머시닝센터 주축의 변위측정을 통한 공구선단의 오차 보정에 관한 연구

Abstract

머시닝센터는 CNC밀링과 자동으로 공구를 교환하는 자동공구 교환장치(Automatic Tool Changer)와 가공물이 장착되는 팔레트(Pallet)의 자동 교환을 위한 APC(Auto Pallet Changer) 등 자동화 장치들이 결합 된 가공장비이다. 머시닝센터에서는 수십 개의 다양한 종류의 공구가 장착 되어 가공소재를 단 한 번의 장착으로 밀링, 드릴링, 탭핑 등 자유곡면을 포함한 다양한 가공을 짧은 시간에 수행할 수 있다. 머시닝센터의 고생산성과 높은 정밀도의 신뢰성 위해 주축의 최대 회전속도는 지속적으로 높아져 왔으며 이에 따른 열적-동역학적 오차를 줄이기 위하여 다양한 종류의 센서를 설치하여 모니터링 하는 기술이 발전되어 왔다. 특히 열변위는 가공 중 공구선단에서 발생하는 오차 중 가장 큰 부분을 차지하는 오차이며 이를 보정하기 위한 많은 연구들이 진행되어 왔다. 본 논문에서는 머시닝센터의 절삭가공이 발생하는 공구선단에서 주축의 축 방향 오차 중 열변위와 주축 회전체의 돌출량 보정을 위하여 혼합보정 방식을 적용하였다. 머시닝센터의 베드, 컬럼, 헤드바디와 같은 구조물에서 발생하는 열변위는 온도센서를 이용한 간접보정 방식을 사용하였고, 주축 회전체에서 발생하는 열변위와 돌출량의 보정을 위하여 주축 내장형의 변위센서를 설계 및 제작하여 직접보정 방식을 적용하였다. 혼합보정 방식의 성능검증을 위하여 온도센서만을 사용했던 간접보정 방식과 공회전의 무부하 상태, 실제 절삭 가공상태에서 보정성능을 비교하였다.