KR20140129102A

KR20140129102A - 워크의 가공방법, 공작기계, 공구경로 생성장치 및 공구경로 생성 프로그램

Info

Publication number: KR20140129102A
Application number: KR1020147024847A
Authority: KR
Inventors: 지로 야스코치; 타다시 가사하라
Original assignee: 마키노 밀링 머신 주식회사
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2014-11-06
Also published as: EP2832494B1; CN104220214A; JPWO2013145286A1; CN104220214B; US20150056036A1; EP2832494A4; KR101715195B1; WO2013145286A1; US9573202B2; JP6012712B2; KR20160039303A; EP2832494A1

Abstract

본 발명은 워크 표면(60)을 단속 절삭하는 절삭날(54a)을 가지는 회전공구(54)를 워크(6)에 대하여 상대이동시켜서 워크 표면(60)을 가공하는 워크의 가공방법으로서, 절삭날(54a)에 의한 절삭 후에 형성되는 워크 표면에서의 복수의 오목부(610)의 배열 패턴을 결정하는 제1 공정과, 제1 공정에서 결정한 배열 패턴에 따라서 워크 표면에 복수의 오목부(610)가 배열되도록, 회전공구(54)의 공구경로(PA)를 결정하는 제2 공정을 포함한다.

Description

워크의 가공방법, 공작기계, 공구경로 생성장치 및 공구경로 생성 프로그램{Workpiece machining method, machine tool, tool path-generating device and tool path-generating program}

본 발명은 회전공구에 의하여 워크 표면을 가공하는 워크의 가공방법 및 공작기계, 및 워크 표면의 가공용의 공구경로를 생성하는 공구경로 생성장치 및 공구경로 생성 프로그램에 관한 것이다.

엔드밀 등의 회전공구에 의하여 워크 표면을 절삭 가공하는 경우, 워크 표면은 절삭날에 의하여 단속 절삭된다. 이 때문에, 가공 후의 워크 표면에는 일반적으로 커스프(cusp)라고 하는 복수의 볼록한 형상의 절삭잔여부가 발생하고, 커스프 사이에 원호 형상의 오목부가 형성된다. 이와 같은 커스프에 의한 워크 표면의 형상 오차를 고려한 가공방법으로서, 예를 들어 이하의 특허문헌 1에 기재된 가공방법이 알려져 있다.

특허문헌 1에 기재된 가공방법에서는, 회전공구를 가공점을 따라서 이동시키면서 워크 표면을 가공할 때, 각 가공점 사이에서 1날 분량의 회전각도만큼 회전공구를 회전시킨다. 한편, 가공면을 다각형의 패치로 분할하고, 패치 내를 나선 형상의 공구경로를 따라서 가공함으로써, 피가공면에 규칙적인 표면 모양을 형성하도록 한 가공방법도 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 2를 참조).

하지만, 상기 특허문헌 1, 2에 기재된 방법은 모두, 가공 후의 워크 표면에 형성되는 원호 형상의 오목부가 워크 표면 전체에 있어서 어떻게 배치되는지를 고려한 것은 아니다. 따라서, 예를 들어 워크 표면의 제1 가공영역을 가공한 후, 이 제1 가공영역에 인접하는 제2 가공영역을 가공하는 경우, 제1 가공영역의 오목부와는 무관하게 제2 가공영역의 오목부가 형성된다. 그 결과, 제1 가공영역과 제2 가공영역의 경계부에 불완전 형상의 오목부가 발생하고, 이러한 불완전 형상의 오목부에 의하여, 워크 표면에 줄무늬 모양 등의 원하지 않는 가공흔적이 남을 우려가 있다.

선행기술문헌

(특허문헌)

특허문헌 1: 일본등록특허공보 제3275599호

특허문헌 2: 일본공개특허공보 제2008-844호

본 명세서의 내용 중에 포함되어 있음.

본 발명은 워크 표면을 단속 절삭하는 절삭날을 가지는 회전공구를 워크에 대하여 상대이동시켜서 워크 표면을 가공하는 워크의 가공방법으로서, 절삭날에 의한 절삭 후에 형성되는 워크 표면에서의 복수의 오목부의 배열 패턴을 결정하는 제1 공정과, 제1 공정에서 결정한 배열 패턴에 따라서 워크 표면에 복수의 오목부가 배열되도록, 상기 회전공구의 공구경로를 결정하는 제2 공정을 포함한다.

또한, 본 발명은 워크 표면을 단속 절삭하는 절삭날을 가지는 회전공구에 의하여 워크 표면을 가공하기 위한 공구경로를 생성하는 공구경로 생성장치로서, 절삭날에 의한 절삭 후에 형성되는 워크 표면에서의 복수의 오목부의 배열 패턴을 설정하는 오목부 설정부와, 오목부 설정부에서 설정된 배열 패턴에 따라서 워크 표면에 복수의 오목부가 배열되도록, 회전공구의 공구경로를 생성하는 경로생성부를 구비한다.

더욱이, 본 발명은 워크 표면을 단속 절삭하는 절삭날을 가지는 회전공구에 의하여 워크 표면을 가공하는 공작기계로서, 상기 공구경로 생성장치와, 공구경로 생성장치에서 생성된 공구경로에 따라서, 회전공구를 회전시키면서 워크에 대하여 상대이동하며, 워크 표면을 가공하는 기계본체를 구비한다.

또한, 본 발명은 워크 표면을 단속 절삭하는 절삭날을 가지는 회전공구에 의하여 워크 표면을 가공하기 위한 공구경로의 생성을 컴퓨터에 실행시키는 공구경로 생성 프로그램으로서, 절삭날에 의한 절삭 후에 형성되는 워크 표면에서의 복수의 오목부의 배열 패턴을 설정하는 제1 순서와, 제1 순서에서 설정된 배열 패턴에 따라서 워크 표면에 복수의 오목부가 배열되도록, 회전공구의 공구경로를 생성하는 제2 순서를 컴퓨터에 실행시킨다.

본 명세서의 내용 중에 포함되어 있음.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 공작기계의 개략구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 기계 본체의 일례를 나타내는 정면도이다.
도 3은 도 2의 기계본체에 이용되는 워크 표면의 가공상태를 나타내는 공구의 확대도이다.
도 4의 (a)는 절삭 가공 후의 워크 표면 형상의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 4의 (b)는 도 4의 (a)의 b-b선 단면도이다.
도 5는 워크 표면에 형성되는 오목부와 가공점의 위치관계를 나타내는 도면이다.
도 6은 제1 가공영역과 제2 가공영역을 포함하는 워크 표면의 평면도이고, 본 실시형태의 워크 표면 가공장치에 의하여 해결하고자 하는 문제점을 설명하는 도면이다.
도 7은 오목부 형상이 사각형인 워크 표면의 평면도이다.
도 8은 도 1의 메시 작성부에 의하여 작성된 메시의 일례를 나타내는 도면이다.
도 9는 도 1의 공작기계에 의하여 형성되는 워크 표면의 오목부의 배열 패턴의 일례를 나타내는 도면이다.
도 10은 도 1의 표시장치에 표시되는 오목부 화상의 일례를 나타내는 도면이다.
도 11은 도 1의 제어장치에서 실행되는 처리의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 12는 도 9의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 13은 도 9의 다른 변형예를 나타내는 도면이다.
도 14는 본 실시형태의 공작기계에 의하여 가공되는 워크 표면을 곡면 형상으로 한 예이다.

이하, 도 1 내지 도 14를 참도하여, 본 발명에 의한 공작기계의 실시형태를 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 공작기계(100)의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 이러한 공작기계(100)는 워크 표면을 가공하기 위한 공구경로를 포함하는 가공 프로그램을 작성하는 제어장치(1)를 가지고, 제어장치(1)에서 작성된 가공 프로그램에 따라서 워크 표면을 가공한다.

제어장치(1)는 CPU, ROM, RAM, 그 밖의 주변회로 등을 가지는 연산처리장치를 포함하여 구성되는 컴퓨터이고, 기능적으로는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 메시 작성부(11)와, 가공순서 설정부(12)와, 데이터 변환부(13)와, 표시제어부(14)를 가진다. 제어장치(1)에는 CAD장치(Computer Aided Design Unit)(3)와 입력장치(4)가 접속되고, CAD장치(3)로부터 워크의 가공형상에 대응한 3차원의 형상 데이터가 입력되고, 입력장치(4)로부터 가공 프로그램의 작성에 필요한 각종 데이터가 입력된다. 표시제어부(14)는 표시장치(2)를 제어한다.

제어장치(1)에서 작성된 가공 프로그램은, NC장치(Numerical Control Unit)(5)에 출력된다. NC장치(5)는 이 가공 프로그램에 근거하여 기계본체(50)를 제어하고, 기계본체(50)에 의하여 워크 표면이 가공된다. 도 2는 기계본체(50)의 일례를 나타내는 정면도이며, 여기에서는 입형의 머시닝센터를 나타내고 있다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 베드(51) 상에는 칼럼(52)이 세워 설치되고, 칼럼(52)에는 직선이송기구를 통하여 상하방향(Z축 방향)으로 이동 가능하게 주축헤드(53)가 지지되어 있다. 주축헤드(53)에는 주축을 통하여 하향으로 공구(54)가 설치되어 있다. 공구(54)는 워크(6)의 표면(60)을 단속 절삭하는 절삭날을 가지는 회전공구이며, 예를 들어 볼 엔드밀에 의하여 구성된다. 공구(54)는 주축헤드(53) 내의 스핀들 모터(58)에 의하여 Z축에 평행한 축선(L0)을 중심으로 회전구동된다.

베드(51) 상에는 직선이송기구를 통하여 수평방향(Y축 방향)으로 이동 가능하게 새들(55)이 지지되고, 새들(55) 상에는 Y축 방향과 직교하는 수평방향(X축 방향)으로 이동 가능하게 테이블(56)이 지지되어 있다. X축용, Y축용 및 Z축용의 각 직선이송기구는, 예를 들어 볼나사와 볼나사를 회전 구동하는 서보모터(59)에 의하여 구성된다. 이러한 구성에 의하여, 공구(54)와 워크(6)가 직교 3축 방향(X, Y, Z방향)으로 상대이동하여, 워크(6)가 가공된다. 한편, X축용, Y축용 및 Z축용의 서보모터(59)는 실제로는 서로 다른 위치에 배치되는데, 도 2에서는 편의상 이것을 모아서 하나의 서보모터(59)로서 나타내고 있다. 기계본체(50)는 더욱이 A축, B축, C축의 회전이송축을 가지고 있어도 좋다. 워크(6)는, 예를 들어 표면의 완성 정밀도가 요구되는 성형용의 금형이다.

도 3은 워크 표면(60)의 가공상태를 나타내는 공구(54)의 확대도이다. 한편, 도 3에서는 B축을 기울여서 공구(54)의 축선(L0)을 워크 표면(60)에 대하여 상대적으로 경사지게 나타내고 있고, 축선(L0)과 워크 표면(60)의 수직선(L1)이 이루는 각을 0°보다 큰 소정의 각도(θ)(예를 들어, 45°)로 하고 있다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에서 이용되는 공구(54)는, 둘레면에 소정 매수의 나선형상의 절삭날(54a)을 가지고, 그 선단부가 원호형상을 나타내는 볼 엔드밀이다. 한편, 이하에서는 설명을 간단하게 하기 위하여, 공구(54)를 절삭날(54a)의 매수가 1매인 1매날 볼 엔드밀로 가정한다. 공구 선단부의 구의 중심(54b)을 기준으로 한 공구 선단 형상은 미리 파악되어 있고, 공구(54)의 위치는 중심(54b)의 좌표에 의하여 특정할 수 있다.

공구(54)를 회전시키고, 워크(6)에 대하여 상대이동시키면서 워크 표면(60)을 가공하는 경우, 워크 표면(60)이 절삭날(54a)에 의하여 단속 절삭되고, 워크 표면(60)에 커스프(62)(도 4의 (b)를 참조)라고 칭해지는 절삭잔여부가 발생한다.

도 4의 (a)는 절삭 가공 후의 워크 표면 형상의 일례를 나타내는 평면도이고, 도 4의 (b)는 도 4의 (a)의 b-b선 단면도이다. 도 4의 (a)에서는 워크 표면(60)을 XY평면으로 나타내고 있고, XY평면에서 예를 들어 공구(54)를 화살표(PA)로 나타내는 바와 같이 가공점(P0)을 따라서 상대이동함으로써, 도 4의 (a)의 워크 표면 형상이 얻어진다. 각 가공점(P0)은 워크 가공시에서의 공구(54)의 기준점인 중심(54b)의 목표위치를 나타내는 점, 즉 공구경로를 생성하는 가공지령점이며, 화살표(PA)는 공구경로에 상당한다. 가공점(P0)의 위치 데이터에 의하여, 공구경로를 포함하는 가공 프로그램이 구성된다. 가공 프로그램에는 가공점(P0, P0) 사이에 있어서 공구(54)를 어느 정도 회전시키는지 등의 공구회전량의 데이터도 포함된다.

화살표(PA)에 따른 각 가공점(P0, P0) 사이의 거리(ΔP)는 서로 동일하고, 이러한 거리(ΔP)는 1날의 이송량(단순히 이송량이라고도 함)에 상당하다. 한편, 가공점(P0, P0) 사이의 Y축 방향의 거리(ΔY)는 피크 피드량에 상당하다. 본 실시형태에서는 1매날 볼 엔드밀을 사용하고 있으므로, 가공점(P0)에서 다음 가공점(P0)에 이를 때까지 공구(54)가 1회전한다. 공구(54)를 회전시키면서 공구경로(PA)를 따라서 상대이동시킴으로써, 워크 표면(60)이 절삭날(54a)에 의하여 절삭되고, 워크 표면(60)에는 공구형상에 대응하여 구면 형상의 오목부(61)가 형성된다.

도 4의 (a)의 이송량(ΔP)은 오목부(61)의 직경(D)보다 작고, 오목부(61)끼리는 일부가 서로 겹쳐 있다. 그 결과, 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이, 이웃하는 오목부(61)와 오목부(61) 사이에, 볼록한 형상의 절삭잔여부인 커스프(62)가 발생한다. 한편, 도 4의 (a)에 있어서, 하나의 오목부(61)와 그 주위의 오목부(61)를 각각 61a, 61b로 나타내면, 오목부(61a)의 주위에는 오목부(61a)와 일부가 겹치도록 균등하게 6개의 오목부(61b)가 형성되고, 오목부(61a)와 각 오목부(61b)의 경계부에, 각각 직선 형상의 교선(63)이 발생한다. 따라서, 가공 후의 오목부 형상은, 6개의 교선(64)으로 둘러싸인 평면에서 볼 때의 육각형상(실선)이 된다.

도 5는 워크 표면(60)에 형성되는 오목부(61)와 가공점(P0)의 위치관계를 나타내는 도면이다. 도 5에 있어서, 구면 형상의 오목부(61)의 중심점(이웃하는 커스프(62, 62)의 중간점)을 P1, 커스프(62)의 발생을 무시한 설계 상의 워크 표면을 60a로 한다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 오목부(61)의 중심점(P1)은 워크 표면(60a) 상에 위치하고, 가공점(P0)은 중심점(P1)으로부터 소정 거리(ΔL1)만큼 떨어진 위치에 설정된다. 따라서, 가공점(P0)을 연결한 공구경로(PA)는 워크 표면(60a)으로부터 소정 거리(ΔL1)만큼 떨어져 생성된다. 여기에서, ΔL1은 도 3의 공구(54)의 중심(54b)으로부터 공구 선단부의 절삭날(54a)의 외주면까지의 거리, 즉 공구선단부의 구의 반경에 상당한다. 한편, 설계 상의 워크 표면(60a)과 실제 워크 표면(60) 사이의 최대거리는 커스프 높이(ΔL2)에 상당한다.

도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이, 워크 표면(60)(엄밀하게는 설계 상의 워크 표면(60a))의 상방에 가공점(P0)을 균등하게 설정하여 공구경로(PA)를 생성하는 동시에, 각 가공점 사이에서 공구(54)가 1날만큼 회전하도록 구성하면, 워크 표면(60)에 복수의 오목부(61)를 균일하게 배열할 수 있다. 하지만, 가공영역이 서로 인접하는 복수의 가공영역(제1 가공영역, 제2 가공영역)을 포함하는 경우, 각 가공영역에서는 서로 독립하여 공구경로를 생성하므로, 제1 가공영역과 제2 가공영역의 경계부에 불완전 형상의 오목부가 생성될 우려가 있다. 이러한 문제점을 도 6을 참조하여 설명한다.

도 6은 제1 가공영역(AR1)과 제2 가공영역(AR2)을 포함하는 워크 표면(W1)의 평면도이다. 한편, 가공영역이란, 소정의 공구경로를 따라서 가공되는 영역, 즉 가공 패턴이 일정한 영역이다. 다시 말해, 공구경로는 가공영역마다 설정되고, 다른 가공영역에서의 공구경로는 서로 불연속이다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 제1 가공영역(AR1) 및 제2 가공영역(AR2)에는, 도 4의 (a)와 마찬가지로, 각각 복수의 가공점(P0)이 균등하게 설정되어 있다.

여기에서, 공구경로(PA1)를 따라서 제1 가공영역(AR1)을 가공한 후, 공구경로(PA1)로부터 독립된 공구경로(PA2)를 따라서 제2 가공영역을 가공하였다고 가정한다. 이 경우, 제1 가공영역(AR1)의 오목부(61)의 위치는, 제2 가공영역(AR2)의 오목부(61)의 위치와는 무관하다. 이 때문에, 제1 가공영역(AR1)과 제2 가공영역(AR2)의 경계부(AR3)에 불완전 형상의 오목부(61c)가 발생하고, 이러한 불완전 형상의 오목부(61c)에 의하여, 워크 표면에 줄무늬 모양 등의 가공흔적이 남을 우려가 있다. 이와 같은 가공흔적은, 특히 표면의 가공품질이 요구되는 워크(6)(예를 들어, 금형)에 있어서 바람직하지 않다. 그래서, 본 실시형태에서는, 워크 표면(60)에 줄무늬 모양 등의 가공흔적이 발생하지 않도록 하기 위하여, 다음과 같이 제어장치(1)를 구성한다.

도 1의 메시 작성부(11)에는 입력장치(4)로부터의 신호가 입력된다. 입력장치(4)는 키보드나 터치패널 등에 의하여 구성되고, 워크 표면(60)에 형성되는 오목부(61)의 형상, 치수 등을 사용자가 입력 가능하게 되어 있다.

오목부 형상으로는, 도 6의 육각형상 이외에, 삼각형, 사각형, 오각형 등, 각종 형상을 입력할 수 있다. 도 7은 오목부 형상이 사각형(특히, 정사각형)인 예를 나타내고 있다. 한편, 도 7에는 오목부(61)의 중심위치에 대응하는 가공점(P0) 및 공구경로(PA)의 일례를 함께 나타내고 있다.

오목부(61)의 치수는, 예를 들어 도 4의 (a)의 오목부(61)의 중심점(가공점(P0)) 사이의 거리(ΔP)에 상당하고, 이 값도 사용자가 입력 가능하다. 한편, 입력장치(4)로부터는 공구(54)의 종류, 절삭날(54a)의 수, 공구선단부의 치수, 공구(54)의 이송속도 등의 정보도 입력된다.

메시 작성부(11)는 CAD장치(3) 및 입력장치(4)로부터의 신호에 근거하여, 워크 표면형상을 따라서 메시를 작성한다. 즉, 메시 작성부(11)는 CAD장치(3)로부터 설계 상의 워크 표면(60a)의 형상 데이터를 취득하는 동시에, 입력장치(4)로부터 오목부(61)의 형상 및 치수를 취득한다. 그리고, 이들의 입력 데이터에 근거하여 워크 표면(60a)을 자동 분할하고, 메시를 작성하다. 한편, 다음에서는, 메시 작성부(11)에 의하여 작성된 오목부, 즉 설계상의 워크 표면(60a)에 형성되는 가상 오목부(610)로 나타내고, 가공 후에 형성되는 오목부(61)와 구별한다. 메시 작성의 개시점, 메시의 작성 패턴 등 메시 작성의 조건을 미리 사용자가 입력 가능하게 하여도 좋다.

메시 자동 작성방법에는 다양한 것이 있고, 일례를 들면, 들로네(Delaunay)의 삼각분할이 알려져 있다. 도 8은 메시 작성부(11)에 의하여 작성된 워크 표면(60a)의 메시(MS)의 일례를 나타내는 도면이다. 이 예에서는, 입력장치(4)에 의하여 오목부 형상으로서 육각형이 지령되고, 들로네의 삼각분할을 이용하여, 정삼각형의 메시(MS)가 작성되어 있다. 메시(MS)의 정점은, 가상 오목부(610)의 중심점(P1)에 상당하고, 중심점(P1, P1) 사이의 거리는 가상 오목부(610)의 크기에 상당하다. 이에 따라, 메시 작성부(11)는 입력장치(4)로 입력한 형상 및 치수의 가상 오목부(610)를 작성할 수 있다. 메시 분할에 의한 가상 오목부(610)는 동일한 가공영역인지 아닌지에 상관없이, 워크 표면 전체에 균일하게 설정된다.

도 9는 서로 다른 가공영역(AR1, AR2)을 포함하는 워크 표면(60a)의 가상 오목부(610)의 배열 패턴의 일례를 나타내는 도면이다. 한편, 도면에는 가공점(P0)과 공구경로(PA1, PA2)를 함께 나타내고 있다. 도 9는 워크 가공 전의 가상 오목부(610)의 배열 패턴을 나타내는 것인데, 워크 가공 후의 오목부(61)의 배열 패턴도, 후술하는 바와 같이 도 9와 동일하다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 워크 표면(60a)에는 제1 가공영역(AR1)에서 제2 가공영역(AR2)에 걸쳐서 균일하게 가상 오목부(610)가 배치되어 있다. 따라서, 제1 가공영역(AR1)과 제2 가공영역(AR2)의 경계부(AR3)에는, 도 6에 나타내는 바와 같은 불완전 형상의 오목부(61c)는 발생하지 않는다.

메시 작성부(11)는 설계상의 워크 표면(60a)을 메시 분할하여 워크 표면 전체에 균일하게 가상 오목부(610)를 배치한 후, 가상 오목부(610)의 중심점(P1)에서 소정 거리(ΔL1)(도 5)만큼 떨어진 위치에 가공점(P0)을 설정한다.

가공순서 설정부(12)는 메시 작성부(11)에서 설정된 가공점(P0)을 순차 접속하여 가공 순서를 설정한다. 이 가공점(P0)의 접속은, 예를 들어 메시 작성부(11)에서 작성된 가상 오목부(610)의 화상(오목부 화상)을 표시장치(2)에 표시하고, 사용자가 입력장치(4)(예를 들어, 마우스)에 의하여 오목부 화면 상의 가상 오목부(610)를 순차 선택함으로써 행한다.

도 10은 표시장치(2)에 표시되는 오목부 화상(21)의 일례를 나타내는 도면이다. 이 오목부 화상(21)을 표시하게 하기 위한 화상신호는, 메시 작성부(11)로부터의 신호에 근거하여 표시제어부(14)에서 생성된다. 표시제어부(14)는 생성한 화상신호에 따라서 표시장치(2)를 제어한다. 도 10의 예에서는, 워크 표면(60a)을 삼차원적으로 나타내기 위하여, 오목부 화상(21)을 농담 표시하여 화상(21)에 음영을 부여하고 있다. 도 10에서는 가상 오목부(610)를 육각형으로서 표시하고 있는데, 가상 오목부(610)의 형상은 워크(6)의 가공표면의 형상이나 메시(MS)의 형상 등에 따라서 변화하는 것이며, 육각형상으로 한정되지 않는다.

표시장치(2)에, 도 10에 나타내는 바와 같은 오목부 화상(21)에 표시되면, 사용자는 입력장치(4)를 통하여 화상(21) 상의 가상 오목부(610)의 일부(예를 들어, 611~615)를 순차 선택한다. 이에 따라, 도 10의 화살표에 나타내는 바와 같이, 각 가상 오목부(611~615)에 대응한 가공점(P0)을 순차 접속한 가공순서(PA0)가 설정된다. 가공순서 설정부(12)는 이렇게 하여 순서지어진 가공점(P0)의 데이터(좌표 데이터)를 가공순서 데이터로서 설정한다.

한편, 사용자가 가공순서를 수동으로 입력하는 것이 아니라, 미리 정해진 규칙에 따라서, 가공순서 설정부(12)에서 자동적으로 설정하도록 하여도 좋다. 예를 들어, 도 9의 공구경로(PA1, PA2)에 나타내는 바와 같이, 각각의 가공영역(AR1, AR2)에 포함되는 가공점(P0)을 일방향을 따라서 일단부에서 타단부까지 순차 접속한 후, 피크 피드량만큼 어긋나게 하여 반대방향으로 순차 접속하는 것을 반복하여, 가공순서를 자동적으로 설정하도록 하여도 좋다.

가공순서의 설정이 종료되면, 데이터 변환부(13)는 가공순서 데이터를 NC장치(수치제어장치)(5)에서 판독 가능한 NC데이터로 변환하고, 가공 프로그램을 작성한다. 가공 프로그램에는, 가공순서(PA0)에 따라서 순서지어진 각 가공점(P0)의 좌표 데이터와 함께, 각 가공점(P0, P0) 사이에서의 공구(54)의 회전량(회전위상)의 데이터가 포함된다. 이러한 가공 프로그램에 의하여 공구경로(PA)가 정의된다.

이상의 처리는 미리 제어장치(1)에 저장된 공구경로 생성 프로그램을 제어장치(1)의 CPU에 실행시킴으로써 실현할 수 있다. 도 11은 제어장치(1)에서 실행되는 처리(공구경로 생성처리)의 일례를 나타내는 플로차트이다. 이 플로차트에 나타내는 처리는, 예를 들어 사용자가 입력장치(4)를 조작하여 가공 프로그램 작성지령을 입력하면 개시된다. 한편, 입력장치(4)로부터는 가공 프로그램 작성지령의 입력 전에, 오목부(61)의 형상, 치수 등을 정의하는 메시 작성조건이나, 공구(54)의 형상, 치수 등의 공구 데이터가 입력되어, 메모리에 기억되어 있다.

단계 S1에서는, CAD장치(3)로부터 CAD 데이터를 판독하는 동시에, 미리 입력된 메시 작성조건 등의 각종 데이터를 판독한다. 단계 S2에서는, 메시 작성조건에 따라서, 도 8에 나타내는 바와 같이, CAD 데이터에 의하여 정의되는 워크 표면(60a)을 따라서 메시(MS)를 작성한다.

단계 S3에서는 표시제어부(14)에 있어서 각 메시(MS)의 정점을 가상 오목부(610)의 중심으로서 표시하는 화상신호를 생성하고, 도 10에 나타내는 바와 같이 표시장치(2)에 오목부 화상(21)을 표시하게 한다. 단계 S4에서는 오목부 화상(21)을 확정할지 말지를 판정한다. 이 처리는 메시 작성을 고칠지 말지의 판정이다. 예를 들어, 사용자는 오목부 화상(21)의 표시를 보고, 워크 표면(60)에 형성되는 오목부(61)가 의도한 것인지 아닌지를 판단한다. 그리고, 의도한 것이라고 판단한 경우에는, 입력장치(4)의 조작에 의하여 오목부 화상(21)의 확정을 지령한다. 이에 따라, 단계 S4가 긍정되어, 단계 S5로 진행한다.

한편, 사용자가 오목부 화상(21)이 의도한 것이 아니라고 판단한 경우에는, 입력장치(4)의 조작에 의하여 오목부 화상(21)의 취소를 지령한다. 이에 따라, 단계 S4가 부정되어, 도 11의 공구경로 생성처리가 종료된다. 이 경우, 사용자에 의하여 메시 작성조건 등이 변경된 후, 상술한 처리가 고쳐진다.

단계 S5에서는 입력장치(4)(예를 들어, 마우스)의 조작에 의하여 오목부 화상(21) 내의 가상 오목부(610)가 선택되었는지 아닌지를 판정한다. 단계 S5가 긍정되면 단계 S6으로 진행하고, 부정되면 단계 S7로 진행한다. 단계 S6에서는 선택된 가상 오목부(610)에 대응하는 가공점(P0)의 좌표를 연산하여, 메모리에 기억한다. 이때, 예를 들어 선택된 순서로 가공점(P0)을 기억함으로써, 가공점(P0)이 순서지어진다.

이어서, 단계 S7에서, 오목부 화상(21) 상의 모든 가상 오목부(610)의 선택이 종료되었는지 아닌지를 판정한다. 이러한 판정은, 예를 들어 입력장치(4)에 의하여 선택 종료 지령이 입력되었는지 아닌지를 판정함으로써 이루어진다. 한편, 선택한 가상 오목부(610)의 표시형태(예를 들어, 색상)를 변경하도록 하면, 사용자는 가상 오목부(610)의 선택 및 비선택을 쉽게 판단할 수 있다. 단계 S7이 부정되면, 단계 S5로 되돌아가서 마찬가지의 처리를 반복한다. 이에 따라, 가공점(P0)의 좌표 데이터와 가공점(P0)의 순서를 포함하는 가공순서 데이터, 즉 도 10의 화살표로 나타내는 가공순서(PA0)를 나타내는 가공순서 데이터가 설정된다.

단계 S7이 긍정되면 단계 S8로 진행한다. 단계 S8에서는 가공순서 데이터에, 각 가공점 사이에서의 공구(54)의 목표회전량의 데이터를 추가하고, 가공순서 데이터를 NC장치(5)에서 판독 가능한 NC데이터로 변환한다. 즉, 가공순서 데이터에 근거하여, 공구경로(PA)를 포함하는 가공 프로그램을 작성한다. 이상에 의하여, 제어장치(1)에서의 처리를 종료한다.

NC장치(5)는 가공 프로그램(NC데이터)을 판독하는 판독부와, 공작기계(50)의 모터(58, 59)의 가감속을 제어하는 가속제어부와, X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향의 목표이동량과 주축의 목표회전량을 연산하는 보간연산부를 포함한다. 그리고, 제어장치(1)로부터의 가공 프로그램에 따라서 공작기계(50)를 제어한다. 이 경우, 가공 프로그램에 포함되는 공구경로(PA)를 따라서 공구(54)가 워크(6)에 대하여 상대이동하면서, 가공점(P0) 사이에서 절삭날(54a)이 1날만큼 회전하도록, 모터(58, 59)를 제어한다. 이에 따라, 예를 들어 도 9의 각 가공영역(PA1, PA2)마다의 공구경로를 따라서, 공구(54)가 회전하면서 이동한다.

그 결과, 도 9에 나타내는 바와 같이, 워크 표면(60)에는 미리 정한 가상 오목부(610)와 동일한 배열 패턴의 오목부(61)가 형성된다. 따라서, 가공영역이 동일한지 아닌지에 상관없이 워크 표면(60)에 균일하게 오목부(61)를 형성할 수 있다. 즉, 제1 가공영역(AR1)과 제2 가공영역(AR2)의 경계부(AR3)에 불완전 형상의 오목부가 형성되지 않아, 줄무늬 모양의 가공흔적의 발생을 방지할 수 있다.

이상의 본 실시형태에 따른 워크 표면 가공방법을 정리하면, 다음과 같이 된다. 우선, 입력장치(4)를 통하여 사용자가 워크 표면(60)에 형성되어야 할 오목부(61)의 형상 및 치수를 설정한다. 그 후, 입력장치(4)를 통하여 사용자가 가공 프로그램 작성지령을 입력하면, 제어장치(1)에서 상술한 처리가 개시되고, 메시 작성조건에 따라서 자동적으로 메시(MS)가 작성된다(단계 S2). 더욱이, 각 메시(MS)의 정점이 가상 오목부(610)의 중심이 되도록 오목부 화상(21)이 표시된다(단계 S3).

사용자는 이러한 오목부 화상(21)을 보고, 워크 표면(60)에 형성되는 오목부(1)가 의도한 것인지 아닌지를 판단하여, 필요에 따라서 메시 작성을 고친다. 메시 작성을 고치지 않는 경우, 오목부 화상(21)의 확정을 지령하고, 입력장치(4)의 조작에 의하여 화상 상의 가상 오목부(610)를 순차 선택한다. 이에 따라, 가공점(P0)을 순차 연결한 가공순서(PA0)를 나타내는 가공순서 데이터가 설정된다(단계 S6). 모든 가상 오목부(610)의 선택을 종료하면, 사용자는 입력장치(4)를 통하여 선택종료 지령을 입력한다. 이에 따라, 가공순서 데이터가 NC장치(5)에서 판독 가능한 NC데이터로 변환되고, 가공 프로그램이 작성된다(단계 S8). 이러한 가공 프로그램은 각 가공점(P0)의 순서 및 위치 데이터와, 각 가공점(P0, P0) 사이에서의 공구(54)의 목표회전량의 데이터를 포함한다.

NC장치(5)는 제어장치(1)로부터의 가공 프로그램에 따라서 기계본체(50)의 모터(58, 59)를 제어하고, 공구(54)의 중심(54b)을 가공점(P0)을 따라서 이동시키는 동시에, 각 가공점 사이에서 목표회전량만큼 공구(54)를 회전시킨다. 이에 따라, 워크 표면(60)이 가공되고, 가공 후의 워크 표면(60)에는 오목부 화상(21)의 가공 오목부(610)와 동일한 배열 패턴의 오목부(61)가 형성된다. 이러한 경우, 워크 표면(60)은 가공영역마다 가공되는데, 가공 후의 워크 표면(60)에는 가공영역에 상관없이 오목부(61)가 균등하게 배치된다. 따라서, 다른 가공영역(AR1, AR2)의 경계부(AR3)에서 불완전 형상의 오목부가 형성되지 않아, 줄무늬 모양 등의 가공흔적의 발생을 방지할 수 있다.

본 실시형태에 따르면 다음과 같은 작용효과를 나타낼 수 있다.

(1) 미리 공구(54)의 절삭날(54a)에 의한 절삭 후에 형성되는 워크 표면 상의 복수의 오목부(61)(가상 오목부(610))의 배열 패턴을 결정하고, 그 배열 패턴에 따라서 워크 표면(60)에 복수의 오목부(610)가 배열되도록 공구경로(PA)를 설정하였다. 즉, 가공 데이터 작성부(1)에서의 처리에 의하여, 설계상의 워크 표면(60a)을 메시 분할하여 가상 오목부(610)를 설정하는 동시에, 각 가상 오목부(610)에 대응하는 가공점(P0)을 연산하여, 이들 가공점(P0)을 순차 접속하여 공구경로(PA)를 설정하였다. 이에 따라, 다른 가공영역(AR1, AR2)의 경계부(AR3)에 불완전 형상의 오목부가 배치되지 않아(도 9), 워크 표면(60)에 균일하게 오목부(61)를 형성할 수 있다.

(2) 입력장치(4)에 의하여 입력된 메시 작성조건에 따라서 설계상의 워크 표면(60a)을 메시 분할함으로써, 가상 오목부(610)의 형상, 크기 및 배치를 결정하였다. 즉, 미리 가상 오목부(610)의 배열 패턴을 결정하고, 그 배열 패턴과 동일한 패턴으로 오목부(61)가 형성되도록, 가공 프로그램에 따라서 워크 표면(60)을 가공하도록 하였다. 이에 따라, 워크 표면(60)에 원하는 오목부(61)를 형성할 수 있다.

(3) 가공점(P0)을 순차 연결한 공구경로(PA)뿐만 아니라, 각 가공점 사이의 공구(54)의 회전량도 설정하고, 이들을 가공 프로그램에 포함시키도록 하였다. 이에 따라, 공구(54)의 이송속도나 워크(6)의 표면형상 등과 상관없이, 항상 가공점(P0)에 대응한 오목부(61)를 형성할 수 있다.

(4) 미리 정해진 가공 프로그램에 따라서, 가공점 사이에서 공구(54)가 1날만큼 회전하도록 모터(58, 59)를 제어하므로, 가공점 사이의 거리가 다른 경우여도, 원하는 오목부(61)를 얻을 수 있다.

(5) 표시제어부(14)에서, 메시 작성부(11)에서 작성한 메시(MS)의 정점을 가상 오목부(610)의 중심으로 하는 화상신호를 생성하고, 워크 가공 전에 미리 오목부 화상(21)으로서 표시장치(2)에 표시하도록 하였다. 이에 따라, 사용자는 워크 표면(60)에 형성되는 오목부(61)의 배열 패턴을 사전에 파악할 수 있어, 잘못된 조건으로 워크(6)를 가공하는 것을 방지할 수 있다.

미리 워크 표면(60a)에 형성되는 가상 오목부(610)의 배열 패턴이나 공구경로(PA)는 상술한 것으로 한정되지 않는다. 도 12, 도 13은, 가상 오목부(610)의 배열 패턴과 공구경로(PA)의 다른 예를 나타내는 도면이다. 도 12에 나타내는 바와 같이, 기준이 되는 가상 오목부(610a)를 설정하고, 이러한 가상 오목부(611)를 중심으로 하여 공구경로(PA)를 나선형상으로 설정하여도 좋다. 또한, 도 13에 나타내는 바와 같이, 제1 가공영역(AR1)의 공구경로(PA1)와 제2 가공영역(AR2)의 공구경로(PA2)를 다른 방향으로 설정하여도 좋다.

본 발명은 다양한 형상의 워크에 적용할 수 있고, 다양한 가공영역(AR)의 설정에 대하여도 적용할 수 있다. 예를 들어, 도 14에 나타내는 바와 같이 워크 표면(60)이 곡면형상이고, 곡면의 정점을 경계로 제1 가공영역(AR1)과 제2 가공영역(AR2)이 설정되어 있는 경우에도 적용할 수 있다. 이 경우에도, 제1 가공영역(AR1)과 제2 가공영역(AR2)의 경계부(AR3)에 가공흔적을 남기지 않고, 워크 표면 전체를 매끄럽게 형성할 수 있다. 본 발명은, 워크의 가공표면의 전역이 아니라, 그 일부에 적용할 수 있다. 예를 들어, 표면의 완성 품위가 요구되는 부분이나, 복수의 가공영역의 경계부 근방에 있어서, 미리 가상 오목부(610)의 배열 패턴을 결정하고, 그 배열 패턴에 따라서 공구경로(PA)를 생성하도록 하여도 좋다.

한편, 상기 실시형태에서는, 미리 오목부(61)의 형상과 치수를 사용자가 지정하고, 그 지정된 조건에 맞도록 메시 작성부(11)에서 메시(MS)를 작성하며, 가상 오목부(610)를 자동적으로 설정하도록 하였다. 이러한 가상 오목부(610)의 설정을 사용자가 수동으로 입력하도록 하여도 좋다. 가상 오목부(610)의 형상이나 치수를 사용자가 결정하는 것이 아니라, 워크 형상 등에 따라서 제어장치(1)에서 자동적으로 결정하도록 하여도 좋다. 즉, 미리 워크 표면(60a)의 오목부(610)의 배열 패턴을 결정하는 것이라면, 제1 공정은 어떠한 것이어도 좋으며, 오목부 설정부(메시 작성부(11))의 구성은 상술한 것으로 한정되지 않는다.

제2 공정으로서, 표시장치(2)의 오목부 화상(21)을 통하여 공구경로(PA)를 결정하도록 하였는데, 가상 오목부(610)의 배열 패턴을 결정한 후, 그 배열 패턴을 따라서 공구경로(PA)를 결정하는 것이라면, 제2 공정은 어떠한 것이어도 좋다. 워크 형상 등에 따른 효율적인 공구경로(PA)를 제어장치(1)가 자동적으로 설정하도록 하여도 좋으며, 경로생성부(가공순서 설정부(12), 데이터 변환부(13))의 구성은 상술한 것으로 한정되지 않는다. 즉, 공구경로 생성장치로서의 제어장치(1)의 구성은 상술한 것으로 한정되지 않는다.

상기 실시형태에서는, 각 가공점 사이에서 회전공구(54)가 1날만큼 회전하도록 하였는데, 공구(54)의 회전속도를 일정하게 하고, 이송속도를 가변 제어함으로써, 또는 공구(54)의 이송속도를 일정하게 하고, 회전속도를 가변 제어함으로써, 이것을 실현하도록 하여도 좋다. 공구(54)의 이송속도와 회전속도의 양쪽을 가변 제어함으로써도 실현 가능하다. 즉, 제3 공정으로서, 공작기계의 모터(58, 59)를 제어하는 경우, 적어도 어느 한쪽의 모터(58, 59)를 가변 제어하면 된다.

상기 실시형태(도 9)에서는, 제1 가공 패턴으로 가공되는 제1 가공영역(AR1)과, 제2 가공 패턴으로 가공되는 제2 가공영역(AR2)을 포함하는 가공영역에서, 가상 오목부(610)의 배열 패턴을 결정하였지만, 3개 이상의 다른 가공영역을 포함하는 경우에도, 본 발명을 마찬가지로 적용 가능하다. 또한, 단일한 가공영역(AR)이어도, 공구(54)의 피크 피드 전의 공구경로와 피크 피드 후의 공구경로에서의 인접하는 오목부(61)의 위상이 균일하지 않고, 공구 진행방향으로 불규칙하게 어긋나 있는 경우 등에도 가공 후의 워크 표면에 줄무늬 모양이 발생할 우려가 있어, 이 경우에도 본 발명을 마찬가지로 적용 가능하다.

워크 표면(60a)의 가상 오목부(610)의 배열 패턴을 설정하는 제1 순서와, 이 설정된 배열 패턴에 따라서 워크 표면(60)에 복수의 오목부(61)가 배열되도록, 공구경로(PA)를 생성하는 제2 순서를 컴퓨터로서의 제어장치(1)에 실행시키는 것이라면, 공구경로 생성 프로그램의 구성은 상술한 것으로 한정되지 않는다. 따라서, 제어장치(1)에서의 처리도 도 11에 나타내는 것으로 한정되지 않는다. 공구경로 생성 프로그램은, 다양한 기억매체나 통신회선 등을 통하여 제어장치(1)에 저장할 수 있다.

상기 실시형태에서는, 회전공구(54)로서 볼 엔드밀을 사용하였는데, 워크 표면을 단속 절삭하는 절삭날을 가지는 공구라면, 래디어스 엔드밀을 사용한 경우 등, 다른 회전공구를 사용한 경우에도, 본 발명은 적용 가능하다.

상기 실시형태에서는, 3축 가공용의 입형 머시닝센터에 의하여 기계본체(50)를 구성하였는데, 제어장치(1)에서 생성된 공구경로(PA)에 따라서 워크(6)에 대하여 공구(54)를 상대이동하고, 워크 표면(60)을 가공할 수 있는 것이라면, 다른 기계본체를 이용할 수도 있다. 예를 들어, 가로형 머시닝센터나 5축 가공용 머시닝센터, 머시닝센터 이외의 기계본체 등, 본 발명에 따른 공구경로 생성장치는, 다양한 기계본체에 적용 가능하다.

본 발명에 따르면, 미리 워크 표면에서의 복수의 오목부의 배열 패턴을 결정하고, 이 결정한 배열 패턴에 따라서 오목부가 배열되도록, 회전공구의 공구경로를 결정하도록 하였으므로, 워크 표면에 줄무늬 모양 등의 원하지 않는 가공흔적이 남는 것을 방지할 수 있다.

1: 제어장치
2: 표시장치
3: CAD장치
4: 입력장치
11: 메시 작성부
12: 가공순서 설정부
13: 데이터 변환부
14: 표시제어부
21: 오목부 화상
50: 기계본체
54: 공구
54a: 절삭날
60: 워크 표면
61: 오목부
610: 가상 오목부
PA: 공구경로

Claims

워크 표면을 단속 절삭하는 절삭날을 가지는 회전공구를 워크에 대하여 상대이동시켜서 워크 표면을 가공하는 워크의 가공방법으로서,
상기 절삭날에 의한 절삭 후에 형성되는 워크 표면에서의 복수의 오목부의 배열 패턴을 결정하는 제1 공정과,
상기 제1 공정에서 결정한 상기 배열 패턴에 따라서 워크 표면에 상기 복수의 오목부가 배열되도록, 상기 회전공구의 공구경로를 결정하는 제2 공정을 포함하는 워크의 가공방법.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 공정에서는, 상기 오목부의 형상 및 크기를 결정하는 워크의 가공방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제2 공정에서는, 상기 복수의 오목부에 각각 대응하는 복수의 가공점을 순차 접속하여 상기 공구경로를 결정하는 동시에, 각 가공점 사이에서의 상기 회전공구의 회전량을 결정하는 워크의 가공방법.
제 3 항에 있어서,
상기 회전공구를 회전시키면서 상기 공구경로를 따라서 상대이동시키는 제3 공정을 더 포함하고, 상기 제3 공정에서는, 각 가공점 사이에서 상기 회전공구가 1날만큼 회전하도록 상기 회전공구의 이송량 및 회전위상을 제어하는 워크의 가공방법.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 공정에서는, 제1 가공 패턴으로 가공되는 제1 가공영역과, 상기 제1 가공영역에 인접하는 제2 가공 패턴으로 가공되는 제2 가공영역을 포함하는 가공영역에서, 상기 복수의 오목부의 배열 패턴을 결정하는 워크의 가공방법.
워크 표면을 단속 절삭하는 절삭날을 가지는 회전공구에 의하여 워크 표면을 가공하기 위한 공구경로를 생성하는 공구경로 생성장치로서,
상기 절삭날에 의한 절삭 후에 형성되는 워크 표면에서의 복수의 오목부의 배열 패턴을 설정하는 오목부 설정부와,
상기 오목부 설정부에서 설정된 상기 배열 패턴에 따라서 워크 표면에 상기 복수의 오목부가 배열되도록, 상기 회전공구의 공구경로를 생성하는 경로생성부를 구비하는 공구경로 생성장치.
워크 표면을 단속 절삭하는 절삭날을 가지는 회전공구에 의하여 워크 표면을 가공하는 공작기계로서,
제 6 항에 기재된 공구경로 생성장치와,
상기 공구경로 생성장치에서 생성된 공구경로에 따라서, 상기 회전공구를 회전시키면서 상기 워크에 대하여 상대이동하고, 워크 표면을 가공하는 기계본체를 구비하는 공작기계.
워크 표면을 단속 절삭하는 절삭날을 가지는 회전공구에 의하여 워크 표면을 가공하기 위한 공구경로의 생성을 컴퓨터에 실행시키는 공구경로 생성 프로그램으로서,
상기 절삭날에 의한 절삭 후에 형성되는 워크 표면에서의 복수의 오목부의 배열 패턴을 설정하는 제1 순서와,
상기 제1 순서에서 설정된 상기 배열 패턴에 따라서 워크 표면에 상기 복수의 오목부가 배열되도록, 상기 회전공구의 공구경로를 생성하는 제2 순서를 컴퓨터에 실행시키는 공구경로 생성 프로그램.