KR950014594B1 - Method for compensating error of multiaxis in dnc system - Google Patents
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Abstract
Description
제1도는 DNC 시스템의 구성도.1 is a configuration diagram of a DNC system.
제2도는 NC선반의 작동을 도시하는 개략도.2 is a schematic diagram showing the operation of the NC lathe.
제3도는 본 발명의 다축에러 보상방법에 대한 플로우 챠트.3 is a flow chart of the multi-axis error compensation method of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
1 : 스핀들헤드 2 : Z방향의슬라이드1: Spindle head 2: Slide in Z direction
3 : X방향의 슬라이드3: Slide in the X direction
본 발명은 NC선반의 DNC시스템에서 기계 내부오차, 즉 직진도 오차 및 취부오차를 고려하여 보정된 NC프로그램을 생성시켜 보다 정밀한 공작을 행하는 다축에러 보상방법에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-axis error compensation method for generating a corrected NC program in consideration of the internal error of the machine, that is, the straightness error and the mounting error in the NC lathe.
NC선반은 공작물을 회전시키면서 공구를 이동하여 소요의 형상을 창성시키도록 NC제어기를 사용한다. NC제어기는 일련의 명령에 의하여 작동되는데 NC프로그램이 이용된다. NC프로그램은 각종 준비기능에 대한 명령, 보간명령 그리고 사용자가 추가하는 특수기능등을 사용하여 이루어진다.The NC lathe uses an NC controller to create the required shape by moving the tool while rotating the workpiece. NC controller is operated by a series of commands. NC program is used. The NC program is executed using commands for various preparation functions, interpolation commands, and special functions added by the user.
NC프로그램의 예로서 직선보간을 참조하면 "G01 × 100.000 Z 50.000 F l00"의 형태에서 G01은 직선보간과 관련된 명령이고 × 100.000 Z 50.000은 움직일 위치이며 F l00.은 이송속도와 관련된 수치이다.As an example of NC program, referring to linear interpolation, in the form of "G01 × 100.000 Z 50.000 F l00", G01 is the command related to linear interpolation, × 100.000 Z 50.000 is the position to move, and F00.
결국 위의 좌펴치에 따라 공구가 움직이게 되는데, 이때 좌표치는 가공물 형상에 따라 결정되며, 기타 이송속도, 추축회전수등은 절삭조건에 따라 결정된다.Eventually, the tool moves according to the above left unfolded. At this time, the coordinate value is determined by the shape of the workpiece, and the other feed speed, spindle speed, etc. are determined by the cutting conditions.
이러한 NC프로그램을 작성하는데 있어서 CAD/CAM 시스템을 사용하면 제1도에 도시된 DNC 시스템이된다. 공작물의 형상에 근거하여 NC프로그램을 자동생성시키려면 형상데이타와 가공데이타가 필요하다. 형상데이타는 CAD시스템에서 구축될 수 있으며, 주로 면, 솔리드 형태의 데이타로서 공작물의 외부형태를 나타낸다. 가공데이타는 가공조건, 공구경로등을 나타내는데 이외에 공구형상, 기계구조도 함께 고려된다.The use of a CAD / CAM system in creating such an NC program results in the DNC system shown in FIG. To automatically generate an NC program based on the shape of the workpiece, shape data and machining data are required. Shape data can be constructed in a CAD system and represent the external shape of the workpiece, primarily as face and solid data. Machining data shows machining conditions, tool paths, etc., and tool shape and machine structure are also considered.
형상데이타와 가공데이타에 의해 생성되는 기본프로그램은 CL화일이다. CL화일은 직접 NC제어기가 인식할 수 있는 명령어 체계가 아니므로 포스트프로세서를 거치게 된다.The basic program generated by the shape data and the machining data is a CL file. The CL file is not a command system that can be directly recognized by the NC controller, so it goes through a post processor.
포스트프로세서는 CL화일을 이용하여 특정의 NC제어기가 인식할 수 있는 NC프로그램으로 바꾸어준다. NC프로그램은 LAN을 이용하여 NC제어기로 전달된다. LAN은 컴퓨터 사이의 네트워크를 말하는 것이며 이것을 통하여 서로 정보를 교환하게 된다. 상위 LAN과 하위 LAN은 통신범위 이외에 특정한 사항은 없다.The post processor uses a CL file to convert it into an NC program that can be recognized by a particular NC controller. NC program is transferred to NC controller using LAN. A LAN is a network between computers that exchanges information with each other. Upper LAN and lower LAN have nothing special except communication range.
CELL 제어기로 보낸 NC프로그램은 NC제어기에 의하여 특정 NC선반으로 다운로드되고 이것에 의하여 NC선반은 가공을 행한다.The NC program sent to the CELL controller is downloaded to the specific NC lathe by the NC controller, whereby the NC lathe is processed.
이러한 기존의 DNC시스템은 NC선반 자체가 가지고 있는 여러가지의 오차 성분은 무시한채 이루어진다. 오차성분은 공작물 취부오차, 주축의 회전오차, 슬라이드의 이송오차등이 있는데 공작물 취부오차는 척 등의 파악장치에 의하여 나타나는 오차로서 회전축에 대하여 가공기준면의 취부오차로 나타난다. 결국 가공기준면과 가공면은 그 만큼의 오차를 가지고 있는 것이다. 주축회전오차는 공구에 대하여 공작물의 순간 회전축이 변화하는 것으로 전원도, 표면거칠기등에 문제가 된다. 또한 주축회전오차는 보정이 곤란하며 문제가 되면 주축의 성능을 높여야 한다.The existing DNC system ignores various error components of the NC lathe itself. The error components include workpiece mounting errors, spindle errors, and slide feed errors. Workpiece mounting errors are errors caused by the chuck, etc., and appear as mounting errors on the reference plane. After all, the machining reference plane and the machining plane have that much error. The main shaft rotational error is a change in the instantaneous rotational axis of the workpiece with respect to the tool, which causes problems in power supply and surface roughness. In addition, the spindle rotation error is difficult to correct and if the problem is to increase the performance of the spindle.
슬라이드의 이송오차는 이송방향으로의 위치결정오차, 직각방향으로의 진직오차 및 롤링(Rolling), 요잉(Yawlng), 피칭(Pitching)등이 있는데 이러한 오차는 공작물의 치수정밀도 및 형상정도를 저하시킨다.The feed error of the slide includes positioning error in the feed direction, straight error in the right direction, rolling, yawing, and pitching. These errors reduce the dimensional accuracy and shape accuracy of the workpiece. .
이러한 여러가지의 오차들은 공작기계 검사시에 검사성적서에 기재되는 사항으로 사용자는 그 데이터를 이용할 수 있어서 이러한 오차를 고려하지 않고 정밀부품을 가공할 경우에도 정도 저하가 문제된다.These various errors are described in the test report during the inspection of the machine tool, and the user can use the data, so that the degree of deterioration may be a problem even when machining precision parts without considering such an error.
본 발명의 목적은 종래의 NC선반의 각부의 에러를 고려하지 않고 생성된 NC프로그램을 개선하기 위하여 상대운동을 하는 각 요소의 에러성분을 감안하여 보정된 NC프로그램을 작성할 수 있는 다축에러 보상방법을 제시하여 가공정도의 향상과 품질의 향상을 이루는 다축에러 보상 DNC시스템을 제공하고자 하는것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a multi-axis error compensation method capable of producing a corrected NC program in consideration of the error component of each element in relative motion in order to improve the generated NC program without considering the error of each part of the conventional NC lathe. The aim is to provide a multi-axis error compensation DNC system that improves machining accuracy and quality.
제2도를 참조하면 NC선반이 개략적으로 도시되는데, 슬라이드형에 따라 제2도(A)에 도시된 바와 같은T-베이스형과 제2도(B)에 도시된 바와 같은 크로스 슬라이드형으로 나누어진다.Referring to FIG. 2, an NC shelf is schematically shown, which is divided into a T-base type as shown in FIG. 2 (A) and a cross slide type as shown in FIG. 2 (B) according to the slide type. Lose.
T-베이스형은 Z, X방향의 슬라이드(2) 및 (3)가 각각 서로 나누어져 T형상으로 배치된 것이고 크로스슬라이드형은 2개의 슬라이드(2) 및 (3)가 서로 중첩되어 배치된다.In the T-base type, slides 2 and 3 in the Z and X directions are divided into each other and arranged in a T shape. In the cross slide type, two slides 2 and 3 are arranged overlapping each other.
먼저 크로스 슬라이드형을 고려해 보면, 각종 오차 성분은 다음과 같다.Considering the cross slide type first, various error components are as follows.
스핀들 헤드(1)의 앞쪽에 있는 공작물 취부장치(척등)의 오차, 스핀들 헤드의 베드에 대한 취부오차, 베드에 대한 슬라이드(2)의 취부 및 이송오차, 슬라이드(2)에 대한 슬라이드(3)의 취부 및 이송오차가 있을 수 있다.Error of the workpiece mounting device (chuck) in front of the spindle head 1, mounting error on the bed of the spindle head, mounting and feed error of the slide 2 to the bed, slide to the slide 2 (3) There may be a mounting error and a transportation error.
각 요소 유니트에 X,Y,Z 직교 좌표계를 각각 설정하고, 기하학적 오차를 δA라 표시하면 다음과 같다.If the X, Y, Z Cartesian coordinate system is set for each element unit, and the geometric error is expressed as δ A, it is as follows.
여기서 δs는 미소변형 성분인데, 주로 탄성변형에 의한 에러이다.[Delta] s is a microstrain component, mainly an error due to elastic deformation.
δxx, δyy, δzz는 X, Y, Z축 방향의 수축 및 인장을 표시한다.δxx, δyy, and δzz denote shrinkage and tension in the X, Y, and Z axis directions.
δr은 회전오차인데 다음과 같다.δr is the rotational error.
α,β,γ는 X, Y, Z축의 회전오차인데 롤링, 요잉, 피칭이다.α, β, and γ are rotational errors of the X, Y, and Z axes, which are rolling, yawing and pitching.
δt는 미소 병진과 관련된 것으로 위치결정 정밀도이다.delta t is associated with microtranslation and is positioning accuracy.
그런데 탄성변형에 의한 에러는 작으므로 무시하면 δr과 δt의 합이 오차 행렬이 되는데 ε으로 표시한다.However, since the error due to elastic deformation is small, ignoring the sum of δr and δt becomes an error matrix, denoted by ε.
N을 요소수로 했을때 오차 벡터 △ro는 다음과 같다.When N is the number of elements, the error vector Δro is as follows.
여기서 A는 좌표 변환 행렬인데, 각 요소사이의 운동관계를 규정한다. 즉 스핀들 헤드는 베드에 대하여 회전하므로 회전 변환 행렬이 된다는 식이다. γN은 공구 형상 벡터인데 점접측 혹은 선접측에 따라 틀려진다.Where A is the coordinate transformation matrix, which defines the kinematic relationship between the elements. In other words, since the spindle head rotates with respect to the bed, it becomes a rotation transformation matrix. γN is a tool shape vector that is different depending on the contact point or the tangent side.
이렇게 하여 계산된 Z축 NC선반의 오차 벡터 △ro는 다음과 같다.The error vector Δro of the Z-axis NC lathe thus calculated is as follows.
여기서 δx, δy, δz, α, β, γ에 붙은 첨자 0,1,2,3은 각 요소 유니트를 뜻한다. 즉 o은 공작물을 포함한 스핀들 헤드, 1은 베드(T-베이스형일 경우는 슬라이드(2)). 2는 슬라이드(2)(T-베이스형일 경우는 베드), 3는 공구를 포함한 슬라이드(3)이다.Here, the subscripts 0, 1, 2, 3 attached to δx, δy, δz, α, β, and γ denote each element unit. Ie o is the spindle head with workpiece, 1 is bed (slide (2) for T-base type). 2 is a slide 2 (bed in the case of the T-base type), 3 is a slide 3 including a tool.
결국 δy3는 슬라이드(3)의 y방향 에러이다.After all, δy 3 is the y-direction error of the slide 3.
NC프로그램상에서 "X 100.000 Z 50.000"에서 "X"값은 위의 α값에 대응되고 "Z"값은 위의 z값에 대응된다.In the NC program, the value of "X" in "X 100.000 Z 50.000" corresponds to the above α value and the "Z" value corresponds to the above z value.
그런데 선반가공품은 회전체이므로 θ를 0°360°까지 계산하여 평균한 값을 그 위치의 에러로 보아야 한다.By the way, since the lathe is a rotating body, the value calculated by calculating θ up to 0 ° 360 ° should be regarded as an error of the position.
결국 각 보간 명령의 X,Z 좌표값을 위의 식에 대입하고 θ를 0°에서 360°까지 다시 반복계산하여 평균값을 구한 것을 기존 프로그램의 좌표값으로 치환해 주면 보정은 끝난다.In the end, the X and Z coordinate values of each interpolation command are substituted into the above equation, and θ is repeatedly calculated from 0 ° to 360 °, and the average value is replaced with the existing program coordinate value.
본 발명의 DNC시스템의 다축에러 보상방법은 제3도에 도시된 바와 같이 NC선반이 가동되면 NC제어기는 NC프로그램을 읽고 NC선반의 에러를 계산하여 NC프로그램을 보정하며 보정된 NC프로그램이 생성되면 보정된 NC프로그램은 NC선반에 다운로드되어 기계는 가공을 시작하게 이루어진다.In the multi-axis error compensation method of the DNC system of the present invention, when the NC lathe is operated as shown in FIG. 3, the NC controller reads the NC program, calculates an error of the NC lathe, corrects the NC program, and generates a corrected NC program. The corrected NC program is downloaded to the NC lathe and the machine starts machining.
상기와 같이 구성된 본 발명의 다축에러 보상방법은 스핀들 헤드(1), 슬라이드(2), 슬라이드(3) 및 베드등의 NC선반의 각 구성요소의 상대적인 에러에 의한 가공오차를 예측하여 NC프로그램을 보정하여 공작물을 가공하여 정밀도가 향상되고 품질의 안정성을 기할 수 있는 효과를 제공한다.The multi-axis error compensation method of the present invention configured as described above is a NC program by predicting a machining error due to the relative error of each component of the NC lathe such as spindle head (1), slide (2), slide (3) and bed. By calibrating the workpiece, it improves precision and provides stability of quality.
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