병렬형 로봇을 이용한 다이레스 포밍 공법 개발 = Development of dieless forming technology based on parallel-type robot
저자
발행사항
창원 : 경남대학교 대학원, 2011
학위논문사항
학위논문(석사)-- 경남대학교 대학원 : 첨단공학과 2011. 8
발행연도
2011
작성언어
한국어
주제어
발행국(도시)
경상남도
형태사항
32 ; 26 cm
일반주기명
지도교수: 강재관
소장기관
Currently, the finish products of aeroplane, automobile, ship, and home appliance are made mainly of metal sheets with various three-dimensional curved surfaces. Those products are produced by means of press forming. As it has such problems as high expenses for molding and designing and too much time for mass production, dieless forming has been developed and adopted to form metal boards without using a cast.
Since dieless forming methods that have been developed and examined are all X, Y, and Z Orthogonal and with three axes, it is impossible to approach a certain spot with tools when the form is complicated. Additional degree of freedom is necessary for complicated forming and rotating a tool axis in random direction.
Additional degree of freedom may be achieved by means of 5-axis machining center, industrial robot, parallel-type robot, and so forth. Parallel-type robots are equipped with 6 lineal actuators, which enables the piston movement of pushing and pulling so that the load can be dispersed. Since the structure of parallel-type robots has better hardness than in-line type robots, they have relatively large nominal load capacity, good dynamic features, and structures suitable for precise movement.
This study aims to investigate dieless forming by means of parallel-type robots for multi-axis processed forming or complicated forming. The major contents include producing dieless forming tools for parallel-type robots, generating the possible route of tools into the robots, and developing the post processor applicable to such units.
The procedure of dieless forming by means of parallel-type robots requires post-processing applicable to parallel-type robots in addition to the common dieless forming process.
First of all, analyzed are the possibility of dieless forming by means of parallel-type robots in 3-axis forming, error range of forming tools, forming jig flatness, and squareness. Then presented and implemented are the possible methods to reduce dieless forming errors in adopting the robots. In addition, formed is the multi-axis processed figure, or the complicated figure, to which any type of tool position could be applicable when 5-axis formed parallel-type robots are used.
To demonstrate the efficiency of the developed method, it was applied to an actual product, and the contour-shaped tool channel was generated according to the principles of dieless forming. Then it was followed the post-processing applicable to parallel-type robots and dieless forming by means of parallel-type robots.
As a result of the experiment, it turned out that the development of a post-processor that change the multi-axis tool channel according to the possible motions of a parallel-type robot enabled gradual forming of complicated multi-axis processed figures. As a result of analyzing the multi-axis forming data, the Max.error was 1.46mm and Average.error 0.44mm respectively.
현재 항공기, 자동차, 선박, 가전제품 등의 외장품은 다양한 3차원 곡면을 갖는 금속 판재로 주로 제작한다. 이 제품은 프레스 성형법으로 주로 제작되어지며, 고가의 금형비와 설계, 양산시 많은 시간이 요구되는 문제점을 가지고 있어 금형을 사용하지 않고 금속 판재를 성형할 수 있는 다이레스 포밍기술이 개발되어 활용하고 있다.
지금까지 개발되고 연구된 다이레스 성형공법은 모두 X, Y, Z 직교 3축 형태로 복잡한 형상의 경우에는 공구의 접근이 불가능하다. 복잡한 형상의 성형을 위해서는 공구 축이 임의의 방향으로 회전할 수 있는 추가적인 운동자유도가 필요하다.
일반적으로 5축 머시닝센터, 산업용 로봇, 병렬형 로봇 등을 이용하여 추가적인 운동자유도를 얻을 수 있다.
병렬형 로봇(Parallel-type robot)은 6개의 선형 액츄에이터가 설치되어 각 액츄에이터가 밀고 당기는 운동을 만들어 하중이 분산되도록 하는 기구이다. 병렬형 로봇의 구조는 직렬형 구조의 로봇 보다 높은 강성을 가지므로 가반하중이 크고 상대적으로 좋은 동적특성을 지니며 정밀한 운동에 적합한 구조로 알려져 있다.
본 연구는 다축 가공형상, 즉 복잡한 형상을 성형하기 위한 병렬형 로봇을 이용한 다이레스 포밍을 연구하고자 한다. 주요 연구내용으로는 병렬형 로봇에 다이레스 포밍용 공구 및 치구를 제작하고, 포밍 가능한 공구 경로를 생성하며, 병렬형 로봇에 적용 가능한 포스트 프로세서를 개발함에 있다.
병렬형 로봇을 이용한 다이레스 포밍 절차는 일반적인 다이레스 포밍 절차에 추가적으로 병렬형 로봇에 적용 가능한 포스트프로세싱 작업이 필요로 한다.
먼저 3축 포밍으로 병렬형 로봇을 이용한 다이레스 포밍의 가능성을 확인 및 포밍 치구의 오차, 즉 포밍 지그의 편평도, 직각도 등의 오차 가능한 모든 요소를 분석하고 방법을 제시하여 실행함으로써 로봇을 이용한 다이레스 포밍 오차를 줄였다. 그리고 5축 포밍으로 병렬형 로봇의 특성인 임의의 공구자세가 쉽게 구현될 수 있는 다축 가공형상, 즉 복잡한 형상을 성형하였다.
개발된 방법론의 유효성을 증명하기 위해 실제 제품에 적용하여 다이레스 포밍의 성형 원리에 따라 등고선 형태의 공구 경로를 생성하고 병렬형 로봇에 적용 가능한 포스트 프로세싱작업을 거쳐 병렬형 로봇을 이용한 다이레스 포밍 작업을 하였다.
실험 결과 다축 가공용 공구 경로를 병렬형 로봇의 동작으로 변환시키는 포스트프로세서의 개발로 복잡한 다축 가공형상의 점진 성형의 가능성을 확인하였으며 다축 포밍의 측정 데이터 분석결과 Max.error 1.46mm, Average.error 0.44mm가 나타났다.
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