식품 재료 이송용 더블 헬리컬 기어 모델링 및 가공경로 생성에 관하여-4

 

 

 

 이번에도 저번에 이어서 더블 헬리컬 기어 가공물의 가공경로를 생성하겠습니다.

 

 이번에는 가공경로를 다축 로터리 가공경로를 활용해 보겠습니다.

다축 로터리 가공경로는 다축 애플리케이션 항목에 있습니다.

* 다축 패턴 과 애플리케이션의 차이는 패턴은 가공패턴(가공경로 형태)에 중점을 둔 기본적인 경로특성에 기이한 방식이고 애플리케이션은 특정 가공방식에 기준하여 앞서 기능(다축 패턴)을 조합하여 특정 가공방식에 맞는 방식을 만든 것으로 여기 로터리 가공경로(다축 애플리케이션)는 원통형 회전 가공경로 생성에 특화된 가공경로입니다.


 다축의 로터리 가공경로는 회전축 중심의 원통형 가공물 형태에 특화된 가공경로 입니다.
* 반드시 원통형 가공물이 아니어도 가능은 합니다.

* 위 이미지처럼 기본적인 로터리 가공경로는 회전축을 기준으로 회전하는 원통형태 가공경로를 생성합니다.
물론 원통형 가공물 주위를 돌면서 회전하는 경로 말고 반대 방향으로 생성 하는것도 가능하나 기본적으로 해당 가공물을 회전하며 가공경로를 생성하는 방식입니다.

 

 그럼 다시 해당 가공물인 더블 헬리컬 기어를 기준으로 다축 로터리 가공경로를 생성하겠습니다.

 

 

 위 이미지처럼 해당 가공 대상 곡면을 선택해주고 절삭 컨트롤에서 절삭 방법은 회전형태 절삭으로 선택해주고 닫힌 윤곽 형상이므로 "닫힌 윤곽 형상의 절삭 형태"를 하향으로 선택합니다.

* 참고로 "회전형태 절삭"은 로터리 형태 가공경로(부가축을 중심으로 회전하면서 생성되는 가공경로)방식이며, "축 중심 절삭"은 회전축 진행 방향을 기준으로 가공경로를 원호 각도에 맞추어 생성하는(방사형?) 방식입니다.

 일단 예제에서는 "회전형태 절삭"방식으로 하지만 "축 중심 절삭" 방식도 무방합니다.

축 중심 절삭 방식으로 생성된 다축 로터리 가공경로.

 그다음 공구 축 컨트롤 파라미터 항목에서 출력형태를 4축(부가축 형태)으로 지정하고 4축 점(4축 회전축 지점)을 선택합니다.

 그리고 해당 부가축이 위치한(로터리 A 축) 축의 형태를 로터리 축①으로 지정합니다.
(여기서는 부가축 A 축이 X축 방향으로 회전하므로 X축으로 선택합니다.)

 

 

*이때 주의 사항이 지금 선택한 회전축을 중심으로 로터리 가공경로가 생성됩니다.

 그런데 실제 회전하지 않는 다른 위치의 점을 회전축으로 지정하면 그 점을 기준으로 가공경로가 생성(가공물 형상이나 실제 부가축 위치등을 전혀 고려하지 않은)되므로 주의가 필요하며 만일 이 점(4축 점)의 위치가 불분명한 경우 아예 선택을 하지 않는(마스터캠이 자동적으로 선택하도록) 선택을 하셔야 합니다.

 그러므로 만일 생성된 로터리 가공경로가 왠지 가공물과 일치하지 않는 경우가 발생하면 우선 이 4축 점의 위치와 실제 회전하는 부가축의 위치를 확인하여야 합니다.

 

 여기서 회전형태 절삭 항목에서 ②중심점 사용 체크칸이 있는데 이것은 앞서 모프 가공경로에서 부가축 위치에서 고정된 이송형태(로터리 축에 공구각도 수직 사용)와 X, Y, Z, A가 전부 이송되는 형태(로터리 축에 공구각도 수직 미사용)와 동일한 역할을 하지만 해당 실 이송예를 보면 살짝 차이가 있습니다.

중심점 사용 시

 

*  앞서 모프의 경우도 마찬가지이지만 가공물 형상이 공구축의 수평(가공면이 직각에 가깝게 이송)에 근접하게 되면 사실상 공구의 적절한 절삭면이 아니며 공구축의 측면으로 절삭 부하를 받아(공구 밀림) 제대로 된 가공면이 안 나올 수도 있으므로 이러한 경우에 충분한 검토가 필요합니다.

 

 

중심점 미 사용 시

 

 

 그리고 최대 스탭③값이 절삭간격값이 되는데 입력값 보다 살짝 작게 절삭간격값이 지정됩니다.

 그다음으로 링크 파라미터 - 안전영역 항목에서 공구 동작의 회전축을 부가축과 동일하게(경우에 따라 가공물 형상에 따라 조절합니다.) 선택합니다.

 그리고 안전 영역 형태는 아래 형태 정의에서 원통형으로 선택하여 영역 크기와 형태를 선택해 줍니다. 
* 이 안전영역은 필수적인 설정은 아니지만 원통형 가공물의 이송높이 경로가 안전영역 설정에 따라 달라집니다.

 

 그러면 우선적으로 로터리 가공경로가 생성됩니다.

 앞서 모프 가공경로보다는 좀 단순한(원통형에 더 최적화된) 가공경로를 볼 수 있습니다.

 

 

 이러한 로터리 가공경로에도 황삭 설정이 있습니다.

 그렇지만 이것은 우리가 생각하는 그 황삭(Roughing) 가공경로가 아니고...... 가공 대상영역(곡면 영역)을 회전축 방향 기준 가공범위(최소/최대)를 정의해 주는 것입니다.

* 즉 전체 가공깊이 시작에서 끝을 기준으로 Z0.0 ~ 가공영역 반대쪽 지점까지 에서 범위를 선택합니다.

 예제를 들면 예제 가공물이 길이 50.0입니다.

 그럼 가공물의 가공방향 기준 최소 깊이값은 0.0 최대 깊이값은 50.0이 됩니다.

 이것을 만일 절대깊이 (최소 : 10.0 / 최대 : 40.0)로 지정하면 아래와 같이 해당 로터리 가공경로가 생성됩니다.

그러므로 사실상 다축 로터리 가공경로는 정삭 가공경로으로 사용되길 권장합니다.

* 증분 깊이값도 같은 계념으로 생각하시면 됩니다.

 즉 상단 절삭으로 조절은 가공경로 시작점에서 증분 된 입력값만큼 떨어져서 경로가 시작하고 다른 절삭으로 조절은 가공경로 종료지점에서 증분된 입력값 만큼 떨어져서 가공경로가 생성됩니다.

 

 

 

 그러면 다시 다축 로터리 정삭 가공경로를 살펴보겠습니다.

 우선 황삭 가공경로는 모프 황삭 가공경로, 정삭 가공경로는 다축 로터리 정삭 가공경로를 적용한 것을 모의 가공해 보겠습니다.

 

 

 

 그런데 실제 실가공을 적용하신다면 다음 같은 사항을 고려하셔야 합니다.

* 로터리 형식(모프, 로터리축) 가공경로를 생성하면 회전축을 중심으로 무한대(일반적인 인덱스 회전 횟수 보다 무척 많은) 회전이 지령되게 됩니다.

 예를 들면 아래와 같은 로터리축 가공프로그램을 실행해 보면 가공종료 후 (회전 종료 후) 현재 POS(좌표 조작 시스템) 화면을 보게 되면 다음과 같이 표시됩니다.

 로터리 가공작업이 종료되면 부가축 A좌표값이 0.0에서 +18,605로 이송되었습니다.

 자 그럼 이제 가공 완료된 소재를 지그에서 분리하고 새로운 소재을 다시 체결하여 다시 신규 가공을 하기 위하여 원점복귀를 시도하게 됩니다.

* 원점 복귀를 실시하지 않더라도 현재 가공 프로그램 첫 A좌표 지령값이 -105.009 이므로 위 좌표값에서 첫 지령값으로 복귀하여야 합니다.

 

 그럼 잠시 생각해 봅니다.

 단순 계산으로 A 축 18,605 값은 각도값이므로 18,605/360=51.7회전 즉 A 축은 원점복귀를 실시하면 51.7회 회전을 해야 원점 복귀가 이루어집니다.

 예제에서 사용한 인덱스 장비의 제원을 보면 최대 회전속도가 분당 33.3회입니다.

 그럼 51.7/33.3=1.55 = 1분 35초 정도 소요되는 것을 알 수 있습니다.

 즉 가공 후 원점복귀 시간에만 1분 35초 정도 소요된 후 가공이 시작됩니다.

* 실제로는 위 18,605 값은 절삭간격 1.0의 예 경우이므로 실제 적용할 절삭간격 0.2 정도 되면 회전값이 90,564/360=251.6회전 = 251.6/33.3=7.55 = 약 8분이 소요됩니다.

* 위 숫자는 최대 회전속도 기준 으므로 여러 가지 사항을 고려하면 조금 더 오래 걸리게 됩니다.

 이러한 이유로 총 가공시간(황삭/정삭)이 대략 22분정도 소요되는데 여기에 원점복귀 과정만 8분이 소요되고 소재 교체시간 까지 고려하면 개당 총가공 시간이 30분이 넘게 됩니다.

 이러한 문제를 해결하기 위하여 아예 처음부터(앞서 2D블랜드밀 사용을 권장하는 이유 중 하나입니다.) 로터리 형태 가공경로를 사용하지 않거나 원점 좌표값 설정에 다른 방법을 써야 합니다.

 방법론은 여러 가지 방법이 있지만 간단하게 먼저 알아야 할 상식으로 인덱스 축 이송(좌표값)은 이론상 무한대입니다.

 아래 이미지와 동영상을 보시면 사실상 웜기어와 인덱스 회전축이 제자리에서 무한대로 회전이 가능합니다.
*물론 제어 시스템의 한계값이 있으니 최댓값은 있습니다.

 

 

 이렇다는 얘기는 아무리 A 축 각도값이 많이 출력되어도 360도 기준으로 보면 위치값이 동일하다는 의미가 됩니다.
즉 만일 3600도(A3,600.0)가 출력되어도 사실상 0도(A0.0)와 동일한 위치에 있다는 의미가 됩니다.

 그렇다는 의미는 만일 가공종료 후 A90,564가 출력되어도 원점복귀 위치가 A0.0이라면 사실 현재 위치가 A204.0과 동일하므로 +156.0 또는 -204.0으로 회전(증분값)하면 원점복귀 위치(A0.0)와 동일한 위치가 됩니다.

 그러므로 90,564 값을 다 이송할 필요 없이 -156.0 또는 -204.0만 회전하면 바로 원점복귀 위치입니다.

 그러므로 가공 프로그램 마지막에(원점 복귀 지령) A0.0에 해당하는 회전값을 입력하면 바로 원점복귀 위치에서 종료됩니다.
* 가공 종료 최종 좌표값이 90,564이면 원점 복귀 시 +156.0 하여 A90,720.0으로 종료하면 원점복귀 위치(A0.0)가 됩니다.

 이후 그럼 현재 장비의 워크좌표값이 아직 A90,720.0으로 되어 있는데 어떻게 하냐....

 

 이것은 좀 얘기가 길어지니...

 장비 파라미터값(#1006) 또는 수기는 매번 워크좌표값에 A0.0 측정... 또는 가공프로그램 자체 내에서 해당 워크좌표 변수(파라미터값에 강제로 입력) 입력(A0.0)하는 방법도 있는데 이것은 말이 좀 길어져서.....
해당 가공경로 형태에도 따라가고..... 조금 복잡합니다.

 

이것은 다음 기회에.....


 그렇지만 앞서 얘기 한 것처럼 해당 가공경로의 절삭방법(모프만 가능하고 로터리는 불가능합니다.)을 왕복으로 하면 360도 한계 내에서 플러스/마이너스 값을 왕복합니다.

 

 

 

 또는 해당 부가축 회전 좌표값을 0~360도 내로 한정시켜서(해당 장비가 지원해야 합니다.) A359.999에서 A0.0로 넘어가서 실제 회전 좌표값은 360도 내로 제한되어 원점복귀 시 한 바퀴 내로 가능하게 하는 방법이 있습니다.

* 위 이미지처럼 부가축 좌표값 출력이 360 내 한계(절댓값 지정) 설정하여 무한대로 회전하더라도 360도 이내로 출력하도록 해당 포스트를 변경하는 등의 방법이 있습니다.

 

 

 만일 이것도 어려운데 반드시(?) 로터리축 가공 방식을 적용하여야 한다면 로터리축 가공경로에는 또 다른 방법이 있습니다.

 즉 회전축을 중심으로 회전하며 생성되는 가공경로를 반대로 90도 회전하여 회전축 방향(X축 방향)을 기준으로 방향성을 유지하며 회전축 방향을 중심으로 회전하며 가공경로를 생성하는 방법입니다.
* 이론상(?) 하나의 가공을 360도(1회전)로 마무리 가능하다는 위미입니다.

경로 확인 동영상

 

 

 먼저 다축 로터리 가공 파라미터 중 가공패턴의 절삭 컨트롤 - 절삭 방법을 "축 중심 절삭"으로 선택하며 회전축(공구축 컨트롤에서 선택한 로터리축) 방향으로 기준이 되는 패턴의 가공경로가 생성됩니다.

* 약간 이해가 힘들지만 "회전형태 절삭"은 회전축의 회전방향(형태)을 그대로 따라가는 경로를 생성하고 "축 중심 절삭"은 회전축 진행방향(A부가축이면 X축 방향)을 경로 진행 방향으로 생성하며 경로의 회전은 회전축을 중심으로 생성됩니다.

① 절삭 방법 : 회전축 방향을 기준으로 하는 로터리 경로를 생성하기 위하여 축 중심 절삭 방법을 선택합니다. 

② 로터리 축 : 부가축(회전축)의 위치 점(회전 중심점)을 선택하고 축방향(X축)을 선택합니다. 

③ 최대 각도증분치 : 약간 애매하지만 이것을 절삭간격값으로 보셔야 하는데, 주의사항이 이 값은 간격값(거리)이 아니고 각도값입니다.

 
 각도값 이므로 해당 가공 대상곡면의 대한 지름값에 대하여 동일 각도값에 따라 경로 간격값이 달라지므로 일정하게 적용할 수 있지 않습니다.

약간의 계산(가공 대상곡면 지름값에 대한 각도지정 시 경로간격값 변동에 대하여 계산)을 해야 합니다.

④ 시작 각도 : 회전축의 WCS 위치값에 따른(WCS의 Y축 접점 방향이 0도 : 롤가공 참조) 가공경로 진입 시작점 위치값입니다.   

⑤ 회전 각도 : 로터리 가공영역을 결정하는 회전체 중심축으로 회전하는 가공영역(각도값) 지정입니다.

* 위 이미지처럼 시작 각도값을 90.0을 지정하면 90.0도 회전하여 시작한다는 얘기가 되므로 기본적으로 Y축 방향 0.0도에서 플러스값(CW)90도 이므로 현재 위치에서 CW방향으로 90도위치에서 시작하고 전체 회전각도가 180.0도 이므로 전체 가공영역(회전 범위)는 CW 90.0 ~ 180.0도 범위가 되어 위 이미지 처럼 가공경로가 생성됩니다.

* 물론 회전각도는 -360.0 ~ +360.0로 한정되며 플러스(CW) / 마이너스(CCW) 값은 회전 방향을 지정합니다.

 

이를 모의가공 동영상으로 보면 다음과 같습니다.