KR101905641B1 - 공작기계의 이송축 오버트래블 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공작기계의 이송축 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 별도의 하드웨어를 부가하지 않고 하드웨어적인 오버트래블 방지 장치가 불필요하고 공작기계의 기구적인 고유값인 스트로크 값와 이송축의 좌표를 비교하여 이송 가능 영역을 판단함으로써 장비 충돌을 방지할 수 있는 공작기계의 이송축 오버트래블 제어방법을 제공한다.

Description

공작기계의 이송축 오버트래블 제어방법{METHOD FOR CONTROLLING TRANSPORTATION AXIS OVER-TRAVEL OF MACHINE TOOL}
본 발명은 공작기계의 이송축 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공작기계의 PMC(Programmable Machine Controller)에서 이송축의 스트로크(Stroke)와 현재 각 이송축의 위치 값을 비교하여 이송축의 충돌을 방지하는 공작기계의 이송축 오버트래블 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 수치제어 공작기계(Numerically Controlled Machine, CNC)는 부호와 수치로 이루어진 수치정보를 이용하여, 기계의 운전을 자동 제어하는 장치를 말하며, 근래에, 여러 분야의 기계에 다양하게 적용되어 생산라인의 자동화에 폭 넓게 기여하고 있다.
도 1은 일반적인 오버트래블 영역을 도시한다. 도시된 바와 같이, 수평형 머시닝 센터나 보링 머신과 같이 이송축의 움직임으로 절삭가공이 이루어지는 경우 이송축의 이동 범위가 기기 스펙에 따라 제한되며, 이송축과 주위 구조와의 충돌이나 안전사고를 예방하기 위해서 일정 범위 내로 이송축이 움직이도록 이송 영역을 넘는 움직임인 오버트래블(over-travel)을 제한할 필요가 있다.
이러한 이송축의 오버트래블 제한은 이송축과 본체 사이에 리미트 스위치나 근접 스위치 같은 하드웨어를 부가하여 일정 범위 이상을 움직이지 못하도록 구현할 수 있으나, 현재 수치제어 공작기계의 보급에 따라 NC(Numerical Control) 기능의 하나인 소프트웨어 오버트래블(NC 파라미터) 설정만으로도 이를 방지할 수 있고 오버트래블 영역을 설정하여 이송축 인터록(Interlock) 설정이 가능하였다.
그러나, 이러한 소프트웨어 오버 트래블 제한의 경우 장비 사용상의 목적으로 작업자가 그 값을 변경 가능하며 이를 강제적으로 막을 수 없기 때문에 이러한 상황에서 소프트웨어 오버트래블 기능은 무의미하며, 장비 충돌의 가능성이 있어 안전상 문제가 발생하고 있다.
또한, 하드웨어적인 제한은 별도의 부품을 장착하므로 비용이 증가하고 기기의 유지보수의 부담이 커지며, 소프트웨어적인 제한은 작업자의 부주의 이외에도 서보 모터나 NC컨트롤러가 리셋되는 경우가 발생하면 지속적으로 이송축의 안정적인 구동을 확보하지 못하는 어려움이 있다.
본 발명은 이와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로, 별도의 하드웨어를 부가하지 않고 NC 기능인 소프트웨어 오버트래블 제어기능과는 별개로 지속적으로 이송축의 오버트래블로 인한 장비 충돌을 방지하는 공작기계의 이송축 오버트래블 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 공작기계의 이송축 오버트래블 제어방법은, 공작기계의 이송축 제어 방법에 있어서, 상기 이송축의 원점 좌표값(R1), 스트로크값(D1), '+' 방향 오버트래블값(R2) 및 '-' 방향 오버트래블값(R3)을 PMC의 데이터 테이블에 저장하는 단계, 상기 PMC에서 이송축의 현재 좌표값(R4)을 수신하는 단계, 상기 현재 좌표값(R4)을 원점 좌표값(R1) 및 스트로크 값(D1)과 비교하여, 상기 이송축의 이송범위가 스트로크 범위 내에 있는지 여부를 판단하는 단계, 상기 이송축이 상기 이송축의 스트로크 범위 내인 경우 상기 이송축의 축 이송을 수행하는 단계, 상기 이송축이 상기 이송축의 스트로크 범위를 벗어난 경우, 상기 현재 좌표값(R4)을 '+' 방향 오버트래블값(R2) 및 '-' 방향 오버트래블값(R3)과 비교하여 상기 이송축이 오버트래블 범위 내에 있는지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 이송축이 오버트래블 범위에 있으면 알람을 발생하고 축 이송을 중지하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 이송축의 원점 좌표값(R1)은 이송축이 '+' 방향으로 최대한 이동할 수 있는 위치로 설정된 값이고, 상기 스트로크값(D1)은 이송축이 상기 원점 좌표값(R1)으로부터 '-' 방향으로 이동할 수 있도록 설정된 공작기계의 스펙에 따라 결정된 거리 값이며, 상기 이송축의 '+' 방향 오버트래블값(R2)은 상기 원점 좌표값(R1)에서 이송축이 '+'방향으로 더 이동할 수 있도록 허용된 값이고, 상기 이송축의 '-' 방향 오버트래블값(R3)은 상기 원점 좌표값(R1)에서 상기 스트로크값(D1) 만큼 '-'방향으로 이동된 위치에서 이송축이 '-'방향으로 더 이동할 수 있도록 허용된 값이며, 상기 각 단계는 공작기계의 PMC에서 구현되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 이송축이 오버트래블 범위 내에 있는지 여부의 판단은, 상기 이송축이 '+' 방향으로 이송되는 경우 상기 이송축의 현재 좌표값(R4)이, 상기 원점 좌표값(R1)에서 '+' 방향으로 '+' 방향 오버트래블값(R2) 영역 내에 있는 경우이며, 상기 이송축이 '-' 방향으로 이송되는 경우 상기 이송축의 현재 좌표값(R4)이, 상기 원점 좌표값(R1)에서 상기 스트로크값(D1)을 뺀 값에서 '-' 방향으로 '-' 방향 오버트래블값(R3)의 영역 내에 있는 경우인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 이송축이 오버트래블 범위를 초과하는 이송을 하면, 알람을 발생하고 축 이송을 중지하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 공작기계의 이송축 오버트래블 제어방법은 NC 기능인 소프트웨어 오버트래블 기능과는 별도로 하드웨어 오버트래블 방지장치 없이, 공작기계의 기구적인 고유값인 스트로크 값와 이송축의 좌표를 비교하여 이송 가능 영역을 판단함으로써 장비 충돌을 방지하는 장점이 있다.
또한, PMC에서 스트로크 값과 오버트래블값을 저장하고 이송축의 위치를 비교하므로 사용자가 임의로 소프트웨어 상의 오버트래블 방지 기능을 리셋하는 위험을 방지하고 안정적인 이송축의 운전을 확보할 수 있다.
도 1은 일반적인 오버트래블 영역을 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 이송축 오버트래블 제어방법을 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 이송축 오버트래블 제어방법을 적용하는 오버트래블 영역을 도시한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되어있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 이송축 오버트래블 제어방법에 대해서 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 이송축 오버트래블 제어방법을 도시한다. 도시된 바와 같이, 상기 기술적 과제를 달성하기 위한 공작기계의 이송축 오버트래블 제어방법은 공작기계의 이송축 제어 방법에 있어서, 상기 이송축의 원점 좌표값(R1), 스트로크값(D1), '+' 방향 오버트래블값(R2) 및 '-' 방향 오버트래블값(R3)을 PMC의 데이터 테이블에 저장하는 단계(S100); 상기 PMC에서 이송축의 현재 좌표값(R4)을 수신하는 단계(S200); 상기 현재 좌표값(R4)을 원점 좌표값(R1) 및 스트로크 값(D1)과 비교하여, 상기 이송축의 이송범위가 스트로크 범위 내에 있는지 여부를 판단하는 단계(S300); 상기 이송축이 상기 이송축의 스트로크 범위 내인 경우 상기 이송축의 축 이송을 수행하는 단계(S400); 상기 이송축이 상기 이송축의 스트로크 범위를 벗어난 경우, 상기 이송축이 오버트래블 범위 내에 있는지 여부를 판단하는 단계(S500); 및 상기 이송축이 오버트래블 범위에 있으면 알람을 발생하고 축 이송을 중지하는 단계(S600)를 포함한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 이송축 오버트래블 제어방법을 적용하는 오버트래블 영역을 도시한다. 도시된 바와 같이, 상기 이송축의 원점 좌표값(R1)은 일반적으로 공작기계의 이송축이 '+' 방향으로 최대한 이동할 수 있는 위치로 설정된 값이고, 이송축의 동작을 제어하는 기준위치가 된다.
상기 스트로크값(D1)은 이송축이 상기 원점 좌표값(R1)으로부터 '-' 방향으로 이동할 수 있도록 설정된 공작기계의 스펙에 따라 결정된 거리 값이며, 이는 공작기계의 구조상 결정되는 고유값이다.
따라서, 원칙적으로 공작기계의 이송축은 상기 원점 좌표값(R1)의 위치에서 상기 원점 좌표값(R1)으로부터 '-' 방향으로 상기 스트로크값(D1) 만큼 이동한 위치 범위에서 움직이도록 설정되며, 이는 공작기계의 스트로크 범위로서 기기 특성 및 작업환경에 따라 다양한 범위를 가질 수 있다.
그러나, 상기 스트로크 범위를 벗어나도록 이송축이 움직이는 경우 다른 구조와 이송축이 충돌하거나 간섭이 발생하는 등 안전상 문제가 발생할 수 있으며, 스트로크 범위를 벗어나는 이송을 오버트래블이라 하고 이를 제어할 필요가 있다.
따라서, 상기 이송축의 '+' 방향 오버트래블값(R2)은 상기 원점 좌표값(R1)에서 이송축이 '+'방향으로 더 이동할 수 있도록 허용된 값이고, 상기 이송축의 '-' 방향 오버트래블값(R3)은 상기 원점 좌표값(R1)에서 상기 스트로크값(D1) 만큼 '-'방향으로 이동된 위치에서 이송축이 '-'방향으로 더 이동할 수 있도록 허용된 값으로 이 범위에서 이송축의 안전을 위한 버퍼영역과 같은 기능을 한다.
상기 +' 방향 오버트래블값(R2) 및 '-' 방향 오버트래블값(R3)은 공작기계의 형태 및 작업에 따라 적정 값으로 다양하게 설정될 수 있으며, 도 2에서는 오버트래블 값(R2,R3)을 +2mm 및 -2mm 로 설정된 예를 나타낸다.
상기 각 단계는 공작기계의 PMC에서 구현되어 종래의 NC 프로그램에서 제어하는 것과 달리 고유 설정 값으로 입력되어 프로그램 리셋이나 기타 작업자의 조작으로 변경할 수 없도록 하는 것이 바람직하다.
따라서, 상기 이송축의 원점 좌표값(R1), 스트로크값(D1), '+' 방향 오버트래블값(R2) 및 '-' 방향 오버트래블값(R3)은 PMC의 데이터 테이블에 저장하는 단계(S100)를 통해 입력될 수 있다.
공작기계에서 상기 이송축이 이송되면 상기 이송축의 현재 좌표값(R4)이 PMC에 수신될 수 있으며(S200), 상기 현재 좌표값(R4)을 원점 좌표값(R1) 및 스트로크 값(D1)과 비교하여, 상기 이송축의 이송범위가 스트로크 범위 내에 있는지 여부를 판단할 수 있다(S300).
또한, 상기 이송축이 상기 이송축의 스트로크 범위 내인 경우에는 이송축이 안전하게 움직일 수 있는 영역이므로 상기 이송축의 축 이송을 수행하는 단계(S400)를 통해 이송축의 동작이 완료된다.
만약, 상기 이송축이 상기 이송축의 스트로크 범위를 벗어난 경우에는 상기 현재 좌표값(R4)을 '+' 방향 오버트래블값(R2) 및 '-' 방향 오버트래블값(R3)과 비교하여 상기 이송축이 오버트래블 범위 내에 있는지 여부를 판단하는 단계(S500)를 거치게 된다.
상기 이송축이 오버트래블 범위 내에 있는지 여부의 판단은 상기 이송축이 '+' 방향으로 이송되는 경우에는(S510), 상기 이송축의 현재 좌표값(R4)이, 상기 원점 좌표값(R1)에서 '+' 방향으로 '+' 방향 오버트래블값(R2) 영역 내에 있는 경우가 될 것이다.
또한, 상기 이송축이 '-' 방향으로 이송되는 경우에는(S520), 상기 이송축의 현재 좌표값(R4)이, 상기 원점 좌표값(R1)에서 상기 스트로크값(D1)을 뺀 값에서 '-' 방향으로 '-' 방향 오버트래블값(R3)의 영역 내에 있으면 상기 이송축이 오버트래블 범위 내에 있게 된다.
상기 이송축이 오버트래블 범위에 있으면 알람을 발생하고 축 이송을 중지하는 단계(S600)를 통해, 이송축이 스트로크 범위를 벗어나 오버트래블을 하게 되면 이송을 멈춰 기기를 보호하고 기타 안전사고를 예방할 수 있다.
나아가, 상기 이송축이 오버트래블 범위를 초과하는 이송을 하는 경우에도, 알람을 발생하고 축 이송을 중지하는 단계(S610)를 더 포함하여 상기 이송축이 오버트래블 영역을 벗어나는 이송 명령이 있더라도 동일하게 기기를 보호할 수 있다.
이러한 일련의 단계는 PMC을 통하여 구현되므로, 상기 이송축의 좌표값(R4)과 오버트래블 영역(R2, R3)의 비교 및 판단은 실시간으로 제어될 것이며, 종래의 NC 소프트웨어로 오버트래블을 제어하는 것과는 별도로 상호 보완적으로 오버트래블을 제어할 수 있다.
결국, 본 발명은 PMC에서 장비 특성에 따른 고유값인 이송축 스트로크와 현재 이송축의 위치값을 비교하여 각 이송축의 이송 가능 범위를 벗어난 위치로의 이송 시에 알람을 발생하고 이송을 멈춰 충돌을 방지할 수 있는 것이다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 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 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (4)

  1. 공작기계의 이송축 제어 방법에 있어서,
    상기 이송축의 원점 좌표값(R1), 스트로크값(D1), '+' 방향 오버트래블값(R2) 및 '-' 방향 오버트래블값(R3)을 PMC의 데이터 테이블에 저장하는 단계(S100);
    상기 PMC에서 이송축의 현재 좌표값(R4)을 수신하는 단계(S200);
    상기 현재 좌표값(R4)을 원점 좌표값(R1) 및 스트로크 값(D1)과 비교하여, 상기 이송축의 이송범위가 스트로크 범위 내에 있는지 여부를 판단하는 단계(S300);
    상기 이송축이 상기 이송축의 스트로크 범위 내인 경우 상기 이송축의 축 이송을 수행하는 단계(S400);
    상기 이송축이 상기 이송축의 스트로크 범위를 벗어난 경우, 상기 현재 좌표값(R4)을 '+' 방향 오버트래블값(R2) 및 '-' 방향 오버트래블값(R3)과 비교하여 상기 이송축이 오버트래블 범위 내에 있는지 여부를 판단하는 단계(S500); 및
    상기 이송축이 오버트래블 범위에 있으면 1차 알람을 발생하고 축 이송을 1차적으로 중지하는 단계(S600);를 포함하며,
    상기 이송축의 원점 좌표값(R1)은 이송축이 '+' 방향으로 최대한 이동할 수 있는 위치로 설정된 값이고,
    상기 스트로크값(D1)은 이송축이 상기 원점 좌표값(R1)으로부터 '-' 방향으로 이동할 수 있도록 설정된 공작기계의 스펙에 따라 결정된 거리 값이며,
    상기 이송축의 '+' 방향 오버트래블값(R2)은 상기 원점 좌표값(R1)에서 이송축이 '+'방향으로 더 이동할 수 있도록 허용된 값이고,
    상기 이송축의 '-' 방향 오버트래블값(R3)은 상기 원점 좌표값(R1)에서 상기 스트로크값(D1) 만큼 '-'방향으로 이동된 위치에서 이송축이 '-'방향으로 더 이동할 수 있도록 허용된 값이고,
    상기 이송축이 오버트래블 범위를 초과하는 이송을 하면, 2차 알람을 발생하고 축 이송을 2차적으로 중지하는 단계(S610)를 더 포함하고,
    상기 오버트래블 범위는 상기 이송축의 이송을 2차적으로 중지하기 이전에, 버퍼 역할을 하는 영역인 것을 특징으로 하는 공작기계의 이송축 오버트래블 제어방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 단계는 공작기계의 PMC에서 구현되는 것을 특징으로 하는 공작기계의 이송축 오버트래블 제어방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 이송축이 오버트래블 범위 내에 있는지 여부의 판단은,
    상기 이송축이 '+' 방향으로 이송되는 경우 상기 이송축의 현재 좌표값(R4)이, 상기 원점 좌표값(R1)에서 '+' 방향으로 '+' 방향 오버트래블값(R2) 영역 내에 있는 경우이며,
    상기 이송축이 '-' 방향으로 이송되는 경우 상기 이송축의 현재 좌표값(R4)이, 상기 원점 좌표값(R1)에서 상기 스트로크값(D1)을 뺀 값에서 '-' 방향으로 '-' 방향 오버트래블값(R3)의 영역 내에 있는 경우인 것을 특징으로 하는 공작기계의 이송축 오버트래블 제어방법.
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