KR20140080268A - 선반의 스핀들 댐핑 제어장치 및 방법 - Google Patents

선반의 스핀들 댐핑 제어장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20140080268A
KR20140080268A KR1020120149878A KR20120149878A KR20140080268A KR 20140080268 A KR20140080268 A KR 20140080268A KR 1020120149878 A KR1020120149878 A KR 1020120149878A KR 20120149878 A KR20120149878 A KR 20120149878A KR 20140080268 A KR20140080268 A KR 20140080268A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
damping
spindle
torque
angular velocity
current value
Prior art date
Application number
KR1020120149878A
Other languages
English (en)
Inventor
정태근
Original Assignee
현대위아 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대위아 주식회사 filed Critical 현대위아 주식회사
Priority to KR1020120149878A priority Critical patent/KR20140080268A/ko
Publication of KR20140080268A publication Critical patent/KR20140080268A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B25/00—Accessories or auxiliary equipment for turning-machines
    • B23B25/06—Measuring, gauging, or adjusting equipment on turning-machines for setting-on, feeding, controlling, or monitoring the cutting tools or work
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q5/00—Driving or feeding mechanisms; Control arrangements therefor
    • B23Q5/02—Driving main working members
    • B23Q5/04—Driving main working members rotary shafts, e.g. working-spindles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Automatic Control Of Machine Tools (AREA)
  • Auxiliary Devices For Machine Tools (AREA)

Abstract

이 발명은, 자기유변유체를 이용하여 스핀들 회전축에 가해지는 반력을 지지함으로써 윤곽형상가공시에 밀림 현상과 채터링 현상의 바ㅎ생을 억제할 수 있는 선반의 스핀들 댐핑 제어장치 및 방법에 관한 것으로서,
회전동력을 발생시키는 스핀들 모터와, 상기한 스핀들 모터로부터 회전동력을 전달받아서 공작물을 회전시키는 스핀들 회전축과, 상기한 스핀들 회전축의 중간에 설치되는 자기유변유체 디스크와, 상기한 자기유변유체 디스크에 자기장을 인가함으로써 상기한 자기유변유체 디스크를 잡아주기 위한 코일이 설치되어 있는 하우징과, 상기한 코일에 전류를 공급하기 위한 구동부와, 상기한 구동부의 댐핑 전류치를 연산하여 댐핑력을 제어하기 위한 제어부를 포함하여 이루어진다.

Description

선반의 스핀들 댐핑 제어장치 및 방법{damping controller for spindle of lathe and control method for the same}
이 발명은 선반의 스핀들 댐핑 제어장치 및 방법에 관한 것으로서, 좀더 세부적으로 말하자면 자기유변유체를 이용하여 스핀들 회전축에 가해지는 반력을 지지함으로써 윤곽형상가공시에 밀림현상과 채터링 현상의 발생을 억제할 수 있는 선반의 스핀들 댐핑 제어장치 및 방법에 관한 것이다.
각종의 절삭 가공방법 또는 비절삭 가공방법으로 금속 또는 비금속의 소재를 적당한 공구를 사용하여 형상 및 치수로 가공하든가 또는 반소재에 더욱 정밀한 가공을 할 목적으로 사용하는 기계를 공작기계라 한다. 상기한 공작기계중에서 가공과정에서 칩이 발생하는 공작기계를 절삭공작기계라고 하고, 가공과정에서 칩이 발생하지 않는 비절삭 공작기계를 금속가공기계라고 한다. 상기한 절삭공작기계에는 선반(lathe), 밀링기, 머시닝센터(machining center), 드릴링기, 보링기, 연삭기, 기어가공기, 특수가공기 등이 있으며, 상기한 금속성형기계에는 기계식 프레스, 유압식 프레스, 절단절곡기, 단조기, 인발기 등이 있다.
상기한 선반에는, 베드를 가능한 짧게 하여 주로 공작 공작물의 단면절삭에 쓰이는 것으로 길이가 짧고 직경이 큰 공작물의 절삭에 사용하는 선반인 정면선반(face lathe)과, 보통선반과 같으나, 정밀한 형식으로 되어있으며, 테이퍼 깎기 장치, 릴리이빙 장치가 부속되어 있는 선반인 보통선반과, 작업대 위에 설치해야 할 만큼의 소형선반으로 시계부품, 재봉틀 부품등의 소형 부품을 주로 가공하는 선반인 탁상선반과, 대형의 공작물이나 불규칙한 가공물을 가공하기 편리하도록 척(chuck)을 지면 위에 수직으로 설치하여, 가공물의 장착이나 탈착을 편리하게 한 선반인 수직선반과, 자동모방장치를 이용하여 모형이나 형판 외형에 트레이서가 설치되고 트레이서가 움직이면, 바이트가 함께 움직여 모형이나 형판의 외형과 동일한 형상의 부품을 자동으로 가공하는 선반인 모방선반과, 터릿으로 불리는 회전 공구대를 이용하여 여러 가지 공구를 공정에 맞게 설치하여 간단한 부품을 대량생산하는 선반인 터릿선반 등이 있다.
선반에서 윤곽형상가공을 하는 경우에 밀링 가공에 의해 스핀들 회전축에 반력이 가해지게 되는데, 이를 위하여 스핀들 댐핑을 제어할 필요가 있다.
도 1은 종래의 선반의 스핀들 댐핑 제어장치의 구성도이다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이 종래의 선반의 스핀들 댐핑 제어장치는, 회전동력을 발생시키는 스핀들 모터(11)와, 상기한 스핀들 모터(11)로부터 회전동력을 전달받아서 공작물(13)을 회전시키는 스핀들 회전축(12)과, 상기한 스핀들 회전축(12)의 중간에 설치되는 디스크판(14)과, 상기한 디스크판(14)을 저압으로 잡아주기 위한 클러치 브레이크(15)를 포함하여 이루어진다.
그러나, 상기한 바와 같은 종래의 선반의 스핀들 댐핑 제어장치는, 밀링 가공시 발생되는 축방향 토크를 스핀들 모터(11)에서 지지해야 하므로 스핀들 모터(11)에 빠른 응답성과 높은 출력이 요구되는데, 이를 만족시키지 못할 경우에 밀림현상이 발생하게 되고, 또한 클러치 브레이크(15)의 마찰력이 일정하지 않아서 공작물(13)의 회전시 채터링 현상이 발생하게 되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 자기유변유체(Magneto-rheological fluid)를 이용하여 스핀들 회전축에 가해지는 반력을 지지함으로써 윤곽형상가공시에 밀림 현상과 채터링 현상의 발생을 억제할 수 있는 선반의 스핀들 댐핑 제어장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 장치의 구성은, 회전동력을 발생시키는 스핀들 모터와, 상기한 스핀들 모터로부터 회전동력을 전달받아서 공작물을 회전시키는 스핀들 회전축과, 상기한 스핀들 회전축의 중간에 설치되는 자기유변유체 디스크와, 상기한 자기유변유체 디스크에 자기장을 인가함으로써 상기한 자기유변유체 디스크를 잡아주기 위한 코일이 설치되어 있는 하우징과, 상기한 코일에 전류를 공급하기 위한 구동부와, 상기한 구동부의 댐핑 전류치를 연산하여 댐핑력을 제어하기 위한 제어부를 포함하여 이루어지면 바람직하다.
이 발명의 장치의 구성은, 상기한 제어부는 윤곽형상가공 모드가 아닌 경우에는 스핀들 모터의 회전동력이 공작물에 전달되도록 하고, 윤곽형상가공 모드인 경우에 각속도를 측정하여 각속도로부터 댐핑 전류치를 연산하여 댐핑력을 제어하면 바람직하다.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 방법의 구성은, 동작이 시작되면 윤곽형상가공 모드인지를 판단하여, 윤곽형상가공 모드가 아닌 경우에 스핀들 모터의 회전동력이 공작물에 전달되도록 하는 단계와, 윤곽형상가공 모드인 경우에 각속도를 측정하여 상기한 각속도로부터 댐핑 전류치를 연산하는 단계와, 연산된 댐핑 전류치를 이용하여 댐핑력을 제어하는 단계를 포함하여 이루어지면 바람직하다.
이 발명의 장치 및 방법의 구성은, 상기한 댐핑 전류치는 다음의 수식을 이용하여 연산하면 바람직하다.
Figure pat00001
여기서, i는 댐핑 전류치이고, Tdamper는 댐핑토크이고, Kη는 전단력 상수이고, Kτ는 항복응력 상수이고, ω는 각속도이다.
이 발명의 장치 및 방법의 구성은, 상기한 댐핑 토크(Tdamper)는 다음의 수식을 이용하여 연산하면 바람직하다.
Figure pat00002
여기서, Tη는 점성 토크이고, Tτ는 항복전단 토크이고, Kη는 전단력 상수이고, Kτ는 항복응력 상수이고, ω는 각속도이고, i는 댐핑 전류치이다.
이 발명은, 자기유변유체를 이용하여 스핀들 회전축에 가해지는 반력을 지지함으로써 윤곽형상가공시에 밀림현상과 채터링 현상을 억제할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 종래의 선반의 스핀들 댐핑 제어장치의 구성도이다.
도 2는 이 발명의 일 실시예에 따른 선반의 스핀들 댐핑 제어장치의 구성도이다.
도 3은 이 발명의 일 실시예에 따른 선반의 스핀들 댐핑 제어방법의 동작 순서도이다.
도 4는 이 발명의 일 실시예에 따른 선반의 스핀들 댐핑 제어장치의 댐핑 토크와 점성 토크와 항복전단 토크의 관계를 보여주는 그래프이다.
이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 이 발명의 목적, 작용, 효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특징점들, 그리고 동작상의 이점들이 바람직한 실시예의 설명에 의해 보다 명확해질 것이다.
참고로, 여기에서 개시되는 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 제시된 실시예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시예가 가능함을 밝혀 둔다.
또한, 본원의 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 정의된 것으로서, 통상적이거나 사전적인 의미로만 한정해서 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 일예로서, 방향에 관한 용어는 설명상의 편의를 위하여 도면상에 표현된 위치를 기준으로 설정하기로 한다.
도 2는 이 발명의 일 실시예에 따른 선반의 스핀들 댐핑 제어장치의 구성도이다.
도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 이 발명의 일 실시예에 따른 선반의 스핀들 댐핑 제어장치의 구성은, 회전동력을 발생시키는 스핀들 모터(21)와, 상기한 스핀들 모터(21)로부터 회전동력을 전달받아서 공작물(23)을 회전시키는 스핀들 회전축(22)과, 상기한 스핀들 회전축(22)의 중간에 설치되는 자기유변유체 디스크(24)와, 상기한 자기유변유체 디스크(24)에 자기장을 인가함으로써 상기한 자기유변유체 디스크(24)를 잡아주기 위한 코일(25)이 설치되어 있는 하우징(26)과, 상기한 코일(25)에 전류를 공급하기 위한 구동부(27)와, 상기한 구동부(27)의 댐핑 전류치를 연산하여 댐핑력을 제어하기 위한 제어부(28)를 포함하여 이루어진다.
도 3은 이 발명의 일 실시예에 따른 선반의 스핀들 댐핑 제어방법의 동작 순서도이다.
도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 이 발명의 일 실시예에 따른 선반의 스핀들 댐핑 제어방법의 구성은, 동작이 시작되는 단계(S10)와, 윤곽형상가공 모드인지를 판단하는 단계(S20)와, 윤곽형상가공 모드가 아닌 경우에 스핀들 모터의 회전동력이 공작물에 전달되도록 하는 단계(S30)와, 윤곽형상가공 모드인 경우에 각속도를 측정하는 단계(S40)와, 상기한 각속도로부터 댐핑 전류치를 연산하는 단계(S50)와, 연산된 댐핑 전류치를 이용하여 댐핑력을 제어하는 단계(S60)와, 동작을 종료하는 단계(S70)를 포함하여 이루어진다.
상기한 구성에 의한, 이 발명의 일 실시예에 따른 선반의 스핀들 댐핑 제어장치 및 방법의 작용은 다음과 같다.
동작이 시작되면(S10), 제어부(28)는 윤곽형상가공 모드인지를 판단하여(S20), 윤곽형상가공 모드가 아닌 경우에는 코일(25)로부터 자기장이 발생되지 않도록 함으로써 스핀들 모터(21)의 회전동력이 그대로 공작물(21)에 전달되도록 한다(S30).
윤곽형상가공 모드인 경우에 코일(25)에 댐핑전류를 인가하여 가공 반력 방향으로 댐핑토크(Tdamper)를 추가하게 됨으로써 전체 토크(Ttotal)는 다음의 수학식 1과 같이 된다.
Figure pat00003
상기한 댐핑토크(Tdamper)는 다음의 수학식 2와 같이 계산된다.
Figure pat00004
여기서, Tη는 점성 토크이고, Tτ는 항복전단 토크이고, Kη는 전단력 상수이고, Kτ는 항복응력 상수이고, ω는 각속도이고, i는 댐핑 전류치이다. 도 4는 이 발명의 일 실시예에 따른 선반의 스핀들 댐핑 제어장치의 댐핑 토크와 점성 토크와 항복전단 토크의 관계를 보여주는 그래프이다.
상기한 수학식 2으로부터 댐핑 전류치(i)를 연산하면 다음의 수학식 3과 같이 된다.
Figure pat00005
제어부(28)는 댐핑 전류치(i)를 구하기 위하여 각속도(ω)를 측정한 뒤에(S40), 상기한 각속도(ω)로부터 댐핑 전류치를 연산한다(S50).
다음에, 제어부(28)는 연산된 댐핑 전류치(i)를 이용하여 구동부(27)를 제어하여 코일(25)에 댐핑 전류가 안기되도록 함으로써 댐핑력을 제어한 후(S60), 동작을 종료한다(S70).
21 : 스핀들 모터 22 : 스핀들 회전축
23 : 공작물 24 : 자기유변유체 디스크
25 : 코일 26 : 하우징
27 : 구동부 28 : 제어부

Claims (7)

  1. 회전동력을 발생시키는 스핀들 모터와,
    상기한 스핀들 모터로부터 회전동력을 전달받아서 공작물을 회전시키는 스핀들 회전축과,
    상기한 스핀들 회전축의 중간에 설치되는 자기유변유체 디스크와,
    상기한 자기유변유체 디스크에 자기장을 인가함으로써 상기한 자기유변유체 디스크를 잡아주기 위한 코일이 설치되어 있는 하우징과,
    상기한 코일에 전류를 공급하기 위한 구동부와,
    상기한 구동부의 댐핑 전류치를 연산하여 댐핑력을 제어하기 위한 제어부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 선반의 스핀들 댐핑 제어장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기한 제어부는 윤곽형상가공 모드가 아닌 경우에는 스핀들 모터의 회전동력이 공작물에 전달되도록 하고, 윤곽형상가공 모드인 경우에 각속도를 측정하여 각속도로부터 댐핑 전류치를 연산하여 댐핑력을 제어하는 것을 특징으로 하는 선반의 스핀들 댐핑 제어장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기한 댐핑 전류치는 다음의 수식을 이용하여 연산하는 것을 특징으로 하는 선반의 스핀들 댐핑 제어장치.
    Figure pat00006

    여기서, i는 댐핑 전류치이고, Tdamper는 댐핑토크이고, Kη는 전단력 상수이고, Kτ는 항복응력 상수이고, ω는 각속도이다.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기한 댐핑 토크는 다음의 수식을 이용하여 연산하는 것을 특징으로 하는 선반의 스핀들 댐핑 제어장치.
    Figure pat00007

    여기서, Tη는 점성 토크이고, Tτ는 항복전단 토크이고, Kη는 전단력 상수이고, Kτ는 항복응력 상수이고, ω는 각속도이고, i는 댐핑 전류치이다.
  5. 동작이 시작되면 윤곽형상가공 모드인지를 판단하여, 윤곽형상가공 모드가 아닌 경우에 스핀들 모터의 회전동력이 공작물에 전달되도록 하는 단계와,
    윤곽형상가공 모드인 경우에 각속도를 측정하여 상기한 각속도로부터 댐핑 전류치를 연산하는 단계와,
    연산된 댐핑 전류치를 이용하여 댐핑력을 제어하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 선반의 스핀들 댐핑 제어방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기한 댐핑 전류치는 다음의 수식을 이용하여 연산하는 것을 특징으로 하는 선반의 스핀들 댐핑 제어방법.
    Figure pat00008

    여기서, i는 댐핑 전류치이고, Tdamper는 댐핑토크이고, Kη는 전단력 상수이고, Kτ는 항복응력 상수이고, ω는 각속도이다.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기한 댐핑 토크는 다음의 수식을 이용하여 연산하는 것을 특징으로 하는 선반의 스핀들 댐핑 제어방법.
    Figure pat00009

    여기서, Tη는 점성 토크이고, Tτ는 항복전단 토크이고, Kη는 전단력 상수이고, Kτ는 항복응력 상수이고, ω는 각속도이고, i는 댐핑 전류치이다.
KR1020120149878A 2012-12-20 2012-12-20 선반의 스핀들 댐핑 제어장치 및 방법 KR20140080268A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120149878A KR20140080268A (ko) 2012-12-20 2012-12-20 선반의 스핀들 댐핑 제어장치 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120149878A KR20140080268A (ko) 2012-12-20 2012-12-20 선반의 스핀들 댐핑 제어장치 및 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20140080268A true KR20140080268A (ko) 2014-06-30

Family

ID=51131038

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120149878A KR20140080268A (ko) 2012-12-20 2012-12-20 선반의 스핀들 댐핑 제어장치 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20140080268A (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016163789A1 (ko) * 2015-04-08 2016-10-13 두산공작기계 주식회사 5축 가공기
WO2021201787A1 (en) * 2020-03-31 2021-10-07 Koc Universitesi A magnetorheological fluid damper for boring bars

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016163789A1 (ko) * 2015-04-08 2016-10-13 두산공작기계 주식회사 5축 가공기
WO2021201787A1 (en) * 2020-03-31 2021-10-07 Koc Universitesi A magnetorheological fluid damper for boring bars

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2871547A1 (en) Real-time numerical control tool path adaptation using force feedback
JP6898079B2 (ja) 工作機械およびその制御方法
JP2011079078A5 (ko)
JP5997577B2 (ja) びびり振動抑制方法および工作機械
CN102962489B (zh) 大托板弹孔钻机及其使用方法
CN103447823A (zh) 一种汽车半轴数控加工机床
KR101430825B1 (ko) 하부 툴테이블을 구비한 선삭기
JP2013240848A (ja) 工作機械
KR20140080268A (ko) 선반의 스핀들 댐핑 제어장치 및 방법
CN106160332A (zh) 一种能够直接驱动旋转轴的电机
CN102962734B (zh) 孔加工刀具开口磨床
CN203418412U (zh) 齿轴类中心孔研磨装置
CN104139301B (zh) 一种车铣钻复合一体机床
US20170014963A1 (en) Lathe
KR101536180B1 (ko) 샤프트 복합가공기
CN206185176U (zh) 一种全自动加工钻床
JP6430217B2 (ja) プロファイル研削盤
KR20140012470A (ko) 선반의 주축 브레이크 장치
KR102010590B1 (ko) 공작기계의 스핀들 클램핑/언클램핑 자동 조절 장치 및 방법
KR101604545B1 (ko) 호환가능한 선반용 주축
CN202192336U (zh) 大托板弹孔钻机
JP2005262385A (ja) 接触検出装置
CN105773151A (zh) 一种车铣钻机床一体设备
CN105081703A (zh) 一种内三角圆弧孔轴的加工方法
RU2013154338A (ru) Устройство для обработки деталей на фрезерном станке с чпу

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid