KR20230027523A - 복합공작기계의 기어 스카이빙 가공 제어방법 - Google Patents

복합공작기계의 기어 스카이빙 가공 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 채터링 안정 영역에 부합하는 기어 피삭재와 공구의 최적 동기화 회전수와, 최소 황삭 절입 량(CMIN)과, 최소 정삭 절입 량(CLAST)을 자동으로 산출하고, 이를 기반으로 자동으로 기어 피삭재의 빠른 황삭 가공과 정삭 가공을 수행하여 기어 스카이빙 가공의 생산성과 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 기어 피삭재의 최소 황삭 절입 량(CMIN)과 최소 정삭 절입 량(CLAST)을 미리 알고 있을 경우, 이를 산출하기 위한 과정을 생략할 수 있어 기어 스카이빙 가공을 더욱 빠른 기어 가공을 수행할 수 있다. 또한, 본 발명은 기어 피삭재가 비정형이거나 공구가 이상 마모되는 등 채터링 불안정이 계속될 경우 스카이빙 가공을 중지시킴으로써, 가공 불량이나 공구의 과다마모, 파손 등의 사고를 예방할 수 있다.

Description

복합공작기계의 기어 스카이빙 가공 제어방법{Control method of gear skiving of multi-purpose machine tools}
본 발명은 복합공작기계나 머시닝센터에서 기어의 스카이빙(Skiving) 가공 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 동력을 전달하는 기어는 원통형의 내경부에 형성하는 내경부 기어와 원통의 외경부에 형성하는 외경부 기어로 구분할 수 있다. 이러한 기어는 주로 호빙머신(Hobbing machine) 같은 전용 장비를 사용하여 가공하였다. 최근 들어서는 5축 가공기와 같은 다축 제어가 가능한 복합공작기계의 발달로 피삭재인 기어와 절삭공구가 동기화하여 회전하면서, 서로 맞물려 가공하는 스카이빙 가공 기술이 적용되고 있다.
이러한 스카이빙 가공 공정은 공구와 기어 피삭재의 원주 속도가 동기화 하여 회전하면서, 동시에 공구와 기어 피삭재 사이에서 기어 형상을 가진 공구 날이 기어 피삭재의 가공 면에 구름접촉(rolling contact)이 아닌 일정한 절입 량을 가지고 축선 방향으로 상대 이동을 하면서 기어 형상을 절삭한다. 이 때 공구의 절입 량을 기어의 이빨 높이만큼 점증적으로 증가 시키면서 절삭 동작을 반복함으로써 기어 가공을 단시간에 수행할 수 있다.
이와 같이 스카이빙 가공 기술은 종전에 호빙(Hobbing), 세이핑(Shaping), 그라인딩(Grinding) 또는 래핑(Lapping) 등의 다단계의 가공을 거쳐 기어 가공을 수행하던 것에 비해, 복합공작기계나 머시닝센터에 기어 피삭재를 셋업한 상태에서 기어 피삭재와 공구를 동기화 회전시키면서 한번의 가공 공정으로 기어 가공을 완료할 수 있다.
또한, 이러한 스카이빙 가공은 내경 및 외경 기어 모두에 적용할 수 있으며, 스카이빙 가공용 공구는 절삭하고자 하는 기어의 치형 프로파일을 동시에 가공할 수 있도록 기어의 치형 프로파일과 동일한 형상과 크기의 초경합금의 공구 날을 구비한다. 따라서 이러한 스카이빙 가공용 공구는 가공하고자 하는 기어의 크기(보통 기어의 피치원을 이빨수로 나눈 M값으로 호칭됨, 예를 들어 M1, M2, M3??로 호칭) 별로 구분되며, 매우 고가이다.
또한, 이러한 스카이빙 가공은 기어 피삭재를 파지하고 회전모터에 의해 회전하는 회전테이블과 공구를 파지하고 스핀들모터에 의해 회전하는 스핀들이 동기화 회전하면서 강력한 절삭 토크를 전달 해야 한다. 그러나 공구 날의 접촉면이 넓은 스카이빙 가공의 특성 상, 기어 피삭재와 공구의 동기화 회전은 여러 가지 요인으로 동기화 회전 불균형이 일어나고 이로 인해 채터링이 발생한다. 특히 공구의 절입 량(깊이)과 동기화 회전속도에 따라 채터링은 더욱 심하게 발생한다.
또한, 이러한 채터링는 소음을 동반함과 동시에 피삭재인 기어의 가공 정밀도를 떨어뜨리는 주 요인이 된다.
한편, 스카이빙 가공용 공구는 초경합금으로 된 공구 날을 구비하며, 절삭하고자 하는 기어의 치형 프로파일과 동일한 형상으로 이루어짐에 따라 고가이며, 공구 날이 기어의 치형 전체를 동시에 접촉하며 넓은 면적을 한꺼번에 절삭 가공하므로, 일반 절삭 가공에 비해 채터링에 의해 공구의 파손이나 과도한 마모가 발생하는 경우가 잦다.
한편, 선행기술로 소개하는, 특허문헌 1은 스카이빙 가공용 공구를 사용하여 기어를 절삭함에 있어, 양날 공구의 일측 날이 가공 대상물인 기어의 한 쪽 측면을 마무리 가공할 때, 다른 쪽 일측 날은 가공 대상물인 기어의 반대 쪽 측면을 예비 가공하는 방법에 관한 것이다. 따라서 이와 같은 스카이빙 가공은 기어의 양쪽 측면을 동시에 가공하는 것이 아니라 양쪽 측면을 마무리 가공과 예비 가공으로 순차적으로 실행함에 따라, 기어의 양쪽 측면을 동시에 가공하는 스카이빙 가공에 비해 가공 시간이 길어지는 문제가 있다.
또한, 선행기술로 소개하는 특허문헌 2는 기어 스카이빙 커터 헤드에 관한 것으로, 커터 헤드 회전 축선을 향해 내부로 뻗어 있는 복수의 절삭 블레이드 장착 및 위치결정 슬롯을 구비하고, 절삭 블레이드 장착 및 위치결정 슬롯의 각각이 전면을 향한 방향으로 개방된 대체로 V자 형상을 한정하는 시팅 표면들을 구비하도록 되어 있는 외주 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 커터 헤드를 개시하고 있다. 이는 원통형 기어를 절삭하는 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 바와 같은 기어의 스카이빙 가공 시 진동을 최소화하고, 최적의 절입 가공에 의해 가공 정밀도와 가공속도를 최적화하는 이점을 제시하지 못하고 있다.
또한, 선행기술로 소개하는 특허문헌 3은(이하 특허문헌 3의 설명에서 인용하는 도면 부호는 특허문헌 3에 개시된 도면부호를 인용한 것이다) 기본 본체(7)를 포함하는 타입의 파워 스카이빙 공구에 관한 것이고, 기본 본체(7)에는 복수의 교체 가능한 절삭 인서트(8)가 설치되고, 절삭 인서트(8)에 의해, 예컨대 치형부를 형성할 목적으로 작업물로부터 칩이 깍이거나 벗겨질 수 있다. 또한 개별 절삭 인서트(8)에는 단지 하나의 절삭 날(15) 이 형성되고, 절삭 인서트(8)는 숄더 표면(16) 형태의 후방 단부를 가지며, 숄더 표면에 대해서는 기본 본체(7)에 관하여 절삭 인서트(8)의 반경방향 위치를 미세 조정하기 위하여 조정 기구(27)가 가압된다. 절삭 인서트(8)의 하측에는 제어 수단, 즉 치형 연결 표면이 부가적으로 제공되며, 이 제어 수단은 기본 본체에서 부속 시트(9) 의 대응하는 제어 수단과 상호작용한다. 이와 같이 특허문헌 3은 스카이빙 절삭 인서트 구조에 관한 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 바와 같은 기어의 스카이빙 가공 시 진동을 최소화하고, 최적의 절입 가공에 의해 가공 정밀도와 가공속도를 최적화하는 이점을 제시하지 못하고 있다.
또한, 선행기술로 소개하는 특허문헌 4는(이하 특허문헌 4의 설명에서 인용하는 도면 부호는 특허문헌 4에 개시된 도면부호를 인용한 것이다) 스카이빙 가공 공구의 절삭 인서트(2)에 관한 것으로, 절삭 인서트(2)는 제 1 평면(10)에서 연장되는 저면(6) 및 상기 제 1 평면(10)과 실질적으로 평행하게 연장되는 보디 축선(12)을 갖는 인서트 보디(4)를 포함한다. 인서트 보디(4)는 절삭 단부(14) 및 그 반대편의 맞닿음 표면(18)을 포함한다. 맞닿음 표면(18)은 보디 축선 (12)에 대해 그리고 제 1 평면(10)에 대해 실질적으로 수직하게 연장된다. 절삭 단부(14)는 제 1 절삭 에지(20) 및 제 2 절삭 에지(22)를 구비하고, 상기 제 1 절삭 에지(20) 및 제 2 절삭 에지(22)는 동일한 절삭 방향으로 지향된다. 이와 같이 구성된 특허문헌 4의 스카이빙 공구의 절삭 인서트는 적은 가공 경로(패스)로 치형부 그루브를 절삭할 수 있는 이점을 제공한다.
그러나 특허문헌 4의 스카이빙 공구의 절삭 인서트는, 본 발명이 해결하고자 하는 바와 같은, 기어의 스카이빙 가공 시 진동을 최소화하고, 최적의 절입 가공에 의해 가공 정밀도와 가공속도를 최적화하는 이점을 제시하지 못하고 있다.
또한, 선행기술로 소개하는 특허문헌 5는 기어 스카이빙 가공 방법에 관한 것으로, 제1 단계에서, 기어 스카이빙 가공을 위한 장치에 클램핑된 상태인 공작물의 가공을 위해, 툴(tool), 특히 스카이빙 휠의 기하학적 구조가 측정되고, 후속하는 추가적 단계에서, 툴의 측정된 기하학적 구조에 따라 기어 스카이빙 가공을 위한 가공 운동학(machining kinematics)이 결정되고, 장치의 툴의 커팅 에지의 절대적 위치는 제1 단계에서 결정되는 것을 특징으로 한다.
그러나 특허문헌 5의 스카이빙 공구의 기하학적 구조를 측정하는 방법으로는, 본 발명이 해결하고자 하는 바와 같은, 기어의 스카이빙 가공 시 진동을 최소화하고, 최적의 절입 가공에 의해 가공 정밀도와 가공속도를 최적화하는 이점을 제시하지 못하고 있다.
또한, 선행기술로 소개하는 특허문헌 6은(이하 특허문헌 6의 설명에서 인용하는 도면 부호는 특허문헌 6에 개시된 도면부호를 인용한 것이다) 기어 스카이빙 가공용 공구에 관한 것으로, 스카이빙 공구는 공구 헤드(1)와, 적어도 하나의 스카이빙 나이프(6.1)와, 상기 스카이빙 나이프에 작용하는 수동력(Fp)에 대한 대항력(Fg)이 생성될 수 있게 하는 적어도 하나의 대항력 생성 부재(6.2, 6.3, 8.2), 및 나이프 홀더(4)를 포함하고, 상기 나이프 홀더 상에 적어도 하나의 스카이빙 나이프(6.1) 및 적어도 하나의 대항력 생성부재(6.2, 6.3, 8.2)가 고정되고, 상기 나이프 홀더(4)는 상기 공구 헤드(1)와 관련된 반경방향 방향으로 이동될 수 있도록 상기 공구 헤드(1) 상에 배치되는 스카이빙 공구 구조를 개시한다.
그러나 특허문헌 6의 스카이빙 공구는 본 발명이 해결하고자 하는 바와 같은 기어의 스카이빙 가공 시 진동을 최소화하고, 최적의 절입 가공에 의해 가공 정밀도와 가공속도를 최적화하는 이점을 제시하지 못하고 있다.
한국 공개특허 10-2013-0030224호 한국 공개특허 10-2015-0143547호 한국 공개특허 10-2015-0024785호 한국 공개특허 10-2016-0006606호 한국 공개특허 10-2019-0028339호 한국 공개특허 10-2015-0092723호
상기한 문제점들을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 복합공작기계에서 기어 스카이빙 가공을 할 때, 채터링이 발생하지 않도록 기어 피삭재와, 기어를 가공하는 공구의 동기화 회전수 편차를 최소화 하고, 상기 최소화 한 회전수 편차 범위 내에서 공구의 최대 절입 량으로 기어를 가공하는 제어방법을 제시하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 기어의 스카이빙 기공 시 기어 피삭재와 공구의 동기화 회전수 편차에 의해 발생하는 채터링이 채터링 안정 영역에 들어오도록 기어 피삭재와 공구의 동기화 회전수와 최적의 공구 절입량을 자동으로 산출해 내는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 기어의 기공 속도를 빠르게 함과 동시에 가공 정밀도를 향상시키는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 기어 스카이빙 가공 제어방법은, 기어 피삭재와 공구가 동기화 회전하면서 기어를 절삭 가공하는 기어 스카이빙 가공 제어방법에 있어서,
상기 공구를 미리 설정된 최대 황삭 절입 량(CROUGH) 만큼 상기 기어 피삭재의 상단으로 전진시킨 후, 상기 공구를 상기 기어 피삭재의 회전축 방향으로 이동시켜 상기 기어 피삭재의 스카이빙 가공을 시작하는 시작단계(S10);
상기 기어 피삭재와 공구의 회전수 편차(V)를 산출하고, 상기 산출한 회전수 편차(V)가 미리 정한 최대 황삭 회전수 편차(VMAX) 범위 이내가 되도록 상기 기어 피삭재와 공구의 회전수를 감축시키는 회전수 조정단계(S20);
상기 회전수 조정 단계(S20)에서 상기 기어 피삭재와 공구의 회전수 편차(V)가 미리 설정한 최대 황삭 회전수 편차(VMAX) 범위 이내인 경우, 상기 기어 피삭재에 대한 상기 공구의 절입 량을 미리 정한 황삭 비율(R)로 감소시켜 상기 기어 피삭재와 공구의 회전수 편차(V)를 다시 산출하고, 상기 다시 산출한 회전수 편차(V)가 미리 정한 최소 황삭 회전수 편차(VMIN) 범위에 도달하면, 이 때의 공구 절입 량을 최소 황삭 절입 량(CMIN)으로 저장하는 최소 황삭 절입 량 산출단계(S30);
기어 피삭재의 미리 정해진 황삭 종료 위치까지 상기 최소 황삭 절입 량(CMIN)으로 상기 기어 피삭재를 황삭 가공하는 황삭 가공단계(S40);
상기 황삭 가공단계(S40)에서 공구 날의 절입 위치가 미리 정해진 황삭 종료 위치에 도달한 경우, 상기 공구의 절입 량을 미리 정한 정삭비율(F)로 감소시켜 상기 기어 피삭재와 공구의 회전수 편차(V)를 다시 산출하고, 상기 다시 산출한 회전수 편차(V)가 미리 정한 최소 정삭 회전수 편차(VLAST)에 도달하면, 이 때의 공구 절입 량을 최소 정삭 절입 량(CLAST)으로 저장하는 최소 정삭 절입 량 산출단계(S50);
미리 정해진 정삭 종료 위치까지 상기 최소 황삭 절입 량(CMIN)으로 가공하고, 상기 공구의 절입 위치가 미리 정해진 정삭 종료 위치에 도달하면 상기 최소 정삭 절입량(CLAST )으로 최종 정삭 가공하도록 제어하는 정삭 가공단계(S60)를 포함 한다.
바람직한 실시예로, 상기 최대 황삭 절입 량(CROUGH)은 미리 정한 채터링 안정 영역을 벗어나지 않는 최대 황삭 회전수 편차(VMAX) 범위의 절입 량으로 설정하고,
상기 최소 황삭 절입 량(CMIN)은 채터링 안정 영역을 벗어나지 않으면서 황삭 가공으로 정의할 수 있는 미리 정한 최소 황삭 회전수 편차(VMIN) 범위의 절입 량으로 설정하며,
상기 최소 정삭 절입 량(CLAST )은 채터링 안정 영역을 벗어나지 않으면서 정삭 가공으로 정의할 수 있는 미리 정한 최소 정삭 회전수 편차(VLAST)에 해당하는 절입 량으로 설정하는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 채터링 안정 영역은 상기 기어 피삭재와 공구가 최대 회전수 편차가 미리 정해진 회전수(RPM) 범위 이내인 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 채터링 안정 영역은 상기 기어 피삭재와 공구의 회전수 편차가 1.4(RPM) 이하이며, 상기 공구의 절입 량은 0.004mm 이하인 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 회전수 조정단계(S20)는, 상기 기어 피삭재를 고정하고 있는 테이블모터와 상기 공구를 파지하고 있는 스핀들모터로 부터 피드백되는 각각의 실제 회전수를 수치제어장치에서 인식하고, 인식된 상기 테이블모터와 스핀들모터의 실제 회전수 차이를 연산하여 상기 기어 피삭재와 공구의 회전수 편차(V)를 산출하는 회전수 편차 산출단계(S21)와,
상기 회전수 편차 산출단계(S21)에서 산출한 상기 회전수 편차(V)가 미리 정한 최대 황삭 회전수 편차(VMAX) 보다 큰 지를 비교하는 회전수 편차 비교단계(S22)와,
상기 회전수 편차 비교단계(S22)에서 비교결과 상기 회전수 편차(V)가 상기 최대 황삭 회전수 편차(VMAX) 보다 큰 경우, 상기 기어 피삭재와 공구의 회전수를 미리 정한 비율(N)로 감속시켜서 상기 회전수 편차 산출단계(S21)를 재차 실행하게 하는 회전수 감축 단계(S23)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 최소 황삭 절입 량 산출단계(S30)는, 상기 회전수 조정 단계(S20)에서 정해진 상기 기어 피삭재와 공구의 회전수를 유지하면서, 기어 피삭재 절입 량을 미리 정한 황삭 비율(R)로 감소시켜 기어 피삭재와 공구의 회전수 편차(V)를 산출하는 황삭 절입 량 감축 및 회전수 편차 산출단계(S31)와,
상기 황삭 절입 량 감축 및 회전수 편차 산출단계(S31)에서 산출된 회전수 편차(V)가 미리 정한 최소 황삭 회전수 편차(VMIN) 보다 작은 지를 비교하고, 비교결과 상기 산출된 회전수 편차(V)가 상기 미리 정한 최소 황삭 회전수 편차(VMIN) 보다 큰 경우, 상기 황삭 절입 량 감축 및 회전수 편차 산출단계(S31)를 재차 실행하게 하는 최소 황삭 회전수 편차 비교단계(S32)와,
상기 최소 황삭 회전수 편차 비교단계(S32)에서 비교결과 산출된 회전수 편차(V)가 미리 정한 최소 황삭 회전수 편차(VMIN) 보다 작은 경우, 상기 황삭 절입 량 감축 및 회전수 편차 산출단계(S31)에서 감축된 절입 량을 최소 황삭 절입 량(CMIN)으로 저장하는 최소 황삭 절입 량 설정단계(S33)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 황삭 가공단계(S40)는 상기 최소 황삭 절입 량(CMIN)으로 미리 정해진 기어 피삭재의 황삭 종료 위치까지 반복 가공하는 반복 황삭 가공단계(S41)와,
공구가 상기 반복 황삭 가공단계(S41)를 반복할 때 마다 최소 황삭 절입 량(CMIN)을 적산하고, 상기 적산한 절입 량에 따른 공구 날의 절입 위치가 미리 정해진 황삭 종료 위치인지를 판단하고, 공구 날의 절입 위치가 미리 정한 황삭 종료 위치가 아닌 경우 상기 반복 황삭 가공단계(S41)를 반복하도록 제어하는 황삭 종료위치 판단단계(S42)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 최소 정삭 절입 량 산출단계(S50)는, 상기 공구의 기어 피삭재 절입 량을 미리 정한 정삭 비율(F)로 감소시켜 기어 피삭재와 공구의 회전수 편차(V)를 산출하는 정삭 절입 량 감축 및 회전수 편차 산출단계(S51)와,
상기 정삭 절입 량 감축 및 회전수 편차 산출단계(S51)에서 산출한 회전수 편차(V)가 미리 정한 상기 최소 정삭 회전수 편차(VLAST) 보다 작은 지를 비교하고, 비교결과 상기 산출된 회전수 편차(V)가 미리 정한 최소 정삭 회전수 편차(VLAST) 보다 큰 경우, 상기 정삭 절입 량 감축 및 회전수 편차 산출단계(S51)를 재차 실행하게 하는 최소 정삭 회전수 편차 비교단계(S52)와,
상기 최소 정삭 회전수 편차 비교단계(S52)에서 비교결과 산출된 회전수 편차(V)가 미리 정한 최소 정삭 회전수 편차(VLAST) 보다 작은 경우, 상기 정삭 절입 량 감축 및 회전수 편차 산출단계(S51)에서 감축된 절입 량을 최소 정삭 절입 량(CLAST)으로 저장하는 최소 정삭 절입 량 설정단계(S53)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 정삭 가공단계(S60)는 상기 공구가 미리 정해진 기어 피삭재의 정삭 종료 위치까지는 최소 황삭 절입 량(CMIN)으로 반복하며 가공하도록 제어하는 반복 정삭 가공단계(S61)와,
상기 공구의 기어 피삭재 최소 황삭 절입 량(CMIN)을 적산하여 공구의 절입 위치가 미리 정해진 정삭 종료 위치인지를 판단하고, 상기 공구의 절입 위치가 미리 정한 정삭 종료 위치가 아닌 경우 상기 반복 정삭 가공단계(S61)를 반복하도록 제어하는 정삭 종료위치 판단단계(S62)와,
상기 정삭 종료위치 판단단계(S62)에서 상기 공구의 절입 위치가 미리 정한 정삭 종료 위치에 도달한 것으로 판단된 경우, 상기 최소 정삭 절입 량(CLAST)으로 정삭 가공을 마무리하도록 제어하는 정삭 종료단계(S63)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
다른 바람직한 실시예로, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 기어 스카이빙 가공 제어방법은, 기어 피삭재와 공구가 동기화 회전하면서 기어를 절삭 가공하는 기어 스카이빙 가공 제어방법에 있어서,
기어 피삭재의 최소 황삭 절입 량(CMIN)과 최소 정삭 절입 량(CLAST)을 입력하고, 상기 최소 황삭 절입 량(CMIN)으로 기어 피삭재의 스카이빙 가공을 시작하는 시작단계(S100);
상기 기어 피삭재와 공구의 회전수 편차(V)를 산출하고, 상기 산출한 회전수 편차(V)가 미리 정한 최대 황삭 회전수 편차(VMAX) 범위 이내가 되도록 상기 기어 피삭재와 공구의 회전수를 감축시키는 회전수 조정단계(S200);
상기 기어 피삭재의 미리 정해진 정삭 종료 위치까지 상기 최소 황삭 절입 량(CMIN)으로 상기 기어 피삭재를 황삭 가공하는 황삭 가공단계(S400);
상기 공구의 절입 위치가 상기 기어 피삭재의 미리 정해진 정삭 종료 위치에 도달하면 미리 정해진 최소 정삭 절입량(CLAST )으로 최종 정삭 가공하도록 제어하는 정삭 가공단계(S600)를 포함 한다.
바람직한 실시예로, 상기 정삭 가공단계(S600)는 상기 공구의 절입 위치가 미리 정한 정삭 종료 위치인지를 판단하고, 상기 판단결과 공구의 절입 위치가 미리 정한 정삭 종료 위가 아닌 경우에는 상기 황삭 가공단계(S400)를 반복하도록 제어하는 정삭 종료위치 판단단계(S620)와, 상기 정삭 종료위치 판단단계(S620)에서 공구의 절입 위치가 미리 정한 정삭 종료 위치인 경우는 미리 정해진 최소 정삭 절입 량(CLAST)으로 최종 가공하는 정삭 종료단계(S630)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 회전수 조정단계(S200)에서 상기 회전수 감축단계(S230) 이후에 상기 회전수 감축단계(S230)의 실행 횟수를 적산하고, 상기 적산한 횟수가 미리 정한 횟수를 초과한 경우, 기어 피삭재의 가공 중지 및 에러 메시지를 내보내는 채터링 이상 유무 판단단계(S240)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 복합공작기계에서 기어 스카이빙 가공을 할 때, 기어 피삭재와 기어를 가공하는 공구의 동기화 회전수 편차를 최소화 하여 채터링이 발생하지 않는 회전수와 절입 량 조건을 자동으로 산출해 내고, 산출해 낸 회전수와 절입 량으로 기어를 가공함으로써 기어의 가공 속도를 빠르게 하고, 동시에 가공 정밀도를 향상 시킨다.
또한, 기어 스카이빙 가공 시 채터링으로 인한 고가의 공구 파손이나 마모를 최소화 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예로서, 복합공작기계의 기어 스카이빙 가공 개념도이다.
도 2은 본 발명의 일 실시예로서, 절입 량에 따른 공구 회전수 편차 데이터와, 절입 량과 기어 피삭재 및 공구의 회전속도에 따른 채터링 안정 영역을 찾아내는 실험예 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예로서, 최소 황삭 절입 량(CMIN)과 최소 정삭 절입 량(CLAST)을 자동으로 설정하여 기어를 스카이빙 가공하는 제어 순서도이다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예로서, 황삭 절입 량과 정삭 절입 량을 미리 입력한 경우 기어의 스카이빙 가공 제어 순서도이다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예로서, 회전수 편차에 따른 가공 중지 기능을 포함하는 기어의 스카이빙 가공 제어 순서도이다.
이하, 도 1 내지 도 5를을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
또한, 이하 실시예의 설명에서, 회전수(RPM)는 편의상 기어 피삭재(12)와, 기어 피삭재(12)를 고정하고 회전하는 회전테이블(10)과, 회전테이블(10)을 회전시키는 테이블모터(11)의 회전수를 의미하며, 회전수의 관점에서 각각은 동일한 부품으로 해석될 수 있다. 또한 회전수(RPM)는 공구(22)와, 공구(22)를 파지하고 회전하는 스핀들(20)과, 스핀들(20)을 회전시키는 스핀들모터(21)의 회전수를 의미하며, 마찬가지로 이들 각각은 회전수의 관점에서 동일한 부품으로 해석될 수 있다.
또한, 이하 실시예에서 동기화 회전이라 함은 기어 피삭재(12)와 공구(22)의 원주속도가 동일한 회전을 의미한다. 다만, 설명의 편의상, 수치제어장치(30)에 의해 동일한 회전속도로 지령되었으나, 다양한 이유로 인해 기어 피삭재(12)와 공구(22)의 동기화 회전 불균형이 발생한 경우, 특별히 이러한 동기화 회전 불균형을 구분할 필요가 없을 때는 개념 상 동기화 회전으로 본다.
먼저, 도 1은 본 발명의 실시예로서, 복합공작기계의 기어 스카이빙 가공 개념도이다. 도 1에 도시한 것처럼, 본 발명의 기어 스카이빙 가공 장치는 기어 피삭재(12)가 회전하는 회전테이블(10) 상에 고정되며, 상기 기어를 절삭 가공하는 공구(22)는 회전과 동시에 축 방향으로 이동하는 스핀들(20)에 장착된다. 또한 상기 회전테이블(10)은 서보드라이버로 제어되는 테이블모터(11)를 포함하고, 상기 스핀들(20)은 서보드라이버로 제어되는 스핀들모터(21)를 포함한다. 상기 테이블모터(11)와 스핀들모터(21)는 각각 수치제어장치(30)로부터 지령을 받아 각각 서보드라이버에 의해 속도가 제어된다.
한편, 상기 수치제어장치(30)는 상기 테이블모터(11)와 스핀들모터(21)가 동일한 회전속도로 동기화하여 회전하도록 상기 테이블모터(11)와 스핀들모터(21)의 서보드라이버를 제어한다. 또한, 상기 수치제어장치(30)는 상기 테이블모터(11)와 스핀들모터(21)로부터 각각 실제 회전수를 피드백 받으며, 또한 지령된 회전수와 피드백 받은 실제 회전수의 차이(V)를 산출한다.
또한, 도 1에 도시한 것처럼, 기어의 스카이빙 가공은 기어 피삭재(12)와 공구(22)가 동일한 회전속도로 회전하는 상태에서, 공구(22)가 기어 피삭재(12)의 상단으로 일정한 절입 량으로 절입할 수 있는 위치로 이동한다(도면 상의 1번 동작). 이어서 공구(22)가 기어 피삭재(12)의 회전축 방향으로 이동하면서 기어 피삭재(12)를 기어 형상으로 절삭 한다(도면 상의 2번 동작). 이후 공구(22)가 기어 피삭재(12)의 하단부까지 절삭을 완료 한 후에는 공구(22)는 기어 피삭재(12)로부터 이격되는 방향으로 이동하고(도면 상의 3번 동작), 이어서 상부로 이동한다(도면 상의 4번 동작). 이후 공구(22)는 1번 동작에서의 공구(22) 절입 량을 순차적으로 증가시키면서 1번 내지 4번 동작을 반복하며 기어 피삭재(12)를 기어 형상으로 가공한다. 이하에서 상기 1번 내지 4번 동작을 구분하지 않고, 기어 가공이라 하면 상기 1 내지 4번 동작을 연속적으로 수행하는 것을 말한다.
이 때 기어의 절삭 동작(2번 동작)은 기어 피삭재(12)와 공구(22)가 각각 테이블모터(11)와 스핀들모터(21)에 의해 동일한 원주 속도로 동기화 하여 회전하면서, 절삭할 기어의 치형과 동일한 형상을 가진 공구 날(23)이 기어 피삭재(12)의 가공 면에 구름접촉(rolling contact)이 아닌 일정한 절입 량으로 축선 방향으로 이동하면서 기어 형상을 절삭한다.
한편, 도 2은 본 발명의 일 실시예로서, 절입 량에 따른 공구 회전수 편차 데이터와, 절입 량과 기어 피삭재(12) 및 공구(22)의 회전속도에 따른 채터링 안정 영역을 찾아내는 실험예 그래프이다.
도 2에 도시한 것처럼, 스카이빙 가공은 기어 피삭재(12)와 공구(22)를 동일한 회전속도(RPM)로 지령 하더라도 공구 날(23)의 형상이 절삭하고자 하는 기어의 치형 프로파일과 동일한 형상으로, 절삭면이 넓어, 공구 날(23)의 절입 량에 따라 테이블모터(11)와 스핀들모터(21)의 회전수 편차가 발생하고, 이로 인해 채터링이 발생한다. 또한, 동일한 절입 량으로 절삭하더라도 기어 피삭재(12)와 공구(22)의 회전속도(RPM)에 따라 기어 피삭재(12)와 공구(22)는 일정한 회전수 편차가 발생한다. 이러한 회전수 편차에 따른 채터링은 회전수 편차의 크기에 따라 가공 정밀도 기준치를 초과하는 채터링 불안정 영역과 기준치를 만족하는 채터링 안정 영역으로 구분한다.
따라서 기어 피삭재(12)와 공구(22)의 특성을 감안하여 기어 피삭재(12)와 공구(22)의 최대 회전속도(RPM)에 가까운 회전수 영역에서 회전수 편차가 채터링 안정 영역에 속하는 최대 절입 량을 찾아냄으로써, 최대 회전속도에서 최대 절입 량을 설정할 수 있다.
도 2에 개시한 실시예에서는 기어 피삭재(12)와 공구(22)를 최대 회전수 범위 내에서 공구(22)의 절입 량을 0.004mm로 할 때, 회전수 편차가 1.4RPM으로 채터링 안정 영역을 유지하게 된다. 이와 같이 기어 피삭재(12)와 공구(22)의 회전수 편차가 1.4RPM으로 유지됨으로써, 소망하는 기어 가공 정밀도(예를 들면 5등급) 이상의 기어 가공 정밀도를 확보할 수 있다. 본 실시예를 참조할 때, 기어 피삭재(12)와 공구(22)를 최대 회전수 범위 내에서 가공할 기어의 정밀도를 보다 높게(정밀하게) 가공하고자 할 때는 공구(22)의 절입 량을 0.004mm 보다 작게 하고, 가공할 기어의 정밀도를 보다 낮게(거칠게) 가공 하고자 할 때는 공구(22)의 절입 량을 0.004mm 보다 크게 설정할 수 있다.
한편, 위와 같은 방법으로 황삭 가공 시의 최대 황삭 절입 량(CROUGH)과 정삭 가공 시 최소 정삭 절입 량(CLAST )을 설정할 수 있다.
즉, 황삭 가공 시의 최대 황삭 절입 량(CROUGH)은 기어 피삭재(12)와 공구(22)가 채터링 안정 영역을 벗어나지 않는 최대 황삭 회전수 편차(VMAX) 범위의 절입 량으로 설정하고, 황삭 가공 시의 최소 황삭 절입 량(CMIN)은 기어 피삭재(12)와 공구(22)가 채터링 안정 영역을 벗어나지 않으면서 황삭 가공으로 정의할 수 있는 최소 황삭 회전수 편차(VMIN) 범위의 절입 량으로 설정한다.
또한, 정삭 가공 시의 최소 정삭 절입 량(CLAST )은 기어 피삭재(12)와 공구(22)의 채터링 안정 영역에서도 채터링이 가장 안정적인 영역으로, 정삭 가공으로 정의할 수 있는 미리 정한 최소 정삭 회전수 편차(VLAST)에 해당하는 절입 량으로 설정한다.
한편, 이러한 황삭 및 정삭 가공 시 절입 량은 특정 복합공작기계에 대해 사전에 실험을 통해 미리 확보할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예로서, 최소 황삭 절입 량(CMIN)과 최소 정삭 절입 량(CLAST)을 자동으로 설정하여 기어를 스카이빙 가공하는 제어 순서도이다.
도 3에 도시한 것처럼, 복합공작기계의 수치제어장치(30)에는 기어 스카이빙 가공 제어부(미도시)를 포함하며, 상기 제어부는 기어 피삭재(12)의 가공을 위해 아래와 같이 스카이빙 가공 제어 단계를 실행한다.
먼저 시작단계(S10)를 실행한다.
본 시작단계(S10)는 작업자가 복합공작기계의 회전테이블(10)에 가공할 기어 피삭재(12)를 고정하고, 복합공작기계의 스핀들(20)에는 스카이빙 가공용 공구(22)를 장착한 상태에서, 회전테이블(10)과 스핀들(20)을 미리 설정된 최대 속도로 동기화 회전시키므로, 기어 피삭재(12)와 공구(22)를 동일한 회전 속도로 동기화 회전하도록 한다. 이어서 스핀들(20)을 이동시켜 스핀들(20)에 파지된 공구(22)를 미리 설정된 최대 황삭 절입 량(CROUGH) 만큼 기어 피삭재(12)의 상단으로 전진시킨 후(도 1의 1번 단계), 공구(22)를 기어 피삭재(12)의 회전축 방향으로 이동시켜 기어 피삭재(12)의 스카이빙 가공(도 1의 2번 단계)을 실행한다.
다음은 회전수 조정단계(S20)를 실행한다.
이 단계는 기어 피삭재(12)의 절삭이 일어나는 과정(도 1의 2번 단계) 중에 기어 피삭재(12)와 공구(22)의 회전수 편차(V)를 산출하고, 산출한 회전수 편차(V)가 미리 정한 최대 황삭 회전수 편차(VMAX) 범위 이내가 되도록 기어 피삭재(12)와 공구(22)의 회전수를 감축시킨다.
보다 구체적으로, 상기 회전수 조정단계(S20)는 기어 피삭재(12)를 고정하고 있는 테이블모터(11)와 공구(22)를 파지하고 있는 스핀들모터(21)로 부터 피드백되는 각각의 실제 회전수를 수치제어장치(30)에서 인식하고, 인식된 테이블모터(11)와 스핀들모터(21)의 실제 회전수 차이를 연산하여 기어 피삭재(12)와 공구(22)의 회전수 편차(V)로 산출하는 회전수 편차 산출단계(S21)와, 상기 회전수 편차 산출단계(S21)에서 산출한 회전수 편차(V)가 미리 정한 최대 황삭 회전수 편차(VMAX) 보다 큰 지를 비교하는 회전수 편차 비교단계(S22)와, 상기 비교결과 회전수 편차(V)가 최대 황삭 회전수 편차(VMAX) 보다 큰 경우, 즉, 공구(22) 또는 기어 피삭재(12)의 채터링이 채터링 안정 영역을 이탈한 것으로 판단되는 경우, 기어 피삭재(12)와 공구(22)의 회전수를 미리 정한 비율(N)로 감속시켜서 상기 회전수 편차 산출단계(S21)를 재차 실행하게 하는 회전수 감축 단계(S23)를 포함한다.
다음으로 최소 황삭 절입 량 산출단계(S30)를 실행한다.
본 최소 황삭 절입 량 산출단계(S30)는 상기 회전수 조정 단계(S20)에서 기어 피삭재(12)와 공구(22)의 회전수 편차(V)가 미리 설정한 최대 황삭 회전수 편차(VMAX) 범위 이내인 경우, 즉, 회전수 편차(V)가 채터링 안정 영역인 경우, 기어 피삭재(12)에 대한 공구(22)의 절입 량을 미리 정한 황삭 비율(R)로 감소시켜 기어 피삭재(12)와 공구(22)의 회전수 편차(V)를 다시 산출하고, 산출한 회전수 편차(V)가 미리 정한 최소 황삭 회전수 편차(VMIN) 범위에 도달하면, 이 때의 공구(22) 절입 량을 최소 황삭 절입 량(CMIN)으로 수치제어장치(30)에 저장한다.
보다 구체적으로, 상기 최소 황삭 절입 량 산출단계(S30)는, 상기 회전수 조정 단계(S20)에서 정해진 기어 피삭재(12)와 공구(22)의 회전수를 유지하면서, 기어 피삭재(12) 절입 량을 미리 정한 황삭 비율(R)로 감소시켜 기어 피삭재(12)와 공구(22)의 회전수 편차(V)를 산출하는 황삭 절입 량 감축 및 회전수 편차 산출단계(S31)와, 상기 황삭 절입 량 감축 및 회전수 편차 산출단계(S31)에서 산출된 회전수 편차(V)가 미리 정한 최소 황삭 회전수 편차(VMIN) 보다 작은 지를 비교하고, 비교결과 산출된 회전수 편차(V)가 미리 정한 최소 황삭 회전수 편차(VMIN) 보다 큰 경우, 상기 황삭 절입 량 감축 및 회전수 편차 산출단계(S31)를 재차 실행하게 하는 최소 황삭 회전수 편차 비교단계(S32)와, 또한 상기 비교결과 산출된 회전수 편차(V)가 미리 정한 최소 황삭 회전수 편차(VMIN) 보다 작은 경우, 상기 황삭 절입 량 감축 및 회전수 편차 산출단계(S31)에서 감축된 절입 량을 최소 황삭 절입 량(CMIN)으로 수치제어장치(30)에 저장하는 최소 황삭 절입 량 설정단계(S33)를 포함한다.
다음으로 황삭 가공단계(S40)를 실행한다.
본 황삭 가공단계(S40)는 상기 최소 황삭 절입 량 산출단계(S30)에서 저장한 최소 황삭 절입 량(CMIN)으로 미리 정해진 기어 피삭재(12)의 황삭 종료 위치까지, 도 1에서 설명한 바와 같이 1 내지 4번 과정을 반복하면서 기어 피삭재(12)를 황삭 가공하는 단계이다.
보다 구체적으로, 이 단계는 최소 황삭 절입 량(CMIN)으로, 도 1에서 설명한 바와 같이, 1 내지 4번 과정을 반복하면서 공구(22)가 미리 정해진 기어 피삭재(12)의 황삭 종료 위치까지 가공하는 반복 황삭 가공단계(S41)와, 공구(22)가 상기 반복 황삭 가공단계(S41)를 반복할 때 마다 최소 황삭 절입 량(CMIN)을 적산하고, 적산한 절입 량에 따른 공구 날(23)의 절입 위치가 미리 정해진 황삭 종료 위치인지를 판단하고, 공구 날(23)의 절입 위치가 미리 정한 황삭 종료 위치가 아닌 경우 상기 반복 황삭 가공단계(S41)를 반복하도록 제어하는 황삭 종료위치 판단단계(S42)를 포함한다.
다음으로 최소 정삭 절입 량 산출단계(S50)를 실행한다.
본 최소 정삭 절입 량 산출단계(S50)는, 상기 황삭 가공단계(S40)에서 공구 날(23)의 절입 위치가 미리 정해진 황삭 종료 위치에 도달한 경우, 공구(22)의 절입 량을 미리 정한 정삭비율(F)로 감소시켜 기어 피삭재(12)와 공구(22)의 회전수 편차(V)를 다시 산출하고, 산출한 회전수 편차(V)가 미리 정한 최소 정삭 회전수 편차(VLAST)에 도달하면, 이 때의 공구(22) 절입 량을 최소 정삭 절입 량(CLAST)으로 수치제어장치(30)에 저장한다.
보다 구체적으로, 상기 최소 정삭 절입 량 산출단계(S50)는, 기어 피삭재(12)와 공구(22)의 회전수를 상기 황삭 가공단계(S40)와 동일하게 유지한 상태에서 공구(22)의 기어 피삭재(12) 절입 량을 미리 정한 정삭 비율(F)로 감소시켜 기어 피삭재(12)와 공구(22)의 회전수 편차(V)를 산출하는 정삭 절입 량 감축 및 회전수 편차 산출단계(S51)와, 상기 정삭 절입 량 감축 및 회전수 편차 산출단계(S51)에서 산출한 회전수 편차(V)가 미리 정한 최소 정삭 회전수 편차(VLAST) 보다 작은 지를 비교하고, 비교결과 산출된 회전수 편차(V)가 미리 정한 최소 정삭 회전수 편차(VLAST) 보다 큰 경우, 상기 정삭 절입 량 감축 및 회전수 편차 산출단계(S51)를 재차 실행하게 하는 최소 정삭 회전수 편차 비교단계(S52)와, 비교결과 산출된 회전수 편차(V)가 미리 정한 최소 정삭 회전수 편차(VLAST) 보다 작은 경우, 상기 정삭 절입 량 감축 및 회전수 편차 산출단계(S51)에서 감축된 절입 량을 최소 정삭 절입 량(CLAST)으로 수치제어장치(30)에 저장하는 최소 정삭 절입 량 설정단계(S53)를 포함한다.
다음으로 정삭 가공단계(S60)를 실행한다.
상기 정삭 가공단계(S60)는, 기어 피삭재(12)를 미리 정해진 정삭 종료 위치까지는 상기 최소 황삭 절입 량 산출단계(S30)에서 저장한 최소 황삭 절입 량(CMIN)으로 가공하고, 상기 공구(22)의 절입 위치가 미리 정해진 정삭 종료 위치에 도달하면 미리 정해진 최소 정삭 절입량(CLAST )으로 최종 정삭 가공하도록 제어하는 단계이다.
보다 구체적으로, 이 단계는 공구(22)가 미리 정해진 기어 피삭재(12)의 정삭 종료 위치까지는 최소 황삭 절입 량(CMIN)으로, 도 1에서 설명한 바와 같이 1 내지 4번 과정을 반복하며 가공하도록 제어하는 반복 정삭 가공단계(S61)와, 공구(22)의 기어 피삭재(12) 최소 황삭 절입 량(CMIN)을 적산하여 공구(22)의 절입 위치가 미리 정해진 정삭 종료 위치인지를 판단하고, 공구(22)의 절입 위치가 미리 정한 정삭 종료 위치가 아닌 경우 공구(22)가 상기 반복 정삭 가공단계(S61)를 반복하도록 제어하는 정삭 종료위치 판단단계(S62)와, 또한 상기 정삭 종료위치 판단단계(S62)에서 공구(22)의 절입 위치가 미리 정한 정삭 종료 위치에 도달한 것으로 판단된 경우, 상기 최소 정삭 절입 량(CLAST)으로 정삭 가공을 마무리하도록 제어하는 정삭 종료단계(S63)를 포함한다.
상기 실시예에서 설명한 한 바와 같이, 실험 등을 통해 최대 황삭 회전수 편차(VMAX)와, 최소 황삭 회전수 편차(VMIN)와, 최소 정삭 회전수 편차(VLAST)를 알고 있는 상태에서, 자동으로 채터링 안정 영역에 부합하는 기어 피삭재(12)와 공구(22)의 최적 동기화 회전수와, 최소 황삭 절입 량(CMIN)과, 최소 정삭 절입 량(CLAST)을 산출하고, 이를 기반으로 기어 피삭재(12)의 빠른 황삭 가공과 정삭 가공을 자동으로 수행하여 기어 가공의 생산성과 정밀도를 향상시킬 수 있다.
한편, 도 4는 본 발명의 다른 일 실시예로서, 황삭 절입 량과 정삭 절입 량을 미리 입력한 경우 기어의 스카이빙 가공 제어 순서도이다.
본 실시예는, 도 4에 도시한 것처럼, 가공 경험이나 축적된 가공 데이터에 의해 작업자가 기어 피삭재(12)의 최소 황삭 절입 량(CMIN)과 최소 정삭 절입 량(CLAST)을 알고 있는 경우, 이를 산출하기 위한, 이전 실시예의 최소 황삭 절입 량 산출단계(S30)과 최소 정삭 절입 량 산출단계(S50)를 생략하여 스카이빙 가공을 제어하는 방법이다.
따라서 본 실시예에서의 시작단계(S100)는 이전 실시예의 시작단계(S10)에 작업자가 기어 피삭재(12)의 최소 황삭 절입 량(CMIN)과 최소 정삭 절입 량(CLAST)을 입력하는 과정을 더 포함하고, 상기 최소 황삭 절입 량(CMIN)으로 기어 피삭재(12)의 가공을 시작하도록 제어한다.
이어서 이전 실시예의 회전수 편차 산출단계(S21)와, 회전수 편차 비교단계(S22)와, 회전수 감축단계(S23)를 포함하는 회전수 조정단계(S20)와 동일하게, 회전수 편차 산출단계(S210)와, 회전수 편차 비교단계(S220)와, 회전수 감축단계(S230)를 포함하는 회전수 조정단계(S200)를 실행한다.
다만, 상기 회전수 조정단계(S200)에서 상기 기어 피절삭재의 가공은 최소 황삭 절입 량(CMIN)으로 수행되므로, 기어 피삭재(12)가 비정형이거나 공구(22)가 이상 마모된 경우가 아니라면, 기어 피삭재(12)와 공구(22)의 회전수 편차(V)는 미리 정한 최대 황삭 회전수 편차(VMAX) 보다 작게 산출될 것이므로, 상기 회전수 감축단계(S230)를 거치지 않고, 곧바로 다음 단계인 황삭 가공단계(S400)로 진행한다.
그러나 기어 피삭재(12)가 비정형이거나 공구(22)가 이상 마모되어 기어 피삭재(12)와 공구(22)의 회전수 편차(V)가 미리 정한 최대 황삭 회전수 편차(VMAX) 보다 크게 산출되면, 회전수 편차(V)가 미리 정한 최대 황삭 회전수 편차(VMAX) 보다 작게 산출될 때까지 이전 실시예와 동일하게 상기 회전수 감축단계(S230)와 기어 피삭재(12)와 공구(22)의 회전수 편차(V)를 산출하는 회전수 편차 산출단계(S210)를 반복하여 실행한다.
다음 단계로, 본 실시예의 황삭 가공단계(S400)는 이전 실시예와 달리 최소 정삭 절입 량(CLAST)을 산출할 필요가 없으므로, 이전 실시예에서 설명한 황삭 종료위치 판단단계(S42)와 정삭 가공단계(S60)의 반복 정삭 가공단계(S61)를 생략하고, 공구(22)의 절입 위치가 기어 피삭재(12)의 정삭 종료 위치에 도달할 때까지 기어 피삭재(12)를 상기 최소 황삭 절입 량(CMIN)으로 황삭 가공하는 황삭 가공단계(S400)를 반복하여 수행한다.
이어서 정삭 가공단계(S600)를 실행한다.
본 실시예의 정삭 가공단계(S600)는, 황삭 가공단계(S400)에서 최소 황삭 절입 량(CMIN)으로 절입한 기어 피삭재(12)의 절입 위치가 미리 정해진 정삭 종료 위치가 되었는지를 판단한다. 이 때 공구(22)의 절입 위치는 상기 황삭 가공단계(S400)가 반복 될 때 마다 공구의 절입 량을 적산하여 산출한다.
즉, 공구(22)의 절입 위치가 미리 정한 정삭 종료 위치가 아닌 경우에는 상기 황삭 가공단계(S400)를 반복하도록 제어하는 정삭 종료위치 판단단계(S620)를 실행하고, 상기 정삭 종료위치 판단단계(S620)에서 공구(22)의 절입 위치가 미리 정한 정삭 종료 위치인 경우는 미리 정해진 최소 정삭 절입 량(CLAST)으로 기어 피삭재(12)를 최종 가공하는 정삭 종료단계(S630)을 실행한다.
이와 같이 본 실시예에서는 미리 알고 있는 기어 피삭재(12)의 최소 황삭 절입 량(CMIN)과 최소 정삭 절입 량(CLAST)을 시작단계(S100)에서 입력함으로써, 이를 산출하기 위한 이전 실시예의 최소 황삭 절입 량 산출단계(S30)와 최소 정삭 절입 량 산출단계(S50)를 생략할 수 있어 더욱 빠른 기어 스카이빙 가공을 수행할 수 있다.
한편, 도 5는 본 발명의 다른 일 실시예로서, 회전수 편차에 따른 가공 중지 기능을 포함하는 기어의 스카이빙 가공 제어 순서도이다.
본 실시예는, 도 4를 기반으로 하는 이전 실시예의 회전수 조정단계(S200)에서 채터링 이상 유무 판단단계(S240)를 더 포함한다. 따라서 추가되는 상기 채터링 이상 유무 판단단계(S240) 외에는 도 4를 기반으로 하는 이전 실시예와 동일하므로, 동일한 부분에 대한 설명은 생략한다.
본 실시예의 채터링 이상 유무 판단단계(S240)는 상기 회전수 감축단계(S230) 이후에 상기 회전수 감축단계(S230)의 실행 횟수를 적산하고, 적산한 횟수가 미리 정한 횟수를 초과한 경우, 기어 피삭재(12)와 공구(22)의 회전수를 감축하였음에도 불구하고 회전수 편차(V)가 미리 정한 최대 황삭 회전수 편차(VMAX)를 초과하는 것으로 판단하여, 즉, 채터링이 안정 영역 범위 안으로 진입하지 못하는 상황으로 인식하여, 기어 피삭재(12)의 가공 중지 및 에러 메시지를 내보도록 제어한다.
다만, 적산한 회전수 감축단계(S230)의 실행 횟수가 미리 정한 횟수를 초과하지 않은 경우에는 상기 회전수 편차 산출단계(S210)를 재차 실행하도록 제어한다.
본 실시예는 기어 피삭재(12)의 가공 시작단계(S10)에서 기어 피삭재(12)의 최소 황삭 절입 량(CMIN)과 최소 정삭 절입 량(CLAST)을 미리 알고 있더라도, 기어 피삭재(12)가 비정형이거나 공구(22)가 이상 마모되는 등의 이유로, 기어 피삭재(12)와 공구(22)의 회전수를 감축하더라도 기어 피삭재(12)와 공구(22)의 회전수 편차(V)가 미리 정한 최대 황삭 회전수 편차(VMAX)를 초과하여 채터링 불안정 영역이 지속되는 경우, 가공을 중지시킴으로써, 기어의 가공 불량이나 공구(22)의 과다마모, 파손 등의 사고를 예방할 수 있다.
상기 실시예들에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 채터링 안정 영역에 부합하는 기어 피삭재(12)와 공구(22)의 최적 동기화 회전수와, 최소 황삭 절입 량(CMIN)과, 최소 정삭 절입 량(CLAST)을 자동으로 산출하고, 이를 기반으로 자동으로 기어 피삭재(12)의 빠른 황삭 가공과 정삭 가공을 수행하여 기어 스카이빙 가공의 생산성과 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 기어 피삭재(12)의 최소 황삭 절입 량(CMIN)과 최소 정삭 절입 량(CLAST)을 미리 알고 있을 경우, 이를 산출하기 위한 과정을 생략할 수 있어 기어 스카이빙 가공을 더욱 빠른 기어 가공을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명은 기어 피삭재(12)가 비정형이거나 공구(22)가 이상 마모되는 등 채터링 불안정이 계속될 경우 스카이빙 가공을 중지시킴으로써, 가공 불량이나 공구(22)의 과다마모, 파손 등의 사고를 예방할 수 있다.
10 회전테이블
11 테이블모터
12 기어 피삭재
20 스핀들
21 스핀들모터
22 공구
23 공구 날
30 수치제어장치
S10,S100 시작단계
S20,S200 회전수 조정단계
S21,S210 회전수 편차 산출단계
S22,S220 회전수 편차 비교단계
S23,S230 회전수 감축단계
S240 채터링 이상 유무 판단단계
S30 최소 황삭 절입 량 산출단계
S31 황삭 절입 량 감축 및 회전수 편차 산출단계
S32 최소 황삭 회전수 편차 비교단계
S33 최소 황삭 절입 량 설정단계
S40,S400 황삭 가공단계
S41 반복 황삭 가공단계
S42 황삭 종료위치 판단단계
S50 최소 정삭 절입 량 산출단계
S51 정삭 절입 량 감축 및 회전수 편차 산출단계
S52 최소 정삭 회전수 편차 비교단계
S53 최소 정삭 절입 량 설정단계
S60,S600 정삭 가공단계
S61 반복 정삭 가공단계
S62,S620 정삭 종료위치 판단단계
S63,S630 정삭 종료단계

Claims (12)

  1. 기어 피삭재와 공구가 동기화 회전하면서 기어를 절삭 가공하는 기어 스카이빙 가공 제어방법에 있어서,
    상기 공구를 미리 설정된 최대 황삭 절입 량(CROUGH) 만큼 상기 기어 피삭재의 상단으로 전진시킨 후, 상기 공구를 상기 기어 피삭재의 회전축 방향으로 이동시켜 상기 기어 피삭재의 스카이빙 가공을 시작하는 시작단계(S10);
    상기 기어 피삭재와 공구의 회전수 편차(V)를 산출하고, 상기 산출한 회전수 편차(V)가 미리 정한 최대 황삭 회전수 편차(VMAX) 범위 이내가 되도록 상기 기어 피삭재와 공구의 회전수를 감축시키는 회전수 조정단계(S20);
    상기 회전수 조정 단계(S20)에서 상기 기어 피삭재와 공구의 회전수 편차(V)가 미리 설정한 최대 황삭 회전수 편차(VMAX) 범위 이내인 경우, 상기 기어 피삭재에 대한 상기 공구의 절입 량을 미리 정한 황삭 비율(R)로 감소시켜 상기 기어 피삭재와 공구의 회전수 편차(V)를 다시 산출하고, 상기 다시 산출한 회전수 편차(V)가 미리 정한 최소 황삭 회전수 편차(VMIN) 범위에 도달하면, 이 때의 공구 절입 량을 최소 황삭 절입 량(CMIN)으로 저장하는 최소 황삭 절입 량 산출단계(S30);
    기어 피삭재의 미리 정해진 황삭 종료 위치까지 상기 최소 황삭 절입 량(CMIN)으로 상기 기어 피삭재를 황삭 가공하는 황삭 가공단계(S40);
    상기 황삭 가공단계(S40)에서 공구 날의 절입 위치가 미리 정해진 황삭 종료 위치에 도달한 경우, 상기 공구의 절입 량을 미리 정한 정삭비율(F)로 감소시켜 상기 기어 피삭재와 공구의 회전수 편차(V)를 다시 산출하고, 상기 다시 산출한 회전수 편차(V)가 미리 정한 최소 정삭 회전수 편차(VLAST)에 도달하면, 이 때의 공구 절입 량을 최소 정삭 절입 량(CLAST)으로 저장하는 최소 정삭 절입 량 산출단계(S50);
    미리 정해진 정삭 종료 위치까지 상기 최소 황삭 절입 량(CMIN)으로 가공하고, 상기 공구의 절입 위치가 미리 정해진 정삭 종료 위치에 도달하면 상기 최소 정삭 절입량(CLAST )으로 최종 정삭 가공하도록 제어하는 정삭 가공단계(S60)를 포함하는 기어 스카이빙 가공 제어방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 최대 황삭 절입 량(CROUGH)은 미리 정한 채터링 안정 영역을 벗어나지 않는 최대 황삭 회전수 편차(VMAX) 범위의 절입 량으로 설정하고,
    상기 최소 황삭 절입 량(CMIN)은 채터링 안정 영역을 벗어나지 않으면서 황삭 가공으로 정의할 수 있는 미리 정한 최소 황삭 회전수 편차(VMIN) 범위의 절입 량으로 설정하며,
    상기 최소 정삭 절입 량(CLAST )은 채터링 안정 영역을 벗어나지 않으면서 정삭 가공으로 정의할 수 있는 미리 정한 최소 정삭 회전수 편차(VLAST)에 해당하는 절입 량으로 설정하는 것을 특징으로 하는 기어 스카이빙 가공 제어방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 채터링 안정 영역은 상기 기어 피삭재와 공구가 최대 회전수 편차가 미리 정해진 회전수(RPM) 범위 이내인 것을 특징으로 하는 기어 스카이빙 가공 제어방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 채터링 안정 영역은 상기 기어 피삭재와 공구의 회전수 편차가 1.4(RPM) 이하이며, 상기 공구의 절입 량은 0.004mm 이하인 것을 특징으로 하는 기어 스카이빙 가공 제어방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 회전수 조정단계(S20)는, 상기 기어 피삭재를 고정하고 있는 테이블모터와 상기 공구를 파지하고 있는 스핀들모터로 부터 피드백되는 각각의 실제 회전수를 수치제어장치에서 인식하고, 인식된 상기 테이블모터와 스핀들모터의 실제 회전수 차이를 연산하여 상기 기어 피삭재와 공구의 회전수 편차(V)를 산출하는 회전수 편차 산출단계(S21)와,
    상기 회전수 편차 산출단계(S21)에서 산출한 상기 회전수 편차(V)가 미리 정한 최대 황삭 회전수 편차(VMAX) 보다 큰 지를 비교하는 회전수 편차 비교단계(S22)와,
    상기 회전수 편차 비교단계(S22)에서 비교결과 상기 회전수 편차(V)가 상기 최대 황삭 회전수 편차(VMAX) 보다 큰 경우, 상기 기어 피삭재와 공구의 회전수를 미리 정한 비율(N)로 감속시켜서 상기 회전수 편차 산출단계(S21)를 재차 실행하게 하는 회전수 감축 단계(S23)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기어 스카이빙 가공 제어방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 최소 황삭 절입 량 산출단계(S30)는, 상기 회전수 조정 단계(S20)에서 정해진 상기 기어 피삭재와 공구의 회전수를 유지하면서, 기어 피삭재 절입 량을 미리 정한 황삭 비율(R)로 감소시켜 기어 피삭재와 공구의 회전수 편차(V)를 산출하는 황삭 절입 량 감축 및 회전수 편차 산출단계(S31)와,
    상기 황삭 절입 량 감축 및 회전수 편차 산출단계(S31)에서 산출된 회전수 편차(V)가 미리 정한 최소 황삭 회전수 편차(VMIN) 보다 작은 지를 비교하고, 비교결과 상기 산출된 회전수 편차(V)가 상기 미리 정한 최소 황삭 회전수 편차(VMIN) 보다 큰 경우, 상기 황삭 절입 량 감축 및 회전수 편차 산출단계(S31)를 재차 실행하게 하는 최소 황삭 회전수 편차 비교단계(S32)와,
    상기 최소 황삭 회전수 편차 비교단계(S32)에서 비교결과 산출된 회전수 편차(V)가 미리 정한 최소 황삭 회전수 편차(VMIN) 보다 작은 경우, 상기 황삭 절입 량 감축 및 회전수 편차 산출단계(S31)에서 감축된 절입 량을 최소 황삭 절입 량(CMIN)으로 저장하는 최소 황삭 절입 량 설정단계(S33)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기어 스카이빙 가공 제어방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 황삭 가공단계(S40)는 상기 최소 황삭 절입 량(CMIN)으로 미리 정해진 기어 피삭재의 황삭 종료 위치까지 반복 가공하는 반복 황삭 가공단계(S41)와,
    공구가 상기 반복 황삭 가공단계(S41)를 반복할 때 마다 최소 황삭 절입 량(CMIN)을 적산하고, 상기 적산한 절입 량에 따른 공구 날의 절입 위치가 미리 정해진 황삭 종료 위치인지를 판단하고, 공구 날의 절입 위치가 미리 정한 황삭 종료 위치가 아닌 경우 상기 반복 황삭 가공단계(S41)를 반복하도록 제어하는 황삭 종료위치 판단단계(S42)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기어 스카이빙 가공 제어방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 최소 정삭 절입 량 산출단계(S50)는, 상기 공구의 기어 피삭재 절입 량을 미리 정한 정삭 비율(F)로 감소시켜 기어 피삭재와 공구의 회전수 편차(V)를 산출하는 정삭 절입 량 감축 및 회전수 편차 산출단계(S51)와,
    상기 정삭 절입 량 감축 및 회전수 편차 산출단계(S51)에서 산출한 회전수 편차(V)가 미리 정한 상기 최소 정삭 회전수 편차(VLAST) 보다 작은 지를 비교하고, 비교결과 상기 산출된 회전수 편차(V)가 미리 정한 최소 정삭 회전수 편차(VLAST) 보다 큰 경우, 상기 정삭 절입 량 감축 및 회전수 편차 산출단계(S51)를 재차 실행하게 하는 최소 정삭 회전수 편차 비교단계(S52)와,
    상기 최소 정삭 회전수 편차 비교단계(S52)에서 비교결과 산출된 회전수 편차(V)가 미리 정한 최소 정삭 회전수 편차(VLAST) 보다 작은 경우, 상기 정삭 절입 량 감축 및 회전수 편차 산출단계(S51)에서 감축된 절입 량을 최소 정삭 절입 량(CLAST)으로 저장하는 최소 정삭 절입 량 설정단계(S53)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기어 스카이빙 가공 제어방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 정삭 가공단계(S60)는 상기 공구가 미리 정해진 기어 피삭재의 정삭 종료 위치까지는 최소 황삭 절입 량(CMIN)으로 반복하며 가공하도록 제어하는 반복 정삭 가공단계(S61)와,
    상기 공구의 기어 피삭재 최소 황삭 절입 량(CMIN)을 적산하여 공구의 절입 위치가 미리 정해진 정삭 종료 위치인지를 판단하고, 상기 공구의 절입 위치가 미리 정한 정삭 종료 위치가 아닌 경우 상기 반복 정삭 가공단계(S61)를 반복하도록 제어하는 정삭 종료위치 판단단계(S62)와,
    상기 정삭 종료위치 판단단계(S62)에서 상기 공구의 절입 위치가 미리 정한 정삭 종료 위치에 도달한 것으로 판단된 경우, 상기 최소 정삭 절입 량(CLAST)으로 정삭 가공을 마무리하도록 제어하는 정삭 종료단계(S63)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기어 스카이빙 가공 제어방법.
  10. 기어 피삭재와 공구가 동기화 회전하면서 기어를 절삭 가공하는 기어 스카이빙 가공 제어방법에 있어서,
    기어 피삭재의 최소 황삭 절입 량(CMIN)과 최소 정삭 절입 량(CLAST)을 입력하고, 상기 최소 황삭 절입 량(CMIN)으로 기어 피삭재의 스카이빙 가공을 시작하는 시작단계(S100);
    상기 기어 피삭재와 공구의 회전수 편차(V)를 산출하고, 상기 산출한 회전수 편차(V)가 미리 정한 최대 황삭 회전수 편차(VMAX) 범위 이내가 되도록 상기 기어 피삭재와 공구의 회전수를 감축시키는 회전수 조정단계(S200);
    상기 기어 피삭재의 미리 정해진 정삭 종료 위치까지 상기 최소 황삭 절입 량(CMIN)으로 상기 기어 피삭재를 황삭 가공하는 황삭 가공단계(S400);
    상기 공구의 절입 위치가 상기 기어 피삭재의 미리 정해진 정삭 종료 위치에 도달하면 미리 정해진 최소 정삭 절입량(CLAST )으로 최종 정삭 가공하도록 제어하는 정삭 가공단계(S600)를 포함하는 기어 스카이빙 가공 제어방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 정삭 가공단계(S600)는 상기 공구의 절입 위치가 미리 정한 정삭 종료 위치인지를 판단하고, 상기 판단결과 공구의 절입 위치가 미리 정한 정삭 종료 위가 아닌 경우에는 상기 황삭 가공단계(S400)를 반복하도록 제어하는 정삭 종료위치 판단단계(S620)와, 상기 정삭 종료위치 판단단계(S620)에서 공구의 절입 위치가 미리 정한 정삭 종료 위치인 경우는 미리 정해진 최소 정삭 절입 량(CLAST)으로 최종 가공하는 정삭 종료단계(S630)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기어 스카이빙 가공 제어방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 회전수 조정단계(S200)에서 상기 회전수 감축단계(S230) 이후에 상기 회전수 감축단계(S230)의 실행 횟수를 적산하고, 상기 적산한 횟수가 미리 정한 횟수를 초과한 경우, 기어 피삭재의 가공 중지 및 에러 메시지를 내보내는 채터링 이상 유무 판단단계(S240)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기어 스카이빙 가공 제어방법.
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