KR20120044638A - 호빙머신의 변위 보정 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 제1측면에 의하면, 호빙머신의 열변위에 대응하여 기어의 공작 가공 정도를 변화시키는 방법으로서, 보정값을 초기화하는 단계; 상기 호빙머신의 동작 초기시 보정값을 환산하는 단계; 상기 환산된 보정값을 상기 기어의 가공에 적용하는 기어를 가공하는 단계; 상기 호빙머신의 열변위를 측정하는 단계; 측정된 상기 호빙머신의 열변위 정도를 최초의 보정값과 비교하고 차이를 환산하는 단계; 및 상기 비교하는 단계에서 환산된 차이에 따라 보정값을 갱신하는 단계; 를 포함하는 호빙머신의 변위 보정 방법을 제공하고, 본 발명의 제2측면에 의하면, 기어를 가공하는 장치에 있어서, 사용자가 입력한 치형 데이터에 따라 기어를 공작하는 호빙머신; 상기 호빙머신의 일측에 설치되는 지그;상기 호빙머신의 휴지시간을 측정하는 타이머; 공작실, 상기 호빙머신 및 절삭유의 온도를 각각 측정하는 복수개의 온도 센서; 상기 호빙머신의 호브헤드 일측에 설치되어 설치 지점과 상기 지그상의 측정 지점 간의 거리를 측정하는 열변위 측정 센서; 및 상기 온도 센서 및 상기 열변위 측정 센서에서 측정되어 출력되는 데이터를 기준값과 비교하고 비교 결과에 따른 제어 신호를 출력하는 제어부; 를 포함하고, 상기 제어부에서 출력되는 제어 신호에 의해 상기 호빙머신에 의한 가공 수치가 변화되는 호빙머신의 변위 보정 장치를 제공한다.
본 발명은 본 발명은, 기어의 가공 작업이 이루어지는 동안 가공된 기어의 수치를 계속적으로 측정하여 기어의 가공 수치 변화에 따라 보정값을 적용하여 기어의 가공 정밀도를 향상시킬 수 있고, 본 발명은 기어를 가공하는 도중 발생하는 열에 의해 기어의 공작 수치가 변형되는 것을 방지할 수 있다.

Description

호빙머신의 변위 보정 장치 및 방법{Correction Apparatus and Method for Deformation in Hobbing Machine}
본 발명은 호빙머신의 변위 보정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 호빙머신에 의한 기어 가공 중 주위 온도에 따른 호빙머신의 열변위를 측정한 후 이를 기어 가공 수치에 적용하여 기어 가공시 발생되는 가공오차를 감소시키는 호빙머신의 변위 보정 장치 및 방법에 관한 것이다.
기어는 둘레에 일정한 간격으로 이가 형성된 바퀴로, 이를 매개로 이웃하는 다른 기어와 서로 맞물려 돌아감으로써 동력을 전달한다. 따라서, 기어들 간의 원활한 연동을 위해서는 서로 이웃하는 기어들 간의 이와 이의 맞물림이 정확해야하고, 회전중심 또한 기어의 원주 중심에 위치해야 한다.
도 1은 일반적인 호빙머신의 일예를 나타내는 사시도이다.
도 1을 참조하면, 호빙머신(1)은 이송축이 5축인 설비로 구성되어 있으며, 각축은 다른 축과의 상호 작동으로 가공물을 가공하고 있다. 여기서, 호빙머신(1)은 5개의 이송축은 A-HOB head swivel, B-HOB spindel, C-TABLE index, Y-HOB shift 및 Z-축 피드이다. 호빙머신의 5개 이송축의 구성과 작용은 이 분야에서는 널리 알려진 공지의 기술이므로 이에 대한 상세한 설명을 생략한다.
한편, 기어의 가공에 사용되는 호빙머신은 금속으로 되어있고 이를 장시간 운전하면 운동면의 마찰로 인해 각종 구동부위에서 열이 발생하게 되고 이에 따른 기구부의 변형이 가공정도에 악영향을 미치게 된다. 특히, 고속/고정밀도 추세에 따라 주축의 높은 RPM회전 및 이송계의 고속화는 기구부에 열을 발생시키는 원인이 되어 장비의 성능을 좌우하고 있다.
이때, 호빙머신은 사용자가 목적하고자 하는 기어의 치형 데이터를 입력하면, 입력된 값에 따라 5개의 이송축이 동작하며 기어의 공작을 수행한다.
이러한 호빙머신에 의한 기어의 가공 중에는 칩(CHIP)이 발생되며, 이러한 칩은 가공중 장비 베드(BED)로 낙하된다. 이러한 호빙머신에 의한 가공 중 발생된 칩의 온도는 대략 700℃ 내지 900℃의 온도 범위를 갖는다.
그러나, 칩에 잔류하는 미열에 의한 온도 상승으로 장비 베드의 온도 상승이 발생되어, 호빙머신의 각 동작축의 변형이 발생되어 기어의 가공 품질이 악화되는 문제점이 있다.
호빙머신의 각부의 온도가 상승되면, 공작기계의 각 부위에서 열팽창이 발생되어 공작물의 가공 정밀도에 영향을 주는 문제점이 있다.
또한, 멈춰져 있던 공작기계를 동작시키면 휴지기간 동안 수축되어 있던 호빙머신 각부의 온도가 상승하며 열팽창하게 되어 공작물의 가공 정밀도에 영향을 주는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 호빙머신에 의해 기어의 가공 작업이 이루어지는 동안 호빙머신의 열변위량을 측정하고 이를 적용하여 기어의 가공 정밀도를 향상시키는 호빙머신의 변위 보정 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1측면에 의하면, 호빙머신의 열변위에 대응하여 기어의 공작 가공 정도를 변화시키는 방법으로서, 보정값을 초기화하는 단계; 상기 호빙머신의 동작 초기시 보정값을 환산하는 단계; 상기 환산된 보정값을 상기 기어의 가공에 적용하는 기어를 가공하는 단계; 상기 호빙머신의 열변위를 측정하는 단계; 측정된 상기 호빙머신의 열변위 정도를 최초의 보정값과 비교하고 차이를 환산하는 단계; 및 상기 비교하는 단계에서 환산된 차이에 따라 보정값을 갱신하는 단계; 를 포함하는 호빙머신의 변위 보정 방법을 제공한다.
상기 호빙머신의 휴지시간을 측정하는 단계, 상기 측정된 휴지기간에 따른 보정값을 환산하는 단계 및 상기 휴지기간에 따른 보정값을 상기 기어의 가공에 적용하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 호빙머신의 휴지기간이 1일 이상이면 가공 전 1시간의 공회전을 실시할 수 있다.
상기 보정값은 기어 스펙에 따른 보정값, 상기 호빙머신의 동작 초기 동작 안정화까지의 보정값 및 상기 호빙머신의 작업 환경의 온도에 따라 작업자가 설정하는 작업자 관리 스펙에 따른 보정값을 포함할 수 있다.
상기 작업 완경의 온도는 공작실, 상기 호빙머신 및 절삭유의 온도를 포함할 수 있다.
상기 열변위를 측정하는 단계는 사용자가 설정한 주기마다 반복하여 수행될 수 있다.
본 발명의 제2 측면에 의하면, 기어를 가공하는 장치에 있어서, 사용자가 입력한 치형 데이터에 따라 기어를 공작하는 호빙머신; 상기 호빙머신의 일측에 설치되는 지그;상기 호빙머신의 휴지시간을 측정하는 타이머; 공작실, 상기 호빙머신 및 절삭유의 온도를 각각 측정하는 복수개의 온도 센서; 상기 호빙머신의 호브헤드 일측에 설치되어 설치 지점과 상기 지그상의 측정 지점 간의 거리를 측정하는 열변위 측정 센서; 및 상기 온도 센서 및 상기 열변위 측정 센서에서 측정되어 출력되는 데이터를 기준값과 비교하고 비교 결과에 따른 제어 신호를 출력하는 제어부; 를 포함하고, 상기 제어부에서 출력되는 제어 신호에 의해 상기 호빙머신에 의한 가공 수치가 변화되는 호빙머신의 변위 보정 장치를 제공한다.
상기와 같은 본 발명은, 기어의 가공 작업이 이루어지는 동안 호빙머신의 열변위량을 측정하고 측정된 열변위량을 기어의 가공 수치에 적용함으로서 기어의 가공 정밀도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 호빙머신의 일예를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 호빙머신의 변위 보정 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 호빙머신의 변위 보정 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명에서 사용하는 열변위 측정 센서의 설치 상태의 일예를 나타내는 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 호빙머신의 변위 보정 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 호빙머신의 변위 보정 방법은 보정값을 초기화하는 단계(S110), 휴지기간을 측정하는 단계(S120), 보정값을 환산하는 단계(S130), 기어를 가공하는 단계(S140), 호빙머신의 열변위를 측정하는 단계(S140), 차이를 환산하는 단계(S150) 및 보정값을 갱신하는 단계(S160)를 포함한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 호빙머신의 변위 보정 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 호빙머신의 변위 보정 장치(100)는 작업 환경(공작실, 공작 기계 및 절삭유를 포함함)의 온도를 측정하는 복수개의 온도 센서(110), 타이머(120) 및 수치 측정 센서(130) 및 제어부(140)를 포함한다.
도 2와 도 3을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다.
기어의 가공은 다음과 같이 진행된다.
우선, 호빙머신(1)의 가동시, 후술하는 제어부(140)에 설정되어 있는 보정값을 0으로 초기화한다(S110). 초기화된 보정값은 후술하는 단계를 수행하며 호빙머신의 열변위량에 대응하여 적절한 값으로 갱신된다.
호빙머신에 의한 기어 가공에 들어가기 전, 기어 가공에 사용되는 호빙머신의 휴지시간을 측정하는 단계(S120)를 수행한다. 즉, 호빙머신의 동작이 정지된 후, 재동작 조작이 있을 때까지의 시간을 측정한다. 호빙머신이 동작을 정지한 순간부터 호빙머신에서는 열 발생이 정지되므로, 호빙머신은 전체적으로 열 수축된 상태가 된다. 따라서, 호빙머신의 휴지시간이 길수록 호빙머신의 수축 상태는 커지므로, 휴지시간에 대응하는 보정값을 적용할 필요가 있다.
여기서, 호빙머신의 휴지시간을 측정을 위해 타이머(120)가 후술하는 제어부(140)에 연결된다. 타이머(120)는 호빙머신(1)의 동작이 정지하는 순간부터 시간을 계수하고, 동작이 재개되는 순간까지 시간을 계수한다.
타이머(120)가 계수한 휴지시간에 따라 보정값을 환산한다(S122). 여기서, 호빙머신의 휴지시간이 1일이라면 보정값은 -150 ㎛ 로 하고, 휴지시간이 1시간이라면 보정값은 -20 내지 -30 ㎛ 로 한다(S123).
환산된 보정값은 공작기계에 설정한 가공 수치에 적용하여 후술하는 공작물 가공 단계(S150)에서 기어의 가공에 활용토록 한다. 공작물을 가공하는 단계(S150)에 대해서는 후술하기로 한다.
한편, 가공 수치에 적용되는 보정값이 클수록 가공 오차도 커질 수 있으므로, 공작물에 대한 공작 정밀도 유지를 위해서는 감산 수치를 줄일 필요가 있다. 따라서, 공작 기계의 휴지 기간이 1일 이상인 경우에는 적어도 1시간 정도 공작 기계를 공회전시키는 단계(S124)를 수행하는 것이 바람직하다. 이와 같은 공회전 시키는 단계(S124)의 수행에 의해 -20 내지 -30 ㎛의 보정값을 적용한다(S125). 따라서, 기어 가공이 급하지 않은 경우라면 공회전 시키는 단계(S125)를 수행하는 것이 바람직하다.
상기 단계(S123, S125)에서 환산된 보정값을 최초의 가공수치에 적용하여 기어를 가공하는 단계(S140)를 수행한다.
기어를 가공하는 단계(S150)를 수행하기 전에 휴지시간에 따른 보정값 이외에 다음의 보정값을 환산한다(S150). 우선, 기어 스펙(spec)에 따른 보정값이 환산된다. 즉, 기어 가공 작업시, 기어의 품질 적용 수준에 따라 기어 가공 수치에 적용되는 오차값으로서, 0 내지 -70㎛을 적용할 수 있다. 여기서, 기어 스펙에 따른 보정값은 이에 한정되지 않고 생산 예정인 기어의 품질 적용 수준에 따라 다른 값을 가질 수 있다.
다음으로는 호빙머신의 동작 초기, 동작이 안정화될때 까지의 보정값이 환산된다. 즉, 공작기계의 동작 초기시, 호빙머신의 동작에 의해 열변위량이 일정 수준으로 이루어질 때까지는 50㎛의 보정값을 적용할 수 있다. (+)의 보정값을 적용함으로서, 호빙머신의 동작이 안정화 시간 이전에 가공된 기어가 치수 불량인 경우에는 이미 가공된 기어를 재가공할 수 있다. 이때, 오프셋 보정값에는 후술하는 작업자 관리 보정값이 적용될 수 있다.
마지막으로는 작업자 관리 스펙에 따른 보정값이 환산된다. 이는 주위의 온도가 기준온도보다 높거나 낮음에 따라 적용되는 보정값으로서, -20 내지 -30㎛의 값을 갖는다. 즉, 온도가 기준온도보다 낮은 경우에는 -20㎛의 보정값을, 온도가 기준온도보다 높은 경우에는 -30㎛의 보정값을 적용한다.
이를 위해 기준온도를 설정하는 단계(S132), 작업 환경의 온도를 측정하는 단계(S134) 및 측정된 온도를 기준온도와 비교하는 단계(S136)를 수행하는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 3월 내지 9월에는 기준 온도가 35℃로 설정되고, 10월 내지 2월에는 기준 온도가 25℃로 설정된다. 상기한 기준 온도는 2단계로 설정되어 있으나, 사용자의 필요에 따라 세분되어 설정될 수 있다. 즉, 4계절마다 다른 기준 온도값(예를 들어 25, 30, 35, 40℃)이 설정될 수 있다.
또한, 기준 온도는 1일 중의 일교차에 따라 변화될 수 있다. 이때, 일교차에 따른 기준 온도의 변화는 공작실의 온도에 의거하여 이루어질 수 있다.
기준 온도는 대략 소정의 범위(ㅁ 6℃) 내에서 조절될 수 있다.
기준 온도와의 비교를 위해 작업 환경의 온도 측정(S134)을 위한 복수개의 온도 센서(110)가 설치될 수 있다.
환산된 보정값은 호빙머신에 설정한 가공 수치에 적용한 후, 기어를 가공하는 단계(S140)를 수행한다.
기어를 가공하는 단계(S140)의 수행을 위해 호빙머신을 동작시키면 호빙머신의 동작에 의해 발생되는 열에 의해 호빙머신이 열변위하므로 이를 측정할 필요가 있다.
따라서, 작업자는 호빙머신의 열변위를 측정하는 단계(S150)를 수행한다. 호빙머신의 열변위 측정은 열변위 측정 센서(130)에 의해 수행된다. 본 발명에서 사용되는 열변위 측정 센서(130)는 Marposs사에서 생산하는 펜슬 프로브(Pencil Probe)형 측정기이다.
도 4는 본 발명에서 사용하는 열변위 측정 센서의 설치 상태의 일예를 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면, 열변위 측정 센서(130)는 호빙머신의 호브헤드(2) 일측에 설치된다.
열변위 측정 센서(130)의 일단은 호빙머신의 일측에 설치된 지그(102)에 일단이 접촉한다. 지그(102)는 가공 대상물에 근접한 위치에 설치되는 것이 바람직하다. 여기서, 지그(102)는 로드 형태로서 수직으로 설치되어 있으나, 사용자가 필요로 하는 형태로 다양하게 형성될 수 있다.
열변위 측정 센서(130)는 호브헤드(2) 측에 설치되고, 지그(102)는 가공 대상물 측에 설치되어, 양자간의 거리를 측정하면 호빙머신의 열변위에 따라 다르게 측정될 수 있다.
열변위 측정 센서(130)는 호브헤드(2) 측의 설치 지점을 기준으로 하여 지그(102)에 접촉하고 있는 열변위 측정 센서(130)의 단부까지의 거리를 측정한다.
이때, 측정되는 거리는 이를 제어부(140)로 입력된다. 제어부(140)는 기 설정되어 있는 열변위 측정 센서(130)의 설치지점과 지그(102)와의 거리와 측정된 수치를 비교한다(S160).
여기서, 호빙머신의 열변위 측정은 각각의 기어 가공시 매회 이루어지지 않고, 일정한 주기를 설정하여 설정된 개수의 기어 가공이 이루어진 후 이루어진다. 여기서, 열변위 수치를 측정하는 주기는 사용자가 설정한다. 즉, 사용자가 호빙머신의 조작반(미도시)을 이용하여 측정 주기를 30개로 설정한다면, 매 30개의 기어가 가공될 때마다 호빙머신의 열변위를 측정한다. 여기서, 사용자는 측정 주기를 30개보다 더 작게하여 수치 측정의 정확도를 향상시킬 수 있다. 다만, 측정 주기를 짧게 한다면, 측정에 소요되는 시간이 길어져 전체 공정 시간이 늘어나는 문제가 있다. 따라서, 측정 시간과 수치 측정의 정확도를 감안하여 측정 주기를 설정하는 것이 바람직하다.
도 5는 본 발명에서 사용하는 열변위 측정 센서의 사용 상태의 일예를 나타내는 도면이다. 도 5를 참조하면, 사용자가 설정된 주기가 되면, 호브헤드(2)를 동작시켜 열변위 측정 센서(130)가 지그(102)의 일측에 접촉되도록 하여 열변위 측정 센서(130)의 설치 지점과 지그(102) 상의 거리를 측정하여 호빙머신의 열변위를 측정한다. 이때, 열변위 측정 센서(130)는 지그(102) 상에 미리 설정한 소정의 위치에 접촉하며 측정을 수행한다.
열변위 측정 센서(130)에 의한 측정이 이루어지면, 호브헤드(2)를 회전시켜 열변위 측정 센서(130)를 원래의 위치로 복귀시킨다. 이때, 열변위 측정 센서(130)에 의한 측정을 용이하게 하기 위해 열변위 측정 센서(130)는 별도의 회전 장치에 의해 설치될 수도 있다.
도면에는 한 개의 열변위 측정 센서(130)가 지그(102)에 접촉하는 것으로 도시되어 있으나, 이는 열변위 측정을 설명하기 위한 것으로서, 실제로는 호빙머신(1)의 X,Y,Z 축의 열변위 정도를 측정하기 위하여 열변위 측정 센서(130)는 X,Y,Z 축 각각에 적어도 1개가 설치되는 것이 바람직하다. 또한, 호빙머신의 열변위 측정의 정확성을 위해 열변위 측정 센서(130)는 그 이상의 개수로 설치될 수 있다. 또한, 호빙머신에 의한 기어 가공을 지장을 주지않고 측정을 할 수 있다면, 호브헤드(2) 이외의 위치에 설치될 수도 있다.
따라서, 호빙머신(1)의 열변위 측정을 위해서는 X,Y,Z 축 상에 각각 설치되어 있는 열변위 측정 센서(130)를 차례대로 지그(102)에 접촉시켜 호브헤드(2)와 지그(102)의 거리를 측정하는 것이 바람직하다.
제어부(140)에 의한 비교 결과, 측정된 값이 최초 설정값 즉, 열변위 측정 센서(130)의 설치 지점과 지그간의 거리보다 크거나 또는 작다면, 측정값과 기준값의 차이값을 환산한 후, 환산된 차이값을 새로운 보정값으로 적용함으로서 보정값을 갱신한다(S170). 이후, 새로운 보정값을 적용한 가공 수치에 따라 기어의 가공을 수행하도록 한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
1: 호빙머신
100: 변위 보정 장치
110: 온도 센서
120: 타이머
130: 열변위 측정 센서
140: 제어부

Claims (7)

  1. 호빙머신의 열변위에 대응하여 기어의 공작 가공 정도를 변화시키는 방법으로서,
    보정값을 초기화하는 단계;
    상기 호빙머신의 동작 초기시 보정값을 환산하는 단계;
    상기 환산된 보정값을 상기 기어의 가공에 적용하는 기어를 가공하는 단계;
    상기 호빙머신의 열변위를 측정하는 단계;
    측정된 상기 호빙머신의 열변위 정도를 최초의 보정값과 비교하고 차이를 환산하는 단계; 및
    상기 비교하는 단계에서 환산된 차이에 따라 보정값을 갱신하는 단계;
    를 포함하는 호빙머신의 변위 보정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 호빙머신의 휴지시간을 측정하는 단계,
    상기 측정된 휴지기간에 따른 보정값을 환산하는 단계 및
    상기 휴지기간에 따른 보정값을 상기 기어의 가공에 적용하는 단계를 더 포함하는 호빙머신의 변위 보정 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 호빙머신의 휴지기간이 1일 이상이면 가공 전 1시간의 공회전을 실시하는 호빙머신의 변위 보정 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보정값은 기어 스펙에 따른 보정값, 상기 호빙머신의 동작 초기 동작 안정화까지의 보정값 및 상기 호빙머신의 작업 환경의 온도에 따라 작업자가 설정하는 작업자 관리 스펙에 따른 보정값을 포함하는 호빙머신의 변위 보정 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 작업 완경의 온도는 공작실, 상기 호빙머신 및 절삭유의 온도를 포함하는 호빙머신의 열변위 보정 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 열변위를 측정하는 단계는 사용자가 설정한 주기마다 반복하여 수행되는 호빙머신의 변위 보정 방법.
  7. 사용자가 입력한 치형 데이터에 따라 기어를 공작하는 호빙머신;
    상기 호빙머신의 일측에 설치되는 지그;
    상기 호빙머신의 휴지시간을 측정하는 타이머;
    공작실, 상기 호빙머신 및 절삭유의 온도를 각각 측정하는 복수개의 온도 센서;
    상기 호빙머신의 호브헤드 일측에 설치되어 설치 지점과 상기 지그상의 측정 지점 간의 거리를 측정하는 열변위 측정 센서; 및
    상기 온도 센서 및 상기 열변위 측정 센서에서 측정되어 출력되는 데이터를 기준값과 비교하고 비교 결과에 따른 제어 신호를 출력하는 제어부;
    를 포함하고,
    상기 제어부에서 출력되는 제어 신호에 의해 상기 호빙머신에 의한 가공 수치가 변화되는 호빙머신의 변위 보정 장치.
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