KR100293969B1 - 기계요소및지지수단의변형보상장치,변형보상방법과변형보상장치의보정방법 - Google Patents

기계요소및지지수단의변형보상장치,변형보상방법과변형보상장치의보정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제 1 기계요소가 최소한 기계가공수단(1)을 포함하고, 최소한 한의 공급슬라이드(4)와 하나의 선형모터(5)를 포함하는 선형작동에서 제 2 기계요소(3)에 고정되는 제 1 기계요소와 가능한 지지수단(7)의 비 플라스틱 변형을 보상하기 위한 장치에 있어서, 상기 공급 슬라이드(4)와 선형모터(5)가 위치폐쇄 고리 배열(8)에서 피드백위치로 배열되고 상기 변형이 상기 선형모터(5)에 영향을 받는 상기 제 2 기계요소(3)의 선형운동에 의해 실질적으로 보상되도록 이루어지고 상기 선형운동의 범위가 상기 선형모터(5)의 감기공장 내의 전류변화에 바탕을 두도록 배치되고, 선형모터(5)에 가해진 힘에 의해 유발되며, 상기 힘은 상기 제 1 기계요소(2)와 상기 가능한 지지수단(7)의 변형으로부터 나오는 것을 특징으로 한다.

Description

기계 요소 및 지지 수단의 변형 보상 장치, 변형 보상 방법과 변형 보상 장치의 보정 방법{DEVICE FOR COMPENSATING THE DEFORMATION OF A MACHINE ELEMENT AND POSSIBLE SUPPORTING MEANS}
본 발명은 제 1 기계 요소 및 지지 수단의 비가소성 변형을 보상하기 위한 장치에 관한 것이고, 상기 제 1 기계 요소는 기계가공 수단으로 구성되며, 선형 작동을 하는 제 2 기계 요소에 고정되고, 상기 제 2 기계 요소는 하나의 이송 슬라이드(slide) 및 하나의 선형 모터로 구성된다. 또한, 본 발명은 변형 보상 장치의 변형 보상 방법 및 보정(calibration) 방법에 관한 것이다.
다수의 기계장치에서, 선형 이송 슬라이드는 필수 요소이다. 이송 슬라이드의 목적은 선형 이동을 제공하는 것이다. 상기 이송 슬라이드는 오직 하나의 이송 슬라이드 및 하나의 단순 이송 운동으로 구성된 기계의 부품일 수 있고, 또는 여러 개의 이송 슬라이드를 가진 여러 개의 축 및 CNC 제어 이송 운동으로 구성된 기계의 부품일 수 있다. 이송 슬라이드의 이송 운동은 통상적으로 볼 스크류(ball screw), 회전 서보 모터(rotatory servo-motor) 및 위치 측정 시스템에 의해 이루어지고, 상기 위치 측정 시스템은 폐루프 제어회로에 구성된다.
다양한 이유로, 최고 가능 강성은 슬라이드의 이송 방향으로 요구된다. 슬라이드의 이동가능한 질량 및 이송의 강성으로 인해, 질량 에너지의 저항과 슬라이드의 정적 강성이 동일한 크기를 이루는 주파수 범위에서 기계적 공진이 발생될 수 있다. 상기 주파수 범위내에서 강성의 상당한 손실이 발생될 수 있다. 상기 손실은 기계 성능의 감소를 발생시킨다.
폐루프 위치제어회로의 선형 모터는 상술한 종래의 해결방법을 효과적으로 대체할 수 있다. 대체의 효과는, 상기 슬라이드가 정적 강성을 나타내지 않고, 기계가공 영역의 강성이 폐루프 제어회로의 선형 모터에 의해 동적으로 가해진다는 점이다. 기계가공 영역은 이하 기계가공 수단이 작동되는 영역으로 정의된다.
본 발명의 목적은 기계의 비가소성 변형을 보상하기 위한 장치를 제공하는 것이고, 상기 기계는 선반, 분쇄기, 센터리스 연삭기를 포함한 연삭기, 축방향 드릴링 머신(axial drilling machine) 및 보링 머신(boring machine)이거나, 또는 선형 이송을 포함하는 다른 기계류이다.
또한, 본 발명의 목적은, 선형 슬라이드보다 다른 기계 요소의 편향을 보상하기 위해 선형 모터 권선(winding)에 공급된 전류량만큼 폐루프 위치제어회로에 대한 위치 기준 입력을 연속적으로 수정함으로써, 폐루프 위치제어회로의 선형 모터와 공동작동하는 선형 슬라이드의 이송 강성을 기계의 기계가공(예를 들어, 절단가공) 영역에 전달하는 것이고, 상기 기계 요소의 편향은 선형 슬라이드의 선형 이송 운동 및 기계가공 단계에 의해 발생된다.
장치의 특징은, 이송 슬라이드 및 선형 모터가 폐루프 위치제어회로의 위치 피드백(feed-back)제어에 의해 제어되도록 배열되고, 기계 요소의 변형은 선형 모터에 의한 제 2 기계 요소의 선형 이동으로 인해 보상되며, 선형 이동의 범위는 선형 모터 권선의 전류 변화에 따라 결정되고, 상기 전류의 변화는 변형이 이루어질 때 기계가공 수단 및 선형 모터의 상호작용으로 발생된다는 점이다.
도 1 은 본 발명에 따른 장치의 실시예가 도시된 도면. 점선은 장치가 작동 변형 상태에 있음을 나타내고, 즉 선형 이송에 의해 발생되는 기계가공 수단으로부터의 힘이 장치에 가해지며, 상기 장치의 변형이 발생된다.
도 2 는 본 발명에 따른 폐루프(closed loop) 위치제어회로의 블록선도에 대한 예가 도시된 도면. 상기 블록선도는 장치의 선형 이동을 제어하기 위해 구성된다. 점선은 장치가 작동 변형 상태에 있음을 나타내고, 즉 선형 이송에 의해 발생되는 기계가공 수단으로부터의 힘이 장치에 가해지며, 상기 장치의 변형이 발생된다.
도 3 은 센터리스 연삭기(centerless grinding machine)에 구성된 장치의 경우 보정 상태를 나타낸 도면. 점선은 장치가 변형 상태에 있음을 나타내고, 즉 선형 이송에 의해 발생되는 기계가공 수단으로부터의 힘이 장치에 가해지며, 상기 장치의 변형이 발생된다.
* 부호 설명
1...기계가공 수단 2...제 1 기계 요소
3...제 2 기계 요소 4...이송 슬라이드
5...선형 모터 6...폐루프 위치제어회로
7...지지 수단 8...연삭 수단
도 1 에서, 장치의 선호되는 실시예는 기계가공 수단(1)으로 구성되고, 상기 기계가공 수단(1)은 실제 기계가공을 수행한다. 기계가공 수단(1)은 제 1 기계 요소(2)에 고정되고, 상기 제 1 기계 요소(2)는 제 2 기계 요소(3)에 연결된다. 기계가공 수단(1)은 제 2 기계 요소(3)에 직접 고정될 수도 있고, 상기 제 2 기계 요소(3)는 하나의 이송 슬라이드(slide)(4) 및 하나의 선형 모터(5)로 구성되며, 상기 선형 모터(5)는 범용 컴퓨터의 컴퓨터 프로그램 또는 회로로서 실행되는 폐루프 위치제어회로의 위치 피드백제어에 의해 제어되도록 배열된다. 적합한 폐루프 위치제어회로(6)의 예가 도 2 에 도시되어 있다. 제 2 기계 요소(3)는 지면 또는 제 3 기계 요소에 고정될 수 있다.
또한, 장치는 소요 지지 수단(7)의 비가소성 변형을 보상한다. 상기 수단의 목적은 기계가공을 용이하게 하는 것이고, 예를 들어 기계가공 중 공작물을 적소에 유지시키는 것이다. 일부 경우에 지지 수단(7)이 필요없을 수도 있고, 예를 들어 센터리스 연삭 가공과 같은 다른 경우에 지지 수단의 존재는 본 발명의 목적을 이루기 위해 매우 중요하다.
작동 중, 기계 요소(2,3) 및 지지 수단(7)은 기계가공 수단(1)으로부터 발생되는 힘으로 인해 탄성적으로 변형될 수 있다. 기계가공 수단(1)을 포함하는 제 1기계 요소(2)는 도 1 의 화살표(A) 방향으로 선형 모터(5)에 의해 이동된다. 상기는 도 1 의 점선 화살표(B)로 도시된 변형력을 발생시킨다. 본 발명은 오직 탄성 변형의 보상에 관한 것이다. 상기 제 2 기계 요소(3)의 선형 이동에 의해 변형이 보상된다. 하나 이상의 선형 모터(5)에 의해 보상이 이루어지고, 상기 선형 모터(5)는 표준형일 수 있다. 자기학(magnetism)의 기본 법칙에 따라, 변형은 기계가공 수단(1)에 가해진 힘에 직접적으로 비례하고, 따라서 선형 모터(5)의 권선(winding)에 흐르는 전류에 비례하기 때문에, 선형 이동의 범위는 선형 모터(5) 권선의 전류 변화에 관계된다.
보상작용은 연속적으로 수행되도록 의도되었다. 그러나, 보상작용은 비연속적으로 수행될 수도 있다. 또한, 슬라이드(4) 및 선형 모터(5)는 직접 연결된다.
폐루프 위치제어회로(6)에 의해 발생된 보상의 범위는 보상 인자에 의해 결정될 수 있고, 상기 보상 인자는 임의로 설정되나, 0 내지 1 사이로 설정되는 것이 선호된다. 만약 보상 인자가 0으로 설정된다면, 보상은 전혀 일어나지 않는다. 만약 상기 보상 인자가 1로 설정된다면, 변형의 완전 보상이 이루어진다. 상기 보상 인자가 1 보다 크면, 기계가공 영역에서 음의 강성이 발생된다. 보상 인자는 반드시 일정할 필요는 없다. 예를 들어, 보상 인자는 주파수, 권선의 전류, 전류의 시간 도함수(derivative), 또는 기계가공 영역의 매개변수 또는 작동에 관련된 특성의 함수일 수 있다.
만약 고주파수가 포함된다면, 필터링(filtering)이 필요할 수 있다.
장치를 사용하기 전에 보정이 필요하다. 보정의 목적은 기계가공 수단(1)을포함하는 제 1 기계 요소(2) 및 지지 수단(7)의 특성을 발견하는 것이다. 상기는 기계가공 수단(1)을 포함하는 제 1 기계 요소(2) 및 지지 수단(7)의 특성만이 포함된 보정 상태, 즉 가공되어야 할 재료가 기계에 장착되지 않은 상태에 상기 기계를 구성함으로써 이루어진다. 보정의 다음 단계는 지지 수단(7)과 접촉되도록 기계가공 수단(1)을 이동시켜 제 1 기계 요소(2) 및 지지 수단(7)의 변형을 발생시키는 것이다. 제 1 기계 요소(2)의 선형 이동 및 선형 모터(5) 권선의 전류에 관한 변형 데이터는 예를 들어 탐색표(look-up table)와 같은 메모리에 저장되고, 상기 데이터는 폐루프 위치제어회로(6)에 저장될 수 있다. 상기는 도 3 에 도시된 바와 같은 센터리스 연삭 가공의 경우에 또한 예시될 수 있다. 도 3 에 지지 수단(7)과 접촉되어 구성된 연삭 수단(8)이 도시되고, 제 1 기계 요소(2) 및 지지 수단(7)은 힘(A,B)에 의해 변형된다.
보정은 통상적으로 한 번 이상 수행되지만, 필요하다고 생각될 때에는 언제나 수행될 수 있다. 또한, 보정은 기계가공 수단(1)을 포함하는 제 1 기계 요소(2) 및 지지 수단(7)의 비선형 특성도 처리한다.

Claims (6)

  1. 제 1 기계 요소(2)는 기계가공 수단(1)으로 구성되고, 선형 작동하는 제 2 기계 요소(3)에 고정되며, 상기 제 2 기계 요소(3)는 하나의 이송 슬라이드(4) 및 하나의 선형 모터(5)로 구성되는, 상기 제 1 기계 요소(2) 및 지지 수단(7)의 비가소성 변형을 보상하기 위한 장치에 있어서,
    상기 장치는 폐루프 위치제어회로(6)로 구성되고, 상기 이송 슬라이드(4) 및 선형 모터(5)는 상기 폐루프 위치제어회로(6)의 위치 피드백제어에 의해 제어되도록 상기 폐루프 위치제어회로(6)에 배열되며,
    상기 선형 모터(5)는 상기 변형을 보상하는 선형 운동이 상기 제 2 기계 요소(3)에 제공되도록 구성되고,
    상기 선형 이동의 범위는 상기 선형 모터(5) 권선의 전류 변화에 따라 결정되고, 상기 전류의 변화는 상기 선형 모터(5)에 가해진 힘에 의해 발생되며, 상기 힘은 상기 제 1 기계 요소(2) 및 상기 지지 수단(7)의 변형으로부터 발생되는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 폐루프 위치제어회로(6)는 상기 보상을 연속적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 이송 슬라이드(4) 및 상기 선형 모터(5)는 직접 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 1 기계 요소(2)는 기계가공 수단(1)으로 구성되고, 선형 작동하는 제 2 기계 요소(3)에 고정되며, 상기 제 2 기계 요소(3)는 하나의 이송 슬라이드(4) 및 하나의 선형 모터(5)로 구성되는, 상기 제 1 기계 요소(2) 및 지지 수단(7)의 비가소성 변형을 보상하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은,
    상기 선형 모터(5) 권선의 전류 변화에 의해 결정되는 상기 선형 이동의 범위가 폐루프 위치제어회로(6)로부터 발생되고, 상기 전류 변화는 상기 선형 모터(5)에 가해진 힘에 의해 발생되며, 상기 힘은 상기 제 1 기계 요소(2) 및 상기 지지 수단(7)의 변형으로부터 발생되고,
    상기 선형 모터(5)에 의해 발생되는 상기 제 1 기계 요소(2)의 상기 선형 이동으로 인하여 상기 변형을 보상하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항의 변형 보상 장치를 보정하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은,
    상기 장치를 보정 상태에 구성시키고,
    상기 기계가공 수단(1)을 변위시켜 상기 제 1 기계 요소(2) 및 상기 지지 수단(7)의 변형을 발생시키며,
    상기 제 1 기계 요소(2)의 상기 선형 이동 및 상기 선형 모터(5) 권선의 전류에 관한 데이터를 저장 수단에 저장시키고, 상기 데이터는 상기 폐루프 위치제어회로(6)에 저장되는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 0 내지 1 사이의 값으로 설정되는 보상 인자에 의해 상기 보상이 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
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