KR20070017952A - 동심 보정 장치를 구비한 그라인딩 기계 - Google Patents

동심 보정 장치를 구비한 그라인딩 기계 Download PDF

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KR20070017952A
KR20070017952A KR1020067005769A KR20067005769A KR20070017952A KR 20070017952 A KR20070017952 A KR 20070017952A KR 1020067005769 A KR1020067005769 A KR 1020067005769A KR 20067005769 A KR20067005769 A KR 20067005769A KR 20070017952 A KR20070017952 A KR 20070017952A
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미카일 시마코프
크리스티안 딜거
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발테르 마쉬넨바우 게엠베하
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Abstract

공구 그라인딩 기계는, 예컨대 센서(9) 및 측정 모듈로 이루어진 적절한 측정 장치에 의해 먼저 공작물 수용부의 바람직한 수용부축 C에 대한 블랭크(7)의 요동 런아웃을 결정하는 기계 제어장치를 구비한다. 블랭크 또는 공작물의 그라인딩 가공시 상기 요동 런아웃이 고려되고 보상되는데, 즉 그라인딩 공구는 공작물이 정확한 치수로 그리고 동심으로 가공되도록 요동하는 공작물을 트랙킹 한다.
공구 그라인딩 기계, 브랭크, 기계 제어장치, 공작물 수용부

Description

동심 보정 장치를 구비한 그라인딩 기계{Grinding machine with a concentricity correction system}
본 발명은 동심 보정 장치를 구비한 그라인딩 기계에 관한 것이다.
그라인딩 기계, 특히 공구 그라인딩 기계에 의해 오늘날 고도의 정확도가 달성되어야 하고, 이것은 모든 관련 기계 부재의, 특히 공작물의 지지 및 가이드와 그라인딩 헤드의 지지 및 가이드에 대해서 정확도에 대한 엄격한 조건을 요구한다. 이러한 점에서 부정확한 척은 심각한 문제이다.
따라서 본 발명의 목적은 그라인딩 기계, 특히 공구 그라인딩 기계를 제공하는 것으로, 상기 기계에 의해 간단하고 안전하게 고도의 정확한 동심성이 얻어질 수 있다.
상기 목적은 청구범위 제 1 항 및 제 8 항에 따라, 고정된 공작물에 의해 고정된 좌표계에 기초하여 필요한 그라인딩 가공이 실행되는 그라인딩 기계로 달성된다. 이것은 좌표계에서 직접 처리됨으로써 실행되고, 또는 공작물 좌표계의 위치와 방향이 측정에 의해 정해지고 상기 좌표계가 동력학적 변환에 의해 기계 좌표계로 환산됨으로써 바람직하게 실행된다. 변환 매트릭스가 동력학적 변환에 이용되고, 상기 매트릭스는 기계 좌표계 내에서 공작물 및 그것의 좌표계의 배향에 의해 얻어진다. 따라서, 기계 제어장치는 기계 좌표계 내에서 공작물의 임의적인 배향 오류를 고려한다. 기계 좌표계에 예컨대 그라인딩 휠과 공작물 사이의 상대 운동의 특징을 나타낸 데카르트 좌표 x, y, x와 그라인딩 헤드 및/또는 공작물 홀더가 선회하는 하나 또는 다수의 선회축이 포함되면, 공작물 수용부의 회전을 고정될 공작물의 수직 방향으로 표시하는 공작물 수용부의 수용부축이 기계 좌표계에 추가된다. 따라서 기계 좌표계는 일반적인 경우에 6개의 자유도, 즉 3개의 선형축과 2개의 선회축 및 한 개의 회전축을 갖는다. 상기 회전축은 수용부축으로 형성된다.
공구 좌표계는 예컨대 데카르트 또는 극좌표계이다. 이것은 적어도 하나의 축이 바람직하게 실린더형 블랭크의 대칭축을 형성하도록 구성된다. 공작물축으로 지칭되는 상기 좌표계 장치는 제 1 측정 단계에서 결정된다. 이것은 기계 좌표계에서 적합한 측정 장치, 예를 들어 광학 측정 장치 또는 기계 트레이서에 의해 이루어지고, 상기 트레이서는 먼저 공작물 수용부가 수용부축을 중심으로 한 번 또는 여러 번 순환 회전시 표면에서 일반적으로 실린더형 블랭크를 추적한다. 기존의 텀블링 운동이 기록된다. 블랭크가 차지하는 궤도로부터, 수용부축에 대한 공작물축의 위치가 계산될 수 있다. 수용부축과 공작물축은 서로 교차해서는 안 된다. 공작물축 대 수용부축의 위치는 두 개의 벡터(vector)
Figure 112006020380261-PCT00001
,
Figure 112006020380261-PCT00002
에 의해 결정된다. 두 개의 벡터는 두 개의 축의 상호 편심률과 부정합을 특징으로 한다.
제어장치는 상기 벡터를 고려하여 블랭크의 위치를 기계 좌표계로 환산하고 적절한 조절 모터의 트리거시 이것을 고려한다. 상기 조절 모터는 부품, 즉 그라인딩 헤드 또는 그라인딩 기계의 공작물 홀더의 개별적인 이동 방향(축)에 배치된다. 이러한 고려는 기존의 미리 결정된 명령이 개별 축의 개별 조절 모터의 작동을 위해 변환되는 방식으로 이루어질 수 있다. 그러나 또한, 조절 모터를 위한 개별 제어 명령의 발생시 먼저 공작물의 텀블링 운동이 고려되는 방식으로 이루어질 수 있다. 후자의 경우는 공구 좌표계의 지점 PW의 정력학적 변환이 기계 좌표계의 지점 PM으로 변환되어(PM = T(PW)) 벡터(
Figure 112006020380261-PCT00003
)를 고려하여 변환 지정 T이 이루어짐으로써 실행될 수 있다. 새로운 변환 Tnew (T,
Figure 112006020380261-PCT00004
)은 다시 기계 좌표계 PM로 공구 좌표계의 지점 PW의 환산을 위해 이용된다. 즉 PM = Tnew(PW). 벡터(
Figure 112006020380261-PCT00005
)는 기계 좌표계의 수용부축을 중심으로 수용부의 회전을 설명하는 좌표 C에 의존하는 것을 나타낸다.
벡터(
Figure 112006020380261-PCT00006
)의 결정은 바람직하게 각각의 가공 시작시 가공되지 않은 블랭크에서 이루어진다. 따라서 각각의 가공 과정을 위해 개별적인 변환 지정 Tnew(T,
Figure 112006020380261-PCT00007
)이 설정된다. 이를 위해 개별 블랭크를 위한 상이한 척이 사용될 수 있고, 상기 척의 정확도는 더 이상 중요하지 않다. 따라서, 고도로 정확하게 가공된 공구가 매우 저렴한 척으로 제조되고, 상기 공구의 그라인딩된 커팅 에지 및 그 밖의 기능면은 공구 축에 대해 가능한 최상으로 위치설정된다. 공구 축은 블랭크에 제공된 공구 샤프트에 의해 정해진다. 공작물이 가능한 실질적으로 덜 정확한 척에서 그라인딩될지라도 정확한 척 내에서의 정확한 동심성이 보장된다.
본 발명의 바람직한 실시예의 세부 사항이 도면, 상세한 설명 및 청구범위에 제시된다. 도면에는 본 발명의 실시예가 도시된다.
도 1은 공구 그라인딩 기계를 매우 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 공구 홀더 및 그라인딩 헤드의 평면도.
도 3은 최초의 측정 동안 공구 홀더 및 고정된 블랭크의 개략도.
도 4는 기계 좌표계 및 블랭크 위치의 개략적인 확대도.
도 5는 도 1에 따른 그라인딩 기계의 기계 제어장치의 블록 회로도.
도 1에 공구 그라인딩 기계(1)가 개략적으로 도시된다. 상기 공구 그라인딩 기계는 기계 프레임(2)을 포함하고, 상기 기계 프레임은 그라인딩 헤드(3)와 공구 홀더(4)를 지지한다. 도 1에서 화살표에 의해 개략적으로 도시된 바와 같이, 공구 홀더(4)와 그라인딩 헤드(3)는 세 개의 좌표계 X, Y, Z에서 서로 조정된다. X 방향, Y 방향 및 Z 방향에 상응하는 가이드 및 상기 방향으로 공구 홀더(4) 또는 그라인딩 헤드(3)의 이동을 위한, 도시되지 않은 구동 장치는 이 경우 "축" 또는 "CNC 축"이라고 한다. 또한, 공구 홀더(4)는 공작물 수용부(5)를 구비하고, 상기 수용부는 수용부축 C을 중심으로 회전할 수 있다. 모든 방향 X, Y, Z을 따르고 축 B, C를 중심으로 하는 운동은 기계 제어 장치(6)에 의해 도 5에 도시된 바와 같이 모니터링, 즉 제어되고 및/또는 조절된다.
그라인딩 헤드(3)는 공작물 수용부(5)에 지지되는 블랭크(7)로부터 예컨대 드릴 또는 밀링 커터와 같은 소정의 공작물을 제조하는데 이용된다. 블랭크(7)는 바람직하게 실린더형 바디이다. 상기 공작물은 도 3에 도시된 바와 같이, 공작물 수용부(5)에 의해 일반적으로 수용부축 C에 대해 완전히 동축으로 고정된다. 오히려 실린더형 블랭크(7)의 대칭축, 즉 공작물축 D은 수용부축 C과 어긋난다. 상기 편차는 일반적으로 추계적이고 공작물 수용부(5)의 정확도가 낮을수록 더 크다. 수용부축 C 과 공작물축 D은 서로 교차할 필요가 없다. 즉, 상기 축들은 서로 비스듬하게 배치될 수 있다. 블랭크(7)가 수용부축 C을 중심으로 회전시 블랭크(7)는 텀블링 운동을 실시한다.
기계 제어장치(6)는 측정 모듈(8)을 구비하고, 상기 측정 모듈은 블랭크(7)의 위치를 검출할 수 있는 하나 또는 다수의 측정 트레이서(9;도 3) 또는 다른 측정 수단을 포함한다. 트레이서(9)가 사용되면, 상기 트레이서는 예컨대 블랭크(7)의 하나 또는 다수의 순환 회전시 상기 블랭크에 외주, 즉 표면에 예컨대 지점별로 추적하는데 이용된다. 예컨대 블랭크는, 상기 블랭크가 하나의 추적 과정에서 다른 추적 과정으로 각각 확정된 각도만큼 수용부축 C을 중심으로 회전되고 다시 추적됨으로써 그 둘레의 세 개 또는 다수의 지점에서 추적하는 것이 가능하다. 여러 번의 순환 회전에 걸친 추적 과정이 실행되면, 블랭크의 다수의 순환 회전에 걸쳐 연장하는 주기를 갖고 예컨대 구동 기어 또는 볼 베어링으로 인한 주기적 에러가 검출될 수 있다. 또한, 측정 모듈(8)은 얻어진 측정 지점에 기초하여 공작물축 D 의 위치를 추론하는 평가 프로그램을 포함한다. 도 3에 파선으로 도시된 바와 같이, 추적 과정은 수용부축 C에 대해서 축방향으로 서로 이격된 다수의 위치에서 실행될 수 있다.
또한, 측정 모듈(8)은 얻어진 측정값에 기초하여 편심률 및 블랭크(7)를 수용부축 C에 대해 지지하는 부정합을 추론하는데 이용된다. 편심률 및 부정합은 도 4에서 매우 확대되어 도시된 바와 같이, 벡터(
Figure 112006020380261-PCT00008
)에 의해 설명될 수 있다. 블랭크(7)가 수용부축 C에 대해 비스듬하게 설정된다. 동심 에러는 블랭크(7) 또는 다른 공작물의의 중앙축에 대해 평행한 방향 벡터(
Figure 112006020380261-PCT00009
)및 바람직한 위치로부터 공작물의 오프셋을 설명하는 다른 벡터(
Figure 112006020380261-PCT00010
)에 의해 설명된다. 측정 모듈(8)에 의해 확정된 벡터(
Figure 112006020380261-PCT00011
)는 계산 모듈(11)에 제공되고, 상기 계산 모듈에 의해 공작물 또는 블랭크(7)의 좌표가 공작물 관련 좌표계에서 기계 좌표계 X, Y, Z, B, C로 환산된다. 텀블링 운동이 발생하지 하지 않으면, 즉 벡터(
Figure 112006020380261-PCT00012
)가 수용부축 C과 동일한 방향을 가지고 벡터(
Figure 112006020380261-PCT00013
)가 사라지면(0 이면), 공작물 좌표계에서 주어진 지점 PW을 기계 좌표계 PM로 환산하는 일반적인 변환 T에 추가하여 변환 Tnew은 벡터 {(
Figure 112006020380261-PCT00014
)(Tnew (T,
Figure 112006020380261-PCT00015
)}도 고려한다. 기계 제어장치(6)에서 진행되는 프로그램으로 형성될 수 있는 계산 모듈은 제어 모듈(12)로부터 축 X, Y, Z, B 및 C에 할당된 개별 구동 모터에 대한 위치 설정 명령으로 간주될 수 있는 데이터 또는 명령을 받는다. 상기 조절 명령은 계산 모듈(11)에 의해 변경되고 보정된 조절 명령으로서 구동 장치(14)에 전달된다.
상기 공구 그라인딩 기계는 하기와 같이 작동한다.
공작물의 가공을 위해, 즉 블랭크(7)로부터 공구를 제조하기 위해 먼저 블랭크(7)는 공작물 수용부(5)에 고정되어 상기 공작물 수용부 내에서 측정된다. 이를 위해, 계산 모듈(11)은 먼저 공구 홀더(4)의 적절한 구동 장치를 트리거하고, 따라서 블랭크(7)는 점차적으로 수용부축 C을 중심으로 회전된다. 그라인딩 헤드(3)와 결합될 수 있거나 또는 다른 방법으로 가이드된 트레이서(9)는 다양한 위치에서 동일한 축방향 위치에서 블랭크(7)의 표면을 추적하고 계산 모듈(11)에 상응하는 측정값을 전달한다. 블랭크(7)를 그 둘레를 따라 재차 추적할 수 있도록 블랭크(7)의 적어도 하나의 바람직하게 다수의 순환 회전 후에 트레이서(9)는 축방향으로 조정된다. 이를 위해 계산 모듈(11)은 블랭크(7)를 단계적으로 다시 회전시킨다. 필요한 경우에 블랭크(7)는 다른 위치에서 추적될 수 있다.
블랭크(7)의 적어도 축방향으로 이격된 링형의 두 개의 영역이 추적되면, 측정 모듈(8) 또는 계산 모듈(9)은 그로부터 벡터(
Figure 112006020380261-PCT00016
)를 산출하고, 상기 벡터는 블랭크(7)의 편심률 및 방향 에러를 나타낸다. 두 개의 벡터(
Figure 112006020380261-PCT00017
)는 측정된 공작물 또는 블랭크(7)에 대해 개별적으로 이미 갖추어지고 공작물 관련 좌표를 기계 관련 좌표로 변환하기 위해 계속 사용된다.
블랭크(7)가 도 2에 도시된 바와 같은 그라인딩 가공 과정으로 가공되고 예컨대 실린더형 면이 발생되면, 그라인딩 헤드(3)는 도 2에 따라 블랭크(7)에 옮겨진다. 실린더형 면을 만들기 위해 블랭크(7)는 수용부축 C을 중심으로 회전하는 한편, 그라인딩 휠(15)은 상기 블랭크(7)와 맞물린다. 블랭크(7)의 요동 런아웃이 선행하는 측정 과정에서 결정되고 기계 제어장치(6)에 의해 저장된다. 상기 기계 제어장치는 그라인딩 헤드(3)의 트리거시 요동 런아웃을 고려함으로써, 상기 그라인딩 헤드가 도 2에 도시된 화살표 16에 따라 왕복 운동을 실시한다. 상기 운동은 그라인딩 휠(15)과 블랭크(7)의 둘레 사이의 접촉 위치로 설명되는 블랭크(7) 상의 원이 상기 블랭크의 공작물축 D에 대해 동심으로 놓이도록 매칭된다. 따라서, 공작물 수용부(5)의 고정 정확도와 무관하게 블랭크(7) 상에서 실린더형 면이 만들어질 수 있고, 상기 면은 공작물축 D에 대해서 동심이고 규격에 맞다.
예컨대 측면, 정면 및 커팅 에지와 같은 다른 면들은 마찬가지로 대칭이고 공작물축 D의 위치에 대해 정확하게 만들어질 수 있다.
공구 그라인딩 기계(1)는 기계 제어장치(6)를 구비하고, 상기 기계 제어장치는 예를 들어 트레이서(9)와 측정 모듈(8)로 구성된 적절한 측정 장치에 의해 먼저 공작물 수용부의 바람직한 수용부축 C에 대한 블랭크(7)의 요동 런아웃을 결정한다. 블랭크(7) 또는 공작물의 그라인딩 가공시 상기 요동 런아웃이 고려되고 보상되는데, 즉 그라인딩 공구는 공작물이 정확한 치수로 동심으로 가공되도록, 텀블링하는 공작물을 트랙킹한다.

Claims (14)

  1. 긴 회전 대칭 블랭크(7) 또는 공작물(7)의 수용을 위해 장착된 공작물 수용부(5)를 포함하고,
    상기 공작물 수용부(5)가 주어진 수용부축 C을 중심으로 회전하도록 하기 위해 장착된 회전 위치설정 장치와 상기 공작물 수용부(5)와 결합된 회전 위치 검출 장치를 포함하고,
    상기 회전 구동장치를 구비하고 적어도 하나의 그라인딩 공구(15)를 지지하는 그라인딩 헤드(3)를 포함하고,
    상기 그라인딩 공구(15)와 상기 블랭크(7) 또는 상기 공작물(7) 사이에서 상대 운동이 야기되도록 공작물 수용부(5) 및/또는 상기 그라인딩 헤드(3)와 결합된 위치설정 장치(14)를 포함하고,
    상기 수용부축 C에 대한 상기 블랭크(7) 또는 상기 공작물(7)의 편심률 및 부정합을 결정하기 위해 장착된 측정 장치(8, 9)를 포함하고,
    상기 회전 위치 설정 장치, 상기 회전 위치 검출 장치, 상기 위치 설정 장치(14) 및 상기 측정 장치(8, 9)와 결합되고, 부정합 및 편심률을 고려하여 상기 위치 설정 장치(14)에 대한 조정 명령을 결정하는 계산 모듈(11)을 구비한 기계 제어장치(6)를 포함하는 그라이딩 기계, 특히 공구 그라인딩 기계.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 측정 장치(8, 9)는 적어도 하나의 측정 트레이서(9) 를 포함하고, 상기 측정 트레이서에 의해 상기 블랭크(7) 또는 상기 공작물(7)이 서로 축방향으로 이격된 다수의 위치에서 추적되는 것을 특징으로 하는 공구 그라인딩 기계.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 측정 장치(8, 9)는 적어도 하나의 측정 트레이서(9)를 포함하고, 상기 측정 트레이서에 의해 상기 블랭크(7) 또는 상기 공작물(7)이 서로 둘레 방향으로 이격된 다수의 위치에서 추적되는 것을 특징으로 하는 공구 그라인딩 기계.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 블랭크 또는 상기 공작물(7)의 편심률 및 부정합을 측정하기 위해 상기 블랭크 및 공작물은 단계적으로 회전되고 먼저 제 1 축방향 위치에서 그리고 적어도 하나의 다른 축방향 위치에서 추적되는 것을 특징으로 하는 공구 그라인딩 기계.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 계산 모듈(11)은 획득된 측정값으로부터 두 개의 벡터(
    Figure 112006020380261-PCT00018
    )를 결정하고, 상기 벡터는 상기 수용부축 C과 공작물축 D과의 편차와 상기 수용부축 C에 대한 상기 공작물축 D의 배향을 특성화하는 것을 특징으로 하는 공구 그라인딩 기계.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 계산 모듈은 좌표계의 변환 과정 중에 공작물 좌표 를 기계 좌표로 환산하고, 상기 변환시 벡터(
    Figure 112006020380261-PCT00019
    )가 고려되는 것을 특징으로 하는 공구 그라인딩 기계.
  7. 제 1 항에 있어서, 편심률 및 부정합의 결정은 매 고정 과정 후에 벡터의 결정을 기초로 실행되고, 상기 고정 과정에서 공작물 또는 블랭크(7)는 상기 공작물 수용부(5)에 고정되는 것을 특징으로 하는 공구 그라인딩 기계.
  8. 긴 회전 대칭 블랭크(7) 또는 공작물(7)의 수용을 위해 장착된 공작물 수용부(5)를 포함하고,
    상기 공작물 수용부(5)가 주어진 수용부축 C을 중심으로 회전하도록 하기 위해 장착된 회전 위치설정 장치와 상기 공작물 수용부(5)와 결합된 회전 위치 검출 장치를 포함하고,
    상기 회전 구동장치를 구비하고 적어도 하나의 그라인딩 공구(15)를 지지하는 그라인딩 헤드(3)를 포함하고,
    상기 그라인딩 공구(15)와 상기 블랭크(7) 또는 상기 공작물(7) 사이에서 상대 운동이 야기되도록 공작물 수용부(5) 및/또는 상기 그라인딩 헤드(3)와 결합된 위치설정 장치(14)를 포함하고,
    상기 수용부축 C에 대한 상기 블랭크(7) 또는 상기 공작물(7)의 편심률 및 부정합을 결정하기 위해 장착된 측정 장치(8, 9)를 포함하고,
    상기 회전 위치 설정 장치, 상기 회전 위치 검출 장치, 상기 위치 설정 장치 (14) 및 상기 측정 장치(8, 9)와 결합되고, 부정합 및 편심률을 고려하여 상기 위치 설정 장치(14)에 대한 조정 명령을 결정하는 계산 모듈(11)을 구비한 기계 제어장치(6)를 포함하는 그라인딩 기계, 특히 공구 그라인딩 기계의 제어 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 측정 장치는 적어도 하나의 측정 트레이서를 포함하고, 상기 측정 트레이서에 의해 상기 공작물 또는 상기 블랭크가 서로 축방향으로 이격된 다수의 위치에서 추적되는 것을 특징으로 하는 공구 그라인딩 기계의 제어 방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 측정 장치는 적어도 하나의 측정 트레이서를 포함하고, 상기 측정 트레이서에 의해 상기 공작물 또는 상기 블랭크가 서로 둘레 방향으로 이격된 다수의 위치에서 추적되는 것을 특징으로 하는 공구 그라인딩 기계의 제어 방법.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 공작물의 편심률 및 부정합의 측정을 위해 상기 공작물은 단계적으로 회전되고, 이때 먼저 제 1 축방향 위치에서 그리고 나서 적어도 하나의 다른 축방향 위치에서 추적되는 것을 특징으로 하는 공구 그라인딩 기계의 제어 방법.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 계산 모듈에 의해 획득된 측정값으로부터 두 개의 벡터(
    Figure 112006020380261-PCT00020
    )가 결정되고, 상기 벡터는 수용부축과 상기 공작물과의 편차와 수용부축에 대한 공작물축의 배향을 특성화하는 것을 특징으로 하는 공구 그라인딩 기계의 제어 방법.
  13. 제 13 항에 있어서, 상기 계산 모듈은 좌표계의 변환 과정 중에 기계 좌표계로 공작물 좌표를 환산하고, 상기 변환시 벡터(
    Figure 112006020380261-PCT00021
    )가 고려되는 것을 특징으로 하는 공구 그라인딩 기계의 제어 방법.
  14. 제 8 항에 있어서, 공작물 또는 블랭크가 공작물 수용부 장치에 고정되는 매 고정 과정 후 벡터의 결정을 기초로 편심률 및 부정합의 결정이 실행되는 것을 특징으로 하는 공구 그라인딩 기계의 제어 방법.
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