본 연구는 원추대 가공과 등가인 동시 5 축 구동을 통한 볼바 측정용 경로 생성 기법을 소개하며 시스템 구조 형태(Structural configuration)에 관계없이 모든 5 축 공작기계에 대해 적용 가능한 일반화된 방법을 제시한다. 5 축 공작기계 시스템 정보와 원추형 정보, 그리고 볼바 측정 정보 등을 입력 받아 NC 코드 생성, 다양한 오차 평가 시뮬레이션 및 측정 시험을 쉽게 수행할 수 있도록 원호 경로 생성에 필요한 수학적 기계 입력 모델을 제시한다. 또한 제시된 원추형 경로 모델을 토대로 5 축 동시 구동 시 회전축의 이송 범위를 수학적으로 검토하며 반꼭지각 및 기울기각의 크기 차이, 볼바 틸팅 허용각 및 워크피스 볼의 오프셋 위치 등 여러 가지 조건이 이송 범위에 미치는 영향에 대해 분석한다.
Currently, many researches are carried out about tilting index table, which is one of the main component of 5-axis machine tool. The performance of the tilting index table is associated the rotational accuracy which is very important factor for high precision machining because it have an effect on machining error. In this paper, a tilting index table is developed, and the rotational accuracy of the tilting index table using a laser measurement equipment is measured. In addition, a correction value is obtained from the measured value through compensation, and the correction value is used to improve the accuracy of the table. Comparative analysis is carried out for the accuracy of the table before and after compensation. This paper can be used by a reference for performance and reliability advancement of tilting index table.
Recently, the demands of the large scale machine tools gradually increase to machine the large parts, such as large scale crankshaft, yaw and pitch bearings for the wind power generator and the vehicle or aircraft components. But the high technology is necessary in order to develop the huge machine tools. Furthermore, the global market of it has been monopolized by a few companies. So, we need to develop the large scale machine tools and study its core technology to rush into the increasing market. In this study, we carried out the researches for the important core technology of a multi-tasking, machine tool; a large scale 5-axis machine tool of gantry type for multi-task machining. This study is focused on the design of large size gantry type multi-axis machine. In the case of large size of machine the cross rail deflection in the X-axis is significant. To reduce the deflection due to the eccentric spindle head, a special hollow type design in the cross rail with outside ram is adapted in this study. Also, the Zig-Zag motion in the Y-axis is inevitable with the gantry geometry, which is by the un-balancing, different motion at the left and the right columns moving. We tried to reduce the influence of Zig-Zag motion using FEM with different loading conditions at the left and the right side column.
In this paper, we reviewed the spindle system's motor and bearing and its mode safety for optimal design of a high speed spindle system that exceeds DmN value of 1,500,000. We could verify that it has a separation margin during critical speed by performing critical speed analysis. Also, we have selected an optimal sensoring installation location and actually manufactured & installed the sensor by identifying the stress concentration position in the axial load through finite element analysis to install the built-in piezo electric type load sensor to the spindle housing that can measure and monitor the machining load during high speed rotation of the spindle. Reproducibility is also verified by calibrating the error through the sensor's sensitivity adjustment after comparing the output between the plate dynamoneters and the load sensor to confirm the reproducibility of the load sensor.
Geometric cutting-simulation and verification play an important role in detecting NC machining errors in mold & die manufacturing and thereby reducing correcting time & cost on the shop floor. Current researches in the area may be categorized into view-based, solid-based, and discrete vector-based methods mainly depending on workpiece models. Each methodology has its own strengths and weaknesses in terms of computing speed, representation accuracy, and its ability of numerical inspection. The paper proposes a hybrid modeling scheme for workpiece representation with z-map model and discrete vector model, which performs 3-axis and 5-axis cutting-simulation via tool swept surface construction by connecting a sequence of silhouette curves.
The online realtime positioning error compensation system 'SKY-PACS' is developed to correct geometric errors, thermal errors and tool deflection errors induced by cutting forces on the vertical machining center. 'SKY-PACS' communicates position commands and position compensation signals with the CNC controller at 100Hz, which is CNC control frequency. So the compensation procedure can be applied during axis movement. Using 'SKY-PACS', Maximum 1 axis positioning accuracy was corrected from 5{\mu}m$ to 2{\mu}m$and the squareness error of X-Y table was corrected from 51{\mu}m$/m to below 4{\mu}m$/m. The error compensation under the cutting condition is carried out by ISO10791-7. And the measurement of test-pieces shows that the roundness is corrected rom 8{\mu}m$ to below 5{\mu}m$.
Surface generation model of three types of endmills is introduced to analyse the cutting mechanism of an endmill more accurately. Superposition method is introduced to define the effective cusp including the effects of cutter mark. Through the comparison of three endmills, it is shown that the ball-nose endmill is superior to the ball endmill and the flat endmill for inclined milling process in 3-or 5-axis machining modes. By using the objective function minimizing the machining time, appropriate nose radius is selected for various cutter radiuses and cutter inclination angles.
In modern society in which the fourth industrial revolution has come to the fore and rapid technology innovations are taking place, a phenomenon of making and selling small quantities of various products that consumers want instead of mass producing one item has emerged. As the market is moving toward the multi-item small-sized production system, there is a need for a system in which a machine independently judges and carries out machining and post-processing. In order for a machine to judge processing on its own, it is necessary to measure the force applied to a product. This study aimed to develop a large-scale dynamometer that enables three-axis measurement using octagonal ring load cells. As for the device's configuration, four octagonal ring load cells, which were previously researched, were used to enable three-axis measurement. It was reconfigured by modifying the attachment position of the octagonal ring load cells' strain gauge and the Wheatstone bridge of each axis, and a system was set up to allow the monitoring of data measured through the monitor. The configured device calculated a strain rate by an experiment, and this rate was compared with the theoretical strain rate to find a correction value. The correction value was entered into a formula, deriving a modified formula. The modified formula was entered into the device, which completed the large-scale dynamometer.
교육용으로 사용되는 피삭재(소재)는 SM20C, Al6061, 아크릴 등의 소재를 사용한다. SM20C 소재는 탄소강으로서 자격증 시험 및 기능경기대회에서 많이 사용되지만 산업현장에서도 많이 사용된다. Al6061 소재는 탄소강에 비하여 경도가 낮아지고 전성(연성)이 강한 소재이기에 공구의 구성인선이 많이 발생하는 소재 라고 한다. 아크릴 소재를 이용하여 학생들에게 실습지도 하면 어느 부분에서 과다 절삭으로 인하여 진동이 발생하고 공구의 파손이 발생하는 소재이다. 이러한 과정에서 5축장비인 2NC헤드에게 가해지는 충격이 정밀도 제어에는 어느정도 영향을 줄 수 있는지 알아본다. 5축장비의 가장 취약한 부분은 AC축을 제어하는 헤드가 가장 약한 부분이라 할 수 있다. 이 부분의 정밀도 및 누적 공차가 발생할 경우 모든 제품의 정밀도가 떨어지는 현상이 발생한다. 따라서 2NC헤드의 핵심적인 부분, 스핀들 하우징은 Al7075 T6(미국 알코아사) 소재를 사용하고 전체 바디는 FCD450 (구상흑연주철) 사용하여 진행하였다. 이 두가지 소재에서 작용되는 진동 및 절삭 과정에서 힘을 극한조건에서 유한요소 해석으로 적용되는 값을 밝혀 내고자 해석을 진행하였다. 이러한 해석 데이터를 활용하여 학생들이 5축절삭 보다 5축 가공기의 구조를 보고 이해하는데 도움이 되기를 기대한다.
본 연구에서는 볼 엔드밀을 사용한 5축 가공에서 공구 간섭회피를 위한 효율적인 알고리즘과 가공 가능한 많은 자세들 중에서 공구 절삭부위와 이전자세를 고려한 공구 자세설정 알고리즘을 개발 하였다. 공구 간섭검사는 공구 밑면 간섭과 몸체 간섭으로 나누어 순차적으로 수행하고, 공구 몸채 간섭이 없는 공구 자세를 설정한다. 공구 몸체 간섭검사는 곡면의 다각형 모델과 공구 축과의 관계를 사용하여 행한다. 간섭이 발생하였을 경우 간섭회피 및 자세조정 영역으로 설정하고 유효한 공구자세의 범위를 정한 후, 이 범위 내에서 공구 절삭 부위 및 이전 자세를 고려한 효율적 공구자세를 사용하여 공구경로를 산출하였으며, 시뮬레이터를 통해 그 유효성을 검증하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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