KR101827394B1 - Wireless Monitoring Device of Cutting Resistance at the Tip of the Rotary Tool - Google Patents
Wireless Monitoring Device of Cutting Resistance at the Tip of the Rotary Tool Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 회전 공구의 실부하(절삭력)를 실시간으로 모니터링하기 위한 부하 모니터링 툴에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무선통신모듈 및 증폭모듈을 통해 회전 공구 팁에 장착된 스트레인 게이지에서 검출된 부하 신호를 무선으로 모니터링 시스템에 전송하도록 하여 회전 공구의 회전에 따른 부하 신호의 노이즈 발생을 최소화하여 모니터링 신뢰도를 향상시킨 회전 공구의 팁에서의 절삭력 무선 모니터링 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a load monitoring tool for real-time monitoring of a real load (cutting force) of a rotary tool, and more particularly, to a load monitoring tool for monitoring a load signal detected in a strain gauge mounted on a rotary tool tip through a wireless communication module and an amplification module The present invention relates to a wireless monitoring apparatus for cutting power in a tip of a rotary tool, which improves monitoring reliability by minimizing generation of noise of a load signal caused by rotation of the rotary tool.
Description
본 발명은 회전 공구의 실부하(절삭력)를 실시간으로 모니터링하기 위한 부하 모니터링 툴에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무선통신모듈 및 증폭모듈을 통해 회전 공구 팁에 장착된 스트레인 게이지에서 검출된 부하 신호를 무선으로 모니터링 시스템에 전송하도록 하여 회전 공구의 회전에 따른 부하 신호의 노이즈 발생을 최소화하여 모니터링 신뢰도를 향상시킨 회전 공구의 팁에서의 절삭력 무선 모니터링 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a load monitoring tool for real-time monitoring of a real load (cutting force) of a rotary tool, and more particularly, to a load monitoring tool for monitoring a load signal detected in a strain gauge mounted on a rotary tool tip through a wireless communication module and an amplification module The present invention relates to a wireless monitoring apparatus for cutting power in a tip of a rotary tool, which improves monitoring reliability by minimizing generation of noise of a load signal caused by rotation of the rotary tool.
공작물을 고속으로 가공하는 작업이나 공작물의 내경을 가공하는 보링등과 같은 가공작업들은 가공 특성상 가공중의 칩의 배출 불량, 구성인선의 발생, 공구의 손상 등과 같은 이상 현상을 육안으로 확인하기가 매우 곤란하다.Machining operations such as high-speed machining of workpieces and boring for machining the inside diameter of workpieces are very difficult to visually identify abnormalities such as poor chip discharge during machining, It is difficult.
기계 부품들의 경우 센서를 통해 직접 공구의 마모나 파손 등의 검출이 가능하여 실시간 감시에 많이 사용되고 있다. 그러나 공구자체가 회전운동을 하는 공작기계의 경우 유선으로 센서로부터 직접 신호를 검출하여 이상 상태를 감시하는 것은 매우 어려운 것이 현실이다. 가공물의 형상 및 정도에 가장 큰 영향을 미치는 회전공구의 파손, 마모 등의 이상 상태를 검출하기 위해서 현재까지는 간접적인 방식에 의해 감시가 이루어지고 있다. 이것은 회전체에서 신호를 받기 위해 사용한 브러시 타입 슬립링의 노이즈가 크기 때문에 센서신호를 획득하기가 어렵기 때문이다.In the case of mechanical parts, it is possible to detect the abrasion or breakage of the tool directly through the sensor, which is widely used for real-time monitoring. However, in the case of a machine tool in which the tool itself rotates, it is very difficult to detect a signal directly from the sensor by a wire to monitor the abnormal state. In order to detect abnormal conditions such as breakage and abrasion of rotary tools, which have the greatest influence on the shape and the degree of the workpiece, up to now, monitoring is performed by an indirect method. This is because it is difficult to acquire the sensor signal because of the large noise of the brush type slip ring used to receive the signal from the rotating body.
특히 회전기계에 센서와 신호처리장치를 장착하여 무선으로 신호를 처리할 수 있는 방법이 개발되지 않았고 회전기계에서 신호를 무선으로 처리하기 위한 연구는 다각적으로 제시되고 시도되었으나, 노이즈 처리 및 신호처리의 고속화가 이루어지지 않아 아직 상용화 되지 않고 있다. 센서로부터 높은 신뢰성의 정보를 얻기 위해서는 공구에서 직접 신호를 검출하여 감시하는 것이 가장 이상적이다.In particular, there has not been developed a method of processing a signal wirelessly by attaching a sensor and a signal processing device to a rotating machine, and studies for wirelessly processing a signal in a rotating machine have been variously proposed and tried. However, The speed has not yet been achieved and is not yet commercialized. In order to obtain highly reliable information from the sensor, it is ideal to detect and monitor the signal directly from the tool.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 회전 공구에 스트레인게이지 센서를 부착하여 절삭력을 감시하고, 이를 무선으로 모니터링 시스템에 전달하도록 하여 부하신호의 신뢰성을 확보한 회전 공구의 팁에서의 절삭력 무선 모니터링 장치를 제공함에 있다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a strain gauge sensor for detecting a cutting force and transmitting it to a monitoring system wirelessly, And a cutting power wireless monitoring device at the tip of the rotary tool.
본 발명의 회전 공구의 팁에서의 절삭력 무선 모니터링 장치는, 공작 기계에서 사용되는 척에 구비되는 회전 공구의 팁에서의 절삭력 무선 모니터링 장치에 있어서, 상기 척의 일측에 구비되며, 상기 공작 기계에 장착되는 하우징; 상기 하우징 및 척을 관통하여 고정되는 툴; 상기 척과 근접한 위치에서 상기 툴의 둘레에 직접 부착되어 상기 툴과 함께 회전하고, 상기 척으로 전달되는 회전 공구의 절삭력을 감지하는 스트레인 게이지; 및 상기 하우징에 내장되며, 상기 스트레인 게이지를 통해 검출된 절삭력 신호를 산출 및 연산하여 무선으로 전송하는 임베디드부를 포함하고, 상기 임베디드부는, 상기 스트레인 게이지와 유선으로 연결되며, 상기 스트레인 게이지에서 출력되는 절삭력 신호를 DSP로 신호처리하는 메인보드; 상기 메인보드에서 신호처리된 데이터를 상기 공작 기계의 컨트롤러로 무선으로 전송하는 무선통신부; 및 상기 무선통신부 상에 배치되는 전원부를 포함하되, 상기 무선통신부 및 상기 메인보드는 상기 척의 회전축을 중심으로 소정의 직경을 갖는 원판 상으로 이루어지고, 원판 중심이 상기 툴에 의해 관통되며, 상기 전원부는 복수 개가 상기 척의 회전축을 중심으로 방사상으로 배치되는 것을 특징으로 한다. A cutting power wireless monitoring apparatus in a tip of a rotary tool according to the present invention is a device for monitoring a cutting power in a tip of a rotary tool provided in a chuck used in a machine tool and is provided at one side of the chuck, housing; A tool fixed through the housing and the chuck; A strain gauge attached to a periphery of the tool at a position close to the chuck to rotate with the tool and sense a cutting force of the rotary tool transmitted to the chuck; And an embedded unit built in the housing for calculating and calculating a cutting force signal detected through the strain gauge and transmitting the calculated cutting force signal wirelessly, wherein the embedded unit is connected to the strain gauge by wire, and the cutting force outputted from the strain gauge A main board for signaling signals to a DSP; A wireless communication unit for wirelessly transmitting data processed by the main board to a controller of the machine tool; And a power supply unit disposed on the wireless communication unit, wherein the wireless communication unit and the main board are formed in a disk shape having a predetermined diameter around a rotation axis of the chuck, the center of the disk is penetrated by the tool, Are arranged radially about the rotational axis of the chuck.
이때, 상기 임베디드부는, 상기 스트레인 게이지에서 출력되는 절삭력 신호를 증폭하고, DSP로 신호처리하는 작업을 수행하며, 도출된 절삭력을 을 상기 공작 기계의 컨트롤러로 전달하되, RS-232 또는 블루투스 무선 통신을 이용하여 전달한다.The embedded unit amplifies a cutting force signal output from the strain gauge and performs signal processing with a DSP. The embedded unit transmits the derived cutting force to a controller of the machine tool, and performs RS-232 or Bluetooth wireless communication. .
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 회전 공구의 팁에서의 절삭력 무선 모니터링 장치는 스트레인게이지 디바이스를 가공척 안쪽에 장착 사용하고 DSP를 통하여 내부 프로세싱 및 블루투스 무선통신 인터페이스로 공구 끝단의 측정신호를 기계 밖에서 정밀하게 감지할 수 있는 장점을 갖는다.The cutting power wireless monitoring device in the tip of the rotary tool of the present invention having the above structure mounts the strain gage device inside the machining chuck and transmits the measurement signal of the tool tip to the outside of the machine through the internal processing and the Bluetooth wireless communication interface through the DSP It has an advantage that it can be precisely detected.
이는 가공 조건에 따른 보다 회전공구 실부하 절삭력 변화를 측정하는 시스템 구성이 가능하기에, 구성된 장치를 통해 조건별 절삭력 획득 및 변화를 파악하고 예측하는 이상적인 공구감시 (가공정밀도에 직접 영향을 끼치는 툴 마모 정도 및 공정 장애에 영향을 끼치는 파손문제) 솔루션으로 적용할 수 있다. This makes it possible to construct a system for measuring the change in load cutting force of a rotary tool according to a machining condition, and it is an ideal tool for grasping and predicting a cutting force acquisition and a change according to a condition through a constituted device (tool wear And damage problems that affect process and process disturbances).
더불어, 임베디드 시스템에 무선 통신 모듈인 블루투스를 부착할 경우 원격으로 이러한 정보를 CNC 컨트롤러와 외부 작업자에게 송수신이 가능하므로, 실시간으로 감시 및 관리가 가능한 효과가 있다. In addition, when Bluetooth is attached to the embedded system, it is possible to remotely transmit / receive this information to the CNC controller and the external worker, thereby realizing monitoring and management in real time.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 절삭력 무선 모니터링 장치 전체사시도
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 절삭력 무선 모니터링 장치 분해사시도
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 절삭력 무선 모니터링 장치 단면도
도 4는 절입깊이를 0.1mm, 스핀들 회전속도를 1000rpm으로 하여 가공하였을 시 발행하는 절삭력 신호 그래프
도 5는 도 4의 주파수 분석 그래프
도 6은 도 4의 가공조건으로 획득한 신호를 주파수 분석한 결과 그래프
도 7은 X축 방향가공과 이송속도 200mm/min 조건에서 스핀들 속도와 절입깊이를 다르게 하여 가공한 결과를 각각 평균한 결과 그래프
도 8은 X축 방향가공과 이송속도 400mm/min 조건에서 스핀들 속도와 절입깊이를 다르게 하여 가공한 결과를 각각 평균한 결과 그래프
도 9 내지 도 11은 이송속도를 600mm/min, 800mm/min, 1000mm/min으로 하여 가공했을 시 나타나는 절삭력 변화 그래프1 is an overall perspective view of a cutting power wireless monitoring apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is an exploded perspective view of a cutting power wireless monitoring apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view of a cutting power wireless monitoring device according to an embodiment of the present invention
FIG. 4 is a graph showing a cutting force signal graph when the cutting depth is 0.1 mm and the spindle rotation speed is 1000 rpm
Figure 5 is a graph of the frequency analysis
FIG. 6 is a graph showing a result of frequency analysis of a signal obtained under the processing conditions of FIG.
Fig. 7 is a graph showing a result obtained by averaging the results obtained by machining the spindle at different speeds and infeed depths in the X axis direction and at a feed rate of 200 mm / min.
8 is a graph showing a result obtained by averaging the results obtained by machining the spindle at a speed of 400 mm /
Figs. 9 to 11 are graphs showing the cutting force variation graphs obtained when the feed speed is 600 mm / min, 800 mm / min, and 1000 mm /
이하, 상기와 같은 본 발명의 일실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1에는 본 발명의 일실시 예에 따른 회전 공구의 팁에서의 절삭력 무선 모니터링 장치(1000, 이하, "모니터링 장치")의 전체사시도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 모니터링 장치(1000)는 공작기계에 구비되는 척(100)과, 척(100)의 일측에 구비되며 공작 기계에 장착되는 하우징(200)과, 하우징(200)의 일측에 구비되며, 스트레인 게이지(600, 도 2 참조)가 부착되고, 하우징(200)과 척(100)을 관통하는 관상의 툴(500)을 포함한다. 하우징(200)의 내부에는 스트레인 게이지(600)에서 검출되는 절삭력 신호를 산출하고, 이를 무선으로 전송하는 임베디드부(300, 도 2 참조)가 내장된다.FIG. 1 shows an entire perspective view of a cutting force radio monitoring apparatus 1000 (hereinafter referred to as "monitoring apparatus") at a tip of a rotary tool according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the
상기와 같은 구성의 모니터링 장치(1000)는 임베디드부(300)가 모니터링 장치(1000) 상에 구비된 스트레인 게이지(600)와 직접 연결됨은 물론 공작 기계와는 무선 통신을 통해 연결됨에 그 특징이 있다. 따라서 본 발명의 모니터링 장치(1000)는 공작기계에 착탈 가능하도록 구성되어 무선통신이 가능한 다양한 공작기계에 범용으로 적용 가능한 장점이 있다.The
이하, 상기와 같은 본 발명의 일실시예에 따른 모니터링 장치(1000)의 세부 구성에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the detailed configuration of the
도 2에는 본 발명의 일실시 예에 따른 모니터링 장치(1000)의 분해사시도가 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명의 일실시 예에 따른 모니터링 장치(1000)의 단면도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 척(100)의 일측에는 하우징(200)이 구비되며, 하우징(200)은 제1 하우징(210)과 제1 하우징의 일측에 길이 방향을 따라 배치 결합되는 제2 하우징(220)으로 구성된다. 제1 하우징(210)은 내부가 중공된 원통형으로 이루어지며, 중앙에는 툴(500)이 관통되도록 관통홀이 형성된다. 제2 하우징(220)은 제1 하우징(210)의 일측 개방부를 밀폐하도록 구성되며, 제2 하우징 역시 중앙에 툴(500)이 관통되는 관통홀이 형성된다. FIG. 2 is an exploded perspective view of a
또한 하우징(200)의 내부에는 임베디드부(300)가 배치되며, 임베디드부(300)는 무선통신부(310)와 메인보드(320)로 구성된다. An embedded
이때, 본 발명의 임베디드부(300)는 회전하는 척(100)에 장착되는 모니터링 장치(1000)에 구비됨에 따라 동작 오류 및 통신 오류를 최소화하기 위해 다음과 같은 특징적인 구성을 갖는바 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.The embedded
도면을 참조하면, 임베디드부(300)는 무선통신부(310)와, 스트레인 게이지(600) 신호 값을 연산하는 메인보드(320)를 포함하여 이루어진다.Referring to FIG. 3, an embedded
무선통신부(310)는 메인보드(320)에서 출력되는 신호를 공작 기계의 컨트롤러에 전달하기 위한 구성으로 RS-232 또는 블루투스 무선 통신 모듈이 적용될 수 있다. 이때 무선통신부(310)는 모니터링 장치(1000)의 회전에 따른 통신 오류를 최소화하기 위해 척(100)의 회전축을 중심으로 소정의 직경을 갖는 원판 상으로 형성될 수 있다. 무선통신부(310) 상에는 임베디드부(300)에 전원을 공급하기 위한 전원부(315)가 배치된다. The
전원부(315)는 상당한 무게를 갖기 때문에 잘못 배치될 경우 임베디드 모듈(300)의 무게 중심이 척(100)의 회전축에서 벗어나게 되고, 모니터링 장치(1000) 회전 시 진동 발생의 원인이 될 수 있다. 따라서 전원부(315)는 복수 개가 척(100)의 회전축을 중심으로 방사상으로 배치될 수 있다.Since the
메인보드(320)는 스트레인 게이지(600)에서 출력되는 절삭력 신호를 산출하여 연산 및 무선통신부(310)에 전달하는 역할을 수행하며, 도출된 절삭력을 상기 공작 기계의 컨트롤러로 전달하기 위한 임베디드부(300)의 핵심 구성이다. 메인보드(320)는 무선통신부(310)에서 일측 방향으로 소정거리 이격 배치된다. 이때 메인보드(320)는 모니터링 장치(1000)의 회전에 따른 동작 오류를 최소화하기 위해 척(100)의 회전축을 중심으로 소정의 직경을 갖는 원판 상으로 형성될 수 있다. The
툴(500)은 일정 길이를 갖는 로드 상으로 이루어지며, 타측이 하우징(200), 임베디드부(300) 및 척(100)의 중앙을 관통하여 배치될 수 있다.The
이때 스트레인 게이지(600)가 툴(500)의 타단부에 부착되어 공작 기계의 가공중의 절삭력 상태를 감지하게 된다. 스트레인 게이지(600)는 척(100)으로 전달되는 회전 공구의 절삭력을 감지하도록 척(100)과 근접한 위치에 배치된다. 스트레인 게이지(600)는 통상의 스트레인 게이지 센서가 적용될 수 있다. 스트레인 게이지 센서의 경우에는 저가이고 소형이며 공구에 직접 부착이 가능한 장점이 있다. 스트레인 게이지(600)를 직접 툴(500)에 부착하고, 절삭력 변화에 따른 스트레인게이지의 신호를 메인보드(320)를 이용하여 아날로그신호로 처리하고, 이를 무선통신부(310)를 이용해 데이터를 무선으로 전송한다면 가공중의 절삭력상태를 실시간으로 모니터링 할 수 있다. 특히 블루투스의 경우 슬립링 방식에 비해 노이즈에 강하며 장애물에 영향을 받지 않아 회전체에 적용하기에 적합하다.At this time, the
이하 상기와 같은 본 발명의 일실시 예에 따른 모니터링 장치(1000)를 이용한 절삭력 평가 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, a method of evaluating a cutting force using the
상기 측정 방법은, 가공조건(스핀들속도, 절입깊이, 이송속도)에 따라 공구에 인가되는 절삭력을 획득하고, 이를 각 조건별로 평균치를 구한 다음 주어진 조건별로 절삭력의 변화를 파악하는 것을 목적으로 수행되었다. 데이터 취득 방법은 가공 시에 발생하는 절삭력 변화신호를 필터가 내장된 증폭기로 인가하고 이를 WaveBook516 신호 획득 장치를 통해 수집하였다. 실험에 적용된 조건은 아래와 같다.The measurement method was performed to obtain the cutting force applied to the tool according to the machining conditions (spindle speed, infeed depth, feed rate), obtain an average value for each condition, and then grasp the change in the cutting force according to the given conditions . In the data acquisition method, a cutting force change signal generated during machining was applied to an amplifier having a filter incorporated therein, and then collected through a WaveBook 516 signal acquisition device. The conditions applied to the experiment are as follows.
샘플링 주파수 : 2kHzSampling frequency: 2kHz
절입깊이(mm) : 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5Infeed depth (mm): 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5
스핀들 속도(rpm) : 1000, 1500, 2000, 2500, 3000Spindle speed (rpm): 1000, 1500, 2000, 2500, 3000
이송속도(mm/min) : 200, 400, 600, 800, 1000Feed rate (mm / min): 200, 400, 600, 800, 1000
가공방향 : X축Machining direction: X axis
가공소재 : Al6061Working material: Al6061
- X축 방향 가공 시 이송속도 200 ~ 1000mm/min 조건별 특성테스트- Feed rate during machining in the
절입깊이를 0.1mm, 스핀들 회전속도를 1000rpm으로 하여 가공하였을 시 발행하는 절삭력 신호를 아래 도 4에 나타내었다. 초반부에 절삭력이 상승하는 원인은 가공소재와 공구의 접촉순간과 밀링머신이 절삭깊이 0.1mm로 수직 하강하기 때문에 나타난다. Cutting force signals generated when the cutting depth is 0.1 mm and the spindle rotation speed is 1000 rpm are shown in FIG. 4 below. The reason for the increase of the cutting force in the early part is due to the moment of contact between the workpiece and the tool and the vertical descent of the milling machine to the cutting depth of 0.1 mm.
상기의 가공조건으로 획득한 신호를 주파수 분석한 결과를 도 5에 나타내었다. 주파수 분석 결과 16.61Hz는 스핀들 회전속도(1000rpm : 1000/60=16.666)로 유발되는 주파수이고 59.98은 전원노이즈로 기인한 것이다. 그 이외의 주파수는 스핀들 주파수와 전원주파수의 배수 배에 해당한다.FIG. 5 shows the frequency analysis result of the signal obtained under the above processing conditions. As a result of the frequency analysis, 16.61Hz is the frequency caused by the spindle rotation speed (1000rpm: 1000/60 = 16.666) and 59.98 is due to the power noise. Other frequencies are multiples of the spindle frequency and the power frequency.
도 6은 절입깊이 0.5mm, 회전속도 1000rpm으로 가공을 수행 했을 시에 나타나는 절삭력 신호이다. 초반에 상승하는 부분은 위에서 설명한 것과 동일한 원인이며 주파수 분석결과도 스핀들 회전주파수와 전원주파수가 포함된 것을 알 수 있다. 절삭깊이가 5배 증가하고 스핀들 속도와 이송속도가 동일한 경우 0.1mm절삭 시 보다 절삭력의 변화 정도가 크게 나타난다.Fig. 6 shows a cutting force signal when cutting is performed at a cutting depth of 0.5 mm and a rotation speed of 1000 rpm. The initial rise is the same as described above, and the results of the frequency analysis also show that the spindle rotation frequency and the power frequency are included. When the cutting depth is increased 5 times and the spindle speed is equal to the feed speed, the cutting force change is larger than when cutting 0.1 mm.
도 7은 X축 방향가공과 이송속도 200mm/min 조건에서 스핀들 속도와 절입깊이를 다르게 하여 가공한 결과를 각각 평균한 결과이다. 0.3mm 절삭두께에서는 3000rpm에서 절삭력이 감소하는 경향과, 0.4mm 절삭두께에서는 2000rpm부터 절삭력이 감소하여 3000rpm에서 절삭력 감소가 0.3mm보다 더 크게 나타났으며 0.5mm 절삭두께에서는 1500rpm에서부터 절삭력이 감소하여(감소기울기 기준) 회전속도가 증가할수록 절삭력의 감소 더 크게 발생하였다. 이러한 결과로부터 Al6061가공에서는 회전속도가 높을수록 절삭력은 감소하며 절입깊이가 증가할수록 절삭력은 증가하지만 회전속도의 증가에 따라 그 크기는 반대로 감소하므로 적절한 가공조건을 도출할 수 있다. Fig. 7 shows the results obtained by averaging the results obtained by machining the spindle at different speeds and infeed depths in the X axis direction and at the feed rate of 200 mm / min. Cutting force decreased at 3000rpm at 0.3mm cutting thickness and cutting force decreased at 2000rpm at 0.4mm cutting thickness. Cutting force reduction at 3000rpm was greater than 0.3mm at cutting depth of 0.4mm and cutting force decreased at 1500rpm Reduction slope basis) As the rotational speed increases, the cutting force is larger. From these results, it can be deduced that the machining force decreases as the rotating speed increases and the cutting force increases as the cutting depth increases. However, as the rotating speed increases, the size decreases inversely.
도 8은 X축 방향가공과 이송속도 400mm/min 조건에서 스핀들 속도와 절입깊이를 다르게 하여 가공한 결과를 각각 평균한 결과이다. 전체적으로 회전속도가 증가할수록 즉 절삭선속도가 증가할수록 절삭력의 감소패턴, 절삭두께가 증가할수록 절삭력 증가 패턴은 200mm/min에서의 결과와 유사하지만 다른점은 0.3mm, 0.4mm, 0.5mm에서 가공 시에 이송속도가 400mm/min일 경우 그 감소량은 작게 나타났음.Fig. 8 shows the results obtained by averaging the results obtained by machining the spindle at different speeds and infeed depths in the X axis direction and at the feed rate of 400 mm / min. As the overall rotation speed increases, that is, as the cutting line speed increases, the pattern of cutting force decreases. As the cutting thickness increases, the cutting force increase pattern is similar to the result at 200 mm / min, but the difference is 0.3 mm, 0.4 mm, The reduction amount is small when the feed speed is 400 mm / min.
도 9 내지 11은, 이송속도를 600mm/min, 800mm/min, 1000mm/min으로 하여 가공했을 시 나타나는 절삭력 변화를 보여준다. 이송속도가 증가할수록 회전속도의 증가로 인해 유발되는 절삭력의 감소량이 작아짐을 확인할 수 있다. 일반적으로 가공 중에 발생하는 절삭력은 그 크기가 작을수록 가공표면이 좋다고 할 수 있다. Figs. 9 to 11 show the cutting force changes when the feed speed is 600 mm / min, 800 mm / min, and 1000 mm / min. It can be seen that as the feed rate increases, the amount of reduction in the cutting force caused by the increase of the rotational speed decreases. Generally, the smaller the cutting force generated during machining, the better the machined surface.
공구의 수명에도 직접적인 영향을 가지므로 위에서 실험한 결과를 테이블로 정리하여(절삭두께와 이송속도 및 회전속도별 절삭력 변화 테이블) 소재에 따른 한계절삭력을 결정한 후 이를 활용한다면 더 좋은 가공표면을 확보 할 수 있을 것으로 예상된다.Because it has a direct influence on the tool life, the results of the above tests are summarized in tables (cutting thickness, feed rate and cutting speed change table for each rotating speed) It is expected to be possible.
본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.The technical idea should not be construed to be limited to the above-described embodiment of the present invention. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Accordingly, such modifications and changes are within the scope of protection of the present invention as long as it is obvious to those skilled in the art.
1000 : 모니터링 장치
100 : 척
200 : 하우징 210 : 제1 하우징
220 : 제2 하우징
300 : 임베디드부 310 : 무선통신부
320 : 메인보드
500 : 툴
600 : 스트레인 게이지1000: Monitoring device
100: Chuck
200: housing 210: first housing
220: second housing
300: embedded part 310: wireless communication part
320: Motherboard
500: Tools
600: Strain gauge
Claims (2)
상기 척의 일측에 구비되며, 상기 공작 기계에 장착되는 하우징;
상기 하우징 및 척을 관통하여 고정되는 툴;
상기 척과 근접한 위치에서 상기 툴의 둘레에 직접 부착되어 상기 툴과 함께 회전하고, 상기 척으로 전달되는 회전 공구의 절삭력을 감지하는 스트레인 게이지; 및
상기 하우징에 내장되며, 상기 스트레인 게이지를 통해 검출된 절삭력 신호를 산출 및 연산하여 무선으로 전송하는 임베디드부를 포함하고,
상기 임베디드부는,
상기 스트레인 게이지와 유선으로 연결되며, 상기 스트레인 게이지에서 출력되는 절삭력 신호를 DSP로 신호처리하는 메인보드;
상기 메인보드에서 신호처리된 데이터를 상기 공작 기계의 컨트롤러로 무선으로 전송하는 무선통신부; 및
상기 무선통신부 상에 배치되는 전원부를 포함하되,
상기 무선통신부 및 상기 메인보드는 상기 척의 회전축을 중심으로 소정의 직경을 갖는 원판 상으로 이루어지고, 원판 중심이 상기 툴에 의해 관통되며,
상기 전원부는 복수 개가 상기 척의 회전축을 중심으로 방사상으로 배치되는 것을 특징으로 하는, 회전 공구의 팁에서의 절삭력 무선 모니터링 장치.
A cutting power wireless monitoring apparatus in a tip of a rotary tool provided on a chuck used in a machine tool,
A housing provided at one side of the chuck and mounted on the machine tool;
A tool fixed through the housing and the chuck;
A strain gauge attached to a periphery of the tool at a position close to the chuck to rotate with the tool and sense a cutting force of the rotary tool transmitted to the chuck; And
And an embedded unit built in the housing for calculating and calculating a cutting force signal detected through the strain gauge and wirelessly transmitting the calculated cutting force signal,
The embedded unit includes:
A main board connected to the strain gauge by wire and signaling a cutting force signal output from the strain gauge to a DSP;
A wireless communication unit for wirelessly transmitting data processed by the main board to a controller of the machine tool; And
And a power supply unit disposed on the wireless communication unit,
Wherein the wireless communication unit and the main board are formed in a disk shape having a predetermined diameter around a rotation axis of the chuck, the center of the disk is penetrated by the tool,
Wherein the plurality of power sources are disposed radially about the rotation axis of the chuck.
상기 임베디드부는,
상기 스트레인 게이지에서 출력되는 절삭력 신호를 증폭하고, DSP로 신호처리하는 작업을 수행하며, 도출된 절삭력을 을 상기 공작 기계의 컨트롤러로 전달하되,
RS-232 또는 블루투스 무선 통신을 이용하여 전달하는, 회전 공구의 팁에서의 절삭력 무선 모니터링 장치.The method according to claim 1,
The embedded unit includes:
Amplifying a cutting force signal output from the strain gauge and performing signal processing with a DSP, and transmitting the derived cutting force to a controller of the machine tool,
A cutting power wireless monitoring device at the tip of a rotating tool, transmitted using RS-232 or Bluetooth wireless communication.
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