KR20040013440A - 버 형성 예측 방법 및 이 방법을 수행하는 프로그램을기록한 기록매체 - Google Patents

버 형성 예측 방법 및 이 방법을 수행하는 프로그램을기록한 기록매체 Download PDF

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KR20040013440A
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Abstract

본 발명은 다각형과 구멍, 원호등이 복합적으로 존재하는 복합 형상의 피삭재 및 둘 이상의 절삭경로를 갖는 밀링가공에 대해서 버의 형성을 예측할 수 있는 버 형성 예측 방법 및 이 방법을 수행하는 프로그램을 기록한 기록매체에 관한 것으로, 피삭재 정보로부터 피삭재의 모서리 형상을 선, 원, 호, 스플라인형별로 추출하고, 각각의 모서리 왼쪽에 공작물이 위치하는지 오른쪽에 위치하는지를 구분하도록 방향성을 부여하고 그룹화하여 피삭재의 형상을 인식하고, 공구 정보로부터 공구의 절삭 이동경로를 인식한 후, 상기 인식된 공구경로별로, 상기 피삭재의 모서리에 생성되는 버를 판별하고, 피삭재의 형상에 상기 단계에서 판별된 버 생성 영역을 표시하여, 사용자가 상기 표시된 버 생성 영역중 임의의 한 점을 선택하면, 기 단계에서 선택된 임의의 점에서의 공구가 절삭하는 방향과 모서리의 방향벡터와의 사잇각인 엑시트각을 계산하여, 과거 밀링가공 실적데이타로부터 상기 엑시트각이 상기 계산과 같이 나올 경우의 형성되었던 버 형상을 예측결과로 표시하도록 한다.

Description

버 형성 예측 방법 및 이 방법을 수행하는 프로그램을 기록한 기록매체{METHOD FOR CALCULATING EXIT BURR, AND RECORDED MEDIA FOR HAVING PROGRAM}
본 발명은 공작 기계의 페이스 밀링 가공시 발생하는 버를 예측하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 버 생성원리를 파악하여 피삭재의 형상과 공구와의 관계를 통해 버 형성위치 및 버 형상을 예측함으로서 밀링가공시 정밀도와 작업효율을 극대화시킬 수 있는 버 형성 예측 방법과, 이 방법을 수행하는 프로그램이 기록된 기록매체에 관한 것이다.
일반적으로, 금형분야에서 피삭재물의 표면을 평평하게 가공하는 밀링가공시, 공구와 피삭재의 접합면에서는 절삭가공의 잔유물로서 버(Burr)가 생성되는데, 버란 절삭가공시 절삭공구가 공작물의 끝부분을 빠져나가면서 공작물이 소성 변형되어 밀려나오는 결과로 발생되는 돌출현상으로서, 보통 공작물의 모서리 부분에서 발생되며, 가공공정에 따라 매우 다양한 형태로 나타난다.
그런데, 상기 버는 밀링가공시의 작업효율과 정밀도를 감소시키며, 생성된 버를 제거하기 위한 후처리과정(Deburring)을 야기시키는 원인이 되기 때문에, 최적의 가공조건을 맞추기 위해서는 밀링가공시 발생될 수 있는 버를 미리 판별할 수 있어야 한다.
현재 버 판별 기술로서는, 미국 캘리포니아 대학의 Dornfeld 교수에 의해 제안된, Java를 이용하여 웹사이트에서 실시간으로 버가 생성되는 영역을 검색하는 방법이 있다. 이 방법은 먼저, 그래픽으로 미리 주어진 피삭재의 형상 중에서 사용자가 유사한 피삭재의 형상을 선택한 후, 공구직경(tool diameter), 절삭 깊이(Depth of cut), Part Width, Part Height을 차례로 입력하고, 또한, 마우스를 조작하여 공구의 시작점과 종료지점을 선택하여 절삭데이타를 입력하면, 피삭재의 어느 부분에서 버가 형성되는지 알 수 있도록 제공되어 있다. 그리고, 피삭재 표면상에서 공구가 지나가는 지점에 따라서 엔트리 표면(entry surface)와 엑시트 표면(exit surface)으로 나누어 표시할 수 있게 되어 있다.
그런데, 상기 프로그램은, 개발자 측에서 준비한 몇가지 다각형 형상으로 특정하게 공정된 피삭재에 대해서만 버 생성 영역 검출이 가능하고, 다양한 형상의 피삭재와 복잡한 절삭경로에 대해서는 결과 예측이 어렵다는 문제점이 있다.
또한, CAM 소프트웨어의 모듈로서 절삭과정에 대한 시뮬레이션이 불가능하여, 이를 통한 버 발생의 최소화를 위한 절삭경로 제안도 불가능하다는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 그 목적은 다각형과 구멍, 원호등이 복합적으로 존재하는 복합 형상의 피삭재에 대해서 버의 형성을 예측할 수 있는 버 형성 예측 방법 및 이 방법을 수행하는 프로그램을 기록한 기록매체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 다중 절삭 경로에 대해서, 체계적으로 공구의 이동경로를 인식하여 최종 버의 형성을 예측할 수 있는 버 형성 예측 방법 및 이 방법을 수행하는 프로그램을 기록한 기록매체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 금형설계에 많이 이용되는 CAD/CAM 데이타를 이용하여 피삭재 형상 및 공구의 이동경로를 인식하여 버 형성을 예측함으로서, 설계단계에서 최적의 가공조건을 마련할 수 있도록 하는 버 형성 예측 방법 및 이 방법을 수행하는 프로그램을 기록한 기록매체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 기존의 실험데이타를 통해 버의 형상 데이타베이스를 구축하고, 버의 발생구역 뿐만아니라 버 발생구역의 엑시트 각을 계산하여, 실제 어떤 타입의 버가 형성될 것인지를 확인할 수 있도록 한 버 형성 예측 방법 및 이 방법을 수행하는 프로그램을 기록한 기록매체를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 버 형성 예측 방법의 전체 과정을 개략적으로 나타낸 플로우챠트이다.
도 2는 DXF파일에서의 호 형상 인식 방법을 설명하는 모식도이다.
도 3은 DXF파일에서의 스플라인 형상 인식 방법을 설명하는 모식도이다.
도 4는 NC 코드에서 추출되는 공구정보를 나타내는 모식도이다.
도 5는 본 발명에 의한 복합 형상의 인식상태의 일실시예를 보인 도면이다.
도 6은 본 발명에 있어서, 복합 형상 인식 결과를 나타낸 자료구조도이다.
도 7은 본 발명에 있어서, 복합 형상의 그룹화 과정을 보인 플로우챠트이다.
도 8은 본 발명에 있어서, 복합 형상의 그룹화 과정에 대한 일실시예를 보인 도면이다.
도 9는 본 발명에 있어서, 복합 형상 인식 결과를 나타낸 자료구조도이다.
도 10은 본 발명에 있어서, 형상인식 후 모서리의 방향성을 결정하는 방법을 사잇각을 이용하여 보인 도면이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에서, 복합형상의 그룹사이의 포함 관계를 판단하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 12 및 도 13은 본 발명에 있어서, 선형 모서리에 대한 버 발생영역의 판별원리를 설명하는 모식도이다.
도 14는 본 발명에 있어서, 원형 및 호형 모서리에 대한 버 발생 영역의 판별 원리를 보이는 모식도이다.
도 15a ~ 도 15d는 본 발명에 있어서, 스플라인형 모서리에 대한 버 발생영역의 판별 원리를 보이는 모식도이다.
도 16은 단일경로와 다중경로의 대표적인 유형을 보이는 도면이다.
도 17은 본 발명에 있어서, 다중경로에서의 절삭영역의 우선순위를 나타낸 도면이다.
도 18은 본 발명에 있어서, 복합형상의 피삭재에 대한 다중경로절삭시의 버 발생영역의 판별과정을 나타낸 플로우챠트이다.
도 19는 본 발명의 일실시예에 있어서, 복합 형상의 다중경로에 대한 버 발생 영역의 판별 결과를 나타낸 면이다.
도 20은 본 발명에 있어서, 선형 모서리에 대한 엑시트 각 산출방법을 보인 도면이다.
도 21은 본 발명에 있어서, 원형 및 호형 모서리에 대한 엑시트각 산출방법을 보인 도면이다.
도 22는 본 발명에 있어서, 스플라인형 모서리에 대한 엑시트각 산출방법을 보인 도면이다.
도 23은 본 발명에 의한 버 형성 예측 프로그램의 초기화면예를 보인 도면이다.
도 24 및 도 25는 본 발명에 의한 복합형상의 단일 경로 및 복합경로에 대한 버 생성 영역 예측 결과를 보인 화면예시도이다.
도 26은 본 발명에 의해 예측된 버 형성 정보 출력 화면의 일예를 보인 도면이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 구성수단으로서, 본 발명에 의한 버 형성 예측 방법은 피삭재를 공구로 밀링가공시 나타내는 버를 판별하는 버 형성 예측 방법에 있어서,
a) 피삭재 정보로부터 피삭재의 모서리를 선, 원, 호, 스플라인형별로 추출하고, 각각의 모서리의 왼쪽이 공작물인지 오른쪽이 공작물인지를 구별하여 방향성을 부여하고 그룹화하여 피삭재의 형상을 인식하는 단계;
b) 공구 정보로부터 공구의 절삭 이동경로를 인식하는 단계;
c) 상기 인식된 공구경로별로, 상기 피삭재의 모서리에 생성되는 버를 판별하는 단계;
d) 피삭재의 형상에 상기 단계에서 판별된 버 생성 영역을 표시하는 단계;
e) 상기 표시된 버 생성 영역중 임의의 한 점을 선택하는 단계;
f) 상기 단계에서 선택된 임의의 점에서의 공구가 절삭하는 방향과 피삭재의 방향벡터와의 사잇각인 엑시트각을 계산하는 단계;
g) 과거 밀링가공 실적데이타로부터 상기 엑시트각이 상기 계산과 같이 나올 경우의 형성되었던 버 형상데이타를 검색하는 단계; 및,
h) 상기 판별된 버 생성 영역과 상기 검색된 버 형상을 버예측결과로 출력하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 방법에서 a) 피삭재 정보 인식단계는 캐드(CAD) 프로그램의 DXF 파일을 불러들이는 단계와, 상기 DXF 파일의 개체섹션(entities section)으로부터 피삭재의 모서리 형상 정보를 추출하는 단계로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 a) 피삭재 정보 인식 단계는 캐드 프로그램의 DXF 파일로부터 피삭재에 대한 도형의 형상정보를 인식하는 단계와, 상기 인식된 피삭재를 이루는 각 모서리의 형태에 따라 선, 원, 호, 스플라인형 모서리로 구분하는 단계와, 상기 모서리의 속성에 임의의 방향성을 부여하는 단계와, 상기 다수의 모서리들을 하나의형상을 이루는 것 끼리 모아 그룹화하는 단계와, 상기 그룹간의 포함관계를 판단하여, 독립형상인 그룹에 대해서는 반시계방향, 다른 형상에 포함되는 그룹에 대해서는 시계방향으로 방향성을 일괄 설정하는 단계로 이루어진다.
그리고, 상기 방법에서 그룹화 단계는 상기 인식된 다수의 모서리중, 호와 스플라인형 모서리의 시작점과 끝점을 연결하는 가상라인으로 변환하는 단계와, 원형을 제외한 나머지 모서리(선, 가상라인)중 임의의 모서리를 하나 선택하고, 그 모서리의 끝점과 맞물리는 모서리를 연속적으로 찾아, 마지막 모서리의 끝점이 첫번째 선택한 개체의 시작점과 연결될 때, 해당 모서리들을 하나의 그룹으로 설정하는 단계와, 상기 원을 제외한 나머지 모서리중 그룹에 포함되지 않는 모서리가 존재하지 않을 때까지 상기 그룹 설정단계를 반복하는 단계와, 상기 그룹화에서 제외한 원형 모서리는 각각 하나의 그룹으로 설정하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 방향성 설정은 상기 그룹화에 의해 설정된 다수의 그룹중 한 그룹상에서 임의의 점을 선택하는 단계와, 상기 선택된 임의의 점과 다른 그룹의 모든 모서리와 연결하여 그에 의해 형성되는 사잇각의 합을 구하는 단계와, 상기 산출된 사잇각의 합이 +360°또는 -360°인 그룹은 상기 임의의 점을 포함하는 그룹에 포함되는 것으로 판단하고, 사잇각의 합이 0°인 그룹은 독립형상으로 판단하는 단계와, 다른 그룹에 포함되는 그룹의 방향성은 시계방향으로, 독립형상인 그룹의 방향성은 반시계방향으로 설정하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
더하여, 본 발명에 의한 방법에서 상기 공구정보를 인식하는 단계는 CAM 데이터중 NC코드를 불러들여, 공구의 절삭경로를 인식하는 것을 특징으로 한다.
더하여, 본 발명에 의한 버 형성 예측 방법은 상기 버 판별시, 피삭재의 형상에서 공구의 절삭경로에 따른 절삭영역을 구하는 단계와, 상기 절삭영역내에서 공구와 피삭재의 모서리가 접하는 접점을 산출하는 단계와, 상기 접점으로부터 해당 접점을 포함하는 모서리의 방향성을 따라 진행하여 절삭영역까지의 모서리를 버 생성 영역으로 판단하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 버 형성 예측 방법은 버 생성 영역 판별시, 상기 접점을 포함하는 모서리가 원형 또는 호형이면, 공구의 절삭경로와, 피삭재의 통과범위의 상관관계를 판단하는 단계를 더 포함하고, 공구의 오른쪽 또는 왼쪽 가공경로중 하나만 피삭재를 통과하는 경우, 공구가 상기 원 또는 호와 최초 만나는 접점으로부터 방향성을 따라 진행하여 절삭영역에 포함되는 모서리 영역을 버 생성 영역으로 판단하고, 공구의 양쪽 가공경로가 피삭재를 모두 통과하는 경우, 공구와 원 또는 호가 접하는 모든 접점으로부터 지정된 방향성으로 진행하여 절삭영역내의 모서리를 버 생성 영역으로 판단하고, 공구가 원 또는 호 전체를 통과하는 경우, 공구가 원 또는 호와 최초 접하는 접점으로부터 방향성으로 진행하여 두번째 접하는 접점까지를 버생성영역으로 판단하고, 상기 접점을 포함하는 개체가 스플라인이며, 공구의 절삭경로내에 스플라인의 오목부 또는 볼록부가 포함되는지 판단하는 단계를 더 포함하고, 절삭경로내에 스플라인의 오목부 또는 볼록부가 포함되지 않는 경우, 공구와 스플라인이 접하는 두 접점을 구하고, 두 접점으로부터 각각 스플라인의 방향성을 따라 진행하여 절삭영역까지 포함되는 모서리를 버생성영역으로 판단하고, 절삭경로내에 스플라인의 오목부 또는 볼록부가 포함되는 경우, 공구와 스플라인이 최초 접하는 접점을 구하고, 상기 접점으로부터 스플라인의 방향성을 따라 진행하여 절삭영역내에 포함되는 모서리를 버 생성 영역으로 판단하도록 하는 것을 특징으로 한다.
더하여, 본 발명에 의한 버 형성 예측 방법은 공구의 절삭경로가 다중경로인지 단일경로 인지를 판단하는 단계;를 더 구비하고, 다중 경로인 경우, 상기 버 판별단계가 하나의 절삭경로에 대한 피삭재에서 버 생성 영역을 판별하고, 상기 버 생성 영역이 판별된 절삭경로에 의해 절삭된 부분이 제외되도록 다수의 개체를 수정한 후, 수정된 개체를 가지고 그 다음 절삭경로에 대한 버 생성 영역을 판별하는 과정을 절삭 경로에 따라서 반복하여 각각의 절삭경로별로 버 생성영역을 산출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 버 형성 예측 방법을 수행하는 프로그램을 기록한 기록매체를 포함한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 버 형성 예측 방법의 전체적인 알고리즘을 나타낸 플로우챠트이다.
도시된 바와 같이, 버 형성을 예측하기 위한 준비단계로서, 피삭재의 형상정보와, 피삭재를 밀링가공하는 공구의 정보를 수집한다(S110, S120).
먼저, 피삭재의 형상정보는 CAD 파일(DXF)를 불러들여, 상기 DXF 파일에서피삭재의 형상을 구성하는 선, 원, 호, 스플라인(spline)등을 추출하고, 상기 피삭재가 복합형상인 경우, 추출된 각 선, 원, 호, 스플라인에 방향성을 지정하고, 그룹별로 구분하여 피삭재의 복합형상을 쳬계적으로 인식한다. 상기, 복합형상 인식방법에 대해서는 다음에 상세하게 설명하기로 한다.
그 다음, 공구정보는 공구정보를 저장한 CAM 파일(NC파일)을 읽어, 공구의 상황, 공구의 절삭이동경로등 버 형성 예측에 필요한 정보를 추출한다.
다음 단계로, 상기 공구정보에서 추출한 절삭경로별로 피삭재의 각 구성원에 대한 버를 판별한다(S130). 이때, 구성원의 형상별로, 즉, 선, 원/호, 스플라인별로 버 영역 판별방법이 달라지며, 상기 각 단계에서 각 구성원별로 버 영역을 판별한다. 상기 각각의 구성원에 대한 버 영역 판별방법에 대해서는 다음에 상세하게 설명한다.
그 다음, 피삭재의 밀링가공할 표면상에 상기 단계(S130)에서 판별된 버 생성 영역을 표시한다(S140).
그 다음, 각각 생성되는 버는 엑시트 각에 따라서 모양이 달라지므로, 상기 표시된 버 영역중 사용자가 임의의 점을 지정하면, 상기 사용자가 지정한 임의의 점에서 엑시트 각을 계산한다(S150). 이때, 어느 구성원(원, 호, 선, 스플라인)에 형성되는 버인지에 따라서, 엑시트 각의 계산방법도 달라지며, 이에 대해서는 후에 더 상세하게 설명한다.
이어서, 기존의 실험결과가 저장된 버형상데이타베이스를 호출하여 과거의 실적중 동일한 조건(피삭재의 형태, 엑시트각등)이 동일한 경우의 버 형상 샘플을추출하여, 생성될 버의 예상 형상으로서 표시한다(S160, S170).
상기, 데이타베이스는 다양한 조건을 두고 밀링가공시 발생한 버를 측정한 실제 실험 결과나 실적을 누적하여 보관한 것이다.
이하, 상술한 각각의 단계에 대해서 더 구체적으로 설명한다.
피삭재의 형상 인식
피삭재의 형상을 프로그램적으로 인식하는 방법이 다양하지만, 본 실시예에서는 피삭재의 형상이 CAD 데이터의 기본형식인 DXF 포맷으로 주어진 경우에 대해서 설명한다.
일반적으로, DXF 파일은 많은 그룹으로 이루어진 4개의 섹션으로 구분되어 있으며, 그래픽 객체들은 개체(entity)로 표시된다. 상기 DXF 파일에 나타내는 4개의 섹션은 다음의 표 1과 같다.
구 분 내 용
헤더섹션(header section) DXF 파일의 일반적인 정보
테이블섹션(tables section) LTYPE, LAYER, STYLE, VIEW, UCS, VPORT, DIMSTYLE등의 내용
블록섹션(blocks section) 각 블록을 구성하는 개체에 대한 정의
개체섹션(entities section) 도면의 그래픽 객체들(선, 원, 호, 스플라인등)에 대한 좌표, 크기등의 정보
본 과정은 피삭재의 형상인식과정이므로, 상기 4개의 섹션중 개체 색션의 내용을 참조한다. 상기와 같이, 개체섹션에는 도면을 구성하는 실제 객체가 표시될 좌표, 크기, 색상등이 정된다.
그리고, 객체 섹션의 코드중 10, 20, 30, 11, 21, 31로 되어 있는 부분은 다음의 표 2와 같이 각각 x,y,z의 시각점과 끝점을 표시한다. 즉, 선, 원, 호, 스플라인은 상기 코드에 의해 그려진다고 볼 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 상기 코드의 정보를 읽어들여, 피삭재 형상의 기하학적 정보를 인식한다.
코드 의 미 적용 개체
10(X좌표) 시작점 점, 선
중심좌표 원, 호
11(Y좌표) 끝점 점, 선
중심좌표 원, 호
20(Y좌표) 시작점 점, 선
중심좌표 원, 호
21(Y좌표) 끝점 점, 선
중심좌표 원, 호
30(Z좌표) 시작점 점, 선
중심좌표 원, 호
31(Z좌표) 끝점 점, 선
중심좌표 원, 호
40 반지름 원, 호
50 시작각 호
51 끝각 호
상술한 바와 같이, DXF 파일의 개체 섹션에는, 도면을 구성하는 실제 그래픽 객체가 표시될 점의 좌표와 크기, 색상, 원과 호의 중심좌표와 각등이 정의되어 있다. 따라서, 이러한 정보를 인식함으로써, 프로그램상으로 실제 형상의 해석이 가능하게 된다.
예를 들어, 선은 양끝의 점으로 표시된다.
그리고, 원과 호는 동일하게 중심점을 기준으로 회전하는 점을 연결해 놓은 것이므로, x축 양의 방향의 축을 시초선 0°로 하여, 반시계방향(CCW)으로 표현한다. 따라서, 원은 0°부터 DXF 파일에 기록된 반지름을 중심으로 반시계방향으로 360°회전시킨 것이고, 호의 경우는 도 2를 예로 들면, DXF 파일에서 인식된 시작각(코드 50) 30.5°를 기준으로 반지름을 반시계방향으로 끝각(코드 51) 140.7°까지 연결한 것으로 인식할 수 있다.
마지막으로, 스플라인은 DXF 파일에서 기본적으로 시작점과 끝점과 꼭지점으로 표현된다. 그리고, 상기에 조정점(control point)이라는 추가데이타를 통해 곡선의 세부적인 형상을 실체화한다. 상기 조정점은 곡선의 돌기 내지는 융기의 정도를 조작할 수 있도록 도와준다. 도 4의 예를 들면, DXF 파일에서 인식된 시작점(코드 10)과 끝점(코드 20)과 꼭지점(코드 30)을 직선으로 연결한 후, 상기 꼭지점과의 높이를 조정하여 스플라인 형상을 인식한다.
복합형상의 인식
엑시트 버 형상의 예측은 피삭재의 모서리를 이루는 도형 즉, 피삭재의 절삭면에 대한 단면도의 도형에 따라 판별된다.
예를 들어, 피삭재가 원기둥과 같은 단일형상으로 되어 있다면, 앞서 설명한 원의 인식방법에 따라 피삭재 형상을 인식하면 되지만, 피삭재의 단면이 원,호, 스플라인등이 연결되어 있거나, 두 개 이상의 형상으로 이루어져 있다면, 각각의 형상이 공작물을 나타내는 것인지 구멍을 나타내는 것인지 구분할 필요가 있다.
본 복합형상 인식단계를 피삭재의 형상이 단일 형상이 아닌 경우, 각각의 형상을 체계적으로 인식하여, 공작물인지 구멍인지를 구분할 수 있는 기준을 마련하는 단계이다.
앞서 설명한 바와 같이, DXF 파일에서 도형의 형상정보를 인식하면, 도 5의 (a)처럼, 선, 원, 호, 스플라인이 각각 별도로 인식된다. 또한, DXF 파일에서의 표시형태에 따라 각 도형의 방향성도 무작위로 나타나게 된다.
따라서, 본 과정에서는 상기와 같이 각각 인식된 도형을 도 5의 (b)와 같이 몇 개의 형상을 이루는 그룹으로 구분하고, 각 그룹의 포함관계에 따라 일괄적인 방향성을 설정한다.
이러한 과정은 다음과 같은 수순으로 이루어진다.
(1) 복합형상의 요소 인식
도 6에 도시한 바와 같이, DXF 파일에서 인식한 각 개체를 도형에 따라 1)선, 2)원,호 3) 스플라인별로 구분하여 저장한다. 이때, 각 개체들의 속성을 다음의 표 3과 같이 추가 및 변경한다.
공통 기본 속성 방향벡터 비 고
선 순 번 시작점, 끝점 시작점→끝점의순서로 인식
원 중심점, 반지름 True/Falsetrue(반시계방향) 또는 false(시계방향)
호 중심점, 반지름 시작각,끝각 시작각과 끝각의 순서는 화면도시용
스플라인 시작점, 다음점, 다음점... 시작점→끝점의 순서로 인식(중간점 생략) 점의 개수는 3개 이상
상기 표 3에서, 추가되는 속성이 방향벡터는 DXF 파일에서는 없는 속성으로 본 단계에서 방향성을 부여하는 속성이다. 이때, 처음 개체를 인식하는 경우, 그 개체의 어느 쪽이 물체부분인지 모르기 때문에, 다른 개체들과의 연관성을 따져 보고, 개체에 방향성을 부여한다. 따라서, 본 단계에서는 상기와 같이 DXF 파일에서 제공된 정보만을 가지고 임의로 부여하고, 후에 다른 개체와의 연관성을 따져 상기
방향벡터의 방향성을 보정하게 된다.
(2) 복합형상의 그룹화
상기와 같이, 복합형상을 이루는 각 개체들을 인식하고 나면, 상기 개체들을 서로 연결되어 있는 것끼리 모아서 몇 개의 형상으로 구분한다.
도 7은 복합형상의 그룹화 과정을 보인 플로우챠트로서, 상기 선, 원, 호, 스플라인별로 구분된 각 개체들을 묶어 그룹화시켜야 하는데, 이때, 원은 어떤 것과도 연결되지 않는 특징이 있으므로, 하나의 그룹과 같이 취급할 수 있다. 따라서, 원 개체는 그룹화 과정에서 제외시키고, 각각의 원에 대하여 순번을 부여한 후, 후에 다른 개체들과의 연관관계만을 따진다(S701).
그리고, 호와 스플라인 개체는 가상 라인으로 변환한다(S702). 여기서 가상라인이란 호나 스플라인을 임의의 라인으로 취급하기 위하여 임시로 변환하여 생성된 개체로서, 원이나 호가 선처럼 두 점의 성분으로만 이루어진 것은 아니지만 다른 선과의 연결성여부를 판단하기 위하여 개체의 시작점과 끝점으로 라인처럼 표시하는 것이다. 단, 이러한 가상라인은 그룹화과정이 완료된 후, 추후 버 판별을 위하여 원래의 개체(호 또는 스플라인)로 복원된다. 도 8의 (a)에서 점선이 호와 스플라인을 변환하여 된 가상라인을 나타낸다.
그 다음, 상기 각 개체들의 점을 연결하여 같은 그룹을 찾아가면서, 처음 시작점과 끝점이 만나 하나의 도형이 완성되면, 해당 그룹에 포함되는 각 개체에 일괄적으로 방향성을 설정한다(S703). 상기 과정은 그룹에 포함되지 않은 라인이 존재하지 않을 때까지 반복하여 모든 개체를 그룹화한다.
도 8의 (a)는 복합형상의 피삭재에서, 도 5의 (b)와 같이 인식된 각각의 개체에 있어서, 그룹화에 포함되지 않는 원을 일단 제거하고, 호 및 스플라인을 가상라인으로 변환하여 각 점을 연결한 상태를 보인 것이고, 도 8의 (b)는 상기 도 5의 (b)와 같이 각 점을 연결하여 이루어진 하나의 도형을 각각 그룹으로 지정하고, 그룹화에서 제외된 원을 표시하면서, 각 그룹별로 일정한 방향성을 설정한 결과를 보인 것이다.
즉, 상기 도 5의 (a)와 같은 최초 인식된 형상은 도 8의 (b)와 같이 각각의 도형별로 그룹화되어 인식된다.
이렇게 그룹화가 완료된 피삭재 개체는 도 9와 같이 그룹별로 일정방향별로 각 개체를 순서대로 배치한다.
상기에 있어서, 연속한 개체를 찾지 못하는 경우, 그룹화가 이루어지지 못하는데, 이는 닫혀있지 않은 형상이거나, CAD 도면작업중 발생한 보이지 않는 찌꺼기-예를 들어, 중복하여 보이지 않는 라인등이 존재하는 것일 가능성이 있다. 따라서, 이 경우, 이를 사용자에게 알려 형상정보를 수정하도록 한다.
(3) 그룹의 포함관계 및 방향성 설정
상기 그룹화과정에서, 그룹화된 형상들이 모두 일괄적인 방향성을 갖게 되었지만, 이는 첫 개체의 방향성을 따랐던 것이기 때문에, 이들의 방향성을 재조정하여야 한다.
상기 방향성을 재조정하기 위해서는 각 그룹들의 포함관계를 판단해야 한다. 즉, 각 형상이 독립형상인지, 다른 형상에 포함된 형상인지를 판단한다.
상기 그룹의 포함관계는 임의의 점과 형상과의 관계를 통하여 판단한다. 임의의 점의 위치와, 형상의 방향성과 사잇각의 합은 다음의 표 4와 같이 정의된다.
임의의 점의 위치 형상의 방향성 사잇각의 합
형상 안 CCW +360°
형상 안 CW -360°
형상 바깥 무관 0°
예를 들어, 도 10과 같은 형상이 있는 경우, 임의의 점 p가 형상안에 있고, 도형의 방향성이 반시계방향(CCW)이라면, 다음의 표 4와 같이, 사잇각의 합이 +360°가 되고, 상기 점은 형상안의 점이 된다.
그러므로, 그룹내의 한점을 임의의 점으로 하고, 다른 모든 그룹들과의 사잇각의 합을 계산하여 그중 하나라도 +360°또는 -360°라면, 그 그룹은 해당 그룹에 포함된다고 할 수 있다. 그리고, 상기 임의의 한 그룹내에 포함되는 모든 그룹의 방향은 시계방향(CW)으로 조정한다. 즉, 그 그룹의 방향성이 CW이었다면, 그대로 두고, CCW이었다면 CW로 모든 개체들의 방향을 변경한다. 만약, 다른 그룹들과의 사잇각의 합이 모두 0이라면, 그 그룹은 독립형상이므로, 방향성을 CCW로 한다.
단, 원과 비교할 경우, 원의 특성상 사잇각을 계산할 모서리가 없으므로, 이때는 원위의 임의의 점 몇개를 생성하여 비교한다.
앞서 그룹화한 도 8(b)의 도면에서, 그룹2의 임의의 점을 지정한 후, 상기 임의의 점에서 그룹1의 각 모서리에 대한 사잇각의 합을 계산한다. 그 결과는 도 11 (a) 도시된 바와 같이, +360°이므로 결굽 그룹2가 그룹1에 포함되는 것을 알 수 있다. 마찬가지로, 원1의 임의의 점을 지정하여 그룹1에 대한 사잇각의 합을 계산하면, +360°가 나오므로, 원1도 그룹1에 포함된다고 할 수 있다. 그러므로, 도 11 (b)와 같이, 다른 그룹에 포함되지 않는 그룹1의 방향성은 CCW로 하고, 그룹2와 원1에 대해서는 방향성을 CW로 바꿔준다.
공구 정보 인식
CNC 선반을 이용하여 페이스 밀링 작업을 할 경우, 공구의 정보, 가공정보, 그리고, 가공경로등의 작업정보를 CAM 데이타를 통하여 인식하게 된다. 따라서, 이하 CAM 데이터를 통해 공구정보를 인식하는 과정에 대해 설명한다.
CAM 소프트웨어를 사용하여 절삭조건을 부여하고 가공방법을 결정하면, 실제 절삭에 이용하는 가공경로의 정보가 저장되는 NC 코드를 생성한다. 도 4의 왼쪽은 NC코드의 일예를 보인 것으로서, 상기와 같은 NC 코드로부터 공구의 지름, 절삭시 공구의 회전속도, 공구의 이동속도, 공구의 절삭경로, 공구의 회전상태 등의 정보를 얻을 수 있다. NC 코드는 X,Y,Z의 좌표값로 공구의 위치를 나타내고, S와 F 코드를 이용하여 공구의 회전속도와 이송속도를 정의한다. 또한, M 코드를 이용하여 공구의 회전상태에 대한 정보를 제공한다.
따라서, 상기 공구정보인식단계(S120)에서는 상기와 같은 CAM의 NC 파일을 읽어들여, 공구의 정보를 추출한다.
버 생성 영역 판별
다음으로, 상기와 같이 인식된 피삭재 형상 정보와, 공구정보를 이용하여 버생성 영역을 판별하는데, 앞서 설명한 바와 같이, 버는 절삭가공시 절삭공구가 공작물의 모서리 부분을 지나가면서 피삭재가 소성변형되며 밀려나오는 결과로 발생하는 도출현상을 말하는 것으로서, 버는 피삭재의 모서리 형상과 관련된다.
이하, 피삭재의 모서리 형상별로 구분하여 버 판별 원리를 설명한다.
(1) 선형 모서리의 버 판별
도 12는 A1에서 A2까지 이동하는 공구가 피삭재의 선형 모서리위를 지나는 과정을 도식화한 것으로, 이때, 상기 모서리부분에서 공구에 의해 절삭되어 지는 부분은이고, 점 T는 공구와 피삭재의 모서리가 최초로 만나는 점이다. 이중,는 CW방향으로 회전하는 공구가 회전하면서 피삭재의 안쪽으로 깎아 들어가는 부분이기 때문에, 엔트리영역(entry region)이 되고, 엔트리영역에서는 버가 발생하지 않는다. 그리고, 공구와 접촉하는 부분중 나머지는 공구가 회전하면서 바깥쪽으로 깍아 나오기 때문에, 피삭재가 소성변형되어 밀려나오는 엑시트영역(exit region)이 되며, 버가 생성된다.
상기 버는 피삭재의 단면도를 중심으로 모리서상에서 피삭재와 공구가 처음으로 만나는 점으로부터 일정한 방향으로 버가 발생한다.
이는 도 13의 경우를 볼 때, 더 명확하게 나타난다. 즉, 공구가 시계방향으로 회전할때, 피삭재와 공구가 이동하면서 만나는 접점 C1, C2로부터 반시계방향(CCW)으로 절삭경로내에 발생한다.
이를 앞으로 피삭재의 방향성 또는 방향벡터라고 한다. 따라서, 상기 형상인식과정에서 피삭재의 형상에 부여된 방향성으로부터 버의 판별이 더 용이해 질 수 있다.
즉, 선형 객체의 경우, 공구와 피삭재가 만나는 접점으로부터 피삭재에 부여된 방향으로 절삭영역의 끝점까지가 버생성 영역이 된다.
(2) 원/호의 버 생성영역 판별
CAD 도면에서는 일반적으로 피삭재의 구멍이나 둥근모서리를 원이나 호로 표현한다. 원형이나 호형 객체의 경우 버 생성을 공구의 경로와 공구와 피삭재를 통과하는 범위의 상관관계에 따라서 도 14와 같이 4가지의 형태로 구분할 수 있다.
도 14의 (a)는 피삭재를 공구의 오른쪽 가공경로만 통과하는 경우로서, 이 경우, 공구와 피삭재가 처음만나는 접점 C1으로부터 피삭재의 방향성으로 진행하여 처음 만나는 가공경로와의 접점I2까지의 모서리에 버가 생성된다.
도 14의 (b)는 피삭재를 공구의 왼쪽 가공경로만 통과하는 경우로서, 마찬가지로 공구와 피삭재가 처음 접하는 접점 C1으로부터 피삭재의 방향성으로 진행하여 처음만나는 공구의 이동경로와 피삭재의 접점I4까지의 모서리에 버가 생성된다.
다음으로 도 14의 (c)는 공구의 양쪽 가공경로가 피삭재를 모두 통과하는 경우로서, 이 경우에는 공구와 피삭재가 접하는 양 접점 C1, C2로부터 각각 피삭재의 방향성으로 진행하여 처음 만나는 가공경로와 피삭재의 접점 I4, I2까지의 모서리에버가 생성된다.
마지막으로, 도 14의 (d)는 공구가 원형의 피삭재를 포함하는 경우로서, 이때는 공구와 피삭재가 처음 접하는 접점 C1에서부터 피삭재의 방향성으로 공구와 피삭재가 두번째로 접하는 접점 C2까지의 영역에 버가 생성된다.
상기 원형의 피사재에서도 방향벡터라는 속성이 포함되는데, 도 13에 도시된 피삭재는 구멍이므로 방향벡터가 CW가 된다. 만약, 이때 원형의 객체가 구멍이 아닌 하나의 볼록한(convex) 원기둥 형상이라면, 피삭재의 방향벡터는 CCW가 되며, 이때는 방향성이 앞서의 경우와 반대가 되므로, 버의 생성영역도 접점으로부터 상기의 경우와는 반대방향으로 생성된다.
그리고, 호는 원의 일부분으로 해석될 수 있다. 따라서, 호의 버영역판별은 원과 동일한 방식으로 이루어질 수 있다.
즉, 호를 일단 가상의 원으로 생각하고, 앞서 설명한 원의 판별방법에 따라 호 생성영역을 계산한 후, 그중 호에 해당하는 부분만을 버생성영역으로 표시한다. 즉, 계산된 버의 생성영역과, 호의 영역의 중복되는 부분을 찾아 표시한다.
(3) 스플라인의 버 생성 영역 판별
스플라인에서 버 영역을 판별하는 과정은 기본적으로, 호의 경우와 유사하다. 즉, 피삭재의 방향성, 공구의 진행경로 및 통과범위의 상관관계에 따라서 도 15a~도 15d 와 같이 4가지 경우로 버 형성을 예측할 수 있다.
공구의 통과범위에 스플라인의 오목 또는 볼록부분이 포함되지 않는 경우,도 15a에 도시된 바와 같이, 공구와 스플라인이 접하는 두 접점(P2, P3)으로부터 각각 피삭재의 방향성을 적용하여 만나는 공구 경로와 스플라인의 접점(P1, P4)까지 2 영역에서 버가 생성된다.
반대로, 공구의 이동경로에 스프라인의 오목 또는 볼록 부분이 포함되는 경우, 도 15b ~ 도 15d에 도시된 바와 같이, 공구와 스플라인이 최초 접하는 접점 P1으로부터 피삭재의 방향성을 적용하여 공구의 이동경로에 포함되는 점(P2)까지의 영역에서 버가 생성된다.
다중 경로에서의 버 생성 영역 판별
그런데, 공구의 절삭 경로는 단방향으로만 이루어지는 것이 아니라, 2회 이상의 절삭경로가 포함되는 다중 절삭경로일 수 도 있다.
도 16(a)는 단일 절삭경로를 나타낸 것이며, 도 16(b),(c)는 상기 단일 절삭경로와 비교될 수 있는 다중 경로의 대표적인 두가지를 보인 것이다.
도 16(b)는 지그재그형 다중 절삭경로를 나타낸 것으로, 공구가 오른쪽 방향으로 이동한 후, 다시 대각선방향으로 이동하여 피삭재의 왼쪽 아래부분으로 옮긴후 다시 오른쪽으로 절삭을 진행한다. 이때, 피삭재를 지나는 절삭경로는 2개가 된다.
도 16(c)는 일방향형 다중 절삭 경로를 보인 것으로, 공구가 피삭재의 윗부분을 지난 오른쪽으로 이동한 후, 아래로 방향을 틀어 소정 단위 이동후, 이번에는왼쪽방향으로 피삭재를 지나간다. 마찬가지로, 이때는 피삭재를 지나는 절삭경로는 2개가 된다.
상기 도 16(b),(c)에서 실선은 절삭경로를, 눈금선은 절삭을 수행하지 않고 공구만 이동하는 경로를 표시한다. 이 두 경로의 구분은 NC파일에서 공구에 대한 Z축방향의 위치값이 0인지 양수인지의 여부로 판별된다. Z축방향 위치값이 0인 경우는 피삭재와 접촉한 상태로 절삭경로가 되고, 양수값을 가질 경우에는 공구가 피삭재와 접촉되지 않은 상태로 이동경로가 된다.
이중 지그재그형 다중 절삭 경로를 예로 들어 설명한다.
절삭 경로가 둘 이상인 경우, 절삭경로에 따라 절삭영역이 달라진다.
도 17은 절삭경로에 따라 절삭영역을 표시한 것으로, 파란선은 1차 절삭영역을, 붉은 선은 2차 절삭영역을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 2차 절삭영역중 1차 절삭과 중복되는 부분은 2차절삭시 무시된다. 따라서, 각각의 절삭영역별로 버생성영역을 판별한다. 즉, 다중 절삭시 이전의 절삭영역에 포함되는 부분은 절삭이 이루어지지 않으므로, 버판별시 이부분을 제외시키는 것이다.
상기와 같이, 다중 절삭 경로를 갖는 경우에는 각각의 절삭경로별로 절삭영역을 구분하고, 각각의 절삭영역에 대하여 버를 판별하여, 절삭작업별로 결과를 저장한다.
즉, 도 18에 도시한 바와 같이, 피삭재의 기본 인식 형상에서 각 개체별(라인, 스플라인, 원/호)별로 버를 판별한다(S1801). 이렇게 판별된 버영역을 1차절삭영역에 대한 버 생성값으로 저장한다(S1802).
그 다음, 상기 1차 절삭에서 절삭되고 남은 부분만이 나타나도록 피삭재의 형상을 수정한다(S1803). 그 다음 수정된 피삭재 형상에 두번째 경로정보를 적용하여 버를 판별한다(S1804). 상기 판별된 버 정보는 2차절삭영역에 대한 버 생성정보로서 저장한다(S1805).
상기 과정을 반복하여, 모든 절삭경로에 대하여 버 판별을 완료한다.
도 19는 앞서 도 11에서 예를 든 복합형상에 대해 다중 경로를 적용한 경우의 버 판별 결과를 표시한 화면으로서, 공구(1901)가 ① →② →③ 번 경로로 이동하면서, ①,③번 경로에서 절삭을 실행한다. 이 경우, 피삭재(1902)에 나타나는 버를 1차절삭경로(①)와 2차절삭경로(②)에 따른 각각의 1,2차 절삭영역에서 생성되는 버를 앞서 설명한 방법에 따라 판별한다. 도 19에 있어서, 연두색으로 표시된 부분이 1차 절삭영역에서 생성되는 버를 나타내고, 붉은 색으로 표시된 선은 2차 절삭역에서 생성되는 버를 표시한다.
엑시트 각(Exit angle) 계산
엑시트 각은 버의 모양을 검색하기 위하여 필요한 요소로서, 일반적으로 버의 모양은 공구가 피삭재의 모서리 부분을 어떻게 깍아 나오는가에 의해서결정된다. 즉, 공구가 객체를 절삭하는 방향에 따라서 버의 모양이 달라진다. 이렇게 공구가 객체를 절삭하는 방향을 엑시트 각이라고 한다.
상기 엑시트 각은 엑시트 버가 생성된 임의의 점에서 공구가 절삭한느 방향과 피삭재의 방향벡터와의 사잇각으로 정의한다. 여기서, 공구의 절삭방향은, 공구가 회전하며 절삭하므로, 그점에서 공구의 접선벡터가 된다.
상기 엑시트 각도 피삭재의 형상에 따라 계산방법이 달라지며, 이하 피삭재의 형상을 선, 원/호, 스플라인으로 구분하여 설명한다.
(1) 선
선인 경우, 도 20에 도시한 것처럼, 공구가 A1에서 A2방향으로 이동하고, 사용자가 임의의 점 X1을 선택하면, 공구가 상기 점 X1에 접할때의 접점에 나타나는 접선벡터를 구하고, 상기 점 X1에서의 피삭재의 방향벡터가 구해진다. 따라서, 상기 접선벡터와 피삭재의 방향벡터 사이의 사잇각 φ을 계산할 수 있다.
(2) 원, 호
원 및 호에서의 엑시트각(φ)은 도 21에 도시된 것과 같이, 공구가 피삭재를 가공하는 과정에서의 공구의 회전방향벡터와, 피삭재의 방향벡터사이의 각으로 표현된다.
상기 피삭재의 방향벡터는 사용자가 선택한 임의의 점 X에서의 접선벡터가 되고, 공구의 회전방향벡터는 공구가 이동하여 상기 점 X에 접하는 경우의 공구표면의 접선벡터를 산출하여, 그 사이각을 계산할 수 있다.
(4) 스플라인
스플라인에서의 엑시트 각은 상기 원/호의 방식과 유사하다.
도 22에 도시된 바와 같이, 공구가 A1에서 A2로 이동하며, 사용자가 점 X1을 선택하였을 때, 선택된 점 X1을 기준으로 공구의 중심좌표를 산출하여, 공구 가공방향의 수직벡터(즉, 공구회전방향의 접선벡터)를 구하고, 스플라인상의 임의의 점X1에서 접선의 방정식에 의하여 접선벡터를 산출한다. 상기 산출된 벡터사이의 사잇각을 구함으로서 엑시트각을 산출한다.
상기 임의의 점 X1에서의 접선벡터는 스플라인의 비분식으로부터 구할 수 있다.
상기와 같이, 엑시트 각이 산출되며, 엑시트각으로부터 버의 모양을 예측한다.
보통 버의 모양은 공구의 회전속도, 이송속도등의 정보와, 피삭재의 재료 그리고 상기 엑시트 각에 따라서 달라진다. 따라서, 이전에 각각의 조건별로 엑시트각에 따른 버의 모양을 실험을 통해 데이타베이스로 구축하고, 본 과정에서 계산된 엑시트 각으로 데이타베이스를 검색함으로서, 어떤 결과가 나타나는지를 추출할 수 있게 된다.
이상 설명한 이론적인 알고리즘에 기초하여, 밀링가공시 버를 구하는 프로그램을 윈도우환경에서 응용프로그램으로 개발해 보았다. 개발도구로는 Visual Basic 6.0 이용하고, 인텔 펜티엄Ⅲ600Mh 프로세서를 탑재한 PC에서 개발하여, 실제 알고리즘을 수행하여 보았다.
도 23은 버 판별 프로그램의 초기화면을 보인 것으로서, 사용자는 Select Material에서 AL6061, AL1050, SM20C, SM45C 등 4개의 피삭재 종류중 하나를 선택할 수 있고, Tool Geometry에서 공구의 형상(Lead Angle, Axial Angle, Radial Angle)에 관한 정보를 선정할 수 있다. 또한, 절삭조건을 포함하고 있는 CAM 데이터를 선정하여 절삭조건에 관한 정보를 입력받을 수 있다. 이렇게 입력받은 정보는 Cutting Condition 영역에 표시된 Diameter, Feed Rate 및 Spindle RPM 을 통해 사용자에게 전달될 수 있고, CAD 데이터를 선택하여 피삭재에 대한 형상 정보를 얻을 수 있다.
상기와 같이 초기화면서, 피삭재 정보와 공구정보를 제공하면, 앞서 설명한 과정을 통해 공구 절삭경로에 따른 버 판별 프로그램을 수행하고, 버 판별이 완료되면 DXF 파일에서 인식한 피삭재 형상의 모습과, 생성된 버의 영역을 동일 화면에 도시한다. 도 24 및 도 25는 이런 결과화면을 실시예를 보인 것으로서, 도 24는 단일경로에 대한 버 판별결과화면이고, 도 25는 다중경로에 대한 버 판별 결과화면이다. 상기 도 24 및 도 25에서, 굵고 몇 가지 다른 색으로 표현된 부분이 버가 생성되는 영역이 된다.
이때, 상기 화면에서, 버영역으로 표시된 부분의 한점에 마우스 커서를 가져가 선택하면, 앞서 설명한 엑시트 각 계산과정 및 데이타베이스 검색과정을 수행하여, 해당 부분에서의 버의 상세 정보를 산출한다. 상기 데이타베이스에는 실험을 통하여 얻어진 공구의 상태, 피삭재의 재료, 엑시트 각의 값 등의 조건에 따라 생성되는 버의 모습과 정보가 담겨 있다.
도 26은 상기와 같이 선택된 점에서의 버의 상세 정보를 보이는 결과화면으로서, 엑시트 각 계산 모듈을 실행하여 사용자가 클릭한 부분의 엑시트 각을 계산하고, 그 수치를 데이타베이스와 연동하여 저장된 버 형상의 모습을 결과로 보여준다.
상기 화면에서는, 이전 단계부터 사용자가 선택해온 공구의 형상과 절삭조건을 Tool Geometry와 Cutting Condition에 표시하여 이전 선택을 검증할 수 있는 기회를 제공한다. 또한, Workpiece 부분에서는 사용자가 선택한 피삭재에 대한 정보를 보여준다. 그리고 이전 그래픽 단계에서 선택한 버 형상에 대한 정보를 엑시트 각 및 Workpiece에 의해서 버의 높이와 폭, 각도를 가지고 있는 도표로 표시하고 실제 버 형상에서의 각각의 위치 및 실제 버 형상을 그림을 이용하여 제공해 준다.
본 발명은 상술한 바와 같이, 다양한 형상의 피삭재에 대한 버 생성결과를 예측할 수 있으며, 특히, 구멍이 있는 복합형상의 피삭재 및 다중 절삭경로로 절삭시에 발생하는 버에 대한 예측이 가능한 우수한 효과가 있으며, 그 결과, 이러한 버 예측을 통해 가공시 버의 발생이 최소화되도록 가공조건을 조정할 수 있어, 버 제거를 위한 2차가공에 소용되는 비용의 대폭 절감을 가능하게 할 수 있다.
또한, 미리 준비된 실제의 CAD 또는 CAM 으로부터 피삭재 정보 및 공구 정보를 인식하도록 하고, 단일 경로 및 다중 절삭경로를 인식하여 이를 실제 가공상황에 적용할 수 있도록 하였다.
또한, 단순하게 버의 발생구역만을 표시하는 것이 아니라, 버의 발생구역의 엑시트 각을 계산하고, 기존의 실험데이터를 분류하여 구축한 버의 형상 데이터베이스를 체계적으로 검색하여 위치별로 어떠한 타입의 버가 생성되는지 시각적으로 확인할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Claims (15)

  1. 피삭재를 공구로 밀링가공시 나타내는 버를 판별하는 버 형성 예측 방법에 있어서,
    a) 피삭재 정보로부터 피삭재의 형상에 나타나는 선, 원, 호, 스플라인의 구성원을 추출하고, 각각의 구성원이 공작물인지 구멍인지에 따라 방향성을 부여하고 그룹화하여 피삭재의 형상을 인식하는 단계;
    b) 공구 정보로부터 공구의 절삭 이동경로를 인식하는 단계;
    c) 상기 인식된 공구경로별로, 상기 피삭재에 생성되는 버를 판별하는 단계;
    d) 피삭재의 형상에 상기 단계에서 판별된 버 생성 영역을 표시하는 단계;
    e) 상기 표시된 버 생성 영역중 임의의 한 점을 선택하는 단계;
    f) 상기 단계에서 선택된 임의의 점에서의 공구가 절삭하는 방향과 피삭재의 방향벡터와의 사잇각인 엑시트각을 계산하는 단계;
    g) 과거 밀링가공 실적데이타로부터 상기 엑시트각이 상기 계산과 같이 나올 경우의 형성되었던 버 형상데이타를 검색하는 단계; 및,
    h) 상기 판별된 버 생성 영역과 상기 검색된 버 형상을 버예측결과로 출력하는 단계;
    로 이루어지는 것을 특징으로 하는 버 형성 예측 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 a) 피삭재 정보 인식단계는
    캐드(CAD) 프로그램의 DXF 파일을 불러들이는 단계;
    상기 DXF 파일의 개체섹션(entities section)으로부터 피삭재의 형상 정보를 추출하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 버 형성 예측 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 a) 피삭재 정보 인식 단계는
    캐드 프로그램의 DXF 파일로부터 피삭재에 대한 도형의 형상정보를 인식하는 단계;
    상기 인식된 피삭재를 이루는 각 개체를 형태에 따라 선, 원, 호, 스플라인 별로 구분하는 단계;
    상기 개체의 속성에 임의의 방향성을 부여하는 단계;
    상기 다수의 개체들을 하나의 형상을 이루는 개체별로 그룹화하는 단계; 및,
    상기 그룹간의 포함관계를 판단하여, 독립형상인 그룹에 대해서는 반시계방향, 다른 형상에 포함되는 그룹에 대해서는 시계방향으로 방향성을 일괄 설정하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 버 형성 예측 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 그룹화 단계는
    상기 인식된 다수의 개체중, 호와 스플라인을 시작점과 끝점을 연결하는 가상라인으로 변환하는 단계;
    원을 제외한 나머지 개체(선, 가상라인)중 임의의 개체를 하나 선택하고, 그 개체의 끝점과 맞물리는 개체를 연속적으로 찾아, 마지막 개체의 끝점이 첫번째 선택한 개체의 시작점과 연결될 때, 해당 개체들을 하나의 그룹으로 설정하는 단계;
    상기 원을 제외한 나머지 개체중 그룹에 포함되지 않는 개체가 존재하지 않을 때까지 상기 그룹 설정단계를 반복하는 단계; 및
    상기 그룹화에서 제외한 원형 개체는 각각 하나의 그룹으로 설정하는 단계;
    로 이루어지는 것을 특징으로 한 버 형성 예측 방법.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 방향성 설정 단계는
    상기 그룹화에 의해 설정된 다수의 그룹중 한 그룹상에서 임의의 점을 선택하는 단계;
    상기 선택된 임의의 점과 다른 그룹의 모든 모서리와 연결하여 그에 의해 형성되는 사잇각의 합을 구하는 단계;
    상기 산출된 사잇각의 합이 +360°또는 -360°인 그룹은 상기 임의의 점을 포함하는 그룹에 포함되는 것으로 판단하고, 사잇각의 합이 0°인 그룹은 독립형상으로 판단하는 단계; 및
    다른 그룹에 포함되는 그룹의 방향성은 시계방향으로, 독립형상인 그룹의 방향성은 반시계방향으로 설정하는 단계;
    로 이루어지는 것을 특징으로 하는 버 형성 예측 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 공구정보를 인식하는 단계는
    CAM 데이터중 NC코드를 불러들여, 공구의 절삭경로를 인식하는 것을 특징으로 하는 버 형성 예측 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 버 판별 단계는
    피삭재의 형상에서 공구의 절삭경로에 따른 절삭영역을 구하는 단계;
    상기 절삭영역내에서 공구와 피삭재의 모서리가 접하는 접점을 산출하는 단계;
    상기 접점으로부터 해당 접점을 포함하는 개체의 방향성을 따라 진행하여 절삭영역까지의 모서리를 버 생성 영역으로 판단하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 버 형성 예측 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 방법은 상기 접점을 포함하는 개체가 원 또는 호인 경우,
    공구의 절삭경로와, 피삭재의 통과범위의 상관관계를 판단하는 단계를 더 포함하고,
    공구의 오른쪽 또는 왼쪽 가공경로중 하나만 피삭재를 통과하는 경우, 공구가 상기 원 또는 호와 최초 만나는 접점으로부터 방향성을 따라 진행하여 절삭영역에 포함되는 모서리 영역을 버 생성 영역으로 판단하고, 공구의 양쪽 가공경로가 피삭재를 모두 통과하는 경우, 공구와 원 또는 호가 접하는 모든 접점으로부터 지정된 방향성으로 진행하여 절삭영역내의 모서리를 버 생성 영역으로 판단하고, 공구가 원 또는 호 전체를 통과하는 경우, 공구가 원 또는 호와 최초 접하는 접점으로부터 방향성으로 진행하여 두번째 접하는 접점까지를 버생성영역으로 판단하는 것을 특징으로 하는 버 형성 예측 방법.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 방법은 상기 접점을 포함하는 개체가 스플라인 인 경우,
    공구의 절삭경로내에 스플라인의 오목부 또는 볼록부가 포함되는지 판단하는 단계를 더 포함하고,
    절삭경로내에 스플라인의 오목부 또는 볼록부가 포함되지 않는 경우, 공구와 스플라인이 접하는 두 접점을 구하고, 두 접점으로부터 각각 스플라인의 방향성을 따라 진행하여 절삭영역까지 포함되는 모서리를 버생성영역으로 판단하고,
    절삭경로내에 스플라인의 오목부 또는 볼록부가 포함되는 경우, 공구와 스플라인이 최초 접하는 접점을 구하고, 상기 접점으로부터 스플라인의 방향성을 따라 진행하여 절삭영역내에 포함되는 모서리를 버 생성 영역으로 판단하도록 하는 것을 특징으로 하는 버 형성 예측 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 방법은
    공구의 절삭경로가 다중경로인지 단일경로 인지를 판단하는 단계;를 더 구비하고,
    다중 경로인 경우, 상기 버 판별단계가
    하나의 절삭경로에 대한 피삭재에서 버 생성 영역을 판별하고, 상기 버 생성영역이 판별된 절삭경로에 의해 절삭된 부분이 제외되도록 다수의 개체를 수정한 후, 수정된 개체를 가지고 그 다음 절삭경로에 대한 버 생성 영역을 판별하는 과정을 절삭 경로에 따라서 반복하여 각각의 절삭경로별로 버 생성영역을 산출하는 것을 특징으로 하는 버 형성 예측 방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 f)엑시트 각 산출단계는
    선택된 임의의 점을 포함하는 개체가 선형 개체인 경우, 상기 선택된 점에 공구가 위치할 경우의 해당 점에서의 공구의 접선벡터를 구하고, 상기 공구의 접선벡터와 방향벡터의 사잇각을 산출하는 것을 특징으로 하는 버 형성 예측 방법.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 f)엑시트 각 산출단계는
    선택된 임의의 점을 포함하는 개체가 원 또는 호 인 경우, 선택된 점에서의 공구의 접선벡터를 구하고, 상기 선택된 점에서 원형 개체의 접선벡터를 구하여, 상기 공구의 접선벡터와 원형개체의 접선벡터의 사잇간을 구하는 것을 특징으로 하는 버 형성 예측 방법.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 f)엑시트 각 산출단계는
    선택된 임의의 점을 포함하는 개체가 스플라인인 경우, 선택된 점을 기준으로 공구의 중심좌표를 산출하여 공구 가공방향의 수직벡터(공구회전의 접선벡터)를 구하고, 스플라인상의 임의의 점에서의 미분식에 의해 접선벡터를 구하여, 두 벡터의 사잇각을 산출하는 것을 특징으로 하는 버 형성 예측 방법.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 g) 버형상 검색단계는
    과거 실험데이터로부터 공구의 상태, 피삭재의 재료, 엑시트 각에 따라 생성되는버의 모습 및 정보로 데이타베이스를 구축하고,
    버 판별시마다 상기 데이타베이스로부터 산출된 엑시트각과 피삭재 및 공구의 조건과 일치할 경우의 버의 모습을 검색하는 것을 특징으로 하는 버 형성 예측 방법.
  15. 제 1 항 내지 제 14항중 어느 한항에 있어서, 상기 방법을 수행하는 프로그램을 기록한 기록매체.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111753350A (zh) * 2020-07-07 2020-10-09 武汉久同智能科技有限公司 一种基于贪心算法的切割路径生成方法

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