KR20190051151A

KR20190051151A - 공작기계의 컬럼 및 베드의 휨 보정 방법

Info

Publication number: KR20190051151A
Application number: KR1020170146485A
Authority: KR
Inventors: 심재두
Original assignee: 두산공작기계 주식회사
Priority date: 2017-11-06
Filing date: 2017-11-06
Publication date: 2019-05-15
Also published as: CN109746753B; CN109746753A; KR102437870B1

Abstract

공작기계의 베드와 컬럼의 휨 량을 보정하는 방법으로, 공구가 장착되지 않은 상태에서 공구매거진의 무게를 읽어오는 단계와, 공구매거진에 장착된 공구 무게의 총합을 산출하는 단계와, 상기 공구매거진의 무게와 공구 무게의 총합을 합산하여 공구가 장착된 공구매거진 전체의 무게를 산출하는 단계와, 상기 단계에서 산출된 공구매거진 전체 무게와 미리 정해진 공구매거진 전체 무게별 컬럼 및 베드의 휨 량과 보정 량 정보를 비교하여 컬럼 및 베드의 휨에 따른 보정 량을 산출하는 단계와, 상기 단계에서 산출된 보정 량에 따라 베드 상에 설치된 테이블을 컬럼이 휜 방향으로 틸팅하는 단계를 포함하여 이루어진다.

Description

공작기계의 컬럼 및 베드의 휨 보정 방법{Method of correcting bending of column and bed of machine tool}

본 발명은 수평형 공작기계에서 컬럼에 장착되는 공구 및 공구 매거진의 무게로 인해 컬럼과 베드가 휘는 것을 보정하는 방법에 관한 것이다.

최근의 공작기계는 정밀도에 대한 요구가 높아지고 있다. 또한 공작기계의 구조는 단순화 되는 반면 기능은 향상되고 정밀도 향상에 대한 요구는 한층 높아지고 있다.

이러한 공작기계 가운데 수직형 컬럼을 구비하고, 이 컬럼 상에 중량물의 공구 매거진을 장착한 공작기계가 있다. 이러한 공작기계는 컬럼 상에서 가공영역 방향으로 장착된 공구매거진의 무게로 인해 컬럼과 베드가 휘는 현상이 발생하여 가공영역 상의 공작물의 가공 정밀도에 악영향을 미치는 경우가 발생한다.

특히 컬럼 상에 수평 방향으로 설치된 스핀들에 수평 방향으로 공구를 장착하는 수평형 머시닝센터와 같은 공작기계에서, 구조를 단순화하고 공구교환 시간을 단축하기 위해 자동공구교환장치(ATC: Automatic Tool Changer)를 없애는 대신 컬럼의 전면 상단부에 가공영역 방향으로 공구매거진을 설치하는 경우가 있다.

이러한 공작기계에 장착되는 공구매거진의 무게은 장착된 수 십 개의 공구를 포함할 경우, 적게는 수백 Kg에서 많게는 수 천 Kg에 이른다.

이와 같이 공구매거진의 무게가 증가 함에 따라 컬럼과 이 컬럼의 하단부를 지지하는 베드는 공구매거진의 무게에 의해 가공영역 방향으로 휘는 현상이 발생한다. 이와 같이 컬럼과 베드가 휘어짐에 따라 컬럼 상에서 스핀들과 함께 이동 가능하게 장착된 공구와 베드상의 테이블에 장착된 공작물과의 상대 거리는 오차가 발생하게 된다.

이와 같이 컬럼과 베드의 휨으로 인해 발생된 공구와 공작물의 상대거리의 변화는 결국 공작물의 가공 정밀도의 저하를 유발하게 된다.

한편, 종래기술로 대한민국 특허등록 제10-1198058호에서는, 컬럼 상에서 위 아래로 이동하는 주축(스핀들)의 무게로 인해 컬럼이 변형되어 공구(T)와 작업편(W) 사이의 상대 거리 변화에 의한 오차가 발생한다. 이러한 오차를 보정하기 위해 공작기계의 일측에 측정부재와 거리센서 등을 이용한 컬럼 변형 검출수단을 구비한다. 또 검출수단에서 측정된 결과 값에 따라 공구(T)와 작업편(W)을 상대 이동시킴으로써 컬럼의 변형을 보정함으로써 작업편(W)의 가공오차를 극복하는 장치를 개시하고 있다.

그러나 상기 특허등록 제10-1198058호는 컬럼의 일측에 컬럼의 휨 량을 측정하는 별도의 기구 장치를 구비함으로써 구조가 복잡해지고, 또 휨 량의 측정 도구로 거리센서를 활용함으로써 수 μm에 불과한 휨 량을 정확하게 검출할 수 없는 문제점이 있다.

대한민국 특허등록 제10-1198058호

컬럼의 전면 상단부에 가공영역 방향으로 중량물의 공구매거진이 설치하고, 컬럼의 전면 하단부 가공영역 방향으로 베드가 설치됨에 따라, 공구매거진의 무게로 인해 컬럼과 베드가 가공영역 방향으로 휘는 현상이 발생하여 공구와 공작물 사이의 상대거리가 변화할 때, 그 변화 량을 보정하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 별도의 기구적 측정장치 없이도 컬럼과 베드의 휨 량을 계산해내고, 이를 토대로 컬럼이나 베드의 휨 량에 대한 신뢰도 높은 보정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이에 본 발명의 목적을 달성하기 위한 해결 수단은, 수직형 컬럼과, 상기 컬럼의 전면 상단부에 가공영역 방향으로 설치된 공구매거진과, 상기 컬럼의 전면 하단부에 가공영역 방향으로 설치된 베드와, 상기 베드 상에서 상기 컬럼과 대향되는 위치에 설치되며 상기 컬럼과 거리가 이격 가능하도록 전후 방향으로 틸팅되는 공작물 테이블을 구비한 공작기계의 베드와 컬럼의 휨 량을 보정하는 방법에 있어서,

공구가 장착되지 않은 상태에서 공구매거진의 무게를 읽어오는 단계와, 공구매거진에 장착된 공구 무게의 총합을 산출하는 단계와, 상기 공구매거진의 무게와 공구 무게의 총합을 합산하여 공구가 장착된 공구매거진 전체의 무게를 산출하는 단계와, 상기 단계에서 산출된 공구매거진 전체 무게와 미리 정해진 공구매거진 전체 무게별 컬럼 및 베드의 휨 량과 보정 량 정보를 비교하여 컬럼 및 베드의 휨에 따른 보정 량을 산출하는 단계와, 상기 단계에서 산출된 보정 량에 따라 베드 상에 설치된 테이블을 상기 컬럼으로부터 이격 되도록 틸팅하는 단계를 포함하여 이루어진다.

본 발명은, 공구를 포함한 공구매거진의 무게로 인해 컬럼과 베드가 가공영역 방향으로 휘어져 베드상의 테이블에 설치된 공작물과 컬럼 상의 스핀들에 설치된 공구와의 거리가 변화한 것을 보정함으로써 공작물의 가공 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또한 컬럼과 베드의 휨 량을 측정하기 위한 별도의 기구장치를 공작기계에 설치하지 않음으로, 공작기계의 구조를 단순화 시킬 수 있고, 나아가 컬럼과 베드의 휨 량에 대한 보정 신뢰도를 높일 수 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 공작기계로서, 공구매거진이 가공영역으로 설치된 공작기계의 개략도이다.
도 2는 본 발명이 적용되는 공작기계에서 다양한 공구가 장착된 공구매거진의 예시 도면이다.
도 3는 본 발명의 실시예로서, 컬럼과 베드가 공작기계의 가공영역으로 휘어진 공작기계의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시예로서, 작업자가 공구매거진에 장착되는 공구의 정보를 입력하는 제어장치 화면을 예시한 것이다.
도 5는 본 발명에서 컬럼과 베드의 휨 량을 보정하는 절차를 나타내는 플로챠트이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도 1 내지 도 5와 함께 설명한다.

먼저 본 발명은, 도 1에 개시된 바와 같이, 공작기계 본체(10)로부터 연장된 수직형 컬럼(30)과, 상기 컬럼(30)의 전면 상단부에 가공영역 방향으로 고정 설치된 공구매거진(50)과, 상기 공작기계 본체(10)에 상기 컬럼(30)의 전면 하단부에 가공영역 방향으로 설치된 베드(20)와, 상기 베드(20) 상에서 상기 컬럼(30)과 대향되는 위치에 설치되며 상기 컬럼(30)과 거리가 이격 가능하도록 전후 방향으로 틸팅(기울임)되는 테이블(60)과, 공작기계의 각 동작 부재나 부위를 제어하는 제어장치를 구비한다.

본 발명의 베드(20)와 컬럼(30)의 휨 량에 대한 보정은 상기한 제어장치 내에서 작동되는 제어 프로그램에 의해 주로 이루어지며, 제어결과는 베드(20) 상에서 공작물을 거치하고 있는 테이블(60)을 상기 컬럼(30)이 휘는 방향과 동일한 방향으로 틸팅시키는 것으로 실행된다.

이하에서 베드(20)와 컬럼(30)의 휨 량을 산출하고, 이 휨 량에 따라 테이블(60)의 틸팅 각도를 보정하는 방법에 대해 설명한다.

우선, 공구매거진(50)의 종류별로 미리 정해진 공구(51)가 장착되지 않은 공구매거진(50)의 무게를 읽어온다. 이 때 공구(51)가 장착되지 않은 공구매거진(50)의 무게 정보는 도 5와 같이 공작기계 제조사에서 공구매거진(50)의 종류에 따라 미리 계측하여 제어장치에 기록해 둔 정보이다. 한편, 이러한 공구매거진(50)의 무게 정보는 공구포트(52)의 수와 공구매거진(50)의 크기 등에 따라 달라질 수 있다.

다음으로, 상기에서 미리 정해진 공구(51) 종류별 무게 정보와 작업자가 공구정보입력부(70)를 통해 입력한 공구(51)의 종류와 개수에 따라 공구매거진(50)에 장착된 공구(51) 무게의 총합을 산출한다.

이 때 공구(51) 종류별 공구(51)의 무게 정보는 도 5와 같이 공작기계의 종류에 따라 스핀들(40)에 장착될 수 있는 공구(51)의 유형과, 각 공구(51) 유형별로 일반 공구(51)인지 또는 대경 공구(51)인지에 따라 미리 정해져 있다. 따라서 작업자가 도 4와 같이 공구정보입력부(70)에서 입력하는 공구 정보는 공구포트(52)에 공구(51)의 장착 여부와 공구(51)의 무게 식별 정보만 입력하면 된다. 물론 이러한 공구(51)의 종류와 종류별 공구(51) 무게 정보는 공작기계 제조과정에 임의로 결정하거나 무게를 계측하여 가장 근사한 값으로 제어장치에 미리 기록해 두는 것이므로, 본 실시예에 한정할 필요는 없다.

다음으로, 상기 단계에서 도 5와 같이 산출된 공구매거진(50) 전체 무게와 미리 정해진 공구매거진(50) 전체 무게별 컬럼(30) 및 베드(20)의 휨 량과 보정 량 정보를 비교하여 컬럼(30) 및 베드(20)의 휨에 따른 보정 량을 산출한다. 여기서 보정 량은 테이블(60)의 틸팅 각도를 의미한다.

여기서 미리 정해진 공구매거진(50) 전체 무게별 컬럼(30) 및 베드(20)의 휨 량과 보정량 정보는 도 3에서 개시한 바와 같이, 공구(51)가 장착된 공구매거진(50)의 무게별로 실제 컬럼(30)의 휨 량(θ1)과 베드(20)의 휨 량(θ2)을 측정하고, 측정된 휨 량에 따라 보정을 위해 틸팅해야 할 테이블(60)의 틸팅 각도(θ1+θ2)를 미리 정해 두는 것이다.

테이블(60)의 팅팅 각도를 정하는 방법은 공구(51)가 장착된 공구매거진(50)의 무게는 실측 무게를 기준으로 하되, 일정한 무게범위 별로 구분하여 컬럼(30)과 베드(20)의 휨 량(θ1,θ2)을 실측하고, 이 실측한 휨 량을 기반으로 보정을 위한 가장 바람직한 테이블(60)의 틸팅 각도를 정하는 것이다. 여기서 보정을 위한 바람직한 틸팅 각도는 컬럼(30)의 휨 량(θ1)과 베드(20)의 휨 량(θ2)을 합한 각도(θ1+θ2)로 한다.

한편, 이러한 보정량은 공작기계의 종류나 크기, 형태별로 다를 수 있으므로 본 실시예에 한정할 필요는 없다.

이와 같이 컬럼(30)과 베드(20)의 휨 량에 따라 보정해야 보정량, 즉 테이블(60) 틸팅 각도가 산출되면, 컬럼(30)이 휜 방향과 같은 방향으로 산출된 틸팅 각도(θ1+θ2) 만큼 테이블(60)을 틸팅 지령한다.

이러한 틸팅은 상기 테이블(60)의 상면에서 가상으로 설정한 수직선이 컬럼(30)과 평행을 이루도록 테이블(60)을 공작물 가공영역으로 회전시키는 것이다.

이와 같이 수직형 컬럼(30)과, 이 컬럼(30)의 상단부 전면에 공구매거진(50)을 구비하며, 컬럼(30)의 수직 가이드부에는 수평방향으로 공구(51)를 장착한 스핀들(40)을 가지고, 공작물을 거치한 테이블(60)을 컬럼(30)의 휨 방향과 동일한 방향으로 틸팅할 수 있는 구조를 가진 공작기계에서, 테이블(60)의 틸팅을 통해 컬럼(30)과 베드(20)의 휨 량을 보정 함으로써, 테이블(60) 상의 공작물과 컬럼(30)의 스핀들(40)에 장착된 공구(51)와의 상대거리가 컬럼(30)과 베드(20)의 휨 량에 상관없이 일정하게 유지되는 것이다.

이를 통해 공작물의 가공 정밀도를 향상 시킬 수 있으며, 복잡하고 신뢰도가 낮은 컬럼(30)이나 베드(20)의 휨 량 측정장치 없이 구조가 단순한 공작기계를 실현할 수 있는 효과를 제공하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 이 분야에 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 일부를 변경하여 실시할 수 있으나, 이러한 변경은 본 발명의 범위를 벗어날 수 없는 것이다.

10 본체
20 베드
30 컬럼
40 스핀들
50 공구매거진
51 공구
52 공구포트
60 테이블
70 공구정보입력부

Claims

수직형 컬럼과, 상기 컬럼의 전면 상단부에 가공영역 방향으로 설치된 공구매거진과, 상기 컬럼의 전면 하단부에 가공영역 방향으로 설치된 베드와, 상기 베드 상에서 상기 컬럼과 대향되는 위치에 설치되며 상기 컬럼과 거리가 이격 가능하도록 전후 방향으로 틸팅되는 공작물 테이블을 구비한 공작기계의 베드와 컬럼의 휨 량을 보정하는 방법에 있어서,
공구가 장착되지 않은 상태에서 공구매거진의 무게를 읽어오는 단계;
공구매거진에 장착된 공구 무게의 총합을 산출하는 단계;
상기 공구매거진의 무게와 공구 무게의 총합을 합산하여 공구가 장착된 공구매거진 전체의 무게를 산출하는 단계;
상기 단계에서 산출된 공구매거진 전체 무게와 미리 정해진 공구매거진 전체 무게별 컬럼 및 베드의 휨 량과 보정 량 정보를 비교하여 상기 컬럼 및 베드의 휨에 따른 보정 량을 산출하는 단계;
상기 단계에서 산출된 보정 량에 따라 상기 베드 상에 설치된 테이블을 상기 컬럼이 휜 방향으로 틸팅시키는 단계;
를 포함하는 공작기계의 컬럼 및 베드 휨 량 보정 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 공구매거진의 무게를 읽어오는 단계에서, 상기 공구매거진의 무게는 공구매거진의 종류별로 미리 정해진 무게 값인 것을 특징으로 하는 공작기계의 컬럼 및 베드 휨 량 보정 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 공구매거진에 장착된 공구 무게의 총합을 산출하는 단계에서, 상기 공구매거진에 장착된 공구 무게의 총합은 미리 정해진 공구 종류별 무게 정보와 작업자가 입력한 공구의 종류와 개수에 따라 산출되는 것을 특징으로 하는 공작기계의 컬럼 및 베드 휨 량 보정 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 미리 정해진 공구매거진 전체 무게별 컬럼 및 베드의 휨 량과 보정 량 정보는, 공구가 장착된 공구매거진의 무게별로 컬럼과 베드의 휨 량을 측정하고, 상기 측정된 휨 량에 따라 보정을 위해 테이블의 틸팅 각도를 미리 정해 두는 것임을 특징으로 하는 공작기계의 컬럼 및 베드 휨 량 보정 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 보정을 위한 테이블의 틸팅 각도는, 공구가 장착된 공구매거진의 무게 범위별로 미리 정해진 것임을 특징으로 하는 공작기계의 컬럼 및 베드 휨 량 보정 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 테이블을 상기 컬럼이 휜 방향으로 틸팅시키는 단계는, 상기 테이블의 상면에서 가상으로 설정한 수직선이 컬럼과 평행을 이루도록 테이블을 공작물 가공영역으로 회전시키는 것을 특징으로 하는 공작기계의 컬럼 및 베드 휨 량 보정 방법.