KR101199086B1 - 5축 ｃνｃ 가공기계를 이용한 롤러 기어 캠의 가공을 위한 후처리방법 - Google Patents

5축 ｃνｃ 가공기계를 이용한 롤러 기어 캠의 가공을 위한 후처리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 5축 CNC 가공기계를 이용하여 롤러 기어 캠의 가공을 위한 후처리방법에 관한 것으로 본 발명은 롤러 기어 캠의 캠 곡선을 기준으로 종동절의 회전각을 정의하는 회전각 정의 단계(S100)와; 황삭가공을 위한 공구 경로를 정의하는 황삭가공 정의단계(S200) 및; 정삭가공을 위한 공구 경로를 정의하는 정삭가공 정의단계(S300)를 포함하는 것을 그 기술적 특징으로 한다.
본 발명은 상기와 같은 구성에 의해 5축 CNC 가공기계를 사용하여 다수 개의 회전형 종동절을 가지는 롤러 기어 캠을 가공할 때 롤러 기어 캠의 기구적 특성과 5축 CNC 가공기계의 주축 형식에 따른 구조적 특성이 반영되도록 함으로써 더욱 정밀하고 정확한 절삭이 이루어질 수 있다.

Description

5축 ＣΝＣ 가공기계를 이용한 롤러 기어 캠의 가공을 위한 후처리방법{Post Processing Method for Machining of Roller Gear Cam with Rotational Followers using 5-Axis CNC Machine}
본 발명은 롤러 기어 캠의 가공을 위한 후처리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 5축 CNC 가공기계를 이용하여 종동절의 회전을 주기적으로 제어할 수 있는 롤러 기어 캠을 황삭 및 정삭가공할 때 롤러 기어 캠의 기구적 특성과 5축 CNC 가공기계의 주축 형식에 따른 구조적 특성을 반영하여 가공하도록 하는 후처리방법에 관한 것이다.
연속되는 회전운동을 전달하기 위해서는 기어나 벨트 등이 사용되지만 임의의 회전각에 따른 각도 및 각속도를 조정하면서 운동을 전달할 필요가 있는 경우에는 회전형 종동절에 복수 개의 롤러가 구비된 롤러 기어 캠(Roller Gear Cam)이 일반적으로 사용된다.
이러한 롤러 기어 캠은 종동절 축의 원주에 여러 개의 롤러를 설치하고 종동절의 회전을 주기적으로 제어할 수 있는 원통 캠으로서, 원주방향에 여러 개의 롤러를 설치하고 롤러 기어 캠의 경사면 양쪽에는 2개의 롤러가 동시에 접촉하여 동작되며, 이러한 롤러 기어 캠은 종동절의 원주에 배치된 여러 개의 롤러가 캠 선도사이의 사다리꼴 단면의 산을 조립시 위치 조정에 의해 양쪽에서 동시에 접촉될 수 있기 때문에 백래시(backlash)가 거의 없으며, 또한 종동절의 롤러가 캠 곡선과 구름 접촉되기 때문에 내구성이 뛰어나면서 정밀한 위치 제어가 가능하다는 장점이 있다.
상기와 같은 특성을 가지는 롤러 기어 캠을 가공하기 위해서는 일반적으로 5축 CNC 가공기계가 사용되며, 이러한 5축 CNC 가공기계를 사용하여 롤러 기어 캠을 적절히 가공하기 위해서는 롤러 기어 캠의 기구적 특성과 주축의 형식에 따른 5축 CNC 가공기계의 구조적 특성이 가공작업을 수행하기 위한 모델링에 반영될 수 있어야 하는데 현재 시판되고 있는 상용 CAM(Computer Aided Manufacturing)에는 이러한 기능이 제공되고 있지 않다.
따라서 5축 CNC 가공기계를 사용하여 롤러 기어 캠을 가공하기 위해서는 롤러 기어 캠의 기구적 특성과 5축 CNC 가공기계의 구조적 특성이 반영될 수 있는 전용 프로그램의 개발이 요구되며, 이러한 이유로 일부에서는 전용 프로그램을 자체 개발하여 사용하고 있기는 하지만 공구의 형상을 가공 폭에 맞도록 제작하여 총형가공에 의해 가공하고 있는 실정이며, 이는 5축 CNC 가공기계를 이용한 가공에서의 인덱스 테이블 회전각에 대한 공구경로를 정확하게 구현하지 못한데서 비롯된다.
이에 더하여 상기의 전용 프로그램도 공구형상을 캠 곡선 홈의 폭에 맞도록 제작하여 황삭 공구경로를 그대로 따라가며 정삭 가공을 하는 수준이며, 이는 아직 롤러 기어 캠의 정삭가공을 위한 포스트 프로세싱 기술이 미흡하기 때문이며 5축 가공원리와 캠 기구의 설계요소를 명확하게 밝히지 못하였기 때문이다.
5축 CNC 가공기계의 가공 데이터 생성에 필요한 공구경로의 방향을 결정하기 위해서는 반드시 5축 CNC 가공기계의 주축의 회전각 구현 방식이 반영되어야 하고, 가공 중의 특정 NC-코드 블록을 기준으로 다른 모든 데이터를 2개의 회전/틸팅(tilting)되는 주축의 회전각의 변화를 고려하여 모두 경신하여야 하는데, 이 점에 있어서 주축이 고정된 방식의 3축 CNC 가공기계를 사용한 가공과 크게 다르다.
한편 5축 CNC 가공기계는 3축 CNC 가공기계와 달리 X, Y, Z 축을 제외한 3개의 축 중 선택된 2개의 축이 회전 및 틸팅(tilting)되며, 이들 2개의 축 중 어느 축이 회전/틸팅되도록 구성되는데, 일반적으로 5축 가공을 위한 후처리방법은 5축 가공기계의 구조적 특성에 따라 유도방법에 있어서 큰 차이가 난다.
본 발명은 상기와 같은 요구 및 필요성에 부응하여 개발된 것으로, 본 발명은 5축 CNC 가공기계를 사용하여 종동절에 복수 개의 롤러가 구비된 롤러 기어 캠을 가공할 때 롤러 기어 캠의 기구적 특성과 5축 CNC 가공기계의 주축 형식에 따른 구조적 특성이 반영된 후처리방법을 제공함으로써 공구의 가공경로를 정확하게 구현하여 정밀하고 정확한 황삭 및 정삭가공이 이루어지도록 하는 데에 그 목적이 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적은 롤러 기어 캠의 가공을 위한 후처리방법을, 롤러 기어 캠의 캠 곡선을 기준으로 종동절의 회전각을 정의하는 회전각 정의 단계와; 황삭가공을 위한 공구 경로를 정의하는 황삭가공 정의단계 및; 정삭가공을 위한 공구 경로를 정의하는 정삭가공 정의단계를 포함하여 구성하는 것에 의해 달성된다.
본 발명은 A축 상부에 C축을 갖는 수직주축 타입의 5축 CNC 가공기계, B축 상부에 A축을 갖는 수평주축 타입의 5축 CNC 가공기계, 공작물이 회전하는 C축과 공구가 틸팅하는 B축을 갖는 복합가공기 타입의 5축 CNC 가공기계에 대하여 종동절에 복수 개의 롤러가 구비되는 롤러 기어 캠을 가공할 때 롤러 기어 캠의 기구적 특성과 CNC 가공기계의 구조적 특성이 반영됨으로써 공구의 가공경로를 정확하게 구현할 수 있어 정밀하고 정확한 절삭이 이루어진다.
도 1은 다수 개의 회전형 종동절을 구비한 롤러 기어 캠의 단면도,
도 2는 롤러 기어 캠과 종동절 간의 캠 궤적을 나타낸 선도,
도 3a는 A축 상부에 C축을 갖는 수직주축 타입의 5축 CNC 가공기계에서 황삭가공을 위한 공구의 경로를 나타낸 도면,
도 3b는 A축 상부에 C축을 갖는 수직주축 타입의 5축 CNC 가공기계에서 정삭가공을 위한 공구의 경로를 나타낸 도면,
도 4a는 B축 상부에 A축을 갖는 수평주축 타입의 5축 CNC 가공기계에서 황삭가공을 위한 공구의 경로를 나타낸 도면,
도 4b는 B축 상부에 A축을 갖는 수평주축 타입의 5축 CNC 가공기계에서 정삭가공을 위한 공구의 경로를 나타낸 도면,
도 5a는 공작물이 회전하는 C축과 공구가 틸팅하는 B축을 갖는 복합가공기 타입의 5축 CNC 가공기계에서 황삭가공을 위한 공구의 경로를 나타낸 도면,
도 5b은 공작물이 회전하는 C축과 공구가 틸팅하는 B축을 갖는 복합가공기 타입의 5축 CNC 가공기계에서 정삭가공을 위한 공구의 경로를 나타낸 도면이다.
이하에서는 첨부 도면을 통해 본 발명의 구성과 바람직한 실시예를 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 다수 개의 회전형 종동절을 구비한 롤러 기어 캠의 단면도로서 이 도면에 도시된 바와 같이 롤러 기어 캠은 원주면에 복수의 캠 곡선을 구비한 드럼(30), 종동절 축(10), 종동절에 부착된 롤러(20) 등으로 구성된다.
(1) 각도선도 정의단계(S100)
롤러 기어 캠의 홈을 설계하기 위해서는 먼저 드럼(30)과 종동절(10)의 회전각에 대한 각도선도가 주어져야 하며, 통상 이러한 각도선도는 직선의 조합으로 이루어지는데, 본 단계는 이러한 직선의 조합으로 이루어진 각도선도를 사인 곡선(sine curve)으로 변환시켜 일반화하여 정의하는 단계이다.
도 2는 드럼 캠의 회전에 따른 종동절의 회전각을 다수 개의 종동절 롤러(20)에 대하여 순서대로 표현한 것으로 본 발명에서는 롤러가 6개인 롤러 기어 캠을 예를 들어 설명한다.
6개의 롤러로 구성되는 롤러 기어 캠은 롤러가 60ㅀ 간격으로 배열되는데, 종동절의 회전각(
Figure 112010079411018-pat00001
)의 범위를 -10ㅀ에서 90ㅀ까지로 설정하면 ①번 롤러를 기준으로 이웃하는 ②번과 ⑥번 롤러가 놓이게 되며, 이때 ①번 롤러의 캠 곡선을
Figure 112010079411018-pat00002
라고 하고, ②번과 ⑥번 롤러의 캠 곡선을 각각
Figure 112010079411018-pat00003
,
Figure 112010079411018-pat00004
라고 하면
Figure 112010079411018-pat00005
번째 롤러의 캠 곡선 은 아래의 수학식 1로 표현되며, 종동절의 회전각 -10°에서 90°범위에서
Figure 112010079411018-pat00006
는 0, 1, 2가 된다.
[수학식 1]
Figure 112010079411018-pat00007
여기서
Figure 112010079411018-pat00008
는
Figure 112010079411018-pat00009
번째 롤러의 캠 곡선,
Figure 112010079411018-pat00010
는 ①번 롤러의 캠 곡선을 나타낸다.
(2) 황삭가공 정의단계(S200)
5축 CNC 가공기계는 3축 CNC 가공기계와 달리 X, Y, Z 축을 제외한 3개의 축 중 선택된 2개의 축이 회전 또는 틸팅(tilting)되고, 이들 2개의 축 중 어느 축이 회전/틸팅되는지에 따라 그 타입이 다른데, 이하에서는 A축 상부에 C축을 갖는 수직주축 타입의 5축 CNC 가공기계, B축 상부에 A축을 갖는 수평주축 타입의 5축 CNC 가공기계, 공작물이 회전하는 C축과 공구가 틸팅하는 B축을 갖는 복합가공기 타입의 5축 CNC 가공기계를 대상으로 하여 설명한다.
(2-1) 수직주축 타입
수직주축 타입의 5축 CNC 가공기계에서 캠 곡선의 황삭가공을 위한 공구경로의 임의의 위치벡터(
Figure 112010079411018-pat00011
)는 도 3a에서와 같이
Figure 112010079411018-pat00012
,
Figure 112010079411018-pat00013
및
Figure 112010079411018-pat00014
의 벡터의 합으로 구할 수 있으며, 이를 캠의 회전각(
Figure 112010079411018-pat00015
)와 종동절의 회전각(
Figure 112010079411018-pat00016
)으로 나타내면 아래의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112010079411018-pat00017
여기서,
Figure 112010079411018-pat00018
는 도 3a에 도시된 바와 같이 임의의 가공위치(
Figure 112010079411018-pat00019
)에서의 5축 CNC 가공기계의 축의 좌표값을 나타내고,
Figure 112010079411018-pat00020
는 지그의 높이이며,
Figure 112010079411018-pat00021
는 지그 끝단으로부터 공작물 원주의 중심까지의 높이로서 드럼의 우측 끝단으로부터 종동절 회전중심까지의 수평거리와 같고,
Figure 112010079411018-pat00022
는 드럼의 회전 중심선으로부터 종동절 회전 중심까지의 높이이며,
Figure 112010079411018-pat00023
는 종동절 회전중심으로부터 롤러의 끝단의 길이이고,
Figure 112010079411018-pat00024
는 임의 위치에서의 드럼 캠의 회전각도이며,
Figure 112010079411018-pat00025
는 임의 위치에서의 종동절의 회전각도이다.
(2-2) 수평주축 타입
수평주축 타입의 5축 CNC 가공기계에서 캠 곡선의 황삭가공을 위한 공구경로의 임의의 위치벡터(
Figure 112010079411018-pat00026
)는 도 4a에서와 같이
Figure 112010079411018-pat00027
,
Figure 112010079411018-pat00028
및
Figure 112010079411018-pat00029
의 벡터의 합으로 구할 수 있으며, 이를 캠의 회전각(
Figure 112010079411018-pat00030
)와 종동절의 회전각(
Figure 112010079411018-pat00031
)으로 나타내면 아래의 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112010079411018-pat00032
여기서,
Figure 112010079411018-pat00033
는 도 4a에 도시된 바와 같이 임의의 가공위치(
Figure 112010079411018-pat00034
)에서의 5축 CNC 가공기계의 축의 좌표값을 나타내고,
Figure 112010079411018-pat00035
는 지그의 길이이며,
Figure 112010079411018-pat00036
는 지그 끝단으로부터 공작물 원주의 중심까지의 거리로서 드럼의 우측 끝단으로부터 종동절 회전중심까지의 수평거리와 같고,
Figure 112010079411018-pat00037
는 드럼의 회전 중심선으로부터 종동절 회전 중심까지의 높이이며,
Figure 112010079411018-pat00038
는 종동절 회전중심으로부터 롤러의 끝단의 길이이고,
Figure 112010079411018-pat00039
는 임의 위치에서의 드럼 캠의 회전각도이며,
Figure 112010079411018-pat00040
는 임의 위치에서의 종동절의 회전각도이다.
(2-3) 복합가공기 타입
복합가공기 타입의 5축 CNC 가공기계에서 캠 곡선의 황삭가공을 위한 공구경로의 임의의 위치벡터(
Figure 112010079411018-pat00041
)는 도 5a에서와 같이 표현되며, 실제 5축 가공을 위한 좌표값은 공구의 틸팅 중심(피봇 점: pivot point)을 기준으로 나타내므로 5축 가공을 위한 좌표값
Figure 112010079411018-pat00042
는
Figure 112010079411018-pat00043
와
Figure 112010079411018-pat00044
의 벡터의 합으로 구할 수 있으며, 이를 캠의 회전각(
Figure 112010079411018-pat00045
)과 종동절의 회전각(
Figure 112010079411018-pat00046
)으로 나타내면 아래의 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112010079411018-pat00047
여기서,
Figure 112010079411018-pat00048
는 도 5a에 도시된 바와 같이 임의의 가공위치(
Figure 112010079411018-pat00049
)에서의 5축 CNC 가공기계의 피봇 점의 좌표값을 나타내고,
Figure 112010079411018-pat00050
는 공구 끝단으로부터 피봇점까지의 거리이며,
Figure 112010079411018-pat00051
는 드럼의 회전 중심선으로부터 종동절 회전 중심까지의 높이로서 도 5a의
Figure 112010079411018-pat00052
와 동일하고,
Figure 112010079411018-pat00053
는 종동절 회전중심으로부터 롤러의 끝단의 길이이며,
Figure 112010079411018-pat00054
는 임의 위치에서의 드럼 캠의 회전각도이고,
Figure 112010079411018-pat00055
는 임의 위치에서의 종동절의 회전각도이다.
(3) 정삭가공 정의단계(S300)
롤러 기어 캠을 가공하기 위한 5축 CNC 가공기계의 정삭을 위한 가공경로는 캠 곡선 방향과 공구축의 방향에 수직한 방향으로 가공 폭만큼 이동한 위치들의 자취가 된다.
도 3b, 도 4b 및 도 5b에 각각 도시된 바와 같이 인덱스 테이블의 회전과 틸팅으로 (i, j-1) 시점의 가공 위치벡터
Figure 112010079411018-pat00056
가 (i, j)시점에서는
Figure 112010079411018-pat00057
로 변하기 때문에 공구경로의 접선벡터(
Figure 112010079411018-pat00058
)는
Figure 112010079411018-pat00059
와
Figure 112010079411018-pat00060
의 차가 아니라
Figure 112010079411018-pat00061
와
Figure 112010079411018-pat00062
의 차가 되어 아래의 수학식 5로 표현될 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112010079411018-pat00063
여기서
Figure 112010079411018-pat00064
은 가공위치(P)의 접선방향,
Figure 112010079411018-pat00065
은 현재의 가공위치,
Figure 112010079411018-pat00066
은 (i, j-1) 시점의 가공위치(
Figure 112010079411018-pat00067
)를 (i, j)시점으로 변환시킨 것이다.
이때 가공위치(P)의 법선방향(
Figure 112010079411018-pat00068
)은 아래의 수학식 6으로 표현되며, 최종적으로 정삭가공 위치(P)는 아래의 수학식 7과 같이 표현된다.
[수학식 6]
Figure 112010079411018-pat00069
여기서
Figure 112010079411018-pat00070
은 가공위치(P)의 법선방향,
Figure 112010079411018-pat00071
은 가공위치(P)의 접선방향,
Figure 112010079411018-pat00072
는 공구 축의 방향을 표현하는 것으로 수직주축 타입과 수평주축 타입에서는 (0,0,1)이 되고, 복합가공기 타입에서는 Z축 대신에 도 5b와 같이
Figure 112010079411018-pat00073
벡터로 표현되어
Figure 112010079411018-pat00074
이 되며, 여기서
Figure 112010079411018-pat00075
는 피봇 점의 위치이고,
Figure 112010079411018-pat00076
는 현재의 가공위치이다.
[수학식 7]
Figure 112010079411018-pat00077
여기서
Figure 112010079411018-pat00078
는 정삭가공을 위한 공구 끝단 중심의 가공위치이고,
Figure 112010079411018-pat00079
는 공구의 절삭 폭이고,
Figure 112010079411018-pat00080
은 가공위치(
Figure 112010079411018-pat00081
)의 법선방향의 벡터이다
위에서 설명한 바와 같이 (i, j-1) 시점에서의 가공위치 벡터는
Figure 112010079411018-pat00082
이고 (i, j) 시점에서의 가공위치 벡터는
Figure 112010079411018-pat00083
이며,
Figure 112010079411018-pat00084
는 (i, j)시점에서
Figure 112010079411018-pat00085
의 변화된 위치이다.
따라서
Figure 112010079411018-pat00086
에는
Figure 112010079411018-pat00087
의 (i, j-1) 시점과 (i, j) 시점 간에 인덱스 테이블의 회전과 틸딩에 따른 변화가 반영되어야 하는데, 도 3b, 도 4b 및 도 5b에서와 같이 5축 CNC 가공기계는 3축 CNC 가공기계와 달리 X, Y, Z 축을 제외한 3개의 축 중 선택된 2개의 축이 회전 또는 틸팅(tilting)되고, 이들 2개의 축 중 어느 축이 회전/틸팅되는지에 따라 기하학적 수식의 표현이 달라진다. 따라서 이하에서는 A축 상부에 C축을 갖는 수직주축 타입의 5축 CNC 가공기계, B축 상부에 A축을 갖는 수평주축 타입의 5축 CNC 가공기계, 공작물이 회전하는 C축과 공구가 틸팅하는 B축을 갖는 복합가공기 타입의 5축 CNC 가공기계를 대상으로 하여 이들 각각에 있어서 (i, j)시점에서
Figure 112010079411018-pat00088
의 변화된 위치
Figure 112010079411018-pat00089
을 산출하는 방법에 대해 설명한다.
(3-1) 수직주축 타입
수직주축 타입에 있어서 (i, j) 시점에서
Figure 112010079411018-pat00090
의 변화된 위치(
Figure 112010079411018-pat00091
)는 도 3b에서와 같이
Figure 112010079411018-pat00092
를 Y-Z 평면에 대해 A i ,j-1 만큼 반시계방향으로 회전 변환시키고, X-Z 평면에 대해 C i ,j -C i ,j-1 만큼 시계방향으로 회전 변환시킨 후, 다시 Y-Z 평면에 대해 A i ,j 만큼 시계방향으로 회전 변환시키면
Figure 112010079411018-pat00093
를 구할 수 있으며, 이는 아래의 수학식 8로 표현된다.
[수학식 8]
Figure 112010079411018-pat00094
여기서
Figure 112010079411018-pat00095
는 (i, j-1) 시점에서의 가공위치 벡터,
Figure 112010079411018-pat00096
는 (i, j) 시점에서의 가공위치 벡터,
Figure 112010079411018-pat00097
는 (i, j)시점에서
Figure 112010079411018-pat00098
의 변화된 위치,
Figure 112010079411018-pat00099
는 Y-Z 평면에 대해 시계방향으로 회전시킨 회전각,
Figure 112010079411018-pat00100
은
Figure 112010079411018-pat00101
를 Y-Z 평면에 대해 반시계 방향으로 회전시킨 회전각,
Figure 112010079411018-pat00102
는 X-Z 평면에 대해
Figure 112010079411018-pat00103
만큼 시계 방향으로 회전시킨 회전각으로서
Figure 112010079411018-pat00104
이다.
(3-2) 수평주축 타입
수평주축 타입에 있어서 (i, j) 시점에서
Figure 112010079411018-pat00105
의 변화된 위치(
Figure 112010079411018-pat00106
)는 도 4b에서와 같이
Figure 112010079411018-pat00107
를 X-Z 평면에 대해
Figure 112010079411018-pat00108
만큼 시계방향으로 회전 변환시키고, Y-Z 평면에 대해
Figure 112010079411018-pat00109
만큼 시계방향으로 회전 변환시킨 후, 다시 X-Z 평면에 대해
Figure 112010079411018-pat00110
만큼 반시계방향으로 회전 변환시키면
Figure 112010079411018-pat00111
를 구할 수 있으며, 이는 아래의 수학식 9로 표현된다.
[수학식 9]
Figure 112010079411018-pat00112
여기서
Figure 112010079411018-pat00113
는 (i, j-1) 시점에서의 가공위치 벡터,
Figure 112010079411018-pat00114
는 (i, j) 시점에서의 가공위치 벡터,
Figure 112010079411018-pat00115
는 (i, j)시점에서
Figure 112010079411018-pat00116
의 변화된 위치,
Figure 112010079411018-pat00117
는 X-Z 평면에 대해 반시계방향으로 회전시킨 회전각,
Figure 112010079411018-pat00118
은
Figure 112010079411018-pat00119
를 X-Z 평면에 대해 시계 방향으로 회전시킨 회전각,
Figure 112010079411018-pat00120
는 Y-Z 평면에 대해
Figure 112010079411018-pat00121
만큼 시계방향으로 회전시킨 회전각으로서
Figure 112010079411018-pat00122
이다.
(3-3) 복합가공기 타입
복합가공기 타입에 있어서 (i, j) 시점에서
Figure 112010079411018-pat00123
의 변화된 위치(
Figure 112010079411018-pat00124
)는 도 5b에서와 같이
Figure 112010079411018-pat00125
을 X-Y 평면에 대해
Figure 112010079411018-pat00126
만큼 반시계방향으로 회전 변환시키면
Figure 112010079411018-pat00127
을 구할 수 있으며, 이는 아래의 수학식 10으로 표현된다.
[수학식 10]
Figure 112010079411018-pat00128
여기서
Figure 112010079411018-pat00129
는 (i, j-1) 시점에서의 가공위치 벡터,
Figure 112010079411018-pat00130
는 (i, j)시점에서
Figure 112010079411018-pat00131
의 변화된 위치,
Figure 112010079411018-pat00132
는 X-Y 평면에 대해
Figure 112010079411018-pat00133
만큼 시계방향으로 회전시킨 회전각으로서
Figure 112010079411018-pat00134
이다.
본 발명의 발명자들은 상기와 같은 단계로 이루어진 본 발명의 후처리방법의 유효성을 검증하기 위해 본 발명의 후처리방법이 적용된 수직주축 타입의 5축 CNC 가공기계(한국 위아사 제작, 모델명: WIA Hi-V560M/5A)를 사용하여 17.998mm 크기의 직경을 가지는 HSS(High Speed Steel)재의 엔드밀과 알루미늄 재질의 공작물을 사용하여 도 2에 도시된 각도선도를 가지는 롤러 기어 캠을 실제로 황삭 가공한 다음, 20.06mm의 폭을 가지는 캠 곡선을 정삭 가공하여 보았으며, 그 결과 캠 곡선에 대한 설계치수와 가공결과가 정확하게 일치됨을 확인할 수 있었다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명은 5축 CNC 가공기를 사용하여 복수 개의 회전형 종동절을 가지는 롤러 기어 캠을 황삭가공할 때 롤러 기어 캠의 기구적 특성과 5축 CNC 가공기계의 주축 형식에 따른 구조적 특성이 반영되도록 함으로써 정밀하고 정확한 절삭이 이루어질 수 있다.

Claims (9)

  1. 5축 CNC를 이용한 롤러 기어 캠의 가공을 위한 후처리방법에 있어서, 상기 후처리방법은 롤러 기어 캠의 캠 곡선을 기준으로 종동절의 회전각을 정의하는 각도선도 정의단계(S100)와;
    황삭가공을 위한 공구 경로를 정의하는 황삭가공 정의단계(S200) 및;
    정삭가공을 위한 공구 경로를 정의하는 정삭가공 정의단계(S300)를 포함하되;
    상기 각도선도 정의단계(S100)는 아래의 수학식 1에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 5축 CNC 가공기계를 이용한 롤러 기어 캠의 가공을 위한 후처리방법.

    [수학식 1]
    Figure 112010079411018-pat00135

    여기서
    Figure 112010079411018-pat00136
    Figure 112010079411018-pat00137
    는 번째 롤러의 캠 곡선,
    Figure 112010079411018-pat00138
    는 ①번 롤러의 캠 곡선을 나타낸다.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 황삭가공 정의단계(S200)의 상기 5축 CNC 가공기계의 구조적 특성에서 수직주축 타입인 경우 공구경로의 임의의 위치벡터(
    Figure 112010079411018-pat00139
    )는 아래의 수학식 2에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 롤러 기어 캠의 가공을 위한 후처리방법.

    [수학식 2]
    Figure 112010079411018-pat00140

    여기서,
    Figure 112010079411018-pat00141
    는 임의의 가공위치(
    Figure 112010079411018-pat00142
    )에서의 5축 CNC 가공기계의 축을 좌표값,
    Figure 112010079411018-pat00143
    는 지그의 높이,
    Figure 112010079411018-pat00144
    는 지그 끝단으로부터 공작물 원주의 중심까지의 높이,
    Figure 112010079411018-pat00145
    는 드럼의 회전 중심선으로부터 종동절 회전 중심까지의 높이,
    Figure 112010079411018-pat00146
    는 종동절 회전중심으로부터 롤러의 끝단의 길이,
    Figure 112010079411018-pat00147
    는 임의 위치에서의 드럼 캠의 회전각도,
    Figure 112010079411018-pat00148
    는 임의 위치에서의 종동절의 회전각도이다.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 황삭가공 정의단계(S200)의 상기 5축 CNC 가공기계의 구조적 특성에서 수평주축 타입인 경우 공구경로의 임의의 위치벡터(
    Figure 112010079411018-pat00149
    )는 아래의 수학식 3에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 롤러 기어 캠의 가공을 위한 후처리방법.

    [수학식 3]
    Figure 112010079411018-pat00150

    여기서,
    Figure 112010079411018-pat00151
    는 임의의 가공위치(
    Figure 112010079411018-pat00152
    )에서의 5축 CNC 가공기계의 축을 좌표값,
    Figure 112010079411018-pat00153
    는 지그의 길이,
    Figure 112010079411018-pat00154
    는 지그 끝단으로부터 공작물 원주의 중심까지의 거리,
    Figure 112010079411018-pat00155
    는 드럼의 회전 중심선으로부터 종동절 회전 중심까지의 높이,
    Figure 112010079411018-pat00156
    는 종동절 회전중심으로부터 롤러의 끝단의 길이,
    Figure 112010079411018-pat00157
    는 임의 위치에서의 드럼 캠의 회전각도,
    Figure 112010079411018-pat00158
    는 임의 위치에서의 종동절의 회전각도이다.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 황삭가공 정의단계(S200)의 상기 5축 CNC 가공기계의 구조적 특성에서 복합가공기 타입인 경우 공구경로의 임의의 위치벡터(
    Figure 112010079411018-pat00159
    )는 아래의 수학식 4에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 롤러 기어 캠의 가공을 위한 후처리방법.

    [수학식 4]
    Figure 112010079411018-pat00160

    여기서,
    Figure 112010079411018-pat00161
    는 임의의 가공위치(
    Figure 112010079411018-pat00162
    )에서의 5축 CNC 가공기계의 피봇 점의 좌표값,
    Figure 112010079411018-pat00163
    는 공구 끝단으로부터 피봇점까지의 거리,
    Figure 112010079411018-pat00164
    는 드럼의 회전 중심선으로부터 종동절 회전 중심까지의 높이,
    Figure 112010079411018-pat00165
    는 종동절 회전중심으로부터 롤러의 끝단의 길이,
    Figure 112010079411018-pat00166
    는 임의 위치에서의 드럼 캠의 회전각도,
    Figure 112010079411018-pat00167
    는 임의 위치에서의 종동절의 회전각도이다.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 정삭가공 정의단계(S300)의 상기 5축 CNC 가공기계의 구조적 특성에서 수직주축 타입인 경우 (i, j) 시점에서
    Figure 112012047868819-pat00168
    의 변화된 위치벡터(
    Figure 112012047868819-pat00169
    )는 아래의 수학식 8에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 5축 CNC 가공기계를 이용한 롤러 기어 캠의 가공을 위한 후처리방법.

    [수학식 8]
    Figure 112012047868819-pat00170

    여기서
    Figure 112012047868819-pat00171
    는 (i, j-1) 시점에서의 가공위치 벡터,
    Figure 112012047868819-pat00172
    는 (i, j) 시점에서의 가공위치 벡터,
    Figure 112012047868819-pat00173
    는 (i, j)시점에서
    Figure 112012047868819-pat00174
    의 변화된 위치,
    Figure 112012047868819-pat00175
    는 Y-Z 평면에 대해 시계 방향으로 회전시킨 회전각,
    Figure 112012047868819-pat00233
    은
    Figure 112012047868819-pat00234
    을 Y-Z 평면에 대해 반시계 방향으로 회전시킨 회전각,
    Figure 112012047868819-pat00235
    는 X-Z 평면에 대해
    Figure 112012047868819-pat00236
    만큼 시계 방향으로 회전시킨 회전각이다.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 정삭가공 정의단계(S300)의 상기 5축 CNC 가공기계의 구조적 특성에서 수평주축 타입인 경우 (i, j) 시점에서
    Figure 112010079411018-pat00176
    의 변화된 위치벡터(
    Figure 112010079411018-pat00177
    )는 아래의 수학식 9에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 5축 CNC 가공기계를 이용한 롤러 기어 캠의 가공을 위한 후처리방법.

    [수학식 9]
    Figure 112010079411018-pat00178

    여기서
    Figure 112010079411018-pat00179
    는 (i, j-1) 시점에서의 가공위치 벡터,
    Figure 112010079411018-pat00180
    는 (i, j) 시점에서의 가공위치 벡터,
    Figure 112010079411018-pat00181
    는 (i, j)시점에서
    Figure 112010079411018-pat00182
    의 변화된 위치,
    Figure 112010079411018-pat00183
    는 X-Z 평면에 대해 반시계방향으로 회전시킨 회전각,
    Figure 112010079411018-pat00184
    은
    Figure 112010079411018-pat00185
    를 X-Z 평면에 대해 시계 방향으로 회전시킨 회전각,
    Figure 112010079411018-pat00186
    는 Y-Z 평면에 대해
    Figure 112010079411018-pat00187
    만큼 시계방향으로 회전시킨 회전각이다.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 정삭가공 정의단계(S300)의 상기 5축 CNC 가공기계의 구조적 특성에서 복합가공기 타입인 경우 (i, j) 시점에서
    Figure 112010079411018-pat00188
    의 변화된 위치벡터(
    Figure 112010079411018-pat00189
    )는 아래의 수학식 10에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 5축 CNC 가공기계를 이용한 롤러 기어 캠의 가공을 위한 후처리방법.

    [수학식 10]
    Figure 112010079411018-pat00190

    여기서
    Figure 112010079411018-pat00191
    는 (i, j-1) 시점에서의 가공위치 벡터,
    Figure 112010079411018-pat00192
    는 (i, j)시점에서
    Figure 112010079411018-pat00193
    의 변화된 위치,
    Figure 112010079411018-pat00194
    는 X-Y 평면에 대해
    Figure 112010079411018-pat00195
    만큼 시계방향으로 회전시킨 회전각이다.

  8. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
    상기 정삭가공 정의단계(S300)의 상기 5축 CNC 가공기계의 구조적 특성에서 수직주축 또는 수평주축 타입인 경우의 공구의 가공경로는 아래의 수학식 5 내지 수학식 7에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 5축 CNC 가공기계를 이용한 롤러 기어 캠의 가공을 위한 후처리방법.

    [수학식 5]
    Figure 112010079411018-pat00196

    여기서
    Figure 112010079411018-pat00197
    은 가공위치(P)의 접선방향,
    Figure 112010079411018-pat00198
    은 현재의 가공위치,
    Figure 112010079411018-pat00199
    은 (i, j-1) 시점의 가공위치(
    Figure 112010079411018-pat00200
    )를 (i, j)시점으로 변환시킨 것이다.

    [수학식 6]
    Figure 112010079411018-pat00201

    여기서
    Figure 112010079411018-pat00202
    은 가공위치(P)의 법선방향,
    Figure 112010079411018-pat00203
    은 가공위치(P)의 접선방향,
    Figure 112010079411018-pat00204
    는 공구 축의 방향을 표현하는 것이다.

    [수학식 7]
    Figure 112010079411018-pat00205

    여기서
    Figure 112010079411018-pat00206
    는 정삭가공을 위한 공구 끝단 중심의 가공위치,
    Figure 112010079411018-pat00207
    는 공구의 절삭 폭,
    Figure 112010079411018-pat00208
    은 가공위치(
    Figure 112010079411018-pat00209
    )의 법선방향의 벡터이다.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 정삭가공 정의단계(S300)의 상기 5축 CNC 가공기계의 구조적 특성에서 복합가공기 타입인 경우의 공구의 가공경로는 아래의 수학식 5 내지 수학식 7에 의해 정의되되, 수학식 6에서의 Z는
    Figure 112010079411018-pat00210
    로 치환되는 것을 특징으로 하는 5축 CNC 가공기계를 이용한 롤러 기어 캠의 가공을 위한 후처리방법.

    [수학식 5]
    Figure 112010079411018-pat00211

    여기서
    Figure 112010079411018-pat00212
    은 가공위치(P)의 접선방향,
    Figure 112010079411018-pat00213
    은 현재의 가공위치,
    Figure 112010079411018-pat00214
    은 (i, j-1) 시점의 가공위치(
    Figure 112010079411018-pat00215
    )를 (i, j)시점으로 변환시킨 것이다.

    [수학식 6]
    Figure 112010079411018-pat00216

    여기서
    Figure 112010079411018-pat00217
    은 가공위치(P)의 법선방향,
    Figure 112010079411018-pat00218
    은 가공위치(P)의 접선방향,
    Figure 112010079411018-pat00219
    는 공구 축의 방향을 표현하는 것이다.

    [수학식 7]
    Figure 112010079411018-pat00220

    여기서
    Figure 112010079411018-pat00221
    는 정삭가공을 위한 공구 끝단 중심의 가공위치,
    Figure 112010079411018-pat00222
    는 공구의 절삭 폭,
    Figure 112010079411018-pat00223
    은 가공위치(
    Figure 112010079411018-pat00224
    )의 법선방향의 벡터이다.
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