KR20080105691A - 기계 동작특성에 근거한 5축 밀링가공의 속도향상을 위한 보간길이의 최적화 방법 - Google Patents

기계 동작특성에 근거한 5축 밀링가공의 속도향상을 위한 보간길이의 최적화 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 곡률반경과 보간길이의 비율인 진행각에 따른 가공장비의 특성 데이터베이스 및 한계치를 측정하는 측정과정; 캠 시스템에서 제공되는 NC데이터 중의 연속 구간을 판별하는 판별과정과; 상기 과정에서 판별된 연속구간에 대한 보간 곡선을 생성하는 생성과정; 그리고 상기 가공장비의 특성 데이터베이스의 저장값에 기초하여 최적의 NC데이터를 재생성하는 데이터생성과정을 포함하여 구성되는 기계 동작특성에 근거한 고효율 다축 밀링가공용 보간길이의 최적화 방법
본 발명에 의하면 실질적으로 가공시간의 단축에 의한 생산성 향상은 물론 가공정밀도를 향상시킬 수 있는 특징을 기대할 수 있을 것이다.
보간길이, 최적화

Description

기계 동작특성에 근거한 고효율 다축 밀링가공용 보간길이의 최적화 방법{Step length optimization method for multi axis milling process}
도 1a는 선독선행 기능이 없는 컨트롤러를 구비하는 공작기계의 진행거리에 대한 가공시간을 보인 그래프.
도 1b는 선독선행 기능이 있는 컨트롤러를 구비하는 공작기계의 진행거리에 대한 가공시간을 보인 그래프.
도 2는 본 발명의 전체적인 흐름을 보인 예시적 플로우챠트.
도 3은 공구궤적에서 진행각을 설명하기 위한 예시 설명도.
도 4는 공구의 전후 상태에서의 NC데이터 곡률반경 계산을 설명하기 위한 설명도.
도 5는 초기 NC 데이터에서 부드러운 곡선구간을 추출하는 과정을 설명하기 위한 설명도.
도 6은 파라미터 증분치를 구간 전체에 연속적으로 적용하는 방법을 도시한 예시 설명도.
도 7a는 임펠러 날개 가공을 위한 기존의 상용 CAM 시스템이 생성한 NC 데이터의 예시도.
도 7b는 임펠러 날개 가공을 위한 본 발명의 알고리즘을 적용하여 생성한 NC 데이터의 예시도.
본 발명은 5축 가공과 같은 다축 수치제어(NC) 가공에서 가공장비의 가공 성능을 최대로 발휘할 수 있도록, 컨트롤러를 포함하는 가공장비의 특성과 가공경로 특성을 고려하여 NC데이터의 매 블록마다의 최적의 보간길이를 결정하는 방법에 관한 것이다.
최근 산업은 다품종 소량 생산의 경향에 맞추어 제품의 설계 및 생산의 주기가 빨라지고 제품의 형상이 더욱 복잡해지고 있기 때문에, 이에 따른 금형 가공 기술의 연구는 중요성을 더 하고 있다. 현재의 CAM 소프트웨어 기술은 공구의 경로 뿐만 아니라 적절한 가공 조건까지 제공하고 있으며, 노하우를 가진 전문 기업에서는 자동적으로 적용되는 가공조건 대신 별도의 가공조건을 적용하고 있다. 그러나 대부분의 가공 조건에 대한 기술은, 출원 10-2005-0048944호에서 개시하고 있는 바와 같이 대부분 궁극적으로 공구의 이송 속도를 최적화하는 기술에 초점을 맞추고 있으며 보간길이에 대한 가변적인 최적화 기술은 찾아볼 수 없다.
보간길이(Step length)는, 수치제어 가공에서 하나의 가공명령(NC블럭)을 수행하기 위한, 가공이 시작되는 포인트와 가공이 완료되는 포인트간의 거리를 의미한다. 전통적인 수치제어 가공장비에서 곡면을 가공하는 경우, 제품의 공차를 만족하는 범위 내에서 연속된 짧은 직선동작으로 하여 곡선 경로를 가공하게 된다. 이 경우 연속된 짧은 구간의 직선 동작으로 가공하기 위해서는 공구의 빈번한 가감속 동작 때문에 가공표면이 열화되고 가공시간이 늘어나는 문제가 발생하고 있다. 일반적으로 가공시간을 최소화하기 위해서는 가공데이터의 보간길이(Step length)를 가공 공차를 넘지 않는 범위 내에서 가능한 길게 설정하게 된다. 그리고 가공의 정밀도를 높이기 위해서는 비록 가공시간이 오래 걸리더라도 보간길이를 짧게 하여 가공을 진행하게 된다.
즉, 선독선행 기능이 없는 컨트롤러를 구비하는 전통적인 수치제어 가공에서는 도 1a에 도시된 바와 같이, 보간길이는 가공시간에 대하여 항상 반비례하기 때문에 NC 데이터의 보간길이 최적화에 대한 연구가 필요 없었다.
그러나 최근의 공작기계들은 고품위의 가공면을 얻기 위하여 가공명령들을 미리 읽어 들여, 부드러운 동작이 되도록 하는 선독선행(Look-ahead interpolation) 기능이 적용된 컨트롤러를 채택하고 있다.
이러한 컨트롤러의 선독선행 동작은, 공구가 Pi -1에서 Pi를 지나 Pi + 1으로 진행하는 경우, 컨트롤러에 미리 정의된 공차 "e"의 범위에 진입할 것으로 예상되면 목표지점인 Pi에 정확하게 도달하지 않더라도 그 다음 목표인 Pi + 1으로 이동하는 부드러운 동작을 수행하는 것으로, 공차의 범위 내에서 보간 곡선 경로를 만들어 동작하는 기능이다. 이러한 기능은 NC블럭의 방향 변화에 대해 공구가 부드러운 곡선 궤적을 따라 동작하게 되어, 가공속도의 감소를 최소화하며 동시에 보다 부드러운 가공면을 생성할 수 있게 된다.
이와 같이 최근의 공작기계에 대한 변화가 있음에도 불구하고, 상용의 CAM소프트 웨어에서는 여전히 보간길이를 상수값으로 적용하여 NC데이터를 생성하고 있다. 따라서 종래의 기술로써는, 고가 이면서도 고성능의 장비를 구비하고 있으면서도, 그러한 장비와 가공궤적의 특성에 맞는 보간길이가 적절하게 적용되고 있지 못하고 있어서 실질적으로 충분한 가공성능을 발휘하지 못하는 경우가 많다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 여러 가지 컨트롤러를 포함하는 공작기계의 특성 및 가공경로의 특성을 실험적으로 측정하고 이에 기초하여 가공 성능을 최대화시킬 수 있는 NC데이터의 보간길이를 최적화하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 곡률반경과 보간길이의 비율인 진행각에 따른 가공장비의 특성 데이터베이스 및 한계치를 측정하는 측정과정; 캠 시스템에서 제공되는 NC데이터 중의 연속 구간을 판별하는 판별과정과; 상기 과정에서 판별된 연속구간에 대한 보간 곡선을 생성하는 생성과정; 그리고 상기 가공장비의 특성 데이터베이스의 저장값에 기초하여 최적의 NC데이터를 재생성하는 데이터생성과정을 포함하여 구성된다.
상기 측정과정은, 다양한 직선-회전 이송동작의 비율(H)과 진행각을 가지는 원호궤적의 샘플 NC 데이터를 준비하는 과정과, 상기 샘플 NC데이터를 여러 가지의 이송속도로 동작시키는 과정, 그리고 직선-회전 이송동작의 비율과 이송속도에 대하여 최소의 동작시간이 소요된 샘플 NC프로그램의 진행각을 데이터 베이스로 저장하는 과정을 포함한다.
상기 데이터생성과정은 가공장비에 저장된 최적의 진행각에 기초하여 결정한다.
상기 데이터생성과정이 완료된 후, 생성된 NC데이터가 가공형상의 오차범위 내에 들어가는지는 판단하는 검사과정을 더 포함한다.
상기 판별과정은, 직선-회전 이송동작의 비율, 진행각, 곡률반경, 그리고 보간길이의 조건이 소정의 범위 내에 있는가를 판단하는 것에 의하여 수행된다.
상기 검사과정에서 생성된 NC데이터가 허용 오차 범위를 벗어나면, 원래의 NC데이터를 이용하여 가공을 진행한다.
상기 생성과정은, NURBS 또는 SPLINE 보간방법으로 보간하여 다항식의 곡선식을 얻는다.
상기 데이터 생성과정은, 하기의 식에 의하여 구해지는 파라미터 증분값을 이용하여 최적 보간길이를 얻는다.
Figure 112007040214237-PAT00001
여기서,
Figure 112007040214237-PAT00002
이며,
Figure 112007040214237-PAT00003
는 파라미터의 증분값이고, 실질적으로 가공기계의 특성을 반영한 최적의 보간길이에 해당되는 값이다. 그리고 Hi는 직선-회전 이송동작의 비율이며,
Figure 112007040214237-PAT00004
는 각각 i번째 NC 명령을 수행하는 동안의 이송과 회전의 진행각이며,
Figure 112007040214237-PAT00005
는 가공할 5축 공작 기계의 특성 데이타베이스(DB)에서 구한 최적의 진행각이다.
다음에는 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 살펴보기로 한다.
최근의 공작 기계들은 상술한 바와 같은 선독 선행 기능이 있는 컨트롤러를 구비하고 있다. 이러한 공작기계는 도 1b에 도시된 바와 같이, 보간길이와 가공시간의 관계가 일방적인 반비례 관계에 있는 것이 아니고, 가공시간과 가공품질이 최적화될 수 있는 보간길이의 값이 존재함을 본 발명자들은 실험에 의하여 인식하게 되었다. 본 발명은 이와 같은 최적의 보간 길이를 가지는 공작기계의 특성을 충분히 활용하는 점에 착안하고 있다.
5축 가공에서 가공경로를 변경하지 않고 가공속도를 높이기 위한 여러 가지 방법들이 제안되고 있다. 본 발명에서는 5축 고속 가공 기계와 컨트롤러의 동작 특성을 고려하여 가공 경로 상의 보간 길이를 최적화함으로써 가공속도를 향상하고 고품위의 가공면을 생성할 수 있는 방법을 제안하고자 한다.
5축 가공의 가공 궤적은 일반적으로 직선 경로 보다는 곡률의 변화가 많은 경로가 일반적이다. 곡률의 변화가 많은 가공 경로의 경우, 동일한 가공 경로를 따라 가공하더라도 가공 명령 사이의 보간 길이가 다르면 공작기계의 운동 방향이 변하게 된다. 공작 기계의 운동 방향의 변화는 공작기계의 가감속의 변화를 의미하기 때문에, 도 1b와 같이 최적의 보간 길이로 가공명령을 생성하면 그 공작기계는 최고의 속도로 가공하게 될 것이다. 도 2에는 본 발명에 의한 보간 길이 스케쥴링 방법이 플로우챠트로 도시되어 있다.
본 발명에 의하면, 먼저 가공장비의 특성 데이터베이스 및 한계치를 측정하여 데이터베이스를 만들어야 한다. 가공장비의 특성 데이터베이스라함은, 두 개의 독립변수에 대한 최적 진행각(Feed angle)값을 말한다. 여기서 두 개의 독립 변수는 공수기계의 직선 이송동작-회전 이송동작의 비율과 이송속도(Feedrate)이다.
5축 공작기계의 이송과 회전 동작을 위한 각각의 서보모터의 용량과 기어비는 서로 다르기 때문에 하나의 가공명령을 수행하는 동안 이송 동작의 속도와 회전동작의 속도가 서로 다를 수 있다. 따라서 이 두 가지 속도가 최종적인 가공속도에 영향을 미치게 된다. 본 발명에서는 5축 가공의 이송동작과 회전동작을 복합적으로 고려하기 위하여, 하나의 가공명령을 수행하는 동안 회전 변위에 대한 이송변위의 비율을 다음의 식 1와 같이 정의하였다. 이러한 비율의 값은 최고의 가공속도를 결정하기 위한 최적의 진행각을 결정하는데 사용될 것이다.
직선 이동동작과 회전 이송 동작의 비율은 다음의 식 1과 같이 나타낼 수 있다.
(식 1)
Figure 112007040214237-PAT00006
여기서,
Figure 112007040214237-PAT00007
Figure 112007040214237-PAT00008
Figure 112007040214237-PAT00009
Figure 112007040214237-PAT00010
그리고 도 3에 도시한 바와 같이, 진행각이란 NC블럭의 흐름이 바뀌는 각도를 의미하며, 대부분 진행각이 선형적으로 연산할 수 있을 만큼 충분히 작은 각도를 가지므로 곡률반경과 보간길이(step length)의 선형적인 관계로 하기의 식 2와 같이 계산수 있다.
Figure 112007040214237-PAT00011
여기서,
Figure 112007040214237-PAT00012
는 i번째 가공명령을 수행하는 동안의 진행각, Si는 보간길이, Ri은 곡률반경(Radius of Curvature)이다. 곡률반경(R)은 곡률(K)의 역수로써 도 4에 도시한 바와 같이 i번째 NC블럭에서의 곡률반경(Ri)은 공구의 이전위치
Figure 112007040214237-PAT00013
, 현재위치
Figure 112007040214237-PAT00014
그리고 다음 위치
Figure 112007040214237-PAT00015
를 이용하여 하기의 식 3으로 계산할 수 있다.
Figure 112007040214237-PAT00016
여기서,
Figure 112007040214237-PAT00017
상기와 같은 것을 고려하여 실질적으로 가공장비의 특성을 측정하여 데이터베이스를 구성하게 된다. 여기서 데이터베이스를 구성하는 방법은 다음과 같다.
(1) 다양한 직선-회전 이송 동작의 비율(H)과 진행각(θi)을 가지는 원호 궤적의 샘블 NC 데이터를 준비하고,
(2) 샘플 NC 데이터를 다양한 이송속도(F)로 동작시킨 후, 각각의 동작 소요시간을 측정한다. 그리고
(3) 다양한 직선-회전 이송동작의 비율(H)과 이송속도(F)에 대하여 최소의 동작시간이 소요된 샘플 NC 데이터의 진행각(θi)을 데이터베이스로 저장함으로써, 실제 가공할 가공장비의 기계특성 데이터베이스(DB)가 생성되어 저장될 수 있다.
그리고 가공장비의 한계치는 NC블럭 처리속도와 선형동작을 유지하는 최소 반경값으로 측정한다. NC 블럭 처리속도는 컨트롤러가 정해진 시간 동안 처리할 수 있는 최대블럭의 개수를 측정한 값이며, 이러한 측정값은 Nmax로 표기한다.
다음에는 제10과정(S10)에 대하여 살펴본다. 이러한 과정은, 캠(CAM) 프로그램에서 생성된 NC데이터에서 연속곡선구간을 판별하는 것을 의미한다.
본 발명에서 보간 길이를 조절하는 대상이 되는 공구 경로는 직선 구간이 아닌 곡선구간이다. 만약 곡선구간이 아닌 직선구간이나 모서리에 대하여 보간길이를 변화시키면 심각한 궤적오차를 발생시킬 수 있기 때문에, NC데이터에서 연속구간을 판단하는 것을 필수적이라고 할 수 있다. 즉, 도 5에서와 같이, 곡선구간의 추출 없이 전체를 곡선구간으로 적용한 경우에는 심각한 궤적 오차가 발생할 수 있기 때문에, 다음과 같은 조건으로 NC데이터에서의 곡선구간을 판단하게 된다. 여기서 연속속선구간 또는 곡선구간을 판단한다고 하는 것은, 실질적으로 일정한 곡률 또는 소정 범위 내의 원만한 곡률부분을 가지는 범위를 판단하는 것이라고 할 수 있다. 연속곡선구간인가를 판단하는 조건은 다음과 같다.
(1) Hmin〈 Hi 〈 Hmax; 직선-회전 이송 동작의 비율이 과도하게 변화하지 않을 것,
(2) θi〈 θmax : 진행각이 과도하게 변화하지 않을 것,
(3) Rmin〈 Ri〈 Rmax : 곡률반경이 선형 동작의 영역 내에 있을 것, 그리고
(4)
Figure 112007040214237-PAT00018
:
보간길이가 공차가 허용하는 최대 보간길이를 넘지 않을 것 등과 같은 조건으로 NC데이터에서의 연속구간을 판단하게 된다.
여기서 상기 (1) 및 (2) 조건은, 공작 기계의 진행 방향이나 이송 동작이 급격히 변화하는 지점을 찾는 조건으로, 이러한 점의 위치를 변경하면 많은 가공오차를 야기할 수 있다. 따라서 이러한 점의 전후의 가공명령 지점들을 분리하여 연속 구간으로 선택한다.
그리고 조건 (3)은 연속한 세 점에서 계산된 곡률반경이 너무 크거나 작지 않도록 하는 조건식이다. 이는 곡률 반경이 너무 작거나 커서 부드러운 곡선으로 간주하기 어려운 경우를 제외하기 위한 조건이라고 할 수 있다. 본 발명에서는 Rmin 값으로 공구의 반경을 택하였으며, Rmax 값으로 가공할 공작물의 최대길이를 택하였다.
그리고 조건 (4)는 가공명령의 보간 길이가 너무 긴 경우를 배제하기 위한 조건식이다. 보간 길이가 너무 긴 경우를 곡선보간하면 오히려 오차를 야기할 수 있기 때문이다. 여기서 emax는 CAM 시스템을 사용하여 NC 데이터를 생성할 때 설정한 허용 오차값이다.
상기와 같은 4가지의 조건 가운데 어느 하나라도 벗어나게 되면 실질적으로 상술한 연속곡선구간이 아니라고 판단된다. 따라서 상기 4가지 조건중의 어느 하나라도 벗어나는 경우에는, 실질적으로 보간길이의 재배치 과정에서 다음 구간의 재배치 데이터의 하나의 점으로 배치되어야 할 것이다.
이상의 과정을 거치면, 캠(CAM) 시스템에서 제공되는 NC데이터에서 연속구간을 판단할 수 있다. 이와 같이 연속구간이 판별되면, NURBS 또는 다항식의 보간방법으로 보간하여 하기의 식 4와 같이 구간 마다 파라미터(0≤u≤1)에 대한 3차의 다항식의 곡선식을 얻는다(S20).
Figure 112007040214237-PAT00019
여기서 보간곡선의 생성과정(S20)은, 실질적으로 가공하고자 하는 원래의 형상곡선에 대응하는 곡선을 만드는 과정에 해당한다고 할 수 있다. 즉 최초 캠 시스템에서 제공된 NC데이터는 일련의 점에 대응하는 데이터이기 때문에, NC데이터만으로는 가공하고자 하는 정확한 형상 데이터를 알 수 없다. 따라서 상기 보간곡선의 생성과정은, NC데이터에서 판별된 연속곡선구간에 대하여, 가공하고자 하는 형상곡선으로 곡선화하는 과정을 의미하는 것이다.
상기 식 4에 의하여 제20과정(S20)이 완료되면, 다음에는 상기 보간 곡선의 파라미터를 공작 기계와 궤적의 특성에 맞추어 재배치하여 1차 최적 보간길이를 얻는 단계를 수행하게 된다. 그런데 5축 공간기계의 이송과 회전동작은 서로 독립적 인 동작이므로 이송과 회전 동작의 각각에 대한 최적 feed-angle 값이 서로 다를 수 있다. 본 발명에서는 가공 명령마다 회전에 대한 이송 동작의 비율(Hi)을 구하고, 이를 이용하여 이송과 회전이 동시에 고려된 파라미터의 증분값은 하기의 식 5를 이용하여 구현하였으며, 이 식에 사용되는 값은 모두 NC 데이터와 기계의 특성값으로 구성되어 있다.
Figure 112007040214237-PAT00020
(식5)
여기서
Figure 112007040214237-PAT00021
이며,
Figure 112007040214237-PAT00022
는 파라미터의 증분값이고, 실질적으로 가공기계의 특성을 반영한 최적의 보간길이에 해당되는 값이다. 그리고 Hi는 직선-회전 이송동작의 비율이며,
Figure 112007040214237-PAT00023
는 각각 i번째 NC 명령을 수행하는 동안의 이송과 회전의 진행각이며,
Figure 112007040214237-PAT00024
는 가공할 5축 공작 기계의 특성 데이타베이스(DB)에서 구한 최적의 진행각이다.
실질적으로 상기 식 5에서는, 가공하는 기계의 특성 데이터, 즉 기계의 특성 을 가지고 있는 데이터베이스에 저장된 최적 진행각이 반영된 최적의 보간길이를 얻을 수 있음을 알 수 있다. 그리고 공작 기계가 가지고 있는 최적의 진행각은, 상술한 바와 같이, 가공하고자 하는 영역의 곡률반경과 보간길이와 관련됨을 알 수 있고, 더욱이 상기 식 5에 구해지는 데이터는 공작기계의 직선-회전 이송동작의 비율과 이송속도에 대한 최소의 동작시간을 구현할 수 있는 진행각이 반영되어 있음은 당연하다.
이러한 식을 이용하여 구간 전체에 대하여 연속적으로 파라미터를 재배치하는 알고리즘을 도 6 예시하였다. 즉 파라미터가 1을 넘지 않는 동안 주어진 증분치만큼 계속 파라미터를 증가시키면서 보간길이를 재배치하고, 파라미터가 1을 넘는 경우 파라미터의 값을 1 감소시키는 동시에 다음블럭으로 진행하여 전체구간에 대한 1차 최적 보간길이를 얻을 수 있다(S30).
다음에는 상기와 같이 하여 얻어진 1차 최적 보간길이에 오차검사를 진행하게 된다(S40). 이러한 오차검사는 실질적으로 상기 제30과정에서 새로 생성된 NC데이터가 허용오차의 범위 내에 있는가의 여부를 판정하는 과정이다. 즉, 상기 제40과정은 실질적으로 상기 제30과정에 의하여 재배치된 최적의 보간길이를 가지는 1차 NC데이터에 의하여 공작물이 가공되었을 경우, 원래 가공하고자 하는 형상이 허용하는 가공 오차의 범위 내에 들어가는 것인가의 여부를 검증하는 과정이라고 할 수 있다.
여기서 상기 제30과정에서 얻어진 새로운 NC데이터가 가공형상의 허용 오차 범위 내에 있다면, 새롭게 생성된 NC데이터에 기초하여 가공을 수행하면 된다. 그러나 상기 제30과정에서 생성된 NC데이터가 가공형상과의 오차범위를 초과한다고 판단되면 상술한 제20과정 및 제30과정에서 생성된 새로운 NC데이터를 버리고, 원래의 캠 시스템에서 공급된 NC데이터를 가지고 가공을 수행하게 된다. 이는 상기 제10과정 및 제20과정을 거치면서 새로 생성된 NC데이터가 허용오차의 범위를 벗어나는 것이기 때문에, 비록 가공시간은 단축된다고 하더라도 가공형상이 문제시 되기 때문이다.
여기서 오차를 검사하는 방법에 대하여 살펴보기로 한다. 5축가공에 있어서 곡선의 가공은, 캠 시스템에서 제공되는 NC데이터에 기초하여 복수개의 직선구간으로 나누어 가공이 진행된다. 그러나 비록 직선구간으로 나누어진 것이긴 하지만, 5축 가공장비의 회전축의 영향과 컨트롤러의 보간기능에 의하여 부드러운 곡선으로 작동하여 실제 공구궤적은 소정의 곡선을 이루게 된다. 여기서 곡선으로 작동되는 실제 공구궤적과 NC 데이터의 직선 사이의 최대 오차를 허용공차라고 할 수 있다.
그리고 상기 제30과정에서 곡선 파라미터의 재배치를 이용하여 새로 생성된 NC데이터의 파라미터값에 해당하는 위치에서, 상기 제20과정에서 생성된 다항식 곡선상의 위치점과 실제공구궤적상의 위치점의 차이가 상기 허용공차 범위 내에 들어가면, 새로 생성된 NC데이터를 이용하여 가공을 수행하여도 충분하다. 그러나 그렇지 못하면 새로 생성된 NC데이터는 허용 오차를 초과하는 문제점이 있기 때문에, 상술한 바와 같이 원래의 NC데이터를 선택하여 가공을 진행해야 한다.
도 7은 임펠러 날개의 NC프로그램에 대하여, 본 발명의 보간길이를 최적화를 적용한 예를 보이고 있다. 도 7a와 같이 보간 길이 최적화가 적용되지 않는 일반 NC프로그램의 보간길이는 형상 공차만 고려하기 때문에 비교적 균등한 간격으로 분포되어 있지만, 본 발명의 보간 길이 최적화가 적용된 도 7b의 경우는 공구의 자세변화, 기계적 특성, 피드레이트 등 여러 가지 항목이 고려되어 있음을 확인할 수 있으며, 실제 적용 실험에서 평균 25% 이상의 속도향상을 확인할 수 있었다.
이상과 같은 본 발명은, 5축 가공에 있어서 곡선구간에 대하여 가공기계의 특성을 반영하여 최적의 보간길이를 가지도록 배치하는 것을 주제로 하고 있음을 알 수 있다. 이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 범주 내에서 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 여러 가지 다른 기술적 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명은 첨부한 특허청구의 범위의 기재에 의하여 그 보호범위가 정해져야 할 것임은 자명하다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 보간길이 최적화 방법에 의하면, 공작 기계의 특성과 가공경로의 특성에 맞는 최적의 동작이 가능하며, 서로 다른 동작 특성을 가진 공작기계에 대하여 성능을 최대한 발휘하게 할 수 있음을 알 수 있다. 따라서 본 발명을 적용하게 되면, 실질적으로 가공시간의 단축에 의한 생산성 향상은 물론 가공정밀도를 향상시킬 수 있는 특징을 기대할 수 있을 것이다.

Claims (8)

  1. 곡률반경과 보간길이의 비율인 진행각에 따른 가공장비의 특성 데이터베이스 및 한계치를 측정하는 측정과정;
    캠 시스템에서 제공되는 NC데이터 중의 연속 구간을 판별하는 판별과정과;
    상기 과정에서 판별된 연속구간에 대한 보간 곡선을 생성하는 생성과정; 그리고
    상기 가공장비의 특성 데이터베이스의 저장값에 기초하여 최적의 NC데이터를 재생성하는 데이터생성과정을 포함하여 구성되는 기계 동작특성에 근거한 고효율 다축 밀링가공용 보간길이의 최적화 방법
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 측정과정은, 다양한 직선-회전 이송동작의 비율(H)과 진행각을 가지는 원호궤적의 샘플 NC 데이터를 준비하는 과정과, 상기 샘플 NC데이터를 여러 가지의 이송속도로 동작시키는 과정, 그리고 직선-회전 이송동작의 비율과 이송속도에 대하여 최소의 동작시간이 소요된 샘플 NC프로그램의 진행각을 데이터 베이스로 저장하는 과정을 포함하는 기계 동작특성에 근거한 고효율 다축 밀링가공용 보간길이의 최적화 방법
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 데이터생성과정은 가공장비에 저장된 최적의 진행각에 기초하여 결정하는 것을 특징으로 하는 기계 동작특성에 근거한 고효율 다축 밀 링가공용 보간길이의 최적화 방법
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 데이터생성과정이 완료된 후, 생성된 NC데이터가 가공형상의 오차범위 내에 들어가는지는 판단하는 검사과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기계 동작특성에 근거한 고효율 다축 밀링가공용 보간길이의 최적화 방법
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 판별과정은, 직선-회전 이송동작의 비율, 진행각, 곡률반경, 그리고 보간길이의 조건이 소정의 범위 내에 있는가를 판단하는 것에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는 기계 동작특성에 근거한 고효율 다축 밀링가공용 보간길이의 최적화 방법
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 검사과정에서 생성된 NC데이터가 허용 오차 범위를 벗어나면, 원래의 NC데이터를 이용하여 가공을 진행하는 것을 특징으로 하는 기계 동작특성에 근거한 고효율 다축 밀링가공용 보간길이의 최적화 방법
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 생성과정은, NURBS 또는 SPLINE 보간방법으로 보간하여 다항식의 곡선식을 얻는 것을 특징으로 하는 기계 동작특성에 근거한 고효율 다축 밀링가공용 보간길이의 최적화 방법
  8. 제 4 항에 있어서, 상기 데이터 생성과정은, 하기의 식에 의하여 구해지는 파라미터 증분값을 이용하여 최적 보간길이를 얻는 것을 특징으로 하는 기계 동작특성에 근거한 고효율 다축 밀링가공용 보간길이의 최적화 방법.
    Figure 112007040214237-PAT00025
    (식 6)
    여기서,
    Figure 112007040214237-PAT00026
    이며,
    Figure 112007040214237-PAT00027
    는 파라미터의 증분값이고, 실질적으로 가공기계의 특성을 반영한 최적의 보간길이에 해당되는 값이다. 그리고 Hi는 직선-회전 이송동작의 비율이며,
    Figure 112007040214237-PAT00028
    는 각각 i번째 NC 명령을 수행하는 동안의 이송과 회전의 진행각이며,
    Figure 112007040214237-PAT00029
    는 가공할 5축 공작 기계의 특성 데이타베이스(DB)에서 구한 최적의 진행각.
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