KR100369754B1 - Optimal tool positions in 5-axis NC machining of sculpture surface - Google Patents
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Abstract
본 발명은 5축 수치제어가공을 위한 공구자세의 최적화 방법에 관한 것으로, 경사각(α)과 회전각(β)을 각각 0˚로 공구자세를 초기화하고, 이때 소정의 제약조건을 만족하면 이를 최적의 공구자세로 결정하는 단계와; 상기 제약조건을 만족하지 않는 경우에는 가능해 영역의 경계를 탐색하기 위한 출발 공구자세를 찾는 단계 및; 상기 가능해 영역의 경계를 구하고 커섭높이(h)를 계산하여 이로써 최적의 공구자세를 결정하는 단계;로 이루어지는데, 이는 5축 수치제어가공의 특성 및 경계탐색 알고리듬을 이용함으로써, 커섭높이(h)를 최소화하는 최적의 공구자세를 효율적으로 결정할 수 있게 된다.The present invention relates to a method for optimizing the tool posture for 5-axis numerical control machining, and initializes the tool posture with an inclination angle (α) and a rotation angle (β) of 0 °, respectively, and at this time, if a predetermined constraint is satisfied Determining the tool posture of the tool; Finding a starting tool position for searching for a boundary of the area, if possible; Determining the optimal tool posture by calculating the boundary of the solution area and calculating the height of h (h), which uses the characteristics of the 5-axis numerical control and the boundary search algorithm. It is possible to efficiently determine the optimum tool posture that minimizes
Description
본 발명은 복합곡면의 5축 수치제어(NC)가공에 있어서 커섭(cusp)의 높이를 근사적으로 계산하고 5축 가공의 특성 및 경계탐색 알고리듬(edge detection algorithm)을 이용하여 커섭의 높이를 최소화하는 공구자세의 결정방법에 관한 것이다.The present invention approximately calculates the height of the cusp in 5-axis numerical control (NC) machining of a compound surface, and minimizes the height of the subsumption by using the characteristics of 5-axis machining and an edge detection algorithm. It relates to a method of determining the tool posture.
일반적으로, 서로 직교하는 3개의 평행이동축과 2개의 회전축으로 구성된 5축 수치제어 공작기계는 곡면상의 임의의 공구접촉점에 대해 다양한 공구자세를 취할 수 있으므로 3축 기계로 가공이 불가능한 항공기 부품이나, 터어빈 블레이드, 임펠러, 3차원 캠 등과 같은 특수한 부품의 가공에 널리 사용되고 있다. 더구나, 근래에는 가공시간과 후처리시간을 줄이기 위하여 일반적인 복합곡면 형상을 가진 프레스 금형과 플라스틱 사출금형의 가공에도 5축 수치제어 공작기계의 도입이 검토되고 있다.In general, a 5-axis numerically controlled machine tool consisting of three parallel moving axes and two rotating axes orthogonal to each other can take various tool postures at any tool contact point on a curved surface. It is widely used in the processing of special parts such as turbine blades, impellers, three-dimensional cams, and the like. Moreover, in recent years, the introduction of 5-axis numerical control machine tools for the processing of press molds and plastic injection molds having a general compound curved shape in order to reduce the processing time and post-treatment time has been considered.
5축 수치제어 데이타를 구하기 위해서는, 먼저 공구경로계획에 따라 곡면 모델로부터 공구접촉점과 곡면의 법선벡터(공구접촉점 데이타:CC data)를 구한 다음, 각 공구접촉점에서 공구의 축벡터와 중심점(공구위치 데이타:CL data)을 계산하고, 이들 데이타를 특정한 공작기계의 기계축값(joint values)으로 변환한다. 이때, 공작기계의 기구학적 모델링, 공작기계축의 작동범위 검사, 선형궤적 계획, 이송속도 코드의 계산, 공구간섭 및 충돌의 방지, 공구자세 최적화 등의 문제가 고려되어야 하는데, 공구자세의 최적화 문제를 제외한 나머지 문제들은 종래의 연구에서 잘 다루어져 왔다. 마지막 단계에서는 특정한 제어장치의 입력형식에 알맞도록 후처리하여 수치제어 코드를 생성한다.To obtain 5-axis numerical control data, first obtain the tool contact point and the normal vector of the surface (tool contact point data: CC data) from the surface model according to the tool path plan, and then the axis vector and the center point (tool position) of the tool at each tool contact point. Data: CL data) is calculated and converted into the machine axis values of the particular machine tool. At this time, problems such as kinematic modeling of the machine tool, inspection of the operating range of the machine tool axis, linear trajectory planning, calculation of the feedrate code, prevention of tool interference and collision, and optimization of the tool posture should be considered. The remaining problems have been well addressed in previous studies. In the final step, the numerical control code is generated by post-processing to match the input format of the specific control device.
한편, 상기 공구자세의 최적화 문제는 주어진 공구접촉점에서 커섭높이를 최소화하는 경사각(tilt angle)과 회전각(yaw angle)을 결정하는 것으로, 제약조건으로서는 경사각과 회전각이 주어진 범위 내에 있어야 하고, 공구간섭 및 충돌을 일으키지 않아야 하며, 기계축값이 작동범위 내에 있어야 한다.Meanwhile, the problem of optimizing the tool posture is to determine a tilt angle and a yaw angle for minimizing the height of engagement at a given tool contact point. As a constraint, the tilt angle and the rotation angle must be within a given range. No interferences or collisions should occur and the machine axis values must be within the operating range.
도 1a와 도 1b는 각각 경사각(α)과 회전각(β)을 설명하기 위해 도시된 것으로, 경사각(α)은 공구가 곡면 위의 공구접촉점 경로를 따라 이동할 때 공구축 벡터()가 곡면의 법선벡터()와 이루는 각도이며, 회전각(β)은 공구접촉점 (r C)에서 공구가 법선벡터()를 중심으로 회전한 각도이다. 한편, 이들 도면에서는 공구진행방향 벡터를 표시하며,는×인 관계에 있다.1A and 1B are shown to explain the inclination angle α and the rotation angle β, respectively, in which the inclination angle α is the tool axis vector (when the tool moves along the tool contact point path on the curved surface). ) Is the normal vector of the surface ) And the angle of rotation (β) is the normal vector of the tool at the tool contact point ( r C ). The angle rotated around). Meanwhile, in these drawings Indicates the tool direction vector, Is × Are in a relationship.
상기 경사각(α)은 공구의 몸통이 원통형인 경우에 0˚∼ 90˚의 범위내에 있게 되는 한편, 회전각(β)은 센터컷(center cut)이 없는 공구에서는 -90˚∼ 90˚의 범위 내에 있으며, 센터컷이 있으면 -180˚∼ 180˚의 범위 내에 있게 된다.The inclination angle α is in the range of 0 ° to 90 ° when the body of the tool is cylindrical, while the rotation angle β is in the range of -90 ° to 90 ° in the tool without a center cut. It is within the range of -180 ° to 180 ° with the center cut.
도 2a와 도 2b는 공구진행방향에서 바라본 평엔드밀 바닥모서리(이를 절삭원이라 한다)를 개략적으로 도시한 것으로, 경사각(α) 및 회전각(β)이 피삭재의 절삭에 미치는 효과를 설명하고 있는 바, 도 2a에 도시된 바와 같이 경사각(α)은 절삭원에 의해 가공된 곡면의 단면곡선(공구 실루엣 곡선) 형상에 영향을 주는데, α > 0˚인 경우의 공구 실루엣 곡선은 장반경의 길이가 공구반경인 타원(이를 절삭타원이라 한다)이 된다. 또한, 도 2b에 도시된 바와 같이 회전각(β)은 타원의 회전각도에 영향을 준다. 즉, 절삭원을 공구진행방향에 수직인 평면으로 투영시킨 절삭타원의 형상이 가공면의 형상이 된다.2A and 2B schematically illustrate flat end mill bottom edges (referred to as cutting circles) viewed from a tool advancing direction, illustrating the effects of the inclination angle α and the rotation angle β on the cutting of the workpiece. As shown in Fig. 2A, the inclination angle α affects the shape of the cross-section curve (tool silhouette curve) of the surface processed by the cutting source, and the tool silhouette curve in the case of α> 0 ° is the length of the long radius. Becomes an ellipse whose tool radius is called a cutting ellipse. Also, as shown in FIG. 2B, the rotation angle β affects the rotation angle of the ellipse. That is, the shape of the cutting ellipse in which the cutting source is projected in a plane perpendicular to the tool advancing direction becomes the shape of the machining surface.
도 3에 도시된, 경사각(α) 및 회전각(β)으로 생성된 절삭타원의 단반경(a)과 타원의 경사각(θ)은 다음 식으로 구할 수 있다.3, the short radius a of the cutting ellipse generated at the inclination angle α and the rotation angle β and the inclination angle θ of the ellipse can be obtained by the following equation.
θ= arctan(-tanαsinβ)θ = arctan (-tanαsinβ)
이 절삭타원을, XL축이 공구진행방향이고 ZL축이 곡면의 법선벡터의 방향이며 YL축이 (ZL×XL)인 좌표계의 YL-ZL평면상에서 2차식으로 표현하면, 다음 식과 같이 된다.This cutting ellipse is expressed in quadratic form on the Y L -Z L plane of the coordinate system where the X L axis is the tool advancing direction, the Z L axis is the direction of the curved normal vector, and the Y L axis is (Z L × X L ). , Becomes
여기서, py와 pz는 타원의 중심점이다.Where p y and p z are the centers of the ellipses.
한편, 본 출원인이 최 병규 등과 공동으로 연구하고 1993년 컴퓨터-에이디드 디자인(Computer-Aided Design) 제 25권에 발표된 "5축 곡면가공에서의 공구위치 데이타 최적화"에서는 근사적인 커섭높이를 계산하는 식을 제안하고서, 이를 목적함수로 하여 제약조건을 만족하는 영역(이를 가능해 영역이라 한다)에서 상기 커섭높이를 최소화하는 최적의 공구자세를 구하고 있다.On the other hand, in the "Applicant Optimization of Tool Position Data in 5-Axis Curved Surface Machining" published in the 25th issue of Computer-Aided Design in 1993 by the applicant and researched by Byung-Kyu Choi et al. By suggesting the following equation, the optimum tool posture is obtained to minimize the interference height in the region that satisfies the constraint (this is called the region).
그러나, 전술된 종래기술에서는 박용(舶用) 프로펠러의 가공이라는 특수한 상황만을 고려하여 경험적인 방법에 의해 최적의 공구자세를 구하게 되므로, 보다 일반적인 곡면에 적용될 수 없다는 문제점이 있었다.However, in the above-described prior art, the optimum tool posture is obtained by an empirical method in consideration of only a special situation of processing a marine propeller, and thus there is a problem that it cannot be applied to a more general curved surface.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제를 감안해서 안출된 것으로, 역구배가 있는 곡면을 포함하는 일반적인 곡면에 대한 최적의 공구자세를 구하기 위하여, 실제적인 최적의 가공상태를 보다 잘 반영할 수 있으면서 그 계산과정이 복잡하지 않은 커섭높이를 계산하는 방법과 더불어, 5축 가공의 특성 및 경계탐색 알고리듬을 이용하여 상기 커섭높이를 최소화하는 최적의 공구자세를 효율적으로 결정하는 5축 수치제어가공을 위한 공구자세의 최적화 방법을 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been devised in view of the above problems, and in order to obtain an optimal tool posture for a general curved surface including a curved surface having an inverse gradient, it is possible to better reflect the actual optimum processing state and the calculation process. In addition to the method of calculating this uncomplicated height, the tool position for 5-axis numerical control machining efficiently determines the optimal tool position to minimize the height by using the characteristics of 5-axis machining and the edge search algorithm. The purpose is to provide an optimization method.
도 1a와 도 1b는 각각 경사각(α)과 회전각(β)을 설명하기 위한 개략도이고,1A and 1B are schematic diagrams for explaining the inclination angle α and the rotation angle β, respectively,
도 2a와 도 2b는 공구진행방향에서 바라본 평엔드밀 바닥모서리를 개략적으로 도시한 것으로, 각각 경사각(α) 및 회전각(β)이 피삭재의 절삭에 미치는 영향을 설명하기 위한 개략도,2A and 2B schematically illustrate flat end mill bottom edges viewed from a tool advancing direction, each of which is a schematic view for explaining the effects of the inclination angle α and the rotation angle β on the cutting of the workpiece;
도 3은 평엔드밀의 절삭타원에 대한 계산을 설명하기 위한 설명도,3 is an explanatory diagram for explaining the calculation for the cutting ellipse of the flat end mill,
도 4a 내지 도 4c는 가공곡면의 변화에 따른 가능해 영역의 경계 및 최적의 공구자세의 변화를 나타내는 설명도,4A to 4C are explanatory views showing changes in the boundary of an area of the solution area and the optimum tool posture according to the change of the machining surface;
도 5는 경계탐색 알고리듬을 이용한 가능해 영역의 경계탐색의 한 예를 도시한 설명도,5 is an explanatory diagram showing an example of boundary search of a possible solution region using a boundary search algorithm;
도 6은 임의의 경사각(α) 및 회전각(β)을 가지는 공구자세에 대한 절삭타원의 변화를 나타내는 설명도,6 is an explanatory diagram showing a change in cutting ellipse with respect to a tool posture having an arbitrary inclination angle α and a rotation angle β;
도 7은 공구자세 최적화 알고리듬의 흐름도,7 is a flowchart of a tool posture optimization algorithm;
도 8은 주어진 공구접촉점에서의 이론적인 커섭높이를 나타내는 설명도,8 is an explanatory diagram showing a theoretical engagement height at a given tool contact point;
도 9a 내지 도 9c는 임의의 공구자세에 대해 근사적인 커섭높이의 계산을 설명하기 위한 설명도,9A to 9C are explanatory diagrams for explaining the calculation of the approximate engagement height for any tool posture;
도 10a 내지 도 10c는 역구배가 있는 곡면가공에서 임의의 공구접촉점에 대한 최적의 공구자세가 가능해 영역의 경계에 있음을 나타내는 도면,10a to 10c are views showing that the optimum tool posture for any tool contact point is possible at the boundary of the area in the inclined curved machining;
도 11a 내지 도 11f는 여러 가지 복합곡면에 대해 공구자세 최적화 알고리듬을 적용한 예들을 도시한 도면이다.11A to 11F illustrate examples of applying a tool posture optimization algorithm to various compound surfaces.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 공구경로계획에 따라 곡면 모델로부터 공구접촉점과 곡면의 법선벡터를 구하는 단계와, 각 공구접촉점에서 공구위치 데이타인 공구의 축벡터와 중심점을 계산하는 단계, 이들 데이타를 특정한 공작기계의 기계축값으로 변환하는 단계 및, 특정한 제어장치의 입력형식에 알맞도록 후처리하여 수치제어 코드를 생성하는 단계들을 포함하는 5축 수치제어 데이타 생성방법에 있어서, 상기 공구의 위치를 계산하는 단계는, 경사각과 회전각을 각각 0˚로 공구자세를 초기화하고, 이때 소정의 제약조건을 만족하면 이를 최적의 공구자세로 결정하는 단계와; 상기 제약조건을 만족하지 않는 경우에 가능해 영역의 경계를 탐색하기 위한 출발 공구자세를 찾는 단계 및; 상기 가능해 영역의 경계를 구하고 커섭높이를 계산하여 이 높이가 허용오차보다 작거나 최소인 경사각과 회전각을 최적의 공구자세로 결정하는 단계;로 구성된다.The present invention for achieving the above object, the step of obtaining the normal vector of the tool contact point and the surface from the surface model according to the tool path plan, and calculating the axis vector and the center point of the tool which is the tool position data at each tool contact point And converting the data into machine axis values of a specific machine tool, and post-processing to generate a numerical control code according to an input format of a specific control device. The calculating of the position may include: initializing the tool posture with an inclination angle and a rotation angle of 0 °, respectively, and determining the optimal tool posture if the predetermined constraint is satisfied; Finding a starting tool position for searching for a boundary of an area that is possible if the constraints are not satisfied; And determining the inclination angle and the rotation angle of which the height is smaller or less than the tolerance as the optimum tool posture by obtaining the boundary of the possible area and calculating the height of the interference.
이하, 본 발명을 예시된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하는 바, 본 발명에서 이용된 입력모델로서는 역구배가 있는 곡면을 포함한 일반적인 곡면 형상을 잘 표현할 수 있고 솔리드(solid)의 위상정보를 갖는 삼각형상의 면으로 구성된 다면체 모델을 이용하였음을 밝혀둔다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated drawings. As an input model used in the present invention, it is possible to express a general curved shape including a curved surface having an inverse gradient well and have a triangular shape having solid phase information. Note that we used a polyhedral model of faces.
이제, 주어진 공구접촉점에서 커섭높이를 최소화하는 최적의 공구자세를 결정하는 방법을 설명하고자 한다. 전술된 바와 같이 공구자세는 경사각(α)과 회전각(β)으로 결정되므로, 공구자세 최적화 문제를 해결하기 위해서는 경사각(α)과회전각(β)으로 이루어지는 2차원 영역 전체를 고려하여 가능해 영역을 구하고 커섭높이를 계산해야 한다. 그런데, 최적의 공구자세는 가능해 영역의 경계에 존재한다는 5축 수치제어가공의 특성을 이용하여 가능해 영역의 경계만을 고려함으로써 계산시간을 상당히 줄일 수 있게 된다. 즉, 커섭높이를 최소화하기 위해서는 공구접촉점에서의 곡면의 곡률과 절삭타원의 곡률을 최대한 일치시켜야 하는데, 이러한 공구자세는 도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같이 가능해 영역의 경계에 존재하게 된다. 여기서, 도 4a 내지 도 4c는 가공곡면의 변화에 따른 가능해 영역의 변화와, 최적의 공구자세가 가능해 영역의 경계에 있음을 설명하고 있다.We now describe how to determine the optimal tool posture that minimizes the height of engagement at a given tool contact point. As described above, since the tool posture is determined by the inclination angle α and the rotation angle β, in order to solve the tool posture optimization problem, it is possible to consider the entire two-dimensional area composed of the inclination angle α and the rotation angle β. We need to calculate and calculate the height. However, the optimum tool posture is possible by using the characteristic of 5-axis numerical control machining that exists at the boundary of the area, so that the calculation time can be considerably reduced by considering only the boundary of the area. That is, in order to minimize the height of interference, the curvature of the curved surface at the tool contact point and the curvature of the cutting ellipse must be matched as much as possible. Such a tool posture is possible at the boundary of the region as shown in FIGS. 4A to 4C. Here, FIGS. 4A to 4C illustrate that the change of the possible solution area according to the change of the machining surface and the optimum tool posture are possible at the boundary of the area.
가능해 영역의 경계탐색을 위해, 머신 비젼 시스템(Machine Vision System)에서 이용하는 경계탐색 알고리듬을 적용하는 바, 이는 경사각(α)과 회전각(β)으로 이루어지는 2차원 영역 전체를 Δα와 Δβ 간격의 그리드(grid)로 분할하여, 먼저 제약조건을 만족하는 하나의 그리드점을 찾고 이를 경계탐색의 출발점으로 하여, 인접한 경계들이 가능해 영역의 경계와 교차하는 상태에 놓이도록 이웃한 그리드점으로 진행함으로써, 이 영역의 완전한 경계를 찾는 방법이다. 상기 가능해 영역의 경계를 탐색한 예가 도 5에 도시되어 있다.In order to detect the boundary of the area, the boundary detection algorithm used in the Machine Vision System is applied, which is a grid of Δα and Δβ intervals over the entire two-dimensional area consisting of the inclination angle (α) and the rotation angle (β). By dividing into (grid), we first find one grid point that satisfies the constraint and make it the starting point of the boundary search, then proceed to the neighboring grid points so that adjacent boundaries are possible and intersect with the boundary of the area. How to find the complete boundary of an area. An example of searching for the boundary of the possible solution area is shown in FIG. 5.
더욱 상세히 설명하자면, 우선 경사각(α)과 회전각(β)을 각각 0˚로 공구자세를 초기화하는데(제 1단계), 이 공구자세에서 전술한 제약조건이 만족되면 이를 최적의 공구자세로 결정한다. 도 6은 주어진 공구접촉점에서 임의의 경사각(α) 및 회전각(β)을 가지는 공구자세에 대한 공구 실루엣 곡선과 접평면과의 관계를 도시한 것으로, 사용공구로부터 주어진 범위에 의해 경사각(α)은 0˚이상의 값을갖기 때문에 공구 실루엣 곡선이 공구접촉점의 접선인 f축보다 항상 위에 있게 된다. 따라서, 공구 실루엣 곡선이 f축과 동일직선상에 있게 되는 경사각(α)과 회전각(β)이 각각 0˚인 공구자세에서 커섭높이(h;도 7 참조)가 최소로 된다.More specifically, first, the tool posture is initialized to 0 ° of each of the inclination angle α and the rotation angle β (step 1), and the optimum tool posture is determined if the above-described constraints are satisfied in this tool posture. do. Fig. 6 shows the relationship between the tool silhouette curve and the tangent plane for a tool posture having an arbitrary inclination angle α and a rotation angle β at a given tool contact point. Since it has a value greater than 0 °, the tool silhouette curve is always above the f-axis, which is the tangent of the tool contact point. Therefore, the height of the h (see Fig. 7) is minimized at the tool posture in which the inclination angle α and the rotation angle β are respectively 0 °, in which the tool silhouette curve is in the same line as the f axis.
만약, 상기 제약조건을 만족하지 않으면, 가능해 영역의 경계를 탐색하기 위한 출발 그리드점을 찾는다(제 2단계). 회전각(β)은 고정시키고 경사각(α)을 한 그리드씩(Δα) 증가시키는 방향으로 진행하면서 최초로 제약조건을 만족하는 그리드점을 찾는다.If the above constraint is not satisfied, it is possible to find a starting grid point for searching the boundary of the area (step 2). The rotation angle β is fixed and the grid angle satisfying the constraint is first found while proceeding in the direction of increasing the inclination angle α by one grid (Δα).
그 후에, 현재의 그리드점이 제약조건을 만족하면 진행방향의 오른쪽에 있는 인접한 그리드점을 선택하고, 그렇지 않은 경우에는 진행방향의 왼쪽에 있는 그리드점을 선택하는 일련의 과정을 수행함으로써 가능해 영역의 경계를 찾는다(제 3단계). 이 경계탐색 과정에서 제약조건을 만족하는 그리드점에 대해서는 커섭높이 (h)를 계산하고 이 높이가 기계정밀도를 고려한 허용오차보다 작을 경우에는 이를 최적의 공구자세로 결정한다. 또한, 선택된 그리드점이 출발 그리드점일 경우에는 가능해 영역의 완전한 경계를 구했음을 의미하므로 커섭높이(h)가 최소인 그리드점을 최적의 공구자세로 결정한다.After that, if the current grid point satisfies the constraints, it is possible to perform a series of processes to select adjacent grid points to the right of the advancing direction; otherwise, select a grid point to the left of the advancing direction. Find (step 3). In this boundary search, the height of h (h) is calculated for the grid points satisfying the constraints. If the height is smaller than the tolerance considering the machine precision, it is determined as the optimal tool posture. In addition, if the selected grid point is the starting grid point, it means that the complete boundary of the area is possible. Therefore, the grid point having the minimum height h is determined as the optimal tool posture.
위의 과정을 모든 공구접촉점에 수행하여 각 공구접촉점에 대한 최적 공구자세가 결정되면 공구자세 최적화 과정을 종료한다. 도 7에는 이러한 공구자세 최적화 과정이 도시되어 있다.If the optimum tool posture for each tool contact point is determined by performing the above process on all tool contact points, the tool posture optimization process ends. 7 shows such a tool posture optimization process.
주어진 공구접촉점에서의 커섭높이는 도 8에 도시된 바와 같이 이웃하는 공구경로상에 있는 절삭타원에 의해서 결정되는데, 최적화 과정에서 이 값을 정확히계산하는 것은 현실적으로 거의 불가능하여서, 본 발명에서는 도 9a에 도시된 바와 같이 임의의 공구자세에 대해 근사적으로 커섭높이를 계산하는데, 공구진행방향의 왼쪽에서 구한 좌측커섭높이(hl)와 오른쪽에서 구한 우측커섭높이(hr) 중에서 큰 값을 커섭높이로 결정하게 된다.The height of engagement at a given tool contact point is determined by the cutting ellipses on the neighboring toolpaths as shown in FIG. 8, which is virtually impossible to accurately calculate during the optimization process, as shown in FIG. As shown in Fig. 3, the approximate engagement height is calculated for any tool posture, and the larger value is calculated from the left interference height (h l ) obtained from the left in the tool direction and the right interference height (h r ) obtained from the right. Will be decided.
상기 우측커섭높이(hr)는 공구진행방향에 수직한 평면상에서 공구접촉점(r c)으로부터 오른쪽으로 경로간격(L)의 1/2거리에 있는 가공곡면상의 점(p s)을 구하고, 이 점에서 법선벡터(n s)의 방향으로 절삭타원까지의 거리를 계산하여 구하게 되는데, 만약 도 9b에 도시된 바와 같이 법선벡터가 공구 몸통의 외곽선과 교차하는 경우에는 이 교차점까지의 거리를 우측커섭높이로 하고, 도 9c에 도시된 바와 같이 법선벡터가 절삭타원이나 외곽선과 교차하지 않는 경우에는 아주 큰 값을 우측커섭높이로 간주한다. 한편, 상기 좌측커섭높이(hl)도 우측커섭높이와 동일한 방법으로 구하게 된다.The right interference height (h r ) is a point on the machining surface ( p s ) at a half distance of the path distance (L) from the tool contact point ( r c ) to the right on a plane perpendicular to the tool progress direction, This is obtained by calculating the distance from the point to the cutting ellipse in the direction of the normal vector ( n s ). If the normal vector intersects the outline of the tool body as shown in FIG. 9B, the distance to this intersection is right-handed. If the normal vector does not intersect the cutting ellipse or the outline as shown in Fig. 9C, a very large value is regarded as the right interference height. On the other hand, the left talk height (h l ) is also obtained by the same method as the right talk height.
도 10a는 역구배가 있는 곡면가공에서 임의의 공구접촉점에 대한 최적의 공구자세가 가능해 영역의 경계에 있음을 도시하고 있는 한편, 도 10b는 경사각(α) 및 회전각(β)으로 이루어진 2차원 영역 전체를 일정 간격의 그리드로 분할하여 각 그리드점에서의 커섭높이를 나타내는데, 최적의 공구자세는 영역의 경계에 있는 검은 점으로 표시되어 있다. 또한, 도 10c는 공구자세 최적화 알고리듬을 이용하여 구한 가능해 영역의 경계와 최적의 공구자세를 도시하고 있다.FIG. 10A shows that the optimum tool posture for any tool contact point is possible at the boundary of the area in the inverted-grade curved surface, while FIG. 10B shows the two-dimensional area consisting of the inclination angle α and the rotation angle β. The whole is divided into grids at regular intervals to represent the height at each grid point. The optimal tool posture is indicated by black dots at the boundary of the area. FIG. 10C also shows the boundary of the area and the optimal tool posture obtained by using the tool posture optimization algorithm.
본 발명에 따른 공구자세의 최적화는 윈도우즈 엔티(Windows NT) 환경에서 C++언어로 구현되는 바, 도 11a 내지 도 11f는 여러 가지 복합곡면에 대해 공구자세 최적화 알고리듬을 적용한 예들을 도시하고 있다.The optimization of the tool posture according to the present invention is implemented in the C ++ language in the Windows NT environment, and FIGS. 11A to 11F illustrate examples of applying the tool posture optimization algorithm to various complex surfaces.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 계산과정이 단순하고 실제적인 최적의 가공상태를 보다 잘 반영할 수 있는 근사적인 커섭높이 계산방법과 5축 수치제어가공의 특성 및 경계탐색 알고리듬을 이용하여 커섭높이를 최소화는 최적의 공구자세를 효율적으로 결정할 수 있게 되는 최적화 방법을 제공함으로써, 복합곡면 가공에서 5축 수치제어가공의 이점을 충분히 활용할 수 있게 된다.As described above, according to the present invention, the calculation height is simplified by using an approximate method of calculating the height that can better reflect the optimum processing state and the characteristics of the 5-axis numerical control processing and the boundary search algorithm. Minimization provides an optimization method that enables the efficient determination of the optimum tool posture, thereby fully exploiting the benefits of 5-axis numerical control in complex curved machining.
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