KR101549268B1

KR101549268B1 - 공작기계용 로터리 테이블의 토크 변화 보상 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101549268B1
Application number: KR1020090117536A
Authority: KR
Inventors: 김법민
Original assignee: 두산인프라코어 주식회사
Priority date: 2009-12-01
Filing date: 2009-12-01
Publication date: 2015-09-11
Also published as: KR20110061025A

Abstract

본 발명은 공작기계용 로터리 테이블(T)의 토크 변화 보상 장치로서, 공작물이 장착된 로터리 테이블(T)을 소정 회전축 중심으로 회전시키는 로터리 테이블 회전수단(400)과, 공작물이 장착된 상기 로터리 테이블(T)의 상기 회전축과 상기 공작물 무게 중심의 불일치로 인해 발생하는 상기 로터리 테이블(T)이 받는 토크를 검출하는 토크 검출 수단(300)과, 상기 토크를 보상하기 위한 토크 보상 중량물(140)을 상기 회전축의 반경 방향으로 이송가능하도록 구성된 토크 보상 중량물 이송수단(100)과, 상기 토크 보상 중량물(140)의 이송 위치를 검출하기 위한 중량물 위치 검출 수단(200)과, 상기 토크 보정 중량물(140)의 위치에 따른 상기 토크를 검출하여 저장하고, 상기 토크가 최저가 되는 상기 토크 보상 중량물(140)의 위치를 검출하는 NC 제어 수단(500)을 포함한다.

로터리 테이블, 토크, 보상, 회전축, A축, 공작기계, 카운터 웨이트, 중량물

Description

공작기계용 로터리 테이블의 토크 변화 보상 장치 및 방법{Apparatus and method for compensating change of torque of rotary table for machine tool}

본 발명은 공작기계용 로터리 테이블에 관한 것이며, 보다 상세하게는 공작기계용 로터리 테이블의 회전축과 무게 중심 불일치로 인해 발생하는 토크의 보상에 관한 것이다.

공작기계의 로터리 테이블에 있어서 회전 중심축이 수평면과 나란한 회전축, 예컨대 A축을 중심으로 회전시키는 경우, 구조물의 무게중심이 회전축과 불일치하게 된다(도 2a 및 도 2b 참조). 그리고, 이 경우 구조물의 무게 자체의 중력과 구조물 무게 중심과 회전축(A축)과의 거리로 인하여 모멘트가 발생하게 된다.

이러한 모멘트는 회전축의 각도 위치마다 변화하므로 모터, 즉 로터리 테이블 회전수단에서 추가적인 토크가 필요하게 된다.

종래의 기술에서는 이러한 토크를 보상하기 위해서 무게중심 반대 위상에 질량을 부가하거나 실린더를 이용한 링크장치를 구성하여 보상하는 방법을 제안하기도 하였다.

그러나 종래의 토크 보상 방법에서는 보상 토크가 일정하게 정해진 질량 또 는 링크 구성에 의해 고정되므로 다양한 형상 및 무게의 공작물에 대해 효과적으로 토크 보상을 수행할 수 없다는 문제가 있다.

즉, 다양한 형상과 무게를 가진 공작물을 로터리 테이블에 장착하는 경우 그에 맞춰 보상 질량 또는 링크 구성을 변경시켜야 하므로 토크 보상 과정이 번거로울 뿐만 아니라 정밀한 토크 보상 제어가 불가능하였다.

본 발명은 상술한 문제점을 해소하기 위해 도출된 것으로서 장착되는 공작물의 형상 및 무게가 변동되더라도 공작기계의 로터리 테이블 및 공작물의 무게 중심이 로터리 테이블 회전축과 불일치함으로 인해 발생하는 토크를 실시간으로 효과적으로 보상하도록 하는 것을 기술적 과제로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일측면에 따르면 공작기계용 로터리 테이블(T)의 토크 변화 보상 장치가 제안된다.

본 발명에 따른 장치는, 공작물이 장착된 로터리 테이블(T)을 소정 회전축 중심으로 회전시키는 로터리 테이블 회전수단(400)과, 공작물이 장착된 상기 로터리 테이블(T)의 상기 회전축과 상기 공작물 무게 중심의 불일치로 인해 발생하는 상기 로터리 테이블(T)이 받는 토크를 검출하는 토크 검출 수단(300)과, 상기 토크를 보상하기 위한 토크 보상 중량물(140)을 상기 회전축의 반경 방향으로 이송가능하도록 구성된 토크 보상 중량물 이송수단(100)과, 상기 토크 보상 중량물(140)의 이송 위치를 검출하기 위한 중량물 위치 검출 수단(200)과, 상기 토크 보정 중량물(140)의 위치에 따른 상기 토크를 검출하여 저장하고, 상기 토크가 최저가 되는 상기 토크 보상 중량물(140)의 위치를 검출하는 NC 제어 수단(500)을 포함한다.

여기서, 상기 토크 보상 중량물 이송수단(100)은, 상기 토크 보상 중량물(140)의 이송을 가이드하는 가이드웨이(120)와, 상기 토크 보정 중량물(140)을 장착한 상태로 상기 가이드웨이(120)를 따라 미끄럼 이송가능한 슬라이드(130)와, 상기 슬라이드(130)를 상기 가이드웨이(120)를 따라 왕복이송시키는 엑츄에이터(150)와, 상기 가이드웨이(120) 및 상기 엑츄에이터(150)를 지지하는 플레이트(110)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 회전축은 상기 로테리 테이블(T)의 상면과 나란한 수평방향인 것이 바람직하고, 상기 토크 보상 중량물(140)의 이송방향은 상기 로터리 테이블(T)의 상면과 수직인 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 다른측면에 따르면, 공작기계용 로터리 테이블(T)의 토크 변화 보상 방법이 제안된다.

본 발명에 따른 토크 변화 보상 방법은, 공작물이 장착된 상기 로터리 테이블(T)을 소정 회전축 중심으로 회전시키는 단계와(S 10), 상기 토크를 보상하기 위한 토크 보상 중량물(140)을 상기 회전축의 반경 방향으로 이송시키는 단계와(S 20), 상기 회전축과 상기 공작물 무게 중심의 불일치로 인해 발생하는 상기 로터리 테이블(T)이 받는 토크를 상기 토크 보정 중량물(140)의 위치에 따라 검출하여 저장하는 단계와(S 30), 상기 토크가 최저가 되는 상기 토크 보상 중량물(140)의 위치를 검출하는 단계와(S 40), 상기 검출된 위치로 상기 토크 보상 중량물(140)을 이송시키는 단계(S 50)를 포함한다.

본 발명에 따르면, 토크 보상 중량물 이송수단(100)을 마련하여 토크 보상 중량물(140)을 토크가 최소화하는 지점으로 이송시킴으로써, 공작기계의 로터리 테 이블과 나란한 회전축, 즉 A축의 회전 위치에 따라서 변화하는 로터리 테이블 회전수단(400)의 토크를 실시간으로 상쇄할 수 있다.

즉, 다양한 형상 및 무게의 공작물이 로터리 테이블(T)에 장착되더라도 토크가 최소화되는 토크 보상 중량물(140)의 위치를 실시간으로 검출한 후 검출된 위치로 토크 보상 중량물 이송수단(100)에 의해 이송시킬 수 있다.

이와 같이, 로터리 테이블 회전수단(400), 즉 모터의 토크율을 감소시키므로 모터 발열이 감소되어 공작기계의 열변위를 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 토크 보상 제어 방법의 프로세스를 기존 NC 가공 프로그램에 프로그래밍화함으로써 소정의 명령어(예: M 코드)로 설정하게 되면, 종래의 가공 프로그램 중간에 설정된 명령어를 삽입하는 간단한 절차에 의해 본 발명에 따른 토크 보상 제어 방법을 수행할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 토크 변화 보상 장치의 전체 구성 블록도이고, 도 2는 본 발명에 따른 토크 변화 보상 장치의 사시도이며, 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 토크 변화 보상 장치의 상세 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 토크 변화 보상 장치의 단면도이다.

먼저, 도 1에 나타난 것과 같이 본 발명에 따른 공작기계용 로터리 테이블(T)의 토크 변화 보상 장치는 토크 보상 중량물 이송 수단(100), 중량물 위치 검 출 수단(200), 토크 검출 수단(300), 로터리 테이블 회전 수단(400) 및 NC 제어 수단(500)으로 구성되어 있다.

토크 보상 중량물 이송 수단(100)은 로터리 테이블(T)의 회전축과 상기 공작물 무게 중심의 불일치로 인해 발생하는 로터리 테이블(T)이 받는 토크를 보상하기 위한 토크 보상 중량물(140)을 회전축의 반경 방향으로 이송가능하기 위한 구성이다.

도 2 내지 도 4를 참조로 토크 보상 중량물 이송 수단(100)의 구성을 상세히 설명한다.

도시된 것과 같이, 토크 보상 중량물 이송수단(100)은 플레이트(110), 가이드웨이(120), 슬라이드(130), 토크 보상 중량물(140) 및 엑츄에이터(150)로 구성되어 있다.

플레이트(110)는 가이드웨이(120) 및 엑츄에이터(150) 등 이송수단(100)의 각 구성을 전체적으로 지지하는 역할을 수행한다.

가이드 웨이(120)는 토크 보상 중량물(140)의 이송을 가이드한다. 가이드 웨이(120)는 토크 보상 중량물(140)의 전체 이송 거리를 결정하게 된다. 예컨대, 도 4에 도시된 것과 같이, 토크 보상 중량물(140)의 전체 이송 거리는 가이드 웨이(120)의 길이에 상응하도록 L로 결정된다.

도시된 실시예에서는 토크 보상 중량물(140)이 최상부에 있는 상태이나, 토크 보상 중량물(140)은 가이드 웨이(120)를 따라 이송거리(L)만큼 왕복 이송가능하게 된다.

슬라이드(130)는 토크 보정 중량물(140)을 장착한 상태로 가이드웨이(120)를 따라 미끄럼 이송가능하도록 구성되어 있다.

엑츄에이터(150)는 슬라이드(130)를 가이드웨이(120)를 따라 왕복이송시키도록 구동력을 제공한다.

도시된 것과 같이, 토크 보상 중량물(140)의 이송방향은 로터리 테이블(T)의 상면과 나란한 회전축인 소위 A축(도 2a 및 도 2b 참조)에 대해서 수직인 방향인 것이 바람직하다.

즉, 도 2a와 같이 로터리 테이블(T)이 A축에 대해서 회전을 하지 않아서 로터리 테이블(T)이 수평면과 나란한 경우에는 토크 보상 중량물(140)의 이송방향은 로터리 테이블(T)의 상면에 수직인 수직 상하 방향이 된다.

그리고, 도 2b에 도시된 것과 같이 로터리 테이블(T)이 A축에 대해 90도만큼 회전한 경우에는 토크 보상 중량물(140)의 이송방향은 로터리 테이블(T)의 상면에 수직인 수평면과 나란한 방향이 된다.

이러한 방식으로 로터리 테이블(T)이 A축에 대해 특정 각도만큼 회전한 경우에는 토크 보상 중량물(140)의 이송방향은 항상 A축, 또는 로터리 테이블(T)의 상면에 대해 수직 방향이 된다.

중량물 위치 검출 수단(200)은 토크 보상 중량물(140)의 이송 위치를 검출한다. 본 실시예에서는 중량물 위치 검출 수단(200)이 플레이트(100)상의 가이드 웨이(120)에 인접하여 설치되어 있으나 설치 위치는 이에 한정되는 것이 아니라 적절한 위치에 다양하게 변경가능하다.

토크 검출 수단(300)은 공작물이 장착된 로터리 테이블(T)의 회전축(A축)과 공작물 무게 중심의 불일치로 인해 발생하는 로터리 테이블(T)이 받는 토크를 검출한다. 즉, 로터리 테이블(T)에 장착된 공작물에 의해 공작물의 무게 중심이 로터리 테이블(T)의 A축과 일치하지 않고 소정 거리만큼 떨어진 경우, 떨어진 거리에 공작물 또는 공작물과 로터리 테이블(T)을 합친 전체 무게를 곱한 양만큼의 토크가 발생하게 되며, 토크 검출 수단(300)은 이를 검출하게 된다.

토크 검출 수단(300)은 후술할 NC 제어 장치(400) 내에 설치될 수도 있고, 별도로 마련될 수도 있다.

로터리 테이블 회전수단(400)은 로터리 테이블(T)을 소정의 회전축을 중심으로 회전시키는 구성으로서 서보 모터 등으로 구성되며, 구체적인 구성 및 작동 원리는 본 발명의 기술 분야에 있어 공지이므로 설명을 생략한다.

예컨대, 도 2a 및 도 2b에 도시된 실시예는 로터리 테이블(T)의 회전축이 로터리 테이블(T)의 상면과 나란한 소위 A축인 경우로서, A축은 로러티 테이블 회전수단(400)과 토크 보상 중량물 이송수단(100)을 연결하면서 로터리 테이블(T)의 상면을 가로지르는 가상선이 된다.

도 2a는 로터리 테이블(T)이 A축에 대해 회전하지 않아서 로터리 테이블(T)의 상면이 수평면과 나란한 상태이고, 도 2b는 로터리 테이블(T)이 A축에 대해 90도만큼 회전하여 로터리 테이블(T)의 상면이 수평면에 대해 수직인 경우이다.

NC 제어 수단(500)은 중량물 위치 검출 수단(200)으로부터는 토크 보정 중량물(140)의 현재 위치 정보를 받아 임시 저장하고, 토크 검출 수단(300)으로부터는 토크 보정 중량물(140)의 현재 위치에서 검출된 로터리 테이블(T)이 받는 토크 정보를 받아 임시 저장함으로써 토크 보정 중량물(140)의 위치에 대한 토크 정보를 데이터화한다.

이와 같은 토크 보정 중량물(140) 위치별 토크 정보는 로터리 테이블(T)의 A축에 대한 회전각도를 특정 각도로 셋팅하여야 하는 바, 도 2b에 도시된 것과 같이 로터리 테이블(T)이 A축에 대해 90도 회전한 상태에서 토크 보정 중량물(140) 위치별 토크 정보를 검출하는 것이 바람직하다.

그리고, NC 제어 수단(500)은 토크가 최소가 되는 토크 보정 중량물(140)의 위치를 검출한 다음, 검출된 위치로 토크 보상 중량물(140)을 이송시킨 후 고정되도록 토크 보상 중량물 이송수단(100)에 제어 명령을 보낸다.

이상 설명한 구성에 따라 본 발명에 따른 공작기계용 로터리 테이블(T)의 토크 변화 보상 방법을 도 5의 흐름도를 참조로 설명한다.

먼저, 공작물이 장착된 상기 로터리 테이블(T)을 소정 회전축 중심으로 회전시킨다. 즉, 로터리 테이블(T)에 공작물을 탑재한 상태로 NC 제어 수단(500)에 토크 보상 명령을 내린 다음, 로터리 테이블(T)과 토크 보상 중량물(140)을 초기 위치로 셋팅시키는 것이다(S 10).

로터리 테이블(T)의 초기 셋팅 위치는 다양하게 설정가능하나, 도 2b에 도시된 것과 같이 A축에 대해 90도만큼 회전이송된 상태로 설정하는 것이 바람직하다.

다음으로, 토크 보상 중량물 이송 수단(100)에 의해 토크 보상 중량물(140)을 회전축(A축)의 반경 방향으로 이송시킨다(S 20).

이 때, 토크 보상 중량물(140)의 초기 위치도 다양하게 셋팅가능하다. 일 예로서, 도 2 내지 도 4에 도시된 것과 같이 토크 보상 중량물(140)을 최상단으로 초기셋팅한 후 이송거리(L)를 따라 하방으로 이송시킬 수도 있고 그 반대로 할 수도 있다.

이와 같이 토크 보상 중량물(140)을 회전축(A축)에 대해 반경방향으로 이송시키면서 회전축(A축)과 공작물 무게 중심의 불일치로 인해 발생하는 토크를 토크 보정 중량물(140)의 위치에 따라 검출하여 저장한다(S 30).

그 다음, NC 제어 수단(500)은 토크가 최저가 되는 토크 보상 중량물(140)의 위치를 검출한다(S 40).

이 때, 토크 보상 중량물(140)의 이송거리(L)에 따른 토크 데이터를 2차원 그래프로 나타낸다면, 토크가 최저가 되는 토크 보상 중량물(140)의 위치 검출을 보다 효과적으로 수행할 수 있다.

토크가 최저가 되는 토크 보상 중량물(140)의 위치가 검출되면, NC 제어 수단(400)은 토크 보상 중량물 이송수단(100)에 제어 신호를 보내어서, 검출된 위치로 토크 보상 중량물(140)을 이송시킨다.

이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였지만, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.

따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상 의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

도 1은 본 발명에 따른 토크 변화 보상 장치의 전체 구성 블록도.

도 2는 본 발명에 따른 토크 변화 보상 장치의 사시도.

도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 토크 변화 보상 장치의 상세 구성을 설명하기 위한 도면.

도 5는 본 발명에 따른 토크 변화 보상 방법의 흐름도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100: 토크 보상 중량물 이송수단 110: 플레이트

120: 가이드웨이 130: 슬라이드

140: 토크 보상 중력물 150: 엑츄에이터

200: 중량물 위치 검출 수단 300: 토크 검출 수단

400: 로터리 테이블 회전 수단 500: NC 제어 수단

T: 로터리 테이블 L: 중량물의 이송거리

Claims

공작기계용 로터리 테이블(T)의 토크 변화 보상 장치로서,

공작물이 장착된 로터리 테이블(T)을 소정 회전축 중심으로 회전시키는 로터리 테이블 회전수단(400)과,

공작물이 장착된 상기 로터리 테이블(T)의 상기 회전축과 상기 공작물 무게 중심의 불일치로 인해 발생하는 상기 로터리 테이블(T)이 받는 토크를 검출하는 토크 검출 수단(300)과,

상기 토크를 보상하기 위한 토크 보상 중량물(140)을 상기 회전축의 반경 방향으로 이송가능하도록 구성된 토크 보상 중량물 이송수단(100)과,

상기 토크 보상 중량물(140)의 이송 위치를 검출하기 위한 중량물 위치 검출 수단(200)과,

상기 토크 보정 중량물(140)의 위치에 따른 상기 토크를 검출하여 저장하고, 상기 토크가 최저가 되는 상기 토크 보상 중량물(140)의 위치를 검출하는 NC 제어 수단(500)

을 포함하는 공작기계용 로터리 테이블(T)의 토크 변화 보상 장치.
제1항에 있어서, 상기 토크 보상 중량물 이송수단(100)은,

상기 토크 보상 중량물(140)의 이송을 가이드하는 가이드웨이(120)와,

상기 토크 보정 중량물(140)을 장착한 상태로 상기 가이드웨이(120)를 따라 미끄럼 이송가능한 슬라이드(130)와,

상기 슬라이드(130)를 상기 가이드웨이(120)를 따라 왕복이송시키는 엑츄에이터(150)와,

상기 가이드웨이(120) 및 상기 엑츄에이터(150)를 지지하는 플레이트(110)

를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계용 로터리 테이블(T)의 토크 변화 보상 장치.
제1항에 있어서,

상기 회전축은 상기 로터리 테이블(T)의 상면과 나란한 수평방향이고,

상기 토크 보상 중량물(140)의 이송방향은 상기 로터리 테이블(T)의 상면과 수직인 것을 특징으로 하는 공작기계용 로터리 테이블(T)의 토크 변화 보상 장치.
공작기계용 로터리 테이블(T)의 토크 변화 보상 방법으로서,

공작물이 장착된 상기 로터리 테이블(T)을 소정 회전축 중심으로 회전시켜 초기 위치로 셋팅시키는 단계와(S 10),

상기 토크를 보상하기 위한 토크 보상 중량물(140)을 상기 회전축의 반경 방향으로 이송시키는 단계와(S 20),

상기 회전축과 상기 공작물 무게 중심의 불일치로 인해 발생하는 상기 로터리 테이블(T)이 받는 토크를 상기 토크 보정 중량물(140)의 위치에 따라 검출하여 저장하는 단계와(S 30),

상기 토크가 최저가 되는 상기 토크 보상 중량물(140)의 위치를 검출하는 단계와(S 40),

상기 검출된 위치로 상기 토크 보상 중량물(140)을 이송시키는 단계(S 50)

를 포함하는 공작기계용 로터리 테이블(T)의 토크 변화 보상 방법.