KR102001308B1 - 공작기계 실시간 피드 제어 시스템 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공작기계에서 공구를 통해 공작물을 가공함에 있어 NC 장치로부터의 선독 데이터에 따라 가공 시뮬레이션을 실행하고, 시뮬레이션 결과에 근거해 조도나 가공시간, 정밀도 등의 사용자 설정에 따른 공구의 이송속도를 조절하여 실제 가공 시에 피드 값을 제어할 수 있도록 하는, 공작기계 실시간 피드 제어 시스템 및 그 방법이 개시된다.
개시된 공작기계 피드 제어 시스템은, 공작물의 조도, 가공 시간, 정밀도 중에 우선순위에 대한 사용자 설정을 입력받는 입력부; 상기 공작물에 대한 NC 데이터로부터 가공 목표값에 대한 선독 데이터를 추출하는 선독 데이터 추출부; 상기 선독 데이터에 근거해 상기 공작물의 가공을 가상으로 시뮬레이션하는 가상 머신부; 상기 공작물의 가공 시뮬레이션 결과에 따라 상기 우선순위에 대한 사용자 설정에 근거해 공구의 이송속도 값을 산출하는 피드값 산출부; 및 상기 산출된 공구의 이송속도 값에 근거해 피드 지령 제어 신호를 생성하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 사용자의 설정 방식에 따라 피드(Feed) 제어가 이루어지므로 가공 생산성을 향상시키고 가공 효율성을 높일 수 있다.

Description

공작기계 실시간 피드 제어 시스템 및 그 방법{Feed control method in real time in machine tool, and system thereof}
본 발명은 공작기계 실시간 피드 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 공작기계에서 공구를 통해 공작물을 가공함에 있어 NC(Numerical Control)로부터의 선독 데이터에 따라 가공 시뮬레이션을 실행하고, 시뮬레이션 결과에 근거해 조도나 가공시간, 정밀도 등의 사용자 설정에 따른 공구의 이송속도를 조절하여 실제 가공 시에 피드 값을 제어할 수 있도록 하는, 공작기계 실시간 피드 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 공작기계는 공구를 이용하여 공작물을 가공하는 장치로서, 주로 5축 가공기가 사용되고 있다.
5축 가공기는 3 개의 직선 이송 축에 2 개의 회전 이송 축을 추가함으로써 주어진 공구와 모재의 접촉점(CC:Cutter Contact Point) 데이터에 대하여 공구의 자세가 자유롭다.
따라서 5축 가공기는 3축 가공기로 가공이 불가능하던 뒤틀린 형상의 자유 곡면을 갖는 항공기 부품이나, 터어빈 블레이드, 임펠러, 3차원 캠 등과 같은 특수한 부품에 대하여 효과적인 가공이 가능하다. 또한 공구자세 변화를 통하여, 필요한 셋업 횟수를 줄일 수 있어서 가공효율을 높일 수 있다.
그런데, 공작물을 회전시키고 절삭 공구를 이송하여 공작물에 대어 공작물을 절삭 가공할 때, 공구의 이송속도에 따라 가공물의 조도나 정밀도 등에 차이가 발생하게 된다.
즉, 공작물에 대해 공구를 이용하여 절삭 가공할 때, 처음부터 끝까지 동일한 속도로 공구를 이송하면서 가공함에 따라 경사진 부분의 가공 시에 조도나 정밀도가 낮아지고, 원래 원하는 형상에 미치지 못하는 문제점이 발생하고 있다.
한국 공개특허 공보 제10-2009-0058203호(공개일자 : 2009년06월09일)
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 공작기계에서 공구를 통해 공작물을 가공함에 있어 NC 장치로부터의 선독 데이터에 따라 가공 시뮬레이션을 실행하고, 시뮬레이션 결과에 근거해 조도나 가공시간, 정밀도 등의 사용자 설정에 따른 공구의 이송속도를 조절하여 실제 가공 시에 피드 값을 제어할 수 있도록 하는, 공작기계 실시간 피드 제어 시스템 및 그 방법을 제공함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 공작기계 피드 제어 시스템은, NC(Numerical Control) 장치를 이용하여 공작물을 가공하기 위해 공구의 이송속도(Feed)를 제어하는 공작기계 피드 제어 시스템에 있어서, 상기 공작물의 조도, 가공 시간, 정밀도 중에 우선순위에 대한 사용자 설정을 입력받는 입력부; 상기 NC 장치에 저장된 상기 공작물에 대한 NC 데이터로부터 가공 목표값에 대한 선독 데이터를 추출하는 선독 데이터 추출부; 상기 선독 데이터에 근거해 상기 공작물의 가공을 가상으로 시뮬레이션하는 가상 머신부; 상기 공작물의 가공 시뮬레이션 결과에 따라 상기 우선순위에 대한 사용자 설정에 근거해 공구의 이송속도 값을 산출하는 피드값 산출부; 및 상기 산출된 공구의 이송속도 값에 근거해 피드 지령 제어 신호를 생성하는 제어부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 선독 데이터는, 상기 공구의 X, Y, Z의 좌표값, 상기 공구의 이송속도, 절삭조건 및 스핀들 회전속도를 포함할 수 있다.
또한, 상기 가상 머신부는, 상기 선독 데이터에 근거해 상기 공구의 형상, 상기 공작물의 형상 및 절삭 조건에 따라 절삭력을 산출하고, 산출된 절삭력을 이용하여 상기 공작물의 가공 시뮬레이션을 실행하여 가공 시뮬레이션 형상을 출력할 수 있다.
또한, 상기 피드값 산출부는, 상기 공작물의 가공 범위를 일정 구간(P1, P2, , Pn)으로 설정하고, 상기 우선순위에 대한 사용자 설정이 정밀도인 경우에, 상기 공작물의 가공 시뮬레이션 결과에 따라 상기 설정된 일정 구간마다 가공 시뮬레이션 상 이송속도와 정밀도 값들을 비교하여, 상기 정밀도가 일정 기준값이 안되는 특정 구간의 이송속도를 조절하여 해당 특정 구간에 대한 공구의 이송속도 값을 산출할 수 있다.
그리고, 상기 피드값 산출부는, 상기 공작물의 가공 범위를 일정 구간(P1, P2, , Pn)으로 설정하고, 상기 우선순위에 대한 사용자 설정이 조도인 경우에, 상기 공작물의 가공 시뮬레이션 결과에 따라 상기 설정된 일정 구간마다 가공 시뮬레이션 상 이송속도와 조도 값들을 비교하여, 상기 조도가 일정 기준값이 안되는 특정 구간의 이송속도를 조절하여 해당 특정 구간에 대한 공구의 이송속도 값을 산출할 수 있다.
한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 공작기계 피드 제어 방법은, NC(Numerical Control) 장치를 이용하여 공작물을 가공하기 위해 공구의 이송속도(Feed)를 제어하는 공작기계 피드 제어 방법에 있어서, (a) 입력부에서 상기 공작물의 조도, 가공 시간, 정밀도 중에 우선순위에 대한 사용자 설정을 입력받는 단계; (b) 선독데이터 추출부가 상기 NC 장치에 저장된 상기 공작물에 대한 NC 데이터로부터 가공 목표값에 대한 선독 데이터를 추출하는 단계; (c) 가상 머신부가 상기 선독 데이터에 근거해 상기 공작물의 가공을 가상으로 시뮬레이션하는 단계; (d) 피드값 산출부가 상기 공작물의 가공 시뮬레이션 결과에 따라 상기 우선순위에 대한 사용자 설정에 근거해 공구의 이송속도 값을 산출하는 단계; 및 (e) 제어부가 상기 산출된 공구의 이송속도 값에 근거해 피드 지령 제어 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 (b) 단계에서 상기 선독 데이터는, 상기 공구의 X, Y, Z의 좌표값, 상기 공구의 이송속도, 절삭조건 및 스핀들 회전속도를 포함할 수 있다.
또한, 상기 (c) 단계에서 상기 가상 머신부는, 상기 선독 데이터에 근거해 상기 공구의 형상과 상기 공작물의 형상에 따라 절삭력을 산출하고, 산출된 절삭력을 이용하여 상기 공작물의 가공 시뮬레이션을 실행하여 가공 시뮬레이션 형상을 출력할 수 있다.
또한, 상기 (d) 단계에서 상기 피드값 산출부는, 상기 공작물의 가공 범위를 일정 구간(P1, P2, , Pn)으로 설정하고, 상기 우선순위에 대한 사용자 설정이 정밀도인 경우에, 상기 공작물의 가공 시뮬레이션 결과에 따라 상기 설정된 일정 구간마다 가공 시뮬레이션 상 이송속도와 정밀도 값들을 비교하여, 상기 정밀도가 일정 기준값이 안되는 특정 구간의 이송속도를 조절하여 해당 특정 구간에 대한 공구의 이송속도 값을 산출할 수 있다.
그리고, 상기 (d) 단계에서 상기 피드값 산출부는, 상기 공작물의 가공 범위를 일정 구간(P1, P2, , Pn)으로 설정하고, 상기 우선순위에 대한 사용자 설정이 조도인 경우에, 상기 공작물의 가공 시뮬레이션 결과에 따라 상기 설정된 일정 구간마다 가공 시뮬레이션 상 이송속도와 조도 값들을 비교하여, 상기 조도가 일정 기준값이 안되는 특정 구간의 이송속도를 조절하여 해당 특정 구간에 대한 공구의 이송속도 값을 산출할 수 있다.
본 발명의 다른 양상들, 장점들 및 특징들은 다음의 섹션들: 도면의 간단한 설명, 상세한 설명 및 청구범위를 포함하는 전체 출원 명세서에 기재된 내용에 기초하여 보다 명백해질 것이다.
본 발명에 의하면, 공작기계에서 공구를 통해 공작물을 가공하기 전에 NC(Numerical Control) 데이터에 따라 가공 시뮬레이션을 실행하고, 시뮬레이션 결과에 근거해 조도나 가공시간, 정밀도 등의 사용자 설정에 따른 공구의 이송속도를 조절함으로써, 실제 공작물의 가공 시에 사용자 설정에 따른 피드 값으로 공구의 이송속도를 제어할 수 있다.
따라서, 공작기계를 통한 공작물의 가공 시에 NC 데이터로부터 추출한 선독 데이터를 기반으로 선행 가공 시뮬레이션을 실행하고, 그 결과를 바탕으로 사용자가 중점을 두는 품질을 실현하기 위한 실시간 피드 제어를 지원할 수 있다.
그리고, 사용자가 설정한 방식(가공시간 단축, 가공품질 향상, 공구마소 감소 등)으로 피드 제어가 이루어짐에 따라 사용자의 편의성이 향상되고, 가공 생산성 및 효율성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 공작기계 피드 제어 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 공작기계 피드 제어 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 공작물의 가공 시뮬레이션 결과로 나타난 공구의 이송속도를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 공작물의 가공 구간별로 산출한 공구의 이송속도를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우 뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 수반되지 않는다.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
"아래", "위" 등의 상대적인 공간을 나타내는 용어는 도면에서 도시된 한 부분의 다른 부분에 대한 관계를 보다 쉽게 설명하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 용어들은 도면에서 의도한 의미와 함께 사용 중인 장치의 다른 의미나 동작을 포함하도록 의도된다. 예를 들면, 도면 중의 장치를 뒤집으면, 다른 부분들의 "아래"에 있는 것으로 설명된 어느 부분들은 다른 부분들의 "위"에 있는 것으로 설명된다. 따라서 "아래"라는 예시적인 용어는 위와 아래 방향을 전부 포함한다. 장치는 90˚ 회전 또는 다른 각도로 회전할 수 있고, 상대적인 공간을 나타내는 용어도 이에 따라서 해석된다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 공작기계 피드 제어 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 공작기계 피드 제어 시스템(100)은, 입력부(110), 선독데이터 추출부(120), 가상 머신(Virtual Machine)부(130), 피드값 산출부(140) 및 제어부(150)를 포함할 수 있다.
여기에, 공작물에 대한 NC(Numerical Control) 데이터를 저장하고 있는 NC 장치를 더 포함할 수 있다.
입력부(110)는 공작물의 조도, 가공 시간, 정밀도 중에 우선순위에 대한 사용자 설정을 입력받는다. 이때, 입력부(110)는 예를 들면, HMI(Human Machine Interface) 등이 될 수 있다.
즉, 공작물을 가공하여 결과물을 얻을 때, 조도에 중점을 둘 것인가, 정밀도에 중점을 둘 것인가, 아니면 가공 시간을 빨리하는 방식을 택할 것인가에 따라 사용자가 입력부(110)를 통해 우선순위를 입력하는 것이다.
선독 데이터 추출부(120)는 NC 장치에 저장된 공작물에 대한 NC 데이터로부터 가공 목표값에 대한 선독 데이터를 추출한다. 여기서, NC 데이터는 G 코드, 가공물의 X, Y, Z의 좌표값, 공구의 이송속도, 절삭조건 등을 포함할 수 있다. 따라서 선독 데이터는 X, Y, Z의 좌표값, 공구의 이송속도, 절삭조건 및 스핀들 회전속도 등을 포함할 수 있다.
5축 가공기계에서 하나의 공작물을 가공하기 위해서는 초기 모재로부터 최종 형상에 이르기까지 공구가 이동해야 하는 공구 경로(Tool Path)를 생성하고, 이렇게 생성된 공구 경로를 'CL(Cutter Location) 데이터'라고 한다.
5축 가공을 위해서는 CL 데이터를 특정한 공작기계의 기구학적 구조에 상응한 기계축값(Joint Values)으로 변환시키는 CAM(Computed Aided Manufacturing) 공정과, CAM 데이터를 수치제어(NC), 데이터 컨트롤러의 입력 형식에 맞도록 변환시키는 포스트 프로세싱(Post Processing) 작업이 필요하다. 이러한 포스트 프로세싱에 의해 NC 데이터가 생성되고, 공작기계의 절삭 공구가 NC 데이터에 따른 공구 경로를 따라 이동하는 것에 의해 실질적인 가공이 실행된다.
가상 머신부(130)는 선독 데이터에 근거해 공작물의 가공을 가상으로 시뮬레이션한다. 즉, 가상 머신부(130)는 가공물에 대한 X, Y, Z의 좌표값에 따라 수학적으로 블리안(Boolean) 연산을 처리하여 공작물의 가공 형상을 시뮬레이션하는 것이다.
피드값 산출부(140)는 공작물의 가공 시뮬레이션 결과에 따라 우선순위에 대한 사용자 설정에 근거해 공구의 이송속도 값을 산출한다.
제어부(150)는 산출된 공구의 이송속도 값에 근거해 피드 지령 제어 신호를 생성하고, 생성된 피드 지령 제어신호를 공작기계에 전달한다. 따라서 공작기계는 피드 지령 제어신호에 따라 공작물의 절삭 가공 시에 공구의 이송속도를 제어하면서 가공 공정을 실행한다.
한편, 가상 머신부(130)는, 선독 데이터에 근거해 공구의 형상, 공작물의 형상 및 절삭 조건에 따라 절삭력을 산출하고, 산출된 절삭력을 이용하여 공작물의 가공 시뮬레이션을 실행하여 가공 시뮬레이션 형상을 출력할 수 있다.
이때, 가상 머신부(130)는 가공 상태 모니터링 모듈을 통해 공작물에 대한 가공 시뮬레이션 형상을 모니터링하고, 모니터링한 결과를 피드값 산출부(140)에 전달한다. 여기서, 모니터링한 결과는 공구의 이송속도와 조도, 정밀도 등이 될 수 있다.
또한, 피드값 산출부(140)는, 공작물의 가공 범위를 일정 구간(P1, P2, , Pn)으로 설정하고, 우선순위에 대한 사용자 설정이 정밀도인 경우에, 공작물의 가공 시뮬레이션 결과에 따라 상기 설정된 일정 구간마다 가공 시뮬레이션 상 이송속도와 정밀도 값들을 비교하여, 정밀도가 일정 기준값이 안되는 특정 구간의 이송속도를 조절하여 해당 특정 구간에 대한 공구의 이송속도 값을 산출할 수 있다.
그리고, 피드값 산출부(140)는, 공작물의 가공 범위를 일정 구간(P1, P2, , Pn)으로 설정하고, 우선순위에 대한 사용자 설정이 조도인 경우에, 공작물의 가공 시뮬레이션 결과에 따라 상기 설정된 일정 구간마다 가공 시뮬레이션 상 이송속도와 조도 값들을 비교하여, 조도가 일정 기준값이 안되는 특정 구간의 이송속도를 조절하여 해당 특정 구간에 대한 공구의 이송속도 값을 산출할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 공작기계 피드 제어 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 공작기계 피드 제어 시스템(100)은, 입력부(110)에서 공작물의 조도, 가공 시간, 정밀도 중에 우선순위에 대한 사용자 설정을 입력받는다(S210).
즉, 사용자가 공작물을 가공하여 얻는 가공물에 대해 조도에 중점을 둘 것인가, 가공시간에 중점을 둘 것인가, 아니면 정밀도에 중점을 둘 것인가를 입력부(110)를 통해 우선순위로 설정하여 입력하는 것이다.
이어, 선독데이터 추출부(120)는 NC 장치에 저장된 공작물에 대한 NC 데이터로부터 가공 목표값에 대한 선독 데이터를 추출한다(S220).
이때, 선독 데이터는, 공작물의 X, Y, Z의 좌표값, 공구의 이송속도, 절삭조건 및 스핀들 회전속도를 포함할 수 있다.
이어, 가상 머신부(130)는 선독 데이터에 근거해 공작물의 가공을 가상으로 시뮬레이션한다(S230).
이때, 가상 머신부(130)는, 선독 데이터에 근거해 공구의 형상과 공작물의 형상에 따라 절삭력을 산출하고, 산출된 절삭력을 이용하여 공작물의 가공 시뮬레이션을 실행하여 가공 시뮬레이션 형상을 출력할 수 있다. 즉, 가상 머신부(130)는 선독 데이터에 근거해 공작물의 소거할 체적을 계산하고, 계산된 체적을 소거하여 가공 형상을 생성하는 것이다.
이때, 공구(Tool)의 이송속도가 빨라지는 경우, 공구의 진동으로 인하여 절삭력이 변화될 수 있고, 이에 따라 공작물의 가공면의 조도 및 정도가 허용범위를 벗어나 가공 불량이 발생할 수 있다. 따라서, 공작물의 가공면의 조도를 안정하게 얻기 위해 공구의 이송속도를 조절해야 한다.
이어, 피드값 산출부(140)는 공작물의 가공 시뮬레이션 결과에 따라 우선순위에 대한 사용자 설정에 근거해 공구의 이송속도 값을 산출한다(S240)
예를 들면, 우선순위에 대한 사용자 설정이 정밀도인 경우에, 피드값 산출부(140)는 공작물의 가공 범위를 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 일정 구간(P1, P2, , Pn)으로 설정하고, 도 3에 도시된 공작물의 가공 시뮬레이션 결과에 따라 상기 설정된 일정 구간마다 가공 시뮬레이션 상 이송속도와 정밀도 값들을 표 1과 같이 비교하여, 정밀도가 일정 기준값(예: 0.01)이 안되는 특정 구간의 이송속도를 조절하여 해당 특정 구간에 대한 공구의 이송속도 값을 산출할 수 있다. 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 공작물의 가공 시뮬레이션 결과로 나타난 공구의 이송속도를 나타낸 도면이다.
여기서, 기계가공 공정으로 만족시킬 수 있는 최선의 정밀도는 보통 길이의 0.001%(ex. 1000mm => 1000*0.01*0.001=0.01mm)로 가정한다.
도 3에서, 가공 시뮬레이션 결과에 따라 나타난 가공물은 전체 가공 범위 P1 ~ P5에 걸쳐 공구의 이송속도가 모두 F1 이송속도로 가공하였음을 알 수 있다. 이때, 가공물의 각 가공 범위에 따른 정밀도는 다음 표 1과 같이 나타났다.
가공범위 P1~P2 P2~P3 P3~P4 P4~P5 P5~
이송속도
(mm/min)		 10 10 10 10 10
정밀도
(mm)		 0.01 0.005 0.008 0.005 0.008
즉, 가공물에 대해 공구가 직선으로 이송되는 구간(P1~P2)은 정밀도가 높게 나오지만, 공구가 구부러지게(Curve) 이송되는 구간(P2-P3)은 정밀도가 다소 낮게 나오는 것을 알 수 있다.
또한, 피드값 산출부(140)는, 공작물의 가공 범위를 일정 구간(P1, P2, , Pn)으로 설정하고, 우선순위에 대한 사용자 설정이 조도인 경우에, 공작물의 가공 시뮬레이션 결과에 따라 상기 설정된 일정 구간마다 가공 시뮬레이션 상 이송속도와 조도 값들을 표 2와 같이 비교하여, 조도가 일정 기준값이 안되는 특정 구간의 이송속도를 조절하여 해당 특정 구간에 대한 공구의 이송속도 값을 산출할 수 있다.
가공범위 P1~P2 P2~P3 P3~P4 P4~P5 P5~
이송속도
(mm/min)		 10 10 10 10 10
조도
(Ra)		 3.2 6.3 5.6 6.1 5.6
즉, 가공물에 대해 공구가 직선으로 이송되는 구간(P1~P2)은 조도(거칠기)가 낮게 나오지만, 공구가 구부러지게(Curve) 이송되는 구간(P2-P3)은 조도가 다소 높게 나오는 것을 알 수 있다.
따라서, 피드값 산출부(140)는 조도나 정밀도가 일정 기준에 미치지 못하는 가공 구간에 대한 공구 이송속도를 다음 표 3과 같이 조절하여 피드값을 산출하게 되는 것이다.
가공범위 P1~P2 P2~P3 P3~P4 P4~P5 P5~
이송속도
(mm/min)		 F1
(10)		 F2
(5)		 F3
(7)		 F2
(5)		 F3
(7)
즉, 피드값 산출부(140)는 가공물에 대해 공구가 급격히 구부러지게 이송하는 구간(P2-P3)에 대한 이송속도는 많이 줄이고, 약간 경사지게 이송하는 구간(P3-P4)에 대한 이송속도는 약간 줄이는 방식으로 이송속도를 조절해 피드값을 산출하는 것이다. 예를 들면, 피드값 산출부(140)는 도 4에 도시된 바와 같이 공구가 직선으로 이송하는 구간(P1-P2)은 F1 속도를 유지하도록 하고, 공구가 급격하게 구부러지게 이송하는 구간(P2~P3)은 F2 속도로 조절하며, 약간 경사지게 이송하는 구간(P3-P4)은 약간 속도를 줄여 F3 속도로 조절하여, 각 구간 별로 피드값을 산출하는 것이다. 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 공작물의 가공 구간별로 산출한 공구의 이송속도를 나타낸 도면이다.
이어, 제어부(150)는 상기 산출된 공구의 이송속도 값에 근거해 피드 지령 제어 신호를 생성한다(S250).
즉, 제어부(150)는 도 4에 도시된 바와 같이 각 가공 구간 별로 산출된 공구의 이송속도 값에 따른 피드 지령 제어신호를 공작기계 또는 NC 장치에 전송하여, 실제 공작물의 가공 시에 공구가 피드 지령 제어신호에 따라 각 가공 구간에서 설정된 속도로 이송되면서 가공되도록 하는 것이다.
따라서, 사용자가 설정한 방식(가공시간 단축, 가공품질 향상, 공구마모 감소 등)으로 피드 제어가 이루어짐에 따라 사용자의 편의성이 향상되고, 가공 생산성 및 효율성을 높일 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 공작기계에서 공구를 통해 공작물을 가공함에 있어 NC 장치로부터의 선독 데이터에 따라 가공 시뮬레이션을 실행하고, 시뮬레이션 결과에 근거해 조도나 가공시간, 정밀도 등의 사용자 설정에 따른 공구의 이송속도를 조절하여 실제 가공 시에 피드 값을 제어할 수 있도록 하는, 공작기계 실시간 피드 제어 시스템 및 그 방법을 실현할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 공작기계 피드 제어 시스템
110 : 입력부
120 : 선독데이터 추출부
130 : 가상 머신부
140 : 피드값 산출부
150 : 제어부

Claims (10)

  1. NC(Numerical Control) 장치를 이용하여 공작물을 가공하기 위해 공구의 이송속도(Feed)를 실시간으로 제어하는 공작기계 피드 제어 시스템에 있어서,
    상기 공작물의 조도, 가공 시간, 정밀도 중에 우선순위에 대한 사용자 설정을 입력받는 입력부;
    상기 NC 장치에 저장된 상기 공작물에 대한 NC 데이터로부터 가공 목표값에 대한 선독 데이터를 추출하는 선독 데이터 추출부;
    상기 선독 데이터에 근거해 상기 공작물의 가공을 가상으로 시뮬레이션하는 가상 머신부;
    상기 공작물의 가공 시뮬레이션 결과에 따라 상기 우선순위에 대한 사용자 설정에 근거해 공구의 이송속도 값을 산출하는 피드값 산출부; 및
    상기 산출된 공구의 이송속도 값에 근거해 피드 지령 제어 신호를 생성하는 제어부;
    를 포함하고,
    상기 피드값 산출부는,
    상기 공작물의 가공 범위를 일정 구간(P1, P2, , Pn)으로 설정하고, 각 구간 별로 상기 피드값 산출부에서 산출된 이송속도 값과 사용자가 설정한 우선순위에 해당하는 값들을 비교하고, 비교한 결과 상기 우선순위에 해당하는 값들이 일정 기준값이 안되는 특정 구간의 이송송도를 조절하고, 해당 특정 구간에 대한 공구의 이송속도 값을 산출하고,
    상기 공작물의 가공 시 상기 공작물에 대한 상기 공구의 구부러짐의 정도가 클수록 상기 피드값 산출부에 의한 이송속도의 조절 정도가 큰,
    공작기계 피드 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 선독 데이터는, 상기 공구의 X, Y, Z의 좌표값, 상기 공구의 이송속도, 절삭조건 및 스핀들 회전속도를 포함하는, 공작기계 피드 제어 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가상 머신부는,
    상기 선독 데이터에 근거해 상기 공구의 형상, 상기 공작물의 형상 및 절삭 조건에 따라 절삭력을 산출하고, 산출된 절삭력을 이용하여 상기 공작물의 가공 시뮬레이션을 실행하여 가공 시뮬레이션 형상을 출력하는, 공작기계 피드 제어 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 피드값 산출부는,
    상기 우선순위에 대한 사용자 설정이 정밀도인 경우에, 상기 공작물의 가공 시뮬레이션 결과에 따라 상기 설정된 일정 구간마다 가공 시뮬레이션 상 이송속도와 정밀도 값들을 비교하여, 상기 정밀도가 일정 기준값이 안되는 특정 구간의 이송속도를 조절하여 해당 특정 구간에 대한 공구의 이송속도 값을 산출하는, 공작기계 피드 제어 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 피드값 산출부는,
    상기 우선순위에 대한 사용자 설정이 조도인 경우에, 상기 공작물의 가공 시뮬레이션 결과에 따라 상기 설정된 일정 구간마다 가공 시뮬레이션 상 이송속도와 조도 값들을 비교하여, 상기 조도가 일정 기준값이 안되는 특정 구간의 이송속도를 조절하여 해당 특정 구간에 대한 공구의 이송속도 값을 산출하는, 공작기계 피드 제어 시스템.
  6. NC(Numerical Control) 장치를 이용하여 공작물을 가공하기 위해 공구의 이송속도(Feed)를 실시간으로 제어하는 공작기계 피드 제어 방법에 있어서,
    (a) 입력부에서 상기 공작물의 조도, 가공 시간, 정밀도 중에 우선순위에 대한 사용자 설정을 입력받는 단계;
    (b) 선독데이터 추출부가 상기 NC 장치에 저장된 상기 공작물에 대한 NC 데이터로부터 가공 목표값에 대한 선독 데이터를 추출하는 단계;
    (c) 가상 머신부가 상기 선독 데이터에 근거해 상기 공작물의 가공을 가상으로 시뮬레이션하는 단계;
    (d) 피드값 산출부가 상기 공작물의 가공 시뮬레이션 결과에 따라 상기 우선순위에 대한 사용자 설정에 근거해 공구의 이송속도 값을 산출하는 단계; 및
    (e) 제어부가 상기 산출된 공구의 이송속도 값에 근거해 피드 지령 제어 신호를 생성하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 공구의 이송속도 값을 산출하는 단계는,
    상기 공작물의 가공 범위를 일정 구간(P1, P2, , Pn)으로 설정하고, 각 구간 별로 상기 피드값 산출부에서 산출된 이송속도 값과 사용자가 설정한 우선순위에 해당하는 값들을 비교하고, 비교한 결과 상기 우선순위에 해당하는 값들이 일정 기준값이 안되는 특정 구간의 이송속도를 조절하고, 해당 특정 구간에 대한 공구의 이송속도 값을 산출하고,
    상기 공작물의 가공 시 상기 공작물에 대한 상기 공구의 구부러짐의 정도가 클수록 상기 피드값 산출부에 의한 이송속도의 조절 정도가 큰,
    공작기계 피드 제어 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서 상기 선독 데이터는, 상기 공구의 X, Y, Z의 좌표값, 상기 공구의 이송속도, 절삭조건 및 스핀들 회전속도를 포함하는, 공작기계 피드 제어 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서 상기 가상 머신부는,
    상기 선독 데이터에 근거해 상기 공구의 형상과 상기 공작물의 형상에 따라 절삭력을 산출하고, 산출된 절삭력을 이용하여 상기 공작물의 가공 시뮬레이션을 실행하여 가공 시뮬레이션 형상을 출력하는, 공작기계 피드 제어 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 (d) 단계에서 상기 피드값 산출부는,
    상기 우선순위에 대한 사용자 설정이 정밀도인 경우에, 상기 공작물의 가공 시뮬레이션 결과에 따라 상기 설정된 일정 구간마다 가공 시뮬레이션 상 이송속도와 정밀도 값들을 비교하여, 상기 정밀도가 일정 기준값이 안되는 특정 구간의 이송속도를 조절하여 해당 특정 구간에 대한 공구의 이송속도 값을 산출하는, 공작기계 피드 제어 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 (d) 단계에서 상기 피드값 산출부는,
    상기 우선순위에 대한 사용자 설정이 조도인 경우에, 상기 공작물의 가공 시뮬레이션 결과에 따라 상기 설정된 일정 구간마다 가공 시뮬레이션 상 이송속도와 조도 값들을 비교하여, 상기 조도가 일정 기준값이 안되는 특정 구간의 이송속도를 조절하여 해당 특정 구간에 대한 공구의 이송속도 값을 산출하는, 공작기계 피드 제어 방법.
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