고속가공을 이용한 곡면가공 특성에 관한 연구 = A Study on the Cutting Characteristics of Curved Surface using High Speed Machining

국문 초록 (Abstract)

최근 산업현장에서는 생산성 향상과 품질 향상을 위하여 고속화, 고정도화가 요구되는 고속가공(High-speed machining)이 이루어지고 있으며, 컴퓨터의 급격한 발전과 CNC 공작기계와 CAM 소프트웨어 등 급속한 개발로 자동차 부품, 금형 등 복잡한 3차원 자유곡면 형상을 갖는 제품의 수요가 급증하고 있다. 이러한 다양한 기하학적 형상과 복잡한 형태의 제품 생산은 수치제어 공작기계를 사용한 볼 엔드밀 고속가공에 널리 사용되고 있다.
본 연구에서는 금형제작시 반구형태의 피삭재 기계구조용탄소강(SM45C)을 사용하여 여러 가지 가공방법 및 가공조건을 적용하고 곡면 경사위치각의 변화에 따른 절삭력 특성과 표면거칠기 등을 비교하여 최적의 가공방법과 가공조건을 제시하고자 하였다. 이론적 배경으로서 표면거칠기와 5가지 정삭 가공방법의 특성을 파악하였으며, 실험장치로는 고속가공기와 절삭저항 측정을 위하여 3축 공구동력계를 사용하였으며, 데이터 수집은 공구동력계로부터 전압증폭기를 거쳐 NI-DAQ board (USA)에서 A/D변환되어 LabVIEW 프로그램을 통해서 저장 분석였으며 촉침식 표면거칠기 측정장치를 이용하여 표면거칠기를 측정하였다.
본 연구의 결론으로는 정삭 가공의 평면영역에서는 스캔 정삭이 틈새 가공 정삭보다 절삭력이 작게 나타나고 있으며, 곡면가공에서는 공구입사각이 60°보다 클 경우에는 등고선 & 스캔 정삭이 우수하며, 입사각이 60°보다 작을 경우에는 스캔 정삭이 양호함을 알 수 있었다. 표면거칠기 면에서는 틈새 가공 정삭을 제외하고는 유사한 경향을 보이고 있으며, 크기면에서도 큰 차이를 보이지 않고 있으나 틈새 가공 정삭의 경우는 공구의 입사각이 작아짐에 따라 표면거칠기가 급격하게 증가하고 있음을 알 수 있다. 절삭력과 표면거칠기, 생산현장에서의 생산성 측면을 종합적으로 고려하였을 때 공구 입사각이 60° 이상이면 등고선 정삭, 이하에서는 스캔 정삭으로 가공할 수 있는 등고선 & 스캔 정삭 방법이 가장 우수할 것으로 판단된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In recent manufacturing process, the importance of 3D free-formed surface machining has been increasing using ball end mill in CNC High-Speed Machining. The geometrical accuracy of the 3D workpiece should be effected by the cutting characteristics. In this study, a hemispherical test piece was used as a 3D workpiece using φ6 mm ball end mill according to vary processing method of finish cut. During the manufacturing process in a High-Speed Machining, the cutting forces in the three(3) axis using a strain gage type tool dynamometer were measured for a vary processing method of finish cut.
The accuracy of processing method in hemisphere was considered by surface roughness. The surface roughness were measured using the contact type surface roughness measuring device. The results of measurement were compared with the one of vary processing method.
As a result, it was shown that the processing method was related with the cutting force and surface roughness in hemispherical workpiece. In the range of plane surface, the cutting forces of the gap finish cut were greater than that of scan finish cut. In the range of the curved surface, the was shown that the cutting forces according to processing method were different due to the position of hemispherical workpiece. Therefore, considering to life of cutting tool and productivity in the manufacturing field, when the angle of incidence of tool is greater than 60 degree, the method of a contour finish cut is better. When the angle of incidence of tool is less than 60 degree, the method of a scan finish cut is better.

목차 (Table of Contents)

• 국문요약 = ⅰ
• List of Figures = ⅳ
• List of Tables = ⅷi
• List of Photographs = ⅸ
• 제 1 장 서 론 = 1
• 1-1 연구의 배경 = 1
• 1-2 연구의 내용 = 3
• 제 2 장 이론적 배경 = 5
• 2-1 고속가공기의 개요 = 5
• 2-2 표면거칠기 측정 = 7
• 2-3 가공방법의 특성 = 13
• 제 3 장 실험장치 및 방법 = 26
• 3-1 실험장치의 구성 = 26
• 3-2 측정장치 = 30
• 3-3 피삭재 및 공구의 특성 = 32
• 제 4 장 실험결과 및 고찰 = 34
• 4-1 절삭력 = 34
• 4-2 표면거칠기 = 54
• 제 5 장 결 론 = 60
• 참 고 문 헌 = 62
• Abstract = 64