KR101744486B1 - 5축 cnc 가공기계를 이용한 롤러기어캠의 가공방법 - Google Patents

5축 cnc 가공기계를 이용한 롤러기어캠의 가공방법 Download PDF

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    • B23F5/00—Making straight gear teeth involving moving a tool relatively to a workpiece with a rolling-off or an enveloping motion with respect to the gear teeth to be made
    • B23F5/20—Making straight gear teeth involving moving a tool relatively to a workpiece with a rolling-off or an enveloping motion with respect to the gear teeth to be made by milling

Abstract

본 발명은 5축 CNC 가공기계를 이용한 롤러기어캠의 가공방법에 관한 것으로, 각도선도 정의단계, 황삭가공 정의단계 및 정삭가공 정의단계로 이루어지는 5축 CNC 가공기계를 이용한 롤러기어캠의 가공방법에 있어서, 상기 정삭가공 정의단계는 드럼캠(20)의 홈(22) 중 각 끝단 지점에서 추가적인 절삭되도록 데이터를 추출하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 롤러가 드럼캠에 진입하거나 드럼캠으로부터 진출할 시 드럼캠과의 가공공차에 의한 충돌 및 내부응력의 급격한 해소로 인해 발생하는 소음을 최소화시킬 수 있다.

Description

5축 CNC 가공기계를 이용한 롤러기어캠의 가공방법 {Machining method of Roller Gear Cam using 5-Axis CNC Machine}
본 발명은 5축 CNC 가공기계를 이용한 롤러기어캠의 가공방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 5축 CNC 가공기계를 이용하여 롤러기어캠의 가공 시 롤러가 진입하거나 진출하는 부분을 추가적으로 가공하여 소음을 최소화시키는 5축 CNC 가공기계를 이용한 롤러기어캠의 가공방법에 관한 것이다.
연속되는 회전운동을 전달하기 위해서는 기어나 벨트 등이 사용되지만 임의의 회전각에 따른 각도 및 각속도를 조정하면서 운동을 전달할 필요가 있는 경우에는 회전형 종동절이 구비된 롤러기어캠(Roller gear cam)이 일반적으로 사용된다.
회전형 종동절과 캠이 구비되는 롤러기어캠은 종동절의 원주방향에 여러 개의 롤러가 설치되고, 홈이 형성된 캠의 경사면에 종동절의 롤러 2개가 동시에 접촉되어 캠의 회전에 의해 종동절이 홈의 방향에 따라 회전된다.
이러한 롤러기어캠은 백래시(Backlash)가 거의 없고 구름접촉으로 내구성이 뛰어나므로 인덱스 테이블(Index table), 자동공구교환장치(ATC, Auto Tool Changer) 등과 같이 정밀구동이 필요한 곳에 주로 사용된다. 하지만 분할 정밀도가 높아 공작기계에 사용되는 인덱스 테이블의 경우, 대부분 롤러기어캠이 사용되고 있음에도 이러한 5축 CNC 가공기술의 부족으로 인해 정밀한 인덱스 테이블의 생산이 곤란한 실정이다.
5축 CNC 가공기계를 사용하여 롤러기어캠을 적절히 가공하기 위해서는 롤러기어캠의 기구적 특성과 CNC 가공기계의 구조적 특성이 가공작업을 수행하기 위한 모델링에 반영될 수 있어야 하는데 현재 시판되고 있는 상용 CAM(Computer Aided Manufacturing)에는 이러한 기능이 제공되고 있지 않다.
따라서 롤러기어캠을 가공하기 위해서는 롤러기어캠의 기구적 특성과 5축 CNC 가공기계의 구조적 특성이 반영될 수 있는 전용 프로그램의 개발이 요구된다. 이러한 이유로 일부에서는 전용 프로그램을 자체 개발하여 사용하고 있으나, 공구의 형상을 가공 폭에 맞도록 제작하여 총형가공에 의해 가공하고 있는 실정이며, 이는 5축 가공에서의 인덱스 테이블 회전각에 대한 공구경로를 정확하게 구현하지 못한데서 비롯된다.
한편, 5축 CNC 가공기계는 경로 지정을 위해 3개의 위치좌표와 2개의 회전좌표가 필요하다. 즉, 5축 CNC 가공기계는 3축 CNC 가공기계와 달리 X, Y, Z 축(위치좌표)을 제외하고, 2개의 축이 회전 및 틸팅(Tilting)된다. 여기서 회전 및 틸팅되는 2개의 축은 총 3개의 축 중에서 선택되고, 어느 축이 회전/틸팅되는지에 따라 3가지 타입으로 구분된다.
도 1 내지 도 3은 5축 CNC 가공기계의 종류를 도시한 개념도로서, 도 1 내지 3에 각각 도시된 바와 같이 수평으로 설치된 A축 상에 설치된 C축을 중심으로 회전하는 AC-타입 5축 CNC 가공기계(도 1), 수평으로 설치되어 회전하는 B축의 상부에 수직으로 설치된 A축을 중심으로 회전하는 AB-타입 5축 CNC 가공기계(도 2), 수평으로 설치되어 회전하는 C축과 수평으로 설치되어 주축이 틸팅하는 B축을 구비한 BC-타입 5축 CNC 가공기계(도 3)가 있다. 이에 따라 5축 CNC 가공기계를 이용하여 공작물을 절삭하는 경우 어떠한 타입의 5축 CNC 가공기계를 사용하는지에 따라 정삭가공을 위한 공구의 현재 가공위치가 각각 다르다.
따라서 5축 CNC 가공기계의 공구경로를 정확하게 결정하기 위해서는 5축 CNC 가공기계의 주축 형식에 맞게 가공 데이터를 생성해야 한다.
이러한 요구에 맞춰 본 출원인은 정확한 5축 CNC 가공기계의 공구경로를 산출하기 위하여 '특허문헌 1' 및 '특허문헌 2'와 같이 5축 CNC 가공기계의 주축 형식에 따라 각도선도를 도출할 수 있는 방법에 대해 특허를 받은 바 있다.
그러나 종래에는 드럼캠의 홈의 가공 오차로 인해 롤러기어캠의 롤러가 상기 홈에 진입할 시 드럼캠과의 충돌 소음이 발생하고, 상기 홈으로부터 진출할 시 상기 드럼캠의 순간적인 내부응력 해소로 인한 소음이 발생되는 문제점이 있다. 이러한 문제점으로 인해 종래에는 그라인더나 줄을 이용해 드럼캠의 홈의 끝부분을 가공하였는데, 이와 같은 수작업으로는 정밀한 가공이 어려워 소음 해소율이 만족스럽지 못하였다.
KR 10-1200171 B1 (2012. 6. 12.) KR 10-1199037 B1 (2012. 11. 7.)
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 5축 CNC 가공기계를 이용하여 롤러기어캠의 가공 시 홈의 끝 부분에서 공구의 절삭 경로가 수정되도록 추가적인 옵셋량을 정의하는 5축 CNC 가공기계를 이용한 롤러기어캠의 가공방법을 제공하는 것이다.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 5축 CNC 가공기계를 이용한 롤러기어캠의 가공방법은 각도선도 정의단계, 황삭가공 정의단계 및 정삭가공 정의단계로 이루어지는 5축 CNC 가공기계를 이용한 롤러기어캠의 가공방법에 있어서, 상기 정삭가공 정의단계는 드럼캠(20)의 홈 중 각 끝단 지점에서 추가적인 절삭되도록 데이터를 추출하는 것을 기술적 특징으로 한다.
본 발명에 따른 5축 CNC 가공기계를 이용한 롤러기어캠의 가공방법은 롤러가 드럼캠에 진입하거나 드럼캠으로부터 진출할 시 드럼캠과의 충돌 및 내부응력 해소로 인해 발생하는 소음을 최소화시킬 수 있다.
도 1 내지 도 3은 5축 CNC 가공기계의 종류를 도시한 개념도
도 4는 본 발명에 따른 롤러기어캠을 도시한 정면도
도 5는 드럼캠의 회전각에 따른 종동절의 회전각의 변위량을 나타낸 캠곡선
도 6은 종동절의 정면도
도 7은 롤러 위치별 드럼캠의 회전각에 따른 종동절의 회전각의 변위량을 나타낸 캠곡선
도 8은 드럼캠에 유효하게 형성되는 캠곡선
도 9는 황삭가공 절삭단계에서 진행되는 공구의 위치를 도시한 개념도
도 10은 가공된 드럼캠을 도시한 개념도
도 11은 정삭가공 절삭단계에서 드럼캠의 가공순서를 도시한 개념도
도 12는 정삭가공 절삭단계에서 추가 절삭구간을 표시한 개념도
도 13은 도 12의 A부분의 확대도
아래에서는 본 발명에 따른 5축 CNC 가공기계를 이용한 롤러기어캠의 가공방법을 첨부된 도면을 통해 더욱 상세히 설명한다.
본 발명은 5축 CNC 가공기계를 이용한 롤러기어캠의 가공방법에 관한 것으로, 도 4는 본 발명에 따른 롤러기어캠을 도시한 정면도, 도 5는 드럼캠의 회전각에 따른 종동절의 회전각의 변위량을 나타낸 캠곡선, 도 6은 종동절의 정면도, 도 7은 롤러 위치별 드럼캠의 회전각에 따른 종동절의 회전각의 변위량을 나타낸 캠곡선, 도 8은 드럼캠에 유효하게 형성되는 캠곡선, 도 9는 황삭가공 절삭단계에서 진행되는 공구의 위치를 도시한 개념도, 도 10은 가공된 드럼캠을 도시한 개념도, 도 11은 정삭가공 절삭단계에서 드럼캠의 가공순서를 도시한 개념도, 도 12는 정삭가공 절삭단계에서 추가 절삭구간을 표시한 개념도 및 도 13은 도 12의 A부분의 확대도
본 발명에 따른 5축 CNC 가공기계를 이용한 롤러기어캠의 가공방법은 각도선도 정의단계, 황삭가공 정의단계 및 정삭가공 정의단계로 이루어진다.
본 발명에 따른 5축 CNC 가공기계를 이용한 롤러기어캠의 가공방법을 설명하기에 앞서, 간략하게 롤러기어캠(100)에 대해 설명한다.
도 4에 도시된 바와 같이 롤러기어캠(100)은 측면 둘레를 따라 다수 개의 롤러(12)가 설치되는 종동절(10); 및 롤러(12)가 삽입되는 홈(22)과, 홈(22) 사이에 형성되는 산(24)이 구비되는 드럼캠(20)으로 이루어진다.
따라서 드럼캠(20)이 회전되면 종동절(10)의 롤러(12)는 드럼캠(20)의 홈(22)의 형태에 따라 정지된 상태를 유지하거나 이동되어 종동절(10)이 정지 또는 회전된다. 구체적으로 드럼캠(20)의 홈(22)이 드럼캠(20)의 둘레방향과 평행한 형태로 이루어질 경우(이하 '직선구간'이라 한다) 드럼캠(20)이 회전하더라도 롤러(12)의 위치는 그대로 유지되므로 종동절은 정지된 상태를 유지하고, 드럼캠(20)의 홈(22)이 드럼캠(20)의 둘레방향과 평행하지 않은 형태로 이루어질 경우(이하 '곡선구간'이라 한다) 롤러(12)가 홈(22)을 따라 이동되어 종동절(10)은 회전된다.
이러한 롤러기어캠(100)의 설계와 가공 프로그램을 생성하기 위해서는 종동절(10)과 드럼캠(20)의 설치관계와 같은 기하학적인 조건이 필요한데, 구체적으로 드럼캠(20)의 직경과 폭, 드럼캠(20) 중심과 종동절(10)의 중심 간의 거리, 롤러(12)의 직경, 롤러(12) 간의 사이각, 롤러(12) 끝단과 종동절(10) 중심까지의 거리 등이 필요하다.
이와 같이 종동절(10)과 드럼캠(20)의 회전각에 대한 관계는 도 5와 같이 나타내고, 이웃하는 직선구간들을 연결하는 구간은 곡선구간이다. 이와 같은 곡선구간은 롤러(12)의 부드러운 운동을 위해 MS곡선, PN곡선, 싸이클로이드(Cycloid) 곡선 등 다양한 피팅(Fitting) 방법 중 어느 하나를 선택하여 사용할 수 있다.
아래에서는 본 발명에 따른 5축 CNC 가공기계를 이용한 롤러기어캠의 가공방법의 각 구성단계를 설명한다.
(1)각도선도 정의단계
5축 CNC 가공기계를 이용하여 드럼캠(20)의 홈(22)을 형성시키기 위해서는 먼저 드럼캠(20)과 종동절(10)의 회전각에 대한 각도선도가 필요하다. 일반적으로 각도선도는 직선의 조합으로 이루어지는데, 각도선도 정의단계는 직선의 조합으로 이루어진 각도선도를 곡선으로 변환시키는 단계로서, 구체적으로는 드럼캠(20)의 홈(22)이 직선구간에서 곡선구간으로 변하는 시점을 사인 곡선(Sine curve)으로 변환시켜 정의한다. 사인 곡선으로 정의하는 방법은 다양한 것이 있으며, 일 예로 '특허문헌 1' 및 '특허문헌 2'에 사인 곡선으로 변환시키는 수학식이 기재되어 있다.
본 발명은 드럼캠(20)의 홈(22)의 진입 및 진출 부분(끝 부분)의 폭을 증가시키기 위한 것을 목적으로 하므로, 아래에서는 각도선도 정의단계에서 상기 목적을 위한 데이터 추출방법을 설명한다.
우선, 드럼캠(20)의 회전각(θ)과 종동절(10)의 회전각(Ψ) 변화를 미소로 나누어 아래 데이터 1과 같이 표시한다.
[데이터 1]
(θ1,Ψ1), (θ2,Ψ2), (θ3,Ψ3) … (θn,Ψn)
도 6에 도시된 바와 같이 종동절(10)의 롤러(12)는 6개가 구비되어 사잇각이 60°이므로, 각 롤러(12){기준 롤러(12)와 수직 또는 수평 대칭 관계에 있는 롤러(12) 제외}가 형성된 지점을 기준으로 드럼캠(20)의 회전각(θ)과 종동절(10)의 회전각(Ψ) 변화를 미소로 나누면 아래 데이터 2와 같이 표시된다.
[데이터 2]
(θ1,Ψ1+120°), (θ2,Ψ2+120°) … (θn,Ψn+120°)
(θ1,Ψ1+60°), (θ2,Ψ2+60°) … (θn,Ψn+60°)
(θ1,Ψ1), (θ2,Ψ2), (θ3,Ψ3) … (θn,Ψn)
(θ1,Ψ1-60°), (θ2,Ψ2-60°) … (θn,Ψn-60°)
(θ1,Ψ1-120°), (θ2,Ψ2-120°) … (θn,Ψn-120°)
이와 같이 드럼캠(20)의 회전각에 따른 각 롤러(12) 지점에 대한 종동절(10)의 회전각의 연계성을 표시하였으면, 드럼캠(20)의 폭에 대한 최대 롤러(12) 접촉범위를 지정해야 하는데, 본 발명은 실시예로서 드럼캠(20)이 롤러(12)와 접촉할 수 있는 범위를 110°로 지정한다. 따라서 도 7에 도시된 바와 같이 드럼캠(20)에 형성되는 홈(22)의 형상을 표시한 상태에서 하나의 선을 기준으로 110°를 초과하는 구간을 삭제하면 도 8과 같이 표시된다. 그리고 구분을 용이하게 하기 위해 각각의 선에 번호를 표시한다.
도 8에 도시된 바와 같이 ①번 내지 ④번 곡선에 대한 정보를 데이터 2와 같이 표시하면 아래 데이터 3과 같다. 참고적으로 각 곡선은 드럼캠(20)에 형성될 홈(22)의 형상이며, 각 곡선에 대응해서 ①번 곡선은 1번 롤러(12a)가 이동되는 경로에 대응되고, ②번 곡선은 2번 롤러(12b)가 이동되는 경로에 대응되며, ③번 곡선은 3번 롤러(12c)가 이동되는 경로에 대응되고, ④번 곡선은 4번 롤러(12d)가 이동되는 경로에 대응된다.
[데이터 3]
①번 곡선: (θ1,Ψ1), (θ2,Ψ2), (θ3,Ψ3) … (θn,Ψn)
②번 곡선: (θ1,Ψ1-60°), (θ2,Ψ2-60°), … (θn,Ψn-60°)
③번 곡선: (θ1,Ψ1+60°), (θ2,Ψ2+60°), … (θn,Ψn+60°)
④번 곡선: (θ1,Ψ1+120°), (θ2,Ψ2+120°), … (θn,Ψn+120°)
결국, 이와 같은 종동절(10)의 회전각과 드럼캠(20)의 회전각에 대한 데이터는 각각 5축 CNC 가공기계의 데이터로 입력되는데, 예를 들어 AC-타입 5축 CNC 가공기계의 경우 종동절(10)의 회전각은 A축 틸팅 값으로, 드럼캠(20)의 회전각은 C축 회전 값으로 입력된다.
이에 따라 본 발명은 도 8에 도시된 바와 같이 진입부분(S)과 진출부분(E)의 일정 부분에서 완만한 경사를 부여할 수 있다.
(2)황삭가공 정의단계
황삭가공 정의단계는 1차적으로 드럼캠(20)의 홈(22) 중심을 가공하기 위한 데이터를 추출하는 단계로서, 도 8의 캠곡선에서 홈(22)의 형상을 1차적으로 형성시키기 위한 데이터 추출이 중요하다. 황삭가공 정의단계는 일반적으로 각도선도 정의단계; 및 가공기계의 구조적 특성 반영단계로 이루어지는데, 이와 관련한 구체적 사항은 '특허문헌 1'에 기재되어 있다. 그리고 황삭가공 정의단계의 각도선도 정의단계 중 드럼캠(20)과 종동절(10)의 회전각 관계 데이터는 본 발명의 각도선도 정의단계에서 정의한 드럼캠(20)과 종동절(10)의 회전각 관계 데이터가 그대로 적용될 수 있으며, 아래에서는 황삭가공 정의단계의 데이터 추출 방법을 설명한다.
먼저 도 8에 도시된 바와 같이 ①번 내지 ④번 곡선의 시작점 ⓢ부터 끝점 ⓔ까지 표시하고, 도 9에 도시된 바와 같이 공구(30)가 황삭가공경로(31)를 따라 가공하는 것을 표시한 뒤, 임의의 곡선 i에 대해 시작점부터 끝점까지 드럼캠(20)의 회전각과 종동절(10)의 회전각에 대한 관계를 표시할 경우, 데이터 4과 같이 표시할 수 있다.
[데이터 4]
(θ1i,Ψ1i), (θ2i,Ψ2i), (θ3i,Ψ3i), … , (θni,Ψni)
그리고 데이터 4에 기구적인 관계를 적용하여 드럼캠(20)의 홈(22)의 위치점을 데이터로 표시하면 데이터 5과 같이 표시할 수 있다. 참고적으로 X, Y, Z를 구하는 수식은 '특허문헌 1'에 기재되어 있다.
[데이터 5]
(x1i,x1i,z1i,ψ1i,θ1i), (x2i,x2i,z2i,ψ2i,θ2i), … , (xni,xni,zni,ψni,θni)
다음으로, 롤러(12)가 드럼캠(20)의 홈(22)의 곡선을 따라 운동하는 기구적 조건과 5-축 가공기의 기구적 조건을 반영하여 드럼캠(20)의 홈(22)의 곡선을 가공하기 위한 5-축 가공기의 공구축의 중심점들의 곡선으로 전환하여야 한다. 이때 데이터 5의 ψ1i와 θ1i는 AC-타입 5-축 가공기의 경우 A1i와 C1i로 변환되며, 롤러(12)의 각도가 ψ1i 이고, 드럼캠(20)의 회전각이 θ1i일 때 x,y,z 값은 5-축 가공기의 공구축 각도가 변하면(실질적으로 인덱스 테이블의 회전) 회전변환에 의해 바뀌어야 하며 이와 관련된 원리는 '특허문헌 1'에 기재되어 있다. 따라서 데이터 5를 5-축 가공기의 공구 끝단의 중심 위치 데이터로 표현하면 데이터 6과 같이 표현된다.
[데이터 6]
(X1i,Y1i,Z1i,A1i,C1i), (X2i,Y2i,Z2i,A2i,C2i), … , (Xni,Yni,Zni,Ani,Cni)
다음으로 롤러기어캠을 가공하기 위해 도 9에 도시된 바와 같이 기능적으로 불필요한 영역(U)이 존재하는데, 불필요한 영역(U)이 정해졌다면 캠곡선을 따른 데이터에서 Y-축만 절삭폭만큼 이동하여 수차례 가공하여 제거할 수 있다.
(2)정삭가공 정의단계
정삭가공 정의단계는 1차적으로 드럼캠(20)의 홈(22) 중심을 가공하는 황삭가공 이후에 진행되는 정삭가공을 위한 데이터를 추출하는 단계로서, 곡선구간에서 홈(22)의 형상을 명확히 형성시키기 위한 데이터 추출이 중요하다. 정삭가공 정의단계는 일반적으로 각도선도 정의단계; 및 가공기계의 구조적 특성 반영단계로 이루어지는데, 이와 관련한 구체적 사항은 '특허문헌 2'에 기재되어 있다. 그리고 정삭가공 정의단계의 각도선도 정의단계 중 드럼캠(20)과 종동절(10)의 회전각 관계 데이터는 본 발명의 각도선도 정의단계에서 정의한 드럼캠(20)과 종동절(10)의 회전각 관계 데이터가 그대로 적용될 수 있다.
그리고 본 발명은 정삭가공 정의단계 중 가공기계의 구조적 특성 반영단계에서 롤러기어캠 홈의 끝 부분에서 공구의 절삭 경로가 수정되도록 추가적인 옵셋량을 정의하는 데이터 추출방법이 부가될 수 있다. 아래에서는 정삭가공 정의단계에서 상기 목적을 위한 데이터 추출방법을 설명한다.
모든 데이터는 절차에 따라 미소요소별 데이터 군집으로 표시할 수 있는데, 황삭가공은 도 9에 도시된 바와 같이 황삭가공경로(31)를 따라 이동하므로, 정삭가공경로는 황삭가공경로(31)에 따라 옵셋(OFFSET)된다. 정삭가공경로는 도 11에 도시된 바와 같이 점선으로 표시되고, 하향절삭일 경우 가공순서는 1-2 구간, 3-4 구간, 5-6 구간, 7-8 구간, 9-10 구간, 11-12 구간, 13-14 구간, 15-16 구간이이며, 타구간으로 넘어갈 시 공구의 간섭이 발생하지 않도록 공구를 Z방향으로 충분히 상승시키며 급속이동한다. 그리고 하향절삭인 경우 가공진행방향이 모두 우측을 가공하므로 + 방향으로 옵셋된다. 참고적으로 상향절삭과 하향절삭을 구분하면, 상향절삭과 하향절삭은 가공진행방향에 대해 서로 반대방향으로 옵셋되어야 하기 때문에 +,-의 부호가 바뀐다. 옵셋량(δ)은 드럼캠(20)의 홈(22)폭과 공구의 직경의 차의 1/2에 해당된다. 정삭가공 정의단계에서 모든 데이터는 절차에 따라 미소요소별 데이터 군집으로 표시할 수 있고, 하향절삭인 경우 옵셋방향은 +, 상향절삭인 경우 옵셋방향은 -가 되며, 이를 수식화 하면 i번째 좌측곡선과 우측곡선의 데이터 군집은 아래 데이터 7와 같이 표현된다.
[데이터 7]
하향절삭: (X1i+δN1ix,Y1i+δN1iy,Z1i,A1i,C1i), … , (Xni+δNx,Ynix+δNniy,Zni,Ani,Cni)
상향절삭: (X1i-δN1ix,Y1i-δN1iy,Z1i,A1i,C1i), … , (Xni-δN1ix,Yni-δN1iy,Zni,Ani,Cni)
데이터 7에서 Nx 및 Ny는 각각 드럼캠(20)의 홈(22)으로 이루어지는 i번째 곡선의 임의위치에서의 공구진행 방향벡터와 공구 축의 방향벡터에 대해 벡터곱을 한 법선단위벡터(Normal unit vector)의 X성분 및 Y성분이고, δ는 (드럼캠의 홈폭-공구직경)/2가 되어 5-축 가공으로 롤러기어캠의 제작을 완성할 수 있다.
본 발명은 홈(22)의 끝부분에 추가적인 절삭을 통해 롤러(12)가 홈(22)에 자연스럽게 진입하거나 빠져나갈 수 있도록 한다. 즉, 홈(22)이 형성되는 곡선의 좌표값을 위와 같이 구한 다음, 홈(22)의 끝부분에 추가적으로 이차 곡선을 적용시켜 절삭함으로써 홈(22)의 진입부와 진출부 각각이 부드럽게 형성되도록 한다. 이를 위해 옵셋량을 추가적으로 변동시키는데, 아래에서는 추가적인 옵셋량의 변동량에 대해 설명한다.
우선, 도 11에 도시된 바와 같이 공구의 절삭 진행 방향을 기준으로 각 홈(22)의 각 끝단의 지점을 일정 구간을 지정하여 기호로 표시하면 도 12에 도시된 바와 같이 표시할 수 있다. 그리고 이를 일반화시키면 임의의 i번째 곡선의 j번째 입출구점에서 시작점은 (i,j,1)로 표시할 수 있고, 완료점은 (i,j,2)로 표시할 수 있다. 예를 들면, 도 11의 1-2 구간에서 1은 공구경로가 하향절삭으로 우측에서 좌측으로 가공되므로, 도 12에 도시된 바와 같이 1에서 시작점은 (1,1,1) 완료점은 (1,1,2)로 표시되고, 2에서 시작점은 (1,2,1) 완료점은 (1,2,2)로 표시된다. 여기서 1-2구간 곡선은 첫 번째 곡선이고, 공구경로에 따라 우측이 첫 번째 입출구점이며, 좌측이 두 번째 입출구점이다.
한편, 입구와 출구의 정의는 드럼캠(20)의 회전방향에 따라 롤러(12)가 진입하여 입구가 될 수도 있고 빠져나가는 출구가 될 수도 있으므로 본 명세서에는 구분없이 입출구점이라고 명명한다.
본 발명의 실시예는 AC-타입 5축 가공이므로, 이를 C값에 대입한다면 C값은 C(i,j,1), C(i,j,2)로 표시할 수 있다. 그리고 추가하고자 하는 이차 곡선의 최대 옵셋량을 α1이라 한다면, 홈(22)의 각 끝단에서의 시작점과 완료점 사이 중 i번째 곡선의 j번째 위치(C위치)에서 추가 옵셋량은 아래의 수학식 1과 같이 정의할 수 있다. 단, 시작점과 완료점 이외에서의 추가 옵셋량은 0(Zero)이다.
[수학식 1]
Figure 112015057057318-pat00001
이와 같이 정의된 α을 δ에 적용하게 되면, 홈(22)의 각 끝단에서 변동되는 총 옵셋량은 δ+α가 된다. 따라서 이를 각 C값의 위치에 따라 데이터 7에 적용시키면, 아래의 데이터 8이 도출된다.
[데이터 8]
하향절삭: (X1i+(δ+α1i)N1ix,Y1i+(δ+α1i)N1iy,Z1i,A1i,C1i), … , (Xni+(δ+αni)Nnix,Yni+(δ+αni)Nniy,Zni,Ani,Cni)
상향절삭: (X1i-(δ+α1i)N1ix,Y1i-(δ+α1i)N1iy,Z1i,A1i,C1i), … , (Xni-(δ+αni)Nnix,Yni-(δ+αni)Nniy,Zni,Ani,Cni)
따라서 정삭가공경로는 데이터 8로 수정되어 롤러(12)가 드럼캠(20)의 홈(22)으로 진입할 때와 홈(22)으로부터 빠져 나올 때 상호 접촉량이 단계적으로 증감되기 때문에 드럼캠(20)의 홈(22)의 측면과 롤러(12)가 가공공차에 의해 충돌하는 현상 및 홈(22)을 따라 이동하는 롤러(12)가 홈(22)을 빠져나오면서 내부응력이 순간적으로 급격히 감소되는 것을 방지할 수 있고, 이에 따라 소음발생을 현저히 감소시킬 수 있다.
10: 종동절 12: 롤러
12a: 1번 롤러 12b: 2번 롤러
12c: 3번 롤러 12d: 4번 롤러
20: 드럼캠 22: 홈
24: 산 30: 공구
31: 황삭가공경로 100: 롤러기어캠

Claims (2)

  1. 각도선도 정의단계, 황삭가공 정의단계 및 정삭가공 정의단계로 이루어지는 5축 CNC 가공기계를 이용한 롤러기어캠의 가공방법에 있어서,
    상기 정삭가공 정의단계는 드럼캠(20)의 홈(22) 중 각 끝단 지점에서 추가적인 절삭되도록 데이터를 추출하며,
    상기 5축 CNC 가공기계의 가공 위치 데이터는 아래 데이터 8로 정의되고, 데이터 8의 α값은 아래 수학식 1로 정의되는 것을 특징으로 하는 5축 CNC 가공기계를 이용한 롤러기어캠의 가공방법.
    [데이터 8]
    하향절삭: (X1i+(δ+α1i)N1ix,Y1i+(δ+α1i)N1iy,Z1i,A1i,C1i), … , (Xni+(δ+αni)Nnix,Yni+(δ+αni)Nniy,Zni,Ani,Cni)
    상향절삭: (X1i-(δ+α1i)N1ix,Y1i-(δ+α1i)N1iy,Z1i,A1i,C1i), … , (Xni-(δ+αni)Nnix,Yni-(δ+αni)Nniy,Zni,Ani,Cni)
    [수학식 1]
    Figure 112017039643186-pat00002

    여기서 Njix 및 Njiy는 각각 드럼캠(20)의 홈(22)으로 이루어지는 i번째 곡선의 임의위치(j번째 데이터)에서의 법선단위벡터(Normal unit vector)의 X성분 및 Y성분이고, δ는 (드럼캠의 홈폭-공구직경)/2, α1은 추가되는 최대 옵셋량이며, 시작점과 완료점 이외에서의 추가 옵셋량(α1)은 0(Zero)이다.
  2. 삭제
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