KR100704050B1 - 공구의 위치 설정오차 보정방법 - Google Patents

공구의 위치 설정오차 보정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면, 공구의 위치 설정오차 보정방법은 수평방향인 Z축 방향으로 설치되는 주축에 공작물을 고정하는 공작물 고정단계와, 상기 Z축에 대해 수직 방향으로 설치되며 주축의 회전중심 또는 설정된 공작물의 가공중심에 대해 회동되는 B축 테이블에 공구를 고정하는 공구 고정단계와,
상기 공구의 중심과 공구의 단부 및 공구의 단부와 공작물의 가공중심 사이의 거리 L을 구하는 단계와, B축 테이블에 설치된 공구의 중심과 설정된 공작물의 가공중심 및 이상적인 공구의 중심 사이각 θ을 구하는 오차각 산출단계와, 상기 B축 테이블을 소정의 일측 방향으로 θ+α 각도 회동시킨 후 공구와 공작물의 터치 좌표값 R1을 산정하는 제1회동단계와, 상기 B축 테이블을 소정의 타측 방향으로 θ-α회동시킨 후 공구와 공작물의 터치 좌표값 R2을 산정하는 제2회동단계를 포함하며, 수학식 L cos(α+θ)= R1-Ze, L cos(α-θ)= R1-Ze을 정의하는 단계와, 상기 수학식으로부터 Lsinθ=Xe=R1-R2/-2sinα값인 공구의 중심과 이상적인 공구의 중심을 사이의 값 Xe를 구하는 공구의 X 방향 위치설정 오차 값 산정 단계:
상기 B축 테이블에 설치된 곡율반경이 R1인 공구를 일측 방향으로 β 만큼 회전시키고 공구의 단부의 좌표값과 회동시 공구와 공작물의 터치 좌표값의 사이의 Z축방향 거리를 R3를 이용하여 Z 축방향으로의 공구 위치 설정오차 Ze 포함하는 식을 (R+Ze)(1-cosα)= R3를 정의하고 이로부터 Z 축방향으로 오차 Ze를 산정하는 Z 축방향 위치설정 오차 값 산정단계를 포함한다.
B 축, 가공, 오차 보정,

Description

공구의 위치 설정오차 보정방법{Method for compensation of tool alignment error}
도 1은 본 발명에 따른 X 축방향 공구의 위치 설정오차 보정방법을 개략적으로 나타내 보인 사시도,
도 2는 Z 축방향 공구의 위치 설정 오차 보정방법을 개략적으로 나타내 보인 사시도.
본 발명은 공작기계의 공구위치 오차 보정 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 공구의 가공위치 설정을 보상할 수 있는 공구의 위치 설정 오차 보정방법에 관한 것이다.
일반적으로, 컴퓨터 수치제어를 이용한 공작기계인 시엔시(CNC; computerized numerically controlled machine tool), 머시닝센터(machining center), 초정밀 가공을 위한 밀링, 연삭기 등은 컴퓨터에 입력된 가공수치 및 형상, 공구이송속도 등의 가공조건에 의해서 자동적으로 공구의 위치를 결정되며, 이러한 공작기계는 공장 자동화 및 공작물의 대량 생산에 유리하므로 널리 보급되고 있다.
한편, 수치제어 선반기계에 의한 가공이 오랜 시간동안 수행되면 공구가 마모되어 가공정밀도가 떨어진다. 이러한 문제점을 해소하기 위하여 수치제어 기계에서 공작물을 가공하는 공구와 기준좌표 사이의 편차량을 보정하여 가공 작업시 프로그램의 조작이 편리하게 하도록 공구 보정장치가 제공된다. 즉, 공구 보정장치가 공구의 선단위치를 감지하고 그 위치를 메인 프로그램이 내장된 제어부에 제공하면, 제어부에서는 공구의 최초선단위치로부터 변경위치의 변화량을 계산하고 그 변화량만큼 공구위치를 보정하여 가공정밀도가 향상되도록 한다.
대한민국 특허 공개 제 2005-0098207호에는 공작기계의 공구변위 보정방법이 개시되어 있다.
개시된 보정방법은 Z축 서보모터를 통해 승강되는 헤드와, 이 헤드의 내부에 장착되어 주축모터를 통해 회전되고 하부에 테이퍼면을 포함하는 중공부를 가지는 주축, 및 상기 주축에 고정되는 생크을 가진 어댑터를 포함하는 공작기계를 제어 함에 있어서, 설정신호에 따라 주축 회전수를 검출하는 검출단계와, 상기 검출 단계를 통해 검출된 주축 회전수와 바로 이전에 검출된 회전수를 상호 비교하여 변화 유무를 판단하는 판단단계와, 판단 결과에 따라 검출된 회전수에 해당하는 공구 변위량을 산출하는 산출단계와, 산출된 변위량에 따라 상기 공구를 포함하는 헤드가 변위량 만큼 Z축으로 이동되도록 하는 보정단계을 구비한다.
이러한 공구위치 보정방법은 X, Y, Z 축 방향으로 이동되는 공구의 회전중 변위를 실시간으로 보정하는 것으로, B축(공작물에 대해 수직방향으로 공구가 회전 되는 축)을 가지는 공작기계의 공구의 위치를 보정할 수 없는 문제점이 있다.
특히 B 축방향으로 회동되는 공구를 이용하여 곡면을 가공하는 경우 초정밀 가공을 수행할 수 없는 문제점이 있다.
이러한 점을 감안하여 종래에는 테이블에 수직으로 주축의 방향에 대해 직각방향으로 테이블에 설치되는 싱글 포인트 기준 바를 이용하여 공구 위치 설정기준을 구하고, 마이크로 스코프를 이용하여 공구인 바이트 및 휠의 선단 초점을 육안으로 판별하여 공구위치를 설정하였다.
그러나 이러한 공구의 위치 설정방법은 마이크로 스코프와 육안을 이용하여 설정하게 되므로 그 정밀도를 높일 수 없으며 설정에 따른 많은 작업공수가 소요될 뿐만아니라 공구위 위치 설정오차로 인하여 초정밀 가공이 이루어지지 않게 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, B 축을 중심으로 한 X축과 Z축 방향의 공구 위치설정 오차 보정에 따른 정밀도를 높일 수 있는 공구의 가공 위치 설정 오차 보정 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 B축에 설치되는 공구를 이용한 공작물의 초정밀 가공에 따른 정밀도를 향상시킬 수 있는 공구의 위치설정 오차 보정방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 공구의 위치 설정 오차 보정 방법은
수평방향인 Z축 방향으로 설치되는 주축에 공작물을 고정하는 공작물 고정단계와,
상기 Z축에 대해 수직 방향으로 설치되며 주축의 회전중심 또는 설정된 공작물의 가공중심에 대해 회동되는 B축 테이블에 공구를 고정하는 공구 고정단계와,
상기 공구의 중심과 공구의 단부 및 공구의 단부와 공작물의 가공중심 사이의 거리 L을 구하는 단계와,
B축 테이블에 설치된 공구의 중심과 설정된 공작물의 가공중심 및 이상적인 공구의 중심 사이각 θ을 구하는 오차각 산출단계와,
상기 B축 테이블을 소정의 일측 방향으로 θ+α 각도 회동시킨 후 공구와 공작물의 터치 좌표값 R1을 산정하는 제1회동단계와, 상기 B축 테이블을 소정의 타측 방향으로 θ-α회동시킨 후 공구와 공작물의 터치 좌표값 R2을 산정하는 제2회동단계와, 상기 각 변수를 이용하여 공구의 중심과 이상적인 공구의 중심을 사이의 값 Xe를 구하는 공구의 X 방향 위치 설정 오차 값을 산정 단계를 포함하며,
상기 B축 테이블에 설치된 공구를 일측 방향으로 β 만큼 회전시키고 공구의 단부의 좌표값과 회동시 공구와 공작물의 터치 좌표값의 사이의 Z축방향 거리를 Ze 값을 산정하는 Z 축방향 위치 설정 오차 값 산정단계와,
상기 공구의 X 축 위치 설정 오차 값 Xe와 Z 축 위치 설정 오차값 Ze를 이용하여 공구의 위치 오차를 보정하는 공구의 위치 설정오차 보정단계를 포함하여 된 것을 그 특징으로 한다.
대안으로 본 발명의 공구의 위치 설정 오차 보정 방법은
수평방향인 Z축 방향으로 설치되는 주축에 공작물을 고정하는 공작물 고정단계와, 상기 Z축에 대해 수직 방향으로 설치되며 주축의 회전중심 또는 설정된 공작물의 가공중심에 대해 회동되는 B축 테이블에 공구를 고정하는 공구 고정단계와,
상기 공구의 중심과 공구의 단부 및 공구의 단부와 공작물의 가공중심 사이의 거리 L을 구하는 단계와, B축 테이블에 설치된 공구의 중심과 설정된 공작물의 가공중심 및 이상적인 공구의 중심 사이각 θ을 구하는 오차각 산출단계와, 상기 B축 테이블을 소정의 일측 방향으로 θ+α 각도 회동시킨 후 공구와 공작물의 터치 좌표값 R1을 산정하는 제1회동단계와, 상기 B축 테이블을 소정의 타측 방향으로 θ-α회동시킨 후 공구와 공작물의 터치 좌표값 R2을 산정하는 제2회동단계를 포함하며, 수학식 L cos(α+θ)= R1-Ze, L cos(α-θ)= R1-Ze을 정의하는 단계와, 상기 수학식으로부터 Lsinθ=Xe=R1-R2/-2sinα값인 공구의 중심과 이상적인 공구의 중심을 사이의 값 Xe를 구하는 공구의 X 방향 위치설정 오차 값 산정 단계:
상기 B축 테이블에 설치된 곡율반경이 R1인 공구를 일측 방향으로 β 만큼 회전시키고 공구의 단부의 좌표값과 회동시 공구와 공작물의 터치 좌표값의 사이의 Z축방향 거리를 R3를 이용하여 Z 축방향으로의 공구 위치 설정오차 Ze 포함하는 식을 (R+Ze)(1-cosα)= R3를 정의하고 이로부터 Z 축방향으로 오차 Ze를 산정하는 Z 축방향 위치설정 오차 값 산정단계를 포함하여 된 것을 그 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 위치설정 오차 보정방법의 한 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 공고의 위치 설정 오차 보정방법은 공작기계를 이용한 연삭 또는 절삭등 초정밀 가공 시 B축 중심에 대한 공구의 위치설정 오차를 보정하기 위한 것으로, 수평방향인 Z 축 방향으로 설치되는 추축대에 설치된 척과 주축대의 전면에 직각 방향으로 설치되며 공구대가 설치되는 B 축 테이블을 구비하는 공작기계의 B 축 중심에 대한 공구 위치 설정 오차를 보정하기 위한 것이다.
도 1 및 도 2에는 본 발명에 따른 공구의 위치 설정 오차 보정방법을 개략적으로 나타내 보였다.
도면을 참조하면 공구의 위치 설정오차 보정방법은 먼저 수평방향인 Z축 방향으로 설치되는 주축의 척(11)에 공작물(100)을 고정하는 공작물 고정단계와, 상기 Z축에 대해 수직 방향으로 설치되며 주축의 회전중심 또는 설정된 공작물의 가공중심에 대해 회동되는 B축 테이블에 공구(200)를 고정하는 공구 고정단계를 수행한다.
상기와 같이 공작물과 공구의 고정이 완료되면 B 축 중심에 대한 공구의 설치 위치를 보상하게 되는데. 공구를 X 축 방향으로 이송시켜 가공면(101)의 설치상태를 검사하는 가공면 및 공작물 설치상태 측정단계를 수행한다.
그리고 상기 공구(200)를 B 축 방향으로 회동시켜 공구와 공작물의 터치값 R1, R2를 구하고 이를 통해 X 축 방향 공구 위치 설정오차 값 Xe를 구한다.
상기 X 축 방향 공구 위치 설정오차 Xe 값을 이용하여 X 축 방향 공구 설정오차를 보정하고, X축 방향 설정 오차가 보정된 공구를 상기와 동일한 방법으로 일 정한 각도 회동시켜 공작물의 가공면과 공구의 터치값 R3 와 비교하여 Z 축방향 공 구 위치 설정오차 Ze를 구한다.
상기 X 축 방향 공구 위치 설정오차 Xe 값을 구하기 위해서는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 B 축 방향의 공구 중심과 공구의 단부 및 공구의 단부와 공작물의 가공중심 사이의 거리 L 즉, 공구의 중심(C1)과 가공면에 대한 가공 중심(C2)사이의 거리 L 구하는 거리 산출단계와, 상기 B축 테이블에 설치된 공구의 중심과 설정된 공작물의 가공중심 및 이상적인 공구의 중심 사이각을 구하는 사이각 θ을 구하는 오차 각 산출단계와, 상기 B축 테이블을 소정의 일측 방향으로 θ+α 각도 회동시킨 후 공구와 공작물의 터치 좌표값 R1을 산정하는 제1회동단계와, 상기 B축 테이블을 소정의 타측 방향으로 θ-α회동시킨 후 공구와 공작물의 터치 좌표값 R2을 산정하는 제2회동단계를 수행한다.
그리고 상기 측정된 변수들을 이용하여
L cos(α+θ)= R1-Ze,
L cos(α-θ)= R1-Ze 을 정의한다. 상기 수학식 1,2를 이용하여
L{cos(α+θ)-cos(α-θ)}=R1-R2
-2Lsinα.sinθ=R1-R2
Lsinθ=(R1-R2)/-2sinα
Lsinθ=Xe=(R1-R2)/-2sinα
상술한 바와 같이 X 축 방향 공구 위치 설정오차 Xe 값이 정하여지면, 이를 이를 이용하여 공구를 X 축 방향으로 위치 보정한다.
상기와 같이 X 축 방향으로의 위치 조정이 완료되면, Z 축방향 공구 위치 설정오차 Ze를 구하여 보정하게 되는데, 이 Z축 방향의 공구 위치 설정오차의 산정은 상기 B축 테이블에 설치된 곡율반경이 R3인 공구를 일측 방향으로 β 만큼 회전시키고 공구의 단부의 좌표값과 회동시 공구와 공작물의 터치 좌표값의 사이의 Z축방향 거리를 R 4를 이용하여 Z 축방향으로의 오차 Ze를 포함하는
(R+Ze)(1-cosα)= R4을 산출하여 정의하고
이를 정리하여 Ze=(R4/(1-cosα)-R3 을 구한다.
상기와 같이 Ze 값이 산출되면 이를 이용하여 공구의 설정 위치를 Z 축 방향으로 보정한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 공구의 위치 설정 오차 보정방법은 X 축 방향과 Z 축방향으로의 오차를 정밀하게 보정 할 수 있으므로 공구의 위치 설정을 통한 가공의 정밀도를 높일 수 있다. 특히 B 축 제어를 이용한 공작기계의 경우 공구의 위치 설정에 따른 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (2)

  1. 수평방향인 Z축 방향으로 설치되는 주축에 공작물을 고정하는 공작물 고정단계와,
    상기 Z축에 대해 수직 방향으로 설치되며 주축의 회전중심 또는 설정된 공작물의 가공중심에 대해 회동되는 B축 테이블에 공구를 고정하는 공구 고정단계와,
    상기 공구의 중심과 공구의 단부 및 공구의 단부와 공작물의 가공중심 사이의 거리 L을 구하는 단계와,
    B축 테이블에 설치된 공구의 중심과 설정된 공작물의 가공중심 및 이상적인 공구의 중심 사이각 θ을 구하는 오차각 산출단계와,
    상기 B축 테이블을 소정의 일측 방향으로 θ+α 각도 회동시킨 후 공구와 공작물의 터치 좌표값 R1을 산정하는 제1회동단계와, 상기 B축 테이블을 소정의 타측 방향으로 θ-α회동시킨 후 공구와 공작물의 터치 좌표값 R2을 산정하는 제2회동단계와, 상기 각 변수를 이용하여 공구의 중심과 이상적인 공구의 중심을 사이의 값 Xe를 구하는 공구의 X 방향 위치 설정 오차 값을 산정 단계를 포함하며,
    상기 B축 테이블에 설치된 공구를 일측 방향으로 β 만큼 회전시키고 공구의 단부의 좌표값과 회동시 공구와 공작물의 터치 좌표값의 사이의 Z축방향 거리를 Ze 값을 산정하는 Z 축방향 위치 설정 오차 값 산정단계와,
    상기 공구의 X 축 위치 설정 오차 값 Xe와 Z 축 위치 설정 오차값 Ze를 이용하여 공구의 위치 오차를 보정하는 공구의 위치 설정오차 보정단계를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 공구의 가공 위치 설정 오차 보정방법.
  2. 수평방향인 Z축 방향으로 설치되는 주축에 공작물을 고정하는 공작물 고정단계와, 상기 Z축에 대해 수직 방향으로 설치되며 주축의 회전중심 또는 설정된 공작물의 가공중심에 대해 회동되는 B축 테이블에 공구를 고정하는 공구 고정단계와,
    상기 공구의 중심과 공구의 단부 및 공구의 단부와 공작물의 가공중심 사이의 거리 L을 구하는 단계와, B축 테이블에 설치된 공구의 중심과 설정된 공작물의 가공중심 및 이상적인 공구의 중심 사이각 θ을 구하는 오차각 산출단계와, 상기 B축 테이블을 소정의 일측 방향으로 θ+α 각도 회동시킨 후 공구와 공작물의 터치 좌표값 R1을 산정하는 제1회동단계와, 상기 B축 테이블을 소정의 타측 방향으로 θ-α회동시킨 후 공구와 공작물의 터치 좌표값 R2을 산정하는 제2회동단계를 포함하며, 수학식 L cos(α+θ)= R1-Ze, L cos(α-θ)= R1-Ze을 정의하는 단계와, 상기 수학식으로부터 Lsinθ=Xe=(R1-R2)/-2sinα값인 공구의 중심과 이상적인 공구의 중심을 사이의 값 Xe를 구하는 공구의 X 방향 위치설정 오차 값 산정 단계:
    상기 B축 테이블에 설치된 곡율반경이 R1인 공구를 일측 방향으로 β 만큼 회전시키고 공구의 단부의 좌표값과 회동시 공구와 공작물의 터치 좌표값의 사이의 Z축방향 거리를 R3를 이용하여 Z 축방향으로의 공구 위치 설정오차 Ze 포함하는 식을 (R+Ze)(1-cosα)= R3를 정의하고 이로부터 Z 축방향으로 오차 Ze를 산정하는 Z 축방향 위치설정 오차 값 산정단계를 포함하여 된 것을 특징으로 공구의 가공 위치 설정 오차 보정방법.
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