WO2021167242A1 - Nc공작기계의 공작물 연마를 위한 진동제어 방법 - Google Patents

Nc공작기계의 공작물 연마를 위한 진동제어 방법 Download PDF

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WO2021167242A1
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WO
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vibration
amplitude
axis
transfer
grinding
Prior art date
Application number
PCT/KR2021/000156
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English (en)
French (fr)
Inventor
김덕원
Original Assignee
두산공작기계 주식회사
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B1/00Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes
    • B24B1/04Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes subjecting the grinding or polishing tools, the abrading or polishing medium or work to vibration, e.g. grinding with ultrasonic frequency
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B51/00Arrangements for automatic control of a series of individual steps in grinding a workpiece

Definitions

  • the present invention relates to control of an NC machine tool, and more particularly, to a method of controlling vibration for grinding.
  • NC numerical control
  • machine tools perform machining operations such as cutting, drilling, milling, tapping, and grinding while transporting workpieces and tools on the X, Y, and Z axes.
  • This NC machine tool is provided with a control unit including the NC device (20).
  • the control unit transmits the machining program to the NC device 20 using a Human Machine Interface (HMI) device, and the NC device 20 interprets the machining program and then feeds for an axis feed command. Interpolation is performed for the section, and a control command is issued to the servo driver 30 that controls the servo motor 31 in charge of each feed axis according to the result.
  • HMI Human Machine Interface
  • the NC device 20 interprets the machining program and then sends a control command to the spindle driver for controlling the spindle motor, which is a kind of the servo motor 31 .
  • the NC device 20 and the HMI device 10 communicate information or signals necessary for control with the control target machine unit through a programmable logic controller (PLC 40 ), and support the control of the NC device 20 .
  • PLC 40 programmable logic controller
  • Figure 2 is a prior art, a conceptual diagram of abrasive machining using an NC machine tool.
  • the workpiece moves in the X-axis and Y-axis directions on a plane by a servomotor 31 on the table of the machine tool, and the main shaft 50 moves up and down
  • the workpiece is polished by operating the grinding wheel 51 mounted on the tip of the main shaft 50 while moving in the Z-axis direction.
  • Figure 3 is a prior art, a conceptual diagram of the vibration operation of the abrasive tool in the NC machine tool.
  • the vibration axis (Z-axis) repeatedly operates with a constant amplitude between the maximum point and the minimum point, and at the same time, the X-axis on a plane
  • the work piece is polished while the Y axis and the Y axis are transferred to the position commanded by the program.
  • the amplitude of the oscillation axis and the amplitude center point 60 do not change. That is, in the conventional NC machine tool for polishing, it is impossible to feed in the Z-axis direction while the abrasive tool vibrates in the Z-axis direction. Therefore, if you want to change the abrasive part of the workpiece by feeding it in the Z-axis direction, stop the vibration of the grinding wheel 51 and then move the grinding wheel 51 in the Z-axis direction with a constant amplitude after the Z-axis feed is repeated. It is processed by changing the abrasive part of the workpiece through X-axis and Y-axis feed.
  • the amplitude of the grinding stone 51 does not change, and when the surface area of the workpiece is not constant because it is impossible to transfer it in the Z-axis direction during the grinding operation, through repeated axial transfer. There is a problem that the working time becomes longer by grinding.
  • Korean Patent Publication No. 101791939 B introduces a technique for generating natural vibration by an electromagnet, and using this to vibrate a table on which a workpiece is mounted and grind it.
  • this vibration grinding method cannot be applied to polishing workpieces of various shapes because the axis feed and vibration of the X, Y, and Z axes cannot be simultaneously performed.
  • the present invention is to solve the conventional problems as described above, and an object of the present invention is to control the amplitude of the vibration axis equipped with a grinding wheel in an NC machine tool, and at the same time change the path of the amplitude center point on the X, Y, and Z axes. It is to provide a polishing control method for an NC machine tool that can be polished regardless of the width of the polishing surface of the workpiece to be polished and the shape on the X, Y, and Z axes by enabling the control.
  • a vibration control method for grinding a workpiece of an NC machine tool of the present invention for achieving the above object
  • An interpolation step (S500) is performed.
  • the amplitude does not change from the amplitude set in the vibration condition setting step (S200) according to the abrasive machining path information generated in the machining program analysis step (S100), and the amplitude of the A first vibration mode (S410) for controlling the center point to be transferred while changing between the maximum point and the minimum point,
  • the amplitude is controlled to be changed in the vibration condition setting step (S200), and the central point of the amplitude does not change between the maximum point and the minimum point, but in a straight direction a second vibration mode (S420) for controlling the transfer to
  • the transport path interpolation step (S500) reads the abrasive machining path information stored in the machining program analysis step (S100), and the vibration axis sets the travel distance set in the vibration condition setting step (S200) at the set amplitude and speed.
  • the current position of the vibration axis is checked in real time, and the vibration axis transfer step of instructing the vibration axis to be transferred in addition to the value of the vibration axis transfer path set in the vibration condition setting step (S200) (S530).
  • the movement of the center point of the amplitude before and after the movement of the movement path of the vibration axis is a straight line
  • the movement of the center point of the amplitude is controlled to be transferred in a straight line
  • the transfer path of the vibration axis is If the movement of the center point of the amplitude before and after movement is a circular arc, it controls the transfer path with the changed center point of the amplitude to be transferred through circular interpolation
  • the amplitude commanded in the vibration axis basic operation step (S510) is the maximum point of the amplitude according to the vibration axis transport path set in the vibration condition setting step (S200) and The minimum point is recalculated to control the changed amplitude
  • the center point and the amplitude of the amplitude commanded in the basic operation step (S510) of the vibration axis are amplitudes according to the vibration axis transport path set in the vibration condition setting step (S200).
  • the change of the center point is recalculated, and the maximum and minimum points of the amplitude are recalculated for the change of the amplitude, and the center point and the amplitude of the changed amplitude are controlled.
  • the vibration processing operation is performed by determining whether the condition set in the vibration condition setting step (S200) is a condition for executing a vibration processing operation or a general operation condition other than vibration processing. If the condition to be executed, it further includes a vibration processing determination step (S300) to perform the next step.
  • the amplitude and the center point of the amplitude of the oscillation axis equipped with the grinding stone are simultaneously controlled, within the maximum amplitude range at once. can be polished
  • the tool mounted on the main shaft is replaced with a grinding stone to realize the X, Y, and Z axis feed control at the same time as the Z axis vibration.
  • the tool mounted on the main shaft is replaced with a grinding stone to realize the X, Y, and Z axis feed control at the same time as the Z axis vibration.
  • FIG. 1 is a prior art, a control conceptual diagram of a general numerical control machine tool.
  • Figure 2 is a prior art, a conceptual diagram of abrasive machining using an NC machine tool.
  • Figure 3 is a prior art, a conceptual diagram of the vibration operation of the abrasive tool in the NC machine tool.
  • FIG. 4 is a control flowchart for grinding a workpiece according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram of an operation of the first vibration mode in which only the central point of the amplitude is changed without changing the amplitude as an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating an operation of the second vibration mode in which the amplitude is changed and the center point of the amplitude is not changed according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating an operation of a third vibration mode in which an amplitude and a center point of the amplitude are simultaneously changed according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is an embodiment of the present invention, a flow chart for interpolation of the grinding transport path according to the vibration mode analysis.
  • the conveying axis refers to the X, Y, and Z axes meaning the left, right, front and rear, up and down directions, or any one axis corresponding to the operation or control of the embodiment.
  • Each axis is operated by a servomotor 31 .
  • the meaning of controlling the axis or the transfer axis means controlling the servomotor 31 .
  • the vibration axis is also expressed as the Z-axis, and also means the main shaft 50 and the grinding stone 51 mounted on the tip of the main shaft 50 .
  • the transfer of the oscillation axis refers to movement of the amplitude center point 60 in the Z-axis direction, not the oscillation motion having an amplitude.
  • oscillation refers to the repeated movement of the grinding stone 51 in a sine waveform between the maximum and minimum points based on the amplitude center point 60 .
  • FIG. 4 is a control flowchart for grinding a workpiece according to an embodiment of the present invention.
  • the NC device 20 interprets the machining program code to determine the working mode, It creates and stores the grinding process path information according to the working mode.
  • the vibration condition setting step (S200) is executed.
  • the maximum and minimum points of the amplitude are set based on the amplitude center point 60, and the operating speed of the vibration axis is set.
  • the vibration processing determination step (S300) is executed.
  • the condition set in the vibration condition setting step (S200) is a condition for performing vibration processing or a general processing execution condition other than vibration processing, and if it is a condition for executing vibration processing, the next step is performed. .
  • the vibration mode selection step (S400) is executed.
  • the vibration mode is changed to the first vibration mode (S410), the second vibration mode according to the abrasive processing path information generated in the processing program analysis step (S100). It is divided into a vibration mode (S420) and a third vibration mode (S430).
  • the amplitude center point 60 is controlled to be transferred by changing between the maximum and minimum points.
  • the width of the polishing surface of the workpiece is constant, but the polishing surface can grind the workpiece having various shapes on the X, Y, and Z axes.
  • the width of the polishing surface is constant and the shapes on the X, Y, and Z axes are varied, the shapes on the X, Y, and Z axes with the same amplitude can be polished with one feed within the maximum amplitude range.
  • the maximum amplitude refers to the maximum feed range of the Z-axis of the machine tool.
  • the second vibration mode S420 will be described.
  • the amplitude changes in the amplitude set in the vibration condition setting step ( S200 ) according to the abrasive machining path information generated in the machining program analysis step ( S100 ). It is controlled so that the amplitude center point 60 is not changed between the maximum point and the minimum point and is controlled to be transferred in a linear direction.
  • the workpiece having a straight transport path can be polished by one transport. That is, even if the shape of the X and Y axes on the transfer path of the polishing surface is varied, when the vibration axis (Z axis) is straight, the amplitude is different and polishing can be performed at once in response to the change in the width of the polishing surface.
  • the third vibration mode ( S430 ) will be described.
  • the third vibration mode (S430) is controlled to change to the amplitude set in the vibration condition setting step (S200) according to the abrasive machining path information generated in the machining program analysis step (S100), and , the amplitude center point 60 is also changed between the maximum point and the minimum point to control the transfer.
  • the width of the workpiece polishing surface on the vibration axis (Z axis) is irregular, and the amplitude center point 60 of the vibration axis (Z axis) is not a straight line. can do. That is, even if the transport path of the oscillation axis (Z axis) is not a straight line and the width of the polishing surface is varied, polishing can be performed at once along the shape on the X and Y axes in response to the change in the width of the polishing surface.
  • the polishing operation is performed in the vibration mode selected in the vibration mode selection step (S400) while the grinding wheel 51 moves the X, Y, and Z axes according to the polishing processing path information stored in the processing program analysis step (S100). This is the step that controls the execution.
  • FIG. 8 is an embodiment of the present invention, a flow chart for interpolation of the grinding transport path according to the vibration mode analysis.
  • the vibration axis basic operation step (S510) is performed.
  • the grinding processing path information stored in the machining program analysis step (S100) is read, and the vibration axis (Z axis) is instructed to feed the travel distance set in the vibration condition setting step (S200) at the set amplitude and speed. do.
  • the X and Y axes are transferred to the value set in the vibration condition setting step (S200). command as much as possible.
  • This step is a step of commanding additional feed of the vibration axis (Z axis) in addition to the basic operation step (S510) of the vibration axis, confirming the current position of the vibration axis (Z axis) in real time, and setting the vibration condition ( S200) commands the oscillation axis (Z axis) to be transferred according to the value of the oscillation axis (Z axis) transport path value.
  • the vibration axis (Z axis) is the amplitude center point 60 of the changed transfer path. Controlled to be transferred in a straight line.
  • the vibration axis (Z axis) controls the changed transfer path so that the amplitude center point 60 is transferred through circular interpolation.
  • the vibration axis basic operation step (S510) The amplitude commanded in ) is controlled to the changed amplitude by recalculating the maximum and minimum points of the amplitude according to the vibration axis (Z axis) transport path set in the vibration condition setting step (S200).
  • the current vibration mode is the third vibration mode (S430) in which the amplitude and the amplitude center point 60 are changed in the present vibration axis transfer step (S530)
  • the amplitude commanded in the vibration axis basic operation step (S510) The center point 60 and the amplitude recalculate the change of the amplitude center point 60 according to the oscillation axis (Z axis) transport path set in the vibration condition setting step (S200), and the maximum and minimum amplitudes for the change in amplitude as well. Controlled by the amplitude center point 60 and amplitude changed by recalculating the point.
  • the amplitude and the amplitude center point (60) of the vibration axis mounted with the grinding stone (51) By simultaneously controlling the
  • the tool mounted on the main shaft 50 is replaced with a grinding stone 51 to realize the X, Y, and Z axis feed control at the same time as the Z axis vibration.
  • a separate dedicated polishing equipment is not required, thereby achieving economic benefits and shortening of working time.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Constituent Portions Of Griding Lathes, Driving, Sensing And Control (AREA)
  • Numerical Control (AREA)

Abstract

본 발명은 NC공작기계에서 가공프로그램 코드를 해석하여 연마가공 경로정보를 생성하여 저장하고, 상기 연마가공 경로정보에 따라 진폭과 진동속도, 진동거리를 설정하고 연마 면의 X,Y,Z축 형상에 따라 진동모드를 달리하여 연마하도록 제어함으로써, 연마 면의 폭과 X,Y,Z축 형상에도 불구하고 한번의 이송으로 연마를 완료할 수 있게 하였다.

Description

NC공작기계의 공작물 연마를 위한 진동제어 방법
본 발명은 NC공작기계의 제어에 관한 것으로, 특히 연마를 위한 진동(Oscillation) 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 수치제어(NC: numerical control) 공작기계는 X,Y,Z축 상에서 공작물과 공구를 이송하면서 절삭, 드릴링, 밀링, 탭핑, 연마 등의 가공 작업을 한다.
이러한 NC공작기계는 NC장치(20)를 포함하는 제어부를 구비한다.
도 1은 종래기술로서, 일반적인 NC공작기계의 제어 개념도이다.
도 1에 개시한 바와 같이, 제어부는 HMI(Human Machine Interface) 장치를 이용하여 가공프로그램을 NC장치(20)로 전송하고, NC장치(20)는 가공프로그램을 해석한 후 축 이송 지령을 위해 이송 구간에 대한 보간을 수행하고, 그 결과에 따라 각각의 이송축을 담당하는 서보모터(31)를 제어하는 서보드라이버(30)에 제어명령을 하달한다.
또한, NC장치(20)는 가공프로그램을 해석한 후 서보모터(31)의 일종인 스핀들모터의 제어를 위해 스핀들드라이버에 제어명령을 하달한다.
한편, NC장치(20)와 HMI장치(10)는 PLC(40)(programmable logic controller)를 통해 제어 대상 기계부와 제어에 필요한 정보나 신호를 교신하며 NC장치(20)의 제어를 지원한다.
도 2은 종래기술로서, NC공작기계를 이용한 연마가공 개념도이다.
도 2에 개시한 바와 같이, NC공작기계를 이용한 공작물의 연마는, 공작물이 공작기계의 테이블 상에서 서보모터(31)에 의해 평면상의 X축과 Y축 방향으로 이동하고, 주축(50)은 상하방향의 Z축 방향으로 이동하며 주축(50) 선단에 장착된 연마숫돌(51)을 작동시켜 공작물을 연마한다.
도 3은 종래기술로서, NC 공작기계에서 연마공구의 진동 동작 개념도이다.
이와 같은 종래의 NC공작기계의 공작물 연마공정은 도 3에 개시한 바와 같이, 연마를 위해 진동축(Z축)이 최대점과 최소점 사이에서 일정한 진폭으로 반복 동작을 하면서, 동시에 평면상의 X축과 Y축이 프로그램에 의해 지령된 위치로 축 이송되면서 공작물을 연마를 한다.
이 때 진동축의 진폭과 진폭 중심점(60)은 변하지 않는다. 즉, 기존의 연마용 NC공작기계는, 연마공구가 Z축 방향으로 진동하는 동안에는 Z축 방향으로는 이송은 불가능하다. 따라서 Z축 방향으로 이송하여 공작물의 연마부위를 변경하고자 할 경우에는 연마숫돌(51)의 진동을 정지한 후에 Z축 이송을 한 후에 연마숫돌(51)을 Z축 방향으로 일정한 진폭으로 반복 동작을 하면서 X축과 Y축 이송을 통해 공작물의 연마부위를 변경하여 가공 한다.
이와 같이, 종래의 NC공작기계를 이용한 연마는, 연마숫돌(51)의 진폭이 변하지 않으며, 연마동작 중에는 Z축 방향으로 이송이 불가능하여 공작물의 표면 넓이가 일정하지 않을 경우 반복적인 축 이송을 통하여 연마를 함으로써 작업시간이 길어지는 문제가 발생한다.
또한, 연마할 면적이 연마숫돌(51)의 진폭보다 좁을 경우에도 불필요하게 넓은 진폭으로 연마해야 하므로 생산성의 저하를 유발한다.
또한, 연마를 해야 할 공작물의 표면의 경계부에 연마해서는 안될 돌출된 형상의 구조물이 있을 경우 연마가 불가능 해지거나, 연마해서는 안될 주면 부품까지 연마해야 하는 곤란함이 발생한다.
한편, 종래기술로 한국특허공보 101791939 B는 전자석에 의해 고유진동을 발생시키고, 이를 이용하여 공작물이 거치된 테이블을 진동시켜 연마하는 기술을 소개하고 있다. 그러나 이러한 진동연마 방식은 연마할 공작물의 형상이 다양할 경우 X,Y,Z 축의 축이송과 진동을 동시에 할 수 없어 다양한 형상의 공작물 연마에는 적용할 수 없다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 NC공작기계에서 연마숫돌이 장착된 진동축의 진폭을 제어하고, 동시에 진폭 중심점의 경로를 X,Y,Z축 상에서 변경 제어할 수 있게 함으로써, 연마 할 공작물의 연마 면의 넓이와 X,Y,Z축 상의 형상에 구애 받지 않고 연마할 수 있는 NC공작기계의 연마제어 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 NC공작기계의 공작물 연마를 위한 진동제어 방법은,
NC장치에서 가공프로그램 코드를 해석하여 작업모드를 결정하고, 결정된 작업모드에 따라 연마가공 경로정보를 생성하여 저장하는 가공프로그램 해석단계(S100)와,
상기 가공프로그램 해석단계(S100)에서 해석한 연마가공 경로정보에 따라 진폭의 중심점을 기준으로 진폭의 최대점과 최소점을 설정하고, 진동축의 동작 속도를 결정하는 진동조건 설정단계(S200)와
상기 가공프로그램 해석단계(S100)에서 생성된 연마가공 경로정보에 따라 진동모드를 구분하는 진동모드 선택단계(S400)와,
상기 가공프로그램 해석단계(S100)에서 저장한 연마가공 경로정보에 따라 연마숫돌이 X,Y,Z축을 이송하면서 상기 진동모드 선택단계(S400)에서 선택된 진동모드로 연마동작을 실행하도록 제어하는 이송경로 보간단계(S500)로 이루어진다.
또한, 상기 진동모드 선택단계(S400)는 상기 가공프로그램 해석단계(S100)에서 생성된 연마가공 경로정보에 따라, 진폭은 상기 진동조건 설정단계(S200)에서 설정한 진폭에서 변화하지 않고, 진폭의 중심점은 최대점과 최소점 사이에서 변화하면서 이송되도록 제어하는 제1진동모드(S410)와,
상기 가공프로그램 해석단계(S100)에서 생성된 연마가공 경로정보에 따라, 진폭은 상기 진동조건 설정단계(S200)에서 변화되도록 제어하고, 진폭의 중심점은 최대점과 최소점 사이에서 변화되지 않고 직선방향으로 이송되도록 제어하는 제2진동모드(S420)와,
상기 가공프로그램 해석단계(S100)에서 생성된 연마가공 경로정보에 따라, 상기 진동조건 설정단계(S200)에서 설정된 진폭으로 변경되도록 제어하고, 진폭의 중심점도 최대점과 최소점 사이에서 변경되어 이송되도록 제어하는 제3진동모드(S430)로 이루어진다.
또한, 상기 이송경로 보간단계(S500)는 상기 가공프로그램 해석단계(S100)에서 저장한 연마가공 경로정보를 읽어 들이고, 진동축이 상기 진동조건 설정단계(S200)에서 설정된 이송거리를 설정된 진폭과 속도로 이송하도록 지령하는 진동축 기본동작단계(S510)와,
상기 진동축 기본동작단계(S510)에서 진동축(Z축)의 동작 지령이 실행된 후, 상기 진동조건 설정단계(S200)에서 설정된 값으로 X축과 Y축이 이송되도록 지령하는 X,Y축 이송단계(S520)와,
상기 진동축 기본동작단계(S510)에 더하여 진동축의 현재 위치를 실시간으로 확인하고, 상기 진동조건 설정단계(S200)에서 설정된 진동축 이송경로 값에 추가하여 진동축이 이송되도록 지령하는 진동축 이송단계(S530)로 이루어진다.
또한, 상기 X,Y축 이송단계(S520)는 진동축(Z축)을 제외한 X축과 Y축의 상기 이송경로 값이 직선 이송인 경우에는 지정된 해당 위치까지 직선으로 이송되도록 제어하고, 상기 이송경로 값이 곡선인 경우에는 원호보간을 통해 곡선으로 이송되도록 제어한다.
또한, 상기 진동축 이송단계(S530)는,
현재 진동모드가 제1진동모드(S410)이고 진동축의 이송경로가 이동전과 이동후의 진폭의 중심점 이동이 직선인 경우, 진폭의 중심점이 변경된 이송경로를 직선으로 이송되게 제어하고, 진동축의 이송경로가 이동 전과 이동 후의 진폭의 중심점 이동이 원호인 경우, 진폭의 중심점이 변경된 이송경로를 원호보간을 통해 이송되도록 제어하며,
현재의 진동모드가 제2진동모드(S420)인 경우에는 상기 진동축 기본동작단계(S510)에서 지령된 진폭은 상기 진동조건 설정단계(S200)에서 설정된 진동축 이송경로에 따라 진폭의 최대점과 최소점이 재계산되어 변화된 진폭으로 제어하고,
현재의 진동모드가 제3진동모드(S430)인 경우에는 상기 진동축 기본동작단계(S510)에서 지령된 진폭의 중심점과 진폭은 상기 진동조건 설정단계(S200)에서 설정된 진동축 이송경로에 따라 진폭 중심점의 변화를 재계산하고, 진폭의 변화에 대해서도 진폭의 최대점과 최소점을 재계산하여 변화된 진폭의 중심점과 진폭으로 제어한다.
또한, 상기 진동조건 설정단계(S200) 다음에 상기 진동조건 설정단계(S200)에서 설정한 조건이 진동가공 작업을 실행하는 조건인지 또는 진동가공이 아닌 일반 작업 조건인지를 판단하여, 진동가공 작업을 실행하는 조건이면 다음 단계를 수행하도록 하는 진동가공여부 판단단계(S300)를 더 포함한다.
본 발명은 연마할 공작물의 표면 넓이가 불규칙하고, 연마가공 경로 상의 X,Y,Z축 위치가 변하더라도 연마숫돌을 장착한 진동축의 진폭과 진폭의 중심점을 동시에 제어함으로써, 최대 진폭 범위 내에서 한번에 연마 할 수 있다.
따라서 연마할 면적이 넓을 경우에는 진동축의 진폭을 최대로 하여 한번의 이송으로 연마 시간을 단축하고, 연마 면적이 좁을 때는 진동축의 진폭을 좁게 하여 더 빠른 속도로 이송하므로 연마시간을 단축할 수 있다.
또한, 연마 할 공작물의 표면 경계부에 연마해서는 안될 돌출된 형상의 구조물이 있을 경우에도 이를 피하여 연마함으로써 연마 정밀도를 높일 수 있다.
또한, 일반 NC공작기계에서 X,Y,Z축 상에서 절삭가공을 하다가 주축에 장착되는 공구를 연마숫돌로 교체하여 Z축의 진동과 동시에 X,Y,Z축 이송제어를 실현함으로써, 별도의 전용 연마장비가 필요치 않게 되어 경제적 이익과 작업시간의 단축을 이룰 수 있다.
도 1은 종래기술로서, 일반적인 수치제어 공작기계의 제어 개념도이다.
도 2은 종래기술로서, NC 공작기계를 이용한 연마가공 개념도이다.
도 3은 종래기술로서, NC 공작기계에서 연마공구의 진동 동작 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예로서, 공작물의 연마를 위한 제어 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예로서, 진폭은 변화화지 않고 진폭의 중심점만 변화하는 제1진동모드의 동작 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예로서, 진폭은 변화하고 진폭의 중심점은 변화하지 않은 제2진동모드의 동작 개념도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예로서, 진폭과 진폭의 중심점이 동시에 변화하는 제3진동모드의 동작 개념도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예로서, 진동모드 해석에 따른 연마 이송경로 보간 순서도이다.
이하에서 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.
본 발명의 실시예를 설명하기에 앞서, 본 실시예에 공통적으로 적용되는 용어에 대해 설명한다. 본 실시예에서 이송축은 좌우, 전후, 상하 방향을 의미하는 X,Y,Z축을 통칭하거나, 실시예의 동작 또는 제어 해당되는 어느 하나의 축을 말한다. 각각의 축은 서보모터(31)에 의해 작동된다. 본 실시예에서 축 또는 이송축을 제어한다는 의미는 상기 서보모터(31)를 제어한다는 의미이다.
또한, 본 실시예에서 진동축은 Z축으로도 표현되기도 하며, 주축(50)과 주축(50)의 선단에 장착된 연마숫돌(51)을 의미하기도 한다. 진동축의 이송이라 함은 진폭을 가지는 진동 동작이 아닌 진폭 중심점(60)이 Z축 방향으로 이동하는 것을 말한다.
또한, 본 실시예에서 진동(oscillation)이라 함은 진폭 중심점(60)을 기준으로 최대점과 최소점 사이에서 연마숫돌(51)이 사인(sine) 파형으로 반복적으로 이동하는 것을 말한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예로서, 공작물의 연마를 위한 제어 순서도이다.
먼저 가공프로그램 해석단계(S100)를 실행한다.
이 단계는 공작물의 연마작업을 위해 작업자가 HMI장치(10) 등을 통해 NC장치(20)에 가공 프로그램을 입력하면, NC장치(20)에서 가공프로그램 코드를 해석하여 작업모드를 결정하고, 결정된 작업모드에 따른 연마가공 경로정보를 생성하여 저장한다.
다음 단계로 진동조건 설정단계(S200)를 실행한다.
이 단계는 상기 가공프로그램 해석단계(S100)에서 해석한 연마가공 경로정보에 따라 도 3에서와 같이, 진폭 중심점(60)을 기준으로 진폭의 최대점과 최소점을 설정하고, 진동축의 동작 속도를 결정한다.
다음 단계로 진동가공여부 판단단계(S300)를 실행한다.
이 단계는 상기 진동조건 설정단계(S200)에서 설정한 조건이 진동가공을 실행하는 조건인지 또는 진동가공이 아닌 일반 가공 실행 조건인지를 판단하여, 진동가공을 실행하는 조건이면 다음 단계를 수행하도록 한다.
다음 단계로 진동모드 선택단계(S400)를 실행한다.
이 단계는 상기 진동가공여부 판단단계(S300)에서 진동가공으로 판단된 경우, 상기 가공프로그램 해석단계(S100)에서 생성된 연마가공 경로정보에 따라 진동모드를 제1진동모드(S410), 제2진동모드(S420), 제3진동모드(S430)로 구분한다.
먼저 제1진동모드(S410)에 대해 설명한다.
도 5에 개시한 바와 같이, 제1진동모드(S410)는 상기 가공프로그램 해석단계(S100)에서 생성된 연마가공 경로정보에 따라, 진폭은 상기 진동조건 설정단계(S200)에서 설정한 진폭에서 변화하지 않고, 진폭 중심점(60)은 최대점과 최소점 사이에서 변경되어 이송되도록 제어한다.
따라서 제1진동모드(S410)는 공작물의 연마면의 폭은 일정하지만, 연마면이 X,Y,Z축 상에서 다양한 형상을 가지는 공작물을 연마할 수 있다.
즉, 연마면의 폭은 일정하고 X,Y,Z축 상의 형상이 다양할 때, 동일한 진폭으로 X,Y,Z축 상의 형상을 최대 진폭의 범위 내에서 한번의 이송으로 연마를 할 수 있다. 여기서 최대 진폭은 공작기계의 Z축 최대 이송범위를 말한다.
따라서 제1진동모드(S410)는 종래와 같이 X,Y,Z축 상의 특이 형상을 가지는 공작물의 연마에서 진폭을 불필요하게 크게 할 필요가 없고, 또한 Z축 상의 변위를 바꿔가면 X,Y축을 반복 이송하면서 연마할 필요도 없게 되어 공작물의 연마가공 생산성을 높일 수 있다.
또한, 제1진동모드(S410)로 연마할 경우, 연마 면에 인접하여 간섭을 유발하는 구조가 있더라도 이를 피하여 연마작업을 진행할 수 있다.
제2진동모드(S420)에 대해 설명한다.
도 6에 개시한 바와 같이, 제2진동모드(S420)는 상기 가공프로그램 해석단계(S100)에서 생성된 연마가공 경로정보에 따라, 진폭은 상기 진동조건 설정단계(S200)에서 설정한 진폭이 변화되도록 제어하고, 진폭 중심점(60)은 최대점과 최소점 사이에서 변화되지 않고 직선방향으로 이송되도록 제어한다.
이와 같이 제2진동모드(S420)는, 공작물 연마 면의 폭은 다르더라도 이송 경로가 직선인 공작물을 한번의 이송으로 연마할 수 있다. 즉, 연마면이 이송경로 상의 X,Y축 형상은 다양하더라도 진동축(Z축)이 직선일 경우 진폭을 달리하며 연마 면의 폭의 변화에 대응하여 한번에 연마를 할 수 있다.
따라서 제2진동모드(S420)에서도 종래와 같이 진폭을 불필요하게 크게 할 필요가 없고, Z축 상의 변위를 바꿔가면 X,Y축을 반복하여 이송하면서 연마할 필요도 없어지게 되어 공작물의 연마가공 생산성을 높일 수 있다.
마찬가지로, 제2진동모드(S420)로 연마할 경우, 연마 면에 인접하여 간섭을 유발하는 구조가 있더라도 이를 피하여 연마작업을 진행할 수 있다.
제3진동모드(S430)에 대해 설명한다.
도 7에 개시한 바와 같이, 제3진동모드(S430)는 상기 가공프로그램 해석단계(S100)에서 생성된 연마가공 경로정보에 따라, 상기 진동조건 설정단계(S200)에서 설정된 진폭으로 변경되도록 제어하고, 진폭 중심점(60)도 최대점과 최소점 사이에서 변경되어 이송되도록 제어한다.
이와 같이 제3진동모드(S430)는, 진동축(Z축) 상의 공작물 연마 면의 폭이 불규칙하고, 진동축(Z축)의 진폭 중심점(60)도 직선이 아닌 공작물을 한번의 이송으로 연마할 수 있다. 즉, 진동축(Z축)의 이송경로가 직선이 아니고 연마면의 폭도 다양하더라도 연마면의 폭의 변화에 대응하여 X,Y축 상의 형상을 따라 한번에 연마를 할 수 있다.
따라서 제3진동모드(S430)에서도 종래와 같이 진폭을 불필요하게 크게 할 필요가 없고, Z축 상의 변위를 바꿔가면 X,Y축을 반복 이송하면서 연마할 필요가 없게 되어 공작물의 연마가공 생산성을 높일 수 있다.
마찬가지로, 제3진동모드(S430)에서도, 연마 면에 인접하여 간섭을 유발하는 구조가 있더라도 이를 피하여 연마작업을 진행할 수 있다.
다음은 이송경로 보간단계(S500)를 실행한다.
이 단계는 상기 가공프로그램 해석단계(S100)에서 저장한 연마가공 경로정보에 따라 연마숫돌(51)이 X,Y,Z축을 이송하면서 상기 진동모드 선택단계(S400)에서 선택된 진동모드로 연마동작을 실행하도록 제어하는 단계이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예로서, 진동모드 해석에 따른 연마 이송경로 보간 순서도이다.
먼저 진동축 기본동작단계(S510)를 실시한다.
이 단계는 상기 가공프로그램 해석단계(S100)에서 저장한 연마가공 경로정보를 읽어 들이고, 진동축(Z축)이 상기 진동조건 설정단계(S200)에서 설정된 이송거리를 설정된 진폭과 속도로 이송하도록 지령한다.
다음으로 X,Y축 이송단계(S520)를 실시한다.
이 단계는 상기 진동축(Z축) 기본동작단계(S510)에서 진동축(Z축)의 동작 지령이 실행된 후, 상기 진동조건 설정단계(S200)에서 설정된 값으로 X축과 Y축이 이송되도록 지령한다.
이 때, 진동축(Z축)을 제외한 X축과 Y축의 이송경로 값이 직선 이송인 경우에는 지정된 해당 위치까지 직선으로 이송되도록 제어하고, 상기 이송경로 값이 곡선인 경우에는 원호보간을 통해 부드러운 곡선으로 이송되도록 제어한다.
다음으로 진동축 이송단계(S530)를 실시한다.
이 단계는 상기 진동축 기본동작단계(S510)에 더하여 진동축(Z축)의 추가 이송을 지령하는 단계로, 진동축(Z축)의 현재 위치를 실시간으로 확인하고, 상기 진동조건 설정단계(S200)에서 설정된 진동축(Z축) 이송경로 값에 따라 진동축(Z축)이 이송되도록 지령한다.
이 때, 현재 진동모드가 제1진동모드(S410)이고 진동축(Z축)의 이동 전과 이동 후의 이송경로가 직선인 경우, 진동축(Z축)은 변경된 이송경로를 진폭 중심점(60)이 직선으로 이송되도록 제어한다. 그러나 진동축(Z축)의 이동 전과 이동 후의 이송경로가 원호인 경우, 진동축(Z축)은 변경된 이송경로를 진폭 중심점(60)이 원호보간을 통해 이송되도록 제어한다
한편, 진동축 이송단계(S530)에서 현재의 진동모드가 진폭은 불규칙적이고 진동축(Z축)의 이송경로가 직선인 제2진동모드(S420)인 경우에는, 상기 진동축 기본동작단계(S510)에서 지령된 진폭은 상기 진동조건 설정단계(S200)에서 설정된 진동축(Z축) 이송경로에 따라 진폭의 최대점과 최소점이 재계산되어 변화된 진폭으로 제어된다.
다른 한편, 본 진동축 이송단계(S530)에서 현재의 진동모드가 진폭과 진폭 중심점(60)이 변하는 제3진동모드(S430)인 경우에는, 상기 진동축 기본동작단계(S510)에서 지령된 진폭 중심점(60)과 진폭은 상기 진동조건 설정단계(S200)에서 설정된 진동축(Z축) 이송경로에 따라 진폭 중심점(60)의 변화를 재계산하고, 진폭의 변화에 대해서도 진폭의 최대점과 최소점을 재계산하여 변화된 진폭 중심점(60)과 진폭으로 제어된다.
상기 실시예와 같이, 본 발명은 연마할 공작물의 표면 넓이가 불규칙하고, 연마가공 경로 상의 X,Y,Z축 위치가 변하더라도 연마숫돌(51)을 장착한 진동축의 진폭과 진폭 중심점(60)을 동시에 제어함으로써, 최대 진폭 범위 내에서 한번에 연마 할 수 있다.
따라서 연마할 면적이 넓을 경우에는 진동축의 진폭을 최대로 하여 한번의 이송으로 연마 시간을 단축하고, 연마 면적이 좁을 때는 진동축의 진폭을 좁게 하여 더 빠른 속도로 이송하므로 연마시간을 단축할 수 있다.
또한, 연마 할 공작물의 표면 경계부에 연마해서는 안될 돌출된 형상의 구조물이 있을 경우에도 이를 피하여 연마함으로써 연마 정밀도를 높일 수 있다.
또한, 일반 NC공작기계에서 X,Y,Z축 상에서 절삭가공을 하다가 주축(50)에 장착되는 공구를 연마숫돌(51)로 교체하여 Z축의 진동과 동시에 X,Y,Z축 이송제어를 실현함으로써, 별도의 전용 연마장비가 필요치 않게 되어 경제적 이익과 작업시간의 단축을 이룰 수 있다.
<부호의 설명>
10 : HMI장치
20 : NC장치
30 : 서보드라이버
31 : 서보모터
40 : PLC
50 : 주축
51 : 연마숫돌
60 : 진폭 중심점
S100 : 가공프로그램 해석단계
S200 : 진동조건 설정단계
S300 : 진동가공여부 판단단계
S400 : 진동모드 선택단계
S410 : 제1진동모드
S420 : 제2진동모드
S430 : 제3진동모드
S500 : 이송경로 보간단계
S510 : 진동축 기본동작단계
S520 : X,Y축 이송단계
S530 : 진동축 이송단계

Claims (6)

  1. NC장치에서 가공프로그램 코드를 해석하여 작업모드를 결정하고, 결정된 작업모드에 따라 연마가공 경로정보를 생성하여 저장하는 가공프로그램 해석단계(S100);
    상기 가공프로그램 해석단계(S100)에서 해석한 연마가공 경로정보에 따라 진폭의 중심점을 기준으로 진폭의 최대점과 최소점을 설정하고, 진동축의 동작 속도를 결정하는 진동조건 설정단계(S200);
    상기 가공프로그램 해석단계(S100)에서 생성된 연마가공 경로정보에 따라 진동모드를 구분하는 진동모드 선택단계(S400);
    상기 가공프로그램 해석단계(S100)에서 저장한 연마가공 경로정보에 따라 연마숫돌이 X,Y,Z축을 이송하면서 상기 진동모드 선택단계(S400)에서 선택된 진동모드로 연마동작을 실행하도록 제어하는 이송경로 보간단계(S500)로 이루어지는 NC공작기계의 공작물 연마를 위한 진동제어 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 진동모드 선택단계(S400)는 상기 가공프로그램 해석단계(S100)에서 생성된 연마가공 경로정보에 따라, 진폭은 상기 진동조건 설정단계(S200)에서 설정한 진폭에서 변화하지 않고, 진폭의 중심점은 최대점과 최소점 사이에서 변화하면서 이송되도록 제어하는 제1진동모드(S410)와,
    상기 가공프로그램 해석단계(S100)에서 생성된 연마가공 경로정보에 따라, 진폭은 상기 진동조건 설정단계(S200)에서 변화되도록 제어하고, 진폭의 중심점은 최대점과 최소점 사이에서 변화되지 않고 직선방향으로 이송되도록 제어하는 제2진동모드(S420)와,
    상기 가공프로그램 해석단계(S100)에서 생성된 연마가공 경로정보에 따라, 상기 진동조건 설정단계(S200)에서 설정된 진폭으로 변경되도록 제어하고, 진폭의 중심점도 최대점과 최소점 사이에서 변경되어 이송되도록 제어하는 제3진동모드(S430)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 NC공작기계의 공작물 연마를 위한 진동제어 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 이송경로 보간단계(S500)는 상기 가공프로그램 해석단계(S100)에서 저장한 연마가공 경로정보를 읽어 들이고, 진동축이 상기 진동조건 설정단계(S200)에서 설정된 이송거리를 설정된 진폭과 속도로 이송하도록 지령하는 진동축 기본동작단계(S510)와,
    상기 진동축 기본동작단계(S510)에서 진동축(Z축)의 동작 지령이 실행된 후, 상기 진동조건 설정단계(S200)에서 설정된 값으로 X축과 Y축이 이송되도록 지령하는 X,Y축 이송단계(S520)와,
    상기 진동축 기본동작단계(S510)에 더하여 진동축의 현재 위치를 실시간으로 확인하고, 상기 진동조건 설정단계(S200)에서 설정된 진동축 이송경로 값에 추가하여 진동축이 이송되도록 지령하는 진동축 이송단계(S530)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 NC공작기계의 공작물 연마를 위한 진동제어 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 X,Y축 이송단계(S520)는 진동축(Z축)을 제외한 X축과 Y축의 상기 이송경로 값이 직선 이송인 경우에는 지정된 해당 위치까지 직선으로 이송되도록 제어하고, 상기 이송경로 값이 곡선인 경우에는 원호보간을 통해 곡선으로 이송되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 NC공작기계의 공작물 연마를 위한 진동제어 방법.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 진동축 이송단계(S530)는,
    현재 진동모드가 제1진동모드(S410)이고 진동축의 이동 전과 이동 후의 이송경로가 직선인 경우, 진폭의 중심점이 변경된 이송경로를 직선으로 이송되게 제어하고, 진동축의 이동 전과 이동 후의 이송경로가 원호인 경우, 진폭의 중심점이 변경된 이송경로를 원호보간을 통해 이송되도록 제어하며,
    현재의 진동모드가 제2진동모드(S420)인 경우에는 상기 진동축 기본동작단계(S510)에서 지령된 진폭은 상기 진동조건 설정단계(S200)에서 설정된 진동축 이송경로에 따라 진폭의 최대점과 최소점이 재계산되어 변화된 진폭으로 제어하고,
    현재의 진동모드가 제3진동모드(S430)인 경우에는 상기 진동축 기본동작단계(S510)에서 지령된 진폭의 중심점과 진폭은 상기 진동조건 설정단계(S200)에서 설정된 진동축 이송경로에 따라 진폭 중심점의 변화를 재계산하고, 진폭의 변화에 대해서도 진폭의 최대점과 최소점을 재계산하여 변화된 진폭의 중심점과 진폭으로 제어하는 것을 특징으로 하는 NC공작기계의 공작물 연마를 위한 진동제어 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 진동조건 설정단계(S200) 다음에 상기 진동조건 설정단계(S200)에서 설정한 조건이 진동가공 작업을 실행하는 조건인지 또는 진동가공이 아닌 일반 작업 조건인지를 판단하여, 진동가공 작업을 실행하는 조건이면 다음 단계를 수행하도록 하는 진동가공여부 판단단계(S300)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 NC공작기계의 공작물 연마를 위한 진동제어 방법.
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