[논문]옵셋 다면체를 이용한 5축 가공경로 생성

김수진; 양민양

doi:10.3795/ksme-a.2006.30.6.678

옵셋 다면체를 이용한 5축 가공경로 생성
5-Axis Tool Path Generation from Offset Polyhedral Mesh 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.30 no.6 = no.249, 2006년, pp.678 - 683

김수진 (경상대학교 기계항공공학부) , 양민양 (한국과학기술원 기계공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, the 5-axis tool path that has been generated from the original surface is, newly generated from the offset polyhedral mesh. In this approach, the interference check between two solid models can be simplified to that of offset polyhedral mesh and axis line. The tool path computation and interference check based on the offset mesh is simpler and faster than that based on the original surface. But 5-axis tool path generation using this approach is able to apply only for ball endmill and still takes longer time than 3-axis tool path generation.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 공구 형상이 볼엔드밀인 경우에 5 축에서도 3 축과 마찬가지로 모델을 공구 반경만큼 옵셋한 후 가공경로 생성할 수 있음을 보이고 삼각형 망 모델에 대해 구현되었다. 실험에서 옵셋을 통한 5 축 가공경로 생성 방법으로 간섭이 없는 공구경로를 생성하고 시뮬레이션을 통해 검증하였다.
연구가 필요하다. 본 논문에서는 다면체 모델을 공구 반경만큼 옵셋해서 5 축 가공경로를 생성하는 새로운 알고리즘을 고안하고 C++ 언어로 구현하며 시뮬레이션을 통해 검증하고자 한다.

가설 설정

곡면을 평엔드밀로 5 축 가공할 경우에 3 축 가공하는 것보다 더 빨리 더 깨끗한 표면을 얻을 수 있다.S3) 또한 소재를 수회 회전해 고정해야 가공이 가능한 터빈과 임펠러 등도 한번만 물려 모든 면을 가공해 낼 수 있다."

제안 방법

가공경로가 빠르게 생성되었다. Table 1은 제안된 옵셋망을 이용한 5 축 가공경로 생성 방법과 기존의 직접적인 5 축 가공경로 생성 방법 그리고 옵셋망을 이용한 3 축 가공경로 생성 방법의 연산 시간을 각각 비교하였다. 5 축 가공에서는 옵셋망을 이용해 가공경로를 생성하고 간섭을 .
프로그램을 함께 개발하였다. 개발된 소프트웨어는 STL 파일을 입력 받아 다음 단계를 통해 5 축 NC 코드를 생성 하고 시뮬레 이 션 한다.
구현된 시스템을 검증하기 위해서 세 구멍을 가진 속이 빈 구와 손잡이 모양의 모델에 대해 각각 가공경로를 생성하고 검증 시뮬레이션하였다. 또한, 논문에서 제안된 옵셋다면체 망을 이용한 5 축 가공경로 생성 방법을 삼각형 망에서 직접 5 축 경로를 생성하는 기존방법과 비교하였다.
기존에 간섭 계산 속도를 개선하기 위한 노력이 많이 있으므로 두 방법을 함께 사용하면 더욱 빠른 간섭 제거가 가능하다. 논문에서는 3차원 공간을 일정한 크기의 정육면체 공간들로 나누고 나뉜 공간에 있는 삼각형 면들을 저장해 직선과 간섭을 검사해야 하는 삼각형의 수를 줄였다. 이때 옵셋망을 이루는 삼각형의 전체수가 증가하더라도 분할된 정육면체 공간에 있는 삼각형의 평균 수는 일정하도록 하기 위해서 분할 간격은 분할된 정육면체의 수가 삼각형 면의 수에 비례하도록 하였다.
4와 같이 생성되었다. 상용 CAD 시스템에서 디자인된 곡면 모델을 허용오차 0.01mm 이내에서 223, 779 개의 면을 가지는 STL 모델로 바꾸었다. Fig.
망 모델에 대해 구현되었다. 실험에서 옵셋을 통한 5 축 가공경로 생성 방법으로 간섭이 없는 공구경로를 생성하고 시뮬레이션을 통해 검증하였다. 모델과 공구의 간섭을 직접 검사하는 것보다 옵셋망과 축 직선의 간섭을 검사하는 것이 더 효율적임을 보였다.
공구의 초기 자세는 면의 법선 벡터와 공구의 이송 방향을 이용해 초기화한다. 여기서 생성된 공구경로와 자세는 간섭이 제거되지 않은 상태로 간섭이 없을 때까지 자세를 바꾸어 가며 간섭 여부를 검사한다. 이때 기존 방법처럼 모델과 공구의 간섭을 직접 검사하지 않고 Fig.
3(b)와 같이 공구반경 10mm 만큼 옵셋 되었다. 연속된 수평면으로 옵셋망을 잘라 직선 가공경로들을 얻고 제안된 바와 같이 공구 축 직선과 옵셋면 사이의 간섭을 검사해서 진입이 가능한 공구 자세를 결정하였다. 결과적 인 공구 경로와 자세를 Fig.
위 알고리즘으로 생성된 5 축 NC 데이터를 검증하기 위해서 Voxel 기반의 시뮬레이션 프로그램을 개발하였다. 일반적으로 3 축 시뮬레이션은 Zmap 이 이용되고 5 축 시뮬레이션은 Dexel 이나 Voxel 이 이용되는더】, 3 차 배열을 이용하는 Voxel 은 데이터 크기가 길이의 세제곱에 비례하는 단점이 있지만 구현이 간단한 장점을 가진다.
논문에서는 3차원 공간을 일정한 크기의 정육면체 공간들로 나누고 나뉜 공간에 있는 삼각형 면들을 저장해 직선과 간섭을 검사해야 하는 삼각형의 수를 줄였다. 이때 옵셋망을 이루는 삼각형의 전체수가 증가하더라도 분할된 정육면체 공간에 있는 삼각형의 평균 수는 일정하도록 하기 위해서 분할 간격은 분할된 정육면체의 수가 삼각형 면의 수에 비례하도록 하였다.
제안된 옵셋 다면체 망 기반의 5 축 가공 경로생성 방법을 C++ 언어와 OpenGL 라이브러리로 구현하였으며 검증을 위해 Voxel 방식의 시뮬레이션 프로그램을 함께 개발하였다. 개발된 소프트웨어는 STL 파일을 입력 받아 다음 단계를 통해 5 축 NC 코드를 생성 하고 시뮬레 이 션 한다.

대상 데이터

이때 가공 가능한 자세는 수동으로 결정하기 어려우므로 간섭 체크를 통해서 자동으로 결정되어야 한다. 이 모델은 상용 CAD 시스템에서 디자인되고 4, 445개의 삼각형으로 구성된 STL 파일로 출력되었다. 이 삼각망은 Fig.

데이터처리

또한, 논문에서 제안된 옵셋다면체 망을 이용한 5 축 가공경로 생성 방법을 삼각형 망에서 직접 5 축 경로를 생성하는 기존방법과 비교하였다.

성능/효과

공구의 끝 모양이 볼엔드밀인 경우에 옵셋망을이용해 공구 경로를 얻을 수 있으며 간섭이 없는 공구의 자세를 결정할 수 있음을 알았다. 또한, 그 방법은 공구 위치 점을 먼저 결정하고 간섭이 없는 자세를 찾았던 기존 알고리즘과 크게 다르다.
실험에서 옵셋을 통한 5 축 가공경로 생성 방법으로 간섭이 없는 공구경로를 생성하고 시뮬레이션을 통해 검증하였다. 모델과 공구의 간섭을 직접 검사하는 것보다 옵셋망과 축 직선의 간섭을 검사하는 것이 더 효율적임을 보였다.

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