Adaptive Control of End Milling Machine to Improve Machining Straightness

직선도 개선을 위한 엔드밀링머시인 의 적응제어

A recursive geometric adaptive control method to compensate for machining straightness error in the finished surface due to tool deflection and guideway error generated by end milling process is developed. The relationship between the tool deflection and the feedrate is modeled by a modified Taylor's tool life equation. Without a priori knowledge on the variations off cutting parameters, time varying parameters are then estimated by an exponentially windowed recursive least squares method with only post-process measurements of the straightness error. The location error is controlled by shifting the milling bed in the direction perpendicular to the finished surface and adding a certain amount of feedrate with respect to the tool deflection model before cutting. The waviness error is compensated by adjusting the feedrate during machining. Experimental results show that location error is controlled within a range of fixturing error of the bed on the guideway and that about 60% reduction in the waviness error can be achieved within a few steps of parameter adaption under wide operating ranges of cutting conditions even if the parameters do not converge to fixed values.

본 논문에서는 위치오차는 가공전 밀링베드를 수치제어 장치를 이용하여 가공 면에 수직한 방향으로 움직여 수치제어 장치인 스텝모우터의 분해능 한계 내에서 보정 하고 또한 공구휨에 상당하는 만큼 이 송속도를 더함으로써 제어하며, 파형오차는 이 송속도와 공구처짐 사이의 관계를 수정된 Taylor의 공구식으로 모형화하고 절삭공정중 이송속도를 적절히 조절하여 공구의 휨양을 제어함으로써 스텝모우터를 갖는 밀링머시 인에서 길이 508mm,두께 20mm의 두꺼운 철판을 평면절삭하는 경우 직진도오차를 최소 로 하는 GAC 방법을 개발하였다.측정은 밀링머시인 자체의 구조적, 동적변화나 절삭 조건의 변화, 공구의 재질 및 마멸상태의 변화, 공작물의 재질 변화등에 적응할 수 있 도록 Fig. 2에 보인 바와 같이 등간격으로 배열된 100개의 위치에서 가공후(post-pro- cess)측정을 통하여 취하였고, 절삭계수의 추정은 측정점을 각각 10개씩 10개의 구간 으로 묶어 각 구간에서의 계의 특성이 변하지 않는다는 가정하에서 계수를 지수가중 반복최소 자승(exponentially weighted recursive least squares, EWRLS)법을 이용하 여 추정하였고, 실제 절삭작업중 모델의 계수변화에 대한 사전 지식이 없이도 이들 계 수들을 보정시킴으로써 최적의 직진도를 얻을 수 있는 절삭조건을 제시하였다. 그리 고 이 방법의 도입으로 단일(SINGLE-PASS)밀링작업이 가능함을 보였고 또한 방법의 타 당성을 증명하기 위하여 여러 경우의 절삭상태에서 실험을 수행하였다.