KR20190096388A

KR20190096388A - 공작물을 성형하기 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20190096388A
Application number: KR1020197020474A
Authority: KR
Inventors: 앤서니 뷰캠프
Original assignee: 지코 이노베이션즈 리미티드
Priority date: 2016-12-16
Filing date: 2017-12-15
Publication date: 2019-08-19
Also published as: CN110177650B; WO2018109501A2; WO2018109501A3; EP3554760A2; CN110177650A; EP3554760B1; US20200094374A1; JP2020504682A; GB2557952B; US11958165B2; GB2557952A; TW201832031A; GB201621699D0; DK3554760T3

Abstract

공작물의 표면 형태를 나타내는 데이터가 분석되어 표면의 곡률의 특성을 결정하고, 공작물 표면의 모든 부분에 성형 처리를 적용하기 위해 공구에 필요한 크기 및 형태를 결정하는데 이들 특성이 사용되는 공작물을 성형하기 위한 방법 및 장치가 기술되어 있다. 실제 공작물의 측정치는 필요한 공작물 형태에 관한 데이터와 비교되어 공작물에서 제거될 재료의 양과 분포를 결정한다. 필요한 성형 작업을 달성하기 위해 공작물 위로 공구를 이동시키기 위한 공구 경로가 결정되고, 공구 및 공구 경로 데이터는 성형 작업을 수행하기 위해 성형 기구에 제공된다. 성형 공구는 연마 재료를 함유하는 강성 펠릿이 고정된 가요성 직물로 덮인 엘라스토머 본체를 포함할 수 있다. 본원 명세서는 이러한 공구를 제조하는 방법을 개시하고, 또한 펠릿 직물의 컨디셔닝 방법을 개시한다. 또한, 공작물의 매끄러운 절단을 보장하기 위해 허용되는 공구 오프셋의 양을 결정하는 방법이 개시되어 있다.

Description

공작물을 성형하기 위한 방법 및 장치

본 발명은 공작물을 성형하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

본 발명은 공작물을 성형하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히, 가요성 작업 표면을 가지며, 공작물에 대해 공구의 표면을 변형시킴으로써 공구 풋 프린트를 형성하도록 공작물에 대해 가압되고, 공구 풋 프린트 내에서 공구의 작업 표면이 공작물 표면에 대해 움직이도록 공작물 표면에 대해 경사진 축선을 중심으로 회전하는 공구를 사용하여 공작물을 성형하는 것과 관련된다. 공구 풋 프린트는 공구와 공작물의 상대적인 움직임에 의해 공작물 표면 위로 이동되어서, 공구 풋 프린트가 작업할 표면의 모든 부분에 도달한다. 공구 풋 프린트에서, 공구의 연마 가공 표면이 공작물에서 재료를 제거하여 필요한 공작물 형상 및 마무리를 생성한다.

본 발명의 일 양태에서, 성형 공구는 실질적으로 강성인 복수의 펠릿이 배열되고, 연마 입자가 그 안에 매립되어 있는 가요성 공구 표면을 포함한다. 이러한 유형의 공구에 있어서, 본 발명의 양태는 연성 절단 조건 하에서 서브-표면 손상을 줄이고 표면 마무리 품질을 향상시키면서, 성형 공정에 적용될 때 성형 공정이 가능한 가장 빠른 속도로 공작물로부터 재료를 제거할 수 있는 것을 보장하는 공구 제어 파라미터를 결정하는 방법을 제공한다.

본 발명의 다른 양태는 공작물의 표면 형태를 나타내는 데이터가 분석되어 표준 구형 공구의 범위로부터 필요한 성형 및/또는 마무리 작업을 수행할 수 있는 공구를 선택하거나, 또는 필요한 성형 및/또는 마무리 작업을 수행하기 위해 비-표준 공구의 필요한 형상을 결정하는 시스템을 제공한다. 또한, 공작물 위에 공구 풋 프린트를 이동시키기 위한 공구 경로를 포함하는 공구 제어 데이터를 생성하기 위해 공작물 표면 데이터가 분석될 수 있다.

본 발명의 다른 양태는 공구의 연마 가공 표면을 사전-컨디셔닝하는 방법 및 장치를 포함하며, 성형 공정에서 사용하기 위한 공구의 제조를 제공한다.

본 발명의 다른 양태는 공구가 사용 가능한 수명이 다가오거나 도달했음을 식별하기 위해, 성형 작업에 사용된 공구의 결과로서 공구 마모를 모니터링하는 시스템에 관한 것이다.

이제, 본 발명의 양태들 및 실시예들이 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명될 것이다.

도 1은 본 발명의 다양한 양태에 따라 공작물을 성형하기 위한 방법 및 시스템의 개략도이다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 성형 공정을 사용하여 완제품에 도달하기 위한 전체 공정 단계를 도시한다.
도 2는 도 1의 공구 형상 및 공구 경로 생성 단계에 대한 보다 상세한 설명이다.
도 3은 샘플 부품의 사시도이다.
도 3a는 성형 작업에 필요한 공구 형태를 결정하기 위한 공작물 표면의 분석을 도시한다.
도 4a 내지 도 4c는 구형 공구가 내부 에지부에 접근할 때 오프셋의 변화를 도시하는 개략도이다.
도 4d는 도 3의 샘플 부품의 표면을 나타내는 히스토그램이다.
도 5a 및 도 5b는 비-구형 공구의 예를 도시한다.
도 5c 내지 도 5g는 성형 공구의 제조 단계를 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 펠릿 시트 재료를 컨디셔닝하기 위한 대안적인 장치 및 방법을 도시한다.
도 7a는 펠릿 내의 노출된 연마 입자의 현미경 사진이다.
도 7b는 도 7a의 연마 입자의 개략적인 단면도이다.
도 8은 작동중인 부분-구형 가요성 펠릿 연삭 공구의 개략적인 측면도이다.
도 9는 공작물의 연성 성형을 위한 최대 공구 오프셋을 결정하는 테스트 공정을 도시한다.
도 10은 공구 오프셋과 공작물의 취성 파괴율 사이의 관계를 도시한다.
도 11a는 동종의 탄성 공구에 대한 공구 풋 프린트 상의 압력 분포를 도시한다.
도 11b 및 도 11c는 대안적인 비-동종 탄성 공구 및 이들 각각의 압력 분포를 도시한다.
도 12a 내지 도 12d는 공작물을 성형하기 위해 성형 공구를 사용한 성형 기구의 좌측, 정면, 우측 및 평면도이다.

공작물 성형 작업의 단계를 보여주는 공작물 형성 시스템의 개요가 도 1 및 도 2에 도시되어 있다.

통상적으로, 본 발명의 시스템을 사용하여 수행되는 성형 작업은 대략적으로-형성된 공작물을 그 최종의 필요한 형상 및 마무리를 위한 성형 및 마무리 작업일 것이다. 성형 작업에 의해 성형된 공작물은 도 1a의 흐름도에 요약된 것과 같이 최종 제품에 통합될 수 있다. 대안적으로, 성형 작업에 의해 성형된 공작물은 부품이 몰딩되는 몰드 캐비티의 일부일 수 있으며, 그 부품은 도 1b의 흐름도에 요약된 바와 같이 최종 제품에 통합될 수 있다.

이제, 도 1 및 도 2를 참조하면, 공정의 제1 단계에서, 공작물의 필요한 형상을 나타내는 CAD 데이터 세트(10) 및 공작물의 실제 형상을 나타내는 측정으로부터의 측정 데이터 세트(12)가 공구 형태 및 공구 경로 생성기(14)에 수신된다.

또한, 공구 형태 및 공구 경로 생성기(14)는 일부 성형 공정에 이미 사용되었지만 작업 수명이 끝나지 않은 공구의 신원을 나타내는 사용 가능한 공구 데이터를 데이터베이스(16)로부터 수신한다. 또한, 표준 공구의 형태를 나타내는 표준 공구 데이터(18)의 데이터베이스는 공구 형태 및 공구 경로 생성기(14)에 이용될 수 있다. 이러한 축적된 데이터에 기초하여, 공구 형태 및 공구 경로 생성기(14)는 다양한 기능을 수행한다.

공구 경로 생성기(14)의 일 기능은 단계(201)(도 2)에서 CAD 데이터(10)와 측정 데이터(12)를 비교하여 얼마나 많은 재료가 공작물로부터 제거되어야하는지 그리고 공작물이 필요한 형상 및 마무리가 되도록 어디에서 재료가 제거되어야 하는지를 결정하는 것이다. 공작물로부터 제거될 재료의 양을 결정할 때, 이미 나빠진 공작물의 서브-표면의 즉각적인 손상이 고려되고, 제거될 재료의 양이 조정되어서, 공작물의 임의의 손상된 표면 영역이 제거되도록 하고, 서브-표면 균열 또는 다른 손상으로부터 자유로운 부드럽고 폴리싱된 표면이 남게 된다. 각각의 지점에서 제거될 재료의 깊이는 그 지점의 측정 데이터(12)와 CAD 데이터(10) 간의 차이로부터 계산된다. 공구 경로 생성기(14)는 측정 데이터(12)와 CAD 데이터(10)가 가장 근접한 지점에서 공작물로부터 제거될 재료의 양을 결정하고, 임의의 서브 표면 손상이 폴리싱되는 것을 보장하기 위해 공작물의 표면 상의 모든 지점으로부터 적어도 재료의 이러한 최소량의 제거를 초래하는 공구 경로를 생성한다.

그런 다음, 공구 형태 및 공구 경로 생성기(14)는 단계(202)에서 공작물의 필요한 형상을 분석하여 공작물의 모든 영역을 처리할 수 있는 공구의 형태(형상)를 결정한다. 이러한 결정은 이용 가능한(데이터베이스(250)에 저장된 이용 가능한 공구 데이터(16)에 의해 표현되는) 사용된 공구로부터의 선택(단계 203)을 포함할 수 있거나, 또는 (데이터베이스(250)에 저장된 표준 공구 데이터(18)에 기초하여) 공구의 표준 범위로부터 선택될 수 있거나, 또는 일부 경우에, 비-표준 공구 형태가 필요할 수 있고 맞춤형 공구가 생산되어야 한다.

모든 공작물 표면을 처리하는데 필요한 공구의 형상 및 크기(형태)를 선택 또는 생성한 후에, 공구 형태 및 공구 경로 생성기(14)는 단계(204)에서 공작물로부터 재료를 제거하여 필요한 형상 및 마무리되도록 공작물 위로 공구의 필요한 움직임을 나타내는 공구 경로를 생성한다.

그런 다음, 공구 경로 데이터와 이용 가능한 공구의 신원 또는 새로운 표준 또는 맞춤형 공구의 조합(15)이 성형 장치(20)에 제공된다.

마지막 단계에서, 공작물이 필요한 형상에 도달하도록 결정된 공구 경로를 따라 공작물 위로 공구를 이동시키는 성형 장치(20)에 의해 공작물이 성형된다. 마무리된 공작물은 최종 제품의 일부를 형성할 수 있거나 또는 최종 제품에 나중에 통합되도록 부품이 몰딩되는 몰드 캐비티일 수 있다.

공구 경로 생성

공구 경로 데이터는 공작물에 대한 공구 움직임의 3차원 구성 요소를 포함한다. 따라서, 공구 경로는 공구 "오프셋", 즉, 공구 경로를 따라 각각의 지점에서 공구 풋 프린트의 크기를 정의하는 공작물 표면에 대한 공구의 변형량을 정의한다. 공구 경로 데이터는 또한 공구 경로의 다른 부분에서 일정하거나 변화할 수 있으며 공작물 표면을 가로지르는 공구의 병진 이동 속도를 정의할 수 있으며, 선택적으로는 공구의 회전 속도 및 공작물 표면 상의 공구 풋 프린트에 대한 공구 회전축의 세차 각도(precession angle)와 관련된 데이터를 포함한다.

공구 경로의 생성 중에 수행하는 중요한 체크는 충돌 체크이다(단계 205). 상기 단계는 성형 작업을 시뮬레이션하여 성형 작업 중에 공구 스템이나 공구 장착부 또는 성형 기구의 다른 부분이 공작물과 충돌하지 않도록 한다. 이러한 충돌이 발생하는 경우, 공구 경로 생성 소프트웨어는 공구 자세를 변경하여 공구 경로를 변경하거나 또는 단계(204)에서, 예를 들어, 공구 스템을 줄이거나 재성형하기 위해 공구의 설계가 변경될 수 있으며, 새로운 공구 경로가 계산될 수 있다. 공구 경로의 생성은 공구 프로파일 및 표면의 모든 부분을 처리할 수 있으며, 공작물과의 충돌을 피하고, 과도하지 않은 처리 시간을 제공하는 공구 경로의 조합에 궁극적으로 도달하는 반복적인 공정이다. 선택적으로는, 공구 경로 생성기에 대한 입력 중 하나는 공작물을 측정된 형상에서 필요한 형상으로 하는데 허용되는 최대 시간을 지정하는 시간 제한일 수 있다.

그런 다음, 공구 경로 생성기는 단계(206)에서 상기 성형 작업을 수행할 때 공구가 경험하게 될 마모량(dW)을 결정하고, 단계(207 및 208)에서, 선택된 공구가 공구의 작업 수명을 나타내는 마모 임계치(TW)를 초과하지 않고 상기 마모량(dW)을 유지할 수 있는지를 검증한다. dW의 계산은 공작물로부터 제거될 재료의 양과 공구의 표면 구성을 기반으로 한다. 이러한 체크는 공구가 필요한 성형 작업을 완료할 수 있음을, 즉, 공구가 작업을 완료할 수 없는 성형 작업 중에 공구의 작업 표면이 마모되지 않는 것을 보장한다.

성형 작업에 의해 생성된 마모량(dW)과 공구의 기존 마모의 합이 선택된 공구의 임계값(TW)을 초과하는 경우에, 공구 경로 생성기(14)는 단계(209)에서 대안적인 공구 형태를 선택하고 단계(204)로 복귀하여 필요한 성형 작업을 수행하기 위한 대안적인 공구 경로를 생성한다.

공구 경로 생성기(14)는 선택된 공구의 마모 임계치(TW)를 초과하지 않고 필요한 성형 작업을 수행할 수 있는 공구 선택과 공구 경로의 조합(15)에 도달하면, 단계(210)에서, 공구 경로 생성기(14)는 데이터베이스(250)를 업데이트한다. 그런 다음, 선택된 공구가 이용 가능한 사용된 공구 중 하나인 경우에, 단계(212)에서, 공구 경로 데이터는 선택된 사용된 공구의 신원과 함께 CNC 머시닝 센터와 같은 성형 기구에 제공된다. 그런 다음, 머시닝 센터는 단계(20)에서 공작물을 성형하기 위해 공구 경로 데이터를 따라 선택된 사용된 공구를 공작물 위로 이동시키도록 작동한다.

선택된 공구가 이용 가능한 표준 범위의 공구 중 하나인 경우에, 단계(213)에서, 공구 경로 데이터는 선택된 표준 공구의 신원과 함께 성형 기구에 제공된다. 공구 경로 데이터와 함께 표준 공구는 머시닝 센터에 제공되거나 또는 표준 공구는 다른 소스에서 얻어질 수 있다. 그런 다음, 머시닝 센터는 공작물을 성형하기 위해 공구 경로 데이터를 따라 선택된 표준 공구를 공작물 위로 이동시키도록 작동한다.

공구 경로 생성기(14)가 이용 가능한 사용된 공구 또는 표준 공구 형태에 의해 성공적으로 추종될 수 있는 공구 경로를 생성할 수 없는 경우에, 단계(203)에서, 공구 경로 생성기는 맞춤형 공구 형태를 생성하고, 단계(204)에서, 공작물을 필요한 형상으로 하기 위해 공작물 위로 맞춤형 공구를 이동시키는 대응 공구 경로를 생성한다. 또한, 단계(211)에서, 공구 경로 생성기(14)는 맞춤형 공구가 그 수명 동안 허용될 수 있는 공구의 마모 임계량(TW)을 계산하고, 맞춤형 공구에 대한 신원 및 형태 데이터와 함께 상기 임계량을 데이터베이스에 공급한다. 그런 다음, 단계(214)에서, 맞춤형 공구는 제조되고, 대응 공구 경로 데이터와 함께 성형 기구에 제공되며, 이어서, 성형 기구는 공작물을 성형하기 위해 공작물 위로 공구를 이동시키도록 작동한다. 그런 다음, 데이터베이스는 성형 작업 중에 맞춤형 공구로 인한 마모량을 반영하여 업데이트된다.

공구 경로 생성기(14)는 각각의 개별 공구에 대한 신원 데이터를 저장하며, 또한, 각각의 공구에 대해 공구 형태 및 그 작동 수명 동안에, 즉, 공구를 사용할 수 없게 되기 전에 공구에 의해 유지될 수 있는 공구의 마모 임계량(TW)과 관련된 데이터를 저장하는 데이터베이스(250)를 유지한다. 이러한 마모 임계량(TW)은 공구의 표면적 및 형상을 기반으로 계산된다. 또한, 데이터베이스는 각각의 공구에 대해 공구가 생산된 이후에 수행한 성형 작업에 대응하는 공구 마모의 누적량(W)을 저장한다.

공구 형태 선택

가장 효율적인 방식으로 각각의 성형 작업을 완료하는데 가장 적합한 공구를 선택하기 위해, 공작물 표면의 모든 부분을 성형 및/또는 마무리하기 위해 필요한 공구의 형상을 결정하도록 공작물의 표면이 분석된다. 구형 처리 공구의 경우에, 큰 반경의 공구는 큰 처리 풋 프린트를 달성할 수 있고, 따라서, 공작물의 표면이 짧은 처리 시간 내에 성형 및/또는 마무리될 수 있다. 그러나, 공작물 표면이 급격하게 만곡된 오목 영역 또는 공작물 표면의 면이 예각으로 교차하는 에지부를 포함하는 경우에, 큰-반경의 구형 공구는 이들 표면 영역을 처리하지 못할 수 있다. 공구의 반경이 감소하는 경우에, 공구는 공작물 표면의 이러한 급격하게 만곡된 영역에 진입할 수 있지만, 이에 대응하여 공구 풋 프린트가 감소하므로 표면 처리 시간이 증가하게 된다. 또한, 공구의 전체 표면적이 줄어들기 때문에, 공구 표면의 각각의 부분이 큰-반경의 공구를 사용하는 경우보다 더 빠른 속도로 마모된다.

도 3은 본 발명의 방법을 사용하여 성형하기 위한 샘플 부품의 사시도이다. 샘플 부품은 몰드 캐비티의 일부를 형성하기 위한 것이다. 도시된 샘플 부품은 한 쌍의 단부면(31, 32)과 한 쌍의 측면(33, 34)을 갖는 일반적으로 직사각형인 블록(30)을 포함한다. 블록의 상부면(35)에는 편평한 베이스(36), 한 쌍의 수직 측면(37 및 38) 및 한 쌍의 수직 단부(39 및 40)를 갖는 일반적으로 직사각형의 리세스가 있다. 측면 및 단부들(37 내지 40)은 반경 영역(R1)에 의해 베이스(36)에 조합되고, 큰-반경 영역(R2)에 의해 서로 조합된다.

성형/마무리될 샘플 부품의 영역은 리세스(36)의 내부 표면을 포함한다. 따라서, 처리될 샘플 부품의 영역은 평평한 표면, 즉, 리세스의 베이스(36) 및 측면 및 단부들(37 내지 40)에 의해 주로 형성된다. 처리될 표면의 작은 부분은 리세스의 측면들(37 내지 40)을 베이스(36)에 조합하는 작은-반경의 고도로 만곡된 영역(R1)과, 단부 벽들(39 및 40)을 측벽들(37 및 38)에 조합하는 큰-반경의 만곡된 영역(R2)을 포함한다.

"표준" 구형 공구 또는 부분-구형 공구 중 하나를 사용하는 것이 유리하지만, 구형 공구로는 만족스러운 결과를 얻지 못할 수도 있다. 예를 들어, 공작물이 도 3의 샘플 부품의 경우와 같이 표면이 주로 평평하지만 예리한-반경 내부 코너가 있는 경우에, 공작물의 가장 작은-반경 내부 코너와 같거나 이보다 작은 반경을 갖는 구형 공구가 공작물의 전체 표면을 처리하기 위해 선택되어야 한다. 그러나, 이러한 작은-반경의 공구는 작은 처리 풋 프린트로 인해 공작물 표면의 넓고 평평한 영역을 처리하는데 오랜 시간이 걸리게 된다. 사실, 이러한 공구의 작은 표면적은 공구의 작업 수명이 공작물 표면의 전체 영역을 처리하는데 필요한 시간보다 짧을 수 있는 결과를 가져올 수 있다. 이러한 경우, 공작물의 평평한 영역을 처리하기 위해 최적화된 공구 표면의 일부 및 공작물의 내부 코너를 처리할 수 있는 공구 표면의 하나 이상의 예각 또는 급격하게 만곡된 영역을 포함하는 비-구형 공구가 제공된다. 공작물의 평평한 영역을 처리하기 위해 최적화된 공구 표면의 부분은 반구형 또는 부분-구형일 수 있어서, 공작물 상에 대체로 원형인 공구 풋 프린트를 제공할 수 있다.

도 3에 도시된 샘플 부품의 리세스의 내부 표면 모두를 처리하기 위해, 조합 영역의 내부 반경(R1)과 동일한 반경을 갖는 구형 또는 부분-구형 공구가 선택될 수 있고, 이러한 공구는 리세스의 모든 부분을 결합할 수 있기 때문이다. 그러나, 이러한 공구의 총 표면적은 매우 작아 공구 수명이 짧다. 또한, 매우 작은 공구가 샘플 부품에 생성할 수 있는 공구 풋 프린트의 크기도 작기 때문에, 샘플 부품의 매우 작은 영역만이 언제든지 처리될 수 있다. 이는 작은 풋 프린트가 베이스(36) 및 측벽들(37 내지 40)의 비교적 큰 영역 위로 이동하는데 매우 긴 처리 시간을 초래하게 된다.

공작물 표면 분석

특정 공작물을 위한 공구의 최적의 형상 및 크기의 결정은 처리될 공작물 표면의 형태(형상 및 치수)를 나타내는 디지털 데이터를 사용하여 프로세서에 의해 수행되는 공작물 표면 데이터의 분석에 의해 이루어진다. 이러한 디지털 데이터(300)는 달성되는 표면을 정의하는 CAD 파일일 수 있다. 이제, 도 3a를 참조하여 분석에 대한 설명이 이어진다.

분석의 제1 단계는 단계(301)에서 처리를 필요로 하는 표면의 총 영역을 결정하는 것이며, 이는 공구의 마모 없이 공작물의 표면적을 처리할 수 있는 연마 재료의 충분한 표면적을 제공하기 위해 구형 공구에 대한 최소 반경을 획정하기 때문이다. 도 3에 도시된 샘플 부품과 관련하여, 처리될 영역은 베이스(36), 측벽(37 및 38), 단부 벽(39 및 40), 조합 영역(R1) 및 4개의 만곡된 코너 영역(R2)의 결합된 영역을 포함한다. 처리될 총 영역(A)은 다음 식을 사용하여 리세스의 길이(l), 폭(w) 및 깊이(d)로부터 근사화될 수 있다:

A = lw + 2ld +2wd

단계(302)에서, 공작물 표면의 상기 영역을 처리하기에 충분한 표면적을 갖는 구형 공구에 대한 최소 반경이 결정된다.

(1) 주어진 공구 반경(TR [mm]) 및 공구 오프셋(TO [mm])에 대해, 공구는 직경 S1(TR, TO)[mm]의 공구 풋 프린트를 생성한다.

(2) 공구 경도와 공작물 경도(TH, WH)를 추가하여, 공구 경로를 따라 각각의 지점에서 재료 제거 속도 RR(TR, TO, TH, WH)[mm³/분]를 나타내는 함수 RR이 공식화된다.

(3) 커스핑(cusping)이 발생하지 않도록 하기 위해, 트랙 간격(TS)(공구 경로의 인접한 스트레치(stretch) 사이의 거리)는 공구 풋 프린트가 적어도 20개의 트랙(TS[mm] = S1/20)으로 겹쳐지도록 해야한다.

(4) 생산성을 극대화하기 위해, 기구는 약 3000mm/분일 수 있는 최대 이송 속도 FMax[mm/분]에 근접한 속도로 구동되어야 한다.

(5) 측정된 공작물을 이상적인 공작물과 비교하여 공작물 영역의 각각의 지점(WA[mm²])에 대한 표적 재료 제거 깊이(WD[mm])를 찾는다. 이들 깊이와 영역을 합산함으로써, 제거될 공작물 재료의 총 체적 WV[mm³] = WD*WA가 계산된다.

(6) 총 경로 길이(PL[mm])는 공작물 면적 및 트랙 간격의 함수이다(PL = WA/TS).

그런 다음, 제거될 재료의 총 체적은 공구 경로를 따르는 각각의 지점에서의 공구 속도(RR)를 공구 경로의 전체 길이(PL)와 곱한 함수로 나타낼 수 있다.

WV = RR(TR,TO,TH,WH)*PL/FMax

= RR(TR,TO,TH,WH)*WA/(FMax*TS)

= RR(TR,TO,TH,WH)*WA/(FMax*S1(TR,TO)/20)

상기 공식은 공작물로부터 재료를 제거하기 위해 공구에 필요한 최소 공구 반경을 제공하도록 FMax의 함수로 표현된 TR로 해결된다.

분석의 제2 단계는 단계(303)에서 공작물 표면의 내부 코너의 최소 곡률 반경을 찾는 것이다. 상기 단계는 전체 표면적을 처리할 수 있는 구형 공구, 즉, 공작물의 내부 코너에 진입하여 모든 표면에 결합될 수 있는 공구의 가능한 최대 반경을 설정한다. 도 3에 도시된 예시적인 부품에 대해, 최대 곡률(즉, 최소 내부 반경)을 갖는 표면 영역의 부분의 반경은 R1이 될 것이고, 따라서, 전체 표면을 처리할 수 있는 가장 큰 구형 공구는 반경(R1)의 공구이다.

제3 단계(305)는 단계(304)에서 결정된 공구의 최대 반경을 단계(302)에서 결정된 최소 반경과 비교하는 것이다. 단계(304)의 최대 반경이 단계(302)의 최소 반경보다 큰 경우에, 이들 2개의 한계치 사이의 반경을 갖는 구형 공구가 공구의 마모 없이 전체 표면적을 처리할 수 있다. 반경이 상기 범위 내에 있는 하나 이상의 "표준" 크기의 구형 공구가 있을 수 있다.

내부 에지부

단계(306)에서, 공작물 표면의 내부 에지부의 최소 각도가 CAD 데이터(300)로부터 결정된다.

이러한 경우에, 분석은 단계(307)로 진행하여 상기 반경 범위 내의 반경을 갖는 구형 공구(T)(바람직하게는 "표준" 크기 공구 중 하나)가 공작물의 내부 에지부, 즉, 면들 사이의 각도가 180°미만인 공작물의 인접한 면들의 교차 라인을 처리할 수 있는지 여부를 결정한다. 공구의 반경은, 공구가 표면에 충분한 압력을 가하거나 또는 에지부에 인접한 영역에서 최대 허용 압력 또는 오프셋을 초과하지 않고 에지부에서 표면을 처리하기에 충분한 오프셋을 생성할 수 있도록 되어야 한다.

도 4a 내지 도 4c는 공작물의 2개의 평평한 면(F1 및 F2)의 교차점에 형성된 공작물의 내부 코너 또는 에지부(E)에 접근하는 구형 폴리싱 공구의 개략적인 측면도이다. 도 4a에서, 구형 폴리싱 공구(T)는 공작물 상에 필요한 압력을 생성하도록 "오프셋"(Ir)으로 위치되고, 이는 공작물의 평평한 면(F1) 상에 일반적으로 직경(Df)의 원형 처리 풋 프린트를 생성한다. 공구(T)의 풋 프린트가 에지부(E)를 통과함에 따라, 도 4b에 도시된 바와 같이, 에지부(E)에서의 공구 오프셋은 초기에 표면을 처리하는데 필요한 오프셋(Ir)보다 작다. 그러나, 도 4c에 도시된 바와 같이, 에지부(E)에서의 오프셋이 필요한 오프셋(Ir)과 동일하도록 배치되는 경우에, 에지부(E)에 인접한 영역에서의 오프셋은 필요한 오프셋(Ir)을 초과하게 된다. 이로 인해, 이들 영역의 오프셋은 허용되는 최대 오프셋을 초과하고(오프셋> Imax), 이들 영역에서 공구 압력이 과도하게 발생할 수 있다.

프로세싱 알고리즘은 바람직하게는 먼저 단계(307)에서 범위 내의 "표준" 공구 크기를 시험하고, 성공적인 후보, 즉, 최대 허용 오프셋(Imax)을 초과하지 않고 내부 에지부(E)를 처리할 수 있는 가장 큰 공구로부터 더 큰 또는 가장 큰 반경 공구를 선택한다. 범위 내의 모든 "표준" 공구 크기가 너무 커서 공작물의 내부 에지부를 성공적으로 처리할 수 없는 경우에, 프로세싱 알고리즘은 범위의 하한의 반경을 갖는 구형 공구가 내부 에지부를 처리할 수 있는지 여부를 결정한다. 가능한 경우에, 프로세싱 알고리즘은 공작물의 내부 에지부를 처리할 수 있는 크기 범위에서 가장 큰 반경의 구형 공구를 결정하는 것을 반복적으로 수행할 수 있다. 단계(307)에서, 표면 데이터 분석기는 공작물의 내부 코너 및 내부 에지부를 처리하는 기준을 만족시키며, 공구의 마모 없이 전체 공작물 영역을 처리하기에 충분히 큰 가장 큰 반경의 구형 공구를 식별하는 데이터를 공구 형태 생성기에 제공한다.

단계(305)에서의 비교가, 단계(304)로부터의 최대 반경(공작물의 내부 곡선을 처리할 구형 공구에 대한 최대 반경)이 단계(302)로부터의 최소 반경(성형 공정을 완료할 수 있는 최소 크기의 구형 공구)보다 작은 것을 결정하는 경우에, 공작물의 내부 코너를 처리할 수 있는 가장 큰 구형 공구는 공구의 마모 없이 전체 표면적을 처리하기에 불충분한 작업 표면적을 갖는다. 이러한 경우에, 전체 공작물을 처리하기에 충분한 작업 표면적을 제공하고, 동시에 공작물의 내부 코너를 처리하도록 하나 이상의 날카로운 반경을 갖는 리지(ridge) 부분을 제공하기 위해 비-구형 공구가 필요함에 따라, 프로세싱은 단계(310)로 진행한다. 일 실시예에서, 이러한 공구는 상기 공구의 충분한 작업 표면적을 제공하도록 충분히 큰 반경의 구형 영역 및 공작물의 내부 코너를 처리하기에 충분히 작은 반경의 팁을 갖는 하나 이상의 환형 영역 또는 리지를 갖는다.

비-구형 공구

도 5a 및 도 5b는 직경 단면으로 비-구형 공구의 예를 도시한다. 도 5a에서, 공구는 공구 헤드가 장착되는 스핀들(52)을 포함한다. 공구 헤드는 스핀들(52)의 축을 중심으로 축대칭을 이루며, 대체로 반구형의 작업 표면 부분(51), 대체로 원추형의 작업 표면 부분(52) 및 공구 스핀들을 둘러싸는 대체로 평평한 작업 표면 부분(53)을 포함하는 작업 표면을 갖는다. 원추형 부분(52)은 제1 환형 리지(54)에서 반구형 부분(51)을 만나고, 원추형 부분(52)은 제2 환형 리지(55)에서 평평한 부분(51)과 만난다.

도 5b는 비-구형 공구의 대안적인 형태를 도시한다. 도 5b의 공구에서, 공구는 구의 중심에서 각도(a)를 갖는 부분-구형 영역(56)을 갖는다. 부분 구형 표면(56)은 원추형 표면 부분(57) 내로 조합되고, 작업 표면은 원추형 표면(57)이 공구 스핀들을 감싸는 공구의 평평한 상부 표면을 향하여 수렴하는 원추형 표면(58)을 만나는 반경 리지(59)에서 둥글게 된다. 리지(59)의 팁의 반경은 부분-구형 부분(56)의 반경보다 실질적으로 작다.

도시된 비-구형 공구 모두에서, 리지(54, 55 및 59)는 부분-구형 영역(51 및 56)이 효과적으로 처리할 수 없는 공작물의 내부 코너 및/또는 에지부를 처리하는데 사용된다. 공구는, 리지(54, 55 또는 59)가 이들 부분을 처리하기 위해 공작물의 내부 에지부 및/또는 코너와 결합할 수 있도록 적절한 배향으로 공작물 대해 유지된다. 처리가 필요한 공작물 표면의 보다 평평한 영역에 대해, 공구는 부분-구형 표면(51 또는 56)이 공작물 표면과 결합하도록 유지된다.

공구는 고무 또는 합성 엘라스토머와 같은 탄성 재료로 형성되고, 일부 실시예들에서, 공구의 작업 표면은 연마 재료가 내장된 실질적으로 강성 펠릿의 어레이로 덮인다. 이러한 펠릿 공구는 연마 슬러리 필요없이 공구와 함께 사용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 공구의 작업 표면은 공구의 고무 또는 합성 엘라스토머 재료이고, 공구는 연마 슬러리와 함께 사용된다.

공구의 프로파일, 예를 들어, 공구의 부분-구형 부분의 중심에서 한정된 각도(α)로 결정되는 공구의 부분-구형 부분의 범위는 표면 곡률과 그 곡률을 갖는 표면의 영역을 관련시키는 데이터에 기초하여 선택될 수 있다. 이러한 데이터는 도 4a에서와 같이 히스토그램 형태로 제공될 수 있다.

도 4d는 도 3의 샘플 부품의 표면을 나타내는 히스토그램이다. 반경(R1)을 갖는 처리될 영역은 가장 작은 균질한 영역이고, 반경(R2)의 조합된 코너는 약간 더 큰 영역을 갖는다. 처리될 가장 큰 영역은 리세스의 측벽(37 내지 40)의 평평한 표면 및 베이스(36)를 포함하며, 이는 히스토그램에서 R3로 표시된다. 가장 일반적인 곡률을 갖는 영역은 R3이므로 공구는 부분-구형 표면이 영역(R3)을 폴리싱하도록 설계되고, 공구는 또한 공작물의 가장 작은 반경 영역을 처리하도록 외부 반경(R1)의 부분을 갖는다.

부품 표면의 부분들(R1, R2 및 R3)의 전체 영역이 함께 합해져서 처리될 영역의 양을 결정하고, 이는 공구의 이용 가능한 작업 표면적에 기초하여 공작물을 처리할 수 있는 구형 공구의 최소 반경을 확립한다.

비-구형 공구의 경우, 공구 표면의 얼마나 부분-구형인지를 결정하는 각도(a)는 최소 공구 반경을 초과하는 히스토그램의 전체 영역 대 최소 공구 반경을 미만인 히스토그램의 전체 영역의 비율에 따라 달라진다. 본 예에서, 상기 비율은 다음과 같이 표현된다:

R3 : (R1 + R2)

"a"의 값은 구형인 공구 표면적의 비율이 공구의 상기 구형 부분에 의해 폴리싱되는 공작물 표면적의 비율과 같도록 되어야 한다. 예를 들어, 공구의 구형 부분이 공작물 표면적의 절반을 처리하는데 사용되는 경우, 공구의 작업 표면의 절반이 구형이 되도록 a값이 설정되어야 한다. 처리될 영역의 대부분이 평평한 경우, 평평한 영역을 처리하기 위해 큰 부분-구형 공구 작업 표면을 제공하도록 각도(a)가 더 크다. 처리될 영역의 대부분이 날카로운 내부 코너로 구성되는 경우, 각도(a)는 작고, 공구의 부분-구형 부분이 작아서, 성형 공정 중에 공구 작업 표면의 모든 부분이 성형 공정 중에 실질적으로 동일한 마모의 양에 노출된다. 이러한 단계는 도 3a의 단계(309)에 대응하며, 여기에서 공작물 표면의 곡률 분포가 결정된다.

단계(310)에서, 비-구형 공구 형태의 요구 사항은, 공구의 어느 정도의 비율이 구형이어야 하는지, 구형 부분이 어느 정도의 반경을 가져야 하는지 및 공작물의 날카로운 만곡 부분을 처리하기 위해 공구가 작은 반경의 하나 이상의 리지 또는 에지부를 필요로 하는지 여부를 결정함으로써 확립된다. 이들 요구 사항이 결정되면, 공구의 프로파일이 설정될 수 있다.

공구 생성

본 발명의 공정에서 사용하기 위한 성형 공구는 다이아몬드와 같은 연마 재료가 내장된 실질적으로 강성인 펠릿의 어레이를 갖는 가요성 시트가 그 위에 배치되는 부분-구형 탄성 표면을 포함할 수 있다. 전형적으로, 펠릿은 대략 디스크 형상이고, 각각의 펠릿의 직경은 약 0.5mm이며, 인접한 펠릿의 중심은 인접한 펠릿 사이에 약 0.25mm의 갭을 남기도록 약 0.75mm 이격되어 배치된다. 펠릿은 직사각형, 육각형 또는 삼각형과 같은 다양한 형상일 수 있으며, 공구의 작업 표면 위에 다양한 패턴으로 배치될 수 있다. 공구 표면 상의 펠릿은 수 개의 상이한 형상일 수 있고, 각각의 영역이 하나 이상의 특정 형상의 펠릿을 함유하는 환형 영역에 배치될 수 있다.

펠릿에 사용되는 연마 입자의 예는 다이아몬드, 입방정 질화 붕소(CBN), 알루미나 및 실리카이다. 다이아몬드 입자는 실리콘 카바이드 또는 텅스텐 카바이드와 같은 경질 세라믹 재료를 성형하기 위해 표시된다. 스틸과 같은 금속을 성형하기 위해서는 CBN 입자가 바람직할 수 있고, 유리와 같은 부드러운 재료를 성형하기 위해서는 알루미나 또는 실리카 입자가 사용될 수 있다. 특정 공작물 재료를 성형하기 위해 다른 연마 재료가 적절하게 사용될 수 있다. 연마재의 입자 크기는 1 내지 100㎛일 수 있다. 바람직하게는, 연마재의 입자 크기는 3 내지 15㎛이고, 니켈 또는 레진 펠릿 매트릭스에 유지된 다이아몬드 연마재에 대해 9㎛의 입자 크기는 실리콘 카바이드를 성형하는데 특히 효과적인 것으로 밝혀졌다.

그러나, 연삭 슬러리와 함께 매끄러운 표면을 가진 탄성 공구를 사용할 수도 있다. 연삭 슬러리는 직경이 1 내지 9㎛이고 수성 매체에 현탁된 연마 입자를 포함할 수 있다. 연마 입자는 산화 세륨, 산화 알루미늄 또는 다이아몬드이거나, 또는 성형되는 공작물의 재료에 적합한 임의의 다른 적절한 연마 재료일 수 있다.

제조

도 5c 내지 도 5f는 공구 블랭크(500)로부터 맞춤형 공구의 제조 단계를 도시한다. 공구 블랭크(500)는 폴리우레탄, 천연 또는 합성 고무, 니트릴 고무 또는 실리콘과 같은 탄성 재료로 형성되며, 일 단부에 엘라스토머 블록(502)이 형성된 공구 스핀들(501)을 포함한다. 공구 형태 생성기에 의해 공구에 대한 프로파일(503)이 설정되면, 공구 스핀들(501)은 예를 들어, 선반(도시되지 않음)에 유지되고 회전된다. 성형 공구(504)는 엘라스토머 블록(502)에 적용되어, 스핀들(501)과 동축인 요구된 축대칭 프로파일을 갖는 공구(505)로 블록을 형성한다. 엘라스토머 블록(502)은 바람직하게는 약 40 내지 90 사이, 바람직하게는 약 60의 쇼어 A 스케일의 경도를 갖는 엘라스토머 재료의 균질한 블록일 수 있다.

성형된 공구는 연마 슬러리와 함께 공작물 표면에 공구를 적용하여 공작물을 성형하는데 사용될 수 있다.

특히, 유리한 실시예들에서, 공구의 작업 표면은 연마 입자를 함유하는 다수의 강성 펠릿을 운반하는 재료의 가요성 시트로 덮여있다. 공구의 작업 표면을 형성하기 위해, 적합한 형상이 펠릿 재료의 시트(60)로부터 절단된다. 상기 형상은 대체로 원형인 중앙 영역(506) 및 상기 중앙 영역(506)으로부터 방사하는 다수의 로브(lobe) 또는 "페탈(petal)"(507)을 가질 수 있고, 상기 중앙 영역(506) 및 페탈(507)의 형상 및 치수는 프로파일된 공구(505) 둘레로 감싸져서 작업 표면을 덮거나 실질적으로 덮을 수 있도록 된다. 펠릿 시트는 공구의 작업 표면을 덮기 위해 접힐 수 있는 한 다른 형상이 가능하다. 예를 들어, 공구가 구의 중심에 작은 각도(a)를 갖는 부분-구형 작업 표면을 갖는 경우에, "페탈"이 없는 원형이 적합할 수 있다.

이어서, 펠릿 재료의 절단 시트 및 공구(505)는 도 5f 및 도 5g에 도시된 바와 같이, 2개의 몰드 절반부(508 및 509) 사이에 배치되고, 열 및 압력 하에서 함께 경화되어 시트(S)를 공구(505)의 표면에 결합 또는 경화시키고, 펠릿 공구를 형성한다. 펠릿 재료의 시트(60)는 몰드의 하부 절반부(509)의 캐비티 위에 먼저 놓여질 수 있고, 공구(505)를 사용하여 캐비티 내로 밀릴 수 있다. 그런 다음, 페탈(507)은 공구(505)의 상부 위로 접혀 일시적으로 제 위치에 고정되는 한편, 몰드의 상부 절반부(508)는 캐비티를 폐쇄하기 위해 아래로 내려진다. 대안적으로, 상부 몰드 절반부는 몰드의 폐쇄 움직임으로 인해 페탈(507)이 몰드 내에서 그들의 정확한 위치를 취하게 할 수 있도록 성형될 수 있다. 그럼 다음, 가열 및 가압을 가하여 공구를 경화시키고 절단된 시트(60)를 결합시킨다. 예를 들어, 몰드는 약 150℃ 또는 최대 약 200 ℃ 이상으로 가열될 수 있으며, 공구는 최대 10분 동안 몰드 내에 유지될 수 있다.

그런 다음, 몰드에서 공구가 분리되고, 펠릿 작업 표면이 공구의 필요한 표면 프로파일과 일치하는지를 보장하도록 점검된다. 연삭 휠 또는 다른 성형 공구를 사용하여 펠릿으로부터 일부 재료를 제거하는 등 공구가 필요한 형상을 따르도록 하기 위해 추가적인 성형 또는 드레싱 단계가 요구될 수 있다.

펠릿 공구 및 비-펠릿 공구 모두에 대해, 공구 식별 코드가 공구에 적용될 수 있으며, 상기 코드는 선택적으로는 공칭 공구 크기, 공구 작동을 위한 바람직한 세차 각도, 최대 예상 공구 수명 및 사용시 최대 공구 오프셋에 대한 정보 및 사용자를 위해 공구가 연삭 슬러리와 함께 또는 연삭 슬러리 없이 사용되어야 하는지 여부 및 이러한 연삭 슬러리의 바람직한 특성과 같은 임의의 다른 관련 정보를 포함한다.

공구 컨디셔닝

펠릿 공구의 사용에 대한 준비를 하기 위해, 펠릿의 작업 표면을 컨디셔닝할 필요가 있다. 컨디셔닝 사이클은 공구가 생성된 후에 컨디셔닝 표면에 대해 공구를 가압하면서 공구를 회전시키고 조작함으로써 수행될 수 있어서, 공구의 작업 표면의 각각의 부분이 펠릿의 작업 표면을 변경하기에 충분한 시간 동안 펠릿의 표면 구조가 안정화될 때까지 컨디셔닝 표면과 접촉하고, 컨디셔닝 표면으로부터 재료가 제거되는 속도는 실질적으로 일정해진다.

대안적으로, 가요성 시트는 시트(60)를 절단하기 이전에 제조 중에 공구에 적용하기 위해 필요한 형상으로 컨디셔닝될 수 있다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 지지 표면(61) 상에 펠릿 재료의 시트(60)를 장착한 다음 컨디셔닝 "퍽(puck)"(62)을 시트와 접촉하도록 가압하고, 펠릿의 노출된 표면을 컨디셔닝하기 위해 퍽(62)을 시트의 영역 위로 이동시킴으로써 미-절단 시트가 컨디셔닝될 수 있다. 지지 표면(61)은 정적일 수 있고, 퍽(62)은 지지 표면(61) 및 시트(60)에 대해 이동될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 지지 표면(61)은 퍽(62)에 대해 시트(60)를 이동시키기 위해 이동 가능하거나 및/또는 회전 가능할 수 있다. 시트(60)에 의해 퍽(62) 상에 가해지는 측방향 드래그 힘은 컨디셔닝 공정이 진행됨에 따라 측정 장치(도시되지 않음)에 의해 측정될 수 있고, 결국 더 높은 초기 값으로부터 실질적으로 일정한 값으로 평준화하기 위해 감소하게 된다. 컨디셔닝 공정은 상기 실질적으로 일정한 값에 도달할 때 완료되는 것으로 간주되고, 드래그 힘을 측정하고 드래그 힘이 시간에 따라 변하지 않을 때 컨디셔닝 공정이 완료되었다고 결정함으로써 제어될 수 있다.

도 6b는 가요성 시트를 컨디셔닝하기 위한 다른 배치를 도시한다. 이 배치에서, 가요성 시트(60)는 무단 벨트로 형성되고, 시트의 펠릿 측이 바깥 쪽을 향한 상태로 한 쌍의 롤러(63, 64) 위로 루프된다. 지지 표면(65)은 벨트의 하나의 런(run)의 내측에 배치되고, 컨디셔닝 블록(66)은 벨트의 런의 외측, 펠릿 측에 대해 가압된다. 그런 다음, 롤러(63, 64)는 지지 표면(65)과 컨디셔닝 블록(66) 사이에서 벨트(60)를 이동시키도록 회전되어서, 펠릿이 컨디셔닝 블록(66)과 결합하고, 컨디셔닝 블록(66)에 대해 이동한다. 다시, 시트(60) 상의 펠릿에 의해 컨디셔닝 블록(66) 상에 생성된 측방향 힘이 측정될 수 있고, 상기 힘이 일정한 값에 도달할 때 컨디셔닝이 완료된 것으로 간주될 수 있다.

컨디셔닝 작업은 최대 15분 또는 30분 정도 또는 가능하게는 그 이상 걸릴 수 있다. 퍽(62) 또는 컨디셔닝 블록(66) 상의 측방향 힘을 측정하는 대신에, 퍽(62) 또는 컨디셔닝 블록(66)으로부터 재료가 제거되는 속도가 컨디셔닝 사이클 동안 간격으로 측정될 수 있으며, 컨디셔닝 사이클은 제거 속도가 안정화될 때 종료될 수 있다.

그런 다음, 메쉬의 사전-컨디셔닝된 시트 또는 벨트는 공구 본체를 덮기 위해 예를 들어, 다이에 메쉬 시트를 스탬핑하거나 임의의 적절한 절단 공구 또는 수단을 사용하여 시트를 절단함으로써 필요한 형상으로 절단될 수 있다.

그런 다음, 도 5와 관련하여 기술된 바와 같이, 예를 들어, 몰드 내로 메쉬 시트를 위치시키고, 몰드 내로 공구를 도입하고, 공구와 메쉬를 함께 경화시킴으로써 사전-컨디셔닝된 절단 메쉬 시트가 공구에 적용될 수 있다. 컨디셔닝 공정을 완료하기 위해, 공구를 컨디셔닝 표면에 대해 가압하고, 공구를 회전시켜 공구 표면의 모든 부분을 컨디셔닝 표면에 노출시킴으로써 완성된 공구가 몰드로부터 제거될 때 추가의 짧은 컨디셔닝 단계가 적용될 수 있다.

컨디셔닝 공정의 목적은 펠릿에 연마 입자를 성형하여, 이들이 전방에 잔해 포켓, 후방에 바인더 업-스탠드를 구비하면서 평평한 노출 표면과 약간 틸팅된 자세를 갖도록 한다.

컨디셔닝된 공구의 구조

도 7a는 도 7a에서 화살표로 도시된 방향으로 다이아몬드에 대해 컨디셔닝 표면을 이동시킴으로써 컨디셔닝된 다이아몬드 입자(70)를 보여주는 컨디셔닝된 펠릿의 표면 일부의 현미경 사진이다. 컨디셔닝 표면은 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 위쪽으로 그리고 우측으로 이동되고, 다이아몬드 입자의 리딩 에지부는 화살표 A에 실질적으로 수직인 위쪽 그리고 좌측으로 연장된다. 다이아몬드 입자(70)는 노출된 에지부(71)를 갖는다. 도 7b에 도시된 단면도에서, 다이아몬드 입자(70)는 펠릿을 형성하는 재료(72)에 매립된 것으로 보인다. 컨디셔닝 퍽 또는 블록은 도면부호 66으로 도시되고, 노출된 에지부(71)의 라인에 대략 수직인 화살표 A의 방향으로 다이아몬드 입자(70)에 대해 이동한다. 이러한 맥락에서, 다이아몬드의 "전방"은 공구가 회전되어 공작물과 접촉하는 경우 공작물을 가로질러 이동할 방향으로 고려될 때 리딩 에지부(71)이다. 다이아몬드 입자(70)의 에지부(71)에 인접하여 위치되고, 도 7b에 도시된 잔해 포켓(73)은 도 7a의 에지부(71)의 좌측에 보이는 실질적으로 삼각형 영역이다. 다이아몬드 입자(70)의 노출된 표면(74)은 도 7b에 도시되어 있고, 펠릿 재료(72)의 표면에 대하여 각도(b)로 약간 틸팅되어 있다. 컨디셔닝된 공구에서, 펠릿의 표면의 "결절(nodular)" 형태는 감소되고 평탄화되며, 노출된 연마 입자는 평평해진다.

연성 연삭을 보장하기 위한 제어

도 8은 자유-형태 공작물 표면과 접촉하여 움직일 때의 공구의 개략적인 측면도이다. 공구의 본체(81)는 펠릿(84)이 공작물 표면과 접촉할 때까지 공작물 표면(S)을 향해 이동되고, 그 후 "오프셋"량 만큼 공작물 표면을 향해 추가로 이동되어서, 탄성 멤브레인(82)이 변형되고, 펠릿(84)을 공작물 표면(S) 상에 평평하게 가압하며, 공구 표면이 공작물 표면과 접촉하는 대체로 원형인 공구 풋 프린트(Fp)를 생성한다. 그런 다음, 공구 본체(81)는 공작물 표면(S)에 대한 국소 법선(N)에 대해 세차 각도(P)로 설정된 스핀들 축(H)을 중심으로 회전되어서, 공구의 환형 영역 내의 펠릿(84)이 공구 풋 프린트에서 공작물 표면(S)과 접촉하고, 공작물 표면을 따라 이동한다. 도 8로부터 알 수 있는 바와 같이, (도면에 도시된 바와 같이) 공구 본체(81)를 수직으로 들어올리는 것은 "오프셋"(Ir)을 감소시키게 되고, 컵(82)의 변형을 감소시키며 공작물 표면(S) 상의 공구 풋 프린트의 직경을 감소시킨다.

공작물에 대해 동일한 위치에 공구를 유지하고 공구 내의 유체 압력을 증가시키는 유체-충진 공구의 경우, 증가된 힘으로 펠릿(84)이 공작물 표면(S)에 대해 가압되지만 공구 풋 프린트의 영역을 증가시키지는 않는다. 탄성 재료로 제조된 강성 공구의 경우, 오프셋(Ir)을 증가시키는 것은 공작물 표면과 접촉하는 공구 풋 프린트의 영역이 증가할 뿐만 아니라 펠릿이 공작물 표면에 가하는 힘이 증가한다.

성형 작업 중에, 공구는 10 내지 1000mm/분, 바람직하게는 약 150mm/분의 제어된 "공급" 속도로 공작물 표면 위로 병진 이동한다. 공구는 스핀들 축(H)을 중심으로 약 50 내지 1500rpm으로 회전한다.

공작물 위로 공구가 이동하는 동안에, 공작물 표면과 공구의 부분-구형 표면의 중심 사이의 "오프셋" 거리(Ir)를 조정함으로써 공구 풋 프린트의 크기가 변경된다. 공구가 공작물에 대해 가하는 힘은 공구의 컵 내부의 유체 압력을 제어하거나 오프셋을 조정함으로써 제어된다. 공구 회전 속도 및 세차 축의 각도(P) 및 방향도 제어되며, 공구 풋 프린트(Fp) 및 압력과 함께 공구 경로를 따라 임의의 지점에서 재료가 공작물로부터 제거되는 순간 속도를 결정한다. 공구 "공급" 속도를 제어함으로써, 공구 경로를 따라 각각의 지점에서 공구가 소비하는 시간이 제어되므로, 공구 경로를 따라 각각의 지점에서 제거되는 재료의 양이 결정된다.

세차 축의 방향 제어는 공구 경로 상의 각각의 지점에서 공작물에 대한 공구의 상대 이동 방향을 결정한다. 펠릿이 표면 위로 움직이는 순간 방향의 제어는, 예를 들어, 펠릿과 공작물의 상대적인 이동 방향을 연속적으로 변경시킴으로써 공작물 표면에 폴리싱 가공물(홈, 리지)이 남지 않는다는 목적으로 달성될 수 있다. 대안적으로, 표면 위로 펠릿의 이동 방향은 표면 상에 남아 있는 임의의 폴리싱 표시가 특정 방향 또는 방향들로 정렬되도록 제어될 수 있다. 공구 경로를 따라 공구가 이동하는 "공급" 속도도 제어되어서, 경로를 따라 각각의 지점에서 필요한 양의 재료가 제거되고 필요한 표면 마무리가 달성된다.

공구 오프셋 결정

공작물 상에 연마 입자에 의해 가해지는 압력이 증가함에 따라, 입자의 절단 방식은 공작물에 대해 최소한의 균열 및 서브-표면 손상으로 재료가 제거되는 연성 방식에서 표면 균열 및 서브-표면 손상이 나타나는 "취성" 절단 방식으로 변화한다.

연성 절단 방식을 유지하는 가능한 최대 오프셋을 결정하는 방법이 도 9에 도시되어 있다. 도 9a는 오프셋(Ir)을 연속적으로 증가시키면서 세차 축(H)을 중심으로 공구를 회전시키지 않고 테스트 표면을 가로질러 공구를 이동시키는 것을 포함하는 테스트 방법의 개략도이다. 테스트는 전용 테스트 장치에서 수행되거나 또는 성형 기구에 공작물을 장착하고 공작물 표면 위로 공구를 이동시킴으로써 수행될 수 있다. 도시된 테스트 공정에서, 공구 오프셋이 0에서 0.4mm로 증가하는 동안에 공구는 평평한 표면을 따라 25mm의 거리만큼 이동된다. 테스트 표면은 바람직하게는 성형될 공작물과 동일한 재료로 제조되거나 또는 성형될 공작물의 일부일 수 있다.

이러한 테스트 방법은 펠릿 공구 및 엘라스토머 블랭크로부터 성형된 공구 모두에 적합하다. 펠릿 공구의 경우, 공구의 컨디셔닝 후에 테스트가 수행된다. 비-펠릿 공구의 경우, 먼저, 연마 입자를 공구의 표면에 내장시키기 위해 공구를 연마 파우더로 가압시킴으로써 테스트가 수행되고, 그런 다음, 공구 오프셋이 증가함에 따라 공구는 테스트 표면을 가로질러 드로잉된다. 결과의 분석은 두 경우 모두 동일하다.

도 9b는 탄성 공구의 펠릿 내의 연마 입자에 의해 테스트 표면 상에 형성된 스크래치의 패턴을 도시한다. 도면의 좌측에서는 오프셋이 없어 공구 풋 프린트가 최소이므로, 스크래치가 거의 없다. 공구가 테스트 표면을 가로질러 움직일 때, 증가하는 오프셋은 공작물에 대한 공구 표면의 압력을 증가시킬 뿐만 아니라 공구 풋 프린트의 크기를 증가시키고, 더 많은 연마 입자가 테스트 표면과 접촉되어 결과적으로 스크래치 수가 많다. 공구 풋 프린트가 가장 큰 도면의 우측 끝에서 스크래치가 가장 많이 보인다. 스크래치의 깊이는 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 공작물에 대한 압력이 증가함에 따라 좌측에서 우측으로 점진적으로 증가한다.

도 9c 내지 도 9f는 도 9b에 도시된 각각의 영역(c, d, e 및 f)의 표면 구조를 도시하는 확대된 개략도이다. 테스트 표면 위로 이동하는 연마 입자에 의해 생성된 오목부(indentation) 또는 스크래치(91)는 영역(c)에서 우세하게 매끄러운 벽을 갖는다. 테스트 움직임이 진행됨에 따라, 오목부의 벽이 점차 균열된다. 벽의 균열은 불규칙한 패치(92)로 개략적으로 도시된다. 도 9f의 확대된 세부 사항은 패치(92)에서 불규칙하게 되며 매끄러운 벽 프로파일을 갖는 스크래치(91)를 도시한다. 연성에서 취성으로의 전이는 고려되는 테스트 샘플의 길이의 임계치(예컨대, 10%) 이상으로 오목부의 벽이 불규칙한(균열) 지점으로 식별된다. 도 9f의 확대 세부 사항에 도시된 스크래치의 섹션에서, 길이(L1 및 L3)는 연성 절단을 나타내는 매끄러운 벽을 가지며, 길이(L2)는 취성 절단을 나타내는 불규칙한 균열 벽을 갖는다. L2/(L1 + L3)의 백분율을 계산하고 이것을 10% 임계치와 비교함으로써, 현저하게 취성 또는 연성 절단이 이 지점에서 발생하는지 여부가 결정된다.

도 10은 탄화 규소 테스트 샘플에 대한 오목부의 균열된 벽의 백분율과 공구 오프셋 사이의 관계를 도시한다. 0에서 약 0.125까지의 공구 오프셋에서, 균열된 벽의 백분율은 초기에 0이며, 상기 테스트 샘플에서 약 10%로 천천히 상승한다. 그런 다음, 균열된 벽의 백분율은 0.215의 오프셋에서 90% 균열에 이르며 급격히 상승한다. 그 후, 0.25보다 큰 오프셋에 대해 균열된 벽의 백분율은 약 95%로 안정된다.

오목부의 벽을 검사하여 얼마나 많은 오목부가 균열되었는지를 결정하고, 오목부가 이루어진 지점에서 공구에 적용된 오프셋의 양과 상기 측정치를 서로 연관시킴으로써, 오목부의 벽의 균열의 임계치의 백분율을 초래하는 오프셋의 양(Imax)이 결정될 수 있다. 이러한 검사는 오목부의 이미지를 캡처하고, 이미지 처리를 사용하여 오목부의 에지부를 분석하며, 매끄럽고 선형인 에지부의 백분율 및 균열되고 불규칙한 백분율을 계산함으로써 수행될 수 있다. 테스트 경로를 따라 다양한 위치에서 이러한 측정을 수행하고, 각각의 위치에서 오프셋의 양과 측정치를 서로 연관시킴으로써, 테스트 프로세서는 오프셋의 양과 균열된 에지부의 백분율 사이의 관계를 확립할 수 있고, 균열된 에지부의 백분율이 사전에 정해진 임계치, 예를 들어, 10%를 통과함에 따라 절삭 방식이 연성 절단에서 취성 절단으로 변하는 오프셋의 양을 확립할 수 있다.

그런 다음, 이러한 데이터는 공구 경로 생성 공정에서 사용되어 공구 경로를 따른 모든 지점에서 상기 최대 오프셋(Imax)이 초과되지 않는 것을 보장하고, 따라서, 성형 공정이 공작물의 연성 절단으로 수행된다. 공구 경로는 공구 경로를 따른 임의의 지점에서 오프셋이 연성 절단의 한계치까지 최대화되도록 최적화될 수 있거나 또는 대안적으로 공구 경로는 오프셋의 값이 연성 절단에 대한 최대 허용 가능한 오프셋의 특정 비율, 예를 들어, 80%를 초과하지 않도록 계산될 수 있다.

공구 마모 모니터링

공구 경로 생성기는 상기 성형 작업을 수행할 때 공구가 경험하게 될 마모량(dW)을 결정한다. 공구 경로 생성기는 먼저 공작물의 초기 형태를 나타내는 측정 데이터와 최종 형태를 나타내는 CAD 데이터를 기반으로 공작물에서 제거할 재료의 총량과 공구의 표면 구성을 계산한다. 상기 정보와 공작물의 상대적 경도 및 공구의 작업 표면에 따라 달라지는 "연삭 비율"을 사용하여, 상기 성형 작업을 수행할 때 공구가 겪게되는 마모량(dW)이 결정될 수 있다. "연삭 비율", 즉, 공작물로부터 제거된 재료와 연삭 공구의 마모 사이의 비율은 특정 공구/공작물 조합에 대해 실험적으로 결정될 수 있다.

공구 압력 최적화

균일한 경도 또는 탄성을 갖는 구형 공구를 사용하여 풋 프린트의 각각의 지점에서 공구에 의해 가해지는 압력은 풋 프린트의 중앙에서 최대 압력을 갖는 헤르쯔 분포에 따라 달라진다. 이는 도면 아래에 표시된 공구 풋 프린트의 반경에 대한 압력 플롯과 함께 평평한 표면에 대해 가압된 부분-구형 탄성 공구를 개략적으로 보여주는 도 11a에 도시되어 있다. 플롯은 공구에 의해 가해지는 압력이 공구 풋 프린트의 중앙에서 가장 높다는 것을 보여 주며, 그 중앙에서 부분-구형 표면이 가장 변형된다.

본 발명의 성형 공정에서, 공구 풋 프린트의 각각의 지점에서의 압력은 또한 공구의 작업 표면 내의 연마 입자가 공작물의 연성 절단을 초래하는 힘으로 공작물 표면에 대해 가압되도록 되어야 한다. 풋 프린트의 중앙에 압력이 가해지면 공구의 연마 입자가 취성 연삭이 발생하여 서브-표면 손상을 초래하는 충분한 힘으로 공작물의 표면에 대해 가압될 수 있다.

공구 풋 프린트의 전체 영역에 걸쳐 연성 연삭을 신뢰성 있게 달성하기 위해서는 공구에 의해 풋 프린트 위에 가해지는 압력이 가능한 균일해야 한다.

구형 공구에 대한 공구 풋 프린트 위로 더욱 균일한 압력 분포를 제공하기 위해, 공구가 균질하게 탄성인 재료로 제조되지 않고 상이한 경도 또는 탄성의 영역을 갖는 도 11b에 도시된 바와 같은 공구를 사용하는 것이 제안된다.

도 11b에 도시된 공구에서, 공구의 본체(A60)는 약 60의 쇼어 A 경도를 갖는 재료로 제조된다. 공구의 자유 단부 둘레로 연장되는 것은 공구의 팁 근처에 노출된 영역 및 부분-구형 영역이 공구 본체와 만나는 대략적으로 공구 숄더부 상의 제2 노출된 영역을 갖는 단면이 대체로 "L" 형상인 제1 영역(A50)이다.

상기 영역(A50) 내에 중첩되는 것은 또한 대체로 "L" 형상 단면을 갖으며, 부분(A50)의 두 노출 영역에 인접한 표면에서 노출되는 영역(A40)이다. 영역(A40)의 대체로 "L" 형상 프로파일을 채우는 것은 연속 밴드로서 공구의 표면에서 노출되는 재료의 링(A30)이다.

링(A30)은 영역(A40)보다 연한 재료로 형성되고, 차례로 영역(A40)은 영역(A50)보다 연하며, 차례로 영역(A50)은 공구의 본체 (A60)보다 연하다. 일 예에서, 영역들(A50, A40 및 A30)의 쇼어 A 경도는 각각 50, 40 및 30일 수 있다. 이들 영역의 정확한 위치 설정은, 공구가 사용될 예정된 세차 각도에서 공구가 공작물에 대해 회전할 때 공구 풋 프린트의 중앙을 가로질러 가장 연한 링(A30)이 통과하도록 한다.

영역(A30)의 노출된 부분이 공구 풋 프린트의 중앙을 가로질러 연장되도록 공구가 기울어질 때, 재료의 연함으로 인해 풋 프린트의 중앙에서의 압력이 감소되므로, 전체 공구 풋 프린트를 가로지르는 실질적으로 균일한 압력 분포가 달성된다. 이는 도 11b 아래의 플롯에 도시되어 있다.

공구는 구형 또는 부분-구형이거나 특정 공작물에 적합한 맞춤형 프로파일을 가질 수 있다. 경도가 다른 영역의 위치 설정은 공구의 세차 각도에 따라 달라진다. 영역은 공구의 구형 윤곽 내에 상이한 경도의 재료의 환상(toroidal) 영역을 인레이함으로써 생성될 수 있다.

대안적으로, 공구는 도 11c에 도시된 바와 같이, 공구 프로파일이 가공될 수 있는 공구 블랭크를 형성하도록 상이한 경도의 재료의 동심원 실린더를 조립함으로써 생성될 수 있다. 상기 공구는 상이한 경도의 탄성 재료의 4개의 슬리브(111, 112, 113 및 114)로 둘러싸인 중앙 코어(110)로 형성된다. 중앙 코어(110) 및 최외곽 슬리브(114)는 상대적으로 경질 재료이고, 중앙 코어(110) 및 최외곽 슬리브(114)에 각각 인접한 중간 슬리브(111 및 113)는 연한 재료로 제조되며, 중간 슬리브(111 및 113) 사이에 위치하는 슬리브(112)는 여전히 더 연한 재료이다. 예를 들어, 중앙 코어(110) 및 최외곽 슬리브(114)는 쇼어 A 경도 60의 재료로 형성되고, 중간 슬리브(111 및 113)는 쇼어 A 경도 50의 재료로 형성되며, 슬리브(112)는 쇼어 A 경도 40의 재료로 형성된다. 슬리브의 치수는 설계 세차 각도에서 공구가 작동될 때 공구 풋 프린트의 중앙과 일치하는 지점에서 가장 연한 재료가 공구의 부분-구형 표면에 노출되도록 배치된다. 공구가 공작물에 대해 가압될 때, 공구 풋 프린트의 중앙 영역은 공구의 가장 변형된 부분이지만, 이들은 가장 연한 재료로 형성되기 때문에 공작물에 발생하는 압력은 공구 풋 프린트에 걸쳐 실질적으로 일정하다.

다른 대안에서, 공구는 공구의 상이한 영역에 대해 상이한 경도의 재료를 사용하는 3D 인쇄 기술에 의해 형성될 수 있다.

추가의 대안적인 실시예에서, 공구는 구형 공구 표면을 형성하도록 고무의 다양한 깊이가 증착되는 윤곽이 형성된 지지 코어를 가질 수 있으며, 구형 공구의 반경 방향으로 측정된 바와 같이, 코어와 공작물 사이의 고무의 상이한 깊이는 설계 세차 각도에서 공구 풋 프린트에 걸쳐 실질적으로 일정한 접촉 압력을 생성한다.

본 발명의 공구 및 방법을 사용하여 공작물을 성형하기 위한 성형 기구가 도 12a 내지 도 12d에 도시되어 있다.

성형 기구(1200)는 진동에 강한 강성(robust) 테이블(1201)을 포함한다. 테이블(1201)에는 x 방향으로의 이동을 위한 X-슬라이드 기구(1202)가 장착되어 있다. X-슬라이드 기구(1202)에는 y 방향으로의 이동을 위한 Y-슬라이드 기구(1203)가 장착되어 있다. Y- 슬라이드 기구(1203)에는 c로 표시된 축을 중심으로 회전하는 턴테이블(1204)이 장착되어 있다. 턴테이블(1204)은 z 방향으로 턴테이블(1204)의 이동을 위한 z 이동 기구(도시되지 않음)를 통해 Y-슬라이드 기구(1203) 상에 장착된다. 턴테이블(1204)은 공작물(1205)이 성형 및/또는 마무리를 위해 장착될 수 있는 유지 표면을 갖는다. 이러한 배치는 4축, 즉, x, y 및 z 방향의 직선 이동 및 c축을 중심으로 한 회전으로 공작물(1205)의 운동을 제공한다. 도시된 배치에서, 회전축(c)은 이동축(z)과 평행함을 알 수 있다.

또한, 테이블(1201)에 장착되는 공구 지지 암(1206)은 대체로 "L" 형상이며, 대체로 수평인 베이스 부분(1206a) 및 대체로 수직인 직립 부분(1206b)를 갖는다.

공구 지지 암은 수직축(A)울 중심으로 회전하도록 직립 부분(1206b)으로부터 이격된 베이스 부분(1206a)의 단부에서 턴테이블(1201)에 장착된다. 직립 부분(1206b)의 상단부에서, 공구 홀더(1207)는 수평축(B)을 중심으로 직립 부분에 대해 회전될 수 있도록 직립 부분에 장착된다. 공구 홀더(1207)에서, 로터리 공구(1208)는 공구 홀더(1207)가 직립 부분(1206b)에 대해 회전하는 축(B)에 대한 각도로 설정된 축(H)을 중심으로 공구 홀더에 대해 회전하도록 장착된다.

로터리 공구(1208)는 부분-구형 표면의 중앙에서 회전축(A, B, H)이 일치하도록 배치된 부분-구형 작업 표면을 갖는다. 상기 구성에 의해, 축(A)을 중심으로 하는 공구 암(1206)의 회전이 공구를 병진 이동시키지 않고 부분-구형 표면을 회전시키고, 마찬가지로 축(H)을 중심으로 하는 공구 홀더(1207)의 회전이 공구를 병진 이동시키지 않고 단순히 공구 회전축(B)과 공구 홀더축(H) 사이의 세차 각도의 평면을 변경시킨다.

x, y 및 z 방향으로 공작물의 이동 및 c축을 중심으로 한 회전의 제어 및 공구 암(1206), 공구 홀더(1207) 및 공구(1208)의 회전의 제어는 프로세서 장치(1209)에 의해 제어되는 액추에이터 및 드라이브에 의해 영향을 받는다. 프로세서 장치(1209)는 공작물 및 공구의 움직임을 제어하기 위한 프로세스 파라미터 및 제어 명령을 수신하기 위해 키보드, 외부 입력 신호용 포트 또는 디스크 드라이브와 같은 입력 수단(1210)을 포함할 수 있다. 디스플레이 수단(1211)은 기계 조작자에게 정보를 표시하기 위해 제공될 수 있다.

작동 시에, 성형 기구(1200)는 선택된 또는 제조된 공구와 조합하여 공구 경로 생성기(14)로부터 결정된 공구 경로를 사용하여 공작물을 성형한다. 프로세서 장치(1209)는 공구 경로 생성기(14)로부터 공구 경로 데이터를 수신하고, 선택된 또는 제조된 공구(1208)는 공구 홀더(1207)에 장착되고, 프로세서 장치(1209)는 공구 경로 데이터에 따라 공작물에 대한 공구 경로를 따라 공구(1208)를 이동시키도록 성형 기구(1200)를 제어한다.

성형 기구(1200)는 공구(1208) 상의 식별 부품 및/또는 마킹을 검출하기 위한 센서를 포함할 수 있으며, 상기 센서는 공구(1208)의 이동을 제어하기 위해 정확한 공구 경로가 사용되도록 프로세서 장치(1209)에 출력을 제공한다. 센서는 RFID 센서일 수 있고 식별 부품은 RFID 태그일 수 있거나, 또는 센서는 공구 상에 표시된 바코드 또는 QR 코드와 같은 마킹을 검출하기 위한 광학 검출기일 수 있다.

공구 경로 생성기(14)로부터 수신된 공구 경로 데이터는 사용되는 공구를 식별하는 데이터를 포함할 수 있으며, 또한 공작물을 식별하는 데이터를 포함할 수 있다. 공작물은 성형 기구(1200)와 연관된 센서 또는 상기 센서에 의해 판독될 수 있는 바코드 또는 RFID 태그와 같은 식별 태그로 표시될 수 있다. 프로세서 장치(1209)는 공구 경로 생성기(14)로부터 수신된 식별 데이터와 공구 및 공작물의 식별 데이터가 일치하는 경우에만 성형 작동이 발생할 수 있도록 구성될 수 있다. 이는 공구 경로 데이터가 계산된 공작물을 성형하는데 올바른 공구 및 공구 경로 데이터가 사용되는 것을 보장한다.

Claims

공작물의 표면의 영역을 성형하는 방법으로,
성형될 영역의 측정 데이터를 얻기 위해 공작물 표면을 측정하는 단계;
얻어진 측정 데이터를 공작물 표면의 상기 영역의 필요한 표면 형태를 나타내는 데이터와 비교하여 제거될 재료의 양 및 분포를 결정하는 단계;
성형될 영역의 형태 특성을 결정하기 위해 공작물의 필요한 표면 형태를 나타내는 데이터를 분석하는 단계;
결정된 형태 특성에 기초하여 성형될 영역의 모든 부분을 처리할 수 있는 크기 및 형태의 성형 공구를 제공하는 단계;
표면으로부터 재료를 제거하기 위해 성형될 영역 위로 성형 공구를 이동시키기 위한 공구 경로를 결정하는 단계; 및
결정된 크기 및 형태를 갖는 성형 공구를 고정부(fixture)에 장착하고, 공작물 표면으로부터 재료를 제거하기 위해 결정된 공구 경로를 이용하여 공작물 표면의 상기 영역 위로 성형 공구를 이동시킴으로써, 공작물을 성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 성형 방법.
제1항에 있어서,
상기 형태 특성은 성형될 공작물의 영역의 전체 영역, 최소 곡률, 에지부 각도 및/또는 곡률 분포를 포함하는 것을 특징으로 하는 성형 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 성형 공구를 제공하는 단계는 복수의 성형 공구로부터 성형 공구를 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 성형 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 성형 공구를 제공하는 단계는 성형될 영역의 모든 부분을 처리할 수 있는 크기 및 형태를 갖는 성형 공구를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 성형 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
복수의 성형 공구에 대한 식별 데이터, 형상 정보, 현재 마모량 및 각각의 공구에 의해 지속 가능한 전체 마모량을 저장하는 데이터베이스를 유지하는 단계;
제거될 재료의 결정된 양 및 분포를 분석하고, 성형 작업을 수행함으로써 성형 공구에 야기될 마모량을 결정하는 단계;
성형 공구가 결정된 마모량을 유지하기 위한 최소 표면적을 결정하는 단계; 및
결정된 최소 표면적에 기초하여 성형 공구의 크기를 결정하는 단계를 포함하는 것을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 성형 방법.
제5항에 있어서,
성형 공구가 성형 작업을 완료한 후에, 상기 성형 공구에 대해 저장된 현재 마모량에 상기 결정된 마모량을 부가하도록 데이터베이스가 업데이트되는 것을 특징으로 하는 성형 방법.
제5항에 있어서,
상기 결정된 마모량과 성형 공구의 현재 마모량의 합계를 성형 공구의 전체 마모량과 비교하는 단계; 및
상기 합계가 전체 마모량을 초과하는 경우에, 대체 공구를 선택하거나 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 성형 방법.
선행하는 청구항에 있어서,
공구 고정부와 공작물 간의 임의의 충돌을 검출하기 위해 공구 경로를 사용하여 공작물 위로 성형 공구의 이동을 시뮬레이션하고, 충돌이 발생하는 경우에 공구 경로를 다시 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 성형 방법.
공작물을 성형하기 위한 장치로,
성형될 공작물의 영역의 측정 데이터 및 공작물 표면의 상기 영역의 필요한 표면 형태를 나타내는 데이터를 저장하기 위한 메모리 수단;
얻어진 측정 데이터 및 필요한 표면 형태를 나타내는 데이터에 기초하여 제거될 재료의 양 및 분포를 결정하고, 성형될 영역의 형태 특성을 결정하기 위해 공작물의 필요한 표면 형태를 나타내는 데이터를 분석하며, 결정된 형태 특성에 기초하여 성형될 영역의 모든 부분을 처리할 수 있는 크기 및 형태의 성형 공구를 결정하고, 표면으로부터 재료를 제거하기 위해 성형될 영역 위로 성형 공구를 이동시키기 위한 공구 경로를 결정하기 위한 프로세서 수단;
결정된 크기 및 형태를 갖는 성형 공구를 제공하기 위한 수단;
성형 공구를 장착하기 위한 고정부 및 공작물 표면으로부터 재료를 제거하기 위해 결정된 공구 경로를 이용하여 공작물 표면의 상기 영역 위로 성형 공구를 이동시키기 위해 고정부를 제어하기 위한 제어 수단을 포함하는 성형 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 성형 장치.
제9항에 있어서,
상기 성형 공구를 제공하기 위한 수단은,
복수의 성형 공구; 및
상기 복수의 성형 공구 중 하나를 선택하기 위한 선택 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 성형 장치.
제9항에 있어서,
상기 성형 공구를 제공하기 위한 수단은 결정된 크기 및 형태의 성형 공구를 제조하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 성형 장치.
공작물을 성형하기 위한 공구를 제조하는 방법으로,
엘라스토머 공구 블랭크를 제공하는 단계;
성형될 표면의 영역에 대해 적어도 최소 곡률 반경 및 곡률 분포를 결정하기 위해 공작물의 형태를 나타내는 데이터를 분석하는 단계;
상기 분석에 기초하여 공작물을 성형하는데 필요한 공구의 형태를 결정하는 단계; 및
공구 블랭크를 결정된 공구 형태로 성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공구 제조 방법.
성형 공구를 제조하는 방법으로,
엘라스토머 공구 블랭크를 제공하는 단계;
공구 블랭크를 결정된 공구 형태로 성형하는 단계;
성형된 블랭크의 표면에 펠릿 직물을 적용하는 단계; 및
성형된 블랭크 및 펠릿 직물에 가열 및 압력을 가하여 펠릿 직물을 성형된 블랭크에 결합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 성형 공구 제조 방법.
제13항에 있어서,
상기 결합 단계 이후에 추가의 성형 단계가 공구에 적용되는 것을 특징으로 하는 성형 공구 제조 방법.
제13항 또는 제14항에 있어서,
펠릿 공구 표면을 컨디셔닝하는 단계를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 성형 공구 제조 방법.
제13항에 있어서,
펠릿 직물 시트는 성형된 블랭크의 표면에 적용되기 전에 사전-컨디셔닝되는 것을 특징으로 하는 성형 공구 제조 방법.
제13항에 있어서,
펠릿 직물 시트는 성형된 블랭크의 표면에 결합된 후에 컨디셔닝되는 것을 특징으로 하는 성형 공구 제조 방법.
제13항에 있어서,
성형된 공구 블랭크에 적용된 펠릿 직물은 성형된 공구 블랭크에 적용되기 전에 직물의 시트로부터 절단되는 것을 특징으로 하는 성형 공구 제조 방법.
제18항에 있어서,
성형된 공구 블랭크에 적용된 펠릿 직물은 대체로 원형의 중앙 부분 및 상기 원형의 중앙 부분으로부터 연장되는 복수의 반경 방향 로브를 포함하는 것을 특징으로 하는 성형 공구 제조 방법.
성형 공구를 제조하는 방법으로,
사전에 정해진 경도를 갖는 본체 및 상기 본체와 비교하여 감소된 경도의 환형 영역을 포함하는 엘라스토머 공구 블랭크를 제공하는 단계;
공구 블랭크를 필요한 공구 형태로 성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 성형 공구 제조 방법.
제20항에 있어서,
상기 공구 블랭크는 환형 리세스로 형성되며, 사전에 정해진 경도를 갖는 부분-구형 본체, 및
본체보다 연하고 리세스를 채우는 재료의 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 성형 공구 제조 방법.
제20항에 있어서,
상기 공구 블랭크는 외부 슬리브 및 적어도 하나의 내부 슬리브로 둘러싸인 사전에 정해진 경도의 원통형 중앙 코어를 포함하며,
상기 외부 슬리브는 상기 중앙 코어와 동일하거나 유사한 경도의 재료로 이루어지고,
상기 적어도 하나의 내부 슬리브는 상기 중앙 코어 및 외부 슬리브보다 더 연한 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 성형 공구 제조 방법.
성형된 공작물을 제조하는 방법으로,
공작물 표면으로부터 제거될 잉여 재료의 양 및 위치를 결정하는 단계;
성형될 공작물 표면의 영역에 대해 적어도 최소 곡률 및 곡률 분포를 결정하기 위해 공작물의 표면을 나타내는 데이터를 분석하는 단계;
상기 분석에 기초하여 공작물을 성형하는데 필요한 공구의 형태를 결정하는 단계;
잉여 재료를 제거하기 위해 공작물 표면 위로 공구를 이동시키기 위한 공구 경로를 결정하는 단계;
엘라스토머 공구 블랭크를 제공하는 단계;
공구 블랭크를 결정된 공구 형태로 성형하고 성형된 공구 블랭크로부터 성형 공구를 제조하는 단계;
공작물 표면으로부터 잉여 재료를 제거하기 위해, 결정된 공구 경로를 따라 공작물 표면의 영역 위로 성형 공구를 이동시킴으로써, 성형된 공작물을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 성형된 공작물 제조 방법.
제23항에 있어서,
상기 공구는 부분-구형 부분 및 리지를 포함하고, 필요한 공구의 형태를 결정하는 단계는,
공구의 부분-구형 부분의 반경;
공구의 부분-구형 부분의 각도 범위; 및
리지의 팁의 최소 반경을 결정하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 성형된 공작물 제조 방법.
제24항에 있어서,
상기 공구의 부분-구형 부분의 반경은 처리될 공작물의 전체 영역에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 성형된 공작물 제조 방법.
제24항에 있어서,
상기 공구의 부분-구형 부분의 각도 범위는, 공구의 부분-구형 부분의 반경보다 큰 곡률을 갖는 처리될 공작물의 영역과 공구의 부분-구형 부분의 반경보다 작은 곡률을 갖는 처리될 공작물의 영역의 비율에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 성형된 공작물 제조 방법.
제24항에 있어서,
상기 리지의 팁의 최소 반경은 처리될 공작물의 영역에 존재하는 최소 내부 반경에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 성형된 공작물 제조 방법.
공구 오프셋 한계치를 결정하는 방법으로,
테스트 샘플의 표면을 따라 스크래치를 생성하기 위해 공구 오프셋을 증가시키면서 테스트 샘플을 가로질러 테스트 길이를 따라 공구를 드로잉하는 단계;
스크래치가 취성 균열의 시작을 나타내는 테스트 길이를 따르는 지점을 결정하기 위해 스크래치를 검사하는 단계; 및
테스트 길이를 따른 상기 지점에 대응하는 공구의 오프셋 양을 공구 오프셋 한계치로서 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공구 오프셋 한계치 결정 방법.
제28항에 있어서,
스크래치의 에지부가 10%를 초과하여 불규칙한 지점이 취성 균열의 시작으로 결정되는 것을 특징으로 하는 공구 오프셋 한계치 결정 방법.
제28항에 있어서,
취성 균열의 시작에 대응하는 공구 오프셋은,
테스트 길이를 따라 사전에 정해진 지점에서 스크래치의 에지부의 이미지를 캡쳐하고;
각각의 이미지에 대해 매끄러운 스크래치의 에지부의 비율 및 불규칙한 비율을 결정하기 위해 이미지 데이터를 처리하며;
스크래치 에지부의 10%가 불규칙한 테스트 길이의 시작에 가장 가까운 이미지를 결정하고; 및
상기 이미지에 대응하는 공구 오프셋을 취성 균열의 시작의 공구 오프셋으로 결정함으로써 결정되는 것을 특징으로 하는 공구 오프셋 한계치 결정 방법.
공작물을 성형하기 위한 시스템으로,
복수의 성형 공구;
공구 경로를 따라 가공물 위로 성형 공구를 이동시키기 위한 성형 기구;
공작물의 실제 형상을 나타내는 데이터를 생성하는 측정 수단;
공작물의 실제 형상을 나타내는 데이터, 공작물의 필요한 형상을 나타내는 데이터, 상기 복수의 성형 공구 각각에 관한 식별, 형태 및 마모 데이터를 저장하기 위한 메모리;
공작물의 필요한 형상을 나타내는 데이터에 기초하여 성형 공구의 필요한 형태를 결정하고, 상기 복수의 성형 공구로부터 공작물을 성형하는데 필요한 형태를 갖는 성형 공구를 선택하며, 공작물의 실제 형상을 나타내는 데이터 및 공작물의 필요한 형상을 나타내는 데이터에 기초하여 공작물로부터 제거될 재료의 양 및 분포를 결정하고, 공작물로부터 상기 재료를 제거하기 위한 성형 작업에서 공작물 위로 선택된 성형 공구를 이동시키기 위한 공구 경로를 결정하기 위한 프로세서 수단을 포함하며,
선택된 성형 공구 및 결정된 공구 경로를 나타내는 데이터는 성형 기구에 제공되고,
성형 기구는 결정된 공구 경로를 따라 공작물 표면 위로 선택된 성형 공구를 이동시킴으로써 공작물을 성형하도록 작동될 수 있는 것을 특징으로 하는 공작물 성형 시스템.
제31항에 있어서,
상기 복수의 성형 공구 각각에 관한 저장된 마모 데이터는 현재 마모량 및 최대 마모량을 포함하고,
상기 프로세서 수단은 또한,
성형 작업을 수행한 결과로서 공구 상의 예상되는 마모량을 결정하고,
예상되는 마모량과 선택된 공구의 현재 마모량의 합계를 선택된 공구의 최대 마모량과 비교하며, 및
상기 합계가 최대 마모량을 초과하는 경우에, 대체 공구를 선택하도록 작동 가능한 것을 특징으로 하는 공작물 성형 시스템.
몰딩 제품을 제조하는 방법으로,
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 방법 또는 시스템, 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 장치 또는 제31항 또는 제32항에 따른 시스템을 사용하여 몰드 캐비티 부분을 성형하는 단계; 및
몰드 캐비티 부분을 이용하여 몰딩 제품을 몰딩하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 몰딩 제품 제조 방법.
휴대용 전자 장치를 제조하는 방법으로,
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 방법 또는 시스템, 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 장치 또는 제31항 또는 제32항에 따른 시스템을 사용하여 몰드 캐비티 부분을 성형하는 단계;
몰드 캐비티 부분을 이용하여 휴대용 전자 장치용의 만곡형 스크린 부품을 몰딩하는 단계; 및
몰딩된 만곡형 스크린 부품을 이용하여 휴대용 전자 장치를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 전자 장치 제조 방법.
펠릿 연마 직물을 컨디셔닝하는 방법으로,
실질적으로 평평한 표면 상에 연마 직물의 시트를 장착하는 단계,
퍽에 적용된 측방향 힘을 모니터링하면서 펠릿 직물 위로 컨디셔닝 퍽을 이동시키는 단계, 및
퍽에 적용된 측방향 힘이 일정한 값에 도달달 때 컨디셔닝이 완료된 것으로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 펠릿 연마 직물 컨디셔닝 방법.
펠릿 연마 직물을 컨디셔닝하는 방법으로,
직물을 무단 벨트로 형성하는 단계,
벨트를 한 쌍의 구동 롤러에 장착하고 벨트의 후방과 결합하는 지지 표면을 가로질러 벨트의 런을 이동시키도록 롤러를 회전시키는 단계,
퍽에 적용된 측방향 힘을 모니터링하면서 벨트의 펠릿 표면에 컨디셔닝 퍽을 가압하는 단계, 및
퍽에 적용된 측방향 힘이 일정한 값에 도달할 때 컨디셔닝이 완료된 것으로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 펠릿 연마 직물 컨디셔닝 방법.
첨부된 도면의 도 1, 도 1a, 도 1b, 도 2, 도 8 및 도 12a 내지 도 12d를 참조하여 본원 명세서에서 실질적으로 설명된 바와 같은 공작물을 성형하는 방법.
첨부된 도면의 도 3a 및 도 4a 내지 도 4d를 참조하여 본원 명세서에서 실질적으로 설명된 바와 같은 성형 공구의 형태를 결정하는 방법.
첨부된 도면의 도 5a 내지 도 5f를 참조하여 본원 명세서에서 실질적으로 설명된 바와 같은 성형 공구를 제조하는 방법.
첨부된 도면의 도 11a 내지 도 11c를 참조하여 본원 명세서에서 실질적으로 설명된 바와 같은 공작물을 성형하기 위한 성형 공구.
첨부된 도면의 도 6a 및 도 6b를 참조하여 본원 명세서에서 실질적으로 설명된 바와 같은 연마 펠릿 직물을 컨디셔닝 하는 방법.
첨부된 도면의 도 9a 내지 도 9f를 참조하여 본원 명세서에서 실질적으로 설명된 바와 같은 취성 절단의 개시를 테스트하기 위한 방법.