KR100682274B1 - 캠밀러에 의한 캠프로파일 절삭제어방법 - Google Patents

캠밀러에 의한 캠프로파일 절삭제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 캠샤프트의 프로파일 절삭가공을 위한 캠밀러의 커터를 X축방향으로 주축의 회전과 동기제어하는 방법에 관한 것으로 CAD파일로 측정한 프로파일치수에 커터의 이송을 제어하는 X축으로 증분량만큼 값을 취하고 증분량을 빗변으로 하는 sin값을 산출하고 sin값에 cos값을 더한 좌표를 구하고, X축좌표, Y축좌표를 구하여 이를
Figure 112005078336668-pat00001
로 하여 중심으로부터의 거리 RR을 구하고 이값에서 최소반원경 R를 뺀 RH값을 구하여 캠밀러의 커터를 x축방향으로 제어하게 하여 프로파일 형성을 위한 예비가공 없이 한 번의 절삭으로 완전한 프로파일을 가공할 수 있게 한 것을 특징으로 한다.
캠밀러, 캠프로파일, 증분량, 과절삭, 보정

Description

캠밀러에 의한 캠프로파일 절삭제어방법{A cutting control method which is the CAM profile by the CAM miller}
도 1은 본 발명 테이블1에 대한 정량적 관계식을 유도하기 위해 나타낸 기하학적 도형
도 2는 도 1의 증분량에 대한 상세도면
도 3은 도 2의 증분량에 대한 부분만 확대한 도면
도 4는 캠과 커터의 가상가공 도형에 대한 과절삭량과 보정위치를 나타내는 도면
도 5는 보정수식유도를 위한 가공도면의 확대도
도 6은 본 발명 캠프로파일 절삭가공의 플로우챠트
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10. 커터
20. 캠
30. 프로파일
본 발명은 자동차용 캠샤프트를 절삭가공하는 설비인 캠밀러(CAM Miller)에서 캠프로파일을 형성하는 공구이송데이터를 생성하는 방법에 관한 것이다.
자동차엔진에는 크랭크회전각에 따른 흡배기밸브조작을 위해 캠샤프트를 구비하고 있고 이는 가속성능이나 고속성능 등 엔진의 기능을 높이기 위하여 캠의 형상을 정밀하게 가공되어져야 할 필요가 있다.
캠샤프트용 소재는 단조, 주조 또는 소결하는 방식 등이 알려져 있으나 근래에는 가공공정의 단축 등을 위하여 환봉(Solid Bar)을 직접 절삭가공하는 방법이 보급되고 있으며 캠프로파일을 형성하는 가공공정은 소재에 센터가공 후 캠밀러로 0.5mm정도의 여유치수를 두고 절삭하여 캠프로파일을 형성하고 고주파 열처리후 캠의 표면을 정확한 수치로 연삭하여 완성한다.
캠밀러에 의한 캠프로파일의 절삭형성은 캠의 형상을 특정하는 데이터에 의하여 커터의 지름에 따라서 주축의 회전각과 공구이송축의 위치관계를 나타내는 공구이송데이터를 생성하고 생성된 데이터에 따라서 주축의 회전위치와 공구의 위치를 동기제어하는 방법으로 가공된다.
종래 공구이송데이터의 생성은 CAD/CAM 데이터의 레이아웃에 의하여 캠의 회전각 1°마다 점렬로 각각의 위치를 측정하여 공구의 이송데이터를 작성하였으나 캠의 직경은 30~40mm정도이고 회전공구인 커터의 직경은 대략 450mm정도이므로 가 공시에 캠의 직경과 커터와의 직경차이로 인하여 도 4에서 도시된 것과 같은 과절삭이 발생하게 되었으므로 과절삭을 방지하기 위하여 1차 가공으로 과절삭이 방지되도록 가공하고 다시 2차 절삭으로 캠의 프로파일을 마무리 가공하였다.
그러나 상기와 같이 CAD도면을 이용하여 1°마다 각각의 수치를 측정하는 것은 많은 시간과 인력이 소요되었고 과절삭을 위하여 1·2차로 나누어 절삭함에 따라 생산성이 저하된다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로 캠곡선을 기초로 한 캠프로파일 수식을 유도하여 절삭량과 여유량을 감안한 곡선데이터에 의하여 형상오차를 보정한 캠밀러 제어프로그램을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 캠프로파일 가공시 캠밀러설비의 이상유무를 자가진단하고 사용자중심의 대화형 가공프로그램을 내장하여 형상오차보정을 자동보상할 수 있는 제어장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 가공된 캠프로파일을 모니터에서 확인할 수 있게 하여 데이터오류유무를 점검하고 캠밀러에서 캠프로파일을 자체검사하여 검사를 위한 공정간 이동을 불필요하게 하는 것이다.
캠프로파일은 종동절의 운동을 직접 관장하기 때문에 캠프로파일(30)의 치수 및 형상은 종동절의 구동변위, 속도, 가속도, 상승운동, 하강운동 등의 운동메카니즘을 구성한다.
자동차회사에서는 엔진의 출력과 연비에 직접 영향을 미치는 캠프로파일(30)의 형상과 치수설계에 많은 노력을 기울이고 있고 설계된 캠프로파일(30)에 대한 자료는 회사의 노하우로서 유출을 엄격히 통제하고 있다.
따라서 캠프로파일(30)의 구성수식을 정확하게 구하는 것이 불가능하므로 현재 제작중인 캠프로파일(30)에 대한 최소원의 직경과 캠프로파일(30)에서 최소직경을 뺀 캠프로파일(30)과의 차이를 주어진 치수로 하여 각도에 따른 캠프로파일(30)의 기초수식을 유도한다.
이렇게 유도된 수식을 가공시 캠(20)과 밀러의 커터(10)직경에 따른 과절삭되는 부분을 수정보정하기 위하여 캠프로파일(30)과 최소원의 차이에 대한 X축 방향의 거리를 구해 가공시 과절삭방지를 위해 가공축을 이동시켜 과절삭을 방지하는 프로그램을 개발한다.
테이블1은 CAD도면에서 1°마다 각각의 치수를 CAD파일로 직접 측정하여 작성한 캠프로파일 치수의 일시시예이다.
<테이블Ⅰ>
각도 최소원과의 차이 중심으로부터의 거리
2 13.035 55.035
4 13.035 55.035
44 11.650 53.650
46 11.514 53.514
48 11.372 53.372
50 11.212 53.212
52 11.048 53.048
54 10.878 52.878
94 10.707 47.997
96 10.535 47.651
98 10.356 47.323
100 10.168 47.010
102 9.973 46.716
104 9.773 46.427
120 7.819 44.424
122 7.531 44.214
124 7.242 44.009
도 1은 테이블1에 대한 정량적 관계식을 유도하기 위해 나타낸 기하학적 도형을 나타내고 있다. 그림에서 RR은 증분량에 따른 중심으로부터의 거리이고, RH는 프로파일(30)과 최소원과의 차이를 나타내고 있다.
도 2는 증분량에 대한 상세도면을 나타내고 있고, 도 3은 증분량에 대한 부분만 확대하여 나타낸 그림이다.
도면에서 미소부분의 경우 원에 가깝다고 가정을 한다면 중심선에서 수선의 발을 내리면 중심각 각B와 각각 엇각으로 동일하고 작은 삼각형의 각B는 합이 90도가 되어야하므로 각B와 동일하다.
따라서 X축의 경우 증분량만큼 (-)값을 취하며 증분량은 각B에 대한 증분량을 빗변으로한 sin값이 된다. 그리고 Y축의 값은 증분량만큼 더해주어야 하며 증분량을 빗변으로한 cos값을 더해주어야 한다.
이렇게 X축좌표, Y축좌표를 구해 이를
Figure 112005078336668-pat00002
을 하면 중심으로부터의 거리 RR을 구할 수 있고, 이 값에서 최소원반경 R를 빼주면 RH값을 구할 수 있다.
테이블2는 위에서 구한 정량화 된 수식을 바탕으로 정리된 각각의 각도에 따른 RH 및 RR값을 나타내고 있다.
<테이블2>
각도 최소원과의 차이 증분량 최소원반경 X Y RR RH
3 13.0235 0 42 54.948092 2.879707 55.0235 13.0235
4 13.0235 0 42 54.889466 3.838245 55.0235 13.0235
5 13.0235 0 42 54.814119 4.795613 55.0235 13.0235
6 13.0231 -0.022918317 42 54.724073 5.728686 55.02310477 13.0231
7 13.0208 -0.13178032 42 54.626743 6.574549 55.02095781 13.02096
8 13.0166 -0.240642324 42 54.514673 7.418529 55.01712628 13.01713
9 13.0103 -0.360963486 42 54.389499 8.248986 55.01148426 13.01148
10 13.002 -0.475555069 42 54.248976 9.082665 55.00405582 13.00406
11 12.9917 -0.590146652 42 54.093953 9.913605 54.99486651 12.99487
12 12.9794 -0.704738235 42 53.924492 10.74152 54.98391656 12.98392
13 12.9651 -0.819329817 42 53.740658 11.56612 54.97120628 12.97121
14 12.9488 -0.9339214 42 53.542522 12.38714 54.95673599 12.95674
15 12.9304 -1.054242562 42 53.331551 13.19871 54.94051576 12.94052
16 12.91 -1.168834145 42 53.105055 14.01169 54.9224387 12.92244
17 12.8876 -1.283425728 42 52.864511 14.82023 54.90260299 12.9026
18 12.8632 -1.398017311 42 52.610016 15.62406 54.88100916 12.88101
19 12.8368 -1.512608894 42 52.341671 16.42291 54.85765781 12.85766
20 12.8083 -1.632930056 42 52.061451 17.21109 54.83261994 12.83262
테이블1과 테이블2는 전체적인 경향 및 치수는 유사하나 약간의 차이가 난다. 이는 CAM의 순간적인 변화량의 차이로 인한 것으로 생각되며 이는 추출한 값을 좀 더 세분화하여 작성한다면 대략 일치할 것으로 생각하며 또한 직접가공 및 드로잉을 반복하여 수정할 필요가 있다.
도 4는 캠(20)과 커터(10)의 가상가공도형에 대한 과절삭량과 보정위치를 나타낸 도면이다.
도 4에서 캠(20)의 직경은 30~40mm 내외이고, 커터(10)의 직경은 대략 450mm 정도가 된다. 이 경우 가공 시에 캠(20)의 직경과 커터(10)의 직경차이로 인하여 과절삭량이 발생하게 된다.
도 4에서 빗금친 부분이 과절삭이 발생하는 영역으로서 기존에는 가공공정에서 오절삭량을 피하기 위해 1차 가공으로 오절삭량을 포함하지 않도록 대략 1차 가공 후에 다시 2차 가공하는 등의 복잡한 공정을 수행하였다.
본 발명에서는 이러한 공정을 단축하여 가공전에 컴퓨터로서 캠프로파일(30)의 좌표위치를 인식하고, 커터(10)의 가공궤적을 미리 수행한 후에 그림과 같이 과절삭 된 부분에 대해서 보정하여 커터(10)위치를 이동한 궤적을 미리 수행하여 기존의 복잡한 공정을 현장에서 수행하지 않고 시뮬레이션을 거쳐 1차 공정으로 완전한 캠(20)을 가공할 수 있게 한다.
도 5는 보정수식유도를 위한 가공도면의 확대도를 나타내고 있다. 도면에서 RR값은 앞절에서 구한 중시에서 프로파일(30)까지의 거리를 나타내고 R은 커터(10)의 반경을 나타낸다. 따라서 여기에 교차되는 최대값을 구한 후 이 값에 대한 cos값을 취해주면 위치조정을 위한 거리를 계산할 수 있다.
프로그램상에서 데이터의 계산과 처리방법은 도 6의 절차에 의해서 실행된다.
테이블3은 프로그램에 의해 작성된 데이터이다.
실제 기계의 동작은 이 수치에 의해서 작동하게 되며, 과절삭없이 프로파일(30)의 설계치수를 그대로 적용가능하게 된다.
<테이블3>
RR RH distance1 distance2
55.0235 13.0235 54.94809 13.00565175
55.0235 13.0235 54.88947 12.99177542
55.0235 13.0235 54.81412 12.97394167
55.02310477 13.0231 54.72168 12.95176287
55.02095781 13.02096 54.61084 12.92390161
55.01712628 13.01713 54.4817 12.89044456
55.01148426 13.01148 54.3342 12.85129137
55.00405582 13.00406 54.16842 12.80649507
54.99486651 12.99487 53.98446 12.75611431
54.98391656 12.98392 53.78239 12.70018695
54.97120628 12.97121 53.5623 12.63875524
54.95673599 12.95674 53.32429 12.57186572
54.94051576 12.94052 53.06846 12.49957856
54.9224387 12.92244 52.79484 12.42184555
51.64920921 9.649209 20.18097 3.770248563
51.53953402 9.539534 19.30706 3.573574527
51.42814666 9.428147 18.43021 3.378747793
51.31505193 9.315052 17.55079 3.185937623
51.20025478 9.200255 16.66918 2.995312211
51.08376027 9.08376 15.78576 2.807038554
50.96478124 8.964781 14.90067 2.621050647
50.84499083 8.844991 14.01479 2.438012168
50.72351891 8.723519 13.12823 2.257815129
50.60037113 8.600371 12.24135 2.080620388
50.47555325 8.475553 11.35454 1.90658695
50.3481992 8.3482 10.46799 1.735690673
50.2201421 8.220142 9.582469 1.56847937
50.08952896 8.089529 8.69797 1.404734276
49.95825544 7.958255 7.815207 1.244947743
49.82534266 7.825343 6.934362 1.089079511
49.69079738 7.690797 6.0558 0.937274727
49.55365721 7.553657 5.179783 0.789574472
49.41496346 7.414963 4.306813 0.646258927
49.25778567 7.257786 3.436065 0.506279797
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 캠프로파일을 절삭함에 있어서 커터에 의한 과절삭을 방지할 수 있는 프로파일데이터에 의하여 예비절삭공정인 1차가공과 프로파일 형성을 위한 2차가공의 필요없이 한 번의 가공으로 완전한 프로파일을 얻 을 수 있게 하여 생산성을 향상할 수 있게 하는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 캠샤프트의 캠프로파일을 형성하는 데이터로 커터축을 주축의 회전각과 동기시켜 이송하는 데이터로 변환하여 캠프로파일을 절삭하는 캠밀러에 있어서,
    캠프로파일(30)에 대한 최소원의 직경과 캠프로파일에서 최소직경을 뺀 캠프로파일과의 차이를 치수로 유도한 기초수식에, 캠프로파일과 최소원의 차이에 대한 X축방향의 거리를 구하고, X축의 증분량만큼 (-)값을 취하여 각B에 대한 sin값을 구하고, Y축의 값은 증분량만큼 cos값을 더해주며, 이렇게 X축좌표 및 Y축좌표를 구해 이를
    Figure 112005078336668-pat00003
    을 하여 중심으로부터의 RR을 구하고 이 값에서 최소원반경(R)을 뺀 RH값을 구한 다음 이를 데이터로 하여 커터(10)구동축을 제어하여 절삭하는 것을 특징으로 하는 캠밀러에 의한 캠프로파일 절삭제어방법.
KR1020050135068A 2005-12-30 2005-12-30 캠밀러에 의한 캠프로파일 절삭제어방법 KR100682274B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102490105A (zh) * 2011-12-08 2012-06-13 重庆银钢一通凸轮科技有限公司 一种使用数控外圆磨床加工凸轮的方法及数控外圆磨床
CN102672579A (zh) * 2012-06-08 2012-09-19 重庆银钢一通凸轮科技有限公司 凸轮磨床靠模的加工方法及凸轮轴的加工方法

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