KR102663172B1 - 냉각장치 설치위치 결정방법 - Google Patents

Abstract

대상물체의 열모드 해석을 통해 열원에 의해 영향받는 열적 민감도를 도출하고, 열적 민감도에 따른 온도 변화 및 열변위 영향도가 높은 위치를 냉각장치의 설치 위치로 결정함으로써, 작업자의 숙련도에 의존적이던 냉각장치의 위치를 효과적으로 결정하고, 이에 따라 가공 정밀도가 향상되며, 필요한 위치에만 냉각장치를 설치할 수 있어, 복수의 냉각장치 설치에 따른 원가 상승 문제가 개선되는 냉각장치 설치위치 결정방법이 소개된다.

Description

냉각장치 설치위치 결정방법 {METHOD FOR DETERMINING POSITION OF COOLING APPARATUS}

본 발명은 냉각장치 설치위치 결정방법에 관한 것으로, 구체적으로는 대상물체의 열모드 해석을 통해 열원에 의해 영향 받는 열적 민감도를 도출하고, 열적 민감도에 따른 온도 변화 및 열변위 영향도가 가장 높은 위치를 냉각장치의 설치 위치로 결정하는 냉각 팬 설치위치 결정방법에 관한 것이다.

일상생활에 사용되는 공업제품은 일반적으로 다수의 부품으로 구성되어 있다. 이러한 부품들은 완성된 제품에 필요한 형상, 치수, 성질을 보유하도록 가공되며, 이러한 가공법에는 절삭 가공, 성형 가공 등 여러 종류가 있다. 여기서 일반적으로 절삭 가공을 수행하는 기계를 공작기계라 한다.

이러한 공작기계는 높은 가공 정확도가 요구되며, 가공 정확도를 지배하는 요인으로는 정적, 동적, 열적인 요인이 있다. 이 중에서도 공작기계의 열변형은 가공 정확도를 지배하는 매우 중요한 인자로서 현재까지 다수의 연구가 진행되고 있다.

공작기계의 열변형은 공작기계를 구동하기 위해 소모되는 열에 의한 영향 뿐만이 아니라, 주위의 온도에 의해서도 영향을 받는다. 즉, 공작기계는 내부적 또는 외부적 요인에 의해 온도가 변화하고, 이에 따라 열팽창이나 열수축이 발생하여 정밀한 가공시 오차(열변위)를 발생시키게 된다.

따라서, 장시간 가동되는 공작기계에서 시간 경과에 관계없이 항상 일정한 치수의 제품을 생산하기 위해서는 위와 같은 열변위의 보정이 반드시 필요하다.

일반적인 열변위 보정방법으로는, 발열량을 저감하는 방법, 열대칭 구조 설계 방법, 냉각장치를 사용하는 방법 및 저 열팽창 재료를 사용하는 방법 등이 있다. 여기서 냉각장치를 사용하는 방법으로는 냉각 오일을 활용하거나, 별도의 냉각 팬을 설치하는 방법이 주로 사용된다.

다만, 종래에는 냉각 팬을 단순히 열원 근처에 설치하는 등, 냉각장치의 설치 위치가 작업자의 재량에 맡겨져 있었다. 특히, 부품의 부위별로 가열 및 냉각으로 인한 열변위의 정도가 상이하지만, 이를 깊이 고려하지 않아 최적의 냉각장치 위치를 선정하기 어려웠다.

따라서, 공작기계의 온도 변화 특성을 시뮬레이션 하여 열적 민감도를 도출하고, 열적 민감도에 따른 온도 변화 및 열변위 영향도가 가장 높은 위치에 냉각장치를 설치함으로써, 냉각 효과를 향상하여 가공 정밀도가 개선되는 새로운 냉각장치 설치위치 결정방법이 요구되고 있는 실정이다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 10-2010-0043088

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 대상물체의 열모드 해석을 통해 열원에 의해 영향 받는 열적 민감도를 도출하고, 열적 민감도에 따른 온도 변화 및 열변위 영향도가 가장 높은 위치를 냉각장치의 설치 위치로 결정하는 냉각 팬 설치위치 결정방법을 제공하고자 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 냉각장치 설치위치 결정방법은, 대상물체에 열원으로부터 열이 가해질 때 시간에 따라 변화되는 열적 민감도의 형상 프로파일에 따라 복수의 모드를 생성하는 모드설정단계, 생성된 각 모드별로 가중치를 계산하고, 모드를 하나씩 선택하면서 선택된 모드들의 가중치의 합이 기준값을 넘어서는 경우에 있어서의 선택된 모드들의 조합을 도출하는 모드선택단계 및 선택된 모드들의 열적 민감도에 따라 대상물체에서 온도 변화 및 열변위 영향도가 높은 위치를 냉각장치 설치 위치로 결정하는 위치결정단계를 포함한다.

본 발명에 따른 냉각장치 설치위치 결정방법에서, 대상물체는 공작기계를 구성하는 부품이고, 열원은 공작기계의 내부 부품에서 발생하는 열과, 가공시 발생하는 열과, 외부에서 전달되는 열을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 냉각장치 설치위치 결정방법의 모드설정단계는, 대상물체의 해석 모델을 구성하고, 열원의 경계조건을 설정하여 해석 모델에 적용함으로써 시간에 따라 변화되는 열적 민감도를 계산하며, 계산된 열적 민감도의 온도 분포를 형상 프로파일로 도출할 수 있다.

본 발명에 따른 냉각장치 설치위치 결정방법의 모드선택단계는, 가중치가 가장 높은 모드부터 순차적으로 선택하여 선택된 모드들의 가중치의 합이 90% 이상일 때 모드 선택을 중지할 수 있다.

본 발명에 따른 냉각장치 설치위치 결정방법의 위치결정단계는, 각 모드마다 열적 민감도가 가장 높은 영역을 냉각장치가 설치될 수 있는 영역으로 선택하는 제1선택단계, 제1선택단계에서 각 모드마다 선택된 영역의 온도 조건을 통해 열변위 영향도가 가장 높은 위치를 도출하는 열변위도출단계 및 제1선택단계에서 각 모드마다 선택된 영역을 상호 비교하여 도출된 열변위 영향도가 가장 높은 모드의 영역을 냉각장치 설치 위치로 결정하는 제2선택단계로 이루어질 수 있다.

본 발명의 냉각장치 설치위치 결정방법에 따르면, 대상물체의 열모드 해석을 통해 열원에 의해 영향 받는 열적 민감도를 도출하고, 열적 민감도에 따른 온도 변화 및 열변위 영향도가 가장 높은 위치를 냉각장치의 설치 위치로 결정함으로써, 작업자의 숙련도에 의존적이던 냉각장치의 위치를 효과적으로 결정하고, 이에 따라 가공 정밀도가 향상되며, 필요한 위치에만 냉각장치를 설치할 수 있어, 복수의 냉각장치 설치에 따른 원가 상승 문제가 개선될 수 있다.

도 1은 일반적인 공작기계의 해석 모델을 나타낸 도면.
도 2는 모드 별 가중치를 나타낸 그래프.
도 3은 컬럼의 모드 중 가중치가 높은 모드를 선별하여 열적 민감도를 산출한 해석도.
도 4는 베드의 모드 중 가중치가 높은 모드를 선별하여 열적 민감도를 산출한 해석도.
도 5는 헤드의 모드 중 가중치가 높은 모드를 선별하여 열적 민감도를 산출한 해석도.
도 6은 산출한 열적 민감도의 온도 분포에 따른 열변위를 도출하는 과정을 나타낸 도면.
도 7은 주요 모드의 열변위를 비교한 그래프.

이 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로도 명명될 수 있다.

또한, 다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 갖는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 발명의 각 단계가 갖는 핵심적인 특징을 설명하기에 앞서, 본 발명의 이해를 돕기 위해, 일반적인 공작기계에서의 가공 정확도 저감 요인 및 이를 해결하는 보정방법에 대해 간략히 살펴보기로 한다.

공작기계의 가공 정확도 영향 인자로는 정적, 동적, 열적인 요인이 있고, 이 중에서도 열적인 요인(공작기계의 열변형)은 가공 정확도를 지배하는 매우 중요한 인자에 해당한다. 이는, 내부적 또는 외부적 요인으로 구분될 수 있다.

여기서 내부적 요인은 공작기계의 작동조건에 따라 발생되는 손실열 또는 가공열 등을 의미하는 것으로 이해될 수 있으며, 외부적 요인은 공작기계의 주변 외기온도 또는 온열기 존재여부 등 공작기계의 작동환경을 의미하는 것으로 이해될 수 있다.

즉, 이와 같은 내부적 또는 외부적 요인에 의해 공작기계의 온도가 변화하고, 이에 따라 열팽창이나 열수축이 발생하여 정밀한 가공시 오차(열변위)를 발생시키게 된다.

따라서, 장시간 가동되는 공작기계에서 시간 경과에 관계없이 항상 일정한 치수의 제품을 생산하기 위해서는 위와 같은 열변위의 보정이 반드시 필요하며, 그 보정방법으로는, 발열량을 저감하는 방법, 열대칭 구조 설계 방법, 냉각장치를 사용하는 방법 및 저 열팽창 재료를 사용하는 방법 등이 있다.

여기서 발열량을 저감하는 방법은, 최근 공작기계 주축헤드(30)의 고속화 및 절삭 속도의 고속화 등으로 발열량이 증가되는 추세이므로 한계가 있으며, 저 열팽창 재료를 사용하는 방법은 공작기계의 주요 구성요소에 부분적으로 사용되지만, 다른 구성요소를 이루는 재료와의 열팽창 정도에 따라 오히려 역효과를 초래하여 신뢰성에 문제가 있다.

그리고 열대칭 구조 설계 방법은, 공작기계 구조를 기하학적으로 대칭되게 하는 방법과 구조적으로 등온도 분포가 되도록 하여 서로 변형이 상쇄되게 하는 방법이 있는데, 공작기계의 작동시 실시간으로 수 마이크로미터(μm)로 변화되는 열변위를 근본적으로 해결하지 못하는 한계가 있다.

따라서, 본 발명은 열변위가 발생한 부위를 직접적 또는 간접적으로 냉각하여 위와 같은 문제를 근본적으로 해결할 수 있는 냉각장치를 사용하는 방법에 대해 서술하되, 이러한 냉각장치를 보다 효과적으로 설치할 수 있는 위치를 결정하기 위한 방법을 제공하고자 하는 것이다.

이하, 첨부된 도면들을 참고하여 개시된 발명의 바람직한 실시예에 의한 냉각장치 설치위치 결정방법에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 일반적인 공작기계의 해석 모델을 나타낸 도면이고, 도 2는 모드 별 가중치를 나타낸 그래프이며, 도 3은 컬럼(10)의 모드 중 가중치가 높은 모드를 선별하여 열적 민감도를 산출한 해석도이고, 도 4는 베드(20)의 모드 중 가중치가 높은 모드를 선별하여 열적 민감도를 산출한 해석도이며, 도 5는 헤드의 모드 중 가중치가 높은 모드를 선별하여 열적 민감도를 산출한 해석도이고, 도 6은 산출한 열적 민감도의 온도 분포에 따른 열변위를 도출하는 과정을 나타낸 도면이며, 도 7은 주요 모드의 열변위를 비교한 그래프이다.

도 2 내지 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 냉각장치 설치위치 결정방법은, 대상물체에 열원으로부터 열이 가해질 때 시간에 따라 변화되는 열적 민감도의 형상 프로파일에 따라 복수의 모드를 생성하는 모드설정단계, 생성된 각 모드별로 점유하는 시간에 따라 각 모드별 가중치를 도출하고, 모드를 하나씩 선택하면서 선택된 모드들의 가중치의 합이 기준값을 넘어서는 경우에 있어서의 선택된 모드들의 조합을 도출하는 모드선택단계 및 선택된 모드들의 열적 민감도에 따라 대상물체에서 온도 변화 및 열변위 영향도가 가장 높은 위치를 냉각장치 설치 위치로 결정하는 위치결정단계를 포함한다.

여기서 대상물체는 공작기계를 구성하는 부품이고, 열원은 공작기계의 내부 부품에서 발생하는 열과, 가공시 발생하는 열과, 외부에서 전달되는 열을 포함할 수 있다.

열원과 관련하여, 공작기계의 내부 부품에서 발생하는 열 및 가공시 발생하는 열은, 앞서 언급한 가공 정확도 영향 인자 중 지배적 인자인 열적인 요인에서 '내부적 요인'을 의미하며, 외부에서 전달되는 열은 '외부적 요인'을 의미하는 것으로 이해될 수 있다.

또한, 공작기계를 구성하는 부품과 관련하여, 도 7을 참조하여 설명하기로 한다. 도 7의 가로축은 대상물체의 주요 모드를 나타낸 것이며, 세로축은 주요 모드의 공구끝단점(Tool Center Point, TCP)에서의 열변위를 나타낸 것이다. 여기서 주요 모드는 가중치가 높은 모드로서, 이에 대해서는 추후 구체적으로 설명하기로 한다.

일반적으로 공작기계는 도 1에 도시된 바와 같이, 베드(Bed, 20), 컬럼(Column, 10), 새들(Saddle, 40) 및 주축헤드(Head Body, 30) 등으로 구성된다. 즉, 공작기계를 구성하는 부품은 베드(20), 컬럼(10), 새들(40) 및 주축헤드(30)를 의미하는 것으로 이해될 수 있다.

다만, 도 7을 참조하면, 각각의 열변위 정도는 '주축헤드(30)-베드(20)-컬럼(10)-새들(40)'의 순서로 나타나며, 이 중 새들(40)은 열변위 정도가 거의 차이가 없어, 본 발명에 따른 대상물체는 주축헤드(30), 베드(20) 및 컬럼(10)을 대상으로 설명하기로 한다.

참고로, 이하 본 명세서에서 서술하는 주축헤드(30), 베드(20) 및 컬럼(10)은 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과할 뿐, 이러한 기재로 인해 본 발명의 내용이 제한되는 것으로 보아서는 아니된다.

도 2 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명은 모드별 가중치, 열적 민감도 해석 및 열적 민감도의 온도 분포에 따른 열변위를 이용하여 냉각장치의 설치위치를 결정하기 위한 방법으로서, 모드설정단계, 모드선택단계 및 위치결정단계를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 냉각장치 설치위치 결정방법의 모드설정단계는, 대상물체에 열원의 유무와 상관없이 열전도 특성에 따라 결정되는 복수의 열모드 계산을 기본으로 한다. 또한, 생성된 열모드에는 대상물체에 열원으로부터 열이 가해질 때 열원의 종류 및 개수에 따라 모드별 열적 민감도가 계산된다. 그리고 계산된 열적 민감도의 온도 분포를 형상으로 변환하여 형상 프로파일로 도출한다.

참고로, 여기서 열모드 및 열적 민감도는 시정수와 열원의 곱의 형태로 계산되고, 이는 상용 유한요소 해석프로그램을 이용하여 계산할 수 있다. 이는, 유한요소법(Finite Element Method, FEM)을 적용하여 계산할 수 있는 프로그램(예를 들어, Ansys/Ansys Parametric Design Language, APDL)을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 이러한 상용 유한요소 해석프로그램은, 계산된 열적 민감도의 온도 분포를 형상으로 변환하여 형상 프로파일로 도출할 수 있다.

열적 민감도의 계산 방법에 대하여 보다 구체적으로 살펴보면, 본 발명에 따른 냉각장치 설치위치 결정방법의 모드설정단계는, 대상물체의 해석 모델을 구성하고, 열원의 경계조건을 설정하여 해석 모델에 적용함으로써 열모드를 계산하며, 개별 모드 고유값의 역수를 계산하여 시정수를 특정한다. 여기서 시정수는 시간 단위로 표현된다.

이때, 열원의 경계조건은 열원의 위치에 따라 다르게 설정될 수 있으며, 설정된 경계조건에 따라 일반적인 열전달방정식에서 역학적 해석을 위해 사용되는 열용량행렬과 열전도행렬을 추출한다. 이를, 기존의 해석 프로그램에서 제공하는 고유진동수 해석 방식에 적용하여 열에 의한 고유치, 고유벡터를 계산하고, 계산된 고유벡터와 시정수를 곱하여 열적 민감도를 계산한다.

결과적으로, 이와 같이 계산된 열적 민감도의 온도 분포를 앞서 언급한 APDL과 같은 프로그램을 통해 형상 프로파일로 도출하는 것이다.

다음으로, 본 발명에 따른 냉각장치 설치위치 결정방법의 모드선택단계는, 생성된 각 모드별로 가중치를 계산하고, 모드를 하나씩 선택하면서 선택된 모드들의 가중치의 합이 기준값을 넘어서는 경우에 있어서의 선택된 모드들의 조합을 도출한다.

여기서, 가중치(weight factor)란, 앞서 모드설정단계에서 설정된 각각의 모드가 발현되는 조건의 확률을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 즉, 각 모드별로 점유하는 시간에 따라 각각의 모드가 발현되는 조건의 확률이 달라지므로, 일정 확률 이상의 모드들의 조합을 통해 열모드를 해석함으로써, 해석 결과의 신뢰성을 향상시키고자 하는 것이다.

이와 같이 도출된 각 모드별 가중치는 도 2에 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 컬럼(10)(Column)은 모드 1, 모드 3 및 모드 5에 대부분의 가중치가 편중되고, 베드(20)(Bed)는 모드 1, 모드 3 및 모드 7에 대부분의 가중치가 편중되며, 주축헤드(30)(Head body)는 모드 1, 모드 2 및 모드 4에 대부분의 가중치가 편중되어 있다.

보다 구체적으로, 본 발명에 따른 냉각장치 설치위치 결정방법의 모드선택단계는, 가중치가 가장 높은 모드부터 순차적으로 선택하여 선택된 모드들의 가중치의 합이 90% 이상일 때 모드 선택을 중지할 수 있다.

즉, 기준값은 가중치의 합이 90% 이상인 경우를 의미하는 것으로 이해될 수 있으며, 가중치의 합이 90% 이상일 경우, 대상부품에 주어지는 열변위를 대부분 파악할 수 있게 된다.

앞서 도 2에서 살펴본 바와 같이, 각 모드는 가중치가 편중된 상위 n개의 모드가 존재한다. 예를 들어, 도 3을 참조하면, 컬럼(10)의 경우 모드 1(가중치 76.6%), 모드 3(가중치 12.6%), 모드 5(가중치 4.74%)의 순서로 가중치가 높게 나타나며, 이러한 3개의 모드의 가중치를 합산하면 93.94%이다. 따라서, 3개의 모드를 모두 선택하게 된다.

또한, 도 4를 참조하면, 베드(20)의 경우 모드 1(가중치 81%), 모드 3(가중치 12.1%), 모드 7(가중치 2%)의 순서로 가중치가 높게 나타나며, 모드 1과 모드 3의 가중치를 합산하면 93.1%이므로, 모드 7은 선택하지 않고, 모드 1과 모드 3의 2개의 모드를 선택하게 된다.

나아가, 도 5를 참조하면, 주축헤드(30)의 경우 모드 1(가중치 94.8%), 모드 2(가중치 3.27%), 모드 4(가중치 1.1%)의 순서로 가중치가 높게 나타나며, 모드 1의 가중치가 이미 90% 이상이므로, 모드 2와 모드 4는 선택하지 않는다.

이와 같이 가중치의 합이 90% 이상이 될 때까지 선택되는 n개의 모드를 이하, 본 명세서에서는 '주요 모드'로 정의하여 설명하기로 한다.

다음으로, 본 발명에 따른 냉각장치 설치위치 결정방법의 위치결정단계는, 선택된 모드들의 열적 민감도에 따라 대상물체에서 온도 변화 및 열변위 영향도가 높은 위치를 냉각장치 설치 위치로 결정한다.

즉, 위치결정단계에서는 모드선택단계에서 선택된 주요 모드들 각각의 열적 민감도를 해석하게 된다. 이러한 각각의 해석 결과가 도 3 내지 도 5에 도시되어 있다. 도면의 붉은색 및 파란색 부분은 열적 민감도가 높은 곳이고, 초록색 부분은 열적 민감도가 낮은 곳이다.

보다 구체적으로, 본 발명에 따른 냉각장치 설치위치 결정방법의 위치결정단계는, 각 모드마다 열적 민감도가 가장 높은 영역을 냉각장치가 설치될 수 있는 영역으로 선택하는 제1선택단계, 제1선택단계에서 각 모드마다 선택된 영역의 온도 조건을 통해 열변위가 가장 높은 모드를 선택하는 열변위도출단계 및 제1선택단계에서 각 모드마다 선택된 영역을 상호 비교하여 도출된 열변위가 가장 높은 모드의 영역을 냉각장치 설치 위치로 결정하는 제2선택단계로 이루어질 수 있다.

도 3을 참조하면, 컬럼(10)의 경우 모드 1은 컬럼(10)의 상단부가 높은 민감도를 나타내고, 모드 3은 컬럼(10)의 하단부가 높은 민감도를 나타내며, 모드 5는 컬럼(10)의 상단부와 하단부 모두 높은 민감도를 나타내는 것을 알 수 있다. 즉, 컬럼(10)의 경우 모드 1, 모드 3, 모드 5는 온도 분포 형상은 각각 다르지만, 공통적으로 컬럼(10)의 상단부와 하단부 모두 높은 민감도를 나타내는 것을 알 수 있다.

또한, 도 4를 참조하면, 베드(20)의 경우 모드 1은 베드(20)의 전면부 일부가 높은 민감도를 나타내고, 모드 3은 전면부 전체 및 후면부(컬럼(10)과의 연결부)가 높은 민감도를 나타내는 것을 알 수 있다. 즉, 베드(20)의 경우 모드 1 및 모드 3은 베드(20)의 전면부 및 후면부가 높은 민감도를 나타내는 것을 알 수 있다.

나아가, 도 5를 참조하면, 주축헤드(30)의 경우 모드 1에서 전면부 전체가 높은 민감도를 나타내는 것을 알 수 있다.

즉, 제1선택단계에서는 이와 같이 각 주요 모드의 열적 민감도가 높은 영역(도 3 내지 도 5에서 붉은색 및 파란색으로 표시된 영역) 중, 주변 부품과의 간섭이나 설치 용이성 등을 고려하여 냉각장치가 설치될 수 있는 영역을 선택한다.

이후 열변위도출단계에서는 제1선택단계에서 각 모드마다 선택된 영역의 온도 조건을 추출하여, 대상물체의 해석 모델에 적용함으로써, 해당하는 온도 조건에서의 열변위를 계산하게 된다.

즉, 일반적으로 열변위는 열팽창계수와 온도 변화량의 곱으로 계산되는데, 모드별 온도 분포에 관한 정보를 활용하여, 열모드 형상을 열팽창 모드로 전환함으로써, 각 모드 별 열적 민감도가 높은 영역의 열변위를 계산하는 것이다.

이러한 과정에 대한 예시가 도 6에 나타나 있다. 즉, 도 6에서 왼쪽의 해석 모델은, 모드별 온도 분포를 대상물체의 해석 모델에 적용하는 과정을 나타내고, 오른쪽의 해석 모델은, 그 적용 결과에 따라 발생하는 열변위의 형상을 나타내는 것이다.

그리고, 제2선택단계에서는 각 모드마다 선택된 영역을 상호 비교하여, 모드별로 열변위도출과정을 통해 도출된 열변위 영향도가 가장 높은 모드 중 열적 민감도가 높은 영역을 최적의 냉각장치 설치 위치로 결정한다.

결국, 이와 같이 여러 종류의 모드를 모두 고려하여, 주요 모드의 열적 민감도를 도출하고, 열적 민감도에 따른 열변위를 해석함으로써, 최적의 냉각장치 설치 위치가 도출될 수 있게 된다.

이에 따라, 작업자의 숙련도에 의존적이던 냉각장치의 위치를 효과적으로 결정할 수 있게 되며, 공작기계의 가공 정밀도가 향상되고, 필요한 위치에만 냉각장치를 설치할 수 있어, 복수의 냉각장치 설치에 따른 원가 상승 문제가 개선되는 효과가 있다.

발명의 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였으나, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

10 : 컬럼
20 : 베드
30 : 주축헤드
40 : 새들

Claims (5)

1. 대상물체에 열원으로부터 열이 가해질 때 시간에 따라 변화되는 열적 민감도의 형상 프로파일에 따라 복수의 모드를 생성하는 모드설정단계;
   생성된 각 모드별로 각 모드가 발현되는 조건의 확률인 가중치를 계산하고, 모드를 하나씩 선택하면서 선택된 모드들의 가중치의 합이 기준값을 넘어서는 경우에 있어서의 선택된 모드들의 조합을 도출하는 모드선택단계; 및
   선택된 모드들의 열적 민감도에 따라 대상물체에서 온도 변화 및 열변위 영향도가 가장 높은 위치를 냉각장치 설치 위치로 결정하는 위치결정단계;를 포함하는 냉각장치 설치위치 결정방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   대상물체는 공작기계를 구성하는 부품이고,
   열원은 공작기계의 내부 부품에서 발생하는 열과, 가공시 발생하는 열과, 외부에서 전달되는 열을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각장치 설치위치 결정방법.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   모드설정단계는,
   대상물체의 해석 모델을 구성하고, 열원의 경계조건을 설정하여 해석 모델에 적용함으로써 시간에 따라 변화되는 열적 민감도를 계산하며, 계산된 열적 민감도의 온도 분포를 형상 프로파일로 도출하는 것을 특징으로 하는 냉각장치 설치위치 결정방법.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   모드선택단계는,
   가중치가 가장 높은 모드부터 순차적으로 선택하여 선택된 모드들의 가중치의 합이 90% 이상일 때 모드 선택을 중지하는 것을 특징으로 하는 냉각장치 설치위치 결정방법.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   위치결정단계는,
   각 모드마다 열적 민감도가 가장 높은 영역을 냉각장치가 설치될 수 있는 영역으로 선택하는 제1선택단계;
   제1선택단계에서 각 모드마다 선택된 영역의 온도 조건을 통해 열변위 영향도가 가장 높은 위치를 도출하는 열변위도출단계; 및
   제1선택단계에서 각 모드마다 선택된 영역을 상호 비교하여 도출된 열변위 영향도가 가장 높은 모드의 영역을 냉각장치 설치 위치로 결정하는 제2선택단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉각장치 설치위치 결정방법.