본 연구에서는 절삭과정의 정적특성에 관한 식과 그에 포함된 계수를 실험을 통하여 결정함으로써 절삭과정을 모델링하고, 절삭시에 검출되는 주절삭력에 따라 이 송속도를 제어하며 절삭과정의 변동에 관계없이 시스템의 안정을 보장하는 제어 프로 그램 및 제어장치를 개발하여 선삭작업에 응용하여 보고자 한다.
본 논문에서는 엔드 밀링에서 황삭 작업시 비교적 절삭 모델의 정립이 용이한 하향 밀링(down milling)의 경우를 대상으로, 가공면 오차의 주 원인인 공구와 공작물 사이의 처짐과 절삭력의 특정한 동적관계를 유도하고, 그 절삭력을 일정하게 유지하도록 공구의 이송속도를 온라인으로 제어하였다.
본 연구에서는 ARSC를 엔드밀링 공정에 적용하여, 절삭력을 추종제어하는 실 예를 제시하고자 한다.제2장에서는 ARSC를 절삭공정에 일반적으로 적용하기 위한 구체적인 이론전개를 설명하여, 제3장에 실시간 시뮬레이션의 방법과 결과를 예시하 고,마지막으로, 제4장에 엔드밀링 절삭시험을 위한 장치의 구성 및 그 결과를 설명하 였다.
Quasti-static cutting force variations in milling process are measured indirectly using spindle motor current. Quasi-static sensitivity of the spindle motor current is higher than that of the feed motor current. Magnitude of the spindle motor current is independent of cutting direction. The linear relationship between the cutting force and the spimdle motor RMS current at various spindle rotational speed is obtained. Frequency/ Voltage(F/V) converter voltage is measured to identify the spindle speed and to determine the cutting force at various spindle speeds. Overload on the tool during milling process can be detected using the proposed indirect cutting force measurement. Based on these measurements, cutting force is regulated at a constant level by feedrate control.
Static variations of cutting forces are estimated using spindle motor current. Static sensitivity of spindle motor current is higher than feed motor current. The linear relationship between the cutting force and RMS value of the spindle motor current is obtained. Using cutting force estimation, tool overload in milling process can be well detected, and cutting force is regulated at a constant level by feedrate adaptive control.
This research proposes a new advanced control method and demonstrates its realization in part. By incorporating shape machining and cutting force control at a time, this integrated scheme makes it possible to machine a desired shape and avoid the trouble of programming feedrate and spindle speed before machining and also reduce the shape error. The main idea proposed to achieve those goals consists in giving commanded path and desired cutting force at the same time. which makes it possible for position and force controller to distribute the corresponding velocity of individual axes and main spindle by an appropriate interpolation. That indicates we can replace the built-in interpolator of commercial machine tools by the developed algorithm.
While a cutting tool is machining a workpiece at various cutting depth, the feedrate is usually selected based on the maximum depth of cut. Even if this selection can avoid power saturation or tool breakage, it is very conservative compared to the capacity of the machine tools and can reduce the productivity significantly. Many adaptive control techniques that can adjust the feedrate to maintain the constant cutting force have been reported. However, these controllers are not very widely used in manufacturing industry because of the limitations in measuring the cutting force signals. In this paper, turning force control systems based on the estimated cutting force signals are proposed. A synthesized cutting force monitor is introduced to estimate the cutting force as accurately as a dynamometer does. Three control strategies of PI, adaptive and fuzzy logic controllers are applied to investigate the feasibility of utilizing the estimated cutting force fur turning force control. The experimental results demonstrate that the proposed systems can be easily realized in CNC lathe with requiring little additional hardware.
Spindle motor current is used to estimate the cutting force indirectly and control the feed rate for the cutting force regulation. The proposed algorithm is implemented to a DSP board based hardware for the industrial application. The software to make POP terminal communicate with the DSP board and POP server is coded under Windows 95 environment. Experiments under varying cutting conditions show that the DSP board recognizes the information of installed cutting tool and cutting conditions delivered from the POP server to use them for the proper control of the feed rate. The cutting force is regulated well during machining of tapered or stepped workpiece and circular shaped workpiece as well.
Continuous sliding mode control is applied to turning process for cutting force regulation. The highest feedrate compatible with the allowable cutting force is applied in rough cutting process such that maximum productivity is ensured and tool breakage is avoided. The programmed feedrate is overridden after the control algorithm is carried out. However, most CNC lathe manufacturers offer limited number of data bits far feedrate override, thus resulting in nonlinear behavior of the machine tools. Such nonlinearity brings “quantized” effect, and the optimal faedrate is rounded off before being fed into the CNC system. To compensate for this problem, continuous sliding mode control is applied. Conventional switching control law at a sliding surface is replaced by a smooth control interpolation in a selected boundary layer to avoid the excitation of high-frequency dynamics. Simulation results are presented in comparison with those obtained by applying adaptive control.
본 연구에서는 Koren과 Masory가 개발하여 적분제어기에 적용한 제어알고리즘 을, 제어기 반응속도를 향상시키기 위하여 비례적분제어기에 적용하는 방법을 제시하 고자 한다. 실험을 통하여 제어시스템을 모델링하고, 근궤적법을 이용하여 시스템을 안정하게 유지하기 위한 개회로 이득을 선정하며, 기존의 보통선반을 적응제어시스템 으로 개발하여 고정이득 비례적분제어기와 가변이득 비례적분제어기의 성능을 실험을 통하여 비교하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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