선박용 프로펠러의 곡면 모델링 및 5축 NC 데이터 생성에 관한 연구 = (A) study on geometric modeling and 5-Axis NC data generation of marine propeller

국문 초록 (Abstract)

소형 선박용 프로펠러(테스트 용)는 일반적으로 5 축 가공에 의하여 가공된다. 이를 위해서 기학적 모델과 5 축 CL 데이터가 필요하다. 본 논문은 프로펠러 모델링과 5 축 가공 데이터 생성의 방법을 제안한다.
프로펠러의 곡면 모델은 허브와 날개로 구성되어 있다. 입력 데이터는 다양한 유체역학적 실험을 거쳐 산출된 점렬 데이터를 사용한다. 이 곡면 모델은 다각형 모델로 근사화 된 후 가공 데이터를 생성에 사용된다.
본 논문은 5 축 CL 데이터를 생성하는 2 가지 방법을 제시한다. 첫번째 방법은 한번의 셋팅 자세로 프로펠러를 가공 할 수 있는 방법이다. 공구가 XY 평면과 평행한 방향으로 움직이도록 되어있어서 4 축 가공에 의해 프로펠러의 전체 형상을 가공한다. 공구의 축 방향을 효율적으로 결정하기 위해 틸팅 가이드 라인(Tilting Guide Line)을 사용하였다. 이것은 이웃 하는 두 날개 사이의 중간에 존재하며 간섭 제거된 틸팅 각도정보를 가지고 있다. 두 번째 방법은 보조곡선을 이용하는 방법이다. 두 종류의 보조 곡선이 있는데, 영역(Area) 보조 곡선은 공구의 경로를 생성하고 틸팅(Tilting) 보조 곡선은 공구의 방향을 결정한다. 보조 곡선은 곡면 모델로부터 자동이나 수동으로 생성될 수 있고, 다양한 가공물에 적용할 수 있다는 장점이 있다. 제안된 알고리즘은 C 로 프로그래밍 되었으며, 5 축 기계에서 가공되어 산업현장에서 사용되고 있다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Small marine propeller is generally machined by 5-axis milling. And it needs a geometric model and 5-axis CL data. This paper proposes the method of propeller modeling and 5-axis CL data generation.
Geometric model of propeller is composed of hub and wing. Input data is point array calculated from various hydrodynamics test. Then it is approximated to Polyhedral model.
This paper introduces 2 kinds of 5-axis CL data generation. One is a method to machine propeller by single setup. The cutter moves along the parallel direction to the XY plane. So this method machines propeller by 4-axis machining. To determine the cutter orientation efficiently, Tilting Guide Line is proposed. It represents interference-free tilt angle range between adjacent two wings. The other is a method to use Auxiliary Curves. They are 2 kinds. Tool position is determined by Area Auxiliary Curves, and tool orientation is by Tilting Auxiliary Curves. They are created from geometric model automatically or manually, and this method can be applied to various geometric models.
A proposed algorithm is written in C language and successfully applied to the 5-axis milling machine of industrial field.

목차 (Table of Contents)

• 목차
• 1. 서론 = 1
• 1.1 연구의 배경 및 필요성 = 1
• 1.2 관련된 기존 연구 = 2
• 1.3 연구의 내용 및 범위 = 3
• 2. 프로펠러의 5축 가공 = 5
• 2.1 프로펠러 가공의 과정 = 5
• 2.2 프로펠러 가공의 특징 = 6
• 2.3 제안된 시스템의 구성 = 7
• 3. 프로펠러 곡면 모델의 생성 = 9
• 3.1 날개의 앞 뒤 곡면 생성 = 9
• 3.2 날개의 가장자리 곡면 생성 = 11
• 3.3 접평면 연속성 = 13
• 3.4 프로펠러 허브의 곡면 생성 = 14
• 4. 측면에서의 5축 가공 데이터 생성 = 16
• 4.1 측명에서의 5축 가공 개념 = 16
• 4.2 가공 경로 생성 = 16
• 4.2.1 날개(Wing)의 가공 경로 생성 = 16
• 4.2.2 언더컷(Under Cut) 가공 경로 생성 = 21
• 4.2.3 허브(Hub)의 가공 경로 생성 = 22
• 4.3 공구 축 벡터 결정 = 23
• 4.3.1 틸팅 가이드 곡선에 의한 방법 = 23
• 4.3.1.1 틸팅 가이드 곡선 구하기 = 25
• 4.3.1.2 틸팅 옵셋 거리 구하기 = 26
• 4.3.2 각 공구 경로의 축 벡터 구하기 = 28
• 5. 보조 곡선에 의한 5축 가공 데이터 생성 = 29
• 5.1 보조 곡선에 의한 가공의 개념 = 29
• 5.1.1 가공 경로 생성 = 29
• 5.1.2 공구 축 벡터 결정 = 30
• 5.2 5축 가공을 위한 보조 곡선의 생성 = 31
• 5.2.1 5축 언더컷(Under Cut)가공의 보조곡선 생성 = 31
• 5.2.2 5축 정삭 가공의 보조곡선 생성(1) = 33
• 5.2.3 5축 정삭 가공의 보조곡선 생성(2) = 35
• 6. 5축 NC 데이터 생성 및 적용 = 37
• 6.1 포스트 프로세싱(Post processing) = 37
• 6.2 적용 예 = 39
• 7. 결론 = 41
• 참고문헌 = 42
• (Abstract) = 44