KR101535305B1 - 선삭 가공 시스템에서의 공구 경로 생성 방법 - Google Patents

선삭 가공 시스템에서의 공구 경로 생성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 선삭 가공시스템에서의 공구 경로 생성 방법에 관한 것으로서, (A) 형상 옵셋 단계(S 10)와, (B) 가상벽 생성 단계(S 20)와, (C) 간섭영역의 생성 및 형상 수정 단계(S 30, S 40)와, (D) 닫힌 형상 형성 단계(S 50)와, (E) 절단면 형성 단계(S 60)와, (F) 공구 경로 생성 단계(S 70, S 80)와, (G) 미가공 영역 탐색 단계(S 90)와, (H) 미절삭 영역 공구 경로 생성 단계( S 110)를 포함한다.
본 발명은 직선 뿐만 아니라 원호로 이루어진 형상에서도 공구의 공구각에 의해 발생하는 간섭영역을 회피할 수 있는 공구경로를 생성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 여러 종류의 가공법(내경, 외경, 단면 가공 등)에 대해서 간섭영역을 정의하고 회피할 수 있는 일관된 방법을 제시함으로써 다양한 가공법(내경, 외경, 단면 가공 등)에 대해서도 공구경로를 효과적 생성할 수 있게 되므로 공구경로 생성의 효율을 높였다.
선삭, 공구, 경로, 공구각, 간섭 영역, 형상, 가공

Description

선삭 가공 시스템에서의 공구 경로 생성 방법{Tool Path Generating Method in Turning Machining System}
본 발명은 선삭 가공 시스템에 관한 것이고, 보다 상세하게는 선삭 가공시스템에서의 공구 경로 생성 방법에 관한 것이다.
일반적인 컴퓨터 수치제어(computerized numerical control, CNC) 공작기계에서 사용자가 가공 프로그램을 작성할 경우, 단순한 형상만이 아니라 복잡하고 다양한 형상을 가공할 수 있는 프로그램을 작성할 수 있어야 한다. 복잡한 형상을 가공하기 위하여 사용자가 직접 기계 명령어를 프로그램 하는 것은 매우 힘들기 때문에 기계 명령어를 자동으로 프로그램하는 장치가 필요하며 이 장치가 공구경로 자동 생성장치이다. 이러한 장치에는 기계사용자의 가공 노하우가 담겨 있으며, 최근에는 단지 공구경로 만을 생성하지 않고 공구충돌, 미절삭 등을 탐지하는 기능이 포함되고 있다.
한편, 이러한 선삭용 공구경로에 있어서는 공구의 공구각에 따라 실질적으로 가공을 할 수 없는 간섭 영역이 필연적으로 발생하는 바, 간섭 영역을 회피하는 공구경로의 생성 방법이 요구되고 있다.
그러나, 종래의 선삭용 공구경로 생성법은 직선으로만 이루어진 형상에서 간섭영역을 회피하는 공구경로를 생성하는 경우가 대부분이었다.
또한, 형상에서 원호를 고려하는 경우라고 할지라도 간섭영역의 시작점을 단순히 원호상의 접점으로만 고려하였기 때문에, 도 12와 같이 간섭영역의 시작점(P)이 원호상의 접점이 아니라 교차점인 경우에는 간섭영역을 회피하는 공구경로를 생성하지 못한다는 문제가 있었다.
본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 본 발명의 기술적 과제는 직선 및 원호를 포함하는 형상에서도 피삭재와 공구 간의 간섭영역을 효과적으로 회피하는 공구경로를 생성하는 것을 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 내경, 외경 가공 및 단면 가공 등 다양한 공구경로 생성시 공통된 공구 경로 생성 알고리즘을 고안함으로써 공구경로 생성 효율을 높이는 것을 기술적 과제로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 선삭 가공 시스템에서의 공구 경로 생성 방법은 (A) 사용자로부터 입력되거나 도면에 나타난 형상을 인식하여 하나 이상의 형상 요소로 분리하고 입력된 형상을 가공여유만큼 옵셋하는 형상 옵셋 단계(S 10)와, (B) 공작물 치수를 고려한 가상벽을 생성하는 가상벽 생성 단계(S 20)와, (C) 공구 정보를 입력받고 공구의 공구각에 의해 발생하는 간섭영역을 생성하고, 상기 형상 요소들의 형상 작업축과 상기 공구의 공구각을 기초로 상기 각 형상 요소별로 간섭 영역 발생 여부를 판별하여 간섭 영역이 발생하지 않도록 형상 요소를 수정하는 형상 수정 단계(S 30, S 40)와, (D) 수정된 형상을 닫힌 형상으로 만드는 닫힌 형상 형성 단계(S 50)와, (E) 가공 깊이 방향으로 절단면을 형성하는 절단면 형성 단계(S 60)와, (F) 상기 절단면과 상기 형상 요소들과의 교점 을 구하여 이 교점으로부터 공구 경로를 생성하는 공구 경로 생성 단계(S 70, S 80)와, (G) 상기 (C) 단계에서 미가공 영역 - 상기 간섭 영역에 포함된 형상 요소 - 가 존재하는지 탐색하는 미가공 영역 탐색 단계(S 90)와, (H) 미가공 영역이 탐색된 경우 상기 미가공 영역을 가공할 수 있는 공구로 공구를 변경하고 미절삭 영역 공구 경로를 생성하는 미절삭 영역 공구 경로 생성 단계( S 110)를 포함한다.
한편, 바람직한 실시예에 따르면 상기 (C) 단계에서 형상 요소가 직선인지 원호인지 여부에 따라 간섭 영역 여부를 달리 판단할 수 있다.
즉, 상기 형상 요소가 직선인 경우에는 상기 형상 요소와 상기 형상 작업축이 이루는 각도가 상기 공구의 공구각의 절대값보다 큰 경우에 간섭 영역에 포함된 것으로 판단하도록 구성될 수 있다.
그리고 상기 형상 요소가 원호인 경우에는, 형상 작업축과 180도+공구각을 갖는 가상선이 상기 원호에 접하고 인접한 타 형상 요소와 교점이 있다면 상기 원호를 간섭 영역에 포함된 것으로 판단하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 가상선이 상기 형상 요소인 원호와 교차하는 경우에는 상기 원호의 시작점 또는 끝점의 위치가 형상 작업축을 기준으로 원호를 포함하는 원 상에 위치하는 각도(θ1, θ2)가 90도+공구각과 270도+공구각 사이 또는 -90도+공구각과 90도+공구각 사이에 존재하는 경우 간섭 영역에 포함된 것으로 판단하도록 구성될 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따르면, 직선 뿐만 아니라 원호로 이루어진 형상에서 도 공구의 공구각에 의해 발생하는 간섭영역을 회피할 수 있는 공구경로를 생성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 여러 종류의 가공법(내경, 외경, 단면 가공 등)에 대해서 간섭영역을 정의하고 회피할 수 있는 일관된 방법을 제시함으로써 다양한 가공법(내경, 외경, 단면 가공 등)에 대해서도 공구경로를 효과적으로 생성할 수 있게 되므로 공구경로 생성의 효율을 높인다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 선삭 가공 시스템의 구성도를 설명한 도면으로서 도 1(a)는 본 발명에 따른 선삭 가공 시스템의 전체 구성도이고, 도 1(b) 내지 도 1(d)는 상세 구성도이다.
도 1(a)에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 선삭 가공 시스템은 형상 입력부(100)와, 공구 정보 입력부(200)와, 수정 형상 생성부(300)와, 공구 경로 생성부(400)와, 시스템 구동부(500)와, 가공부(600)와, 형상 요소 DB(700)와, 미가공영역 DB(800)와, 공구 정보 DB(900)로 구성된다.
형상 입력부(100)는 사용자로부터 입력되거나 도면에 나타난 형상을 인식하여 하나 이상의 형상 요소(C0, C1, ... Cn)로 분리한다(도 4, 도 5 참조).
공구 정보 입력부(200)는 공구 정보를 입력받는다.
수정 형상 생성부(300)는 형상 입력부(100)에서 인식된 형상 요소를 따라 상 기 공구 정보 입력부(200)에 입력된 공구를 순환시킬 경우 각 형상 요소별로 간섭 영역의 발생 여부를 판별하고 간섭 영역이 발생하지 않도록 형상 요소를 수정한다. 수정 형상 생성부(300)는 미가공 영역으로 판단된 형상 요소를 형상 요소 DB(700)에서 미가공 영역 DB(800)로 이동시켜 저장시키고, 미가공 요소를 수정하여 간섭 영역에 포함되지 않도록 수정된 수정 형상 요소를 형상 요소 DB(700)에 저장한다.
공구 경로 생성부(400)는 수정 형상 생성부(300)에서 생성된 형상과 공구 정보 입력부(200)에 입력된 공구의 절단면과의 교점으로부터 공구 경로를 생성한다.
시스템 구동부(500)는 공구 경로 생성부(400)에서 생성된 공구 경로를 수치제어(NC) 코드로 변환하고 이로부터 기계 구동 신호를 발생시킨다.
가공부(600)는 시스템 구동부(500)의 기계 구동 신호에 따라 상기 공구로 가공을 수행한다.
형상 요소 DB(700)에는 형상 입력부(100)로 입력된 형상이 복수개의 형상 요소로 구분된 후 저장된다.
미가공 영역 DB(800)에는 수정 형상 생성부(300)의 미가공 영역 판단부(320)에서 미가공 영역으로 판단된 형상 요소(간섭 영역에 포함되는 형상 요소)가 저장된다.
수정 형상 생성부(300), 공구 경로 생성부(400) 및 시스템 구동부(500)의 상세 구성에 대해서는 도 1(b) 내지 도 1(d)를 참조로 설명한다.
도 1(b)에는 수정 형상 생성부(300)의 상세 구성이 도시되어 있다. 도시된 것과 같이, 수정 형상 생성부(300)는 간섭 영역 생성부(310), 미가공 영역 판단 부(320) 및 형상 수정부(330)로 구성되어 있다.
간섭 영역 생성부(310)는 형상 입력부(100)에서 인식된 형상 요소의 형상 작업축과 상기 공구의 공구각을 기초로 각 형상 요소별로 간섭 영역의 발생여부를 판단하여 간섭 영역을 생성한다. 형상 작업축은 공구의 공구각 종류에 따라 그 방향이 상이하게 결정되는 바, 공구의 공구각이 부절삭날(β)인 경우에는 절삭방향과 동일한 방향으로, 공구의 공구각이 절삭날(α)인 경우에는 절삭방향과 반대방향으로 설정된다(도 4 및 도 5 참조).
미가공 영역 판단부(320)는 간섭 영역에 포함된 형상 요소를 미가공 영역으로 판단한다.
형상 수정부(330)는 미가공 영역으로 판단된 형상 요소가 간섭 영역에 포함되지 않도록 수정하여 수정된 형상 요소를 생성한다.
도 1(c)에는 공구 경로 생성부(400)의 상세 구성이 도시되어 있다. 도시된 것과 같이, 상기 공구 경로 생성부(400)는 절단면 생성부(410), 1차 공구 경로 생성부(420), 미가공 영역 탐색부(430) 및 미절삭 영역 공구 경로 생성부(440)로 구성되어 있다.
절단면 생성부(410)는 가공 깊이 방향으로 절단면을 생성한다.
1차 공구 경로 생성부(420)는 형상 수정부(330)에서 생성된 형상과 절단면과의 교점을 구하고 각 교점을 최단 경로로 연결함으로써 공구 경로를 생성한다.
미가공 영역 탐색부(430)는 미가공 영역 판단부(320)에 의해 판단된 미가공 영역이 존재하는지 여부를 탐색한다.
미절삭 영역 공구 경로 생성부(440)는 미가공 영역 탐색부(430)에서 미가공 영역이 탐색된 경우 미가공 영역을 가공할 수 있는 공구로 공구를 변경하고 미절삭 영역 공구 경로를 생성한다.
도 1(d)에는 시스템 구동부(500)가 도시된다. 도시된 것과 같이, 시스템 구동부(500)는 공구 경로 생성부(400)에서 생성된 공구 경로를 수치 제어 코드로 변환하는 수치 제어 코드 변환부(510)와 수치 제어 코드로부터 기계축 구동 신호를 발생시켜 기계를 구동시키기 위한 제어 신호를 생성하는 수치 제어 장치(520)로 구성된다.
이상 설명한 구성에 따라 본 발명에 따른 선삭 가공 시스템에서의 공구 경로 생성 방법을 도 2 및 도 3을 참조로 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 선삭 가공 시스템에서의 공구 경로 생성 방법의 전체 흐름도이고, 도 3은 이에 대한 상세 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 선삭 가공 시스템은 형상 옵셋 단계(S 10)와, 가상벽 생성 단계(S 20)와, 형상 수정 단계(S 30, S 40)와, 닫힌 형상 형성 단계(S 50)와, 절단면 형성 단계(S 60)와, 절단면의 교점을 계산하는 교점 계산 단계(S 70)와, 공구 경로 생성 단계(S 80)와, 미가공 영역 탐색 단계(S 90) 및 미절삭 영역 공구 경로 생성 단계( S 110)로 구성된다.
도 2에는 형상 옵셋 단계(S 10)와 형상 수정 단계(S 30, S 40) 사이에 가상벽 생성 단계(S 20)가 포함되어 있으나, 가상벽 형성 단계(S 20)는 필수적으로 요구되는 것은 아니며 생략 가능하다. 즉, 형상 옵셋 단계(S 10) 다음에 곧바로 형 상 수정 단계(S 30, S 40)가 수행되도록 구성할 수도 있다.
도 2에는 형상 옵셋 단계(S 10)가 형상 수정 단계(S 30, S 40) 보다 먼저 수행되는 것으로 도시되어 있으나, 형상 옵셋 단계(S 10)는 형상 수정 단계(S 30, S 40) 이후에 수행되도록 구성할 수도 있다.
이하 각 단계별로 상세히 설명한다.
형상 옵셋 단계(S 10)에서는 최초에 사용자로부터 입력되거나 도면에 나타난 형상을 인식하여 하나 이상의 형상 요소(C0, C1,... Cn)로 분리하고 입력된 형상을 가공여유만큼 옵셋한다.
가상벽 생성 단계(S 20)는 공작물 치수를 고려한 가상벽을 생성하는 단계로서, 전술한 것과 같이 필수적으로 요구되지는 않는다. 즉, 형상 옵셋 단계(S 10) 이후에 본 단계를 생략하고 곧바로 형상 수정 단계(S 30, S 40)로 이행될 수 있다.
다만, 가공목적에 따라, 또는 바람직한 실시예에 따르면 형상 옵셋 단계(S 10)와 형상 수정 단계(S 30, S 40) 사이에 가상벽 생성 단계(S 20)를 수행할 수도 있다.
이 경우, 가상벽 생성 단계(S 20)는 공작물의 최저, 최고 높이값을 구하는 제 1단계와, 주어진 공구경로 시작 높이를 입력 받는 제 2단계와, 자동 높이 선택 기능이 있을 경우 제 1단계에서 구한 높이값과 제 2단계에서 입력 받은 높이 중 하나를 선택하여 저장하고, 자동 높이 선택 기능이 없을 경우 공구경로 시작 높이를 선택하여 저장하는 제 3단계로 구성될 수 있다. 여기서, 제 3단계에서 자동으로 선택되는 높이는 외경 가공일 경우 최대값이 되고, 내경 가공일 경우 최소값이 된 다.
형상 수정 단계(S 30, S 40)에서는 공구 정보를 입력받고 공구의 공구각에 의해 발생하는 간섭영역을 생성한다. 그리고, 상기 각 형상 요소별로 상기 형상 요소의 형상 작업축과 상기 공구의 공구각을 기초로 간섭 영역의 발생 여부를 판별하여 간섭 영역이 발생하지 않도록 형상 요소를 수정한다. S 30 및 S 40 단계에 구별하여 도시되었듯이 간섭 영역은 공구의 공구각이 절삭날각(major cutting edge angle)인지, 부절삭날각(minor cutting edge angle)인지 여부에 따라 상이하게 결정된다.
닫힌 형상 형성 단계(S 50)에서는 수정된 형상을 닫힌 형상으로 만든다.
절단면 형성 단계(S 60)에서는 가공 깊이 방향으로 절단면을 형성한다.
교점 계산 단계(S 70) 및 공구 경로 생성 단계(S 80)에서는 절단면과 수정 형상 요소들과의 교점을 구하여 이 교점으로부터 공구 경로를 생성한다.
미가공 영역 탐색 단계(S 90)에서는 형상 수정 단계(S 30, S 40)에서 미가공 영역(간섭 영역에 포함된 형상 요소)이 존재하는지 탐색한다.
미절삭 영역 공구 경로 생성 단계(S 110)에서는 미가공 영역이 탐색된 경우 상기 미가공 영역을 가공할 수 있는 공구로 공구를 변경하고 미절삭 영역 공구 경로를 생성한다.
도 2의 형상 수정 단계(S 30, S 40)에 대해서는 도 3을 참조로 보다 상세하게 설명한다. 도 3에 도시된 것과 같이 형상 수정 단계(S 30, S 40)는 S 120 내지 S 340 단계로 구성된다.
제 1 단계(S120)에서는 절삭 방향과 공구각의 종류에 따라 형상 작업축을 정의한다. 형상 작업축은 공구의 공구각 종류에 따라 그 방향이 상이하게 결정된다. 즉, 도 4, 10, 11에 도시된 것과 같이 공구의 공구각이 부절삭날(α)인 경우에는 형상 작업축은 공구의 이송방향과 반대 방향으로 설정되고, 도 5에 도시된 것과 같이 공구의 공구각이 절삭날(β)인 경우에는 형상 작업축은 공구 이송방향과 동일한 방향 으로 설정된다.
제 2 단계(S130, S320)에서는 형상 작업축의 방향에 따라 형상 요소를 순환한다. 즉, 도 4, 10, 11에서와 같이, 공구의 공구각이 부절삭날(α)인 경우에는 형상 작업축의 방향이 도면의 좌측에서 우측방향이므로 형상 요소(C0, C1,... Cn)의 순환도 좌측으로부터 우측방향으로 순환한다. 비슷한 방식으로, 도 5와 같이, 공구의 공구각이 절삭날(β)인 경우에는 형상 작업축의 방향이 도면의 우측에서 좌측방향이므로 형상 요소(C0, C1,... Cn)의 순환도 우측으로부터 좌측방향으로 순환한다.
제 3 단계(S140)에서는 순환 중인 형상 요소(C0, C1,... Cn)에서 간섭영역 발생 여부를 조사한다.
조사 결과, 간섭영역이 발생하지 않을 경우 현재 순환 중인 형상 요소를 형상 요소 DB(700)에 저장하고[제 4단계(S150)], 제 3단계에서 간섭영역이 발생할 경우 간섭영역을 생성한다[제 5단계(S160)].
그 다음, 제 6단계(S180)에서는 제4 단계(S 150)에서 순환, 검사된 후 형상 요소 DB(700)에 저장된 형상 요소들을 저장된 역순으로 순환(S170, S210, S220)하 며 제 5단계(S 160)에서 생성한 간섭영역과의 관계를 파악한다.
제 7단계(S190, S200)에서는 제 6단계(S180)에서 역순환 검사하는 형상 요소 중 간섭영역에 포함되는 형상 요소를 형상 요소 DB(700)에서 꺼내 미가공 영역 DB(800)에 저장한다.
제 8단계(S240, S250)에서는 제 6단계(S180)에서 역순환 검사하는 형상 요소와 간섭영역이 교점을 갖는 경우 간섭영역과 겹치지 않는 부분은 그대로 형상 요소 DB(700)에 남기고 겹친 부분은 미가공 영역 DB(800)에 저장한다.
제 9단계(S260)에서는 간섭영역으로부터 새로운 형상 요소를 생성하고 이를 형상 요소 DB(700)에 저장한다.
제10 단계(S270, S280, S290)에서는 제 2단계(S130, S320)에서 순환중인 형상과 제 5단계(S160)에서 생성한 간섭영역과의 관계를 파악하여, 간섭영역과 겹치지 않는 형상 요소는 형상 요소 DB(700)에 저장하고, 그렇지 않은 부분은 미가공 영역 DB(800)에 저장한다.
제 11단계(S300, S310)에서는 미가공 영역 DB(800)에 저장된 형상 요소들을 그룹화하고 미가공 영역으로 정의한다.
간섭영역 발생 여부의 판단에 대해서는 도 4 내지 도 12를 참조로 상세히 설명한다.
도 4는 공구의 공구각이 부절삭날각(β)인 경우에 발생하는 간섭 영역 경계선(X)과 간섭 영역(A)을 도시하고, 도 5는 공구각이 절삭날각(α)인 경우에 발생하는 간섭 영역 경계선(X)와 간섭 영역(A)을 도시한다.
간섭영역 생성을 위한 형상의 순환은 형상 작업축의 방향에 따른다. 따라서 도면에 나타난 C0가 시작 형상 요소가 되며 Cn은 끝 형상 요소가 된다.
공구각의 부호는 공구각에 해당하는 공구날의 위치가 형상 작업축 진행 방향의 왼쪽에 있으면 공구각의 부호는 양(+)의 값을 갖고(도 4), 공구날의 위치가 형상 작업축 진행 방향의 오른쪽에 있으면 음(-)의 값을 갖는다(도 5, 도 10, 도 11).
그리고, 형상 요소가 간섭영역에 포함되는지 여부는 현재 정의된 공구각의 부호에 따라 결정된다. 예로써, 도 4와 같이 현재 정의된 공구각의 부호가 양(+)일 경우 간섭영역 경계선(X) 벡터 진행 방향의 왼쪽에 있는 형상은 간섭영역 내에 존재하는 것으로 판단된다. 이와 유사하게 도 5, 도 10 및 도 11에 도시된 것과 같이, 현재 정의된 공구각의 부호가 음(-)일 경우에는, 간섭영역 경계선(X) 벡터 진행 방향의 오른쪽에 있는 형상이 간섭영역 내에 존재하는 것으로 판단된다.
즉, 간섭 영역 경계선(X) 은 각각 공구의 부절삭날각(β) 또는 절삭날각(α)과 나란한 방향으로 정의되고, 간섭 영역(A)은 간섭 영역 경계선(X)과 형상 작업축 사이의 영역으로 정의된다. 그리고, 도 1에 도시된 것과 같이 간섭 영역(A)에 포함된 형상 요소는 미가공 영역으로 판별되어 형상 요소 DB(700)에서 미가공 영역 DB(800)로 이동된다.
간섭 영역 발생 여부 판단은 형상 요소가 직선인 경우와 원호인 경우로 나누어 판단된다.
형상 요소가 직선인 경우
형상 요소가 직선인 경우는 도 6에 도시된 것과 같이 형상 요소와 형상 작업축이 이루는 각도(θ)의 절대값이 주어진 공구의 공구각(α) 절대값보다 큰 경우 간섭영역이 발생하는 것으로 판단한다.
형상 요소가 원호인 경우는 도 7에 도시된 것과 같이 간섭 영역의 시작점이 원호의 접점인 경우(L1)와 간섭 영역의 시작점이 원호의 시작점 또는 끝점인 경우(L2)로 나누어 판단한다.
형상 요소가 원호인 경우 1 - 간섭 영역의 시작점이 원호의 접점인 경우
본 케이스는 도 7의 L1과 같이, 형상 요소와 인접한 타 형상 요소와의 교점으로부터 형상 요소 방향으로 형상 작업축과 이루는 각도가 공구의 공구각+180도(α+π) [또는 공구각(α )]인 가상선(점선으로 도시)을 연장하였을 때, 이 가상선이 원호와 접점(P)에서 만나는 경우이다.
더 상세하게는, 도 8에 도시된 것과 같이 가상선(점선으로 도시)과 원호와의 접점(P)이 형상 작업축을 기준으로 원호를 포함하는 원 상에 위치하는 각도(θ)가 원호의 시작점(P1) 또는 끝점(P2)이 위치하는 각도(θ1, θ2) 사이에 존재하는 경 우이다.
형상 요소가 원호인 경우 2 - 간섭 영역의 시작점이 원호의 시작점 또는 끝점인 경우
본 케이스는 도 7의 L2와 같이 타 형상 요소와의 교점과 원호의 시작점 (P1) 또는 끝점(P2)을 잇는 가상선이 원호 자신과의 교점(P)에서 교차하는 경우로서, 도 12와 같은 경우에 발생한다.
이 경우에서 간섭 영역이 발생할 조건은 도 9에 도시된 것과 같이 외경 가공인 경우와 내경 가공인 경우 상이하게 결정된다.
즉, 외경 가공인 경우에는 도 9의 좌상단과 우상단에 도시된 것과 같이, 원호의 시작점(P1) 또는 끝점(P2)이 형상 작업축을 기준으로 상기 원호를 포함하는 원 상에 위치하는 각도(θ1, θ2)가 90도+공구각~270도+공구각 사이에 위치하는 경우에 간섭 영역이 발생한다. 도 9의 좌상단은 공구각이 부절삭날각(α)인 경우를, 우상단은 공구각이 절삭날각(β)인 경우를 각각 도시하고 있다.
외경 가공인 경우에 간섭 영역이 발생할 조건은 하기 수학식 1 및 2와 같다.
Figure 112009061954008-pat00001
Figure 112009061954008-pat00002
다음으로, 내경 가공인 경우에는 도 9의 좌하단과 우하단에 도시된 것과 같이, 원호의 시작점(P1) 또는 끝점(P2)이 형상 작업축을 기준으로 상기 원호를 포함하는 원 상에 위치하는 각도(θ1, θ2)가 -90도+공구각~90도+공구각 사이에 오는 경우에 간섭 영역이 발생한다. 도 9의 좌하단은 공구각이 부절삭날각(α)인 경우를, 우하단은 공구각이 절삭날각(β)인 경우를 각각 도시하고 있다.
내경 가공인 경우에 간섭 영역이 발생할 조건은 하기 수학식 3 및 4와 같다.
Figure 112009061954008-pat00003
Figure 112009061954008-pat00004
이상에서 설명한 형상 요소가 원호인 경우의 간섭영역(L1, L2) 발생 조건에서 공구각의 부호는 공구각에 해당하는 공구날의 위치가 형상 작업축 진행 방향의 왼쪽에 있으면 공구각의 부호는 양(+)의 값을 갖고(도 4), 공구날의 위치가 형상 작업축 진행 방향의 오른쪽에 있으면 음(-)의 값을 갖는다(도 5, 도 10, 도 11).
그리고, 형상 요소가 간섭영역에 포함되는지 여부는 현재 정의된 공구각의 부호에 따라 결정된다. 예로써, 도 4와 같이 현재 정의된 공구각의 부호가 양(+)일 경우 간섭영역 벡터 진행 방향의 왼쪽에 있는 형상은 간섭영역 내에 존재한다. 이와 유사하게 도 5, 도 10 및 도 11에 도시된 것과 같이, 현재 정의된 공구각의 부호가 음(-)일 경우 간섭영역 벡터 진행 방향의 오른쪽에 있는 형상이 간섭영역 내에 존재한다.
이상과 같은 형상 작업축과 공구각을 이용한 간섭영역 포함여부 검사 방법은 외경, 내경, 단면 가공에 일관적으로 적용된다.
한편, 바람직한 실시예에 따르면, 도 2의 절단면 형성 단계(S 60)는 이하의 4 단계로 구성될 수 있다.
(제1 단계) 축 방향 절삭 깊이와 가공 방향을 입력 받아 절단면의 옵셋 값과 옵셋 방향을 정함.
(제2 단계) 도 2의 닫힌 형상 형성 단계(S 50)에서 구한 닫힌 형상의 최고점을 지나는 절단면에서 제1 단계에서 구한 옵셋 값과 옵셋 방향에 따라 첫 옵셋 절단면을 구함.
(제3 단계) 제 2단계에서 구한 첫 옵셋 절단면에서 옵셋 방향으로 연속하여 옵셋 절단면을 구함.
(제4 단계) 도 2의 닫힌 형상 형성 단계(S 50)에서 구한 닫힌 형상의 최저점 이하로 옵셋 절단면이 지나갈 경우 옵셋 과정을 종료함.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 도 2의 공구 경로 생성 단계(S 80)는 하기의 8 단계로 구성될 수 있다.
(제 1단계) 도 2의 교점 계산 단계(S 70)에서 구한 교점을 가공 방향에 따라 정렬함.
(제 2 단계) 제 1단계에서 구한 교점들을 순차적으로 순환하며 형상을 가로 지르지 않는 교점들을 연결하여 공구경로를 구함
(제 3 단계) 도 2의 절단면 생성(S 60)단계에서 구한 연속된 옵셋 절단면을 순환하며 제 1단계와 제 2단계를 반복하여 수행함
(제 4 단계) 제 3단계로부터 생성한 공구경로들을 저장함
(제 5 단계) 제 4단계에서 저장한 공구경로들 사이에 형상이 존재할 경우 형상을 추종하는 경로를 공구경로들 사이에 추가함
(제 6 단계) 공구경로의 진입, 후퇴 정보를 사용자로부터 입력 받음
(제 7 단계) 제 6단계에서 입력 받은 진입, 후퇴 정보로부터 진입, 후퇴 공구경로를 생성함.
(제 8 단계) 제 4, 5 단계에서 생성, 저장한 공구경로들의 시작과 마지막 지점에 제 7단계에서 생성한 진입, 후퇴 공구경로를 추가적으로 삽입함.
이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였지만, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.
따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
도 1(a)는 본 발명에 따른 선삭 가공 시스템의 전체 구성도.
도 1(b) 내지 도 1(d)는 본 발명에 따른 선삭 가공 시스템의 상세 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 선삭 가공 시스템에서의 공구 경로 생성 방법의 전체 흐름도.
도 3은 도 2의 S 30 및 S 40 단계에 대한 상세 흐름도.
도 4는 공구의 공구각이 부절삭날각(β)인 경우에 발생하는 간섭 영역 경계선(X)과 간섭 영역(A)을 도시한 도면.
도 5는 공구각이 절삭날각(α)인 경우에 발생하는 간섭 영역 경계선(X)와 간섭 영역(A)을 도시한 도면.
도 6은 주어진 형상 요소가 직선인 경우 간섭영역이 발생하는 조건을 보여주는 도면.
도 7은 주어진 형상 요소가 원호인 경우 간섭영역이 발생하는 경우를 보여주는 도면.
도 8은 간섭영역 시작점이 원호의 접점일 경우 간섭영역이 발생하는 조건을 보여주는 도면.
도 9는 간섭영역 시작점이 원호의 접점이 아니라 원호의 시작점 또는 끝점일 경우 간섭 영역이 발생하는 조건을 보여주는 도면.
도 10은 내경 가공일 경우 형상 작업축과 공구각에 의한 간섭영역 정의를 보여주는 도면.
도 11은 단면 가공일 경우 형상 작업축과 공구각에 의한 간섭영역 정의를 보여주는 도면.
도 12는 간섭영역 시작점이 원호의 접점이 아니라 원호의 시작점 또는 끝점이 되는 경우를 설명하기 위한 예시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100: 형상 입력부 200: 공구 정보 입력부
300: 수정 형상 생성부 400: 공구 경로 생성부
500: 시스템 구동부 600: 가공부
700: 형상 요소 DB 800: 미가공영역 DB
900: 공구 정보 DB
C0 : 시작형상요소 Cn: 끝형상요소
X: 간섭영역 경계선 A: 간섭영역
α: 부절삭날각 β: 절삭날각
P1: 원호의 시작점 P2: 원호의 끝점
P: 원호와 간섭영역 경계선과의 접촉점
θ1: 원호의 시작점(P1)이 형상 작업축과 이루는 각도
θ2: 원호의 끝점(P2)이 형상 작업축과 이루는 각도

Claims (4)

  1. (A) 사용자로부터 입력되거나 도면에 나타난 형상을 인식하여 하나 이상의 형상 요소로 분리하고 입력된 형상을 가공여유만큼 옵셋하는 형상 옵셋 단계(S 10)와,
    (B) 공구 정보를 입력받고 공구의 공구각에 의해 발생하는 간섭영역을 생성하고, 상기 각 형상 요소별로 상기 형상 요소의 형상 작업축과 상기 공구의 공구각을 기초로 간섭 영역의 발생 여부를 판별하여 간섭 영역이 발생하지 않도록 형상 요소를 수정하는 형상 수정 단계(S 30, S 40)와,
    (C) 수정된 형상을 닫힌 형상으로 만드는 닫힌 형상 형성 단계(S 50)와,
    (D) 가공 깊이 방향으로 절단면을 형성하는 절단면 형성 단계(S 60)와,
    (E) 상기 절단면과 상기 형상 요소들과의 교점을 구하여 이 교점으로부터 공구 경로를 생성하는 공구 경로 생성 단계(S 70, S 80)
    를 포함하는 선삭 가공 시스템에서의 공구 경로 생성 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    (F) 상기 (B) 단계에서 미가공 영역이 존재하는지 탐색하는 미가공 영역 탐색 단계(S 90)와,
    (G) 미가공 영역이 탐색된 경우 상기 미가공 영역을 가공할 수 있는 공구로 공구를 변경하고 미절삭 영역 공구 경로를 생성하는 미절삭 영역 공구 경로 생성 단계( S 110)
    를 더 포함하는 선삭 가공 시스템에서의 공구 경로 생성 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 (B) 단계에서
    (B-1) 상기 형상 요소가 직선인 경우에는 상기 형상 요소와 상기 형상 작업축이 이루는 각도가 상기 공구의 공구각의 절대값보다 큰 경우에 간섭 영역에 포함된 것으로 판단하는 단계
    를 더 포함하는 선삭 가공 시스템에서의 공구 경로 생성 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 (B) 단계에서
    (B-2) 상기 형상 요소가 원호인 경우에는,
    상기 형상 작업축과 180도+공구각의 각도를 갖는 가상선을 생성하였을 때,
    상기 가상선이 상기 형상 요소인 원호와 접점으로 만나는 경우에는 상기 원호를 간섭 영역에 포함된 것으로 판단하고,
    상기 가상선이 상기 형상 요소인 원호와 교차하는 경우에는 상기 원호의 시작점 또는 끝점이 상기 형상 작업축을 기준으로 상기 원호를 포함하는 원 상에 위치하는 각도(θ1, θ2)가 90도+공구각과 270도+공구각 사이 또는 -90도+공구각과 90도+공구각 사이에 존재하는 경우 상기 원호를 간섭 영역에 포함된 것으로 판단하는 단계
    를 더 포함하는 선삭 가공 시스템에서의 공구 경로 생성 방법.
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