This paper presents the cutting simulation system for prediction and regulation of cutting force in CNC machining. The cutting simulation system includes geometric model, cutting force model, and off-line fred rate scheduling model. ME Z-map(Moving Edge node Z-map) is constructed for cutting configuration calculation. The cutting force models using cutting-condition-independent coefficients are developed for flat-end milling and ball-end milling. The off-line feed rate scheduling model is derived from the developed cutting force model. The scheduled feed rates are automatically added to a given set of NC code, which regulates the maximum resultant cutting force to the reference force preset by an operator. The cutting simulation system can be used as an effective tool for improvement of productivity in CNC machining.
Hybrid machine is based on hardware technologies of machine tool and software technologies of open architecture controller. In machining technology, combination technology of turning, milling, and grinding and in machining energy technology. combination of mechanical, electrical, and chemical technology are developed. This paper describes hybrid machine technology for combination of machining, on-machine measurement, on-machine CAM, and on-machine remote monitoring and control in open architecture controller environment. For on-machine measurement, non-contact measurement technology based on CAD information is developed. For on-machine CAM, interactive CAM program for automatic NC program generation and tool path simulation is developed. For generation on-machine remote monitoring and control, suitable interface method between web program and CNC is proposed. The developed hybrid machine technology is implemented in 3 axes milling machine for evaluation of operablity.
The sheet parts are formed with dies conventionally. But this conventional forming process is not suited to small volume and varied production for the reason of high cost. For the solution of this problem, a new forming process, which is called CNC incremental sheet forming, is being introduced. This process can form sheet parts without die, and is very well suited to small volume and varied production in space flight and automobile. In this paper, dieless CNC forming system based on a machining center is developed. A special device to grasp and pull the blank sheet built in the machining center and tool path generation S/W from STL file of 3-D model are developed. Several sheet parts are incrementally formed to verify the effectiveness of the developed system.
Conventionally used linear or circular interpolator is undesirable for the precision machining of 3D free-form surface as the following reason: the transmission errors due to the huge number of data, discontinuity of segmentation, unsmooth motion speed. To this regard, modern CNC machine tools are designed with the function of machining arbitrary parametric curves. However, these systems don't consider the adaptive federate, which dominates the quality of the machining process. This paper proposes a NURBS interpolator for the constant material removal rate. That is accomplished by the variable federate using curvature of curve. The curvature-compensated feederate system has important Potential applications in ensuring part accuracy and protecting cutting tool. The simulated result show it can be applicable to the real machining.
In order to suggest the proper cutting conditions of the CNC milling machining for the free-from surface, some experiments were carried out. In experiments, the influence of cutting conditions on the inclined spherical surface were examined by geometrical anlysis. In thos study, the roundness and cutting force were measured to know the effect of several cutting conditions on the machined surface and the cutting characteristics were carefully investigated. As the result, it was appeared that rigidder tool must be used and the cutting speed must be maintained constantlyfor more effective machining. It can be also known from the experiments that the improved machining surface obtained under about 80 degree, but coarse surface obtained over about 80 degree because of the existance of immproper shape of ball-end mill at the extreme portion.
Miniaturized machine tool can be used to produce 3D features based on CNC and PC-NC technology in the micro/meso scale. Wide applications of CNC technology are developed and there are lots of know-hows in the cutting process and their CNC application. It helps micro/meso scale structure to machine components, which can be used directly for practical applications. In the present research, as the machine tool is miniaturized, the manufacturing machine tools costs less when compared to the equipment used in other micromachining technologies. Moreover, with advancement of micro tool technology, the cutting process can be used to produce micro/meso scale parts. In conclusion, the proposed system can reduce the cost by utilizing the current machining technology, and as a result, complex micro/meso parts can be produced efficiently with high productivity.
This study deals with the machining of sculptured surfaces on 5-axis CNC milling machine with end mill cutter. The study (I) has the following contents. In 5-axis CNC milling, CL-data consist of CC-data and cutter axis direction vector at the CC-point. Thus, in machining of the sculptured surface on 5-axis CNC milling machine, determination of the direction vector of the milling cutter is very important. The direction vector is obtained by the fact that bottom plane of the milling cutter must not interfere with the free-form surface being machined. The interference is checked by the z-map method which can be applied in all geometric types of the sculptured surfaces. After generating NC part programs from 5-axis post-processing algorithms, sculptured surfaces were machined with 5-axis CNC milling machine (CINCINNATI MILACRON, 20V-80). From these machining tests, it was shown that the machining of the free-form surfaces on 5-axis CNC milling machine with the end mill has smaller cusp heights and shorter cutting time than on 3-axis CNC milling machine with the ball-end mill. Thus, 5-axis CNC end milling was effective machining method for sculptured surfaces. The study (II) deals with the prediction of cusp height and the determination of tool path interval for the 5-axis machining of sculptured surfaces on the basis of study(I).
A reduced machining time and increased accuracy for the sculptured surface are very important when producing complicated parts. The step-size and tool-path interval are essential components in high speed and high resolution machining. If they are small, the machining time will increase, whereas if they are large, rough surfaces will be caused. In particular, the machining time, which is key in high speed machining, is affected by the tool-path interval more than the step-size. The conventional method for calculating the tool=path interval is to select a small parametric increment of a small increment based on the curvature of the surface. However, this approach also has limitations. The first is that the tool-path interval can not be calculated precisely. The second is that a separate tool-path interval needs to be calculated in each of the three cases. The third is that the conversion from Cartesian domain to parametric domain or vice versa must be necessary. Accordingly, the current study proposes a new tool-path interval algorithm that do not involve a curvature and that is not necessary for any conversion and a variable step-size algorithm for NURBS.
In CNC machining, a free curve is cut into small linear segments using the linear interpolation(G01) method. Therefore, the interpolation error along the curve is not constant due to the changing curvature. This paper presents a NURBS (Non-Uniform Rational B-Spline) interpolation algorithm for machining free curves with high precision and high speed. The proposed NURBS interpolation defines the tool path with NURBS parameters and limits the interpolation error to any desired level by adjusting the feed rate considering the curvature of the shape and sampling time. Both linear and NURBS interpolations are compared to show the validity of the proposed algorithm.
The roller gear cam can control the rotational follower periodically by attaching several roller on the circumstance of follower shaft and it is widely used in non-backlash and precise actuating mechanism such as index table or ATC of machine tools. For machining the roller gear cam, 5 axis CNC machine tool is used and the geometric principle of CAM mechanism must be adopted to generate the NC-code and to develop the special CAD/CAM software because there is not commercial CAM system to machine the roller gear cam. The maker of the specially developed software in domestic user is generally from Japan or Taiwan. However these softwares do not reflect the post processing technique for finish machining in the module. Also, there is some limitation for further new application of itself and it needs higher costs for further application. In this study, the CAD/CAM software to overcome these problem was developed. And its reliability was verified by applying it in 5-axis CNC machining. Finally, the experimental result conducted in the 5-axis machining show good consistency in the movement of follower along the flute and in its Size.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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