KR102229779B1 - The Method of 4-Axis Machining for Ball Gear Cam - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 볼기어캠의 가공방법에 관한 것으로, 구체적으로는 터렛과의 기하학적 일정위치에서의 4-축 가공에서, 로터리테이블의 회전방향으로 일정 각도를 유지하도록 가공함으로써, 볼엔드밀 공구의 끝단에서 가공이 발생하지 않도록 하는 볼기어캠 4-축 가공방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of processing a ball gear cam, and in particular, in a 4-axis machining at a geometrical position with a turret, the end of a ball end mill tool is processed to maintain a certain angle in the rotational direction of a rotary table. It relates to a ball gear cam 4-axis machining method that prevents machining from occurring.
연속되는 회전운동을 전달하기 위해서는 기어나 벨트 등이 사용되지만 임의의 회전각에 따른 각도 및 각속도를 조정하면서 운동을 전달할 필요가 있는 경우에는 회전형 터렛이 구비된 롤러기어캠(Roller gear cam)이 일반적으로 사용된다.Gears or belts are used to transmit continuous rotational motion, but when it is necessary to transmit motion while adjusting the angle and angular speed according to an arbitrary rotational angle, a roller gear cam equipped with a rotating turret is used. It is commonly used.
종래의 회전형 터렛과 캠이 구비되는 롤러기어캠은 터렛의 원주방향에 여러 개의 롤러가 설치되고, 홈이 형성된 캠의 경사면에 터렛의 롤러 2개가 동시에 접촉되어 캠의 회전에 의해 터렛이 홈의 방향에 따라 회전하게 되는데, 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. In a conventional rotary turret and a roller gear cam equipped with a cam, several rollers are installed in the circumferential direction of the turret, and two rollers of the turret are in contact with the inclined surface of the cam where the groove is formed. The roller gear cam rotates according to the direction. As such a roller gear cam has little backlash and has excellent durability due to rolling contact, it requires precise driving such as an index table and an automatic tool changer (ATC). It is mainly used in place.
도 1은 종래 롤러기어캠의 정면도이다.1 is a front view of a conventional roller gear cam.
도시된 바와 같이, 롤러기어캠(100)은 측면 둘레를 따라 다수 개의 롤러(12)가 설치되는 터렛(10) 및 롤러(12)가 삽입되는 홈(22)과, 홈(22) 사이에 형성되는 산(24)이 구비되는 롤러기어캠(20)으로 이루어진다.As shown, the
따라서 롤러기어캠(20)이 회전되면 터렛(10)의 롤러(12)는 롤러기어캠(20)의 홈(22)의 형태에 따라 정지된 상태를 유지하거나 이동되어 터렛(10)이 정지 또는 회전되므로, 롤러기어캠(20)이 회전하더라도 롤러(12)의 위치는 그대로 유지되는 것이어서, 터렛은 정지된 상태를 유지하고, 롤러기어캠(20)의 홈(22)이 롤러기어캠(20)의 둘레방향과 평행하지 않은 형태로 이루어질 경우 롤러(12)가 홈(22)을 따라 이동되어 터렛(10)이 회전되는 것에서 보여지는 바와 같이, 5축 CNC 가공기계를 이용한 롤러기어캠의 가공방법의 공지되어 있다.Therefore, when the
그러나 종래의 롤러기어캠은 5-축을 동시에 제어 하는 가공만이 가능하여 고가의 가공기가 필요하고 가공 홈이 커 가공량도 많아지므로, 생산성이 떨어지는 문제점이 있었다.However, the conventional roller gear cam is capable of processing that only controls the 5-axis at the same time, requires an expensive processing machine, and has a large processing groove, so there is a problem in that productivity is lowered.
아래의 선행기술문헌은 본 출원인이 출원하고 등록받은 등록특허공보이다.The prior art documents below are registered patent publications filed and registered by the present applicant.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 4-축 가공기로도 가공이 가능하고 가공량도 적어 생산성이 우수하며, 롤러가 아닌 강체인 볼을 사용하므로 내구성이 향상되고, 터렛의 직경이 작아져서 컴펙트한 구성이 가능한 볼기어캠 4-축 가공방법을 제공하고자 함이다.The present invention is to solve the above problems, and it is possible to process even with a 4-axis processing machine and has excellent productivity due to a small amount of processing, and durability is improved and the diameter of a turret is small because a ball that is a rigid body is used instead of a roller. It is intended to provide a 4-axis machining method for ball gear cams that can be constructed in a compact manner.
본 발명 볼기어캠 4-축 가공방법은, 볼기어캠의 회전각에 대응하는 볼터렛의 회전각은 아래에서 보여지는 관계식을 갖는 캠선도 정의 단계(step 1),In the present invention ball gear cam 4-axis processing method, the rotation angle of the ball turret corresponding to the rotation angle of the ball gear cam is a cam diagram definition step (step 1) having a relational expression shown below,
[관계식][Relationship]
볼기어캠회전각 0°, 2°, 47°, 105°, 251°, 313°, 358°, 360° 에 대응하는 볼터렛의 회전각은 0°, 0°, 68°, 68°, 248°, 248°, 180°, 180°를 갖는 캠선도Ball gear cam rotation angles corresponding to 0°, 2°, 47°, 105°, 251°, 313°, 358°, and 360° are available at 0°, 0°, 68°, 68°, 248 Cam diagrams with °, 248°, 180°, 180°
볼기어캠의 캠선도를 식 1로 정의하여 매끄러운 곡선으로 변형하는 피팅단계(step 2),The fitting step of transforming the cam diagram of the ball gear cam into a smooth curve by defining it in Equation 1 (step 2),
[식 1][Equation 1]
는 볼기어캠의 회전각, Is the rotation angle of the ball gear cam,
는 터렛의 회전각 Is the rotation angle of the turret
캠곡선이 볼기어캠의 외곽원주와 만나는 각도의 위치는 식 2로 정의되는 회전각 정의단계(step 3),The position of the angle where the cam curve meets the outer circumference of the ball gear cam is the rotation angle definition step defined by Equation 2 (step 3),
[식 2][Equation 2]
는 터렛의 회전각, Is the rotation angle of the turret,
는 터렛(turret)의 중심에서 볼(ball) 중심까지의 거리, Is the distance from the center of the turret to the center of the ball,
는 볼의 반경, Is the radius of the ball,
R은 캠의 최외곽 반경, R is the outermost radius of the cam,
는 캠 중심과 터렛 중심간의 거리 Is the distance between the center of the cam and the center of the turret
터렛의 원주상에 회전 가능하도록 조립되어 있는 볼의 개수를 N개라고 하면 터렛 중심에서 볼 중심을 잇는 곡선 간격의 각도는 360°/N으로 정의되는 볼기어캠 원주와 캠곡선 정의단계(step 4),If the number of balls assembled so as to be rotatable on the circumference of the turret is N, the angle of the curve distance from the center of the turret to the center of the ball is defined as 360°/N. ),
i번째 곡선의 캠 곡선은 식 3으로 정의되는 곡선의 터렛 회전각을 구하는 단계(step 5),The cam curve of the i-th curve is the step of obtaining the turret rotation angle of the curve defined by Equation 3 (step 5),
[식 3][Equation 3]
는 i번째 곡선의 터렛 회전각, Is the turret rotation angle of the ith curve,
와 은 i번째 곡선의 볼기어캠의 회전각 범위 Wow Is the rotation angle range of the ball gear cam of the i-th curve
볼 중심의 위치 좌표값은 식 4로 정의되는 위치 좌표값 정의단계(step 6)The position coordinate value of the ball center is the step of defining the position coordinate value defined by Equation 4 (step 6)
[식 4][Equation 4]
는 위치 좌표값 Is the position coordinate value
볼이 곡선부의 진입과 퇴출할 때 충돌을 피할 수 있도록 식 5 및 식 6으로 정의되는 캠곡선의 끝단에 2중곡선을 적용하는 단계(step 7),Applying a double curve to the end of the cam curve defined by
[식 5][Equation 5]
j=1에서 j=n은, 식 4를 미세한 구간으로 세분화하여 n개의 점의 연결로 정의한 것,j=1 to j=n is defined as the connection of n points by subdividing
j1과 j2는, 일정구간의 위치j1 and j2 are the positions of a certain section
는, 터렛 중심에서 볼 중심까지 추가로 멀어진 값 Is the additional distance from the center of the turret to the center of the ball
는 시작점에서의 거리 Is the distance from the starting point
는 2중 곡선이 적용되는 구간의 거리 Is the distance of the section to which the double curve is applied
는 미소요소 j에서의 곡선의 거리 Is the distance of the curve at microelement j
[식 6][Equation 6]
공구축의 방향이 공작물(14)의 가공위치에서 C-축 회전에 대하여 항상 일정 각도를 유지하는 회전각은 식 7로 정의되고, X,Y,Z값은 C-축의 추가 회전에 의해 좌표변화값이 식 8로 정의되는 공작물을 일정 각도 추가 회전시켜 가공하는 단계(step 8)로 이루어진 것을 특징으로 한다.The rotation angle at which the direction of the tool axis always maintains a constant angle with respect to the C-axis rotation at the machining position of the
[식 7][Equation 7]
ε는 회전각 ε is the angle of rotation
[식 8][Equation 8]
본 발명의 볼기어캠 4-축 가공방법은, 공구의 위치데이터는 식 9로 정의되는 위치데이터 설정단계(step 9)가 더 부가되어 있는 것을 특징으로 한다.The ball gear cam 4-axis machining method of the present invention is characterized in that a position data setting step (step 9) defined by
[식 9][Equation 9]
본 발명은 터렛과의 기하학적 일정위치에서의 4-축 가공에서 한 단계 나아가 로터리테이블의 회전방향으로 일정 각도를 유지하도록 가공함으로써 볼엔드밀 공구의 끝단에서 가공이 발생하지 않도록 하는 효과가 있다.The present invention has the effect of preventing processing from occurring at the end of the ball end mill tool by processing to maintain a certain angle in the rotational direction of the rotary table by going one step from the 4-axis machining at a geometrical position with the turret.
즉, 볼엔드밀 끝단에서의 가공은 정상적인 절삭이 아니라 짓뭉개는 현상이 발생하여 가공면이나 공구수명에 나쁜 영향을 끼치므로 이를 피하는 본 발명의 가공방법은 볼기어캠의 가공 정밀도를 높일 수 있고, 끝단이 없는 특수 형상의 볼엔드밀 공구를 사용할 수 있는 효과가 있다.That is, the processing at the end of the ball end mill is not a normal cutting, but a crushing phenomenon occurs, which adversely affects the processing surface or tool life, so the processing method of the present invention avoiding this can increase the processing precision of the ball gear cam. , It has the effect of using a special shape ball end mill tool that does not have an end.
도 1은 종래 롤러기어캠의 정면도.
도 2는 롤러기어캠과 터렛 관계도.
도 3은 볼기어캠과 터렛 관계도
도 4는 롤러기어캠 홈과 볼기어캠 홈 비교도.
도 5는 롤러기어캠의 5-축 가공도.
도 6은 볼기어캠의 4-축 가공도.
도 7은 볼기어캠과 터렛 회전각 간의 관계선도(캠선도) 및 조립관계도.
도 8은 캠선도를 매끄러운 MS곡선으로 피팅한 후의 캠곡선도.
도 9는 볼이 캠의 원주를 이탈하는 순간을 표현한 관계도.
도 10은 볼기어캠 원주와 캠곡선도.
도 11은 완성된 볼기어캠 곡선도.
도 12는 C-축을 갖는 4-축 가공기 상태도.
도 13은 볼기어캠과 터렛과의 기하학적 조립관계도.
도 14는 캠곡선 끝단에서 2중 곡선을 적용하는 원리도.
도 15는 C-축의 접선방향과 공구축의 방향이 일정각도가 되도록 가공하는 원리도.1 is a front view of a conventional roller gear cam.
Figure 2 is a relationship between the roller gear cam and the turret.
3 is a diagram showing the relationship between the ball gear cam and the turret
4 is a comparison diagram of a roller gear cam groove and a ball gear cam groove.
5 is a 5-axis machining view of the roller gear cam.
6 is a 4-axis machining view of the ball gear cam.
7 is a relationship diagram (cam diagram) and an assembly relationship diagram between the ball gear cam and the turret rotation angle.
Fig. 8 is a cam curve diagram after fitting the cam diagram with a smooth MS curve.
9 is a relationship diagram representing the moment when the ball leaves the circumference of the cam.
10 is a ball gear cam circumference and cam curve diagram.
11 is a completed ball gear cam curve.
12 is a state diagram of a four-axis machine having a C-axis.
13 is a geometrical assembly relationship between the ball gear cam and the turret.
14 is a principle diagram of applying a double curve at the end of the cam curve.
15 is a principle diagram of processing so that the tangential direction of the C-axis and the direction of the tool axis are at a certain angle.
본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 참고로, 본 발명을 설명하는데 참조하는 도면에 도시된 구성요소의 크기, 선의 두께 등은 이해의 편의상 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다. A preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. For reference, the size of the components, the thickness of the line, and the like shown in the drawings referred to in describing the present invention may be somewhat exaggerated for convenience of understanding.
또, 본 발명의 설명에 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 이 용어에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내리는 것이 마땅하다.In addition, terms used in the description of the present invention are defined in consideration of functions in the present invention, and thus may vary according to user, operator intention, custom, and the like. Therefore, it is appropriate to make the definition of this term based on the overall contents of the present specification.
그리고 본 출원에서, '포함하다', '가지다' 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특정의 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지칭하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.And in the present application, terms such as'include' and'have' refer to the existence of specific numbers, steps, actions, components, parts, or a combination thereof described in the specification. It is to be understood that the presence or addition of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, does not preclude in advance the possibility of being excluded.
또한, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.In addition, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, only the present embodiment makes the disclosure of the present invention complete, and the scope of the invention is given to those of ordinary skill in the art. It is provided to be fully informed.
그러므로, 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 구현 예(態樣, aspect)(또는 실시 예)들을 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, 본 명세서에서 사용한 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. Therefore, in the present invention, various changes can be made and various forms can be obtained, and implementation examples (aspects) (or embodiments) will be described in detail in the specification. However, this is not intended to limit the present invention to a specific form of disclosure, and should be understood to include all changes, equivalents, or substitutes included in the technical idea of the present invention, and the expression of the singular number used in the present specification is clearly different from the context. Includes plural expressions unless they are meant to be.
다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 주지 또는 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다However, in describing the present invention, detailed descriptions of known or known functions or configurations will be omitted in order to clarify the gist of the present invention.
이하에서 본 발명의 구체적인 실시 예를 도면을 참고하여 설명한다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
도 2는 롤러기어캠과 터렛 관계도, 도 3은 볼기어캠과 터렛 관계도, 도 4는 롤러기어캠 홈과 볼기어캠 홈 비교도이다.FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a roller gear cam and a turret, FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a ball gear cam and a turret, and FIG. 4 is a comparison diagram of a roller gear cam groove and a ball gear cam groove.
도 2에서 보여지는 바와 같이, 롤러기어캠(1)이 회전하면 캠의 홈에 롤러(3)가 접촉하여 구름운동을 하므로 캠곡선에 따라 터렛(2)이 회전을 하게 되며, 도 3에서 보여지는 바와 같이, 볼기어캠(4)이 회전하면 캠의 홈에 볼(5)이 접촉하여 구름운동을 하므로 캠곡선에 따라 터렛(2)이 회전을 하게 된다.As shown in FIG. 2, when the
도 5는 롤러기어캠의 5-축 가공도, 도 6은 볼기어캠의 4-축 가공도이다.5 is a 5-axis machining view of a roller gear cam, and FIG. 6 is a 4-axis machining view of a ball gear cam.
도시된 바와 같이, 롤러기어캠과 볼기어캠의 제작 특성에 있어서 두 캠을 비교하면, 롤러기어캠(1)은 엔드밀공구(8) 등을 이용하여 5-축 동시제어 가공으로만 가능하여 고가의 가공기가 필요하고 가공 홈이 커 가공량도 많아지므로 생산성이 떨어지는 단점이 있다.As shown, when comparing the two cams in terms of manufacturing characteristics of the roller gear cam and the ball gear cam, the roller gear cam (1) is only possible with 5-axis simultaneous control processing using an end mill tool (8), etc. There is a disadvantage in that productivity is degraded because an expensive processing machine is required and the processing amount is large due to the large processing groove.
그렇지만 볼기어캠(4)은 볼엔드밀공구(9) 등을 이용하여 4-축 가공기로도 가공이 가능하고 가공량도 적어 생산성이 우수한 특징이 있다. However, the
그리고 내구성 측면에서도 롤러는 내부에 작은 니들(needle)이 조립된 니들베어링으로 구성되어 있어 롤러의 내구성이 하나로 이루어진 강체인 볼에 비해 현저히 떨어진다.And in terms of durability, the roller is composed of a needle bearing with a small needle assembled therein, so the durability of the roller is significantly inferior to that of a single rigid ball.
위와 같은 볼기어캠(4)은, 가공 생산성이 우수하고 롤러가 아닌 강체인 볼을 사용하므로 내구성이 우수하고, 터렛의 직경이 작아도 되므로 컴펙트한 구성이 가능한 효과가 있다.The
이하에서는 볼기어캠의 가공 방법에 관하여 설명한다.Hereinafter, a processing method of the ball gear cam will be described.
캠선도 정의 단계(step 1),Cam diagram definition step (step 1),
도 7은 볼기어캠과 터렛 회전각 간의 관계선도(캠선도) 및 조립관계도이다.7 is a relationship diagram (cam diagram) and an assembly relationship diagram between the ball gear cam and the turret rotation angle.
도시된 바와 같이 본 단계에서의 볼기어캠의 설계원리는 캠과 터렛의 조립상태(도 3 참조)에서 캠의 회전각과 터렛의 회전각에 대한 관계식인 캠선도를 채택하고 있으며, 볼기어캠의 회전각에 대응하는 볼터렛의 회전각은 아래에서 보여지는 관계식을 갖는 캠선도가 필요하다.As shown, the design principle of the ball gear cam at this stage adopts a cam diagram, which is a relational equation for the rotation angle of the cam and the rotation angle of the turret in the assembled state of the cam and turret (see Fig. 3). The rotation angle of the bolt turret corresponding to the rotation angle needs a cam diagram with the relational expression shown below.
[관계식][Relationship]
볼기어캠회전각 0°, 2°, 47°, 105°, 251°, 313°, 358°, 360° 에 대응하는 볼터렛의 회전각은 0°, 0°, 68°, 68°, 248°, 248°, 180°, 180°를 갖는 캠선도Ball gear cam rotation angles corresponding to 0°, 2°, 47°, 105°, 251°, 313°, 358°, and 360° are available at 0°, 0°, 68°, 68°, 248 Cam diagrams with °, 248°, 180°, 180°
피팅단계(step 2),Fitting step (step 2),
도 8은 캠선도를 매끄러운 MS곡선으로 피팅한 후의 캠곡선도이다.8 is a cam curve diagram after fitting the cam diagram with a smooth MS curve.
도시된 바와 같이 볼기어캠의 캠선도는 원활한 구동을 위해 매끄러운 곡선으로 변형할 필요가 있는데 이를 피팅(fitting)이라하며, 캠선도의 피팅방법은 다양한 원리를 적용할 수 있으나 본 발명에서는 하나 MS곡선(modified sine curve)을 적용하며, 식1 과 같이 정의하므로 도 8의 캠곡선도에서 보여지는 바와 같이 표현된다.As shown, the cam diagram of the ball gear cam needs to be transformed into a smooth curve for smooth driving. This is called fitting. The fitting method of the cam diagram may apply various principles, but in the present invention, one MS curve (modified sine curve) is applied, and since it is defined as in
(식1) (Equation 1)
여기서 는 볼기어캠의 회전각이며 는 터렛의 회전각을 의미한다.here Is the rotation angle of the ball gear cam Means the turret rotation angle.
회전각 정의단계(step 3) Rotation angle definition step (step 3)
도 9는 볼이 캠의 원주를 이탈하는 순간을 표현한 관계도이다.9 is a relationship diagram representing the moment when the ball leaves the circumference of the cam.
도 8의 캠곡선이 볼기어캠의 외곽원주와 만나는 각도의 위치는 도 9에 도시된 바와 같이 볼의 접촉이 이탈하는 위치로 구할 수 있으며, 이 때 터렛의 회전각을 라고 하면 는 (식2)와 같이 된다. 여기서 는 터렛(turret)의 중심에서 볼(ball) 중심까지의 거리이고, 는 볼의 반경이고, R은 캠의 최외곽 반경이며, 는 캠 중심과 터렛 중심간의 거리이다.The position of the angle at which the cam curve of FIG. 8 meets the outer circumference of the ball gear cam can be obtained as the position where the contact of the ball is separated, as shown in FIG. 9, and at this time, the rotation angle of the turret is If you say Becomes as (Equation 2). here Is the distance from the center of the turret to the center of the ball, Is the radius of the ball, R is the outermost radius of the cam, Is the distance between the center of the cam and the center of the turret.
(식 2) (Equation 2)
볼기어캠 원주와 캠곡선 정의단계(step 4)Ball gear cam circumference and cam curve definition step (step 4)
도 10은 볼기어캠 원주와 캠곡선도, 도 11은 완성된 볼기어캠 곡선도이다.10 is a ball gear cam circumference and a cam curve diagram, and FIG. 11 is a completed ball gear cam curve diagram.
도시된 바와 같이, 터렛의 회전각이 가 되는 영역에서 캠곡선이 형성되며, 터렛의 원주상에 회전 가능하도록 조립되어 있는 볼의 개수를 N개라고 하면 터렛 중심에서 볼 중심을 잇는 곡선 간격의 각도는 360°/N이 된다. 1개의 볼이 캠의 홈을 따라 회전운동을 하면 다른 볼도 동일한 회전운동을 하므로 여러 개의 캠곡선이 형성되어야 한다. 도 11은 터렛에 설치된 기준 볼의 시작 각도를 라 하고 도시한 것이다. As shown, the rotation angle of the turret is The cam curve is formed in the area where is, and if the number of balls assembled so as to be rotatable on the circumference of the turret is N, the angle of the curved distance from the center of the turret to the center of the ball is 360°/N. When one ball rotates along the groove of the cam, the other ball performs the same rotational movement, so several cam curves must be formed. 11 shows the starting angle of the reference ball installed on the turret. It is shown as.
여기서 볼기어캠의 캠곡선은 도 11에 도시된 바와 같이, 캠원주 영역내에 놓이는 곡선들로 구성됨을 알 수 있다. 그리고 캠곡선의 개수는 캠선도의 최대 회전각의 크기에 따라 다른데, 도 7의 최대 회전각을 248°라고 하면 도 11과 같이 8개의 캠곡선이 볼기어캠 원주 위에 놓이게 된다.Here, it can be seen that the cam curve of the ball gear cam is composed of curves lying in the cam circumference region, as shown in FIG. 11. In addition, the number of cam curves differs according to the size of the maximum rotation angle of the cam diagram. If the maximum rotation angle in FIG. 7 is 248°, as shown in FIG. 11, eight cam curves are placed on the circumference of the ball gear cam.
곡선의 터렛 회전각을 구하는 단계(step 5) Calculating the turret rotation angle of the curve (step 5)
터렛에 8개의 볼이 설치되었다면 위에서 설명한 바와 같이 볼기어캠은 8개의 곡선을 정의할 수 있다. If 8 balls are installed on the turret, the ball gear cam can define 8 curves as described above.
여기서, 도 11에 도시된 바와 같이, 우측 2개의 곡선은 360°이동하여 좌측으로 보내어 ①~⑧번까지의 번호를 부여하였다. Here, as shown in FIG. 11, the two curves on the right were moved 360° and sent to the left to give numbers from ① to ⑧.
따라서 캠곡선 식 1은 8개로 분리하여 개별적으로 계산할 수 있으며 각각의 회전각에 인덱스(index) i를 붙이면 i번째 곡선의 캠 곡선은 도 10으로부터 식 3과 같이 표현할 수 있다. 여기서 는 i번째 곡선의 터렛 회전각이고,와 은 번째 곡선의 터렛 회전각 범위로서 식 3으로부터 구할 수 있다.Accordingly, the
(식 3) (Equation 3)
위치 좌표값 정의단계(step 6)Position coordinate value definition step (step 6)
도 12는 C-축을 갖는 4-축 가공기 상태도, 도 13은 볼기어캠과 터렛과의 기하학적 조립관계도이다.12 is a state diagram of a 4-axis processing machine having a C-axis, and FIG. 13 is a geometrical assembly relationship between a ball gear cam and a turret.
볼기어캠의 원주에 식 3의 캠곡선을 가공하기 위해 도 12에 도시된 바와 같은 C-축을 회전할 수 있는 4-축 가공기로 가공한다. In order to process the cam curve of
4-축 가공기는 BC-타입 5-축 가공기의 XYZ-축과 C-축을 사용하여 가공함을 의미한다. 4-axis machine means to use BC-type 5-axis machine's XYZ-axis and C-axis.
그리고 터렛과 볼기어캠의 조립관계는 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, C-축의 방향은 공구축이 회전하는 것을 기준으로 설정되었으므로 공작물이 회전하는 방향은 반대이므로 의 + 방향은 C-축과는 반대가 된다. 이 때 캠곡선의 표현으로 볼 중심의 위치 좌표값 는 식 4와 같이 표현할 수 있다. And the assembly relationship between the turret and the ball gear cam, as shown in Figs. 12 and 13, the direction of the C-axis is set based on the rotation of the tool axis, so the rotation direction of the work piece is opposite. The + direction of is opposite to the C-axis. At this time, the position coordinate value of the center of the ball as an expression of the cam curve Can be expressed as
(식 4) (Equation 4)
캠곡선의 끝단에 2중곡선을 적용하는 단계(step 7)Step of applying a double curve to the end of the cam curve (step 7)
도 14는 캠곡선 끝단에서 2중 곡선을 적용하는 원리도이다.14 is a principle diagram of applying a double curve at the end of a cam curve.
볼기어캠의 회전에 의해 볼이 동작할 때 캠곡선의 시작과 끝부분에서 볼이 진출 및 퇴출하는 순간에 충돌이 생길 수 있다. 그래서 캠곡선의 끝부분을 수작업으로 그라인딩해야 하는 번거로움이 있는데, 본 발명에서는 캠곡선 끝단에서 2중 곡선을 적용하여 캠 가공에서 이를 해결하였다. When the ball is operated by the rotation of the ball gear cam, a collision may occur at the moment when the ball advances and exits at the beginning and end of the cam curve. Therefore, there is a hassle of manual grinding of the end of the cam curve. In the present invention, a double curve is applied at the end of the cam curve to solve the problem in cam processing.
도 14는, 캠곡선 끝단에서의 2중 곡선을 적용하는 원리를 도시한 것으로 식 4를 미세한 구간으로 세분화하면 j=1에서 j=n까지 n개의 점의 연결로 정의할 수 있다. 그리고 양 끝단에서 일정구간의 위치 j1과 j2를 구할 수 있고, 끝단에서 터렛 중심에서 캠곡선의 위치가 만큼 떨어져 있는 것을 만큼 더 떨어져 있는 것으로 수정하고 점진적으로 작아져 j1과 j2에서 연속하며 접하도록 하여 매끄러운 새로운 캠곡선을 생성하면 볼이 곡선부의 진입과 퇴출할 때 충돌을 피할 수 있음을 알 수 있다. 14 shows the principle of applying the double curve at the end of the cam curve. If
여기서 터렛 중심에서 볼 중심까지 추가로 멀어진 값을 라고 하면 는 식 5로 정의할 수 있는데, 는 시작점에서의 거리이고 는 2중 곡선이 적용되는 구간의 거리이며, 는 미소요소 j에서의 곡선의 거리를 의미한다. 따라서 식 4에 식 5를 적용하면 식 4는 식 6과 같이 수정할 수 있다. 본 발명에서의 2중 곡선의 적용은 롤러기어캠의 곡선에서의 2중 곡선의 적용과는 확연히 차별화되는 부분이다.Here, the additional distance from the center of the turret to the center of the ball If you say Can be defined by
(식 5) (Equation 5)
(식 6) (Equation 6)
공작물을 일정 각도 추가 회전시켜 가공하는 단계(step 8)The step of machining by rotating the workpiece by an additional angle (step 8)
도 15는 C-축의 접선방향과 공구축의 방향이 일정각도가 되도록 가공하는 원리도이다.15 is a principle diagram of processing so that the tangential direction of the C-axis and the direction of the tool axis are at a predetermined angle.
볼기어캠의 가공은 볼엔드밀 공구를 사용하여 가공하는데 볼의 끝부분에서 공구의 회전에 대한 반경이 영(zero)이므로 원주속도가 영(zero)이 되어 절삭이 일어나지 않고 뭉개는 현상이 발생하기 때문에 가공면이 나쁜 가공특성을 갖는다. The ball gear cam is processed using a ball end mill tool. Since the radius of rotation of the tool at the end of the ball is zero, the circumferential speed becomes zero, so cutting does not occur and crushing occurs. Therefore, the machined surface has poor machining characteristics.
그래서 본 발명에서는 공구의 끝점이 가공에 참여하지 않도록 하기 위해 공작물을 일정 각도 추가 회전시켜 가공하는 원리를 적용하였다. Therefore, in the present invention, the principle of machining by rotating the work piece by an additional predetermined angle is applied in order to prevent the end point of the tool from participating in the machining.
즉, 공구축의 방향이 공작물(14)의 가공위치에서 C-축 회전에 대하여 항상 일정 각도를 유지하도록 하였는데, 도 15에 도시된 바와 같이 일정 각도를 유지하기 위해서는 식 6의 C-축에 상당하는 에 추가 회전각 을 식 7에 추가하여야 하고 X,Y,Z값도 C-축의 추가 회전에 의해 좌표변환되어야 한다. 따라서 식 6은 최종적으로 식 8로 변환된다. 여기서 는 i번째 캠곡선의 미소요소 j에서의 x-축 좌표값을 의미한다. 도 15에서 T는 C-축 방향에 대한 접선벡터이고 S는 공구축 방향벡터이다.That is, the direction of the tool axis is always kept at a certain angle with respect to the C-axis rotation at the machining position of the
(식 7) (Equation 7)
(식 8) (Equation 8)
위치데이터 설정단계(step 9)Position data setting step (step 9)
볼기어캠의 4-축 가공을 위해서는 볼엔드밀 공구를 사용하며, 식 8의 결과는 볼엔드밀의 중심을 지나는 경로이므로 가공을 위한 공구의 위치데이터인 CL-data(cutter location data)는 아래의 식 9와 같이 표현된다. For 4-axis machining of the ball gear cam, a ball end mill tool is used, and the result of
일반적으로 공작기계에서 공구축의 좌표축을 Z-축으로 설정하지만 본 발명에서 적용된 4-축 가공기는 도 12와 같이 5-축 복합가공기를 활용하여 4-축만을 사용하였기 때문에 공구축 방향을 X-축으로 설정하였다.In general, in a machine tool, the coordinate axis of the tool axis is set as the Z-axis, but since the 4-axis machine applied in the present invention uses only the 4-axis using the 5-axis complex machine as shown in FIG. 12, the tool axis direction is X-axis. I set it as an axis.
(식 9) (Equation 9)
1:롤러기어캠 2:터렛
3:롤러 4:볼기어캠
5:볼 6:롤러기어캠의 가공홈
7:볼기어캡의 가공홈 8:엔드밀 공구
9:볼엔드밀공구 10: 볼기어캠의 원주에 대한 각도 영역
11: 터렛상 볼들의 이동 캠 곡선들 12: 캠곡선
13: 주축 14: 공작물
15: 터렛의 회전 중심(공구측 방향벡터)
16: C-축에 대한 접선방향과 공구축 방향이 이루는 각
17: C-축에 대한 접선방향 벡터1: Roller gear cam 2: Turret
3: Roller 4: Ball gear cam
5: Ball 6: Machining groove of roller gear cam
7: Ball gear cap machining groove 8: End mill tool
9: Ball end mill tool 10: Angular area with respect to the circumference of the ball gear cam
11: Moving cam curves of balls on the turret 12: Cam curve
13: spindle 14: workpiece
15: Turret rotation center (tool side direction vector)
16: Angle between the tangential direction to the C-axis and the direction of the tool axis
17: Tangential vector about C-axis
Claims (2)
[관계식]
볼기어캠회전각 0°, 2°, 47°, 105°, 251°, 313°, 358°, 360° 에 대응하는 볼터렛의 회전각은 0°, 0°, 68°, 68°, 248°, 248°, 180°, 180°를 갖는 캠선도
볼기어캠의 캠선도를 식 1로 정의하여 매끄러운 곡선으로 변형하는 피팅단계(step 2),
[식 1]
는 볼기어캠의 회전각,
는 터렛의 회전각
캠곡선이 볼기어캠의 외곽원주와 만나는 각도의 위치는 식 2로 정의되는 회전각 정의단계(step 3),
[식 2]
는 터렛의 회전각,
는 터렛(turret)의 중심에서 볼(ball) 중심까지의 거리,
는 볼의 반경,
R은 캠의 최외곽 반경,
는 캠 중심과 터렛 중심간의 거리
터렛의 원주상에 회전 가능하도록 조립되어 있는 볼의 개수를 N개라고 하면 터렛 중심에서 볼 중심을 잇는 곡선 간격의 각도는 360°/N으로 정의되는 볼기어캠 원주와 캠곡선 정의단계(step 4),
i번째 곡선의 캠 곡선은 식 3으로 정의되는 곡선의 터렛 회전각을 구하는 단계(step 5),
[식 3]
는 i번째 곡선의 터렛 회전각,
와 은 i번째 곡선의 볼기어캠의 회전각 범위
볼 중심의 위치 좌표값은 식 4로 정의되는 위치 좌표값 정의단계(step 6)
[식 4]
는 위치 좌표값
볼이 곡선부의 진입과 퇴출할 때 충돌을 피할 수 있도록 식 5 및 식 6으로 정의되는 캠곡선의 끝단에 2중곡선을 적용하는 단계(step 7),
[식 5]
j=1에서 j=n은, 식 4를 미세한 구간으로 세분화하여 n개의 점의 연결로 정의한 것,
j1과 j2는, 일정구간의 위치
는, 터렛 중심에서 볼 중심까지 추가로 멀어진 값
는 시작점에서의 거리
는 2중 곡선이 적용되는 구간의 거리
는 미소요소 j에서의 곡선의 거리
[식 6]
공구축의 방향이 공작물(14)의 가공위치에서 C-축 회전에 대하여 항상 일정 각도를 유지하는 회전각은 식 7로 정의되고, X,Y,Z값은 C-축의 추가 회전에 의해 좌표변화값이 식 8로 정의되는 공작물을 일정 각도 추가 회전시켜 가공하는 단계(step 8)로 이루어진 것을 특징으로 하는 볼기어캠 4-축 가공방법
[식 7]
는 추가 회전각
[식 8]
The rotation angle of the ball turret corresponding to the rotation angle of the ball gear cam is the step of defining a cam diagram with the relation shown below (step 1),
[Relationship]
Ball gear cam rotation angles corresponding to 0°, 2°, 47°, 105°, 251°, 313°, 358°, and 360° are available at 0°, 0°, 68°, 68°, 248 Cam diagrams with °, 248°, 180°, 180°
The fitting step of transforming the cam diagram of the ball gear cam into a smooth curve by defining it in Equation 1 (step 2),
[Equation 1]
Is the rotation angle of the ball gear cam,
Is the rotation angle of the turret
The position of the angle where the cam curve meets the outer circumference of the ball gear cam is the rotation angle definition step defined by Equation 2 (step 3),
[Equation 2]
Is the rotation angle of the turret,
Is the distance from the center of the turret to the center of the ball,
Is the radius of the ball,
R is the outermost radius of the cam,
Is the distance between the center of the cam and the center of the turret
If the number of balls assembled so as to be rotatable on the circumference of the turret is N, the angle of the curve distance from the center of the turret to the center of the ball is defined as 360°/N. ),
The cam curve of the i-th curve is the step of obtaining the turret rotation angle of the curve defined by Equation 3 (step 5),
[Equation 3]
Is the turret rotation angle of the ith curve,
Wow Is the rotation angle range of the ball gear cam of the i-th curve
The position coordinate value of the ball center is the step of defining the position coordinate value defined by Equation 4 (step 6)
[Equation 4]
Is the position coordinate value
Applying a double curve to the end of the cam curve defined by Equation 5 and Equation 6 to avoid collision when the ball enters and exits the curved part (step 7),
[Equation 5]
j=1 to j=n is defined as the connection of n points by subdividing Equation 4 into fine sections,
j1 and j2 are the positions of a certain section
Is the additional distance from the center of the turret to the center of the ball
Is the distance from the starting point
Is the distance of the section to which the double curve is applied
Is the distance of the curve at microelement j
[Equation 6]
The rotation angle at which the direction of the tool axis always maintains a constant angle with respect to the C-axis rotation at the machining position of the work piece 14 is defined by Equation 7, and the X, Y, and Z values are changed by the additional rotation of the C-axis. Ball gear cam 4-axis processing method, characterized in that it consists of a step (step 8) of rotating a workpiece whose value is defined by Equation 8 by an additional predetermined angle.
[Equation 7]
Is the additional rotation angle
[Equation 8]
공구의 위치데이터는 식 9로 정의되는 위치데이터 설정단계(step 9)가 더 부가되어 있는 것을 특징으로 하는 볼기어캠 4-축 가공방법.
[식 9]
The method of claim 1,
The position data of the tool is a ball gear cam 4-axis machining method, characterized in that the position data setting step (step 9) defined by Equation 9 is further added.
[Equation 9]
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---|---|---|---|
KR1020190150239A KR102229779B1 (en) | 2019-11-21 | 2019-11-21 | The Method of 4-Axis Machining for Ball Gear Cam |
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Citations (3)
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KR101602941B1 (en) * | 2015-03-19 | 2016-03-11 | 대영코어텍(주) | Machining method of Roller Gear Cam using 5-Axis CNC Machine |
KR101744486B1 (en) | 2015-06-12 | 2017-06-08 | 대영코어텍(주) | Machining method of Roller Gear Cam using 5-Axis CNC Machine |
KR101833522B1 (en) * | 2017-03-14 | 2018-02-28 | 대영코어텍(주) | 5-Axis Machining Method of Roller Gear Cam for Rotary Table |
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