정하기 이전의 상태이다, 이때 공구 이송속도는 300m/min이고, 진동크기(g)는 0.13으로서 매우 작은 값으로 안정된 가공 상태를 나타낸다.
이후, 공구이송속도 330m/min, 360m/min, 390m/min, 450m/min, 500m/min, 600m/min으로 점차 증가시키면서, 진동크기(g)를 모니터링한다.
계속하여 도 10의 (b)에 나타낸 바와 같이, 공구 이송속도를 750m/min까지 증가시킨다. 이때에도 진동 크기(g)는 0.16으로 안정된 가공 상태를 나타냄을 알 수 있다.
한편, 공구 이송속도를 향상시키면서 공구 회전속도가 조정된 후에 보정 분당 절삭량(MMR-1)과 공구 제조사에서 제시하는 매뉴얼 분당 절삭량(MMR)의 값과 비교하고, 보정 분당 절삭량(MMR-1)이 분당 절삭량(MMR)을 넘지 않도록 한다.
이하, 첨부도면 도 11 내지 도 14를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 절삭공구의 실시간 이송속도 설정방법에 대한 작용효과를 설명한다.
첨부도면 도 11 내지 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 절삭공구의 실시간 이송속도 설정방법에 의해 이송속도가 변경되는 예를 설명하기 위한 표이다.
도 11에 나타낸 실시예를 살펴보면, 공구 제조사에서 제시하는 매뉴얼 가공 조건은 이송속도가 300mm/minn, 분당 절삭량(MMR)이 9000㎣/min이지만, 본 발명의 실시예에 따라 이송속도를 600mm/min으로 조정할 수 있고, 이로써 절삭가공에 소요되는 시간을 현저하게 단축시킬 수 있다, 한편, 본 발명의 실시예에 따라 분당 절삭량(MMR)은 3600㎣/min로서 매뉴얼 가공 조건의 분당 절삭량의 범위 이내임을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예는 절삭가공에 소요되는 시간을 단축하면서도 가공품위를 양호하게 유지할 수 있는 것이다.
도 12에 나타낸 실시예를 살펴보면, 공구 제조사에서 제시하는 매뉴얼 가공 조건은 이송속도가 2016mm/minn, 분당 절삭량(MMR)이 90720㎣/min이지만, 본 발명의 실시예에 따라 이송속도를 3628mm/min으로 조정할 수 있고, 분당 절삭량(MMR)은 90700㎣/min을 구현할 수 있다. 여기서, 본 발명의 실시예에 따라 분당 절삭량(MMR)은 매뉴얼 가공 조건의 분당 절삭량의 범위 이내임을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예는 절삭가공에 소요되는 시간을 단축하면서도 가공품위를 양호하게 유지할 수 있는 것이다.
도 13에 나타낸 실시예를 살펴보면, 공구 제조사에서 제시하는 매뉴얼 가공 조건은 이송속도가 500mm/minn, 분당 절삭량(MMR)이 25000㎣/min이지만, 본 발명의 실시예에 따라 이송속도를 620mm/min으로 조정할 수 있고, 분당 절삭량(MMR)은 24800㎣/min을 구현할 수 있다. 여기서, 본 발명의 실시예에 따라 분당 절삭량(MMR)은 매뉴얼 가공 조건의 분당 절삭량의 범위 이내임을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예는 절삭가공에 소요되는 시간을 단축하면서도 가공품위를 양호하게 유지할 수 있는 것이다.
도 14에 나타낸 실시예를 살펴보면, 공구 제조사에서 제시하는 매뉴얼 가공 조건은 이송속도가 330mm/minn, 분당 절삭량(MMR)이 6336㎣/min이지만, 본 발명의 실시예에 따라 이송속도를 660mm/min으로 조정할 수 있고, 분당 절삭량(MMR)은 3960㎣/min을 구현할 수 있다. 여기서, 본 발명의 실시예에 따라 분당 절삭량(MMR)은 매뉴얼 가공 조건의 분당 절삭량의 범위 이내임을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예는 절삭가공에 소요되는 시간을 단축하면서도 가공품위를 양호하게 유지할 수 있는 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 회전 절삭공구의 실시간 이송속도 설정방법 및 장치에 의하면, 절삭가공에 소요되는 시간을 단축하면서도 가공품위를 양호하게 유지할 수 있는 것이다.
따라서 본 발명의 회전 절삭공구의 실시간 이송속도 설정방법 및 제어장치는, 절삭가공을 수행하는 동안에 공구회전수의 조정으로 가공 안정성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 회전 절삭공구의 실시간 이송속도 설정방법 및 제어장치는, 이미 설정된 공구 이동경로(Tool Path)를 변경하지 않으므로 절삭공정에 큰 변화를 가하지 않기 때문에 작업자의 작업량이 증가되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 회전 절삭공구의 실시간 이송속도 설정방법 및 제어장치는, 궁극적으로 절삭가공의 진동저감과 진동회피를 통하여 공구 수명이 비정상적으로 단축되는 것을 방지할 수 있고, 공작물을 보호할 수 있으며, 가공시간을 단축하여 생산성을 향상시킬 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명에 따른 회전 절삭공구의 실시간 이송속도 설정방법 및 제어장치는 절삭가공을 수행할 때에 공구 이송속도를 조절하여 생산성을 향상시키는 데에 이용할 수 있는 것이다.

Claims (10)

  1. 공작기계(100)에 설치된 센서로부터 진동 정보를 수집하는 진동 데이터 수집 단계(S20);
    상기 수집된 진동 데이터에 근거하여 채터 진동의 증감을 단순화하여 채터 진동 추이선도(G)를 도출하는 채터 진동 추이선도 도출단계(S30);
    상기 채터 진동 추이선도(G)의 기울기가 증가하는지, 감소하는지를 판단하는 채터 진동 추이 판단단계(S40); 및
    상기 채터 진동 추이선도(G)의 기울기가 증가되면 공구 이송속도를 감소시키도록 조정하는 공구 이송속도 조정단계(S51, S52);
    를 포함하는 회전 절삭공구의 실시간 이송속도 설정방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    공구 이송속도 조정단계(S51, S52)에서, 상기 채터 진동 추이선도(G)의 기울기가 감소되면 공구 이송속도를 증가시키도록 조정하는 것을 특징으로 하는 회전 절삭공구의 실시간 이송속도 설정방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 공구 이송속도 조정단계(S51, S52)에서, 상기 공구 이송속도가 증감 조정범위는 현재의 공구 이송속도에서 2 ~ 10%의 범위로 제한되는 것을 특징으로 하는 회전 절삭공구의 실시간 이송속도 설정방법.
  4. 공구 제조사로부터 제공되는 매뉴얼 분당 절삭량(MMS)를 입력 받는 매뉴얼 분당 절삭량 입력단계(S60);
    현재 공구 이송속도를 가상으로 보정하고 보정에 따라 보정 분당 절삭량(MMS-1)를 연산하는 보정 분당 절삭량 연산 단계(S70);
    상기 매뉴얼 분당 절삭량(MMS)과 상기 보정 분당 절삭량(MMS-1)의 대소 관계를 비교하여 가상으로 설정한 공구 이송속도를 적용할지 여부를 판단하는 보정 분당 절삭량 적용 판단단계(S80);
    상기 매뉴얼 분당 절삭량(MMS)보다 상기 보정 분당 절삭량(MMS-1)이 작으면 공구 이송속도를 증가되도록 조정하는 공구 이송속도 조정 적용단계(S91, S92);
    를 포함하는 회전 절삭공구의 실시간 이송속도 설정방법.
  5. 제4항에 있어서,
    공구 이송속도 조정 적용단계(S91, S92)에서,
    상기 매뉴얼 분당 절삭량(MMS)보다 상기 보정 분당 절삭량(MMS-1)이 크면 공구 이송속도가 감소되도록 조정하는 것을 특징으로 회전 절삭공구의 실시간 이송속도 설정방법.
  6. 제4항에 있어서,
    보정 분당 절삭량 연산 단계(S70)에서,
    상기 공구 이송속도의 증감 조정범위는 현재의 공구 이송속도에서 2 ~ 10%의 범위로 제한하는 것을 특징으로 회전 절삭공구의 실시간 이송속도 설정방법.
  7. 제4항에 있어서,
    보정 분당 절삭량 적용 판단단계(S80)에서,
    상기 매뉴얼 분당 절삭량(MMS)의 70% ~ 90%값과 보정 분당 절삭량(MMS-1)의 대소 관계를 비교는 것을 특징으로 회전 절삭공구의 실시간 이송속도 설정방법.
  8. 공구 제조사로부터 제공되는 매뉴얼 분당 절삭량(MMS)를 입력 받는 매뉴얼 분당 절삭량 입력단계(S60);
    공작기계(100)에 설치된 센서로부터 진동 정보를 수집하는 진동 데이터 수집 단계(S20);
    상기 수집된 진동 데이터에 근거하여 채터 진동의 증감을 단순화하여 채터 진동 추이선도(G)를 도출하는 채터 진동 추이선도 도출단계(S30);
    상기 채터 진동 추이선도(G)의 기울기가 증가하는지, 감소하는지를 판단하는 채터 진동 추이 판단단계(S40);
    상기 채터 진동 추이선도(G)의 기울기가 감소되면 현재 공구 이송속도를 가상으로 증가되도록 보정하고 보정에 따라 보정 분당 절삭량(MMS-1)을 연산하는 보정 분당 절삭량 연산 단계(S70);
    상기 매뉴얼 분당 절삭량(MMS)과 상기 보정 분당 절삭량(MMS-1)의 대소 관계를 비교하여 가상으로 설정한 공구 이송속도를 적용할지 여부를 판단하는 보정 분당 절삭량 적용 판단단계(S80);
    상기 매뉴얼 분당 절삭량(MMS)보다 상기 보정 분당 절삭량(MMS-1)이 작으면 공구 이송속도를 증가되도록 조정하고, 상기 매뉴얼 분당 절삭량(MMS)보다 상기 보정 분당 절삭량(MMS-1)이 크면 공구 이송속도가 감소되도록 조정하는 공구 이송속도 조정 적용단계(S91, S92);
    를 포함하는 회전 절삭공구의 실시간 이송속도 설정방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 보정 분당 절삭량 연산 단계(S70)에서, 상기 채터 진동 추이선도(G)의 기울기가 증가되면 현재 공구 이송속도를 가상으로 감소되도록 보정하는 것을 특징으로 하는 회전 절삭공구의 실시간 이송속도 설정방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중에 어느 한 항에 기재된 회전 절삭공구의 실시간 이송속도 설정방법에 의해 공구 이송속도가 설정되어 공구 이송속도가 조정되도록 공작기계를 제어하는 회전 절삭공구의 실시간 이송속도 제어장치.
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