KR101815499B1 - 공작 기계의 베이스 프레임 처짐 방지장치 및 그 방법 - Google Patents

공작 기계의 베이스 프레임 처짐 방지장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

테이블 이동 축 위의 공작물의 중량 및 이동에 따라 발생하는 베이스 프레임의 처짐으로 인해 가공 정밀도가 떨어지는 것을 방지할 수 있도록 한 공작 기계의 베이스 프레임 처짐 방지장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 베이스 프레임의 처짐 상태를 측정하는 베이스 프레임 측정부; 공작물 중량을 입력 또는 측정하는 공작물 중량 측정부; 베이스 프레임 상의 테이블의 위치를 검출하는 테이블 위치 검출기; 베이스 프레임 측정정보와 공작물 중량 및 테이블 위치를 기초로 베이스 프레임의 처짐량을 산출하는 베이스 프레임 처짐량 산출부; 산출한 베이스 프레임 처짐량에 따라 베이스 프레임의 처짐을 보상하기 위한 보상 제어신호를 발생하는 베이스 프레임 처짐 제어부; 및 보상 제어신호에 따라 베이스 프레임의 처짐을 보상하는 베이스 프레임 처짐 보상부를 포함하여, 공작 기계의 베이스 프레임 처짐 방지장치를 구현한다.

Description

공작 기계의 베이스 프레임 처짐 방지장치 및 그 방법{Base frame sag prevention device of machine tools and method thereof}
본 발명은 공작 기계의 베이스 프레임(Base frame) 처짐 방지에 관한 것으로, 특히 테이블 이동 축 위의 공작물의 중량 및 이동에 따라 발생하는 베이스 프레임의 처짐으로 인해 가공 정밀도가 떨어지는 것을 방지할 수 있도록 한 공작 기계의 베이스 프레임 처짐 방지장치 및 그 방법에 관한 것이다.
최근 반도체, 항공, 우주산업과 같은 첨단 산업의 발달로 인해 부품산업이 더욱 세밀화, 소형화됨에 따라 가공물의 치수오차와 직결되는 CNC 공작 기계의 정밀도 향상에 대한 관심이 높다. CNC 공작 기계의 3축 가공기술은 이미 많이 보급되어 일반부품 및 금형가공에 활발히 사용되고 있으나, 정밀도 및 생산성 측면에서 고부가가치의 부품 및 금형 가공에 활용되기 어렵다. 5축 공작 기계는 효율적인 자유 곡면 가공을 할 수 있다는 측면에서 이러한 단점을 보완할 수 있기 때문에 이에 대한 관심이 증가하고 있고 연구 또한 활발히 진행되고 있다.
CNC 공작 기계는 공작물이 올려지는 테이블이 있으며, 테이블이 이동하는 베이스 프레임(base frame)이 마련된다.
베이스 프레임에 올려지는 테이블 위에 가공 대상물인 공작물을 올리고, 테이블을 이동 축 상에서 이동시키면서 공작물을 가공한다.
이때, 공작물의 중량이동에 따라 베이스 프레임의 처짐 현상이 발생할 수 있다. 베이스 프레임의 처짐 현상이 발생하면, 가공 오차가 발생하여 테이블 위에 올려지는 공작물의 가공 정밀성이 떨어지게 된다.
따라서 CNC 공작 기계의 가공 오차를 보상하여 가공 정밀성을 향상하기 위한 연구가 다양하게 진행되고 있으며, 하기의 <특허문헌 1> 내지 <특허문헌 2> 도 CNC 공작 기계의 가공 오차를 보상하기 위해 종래에 제안된 기술이다.
<특허문헌 1> 에 개시된 종래기술은 인덱스 테이블의 상부에 설치되고 상기 인덱스 테이블과 반대방향으로 동일 각만큼 회전하는 회전각 교정부, 상기 회전각 교정부의 상부에 설치되는 광학계, 상기 인덱스 테이블과 이격된 위치에 고정적으로 설치되고 상기 광학계로 레이저를 조사하고 상기 광학계로부터 반사되는 레이저를 수신하는 레이저 송수신부 및 상기 레이저 송수신부에서 수신된 레이저의 광 경로 차에 의한 위상 차를 분석하여 상기 인덱스 테이블의 기하학적 오차를 측정하는 계산부를 포함하여 구성된다.
이러한 구성을 통해, 회전 구동축의 회전각 오차를 측정하는 장치와 직선 구동축의 위치 및 각 오차를 측정하는 레이저 간섭계를 조합하여 인덱스 테이블의 기하학적 오차를 정밀하게 측정하고 공작 기계의 기준좌표계 기준으로 기하학적 오차를 묘사한다.
또한, <특허문헌 2> 에 개시된 종래기술은 소정의 크기를 갖고, 중앙부에 회전축(150)을 형성하여 베드(bed, 200) 상에서 회전 가능한 상기 턴테이블(turn table, 100); 상기 회전축(150)의 하단부가 고정되도록 결합하여 상기 턴테이블(100)을 축 고정하며, 베이스(base, 400) 상에 위치하는 베드(200); 상기 베드(200)의 하부에 위치하여 상기 베드(200)를 지지하며, 상기 베드(200)의 일측과 흰지 결합하여, 상기 베드(200)가 힌지(300)를 중심으로 상하방향으로 회전하도록 하는 베이스(400)를 포함하여 구성된다.
이러한 구성을 통해, 턴 테이블의 상부에 놓이는 기계장비의 고 하중 및 무게중심 변화를 감당할 수 있고, 틸팅이 가능한 턴 테이블을 갖추어, 고 하중의 초대형 가공물에 대한 가공공정 축소와 정밀가공이 가능하도록 한다.
대한민국 공개특허 10-2010-0125967호(2010.12.01. 공개)(레이저 간섭계를 이용한 공작 기계 인덱스 테이블의 기하학적 오차 측정장치 및 그 방법) 대한민국 등록특허 10-1162627호(2012.06.28. 등록)(틸팅 가능한 턴 테이블을 갖는 공작 기계)
그러나 상기와 같은 종래기술들은 공작 기계 테이블의 오차 보정은 할 수 있으나, 중량물에 의해 공작 테이블의 하단에 위치한 베이스 프레임에 처져 발생하는 가공 오차는 보상하지 못하는 단점이 있다.
이로 인해, 종래기술들은 테이블의 하단에 위치한 베이스 프레임의 처짐으로 인해 발생하는 가공 오차로 인해 가공 정밀도가 떨어지는 단점을 유발하였다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 테이블 이동 축 위의 공작물의 중량 및 이동에 따라 발생하는 베이스 프레임의 처짐으로 인해 가공 정밀도가 떨어지는 것을 방지할 수 있도록 한 공작 기계의 베이스 프레임 처짐 방지장치 및 그 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 공작 기계의 베이스 프레임 처짐 방지장치는 베이스 프레임의 처짐 상태를 측정하는 베이스 프레임 측정부; 공작물 중량을 측정하는 공작물 중량 측정부; 상기 베이스 프레임 상의 테이블의 위치를 검출하는 테이블 위치 검출기; 상기 베이스 프레임의 베이스 프레임 측정정보와 공작물 중량 및 테이블 위치를 기초로 베이스 프레임의 처짐량을 산출하는 베이스 프레임 처짐량 산출부; 상기 베이스 프레임 처짐량 산출부에서 산출한 베이스 프레임 처짐량에 따라 베이스 프레임의 처짐을 보상하기 위한 보상 제어신호를 발생하는 베이스 프레임 처짐 제어부; 상기 베이스 프레임 처짐 제어부에서 발생하는 보상 제어신호에 따라 베이스 프레임의 처짐을 보상하는 베이스 프레임 처짐 보상부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 베이스 프레임 측정부는 무부하 상태에서의 베이스 프레임의 처짐 상태와 부하 상태에서의 베이스 프레임의 처짐 상태를 측정하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 베이스 프레임 측정부는 직진도 측정기 또는 전자 수준기 또는 레이저 측정기 중 어느 하나 이상을 이용하여 베이스 프레임의 처짐을 측정하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 베이스 프레임 처짐량 산출부는 테이블 위치별로 무부하 상태의 베이스 프레임과 중량물에 따른 베이스 프레임의 처짐량을 기초로 베이스 프레임의 처짐량을 산출하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 베이스 프레임 처짐 보상부는 상기 베이스 프레임의 하부에 위치하며, 상기 보상 제어 신호에 따라 테이블 위치별 베이스 프레임을 지지하여 공작물 중량에 의해 베이스 프레임이 처지는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 베이스 프레임 처짐 보상부는 압력을 이용하여 상기 베이스 프레임의 처짐을 보상하는 에어 리프팅 백을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 공작 기계의 베이스 프레임 처짐 방지방법은 (a) 무부하 상태의 베이스 프레임의 상태를 측정하는 단계; (b) 공작물 중량을 입력받는 단계; (c) 상기 베이스 프레임 상의 테이블의 위치를 검출하는 단계; (d) 부하 상태의 상기 베이스 프레임의 상태를 측정하는 단계; (e) 상기 베이스 프레임의 측정정보와 공작물 중량 및 테이블 위치를 기초로 베이스 프레임의 처짐량을 산출하는 단계; (f) 상기 산출한 베이스 프레임 처짐량에 따라 베이스 프레임의 처짐을 보상하기 위한 보상 값을 산출하는 단계; 및 (g) 상기 (f)단계에서 산출한 보상 값을 기초로 베이스 프레임의 처짐을 보상하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 (e)단계는 무부하 상태의 베이스 프레임의 위치와 부하 상태의 베이스 프레임의 위치를 기초로 공작물 중량에 따른 위치별 베이스 프레임의 처짐량을 산출하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 (f)단계는 상기 (e)단계에서 산출한 처짐량에 비례적으로 베이스 프레임의 처짐을 보상하기 위한 보상 값을 산출하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 (g)단계는 상기 (f)단계의 보상 값에 따라 베이스 프레임 위치별로 베이스 프레임을 지지하여 공작물 중량에 의해 베이스 프레임이 처지는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 테이블 이동 축 위의 공작물의 중량 및 이동에 따라 위치별로 베이스 프레임이 처지는 것을 보상함으로써, 베이스 프레임의 처짐으로 인해 발생하는 가공 정밀도의 저하 현상을 방지할 수 있는 장점이 있다.
특히, 본 발명에 따르면 테이블 위의 공작물에 의해 베이스 프레임이 처지는 것을 방지함으로써, 베이스 프레임의 변형도 예방할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에서 공작 기계의 베이스 프레임 처짐을 방지하기 위한 개념도,
도 2는 본 발명에 따른 공작 기계의 베이스 프레임 처짐 방지장치의 블록 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 공작 기계의 베이스 프레임 처짐 방지방법을 보인 흐름도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 공작 기계의 베이스 프레임 처짐 방지장치 및 그 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 공작 기계의 베이스 프레임 처짐을 방지하기 위한 개념 도이다.
여기서 참조부호 10은 베이스 프레임을 나타내고, 참조부호 20은 상기 베이스 프레임(10) 위에서 이동하는 테이블을 나타내며, 참조부호 30은 상기 테이블(20) 위에 올려져 실제 작업이 이루어지는 작업 대상물인 공작물을 의미한다.
아울러 참조부호 40은 상기 베이스 프레임(10)의 소정 위치에 구비되어, 상기 공작물(30)의 중량에 의해 상기 베이스 프레임(10)이 처지는 것을 방지하기 위한 베이스 프레임 처짐 보상부(40)를 의미한다.
여기서 베이스 프레임 처짐 보상부(40)는 상기 베이스 프레임(10)의 하부에 적당한 개수로 위치하며, 위치별로 베이스 프레임(10)을 지지하여 공작물 중량에 의해 베이스 프레임이 처지는 것을 방지한다. 이를 위해 베이스 프레임 처짐 보상부(40)는 다양한 장치를 이용할 수 있으며, 본 발명에서는 압력을 이용하여 상기 베이스 프레임(10)의 처짐을 보상하는 에어 리프팅 백(Air lifting bag)을 실시 예로 설명한다. 본 발명에서는 에어 리프팅 백을 실시 예로 설명하였으나, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니며, 베이스 프레임(10)이 처지는 것을 방지할 수 있는 알려진 모든 지지체를 적용하는 것이 가능함은 자명하다 할 것이다.
에어 리프팅 백을 처짐 보상 구조로 사용할 경우, 중량물의 중량을 인지하고, 중량의 이동에 따라 베이스 프레임의 위치별로 처지는 양을 산출한 후, 그에 비례적으로 에어 리프팅 백의 압력을 다르게 하여 베이스 프레임이 처지는 것을 방지하는 것이 바람직하다.
이를 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 공작 기계의 베이스 프레임 처짐 방지장치를 보인 블록 구성도로서, 베이스 프레임 측정부(50), 공작물 중량 측정부(60), 테이블 위치 검출기(70), 베이스 프레임 처짐량 산출부(80), 베이스 프레임 처짐 제어부(90) 및 베이스 프레임 처짐 보상부(40)를 포함한다.
상기 베이스 프레임 측정부(50)는 베이스 프레임(10)의 처짐 상태를 측정하는 역할을 한다. 여기서 베이스 프레임 측정부(50)는 무부하 상태에서의 베이스 프레임의 처짐 상태와 부하 상태에서의 베이스 프레임의 처짐 상태를 측정하는 것이 바람직하다. 베이스 프레임의 상태 측정을 위해서, 직진도 측정기 또는 전자 수준기 또는 레이저 측정기 등을 이용할 수 있다.
상기 공작물 중량 측정부(60)는 테이블(20) 위에 올려지는 공작물(30)의 중량을 측정하는 역할을 한다. 중량 측정은 하중 센서, 힘 센서 등의 중량 측정 센서를 이용하거나, 테이블 이송 시 모터 공급 전류를 측정하여 이를 기반으로 중량으로 환산하여 중량을 측정하는 것도 가능하다. 또한, 공작물 중량 측정부(60)는 별도의 센서를 이용하지 않고, 사용자가 직접 공작물 중량을 입력하는 방식으로 중량물을 측정하는 것도 가능하다. 사용자가 직접 공작물 중량을 입력하는 경우, 공작물 중량 측정부(60)는 공작물의 중량을 측정하는 대신 공작물 중량을 입력받는 수단으로 변경되는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 공작물 중량 측정부(60)라는 단일의 용어만을 사용하였으나, 공작물 중량 측정부는 공작물 중량을 입력받는 수단과 동일한 의미로 이해하는 것이 바람직하다.
상기 테이블 위치 검출기(70)는 상기 베이스 프레임(10) 상의 테이블(20)의 위치를 검출하는 역할을 한다. 테이블 위치 검출은 다양한 방식을 이용할 수 있으나, 베이스 프레임(10)의 소정 위치에 위치 센서를 마련하고, 상기 위치 센서를 이용하여 테이블(20)의 위치를 용이하게 검출하는 방식을 이용하는 것이 바람직하다.
상기 베이스 프레임 처짐량 산출부(80)는 상기 베이스 프레임(10)의 베이스 프레임 측정정보와 공작물 중량 및 테이블 위치를 기초로 베이스 프레임의 처짐량을 산출하는 역할을 한다. 예컨대, 베이스 프레임 처짐량 산출부(80)는 테이블 위치별로 무부하 상태의 베이스 프레임과 중량물에 따른 베이스 프레임의 처짐량을 기초로 베이스 프레임의 처짐량을 산출할 수 있다.
또한, 상기 베이스 프레임 처짐 제어부(90)는 상기 베이스 프레임 처짐량 산출부(80)에서 산출한 베이스 프레임 처짐량에 따라 베이스 프레임(10)의 처짐을 보상하기 위한 보상 제어신호를 발생하는 역할을 한다. 여기서 베이스 프레임 처짐 제어부(90)는 내부에 발생한 데이터 및 제어 데이터를 저장하기 위한 메모리가 내장된 것으로 간주한다.
또한, 상기 베이스 프레임 처짐 보상부(40)는 상기 베이스 프레임 처짐 제어부(90)에서 발생하는 보상 제어신호에 따라 베이스 프레임(10)의 처짐을 보상하는 역할을 한다. 이러한 베이스 프레임 처짐 보상부(40)는 상기 베이스 프레임(10)의 하부에 위치하며, 상기 보상 제어 신호에 따라 테이블 위치별 베이스 프레임(10)을 지지하여 공작물 중량에 의해 베이스 프레임이 처지는 것을 방지하는 것이 바람직하다. 이를 위해 베이스 프레임 처짐 보상부(40)는 압력을 이용하여 상기 베이스 프레임(10)의 처짐을 보상하는 에어 리프팅 백을 이용할 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 공작 기계의 베이스 프레임 처짐 방지장치의 동작을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 공작물의 가공 시 공작물의 중량에 의한 베이스 프레임(10)의 처짐 현상으로 인해 발생하는 가공 정밀도가 떨어지는 것을 방지하기 위해서, 공작물 가공 이전에 베이스 프레임 측정부(50)를 이용하여 무부하 상태의 베이스 프레임(10)의 상태(처짐 유무)를 측정한다. 베이스 프레임의 상태 측정은 직진도 측정기 또는 전자 수준기 또는 레이저 측정기 등을 이용하여 수행한다. 베이스 프레임의 상태 측정 시에는 위치 정보도 함께 생성하는 것이 바람직하다. 위치 정보는 테이블 위치 검출기(70)를 통해 획득한다. 즉, 베이스 프레임(10)의 특정 위치에 위치를 확인할 수 있는 위치 센서를 마련하고, 측정기를 베이스 프레임(10) 상에서 이동시키면서 상태 측정 시 위치 정보도 함께 측정한다. 그리고 처짐이 측정되면 해당 위치의 위치 정보와 처짐 량 정보를 매칭시켜 베이스 프레임 처짐 량 정보로 저장해 놓는 것이 바람직하다. 이러한 무부하 상태의 베이스 프레임 상태 측정은 주기적으로 또는 간헐적으로 실시하는 것이 바람직하다.
이어, 공작물(30)의 중량을 측정하여 베이스 프레임 처짐량 산출부(80)에 전달한다. 공작물 중량 측정은 하중 센서, 힘 센서 등의 중량 측정 센서를 이용하거나, 테이블 이송 시 모터 공급 전류를 측정하여 이를 기반으로 중량으로 환산하여 중량을 측정하는 것도 가능하다. 여기서 공작물 중량이 입력된 경우에는 별도로 공작물의 중량을 측정하지 않고, 입력된 공작물 중량 값을 그대로 활용하는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 공작물(30)을 테이블(20) 위에 올린 상태에서, 무부하 상태에서의 베이스 프레임(10) 측정 방식과 동일하게, 부하 시의 베이스 프레임(10)의 처짐 상태를 측정한다.
이렇게 측정된 부하 시의 베이스 프레임 상태 측정값은 공작물 중량 값과 매칭되어, 상기 베이스 프레임 처짐량 산출부(80)에 전달된다.
상기와 같은 과정을 통해 무부하 상태의 베이스 프레임 측정값, 공작물 중량 값, 부하 상태에서의 베이스 프레임 측정값이 획득되면, 베이스 프레임 처짐량 산출부(80)는 베이스 프레임 측정정보와 공작물 중량 및 테이블 위치를 기초로 베이스 프레임의 처짐량을 산출한다. 예컨대, 베이스 프레임 처짐량 산출부(80)는 테이블 위치별로 무부하 상태의 베이스 프레임과 중량물에 따른 베이스 프레임의 처짐량을 기초로 베이스 프레임의 처짐량을 산출한다. 여기서 베이스 프레임의 처짐량 정보에는 베이스 프레임 위치 정보와 처짐량 정보를 포함하는 것이 바람직하다.
다음으로, 베이스 프레임 처짐 제어부(90)는 상기 베이스 프레임 처짐량 산출부(80)에서 산출한 베이스 프레임 처짐량에 따라 베이스 프레임(10)의 처짐을 보상하기 위한 보상 제어신호를 발생하여 베이스 프레임 처짐 보상부(40)에 전달한다. 여기서 보상 제어신호는 중량물에 따른 베이스 프레임 위치별로 베이스 프레임 처짐량에 비례적인 제어 신호로서, 압력 제어 신호라고 할 수 있다.
상기 베이스 프레임 처짐 제어부(90)에서 발생한 보상 제어신호는 베이스 프레임 처짐 보상부(40)에 전달된다. 상기 베이스 프레임 처짐 보상부(40)는 상기 베이스 프레임 처짐 제어부(90)에서 발생하는 보상 제어신호에 따라 베이스 프레임(10)의 처짐을 보상한다. 예컨대, 베이스 프레임 처짐 보상부(40)는 상기 베이스 프레임(10)의 하부에 위치하며, 상기 보상 제어 신호에 따라 베이스 프레임(10)을 지지하여 공작물 중량에 의해 베이스 프레임이 처지는 것을 방지한다.
다시 말해, 전체 베이스 프레임을 소정의 영역으로 분할하고, 분할된 각각의 영역에 베이스 프레임 처짐을 보상하기 위한 에어 리프팅 백을 설치한다. 그리고 중량물에 의해 산출한 위치별 베이스 프레임의 처짐량에 따라 이를 보상하기 위해서, 베이스 프레임의 처짐량이 발생한 위치에 설치된 에어 리프팅 백의 압력을 제어하여 베이스 프레임의 처짐량을 보상한다. 예컨대, 전체 베이스 프레임을 5개의 영역으로 분할(제1영역부터 제5영역)하였다고 가정하고, 베이스 프레임의 제3영역에서 베이스 프레임 처짐이 발생하였다면, 제3영역에 위치한 에어 리프팅 백의 압력은 다른 영역에 마련된 에어 리프팅 백의 압력보다 농은 압력이 유지되도록 한다. 이때 압력 제어는 해당 위치의 베이스 프레임의 처짐량에 비례적으로 증가된 압력이 된다.
이러한 방식으로 베이스 프레임의 처짐을 보상하게 되면, 실제 테이블(20) 위에 가공 대상물인 공작물(30)을 올려놓고, 가공을 할 경우, 테이블(20)이 이동을 할 경우에는, 베이스 프레임(10)의 전체 영역의 높이는 처짐 없이 동일한 상태가 되므로, 가공 정밀도가 저하되는 것을 방지하게 되는 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 공작 기계의 베이스 프레임 처짐 방지방법을 보인 흐름도로서, (a) 무부하 상태의 베이스 프레임의 상태를 측정하는 단계(S10); (b) 공작물 중량을 측정 또는 입력받는 단계(S20); (c) 상기 베이스 프레임 상의 테이블의 위치를 검출하는 단계(S30); (d) 부하 상태의 상기 베이스 프레임의 상태를 측정하는 단계(S40); (e) 상기 베이스 프레임(10)의 측정정보와 공작물 중량 및 테이블 위치를 기초로 베이스 프레임(10)의 처짐량을 산출하는 단계(S50); (f) 상기 산출한 베이스 프레임 처짐량에 따라 베이스 프레임의 처짐을 보상하기 위한 보상값을 산출하는 단계(S60); 및 (g) 상기 (f)단계에서 산출한 보상 값을 기초로 베이스 프레임의 처짐을 보상하는 단계(S70)를 포함한다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 공작 기계의 베이스 프레임 처짐 방지방법을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 공작물의 가공 시 공작물의 중량에 의한 베이스 프레임(10)의 처짐 현상으로 인해 발생하는 가공 정밀도가 떨어지는 것을 방지하기 위해서, 단계 S10에서 공작물 가공 이전에 베이스 프레임 측정부(50)를 이용하여 무부하 상태의 베이스 프레임(10)의 상태(처짐 유무)를 측정한다. 베이스 프레임의 상태 측정은 직진도 측정기 또는 전자 수준기 또는 레이저 측정기 등을 이용하여 수행한다. 베이스 프레임의 상태 측정 시에는 위치 정보도 함께 생성하는 것이 바람직하다. 위치 정보는 테이블 위치 검출기(70)를 통해 획득한다. 즉, 베이스 프레임(10)의 특정 위치에 위치를 확인할 수 있는 위치 센서를 마련하고, 측정기를 베이스 프레임(10) 상에서 이동시키면서 상태 측정 시 위치 정보도 함께 측정한다. 그리고 처짐이 측정되면 해당 위치의 위치 정보와 처짐 량 정보를 매칭시켜 베이스 프레임 처짐 량 정보로 저장해 놓는 것이 바람직하다. 이러한 무부하 상태의 베이스 프레임 상태 측정은 주기적으로 또는 간헐적으로 실시하는 것이 바람직하다.
이어, 단계 S20에서 공작물(30)의 중량을 측정하여 베이스 프레임 처짐량 산출부(80)에 전달한다. 공작물 중량 측정은 하중 센서, 힘 센서 등의 중량 측정 센서를 이용하거나, 테이블 이송 시 모터 공급 전류를 측정하여 이를 기반으로 중량으로 환산하여 중량을 측정하는 것도 가능하다. 여기서 공작물 중량이 입력된 경우에는 별도로 공작물의 중량을 측정하지 않고, 입력된 공작물 중량 값을 그대로 활용하는 것이 바람직하다.
다음으로, 단계 S30에서 테이블의 이동 시 테이블 위치를 검출한다. 여기서 테이블 위치 검출 단계는 실제 단계 S10에서 무부하 상태의 베이스 프레임 측정 시 테이블의 위치(베이스 프레임 위치)도 동시에 측정하는 것이 바람직하다.
이어, 단계 S40에서 상기 공작물(30)을 테이블(20) 위에 올린 상태에서, 무부하 상태에서의 베이스 프레임(10) 측정 방식과 동일하게, 부하 시의 베이스 프레임(10)의 처짐 상태를 측정한다.
이렇게 측정된 부하 시의 베이스 프레임 상태 측정값은 공작물 중량 값과 매칭되어, 상기 베이스 프레임 처짐량 산출부(80)에 전달된다.
단계 S50에서 베이스 프레임 처짐량 산출부(80)는 무부하 상태의 베이스 프레임 측정값, 공작물 중량 값, 부하 상태에서의 베이스 프레임 측정값이 획득되면, 베이스 프레임 측정정보와 공작물 중량 및 테이블 위치를 기초로 베이스 프레임의 처짐량을 산출한다. 예컨대, 베이스 프레임 처짐량 산출부(80)는 테이블 위치별(베이스 프레임 위치별)로 무부하 상태의 베이스 프레임과 중량물에 따른 베이스 프레임의 처짐량을 기초로 베이스 프레임의 처짐량을 산출한다. 여기서 베이스 프레임의 처짐량 정보에는 베이스 프레임 위치 정보와 처짐량 정보를 포함한다.
이어, 단계 S60에서 베이스 프레임 처짐 제어부(90)는 상기 베이스 프레임 처짐량 산출부(80)에서 산출한 베이스 프레임 처짐량에 따라 베이스 프레임(10)의 처짐을 보상하기 위한 보상 값을 산출하여 베이스 프레임 처짐 보상부(40)에 전달한다. 여기서 보상 값은 중량물에 따른 베이스 프레임 위치별로 베이스 프레임 처짐량에 비례적인 제어 신호로서, 압력 제어 신호라고 할 수 있다. 즉, 보상 값은 산출한 처짐량에 비례적으로 베이스 프레임의 처짐을 보상하기 위한 보상 값을 의미한다.
마지막으로, 단계 S70에서 상기 베이스 프레임 처짐 제어부(90)에서 발생한 보상 제어신호는 베이스 프레임 처짐 보상부(40)에 전달된다. 상기 베이스 프레임 처짐 보상부(40)는 상기 베이스 프레임 처짐 제어부(90)에서 발생하는 보상 제어신호에 따라 베이스 프레임(10)의 처짐을 보상한다. 예컨대, 베이스 프레임 처짐 보상부(40)는 상기 베이스 프레임(10)의 하부에 위치하며, 상기 보상 제어 신호에 따라 베이스 프레임(10)을 지지하여 공작물 중량에 의해 베이스 프레임이 처지는 것을 방지한다.
다시 말해, 전체 베이스 프레임을 소정의 영역으로 분할하고, 분할된 각각의 영역에 베이스 프레임 처짐을 보상하기 위한 에어 리프팅 백을 설치한다. 그리고 중량물에 의해 산출한 위치별 베이스 프레임의 처짐량에 따라 이를 보상하기 위해서, 베이스 프레임의 처짐량이 발생한 위치에 설치된 에어 리프팅 백의 압력을 제어하여 베이스 프레임의 처짐량을 보상한다. 예컨대, 전체 베이스 프레임을 5개의 영역으로 분할(제1영역부터 제5영역)하였다고 가정하고, 베이스 프레임의 제3영역에서 베이스 프레임 처짐이 발생하였다면, 제3영역에 위치한 에어 리프팅 백의 압력은 다른 영역에 마련된 에어 리프팅 백의 압력보다 농은 압력이 유지되도록 한다. 이때 압력 제어는 해당 위치의 베이스 프레임의 처짐량에 비례적으로 증가된 압력이 된다.
이러한 방식으로 베이스 프레임의 처짐을 보상하게 되면, 실제 테이블(20) 위에 가공 대상물인 공작물(30)을 올려놓고, 가공을 할 경우, 테이블(20)이 이동을 할 경우에는, 베이스 프레임(10)의 전체 영역의 높이는 처짐 없이 동일한 상태가 되므로, 가공 정밀도가 저하되는 것을 방지하게 되는 것이다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
10: 베이스 프레임
20: 테이블
30: 공작물
40: 베이스프레임 처짐 보상부
50: 베이스 프레임 측정부
60: 공작물 중량 측정부
70: 테이블 위치 검출기
80: 베이스 프레임 처짐량 산출부
90: 베이스 프레임 처짐 제어부

Claims (10)

  1. 공작 기계의 공작물 가공 시 베이스 프레임의 처짐을 방지하기 위한 장치로서,
    베이스 프레임의 처짐 상태를 측정하는 베이스 프레임 측정부;
    공작물 중량을 입력 또는 측정하는 공작물 중량 측정부;
    상기 베이스 프레임 상의 테이블의 위치를 검출하는 테이블 위치 검출기;
    상기 베이스 프레임의 베이스 프레임 측정정보와 공작물 중량 및 테이블 위치를 기초로 베이스 프레임의 처짐량을 산출하는 베이스 프레임 처짐량 산출부;
    상기 베이스 프레임 처짐량 산출부에서 산출한 베이스 프레임 처짐량에 따라 베이스 프레임의 처짐을 보상하기 위한 보상 제어신호를 발생하는 베이스 프레임 처짐 제어부; 및
    상기 베이스 프레임 처짐 제어부에서 발생하는 보상 제어신호에 따라 베이스 프레임의 처짐을 보상하는 베이스 프레임 처짐 보상부를 포함하고,
    상기 베이스 프레임 처짐량 산출부는 공작물의 중량을 인지하고, 공작물의 이동에 따라 베이스 프레임의 위치별로 처지는 양을 산출하되, 테이블 위치별로 무부하 상태의 베이스 프레임과 중량물에 따른 베이스 프레임의 처짐량을 기초로 베이스 프레임의 처짐량을 산출하며,
    상기 베이스 프레임 처짐 제어부는 상기 베이스 프레임 처짐량 산출부에 의해 산출한 위치별 베이스 프레임 처짐량에 비례적으로 에어 리프팅 백의 압력을 다르게 설정하여 보상 제어신호를 발생하며,
    상기 베이스 프레임 처짐 보상부는 상기 베이스 프레임의 하부에 위치하며, 상기 보상 제어 신호에 따라 테이블 위치별로 베이스 프레임을 지지하여 공작물 중량에 의해 베이스 프레임이 처지는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 공작 기계의 베이스 프레임 처짐 방지장치.
  2. 청구항 1에서, 상기 베이스 프레임 측정부는 무부하 상태에서의 베이스 프레임의 처짐 상태와 부하 상태에서의 베이스 프레임의 처짐 상태를 측정하는 것을 특징으로 하는 공작 기계의 베이스 프레임 처짐 방지장치.
  3. 청구항 2에서, 상기 베이스 프레임 측정부는 직진도 측정기 또는 전자 수준기 또는 레이저 측정기 중 어느 하나 이상을 이용하여 베이스 프레임의 처짐을 측정하는 것을 특징으로 하는 공작 기계의 베이스 프레임 처짐 방지장치.
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  6. 청구항 1에서, 상기 베이스 프레임 처짐 보상부는 압력을 이용하여 상기 베이스 프레임의 처짐을 보상하는 에어 리프팅 백을 포함하는 것을 특징으로 하는 공작 기계의 베이스 프레임 처짐 방지장치.
  7. 공작 기계의 공작물 가공 시 베이스 프레임의 처짐을 방지하는 방법으로서,
    (a) 무부하 상태의 베이스 프레임의 상태를 측정하는 단계;
    (b) 공작물 중량을 입력받는 단계;
    (c) 상기 베이스 프레임 상의 테이블의 위치를 검출하는 단계;
    (d) 부하 상태의 상기 베이스 프레임의 상태를 측정하는 단계;
    (e) 상기 베이스 프레임의 측정정보와 공작물 중량 및 테이블 위치를 기초로 베이스 프레임의 처짐량을 산출하는 단계;
    (f) 상기 산출한 베이스 프레임 처짐량에 따라 베이스 프레임의 처짐을 보상하기 위한 보상값을 산출하는 단계; 및
    (g) 상기 (f)단계에서 산출한 보상 값을 기초로 베이스 프레임의 처짐을 보상하는 단계를 포함하고,
    상기 (e)단계는 무부하 상태의 베이스 프레임의 위치와 부하 상태의 베이스 프레임의 위치를 기초로 공작물 중량에 따른 위치별 베이스 프레임의 처짐량을 산출하며,
    상기 (f)단계는 상기 (e)단계에서 산출한 처짐량에 비례적으로 베이스 프레임의 처짐을 보상하기 위한 보상 값을 산출하고,
    상기 (g)단계는 상기 (f)단계의 보상 값에 따라 베이스 프레임 위치별로 베이스 프레임을 지지하여 공작물 중량에 의해 베이스 프레임이 처지는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 공작 기계의 베이스 프레임 처짐 방지방법.




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