KR102036980B1 - A Method for Predicting Tool Wear Overlap Geometry - Google Patents
A Method for Predicting Tool Wear Overlap Geometry Download PDFInfo
- Publication number
- KR102036980B1 KR102036980B1 KR1020180001448A KR20180001448A KR102036980B1 KR 102036980 B1 KR102036980 B1 KR 102036980B1 KR 1020180001448 A KR1020180001448 A KR 1020180001448A KR 20180001448 A KR20180001448 A KR 20180001448A KR 102036980 B1 KR102036980 B1 KR 102036980B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- wear
- tool
- shape
- cutting
- tool wear
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
- G05B19/406—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by monitoring or safety
- G05B19/4065—Monitoring tool breakage, life or condition
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
- G05B19/4093—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by part programming, e.g. entry of geometrical information as taken from a technical drawing, combining this with machining and material information to obtain control information, named part programme, for the NC machine
- G05B19/40937—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by part programming, e.g. entry of geometrical information as taken from a technical drawing, combining this with machining and material information to obtain control information, named part programme, for the NC machine concerning programming of machining or material parameters, pocket machining
- G05B19/40938—Tool management
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/37—Measurements
- G05B2219/37252—Life of tool, service life, decay, wear estimation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Human Computer Interaction (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Geometry (AREA)
- Numerical Control (AREA)
Abstract
본 발명은 공구마모 형상 예측 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연속적으로 변화하는 표면경사각의 영향을 고려하고, 확률이론, 선형이론, 역변형 이론을 적용하여 복잡한 형상을 가공할 때도 공구마모형상을 예측할 수 있어 공구 마모로 인해 야기되는 절삭 오류를 최소화시키기 위한 공구마모 형상 예측 방법에 관한 기술이다.
본 발명에 따른 공구마모 형상 예측 방법은, 절삭공구의 절삭날 위치별 가공시간 분ㅌ포에서 예측되는 각각의 단일마모들을 시간의 선형함수로 변형하여 선형마모로 변형하고 단순 합으로 겹친 후 역변형해 단일마모들이 겹쳐진 최종마모 형상을 예측하는 방법으로, 복잡한 형상을 가공할 때 공구마모형상을 예측할 수 있다.The present invention relates to a method for predicting a tool wear shape, and more particularly, considering a influence of continuously changing surface inclination angles, and applying a tool wear shape even when machining complex shapes by applying probability theory, linear theory, and inverse deformation theory. A technique for predicting a tool wear shape for minimizing cutting errors caused by tool wear can be predicted.
Tool wear shape prediction method according to the present invention, by transforming each of the single wear predicted in the machining time distribution by cutting edge position of the cutting tool to a linear function of time to transform it into a linear wear and overlap with a simple sum and inverse deformation Solution By predicting the final wear shape where the single wears overlap, the tool wear shape can be predicted when machining complex shapes.
Description
본 발명은 공구마모 형상 예측 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연속적으로 변화하는 표면경사각의 영향을 고려하고, 확률이론, 선형이론, 역변형 이론을 적용하여 복잡한 형상을 가공할 때도 공구마모형상을 예측할 수 있어 공구 마모로 인해 야기되는 절삭 오류를 최소화시키기 위한 공구마모 형상 예측 방법에 관한 기술이다.The present invention relates to a method for predicting a tool wear shape, and more particularly, considering a influence of continuously changing surface inclination angles, and applying a tool wear shape even when machining complex shapes by applying probability theory, linear theory, and inverse deformation theory. A technique for predicting a tool wear shape for minimizing cutting errors caused by tool wear can be predicted.
금형 산업에서 절삭 마감작업은 높은 생산성으로 고품질의 복잡한 형상을 제조하는 데 있어 일반적으로 사용되는 제조 공정이다.Cutting finishing in the mold industry is a commonly used manufacturing process for producing high quality complex shapes with high productivity.
금형 산업의 제조 공정에 일반적으로 사용되는 코팅된 탄소 볼 엔드 밀을 사용한 절삭 마감작업은 연속적으로 변화하는 표면 경사각을 가질 경우 중첩 영역 아래에서 공구 마모를 예측하는 데 복잡성을 초래한다. 실제로 절삭 날의 공구 접촉점은 공구 마모에 영향을 미치는 순간 표면 경사각의 다양성으로 변경되지만 대부분의 현재 공구 마모 모델에서는 고려되지 않는다.Cutting finishes with coated carbon ball end mills commonly used in manufacturing processes in the mold industry introduce complexity in predicting tool wear under overlap areas when having a continuously varying surface tilt angle. In practice, the tool contact points on the cutting edge change to the variety of surface inclination angles that affect tool wear, but are not considered in most current tool wear models.
공구 마모 형상을 예측하기 위한 종래의 기술을 살펴보면, 대한민국 공개특허공보 제10-2005-0030925호에 개시된 바와 같이, PZT소재를 공구, 공구대 혹은 작업대에 삽입 할 수 있게 나사선을 형성하여 음향센서를 제작하고 가공 중(InProcessing) 신호를 수집하여 육안으로 관찰할 수 있도록 화면에 표시함으로서 가공상태를 예측하고, 음향신호를 분석함으로서 공구의 마멸이나 파손에 의한 공구의 교체시기 및 수명을 예측하여 공정을 개선하고 생산성을 향상시켜 생산원가절감이 가능한 표면결함 및 공구상태에 대한 음향신호 분석시스템이 개시되었다.Looking at the prior art for predicting the wear shape of the tool, as disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2005-0030925, the acoustic sensor is formed by forming a thread to insert a PZT material into a tool, a tool stand or a workbench. By manufacturing and collecting in-processing signals and displaying them on the screen for visual observation, the process is predicted and the acoustic signals are analyzed to predict the replacement time and life of the tool due to wear or damage of the tool. An acoustic signal analysis system has been disclosed for surface defects and tool conditions that can improve production and improve productivity.
그러나, 상기 종래의 기술의 경우에도 연속적으로 변화하는 표면 경사각을 고려하여 중첩 영역 아래에서 공구 마모를 예측하는 기술은 개시되지 않았으며, 종래의 기술은 공정이 진행되면서 공구 마모를 모니터링하는 것이며, 절삭 조건을 통해 공구마모를 예측하는 것이 아니다.However, even in the case of the conventional technique, a technique for predicting tool wear under the overlap area is not disclosed in consideration of the continuously changing surface inclination angle, and the conventional technique is to monitor tool wear as the process proceeds, and cutting It is not a condition that predicts tool wear.
지금까지 공구마모 형상 예측 방법에 관한 연구가 많이 이루어졌지만, 절삭 공정이 진행되기 전 미리 마모 형상을 예측하고, 표면 경사각이 연속적으로 변화하는 경우와 같이 복잡한 마모 형상을 예측하기 위한 연구는 부족하다. 본 발명은 절삭공구의 절삭날 위치별 가공시간 분포에서 예측되는 각각의 단일마모들을 시간의 선형함수로 변형하여 선형마모로 변형하고 단순 합으로 겹친 후 역변형해 단일마모들이 겹쳐진 최종마모 형상을 예측하는 방식으로 보다 개선된 공구마모 형상 예측 방법을 제공하고자 한다.Although many studies have been conducted on the method of predicting the shape of tool wear, studies for predicting the wear shape before the cutting process and for predicting the complex wear shape such as the case where the surface inclination angle is continuously changed are insufficient. The present invention predicts the final wear shape where the single wears predicted in the cutting time distribution by cutting edge position of the cutting tool are transformed into linear wears by transforming them into linear wears, overlapping with simple sums, and then inversely straining. In order to provide a more improved tool wear shape prediction method.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 여기에 언급되지 않은 본 발명이 해결하려는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the above-mentioned problem, another problem to be solved by the present invention not mentioned herein is to those skilled in the art from the following description. It will be clearly understood.
본 발명에 따른 공구마모 형상 예측 방법은, 컴퓨터를 이용하여 공구마모 형상을 예측하는 방법으로서, 절삭공정에서 설정되는 다수 개의 절삭조건을 수집하는 제1단계, 상기 다수 개의 절삭조건으로부터 공구마모형상모델을 수립하는 제2단계, 상기 수립된 공구마모형상모델로부터 단일마모들의 형상을 예측하는 제3단계, 및 상기 예측된 단일마모들의 형상을 겹쳐 최종마모 형상을 예측하는 제4단계를 포함하고, 상기 절삭공정은 절삭공구와 피절삭물 사이의 표면 경사각이 연속적으로 변화되는 공정인 것을 특징으로 한다.Tool wear shape prediction method according to the present invention is a method for predicting a tool wear shape using a computer, the first step of collecting a plurality of cutting conditions set in the cutting process, the tool wear shape model from the plurality of cutting conditions And a third step of predicting a shape of single wears from the established tool wear shape model, and a fourth step of predicting a final wear shape by overlapping the predicted single wear shapes. The cutting process is characterized in that the surface inclination angle between the cutting tool and the workpiece is continuously changed.
또한, 본 발명의 제4단계는 상기 예측된 단일마모들의 형상들을 시간에 대한 선형함수로 변형하여 선형마모로 변형하고 단순 합으로 겹치는 제4-1단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the fourth step of the present invention is characterized in that it comprises a step 4-1 that transforms the shape of the predicted single wear to a linear function over time to transform into a linear wear and overlap with a simple sum.
또한, 본 발명의 제4단계는 상기 제4-1단계 이후, 상기 단순 합으로 겹쳐진 선형마모를 역변형하여 상기 최종마모 형상을 예측하는 제4-2단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the fourth step of the present invention is characterized in that it comprises a step 4-2 after the step 4-1, inverse deformation of the linear wear superimposed by the simple sum to predict the final wear shape.
또한, 본 발명에 따른 공구마모 형상 예측 방법에 있어서, 상기 예측되는 단일마모들의 형상은 상기 절삭공구의 절삭날 위치별 가공시간 분포로부터 예측되는 형상인 것을 특징으로 한다.In addition, in the tool wear shape prediction method according to the invention, the shape of the predicted single wear is characterized in that the shape is predicted from the machining time distribution for each cutting edge position of the cutting tool.
또한, 본 발명에 따른 공구마모 형상 예측 방법에 있어서, 상기 공구마모형상모델은 가공경로시뮬레이션을 통해 계산되는 상기 절삭공구의 절삭날 위치별 가공시간 분포를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the tool wear shape prediction method according to the present invention, the tool wear shape model is characterized in that it comprises a machining time distribution for each cutting edge position of the cutting tool calculated through the machining path simulation.
또한, 본 발명에 따른 공구마모 형상 예측 방법을 상기 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램이 기록된 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공할 수 있다.In addition, the computer-readable recording medium having recorded thereon a program for executing the tool wear shape prediction method according to the present invention can be provided.
상기 과제의 해결 수단에 의해, 본 발명의 공구마모 형상 예측 방법은 보다 정밀하고 정확하게 절삭 공구의 복잡하고 겹쳐진 최종마모 형상을 예측할 수 있고, 이를 통해 주어진 절삭 조건에서 발생하는 오류를 줄일 수 있는 효과가 있다.By solving the above problems, the tool wear shape prediction method of the present invention can predict the complicated and overlapping final wear shape of the cutting tool more precisely and accurately, thereby reducing the error occurring in a given cutting condition have.
도 1은 본 발명에 따른 공구마모 형상 예측 방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 공구마모 형상 예측 방법의 개념 설명도이다.
도 3은 본 발명에 따른 절삭공구의 마모 양태를 도시하기 위해 단부를 100배 확대한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 절삭공구의 절삭작업에서 절삭마모의 기하학적 요소를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 절삭공구의 공구마모 형상의 분포를 측정한 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 절삭 시간과 표면 경사각에 대한 플랭크 마모의 경향을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 선형화된 공구마모 의 측정값 및 계산값의 비교 그래프이다.
도 8은 본 발명의 입증 실험을 위한 절삭기계와 피절삭물 설치 상태를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 피절삭물이 수평 하향 방향으로 절삭될 때 일정한 경사면과 볼록한 윤곽면의 경사면에 대한 절삭날의 표면 경사각 변화를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실험 중 그룹 Ⅰ의 테스트1에 따른 예측된 공구마모 겹침형상과 실험적으로 측정된 공구마모 겹침형상의 값 사이의 비교 그래프이다.
도 11은 본 발명의 실험 중 그룹 Ⅰ의 테스트2에 따른 예측된 공구마모 겹침형상과 실험적으로 측정된 공구마모 겹침형상의 값 사이의 비교 그래프이다.
도 12는 본 발명의 실험 중 그룹 Ⅱ의 테스트1에 따른 예측된 공구마모 겹침형상과 실험적으로 측정된 공구마모 겹침형상의 값 사이의 비교 그래프이다.
도 13은 본 발명의 실험 중 그룹 Ⅱ의 테스트2에 따른 예측된 공구마모 겹침형상과 실험적으로 측정된 공구마모 겹침형상의 값 사이의 비교 그래프이다.1 is a flowchart of a tool wear shape prediction method according to the present invention.
2 is a conceptual explanatory diagram of a tool wear shape prediction method according to the present invention.
Figure 3 is an enlarged view of the
4 is a view showing the geometric elements of the cutting wear in the cutting operation of the cutting tool according to the present invention.
Figure 5 is a graph measuring the distribution of the tool wear shape of the cutting tool according to the present invention.
Figure 6 is a graph showing the trend of flank wear against cutting time and surface tilt angle in accordance with the present invention.
7 is a linearized tool wear according to the present invention. Is a graph of comparison of measured and calculated values.
8 is a view showing a cutting machine and the workpiece installation state for the demonstration experiment of the present invention.
9 is a view showing a change in the inclination angle of the surface of the cutting edge with respect to the inclined surface of the constant inclined surface and convex contour surface when the workpiece of the present invention is cut in the horizontal downward direction.
10 is a comparison graph between the predicted tool wear overlap shape and the experimentally measured tool wear overlap shape according to Test 1 of Group I during the experiment of the present invention.
11 is a comparison graph between the predicted tool wear overlap shape and the experimentally measured tool wear overlap shape according to
12 is a comparison graph between the predicted tool wear overlap shape and the experimentally measured tool wear overlap shape according to Test 1 of Group II during the experiment of the present invention.
FIG. 13 is a comparison graph between predicted tool wear overlap shape and experimentally measured tool wear overlap shape according to
이상과 같은 본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제의 해결 수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.Specific matters including the problem to be solved, the solution to the problem, and the effects of the present invention as described above are included in the embodiments and drawings to be described below. Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings.
본 발명의 일 실시예에 따른 공구마모 형상 예측 방법은 볼엔드밀과 같은 절삭공구가 절삭 공정을 작업할 때, 복잡한 형상의 피절삭물의 경우 표면 경사 각도가 연속적으로 변화하므로 겹쳐지는 영역 아래에서 공구 마모의 형상을 예측하는 것으로, 공구 마모 분석에서 절삭 날과 겹침 영역을 따라 연속적으로 변화하는 공구 접점과 표면경사각의 영향을 고려한다.Tool wear shape prediction method according to an embodiment of the present invention, when a cutting tool, such as a ball-end mill in the cutting process, the surface inclination angle is continuously changed in the case of a workpiece of a complex shape, the tool wear under the overlapping area By predicting the shape of, the tool wear analysis takes into account the effects of continuously changing tool contacts and surface tilt angles along the cutting edge and overlap region.
본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨터를 이용한 공구마모 형상 예측 방법에서의 각 단계들은 다음과 같다.Each step in the tool wear shape prediction method using a computer according to an embodiment of the present invention is as follows.
제1단계: 절삭공정에서 설정되는 다수 개의 절삭조건을 수집하는 단계First step: collecting a plurality of cutting conditions set in the cutting process
제2단계: 상기 다수 개의 절삭조건으로부터 공구마모형상모델을 수립하는 단계Second step: establishing a tool wear shape model from the plurality of cutting conditions
제3단계: 상기 수립된 공구마모형상모델로부터 단일마모들의 형상을 예측하는 단계 Step 3: Predicting Shapes of Single Wears from the Established Tool Wear Shape Model
제4단계: 상기 예측된 단일마모들의 형상을 겹쳐 최종마모 형상을 예측하는 단계Step 4: predicting the final wear shape by overlapping the predicted single wear shapes
이하 본 발명의 일 실시예에 따른 공구마모 형상 예측 방법을 도 1 및 도 2를 참조하여 각 단계별로 상세히 설명한다.Hereinafter, a tool wear shape prediction method according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2.
제1단계: 절삭공정에서 설정되는 다수 개의 절삭조건을 수집하는 단계First step: collecting a plurality of cutting conditions set in the cutting process
공구 상태를 평가하는 데 가장 자주 사용되는 측정치는 도 3에 네모 형상으로 도시된 플랭크 마모이다. 일반적으로 공구는 플랭크 마모가 기준 값에 도달 할 때 수명이 다한 것으로 간주된다. 플랭크 마모는 절삭 날의 상단과 플랭크 마모가 발생하는 영역의 바닥 사이의 거리로 측정 할 수 있다. 실제 절삭 조건의 복잡성으로 인하여 절삭 진행은 공구 마모의 상당한 부분을 발생 시키며, 상이한 절삭조건은 공구 마모 상태에 대해 각기 다른 영향을 미친다. 공구 마모는 재료 특성, 공구 재료, 공구 형상, 작동 조건 및 기계의 열악한 제어로 인한 예기치 않은 충격과 같은 기타 요인의 함수이다.The most frequently used measure to assess tool condition is flank wear, shown in square shape in FIG. 3. Generally, tools are considered to have reached end of life when flank wear reaches a reference value. Flank wear can be measured by the distance between the top of the cutting edge and the bottom of the area where flank wear occurs. Due to the complexity of the actual cutting conditions, the cutting progress generates a significant part of the tool wear, and different cutting conditions have different effects on the tool wear condition. Tool wear is a function of material properties, tool material, tool geometry, operating conditions and other factors such as unexpected impacts due to poor control of the machine.
제2단계: 다수 개의 절삭조건으로부터 공구마모형상모델을 수립하는 단계Step 2: establishing a tool wear shape model from a plurality of cutting conditions
공구 마모를 예측하기 위해 다양한 이론적, 경험적, 수치적 또는 결합된 모델이 개발되었다. 현재의 공구 마모 모델은 테스트 플랭크 마모 결과의 평균값 또는 최대값을 기준으로 제안되었지만 종종 공구 마모 값이 과대 또는 과소평가되는 일 발생한다. 이 문제를 해결하기 위해 피절삭물의 경사각이 일정한 조건 하에서의 공구 마모 기하학적 프로파일이 개발되었고, 공구마모 형상이 분포함수로 근사화 될 수 있는 것이 밝혀졌다. Various theoretical, empirical, numerical or combined models have been developed to predict tool wear. Current tool wear models have been proposed based on average or maximum values of test flank wear results, but often it occurs that tool wear values are overestimated or underestimated. To solve this problem, a tool wear geometrical profile was developed under conditions where the inclination angle of the workpiece was constant, and it was found that the tool wear shape could be approximated by the distribution function.
제3단계: 수립된 공구마모형상모델로부터 단일마모들의 형상을 예측하는 단계Step 3: predicting the shape of the single wears from the established tool wear shape model
공구마모 형상이 분포함수로 근사화될 수 있으므로, 공구마모 형상은 하기의 수학식 1로 산출된다.Since the tool wear shape can be approximated by a distribution function, the tool wear shape is calculated by Equation 1 below.
여기서, 는 확률밀도함수(PDF)이다.here, Is the probability density function (PDF).
본 발명에 따른 공구마모 형상 예측 방법은 원래 공구 마모 형상을 직접 측정한 다음 통계 이론을 기반으로 마모의 확률밀도함수를 결정하기 위해 채택되었다. 실제로, 가우스 분포 함수 및 웨이블 분포 함수와 같은 확립된 확률함수 중 하나를 선택하여 분포함수를 설명하는 것이 바람직하다. 데이터 집합에 의해 기술된 모집단이 주어진 확률 분포를 따르는지를 테스트하기 위해 다양한 방법을 사용할 수 있다.The tool wear shape prediction method according to the present invention was originally adopted to directly measure the tool wear shape and then to determine the probability density function of the wear based on statistical theory. In practice, it is desirable to describe the distribution function by selecting one of established probability functions, such as a Gaussian distribution function and a wavelet distribution function. Various methods can be used to test whether the population described by the data set follows a given probability distribution.
제4단계: 예측된 단일마모들의 형상을 겹쳐 최종마모 형상을 예측하는 단계Step 4: predicting the final wear shape by overlapping the predicted single wear shapes
본 발명의 일 실시예에 따른 공구마모 형상 예측 방법에서의 제4단계는 다음과 같은 단계를 포함한다.A fourth step in the tool wear shape prediction method according to an embodiment of the present invention includes the following steps.
제4-1단계: 예측된 단일마모들의 형상들을 시간에 대한 선형함수로 변형하여 선형마모로 변형하고 단순 합으로 겹치는 단계Step 4-1: transforming the shapes of the predicted single wears into a linear function over time, transforming them into linear wear and overlapping with a simple sum
제4-2단계: 단순 합으로 겹쳐진 선형마모를 역변형하여 최종마모 형상을 예측하는 단계Step 4-2: Preforming Final Wear Shape by Inverse Deformation of Linear Wear Overlaid by Simple Sum
이하 본 발명의 일 실시예에 따른 공구마모 형상 예측 방법의 제4단계를 도 1 및 도 2를 참조하여 각 단계별로 상세히 설명한다.Hereinafter, a fourth step of the tool wear shape prediction method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2.
제4-1단계: 예측된 단일마모들의 형상들을 시간에 대한 선형함수로 변형하여 선형마모로 변형하고 단순 합으로 겹치는 단계Step 4-1: transforming the shapes of the predicted single wears into a linear function over time, transforming them into linear wear and overlapping with a simple sum
절삭날의 설계 또는 작동에서는 절삭 공구가 주어진 작동 조건에서 실패 할 것인지 여부에 대한 관심도가 높다. 상술한 제3단계에서 설정된 공구마모형상모델은 비선형 모델이므로, 중첩 영역에 대해서 공구마모 중첩형상을 계산하는 것은 어렵다. 따라서 이 문제를 해결하기 위해 상술한 제3단계에서 설정된 공구마모형상모델을 선형화하여 직선그래프를 도시할 수 있는 새로운 변수를 생성한다.In the design or operation of cutting edges, there is a high degree of interest in whether a cutting tool will fail under a given operating condition. Since the tool wear shape model set in the above-described third step is a nonlinear model, it is difficult to calculate the tool wear overlap shape for the overlap area. Therefore, in order to solve this problem, the tool wear shape model set in the above-described third step is linearized to generate a new variable capable of showing a linear graph.
수학식 1에 선형화이론을 적용하여 모델에 대한 선형 함수 을 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.By applying linearization theory to Equation 1 Linear function for model May be expressed as in
여기서,는 다른 물리적 파라미터의 조합과 변수에 해당하는 로 구성되는 공구마모 변수를 나타낸다. 즉, 수학식 1을 선형화하여 공구마모형상모델로부터 파라미터의 변화에 대한 선형 함수인 을 산출하는 것이다.here, Is a combination of different physical parameters Corresponding to a variable Represents a tool wear parameter. That is, by linearizing Equation 1, it is a linear function of the change of parameters from the tool wear shape model. To calculate.
한편, 공구 접촉점은 표면경사각의 다양성에 따라 변경되어 절단 중 겹치거나 겹치지 않는 영역과 관련된 다른 공구마모 형상을 생성한다. 겹치는 영역은 인접한 영역과 함께 하나 이상의 공통 도구 접점을 각각 가지고 있는 영역을 의미한다. 각각의 구역마다 공구마모 형상 예측을 반복적으로 수행하면, 겹치는 공구 접촉점은 2개 이상의 구역에 공통적으로 포함될 수 있다. 그러나 본 발명은 비선형 공구 마모 모델을 선형 모델로 변환하기 때문에 공구 접점이 겹치더라도 선형마모 공구의 겹쳐진 마모형상을 단순 합으로 산출할 수 있다.On the other hand, the tool contact points change depending on the variety of surface inclination angles to create different tool wear shapes associated with areas that overlap or do not overlap during cutting. Overlapping areas mean areas that each have one or more common tool contacts with adjacent areas. If tool wear shape prediction is repeatedly performed for each zone, overlapping tool contact points may be commonly included in two or more zones. However, since the present invention converts the nonlinear tool wear model into a linear model, even if the tool contacts overlap, the overlapped wear shape of the linear wear tool can be calculated as a simple sum.
따라서 선형화된 공구마모 겹침 형상은 수학식 2에 나타난 선형화 모델 의 단순 합으로 도출되어, 하기의 수학식 3으로 나타낸다.Therefore, the linearized tool wear overlap feature is represented by the linearization model shown in
수학식 3이 마련되어, 절삭날을 따라 공구 접점에서 주어진 작동 매개 변수에 대해 선형화된 공구마모 겹침 형상을 계산할 수 있다.
제4-2단계: 단순 합으로 겹쳐진 선형마모를 역변형하여 최종마모 형상을 예측하는 단계Step 4-2: Preforming Final Wear Shape by Inverse Deformation of Linear Wear Overlaid by Simple Sum
상기 제4-1단계에서 서술한 바와 같이, 공구마모 겹침 형상은 수학식 3을 기반으로 계산할 수 있다. 그러나 계산된 결과는 선형공구마모모델 에서 산출된 겹침 모델로서, 실제 공구마모 겹침 형상과 다르다. 이 문제를 해결하기 위해 실제 공구마모 겹침 형상은 해당 선형공구마모모델의 역수를 취하여 계산할 수 있다. 따라서 절삭날의 최종 공구마모 형상은 하기의 수학식 4로 나타낸다.As described in step 4-1, the tool wear overlap shape may be calculated based on
이와 같이, 볼 엔드밀과 같은 절삭공구의 작업에서 표면 경사각 및 절삭 시간은 가변 값이며, 공구의 플랭크 표면에 다른 공구마모 겹침형상 구조를 초래할 수 있다. 따라서 동일한 경사각 및 절삭 시간으로 구성되는 절삭 사이클에 대한 공구마모 겹침형상을 계산하고, 여러 절삭 사이클에 대해 동일한 프로세스를 확장 할 수 있다.As such, the surface inclination angle and cutting time in the operation of cutting tools such as ball end mills are variable values, which can result in different tool wear overlapping structures on the flank surface of the tool. Therefore, it is possible to calculate the tool wear overlap for a cutting cycle consisting of the same inclination angle and cutting time, and to extend the same process for several cutting cycles.
실시예Example
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 공구마모 형상 예측 방법을 절삭공구에 실제로 적용하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the tool wear shape prediction method according to an embodiment of the present invention will be described in detail by actually applying to a cutting tool.
우선, 실제 절삭공구에 적용하기 위해 절삭마모의 기하학적 요소를 수식으로 나타내어야 한다.First of all, the geometric elements of the cutting wear must be represented by the formula to apply to the actual cutting tool.
공구마모 겹침 모델을 개발하기 위해서는 기본 볼엔드밀의 형상, 순간적으로 변화하는 절삭면과 피절삭물 간의 상호 작용, 및 절삭공구와 피절삭물 간의 상호 작용에 대한 피절삭물 경사의 영향을 분석해야 한다. 도 4는 볼엔드밀의 절삭작업에서 절삭마모의 기하학적 요소를 나타낸다. 순간적인 절삭 각도는 기본 방정식을 기반으로 수학식 5와 같이 계산할 수 있다.To develop a tool wear overlap model, the effects of the warp of the workpiece on the geometry of the basic ball end mill, the momentary change of the cutting surface and the workpiece, and the interaction between the cutting tool and the workpiece should be analyzed. . Figure 4 shows the geometric elements of the cutting wear in the cutting operation of the ball end mill. The instantaneous cutting angle can be calculated as shown in Equation 5 based on the basic equation.
여기서 과 은 각각 절삭공구의 반경과 절삭 깊이를 나타낸다.here and Denote the cutting tool radius and cutting depth, respectively.
도 4에 도시된 바와 같이, 절삭면의 위치각 와 는 하기 수학식 6 및 수학식 7로 나타난다.As shown in Figure 4, the position angle of the cutting surface Wow Are represented by
여기서 는 절삭의 스텝오버 깊이를 나타낸다.here Represents the stepover depth of cutting.
또한, 절삭면에 따른의 공구의 입구 및 출구 접촉 위치는 하기 수학식 8 및 수학식 9로 산출할 수 있다.In addition, the inlet and outlet contact positions of the tool along the cutting surface can be calculated by the following Equations (8) and (9).
상술한 바와 같이 수식으로 산출된 절삭마모의 기하학적 요소를 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 공구마모 형상 예측 방법을 절삭공구에 실제로 적용하여 단일마모 형상을 예측하고, 이를 통하여 최종 공구마모 형상을 예측해보기로 한다.As described above, the tool wear shape prediction method according to an embodiment of the present invention is applied to the cutting tool by using the geometric elements of the cutting wear calculated by the formula, and the single wear shape is predicted. Let's predict.
공구마모형상모델을 통한 단일마모 형상예측Single Wear Shape Prediction Using Tool Wear Shape Model
본 발명에서 언급하는 공구마모 형상의 특성은 공구의 측면에서 발생하는 마모를 의미한다. 두 개의 플루트의 평균값이 공구 마모의 지표로 간주된다. 절삭 매개 변수는 마감절삭공정과 동일하게 설정되어 스핀들 속도, 이송 속도, 스텝 오버 깊이 및 축 깊이와 관련된 고정 작동 매개 변수와 즉각적으로 변화하는 표면경사각이 가변 매개 변수로 설정되었다.The characteristics of the tool wear shape referred to in the present invention means wear occurring on the side of the tool. The average value of two flutes is considered as an indicator of tool wear. The cutting parameters were set the same as in the finishing cutting process, with fixed operating parameters related to spindle speed, feed rate, step over depth and axis depth, and instantaneous changing surface inclination angles as variable parameters.
도 5는 공구마모 형상의 분포를 측정한 것으로, 단일마모가 공구 접촉점을 중심으로 생기며, 시간에 따라 단일마모의 크기는 증가하는 것을 확인할 수 있다. 다양한 경사각에 대한 공구의 입구 및 출구 접촉위치는 수학식 5 내지 9에 따라 산출될 수 있으며, 이때 공구 경사각이 일정한 조건에서는 공구 접촉점의 진입 위치에서 공구 마모가 시작되고 공구 접점의 출구 위치에서 최대 플랭크 마모 가 발생하는 것을 파악할 수 있다.Figure 5 is a measurement of the distribution of the tool wear shape, a single wear occurs around the tool contact point, it can be seen that the size of the single wear increases with time. The inlet and outlet contact positions of the tool for various inclination angles can be calculated according to Equations 5 to 9, in which tool wear starts at the entry point of the tool contact point and the maximum flank at the exit point of the tool contact under conditions where the tool inclination angle is constant. Wear You can see what happens.
도 5에 도시된 바와 같이, 측정된 공구마모 형상 데이터는 정규 분포 양상을 나타낸다는 가설을 세울 수 있다. 가설을 검증하기 위해 Matlab 프로그램을 사용하여 측정된 데이터를 맞추기 위해 최소제곱법이 수행되었다. 확률 이론에 따르면 공구마모 형상 분포는 가우스 분포로 근사되므로, 공구마모 형상의 확률밀도함수 는 하기 수학식 10과 같이 산출된다.As shown in FIG. 5, it can be hypothesized that the measured tool wear shape data represents a normal distribution pattern. To test the hypothesis, the least-squares method was performed to fit the measured data using the Matlab program. According to the probability theory, the tool wear shape distribution is approximated by a Gaussian distribution, so the probability density function of the tool wear shape is Is calculated as in Equation 10 below.
여기서, = 0.36은 고정 매개 변수의 영향을 고려한 실험 상수 값이고, l은 절삭공구의 중심 끝에서 절삭날을 따라 측정된 호길이이며, 는 공구의 최대 측면 마모를 나타낸다.here, = 0.36 is the experimental constant value taking into account the influence of the fixed parameters, l is the arc length measured along the cutting edge at the center end of the cutting tool, Represents the maximum lateral wear of the tool.
이때, 수학식 1에 따라 공구마모 형상의 분포는 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다.In this case, the distribution of the tool wear shape according to Equation 1 may be expressed as Equation 11.
공구마모 형상은 일반적으로 정규 분포를 따른다는 것이 증명되었다. 그러나, 지금까지 플랭크 마모 를 계산하는 데 효과적인 모델은 아직 존재하지 않으나, 이는 측정된 데이터를 통해 간접적으로 계산될 수 있다.Tool wear features have generally been shown to follow a normal distribution. However, so far flank wear There is no effective model yet for calculating P, but it can be calculated indirectly from the measured data.
도 6은 절삭 시간과 표면 경사각에 대한 플랭크 마모 의 증가를 나타내는데, 관찰 결과, 절삭 시간의 초기 단계에서 절삭 시간에 따라 플랭크 마모의 증가가 급격히 증가했다. 마모 경향은 다른 연구자들에 의해 보고된 패턴과 일치하였는데, 절단 초기에 마모는 가장자리의 불규칙성을 제거하는 경향이 있고 높은 압력이 발생하며 가장자리에 열이 집중된다. 이러한 최초의 가속 마모 후에 절삭 시간이 증가함에 따라 마모 속도가 느려지므로 코팅이 마모를 더디게 하는 것을 알 수 있다. 또한, 도 6에 따르면, 표면 경사각이 플랭크 마모에 영향을 미치는데, 절삭공구 마모는 표면 경사각이 증가함에 따라 감소하였다.6 shows flank wear for cutting time and surface tilt angle As a result of observation, the increase in flank wear increased rapidly with the cutting time in the initial stage of cutting time. The tendency to wear was consistent with the pattern reported by other researchers. At the beginning of the cut, wear tends to eliminate edge irregularities, high pressures occur and heat concentrates on the edge. It can be seen that after this initial accelerated wear, the wear rate slows down as the cutting time increases, so that the coating slows down wear. In addition, according to FIG. 6, the surface inclination angle affects flank wear, and the cutting tool wear decreased with increasing surface inclination angle.
따라서 Taylor의 확장 방정식에 따라, 플랭크 마모 모델은 절삭 시간과 경사각을 고려하여 수학식 12와 같이 제안된다.Therefore, according to Taylor's expansion equation, flank wear The model is proposed as in Equation 12 in consideration of the cutting time and the inclination angle.
여기서, 는 고정 매개 변수의 영향을 고려한 또 다른 실험 상수 값이고, a는 시간 계수이며, b는 경사각 계수이다. 실험 상수 값은 전술한 바와 같이 근사 곡선(curving fitting)을 통해 산출되었으며,=0.0054, a=0.497 및 b=-0.869 인 것으로 나타났다.here, Is another experimental constant value considering the influence of fixed parameters, a is the time coefficient, and b is the tilt angle coefficient. The experimental constant values were calculated through approximating curves as described above. = 0.0054, a = 0.497 and b = -0.869.
수학식 12를 수학식 11에 삽입하여, 경사각(), 공구 접촉점(l) 및 절삭 시간(t)의 관점에서 생성된 공구마모 형상에 대한 예측 모델은 하기 수학식 13과 같습니다.Equation 12 is inserted into Equation 11, and the inclination angle ( ), The tool contact point (l) and the cutting time (t) in terms of the predictive model for the resulting tool wear shape is expressed by the following equation (13).
여기서, 라고 가정하면 공구마모형상모델은 하기 수학식 14와 같이 표현된다.here, Assuming that the tool wear shape model is represented by Equation 14 below.
수학식 14는 공구마모 형상이 경사각(), 공구 접촉점(l) 및 절삭 시간(t)에 의해 직접 영향을 받는다는 것을 나타낸다.Equation 14 shows that the tool wear shape has an inclination angle ( ), It is directly affected by the tool contact point l and the cutting time t.
단일마모 형상을 겹친 최종마모 형상예측Predicting the final wear shape by overlapping single wear features
공구마모 겹침형상을 용이하게 산출하기 위해, 제안된 비선형 공구마모형상모델은 선형화되어 직선 그래프를 도시 할 수 있는 새로운 변수를 생성한다. 여기서 선형화된 공구마모형상모델은 비선형 마모 곡선을 선형 곡선에 맞추는 매핑 함수를 적용되어, 수학식 14는 하기 수학식 15로 변환된다.In order to easily calculate the overlap of tool wear, the proposed nonlinear tool wear model is linearized to generate new variables that can show a straight line graph. Here, the linearized tool wear shape model is applied with a mapping function that fits the nonlinear wear curve to the linear curve, and equation (14) is converted into the following equation (15).
상술한 수학식 2로부터, 선형화된 방정식은 하기 수학식 16과 같이 나타낼 수 있다.From
따라서 수학식 14를 선형화함으로써, 공구마모형상모델로부터 모델 파라미터의 변화에 대한 선형함수인 방정식 을 산출할 수 있다. 도 7은 선형화된 공구마모 의 측정값 및 계산값의 비교 그래프를 나타낸다.Therefore, by linearizing equation (14), the equation is a linear function of the change of model parameters from the tool wear shape model. Can be calculated. 7 is a linearized tool wear The comparison graph of the measured value and the calculated value is shown.
비선형 공구 마모를 변환하여 선형마모로 변환하였으므로, 상술한 제4-1단계와 제4-2단계를 적용하여 주어진 작동 조건에서 공구마모 겹침형상을 계산할 수 있다. 먼저, 선형화된 공구마모 겹침형상은 수학식 3 및 수학식 15-16에 따라 하기 수학식 17과 같이 계산한다.Since the non-linear tool wear is converted to linear wear, the overlapped shape of the tool wear can be calculated under the given operating conditions by applying the above-described steps 4-1 and 4-2. First, the linearized tool wear overlap shape is calculated as in Equation 17 according to
다음으로, 실제의 최종적인 공구마모 겹침형상을 계산하는 것이다. 상술한 제4-2단계와 같이 최종적인 공구마모 겹침형상은 해당 선형화된 공구마모 겹침형상()의 분산의 역수를 취하여 계산할 수 있다. 수학식 4를 참조하여, 최종 공구마모 겹침형상은 수학식 17을 역변형하여 하기 수학식 18과 같이 주어진다.Next, the actual final tool wear overlap is calculated. As in the above-described step 4-2, the final tool wear overlap shape is a linearized tool wear overlap shape ( Can be calculated by taking the inverse of the variance of Referring to Equation 4, the final tool wear overlap shape is given by Equation 18 by inversely transforming Equation 17.
여기서 a는 수학식 12의 a와 같다.Where a is equal to a in Equation 12.
실험예Experimental Example
본 발명의 공구마모 형상 예측 방법을 검증하기 위해 추가적인 실험이 수행되었다.Additional experiments were performed to verify the tool wear shape prediction method of the present invention.
우선, 본 발명의 공구마모 형상 예측 방법에 따른 최종 마모형상과 실제 마모형상을 비교하기 위한 실험장비, 피절삭물 및 측정방법에 대해 서술하기로 한다.First, the experimental equipment, the workpiece, and the measuring method for comparing the final wear shape and the actual wear shape according to the tool wear shape prediction method of the present invention will be described.
절삭 실험은 20,000 rpm의 최대 스핀들 속도와 24 m/min의 이송 속도를 갖는 3축 수직 밀링센터(HWACHEON VESTA 1000)에서 수행하였다. 공구 마모를 가속화하기 위해 모든 실험은 건조식으로 진행되었으며, 노즐을 통해 공급된 압축 공기가 절단 영역으로 분사되었다. 또한, 도구 변형의 동적 영향을 최소화하기 위해 공구의 돌출 길이를 가능한 한 짧게 유지하였으며, 다이얼 표시기를 사용하여 정확한 공작물 경사도를 얻었다.Cutting experiments were carried out in a three-axis vertical milling center (HWACHEON VESTA 1000) with a maximum spindle speed of 20,000 rpm and a feed rate of 24 m / min. In order to accelerate tool wear, all experiments were run dry and compressed air supplied through the nozzles was injected into the cutting zone. In addition, in order to minimize the dynamic influence of the tool deformation, the protruding length of the tool was kept as short as possible, and the dial indicator was used to obtain accurate workpiece tilt.
도 8은 실험을 위한 절삭기계와 피절삭물 설치 상태를 나타낸다. 본 실험에서는 도 9에 도시된 바와 같이 피절삭물이 수평 하향 방향으로 절삭될 때 일정한 경사면과 볼록한 윤곽면일 때의 차이점을 조사하였다. 절삭 매개 변수는 정삭 공정과 동일하게 설정되고 스핀들 속도, 이송 속도, 스텝오버 깊이 및 수평 하향 절삭에서의 축 깊이와 관련된 고정 작동 매개 변수가 설정되었다. 가변 매개 변수는 즉각적인 경사각이었다. 본 실험에서 사용된 절삭조건의 세부 사항은 표 1과 같다.8 shows the cutting machine and the workpiece installation state for the experiment. In this experiment, as shown in FIG. 9, the difference between the inclined surface and the convex contour surface when the workpiece was cut in the horizontal downward direction was examined. The cutting parameters were set identical to the finishing process and fixed operating parameters related to spindle speed, feed rate, stepover depth and axis depth in horizontal downcutting were set. The variable parameter was an immediate tilt angle. The details of the cutting conditions used in this experiment are shown in Table 1.
본 실험에 사용된 피절삭물 재료는 경화된 HP1 주물 철이다. 표 2는 본 실험에서 사 된 43 HRC의 평균경도를 갖는 HP1의 화학적 조성을 나타낸다. 이 재료는 100×100×100mm 직사각형 블록 형상으로 가공되었다. 가공실험을 시작하기 전에 상기 피절삭물은 표면, 바닥 및 측면에서 페이스 밀링하여 표면 결함을 제거하고 평탄도를 확보하여 결과에 대한 편향을 방지했다. 절삭공구로 두 날 초경 볼 엔드밀(OSG-GS 시리즈)이 실험에 사용되었습니다. 볼 엔드밀은 약 2.5㎛의 두께를 갖는 다층 TiAlN 막으로 코팅되었다. 절삭날의 직경은 10mm, 경사각은 30°이고 여유각은 -10°입니다.The workpiece material used in this experiment is hardened HP1 cast iron. Table 2 shows the chemical composition of HP1 with an average hardness of 43 HRC used in this experiment. This material was processed into a 100 × 100 × 100 mm rectangular block shape. Before starting the machining experiments, the workpieces were face milled on the surface, bottom and sides to remove surface defects and ensure flatness to prevent deflection of the results. As a cutting tool, a two-blade carbide ball end mill (OSG-GS series) was used for the experiment. The ball end mill was coated with a multilayered TiAlN film having a thickness of about 2.5 μm. The cutting edge has a diameter of 10 mm, an inclination angle of 30 ° and a clearance angle of -10 °.
공구의 플랭크 마모 측면에서 공구마모 형상은 100X 배율에서 디지털 현미경 (INSIZE)을 사용하고 가공 시험 전체에 걸쳐 이미지 처리 소프트웨어를 사용하여 측정되었다. 특정 시간 간격 후에 절삭 공구가 공구 홀더에서 제거되어 공구 마모의 형상을 관찰하였다. 일루미네이터가 디지털 현미경의 광원으로 제공되었으며, 절삭날의 이미지가 기록되고 처리되었다. 공구마모 형상은 절삭가공된 표면과 접촉 한 절삭날을 따라 플랭크 마모 측면에서 측정 할 수 있었다. 볼 엔드 밀링의 최대 플랭크 마모 기준은 약 0.1mm로 지정되었다. 또한 두 날의 마모를 각각 측정해 평균값이 공구 마모의 지표로 고려되었다.Tool wear geometry in terms of flank wear of the tool was measured using a digital microscope (INSIZE) at 100 × magnification and using image processing software throughout the machining test. After a certain time interval the cutting tool was removed from the tool holder to observe the shape of the tool wear. An illuminator was provided as a light source for the digital microscope, and images of the cutting edge were recorded and processed. Tool wear geometry could be measured in terms of flank wear along the cutting edge in contact with the machined surface. The maximum flank wear criterion for ball end milling was specified at about 0.1 mm. In addition, the wear of the two blades was measured separately and the average value was considered as an indicator of tool wear.
본 발명에 따른 공구마모형상모델의 정확성과 타당성을 확인하기 위해 상기 서술한 절삭장비, 피절삭물, 절삭면 측정장치를 통해 도 9에 도시된 바와 같이 그룹 I과 그룹 Ⅱ의 두 그룹으로 실험을 수행하였다.In order to confirm the accuracy and validity of the tool wear shape model according to the present invention, the experiment was conducted in two groups, group I and group II, as shown in FIG. Was performed.
그룹 I은 일정한 경사면 밀링이고 그룹 Ⅱ는 볼록한 윤곽의 경사면 밀링이다. 스핀들 속도, 이송 속도, 스텝 오버 깊이 및 축 깊이와 관련된 고정 작동 매개 변수는 상술한 표 1에 제시되어 있다. 실험은 표 3 및 표 4에 기재된 바와 같이 다양한 경사각으로 수행되었다.Group I is constant slope milling and group II is convex contour milling. Fixed operating parameters related to spindle speed, feed rate, step over depth and axial depth are presented in Table 1 above. Experiments were performed at various tilt angles as described in Tables 3 and 4.
No.Test
No.
그러므로, 모든 관련 절삭 매개 변수를 수학식 5 내지 수학식 18에 삽입하여 공구마모 겹침형상을 정량적으로 예측할 수 있다.Therefore, all relevant cutting parameters can be inserted into Equations 5 to 18 to quantitatively predict the tool wear overlap.
그룹 I : 일정한 경사면 밀링 하에서 공구마모 겹침형상Group I: Overlap of tool wear under constant inclined milling
예측된 공구마모 겹침형상과 실험적으로 측정된 공구마모 겹침형상의 값 사이의 비교가 도 10 및 도 11에 도시되어 있다. 각 구역의 단일 공구마모 형상예측은 수학식 5 내지 수학식 14를 반복적으로 계산한 다음, 중첩 영역에서는 수학식 15 내지 수학식 18을 통해 공구마모 겹침형상을 산출한다. 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 공구마모 값은 표면 경사각 δ= 40°에서 절삭 시간이 70분에서 160분까지 증가함에 따라 증가하며, 이는 중첩 영역에서의 공구마모 형상을 결정한다.예측값과 실험값의 비교 결과는 절삭 시간이 일정한 경사면 밀링에서 공구마모 겹침형상을 결정하는 데 중요한 역할을 한다는 것을 보여준다. 예측된 결과는 실험 결과의 일반적인 경향과 잘 일치하며, 예상값과 실험값 사이의 최대 백분율 오차는 약 17%이다.A comparison between the predicted tool wear overlap and the experimentally measured tool wear overlap is shown in FIGS. 10 and 11. The single tool wear shape prediction of each zone iteratively calculates the equations (5) to (14), and then, in the overlapping area, the tool wear overlap shape is calculated through the equations (15) to (18). As shown in Figs. 10 and 11, the tool wear value increases as the cutting time increases from 70 minutes to 160 minutes at the surface tilt angle δ = 40 °, which determines the tool wear shape in the overlap area. The comparison of and experimental data shows that the cutting time plays an important role in determining tool wear overlap in constant milling. The predicted results are in good agreement with the general trend of the experimental results, and the maximum percentage error between the expected and experimental values is about 17%.
그룹 Ⅱ : 볼록한 윤곽의 경사면 밀링 하에서 공구마모 겹침형상Group II: Overlap of tool wear under slope milling of convex contour
공구마모 겹침형상은 순간적으로 변화하는 경사각의 함수이다. 볼록한 윤곽의 경사면 밀링 하에서 예측된 공구마모 겹침형상과 실험적으로 측정된 공구마모 겹침형상의 값 사이의 비교가 도 12 및 도 13에 도시되어 있다. 총 가공 시간은 각각의 순간적으로 변화하는 경사각으로 분배된다. 고정 절삭 매개 변수들과 다양한 순간적으로 변화하는 표면경사각에 있어서의 공구마모 겹침형상은 상술된 모델을 사용하여 예측된다. 예측된 공구마모 겹침형상은 실험 결과와 잘 일치하는 경향이 관찰되며, 실험 및 예측 데이터의 전반적인 경향은 공구마모 겹침형상이 볼록한 윤곽의 경사면 밀링에서는 순간적으로 변화하는 표면경사각과 절삭시간에 의해 결정된다는 것을 보여준다. 예상 값과 실험 값 사이의 최대 백분율 오차는 약 16%이다.Tool wear overlap is a function of the instantaneous changing angle of inclination. A comparison between the predicted tool wear overlap shape and the experimentally measured tool wear overlap shape under sloped milling of the convex contour is shown in FIGS. 12 and 13. The total machining time is distributed at each instantaneously varying tilt angle. Tool wear overlap at fixed cutting parameters and various instantaneously varying surface tilt angles is predicted using the model described above. The predicted tool wear overlap tends to be in good agreement with the experimental results, and the overall trend of the experimental and predictive data is determined by the instantaneously changing surface inclination angle and cutting time in the inclined face milling of the convex contour. Shows that The maximum percentage error between the expected and experimental values is about 16%.
본 발명은 순간적으로 변화하는 표면경사각과 중첩영역의 영향을 고려하여 새로운 공구마모 형상예측 방법을 제시한다. 확률론, 선형화 정리 및 역변형을 기초로 하여, 본 발명은 코팅된 카바이드 볼 엔드밀로 경화된 HP1 강재를 절삭하는 실험을 통해 시연되고 검증되었다. 수행된 실험을 통해, 공구 경사면이 일정한 조건에서는 공구 접촉점의 진입 위치에서 공구 마모가 시작되고 공구 접점의 출구 위치에서 최대 측면 마모 가 발생하고, 중첩 영역 내에서 공구마모 겹침형상은 즉각적인 표면경사각과 해당 절삭 시간에 의해 결정되는 것을 알 수 있었다.The present invention proposes a new tool wear shape prediction method considering the influence of the instantaneous surface inclination angle and overlapping area. Based on probability theory, linearization theorem, and inverse strain, the present invention has been demonstrated and validated through experiments of cutting hardened HP1 steel with coated carbide ball end mills. Based on the experiments performed, tool wear starts at the entry point of the tool contact point at constant tool slopes and maximum lateral wear at the exit point of the tool contact. It was found that the tool wear overlap shape in the overlap region was determined by the instantaneous surface tilt angle and the corresponding cutting time.
본 발명에 적용된 새로운 공구마모 형상예측 방법은 설계 엔지니어가 피절삭물의 표면품질을 높이고 공구마모로 인한 가공 오류를 보상하기 위해 중첩되거나 중첩되지 않는 영역과 관련된 공구마모 형상을 예측하는 데 바람직하다.The new tool wear shape prediction method applied to the present invention is desirable for design engineers to predict tool wear shapes associated with overlapping or non-overlapping areas in order to improve the surface quality of the workpiece and to compensate for machining errors due to tool wear.
이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.As such, the technical configuration of the present invention described above will be understood by those skilled in the art that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Therefore, the above-described embodiments are to be understood as illustrative and not restrictive in all respects, and the scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the detailed description, and the meaning and scope of the claims and their All changes or modifications derived from an equivalent concept should be construed as being included in the scope of the present invention.
S1 : 절삭공정에서 설정되는 다수 개의 절삭조건을 수집하는 제1단계
S2 : 다수 개의 절삭조건으로부터 공구마모형상모델을 수립하는 제2단계
S3 : 수립된 공구마모형상모델로부터 단일마모들의 형상을 예측하는 제3단계
S4-1 : 예측된 단일마모들의 형상들을 시간에 대한 선형함수로 변형하여 선형마모로 변형하고 단순 합으로 겹치는 제4-1단계
S4-2 : 단순 합으로 겹쳐진 선형마모를 역변형하여 최종마모 형상을 예측하는 제4-2단계
S4 : 예측된 단일마모들의 형상을 겹쳐 최종마모 형상을 예측하는 제4단계S1: First step of collecting a plurality of cutting conditions set in the cutting process
S2: second step of establishing a tool wear shape model from a plurality of cutting conditions
S3: third step of predicting the shape of the single wears from the established tool wear shape model
S4-1: Step 4-1 in which the shapes of the predicted single wears are transformed into linear functions over time, transformed into linear wear, and overlap with simple sums
S4-2: step 4-2 of predicting the final wear shape by inverse deformation of the linear wear superimposed by a simple sum
S4: fourth step of predicting the final wear shape by overlapping the shape of the predicted single wear
Claims (6)
절삭공정에서 설정되는 다수 개의 절삭조건을 수집하는 제1단계;
상기 다수 개의 절삭조건으로부터 공구마모형상모델을 수립하는 제2단계;
상기 수립된 공구마모형상모델로부터 단일마모들의 형상을 예측하는 제3단계; 및
상기 예측된 단일마모들의 형상을 겹쳐 최종마모 형상을 예측하는 제4단계;를 포함하고,
상기 제3단계에서, 상기 단일마모들의 형상은 다음 수학식 1과 같이 확률밀도함수로 산출되고,
[수학식 1]
(여기서, Wi는 상기 단일마모들의 형상, fi(x)는 확률밀도함수를 나타냄.)
상기 절삭공정은 절삭공구와 피절삭물 사이의 표면 경사각이 연속적으로 변화되는 공정이며,
상기 제4단계는,
상기 예측된 단일마모들의 형상들을 시간에 대한 선형함수로 변형하여 선형마모로 변형하고 단순 합으로 겹치는 제4-1단계; 및
상기 제4-1단계 이후, 상기 단순 합으로 겹쳐진 선형마모를 역변형하여 상기 최종마모 형상을 예측하는 제4-2단계를 포함하고,
상기 제4-1단계에서는, 상기 수학식 1에 선형화이론을 적용하여 다음 수학식 2와 같은 선형함수로 나타낼 수 있으며,
[수학식 2]
(여기서, WLi는 선형함수, Wi는 공구마모 변수를 나타냄.)
선형화된 공구마모 겹침 형상은 다음 수학식 3과 같이 상기 수학식 2에 나타난 선형화 모델의 합으로 도출되고,
[수학식 3]
상기 제4-2단계에서는, 상기 수학식 3과 같은 공구마모 겹침 형상의 역수를 취하여 수학식 4와 같이 최종마모 형상을 도출하는 것을 특징으로 하는 공구마모 형상 예측 방법.
[수학식 4]
As a method of predicting a tool wear shape using a computer,
A first step of collecting a plurality of cutting conditions set in the cutting process;
A second step of establishing a tool wear shape model from the plurality of cutting conditions;
A third step of predicting shapes of single wears from the established tool wear shape model; And
And a fourth step of predicting a final wear shape by overlapping the predicted single wear shapes.
In the third step, the shape of the single wear is calculated as a probability density function as shown in Equation 1,
[Equation 1]
(W i is the shape of the single wear, f i (x) represents the probability density function.)
The cutting process is a process of continuously changing the inclination angle of the surface between the cutting tool and the workpiece,
The fourth step,
A step 4-1 of transforming the predicted shapes of the single wears into a linear function with respect to time, transforming the shapes into linear wear, and overlapping with a simple sum; And
After the step 4-1, and comprising the step 4-2 for predicting the final wear shape by inverse deformation of the linear wear superimposed by the simple sum,
In step 4-1, the linearization theory is applied to Equation 1 to represent a linear function as in Equation 2 below.
[Equation 2]
(WLi is a linear function and Wi is a tool wear variable.)
The linearized tool wear overlap shape is derived as the sum of the linearization models shown in Equation 2 as shown in Equation 3 below.
[Equation 3]
In step 4-2, the tool wear shape prediction method of claim 4, wherein the final wear shape is derived as shown in Equation 4 by taking the inverse of the overlapping shape of the tool wear as shown in Equation (3).
[Equation 4]
상기 예측되는 단일마모들의 형상은 상기 절삭공구의 절삭날 위치별 가공시간 분포로부터 예측되는 형상인 것을 특징으로 하는 공구마모 형상 예측 방법.The method of claim 1,
The predicted shape of the single wear is a tool wear shape prediction method, characterized in that the shape predicted from the machining time distribution of each cutting edge position of the cutting tool.
상기 공구마모형상모델은 가공경로시뮬레이션을 통해 계산되는 상기 절삭공구의 절삭날 위치별 가공시간 분포를 포함하는 것을 특징으로 하는 공구마모 형상 예측 방법.The method of claim 1,
The tool wear shape model includes a tool wear shape prediction method comprising a machining time distribution for each cutting edge position of the cutting tool calculated through a machining path simulation.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020180001448A KR102036980B1 (en) | 2018-01-05 | 2018-01-05 | A Method for Predicting Tool Wear Overlap Geometry |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020180001448A KR102036980B1 (en) | 2018-01-05 | 2018-01-05 | A Method for Predicting Tool Wear Overlap Geometry |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20190083698A KR20190083698A (en) | 2019-07-15 |
KR102036980B1 true KR102036980B1 (en) | 2019-10-25 |
Family
ID=67257569
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020180001448A KR102036980B1 (en) | 2018-01-05 | 2018-01-05 | A Method for Predicting Tool Wear Overlap Geometry |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102036980B1 (en) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012016757A (en) * | 2010-07-06 | 2012-01-26 | Jtekt Corp | Device for predicting uneven-wear shape of rotary tool |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20050030925A (en) | 2005-03-03 | 2005-03-31 | 김용연 | Ae signal monitoring system for surface defects and tool conditions on manufacturing process |
KR20170031906A (en) * | 2015-09-14 | 2017-03-22 | 서강대학교산학협력단 | Prediction method of wear and life of press tool using wear model |
-
2018
- 2018-01-05 KR KR1020180001448A patent/KR102036980B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012016757A (en) * | 2010-07-06 | 2012-01-26 | Jtekt Corp | Device for predicting uneven-wear shape of rotary tool |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20190083698A (en) | 2019-07-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Aurich et al. | Burrs—Analysis, control and removal | |
EP1350094B1 (en) | Inspection and disposition of mill rolls | |
US9229442B2 (en) | In-process compensation of machining operation and machine arrangement | |
Bissacco et al. | Size effects on surface generation in micro milling of hardened tool steel | |
Franco et al. | Influence of radial and axial runouts on surface roughness in face milling with round insert cutting tools | |
Pradhan | Estimating the effect of process parameters on surface integrity of EDM ed AISI D2 tool steel by response surface methodology coupled with grey relational analysis | |
Nguyen et al. | Characterization of cutting force induced surface shape variation in face milling using high-definition metrology | |
CN113613820A (en) | Method for automatic process monitoring in continuous gear grinding | |
Nguyen et al. | Modeling cutter tilt and cutter-spindle stiffness for machine condition monitoring in face milling using high-definition surface metrology | |
US11745310B1 (en) | Systems and methods for improving jet cutting performance via force sensing | |
JP2023179569A (en) | Autonomous modification of waterjet cutting system | |
HAŠOVÁ et al. | DESIGN AND VERIFICATION OF SOFTWARE FOR SIMULATION OF SELECTED QUALITY INDICATORS OF MACHINED SURFACE AFTER WEDM. | |
KR102036980B1 (en) | A Method for Predicting Tool Wear Overlap Geometry | |
US20160116269A1 (en) | Component measurement system having wavelength filtering | |
Tai et al. | Surface variation reduction for face milling based on high-definition metrology | |
Luo et al. | Investigating the effect of WEDM process parameters on 3D micron-scale surface topography related to fractal dimension | |
Nowakowski et al. | The assessment of the impact of the installation of cutting plates in the body of the cutter on the size of generated vibrations and the geometrical structure of the surface | |
CN114505855A (en) | Robot track automatic generation algorithm applied to special-shaped curved surface machining process | |
Ye et al. | Experimental investigations on micro-EDM milling of niobium carbide-nickel based cermet using statistical and empirical techniques | |
JP2017030066A (en) | Abnormality detection method of cutting tool and cutting processing device | |
Baleani et al. | Surface roughness measurements of turned parts through a vision-based measurement system: uncertainty analysis and performance comparison with state-of-the-art instruments | |
Póka et al. | Effect of the chip thickness and the exit angle on the burr formation and break-out of the workpiece edge in the case of milling | |
Juiña et al. | Analysis of the surface quality of a convex machining for a martensitic steel AISI P20 | |
JP6784303B2 (en) | Cutting tool outer peripheral side inclination calculation method, outer peripheral side inclination calculation device, processing equipment, steel manufacturing method and processing method | |
Pang | An Effective Method for Milling Tool Condition Monitoring Using On-machine Measurement |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |