KR100970557B1 - 공작기계의 주축 열변위 보정장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주축 열변위 보정방법에 있어서, 특히 열변위 보정을 하더라도 장비나 공구 그리고 소재에 손상을 최소화토록 하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 주축 열변위 보정방법에 관한 것으로,

온도센서(300)를 이용하여 온도를 측정하는 단계(S1)와; 온도측정이 완료되면 측정된 온도를 PMC(100)가 읽어 들여 열에 의하여 기구의 팽창 또는 수축으로 인한 변화량을 계산하여 CNC(200)에 입력시키고, CNC에 입력된 데이터를 이용하여 가장 가까운 선형거리의 2개 온도를 온도-오차 표에서 찾는 단계(S2)와; 2개의 온도-오차 값을 이용하여 보정값을 계산하는 단계(S3)와; 보정값 계산이 완료되면 보정값이 0이 될 때까지 일정한 시간간격으로 보정거리를 나누어 열변위를 보정하는 단계(S4)로 이루어짐이 특징이며;

상술한 바와 같이 본 발명은 열변위 보상을 한꺼번에 하는 것이 아니라 일정한 시간간격을 두고 일정한 간격만큼 이루어지도록 하여 가공물에 흠집이 생기는 것을 막고 아울러 공작기계의 무리한 작동을 차단하여 각종 공구의 손상을 막는 효과를 제공한다.

공작기계, 열변위, 보정

Description

공작기계의 주축 열변위 보정장치 및 방법{The Main Axis Heat Displacement Correction Unit of CND and Method Thereof}

도 1은 종래의 열변위 보정 플로우 챠트.

도 2는 본 발명의 열변위 보정장치 구성도.

도 3은 본 발명의 열변위 보정 플로우 챠트.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100: PMC

200: CNC

300: 온도센서

본 발명은 주축 열변위 보정방법에 관한 것으로, 특히 열변위 보정을 하더라도 장비나 공구 그리고 소재에 손상을 최소화토록 하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 주축 열변위 보정방법에 관한 것이다.

일반적으로 공작기계의 구조물은 금속으로 되어있고 이를 장시간 운전하면 운동면의 마찰로 인해 각종 구동부위에서 열이 발생하게 되고 이에 따른 기구부의 변형이 가공정도에 악영향을 미치게 된다. 특히, 고속/고정밀도 추세에 따라 주축의 높은 RPM회전 및 이송계의 고속화는 기구부에 열을 발생시키는 원인이 되어 장비의 성능을 좌우하고 있다.

또한, 가공중에 안내면, 구동계, 공작물과의 접촉부위등에서 열이 발생하게 된다.

또한, 가공칩과 절삭유 등도 상당한 열을 가지면서 순환하여 공작기계 각부의 온도를 상승시키게 된다.

즉, 스핀들모터는 전기, 자기적인 영향에 의해 열이 발생되며, 스핀들 베어링은 접촉저항에 의해 열이 발생되고, 주축이송용 볼스크류는 부하저항에 의해 열이 발생하게 되고, 절삭유는 가공물과 공구에 의해 열을 가지면서 순환하게 되어 공구 및 공작물의 온도를 상승시키게 된다.

위와 같이 종래의 공작기계에서 필연적으로 발생되는 열은 각부의 안내면에 열팽창을 가져오게 되어 치수변화를 가져오게 되며, 특히 볼스크류의 열변위는 회전달 진행하는 이송거리인 리드에 변화를 가져오게 되어 가공정밀도를 저하시키게 되었다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결코자 하는 것으로, 측정된 보정량을 한꺼번에 동작시키지 않고 일정한 시간간격으로 적용토록 하여 공구를 안정적으로 운행 하고 또한 제품에 손상이 가는 것을 최소화하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 수단으로,

본 발명은 공작기계에 있어서, 송작물 가공시 발생하는 열을 감지하여 온도를 측정하는 온도센서(300)와; 상기 온도센서(300)에서 측정한 온도를 읽어 들이고, 상기 온도에 해당하는 위치 변화량을 계산하고 이를 CNC에 입력시키는 PMC(200)와; 상기 PMC(200)로부터 입력된 자료를 근거로 보정값을 1씩 감소시키다고 보정값이 0이 되면 완료시키는 CNC(300)로 구성된 것이 특징이다.

또한, 온도센서(300)를 이용하여 온도를 측정하는 단계(S1)와; 온도측정이 완료되면 측정된 온도를 PMC(100)가 읽어 들여 열에 의하여 기구의 팽창 또는 수축으로 인한 변화량을 계산하여 CNC(200)에 입력시키고, CNC에 입력된 데이터를 이용하여 가장 가까운 선형거리의 2개 온도를 온도-오차 표에서 찾는 단계(S2)와; 2개의 온도-오차 값을 이용하여 보정값을 계산하는 단계(S3)와; 보정값 계산이 완료되면 보정값이 0이 될 때까지 일정한 시간간격으로 일정량의 보정거리만큼 차감하여 열변위를 보정하는 단계(S4)로 이루어지는 것이 특징이다.

또한, 상기 일정량의 보정거리란 1um인 것이 특징이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도 록하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 종래의 열변위 보정 플로우 챠트로써,

도시한 바와 같이 온도센서를 이용하여 온도를 측정하는 단계(A1)와;

온도측정이 완료되면 측정된 온도를 PMC가 읽어 들여 열에 의하여 기구의 팽창 또는 수축으로 인한 변화량을 계산하여 CNC에 입력시키고, CNC에 입력된 데이터를 이용하여 가장 가까운 선형거리의 2개 온도를 온도-오차 표에서 찾는 단계(A2)와;

2개의 온도-오차 값을 이용하여 보정값을 계산하는 단계(A3)와;

보정값 계산이 완료되면 CNC 장치의 외부기계 좌표 시스템의 쉬프트 기능을 이용하여 보정값을 한번에 입력하여 보정하는 단계(A4)로 이루어진다.

상기와 같은 단계로 열변위 보정을 하게 되면 열변위 거리값이 5um인 경우 한꺼번에 5um의 오차를 수정하게 되어 가공 대상물에는 돌기부와 같은 흠집이 생길 수가 있고, 주축을 한꺼번에 이동시키게 되어 계기에도 이상이 생길 수 있다.

도 2는 본 발명이 구성도로써,

공작기계에 있어서,

송작물 가공시 발생하는 열을 감지하여 온도를 측정하는 온도센서(300)와;

상기 온도센서(300)에서 측정한 온도를 읽어 들이고, 상기 온도에 해당하는 위치 변화량을 계산하고 이를 CNC에 입력시키는 PMC(100)와;

상기 PMC(100)로부터 입력된 자료를 근거로 보정값을 1씩 감소시키다고 보정값이 0이 되면 완료시키는 CNC(200)로 구성된다.

즉, 온도센서(300)로부터 온도를 측정하고, PMC(100)가 상기 온도센서(300)로부터 측정된 온도를 읽어 들여 열에 의하여 기구의 팽창 또는 수축으로 인한 변화량을 계산하여 CNC(200)에 입력시키고, CNC(200)는 입력된 데이터를 이용하여 기계 원점을 일정간격을 두고 차감하여 열변위 오차를 보상한다.

상기와 같이 구성하는 본 발명은, 먼저 가공시에 발생하는 가공오차를 보완하기 위하여 발생한 열을 온도센서(300)로 측정하여 변형량을 계산한다.

그리고, PMC(100)에서 이 온도에 해당되는 위치 변화량을 계산하고 계산이 완료되어 CNC(200)에 이 온도 변화량을 입력하게 되면 CNC(200)가 열변위량의 총량을 일정간격으로 나눈 후 일정시간간격으로 순차적으로 차감하면서 보정한다.

도 3은 본 발명을 이용한 열변위 보정에 대한 제어방법을 도식화한 플로우 챠트이다.

본 발명에서는 측정온도와 가장 가까운 2개의 선형 온도범위를 찾아 오차값을 구한다.

즉, 온도에 따라서 열변형이 달라지므로 일정구간마다 선형으로 나누고 현재 온도값에 해당하는 선형구간에 대입시켜 보정값을 계산하는 것이다.

본 발명의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

온도센서(300)를 이용하여 온도를 측정하는 단계(S1)와;

온도측정이 완료되면 측정된 온도를 PMC(100)가 읽어 들여 열에 의하여 기구 의 팽창 또는 수축으로 인한 변화량을 계산하여 CNC(200)에 입력시키고, CNC에 입력된 데이터를 이용하여 가장 가까운 선형거리의 2개 온도를 온도-오차 표에서 찾는 단계(S2)와;

2개의 온도-오차 값을 이용하여 보정값을 계산하는 단계(S3)와;

보정값 계산이 완료되면 보정값이 0이 될 때까지 일정한 시간간격으로 보정거리를 나누어 열변위를 보정하는 단계(S4)로 이루어진다.

본 발명의 핵심부분은 마지막 단계로써, 도시된 플로우챠트(도 3)에 표시된 바와 같이 보정값을 계산한 다음 보정값이 0인가 확인하여 (0이면 보정값이 0) 0이 아니면 CNC에 1um식 보정하면서 동시에 계산된 보정값을 1씩 감소시키다가 보정값이 0이 되면 완료시키는 플로우로써 제어해 나간다.

만약에 5um의 오차가 측정되고 1초간격으로 시간이 설정되어 있으면 1초에 1um씩 5초에 걸쳐 보정을 완료한다.

결국, 공작기계의 머시닝 센터나 터닝센터와 같은 장비가 가공을 위해 고속으로 스핀들을 회전시킬 때 스핀들에 높은 열이 발생하게 되는데, 이 열로 인한 스핀들의 변형이 발생하게 되는바, 본 발명의 실시예에서는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 많은 양의 보정값이 발생하더라도 일정시간의 간격을 두고 1um씩 보정함으로써 가공중에 발생하는 커팅마크와 같은 가공면의 흠집이나 공구 손상을 최소화시키도록 하였다.

이상과 같이 본 발명에 의하면 열변위 보정을 하더라도 장비나 공구 그리고 소재에 손상을 최소화하여 기능을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 시간간격을 1초로 하였으며, 보정거리의 간격은 1um로 하였으나, 상기 시간간격과 보정거리의 간격은 필요에 따라서 적절히 조절할 수 있음은 물론이다.

상술한 바와 같이 본 발명은 열변위 보상을 한꺼번에 하는 것이 아니라 일정한 시간간격을 두고 일정한 간격만큼 이루어지도록 하여 가공물에 흠집이 생기는 것을 막고 아울러 공작기계의 무리한 작동을 차단하여 각종 공구의 손상을 막는 효과를 제공한다.

비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 설명과 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 첨부된 청구의 범위는 본 발명의 진정한 범위 내에 속하는 그러한 수정 및 변형은 포함한 것으로 판단할 수 있다.

Claims (3)

1. 공작기계에 있어서,

   송작물 가공시 발생하는 열을 감지하여 온도를 측정하는 온도센서(300)와;

   상기 온도센서(300)에서 측정한 온도를 읽어 들이고, 상기 온도에 해당하는 위치 변화량을 계산하고 이를 CNC에 입력시키는 PMC(200)와;

   상기 PMC(200)로부터 입력된 자료를 근거로 보정값을 1씩 감소시키다고 보정값이 0이 되면 완료시키는 CNC(300)로 구성된 것을 특징으로 하는 공작기계의 주축 열변위 보정장치.
2. 온도센서(300)를 이용하여 온도를 측정하는 단계(S1)와;

   온도측정이 완료되면 측정된 온도를 PMC(100)가 읽어 들여 열에 의하여 기구의 팽창 또는 수축으로 인한 변화량을 계산하여 CNC(200)에 입력시키고, CNC에 입력된 데이터를 이용하여 가장 가까운 선형거리의 2개 온도를 온도-오차 표에서 찾는 단계(S2)와;

   2개의 온도-오차 값을 이용하여 보정값을 계산하는 단계(S3)와;

   보정값 계산이 완료되면 보정값이 0이 될 때까지 일정한 시간간격으로 일정량의 보정거리만큼 차감하여 열변위를 보정하는 단계(S4)로 이루어짐을 특징으로 하는 공작기계의 주축 열변위 보정방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 일정량의 보정거리란 1um인 것을 특징으로 하는 공작기계의 주축 열변위 보정방법.

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