WO2023096128A1 - 공작기계의 능동형 진동 저감 장치 및 저감 방법 - Google Patents

공작기계의 능동형 진동 저감 장치 및 저감 방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2023096128A1
WO2023096128A1 PCT/KR2022/014301 KR2022014301W WO2023096128A1 WO 2023096128 A1 WO2023096128 A1 WO 2023096128A1 KR 2022014301 W KR2022014301 W KR 2022014301W WO 2023096128 A1 WO2023096128 A1 WO 2023096128A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
unit
excitation
vibration
result
machine tool
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/KR2022/014301
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
이창호
심광섭
조옥현
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
DN Solutions Co Ltd
Original Assignee
DN Solutions Co Ltd
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 DN Solutions Co Ltd filed Critical DN Solutions Co Ltd
Priority to US18/711,888 priority Critical patent/US20250028297A1/en
Priority to EP22898811.9A priority patent/EP4420828A4/en
Priority to CN202280078111.7A priority patent/CN118302269A/zh
Publication of WO2023096128A1 publication Critical patent/WO2023096128A1/ko
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Program-control systems
    • G05B19/02—Program-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of program data in numerical form
    • G05B19/404—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of program data in numerical form characterised by control arrangements for compensation, e.g. for backlash, overshoot, tool offset, tool wear, temperature, machine construction errors, load, inertia
    • 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
    • B23Q11/00—Accessories fitted to machine tools for keeping tools or parts of the machine in good working condition or for cooling work; Safety devices specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools
    • B23Q11/0032—Arrangements for preventing or isolating vibrations in parts of the machine
    • B23Q11/0039—Arrangements for preventing or isolating vibrations in parts of the machine by changing the natural frequency of the system or by continuously changing the frequency of the force which causes the vibration
    • 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
    • B23Q11/00—Accessories fitted to machine tools for keeping tools or parts of the machine in good working condition or for cooling work; Safety devices specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools
    • B23Q11/0032—Arrangements for preventing or isolating vibrations in parts of the machine
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/04—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with electromagnetism
    • B06B1/045—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with electromagnetism using vibrating magnet, armature or coil system
    • 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
    • B23Q15/00—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work
    • B23Q15/007—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work while the tool acts upon the workpiece
    • B23Q15/12—Adaptive control, i.e. adjusting itself to have a performance which is optimum according to a preassigned criterion
    • 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
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/09—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool
    • B23Q17/0952—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool during machining
    • B23Q17/0971—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool during machining by measuring mechanical vibrations of parts of the machine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/005—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion using electro- or magnetostrictive actuation means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/02—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
    • F16F15/03—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using magnetic or electromagnetic means
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D19/00—Control of mechanical oscillations, e.g. of amplitude, of frequency, of phase
    • G05D19/02—Control of mechanical oscillations, e.g. of amplitude, of frequency, of phase characterised by the use of electric means
    • 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
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/12—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring vibration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/002—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion characterised by the control method or circuitry
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/37—Measurements
    • G05B2219/37432—Detected by accelerometer, piezo electric
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/37—Measurements
    • G05B2219/37434—Measuring vibration of machine or workpiece or tool
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
    • G05B2219/39241—Force and vibration control
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/41—Servomotor, servo controller till figures
    • G05B2219/41115—Compensation periodical disturbance, like chatter, non-circular workpiece
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/41—Servomotor, servo controller till figures
    • G05B2219/41128—Compensate vibration beam, gantry, feedback of speed of non driven end
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/42—Servomotor, servo controller kind till VSS
    • G05B2219/42077—Position, speed or current, combined with vibration feedback
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
    • G05B2219/49048—Control of damping of vibration of machine base
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
    • G05B2219/49054—Active damping of tool vibration

Definitions

  • the present invention relates to an active vibration reduction device and method for a machine tool, and more particularly, by changing vibration data of individual devices and excitation opposite to each other in real time in an excitation unit to generate vibration generated in an individual unit in real time. It relates to an active vibration reduction device and method for automatically and actively reducing machine tool vibration.
  • a machine tool refers to a machine used for the purpose of processing a metal/non-metal workpiece into a desired shape and dimension using an appropriate tool by various cutting processing methods or non-cutting processing methods.
  • NC numerical control
  • CNC computerized numerical control
  • the machine tool has a table on which the material, which is a workpiece, is seated and transported for processing, a pallet for preparing the workpiece before processing, a spindle that rotates with a tool or workpiece combined, a tailstock for supporting the workpiece, etc. provide etc.
  • a table, a tool post, a main shaft, a tailstock, a resting ball, etc. are provided with a feed unit that feeds along a feed axis to perform various machining operations.
  • machine tools use a plurality of tools for various processing, and a tool magazine or a turret is used as a tool storage area for storing and storing a plurality of tools.
  • a machine tool includes an automatic tool changer (ATC) for withdrawing or re-accommodating a specific tool from a tool magazine according to a command of a numerical controller to improve productivity of the machine tool.
  • ATC automatic tool changer
  • machine tools are provided with an automatic pallet changer (APC) to minimize non-processing time.
  • An Automatic Pallet Changer (APC) automatically exchanges pallets between the workpiece processing area and the workpiece installation area. A workpiece may be mounted on the pallet.
  • a servo motor is used to drive an automatic tool changer (ATC), an automatic pallet changer (APC), a tailstock, or a ball rest in a machine tool.
  • ATC automatic tool changer
  • API automatic pallet changer
  • tailstock a tailstock
  • ball rest a ball rest in a machine tool.
  • machine tools can be divided into turning centers and machining centers. Machining centers can machine workpieces using rotating tools. On the other hand, a turning center can process a rotating workpiece using a tool.
  • a machine tool such as a machining center includes various individual devices in a form that is fixed or movable relative to other fixed or moving devices for processing a workpiece. That is, the saddle may be installed so as to be movable in a horizontal, vertical, or height direction with respect to the bed fixed to the ground or the base and the bed.
  • a column may be installed to be movable in a horizontal or vertical direction with respect to the saddle
  • a spindle may be installed to be movable in a horizontal or vertical direction or a height direction with respect to the column
  • a tool may be mounted on a front end of the spindle.
  • the vibration reduction device and vibration reduction method of the conventional machine tool are formed in the form of vibration having only a fixed mass and frequency for each device of the machine tool, and real-time dynamic characteristics change of the individual device in which the vibration intensity and direction are changed in real time Since it cannot actively cope with vibration reduction of machine tools, it takes a lot of time and cost, and there is a problem of deteriorating the stability and reliability of machine tools.
  • the conventional vibration reduction device and method for reducing vibration of a machine tool cannot actively reduce vibration due to dynamic characteristic change quickly and automatically, such as changing the location of an individual device that generates vibration during machining of a machine tool, and thus processing according to the increase in vibration.
  • the precision was reduced and the generation of defective products increased due to incorrect processing, resulting in a waste of resources and an increase in processing cost.
  • the size of the vibration reduction unit mounted on each device of the machine tool is large, design change is not easy, and miniaturization cannot be achieved, thereby reducing the manufacturing cost and maintenance of the vibration reduction device.
  • the vibration reduction device and vibration reduction method of the conventional machine tool generate vibration opposite to the vibration that occurs immediately and actively in the dynamic characteristic change that is changed in real time according to the real-time position change or rotation speed for processing the workpiece in the individual device. Failure to do so has a problem in that the accuracy and stability of the vibration reduction are reduced, resulting in consumer and user complaints, resulting in a decrease in sales, and a decrease in productivity due to an increase in non-processing time.
  • the present invention is to solve the above problems, and an object of the present invention is to obtain vibration data of an individual device sensed through a sensing unit installed adjacent to a vibration generating part of an individual device in which an excitation unit is disposed and excitation opposite to each other.
  • the vibration generated by the individual unit is automatically and actively reduced in real time by changing the intensity and direction of the excitation in real time according to the processing state of the individual device or the state according to the position change, thereby improving the machining precision of the machine tool.
  • It relates to an active vibration reduction device and method for reducing machine tools that can maximize and improve the safety and reliability of machine tools.
  • another object of the present invention is to actively and in real time generate vibrations generated in individual devices in a unit having an excitation having a magnitude and direction opposite to vibration data of an individual device sensed through a sensing unit and generating them accurately and quickly.
  • the fixed part and the vibrating part of the excitation unit are implemented in a sliding manner through an electromagnet to reduce production and maintenance costs through miniaturization of the excitation unit, space utilization is maximized, operator's convenience is promoted, and Active vibration reduction device for machine tools that can reduce manufacturing costs, installation costs, and maintenance costs through modularization and compactification of units, and improve machining productivity by minimizing non-processing time such as analysis for real-time active vibration reduction and reduction methods.
  • an active vibration reduction device for a machine tool includes an excitation unit disposed in each individual device constituting the machine tool generating vibration during operation of the machine tool to generate excitation; a sensing unit installed adjacent to a vibration generating portion of the individual device where the excitation unit is disposed and sensing vibration of the individual device; and a control unit controlling the operation of the excitation unit, wherein the control unit generates excitation opposite to the vibration data of the individual device in real time according to the vibration data of the individual device sensed by the sensing unit. Vibration generated in the individual unit can be automatically reduced in real time by actively changing the excitation generated in the excitation unit so as to be.
  • the control unit of the active vibration reduction device for a machine tool controls the vibration of the individual device according to the vibration data of the individual device sensed by the sensing unit.
  • a data storage unit for storing data for actively and automatically reducing vibration of the individual device by generating an excitation unit that is opposite to the vibration data;
  • an analyzer configured to analyze vibration information of the individual device by analyzing vibration data sensed by the sensing unit and data stored in the data storage unit;
  • a calculation unit that calculates the strength and direction of excitation generated by the excitation unit through the analysis result of the analysis unit and the data stored in the data storage unit; and a reduction unit for automatically reducing the vibration of the individual device by actively generating the excitation opposite to the individual device in the excitation unit according to the calculation result of the calculation unit in real time.
  • the data storage unit of the control unit of the active vibration reduction device for a machine tool includes data, processing programs, and driving for individual devices of the machine tool.
  • Basic data storage unit for storing data about the program; a reference data storage unit for storing data on a reference value for confirming occurrence of vibration for each of the individual devices and a gain value for each of the individual devices; a sensing data storage unit for storing the data sensed by the sensing unit; and a real-time data storage unit for storing the analysis result of the analysis unit, the calculation result of the calculation unit, and the reduction result of the reduction unit in real time.
  • the analysis unit of the control unit of the active vibration reduction device for a machine tool stores the data sensed from the sensing unit and the data stored in the data storage unit.
  • a confirmation unit for confirming whether or not vibration is generated in each of the individual devices when the machine tool is operated through; and a comparison unit that compares the real-time vibration sensing value of the individual device stored in the sensing data storage unit with a reference value stored in the reference data storage unit when it is confirmed that vibration occurs as a result of the verification unit.
  • the calculation unit of the control unit of the active vibration reduction device for a machine tool when the sensing value exceeds the reference value as a comparison result of the comparison unit a speed calculation unit for calculating a speed of the individual device according to the analysis result of the analysis unit and the data stored in the data storage unit; an excitation calculator calculating an excitation value to be generated by the excitation unit according to the analysis result of the analysis unit, the calculation result of the speed calculation unit, and the data stored in the data storage unit; a current calculator calculating a current value to be transmitted to the excitation unit according to the analysis result of the analyzer, the calculation result of the excitation calculator, and the data stored in the data storage unit; and a determination unit configured to determine a direction of excitation to be generated by the excitation unit according to a sensing result of the sensing unit, an analysis result of the analyzing unit, a calculation result of the current calculating unit, and data stored in the data storage unit.
  • the reduction unit of the control unit of the active vibration reduction device for a machine tool calculates the sensing result of the sensing unit, the analysis result of the analyzing unit, and the calculation unit.
  • a processing unit that transmits a current signal to the excitation unit so that the excitation unit generates excitation having vibration intensity and vibration direction opposite to those of the vibration data of the individual device according to the result and the data stored in the data storage unit; and a feedback unit receiving feedback of the sensing information received from the sensing unit and the excitation information generated by the excitation unit after the excitation unit generates excitation.
  • the excitation unit of the active vibration reduction device for a machine tool includes a housing part; a fixing part fixedly installed to the housing part to selectively form an electromagnetic field; an actuator unit that transmits current applied to the fixing unit under the control of the control unit; a guide part installed on a part of the housing part; and a vibrating unit slidably coupled to the guide unit to generate excitation when a specific electromagnetic field is formed by a current value applied through the actuator unit.
  • the vibration unit of the active vibration reduction device for a machine tool may further include a damper unit disposed between the housing unit and the vibration unit.
  • the housing portion of the excitation unit of the active vibration reduction device for a machine tool includes a base portion coupled to the individual device; and support parts extending from both sides of the base part to support the fixing part and the guide part.
  • the fixing unit of the excitation unit of the active vibration reduction device for a machine tool includes a stator core fixedly coupled to both sides of the support unit; and a stator in which a coil is wound while surrounding an outer circumferential surface of the stator core.
  • the vibration unit of the excitation unit of the active vibration reduction device for a machine tool is formed to have a predetermined weight while accommodating the fixing unit therein. wealth; and a permanent magnet fixedly installed on the inner surface of the slide part to be spaced apart from the stator by a predetermined distance.
  • the guide portion of the excitation unit of the active vibration reduction device for a machine tool is a rail portion coupled to both sides of the support portion so as to be parallel to the stator core. ; and a block portion formed on an outer surface of the slide portion to guide the movement of the slide portion and slide along the rail portion.
  • the vibration excitation unit of the active vibration reduction device for a machine tool is arranged in a plurality in one individual device, allowing freedom under the control of the control unit. can also generate excitation.
  • a method for reducing active vibration of a machine tool measures vibration data of each individual device constituting a machine tool that generates vibration during operation of the machine tool and excitation opposite to each other. storing data for automatically reducing vibration generated in the individual unit in real time by actively changing and generating the vibration in real time in the excitation unit; sensing the vibration of the individual device by being installed adjacent to the vibration generating part of the individual device in which the excitation unit is installed; checking whether the individual device vibrates or not; Comparing a sensed value with a pre-stored reference value when vibration occurs in the individual device as a result of the check; calculating the speed of the individual device according to the sensing result, the confirmation result, the reference result, and pre-stored data when the sensing value as a comparison result exceeds the reference value; calculating an excitation value to be generated by the excitation unit according to a sensing result, a confirmation result, a comparison result, a speed calculation result, and pre-stored data;
  • An active vibration reduction device and method for a machine tool is a unit having an excitation opposite to vibration data of an individual device sensed through a sensing unit installed adjacent to a vibration generating part of an individual device in which an excitation unit is disposed. Maximizes the machining precision of machine tools by automatically and actively reducing vibrations generated by individual units in real time by changing the strength and direction of excitation in real time to conform to changes in dynamic characteristics due to the change in the processing state or location of individual devices. It has the effect of improving the safety and reliability of machine tools.
  • the active vibration reduction device and method of a machine tool accurately and quickly generate vibration data of an individual device sensed through a sensing unit and a unit having an excitation having a size and direction opposite to each other in an individual device.
  • the miniaturization of the excitation unit reduces production and maintenance costs, maximizes space utilization, and There is an effect that can promote compactness of the machine.
  • the active vibration reduction device and method for a machine tool can quickly and easily adjust the current and direction transmitted to the excitation unit through a control unit to rapidly change the vibration intensity and direction of vibration generated by the excitation unit.
  • a control unit to rapidly change the vibration intensity and direction of vibration generated by the excitation unit.
  • the active vibration reduction device and method of the machine tool according to the present invention improves operator convenience by automatically and actively reducing vibration through a control unit and an excitation unit according to the changing state of the magnitude and intensity of vibration generated by an individual device. It has the effect of promoting export, reducing production cost, maintenance cost and time, and promoting export increase.
  • FIG. 1 shows a graph of vibration generation according to Y-axis and Z-axis movement of a conventional machine tool.
  • Figure 2 shows a conceptual diagram for the increase in vibration generation according to the Z-axis position change of the spindle of the machine tool.
  • FIG. 3 shows a conceptual diagram of a machine tool in a state in which an active vibration reduction device for a machine tool according to the present invention is installed.
  • Figure 4 shows a front perspective view of the excitation unit of the active vibration reduction device for a machine tool according to the present invention.
  • FIG. 5 shows a rear perspective view of the excitation unit of the active vibration reduction device for a machine tool according to the present invention.
  • FIG. 6 is a side view of the excitation unit of the active vibration reduction device of the machine tool in a state in which the base part is removed in FIG. 4 .
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line A-A of FIG. 6 .
  • FIG. 8 shows a conceptual diagram capable of reducing vibration with two degrees of freedom in the active vibration reduction device for a machine tool according to the present invention.
  • FIG. 9 shows a block diagram of a control unit of an active vibration reduction device for a machine tool according to the present invention.
  • FIG. 10 shows a procedure diagram of an active vibration reduction method for a machine tool according to the present invention.
  • 11 to 15 show graphs in a state in which vibration is reduced by the active vibration reduction device and method of a machine tool according to the present invention.
  • FIG. 3 shows a conceptual diagram of a machine tool in a state where an active vibration reduction device for a machine tool according to the present invention is installed
  • FIG. 4 shows a front perspective view of an excitation unit of an active vibration reduction device for a machine tool according to the present invention.
  • FIG. is a rear perspective view of the excitation unit of the active vibration reduction device for a machine tool according to the present invention.
  • FIG. 6 is a side view of an excitation unit of an active vibration reduction device for a machine tool in a state in which the base part is removed in FIG. 4
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line A-A of FIG. 6 .
  • FIG. 8 shows a conceptual diagram capable of reducing vibration with two degrees of freedom in the active vibration reduction device for a machine tool according to the present invention.
  • 9 shows a block diagram of a control unit of an active vibration reduction device for a machine tool according to the present invention.
  • 10 shows a procedure diagram of an active vibration reduction method for a machine tool according to the present invention.
  • 11 to 15 show graphs in a state in which vibration is reduced by the active vibration reduction device and method of a machine tool according to the present invention.
  • the active vibration reduction device 1 for a machine tool according to the present invention includes a vibration unit 100 , a sensing unit 200 , and a control unit 300 .
  • the excitation unit 100 is disposed in each individual device constituting the machine tool in which vibration occurs during operation of the machine tool to generate excitation. That is, in general, machine tools include various individual devices that are fixed or movable relative to other devices that are fixed or move to process a workpiece.
  • the saddle 20 may be installed so as to be movable in a horizontal, vertical, or height direction with respect to the bed 10 fixed to the ground or base and such a bed.
  • the column 30 is installed to be movable in the horizontal, vertical or height direction with respect to the saddle
  • the spindle 40 is installed to be movable in the horizontal or vertical direction or height direction with respect to the column, and at the tip of the spindle
  • a tool 50 is rotatably mounted to machine a workpiece with a rotating tool.
  • the transfer unit performs a function of transferring the saddle, column, and spindle.
  • the transfer unit may be composed of a ball screw, a linear guide, and a linear guide block.
  • the linear guide may be formed of an LM guide rail.
  • the sensing unit 200 is installed adjacent to the vibration generating part of the individual device where the excitation unit is disposed to sense the vibration of the individual device.
  • the sensing unit may be installed in a part where the vibration occurs the most or a plurality of sensing units may be installed in the vibration generating part as needed.
  • such an excitation unit is installed adjacent to a vibration generating part of each individual device, such as a sensing unit, but unlike the sensing unit, it is formed in a predetermined size to generate excitation due to space limitations It is installed in an appropriate place of the corresponding individual device and generates excitation through the control of the control unit to actively reduce the vibration of the corresponding individual device in real time. That is, as shown in FIG. 3, as an example, when the individual device is a spindle, the most vibration occurs at the part where the tool is mounted and rotates, so the excitation unit is preferably installed adjacent to the part where the tool is mounted.
  • the excitation unit is installed in a part of the spindle where space is secured, and the sensing unit is installed adjacent to the vibration part of the spindle where the tool is mounted to sense and control the vibration generated from the spindle, which is an individual device. delivered to the unit.
  • the sensing unit may be formed of a sensor that senses an acceleration of an individual device.
  • the control unit 300 controls the operation of the excitation unit. That is, the control unit actively changes the excitation generated in the excitation unit to generate the vibration data of the individual device and the excitation opposite to each other in real time according to the vibration data of the individual device sensed by the sensing unit to generate the vibration generated in the individual unit. performs a function to automatically reduce in real time.
  • the active vibration reduction device for a machine tool is actually in a unit having an excitation opposite to the vibration data of the individual device sensed through the sensing unit installed adjacent to the vibration generating part of the individual device where the excitation unit is disposed.
  • control unit of the active vibration reduction device for a machine tool includes a PLC.
  • a PLC Programmable Logic Controller
  • a PLC performs a function of performing communication with a spindle, column, saddle, a transfer unit thereof, a control unit, etc. according to a predetermined protocol, and executing control commands through such communication. That is, the PLC drives the spindle, column, saddle transfer unit, spindle rotation, magazine, etc. according to the numerical control program of the control unit.
  • control unit includes a numerical control (NC) or a computerized numerical control (CNC), and various numerical control programs are embedded therein. That is, the control unit has a built-in drive program for a transfer part that transfers a spindle, column, and saddle of a machine tool, and the corresponding program is automatically loaded and operated according to the drive of the control unit.
  • control unit performs communication with the PLC, the analysis unit, the data storage unit, the calculation unit, and the reduction unit by a predetermined protocol.
  • this control unit includes a main operation unit, and this main operation unit includes a screen display program and a data input program according to screen display selection, It displays the software switch on the display screen according to the output of the display program, recognizes the on/off of the software switch, and gives input/output commands for machine operation.
  • the main operation unit is installed on a housing, a case, or one side of the machine tool and includes various function switches or buttons and a monitor capable of displaying various types of information.
  • control unit 300 of the active vibration reduction device 1 for a machine tool includes a data storage unit 310, an analysis unit 320, a calculation unit 330, and a reducing unit 340.
  • the data storage unit 310 generates a unit having an excitation opposite to the vibration data of the individual device according to the vibration data of the individual device sensed by the sensing unit to actively and automatically reduce the vibration of the individual device. stored on or in real time.
  • the analysis unit 320 analyzes vibration data sensed by the sensing unit and data stored in the data storage unit to analyze vibration information of individual devices.
  • the calculation unit 330 calculates the strength and direction of excitation generated by the excitation unit through the analysis result of the analysis unit and the data stored in the data storage unit.
  • the reduction unit 340 performs a function of automatically reducing the vibration of the individual device by actively generating it while changing in real time the excitation that is opposite to the individual device in the excitation unit according to the calculation result of the calculation unit.
  • the active vibration reduction device for a machine tool simply and quickly adjusts the current and direction transmitted to the excitation unit through the control unit to automatically and quickly and accurately adjust the vibration intensity and direction of vibration generated from the excitation unit. According to control, it is possible to improve processing productivity by minimizing non-processing time due to analysis and maintenance for vibration reduction according to the dynamic characteristics state that is changed in real time in individual devices.
  • the data storage unit 310 of the control unit 100 of the active vibration reduction device for a machine tool includes a basic data storage unit 311, a reference data storage unit 312, and sensing data A storage unit 313 and a real-time data storage unit 314 are included.
  • the basic data storage unit 311 stores data for individual devices of the machine tool, processing programs, and data for driving programs.
  • the reference data storage unit 312 stores data on a reference value for checking vibration occurrence for each individual device and a gain value for each individual device.
  • the sensing data storage unit 313 stores data sensed by the sensing unit.
  • the real-time data storage unit 314 stores the analysis result of the analysis unit, the calculation result of the calculation unit, and the reduction result of the reduction unit in real time.
  • the analysis unit 320 of the control unit 100 of the active vibration reduction device for a machine tool includes a confirmation unit 321 and a comparison unit 322 .
  • the checking unit 321 checks whether or not vibration is generated by an acceleration signal in each individual device during operation of the machine tool through data sensed by the sensing unit and data stored in the data storage unit.
  • the comparator 322 compares the real-time vibration sensing value of the individual device stored in the sensing data storage unit with the reference value stored in the reference data storage unit when it is confirmed that vibration has occurred as a result of the verification unit.
  • the calculating unit 330 of the control unit 100 of the active vibration reduction device for a machine tool includes a speed calculating unit 331, a vibration calculating unit 332, and a current calculating unit 333. ), and a determination unit 334.
  • the current calculator 333 calculates a current value to be transmitted to the excitation unit according to the analysis result of the analyzer, the calculation result of the excitation calculator, and the data stored in the data storage unit. That is, the current calculator calculates the current value through Equation 1.
  • the determination unit 334 determines the direction of excitation to be generated in the excitation unit according to the sensing result of the sensing unit, the analysis result of the analysis unit, the calculation result of the current calculation unit, and the data stored in the data storage unit. That is, the determination unit transmits the current value calculated through the current calculator to the unit having the current value, and determines the sliding direction of the vibrating unit to determine the sliding direction of the vibrating unit by controlling the direction of current drawing and drawing when vibration is generated by sliding and moving the vibrating unit. perform the function of
  • the reduction unit 340 of the control unit 100 of the active vibration reduction device for a machine tool includes a processing unit 341 and a feedback unit 342.
  • the processing unit 341 generates a unit having vibration intensity and vibration direction opposite to the vibration data of the individual device according to the sensing result of the sensing unit, the analysis result of the analyzing unit, the calculation result of the calculating unit, and the data stored in the data storage unit. It transmits the current signal to the excitation unit to generate and controls the excitation unit to generate compensation excitation of the opposite phase to the vibration data of the individual device.
  • the feedback unit 342 receives the sensing information received from the sensing unit and the excitation information generated from the excitation unit after the excitation unit generates excitation, and performs a function of receiving feedback of the current vibration state of the individual device.
  • the active vibration reduction device for a machine tool promotes operator's convenience by automatically and actively reducing through a control unit and an excitation unit according to the changing state of the magnitude and intensity of vibration generated in an individual device, It can reduce production cost, maintenance cost and time, and promote export increase.
  • the excitation unit 100 of the active vibration reduction device for a machine tool includes a housing part 110, a fixing part 120, a vibrating part 130, and a guide part 140. ), an actuator unit 150, and a damping unit 160.
  • the housing part 110 forms the outer shape of the excitation unit and provides a space in which a fixing part, an actuator part, a vibrating part, and a guide part are installed.
  • the housing part 110 is formed to protrude vertically from both sides of the plate-shaped base part 111 coupled to the individual device and the base part to support the fixing part and the guide part 112 ). That is, the base part is formed in a substantially rectangular plate shape, and the support part is formed to protrude from both sides of the base part to face each other in a vertical direction, and provides a space in which the fixing part and the guide part are coupled to be fixedly installed in the housing part.
  • the fixing part 120 is fixedly installed on the housing part and selectively forms an electromagnetic field. Further, preferably, the fixing part 120 includes a stator core 121 to which both sides are fixedly coupled to the support part and a stator 122 around which a coil is wound while surrounding an outer circumferential surface of the stator core. That is, the stator core is formed in the form of a square bar or circular bar having a predetermined length in the horizontal direction, and a coil is wound on the stator core a predetermined number of times, and current is generated in the stator coil according to the current value signal transmitted through the processing unit of the reduction unit. flows to form an electromagnetic field.
  • the vibrating unit 130 is slidably coupled to the guide unit to generate vibration when a specific electromagnetic field is formed by a current value applied through the actuator unit.
  • the vibrating part 130 is located on the inner surface of the slide part so as to be spaced apart from the stator and the slide part 131 formed to have a predetermined weight while accommodating a fixed part formed of the stator core and the stator therein. It includes a permanent magnet 132 that is fixedly installed.
  • a sliding part may be formed in a substantially rectangular parallelepiped or regular hexahedron shape having a hollow cavity.
  • the actuator unit 150 transfers the current applied to the fixing unit under the control of the control unit. That is, the actuator part 150 is disposed on a part of the base part or the support part and transmits the current applied to the fixing part according to the signal transmitted through the processing part to make the current flow in the coil wound around the stator to form an electromagnetic field.
  • the actuator unit may include and include a vibration sensor. Such a vibration sensor may be formed as an acceleration sensor or the like.
  • the guide part 140 is installed on a part of the housing part.
  • the guide part 140 is formed on the outer surface of the slide part to guide the movement of the slide part and the rail part 141, both sides of which are coupled to the support part in parallel with the stator core, to slide along the rail part.
  • Block portion 142 is included.
  • the damper unit 160 is disposed between the housing unit and the vibration unit to suppress vibration generated during the sliding movement of the slide unit and prevent damage to the slide unit and the like.
  • the active vibration reduction device for a machine tool accurately and quickly generates vibration data of an individual device sensed through a sensing unit and a unit having an excitation having a size and direction opposite to each other, thereby generating vibration generated in an individual device.
  • the active vibration reduction device for a machine tool accurately and quickly generates vibration data of an individual device sensed through a sensing unit and a unit having an excitation having a size and direction opposite to each other, thereby generating vibration generated in an individual device.
  • a plurality of excitation units of the active vibration reduction device of the machine tool are arranged in one individual device, and multi-degree-of-freedom excitation can be generated according to the control of the control unit. That is, as shown in FIG. 8, in the active vibration reduction device for a machine tool according to another embodiment of the present invention, in the excitation unit 100', the first excitation unit 101 and the second excitation unit 102 are mutually Arranged orthogonally, the first excitation unit generates the opposite excitation in the Y-axis direction to the vibration of the individual device in the Y-axis direction, and the second excitation unit generates the opposite excitation in the Z-axis direction to the vibration of the individual device in the Z-axis direction.
  • the active vibration reduction method of a machine tool according to the present invention includes data storage step (S1), sensing step (S2), confirmation step (S3), comparison step (S4), speed calculation step (S5), excitation calculation step (S6). , a current calculation step (S7), a judgment step (S8), a processing step (S9), and a feedback step (S10).
  • the overall operating principle, control method and equipment configuration of the active vibration reduction method for a machine tool according to the present invention are the same as those of the above-described active vibration reduction device for a machine tool according to the present invention, and the differences will be described below.
  • the vibration data of each individual device constituting the machine tool that generates vibration during machine tool operation and the unit with the opposite excitation are actively changed in real time and generated automatically in real time. to save data for reduction.
  • the excitation unit is installed adjacent to the vibration generating part of the installed individual device to sense the vibration of the individual device through the sensing unit.
  • the comparison unit compares the sensed value with the previously stored reference value.
  • the speed calculation unit calculates the speed of the individual device according to the sensing result, confirmation result, reference result, and pre-stored data.
  • the calculation unit having the excitation value to be generated by the excitation unit according to the sensing result, the confirmation result, the comparison result, the speed calculation result, and the pre-stored data is calculated.
  • the current calculation unit calculates a current value to be transmitted to the excitation unit according to the sensing result, the confirmation result, the comparison result, the excitation calculation result, and the previously stored data.
  • the direction of excitation to be generated in the excitation unit is determined according to the sensing result, the confirmation result, the comparison result, the current calculation result, and the previously stored data.
  • the excitation information generated by the excitation unit is fed back.
  • the active vibration reduction method of a machine tool simply and quickly adjusts the current and direction transmitted to the excitation unit to quickly and accurately automatically control the vibration intensity and direction of vibration generated from the excitation unit.
  • Processing productivity can be improved by minimizing non-processing time due to analysis and maintenance for vibration reduction according to the dynamic characteristics status that is changed in real time in individual devices.
  • a sensing value is transmitted to a control unit according to an acceleration signal.
  • the comparison unit compares the sensed value with the reference value.
  • the speed calculator calculates the speed by integrating the vibration signal according to the acceleration signal, and the speed calculator calculates the excitation value by multiplying the speed by the gain.
  • the current calculation unit calculates the current value through Equation 1.
  • the determination unit determines the generation direction of vibration by determining the vibration direction of the corresponding individual device.
  • the processing unit transmits a signal to the actuator unit according to the current value calculated through the current calculation unit and the excitation generation direction determined through the determination unit
  • the current value calculated by the actuator unit according to the signal transmitted to the actuator unit determines the current input and output directions.
  • a current is passed through the stator to form an electromagnetic field.
  • the slide part slides back and forth along the rail part through the block part in the direction determined by the judgment part, and the vibration generated in the individual device and the intensity opposite to each other Vibration of individual devices is reduced by generating directional excitation to offset the vibration of individual devices.
  • the feedback information on the excitation generated in the sliding unit is transmitted to the feedback unit of the reduction unit, and the confirmation unit continuously checks the information of the feedback unit and the information sensed in real time by the sensing unit to confirm the presence or absence of vibration and the vibration generated in the individual device. Vibration of individual devices is suppressed by actively changing the intensity and direction of excitation to continuously respond to the intensity and direction of vibration.
  • FIG. 13 shows the case where the active vibration reduction device of the machine tool according to the present invention operates (black solid line) and does not operate (blue solid line) when the Z-axis position is 100, and the active type of the machine tool according to the present invention
  • the vibration reduction device worked it was confirmed that the vibration was reduced by 63.1% (see the arrow) in the spindle, which is an individual device.
  • FIG 14 shows the machine tool according to the present invention when the active vibration reduction device of the machine tool according to the present invention operates (black solid line) and does not operate (blue solid line) when the Z-axis position is 200.
  • the active vibration reduction device When the active vibration reduction device is operated, it can be confirmed that the vibration is reduced by 61.0% (see arrow) in the spindle, which is an individual device.
  • FIG. 15 shows the machine tool according to the present invention when the active vibration reduction device of the machine tool according to the present invention operates (black solid line) and does not operate (blue solid line) in a state where the Z-axis position is 300.
  • the active vibration reduction device worked it was confirmed that the vibration was reduced by 53.0% (see the arrow) in the spindle, which is an individual device.
  • the active vibration reduction device and method for a machine tool have vibration data of an individual device sensed through a sensing unit installed adjacent to a vibration generating part of an individual device in which an excitation unit is disposed and an excitation opposite to each other.
  • the vibration generated by the individual unit is automatically and actively reduced in real time to improve the machining precision of the machine tool.
  • vibration unit 140 guide unit
  • actuator unit 200 sensing unit
  • control unit 310 data storage unit

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Numerical Control (AREA)
  • Auxiliary Devices For Machine Tools (AREA)
  • Automatic Control Of Machine Tools (AREA)

Abstract

본 발명은 공작기계의 능동형 진동 저감 장치 및 저감 방법에 관한 것으로, 개별장치의 진동 데이터와 서로 반대되는 가진을 실시간으로 가진유닛에서 변경하여 발생시켜 개별유닛에서 발생하는 진동을 실시간으로 자동으로 능동적으로 저감시키는 공작기계의 능동형 진동 저감 장치 및 저감 방법에 관한 것이다.

Description

공작기계의 능동형 진동 저감 장치 및 저감 방법
본 발명은 공작기계의 능동형 진동 저감 장치 및 저감 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 개별장치의 진동 데이터와 서로 반대되는 가진을 실시간으로 가진유닛에서 변경하여 발생시켜 개별유닛에서 발생하는 진동을 실시간으로 자동으로 능동적으로 저감시키는 공작기계의 능동형 진동 저감 장치 및 저감 방법에 관한 것이다.
일반적으로 공작기계라 함은 각종 절삭 가공방법 또는 비절삭 가공방법으로 금속/비금속의 공작물을 적당한 공구를 이용하여 원하는 형상 및 치수로 가공할 목적으로 사용하는 기계를 말한다.
터닝센터, 수직/수평 머시닝센터, 문형머시닝센터, 스위스 턴, 방전 가공기, 수평형 NC 보링머신, CNC 선반 등을 비롯한 다양한 종류의 공작기계는 다양한 산업 현장에서 해당 작업의 용도에 맞게 널리 사용되고 있다.
일반적으로 현재 사용되고 있는 다양한 종류의 공작기계는 수치제어(numerical control, NC) 또는 CNC(computerized numerical control) 기술이 적용되는 조작반을 구비하고 있다. 이러한 조작반은 다양한 기능스위치 또는 버튼과 모니터를 구비한다.
또한, 공작기계는 공작물인 소재가 안착되고 공작물 가공을 위해 이송하는 테이블, 가공전 공작물을 준비하는 팔렛트, 공구 또는 공작물이 결합되어 회전하는 주축, 공작물 등을 가공중에 지지하기 위한 심압대, 방진구 등을 구비한다.
일반적으로 공작기계에서 테이블, 공구대, 주축, 심압대, 방진구 등은 다양한 가공을 수행하기 위해 이송축을 따라 이송하는 이송유닛을 구비한다.
또한, 일반적으로 공작기계는 다양한 가공을 위하여 다수의 공구를 사용하게 되며, 다수의 공구를 수납보관하고 있는 툴 보관장소의 형태로 툴 매거진이나 터렛이 사용된다.
또한, 일반적으로 공작기계는 공작기계의 생산성을 향상시키기 위해 수치제어부의 지령에 의해 특정한 툴을 툴 매거진으로부터 인출하거나 다시 수납하기 위한 자동공구교환장치(ATC, Automatic Tool Changer)를 구비한다.
또한, 일반적으로 공작기계는 비가공 시간을 최소화하기 위해, 자동팔레트교환장치(APC, Automatic Palette Changer)를 구비한다. 자동팔레트교환장치(APC)는 팔레트를 공작물 가공 영역과 공작물 설치 영역 간에 자동으로 교환한다. 팔레트에는 공작물이 탑재될 수 있다.
일반적으로 공작기계에서 자동공구교환장치(ATC), 자동팔레트교환장치(APC), 심압대, 또는 방진구 등를 구동하기 위해서 서보 모터가 사용된다.
일반적으로, 공작 기계는 터닝 센터와 머시닝 센터로 구분할 수 있다. 머시닝 센터는 회전하는 공구를 이용해서 공작물을 가공할 수 있다. 반면에, 터닝 센터는 회전되는 공작물을 공구를 이용해서 가공할 수 있다.
일반적으로 머시닝센터와 같은 공작기계는 공작물을 가공하기 위해 고정되거나 고정된 다른 장치 또는 이동하는 다른 장치에 대해 이동이 가능한 형태의 다양한 개별장치를 포함한다. 즉, 지면 또는 베이스에 고정 설치되는 베드와 이러한 베드에 대해 수평, 수직, 또는 높이방향으로 이동 가능하도록 새들이 설치될 수 있다. 또한, 새들에 대해 수평 또는 수직방향으로 이동 가능하도록 컬럼이 설치되고, 컬럼에 대해 수평방향 또는 수직방향 또는 높이방향으로 이동가능하도록 스핀들이 설치되며, 스핀들의 선단에 공구가 장착될 수 있다.
스핀들, 컬럼, 새들과 같은 공작기계의 작동시에 이송축이 위치 변경에 따라 진동이 발생하는 각각의 개별장치는 동특성이 변화한다. 즉 고유진동수인 주파수(Hz)나 컴플라이언스(compliance, ㎛/N)가 변화된다. 컴플라이언스는 단위 힘이 가해졌을 때에 발생하는 변형량으로 해석될 수 있다. 이에 따라 취약 진동 모드에서 진동이 증가하여 가공정밀도가 저하되어 불량품 발생률이 증가되어 자원낭비와 가공비용 증가를 초래하고, 절삭 성능 저하에 따라 생산성이 감소하는 문제점이 발생한다.
즉, 예를 들어 도 1에 도시된 것처럼, 수직형 머시닝센터에서 스핀들이 Y축이 255mm일 때 Z축이 Omm 인 상태(녹색실선), Y축이 255mm일 때 Z축이 5Omm 인 상태(파란실선), Y축이 255mm일 때 Z축이 10Omm 인 상태(빨간실선), Y축이 255mm일 때 Z축이 15Omm인 상태(검정실선)과 같이 Y축이 동일한 위치에 있을 때에 Z축의 이송축이 변경되면 가로축의 주파수(Hz)나 세로축의 컴플라이언스가 변경되어 해당 공작기계나 개별장치의 동특성이 변경된다.
또한, 도 2에 도시된 것처럼, B1 상태와 같이 Z축이 초기 위치인 상태에서 B2와 같이 Z축이 200mm 만큼 하강하게 되면 중심축을 기준으로 rt값이 증가함에 따라 스핀들과 같은 개별장치의 선단에서 진동이 커지게 되어 동특성이 변화되고, 이에 따라 동강성(Dynamic Stiffness)를 변경할 필요가 발생하게 된다.
이처럼, 회전하는 공작기계는 회전체의 질량부재와 회전속도 등에 의해 진동이 필연적으로 발생한다. 일반적으로 진동이 발생하는 장비에 추가 질량부재를 부착하여 떨림을 감쇠시키는 시스템이 소개되고 있다.
알려진 바에 의하면, 진동이 전달되는 힘의 크기와 반대 방향으로 동일한 힘을 가해 줌으로써 진동을 상쇄시키는 이론이다. 이러한 동조질량감쇠기(동조질량감쇠기: Tuned Mass Damper) 설계이론은 1934년 덴하르토그(Den Hartog)에 의해 운동방정식으로 정의되었다. 이 이론에 의하면 진동이 발생하는 장비는, 장비의 공진주파수와 동일한 주파수 특성을 가지는 동조질량감쇠기를 가진 방향의 반대방향에 설치함으로써 장비의 진동을 감소시킬 수 있다.
그러나, 종래 공작기계의 진동 저감 장치 및 진동 저감 방법은 공작기계의 개별장치에 대해 고정된 질량과 주파수만을 갖도록 진동하는 형태로 형성되어 실시간으로 진동세기와 진동방향이 변경되는 개별장치의 실시간 동특성 변화에 능동적으로 대처할 수 없어 공작기계의 진동 저감에 많은 비용과 시간이 소요되고, 공작기계의 안정성과 신뢰성을 저하시키는 문제점이 있었다.
또한, 종래 공작기계의 진동 저감 장치 및 진동 저감 방법은 공작기계의 가공시에 진동이 발생하는 개별장치의 위치 변경 등에 신속하고 자동으로 동특성 변화에 의한 진동을 능동적으로 저감하지 못하여 진동 증가에 따라 가공정밀도가 감소되고, 오가공에 따라 불량품 발생이 증가되어 자원낭비와 가공비용 증가를 초래하는 문제점이 있었다.
더욱이, 종래 공작기계의 진동 저감 장치 및 진동 저감 방법은 공작기계의 개별장치에 장착되는 진동저감유닛의 크기가 크고 설계변경이 용이하지 않고, 소형화를 도모할 수 없어 진동 저감 장치의 제조비용과 유지보수 비용이 증가하고, 작업자의 불편을 초래하며, 공간활용도가 감소하여 전체적으로 공작기계의 컴팩트화를 도모할 수 없는 문제점이 있었다.
게다가, 종래 공작기계의 진동 저감 장치 및 진동 저감 방법은 개별장치에서 공작물의 가공을 위한 실시간 위치변경이나 회전 속도 등에 따라 실시간으로 변경되는 동특성 변화에 즉각적이고 능동적으로 발생하는 진동의 반대되는 진동을 발생하지 못하여 진동 감소의 정확성과 안정성이 감소하여 소비자와 사용자의 불만을 초래하여 판매 저하를 야기시키고 비가공 시간 증가로 인해 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 가진유닛이 배치된 개별장치의 진동발생 부분에 인접하게 설치되는 센싱부를 통해 센싱된 개별장치의 진동 데이터와 서로 반대되는 가진을 가진유닛에서 실제 개별장치의 가공 상태나 위치 변경에 따른 상태에 따라 실시간으로 가진의 세기와 가진의 방향을 변경하여 개별유닛에서 발생하는 진동을 실시간으로 자동으로 능동적으로 저감하여 공작기계의 가공정밀도를 극대화하고, 공작기계의 안전성과 신뢰성을 향상할 수 있는 공작기계의 능동형 진동 저감 장치 및 저감 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 센싱부를 통해 센싱된 개별장치의 진동 데이터와 서로 반대되는 크기와 방향을 갖는 가진을 가진유닛에서 정확하고 신속하게 발생시켜 개별장치에서 발생하는 진동을 실시간으로 능동적으로 저감할 수 있도록 가진유닛의 고정부와 진동부를 전자석을 통해 슬라이딩 방식으로 구현함에 따라 가진유닛의 소형화를 통해 생산비용과 유지비용을 절감하고, 공간활용도를 극대화하며, 작업자의 편의를 도모하고, 가진유닛의 모듈화 및 컴팩트화를 통해 제조비용과 설치비용 및 유지보수 비용을 감소하고, 실시간 능동적 진동감소를 위한 분석 등과 같은 비가공 시간을 최소화하여 가공생산성을 향상할 수 있는 공작기계의 능동형 진동 저감 장치 및 저감 방법에 관한 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치는 공작기계의 작동시에 진동이 발생하는 공작기계를 구성하는 각각의 개별장치에 배치되어 가진을 발생시키는 가진유닛; 상기 가진유닛이 배치된 상기 개별장치의 진동발생 부분에 인접하게 설치되어 상기 개별장치의 진동을 센싱하는 센싱부; 및 상기 가진유닛의 작동을 제어하는 제어유닛;을 포함하고, 상기 제어유닛은 상기 센싱부에서 센싱된 상기 개별장치의 진동 데이터에 따라 상기 개별장치의 진동 데이터와 서로 반대되는 가진을 실시간으로 발생시키도록 상기 가진유닛에서 발생되는 가진을 능동적으로 변경시켜 상기 개별유닛에서 발생되는 진동을 실시간으로 자동으로 저감시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 능동형 진동 저감 장치의 상기 제어유닛은 상기 센싱부에서 센싱된 상기 개별장치의 진동 데이터에 따라 상기 개별장치의 진동 데이터와 서로 반대되는 가진을 상기 가진유닛이 발생시켜 능동적으로 상기 개별장치의 진동을 자동으로 저감하기 위한 데이터를 저장하는 데이터 저장부; 상기 센싱부에서 센싱된 진동 데이터와 상기 데이터 저장부에 저장된 데이터를 분석하여 상기 개별장치의 진동 정보를 분석하는 분석부; 상기 분석부의 분석결과와 상기 데이터 저장부에 저장된 데이터를 통해 상기 가진유닛에 의해 발생되는 가진의 세기와 방향을 산출하는 산출부; 및 상기 산출부의 산출결과에 따라 상기 가진유닛에서 상기 개별장치와 서로 반대되는 가진을 실시간으로 변경하면서 능동적으로 발생시켜 상기 개별장치의 진동을 자동으로 저감하는 저감부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 능동형 진동 저감 장치의 제어유닛의 상기 데이터 저장부는 상기 공작기계의 개별장치에 대한 데이터, 가공프로그램, 및 구동프로그램에 대한 데이터를 저장하는 기본데이터 저장부; 각각의 상기 개별장치에 대한 진동 발생을 확인하기 위한 기준값, 각각의 상기 개별장치에 대한 게인값에 대한 데이터를 저장하는 기준데이터 저장부; 상기 센싱부에서 센싱된 데이터를 저장하는 센싱데이터 저장부; 및 상기 분석부의 분석결과, 상기 산출부의 산출결과, 및 상기 저감부의 저감결과를 실시간으로 저장하는 실시간데이터 저장부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 능동형 진동 저감 장치의 제어유닛의 상기 분석부는 상기 센싱부로부터 센싱된 데이터 및 상기 데이터 저장부에 저장된 데이터를 통해 상기 공작기계의 작동시에 각각의 상기 개별장치에서 진동발생 여부를 확인하는 확인부; 및 상기 확인부의 확인결과 진동발생으로 확인된 경우에 상기 센싱데이터 저장부에 저장된 상기 개별장치의 실시간 진동 센싱값과 상기 기준데이터 저장부에 저장된 기준값을 비교하는 비교부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 능동형 진동 저감 장치의 제어유닛의 상기 산출부는 상기 비교부의 비교결과 상기 센싱값이 상기 기준값을 초과하는 경우에 상기 분석부의 분석결과 및 상기 데이터 저장부에 저장된 데이터에 따라 상기 개별장치의 속도를 계산하는 속도 계산부; 상기 분석부의 분석결과, 상기 속도 계산부의 계산결과, 및 상기 데이터 저장부에 저장된 데이터에 따라 상기 가진유닛에서 발생시켜야 하는 가진값을 계산하는 가진 계산부; 상기 분석부의 분석결과, 상기 가진 계산부의 계산결과, 및 상기 데이터 저장부에 저장된 데이터에 따라 상기 가진유닛에 전달해야하는 전류값을 계산하는 전류 계산부; 및 상기 센싱부의 센싱결과, 상기 분석부의 분석결과, 상기 전류 계산부의 계산결과, 및 상기 데이터 저장부에 저장된 데이터에 따라 상기 가진유닛에서 발생해야하는 가진의 방향을 판단하는 판단부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 능동형 진동 저감 장치의 제어유닛의 상기 저감부는 상기 센싱부의 센싱결과, 상기 분석부의 분석결과, 상기 산출부의 산출결과, 및 상기 데이터 저장부에 저장된 데이터에 따라 상기 개별장치의 진동 데이터와 서로 반대되는 진동세기와 진동방향을 갖는 가진을 상기 가진유닛이 발생시키도록 전류 신호를 상기 가진유닛에 전송하는 처리부; 및 상기 가진유닛이 가진을 발생시킨 후에 상기 센싱부에서 수신된 센싱 정보와 상기 가진유닛에서 발생된 가진 정보를 피드백 받는 피드백부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 능동형 진동 저감 장치의 상기 가진유닛은 하우징부; 상기 하우징부에 고정 설치되어 선택적으로 전자기장을 형성하는 고정부; 상기 제어유닛의 제어에 따라 상기 고정부에 인가되는 전류를 전달하는 액츄에이터부; 상기 하우징부의 일부에 설치되는 가이드부; 및 상기 액츄에이터부를 통해 인가되는 전류값에 의해 특정한 전자기장이 형성된 경우에 가진을 발생시키기 위해 상기 가이드부에 슬라이딩 이동 가능하게 결합 설치되는 진동부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 능동형 진동 저감 장치의 상기 가진유닛은 상기 하우징부와 상기 진동부 사이에 배치되는 댐퍼부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 능동형 진동 저감 장치의 가진유닛의 상기 하우징부는 상기 개별장치에 결합 설치되는 베이스부; 및 상기 베이스부의 양측에서 연장 형성되어 상기 고정부와 상기 가이드부를 서포트하는 서포트부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 능동형 진동 저감 장치의 가진유닛의 상기 고정부는 상기 서포트부에 양측이 고정 결합되는 스테이터 코어; 및 상기 스테이터 코어의 외주면을 둘러싸면서 코일이 감겨지는 스테이터;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 능동형 진동 저감 장치의 가진유닛의 상기 진동부는 내부에 상기 고정부를 수용하면서 소정의 무게를 갖도록 형성되는 슬라이드부; 및 상기 스테이터와 소정 간격 이격되도록 상기 슬라이드부의 내측면에 고정 설치되는 영구자석;을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 능동형 진동 저감 장치의 가진유닛의 상기 가이드부는 상기 스테이터 코어와 평행하도록 상기 서포트부에 양측이 결합되는 레일부; 및 상기 슬라이드부의 이동을 가이드하기 위해 상기 슬라이드부의 외측면에 형성되어 상기 레일부를 따라 슬라이딩 이동하는 블럭부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 능동형 진동 저감 장치의 상기 가진유닛은 1개의 개별장치에 복수개로 배치되어 상기 제어유닛의 제어에 따라 다자유도 가진을 발생시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 방법은 공작기계의 작동시에 진동이 발생하는 공작기계를 구성하는 각각의 개별장치의 진동 데이터와 서로 반대되는 가진을 가진유닛에서 능동적으로 실시간으로 변경하면서 발생시켜 상기 개별유닛에서 발생되는 진동을 실시간으로 자동으로 저감하기 위한 데이터를 저장하는 단계; 상기 가진유닛이 설치된 상기 개별장치의 진동발생 부분에 인접하게 설치되어 상기 개별장치의 진동을 센싱하는 단계; 상기 개별장치의 진동 발생 여부를 확인하는 단계; 확인 결과 상기 개별장치에서 진동이 발생한 경우 센싱값과 기저장된 기준값을 비교하는 단계; 비교결과 센싱값이 기준값을 초과하는 경우에 센싱 결과와 확인 결과와 기준결과 및 기저장된 데이터에 따라 상기 개별장치의 속도를 계산하는 단계; 센싱 결과, 확인 결과, 비교 결과, 속도 계산 결과, 및 기저장된 데이터에 따라 상기 가진유닛에서 발생시켜야 하는 가진값을 계산하는 단계; 센싱 결과, 확인 결과, 비교 결과, 가진 계산 결과, 및 기저장된 데이터에 따라 상기 가진유닛에 전달해야하는 전류값을 계산하는 단계; 센싱 결과, 확인 결과, 비교 결과, 전류 계산 결과, 및 기저장된 데이터에 따라 상기 가진유닛에서 발생해야하는 가진의 방향을 판단하는 단계; 및 센싱 결과, 확인 결과, 비교 결과, 전류 계산 결과, 판단 결과, 및 기저장된 데이터에 따라 상기 개별장치의 진동 데이터와 서로 반대되는 진동세기와 진동방향을 갖는 가진을 상기 가진유닛이 발생시키도록 상기 가진유닛에 전류 신호를 전송하여 가진을 발생시키는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치 및 저감 방법은 가진유닛이 배치된 개별장치의 진동발생 부분에 인접하게 설치되는 센싱부를 통해 센싱된 개별장치의 진동 데이터와 서로 반대되는 가진을 가진유닛에서 실제 개별장치의 가공 상태나 위치 변경에 따른 동특성 변화에 부합하도록 실시간으로 가진의 세기와 가진의 방향을 변경하여 개별유닛에서 발생하는 진동을 실시간으로 자동으로 능동적으로 저감하여 공작기계의 가공정밀도를 극대화하고, 공작기계의 안전성과 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치 및 저감 방법은 센싱부를 통해 센싱된 개별장치의 진동 데이터와 서로 반대되는 크기와 방향을 갖는 가진을 가진유닛에서 정확하고 신속하게 발생시켜 개별장치에서 발생하는 진동을 실시간으로 능동적으로 저감할 수 있도록 가진유닛의 고정부와 진동부를 전자석을 통해 슬라이딩 방식으로 구현함에 따라 가진유닛의 소형화를 통해 생산비용과 유지비용을 절감하고, 공간활용도를 극대화하고 공작기계의 컴팩트화를 도모할 수 있는 효과가 있다.
더욱이, 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치 및 저감 방법은 제어유닛을 통해 가진유닛에 전달되는 전류와 방향을 간편하고 신속하게 조절하여 가진유닛에서 발생되는 가진의 진동 세기와 진동 방향을 신속하고 정확하게 자동으로 제어함에 따라 개별장치에서 실시간으로 변경되는 동특성 상태에 따라 진동 감소를 위한 분석과 유지보수 등에 따른 비가공 시간을 최소화하여 가공생산성을 향상할 수 있는 효과가 있다.
게다가, 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치 및 저감 방법은 개별장치에서 발생하는 진동의 크기와 세기의 변화상태에 따라 제어유닛과 가진유닛을 통해 자동으로 능동적으로 저감함에 따라 작업자의 편의를 도모하고, 생산비용과 유지비용과 시간을을 감소하며, 수출 증대를 도모할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 공작기계의 Y축과 Z축 이동에 따른 진동 발생에 대한 그래프를 나타낸다.
도 2는 공작기계의 스핀들의 Z축 위치 변화에 따른 진동 발생 증가에 대한 개념도를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치가 설치된 상태의 공작기계의 개념도를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치의 가진유닛의 전방 사시도를 나타낸다.
도 5는 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치의 가진유닛의 후방 사시도를 나타낸다.
도 6은 도 4에서 베이스부가 제거된 상태의 공작기계의 능동형 진동 저감 장치의 가진유닛의 측면도를 나타낸다.
도 7은 도 6의 A-A선의 단면도를 나타낸다.
도 8은 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치에서 2 자유도로의 진동 저감이 가능한 개념도를 나타낸다.
도 9는 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치의 제어유닛의 구성도를 나타낸다.
도 10은 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 방법의 절차도를 나타낸다.
도 11 내지 도 15는 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치와 저감 방법에 의해 진동이 저감된 상태의 그래프를 나타낸다.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치 및 저감 방법의 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시 예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 따라서 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다 (comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도 3은 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치가 설치된 상태의 공작기계의 개념도를 나타내고, 도 4는 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치의 가진유닛의 전방 사시도를 나타내며, 도 5는 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치의 가진유닛의 후방 사시도를 나타낸다. 도 6은 도 4에서 베이스부가 제거된 상태의 공작기계의 능동형 진동 저감 장치의 가진유닛의 측면도를 나타내고, 도 7은 도 6의 A-A선의 단면도를 나타낸다. 도 8은 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치에서 2 자유도로의 진동 저감이 가능한 개념도를 나타낸다. 도 9는 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치의 제어유닛의 구성도를 나타낸다. 도 10은 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 방법의 절차도를 나타낸다. 도 11 내지 도 15는 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치와 저감 방법에 의해 진동이 저감된 상태의 그래프를 나타낸다.
도 3 내지 도 9를 참조하여 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치(1)를 설명한다. 도 3에 도시된 것처럼, 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치(1)는 가진유닛(100), 센싱부(200), 및 제어유닛(300)을 포함한다.
가진유닛(100)은 공작기계의 작동시에 진동이 발생하는 공작기계를 구성하는 각각의 개별장치에 배치되어 가진을 발생시킨다. 즉, 일반적으로 공작기계는 공작물을 가공하기 위해 고정되거나 고정된 다른 장치 또는 이동하는 다른 장치에 대해 이동이 가능한 형태의 다양한 개별장치를 포함한다. 일례로 지면 또는 베이스에 고정 설치되는 베드(10)와 이러한 베드에 대해 수평, 수직, 또는 높이방향으로 이동 가능하도록 새들(20)이 설치될 수 있다. 또한, 새들에 대해 수평, 수직 또는 높이방향으로 이동 가능하도록 컬럼(30)이 설치되고, 컬럼에 대해 수평방향 또는 수직방향 또는 높이방향으로 이동 가능하도록 스핀들(40)이 설치되며, 스핀들의 선단에 공구(50)가 회전가능하게 장착되어 회전하는 공구로 공작물을 가공한다. 이처럼, 공작기계는 공작물을 가공하기 위해 가공 또는 비가공을 위해 작동하는 상태에서 개별장치를 구성하는 스핀들, 새들, 컬럼이 이동하거나 공구가 회전할 때에 동특성이 변화하여 진동이 발생하게 된다. 이러한 개별장치 각각의 축방향으로 이송시키는 이송부를 구비하고, 이러한 이송부는 공작기계를 제어하는 별도의 제어장치를 통해 작동한다. 도면에 도시되지는 않았지만 이송부는 새들, 컬럼, 스핀들을 이송시키는 기능을 수행한다. 이러한 이송부는 볼스크류, 리니어 가이드, 리니어 가이드 블록으로 구성될 수 있다. 또한, 리니어 가이드는 LM 가이드 레일로 형성될 수 있다.
센싱부(200)는 가진유닛이 배치된 개별장치의 진동발생 부분에 인접하게 설치되어 개별장치의 진동을 센싱한다. 또한 센싱부는 가진유닛이 배치된 개별장치의 진동발생 부분이 여러곳인 경우에 필요에 따라 진동발생이 가장 큰 부분에 설치되거나 진동발생 부분에 복수개로 설치될 수 있다. 또한, 이러한 가진유닛은 센싱부와 같이 각각의 개별장치의 진동이 발생하는 부분에 인접하게 설치되는 것이 가장 바람직하나 센싱부와 달리 가진을 발생하기 위한 소정 크기로 형성됨에 따라 공간상의 제약 등으로 인해 해당 개별장치의 적절한 곳에 설치되어 제어유닛의 제어를 통해 가진을 발생시켜 해당 개별장치의 진동을 실시간으로 능동적으로 저감시킨다. 즉, 도 3에 도시된 것처럼, 일례로 개별장치가 스핀들인 경우 공구가 장착되어 회전하는 부분에서 진동이 가장 많이 발생함에 따라 가진유닛은 스핀들의 공구가 장착되는 부분에 인접하게 설치되는 것이 바람직하나 가진유닛의 크기 등의 제약으로 인해 가진유닛은 스핀들 중에서 공간이 확보된 부분에 설치되고 센싱부가 공구가 장착되는 스핀들의 진동 부분에 인접하게 설치되어 개별장치인 스핀들에서 발생하는 진동을 센싱하여 이를 제어유닛에 전달한다. 또한, 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만 센싱부는 개별장치의 가속도를 센싱하는 센서로 형성될 수 있다.
제어유닛(300)은 가진유닛의 작동을 제어한다. 즉, 제어유닛은 센싱부에서 센싱된 개별장치의 진동 데이터에 따라 개별장치의 진동 데이터와 서로 반대되는 가진을 실시간으로 발생시키도록 가진유닛에서 발생되는 가진을 능동적으로 변경시켜 개별유닛에서 발생되는 진동을 실시간으로 자동으로 저감하는 기능을 수행한다.
이처럼, 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치는 가진유닛이 배치된 개별장치의 진동발생 부분에 인접하게 설치되는 센싱부를 통해 센싱된 개별장치의 진동 데이터와 서로 반대되는 가진을 가진유닛에서 실제 개별장치의 가공 상태나 위치 변경에 따른 동특성 변화에 부합하도록 실시간으로 가진의 세기와 가진의 방향을 변경하여 개별유닛에서 발생하는 진동을 실시간으로 자동으로 능동적으로 저감하여 공작기계의 가공정밀도를 극대화하고, 공작기계의 안전성과 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 도면에 도시되지는 않았지만, 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치의 제어유닛은 PLC를 포함한다. PLC(Programmable Logic Controller)는 스핀들, 컬럼, 새들, 이들의 이송부, 제어유닛 등과 소정의 프로토콜에 의한 통신을 수행하고, 이러한 통신을 통해 제어명령을 행하는 기능을 수행한다. 즉, PLC는 제어유닛의 수치 제어 프로그램에 따라 스핀들, 컬럼, 새들의 이송부, 스핀들 회전, 매거진 등을 구동시킨다.
또한, 제어유닛은 NC(numerical control, NC) 또는 CNC(computerized numerical control)를 포함하고, 각종 수치 제어 프로그램이 내장되어 있다. 즉, 제어유닛에는 공작기계의 스핀들, 컬럼, 새들을 이송시키는 이송부의 구동프로그램 등이 내장되고, 제어유닛의 구동에 따라 해당 프로그램이 자동으로 로딩되어 작동한다. 또한, 제어유닛은 PLC 및 분석부, 데이터 저장부, 산출부, 저감부와 소정의 프로토콜에 의해 통신을 수행한다.
또한, 도면에 도시되지는 않았지만, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 이러한 제어유닛은 주조작부를 포함하고, 이러한 주조작부는 화면표시 프로그램과 화면표시 선택에 따른 데이터 입력 프로그램을 포함하고, 화면표시 프로그램의 출력에 따라 표시화면에 소프트웨어 스위치를 디스플레이하고, 소프트웨어 스위치의 온(ON)/오프(OFF)를 인식하여 기계 동작의 입출력 명령을 내리는 기능을 수행한다.
또한, 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 주조작부는 공작기계의 하우징, 케이스, 또는 일측에 설치되어 다양한 기능스위치 또는 버튼과 각종 정보를 표시할 수 있는 모니터를 구비한다.
도 3 및 도 9에 도시된 것처럼, 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치(1)의 제어유닛(300)은 데이터 저장부(310), 분석부(320), 산출부(330), 및 저감부(340)를 포함한다.
데이터 저장부(310)는 센싱부에서 센싱된 개별장치의 진동 데이터에 따라 개별장치의 진동 데이터와 서로 반대되는 가진을 가진유닛이 발생시켜 능동적으로 개별장치의 진동을 자동으로 저감하기 위한 정보를 사전에 또는 실시간으로 저장한다.
분석부(320)는 센싱부에서 센싱된 진동 데이터와 데이터 저장부에 저장된 데이터를 분석하여 개별장치의 진동 정보에 대한 분석을 수행한다.
산출부(330)는 분석부의 분석결과와 데이터 저장부에 저장된 데이터를 통해 가진유닛에 의해 발생되는 가진의 세기와 방향을 산출한다.
저감부(340)는 산출부의 산출결과에 따라 가진유닛에서 개별장치와 서로 반대되는 가진을 실시간으로 변경하면서 능동적으로 발생시켜 개별장치의 진동을 자동으로 저감하는 기능을 수행한다.
이처럼, 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치는 제어유닛을 통해 가진유닛에 전달되는 전류와 방향을 간편하고 신속하게 조절하여 가진유닛에서 발생되는 가진의 진동 세기와 진동 방향을 신속하고 정확하게 자동으로 제어함에 따라 개별장치에서 실시간으로 변경되는 동특성 상태에 따라 진동 감소를 위한 분석과 유지보수 등에 따른 비가공 시간을 최소화하여 가공생산성을 향상할 수 있다.
도 9에 도시된 것처럼, 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치의 제어유닛(100)의 데이터 저장부(310)는 기본데이터 저장부(311), 기준데이터 저장부(312), 센싱데이터 저장부(313), 및 실시간데이터 저장부(314)를 포함한다.
기본데이터 저장부(311)는 공작기계의 개별장치에 대한 데이터, 가공프로그램, 및 구동프로그램에 대한 데이터를 저장한다.
기준데이터 저장부(312)는 각각의 개별장치에 대한 진동 발생을 확인하기 위한 기준값, 각각의 개별장치에 대한 게인값에 대한 데이터를 저장한다.
센싱데이터 저장부(313)는 센싱부에서 센싱된 데이터를 저장한다.
실시간데이터 저장부(314)는 분석부의 분석결과, 산출부의 산출결과, 및 저감부의 저감결과를 실시간으로 저장한다.
도 9에 도시된 것처럼, 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치의 제어유닛(100)의 분석부(320)는 확인부(321)와 비교부(322)를 포함한다.
확인부(321)는 센싱부로부터 센싱된 데이터 및 데이터 저장부에 저장된 데이터를 통해 공작기계의 작동시에 각각의 개별장치에서 가속도 신호에 의해 진동발생 여부를 확인한다.
비교부(322)는 확인부의 확인결과 진동발생으로 확인된 경우에 센싱데이터 저장부에 저장된 개별장치의 실시간 진동 센싱값과 기준데이터 저장부에 저장된 기준값을 비교한다.
도 9에 도시된 것처럼, 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치의 제어유닛(100)의 산출부(330)는 속도 계산부(331), 가진 계산부(332), 전류 계산부(333), 및 판단부(334)를 포함한다.
속도 계산부(331)는 비교부의 비교결과 센싱값이 기준값을 초과하는 경우(센싱값>기준값)에 분석부의 분석결과 및 데이터 저장부에 저장된 데이터에 따라 개별장치의 속도를 계산한다. 구체적으로 속도 계산부는 진동 신호인 가속도 신호를 적분하여 속도를 계산한다. 즉, 진동을 줄여주는 힘(F)은 속도(V)에 비례(F=CV)함에 따라 센싱부를 통해 가속도 신호를 적분하여 속도 계산부에서 속도를 계산한다.
가진 계산부(332)는 분석부의 분석결과, 속도 계산부의 계산결과, 및 데이터 저장부에 저장된 데이터에 따라 가진유닛에서 발생시켜야 하는 가진값을 계산한다. 즉, 가진 계산부는 속도 계산부를 통해 계산된 속도에 기준데이터 저장부에 저장된 해당 게인값을 곱하여 가진값을 계산한다.(가진값 = 속도(V) × 게인(G))
전류 계산부(333)는 분석부의 분석결과, 가진 계산부의 계산결과, 및 데이터 저장부에 저장된 데이터에 따라 가진유닛에 전달해야하는는 전류값을 계산한다. 즉, 전류 계산부는 수학식 1을 통해 전류값을 계산한다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2022014301-appb-img-000001
판단부(334)는 센싱부의 센싱결과, 분석부의 분석결과, 전류 계산부의 계산결과, 및 데이터 저장부에 저장된 데이터에 따라 가진유닛에서 발생해야하는 가진의 방향을 판단한다. 즉, 판단부는 전류 계산부를 통해 계산된 전류값을 가진유닛에 전달하여 후술하는 진동부를 슬라이딩 이동시켜 진동을 발생할 때에 전류의 인입과 인출방향을 조절하여 진동부의 슬라이딩 방향을 결정할 수 있도록 가진 방향을 판단하는 기능을 수행한다.
도 9에 도시된 것처럼, 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치의 제어유닛(100)의 저감부(340)는 처리부(341) 및 피드백부(342)를 포함한다.
처리부(341)는 센싱부의 센싱결과, 분석부의 분석결과, 산출부의 산출결과, 및 데이터 저장부에 저장된 데이터에 따라 개별장치의 진동 데이터와 서로 반대되는 진동세기와 진동방향을 갖는 가진을 가진유닛이 발생시키도록 전류 신호를 가진유닛에 전송하여 가진유닛이 개별장치의 진동 데이터와 반대 위상의 보상 가진을 발생시키도록 제어하는 기능을 수행한다.
피드백부(342)는 가진유닛이 가진을 발생시킨 후에 센싱부에서 수신된 센싱 정보와 가진유닛에서 발생된 가진 정보를 피드백 받아 현재의 개별장치의 진동상태를 피드백받는 기능을 수행한다.
따라서, 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치는 개별장치에서 발생하는 진동의 크기와 세기의 변화상태에 따라 제어유닛과 가진유닛을 통해 자동으로 능동적으로 저감함에 따라 작업자의 편의를 도모하고, 생산비용과 유지비용과 시간을을 감소하며, 수출 증대를 도모할 수 있다.
도 3 내지 도 8에 도시된 것처럼, 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치의 가진유닛(100)은 하우징부(110), 고정부(120), 진동부(130), 가이드부(140), 액츄에이터부(150), 및 댐핑부(160)를 포함한다.
하우징부(110)는 가진유닛의 외형을 형성하고 고정부, 액츄에이터부, 진동부, 가이드부가 설치되는 공간을 제공한다. 또한, 바람직하게는 이러한 하우징부(110)는 개별장치에 결합 설치되는 플레이트 형상의 베이스부(111)와 베이스부의 양측에서 수직방향으로 돌출되도록 연장 형성되어 고정부와 가이드부를 서포트하는 서포트부(112)를 포함한다. 즉, 베이스부는 대략적으로 사각형 판 형상으로 형성되고, 서포트부는 베이스부의 양측에서 수직방향으로 서로 마주하도록 돌출되게 연장 형성되어 고정부와 가이드부가 결합되어 하우징부에 고정 설치되는 공간을 제공한다.
고정부(120)는 하우징부에 고정 설치되어 선택적으로 전자기장을 형성한다. 또한, 바람직하게는 이러한 고정부(120)는 서포트부에 양측이 고정 결합되는 스테이터 코어(121)와 스테이터 코어의 외주면을 둘러싸면서 코일이 감겨지는 스테이터(122)를 포함한다. 즉, 스테이터 코어는 수평방향으로 소정의 길이를 갖는 사각봉 또는 원형 봉 형태로 형성되고 스테이터 코어에 일정 횟수만큼 코일이 권선되어 저감부의 처리부를 통해 전달되는 전류값 신호에 따라 스테이터의 코일에 전류가 흘러 전자기장을 형성한다.
진동부(130)는 액츄에이터부를 통해 인가되는 전류값에 의해 특정한 전자기장이 형성된 경우에 가진을 발생시키기 위해 가이드부에 슬라이딩 이동 가능하게 결합 설치된다.
또한, 바람직하게는 이러한 진동부(130)는 내부에 스테이터 코어와 스테이터로 형성되는 고정부를 수용하면서 소정의 무게를 갖도록 형성되는 슬라이드부(131)와 스테이터와 소정 간격 이격되도록 슬라이드부의 내측면에 고정 설치되는 영구자석(132)을 포함한다. 이러한 슬라이드부는 대략 속이 빈 공동을 갖는 직육면체 또는 정육면체 형상으로 형성될 수 있다.
액츄에이터부(150)는 제어유닛의 제어에 따라 고정부에 인가되는 전류를 전달한다. 즉, 액츄에이터부(150)는 베이스부 또는 서포트부의 일부에 배치되어 처리부를 통해 전송되는 신호에 따라 고정부에 인가되는 전류를 전달하여 스테이터에 감겨진 코일에 전류가 흐르게 하여 전자기장을 형성하는 기능을 수행한다. 또한, 액츄에이터부는 진동센서를 포함하고 포함할 수 있다. 이러한 진동센서는 가속도 센서 등으로 형성될 수 있다.
가이드부(140)는 하우징부의 일부에 설치된다. 또한, 바람직하게는 이러한 가이드부(140)는 스테이터 코어와 평행하도록 서포트부에 양측이 결합되는 레일부(141)와 슬라이드부의 이동을 가이드하기 위해 슬라이드부의 외측면에 형성되어 레일부를 따라 슬라이딩 이동하는 블럭부(142)를 포함한다.
댐퍼부(160)는 하우징부와 진동부 사이에 배치되어 슬라이드부의 슬라이딩 이동시에 발생하는 진동을 억제하고 슬라이드부 등의 파손을 방지한다.
이처럼, 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치는 센싱부를 통해 센싱된 개별장치의 진동 데이터와 서로 반대되는 크기와 방향을 갖는 가진을 가진유닛에서 정확하고 신속하게 발생시켜 개별장치에서 발생하는 진동을 실시간으로 능동적으로 저감할 수 있도록 가진유닛의 고정부와 진동부를 전자석을 통해 슬라이딩 방식으로 구현함에 따라 가진유닛의 소형화를 통해 생산비용과 유지비용을 절감하고, 공간활용도를 극대화하고 공작기계의 컴팩트화를 도모할 수 있다.
또한, 공작기계의 능동형 진동 저감 장치의 가진유닛은 1개의 개별장치에 복수개로 배치되어 상기 제어유닛의 제어에 따라 다자유도 가진을 발생시킬 수 있다. 즉, 도 8에 도시된 것처럼, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 공작기계의 능동형 진동 저감 장치에서 가진유닛(100')은 제1 가진부(101)와 제2 가진부(102)가 서로 직교하도록 배치되어 제1 가진부는 Y축 방향의 개별장치의 진동에 대해 Y축 방향의 반대되는 가진을 발생시키고 제2 가진부는 Z축 방향의 개별장치의 진동에 대해 Z축 방향의 반대되는 가진을 발생시켜 개별장치의 2자유도에 따른 진동에 대해 가진유닛에서 발생되는 가진도 2자유도를 갖도록 발생시켜 능동적이고 신속하며 자동적으로 개별장치의 다자유도 진동에 대해 다자유도 가진을 발생키켜 능동적으로 진동 저감을 수행할 수 있다.
도 10을 참조하여 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 방법을 설명한다. 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 방법은 데이터 저장 단계(S1), 센싱 단계(S2), 확인 단계(S3), 비교 단계(S4), 속도 계산 단계(S5), 가진 계산 단계(S6), 전류 계산 단계(S7), 판단 단계(S8), 처리 단계(S9), 및 피드백 단계(S10)를 포함한다. 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 방법의 전체적인 작동원리와 제어방식 및 장비 구성 등은 상술한 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치와 동일한 바 이하에서는 차이점을 중점으로 설명한다.
공작기계의 작동시에 진동이 발생하는 공작기계를 구성하는 각각의 개별장치의 진동 데이터와 서로 반대되는 가진을 가진유닛에서 능동적으로 실시간으로 변경하면서 발생시켜 상기 개별유닛에서 발생되는 진동을 실시간으로 자동으로 저감하기 위한 데이터를 저장한다.
데이터 저장 단계(S1) 이후에, 가진유닛이 설치된 개별장치의 진동발생 부분에 인접하게 설치되어 개별장치의 진동을 센싱부를 통해 센싱한다.
센싱 단계(S2) 이후에, 개별장치의 진동 발생 여부를 확인부를 통해 확인한다.
확인 단계(S3) 이후에, 확인 결과 개별장치에서 진동이 발생한 경우 센싱값과 기저장된 기준값을 비교부에서 비교한다.
비교 단계(S4)이후에, 비교결과 센싱값이 기준값을 초과하는 경우에 센싱 결과와 확인 결과와 기준결과 및 기저장된 데이터에 따라 개별장치의 속도를 속도 계산부에서 계산한다.
속도 계산 단계(S5) 이후에, 센싱 결과, 확인 결과, 비교 결과, 속도 계산 결과, 및 기저장된 데이터에 따라 가진유닛에서 발생시켜야 하는 가진값을 가진 계산부에서 계산한다.
가진 계산 단계(S6)이후에, 센싱 결과, 확인 결과, 비교 결과, 가진 계산 결과, 및 기저장된 데이터에 따라 가진유닛에 전달해야하는 전류값을 전류 계산부에서 계산한다.
전류 계산 단계(S7) 이후에, 센싱 결과, 확인 결과, 비교 결과, 전류 계산 결과, 및 기저장된 데이터에 따라 가진유닛에서 발생해야하는 가진의 방향을 판단한다.
판단 단계(S8) 이후에, 센싱 결과, 확인 결과, 비교 결과, 전류 계산 결과, 판단 결과, 및 기저장된 데이터에 따라 개별장치의 진동 데이터와 서로 반대되는 진동세기와 진동방향을 갖는 가진을 가진유닛이 발생시키도록 가진유닛에 전류 신호를 전송하여 가진을 발생시킨다.
가진을 발생시키는 처리 단계(S9) 이후에, 가진유닛에서 발생하는 가진 정보를 피드백한다.
이처럼, 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 방법은 가진유닛에 전달되는 전류와 방향을 간편하고 신속하게 조절하여 가진유닛에서 발생되는 가진의 진동 세기와 진동 방향을 신속하고 정확하게 자동으로 제어함에 따라 개별장치에서 실시간으로 변경되는 동특성 상태에 따라 진동 감소를 위한 분석과 유지보수 등에 따른 비가공 시간을 최소화하여 가공생산성을 향상할 수 있다.
도 3 내지 도 16을 참조하여 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치 및 진동 저감 방법의 작동원리를 설명한다.
공작기계의 작동 중에 진동이 발생하는 개별장치에 장착된 센싱부를 통해 개별장치의 진동이 발생되면 가속도 신호에 따라 센싱값이 제어유닛으로 전달된다.
이후 확인부를 통해 진동 발생 여부를 확인하여 진동이 발생된 것으로 확인되면 비교부에서 센싱값과 기준값을 비교한다.
이후 비교결과 센싱값이 기준값을 초과하는 경우 속도 계산부에서 가속도 신호에 따른 진동신호를 적분하여 속도를 계산하고, 다시 가진 계산부에서 속도에 게인을 곱하여 가진값을 계산한다.
이후, 가진 계산부에서 계산된 가진값에 따라 전류 계산부에서 수학식 1을 통해 전류값을 계산한다. 전류 계산부에서 전류값이 계산되면 판단부에서 해당 개별장치의 진동방향 등을 판단하여 가진 발생 방향을 결정한다.
이후 처리부에서 전류 계산부를 통해 계산된 전류값과 판단부를 통해 판단된 가진 발생 방향에 따라 액츄에이터부로 신호를 전달하면 액츄에이터부로 전달된 신호에 따라 액츄에이터부가 계산된 전류값으로 전류의 인입방향과 인출방향에 따라 스테이터에 전류를 전달하여 전자기장을 형성한다.
이후 스테이터에 형성된 전자기장에 연동하여 진동부의 영구자석이 전자기장을 형성함에 따라 슬라이드부가 블럭부를 통해 레일부를 따라 판단부에서 판단된 방향으로 왕복 슬라이딩 이동함에 따라 개별장치에서 발생된 진동과 서로 반대되는 세기와 방향을 갖는 가진을 발생시켜 개별장치의 진동을 상쇄시켜 개별장치의 진동을 감소시킨다.
이후, 슬라이딩부에서 발생되는 가진에 대한 피드백 정보가 저감부의 피드백부로 전송되고, 피드백부의 정보와 센싱부에서 실시간으로 센싱된 정보를 계속해서 확인부가 확인하여 진동 유무를 확인하고 개별장치에서 발생하는 진동의 세기와 방향에 따라 능동적으로 가진의 세기와 방향을 계속하여 대응하도록 변경하면서 발생시켜 개별장치의 진동을 억제하게 된다.
도 12는 Z축 위치가 0인 상태에서 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치가 작동한 경우(검은색 실선)와 작동하지 않은 경우(파란색 실선)로 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치가 작동한 경우에 개별장치인 스핀들에서 진동이 62.8% 저감(화살표 참조)된 것을 확인할 수 있다.
마찬가지로 도 13은 Z축 위치가 100인 상태에서 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치가 작동한 경우(검은색 실선)와 작동하지 않은 경우(파란색 실선)로 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치가 작동한 경우에 개별장치인 스핀들에서 진동이 63.1% 저감(화살표 참조)된 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 14는 Z축 위치가 200인 상태에서 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치가 작동한 경우(검은색 실선)와 작동하지 않은 경우(파란색 실선)로 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치가 작동한 경우에 개별장치인 스핀들에서 진동이 61.0% 저감(화살표 참조)된 것을 확인할 수 있다.
더욱이, 도 15는 Z축 위치가 300인 상태에서 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치가 작동한 경우(검은색 실선)와 작동하지 않은 경우(파란색 실선)로 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치가 작동한 경우에 개별장치인 스핀들에서 진동이 53.0% 저감(화살표 참조)된 것을 확인할 수 있다.
즉, 도 11에 도시된 것처럼 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치 및 진동 저감 방법이 작동하게 되면 평균 50% 이상 개별장치의 진동이 저감되어 가공정밀도가 향상되고 공작기계의 안정성과 신뢰성이 향상되는 것을 도 11 내지 도 15의 그래프를 통해 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 의한 공작기계의 능동형 진동 저감 장치 및 저감 방법은 가진유닛이 배치된 개별장치의 진동발생 부분에 인접하게 설치되는 센싱부를 통해 센싱된 개별장치의 진동 데이터와 서로 반대되는 가진을 가진유닛에서 실제 개별장치의 가공 상태나 위치 변경에 따른 동특성 변화에 부합하도록 실시간으로 가진의 세기와 가진의 방향을 변경하여 개별유닛에서 발생하는 진동을 실시간으로 자동으로 능동적으로 저감하여 공작기계의 가공정밀도를 극대화하고, 공작기계의 안전성과 신뢰성을 향상하며, 가진유닛의 고정부와 진동부를 전자석을 통해 슬라이딩 방식으로 구현함에 따라 가진유닛의 소형화를 통해 생산비용과 유지비용을 절감하고, 공간활용도를 극대화하고 공작기계의 컴팩트화를 도모할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술할 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
<부호의 설명>
1 : 능동형 진동 저감 장치 100 : 가진유닛
110 : 하우징부 120 : 고정부
130 : 진동부 140 : 가이드부
150 : 액츄에이터부 200 : 센싱부
300 : 제어유닛 310 : 데이터 저장부
320 : 분석부 330 : 산출부
340 : 저감부

Claims (14)

  1. 공작기계의 작동시에 진동이 발생하는 공작기계를 구성하는 각각의 개별장치에 배치되어 가진을 발생시키는 가진유닛;
    상기 가진유닛이 배치된 상기 개별장치의 진동발생 부분에 인접하게 설치되어 상기 개별장치의 진동을 센싱하는 센싱부; 및
    상기 가진유닛의 작동을 제어하는 제어유닛;을 포함하고,
    상기 제어유닛은 상기 센싱부에서 센싱된 상기 개별장치의 진동 데이터에 따라 상기 개별장치의 진동 데이터와 서로 반대되는 가진을 실시간으로 발생시키도록 상기 가진유닛에서 발생되는 가진을 능동적으로 변경시켜 상기 개별유닛에서 발생되는 진동을 실시간으로 자동으로 저감시키는 것을 특징으로 하는 공작기계의 능동형 진동 저감 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어유닛은,
    상기 센싱부에서 센싱된 상기 개별장치의 진동 데이터에 따라 상기 개별장치의 진동 데이터와 서로 반대되는 가진을 상기 가진유닛이 발생시켜 능동적으로 상기 개별장치의 진동을 자동으로 저감하기 위한 데이터를 저장하는 데이터 저장부;
    상기 센싱부에서 센싱된 진동 데이터와 상기 데이터 저장부에 저장된 데이터를 분석하여 상기 개별장치의 진동 정보를 분석하는 분석부;
    상기 분석부의 분석결과와 상기 데이터 저장부에 저장된 데이터를 통해 상기 가진유닛에 의해 발생되는 가진의 세기와 방향을 산출하는 산출부; 및
    상기 산출부의 산출결과에 따라 상기 가진유닛에서 상기 개별장치와 서로 반대되는 가진을 실시간으로 변경하면서 능동적으로 발생시켜 상기 개별장치의 진동을 자동으로 저감하는 저감부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 능동형 진동 저감 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 데이터 저장부는,
    상기 공작기계의 개별장치에 대한 데이터, 가공프로그램, 및 구동프로그램에 대한 데이터를 저장하는 기본데이터 저장부;
    각각의 상기 개별장치에 대한 진동 발생을 확인하기 위한 기준값, 각각의 상기 개별장치에 대한 게인값에 대한 데이터를 저장하는 기준데이터 저장부;
    상기 센싱부에서 센싱된 데이터를 저장하는 센싱데이터 저장부; 및
    상기 분석부의 분석결과, 상기 산출부의 산출결과, 및 상기 저감부의 저감결과를 실시간으로 저장하는 실시간데이터 저장부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 능동형 진동 저감 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 분석부는,
    상기 센싱부로부터 센싱된 데이터 및 상기 데이터 저장부에 저장된 데이터를 통해 상기 공작기계의 작동시에 각각의 상기 개별장치에서 진동발생 여부를 확인하는 확인부; 및
    상기 확인부의 확인결과 진동발생으로 확인된 경우에 상기 센싱데이터 저장부에 저장된 상기 개별장치의 실시간 진동 센싱값과 상기 기준데이터 저장부에 저장된 기준값을 비교하는 비교부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 능동형 진동 저감 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 산출부는,
    상기 비교부의 비교결과 상기 센싱값이 상기 기준값을 초과하는 경우에 상기 분석부의 분석결과 및 상기 데이터 저장부에 저장된 데이터에 따라 상기 개별장치의 속도를 계산하는 속도 계산부;
    상기 분석부의 분석결과, 상기 속도 계산부의 계산결과, 및 상기 데이터 저장부에 저장된 데이터에 따라 상기 가진유닛에서 발생시켜야 하는 가진값을 계산하는 가진 계산부;
    상기 분석부의 분석결과, 상기 가진 계산부의 계산결과, 및 상기 데이터 저장부에 저장된 데이터에 따라 상기 가진유닛에 전달해야하는 전류값을 계산하는 전류 계산부; 및
    상기 센싱부의 센싱결과, 상기 분석부의 분석결과, 상기 전류 계산부의 계산결과, 및 상기 데이터 저장부에 저장된 데이터에 따라 상기 가진유닛에서 발생해야하는 가진의 방향을 판단하는 판단부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 능동형 진동 저감 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 저감부는,
    상기 센싱부의 센싱결과, 상기 분석부의 분석결과, 상기 산출부의 산출결과, 및 상기 데이터 저장부에 저장된 데이터에 따라 상기 개별장치의 진동 데이터와 서로 반대되는 진동세기와 진동방향을 갖는 가진을 상기 가진유닛이 발생시키도록 전류 신호를 상기 가진유닛에 전송하는 처리부; 및
    상기 가진유닛이 가진을 발생시킨 후에 상기 센싱부에서 수신된 센싱 정보와 상기 가진유닛에서 발생된 가진 정보를 피드백 받는 피드백부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 능동형 진동 저감 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 가진유닛은,
    하우징부;
    상기 하우징부에 고정 설치되어 선택적으로 전자기장을 형성하는 고정부;
    상기 제어유닛의 제어에 따라 상기 고정부에 인가되는 전류를 전달하는 액츄에이터부;
    상기 하우징부의 일부에 설치되는 가이드부; 및
    상기 액츄에이터부를 통해 인가되는 전류값에 의해 특정한 전자기장이 형성된 경우에 가진을 발생시키기 위해 상기 가이드부에 슬라이딩 이동 가능하게 결합 설치되는 진동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 능동형 진동 저감 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 가진유닛은,
    상기 하우징부와 상기 진동부 사이에 배치되는 댐퍼부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 능동형 진동 저감 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 하우징부는,
    상기 개별장치에 결합 설치되는 베이스부; 및
    상기 베이스부의 양측에서 연장 형성되어 상기 고정부와 상기 가이드부를 서포트하는 서포트부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 능동형 진동 저감 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 고정부는,
    상기 서포트부에 양측이 고정 결합되는 스테이터 코어; 및
    상기 스테이터 코어의 외주면을 둘러싸면서 코일이 감겨지는 스테이터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 능동형 진동 저감 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 진동부는,
    내부에 상기 고정부를 수용하면서 소정의 무게를 갖도록 형성되는 슬라이드부; 및
    상기 스테이터와 소정 간격 이격되도록 상기 슬라이드부의 내측면에 고정 설치되는 영구자석;을 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 능동형 진동 저감 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 가이드부는,
    상기 스테이터 코어와 평행하도록 상기 서포트부에 양측이 결합되는 레일부; 및
    상기 슬라이드부의 이동을 가이드하기 위해 상기 슬라이드부의 외측면에 형성되어 상기 레일부를 따라 슬라이딩 이동하는 블럭부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 능동형 진동 저감 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 가진유닛은 1개의 개별장치에 복수개로 배치되어 상기 제어유닛의 제어에 따라 다자유도 가진을 발생시키는 것을 특징으로 하는 공작기계의 능동형 진동 저감 장치.
  14. 공작기계의 작동시에 진동이 발생하는 공작기계를 구성하는 각각의 개별장치의 진동 데이터와 서로 반대되는 가진을 가진유닛에서 능동적으로 실시간으로 변경하면서 발생시켜 상기 개별유닛에서 발생되는 진동을 실시간으로 자동으로 저감하기 위한 데이터를 저장하는 단계;
    상기 가진유닛이 설치된 상기 개별장치의 진동발생 부분에 인접하게 설치되어 상기 개별장치의 진동을 센싱하는 단계;
    상기 개별장치의 진동 발생 여부를 확인하는 단계;
    확인 결과 상기 개별장치에서 진동이 발생한 경우 센싱값과 기저장된 기준값을 비교하는 단계;
    비교결과 센싱값이 기준값을 초과하는 경우에 센싱 결과와 확인 결과와 기준결과 및 기저장된 데이터에 따라 상기 개별장치의 속도를 계산하는 단계;
    센싱 결과, 확인 결과, 비교 결과, 속도 계산 결과, 및 기저장된 데이터에 따라 상기 가진유닛에서 발생시켜야 하는 가진값을 계산하는 단계;
    센싱 결과, 확인 결과, 비교 결과, 가진 계산 결과, 및 기저장된 데이터에 따라 상기 가진유닛에 전달해야하는 전류값을 계산하는 단계;
    센싱 결과, 확인 결과, 비교 결과, 전류 계산 결과, 및 기저장된 데이터에 따라 상기 가진유닛에서 발생해야하는 가진의 방향을 판단하는 단계; 및
    센싱 결과, 확인 결과, 비교 결과, 전류 계산 결과, 판단 결과, 및 기저장된 데이터에 따라 상기 개별장치의 진동 데이터와 서로 반대되는 진동세기와 진동방향을 갖는 가진을 상기 가진유닛이 발생시키도록 상기 가진유닛에 전류 신호를 전송하여 가진을 발생시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 능동형 진동 저감 방법.
PCT/KR2022/014301 2021-11-24 2022-09-23 공작기계의 능동형 진동 저감 장치 및 저감 방법 Ceased WO2023096128A1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US18/711,888 US20250028297A1 (en) 2021-11-24 2022-09-23 Active vibration reduction device and method of machine tool
EP22898811.9A EP4420828A4 (en) 2021-11-24 2022-09-23 DEVICE AND METHOD FOR ACTIVE VIBRATION REDUCTION FOR MACHINE TOOLS
CN202280078111.7A CN118302269A (zh) 2021-11-24 2022-09-23 机床的主动减振装置及减振方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2021-0162847 2021-11-24
KR1020210162847A KR20230076178A (ko) 2021-11-24 2021-11-24 공작기계의 능동형 진동 저감 장치 및 저감 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023096128A1 true WO2023096128A1 (ko) 2023-06-01

Family

ID=86539740

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2022/014301 Ceased WO2023096128A1 (ko) 2021-11-24 2022-09-23 공작기계의 능동형 진동 저감 장치 및 저감 방법

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20250028297A1 (ko)
EP (1) EP4420828A4 (ko)
KR (1) KR20230076178A (ko)
CN (1) CN118302269A (ko)
WO (1) WO2023096128A1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117620755A (zh) * 2024-01-26 2024-03-01 山东豪迈机械制造有限公司 一种容器管箱水纹线加工装置
EP4653722A1 (en) * 2024-05-23 2025-11-26 RTX Corporation Harmonics disruptor

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100904743B1 (ko) * 2007-06-07 2009-06-26 삼성전기주식회사 선형 진동 발생장치
JP2010023187A (ja) * 2008-07-18 2010-02-04 Okuma Corp 工作機械の制振システム
KR20140142549A (ko) * 2013-06-04 2014-12-12 한국기계연구원 Mr 가진기 및 피에조 가진기를 이용한 착탈식 능동 방진 장치 및 방법
KR101864718B1 (ko) * 2016-10-28 2018-07-13 한국생산기술연구원 유연가이드기구를 구비하는 가공부하 상쇄 진동저감 장치 및 이를 이용한 진동저감 방법
KR102073290B1 (ko) * 2017-10-17 2020-03-02 주식회사 대영테크 공작기계의 진동 적응제어를 위한 진동신호 처리 방법

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6296093B1 (en) * 1998-11-09 2001-10-02 Lord Corportion Vibration-damped machine and control method therefor
KR101436984B1 (ko) * 2012-10-04 2014-09-04 한국기계연구원 공작기계 진동 저감 장치 및 방법
KR101514147B1 (ko) * 2013-10-30 2015-04-21 현대위아 주식회사 상쇄 간섭 효과를 이용한 공작 기계의 채터 진동의 제어 방법 및 그 장치
KR102128553B1 (ko) 2014-11-26 2020-06-30 두산공작기계 주식회사 공작기계의 진동 제어 방법
CN105114523B (zh) * 2015-07-28 2017-06-16 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 主动涡流阻尼装置及包含该主动涡流阻尼装置的进给系统
KR102584750B1 (ko) 2016-10-12 2023-10-06 주식회사 디엔솔루션즈 공구 스핀들 및 이를 포함하는 공작 기계
KR102362888B1 (ko) 2017-09-01 2022-02-14 주식회사 케이티 셀간 간섭 제어를 위한 빔 전송 전력 조정 시스템 및 방법
KR102589984B1 (ko) 2018-08-31 2023-10-16 주식회사 디엔솔루션즈 공작기계의 공진억제 제어장치 및 공진억제 제어방법
EP3653336B1 (en) * 2018-11-19 2023-05-03 Ideko, S.Coop. Actively dampened centerless grinding process
CN111022548A (zh) * 2019-12-31 2020-04-17 中科振声（苏州）电子科技有限公司 一种模块化吸振器、吸振器模组及机床
GB2602013B (en) * 2020-12-15 2025-01-01 Bae Systems Plc Vibration control systems

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100904743B1 (ko) * 2007-06-07 2009-06-26 삼성전기주식회사 선형 진동 발생장치
JP2010023187A (ja) * 2008-07-18 2010-02-04 Okuma Corp 工作機械の制振システム
KR20140142549A (ko) * 2013-06-04 2014-12-12 한국기계연구원 Mr 가진기 및 피에조 가진기를 이용한 착탈식 능동 방진 장치 및 방법
KR101864718B1 (ko) * 2016-10-28 2018-07-13 한국생산기술연구원 유연가이드기구를 구비하는 가공부하 상쇄 진동저감 장치 및 이를 이용한 진동저감 방법
KR102073290B1 (ko) * 2017-10-17 2020-03-02 주식회사 대영테크 공작기계의 진동 적응제어를 위한 진동신호 처리 방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP4420828A4 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117620755A (zh) * 2024-01-26 2024-03-01 山东豪迈机械制造有限公司 一种容器管箱水纹线加工装置
CN117620755B (zh) * 2024-01-26 2024-04-26 山东豪迈机械制造有限公司 一种容器管箱水纹线加工装置
EP4653722A1 (en) * 2024-05-23 2025-11-26 RTX Corporation Harmonics disruptor

Also Published As

Publication number Publication date
EP4420828A4 (en) 2025-08-27
EP4420828A1 (en) 2024-08-28
CN118302269A (zh) 2024-07-05
US20250028297A1 (en) 2025-01-23
KR20230076178A (ko) 2023-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2020184945A1 (ko) 자동공구교환장치와 이의 제어방법 및 이를 포함하는 공작기계
WO2023096128A1 (ko) 공작기계의 능동형 진동 저감 장치 및 저감 방법
WO2020166934A1 (ko) 공작기계 및 이의 작동방법
WO2012161367A1 (ko) Ｃｎｃ 실리콘 다축 가공기
US20160116017A1 (en) Positioning apparatus mounted with vibration isolators and robot
WO2019135561A1 (ko) 공작기계의 툴 매거진
WO2020166941A1 (ko) 공작기계의 툴 매거진
WO2019135591A1 (ko) 공작기계의 터렛 공구대
WO2023149765A1 (ko) 공작기계의 열변위 보정 장치 및 보정 방법
WO2018226061A1 (ko) 자동 어태치먼트 교환기 및 이를 구비하는 보링머신
WO2021215848A1 (ko) 공작기계의 처짐보상장치 및 이를 포함하는 공작기계
WO2021177619A1 (ko) 공작기계의 툴 매거진 및 이의 작동방법
KR20190115228A (ko) 공작기계
KR102945665B1 (ko) 공작기계의 고속 가공 제어장치 및 이의 제어방법
WO2024237499A1 (ko) 공작기계의 능동형 진동 저감 장치 및 저감 방법
WO2021215748A1 (ko) 공작기계의 스핀들 클램핑 장치
KR102495718B1 (ko) 공구 교환 제어장치 및 제어방법
KR20200125172A (ko) 자동 어태치먼트 교환장치 및 이의 제어방법
WO2022220646A1 (ko) 램스핀들의 냉각 및 부하보상 장치 및 이를 포함하는 공작기계
WO2021221387A1 (ko) 공작기계
WO2021167242A1 (ko) Nc공작기계의 공작물 연마를 위한 진동제어 방법
WO2019194477A1 (ko) 터렛 공구대 장치
WO2022191502A1 (ko) 공작기계의 케이블 보호장치
JP2000225527A (ja) 形彫り放電加工機
US7988606B2 (en) Machine comprising a mechanical guide element for guiding the displacement of a first and a second device

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22898811

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 18711888

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2022898811

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 202280078111.7

Country of ref document: CN

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022898811

Country of ref document: EP

Effective date: 20240523

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE