KR102092968B1

KR102092968B1 - 회전 절삭공구의 초기 축방향 절삭 깊이 설정방법 및 제어장치

Info

Publication number: KR102092968B1
Application number: KR1020130065805A
Authority: KR
Inventors: 이강재; 송진석; 장한기
Original assignee: 두산공작기계 주식회사
Priority date: 2013-06-10
Filing date: 2013-06-10
Publication date: 2020-03-24
Also published as: KR20140144342A; US9604287B2; CN104227496B; US20140364990A1; CN104227496A; EP2813308A1

Abstract

본 발명은 회전 절삭공구의 초기 축방향 절삭 깊이의 설정방법 및 제어장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 회전 절삭공구의 초기 축방향 절삭 깊이의 설정방법 및 제어장치는, 공구(T)가 스핀들(S)에 장착되었을 때에, 상기 공구(T)의 돌출길이(L), 상기 공구(T)의 직경(D), 돌출길이 비율 기준값(C) 및 축방향 절삭깊이 기준값(E)을 입력받아, 축방향 절삭 깊이(Y)가 계산되고, 상기 축방향 절삭 깊이(Y)가 절삭가공의 초기 축방향 절삭깊이로 설정되는 것이다.

Description

회전 절삭공구의 초기 축방향 절삭 깊이 설정방법 및 제어장치{setting method of cut depth of initial axial direction for spin cutting tool and the same control device}

본 발명은 회전 절삭공구의 초기 축방향 절삭 깊이의 설정방법 및 제어장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 절삭공구가 회전하여 공작물에 대해 절삭가공을 수행할 때에 절삭 깊이를 설정할 수 있도록 하는 회전 절삭공구의 초기 축방향 절삭 깊이의 설정방법 및 제어장치에 관한 것이다.

일반적으로 공작기계는 공구의 이동경로와 공구의 회전수 등이 수치 제어되어 공작물에 대한 절삭가공을 수행한다. 공작기계의 예로서 머시닝센터, 터닝센터, NC 밀링 머신 등이 있다. 공작기계는 수치제어 복합 가공기라고도 한다.

공구는 스핀들에 장착된 상태에서 회전하여 정지된 공작물에 대하여 절삭 가공을 수행하도록 하는 회전 절삭공구가 있다. 회전 절삭공구의 예를 들면 엔드밀, 밀링공구, 드릴공구, 보링 공구 등이 있다. 이하에서 "회전 절삭공구"는 "공구"로 줄여서 칭한다.

공작기계는 단위시간당 절삭량(MRR: material removal rate)이 높을수록 생산성이 좋은 것으로 평가되고, 가공면의 표면 거칠기가 매끄러울수록 가공 품위가 좋은 것으로 평가된다.

단위시간당 절삭량은 반경 방향 절삭 깊이, 축방향 절삭 깊이, 주축 회전 수 및 이송속도 등의 절삭조건 요소에 따라 결정된다. 이러한 절삭조건 요소 중에 어느 하나라도 증가시키면 절삭량은 증가하게 된다. 그러나 생산성이 향상되더라도 진동 채터가 발생하면 가공품위가 저하될 수 있다.

따라서 생산성 향상과 가공 품위를 동시에 만족하기 위해서는 최적화된 절삭조건을 설정하여야 한다.

한편, 공구는 공구 제조사에서 절삭조건이 매뉴얼 추천 조건으로 제시되는 경우가 있다. 그러나 이러한 매뉴얼 추천 조건은 최대허용 정적가공 부하를 기반으로 제공되는 것으로써, 절삭가공 중에 발생하는 채터 진동 특성이 반영되지 않은 값이다.

따라서 절삭가공 중 발생하는 채터 진동과 채터 진동을 통하여 증폭되는 동적 가공 부하에서 공구 또는 공작물 파손에 대처할 수 없는 문제점이 있다. 이 때문에 작업자는 매뉴얼 추천 조건보다 매우 안정적인 절삭 조건으로 설정하여 절삭가공을 수행하려는 경향이 있다.

상술한 채터 진동은 공구 타입, 공구 형상, 공구 돌출 길이, 공작물의 경도, 가공 위치(X, Y, Z 좌표위치) 등 많은 요인에 따라 지속적으로 변동되는 특성이 있다.

즉, 작업자는 공구 제조사에서 제시되는 매뉴얼 추천 조건 중에서 매우 보수적인 절삭 조건을 적용하게 되므로 생산성이 저하되는 문제가 있다.

다른 한편으로, 절삭가공은 절삭가공이 시작되면 절삭가공이 진행되는 동안에 절삭 깊이의 값을 변경하기가 매우 곤란한 특성이 있다. 즉, 절삭가공의 초기에 절삭 깊이를 잘못 설정하여 절삭가공이 수행되면 절삭가공이 진행되는 동안에 절삭 깊이를 수정할 수 없고, 이로써 공작물의 가공품위가 낮아지거나 생산성이 저하될 우려가 있으므로 초기 축방향 절삭깊이의 설정은 매우 중요하다.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 절삭공정을 계획하는 단계에서 초기 축방향 절삭 깊이를 설정하여 생산성 향상과 가공품위 향상을 꾀할 수 있도록 하는 회전 절삭공구의 초기 축방향 절삭 깊이의 설정방법 및 제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 회전 절삭공구의 초기 축방향 절삭 깊이의 설정방법은, 공구(T)가 스핀들(S)에 장착되었을 때에, 상기 공구(T)의 돌출길이(L), 상기 공구(T)의 직경(D), 돌출길이 비율 기준값(C) 및 축방향 절삭깊이 기준값(E)을 입력받아, 수학식 1, 2, 3, 4에 의해 축방향 절삭 깊이(Y)가 계산되고, 상기 축방향 절삭 깊이(Y)가 절삭가공의 초기 축방향 절삭 깊이로 설정된다.

[수학식 1]

[수학식 2]

[수학식 3]

[수학식 4]

또한, 본 발명에 따른 회전 절삭공구의 초기 축방향 절삭 깊이의 설정방법은, 상기 축방향 절삭 깊이(Y)는 수학식 5에 의해 보정상수(n)만큼 감산 보정되어, 보정 축방향 절삭 깊이(Ad)가 계산되고, 상기 보정 축방향 절삭 깊이(Ad)가 절삭가공의 초기 축방향 절삭깊이로 설정되는 것일 수 있다.

[수학식 5]

또한, 본 발명에 따른 회전 절삭공구의 초기 축방향 절삭 깊이의 설정방법은, 상기 축방향 절삭깊이(Y)가 10mm 이상인 경우에는 보정을 수행하지 않고, 상기 축방향 절삭깊이(Y)가 10mm미만 5mm이상인 경우에 0.1mm를 감산보정하며, 축방향 절삭깊이(Y)가 5mm미만 2mm이상인 경우에 0.2mm를 감산보정하며, 축방향 절삭깊이(Y)가 2mm미만이면 0.3mm를 감산보정하는 것일 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 회전 절삭공구의 초기 축방향 절삭 깊이의 제어장치는, 회전 절삭공구의 초기 축방향 절삭 깊이의 설정방법에 의해 계산된 축방향 절삭 깊이(Y) 값에 의해 공작기계를 제어하는 것일 수 있다.

또한,

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 회전 절삭공구의 초기 축방향 절삭 깊이의 제어장치는, 회전 절삭공구의 초기 축방향 절삭 깊이의 설정방법에 의해 계산된 보정 축방향 절삭 깊이(Ad) 값에 의해 공작기계를 제어하는 것일 수 있다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 회전 절삭공구의 초기 축방향 절삭 깊이의 설정방법 및 제어장치에 따르면, 절삭공정을 계획하는 단계에서 초기 축방향 절삭 깊이를 최적으로 설정할 수 있고, 이때 설정되는 초기 축방향 절삭 깊이는 절삭공정을 수행할 때에 생산성 향상시킴과 아울러 가공품위 양호하게 구현할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 회전 절삭공구의 초기 축방향 절삭 깊이의 설정방법 및 제어장치에 따른 초기 추천 축방향 절삭 깊이(Y)와 보정 축방향 절삭깊이(Ad)는 공구의 돌출길이와 직경에 대한 변수를 반영한 것이므로 강성이 다양한 공구 직경에서 모두 적용이 가능하다. 즉, 본 발명은 공작기계에 적용되는 다양한 공구 형식 및 공구 돌출 길이에 대해 가공할 때에 가공 안정성 제어를 가능하게 하는 초기 절삭 조건(축방향 절삭 깊이)을 양호하게 선정함으로써, 실시간 채터 진동 저감의 신뢰성을 높일 수 있고, 다양한 공구에 적용할 수 있어 범용으로 이용할 수 있다.

또한, 본 발명의 회전 절삭공구의 초기 축방향 절삭 깊이의 설정방법 및 제어장치에 따르면, 공구부(공구와 홀더)에 대한 동특성 해석 역량 및 자료가 없어도 돌출 길이(L)에 대한 돌출 길이별 축 방향 절삭 깊이를 선정할 수 있는 것이다.

또한, 본 발명의 회전 절삭공구의 초기 축방향 절삭 깊이의 설정방법 및 제어장치에 따르면, 공구 변동이 빈번한 금형 가공에서 절삭공정에 적용될 모든 공구 타입 및 공구 길이에 대한 추천 축방향 절삭 깊이를 실제 절삭가공을 수행하기 전에 쉽게 도출할 수 있다. 즉, 본 발명의해 도출되는 보정 축방향 절삭깊이(Ad)를 공구 이동경로(Tool path) 및 수치제어 코드(NC Code)를 생성할 때에 용이하게 반영할 수 있으므로, 절삭가공을 수행할 때에 가공오류를 방지할 수 있는 것이다.

도 1은 스핀들 회전수 대비 축방향 절삭깊이의 상관 관계를 보인 가공 안정성 선도이다.
도 2는 스핀들에서 공구의 돌출 길이와 절삭 깊이를 설명하기 위한 도면이다.
도 3는 공구의 돌출길이 비율에 따른 강성평가를 보인 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 절삭공구의 초기 축방향 절삭 깊이의 설정방법에 의해 도출된 추천 축방향 절삭 깊이와 보정 축방향 절삭 깊이를 나타낸 표이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 절삭공구의 초기 축방향 절삭 깊이의 설정방법 및 제어장치를 적용하였을 때에 채터 진동 선도이다.
도 6는 비교예에 따른 채터 진동을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 절삭공구의 초기 축방향 절삭 깊이의 설정방법 및 제어장치를 적용하였을 때에 채터 진동 선도 및 부분 상세도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 절삭공구의 초기 축방향 절삭 깊이(Ad)의 설정방법에 의해 설정된 상태에서 절삭가공을 수행하고 그에 따른 절삭 품질을 평가한 평가표이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 절삭공구의 초기 축방향 절삭 깊이의 설정방법을 수행하기 위한 제어장치의 예를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명한다. 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 크기가 과장되게 도시될 수 있다.

한편, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

먼저, 절삭가공을 수행할 때에 스핀들 회전수와 축방향 절삭깊이의 상관관계에 따른 가공 안정성을 첨부도면 도 1을 참조하여 설명한다.

첨부도면 도 1은 스핀들 회전수 대비 축방향 절삭깊이의 상관관계를 보인 가공 안정성 선도이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 가공 안정성 선도에 따르면, 어느 특정한 스핀들 회전수에서는 축방향 절삭깊이가 깊더라도 가공이 안정되어 채터 진동이 회피되는 영역이 있는 반면에, 다른 특정한 스핀들 회전수에서는 축방향 절삭깊이가 낮음에도 가공이 불안정되어 채터 진동이 발생하는 영역이 있다.

한편, 공구 제조사에서는 매뉴얼 추천 축방향 절삭깊이를 제시하고 있다. 그러나 매뉴얼 추천 축방향 절삭깊이는 정적인 가공 상태에서 선정한 것이므로, 동적인 채터 진동이 발생할 상황에서는 매뉴얼 추천 축방향 절삭깊이를 적용하기 곤란함이 있다. 즉, 매뉴얼추천 축방향 절삭깊이 일지라도 어느 특정한 스핀들 회전수에서는 채터 진동이 발생하기 때문이다.

한편, 임계 축방향 절삭 깊이에서는 어떠한 스핀들 회전수일지라도 채터 진동이 회피되는 값이 있다. 그러나 이러한 임계 축방향 절삭 깊이를 선정하여 절삭가공을 수행하게 되면 생산성이 매우 낮게 저하되는 문제점이 있다.

따라서 생산성 향상을 위해서는 매뉴얼 추천 절삭 깊이로 절삭가공을 수행할 때 수준의 절삭량 적용이 필요하고, 아울러 절삭가공 중에 지속적인 진동 특성 평가 및 분석을 통한 진동 억제 및 회피가 반드시 수반되어야 한다.

절삭가공 중에 채터 진동 유/무는 가공 조건에 따라 변동하는 실시간 가공 안정성 특성에 따르며, 특히 스핀들 회전수와 같은 절삭 조건 조정으로 가공 안정성이 결정될 수 있다. 예를 들어 도 1에 나타낸 바와 같이, 스핀들 회전수가 2800(rev/min)로 설정되고 축방향 절삭깊이가 2mm로 설정된 상황일 때에 채터 진동이 발생하지만, 스핀들 회전수가 3000(rev/min)로 설정되고 축방향 절삭깊이가 2mm로 설정된 대에는 채터 진동이 회피되는 것일 수 있다.

즉, 생산성 향상과 채터 진동 회피하기 위해서는 전체 절삭가공 공정(계획단계, 가공단계)에 순차적이며 효과적으로 적용 가능한 방안이 요구된다.

특히, 스핀들 회전수를 조정하여 가공 안정성 영역에서 절삭가공을 수행할 수 있도록 하기 위해서는 가공 전에 초기 축방향 절삭 깊이의 선정이 매우 중요하다.

초기 축방향 절삭 깊이가 너무 크게 선정되면 스핀들 회전수를 조정하더라도 가공 안정성을 확보할 수 없게 된다. 예를 들면 도 1에서 초기 축방향 절삭 깊이를 3mm 로 설정하는 경우에 스핀들 회전수를 변경하더라도 가공 안정 영역에 포함되지 않기 때문이다.

반면에, 초기 축방향 절삭 깊이가 너무 작게 선정되면 가공 안정성이 확보되어 가공품질은 확보되지만, 너무 보수적인 가공 조건으로써 생산성 저하되는 것이다. 예를 들면 도 1에서 축방향 절삭깊이를 1.5mm로 설정하여 가공하면 채터진동은 회피할 수 있을지라도 절삭량이 매우 적어서 생산성이 저하되기 때문이다.

즉, 초기 축방향 절삭 깊이는 절삭가공할 때 스핀들 회전수의 조정을 통해 가공 안정성 확보를 가능하게 하고, 아울러 생산성이 저하되지 않을 조건으로 공정 계획단계에서 선정되어야 하는 것이다.

이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 절삭 가공 조건 중에 공구(T)의 돌출길이(L)에 따라 채터 진동이 저감되는 조건을 설명한다.

첨부도면 도 2는 스핀들에서 공구의 돌출 길이와 절삭 깊이를 설명하기 위한 도면이다. 도 3는 공구의 돌출길이 비율에 따른 강성평가를 보인 그래프이다.

채터 진동은 공구의 돌출길이는 공구의 직경과 관련이 깊다. 즉, 공구(T)의 직경(D)이 동일하더라도 스핀들(S)에서 돌출되는 돌출 길이(L)가 길수록 채터 진동이 발생할 확률이 높고, 돌출 길이(L)가 짧을수록 채터 진동의 발생이 저감된다.

이하, 공구(T)의 직경(D)대비 돌출길이(L)의 비율은 "돌출길이 비율(A)"이라한다. 돌출길이 비율(A)은 다음 [수학식 1]에 의해 구해진다.

수학식 1을 참조하여 도 2에 나타낸 예를 살펴보면, 도 2의 (a)에 나타낸 돌출길이 비율(A)는 직경(D)에 비교하여 돌출길이(L)가 4배이므로 4이다. 마찬가지로, 도 2의 (b)의 돌출길이 비율(A)는 5이고, 도 2의 (c)의 돌출길이 비율(A)는 6이다. 여기서, 돌출길이 비율(A)이 가장 작은 도 2의 (a)의 예가 가장 안정적인 절삭가공을 수행할 것이다. 한편, 축방향 절삭깊이(Ad)는 도 2의 (c)의 예가 가장 크게 설정될 수 있고 이로써 절삭량을 가장 크게 설정할 수 있는 것이다.

한편, 공구 제조사에서 제시되는 기준값에 비교하여 실제로 돌출되는 돌출길이를 다르게 설정할 수 있다. 이는 [수학식 2]에 나타낸 바와 같이, 기준값 대비 돌출길이 비율(B)은 돌출길이 비율 기준값(C)을 돌출길이 비율(A)로 나눈 값으로 표현될 수 있다.

[수학식 2]에서 돌출길이 비율 기준값은 3일 수 있다. 여기서 돌출길이 비율 기준값은 공구 제조사에서 제시하는 매뉴얼 추천 값으로써, 공구의 형상이나 공구 특성에 따라 다른 값이 제시될 수도 있다.

한편, 채터 진동이 발생하는 것은 강성(k)과 관련이 있다. 강성(k)은 도 3을 참조하여 설명한다. 첨부도면 도 3는 공구의 돌출길이 비율에 따른 강성평가를 보인 그래프이다.

강성(k)은 강성 관계식에 의해 계산될 수 있다. 기준값 대비 돌출길이 비율(B)을 강성 관계식에 대입하면 수학식 3으로 표현될 수 있다.

즉, 수학식 3 및 도 3에 따르면 기준값 대비 돌출길이 비율(B)이 1인 경우에 강성이 가장 강하게 나타나고, 기준값 대비 돌출길이 비율(B)이 증가될 때에 강성(k)은 급격하게 저하됨을 알 수 있다.

즉, 초기 축방향 절삭 깊이(Ad)는 수학식 1, 2, 3을 이용하여 공구(T)의 돌출 길이(L)로부터의 돌출 길이 변동에 따른 강성 변동을 반영하여 돌출 길이 별로 선정할 수 있게 된다.

축방향 절삭깊이(Y)는 수학식 4에 의해 구할 수 있다.

[수학식 4]에서 축방향 절삭깊이 기준값은 15일 수 있다. 여기서 축방향 절삭깊이 기준값(E) 15는 공구 제조사에서 제시하는 매뉴얼 추천 값으로써, 공구의 형상이나 공구 특성에 따라 다른 값이 제시될 수도 있다.

한편, 드릴 같은 공구는 공구의 단면이 뾰족한 형상을 이루는 경우가 있다. 이러한 경우에는 끝부분의 강성이 달라질 수 있는 것이므로, 수학식 4에서 구한 축방향 절삭 깊이(Y)의 값을 보정하여 보정 축방향 절삭 깊이(Ad)를 도출할 수 있다. 보정 축방향 절삭 깊이(Ad)는 수학식 5에 의해 계산된다.

한편, 공구(T)의 실물 형상은 끝부분이 뾰족한 형상으로 제공될 수 있고, 이러한 뾰족한 형상이 강성(k)에 영향을 끼칠 것이므로, 이를 강성에 끼치는 영향을 고려하여 보정 상수(n) 값을 다르게 설정할 수 있다. 이로써 더욱 정교하게 보정 축방향 절삭 깊이(Ad)를 도출할 수 있다. 수학식 5에서 보정되는 보정 상수(n)는 수학식 6에 제시되는 조건으로 보정 값을 다르게 설정할 수 있다.

수학식 6에 의하면, 축방향 절삭깊이(Ad)가 작을수록 보정 상수(n)를 크게 설정하는 것이다. 특히, 축방향 절삭깊이(Y)가 10mm 이상인 경우에는 보정을 수행하지 않고, 축방향 절삭깊이(Y)가 10mm미만 5mm이상인 경우에 0.1mm를 감산보정하며, 축방향 절삭깊이(Y)가 5mm미만 2mm이상인 경우에 0.2mm를 감산보정하며, 축방향 절삭깊이(Y)가 2mm미만이면 0.3mm를 보정하는 것이다. 여기서, 보정(n) 값은 도 8에 나타낸 바와 같이 실험과 검증에 의해 양호한 값으로 구해진 값이다.

이하, 도 4 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 절삭공구의 초기 축방향 절삭 깊이의 설정방법 및 제어장치에 대해서 설명한다.

첨부도면 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 절삭공구의 초기 축방향 절삭 깊이의 설정방법에 의해 도출된 추천 축방향 절삭 깊이와 보정 축방향 절삭 깊이를 나타낸 표이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 절삭공구의 초기 축방향 절삭 깊이의 설정방법 및 제어장치를 적용하였을 때에 채터 진동 선도이다. 도 6는 비교예에 따른 채터 진동을 설명하기 위한 도면이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 절삭공구의 초기 축방향 절삭 깊이의 설정방법 및 제어장치를 적용하였을 때에 채터 진동 선도 및 부분 상세도면이다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 수학식 1, 2, 3, 4에 의해하여 추천 방향 절삭 깊이(Y)가 도출된다. 도 4에 나타낸 예시 값은 공구 직경(D)이 10mm이고, 돌출길이 비율 기준값(C)이 3이고, 축방향 절삭 깊이 기준값(E)이 15mm이라고 설정한 예이다. 즉, 공구 직경(D)이 변경되는 경우에는 도출되는 결과 값이 당연히 변화되는 것으로 도 4에 기재된 값은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시한 것이다.

즉, 돌출길이 비율(A)이 5.5인 경우에 기준값 대비 돌출길이 비율(B)은 수학식 2에 의해 1.83이 도출되고, 강성(k)은 수학식 3에 의해 0.16값이 도출된다. 추천 축방향 절삭깊이(Y)는 수학식 4에 의해 2.4mm 값이 도출된다.

이후, 수학식 5, 6에 따라 추천 축방향 절삭깊이(Y)는 2.2mm를 도출할 수 있게 된다.

즉, 스핀들(S)에 공구(T)를 장착하였을 때에 공구(T)의 돌출길이(L)를 55mm로 설정하면, 초기의 축방향 절삭 깊이(Ad)는 2.2mm로 설정하여 절삭가공을 수행하도록 하는 것이다.

도 5에 따르면 가공 안정성 선도에서 축방향 절삭깊이(Ad)를 2.2mm로 설정하는 경우에 스핀들 회전수(rev/min)을 조정하면 항상 가공 안전 영역으로 위치시킬 수 있게 된다. 즉 스핀들 회전수(rev/min)가 3000rev/min이면 진동이 발생할 우려가 있지만, 스핀들 회전수(rev/min)를 3100rev/min으로 조정하면 채터 진동을 회피할 수 있는 것이다.

도 6은 축 방향 절삭깊이(Ad)를 보정하지 않고, 일반적인 절삭가공을 수행하고 이때 발생하는 진동을 그래프를 나태난 것으로, 스핀들 회전수를 3300rpm으로 절삭가공을 수행하는 경우에 진폭은 일부 구간에서 최대 9.76까지 치솟는 경향을 보였다. 즉 극심한 채터가 발생함을 알 수 있다.

도 7은 초기 축방향 절삭깊이(Ad)를 보정하여 절삭가공을 수행하여 발생되는 진동 그래프로 나타낸 것이다. 앞서 설명한 바와 같이 스핀들 회전수를 보정한 것으로 도 6에서 수행한 절삭조건과 동일한 조건에서 스핀들 회전수를 4273rpm으로 보정한 것이다. 이로써 진동이 상세도면에서 겨우 확인될 정도로 진폭이 최댓값이0.19값을 나타난다.

즉, 본 발명에 따르면, 초기 축방향 절삭깊이(Ad)를 최적으로 제시하고, 제시된 축방향 절삭깊이 값에 의해 절삭가공을 수행하는 경우에 스핀들 회전수를 보정할 수 있는 것이다. 즉, 현재 설정된 공구길이에 최적의 축방향 절삭깊이(Ad)를 신속하게 제시할 수 있는 것이다.

이하, 첨부도면 도 8을 참조하여 절삭 품질에 대하여 설명한다. 첨부도면 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 절삭공구의 초기 축방향 절삭 깊이(Ad)의 설정방법에 의해 설정된 상태에서 절삭가공을 수행하고 그에 따른 절삭 품질을 평가한 평가표이다.

도 8에 나타낸 예시 값은 공구 직경(D)이 10mm이고, 돌출길이 비율 기준값(C)이 3으로 설정하여, 공구(T)의 돌출길이 변화, 즉, 돌출길이 비율(A)에 따라 절삭가공을 수행하고 그에 따른 평가를 수행한 것이다. 수행한 결과 값에 따라 가공안전, 과도구간, 가공불안정으로 평가한 것이다.

도 4에서 본 발명의 실시예에서 수학식에 의해 계산된 축방향 절삭 깊이(Ad) 값과 실제로 가공을 수행하여 얻은 결과 값이 일치되어 검증된 것을 알 수 있다.

예를 들면, 공구의 돌출길이 비율(L/D)을 5.5로 설정한 경우에 본 발명에 따라 제시된 보정 축방향 절삭깊이(Ad) 값은 2.2mm이고, 실제 평가에서 2.2mm로 가공하였을 때에 채터 진동이 발생하지 않고, 안정된 절삭 가공이 구현되었다.

다른 예로서, 공구의 돌출길이 비율(L/D)을 4로 설정한 경우에 본 발명에 따라 제시된 보정 축방향 절삭깊이(Ad) 값은 6.2mm이고, 실제 평가에서 6.2mm로 가공하였을 때에 채터 진동이 발생하지 않고, 안정된 절삭가공이 구현되었다.

다른 한편으로, 본 발명에 따른 상술한 수학식1, 2, 3, 4, 5, 6에 의해 도출되는 보정 축방향 절삭깊이(Ad)는 공작기계의 제어부에 탑재되어 자동으로 계산될 수 있다. 이는 첨부도면 도 9를 참조하여 설명한다.

첨부도면 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 절삭공구의 초기 축방향 절삭 깊이의 설정방법을 수행하기 위한 제어장치의 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 9를 참조하면 제어장치(100)에는 기초 데이터 설정부(110)와 모니터링부(120)를 포함하여 구성된다. 제어장치(100)는 공작기계를 제어하도록 하는 제어부일 수 있다. 또한, 공작기계를 제어하도록 제공되는 전용 단말기일 수 있다. 한편, 제어장치(100)에는 수학식1, 2, 3, 4, 5, 6이 입력되어 있다.

즉, 기초 데이터 입력부(110)에서 공구(T)의 기초정보 예를 들면, 공구의 직경(D)과 공구의 돌출길이(L)등의 정보가 입력되는 것이다.

이후, 제어장치(100)의 제어부에서 입력된 기초정보에 근거하여 추천 축방향 절삭 깊이(Y) 또는 보정 축방향 절삭 깊이(Ad)를 연산하여 기초 데이터 설정(110)에 표시한다.

따라서 작업자는 초기 축방향 절삭 깊이(Ad) 값을 임의로 설정하지 않고, 제시된 값을 참조하여 절삭가공을 수행할 수 있는 것이다.

특히, 본 발명의 회전 절삭공구의 초기 축방향 절삭 깊이의 설정방법 및 제어장치에 따른 초기 축방향 절삭깊이(Ad)는 공구의 기준값 돌출 길이 대비 돌출 길이 변동에 의한 외팔보 강성 변동비를 추천 축방향 절삭깊이(Y)에 반영하여 돌출길이(L) 별 초기 추천 축방향 절삭 깊이(Y)와 보정 축방향 절삭깊이(Ad)를 선정할 수 있는 것이다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명에 따른 회전 절삭공구의 초기 축방향 절삭 깊이의 설정방법 및 제어장치는 절삭가공을 수행할 때에 초기의 축방향 절삭깊이를 선정하는 데에 이용할 수 있는 것이다.

S: 스핀들
T: 공구
L: 공구 돌출길이
D: 공구 직경
Ad: 절삭 깊이
100: 제어장치
110: 기초 데이터 설정부
120: 모니터링부

Claims

공구(T)가 스핀들(S)에 장착되었을 때에, 상기 공구(T)의 돌출길이(L), 상기 공구(T)의 직경(D), 돌출길이 비율 기준값(C) 및 축방향 절삭깊이 기준값(E)을 입력받아, 수학식 1, 2, 3, 4에 의해 축방향 절삭 깊이(Y)가 계산되고, 상기 축방향 절삭 깊이(Y)가 절삭가공의 초기 축방향 절삭깊이로 설정되는 회전 절삭공구의 초기 축방향 절삭 깊이의 설정방법.
[수학식 1]

[수학식 2]

[수학식 3]

[수학식 4]
제 1항에 있어서,
상기 축방향 절삭 깊이(Y)는 수학식 5에 의해 보정상수(n)만큼 감산보정되어, 보정 축방향 절삭 깊이(Ad)가 계산되고, 상기 보정 축방향 절삭 깊이(Ad)가 절삭가공의 초기 축방향 절삭깊이로 설정되는 회전 절삭공구의 초기 축방향 절삭 깊이의 설정방법.
[수학식 5]
제 2항에 있어서,
상기 축방향 절삭깊이(Y)가 10mm 이상인 경우에는 보정을 수행하지 않고, 상기 축방향 절삭깊이(Y)가 10mm미만 5mm이상인 경우에 0.1mm를 감산보정하며, 축방향 절삭깊이(Y)가 5mm미만 2mm이상인 경우에 0.2mm를 감산보정하며, 축방향 절삭깊이(Y)가 2mm미만이면 0.3mm를 감산보정하는 것을 특징으로 하는 회전 절삭공구의 초기 축방향 절삭 깊이의 설정방법.
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