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도대체 회전축에 무슨 일이 있길래 – 레니쇼 AxiSet™ Check-Up을 이용한 피봇 오차 교정 실습

5축기의 장점과 효용을 바탕으로 생산성을 유지하기 위해서는 장비의 정도 유지가 필수적이다. 보유한 장비의 정밀도 수준은 천차만별이겠지만, 있는 장비를 가지고 최대한 성능을 뽑아내기 위해 주기적으로 진행하는 정도 검사를 통해 장비의 상태를 일정하게 유지하고, 경우에 따라서는 장비의 정도를 업그레이드하기도 한다. 레니쇼의 AxiSet™ Check-Up 소프트웨어와 데이텀볼, 프로브를 이용해 5축기 정도에 가장 큰 영향을 주는 피봇 오차를 교정해보자.

5축 가공기의 경우 장비 상의 기계 원점에서 테이블의 회전 중심까지의 위치를 정확하게 설정해 놔야 축을 회전시켰을 때도 정확하게 가공이 가능하다. 우선은 장비 출하 시 초기 회전중심 설정이 중요하겠지만, 장비를 가동하게 되면 열변형이나 부하 등 여러 가지 원인으로 회전 중심에 오차가 발생하게 된다.

5축 장비 회전축과 관련한 오차
장비가 가지는 오차는 다양하지만 5축 가공기에서 가장 큰 영향을 주는 오차로 알려진 것이 회전축 중심 오차다. 이는 직선축과 회전축 간의 상대 오차를 말하며, 흔히 피봇(Pivot) 오차라고도 부른다. C축을 예로 들어 살펴보면, C축은 Z축을 중심으로 회전하므로, 회전축인 Z축이 직선 축인 X축과 Y축 방향으로 각각 정확하게 원점에 위치해야 오차가 없는 것이다(그림 1). 그다음으로는 회전축 정렬 오차를 들 수 있다. 기계 축에 대하여 테이블이 기울거나 주축이 기울어 있는 경우가 있을 수 있는데(그림 2), 이 오차도 회전축 중심 오차 만큼 큰 비중을 차지하는 오차다. 마지막으로 회전축의 각도 오차(1)가 있는데, 이는 회전축이 회전할 경우 정확하게 회전 했는가의 여부를 따지는 것이다.

(1) 레니쇼는 XR20-W를 이용해 각도 오차를 측정하고 보정하는 솔루션을 가지고 있다. 추후 보도 예정.
[그림 1] 피봇 오차. C축은 Z축을 중심으로 회전하므로, Z축이 X축(좌측그림)과 Y축(우측그림) 방향으로 각각 정확하게 원점에 위치해야 오차가 없는 것이다.
[그림 1] 피봇 오차. C축은 Z축을 중심으로 회전하므로, Z축이 X축(좌측그림)과 Y축(우측그림) 방향으로 각각 정확하게 원점에 위치해야 오차가 없는 것이다.
[그림 2] 정렬 오차. 그림은 회전 테이블이 기울어 정렬 오차가 발생한 경우를 설명하고 있다.
[그림 2] 정렬 오차. 그림은 회전 테이블이 기울어 정렬 오차가 발생한 경우를 설명하고 있다.
회전축 중심 오차를 보정하기 위해 공작기계와 컨트롤러 메이커 등은 다양한 측정 솔루션을 내놓고 있지만, 특히 레니쇼는 2000년대 부터 이미 피봇 에러를 검출하고 보정하는 솔루션을 출시하고 진화시켜 왔다. AxiSet™ Check-Up은 컨트롤러에서 실행하는 매크로와 PC에서 실행하는 소프트웨어로 이루어져 있다. 레니쇼코리아의 이찬호 부장과 함께 AxiSet™ Check-Up을 이용한 피봇 오차 보정 실습을 해 보았다.

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실제 회전축과 장비가 인식하는 회전축 위치 간에 오차가 발생해 있다(. 이 상태에서 스핀들을 B축을 중심으로 +90도(좌), -90도(우) 회전할 경우 모두 오차가 발생하게 된다.
실제 회전축과 장비가 인식하는 회전축 위치 간에 오차가 발생해 있다(. 이 상태에서 스핀들을 B축을 중심으로 +90도(위), -90도(아래) 회전할 경우 모두 오차가 발생하게 된다.

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회전축 중심 오류가 가공시 이런 문제를 유발한다. 테이블 수평 상태에서 공구 바닥을 이용해서 가공(위)한 후, 테이블을 90도 이동시킨 뒤 공구 측면으로 가공했다(아래). 여기서 단차가 생긴다는 것은 피봇 오차가 발생한 것으로 볼 수 있다.
회전축 중심 오류가 가공시 이런 문제를 유발한다. 테이블 수평 상태에서 공구 바닥을 이용해서 가공(위)한 후, 테이블을 90도 이동시킨 뒤 공구 측면으로 가공했다(아래). 여기서 단차가 생긴다는 것은 피봇 오차가 발생한 것으로 볼 수 있다.

레니쇼의 AxiSet™ Check-Up 을 이용한 회전 중심축 오차 보정 실습 (C축 기준)

레니쇼코리아의 데모룸. 화낙 컨트롤러가 장착된 화낙의 Robodrill 장비에서 실습을 진행했다.
레니쇼코리아의 데모룸. 화낙 컨트롤러가 장착된 화낙의 Robodrill 장비에서 실습을 진행했다.
피봇 오류 측정을 위한 준비는 간단하다. 데이텀볼을 테이블에 장착하기만 하면 된다. 실습에 사용한 데이텀볼은 직경 19mm의 레니쇼 제품.
피봇 오류 측정을 위한 준비는 간단하다. 데이텀볼을 테이블에 장착하기만 하면 된다.
실습에 사용한 데이텀볼은 직경 19mm의 레니쇼 제품.
컨트롤러에 설치한 AxiSet™ Check-Up 매크로 소프트웨어가 사이클을 시작하면 원점(C0)부터 측정을 시작한다. 터치 프로브가 데이텀볼에 접촉하면서 측정. 실습에 사용한 프로브는 레니쇼의 OMP400.
컨트롤러에 설치한 AxiSet™ Check-Up 매크로 소프트웨어가 사이클을 시작하면 원점(C0)부터 측정을 시작한다. 터치 프로브가 데이텀볼에 접촉하면서 측정. 실습에 사용한 프로브는 레니쇼의 OMP400.
측정 시 회전축을 돌려가며 각도에 따른 위치를 찾게 된다. 레니쇼의 AxiSet™ Check-Up은 측정 각도를 자유롭게 설정할 수 있다.
측정 시 회전축을 돌려가며 각도에 따른 위치를 찾게 된다. 레니쇼의 AxiSet™ Check-Up은 측정 각도를 자유롭게 설정할 수 있다.
실습에서는 90도 간격으로 4번 측정했지만, 그림처럼 8번 실시해 각도 별로 찾은 위치를 연결하면 원을 만들 수 있고, 이 원의 중심이 바로 실제 회전축의 중심이 된다.
실습에서는 90도 간격으로 4번 측정했지만, 그림처럼 8번 실시해 각도 별로 찾은 위치를 연결하면 원을 만들 수 있고, 이 원의 중심이 바로 실제 회전축의 중심이 된다.
측정을 통해 찾은 회전축 중심과 장비가 인식하고 있는 회전축 중심과 비교해 보면 오차를 가늠할 수 있다.
측정을 통해 찾은 회전축 중심과 장비가 인식하고 있는 회전축 중심과 비교해 보면 오차를 가늠할 수 있다.
측정 결과를 PC에서 바로 확인할 수 있다. C축 회전 중심이 X축 방향으로는 -0.019mm, Y축 방향으로는 0.02mm만큼 벗어나 있는 것으로 확인되었다(4개의 점, 노란색 선분). 이 외에도 경로 오차(Path error), 진원도(Form error) 등도 검출이 가능하다.
측정 결과를 PC에서 바로 확인할 수 있다. C축 회전 중심이 X축 방향으로는 -0.019mm, Y축 방향으로는 0.02mm만큼 벗어나 있는 것으로 확인되었다(4개의 점, 노란색 선분). 이 외에도 경로 오차(Path error), 진원도(Form error) 등도 검출이 가능하다.
확인된 오류를 각 축의 성분별로 컨트롤러의 해당 파라미터에 간단하게 입력만 해 주면 보정이 완료된다.
확인된 오류를 각 축의 성분별로 컨트롤러의 해당 파라미터에 간단하게 입력만 해 주면 보정이 완료된다.
보정이 잘 되었는지 확인하기 위해 측정 사이클을 다시 한번 반복한다.
보정이 잘 되었는지 확인하기 위해 측정 사이클을 다시 한번 반복한다.

보정후1

보정 후 측정 결과를 비교해 보았다. 연두색 라인이 보정 후 회전축 중심 데이터이다. Y축 성분의 경우는 에러가 완전히 없어졌고, X축 성분은 -0.001mm로 거의 완벽한 수준으로 보정된 것을 확인했다.
보정 후 측정 결과를 비교해 보았다. 연두색 라인이 보정 후 회전축 중심 데이터이다. Y축 성분의 경우는 에러가 완전히 없어졌고, X축 성분은 -0.001mm로 거의 완벽한 수준으로 보정된 것을 확인했다.
AxiSet™ Check-Up은 데이터를 별도의 PC에 저장해 관리하면서 검사, 보정 이력을 관리할 수 있다. 그림처럼 검사 결과 이력 상 오차가 증가하는 추세를 보이면 보정이나 장비 점검과 같은 조치를 할 수 있다.
AxiSet™ Check-Up은 데이터를 별도의 PC에 저장해 관리하면서 검사, 보정 이력을 관리할 수 있다. 그림처럼 검사 결과 이력 상 오차가 증가하는 추세를 보이면 보정이나 장비 점검과 같은 조치를 할 수 있다.
AxiSet™ Check-Up은 피봇 오차뿐만 아니라, 회전축 정렬 오차까지 확인할 수 있다. 이는 AxiSet™ Check-Up만이 가지고 있는 기능으로 축의 기울어짐, 정렬 상태 점검까지 가능하다. 이번 실습에서는 C축이 Z축에 대해 기울어진 정도를 확인해 보았다. 단, 정렬 오차는 컨트롤러 상에서 보정할 수 없다.
AxiSet™ Check-Up은 피봇 오차뿐만 아니라, 회전축 정렬 오차까지 확인할 수 있다. 이는 AxiSet™ Check-Up만이 가지고 있는 기능으로 축의 기울어짐, 정렬 상태 점검까지 가능하다. 이번 실습에서는 C축이 Z축에 대해 기울어진 정도를 확인해 보았다. 단, 정렬 오차는 컨트롤러 상에서 보정할 수 없다.

 

이번 실습은 레니쇼코리아의 이찬호 부장과 함께 진행했다.
이번 실습은 레니쇼코리아의 이찬호 부장과 함께 진행했다.
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About 이상준 기자

생산제조인을 위한 매거진 MFG 편집장 이상준입니다. 대한민국 제조업 발전을 위해 일합니다.