전술한 바와 같이 공작기계 기술은 고정밀화, 고속화 고성능화의 추세로 발전해 나가고 있다. 고속 절삭이라고 하면 직감적으로 주축이 수만 rpm으로 회전하면서 어떤 재료를 가공할 수 있는 MC의 고속 주축을 생각하게 된다. 그러나, 이와 같은 고속절삭은 A1이나 Plastic등 재료를 가공 하는데 국한되고 있으며, 철계금속의 고속절삭이란 정의는 절삭속도를 수백m/min의 초고속 가공 뿐만 아니라 '가공시간의 단축'도 고속 가공의 정의에 포함시켜서 이해해야되며 가공물의 소재가 일반 강철, 열처리된 강철, Ceramics재료, 난삭재료 등의 고속절삭을 위해 개발된 Tooling기술에 대한 검토 필요성이 급속히 증가하고 있다.
이상에서 논술한 바와 같이 금속절삭에 있어서는 절삭공구는 열의 와중의 격열한 상태하에서 작동이 이루어져야 하기 때문에 절삭유제를 분사함으로써 냉각작용으로 경도저하를 방지하고, 균체작용을 시킴으로써 열의 발생을 적게 하며 동력 소비를 감소함과 동시에 절삭면의 정밀도를 향상시킨다. 또한 절삭유제에 극압첨가제를 첨가함으로써 고체윤활을 생성케하여 용찰을 방지 하는 효과를 얻고 있다. 이 외에도 절살유제는 칩의 세척작용, 공작물과 기계의 방작용등의 효 과를 얻고 있다. 요는 절삭가공에서 절삭유제의 사용은 절삭공구의 수명을 연장하고 생산능률을 올리는 효과를 기대하는 것이라고 요약할 수 있다. 여기서 부차적으로 고려해야할 것은 절삭유 제의 토방법도 중요하다. 동일한 조건하에서는 토방법에 따라 효과가 다르다. 가장 효과적인 토 법은 공구의 앞여유면쪽으로 분사하는 것이 가장 좋으며, 칩 위에 분사하는 것이 가장 비효과 적이다. 이와 같은 절삭유제 작용과 효능을 알고 실제가공에 있어서 다소라도 도움이 되었으면 다행으로 생각하는 마음 간절하면서 끝맺는 바이다.
최근 유한요소법을 이용하여 절삭가공을 해석하는 연구가 많이 발표되고 있다. 이 때 가장 문제되는 점이 피삭재에서 칩으로 분리하는 조건이다. 일반적으로 칩 분리 조건이라 일컬어지는 이 조건을 어떻게 설정할 것인가에 대해 현재까지도 많은 연구가 이루어지고 있다. 현재까지 제시된 칩 분리 판별 조건은 두 가지 유형 - 기하학적, 물리적으로 나눌 수 있다. 기하학적 칩 분리 조건은 공구 끝단과 바로 앞 요소의 거리를 기준으로 정해진 특정한 값에 도달하면 요소가 분리되는 혹은 없어지는 방법을 이용하는 것이며(Fig. 1 참조), 물리적 칩 분리 조건은 요소 내의 소성변형률 혹은 변형률 에너지 밀도함수 등의 값을 기준으로 분리시키는 방법이다. 본 연구에서는 상용 유한요소 해석 프로그램인 ANSYS를 이용하였으며 이 프로그램에서 제공하는 element birth/kill 기법을 이용하여 기하학적 판별조건에 도달하면 공구 끝단 앞의 요소가 사라지는 방법을 취하였다. Fig. 2는 절삭가공을 위한 유한요소 모델링을 나타낸다. 칩-공구 접촉 부위에 접촉요소를 사용하였으며, 피삭재의 왼쪽과 아래쪽 부위는 각각 변위구속을 하였다. 공구의 이동은 변위경계조건의 값을 변화시킴으로써 구현하였다. 절삭력을 비교함으로써 해석결과의 타당성을 검토하였으며, 피삭재 내의 응력, 변형률 분포 등을 살펴보았다.
절삭공구의 발달사 및 최근 개발동향에 대하여 살펴보았다. 현재 기계공업에 관련된 생산공정중 많은 부분을 절삭가공이 담당하고 있으며, 절삭가공시 중요한 역할을 하는 절삭공구는 소량의 마 멸 또는 파손에 의하여 사용이 불가하여 교체된다는 것을 생각할 때, 절삭공구의 세계 시장규모 가 매우 클 것이라는 것에 쉽사리 짐작될 수 있다. 그 뿐만 아니라 채광공구, 금형다이와 공구, 내마멸재 등에도 절삭공구재가 응용된다는 것을 고려하면 그 수요는 엄청난 것이다. 그런데 이 분야에서 우리나라의 수준은 선진국과 비교할 때 크게 뒤떨어져 있으며 그 격차 또한 점점 더 벌어지고 있는 실정이다. 그러므로 앞에서 살펴본 바와 같이 오랜기간 축적되어온 그들의 기술 수준을 따라 잡기 위해서는 관련 기술에 대한 연구 및 기술축적에 대하여 업계 및 학계의 부단한 노력이 요구된다고 하겠다.
다축가공은 3축 이상의 동시제어축을 이용하여 복잡한 형상을 효율적으로 가공할 수 있는 첨예의 기술인 반면, 가공 설비의 고가로 인해 실제현장에 보급되지 못하고 있는 실정이다. 부가축 방식에 의한 저축화 가공방식은 이러한 현실적 문제에 대처할 수 있는 강력한 방식으로서, 본 연구팀에서는 3축 CNC 공작기계에 부가축 테이블 방식을 이용하여 5축 곡면가공을 구현한 바 있으며, 정삭가공 알고리즘을 개발한 바 있다. 본 연구에서는 부가축 환경하에서 황삭가공 알고리 즘을 다루며, 기존의 전축환경의 황삭가공에 비해공구자세를 인텍싱 형태로 변화시킬 수 있다는 차이가 있으며, 이에 따라 자세조정횟수의 초소화가 생산성 지표로 부각된다. 본 연구에서 개발된 황삭경로 알고리즘은 자세조정횟수를 포함 하여 공구접근영역, 공구교환횟수, 피드조정을 통하여 전체적을 황삭가공시간의 최소화로 접근하였다. 연구된 알고리즘 은 컴퓨터시뮬레이션을 통하여 검증하였으며, 실제절삭을 통한 검증이 추진중에 있다.
본 연구에서는 현장에서 흔히 수행되는 가공 후(post-process) 측정만을 이용 한 단일절삭(single-pass)으로써 공작물이 원하는 일정한 직경을 유지할 수 있다는 것 을 실험을 통해 검증해 보이고자 한다. 이와 같은 방식은 이미 보오링 작업 중 보오 링바의 노출 길이 변화에 따른 가공면의 내경 오차를 없애주기 위한 방법으로써 제시 된 바 있다. 즉 반복 최소 자승법(recursive least squares)으로 미리 가정된 절삭 조건과 공작물 처짐 사이의 관계식과 관련된 계수를 가공 후에 가공 공작물의 표면 측 정으로 매 번보정(update)시켜 줌으로써 일정 직경을 얻기위한 절삭조건을 결정하고자 한다.
공작기계의 정밀도는 정적, 동족 그리고 열적 특성에 좌우된다는 사실은 4장 Fig. 4-3의 예를 들어 충분히 설명한 바 있다. 4장에서는 주로 정적특성(Static behavior)에 대해서 설명한 바 있으나 이번에는 동적특성에 대해서 논술하고자 한다. 진동문제의 해소는 가공기술의 향상, 공작기계의 진보에 절대적으로 중요한 과제이다. 절삭, 연삭 및 미세가공에서 진동이 발생하여 가공을 계속할 수 없게 되거나 가공을 했다해도 가공표면에 Chatter mark를 남기게 되어 요구 품질을 만족할 수 없는 경우가 있다. 공작기계는 많은 부품을 조립하여 만든 것이기 때문에 동적현상은 다질량(Mult-mass)으로 고려해서 진동을 생각해야 겠지만 대부준의 경우 단위 질량(Single-mass) 으로 생각하여 Fig. 5-1과 같이 그 진동이론을 종합하고 있다.
생산시스템의 요소기술은 단계별로 설계, 가공, 검사에 관한것이 있으며 FMS, CIM과같은 생산시스템에서는 통가공 Cell의 효율을 극대화시키기 위한 기술로 지능화한 지능화기술은 전문가시스템(Expert System), 퍼지 이론 (Fuzzy logic)및 신경회로망(Neural Network)의 도입에 의해 활발히 이루어지고있다. 시스템의 지능화 를 위해서 가장 근간이 되는 기술은 그림 1.에 나타낸 바와 같이 지식(Knowledge) 기술과 센서(Sensor) 응용 기술이 며, 현재의 가공상태에 대한 정보는 전적으로 센서를 통해 얻어지며 상태판단은 축적된 지식을 바탕으 로 행해진다. 센서를 통해 얻어진 외부정보를 외부정보를 처리하는 인식(Recognition)이란 대상물의 존재를 아는 인지(Cognition)의 과정에서 한걸음 더 나아가 구체적인의미나 정보내용을 판정하는 것을 의미한다. 당 연구실에서는 이러한 기법들을 이용한 지능화된 공구마모/파손 감지에대한 연구를 수행중이다. 1차적으로 머시님센타의 엔드밀공정을 중심으로한 연구가 진행중이며 본 논문에서는 현재 연구실 차원에서 사용되고 있는 고가의 센서를 대체 할 수 있는 저가의 신뢰성 있는 센서의 이용에 촛점을 맞추어 패턴인식을 위한 절삭신호특성 분석 및 패턴 특성에대한 연구 결과를 소개하고자 한다.
목적: 본 연구의 목적은 적층 가공법, 절삭 가공법 및 직접법에 의해 제작된 임시 수복용 레진의 파절강도와 굴곡강도를 비교하는 것이다. 재료 및 방법: 각각 다른 방법들로 제작된 5가지 방법의 임시 수복용 레진을 조사하였다: Stereolithography apparatus (SLA) 3D 프린터를 이용한 적층 가공법(S3Z군), 두 가지 digital light processing (DLP) 3D 프린터를 이용한 적층 가공법(D3Z군, D3P군), 절삭 가공법(MIL군), 전통적인 방식의 직접법(CON군). 파절강도 시험은 각 방법을 이용하여 소구치 형태의 시편을 준비하였고, 굴곡강도 시험은 각 방법을 이용하여 직사각형의 바 형태의 시편 ($25{\times}2{\times}2mm$)을 준비하여 universal testing machine (UTM)을 사용하여 평가하였다. 결과: 적층 가공을 이용해 제작된 S3Z군, D3Z군, D3P군의 파절강도는 MIL군 및 CON군의 파절강도와 유의한 차이가 없었다 (P > .05/10 = .005). 한편, S3Z군, D3P군, MIL군의 굴곡강도는 CON군의 굴곡강도보다 높았으나 (P < .05), D3Z군의 굴곡강도는 CON군보다 낮았다 (P < .05). 결론: 본 연구의 한계 내에서 적층 가공법으로 제작된 임시 수복용 레진은 절삭 가공법과 기존에 사용되었던 직접법에 의해 제작된 임시수복용 레진과 임상적으로 유사한 파절강도, 굴곡강도를 나타냈다.
본 논문에서는 위치오차는 가공전 밀링베드를 수치제어 장치를 이용하여 가공 면에 수직한 방향으로 움직여 수치제어 장치인 스텝모우터의 분해능 한계 내에서 보정 하고 또한 공구휨에 상당하는 만큼 이 송속도를 더함으로써 제어하며, 파형오차는 이 송속도와 공구처짐 사이의 관계를 수정된 Taylor의 공구식으로 모형화하고 절삭공정중 이송속도를 적절히 조절하여 공구의 휨양을 제어함으로써 스텝모우터를 갖는 밀링머시 인에서 길이 508mm,두께 20mm의 두꺼운 철판을 평면절삭하는 경우 직진도오차를 최소 로 하는 GAC 방법을 개발하였다.측정은 밀링머시인 자체의 구조적, 동적변화나 절삭 조건의 변화, 공구의 재질 및 마멸상태의 변화, 공작물의 재질 변화등에 적응할 수 있 도록 Fig. 2에 보인 바와 같이 등간격으로 배열된 100개의 위치에서 가공후(post-pro- cess)측정을 통하여 취하였고, 절삭계수의 추정은 측정점을 각각 10개씩 10개의 구간 으로 묶어 각 구간에서의 계의 특성이 변하지 않는다는 가정하에서 계수를 지수가중 반복최소 자승(exponentially weighted recursive least squares, EWRLS)법을 이용하 여 추정하였고, 실제 절삭작업중 모델의 계수변화에 대한 사전 지식이 없이도 이들 계 수들을 보정시킴으로써 최적의 직진도를 얻을 수 있는 절삭조건을 제시하였다. 그리 고 이 방법의 도입으로 단일(SINGLE-PASS)밀링작업이 가능함을 보였고 또한 방법의 타 당성을 증명하기 위하여 여러 경우의 절삭상태에서 실험을 수행하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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