KR20000015321U - 공작기계의 열변형 보정장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 공작기계의 온도 변화를 인식하도록 각 축의 수개소에 온도센서를 설치한 온도 센서부와, 온도 센서부의 센싱 값을 기초로 기준치와 비교하여 각 축의 변형 오차를 계산하는 열변형 오차 계산기와, 열변형 오차 계산기의 계산치를 기초로 공작기계의 각 축에 대한 갱신 제어를 수행토록 제어하는 프로그래머블 제어기를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 공작기계의 열변형 보정장치이며,

공작기계의 열변형을 센서를 통하여 이식하여 이를 기초로 보정한 값으로 가공 제어를 수행토록 하므로 고정밀도의 성능을 가지는 공작기계를 수득 가능토록 한다.

Description

공작기계의 열변형 보정장치

본 고안은 공작기계의 열변형 보정장치에 관한 것으로, 특히 공작기계의 필요한 개소에 온도를 인식하는 센서를 설치하고 이를 기초로 온도 변화에 따른 열변형 오차를 인식하여 가공 조건을 갱신 지령토록 하여 열변형을 보정 가능토록 한 공작기계의 열변형 보정장치에 관한 것이며, 공작물 가공중 데이터의 보정을 윈하는 공작기계 및 가공시간이 긴 금형 가공기에 사용 가능하다.

일반적으로 공작기계 특히 수직형 머시닝 센터는 도 1 과 같이 칼럼(1)에 의하여 이동하는 스핀들 유니트(2)의 하부에는 가공물을 안치하는 팔레트(3)가 설치되며, 스핀들 유니트(2)에 결착된 공구(4)는 자동공구 교환기(5)를 사용하여 공구 매거진(6)의 공구를 교환 사용토록 이루어진다.

도 2 는 공작기계 특히 머시닝 센터의 동작을 제어하는 구성을 나타낸 블록도로, 주 조작반(11)의 지령을 인식하고 프로그램 저장부(12)의 프로그램을 통하여 제어하는 수치 제어부(13)와, 수치 제어부(13)의 지령에 따라 시퀀스 제어를 지령하는 프로그래머블 제어부(14)와, 기계 입출력부(15)와, 기계 제어부(16)와, 자동 공구 교환기(17) 및 자동 팔레트 교환기(18)를 포함한다. 상기 수치 제어부(13)는 스핀들 구동부(19)와 서보 구동부(21)의 지령을 제어한다. (20)는 스핀들 모터, (22)는 서보 모터, (17-1)는 자동 공구 교환기(17)의 수동 조작반, (18-1)은 자동 팔레트 교환기(18)의 조작반이다.

이와 같이 구성된 일반적인 공작기계는 국내 특허 공고 제 96-13175호의 일반적인 동작을 수행하는 것으로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 그런데 이와 같은 구성을 이룬 공작기계는 공작기계 메이커에서 열변형을 보정하기 위하여 기계 설계 단계에서 열변형을 고려한 설계를 해왔으나 공작기계를 구성하는 재료 특성상 열변형은 불가피하여 설계 단계에서 열변형을 고려하는 것도 한계가 있으며, 열변형을 막기 위하여 냉각 장치를 강화시키는 방법도 있으나 이 방법은 설비 및 유지비용이 과다하여 경제성이 없는 실정이다. 따라서 실제 가공을 할 때 과열에 따른 공작기계의 구성요소의 팽창으로 가공하는 가공물의 정밀도가 평상시와 과열시를 비교할 때 일정하지 않게 되는 문제점이 있다.

본 고안은 이를 해소코자 하는 것으로, 본 고안의 목적은 공작기계의 열변형을 인식하여 이에 상응하는 변형오차를 감안하여 제어토록 하는 기술을 공작기계에 사용 가능토록 제공하려는 것이다.

이를 해결하기 위한 수단으로, 본 고안은 온도 변화를 인식할 수 있는 온도 센서를 공작기계의 수개소에 설치하고, 이를 통하여 인식된 센싱치를 기초로 열변형을 인식하는 열변형 오차 계산기를 구비하여 그 결과를 프로그래머블 제어기에 제공하여 가공 조건을 보정토록한다.

도 1 은 일반적인 수직형 머시닝 센터를 나타낸 개략 구성도,

도 2 는 일반적인 머시닝 센터의 구성을 나타낸 블록도,

도 3 은 본 고안의 구6성을 나타낸 블록도,

도 4 는 본 고안의 회로도이다.

도면의 부요 부분에 대한 부호의 설명

이하 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3 은 본 고안의 요부 블록도로, 공작기계의 열변형의 가능성이 높은 각 축 부위에 각각 온도센서(41-44)를 설치한 온도센서부(40)와, 해당하는 온도센서부(40)의 온도 센싱치를 통하여 열변형의 정도를 계산하는 열변형 오차 계산기(30)와, 열변형 오차 계산기(30)의 계산치를 기초로 각축의 구동을 갱신 제어하는 프로그래머블 제어기(14)를 포함하여 이루어진다. 도 3 에 나타낸 수치 제어기(13)와 프로그래머블 제어기(14)외의 구성은 도 2 와 일치함을 알 수 있을 것이다. 상기 각 온도센서(41-44)는 예를 들면 기어박스와 기어헤드 사이에 하나, 헤드 서포트 하부에 하나, 백플레트 부위에 하나, 헤드 쿨링 재킷에 하나를 각각 설치하는 것을 예시할 수 있으나 이에 한정하지는 않는다. 본 발명에 사용되는 열변형 오차 계산기(30)는 온도 데이터 입력, 열변형 파라메터를 기본 데이터로한 열변형 오차 계산, 열변형 보정 데이터 출력을 실행할 수 있는 프로그램을 내장함이 요구된다.

도 4 는 본 고안의 회로도로, 공작기계의 열변형이 있을 때 가공 공작물의 열변형이 우려되는 개소에 설치된 수개의 온도센서(41-44)를 가지는 온도센서부(40)와, 각 온도센서(41-44)의 센싱치를 기준치와 비교하여 열변형의 오차 범위를 벗어나는지를 산출하는 열변형 오차 계산기(30)와, 열변형 오차 계산기(30)의 계산치를 입력받아 시퀀스 제어를 수행하는 프로그래머블 제어기(14)를 포함하여 이루어진다. (31)은 프로그래머블 제어기(30)의 출력부이고, (32)는 전원부이다.

이와 같이 구성한 본 고안은 각 센서(41-44)를 기종마다 온도 과열에 따른 열변형을 인식하여야하는 기계 부위에 설치하고, 이들의 인식 출력은 열변형 오차 계산기(30)에 인가토록 한다. 구체적으로, 스핀들이 회전하면서 공작기계가 가공을 시작하면 스핀들 헤드의 각 부위에 부착된 온도센서(41-44)는 계속 측정하고 있는 온도 데이터를 열변형 오차 계산기(30)로 입력한다. 열변형 오차 계산기(30)는 입력된 온도 데이터를 바탕으로 3축(X, Y, Z) 각각의 열 변형 량을 계산한다. 계산된 열변형 보정 데이터는 열변형 오차 계산기(30)와 프로그래머블 제어기(14)의 입출력 신호에 의해 수치 제어기(13)에 전달된다. 수치 제어기(13)는 전달된 데이터만큼 각 축의 원점을 이동함으로써 왜곡된 각 축의 좌표 계를 수정하여 열변형에 대한 보정을 하게된다. 이 경우 열변형 오차 계산기(30)는 정상적인 오차 범위의 기준치와, 그 오차를 벗어난 경우 벗어난 정도에 상응하는 값으로 보정토록 설정된 값을 변경 출력한다. 이를 위하여는 초기에 오차 한계 등을 미리 측정하여 메모리에 저장함이 요구된다(이러한 기술의 적용 자체는 국내특허 공고 제 95-11752 기술을 이용하면 가능하다). 이러한 계산치에 근거하여 프로그래머블 제어기(14)를 조작하면, 보정된 제어 값으로 각 축을 갱신 제어하여 열변형을 보정처리 할 수 있다.

이상에서 설명한 본 고안은 전술한 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

이상과 같이 본 고안은 공작기계의 재료 특성상 불가피한 온도 상승에 의한 열변형을 실시간으로 측정, 계산 및 보정함으로써 공작기계의 정밀도를 높일 수 있으며, 설계시 열변형 오차를 줄이는 방식 및 냉각장치를 부가하는 방식에 비하여 비용 및 정밀도 면에서 유리하며, 특정한 수치 제어기에만 국한되어 쓰이는 전용장치가 아닌 다른 종류의 공작기계에도 적용될 수 있으며, 공작기계의 모든 축에 대한 열변형 보정을 가능케 한다.

Claims (1)

1. 공작기계의 온도 변화를 인식하도록 각 축의 수개소에 온도센서를 설치한 온도 센서부와, 온도 센서부의 센싱 값을 기초로 기준치와 비교하여 각 축의 변형 오차를 계산하는 열변형 오차 계산기와, 열변형 오차 계산기의 계산치를 기초로 공작기계의 각 축에 대한 갱신 제어를 수행토록 제어하는 프로그래머블 제어기를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 공작기계의 열변형 보정장치.