KR20210023107A - Method and apparatus for correcting thermal deformation of machine tool spindle, machine tools using the same - Google Patents

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KR20210023107A KR1020190102826A KR20190102826A KR20210023107A KR 20210023107 A KR20210023107 A KR 20210023107A KR 1020190102826 A KR1020190102826 A KR 1020190102826A KR 20190102826 A KR20190102826 A KR 20190102826A KR 20210023107 A KR20210023107 A KR 20210023107A
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Abstract

According to the present invention, a bearing, at least one temperature sensor installed around the bearing to detect the ambient temperature of the bearing, and a cooling passage for circulating a cooling fluid around the bearing in order to suppress heat generation of the bearing are provided inside a spindle of a machine tool. For the thermal deformation compensation of the machine tool spindle, the correction amount for the thermal deformation of spindle is calculated according to a temperature value detected by the temperature sensor, but a thermal deformation correction range is divided into a heating section and a cooling section, and different formulas for calculating the heat deformation correction amount are applied to the heating section and the cooling section, but the deviation of the heat deformation correction amount does not occur.

Description

공작기계 스핀들의 열변형 보정 방법 및 장치, 이를 이용한 공작기계{Method and apparatus for correcting thermal deformation of machine tool spindle, machine tools using the same}TECHNICAL FIELD [Method and apparatus for correcting thermal deformation of machine tool spindle, machine tools using the same}

본 발명은 공작기계 스핀들의 열변형 보정방법에 관한 것으로서, 특히 스핀들의 발열과 냉각을 추종하는 스핀들의 열변형 보정 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method for correcting thermal deformation of a machine tool spindle, and more particularly, to a method and apparatus for correcting thermal deformation of a spindle that tracks heat generation and cooling of the spindle.

공작기계는 금속 구조물로 형성되어, 작동 시 회전부의 발열에 의해 구조물에 열변형이 발생한다. 도 1과 같이 공작기계(10)의 컬럼에 설치된 스핀들(20)은 공작물을 가공하기 위해 내부에 장착된 베어링(40)에 의해 빠른 속도로 회전한다. 이 때 스핀들(20)의 회전력은 스핀들(20)에 내장된 베어링(40)을 통해 그 선단에 장착된 공구(미도시)를 회전시킨다. 이 때 스핀들(20)을 회전 상태로 지지하는 베어링(40)에 열이 발생하고, 이 열은 베어링(40) 주변의 스핀들(20) 본체에 전도된다. The machine tool is formed of a metal structure, and during operation, heat deformation occurs in the structure due to heat generation of the rotating part. As shown in FIG. 1, the spindle 20 installed in the column of the machine tool 10 rotates at a high speed by the bearing 40 installed therein to process the work. At this time, the rotational force of the spindle 20 rotates a tool (not shown) mounted at its tip through the bearing 40 built into the spindle 20. At this time, heat is generated in the bearing 40 supporting the spindle 20 in a rotating state, and this heat is conducted to the main body of the spindle 20 around the bearing 40.

또한, 스핀들(20)의 회전속도 증가와 회전 시간에 따라 베어링(40)의 발열은 증가하게 되고, 이는 스핀들(20) 전체에 전달된다. 이와 같이 베어링(40)의 발열은 스핀들(20)의 열변형을 일으키고, 스핀들(20)의 열변형은 스핀들(20)선단에 장착된 공구와 공작물의 상대 거리를 변화시켜 공작물의 가공정밀도 저하를 초래한다.In addition, heat generation of the bearing 40 increases according to an increase in the rotational speed and rotation time of the spindle 20, which is transmitted to the entire spindle 20. In this way, heat generation of the bearing 40 causes thermal deformation of the spindle 20, and the thermal deformation of the spindle 20 changes the relative distance between the tool installed at the tip of the spindle 20 and the workpiece, thereby reducing the machining accuracy of the workpiece. Results.

따라서 공작기계(10) 스핀들(20)의 열변형 보정은, 스핀들(20)의 열변형 량을 계산해내고, 계산한 열변형 량 만큼 액츄에이터(60)를 구동하여 스핀들(20)의 위치를 보정해 주는 것이다.Therefore, in the correction of thermal deformation of the spindle 20 of the machine tool 10, the amount of thermal deformation of the spindle 20 is calculated, and the position of the spindle 20 is corrected by driving the actuator 60 by the calculated amount of thermal deformation. Is to give.

이러한 스핀들(20)의 열변형을 보정하기 위해서는, 스핀들(20) 내부의 베어링(40) 주변에 적어도 한 개 이상의 온도센서(30)를 설치하고, 수치제어장치(70)에서 온도센서(30)의 값을 취득하여 스핀들(20)의 열변형 량을 계산하고, 이를 기준으로 스핀들(20)의 열변형을 보정하는 방법을 사용해 오고 있다.In order to correct the thermal deformation of the spindle 20, at least one temperature sensor 30 is installed around the bearing 40 inside the spindle 20, and the temperature sensor 30 in the numerical control device 70 A method of acquiring a value of, calculating the amount of thermal deformation of the spindle 20, and correcting the thermal deformation of the spindle 20 based on this has been used.

그러나 이러한 온도센서(30)를 이용한 열변형 보정량의 계산은, 실제에 있어서는 스핀들(20)의 회전 정지나 회전속도 변화, 스핀들(20) 내부에 냉각유체를 순환시키기 위해 설치된 냉각유로(50)와 같은 다양한 요소로 인해 비선형적으로 나타나는 열변형 특성을 만족스럽게 보정할 수 없다.However, the calculation of the amount of correction for thermal deformation using the temperature sensor 30 is performed with the cooling flow path 50 installed to circulate the cooling fluid inside the spindle 20 or change the rotation speed or stop the rotation of the spindle 20. Due to the same various factors, it is not possible to satisfactorily correct the non-linear thermal deformation characteristics.

이하에서 공작기계(10)에서 보편적으로 사용되고 있는 열변형 보정 방법을 소개하고, 나아가 그 문제점을 살펴 본다.Hereinafter, a method for correcting thermal deformation commonly used in the machine tool 10 is introduced, and further, a problem thereof is examined.

공작기계(10) 스핀들(20)의 내부 베어링(40) 주위에 온도센서(30)를 설치하고, 이 온도센서(30)를 통해 스핀들(20)의 온도를 검출한다. 검출한 온도 데이터를 기준으로 수치제어장치(70)에 미리 저장해 둔 온도 구간별 스핀들(20)의 열변형 보정량을 판독하고, 이를 수치제어장치(70)에 반영하여 스핀들(20)의 위치를 보정해줌으로써 온도에 따른 스핀들(20)의 열변형 보정을 수행한다.A temperature sensor 30 is installed around the inner bearing 40 of the spindle 20 of the machine tool 10, and the temperature of the spindle 20 is detected through the temperature sensor 30. Based on the detected temperature data, the amount of correction for thermal deformation of the spindle 20 for each temperature section stored in advance in the numerical control device 70 is read, and the position of the spindle 20 is corrected by reflecting it in the numerical control device 70. By doing so, the thermal deformation of the spindle 20 according to the temperature is corrected.

하지만 온도센서(30)을 이용한 스핀들(20)의 열변형 보정은, 도 2와 도 3에서 개시한 바와 같이, 갑작스런 스핀들(20) 회전속도의 변화나, 스핀들(20) 내부의 냉각유로(cooling line)(50)에 의한 냉각작용 등으로 열변형이 비선형적인 그래프 형상으로 나타난다. However, the correction of the thermal deformation of the spindle 20 using the temperature sensor 30, as disclosed in Figs. 2 and 3, a sudden change in the rotational speed of the spindle 20 or a cooling channel inside the spindle 20 (cooling). line) (50), the thermal deformation is shown in a non-linear graph shape.

따라서 이와 같이 비선형적인 그래프 형상으로 나타나는 스핀들(20)의 열변형은, 열변형 보정 알고리즘의 프로그램 코딩 간소화와, 보정 결과 값의 신뢰성도 향상을 위해 사용환경에 해당하는 구간에서 아래 수식 1의 선형방정식을 이용하여 선형보정(linear fitting) 하여 사용해 왔다.Therefore, the thermal deformation of the spindle 20, which appears in the form of a nonlinear graph, is the linear equation of Equation 1 below in the section corresponding to the usage environment in order to simplify the program coding of the thermal deformation correction algorithm and improve the reliability of the correction result value. It has been used by linear fitting.

(수식 1) y = Σan(tn-Tn)(Equation 1) y = Σa n (t n -T n )

여기서 y = 보정량, n = 온도센서 번호, an = 온도센서 이득, tn = 온도센서 데이터, Tn = 온도센서 오프셋 이다.Where y = correction amount, n = temperature sensor number, a n = temperature sensor gain, t n = temperature sensor data, T n = temperature sensor offset.

그러나 상기 수식 1에 따른 스핀들(20)의 열변형 보정은 스핀들(20)의 선단 부근에 설치된 베어링(40)과 온도센서(30) 사이에 냉각유로(50)가 있고 이 냉각유로(50)의 냉각 작용으로 인해, 도 3 에서 개시한 바와 같이, 스핀들(20)이 일정 속도 또는 그 이상으로 회전하여 스핀들(20)의 온도가 증가하는 발열구간(heating phase)과, 스핀들(20)의 회전이 정지하거나 급감속하고 이와 동시에 냉각유로(50)에 의해 스핀들(20)의 온도가 내려가는 냉각구간(cooling phase)에서 열변형 특성이 달라진다. However, in the correction of the thermal deformation of the spindle 20 according to Equation 1, there is a cooling channel 50 between the bearing 40 and the temperature sensor 30 installed near the tip of the spindle 20. Due to the cooling action, as disclosed in FIG. 3, a heating phase in which the spindle 20 rotates at a constant speed or higher to increase the temperature of the spindle 20 and the rotation of the spindle 20 The thermal deformation characteristics are changed in a cooling phase in which the temperature of the spindle 20 is stopped or rapidly decelerated, and at the same time, the temperature of the spindle 20 is lowered by the cooling passage 50.

따라서 이와 같이 발열구간과 냉각구간에서 열변형 특성이 달라지는 경우, 발열구간과 냉각구간에서 다음 수식과 같이 서로 다른 열변형 보정량 특성방정식 적용한다.Therefore, in the case where the heat distortion characteristics are different in the heating section and the cooling section as described above, different thermal distortion correction amount characteristic equations are applied in the heating section and the cooling section as shown in the following equation.

발열구간 열변형 보정량(Y)=G x H x Cheat Heat distortion correction amount (Y)=G x H x C heat

냉각구간 열변형 보정량(Y)=G x H x Ccool Cooling section heat distortion correction amount (Y)=G x H x C cool

여기서, G=게인(gain) 값, H=온도센서 값, Cheat = 발열구간(heating phase)에서 스핀들 열변형과 온도센서 간의 특성방정식, Ccool = 냉각구간(cooling phase)에서 스핀들 열변형과 온도센서 간의 특성방정식이다.Here, G = gain value, H = temperature sensor value, C heat = spindle heat deformation in the heating phase and the characteristic equation between the temperature sensor, C cool = spindle heat deformation in the cooling phase and This is the characteristic equation between temperature sensors.

상기와 같이 발열구간과 냉각구간에 서로 다른 열변형 보정량 특성방정식을 적용함으로써, 도 4 및 도 5에서 보는 바와 같이, 스핀들(20)의 열변형 보정은, 공작기계가 처음 작동되는 초기, 스핀들(20)이 회전을 지속하는 발열구간에서는 열변형 보정량 특성방정식은 지수함수에 가깝게 스핀들(20)의 열변형 보정량을 계산하고, 이를 기반으로 스핀들(20)의 위치(보다 정확하게는 스핀들의 선단에 장착된 공구의 위치)를 보정해 줌으로써, 스핀들(20)을 열변형이 일어나지 않은 원래의 위치로 비교적 정확하게 보정할 수 있다.As described above, by applying different thermal deformation correction amount characteristic equations to the heating section and the cooling section, as shown in Figs. 4 and 5, the correction of the thermal deformation of the spindle 20 is performed at the beginning of the machine tool operation, the spindle ( 20) In the heating section where this rotation continues, the thermal deformation correction amount characteristic equation calculates the thermal deformation correction amount of the spindle 20 close to the exponential function, and based on this, the position of the spindle 20 (more precisely, it is installed at the tip of the spindle. By correcting the position of the old tool), it is possible to relatively accurately correct the spindle 20 to the original position where thermal deformation has not occurred.

하지만, 도 5에서 보는 바와 같이, 스핀들(20)이 발열구간에서 회전을 갑자기 정지하거나 회전속도를 일정 속도 이하로 급감속하는 냉각구간으로 변경될 경우에는, 냉각구간 열변형 보정량 특성방정식이 적용되고, 이 냉각구간 열변형 보정량 특성방정식은 발열구간 열변형 보정 특성방정식과 시정수를 달리하므로, 계산된 보정량은 발열구간의 열변형 보정량과 편차(A-B)가 발생한다. 즉, 발열구간에서 냉각구간으로 변경될 경우 편차 만큼 열변형 보정량이 갑자기 변경되어 스핀들이 이동함으로 인해 공작물의 가공정밀도가 나빠지는 문제점이 발생한다. However, as shown in FIG. 5, when the spindle 20 suddenly stops rotating in the heating section or changes to a cooling section in which the rotational speed is rapidly decelerating below a certain speed, the cooling section thermal deformation correction amount characteristic equation is applied, Since this cooling section thermal deformation correction amount characteristic equation differs from the heating region thermal deformation correction characteristic equation and a time constant, the calculated correction amount has a thermal deformation correction amount and a deviation (AB) of the heating region. That is, when changing from the heating section to the cooling section, the amount of correction for thermal deformation is suddenly changed as much as the deviation, and the spindle moves, resulting in a problem that the machining precision of the workpiece is deteriorated.

마찬가지로, 냉각구간이 적용된 후에 재차 스핀들(20)의 회전속도를 증가시켜 발열구간으로 전환(switching) 할 경우, 또 다시 시정수를 달리하는 발열구간 열변형 보정량 특성방정식으로 변경됨으로 인해, 열변형 보정량 편차가 발생하고 이로 인해 공작물의 가공정밀도는 또다시 악화되는 문제가 발생한다.Similarly, when switching to the heating section by increasing the rotational speed of the spindle 20 again after the cooling section is applied, the thermal deformation correction amount in the heating section with a different time constant is changed to the characteristic equation, so that the thermal deformation correction amount Deviation occurs, which causes the problem of deteriorating the machining precision of the workpiece again.

이와 같이 발열구간과 냉각구간의 전환이 거듭될수록 스핀들(20)의 열변형 보정량은 오차를 증폭시키게 되고, 이로 인해 공작물의 가공정밀도는 점점 더 나빠지게 된다.As the heating section and the cooling section are repeatedly switched, the correction amount of the thermal deformation of the spindle 20 amplifies the error, and thus, the machining precision of the workpiece becomes worse and worse.

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 공작기계 스핀들의 열변형 보정량을 산출하는 방법 또는 장치로서, 스핀들이 발열구간(heating phase)과 냉각구간(cooling phase)이 서로 전환할 때, 스핀들의 열변형 보정량의 편차로 인해 열변형의 보정이 부정확해지는 것을 방지하여 보다 정확한 열변형 보정량을 산출하고, 이를 기반으로 스핀들의 열변형을 보정함으로써 공작물의 가공정밀도를 향상 시키는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention for solving the above problems is a method or apparatus for calculating a correction amount for thermal deformation of a machine tool spindle, when the spindle switches between a heating phase and a cooling phase. The purpose of this is to improve the machining precision of the workpiece by preventing the correction of the thermal deformation from becoming inaccurate due to the deviation of the thermal deformation correction amount, calculating a more accurate thermal deformation correction amount, and correcting the thermal deformation of the spindle based on this.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 해결 수단은, 비선형적인 공작기계 스핀들의 열변형과 온도센서 간의 상관관계를 수학적으로 더 정확히 표현하기 위해 곡선형 보정(curve fitting)의 고차 특성방정식을 추출하고, 이를 이산방정식으로 변환하여 공작기계 수치제어장치(NC)에 이식하여 열변형을 보정한다.The solution of the present invention for achieving the above object is to extract a higher-order characteristic equation of a curve fitting in order to mathematically more accurately express the correlation between the nonlinear thermal deformation of the machine tool spindle and the temperature sensor, and , This is converted into a discrete equation and implanted in a machine tool numerical control device (NC) to compensate for thermal deformation.

좀 더 상세한 본 발명의 해결 수단은, 공작기계 스핀들의 열변형 보정 방법으로, 베어링과, 상기 베어링의 주변온도를 검출하기 위해 상기 베어링 주변에 설치된 적어도 한 개 이상의 온도센서와, 상기 베어링의 발열을 억제하기 위해 상기 베어링 주변에 냉각유체를 유통시키는 냉각유로를 구비한 공작기계 스핀들의 열변형 보정을 위해, 상기 온도센서로부터 검출한 온도 값에 따라 상기 스핀들의 열변형 보정량을 계산하고, 상기 계산한 열변형 보정량에 따라 상기 스핀들의 열변형을 보정하는 공작기계의 열변형 보정 방법에 있어서,A more detailed solution of the present invention is a method for correcting thermal deformation of a machine tool spindle, comprising: a bearing, at least one temperature sensor installed around the bearing to detect an ambient temperature of the bearing, and heat generation of the bearing. In order to correct the thermal deformation of the machine tool spindle having a cooling flow path through which a cooling fluid flows around the bearing to suppress it, the thermal deformation correction amount of the spindle is calculated according to the temperature value detected from the temperature sensor, and the calculated In the thermal deformation correction method of a machine tool for correcting the thermal deformation of the spindle according to the thermal deformation correction amount,

상기 온도센서로부터 상기 스핀들 주변의 온도 값을 검출하고,Detecting a temperature value around the spindle from the temperature sensor,

상기 온도센서로부터 검출한 온도 값을 기준으로 상기 스핀들이 회전함에 따라 발열 상태를 지속하는 것을 전제로 한 발열구간의 1차 열변형 보정량과, 상기 스핀들이 미리 정해진 속도범위 이하로 감속하거나 회전을 정지함에 따라 냉각 상태를 지속하는 것을 전제로 한 냉각구간의 1차 열변형 보정량을 각각 계산하고,Based on the temperature value detected by the temperature sensor, the primary thermal deformation correction amount of the heating section presupposes that the heating state continues as the spindle rotates, and the spindle decelerates or stops rotating below a predetermined speed range. As a result, the correction amount of the primary thermal deformation of the cooling section is calculated, assuming that the cooling state is maintained, respectively,

상기 발열구간의 1차 열변형 보정량과 냉각구간의 1차 열변형 보정량의 차이에 따른 상쇄이득 값을 계산하고,Calculate a offset gain value according to the difference between the first heat distortion correction amount in the heating section and the first heat distortion correction amount in the cooling section,

상기 스핀들이 발열구간인지 또는 냉각구간인지를 판단하고,Determine whether the spindle is a heating section or a cooling section,

상기 스핀들이 발열구간인 경우 상기 발열구간의 1차 열변형 보정량에 상기 상쇄이득 값을 곱하여 상기 스핀들의 최종 열변형 보정량으로 계산하고, 상기 스핀들이 냉각구간인 경우 상기 냉각구간의 1차 열변형 보정량에 상기 상쇄이득 값을 곱하여 상기 스핀들의 최종 열변형 보정량으로 계산하며,When the spindle is a heating section, the first thermal distortion correction amount of the heating section is multiplied by the offset gain value to calculate the final thermal distortion correction amount of the spindle, and when the spindle is a cooling section, the primary thermal distortion correction amount of the cooling section Multiplied by the offset gain value and calculated as the final thermal deformation correction amount of the spindle,

상기 스핀들의 최종 열변형 보정량을 공작기계의 수치제어장치(NC)의 열변형 보정 프로그램에 반영하여 상기 스핀들의 열변형 보정을 실행하도록 제어하여 공작기계 스핀들의 열변형 보정 방법을 구현한다.The final thermal deformation correction amount of the spindle is reflected in the thermal deformation correction program of the numerical control device (NC) of the machine tool, and the thermal deformation correction of the spindle is controlled to execute, thereby implementing a method for correcting the thermal deformation of the machine tool spindle.

한편, 상기 발열구간 1차 열변형 보정량은 상기 온도센서로부터 검출한 온도 값을 발열구간 열변형 특성 이산방정식에 대입하여 계산하고, 상기 냉각구간의 1차 열변형 보정량은 상기 온도센서로부터 검출한 온도 값을 냉각구간 열변형 특성 이산방정식에 대입하여 계산하는 것을 특징으로 한다.Meanwhile, the first heat distortion correction amount of the heating section is calculated by substituting the temperature value detected from the temperature sensor into a discrete equation of the heat distortion characteristics of the heating section, and the first heat distortion correction amount of the cooling section is the temperature detected from the temperature sensor. It is characterized in that it is calculated by substituting the value into a discrete equation for the thermal deformation characteristic of the cooling section.

또한, 상기 발열구간 및 냉각구간의 1차 열변형 보정량은 다음 수식 2, 3과 같이 계산하고,In addition, the correction amount of the first thermal deformation of the heating section and the cooling section is calculated as shown in Equations 2 and 3 below,

(수식 2) 발열구간 1차 열변형 보정량(Y) = G x H x Cheat (Equation 2) Correction amount for the first heat distortion in the heating section (Y) = G x H x C heat

(수식 3) 냉각구간 1차 열변형 보정량(Y) = G x H x Ccool (Equation 3) Cooling section 1st heat distortion correction amount (Y) = G x H x C cool

상기 최종 열변형 보정량의 계산은 상기 수식 2, 3에서 각각 상기 발열구간과 냉각구간의 1차 열변형 보정량 차이에 따른 상쇄이득 값을 반영하여 다음 수식 5와 같이 계산하고,The calculation of the final heat distortion correction amount is calculated as shown in Equation 5 below by reflecting the offset gain value according to the difference in the first heat distortion correction amount between the heating section and the cooling section in Equations 2 and 3, respectively,

(수식 5) 최종 열변형 보정량(Y) = GiHiΣ(aniz-n) / Σ(bniz-n)(Equation 5) Final thermal distortion correction (Y) = G i H i Σ(a ni z -n ) / Σ(b ni z -n )

상기 수식 5에서 온도센서 값(H)과 열변형 보정량(Y)의 관계를 다음 수식 6과 같이 7차 이산방정식으로 모델링하고,In Equation 5, the relationship between the temperature sensor value (H) and the thermal distortion correction amount (Y) is modeled as a seventh-order discrete equation as shown in Equation 6 below,

(수식 6) Y(z)/H(z) = G{a7z-7+ ... + a0} / {b7z-7+ ... + 1} (Equation 6) Y(z)/H(z) = G{a 7 z -7 + ... + a 0 } / {b 7 z -7 + ... + 1}

상기 수식 6을 다음 수식 7과 같이 열변형 보정량 이산방정식으로 표현하여, Expressing Equation 6 as a discrete equation for the amount of heat distortion correction as shown in Equation 7 below,

(수식 7) y(k) = G{a7h(k-7)+a6h(k-6)...+a1h(k-1)+a0h(k)} - b7y(k-7)- b6y(k-6)...-b1y(k-1) (Equation 7) y(k) = G{a 7 h(k-7)+a 6 h(k-6)...+a 1 h(k-1)+a 0 h(k)}-b 7 y(k-7)- b 6 y(k-6)...-b 1 y(k-1)

상기 수식들에서 Y=열변형 보정량, G=게인(gain) 값, H=온도센서 값, In the above equations, Y=heat distortion correction amount, G=gain value, H=temperature sensor value,

Cheat = 발열구간(heating phase)에서 스핀들 열변형과 온도센서 간의 특성방정식, C heat = characteristic equation between the spindle thermal deformation and the temperature sensor in the heating phase,

Ccool = 냉각구간(cooling phase)에서 스핀들 열변형과 온도센서 간의 특성방정식 C cool = characteristic equation between spindle thermal deformation and temperature sensor in the cooling phase

y(k)=현재 열변형 보정량, i=센서번호, n=0 이상의 정수, y(k) = current thermal distortion correction amount, i = sensor number, n = an integer greater than or equal to 0,

an=온도센서 n차 지연데이터의 계수, bn=보정량 n차 지연데이터의 계수, a n = coefficient of the nth delay data of the temperature sensor, b n = coefficient of the nth delay data of the correction amount,

z-1=1차 시간지연(time delay), z-n=n차 시간지연 이다.z -1 = 1st time delay, z -n = nth time delay.

상기 수식 7을 공작기계 수치제어장치(NC)에 이식하여 스핀들의 열변형 보정을 시행하는 것을 특징으로 한다.The equation 7 is implanted in a machine tool numerical control device (NC) to correct thermal deformation of the spindle.

또한, 상기 상쇄이득 값은 상기 발열구간과 냉각구간의 1차 열변형 보정량을 계산한 후에, 상기 공작기계가 첫 작동인지를 판별하고, 상기 공작기계가 첫 작동인 경우에는 상기 상쇄이득 값을 1로 설정하고, 상기 공작기계가 첫 작동이 아닌 경우에는 상기 발열구간과 냉각구간의 1차 열변형 보정량의 비율을 상쇄이득 값으로 계산하는 것을 특징으로 한다.In addition, the offset gain value is determined whether the machine tool is the first operation after calculating the first thermal deformation correction amount between the heating section and the cooling section, and when the machine tool is the first operation, the offset gain value is 1 And, when the machine tool is not operated for the first time, a ratio of the first heat distortion correction amount between the heating section and the cooling section is calculated as a offset gain value.

또한, 상기 공작기계가 첫 작동이 아닌 경우, 상기 상쇄이득 값은 현재의 발열구간 1차 열변형 보정량(A)에 향후 적용될 발열구간 1차 열변형 보정량(B) 또는 냉각구간 1차 열변형 보정량(B)을 나누기하여 계산한다.In addition, when the machine tool is not the first operation, the offset gain value is the first heat distortion correction amount (B) for the heating section to be applied in the future or the first heat distortion correction amount for the cooling section to be applied in the current heating section first heat distortion correction amount (A). It is calculated by dividing (B).

또한, 상기 발열구간 1차 열변형 보정량과 냉각구간 1차 열변형 보정량은 상시로 계산하는 것을 특징으로 한다.In addition, the first heat distortion correction amount in the heating section and the first heat distortion correction amount in the cooling section are always calculated.

본 발명에 따른 일 실시예에서, 공작기계 스핀들의 열변형 보정 장치는, 베어링과, 상기 베어링의 주변 온도를 검출하기 위해 상기 베어링 주변에 설치된 적어도 한 개 이상의 온도센서와, 상기 베어링의 발열을 억제하기 위해 상기 베어링 주변에 냉각유체를 유통시키는 냉각유로를 구비한 공작기계 스핀들과,In an embodiment according to the present invention, the apparatus for correcting thermal deformation of a machine tool spindle includes a bearing, at least one temperature sensor installed around the bearing to detect an ambient temperature of the bearing, and suppresses heat generation of the bearing. A machine tool spindle having a cooling flow path for circulating a cooling fluid around the bearing in order to do so,

상기 온도센서로부터 검출한 온도 값을 기준으로 상기 스핀들이 회전함에 따라 발열 상태를 지속하는 것을 전제로 한 발열구간의 1차 열변형 보정량과, 상기 스핀들이 미리 정해진 속도범위 이하로 감속하거나 회전을 정지함에 따라 냉각 상태를 지속하는 것을 전제로 한 냉각구간의 1차 열변형 보정량을 각각 계산하고, 상기 발열구간의 1차 열변형 보정량과 냉각구간의 1차 열변형 보정량의 차이에 따른 상쇄이득 값을 계산하고, 상기 스핀들이 발열구간인지 또는 냉각구간인지를 판단하고, 상기 스핀들이 발열구간인 경우 상기 발열구간의 1차 열변형 보정량에 상기 상쇄이득 값을 곱하여 상기 스핀들의 최종 열변형 보정량으로 계산하고, 상기 스핀들이 냉각구간인 경우 상기 냉각구간의 1차 열변형 보정량에 상기 상쇄이득 값을 곱하여 상기 스핀들의 최종 열변형 보정량으로 계산하며, 상기 스핀들의 최종 열변형 보정량을 열변형 보정 프로그램에 반영하여 상기 스핀들의 열변형 보정을 실행하도록 제어하는 수치제어장치(NC)와,Based on the temperature value detected by the temperature sensor, the primary thermal deformation correction amount of the heating section presupposes that the heating state continues as the spindle rotates, and the spindle decelerates or stops rotating below a predetermined speed range. As a result, the primary heat distortion correction amount of the cooling section is calculated on the premise that the cooling state is maintained, and the offset gain value according to the difference between the primary heat distortion correction amount in the heating section and the primary heat distortion correction amount in the cooling section is calculated. It calculates, determines whether the spindle is a heating section or a cooling section, and if the spindle is a heating section, multiplying the first thermal deformation correction amount of the heating section by the offset gain value is calculated as the final thermal deformation correction amount of the spindle. , When the spindle is a cooling section, it is calculated as the final thermal distortion correction amount of the spindle by multiplying the offset gain value by the primary thermal distortion correction amount of the cooling section, and reflecting the final thermal distortion correction amount of the spindle in the thermal distortion correction program. A numerical control device (NC) for controlling the spindle to perform thermal deformation correction,

상기 수치제어장치로부터 스핀들의 열변형 보정 제어신호를 인가 받아 상기 스핀들의 위치를 보정량 만큼 이동시키는 액츄에이터를 포함하여 이루어진다.And an actuator that receives the thermal distortion correction control signal of the spindle from the numerical control device and moves the position of the spindle by the correction amount.

본 발명에 따른 일 실시예에서, 본 발명의 공작기계는 상기 공작기계 스핀들의 열변형 보정 장치를 포함하여 이루어진다.In one embodiment according to the present invention, the machine tool of the present invention comprises a thermal deformation correction device of the machine tool spindle.

본 발명은 공작기계 스핀들의 회전에 따른 발열구간과, 스핀들의 회전 정지나 급감속에 따른 냉각구간에서 서로 다른 열변형 보정량 계산식을 사용하면서도, 발열구간과 냉각구간이 전환될 때 열변형 보정량의 편차가 발생하지 않아 스핀들의 열변형을 보다 정확하게 추종함으로써, 열변형 보정에 따른 보정 편차를 없애고, 나아가 정확한 스핀들의 열변형 보정을 통해 공작물의 가공정밀도를 향상시키는 효과가 있다.The present invention uses different equations for calculating the amount of thermal deformation in the heating section according to the rotation of the machine tool spindle and the cooling section according to the rotation stop or rapid deceleration of the spindle, while the deviation of the thermal deformation correction amount when the heating section and the cooling section are switched. It does not occur, and by more accurately following the thermal deformation of the spindle, there is an effect of eliminating the correction deviation according to the thermal deformation correction, and further improving the machining precision of the workpiece through the accurate correction of the thermal deformation of the spindle.

도 1은 종래기술의 일 실시예로서, 열변형이 일어나는 스핀들을 구비한 공작기계의 사시도이다.
도 2는 종래기술의 일 실시예로서, 선형보정(linear fitting)에 의한 열변형 보정을 개념적으로 나타내는 그래프이다.
도 3은 종래기술의 일 실시예로서, 열변형 보정을 나타내는 그래프이다.
도 4는 종래기술의 일 실시예로서, 발열구간에서 냉각구간으로 전환될 때 스핀들의 열변형 보정을 나타내는 그래프이다.
도 5는 종래기술의 일 실시예로서, 발열구간에서 냉각구간으로 전환될 때 스핀들의 열변형 보정량 변동을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예로서, 스핀들의 열변형 보정 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예로서, 곡선형 보정(curve fitting)에 의한 열변형 보정을 개념적으로 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예로서, 발열구간에서 냉각구간으로 전환될 때 스핀들의 열변형 보정량 변동을 나타내는 그래프이다.
1 is a perspective view of a machine tool having a spindle in which thermal deformation occurs as an embodiment of the prior art.
2 is a graph conceptually showing thermal distortion correction by linear fitting as an embodiment of the prior art.
3 is a graph showing thermal distortion correction as an embodiment of the prior art.
4 is a graph showing the correction of thermal deformation of a spindle when switching from a heating section to a cooling section as an embodiment of the prior art.
5 is a graph showing a variation of the amount of correction for thermal deformation of a spindle when switching from a heating section to a cooling section as an embodiment of the prior art.
6 is an embodiment of the present invention, a flow chart for correcting the thermal deformation of the spindle.
7 is a graph conceptually showing thermal deformation correction by curve fitting as an embodiment of the present invention.
8 is a graph showing variations in the amount of correction for thermal deformation of a spindle when switching from a heating section to a cooling section as an embodiment of the present invention.

첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.A preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

먼저 본 열변형 보정 방법이 적용되는 공작기계(10)는 스핀들(20) 내부에 베어링(40)과, 상기 베어링(40)의 주변온도를 검출하기 위해 상기 베어링(40) 주변에 설치된 적어도 한 개 이상의 온도센서(30)와, 상기 베어링(40)의 발열을 억제하기 위해 상기 베어링(40) 주변에 냉각유체를 유통시키는 냉각유로(50)를 구비한다. First, the machine tool 10 to which the present thermal distortion correction method is applied includes a bearing 40 inside the spindle 20, and at least one installed around the bearing 40 to detect the ambient temperature of the bearing 40. The above temperature sensor 30 is provided with a cooling flow path 50 through which a cooling fluid flows around the bearing 40 in order to suppress heat generation of the bearing 40.

이러한 공작기계(10) 스핀들(20)의 열변형 보정은 상기 온도센서(30)로부터 검출한 온도 값에 따라 상기 스핀들(20)의 열변형 보정량을 계산하는 수치제어장치(70)와, 상기 수치제어장치(70)로부터 인가되는 열변형 보정량 신호에 따라 엑츄에이터(60)를 구동하여 상기 스핀들(20)을 이동 시킴으로써 스핀들(20)의 열변형 보정을 수행한다.The thermal distortion correction of the spindle 20 of the machine tool 10 includes a numerical control device 70 for calculating the thermal distortion correction amount of the spindle 20 according to the temperature value detected from the temperature sensor 30, and the numerical value. In accordance with the thermal distortion correction amount signal applied from the control device 70, the actuator 60 is driven to move the spindle 20, thereby performing thermal distortion correction of the spindle 20.

이하 도 6 내지 도 8을 참조하여 본 발명, 공작기계(10) 스핀들(20)의 열변형 보정 방법의 실시예에 대해 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention, a method for correcting thermal deformation of the spindle 20 of the machine tool 10 will be described with reference to FIGS. 6 to 8.

공작기계(10)가 가동 상태가 되면 수치제어장치(70)가 스핀들(20)의 열변형 보정을 수행하기 위한 준비상태가 되고, 다음과 같은 동작으로 스핀들(20)의 열변형 보정이 진행된다.When the machine tool 10 is in the operating state, the numerical control device 70 is in a ready state to perform thermal deformation correction of the spindle 20, and the thermal deformation correction of the spindle 20 is performed by the following operation. .

스핀들(20)의 온도센서(30)로부터 상기 스핀들(20) 주변의 온도 값을 검출한다.A temperature value around the spindle 20 is detected from the temperature sensor 30 of the spindle 20.

이어서 상기 온도센서(30)로부터 검출한 온도 값을 이용하여 1차 열변형 보정량을 계산한다. 여기서 1차 열변형 보정량 계산은 상기 스핀들(20)이 회전함에 따라 발열 상태를 지속하는 것을 전제로 한 발열구간(Heating phase)과 상기 스핀들(20)이 미리 정해진 속도범위 이하로 감속하거나 회전을 정지함에 따라 냉각 상태를 지속하는 것을 전제로 한 냉각구간(Cooling phase)에 대해 각각 독립적으로 계산한다.Subsequently, the first heat distortion correction amount is calculated using the temperature value detected from the temperature sensor 30. Here, the calculation of the primary thermal deformation correction amount is a heating phase based on the premise that the heating state continues as the spindle 20 rotates, and the spindle 20 decelerates or stops rotation below a predetermined speed range. As a result, it is calculated independently for each cooling phase assuming that the cooling state continues.

한편, 상기 발열구간 1차 열변형 보정량은 상기 온도센서(30)로부터 검출한 온도 값을 발열구간 열변형 특성 이산방정식에 대입하여 계산하고, 상기 냉각구간의 1차 열변형 보정량은 상기 온도센서(30)로부터 검출한 온도 값을 냉각구간 열변형 특성 이산방정식에 대입하여 계산한다.Meanwhile, the first heat distortion correction amount of the heating section is calculated by substituting the temperature value detected from the temperature sensor 30 into a discrete equation of the heat distortion characteristics of the heating section, and the first heat distortion correction amount of the cooling section is the temperature sensor ( Calculate the temperature value detected from 30) by substituting it into the discrete equation for the thermal deformation characteristics of the cooling section.

즉, 온도센서에 의한 열변형 보정량(Y) = 게인(gain) 값 ⅹ 온도센서 값 ⅹ 온도센서 값과 열변형 보정량(Y) 간의 특성방정식 전달함수로 나타낼 수 있다. That is, it can be expressed as a characteristic equation transfer function between the temperature sensor value and the thermal distortion correction amount (Y) = the gain value ⅹ the temperature sensor value ⅹ the temperature sensor value and the heat distortion correction amount (Y).

이를 다음 수식 2, 3과 같이 발열구간과 냉각구간의 1차 열변형 보정량 수식으로 표현할 수 있다.This can be expressed as an equation of the first-order thermal deformation correction amount between the heating section and the cooling section as shown in Equations 2 and 3 below.

(수식 2) 발열구간 1차 열변형 보정량(Y) = G x H x Cheat (Equation 2) Correction amount for the first heat distortion in the heating section (Y) = G x H x C heat

(수식 3) 냉각구간 1차 열변형 보정량(Y) = G x H x Ccool (Equation 3) Cooling section 1st heat distortion correction amount (Y) = G x H x C cool

여기서 G=게인(gain) 값, H=온도센서 값, Cheat = 발열구간(heating phase)에서 스핀들 열변형과 온도센서 간의 특성방정식, Ccool = 냉각구간(cooling phase)에서 스핀들 열변형과 온도센서 간의 특성방정식이다.Where G = gain value, H = temperature sensor value, C heat = characteristic equation between spindle thermal deformation and temperature sensor in heating phase, C cool = spindle thermal deformation and temperature in cooling phase It is a characteristic equation between sensors.

한편, 상기 1차 열변형 보정량을 계산하는 특성 방정식은, 도 7과 같이 비선형적인 스핀들(20)의 열변형과 온도센서(30) 간의 상관관계를 수학적으로 더 정확히 표현하기 위해 곡선형으로 보정하는(curve fitting)의 고차 특성방정식이다.On the other hand, the characteristic equation for calculating the first thermal distortion correction amount is corrected in a curved form in order to mathematically more accurately express the correlation between the nonlinear thermal deformation of the spindle 20 and the temperature sensor 30 as shown in FIG. 7. It is a high-order characteristic equation of (curve fitting).

한편, 상기 발열구간 1차 열변형 보정량과 냉각구간 1타 열변형 보정량은 공작기계(10) 작동이 온(On)되는 순간부터 공작기계(10) 작동이 오프(Off) 될 때까지 상시로 계산된다. 다시 말해 공작기계(10)의 수치제어장치(70)가 온(On)되는 순간부터 오프(Off) 될 때까지 상시로 계산되는 것이다.Meanwhile, the first heat distortion correction amount for the heating section and the heat distortion correction amount for one cooling section are always calculated from the moment when the machine tool 10 is turned on until the machine tool 10 is turned off. do. In other words, it is always calculated from the moment when the numerical control device 70 of the machine tool 10 is turned on until it is turned off.

다음으로, 공작기계(10)가 첫 작동(전원을 켜서 작동을 시작한 상태)인지를 판단한다. 보다 정확하게는 공작기계(10) 수치제어장치(70)가 온(On) 되고 나서 미리 정해진 시간 범위 이내인 경우 공작기계(10) 첫 작동으로 판단한다.Next, it is determined whether the machine tool 10 is the first operation (a state in which the operation is started by turning on the power). More precisely, when the numerical control device 70 of the machine tool 10 is turned on and is within a predetermined time range, it is determined as the first operation of the machine tool 10.

상기 판단 결과 공작기계(10)가 첫 작동인 경우에는 상기 발열구간의 1차 열변형 보정량(A)과 냉각구간의 1차 열변형 보정량(B)의 차이에 따른 상쇄이득 값을 1로 설정한다.As a result of the determination, when the machine tool 10 is the first operation, the offset gain value according to the difference between the primary thermal deformation correction amount (A) in the heating section and the primary thermal deformation correction amount (B) in the cooling section is set to 1. .

만일, 상기 판단 결과 공작기계(10)가 첫 작동이 아닌 경우에는, 공작기계(10) 스핀들(20)의 회전속도를 읽어 들여 스핀들(20)이 회전 상태인지를 판단한다.If, as a result of the determination, the machine tool 10 is not the first operation, it is determined whether the spindle 20 is in a rotating state by reading the rotational speed of the spindle 20 of the machine tool 10.

상기 스핀들(20) 회전 상태 판단 결과, 스핀들(20)이 회전 상태가 아닌 경우에는 온도센서(30)로부터 온도 값을 읽어 들이는 초기 상태로 돌아간다. 상기 판단 결과 스핀들(20)이 회전 상태로 판단된 경우에는, 현재의 발열구간 1차 열변형 보정량(A)에 향후 적용될 발열구간 1차 열변형 보정량(B) 또는 냉각구간 1차 열변형 보정량(B)을 나누기하여 1차 열변형 보정량 차이에 따른 상쇄이득 값을 계산한다.As a result of determining the rotational state of the spindle 20, when the spindle 20 is not in the rotating state, it returns to an initial state in which a temperature value is read from the temperature sensor 30. As a result of the determination, if the spindle 20 is determined to be in a rotating state, the first heat distortion correction amount (B) for the heating section to be applied in the future or the first heat distortion correction amount in the cooling section ( By dividing B), the offset gain value according to the difference in the first-order thermal distortion correction amount is calculated.

이를 좀 더 구체적인 수식으로 나타내면 아래 수식 4와 같이 표현할 수 있다.If this is expressed as a more specific formula, it can be expressed as in Equation 4 below.

(수식 4) 상쇄이득(A/B) = GHΣ(anz-n)/Σ(bnz-n)(Equation 4) Offset gain (A/B) = GHΣ(a n z -n )/Σ(b n z -n )

또한, 여기서 온도센서(30)가 여러 개인 경우, 상기 수식 4는 아래 수식 5와 같이 표현 할 수 있다.In addition, when there are several temperature sensors 30, Equation 4 can be expressed as Equation 5 below.

(수식 5) 상쇄이득(A/B) = GiHiΣ(aniz-n) / Σ(bniz-n)(Equation 5) Offset gain (A/B) = G i H i Σ(a ni z -n ) / Σ(b ni z -n )

상기 수식 4 내지 5에서 G=게인(gain) 값, H=온도센서 값, i=센서번호, n=0 이상의 정수, an=온도센서 n차 지연데이터의 계수, bn=보정량 n차 지연데이터의 계수, z-1=1차 시간지연(time delay), z-n=n차 시간지연을 의미한다.In Equations 4 to 5, G=gain value, H=temperature sensor value, i=sensor number, n=an integer greater than or equal to 0, a n = coefficient of nth delay data of temperature sensor, b n = nth delay of correction amount Data coefficient, z -1 = 1st time delay, z -n = nth time delay.

다음 단계로, 상기 스핀들(20)이 발열구간인지 또는 냉각구간인지를 판단한다.In the next step, it is determined whether the spindle 20 is a heating section or a cooling section.

판단 결과, 상기 스핀들(20)이 발열구간인 경우 상기 발열구간 1차 열변형 보정량에 상기 상쇄이득 값을 곱하여 상기 스핀들(20)의 최종 열변형 보정량으로 계산하고, 상기 스핀들(20)이 냉각구간인 경우 상기 냉각구간 1차 열변형 보정량에 상기 상쇄이득 값을 곱하여 상기 스핀들(20)의 최종 열변형 보정량으로 계산한다.As a result of the determination, when the spindle 20 is a heat generation section, the first heat distortion correction amount in the heat generation section is multiplied by the offset gain value to be calculated as the final heat distortion correction amount of the spindle 20, and the spindle 20 is a cooling section. In the case of, it is calculated as the final thermal distortion correction amount of the spindle 20 by multiplying the first thermal distortion correction amount in the cooling section by the offset gain value.

상기 최종 열변형 보정량의 계산은 상기 수식 2, 3에서 각각 상기 발열구간과 냉각구간의 1차 열변형 보정량 차이에 따른 상쇄이득 값을 반영한 것으로, 다음 수식 6과 같이 표현할 수 있으며, 이는 수식 5에서 온도센서 값(H)과 열변형 보정량(Y)의 관계를 7차 이산방정식으로 모델링한 것이다.The calculation of the final thermal distortion correction amount reflects the offset gain value according to the difference in the primary thermal distortion correction amount between the heating section and the cooling section in Equations 2 and 3, respectively, and can be expressed as Equation 6 below. The relationship between the temperature sensor value (H) and the thermal distortion correction amount (Y) is modeled using a 7th-order discrete equation.

(수식 6) Y(z)/H(z) = G{a7z-7+ ... + a0} / {b7z-7+ ... + 1} (Equation 6) Y(z)/H(z) = G{a 7 z -7 + ... + a 0 } / {b 7 z -7 + ... + 1}

또한, 상기 수식 6을 다음 수식 7과 같이 열변형 보정량 이산방정식으로 표현한다.In addition, Equation 6 is expressed as a discrete equation for the amount of heat distortion correction as in Equation 7 below.

(수식 7) y(k) = G{a7h(k-7)+a6h(k-6)...+a1h(k-1)+a0h(k)} - b7y(k-7)- b6y(k-6)...-b1y(k-1) (Equation 7) y(k) = G{a 7 h(k-7)+a 6 h(k-6)...+a 1 h(k-1)+a 0 h(k)}-b 7 y(k-7)- b 6 y(k-6)...-b 1 y(k-1)

상기 수식 6 내지 7에서, Y=열변형 보정량, G=게인(gain) 값, H=온도센서 값, In Equations 6 to 7, Y=heat distortion correction amount, G=gain value, H=temperature sensor value,

y(k)=현재 열변형 보정량, i=센서번호, n=0 이상의 정수, y(k) = current thermal distortion correction amount, i = sensor number, n = an integer greater than or equal to 0,

an=온도센서 n차 지연데이터의 계수, bn=보정량 n차 지연데이터의 계수, a n = coefficient of the nth delay data of the temperature sensor, b n = coefficient of the nth delay data of the correction amount,

z-1=1차 시간지연(time delay), z-n=n차 시간지연을 의미한다.z -1 = 1st time delay, z -n = nth time delay.

다음으로, 상기 수식 7을 상기 스핀들(20)의 최종 열변형 보정량으로 공작기계(10)의 수치제어장치(70)의 열변형 보정 프로그램에 반영하여 상기 스핀들(20)의 열변형 보정을 실행한다.Next, the thermal deformation correction of the spindle 20 is performed by reflecting Equation 7 as the final thermal deformation correction amount of the spindle 20 to the thermal deformation correction program of the numerical control device 70 of the machine tool 10. .

상기 와 같이, 본 발명의 공작기계(10) 스핀들(20)의 열변형 보정 방법은 공작기계(10) 스핀들(20)의 회전에 따른 발열구간과, 스핀들(20)의 회전 정지나 급감속에 따른 냉각구간에서 서로 다른 열변형 보정량 계산식을 사용하면서도, 발열구간과 냉각구간이 전환될 때 열변형 보정량의 편차가 발생하지 않아 스핀들(20)의 열변형을 보다 정확하게 추종함으로써, 열변형 보정에 따른 보정 편차를 없애고, 나아가 정확한 스핀들(20)의 열변형 보정을 통해 공작물의 가공정밀도를 향상시키는 효과가 있다.As described above, the method of correcting thermal deformation of the spindle 20 of the machine tool 10 of the present invention includes a heating section according to the rotation of the spindle 20 of the machine tool 10 and the rotation stop or rapid deceleration of the spindle 20. While using different equations for calculating the amount of heat distortion correction in the cooling section, the difference in the amount of heat distortion correction does not occur when the heating section and the cooling section are switched, so that the thermal deformation of the spindle 20 is more accurately followed, thereby correcting according to the thermal distortion correction. There is an effect of improving the machining precision of the workpiece by eliminating the deviation and further correcting the thermal deformation of the spindle 20 accurately.

한편, 본 발명에 따른 일 실시예로서, 상기 열변형 보정 방법을 공작기계 스핀들의(20) 열변형 보정 장치로서 구현할 수 있다.On the other hand, as an embodiment according to the present invention, the thermal deformation correction method may be implemented as a thermal deformation correction apparatus of a machine tool spindle 20.

이와 같은 열변형 보정 장치 발명은, 베어링(40)과, 상기 베어링(40)의 주변 온도를 검출하기 위해 상기 베어링(40) 주변에 설치된 적어도 한 개 이상의 온도센서(30)와, 상기 베어링(40)의 발열을 억제하기 위해 상기 베어링(40) 주변에 냉각유체를 유통시키는 냉각유로(50)를 구비한 공작기계 스핀들(20)을 포함하며,The invention of such a thermal deformation correction device includes the bearing 40, at least one temperature sensor 30 installed around the bearing 40 to detect the ambient temperature of the bearing 40, and the bearing 40 It includes a machine tool spindle 20 having a cooling flow path 50 for circulating a cooling fluid around the bearing 40 in order to suppress heat generation of ),

상기 온도센서(30)로부터 검출한 온도 값을 기준으로 상기 스핀들(20)이 회전함에 따라 발열 상태를 지속하는 것을 전제로 한 발열구간의 1차 열변형 보정량과, 상기 스핀들(20)이 미리 정해진 속도범위 이하로 감속하거나 회전을 정지함에 따라 냉각 상태를 지속하는 것을 전제로 한 냉각구간의 1차 열변형 보정량을 각각 계산하고, 상기 발열구간의 1차 열변형 보정량과 냉각구간의 1차 열변형 보정량의 차이에 따른 상쇄이득 값을 계산하고, 상기 스핀들(20)이 발열구간인지 또는 냉각구간인지를 판단하고, 상기 스핀들(20)이 발열구간인 경우 상기 발열구간의 1차 열변형 보정량에 상기 상쇄이득 값을 곱하여 상기 스핀들(20)의 최종 열변형 보정량으로 계산하고, 상기 스핀들(20)이 냉각구간인 경우 상기 냉각구간의 1차 열변형 보정량에 상기 상쇄이득 값을 곱하여 상기 스핀들(20)의 최종 열변형 보정량으로 계산하며, 상기 스핀들(20)의 최종 열변형 보정량을 열변형 보정 프로그램에 반영하여 상기 스핀들(20)의 열변형 보정을 실행하도록 제어하는 수치제어장치(70)와,Based on the temperature value detected by the temperature sensor 30, as the spindle 20 rotates, the amount of correction for the primary thermal deformation of the heating section is assumed to be maintained, and the spindle 20 is determined in advance. Calculate the correction amount of the first thermal deformation of the cooling section, assuming that the cooling state continues as the speed decreases below the speed range or stops the rotation, and calculates the correction amount of the first thermal deformation of the heating section and the first thermal deformation of the cooling section. The offset gain value according to the difference in the correction amount is calculated, it is determined whether the spindle 20 is a heating section or a cooling section, and when the spindle 20 is a heating section, the first thermal deformation correction amount of the heating section is calculated. The spindle 20 is multiplied by the offset gain value to calculate the final thermal distortion correction amount of the spindle 20, and when the spindle 20 is a cooling period, the primary thermal distortion compensation amount of the cooling period is multiplied by the offset gain value. A numerical control device 70 that calculates as a final thermal deformation correction amount of and controls the thermal deformation correction of the spindle 20 by reflecting the final thermal deformation correction amount of the spindle 20 in a thermal deformation correction program, and

상기 수치제어장치(70)로부터 상기 스핀들의 열변형 보정신호를 인가 받아 상기 스핀들(20)의 위치를 보정하는 액츄에이터(60)를 포함하여 이루어진다.It comprises an actuator (60) for correcting the position of the spindle (20) by receiving the thermal distortion correction signal of the spindle from the numerical control device (70).

한편, 상기 실시예에서 스핀들(20)의 위치를 보정하는 액츄에이터(60)는 주로 서모모터가 이용되며, 이러한 서보모터는 스핀들(20)을 직접 이동시키거나, 스핀들(20)이 고정된 컬럼이나 프레임을 정밀하게 이동 시키도록 배치된다.On the other hand, the actuator 60 for correcting the position of the spindle 20 in the above embodiment is mainly used a thermomotor, such a servomotor directly moving the spindle 20, or the spindle 20 is fixed column or It is arranged to move the frame precisely.

또한, 본 발명에 따른 일 실시예로서, 상기 공작기계 스핀들의(20) 열변형 보정 장치를 공작기계에 적용함으로써, 열변형 보정 장치가 적용된 공작기계를 구현할 수 있다.In addition, as an embodiment of the present invention, by applying the thermal distortion correction device of the machine tool spindle 20 to a machine tool, a machine tool to which the thermal distortion correction device is applied can be implemented.

한편, 상기 실시예는 공작기계(10) 스핀들(20)의 열변형 보정방법을 위주로 설명하였으나, 공작기계(10)에서 발열구간과 냉각구간을 가지며 열변형이 일어나는 모든 부위에도 극히 용이하게 적용할 수 있다. 예를 들어, 공작기계(10)의 컬럼이나 프레임 같은 곳에 본 발명의 열변형 보정방법 또는 장치를 적용한다면, 공작기계(10)의 컬럼이나 프레임에서 발열이 가장 심한 부위에 온도센서(30)를 장착하여 온도를 검출하고, 상기 실시예에서 공작기계(10)의 작동여부와 스핀들(20)의 회전 상태에 따라 발열구간과 냉각구간을 구분하여 열변형 보정량을 계산한 것처럼, 컬럼이나 프레임에서 발열구간과 냉각구간의 기준이 될 수 있는 동작, 예를 들면 공작물의 가공시작 여부 또는 공작물 테이블의 이동여부를 기준으로 발열구간과 냉각구간의 열변형 보정량을 계산하고, 이를 수치제어장치(70)에 반영하여 열변형을 보정하면 될 것이다.On the other hand, in the above embodiment, the method of correcting the thermal deformation of the spindle 20 of the machine tool 10 has been mainly described, but the machine tool 10 has a heating section and a cooling section, and can be applied extremely easily to all parts where thermal deformation occurs. I can. For example, if the method or apparatus for correcting thermal deformation of the present invention is applied to a column or frame of the machine tool 10, the temperature sensor 30 is placed on the column or frame of the machine tool 10 where heat is most severe. It is installed to detect temperature, and in the above embodiment, heat generation in a column or frame is calculated by dividing the heating section and the cooling section according to whether the machine tool 10 is operated or not and the rotational state of the spindle 20. An operation that can be a reference between the section and the cooling section, for example, calculates the amount of thermal deformation correction between the heating section and the cooling section based on whether or not the workpiece has started processing or whether the workpiece table has been moved, and this is applied to the numerical control device 70. It should be reflected and corrected for thermal deformation.

따라서 본 발명은 상기한 실시예로 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면, 본 발명의 기술사상과 아래에 기재된 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이며, 이는 본 발명의 범위에 해당하게 될 것이다.Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains, various modifications and variations within the scope of the technical idea of the present invention and the scope of the claims set forth below. This would be possible, which would fall within the scope of the present invention.

10 공작기계
20 스핀들
30 온도센서
40 베어링
50 냉각유로
60 액츄에이터
70 수치제어장치
10 machine tools
20 spindle
30 Temperature sensor
40 bearing
50 cooling flow path
60 actuator
70 Numerical control device

Claims (15)

베어링과, 상기 베어링의 주변 온도를 검출하기 위해 상기 베어링 주변에 설치된 적어도 한 개 이상의 온도센서와, 상기 베어링의 발열을 억제하기 위해 상기 베어링 주변에 냉각유체를 유통시키는 냉각유로를 구비한 공작기계 스핀들의 열변형 보정을 위해 상기 온도센서로부터 검출한 온도 값에 따라 상기 스핀들의 열변형 보정량을 계산하고, 상기 계산한 열변형 보정량에 따라 상기 스핀들의 열변형을 보정하는 공작기계의 열변형 보정 방법에 있어서,
상기 온도센서로부터 상기 스핀들 주변의 온도 값을 검출하고,
상기 온도센서로부터 검출한 온도 값을 기준으로 상기 스핀들이 회전함에 따라 발열 상태를 지속하는 것을 전제로 한 발열구간의 1차 열변형 보정량과, 상기 스핀들이 미리 정해진 속도범위 이하로 감속하거나 회전을 정지함에 따라 냉각 상태를 지속하는 것을 전제로 한 냉각구간의 1차 열변형 보정량을 각각 계산하고,
상기 발열구간의 1차 열변형 보정량과 냉각구간의 1차 열변형 보정량의 차이에 따른 상쇄이득 값을 계산하고,
상기 스핀들이 발열구간인지 또는 냉각구간인지를 판단하고,
상기 스핀들이 발열구간인 경우 상기 발열구간의 1차 열변형 보정량에 상기 상쇄이득 값을 곱하여 상기 스핀들의 최종 열변형 보정량으로 계산하고, 상기 스핀들이 냉각구간인 경우 상기 냉각구간의 1차 열변형 보정량에 상기 상쇄이득 값을 곱하여 상기 스핀들의 최종 열변형 보정량으로 계산하며,
상기 스핀들의 최종 열변형 보정량을 공작기계의 수치제어장치(NC)의 열변형 보정 프로그램에 반영하여 상기 스핀들의 열변형 보정을 실행하도록 제어하는 공작기계 스핀들의 열변형 보정 방법.
A machine tool spindle having a bearing, at least one temperature sensor installed around the bearing to detect the ambient temperature of the bearing, and a cooling passage through which a cooling fluid flows around the bearing to suppress heat generation of the bearing. In order to correct the thermal deformation of the machine tool, the thermal deformation correction amount of the spindle is calculated according to the temperature value detected from the temperature sensor, and the thermal deformation of the spindle is corrected according to the calculated thermal deformation correction amount. In,
Detecting a temperature value around the spindle from the temperature sensor,
Based on the temperature value detected by the temperature sensor, the primary thermal deformation correction amount of the heating section presupposes that the heating state continues as the spindle rotates, and the spindle decelerates or stops rotating below a predetermined speed range. As a result, the correction amount of the primary thermal deformation of the cooling section is calculated, assuming that the cooling state is maintained, respectively,
Calculate a offset gain value according to the difference between the first heat distortion correction amount in the heating section and the first heat distortion correction amount in the cooling section,
Determine whether the spindle is a heating section or a cooling section,
When the spindle is a heating section, the first thermal distortion correction amount of the heating section is multiplied by the offset gain value to calculate the final thermal distortion correction amount of the spindle, and when the spindle is a cooling section, the primary thermal distortion correction amount of the cooling section Multiplied by the offset gain value and calculated as the final thermal deformation correction amount of the spindle,
A method for correcting thermal deformation of a machine tool spindle by reflecting the final thermal deformation correction amount of the spindle to a thermal deformation correction program of a numerical control device (NC) of a machine tool to perform thermal deformation correction of the spindle.
제1항에 있어서, 상기 발열구간 1차 열변형 보정량은 상기 온도센서로부터 검출한 온도 값을 발열구간 열변형 특성 이산방정식에 대입하여 계산하고, 상기 냉각구간의 1차 열변형 보정량은 상기 온도센서로부터 검출한 온도 값을 냉각구간 열변형 특성 이산방정식에 대입하여 계산하는 것을 특징으로 하는 공작기계 스핀들의 열변형 보정 방법.The method of claim 1, wherein the first heat distortion correction amount of the heating section is calculated by substituting a temperature value detected from the temperature sensor into a discrete equation of the heat distortion characteristic of the heating section, and the first heat distortion correction amount of the cooling section is the temperature sensor. A method for correcting thermal deformation of a machine tool spindle, characterized in that the temperature value detected from is substituted into a discrete equation for thermal deformation characteristics of the cooling section and calculated. 제2항에 있어서, 상기 1차 열변형 보정량을 계산하는 열변형 특성 이산방정식은 비선형적인 스핀들의 열변형과 온도센서 간의 상관관계를 곡선형으로 보정하는(curve fitting)의 고차 특성방정식인 것을 특징으로 하는 공작기계 스핀들의 열변형 보정 방법.The method of claim 2, wherein the discrete equation for thermal deformation properties for calculating the first-order thermal deformation correction amount is a higher-order characteristic equation for correcting the correlation between the nonlinear thermal deformation of the spindle and the temperature sensor in a curved form. How to compensate for thermal deformation of machine tool spindles. 제 2항에 있어서,
상기 발열구간 및 냉각구간의 1차 열변형 보정량은 다음 수식 2, 3과 같이 계산하고,
(수식 2) 발열구간 1차 열변형 보정량(Y) = G x H x Cheat
(수식 3) 냉각구간 1차 열변형 보정량(Y) = G x H x Ccool
상기 최종 열변형 보정량의 계산은 상기 수식 2, 3에서 각각 상기 발열구간과 냉각구간의 1차 열변형 보정량 차이에 따른 상쇄이득 값을 반영하여 다음 수식 5와 같이 계산하고,
(수식 5) 최종 열변형 보정량(Y) = GiHiΣ(aniz-n) / Σ(bniz-n)
상기 수식 5에서 온도센서 값(H)과 열변형 보정량(Y)의 관계를 다음 수식 6과 같이 7차 이산방정식으로 모델링하고,
(수식 6) Y(z)/H(z) = G{a7z-7+ ... + a0} / {b7z-7+ ... + 1}
상기 수식 6을 다음 수식 7과 같이 열변형 보정량 이산방정식으로 표현하여,
(수식 7) y(k) = G{a7h(k-7)+a6h(k-6)...+a1h(k-1)+a0h(k)} - b7y(k-7)- b6y(k-6)...-b1y(k-1)
여기서 Y=열변형 보정량, G=게인(gain) 값, H=온도센서 값,
Cheat = 발열구간(heating phase)에서 스핀들 열변형과 온도센서 간의 특성방정식,
Ccool = 냉각구간(cooling phase)에서 스핀들 열변형과 온도센서 간의 특성방정식
y(k)=현재 열변형 보정량, i=센서번호, n=0 이상의 정수,
an=온도센서 n차 지연데이터의 계수, bn=보정량 n차 지연데이터의 계수,
z-1=1차 시간지연(time delay), z-n=n차 시간지연
상기 수식 7을 공작기계 수치제어장치(NC)에 이식하는 것을 특징으로 하는 공작기계 스핀들의 열변형 보정 방법.
The method of claim 2,
The correction amount of the first heat distortion of the heating section and the cooling section is calculated as shown in Equations 2 and 3 below,
(Equation 2) Correction amount for the first heat distortion in the heating section (Y) = G x H x C heat
(Equation 3) Cooling section 1st heat distortion correction amount (Y) = G x H x C cool
The calculation of the final heat distortion correction amount is calculated as shown in Equation 5 below by reflecting the offset gain value according to the difference in the first heat distortion correction amount between the heating section and the cooling section in Equations 2 and 3, respectively,
(Equation 5) Final thermal distortion correction (Y) = G i H i Σ(a ni z -n ) / Σ(b ni z -n )
In Equation 5, the relationship between the temperature sensor value (H) and the thermal distortion correction amount (Y) is modeled as a seventh-order discrete equation as shown in Equation 6 below,
(Equation 6) Y(z)/H(z) = G{a 7 z -7 + ... + a 0 } / {b 7 z -7 + ... + 1}
Expressing Equation 6 as a discrete equation for the amount of heat distortion correction as shown in Equation 7 below,
(Equation 7) y(k) = G{a 7 h(k-7)+a 6 h(k-6)...+a 1 h(k-1)+a 0 h(k)}-b 7 y(k-7)- b 6 y(k-6)...-b 1 y(k-1)
Where Y=heat distortion correction amount, G=gain value, H=temperature sensor value,
C heat = characteristic equation between the spindle thermal deformation and the temperature sensor in the heating phase,
C cool = characteristic equation between spindle thermal deformation and temperature sensor in the cooling phase
y(k) = current thermal distortion correction amount, i = sensor number, n = an integer greater than or equal to 0,
a n = coefficient of the nth delay data of the temperature sensor, b n = coefficient of the nth delay data of the correction amount,
z -1 = 1st time delay, z -n = nth time delay
A method for correcting thermal deformation of a machine tool spindle, characterized in that the Equation 7 is implanted into a machine tool numerical control device (NC).
제 1항에 있어서, 상기 상쇄이득 값은 상기 발열구간과 냉각구간의 1차 열변형 보정량을 계산한 후에, 상기 공작기계 첫 작동인지를 판별하고, 상기 공작기계가 첫 작동인 경우에는 상기 상쇄이득 값을 1로 설정하고, 상기 공작기계가 첫 작동이 아닌 경우에는 상기 발열구간과 냉각구간의 1차 열변형 보정량의 비율을 상쇄이득 값으로 계산하는 것을 특징으로 하는 공작기계 스핀들의 열변형 보정 방법.The method of claim 1, wherein the offset gain value is determined whether the machine tool is the first operation after calculating the first thermal deformation correction amount between the heating section and the cooling section, and when the machine tool is the first operation, the offset gain The value is set to 1, and when the machine tool is not operated for the first time, the ratio of the first heat distortion correction amount between the heating section and the cooling section is calculated as a offset gain value. . 제 5항에 있어서, 상기 공작기계가 첫 작동이 아닌 경우, 상기 상쇄이득 값은 현재의 발열구간 1차 열변형 보정량(A)에 향후 적용될 발열구간 1차 열변형 보정량(B) 또는 냉각구간 1차 열변형 보정량(B)을 나누기하여 계산하는 것을 특징으로 하는 공작기계 스핀들의 열변형 보정 방법.The method of claim 5, wherein, when the machine tool is not the first operation, the offset gain value is the first heat distortion correction amount (B) or cooling section 1 in the heat generation section to be applied in the future to the current heat generation section first heat distortion correction amount (A). A method for correcting thermal deformation of a machine tool spindle, characterized in that calculated by dividing the differential thermal deformation correction amount (B). 제 1항에 있어서, 상기 발열구간 1차 열변형 보정량과 냉각구간 1차 열변형 보정량은 상시로 계산하는 것을 특징으로 하는 공작기계 스핀들의 열변형 보정 방법.The method of claim 1, wherein the first heat distortion correction amount for the heating section and the first heat distortion correction amount for the cooling section are calculated at all times. 베어링과, 상기 베어링의 주변 온도를 검출하기 위해 상기 베어링 주변에 설치된 적어도 한 개 이상의 온도센서와, 상기 베어링의 발열을 억제하기 위해 상기 베어링 주변에 냉각유체를 유통시키는 냉각유로를 구비한 공작기계 스핀들과,
상기 온도센서로부터 검출한 온도 값을 기준으로 상기 스핀들이 회전함에 따라 발열 상태를 지속하는 것을 전제로 한 발열구간의 1차 열변형 보정량과, 상기 스핀들이 미리 정해진 속도범위 이하로 감속하거나 회전을 정지함에 따라 냉각 상태를 지속하는 것을 전제로 한 냉각구간의 1차 열변형 보정량을 각각 계산하고,
상기 발열구간의 1차 열변형 보정량과 냉각구간의 1차 열변형 보정량의 차이에 따른 상쇄이득 값을 계산하고,
상기 스핀들이 발열구간인지 또는 냉각구간인지를 판단하고,
상기 스핀들이 발열구간인 경우 상기 발열구간의 1차 열변형 보정량에 상기 상쇄이득 값을 곱하여 상기 스핀들의 최종 열변형 보정량으로 계산하고, 상기 스핀들이 냉각구간인 경우 상기 냉각구간의 1차 열변형 보정량에 상기 상쇄이득 값을 곱하여 상기 스핀들의 최종 열변형 보정량으로 계산하며,
상기 스핀들의 최종 열변형 보정량을 열변형 보정 프로그램에 반영하여 상기 스핀들의 열변형 보정을 실행하도록 제어하는 수치제어장치(NC)와,
상기 수치제어장치로부터 상기 스핀들의 열변형 제어신호를 인가 받아 상기 스핀들의 위치를 이동시키는 액츄에이터를 포함하는 공작기계 스핀들의 열변형 보정 장치.
A machine tool spindle having a bearing, at least one temperature sensor installed around the bearing to detect the ambient temperature of the bearing, and a cooling passage through which a cooling fluid flows around the bearing to suppress heat generation of the bearing. and,
Based on the temperature value detected by the temperature sensor, the primary thermal deformation correction amount of the heating section presupposes that the heating state continues as the spindle rotates, and the spindle decelerates or stops rotating below a predetermined speed range. As a result, the correction amount of the primary thermal deformation of the cooling section is calculated, assuming that the cooling state is maintained, respectively,
Calculate a offset gain value according to the difference between the first heat distortion correction amount in the heating section and the first heat distortion correction amount in the cooling section,
Determine whether the spindle is a heating section or a cooling section,
When the spindle is a heating section, the first thermal distortion correction amount of the heating section is multiplied by the offset gain value to calculate the final thermal distortion correction amount of the spindle, and when the spindle is a cooling section, the primary thermal distortion correction amount of the cooling section Multiplied by the offset gain value and calculated as the final thermal deformation correction amount of the spindle,
A numerical control device (NC) for controlling the spindle to perform thermal deformation correction by reflecting the final thermal deformation correction amount of the spindle in a thermal deformation correction program, and
A thermal deformation correction device of a machine tool spindle comprising an actuator for moving a position of the spindle by receiving a thermal deformation control signal of the spindle from the numerical control device.
제8항에 있어서, 상기 수치제어장치(NC)는 상기 발열구간 1차 열변형 보정량은 상기 온도센서로부터 검출한 온도 값을 발열구간 열변형 특성 이산방정식에 대입하여 계산하고, 상기 냉각구간의 1차 열변형 보정량은 상기 온도센서로부터 검출한 온도 값을 냉각구간 열변형 특성 이산방정식에 대입하여 계산하는 것을 특징으로 하는 공작기계 스핀들의 열변형 보정 장치.The method of claim 8, wherein the numerical control unit (NC) calculates the first heat distortion correction amount for the heating section by substituting the temperature value detected from the temperature sensor into a discrete equation for the heat distortion characteristic in the heating section, and calculating 1 in the cooling section. The differential thermal deformation correction amount is calculated by substituting the temperature value detected from the temperature sensor into a discrete equation for thermal deformation characteristics of the cooling section. 제9항에 있어서, 상기 수치제어장치(NC)는 상기 1차 열변형 보정량을 계산하는 열변형 특성 이산방정식은 비선형적인 스핀들의 열변형과 온도센서 간의 상관관계를 곡선형으로 보정하는(curve fitting)의 고차 특성방정식인 것을 특징으로 하는 공작기계 스핀들의 열변형 보정 장치.The method of claim 9, wherein the numerical control device (NC) is a thermal deformation characteristic discrete equation for calculating the primary thermal deformation correction amount to correct the correlation between the thermal deformation of the nonlinear spindle and the temperature sensor in a curved form (curve fitting). ) Of the high-order characteristic equation of the machine tool spindle, characterized in that the thermal deformation correction device. 제 9항에 있어서, 상기 수치제어장치(NC)는 상기 발열구간 및 냉각구간의 1차 열변형 보정량은 다음 수식 2, 3과 같이 계산하고,
(수식 2) 발열구간 1차 열변형 보정량(Y) = G x H x Cheat
(수식 3) 냉각구간 1차 열변형 보정량(Y) = G x H x Ccool
상기 최종 열변형 보정량의 계산은 상기 수식 2, 3에서 각각 상기 발열구간과 냉각구간의 1차 열변형 보정량 차이에 따른 상쇄이득 값을 반영하여 다음 수식 5와 같이 계산하고,
(수식 5) 최종 열변형 보정량(Y) = GiHiΣ(aniz-n) / Σ(bniz-n)
상기 수식 5에서 온도센서 값(H)과 열변형 보정량(Y)의 관계를 다음 수식 6과 같이 7차 이산방정식으로 모델링하고,
(수식 6) Y(z)/H(z) = G{a7z-7+ ... + a0} / {b7z-7+ ... + 1}
상기 수식 6을 다음 수식 7과 같이 열변형 보정량 이산방정식으로 표현하여,
(수식 7) y(k) = G{a7h(k-7)+a6h(k-6)...+a1h(k-1)+a0h(k)} - b7y(k-7)- b6y(k-6)...-b1y(k-1)
여기서 Y=열변형 보정량, G=게인(gain) 값, H=온도센서 값,
Cheat = 발열구간(heating phase)에서 스핀들 열변형과 온도센서 간의 특성방정식,
Ccool = 냉각구간(cooling phase)에서 스핀들 열변형과 온도센서 간의 특성방정식
y(k)=현재 열변형 보정량, i=센서번호, n=0 이상의 정수,
an=온도센서 n차 지연데이터의 계수, bn=보정량 n차 지연데이터의 계수,
z-1=1차 시간지연(time delay), z-n=n차 시간지연
상기 수식 7을 공작기계 수치제어장치(NC)에 이식하는 것을 특징으로 하는 공작기계 스핀들의 열변형 보정 장치.
The method of claim 9, wherein the numerical control device (NC) calculates the correction amount of the first thermal deformation of the heating section and the cooling section as shown in Equations 2 and 3 below,
(Equation 2) Correction amount for the first heat distortion in the heating section (Y) = G x H x C heat
(Equation 3) Cooling section 1st heat distortion correction amount (Y) = G x H x C cool
The calculation of the final heat distortion correction amount is calculated as shown in Equation 5 below by reflecting the offset gain value according to the difference in the first heat distortion correction amount between the heating section and the cooling section in Equations 2 and 3, respectively,
(Equation 5) Final thermal distortion correction (Y) = G i H i Σ(a ni z -n ) / Σ(b ni z -n )
In Equation 5, the relationship between the temperature sensor value (H) and the thermal distortion correction amount (Y) is modeled as a seventh-order discrete equation as shown in Equation 6 below,
(Equation 6) Y(z)/H(z) = G{a 7 z -7 + ... + a 0 } / {b 7 z -7 + ... + 1}
Expressing Equation 6 as a discrete equation for the amount of heat distortion correction as shown in Equation 7 below,
(Equation 7) y(k) = G{a 7 h(k-7)+a 6 h(k-6)...+a 1 h(k-1)+a 0 h(k)}-b 7 y(k-7)- b 6 y(k-6)...-b 1 y(k-1)
Where Y=heat distortion correction amount, G=gain value, H=temperature sensor value,
C heat = characteristic equation between the spindle thermal deformation and the temperature sensor in the heating phase,
C cool = characteristic equation between spindle thermal deformation and temperature sensor in the cooling phase
y(k) = current thermal distortion correction amount, i = sensor number, n = an integer greater than or equal to 0,
a n = coefficient of the nth delay data of the temperature sensor, b n = coefficient of the nth delay data of the correction amount,
z -1 = 1st time delay, z -n = nth time delay
A device for correcting thermal deformation of a machine tool spindle, characterized in that the Equation 7 is implanted into a machine tool numerical control device (NC).
제 8항에 있어서, 상기 수치제어장치(NC)는 상기 상쇄이득 값은 상기 발열구간과 냉각구간의 1차 열변형 보정량을 계산한 후에, 상기 공작기계 첫 작동인지를 판별하고, 상기 공작기계가 첫 작동인 경우에는 상기 상쇄이득 값을 1로 설정하고, 상기 공작기계가 첫 작동이 아닌 경우에는 상기 발열구간과 냉각구간의 1차 열변형 보정량의 비율을 상쇄이득 값으로 계산하는 것을 특징으로 하는 공작기계 스핀들의 열변형 보정 장치.The method according to claim 8, wherein the numerical control device (NC) determines whether the machine tool is the first operation of the machine tool after calculating the first thermal distortion correction amount between the heating section and the cooling section, and the offset gain value is In the case of the first operation, the offset gain value is set to 1, and when the machine tool is not the first operation, the ratio of the primary heat distortion correction amount between the heating section and the cooling section is calculated as the offset gain value. A device for compensating thermal deformation of machine tool spindles. 제 12항에 있어서, 상기 수치제어장치(NC)는 상기 공작기계가 첫 작동이 아닌 경우, 상기 상쇄이득 값은 현재의 발열구간 1차 열변형 보정량(A)에 향후 적용될 발열구간 1차 열변형 보정량(B) 또는 냉각구간 1차 열변형 보정량(B)을 나누기하여 계산하는 것을 특징으로 하는 공작기계 스핀들의 열변형 보정 장치.The method of claim 12, wherein, when the machine tool is not the first operation, the offset gain value is the first heat deformation of the heat generation section to be applied in the future to the first heat distortion correction amount (A) of the current heat generation section. A thermal deformation correction device of a machine tool spindle, characterized in that calculated by dividing the correction amount (B) or the primary thermal deformation correction amount (B) in the cooling section. 제 8항에 있어서, 상기 수치제어장치(NC)는 상기 발열구간 1차 열변형 보정량과 냉각구간 1차 열변형 보정량은 상시로 계산하는 것을 특징으로 하는 공작기계 스핀들의 열변형 보정 장치. [10] The apparatus of claim 8, wherein the numerical control device (NC) calculates the first heat distortion correction amount for the heating section and the first heat distortion correction amount for the cooling section at all times. 청구항 제 8항의 공작기계 스핀들의 열변형 보정 장치를 포함하는 공작기계.A machine tool comprising the device for correcting thermal deformation of the machine tool spindle of claim 8.
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