• 대한기계학회논문집
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• 제18권1호
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• pp.93-100
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• 1994

5-axis CNC machining is being used in the manufacturing of tire mold, screw, and turbine blade because it can produce complex workpiece more efficiently and accurately than 3-axis CNC machining does. However, it is difficult to calculate the CL data in 5-axis CNC machining. This paper describes an efficient method to modify and edit the NC code and a data structure for representation of the workpiece produced by 5-axis CNC machining. Wireframe display of tool path and shading display of workpiece are used to represent verification results. Machining errors can be evaluated quantitively using the data structure based on the workpiece data model. The methods are implemented in a program with a IBM-PC and MS-Windows.

• 한국CDE학회논문집
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• 제13권2호
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• pp.153-161
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• 2008

This paper proposes an efficient algorithm for deriving inverse kinematics equation of 5-axis machine. Because the joint order and direction of 5-axis machine are different for each type of machine, each type of machine needs its own inverse kinematics equation for post-processing of NC data. Also derived inverse kinematics equation may cause problems of indeterminate and inconsistent solution. In order to resolve these problems, we have developed a generic method to derive direct kinematics equation by considering orthogonal joints of 5-axis machines. Using this method, we also have proposed a general algorithm for deriving inverse kinematics equation for various types of 5-axis machines.

• 실천공학교육논문지
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• 제13권2호
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• pp.327-332
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• 2021

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.

• 대한산업공학회지
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• 제21권1호
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• pp.67-84
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• 1995

Five-axis NC machining is advanced machining technology by which highly geometrically complicated parts can be machined accurately with high machinability. In this paper, we investigate the problems of determining the machinability and part setup orientation for a given surface models. We first develop kinematic model of the five-axis machines based on the axis configuration, then develop algorithms for determining the feasibility of machining by one setup(machinability) and the part orientation for the C,A and A,B type configuration. The machinability is determined by computationally efficient procedure for finding the intersection between the feasible area on the sphere and the numerical map called binary spherical map(BSM), and the part setup is chosen such that the rotational range is minimized among the feasible configurations. The developed algorithms are tested by numerical simulations, convincing they can be readily implemented on the CAD/CAM system as an automated process planner giving the efficient machine type and setup for NC machining.

• 한국생산제조학회지
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• 제22권5호
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• pp.852-858
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• 2013

In numerical control (NC) machining, a machining error in equipment generally occurs for a variety of reasons. If there is a change in direction in the NC code, the characteristics of the automatic acceleration or deceleration function cause an overlap of each axis of the acceleration and deceleration zones, which in turn causes a shift in the actual processing path. Many studies have been conducted for error calibration of the edge as caused by automatic acceleration or deceleration in NC machining. This paper describes a geometric interpretation of the shape and processing characteristics of the operating NC device. The paper then describes a way to determine a feedrate that achieves the desired tolerance by using linear and parabolic profiles. Experiments were conducted by the validate equations using a three-axis NC machine. The results show that the machining errors were smaller than the machine resolution. The results also clearly demonstrate that the NC machine with the developed system can successfully predict machining errors induced with a change in direction.

• Design & Manufacturing
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• 제11권1호
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• pp.45-49
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• 2017

Currently, a lot of efforts to make increases the manufacturing efficiency have tried and there is growing the interest to implementing the machining operation through CAM automation and optimization. This kind of movement has shown gradually in 5X milling as well as 3X milling task. By the way, in case of 5X milling, it is difficult to hire the CAM experts who is an experience for 5X machining and also it has too big trouble to use them due to high cost. For this reason, you can see the manufacturer who is concern the CAM S/W to provide the NC automation program that beginners can generate easily the 5X milling in short term and the existing 5X milling process can be improved. These requirements need to make a NC automation process including the practical machining strategies same as the generation by NC expert. In order to support this, it is necessary to directly apply the 3D machining part based on NC template which includes the machining procedures, standard cutter library, auto machine area selection, analyze tool for part shape, machining condition setting considering the material stiffness to be provided by CimatronE and it should be created the 5axis machining data by a minimized operation. With user-friendly, CimatronE's NC machining automation tools improve the 5-axis machining process and speed up the process, maximizing work efficiency and improving product productivity compared to existing machining tasks.

• 한국CDE학회논문집
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• 제14권5호
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• pp.291-296
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• 2009

This paper presents a post-processing algorithm for 5-axis machines with three rotary axes (3R-2L type). 5-axis machining needs the postprocessor for converting cutter location (CL) data to machine control (NC) data. The existing methods for post-processing use inverse kinematics equations from for-ward kinematics. However in case of 5-axis machines with three rotary axes, the inverse kinematics equations are not induced directly since the forward kinematics equations are non-linear. In order to get the joint values from the forward kinematics equations, previous algorithms use numerical method for the post-processing, which needs searching algorithms with computation time and may result in fail. This paper proposes a geometric method for the post-processing of 3 rotary type 5-axis machines. Our algorithm has three advantages: first, it does not need establishing forward kinematics equations. Second, it is reliable method that eliminates any numerical methods for the inverse kinematics, resulting in the exact solution. Finally, the proposed algorithm can also be applied to 2R-3L type of 5-axis machines.

• 실천공학교육논문지
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• 제14권1호
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• pp.119-125
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• 2022

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 소재라고 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 사용하여 진행하였다. 이 소재에서 작용되는 진동 및 절삭 과정에서 힘을 극한조건에서 유한요소 해석으로 적용되는 값을 밝혀 내고자 해석을 진행하였다. 이러한 해석 데이터를 활용하여 학생들이 5축절삭 보다 5축가공기의 구조를 보고 이해하는데 도움이 되기를 기대한다.

• 한국CDE학회논문집
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• 제14권1호
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• pp.18-24
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• 2009

This paper proposes an analytical method of evaluating the maximum error by modeling the exact tool path for the tool traverse singular region in five-axis machining. It is known that the NC data from the inverse kinematics transformation of 5-axis machining can generate singular positions where incoherent movements of the rotary axes can appear. These lead to unexpected errors and abrupt operations, resulting in scoring on the machined surface. To resolve this problem, previous methods have calculated several tool positions during a singular operation, using inverse kinematics equations to predict tool trajectory and approximate the maximum error. This type of numerical approach, configuring the tool trajectory, requires much computation time to obtain a sufficient number of tool positions in a region. We have derived an analytical equation for the tool trajectory in a singular area by modeling the tool operation into a linear and a nonlinear part that is a general form of the tool trajectory in the singular area and that is suitable for all types of five-axis machine tools. In addition, we have evaluated the maximum tool-path error exactly, using our analytical model. Our algorithm can be used to modify NC data, making the operation smoother and bringing any errors to within tolerance.

• 대한방사선치료학회지
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• 제33권
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• pp.117-125
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• 2021

목 적: 본 연구는 뇌 정위 방사선수술에서 비 동일 면빔 사용 시 couch 회전에 따른 Set-up 오차에 대한 상관관계를 알아보고 선량 학적 차이 평가를 통해 치료 용적의 추가적인 margin 설정을 제안하고자 한다. 대상 및 방법: 4개의 Arc beam을 사용하였으며 전체 beam 중에 non coplanar beam의 빈도 수를 달리하는 각각의 시나리오 치료 계획을 만들었다. 이후 couch를 회전한 후 Exact system을 이용하여 couch Setup 오차 값을 측정하였다. 이를 적용하여 재 치료 계획을 만들어 선량적 정확성을 평가하였다. 결 과 : Couch가 30°, 45°, 60°, 90°로 회전하였을 시 X축 이동 값의 평균은 각 0.29 mm, 0.26 mm, 0.51 mm, 0.08 mm으로 측정되었다. Y축 이동 값의 평균은 각 0.75 mm, 0.5mm, 0.35 mm, 0.29 mm 으로 측정되었다. Z축 이동 값의 평균은 각 0.5 mm, 0.28 mm, 0.22 mm, 0.1 mm으로 측정되었다. 선량 학적 결과로는 1-NC VMAT, 2-NC VMAT, 3-NC VMAT 모두 각 initial plan 대비 D99에서 0.1%, 3.1%, 1.9% 선량 감소하였고 1-NC VMAT의 GTV의 CI(Conformity Index)는 0.8이며 2-NC VMAT는 0.79, 3-NC VMAT는 0.75이다. 결 론 : NC-VMAT의 뇌 정위 방사선수술 시 전체 beam의 개수 중 50% 이상의 non coplanar beam을 사용하여 치료하는 경우 couch 회전 시 image verification 이 각각 필요하다. 그러나 선형가속기 장비 특성상 couch가 회전된 상태에서 image verification이 가능하지 않다면 GTV에 couch 회전으로 인한 최대 오차 값을 포함하는 1.5 mm margin을 추가하여 치료 계획을 수립하는 것이 유용할 것으로 사료된다.