기어 절삭기를 셋업하는 방법 및 기어 절삭기

기어 절삭기를 셋업하는 방법 및 기어 절삭기 {METHOD OF SETTING UP A GEAR CUTTING MACHINE AND GEAR CUTTING MACHINE}

본 발명은 기어 절삭기를 셋업(set-up)하는 방법에 관한 것으로, 상기 기어 절삭기에는 셋업될 수 있는 적어도 하나의 기계 부품(machine part)이 장착되고, 셋업될 수 있는 기계 부품과 관련된 파라미터가 기계 제어(machine control)로 입력된다.

다양한 기어 절삭 프로세스가 기어치(gear teeth)로 공작물(workpiece)을 가공하는 데에 이용가능하다. 프로세스는 예를 들어, 소프트 예비가공, 소프트 미세가공 및 하드 미세가공을 위해 존재한다. 절삭 프로세스에 대한 예들은 호빙(hobbing) 및 기어 세이핑(gear shaping)이다. 세이프 연삭(shape grinding) 및 창성 연삭(generating grinding)은 소프트 미세가공을 절삭하는 데에 이용가능하다.

각각의 프로세스의 성공적인 사용 및 적절한 프로세스 루틴(routine)의 구현은 최적의 기계, 툴(tool) 및 어플리케이션 기술의 사용에 의해서만 가능하다. 툴 특정 액세서리(tool-specific accessory)의 사용을 허용하는 상이한 플랫폼이 이를 위해 제공된다. 어플리케이션 및 툴에 의존하여, 기어 절삭기에는 매칭되는 기계 부품이 장착될 수 있다. 자동화가 제공되면, 공작물 그리퍼(workpiece gripper) 뿐만 아니라 공작물을 클램핑(clamping)하기 위한 가공 툴 및 장치가 셋업될 수 있는 기계 부품으로 간주된다. 이러한 점에서 툴이라는 용어는 예를 들어, 툴 맨드릴(tool mandrel)과 같은 툴 마운트(tool mount)를 포함하며, 밀러, 웜 연삭 휠 또는 연삭 휠과 같은 하나 이상의 툴이 맨드릴 상으로 배치(placing)될 수 있다. 지명된 장치 및 그리퍼는 어플리케이션 특정 또는 공작물 특정일 수 있고, 그 자동화된 가공 뿐만 아니라 클램핑된 공작물로의 접근을 최적화할 수 있다. 게다가, 셋업될 수 있는 기계 부품이라는 용어는 공작물 그 자체를 포함한다.

기계의 NC 제어는 셋업될 수 있는 기계 부품을 특징화하는 제어된 기어 절삭 프로세스에 대한 정밀한 파라미터 데이터를 필요로 하며, 즉 이는 특히 그 기하학적 치수 또는 서로에 대한 그 위치에 대하여 가변적이다. 파라미터는 그 중에서도 맨드릴 상에 배치된 툴의 수 및 포지셔닝(positioning) 뿐만 아니라 사용된 작업 맨드릴의 유형에 대한 정보를 포함한다.

실제 셋업 상태에 의존하는 이러한 파라미터를 입력함으로써 제어의 구성은 기어 절삭기를 셋업하는 데 필요하다. 셋업될 수 있는 기계 부품의 복잡한 수동 측정이 종종 필요한 파라미터를 제공할 수 있기 전에 이루어져야 한다. 예를 들어, 작업 맨드릴은 손으로 측정되고 각각의 측정된 데이터는 조작 패널을 통해 기어 절삭기로 수동으로 입력된다. 순수하게 측정된 데이터 외에 사전에 추가 데이터를 계산하고 이를 후속적으로 입력하는 것이 필요할 수 있다. 하지만, 이러한 절차는 오류가 나기 쉽다. 최소의 부정확한 입력일지라도 결함이 있는 공작물로부터 충돌에 기인하는 기어 절삭기에 대한 상당한 손상으로 확장되는 지대한 영향을 가져올 수 있다.

따라서, 본 발명의 청구물은 기어 절삭기의 셋업에 있어서의 이러한 문제점을 다룬다. 이 점에서, 기어 절삭기를 셋업하기 위한 향상된 프로세스가 탐색되어야 한다.

이러한 목적은 청구항 1의 특징에 따른 기어 절삭기 셋업 방법에 의해 달성된다. 본 방법의 유리한 실시예는 주요 청구항에 종속하는 종속항의 주제이다.

청구항 1에 따르면, 기어 절삭기를 셋업하기 위한 방법이 그에 따라 제안되며, 기어 절삭기에는 셋업될 수 있는 적어도 하나의 기계 부품이 장착되고 셋업된 기계 부품과 관련된 파라미터가 후속하는 기어 절삭 프로세스를 위한 기계 제어로 입력된다. 셋업될 수 있는 기계 부품은 공작물에 대하여 특정적인 기어 절삭기를 위한 특히 임의의 액세서리로서 이해될 수 있다. 이것은, 선택적으로 공작물을 클램핑하기 위한 장치 및 자동화를 위한 그리퍼 뿐만 아니라 이를 위해 제공된 툴 및 가공되는 공작물 자체를 바람직하게 포함한다.

툴이라는 용어는 공작물 자체를 포함하는 것 뿐만 아니라, 스페이서 링(spacer ring), 클램핑 너트(clamping nut) 또는 다른 컴포넌트 뿐만 아니라 하나 이상의 유사하거나 상이한 툴이 배열될 수 있는 제공된 작업 맨드릴도 포함한다.

본 발명에 따르면, 파라미터 입력, 즉 셋업 기계 부품에 대한 파라미터의 입력은 기어 절삭기의 디스플레이 요소(display element) 상의 기계 부품의 그래픽 모델을 통해 이루어진다. 기계는 디스플레이 요소 상의 그래픽 모델에 의해 실제로 셋업된 기계 부품을 리셋하는 옵션을 사용자에게 제공한다. 이를 위해, 사용자는 하나 이상의 그래픽 부품 컴포넌트/부품 모델로부터 디스플레이 요소 상의 기계 부품의 그래픽 모델을 가상으로 구성할 수 있다. 기계 부품의 그래픽 모델은 하나 이상의 그래픽 부품 컴포넌트로부터 사용자 제어 방식(user-controlled manner)으로 기어 절삭기의 디스플레이 요소 상에서 결과적으로 가상으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 사용자는 그 자체로 각각 그래픽으로 제시될 수 있는 이용가능한 부품 컴포넌트/부품 모델의 선택을 부여받는다. 사용자는 하나 이상의 부품 컴포넌트/부품 모델을 선택할 수 있고 기계 부품의 모델을 형성하기 위해 이들을 그래픽으로 구성할 수 있다.

기계 제어를 위해 필요한 파라미터가 준비된 모델로부터 후속적으로 직접 도출되며, 기계 제어의 기어 절삭 가공에 제공된다. 필요한 제어 구성은 순수한 번호를 입력함으로써 더 이상 의사적으로 발생하지 않고, 그래픽 모델을 기초로 시각적으로 발생한다.

그래픽 모델 및 디스플레이 요소 상의 표현은 사용자에게 그의 입력의 시각적 감시를 위한 가능성을 제공한다. 사용자는 디스플레이 요소 상의 준비된 그래픽 모델과 실제로 셋업된 기계 부품을 결과적으로 비교할 수 있으며; 명백한 오류가 인지되고 사전에 회피될 수 있다. 추가적인 계산 스텝이 완전하게 준비된다. 이러한 프로세스는 부정확한 수동 입력의 가능성을 감소시킨다.

사용자는 조작 패널 또는 디스플레이 요소와의 상호작용에 의해 그래픽 모델을 실제로 사용되는 기계 부품에 정밀하게 매칭할 수 있다.

기계 부품은 바람직하게는 하나 이상의 툴, 스페이서 슬리브(spacer sleeve) 등, 및/또는 공작물 자체 및/또는 공작물을 클램핑하기 위한 장치를 포함하는 툴 맨드릴이다. 셋업될 수 있는 임의의 기계 액세서리의 구성은 본 발명에 따른 방법을 기초로 일반적으로 이루어질 수 있다. 기계 부품은 결과적으로 복수의 부품이고 개별 부품 컴포넌트로 가변적으로 구성될 수 있다. 따라서, 이것은 기어 절삭기의 디스플레이 요소에서의 그래픽 모델에 적용된다.

이상적으로는, 적어도 하나의 기계 부품 또는 그래픽 부품 컴포넌트의 그래픽 표현은 기계 제어의 렌더링(rendering) 프로세스에 의해 계산된다. 이를 위해 필요한 미가공 데이터(raw data) 또는 장면 정보는 기어 절삭기의 데이터베이스에 저장된다.

본 방법의 바람직한 실시예에서, 렌더링 프로세스는 실시간으로 발생하며, 기본 장면은 조작자에 의해 상호작용하며 변할 수 있다. 예를 들어, 조작자는 사용자 입력에 의해 표현의 시야각(angle of view) 및 줌을 상호작용하며 변경시킬 수 있으며; 컴퓨터 기반 모델의 계산은 실시간으로 이루어지고, 디스플레이 요소 상에서 즉각 가시화된다.

디스플레이 요소는 편의상 터치 조작가능하며, 특히 멀티터치 조작가능하여, 조작자는 디스플레이 요소를 터치함으로써 그래픽으로 모델링된 기계 부품 또는 하나 이상의 부품 모델/부품 컴포넌트의 장면을 변경시킬 수 있다. 다양한 다중 손가락 제스처(multifinger gesture)에 의해 장면이 상호작용하며 변할 수 있도록, 멀티터치 조작가능 디스플레이 요소가 특히 사용된다.

사용자는 적어도 하나의 기계 부품의 그래픽 모델을 위하여 기어 절삭기의 데이터베이스를 사용할 수 있다. 또한, 기계 부품은 작업 맨드릴에 적용되는 것과 같이 일련의 다양한 부품 컴포넌트로 구성될 수 있다. 사용자는 가상으로 셋업 작업 맨드릴을 구성하도록 그래픽 부품 모델의 선택 옵션을 부여받는다. 데이터베이스는 스페이서 슬리브 등 뿐만 아니라 적절한 툴로 가상으로 장착될 수 있는 다양한 유형의 맨드릴을 이러한 목적을 위해 사용자에게 제공한다. 사용자는 데이터베이스를 사용하여 스케일링하기 위해 임의의 실제의 작업 맨드릴을 이상적으로 그래픽으로 모델링할 수 있다. 기계 제어를 위한 제어 관련 파라미터는 그래픽 모델로부터 자동으로 도출되고 기계 제어에 제공된다. 사용되는 기계 부품에 대한 기어 절삭기의 수동 구성은 더 이상 필요하지 않다.

사용자의 순수하게 시각적인 타당성 제어(plausibility control) 이외에도, 그래픽 모델의 가상의 타당성 제어가 기계 제어에 의해 백그라운드에서 발생한다. 여기에서 사용자의 입력, 즉, 그래픽 모델이 감지가능한지 여부가 특히 확인되고 감시된다. 예를 들어, 가상의 타당성 제어는, 기어 절삭을 위한 계획된 가공 프로그램을 고려하여 및/또는 기계 부품의 구성된 컴포넌트를 고려하여 및/또는 셋업될 수 있는 추가적인 기계 부품을 고려하여 이루어진다. 감시는, 작업 맨드릴이 부품 컴포넌트의 감지가능한 선택으로 구성되는지 여부와 같은 것으로 생각될 수 있다. 또한, 공작물을 클램핑하기 위한 장치 뿐만 아니라 계획된 가공을 위해 필요한 모든 툴, 그리고 만일 존재한다면 자동화를 위한 그리퍼가 셋업 및/또는 구성되었는지 여부가 감시된다.

기계 제어는 타당성 제어의 결과 및 선택적으로 경고 메시지를 표시할 수 있다.

또한, 기계 부품의 기하학적 모델 또는 기계 부품의 적어도 개별 컴포넌트가 사용자 입력에 의해 개조될 수 있는 것으로 생각될 수 있다. 사용자는 데이터베이스로부터 개별 기계 부품 또는 기계 부품 컴포넌트를 결과적으로 선택할 수 있을 뿐만 아니라, 특히 다른 기계 부품 컴포넌트에 대한 이들의 기하학적 치수, 이들의 포지셔닝, 위치 또는 정렬 등에 대하여, 실시간으로 사용자 입력에 의해 이들을 개별적으로 모델링 또는 수정할 수 있다. 기계 부품 또는 기계 부품 컴포넌트의 가능한 속성 또한 수정되거나 개조될 수 있다. 이것은 기어의 수, 치(teeth)의 수 등에 대한 사용자 입력에 의해 개조될 수 있는 상이한 툴의 사용에 대해, 실제로 사용되는 기계 부품 컴포넌트에 특히 적용된다.

데이터베이스는 특히 기계 부품 또는 기계 부품 컴포넌트 상의 추가 항목에 의해, 대응되는 인터페이스를 통해 채워질 수 있다. 이러한 목적을 위한 데이터는 일부 툴 제조사에 의해 보호되는 다운로드 영역에 이미 제공되어 있다. 장래에는, 장치 데이터도 장치 제조사에 의해 제공될 수 있을 것이다. 이것은 렌더링 프로세스를 위해 필요한 미가공 데이터에 동등하게 적용된다.

프로세스 이외에도, 본 발명은 추가적으로, 본 발명 또는 본 발명의 유리한 실시예에 따른 방법을 수행하기 위한 기계 제어 뿐만 아니라 적어도 하나의 디스플레이 요소, 특히 터치 감지, 특히 바람직하게는 멀티터치 감지 디스플레이 요소를 갖는 기어 절삭기에 관한 것이다. 본 발명에 따른 기어 절삭기는 본 발명에 따른 방법과 동일한 이점 및 특성을 명백하게 가지므로, 반복된 설명이 이 점에서 제공될 것이다.

또한, 본 발명은 추가적으로 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위해 기어 절삭기 상에서 수행될 수 있고 데이터 캐리어 상에 저장되는 제어 소프트웨어에 관한 것이다.

본 발명의 추가적인 이점 및 상세사항을 도면에 나타낸 실시예를 참조하여 설명할 것이다. 도면은 이하와 같다:
도 1은 절삭기(챔퍼 절삭기)를 사용하여 본 발명에 따른 맨드릴 상의 가상 배치(virtual placing) 중 기어 절삭기의 디스플레이 요소의 복수의 스크린샷을 나타내는 도면.
도 2는 맨드릴 상에 실린더 절삭기의 배치를 갖는 본 발명에 따라 맨드릴 상에 배치하기 위한 가상의 방법을 나타내는 도면.

백그라운드에서 실행되는 구성의 타당성 제어 뿐만 아니라 기어 절삭기의 NC 제어를 구성하기 위한 본 발명에 따른 방법을 다수의 스크린샷을 참조하여 후술할 것이다. 도 1a 내지 1d는 예시의 방식으로 맨드릴 상으로의 가상 배치 및 맨드릴로부터의 제거의 절차를 나타내는 기어 절삭기의 스크린의 다수의 시간순의 스크린샷을 나타낸다. 스크린은 터치 감지식이고 특히 멀티터치 동작가능하여, 조작자는 특히 다중 손가락 제스처에 의해 스크린을 터치함으로써 그의 입력을 편리하게 행할 수 있다.

서로의 다음에 위치된 2개의 절삭기, 이 경우에는 챔퍼 절삭기를 갖는 작업 맨드릴이 기어 절삭 프로세스를 위해 사용되어야 한다. 이 제작된 작업 맨드릴은 기어 절삭기의 가공 헤드의 툴 마운트에서 수용된다. 기어 절삭기의 동작으로 들어가기 전이라도, 사용되는 툴의 필요한 파라미터가 기계 구성을 위해 기계 제어로 입력되어야 한다. 조작자는 이러한 목적을 위해 이용가능한 기어 절삭기의 터치 감지 스크린을 갖는다.

조작자는 상부에 나타내어진 스크린 바 내의 메뉴 항목 Tools를 통해 툴 구성을 입력하고(도 1, 2 참조), 가상의 셋업 툴의 그래픽 3D 모델이 그 선택 후에 중심 스크린 위치에 제시될 수 있다. 조작자는 가상 셋업을 통해 실제로 이용가능한 툴을 가상으로 재생하고; 필요한 제어 파라미터는 기계 제어에 대해 자동으로 이용가능하다.

중심으로 배열된 3D 모델 이외에도, 조작자는 다양한 컴포넌트의 맨드릴 상으로의 배치를 위해 이용가능한 다양한 선택 메뉴를 가지며, 첫번째 메뉴는 상이한 작업 맨드릴을 제공하고, 두번째 메뉴는 스페이서 슬리브의 복수의 변형을 제공하고, 후속하는 메뉴는 상이한 툴 유형을 포함한다. 상이한 하위 변형들이 각각의 툴 유형에 대해 제공된다.

조작자는 우선 대응 메뉴로부터 적절한 맨드릴을 선택한다. 선택이 이루어진 후에, 맨드릴의 3D 모델이 직접 계산되고 중심 스크린 위치에 제시된다. 도 1b의 맨드릴에 추가하여 챔퍼 절삭기 뿐만 아니라 스페이서 링도 선택되었고 맨드릴 상에 가상으로 배치된다. 조작자는 여기에서 맨드릴 상의 선택된 컴포넌트의 순서를 자유롭게 결정할 수 있다. 구체적으로, 스페이서 링은 10mm의 길이 방향의 맨드릴의 링 두께를 갖는 것으로 선택되었다.

추가적인 스페이서 링, 추가적인 챔퍼 절삭기 및 최종 스페이서 링이 추가적으로 도 1c의 맨드릴 상에 배치되었다. 도 1c는 백그라운드에서 병렬로 수행되는 액티브 타당성 체크(active plausibility check)를 추가적으로 나타낸다. 도 1c의 예에서, 사용자는 나타낸 맨드릴 구성에 추가하여 맨드릴 상에 실린더형 호브(hob)를 배치하는 것을 시도하였다. 수용을 위한 충분한 공간이 작업 맨드릴 상에 이용가능하지 않으므로, 부정확한 입력에 대한 조작자의 주목을 끌기 위해 시간 스탬프를 갖는 경고 메시지가 상부 상태 바(status bar)에 출력된다. 경고 메시지와 함께, 조작자는 이유, 즉 맨드릴의 자유로운 잔류 길이가 이미 소진되었고 선택된 툴에 대해 충분하지 않다는 것도 수신한다.

사용자는 맨드릴로부터의 제거를 위해, 예를 들어 더블-클릭에 의한 선택으로 개별 컴포넌트를 마킹할 수 있고, 하부 우측 스크린 영역에 나타내어진 크로스 형상의 심볼 상으로 드래깅 앤드 드로핑(dragging and dropping)함으로써 이를 제거할 수 있다. 도 1d는 예시의 방식으로, 크로스 형상의 심볼 상으로 드래깅에 의해 제거되어야 하는 제2 챔퍼 절삭기의 형태로 컬러 마킹된 툴을 나타낸다.

맨드릴 상으로의 배치/맨드릴로부터의 제거의 프로세스에 추가하여, 나타내어진 작업 맨드릴의 시야각을 조작자는 터치 입력에 의해 편하게 변경할 수 있다. 이에 의해 조작자는 가상의 작업 맨드릴의 가상의 3차원 전방위 뷰(view)를 수신하며, 이는 즉 실제 기계 부품에 비해 시각적 수동 타당성 체크를 단순화한다.

작업 맨드릴의 표현은, 조작자 입력에 의존하여 실시간으로 3D 표현을 계산하고 출력하는 실시간 렌더링 프로세스에 의해 이루어진다. 현재의 렌더링 정보로 인해, 기계 제어는 후속하는 기어 절삭 작업에 사용되는 툴에 대하여 이용가능한 필요한 파라미터를 추가적으로 갖는다. 추가적인 수동 입력은 더 이상 필요하지 않다. 또한, 알려진 솔루션보다 더욱 상세한 정보가, 최적화된 기계 제어에 대해 고려될 수 있는 셋업 기계 부품에 대한 기계 제어에 대해 이용가능하다.

도 2a, 2b는 마찬가지로 맨드릴 상으로의 배치/맨드릴로부터의 제거의 추가적인 프로세스를 나타내며, 사용되는 챔퍼 절삭기는 없지만 실린더형 호브가 있다. 자동 타당성 체크가 특히 도 2b에서 다시 개입한다. 추가적인 호브의 맨드릴 상으로의 배치는, 작업 맨드릴 상의 이용가능한 공간이 충분하지 않으므로 여기에서 거절되었다. 맨드릴로부터의 개별 컴포넌트의 제거는 도 1d에 나타내어진 프로세스와 유사한 방식으로 이루어진다.

이용가능한 개별 컴포넌트 또는 툴의 단순한 선택에 추가하여, 사용자는 선택된 컴포넌트의 개별 수정도 수행할 수 있다. 호브는 그 주위 또는 그 다른 속성에 대하여 특히 수정될 수 있다. 조작자는 수정되는 컴포넌트의 선택 후에 이러한 목적으로 이용가능한 입력 마스크를 갖는다.