KR20090060517A - 공작기계 이송축 떨림 방지장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피드 제어를 통한 이송축 떨림 방지장치 및 방법에 관한 것으로서, 이송 테이블(200)의 위치를 감지하는 위치감지부(10)와; 이송 테이블(200)의 이송 모드를 입력하기 위한 입력부(20)와; 현재 이송 테이블(200)의 속도를 파악하기 위한 속도 감지부(30)와; 이송 테이블(200)이 진동발생영역에 위치한 경우, 오버라이드 속도가 50% 이상이면 현재 오버라이드 속도를 50%로 변경하여 이송을 지령하고, 오버라이드 속도가 50%와 같거나 작으면 현재 오버라이드 값으로 이송을 지령하며, 이송 테이블(200)이 진동발생구간에 위치하지 않은 경우에는 오버라이드 속도를 100%값으로 이송지령하는 제어부(40)와; 상기 제어부(40)가 속도 저감신호를 출력하면 이송축(100)의 회전속도를 줄이고 속도 증가 신호를 출력하면 이송축(100)의 회전속도를 증가시키도록 하는 구동부(50)를 포함하는 것이 특징이다.

피드 제어, 이송축, 떨림 방지

Description

공작기계 이송축 떨림 방지장치 및 방법{APPARATUS FOR PREVENTING VIBRATION OF FEED AXIS OF MACHINE TOOL AND METHOD THEREOF}

본 발명은 피드 제어를 통한 이송축 떨림 방지장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 진동발생 구간을 센싱할 수 있는 센서를 진동발생 구간에 설치하고, 상기 센서의 출력정보에 따라서 급속이송 속도치를 조정토록 함으로서 이송축이 진동발생영역을 지날때 떨림현상이 일어나지 않토록 한 것을 특징으로 하는 피드 제어를 통한 이송축 떨림 방지장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 공작물을 가공하는 공작기계 중 수치제어 선반이라 함은 스핀들 모터에 축이 연동하고 그 축에 공작물을 클램핑할 수 있는 척이 끼워져 있는 스핀들 유니트와, 공작물의 고속회전에 의한 원심력으로 중심을 벗어나는 것을 방지하고자 상기 스핀들 유니트의 구동축과 동일 중심선상에 위치하여 공작물의 중심을 지지하도록 하는 심압대 유니트와, 상기 스핀들 유니트 상부의 베드상에 설치되고 수평 및 수직운동을 하는 볼스크류 유니트와, 상기 볼스크류 유니트의 이송대 상부에 설치되고 공작물에 접근하여 선삭작업이나 밀링 및 드릴작업을 할 수 있게 다양한 공구가 구비된 공구대로 구성되어 있다.

산업 전반적인 성력화 추세에 힘입어 절삭 가공을 위한 공작기계의 수치제어(NC)가 급속히 진전되고 있다. 최근에는 수치제어 프로그램이 탑재된 컴퓨터를 이용하여 공작기계를 자동으로 제어함으로써 수치제어(NC)를 한층 더욱 발전시킨 컴퓨터 수치제어(CNC)가 적용된 공작기계가 급속도로 보급되고 있는 추세이다.

컴퓨터 수치제어 공작기계는 수치제어 프로그램에 의해 작동되므로 숙련된 NC 프로그래머가 요구되며, 상기한 NC 프로그래머는 절삭이송속도 및 스핀들 회전속도 등을 가공전에 미리 결정하여 프로그래밍을 하여야 한다.

한편, 종래의 공작기계 보링 장비가 X축 스트로크를 4000mm인 장축을 적용했을 경우 볼스크류로 이루어진 이송축의 끝단부에서 진동이 발생한다. 즉, 이송축의 엔드 스트로크의 일정부분에서 자동이나 수동으로 축을 이송시킬 경우 진동이 발생하는 것이다.

따라서, 정상적으로 급송이송을 지령할 수 없어 자동모드에서는 끝단부의 일정구간을 G01(직선절삭 이송신호) 가공 피드로 이송하고 진동발생영역을 벗어나면서 G00(급송이송신호) 급송 이송을 위해 가공 프로그램상에서 제어될 수 있도록 프로그램을 입력하여 사용하고 있으며, 수동에서는 작업자가 구간을 육안으로 판단하여 급송이송을 변경해서 동작시켜야 되므로 번거롭고, 조작이 잘못되면 진동이 발생하여 기계적인 수명을 단축할 수 있는 문제가 있다.

도 1은 종래의 공작기계에서 진동발생 구간을 지정하고, 이를 프로그램화하여 이송구간마다 매번 프로그램을 입력하는 상황을 나타내고 있다. 도시한 바와 같이, 수동 모드의 경우, 진동발생영역에서는 G01 프로그램을 입력하고, 진동이 없는 부분에서는 G00 프로그램을 입력하여 이송축의 진동으로부터 공작기계를 보호하도록 한다. 그러나, 진동발생영역과 진동없는영역에서 각각 프로그램을 일일히 입력하여야 하므로, 프로그램 입력이 매우 번거롭다는 문제가 있는 것이다.

아울러, 자동모드의 경우에는 진동발생영역과 진동없는영역에서 각각 프로그램이 자동으로 입력되지만, 이 경우에도 프로그램양이 많아져서 처리시간에 따른 가공 사이클이 길어질 수 있어 생산성에 나쁜 영향을 줄 수가 있다.

본 발명은 공작기계 보링장비의 X축 장축 적용시 자동, 수동 모드에 관계없이 급속지령 이송에 따른 볼스크류 끝단부에서 발생하는 진동을 억제하고 작업자의 조작을 쉽게하며 프로그램을 간단히 하여 생산성의 향상과 제품의 신뢰성을 높이도록 하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명은 이송축(100)과, 이송축(100)을 왕복하는 이송 테이블(200)과, 이송 테이블(200)을 이송시키는 서보모터(300)로 이루어지는 공작기계에 있어서 이송축 떨림을 방지하는 장치로서, 이송 테이블(200)이 진동발생영역에 위치하는 경우 전기적 신호를 출력하여 이송 테이블(200)의 위치를 감지하는 위치감지부(10)와; 이송 테이블(200)의 이송 모드를 입력하기 위한 입력부(20)와; 이송축(100)의 회전속도를 감지하여 현재 이송 테이블(200)의 속도를 파악하기 위한 속도 감지부(30)와; 상기 위치감지부(10) 및 상기 속도 감지부(30)로부터의 신호를 입력받아 오버라이드 속도를 선정하여 이송지령하는 제어부(40)와; 상기 제어부(40)의 제어에 따라 구동되며, 상기 제어부(40)가 속도 저감신호를 출력하면 이송축(100)의 회전속도를 줄이고 속도 증가 신호를 출력하면 이송축(100)의 회전속도를 증가시키도록 하는 구동부(50)를 포함하여 구성함을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어부(40)는 상기 위치감지부(10) 및 상기 속도 감지부(30)로부 터의 신호를 입력받아 이송 테이블(200)이 진동발생영역에 위치한 것으로 판단되면 상기 속도 감지부(30)의 신호를 분석하여 오버라이드 속도가 최고 속도보다 작은 소정 값 이상이면 현재 오버라이드 속도를 상기 소정 값으로 변경하여 이송을 지령하고, 오버라이드 속도가 상기 소정 값과 같거나 작으면 현재 오버라이드 값으로 이송을 지령하며, 이송 테이블(200)이 진동발생구간에 위치하지 않은 경우에는 오버라이드 속도를 100%값으로 이송지령하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명은 위치 감지부(10)와, 입력부(20)와, 속도 감지부(30)와, 제어부(40)와, 구동부(50)로 이루어지는 피드 제어를 통한 이송축 떨림 방지장치에 따른 이송축 제어방법도 제공한다.

본 발명에 따른 방법은, 제어부(40)로부터 축이송을 지령받는 단계(S10)와; 위치 감지부(10)의 신호를 입력받아 이송 테이블(200)이 진동발생영역에 위치하였는지를 확인하는 단계(S20)와; 위치확인 결과 상기 이송 테이블(200)이 진동발생영역에 위치한 경우, 급송이송 오버라이드 값 대소를 비교하는 단계(S30)와; 상기 오버라이드 속도가 최고 속도보다 작은 소정 값 이상이면 현재 오버라이드값을 상기 소정 값으로 변경하여 이송을 지령하는 단계(S40)와; 상기 오버라이드 속도가 상기 소정 값과 같거나 작으면 현재 오버라이드 속도로 이송을 지령하는 단계(S50)와; 위치확인 결과 상기 이송 테이블(200)이 진동발생영역에 위치하지 않은 경우, 상기 오버라이드 속도를 100%값으로 이송지령하는 단계(S60)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 공작기계의 장축을 이송하는 이송축의 일단에 진동발생구간을 센싱하는 센싱수단을 부가 설치하고, 아울러 상기 센싱수단의 정보 결과에 따라 이송축의 움직임을 저감시키도록 함으로서 급속이송시 발생하는 이송축 떨림을 방지하는 효과를 제공하고, 아울러 작업자의 조작을 쉽게 하여 프로그램을 간단하게 하고 이에 따라 생산성 향상과 제품의 신뢰성을 높이는 효과를 제공한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 2는 본 발명의 피드 제어를 통한 이송축 떨림 방지 개념도이고, 도 3은 본 발명의 제 1 실시예 구성도이며, 도 4는 본 발명의 제 2 실시예 구성도이다. 또한, 도 5는 본 발명의 제어 회로 구성 블록도, 도 6은 본 발명의 동작 흐름 플로우 챠트이다.

본 발명에 따른 이송축 떨림 방지장치는 이송축(100)과, 상기 이송축(100)을 왕복하는 이송 테이블(200)과, 이송축(100)을 정회전 또는 역회전 시켜 이송 테이블을 이송시키는 서보모터(300)로 이루어지는 공작기계에 이용되는 것으로서, 위치 감지부(10)와, 입력부(20)와, 속도 감지부(30)와, 제어부(40)와, 구동부(50)로 이루어진다.

위치감지부(10)는 진동발생영역 위치에 설치되어 이송 테이블(200)이 근접되었다는 것을 센싱하여 이동방향에 따른 피드값을 자동 조절할 수 있도록 전기적인 신호를 출력한다. 한편, 위치 감지부(10)는 근접스위치(11)로서 설정될 수도 있지만, 위치 감지부(10)는 이에 한정되는 것이 아니고 위치값을 미리 지정할 수도 있다.

즉, 진동발생영역에 위치감지부(10)로서 도 3과 같이 근접스위치(11)를 설치하여 이송 테이블(200)이 지나가면 근접스위치(11)가 센싱함으로써 센싱한 정보를 외부로 출력할 수도 있고, 도 4와 같이 이송 테이블(200)이 이송할 거리마다 미리 진동발생 구간을 입력하여 진동발생 구간에 진입하면 이에 대한 정보를 외부로 출력할 수 있도록 한 것이다. 도 4를 살펴보면 4개의 위치(1, 2, 3, 4)를 지정하였으며, 첫번째 위치지정지점(1)부터 두번째 위치지정지점(2) 사이를 저속으로 운행하고, 두번째 위치지정지점(2)부터 세번째 위치지정지점(3) 사이를 고속으로 운행하며, 세번째 위치지정지점(3)부터 네번째 위치지정지점(4)을 저속으로 운행한다.

입력부(20)는 이송 테이블(200)의 이송 모드(자동모드 또는 수동모드)를 입력할 수 있는 키패드로서 자동모드를 사용자가 입력할 경우에는 진동발생영역에서 이송축의 속도가 저감되도록 자동으로 제어되도록 하고, 수동모드를 선택할 경우 진동발생영역에서 필요이상의 속도가 올라가지 않토록 제어되도록 한다.

즉, 사용자가 입력부(20)를 통해 자동모드 또는 수동모드를 선택할 수 있도 록 하는바, 자동모드를 선택한 경우에는 통상적인 오버라이드 속도보다 50% 낮추어 진동발생영역을 통과시키도록 하고, 수동모드를 선택한 경우에는 사용자가 지령한 오버라이드 속도가 50% 이상이면 50%로 속도를 낮추고, 아울러 사용자가 지령한 오버라이드 속도가 50%이하이면 그대로 진행토록 한다.

이러한 구성에 의해 사용자가 필요에 따라서 오버라이드 속도를 50% 이하로 낮추어 이송할 때에는 그대로 반영하고, 사용자가 실수로 오버라이드 속도를 50% 이상으로 하더라도 오버라이드 속도를 50%로 맞추어 진동발생구간에서 필요이상의 속도를 내는 것을 미리 방지토록 한다.

속도 감지부(30)는 이송축(100)의 회전속도를 감지하여 현재 이송축(100)의 속도를 파악토록 한다.

즉, 속도 감지부(30)는 이송축(100)을 회전시키는 서보모터(300)로부터 이송축(100)의 이송속도를 간접적으로 판별할 수 있는바, 파악된 상기 속도 감지부 데이터를 외부로 출력한다.

제어부(40)는 위치감지부(10)와 입력부(20) 및 속도 감지부(30)로부터 센싱 신호와 터치 신호 및 속도신호를 입력받아 위치 감지부(10)로부터 진동발생 영역인 것으로 판단되면 이때 속도 감지부(30)의 신호를 분석하여 이송축의 회전속도를 저감시키도록 제어한다.

즉, 제어부(40)는 위치감지부(10)와 입력부(20) 및 속도 감지부(30)의 신호를 종합적으로 판단하여 현재 이송 테이블(200)이 진동발생구간에 진입하였는지를 판단할 수 있고, 이때 이송축(100)의 회전속도를 할 수 있다. 아울러 사용자가 자 동모드 또는 수동모드를 선택하였는지를 파악하여 이에 따른 제어동작을 행한다.

구체적으로, 사용자가 자동모드를 선택한 상태에서 이송 테이블(200)이 진동발생구간에 진입하면 오버라이드 속도를 50%로 강제 한정하여 그 이상의 속도를 낼 수 없도록 제어하고, 수동모드를 선택한 상태에서 이송 테이블(200)이 진동발생구간에 진입하면, 사용자가 선택한 오버라이드 속도가 50%이상인가 50%이하인가를 판단하여 50%이하이면 사용자가 선택한 속도로 진행하고, 50%이상이면 강제로 오버라이드 속도를 50%로 맞추도록 제어한다.

구동부(50)는 제어부(40)의 제어에 따라 구동되는 서보모터(300)로서 제어부(40)가 속도 저감신호를 출력하면 이송축(100)의 회전속도를 줄이고 속도 증가 신호를 출력하면 이송축(100)의 회전속도를 증가시키도록 한다.

이하에서 본 발명의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 작업자는 이송축(100)을 회전시키기에 앞서 입력부(20)를 통해 자동모드로 운행할지 아니면 수동모드로 운행할지를 선택토록 한다.

자동모드로 사용자가 선택하였을 경우 작동되는 것을 살펴보면, 이송축(100)이 움직이는 도중에 위치 감지부(10)를 통해 진동발생영역인가를 판단한다. 이때 이송축(100)이 초반 구동할 때에는 진동발생영역이므로 진동발생영역을 벗어나는 시점을 위치 감지부(10)를 통해 센싱받는다.

아울러, 자동모드 이므로 이송축(100)은 오버라이드 속도의 50%로 한정되어 이송 테이블(200)을 이송하는 도중에 진동발생영역을 벗어나면 오버라이드 속도의 100%로 이동한다. 이후 이송 테이블(200)이 반대측 단부 지점으로 움직이면 역시 위치 감지부(10)에 의해서 진동발생영역임이 검출되고 이에 따라 이송축(100)은 오버라이드 속도의 50%로 다시 한정하여 회전된다.

한편, 수동모드로 사용자가 선택하였을 경우의 작동 과정을 살펴보면, 이송축(100)이 움직이는 도중에 위치 감지부(10)를 통해 진동발생영역인가를 판단한다. 이때 이송축(10)이 초반 구동할 때에는 진동발생영역이므로 이때 사용자가 선택하는 오버라이드 속도를 읽어들여 사용자가 50%이하로 속도를 설정하였으면 사용자가 설정한 속도대로 이송 테이블(200)을 이송시키고, 사용자가 설정한 오버라이드 속도가 50%를 넘었으면 오버라이드 속도를 50%로 한정시킨 상태로 이송 테이블(200)을 이송한다.

이후, 진동발생영역을 벗어나면 다시 사용자가 선택한 속도로 이송하는바, 사용자가 오버라이드 속도를 50%이상으로 조정한 상태이면 진동발생영역에서는 50%로 오버라이드 속도를 강제 조정하고 진동발생영역을 지나면 자동으로 사용자가 정한 오버라이드 속도로 갱신하는 것이다.

이에 따라 사용자가 이송축(100)의 오버라이드 속도를 얼마로 정했는지 불문하고 진동발생 영역에서는 오버라이드 속도가 50% 또는 50% 이하로 진행하므로 이송축의 진동으로 인한 피해를 미리 차단할 수 있게 된다.

이상 설명한 과정을 도 6의 동작 플로우 챠트를 참조로 설명하면 다음과 같다.

제어부(40)로부터 축이송을 지령받으면(S 10), 위치감지부(10)의 신호를 입력받아 이송 테이블(200)이 진동발생구간에 위치하였는지를 확인한다(S 20).

위치확인 결과 이송 테이블(200)이 진동발생구간에 있으면 급송이송 오버라이드 속도가 지정된 수치(50%)를 넘는지 비교한다(S 30).

비교 결과, 오버라이드 속도가 50% 이상이면 현재 오버라이드값을 50%로 변경하여 이송을 지령하고(S 40), 오버라이드 속도가 50%와 같거나 작으면 현재 오버라이드 속도로 이송을 지령한다(S 50).

한편, 상기 S 20 단계에서 확인 결과 이송 테이블(200)이 진동발생구간에 위치하지 않은 경우에는 오버라이드 속도를 100%값으로 이송지령한다(S 60).

이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였지만, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.

따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

도 1은 종래의 피드 제어를 통한 이송축 떨림 방지 장치의 개념도.

도 2는 본 발명의 피드 제어를 통한 이송축 떨림 방지 장치의 개념도.

도 3은 본 발명의 제 1 실시예 구성도.

도 4는 본 발명의 제 2 실시예 구성도.

도 5는 본 발명의 제어 회로 구성 블록도.

도 6은 본 발명의 동작 흐름 플로우 챠트.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10: 위치 감지부 20: 입력부

30: 속도 감지부 40: 제어부

50: 구동부 100: 이송축

200: 이송 테이블 300: 서보모터

Claims (3)

1. 이송축(100)과, 이송축(100)을 왕복하는 이송 테이블(200)과, 이송 테이블(200)을 이송시키는 서보모터(300)로 이루어지는 공작기계에 있어서 이송축 떨림을 방지하는 장치로서,

   이송 테이블(200)이 진동발생영역에 위치하는 경우 전기적 신호를 출력하여 이송 테이블(200)의 위치를 감지하는 위치감지부(10)와;

   이송 테이블(200)의 이송 모드를 입력하기 위한 입력부(20)와;

   이송축(100)의 회전속도를 감지하여 현재 이송 테이블(200)의 속도를 파악하기 위한 속도 감지부(30)와;

   상기 위치감지부(10) 및 상기 속도 감지부(30)로부터의 신호를 입력받아 오버라이드 속도를 선정하여 이송지령하는 제어부(40)와;

   상기 제어부(40)의 제어에 따라 구동되며, 상기 제어부(40)가 속도 저감신호를 출력하면 이송축(100)의 회전속도를 줄이고 속도 증가 신호를 출력하면 이송축(100)의 회전속도를 증가시키도록 하는 구동부(50)를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 이송축 떨림 방지장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제어부(40)는 상기 위치감지부(10) 및 상기 속도 감지부(30)로부터의 신호를 입력받아 이송 테이블(200)이 진동발생영역에 위치한 것으로 판단되면 상기 속도 감지부(30)의 신호를 분석하여 오버라이드 속도가 최고 속 도보다 작은 소정 값 이상이면 현재 오버라이드 속도를 상기 소정 값으로 변경하여 이송을 지령하고, 오버라이드 속도가 상기 소정 값과 같거나 작으면 현재 오버라이드 값으로 이송을 지령하며, 이송 테이블(200)이 진동발생구간에 위치하지 않은 경우에는 오버라이드 속도를 100%값으로 이송지령하는 것을 특징으로 하는 이송축 떨림 방지장치.
3. 위치 감지부(10)와, 입력부(20)와, 속도 감지부(30)와, 제어부(40)와, 구동부(50)로 이루어지는 피드 제어를 통한 이송축 떨림 방지장치에 따른 이송축 제어방법에 있어서,

   제어부(40)로부터 축이송을 지령받는 단계(S10)와;

   위치 감지부(10)의 신호를 입력받아 이송 테이블(200)이 진동발생영역에 위치하였는지를 확인하는 단계(S20)와;

   위치확인 결과 상기 이송 테이블(200)이 진동발생영역에 위치한 경우, 급송이송 오버라이드 값 대소를 비교하는 단계(S30)와;

   상기 오버라이드 속도가 최고 속도보다 작은 소정 값 이상이면 현재 오버라이드값을 상기 소정 값으로 변경하여 이송을 지령하는 단계(S40)와;

   상기 오버라이드 속도가 상기 소정 값과 같거나 작으면 현재 오버라이드 속도로 이송을 지령하는 단계(S50)와;

   위치확인 결과 상기 이송 테이블(200)이 진동발생영역에 위치하지 않은 경우, 상기 오버라이드 속도를 100%값으로 이송지령하는 단계(S60)

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 이송축 떨림 방지 방법.

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