KR102641256B1 - 공작기계의 축이동 보정장치 및 보정방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 주축의 회전수와 주축에 장착되는 공구의 종류가 단면구속공구인지 이면구속공구인지에 따라 이면구속공구인 경우에는 축이송량으로 주축의 축이동에 의한 공구 선단 오차를 실시간으로 보정하고, 단면구속공구인 경우에는 축이송량과 끼임량을 합산한 값으로 축이동에 의한 공구 선단 오차를 실시간으로 보정함에 따라 공작기계의 가공정밀도를 향상하고, 공작기계의 신뢰성을 극대화하며, 축이동에 따른 공구선단의 보정을 위한 인력과 시간을 최소화하여 사용자의 편의를 극대화고, 공작기계의 비가공시간 감소에 의한 생산성을 증대시킬 수 있는 공작기계의 축이동 보정장치 및 보정방법에 관한 것이다.

Description

공작기계의 축이동 보정장치 및 보정방법{Device for modifying axis shift of machine tool and method thereof}
본 발명은 공작기계의 축이동 보정장치 및 보정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주축의 회전수와 주축에 장착되는 공구의 종류에 따라 주축의 축이동에 의한 공구 선단 오차를 실시간으로 보정할 수 있는 공작기계의 축이동 보정장치 및 보정방법에 관한 것이다.
일반적으로 공작기계라 함은 각종 절삭 가공방법 또는 비절삭 가공방법으로 금속/비금속의 공작물을 적당한 공구를 이용하여 원하는 형상 및 치수로 가공할 목적으로 사용하는 기계를 말한다.
터닝센터, 수직/수평 머시닝센터, 문형머시닝센터, 스위스 턴, 방전 가공기, 수평형 NC 보링머신, CNC 선반 등을 비롯한 다양한 종류의 공작기계는 다양한 산업 현장에서 해당 작업의 용도에 맞게 널리 사용되고 있다.
일반적으로 현재 사용되고 있는 다양한 종류의 공작기계는 수치제어(numerical control, NC) 또는 CNC(computerized numerical control) 기술이 적용되는 조작반을 구비하고 있다. 이러한 조작반은 다양한 기능스위치 또는 버튼과 모니터를 구비한다.
또한, 공작기계는 공작물인 소재가 안착되고 공작물 가공을 위해 이송하는 테이블, 가공전 공작물을 준비하는 팔렛트, 공구 또는 공작물이 결합되어 회전하는 주축, 공작물 등을 가공중에 지지하기 위한 심압대, 방진구 등을 구비한다.
일반적으로 공작기계에서 테이블, 공구대, 주축, 심압대, 방진구 등은 다양한 가공을 수행하기 위해 이송축을 따라 이송하는 이송유닛을 구비한다.
또한, 일반적으로 공작기계는 다양한 가공을 위하여 다수의 공구를 사용하게 되며, 다수의 공구를 수납보관하고 있는 공구 보관장소의 형태로 공구 매거진이나 터렛이 사용된다.
이러한 공작기계는 다양한 가공을 위하여 다수의 공구를 사용하게 되며, 다수의 공구를 수납보관하고 있는 툴 보관장소의 형태로 공구 매거진이 사용된다.
또한, 일반적으로 공작기계는 공작기계의 생산성을 향상시키기 위해 수치제어부의 지령에 의해 특정한 공구를 공구 매거진으로부터 인출하거나 다시 수납하기 위한 자동공구교환장치(ATC, Automatic Tool Changer)를 구비한다.
또한, 일반적으로 공작기계는 비가공 시간을 최소화하기 위해, 자동팔레트교환장치(APC, Automatic Palette Changer)를 구비한다. 자동팔레트교환장치(APC)는 팔레트를 공작물 가공 영역과 공작물 설치 영역 간에 자동으로 교환한다. 팔레트에는 공작물이 탑재될 수 있다.
도 1에 도시된 것처럼, 스핀들(1)이 고속으로 회전하면 원심력에 의해 스핀들이 팽창하고, 테이퍼면(5)이 변형된다. 그럼에도 불구하고, 공구의 일측이 스핀들(1)에 접촉되어 테이퍼면이 스핀들의 내부로 빨려들어가지는 않게 된다. 스핀들 내부에 설치된 베어링(2)의 접촉각이 변동되며, 스핀들의 축방향, 즉 길이방향이 수축하고, 이에 따라 기구부의 틈새와 상하부 관성차에 의해 축이동(axis shift)(d)이 발생하게 된다. 즉, 정밀한 가공을 위해 공구(3)의 공구선단(3)이 도 1의 점선에 위치해야 하나 축이동(d) 만큼 축소되어 축이동이 발생하고 이에 따라 공작물의 정밀가공을 저해하게 된다.
도 2에 도시된 것처럼, 스핀들(1)이 고속으로 회전하면 원심력에 의해 스핀들이 팽창하고, 이에 따라 테이퍼면(5)이 변형되어 공구가 빨려들어가게 된다. 또한, 상술한 바와 같이 스핀들 내부에 설치된 베어링(2)의 접촉각이 변동되며, 스핀들의 축방향, 즉 길이방향이 수축하고, 이에 따라 기구부의 틈새와 상하부 관성차에 의해 축이동(axis shift)(d)이 도 1 보다 더욱 크게 발생하게 된다.
이처럼, 공작기계의 경우 정밀가공을 위해 스핀들의 축이동에 따른 보정을 수행해야 한다.
그러나, 종래 공작기계의 축이동 보정장치 및 보정방법은 스핀들에 장착된 공구의 종류에 따라 테이퍼면의 변형에 의해 공구가 빨려들어가거나 빨려들어가지 않게 됨에 따라 축이동 변형량이 다르게 나타남에도 불구하고, 공구의 종류에 따른 고려 없이 보정을 단일하게 수행하여 가공정밀도가 낮은 문제점이 있었다.
또한, 종래 공작기계의 축이동 보정장치 및 보정방법은 스핀들의 회전 속도에 따라 테이퍼면의 변형량에 따른 끼임량 증가와 베어링의 접촉각의 변형량이 상이함에도 불구하고, 일정한 보정값을 적용하여 신뢰성과 정확성이 낮아지고, 비가공시간의 증가에 따라 생산성이 저감하는 문제점이 있었다.
더욱이, 종래 공작기계의 축이동 보정장치 및 보정방법은 축이동 보정을 위한 작업자의 많은 시간과 추가 작업이 필요함에 따라 유지비용이 증가하고, 작업자의 불편을 초래하며, 가공정밀도 저하에 따른 불량품 증가에 의한 자원낭비를 초래하며, 가공비용을 증가시키는 문제점이 있었다.
대한민국 특허공개공보 제10-2013-0009433호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 주축의 회전수와 주축에 장착되는 공구의 종류가 단면구속공구인지 이면구속공구인지에 따라 이면구속공구인 경우에는 축이송량으로 주축의 축이동에 의한 공구 선단 오차를 실시간으로 보정하고, 단면구속공구인 경우에는 축이송량과 끼임량을 합산한 값으로 축이동에 의한 공구 선단 오차를 실시간으로 보정함에 따라 공작기계의 가공정밀도를 향상하고, 공작기계의 신뢰성을 극대화하며, 축이동에 따른 공구선단의 보정을 위한 인력과 시간을 최소화하여 사용자의 편의를 극대화고, 공작기계의 비가공시간 감소에 의한 생산성을 증대시킬 수 있는 공작기계의 축이동 보정장치 및 보정방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 공작기계의 축이동 보정장치는 주축; 상기 주축의 일측에 탈부착 가능하게 장착되는 공구; 상기 주축을 구동하는 구동부; 및 상기 주축의 회전수와 상기 주축에 장착되는 공구의 종류에 따라 상기 주축의 축이동에 의한 공구 선단 오차를 보정하는 제어부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 축이동 보정장치는 상기 주축에 장착된 공구가 단면구속공구인지 이면구속공구인지 여부를 판단하는 판단부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 축이동 보정장치의 제어부는 회전수에 따른 축이송량 데이터와 단면구속공구의 회전수에 따른 끼임량 데이터, 주축의 최소 회전수 데이터, 주축의 최대 회전수 데이터를 저장하는 기본 데이터 저장부; 현재 주축의 회전수를 측정하는 회전수 측정부; 상기 회전수 측정부에서 측정된 상기 주축의 회전수를 저장하는 회전수 저장부; 및 상기 회전수 저장부에 저장된 회전수와 상기 기본 데이터 저장부에 저장된 회전수에 따른 축이송량 데이터에 의해 주축의 축이송량을 산출하는 계산부;를 포함하고, 상기 판단부의 판단결과 상기 주축에 장착된 공구가 이면구속공구인 경우에 상기 계산부의 계산값으로 상기 주축의 축이동에 의한 공구 선단 오차를 보정할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 축이동 보정장치의 제어부는 상기 회전수 저장부에 저장된 이전 주축의 회전수와 상기 회전수 측정부에서 측정된 상기 주축의 현재 회전수를 비교하는 비교부; 상기 비교부의 판단결과 상기 주축의 현재 회전수가 상기 주축의 이전 회전수보다 작거나 같은 경우에는 이전 끼임량을 유지하고, 상기 주축의 현재 회전수가 상기 주축의 최대 회전수보다 작고 상기 주축의 이전 회전수보다 큰 경우에는 상기 회전수 측정부에서 측정된 회전수와 상기 기본 데이터 저장부에 저장된 회전수에 따른 끼임량 데이터에 의해 상기 주축의 끼임량을 산출하는 연산부; 상기 주축에 장착된 공구의 클램핑 또는 언클램핑 상태를 확인하는 확인부; 및 상기 판단부와 상기 확인부의 결과에 따라 상기 계산부 또는 상기 계산부와 상기 연산부의 합산값에 의해 상기 구동부를 구동하여 상기 주축의 축이동에 의한 공구 선단 오차를 보정하는 보정부;를 더 포함하고, 상기 주축에 장착된 공구가 단면구속공구인 경우에는 상기 계산부의 축이송량과 상기 연산부의 끼임량의 합산값으로 상기 주축의 축이동에 의한 공구 선단 오차를 보정할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 축이동 보정장치의 제어부는 상기 계산부에서 계산된 현재 축이송량을 저장하는 축이송량 저장부; 및 상기 연산부에서 연산된 현재 끼임량을 저장하는 끼임량 저장부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 축이동 보정장치는 상기 확인부의 확인 결과 상기 주축에 장착된 공구가 클램핑된 상태에서 상기 주축의 현재 회전수가 최대 회전수로 측정된 경우에는 상기 연산부를 통해 산출된 끼임량은 최대 끼임량을 적용하고, 상기 확인부의 확인 결과 상기 주축에 장착된 공구가 언클램핑된 상태로 확인된 경우에는 상기 연산부를 통해 산출된 끼임량은 최소 끼임량을 적용할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 축이동 보정장치의 제어부의 상기 계산부와 상기 연산부는 선형 보간법에 의해 축이송량과 끼임량을 산출할 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 공작기계의 축이동 보정방법은 회전수에 따른 축이송량 데이터와 단면구속공구에서 회전수에 따른 끼임량 데이터, 주축의 최소 회전수 데이터, 주축의 최대 회전수 데이터를 저장하는 단계; 현재 주축의 회전수를 측정하는 단계; 측정된 상기 주축의 회전수를 저장하는 단계; 계산부에서 저장된 회전수와 회전수에 따른 축이송량 데이터에 의해 주축의 축이송량을 계산하는 단계; 상기 주축에 장착된 공구가 단면구속공구인지 이면구속공구인지 여부를 판단하는 단계; 저장된 이전 주축의 회전수와 측정된 주축의 현재 회전수를 비교하는 단계; 연산부에서 비교결과 상기 주축의 현재 회전수가 상기 주축의 이전 회전수보다 작은 경우에는 이전 끼임량을 유지하고, 상기 주축의 현재 회전수가 상기 주축의 최대 회전수보다 작고 상기 주축의 이전 회전수보다 큰 경우에는 측정된 주축의 현재 회전수와 회전수에 따른 끼임량 데이터에 의해 상기 주축의 끼임량을 연산하는 단계; 및 구동부를 구동하여 상기 주축의 축이동에 의한 공구 선단 오차를 보정하는 단계;를 포함하고, 상기 주축에 장착된 공구가 이면구속공구인 경우에 상기 계산부의 계산값으로 상기 주축의 축이동에 의한 공구 선단 오차를 보정하고, 상기 주축에 장착된 공구가 단면구속공구인 경우에는 상기 계산부의 축이송량과 상기 연산부의 끼임량의 합산값으로 상기 주축의 축이동에 의한 공구 선단 오차를 보정할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 제어방법의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 축이동 보정방법은 상기 끼임량을 연산하는 단계 이후에 확인부에서 상기 주축에 장착된 공구의 클램핑 또는 언클램핑 상태를 확인하는 단계;를 더 포함하고, 상기 확인부의 확인 결과 상기 주축에 장착된 공구가 클램핑된 상태에서 상기 주축의 현재 회전수가 최대 회전수로 측정된 경우에는 상기 연산부를 통해 산출된 끼임량은 최대 끼임량을 적용하고, 상기 확인부의 확인 결과 상기 주축에 장착된 공구가 언클램핑된 상태로 확인된 경우에는 상기 연산부를 통해 산출된 끼임량은 최소 끼임량을 적용할 수 있다.
본 발명에 의한 공작기계의 축이동 보정장치 및 보정방법은 주축의 회전수와 주축에 장착되는 공구의 종류가 단면구속공구인지 이면구속공구인지에 따라 이면구속공구인 경우에는 축이송량으로 주축의 축이동에 의한 공구 선단 오차를 실시간으로 보정하고 단면구속공구인 경우에는 축이송량과 끼임량을 합산한 값으로 축이동에 의한 공구 선단 오차를 실시간으로 보정함에 따라 가공정밀도를 극대화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 축이동 보정장치 및 보정방법은 가공정밀도 향상에 의해 공작기계의 신뢰성을 극대화하고, 공작기계의 품질 향상을 통해 불량품 발생을 감소하여 자원낭비를 예방할 수 있는 효과가 있다.
더욱이, 본 발명에 의한 공작기계의 축이동 보정장치 및 보정방법은 축이동에 따른 공구선단의 보정을 위한 인력과 시간을 최소화하여 사용자의 편의를 극대화고, 공작기계의 비가공시간 감소에 의한 생산성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
게다가, 본 발명에 의한 공작기계의 축이동 보정장치 및 보정방법은 가공정밀도 향상에 의해 가공 품질이 향상되어 소비자의 만족도를 향상하고, 공작물의 낭비를 최소화하여 가공비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1 및 도 2는 축이동 발생 원리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 축이동 보정장치의 개념도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 축이동 보정장치의 공구 중 단면구속공구를 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 축이동 보정장치의 공구 중 이면구속공구를 설명하기 위한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 축이동 보정장치의 판단부를 설명하기 위한 개념도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 축이동 보정장치의 제어부의 구성도를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 축이동 보정방법의 절차도를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 축이동 보정장치 및 보정방법에 의해 축이동 보정 전의 오차값에 대한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 축이동 보정장치 및 보정방법에 의해 축이동 보정 후의 단면구속공구의 축이동 오차값에 대한 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 공작기계의 축이동 보정장치 및 보정방법의 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시 예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 따라서 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다 (comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/ 또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 축이동 보정장치의 개념도를 나타내고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 축이동 보정장치의 공구 중 단면구속공구를 설명하기 위한 개념도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 축이동 보정장치의 공구 중 이면구속공구를 설명하기 위한 개념도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 축이동 보정장치의 판단부를 설명하기 위한 개념도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 축이동 보정장치의 제어부의 구성도를 나타낸다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 축이동 보정방법의 절차도를 나타낸다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 축이동 보정장치 및 보정방법에 의해 축이동 보정 전의 오차값에 대한 그래프이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 축이동 보정장치 및 보정방법에 의해 축이동 보정 후의 단면구속공구의 축이동 오차값에 대한 그래프이다.
도 3 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 축이동 보정장치(10)를 설명한다. 도 3 내지 도 7에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 축이동 보정장치(10)는 주축(100), 공구(200), 구동부(300), 판단부(400) 및 제어부(500)를 포함하고, 더욱 바람직하게는 PLC(600)를 더 포함할 수 있다.
도 3 및 도 7에 도시된 것처럼, 축이동 보정장치(10)가 축이동 보정장치(10)가 설치되는 공작기계는 지면에 설치되는 베드(700), 베드(700)의 일부에 설치되는 컬럼(710)을 포함하고, 주축(100)의 일측에 공구(200)의 신속한 교환을 위해 자동공구교환장치(automatic tool changer, ATC, 720)와 자동공구교환장치(720)에 인접하게 설치되고, 다수의 공구(200)를 보관하는 공구 매거진(730)를 포함한다.
주축(100)은 베드(700)의 상부에 상하, 좌우 이동 가능하게 설치된다.
공구(200)가 주축의 일측에 탈부착 가능하게 장착된다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 공구(200)는 공구 매거진(730)에 장착되어 PLC(600)에 저장된 가공 프로그램 등에 의해 자동공구교환장치(720)를 통해 자동으로 교환되고, 주축(100)의 선단에 주축(100)과 연동하여 회전 가능하게 설치된다. 이에 따라 주축(100)이 구동부(300)에 의해 회전하면, 주축(100)이 선단에 장착된 공구(200)가 연동하여 회전하고, 이러한 회전력에 의해 컬럼(710)의 척에 장착된 공작물을 가공하게 된다.
구동부(300)는 주축(100)을 구동한다. 이러한 구동부(300)에 의해 주축(100)은 회전하고, 또한 구동부(300)에 의해 공구(200)를 장착한 상태에서 회전하면서 상하, 좌우로 이동하여 럴럼(710)의 척에 장착된 공작물을 원하는 형상으로 가공한다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 구동부(300)는 모터 또는 서보모터(SERVO MOTOR)로 형성되고, PLC(600)와 제어부(500)의 보정부(580)에 의해 구동이 제어된다.
PLC(Programmable Logic Controller, 600)는 제어부(500), 판단부(400), 또는 조작부와의 소정의 프로토콜에 의한 통신을 수행하고, 이러한 통신을 통해 제어명령을 행하는 기능을 수행한다. 즉, PLC(300)는 NC(numerical control, NC) 또는 CNC(computerized numerical control)를 포함하고, 각종 수치 제어 프로그램이 내장되어 있다. 즉 PLC(600)는 구동부(300)와 주축(100)의 구동프로그램, 공구의 종류와 순서 등의 가동프로그램 등이 내장되고, PLC(600)의 구동에 따라 해당 프로그램이 자동으로 로딩되어 작동한다. 조작부나 CNC의 수치 제어 프로그램에 따른 제어 명령을 통해 작동하고 공작기계 전체적인 구동과 가공 동작을 제어한다.
또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, PLC(600)는 주조작부를 포함하고, 이러한 주조작부는 화면표시 프로그램과 화면표시 선택에 따른 데이터 입력 프로그램을 포함하고, 화면표시 프로그램의 출력에 따라 표시화면에 소프트웨어 스위치를 디스플레이하고, 소프트웨어 스위치의 온(ON)/오프(OFF)를 인식하여 기계 동작의 입출력 명령을 내리는 기능을 수행한다.
또한, 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 주조작부는 공작기계의 하우징, 케이스, 또는 일측에 설치되어 다양한 기능스위치 또는 버튼과 각종 정보를 표시할 수 있는 표시부(610)를 구비한다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만 표시부(610)는 LCD, LED, PDP 모니터 등으로 구성될 수 있다.
제어부(500)는 주축(100)의 회전수와 주축(100)에 장착되는 공구(200)의 종류에 따라 주축의 축이동에 의한 공구 선단 오차(d)를 보정한다.
판단부(400)는 주축(100)에 장착되는 공구(200)가 단면구속공구(210)인지 이면구속공구(220)인지 여부를 판단한다. 판단부(400)의 판단에 의해 주축(100)에 장착된 공구(200)가 이면구속공구(220)이면 후술하는 제어부(500)와의 통신에 의해 제어부(500)의 보정부(580)는 계산부(530)에 의해 계산된 축이송량(a)으로 주축의 축이동에 의한 공구 선단 오차(d)를 보정한다. 또한, 판단부(400)의 판단에 의해 주축(100)에 장착된 공구(200)가 단면구속공구(210)이면 후술하는 제어부(500)와의 통신에 의해 제어부(500)의 보정부(580)는 계산부(530)에 의해 계산된 축이송량(a)에 연산부(570)에서 연산된 끼임량(b)을 합산한 값으로 주축의 축이동에 의한 공구 선단 오차(d)를 보정한다.
도 4에 도시된 것처럼, 단면구속공구(210)란 주축(100)에 단면구속공구의 테이퍼면(212)만이 주축에 삽입되어 구속되고, 단면구속공구의 접촉면(213)은 주축(100)의 선단에 접촉되지 않은 상태로 단면구속공구의 공구부(211)가 주축(100)의 외측으로 돌출된 형태의 공구(200)를 의미한다.
또한, 도 5에 도시된 것처럼, 이면구속공구(220)란 주축(100)에 이면구속공구의 테이퍼면(222)이 주축에 삽입되어 일차 구속되고, 이면구속공구의 접촉면(223)도 주축(100)의 선단에 접촉되어 이차로 구속되어 2개의 면이 주축에 구속된 상태로 이면구속공부의 공구부(221)가 주축(100)의 외측으로 돌출된 형태의 공구(200)를 의미한다. 상술한 바와 같이 단면구속공구의 경우에는 주축(100)이 고속으로 회전하는 경우 주축이 팽창하고 이러한 팽창에 의해 주축에 장착된 공구가 빨려들어가면서 공구의 테이퍼면에 변형이 발생하고 후술하는 이면구속공구(220)보다 축이송량과 끼임량의 변형에 의해 축이동의 변형이 훨씬 크게 발생한다.
그러나, 이러한 과정에도 불구하고 이면구속공구(220)는 이면구속공구의 접촉면(223)이 주축(100의 외측에 접촉된 형태로 결합됨에 따라 주축(100)이 고속으로 회전하는 경우에 주축이 팽창하고 이러한 팽창에 의해 테이퍼면에 변형이 발생함에도 불구하고 이면구속공구의 테이퍼면(212)이 빨려들어가면서 변형이 거의 발생하지 않게 된다.
반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 판단부(400)는 PLC(600)에 저장된 가공 프로그램의 순서나 공구의 코드 번호를 통해 주축(100)에 장착되는 공구(200)가 단면구속공구(210)인지 이면구속공구(220)인지 여부를 판단할 수 있다.
또한, 도 6에 도시된 것처럼, 공구 매거진(730)의 일부에 설치되어 공구 매거진(730)의 교환포트에 위치하는 공구와 공구 매거진(730) 사이의 간극 유무를 센싱하은 감지부(410)의 신호에 의해 단면구속공구(210)인지 이면구속공구(220)인지 여부를 판단할 수도 있다. 즉, 감지부(410)에 의해 공구 매거진(730)과 공구포트에 위치한 공구사이에 간극이 없는 경우에는 이면구속공구(220)로 판단하고, 간극이 있는 경우에는 단면구속공구(210)로 판단하여, 판단한 신호를 소정의 프로토콜 신호에 의해 PLC(600)와 제어부(500)로 전송한다. 이처럼, 주축(100)에 장착된 공구(200)의 종류를 명확하게 구분하고 신속하게 자동으로 판단함에 따라 축이동 보정시간과 비용을 절감하고, 작업자의 편의를 극대화할 수 있다.
도 7에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 축이동 보정장치(10)의 제어부(500)는 기본 데이터 저장부(510), 회전수 측정부(520), 회전수 저장부(530), 및 계산부(540)를 포함한다. 또한, 축이송량 저장부(590)를 더 포함할 수 있다.
기본 데이터 저장부(510)는 회전수에 따른 축이송량 데이터와 단면구속공구의 회전수에 따른 끼임량 데이터, 주축의 최소 회전수 데이터, 주축의 최대 회전수 데이터를 저장한다. 즉, 기본 데이터 저장부(510)는 회전수에 따른 축이송량 데이터와 단면구속공구의 회전수에 따른 끼임량 데이터, 주축의 최소 회전수 데이터, 주축의 최대 회전수 데이터를 룩업 테이블 형태 또는 그래프 형태로 저장한다. 이러한 기본 데이터는 동일한 기본 장치에 대한 반복적인 실험을 통해 산출되어 룩업 테이블 형태로 저장된다. 이에 따라 공작기계의 종류, 사용되는 주축의 구동부의 성능 등에 따라 다양한 룩업 데이터를 구비할 수 있다.
즉, 일예로 하기 표 1과 같은 형태로 저장될 수 있다.
회전수(rpm, R) 축이송량(a, um) 끼임량(b, um)
0(최소) 0 0
3,000 0 0
6,000 20 50
9,000 50 15
12,000(최대) 70 220
회전수 측정부(520)는 현재 주축(100)의 회전수를 실시간으로 측정한다. 이는 PLC(600)이 가공 프로그램 또는 구동부(300)나 주축(100)에 장착되는 센서 등을 통해 다양한 방법으로 측정할 수 있다.
회전수 저장부(530)는 회전수 측정부(520)에서 측정된 주축(100)의 회전수(R)를 저장한다.
계산부(540)는 회전수 저장부(530)에 저장된 회전수와 기본 데이터 저장부(510)에 저장된 회전수에 따른 축이송량 데이터에 의해 주축의 축이송량(a)을 산출한다. 계산부(540)는 기본 데이터 저장부(510)에 저장된 회전수에 따른 축이송량 데이터가 없는 경우에는 양 구간 사이에서 선형 보간법에 의해 축이송량(a)을 자동으로 계산하여 산출한다.
축이송량 저장부(590)는 계산부(530)에서 계산된 현재 축이송량(a)을 저장한다.
판단부(400)의 판단결과 주축(100)에 장착된 공구(200)가 이면구속공구(220)인 경우에 계산부(540)의 계산값인 축이송량(a)으로 주축(100)의 축이동에 의한 공구 선단 오차(d)의 보정을 수행한다.(d = a)
이때 보정은 하기 계산식에 의해 계산된 축이동량으로 보정될 수 있다.
d = (aMAX-aMIN)*(Rn-RMIN)/(RMAX - RMIN)+ aMIN
d : 축이동에 의한 공구 선단 오차
a : 이면구속공구의 현재 회전속도의 축이송량
aMAX : 이면구속공구의 최대 축이송량
aMIN : 이면구속공구의 최소 축이송량
Rn : 주축의 현재 회전속도
RMIN : 주축의 최대 회전속도
따라서, 본 발명에 의한 공작기계의 축이동 보정장치는 가공정밀도 향상에 의해 공작기계의 신뢰성을 극대화하고, 공작기계의 품질 향상을 통해 불량품 발생을 감소하여 자원낭비를 예방할 수 있다.
도 7에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 축이동 보정장치(10)의 제어부(500)는 비교부(550), 연산부(560), 확인부(570), 및 보정부(580)를 더 포함한다. 또한, 끼임량 저장부(591)를 더 포함할 수 있다.
비교부(550)는 회전수 저장부(530)에 저장된 이전 주축의 회전수(Rn - 1)와 회전수 측정부(520)에서 측정된 주축(100)의 현재 회전수(Rn)를 비교한다.
연산부(560)는 주축의 끼임량(b)을 계산한다. 즉, 연산부(560)는 비교부(550)의 판단결과 주축의 현재 회전수(Rn)가 바로 직전의 주축의 이전 회전수(Rn -1)보다 작거나 같은 경우(Rn ≤ Rn - 1)에는 이전 끼임량(bn-1)을 유지한다. 이는 주축의 현재 회전수(Rn)가 이전 회전수(Rn - 1)보다 작은 경우에는 현재 끼임량(bn)은 이전 끼임량(bn-1)보다 연산값은 작게 나오지만 공구가 언클램핑되기 전까지 단면구속공구의 테이퍼면(212)의 끼임이 풀리는 경우가 없기 때문이다. 또한, 연산부(560)는 주축의 현재 회전수(Rn)가 주축의 최대 회전수(RMAX)보다 작고 주축의 이전 회전수(Rn - 1)보다 큰 경우(Rn -1< Rn <RMAX)에는 회전수 측정부(520)에서 측정된 현재 회전수와 기본 데이터 저장부에 저장된 회전수에 따른 끼임량 데이터에 의해 상기 주축의 끼임량을 산출한다. 즉, 이러한 경우에는 기본 데이터 저장부에 저장된 회전수에 따른 끼임량 데이터 중에서 회전수 측정부(520)에서 측정된 현재 회전수에 대한 끼임량 데이터를 산출하게 된다. 이는 주축(100)에 장착된 공구가 단면구속공구(210)이고 주축(100)이 최대 회전수(Rmax)로 회전하는 경우에 끼임량(b)은 최대치를 유지하고, 주축(100)에 장창된 단면구속공구(210)를 언클램핑하기 전까지 끼임량(b)은 최대 끼임량을 유지하게 되기 때문이다. 따라서, 주축에 단면구속공구가 장착된 상태에서 최대 회전수로 회전하게 되면 이후에 장착된 공구가 언클램핑되기 전까지 끼임량은 최대 끼임량을 유지하게 되고, 주축에 장착된 단면구속공구가 언클램핑되면 다시 끼임량은 다시 최소 끼임량부터 시작되게 된다. 이는 주축의 고속회전에 의한 팽창과 이에 따른 테이퍼면의 변화에 의한 것으로 본 발명은 이와 같은 주축에 장착되는 공구의 종류와 회전수에 따라 끼임량에 대한 보정치를 변동하여 적용할 수 있어 가공 정밀도를 극대화할 수 있다.
연산부(560)는 기본 데이터 저장부(510)에 저장된 회전수에 따른 끼임량 데이터가 없는 경우에는 양 구간 사이에서 선형 보간법에 의해 끼임량(b)을 자동으로 계산하여 산출한다.
끼임량 저장부(591)는 연산부(560)에서 연산된 현재 끼임량(b)을 저장한다.
확인부(570)는 주축(100)에 장착된 공구(200)의 클램핑(clamping) 또는 언클램핑(unclamping) 상태를 확인한다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 확인부(570)는 PLC(600)의 가공 프로그램 또는 주축(100)에 인접한 센서 등에 의해 주축(100)에 공구(200)가 클램핑 또는 언클램핑 되었는지 확인할 수 있다. 상술한 바와 같이 단면구속공구(210)가 주축에 장착된 상태에서 주축이 최대 회전수로 회전하게 되면 끼임량은 단면구속공구가 언클램핑될 때까지 최대 끼임량을 유지하고 언클램핑된 후에 다른 단면구속공구 또는 동일한 단면구속공구가 장착된 경우에 끼임량은 최소 끼임량으로 연산되기 때문에 반드시 주축에 장착된 공구의 클램핑 또는 언클램핑 상태를 확인해야 한다.
보정부(580)는 판단부(400)와 확인부(570)의 결과에 따라 계산부(540) 또는 계산부(540)와 연산부(560)의 합산값에 의해 구동부(300)를 구동하여 주축의 축이동에 의한 공구 선단 오차(d)를 보정한다.
즉, 보정부(580)는 판단부(400)의 판단결과 주축(100)에 장착된 공구(200)가 단면구속공구(210)인 경우에는 계산부(530)의 축이송량(a)과 연산부(560)의 끼임량(b)의 합산값으로 주축의 축이동에 의한 공구 선단 오차(d)를 보정한다. (d = a+b)
결국, 판단부(400)의 판단결과 주축(100)에 장착된 공구(200)가 단면구속공구(210)이고, 확인부(570)의 확인 결과 주축(100)에 장착된 단면구속공구(210)가 클램핑된 상태에서 주축의 현재 회전수(Rn)가 최대 회전수(Rmax)로 측정된 경우에는 단면구속공구(210)가 주축(100)에서 언클램핑되기까지 연산부(560)를 통해 산출된 끼임량(b)은 최대 끼임량을 적용한다.
또한, 판단부(400)의 판단결과 주축(100)에 장착된 공구(200)가 단면구속공구(210)이고, 확인부(570)의 확인 결과 주축(100)에 장착된 공구가 언클램핑된 상태로 확인된 경우에는 연산부(560)를 통해 산출된 끼임량(b)은 최소 끼임량을 적용한다.
도 9에 도시된 것처럼, 이면구속공구와 단면구속공구에 대한 축이송량과 끼임량에 대한 주축의 축이동에 의한 공구 선단 오차를 보정하기 전에는 단면구속공구에 있어서 회전수에 따른 주축의 축이동에 의한 공구 선단 오차(α)가 회전수가 클수록 크게 나타난다는 것을 알 수 있다. 또한, 이면구속공구의 경우에 있어서 주축의 축이동에 의한 공구 선단 오차(β)도 회전수에 따라 크게 나타난다는 것을 알 수 있다. 더욱이, 주축의 축이동에 의한 공구 선단 오차를 보정하기 전에는 단면구속공구에 있어서 회전수에 따른 주축의 축이동에 의한 공구 선단 오차(α)가 이면구속공구의 경우에 있어서 주축의 축이동에 의한 공구 선단 오차(β)보다 큰 값이라는 것을 알 수 있다.
이처럼, 종래 회전수와 공구의 종류(단면구속공구와 이면구속공구)에 대한 고려 없이 단순히 주축의 축이동에 의한 공구 선단 오차를 보정하는 것은 정확성과 신뢰성이 결여되어 가공 정밀도가 향상될 수 없다.
즉, 도 10에 도시된 것처럼, 단면구속공구에 있어서 회전수에 따른 주축의 축이동에 의한 공구 선단 오차를 보정하게 되면, 회전수와 공구의 종류에 대해서도 주축의 축이동에 의한 공구 선단 오차가 최소가 되어 가공정밀도를 향상할 수 있는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 의한 공작기계의 축이동 보정장치(10)는 주축의 회전수뿐만 아니라 주축에 장착되는 공구의 종류가 단면구속공구인지 이면구속공구인지에 따라 이면구속공구인 경우에는 축이송량으로 주축의 축이동에 의한 공구 선단 오차를 실시간으로 보정하고 단면구속공구인 경우에는 축이송량과 테이퍼면의 변형에 의한 끼임량까지도 고려하여 축이송량과 끼임량을 합산한 값으로 축이동에 의한 공구 선단 오차를 실시간으로 보정함에 따라 공작기계의 가공정밀도를 극대화할 수 있다.
도 8에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 축이동 보정방법은 기본 데이터 저장 단계(S1), 회전수 측정 단계(S2), 회전수 저장 단계(S3), 축이송량 계산 단계(S4), 단면구속공구와 이면구속공구 판단 단계(S5), 회전수 비교 단계(S6), 끼임량 연산 단계(S8), 및 보정 단계(S10)을 포함한다. 또한, 끼임량 연산 단계(S8) 이후에 클램핑 유무 확인 단계(S9)와 보정 단계(S10) 이후에 표시단계를 더 포함할 수 있다.
회전수에 따른 축이송량 데이터와 단면구속공구에서 회전수에 따른 끼임량 데이터, 주축의 최소 회전수 데이터, 주축의 최대 회전수 데이터를 기본 데이터 저장부(510)에 저장한다. 즉, 기본 데이터 저장부(510)에 회전수에 따른 축이송량 데이터와 단면구속공구의 회전수에 따른 끼임량 데이터, 주축의 최소 회전수 데이터, 주축의 최대 회전수 데이터를 룩업 테이블 형태 또는 그래프 형태로 저장한다. 이러한 기본 데이터는 동일한 기본 장치에 대한 반복적인 실험을 통해 산출되어 룩업 테이블 형태로 저장된다. 이에 따라 공작기계의 종류, 사용되는 주축의 구동부의 성능 등에 따라 다양한 룩업 데이터가 기본 데이터 저장부에 저장될 수 있다.
기본 데이터 저장 단계(S1) 이후에, 회전수 측정부(520)에서 현재 주축(100)의 회전수(Rn)를 측정한다. PLC(600)이 가공 프로그램 또는 구동부(300)나 주축(100)에 장착되는 센서 등을 통해 다양한 방법으로 측정한다.
회전수 측정 단계(S2) 이후에, 측정된 주축(100)의 현재 회전수(Rn)를 회전수 저장부(530)에 저장한다.
회전수 저장 단계(S3) 이후에, 계산부(530)에서 저장된 회전수와 기본 데이터 저장부(510)에 저장된 회전수에 따른 축이송량 데이터에 의해 주축의 축이송량(a)을 계산한다. 계산부(540)는 기본 데이터 저장부(510)에 저장된 회전수에 따른 축이송량 데이터가 없는 경우에는 양 구간 사이에서 선형 보간법에 의해 축이송량(a)을 자동으로 계산하여 산출할 수 있다. 계산부(530)에서 계산된 현재 축이송량(a)이 축이송량 저장부(590)에 저장될 수 있다.
축이송량 계산 단계(S4) 이후에, 주축(100)에 장착된 공구(200)가 단면구속공구(210)인지 이면구속공구(220)인지 여부를 판단부(400)에서 판단한다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 판단부(400)는 PLC(600)에 저장된 가공 프로그램의 순서나 공구의 코드 번호를 통해 주축(100)에 장착되는 공구(200)가 단면구속공구(210)인지 이면구속공구(220)인지 여부를 판단할 수 있다. 또한, 공구 매거진(730)의 일부에 설치되어 공구 매거진(730)의 교환포트에 위치하는 공구와 공구 매거진(730) 사이의 간극 유무를 센싱하은 감지부(410)의 신호에 의해 단면구속공구(210)인지 이면구속공구(220)인지 여부를 판단할 수도 있다. 즉, 감지부(410)에 의해 공구 매거진(730)과 공구포트에 위치한 공구사이에 간극이 없는 경우에는 이면구속공구(220)로 판단하고, 간극이 있는 경우에는 단면구속공구(210)로 판단할 수 있다. 상술한 바와 같이 주축의 회전시에 주축의 팽창에 의한 공구의 끼임현상은 단면구속공구만 발생하게 되어 주축에 장착된 공구의 종류를 반드시 판단해야 정확한 주축의 축이동에 의한 공구 선단 오차 보정이 가능하게 된다.
단면구속공구와 이면구속공구 판단 단계(S5) 이후에, 비교부(550)에서 저장된 이전 주축의 회전수(Rn - 1)와 측정된 주축의 현재 회전수(Rn)를 비교한다. 비교부(550)의 판단결과 주축의 현재 회전수(Rn)가 바로 직전의 주축의 이전 회전수(Rn -1)보다 작거나 같은 경우(Rn ≤ Rn - 1)에는 이전 끼임량(bn-1)을 유지한다. 이는 주축의 현재 회전수(Rn)가 이전 회전수(Rn - 1)보다 작은 경우에는 현재 끼임량(bn)은 이전 끼임량(bn-1)보다 연산값은 작게 나오지만 공구가 언클램핑되기 전까지 단면구속공구의 테이퍼면(212)의 끼임이 풀리는 경우가 없기 때문이다.
회전수 비교 단계(S6) 이후에, 연산부(560)에서 비교부(550)의 비교결과 주축의 현재 회전수(Rn)가 주축의 이전 회전수(Rn - 1)보다 작거나 같은 경우(Rn ≤ Rn - 1)에는 이전 끼임량(bn-1)을 유지하고, 주축의 현재 회전수(Rn)가 주축의 최대 회전수(RMAX)보다 작고 주축의 이전 회전수(Rn - 1)보다 큰 경우(Rn -1< Rn <RMAX)에는 측정된 주축의 현재 회전수와 회전수에 따른 끼임량 데이터에 의해 주축의 끼임량(b)을 연산한다. 연산부(560)는 기본 데이터 저장부(510)에 저장된 회전수에 따른 끼임량 데이터가 없는 경우에는 양 구간 사이에서 선형 보간법에 의해 끼임량(b)을 자동으로 계산하여 산출한다.
끼임량 연산 단계(S8) 이후에, 보정부(580)에서 구동부(300)를 구동하여 주축의 축이동에 의한 공구 선단 오차(d)를 보정한다.
판단부(400)의 판단결과 주축(100)에 장착된 공구가 이면구속공구(220)인 경우에 계산부(530)의 계산값인 축이송량(a)으로 주축의 축이동에 의한 공구 선단 오차(d)를 보정하고(d=a), 판단부(400)의 판단결과 주축(100)에 장착된 공구가 단면구속공구(210)인 경우에는 계산부(530)의 축이송량(a)과 연산부(560)의 끼임량(b)의 합산값(a+b)으로 주축의 축이동에 의한 공구 선단 오차(d = a+b)를 보정한다.
따라서, 본 발명에 의한 공작기계의 축이동 보정방법는 주축의 회전수뿐만 아니라 주축에 장착되는 공구의 종류가 단면구속공구인지 이면구속공구인지에 따라 이면구속공구인 경우에는 축이송량으로 주축의 축이동에 의한 공구 선단 오차를 실시간으로 보정하고 단면구속공구인 경우에는 축이송량과 테이퍼면의 변형에 의한 끼임량까지도 고려하여 축이송량과 끼임량을 합산한 값으로 축이동에 의한 공구 선단 오차를 실시간으로 보정함에 따라 공작기계의 가공정밀도를 극대화할 수 있다.
끼임량 연산 단계(S8) 이후에 확인부(570)에서 주축(100)에 장착된 공구(200)의 클램핑 또는 언클램핑 상태를 확인한다.
확인부의 확인 결과 상기 주축에 장착된 공구가 클램핑된 상태에서 주축의 현재 회전수가 최대 회전수로 측정된 경우에는 연산부를 통해 산출된 끼임량은 최대 끼임량을 적용하고, 확인부의 확인 결과 주축에 장착된 공구가 언클램핑된 상태로 확인된 경우에는 연산부를 통해 산출된 끼임량은 최소 끼임량을 적용한다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 확인부는 PLC의 가공 프로그램 또는 주축에 인접한 센서 등에 의해 주축에 공구가 클램핑 또는 언클램핑 되었는지 확인할 수 있다. 상술한 바와 같이 단면구속공구가 주축에 장착된 상태에서 주축이 최대 회전수로 회전하게 되면 끼임량은 단면구속공구가 언클램핑될 때까지 최대 끼임량을 유지하고 언클램핑된 후에 다른 단면구속공구 또는 동일한 단면구속공구가 장착된 경우에 끼임량은 최소 끼임량으로 연산되기 때문에 반드시 주축에 장착된 공구의 클램핑 또는 언클램핑 상태를 확인해야 한다.
결국, 판단부(400)의 판단결과 주축(100)에 장착된 공구(200)가 단면구속공구(210)이고, 확인부(570)의 확인 결과 주축(100)에 장착된 단면구속공구(210)가 클램핑된 상태에서 주축의 현재 회전수(Rn)가 최대 회전수(Rmax)로 측정된 경우에는 단면구속공구(210)가 주축(100)에서 언클램핑되기까지 연산부(560)를 통해 산출된 끼임량(b)은 최대 끼임량을 적용한다.
또한, 판단부(400)의 판단결과 주축(100)에 장착된 공구(200)가 단면구속공구(210)이고, 확인부(570)의 확인 결과 주축(100)에 장착된 공구가 언클램핑된 상태로 확인된 경우에는 연산부(560)를 통해 산출된 끼임량(b)은 최소 끼임량을 적용한다.
이처럼, 본 발명에 의한 공작기계의 축이동 보정방법은 가공정밀도 향상에 의해 공작기계의 신뢰성을 높이며, 공작기계의 품질 향상을 통해 불량품 발생을 감소하여 자원낭비를 예방하고, 축이동에 따른 공구선단의 보정을 위한 인력과 시간을 최소화하여 사용자의 편의를 극대화고, 공작기계의 비가공시간 감소에 의한 생산성을 증대할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 축이동 보정방법은 보정 단계(S10) 이후에, 판단부(400), 계산부(530), 연산부(560), 확인부(570), 보정부(580)의 결과를 표시부(610)에 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이에 따라 작업자가 실시간으로 주축의 축이동에 따른 공구 선단 오차 보정(d)량을 확인하여 작업자의 편의를 도모하고 미연의 사고를 예방할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술할 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
1 : 스핀들, 2 : 베어링,
3 : 공구, 4 : 공구선단,
5 : 테이퍼면, 10 : 축이동 보정장치,
100 : 주축, 200 : 공구,
210 : 단면구속공구, 211 : 단면구속공구의 공구부,
212 : 단면구속공구의 테이퍼면, 213 : 단면구속공구의 접촉부,
220 : 이면구속공구, 221 : 이면구속공구의 공구부,
222 : 이면구속공구의 테이퍼면, 223 : 이면구속공구의 접촉부,
300 : 구동부, 400 : 판단부,
410 : 감지부, 500 : 제어부,
510 : 기본 데이터 저장부, 520 : 회전수 측정부,
530 : 회전수 저장부, 540 : 계산부,
550 : 비교부, 560 : 연산부,
570 : 확인부, 580 : 보정부,
590 : 축이송량 저장부, 591 : 끼임량 저장부,
600 : PLC, 610 : 표시부,
700 : 베드, 710 : 컬럼,
720 : 자동공구교환장치, 730 : 공구 매거진,
a : 축이송량, b : 끼임량,
d : 축이동에 의한 오차.

Claims (9)

  1. 주축;
    상기 주축의 일측에 탈부착 가능하게 장착되는 공구;
    상기 주축을 구동하는 구동부;
    상기 주축의 회전수와 상기 주축에 장착되는 공구의 종류에 따라 상기 주축의 축이동에 의한 공구 선단 오차를 보정하는 제어부; 및
    상기 주축에 장착된 공구가 단면구속공구인지 이면구속공구인지 여부를 판단하는 판단부;를 포함하고,
    상기 제어부는,
    회전수에 따른 축이송량 데이터와 단면구속공구의 회전수에 따른 끼임량 데이터, 주축의 최소 회전수 데이터, 주축의 최대 회전수 데이터를 저장하는 기본 데이터 저장부;
    현재 주축의 회전수를 측정하는 회전수 측정부;
    상기 회전수 측정부에서 측정된 상기 주축의 회전수를 저장하는 회전수 저장부;
    상기 회전수 저장부에 저장된 회전수와 상기 기본 데이터 저장부에 저장된 회전수에 따른 축이송량 데이터에 의해 주축의 축이송량을 산출하는 계산부;
    상기 회전수 저장부에 저장된 이전 주축의 회전수와 상기 회전수 측정부에서 측정된 상기 주축의 현재 회전수를 비교하는 비교부;
    상기 비교부의 판단결과 상기 주축의 현재 회전수가 상기 주축의 이전 회전수보다 작거나 같은 경우에는 이전 끼임량을 유지하고, 상기 주축의 현재 회전수가 상기 주축의 최대 회전수보다 작고 상기 주축의 이전 회전수보다 큰 경우에는 상기 회전수 측정부에서 측정된 회전수와 상기 기본 데이터 저장부에 저장된 회전수에 따른 끼임량 데이터에 의해 상기 주축의 끼임량을 산출하는 연산부;
    상기 주축에 장착된 공구의 클램핑 또는 언클램핑 상태를 확인하는 확인부; 및
    상기 판단부와 상기 확인부의 결과에 따라 상기 계산부 또는 상기 계산부와 상기 연산부의 합산값에 의해 상기 구동부를 구동하여 상기 주축의 축이동에 의한 공구 선단 오차를 보정하는 보정부;를 포함하고,
    상기 판단부의 판단결과 상기 주축에 장착된 공구가 이면구속공구인 경우에 상기 주축의 축이동에 의한 공구 선단 오차를 보정하고, 상기 주축에 장착된 공구가 단면구속공구인 경우에는 축이송량과 끼임량을 합산한 합산값으로 상기 주축의 축이동에 의한 공구 선단 오차를 보정하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 축이동 보정장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 계산부에서 계산된 현재 축이송량을 저장하는 축이송량 저장부; 및
    상기 연산부에서 연산된 현재 끼임량을 저장하는 끼임량 저장부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 축이동 보정장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 확인부의 확인 결과 상기 주축에 장착된 공구가 클램핑된 상태에서 상기 주축의 현재 회전수가 최대 회전수로 측정된 경우에는 상기 연산부를 통해 산출된 끼임량은 최대 끼임량을 적용하고,
    상기 확인부의 확인 결과 상기 주축에 장착된 공구가 언클램핑된 상태로 확인된 경우에는 상기 연산부를 통해 산출된 끼임량은 최소 끼임량을 적용하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 축이동 보정장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 계산부와 상기 연산부는 선형 보간법에 의해 축이송량과 끼임량을 산출하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 축이동 보정장치.
  8. 회전수에 따른 축이송량 데이터와 단면구속공구에서 회전수에 따른 끼임량 데이터, 주축의 최소 회전수 데이터, 주축의 최대 회전수 데이터를 저장하는 단계;
    현재 주축의 회전수를 측정하는 단계;
    측정된 상기 주축의 회전수를 저장하는 단계;
    계산부에서 저장된 회전수와 회전수에 따른 축이송량 데이터에 의해 주축의 축이송량을 계산하는 단계;
    상기 주축에 장착된 공구가 단면구속공구인지 이면구속공구인지 여부를 판단하는 단계;
    저장된 이전 주축의 회전수와 측정된 주축의 현재 회전수를 비교하는 단계;
    연산부에서 비교결과 상기 주축의 현재 회전수가 상기 주축의 이전 회전수보다 작거나 같은 경우에는 이전 끼임량을 유지하고, 상기 주축의 현재 회전수가 상기 주축의 최대 회전수보다 작고 상기 주축의 이전 회전수보다 큰 경우에는 측정된 주축의 현재 회전수와 회전수에 따른 끼임량 데이터에 의해 상기 주축의 끼임량을 연산하는 단계; 및
    구동부를 구동하여 상기 주축의 축이동에 의한 공구 선단 오차를 보정하는 단계;를 포함하고,
    상기 주축에 장착된 공구가 이면구속공구인 경우에 상기 계산부의 계산값으로 상기 주축의 축이동에 의한 공구 선단 오차를 보정하고,
    상기 주축에 장착된 공구가 단면구속공구인 경우에는 상기 계산부의 축이송량과 상기 연산부의 끼임량의 합산값으로 상기 주축의 축이동에 의한 공구 선단 오차를 보정하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 축이동 보정방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 끼임량을 연산하는 단계 이후에,
    확인부에서 상기 주축에 장착된 공구의 클램핑 또는 언클램핑 상태를 확인하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 확인부의 확인 결과 상기 주축에 장착된 공구가 클램핑된 상태에서 상기 주축의 현재 회전수가 최대 회전수로 측정된 경우에는 상기 연산부를 통해 산출된 끼임량은 최대 끼임량을 적용하고,
    상기 확인부의 확인 결과 상기 주축에 장착된 공구가 언클램핑된 상태로 확인된 경우에는 상기 연산부를 통해 산출된 끼임량은 최소 끼임량을 적용하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 축이동 보정방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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