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KR101638623B1 - 공작물의 가공 시뮬레이션 시스템 및 이를 이용한 방법 - Google Patents

공작물의 가공 시뮬레이션 시스템 및 이를 이용한 방법 Download PDF

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KR101638623B1
KR101638623B1 KR1020160008827A KR20160008827A KR101638623B1 KR 101638623 B1 KR101638623 B1 KR 101638623B1 KR 1020160008827 A KR1020160008827 A KR 1020160008827A KR 20160008827 A KR20160008827 A KR 20160008827A KR 101638623 B1 KR101638623 B1 KR 101638623B1
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KR
South Korea
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tool
cutting force
calculating
workpiece
unit
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KR1020160008827A
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Inventor
김정현
이수원
Original Assignee
경일대학교산학협력단
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Publication date
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Abstract

본 발명은 CNC 밀링머신과 같은 공작기계를 이용하여 금형과 같은 공작물을 가공하기 전에 CNC 프로그램을 입력하여 시뮬레이션을 통해 공작물의 가공 정밀도를 예측할 수 있는 공작물의 가공 시뮬레이션 시스템 및 이를 이용한 방법을 개시한다.
본 발명의 공작물의 가공 시뮬레이션 시스템은 공구의 형상, 공작물의 형상, 그리고 절삭조건과 CNC 프로그램에서 각각의 블록의 코드, 공구의 X, Y, Z의 좌표값, 공구의 이송속도, 그리고 스핀들 회전속도 데이터를 입력받는 입력부, 입력부의 데이터를 이용하여 절삭력을 계산하는 제어부, 제어부에 의해 입출력되며 입력부를 통해 입력된 데이터가 저장되거나 또는 최적화된 CNC 프로그램이 저장되는 기본 데이터 저장부, 제어부에서 계산된 절삭력을 이용하여 공작물의 가공 시뮬레이션형상을 출력하는 출력부를 포함하며, 제어부는 CNC 프로그램의 각각의 블록에서 날 당 칩체적을 계산하여 계산된 날 당 칩체적을 소거하여 절삭력을 계산한다.

Description

공작물의 가공 시뮬레이션 시스템 및 이를 이용한 방법{System and method for machining simulation of workpiece}
본 발명은 CNC 밀링머신과 같은 공작기계를 이용하여 금형과 같은 공작물을 가공하기 전에 CNC 프로그램을 입력하여 시뮬레이션을 통해 공작물의 가공 정밀도를 예측할 수 있는 공작물의 가공 시뮬레이션 시스템 및 이를 이용한 방법에 관한 것이다.
일반적으로 가상 CNC 밀링머신은 CNC 프로그램을 입력하여 시뮬레이션을 통해 공작물의 가공 형상을 예측할 수 있다. 이러한 종래의 가상 CNC 밀링머신은 CNC 프로그램에서 좌표를 읽어들여 수학적으로 블리안(Boolean) 연산을 처리하여 공작물의 가공형상을 시뮬레이션한다.
도 6은 기존의 가상 CNC 밀링머신을 통해 가공 형상을 검증하는 예를 도시한 순서도이다. 가상 CNC 밀링머신에 공구형상, 공작물 형상, 및 절삭 조건을 입력한다(S101). 그리고 CNC 프로그램에서 한 블록의 G 코드, X, Y, Z 좌표값을 입력한다(S103). 그러면 가상 CNC 밀링머신은 CNC 프로그램 한 블록 전체의 체적을 계산하고 계산된 체적을 소거한다(S105). 즉, 도 7에 도시한 바와 같이, 공작물(W)의 소거할 체적(V)을 계산하여 계산된 체적(V)을 소거한다. 그리고 가상 CNC 밀링머신은 가공형상을 화면으로 출력한다(S107). 그러면 작업자는 가공형상이 목적에 맞게 되었는지 판단할 수 있다. 그리고 CNC 프로그램의 전체 블록이 끝났는지를 판단(S109)하여 CNC 프로그램 전체의 블록이 끝나지 않은 경우에는 상술한 S103 단계에서 S107 단계를 반복하여 수행한다.
이러한 종래의 가상 CNC 밀링머신은 실제 가공 현상에서 발생하는 과도한 절삭으로 인한 공구의 파손, 마모 및 진동에 의해 발생한 공작물의 가공불량을 예측할 수 없는 문제점이 있다.
한국공개특허공보 제10-2015-0075742호(2015. 7. 6 공개)
따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로써, 본 발명의 목적은 CNC 프로그램의 한 블록에서 날 당 체적을 계산하고 이를 이용하여 절삭력을 계산하여 CNC 프로그램의 가공조건 최적화, 공구의 마모도, 공구에 작용하는 진동을 예측하여 실제 가공 중에 공작물의 과도한 절삭에 의한 공구의 파손, 마모 및 진동에 의해 발생하는 공작물의 가공불량을 줄이고, 동시에 가공의 정밀도를 향상시키는 공작물의 가공 시뮬레이션 시스템과 이를 이용한 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 공구의 형상, 공작물의 형상, 그리고 절삭조건과 CNC 프로그램에서 각각의 블록의 코드, 상기 공구의 X, Y, Z의 좌표값, 상기 공구의 이송속도, 그리고 스핀들 회전속도 데이터를 입력받는 입력부, 상기 입력부의 데이터를 이용하여 절삭력을 계산하는 제어부, 상기 제어부에 의해 입출력되며 상기 입력부를 통해 입력된 데이터가 저장되거나 또는 상기 CNC 프로그램에서 좌표값, 이송속도, 스핀들속도가 최적화되어 저장되는 기본 데이터 저장부, 상기 제어부에서 계산된 절삭력을 이용하여 공작물의 가공 시뮬레이션 형상을 출력하는 출력부를 포함하며,
상기 제어부는 상기 CNC 프로그램의 각각의 블록에서 날 당 칩체적을 계산하여 계산된 상기 날 당 칩체적을 소거하여 절삭력을 계산하는 공작물의 가공 시뮬레이션 시스템을 제공한다.
상기 제어부는 상기 공구의 날 당 칩체적을 산출하는 칩체적 산출부, 상기 칩체적 산출부에서 산출된 값을 이용하여 상기 공구의 절삭력을 산출하는 절삭력 산출부, 상기 칩체적 산출부에서 산출된 값을 이용하여 상기 공구의 진동값을 산출하는 진동값 산출부, 상기 칩체적 산출부에서 산출된 값을 이용하여 상기 공구의 마모량을 산출하는 마모량 산출부, 그리고 상기 절삭력 산출부에서 산출된 값 중에서 최고 절삭력을 추출하고, 상기 진동값 산출부에서 산출된 값 중에서 최고의 진동값을 추출하는 추출부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 공구의 형상, 공작물의 형상, 그리고 절삭조건을 입력받는 단계, 상기 공구의 형상, 공작물의 형상, 그리고 절삭조건을 입력받는 단계 후에 CNC 프로그램에서 순차적으로 한 블록의 코드, 상기 공구의 X, Y, Z의 좌표값, 상기 공구의 이송속도, 그리고 스핀들 회전속도를 기본 데이터 저장부에서 로딩하는 단계, 상기 한 블록의 코드, 상기 공구의 X, Y, Z의 좌표값, 상기 공구의 이송속도, 그리고 스핀들의 회전속도를 읽어들이는 단계 후에 상기 공구의 절삭력을 계산하는 단계, 상기 공구의 절삭력을 계산하는 단계 후에 상기 공구가 상기 공작물에 충돌하거나 과도한 절삭력이 발생하는가를 판단하는 단계, 상기 공구가 상기 공작물에 충돌하거나 과도한 절삭력이 발생하는가를 판단하는 단계에서 상기 공구가 상기 공작물에 충돌하거나 과도한 절삭력을 발생하는 경우에는 경고메시지를 출력하는 단계, 상기 상기 공구가 상기 공작물에 충돌하거나 과도한 절삭력이 발생하는가를 판단하는 단계 후에 상기 공구가 상기 공작물에 충돌하지 않거나 과도한 절삭력이 발생하지 않는 경우에는 CNC 프로그램의 한 블록이 끝났는가를 판단하여 한 블록이 끝나지 않은 경우에는 상기 절삭력을 계산하는 단계 이전으로 이동시키는 블록 수행 종료를 판단하는 단계, 상기 블록 수행 종료를 판단하는 단계에서 한 블록의 수행이 끝난 경우에는 그 과정에서 발생한 최고 절삭력, 최고 진동값을 추출하고, 공구 마모량을 계산하는 단계, 상기 최고 절삭력과 최고 진동값을 추출하고 공구 마모량을 계산하는 단계 후에 가공형상 출력, 최고 절삭력, 최고 진동크기, 공구 마모량을 출력하고 데이터 저장부에 저장하는 단계, 그리고 상기 가공형상 출력, 최고 절삭력, 최고 진동크기, 공구 마모량을 출력하고 데이터 저장부에 저장하는 단계 후에 CNC 프로그램이 모두 수행이 되었는지 확인하여 CNC 프로그램이 모두 수행된 경우 프로그램을 종료시키고, 수행이 완료되지 않은 경우 상기 CNC 프로그램에서 한 블록의 G 코드, X, Y, Z 좌표값, 이송속도, 스핀들 속도를 입력받는 단계 이전으로 리턴시키는 단계를 포함하고,
상기 절삭력을 계산하는 단계는 CNC 프로그램 한 블록에서 날 당 칩체적을 계산하여 가상 공작물의 체적을 소거하고 절삭력을 계산하는 공작물의 가공 시뮬레이션 방법을 제공한다.
기존에는 단지 가공물의 형상만을 예측하였으나, 이와 같은 본 발명의 실시예는 실제 밀링머신의 절삭상황과 동일하게 날 당 칩 체적을 제거하여 가공 형상을 시뮬레이션하고, 공구의 절삭력을 정밀하게 예측할 수 있어 공작물의 가공 전에 절삭상황을 정밀하게 검증하고 CNC프로그램을 최적화하여 가공 후의 공작물의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 공작물의 가공 시뮬레이션 시스템을 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 공작물의 가공 시뮬레이션 방법을 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 공구의 매 날 당 절삭력을 계산하여 디스플레이로 출력한 그림이다.
도 4는 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 검증결과 CAD모델과 가상 CNC 프로그램으로 검증한 형성을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 날 당 절삭력을 계산하여 디스플레이로 출력한 그림이다.
도 6은 종래의 가상 CNC 밀링머신을 이용하여 가공형상을 예측하는 방법을 설명하는 순서도이다.
도 7은 종래 기술에 의해 가공물의 체적을 소거하는 내용을 보여주는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 다른 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하기로 한다.
본 발명의 실시예에서 가상의 공구를 T로 표시하고 가상의 공작물은 W로 표시하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 블록도이고, 도 2는 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 순서도로, 공작물의 가공 시뮬레이션 시스템 및 이를 이용한 방법을 도시하고 있다.
본 발명의 실시예의 공작물의 가공 시뮬레이션 시스템은 입력부(1), 제어부(3), 출력부(5), 그리고 데이터 저장부(7)를 포함할 수 있다.
입력부(1)는 사용자에 의해 공구의 형상, 공작물의 형상, 그리고 절삭조건을 입력받아 데이터 저장부(7)에 저장할 수 있다. 또한, 입력부(1)를 통해 CNC 프로그램에서 각각의 블록의 코드, 상기 공구의 X, Y, Z의 좌표값, 상기 공구의 이송속도, 그리고 스핀들 회전속도 데이터를 입력 받을 수 있다. 이러한 입력값들은 제어부(3)에 의해 데이터 저장부(7)에 저장될 수 있다.
제어부(3)는 입력부(1)를 통해 입력된 데이터를 이용하여 절삭력을 계산할 수 있으며, 데이터 저장부(7)에 입력된 데이터를 저장하거나 또는 로딩하여 계산된 값을 출력부(5)에 출력할 수 있다. 특히, 제어부(3)는 CNC 프로그램의 각각의 블록에서 날 당 칩체적을 계산하여 계산된 날 당 칩체적을 소거하여 절삭력을 계산할 수 있다.
이러한 제어부(3)는 데이터 로딩부(31), 날 당 칩체적 산출부(33), 날 당 절삭력 산출부(35), 진동값 산출부(37), 공구 마모량 산출부(39), 최고 절삭력과 최고 진동값을 추출하는 추출부(41), 그리고 공작물의 가공 시뮬레이션 형상을 저장하고 출력하는 저장 및 출력부(43)를 포함할 수 있다.
데이터 로딩부(31)는 데이터 저장부(7)에 저장된 데이터를 로딩하는 역할을 할 수 있다.
날 당 칩체적 산출부(33)는 공구의 하나의 날이 절삭한 칩의 체적을 계산하여 구할 수 있다. 이러한 날 당 칩체적 산출부(33)는 다음과 같은 계산식에 의해 날 당 칩체적(Sth)을 산출할 수 있다.
즉, 날 당 칩체적(Sth)은,
Figure 112016008156607-pat00001
로 표시되며,
여기서, Sp는 매 샘플링 시뮬레이션 시간 dt동안 제거되는 체적,
Figure 112016008156607-pat00002
이고,
Figure 112016008156607-pat00003
는 날 당 절삭시간이며,
날 당 절삭시간
Figure 112016008156607-pat00004
는,
Figure 112016008156607-pat00005
로 표시되며,
여기서, S는 스핀들 회전수(rpm),
Figure 112016008156607-pat00006
는 공구의 날 수이다.
날 당 절삭력 산출부(35)는 날 당 칩체적(Sth)을 이용하여 공구의 날 당 절삭력(Fth)을 계산할 수 있다. 날 당 절삭력 산출부(35)를 통해 공구의 날 당 절삭력(Fth)은 다음과 같은 계산식으로 표시될 수 있다.
Figure 112016008156607-pat00007
진동값 산출부(37)는 가상의 공작물을 가공하는 과정에서 발생하는 공구의 진동값을 계산할 수 있다. 이러한 진동값 산출부(37)를 통해 계산되는 진동값은 다음과 같다.
공구에 의한 절삭시스템을 진동계로 모델링하면 진동방정식은 다음과 같다.
Figure 112016008156607-pat00008
이 진동방정식은 다자유도계로 모델링할 수 있다. 1자유도일 경우에 예측된 절삭력 Ft에 의한 강제 진동계의 정상상태의 변위 x(t)는 다음과 같다.
Figure 112016008156607-pat00009
여기서 X0는 진동의 진폭,
Figure 112016008156607-pat00010
는 위상이고, 고유주파수와 감쇠계수는 다음과 같다.
Figure 112016008156607-pat00011
진동값으로 진폭 X0를 출력한다.
공구 마모량 산출부(39)는 실제의 공작물을 가공할 때 예상되는 공구의 마모량을 계산하는 것으로, 공구 마모량(W)는 다음과 같은 식으로 계산될 수 있다.
즉, 공구 마모량(W)는
Figure 112016008156607-pat00012
의 계산식에 의해 계산될 수 있다.
최고 절삭력과 최고 진동값(진폭값을 의미함)을 추출하는 추출부(41)는 상술한 날 당 절삭력 산출부(35)와 진동값 산출부(37)에서 계산된 값들 중에서 최고의 절삭력과 최고의 진동값을 추출하여 데이터 저장부(7)에 저장할 수 있다.
최고 절삭력은 날 당 절삭력 산출부(35)에서 산출된 각각 날 당 절삭력을 비교하여 가장 큰 값의 절삭력을 추출할 수 있다. 또한, 최고 진동값은 진동값 산출부(37)에서 계산된 값들을 비교하여 가장 큰 진동값을 추출할 수 있다.
이러한 최고 절삭력과 최고 진동값은 실제로 공작물의 가공에 영향을 미치는 요소이므로 이들 값을 통해 실제의 공작물을 가공할 때 예상되는 문제점을 미리 제거하여 가공 불량을 방지하거나 가공 정밀도를 향상시킬 수 있다.
공작물의 가공 시뮬레이션형상 저장 및 출력부(43)는 상술한 계산 방법에 의해 계산된 결과 값을 이용하여 가상으로 가공된 형상을 이미지화시켜 데이터 저장부(7)에 저장하고 출력부(5)를 통해 출력할 수 있다(도 4 및 도 5 참조). 즉, 공작물의 가공 시뮬레이션형상 저장 및 출력부(43)는 제어부(3)에서 계산된 값을 저장하고 출력하여 작업자가 이를 확인하여 실제의 공작물을 가공할 때 반영할 수 있다.
출력부(5)는 프린터(51)와 디스플레이(53)를 포함할 수 있다. 프린터(51)는 종이로 인쇄되는 일반적인 출력장치가 사용될 수 있으며, 디스플레이(53)는 컴퓨터와 연결된 모니터가 사용될 수 있다.
데이터 저장부(7)는 기본 데이터 저장부(71), 절삭력 데이터 저장부(73), 진동값 데이터 저장부(75), 그리고 공구 마모량 데이터 저장부(77)를 포함할 수 있다.
기본 데이터 저장부(71)에는 입력부(1)를 통해 입력된 공구형상, 공작물 형상, 그리고 절삭 조건 등의 저장될 수 있다. 또한, 기본 데이터 저장부(71)에는 CNC 파일에서 각 블록의 G 코드값, X, Y, Z 좌표값, 공구의 이송속도, 스핀들 속도 등이 입력되어 저장될 수 있다. 여기서 이송속도와 스핀들 속도는 절삭력이 일정하도록 조정한 최적값을 출력할 수 있다.
절삭력 데이터 저장부(73)는 제어부(3)의 날 당 절삭력 산출부(35)에서 계산된 값들이 저장될 수 있다.
진동값 데이터 저장부(75)는 제어부(3)의 진동값 산출부(37)에서 계산된 값들이 저장될 수 있다.
마찬가지로 공구 마모량 데이터 저장부(77)는 제어부(3)의 공구 마모량 산출부(39)에서 계산된 값들이 저장될 수 있다.
이와 같이 이루어지는 본 발명의 실시예의 공작물의 가공 시뮬레이션 방법을 도 1과 도 2를 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 사용자는 입력부(1)를 공구의 형상, 공작물의 형상, 그리고 절삭조건을 입력하고, CNC 프로그램에서 순차적으로 한 블록의 코드, 상기 공구의 X, Y, Z의 좌표값, 상기 공구의 이송속도, 그리고 스핀들 회전속도를 입력할 수 있다(S1). 입력부(1)를 통해 입력된 데이터는 데이터 저장부(7)의 기본 데이터 베이스(71)에 저장될 수 있다.
그러면 제어부(3)의 데이터 로딩부(31)는 기본 데이터 저장부(71)에서 공구의 형상, 공작물의 형상, 그리고 절삭조건과 CNC 프로그램에서 순차적으로 한 블록의 코드, 상기 공구의 X, Y, Z의 좌표값, 상기 공구의 이송속도, 그리고 스핀들 회전속도를 로딩한다(S3).
그리고 제어부(3)는 공구의 절삭력을 계산한다(S5). 이때 공구의 절삭력은 CNC 프로그램 한 블록에서 날 당 칩체적을 계산하여 칩체적을 소거(도 3 참조)하고 이 칩체적을 이용하여 절삭력을 계산한다. 여기에서 날 당 칩체적은 제어부(3)의 날 당 칩체적 산출부(33)를 통해 계산이 이루어지며 날 당 칩 체적 산출식은 상술한 칩체적 산출부(33)에 제시한 계산식으로 이루어진다. 그리고 날 당 절삭력은 제어부(3)의 날 당 절삭력 산출부(35)에 의해 계산이 이루어지며 이의 계산식은 상술한 날 당 절삭력 산출부(35)에 기술한 계산식으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에서 날 당 절삭력은 날 당 칩체적을 이용하여 계산되는 것이 바람직하다.
제어부(3)의 날 당 절삭력 산출부(35)에서 계산된 날 당 절삭력은 데이터 저장부(7)의 절삭력 데이터 저장부(73)에 저장되는 것이 바람직하다. 절삭력 데이터 저장부(73)에 저장된 데이터는 제어부(3)의 최고 절삭력과 최고 진동값 추출부(41)에서 최고의 절삭력을 추출하여 과도한 절삭력이 발생하는가를 판단한다(S7). 최고 절삭력 추출은 제어부(3)의 최고 절삭력과 최고 진동값 추출부(41)에서 절삭력 데이터 저장부(73)에 저장된 절삭력 데이터를 비교하여 최고 절삭력을 추출할 수 있다.
또한, 상술한 과도한 절삭력이 발생하는가를 판단하는 단계(S7)에서 공구의 이송속도에 의해 공구가 공작물에 충돌하는가를 판단할 수 도 있다.
공구가 상기 공작물에 충돌하거나 과도한 절삭력이 발생하는가를 판단하는 단계(S7)에서 공구가 공작물에 충돌하거나 과도한 절삭력이 발생하는 경우에는 출력부(5)의 디스플레이(53)를 통해 경고메시지를 출력한다(S9). 이 단계에서 경고 메시지를 기본 데이터 베이스(71)에 저장할 수 도 있다.
계속해서 제어부(3)는 공구가 가상의 공작물에 충돌하거나 과도한 절삭력이 발생하는가를 판단하는 단계(S7) 후에 공구가 가상의 공작물에 충돌하지 않거나 과도한 절삭력이 발생하지 않는 경우에는 CNC 프로그램의 한 블록이 끝났는가를 판단하는 블록 수행 종료 단계를 수행한다(S11). 이 단계(S11)에서 한 블록이 끝나지 않은 경우에는 절삭력을 계산하는 단계(S5)로 이동한다.
상술한 블록 수행 종료를 판단하는 단계(S11)에서 한 블록의 수행이 끝난 경우에는 그 과정에서 발생한 최고 절삭력, 최고 진동값을 추출하고, 공구 마모량을 계산한다(S13).
즉, 제어부(3)의 날 당 절삭력 산출부(35)는 상술한 식에 의해 계산된 절삭력 데이터를 절삭력 데이터 저장부(73)에 저장하고, 진동값 산출부(37)를 통해 계산된 공구의 진동값은 진동값 데이터 저장부(75)에 저장하며, 공구 마모량 산출부(39)에 의해 계산된 데이터는 공구 마모량 데이터 저장부(77)에 저장한다.
계속해서 최고 절삭력과 최고 진동값을 추출하고 공구 마모량을 계산하는 단계(S13) 후에 가공형상 출력, 최고 절삭력, 최고 진동크기, 공구 마모량을 출력부(5)에 출력하고 데이터 저장부(7)에 저장한다(S15).
그리고 가공형상 출력, 최고 절삭력, 최고 진동크기, 공구 마모량을 출력하고 데이터 저장부에 저장하는 단계(S15) 후에 CNC 프로그램이 모두 수행이 되었는지 판단하여 CNC 프로그램이 모두 수행된 경우 프로그램을 종료시키고, 수행이 완료되지 않은 경우 상기 CNC 프로그램에서 한 블록의 G 코드, X, Y, Z 좌표값, 이송속도, 스핀들 속도를 입력받는 단계(S3) 이전으로 이동된다.
이와 같이 본 발명의 실시예는 절삭력을 계산할 때 CNC 프로그램 한 블록에서 날 당 칩체적을 계산하여 가상 공작물의 칩체적을 소거하고 이 칩 체적을 이용하여 절삭력을 계산한다.
이러한 본 발명의 실시예는 실제 밀링 머신의 절삭상황과 동일하게 날 당 칩 체적을 제거하여 가공형상을 시뮬레이션하고, 절삭력을 정밀하게 예측할 수 있어 작업 전에 절삭상황을 정밀하게 검증할 수 있다. 따라서 본 발명은 실제 공작물의 가공 작업 전에 가공 상황을 예측하여 가공에서 공구와 실제 공작물이 충돌하는 것을 방지할 수 있을 뿐 만 아니라 정밀한 가공작업을 수행할 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
1. 입력부,
3. 제어부,
5. 출력부,
7. 데이터 저장부,
31. 데이터 로딩부,
33. 날 당 칩체적 산출부,
35. 날 당 절삭력 산출부,
37. 진동값 산출부,
39. 공구 마모량 산출부,
41. 최고 절삭력과 최고 진동값 추출부,
43. 공작물의 가공 시뮬레이션 형상 저장 및 출력부,
71. 기본 데이터 저장부,
73. 절삭력 데이터 저장부,
75. 진동값 데이터 저장부,
77. 공구 마모량 데이터 저장부

Claims (10)

  1. 공구의 형상, 공작물의 형상, 그리고 절삭조건과 CNC 프로그램에서 각각의 블록의 코드, 상기 공구의 X, Y, Z의 좌표값, 상기 공구의 이송속도, 그리고 스핀들 회전속도 데이터를 입력받는 입력부,
    상기 입력부의 데이터를 이용하여 절삭력을 계산하는 제어부,
    상기 제어부에 의해 입출력되며 상기 입력부를 통해 입력된 데이터가 저장되거나 또는 상기 CNC 프로그램에서 좌표값, 이송속도, 스핀들속도가 최적화되어 저장되는 기본 데이터 저장부,
    상기 제어부에서 계산된 절삭력을 이용하여 공작물의 가공 시뮬레이션형상을 출력하는 출력부를 포함하며,
    상기 제어부는
    상기 CNC 프로그램의 각각의 블록에서 날 당 칩체적을 계산하여 계산된 상기 날 당 칩체적을 소거하고 날 당 칩체적을 이용하여 날 당 절삭력을 계산하며,
    상기 공구의 날 당 칩체적을 산출하는 날 당 칩체적 산출부,
    상기 날 당 칩체적 산출부에서 산출된 값을 이용하여 상기 공구의 절삭력을 산출하는 날 당 절삭력 산출부,
    상기 날 당 칩체적 산출부에서 산출된 값을 이용하여 상기 공구의 진동값을 산출하는 진동값 산출부,
    상기 날 당 칩체적 산출부에서 산출된 값을 이용하여 상기 공구의 마모량을 산출하는 마모량 산출부, 그리고
    상기 날 당 절삭력 산출부에서 산출된 값 중에서 최고 절삭력을 추출하고, 상기 진동값 산출부에서 산출된 값 중에서 최고의 진동값을 추출하는 추출부
    를 포함하는 공작물의 가공 시뮬레이션 시스템.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 날 당 칩체적 산출부에서 날 당 칩체적을 산출하는 계산식은,
    Figure 112016058709910-pat00013

    로 표시되며,
    여기서, s p는 매 샘플링 시뮬레이션 시간 dt동안 제거되는 체적,
    Figure 112016058709910-pat00014
    이고,
    Figure 112016058709910-pat00015
    는 날 당 절삭시간이며,
    날 당 절삭시간
    Figure 112016058709910-pat00016
    는,
    Figure 112016058709910-pat00017
    로 표시되며,
    여기서, S는 스핀들 회전수(rpm),
    Figure 112016058709910-pat00018
    는 공구의 날 수
    로 이루어진 공작물의 가공 시뮬레이션 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 절삭력 산출부에서 절삭력을 산출하는 계산식은,
    Figure 112016058709910-pat00019

    로 이루어진 공작물의 가공 시뮬레이션 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 진동값 산출부에서 산출하는 공구의 진동값은,
    Figure 112016058709910-pat00020

    의 진동방정식의 다자유도계로 모델링하고, 1자유도일 경우 예측된 절삭력 F t에 의한 강제 진동계의 정상상태의 변위 x(t)는
    Figure 112016058709910-pat00021

    이며,
    여기서, X0는 진동의 진폭,
    Figure 112016058709910-pat00022
    는 위상이고, 고유주파수와 감쇠계수는
    Figure 112016058709910-pat00023

    인 진동값으로 진폭 X0를 출력하는 공작물의 가공 시뮬레이션 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 마모량 산출부에서 마모량을 산출하는 계산식은,
    Figure 112016058709910-pat00024

    로 이루어진 공작물의 가공 시뮬레이션 시스템.
  7. 공구의 형상, 공작물의 형상, 그리고 절삭조건을 입력받는 단계,
    상기 공구의 형상, 공작물의 형상, 그리고 절삭조건을 입력받는 단계 후에 CNC 프로그램에서 순차적으로 한 블록의 코드, 상기 공구의 X, Y, Z의 좌표값, 상기 공구의 이송속도, 그리고 스핀들 회전속도를 기본 데이터 저장부에서 로딩하는 단계,
    상기 한 블록의 코드, 상기 공구의 X, Y, Z의 좌표값, 상기 공구의 이송속도, 그리고 스핀들의 회전속도를 읽어들이는 단계 후에 상기 공구의 절삭력을 계산하는 단계,
    상기 공구의 절삭력을 계산하는 단계 후에 상기 공구가 상기 공작물에 충돌하거나 과도한 절삭력이 발생하는가를 판단하는 단계,
    상기 공구가 상기 공작물에 충돌하거나 과도한 절삭력이 발생하는가를 판단하는 단계에서 상기 공구가 상기 공작물에 충돌하거나 과도한 절삭력을 발생하는 경우에는 경고 메시지를 출력하는 단계,
    상기 상기 공구가 상기 공작물에 충돌하거나 과도한 절삭력이 발생하는가를 판단하는 단계 후에 상기 공구가 상기 공작물에 충돌하지 않거나 과도한 절삭력이 발생하지 않는 경우에는 CNC 프로그램의 한 블록이 끝났는가를 판단하여 한 블록이 끝나지 않은 경우에는 상기 절삭력을 계산하는 단계 이전으로 이동시키는 블록 수행 종료를 판단하는 단계,
    상기 블록 수행 종료를 판단하는 단계에서 한 블록의 수행이 끝난 경우에는 그 과정에서 발생한 최고 절삭력, 최고 진동값을 추출하고, 공구 마모량을 계산하는 단계,
    상기 최고 절삭력과 최고 진동값을 추출하고 공구 마모량을 계산하는 단계 후에 가공형상 출력, 최고 절삭력, 최고 진동크기, 공구 마모량을 출력하고 데이터 저장부에 저장하는 단계, 그리고
    상기 가공형상 출력, 최고 절삭력, 최고 진동크기, 공구 마모량을 출력하고 데이터 저장부에 저장하는 단계 후에 CNC 프로그램이 모두 수행이 되었는지 확인하여 CNC 프로그램이 모두 수행된 경우 프로그램을 종료시키고, 수행이 완료되지 않은 경우 상기 CNC 프로그램에서 한 블록의 G 코드, X, Y, Z 좌표값, 이송속도, 스핀들 속도를 입력받는 단계 이전으로 리턴시키는 단계를 포함하고,
    상기 절삭력을 계산하는 단계는
    CNC 프로그램 한 블록에서 날 당 칩체적을 계산하여 가상 공작물의 체적을 소거하고 절삭력을 계산하는 공작물의 가공 시뮬레이션 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 절삭력을 계산하는 단계에서
    CNC 프로그램 한 블록에서 절삭력 계산식은
    Figure 112016008156607-pat00025

    이며, 날 당 칩체적(Sth)의 계산식은
    Figure 112016008156607-pat00026

    이고, 여기서, s p는 매 샘플링 시뮬레이션 시간 dt동안 제거되는 체적
    Figure 112016008156607-pat00027
    이고,
    Figure 112016008156607-pat00028
    는 날 당 절삭시간이며,
    날 당 절삭시간
    Figure 112016008156607-pat00029
    는,
    Figure 112016008156607-pat00030
    로 표시되며,
    여기서, S는 스핀들 회전수(rpm),
    Figure 112016008156607-pat00031
    는 공구의 날 수
    로 이루어진 공작물의 가공 시뮬레이션 방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 공구의 진동값은
    Figure 112016008156607-pat00032

    의 진동방정식의 다자유도계로 모델링하고, 1자유도일 경우 예측된 절삭력 F t에 의한 강제 진동계의 정상상태의 변위 x(t)는
    Figure 112016008156607-pat00033

    이며,
    여기서 X 0는 진동의 진폭,
    Figure 112016008156607-pat00034
    는 위상이고, 고유주파수와 감쇠계수는
    Figure 112016008156607-pat00035

    인 진동값으로 진폭 X 0를 출력하는 공작물의 가공 시뮬레이션 방법.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 공구의 마모량의 계산식은
    Figure 112016008156607-pat00036

    로 이루어지는 공작물의 가공 시뮬레이션 방법.
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