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KR101791073B1 - Post processing system using angle head spindle - Google Patents

Post processing system using angle head spindle Download PDF

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Publication number
KR101791073B1
KR101791073B1 KR1020160050553A KR20160050553A KR101791073B1 KR 101791073 B1 KR101791073 B1 KR 101791073B1 KR 1020160050553 A KR1020160050553 A KR 1020160050553A KR 20160050553 A KR20160050553 A KR 20160050553A KR 101791073 B1 KR101791073 B1 KR 101791073B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
equation
data
machining
axis
angle
Prior art date
Application number
KR1020160050553A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
정윤교
황종대
Original Assignee
창원대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 창원대학교 산학협력단 filed Critical 창원대학교 산학협력단
Priority to KR1020160050553A priority Critical patent/KR101791073B1/en
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Abstract

본 발명은 5축 가공용 포스트 프로세서에 있어서, 상기 5축 가공용 5축 가공기는 앵글헤드 스핀들을 포함하고, 상기 앵글헤드 스핀들을 포함하는 경우의 5축 가공용 포스트 프로세서는 주어진 공구자세 및 공구위치 벡터인 CL(Cutter location)데이터를 해당 가공기의 메커니즘에 맞는 NC(Numerical control)데이터로 변환하되, 상기 NC(Numerical control)데이터는 하기 수학식 (1)이고, θi는 하기 수학식 (2)인 것을 특징으로 하는 5축 가공용 포스트 프로세서에 관한 것으로, 앵글헤드를 부착한 5축가공용 포스트프로세서를 통하여, 복잡한 형상의 내면가공에 대한 NC 프로그램의 정확도와 편의성을 증대시킬 수 있다.

Figure 112016039888265-pat00024
... 수학식 (1)
Figure 112016039888265-pat00025
... 수학식 (2)The present invention relates to a post processor for 5-axis machining, wherein the 5-axis machining tool for 5-axis machining includes angle head spindles and the 5-axis machining post processor when the angle head spindle includes the tool head, (NC) data is represented by the following equation (1), and? I is represented by the following equation (2): NC (numerical control) The present invention relates to a post processor for 5-axis machining. The post processor for 5-axis machining with an angle head can increase the accuracy and convenience of an NC program for machining a complicated inner surface.
Figure 112016039888265-pat00024
... Equation (1)
Figure 112016039888265-pat00025
&Quot; (2) "

Description

앵글헤드 스핀들을 이용한 5축 가공용 포스트 프로세서{POST PROCESSING SYSTEM USING ANGLE HEAD SPINDLE}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a post processor for 5-axis machining using an angle head spindle,

본 발명은 앵글헤드 스핀들을 이용한 5축 가공용 포스트 프로세서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복잡한 형상의 내면가공에 대한 NC 프로그램의 정확도와 편의성을 증대시킬 수 있는 앵글헤드 스핀들을 이용한 5축 가공용 포스트 프로세서에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a post processor for 5-axis machining using an angle head spindle, and more particularly, to a post processor for 5-axis machining using an angle head spindle capable of increasing the accuracy and convenience of an NC program for machining a complicated inner surface .

5축 가공은 3개의 직선 이송축에 2개의 회전 이송축이 조합되어 다양한 형태의 공구자세벡터를 구현할 수 있다. 임의 가공점에서의 공구자세벡터는 무한대이나 5축가공기의 구조, 가공형상에 따른 간섭회피와 가공 효율을 최적화하기 위한 공구자세 및 이동 경로 계획에 따라 단 하나의 유효한 공구자세를 결정하게 된다. The 5-axis machining can combine the two linear feed axes with three linear feed axes to implement various types of tool attitude vectors. The tool attitude vector at the arbitrary machining point determines only one effective tool attitude according to the tool attitude and the travel path plan to optimize the interference avoidance and the machining efficiency according to the structure of the infinite or the five axis air structure and the machining shape.

이때, 5축가공기의 구조를 가장 먼저 고려하게 되는데 5축가공기는 직선이송축에 조합된 회전이송축의 형태에 따라 크게 TT-TR(Table tilting, table rotation) 타입, HT-TR(Head tilting, table rotation) 타입 및 HT-HR 타입으로 구분될 수 있다.In this case, the 5-axis air structure is considered first, and the 5-axis air is divided into two types according to the shape of the pylons, namely, a table tilting and table rotation type, HT-TR (Head tilting, table rotation type and HT-HR type.

이때, Table에는 공작물이 장착되고, Head에는 스핀들이 장착되며, 임의 각도 한계내에서 회전하는 이송을 Tilting이라고 하고, 무한회전하는 이송을 Rotation이라 한다.At this time, the workpiece is mounted on the table, the spindle is mounted on the head, the rotation which is rotating within an arbitrary angle limit is referred to as tilting, and the rotation which rotates infinitely is referred to as rotation.

이 중에서 공작물의 가공 특성에 가장 적합한 메커니즘을 선택하게 되면 대부분의 5축가공은 구현된다. Most of the 5-axis machining is realized by selecting the most suitable mechanism for the machining characteristics of the workpiece.

하지만 부품의 내부나 원통 내면의 축에 임의각도로 경사진 형상을 가공할 경우 가공할 형상의 법선 벡터와 공구 축 벡터가 불일치하여 5축 가공으로도 가공이 불가능한 경우가 발생한다. However, when an inclined shape is machined at an arbitrary angle on the inner surface of the part or the inner surface of the cylinder, the normal vector of the shape to be machined and the tool axis vector do not coincide with each other.

예를 들어, 원통 내면에서 원통 중심축에 대하여 경사진 형태의 포켓가공에 가장 적합한 타입은 HT-HR 타입이지만 원통의 내경이 작고 깊이가 깊은 경우에는 Head의 삽입이 불가능하게 되므로 원하는 각도로 틸팅할 수 없게 된다. For example, a type most suitable for pocketing in the shape of a cylinder inclined with respect to the central axis of the cylinder is the HT-HR type, but when the inner diameter of the cylinder is small and the depth is deep, insertion of the head is impossible. Can not.

특히, 유정압베어링의 내면 오일 포켓홈과 같이 복잡다양한 내부 형상가공이 요구되는 경우 5축가공이 불가능하므로 부가적으로 총형커터를 사용하거나 소재 자체를 분할하여 형상가공을 수행한 후 재접합하게 된다.Especially, when a complicated inner shape machining such as an inner oil pocket groove of a hydrostatic bearing is required, it is impossible to perform a 5-axis grinding. Therefore, a gross cutter is used or the material itself is divided and then reworked.

하지만, 이러한 기술은 총형공구 제작 비용 상승, 다중셋업에 의한 치구 비용 증가 및 정밀도 저하의 문제가 발생하므로, 이러한 문제를 해소하기 위하여 내면가공 시 공구축벡터를 원하는 각도로 회전하여 가공형상의 법선벡터를 일치시킴으로써 효과적인 5축가공을 수행할 수 있는 앵글헤드 스핀들(이하, 앵글헤드)이 개발되어 다양한 적용이 이루어지고 있다. However, these techniques have problems in that the manufacturing cost of the tool is increased, the cost of fixture is increased due to multiple setup, and the precision is lowered. To solve this problem, the inner construction vector is rotated at a desired angle, Angle head spindle (hereinafter, referred to as an angle head) capable of performing effective 5-axis machining is developed and variously applied.

일반적인 앵글헤드는 머시닝센터나 보링머신 등의 공작기계에서 절삭작업을 수행하기 위하여 공작기계의 스핀들이 수직방향으로 구성되어있는 경우가 많은데, 피가공물이 구조상 수평으로 내경가공을 해야 할 경우에 공작기계의 스핀들에 장착하여 사용하는 장치이다.In general, the angle head has a spindle of a machine tool in a vertical direction in order to perform a cutting operation in a machine tool such as a machining center or a boring machine. However, when the workpiece has to be machined horizontally, And is mounted on a spindle.

보다 구체적으로, 5축 가공으로도 가공하기 어려운 공작물 내면이나 틸팅한계를 벗어나는 형상에 대하여 효과적으로 사용할 수 있는 앵글헤드는 메인스핀들의 회전을 앵글헤드 내부의 베벨기어 메커니즘을 통하여 직교 혹은 임의 각도로 운동을 전달할 수 있도록 되어 있다.More specifically, an angle head which can be effectively used for a workpiece inner surface difficult to be machined by 5-axis machining or a shape deviating from a tilting limit can be obtained by rotating the main spindle through a bevel gear mechanism inside the angle head, And the like.

현재 앵글헤드를 적용하는 주요한 가공부는 항공기 부품 내면 형상, 자동차나 선박의 엔진블럭 및 브레이크 모노블럭 포켓형상, 유정압 베어링의 오일포켓 형상을 비롯한 다양한 형상의 내면 가공부이다. At present, the main processing part applying the angle head is an inner surface machining part of various shapes including an inner surface shape of an aircraft part, an engine block of an automobile or a ship, a brake monoblock pocket shape, and an oil pocket shape of a hydrostatic bearing.

이때, 앵글헤드를 사용한 5축가공을 구현하기 위한 핵심이슈는 포스트프로세싱이다. 5축가공에서 포스트프로세싱이란 주어진 공구자세 및 공구위치 벡터인 CL(Cutter location)데이터를 해당 가공기의 메커니즘에 맞는 NC(Numerical control)데이터로 변환하는 작업을 의미하며 이에 대한 다양한 연구가 진행되고 있으나, 현재까지는 앵글헤드를 사용한 5축가공용 포스트프로세싱에 대한 연구는 거의 없었다. At this time, the key issue for realizing 5-axis machining using angle head is post-processing. In 5-axis machining, post-processing refers to a task of converting a given tool posture and tool position vector, CL (Cutter location) data, into NC (numerical control) data corresponding to the mechanism of the machining center, Up to now, there have been few studies on post-processing post-processing using angle head.

한편, 앵글헤드를 장착한 5축가공기는 가공하 기 어려운 내면 형상에 대한 접근성이 용이하고 자유도가 높아진 반면 포스트프로세싱의 구현이 좀 더 복잡해진다. On the other hand, the 5-axis air with the angle head has more complexity in the implementation of post-processing, while providing easier access and greater freedom to the inner shape that is difficult to process.

따라서 주어진 5축가공기 메커니즘과 앵글헤드의 기하학적 관계를 명확히 파악하고 간섭 및 충돌이 발생하지 않는 포스트프로세싱이 필요하다.Therefore, it is necessary to clarify the geometrical relationship between the given 5-axis air mechanism and the angle head, and to post-process without interference and collision.

한국등록특허 제10-1415974호Korean Patent No. 10-1415974

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 앵글헤드 스핀들을 사용하여 원통 내면 형상을 효과적으로 5축가공하기 위한 포스트프로세서를 개발함으로써 복잡한 형상의 내면가공에 대한 NC 프로그램의 정확도와 편의성을 증대시킬 수 있는 앵글헤드 스핀들을 이용한 5축 가공용 포스트 프로세서를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an angle head spindle capable of increasing the accuracy and convenience of an NC program for complicated inner surface machining by developing a post processor for effectively 5-axis machining a cylindrical inner surface shape using an angle head spindle To provide a post processor for 5-axis machining.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 5축 가공용 포스트 프로세서에 있어서, According to an aspect of the present invention, there is provided a post processor for 5-axis machining,

상기 5축 가공용 5축 가공기는 앵글헤드 스핀들을 포함하고,Wherein the 5-axis machining unit for 5-axis machining includes an angle head spindle,

상기 앵글헤드 스핀들을 포함하는 경우의 5축 가공용 포스트 프로세서는 주어진 공구자세 및 공구위치 벡터인 CL(Cutter location)데이터를 해당 가공기의 메커니즘에 맞는 NC(Numerical control)데이터로 변환하되, The post processor for 5-axis machining in the case of including the angle head spindle converts the CL (Cutter location) data, which is a given tool posture and tool position vector, into numerical control (NC) data suitable for the mechanism of the machining apparatus,

상기 NC(Numerical control)데이터는 하기 수학식 (1)이고, θi는 하기 수학식 (2)인 것을 특징으로 하는 5축 가공용 포스트 프로세서를 제공한다.Wherein the numerical control (NC) data is represented by the following equation (1), and? I is represented by the following equation (2).

Figure 112016039888265-pat00001
... 수학식 (1)
Figure 112016039888265-pat00001
... Equation (1)

(상기 수학식 (1)에서 θj는 로테이션각이고, θi는 틸트각이며, PNC는 NC 데이터의 위치벡터임.)(In the above equation (1), θ j is the rotation angle, θ i is the tilt angle, and P NC is the position vector of the NC data.)

Figure 112016039888265-pat00002
... 수학식 (2)
Figure 112016039888265-pat00002
&Quot; (2) "

(상기 수학식 (2)에서 Kij의 하첨자 i, j, k는 각각 회전중심축 x, y, z를 의미하고, ui, uj, uk는 CL 데이터의 공구자세 벡터 성분이며, α는 앵글헤드의 초기 경사각이고, Kij는 AB 타입의 메카니즘임.)(2), the subscripts i, j and k of K ij mean the rotation center axes x, y and z, respectively, and u i , u j and u k are the tool posture vector components of the CL data, α is the initial angle of inclination of the angle head, and K ij is the AB type mechanism.)

또한, 본 발명은 상기 수학식 (1)의 상기 θj는 하기 수학식 (3)인 것을 특징으로 하는 5축 가공용 포스트 프로세서를 제공한다.Further, the present invention provides a post processor for 5-axis machining, wherein the θ j in the equation (1) is expressed by the following equation (3).

Figure 112016039888265-pat00003
... 수학식 (3)
Figure 112016039888265-pat00003
... (3)

(상기 수학식 (3)에서 Kij의 하첨자 i, j, k는 각각 회전중심축 x, y, z를 의미하고, ui, uj, uk는 CL 데이터의 공구자세 벡터 성분이며, Kij는 AB 타입의 메카니즘임.)(3), the subscripts i, j and k of K ij mean the rotation center axes x, y and z, respectively, and u i , u j and u k are the tool posture vector components of the CL data, K ij is an AB type mechanism.)

또한, 본 발명은 HT-HR 타입의 경우의 PNC는 수학식 (4)인 것을 특징으로 하는 5축 가공용 포스트 프로세서를 제공한다.Further, the present invention provides a post processor for 5-axis machining, wherein P NC in the case of the HT-HR type is expressed by Equation (4).

Figure 112016039888265-pat00004
... 수학식 (4)
Figure 112016039888265-pat00004
... (4)

(상기 수학식 (4)에서 Kij의 하첨자 i, j, k는 각각 회전중심축 x, y, z를 의미하고, PCL는 CL데이터의 위치벡터이며, T1=T(ti, tj, tk)이고, Kij는 AB 타입의 메카니즘임.)(The subscript i, j, k of the K ij in equation (4) refers to the respective central axis of rotation x, y, z, and P CL is a position vector of the CL data, T 1 = T (t i , t j , t k ), and K ij is the AB type mechanism.

또한, 본 발명은 HT-TR 타입의 경우의 PNC는 수학식 (5)인 것을 특징으로 하는 5축 가공용 포스트 프로세서를 제공한다.Further, the present invention provides a post processor for 5-axis machining, wherein P NC in the case of HT-TR type is expressed by Equation (5).

Figure 112016039888265-pat00005
... 수학식 (5)
Figure 112016039888265-pat00005
... (5)

(상기 수학식 (5)에서 Kij의 하첨자 i, j, k는 각각 회전중심축 x, y, z를 의미하고, PCL는 CL데이터의 위치벡터이며, T1=T(ti, tj, tk)이고, T2=Rj(-θj)이며, Kij는 AB 타입의 메카니즘임.)(The subscript i, j, k of the K ij in equation (5) refers to the respective central axis of rotation x, y, z, and P CL is the position of the CL data vector, T 1 = T (t i , t j , t k ), T 2 = R j (-θ j ), and K ij is the AB type mechanism.

또한, 본 발명은 TT-TR 타입의 경우의 PNC는 수학식 (6)인 것을 특징으로 하는 5축 가공용 포스트 프로세서를 제공한다.Further, the present invention provides a post processor for 5-axis machining, wherein the P NC in the case of the TT-TR type is the equation (6).

Figure 112016039888265-pat00006
... 수학식 (6)
Figure 112016039888265-pat00006
... (6)

(상기 수학식 (6)에서 Kij의 하첨자 i, j, k는 각각 회전중심축 x, y, z를 의미하고, PCL는 CL데이터의 위치벡터이며, T2=Rj(-θj)이고, T3=Ri(-θi)이며, Kij는 AB 타입의 메카니즘임.)(Where the subscript i, j, k of K ij in the equation (6) means the rotation center axis x, y, z respectively, P CL is the position vector of CL data and T 2 = R j j ), T 3 = R i (-θ i ), and K ij is the AB type mechanism.

또한, 본 발명은 TT-TR-AC 타입의 경우의 PNC는 수학식 (7)인 것을 특징으로 하는 5축 가공용 포스트 프로세서를 제공한다.Further, the present invention provides a post processor for 5-axis machining, wherein the P NC in the case of the TT-TR-AC type is represented by equation (7).

Figure 112016039888265-pat00007
... 수학식 (7)
Figure 112016039888265-pat00007
... (7)

(상기 수학식 (7)에서 Kij의 하첨자 i, j, k는 각각 회전중심축 x, y, z를 의미하고, PCL는 CL데이터의 위치벡터이며, T1=T(ti, tj, tk)이고, T2=Rj(-θj)이며, T3=Ri(-θi)이고, Kij는 AB 타입의 메카니즘임.)(The subscript i, j, k of the K ij from equation (7) indicates the respective central axis of rotation x, y, z, and P CL is a position vector of the CL data, T 1 = T (t i , t j , t k ), T 2 = R j (-θ j ), T 3 = R i (-θ i ), and K ij is the AB type mechanism.

이상과 같은 본 발명에서는, 앵글헤드를 부착한 5축가공용 포스트프로세서를 통하여, 복잡한 형상의 내면가공에 대한 NC 프로그램의 정확도와 편의성을 증대시킬 수 있다.In the present invention as described above, it is possible to increase the accuracy and convenience of the NC program for the inner surface machining of a complicated shape through the post processor for 5-axis machining with the angle head.

또한, 본 발명에서는 앵글헤드를 장착한 5축가공기 메커니즘에 대한 역기구해를 제시할 수 있으며, 공구선단점 제어 문제를 해결하기 위한 게이지길이 반영 등 정확한 포스트프로세스 개발을 위한 이론적 토대를 수립하여, 기존에 개발한 E-POST에 추가로 앵글헤드 5축가공 메커니즘 모듈을 탑재할 수 있다.In the present invention, it is possible to suggest an inverse mechanism for a five-axis air mechanism equipped with an angle head, and a theoretical basis for development of an accurate post process such as a gauge length reflection to solve a problem of a control of a tool line point, In addition to the E-POST developed in the company, the angle head 5-axis machining mechanism module can be mounted.

본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.The effects according to the present invention are not limited by the contents exemplified above, and more various effects are included in the specification.

도 1은 본 발명의 일예에 따른 내경 가공용 앵글헤드를 도시하는 정면도이고, 도 2는 본 발명의 일예에 따른 내경 가공용 앵글헤드를 도시하는 평면도이며, 도 3은 도 1의 A-A 선에 따른 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 앵글헤드의 이용한 5축 가공을 도시하는 개념도이다.
도 5는 회전 이송에 따른 앵글헤드의 가공 종류를 도시하는 개념도이다.
도 6은 회전이송축의 부가방식에 따른 5축 가공기를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 7은 5축 가공기의 5가지 메커니즘을 도시하는 도면이다.
도 8은 앵글헤드의 중심축에서 공구 끝단까지 돌출된 게이지 길이를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 5축 가공용 포스트 프로세서를 구현한 예를 도시한 도면이다.
도 10은 시편에 대한 앵글헤드 5축가공 머신 시뮬레이션을 도시한 도면이고, 도 11은 실제 가공결과를 도시한 도면이다.
FIG. 1 is a front view showing an inner diameter machining angle head according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view showing an inner diameter machining angle head according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a cross- .
4 is a conceptual view showing a 5-axis machining using an angle head according to the present invention.
5 is a conceptual view showing the type of machining of the angle head in accordance with the rotation feed.
FIG. 6 is a schematic view for explaining a 5-axis processing machine according to a method in which rotation is added to a communication axis.
7 is a view showing five mechanisms of a five-axis machining apparatus.
8 is a view for explaining the gauge length protruding from the center axis of the angle head to the tool tip.
9 is a view showing an example of implementing a post processor for 5-axis machining.
FIG. 10 is a view showing an angle head 5-axis machining machine simulation for a specimen, and FIG. 11 is a diagram showing an actual machining result.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims.

아래 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다. 도면에 관계없이 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings. &Quot; and / or "include each and every combination of one or more of the mentioned items. ≪ RTI ID = 0.0 >

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.Although the first, second, etc. are used to describe various components, it goes without saying that these components are not limited by these terms. These terms are used only to distinguish one component from another. Therefore, it goes without saying that the first component mentioned below may be the second component within the technical scope of the present invention.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of illustrating embodiments and is not intended to be limiting of the present invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. The terms " comprises "and / or" comprising "used in the specification do not exclude the presence or addition of one or more other elements in addition to the stated element.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used in a sense commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Also, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless explicitly defined otherwise.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성 요소와 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다. The terms spatially relative, "below", "beneath", "lower", "above", "upper" And can be used to easily describe a correlation between an element and other elements. Spatially relative terms should be understood in terms of the directions shown in the drawings, including the different directions of components at the time of use or operation. For example, when inverting an element shown in the figures, an element described as "below" or "beneath" of another element may be placed "above" another element . Thus, the exemplary term "below" can include both downward and upward directions. The components can also be oriented in different directions, so that spatially relative terms can be interpreted according to orientation.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일예에 따른 내경 가공용 앵글헤드를 도시하는 정면도이고, 도 2는 본 발명의 일예에 따른 내경 가공용 앵글헤드를 도시하는 평면도이며, 도 3은 도 1의 A-A 선에 따른 단면도이다.FIG. 1 is a front view showing an inner diameter machining angle head according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view showing an inner diameter machining angle head according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a cross- .

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일예에 따른 내경 가공용 앵글헤드는 중심이 되는 하우징(1), 공작기계스핀들에 연결되는 툴 샹크부(2), 앵글스핀들의 회전이 시작되는 메인샤프트(3), 회전력의 방향을 변환하는 베벨기어(4), 베벨기어를 조합하여 구성하는 기어바디(14), 공구를 방향전환 하여 회전시켜주는 앵글스핀들 축(7), 앵글헤드를 공작기계스핀들에 고정시키는 스핀들 고정장치(10), 피가공체의 가공을 위한 공구(15)를 포함할 수 있다.1 to 3, an inner diameter machining angle head according to an embodiment of the present invention includes a housing 1 as a center, a tool shank portion 2 connected to a machine tool spindle, a main shaft (3), a bevel gear (4) for converting the direction of the rotational force, a gear body (14) constituted by combining bevel gears, an angle spindle shaft (7) for turning and rotating the tool, And a tool 15 for machining the workpiece.

이때, 상기 공구(15)는 엔드밀(endmill)일 수 있으며, 다만, 본 발명에서 상기 공구의 종료를 제한하는 것은 아니다..At this time, the tool 15 may be an endmill, but does not limit the termination of the tool in the present invention.

상기 앵글헤드는 상기 하우징(1)의 상측에 원뿔형상의 툴 샹크부(2)가 하우징(1) 내에서 회전가능하게 돌출되어 형성하고, 돌출된 툴 샹크부(2)는 공작기계의 스핀들에 장착될 수 있다.The angle head is formed by forming a conical tool shank portion 2 on the upper side of the housing 1 so as to be rotatably protruded in the housing 1. The protruded tool shank portion 2 is mounted on a spindle of a machine tool .

또한, 상기 툴 샹크부(2)의 아래쪽으로는 베어링에 의하여 지지되는 메인샤프트(3)가 연결되어 형성되며, 메인샤프트(3)에는 베벨기어(4)가 결합되고, 베벨기어(4)는 메인샤프트(3)와 90°방향으로 교차되는 방향 변환 샤프트(5)에 구비되는 베벨기어와 연결되어 메인샤프트(3)에서 전달되는 구동력의 회전방향을 90°로 변환시킬 수 있다.A main shaft 3 supported by bearings is connected to the lower portion of the tool shank 2. The bevel gear 4 is coupled to the main shaft 3 and the bevel gear 4 is coupled to the main shaft 3. [ The rotation direction of the driving force transmitted from the main shaft 3 can be changed to 90 degrees by being connected to the bevel gear provided on the direction conversion shaft 5 which intersects the main shaft 3 in the 90 ° direction.

상기 방향 변환 샤프트(5)의 베벨기어(4)에 의하여 회전방향이 90°로 변환된 구동력은 방향 변환 샤프트(5)의 일측에 메인샤프트(3)와 나란하게 구비된 스퍼기어(6)에 의하여 아래쪽에 위치한 스퍼기어(60)과 치합되면서 구동력을 전달할 수 있고, 스퍼기어(6, 60, 62, 64, 66)는 다단계로 형성되어 구동력을 앵글헤드의 하단부에 설치된 절삭공구를 수용하는 앵글스핀들 축(7)으로 전달하며, 앵글스핀들 축(7)에 전달되는 구동력은 공작기계 스핀들의 수직방향에서 수평방향으로 회전하게 되도록 구성될 수 있다.The driving force converted by the bevel gear 4 of the direction changing shaft 5 into a rotational direction of 90 degrees is transmitted to the spur gear 6 provided on one side of the direction changing shaft 5 in parallel with the main shaft 3 The spur gears 6, 60, 62, 64, and 66 are formed in a multi-step manner so that the driving force can be transmitted to the spur gear 60, which is disposed at the lower end of the angle head, To the spindle shaft 7 and the driving force transmitted to the angle spindle shaft 7 may be configured to rotate in the horizontal direction in the vertical direction of the machine tool spindle.

이때, 앵글헤드를 공작기계 스핀들에 설치하여 사용할 수 있게 하기 위해서는 앵글헤드가 고정되어있어야 하는데, 이를 위해서 하우징(1)에 조립된 고정바디(13)의 상부에 스핀들 고정장치(9)가 설치될 수 있다.In this case, in order to allow the angle head to be installed on the machine tool spindle, the angle head must be fixed. To this end, a spindle fixing device 9 is installed on the upper part of the fixed body 13 assembled to the housing 1 .

상기 스핀들 고정장치(9)는 하우징(1)의 일측면에 돌출되어 형성된 부분에 내장되고, 스프링(12)으로 탄력 지지 되는 노즐(10)이 설치되며 노즐(10)이 공작기계의 스핀들 한쪽을 탄력 접촉하면서 하우징(1)이 툴 샹크부(2)를 따라서 회전하는 것을 방지하게 되도록 구성될 수 있다.The spindle fixing device 9 is installed in a portion protruding from one side of the housing 1 and is provided with a nozzle 10 elastically supported by a spring 12 and a nozzle 10 is mounted on one side of the spindle of the machine tool So as to prevent the housing 1 from rotating along the tool shank 2 while resiliently contacting.

또한, 상기 노즐(10)이 스프링(12)에 의해 상하로 작동할 경우 이에 직교하는 방향으로 핀(11)이 설치되어 노즐과 같이 상하로 작동할 수 있다. 노즐(10)이 공작기계 스핀들과 접촉하여 하강할 경우 핀(11)도 같이 하강하여 하우징(1)의 핀 설치 절개부에서 벗어나면서 하우징(1)이 공작기계 스핀들의 회전력이 전달되어 앵글스핀들 축(7)을 회전시키고 앵글스핀들 축(7)에 조립된 콜렛(8)과 공구(15)를 회전시켜 가공을 하게 된다.In addition, when the nozzle 10 is operated up and down by the spring 12, the pin 11 is installed in a direction orthogonal to the nozzle 11 so that it can operate up and down like a nozzle. When the nozzle 10 is lowered in contact with the spindle of the machine tool, the pin 11 is also lowered and deviates from the pin mounting cutout of the housing 1, so that the rotation force of the spindle of the machine 1 is transmitted to the housing 1, The collet 8 and the tool 15 assembled on the angle spindle shaft 7 are rotated and the work is performed.

이하에서는 본 발명에 따른 앵글헤드의 적용을 더욱 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, the application of the angle head according to the present invention will be described in more detail.

도 4는 본 발명에 따른 앵글헤드의 이용한 5축 가공을 도시하는 개념도이다.4 is a conceptual view showing a 5-axis machining using an angle head according to the present invention.

도 4를 참조하면, 일반적인 가공에서는 도 4a에서와 같이 측면가공부의 법선벡터 n과 스핀들의 축벡터 u가 불일치하게 되어 가공이 불가능하게 된다.Referring to FIG. 4, in the normal machining, as shown in FIG. 4A, the normal vector n of the side surface run and the axis vector u of the spindle are inconsistent, and machining becomes impossible.

따라서, 도 4b에서와 같이 앵글헤드를 사용하여 법선벡터와 공구축벡터를 일치시키는 것이며, 이 경우, 앵글헤드의 확장된 자유도로 인해 도 4c에서와 같은 측면가공 및 도 4d에서와 같은 내면가공이 가능하다.4B, the normal vector is coincided with the co-ordinate vector by using the angle head. In this case, the side face machining as shown in FIG. 4C and the inner face machining as shown in FIG. It is possible.

도 5는 회전 이송에 따른 앵글헤드의 가공 종류를 도시하는 개념도이다.5 is a conceptual view showing the type of machining of the angle head in accordance with the rotation feed.

도 5를 참조하면, 도 5a는 수직방향의 홈가공으로 회전이송이 필요하지 않은 3축 직선 절삭사례에 해당하고, 도 5b는 반경방향의 홈가공으로 로테이션에 의한 회전이송만이 추가되므로 4축가공이 되며, 도 5c는 내면의 모떼기부를 가공하는 개념도로 틸팅과 로테이션의 2개 회전이송이 동시에 필요하므로 5축가공에 해당한다.5A shows a three-axis linear cutting example in which rotational feed is not required due to groove machining in the vertical direction, FIG. 5B shows a case in which only a rotational feed by rotation is added in the groove machining in the radial direction, FIG. 5C is a conceptual view of machining a chamfered portion of the inner surface, and corresponds to a 5-axis machining because two tilting and rotation rotations are required at the same time.

따라서 주어진 형상에 따라 적절한 5축가공과 앵글헤드의 조합 및 적용이 필요하다.Therefore, it is necessary to combine and apply appropriate 5-axis ball and angle head according to the given shape.

한편, 포스트 프로세싱이란, 예를 들어, 5축가공 프로세스에서, 공구의 위치벡터 ru와 자세벡터 u로 이루어진 CL(Cutter location) 데이터를 해당 기계의 메커니즘에 맞는 위치벡터 ru와 틸트각 θ 및 로테이션각 Φ로 이루어진 NC(Numerical Control) 데이터로 변환하는 작업을 의미한다.On the other hand, the post processing means that, for example, in the 5-axis machining process, the CL (Cutter location) data composed of the position vector r u and the posture vector u of the tool is divided into a position vector r u and a tilt angle? (Numerical Control) data composed of rotation angles Φ.

5축 가공기는 회전이송축이 Table과 Spindle에 부가되는 방식에 따라 다양한 형태의 메커니즘을 나타내므로 동일한 CL 데이터이더라도 상이한 NC 데이터를 출력하게 된다. The 5-axis machine shows different types of mechanisms depending on how the rotation is added to the table and the spindle, so that even if the same CL data is output, different NC data are output.

따라서 해당 메커니즘에 대한 역기구해 문제를 정의하여 원하는 출력값을 정확하게 얻어야 한다. Therefore, we must define the inverse problem for the mechanism to obtain the desired output value correctly.

특히 앵글헤드가 추가된 5축가공기의 메커니즘은 좀 더 복잡해지고, 공구선단점 제어시 돌출된 공구길이 만큼 보상해주어야 하는 등 기술적 고려사항이 추가된다.Especially, the mechanism of 5-axis air with added angle head becomes more complicated, and technical considerations such as compensating for the protruded tool length when controlling the tool line end point are added.

따라서, 본 발명은 다양한 형태의 5축가공 메커니즘에 대한 범용성을 확장하고 사용자의 편의성을 극대화하기 위하여, 5축가공을 위한 포스트프로세서에 추가하여 앵글헤드 장착 5축가공 메커니즘(이하, 앵글헤드 메카니즘이라 함)을 개발하였다.Accordingly, in order to extend the versatility of various types of 5-axis machining mechanisms and to maximize the user's convenience, in addition to the post processor for 5-axis machining, a 5-axis machining mechanism with an angle head (hereinafter referred to as an angle head mechanism Respectively.

도 6은 회전이송축의 부가방식에 따른 5축 가공기를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.FIG. 6 is a schematic view for explaining a 5-axis processing machine according to a method in which rotation is added to a communication axis.

도 6을 참조하면, 5축 가공기는 회전이송축이 Table과 Spindle에 부가되는 방식에 따라 세가지 형태로 구분되며, 주로 대형공작물이나 삼차원측정기 등에 사용되는 HT-HR 타입(도 6a), 중대형 공작물이나 Turn-mill 복합가공에 사용되는 HT-TR 타입(도 6b) 및 소형 정밀 공작물의 5축 가공에 사용되는 TT-TR 타입(도 6c)으로 구분될 수 있다.Referring to FIG. 6, the 5-axis machine is divided into three types according to the manner in which rotation is added to the table and the spindle. The HT-HR type (FIG. 6A) used mainly in a large workpiece or a three- The HT-TR type (FIG. 6B) used for turn-mill combined machining and the TT-TR type used for 5-axis machining of small precision workpieces (FIG. 6C).

일반적인 정의는 다음과 같다.The general definition is as follows.

(a) HT-HR (Head Tilting and Head Rotating configuration) : Head (=spindle)-tilting with two rotations on the head(a) HT-HR (Head Tilting and Head Rotating configuration): Head (= spindle) -tilting with two rotations on the head

(b) HT-TR (Head Tilting and Table Rotating configuration) : Table/spindle-tilting with one rotation each on the table and spindle(b) HT-TR (Head Tilting and Table Rotating configuration): Table / spindle-tilting with one rotation each on the table and spindle

(c) TT-TR (Table Tilting and Table Rotating configuration) : Table-tilting with two rotations on the table (c) TT-TR (Table Tilting and Table Rotating configuration): Table-tilting with two rotations on the table

보다 구체적으로, 5축 가공기는 크게 3가지 형태의 메커니즘을 갖는데, 첫째는 회전하고 틸팅하는 2개의 회전이송 축을 주축에 장착하는 것(Head Tilting - Head Rotation, 이하, HT-HR)이며, 둘째는 3축 밀링 기계에 로테이션과 틸팅을 수행하는 2축 로터리 테이블을 올려놓는 것(Table Tilting - Table Rotation, 이하, TT-TR)이며, 마지막으로는 로터리 테이블과 틸팅이 가능한 회전공구 축을 갖는 것(Head Tilting - Table Rotation, 이하, HT-TR)이다.More specifically, the five-axis machining apparatus has three types of mechanisms. First, the two rotary transfer shafts for rotating and tilting are mounted on the main shaft (Head Tilting - Head Rotation, hereinafter referred to as HT-HR) (Table Tilting - Table Rotation, hereinafter referred to as TT-TR), and finally a rotary table and a rotary tool axis which can be tilted (Head Tilting-Table Rotation, hereinafter referred to as HT-TR).

또한, 이상의 세 가지로 구분한 메커니즘은 또다시 무한회전을 하는 로테이션 각과 유한회전을 하는 틸팅 각의 조합방식에 따라 각각 AB, AC, BC 타입으로 나누어지므로 총 9가지 메커니즘이 파생되며 수평형과 수직형 밀링에 각각 정의하면 총 18가지가 될 수 있다.In addition, the above-mentioned three mechanisms are divided into AB, AC, and BC types according to the combination of the rotation angle that rotates infinitely and the tilting angle that performs finite rotation, so that nine mechanisms are derived, If you define each type of milling, there are total 18 kinds.

도 7은 5축 가공기의 5가지 메커니즘을 도시하는 도면이다.7 is a view showing five mechanisms of a five-axis machining apparatus.

즉, 도 7에서는 상기의 여러 가지 5축 가공기의 조합 중에서 현재 가장 널리 보급되어 사용되는 5가지의 메커니즘을 도시하였는데, 본 발명에 범용성을 부가하기 위한 것으로 기구학적 해를 얻기 위하여 공구자세 축의 단위벡터를 사용한 역함수로부터 로테이션 각과 틸팅 각을 구한 후 이들을 이용하여 파트좌표계를 머신좌표계로 맵핑한다.That is, FIG. 7 shows the five most widely used mechanisms among the various combinations of the five-axis machining apparatuses described above. In order to add versatility to the present invention, the unit vector of the tool posture axis , And then maps the part coordinate system to the machine coordinate system using the rotation angle and the tilting angle.

이러한 장비들의 틸트각과 로테이션각은 다음의 수학식 (1) 및 수학식 (2)와 같이 역기구 해로부터 구할 수 있다.The tilt angle and the rotation angle of these equipments can be obtained from the inverse mechanism solution as shown in the following equations (1) and (2).

Figure 112016039888265-pat00008
`... 수학식 (1)
Figure 112016039888265-pat00008
`... (1)

Figure 112016039888265-pat00009
... 수학식 (2)
Figure 112016039888265-pat00009
&Quot; (2) "

이때, 앵글헤드 스핀들의 경우 베벨기어 등에 의한 초기 경사각(α)를 틸트각 유도 시 추가하게 되어, 하기 수학식(3)과 같이 구할 수 있다.At this time, in the case of an angle head spindle, an initial tilt angle? By a bevel gear or the like is added when the tilt angle is derived, and can be obtained as shown in the following equation (3).

Figure 112016039888265-pat00010
... 수학식 (3)
Figure 112016039888265-pat00010
... (3)

여기서, Kij의 하첨자 i, j, k는 각각 회전중심축 x, y, z를 의미한다.Here, subscripts i, j, k of K ij mean the rotation center axes x, y, z, respectively.

즉, Kij는 AB 타입을, Kik는 AC 타입을, Kjk는 BC 타입의 메커니즘을 나타낸다. That is, K ij denotes an AB type, K ik denotes an AC type, and K jk denotes a BC type mechanism.

또한, θi는 유한회전각인 틸트각, α는 앵글헤드의 초기 경사각, θj는 무한회전각인 로테이션각을 나타내며, ui, uj, uk는 CL 데이터의 공구자세 벡터 성분이다.U i , u j , and u k are the tool posture vector components of the CL data, and θ i is the tilt angle that is the finite rotation angle, α is the initial inclination angle of the angle head, and θ j is the rotation angle that is the infinite rotation angle.

상기와 같은 틸트각과 로테이션각이 구해지면 아래의 수학식 (4), 수학식 (5) 및 수학식 (6)을 이용하여, CL 데이터의 위치벡터를 NC 데이터의 위치벡터로 변환할 수 있으며, 결과적으로 최종 NC 데이터는 하기 수학식 (8)과 같이 구할 수 있다. When the tilt angle and the rotation angle are obtained as described above, the position vector of the CL data can be converted into the position vector of the NC data using the following equations (4), (5) and (6) As a result, the final NC data can be obtained by the following equation (8).

한편, 본 발명에서 앵글헤드를 장착한 일예의 메커니즘인 TT-TR 타입 장비는 하기 수학식 (7)과 같이 2개의 회전 이송에 추가적으로 이동변환행렬인 T1=T(ti, tj, tk)을 추가하여야 한다.In the present invention, the TT-TR type device, which is an example of the mechanism of mounting the angle head, has a structure in which a moving transformation matrix T 1 = T (t i , t j , t k ) shall be added.

TT-TR-AC 타입인 경우, 공구선단점 제어 시 오차가 발생하므로 옵셋량 tj를 고려하여 이동변환을 추가적으로 수행하여야 한다. In case of TT-TR-AC type, an error occurs when controlling the tool lead point. Therefore, the movement transformation should be additionally performed considering the offset amount t j .

도 8은 앵글헤드의 중심축에서 공구 끝단까지 돌출된 게이지 길이를 설명하기 위한 도면이다.8 is a view for explaining the gauge length protruding from the center axis of the angle head to the tool tip.

상기 tj는 도 8과 같이 앵글헤드의 중심축에서 공구 끝단까지 돌출된 게이지 길이인 g/l를 의미한다.T j means g / l which is the gage length protruding from the center axis of the angle head to the tool tip as shown in FIG.

Figure 112016039888265-pat00011
... 수학식 (4)
Figure 112016039888265-pat00011
... (4)

Figure 112016039888265-pat00012
... 수학식 (5)
Figure 112016039888265-pat00012
... (5)

Figure 112016039888265-pat00013
... 수학식 (6)
Figure 112016039888265-pat00013
... (6)

Figure 112016039888265-pat00014
... 수학식 (7)
Figure 112016039888265-pat00014
... (7)

Figure 112016039888265-pat00015
... 수학식 (8)
Figure 112016039888265-pat00015
... (8)

상기 수학식 (4) 내지 (8)에서, T1=T(ti, tj, tk), T2=Rj(-θj), T3=Ri(-θi)이고, PNC는 NC 데이터의 위치벡터이고, PCL는 CL데이터의 위치벡터이다. And in the equation (4) to (8), T 1 = T (t i, t j, t k), T 2 = R j (-θ j), T 3 = R i (-θ i), P NC is a position vector of NC data, and P CL is a position vector of CL data.

본 발명은 앵글헤드 스핀들을 이용한 5축 가공용 포스트 프로세서에 관한 것으로, 로테이션각, 틸팅각 및 기계좌표로 맵핑한 위치데이터를 통하여 주어진 CL(Cutter location) 데이터를 각 기계 메커니즘에 맞는 NC(Numerical control) 데이터로 변환하는 것을 특징으로 하며, 이때, NC 데이터는 상기 수학식 (8)과 같다.[0001] The present invention relates to a post processor for 5-axis machining using an angle head spindle, and is capable of performing NC (Numerical control) for each machine mechanism by giving given CL (Cutter location) data through position data mapped to a rotation angle, a tilting angle, The NC data is expressed by Equation (8). &Quot; (8) "

즉, 본 발명은 5축 가공용 포스트 프로세서에 있어서, 상기 5축 가공용 5축 가공기는 앵글헤드 스핀들을 포함하고, 상기 앵글헤드 스핀들을 포함하는 경우의 5축 가공용 포스트 프로세서는 주어진 공구자세 및 공구위치 벡터인 CL(Cutter location)데이터를 해당 가공기의 메커니즘에 맞는 NC(Numerical control)데이터로 변환하되, 상기 NC(Numerical control)데이터는 수학식 (8)인 것을 특징으로 한다.That is, the present invention relates to a post processor for 5-axis machining, wherein the 5-axis machining for 5-axis machining includes angle head spindles and the 5-axis machining post processor including the angle head spindles has a given tool posture and tool position vector The NC (Numerical control) data is converted into NC (Numerical control) data corresponding to the mechanism of the corresponding machine, and the NC (Numerical control) data is expressed by Equation (8).

이때, 상기 수학식 (8)에서, θj, 즉, 무한회전각인 로테이션각은 수학식 (2)와 같고, θi, 즉, 유한회전각인 틸트각은 수학식 (3)과 같으며, 수학식 (3)에서 α는 앵글헤드의 초기 경사각에 해당한다.In this case, in the equation (8), the rotation angle that is θ j , that is, the infinite rotation angle is equal to the equation (2), and the tilt angle that is θ i , In equation (3), α corresponds to the initial angle of inclination of the angle head.

또한, 상기 수학식 (8)에서 HT-HR 타입의 경우의 PNC는 수학식 (4)이고, HT-TR 타입의 경우의 PNC는 수학식 (5)이며, TT-TR 타입의 경우의 PNC는 수학식 (6)에 해당하며, 또한, TT-TR-AC 타입의 경우의 PNC는 수학식 (7)에 해당한다.In the equation (8), P NC in the case of HT-HR type is expressed by equation (4), P NC in case of HT-TR type is represented by equation (5) P NC corresponds to equation (6), and, P NC of TT-TR-AC when the type corresponds to the equation (7).

본 발명에서의 파라미터를 정리하면 하기 표 1과 같다.The parameters in the present invention are summarized in Table 1 below.

Figure 112016039888265-pat00016
Figure 112016039888265-pat00016

도 9는 5축 가공용 포스트 프로세서를 구현한 예를 도시한 도면이다.9 is a view showing an example of implementing a post processor for 5-axis machining.

도 9를 참조하면, 제시한 알고리즘을 기반으로 Visual Basic 6.0 프로그램을 활용하여 도 9와 같은 5축가공용 포스트프로세서를 구현하였으며, 앵글헤드 메커니즘이 선택된 화면으로 해당메커니즘을 메인 탭에서 선택하고 게이지길이(G/L Input)를 입력한 후 직선이송축과 회전이송축의 스트로크 한계값(Machine Limit command)을 입력하고 공작물 좌표계(Origin offset command) 설정값을 입력하면 포스트프로세서를 구동하기 위한 환경 설정이 완료된다. Referring to FIG. 9, a 5-axis post processor as shown in FIG. 9 is implemented using a Visual Basic 6.0 program based on the proposed algorithm. The angled head mechanism is selected and the corresponding mechanism is selected in the main tab. G / L Input), enter the machine limit command for the straight line and the rotary axis, enter the setup value for the origin offset command, and the environment setting for running the post processor is completed do.

환경설정이 완료되면 변환하고자 하는 CL 데이터를 입력(Data Input command)한 후 출력하고자 하는 데이터 형식을 NC translator 대화상자에서 선택함으로써 원하는 포스트프로세싱을 수행할 수 있다. Once the configuration is complete, you can input the CL data you want to convert (Data Input command) and then perform the desired post processing by selecting the data format you want to output from the NC translator dialog box.

도 9의 우측 상단은 CL 데이터 입력 화면이고 우측 하단은 NC 데이터 출력 화면을 보여준다.The right upper side of FIG. 9 is the CL data input screen and the lower right side shows the NC data output screen.

이하에서는 본 발명에 따른 모의가공 및 5축 가공을 설명하기로 한다.Hereinafter, simulation and 5-axis machining according to the present invention will be described.

도 10은 시편에 대한 앵글헤드 5축가공 머신 시뮬레이션을 도시한 도면이고, 도 11은 실제 가공결과를 도시한 도면이다.FIG. 10 is a view showing an angle head 5-axis machining machine simulation for a specimen, and FIG. 11 is a diagram showing an actual machining result.

먼저, 도 10을 참조하면, 가공시편에 대한 공구경로를 생성하여 CL 데이터를 출력하고 개발한 포스트프로세서를 사용하여 NC 데이터로 변환한 후에는 변환된 NC 데이터에 대한 정확도을 파악하기 위하여 머신 시뮬레이션 기법을 사용하여 모의 가공을 수행한다.Referring to FIG. 10, a tool path for a machining specimen is generated and CL data is outputted. After the developed post processor is converted into NC data, a machine simulation method is used to obtain accuracy of the converted NC data To perform simulation processing.

머신 시뮬레이션을 통한 모의 가공은 5축가공 시에 발생할 수 있는 미절삭, 과절삭, 충돌, 간섭, 이송한계 초과 등 다양한 문제를 사전에 파악하여 수정할 수 있는 장점을 가지므로 실제 앵글헤드 5축장비와 동일한 형상의 기구 모델링이 수행되었으며 각 이송축 메커니즘의 연결, 구동 관계 및 이송한계를 설정해 줌으로써 안전한 가공이 되도록 할 수 있다.Simulation through machine simulation has the advantage of being able to grasp and correct various problems such as micro-machining, over-cutting, collision, interference and transfer limit that can occur during 5-axis machining. Mechanism modeling of the same shape has been carried out and it is possible to make safe machining by setting the connection, drive relationship and the feed limit of each feed axis mechanism.

이후, 커팅 시뮬레이션 결과를 통하여 검증된 NC 데이터는 앵글헤드가 부착된 5축가공기에 전송함으로써 도 11과 같은 가공 결과를 얻을 수 있었다.Then, the NC data, which was verified through the cutting simulation results, was transmitted to the five-axis air bearing the angle head, and the machining result as shown in FIG. 11 was obtained.

이상과 같이, 본 발명에서는 앵글헤드를 부착한 5축가공용 포스트프로세서를 통하여, 복잡한 형상의 내면가공에 대한 NC 프로그램의 정확도와 편의성을 증대시킬 수 있다.As described above, in the present invention, it is possible to increase the accuracy and convenience of the NC program for the inner surface machining of a complicated shape through the post processor for 5-axis machining with the angle head.

보다 구체적으로, 본 발명에서는 앵글헤드를 장착한 5축가공기 메커니즘에 대한 역기구해를 제시할 수 있으며, 공구선단점 제어 문제를 해결하기 위한 게이지길이 반영 등 정확한 포스트프로세스 개발을 위한 이론적 토대를 수립하여, 기존에 개발한 E-POST에 추가로 앵글헤드 5축가공 메커니즘 모듈을 탑재할 수 있다.More specifically, in the present invention, it is possible to suggest an inverse mechanism for a five-axis air mechanism equipped with an angle head, and to establish a theoretical basis for developing an accurate post process such as reflecting a gauge length In addition to the existing E-POST, an angle head 5-axis machining mechanism module can be installed.

또한, 본 발명에서는 TT-TR 타입 5축가공기에 앵글헤드를 장착한 후 유정압 베어링의 내면 오일포켓홈과 유사한 시편을 모델링하고 5축가공을 수행함으로써 개발한 포스트프르세서의 정확도를 검증하였다.Further, in the present invention, the accuracy of the post-presser developed by modeling a 5-axis TT-TR 5-axis air gap and modeling the inner oil pocket groove of the hydrostatic bearing after the angle head was mounted was verified.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.One embodiment of the invention described above and shown in the drawings should not be construed as limiting the technical idea of the present invention. The scope of protection of the present invention is limited only by the matters described in the claims, and those skilled in the art will be able to modify the technical idea of the present invention in various forms. Accordingly, such improvements and modifications will fall within the scope of the present invention as long as they are obvious to those skilled in the art.

Claims (6)

5축 가공용 포스트 프로세서에 있어서,
상기 5축 가공용 5축 가공기는 앵글헤드 스핀들을 포함하고,
상기 앵글헤드 스핀들을 포함하는 경우의 5축 가공용 포스트 프로세서는 주어진 공구자세 및 공구위치 벡터인 CL(Cutter location)데이터를 해당 가공기의 메커니즘에 맞는 NC(Numerical control)데이터로 변환하되,
상기 NC(Numerical control)데이터는 하기 수학식 (1)이고, θi는 하기 수학식 (2)이며, TT-TR-AC 타입의 경우의 PNC는 수학식 (7)인 것을 특징으로 하는 5축 가공용 포스트 프로세서.
Figure 112017093239176-pat00017
... 수학식 (1)
(상기 수학식 (1)에서 θj는 로테이션각이고, θi는 틸트각이며, PNC는 NC 데이터의 위치벡터임.)
Figure 112017093239176-pat00018
... 수학식 (2)
(상기 수학식 (2)에서 Kij의 하첨자 i, j, k는 각각 회전중심축 x, y, z를 의미하고, ui, uj, uk는 CL 데이터의 공구자세 벡터 성분이며, α는 앵글헤드의 초기 경사각이고, Kij는 AB 타입의 메카니즘임.)
Figure 112017093239176-pat00037
... 수학식 (7)
(상기 수학식 (7)에서 Kij의 하첨자 i, j, k는 각각 회전중심축 x, y, z를 의미하고, PCL는 CL데이터의 위치벡터이며, T1=T(ti, tj, tk)이고, T2=Rj(-θj)이며, T3=Ri(-θi)이고, Kij는 AB 타입의 메카니즘임.)
In a postprocessor for 5-axis machining,
Wherein the 5-axis machining unit for 5-axis machining includes an angle head spindle,
The post processor for 5-axis machining in the case of including the angle head spindle converts the CL (Cutter location) data, which is a given tool posture and tool position vector, into numerical control (NC) data suitable for the mechanism of the machining apparatus,
The numerical control (NC) data is represented by the following equation (1), θ i is the following equation (2), and P NC in the case of the TT-TR- Post processor for shaft processing.
Figure 112017093239176-pat00017
... Equation (1)
(In the above equation (1), θ j is the rotation angle, θ i is the tilt angle, and P NC is the position vector of the NC data.)
Figure 112017093239176-pat00018
&Quot; (2) "
(2), the subscripts i, j and k of K ij mean the rotation center axes x, y and z, respectively, and u i , u j and u k are the tool posture vector components of the CL data, α is the initial angle of inclination of the angle head, and K ij is the AB type mechanism.)
Figure 112017093239176-pat00037
... (7)
(The subscript i, j, k of the K ij from equation (7) indicates the respective central axis of rotation x, y, z, and P CL is a position vector of the CL data, T 1 = T (t i , t j , t k ), T 2 = R j (-θ j ), T 3 = R i (-θ i ), and K ij is the AB type mechanism.
제 1 항에 있어서,
상기 수학식 (1)의 상기 θj는 하기 수학식 (3)인 것을 특징으로 하는 5축 가공용 포스트 프로세서.
Figure 112016039888265-pat00019
... 수학식 (3)
(상기 수학식 (3)에서 Kij의 하첨자 i, j, k는 각각 회전중심축 x, y, z를 의미하고, ui, uj, uk는 CL 데이터의 공구자세 벡터 성분이며, Kij는 AB 타입의 메카니즘임.)
The method according to claim 1,
Wherein the θ j in the equation (1) is the following equation (3).
Figure 112016039888265-pat00019
... (3)
(3), the subscripts i, j and k of K ij mean the rotation center axes x, y and z, respectively, and u i , u j and u k are the tool posture vector components of the CL data, K ij is an AB type mechanism.)
제 1 항에 있어서,
HT-HR 타입의 경우의 PNC는 수학식 (4)인 것을 특징으로 하는 5축 가공용 포스트 프로세서.
Figure 112016039888265-pat00020
... 수학식 (4)
(상기 수학식 (4)에서 Kij의 하첨자 i, j, k는 각각 회전중심축 x, y, z를 의미하고, PCL는 CL데이터의 위치벡터이며, T1=T(ti, tj, tk)이고, Kij는 AB 타입의 메카니즘임.)
The method according to claim 1,
And the P NC in the case of the HT-HR type is the equation (4).
Figure 112016039888265-pat00020
... (4)
(The subscript i, j, k of the K ij in equation (4) refers to the respective central axis of rotation x, y, z, and P CL is a position vector of the CL data, T 1 = T (t i , t j , t k ), and K ij is the AB type mechanism.
제 1 항에 있어서,
HT-TR 타입의 경우의 PNC는 수학식 (5)인 것을 특징으로 하는 5축 가공용 포스트 프로세서.
Figure 112016039888265-pat00021
... 수학식 (5)
(상기 수학식 (5)에서 Kij의 하첨자 i, j, k는 각각 회전중심축 x, y, z를 의미하고, PCL는 CL데이터의 위치벡터이며, T1=T(ti, tj, tk)이고, T2=Rj(-θj)이며, Kij는 AB 타입의 메카니즘임.)
The method according to claim 1,
And the P NC in the case of the HT-TR type is the equation (5).
Figure 112016039888265-pat00021
... (5)
(The subscript i, j, k of the K ij in equation (5) refers to the respective central axis of rotation x, y, z, and P CL is the position of the CL data vector, T 1 = T (t i , t j , t k ), T 2 = R j (-θ j ), and K ij is the AB type mechanism.
제 1 항에 있어서,
TT-TR 타입의 경우의 PNC는 수학식 (6)인 것을 특징으로 하는 5축 가공용 포스트 프로세서.
Figure 112016039888265-pat00022
... 수학식 (6)
(상기 수학식 (6)에서 Kij의 하첨자 i, j, k는 각각 회전중심축 x, y, z를 의미하고, PCL는 CL데이터의 위치벡터이며, T2=Rj(-θj)이고, T3=Ri(-θi)이며, Kij는 AB 타입의 메카니즘임.)
The method according to claim 1,
And the P NC in the case of the TT-TR type is the equation (6).
Figure 112016039888265-pat00022
... (6)
(Where the subscript i, j, k of K ij in the equation (6) means the rotation center axis x, y, z respectively, P CL is the position vector of CL data and T 2 = R j j ), T 3 = R i (-θ i ), and K ij is the AB type mechanism.
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