Tool Path Generation of Lapping Wheel Considering Wheel Compliance

Abstract

본 논문에서는 대 면적 금형의 후처리 래핑 공정의 자동화를 위한 경로 생성에 필수적인 가공 모델과 이를 기반으로 가공 경로를 최적화 알고리즘에 대해 소개한다. 최근 전기 및 자율 자동차의 발달에 따라 차체를 생산하는 금형의 수요가 증가하고 있다. 그러나 수작업 위주로 이루어진 금형의 후처리 공정은 증가하는 수요, 단가 감소 및 균일한 품질에 대한 대응에 어렵다. 이와 같은 문제를 해결하기 위해 금형의 후 처리를 자동화 하려는 많은 노력들이 있었으나 후처리 공정 중 컴플라이언트 휠을 이용한 래핑공정은 가공 중 비 선형적으로 변화하는 공구의 형상 및 조건에 따른 정확한 가공량 산출에 어려움으로 인해 자동화에 많은 문제를 야기한다. 이와 더불어 접촉 시작점과 종료지점에서 목표 가공 위치에 도달하기 위한 변형 시간으로 인해 발생되는 과도 가공 영역이 가공 표면 품질을 저하시키는 현상을 발견하였다. 본 연구에서는 공구의 컴플라이언스 곡선을 측정하여 가공 중 모든 수치 제어점에서 공구의 형상 변화에 따른 가공력을 예측하여 가공 상태를 도출할 수 있는 시뮬레이션을 제작하였다. 또한, 제작된 시뮬레이션 결과를 이용한 실험계획법을 통해 과도 가공 영역을 최소화하기 위한 회귀 식을 도출하였으며, 반응 표면 분석법을 적용하여 최적 가공 조건을 도출하였다. 제작된 시뮬레이션 및 최적 가공 조건은 실험을 통해 검증하였다.|In this paper, we introduce the machining model, which is essential for the creation of a path for the automation of the lapping process of large molds, and the algorithm for optimizing the machining path based on this. With the recent development of electric and autonomous vehicles, the demand for molds for manufacturing car bodies is increasing. However, the post-processing process of molds consisting of manual works is difficult to respond to increasing demand, reduced unit cost, and uniform quality. To solve this problem, there have been many efforts to automate the post-processing of the mold, but the lapping process using a compliant wheel during the post-processing process is difficult to calculate the exact depth of cut depending on the tool shape and conditions that changes non-linearly during machining. therefore, it causes many problems in automation. In addition, it is found that the over-machining area caused by the deformation time to reach the target machining position at the contact start and end points degrades the machining surface quality. In this study, a simulation was developed to measure the compliance curve of wheel and predict the machining force according to the change in the shape of the wheel at all numerical control points during machining. In addition, through the experimental design method using the produced simulation results, a regression equation for minimizing the over-machining area was derived, and the optimum processing conditions were derived by applying the reaction surface analysis method. The produced simulation and optimal processing conditions were verified through experiments.