초록 ▼

서보기구에서 가장 핵심적인 위치를 점하는 CNC 공작기계는 테이블 이송을 담당하는 각 축의 서보액츄에이터를 조화롭게 제어함으로서 원하는 형상으로가공을 수행하는 위치제어 시스템이다. 여기에 생산성 향상을 기하기 위해 가공중에 허용되는 기준 절삭력을 정하고 실제 절삭력이 이를 추종하도록 정해진 범위 내에서 이송속도를극대화하는 제어방식이 절삭력 제어이다. 또한 공작기계는 각축의 독립적 제어에 의한 형상 가공시 각 구동축의 동특성 불일치 또는 외란등에 기인하여 형상오차가 발생하게 되는데이러한 형상오차(또는 윤곽오차)를 최소화 하

서보기구에서 가장 핵심적인 위치를 점하는 CNC 공작기계는 테이블 이송을 담당하는 각 축의 서보액츄에이터를 조화롭게 제어함으로서 원하는 형상으로가공을 수행하는 위치제어 시스템이다. 여기에 생산성 향상을 기하기 위해 가공중에 허용되는 기준 절삭력을 정하고 실제 절삭력이 이를 추종하도록 정해진 범위 내에서 이송속도를극대화하는 제어방식이 절삭력 제어이다. 또한 공작기계는 각축의 독립적 제어에 의한 형상 가공시 각 구동축의 동특성 불일치 또는 외란등에 기인하여 형상오차가 발생하게 되는데이러한 형상오차(또는 윤곽오차)를 최소화 하고자 하는 제어방식이 형상오차제어(윤곽오차제어)이다. 현재는 이상의 세가지 방식이 별개로 연구되어 왔고 이들을 동시에 수행할수있는 통합제어 방식이 확립되지 않았기 때문에 독립축제어 방식에 의한 위치제어에 비해 나머지 두 방식은 그다지 주목을 받지 못하고 있다.본 연구에서는 공작기계가 주 기능인 형상가공을 수행하면서 동시에 원하는 절삭력으로 가공함으로써 가공전에 미리 이송속도와 주축회전 속도를 설정해야 하는 번거로움을 피하고 또한 윤곽오차 제어 알고리즘을 통합하여 종래의 독립적으로 행하여져 오던 각각의 제어 방식을 한꺼번에 수행함으로써 가공속도와 가공정밀도를 동시에 향상시킬수 있는 새로운개념의 고기능 공작기계 제어 알고리즘을 제안하였다. 이를 달성하기 위한 연구의 핵심으로써 가공경로와 원하는 절삭력을 동시에 지령함으로써 위치제어기와 절삭력제어기가 적절한 보간 방식에의해 조화롭게 각축의 속도를 분배하고 여기에 형상오차를 최소화하기 위한윤곽오차제어기를 통합함으로서 기존의 공작기계에 내장되어 있는 보간기를 대체할 수 있는가능성을 제시하였다.연구는 이송구동축과 주축의 모델링, 절삭력 모델링, 독립축제어 방식에 의한 이송구동축의 경로추적제어, 이동축만에 의한 절삭력 제어, 주축만에 의한 절삭력제어, 이송축과 주축의 동시제어에 의한 절삭력제어, 위치제어와 윤곽오차제어의 통합, 위치 절삭력 윤곽오차의 통합제어의 순서로 수행하였다.

Abstract ▼

CNC machine tool, which conducts maching to a desired shapethrough control of each axis, is a kind of position control system and recognized as aservo mechanism of top priority. In machine tool control, there is another schemereferred to cutting force control. It is a scheme to maximize

CNC machine tool, which conducts maching to a desired shapethrough control of each axis, is a kind of position control system and recognized as aservo mechanism of top priority. In machine tool control, there is another schemereferred to cutting force control. It is a scheme to maximize feedrate in a certainallowable range for productivity improvement by letting the actual force follow thedesired cutting force determined in advance according to tool and workpiece material tobe used. When conducting shape machining only by an independent position control ofeach axis, inevitably there would occur contour error(shape error) mainly due todynamic characteristic mismatch of axis driving mechanism. Contour error control is ascheme to minimize such an error. Presently since those three control strategies havebeen studied separately and an integrated scheme has not been established to realize the3 strategies simultaneously, both the cutting force control and the coutouring controlhave not attracted a serious attention relative to servo control, especially in the machinetool industry.In this connection, this research proposes a new advanced control algorithm anddemonstrates its realization in part. By incorporating shape machining, cutting forcecontrol and contour error control at a time, this intergrated scheme makes it possible tomachine a desired shape and to avoid the trouble of programming feedrate and spindlespeed before machining and also to reduce the shape error.The main idea proposed to achieve those goals consists in giving commanded pathand desired cutting force at the same time, which makes it possible for position andforce controller to distribute the correspondig velocity of each axis coordinatively by anappropriate interpolation. That indicates we can replace the built-in interpolator ofcommercial machin tools by the developed algorithm. In addition, the integration of thecontouring controller results in minimization of the contour error.The work is performed and evaluated in the following order.ㅇ Modeling of feed drive axis and spindle drive systemㅇ Modeling of cutting forceㅇ Commaded path tracking by independent axis position controlㅇ Cutting force control by feed drive systemㅇ Cutting force control by spindle drive systemㅇ Cutting force control by simultaneous adjustment of feed drive and spindle drivesystemㅇ Integration of position and contour error controlㅇ Integration of position, cutting force and contour error cotrol

목차 Contents

• I. 서론...7
• 1. 연구배경...7
• 2. 연구목적 및 기대효과...9
• II. 본론...12
• 1. 위치제어...12
• 2. 절삭력제어...13
• 3. $위치{\cdot}절삭력{\cdot}윤곽오차$ 통합제어...15
• 3.1 추적오차(Tracking error)및 윤곽오차의 정의...15
• 3.2 통합제어 시스템...16
• 3.3 결과 및 고찰...18
• 4. 결론...19
• 5. 참고문헌...20
• III. 기타...22