공작기계의 서보기술

CHAPTER 1. 공작기계의 서보 기술 개요
1.1 공작기계의 자동제어 종류
1.1.1 개방 루프 제어 방식
1.1.2 반 폐쇄 루프 제어방식
1.1.3 폐쇄 루프 제어 방식
1.1.4 하이브리드 서보 방식
1.2 공작기계의 설계 고찰
1.2.1 설계 개요
1.2.2 제어 시스템의 설계고찰
1.2.3 시스템의 모델화와 기본 동작
1.2.4 기계 구조적인 설계 고찰
1.3 공작기계 시스템에서 운동 손실
1.3.1 개요
1.3.2 운동 손실의 원인
1.4 공작기계의 진동
1.4.1 공작기계의 공진
1.4.2 공작기계의 떨림
1.4.3 떨림 보정
1.5 서보 기구 설계의 개요
1.5.1 서보 기구의 일반적 개념
1.5.2 서보 기구의 기본적인 구성
1.5.3 공작기계에서 서보 기구 특성
1.5.4 구동 시스템의 응답성
1.5.5 증폭기의 안정성
1.5.6 서보 기구에서의 실제 문제점

CHAPTER 2. 기계의 관성모멘트
2.1 역학의 기초
2.1.1 직선 운동
2.1.2 회전 운동
2.1.3 일과 에너지
2.2 관성모멘트(GD²) 계산의 기초
2.2.1 관성모멘트와 의 관계
2.2.2 각종 입체의 관성모멘트(GD²) 계산법
2.3 평행축의 정리
2.4 분할 입체 및 조합 입체의 관성모멘트(GD²) 계산법
2.4.1 분할 입체의 관성모멘트
2.4.2 조합 입체의 관성모멘트
2.5 기계장치의 등가 관성모멘트(GD²)
2.5.1 회전 기구 장치의 등가 관성모멘트
2.5.2 직동 기구 장치의 등가 관성모멘트
2.5.3 차축의 등가 관성모멘트
2.6 감속기 내장 기계장치의 관성모멘트(GD²)
2.6.1 기어 감속기의 관성모멘트
2.6.2 감속기 내장 대차의 관성모멘트
2.6.3 감속기 내장 테이블의 관성모멘트
2.6.4 감속기 내장 로봇 암의 관성모멘트

CHAPTER 3. 서보의 요소 - 증폭부
3.1 전력 변환기 개요
3.1.1 서보 앰프
3.1.2 초퍼
3.1.3 인버터
3.2 범용 서보 모터 드라이버의 구성
3.2.1 기본 구성
3.2.2 제어 장치
3.3 서보 모터 드라이버의 선정 방법
3.3.1 직선 이동 속도 제어 기구
3.3.2 회전 이동 속도 제어 기구

CHAPTER 4. 서보의 요소 - 조작부
4.1 서보 모터의 원리 및 요구 성능
4.1.1 모터의 원리 및 종류
4.1.2 모터의 토크 발생 원리
4.1.3 서보 모터의 종류와 요구 성능
4.2 서보 모터의 특징과 이용 포인트
4.2.1 직류 서보 모터의 특징과 이용 포인트
4.2.2 교류 서보모터의 특징과 이용 포인트
4.2.3 스테핑 모터의 특징과 이용 포인트
4.3 서보 모터의 선정 포인트
4.3.1 직류 서보 모터의 선정 포인트
4.3.2 교류 서보모터의 선정 포인트
4.3.3 스테핑 모터의 선정 포인트
4.4 이송용 서보 모터의 선정 방법
4.4.1 부하의 속도- 토크 특성
4.4.2 서보 모터의 테크니컬 데이터시트 보는 방법
4.4.3 이송용 서보 모터의 선정
4.5 동력 전달 기구의 선정 방법
4.5.1 기어 기구의 선정 방법
4.5.2 볼나사의 선정 방법
4.5.3 커플링의 선정 방법

CHAPTER 5. 서보의 요소 - 검출부
5.1 위치와 각도 검출 센서의 개요
5.1.1 포텐셔미터의 개요
5.1.2 리졸버의 개요
5.1.3 인덕토신의 개요
5.1.4 자기 스케일의 개요
5.1.5 태코제너레이터의 개요
5.1.6 엔코더의 개요
5.1.7 회절격자의 개요
5.2 센서의 최적 선정 순서
5.2.1 센서의 종류 알기
5.2.2 센서의 원리 알기
5.2.3 센서의 특징 알기
5.2.4 센서의 선정 포인트

CHAPTER 6. 서보 기구의 기초
6.1 자동 제어의 기초
6.1.1 자동 제어의 본질과 최적조정
6.1.2 제어 시스템의 해석 방법
6.1.3 제어 기본 요소의 전달 함수
6.1.4 블록선도의 등가 변환
6.2 서보 기구의 특성
6.2.1 과도 응답
6.2.2 주파수 응답
6.2.3 피드백 제어시스템의 특성
6.2.4 폐루프 제어시스템의 스텝 응답과 주파수 응답
6.2.5 개방 루프 시스템과 폐쇄 루프 시스템과의 주파수 응답
6.2.6 피드백 제어시스템의 안정성 평가
6.3 서보기구의 속도 제어
6.3.1 속도 제어의 개요
6.3.2 속도 제어의 특성
6.4 서보 기구의 위치 제어
6.4.1 위치 제어의 블록선도
6.4.2 위치 제어의 특성
6.5 서보 기구의 추종 제어
6.5.1 서보 2축에 의한 직선운동
6.5.2 서보 2축에 의한 원호운동

CHAPTER 7. 서보 기구와 기계시스템의 매칭
7.1 기계 정수와 기계 정수 구하는 방법
7.1.1 마찰력과 마찰 토크의 측정 방법
7.1.2 백래시 구하는 방법
7.1.3 로스트 모션
7.1.4 강성
7.1.5 관성 모멘트 또는 GD²
7.1.6 공진 주파수
7.2 서보 모터의 시정수
7.3 최대 속도와 최대 가속도
7.4 공작기계의 위치 결정 정도
7.4.1 위치 결정 정도
7.4.2 미끄럼 운동의 가로 흔들림, 세로 흔들림, 좌우 흔들림
7.4.3 열 변위
7.4.4 위치 결정 정도의 표시 방법
7.5 제어시스템의 위치 결정 오차의 특성
7.5.1 개방 루프와 폐쇄 루프 제어시스템의 특성
7.5.2 검출기 부착 위치에 따른 위치 결정 오차의 차이점
7.5.3 폐쇄 루프 제어시스템의 특징
7.6 제어시스템와 기계시스템의 매칭
7.6.1 정마찰 부하에 의한 위치 결정 반복 정도
7.6.2 구동 증폭기의 불감대에 의한 위치 결정 반복 정도
7.6.3 정상 속도 편차
7.6.4 공작기계 서보시스템 내의 기어열, 볼나사 강성의 영향
7.6.5 서보시스템의 안정성과 기계 공진 주파수

부록 및 찾아보기
부록1 전동력 역학공식
부록2 역학 공식표
참고문헌

머리말

1900년도 초반부에 그 당시 황무지였던 메카트로닉라는 과목을 강의하면서 생소한 이 과목을 기계과 학생들에게 어떻게 이해시켜야 하나 하는 생각을 가졌는데 벌써 대학에 재직한지 30년이 가까워졌다. 특히 설계과목과 메카트로닉스 관련 과목을 오랜 동안 해 왔는데 대학생들이 기계나 기구를 설계할 때 잘못하기 쉬운 미스는 오버 스펙이나 가공할 수 없는 도면을 작성한다는 것을 알게 되었다. 이것은 모터 선정과 센서 선정의 경우도 마찬가지이었다. 과잉 정도의 모터나 센서를 선택하여 비용 상승을 초래한다든지 역으로 사용 환경에 맞지 않는 모터나 센서를 선택하여 신뢰성을 떨어뜨린다든지 하는 것이 태반이었다.
그리고 연구소나 기업 등에서도 자동 기구나 장치를 설계할 때 모터나 센서를 적절하게 선정하는 교육을 시켜 주었으면 하는 바람이 있는 것도 사실이다.
그러나 시판되는 교재나 학술서는 이론적인 것에 급급하여 학생들이나 공학 실무자들이 정녕 사용하고자할 때 도움을 주지 못한다는 것이다. 다시 말해서 많은 학생들이나 공학 실무자들이 자동으로 기구나 장치 및 기계 등을 동작시키려는 시도를 많이 하고 있으면서도 적절한 학술서가 없어 모터나 센서를 대충 선택하다보니 많은 실수를 하는 것이다.
따라서 자동 기구나 장치 및 기계 등을 설계할 때 학생들뿐만 아니라 공학 실무자들에게도 학술적 뿐만 아니라 실용적으로도 도움을 줄 수 있는 저서를 집필해 보자는 결심을 하게 되었다. 물론 쉬운 일은 아니었지만 여러 해를 거치면서 실용적으로 필요한 사항이 무엇이며 무엇을 이해해야 하는지에 대해 경험 상 알게 된 것들을 바탕으로 정리하기로 하였다.
특히 NC 공작기계 설계에 있어서 서보 기술은 자동제어기술, 메카트로닉스기술, 기계설계기술의 3가지와 기술이 밀접하게 연관되어 구성되어 있으므로 모터나 센서를 적절하게 선정하여 적절한 기구나 장치 및 기계 등을 만드는데 좋은 대상이 될 것으로 생각하였다.
본서에서는 크게 2가지 내용으로 구성했는데 첫 째는 서보 기구를 구성하기 위한 요소에 대한 내용이고 둘째는 공작기계를 서보 기구와 매칭할 때 방법에 관한 내용으로 꾸며 보았다.
저자는 이 책에 많은 내용을 담고자 노력하였으나 다소 부족한 부분이 많을 것으로 생각된다. 이런 부분들은 다른 많은 좋은 참고서 및 문헌 등을 참고하길 바라며, 끝으로 이 책의 출판에 많은 도움을 주신 출판사 관계자 여러분께 진심으로 감사드린다.