KR20080032735A - Clamping force control device and control method - Google Patents

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홍성달
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Abstract

A control device for clamping force of a chuck and a method thereof are provided to treat a variation of centrifugal force and to furnish a stable cutting condition by keeping constant clamping force with controlling a load between the chuck and a workpiece in real time using a load cell. A control device for clamping force of a chuck of a machine tool comprises the followings: a load cell(20) installed between the chuck(10) and a workpiece(25), to output a signal according to the clamping force; an amplifying unit(41) amplifying the signal of the load cell, and an A/D converter(43) converting the signal amplified by the amplifying unit to a digital signal; a control unit(42) comparing the outputted signal of the A/D converter to a standard value; an input unit(52) for inputting the standard value to the control unit; a pressure control unit(30) controlling pressure applied to the chuck based on the compared result of the control unit.

Description

척의 클램핑힘 제어장치 및 제어방법{Clamping force control device and control method}Clamping force control device and control method of chuck

도 1은 본 발명에 따른 클램핑힘 제어장치의 개략적인 구성도,1 is a schematic configuration diagram of a clamping force control device according to the present invention,

도 2는 본 발명에 따른 클램핑 힘 제어방법의 흐름도이다.2 is a flowchart of a clamping force control method according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 설명>Description of the main parts of the drawing

10 : 에어척,10: air chuck,

15 : 공압라인,15: pneumatic line,

25 : 공작물,25: workpiece,

27 : 신호선,27: signal line,

30 : 공압제어부,30: pneumatic control unit,

35 : 신호 연결 조인트,35: signal connection joint,

40 : 신호증폭 및 A-D 변환기,40: signal amplification and A-D converter,

41 : 증폭부,41: amplification unit,

42 : 제어부,42: control unit,

43 : A/D 변환부,43: A / D conversion unit,

44 : 구동부,44: drive unit,

50 : 표시부,50: display unit,

52 : 입력수단.52: input means.

본 발명은 공작기계의 척 제어에 관한 것으로, 보다 상세하게는 척의 클램핑힘 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to chuck control of machine tools, and more particularly, to a clamping force control device and a control method of the chuck.

일반적으로, 공작기계(선반, 수치제어 머시닝 센터 등)에서는 가공할 공작물을 고정하기 위하여 척이 사용된다. 이러한 척에는 동력원에 따라 유압척, 공압척, 마그네틱척 등이 사용된다. 그리고, 최근에는 생산성 향상과 고정밀도를 위하여 점차 고속 가공이 확대되고 있는 추세이다.In general, in machine tools (lathes, numerically controlled machining centers, etc.) chucks are used to hold the workpiece to be machined. Hydraulic chucks, pneumatic chucks, magnetic chucks, etc. are used for these chucks depending on the power source. In recent years, high speed machining has been gradually expanded for productivity and high precision.

이에 따라 종래의 척 장치는 다음과 같이 문제점이 있었다. 즉, 절삭 가공을 위해 고속 회전을 하게 되고 이에 따라 공작물과 척 사이에 원심력이 무시할 수 없을 정도로 증대되는 단점이 초래되었다. 이러한 원심력은 공작물과 척 사이의 클램핑력을 약하게 하기 때문에 공작물의 위치 변동이나 최악의 경우 이탈로 인한 안전 사고의 위험마저 발생하게 되었다.Accordingly, the conventional chuck device has the following problems. That is, the high speed rotation for the cutting process, resulting in a disadvantage that the centrifugal force between the workpiece and the chuck is increased to a negligible degree. Since the centrifugal force weakens the clamping force between the workpiece and the chuck, there is a risk of a safety accident due to the positional change of the workpiece or the worst case deviation.

또한, 종래의 척 장치는 최초 셋팅시의 클램핑력만을 가지고 다양한 가공조건을 수행하여야 하기 때문에 공작물에 무리한 클램핑력이 가해지거나 미달되는 등의 문제점이 있었다. 이를 해소하기 위해서, 종래에는 회전중인 공작기계를 멈추고 다시 척을 셋팅해야 하는 번거로움이 있었다.In addition, the conventional chuck device has a problem such that excessive clamping force is applied to the workpiece or under, because it has to perform a variety of processing conditions with only the clamping force during the initial setting. In order to solve this problem, conventionally, the hassle has to stop the rotating machine tool and set the chuck again.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 제 1 목적은, 고속 회전으로 인한 원심력의 변화에 능동적으로 대처할 수 있는 척의 클램핑힘 제어장치 및 제어방법을 제공하는 것이다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, the first object of the present invention is to provide a clamping force control device and control method of the chuck capable of actively coping with the change of the centrifugal force due to high speed rotation. .

본 발명의 제 2 목적은, 척과 공작물 사이의 부하를 실시간으로 측정하여 제어함으로서 항상 일정한 클램핑력이 발생할 수 있도록 하여 안정된 가공조건을 제공할 수 있는 척의 클램핑힘 제어장치 및 제어방법을 제공하는 것이다.It is a second object of the present invention to provide a clamping force control device and a control method of a chuck which can provide a stable processing condition by always measuring and controlling the load between the chuck and the workpiece so that constant clamping force can be generated.

상기와 같은 본 발명의 목적들은, 공작기계의 척 제어장치에 있어서,Objects of the present invention as described above, in the chuck control device of the machine tool,

척(10)과 공작물(25) 사이에 설치되어 클램핑힘에 따라 신호를 출력하는 로드셀(20);A load cell 20 installed between the chuck 10 and the workpiece 25 to output a signal according to the clamping force;

로드셀(20)의 출력신호와 소정의 기준값을 비교하는 제어부(42);A controller 42 for comparing the output signal of the load cell 20 with a predetermined reference value;

제어부(42)의 비교결과에 기초하여 척(10)에 인가되는 압력을 제어하는 압력 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 척의 클램핑힘 제어장치에 의해 달성될 수 있다.It can be achieved by the clamping force control device of the chuck characterized in that it comprises a pressure control means for controlling the pressure applied to the chuck 10 based on the comparison result of the control unit 42.

그리고, 로드셀(20)과 제어부(42) 사이에는 로드셀(20)의 신호를 증폭하는 증폭부(41) 및 증폭부에 의해 증폭된 신호를 디지털로 변환하는 A/D 변환부(43)를 더 포함하는 것이 바람직하다.Further, between the load cell 20 and the control unit 42, an amplifier 41 for amplifying the signal of the load cell 20 and an A / D converter 43 for digitally converting the signal amplified by the amplifier are further added. It is preferable to include.

아울러, 소정의 기준값을 입력하기 위한 입력수단(52)을 더 포함하는 것이 더욱 바람직하다.In addition, it is more preferable to further include an input means 52 for inputting a predetermined reference value.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 본 발명의 또 다른 카테고리로서, 공작기계의 척 제어방법에 있어서,The object of the present invention as described above is another category of the present invention, in the chuck control method of a machine tool,

척(10)과 공작물 사이에 설치된 로드셀(20)로부터 회전중인 척(10)의 클램핑힘을 측정하는 단계(S30);Measuring the clamping force of the chuck 10 being rotated from the load cell 20 installed between the chuck 10 and the workpiece (S30);

로드셀(20)의 측정신호와 소정의 기준값을 비교하여 오차를 연산하는 단계(S50); Calculating an error by comparing the measured signal of the load cell 20 with a predetermined reference value (S50);

오차가 소정의 오차범위를 초과하거나 소정의 시간범위동안 지속되는 경우 이상발생으로 판단하는 단계(S60); 및Determining that an error occurs when the error exceeds a predetermined error range or lasts for a predetermined time range (S60); And

이상발생으로 판단하는 경우 스핀들의 회전을 정지시키고 알람을 표시하는 단계(S80)If it is determined that the abnormality occurs, stop the rotation of the spindle and display an alarm (S80)

연산된 오차가 소정의 오차범위 이내일 경우 측정된 클램핑힘이 상기 기준값에 일치되도록 상기 척(10)에 인가되는 압력을 제어하는 단계(S70);를 포함하는 것을 특징으로 하는 척의 클램핑힘 제어방법에 의해서도 달성가능하다.And controlling the pressure applied to the chuck 10 so that the measured clamping force matches the reference value when the calculated error is within a predetermined error range (S70). It is also achievable by

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부 도면들과 관련되어 설명되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명확해질 것이다.Other objects, specific advantages and novel features of the invention will become more apparent from the following detailed description and the preferred embodiments described in conjunction with the accompanying drawings.

이하에서는 양호한 실시예를 도시한 첨부 도면과 관련하여 본 발명을 상세하게 설명한다.The invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings, in which preferred embodiments are shown.

도 1은 본 발명에 따른 클램핑힘 제어장치의 개략적인 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 에어척(10)에는 가공할 공작물(25)이 물려 있다. 공압라인(15)은 에어척(10)과 공압제어부(30) 사이에 연결되어 에어척(10)으로 공압을 공급하는 구성을 갖는다.1 is a schematic configuration diagram of a clamping force control device according to the present invention. As shown in FIG. 1, the air chuck 10 has a workpiece 25 to be machined. Pneumatic line 15 is connected between the air chuck 10 and the pneumatic control unit 30 has a configuration for supplying air pressure to the air chuck 10.

공압제어부(30)는 구동부(44)의 피드백 신호에 따라 에어척(10)으로 공급되는 에어의 압력을 서보제어하는 구성을 갖는다. 이러한 공압제어부(30)는 구체적인 구성은 공지의 구성이므로 구체적인 설명을 생략하기로 한다.The pneumatic control unit 30 has a configuration for servo-controlling the pressure of the air supplied to the air chuck 10 according to the feedback signal of the driving unit 44. Since the specific configuration of the pneumatic control unit 30 is a known configuration, a detailed description thereof will be omitted.

로드셀(20)은 에어척(10)중 공작물(25)과 접하는 영역에 설치되어 있다. 로드셀(20)은 작용하는 압축력에 비례하여 전기 신호를 출력하는 센서로서 내부 구성은 일반적으로 널리 알려져 있으므로 구체적인 구성은 생략한다.The load cell 20 is provided in the area | region which contacts the workpiece | work 25 among the air chucks 10. As shown in FIG. The load cell 20 is a sensor that outputs an electrical signal in proportion to the compressive force acting. Since the internal configuration is generally known, a specific configuration is omitted.

로드셀(20)은 에어척(10)과 공작물(25) 사이에서 1개가 부착될 수도 있고, 대칭적으로 2개 ~ 3개가 부착될 수도 있다. One load cell 20 may be attached between the air chuck 10 and the work piece 25, and two or three load cells 20 may be attached symmetrically.

신호 연결 조인트(35)는 회전하는 에어척(10)으로 부터 나오는 전기신호가 신호선(27)의 꼬임없이 전달될 수 있도록 하는 구성부품이다. The signal connection joint 35 is a component that allows electrical signals from the rotating air chuck 10 to be transmitted without twisting the signal line 27.

신호증폭 및 A-D 변환기(40)는 내부에 신호증폭부(40)와 A-D 변환기(43)로 구분되어 있다. 신호증폭부(40)는 로드셀(20)에서 출력되는 미세한 전기신호를 소정 레벨의 전압으로 증폭하는 구성을 갖는다. A-D 변환기(43)는 증폭된 아날로그 전기신호를 12-bit 디지털 신호로 변환하는 구성을 갖는다. 그외에 잡음의 제거를 위한 필터 등을 더 구성할 수 있다.The signal amplifier and the A-D converter 40 are divided into the signal amplifier 40 and the A-D converter 43 therein. The signal amplifier 40 has a configuration for amplifying a minute electrical signal output from the load cell 20 to a predetermined level of voltage. The A-D converter 43 has a configuration for converting the amplified analog electric signal into a 12-bit digital signal. In addition, a filter for removing noise may be further configured.

제어부(42)는 CPU나 MICOM 이 대표적인 구성이며, 수치연산과 각종 판단 기능을 수행한다.The controller 42 is a typical configuration of the CPU and MICOM, and performs numerical calculation and various determination functions.

표시부(50)는 LCD 표시 패널이 될 수 있으며, 척이나 로드셀의 상태, 신호값, 현재 상태, 이상 유무, 입력값 등을 작업자에게 실시간으로 표시하는 구성이 다.The display unit 50 may be an LCD display panel, and is configured to display the state of a chuck or load cell, a signal value, a current state, an abnormality, an input value, and the like in real time to an operator.

입력수단(52)는 에어척(10)이 공작물(25)을 클램핑하는 힘의 정도를 Kg/f 단위로 입력할 수 있도록 하는 구성부재이다. 이를 위해, 입력수단(52)은 키보드, 키이 매트릭스 또는 회전 다이얼 부재 등이 될 수 있다. The input means 52 is a component that allows the air chuck 10 to input the degree of force clamping the work 25 in units of Kg / f. To this end, the input means 52 may be a keyboard, a key matrix or a rotary dial member.

구동부(44)는 제어부(42)의 연산 결과에 기초하여 공압제어부(30)에 필요한 전기신호를 생성하여 제공하는 부재이다. 만약 공압제어부(30)가 공압제어용 서보모터라면 이를 정회전, 역회전, 이송량 등으로 구동하기 위한 전기신호를 생성하여 제공한다.The driving unit 44 is a member that generates and provides an electrical signal necessary for the pneumatic control unit 30 based on the calculation result of the control unit 42. If the pneumatic control unit 30 is a servo motor for pneumatic control, it generates and provides an electric signal for driving it in the forward rotation, reverse rotation, feed amount and the like.

NC 유닛(54)은 수치제어 공작기계에서 전체 제어와 가공을 총괄하는 시스템이다. The NC unit 54 is a system that manages overall control and processing in a numerically controlled machine tool.

이하에서는 상기와 같은 구성을 갖는 척의 클램핑힘 제어장치의 제어방법에 대해 도 2를 참조하여 상세히 설명하도록 한다. 도 2는 본 발명에 따른 클램핑 힘 제어방법의 흐름도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 우선, 에어척(10)에 가공될 공작물(25)을 셋팅한다. 그리고, 로드셀(20)의 신호를 초기화한다(S10).Hereinafter, a control method of the clamping force control device of the chuck having the above configuration will be described in detail with reference to FIG. 2. 2 is a flowchart of a clamping force control method according to the present invention. As shown in Fig. 2, first, the work 25 to be processed in the air chuck 10 is set. Then, the signal of the load cell 20 is initialized (S10).

그 다음, 에어척(10)을 회전시키면서 필요한 가공을 수행한다(S20).Then, while rotating the air chuck 10 performs the necessary processing (S20).

회전 속도가 변함에 따라 공작물(25)과 에어척(10)사이의 클램핑력에는 원심력이 작용하여 압축력이 변하게 된다. 로드셀(20)은 이와 같은 원심력의 변화로 인한 압축력의 변화를 감지하게 된다(S30). The centrifugal force acts on the clamping force between the workpiece 25 and the air chuck 10 as the rotational speed changes to change the compressive force. The load cell 20 detects a change in compression force due to such a change in centrifugal force (S30).

로드셀(20)에 의해 감지된 신호는 신호증폭 및 A-D 변환기(40)에 의해 증폭되고 12-bits 디지털 신호로 변환된다(S40).The signal sensed by the load cell 20 is amplified by the signal amplification and the A-D converter 40 and converted into a 12-bits digital signal (S40).

그 다음, 제어부(42)는 로드셀(20)에 의해 측정된 측정값과 입력수단(52)에 의해 입력된 입력값을 비교하여 오차를 연산한다(S50). 이를 위해, 공작물 셋팅단계(S10)에서 작업자는 입력수단(10)을 통해 입력값을 입력한다.Next, the controller 42 compares the measured value measured by the load cell 20 with the input value input by the input means 52 and calculates an error (S50). To this end, in the workpiece setting step (S10), the operator inputs an input value through the input means (10).

제어부(42)는 연산된 오차를 구동부(44)에 전달하고, 구동부(44)는 오차 신호에 기초하여 공압제어부(30)를 피드백 제어하기 위한 전기신호를 생성한다. 생성된 전기신호는 구동신호로서 공압제어부(30)에 인가된다(S70). 이와 같은 피드백 제어가 진행되면서 에어척(10)의 클램핑력은 실시간적으로 입력값에 근접하게 된다.The controller 42 transmits the calculated error to the driver 44, and the driver 44 generates an electrical signal for feedback control of the pneumatic controller 30 based on the error signal. The generated electrical signal is applied to the pneumatic control unit 30 as a driving signal (S70). As the feedback control proceeds, the clamping force of the air chuck 10 approaches the input value in real time.

만약, 제어부(42)에 의해 연산된 오차가 소정의 오차범위를 초과하거나 소정의 시간범위동안 지속되는 경우 제어부(42)는 이를 이상발생으로 판단한다(S60).If the error calculated by the controller 42 exceeds a predetermined error range or lasts for a predetermined time range, the controller 42 determines that the abnormality has occurred (S60).

제어부(42)가 이상발생으로 판단하는 경우 스핀들(미도시), 에어척(10) 등의 회전을 정지시키고 알람을 표시한다(S80). 그러면, 작업자가 이를 확인하게 필요한 조치를 취할 수 있게 된다. 이와 같은 과정을 통해 에어척(10)과 공작물(25) 사이의 클램핑력은 실시간으로 제어가 가능하게 된다.When the controller 42 determines that the abnormality has occurred, the rotation of the spindle (not shown), the air chuck 10, or the like is stopped and an alarm is displayed (S80). The operator can then take the necessary steps to confirm this. Through this process, the clamping force between the air chuck 10 and the workpiece 25 can be controlled in real time.

본 발명에서는 비록 에어척을 일예로 설명하였으나, 유압척, 마그네틱척 등 기타 어떠한 척이라도 무방하며, 공압제어부(30) 역시 사용되는 척의 종류에 따라 내부 구성을 달리할 수 있음은 물론이다. In the present invention, although the air chuck has been described as an example, any other chuck such as a hydraulic chuck or a magnetic chuck may be used, and the pneumatic control unit 30 may also have a different internal configuration depending on the type of chuck used.

따라서, 상기 설명한 바와 같은 본 발명의 일실시예에 의하면, 고속 회전 또는 저속 회전으로 인한 원심력의 변화에 능동적으로 대처할 수 있다.Therefore, according to the embodiment of the present invention as described above, it is possible to actively cope with the change in the centrifugal force due to the high speed rotation or the low speed rotation.

또한, 척과 공작물 사이의 부하를 실시간으로 측정하여 제어함으로서 항상 일정한 클램핑력이 발생할 수 있도록 하여 안정된 가공조건을 제공할 수 있다.In addition, by measuring and controlling the load between the chuck and the workpiece in real time, a constant clamping force can be generated at all times, thereby providing stable processing conditions.

비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로 부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허청구의 범위에 속함은 자명하다.Although the present invention has been described in connection with the above-mentioned preferred embodiments, it will be readily apparent to those skilled in the art that various other modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the invention. It is obvious that all modifications fall within the scope of the appended claims.

Claims (3)

공작기계의 척 제어장치에 있어서,In the chuck control device of a machine tool, 상기 척(10)과 공작물(25) 사이에 설치되어 클램핑힘에 따라 신호를 출력하는 로드셀(20);A load cell 20 installed between the chuck 10 and the workpiece 25 to output a signal according to a clamping force; 상기 로드셀(20)의 신호를 증폭하는 증폭부(41) 및 상기 증폭부에 의해 증폭된 신호를 디지털로 변환하는 A/D 변환부(43);An amplifier 41 for amplifying the signal of the load cell 20 and an A / D converter 43 for digitally converting the signal amplified by the amplifier; 상기 A/D 변환부(43)의 출력신호와 소정의 기준값을 비교하는 제어부(42);A controller 42 for comparing the output signal of the A / D converter 43 with a predetermined reference value; 상기 제어부(42)에 상기 기준값을 입력하기 위한 입력수단(52); 및Input means (52) for inputting the reference value to the control unit (42); And 상기 제어부(42)의 비교결과에 기초하여 상기 척(10)에 인가되는 압력을 제어하는 압력 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 척의 클램핑힘 제어장치.Clamping force control device of the chuck characterized in that it comprises a pressure control means for controlling the pressure applied to the chuck 10 based on the comparison result of the control unit (42). 제 1 항에 있어서, 상기 압력제어수단은,According to claim 1, wherein the pressure control means, 상기 제어부(42)의 비교결과를 입력받아 제어용 전기신호를 생성하는 구동부(44); 및A driving unit 44 which receives a comparison result of the control unit 42 and generates a control electric signal; And 상기 구동부(44)로부터 상기 제어용 전기신호를 입력받아 상기 척(10)을 클램프의 압력을 제어하는 공압제어부(30);를 포함하는 것을 특징으로 하는 척의 클램핑힘 제어장치.Clamping force control device of the chuck comprising a; pneumatic control unit (30) for receiving the control electric signal from the drive unit (44) to control the pressure of the clamp to the chuck (10). 공작기계의 척 제어방법에 있어서,In the chuck control method of a machine tool, 상기 척(10)과 공작물 사이에 설치된 로드셀(20)로부터 회전중인 척(10)의 클램핑힘을 측정하는 단계(S30);Measuring the clamping force of the chuck 10 being rotated from the load cell 20 installed between the chuck 10 and the workpiece (S30); 상기 로드셀(20)의 측정신호와 소정의 기준값을 비교하여 오차를 연산하는 단계(S50); Calculating an error by comparing the measured signal of the load cell 20 with a predetermined reference value (S50); 상기 오차가 소정의 오차범위를 초과하거나 소정의 시간범위동안 지속되는 경우 이상발생으로 판단하는 단계(S60); 및Determining that an error occurs when the error exceeds a predetermined error range or lasts for a predetermined time range (S60); And 이상발생으로 판단하는 경우 스핀들의 회전을 정지시키고 알람을 표시하는 단계(S80)If it is determined that the abnormality occurs, stop the rotation of the spindle and display an alarm (S80) 상기 연산된 오차가 소정의 오차범위 이내일 경우 측정된 클램핑힘이 상기 기준값에 일치되도록 상기 척(10)에 인가되는 압력을 제어하는 단계(S70);를 포함하는 것을 특징으로 하는 척의 클램핑힘 제어방법.And controlling the pressure applied to the chuck 10 so that the measured clamping force matches the reference value when the calculated error is within a predetermined error range (S70). Way.
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