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문제 정의
- 본 연구에서는 공구날의 일정 영역이 가공에 참여하도록 하여 가공면을 균일하게 하고, CBN 공구로도 가공이 가능하게 하기 위하여 볼 기어 캠을 5- 축 가공하는 방법을 연구하였다 . 5- 축 가공을 위한 기준으로 가공경로의 접선방향에 대해 일정한 각도로 공구축의 방향이 유지되게 하였으며, 5- 축 가공 프로그램을 개발하여 가공실험으로 검증하였다 .
제안 방법
- 1.볼기어캠의 설계 과정을 반영하여 캠 곡선의 임의의 위치에서 접선방향과 공구축이 서로 일정한 각도를 이루도록 하는 5- 축 가공 포스트 프로세스 방법을 개발하였다.
- 곡선의 시작과 끝부분에서 볼이 진출 및 퇴출하는 순간에 작용력 충격이 발생하는데 이를 완화하기 위해 입구와 출구에 대해 2 중 곡선을 적용하였다 . 2 중 곡선은 일정 구간에서 기존 곡선과 완만하게 접하도록 새로운 곡선을 추가하여 중첩 설계하는 것으로 롤러 기어 캠의 경우 측면에 대해 적용하지만 볼기어캠에 대해서는 캠의 회전중심을 향하는 반경에 대해 적용하였다 . 본 연구의 BC- 타입 5- 축 복합 가공기에서 볼 기어 캠의 5- 축 가공방법을 설계절차 [1]와 연속하여 설명하면 다음과 같다.
- 캠곡선의 입구와 출구 영역에서 2 중 곡선을 적용하여 볼과의 충돌현상을 최소화할 수 있는 볼기어캠 5- 축 가공방법을 개발하였다 . 2 중 곡선을 적용했을 때와 하지 않았을 때의 공구경로 차이를 확인하였다.
- 2. 캠곡선의 입구와 출구 영역에서 2 중 곡선을 적용하여 볼과의 충돌현상을 최소화할 수 있는 볼기어캠 5- 축 가공방법을 개발하였다 . 2 중 곡선을 적용했을 때와 하지 않았을 때의 공구경로 차이를 확인하였다.
- 3. 본 연구의 이론적 내용을 바탕으로 NC-code 를생성할 수 있는 전용 소프트웨어를 개발하였고, 그 결과를 활용하여 AB- 타입과 BC- 타입 5- 축 가공기에서 5- 축 가공을 실현하였다 .
- 5- 축 가공하는 방법을 연구하였다 . 5- 축 가공을 위한 기준으로 가공경로의 접선방향에 대해 일정한 각도로 공구축의 방향이 유지되게 하였으며, 5- 축 가공 프로그램을 개발하여 가공실험으로 검증하였다 . 볼기어캠의 캠곡선 (cam curve) 설계는 캠 회전운동과 터렛의 회전운동에 대한 캠 선도를 바탕으로 터렛과의 기하학적 특성을 적용하였고 [1, 3, 4] , 정숙한 캠운전을 위해 볼기어캠 곡선의 입구와 출구의 일정구간에서 2 중 곡선을 적용하여 설계하는 알고리즘이 적용되었다[1] .
- Table 1 과 같은 절삭조건으로 BC 타입 5- 축 가공기인 마작 (Mazak) 복합가공기 (Integrex-200IV) 에서 SCM415 재료와 φ 13mm 초경 볼엔드밀 공구로 볼 기어 캠을 5- 축 가공하였다 . 볼기어캠 가공은 Table 1과 같이 황삭 , 중삭 , 정삭의 3개 공정으로 나누어 가공하였으며 , 황삭의 경우 가공깊이 1.
- 기준으로 작성하였다 . Visual BASIC 프로그램 언어를 사용하여 Fig. 8 과 같이 전용 SW 를 개발하여 NC 파트프로그램을 생성하였다 . Fig.
- 축 복합가공기를 사용하였다 . 곡선의 시작과 끝부분에서 볼이 진출 및 퇴출하는 순간에 작용력 충격이 발생하는데 이를 완화하기 위해 입구와 출구에 대해 2 중 곡선을 적용하였다 . 2 중 곡선은 일정 구간에서 기존 곡선과 완만하게 접하도록 새로운 곡선을 추가하여 중첩 설계하는 것으로 롤러 기어 캠의 경우 측면에 대해 적용하지만 볼기어캠에 대해서는 캠의 회전중심을 향하는 반경에 대해 적용하였다 .
- . 공구 축의 방향은 특정평면이 존재해야 하므로 , 본 연구의 5- 축 가공에서는 볼기어캠 곡선은 터렛을 회전시키는 역할을 하므로 곡선의 임의의 위치에서 터렛의 회전중심을 지나는 벡터와의 접선벡터가 이루는 평면 내에서 공구축의 방향을 결정하였다 . 우선 공구 축의 방향이 터렛의 회전중심을 향하도록 가공하는 공구의 중심 데이터를 입출구에서 2 중 곡선의 중첩을 반영하여 적용하면 다음과 같다[1] 여기서 캠과 터렛 중심과의 거리이고 는 볼중심에 대한 터렛의 반경이며 는 입출구 이중곡선의 반경 증가량이며 첨자는 번째 곡선에 대한 번째 곡선 데이터를 의미하고, 와 는 볼기어캠과 터렛의 회전각이며 는 Fig.
- 8(b) 의 가공면을 체크하여 AutoCAD 에 가공경로를 도시한 결과이며 , 황 삭은 3 회에 걸쳐 가공하므로 3개의 곡선을 나타내었고 중삭 및 정삭은 각각 1 개의 곡선으로 나타내었다 . 본 연구에서도 캠의 입출구에서 2 중 곡선 원리를 적용하였으며 , Fig. 10 에서 R1, R2, R3, M1, F1 은 2 중 곡선을 적용하지 않은 3 회의 황 삭 경로와 각 1 회의 중삭 및 정삭경로를 표시하고 , r1, r2, r3, m1, f1은 2 중 곡선을 적용한 3 회의 황 삭 경로와 각 1 회의 중삭 및 정삭경로를 표시한 것이다. .
- 볼기어캠의 캠곡선 (cam curve) 설계는 캠 회전운동과 터렛의 회전운동에 대한 캠 선도를 바탕으로 터렛과의 기하학적 특성을 적용하였고 [1, 3, 4] , 정숙한 캠운전을 위해 볼기어캠 곡선의 입구와 출구의 일정구간에서 2 중 곡선을 적용하여 설계하는 알고리즘이 적용되었다[1] . 본 연구의 볼기어캠 5- 축 가공 포스트프로세싱을 AB 타입과 BC 타입 5- 축 가공기 [5]에 대해 적용하였고 전용 CAM 소프트웨어를 개발하였으며 , BC- 타입 5- 축 복합가공기로 볼기어캠을 5- 축 가공하였다 .
- 5- 축 가공하였다 . 볼기어캠 가공은 Table 1과 같이 황삭 , 중삭 , 정삭의 3개 공정으로 나누어 가공하였으며 , 황삭의 경우 가공깊이 1.5mm 씩 증가시켜 3회 가공으로 완성하였으며 , 중삭과 정삭은 각각 1회 실시하였다 . Table 1 의 정삭에서 0.
- 5- 축 가공을 위한 기준으로 가공경로의 접선방향에 대해 일정한 각도로 공구축의 방향이 유지되게 하였으며, 5- 축 가공 프로그램을 개발하여 가공실험으로 검증하였다 . 볼기어캠의 캠곡선 (cam curve) 설계는 캠 회전운동과 터렛의 회전운동에 대한 캠 선도를 바탕으로 터렛과의 기하학적 특성을 적용하였고 [1, 3, 4] , 정숙한 캠운전을 위해 볼기어캠 곡선의 입구와 출구의 일정구간에서 2 중 곡선을 적용하여 설계하는 알고리즘이 적용되었다[1] . 본 연구의 볼기어캠 5- 축 가공 포스트프로세싱을 AB 타입과 BC 타입 5- 축 가공기 [5]에 대해 적용하였고 전용 CAM 소프트웨어를 개발하였으며 , BC- 타입 5- 축 복합가공기로 볼기어캠을 5- 축 가공하였다 .
- 5 는 CBN 볼엔드밀 공구와 일정각도로 기울여 5- 축 가공하는 방법을 보여준다 . 볼엔드밀 끝단의 노즈가 있을 경우에도 노즈부분에서의 가공을 피하고 , 공구의 동일한 영역에서 절삭을 하는 것이 동일한 원주속도로 가공하므로 균일한 가공면을 얻을 수 있기 때문에 본 연구에서는 Fig. 5(b) 와 같이 공구축벡터가 접선벡터에 일정 각도를 유지하는 5- 축 가공방법에 대해 포스트 프로세싱 절차를 개발하였으며 이를 적용하는 전용 소프트웨어를 개발하였고 NC 프로그램을 출력하여 5- 축 가공기로 가공실험을 하였다.
이론/모형
- 본 연구의 볼기어캠 5- 축 가공을 위해 BC- 타입 5- 축 복합가공기를 사용하였다 . 곡선의 시작과 끝부분에서 볼이 진출 및 퇴출하는 순간에 작용력 충격이 발생하는데 이를 완화하기 위해 입구와 출구에 대해 2 중 곡선을 적용하였다 .
성능/효과
- . AutoCAD 를 통한 공구경로의 표현은 가공 프로그램에 대해 정확한 위치를 표시하는 것이 아니고 공구 경로의 구분과 캠곡선의 기하학적 모양을 파악하기 위한 것으로 당초 목표가 잘 실현되었음을 알 수 있었다.
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