KR101200171B1 - 5축 ｃνｃ 가공기계를 이용한 드럼 캠의 황삭가공을 위한 후처리방법 - Google Patents

5축 ｃνｃ 가공기계를 이용한 드럼 캠의 황삭가공을 위한 후처리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 5축 CNC 가공기계를 이용한 드럼 캠의 황삭가공을 위한 후처리방법에 관한 것으로, 본 발명은 드럼 캠의 홈에 대한 각도선도를 사인(sine) 곡선으로 변환시켜 정의하는 각도선도 정의단계(S100)와; 5축 CNC 가공기계의 구조적 특성을 반영하는 가공기계의 구조적 특성 반영단계(S200);를 포함하는 것을 그 기술적 특징으로 한다.
본 발명은 상기와 같은 구성에 의해 5축 CNC 가공기계를 사용하여 복수 개의 회전형 종동절을 가지는 드럼 캠을 황삭가공할 때 드럼 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 드럼 캠의 황삭가공을 위한 후처리방법{Post Processing Method for Rough Machining of Drum Cam with Rotational Followers using 5-Axis CNC Machine}
본 발명은 드럼 캠의 황삭가공을 위한 후처리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 5축 CNC 가공기계를 사용하여 복수 개의 회전형 종동절을 가지는 드럼 캠을 황삭가공할 때 드럼 캠의 기구적 특성과 5축 CNC 가공기계의 종류에 따른 구조적 특성을 반영하여 가공하는 후처리방법에 관한 것이다.
연속되는 회전운동을 전달하기 위해서는 기어나 벨트 등이 사용되지만 임의의 회전각에 따른 각도 및 각속도를 조정하면서 운동을 전달할 필요가 있는 경우에는 회전형 종동절이 구비된 드럼 캠(Drum Cam)이 일반적으로 사용된다.
회전형 종동절을 가지는 드럼 캠은 종동절의 원주방향에 여러 개의 롤러를 설치하고, 드럼 캠의 경사면 양쪽에는 2개의 롤러가 동시에 접촉하여 동작되는 것으로, 이러한 드럼 캠은 백래시(backlash)가 거의 없고 구름접촉으로 내구성이 뛰어나므로 기어롤러 캠(gear roller cam), 인덱스 테이블(index table), 자동공구교환장치(ATC, Auto Tool Changer) 등과 같이 정밀구동이 필요한 곳에 주로 사용되는데, 실제로도 공작기계에 사용되는 분할 정밀도가 높은 인덱스 테이블의 경우 대부분 드럼 캠이 사용되고 있음에도 이러한 5축 가공기술의 부족으로 인해 인덱스 테이블의 생산이 곤란한 실정이다.
상기와 같은 특성을 가지는 드럼 캠을 가공하기 위해서는 일반적으로 5축 CNC 가공기계가 사용되며, 이러한 5축 CNC 가공기계를 사용하여 드럼 캠을 적절히 가공하기 위해서는 드럼 캠의 기구적 특성과 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 드럼 캠을 가공하기 위해서는 드럼 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 가공에서의 인덱스 테이블 회전각에 대한 공구경로를 정확하게 구현하지 못한데서 비롯된다.
한편 5축 CNC 가공기계는 3축 CNC 가공기계와 달리 X, Y, Z 축을 제외한 3개의 축 중 선택된 2개의 축이 회전 및 틸팅(tilting)되는데, 이들 2개의 축 중 어느 축이 회전/틸팅되는지에 따라 3가지 타입으로 구분되고, 이에는 도 3(a), (b) 및 (c)에 각각 도시된 바와 같이 수평으로 설치된 A축 상에 설치된 C축을 중심으로 회전하는 수직주축 타입(도 3(a)), 수평으로 설치되어 회전하는 B축의 상부에 수직으로 설치된 A축을 중심으로 회전하는 수평주축 타입(도 3(b)), 수평으로 설치되어 회전하는 C축과 수평으로 설치되어 주축이 틸팅하는 B축을 구비한 복합가공기 타입(도 3(c))이 있는데, 이에 따라 5축 CNC 가공기계를 이용하여 공작물을 절삭하는 경우에도 어떠한 타입의 5축 CNC 가공기계를 사용하는지에 따라 정삭가공을 위한 공구의 현재의 가공위치(n)가 각각 다르게 된다.
따라서 5축 CNC 가공기계의 공구경로를 정확하게 결정하기 위해서는 이러한 5축 CNC 가공기계의 주축 형식에 따라 가공을 위한 가공데이터가 다르게 설정될 필요가 있다.
본 발명은 상기와 같은 필요성에 부응하여 개발된 것으로, 본 발명은 5축 CNC 가공기계를 사용하여 복수 개의 회전형 종동절을 가지는 드럼 캠을 황삭가공할 때 드럼 캠의 기구적 특성과 5축 CNC 가공기계의 주축 형식에 따른 구조적 특성이 반영된 후처리방법을 제공함으로써 공구의 가공경로를 정확하게 구현하여 정밀하고 정확한 절삭이 이루어지도록 하는 데에 그 목적이 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적은 드럼 캠의 황삭가공을 위한 후처리방법을, 드럼 캠의 홈에 대한 각도선도를 사인(sine) 곡선으로 변환시켜 정의하는 각도선도 정의단계와; 5축 CNC 가공기계의 구조적 특성을 반영하는 가공기계의 구조적 특성 반영단계를 포함하여 구성하는 것에 의해 달성된다.
본 발명은 여러 종류의 5축 CNC 가공기를 사용하여 다수개의 회전형 종동절을 가지는 드럼 캠을 황삭가공할 때 드럼 캠의 기구적 특성과 CNC 가공기의 주축 형식에 따른 구조적 특성이 반영됨으로써 공구의 가공경로를 정확하게 구현할 수 있어 정밀하고 정확한 절삭이 이루어진다.
또한 본 발명은 5축 CNC 가공기계를 이용하여 종동절을 갖는 드럼 캠을 가공할 때 3가지 타입의 5축 CNC 가공기계에 대한 각각의 후처리방법을 제공함으로써 다른 타입의 5축 가공기계에도 쉽게 응용될 수 있다.
이에 더하여 본 발명의 황삭가공 후처리방법은 정삭가공에도 그대로 적용될 수 있을 뿐만 아니라, 필요에 따라 캠 선도를 쉽게 변화시킬 수 있으므로 다양한 형상의 드럼 캠의 가공에도 쉽게 적용될 수 있다.
도 1은 회전형 종동절을 구비한 드럼 캠의 단면도,
도 2는 드럼 캠과 종동절 간의 회전각 궤적을 나타낸 선도,
도 3(a)는 수평으로 설치된 A축에 수직으로 설치되어 회전하는 C축을 중심으로 회전하는 수직주축 타입의 5축 CNC 가공기계를 나타낸 도면,
도 3(b)는 수평으로 설치되어 회전하는 A축의 하부에 수직으로 설치된 B축을 중심으로 회전하는 수평주축 타입의 5축 CNC 가공기계를 나타낸 도면,
도 3(c)는 수평으로 설치되어 회전하는 C축과, 수평으로 설치되어 틸팅하는 B축을 구비한 복합가공기 타입의 5축 CNC 가공기계를 나타낸 도면,
도 4(a)는 수직주축 타입의 5축 CNC 가공기계의 가공 시작위치를 나타낸 도면,
도 4(b)는 수직주축 타입의 5축 CNC 가공기계의 가공 작업위치를 나타낸 도면,
도 5(a)는 수평주축 타입의 5축 CNC 가공기계의 가공 시작위치를 나타낸 도면,
도 5(b)는 수평주축 타입의 5축 CNC 가공기계의 가공 작업위치를 나타낸 도면,
도 6(a)는 복합가공기 타입의 5축 CNC 가공기계의 가공 시작위치를 나타낸 도면,
도 6(b)는 복합가공기 타입의 5축 CNC 가공기계의 가공 작업위치를 나타낸 도면,
도 7은 본 발명에 따른 5축 CNC를 이용한 드럼 캠의 황삭가공을 위한 후처리방법을 도시한 순서도,
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 드럼 캠을 가공한 결과를 나타낸 그래프이다.
이하에서는 첨부 도면을 통해 본 발명의 구성과 바람직한 실시예를 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 회전형 종동절을 구비한 드럼 캠의 단면도로서 이 도면에 도시된 바와 같이 드럼 캠(30)은 회전하는 축에 롤러를 설치한 종동절(10)과 롤러(20)의 회전면과 일치하는 둘레윤곽을 갖는 드럼 형태의 캠으로 구성되는데, 도 1에서는 일반화를 위해 드럼 캠(30)의 형상을 좌우대칭으로 하지 않고 한 쪽에 치우치도록 하였다. 그리고 도 1에서
Figure 112010079408935-pat00001
는 종동절 롤러(20)의 직경이고,
Figure 112010079408935-pat00002
는 가공 폭을 의미하며, 이 가공 폭(
Figure 112010079408935-pat00003
)은 롤러(20)의 직경(
Figure 112010079408935-pat00004
)보다 조금 커야 한다.
또한 도 1에서와 같이 드럼 캠(30)의 드럼이 시계방향으로 계속 회전될 경우 캠 곡선을 따라 종동절(10)은 반시계방향과 시계방향으로 주기적으로 요동하게 된다. 그리고 종동절 롤러(20) 축의 방향은 캠 곡선의 홈을 엔드밀 공구로 가공할 때 공구 축의 방향과 일치하게 된다.
(1) 각도선도 정의단계(S100)
드럼 캠(30)의 홈을 설계하기 위해서는 먼저 드럼과 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.
드럼 캠의 홈의 각도선도는 도 2에 도시된 바와 같이 수평선과 경사면이 조합된 직선 형태로 정의할 때 이를 수식으로 표현하면 아래의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112010079408935-pat00005
여기서
Figure 112010079408935-pat00006
는 종동절의 회전각도이고,
Figure 112010079408935-pat00007
는 드럼의 회전각도이다.
한편 경사면에 대한 운동속도의 제어는 기능에 영향을 미치지 않는다고 가정할 수 있으며, 이에 따라 본 발명에서는 직선의 조합으로 이루어진 수학식 1로 정의되는 각도선도를 아래의 수학식 2와 같이 사인(sine) 곡선으로 변환시켜 정의한다.
[수학식 2]
Figure 112010079408935-pat00008
여기서,
Figure 112010079408935-pat00009
는 종동절의 회전각,
Figure 112010079408935-pat00010
는 드럼의 회전각이고
Figure 112010079408935-pat00011
.
Figure 112010079408935-pat00012
,
Figure 112010079408935-pat00013
,
Figure 112010079408935-pat00014
이며,
Figure 112010079408935-pat00015
는 도 2에서의 A, B, C, D, E점을 순서대로 나타낸 것으로 각각 1, 2, 3, 4, 5이다.
상기 수학식 2는 도 2에 도시된 경사면 구간뿐만 아니라 AB 및 CD구간의 직선구간을 포함하는 전체 회전구간에서 성립되며, 따라서 수학식 2는 드럼 캠의 전체 회전구간에서의 각도선도를 나타내는 일반식이 되고, 본 발명에서는 상기 수학식 2로 정의되는 각도선도를 5축 가공의 공구위치 점 산출의 기초 데이터로 사용한다.
(2) 가공기계의 구조적 특성 반영단계(S200)
5축 CNC 가공기계를 사용하여 가공작업을 행할 때 가공작업이 정확하게 이루어지도록 하기 위해서는 위에서 이미 설명한 바와 같이 후처리방법에는 드럼 캠의 기구적 특성뿐만 아니라 5축 CNC 가공기계의 구조적 특성도 반영되어야 하며, 본 단계는 이러한 CNC 가공기계의 구조적 특성이 반영되도록 하는 단계이다.
산업현장에서는 주로 수직주축 타입, 수평주축 타입, 복합가공기 타입의 3가지 형식의 5축 CNC 가공기계가 사용되며, 이하에서는 이들 각각의 타입에 따른 5축 CNC 가공기계의 구조적 특성을 반영하는 방법에 대해 설명한다.
(2-1) 수직주축 타입
도 3(a)은 수평으로 설치된 A축에 수직으로 설치되어 회전하는 C축을 중심으로 회전하는 수직주축 타입의 5축 CNC 가공기계를 도시한 도면으로서, 이러한 수직주축 타입의 5축 CNC 가공기계에서의 드럼 캠의 가공 메커니즘은 도 4(a)와 같이 묘사될 수 있다.
한편, 5축 CNC 가공기계를 이용하여 드럼 캠을 가공할 때 가공 메커니즘을 기술하기 위해서는 A, B, C축에 대한 부호를 정의하는 것이 바람직하며, 본 발명에서는 A, B, C축에 대한 부호는 각각 X, Y, Z축을 중심으로 회전하는 오른손 법칙에 따라 부여되며, 이때 공작물이 -방향으로 회전되는 경우 공구는 +방향으로 상대 회전하게 된다.
도 4(a)는 수직주축 타입의 5축 CNC 가공기계의 가공 시작위치를 나타낸 도면이고, 도 4(b)는 수직주축 타입의 5축 CNC 가공기계의 가공 작업위치를 나타낸 도면으로서, 이 축이 회전하게 되며 이 상태에서의 5축 가공기계의 A축의 방향은 +가 사용되는데 A축은 드럼 캠의 종동절의 회전 방향과 일치하게 되므로 5축 CNC 가공기계의 A축의 각도는
Figure 112010079408935-pat00016
가 되고, C축의 각도는 드럼 캠의 회전각도(
Figure 112010079408935-pat00017
)와 반대방향이 되므로
Figure 112010079408935-pat00018
가 된다.
또한 5축 가공을 위해 필요한 공구 끝단의 위치좌표는 R 1, R 2, R 3 벡터 합으로 구할 수 있으며, 그 좌표 값은 아래의 수학식 3과 같이 표현된다.
[수학식 3]
Figure 112010079408935-pat00019
여기서
Figure 112010079408935-pat00020
는 도 4(a)에 도시된 바와 같이 각각 5축 CNC 가공기계의 축을 나타내고,
Figure 112010079408935-pat00021
는 지그의 높이이며,
Figure 112010079408935-pat00022
는 지그 끝단으로부터 공작물 원주의 중심까지의 높이로서 드럼 캠의 우측 끝단으로부터 종동절 회전중심까지의 수평거리와 같고,
Figure 112010079408935-pat00023
는 드럼 캠의 회전 중심선으로부터 종동절 회전 중심까지의 높이이며,
Figure 112010079408935-pat00024
는 종동절 회전중심으로부터 롤러의 끝단의 길이이고,
Figure 112010079408935-pat00025
는 드럼 캠의 회전각도이며,
Figure 112010079408935-pat00026
는 종동절의 회전각도이다.
(2-2) 수평주축 타입
다음, 도 3(b)에 도시된 바와 같은 수평주축 타입의 5축 CNC 가공기계에서의 드럼 캠의 가공 메커니즘은 도 5(b)와 같이 나타낼 수 있으며, 여기서 B축의 방향은 NC데이터에서 -방향은 종동절 회전방향에서 +방향이 되므로 B축 각도는
Figure 112010079408935-pat00027
가 되고, A축의 각도는 드럼 캠의 회전방향과 동일하므로
Figure 112010079408935-pat00028
가 된다.
5축 가공을 위해 필요한 공구 끝단의 위치좌표 역시 R 1, R 2, R 3의 벡터의 합으로 표시할 수 있으며, 그 좌표 값은 아래의 수학식 4와 같이 된다.
[수학식 4]
Figure 112010079408935-pat00029
여기서
Figure 112010079408935-pat00030
는 각각 도 5(a)에 도시된 바와 같이 5축 CNC 가공기계의 축을 나타내며,
Figure 112010079408935-pat00031
는 5축 CNC 가공기계의 B축 회전 중심으로부터 공작물의 우측 끝단까지인 지그의 길이이고,
Figure 112010079408935-pat00032
는 지그 좌측 끝단으로부터 공작물 원주의 중심까지의 거리로서 드럼 캠의 우측 끝단으로부터 종동절 회전중심까지의 수평거리와 같으며,
Figure 112010079408935-pat00033
는 드럼 캠의 회전 중심선으로부터 종동절 회전 중심까지의 높이이고,
Figure 112010079408935-pat00034
는 종동절 회전중심으로부터 롤러의 끝단의 길이이며,
Figure 112010079408935-pat00035
는 드럼 캠의 회전각도이고,
Figure 112010079408935-pat00036
는 종동절의 회전각도이다.
(2-3) 복합가공기
도 3(c)는 수평으로 설치되어 회전하는 C축과, 수평으로 설치되어 틸팅하는 B축을 구비한 복합가공기 타입의 5축 CNC 가공기계를 나타낸 도면으로서, 이때의 NC 데이터는 공구의 피봇 점(Pivot Point)을 기준으로 설정하여야 한다. B축 방향은 NC데이터와 종동절 회전 방향과 동일하게 +방향이 되므로 B축의 각도는
Figure 112010079408935-pat00037
가 되고, C축 방향은 드럼 캠의 회전방향과 반대 방향이 되므로 C축의 각도는
Figure 112010079408935-pat00038
가 된다.
5축 가공을 위해 필요한 공구 끝단의 위치좌표는 도 6(b)에서와 같이 드럼 캠의 회전축과 종동절의 회전중심과 수직하는 위치를 5축 CNC 가공기계의 가공원점으로 잡았을 때 R 1, R 2의 벡터의 합으로 표시될 수 있으며, 따라서 그 좌표 값은 아래의 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112010079408935-pat00039
여기서
Figure 112010079408935-pat00040
는 각각 5축 CNC 가공기계의 축을 나타내며,
Figure 112010079408935-pat00041
는 도 1(a)에서의 드럼 캠의 회전 중심선으로부터 종동절 회전 중심까지의 높이이고,
Figure 112010079408935-pat00042
는 도 6(a) 및 도 6(b)에서와 같이 5축 가공기계의 피봇점(pivot point)으로부터 공구 끝단까지의 거리이며,
Figure 112010079408935-pat00043
는 종동절 회전중심으로부터 롤러의 끝단의 길이이고,
Figure 112010079408935-pat00044
는 드럼 캠의 회전각도이며,
Figure 112010079408935-pat00045
는 종동절의 회전각도이다.
(3) 구간거리 계산단계(S300)
이 단계는 이송속도를 균일하게 지정하기 위해 구간간의 거리를 정확히 계산하는 단계이다.
5축 가공에서는 회전각에 대한 기본 길이단위(BLU, Basic Length Unit)가 도(degree)이기 때문에 이송속도가 뜻하지 않게 가속되거나 감속될 우려가 있으며, 본 발명에서는 이송속도를 균일하게 지정할 수 있도록 회전각에 대한 기본 길이단위인 도(degree)를 사용하는 대신에 구간간의 이동거리를 정확히 계산한다.
예를 들면, 도 3(a)에 도시된 바와 같은 수직추축 타입의 5축 CNC 가공기계에서 공구의 위치좌표는 드럼 캠의 기하학적 조건에 의하여 A축과 C축에 의해 결정되고, 공구의 끝단 중심의 위치가 A축의 회전각과 X, Y, Z 위치값은 드럼 캠의 기하학적 조건으로 상호 연동되어 결정되기 때문에 ΔA의 변화에 의한 가공에 참여하는 가공거리 ΔSA는 아래의 수학식 6과 같고, ΔC의 변화에 의한 가공거리 ΔSC는 도 4(b)에서와 같이 공구 끝단 중심과 드럼 캠 회전축과의 수직거리와 ΔC의 곱이 되므로 아래의 수학식 7과 같이 표현된다. 이때 드럼 캠의 기구적 메커니즘에서의 ΔX, ΔY, ΔZ는 A축과 C축에 의해 드럼 캠의 기하학적 조건으로 구속되어 있기 때문에 고려할 필요가 없다.
[수학식 6]
Figure 112010079408935-pat00046
여기서
Figure 112010079408935-pat00047
는
Figure 112010079408935-pat00048
의 변화에 의한 가공거리,
Figure 112010079408935-pat00049
는 미소구간에서의 A축의 회전각의 변위를 나타낸다.
[수학식 7]
Figure 112010079408935-pat00050
여기서
Figure 112010079408935-pat00051
는
Figure 112010079408935-pat00052
의 변화에 의한 가공거리,
Figure 112010079408935-pat00053
는 미소구간에서의 C축의 회전각의 변위,
Figure 112010079408935-pat00054
는 드럼 캠의 회전 중심선으로부터 종동절 회전 중심까지의 높이이고,
Figure 112010079408935-pat00055
는 종동절 회전중심으로부터 롤러의 끝단의 길이이며, A는 5축 CNC 가공기계의 A축 회전각도이다.
또한 미소구간의 전체 가공거리
Figure 112010079408935-pat00056
는 A축과 C축의 회전각의 방향이 서로 수직이고, 미소구간이므로 간략화하여 대각선의 방향으로 설정될 수 있다. 그리고 드럼 캠의 기구적 메커니즘에서의 ΔX, ΔY, ΔZ는 A축과 C축에 의해 구속되어 있기 때문에 고려할 필요가 없다.
그러나 A축과 C축의 변화에 무관하게 공구가 움직이는 드럼 캠 곡선의 가공 진입부와 퇴출부에서는 X, Y, Z의 변화량이 반영되어야 하며 그 가공거리를 ΔL라 하면 결과적으로 전체 가공거리(
Figure 112010079408935-pat00057
)는 아래의 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 8]
Figure 112010079408935-pat00058
여기서
Figure 112010079408935-pat00059
는 미소구간의 전체 가공거리,
Figure 112010079408935-pat00060
는 ΔA의 변화에 의한 가공거리,
Figure 112010079408935-pat00061
는
Figure 112010079408935-pat00062
의 변화에 의한 가공거리, 은 A와 C에 무관하게 움직이는 가공거리로서 가공 진입부와 퇴출부에서만 반영된다.
(4) 가공속도 산정단계(S400)
이 단계는 상기 구간거리 계산단계(S300)에서 계산된 미소구간의 거리를 이용하여 미소구간을 가공하는 데에 걸리는 시간을 산정하여 이에 맞추어 가공속도를 설정하는 단계로서 미소구간을 가공하는 데에 걸리는 시간의 역수(
Figure 112012047873769-pat00126
)는 아래의 수학식 9와 같이 표현되며, 이로부터 5축 가공기계의 준비코드인 G93과 함께 이송속도 f로 표현하면 일정한 가공속도를 얻을 수 있다.
[수학식 9]
Figure 112010079408935-pat00065
여기서
Figure 112010079408935-pat00066
는 미소구간을 가공하는 데에 걸리는 시간의 역수,
Figure 112010079408935-pat00067
는 이송속도로서 단위 시간에 대한 가공거리를 표현하며,
Figure 112010079408935-pat00068
는 미소구간의 거리를 나타낸다.
본 발명의 발명자들은 상기와 같은 단계로 이루어진 본 발명의 후처리방법을 검증하기 위해 본 발명의 후처리방법이 적용된 5축 CNC 가공기계 중 수직주축 타입의 CNC 가공기계(한국 위아사 제작, 모델명: WIA Hi-V560M/5A)를 사용하여 18mm 크기의 직경을 가지는 HSS(High Speed Steel)재의 엔드밀과 알루미늄 재질의 공작물을 사용하여 도 2에 도시된 각도선도를 가지는 드럼 캠을 실제로 황삭가공하여 보았으며, 그 결과 도 9에서와 같이 캠 곡선에 대한 설계치수와 가공결과가 정확하게 일치됨을 확인할 수 있었다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명은 5축 CNC 가공기를 사용하여 다수개의 회전형 종동절을 가지는 드럼 캠을 황삭가공할 때 드럼 캠의 기구적 특성과 CNC 가공기의 주축 형식에 따른 구조적 특성이 반영되도록 함으로써 정밀하고 정확한 절삭이 이루어질 수 있다.

Claims (7)

  1. 5축 CNC 가공기계를 이용한 드럼 캠의 황삭가공을 위한 후처리방법에 있어서,
    상기 후처리방법은,
    드럼 캠의 홈에 대한 각도선도를 사인(sine) 곡선으로 변환시켜 정의하는 각도선도 정의단계(S100)와;
    5축 CNC 가공기계의 구조적 특성을 반영하는 가공기계의 구조적 특성 반영단계(S200)를 포함하며,
    상기 각도선도 정의단계(S100)의 각도선도는 아래의 수학식 2에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 5축 CNC 가공기계를 이용한 드럼 캠의 황삭가공을 위한 후처리방법.
    [수학식 2]
    Figure 112012047873769-pat00127

    여기서
    Figure 112012047873769-pat00128
    는 종동절의 회전각도이며,
    Figure 112012047873769-pat00129
    는 드럼의 회전각도이고,
    Figure 112012047873769-pat00130
    ,
    Figure 112012047873769-pat00131
    ,
    Figure 112012047873769-pat00132
    ,
    Figure 112012047873769-pat00133
    이며,
    Figure 112012047873769-pat00134
    는 드럼 캠의 각도선도에서의 각 구간의 점이다.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 5축 CNC 가공기계의 구조적 특성은 수직주축 타입인 경우 아래의 수학식 3에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 5축 CNC 가공기계를 이용한 드럼 캠의 황삭가공을 위한 후처리방법.

    [수학식 3]
    Figure 112012047873769-pat00077

    여기서
    Figure 112012047873769-pat00078
    는 각각 5축 CNC 가공기계의 축을 나타내고,
    Figure 112012047873769-pat00079
    는 지그의 높이이며,
    Figure 112012047873769-pat00080
    는 지그 끝단으로부터 공작물 원주의 중심까지의 높이이고,
    Figure 112012047873769-pat00081
    는 드럼 캠의 회전 중심선으로부터 종동절 회전 중심까지의 높이이며,
    Figure 112012047873769-pat00082
    는 종동절 회전중심으로부터 롤러의 끝단의 길이이고,
    Figure 112012047873769-pat00083
    는 드럼 캠의 회전각도이며,
    Figure 112012047873769-pat00084
    는 종동절의 회전각도이다.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 5축 CNC 가공기계의 구조적 특성은 수평주축 타입인 경우 아래의 수학식 4에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 5축 CNC 가공기계를 이용한 드럼 캠의 황삭가공을 위한 후처리방법.

    [수학식 4]
    Figure 112012047873769-pat00085

    여기서
    Figure 112012047873769-pat00086
    는 각각 5축 CNC 가공기계의 축을 나타내며,
    Figure 112012047873769-pat00087
    는 5축 CNC 가공기계의 B축 회전 중심으로부터 공작물의 우측 끝단까지인 지그의 길이이고,
    Figure 112012047873769-pat00088
    는 지그 좌측 끝단으로부터 공작물 원주의 중심까지의 거리이며,
    Figure 112012047873769-pat00089
    는 드럼 캠의 회전 중심선으로부터 종동절 회전 중심까지의 높이이고,
    Figure 112012047873769-pat00135
    는 종동절 회전중심으로부터 롤러의 끝단의 길이이며,
    Figure 112012047873769-pat00090
    는 드럼 캠의 회전각도이고,
    Figure 112012047873769-pat00091
    는 종동절의 회전각도이다.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 5축 CNC 가공기계의 구조적 특성은 복합가공기인 경우 아래의 수학식 5에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 5축 CNC 가공기계를 이용한 드럼 캠의 황삭가공을 위한 후처리방법.

    [수학식 5]
    Figure 112012047873769-pat00092

    여기서
    Figure 112012047873769-pat00093
    는 각각 5축 CNC 가공기계의 축을 나타내며,
    Figure 112012047873769-pat00094
    는 드럼 캠의 회전 중심선으로부터 종동절 회전 중심까지의 높이이고,
    Figure 112012047873769-pat00095
    는 5축 가공기계의 피봇점(pivot point)으로부터 공구 끝단까지의 거리이며,
    Figure 112012047873769-pat00136
    는 종동절 회전중심으로부터 롤러의 끝단의 길이이고,
    Figure 112012047873769-pat00096
    는 드럼 캠의 회전각도이며,
    Figure 112012047873769-pat00097
    는 종동절의 회전각도이다.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 가공기계의 구조적 특성 반영단계(S200) 이후에는 구간간의 거리를 정확히 계산하는 구간거리 계산단계(S300)와;
    상기 구간거리 계산단계(S300)에서 계산된 미소구간의 거리를 이용하여 미소구간을 가공하는 데에 걸리는 시간을 산정하여 이에 맞추어 가공속도를 설정하는 가공속도 산정단계(S400);가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 5축 CNC 가공기계를 이용한 드럼 캠의 황삭가공을 위한 후처리방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 구간거리 계산단계(S300)에서의 구간거리는 수직추축 타입인 경우 아래의 수학식 8에 의해 계산되며, 수학식 8의
    Figure 112012047873769-pat00098
    및
    Figure 112012047873769-pat00099
    는 각각 아래의 수학식 6과 수학식 7에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 5축 CNC 가공기계를 이용한 드럼 캠의 황삭가공을 위한 후처리방법.

    [수학식 6]
    Figure 112012047873769-pat00100

    여기서
    Figure 112012047873769-pat00101
    는 ΔA의 변화에 의한 가공거리, ΔA는 미소구간에서의 A축의 회전각의 변위를 나타낸다.

    [수학식 7]
    Figure 112012047873769-pat00102

    여기서
    Figure 112012047873769-pat00103
    는
    Figure 112012047873769-pat00104
    의 변화에 의한 가공거리,
    Figure 112012047873769-pat00105
    는 미소구간에서의 C축의 회전각의 변위이며,
    Figure 112012047873769-pat00106
    는 드럼 캠의 회전 중심선으로부터 종동절 회전 중심까지의 높이이고,
    Figure 112012047873769-pat00107
    는 종동절 회전중심으로부터 롤러의 끝단의 길이이며, A는 5축 CNC 가공기계의 A축 회전각도이다.

    [수학식 8]
    Figure 112012047873769-pat00108

    여기서
    Figure 112012047873769-pat00109
    는 미소구간의 전체 가공거리,
    Figure 112012047873769-pat00110
    는 ΔA의 변화에 의한 가공거리,
    Figure 112012047873769-pat00111
    는
    Figure 112012047873769-pat00137
    의 변화에 의한 가공거리,
    Figure 112012047873769-pat00112
    은 A와 C에 무관하게 움직이는 가공거리이다.
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