일반기술

하이브리드 방식의 절삭력 평준화를 통한 공구마모 모니터링 시스템

본 기술은 CNC 가공을 통한 금형 및 주물가공에서 가공오류와 생산성저하를 일으키는 공구마모의 효과적인 모니터링을 위한 시스템에 관한 것으로 무인화 및 자동화구현의 기반이 되며, 궁극적으로 안정된 가공을 바탕으로 높은 생산성의 고능률 가공을 이룰 수 있다. 본 기술은 하이브리드 방식(오프라인/실시간)으로 절삭력을 평준화한다. 오프라인 이송속도 최적화를 통해, NC Data의 가공 조건으로부터 예측된 절삭력을 평준화하여 공구마모에 의한 절삭력 변화 신호만을 감지한다. 공구마모에 의해 감지된 절삭력 신호는 가공 안정화를 위해 빠른 응답성의 DSP(Digital Signal Processor)로 구성된 실시간 이송속도 제어 모듈의 이송속도 오버라이드 조정으로써 평준화되며, 이때 결과적으로 변동하게 되는 이송속도 오버라이드의 이동 평균값의 변화를 통해 공구마모를 모니터링 하게 된다. 하이브리드 방식으로 가공 조건 및 공구마모에 의한 절삭력을 개별적으로 평준화하는 본 기술의 공구마모 모니터링 시스템은 CNC 가공 무인화 및 자동화에 있어 적절한 시점에서의 공구교체를 가능하게 한다.1) 하이브리드 방식 (오프라인/실시간)으로 각 가공인자 (가공조건, 공구마모, 피삭재의 피균질성 등)에 대한 절삭력 변화 신호를 개별적으로 평준화하여 공구마모만의 신호를 획득하므로 여러 인자의 영향이 혼재된 복잡한 신호에 대한 소모적인 신호 처리 및 분석 필요 없이 점진적인 공구마모 모니터링을 구현한다. 2) 공구마모의 부하기준치 설정을 위해 변동하는 가공구간의 부하치를 추적해야하는 샘플링모드를 필요로 하지 않고, 근본적으로 가공 조건에 대해 일정부하 가공이 이루어지도록 가공추천조건으로부터 객관적인 가공기준절삭력을 설정하여 공구마모만의 절삭력 변화 신호를 획득한다. 3) 공구마모에 인해 증가하는 절삭력 변화 신호에 대한 실시간 이송속도 오버라이드 조정으로 공구마모에 대한 가공 안정성을 부여하며, 오버라이드 변화값을 통해 공구마모 모니터링이 이루어진다. 4) 실시간 이송속도 오버라이드 값의 이동 평균값 (Moving Average of Feedrate Override)을 통해 피삭재의 비균질성 등에 의한 절삭력의 비규칙적 노이즈 성분을 제거한다. 5) 단점 및 보완점: 현 하이브리드 방식의 절삭력 평준화를 통한 공구마모 모니터링 기술에서, 획득된 절삭력 신호 및 이에 대한 DSP를 통한 이송속도 오버라이드 지령은 FANUC의 0M 이상의 수치제어 장치 혹은 디지털 이송속도 오버라이드 단자를 갖는 SIEMENS와 HEIDENHEIM 수치제어 장치에 적용된다. 아날로그 이송속도 오버라이드 단자를 갖는 모델에 대해서는 차후 개별적인 D/A 회로의 적용으로 구현되어 질 수 있다. 6) 기존 기술동향: 공구마모 모니터링을 위해 일반적으로 멀티 센서 시스템을 이용하여 절삭력의 정적 신호와, 진동신호 혹은 음향신호 등의 동적 신호를 획득하고 이에 대한 복잡한 신호처리 및 분석을 통한 공구마모 신호 분리방법이 기존 기술동향이다. 그러나 센서의 중복을 통한 신호의 복잡성으로 실시간 신호처리 및 분석에 어려움이 있으며 공구마모와 같은 점진적인 공구상태 변화에는 효과적이지 못하다.