WO2013094852A1 - 공작기계의 공구 휨 현상 보정 방법 - Google Patents

공작기계의 공구 휨 현상 보정 방법 Download PDF

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WO2013094852A1
WO2013094852A1 PCT/KR2012/007521 KR2012007521W WO2013094852A1 WO 2013094852 A1 WO2013094852 A1 WO 2013094852A1 KR 2012007521 W KR2012007521 W KR 2012007521W WO 2013094852 A1 WO2013094852 A1 WO 2013094852A1
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deflection
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박세훈
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두산인프라코어 주식회사
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    • B23Q15/00—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work
    • B23Q15/007—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work while the tool acts upon the workpiece
    • B23Q15/14—Control or regulation of the orientation of the tool with respect to the work
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B19/404—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control arrangements for compensation, e.g. for backlash, overshoot, tool offset, tool wear, temperature, machine construction errors, load, inertia
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    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
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    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
    • G05B2219/49186—Deflection, bending of tool

Definitions

  • the present invention relates to a method for correcting a tool warpage phenomenon, and more particularly, to a tool warpage control method for correcting a tool warpage phenomenon through three-dimensional position correction by real-time measurement of a load applied to a tool during machining of a machine tool in each direction.
  • tool deflection occurs at the moment when the tool rotates.
  • the operator directly increased the rotational speed of the spindle or reduced the processing feed itself.
  • the correction efficiency of the tool bending phenomenon through this can vary greatly depending on the machining program, the condition of the tool, the ability of the operator.
  • An object of the present invention is to provide a tool warpage phenomenon correction method for effectively correcting a tool warpage phenomenon by performing three-dimensional position correction according to a load amount for each direction of a tool regardless of the shape of a work piece or a machining program. .
  • Tool bending correction method comprises the steps of measuring the load on the tool (direction) from the sensors attached to each axis of the spindle mounting the tool (direction); Determining a compensation amount for each direction by calculating a degree of deflection along the direction; And compensating the tool bending phenomenon in real time during machining by compensating the compensation amount in each direction by using a phased compensation filter.
  • the step of calculating the degree of deflection according to the direction is characterized in that it is calculated using a look-up table (record-up table) recording the bending characteristics that vary depending on the material, shape of each tool .
  • a look-up table record-up table
  • the step of calculating the degree of deflection in accordance with the direction is characterized by calculating through a horizontal deflection calculation (horizontal deflection calculation) algorithm based on the following equation.
  • F is the tool blade
  • E is the elastic modulus (HSS: 200 Gpa, Carbide: 605 GPa)
  • L1 is the length of the blade
  • L2 is the length of the entire tool
  • I is the moment of inertia
  • F is the force acting in each direction.
  • the calculating of the degree of deflection for each direction may include: coordinate compensation amount by correcting the geometric error amount with respect to the degree of deflection for each direction calculated through the horizontal deflection calculation algorithm. It may further comprise the step (S130) of determining.
  • the three-dimensional position correction can be performed in real time according to the direction of the load applied to the tool during machining, thereby effectively correcting the tool bending phenomenon, thereby improving the quality of the machining result.
  • FIG. 1 is a view showing a load analysis part (Load Analysis Part) for implementing a tool bending phenomenon correction method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing an example of a tool according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is a diagram for describing 3D coordinate compensation according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a process of correcting a tool bending phenomenon in the case of a 5-axis machine.
  • FIG. 5 is a view for explaining a process of correcting a tool bending phenomenon in the case of a triaxial machine.
  • FIG. 6 is a view showing a tool bending phenomenon correction method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a horizontal deflection calculation method shown in FIG. 6.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a three-dimensional coordinate compensation method shown in FIG. 6.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a phased compensation filter method shown in FIG. 6.
  • Tool bending phenomenon correction method can correct the tool bending phenomenon through the three-dimensional position correction in real time load amount applied to the tool during the machining process.
  • the present invention largely includes a configuration of a data table, a load analysis part, and a 3-dimensional coordinate compensation. Can be.
  • the data table stores the bending characteristics that vary depending on the material, shape (length, diameter, etc.) of the tool in the form of a look-up table, and excludes the measurement of additional bending characteristics during the initial setting of the machine tool. can do.
  • the data table may be provided as shown in the table below.
  • flutes are tool edges
  • D1, D2, L1 and L2 are the total diameter (D1), shank diameter (D2), length of the blade (L1) and the length of the entire tool (L2).
  • FIG. 1 is a view showing a load analysis part (Load Analysis Part) for implementing a tool bending phenomenon correction method according to an embodiment of the present invention.
  • the rod analysis part 10 attaches and attaches piezo sensors 14 to the spindle bearing 12 in the X- and Y-axis directions. Through these sensors 14 it is possible to measure the load in the X-axis and Y-axis direction in real time. Through this, it is possible to measure the range of the three-dimensional bending phenomenon of the tool attached to the spindle 16.
  • the attachment position of the piezo sensor 14 may be provided in the X-axis and Y-axis directions, respectively, of the bearing 12 position of the spindle 16.
  • the piezo sensor 14 is a piezoelectric element, and may receive feedback of the amount of pressure generated at the position to F (N).
  • the maximum tool deflection is expressed by using the equation-area theorems when each factor is applied according to the load in the y direction.
  • FIG. 2 is a view showing an example of a tool according to an embodiment of the present invention.
  • the moment of inertia may be calculated by the following equation.
  • the tool bending phenomenon can be predicted.
  • F directional tool load
  • 3 is a diagram for describing 3D coordinate compensation according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the configuration for 3-Dimensional Coordinate Compensation of the present invention corrects the deflection range predicted in the rod analysis part 10 in three dimensions in real time. More specifically, in the case of the 5-axis machine of the table tilting type, since the tilting is performed with respect to the X-axis, the geometric error occurring in the X-axis direction may be caused by the load analysis part 10 of FIG. 2. Applying the deflection value is no problem. However, when machining occurs while the tilting axis (A axis) is operating, correction of the geometric correction amount is necessary. Therefore, in the graph shown in FIG. 3, for example, if the bending occurs in the F direction at the machining tip G, it may be necessary to consider the angle of ⁇ in which the tilting axis (A axis) is tilted.
  • the degree of warpage calculated based on the load amount coming from the X-axis direction is applied without the above correction, it can be defined as follows.
  • the calculation is based on five axes, i.e., X-, Y-, Z-, A- and C-axes. can do.
  • Coordinates during processing may be corrected using the amount of correction calculated as described above. There are two ways to correct the coordinates.
  • One method is the method shown in FIGS. 4 and 5.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a process of correcting a tool bending phenomenon in the case of a 5-axis machine.
  • the intersection offset vector provided by the NC manufacturer can be used to correct the geometric origin error.
  • FIG. 5 is a view for explaining a process of correcting a tool bending phenomenon in the case of a triaxial machine. As shown in Figure 5, in the case of a three-axis machine can be applied by modifying the machining offset (Offset) amount on the X, Y axis.
  • Offset machining offset
  • phased compensation filter as shown in FIG. 9 may be applied.
  • the limit load can be redefined by multiplying the Festimated value by the coefficient Ke.
  • the limit load (Load) is to prevent the load overshoot that can occur during the correction and places a limit (Limit) to the offset correction amount.
  • the phased offset may increase or decrease in units of 0.001 mm and may increase or decrease based on the stored offset value.
  • the other method is the method shown in Figs.
  • FIG. 6 is a view illustrating a tool bending correction method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view showing a horizontal deflection calculation method shown in FIG. 6, and
  • FIG. 8 is shown in FIG. 6. 6 to 8, first, the load applied to the tool by using the voltage difference of the piezoelectric sensors attached to the lower bearing part of the spindle. ) Can be measured by direction (including direction and angle) (S110).
  • the position of the piezo sensor during rotation can be determined by the frequency using the FFT.
  • the degree of deflection for each direction may be calculated through a horizontal deflection calculation algorithm shown in FIG. 7 (S120). At this time.
  • the deflection calculation can be calculated through a data table that records characteristics including the material, shape (length and diameter, etc.) of each tool.
  • the three-dimensional coordinate correction amount is detected by the angle and the direction deviation through the above calculation (S130).
  • the three axes can directly apply the amount of correction calculated through the horizontal deflection calculation algorithm, but the five axes detect the coordinate compensation amount by direction by correcting the geometric error amount of the tilting axis again. can do.
  • the coordinate correction is stably performed using the phase correction filter (S140).
  • correction may be performed through an intersection offset value, and in the case of 3 axes, correction may be performed through a work coordinate shift.
  • the phase correction filter may gradually correct the load measured at the present time and the load expected at the time of compensation.
  • the present invention through the above process can be effectively corrected for the tool bending by performing the three-dimensional position correction in real time according to the load (load) for each direction of the tool during machining.

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Abstract

본 발명은 공구 휨 현상 보정 방법에 관한 것으로, 본 발명의 실시 예에 따른 공구 휨 현상 보정 방법은 공구를 장착하는 스핀들의 각 축에 부착된 센서들로부터 공구(tool)에 걸리는 부하 량을 방향 별로 측정하는 단계와, 방향 별 편향 정도를 계산하여 각 방향 별 보상량을 결정하는 단계, 각 방향 별 보상량을 위상 보정 필터(phased compensation filter)를 이용하여 보정하여 가공 중 실시간으로 공구 휨 현상을 보상하는 단계(S140)를 포함할 수 있다.

Description

공작기계의 공구 휨 현상 보정 방법
본 발명은 공구 휨 현상 보정 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공작기계의 가공시 공구에 걸리는 부하량을 방향별로 실시간 측정하여 3차원 위치 보정을 통해 공구 휨 현상을 보정하는 공구 휨 현상 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 공작 기계의 가공 과정에서, 공구가 회전하면서 가공하는 순간 공구 휨 현상(tool deflection)이 발생한다. 이러한 공구 휨 현상을 보상하기 위해 작업자는 직접 스핀들의 회전 속도를 높이거나 가공 피드(feed) 자체를 줄여 가공을 진행하였다. 그러나, 이를 통한 공구 휨 현상의 보정 효율은 가공 프로그램, 공구의 상태, 작업자의 능력에 따라 많이 달라질 수 밖에 없다.
따라서, 종래에는 공구 휨 현상을 보완하기 위해 기존 스핀들에 피에조 액추에이터(piezo actuator)를 부착하고 스핀들의 종단부를 역방향으로 위치 보정하여 공구 선단점을 이동시키는 방법을 적용하였다. 그런데, 이와 같은 종래 방법은 고가의 피에조 액추에이터의 사용으로 인해 높은 설비 비용이 추가적으로 발생하고, 또한 공구별 휨 현상을 센서(예컨대, Eddy Current Sensor)를 통해 측정하기 때문에, 범용의 공작기계에서 적용하기는 어려운 문제점이 있다. 이와 더불어, 복수의 액추에이터들을 사용함에 따라 별도의 제어기들을 추가적으로 부착하게 되므로, 실제 부하 변동이 심한 가공 환경에서의 제어는 현실적으로 어려운 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 가공 소재의 형태나 가공 프로그램에 관계없이 공구에 걸리는 방향별 부하량에 따라 3차원 위치보정을 수행함으로써 공구 휨 현상을 효과적으로 보정하는 공구 휨 현상 보정 방법을 제공하는 것에 있다.
발명에 따른 공구 휨 현상 보정 방법은, 공구를 장착하는 스핀들의 각 축에 부착된 센서들로부터 공구(tool)에 걸리는 부하량을 방향별로 측정하는 단계; 상기 방향에 따른 편향 정도를 계산하여 각 방향별 보상량을 결정하는 단계; 및 상기 각 방향별 보상량을 위상 보정 필터(phased compensation filter)를 이용하여 보정하여 가공 중 실시간으로 공구 휨 현상을 보상하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 방향에 따른 편향 정도를 계산하는 단계는 각 공구의 소재, 형태에 따라 틀어지는 휨 특성을 기록한 룩업 테이블(look-up table)을 이용하여 계산하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 방향에 따른 편향 정도를 계산하는 단계는 하기의 수학식에 근거한 수평 편향 계산(horizontal Deflection Calculation) 알고리즘을 통해 계산하는 것을 특징으로 한다.
Figure PCTKR2012007521-appb-I000001
F는 공구 날, E는 탄성 계수(HSS: 200Gpa, Carbide: 605GPa), L1은 날의 길이, L2는 전체 공구의 길이, I는 관성모멘트, F는 각 방향에 작용하는 힘을 나타낸다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 방향 별 편향 정도를 계산하는 단계는, 상기 수평 편향 계산 알고리즘을 통해 계산한 방향 별 편향 정도에 대해, 기하학적 오차량을 다시 보정하여 좌표 보상량(coordinate compensation amount)를 결정하는 단계(S130)를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 공작 가공 시 공구에 걸리는 부하량(load)을 방향에 따라 3차원 위치 보정을 실시간으로 수행할 수 있어 공구 휨 현상을 효과적으로 보정시킬 수 있고 이로 인해 가공 결과물의 품질을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 공구 휨 현상 보정 방법의 구현을 위한 로드 분석 파트(Load Analysis Part)를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 공구의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 좌표 보상을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 5축기의 경우 공구 휨 현상을 보정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 3축기의 경우 공구 휨 현상을 보정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 공구 휨 현상 보정 방법을 보여주는 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 수평적 편향 계산(horizontal Deflection Calculation) 방법을 보여주는 도면이다.
도 8은 도 6에 도시된 3차원 좌표 보정(3-Dimensional Coordinate Compensation) 방법을 보여주는 도면이다.
도 9는 도 6에 도시된 위상 보정 필터(phased compensation filter) 방법을 보여주는 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10: 로드 분석 파트(Load Analysis Part)
12: 스핀들 베어링(spindle bearing)
14: 피에조 센서(piezo sensor)
16: 스핀들(spindle)
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공될 수 있다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어들은 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 공구 휨 현상 보정 방법에 대해 상세히 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 공구 휨 현상 보정 방법은 공작 가공 시 공구에 걸리는 부하 량을 실시간으로 3차원 위치보정을 통해 공구 휨 현상을 보정할 수 있다. 이와 같은 공구 휨 현상 보정 방법의 구현을 위해, 본 발명은 크게 데이터 테이블(Deflection Data Table), 로드 분석 파트(Load Analysis Part), 그리고 3차원 좌표 보상(3-Dimensional Coordinate Compensation)의 구성을 포함할 수 있다.
데이터 테이블은 공구(tool)의 소재, 형태(길이, 지름 등)에 따라 틀어지는 휨 특성을 룩업 테이블(look-up table)의 형태로 저장하고, 공작 기계의 초기 셋팅 시 별도의 휨 특성 측정을 배제할 수 있다. 일 예로, 데이터 테이블은 아래의 표와 같이 제공될 수 있다.
표 1
Flutes Material D1(mm) D2(mm) L1(mm) L2(mm)
4 HSS 6 6 13 57
3 HSS 6 6 13 57
2 HSS 6 6 13 57
4 HSS 10 13 22 72
3 HSS 10 13 22 72
2 HSS 10 13 22 72
4 Carbide 16 16 32 92
3 Carbide 16 16 32 92
2 Carbide 16 16 32 92
4 Carbide 20 20 38 104
3 Carbide 20 20 38 104
2 Carbide 20 20 38 104
위 표에서 flutes는 공구 날을 의미하고, D1, D2, L1, L2는 아래 공구 그림과 같이 전체 지름(D1), 섕크(shank) 지름(D2), 날의 길이(L1), 전체 공구의 길이(L2)를 의미한다.
[규칙 제91조에 의한 정정 22.11.2012]　
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 공구 휨 현상 보정 방법의 구현을 위한 로드 분석 파트(Load Analysis Part)를 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 로드 분석 파트(10)는 스핀들 베어링(spindel bearing: 12)에 X축 및 Y축 방향으로 피에조 센서들(piezo sensor:14)을 부착하고, 부착한 이 센서들(14)을 통해 X축 및 Y축 방향의 부하량을 실시간으로 측정할 수 있다. 이를 통해, 스핀들(16)에 부착된 공구의 3차원 휨 현상의 범위를 측정할 수 있다. 피에조 센서(14)의 부착위치는 스핀들(16)의 베어링(12) 위치 중 X축 및 Y축 방향으로 각각 제공할 수 있다. 피에조 센서(14)는 압전소자로서, 상기 위치에서 발생되는 압력의 양을 F(N)으로 피드백받을 수 있다.
Figure PCTKR2012007521-appb-I000003
위 수식은 y방향으로의 부하에 따라 각 팩터를 적용하였을 때, 최대 공구 휨 현상(Tool Deflection)을 모뉴먼트 에리어 정리(monument-area theorems)를 이용하여 수식으로 표현한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공구의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 2를 참조하면, 관성 모멘트(Moment of Inertia)는 다음 수식으로 계산될 수 있다.
Figure PCTKR2012007521-appb-I000004
이에 따라, 아래와 같이 정의할 수 있다.
Figure PCTKR2012007521-appb-I000005
위 수식에서 공구 날(flute)의 개수에 따라 작용하는 에러(error)량을 고려하면, 공구 휨 현상을 예측할 수 있는 하기 수식을 얻을 수 있다.
Figure PCTKR2012007521-appb-I000006
f: 공구 날
E: 탄성 계수(HSS: 200Gpa, Carbide: 605GPa)
L1: 날의 길이
L2: 전체 공구의 길이
I: 관성모멘트
F: 각 방향에 작용하는 힘, 압력(N)
따라서, 각 방향에 작용하는 힘의 양을 알고, 공구의 소재 및 각 부위별 길이 및 지름을 안다면, 상기 공구 휨 현상을 예측할 수 있다. 피에조 센서(14)를 통해 측정되는 방향 별 공구 부하 량(Directional Tool Load, F)과 데이터 테이블에 기재된 현재 공구의 정보를 조합하면, X축 및 Y축 방향으로 발생되는 공구 휨 정도를 예측할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 좌표 보상을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 3차원 좌표 보상(3-Dimensional Coordinate Compensation)을 위한 구성은 로드 분석 파트(10)에서 예측된 휨 정도 범위(Deflection Range)를 3차원으로 실시간 보정한다. 보다 구체적으로, 테이블 틸팅 형태(table tilting type)의 5축 가공기의 경우, X축을 기준으로 틸팅(tilting)하기 때문에, X축 방향으로 발생하는 기하학적 오차는 도 2에서의 로드 분석 파트(10)의 휨 값을 적용하면 문제가 없다. 그러나, 틸팅축(A축)이 동작하면서 가공이 일어나는 경우 기하학적 보정량 수정이 필요하다. 따라서, 도 3에 도시된 그래프에서 예컨대 가공 선단점 G에서 F방향으로 휨 현상이 일어난다면, 틸팅축(A축)이 틸팅된 α만큼의 각도를 고려하여야 할 수 있다.
Figure PCTKR2012007521-appb-I000007
따라서, X축 방향에서 들어오는 부하 량을 기준으로 계산한 휨 정도를 상기 보정 없이 적용한다면, 아래와 같이 정의할 수 있다.
Figure PCTKR2012007521-appb-I000008
상기 계산은 5개의 축, 즉 X축, Y축, Z축, A축 및 C축을 기준으로 하였지만, 3개의 축, 즉 X축, Y축 및 Z축을 기준으로 생각한다면, 아래와 같이 보다 간단하게 정의할 수 있다.
Figure PCTKR2012007521-appb-I000009
이와 같이 산출된 보정 량을 이용하여 가공 중 좌표(Coordinate)를 보정할 수 있다. 좌표 보정 방법에는 두 가지가 있다.
이중 한 가지의 방법은 도 4 및 도 5에 도시한 방법이다.
도 4는 5축기의 경우 공구 휨 현상을 보정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 5축기의 경우에는 기하학적 원점오차를 보정하기 위해 NC제조사에서 제공하는 인터섹션 오프셋 벡터(Intersection Offset vector)를 이용할 수 있다.
도 5는 3축기의 경우 공구 휨 현상을 보정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 3축기의 경우에는 X, Y축에 가공 오프셋(Offset)량을 변형시켜 적용할 수 있다.
상기와 같은 보정량을 효과적으로 적용하기 위해, 도 9에 도시된 바와 같은 위상 보정 필터(phased compensation filter)를 적용할 수 있다.
앞서 상술한 로드 분석 파트의 수식을 이용하면,
Figure PCTKR2012007521-appb-I000010
여기서 Festimated값에 계수 Ke를 곱해 한계 부하량(Load)을 재 정의할 수 있다. 여기서, 한계 부하량(Load)은 보정 중에 발생할 수 있는 Load Overshoot을 방지하기 위함이며 Offset보정량에 제한(Limit)을 둔다.
F = Directional Force (Piezo sensor, N)
Figure PCTKR2012007521-appb-I000011
이때, Phased Offset은 0.001mm단위로 증가 또는 감소하고 Stored Offset값을 기준으로 증감할 수 있다.
나머지 다른 한 가지의 방법은 도 6 내지 도 8에 도시한 방법이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 공구 휨 현상 보정 방법을 보여주는 도면이고, 도 7은 도 6에 도시된 수평적 편향 계산(horizontal Deflection Calculation) 방법을 보여주는 도면이며, 도 8은 도 6에 도시된 3차원 좌표 보정(3-Dimensional Coordinate Compensation) 방법을 보여주는 도면이다.도 6 내지 도 8을 참조하면, 먼저 스핀들 하단 베어링 부에 부착된 피에조 센서들의 전압 차를 이용하여 공구에 걸리는 부하 량(load)을 방향 별(방향 및 각도 포함)로 측정할 수 있다(S110).
이때, 회전 중 피에조 센서의 위치는 FFT를 이용하여 주파수로 파악 가능하다.
이후, 도 7에 도시한 수평 편향 계산(horizontal Deflection Calculation) 알고리즘을 통해 방향 별 편향 정도를 계산할 수 있다(S120). 이때. 상기 편향 계산은 각 공구의 소재, 형태(길이 및 지름 등)를 포함한 특성을 기록한 데이터 테이블을 통해 계산할 수 있다.
상기의 계산을 통해 각도 및 방향 편차에 의해 3차원 좌표 보정 량을 검출한다(S130).
검출 과정(S130)에서 3축기는 수평 편향 계산 알고리즘을 통해 계산한 보정 량을 바로 적용할 수 있지만, 5축기는 틸팅 축의 기하학적 오차 량을 다시 보정하여 방향 별 좌표 편향 량(Coordinate Compensation Amount)를 검출할 수 있다.
보정 량이 결정이 되면 각 축별 적용 시, 위상 보정 필터를 이용하여 좌표 보정을 안정적으로 수행한다(S140). 5축기의 경우 인터섹션 오프셋(intersection offset)값을 통해 보정하고, 3축기의 경우 워크 좌표 이동(work coordinate shift)를 통해 보정할 수 있다.
이때, 위상 보정 필터는 도 9에 도시한 것처럼 현재 측정되는 부하 량(Load)와 보상(Compensation)시 예상되는 부하 량을 비교 후 점진적으로 보정할 수 있다.
따라서, 상기한 과정을 통한 본 발명은 공작 가공 시 공구에 걸리는 방향 별 부하 량(load)에 따라 3차원 위치 보정을 실시간으로 수행함으로써 공구 휨 현상을 효과적으로 보정할 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다.

Claims (5)

  1. 공구를 장착하는 스핀들의 축에 부착된 센서들로부터 공구(tool)에 걸리는 부하량을 방향별로 측정하는 단계(S110);
    상기 방향에 따른 편향 정도를 계산하여 각 방향별 보상량을 결정하는 단계(S120); 및
    상기 각 방향별 보상량을 위상 보정 필터(phased compensation filter)를 이용하여 보정하여 가공 중 실시간으로 공구 휨 현상을 보상하는 단계(S140)를 포함하는 것을 특징으로 하는 공구 휨 현상 보정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 방향에 따른 편향 정도를 계산하는 단계(S120)는
    하기의 수학식에 근거한 수평 편향 계산(horizontal Deflection Calculation) 알고리즘을 통해 계산하는 것을 특징으로 하는 공구 휨 현상 보정 방법.
    Figure PCTKR2012007521-appb-I000012
    f: 공구 날
    E: 탄성 계수(HSS: 200Gpa, Carbide: 605GPa)
    L1: 날의 길이
    L2: 전체 공구의 길이
    I: 관성모멘트
    F: 각 방향에 작용하는 힘
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 방향에 따른 편향 정도를 계산하는 단계(S120)는
    각 공구의 소재, 형태에 따라 틀어지는 휨 특성을 기록한 룩업 테이블(look-up table)을 이용하여 계산하는 것을 특징으로 하는 공구 휨 현상 보정 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 방향에 따른 편향 정도를 계산하는 단계는(S120)는,
    상기 수평 편향 계산 알고리즘을 통해 계산한 방향별 편향 정도에 대해, 기하학적 오차량을 다시 보정하여 좌표 보상량(coordinate compensation amount)를 결정하는 단계(S130)를 더 포함하는 공구 휨 현상 보정 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상 보정 필터(phased compensation filter)를 이용하여 공구 휨 현상을 보정하는 단계(S140)는,
    실제 측정되는 부하량값과 보상시 예상되는 부하량값을 비교하여 보정하는 공구 휨 현상 보정 방법.
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