KR20010066637A - 공작기계의 공구이상 검출 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가공중인 공작기계의 각 축에 걸리는 부하를 이용하여 공구의 파손이나 이상시에 발생하는 부하변동을 검출하여 장비를 정지시킴으로써 장비를 보호하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구이상 검출방법에 관한 것으로, 충돌성 과부하 검출단계와, 가감속 구간후 절삭 과부하 검출 단계와, 누적 허용 오차를 초과하는지를 검사하는 단계를 포함하여 이루어짐이 특징이다.

Description

공작기계의 공구이상 검출 방법{A Tool Matter Searching Method of Numerical Control Machine Tool}

본 발명은 공작기계의 공구이상 검출방법에 관한 것으로, 특히 가공중인 공작기계의 각 축에 걸리는 부하를 이용하여 공구의 파손이나 이상시에 발생하는 부하변동을 검출하여 장비를 정지시킴으로써 장비를 보호하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구이상 검출방법에 관한 것이다.

일반적으로, 공작기계장치에 사용되는 공구들은 과도한 부하가 걸리면 파손되기 때문에 작업자는 공구파손 여부를 모니터하는 장치를 사용해야 하는바, 종래의 공구 모니터링 시스템은 가격이 매우 비싼 문제점이 있으며, 또한, 공구의 파손이나 이상시에는 다양한 형태의 부하변동이 나타남에도 불구하고 정상상태의 최대부하보다 높은 이상부하가 나타날때만 공구 파손으로 인지하여 장비 동작을 정지시키므로 실제 사용상에 있어 많은 문제가 있다.

즉, 종래에는 시험 운전중에 최대 부하를 검출하고, 일반 절삭중에 최대 부하를 검출하여 최대부하보다 현재 부하가 큰 조건에 공구 파손으로 장비를 정지시키도록 한 것이다.

따라서, 실제 공구를 이용하여 작업하는 도중 공구날의 일부가 파손되어 과부하가 발생하는 경우도 있지만, 공구날의 심한 파손시에는 무부하가 발생되는 경우도 있으며, 이때에는 공구날의 일부가 파손되는 경우라도 그 부하의 변동량이 피크 부하보다 낮은 값으로 인지되므로 종래의 사용방법을 사용한 상태에서는 공구파손 감지가 불가능 하였다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결코자 하는 것으로, 부하검출 방법을 다양화하고 특히 시험 절삭 가공중의 부하변동을 메모리에 기록 저장하여 일반 절삭 가공과 비교하므로 공구의 파손/마모시에 나타나는 여러가지 부하변동에 대응할 수 있게 하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 수단으로,

본 발명은 충돌성 과부하 검출단계와, 가감속 구간후 절삭 과부하 검출 단계와, 누적 허용 오차를 초과하는지를 검사하는 단계를 포함하여 이루어짐이 특징이다.

도 1은 기존의 공구파손 검출 방법에 따른 검출 그래프.

도 2는 본 발명에 적용되는 공구파손 검지장치 구성도.

도 3은 본 발명의 공구파손 검출 방법에 따른 검출 그래프.

도 4는 본 발명의 무부하 검출 방법에 따른 검출 그래프.

도 5는 정상상태의 부하 데이터와 이상 부하와의 누적 오차 그래프.

도 6은 본 발명의 동작흐름도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1; 스핀들 유니트 2: 입출력부

3: 제어부 4: 디스플레이부

이하에서 도면을 참조로 본 발명을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 공구파손 검지장치를 개략적으로 도시한 것으로, 공구에 인가되는 부하를 측정하는 부하 메터를 내장한 스핀들 유니트(1)와;

상기 부하치 데이터를 입력하는 입출력부(2)와;

상기 입출력부(2)로 부터 입력된 부하치 데이터를 미리 설정된 파손 기준치와 비교하여 상기 부하치 데이터가 상기 파손 기준치를 초과하면 공구의 파손을 검지하여 상기 스핀들 유니트(1)를 제어하고, 상기 부하치 데이터가 상기 파손 기준치 이하이면 정상 동작토록 제어하는 피엠시 제어부(3) 및;

상기 피엠시 제어부(3)로 부터 공구 이상 알람 신호가 출력되면 이를 표시하는 디스플레이부(4)를 포함하여 구성하고 있다.

상기와 같이 이루어지는 공구 파손 검지장치에 있어서, 피엠시 제어부(4)는 축 이송시의 최대부하와 절삭 이송시의 최대 부하를 구분하며, 또한 전체 부하 변동을 기록하여 공구 파손/마모시의 부하가 정상 부하보다 적을 때에도 이를 검출할 수 있도록 하였다.

즉, 본 발명은 시험 운전중에 최대 부하(Tm)와 최대 절삭 부하(Tc) 및 전체부하 변동을 기록하고, 이를 기준으로 일반 절삭 운전중에 부하를 검출하여 최대부하보다 현재 부하가 크면 공구 파손으로 인식하여 장비를 정지시키고, 절삭 이송중에 최대 절삭 부하 보다 크면 과부하로 인식하여 장비를 일시정지시키며, 절삭 이송중에 전체 부하 변동률보다 일정 오차 이상이면 완전 파손으로 인식하여 장비를 일시 정지시키도록 하는 기능을 추가한 것이다.

한편, 본 발명에서는 C언어 프로그램을 이용하여 데이터를 전송하며, C언어 프로그램에서는 이 데이터를 가지고 Tm, Tc, Ttable을 기록한다.

상기에서 Tm은 입력되는 부하의 최대치 이므로 쉽게 얻을 수 있고, Tc는 절삭 이송중일때에 가감속 구간을 배제하기 위하여 일정시간 이후의 데이터 중에서 최대값으로 정하고, Ttable은 가공후 일정시간 (0.1초) 마다의 부하 데이터를 메모리에 기록한다.

그리고, 현재 가공중인 소재의 부하 데이터(Tcur)을 감시하며,

(1) 항상 Tcur > Tm(1 + 0.2); 최대부하의 20% 초과시, 공구파손/마모로 판정하여 장비를 정지시킨다.

(2) 절삭 이송중일 때 Tcur > Tc(1 + 0.2); 절삭부하의 20% 초과시, 공구파손/마모로 판정하여 장비를 정지시킨다.

(3) 절삭 이송중일 때 일정시간(Stime)내에 Tcur 와 Ttable과의 누적오차가 일정값(Error)을 초과시, 공구파손/마모로 판정하여 장비를 정지시키도록 한다.

여기서 방법 (1)은 기존에 사용하는 방법이고, 방법(2)는 보다 정확한 공구의 이상을 구현하기위한 추가 부분이며, 특히 방법(3)을 통해서 공구의 파손/마모시에 나타나는 과부하 또는 무부하를 검출할 수 있다.

이하에서 각 공구 검출 방법에 따른 공구 이상 검출을 설명하기로 한다.

도 1은 기존 공구의 파손 및 마모를 검출하는 그래프로써 현재의 부하가 최대 부하의 20% 초과시 이를 검출토록 하는 것으로, 이러한 기존 방법으로는 공구의 파손/마모에 의해서 변동되는 부하값이 최대부하 이하일 경우에는 검출하지 못한다.

도 3은 현재의 부하가 최대 절삭 가공부하를 비교시 최대 절삭 가공부하를 기준으로 현재 검출되는 가공부하가 절삭부하의 20%를 초과하는가를 검출하는 그래프이고, 도 4는 무부하가 발생할 때의 상태를 나타낸 그래프이며, 도 5는 기록된 정상상태의 부하 데이터와 이상 부하와의 누적 오차를 그래프로 나타낸 것으로, 일정한 시간내에 누적오차가 일정값을 초과하면 공구이상으로 판정한다.

도 6은 본 발명에 있어서 일반 가공품에 대한 가공부하의 검출 및 판독에 대한 플로오 챠트로써, 자동운전시간을 160msec로 나눈 Ctime time = 0, 오차 적분값(Error) = 0, 최대가공부하(Tm) = 0, 최대 절삭가공부하(Tc) = 0, 가공부하 기록 메모리(Ttable) = 0, 현재 검출되는 가공부하(Tcur) = 0, 현재 절삭이송 중임을나타내는 상태변수(FeedMove)= 0, 장비를 자동운전 중임을 나타내는 신호(CycleStart) = 0, 허용누적오차(Aerr) = 0, 데이터 기록횟수(n) =0으로 설정하는 제 1 단계와;

PLC데이터에서 현재 축부하값(Tcur), 절삭이송여부(FeedMove), 자동운전여부 (CycleStart) 상태를 읽는 제 2 단계와;

자동운전중인가를 판단하는 제 3 단계와;

상기에서 자동운전 중이면 자동운전시간이 160ms가 지날때마다 time값을 증가시키고, PLC데이터에서 현재 축부하값(Tcur), 절삭이송여부(FeedMove), 자동운전여부 (CycleStart) 상태를 읽는 제 4 단계와;

충돌성 과부하를 검출하여 충돌성 과부하로 판정나면 PLC에 공구 이상 알람을 통보하는 제 5 단계와;

상기 단계에서 충돌성 과부하가 아니면 절삭 이송중인가를 판단하여 절삭 이송중이면 가감속 구간후 절삭 과부하를 검출하여 절삭 과부하 상태이면 PLC에 공구 이상 알람을 통보하는 제 6 단계와;

기록된 절삭부하와 현재부하값의 누적오차를 구하는 제 7 단계와;

누적허용 오차를 초과하는지를 검사하여 누적 허용오차를 초과하면 PLC에 공구이상 알람을 통보하고, 아니면 자동운전 종료될때까지 데이터를 판독하는 제 8 단계로 이루어져 순차진행한다.

기존의 정상운전 최대부하값 만으로는 충격성의 과부하만을 검출하므로 공구의 이상보다는 작업자의 부주의에 따른 충돌에 대하여만 검출이 가능하였지만, 본 발명에서 제안한 방법에 따라 공구의이상시 발생하는 다양한 부하 변동 형태에 대해서도 대응이 가능하며, 장비의 정상운전중에 발생하는 공구의마모나 파손을 검출할 수 있는 효과를 제공한다.

Claims (1)

1. 자동운전시간을 160msec로 나눈 Ctime time = 0, 오차 적분값(Error) = 0, 최대가공부하(Tm) = 0, 최대 절삭가공부하(Tc) = 0, 가공부하 기록 메모리(Ttable) = 0, 현재 검출되는 가공부하(Tcur) = 0, 현재 절삭이송 중임을나타내는 상태변수(FeedMove)= 0, 장비를 자동운전 중임을 나타내는 신호(CycleStart) = 0, 허용누적오차(Aerr) = 0, 데이터 기록횟수(n) =0으로 설정하는 제 1 단계와;

   PLC데이터에서 현재 축부하값(Tcur), 절삭이송여부(FeedMove), 자동운전여부 (CycleStart) 상태를 읽는 제 2 단계와;

   자동운전중인가를 판단하는 제 3 단계와;

   상기에서 자동운전 중이면 자동운전시간이 160ms가 지날때마다 time값을 증가시키고, PLC데이터에서 현재 축부하값(Tcur), 절삭이송여부(FeedMove), 자동운전여부 (CycleStart) 상태를 읽는 제 4 단계와;

   충돌성 과부하를 검출하여 충돌성 과부하로 판정나면 PLC에 공구 이상 알람을 통보하는 제 5 단계와;

   상기 단계에서 충돌성 과부하가 아니면 절삭 이송중인가를 판단하여 절삭 이송중이면 가감속 구간후 절삭 과부하를 검출하여 절삭 과부하 상태이면 PLC에 공구 이상 알람을 통보하는 제 6 단계와;

   기록된 절삭부하와 현재부하값의 누적오차를 구하는 제 7 단계와;

   누적허용 오차를 초과하는지를 검사하여 누적 허용오차를 초과하면 PLC에 공구이상 알람을 통보하고, 아니면 자동운전 종료될때까지 데이터를 판독하는 제 8 단계로 이루어져 순차진행함을 특징으로 하는 공작기계의 공구이상 검출 방법.