KR102675793B1 - Apparatus and method for compensating spindle of machine tool - Google Patents
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Abstract
본 발명은 타이머의 측정 주기에 따라 위치데이터 저장부와 온도데이터 저장부에 저장된 데이터와 입력부를 통해 입력된 이송좌표 사이의 오차의 반복 측정을 통해 현재 위치와 현재 시간에서의 열변위량의 변화에 따른 기구학적 오차 관계에 따른 계산식을 도출하고, 도출된 계산식에 따라 보정값을 산출하여 보정을 수행함에 따라 현재 시점과 현재 위치에서 공작기계의 선형적인 변형뿐만 아니라 비선형적인 변형까지 고려하여 공작기계의 주축을 보정하여 공작기계의 가공정밀도를 향상하고, 신뢰성과 안정성을 극대화하며, 생산성과 품질을 향상하여 소비자의 만족도를 증대시킬 수 있는 공작기계의 주축 보정장치 및 보정방법에 관한 것이다.The present invention is based on the change in the amount of thermal displacement at the current position and current time through repeated measurement of the error between the data stored in the position data storage unit and the temperature data storage unit and the transport coordinates input through the input unit according to the measurement cycle of the timer. By deriving a calculation formula according to the kinematic error relationship and performing compensation by calculating compensation values according to the derived calculation formula, not only the linear deformation of the machine tool at the current time and location but also the non-linear deformation of the machine tool is taken into consideration. This relates to a spindle correction device and correction method for machine tools that can improve the processing precision of machine tools, maximize reliability and stability, and increase consumer satisfaction by improving productivity and quality.
Description
본 발명은 공작기계의 주축 보정장치 및 보정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주축의 현재 위치 및 공작기계의 구조물과 주축의 현재 열변위량을 반영하여 비선형적 변형을 보정까지 수행함에 따라 공작기계의 가공정밀도를 향상할 수 있는 공작기계의 주축 보정장치 및 보정방법에 관한 것이다.The present invention relates to a spindle correction device and correction method for a machine tool. More specifically, the present invention relates to a spindle correction device and a correction method for a machine tool, and more specifically, to compensate for non-linear deformation by reflecting the current position of the spindle and the current thermal displacement amount of the structure of the machine tool and the spindle. This relates to a spindle compensation device and compensation method for machine tools that can improve processing precision.
일반적으로 공작기계라 함은 각종 절삭 가공방법 또는 비절삭 가공방법으로 금속/비금속의 공작물을 적당한 공구를 이용하여 원하는 형상 및 치수로 가공할 목적으로 사용하는 기계를 말한다.In general, machine tools refer to machines used to process metal/non-metal workpieces into desired shapes and dimensions using appropriate tools using various cutting or non-cutting processing methods.
터닝센터, 수직/수평 머시닝센터, 문형머시닝센터, 스위스 턴, 방전 가공기, 수평형 NC 보링머신, CNC 선반 등을 비롯한 다양한 종류의 공작기계는 다양한 산업 현장에서 해당 작업의 용도에 맞게 널리 사용되고 있다.Various types of machine tools, including turning centers, vertical/horizontal machining centers, door machining centers, Swiss turns, electric discharge machines, horizontal NC boring machines, and CNC lathes, are widely used in various industrial fields to suit the purpose of the work.
일반적으로 현재 사용되고 있는 다양한 종류의 공작기계는 수치제어(numerical control, NC) 또는 CNC(computerized numerical control) 기술이 적용되는 조작반을 구비하고 있다. 이러한 조작반은 다양한 기능스위치 또는 버튼과 모니터를 구비한다.In general, various types of machine tools currently in use are equipped with an operating panel to which numerical control (NC) or computerized numerical control (CNC) technology is applied. This operating panel is equipped with various function switches or buttons and a monitor.
또한, 공작기계는 공작물인 소재가 안착되고 공작물 가공을 위해 이송하는 테이블, 가공전 공작물을 준비하는 팔렛트, 공구 또는 공작물이 결합되어 회전하는 주축, 공작물 등을 가공중에 지지하기 위한 심압대, 방진구 등을 구비한다. In addition, a machine tool includes a table on which the workpiece material is seated and transported for processing the workpiece, a pallet to prepare the workpiece before processing, a spindle on which the tool or workpiece is combined and rotated, a tailstock to support the workpiece, etc. during processing, and an anti-vibration tool. Equipped with etc.
일반적으로 공작기계에서 테이블, 공구대, 주축, 심압대, 방진구 등은 다양한 가공을 수행하기 위해 이송축을 따라 이송하는 이송유닛을 구비한다.In general, in machine tools, tables, tool rests, spindles, tailstocks, dust rests, etc. are equipped with transfer units that transfer along a transfer axis to perform various machining.
또한, 일반적으로 공작기계는 다양한 가공을 위하여 다수의 공구를 사용하게 되며, 다수의 공구를 수납보관하고 있는 공구 보관장소의 형태로 공구 매거진이나 터렛이 사용된다. Additionally, machine tools generally use multiple tools for various processing, and a tool magazine or turret is used as a tool storage location to store and store multiple tools.
이러한 공작기계는 다양한 가공을 위하여 다수의 공구를 사용하게 되며, 다수의 공구를 수납보관하고 있는 툴 보관장소의 형태로 공구 매거진이 사용된다.These machine tools use multiple tools for various processing, and a tool magazine is used as a tool storage location to store and store multiple tools.
또한, 일반적으로 공작기계는 공작기계의 생산성을 향상시키기 위해 수치제어부의 지령에 의해 특정한 공구를 공구 매거진으로부터 인출하거나 다시 수납하기 위한 자동공구교환장치(ATC, Automatic Tool Changer)를 구비한다.In addition, machine tools are generally equipped with an automatic tool changer (ATC) for withdrawing or storing a specific tool from a tool magazine according to a command from a numerical control unit in order to improve the productivity of the machine tool.
또한, 일반적으로 공작기계는 비가공 시간을 최소화하기 위해, 자동팔레트교환장치(APC, Automatic Palette Changer)를 구비한다. 자동팔레트교환장치(APC)는 팔레트를 공작물 가공 영역과 공작물 설치 영역 간에 자동으로 교환한다. 팔레트에는 공작물이 탑재될 수 있다.Additionally, machine tools are generally equipped with an automatic pallet changer (APC) to minimize non-processing time. The automatic pallet changer (APC) automatically exchanges pallets between the workpiece machining area and the workpiece installation area. A workpiece can be mounted on a pallet.
일반적으로 공작기계는 가공 중에 발생하는 내부 발열과 외부 환경 요인에 따라 주축과 베드, 컬럼, 새들과 같은 구조물의 온도 변화에 따라 열변위가 발생하게 되며, 이러한 열변위는 선형적인 거동을 야기하여 위치오차를 발생하게 된다.In general, machine tools generate thermal displacement due to temperature changes in structures such as the spindle, bed, column, and saddle due to internal heat generated during processing and external environmental factors. This thermal displacement causes linear behavior, resulting in position error. occurs.
또한, 열변위는 상하 또는 좌우 온도의 불균형으로 인하여 비선형적인 열적 거동을 야기하며 각도오차를 동반하게 된다. In addition, thermal displacement causes non-linear thermal behavior due to an imbalance between top and bottom or left and right temperatures and is accompanied by angular error.
즉, 공작기계의 주축과 구조물의 온도가 전체적으로 균일하게 상승하면 선형적인 거동을 통해 공작기계의 주축 보정이 용이학 정확도가 높아질 수 있으나, 베드, 컬럼, 새들과 같은 공작기계의 구조물의 열용량 차이에 의한 시정수 차이로 인하여 각 구조물의 상하, 좌우, 내부와 외부의 온도구배가 발생하고, 이에 따라 굽힘 또는 비틀림과 같은 비선형적인 거동이 발생하게 된다.In other words, if the temperature of the main axis and structure of the machine tool rises uniformly throughout, the accuracy of the main axis compensation of the machine tool can be increased through linear behavior, but the difference in heat capacity of the machine tool structures such as the bed, column, and saddle may increase. Due to the difference in time constant, temperature gradients occur between the top and bottom, left and right, and inside and outside of each structure, resulting in nonlinear behavior such as bending or twisting.
그러나, 종래 공작기계의 주축 보정장치 및 보정방법은 비선형적인 거동이 온도 분포에 따라 어느 방향으로든 발생할 수 있음에도 불구하고, 한지점의 위치에서만 각 축의 변위를 측정하여 비선형적인 거동에 따른 각도오차를 반영한 보정을 정밀하게 수행할 수 없는 문제점이 있었다.However, although non-linear behavior can occur in any direction depending on temperature distribution, the spindle compensation device and compensation method of conventional machine tools measures the displacement of each axis only at one point and reflects the angular error due to non-linear behavior. There was a problem that correction could not be performed precisely.
또한, 종래 공작기계의 주축 보정장치 및 보정방법은 가공이 이루어지는 가공 전체 영역이 아니라 한지점의 위치에서만 측정을 통해 판단함에 따라 비선형적인 거동의 경우에도 공구선단의 국부적인 변형인지 스핀들 헤드의 바디나 컬럼의 굽힘이나 비틀림과 같은 비선형 변형인지를 구분할 수 없어 정확한 보정을 수행하지 못함에 따라 가공정밀도가 감소하는 문제점이 있었다.In addition, the spindle compensation device and compensation method of a conventional machine tool is judged through measurement only at a single point rather than the entire machining area, so even in the case of non-linear behavior, is it local deformation of the tip of the tool or the body or body of the spindle head? There was a problem in that processing precision was reduced as accurate correction could not be performed as it was impossible to distinguish whether it was a non-linear deformation such as bending or twisting of the column.
더욱이, 종래 공작기계의 주축 보정장치 및 보정방법은 특정시점과 특정 위치에서의 열변위에 따른 비선형적 변형과 선형적인 변형의 상관 관계를 고려하지 않고 이를 보정함에 따라 정확성과 신뢰성이 현저히 감소하고, 최종적으로 가공품질이 저하되는 문제점이 있었다.Moreover, the spindle compensation device and compensation method of the conventional machine tool corrects without considering the correlation between non-linear deformation and linear deformation due to thermal displacement at a specific point in time and at a specific location, thereby significantly reducing accuracy and reliability, and the final There was a problem that the processing quality deteriorated.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 타이머의 측정 주기에 따라 위치데이터 저장부와 온도데이터 저장부에 저장된 데이터와 입력부를 통해 입력된 이송좌표 사이의 오차의 반복 측정을 통해 현재 위치와 현재 시간에서의 열변위량의 변화에 따른 기구학적 오차 관계에 따른 계산식을 도출하고, 도출된 계산식에 따라 보정값을 산출하여 보정을 수행함에 따라 현재 시점과 현재 위치에서 공작기계의 선형적인 변형뿐만 아니라 비선형적인 변형까지 고려하여 공작기계의 주축을 보정하여 공작기계의 가공정밀도를 향상하고, 신뢰성과 안정성을 극대화하며, 생산성과 품질을 향상하여 소비자의 만족도를 증대시킬 수 있는 공작기계의 주축 보정장치 및 보정방법을 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above problems, and the purpose of the present invention is to repeatedly measure the error between the data stored in the position data storage unit and the temperature data storage unit and the transport coordinates input through the input unit according to the measurement cycle of the timer. Through this, a calculation formula is derived according to the kinematic error relationship according to the change in the amount of thermal displacement at the current position and current time, and the compensation value is calculated according to the derived calculation formula to perform compensation, thereby determining the A machine tool that can improve the processing precision of the machine tool, maximize reliability and stability, and increase consumer satisfaction by improving productivity and quality by compensating the main axis of the machine tool by considering not only linear deformation but also non-linear deformation. To provide a spindle correction device and correction method.
본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 공작기계의 주축 보정장치는 공구가 설치되는 주축; 공작물이 안착되는 테이블; 상기 테이블 상부면에 1개 이상 설치되는 치구; 상기 주축에 장착되고, 상기 치구의 중심위치를 측정하는 위치 측정부; 상기 베드, 컬럼, 새들, 주축, 및 테이블 상에 설치되어 실시간으로 온도를 측정하는 온도 측정부; 상기 위치 측정부와 상기 온도 측정부를 통해 측정된 데이터를 저장하고, 상기 주축의 이송좌표를 입력하는 수치제어부; 및 상기 주죽의 현재 위치 및 공작기계의 구조물과 상기 주축의 현재 열변위량을 반영하여 비선형적 변형을 보정하는 보정량 제어부;를 포함할 수 있다.In order to achieve the purpose of the present invention, the spindle correction device for a machine tool according to the present invention includes a spindle on which a tool is installed; A table on which the workpiece is placed; One or more fixtures installed on the upper surface of the table; a position measuring unit mounted on the main axis and measuring the center position of the jig; a temperature measuring unit installed on the bed, column, saddle, spindle, and table to measure temperature in real time; a numerical control unit that stores data measured through the position measurement unit and the temperature measurement unit and inputs transfer coordinates of the main axis; and a correction amount control unit that corrects non-linear deformation by reflecting the current position of the spindle, the structure of the machine tool, and the current amount of thermal displacement of the spindle.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 주축 보정장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 주축 보정장치의 수치제어부는 상기 위치 측정부가 상기 주축에 결합된 상태에서 상기 주축의 이송좌표를 입력하는 입력부; 상기 위치 측정부에 의해 측정된 위치데이터를 저장하는 위치데이터 저장부; 상기 온도 측정부에 의해 측정된 온도데이터를 저장하는 온도데이터 저장부; 및 상기 위치 측정부와 상기 온도 측정부의 측정 주기가 설정되는 타이머;를 포함할 수 있다.In addition, in another preferred embodiment of the spindle compensation device for a machine tool according to the present invention, the numerical control unit of the spindle compensation device for a machine tool includes an input unit for inputting transfer coordinates of the spindle while the position measuring unit is coupled to the spindle; a location data storage unit that stores location data measured by the location measurement unit; a temperature data storage unit that stores temperature data measured by the temperature measurement unit; and a timer for setting measurement cycles of the position measuring unit and the temperature measuring unit.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 주축 보정장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 주축 보정장치의 보정량 제어부는 각각의 상기 치구의 길이와 최대 보정량을 저장하는 기본 데이터 저장부; 상기 타이머의 측정 주기에 따라 상기 위치데이터 저장부와 상기 온도데이터 저장부에 저장된 데이터와 상기 입력부를 통해 입력된 이송좌표 사이의 오차의 반복 측정을 통해 현재 위치와 현재 시간에서의 열변위량의 변화에 따른 기구학적 오차 관계를 구하는 계산부; 상기 계산부에 의해 도출된 오차 관계에 따라 보정값을 산출하는 보정값 산출부; 상기 보정값 산출부의 보정값과 상기 기본 데이터 저장부에 저장된 최대 보정량을 비교하는 비교부; 및 상기 비교부의 비교결과, 상기 보정값이 상기 최대 보정량보다 작거나 같은 경우 상기 보정값 만큼 상기 주축의 오차를 보정하는 보정부;를 포함할 수 있다.In addition, in another preferred embodiment of the spindle compensation device for a machine tool according to the present invention, the correction amount control unit of the spindle compensation device for a machine tool includes a basic data storage unit that stores the length and maximum correction amount of each jig; Depending on the measurement cycle of the timer, the error between the data stored in the position data storage unit and the temperature data storage unit and the transfer coordinates input through the input unit is repeatedly measured to determine the change in the amount of thermal displacement at the current location and current time. a calculation unit that calculates the kinematic error relationship; a correction value calculation unit that calculates a correction value according to the error relationship derived by the calculation unit; a comparison unit that compares the correction value of the correction value calculation unit with the maximum correction amount stored in the basic data storage unit; and a correction unit that corrects an error in the main axis by the correction value when, as a result of the comparison of the comparison unit, the correction value is less than or equal to the maximum correction amount.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 주축 보정장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 주축 보정장치의 보정량 제어부의 계산부는 현재 위치와 특정 시간에서의 열변위량의 변화에 의한 각도오차와 위치오차의 관계에 대한 수학식을 회귀분석 또는 최소자승법에 의해 도출될 수 있다.In addition, in another preferred embodiment of the spindle compensation device for a machine tool according to the present invention, the calculation unit of the correction amount control unit of the spindle compensation device for a machine tool calculates the angle error and position error due to the change in the amount of thermal displacement at the current position and a specific time. The mathematical expression for the relationship can be derived by regression analysis or least squares.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 주축 보정장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 주축 보정장치는 상기 공작기계가 3축으로 형성된 경우에 서로 길이가 다른 상기 치구가 상기 테이블의 상부면에 3개 이상 설치될 수 있다.In addition, in another preferred embodiment of the spindle compensating device for a machine tool according to the present invention, the spindle compensating device for a machine tool has three jigs of different lengths on the upper surface of the table when the machine tool is formed in three axes. More than one can be installed.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 주축 보정장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 주축 보정장치의 상기 공작기계가 5축으로 형성된 경우에 절곡부를 구비한 치구가 상기 테이블의 상부면에 1개 이상 설치될 수 있다.In addition, in another preferred embodiment of the spindle compensating device for a machine tool according to the present invention, when the machine tool of the spindle compensating device for a machine tool is formed in 5 axes, one jig having a bending portion is provided on the upper surface of the table. It can be installed more than once.
본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 공작기계의 주축 보정방법은 1개 이상의 치구를 테이블의 상부면에 설치하고, 위치 측정부를 주축에 장착하는 셋업 단계; 기본 데이터 저장부에 기본 데이터를 저장하는 단계; 타이머의 측정 주기를 설정하는 단계; 입력부를 통해 이송좌표를 입력하는 단계; 각각의 상기 치구의 중심위치를 측정 주기에 따라 복수회 측정하고 위치데이터 저장부에 위치데이터를 저장하는 단계; 공작물 가공시에 측정 주기에 따라 현재 구조물의 온도를 복수회 측정하고 온도데이터 저장부에 온도데이터를 저장하는 단계; 상기 타이머의 측정 주기에 따라 상기 위치데이터 저장부와 상기 온도데이터 저장부에 저장된 복수의 데이터와 상기 입력부를 통해 입력된 이송좌표 사이의 오차의 반복 측정을 통해 현재 위치와 현재 시간에서의 열변위량의 변화에 따른 기구학적 오차 관계를 계산하는 단계; 상기 계산하는 단계에서 도출된 오차 관계를 통해 보정값을 산출하는 단계; 상기 보정값과 상기 기본 데이터 저장부에 저장된 최대 보정량을 비교하는 단계; 및 비교결과 상기 보정값이 상기 최대 보정량보다 작거나 같은 경우 상기 보정값 만큼 상기 주축의 오차를 보정하는 단계;를 포함할 수 있다.In order to achieve another object of the present invention, the spindle correction method of a machine tool according to the present invention includes a setup step of installing one or more fixtures on the upper surface of a table and mounting a position measuring unit on the spindle; storing basic data in a basic data storage; Setting the measurement cycle of the timer; Inputting transfer coordinates through an input unit; Measuring the center position of each fixture multiple times according to a measurement cycle and storing the position data in a position data storage unit; When processing a workpiece, measuring the temperature of the current structure multiple times according to the measurement cycle and storing the temperature data in a temperature data storage unit; The amount of thermal displacement at the current position and current time is determined through repeated measurement of the error between the plurality of data stored in the position data storage unit and the temperature data storage unit and the transport coordinates input through the input unit according to the measurement cycle of the timer. Calculating a kinematic error relationship according to change; calculating a correction value through the error relationship derived in the calculating step; Comparing the correction value with a maximum correction amount stored in the basic data storage; and if the correction value is less than or equal to the maximum correction amount as a result of comparison, correcting the error of the main axis by the correction value.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 주축 보정방법의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 주축 보정방법은 상기 계산하는 단계는 현재 위치에서의 열변위량의 변화에 의한 각도오차와 위치오차의 관계에 대한 수학식을 회귀분석 또는 최소자승법에 의해 도출될 수 있다.In addition, in another preferred embodiment of the spindle correction method of a machine tool according to the present invention, the calculating step is based on the relationship between the angle error and the position error due to the change in the amount of thermal displacement at the current position. The mathematical equation can be derived by regression analysis or least squares.
본 발명에 의한 공작기계의 주축 보정장치 및 보정방법은 타이머의 측정 주기에 따라 위치데이터 저장부와 온도데이터 저장부에 저장된 데이터와 입력부를 통해 입력된 이송좌표 사이의 오차의 반복 측정을 통해 현재 위치와 현재 시점에서의 열변위량의 변화에 따른 기구학적 오차 관계에 따른 계산식을 도출하고, 도출된 계산식에 따라 보정값을 산출하여 보정을 수행함에 따라 현재 시점과 현재 위치에서 공작기계의 선형적인 변형뿐만 아니라 비선형적인 변형까지 고려하여 공작기계의 주축을 보정하여 공작기계의 가공정밀도를 향상할 수 있다.The spindle correction device and correction method for a machine tool according to the present invention are based on the measurement cycle of the timer by repeatedly measuring the error between the data stored in the position data storage unit and the temperature data storage unit and the transfer coordinates input through the input unit. By deriving a calculation formula according to the kinematic error relationship according to the change in the amount of thermal displacement at the current time and performing correction by calculating a correction value according to the derived calculation formula, not only the linear deformation of the machine tool at the current time and position is performed. In addition, the machining precision of the machine tool can be improved by compensating the main axis of the machine tool by considering non-linear deformation.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 주축 보정장치 및 보정방법은 가공정밀도 향상에 의해 공작기계의 신뢰성과 안정성을 극대화할 수 있는 효과가 있다.In addition, the spindle compensation device and compensation method for machine tools according to the present invention have the effect of maximizing the reliability and stability of machine tools by improving processing precision.
더욱이, 본 발명에 의한 공작기계의 주축 보정장치 및 보정방법은 가공정밀도 향상에 의해 가공 품질이 향상되어 소비자의 만족도를 향상하고, 공작물의 낭비를 최소화하여 가공비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.Moreover, the spindle compensation device and compensation method for machine tools according to the present invention has the effect of improving processing quality by improving processing precision, thereby improving consumer satisfaction and reducing processing costs by minimizing waste of workpieces.
게다가, 본 발명에 의한 공작기계의 주축 보정장치 및 보정방법은 공작물 낭비 방지하여 자원을 절감하고, 가공정밀도 향상에 의해 공작기계의 비가공시간을 감소하여 생산성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, the spindle correction device and correction method for machine tools according to the present invention have the effect of saving resources by preventing workpiece waste and increasing productivity by reducing non-processing time of machine tools by improving processing precision.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3축을 구비한 공작기계의 주축 보정장치의 개념도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 5축을 구비한 공작기계의 주축 보정장치의 개념도를 나타낸다.
도 3은 도 1의 일부 상세도를 나타낸다.
도 4는 도 2의 일부 상세도를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 주축 보정장치의 타이머의 측정주기를 설정하는 과정을 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 주축 보정장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 주축 보정방법의 절차도를 나타낸다.
도 8은 본 발명에 의한 공작기계의 주축 보정장치 및 보정방법에 따른 온도변화에 따른 YZ 직각도 변화에 대한 그래프이다.
도 9는 본 발명에 의한 공작기계의 주축 보정장치 및 보정방법에 따른 장시간 온도 변화에 대한 기구학적 오차 측정 값 변화에 대한 그래프이다.Figure 1 shows a conceptual diagram of a spindle compensation device for a machine tool with three axes according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 shows a conceptual diagram of a spindle compensation device for a machine tool with 5 axes according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 shows some details of Figure 1.
Figure 4 shows some details of Figure 2.
Figure 5 is a graph for explaining the process of setting the measurement cycle of the timer of the spindle compensation device of a machine tool according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a block diagram showing the configuration of a spindle compensation device for a machine tool according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 shows a procedure diagram of a spindle correction method for a machine tool according to an embodiment of the present invention.
Figure 8 is a graph of the change in YZ perpendicularity according to temperature change according to the spindle correction device and correction method of the machine tool according to the present invention.
Figure 9 is a graph of the change in kinematic error measurement value for long-term temperature changes according to the spindle compensation device and compensation method of the machine tool according to the present invention.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 조립식 베개의 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시 예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, the prefabricated pillow according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The embodiments introduced below are provided as examples so that the idea of the present invention can be sufficiently conveyed to those skilled in the art. Accordingly, the present invention is not limited to the embodiments described below and may be embodied in other forms. Also, in the drawings, the size and thickness of the device may be exaggerated for convenience. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장될 수 있다.The advantages and features of the present invention and methods for achieving them will become clear by referring to the embodiments described in detail below along with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and will be implemented in various different forms. These embodiments only serve to ensure that the disclosure of the present invention is complete and that common knowledge in the technical field to which the present invention pertains is provided. It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification. The sizes and relative sizes of layers and regions in the drawings may be exaggerated for clarity of explanation.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 따라서 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.The terminology used herein is for describing embodiments and is therefore not intended to limit the invention. As used herein, singular forms also include plural forms, unless specifically stated otherwise in the context. As used in the specification, “comprise” and/or “comprising” refers to the presence of one or more other components, steps, operations and/or elements. or does not rule out addition.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3축을 구비한 공작기계의 주축 보정장치의 개념도를 나타낸내고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 5축을 구비한 공작기계의 주축 보정장치의 개념도를 나타내며, 도 3은 도 1의 일부 상세도를 나타내고, 도 4는 도 2의 일부 상세도를 나타낸다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 주축 보정장치의 타이머의 측정주기를 설정하는 과정을 설명하기 위한 그래프이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 주축 보정장치의 구성을 나타내는 블록도이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 주축 보정방법의 절차도를 나타낸다. 도 8은 본 발명에 의한 공작기계의 주축 보정장치 및 보정방법에 따른 온도변화에 따른 YZ 직각도 변화에 대한 그래프이고, 도 9는 본 발명에 의한 공작기계의 주축 보정장치 및 보정방법에 따른 장시간 온도 변화에 대한 기구학적 오차 측정 값 변화에 대한 그래프이다.Figure 1 shows a conceptual diagram of a spindle correction device for a machine tool with 3 axes according to an embodiment of the present invention, and Figure 2 is a conceptual diagram of a spindle correction device for a machine tool with 5 axes according to an embodiment of the present invention. , FIG. 3 shows a partial detailed view of FIG. 1, and FIG. 4 shows a partial detailed view of FIG. 2. Figure 5 is a graph for explaining the process of setting the measurement cycle of the timer of the spindle compensation device of a machine tool according to an embodiment of the present invention, and Figure 6 is a graph of the spindle compensation device of a machine tool according to an embodiment of the present invention. It is a block diagram showing the configuration, and Figure 7 shows a procedure diagram of the spindle correction method of a machine tool according to an embodiment of the present invention. Figure 8 is a graph of the change in YZ perpendicularity according to temperature change according to the spindle correction device and correction method of the machine tool according to the present invention, and Figure 9 is a graph of the change in YZ perpendicularity according to the spindle correction device and correction method of the machine tool according to the present invention. This is a graph of the change in kinematic error measurement value in response to temperature change.
도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 주축 보정장치(1)를 설명한다. 도 1 내지 도 6에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 주축 보정장치(1)는 주축(10), 테이블(20), 치구(30), 위치 측정부(40), 온도 측정부(50), 수치제어부(60), 및 보정량 제어부(70)를 포함한다. Referring to FIGS. 1 to 6, a
일반적으로 공작기계는 지면에 설치되는 베드(2), 베드(2)의 일부에 설치되는 컬럼(3), 컬럼(3)을 따라 이동가능하거나 또는 컬럼(3)에 고정설치도는 새들(4)을 포함한다. In general, machine tools include a bed (2) installed on the ground, a column (3) installed on a part of the bed (2), and saddles (4) that are movable along the column (3) or fixed to the column (3). ) includes.
주축(10)에 공구가 설치된다. 이러한 주축(10)은 도면에 도시된 바와 같이 새들(4)에 스핀들 바디에 상하 이동 가능하게 설치될 수 있다. A tool is installed on the
이러한 베드(2), 컬럼(3), 새들(4), 스핀들 바디 등은 모두 공작기계의 구조물을 구성하는 각각의 요소로 서로 상이한 열용량을 구비한다.The bed (2), column (3), saddle (4), spindle body, etc. are all elements that make up the structure of the machine tool and have different heat capacities.
테이블(20)은 베드(2)에 직선이송 및/또는 회전 가능하게 설치된다. 테이블(20)의 상면에 공작물이 안착된다.The table 20 is installed on the
도면에 도시되지는 않았지만 주축(10)과 테이블(20)은 이송부에 의해 이동한다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 회전축 이송부는 모터 또는 서보모터(SERVO MOTOR)로 형성되고, 후술하는 수치제어부(60), 보정량 제어부(70), 또는 PLC에 의해 구동이 제어된다. Although not shown in the drawing, the
치구(30)가 테이블(20)의 상부면에 1개 이상 설치된다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 치구(30)는 기준구(datum ball)로 형성된다.One or
도 1 및 도 3에 도시된 것처럼, 공작기계가 3축(X축, Y축, Z축)으로 형성된 경우에 치구(30)는 서로 길이가 다른 치구(30)가 테이블(20)의 상부면에 3개 이상 설치된다. 바람직하게는 공작기계가 3축으로 형성되는 경우에 치구(30)는 테이블(20)의 상부면에 서로 길이가 다른 치구(30)가 임의의 위치에 4개가 설치된다. 이에 따라 6개의 오차성분을 추출할 수 있다. 공작기계가 3축 장비로 형성되는 경우에 각 축별(X축, Y축, Z축)로 1개의 위치오차와 1개의 방향오차를 가지게 된다. 이에 따라, 3축 장비의 기구학적 오차는 총 6개의 오차성분으로 정의되고, 3개의 위치오차 성분과 3개의 방향오차 성분으로 구성되고, 이러한 6개의 오차성분을 서로 길이가 다른 치구(30)의 반복 측정에 의해 도출할 수 있다.As shown in Figures 1 and 3, when the machine tool is formed in three axes (X-axis, Y-axis, Z-axis), the
위치오차란 각 좌표축(X축, Y축, Z축)의 원점이 이상적인 좌표축에서 각 좌표축 방향으로 얼마나 떨어져 있느냐를 의미하고, 각도오차란 공작기계의 각 축이 서로 평행하거나 직교하지 못하는 정도를 의미한다.Position error refers to how far the origin of each coordinate axis (X-axis, Y-axis, Z-axis) is from the ideal coordinate axis in each coordinate axis direction, and angular error refers to the degree to which each axis of the machine tool is not parallel or perpendicular to each other. do.
도 2 및 도 4에 도시된 것처럼, 공작기계가 5축(X축, Y축, Z축, C축, A축)으로 형성된 경우에 절곡부(31)를 구비한 치구(30)가 테이블의 상부면에 1개 이상 설치된다. 바람직하게는 공작기계가 5축으로 형성되는 경우에 치구(30)는 테이블(20)이 상부면에 절곡부(31)를 구비한 1개의 치구(30)가 설치된다. 5축 장비의 경우 테이블(20)이 C축을 따라 회전 가능함에 따라 이러한 회전 테이블(20)을 활용하여 공간 상의 여러 지점에서 측정이 가능하여 1개의 치구(30)만으로 10개 또는 11개의 기구학적 오차성분을 도출할 수 있다. 이때에 10개의 오차성분은 4개의 위치오차와 6개의 방향오차로 구성된다.As shown in Figures 2 and 4, when the machine tool is formed with 5 axes (X-axis, Y-axis, Z-axis, C-axis, A-axis), the
위치 측정부(40)는 공작기계의 주축 보정시에 주축(10)에 장착되고, 테이블(20)의 상부면에 1개 이상 설치된 각각의 치구(30)의 중심위치를 측정한다. 이때에 위치 측정부(40)는 후술하는 수치제어부(60)의 타이머(64)에 저장된 측정주기에 따라 복수회 측정하고, 측정된 위치데이터를 수치제어부(60)로 전송한다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만 위치 측정부(40)는 치구의 중심위치를 신속하게 측정하고 이를 수치제어부(60)에 전송하기 위해 터치프로브(touch probe)로 형성될 수 있다.The
온도 측정부(50)는 베드(2), 컬럼(3), 새들(4), 주축(10), 및/또는 테이블(20)의 내부 또는 외부 상에 복수개가 설치되어 실시간으로 공작기계의 구조물의 온도를 측정한다. 이때에 온도 측정부(50)는 후술하는 수치제어부(60)의 타이머(64)에 저장된 측정주기에 따라 복수회 측정하고, 측정된 온도데이터를 수치제어부(60)로 전송한다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만 온도 측정부(40)는 공작기계의 각각의 구조물의 특정시점과 특정지점에서의 온도를 신속하게 측정하고 이를 수치제어부(60)에 전송하기 위해 온도센서로 형성될 수 있다.A plurality of
수치제어부(60)는 위치 측정부(40)와 온도 측정부(50)를 통해 측정된 위치데이터와 온도데이터를 저장하고, 주축(10)의 이송좌표를 입력한다. 또한, 수치제어부(100)는 NC(numerical control, NC) 또는 CNC(computerized numerical control)를 포함하고, 각종 수치 제어 프로그램이 내장되어 있다. 즉 수치제어부(50)는 직선축 구동부와 회전축 구동부의 구동프로그램, 공구의 가동프로그램 등이 내장되고, 수치제어부의 구동에 따라 해당 프로그램이 자동으로 로딩되어 작동한다. 이러한 수치제어부(60)는 조작부(80), 표시부(90), 보정량 제어부(70), 및 PLC와 소정의 프로토콜에 의해 통신을 수행한다.The
보정량 제어부(70)는 주축(10)의 현재 위치 및 공작기계의 구조물과 주축(10)의 현재 열변위량을 반영하여 비선형적 변형을 보정한다.The correction
따라서, 본 발명에 의한 공작기계의 주축 보정장치는 타이머의 측정 주기에 따라 위치데이터 저장부와 온도데이터 저장부에 저장된 데이터와 입력부를 통해 입력된 이송좌표 사이의 오차의 반복 측정을 통해 현재 위치와 현재 시점에서의 열변위량의 변화에 따른 기구학적 오차 관계에 따른 계산식을 도출하고, 도출된 계산식에 따라 보정값을 산출하여 보정을 수행함에 따라 현재 시점과 현재 위치에서 공작기계의 선형적인 변형뿐만 아니라 비선형적인 변형까지 고려하여 공작기계의 주축을 보정하여 공작기계의 가공정밀도를 향상할 수 있다.Therefore, the spindle compensation device for a machine tool according to the present invention determines the current position and By deriving a calculation formula according to the kinematic error relationship according to the change in the amount of thermal displacement at the current point in time, and performing correction by calculating a correction value according to the derived calculation formula, not only the linear deformation of the machine tool at the current time and position, but also the The machining precision of the machine tool can be improved by compensating the main axis of the machine tool, taking into account nonlinear deformation.
또한, 도 1 내지 도 2 및 도 6에 도시된 것처럼, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 공작기계의 주축 보정장치(1)는 조작부(80)와 표시부(90)를 더 포함할 수 있다.In addition, as shown in FIGS. 1 to 2 and 6, the
조작부(80)는 조작반 등에 스위치 또는 터치 버튼 등의 형태로 설치되어 공작기계의 작동 중에 주축 보정 기능을 수행한다.The operating
즉, 조작부(80)에 의해 조작자가 치구와 위치 측정부를 셋업하고, 위치 측정부와 온도 측정부로 현재 시점과 현재 위치에서의 기구학적 오차를 반복 측정하고, 열변위량의 변화에 따른 기구학적 오차 관계에 따른 계산식을 도출하여, 도출된 계산식에 따라 보정값을 산출하여 보정을 수행하는 기능을 임의로 선택할 수 있다. 조작부(80)에서 공작기계의 주축 보정 기능을 선택하지 않는 경우 공작기계의 주축 보정 기능이 작동하지 않게 된다. That is, the operator sets up the jig and the position measurement unit using the
이처럼, 조작부의 간단한 조작을 통해 열변위량의 변화에 따른 기구학적 오차 관계에 따른 계산식을 도출하여, 도출된 계산식에 따라 보정값을 산출하여 보정함에 따라 가공정밀도가 요구되는 가공에 따라 임의로 선택할 수 있어 가공시간을 절감하여 생산성을 향상하고 가공정밀도를 증가시켜 신뢰성과 안전성을 극대화할 수 있다.In this way, through a simple operation of the control panel, a calculation formula according to the kinematic error relationship according to the change in thermal displacement is derived, and the compensation value is calculated and corrected according to the derived calculation formula, so that processing precision can be arbitrarily selected according to the processing that is required. By reducing processing time, productivity can be improved and processing precision can be increased to maximize reliability and safety.
표시부(90)는 수치제어부(60)와 보정값 제어부(70)에 의한 보정값과 비교값 및 위치데이터와 온도데이터 등을 표시한다. 이에 따라 조작자가 육안으로 가공 중에 실시간으로 특정시점과 특정위치에서 공작기계의 정밀도를 실시간으로 모니터링하고, 보정값을 실시간으로 확인할 수 있다. The
또한, 표시부(90)는 후술하는 비교부(47)의 판단결과 보정값 산출부(73)에서 산출된 보정값이 기본 데이터 저장부(71)에 저장된 최대 보정값을 초과하는 경우에는 알람을 표시하여 공작기계의 이상을 조작자에게 알림에 따라 공작기계의 유지보수를 용이하게 하고, 공작물의 손상을 최소화할 수 있다. 이때에 알람은 모니터에 표시되는 형태, 경고음 또는 경광등 등의 형태로 표시될 수 있다.In addition, the
반드시 이에 한정되는 것은 아니지만 표시부(90)는 LCD, LED, PDP 모니터 등으로 구성될 수 있다.Although not necessarily limited to this, the
도 6에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 주축 보정장치(1)의 수치제어부(60)는 입력부(61), 위치데이터 저장부(62), 온도데이터 저장부(63), 및 타이머(64)를 포함한다.As shown in FIG. 6, the
입력부(61)는 위치 측정부(40)가 주축(10)에 결합된 상태에서 주축(10)의 이송좌표를 입력하는 기능을 수행한다. 즉, 입력부(10)는 지령좌표인 이송좌표가 입력되고 입력된 이송좌표는 PLC와 수치제어부(60)로 전달되어 이송부를 구동하여 주축(10)을 X축, Y축, Z축을 따라 구동시킨다.The
위치데이터 저장부(62)는 위치 측정부(40)에 의해 테이블(20)의 상부면에 1개 이상 설치된 치구(30)의 오차를 포함한 중심위치 데이터를 저장한다.The position
온도데이터 저장부(63)는 베드(2), 컬럼(3), 새들(4), 주축(10), 및/또는 테이블(20)에 복수개가 설치된 온도 측정부(50)의 특정시점에서의 온도데이터를 저장한다.The temperature
타이머(64)는 위치 측정부(62)와 온도 측정부(63)의 측정 주기가 설정된다. 즉, 도 5에 도시된 것처럼, 특정 시간에 따라 위치 측정부(62)와 온도 측정부(63)로 치구(30)의 중심위치와 공작기계의 구조물의 온도를 반복해서 측정하고 이를 저장하고 업데이트한다. 타이머(64)의 측정 주기는 반복된 측정에 따라 최적의 측정주기가 되도록 자동으로 설정될 수 있고, 작업자가 PLC나 수치제어부(60)의 조작반의 조작을 통해 수동으로 지정할 수도 있다.The
본 발명에 의한 공작기계의 주축 보정장치는 가공정밀도 향상에 의해 공작기계의 신뢰성과 안정성을 극대화할 수 있다.The spindle compensation device for machine tools according to the present invention can maximize the reliability and stability of machine tools by improving processing precision.
도 6에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 주축 보정장치(1)의 보정량 제어부(70)는 기본 데이터 저장부(71), 계산부(72), 보정값 산출부(73), 비교부(74), 및 보정부(75)를 포함한다.As shown in Figure 6, the correction
기본 데이터 저장부(71)는 테이블(20)의 상부면에 설치되는 각각의 치구(30)의 길이와 특정 시간에서의 최대 보정량을 저장한다.The basic
계산부(72)는 타이머(64)의 측정 주기에 따라 현재 위치에서의 위치데이터 저장부(62)와 온도데이터 저장부(63)에 저장된 치구(30)의 중심위치에 대한 위치데이터 및 현재 시점의 공작기계의 베드(2), 컬럼(3), 새들(4), 주축(10), 및/또는 테이블(20)과 같은 구조물 각각의 온도데이터와 입력부(61)를 통해 입력된 이송좌표 사이의 오차의 반복 측정을 통해 현재 위치와 현재 시점에서의 열변위량의 변화에 따른 기구학적 오차 관계를 구한다. 반드시 이에 한정된든 것은 아니지만 계산부(72)는 현재 위치와 특정 시간에서의 열변위량의 변화에 의한 각도오차와 위치오차의 관계에 대한 수학식을 회귀분석 또는 최소자승법에 의해 도출한다. The
보정값 산출부(73)는 계산부(72)에 의해 도출된 오차 관계, 즉 회귀분석 또는 최소자승법에 의해 도출된 계산식(수학식)에 따라 보정값을 산출한다. The correction
비교부(74)는 보정값 산출부(73)의 보정값과 기본 데이터 저장부(71)에 저장된 최대 보정량을 비교한다.The
보정부(75)는 비교부(74)의 비교결과, 보정값이 최대 보정량보다 작거나 같은 경우(보정값≤최대 보정량)에는 보정값 만큼 주축(10)의 오차를 보정하고, 보정값이 최대 보정량보다 큰 경우(보정값 > 최대 보정량)에는 표시부(90)에 의해 알람을 발생한다.As a result of the comparison of the
본 발명에 의한 공작기계의 주축 보정장치는 현재 위치와 현재 시점에 따라 열변위량과 기구학적 오차 사이의 관계에 의해 주축의 보정값을 산출하고, 이러한 보정값을 최대 보정값과 비교하여 보정을 수행함에 따라 공작기계의 안정성과 신뢰성을 극대화하고, 가공정밀도 향상에 의해 가공 품질이 향상되어 소비자의 만족도를 향상하며, 공작물의 낭비를 최소화하여 가공비용을 절감할 수 있다.The spindle correction device for a machine tool according to the present invention calculates the correction value of the spindle based on the relationship between thermal displacement and kinematic error according to the current position and current time, and performs correction by comparing this correction value with the maximum correction value. Accordingly, the stability and reliability of machine tools can be maximized, processing quality can be improved by improving processing precision, improving consumer satisfaction, and processing costs can be reduced by minimizing waste of workpieces.
도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 주축 보정장치(1)의 보정값 제어부(70)의 계산부(73)의 현재 위치와 현재 시점에서의 열변위량의 변화에 따른 기구학적 오차 관계를 구하는 원리를 설명한다.3 to 5, the current position of the
도 3과 같이 공작기계가 3축 장비인 경우에는 서로 길이가 다른 치구(30)가 테이블(20)에 3개 이상 설치된다. As shown in Figure 3, when the machine tool is a 3-axis equipment, three or
입력부(61)를 통해 각각의 치구(30)의 중심위치를 입력하고, 주축(10)에 위치 측정부(40)를 장착하고 치구(30)의 위치를 측정한다. 위치 측정부(40)에 의해 측정된 치구(30)의 중심위치 데이터가 실시간으로 위치데이터 저장부(62)에 저장된다.The center position of each
Msr : 오차포함 치구의 중심위치 측정값Msr: Measured value of center position of fixture including error
Cmd : 입력부를 통해 입력된 이송좌표값Cmd: Transfer coordinate value entered through the input unit
x' : X축 측정값, y' : Y축 측정값, z' : Z축 측정값x': X-axis measurement value, y': Y-axis measurement value, z': Z-axis measurement value
Mx : 지령된 X축 좌표, My : 지령된 Y축 좌표, Mz : 지령된 Z축 좌표Mx: Commanded X-axis coordinate, My: Commanded Y-axis coordinate, Mz: Commanded Z-axis coordinate
하기와 같이 XY축 오차행렬과 YZ축 오차행렬을 산출한다.Calculate the XY-axis error matrix and YZ-axis error matrix as follows.
εyx : XY축 오차행렬ε yx : XY-axis error matrix
εzy : YZ축 오차행렬ε zy : YZ-axis error matrix
δx : X축 방향의 위치오차 δ x : Position error in the X-axis direction
δy : Y축 방향의 위치오차δ y : Position error in the Y-axis direction
δz : Z축 방향의 위치오차δ z : Position error in Z-axis direction
αyx : YZ 각도오차α yx : YZ angle error
βzy : XZ 각도오차β zy : XZ angle error
γyx : XY 각도오차γ yx : XY angle error
식(1)Equation (1)
식(2)Equation (2)
Δ(측정값과 지령값의 차이) : Msr-CmdΔ (difference between measured value and command value): Msr-Cmd
상기 식(1)과 식(2)에 의해 회귀분석을 통해 특정 시점의 6개의 오차성분을 산출한다. 즉, ΔX, ΔY, ΔZ, X, Y, Z는 모두 아는 값으로 회귀분석을 통해 특정시점의 6개의 오차성분을 구할 수 있다.Six error components at a specific point in time are calculated through regression analysis using equations (1) and (2) above. In other words, ΔX, ΔY, ΔZ, X, Y, and Z are all known values, and the six error components at a specific point in time can be obtained through regression analysis.
수학식(1)Equation (1)
식(1)과 식(2)에 의해 각 측정시점에 따라 현재 n개 위치에서의 온도데이터와 3개의 각도오차와 3개의 위치오차 성분 사이의 관계를 회귀분석을 통해 수학식(1)을 도출할 수 있다. Equation (1) is derived through regression analysis of the relationship between the temperature data at the current n locations and the three angle errors and three position error components according to each measurement time using equations (1) and (2). can do.
이처럼, 공작기계가 3축장비인 경우 계산부(72)는 수학식(1)을 산출하고, 이러한 수학식(1)에 의해 보정값 산출부(73)가 보정값을 산출한다.In this way, when the machine tool is a 3-axis equipment, the
도 4와 같이 공작기계가 5축 장비인 경우에는 절곡부(31)를 구비한 1개의 치구(30)가 회전 가능한 테이블(20)의 상부면에 설치된다. As shown in Figure 4, when the machine tool is a 5-axis equipment, one
입력부(61)를 통해 치구(30)의 중심위치를 입력하고, 주축(10)에 위치 측정부(40)를 장착하고 치구(30)의 위치를 측정한다. 위치 측정부(40)에 의해 측정된 치구(30)의 중심위치 데이터가 실시간으로 위치데이터 저장부(62)에 저장된다.The center position of the
Msr : 오차포함 치구의 중심위치 측정값Msr: Measured value of center position of fixture including error
Cmd : 입력부를 통해 입력된 이송좌표값Cmd: Transfer coordinate value entered through the input unit
x' : X축 측정값, y' : Y축 측정값, z' : Z축 측정값x': X-axis measurement value, y': Y-axis measurement value, z': Z-axis measurement value
Mx : 지령된 X축 좌표, My : 지령된 Y축 좌표, Mz : 지령된 Z축 좌표,Mx: Commanded X-axis coordinate, My: Commanded Y-axis coordinate, Mz: Commanded Z-axis coordinate,
MA : 지령된 A축 좌표, Mc : 지령된 C축 좌표M A : Commanded A-axis coordinate, Mc: Commanded C-axis coordinate
하기와 같이 XY축 오차행렬과 YZ축 오차행렬, AC축 오차행렬, AX축 오차행렬을 산출한다.Calculate the XY-axis error matrix, YZ-axis error matrix, AC-axis error matrix, and AX-axis error matrix as follows.
εyx : XY축 오차행렬ε yx : XY-axis error matrix
εzy : YZ축 오차행렬ε zy : YZ-axis error matrix
εCA : AC축 오차행렬 ε CA : AC axis error matrix
εAX : AX축 오차행렬 ε AX : AX-axis error matrix
δx : X축 방향의 위치오차 δ x : Position error in the X-axis direction
δy : Y축 방향의 위치오차δ y : Position error in the Y-axis direction
δz : Z축 방향의 위치오차δ z : Position error in Z-axis direction
δXCA : AC X축 방향 위치오차 δXCA : AC X-axis direction position error
δYCA : AC Y축 방향 위치오차δ YCA : AC Y-axis direction position error
δYAX : AX Y 방향 위치오차δ YAX : AX Y direction position error
δZAX : AX Z 방향 위치오차δ ZAX : AX Z direction position error
αyx : YZ 각도오차α yx : YZ angle error
βzy : XZ 각도오차β zy : XZ angle error
βCA : AC 각도오차β CA : AC angle error
βAX : AX 각도오차β AX : AX angle error
γyx : XY 각도오차γ yx : XY angle error
식(3)Equation (3)
식(4)Equation (4)
Δ(측정값과 지령값의 차이) : Msr-CmdΔ (difference between measured value and command value): Msr-Cmd
다수의 측정 위치로부터 얻은 오차 값을 이용하여 상기 식(3)과 식(4)에 의해 회귀분석을 통해 특정 시점의 10개의 오차성분을 산출할 수 있다.Using error values obtained from multiple measurement locations, 10 error components at a specific time can be calculated through regression analysis using equations (3) and (4) above.
수학식(2)Equation (2)
식(3)과 식(4)에 의해 각 측정시점에 따라 현재 n개 위치에서의 온도데이터와 3개의 각도오차와 3개의 위치오차 성분 사이의 관계를 회귀분석을 통해 수학식(2)를 도출할 수 있다. 이는 공작기계가 3축 장비이거나 5축 장비이어도 모두 직선축인 X축, Y축, Z축을 이송하여 공구선단의 위치가 갖는 오차를 보정하는 것으로 공간상의 X축, Y축, Z축의 좌표에 대한 보정식으로 해결가능하고, 이처럼 최소한의 수정사항을 계산하는 것이 보정값 계산에 소요되는 시간을 최소화하여 공작기계의 생산성을 향상할 수 있다. Equation (2) is derived through regression analysis of the relationship between the temperature data at the current n locations and the three angle errors and three position error components according to each measurement time using equations (3) and (4). can do. Even if the machine tool is a 3-axis or 5-axis machine, it compensates for errors in the position of the tool tip by transferring the X, Y, and Z axes, which are all linear axes. It can be solved with a compensation formula, and calculating the minimum corrections in this way can improve the productivity of machine tools by minimizing the time required to calculate compensation values.
이처럼, 공작기계가 3축장비인 경우 계산부(72)는 수학식(2)를 산출하고, 이러한 수학식(1)에 의해 보정값 산출부(73)가 보정값을 산출한다.In this way, when the machine tool is a 3-axis equipment, the
따라서, 현재 위치와 현재 시간에서의 열변위량의 변화에 따른 기구학적 오차 관계에 따른 계산식을 도출하고, 도출된 계산식에 따라 보정값을 산출하여 보정을 수행함에 따라 현재 시점과 현재 위치에서 공작기계의 선형적인 변형뿐만 아니라 비선형적인 변형까지 고려하여 공작기계의 주축을 보정하여 공작기계의 가공정밀도를 향상할 수 있다.Therefore, a calculation formula is derived according to the kinematic error relationship according to the change in the amount of thermal displacement at the current position and current time, and the compensation value is calculated according to the derived calculation formula to perform correction, thereby performing correction. The machining precision of the machine tool can be improved by compensating the main axis of the machine tool by considering not only linear deformation but also non-linear deformation.
즉, 도 8 및 도 9에 도시된 것처럼 온도에 따른 각도변화가 향상되고, 온도에 따른 오차 측정 값이 차이가 나도 보정값으로 일정하게 수렴함에 따라 공작기계의 정밀성을 극대화할 수 있다.In other words, as shown in FIGS. 8 and 9, the angle change according to temperature is improved and the precision of the machine tool can be maximized by consistently converging to the correction value even if the error measurement value according to temperature is different.
도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 주축 보정방법을 설명하낟. 도 7에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 주축 보정방법은 셋업 단계(S1), 기본 데이터 저장 단계(S2), 타이머 측정주기 설정 단계(S3), 이송좌표 입력 단계(S4), 위치 측정 및 저장 단계(S5), 온도 측정 및 저장 단곈(S6), 오차 관계 계산 단계(S7), 보정값 산출 단계(S8), 비교 단계(S9), 보정 단계(S10)을 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 보정 단계(S10) 이후에 표시 단계(S11)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 7, a method for correcting the spindle of a machine tool according to an embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 7, the spindle correction method according to an embodiment of the present invention includes a setup step (S1), a basic data storage step (S2), a timer measurement cycle setting step (S3), a transfer coordinate input step (S4), It includes a position measurement and storage step (S5), a temperature measurement and storage step (S6), an error relationship calculation step (S7), a correction value calculation step (S8), a comparison step (S9), and a correction step (S10). Additionally, according to an embodiment of the present invention, a display step (S11) may be further included after the correction step (S10).
공작기계의 작동 중에 본 발명에 의한 공작기계의 주축 보정방법을 수행하기 위해서 1개 이상의 치구(30)를 테이블(20)의 상부면에 설치하고, 위치 측정부(40)를 주축(10)에 장착한다. 이때에 도 1 및 도 3과 같이 공작기계가 3축 장비인 경우에는 길이가 서로 다른 3개 이상의 치구(30)를 테이블(20)의 상부면에 임의로 이격하여 설치하고, 도 2 및 도 4와 같이 공작기계가 5축 장비인 경우에는 절곡부(31)를 갖는 1개의 치구(30)를 회전 가능한 테이블(20)에 설치한다.In order to perform the spindle correction method of the machine tool according to the present invention while the machine tool is in operation, one or
셋업 단계(S1) 이후에, 기본 데이터 저장부(71)에 각각의 치구의 길이에 대한 데이터와 최대 보정량에 대한 기본 데이터를 저장한다.After the setup step (S1), data on the length of each fixture and basic data on the maximum correction amount are stored in the basic
기본 데이터 저장 단계(S2) 이후에, 타이머(64)의 측정 주기를 설정한다. 타이머(64)의 측정 주기는 사용자가 조작반 등을 통해 수작업으로 직접 설정할 수 있다. 또한, 반복되는 측정에 따라 기존 보정값과 타이머의 측정 주기가 입력되고, 이에 따른 보정값의 크기와 공작기계의 운행 상태에 따라 최적의 측정 주기를 PLC가 산정하여 자동으로 측정 주기를 설정할 수도 있다.After the basic data storage step (S2), the measurement cycle of the
타이머 측정 주기 설정 단계(S3) 이후에, 입력부(61)를 통해 주축(10)의 이송좌표, 즉 지령좌표를 입력한다. 이때에 테이블(20)이 상부면에 치구(30)가 복수개로 설치된 경우에는 복수회 입력되고, 회전 테이블의 경우에는 측정된 회수만큼 지령좌표가 입력된다. 또한, PLC 등을 통해 입력좌표 즉 지령좌표가 자동으로 입력될 수 있다.After the timer measurement cycle setting step (S3), the transfer coordinates of the
이송좌표 입력 단계(S4) 이후에, 각각의 치구(30)의 중심위치 또는 1개의 치구(30)가 회전 테이블(20)의 회전에 따라 변화하는 현재 위치의 치구의 중심위치를 타이머(64)의 측정 주기에 따라 위치 측정부(40)를 통해 복수회 측정하고 위치데이터 저장부(62)에 위치데이터를 저장한다.After the transfer coordinate input step (S4), the center position of each
위치 측정 및 저장 단계(S5) 이후에, 타이머(64)의 측정 주기에 따라 현재 구조물의 온도를 각 구조물에 다수개가 설치된 온도 측정부(50)를 통해 복수회 측정하고 온도데이터 저장부(63)에 온도데이터를 저장한다.After the position measurement and storage step (S5), the temperature of the current structure is measured multiple times through a plurality of
온도 측정 및 저장 단계(S6) 이후에, 타이머(64)의 측정 주기에 따라 위치데이터 저장부(62)와 온도데이터 저장부(63)에 저장된 복수의 오차값을 포함하는 치구의 중심위치에 대한 위치데이터와 현재 시점에서의 공작물의 구조물의 온도데이터 및 입력부를 통해 입력된 이송좌표 사이의 오차의 반복 측정을 통해 현재 위치와 현재 시간에서의 열변위량의 변화에 따른 기구학적 오차 관계를 계산한다.After the temperature measurement and storage step (S6), the center position of the fixture including a plurality of error values stored in the position
오차 관계를 계산하는 단계(S7)는 현재 위치에서의 열변위량의 변화에 의한 각도오차와 위치오차의 관계에 대한 수학식을 회귀분석 또는 최소자승법에 의해 도출한다. 이러한 도출 방법은 상술한 방식과 동일한바 이하 생략한다.In the step of calculating the error relationship (S7), a mathematical equation for the relationship between the angle error and the position error due to the change in thermal displacement at the current position is derived by regression analysis or the least squares method. This derivation method is the same as the method described above and will be omitted hereinafter.
오차관계를 계산하는 단계(S7) 이후에, 오차관계를 계산하는 단계에서 도출된 오차 관계, 즉 3축 장비의 경우 수학식(1), 5축 장비의 경우 수학식(2)를 통해 보정값을 산출한다.After the error relationship calculation step (S7), the correction value is calculated through the error relationship derived in the error relationship calculation step, that is, equation (1) for 3-axis equipment and equation (2) for 5-axis equipment. Calculate .
보정값 산출 단계(S8) 이후에, 보정값과 기본 데이터 저장부(71)에 저장된 최대 보정량을 비교한다. After the correction value calculation step (S8), the correction value is compared with the maximum correction amount stored in the basic
비교 단계(S9) 이후에, 비교결과 보정값이 최대 보정량보다 작거나 같은 경우 보정값 만큼 주축의 오차를 보정하고, 비교결과 보정값이 최대 보정량보다 큰 경우에는 표시부(90)르 통해 알람을 발생한다.After the comparison step (S9), if the correction value as a result of comparison is less than or equal to the maximum correction amount, the error of the main axis is corrected by the correction value, and if the correction value as a result of comparison is greater than the maximum correction amount, an alarm is generated through the
따라서, 본 발명에 의한 공작기계의 주축 보정방법은 타이머의 측정 주기에 따라 위치데이터 저장부와 온도데이터 저장부에 저장된 데이터와 입력부를 통해 입력된 이송좌표 사이의 오차의 반복 측정을 통해 현재 위치와 현재 시점에서의 열변위량의 변화에 따른 기구학적 오차 관계에 따른 계산식을 도출하고, 도출된 계산식에 따라 보정값을 산출하여 보정을 수행함에 따라 현재 시점과 현재 위치에서 공작기계의 선형적인 변형뿐만 아니라 비선형적인 변형까지 고려하여 공작기계의 주축을 보정하여 공작기계의 가공정밀도를 향상할 수 있다.Therefore, the main axis correction method of a machine tool according to the present invention is to determine the current position and By deriving a calculation formula according to the kinematic error relationship according to the change in the amount of thermal displacement at the current point in time, and performing correction by calculating a correction value according to the derived calculation formula, not only the linear deformation of the machine tool at the current time and position, but also the The machining precision of the machine tool can be improved by compensating the main axis of the machine tool, taking into account nonlinear deformation.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 주축 보정방법은 현재 위치와 현재 시점에 따라 열변위량과 기구학적 오차 사이의 관계에 의해 주축의 보정값을 산출하고, 이러한 보정값을 최대 보정값과 비교하여 보정을 수행함에 따라 공작기계의 안정성과 신뢰성을 극대화하고, 가공정밀도 향상에 의해 가공 품질이 향상되어 소비자의 만족도를 향상하며, 공작물의 낭비를 최소화하여 가공비용을 절감할 수 있다.In addition, the main axis correction method of a machine tool according to the present invention calculates the correction value of the main axis based on the relationship between the amount of thermal displacement and kinematic error according to the current position and current time, and compensates by comparing this correction value with the maximum correction value. By performing this, the stability and reliability of machine tools can be maximized, processing quality can be improved by improving processing precision, thus improving consumer satisfaction, and processing costs can be reduced by minimizing workpiece waste.
이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술할 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.Although the detailed description of the present invention described above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art or those skilled in the art will understand the present invention as described in the patent claims to be described later. It will be understood that various modifications and changes can be made to the present invention without departing from the spirit and technical scope. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to what is described in the detailed description of the specification, but should be defined by the scope of the claims.
1 : 공작기계의 주축 보정장치, 2 : 베드,
3 : 컬럼, 4 : 새들,
10 : 스핀들, 20 : 테이블,
30 : 치구, 31 : 절곡부,
40 : 위치 측정부, 50 : 온도 측정부,
60 : 수치제어부, 61 : 입력부,
62 : 위치데이터 저장부, 63 : 온도데이터 저장부,
64 : 타이머, 70 : 보정량 제어부,
71 : 기본 데이터 저장부, 72 : 계산부,
73 : 보정값 산출부, 74 : 비교부,
75 : 보정부, 80 : 조작부,
90 : 표시부.1: Machine tool spindle compensation device, 2: Bed,
3: Column, 4: Birds,
10: spindle, 20: table,
30: jig, 31: bending part,
40: position measurement unit, 50: temperature measurement unit,
60: Numerical control unit, 61: Input unit,
62: location data storage unit, 63: temperature data storage unit,
64: Timer, 70: Correction amount control unit,
71: basic data storage unit, 72: calculation unit,
73: correction value calculation unit, 74: comparison unit,
75: correction unit, 80: control unit,
90: Display unit.
Claims (8)
공작물이 안착되는 테이블;
상기 테이블 상부면에 1개 이상 설치되는 치구;
상기 주축에 장착되고, 상기 치구의 중심위치를 측정하는 위치 측정부;
베드, 컬럼, 새들, 주축, 및 테이블 상에 설치되어 실시간으로 온도를 측정하는 온도 측정부;
상기 위치 측정부와 상기 온도 측정부를 통해 측정된 데이터를 저장하고, 상기 주축의 이송좌표를 입력하는 수치제어부; 및
상기 주축의 오차를 보정하는 보정량 제어부;를 포함하고,
상기 수치제어부는,
상기 위치 측정부가 상기 주축에 결합된 상태에서 상기 주축의 이송좌표를 입력하는 입력부;
상기 위치 측정부에 의해 측정된 위치데이터를 저장하는 위치데이터 저장부;
상기 온도 측정부에 의해 측정된 온도데이터를 저장하는 온도데이터 저장부; 및
상기 위치 측정부와 상기 온도 측정부의 측정 주기가 설정되는 타이머;를 포함하고,
상기 보정량 제어부는 주축의 현재 위치 및 공작기계의 구조물과 주축의 현재 열변위량을 반영하여 상기 공작기계의 구조물에 대한 위치 오차에 따른 선형적 변형 뿐만아니라 상기 공작기계의 구조물의 열용량 차이에 의한 시정수 차이로 인하여 공작기계 구조물의 상하, 좌우, 내부와 외부의 온도구배가 발생함에 따라 굽힘 또는 비틀림에 의한 비선형적 변형까지 반영하여 보정하고,
상기 보정량 제어부는,
각각의 상기 치구의 길이와 최대 보정량을 저장하는 기본 데이터 저장부;
상기 타이머의 측정 주기에 따라 현재 위치에서 상기 위치데이터 저장부에 저장된 치구의 중심위치에 대한 위치 데이터와 현재 시점에서 상기 온도데이터 저장부에 저장된 상기 공작기계 구조물의 온도데이터와 상기 입력부를 통해 입력된 이송좌표 사이의 오차의 반복 측정을 통해 현재 위치와 현재 시간에서의 열변위량의 변화에 따른 기구학적 오차 관계를 구하는 계산부;
상기 계산부에 의해 도출된 오차 관계에 따라 보정값을 산출하는 보정값 산출부;
상기 보정값 산출부의 보정값과 상기 기본 데이터 저장부에 저장된 최대 보정량을 비교하는 비교부; 및
상기 비교부의 비교결과, 상기 보정값이 상기 최대 보정량보다 작거나 같은 경우 상기 보정값 만큼 상기 주축의 오차를 보정하고, 상기 보정값이 상기 최대 보정량보다 큰 경우에는 알람을 발생하는 보정부;를 포함하고,
상기 계산부는 현재 위치와 특정 시간에서의 열변위량의 변화에 의한 각도오차와 위치오차의 관계에 대한 수학식을 회귀분석에 의해 하기 수학식 (2)를 통해 도출하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 주축 보정장치.
수학식 (2)
Spindle on which the tool is installed;
A table on which the workpiece is placed;
One or more fixtures installed on the upper surface of the table;
a position measuring unit mounted on the main axis and measuring the center position of the jig;
A temperature measuring unit installed on the bed, column, saddle, spindle, and table to measure temperature in real time;
a numerical control unit that stores data measured through the position measurement unit and the temperature measurement unit and inputs transfer coordinates of the main axis; and
It includes a correction amount control unit that corrects the error of the main axis,
The numerical control unit,
an input unit that inputs transfer coordinates of the main axis while the position measuring unit is coupled to the main axis;
a location data storage unit that stores location data measured by the location measurement unit;
a temperature data storage unit that stores temperature data measured by the temperature measurement unit; and
It includes a timer that sets the measurement cycle of the position measuring unit and the temperature measuring unit,
The correction amount control unit reflects the current position of the main axis and the current thermal displacement amount of the structure of the machine tool and the main axis, not only linear deformation according to the position error of the structure of the machine tool, but also a time constant due to the difference in heat capacity of the structure of the machine tool. Due to differences in temperature gradients between the top and bottom, left and right, and inside and outside of the machine tool structure, non-linear deformation due to bending or twisting is reflected and corrected.
The correction amount control unit,
a basic data storage unit that stores the length and maximum correction amount of each fixture;
According to the measurement cycle of the timer, position data about the center position of the fixture stored in the position data storage unit at the current position, temperature data of the machine tool structure stored in the temperature data storage unit at the current point, and input through the input unit. A calculation unit that obtains a kinematic error relationship according to the change in thermal displacement at the current position and current time through repeated measurement of the error between transfer coordinates;
a correction value calculation unit that calculates a correction value according to the error relationship derived by the calculation unit;
a comparison unit that compares the correction value of the correction value calculation unit with the maximum correction amount stored in the basic data storage unit; and
As a result of the comparison of the comparison unit, if the correction value is less than or equal to the maximum correction amount, the error of the main axis is corrected by the correction value, and if the correction value is greater than the maximum correction amount, a correction unit that generates an alarm. do,
The main axis of the machine tool is characterized in that the calculation unit derives the equation for the relationship between the angle error and the position error due to the change in the amount of thermal displacement at the current position and a specific time through equation (2) below through regression analysis. Compensation device.
Equation (2)
상기 공작기계가 3축으로 형성된 경우에 서로 길이가 다른 상기 치구가 상기 테이블의 상부면에 3개 이상 설치되는 것을 특징으로 하는 공작기계의 주축 보정장치.
According to paragraph 1,
A spindle compensation device for a machine tool, wherein when the machine tool is formed with three axes, three or more jigs of different lengths are installed on the upper surface of the table.
상기 공작기계가 5축으로 형성된 경우에 절곡부를 구비한 치구가 상기 테이블의 상부면에 1개 이상 설치되는 것을 특징으로 하는 공작기계의 주축 보정장치.
According to paragraph 1,
A spindle correction device for a machine tool, characterized in that when the machine tool is formed with five axes, one or more jigs having bends are installed on the upper surface of the table.
기본 데이터 저장부에 기본 데이터를 저장하는 단계;
타이머의 측정 주기를 설정하는 단계;
입력부를 통해 이송좌표를 입력하는 단계;
각각의 상기 치구의 중심위치를 측정 주기에 따라 복수회 측정하고 위치데이터 저장부에 위치데이터를 저장하는 단계;
공작물 가공시에 측정 주기에 따라 현재 구조물의 온도를 복수회 측정하고 온도데이터 저장부에 온도데이터를 저장하는 단계;
상기 타이머의 측정 주기에 따라 상기 위치데이터 저장부와 상기 온도데이터 저장부에 저장된 복수의 데이터와 상기 입력부를 통해 입력된 이송좌표 사이의 오차의 반복 측정을 통해 현재 위치와 현재 시간에서의 열변위량의 변화에 따른 기구학적 오차 관계를 계산하는 단계;
상기 계산하는 단계에서 도출된 오차 관계를 통해 보정값을 산출하는 단계;
상기 보정값과 상기 기본 데이터 저장부에 저장된 최대 보정량을 비교하는 단계; 및
비교결과 상기 보정값이 상기 최대 보정량보다 작거나 같은 경우 상기 보정값 만큼 상기 주축의 오차를 보정하는 단계;를 포함하고,
상기 현재 위치와 현재 시간에서의 열변위량의 변화에 따른 기구학적 오차 관계를 계산하는 단계는 상기 주축의 현재 위치 및 공작기계의 구조물과 주축의 현재 열변위량을 반영하여 상기 공작기계의 구조물에 대한 위치 오차에 따른 선형적 변형 뿐만아니라 상기 공작기계의 구조물의 열용량 차이에 의한 시정수 차이로 인하여 공작기계 구조물의 상하, 좌우, 내부와 외부의 온도구배가 발생함에 따라 굽힘 또는 비틀림에 의한 비선형적 변형까지 반영하여 기구학적 오차 관계를 계산하고,
상기 계산하는 단계는 현재 위치에서의 열변위량의 변화에 의한 각도오차와 위치오차의 관계에 대한 수학식을 회귀분석에 의해 하기 수학식 (2)를 통해 도출하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 주축 보정방법.
수학식 (2)
A setup step of installing one or more fixtures on the upper surface of the table and mounting the position measurement unit on the main axis;
storing basic data in a basic data storage;
Setting the measurement cycle of the timer;
Inputting transfer coordinates through an input unit;
Measuring the center position of each fixture multiple times according to a measurement cycle and storing the position data in a position data storage unit;
When processing a workpiece, measuring the temperature of the current structure multiple times according to the measurement cycle and storing the temperature data in a temperature data storage unit;
The amount of thermal displacement at the current position and current time is determined through repeated measurement of the error between the plurality of data stored in the position data storage unit and the temperature data storage unit and the transport coordinates input through the input unit according to the measurement cycle of the timer. Calculating a kinematic error relationship according to change;
calculating a correction value through the error relationship derived in the calculating step;
Comparing the correction value with a maximum correction amount stored in the basic data storage; and
Comprising: if the correction value is less than or equal to the maximum correction amount as a result of the comparison, correcting the error of the main axis by the correction value,
The step of calculating the kinematic error relationship according to the change in thermal displacement at the current position and current time reflects the current position of the main axis and the current thermal displacement of the structure and main axis of the machine tool and the position of the structure of the machine tool. Not only linear deformation due to error, but also non-linear deformation due to bending or twisting as temperature gradients occur between the top and bottom, left and right, and inside and outside of the machine tool structure due to the time constant difference due to the heat capacity difference of the machine tool structure. Calculate the kinematic error relationship by reflecting the
The calculating step involves deriving the equation for the relationship between the angle error and the position error due to the change in thermal displacement at the current position through equation (2) below through regression analysis. method.
Equation (2)
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