KR100833112B1 - 임펠러제작을 위한 황삭가공경로 생성방법 - Google Patents

임펠러제작을 위한 황삭가공경로 생성방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 임펠러제작을 위한 황삭가공경로 생성방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 임펠러의 블레이드에 관한 형상데이터로부터 임펠러의 허브곡선, 쉬라우드곡선 및 블레이드의 룰링벡터를 구하는 단계와; 상기 쉬라우드곡선의 첫번째(P1)점을 절삭공구 축과 일치시킨 후 룰링벡터의 Z축 방향의 투영을 위해 X축과 Y축을 각각 α 및 β각도로 회전변환하는 단계와; 상기 허브곡선 및 상기 쉬라우드곡선을 XY평면에 투영한 후 상기 허브곡선과 상기 쉬라우드곡선 사이의 교점(P1) 및 인접 허브곡선과 인접 쉬라우드곡선 사이의 교점(P2)을 계산하는 단계와; 상기 교점들(P1, P2)을 포함하는 가공영역을 저장하는 단계와; 상기 쉬라우드곡선의 다음번째(P2)점이 블레이드의 마지막 룰링벡터에 속하는 경우 루프를 종료하고, 분할된 가공영역 및 공작기계 테이블의 셋업정보(α 및 β각도)를 저장한 후 가공영역별 황삭가공경로를 생성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 임펠러제작을 위한 황삭가공경로 생성방법에 관한 것이다.
이와 같이 구성된 본 발명은 종래의 5축 동시가공에 의한 황삭가공에 비하여 가공시간이 대폭 단축되어 생산성이 매우 향상된 효과를 제공한다.
임펠러, 허브곡선, 쉬라우드 곡선, 블레이드, 롤링벡터

Description

임펠러제작을 위한 황삭가공경로 생성방법{IMPELLER MAKING FOR ROUGHING WORK METHOD OF GENERATING}
도 1은 황삭 가공영역을 개략적으로 나타내는 도면이고,
도 2는 본 발명의 임펠러제작을 위한 황삭가공경로 생성방법을 순차적으로 나타내는 순서도이고,
도 3은 룰링벡터, 허브곡선 및 쉬라우드곡선을 나타내는 도면이고,
도 4 룰링벡터를 나타내는 도면이고,
도 5는 룰링벡터를 X축방향으로 α각도만큼 회전변환한 상태를 나타내는 도면이며,
도 6은 룰링벡터를 Y축방향으로 β각도 만큼 회전변환한 상태를 나타내는 도면이고,
도 7은 허브곡선 및 쉬라우드곡선을 XY평면에 투영한 상태를 나타내는 도면이다.
*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명***
110; 허브곡면, 112; 허브곡선,
130; 쉬라우드 곡면, 132; 쉬라우드 곡선,
150; 압축면, 170; 흡입면,
190; 룰링벡터.
본 발명은 종래의 5축 동시가공에 의한 황삭가공에 비하여 가공시간이 대폭 단축되어 생산성이 매우 향상된 임펠러제작을 위한 황삭가공경로 생성방법에 관한 것이다.
일반적으로, 임펠러는 항공기 및 자동차의 터보엔진 압축기등에 활용되는 핵심부품으로 블레이드 가공시 3축 가공으로는 공구와 공작물의 간섭이 발생하여 가공이 불가능하므로 반드시 5축 가공으로 가공되어져야하는 제품이다.
5축 가공은 최근 활발히 각광 받고 있는 가공기술로써, 가장 큰 특징이자 장점은 한번 세팅으로 모든 가공 공정을 마무리 할 수 있다는 점이다.
그러나, 이러한 5축 가공에 있어서의 황삭 효율은 잦은 로테이트와 틸팅으로 떨어진다. 따라서, 블레이드의 간섭이 없는 영역에서의 선별 축 사용에 의한 황삭가공을 통하여 임펠러가공에 효율을 높일 수 있다.
한편, 임펠러의 기계가공 단계는 크게 보아 황삭(Rough cut machining or roughing)과 정삭(Finish cut machining or finishing)으로 구분된다. 상기 황삭은 초기 단계의 원소재(Raw stock)에서 최종 제품(혹은 부품)에 필요하지 않는 대부분의 재료를 가능한 한 빠르게 제거하는 작업으로 설명되고, 상기 정삭은 상기 황삭 이 이루어진후, 제품의 최종형상에 필요한 부분을 제외한 모든 소재를 제거하는 작업을 가리킨다. 그런데, 대부분의 기계가공의 경우, 약 60%이상의 가공시간이 상기 황상 단계에서 발생한다. 따라서 NC가공이 포함된 전체 작업공정의 공수를 줄이고 작업장의 생산성을 늘이기 위해서는 경제적인 황삭가공 공정계획이 대단히 중요하다고 하겠다.
임펠러 가공의 경우 허브축 상에 많은 수의 날개(블레이드)를 달고 있다. 회전형의 허브축은 먼저 선삭(Turning)을 거쳐 임펠러 외형윤곽을 갖춘 뒤에 블레이드 면(Blade surface)의 가공을 위해 밀링(Milling)기계로 이동한다. 날개 블레레이드는 기하학적인 측면으로 볼때, 룰드곡면(Ruled surface)으로 이루어져 있으나 휘어져 있고(Twisted) 중간 부분에 변곡이 발생한다.
또한, 블레이드와 블레이드 사이의 간격이 상당히 좁아 경우에 따라서는 몇 개의 공구를 사용하여 5축가공을 하여야 한다.
지금까지의 블레이드 황삭은 블레이드의 가공 층(layer)을 구별하여 가공되어 왔으나, 이렇게 하기 위해서는 5축 동시가공이 필요하게 되어 공작기계 테이블의 회전 및 틸팅이 필요하게 되고 결과적으로 많은 가공시간이 필요하게 된다.
상기 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 종래의 5축 동시가공에 의한 황삭가공에 비하여 가공시간이 대폭 단축되어 생산성이 매우 향상되는 황삭가공경로를 제공하는 임펠러제작을 위한 황삭가공경로 생성방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
a) 임펠러의 블레이드에 관한 형상데이터로부터 임펠러의 허브곡선, 쉬라우드곡선 및 블레이드의 룰링벡터를 구하는 단계와;
b) 상기 쉬라우드곡선의 첫번째(P1)점을 절삭공구 축과 일치시킨 후 룰링벡터의 Z축 방향의 투영을 위해 X축과 Y축을 각각 α 및 β각도로 회전변환하는 단계와;
c) 상기 허브곡선 및 상기 쉬라우드곡선을 XY평면에 투영한 후 상기 허브곡선과 상기 쉬라우드곡선 사이의 교점(P1) 및 인접 허브곡선과 인접 쉬라우드곡선 사이의 교점(P2)을 계산하는 단계와;
d) 상기 교점들(P1, P2)을 포함하는 가공영역을 저장하는 단계와;
e) 상기 쉬라우드곡선의 다음번째(P2)점이 블레이드의 마지막 룰링벡터에 속하는 경우 루프를 종료하고, 분할된 가공영역 및 공작기계 테이블의 셋업정보(α 및 β각도)를 저장한 후 가공영역별 황삭가공경로를 생성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 임펠러제작을 위한 황삭가공경로 생성방법을 제공한다.
특히, 상기 d)단계는 다른 가공영역과 간섭이 일어나지 않는 상기 교점들을 포함하는 가공영역을 저장하는 단계인 것이 바람직하다.
이하 본 발명의 임펠러제작을 위한 황삭가공경로 생성방법에 대해 실시예를 들어 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 임펠러제작을 위한 황삭가공경로 생성방법은 종래의 5축을 모두 사용하는 기존의 층별 황삭에서 벗어나, 2축(rotating and tilting)으로 구성된 테이블과, 3축으로 구성된 공구를 이용하여 신속하게 임펠러의 황삭가공이 가능한 황삭가공경로를 생성하기 위한 방법에 관한 것이다.
도 1은 황삭 가공영역을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 임펠러제작을 위한 황삭가공경로 생성방법을 순차적으로 나타내는 순서도이며, 도 3은 룰링벡터(190), 허브곡선(112) 및 쉬라우드곡선(132)을 나타내는 도면이다.
먼저, 제작하고자 하는 임펠러의 블레이드에 관한 룰드라인을 포함한 형상데이터로부터 임펠러의 허브곡선(112), 쉬라우드곡선(132) 및 블레이드의 롤링벡터(190)를 구한다.(S1, S2)
상기 허브곡선(112)은 가공영역 중 허브곡면(110)과 접하는 곡선이고, 상기 쉬라우드곡선(132)은 가공영역 중 쉬라우드곡면(130)과 접하는 곡선이며, 그리고 상기 허브곡선(112)과 상기 쉬라우드곡선(132) 사이의 룰링라인으로 이루어진 면을 룰링곡면이라 정의한다.
도 4 롤링벡터(190)를 나타내는 도면이고, 도 5는 룰링벡터(190)를 X축방향으로 α각도만큼 회전변환한 상태를 나타내는 도면이며, 도 6은 룰링벡터(190)를 Y축방향으로 β각도 만큼 회전변환한 상태를 나타내는 도면이다.
그리고, 상기 쉬라우드곡선(132) 중 첫번째 점을 절삭공구의 축과 일치시킨 후 도 4 내지 도 5와 같이 룰링벡터(190)의 Z축 방향의 투영을 위하여 X축과 Y축을 각각 α 및 β각도로 회전변환한다.(S3)
상기 쉬라우드곡선(132) 의 첫번째 점은 룰링곡면에 대해서 룰링라인이 쉬라우드곡선(132)과 만나는 점 중 첫번째 점을 일컫는다.
상기 쉬라우드곡선(132)의 첫번째 점을 3축 동시 밀링이 가능한 절삭공구의 축과 일치시킨 후 로테이팅 및 틸팅이 가능한 테이블의 축과 대응되는 X축 및 Y축을 각각 α 및 β각도로 회전변환한다.
도 7은 허브곡선(112) 및 쉬라우드곡선(132)을 XY평면에 투영한 상태를 나타내는 도면이다.
다음으로, 상기 허브곡선(112) 및 상기 쉬라우드곡선(132)을 XY평면에 투영한 후 상기 허브곡선(112)과 상기 쉬라우드곡선(132) 사이의 교점(P1) 및 인접 허브곡선(112a, 112b)과 인접 쉬라우드곡선(132a, 132b)의 교점(P2)을 계산한다.
상기 허브곡선(112)과 상기 쉬라우드곡선(132) 사이의 교점이란, 블레이드의 압축면(150)을 이루는 허브곡선(112)과 쉬라우드곡선(132) 사이의 교점을 말하고 상기 인접 허브곡선(112a, 112b)과 인접 쉬라우드 곡선(132a, 132b)의 교점이란, 블레이드의 흡입면(170)을 이루는 허브곡선(112)과 쉬라우드곡선(132) 사이의 교점을 말한다.
이와 같이 계산된 상기 교점들을 포함하는 가공영역을 저장한다.
특히, 상기 가공영역이 불필요한 절삭가공을 제거하기 위하여 다른 가공영역과 간섭이 일어나지 않는 교점들로 이루어지도록 저장하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 쉬라우드곡선의 다음 점이 블레이드의 마지막 룰드라인에 속하는 경우 루프를 종료하고, 분할된 가공영역 및 공작기계 테이블의 셋업정보인 α 및 β각도를 저장하여 가공영역별 황삭가공경로를 생성한다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 임펠러제작을 위한 황삭가공경로 생성방법은 로테이팅 및 틸팅되는 테이블과, 3축 동시가공이 가능한 절삭공구를 이용하여 선삭가공된 임펠러모재를 황삭가공함으로써, 종래의 5축 동시가공에 의한 황삭가공에 비하여 가공시간이 대폭 단축되어 생산성이 매우 향상된 효과가 있다.

Claims (2)

  1. a) 임펠러의 블레이드에 관한 형상데이터로부터 임펠러의 허브곡선, 쉬라우드곡선 및 블레이드의 룰링벡터를 구하는 단계와;
    b) 상기 쉬라우드곡선의 첫번째(P1)점을 절삭공구 축과 일치시킨 후 룰링벡터의 Z축 방향의 투영을 위해 X축과 Y축을 각각 α 및 β각도로 회전변환하는 단계와;
    c) 상기 허브곡선 및 상기 쉬라우드곡선을 XY평면에 투영한 후 상기 허브곡선과 상기 쉬라우드곡선 사이의 교점(P1) 및 인접 허브곡선과 인접 쉬라우드곡선 사이의 교점(P2)을 계산하는 단계와;
    d) 상기 교점들(P1, P2)을 포함하는 가공영역을 저장하는 단계와;
    e) 상기 쉬라우드곡선의 다음번째(P2)점이 블레이드의 마지막 룰링벡터에 속하는 경우 루프를 종료하고, 분할된 가공영역 및 공작기계 테이블의 셋업정보(α 및 β각도)를 저장한 후 가공영역별 황삭가공경로를 생성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 임펠러제작을 위한 황삭가공경로 생성방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 d)단계는 다른 가공영역과 간섭이 일어나지 않는 상기 교점들을 포함하 는 가공영역을 저장하는 단계인 것을 특징으로 하는 임펠러제작을 위한 황삭가공경로 생성방법.
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