• 한국정밀공학회지
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• 제24권10호
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• pp.37-45
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• 2007

End-milling is intermittent cutting process performed by a tool with a number of teeth. Its cutting forces are commonly measured by the tool dynamometer which has rectangular coordinates. In this case, the pattern of cutting forces is different according to cutting conditions. At a certain cutting condition, the sign of cutting force changes from positive to negative during a revolution of one tooth. The change of force direction excites a cutting tool and severe vibration arises when radial depth of cut increases. In this study, cutting experiments and simulations were carried out in order to explain the cause of the change of the cutting force direction. In addition, the effect of the cutting force change was discussed in terms of chatter vibration in end milling.

• 터널과지하공간
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• 제32권4호
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• pp.243-253
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• 2022

본 연구에서는 회전식 절삭시험기를 활용하여 TBE (Tunnel Boring Extender)의 굴착효율을 평가하였다. 회전식절삭시험에서 TBE에 의한 굴착과정을 모사하기 위하여 중앙부가 선행 굴착되어 있는 중공형의 암석모사시험체를 모르타르를 이용하여 제작하였다. 회전식 절삭시험기에 설치된 언더커팅 디스크(undercutting disc cutter, UDC)를 이용하여 나선궤적을 따라 암석을 절삭함으로써 TBE에 의한 굴착과정을 모사하였으며, 언더커팅 디스크의 절삭조건을 변화시켜가며 절삭조건들이 커터작용력 및 비에너지에 미치는 영향을 살펴보았다. 시험결과로부터 UDC의 커터작용력은 반경압입깊이와 수직압입깊이가 증가함에 따라 선형적으로 증가하는 경향을 확인할 수 있었으며, 세 방향의 작용력 중 수직력의 비중이 매우 크게 나타났다. 반면 비에너지는 반경방향과 수직방향 압입깊이에 따라 지속적으로 감소하는 경향을 나타내었고, 특히 두 압입깊이의 비에 따라 비에너지가 최소화되는 지점이 나타날 것으로 판단되었다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제37권10호
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• pp.1269-1278
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• 2013

엔드밀링 공정은 형상창성기구의 특성 상, 절삭면적의 주기적인 변화를 피할 수 없다. 그러므로, 본 연구에서는, 가공 중 절삭날과 공작물 사이의 간섭영역에 해당하는 절삭면적의 모델을 확립하여, 가공면 형상 특성과 절삭면적의 관계를 규명하고자 한다. 대상 가공면은 측벽을 선정하였으며, 형상 특성은 축 방향 진직도를 선택하였다. 절삭면적 및 축방향 진직도에 영향을 미치는 특이점 추정 모델의 타당성은 반경 방향 및 축 방향 절삭깊이를 변화시키며 엔드밀링 가공을 수행하여 검증하였다. 연구 결과, 배분력이 음의 값을 갖지 않는 안정적인 엔드밀링 가공의 경우, 상향절삭은 절삭면적이 증가했다. 일정해지는 영역에서, 하향절삭은 절삭면적이 일정했다 감소하는 영역에서 가공면을 창성하며, 영역이 변화될 때 가공면에 특이점이 발생하는 것이 확인되었다.

• 한국정밀공학회지
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• 제16권8호
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• pp.178-185
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• 1999

In tool condition monitoring systems, parameters should be set to a certain threshold. In many cases, however, the threshold is dependent on cutting conditions, especially the radial immersion ratio. In this presented is a method of on-line estimation of the radial immersion ratio in face milling. When a tooth finishes sweeping, a sudden drop of cutting force occurs. The force drop is equal to the cutting force that acting on a tooth at the swept angle of cut and can be acquired from cutting force signals in feed and cross-feed directions. Average cutting force per tooth period can also be calculated from cutting force signals in two directions. The ratio to cutting forces in two directions acting on a tooth at a certain swept angle of cut and the ratio of average cutting forces in two directions per tooth period are functions of the swept angle of cut and the ratio of radial to tangential cutting forces. Using these parameters, the radial immersion ratio is estimated. Various experiments are performed to verify the proposed method. The results show that the radial immersion ratio can be estimated by this method regardless of other cutting conditions.

• 한국정밀공학회지
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• 제14권4호
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• pp.78-87
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• 1997

In machine tools, frictional force exists between the table and the guideways, and in ballscrews. In this paper, feed motor current measured by a hall sensor is used to calculate the motor torque. Some frictional phenomena are studied in feed drive systems, such as the relationship between feedrate and frictional torque, and chip cover effects on frictional torque. Considering frictional phenomena, the relation- ship between the feed froce and the feed motor current id obtained. Feed force can be well estimated by feed motor current measurement considering frictional behavior. The relationship between the cutting force and the feed motor current is slightly different between up milling and down milling due to the effect of y direc- tional cutting force on frictional torque.

• 한국정밀공학회지
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• 제8권1호
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• pp.116-129
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• 1991

A cutting force model for face milling operation using 3-directional specific cutting force coefficients is developed. The model is taken into consideration factors such as cutter geometry, machining conditions, spindle eccentricity, insert initial postion errors, etc. The simulated force in X, Y, Z directions from the model are subsequently compared with measured forces in the time and frequency domains. The simulated forces have a good agreement with measured forces.

• 대한기계학회논문집A
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• 제24권8호
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• pp.2123-2130
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• 2000

Radial immersion ratio is an important factor to determine the threshold in face milling and should be estimated in process for automatic force regulation. In this paper, presented is a method of on-line estimation of the radial immersion ratio using cutting force. When a tooth finishes sweeping, sudden drop of cutting forces occurs. This force drop is equal to the cutting force that acts on a single tooth at the swept angle of cut and can be obtained from cutting force signal in feed and cross-feed direction. The ratio of cutting forces in feed and cross-feed directions acting on the single tooth at the swept angle of cut is a function of the swept angle of cut and the ratio of radial to tangential cutting force. In the research, it is found that the ratio of radial to tangential cutting force is not affected by cutting conditions and axial rake angle. Therefore, the ratio of radial to tangential cutting force determined by just one preliminary experiment can be used regardless of the cutting conditions. Using the measured cutting force and predetermined ratio, the radial immersion ratio is estimated. Various experiments show that the radial immersion ratio and instantaneous ratio of the radial to tangential direction cutting force can be estimated very well by the proposed method.

• 터널과지하공간
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• 제30권6호
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• pp.591-602
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• 2020

기존의 전통적인 암석절삭방식의 한계점을 극복하고자 다양한 신개념의 암석절삭메커니즘이 연구되고 있으며, 그 중 언더커팅은 최근 연구가 수행되고 있는 기술이다. 본 논문에서는 언더커팅에 대한 기초연구로서 구동형 언더커팅에 의한 암석절삭메커니즘과 절삭에 관여하는 중요핵심변수들에 대하여 소개하였다. 구동형 언더커팅에 의한 절삭성능을 평가하기 위한 시험시스템을 구축하고 이를 활용하여 주요 핵심변수들을 변화시켜가며 구동형 언더커팅 디스크를 활용한 절삭시험을 수행하였다. 구동형 언더커팅 절삭시험으로부터 획득되는 3방향 커터작용력의 특성을 분석하였으며, ADC의 주요 절삭변수인 선형 이동속도, 법선압입깊이, 편심의 증가에 따라 3방향 커터작용력의 평균값과 최댓값은 모두 선형적으로 증가하는 결과를 나타내었다.

• 터널과지하공간
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• 제33권4호
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• pp.244-254
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• 2023

TBM에 장착되어 암석을 절삭하는 디스크커터에는 암반을 굴착하는 과정에서 세 방향의 절삭력이 작용한다. 일반적으로 디스크커터의 절삭력은 굴착대상암반의 강도에 따라 증가하는 것으로 알려져 있고, 디스크커터가 여러 원인에 의해 정상적으로 회전이 이루어지지 않는 경우에는 회전력이 급격하게 증가할 수 있다. 따라서 굴착 도중 디스크커터에 작용하는 절삭력은 굴착의 대상이 되는 암반의 상태나 디스크커터의 절삭상태를 나타내는 중요한 정보가 될 수 있다. 이러한 이유로 해외를 중심으로 디스크커터의 작용력을 실시간으로 측정하기 위한 기술의 개발이 이루어지고 있으며, 본 연구에서는 현재까지 해외의 문헌을 통해 보고되고 있는 TBM 디스크커터의 하중계측에 관한 연구현황에 대하여 소개하고자 하였다. 향후 국내에서도 유사한 기술의 개발이 이루어지는 경우에 유용한 참고자료가 될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제20권1호
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• pp.161-182
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• 2018

본 연구에서는 퇴적층 암석에서 픽 커터의 절삭성능을 평가하기 위하여 선형절삭시험을 수행하였다. 중국에서 채취된 Linyi사암과 역암을 모사한 콘크리트를 시험체로 사용하였다. 소규모 선형절삭시험장비를 이용하여 다양한 절삭조건하에서 절삭조건에 따른 커터작용력과 비에너지의 변화양상을 평가하였다. 커터작용력은 두 가지 재료 모두에서 압입깊이와 커터간격이 증가함에 따라 증가하는 경향을 나타내었고 재료의 강도에 영향을 받는 것으로 나타났다. 반면 최대작용력과 평균작용력의 비율은 재료의 강도에 영향을 받기 보다는 재료의 구성 물질과 절삭특성에 영향을 받는 것으로 판단되었다. 절삭계수는 암석과 픽 커터의 마찰 특성에 영향을 받으나 절삭조건에는 영향을 받지 않는 것으로 나타났다. 따라서 절삭계수와 픽 커터 작용력의 합력방향에 따라 암석의 특성을 고려한 최적의 절삭각도를 선정해야 할 것으로 판단되었다. 한편 절삭조건에 따른 비에너지의 변화양상으로부터 최적 절삭조건을 규명하였다. 두 가지 재료에서 최적 s/p비는 2~4 범위로 도출되었고, 압입깊이가 증가함에 따라 비에너지는 감소하는 경향을 나타내었다. 본 연구의 결과는 픽 커터의 절삭메커니즘 규명을 위한 데이터베이스로 활용될 수 있으며, 픽 커터를 사용한 기계굴착장비의 설계에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.