KR100417642B1 - Automatic Polishing Apparatus for Mold - Google Patents
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Abstract
본 발명은 금형 다듬질 자동화장치에 관한 것으로서, 컴퓨터 수치제어 공작기계에고정되도록 연결하는주축과, 작업면의 법선에 수직인 평면상에서 회전하도록 상기 주축과 제1연결수단으로 연결된 제1구동수단과, 연마공구부를 작업면에 대하여 수직한 평면상에서 회전시키도록 연마공구부와 제2연결수단으로 연결된 제2구동수단을 포함하는 하우징으로 이루어져서 컴퓨터 수치제어 공작기계에 장착되므로 수치제어 공작기계에 직접 장착되어 피절삭물을 절삭 작업위치에서 즉시 다듬질 작업이 가능하게 되며 수치제어 공작기계에서 3개의 위치 자유도를 제공하고 본 금형 다듬질 자동화장치에서 2개의회전자유도와 1개의 힘 자유도를 추가로제공하여복잡한 형상의 금형면도 가공할 수 있도록 제어할 수 있는 금형 다듬질 자동화장치이다.The present invention relates to an automated mold finishing apparatus, comprising: a main axis connected to be fixed to a computer numerical control machine tool, first driving means connected to the main axis and first connecting means to rotate on a plane perpendicular to a normal of a working surface; It consists of a housing including a grinding tool part and a second driving means connected by a second connecting means to rotate the grinding tool part in a plane perpendicular to the working surface, and is mounted directly on the numerically controlled machine tool because it is mounted on a computer numerically controlled machine tool. as soon as possible finishing operations to avoid the cutting water from the cutting position and provides a three position degree of freedom in numerical control machine tools, and additionally provides two rotational degrees of freedom and one power degree of freedom in the mold finishing automation devices of complex shape It is a mold finishing automation device that can control the mold surface.
Description
본 발명은 금형 다듬질 자동화장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 시엔시 밀링머신(CNC Milling M/C) 또는 시엔시 머시닝 센터(CNC Machining center)와 같은 컴퓨터 수치제어 공작기계에 직접 장착할 수 있도록 하여 장착과 탈착이 가능하므로 피절삭물을 절삭 작업위치에서 즉시 다듬질 작업이 가능하게 되며 컴퓨터 수치제어 공작기계에서 3개의 위치 자유도를 제공하고 본 금형 다듬질 자동화장치에서 2개의회전자유도와 1개의 힘 자유도를 추가로 제어하여 복잡한 형상의 금형면도 가공할 수 있도록 제어되는 금형 다듬질 자동화장치에 관한 것이다.The present invention relates to a mold finishing automation device, and more particularly, to be mounted directly on a computer numerical control machine tool such as a CNC milling machine (CNC Milling M / C) or a CNC machining center (CNC Machining center). Mounting and demounting allows the workpiece to be trimmed immediately at the cutting position, providing three positional degrees of freedom in computer numerically controlled machine tools and two rotational degrees of freedom and one force freedom in this mold finishing automation. The present invention relates to a mold finishing automation device which is controlled to additionally control a mold surface of a complicated shape.
금형은 자동차, 전기, 전자기기, 정밀기기, 산업기계, 광학기기를 비롯하여 사무용품, 스포츠, 레저용품, 식품포장, 완구류에 이르기까지 광범위한 제품의 생산수단으로 사용되고 있는데 근래에는 소비자들의 제품 디자인 중시 경향과 제품 라이프 사이클의 단축 등으로 인한 고품질, 고성능의 금형을 제작하는 금형기술이 더욱 필요하다.Molds are used as a means of producing a wide range of products ranging from automobiles, electricity, electronics, precision instruments, industrial machinery, optical instruments, to office supplies, sports, leisure goods, food packaging, toys, etc. Mold technology to manufacture high quality and high performance molds is needed due to shortening of product life cycle.
이와 같은 금형기술은 상품의 품질과 직접적인 관련이 있는 매우 중요한 기술로서 상품의 외관이나 기능은 금형제작의 최종 마무리 작업에 의해 좌우된다고 해도 과언이 아니다. 특히 금형 다듬질 작업은 1차 기계가공이 완료되면 가공된 표면을 연삭숫돌의 거칠기 크기에 따라 순서대로 연마하여 목표로 설정된 표면 거칠기 상태까지 가공하는 것을 말하며 금형산업에 있어서 모든 금형업체가 어려움을겪고 있는 기술로서 이는 숙련공의 기능과 감각에 전적으로 의존하는 손 기술이면서도 축적된 노하우가 부족한 특수한 기술분야이다.It is no exaggeration to say that such mold technology is a very important technology that is directly related to the quality of the product, and the appearance and function of the product depend on the final finishing work of the mold making. In particular, mold finishing is the process of grinding the processed surface in order according to the roughness of the grinding wheel when the first machining is completed, and processing it to the target surface roughness state. In the mold industry, all mold makers have difficulties As a technology, it is a hand technology that depends entirely on the skills and sensations of skilled workers but is a special technical field that lacks accumulated know-how.
더구나, 국내에서는 숙련된 금형 다듬질 기술자를 찾기가 매우 어려워진 실정이며, 산업이 발달함에 따라 작업환경이 호전되고 있는 다른 제조업에 비하여 분진과 소음이 수반되는 열악한 환경에서 수작업으로 작업해야 하는 금형다듬질 분야는 사실상 신규 기능인력들로부터 취업기피 대상이 되고 있는 실정이다.In addition, it is very difficult to find skilled mold finishing technicians in Korea, and the mold finishing field, which requires manual work in a harsh environment involving dust and noise, is more difficult than other manufacturing industries where the working environment is improving as the industry develops. In fact, the situation is being avoided by new skilled workers.
또한, 금형가공은 컴퓨터 수치제어 공작기계를 이용한 자동화 가공이 보편화되어 있으나, 다듬질만큼은 여전히 수작업에 의존하고 있는 현실이며, 최근에는 금형제작 전체를 자동화하기 위하여 금형다듬질 만을 위한 자동연마시스템이 개발되어 사용되고 있으나 이는 별도로 다듬질 만을 위한 장치를 구비하여 사용되고 있다.In addition, mold processing is generally used for automated processing using a computer numerical control machine tool, but it still depends on manual work as much as finishing. Recently, an automatic polishing system for only mold finishing has been developed and used to automate the entire mold manufacturing. However, this has been used with a device for finishing only separately.
즉, 도 1 은 종래의 자동연마시스템을 도시한 개략적인 구성도로서, 금형(1)이 장착되는 작업대(2)와, 금형(1)을 연마하기 위한 연마로봇(3)과, 상기 로봇(3)의 핸드(3a)에 장착되어 연마숯돌(5)을 회전시키는 공구(4)와, 연마로봇(3)을 제어하기 위한 제어컴퓨터(6a)와 로봇컨트롤러(6b)를 가지는 제어부(6) 및 조작부(7)로 구성된다.That is, Figure 1 is a schematic configuration diagram showing a conventional automatic polishing system, a work table 2 on which the mold 1 is mounted, a polishing robot 3 for polishing the mold 1, and the robot ( A control unit 6 mounted on the hand 3a of 3) and having a tool 4 for rotating the polishing charcoal 5, a control computer 6a for controlling the polishing robot 3, and a robot controller 6b. And an operation unit 7.
따라서, 컴퓨터 수치제어 공작기계에서 일차적으로 가공된 금형(1)을 종래의 자동연마시스템의 작업대(2)로 이송하게되면, 연마로봇(3)은 연마숯돌(5)이 장착된 공구(4)를 금형(1)의 연마 부위로 이동시키는 역할을 하고 연마 부위로 이동된 공구(4)는 숯돌(5)을 회전시켜 금형(1)을 연마하는 것이다.Therefore, when the mold 1 primarily processed by the computer numerical control machine tool is transferred to the work table 2 of the conventional automatic polishing system, the polishing robot 3 is equipped with the tool 4 on which the abrasive charcoal 5 is mounted. It serves to move to the polishing site of the mold 1 and the tool (4) moved to the polishing site is to rotate the charcoal 5 to polish the mold (1).
그러나 이러한 종래의 자동연마 시스템은 별도의 연마로봇(3)과 연마로봇(3)을 제어하기 위한 제어부(6)등을 구비하여야 하므로 컴퓨터 수치제어 공작기계와는 별도의 설치공간과 고가의 구입 비용이 발생하며, 컴퓨터 수치제어 공작기계의 작업에도 연속적으로 이루어지지 못하고 별도로 제어해야 되므로 금형작업이 연속적으로 이루어지지 못하는 문제점이 있었다.However, such a conventional automatic polishing system has to be equipped with a separate grinding robot (3) and a control unit (6) for controlling the grinding robot (3), so the installation space and expensive purchase cost separate from the computer numerical control machine tool This occurs, and the work of the computer numerical control machine tool is not made continuously, but must be controlled separately, there was a problem that the mold operation is not made continuously.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은 컴퓨터 수치제어 공작기계에공구처럼직접 장착과 탈착이 가능하게 되므로 피절삭물을 절삭 작업위치에서 즉시 다듬질 작업이 가능하게 되며, 컴퓨터 수치제어 공작기계가 제공하는 3개의 위치 자유도에 추가하여 2개의 회전 자유도와 1개의 힘 자유도를제공하여복잡한 형상의 금형면도 가공할 수 있도록 제어할 수 있는 금형 다듬질 자동화장치를 제공하는 데 있다.The present invention has been made to solve the above problems, the object of the present invention is to be directly mounted and detached like a tool in a computer numerical control machine tool, so that the work to be trimmed immediately at the cutting work position. In addition to the three positional degrees of freedom provided by a computer numerical control machine tool, it provides two rotational degrees of freedom and one force degree of freedom to provide an automated mold finishing device that can control the machining of complex mold surfaces. .
도 1은 종래의 자동 연마 시스템을 나타낸 개략도이고,1 is a schematic view showing a conventional automatic polishing system,
도 2는 본 발명에 따른 금형 다듬질 자동화장치가 시엔시 밀링 머신에 장착된 상태를 나타낸 사시도이고,Figure 2 is a perspective view showing a state in which the mold finishing automation apparatus according to the present invention is mounted on a sean milling machine,
도 3은 본 발명에 따른 금형 다듬질 자동화장치의 정단면도이고,Figure 3 is a front sectional view of the mold finishing automation apparatus according to the present invention,
도 4는 본 발명에 따른 금형 다듬질 자동화장치의 우측단면도이고,4 is a right cross-sectional view of the mold finishing automation device according to the present invention;
도 5는 본 발명에 따른 금형 다듬질 자동화장치의 평단면도이고,Figure 5 is a plan sectional view of the mold finishing automation apparatus according to the present invention,
도 6은 평면 연삭을 설명하기 위한 개략도이다.6 is a schematic view for explaining planar grinding.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
A : 컴퓨터 수치제어 공작기계 B : 피삭물A: Computer Numerical Control Machine Tool B: Workpiece
C : 코렛척 10 : 제1구동수단C: Corret chuck 10: First driving means
11 : 주축 12 : 제1연결수단11: spindle 12: first connecting means
20 : 제2연결수단 25 : 제2구동수단20: second connecting means 25: second driving means
30 : 연마공구부 31 : 추력제공수단30: grinding tool part 31: thrust providing means
34 : 연마공구부 하우징 40 : 하우징34: grinding tool housing 40: housing
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 컴퓨터 수치제어 공작기계에 고정되도록 연결하는 주축과, 작업면의 법선에 수직인 평면상에서 회전하도록 상기 주축과 제1연결수단으로 연결된 제1구동수단과, 연마공구부를 작업면에 대하여 수직한 평면상에서 회전시키도록 연마공구부와 제2연결수단으로 연결된 제2구동수단을 포함하는 하우징으로 이루어져서 컴퓨터 수치제어 공작기계에공구처럼장착하여컴퓨터 수치제어 공작기계에서 제공되는 3개의 위치자유도에 2개의 회전자유도를 더 확보 할 수 있는것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object is a main shaft connected to be fixed to a computer numerical control machine tool, the first driving means connected by the main axis and the first connecting means to rotate on a plane perpendicular to the normal of the working surface, and an abrasive tool A housing comprising a grinding tool part and a second driving means connected by a second connecting means to rotate the part in a plane perpendicular to the working surface, and is mounted on a computer numerical control machine tool as a tool and provided by the computer numerical control machine tool. It is characterized in that it is possible to secure two more degrees of freedom in three position degrees of freedom .
상기 주축은 컴퓨터 수치제어 공작기계의 코렛척(collet chuck)에 장착되어 연결되는 것을 특징으로 한다.The main shaft is mounted and connected to a collet chuck of a computer numerically controlled machine tool.
상기 제1연결수단은 일측이 주축에 연결되고 타측은 제1구동수단의 회전축에 연결되어 제1구동수단의 작동에 의해 하우징을 회전하게 하는 벨트로 이루어진 것을 특징으로 한다.The first connection means is characterized in that the one side is connected to the main shaft and the other side is made of a belt for rotating the housing by the operation of the first driving means is connected to the rotation axis of the first driving means.
상기 연마공구부는 추력제공수단과 추력제공수단의 끝단에 장착되는 연마수단을 포함하면서 하우징에 장착된 연마공구부 하우징으로 이루어져서1개의 힘자유도를 더 확보할 수 있는것을 특징으로 한다.The polishing tool part may include a thrust providing means and a polishing means mounted on the end of the thrust providing means, and the polishing tool part housing mounted on the housing may further secure one force freedom .
상기 제2연결수단은 제2구동수단의 회전축에 형성된 웜과 연마공구부의 하우징에 부착 형성된 웜휠이 연결되도록 이루어지는 것을 특징으로 한다.The second connecting means is characterized in that the worm wheel formed on the rotating shaft of the second drive means and the worm wheel attached to the housing of the grinding tool portion is connected.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명한다.Hereinafter, with reference to Figures 2 to 5 attached to a preferred embodiment of the present invention that can specifically realize the above object.
즉 도 2는 본 발명에 따른 금형 다듬질 자동화장치가 컴퓨터 수치제어 공작기계에 장착된 상태를 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 금형 다듬질 자동화장치의 내부 구성을 설명하기 위한 정단면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 금형 다듬질 자동화장치의 내부 구성을 설명하기 위한 우측단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 금형 다듬질 자동화장치의 내부 구성을 설명하기 위한 평단면도이다.That is, Figure 2 is a perspective view showing a state of the mold finishing automation apparatus according to the present invention mounted on a computer numerical control machine tool, Figure 3 is a front sectional view for explaining the internal configuration of the mold finishing automation apparatus according to the present invention, 4 is a right cross-sectional view for explaining the internal configuration of the automated mold finishing apparatus according to the present invention, Figure 5 is a plan sectional view for explaining the internal configuration of the automated mold finishing apparatus according to the present invention.
본 발명의 금형 다듬질 자동화장치는 컴퓨터 수치제어 공작기계(A)에 고정되도록 연결하는 주축(11)과, 피삭물(B)의 작업면에 대하여 평행한 평면상에서 회전하도록 상기 주축(11)과 제1연결수단(12)으로 연결된 제1구동수단(10)과, 연마공구부(30)를 작업면에 대하여 수직한 평면상에서 회전시키도록 연마공구부(30)와 제2연결수단(20)으로 연결된 제2구동수단(25)을 포함하는 하우징(40)으로 이루어진다.The mold finishing automation device of the present invention comprises a main shaft 11 which is fixedly connected to a computer numerical control machine tool A, and the main shaft 11 and the first shaft 11 so as to rotate in a plane parallel to the working surface of the workpiece B. The first driving means 10 connected by the first connecting means 12 and the polishing tool part 30 and the second connecting means 20 to rotate the polishing tool part 30 in a plane perpendicular to the working surface. It consists of a housing 40 comprising a second driving means 25 connected to it.
상기 주축(11)은 도 2 에 도시된 바와 같이 컴퓨터 수치제어 공작기계(A)의 코렛척(collet chuck)(C)에 장착하여 연결한다. 또한, 하우징(40)과 베어링(11a)을 통해 결합되어 원활한 회전이 이루어지도록 한다.The main shaft 11 is mounted and connected to a collet chuck (C) of the computer numerical control machine tool (A) as shown in FIG. In addition, it is coupled through the housing 40 and the bearing (11a) to achieve a smooth rotation.
상기 제1연결수단(12)은 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 일측이 주축(11)에 연결되고 타측은 제1구동수단(10)의 회전축(10a)에 연결되어 제1구동수단(10)이 작동하여 회전축(10a)이 회전하게 되면 회전축(10a)의 회전력을 주축(11)에 전달하여 주축(11)과 고정된 하우징(40)을 회전하게 하는 벨트로 이루어진다.즉,주축(11)이 컴퓨터 수치제어 공작기계의 코렛척에 고정되어 있으므로 주축(11)이 회전하는것이 아니라 하우징(40)이 회전하게 되며 여기에서 첫번째 회전 자유도를 제공할 수 있다. As shown in FIGS. 3 to 5, the first connection means 12 has one side connected to the main shaft 11 and the other side connected to the rotation shaft 10a of the first driving means 10. 10 is operated to rotate the rotating shaft (10a) is made of a belt for transmitting the rotational force of the rotating shaft (10a) to the main shaft 11 to rotate the main shaft 11 and the fixed housing (40). That is, since the spindle 11 is fixed to the collet chuck of the computer numerical control machine tool, the housing 40 rotates instead of the spindle 11 rotating, thereby providing the first degree of freedom of rotation.
상기 연마공구부(30)는 추력제공수단(31)과 추력제공수단(31)의 끝단에 장착되는 연마수단(32)을 포함하면서 하우징(40)에 설치되는 연마공구부 하우징(34)으로 이루어지도록 한다. 상기 추력제공수단(31)은 일반적으로 사용되는 공압실린더를 사용하여 법선방향으로 추력을 제공하도록 제어할 수 있다.즉, 이 추력제공수단(31)을 통해 연마수단(32)에 전달되는 힘을 제어할 수 있어서 힘자유도가 제공되는 것이다. The grinding tool part 30 comprises a grinding tool part housing 34 installed in the housing 40 while including a thrust providing means 31 and grinding means 32 mounted at the end of the thrust providing means 31. To lose. The thrust providing means 31 may be controlled to provide a thrust in the normal direction using a pneumatic cylinder generally used. That is, the force transmitted to the polishing means 32 through the thrust providing means 31 can be controlled to provide a degree of freedom.
또, 상기 제2연결수단(20)은 제2구동수단(25)의 회전축(26)에 형성된 웜(27)과 연마공구부 하우징(34)에 부착 형성된 웜휠(33)이 연결되도록 한다.In addition, the second connecting means 20 allows the worm wheel 27 formed on the rotating shaft 26 of the second driving means 25 and the worm wheel 33 attached to the polishing tool part housing 34 to be connected.
따라서, 상기 제2구동수단(25)의 회전에 의해 웜(27)과 웜휠(33)이 회전하면 웜휠(33)이 부착된 연마공구부 하우징(34)이 회전하여 연마공구부(30)를 작업면에 대하여 수직한 평면상에서 회전시키게되어 여기에서 두 번째 회전 자유도가 제공된다. Therefore, when the worm 27 and the worm wheel 33 are rotated by the rotation of the second driving means 25, the polishing tool part housing 34 to which the worm wheel 33 is attached rotates to rotate the abrasive tool part 30. Rotation in a plane perpendicular to the working plane provides here a second degree of freedom of rotation.
본 발명에 의한 금형 다듬질 자동화 장치의 작용 및 효과를 설명하기 위하여 평면 연삭을 설명하기 위한 개략도인 도 6을 통해 평면 연삭을 간략히 설명한다.In order to explain the operation and effect of the automated mold finishing apparatus according to the present invention, the planar grinding will be briefly described with reference to FIG.
평면연마 작업은 피삭체(B)에 법선방향(ye방향)으로 일정 추력의 적절한 압력(E)을 가하면서 고속회전하는 연마수단(100)을 접선방향(xe방향)으로 이송(D)시켜 피삭체(B)의 표면을 가공하는 것이다.Flat-polishing is transferred to the blood sakche (B) normal to the direction (y e direction) at a constant high speed grinding means tangentially to (100) (x e direction) while applying a suitable pressure (E) of the thrust in the (D) The surface of the workpiece B is processed.
이때 서보모터(101)가 연마팁(102)과 연마포(103)로 이루어진 연마수단(100)을 회전시켜서 피삭체(B)가 연마가공되도록 한다.At this time, the servo motor 101 rotates the polishing means 100 composed of the polishing tip 102 and the polishing cloth 103 so that the workpiece B is polished.
일반적인 3차원 공간에서 연마작업이 원활히 이루어지기 위해서는 연마수단(100)이 피삭체(B)의 곡면과 접촉할 수 있도록 하는 3자유도의 위치 자유도와 곡면에 법선방향으로 접촉을 유지하도록 하는 2자유도의 회전자유도가 구비되어야 하며, 법선방향의 가공압력을 제어할 수 있도록 1자유도 이상의 힘 자유도가 형성되는 것이 바람직하다.In order to smoothly grind work in a general three-dimensional space, three degrees of freedom to allow the polishing means 100 to contact the curved surface of the workpiece (B) and two degrees of freedom to maintain normal contact with the curved surface. Rotational freedom should be provided, and it is preferable that a degree of freedom of force of at least 1 degree of freedom is formed so as to control the processing pressure in the normal direction.
따라서, 본 발명에서는 일반적인 컴퓨터 수치제어 공작기계의척에 장착되는 공구와 같이 컴퓨터 수치제어 공작기계에서3자유도의 위치자유도가 확보되어 제공되며,본원발명의금형 다듬질 자동화장치에서 2개의 회전자유도와 1개의 힘자유도를 구비하도록 하는 것이다.Therefore, in the present invention, a position freedom degree of 3 degrees of freedom is provided in a computer numerical control machine tool such as a tool mounted on a chuck of a general computer numerical control machine tool, and two rotation degrees of freedom in the mold finishing automation device of the present invention are provided. It is to have the dog freedom degree.
금형 다듬질 자동화장치의 해석을 위한 좌표축 선정을 위하여 매니퓨레이터의 기구학적인 모델링법으로 널리 사용되고 있는 D.H.(Denavit -Hartenberg) 파라미터(Parameter)를 다음과 같이 선정한다.In order to select the coordinate axis for the analysis of automated mold finishing, the D.H. (Denavit-Hartenberg) parameter which is widely used as the kinematic modeling method of the manipulator is selected as follows.
상기 파라미터들은 ψ의 회전이 일어나는 축을 기준으로 표현한 것이고, 실제 연마작업에서는 컴퓨터 수치제어 공작기계의 기준 좌표계를 중심으로 이루어지므로, 작업지시와 함께 연마공구부의 연마수단(end-effector)의 위치결정은 컴퓨터 수치제어 공작기계의 기준 좌표계에 대한 상대좌표로 다신 산정해야 한다.The above parameters are expressed based on the axis in which the rotation of ψ occurs, and since the actual grinding operation is made around the reference coordinate system of the computer numerical control machine tool, the positioning of the end-effector of the grinding tool together with the work instruction is The relative coordinates of the reference coordinate system of the computer numerical control machine tool must be calculated again.
연마공구부의 해석을 위하여 각 링크의 트랜스포매이션 매트릭스를 구하면 다음과 같다.For the analysis of the grinding tool section, the transposition matrix of each link is obtained as follows.
따라서, 연마공구부의 고정위치로부터 end-effector에 해당하는 연마수단까지의 트랜스포매이션 매트릭스는 다음과 같이된다.Thus, the transformation matrix from the fixed position of the polishing tool portion to the polishing means corresponding to the end-effector is as follows.
연마작업 시 피삭체의 3차원 데이터가 알려져 있는 경우에 [Xe, Ye, Ze, Rxe, Rye, Rze]의 3개의 위치와 3개의 회전에 대한 데이터로부터 역기구학 해석이 가능해 진다. 본 발명에서 제안한 금형다듬질 자동화 장치에서는 3차원의 위치자유도를 컴퓨터 수치제어 공작기계에 의존하고 있으므로 Xe, Ye, Ze는 금형다듬질 자동화장치 자체의 조인트 변위에 의해서만 결정되는 것이 아니라, 컴퓨터 수치제어 공작기계의 스핀들 축의 위치와 기구부의 조인트 변위에 동시에 종속된 함수 형태로 나타난다. 따라서, 역기구학 해석시 우선적으로 해석에 이용하여야 할 데이터는 위치데이터가 아니라. 회전에 대한 Rxe, Rye, Rze이다.Inverse kinematic analysis is possible from the data of three positions and three rotations of [X e , Y e , Z e , Rx e , Ry e , and Rz e ] when the three-dimensional data of the workpiece is known during polishing. Lose. In the mold finishing automation device proposed in the present invention, since the three-dimensional position freedom degree depends on the computer numerical control machine tool, X e , Y e , and Z e are not determined only by the joint displacement of the mold finishing automation device itself. It appears in the form of a function which depends simultaneously on the position of the spindle axis of the control machine tool and the joint displacement of the mechanism. Therefore, in the case of inverse kinematics analysis, the data to be used for analysis is not position data. Rx e , Ry e , and Rz e for rotation.
회전에 대해서는 직교좌표계와 금형 다듬질 자동화장치의 좌표가 일치하므로 트랜스포매이션 매트릭스의 r23, r33성분으로부터 ψ와 θ를 구할 수 있다.As for the rotation, the coordinates of the Cartesian coordinate system and the mold finishing automation device coincide, and ψ and θ can be obtained from the r 23 and r 33 components of the transformation matrix.
금형 다듬질 자동화장치의 변위 r은 역기구학과 관계없는 추력에 의해 결정되어지는 힘자유도에 대한 변수이므로 힘 제어시에 그 값을 확정할 수 있다.The displacement r of the automated mold finishing device is a variable for the force freedom which is determined by the thrust irrespective of the inverse kinematics.
구해진 ψ, θ, r 값으로부터 컴퓨터 수치제어 공작기계의 기준좌표계와의 상대변위 관계를 고려한 기구학은 다음의 식으로 정의된다.The kinematics considering the relative displacement relationship with the reference coordinate system of a computer numerically controlled machine tool from the obtained values of ψ, θ, and r is defined by the following equation.
여기에서 Xc, Yc, Zc는 컴퓨터 수치제어 공작기계의 기준좌표계에서부터 스핀들 축까지의 위치벡터이다. 따라서, 상기 식으로부터는 연마가공시에 컴퓨터수치제어 공작기계가 구동되어야 위치를 설정할 수 있다.Where X c , Y c and Z c are position vectors from the reference coordinate system to the spindle axis of the computer numerically controlled machine tool. Therefore, from the above equation, the computer numerical control machine tool must be driven during polishing to set the position.
구동수단의 구동 토크(Torque)를 설정하기 위해서는 엔드 이펙터(end- effector)에 작용하는 외력에 대해 필요한 조인트(joint)에서의 항력계산이 필요하다.In order to set the drive torque of the drive means, it is necessary to calculate the drag at the joint necessary for the external force acting on the end effector.
항력은 물체가 유체 내에서 운동할 때 받는 저항력과 두 물체가 접촉하면서 움직일 때 접촉면에 작용하는 힘을 말한다.Drag is the resistance that an object receives when it moves in a fluid and the force that acts on the contact surface when two objects move in contact.
따라서, 다음의 식으로 외력을 견디기 위한 조인트에서의 반력을 산정한다.Therefore, the reaction force at the joint for enduring external force is calculated by the following equation.
또한, 다음의 식으로 외력에 의해 발생하는 회전력을 견디기 위한 조인트에서의 토크를 산정한다.In addition, the torque at the joint to withstand the rotational force generated by the external force is calculated by the following equation.
상기 두식에서 f는 각 링크에 가해지는 힘이고, n은 각 링크에 가해지는 토크이다. 이로부터 외력을 견뎌내기 위한 조인트에서의 토크를 계산할 수 있으며, 그 값은 구동수단을 선정하는 데 이용된다.In the above expression, f is a force applied to each link, and n is a torque applied to each link. From this it is possible to calculate the torque at the joint to withstand external forces, the value of which is used to select the drive means.
이를 실제 적용함에 있어서, 변수 θ는 0°∼ 320°정도까지 사용가능하나, 기구학적인 안정성을 위하여 실제로는 0°∼ 90°까지의 변위만 허용하도록 제어한다.In practical application, the variable θ can be used from 0 ° to 320 °, but for kinematic stability, it is controlled to allow only a displacement of 0 ° to 90 °.
또한, 법선방향의 추력을 제공하는 변수도 필요에 따라서는 추력제공수단인공압실린더(pneumatic cylinder)를 교체하여 연장할 수 있다.In addition, a variable for providing a normal thrust may be extended by replacing a pneumatic cylinder, which is a thrust providing means, as necessary.
상기에서 설명한 본 발명의 효과를 설명하면 다음과 같다.Referring to the effects of the present invention described above are as follows.
컴퓨터수치제어 공작기계에서 금형가공이 이루어진 후 금형을 이동시키지 않고 컴퓨터수치제어 공작기계의 척에 본 발명의 금형다듬질 자동화장치를 용이하게 장착하여 연마작업을 수행 할 수 있게 되므로 금형 연마작업이 금형제작 공정과 연속성을 유지하게 되어 효율적인 작업이 이루어지게되는 효과가 있으며, 수치제어 공작기계를 이용하여 3개의 위치 자유도 확보하게 되므로 장치를 소형화시킬 수 있으며, 본 금형 다듬질 자동화장치에서 2개의회전자유도와 1개의 힘 자유도를 추가로 제어하여 복잡한 형상의 금형면도 용이하게 가공할 수 있게 되는 효과가 있다.Since mold processing is performed in a computer numerical control machine tool, it is possible to easily mount the mold finishing automation device of the present invention on a chuck of a computer numerical control machine tool without moving the mold, thereby performing a polishing operation. has the effect that this is to keep the process continuity and efficient operation be performed, the numerical so by using a control machine tool to obtain 3-position free, and can reduce the size of the device, the two rotary degrees of freedom in the mold finishing automation device There is an effect that it is possible to easily process a mold surface of a complex shape by further controlling one force freedom.
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