소성가공 공정설계의 컴퓨터를 이용한 최적설계를 위하여 선결되어야 기술적 과제를 (i) 구성방 정식, (ii) 윤활 및 마찰조건, 그리고 (iii) 적응적 유한요소망 재구성법 등 3가지 분야로 대별하여 논의하였다. 적절히 선택된 마찰/구속조건 등 경계조건 (boundary condition) 과 적절한 유한 요소망의 구성을 통하여 최종제품의 형상을 만들어내기 위한 금형의 형상 등을 유한요소법으로 해석하여 공정설계상의 시행착오의 범위와 횟수를 줄일 수 있다(7,8). 또 하나의 예로서 자동 차의 자체 등 비교적 대형의 판재가공에서 펀치에 의한 본격적인 가공행정이 이루어지기 전에 판재 자체가 중력에 의하여 처지게 되는데 이러한 중력에 의한 피가공재의 초기 처짐은 최종제 품의 형상에 직접적인 영향을 주게 된다. 이 경우 기존의 유한요소 해석 기법을 사용하여 초 기처짐을 제어하기 위한 판재의 가공전 고정용 금형(binder wrap)의 최적설계를 훌륭히 수행할 수 있다. 이같이 현재의 유한요소 해석법은 많은 기술적 과제를 지니고 있으나 동시에 소성가 공의 컴퓨터 응용설계를 실현하기 위한 궁극적 도구로서 매우 큰 활용 잠재력을 지니고 있다.
공정설계는 설계와 가공에 대한 지식을 갖고 있는 사람이 부품설계 도면의 정보를 이용, 생산 현장에서 소재를 부품으로 가공하기 위하여 필요한 가공정보들을 수집, 검토하여 상세한 작업지시를 준비하는 일련의 활동이라고 할 수 있다. 따라서 공정설계는 제품을 경제적, 효율적으로 생산하는데 필요한 체계적인 결정방식이며, 설계와 가공사이의 정보흐름을 원활하게 하여 제조공정상의 교량역할을 하는 핵심적인 부분이므로, 본 논문에서는 첨단생산시스템을 구현하기 위한 차세대가공시스템의 소과제중 하나인 "지적공정계획기술" 과제에서 기존에 상용화된 CAD/CAM(Compu-ter Aided Design / Manufacturing)시스템을 이용하여 설계와 가공의 정보를 체계화하고 지식 베이스화하여 설계정보가 생산현장까지 이어질 수 있도록 개발중인 컴퓨터를 이용한 공정설계자동화시스템(CAPP : Computer Aided Process Planning)에 대하여 기술하고자 한다.
최근의 생산 시스템은 가공부품의 변화와 생산롯트의 변화에 유연하게 대처하며 동시에 높은 생산성을 가질 수 있 는 FMS, FMC, CIM와 같은 고도로 자동화된 유연생산 시스템으로나아가고있다. 본 연구에서는 실제상품화가 가능한 지능형 전류 감시장치를 개발하는 것을 그 목적으로 하였으며 인텔8096 단일칩 콘트롤러를 이용하여 이를 실현하였다. 개발된 장치의 성능 평가를 위해드릴가공에 적용하였다.
컴퓨터 이용 설계와 가공 기술을 연결시키는 고리로서 컴퓨터 이용 공정설계(CAPP)기술의 중요성이 인식되고 있다. 이를 위한 중요 기술분야, 즉 가공형상 및 특성인식, 공정설계 의사결정 체계의 실현, NC가공기술, 가공순서의 최적화 등의 분야에 관련 연구가 진행되고 있다. 본 고찰에서는 공정설계 각 기능에 대한 의사결정 체계에 관하여, 다음 문제를 분석하고 PART시스템을 이용해 실제 접근을 소개한다. 첫째, 공정설계의 각 기능을 일정한 순서로 결정하는 종래의 방법에, 사용자 환경에 적합한 Flexibility를 주는 문제 - Senario작성. 둘째, 종래 CAPP시스템에서 고려하지 못한 Setup설계에, 가공공차를 통한 가공면 선택 문제 - Converted tolerance scheme. 셋째, 가공방법 선택에 필요한 인자 및 그 규칙의 표현문제 - Method selection.
가장 대표적인 공작기계인 선반은 가공물에대한 바이트의 이송운동에따라 여러가지 종류의 가공물을 효과적으로 절삭할 수 있기 때문에 절삭 가공에 널리사용된다. 특히, 기계요소로 많이 사용되는 회전체의 절삭에 필요하므로 가장 먼저자동화가 요구되는 분야이다. 그러므로, 보다 효율적인 자동절삭의 목표를 달성하기위한 기초작업으로서 현재의 연구가 수행되었다. 본 연구에서 PC 사용을 전제로 소수의 입력 정보로부터 자동으로 최적의 가공계획 수립을 위한 프로그램의 개발을 목표로 먼저 준비단계로 임의의 외경절삭용 자동 가공계획 시스템을 개발하였다. 개발된 프로그램은 작업자의 자료입력을 최소화 했으며 이 입력자료를 토대로 자동으로 절삭공구의 가공경로 및 절삭에 필요한 자료를 생성하고 가공 전과정을 컴퓨터 그래픽으로 처리하여 사용자의 이해 를 돕도록 하였다. 이러한 기능은 컴퓨터 기억장치를 통하여 저장하고 그장된 자료를 NC code화 하거나 직접 PC로 부터 NC 기계를 구동하면 가공에 관하여 극히 초보자인 경우도 실제 가공을 수 행할 수 있다. 참고로 본 프로그램은 개인용 컴퓨터에서 사용을 전제로 프로그램언어는 Fortran, 그래픽 Library로 Halo를 이용하였고사용자의 이해를 보다 높이기 위하여 EGA Color Monitor를 채택하였다.
진공챔버,위생튜브등 정밀한 내면을 필요로 하는 경우 표면거칠기를 향상시키기 위한 방법으로 전해가공 및 수작업을 하는 경우가 대부분인데 이는 가공비가 비씨고 다듬질 시간이 많이 걸리는 등 매우 비경제적이다. 더구나 길이가 긴 관이나 구부러진 관의 내면은 기계적으로 다듬질이 매우 어렵다. 그러나 최근에 개발된 전자기장을 이용한 자력 연마가공법은 기존의 기계적인 가공법과는 달리 실제 가공을 행하는 공구부와 ㅣㅇ를 구동하는 구동부 사이에 공극을 허용하기 때문에 이를 이용하여 회전이 불가능한 곡관의 내면다듬질을 가능하게 하였다. 지금까지 연구들은 단순히 전자석 및 전원으로 이루어진 수동가공 시스템으로서 가공공정 자체의 특성파악에 집중되어 왔으나 자력연마법의 장점중의 하나인 다듬질 공정의 자동화 가능성을 실현시키기 위해서는 공정의 제어가 필요하다. 본 연구에서는 이를 실현시키기 위한 기초연구로서 컴퓨터구동 회전자력연마가공 시스템을 개발하고 그 기본특성을 알아보기 위해 유한요소법을 이용하여 원형 요오크 및 여섯개의 자극에 대해 자력선의 분포를 알아보았다. 또한 이로부터 가공영역의 자속밀도를 계산하고 다듬질 가공을 가능케 하기위한 회전자화의 발생방법에 대해 고찰하였다.
국소가열 가공방법은 종래 사용 되어온 온간,열간 가공의 경우와는 달리 프레스 성형의 응력조건 또는 양긱,열(온도)에 의한 재료 성질의변화 등을 고려하여, 가공하는 박판의 필요 부분을 선택적으로가열, 냉각 또는 두가지를 조합하여 처리하는 것이다. 온도 구배의 영향이 박판 성형의 공정에 많은 영향을 줌에도 불구하고 종래의 박판 성형가공은 주로 열을 고려하지않은 성형해석이 대부분이었고 열을 고려 하였다라도 대 부분이 실험에의존 한 방법이었다. 그러나 실제의 공정 설계에서 실험만을 통한 공정 변수의규명은 많은 노 력과 시간을 필요로 하기 때문에 컴퓨터를 통한 시뮬레이션의 필요성이 대두 되었다. 본 연구는 박판 축대칭 온도 구배와, 변형해석을 유한 요소적 방법을 통해 행하고 이를 실제 공정 설계에 적용할 수있도록 도움을 주고자 하는 데에 있다.
생산계획이 수립되어 있는 상태에서 각 공정에 대한 구체적인 일정계획을 수립하였다. Group Technology를 이용하여 부품그룹을 형성하고, 흐름 생산형태의 GT라인으로 가공공정을 배치한 상태에서, Group Scheduling 기법을 활용하였다. 가공순서 결정 규칙으로 Petrov의 방법을 이용하였으며, 부품의 생산량을 고려하여 그룹간 가공순서와 그룹내 각 부품의 가공순서를 결정하였다. 이 과정을 전산화하여 실제로 이용할 수 있도록 하였다. 또한, Gantt Chart를 작성하여 각 공정의 부품별 가공 시작시간과 가공 완료시간을 계산하여, 작업지시는 물론 공정관리에 효과적으로 활용할 수 있도록 하였다. 컴퓨터 프로그램은 쉽게 실용적으로 활용할 수 있도록 하는데 중점을 두었다. 준비시간 및 가공시간에 대한 데이타는 업체에서 이미 사용하고 있는 생산정보 파일을 그대로 이용하거나, 그렇지 않는 경우 여러 용도에 맞도록 이 데이타를 파일로 작성하면 프로그램을 더욱 효율적으로 사용할 수 있으리라 기대된다.
본 논문에서는 선삭가공을 부품에 대한 가공 특징형상 추출 알고리즘을 개발하였다. 면저, 설계 특징형상과 가공 특징형상 을 효율적으로 나타내기 위한 데이터 구조를 설계하고, 선삭가공에 사용되는 가공 특징형상의 특성을 검토하였다. 이러한 특성 을 이용하여 주사선(Scan Line)과의 교점으로부터 가공 특징형상을 이루는 요소를 검색하고, 검색된 구성요소를 이용하여 가공 특정형상을 구성하였다. 본 연구에서 개발된 알고리즘은 기존에 사용되어 왔던 패턴비교 방법에서 주어지 패턴이외의 특징 형상을 추출하기가 어렵고 계산 시간이 많이 걸리는 단점을 극복하였다. 또한 기존의 방법으로는 해결되기 어럽던 가공 특징 형상 의 간섭의 검출에서 효율적으로 적용됨을 확인하였다.
공정설계 및 금형설계의 자동화, 계측, 제어 등과 같은 일련의 작업들이 종래에는 대형의 컴퓨터 에 의하여 행하여졌지만 전자산업의 빠른 진보로 퍼스널컴퓨터에 의해서도 충분히 설계를 행할 수 있게 되었다. 특히 퍼스널컴퓨터의 이용은 대형컴퓨터에 비하여 적은 비용으로 설치가 가능 하며, 이용이 용이하고, 작은 공간을 차지하므로 많은 이점을 갖고 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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