KR20150050261A

KR20150050261A - 공작기계의 볼스크류의 열변위 보정장치 및 방법

Info

Publication number: KR20150050261A
Application number: KR1020130131846A
Authority: KR
Inventors: 박지혁
Original assignee: 현대위아 주식회사
Priority date: 2013-10-31
Filing date: 2013-10-31
Publication date: 2015-05-08

Abstract

본 발명은, 온도센서가 아닌 변위센서를 이용하여 볼스크류의 너트부에서 실시간으로 변위량을 측정하고 현재 테이블 위치에서의 오차량을 계산하여 보정을 함으로써 상대적으로 정확도를 향상시킬 수 있는, 공작기계의 볼스크류의 열변위 보정장치 및 방법에 관한 것으로서,
본 발명의 구성은, 볼스크류에 결합되어 있는 너트에 연결되어 볼스크류에 결합되어 있는 너트에 연결되어 볼스크류의 외주면에 설치되어 있는 변위센서와, 상기한 변위센서에 연결되어 있는 변위센서 앰프와, 열변위가 발생되지 않은 상태의 기준길이에 대한 정보가 저장되어 있는 기준길이 저장부와, 상기한 변위센서 앰프와 기준길이 저장부에 연결되어 있는 위치보상 제어부와, 상기한 위치보상 제어부에 연결되어 있는 모터 컨트롤러와, 상기한 모터 컨트롤러의 제어에 의해 볼스크류를 구동하는 서보 모터를 포함한다.

Description

공작기계의 볼스크류의 열변위 보정장치 및 방법{Device for compensating thermal displacement of ball screw for a machine tool and method thereof}

본 발명은 공작기계의 볼스크류의 열변위 보정장치 및 방법에 관한 것이다.

각종의 절삭 가공방법 또는 비절삭 가공방법으로 금속 또는 비금속의 소재를 적당한 공구를 사용하여 형상 및 치수로 가공하든가 또는 반소재에 더욱 정밀한 가공을 할 목적으로 사용하는 기계를 공작기계라 한다. 상기한 공작기계중에서 가공과정에서 칩이 발생하는 공작기계를 절삭공작기계라고 하고, 가공과정에서 칩이 발생하지 않는 비절삭 공작기계를 금속가공기계라고 한다. 상기한 절삭공작기계에는 선반(lathe), 밀링기, 머시닝센터(machining center), 드릴링기, 보링기, 연삭기, 기어가공기, 특수가공기 등이 있으며, 상기한 금속성형기계에는 기계식 프레스, 유압식 프레스, 절단절곡기, 단조기, 인발기 등이 있다.

공작기계는 공구대와 같은 부속물을 이송시키기 위하여 이송축이 설치되며, 상기한 이송축에는 회전운동을 직선운동으로 변환시키기 위한 볼스크류 조립체가 설치되어 모터로부터 발생되는 회전동력에 의해 볼스크류가 회전되도록 구성된다.

상기한 볼스크류는 고속 구동시에 고열의 운동 마찰열이 발생하게 되고, 이로 인한 열변위가 발생되기 때문에, 이를 보정하여줄 필요가 있다,

참고로, 공작기계의 볼스크류의 열변위를 보정하기 위한 기술의 일예로서, 공작기계의 주축에서 발생되는 열에 의해 팽창되는 각부의 열팽창에 따라 실시간으로 주축 이송용 볼스크류 리드를 보정할 수 있도록 하는 기술이 대한민국 공개특허공보 공개번호 특2000-0047076(공개일자: 2000년 7월 25일)의 "공작기계의 열변위 보정장치 및 그 제어방법"에서 개시된 바 있다.

그러나, 상기한 공개번호 특2000-0047076에서 개시되어 있는 기술은, 온도검출센서로부터 입력되는 온도 데이터와 열팽창계수에 의한 팽창거리를 연산하기 때문에 상대적으로 정확도가 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 온도센서가 아닌 변위센서를 이용하여 볼스크류의 너트부에서 실시간으로 변위량을 측정하고 현재 테이블 위치에서의 오차량을 계산하여 보정을 함으로써 상대적으로 정확도를 향상시킬 수 있는, 공작기계의 볼스크류의 열변위 보정장치 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 장치의 구성은, 볼스크류에 결합되어 있는 너트에 연결되어 볼스크류의 외주면에 설치되어 있는 변위센서와, 상기한 변위센서에 연결되어 있는 변위센서 앰프와, 열변위가 발생되지 않은 상태의 기준길이에 대한 정보가 저장되어 있는 기준길이 저장부와, 상기한 변위센서 앰프와 기준길이 저장부에 연결되어 있는 위치보상 제어부와, 상기한 위치보상 제어부에 연결되어 있는 모터 컨트롤러와, 상기한 모터 컨트롤러의 제어에 의해 볼스크류를 구동하는 서보 모터를 포함한다.

본 발명의 장치의 구성은, 상기한 변위센서는 원통형 커패시터 변위센서를 사용한다.

본 발명의 장치의 구성은, 상기한 위치보상 제어부는 다음의 수식에 의해 열변위량(L1)을 계산한다.

L1 = CㆍΔTㆍLO

여기서, C는 재료별 온도계수이고, ΔT는 온도 변화량이며, LO는 상온인 20℃에서의 볼스크류의 길이이다.

본 발명의 장치의 구성은, 상기한 위치보상 제어부는, 열변위 보정값을 L1-LO 으로 계산한다.

본 발명의 방법의 구성은, 동작이 시작되면 현재 변위센서 출력값을 읽어들이는 단계와, 현재 변위센서 출력값이 기준값과 동일한지를 판단하여 동일하지 않은 경우에 이론적으로 발생 열변위량(L1)을 계산하는 단계와, 너트의 현재 위치를 확인하는 단계와, 현재 너트의 위치에 대하여 열변위 보정값을 계산하는 단계와, 열변위 보정값을 출력하여 서보모터를 제어한 후 동작을 종료하는 단계를 포함한다.

본 발명의 방법의 구성은, 상기한 열변위량(L1)은 다음의 수식에 의해 계산된다.

L1 = CㆍΔTㆍLO

본 발명의 방법의 구성은, 상기한 열변위 보정값은 L1-LO 으로 계산된다.

본 발명의 효과로서는, 온도센서가 아닌 변위센서를 이용하여 볼스크류의 너트부에서 실시간으로 변위량을 측정하고 현재 테이블 위치에서의 오차량을 계산하여 보정을 함으로써 상대적으로 정확도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 공작기계의 볼스크류의 열변위 보정장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 공작기계의 볼스크류의 열변위 보정장치의 변위센서의 설치 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 공작기계의 볼스크류의 열변위 보정방법의 동작 순서도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 공작기계의 볼스크류의 열변위 보정장치의 구성은, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 볼스크류(1)에 결합되어 있는 너트(2)에 연결되어 볼스크류(1)의 외주면에 설치되어 있는 변위센서(3a, 3b)와, 상기한 변위센서(3a, 3b)에 연결되어 있는 변위센서 앰프(4)와, 열변위가 발생되지 않은 상태의 기준길이에 대한 정보가 저장되어 있는 기준길이 저장부(5)와, 상기한 변위센서 앰프(4)와 기준길이 저장부(5)에 연결되어 있는 위치보상 제어부(6)와, 상기한 위치보상 제어부(6)에 연결되어 있는 모터 컨트롤러(7)와, 상기한 모터 컨트롤러(7)의 제어에 의해 볼스크류(1)를 구동하는 서보 모터(8)를 포함하여 이루어진다.

상기한 변위센서(3a, 3b)는, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 원통형 커패시터 변위센서를 사용한다.

상기한 기준길이 저장부(5)에는 열변위가 발생되지 않은 상온 20℃에서의 볼스크류(1)의 길이(L0)에 대한 기준값이 저장되어 있다.

본 발명에 따른 공작기계의 볼스크류의 열변위 보정방법의 구성은, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 동작이 시작되는 단계(S10)와, 현재 변위센서 출력값을 읽어들이는 단계(S20)와, 현재 변위센서 출력값이 기준값과 동일한지를 판단하는 단계(S30)와, 현재 변위센서 출력값이 기준값과 동일하지 않은 경우에 이론적으로 발생 열변위량을 계산하는 단계(S40)와, 너트의 현재 위치를 확인하는 단계(S50)와, 현재 너트의 위치에 대하여 열변위 보정값을 계산하는 단계(S60)와, 열변위 보정값을 출력하여 서보모터를 제어하는 단계(S70)와, 동작을 종료하는 단계(S80)를 포함하여 이루어진다.

상기한 구성에 의한, 본 발명에 따른 공작기계의 볼스크류의 열변위 보정장치 및 방법의 동작은 다음과 같이 이루어진다.

동작이 시작되면(S10), 위치 보상제어부(6)는 볼스크류(1)의 외주면에 설치되어 있는 원통형 커패시터 변위센서(3a, 3b)로부터 현재 변위센서 출력값을 읽어들린다(S20). 상기한 원통형 커패시터 변위센서(3a, 3b)로부터 출력되는 신호는 변위센서 앰프(4)를 통해 증폭된 후에 위치 보상 제어부(6)로 입력된다.

다음에, 위치 보상제어부(6)는 기준길이 저장부(5)에 저장되어 있는 열변위가 발생되지 않은 상온인 20℃에서의 볼스크류(1)의 길이(L0)에 대한 기준값을 읽어 들여서 현재 변위센서 출력값이 기준값과 동일한지를 판단한다(S30).

현재 변위센서 출력값이 기준값과 동일하지 않은 경우에 위치 보상제어부(6)는 열변위가 발생된 것으로 인식하고, 다음과 같은 수식에 의해 이론적으로 발생되는 열변위량(L1)을 계산한다(S40).

L1 = CㆍΔTㆍLO

다음에, 위치 보상제어부(6)는 너트(2)의 현재 위치(L2)를 확인한다(S50). 상기한 너트(2)의 위치는 테이블의 위치를 나타낸다.

이어서, 위치 보상제어부(6)는 너트(2)의 현재 위치(L2)에 대하여 열변위 보정값(L1-LO)을 계산한다(S60).

다음에, 위치 보상제어부(6)는 열변위 보정값(L1-LO)을 출력하여 서보모터(8)를 제어함으로써 너트(2)의 현재 위치(L2)에 열변위 보정값(L1-LO)이 더해져서 이동되도록 한 후(S70), 동작을 종료한다(S80).

이상에서 제시된 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 본 발명의 기술적 사상이 반드시 제시된 실시예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시예가 가능하다.

1 : 볼스크류 2 : 너트
3a, 3b : 변위센서 4 : 변위센서 앰프
5 : 기준길이 저장부 6 : 위치보상 제어부
7 : 모터 컨트롤러 8 : 서보모터

Claims

볼스크류에 결합되어 있는 너트에 연결되어 볼스크류의 외주면에 설치되어 있는 변위센서;
상기한 변위센서에 연결되어 있는 변위센서 앰프;
열변위가 발생되지 않은 상태의 기준길이에 대한 정보가 저장되어 있는 기준길이 저장부;
상기한 변위센서 앰프와 기준길이 저장부에 연결되어 있는 위치보상 제어부;
상기한 위치보상 제어부에 연결되어 있는 모터 컨트롤러;
상기한 모터 컨트롤러의 제어에 의해 볼스크류를 구동하는 서보 모터를 포함하는 공작기계의 볼스크류의 열변위 보정장치.
제 1항에 있어서,
상기한 변위센서는 원통형 커패시터 변위센서를 사용하는 공작기계의 볼스크류의 열변위 보정장치.
제 1항에 있어서,
상기한 위치보상 제어부는 다음의 수식에 의해 열변위량(L1)을 계산하는 공작기계의 볼스크류의 열변위 보정장치.
L1 = CㆍΔTㆍLO
여기서, C는 재료별 온도계수이고, ΔT는 온도 변화량이며, LO는 상온인 20℃에서의 볼스크류의 길이이다.
제 3항에 있어서,
상기한 위치보상 제어부는, 열변위 보정값을 L1-LO 으로 계산하는 공작기계의 볼스크류의 열변위 보정장치.
동작이 시작되면 현재 변위센서 출력값을 읽어들이는 단계;
현재 변위센서 출력값이 기준값과 동일한지를 판단하여 동일하지 않은 경우에 이론적으로 발생 열변위량(L1)을 계산하는 단계;
너트의 현재 위치를 확인하는 단계;
너트의 현재 위치에 대하여 열변위 보정값을 계산하는 단계; 및
열변위 보정값을 출력하여 서보모터를 제어한 후 동작을 종료하는 단계를 포함하는 공작기계의 볼스크류의 열변위 보정방법.
제5항에 있어서,
상기한 열변위량(L1)은 다음의 수식에 의해 계산되는 공작기계의 볼스크류의 열변위 보정방법.
L1 = CㆍΔTㆍLO
여기서, C는 재료별 온도계수이고, ΔT는 온도 변화량이며, LO는 상온인 20℃에서의 볼스크류의 길이이다.
는 공작기계의 볼스크류의 열변위 보정방법.
제6항에 있어서,
상기한 열변위 보정값은 L1-LO 으로 계산되는 공작기계의 볼스크류의 열변위 보정방법.