KR20000005003A - 공구이동경로 데이터의 작성방법, 그 작성장치, 가공방법, 및가공시스템 - Google Patents

Abstract

제작하고자 하는 3 차원 곡면 (22) 으로부터 면법선방향으로 회전가공공구 (20) 의 반경치수만큼 떨어진 공구구속곡면 (12) 을 설정함과 동시에, 그 3 차원 곡면 (22) 의 형상에 맞게 회전가공공구 (20) 의 이동경로를 구속하는 경로구속곡면 (32) 을 설정하고, 이들의 교선 (34) 을 3 차원 곡선식으로서 구해서 공구이동경로 데이터를 작성한다. 이와 같이 하면, 경로구속곡면 (32) 으로서 임의의 곡면을 설정할 수 있기 때문에, 공구이동경로의 설정 자유도가 높아져서 제작하고자 하는 3 차원 곡면 (22) 형상에 맞게 적절한 공구이동경로를 설정할 수 있게 됨과 동시에, 3 차원 곡선식에 의해 공구이동경로 데이터가 작성되기 때문에 다수의 공구통과점으로 이루어지는 공구이동경로 데이터를 작성하는 경우에 비교하여 높은 가공 정밀도를 유지하면서 데이터량을 삭감할 수 있다.

Description

공구이동경로 데이터의 작성방법, 그 작성장치, 가공방법, 및 가공시스템

절삭가공이나 연삭가공을 실행하는 가공공구, 예를 들면 볼 엔드 밀 등의 회전 절삭공구를 사용하여 금형 등의 3 차원 곡면을 가공하는 것이 널리 실행되고 있는데, 이와 같은 가공방법으로서, 예를 들면 일본 공개특허공보 평5-346814 호에 기재되어 있는 바와 같이, (a) 3 차원 곡면을 가공하기 위하여 가공공구를 구속하는 공구구속곡면을 그 3 차원 곡면에 대응시켜 설정하는 공정과, (b) 상기 가공공구의 이동경로를 구속하는 경로구속평면을 상기 공구구속곡면과 교차하도록 설정하는 공정과, (c) 상기 공구구속곡면과 상기 경로구속평면의 교선을 공구이동경로로서 설정하는 공정과, (d) 그 설정된 공구이동경로를 따라 가공공구를 피가공물에 대해서 상대이동시키는 공정으로 이루어지는 것이 있다. 도 38 은 이와 같은 가공방법의 일례를 설명하는 도면으로서, CAM 장치 등의 NC 데이터 작성장치 (10) 에 의해 공구구속곡면 (12) 과 경로구속평면 (14) 의 교선 (16) 을 3 차원 곡선식으로서 구하고, 그 곡선식을 NC 데이터 (공구이동경로 데이터) 로 하여 NC 공작기계 (18) 에 공급함으로써, 그 3 차원 곡선을 따라 회전가공공구 (20) 가 이동되어, 목적하는 3 차원 곡면 (22) 이 얻어지는 경우이다. 공구구속곡면 (12) 은 제작하고자 하는 3 차원 곡면 (22) 에서 회전가공공구의 반경치수 (공구선단의 곡률반경) 분만큼 곡면(22) 의 법선방향으로 오프셋한 오프셋 곡면이고, 공구이동경로는 공구중심 (공구선단의 구중심) 의 이동경로를 나타내고 있다.

그러나, 이와 같은 종래의 방법에서는 제작하고자 하는 3 차원 곡면에 대하여 반드시 적절한 공구이동경로를 설정할 수 있는 것은 아니며, 높은 가공능률을 얻을 수 없거나 공구의 급한 방향변화가 존재하거나 가공 정밀도가 나빠지는 등의 문제점을 발생시키는 경우가 있었다. 예를 들면, 도 9 에 나타내는 3 차원 곡면을 가공하는 경우, 도 9a 에 점선으로 나타내는 바와 같이 3 차원 곡면이 비틀려 있는 기복을 따라 (즉, 3 차원 곡면의 형상을 따라) 완만하게 공구를 이동시키는 것이 바람직하나, 공구이동경로가 평면내로 구속되는 종래방법에서는 도 9b 에 점선으로 나타내는 바와 같이 공구이동경로의 설정이 제한되어 급한 방향변화 등이 일어난다. 또한, 도 10 과 같이 원추형상을 가공하는 경우에는, 도 10a 에 점선으로 나타내는 바와 같이 나선경로를 따라 공구를 이동시켜 지름이 작은 측에서 지름이 큰 측까지 연속해서 가공하는 것이 바람직하나, 종래의 방법에서는 계단상으로 각기 지름이 다른 경로를 따라 실행하게 되어 가공능률이나 가공 정밀도 (가공곡면의 완만함) 가 나빠진다.

그리고, 가공공구의 자세를 제어하면서 3 차원 곡면을 가공하는 경우에는, 종래의 방법에서는 공구구속곡면과 경로구속평면의 교선상에 소정 간격으로 공구통과점 (cutter locations : CL 점) 을 설정함과 동시에 그 공구통과점마다 공구구속곡면의 노멀벡터를 구하고, 그 노멀벡터에 의거하여 공구자세를 설정하도록 되어 있기 때문에, 노멀벡터의 계산에 매우 많은 시간이 걸림과 동시에 공구통과점의 설정 자유도가 제약된다는 문제가 있었다.

본 발명은 이상의 사정을 배경으로 하여 이루어진 것으로서, 그 목적으로 하는 점은 제작하고자 하는 3 차원 곡면의 형상에 맞추어 적절한 공구이동경로를 설정할 수 있도록 하는 데에 있다. 또한, 노멀벡터를 사용하여 공구자세를 설정하는 경우에도, 그 공구자세의 데이터를 포함하는 공구이동경로 데이터를 단시간에 작성할 수 있음과 동시에 공구통과점을 자유롭게 설정할 수 있도록 하는 데 있다.

발명의 요약

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 소정 3 차원 곡면을 가공하기 위해 가공공구를 피가공물에 대하여 상대이동시키기 위한 공구이동경로 데이터를 작성하는 방법으로서, (a) 상기 3 차원 곡면을 가공하기 위하여 상기 가공공구를 구속하는 제 1 구속면을 그 3 차원 곡면에 대응시켜 설정하는 제 1 구속면 설정공정과, (b) 상기 가공공구의 이동경로를 구속하는 평면 이외의 곡면으로 이루어지는 제 2 구속면을 상기 제 1 구속면과 교차하도록 설정하는 제 2 구속면 설정공정과, (c) 상기 제 1 구속면과 상기 제 2 구속면의 교선을 3 차원 곡선식으로서 구하는 교선 연산공정과, (d) 그 교선 연산공정으로 구해진 상기 3 차원 곡선식을 포함하여 공구이동경로 데이터를 작성하는 이동경로 데이터 작성공정을 포함하는 방법을 제공한다.

이와 같이 하면, 가공공구의 이동경로를 구속하기 때문에 임의의 곡면으로 이루어지는 제 2 구속면을 설정할 수 있고, 이 제 2 구속면과 제 1 구속면의 교선을 따라 가공공구가 상대이동되기 때문에, 공구이동경로의 설정 자유도가 높아져서 제작하고자 하는 3 차원 곡면의 형상에 맞추어 적절한 공구이동경로를 설정할 수 있게 된다. 또한, 제 1 구속면과 제 2 구속면의 교선을 3 차원 곡선식으로서 구하고, 이 3 차원 곡선식을 포함하여 공구이동경로 데이터를 작성하기 때문에, 다수의 공구통과점으로 이루어지는 공구이동경로 데이터를 작성하는 경우에 비교하여 높은 가공 정밀도를 유지하면서 데이터량을 삭감할 수 있다.

여기서, 이와 같은 3 차원 곡선식을 포함하는 공구이동경로 데이터를 따라 가공공구를 피가공물에 대하여 상대이동시키는 NC 공작기계 등의 가공장치는, 3 차원 곡선식이 나타내는 3 차원 곡선상에 곡선보간 (circular interpolation) 에 의해 순차 목표위치를 설정하여 가공공구를 그 목표위치로 상대이동시키도록 구성된다.

가공공구로서는, 그 선단가공부의 형상이 반구형상을 이루는 것이 바람직하게 사용된다. 선단가공부의 형상은 절삭날의 회전궤적 형상을 포함하는 것이며, 이와 같이 선단가공부가 반구형상을 이루는 가공공구로서는 볼 엔드 밀이나 방전가공용 전극 등이 있다. 그리고, 제작하고자 하는 3 차원 곡면을 따라 공구를 피가공물에 대하여 상대이동시킴으로써 그 3 차원 곡면을 가공할 수 있는 다른 여러 가지 타입의 가공공구를 사용할 수도 있다.

선단가공부가 반구형상을 이루는 가공공구를 사용하는 경우, 제 1 구속면으로서는 가공공구의 반구 선단가공부의 구중심을 구속하는 면을 설정한다. 구체적으로는, 제작하고자 하는 3 차원 곡면으로부터 가공공구의 선단가공부의 반구형상의 반경과 동등한 치수만큼 떨어진 면을 설정하는 것이 바람직하며, 이 경우의 공구이동경로는 가공공구의 선단가공부의 구중심 (공구중심) 의 이동경로를 나타나게 된다. 기본적으로는, 가공공구를 이동시킬 때의 제어 기준점으로부터 실제로 피가공물에 가공을 실행하는 가공점까지의 거리만큼, 제작하고자 하는 3 차원 곡면으로부터 떨어진 면을 제 1 구속면으로 설정하면 된다.

제 2 구속면은 제작하고자 하는 3 차원 곡면의 형상이나 사용하는 가공장치의 기능 등에 의거하여 가공이 가능하도록 하거나 가공하기 쉽도록 하거나 혹은 높은 정밀도로 가공할 수 있도록 하는 등 임의로 설정할 수 있는데, 서로 직교하는 3 축의 NC 공작기계를 사용하는 경우에는, 가공공구의 축심인 Z 축과 평행하며 X-Y 평면내에서 소정 곡선으로 되는 곡면을 제 2 구속면으로서 설정하는 것이 바람직하다.

공구이동경로는 가공공구와 피가공물의 상대적인 이동경로를 나타내는 것으로서, 위치고정된 피가공물에 대한 가공공구의 이동경로만을 의미하는 것은 아니다.

피가공물에 대한 가공공구의 자세를 제어할 수 있는 NC 공작기계 등의 가공장치를 사용하는 경우에는, (a) 상기 제 1 구속면과 상기 제 2 구속면의 교선상에서 소정 간격으로 그 제 1 구속면의 노멀벡터를 구하는 노멀벡터 연산공정과, (b) 그 노멀벡터의 끝점을 통과하는 완만한 노멀곡선을 상기 제 1 구속면과 상기 제 2 구속면의 교선의 3 차원 곡선식과 대응시켜 3 차원 곡선식으로서 구하는 노멀곡선 연산공정을 포함한다. 이 경우, (c) 상기 이동경로 데이터 작성공정은 상기 제 1 구속면과 상기 제 2 구속면의 교선의 3 차원 곡선식 및 상기 노멀곡선의 3 차원 곡선식을 포함하며 상기 가공공구의 자세를 나타내는 데이터를 포함한 공구이동경로 데이터를 작성하도록 구성하는 것이 바람직하다. 이 경우에는, 제작하고자 하는 3 차원 곡면에 대하여 가공공구의 축심이 대략 수직 혹은 소정 각도만큼 경사지는 등의 소정 자세 (피가공물에 대한 상대자세) 가 되도록 상기 가공공구를 이동시키면서 가공할 수 있기 때문에, 예컨대 볼 엔드 밀 등의 회전 절삭공구를 사용하여 절삭가공을 행하는 경우에는 3 차원 곡면에 대한 가공공구의 자세변화에 따른 가공 정밀도 (면조도 등) 의 편차를 해소할 수 있고, 회전속도가 큰 공구 외주측 부분에 의해 항상 가공이 이루어져 뛰어난 절삭성능이 얻어지며, 따라서 한층 높은 정밀도로 3 차원 곡면을 가공할 수 있게 됨과 동시에 언더컷 등의 복잡한 형상의 가공도 가능해진다. 또한, 노멀벡터의 끝점을 통과하는 완만한 노멀곡선을 3 차원 곡선식으로서 구하도록 되어 있기 때문에, 산출하는 노멀벡터의 수를 줄여서 노멀벡터의 계산시간을 단축할 수 있음과 동시에, 제 1 구속면과 제 2 구속면의 교선의 3 차원 곡선상에 순차 목표위치를 설정할 때에 그 목표위치에 있어서의 제 1 구속면의 노멀벡터를 노멀곡선으로부터 구하면 되기 때문에, 요구 정밀도 등에 맞추어 자유롭게 목표위치를 설정할 수 있다. 또한, 종래처럼 다수의 공구통과점 (CL 점) 마다 노멀벡터를 설정하여 공구이동경로 데이터를 작성하는 경우에 비교하여 데이터량이 대폭 저감된다.

상기 노멀벡터 연산공정에서는, 예를 들면 제 1 구속면과 제 2 구속면의 교선의 곡률에 맞는 간격으로, 구체적으로는 곡률이 큰 교선부분에서는 작은 간격으로, 곡률이 작은 교선부분에서는 큰 간격으로 노멀벡터를 구하도록 하는 것이 바람직하다. 이 경우에, 노멀곡선 연산공정에서 구해지는 노멀곡선의 정밀도를 높게 유지하면서 노멀벡터의 산출수를 줄일 수가 있다. 또한, 제 1 구속면과 제 2 구속면의 교선의 3 차원 곡선식과 대응시켜 노멀곡선의 3 차원 곡선식을 구하기 때문에, 교선의 3 차원 곡선식이 나타내는 3 차원 곡선상의 임의의 점의 제 1 구속면에 대한 면노멀방향을, 면을 의식하지 않고 노멀곡선의 3 차원 곡선식만에 의해 선으로서 산출할 수 있고, 이들 교선과 노멀곡선의 3 차원 곡선식은 1 대 1 관계로 유지 (기억) 된다.

상기 제 1 구속면 및 제 2 구속면의 교선은 그 교선이 제 2 구속면의 형상특징 (접선 연속성이나 곡률 연속성) 을 손상시키는 일이 없도록, 예컨대 제 1 구속면의 곡면식 및 제 2 구속면의 곡면식에 의거하여 NURBS, B-Spline, 또는 Bezier 등의 3 차원 곡선식으로 구할 수 있는데, 상기 제 1 구속면의 에지와 상기 제 2 구속면과의 교점이 2 점인 경우에는 패치경계법 (patch boundary method) 에 의해 그 제 1 구속면과 제 2 구속면의 교선의 3 차원 곡선식을 구하는 것이 바람직하고, 교점이 2 점 이외인 경우에는 기하학적 교선추적법 (geometrical intersection tracing method) 에 의해 그 제 1 구속면과 제 2 구속면의 교선의 3 차원 곡선식을 구하는 것이 바람직하다.

패치경계법은 교선 양단의 2 점에 있어서의 접벡터의 크기와 방향을 설정하여 3 차원 곡선식을 구하는 것으로서, 교선과 식과의 오차가 소정 톨러런스 (허용오차) 보다 큰 경우에는 교선의 중간위치에 새로운 구성점 (세그먼트 끝점) 을 형성하여 서서히 교선의 세그먼트 (3 차원 곡선의 최소단위) 의 수를 늘려서 소정 정밀도를 갖는 3 차원 곡선식을 구하는 것이며, 기하학적 교선추적법에 비하여 일반적으로 처리속도가 빠름과 동시에 세그먼트의 수가 적어도 된다. 교점이 2 점인 경우에는, 통상 이 2 점 사이에 교선이 존재하기 때문에, 이 2 점을 교선의 양단 점으로 하여 그대로 처리를 개시할 수 있다.

기하학적 교선추적법은, 예를 들면 일본 공개특허공보 평2-230406 호 등에 기재되어 있는 바와 같이, 교점의 1 개를 기준점으로 하여 교선의 접선방향으로 소정 치수만큼 전진(추적)하면서 순차로 3 차원 곡선식을 구하는 것으로서, 그 전진치수를 변경하여 교선의 소정 정밀도를 확보하도록 되어 있다. 이 방법은 패치경계법에 비하여 처리속도가 느림과 동시에 세그먼트의 수도 많아지기는 하나, 교점들중 1 점에서 처리를 개시하기 때문에 교점이 3 점 이상 있는 경우나 교선이 복잡하게 변화하는 경우 등에도 처리를 실행할 수 있다. 교선이 닫혀 있어서 교점이 존재하지 않는 경우에는, 제 1 구속면의 파라미터 정선 (constant line) 을 사용하여 기준점을 설정함으로써 처리를 실행할 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 다른 태양에 따르면, (a) 상기 가공공구는 그 선단가공부의 형상이 반구형상을 이루는 것으로서, 상기 제 1 구속면은 그 선단가공부의 반구형상의 구중심을 구속하는 면이고, (b) 상기 제 1 구속면 설정공정은, 제작하고자 하는 3 차원 곡면의 적어도 일부가 면법선방향을 정확하게 인식하는 것이 곤란하다고 판단한 경우에는, 그 3 차원 곡면상에 소정 간격으로 다수의 참조점을 설정함과 동시에 그 참조점을 중심으로 하여 상기 가공공구의 선단가공부의 반구형상과 동등한 반경을 갖는 구를 배치하고, 그 3 차원 곡면으로부터 가장 떨어져 있는 구의 구면에 의거하여 상기 제 1 구속면을 설정하도록 구성된다. 즉, 제 1 구속면은 일반적으로 제작하고자 하는 3 차원 곡면의 면법선벡터를 구하여 가공공구의 반경치수 (가공공구의 선단 곡률반경) 분만큼 그 3 차원 곡면을 면법선방향으로 오프셋한 오프셋 곡면인데, 3 차원 곡면이 작은 각도의 예각 삼각형상을 이루는 축퇴면 등에서는 그 예각의 선단부분에 있어서의 면법선벡터의 정밀도가 낮아지기 때문에 오프셋법으로는 충분한 정밀도를 얻을 수 없으며, 상기한 바와 같이 다수의 구를 배치하는 구면배치법 (spherical layout method) 을 사용하여 제 1 구속면을 설정하는 것이 바람직하다. 구면배치법은, 예를 들면 본원 출원인이 앞서 출원한 일본 특허출원 평8-210008 호에 기재되어 있는 기술로서, 이에 따르면 축퇴면에 대해 면법선벡터를 높은 정밀도로 구할 수 없는 경우라도, 목적하는 3 차원 곡면으로부터 가공공구의 반경치수만큼 떨어진 제 1 구속면이 높은 정밀도로 구해진다.

또한, 본 발명의 다른 별도의 바람직한 태양에 따르면, (a) 상기 가공공구는 그 선단가공부의 형상이 반구형상을 이루는 것으로서, 상기 제 1 구속면은 그 선단가공부의 반구형상의 구중심을 구속하는 면이고, (b) 제작하고자 하는 3 차원 곡면의 면법선방향을 정확하게 인식할 수 있다고 판단한 경우에, 상기 제 1 구속면 설정공정에 있어서 그 3 차원 곡면의 면법선벡터를 구하여 그 3 차원 곡면에서 상기 가공공구의 선단가공부의 반구형상의 반경과 동등한 치수만큼 면법선방향으로 오프셋한 오프셋 곡면을 제 1 구속면으로 설정함과 동시에, 그 제 1 구속면의 에지와 상기 제 2 구속면과의 교점이 2 점인 경우에는, 상기 교선 연산공정에 있어서 패치경계법에 의해 그 제 1 구속면과 제 2 구속면의 교선의 3 차원 곡선식을 구하는 제 1 산출방법과, (c) 제작하고자 하는 3 차원 곡면의 면법선방향을 정확하게 인식할 수 있다고 판단한 경우에, 상기 제 1 구속면 설정공정에 있어서 그 3 차원 곡면의 면법선벡터를 구하여 그 3 차원 곡면에서 상기 가공공구의 선단가공부의 반구형상의 반경과 동등한 치수만큼 면법선방향으로 오프셋한 오프셋 곡면을 제 1 구속면으로 설정함과 동시에, 그 제 1 구속면의 에지와 상기 제 2 구속면과의 교점이 2 점 이외인 경우에는, 상기 교선 연산공정에 있어서 기하학적 교선추적법에 의해 그 제 1 구속면과 제 2 구속면의 교선의 3 차원 곡선식을 구하는 제 2 산출방법과, (d) 제작하고자 하는 3 차원 곡면의 적어도 일부가 면법선방향을 정확하게 인식하는 것이 곤란하다고 판단한 경우에, 상기 제 1 구속면 설정공정에 있어서 그 3 차원 곡면상에 소정 간격으로 다수의 참조점을 설정함과 동시에 그 참조점을 중심으로 하여 상기 가공공구의 선단가공부의 반구형상과 동등한 반경을 갖는 구를 배치하고, 그 3 차원 곡면으로부터 가장 떨어져 있는 구의 구면에 의거하여 상기 제 1 구속면을 설정함과 동시에, 상기 교선 연산공정에 있어서 미리 정해진 소정 연산수법에 의해 그 제 1 구속면과 제 2 구속면의 교선의 3 차원 곡선식을 구하는 제 3 산출방법을 포함하는 총 3 개의 산출방법중의 한가지 방법에 의해 3 차원 곡선식을 구함과 동시에, 상기 3 개의 산출방법중의 한가지 방법에 의한 산출시에 소정 에러가 발생한 경우에는 그 3 개의 산출방법중 나머지 산출방법으로 3 차원 곡선식을 구하도록 구성된다. 즉, 제작하고자 하는 3 차원 곡면의 면형상 (특성) 및 제 1 구속면의 에지와 제 2 구속면과의 교점의 수에 맞추어 상기 3 개의 산출방법을 선택적으로 사용함으로써, 가능한한 단시간에 3 차원 곡선식을 구할 수 있게 되는 것이며, 또한 에러로 인해 상기 산출방법들중의 하나로 산출할 수 없거나 산출결과를 받아들일 수 없게된 경우에는 나머지 산출방법을 사용함으로써, 3 차원 곡선식을 확실하게 구할 수 있게 되는 것이다. 따라서, 구할 수 있는 3 차원 곡선식의 수가 증가한다.

그리고, 이와 같은 본 발명의 상기 각 공정은 제작하고자 하는 3 차원 곡면, 사용하는 가공공구, 및 가공장치 등 각 처리에 필요한 정보가 입력됨으로써, 컴퓨터를 사용하여 자동적으로 실행되도록 하는 것이 바람직하다. 제 2 구속면은 제 1 구속면의 형상 및 사용하는 가공장치의 종류 등에 맞추어 자동적으로 설정되도록 할 수도 있는데, 예컨대 작업자의 설정조작에 따라 설정되도록 하여도 된다.

본 발명의 방법을 바람직하게 실시할 수 있는 공구이동경로 데이터의 작성장치, 즉 소정 3 차원 곡면을 가공하기 위하여 가공공구를 피가공물에 대하여 상대이동시키기 위한 공구이동경로 데이터를 작성하는 장치는, (a) 상기 3 차원 곡면을 가공하기 위하여 상기 가공공구를 구속하는 제 1 구속면을 그 3 차원 곡면에 대응시켜 설정하는 제 1 구속면 설정수단과, (b) 상기 가공공구의 이동경로를 구속하는 평면 이외의 곡면으로 이루어지는 제 2 구속면을 상기 제 1 구속면과 교차하도록 설정하는 제 2 구속면 설정수단과, (c) 상기 제 1 구속면과 상기 제 2 구속면의 교선을 3 차원 곡선식으로서 구하는 교선 연산수단과, (d) 그 교선 연산수단에 의해 구해진 상기 3 차원 곡선식을 포함하여 공구이동경로 데이터를 작성하는 이동경로 데이터 작성수단을 포함한다.

본 발명의 방법에 따라 피가공물에 가공을 실행하는 바람직한 가공방법, 즉 피가공물에 대하여 가공공구를 상대이동시켜 소정 3 차원 곡면을 가공하는 가공방법은, (a) 상기 3 차원 곡면을 가공하기 위하여 상기 가공공구를 구속하는 제 1 구속면을 그 3 차원 곡면에 대응시켜 설정하는 제 1 구속면 설정공정과, (b) 상기 가공공구의 이동경로를 구속하는 평면 이외의 곡면으로 이루어지는 제 2 구속면을 상기 제 1 구속면과 교차하도록 설정하는 제 2 구속면 설정공정과, (c) 상기 제 1 구속면과 상기 제 2 구속면의 교선을 3 차원 곡선식으로서 구하는 교선 연산공정과, (d) 그 교선 연산공정으로 구해진 상기 3 차원 곡선식을 사용하여 가공공구의 이동경로를 설정하는 이동경로 설정공정과, (e) 그 이동경로 설정공정으로 설정된 공구이동경로인 상기 3 차원 곡선식이 나타내는 3 차원 곡선상에 순차 목표위치를 설정하여 상기 가공공구를 피가공물에 대하여 상대이동시키는 공구이동공정을 포함하며 실행된다.

본 발명의 방법에 따라 피가공물에 가공을 실행하는 가공시스템, 즉 피가공물에 대하여 가공공구를 상대이동시켜 소정 3 차원 곡면을 가공하는 가공시스템은, (a) 상기 3 차원 곡면을 가공하기 위하여 상기 가공공구를 구속하는 제 1 구속면을 그 3 차원 곡면에 대응시켜 설정하는 제 1 구속면 설정수단과, (b) 상기 가공공구의 이동경로를 구속하는 평면 이외의 곡면으로 이루어지는 제 2 구속면을 상기 제 1 구속면과 교차하도록 설정하는 제 2 구속면 설정수단과, (c) 상기 제 1 구속면과 상기 제 2 구속면의 교선을 3 차원 곡선식으로서 구하는 교선 연산수단과, (d) 그 교선 연산수단에 의해 구해진 상기 3 차원 곡선식을 사용하여 가공공구의 이동경로를 설정하는 이동경로 설정수단과, (e) 그 이동경로 설정수단에 의해 설정된 공구이동경로인 상기 3 차원 곡선식이 나타내는 3 차원 곡선상에 순차 목표위치를 설정하여 상기 가공공구를 피가공물에 대하여 상대이동시키는 공구이동 제어수단을 포함한다. 그리고, 이 가공시스템은 예를 들면 상기 공구이동경로 데이터의 작성장치와, 이 작성장치에 의해 작성된 공구이동경로 데이터에 따라 가공공구를 피가공물에 대하여 상대이동시키는 NC 공작기계 (공구이동 제어수단) 로 구성된다.

이와 같은 공구이동경로 데이터의 작성장치, 가공방법, 가공시스템에 있어서도 상술한 공구이동경로 데이터의 작성방법과 실질적으로 동일한 작용효과가 얻어진다.

노멀벡터를 사용하여 가공공구의 자세를 설정하는 경우에도 그 공구자세 데이터를 포함하는 공구이동경로 데이터를 단시간에 작성함과 동시에 공구통과점을 자유롭게 설정할 수 있는 작성방법, 즉 소정 3 차원 곡면을 가공하기 위하여 가공공구를 피가공물에 대하여 상대이동시키기 위한 공구이동경로 데이터를 작성하는 방법은, (a) 상기 3 차원 곡면을 가공하기 위하여 상기 가공공구를 구속하는 제 1 구속면을 그 3 차원 곡면에 대응시켜 설정하는 제 1 구속면 설정공정과, (b) 상기 가공공구의 이동경로를 구속하는 평면 또는 곡면으로 이루어지는 제 2 구속면을 상기 제 1 구속면과 교차하도록 설정하는 제 2 구속면 설정공정과, (c) 상기 제 1 구속면과 상기 제 2 구속면의 교선을 구하는 교선 연산공정과, (d) 상기 제 1 구속면과 상기 제 2 구속면의 교선상에 있어서 소정 간격으로 그 제 1 구속면의 노멀벡터를 구하는 노멀벡터 연산공정과, (e) 그 노멀벡터의 끝점을 통과하는 완만한 노멀곡선을 구하는 노멀곡선 연산공정과, (f) 상기 제 1 구속면과 상기 제 2 구속면의 교선 및 상기 노멀곡선에 의거하여 상기 가공공구의 자세를 나타내는 데이터를 포함한 공구이동경로 데이터를 작성하는 이동경로 데이터 작성공정을 포함하며 실행된다.

이 경우에는, 제작하고자 하는 3 차원 곡면에 대하여 가공공구의 축심을 대략 수직 혹은 소정 각도만큼 경사지게 하는 등의 소정 자세 (피가공물에 대한 공구의 상대자세) 로 이동시키면서 가공할 수 있기 때문에, 예컨대 볼 엔드 밀 등의 회전 절삭공구를 사용하여 절삭가공을 행하는 경우에는 3 차원 곡면에 대한 가공공구의 자세변화에 따른 가공 정밀도 (면조도 등) 의 편차를 해소할 수 있고, 회전속도가 큰 공구 외주측 부분에서 항상 가공이 실행되어 뛰어난 절삭성능을 얻을 수 있는 등, 높은 정밀도로 3 차원 곡면을 가공할 수 있게 됨과 동시에 언더컷 등의 복잡한 형상의 가공도 가능하다. 또한, 노멀벡터의 끝점을 통과하는 완만한 노멀곡선을 3 차원 곡선식으로서 구하도록 되어 있기 때문에, 산출하는 노멀벡터의 수를 줄여서 계산시간을 단축할 수 있음과 동시에, 예컨대 제 1 구속면과 제 2 구속면의 3 차원 곡선 교선상에 공구통과점을 설정할 때에 그 공구통과점에 있어서의 제 1 구속면의 노멀벡터를 노멀곡선으로부터 구하면 되기 때문에, 요구 정밀도 등에 맞추어 자유롭게 공구통과점을 설정할 수 있다.

그리고, 이 경우에는 제 2 구속면은 반드시 곡면일 필요는 없으며, 평면이어도 무관하다. 또한, 제 1 구속면과 제 2 구속면의 교선이나 노멀곡선은 반드시 곡선식으로 나타낼 필요는 없으며, 도형 데이터 등이어도 된다.

본 발명은 3 차원 곡면을 가공하기 위한 공구이동경로 데이터의 작성방법, 그 데이터의 작성장치, 가공방법, 및 작성 데이터를 활용하는 가공시스템에 관한 것으로서, 특히 제작하고자 하는 3 차원 곡면의 형상에 맞추어 적절한 공구이동경로를 설정할 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.

도 1 은 본 발명의 공구이동경로 데이터의 작성방법에 따라 공구이동경로 데이터를 작성하여 가공하는 가공시스템의 일례를 설명하는 개략도이다.

도 2 는 도 1 의 가공시스템의 기능을 설명하는 블록선도이다.

도 3 은 도 1 의 가공시스템에 있어서 NC 공작기계의 NC 동작부를 설명하는 도면이다.

도 4 는 도 1 의 가공시스템에 있어서 NC 데이터 작성장치의 작동을 설명하는 플로우차트이다.

도 5 는 도 4 의 스텝 S1 의 내용을 설명하는 도면이다.

도 6 은 도 4 의 스텝 S2 의 내용을 설명하는 도면이다.

도 7 은 도 4 의 스텝 S3 의 내용을 설명하는 도면이다.

도 8 은 도 4 의 스텝 S5 의 내용을 설명하는 도면이다.

도 9 는 도 1 의 가공시스템에 의해 바람직하게 가공할 수 있는 3 차원 곡면의 일례를 설명하는 도면이다.

도 10 은 도 1 의 가공시스템에 의해 바람직하게 가공할 수 있는 3 차원 곡면의 다른 예를 설명하는 도면이다.

도 11 은 도 10 의 3 차원 곡면을 가공하는 경우의 공구경로구속곡면을 나타내는 도면이다.

도 12 는 도 1 의 NC 공작기계에 의한 회전가공공구의 공구이동경로를 설명하는 도면이다.

도 13 은 CL 점을 직선보간하여 공구를 이동시키는 경우의 공구이동경로를 설명하는 도면이다.

도 14 는 도 4 의 스텝 S1 의 일례를 설명하는 플로우차트이다.

도 15 는 축퇴면의 일례를 나타내는 도면이다.

도 16 은 구면배치법에 의해 공구구속곡면을 설정할 때에 3 차원 곡면상에 형성되는 참조점을 설명하는 도면이다.

도 17 은 3 차원 곡면상에 참조점을 중심으로 하는 다수의 구가 배치된 상태를 나타내는 도면이다.

도 18 은 구면배치법에 의해 설정된 공구구속곡면의 단면의 일례를 구 및 3 차원 곡면과 함께 나타내는 도면이다.

도 19 는 도 16 에 있어서 교차점의 간격에 대하여 설명하는 도면이다.

도 20 은 도 4 에 있어서 스텝 S3 의 일례를 설명하는 플로우차트이다.

도 21 은 공구구속곡면의 에지와 경로구속곡면의 교점이 2 개인 경우의 일례를 나타내는 도면이다.

도 22 는 공구구속곡면의 에지와 경로구속곡면의 교점이 3 개 이상인 경우의 일례를 나타내는 도면이다.

도 23 은 공구구속곡면의 에지와 경로구속곡면의 교점이 존재하지 않는 경우의 일례를 나타내는 도면이다.

도 24 는 구면배치법으로 설정된 공구구속곡면과 경로구속곡면의 교선을 3 차원 곡선식으로 구하는 경우의 일례를 설명하는 도면이다.

도 25 는 공구구속곡면과 경로구속곡면의 교선의 3 차원 곡선식을 패치경계법으로 구하는 경우의 일례를 설명하는 도면이다.

도 26 은 공구구속곡면과 경로구속곡면의 교선의 3 차원 곡선식을 기하학적 교선추적법으로 구하는 경우의 일례를 설명하는 도면이다.

도 27 은 기하학적 교선추적법으로 교선을 구할 때의 교점을 구하는 방법을 설명하는 도면이다.

도 28 은 5 축의 NC 공작기계의 일례를 설명하는 도면이다.

도 29 는 도 28 의 NC 공작기계를 사용하여 가공하는 경우의 NC 데이터 작성장치의 기능블록선도이다.

도 30 은 도 29 의 NC 데이터 작성장치의 작동을 설명하는 플로우차트이다.

도 31 은 도 30 의 스텝 R4 의 내용을 설명하는 도면이다.

도 32 는 도 30 의 스텝 R5 의 내용을 설명하는 도면이다.

도 33 은 도 30 의 스텝 R7 및 스텝 R8 의 내용을 설명하는 도면이다.

도 34 는 도 28 의 NC 공작기계를 사용하여 가공하는 경우의 NC 데이터 작성장치의 다른 예를 설명하는 기능블록선도이다.

도 35 는 도 34 에 있어서 경사각 (θ) 을 설정하는 수단의 내용을 설명하는 도면이다.

도 36 은 도 28 의 NC 공작기계를 사용하여 가공하는 경우의 NC 데이터 작성장치의 또 다른 예를 설명하는 기능블록선도이다.

도 37 은 도 36 의 NC 데이터 작성장치의 작동을 설명하는 플로우차트이다.

도 38 은 종래의 NC 가공시스템의 일례를 설명하는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1 은 본 실시예의 NC 가공시스템 (28) 의 개략을 설명하는 도면으로서, 상기 도 38 에 대응하는 도면이고, 공구이동경로 데이터 작성장치로서의 NC 데이터 작성장치 (30) 는 도 38 의 NC 데이터 작성장치 (10) 에 의해 사용된 경로구속평면 (14) 대신에 경로구속곡면 (32) 을 이용하여 NC 데이터를 작성하도록 되어 있다. NC 데이터는 공구구속곡면 (12) 과 경로구속곡면 (32) 의 교선 (34) 을 나타내는 3 차원 곡선식을 공구이동경로 데이터로서 포함하는 것이며, NC 공작기계 (18) 의 회전가공공구 (20) 는 평면구속되지 않고 그 3 차원 곡선식이 나타내는 곡선을 따라 이동된다.

도 2 는 도 1 의 NC 가공시스템 (28) 의 기능블록선도로서, NC 데이터 작성장치 (30) 에 의해 작성된 NC 데이터는 자기테이프나 자기디스크 등의 기억매체를 통해 혹은 온-라인 컴퓨터 등에 의해 NC 공작기계 (18) 로 공급된다. NC 공작기계 (18) 는 NC 제어부 (36) 및 NC 동작부 (38) 를 구비하고 있으며, NC 동작부 (38) 는 예를 들면, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 볼 엔드 밀과 같이 절삭날의 회전궤적이 반구형상을 이루는 회전가공공구 (20) 와, 그 회전가공공구 (20) 를 Z 축과 평행한 축심둘레로 회전구동시키는 주축회전 구동수단 (40) 과, 그 회전가공공구 (20) 를 서로 직각인 X 축, Y 축, Z 축 방향으로 3 차원적으로 평행이동시키는 이송구동수단 (42) 을 가지고, 회전가공공구 (20) 를 그의 축심둘레로 회전구동시키면서 상기 NC 데이터에 따라 상기 회전가공공구 (20) 를 피가공물 (44) 에 대하여 상대이동시킴으로써, 그 피가공물 (44) 에 3 차원 곡면 등의 소정 가공을 실행한다.

NC 데이터 작성장치 (30) 는 CPU, RAM, ROM 등을 구비하고 있는 CAM 장치를 포함하여 구성되어 있으며, 기능적으로 공구구속곡면 설정수단 (50), 경로구속곡면 설정수단 (52), 교선 산출수단 (54), 이동경로 설정수단 (56), NC 데이터 변환수단 (58) 을 가지고, 도 4 에 나타내는 플로우차트를 따라 NC 데이터를 작성한다. 도 4 의 스텝 S1 은 공구구속곡면 설정수단 (50) 에 의해 실행되어 공구구속곡면 (12) 을 설정하는 것으로서, 예를 들면, 도 5 와 같이, 제작하고자 하는 3 차원 곡면 (22) 의 면법선벡터를 구하여 그 3 차원 곡면 (22) 으로부터 회전가공공구 (20) 의 반경치수 (r) (공구의 선단 곡률반경) 만큼 곡면 (22) 의 법선방향으로 오프셋한 오프셋 곡면을 공구구속곡면 (12) 으로서 설정한다. 공구구속곡면 (12) 은 3 차원 곡면 (22) 을 가공하기 위하여 회전가공공구 (20) 의 기준점, 즉 절삭날의 회전궤적의 구중심인 공구중심을 구속하는 면이다. 제작하고자 하는 3 차원 곡면 (22) 은 미리 설정되어 있음과 동시에 회전가공공구 (20) 의 반경치수 (r) 는 작업자 등에 의해 설정된다. 이 공구구속곡면 (12) 은 제 1 구속면에 상당하고, 스텝 S1 은 제 1 구속면 설정공정에 상당하고, 공구구속면 설정수단 (50) 은 제 1 구속면 설정수단에 상당한다.

스텝 S2 은 경로구속면 설정수단 (52) 에 의해 실행되는 것으로서, 키보드나 마우스 등의 데이터 입력조작수단을 사용한 작업자의 데이터 입력조작에 의해, 회전가공공구 (20) 의 이동경로를 구속하는 임의의 경로구속곡면 (32) 을 공구구속곡면 (12) 과 교차하도록 설정한다. 경로구속곡면 (32) 은 제작하고자 하는 3 차원 곡면 (22) 의 형상에 의거하여 임의로 설정할 수 있는데, 본 실시예와 같이 서로 직교하는 3 축의 NC 공작기계 (18) 를 사용하는 경우에는, 도 6 에 나타내는 바와 같이 회전가공공구 (20) 의 축심인 Z 축과 평행하며 X-Y 평면내에서 소정 곡선으로 되는 곡면을 경로구속곡면 (32) 으로 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 경로구속곡면 (32) 으로서 평면 이외의 곡면을 설정할 수 있음은 물론이며, 필요에 따라 평면을 설정할 수도 있다. 경로구속곡면 (32) 은 제 2 구속면에 상당하고, 스텝 S2 는 제 2 구속면 설정공정에 상당하고, 경로구속곡면 설정수단 (52) 은 제 2 구속면 설정수단에 상당한다.

스텝 S3 은 교선 산출수단 (54) 에 의해 실행되는 것으로서, 상기 공구구속곡면 (12) 과 경로구속곡면 (32) 의 교선 (34) 을 산출한다. 이 교선 (34) 은, 경로구속곡면 (32) 의 형상특징 (접선 연속성이나 곡률 연속성) 을 손상시키는 일이 없도록, 이들 곡면 (12 및 32) 의 곡면식에 의거하여 NURBS, B-Spline, 또는 Bezier 등의 3 차원 곡선식으로 구해진다. 이 스텝 S3 은 교선 연산공정에 상당하고, 교선 산출수단 (54) 은 교선 연산수단에 상당한다.

스텝 S4 에서는 3 차원곡면 (22) 의 가공에 필요한 모든 3 차원 곡선식을 산출하였는지의 여부가 판단되고, 모든 3 차원 곡선식을 산출할 때까지 스텝 S2 및 S3 를 반복하여, 도 7 에 나타내는 바와 같이 경로구속곡면 (32) 을 Z 축과 직각인 방향으로 소정 치수만큼 순차 이동시면서 공구구속곡면 (12) 과 경로구속곡면 (32) 의 모든 교선 (34) 을 3 차원 곡선식으로 구한다. 이 스텝 S4 도 교선 산출수단 (54) 에 의해 자동적으로 실행된다.

모든 3 차원 곡선식을 산출하면 이어서 스텝 S5 를 실행한다. 스텝 S5 는 이동경로 설정수단 (56) 에 의해 실행되는 것으로서, 복수의 교선 (34) 의 3 차원 곡선식을 사용하여 공구이동경로를 설정하는 것 외에, 도 8 에 나타내는 바와 같이 공구이동방향을 설정하고 또한 가공시에 필요한 어프로치동작 (60), 리트랙트동작 (62), 횡증분 피이드동작 (64) 등을 설정한다. 이 경우의 공구이동경로는 공구중심 (공구선단의 구중심) 의 이동경로를 나타내고 있다. 그리고, NC 데이터 변환수단 (58) 에 의해 실행되는 스텝 S6 에서는 NC 공작기계 (18) 의 NC 제어부에 공급되는 코드형태로 변환하여 NC 데이터, 즉 공구이동경로 데이터를 작성한다. NC 데이터에는 회전가공공구 (20) 의 회전속도에 관한 정보도 포함된다. 상기 스텝 S5 및 S6 은 청구범위 제 1 항의 이동경로 데이터 작성공정에 상당하고, 스텝 S5 는 청구범위 제 9 항의 이동경로 설정공정에 상당하고, 이동경로 설정수단 (56) 및 NC 데이터 변환수단 (58) 은 청구범위 제 8 항의 이동경로 데이터 작성수단에 상당하고, 이동경로 설정수단 (56) 은 청구범위 제 10 항의 이동경로 설정수단에 상당한다.

그리고, 이와 같은 NC 데이터의 작성은 반드시 피가공물의 가공면 전체에 대하여 1 회로 실행할 필요는 없으며, 피가공물의 상이한 표면부위에 대하여 수회로 실행할 수도 있다. 후자의 경우, 면의 특징 등에 맞추어 가공면을 복수의 부분으로 분할하고, 그 부분마다를 3 차원 곡면 (22) 으로서 꺼내어 NC 데이터를 작성하도록 하여도 된다.

도 2 로 되돌아가서 상기 NC 공작기계 (18) 의 NC 제어부 (36) 는 CPU, RAM, ROM 등을 구비한 마이크로컴퓨터를 포함하며 구성되어 있고, NC 데이터 작성장치 (30) 에 의해 작성된 NC 데이터에 따라 NC 동작부 (38) 의 작동을 제어하는 것으로서, 기능적으로 이송속도 제어수단 (66) 및 회전속도 제어수단 (68) 을 구비하고 있다. 이송속도 제어수단 (66) 은, NC 데이터에 설정된 공구이동경로를 나타내는 곡선, 즉 3 차원 곡선식에 따라 회전가공공구 (20) 를 이동시키도록 곡선보간방식으로 이송구동수단 (42) 을 제어한다. 구체적으로, 이송속도 제어수단 (66) 은 소정의 제어 사이클 타임으로 상기 3 차원 곡선식이 나타내는 곡선상에 순차 목표위치를 설정하고, 회전가공공구 (20) 를 그 설정 목표위치로 직선이동시키도록 이송구동수단 (42) 을 피이드백 방식으로 제어한다. 이송속도 제어수단 (66) 에는 실제 공구위치를 나타내는 신호가 공구위치 검출수단 (70) 으로부터 공급되도록 이루어져 있다. 또한, 회전속도 제어수단 (68) 은 NC 데이터에 설정된 공구회전속도로 회전가공공구 (20) 가 그의 축심둘레로 회전구동되도록 상기 주축회전 구동수단 (40) 의 작동을 제어한다.

이와 같이 NC 데이터에 따라 회전가공공구 (20) 를 축심둘레로 회전시키면서 3 차원 곡선식이 나타내는 곡선을 따라 상기 회전가공공구 (20) 를 이동시킴으로써, 피가공물 (44) 에 목적하는 3 차원 곡면이 절삭가공된다. 이 공정이 청구범위 제 9 항의 공구이동공정이고, NC 공작기계 (18) 는 청구범위 제 10 항의 공구이동 제어수단에 상당한다.

여기서, 본 실시예의 NC 가공시스템 (28) 에 있어서는 회전가공공구 (20) 의 이동경로를 구속하는 경로구속곡면 (32) 을 평면도 포함하여 임의로 설정할 수 있기 때문에, 공구이동경로의 설정 자유도가 높아져, 제작하고자 하는 3 차원 곡면 (22) 의 형상에 맞게 최적한 공구이동경로를 설정할 수 있게 된다. 예를 들면, 도 9 에 나타내는 3 차원 곡면을 가공하는 경우, 도 9a 에 점선으로 나타내는 바와 같이 3 차원 곡면의 기복을 따라 원활하게 공구를 이동시킬 수 있게 되며, 공구이동경로가 평면내로 구속되는 도 9b 의 경우에 비교하여 공구의 급한 방향변화 등을 회피할 수 있다. 또한, 도 10 과 같이 원추형상을 가공하는 경우에는 도 10a 에 점선으로 나타내는 바와 같이 나선경로를 따라 공구를 이동시켜 지름이 작은 측에서 지름이 큰 측까지 연속해서 가공할 수 있게 되고, 도 10b 에 점선으로 나타내는 바와 같이 계단상으로 각기 지름이 다른 경로를 따라 실행하는 경우에 비교하여 가공능률이나 가공 정밀도 (면의 완만함) 가 향상된다. 도 10 의 경우, 경로구속곡면 (32) 을 도 11 과 같이 소용돌이형상으로 설정하면 된다.

또한, 본 실시예에서는 공구구속곡면 (12) 과 경로구속곡면 (32) 의 교선 (34) 을 3 차원 곡선식으로 구하여 NC 데이터를 작성함과 동시에 NC 공작기계 (18) 는 그 3 차원 곡선식이 나타내는 3 차원 곡선상에 순차 목표위치를 설정하여 회전가공공구 (20) 를 이동시키도록 되어 있기 때문에, 적은 데이터량으로 높은 정밀도의 가공을 실행할 수 있다. 즉, 도 12 에 나타내는 바와 같이 NC 데이터의 이동경로형상은 본래 이동시키고자 하는 경로형상과 대략 일치하고, 그 NC 데이터의 이동경로상에 목표위치가 정해지기 때문에, 도 12b 와 같이 목표위치간의 간격을 좁게 하는 것만으로 고정밀도의 가공을 실행할 수 있는 것이다. 목표위치간의 간격을 좁게 하기 위해서는 NC 공작기계 (18) 의 제어 사이클 타임을 짧게 하거나 공구의 이동속도를 늦추면 된다. 이에 비하여, 공구이동경로를 공구통과점 (CL 점) 의 점열로 설정하고, 그 CL 점을 직선보간하여 목표위치를 설정하면서 회전가공공구 (20) 를 이동시키는 경우에는 도 13b 에 나타내는 바와 같이 목표위치의 간격을 좁게 하여도 가공 정밀도는 향상되지 않고, 또한 가공 정밀도를 향상시키기 위해서는 도 13c 와 같이 NC 데이터의 CL 점의 수를 증가시켜야만 하기 때문에, 데이터량이 팽대한 양으로 된다.

그리고, 상기 실시예의 스텝 S1 에서는 면법선벡터에 의거하는 오프셋법으로 공구구속곡면 (12) 을 설정하는 경우에 대하여 설명하였으나, 도 14 의 플로우차트에 나타내는 바와 같이 축퇴면인지 아닌지에 따라 다른 방법으로 공구구속곡면 (12) 을 설정하는 것이 바람직하다. 즉, 스텝 SA1 에서는 제작하고자 하는 3 차원 곡면 (22) 이 일부에 축퇴면을 갖는지의 여부를 미리 설정된 조건에 따라 판단하여, 곡면 (22) 이 축퇴면을 갖지 않는 경우에는 스텝 SA2 에 있어서 상술한 면법선벡터에 의거하는 오프셋법으로 공구구속곡면 (12) 을 설정하고, 축퇴면을 갖는 경우에는 스텝 SA3 에 있어서 구면배치법에 의해 공구구속곡면 (12) 을 설정하는 것이다. 축퇴면이란, 도 15 에 나타내는 바와 같이 작은 각도의 예각 삼각형상을 이루는 면 (100) 으로서, 스텝 SA1 에서는 예컨대 삼각형상의 2 변 사이의 각도가 미리 정해진 소정치 이하인지 아닌지 등에 따라 판단할 수 있다. 이와 같은 축퇴면 (100) 에 있어서는, 그 예각의 선단부분 (100a) 에서는 면법선벡터, 즉 면법선방향을 정확하게 산출하는 것이 곤란하기 때문에, 오프셋법으로는 축퇴면 (100) 에 대해 충분한 정밀도를 얻을 수 없게 되는 것이다. 축퇴면 (100) 인지 아닌지의 판단기준은 면법선벡터를 산출하는 산출정밀도 등을 고려하여 설정된다.

구면배치법은, 예를 들면 도 16 에 나타내는 바와 같이 3 차원 곡면 (22) 상에 소정 간격으로 다수의 참조점 (102) 을 설정함과 동시에, 도 17 에 나타내는 바와 같이 그 참조점 (102) 을 중심으로 하여 회전가공공구 (20) 의 반경치수 (r) 와 동등한 반경의 구 (104) 를 배치하고, 도 18 에 굵은선으로 나타내는 바와 같이 3 차원 곡면 (22) 에서 피가공물측 (상측) 으로 가장 떨어져 있는 구면을 공구구속곡면 (12) 으로 한다. 참조점 (102) 의 간격이 작을수록 높은 정밀도로 공구구속곡면 (12) 을 설정할 수 있지만, 이 경우 처리 데이터량이 많아지기 때문에, 예컨대 도 19 에 나타내는 바와 같이 회전가공공구 (20) 의 반경치수 (r) 와 동등한 반경의 구면 (106) 이 2 개의 참조점 (102) 에서 3 차원곡면 (22) 과 교차하며 피가공물에 겹치도록 설정하는 것이 바람직하다. 즉, 참조점 (102) 의 간격은 3 차원 곡면 (22) 의 법선방향에 있어서의 최대 겹침치수 (d) 가 톨러런스보다 크지 않도록 설정하는 것이 바람직하다. 3 차원 곡면 (22) 을 평면으로 하여 회전가공공구 (20) 의 반경치수 (r) 에만 의거하여 미리 참조점 (102) 의 일정간격을 설정하도록 하여도 되나, 제작하고자 하는 3 차원 곡면 (22) 의 특성 (최대곡률) 등에 맞추어 제품의 종류마다 간격이 설정되도록 하는 것이 바람직하다. 그리고, 도 18 은 3 차원 곡면 (22) 에 대하여 대략 수직인 평탄한 단면상에 겹쳐서 존재하는 다수의 구 (104) 의 절편을 나타낸 것이다.

이와 같은 구면배치법에 의하면, 곡면 (22) 이 면법선벡터를 높은 정밀도로 구할 수 없는 축퇴면 (100) 인 경우에도, 제작하고자 하는 3 차원 곡면 (22) 에서 회전가공공구 (20) 의 반경치수 (r) 만큼 피가공물측으로 떨어진 공구구속곡면 (12) 을 높은 정밀도로 구할 수 있다. 그리고, 축퇴면 (100) 이외에도 예컨대 3 차원 곡면 (22) 의 면법선벡터를 높은 정밀도로 구할 수 없거나 면법선벡터가 크게 흔들리거나 하는 경우 등에 구면배치법으로 특정의 3 차원 곡면 (22) 에 상당하는 공구구속곡면 (12) 을 구하도록 하여도 된다.

또한, 상기 실시예의 스텝 S3 에서는, 예컨대 도 20 의 플로우차트에 따라 교선 (34) 의 3 차원 곡선식을 구하도록 하는 것이 바람직하다. 도 20 의 스텝 SB1 에서는 공구구속곡면 (12) 이 구면배치법으로 설정되었는지의 여부를 판단하여, 구면배치법으로 공구구속곡면 (12) 이 설정되어 있는 경우에는 스텝 SB3 에 있어서 일정피치법으로 교선 (34) 의 3 차원 곡선식을 산출하지만, 구면배치법이 아닌 경우, 즉 면법선벡터에 의한 오프셋법으로 공구구속곡면 (12) 이 설정되어 있는 경우에는, 스텝 SB2 에 있어서 그 공구구속곡면 (12) 의 에지와 경로구속곡면 (32) 의 교점이 2 점인지의 여부를 판단한다. 그리고, 도 21 에 나타내는 바와 같이 교점이 P1 및 P2 의 총 2 점인 경우에는 스텝 SB4 에 있어서 패치경계법으로 교선 (34) 의 3 차원 곡선식을 산출하고, 도 22, 도 23 에 나타내는 바와 같이 교점이 2 점 이외인 경우에는 스텝 SB5 에 있어서 기하학적 교선추적법으로 교선 (34) 의 3 차원 곡선식을 산출한다. 공구구속곡면 (12) 의 설정공정에서부터 3 차원 곡선식을 산출하는 스텝 SB3 까지의 일련의 처리는 청구범위 제 6 항에 있어서의 제 3 산출방법에 상당하고, 3 차원 곡선식을 산출하는 스텝 SB4 까지의 일련의 처리는 청구범위 제 6 항에 있어서의 제 1 산출방법에 상당하고, 3 차원 곡선식을 산출하는 스텝 SB5 까지의 일련의 처리는 청구범위 제 6 항에 있어서의 제 2 산출방법에 상당한다. 그리고, 공구구속곡면 (12) 의 에지는 곡면 (12) 의 외주연을 의미하는 것으로서, 제작하고자 하는 3 차원 곡면 (22) 의 외주연에 대응한다.

상기 스텝 SB3 의 일정피치법은 도 24 에 나타내는 바와 같이 Z 축과 평행한 경로구속곡면 (32) 의 X-Y 평면내에 있어서의 형상변화에 따라 공구구속곡면 (12) 과 경로구속곡면 (32) 의 교선 (34) 상에 소정 피치 (L) 로 다수의 기준점 (110) 을 설정하고, 이들 기준점 (110) 을 완만하게 연결하도록 적절한 피팅처리 (fitting process) 를 실행하여 3 차원 곡선식을 산출한다. 소정 피치 (L) 는, 예를 들면 (톨러런스×공구직경×20) 정도의 값이 설정되며, 상기 수치「20」은 경험치로 적절히 변경할 수 있다. 도 24 는 경로구속곡면 (32) 의 X-Y 평면내에 있어서의 형상변화에 따라 교선 (34) 을 전개하여 나타낸 도면이다.

그리고, 이 경우의 공구구속곡면 (12) 은 다수의 구 (104) 의 부분구면의 집합으로 이루어지기 때문에, 곡면 (12) 과 경로구속곡면 (32) 과의 교선 (34) 도 도 24 와 같이 기복이 있는 요철로 된다. 그 요철의 정점부근을 완만하게 연결하는 포락선 (envelope line) 을 구하여, 이 포락선을 교선 (34) 으로 간주하여 3 차원 곡선식을 구할 수도 있으며, 이 경우에는 패치경계법이나 기하학적 교선추적법 등의 다른 산출수법을 바람직하게 적용할 수 있다. 공구구속곡면 (12) 으로서, 다수의 부분구면의 정점부근을 포함하는 완만한 포락면을 설정하도록 하여도 된다.

스텝 SB4 의 패치경계법은 도 21 에 있어서의 2 개의 교점 (P1 및 P2) 사이에 교선 (34) 이 존재하는 것으로서, 도 25 에 나타내는 바와 같이 그 교점 (P1 및 P2) 사이에서 교선 (34) 과 대략 일치하는 3 차원 곡선식을 구한다. 구체적으로는, 우선 도 25a 에 나타내는 바와 같이 교점 (P1 및 P2) 사이를 1 개의 세그먼트로 하여 그 교점 (P1,P2) 에 있어서 접벡터의 크기 및 방향을 적절히 조정함으로써, 교선 (34) 의 중점 (P050) 또는 가능한한 그 중점의 근처를 통과하는 3 차원 곡선식을 작성한다. 이어서, 도 25b 에 나타내는 바와 같이 교점 (P1,P2) 과 중점 (P050) 사이의 중점 (P025,P075) 을 구하여, 이들 점에서 작성한 3 차원 곡선식이 나타내는 3 차원 곡선과의 오차가 모두 톨러런스 이하인지 아닌지의 여부를 판단하고, 톨러런스 이하이면 그 3 차원 곡선식을 교선의 3 차원 곡선식으로 결정한다. 1 개라도 오차가 톨러런스보다 큰 경우에는, 도 25c 에 나타내는 바와 같이 중점 (P050) 을 새로운 구성점 (세그먼트점) 으로 하여 2 개의 세그먼트로 나누어 각 새로운 세그먼트의 중점에서의 오차를 체크하여 그 중점에서의 오차가 톨러런스 이하로 될 때까지 동일한 처리를 반복한다. 이와 같은 패치경계법은 기하학적 교선추적법에 비하여 처리속도가 빠름과 동시에 세그먼트의 수가 적어도 된다. 또한, 교점이 2 점인 경우에는, 통상 그 2 점 사이에 교선 (34) 이 존재하기 때문에, 교선 (34) 의 유무를 판단하는 처리를 실행하지 않고 2 개의 교점 (P1,P2) 을 교선 (34) 의 양단 점으로 하여 그대로 처리를 개시할 수 있다.

스텝 SB5 의 기하학적 교선추적법은 도 26a 의 경우와 같이 교점 (P1∼P4) 이 존재하는 경우에는, 이들 교점 (P1∼P4) 을 기준점으로 하여 교선 (34) 의 접선방향으로 소정 치수만큼 전진하면서 교선 (34) 과 대략 일치하는 3 차원 곡선식을 구한다. 도 27 에 나타내는 바와 같이, 파라미터 (u,v)를 갖는 면 (S1) 과 파라미터 (s,t)를 갖는 면 (S2) 사이의 교선을 기하학적 교선추적법에 따라 구한 경우, 우선 기준점을 구한다. 최초의 기준점은 상기 교점 (P1∼P4) 을 사용하면 된다. 이어서, 다음 교점을 구하기 위하여 기준점상의 접벡터를 구한다. 즉, 추적방향과 전진량을 결정한다. 추적방향은 기준점에 있어서의 각 면 (S1,S2) 상의 법선벡터의 외적 (outer product) 에 의해 구할 수 있다. 또한, 전진량은 형상의 곡률에 맞게 조정하는 것이 바람직하다. 즉, 곡률이 클 때에는 전진량은 작고, 곡률이 작을 때에는 전진량은 크게 취하도록 한다. 그리고, 면 (S1) 및 면 (S2) 의 일측 및 타측은 각각 공구구속곡면 (12) 및 경로구속곡면 (32) 에 상당한다.

이어서, 이와 같이 하여 구해진 접벡터를 각 면 (S1,S2) 에 투영하고, 다시 말하면 접벡터를 각각 (u,v) 및 (s,t) 로 나타내고, 기준점으로부터의 파라미터 증분치 (du,dv) 및 (ds,dt) 를 구한다. 이 구해진 파라미터 증분치만큼 기준점에서 각 파라미터를 진행시킨 면 (S1,S2) 상의 점 (p,q) 을 각각의 초기점으로서 구한다. 이어서, 점 (p) 에서의 면 (S1) 에 대한 접평면 (Fp) 과, 점 (q) 에서의 면 (S2) 에 대한 접평면 (Fq) 과, 이들 접평면 (Fp,Fq) 에 수직인 보조평면 (Fn) 을 구한다. 이들 3 개의 평면 (Fp,Fq,Fn) 이 교차하는 개소는 점으로 되는데, 이 점을 면 (S1,S2) 사이의 교점 (G) 으로 한다. 이 교점 (G) 이 충분히 오차가 없도록 다음과 같이 수속계산해 간다. 그리고, 점 (p) 에서의 단위 법선벡터를 "np", 점 (q) 에서의 단위 법선벡터를 "nq", 보조평면 (Fn) 의 단위 법선벡터를 "nn" 이라 한다.

우선, 교점 (G) 으로 향하는 파라미터 증분치를 구한다. 구체적으로는, 접벡터, 법선벡터, 및 점 G, p, q 를 사용하여, 예컨대 점 (p) 에 있어서의 파라미터 (u,v) 의 증분치 (Δu,Δv) 는, 점 (p) 에 있어서의 u 방향 접벡터를 "du", v 방향 접벡터를 "dv" 라 하면, 각각 다음 식 (1), (2) 로 구할 수 있다.

Δu=(sv·dp)/(sv·du) …(1)

Δv=(su·dp)/(su·dv) …(2)

단, dp=G-p

su=du×np

sv=dv×np

이 파라미터 증분치를 더하여 얻어지는 면 (S1) 상의 점 및 면 (S2) 상의 점을 각각 p', q' 라 하면, 이들 2 점 사이의 거리 |p'－q'| 가 충분히 작아질 때까지 (예를 들면, 미리 설정된 톨러런스 이내로 될 때까지), 점 (p', q') 을 새로운 점 (p,q) 으로 하여 상기 처리를 반복한다. 이와 같이 하여 최종적으로 |p'－q'| 가 충분이 작아진 때의 교점 (G) 을 면 (S1,S2) 사이의 교점으로 한다. 이와 같이 하여 구해진 교점과 각각의 접벡터를 사용하여, 2 점 사이를 연결하는 곡선을 구하고, 이 곡선을 교선으로 한다. 이들 처리를 반복하여 면 (S1,S2) 사이의 교선군을 구하고, 이것을 공구궤적으로 한다.

또한, 상기 도 23 과 같이 공구구속곡면 (12) 의 에지와 경로구속곡면 (32) 의 교점이 존재하지 않는 경우에는, 공구구속곡면 (12) 의 파라미터 정선 (120) 을 형성하여 기준점 (122) 을 설정함으로써, 동일한 방법으로 교선 (34) 의 3 차원 곡선식을 구할 수 있다.

이와 같은 기하학적 교선추적법은 패치경계법에 비하여 처리속도가 느림과 동시에 세그먼트의 수도 많아지기는 하나, 교점 1 개에서 처리를 개시하기 때문에 교점이 3 점 이상 있는 경우라도 교선 (34) 의 유무를 확인하지 않고 처리를 개시할 수 있다. 또한, 교선 (34) 이 복잡하게 변화하는 경우라도 양호하게 교선 (34) 의 3 차원 곡선식을 구할 수 있다.

도 20 으로 되돌아가서 스텝 SB3, SB4 및 SB5 에서 3 차원 곡선식의 산출처리가 실행되면, 다음 스텝 SB6 에서 3 차원 곡선식을 산출할 수 있는지의 여부를 판단하여, 산출할 수 있으면 일련의 교선 산출처리를 종료하나, 소정 에러가 발생하여 마지막까지 산출할 수 없는 경우에는 스텝 SB7 을 실행한다. 에러의 타입은 산출법에 따라 각각 다르며, 패치경계법의 경우에는 예컨대 교선 (34) 의 분할회수가 소정치 이상으로 되었을 때에 에러로 하여 이후의 처리를 중지하고, 기하학적 교선추적법의 경우에는 예컨대 수속계산회수가 소정 회수를 넘은 때에 에러로 하여 이후의 처리를 중지하도록 구성된다.

스텝 SB7 에서는 상기 일정피치법, 패치경계법 및 기하학적 교선추적법중 3 개의 산출법을 모두 사용하였는지의 여부를 판단하고, 3 개의 산출법을 사용한 경우에는 스텝 SB8 에서 최종적으로 에러판정을 실행하고, 표시장치 등에 에러로 인해 3 차원 곡선식을 산출할 수 없었음을 표시한다. 아직 시도하지 않은 산출법이 남아 있는 경우에는, 스텝 SB9 에 있어서 상기 3 개중 다른 산출법으로 3 차원 곡선식을 산출한다. 최초에 패치경계법 및 기하학적 교선추적법을 사용한 경우에, 일정피치법을 실시할 경우에는 구면배치법에 의해 공구구속곡면 (12) 을 설정하는 한편, 최초로 일정피치법을 사용한 경우에, 패치경계법이나 기하학적 교선추적법을 실시할 경우에는 면법선벡터에 의한 오프셋법으로 공구구속곡면 (12) 을 설정한다. 또한, 패치경계법을 실시할 경우에, 공구구속곡면 (12) 의 에지와 경로구속곡면 (32) 의 교점이 3 점 이상 존재하는 경우에는 미리 교선 (34) 의 유무를 확인하여 교선 (34) 이 존재하는 2 점 사이에서 3 차원 곡선식을 산출한다.

이 경우에는, 제작하고자 하는 3 차원 곡면 (22) 의 면형상 (특성) 이나 공구구속곡면 (12) 의 에지와 경로구속곡면 (32) 의 교점의 수에 맞게 3 개의 산출방법 (공구구속곡면 (12) 의 설정방법을 포함함) 을 나누어 사용하기 때문에, 가능한한 단시간에 3 차원 곡선식을 구할 수 있게 된다. 또한, 에러로 인해 산출할 수 없는 경우에는 나머지 산출방법을 시도하도록 되어 있기 때문에, 3 개의 산출방법중 어느 하나로 산출할 수 있는 3 차원 곡선식에 대해서는 항상 확실하게 구할 수 있게 된다.

이어서, 도 28 에 나타내는 바와 같이 5 축의 NC 공작기계 (74) 를 사용하여 피가공물을 가공할 경우의 실시예를 설명한다. 이 NC 공작기계 (74) 는, 상기 주축회전 구동수단 (40) 및 3 축의 이송구동수단 (42) 이외에도, Z 축과 평행한 회전축 둘레로 주축회전 구동수단 (40) 을 회전시키는 제 1 자세제어수단 (76) 과, 그 제 1 자세제어수단의 회전축과 직각인 회전축 둘레로 주축회전 구동수단 (40) 을 회전시키는 제 2 자세제어수단 (78) 을 구비하고 있으며, 위치고정된 피가공물 (44) 에 대한 회전가공공구 (20) 의 자세를 이들 자세제어수단 (76, 78) 에 의해 자유롭게 제어할 수 있도록 되어 있다.

도 29 는 상기 5 축의 NC 공작기계 (74) 를 사용하여 가공할 경우의 NC 데이터를 작성하기에 바람직한 NC 데이터 작성장치 (80) 를 설명하는 기능블록선도로서, 이 NC 데이터 작성장치 (80) 는, 상기 공구구속곡면 설정수단 (50), 경로구속곡면 설정수단 (52), 교선 산출수단 (54) 및 NC 데이터 변환수단 (58) 이외에도, 노멀벡터 연산수단 (82), 노멀곡선 연산수단 (84), CL 점 설정수단 (86) 및 CL 벡터 설정수단 (88) 을 구비하고 있으며, 도 30 의 플로우차트에 따라 NC 데이터를 작성한다.

도 30 의 스텝 R1, R2, R3 는 각각 상기 스텝 S1, S2, S3 과 동일하고, 노멀벡터 연산수단 (82) 에 의해 실행되는 스텝 R4 에서는, 도 31 에 나타내는 바와 같이, 스텝 R3 에서 구한 교선 (34) 상에 곡선의 곡률에 대응한 간격 (곡률이 클수록 작은 간격) 으로 공구구속곡면 (12) 의 노멀 (수직) 벡터 (90) 를 단위 노멀벡터로서 산출한다. 교선 (34) 의 곡률은, 교선 (34) 상에 미리 정해진 소정 간격으로 위치하는 수개의 점에서의 곡률치를 샘플링함으로써 구해진다.

다음 스텝 R5 는 노멀곡선 연산수단 (84) 에 의해 실행되는 것으로서, 도 32 에 나타내는 바와 같이 스텝 R4 에서 구한 노멀벡터 (90) 의 끝점을 통과하는 완만한 곡선, 즉 노멀곡선 (92) 을 산출하고, 공구의 이동경로인 교선 (34) 과 노멀곡선 (92) 을 1 대 1 관계로 유지 (기억) 한다. 이 노멀곡선 (92) 도 교선 (34) 과 마찬가지로 3 차원 곡선식으로 구해진다. 이와 같이 교선 (34) 과 노멀곡선 (92) 을 1 대 1 관계로 유지해 두면, 교선 (34) 상의 임의의 점에서의 면노멀방향을 면을 인식하지 않고 선으로서 산출 또는 꺼낼 수 있게 된다.

스텝 R6 은 상기 스텝 S4 와 동일하고, 스텝 R7 이하의 스텝에서는 NC 공작기계 (74) 가 직선보간방식으로 회전가공공구 (20) 를 이동시키는 경우에 있어서의 NC 데이터를 작성한다. 스텝 R7 은 CL 점 설정수단 (86) 에 의해 실행되는 것으로서, 도 33 에 나타내는 바와 같이 예컨대 허용오차범위, 등 CL 간격, 고속가공용 CL 간격, 1 날에 대응하는 1 CL 등의 여러 가지 소정요건중 작업자가 입력조작으로 지정하는 원하는 요건을 만족시키도록, 공구이동경로인 교선 (34) 을 나타내는 3 차원 곡선상에 다수의 공구통과점 (CL 점) 을 설정한다. 스텝 R8 은 CL 벡터 설정수단 (88) 에 의해 실행되는 것으로서, 마찬가지로 도 33 에 나타내는 바와 같이 상기 각 CL 점에서의 면노멀벡터, 즉 CL 벡터를, 교선 (34) 과 파라미터적으로 대응해서 기억되어 있는 노멀곡선 (92) 으로부터 각 CL 점에 대응하는 점을 구함으로써 산출한다.

상기 스텝 R7 및 R8 은 1 개의 교선 (34) 마다 실행되며, 다음 스텝 R9 에서는 모든 교선 (34) 에 대하여 CL 점 및 CL 벡터가 구해졌는지의 여부가 판단되고, 모든 교선 (34) 에 대하여 CL 점 및 CL 벡터가 구해질 때까지 스텝 R7 및 R8 을 반복한다. 스텝 R9 도 CL 벡터 설정수단 (88) 에 의해 자동적으로 실행된다. 모든 교선 (34) 에 대하여 CL 점 및 CL 벡터가 구해지면 스텝 R10 이 실행되어, 상기 어프로치동작 (60), 리트랙트동작 (62), 및 횡증분 피이드동작 (64) 등 가공에 필요한 동작을 부여하고, 스텝 R11 에서 상기 CL 점, CL 벡터, 어프로치 동작 (60) 등 공구이동경로, 공구자세 등에 관한 정보를 NC 공작기계 (74) 의 제어에 유용한 코드로 변환하여 NC 데이터, 즉 공구이동경로 데이터를 작성한다. 이 스텝 R11 은 NC 데이터 변환수단 (58) 에 의해 실행된다.

그리고, 도 28 의 NC 공작기계 (74) 중 이송구동수단 (42) 은 CL 점에 관한 NC 데이터에 따라 제어되고, 상기 도 13 과 같이 직선보간방식으로 주축회전 구동수단 (40) 에 의해 회전을 제어하면서 회전가공공구 (20) 를 이동시킨다. 자세제어수단 (76 및 78) 은 CL 벡터에 관한 NC 데이터에 따라 제어되어, 공구의 회전축심이 CL 벡터의 방향과 일치하도록, 다시 말하면 3 차원 곡면 (22) 과 수직이 되도록 주축회전 구동수단 (40) 및 회전가공공구 (20) 의 자세를 제어한다. 그리고, 이송구동수단 (42) 에 의한 주축회전 구동수단 (40) 의 이동제어는, 공구 (20) 의 자세변화에 관계없이 공구 (20) 의 공구중심이 CL 점에 대응하여 정해지는 목표위치로 이동하도록, CL 벡터에 대응하여 보정된다. NC 데이터 작성장치 (80) 에 의해 NC 데이터를 작성할 때에 CL 벡터에 대응하여 공구이동경로를 보정하도록 하여도 된다.

본 실시예에서는, 회전가공공구 (20) 가 제작하고자 하는 3 차원 곡면 (22) 에 대하여 회전축심이 대략 수직이 되는 일정한 자세로 이동되기 때문에, 곡면 (22) 에 대한 공구의 자세변화에 따른 가공정밀도 (면조도 등) 의 편차가 해소되어 한층 높은 정밀도로 3 차원 곡면 (22) 을 가공할 수 있게 됨과 동시에 언더컷 등의 복잡한 형상의 가공도 가능해진다.

또한, 노멀벡터 (90) 의 끝점을 통과하는 완만한 노멀곡선 (92) 을 구하도록 되어 있기 때문에, 산출하는 노멀벡터 (90) 의 수를 줄여서 그 계산시간을 단축할 수 있음과 동시에, 노멀곡선 (92) 의 3 차원 곡선식은 교선 (34) 의 3 차원 곡선식과 대응하고 있기 때문에, 교선 (34) 의 3 차원 곡선상에 순차 CL 점을 설정할 때에 그 CL 점에 있어서의 공구구속곡면 (12) 의 면노멀벡터 (CL 벡터) 를 노멀곡선 (92) 의 3 차원 곡선식으로부터 구할 수 있으며, 따라서 요구 정밀도 등에 맞추어 자유롭게 CL 점을 설정할 수 있다.

또한, 스텝 R4 에서는 교선 (34) 의 곡률에 대응한 간격으로 노멀벡터 (90) 를 구하기 때문에, 스텝 R5 에서 구해지는 노멀곡선 (92) 의 정밀도를 높게 유지하면서, 노멀벡터 (90) 의 산출수를 줄일 수 있다.

본 실시예는 청구범위 제 7 항에 기재된 공구이동경로 데이터의 작성방법의 일실시예에 상당하고, 스텝 R1 은 제 1 구속면 설정공정이고, 스텝 R2 는 제 2 구속면 설정공정이고, 스텝 R3 는 교선 연산공정이고, 스텝 R4 는 노멀벡터 연산공정이고, 스텝 R5 는 노멀곡선 연산공정이고, 스텝 R7, R8, R10 및 R11 은 이동경로 데이터 작성공정에 상당한다.

그리고, 상기 예에서는 회전가공공구 (20) 를 공구구속곡면 (12) 에 대하여, 즉 제작하고자 하는 3 차원 곡면 (22) 에 대하여 대략 수직이 되는 일정한 자세로 이동시키는 경우에 대하여 설명하였으나, 도 34 에 나타내는 바와 같이 상기 CL 벡터를 기준으로 하여 공구축심의 경사각 (θ) 을 설정하는 수단 (94) 을 상기 CL 벡터 설정수단 (88) 과 NC 데이터 변환수단 (58) 사이에 설치하여, 도 35 에 나타내는 바와 같이 회전가공공구 (20) 를 CL 벡터에 대해서 (3차원 곡면 (22) 에 수직인 방향에 대해서) 경사각 (θ) 만큼 축심이 경사진 자세로 이동시키도록 할 수도 있다. 이 경우에는 회전속도가 큰 공구 외주측 부분에서 항상 절삭가공이 행해지도록 할 수 있기 때문에, 절삭속도의 불충분함이 없는 뛰어난 절삭성능을 얻을 수 있게 되어 회전가공공구 (20) 로서 볼 엔드 밀 등의 회전 절삭공구를 사용하는 경우에 바람직하게 적용된다.

또한, 상기 예에서는 다수의 CL 점으로 이루어지는 NC 데이터가 작성되어 있으나, 제 1 실시예와 같이 3 차원 곡선식을 사용하여 NC 데이터를 작성하도록 하여도 된다. 도 36 은 이 경우의 NC 데이터 작성장치 (120) 를 설명하는 기능블록선도로서, 이 NC 데이터 작성장치 (120) 는 상기 CL 점 설정수단 (86) 및 CL 벡터 설정수단 (88) 대신에 이동경로 설정수단 (122) 을 포함하고, 도 37 의 플로우차트에 따라 NC 데이터를 작성한다.

도 37 의 스텝 RA1∼RA6 및 RA8 은 각각 상기 스텝 R1∼R6 및 R11 과 동일하고, 이동경로 설정수단 (122) 에 의해 실행되는 스텝 RA7 에서는, 교선 (34) 의 3 차원 곡선식 및 노멀곡선 (92) 의 3 차원 곡선식을 사용하여 공구이동경로를 설정하는 것 외에도, 상기 스텝 S5 와 마찬가지로 공구이동방향을 설정하고 또한 가공시에 필요한 어프로치동작, 리트랙트동작, 횡증분 피이드동작 등을 설정한다. 그리고, NC 공작기계 (74) 측에서 교선 (34) 의 3 차원 곡선식이 나타내는 3 차원 곡선상에 곡선보간방식으로 순차 목표위치를 설정할 때에, 그 목표위치에 있어서의 면노멀벡터를 상기 스텝 R8 과 마찬가지로 노멀곡선 (92) 의 3 차원 곡선식으로부터 구하고, 경사각 (θ) 등에 대응하여 공구자세가 설정된다.

이 경우에는 상기 실시예와 같이 다수의 CL 점마다 CL 벡터를 설정하여 NC 데이터를 작성하는 경우에 비교하여 데이터량이 대폭 저감된다.

본 실시예는 청구범위 제 2 항 및 제 7 항에 기재된 공구이동경로 데이터의 작성방법의 일실시예에 상당하고, 스텝 RA1 은 제 1 구속면 설정공정이고, 스텝 RA2 는 제 2 구속면 설정공정이고, 스텝 RA3 는 교선 연산공정이고, 스텝 RA4 는 노멀벡터 연산공정이고, 스텝 RA5 는 노멀곡선 연산공정이고, 스텝 RA7 및 RA8 은 이동경로 데이터 작성공정에 상당한다. 또한, 스텝 RA7 은 청구범위 제 9항의 이동경로 설정공정에 상당하고, 이동경로 설정수단 (122) 은 청구범위 제 10 항의 이동경로 설정수단에 상당하고, 이동경로 설정수단 (122) 및 NC 데이터 변환수단 (58) 은 청구범위 제 8 항의 이동경로 데이터 작성수단에 상당하고, NC 데이터 작성장치 (120) 는 청구범위 제 8 항의 공구이동경로 데이터의 작성장치에 상당한다.

이상, 본 발명의 실시예를 도면에 의거하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 다른 태양으로 실시할 수도 있다.

예를 들면, 상기 실시예에서는 모두 위치고정된 피가공물 (44) 에 대하여 회전가공공구 (20) 를 이동시키거나 자세변화시키도록 되어 있으나, 피가공물 (44) 을 이동시키거나 소정 축둘레로 회전시킬 수도 있다. 이들 회전가공공구 (20), 피가공물 (44) 의 이동형태 (자세변화를 포함함) 도 필요에 따라 적절히 변경할 수 있다.

그 외에 일일이 예시는 하지 않았으나, 본 발명은 당업자의 지식에 의거하여 여러 가지로 변경, 개량을 가한 태양으로 실시할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 3 차원 곡면을 가공하기 위하여 가공공구를 피가공물에 대하여 상대이동시키기 위한 공구이동경로 데이터를 작성하거나, 피가공물에 대한 가공공구의 자세를 제어하면서, 3 차원 곡면을 가공하기 위한 공구자세를 포함하는 공구이동경로 데이터를 작성하거나, 피가공물에 대하여 가공공구를 상대이동시켜 소정 3 차원 곡면을 가공하는 경우에 바람직하게 이용될 수 있다.

Claims (10)

1. 소정 3 차원 곡면을 가공하기 위해 가공공구를 피가공물에 대하여 상대이동시키기 위한 공구이동경로 데이터를 작성하는 방법으로서,

   상기 3 차원 곡면을 가공하기 위하여 상기 가공공구를 구속하는 제 1 구속면을 그 3 차원 곡면에 대응시켜 설정하는 제 1 구속면 설정공정과,

   상기 가공공구의 이동경로를 구속하는 평면 이외의 곡면으로 이루어지는 제 2 구속면을 상기 제 1 구속면과 교차하도록 설정하는 제 2 구속면 설정공정과,

   상기 제 1 구속면과 상기 제 2 구속면의 교선을 3 차원 곡선식으로서 구하는 교선 연산공정과,

   상기 교선 연산공정으로 구해진 상기 3 차원 곡선식을 포함하여 공구이동경로 데이터를 작성하는 이동경로 데이터 작성공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 공구이동경로 데이터의 작성방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 구속면과 상기 제 2 구속면의 교선상에서 소정 간격으로 그 제 1 구속면의 노멀벡터를 구하는 노멀벡터 연산공정과,

   상기 노멀벡터의 끝점을 통과하는 완만한 노멀곡선을 상기 제 1 구속면과 상기 제 2 구속면의 교선의 3 차원 곡선식과 대응시켜 3 차원 곡선식으로서 구하는 노멀곡선 연산공정을 포함하고,

   상기 이동경로 데이터 작성공정은 상기 제 1 구속면과 상기 제 2 구속면의 교선의 3 차원 곡선식 및 상기 노멀곡선의 3 차원 곡선식을 포함하며, 상기 가공공구의 자세를 나타내는 데이터를 포함한 공구이동경로 데이터를 작성하는 공정인 것을 특징으로 하는 공구이동경로 데이터의 작성방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 교선 연산공정은 상기 제 1 구속면의 에지와 상기 제 2 구속면과의 교점이 2 점인 경우에는 패치경계법에 의해 그 제 1 구속면과 그 제 2 구속면의 교선의 3 차원 곡선식을 구하는 공정인 것을 특징으로 하는 공구이동경로 데이터의 작성방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 교선 연산공정은 상기 제 1 구속면의 에지와 상기 제 2 구속면과의 교점이 2 점 이외인 경우에는 기하학적 교선추적법에 의해 그 제 1 구속면과 그 제 2 구속면의 교선의 3 차원 곡선식을 구하는 공정인 것을 특징으로 하는 공구이동경로 데이터의 작성방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가공공구는 그 선단가공부의 형상이 반구형상을 이루는 것으로서, 상기 제 1 구속면은 그 선단가공부의 반구형상의 구중심을 구속하는 면이고,

   상기 제 1 구속면 설정공정은, 제작하고자 하는 3 차원 곡면의 적어도 일부가 면법선방향을 정확하게 인식하는 것이 곤란하다고 판단한 경우에는, 그 3 차원 곡면상에 소정 간격으로 다수의 참조점을 설정함과 동시에 그 참조점을 중심으로 하여 상기 가공공구의 선단가공부의 반구형상과 동등한 반경을 갖는 구를 배치하고, 그 3 차원 곡면으로부터 가장 떨어져 있는 구의 구면에 의거하여 상기 제 1 구속면을 설정하는 공정인 것을 특징으로 하는 공구이동경로 데이터의 작성방법.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 가공공구는 그 선단가공부의 형상이 반구형상을 이루는 것으로서, 상기 제 1 구속면은 그 선단가공부의 반구형상의 구중심을 구속하는 면이고,

   제작하고자 하는 3 차원 곡면의 면법선방향을 정확하게 인식할 수 있다고 판단한 경우에, 상기 제 1 구속면 설정공정에 있어서 그 3 차원 곡면의 면법선벡터를 구하여 그 3 차원 곡면에서 상기 가공공구의 선단가공부의 반구형상의 반경과 동등한 치수만큼 면법선방향으로 오프셋한 오프셋 곡면을 제 1 구속면으로 설정함과 동시에, 그 제 1 구속면의 에지와 상기 제 2 구속면과의 교점이 2 점인 경우에는, 상기 교선 연산공정에 있어서 패치경계법에 의해 그 제 1 구속면과 그 제 2 구속면의 교선의 3 차원 곡선식을 구하는 제 1 산출방법과,

   제작하고자 하는 3 차원 곡면의 면법선방향을 정확하게 인식할 수 있다고 판단한 경우에, 상기 제 1 구속면 설정공정에 있어서 그 3 차원 곡면의 면법선벡터를 구하여 그 3 차원 곡면에서 상기 가공공구의 선단가공부의 반구형상의 반경과 동등한 치수만큼 면법선방향으로 오프셋한 오프셋 곡면을 제 1 구속면으로 설정함과 동시에, 그 제 1 구속면의 에지와 상기 제 2 구속면과의 교점이 2 점 이외인 경우에는, 상기 교선 연산공정에 있어서 기하학적 교선추적법에 의해 그 제 1 구속면과 그 제 2 구속면의 교선의 3 차원 곡선식을 구하는 제 2 산출방법과,

   제작하고자 하는 3 차원 곡면의 적어도 일부가 면법선방향을 정확하게 인식하는 것이 곤란하다고 판단한 경우에, 상기 제 1 구속면 설정공정에 있어서 그 3 차원 곡면상에 소정 간격으로 다수의 참조점을 설정함과 동시에 그 참조점을 중심으로 하여 상기 가공공구의 선단가공부의 반구형상과 동등한 반경을 갖는 구를 배치하고, 그 3 차원 곡면으로부터 가장 떨어져 있는 구의 구면에 의거하여 상기 제 1 구속면을 설정함과 동시에, 상기 교선 연산공정에 있어서 미리 정해진 소정 연산수법에 의해 그 제 1 구속면과 그 제 2 구속면의 교선의 3 차원 곡선식을 구하는 제 3 산출방법을 포함하는 총 3 개의 산출방법중의 한가지 방법에 의해 3 차원 곡선식을 구함과 동시에,

   상기 3 개의 산출방법중의 한가지 방법에 의한 산출시에 소정 에러가 발생한 경우에는 그 3 개의 산출방법중 나머지 산출방법으로 3 차원 곡선식을 구하는 것을 특징으로 하는 공구이동경로 데이터의 작성방법.
7. 소정 3 차원 곡면을 가공하기 위하여 가공공구를 피가공물에 대하여 상대이동시키기 위한 공구이동경로 데이터를 작성하는 방법으로서,

   상기 3 차원 곡면을 가공하기 위하여 상기 가공공구를 구속하는 제 1 구속면을 그 3 차원 곡면에 대응시켜 설정하는 제 1 구속면 설정공정과,

   상기 가공공구의 이동경로를 구속하는 평면 또는 곡면으로 이루어지는 제 2 구속면을 상기 제 1 구속면과 교차하도록 설정하는 제 2 구속면 설정공정과,

   상기 제 1 구속면과 상기 제 2 구속면의 교선을 구하는 교선 연산공정과,

   상기 제 1 구속면과 상기 제 2 구속면의 교선상에 있어서 소정 간격으로 그 제 1 구속면의 노멀벡터를 구하는 노멀벡터 연산공정과,

   상기 노멀벡터의 끝점을 통과하는 완만한 노멀곡선을 구하는 노멀곡선 연산공정과,

   상기 제 1 구속면과 상기 제 2 구속면의 교선 및 상기 노멀곡선에 의거하여 상기 가공공구의 자세를 나타내는 데이터를 포함한 공구이동경로 데이터를 작성하는 이동경로 데이터 작성공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 공구이동경로 데이터의 작성방법.
8. 소정 3 차원 곡면을 가공하기 위하여 가공공구를 피가공물에 대하여 상대이동시키기 위한 공구이동경로 데이터를 작성하는 장치로서,

   상기 3 차원 곡면을 가공하기 위하여 상기 가공공구를 구속하는 제 1 구속면을 그 3 차원 곡면에 대응시켜 설정하는 제 1 구속면 설정수단과,

   상기 가공공구의 이동경로를 구속하는 평면 이외의 곡면으로 이루어지는 제 2 구속면을 상기 제 1 구속면과 교차하도록 설정하는 제 2 구속면 설정수단과,

   상기 제 1 구속면과 상기 제 2 구속면의 교선을 3 차원 곡선식으로서 구하는 교선 연산수단과,

   상기 교선 연산수단에 의해 구해진 상기 3 차원 곡선식을 포함하여 공구이동경로 데이터를 작성하는 이동경로 데이터 작성수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 공구이동경로 데이터의 작성장치.
9. 피가공물에 대하여 가공공구를 상대이동시켜 소정 3 차원 곡면을 가공하는 가공방법으로서,

   상기 3 차원 곡면을 가공하기 위하여 상기 가공공구를 구속하는 제 1 구속면을 그 3 차원 곡면에 대응시켜 설정하는 제 1 구속면 설정공정과,

   상기 가공공구의 이동경로를 구속하는 평면 이외의 곡면으로 이루어지는 제 2 구속면을 상기 제 1 구속면과 교차하도록 설정하는 제 2 구속면 설정공정과,

   상기 제 1 구속면과 상기 제 2 구속면의 교선을 3 차원 곡선식으로서 구하는 교선 연산공정과,

   상기 교선 연산공정으로 구해진 상기 3 차원 곡선식을 사용하여 가공공구 이동경로를 설정하는 이동경로 설정공정과,

   상기 이동경로 설정공정으로 설정된 공구이동경로인 상기 3 차원 곡선식이 나타내는 3 차원 곡선상에 순차 목표위치를 설정하여 상기 가공공구를 피가공물에 대하여 상대이동시키는 공구이동공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 가공방법.
10. 피가공물에 대하여 가공공구를 상대이동시켜 소정 3 차원 곡면을 가공하는 가공시스템으로서,

    상기 3 차원 곡면을 가공하기 위하여 상기 가공공구를 구속하는 제 1 구속면을 그 3 차원 곡면에 대응시켜 설정하는 제 1 구속면 설정수단과,

    상기 가공공구의 이동경로를 구속하는 평면 이외의 곡면으로 이루어지는 제 2 구속면을 상기 제 1 구속면과 교차하도록 설정하는 제 2 구속면 설정수단과,

    상기 제 1 구속면과 상기 제 2 구속면의 교선을 3 차원 곡선식으로서 구하는 교선 연산수단과,

    상기 교선 연산수단에 의해 구해진 상기 3 차원 곡선식을 사용하여 공구이동경로를 설정하는 이동경로 설정수단과,

    상기 이동경로 설정수단에 의해 설정된 공구이동경로인 상기 3 차원 곡선식이 나타내는 3 차원 곡선상에 순차 목표위치를 설정하여 상기 가공공구를 피가공물에 대하여 상대이동시키는 공구이동 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 가공시스템.