KR101815143B1 - 절삭가공방법 및 공구경로 생성장치 - Google Patents

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Abstract

절삭가공방법은, 서로 평행한 복수의 공구경로(p1~p9)에 근거하여 워크(1)를 절삭하고, 외측으로 돌출되는 모서리부(1c)를 가지는 형상으로 가공한다. 1개의 공구경로에 근거하여 워크(1)를 가공하는 가공공정과, 1개의 가공공정의 종료 후에 다음 가공공정의 시점으로 이동하는 이동공정을 반복한다. 가공공정에서는, 1개의 공구경로로 워크(1)를 절삭하는 절삭공정과, 모서리부(1c)를 형성하는 영역에 있어서, 절삭공정과 동일한 공구경로로 공구(41)를 상대이동시키고, 버(5)를 제거하는 제거공정을 연속하여 실시한다.

Description

절삭가공방법 및 공구경로 생성장치{Cutting Method and Tool Path Generating Device}
본 발명은, 절삭가공방법 및 공구경로 생성장치에 관한 것이다.
종래의 기술에 있어서는, 회전공구를 회전시켜서, 워크의 가공을 행하는 공작기계가 알려져 있다. 또한, 이와 같은 공작기계에 있어서 회전공구의 경로를 소정의 축의 좌표 등에 의하여 지정하고, 워크에 대하여 회전공구를 자동적으로 상대이동시키면서 가공을 행하는 수치제어식의 공작기계가 알려져 있다. 이와 같은 공작기계에 있어서, 공구로서 프라이스 공구를 사용함으로써 워크를 절삭하는 가공을 행할 수 있다.
워크를 절삭하면 절삭한 영역의 외주부에 가공면으로부터 돌출되는 작은 돌출부가 발생하는 경우가 있다. 이와 같은 돌출부는 버(burr)라고 불리며, 가공면을 절삭한 후에 원하는 형상으로 하기 위하여 제거할 필요가 있다.
일본공개특허공보 2013-151030호에 있어서는, 절삭공구를 회전시키면서 이동시켜서 금형을 절삭가공하는 방법으로서, 절삭공구를 소정의 방향으로 이동시킨 후에, 절삭공구를 소정의 방향과 반대 방향으로 이동시키는 금형의 절삭가공방법이 개시되어 있다. 이러한 가공방법에 의하여 금형을 절삭가공할 때에 발생하는 버를 제거할 수 있는 것이 개시되어 있다.
특허문헌 1: 일본공개특허공보 2013-151030호
공작기계에 의한 워크의 가공방법에는, 서로 평행한 복수의 공구경로를 따라서 공구를 이동시켜 가공을 행하는 방법이 있다. 예를 들어, 공작기계의 주축의 축방향(Z축 방향)에 있어서의 위치를 일정하게 유지하면서 XY 평면에 평행한 평면 상에서 공구를 이동시켜서 가공하는 등고선 가공을 행하는 경우가 있다. 이와 같은 절삭 가공을 행하는 경우에도, 워크의 모서리부에 버가 발생하는 경우가 있다. 다수의 모서리부가 존재하는 워크에서는, 다수의 모서리부에 있어서 버가 발생하는 경우가 있다. 상기 일본공개특허공보 2013-151030호에는, 워크의 모서리부에 발생하는 버를 효과적으로 제거하는 방법에 대하여는 개시되어 있지 않다.
워크를 절삭하였을 때에 발생하는 버는, 작업자가 수작업으로 제거할 수 있다. 그런데, 작업자의 작업량이 많아져서 워크의 가공시간이 길어지기 때문에, 워크의 생산성이 저하된다. 특히, 다수의 모서리부를 가지는 목표 형상으로 워크를 가공하는 경우에는, 각각의 모서리부에 발생하는 버를 제거할 필요가 있어, 긴 시간을 필요로 한다.
또는, 버의 발생을 억제하기 위하여 워크에 대한 공구의 상대속도를 작게 할 수 있다. 즉, 절삭 속도를 작게 함으로써 버의 발생을 억제할 수 있다. 하지만, 이 방법에서도 워크의 가공시간이 길어진다는 문제가 있다.
본 발명의 절삭가공방법은, 서로 평행한 복수의 공구경로에 근거하여 워크를 절삭하고, 외측으로 돌출되는 모서리부를 가지는 형상으로 워크를 가공하는 공작기계의 절삭가공방법으로서, 1개의 공구경로에 근거하여 워크를 가공하는 가공공정과, 1개의 공구경로에 근거하는 가공공정의 종료 후에, 1개의 공구경로에 평행한 다른 공구경로에 근거하는 가공공정의 시점으로 이동하는 이동공정을 반복하여 실시하는 공정을 포함한다. 가공공정은, 1개의 공구경로로 워크를 절삭하는 절삭공정과, 모서리부를 형성하는 영역에 있어서, 절삭공정과 동일한 공구경로 및 동일한 방향으로 워크에 대하여 공구를 상대이동시키서, 모서리부에 발생하는 버를 제거하는 제거공정을 포함하고, 1개의 공구경로에 근거하는 절삭공정 및 제거공정을 연속하여 실시한다.
상기 발명에 있어서는, 제거공정은, 1개의 공구경로의 전체와 동일한 공구경로로 워크에 대하여 공구를 상대이동시켜서 버를 제거하는 공정을 포함할 수 있다.
상기 발명에 있어서는, 1개의 공구경로는, 워크에 대하여 공구가 직선적으로 상대이동하는 직선영역과 모서리부를 형성하는 곡선영역을 포함하고, 제거공정은, 직선영역에 있어서의 워크에 대한 공구의 상대속도를 곡선영역에 있어서의 워크에 대한 공구의 상대속도보다 빠르게 하는 공정을 포함할 수 있다.
상기 발명에 있어서는, 제거공정은, 1개의 공구경로 중 모서리부를 형성하는 영역 이외의 영역에 있어서, 1개의 공구경로로부터 일탈한 공구경로로 상대이동하는 공정을 포함할 수 있다.
상기 발명에 있어서는, 가공공정은, 공작기계의 주축의 축방향에 있어서의 워크에 대한 공구의 상대위치를 일정하게 유지하면서 공구의 측면에서 가공하는 공정을 포함할 수 있다.
상기 발명에 있어서는, 가공공정은, 공작기계의 주축의 축방향으로부터 워크를 보았을 때에 워크에 대하여 공구를 직선 형상으로 상대이동시켜서 공구의 바닥면에서 가공하는 공정을 포함할 수 있다.
본 발명의 공구경로 생성장치는, 워크를 절삭하는 서로 평행한 복수의 공구경로를 포함하고, 외측으로 돌출되는 모서리부를 가지는 형상으로 워크를 가공하는 공구경로를 생성하는 공구경로 생성장치로서, 1개의 공구경로에 근거하여 워크를 가공하는 가공공구경로와, 1개의 공구경로에 근거하는 가공의 종료 후에, 1개의 공구경로에 평행한 다른 공구경로에 근거하는 가공공구경로의 시점으로 이동하는 이동공구경로를 생성하는 경로생성부를 구비한다. 가공공구경로는, 워크를 절삭하는 1개의 공구경로를 포함하는 절삭공구경로와, 모서리부가 형성되는 영역에 있어서, 절삭공구경로와 동일한 공구경로 및 동일한 방향으로, 워크에 대하여 공구를 상대이동시키고, 모서리부에 발생하는 버를 제거하는 제거공구경로를 포함한다. 경로생성부는, 1개의 공구경로에 근거하는 절삭공구경로에 연속하여 1개의 공구경로에 근거하는 제거공구경로를 생성한다.
상기 발명에 있어서는, 경로생성부는, 모서리부가 형성되는 영역을 설정하고, 모서리부가 형성되는 영역 이외의 영역에 있어서는 1개의 공구경로로부터 일탈하는 제거공구경로를 생성할 수 있다.
본 발명에 따르면, 워크를 가공하였을 때에 버의 잔존을 억제하는 절삭가공방법, 및 버의 잔존을 억제하는 공구경로를 생성하는 공구경로 생성장치를 제공할 수 있다.
도 1은 실시형태에 있어서의 제1 워크를 가공하는 공구경로를 설명하는 워크의 개략 사시도이다.
도 2는 실시형태에 있어서의 수치제어식의 공작기계의 개략 정면도이다.
도 3은 실시형태에 있어서의 제1 워크의 모서리부의 확대 개략 단면도이다.
도 4는 제1 워크를 절삭하는 절삭공구경로를 설명하는 개략 단면도이다.
도 5는 제1 워크의 모서리부에 발생하는 버를 제거하는 제거공구경로를 설명하는 개략 단면도이다.
도 6은 실시형태에 있어서의 절삭가공방법의 플로차트이다.
도 7은 제1 워크의 모서리부에 발생하는 버를 제거하는 다른 제거공구경로를 설명하는 개략 단면도이다.
도 8은 실시형태에 있어서의 제2 워크를 가공하는 공구경로를 설명하는 워크의 개략 사시도이다.
도 9는 실시형태에 있어서의 제2 워크의 모서리부의 확대 개략 단면도이다.
도 10은 실시형태에 있어서의 가공 시스템의 블록도이다.
도 1 내지 도 10을 참조하여, 실시형태에 있어서의 절삭가공방법 및 공구경로 생성장치에 대하여 설명한다. 본 실시형태의 가공은, 워크의 일부를 절삭함으로써 원하는 형상으로 가공하는 절삭가공이다. 워크의 절삭가공은 수치제어식의 공작기계로 실시할 수 있다.
도 1은, 실시형태에 있어서의 제1 절삭가공방법에 의하여 워크를 목표 형상까지 가공한 후의 워크의 개략 사시도이다. 제1 절삭가공방법에서는, 직육면체의 워크(1)의 측면을 절삭함으로써, 평면 형상이 십자의 워크(1)를 형성한다.
도 2는, 본 실시형태에 있어서의 공작기계의 개략 정면도이다. 공작기계(11)는, 베이스대가 되는 베드(13)와, 베드(13)의 상면에 세워 설치된 칼럼(15)을 구비한다. 베드(13)의 상측에는, 캐리지(27)가 배치되어 있다. 캐리지(27)의 상면에는, 워크(1)를 보유하는 테이블(35)이 배치되어 있다. 워크(1)는, 보유부재를 통하여 테이블(35)에 고정된다.
칼럼(15)의 앞면에는, 새들(17)이 배치되어 있다. 더욱이, 새들(17)의 앞면에는, 주축 헤드(21)가 배치되어 있다. 주축 헤드(21)의 내부에는 주축(25)이 배치되어 있다. 주축(25)에는, 워크(1)를 가공하는 공구(41)가 설치된다. 공구(41)는, 주축(25)의 축선둘레로 회전한다.
본 실시형태에 있어서의 공작기계(11)는, 서로 직교하는 X축, Y축 및 Z축의 3개의 직선 이송축을 가진다. 공작기계(11)는, 공구(41)와 워크(1)와의 상대위치를 변경하는 이동장치를 구비하고 있다. 본 실시형태에 있어서는, 주축(25)의 축방향(도 2에 있어서 상하방향)으로 연장되는 축을 Z축이라고 한다. 새들(17)의 이동방향(도 2에 있어서 좌우방향)으로 연장되는 축을 X축이라고 한다. 또한, 캐리지(27)의 이동방향(도 2에 있어서 지면에 수직인 방향)으로 연장되는 축을 Y축이라고 한다. 이동장치는, X축 이동장치, Y축 이동장치 및 Z축 이동장치를 구비한다. 각각의 축방향으로 워크(1)에 대하여 공구(41)를 상대적으로 이동시킬 수 있다.
X축 이동장치는, 칼럼(15)의 앞면에 형성되어 있는 한 쌍의 X축 레일(19a, 19b)을 포함한다. 새들(17)은, X축 레일(19a, 19b)을 따라서 왕복이동이 가능하게 형성되어 있다. X축 이동장치는, 새들(17)을 이동시키기 위한 X축 서보모터를 포함한다. 주축 헤드(21) 및 공구(41)는, 새들(17)과 함께 X축 방향으로 이동한다.
Y축 이동장치는, 베드(13)의 상면에 배치되어 있는 한 쌍의 Y축 레일(29a, 29b)을 포함한다. 캐리지(27)는, Y축 레일(29a, 29b)을 따라서 왕복이동이 가능하게 형성되어 있다. 칼럼(15)에는, 캐리지(27)가 Y축 방향으로 이동 가능하도록 공동부(15a)가 형성되어 있다. 캐리지(27)는, 이동할 때에 공동부(15a)의 내부에 진입한다. Y축 이동장치는, 캐리지(27)를 이동시키기 위한 Y축 서보모터를 포함한다. 테이블(35) 및 워크(1)는, 캐리지(27)와 함께 Y축 방향으로 이동한다.
Z축 이동장치는, 새들(17)의 앞면에 형성되어 있는 한 쌍의 Z축 레일(23a, 23b)을 포함한다. 주축 헤드(21)는, Z축 레일(23a, 23b)을 따라서 왕복 이동이 가능하게 형성되어 있다. Z축 이동장치는, 주축 헤드(21)를 이동시키기 위한 Z축 서보모터를 포함한다. 공구(41)는, 주축 헤드(21)와 함께 Z축 방향으로 이동한다. 더욱이, 주축 헤드(21)의 내부에는, 주축(25)을 축둘레로 회전시키는 회전구동모터가 배치되어 있다.
본 실시형태에 있어서의 공작기계(11)는, 제어장치(45)를 포함한다. 제어장치(45)는, 연산처리장치를 포함한다. 연산처리장치는, 연산처리 등을 행하는 마이크로 프로세서(CPU), 기억장치로서의 ROM(Read Only Memory)이나 RAM(Random Access Memory), 및 그 밖의 주변회로를 가진다. 제어장치(45)는, 이동장치의 각 축 서보모터나 주축 헤드(21)의 내부의 회전구동모터에 접속되어 있다. 제어장치(45)가 이동장치를 제어함으로써 워크(1)에 대하여 공구(41)를 상대적으로 이동시킬 수 있다. 또한, 제어장치(45)가 회전구동모터를 구동함으로써, 공구(41)를 원하는 회전속도로 회전시킬 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 제1 절삭가공방법에서는, 공구(41)로서 플랫엔드밀을 이용할 수 있다. 제1 절삭가공방법에 있어서는, Z축 방향에 있어서의 공구(41)의 높이를 일정하게 유지하면서, X축 방향 및 Y축 방향으로, 워크(1)에 대하여 공구(41)를 상대적으로 이동시켜서 가공을 행한다. 소정의 방향에 있어서의 워크에 대한 공구의 상대위치를 일정하게 유지하면서 행하는 가공을 등고선 가공이라고 하며, 제1 절삭가공방법에서는 등고선 가공을 실시한다.
도 1에는, 워크(1)를 가공하기 위한 복수의 공구경로(p1~p9)가 나타나 있다. 여기에서, 공구경로란, 워크에 대하여 공구가 상대이동하는 경로이다. 예를 들어, 공구경로는, 워크(1)에 대하여 공구(41)가 상대이동할 때에 공구 중심이 이동하는 경로이다. 각각의 공구경로(p1~p9)는, 서로 평행하여 연장되어 있다. 공구경로(p1~p9)는, XY 평면에 평행한 평면 내에 존재한다. 즉, 제1 절삭가공방법에서는, Z축 방향에 있어서의 워크(1)에 대한 공구(41)의 상대위치를 일정하게 유지하면서 공구(41)의 측면에서 절삭가공을 행한다.
등고선 가공에서는, 복수의 공구경로 중 1개의 공구경로에 근거하는 가공이 종료되면, 인접하는 다른 공구경로로 이동할 수 있다. 이때의 이동량을 피크피드(pf)라고 한다. 서로 평행한 공구경로가 복수 존재하므로, 피크피드(pf)씩 공구경로를 어긋나게 하면서 복수회 가공을 행한다. 예를 들어, 공구경로(p1)에 근거하여 공구(41)를 상대이동하여 워크(1)를 절삭한다. 공구경로(p1)에 의한 절삭가공이 종료되면, 다음으로, 공구경로(p2)를 따라서 공구(41)를 상대이동하여 워크(1)를 절삭한다. 이와 같이, 공구경로(p1)에서 공구경로(p9)까지 절삭가공을 반복함으로써, 목표 형상으로 워크(1)를 가공할 수 있다.
도 1에 나타내는 워크(1)의 예에서는, 서로 평행한 공구경로가 9개 존재한다. 워크를 절삭하는 가공은, 워크(1)의 상부(1a)에서 하부(1b)를 향하여 서서히 행하여진다. 여기에서, 워크(1)의 목표 형상에는, 평면에서 볼 때에 외측으로 돌출되는 복수의 모서리부(1c)가 존재한다. 즉, 볼록한 형상의 모서리부(1c)가 존재한다.
도 3에, 워크의 모서리부의 확대 개략 단면도를 나타낸다. 워크(1)의 모서리부(1c)를 형성하는 경우에는, 모서리부(1c)의 형상을 따라서 공구(41)를 상대이동한다. 화살표(92)는, 절삭가공을 행하는 공구경로에 대응하고 있다. 공구중심(41a)은, 화살표(92)를 따라서 이동한다. 절삭가공에서는, 목표 형상이 내측으로 오목한 모서리부(1d)에서는 버(5)가 발생하지 않는 것에 대하여, 외측으로 돌출되는 모서리부(1c)를 형성하면 목표 형상으로부터 돌출되는 버(5)가 발생하는 경우가 있다.
도 1을 참조하여, 특히 가공 후의 워크(1)의 형상은, 상부(1a)보가 하부(1b) 쪽이 두껍게 되어 있다. 워크(1)의 목표 형상은, 하부(1b)를 향할수록 외측으로 경사져 있다. 이와 같은 목표 형상의 절삭가공은, 예를 들어 금형에 발구배(draft angle)를 형성하기 위하여 실시한다.
워크(1)의 상부(1a)에서 하부(1b)까지 두께가 일정한 경우에는, 평면에서 보았을 때, 서로 이웃하는 공구경로끼리 겹친다. 이 경우에는, 예를 들어 공구경로(p1)로 절삭 가공하였을 때에 발생한 버는, 공구경로(p2)를 따라서 절삭 가공을 행할 때에 공구의 섕크에 가까운 영역의 절삭날에 의하여 제거되는 경우가 있다. 그런데, 평면에서 보았을 때에, 공구경로끼리 어긋나는 경우에는 발생한 버가 잔존한다. 그래서, 본 실시형태의 절삭가공방법에서는, 워크(1)를 절삭하는 절삭공정에 더하여, 모서리부(1c)에 발생하는 버(5)를 제거하는 제거공정을 실시한다.
본 실시형태의 절삭가공방법은, 1개의 공구경로에 근거하여 워크를 가공하는 가공공정을 포함한다. 예를 들어, 도 1을 참조하여, 공구경로(p1)에 근거하여 워크를 가공하는 가공공정을 실시한다. 다음으로, 1개의 공구경로에 근거하는 가공공정의 종점에서 소정의 이동량으로 워크(1)에 대한 공구(41)의 상대위치를 변경하는 이동공정을 실시한다. 이동공정에서는, 1개의 공구경로에 평행한 다른 공구경로에 근거하는 가공공정의 시점으로 이동한다. 그리고, 다음의 가공공정을 실시한다. 예를 들어, 공구경로(p1)에 근거하는 가공공정이 종료되면, 피크피드(pf)의 이동량으로 공구(14)를 상대이동한다. 그리고, 공구경로(p2)에 근거하여 워크(1)를 가공하는 가공공정을 실시한다. 이와 같은 가공공정 및 이동공정을 반복하여 실시한다.
도 4에, 1개의 공구경로로 워크를 절삭하는 절삭공정을 설명하는 워크의 개략 단면도를 나타낸다. 화살표(92)로 1개의 공구경로가 나타나 있다. 화살표(92)는, 예를 들어 공구경로(p1)에 상당한다. 처음으로, 화살표(91)로 나타내는 바와 같이, 공구(41)를 소정의 위치에서 가공공정의 시점으로 이동한다. 가공공정은, 1개의 공구경로로 워크를 절삭하는 절삭공정을 포함한다. 절삭공정에서는, 화살표(92)로 나타내는 바와 같이, 워크(1)의 목표 형상을 따라서 공구(41)를 상대이동시켜서 워크(1)를 절삭한다. 여기에서, 절삭공정의 공구경로를 절삭공구경로라고 한다.
도 5는, 버를 제거하는 제거공정을 설명하는 워크의 개략 단면도이다. 가공공정은, 모서리부(1c)에 발생하는 버를 제거하는 제거공정을 포함한다. 제거공정에 있어서는, 절삭공정과 동일한 공구경로 및 동일한 방향으로, 워크(1)에 대하여 공구(41)를 상대이동시킨다. 제거공정에서는, 화살표(93)로 나타내는 바와 같이, 워크(1)의 목표 형상을 따라서 공구(41)를 상대이동시킨다. 화살표(93)는, 예를 들어 공구경로(p1)에 상당한다. 이와 같은 제거공정의 공구경로를 제거공구경로라고 한다. 제거공정에서는, 모서리부(1c)를 형성하는 영역을 공구(41)가 통과할 때에, 모서리부(1c)에 발생한 버(5)를 제거할 수 있다. 제거공정이 종료되면, 화살표(94)로 나타내는 바와 같이, 공구(41)를 제거공구경로로부터 떼어낸다.
도 5에 나타내는 제거공정에서는, 1개의 공구경로의 전체와 동일한 공구경로로, 워크(1)에 대하여 공구(41)를 상대이동시키고 있다. 즉, 동일한 공구경로를 2회 연속하여 이동하고 있다. 1회째 상대이동은 워크(1)를 절삭하는 절삭공정이고, 2회째 상대이동은 모서리부(1c)에 발생하는 버를 제거하는 제거공정이 된다. 이와 같은 1회의 가공공정에 있어서의 절삭공구경로와 제거공구경로를 포함하는 공구경로를 가공공구경로라고 한다.
다음으로, 이동공정으로 다른 공구경로에 근거하는 가공공정의 시점으로 이동한다. 예를 들어, 공구경로(p2)에 근거하는 가공공정의 시점으로 이동한다. 그리고, 절삭공정 및 제거공정을 실시한다. 이와 같이, 각각의 공구경로(p1~p9)에 근거하는 가공공정을 실시하면서 워크(1)의 상부(1a)에서 하부(1b)까지 절삭할 수 있다.
도 6에, 본 실시형태에 있어서의 절삭가공방법의 플로차트를 나타낸다. 변수(k)는, 복수의 공구경로의 번호를 나타내고 있다. 처음으로, 스텝 81에 있어서, 변수(k)에 1을 대입한다. 스텝 82에 있어서는, 1번째 가공공구경로의 시점으로 이동한다. 도 1에 나타내는 예에서는, 공구경로(p1)의 시점으로 이동한다.
다음으로, 스텝 83 및 스텝 84에서는, 1번째 가공공정을 실시한다. 스텝 83에 있어서는, 1번째 절삭공구경로로 공구(41)를 상대이동하여 워크(1)를 절삭하는 1번째 절삭공정을 실시한다. 예를 들어, 1번째 공구경로(p1)로 워크(1)를 절삭한다. 다음으로, 스텝 84에 있어서는, 1번째 제거공구경로로 공구(41)를 상대이동하고, 1번째 제거공정을 실시한다. 예를 들어, 1번째 공구경로(p1)로 버를 제거한다. 1번째 절삭공정으로 절삭한 영역에 발생하는 버를 제거할 수 있다.
다음으로, 스텝 85에 있어서는, 변수(k)가 미리 정해진 가공공정의 횟수(n)인지 아닌지를 판별한다. 도 1에 나타내는 예에서는, 가공공정의 횟수(n)는 9이기 때문에, 변수(k)가 9인지 아닌지를 판별한다. 스텝 85에 있어서, 변수(k)가 횟수(n)에 도달하지 않았다면, 스텝 86으로 이행한다.
스텝 86에 있어서는, 변수(k)에 1을 가산한다. 그리고, 스텝 82로 되돌아가서, 2번째 가공공구경로의 시점으로 이동한다. 즉, 다음의 가공공구경로의 시점으로 이동한다. 도 1에 나타내는 예에서는, 2번째 공구경로(p2)의 시점으로 이동하고, 그 후에 스텝 83 및 스텝 84에 있어서 2번째 가공공정을 실시한다.
이와 같이, 변수(k)가 횟수(n)에 도달할 때까지 스텝 82에서 스텝 84까지 반복한다. 즉, 절삭공정 및 제거공정을 포함하는 가공공정을 n회 반복한다. 스텝 85에 있어서, 변수(k)가 횟수(n)에 도달한 경우에는, 이 제어를 종료한다. 도 1에 나타내는 예에서는, 변수(k)가 9가 된 경우에는, 이 제어를 종료한다.
여기에서, 비교예의 절삭가공방법을 설명한다. 도 1을 참조하여, 비교예의 절삭가공방법은, 처음으로, 각각의 공구경로(p1)에서 공구경로(p9)에 대하여, 1회의 공구(41)의 상대이동을 실시하여 절삭가공한다. 그 후에, 다시 공구경로(p1)로 되돌아가서 버를 제거하는 공정을 실시한다. 즉, 워크(1)를 상부(1a)에서 하부(1b)까지 절삭한 후에, 버를 제거하기 위하여, 다시 공구경로(p1~p9)에 근거하여 가공한다. 비교예의 절삭가공방법에 있어서도, 모서리부(1c)에 발생하는 버를 제거할 수 있다. 하지만, 비교예의 절삭가공방법에서는, 절삭가공에 있어서의 공구의 마모, 공작기계의 열변형으로서는, 예를 들어 주축을 지지하는 베어링의 온도 상승에 따른 열변형을 예시할 수 있다. 이와 같은 공구의 마모나 열변형의 결과, 가공 정밀도가 저하된다.
이에 대하여, 본 실시형태의 절삭가공방법에서는, 워크를 절삭하는 절삭공정에 이어 버를 제거하는 제거공정을 실시하고 있다. 1개의 공구경로에 근거하여 절삭공정 및 제거공정을 연속하여 실시함으로써, 열변형이나 공구의 마모의 영향을 작게 억제할 수 있다. 이 결과, 가공 정밀도의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 제1 절삭가공방법에 있어서는, 절삭공정에 있어서의 1개의 공구경로의 전체와 동일한 공구경로로 워크에 대하여 공구를 상대이동시키는 제거공정을 실시하고 있다. 즉, 제거공구경로가 절삭공구경로와 동일해진다. 이 때문에, 제거공구경로를 쉽게 생성할 수 있다.
본 실시형태에 있어서는, 워크에 대한 공구의 이동속도를 절삭공정과 제거공정에서 동일하게 하고 있는데, 이러한 형태로 한정되지 않으며, 절삭공정에 있어서의 이동속도와 제거공정에 있어서의 이동속도를 변화시켜도 상관없다.
예를 들어, 제거공구경로는, 워크에 대하여 공구가 직선적으로 이동하는 직선영역과, 모서리부를 형성하기 위하여, 워크에 대하여 공구가 곡선 형상으로 이동하는 곡선영역을 포함하는 경우가 있다. 버는, 모서리부에 발현하고 평면 형상의 부분에는 발현하지 않는다. 이 때문에, 제거공정에서는, 직선영역에 있어서의 이동속도를 곡선영역에 있어서의 이동속도보다 빠르게 할 수 있다.
도 7에, 본 실시형태의 다른 제거공정을 설명하는 워크의 개략 단면도를 나타낸다. 화살표(93a) 및 화살표(93b)는, 제거공구경로를 나타내고 있다. 화살표(93a)는, 버(5)가 발생할 가능성이 있는 곡선영역의 공구경로를 나타내고 있다. 곡선영역은, 모서리부(1c)의 전후의 직선적으로 이동하는 영역을 약간 포함하는 것이 바람직하다. 화살표(93b)는, 버가 발생하지 않는 직선영역의 공구경로를 나타내고 있다. 이 경우에는, 화살표(93b)로 나타내는 영역의 이동속도를 화살표(93a)로 나타내는 영역의 이동속도보다 빠르게 할 수 있다.
이 방법에 의하여, 버가 발생하는 모서리부(1c) 부분에서는, 확실하게 버를 제거할 수 있다. 한편으로, 직선영역의 상대속도가 빠르기 때문에 가공시간의 단축을 도모할 수 있다. 이와 같이, 버의 제거 성능을 높게 유지하면서 단시간으로 가공할 수 있다. 한편, 도 7에 나타내는 예에서는, 내측으로 오목한 모서리부(1d) 부분을 직선영역에 설정하고 있는데, 이러한 형태로 한정되지 않으며, 내측으로 오목한 모서리부(1d)를 형성하는 영역도 곡선영역으로 하여도 상관없다.
더욱이, 상기 제거공구경로는, 절삭공정에 있어서의 1개의 공구경로의 전체와 동일한 공구경로로, 공구(41)의 상대이동을 실시하고 있는데, 이러한 형태로 한정되지 않으며, 1개의 공구경로 중, 모서리부(1c)를 형성하는 영역 이외의 영역에 있어서는, 1개의 공구경로로부터 일탈한 공구경로로 상대이동을 실시하여도 상관없다. 즉, 제거공구경로는, 모서리부(1c)를 형성하는 영역에서 절삭공구경로와 동일한 공구경로라면, 그 밖의 영역에서는 임의의 공구경로를 채용할 수 있다.
도 7을 참조하여, 제거공구경로로서 화살표(93a)로 나타내는 공구경로를 채용하는데, 화살표(93b)로 나타내는 공구경로는 채용하지 않아도 상관없다. 예를 들어, 제거공구경로는, 화살표(93c)로 나타내는 바와 같이, 1개의 모서리부(1c)의 가공이 종료되면, 근접하는 다른 모서리부(1c)의 가공을 실시하기 위하여 직선적으로 이동하는 공구경로를 포함할 수 있다. 즉, 모서리부(1c)를 형성하지 않은 영역에서는, 공구경로를 단락하여도 상관없다. 이 방법에 의하여, 가공시간의 단축을 도모할 수 있다.
다음으로, 서로 평행한 복수의 공구경로에 근거하여 워크를 절삭하는 제2 절삭가공방법으로서 스캔 가공을 들어 설명한다. 스캔 가공은, 주사선 가공이라고도 한다. 스캔 가공에서는, 공작기계의 주축의 축방향으로부터 워크를 보았을 때에 워크에 대하여 공구를 직선 형상으로 상대이동시킨다. 워크를 평면에서 보았을 때에 각각의 공구경로가 직선 형상이 된다. 예를 들어, 스캔 가공에서는, 공구경로를 XY 평면에 투영하였을 때, 투영한 선이 직선이 된다.
도 8은, 실시형태에 있어서의 제2 절삭가공방법에 의하여 워크를 목표 형상까지 가공한 후의 워크의 개략 사시도이다. 제2 절삭가공방법에서는, 워크(2)의 꼭대기면을 절삭한다. 공구(41)로서는, 예를 들어 볼엔드밀을 이용할 수 있다. 공구(41)의 바닥면에서 가공을 행한다. 워크(2)를 가공하기 위하여, 복수의 공구경로(p11~p17)가 설정되어 있다. 공구경로(p11~p17)는, 피크피드(pf)의 간격을 두고 서로 평행하다. 목표 형상까지 절삭한 워크(2)에는, 외측으로 돌출되는 모서리부(2c)가 존재한다.
도 9에, 워크의 모서리부의 확대 개략 단면도를 나타낸다. 화살표(92)는, 1개의 공구경로에 상당한다. 예를 들어, 화살표(92)는, 공구경로(p11)에 상당한다. 모서리부(2c)를 형성하기 위하여, 공구경로는, 화살표(92)로 나타내는 바와 같이 외측을 향하여 휘어진다. 이 때문에, 모서리부(2c)에서는 버(5)가 발생하고 있다. 그래서, 제2 절삭가공방법에 있어서도, 제1 절삭가공방법과 마찬가지의 가공공정을 실시한다.
도 8을 참조하여, 제2 절삭가공방법에 있어서도, 1개의 공구경로에 근거하는 가공공정을 실시한다. 그리고, 복수 회의 가공공정을 실시한다. 가공공정에서는, 절삭공구경로로 절삭공정을 실시한 후, 제거공구경로로 제거공정을 실시한다. 예를 들어, 공구경로(p11)로 워크(2)를 절삭하는 절삭공정을 실시한 후에, 공구경로(p21)에 나타내는 바와 같이 이동하여 공구경로(p11)의 시점으로 되돌아간다. 그리고, 공구경로(p11)로 공구(41)를 상대이동시키고, 모서리부(2c)에 발생하는 버를 제거하는 제거공정을 실시한다. 제거공정에 있어서는, 절삭공정과 동일한 공구경로 및 동일한 방향으로, 워크(2)에 대하여 공구(41)를 상대이동시킬 수 있다. 이와 같은 공구경로(p11)에 근거하는 가공공정이 종료되면, 다음의 공구경로(p12)에 근거하는 가공공정의 시점으로 이동하는 이동공정을 실시한다. 그리고, 공구경로(p12)에 근거하는 가공공정을 실시한다. 더욱이, 공구경로(p17)까지 마찬가지의 가공공정 및 이동공정을 실시한다.
한편, 도 8에 나타내는 공구경로(p11~p17)는, 모두 동일한 방향을 향하고 있는데, 이러한 형태로 한정되지 않으며, 일부의 공구경로가 반대 방향을 향하고 있어도 상관없다. 예를 들어, 공구경로(p12)에 근거하는 가공공정에 있어서의 절삭공구경로의 방향이, 공구경로(p11)에 근거하는 가공공정에 있어서의 절삭공구경로의 방향과 반대 방향으로 되어 있어도 상관없다. 1회의 가공공정에 있어서, 절삭공정의 이동방향과 제거공정의 이동방향이 동일하면 상관없다.
제2 절삭가공방법은, 제1 절삭가공방법과 마찬가지로, 절삭공정에 있어서의 1개의 공구경로의 전체와 동일한 공구경로로 제거공정을 실시할 수 있다. 또한, 제거공정에서는, 직선영역에 있어서의 공구의 상대이동속도를, 곡선영역에 있어서의 공구의 상대이동속도보다 빠르게 하여도 상관없다. 더욱이, 제거공정에 있어서는, 모서리부가 형성되어 있는 영역 이외의 영역에 대하여는, 절삭공정에 있어서의 공구경로와는 다른 공구경로를 채용하여도 상관없다. 이와 같이, 스캔 가공을 실시하는 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다.
한편, 제2 절삭가공방법에서는, 평면에서 볼 때에 워크에 대하여 공구를 직선 형상으로 상대이동시키고 있는데, 이러한 형태로 한정되지 않으며, 평면에서 볼 때에 공구를 곡선 형상으로 상대이동시켜도 상관없다. 이러한 가공방법은, 경로가공이라고 한다. 경로가공에 있어서도 본 발명을 적용할 수 있다.
다음으로, 공구경로 생성장치에 대하여 설명한다. 본 실시형태의 공구경로 생성장치는, 상술한 제1 절삭가공방법 및 제2 절삭가공방법에 있어서의 가공공구경로를 생성할 수 있다.
도 10에, 본 실시형태에 있어서의 공작기계 및 공구경로 생성장치를 구비하는 가공 시스템의 개략도를 나타낸다. 본 실시형태에 있어서는, CAD(computer aided design) 장치(51)로 워크(1, 2)의 형상을 설계한다. CAD 장치(51)는, 워크(1, 2)의 형상 데이터(52)를 공구경로 생성장치(75)에 공급한다. 형상 데이터(52)에는 워크(1, 2)의 목표 형상의 데이터가 포함되어 있다.
공구경로 생성장치(75)는, CAM(computer aided manufacturing) 장치의 기능을 가진다. 공구경로 생성장치(75)는, 형상 데이터(52) 및 입력 데이터(74)에 근거하여, 공작기계(11)의 제어장치(45)에 입력하기 위한 입력수치 데이터, 즉 가공 프로그램(62)을 생성한다. 입력 데이터(74)에는, 예를 들어 사용하는 공구의 종류나 공작기계의 종류 등의 가공조건에 관한 정보를 포함할 수 있다.
본 실시형태에 있어서의 공구경로 생성장치(75)는, 형상 데이터 판독부(76)와, 경로생성부(77)를 구비한다. 본 실시형태에 있어서의 형상 데이터 판독부(76)는, 워크(1)를 가공한 후의 목표 형상을 포함하는 형상 데이터(52)를 판독한다. 경로생성부(77)는, 워크(1)의 형상 데이터(52) 및 입력 데이터(74)에 근거하여 가공 프로그램(62)을 생성한다.
공작기계(11)의 제어장치(45)는, 가공 프로그램(62)에 근거하여 각 축 서보모터(64)를 구동한다. 워크(1, 2)에 대하여 공구(41)를 상대적으로 이동시킬 수 있다. 각 축 서보모터(64)에는, X축 서보모터, Y축 서보모터, 및 Z축 서보모터가 포함된다.
다음으로, 제1 절삭가공방법에 의한 공구경로를 생성하는 예를 들어, 보다 상세하게 공구경로 생성장치를 설명한다. 한편, 공구경로 생성장치는, 제2 절삭가공방법에 의한 공구경로를 생성하는 경우도 마찬가지로 공구경로를 생성할 수 있다.
경로생성부(77)는, 1개의 공구경로에 근거하여 워크(1)를 가공하는 가공공구경로와, 1개의 공구경로에 근거하는 가공의 종료 후에, 1개의 공구경로에 평행한 다른 공구경로에 근거하는 가공공구경로의 시점으로 이동하는 이동공구경로를 생성한다.
도 1, 도 4 및 도 5를 참조하여, 경로생성부(77)는, 워크(1)의 목표 형상에 근거하여 공구경로(p1)를 생성한다. 다음으로, 경로생성부(77)는, 공구경로(p1)에 근거하여, 도 4의 화살표(92)로 나타내는 워크를 절삭하기 위한 절삭공구경로를 생성한다. 또한, 경로생성부(77)는, 도 5의 화살표(93)로 나타내는 버를 제거하기 위한 제거공구경로를 생성한다. 경로생성부(77)는, 이와 같이 절삭공구경로 및 제거공구경로를 포함하는 가공공구경로를 생성한다.
다음으로, 경로생성부(77)는, 공구경로(p1) 이외의 공구경로(p2~p9)에 근거하는 가공공구경로를 생성한다. 그리고, 각각의 가공공구경로를 접속하는 이동공구경로를 생성한다. 본 실시형태의 공구경로 생성장치(75)는, 버의 잔존을 억제하는 공구경로를 생성할 수 있다.
공구경로 생성장치(75)로 생성되는 가공공구경로에서는, 1개의 공구경로에 근거하는 절삭공구경로에 연속하여 1개의 공구경로에 근거하는 제거공구경로가 생성되어 있다. 즉, 도 4에 나타내는 절삭공구경로에 이어서, 도 5에 나타내는 제거공구경로가 설정되어 있다. 이 때문에, 열변형이나 공구의 마모의 영향을 억제하여, 가공 정밀도의 저하를 억제하는 공구경로를 생성할 수 있다.
도 10을 참조하여, 작업자는, 예를 들어 입력 데이터(74)에 있어서 버를 제거하는 제거공정을 실시하도록 설정한다. 경로생성부(77)는, 제거공정을 실시하는 그래프를 판독하면, 절삭공구경로에 더하여 제거공구경로를 생성한다. 버(5)가 발생하는지 아닌지는, 모서리부(1c)의 각도, 워크(1)의 재질, 공구(41)의 회전속도, 및 워크(1)에 대한 공구(41)의 상대이동속도 등에 의존한다. 작업자는, 이번 회의 가공에 있어서 버(5)가 발생할 것으로 예상한 경우에는, 본 발명의 제거공구경로를 생성하도록 공구경로 생성장치를 조작하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 제거공구경로로서는, 절삭공구경로의 전체와 동일한 공구경로를 채용할 수 있다. 또는, 경로생성부(77)는, 모서리부(1c)가 형성되는 영역을 설정하고, 이 모서리부(1c)가 형성되는 영역 이외의 영역에 있어서는 절삭공구경로로부터 일탈하는 제거공구경로를 생성하여도 상관없다. 예를 들어, 모서리부(1c)가 형성되지 않은 영역에서는, 제거공구경로를 단락하여도 상관없다.
본 실시형태의 절삭가공방법에서는, 1개의 공구경로에 근거하는 가공공정이 종료된 후에, 1개의 공구경로에 인접하는 다른 공구경로에 근거하는 가공공정을 실시하고 있는데, 이러한 형태로 한정되지 않으며, 1개의 공구경로로부터 떨어진 다른 공구경로에 근거하는 가공공정을 실시하여도 상관없다. 즉, 서로 평행한 복수의 공구경로에 근거하는 절삭가공은 임의의 순서로 실시할 수 있다.
상술한 실시형태에서는, 공구로서 엔드밀을 예시하여 설명하였는데, 이러한 형태로 한정되지 않으며, 절삭이 가능한 임의의 프라이스 공구를 채용할 수 있다.
또한, 공작기계로서는, 상기 형태로 한정되지 않으며, 워크에 대하여 공구가 상대이동 가능하고, 워크를 절삭 가능한 임의의 기계를 채용할 수 있다. 예를 들어, 엔드밀 등의 공구에 의하여 절삭을 행하는 머시닝센터 및 프라이스반(盤) 등의 공작기계를 사용할 수 있다. 또한, 본 실시형태에 있어서의 수치제어식의 공작기계는, 복수의 직선 이송축에 의하여 구성되어 있는데, 이러한 형태로 한정되지 않으며, 회전 이송축을 포함하고 있어도 상관없다.
상기 실시형태는, 적절히 조합할 수 있다. 상술한 각각의 도면에 있어서, 동일 또는 상등하는 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있다. 한편, 상기 실시형태는 예시이며 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 실시형태에 있어서는, 청구범위에 나타나는 변경이 포함되어 있다.
1, 2: 워크
1c, 2c: 모서리부
5: 버
41: 공구
45: 제어장치
74: 입력 데이터
75: 공구경로 생성장치
77: 경로생성부
p1~p9, p11~p17: 공구경로

Claims (8)

  1. 서로 평행한 복수의 공구경로에 근거하여 워크를 절삭하고, 외측으로 돌출되는 모서리부를 가지는 형상으로 워크를 가공하는 공작기계의 절삭가공방법으로서,
    1개의 공구경로에 근거하여 상기 워크를 가공하는 가공공정과, 상기 1개의 공구경로에 근거하는 가공공정의 종료 후에, 상기 1개의 공구경로에 평행한 다른 공구경로에 근거하는 가공공정의 시점으로 이동하는 이동공정을 반복하여 실시하는 공정을 포함하며,
    상기 가공공정은, 상기 1개의 공구경로로 워크를 절삭하는 절삭공정과, 상기 모서리부를 형성하는 영역에 있어서, 상기 절삭공정과 동일한 공구경로 및 동일한 방향으로, 상기 워크에 대하여 공구를 상대이동시키고, 상기 모서리부에 발생하는 버를 제거하는 제거공정을 포함하며, 상기 1개의 공구경로에 근거하는 상기 절삭공정 및 상기 제거공정을 연속하여 실시하는 것을 특징으로 한 절삭가공방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제거공정은, 상기 1개의 공구경로의 전체와 동일한 공구경로로 상기 워크에 대하여 상기 공구를 상대이동시켜서 버를 제거하는 공정을 포함하는 절삭가공방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 1개의 공구경로는, 상기 워크에 대하여 상기 공구가 직선적으로 상대이동하는 직선영역과 상기 모서리부를 형성하는 곡선영역을 포함하고,
    상기 제거공정은, 상기 직선영역에 있어서의 상기 워크에 대한 상기 공구의 상대속도를 상기 곡선영역에 있어서의 상기 워크에 대한 상기 공구의 상대속도보다 빠르게 하는 공정을 포함하는 절삭가공방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제거공정은, 상기 1개의 공구경로 중 상기 모서리부를 형성하는 영역 이외의 영역에 있어서, 상기 1개의 공구경로로부터 일탈한 공구경로로 상대이동하는 공정을 포함하는 절삭가공방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 가공공정은, 상기 공작기계의 주축의 축방향에 있어서의 상기 워크에 대한 상기 공구의 상대위치를 일정하게 유지하면서 상기 공구의 측면에서 가공하는 공정을 포함하는 절삭가공방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 가공공정은, 상기 공작기계의 주축의 축방향으로부터 상기 워크를 보았을 때에 상기 워크에 대하여 상기 공구를 직선 형상으로 상대이동시켜서 상기 공구의 바닥면에서 가공하는 공정을 포함하는 절삭가공방법.
  7. 워크를 절삭하는 서로 평행한 복수의 공구경로를 포함하고, 외측으로 돌출되는 모서리부를 가지는 형상으로 상기 워크를 가공하는 공구경로를 생성하는 공구경로 생성장치로서,
    1개의 공구경로에 근거하여 상기 워크를 가공하는 가공공구경로와, 상기 1개의 공구경로에 근거하는 가공의 종료 후에, 상기 1개의 공구경로에 평행한 다른 공구경로에 근거하는 가공공구경로의 시점으로 이동하는 이동공구경로를 생성하는 경로생성부를 구비하며,
    상기 가공공구경로는, 상기 워크를 절삭하는 상기 1개의 공구경로를 포함하는 절삭공구경로와, 상기 모서리부가 형성되는 영역에 있어서, 상기 절삭공구경로와 동일한 공구경로 및 동일한 방향으로, 상기 워크에 대하여 공구를 상대이동시키고, 상기 모서리부에 발생하는 버를 제거하는 제거공구경로를 포함하며,
    상기 경로생성부는, 상기 1개의 공구경로에 근거하는 상기 절삭공구경로에 연속하여 상기 1개의 공구경로에 근거하는 상기 제거공구경로를 생성하는 것을 특징으로 한 공구경로 생성장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 경로생성부는, 상기 모서리부가 형성되는 영역을 설정하고, 상기 모서리부가 형성되는 영역 이외의 영역에 있어서는 상기 1개의 공구경로로부터 일탈하는 상기 제거공구경로를 생성하는 공구경로 생성장치.
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