KR20150053542A - 공작 기계 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예는 공작 기계에 관한 것으로, 공작 기계는 컬럼과, 상기 컬럼에 설치되며 회전 정보를 제공하는 이송 모터를 포함하는 이송 장치와, 상기 컬럼에 슬라이딩 가능하게 지지되며 상기 이송 장치에 의해 직선 왕복 운동하는 새들과, 상기 새들에 지지된 스핀들과, 상기 컬럼과 상기 새들 사이에 설치된 선형 스케일과, 상기 새들에 설치되어 상기 새들과 함께 이동하면서 상기 선형 스케일을 스캐닝하여 위치를 계측하는 스케일 스캐닝 장치, 그리고 상기 이송 모터가 제공하는 회전 정보에 의한 위치값과 상기 스케일 스캐닝 장치가 측정한 위치값의 차이를 비교하여 상기 컬럼의 열에 의한 굽힘 변형 정도를 산출하는 제어부를 포함한다.

Description

공작 기계{MACHINE TOOL}

본 발명의 실시예는 공작 기계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가공 불량의 발생을 억제한 공작 기계에 관한 것이다.

일반적으로 공작 기계는 여러 절삭 가공 방법 또는 비절삭 가공 방법으로 금속 또는 비금속의 공작물을 각종 공구를 이용하여 원하는 형상 및 치수로 가공할 목적으로 사용하는 기계를 말한다.

공작 기계는 가공 방법에 따라 크게 터닝 센터(turning center)와 머시닝 센터(machining center)로 분류된다. 여기서, 터닝 센터는 공작물을 회전시켜 가공하며, 머시닝 센터는 공구를 회전시켜 가공한다. 따라서, 공작 기계는 공작물 또는 공구를 회전시키기 위한 스핀들(spindle) 장치를 갖는다. 그리고 스핀들은 다양한 크기와 종류의 공작물을 가공하기 위해, 스핀들은 이송계에 장착되어 이송된다.

그런데, 공작물의 가공 과정에서 이송계의 마찰 등이 원인이 되어 발생된 열에 의해 스핀들을 지지하는 컬럼에 열변형이 발생되고, 이에 공작 기계의 위치 정밀성이 떨어져 가공품에 불량 발생되는 문제점이 있다.

열변형으로 인한 오차의 발생을 파악하기 위해서, 종래에는 온도 센서를 컬럼에 부착하고 온도 데이터를 수집하여 이를 바탕으로 온도에 따른 변형을 예측해야 하는 번거로움이 있었다. 또한, 이러한 방법은 여러 부가적인 장치가 요구되어 공작 기계의 제조 원가를 상승시키는 원인이 되고 있다.

본 발명의 실시예는 효과적으로 열에 의한 굽힘 변형 정도를 파악하여 불량의 발생을 억제할 수 있는 공작 기계를 제공한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 공작 기계는 컬럼과, 상기 컬럼에 설치되며 회전 정보를 제공하는 이송 모터를 포함하는 이송 장치와, 상기 컬럼에 슬라이딩 가능하게 지지되며 상기 이송 장치에 의해 직선 왕복 운동하는 새들과, 상기 새들에 지지된 스핀들과, 상기 컬럼과 상기 새들 사이에 설치된 선형 스케일과, 상기 새들에 설치되어 상기 새들과 함께 이동하면서 상기 선형 스케일을 스캐닝하여 위치를 계측하는 스케일 스캐닝 장치, 그리고 상기 이송 모터가 제공하는 회전 정보에 의한 위치값과 상기 스케일 스캐닝 장치가 측정한 위치값의 차이를 비교하여 상기 컬럼의 열에 의한 굽힘 변형 정도를 산출하는 제어부를 포함한다.

상기 이송 장치는 상기 컬럼의 길이 방향으로 설치되어 상기 이송 모터에 의해 회전하는 볼스크류를 더 포함하며, 상기 선형 스케일은 상기 컬럼과 상기 볼스크류에 비해 상대적으로 열변형이 적은 소재로 형성될 수 있다.

상기한 공작 기계에서, 상기 제어부는 산출된 상기 컬럼의 열에 의한 굽힘 변형 정도가 허용 오차 범위를 벗어나면 상기 스핀들의 가동을 중단시킬 수 있다.

상기 제어부는 상기 이송 장치의 가동 초기에 기준 위치에서 상기 이송 모터가 제공하는 회전 정보에 의한 위치값과 상기 스케일 스캐닝 장치가 측정한 위치값의 차이에 대한 기준값을 정할 수 있다. 그리고 상기 제어부는 상기 이송 장치의 가동 중간에 상기 기준 위치에서 상기 이송 모터가 제공하는 회전 정보에 의한 위치값과 상기 스케일 스캐닝 장치가 측정한 위치값의 차이를 상기 기준값과 비교하여 상기 컬럼의 열에 의한 굽힘 변형 정도를 산출할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 공작 기계는 효과적으로 열에 의한 굽힘 변형 정도를 파악하여 불량의 발생을 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작 기계의 구성도이다.
도 2는 도 1의 공작 기계의 열에 의한 굽힘 변형 상태를 나타낸 구성도이다.
도 3은 도 1의 선형 스케일과 스케일 스캐닝 장치를 중심으로 도시한 부분 구성도이다.
도 4는 도 1의 공작 기계의 동작 과정을 나타낸 순서도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.

본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 공작 기계 (101)를 설명한다.

도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작 기계(101)는 컬럼(200), 스핀들(100), 이송 장치(400), 선형 스케일(530), 스케일 스캐닝 장치(550), 및 제어부(700)를 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작 기계(101)는 구동 모터(120), 새들(150), 테이블(850), 및 베드(800)를 더 포함할 수 있다.

테이블(850)은 베드(800) 상에 설치되며, 테이블(850)에는 피가공물이 안착된다. 테이블(850)은 베드(800) 상에 회전하거나 이송 가능하게 설치될 수 있다.

컬럼(200)은 베드(800)의 후방에 수직으로 세워질 수 있다. 그리고 스핀들(100)은 컬럼(200)에 상하로 슬라이딩 가능하게 지지된다. 그리고 스핀들(100)의 일 단부에는 공구가 장착될 수 있다. 구동 모터(120)는 스핀들(100)의 타 단부와 연결되어 스핀들(100)에 회전 동력을 공급한다. 이에, 스핀들(100)에 장착된 공구가 회전하면서 테이블(850)에 안착된 피가공물을 가공할 수 있다.

이송 장치(400)는 스핀들(200)을 컬럼을 따라 상하 이송 시킨다. 구체적으로, 이송 장치(400)는 회전 정보를 제공하는 이송 모터(410)와, 이송 모터(410)에 의해 회전하는 볼스크류(450)를 포함할 수 있다. 볼스크류(450)는 컬럼(200)의 길이 방향을 따라 설치되어 스핀들(200)을 이송시킨다. 일례로, 이송 모터(410)는

새들(150)은 스핀들(100)과 이송 장치(400) 사이에 배치된다. 구체적으로, 새들(150)은 스핀들(100)을 지지하며, 이송 장치(400)와 결합되어 이송 장치(400)에 의해 직선 왕복 운동한다. 또한, 새들(150)은 스핀들(100)을 회전시키는 구동 모터(120)도 함께 지지할 수 있다.

선형 스케일(530)은 컬럼(200)과 스핀들(100) 사이에 배치된다. 선형 스케일(530)은 스핀들(100)의 위치값을 검출하는데 사용된다. 구체적으로, 선형 스케일(530)은 스핀들(100)에 장착된 공구의 끝단 위치를 파악하기 위해 사용된다.

또한, 본 발명의 일 실시예에서, 선형 스케일(530)은 컬럼(200)과 볼스크류(450)에 비해 상대적으로 열변형이 적은 소재로 형성된다. 즉, 선형 스케일(530)은 강도가 우수한 소재로 형성되며, 해당 기술 분야의 종사자에게 공지된 다양한 소재로 만들어질 수 있다.

그리고 선형 스케일(530)은 컬럼(200)과 볼스크류(450)의 열에 의한 굽힘 변형에 간섭 받지 않고 자유롭도록 설치될 수 있다.

따라서, 컬럼(200)이나 이송 장치(400)에 열에 의한 굽힘 변형이 발생되더라도, 선형 스케일(530)에는 변형이 일어나지 않거나 컬럼(200) 또는 이송 장치(400)와 대비하여 미미한 수준의 변형이 발생될 수 있다.

스케일 스캐닝 장치(550)는 스핀들(100)과 함께 이송 장치(400)에 의해 상하로 선형 스케일(530)을 따라 이동하면서 선형 스케일(530)을 스캐닝하여 위치를 계측한다. 구체적으로, 스케일 스캐닝 장치(550)는 새들(150)에 설치될 수 있다. 즉, 새들(150)은 스핀들(100) 및 구동 모터(120)와 함께 스케일 스캐닝 장치(550)도 지지할 수 있다.

제어부(700)는 이송 모터(410)가 제공하는 회전 정보에 의한 위치값과 스케일 스캐닝 장치(550가 측정한 위치값의 차이를 비교하여 컬럼(200)의 열에 의한 굽힘 변형 정도를 산출한다.

또한, 제어부(700)는 구동 모터(120) 및 이송 장치(400)의 동작을 제어할 수 있다. 그리고 제어부(700)는 컬럼(200)의 열에 의한 굽힘 변형 정도가 허용 오차 범위를 벗어난 것으로 판단되면 스핀들(100) 및 구동 모터(120)의 가동을 중단시킬 수 있다.

구체적으로, 제어부(700)는 이송 장치(400)의 가동 전 또는 가동 초기 단계에 기준 위치에서 이송 모터(410)가 제공하는 회전 정보에 의한 위치값과 스케일 스캐닝 장치(550)가 측정한 위치값의 차이에 대한 기준값을 설정한다.

그리고 제어부(700)는 가동 중간에 일정 시간 마다 또는 스케일 스캐닝 장치(550)가 기준 위치를 지날 때마다 이송 모터(410)가 제공하는 회전 정보에 의한 위치값과 스케일 스캐닝 장치(550)가 측정한 위치값의 차이를 앞서 설정한 기준값과 비교한다. 비교 결과, 가동 중 이송 모터(410)가 제공하는 회전 정보에 의한 위치값과 스케일 스캐닝 장치(550)가 측정한 위치값의 차이가 설정된 기준값의 오차 허용 범위를 벗어나면, 제어부(700)는 스핀들(100) 및 구동 모터(120)의 동작을 제한하여, 공작물의 가공을 중단한다.

이하, 도 3을 참조하여 이송 모터(410)가 제공하는 회전 정보에 의한 위치값과 스케일 스캐닝 장치(550)가 측정한 위치값의 차이를 비교하여 컬럼(200)의 열에 의한 굽힘 변형 정도를 산출하는 방법을 상세히 설명한다.

도 3에서 참조부호 A는 열에 의한 굽힘 변형이 발생하기 전, 즉 가동 전 또는 가동 초기에 기준 위치에서 선형 스케일(530)과 스케일 스캐닝 장치(550)의 상태를 나타낸다.

제어부(700)는 A 상태에서 이송 모터(410)가 제공하는 회전 정보에 의한 위치값과 스케일 스캐닝 장치(550)가 측정한 위치값의 차이를 기준값으로 설정한다.

참조부호 B는 선형 스케일(530)이 컬럼(200) 또는 볼스크류(450)와 동일 또는 유사하게 열에 의한 굽힘 변형될 경우를 가정할 때, 선형 스케일(530)과 스케일 스캐닝 장치(550)를 나타낸다. 즉, 선형 스케일(530)과 컬럼(200) 또는 볼스크류(450)가 동일 또는 유사하게 열에 의한 굽힘 변형되면, 이송 모터(410)가 제공하는 회전 정보에 의한 위치값과 스케일 스캐닝 장치(550)가 측정한 위치값의 차이는 A와 달라지지 않는다. 이는 스케일 스캐닝 장치(550)의 위치가 변한 만큼 컬럼(200)도 변형되기 때문이다.

참조부호 C는 본 발명의 일 실시예에 따라 컬럼(200) 또는 볼스크류(450)는 열에 의해 굽힘 변형되나 컬럼(200)의 변형에 의해 기울기만 변할 뿐 선형 스케일(530)은 변형되지 않은 상태를 나타낸다. C와 같이, 컬럼(200)에 열에 의한 굽힘 변형이 발생해도 선형 스케일(530)은 변형되지 않기 때문에, 굽힘 변형된 컬럼(200) 또는 볼스크류(450)의 호의 길이와 직선을 유지하는 선형 스케일(530)의 길이 차이로 인하여 이송 모터(410)가 제공하는 회전 정보에 의한 위치값과 스케일 스캐닝 장치(550)가 측정한 위치값의 차이가 A 상태와 달라진다.

이러한 차이가 허용 오차 범위를 벗어나면, 제어부(700)는 컬럼(200)의 열에 의한 굽힘 변형이 공작 기계(101)의 정밀성을 저하시켜 공작물의 불량이 발생될 수 있다고 판단하고 구동 모터(120)와 스핀들(100)의 가동을 중단한다.

이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작 기계(101)는 효과적으로 열에 의한 굽힘 변형 정도를 파악하여 불량의 발생을 억제할 수 있다.

이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 공작 기계(101)의 동작 방법을 설명한다.

먼저, 공작 기계(101)의 가동 전 또는 가동 초기에 열에 의한 굽힘 변형이 발생되지 않은 상태의 기준 위치에서, 이송 모터(410)가 제공하는 회전 정보에 의한 위치값과 스케일 스캐닝 장치(550)가 측정한 위치값의 차이를 산출하고 이를 기준값으로 설정한다(S100).

다음, 스핀들(200)을 회전시켜 공작물의 가공을 시작한다(S200). 그리고 가공 중에 기설정된 일정 시간이 경과하거나 스케일 스캐닝 장치(550)가 기준 위치를 지날 때마다 수시로 이송 모터(410)가 제공하는 회전 정보에 의한 위치값과 스케일 스캐닝 장치(550)가 측정한 위치값의 차이를 기준값과 비교한다(S300).

그리고 가동 중 이송 모터(410)가 제공하는 회전 정보에 의한 위치값과 스케일 스캐닝 장치(550)가 측정한 위치값의 차이가 기준값의 오차 허용 범위를 벗어나면, 알람을 발생(S500)하고, 스핀들(100) 및 구동 모터(120)의 동작을 제한하여 공작물의 가공을 중단한다(S600).

이와 같은 방법을 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작 기계(101)를 동작시켜 효과적으로 열에 의한 굽힘 변형 정도를 파악하여 불량의 발생을 억제할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 스피들 101: 공작 기계
120: 구동 모터 150: 새들
200: 컬럼 400: 이송 장치
410: 이송 모터 450: 볼스크류
530: 선형 스케일 550: 스케일 스캐닝 장치
700: 제어부 800: 베드
850: 테이블

Claims (4)

1. 컬럼;
   상기 컬럼에 설치되며, 회전 정보를 제공하는 이송 모터를 포함하는 이송 장치;
   상기 컬럼에 슬라이딩 가능하게 지지되며 상기 이송 장치에 의해 직선 왕복 운동하는 새들;
   상기 새들에 지지된 스핀들;
   상기 컬럼과 상기 새들 사이에 설치된 선형 스케일;
   상기 새들에 설치되어 상기 새들과 함께 이동하면서 상기 선형 스케일을 스캐닝하여 위치를 계측하는 스케일 스캐닝 장치; 및
   상기 이송 모터가 제공하는 회전 정보에 의한 위치값과 상기 스케일 스캐닝 장치가 측정한 위치값의 차이를 비교하여 상기 컬럼의 열에 의한 굽힘 변형 정도를 산출하는 제어부
   를 포함하는 공작 기계.
2. 제1항에서,
   상기 이송 장치는 상기 컬럼의 길이 방향으로 설치되어 상기 이송 모터에 의해 회전하는 볼스크류를 더 포함하며,
   상기 선형 스케일은 상기 컬럼과 상기 볼스크류에 비해 상대적으로 열변형이 적은 소재로 형성된 공작 기계.
3. 제1항 또는 제2항에서,
   상기 제어부는 산출된 상기 컬럼의 열에 의한 굽힘 변형 정도가 허용 오차 범위를 벗어나면 상기 스핀들의 가동을 중단시키는 공작 기계.
4. 제3항에서,
   상기 제어부는 상기 이송 장치의 가동 초기에 기준 위치에서 상기 이송 모터가 제공하는 회전 정보에 의한 위치값과 상기 스케일 스캐닝 장치가 측정한 위치값의 차이에 대한 기준값을 정하고,
   상기 제어부는 상기 이송 장치의 가동 중간에 상기 기준 위치에서 상기 이송 모터가 제공하는 회전 정보에 의한 위치값과 상기 스케일 스캐닝 장치가 측정한 위치값의 차이를 상기 기준값과 비교하여 상기 컬럼의 열에 의한 굽힘 변형 정도를 산출하는 공작 기계.

Images