KR100394686B1 - Method of correcting a quadrant contour error for numerical control machine tools - Google Patents

Method of correcting a quadrant contour error for numerical control machine tools Download PDF

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Abstract

수치제어 공작기계의 4상한 윤곽오차 보정방법이 개시된다. 개시된 수치제어 공작기계의 4상한 윤곽오차 보정방법은, (a) 공작기계용 수치제어기의 인터프리터에서 원호보간 명령(G02 또는 G03)을 감지하는 단계와; (b) 상기 수치제어기의 인터폴레이터에서 계산되어지는 각 이송축의 위치 좌표값을 감시하여 상한이 변경되는지 그 여부를 판단하는 단계와; (c) 상기 단계 (b)에서 상기 상한이 변경되었다고 판단되면, 상기 상한이 변경되는 지점의 위치보간 지령값에 4상한 윤곽오차 보정값를 합산하여 상기 수치제어기의 위치제어 루틴으로 보내 각 축을 이송시키는 단계와; (d) 파라미터로 세팅된 세팅값과 보정시간이 같은지 비교 판단하여, 같은 경우 플로를 종료하는 단계;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 가공의 정밀도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.Disclosed is a four quadrant contour error correction method for numerically controlled machine tools. The four-quadrant error correction method of a numerically controlled machine tool includes: (a) detecting an circular interpolation command (G02 or G03) in an interpreter of a numerical controller for a machine tool; (b) monitoring whether the upper limit is changed by monitoring position coordinate values of the respective feed axes calculated by the interpolator of the numerical controller; (c) If it is determined in step (b) that the upper limit has been changed, the four upper contour error correction values are added to the position interpolation command value at the point where the upper limit is changed and sent to the position control routine of the numerical controller to transfer each axis. Steps; (d) comparing and determining whether the setting value set as the parameter and the correction time are the same, and terminating the flow in the same case. According to this invention, there exists an advantage which can improve the precision of a process.

Description

수치제어 공작기계의 4상한 윤곽오차 보정방법{METHOD OF CORRECTING A QUADRANT CONTOUR ERROR FOR NUMERICAL CONTROL MACHINE TOOLS}METHODS OF CORRECTING A QUADRANT CONTOUR ERROR FOR NUMERICAL CONTROL MACHINE TOOLS}

본 발명은 수치제어 공작기계의 4상한 윤곽오차 보정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수치제어 공작기계의 원호보간 가공시 발생하는 4상한 윤곽오차를 줄일 수 있도록 개선된 수치제어 공작기계의 4상한 윤곽오차 보정방법에 관한 것이다.The present invention relates to a four-quadrant error correction method of a numerically controlled machine tool, and more particularly, to a four-quadrant limit of a numerically controlled machine tool improved to reduce the quadrant contour error that occurs during circular interpolation of a numerically controlled machine tool. It relates to a contour error correction method.

수치제어(Numerical Control; 이하 NC라 함) 공작기계의 기본 가공에는 직선 가공과 원호 가공이 있다. 그런데 원호 가공시 이송축을 구동시키는 모터의 궤적은 각축별로 사인과 코사인의 형태를 갖게 되며, 두 모터중 한 모터가 회전 방향을 바꾸게 되는(정회전→역회전 또는 역회전→정회전) 4상한 영역에서는 모터에 가해지는 마찰력에 의해 도 1에 도시된 바와 같은 4상한 윤곽오차가 발생하게 된다.Numerical control (hereinafter referred to as NC) The basic machining of machine tools includes straight line and circular arc. However, the trajectory of the motor that drives the feed shaft during circular machining has the form of sine and cosine for each axis, and the upper quadrant area where one of the two motors changes the direction of rotation (forward rotation → reverse rotation or reverse rotation → forward rotation). In Fig. 4, the quadrant contour error as shown in Fig. 1 is generated by the friction force applied to the motor.

즉, 공작기계의 원호가공 정밀도를 저하시키는 가장 큰 요인인 4상한에서의 윤곽오차는 X-Y 테이블이 매 90마다 운동의 방향이 바뀌어 발생하는 현상으로, 물체의 운동 방향이 바뀌는 경우 발생하는 마찰력에 의해 발생한다.In other words, the contour error at the upper limit, which is the biggest factor that reduces the accuracy of circular machining of a machine tool, is a phenomenon caused by the direction of movement of the XY table every 90 degrees, and is caused by the frictional force generated when the direction of movement of the object changes. Occurs.

이러한 4상한 윤곽오차는 원호 가공에서 정밀도를 떨어뜨리는 가장 큰 원인이 된다. 4상한의 윤곽오차는 테이블의 무게, 이송속도, 기계의 표면 상태에 따라 크게 좌우된다.This quadrant contour error is the biggest cause of deterioration in circular machining. The four upper limit contour errors are highly dependent on the weight of the table, the feedrate and the surface condition of the machine.

이 4상한에서의 윤곽오차를 줄이기 위해 마찰력에 대한 모델링이나 보상방법에 대한 연구가 지속적으로 진행되고 있으며, 실제 판매되는 NC 공작기계에 4상한 윤곽오차 보정 제어방법을 적용하여 윤곽오차를 많이 줄일 수 있다는 연구결과가 발표되고 있다. 따라서 정밀한 원호 가공을 하기 위해서는 4상한 보정 제어방법이 필수적이라고 할 수 있다.In order to reduce the contour error at the upper limit, research on the modeling and compensation method for frictional force is continuously conducted, and the contour error correction control method is applied to the NC machine tools that are actually sold to reduce the contour error much. There is a study published. Therefore, the four-quadrant correction control method is essential for precise circular machining.

한편, 종래에 연구되고 있는 4상한 윤곽오차의 보정방법으로는 이송축을 구동시키는 모터의 회전방향이 바뀌는 시점의 마찰력을 추정하기 위하여 마찰력 모델을 사용하고 있다.On the other hand, as a method for compensating the quadrant contour error, which has been studied in the related art, a frictional force model is used to estimate the frictional force when the rotational direction of the motor driving the feed shaft is changed.

그러나 마찰력은 모든 서보모터 시스템에서 나타나는 비선형적인 현상으로 마찰력이 여러 조건에 따라 달라지므로 실제와 유사한 마찰력 모델을 구축하는 것은 용이하지 않으며, 따라서 이러한 방법을 공작기계에 적용하여 산업현장에 사용하기에는 견실하지 못한 단점이 있다.However, frictional force is a nonlinear phenomenon that occurs in all servomotor systems. Since frictional forces vary according to various conditions, it is not easy to build a realistic frictional force model. Therefore, this method is not robust for industrial use by applying this method to machine tools. There is a disadvantage.

또한 마찰력 모델에 의해 추정된 마찰력을 보상하기 위해서 서보모터 시스템에 마찰력에 상당하는 토오크 또는 속도치로 환산하여 수치제어기에서 보상을 수행하는데 이러한 방법은 마찰력 모델의 부정확성으로 인해 윤곽오차를 지나치게 보상하거나 부족하게 보상하는 경향이 있다.In addition, in order to compensate for the friction force estimated by the friction force model, the servomotor system converts the torque or speed value corresponding to the friction force and performs compensation in the numerical controller. This method compensates or lacks the contour error due to the inaccuracy of the friction model. Tend to compensate.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 4상한 윤곽오차를 줄여 가공의 정밀도를 향상시키도록 한 수치제어 공작기계의 4상한 윤곽오차 보정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a method for correcting a quadrant contour error of a numerically controlled machine tool which reduces the quadrant contour error to improve machining accuracy.

도 1은 일반적인 원호가공시의 4상한 윤곽오차가 발생한 것을 나타내 보인 도면.1 is a view showing that the four-quadrant contour error occurred in general circular arc processing.

도 2는 본 발명에 따른 수치제어 공작기계의 4상한 윤곽오차 보정방법을 순차적으로 나타내 보인 개략적인 플로차트.Figure 2 is a schematic flowchart sequentially showing a four-quadrant contour error correction method of a numerically controlled machine tool according to the present invention.

도 3은 본 발명의 방법에 적용되는 DBB시스템의 구성을 개략적으로 나타내 보인 도면.3 is a view schematically showing the configuration of a DBB system applied to the method of the present invention.

도 4는 4상한 윤곽오차 보정을 하지 않은 경우의 원호보간 정도를 측정한 결과를 나타내 보인 도면.4 is a diagram showing the results of measuring the degree of circular interpolation when the four upper limit error correction is not performed.

도 5는 4상한 윤곽오차 보정을 수행한 경우의 원호보간 정도를 측정한 결과를 나타내 보인 도면.FIG. 5 is a diagram illustrating a result of measuring the degree of circular interpolation in the case of performing the quadrant contour error correction. FIG.

도 6은 개방형 수치제어기에 구현된 4상한 윤곽오차 보정 관련 파라미터 입력창을 나타내 보인 도면.FIG. 6 is a diagram illustrating a parameter input window related to four quadrant error corrections implemented in an open numerical controller. FIG.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수치제어 공작기계의 4상한 윤곽오차 보정방법은, (a) 공작기계용 수치제어기의 인터프리터에서 원호보간 명령(G02 또는 G03)을 감지하는 단계와; (b) 상기 수치제어기의 인터폴레이터에서 계산되어지는 각 이송축의 위치 좌표값을 감시하여 상한이 변경되는지 그 여부를판단하는 단계와; (c) 상기 단계 (b)에서 상기 상한이 변경되었다고 판단되면, 상기 상한이 변경되는 지점의 위치보간 지령값에 4상한 윤곽오차 보정값를 합산하여 상기 수치제어기의 위치제어 루틴으로 보내 각 축을 이송시키는 단계와; (d) 파라미터로 세팅된 세팅값과 보정시간이 같은지 비교 판단하여, 같은 경우 플로를 종료하는 단계;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a four-quadrant error correction method of a numerically controlled machine tool of the present invention comprises the steps of: (a) detecting an circular interpolation command (G02 or G03) in an interpreter of a numerical controller for a machine tool; (b) monitoring whether the upper limit is changed by monitoring the position coordinate values of the respective feed axes calculated by the interpolator of the numerical controller; (c) If it is determined in step (b) that the upper limit has been changed, the four upper contour error correction values are added to the position interpolation command value at the point where the upper limit is changed and sent to the position control routine of the numerical controller to transfer each axis. Steps; (d) comparing and determining whether the setting value set as the parameter and the correction time are the same, and terminating the flow in the same case.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2에는 본 발명에 따른 수치제어 공작기계의 4상한 윤곽오차 보정방법을 순차적으로 나타낸 플로차트가 개략적으로 도시되어 있다. 여기에서는 일반적인 수치제어 공작기계의 4상한 윤곽오차 보정방법에 대한 설명은 생략하고, 본 발명의 방법이 갖는 특징만을 설명하기로 한다.2 schematically shows a flowchart sequentially showing a method for correcting four quadrant contour errors of a numerically controlled machine tool according to the present invention. Here, the description of the four-quadrant error correction method of the general numerical control machine tool will be omitted, and only the features of the method of the present invention will be described.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 수치제어 공작기계의 4상한 윤곽오차 보정방법은, 우선, 공작기계용 수치제어기의 인터프리터(interpreter)에서 원호보간 (arc interpolation) 명령(G02 또는 G03)을 감지한다.(단계 110)Referring to the drawings, the four-quadrant error correction method of a numerically controlled machine tool according to the present invention first detects an arc interpolation command G02 or G03 in an interpreter of a numerical controller for a machine tool. (Step 110)

이어서, 상기 수치제어기의 인터폴레이터(interpolator)에서 계산되어지는 각 이송축의 위치 좌표값을 감시하여 상한이 변경(좌표값이 증가→감소 또는 감소→증가하는 시점)되는지 그 여부를 판단한다.(단계 120)Subsequently, by monitoring the position coordinate values of the respective feed axes calculated by the interpolator of the numerical controller, it is determined whether the upper limit is changed (a time point of increasing → decreasing or decreasing → increasing). 120)

상기 단계 120에서 상기 상한이 변경되었다고 판단되면, 상한이 변경되는 지점의 위치보간 지령값에 4상한 윤곽오차 보정값를 합산하여 수치제어기의 위치제어 루틴으로 보내 각 축을 이송시킨다.(단계 130)If it is determined in step 120 that the upper limit has been changed, the four upper limit contour error correction values are added to the position interpolation command value at the point where the upper limit is changed and sent to the position control routine of the numerical controller to transfer each axis.

파라미터(parameter)로 세팅된 세팅값과 보정시간이 같은지 비교 판단하여, 같은 경우 본 플로를 종료한다.(단계 140)A comparison is made to determine whether the set value set as a parameter and the correction time are the same, and if so, the flow ends (step 140).

한편, 상기 단계 120에서 상한이 변경되지 않았다고 판단되면, 지령값을 위치보간 지령값으로 설정한다.(단계 210)On the other hand, if it is determined in step 120 that the upper limit has not been changed, the command value is set as the position interpolation command value.

그리고 상기 단계 130에서, 상기 4상한 윤곽오차는 이송축의 이송속도 (federate)에 비례하여 증가하므로 오차 보정값은 아래의 수학식 1에 의해 구한다.In step 130, the upper quadrant contour error increases in proportion to the fed speed of the feed shaft, so that an error correction value is obtained by Equation 1 below.

4상한 윤곽오차 보정값 = (실행 이송속도/기준 이송속도) × 파라미터로 세팅된 보정값4 Upper limit contour error correction value = (execution feed rate / reference feed rate) × correction value set by parameter

또한 상기 단계 140에서, 상기 파라미터로 세팅된 세팅값과 보정시간이 같지 않은 경우에는 상기 단계 130부터 플로를 재 수행하여 4상한 윤곽오차 보정을 계속 수행토록 한다.In addition, in step 140, if the setting value set as the parameter and the correction time are not the same, the flow is re-run from step 130 to continue to perform the four-quadrant error correction.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 수치제어 공작기계의 4상한 윤곽오차 보정방법은, 실측정 의하여 구한 4상한 윤곽오차량에 대한 보정량과 보정시간을 수치제어기에 파라미터로 입력시키는 것에 의해 보정을 수행한다.As described above, the four-quadrant error correction method of the numerically controlled machine tool according to the present invention performs correction by inputting the correction amount and the correction time for the four-quadrant error error obtained by actual measurement as parameters to the numerical controller. .

그리고 공작기계의 원호보간시 발생하는 4상한 윤곽오차는 도 3에 도시된 바와 같이 공작기계 생산현장에서 이송축의 오차 진단에 유용하게 사용되고 있는 DBB(Double Ball Bar)시스템에 의하여 측정이 가능하다.And the upper quadrant contour error generated during circular interpolation of the machine tool can be measured by the DBB (Double Ball Bar) system, which is useful for diagnosing the error of the feed shaft in the machine tool production site as shown in FIG.

이 DBB시스템은, 단부에 프리소켓(free socket)(11)이 설치된 스핀들(10)과, 상기 프리소켓(11)에 설치된 텔레스코핑 볼 바(Telescoping Ball Bar)(21)와, 이텔레스코핑 볼 바(21)의 단부에 마련된 고정 소켓(22)을 포함하여 구성된다. 이렇게 구성된 DBB시스템은 공작기계가 원호보간 운동을 하는 동안의 프로파일 (profile) 오차로부터 기계 정밀도를 평가하는 측정 시스템으로 기하학적 오차뿐만 아니라 동적 오차도 평가할 수 있는 측정장비이다.The DBB system includes a spindle 10 having a free socket 11 installed at an end thereof, a telescoping ball bar 21 provided at the free socket 11, and an telescoping ball. It comprises a fixed socket 22 provided at the end of the bar (21). The DBB system configured as above is a measuring system that evaluates the machine precision from the profile error during the circular interpolation motion of the machine tool. It is a measuring device that can evaluate not only geometric error but also dynamic error.

이상과 같은 기능을 공작기계용 수치제어기에 내장시킴으로써 원호보간시의 4상한 윤곽오차를 줄이며, 따라서 NC 공작기계의 원호가공 정밀도를 향상시킨다.By incorporating the functions described above into the numerical controller for the machine tool, the upper quadrant error of circular interpolation is reduced, thereby improving the arc machining accuracy of the NC machine tool.

그리고 도 4는 4상한 윤곽오차 보정을 하지 않은 경우의 원호보간 정도를 측정한 결과이고, 도 5는 4상한 윤곽오차 보정을 수행한 경우의 원호보간 정도를 측정한 결과이다.4 is a result of measuring the degree of circular interpolation when the four quadrant error correction is not performed, and FIG. 5 is a result of measuring the degree of circular interpolation when the four quadrant error correction is performed.

또한 도 6은 개방형 수치제어기에 구현된 4상한 윤곽오차 보정 관련 파라미터 입력창을 나타내 보인 것이다.In addition, Figure 6 shows a parameter input window for the four-quadrant contour error correction implemented in the open numerical controller.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 수치제어 공작기계의 4상한 윤곽오차 보정방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.As described above, the four-quadrant error correction method of the numerically controlled machine tool according to the present invention has the following effects.

공작기계용 수치제어기에 4상한 윤곽오차 보정 기능을 개발하여 효과적으로 4상한 윤곽오차를 줄임으로써 가공의 정밀도를 향상시킬 수 있다.By developing the 4-quadrant contour error correction function in the numerical controller for machine tools, the accuracy of machining can be improved by effectively reducing the 4-quadrant contour error.

그리고 본 발명의 방법은 실제 시스템에 적용하기 쉽도록 구현이 간단하여 수치제어기의 성능을 향상시킬 수 있다.And the method of the present invention can be easily implemented to apply to the actual system can improve the performance of the numerical controller.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to one embodiment illustrated in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent embodiments are possible. Therefore, the true scope of protection of the present invention should be defined only by the appended claims.

Claims (4)

(a) 공작기계용 수치제어기의 인터프리터에서 원호보간 명령(G02 또는 G03)을 감지하는 단계와;(a) detecting an circular interpolation command G02 or G03 in an interpreter of a numerical controller for a machine tool; (b) 상기 수치제어기의 인터폴레이터에서 계산되어지는 각 이송축의 위치 좌표값을 감시하여 상한이 변경되는지 그 여부를 판단하는 단계와;(b) monitoring whether the upper limit is changed by monitoring position coordinate values of the respective feed axes calculated by the interpolator of the numerical controller; (c) 상기 단계 (b)에서 상기 상한이 변경되었다고 판단되면, 상기 상한이 변경되는 지점의 위치보간 지령값에 4상한 윤곽오차 보정값를 합산하여 상기 수치제어기의 위치제어 루틴으로 보내 각 축을 이송시키는 단계와;(c) If it is determined in step (b) that the upper limit has been changed, the four upper contour error correction values are added to the position interpolation command value at the point where the upper limit is changed and sent to the position control routine of the numerical controller to transfer each axis. Steps; (d) 파라미터로 세팅된 세팅값과 보정시간이 같은지 비교 판단하여, 같은 경우 플로를 종료하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수치제어 공작기계의 4상한 윤곽오차 보정방법.(d) comparing and determining whether the setting value set as a parameter and the correction time are the same, and terminating the flow in the same case. 4. 제1항에 있어서, 상기 단계 (b)에서,The method of claim 1, wherein in step (b), 상기 상한이 변경되지 않았다고 판단되면, 지령값을 상기 위치보간 지령값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 수치제어 공작기계의 4상한 윤곽오차 보정방법.And if it is determined that the upper limit has not been changed, set a command value to the position interpolation command value. 제1항에 있어서, 상기 단계 (c)에서,The method of claim 1, wherein in step (c), 상기 4상한 윤곽오차 보정값은 아래의 수학식에 의해 구하는 것을 특징으로 하는 수치제어 공작기계의 4상한 윤곽오차 보정방법.And the upper quadrant contour error correction value is calculated by the following equation. [수학식] [ Equation ] 4상한 윤곽오차 보정값 = (실행 이송속도/기준 이송속도) × 파라미터로 세팅된 보정값4 Upper limit contour error correction value = (execution feed rate / reference feed rate) × correction value set by parameter 제1항에 있어서, 상기 단계 (d)에서,The method of claim 1, wherein in step (d), 상기 파라미터로 세팅된 세팅값과 보정시간이 같지 않은 경우에는 상기 단계 (c)부터 플로를 재 수행토록 하는 것을 특징으로 하는 수치제어 공작기계의 4상한 윤곽오차 보정방법.If the setting value set as the parameter and the correction time is not the same, the upper limit contour error correction method of the numerical control machine tool, characterized in that to perform the flow again from the step (c).
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