[첨단 헬로티]
니시다 이사무 (西田 勇), 시라세 케이이치 (白瀨 敬一) 神戶대학
1. 서론
현재의 공작기계에 의한 가공은 사용하는 공작기계를 결정한 후 세팅 작업인 NC 프로그램의 작성을 하고 있다. 이번 연구에서는 NC 프로그램의 자동 생성을 실현함으로써 사용 가능한 모든 공작기계에 대해 사전에 가공 시간을 예측, 예측 결과에 기초해 사용하는 공작기계를 결정하는 것이 가능해지고 있다. 이것에 의해 공정 계획의 유연성이 증가하고, 생산 효율의 향상에 공헌할 수 있다.
2. NC 프로그램의 자동 생성 및 가공 시간 예측
이번 연구에서는 NC 프로그램의 생성에 필요한 가공 순서 및 절삭 조건의 결정을 자동화하고 있다. 이번 연구의 특징은 숙련자의 판단 기준(기술자의 지견)을 반영한 개성적인 가공 순서 및 절삭 조건의 자동 결정을 실현하고 있는 점이다.
가공 순서의 결정에서는 그림 1에 나타냈듯이 우선 제품 형상에서 가공 제거 영역을 자동으로 유출한다. 다음으로 숙련자가 가공을 우선하는 가공 피처(이 예에서는 Blind Hole과 Closed Pocket)를 대화 형식으로 선택함으로써 가공 피처의 가공 우선 순서를 학습한다.
이어서 동일한 가공 피처의 가공 영역에 대해 가공 순서를 결정함으로써 상대적으로 가공을 우선하는 가공 영역의 기하학적 특징(체적, 위치, 가공 깊이, 전공정 영역과의 거리)를 학습한다. 학습한 가공 피처의 가공 우선 순서나 가공 순서를 결정하는 가공 영역의 기하학적 특징을 따름으로써 숙련자의 의도와 동일한 가공 순서를 자동으로 결정할 수 있다.
절삭 조건의 결정에는 숙련자가 과거에 결정한 절삭 조건을 재이용하기 위해 가공 제거 영역의 기하학적 특징과 절삭 조건을 연결해 가공 사례로서 축적해 두고, 절삭 조건의 자동 결정 시에 참고로 하고 있다.
그림 2에 나타냈듯이 가공 제거 영역의 재료, 형상, 가공면의 크기, 가공 깊이 및 체적 등의 기하학적 특징과 그 가공 제거 영역의 가공에 사용한 공구와 절삭 조건을 연결해 가공 사례 데이터베이스에 축적해 둔다.
가공 제어 영역의 가공에 사용하는 공구와 절삭 조건은 기하학적 특징이 가장 유사한 가공 사례를 데이터베이스에서 탐색, 탐색된 가공 사례에 이어져 있는 공구와 절삭 조건을 재이용해 자동으로 결정할 수 있다.
가공 순서 및 절삭 조건을 결정할 수 있으면, 가공 제거 영역의 기하 정보에서 공구경로를 산출함으로써 NC 프로그램을 생성할 수 있다. 가공 시간은 산출한 공구경로와 공구 이송 속도로부터 산출할 수 있는데, 공구 이송 속도는 그림 3에 나타냈듯이 지령값에 도달하기까지 시간이 필요하다.
그렇기 때문에 공구의 진행 방향이 세밀하게 변화하는 경우, 공구 이동 거리를 공구 이송 속도의 지령값으로 나눠 산출한 가공 시간은 실제 가공 시간과 크게 다르다. 이번 연구에서는 공구 이송 속도의 가속도를 고려해 가공 시간을 산출한다.
3. 공작기계의 할당
기존의 기계가공에서는 NC 프로그램 생성에는 숙련자의 판단을 필요로 하기 때문에 사용하는 기계를 결정한 후 NC 프로그램을 생성하고 있었다. 이번 연구와 같이 NC 프로그램의 자동 생성을 실현함으로써 사용 가능한 모든 공작기계에 대해 NC 프로그램을 생성해 예측되는 가공 시간에 따라 사용하는 공작기계의 할당을 할 수 있다.
그림 4에 나타냈듯이 복수의 공작기계를 네트워크로 접속, 서버에서 피삭재 형상과 제품 형상의 파일(STL 형식)을 모든 공작기계에 송신하다. 파일을 받아들인 공작기계는 각각의 공작기계가 가진 가공 순서의 결정을 위한 학습 데이터 및 절삭 조건 결정을 위한 가공 사례 데이터에 따라 가공 가부를 판정한다.
가공 가능한 경우는 NC 프로그램을 생성해 가공 시간을 산출, 산출한 가공 시간을 서버에 반신한다. 서버는 가공 시간을 비교해 가장 가공 시간이 짧은 공작기계를 선택해 가공을 의뢰할 수 있다.
4. 케이스 스터디
케이스 스터디를 해 NC 프로그램의 자동 생성 및 가공 시간의 예측 결과에 기초하는 공작기계 할당의 타당성 검증을 했다. 검증에서는 공작기계의 수는 3대(기계 A, 기계 B, 기계 C)로 했다. 기계 A는 직선가공에서는 공구 이송 속도를 크게 할 수 있는 특징을 가진 기계로 가정했다.
또한 기계 B는 공구 지름이 큰 공구를 가진 기계로 가정했다. 더구나 기계 C는 원호가공에서는 공구 이송 속도를 크게 할 수 있는 특징을 가진 기계로 가정했다.
그림 5에 나타낸 피삭재 형상 및 제품 형상에 대해, 각각의 공작기계로 NC 프로그램을 생성했을 때에 사용한 각 제거 영역의 절삭 조건을 그림 6에 나타냈다. 또한 각각의 공작기계로 가공하는 경우의 가공 시간 예측 결과를 표에 나타냈다.
동 표에 나타낸 가공 시간의 예측 결과로부터 이 케이스에서는 기계 B로 가공하는 경우의 가공 시간이 가장 짧기 때문에 기계 B에 가공을 할당하게 된다. 기계 B의 가공용으로 자동 생성된 NC 프로그램을 이용해 실제 가공을 한 결과를 그림 7에 나타냈다.
5. 맺음말
NC 프로그램의 자동 생성을 실현함으로써 사용 가능한 모든 공작기계에 대해 사전에 가공 시간을 예측, 예측 결과에 기초해 가공을 할당하는 것이 가능해졌다. 이번 연구에서는 가공 시간이 가장 짧은 공작기계에 할당을 하고 있는데, 앞으로는 생산 스케줄링을 고려한 공작기계의 할당을 검토한다.
니시다 이사무 ＆ 시라세 케이이치 : 대학원 공학연구과 조교 & 동 교수
