고도로 자동화가 진전된 생산 시스템에서의 가공은 NC 공작기계, 머시닝 센터등에 의해 이루어지고 있으나, 작업 상태에 대한 감시 및 공구교환 시점의 결정은 작업자에 의해 행해지고 있으므로, 무인화에 큰 장애가 되고 있다. 최근 머시닝센터 를 중심으로 가공이 많이 이루어지고 있는 실정에서, 머시닝센터 전체 작업중 대략 40% 정도를 차지하는 드릴 작업에서 공구 상태에 대한 감시는 가공 무인화를 위해서는 필수적이다. 본 연구에서는 드릴가공시 주축 및 Z축 모터전류와 공구마멸과의 정성적 및 정량적 관련성을 조사하기 위해 전류의 진폭영역 정보인 평균, 분산, 왜도(skewness), 첨도(kurtosis)등의 신호처리를 행하여, 이들값이 공구마멸이 진행됨에따라 변화하는 특성을 조사하였다.
Static variations of cutting forces are estimated using spindle motor current. Static sensitivity of spindle motor current is higher than feed motor current. The linear relationship between the cutting force and RMS value of the spindle motor current is obtained. Using cutting force estimation, tool overload in milling process can be well detected, and cutting force is regulated at a constant level by feedrate adaptive control.
A reliable and practical monitoring of drill breakage is a crucial technique in automatic machining system. In this study, a real-time monitoring system was developed to predict drill breakage using both spindle and z-axis motor current. Drill breakage is monitored by detecting the level of residual motor current which is obtained through the moving average filter algorithm. The residual exhibits a feature of sharp decrease just before drill breakage. Therefore, drill breakage can be predicted by detecting this characteristic of residual component. Z-axis motor current is better to predict the drill breakage than spindle motor current, because the former is faster in response than the latter when drill breakage is occurred. The evaluation experiments have shown that the developed monitoring system works very well.
Feed and spindle motor currents are used toi monitor the cutting process practically. The sensitivity of spindle drive system is lower than that of feed drive system, but the cutting torque is represented well by the spindle motor current. During multi-axis cutting, it is difficult to calculate the resultant cutting force using feed motor currents, because each feed force is reflected by each axis feed motor current with different time delay. It is also difficult to compensate the frictional torque using the feed motor current, because the magnitude of the frictional torque is dependent of the feedrate, table position, and cutting direction. On the other hand, cutting torque can be estimated well using spindle motor current which is independent of the cutting direction.
Quasti-static cutting force variations in milling process are measured indirectly using spindle motor current. Quasi-static sensitivity of the spindle motor current is higher than that of the feed motor current. Magnitude of the spindle motor current is independent of cutting direction. The linear relationship between the cutting force and the spimdle motor RMS current at various spindle rotational speed is obtained. Frequency/ Voltage(F/V) converter voltage is measured to identify the spindle speed and to determine the cutting force at various spindle speeds. Overload on the tool during milling process can be detected using the proposed indirect cutting force measurement. Based on these measurements, cutting force is regulated at a constant level by feedrate control.
Dynamic cutting force variations in milling process were measured indirectly using spindle motor current. Magnitude of the spindle motor current is independent of cutting direction. Quasi-static sensitivity of the spindle motor current is higher than that of the feed motor current. Dynamic sensitivity of the spindle motor current is lower but cutting force was correctly represented by spindle RMS current in rough milling. In rough milling, chipping and tool fracture were well detected by the proposed tool fracture index using spindle motor current.
In modern engineering practice, the grinding process is one of the most important and widely used operations for the precision finishing of components. In this paper, machining characteristics of external plunge grinding were investigated by using spindle motor current signal through hall sensor. Grinding experiments were performed in terms of various grinding conditions such as wheel speed, workpiece speed, infeed rate and spark-out time with conventional vitrified bonded WA wheel. The relationship between spindle motor current signal and metal removal rate in terms of infeed rate was induced the by analyzing spindle motor current signal.
최근의 생산시스템은 FMS,FMC와 같은 고도로 자동화된 무인시스템으로 운용되고 있으며, 생산성 향상을 위한 무인운전의 필요성이 증대되고 있으나, 숙련된 작업자를 대신하여 작업상태를 감시하는 신뢰성 있는 감시 시스템의 부족으로 인해 곤란을 겪고 있다.따라서 작업자를 대신할수 있는 신뢰성있는 감시 시스템의 개발을 필요로 한다. 특히 공구파손,공구마멸과 같은 공구손상은 공작물 및 기계에 치명적 손상을 초래하고, 기계정지시간을 증가시키므로 공구파손 검출과 공구마멸의 실시간 센싱은 가공 프로세스의 자동화와 신뢰성을 증가시키는데 가장 중요한 역활을 수행한다. 본 연구에서는 드릴가공시 검출한 주축 및 Z축 모터전류를 기초로 하여 드릴마멸을 추정하는 모델을 개발하고자 한다.
In order to regulate cutting torque in milling, monitoring system should be set to a certain threshold. Radial immersion ratio is an important factor to determine the threshold and should be estimated in process for automatic regulation. In this paper, on-line estimation of the radial immersion ration using spindle motor current in face milling is presented. When a tooth finishes sweeping, a sudden drop of cutting torque occurs. This torque drop is equal to cutting torque acting on a single tooth at the swept angle of cut and can be acquired form cutting torque signals. Average cutting torque per revolution can also be calculate form cutting torque signals. The ratio of cutting torque acting on a single tooth at the swept angle of cut to the average cutting torque per revolution is a function of the swept angle of cut and the number of teeth. Using the magnitude of this ratio, the radial immersion ratio is estimated. Identical algorithm is adopted to estimate the immersion ratio based on the spindle motor current measurement. The experiments performed under different cutting conditions show that the radial immersion ratio can be estimated within 10% error range by the proposed method using spindle motor current.
Drilling torque was measured indirectly using the spindle motor current and controlled in real time through feedrate manipulation in a machining center. The PID controller designed in the previous paper was applied to drilling torque control. A series of cutting experiments were performed for various cutting conditions. Experimental results showed that the drilling torque was well regulated at a given reference level by feedrate manipulation in all cutting conditions. The increase in the cutting torque and temperature according to the increase in machining depth was suppressed and the risk of the drill failure and the drill flank wear were reduced remarkably through cutting torque control. Moreover, the suggested cutting torque control system doesn\`t disturb the cutting process and is practical for industrial environment. Therefore, the proposed culling torque control system will contribute to productivity improvement in drilling process.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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