In order to improve the productivity in turning operations, feed force is regulated by adjusting feedrate so that cutting forces can be kept constant to some extent. To achieve the above objective, main efforts are concentrated on two basic problems: accurate modeling of the turning process and design of a controller suitable for the derived model.
A mathematical model relating feedrate command as an input with the feed force as an output is presented for a turning process with the machine tool compliance taken into consideration. Effects of consideration of the machine tool compliance in the process modeling are investigated through stability analysis of PI control system and comparison study between the proposed and conventional model.
It is found that inclusion of the machine tool compliance into control model makes the predictions ofr stability get closer to the behavior of real process and, hence, is desirable. In addition, the stable region by the proposed model is far bigger than that by the conventional one.
A fixed gain PI control is applied to the turning process to control the cutting force. It is shown that the fixed gain PI control scheme tuned at a specified condition might become either unstable or sluggish depending on the variation of cutting conditions.
In order to overcome the limitations of the fixed gain PI control, an adaptive PI and an adaptive pole assignment control algorithms are formulated. As a parameter estimation algorithm, a recursive least squares with variable forgetting factors is introduced so as to keep abreast of time-varying nature of the cutting process. The adaptive PI control using the idea of self-tuning gain is found to have some shortcomings that the transient characteristics could not be maintained constant despite of better performance than the fixed gain PI control from the viewpoint of stability. It is shown that the adaptive pole assignment control algorithm can be successfully implemented to the cutting force control of the turning operation over wide range of operating conditions.
이송속도를 조절하여 공작기계의 성능이 고려된 최대 허용값으로 절삭력을 유지시킴으로써, 선반작업의 생산성을 향상시킴과 동시에 공구와 기계를 보호하고자함이 본 연구의 주된 목적이다. 이를 위하여 다음의 두가지 문제, 즉 선삭과정을 정확하게 대변할 수 있는 모형의 유도와 유도된 모형에 적합한 제어기의 설계에 중점을 두어 고찰하였다.
이송속도지령을 입력으로 하고 이송절삭력을 출력으로 하는 선삭과정 모형을 공작기계의 컴플라이언스를 고려하여 제시하였다. 유도된 모형으로부터 예측된 절삭력은 실험을 통하여 측정된 절삭력과 비교적 잘 일치하였다. 특히, 제안된 모형은 컴플라이언스의 영향을 배제한 종래의 모형보다 비례-적분 제어를 통해 나타난 실제 시스템의 특성과 더욱더 일치하고 있었으며, 제어시스템의 안정영역이 훨씬 확장됨을 보였다.
이득상수가 일정한 비례-적분 기법을 절삭력 제어에 적용했을 경우, 제어시스템은 불안정해지거나 응답속도가 느려지는 한계성이 있음을 확인하였다. 이점을 보완하기 위해 비례-적분 적응제어기법과 극지정 적응제어기법을 공식화하였으며, 시간에 따라 변하는 절삭과정의 매개변수를 추정하기 위해 변동망각인자를 가지는 반복최소오차기법 (RECURSIVE LEAST SQUARES WITH VARIABLE FORGETTING FACTORS)이 도입되었다. 이득자동조절 (SELF-TUNING GAIN)의 개념을 이용한 비례-적분 적응제어기는 이득상수가 일정한 비례-적분 제어기보다 제어시스템의 안정성 측면에서 더 나은 성능을 발휘하였으나, 시간에 따라 변동하는 선삭과정의 특성에 기인하여 과도 응답특성을 일정하게 유지시킬 수 없음을 확인하였다. 반면, 극지정 적응제어방법은 광범위한 절삭조건에 걸쳐 선삭과정의 절삭력 제어에 적용될 수 있음을 시뮬레이션과 실험을 통해 증명하였다.
