KR101280088B1 - 공작기계에 있어서의 주축장치의 변위 및 편향측정장치 - Google Patents

공작기계에 있어서의 주축장치의 변위 및 편향측정장치 Download PDF

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Abstract

주축장치의 열변위량과 공구의 회전편향량을 모두 측정할 수 있는 동시에 측정정밀도를 향상할 수 있는 공작기계에서의 주축장치의 변위 및 회전편향측정장치를 제공한다.
공작기계 베드(bed)의 소정위치에 에어분사노즐(25)을 배치한다. 주축장치(20)의 하우징(20a)의 외주면에 부착된 기준블록(30)을 주축장치(30)와 함께 측정개시위치(A1)로 이동하고, 기준블록(30)을 상기 에어분사노즐(25)에서 분사되는 에어를 가로지르도록 Z축 방향으로 이동하며, 이 행정(行程)으로 측정된 압력의 변화에 따라서 주축장치(20)의 열변위량을 연산한다. 또 상기 주축장치(20)에 장착된 공구의 외주면을 상기 에어분사노즐(25)의 선단면에 접근시켜서 이 공구를 소정위치에서 회전하면서 에어를 공구의 외주면에 분사해서 에어의 압력을 측정하고, 이 측정압력의 변화에 따라 공구의 회전편향량을 연산한다.
주축장치, 에어분사노즐, 하우징, 기준블록

Description

공작기계에 있어서의 주축장치의 변위 및 편향측정장치{A MEASURING DEVICE FOR MEASURING DISPLACEMENT AND DEFLECTION OF MAIN SHAFT DEVICE IN MACHINING TOOLS}
도 1은, 본 발명의 제1실시형태의 주축장치의 열변위량의 측정방법의 설명도이다.
도 2는, 기준블록의 위치와 측정된 압력과의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 3은, 열변위량의 측정동작을 설명하기 위한 플로차트이다.
도 4는, 공구의 회전편향량의 측정방법의 설명도이다.
도 5는, 회전편향량의 측정시간과 압력과의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 6은, 회전편향량의 측정동작을 설명하기 위한 플로차트이다.
도 7은, 공작기계의 전체구성을 도시하는 개략정면도이다.
도 8은, 열변위량의 측정장치를 도시하는 설명도이다.
도 9는, 제어시스템의 블록회로도이다.
도 10은, 본 발명의 제2실시형태를 도시하는 열변위량의 측정방법의 설명도이다.
도 11은, 주축장치의 Z축 방향의 위치와 측정압력과의 관계를 도시하는 그래 프이다.
도 12는, 열변위량의 측정동작을 설명하기 위한 플로차트이다.
※부호의 설명※
W…피가공물 Z…기준위치
△Z…열변위량
A1…측정개시위치 A2…측정종료위치
B1…제1편향량 측정위치 B2…제2편향량 측정위치
Pa, Pc…압력 Za…기준중심위치
△f1, △f2…제1, 제2편향량 Za1, Za2…위치
11…베드(bed) 20…주축장치
20a…하우징 22…공구홀더
23…공구 23a…외주면
25…에어분사노즐 25a…선단면
30…기준블록 30a…기준면
52…중심위치 연산부 53, 60…열변위량 연산부
55, 57…제1, 제2편향량 연산부
56…제1 판정부 58…제2 판정부
59…기준블록의 위치연산부 71…에어분사노즐
본 발명은 공작기계에 있어서의 주축장치의 변위 및 편향을 측정하는 측정장치에 관한 것이다.
일반적으로 공작기계에서는 베드(bed)의 상면에 피가공물 지지테이블 및 지그(jig)를 통하여 피가공물이 지지되어 있다. 또 베드의 상면에 X, Y, Z축의 3축 방향으로 각각 수치제어이동되는 주축장치에 공구를 구비한 공구홀더가 장착되고, 상기 공구에 의해 피가공물이 가공되도록 이루어져 있다. 종래 주축장치의 상기 3축 방향의 이동동작을 위해 주로 서보모터(servo motor)에 의해 회전되는 볼나사와, 볼나사 너트를 사용한 이동기구가 채용된다. 이 이동기구 홈 중, 주축장치를 축선 방향으로 전후이동시키는 이동기구가 열팽창하면 주축장치의 실제 이동위치에 오차가 발생한다. 이 오차가 발생한 채 피가공물의 가공이 실행되면 피가공물의 가공정밀도가 저하된다. 이 때문에, 예를 들면, 특허문헌 1에 개시된 볼나사의 열변위 보정장치가 제안되어 있다. 이 보정장치는 볼나사의 자유단의 단면에서 축방향으로 소정거리 이격된 위치에 검출기를 배치하고, 이 검출기에 의해 볼나사의 길이변화를 측정하는 동시에 그 변화량에 따라서 주축장치의 이송량을 보정하도록 이루어져 있다.
한편, 주축장치의 주축에 형성된 테이퍼 구멍에는 공구를 지지한 공구홀더의 테이퍼 생크(taper shank)부가 삽입고정되도록 이루어져 있고, 상기 테이퍼구멍의 내주면과 테이퍼 생크부 외주면의 접촉계면에 절삭분말(또는 절삭 찌꺼기)이 끼워져 있으면 공구홀더 및 공구가 경사져서 피가공물의 가공이 적절하게 실행되지 않게 된다. 이 때문에 공구홀더의 회전편향량의 양호여부를 판별하는 공작기계가 제안되어 있다. 이 공작기계로서 특허문헌 2에는 주축장치의 하우징에 공구홀더의 외주면에 대향시켜서 거리센서를 설치하고, 이 거리센서에 의해 회전중인 공구홀더의 외주면과 센서와의 거리를 측정하며, 이 측정된 거리의 변화량에 따라서 공구홀더의 회전편향량의 양호 여부를 판정하게 되어 있다.
[특허문헌 1] 특개 2001-138178호 공보
[특허문헌 2] 특개 2005-313239호 공보
그런데, 특허문헌 1에 개시된 볼나사의 열변위 보정장치는 주축장치로부터 떨어진 위치에 있는 볼나사의 길이변화를 측정하는 구조이기 때문에 가공부위에 가까운 곳에서의 주축장치의 열변위량을 직접 측정할 수 없으므로 측정정밀도를 향상시킬 수 없다는 문제가 있었다. 또 상기 볼나사의 단면에 절삭분말 등의 이물(異物)이 부착되면 측정정밀도가 저하된다는 문제가 있는 동시에, 이 종래의 장치에서는 주축장치에 장착된 공구홀더 또는 공구의 회전편향량을 측정할 수 없다는 문제도 있었다.
한편, 특허문헌 2에 개시되어 있는 공구홀더의 회전편향량의 양호 여부를 판별하는 공작기계는 비접촉식의 거리센서를 사용하고 있으므로, 공구홀더의 외주면에 절삭분말 등의 이물이 부착되어 있으면 판정정밀도가 저하된다는 문제가 있는 동시에, 이 종래의 장치에서는 주축장치의, 예컨대 이송방향의 열 변위량을 측정할 수 없다는 문제도 있었다. 또 센서에 절삭분말 등의 이물이 부착된 경우에 청소작업이 필요하다는 문제도 있었다.
본 발명의 목적은, 상기 종래의 기술이 갖고 있는 문제점을 해소해서 주축장치의 열 변위량과, 공구홀더 또는 공구의 회전편향량을 측정할 수 있는 동시에, 그것들의 측정정밀도를 향상시킬 수 있는 공작기계에서의 주축장치의 변위 및 편향측정장치를 제공하는 것에 있다.
상기 문제점을 해결하기 위해서 청구항 1에 기재된 발명은, 베드상에 수치제어이동되는 주축장치를 장착하는 동시에, 피가공물 지지장치에 지지된 피가공물을 주축장치에 공구홀더를 통하여 장착된 공구에 의해 가공하도록 한 공작기계에 있어서, 상기 베드 또는 피가공물 지지장치에 장착된 유체분사노즐과, 상기 유체분사노즐에 유체를 공급하는 유체공급원과, 상기 유체공급원에서 유체분사노즐에 도달하는 유체통로 내의 유체의 압력 또는 유량을 측정하는 측정수단과, 상기 주축장치를 열변위측정을 위해 설정된 측정위치로 이동해서 이 주축장치의 하우징에 설치한 기준면을 상기 유체분사노즐에 대향접근시킨 상태에서, 이 노즐에서 유체를 상기 기준면에 분사하고, 이때의 유체의 압력 또는 유량의 변화에 따라서 주축장치의 열변위량을 연산하는 열변위량 연산수단과, 상기 주축장치를 회전편향측정을 위해 설정된 측정위치로 이동해서 이 주축장치의 공구홀더 또는 공구와 상기 유체분사노즐을 대향접근시킨 상태에서, 이 노즐에서 유체를 회전중의 상기 공구홀더 또는 공구로 분사하고, 이때의 유체의 압력 또는 유량의 변화에 따라 공구홀더 또는 공구의 회전편향량을 연산하는 회전편향량 연산수단을 구비한 것을 요지로 한다.
청구항 2에 기재된 발명은 청구항 1에 있어서, 상기 기준면은 상기 주축의 하우징에 부착한 기준블록에 형성되어 있는 것을 요지로 한다.
청구항 3에 기재된 발명은 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 기준면은 상기 주축의 축방향과 평행인 면이고, 상기 유체분사노즐은 하나인 것을 요지로 한다.
청구항 4에 기재된 발명은 청구항 3에 있어서, 상기 열변위량 연산수단은 상기 기준블록의 기준면을 상기 유체분사노즐의 선단에서 이 노즐의 축선방향에 관해서 일정한 간격을 유지한 상태에서, 상기 주축장치의 축방향으로의 이송에 의해 이 기준블록을 측정개시위치에서 측정종료위치로 정속도로 이동하는 행정(行程)으로 상기 측정수단에 의해 측정된 압력 또는 유량에 따라서 상기 기준면의 중심위치를 연산하는 중심위치 연산부와, 미리 기억매체에 기억된 기준중심위치와, 새롭게 측정수단으로부터 측정된 압력 또는 유량에 따라 연산된 측정중심위치에 따라서 주축장치의 열변위량을 연산하는 열변위량 연산부에 의해 구성되어 있는 것을 요지로 한다.
청구항 5에 기재된 발명은 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 기준면은 주축의 축방향과 직교하는 면이고, 상기 열변위량 연산수단은 상기 기준면을 상기 유체분사노즐에 대해서 접근 이동시킨 상태에서 이 유체분사노즐에서 유체를 상기 기준면에 분사하고, 이때의 유체의 압력 또는 유량의 변화에 따라서 주축장치의 열변위량을 연산하도록 구성되어 있는 것을 요지로 한다.
청구항 6에 기재된 발명은, 베드상에 수치제어이동되는 주축장치를 장착하는 동시에 피가공물 지지장치에 지지된 피가공물을 주축장치에 공구홀더를 통하여 장착한 공구에 의해 가공하도록 한 공작기계에 있어서, 상기 베드 또는 피가공물 지지장치에 장착된 제1유체분사노즐과, 상기 베드 또는 피가공물 지지장치에 장착된 제2유체분사노즐과, 상기 제1 및 제2유체분사노즐에 유체를 각각 공급하는 유체공급원과, 상기 유체공급원에서 제1 및 제2유체분사노즐에 도달하는 유체통로 내의 유체의 압력 또는 유량을 측정하는 제1 및 제2측정수단과, 상기 주축장치의 하우징에 설치한 기준면과 상기 제1유체분사노즐을 대향접근시킨 상태에서 이 노즐에서 유체를 상기 기준면에 분사하고, 이때의 유체의 압력 또는 유량의 변화에 따라서 주축장치의 열변위량을 연산하는 열변위량 연산수단과, 상기 주축장치의 공구홀더 또는 공구와 상기 제2유체분사노즐을 대향접근시킨 상태에서 이 노즐에서 유체를 회전중의 상기 홀더 또는 공구에 분사하고, 이때의 유체의 압력 또는 유량의 변화에 따라서 공구홀더 또는 공구의 회전편향량을 연산하는 회전편향량 연산수단을 구비한 것을 요지로 한다.
청구항 7에 기재된 발명은 청구항 6에 있어서, 상기 기준면은 상기 주축의 하우징에 부착된 기준블록에 형성되어 있는 것을 요지로 한다.
청구항 8에 기재된 발명은 청구항 6 또는 7에 있어서, 상기 기준면은 주축의 축방향과 직교하는 면이고, 상기 제1유체분사노즐은 상기 기준면과 대향해서 설치되며, 상기 열변위량 연산수단은 상기 기준면을 측정개시위치에서 상기 제1유체분사노즐의 선단을 향해서 접근시킨 때에 측정된 압력 또는 유량에 따라서 상기 기준 면의 위치를 연산하는 위치연산부와, 이 위치연산부에 의해 이미 연산되서 기억매체에 기억된 기준위치연산치와, 새롭게 측정된 상기 압력 또는 유량에 따라서 연산된 측정위치연산치에 따라서 주축장치의 열 변위량을 연산하는 열변위량 연산부에 의해 구성되어 있는 것을 요지로 한다.
청구항 9에 기재된 발명은 청구항 6 또는 7에 있어서, 상기 기준면은 주축의 축방향과 직교하는 면이고, 상기 제1유체분사노즐은 상기 기준면과 대향해서 설치되며, 상기 열변위량 연산수단은 상기 기준면을 상기 제1 유체분사노즐의 선단에서 이 노즐의 축선 방향에 관해 일정한 간격을 유지한 상태에서, 이 기준블록을 측정개시위치에서 측정종료위치로 정속도로 이동하는 행정으로 상기 측정수단에 의해 측정된 압력 또는 유량에 따라서 상기 기준면의 중심위치를 연산하는 중심위치 연산부와, 이 중심위치 연산부에 의해 미리 연산되어 기억매체에 기억된 기준중심위치 연산치와, 새롭게 측정수단에 의해 측정된 압력 또는 유량에 따라서 연산된 측정중심위치 연산치에 따라서 주축장치의 열변위량을 연산하는 열변위량 연산부에 의해 구성되어 있는 것을 요지로 한다.
청구항 10에 기재된 발명은 청구항 6 내지 9중 어느 한 항에 있어서, 상기 주축의 하우징은 주축의 축방향과 평행한 기준면을 가지며, 상기 제2유체분사노즐은 주축의 축방향과 직교하는 방향에서 상기 기준면과 대향되고, 상기 열변위량연산수단은 상기 기준면을 상기 제2유체분사노즐에 대해 접근이동시킨 상태에서 이 제2유체분사노즐에서 유체를 상기 기준면에 분사하며, 이때의 유체의 압력 또는 유량의 변화에 따라 주축장치의 열변위량을 연산하도록 구성되어 있는 것을 요지로 한다.
청구항 11에 기재된 발명은 청구항 1 내지 10중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전편향량 연산수단은 공구홀더 또는 공구를 제1측정위치로 이동한 상태에서, 측정된 제1측정압력에 따라 제1편향량을 연산하는 제1편향량 연산부와, 상기 제1편향량이 미리 기억매체에 기억된 제1편향량 허용치 내인지의 여부를 판정하는 제1판정부와, 공구홀더 또는 공구를 제1측정위치보다도 상기 유체분사노즐에 접근한 제2측정위치로 이동한 상태에서 새롭게 측정된 제2 측정압력에 따라 제2편향량을 연산하는 제2편향량 연산부와, 상기 제2편향량이 미리 기억매체에 기억된 제2편향량 허용치 내인지의 여부를 판정하는 제2판정부를 구비하고 있는 것을 요지로 한다.
청구항 1 내지 5에 기재된 발명은, 상기 주축장치의 하우징에 설치된 기준면을 상기 유체분사노즐에 접근시킨 상태에서 이 노즐에서 유체를 상기 기준면에 분사하고, 이때의 유체의 압력 또는 유량의 변화에 따라 상기 열변위량 연산수단에 의해 주축장치의 열변위량을 연산할 수 있다. 또 상기 주축장치의 공구홀더 또는 공구와 상기 유체분사노즐을 접근시킨 상태에서 이 노즐에서 유체를 회전중의 상기 공구홀더 또는 공구에 분사하며, 이때의 유체의 압력 또는 유량의 변화에 따라 회전편향량 연산수단에 의해 공구홀더 또는 공구의 회전편향량을 연산할 수 있다. 따라서, 하나의 유체분사노즐에 의해 주축장치의 열변위량과, 공구홀더 또는 공구의 회전편향량을 측정할 수 있으며, 부품점수를 절약해서 비용을 절감할 수 있다. 또 상기 유체분사노즐에서 유체가 상기 기준면이나 공구홀더 또는 공구의 외주면 등에 분사되므로, 상기 기준면, 공구홀더, 공구의 외주면 및 유체분사노즐 등에 부 착되어 있는 절삭분말 등의 이물(異物)을 제거해서 압력의 측정정밀도를 향상시킬 수 있고, 열변위량 및 회전편향량의 측정정밀도를 향상시킬 수 있다.
청구항 6 내지 10에 기재된 발명은, 제1유체분사노즐과, 제2유체분사노즐을 개별적으로 설치하였으므로, 양 노즐의 지향방향을 각각의 측정에 적절한 적정한 방향으로 설정할 수 있다.
청구항 11에 기재된 발명은, 공구홀더 또는 공구의 회전편향량을 2단계로 안전하게 측정할 수 있는 동시에, 회전편향의 이상유무를 정확히 판정할 수 있다.
이하, 본 발명을 구체화한 공작기계에서의 주축장치의 변위 및 편향측정장치의 제1실시형태를 도 1 내지 도 9에 따라서 설명한다.
최초로, 공작기계의 개략 구성에 대해 설명한다. 도 7에 도시한 바와 같이 베드(11)의 상면에 장착된 피가공물 지지테이블(12)에는 지그(13)를 통하여 피가공물(W)이 지지되도록 이루어져 있다. 상기 베드(11)의 상면에는 Z축 안내레일(14)이 부설되고, 이 Z축 안내레일(14)에는 Z축 새들(saddle)(15)이 후술하는 볼나사방식의 Z축 구동기구(45A)(도 9 참조)에 의해 Z축 방향(도 7의 좌우방향)으로 왕복이동가능하게 지지되어 있다. 상기 Z축 새들(15)의 상면에는 X축 안내레일(16)이 부설되며, 이 X축 안내레일(16)에는 X축 칼럼(17)이 후술하는 X축 구동기구(45B)(도 9 참조)에 의해 X축 방향(도 7의 지면 직교방향)으로 왕복이동 가능하게 장착되어 있다. 상기 X축 칼럼(17)의 전면에는 Y축 안내레일(18)이 부설되고, 이 Y축 안내 레일(18)에는 Y축 새들(19)이 후술하는 Y축 구동기구(45C)(도 9 참조)에 의해 Y축 방향(도 7의 상하방향)으로 왕복이동 가능하게 장착되어 있다. 이 실시형태에서는 상기 피가공물 지지테이블(12)과 지그(13)에 의해 피가공물 지지장치가 구성되어 있다.
상기 Y축 새들(19)에는 주축장치(20)가 장착되고, 이 주축장치(20)의 내부에 회전가능하게 지지된 주축(21)에는 공구(23)를 구비한 공구홀더(22)가 장착되어 있다. 사용이 끝난 공구가 장착된 공구홀더(22)는 도시하지 않은 공구교환장치에 의해서 주축(21)으로부터 제거되고, 신 공구가 장착된 공구홀더와 교환되도록 이루어져 있다.
상기 베드(11)의 상면에는 브래킷(bracket)(24)을 통하여 유체분사노즐로서의 에어분사노즐(25)이 장착되어 있다. 이 에어분사노즐(25)은 도 8에 도시하는 바와 같이 주축장치(20)의 축선방향, 즉, Z축 방향과 직교하는 X축(수평) 방향으로 지지되어 있다.
도 8에 도시하는 바와 같이, 상기 에어분사노즐(25)에는 컴프레서 등의 유체공급원으로서의 에어공급원(26)으로부터 에어배관(27)을 통하여 압력에어가 공급되도록 이루어져 있다. 상기 에어배관(27)에는 에어의 압력 및 유량을 일정하게 유지하는 레귤레이터(28)와 전자식의 개폐밸브(29)가 접속되어 있다. 상기 주축장치(20) 하우징(20a)의 외주면에는 열변위량 측정용의 기준블록(30)이 부착되어 있다. 이 기준블록(30)은 도 1 및 도 8에 도시하는 바와 같이 Z축과 평행으로 X축과 직교하는 평면인 기준면(30a)과, 이 기준면(30a)의 Z축 방향의 양단부에 직각으로 형성된 전측면(30b) 및 후측면(30c)에 의해 형성되어 있다. 그리고, 상기 에어분사노즐(25)에서 분사된 에어가 상기 기준블록(30)의 기준면(30a)에 분무되도록 이루어져 있다. 또 에어분사노즐(25)에서 분사된 에어는 공구홀더(22) 또는 공구(23)의 회전편향량의 측정시에서 공구홀더(22)의 외주면 또는 공구(23)의 외주면에도 분무되도록 이루어져 있다.
도 8에 도시하는 바와 같이, 상기 에어분사노즐(25)에는 그 내부의 압력을 측정하는 측정수단으로서의 압력측정기(31)가 접속되어 있다. 이 압력측정기(31)에 의해 측정된 아날로그신호의 압력치(데이터)는 A/D 변환기(32)에 의해 디지털신호로 변환되어 공작기계의 각종 동작을 제어하는 동시에, 피가공물의 가공프로그램의 열변위량의 보정을 실행하는 제어시스템(33)으로 보내지도록 이루어져 있다.
다음, 도 9에 따라서 상기 제어시스템(33)의 구성과 기능에 대해서 설명한다.
제어장치(35)에는 각종의 연산처리를 실행하기 위한 중앙연산처리장치(CPU)(36)가 설치되어 있다. 이 CPU(36)에는 공작기계의 동작을 제어하기 위한 가공프로그램, 또는 측정프로그램 등의 각종 데이터를 기억한 개서가능한 불휘발성의 기억매체로서의 리드 온리 메모리(ROM)(37)가 접속되어 있다. 또 상기 CPU(36)에는 각종의 데이터를 기억하기 위한 판독·기입가능한 기억매체로서의 랜덤 액세스 메모리(RAM)(38)가 접속되어 있다. 상기 CPU(36)에는 입출력 인터페이스(39)를 통하여 상기 A/D 변환기(32) 및 키보드 또는 마우스 등의 입력수단(41)이 접속되어 있다. 또 상기 CPU(36)에는 입출력 인터페이스(42)를 통하여 통지수단으로서의 표시장치(43)가 접속되어 있다. 또한, 상기 CPU(36)에는 입출력 인터페이스(44) 및 도시하지 않은 구동회로를 통해서 Z,X,Y축의 각 축 구동기구(45A),(45B),(45C)가 접속되고, 주축장치(20)가 Z, X, Y축 방향으로 각각 수치제어 이동되도록 이루어져 있다. 또 입출력 인터페이스(44)에는 도시하지 않은 구동회로를 통하여 상기 에어공급원(26) 및 개폐밸브(29)가 접속되어 있다.
상기 CPU(36)에는, 도 1에서 주축장치(20)를 원점위치(A0)에서 상기 에어분사노즐(25)과 동일한 높이에서 위치설정된 측정개시위치(A1)로 이동한 상태에서 이 주축장치(20)와 함께 기준블록(30)을 Z축 방향으로 일정속도로 이동하기 위한 기준블록 정속이동제어부(51)가 설치되어 있다. 상기 측정개시위치(A1)는, 도 1에 도시하는 바와 같이 에어분사노즐(25)의 중심축선(O1)에서 기준블록(30)의 기준면(30a)의 중심(O2)이 Z축 방향으로 소정거리(L1)(예를 들면 20㎜)만큼 떨어진 위치에 설정되는 동시에, 에어분사노즐(25)의 선단면(25a)에서 X축 방향으로 소정거리(L2)(예를 들면 0.2㎜)만큼 떨어진 위치에 설정되어 있다. 또 상기 CPU(36)에는 기준블록(30)의 Z축 방향의 중심위치를 연산하기 위한 중심위치 연산부(52)가 설치되어 있다. 상기 CPU(36)에는 미리 RAM(38)에 기억된 기준중심위치(연산치)와, 새롭게 측정연산된 측정중심위치(연산치)에 따라서 주축장치(20)의 Z축 방향의 열변위량을 연산하기 위한 열변위량 연산수단으로서의 열변위량 연산부(53)가 설치되어 있다. 상기 CPU(36)에는 상기 열변위량에 따라서 주축장치(20)의 Z축 방향의 좌표위치데이터를 보정하기 위한 좌표위치데이터 보정부(54)가 설치되어 있다.
상기 CPU(36)에는, 도 4에 도시하는 바와 같이 상기 공구(23)를 원점위 치(A0)에서 상기 에어분사노즐(25)과 동일한 높이에서 위치설정된 제1편향량 측정위치(B1)로 이동한 상태에서 공구(23)를 회전시켜서 에어분사노즐(25)에서 에어를 분사한 때에 상기 압력측정기(31)에 의해 측정된 압력치(데이터)에 따라 공구의 제1편향량을 연산하기 위한 제1편향량 연산부(55)가 설치되어 있다. 또 상기 CPU(36)에는 미리 RAM(38)에 기억된 제1허용치와, 새롭게 측정연산된 제1편향량을 비교해서 제1편향량이 제1편향량 허용치 내에 있는지의 여부를 판정하기 위한 제1판정부(56)가 설치되어 있다. 또한, 상기 CPU(36)에는 상기 공구(23)를 X축 방향의 이동에 의해 제1편향량 측정위치(B1) 보다도 에어분사노즐(25)에 접근시킨 제2편향량 측정위치(B2)로 이동한 상태에서, 상기 제1편향량 연산부(55) 및 제1판정부(56)와 같은 동작을 실행하기 위한 제2편향량 연산부(57) 및 제2 판정부(58)가 설치되어 있다.
상기 CPU(36)에는 후술하는 제2실시형태의 공작기계에 사용되는 기준블록(30)의 Z축 방향의 위치연산부(59) 및 열변위량 연산부(60)가 설치되어 있다.
상기 ROM(37)에는, 피가공물의 가공동작을 제어하기 위한 가공프로그램을 기억하는 가공프로그램 기억영역(61)이 설치되는 동시에, 측정프로그램 기억영역(62)이 설치되며, 또한 각종의 데이터를 기억하기 위한 영역이 설치되어 있다. 상기 RAM(38)에는 측정된 압력치(데이터) 등의 각종 데이터가 기억되도록 이루어져 있다.
다음에 상기와 같이 구성한 상기 제어장치(35) CPU의 동작 및 제어장치(35)에서 출력되는 각종의 신호에 의해 실행되는 공작기계의 각종 동작에 대해서 설명 한다.
먼저, 도 1 내지 도 3에 따라서 주축장치(20)의 Z축 방향의 열변위량의 측정연산동작에 대해서 설명한다. 도 9에 도시하는 제어시스템(33)으로부터의 제어신호에 따라 도 3의 플로차트에 도시하는 각종의 동작이 아래와 같이 실행된다.
도 1에서 실선으로 도시하는 것과 같이 기준블록(30)이 원점위치(A0)에 있는 상태에서, 도 3의 스텝(S1)에서 상기 개폐밸브(29)를 개방해서 에어분사노즐(25)로부터 에어를 분사하고, 압력측정기(31)에 의해 에어의 압력을 측정한다. 스텝(S2)에서 CPU(36)에 의해 측정압력(Ps)이 RAM(38)에 미리 기억된 상한치(H0) 보다도 높은지의 여부가 판정되고, 노(No)인 경우에는 스텝(S3)에서 측정압력(Ps)가 RAM(38)에 미리 기억된 하한치(L0) 보다도 작은지의 여부가 판정된다. 그리고, 스텝(S2),(S3)에서 예스(Yes)인 경우에는 표시장치(43)에 에러표시가 실행되고 작업자에 의해 이상상태가 수정·복귀된다.
스텝(S3)에서 노라고 판정된 경우에는 스텝(S5)에서 판정압력(Ps), 즉, 원압(Pg)이「정압」인 것이 표시장치(43)에 표시된다.
그 다음, 스텝(S6)에서 기준블록(30)을 주축장치(20)와 함께 원점위치(A0)에서 측정개시위치(A1)로 이동한다. 스텝(S7)에서 기준블록 정속이동제어부(51)에서의 제어신호에 따라 기준블록(30)을 도 1에 도시하는 상기 측정개시위치(A1)에서 일정속도로 압력측정을 위해 Z축 방향으로 이동하고, 측정종료위치(A2)에서 정지한다. 이때 압력측정기(31)의 측정압력(Ps)의 곡선은 도 2에서 실선으로 도시하는 것과 같이 일정한 원압(Pg)의 수평부(e1), 압력의 상승부(e2), 압력이 일정한 수평 부(e3), 압력의 하강부(e4) 및 수평부(e5)로 이루어지는 압력곡선으로 도시되는 것으로 이루어진다.
다음, 스텝(S8)에서 측정압력(Ps)이 미리 RAM(38)에 기억된 도 2에 도시하는 소정 압력(Pa)인 때의 기준블록(30)의 전측면(30b)의 위치(Za1) 및 후측면(30c)의 위치(Za2)에서 기준블록(30)의 중심위치(Za)를 상기 중심위치 연산부(52)에 의해 연산해서 이 연산치를 기준중심위치(Za)로서 RAM(38)에 기억한다.
이상의 동작에 의해 주축장치(20)의 Z축 방향의 열변위량을 측정하기 위한 기준작업이 종료한다.
다음에, 스텝(S9)에서 피가공물의 가공이 실행되고, 스텝(S10)에서 중앙연산처리장치 CPU(36)에 의해 피가공물의 가공수가 미리 설정된 설정치(X)를 넘었는지의 여부가 판단되며, 가공수가 설정치(X)를 넘은 시점에서 실행되는 Z축 구동기구(45A)의 열변위량의 측정연산동작에 대해서 설명한다.
도 3의 스텝(S10)에서 예스라고 판정된 경우에는 전술한 스텝(S1) 내지 (S7)과 같은 동작이 실행된다. 즉, 원압의 측정동작이 실행되는 동시에 기준블록(30)이 원점위치(A0)에서 측정개시위치(A1)로 이동된다. 기준블록(30)이 일정속도로 압력측정을 위한 측정개시위치(A1)에서 측정종료위치(A2)로 이동된다. 그리고, 스텝(S11)에서 압력측정기(31)에 의해 측정된 측정압력(Ps)이 소정압력(Pa)일 때의 기준블록(30)의 전측면(30b)의 위치(Za1') 및 후측면(30c)의 위치(Za2')의 중심위치(Za')가 연산되고, 이 연산치가 RAM(38)에 기억된다. 스텝(S12)에서 상기 열변위량 연산부(53)에 의해 열변위량 △Z=Za'-Za가 연산된다. 스텝(S13)에서 좌표위 치데이터 보정부(54)에 의해 상기 열변위량 △Z에 따라서 가공프로그램 주축장치(20)의 Z축 방향 좌표의 위치데이터가 보정된다. 그 후, 스텝(S9)으로 돌아가서 피가공물의 가공이 실행된다.
다음, 도 4 내지 도 6을 중심으로 공구(23)의 회전편향량을 측정연산하는 동작에 대해서 설명한다.
도 6에 도시하는 바와 같이 이 측정연산동작의 경우에도, 도 3에 도시하는 스텝(S1) 내지 (S6)과 같은 동작이 실행된 후, 도 6의 스텝(S6)에서 상기 주축장치(20)와 함께 공구(23)가 3축 구동기구에 의해 도 4에 도시하는 원점위치(A0)에서 제1편향량 측정위치(B1)로의 고속이송 후, 저속 이송(예를 들면, 200㎜/min)으로 이동된다. 이 제1편향량 측정위치(B1)에 있는 공구(23)의 외주면(23a)과 에어분사노즐(25)의 선단면(25a)과의 거리(L3)는, 예컨대, 0.4㎜에 설정되어 있다. 스텝(S7)에서 공구(23)가 회전되고, 공구(23)의 외주면(23a)에 에어분사노즐(25)로부터의 에어가 분무되서 압력측정기(31)에 의해 에어의 압력이 측정되며, 이 압력이 제1 측정압력(Ps1)으로서 RAM(38)에 기억된다. 이 제1측정압력(Ps1)은 도 5에 도시하는 바와 같이 공구(23)에 회전편향이 있으면, 싸인 커브형상의 곡선으로 되어 나타난다 이 압력치(데이터)에 따라서 스텝(S8)에서 제1편향량 연산부(55)에 의해 공구(23)의 제1편향량(△f1)이 연산되고, 이 제1편향량(△f1)이 RAM(38)에 미리 기억된다. 스텝(S9)에서 제1편향량(△f1)이 RAM(38)에 미리 기억된 제1편향량 허용치(Ph1) 내에 있는지의 여부가 판정되고, 노라고 판정된 경우에는 스텝(S10)에서 표시장치(43)에 에러표시가 실행되며, 작업자에 의해 공구홀더(22)의 장착부의 청 소가 실행된다.
스텝(S9)에서 예스라고 판정된 경우에는 스텝(S11)에서 공구(23)가 주축장치(20)와 함께 도 4에 도시하는 제2편향량 측정위치(B2)로 저속이송으로 이동된다. 이 제2편향량 측정위치(B2)에 있는 공구(23)의 외주면(23a)과 에어분사노즐(25)의 선단면(25a)과의 거리(L4)는, 예컨대 0.2㎜에 설정되어 있다.
스텝(S12)에서 공구(23)가 회전되는 동시에, 공구(23)의 외주면(23a)에 에어가 분무되서 압력측정기(31)에 의해 제2측정압력(Ps2)이 측정된다. 이 제2측정압력(Ps2)도 제1측정압력(Ps1)과 같은 싸인 커브 형상으로 이루어지고, 제2편향량 연산부(57)에 의해 공구(23)의 제2편향량(△f2)이 연산되며, RAM(38)에 기억된다. 그 다음, 스텝(S13)에서 제2판정부(58)에 의해 제2편향량(△f2)이 RAM(38)에 미리 기억된 제2편향량 허용치(Ph2) 내에 있는지의 여부가 판정되고, 노라고 판정된 경우에는 스텝(S14)에서 표시장치(43)에 에러표시가 실행되며, 작업자에 의해 공구홀더(22)의 장착부의 청소가 실행된다. 스텝(S13)에서 예스로 판정된 경우에는 스텝(S15)에서 피가공물의 고정밀도의 가공이 실행된다.
상기 제1 실시형태의 공작기계에서의 주축장치의 열변위량 및 회전편향량 측정장치에 의하면 아래와 같은 효과를 얻을 수 있다.
⑴ 제1실시형태에서는 소정위치에 설치된 하나의 에어분사노즐(25)에 대하여 주축장치(20)의 기준블록(30)을 측정개시위치(A1)에서 측정종료위치(A2)로 이동하면서 기준블록(30)에 에어를 분사해서 압력측정기(31)에 의해 에어의 압력을 측정하고, 이 측정압력(Ps)에 따라서 주축장치(20)의 Z축 방향의 열변위량(△Z)을 연산 하도록 하였다. 또 상기 에어분사노즐(25)에 대해 공구(23)의 외주면(23a)을 접근시켜서 측정위치로 이동해서 공구(23)의 회전편향량을 연산하고, 이 편향량이 편향량 허용치에 있는지의 여부를 판정하게 하였다. 이 때문에 하나의 에어분사노즐(25)을 사용해서 열변위량(△Z)의 측정연산과, 공구(23)의 회전편향량의 측정연산을 실행할 수 있으며, 부품점수를 절약해서 코스트 다운을 꾀할 수 있다.
⑵ 제1실시형태에서는 기준블록(30)의 기준면(30a) 및 공구(23)의 외주면(23a)에 에어분사노즐(25)에서 에어를 분사하도록 하였다. 이 때문에 기준면(30a) 및 외주면(23a)에 부착한 절삭분말 등의 이물을 제거할 수 있으며, 압력의 측정정밀도를 향상시킬 수 있고, 그 결과, 주축장치(20)의 Z축 방향의 열변위량 및 공구(23)의 회전편향량의 측정정밀도를 향상시킬 수 있다.
⑶ 제1실시형태에서는 기준블록(30)을 측정개시위치(A1)에서 측정종료위치(A2)까지 이동하는 행정으로 측정된 도 2에 도시하는 압력(Ps)과 소정압력(pa)에 따라 기준블록(30)의 위치(Za1'),(Za2')를 연산한다. 그리고, 양 위치(Za1'),(Za2')에서 기준블록(30)의 측정중심위치(Za')를 연산하고, 이것과 미리 RAM(38)에 기억된 기준중심위치(Za)에 따라서 열변위량(△Z)을 연산하도록 하였다. 이 때문에 기준블록(30)의 Z축 방향의 열변위량의 측정연산정밀도를 향상시킬 수 있으며, 나아가서는 피가공물의 가공정밀도를 향상시킬 수 있다.
⑷ 제1실시형태에서는 상기 에어분사노즐(25)에 대해 공구(23)의 외주면(23a)을 접근시켜서 제1편향량 측정위치(B1) 및 제2편향량 측정위치(B2)에 순차 이동해서 공구(23)의 제1편향량(△f1) 및 제2편향량(△f2)을 순차연산하며, 그것들 을 제1편향량 허용치(Ph1) 및 제2편향량 허용치(Ph2)에 있는지의 여부를 순차측정하게 하였다. 이와 같이 2단계에서의 측정을 실행하기 위해 공구(23)의 회전편향량이 큰 상태에서, 갑자기 에어분사노즐(25)을 제2편향량 측정위치(B2)로 이동해서 측정한 때에 발생하는 에어분사노즐(25)과 공구(23)의 외주면(23a)의 접촉을 회피할 수 있고, 에어분사노즐(25)의 손상을 미연에 방지할 수 있다.
다음에 본 발명의 제2실시형태를 도 7 및 도 9 내지 도 12에 따라서 설명한다.
이 제2실시형태에서는 도 7에 도시하는 상기 베드(11), 피가공물 지지테이블(12) 또는 지그(13)에는 도시하지 않은 브래킷을 통하여 열변위량의 측정에 사용하는 제1유체분사노즐로서의 제1에어분사노즐(71)이 도 10에 도시하는 것과 같이 Z축 방향으로 지향하도록 소정위치에 부착되어 있다. 이 제1에어분사노즐(71)의 에어공급로에는 도시하지 않지만 제1측정수단으로서의 제1압력측정기가 접속되어 있다. 도 7 및 도 10에 도시하는 상기 에어분사노즐(25)은 상기 공구홀더(22) 또는 공구(23)의 회전편향량의 측정에 사용하는 제2유체분사노즐로서의 제2에어분사노즐(25)로서 기능한다. 상기 압력측정기(31)는 제2측정수단으로서의 제2압력측정기로서 기능한다. 또 상기 주축장치(20)의 하우징(20a)의 전단면에 대해 기준면(30a)이 Z축 방향과 직교하도록 상기 기준블록(30)이 부착되어 있다.
그 다음, 제2실시형태에서의 주축장치(20)의 Z축 방향의 열변위량의 측정연산동작을 도 1 및 도 12에 따라서 설명한다.
도 12의 스텝(S) 내지(S5)는 전술한 제1 실시형태의 도 3에 도시하는 스 텝(S1) 내지 (S5)의 동작과 같다. 도 12의 스텝(S6)에서 주축장치(20)와 함께 상기 기준블록(30)이 원점위치(A0)에서 측정개시위치(C1)로 이동된다. 이 측정개시위치(C1)는 기준블록(30)의 기준면(30a)이 제1에어분사노즐(71)과 대향되고, 제1에어분사노즐(71)의 선단에서 Z축 방향으로 소정거리(L5)(예컨대, 0.6㎜)만큼 떨어진 위치에 설정되어 있다. 그 후, 스텝(S7)에서 에어분사노즐(71)로부터 기준블록(30)의 기준면(30a)에 에어가 분사되고, 스텝(S8)에서 상기 에어분사노즐(71)을 향해 기준블록(30)이 Z축 방향으로 이동된다. 압력측정기(31)에 의한 측정압력(Ps1)은 기준면(30a)이 제1에어분사노즐(71)의 선단에 접근해 가므로, 도 11에서 실선으로 도시하는 것과 같이 상승한다. 이 측정압력(Ps1)이 소정압력(Pc)이 된 시점에서 기준블록(30)의 이송을 정지하고, 그 기준블록(30)의 위치를 Z축 방향의 기준위치(Z)로서 미리 RAM(38)에 기억한다.
이상의 동작에 의해 측정기준작업이 종료한다.
다음에 스텝(S9)에서 피가공물의 가공이 실행되고, 스텝(S10)에서 중앙연산처리장치 CPU(36)에 의해 피가공물의 가공수가 미리 설정된 설정치(X)를 넘었는지의 여부가 판단되며, 넘은 시점에서 주축장치(20)의 Z축 방향의 열변위량을 측정하는 동작이 실행된다. 스텝(S10) 후에 전술한 스텝(S1) 내지 (S7)과 같은 동작이 실행된다. 즉, 원압의 측정동작이 실행되는 동시에 기준블록(30)이 일정속도로 압력측정을 위해 이동되고, 기준블록(30)이 원점위치(A0)에서 측정개시위치(C1)로 이동되며, 이 측정개시위치(C1)에서 에어분사노즐(71)을 향해 기준블록(30)이 이동된다. 그리고, 스텝(S11)에서 압력측정기(31)에 의해 압력이 측정된다. 이 압력 은 도 11에서 2점 쇄선으로 도시하는 곡선으로 이루어진다. 도 11에서 밝힌 바와 같이 주축장치(20)에 열변위가 있으면, 상기 측정개시위치(C1)로 이동되었을 기준블록(30)의 실제 측정개시위치(C1')도 기준의 측정개시위치(C1)와 다르기 때문에 제2측정압력(Ps2)의 상승개시위치(C1')로 변위한다. 이 제2 측정압력(Ps2)이 상기 소정압력(Pc)에 도달한 시점에서 주축장치(20)의 이송이 정지된다. 이 시점에서의 기준블록(30)의 Z축 방향의 위치(Z')가 기준블록(30)의 위치연산부(59)에 의해 연산되고, 그 측정위치(Z')의 연산치가 RAM(38)에 기억된다.
다음에 스텝(S12)에서 상기 기준위치(Z)와, 측정위치(Z')에 따라 주축장치(20)의 열변위량(△Z)이 열변위량 연산부(60)에 의해 식(△Z=Z'-Z)에서 연산된다. 스텝(S13)에서 상기 좌표위치 데이터 보정부(54)에 의해 주축장치(20)의 Z축 방향의 위치좌표가 열변위랑(△Z)에 따라서 보정되고, 스텝(S9)으로 돌아가서 피가공물의 가공작업이 실행된다.
상기 제2실시형태에서는 주축장치(20)의 열변위량을 측정하기 위한 제1에어분사노즐(71)과, 공구홀더(22) 또는 공구(23)의 회전편향량을 측정하기 위한 제2에어분사노즐(25)을 개별적으로 설치하였으므로 양 노즐(71),(25)의 지향방향을 각각의 측정에 적절한 적정한 방향으로 설정할 수 있다. 이 때문에 제1에어분사노즐(71)에 의한 주축장치(20)의 열변위량의 측정프로그램을, 도 2에 도시하는 압력곡선을 사용한 복잡한 프로그램에서 도 11에 도시하는 압력곡선을 사용한 단순한 측정프로그램으로 변경할 수 있으며, 프로그램의 설정작업을 용이하게 실행할 수 있다.
또한, 본 실시형태는 아래와 같이 변경해도 된다.
○ 상기 양 실시형태에서는, 주축장치(20)의 이송방향인 Z축 방향의 열변위량을 측정연산하도록 하였지만, 주축장치(20)에 대해 Z축과 평행으로 X축과 직교하는 기준면 또는 Y축과 직교하는 기준면을 설치해 두고, 예를 들면, 상기 제2에어분사노즐(25)을 열변위측정에도 공용함으로써 주축장치(20)의 X축 방향의 열변위량 또는 Y축 방향의 열변위량을 측정연산하는 구성으로 구체화해도 된다. 주축장치(20)의 X축 방향의 열변위량은, 예를 들면 도 2에서 측정압력(Ps)의 수평부(e3)의 압력변화에 따라 연산하는 것이 생각된다. 또 Y축 방향의 열변위량의 측정연산은, 예를 들면 Z축 방향의 열변위량의 측정연산동작과 같은 원리에 의해 주축장치(20)를 Y축 방향으로 이동함으로써 실행할 수 있다.
○ 에어분사노즐(25),(71) 대신에 쿨란트(coolant), 오일 등의 액체를 분사하는 노즐을 사용해도 된다. 또 유체의 압력을 측정하는 방식대신에 유체의 유량을 측정하는 방식으로 구체화해도 된다.
○ 상기 브래킷(24) 및 에어분사노즐(25)의 설치위치를 상기 피가공물 지지테이블(12) 또는 지그(13)로 변경해도 된다.
○ 주축장치(20)의 하우징(20a)의 외주면 또는 선단면에 대해 기준블록(30)의 기준면(30a)과 같은 기능을 갖는 평면상의 기준면을 형성해도 된다. 이 경우에는 부품점수를 절약할 수 있다.
○ 상기 레귤레이터(28)에서 에어분사노즐(25)의 선단까지의 에어경로의 압력을 압력측정기(31)에 의해 측정하도록 해도 된다.
○ 도 10에 도시하는 제2실시형태에서 한쪽의 에어분사노즐(25)을 생략하고, 다른 쪽의 에어분사노즐(71)에 의해 열변위량 외에 공구홀더(22) 또는 공구(23)의 회전편향량을 측정하도록 해도 된다. 이 경우에는 노즐(71)의 선단면에 공구홀더(22) 또는 공구(23)의 선단부 외주변을 접근시킨 상태에서 공구(23)를 회전해서 압력측정기(31)에 의해 압력을 측정하고, 그 측정된 압력의 변화로부터 회전편향량을 연산하는 것이 생각된다.
○ 도 1에 도시하는 주축장치(20)의 Z축 방향의 열변위량 측정방법의 원리를 주축장치(20)의 X축 방향 또는 Y축 방향의 열변위량 측정방법에만 적용하거나, Z축 방향과 X축 방향, Z축 방향과 Y축 방향, X축 방향과 Y축 방향 또는 X, Y, Z축 방향의 열변위량 측정방법에 적용해도 된다.
○ 도 10에 도시하는 제1에어분사노즐(71)에 의한 주축장치(20)의 Z축 방향의 열변위량 측정방법의 원리를, 주축장치(20)의 X축 방향 또는 Y축 방향의 열변위량 측정방법에만 적용하거나, Z축 방향과 X축 방향, Z축 방향과 Y축 방향, X축 방향과 Y축 방향 또는 X, Y, Z축 방향의 열변위량 측정방법에 적용해도 된다.
○ 도 10에 도시하는 편향량 측정용의 제2에어분사노즐(25)을 사용해서 주축장치(20)의 X축 방향, Y축 방향 또는 Z축 방향의 열변위량을 측정하도록 구성하거나, Z축 방향과 X축 방향, Z축 방향과 Y축 방향 또는 X축 방향과 Y축 방향의 열변위량을 측정하도록 구성해도 된다. 이 열변위량의 측정에는, 예를 들면 제1실시형태의 도 1에 도시하는 측정방법이 사용된다.
○ 원압의 이상측정을 생략해도 된다.
○ 피가공물의 가공수가 설정치(X)를 넘었는지의 여부를 판단하는 방법대신에 타이머에 의해 설정시간을 넘었는지의 판단하는 방법을 채용해도 된다.
○ 본 발명을 주축장치(20)가 Z축 방향으로만 이동되는 공작기계, Z축 방향과 X축 방향으로만 이동되는 공작기계, 또는 Z축 방향과 Y축 방향으로만 이동되는 공작기계로 구현할 수도 있다.
청구항 1 내지 5에 기재된 발명은, 상기 주축장치의 하우징에 설치된 기준면을 상기 유체분사노즐에 접근시킨 상태에서 이 노즐에서 유체를 상기 기준면에 분사하고, 이때의 유체의 압력 또는 유량의 변화에 따라 상기 열변위량 연산수단에 의해 주축장치의 열변위량을 연산할 수 있다. 또 상기 주축장치의 공구홀더 또는 공구와 상기 유체분사노즐을 접근시킨 상태에서 이 노즐에서 유체를 회전중의 상기 공구홀더 또는 공구에 분사하며, 이때의 유체의 압력 또는 유량의 변화에 따라 회전편향량 연산수단에 의해 공구홀더 또는 공구의 회전편향량을 연산할 수 있다. 따라서, 하나의 유체분사노즐에 의해 주축장치의 열변위량과, 공구홀더 또는 공구의 회전편향량을 측정할 수 있으며, 부품점수를 절약해서 비용을 절감할 수 있다. 또 상기 유체분사노즐에서 유체가 상기 기준면이나 공구홀더 또는 공구의 외주면 등에 분사되므로, 상기 기준면, 공구홀더, 공구의 외주면 및 유체분사노즐 등에 부착되어 있는 절삭분말 등의 이물(異物)을 제거해서 압력의 측정정밀도를 향상시킬 수 있고, 열변위량 및 회전편향량의 측정정밀도를 향상시킬 수 있다.
청구항 6 내지 10에 기재된 발명은, 제1유체분사노즐과, 제2유체분사노즐을 개별적으로 설치하였으므로, 양 노즐의 지향방향을 각각의 측정에 적절한 적정한 방향으로 설정할 수 있다.
청구항 11에 기재된 발명은, 공구홀더 또는 공구의 회전편향량을 2단계로 안전하게 측정할 수 있는 동시에, 회전편향의 이상유무를 정확히 판정할 수 있다.

Claims (14)

  1. 베드(bed) 상에 수치제어이동되는 주축장치를 장착하는 동시에, 피가공물 지지장치에 지지된 피가공물을 주축장치에 공구홀더를 통하여 장착된 공구에 의해 가공하도록 한 공작기계에 있어서,
    상기 베드 또는 피가공물 지지장치에 장착된 유체분사노즐과,
    상기 유체분사노즐에 유체를 공급하는 유체공급원과,
    상기 유체공급원에서 유체분사노즐에 도달하는 유체통로 내의 유체의 압력 또는 유량을 측정하는 측정수단과,
    상기 주축장치를 열변위 측정하기 위해 설정된 측정변위로 이동해서, 이 주축장치의 하우징에 설치한 기준면을 상기 유체분사노즐에 대향접근시킨 상태에서, 이 노즐에서 유체를 상기 기준면에 분사하고, 이때의 유체의 압력 또는 유량의 변화에 따라 주축장치의 열변위량을 연산하는 열변위량 연산수단과,
    상기 주축장치를 회전편향측정하기 위해 설정된 측정위치로 이동해서, 이 주축장치의 공구홀더 또는 공구와 상기 유체분사노즐을 대향접근시킨 상태에서, 이 노즐에서 유체를 회전중의 상기 공구홀더 또는 공구에 분사하고, 이때의 유체의 압력 또는 유량의 변화에 따라 공구홀더 또는 공구의 회전편향량을 연산하는 회전편향량연산수단을 구비한 것을 특징으로 하는 공작기계에 있어서의 주축장치의 변위 및 편향측정장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 기준면은 상기 주축의 하우징에 부착된 기준블록에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 공작기계에 있어서의 주축장치의 변위 및 편향측정장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 기준면은 상기 주축의 축방향과 평행한 면이고, 상기 유체분사노즐은 하나인 것을 특징으로 하는 공작기계에 있어서의 주축장치의 변위 및 편향측정장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 열변위량 연산수단은, 상기 기준면을 상기 유체분사노즐의 선단에서 이 노즐의 축선방향에 관해서 일정한 간격을 유지한 상태에서 상기 주축장치의 축방향으로의 이송에 의해, 이 기준면을 측정개시위치에서 측정종료위치로 정속도로 이동하는 행정으로 상기 측정수단에 의해 측정된 압력 또는 유량에 따라 상기 기준면의 중심위치를 연산하는 중심위치 연산부와, 미리 기억매체에 기억된 기준중심위치와, 새롭게 측정수단에 의해 측정된 압력 또는 유량에 따라 연산된 측정중심위치에 따라서 주축장치의 열변위량을 연산하는 열변위량 연산부에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 공작기계에 있어서의 주축장치의 변위 및 편향측정장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 기준면은 주축의 축방향과 직교하는 면이고, 상기 열변위량 연산수단은 상기 기준면을 상기 유체분사노즐에 대해서 접근이동시킨 상태에서, 이 유체분사노즐에서 유체를 상기 기준면에 분사하고, 이때의 유체의 압력 또는 유량의 변화에 따라서 주축장치의 열변위량을 연산하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 공작기계에 있어서의 주축장치의 변위 및 편향측정장치.
  6. 베드 상에 수치제어 이동되는 주축장치를 장착하는 동시에, 피가공물 지지장치에 지지된 피가공물을 주축장치에 공구홀더를 통하여 장착한 공구에 의해 가공하도록 한 공작기계에 있어서,
    상기 베드 또는 피가공물 지지장치에 장착된 제1유체분사노즐과,
    상기 베드 또는 피가공물 지지장치에 장착된 제2유체분사노즐과,
    상기 제1 및 제2유체분사노즐에 유체를 각각 공급하는 유체공급원과,
    상기 유체공급원에서 제1 및 제2유체분사노즐에 도달하는 유체통로 내의 유체의 압력 또는 유량을 측정하는 제1 및 제2측정수단과,
    상기 주축장치의 하우징에 설치한 기준면과 상기 제1유체분사노즐을 대향접 근시킨 상태에서 이 노즐에서 유체를 상기 기준면에 분사하고, 이때의 유체의 압력 또는 유량의 변화에 따라서 주축장치의 열변위량을 연산하는 열변위량 연산수단과,
    상기 주축장치의 공구홀더 또는 공구와 상기 제2유체분사노즐을 대향접근시킨 상태에서 이 노즐에서 유체를 회전중의 상기 홀더 또는 공구에 분사하고, 이때의 유체의 압력 또는 유량의 변화에 따라 공구홀더 또는 공구의 회전편향량을 연산하는 회전편향량 연산수단을 구비한 것을 특징으로 하는 공작기계에 있어서의 주축장치의 변위 및 편향측정장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 기준면은 상기 주축의 하우징에 부착된 기준블록에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 공작기계에 있어서의 주축장치의 변위 및 편향측정장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 기준면은 주축의 축방향과 직교하는 면이고, 상기 제1유체분사노즐은 상기 기준면과 대향해서 설치되며, 상기 열변위량 연산수단은 상기 기준면을 측정개시위치에서 상기 제1유체분사노즐의 선단을 향해 접근시킨 때에 측정된 압력 또는 유량에 따라 상기 기준면의 위치를 연산하는 위치연산부와, 이 위치연산부에 의해 미리 연산되어 기억매체에 기억된 기준위치연산치와, 새롭게 측정된 상기 압력 또는 유량에 따라 연산된 측정위치연산치에 따라서 주축장치의 열변위량을 연산하는 열변위량 연산부에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 공작기계에 있어서의 주축장치의 변위 및 편향측정장치.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 기준면은 주축의 축방향과 직교하는 면이고, 상기 제1유체분사노즐은 상기 기준면과 대향해서 설치되며, 상기 열변위량 연산수단은 상기 기준면을 상기 제1유체분사노즐의 선단에서 이 노즐의 축선방향에 관해서 일정한 간격을 유지한 상태에서, 이 기준면을 측정개시위치에서 측정종료위치로 정속도로 이동하는 행정으로 상기 측정수단에 의해 측정된 압력 또는 유량에 따라 상기 기준면의 중심위치를 연산하는 중심위치 연산부와, 이 중심위치 연산부에 의해 미리 연산되어 기억매체에 기억된 기준중심위치 연산치와, 새롭게 측정수단에 의해 측정된 압력 또는 유량에 따라 연산된 측정중심위치 연산치에 따라서 주축장치의 열변위량을 연산하는 열변위량 연산부에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 공작기계에 있어서의 주축장치의 변위 및 편향측정장치.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 주축의 하우징은 주축의 축 방향과 평행인 기준면을 가지며, 상기 제2 유체분사노즐은 주축의 축방향과 직교하는 방향에서 상기 기준면과 대향되고, 상기 열변위량 연산수단은 상기 기준면을 상기 제2유체분사노즐에 대해 접근이동시킨 상태에서, 이 제2유체분사노즐에서 유체를 상기 기준면에 분사하고, 이때의 유체의 압력 또는 유량의 변화에 따라 주축장치의 열변위량을 연산하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 공작기계에 있어서의 주축장치의 변위 및 편향측정장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 회전편향량 연산수단은 공구홀더 또는 공구를 제1측정위치로 이동한 상태에서 측정된 제1측정압력에 따라서, 제1편향량을 연산하는 제1편향량 연산부와, 상기 제1편향량이 미리 기억매체에 기억된 제1편향량 허용치 내에 있는지의 여부를 판정하는 제1판정부와, 공구홀더 또는 공구를 제1측정위치보다도 상기 유체분사노즐에 접근한 제1측정위치로 이동한 상태에서 새롭게 측정된 제2측정압력에 따라 제2편향량을 연산하는 제2편향량 연산부와, 상기 제2편향량이 미리 기억매체에 기억된 제2편향량 허용치 내에 있는지의 여부를 판정하는 제2판정부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 공작기계에 있어서의 주축장치의 변위 및 편향측정장치.
  12. 제 6항에 있어서,
    상기 회전편향량 연산수단은 공구홀더 또는 공구를 제1측정위치로 이동한 상 태에서 측정된 제1측정압력에 따라서, 제1편향량을 연산하는 제1편향량 연산부와, 상기 제1편향량이 미리 기억매체에 기억된 제1편향량 허용치 내에 있는지의 여부를 판정하는 제1판정부와, 공구홀더 또는 공구를 제1측정위치보다도 상기 유체분사노즐에 접근한 제1측정위치로 이동한 상태에서 새롭게 측정된 제2측정압력에 따라 제2편향량을 연산하는 제2편향량 연산부와, 상기 제2편향량이 미리 기억매체에 기억된 제2편향량 허용치 내에 있는지의 여부를 판정하는 제2판정부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 공작기계에 있어서의 주축장치의 변위 및 편향측정장치.
  13. 제 4항에 있어서,
    상기 기준면은 상기 주축의 하우징에 부착된 기준블록에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 공작기계에 있어서의 주축장치의 변위 및 편향측정장치.
  14. 제 9항에 있어서,
    상기 기준면은 상기 주축의 하우징에 부착된 기준블록에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 공작기계에 있어서의 주축장치의 변위 및 편향측정장치.
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