미세 절삭에 의한 마이크로 형상가공 및 이를 이용한 미세금형 가공기술개발을 위하여 절삭 공구를 이용한 기계적 미세 가공법에 대한 고찰과 더불어 shaping, end-milling, drilling 등의 가공이 가능한 기계적 미세 가공시스템을 구성하고 이를 이용한 미세 치형 그루브와 미세 격벽 등 미세 형상 구조의 금형 개발을 위한 가공실험을 수행하였다. 본 실험에서는 먼저 shaping 방식으로 세 종류의 다이아몬드 바이트를 사용하여 알루미늄, PMMA, Nickel, 황동 등의 소재에 pitch $150{\mu}m$, 높이 $8{\mu}m$ 내외의 미세 치형의 금형 코어를 가공하였고, 다음으로 Z축에 air spindle을 설치하여 $\phi0.2mm$의 end-mill(WC)을 사용하여 황동 소재에 깊이 $200{\mu}m$, 폭 $200{\mu}m,\;100{\mu}m,\;50{\mu}m,\;30{\mu}m$의 두께 변화를 주어 미세 격벽에 대한 가공실험을 하였다. 미세 구멍가공실험으로는 drilling 전용장비를 구성하여 $\phi0.6\~0.15mm$의 drill공구로 SM45C와 세라믹$(Si_3N_4-BN)$ 소재에 스텝이송방식에 의한 미세 구멍 가공 실험을 실시하였다.
본 연구에서는 제약조건중 절삭조건 뿐만 아니라 작업 가공 목표, 즉 현장에 서 중요시하는 표면조도를 제약조건에 첨가하여 가공조건의 최적화를 꾀하였다. 또 한 앞의 논문들에서 적응제어나 R-T-F의 개념으로 경제성으로 고려한 최적 절삭 조건 을 구하였으나 본 논문에서는 국내 업체의 노무비 및 간접비로 최소 가공비를 구하고, 이에 대응하는 최적 절삭 속도 및 최대 생산율을 검토하였다. 그리고 이송변화에 따 른 최적 절삭 속도의 영향을 검토하여 생산 가공의 경제성을 제고하였다. 또한 각 업체의 선삭작업에 해당하는 입력 데이터만으로 경제성을 고려한 최적 절삭 조건의 자 동 설정을 하기 위한 프로그램을 구축하였다. 그러므로 이와같은 방법으로 현재 업 체의 장비와 인원만으로 기계 가공의 최적 조건 선정을 자동화 하므로써 생산성 향상 과 원가 절감의 효과를 극대화 할 수 있을 것으로 기대된다.
알루미늄 제품은 열간단조하면 재료가 연화되어 있어 절삭가공시 연속적인 칩이 발생하여 공구와 피삭재를 감고 회전함으로서 가공면 손상, 공구파손 및 작업자의 안전을 초래함에 따라 가공이 어려워 단지 절삭성 개선목적만을 위해 중간공정으로 T-4열처리하여 절삭가공하고 다시 어닐링처리하여 냉간성형을 하고 최종열처 리를 한다. 따라서 본 연구는 열간단조후 제품을 급냉시키면 용체화처리의 효과를 얻어 재료가 경화됨으로서 절삭성이 개선될 수 있다는 이론에 근거하여 T4열처리를 대체할 수 있는 후처리방법에 대해 연구하였다. 최적의 후처리방법을 구하기 위해 열간단조후 수냉과 공냉처리를 비교분석하였고, 열간단조후 냉각처리까지 지연된 시간과 수냉과정에서의 유지시간에 따른 분식을 통해 최적의 작업조건을 설정하였다.
In modern manufacturing, many products that have geometrically complicated features, including three-dimensional sculptured surfaces, are being designed and produced to meet various sophisticated functional specifications. The cutting force is required not only for the design of machine and cutting tools, but also for the determination of the cutting conditions for the various machining operations. The ball-end mill is deflected by the cutting force and, the tool deflection is one of the main reasons of the machining errors on a free-form surface. Hence, The cutting force generated in the ball-end milling is the most important property of the machining. The purpose of this study is to find the characteristics of the cutting force in inclined plane and the resultant machining errors in the ball-end milling process. Although the depth of cut is constant in the inclined plane, the cutting force area varies due to the hemisphere of the ball-end mill.
최근 들어 공작기계 자동화의 보편화로 절삭가공작업은 고속화, 정밀화되고 있어 생산성을 높이고 있다. 하지만 이러한 생산성의 증가는 단위시간당 chip생산량을 증가시켰으며, 이에 따라 효율적이면서 바람직한 chip처리가 생산성 향상과 연관되어 매우 중요한 문제로 대두되었다. 본 연구에서는 부착장애형 chip breaker를 설치한 insert 공구를 이용, 피삭재로서 내식성, 내마모성을 기계적 성질이 우수하여 근래 산업의 여러 분야에서 각광받고 있는 난삭재 STS304를 절삭하였다. 난삭재 STS304연질금속으로서, 자유표면이 다소 매끄러운 일반재료와 달리 chip의 단면이 어느 정도 규칙적인 톱니형 chip을 발생한다. 그러므로 부착장애형 chip breaker의 각 및 거리, 기타 각 조건을 이용하여 STS304를 절삭특성 및 chip 조절상태를 관찰하고, 기존의 실험에서 자주 이용되었던 연강과 STS304의 비교절삭을 행하여 chip형태등을 비교하여 보는 것도 난삭재의 절삭가공기술 진전에 일조하리라 생각한다.
High-speed machining is one of the most effective technologies to improve productivity Because of the high speed and high feed rate, high-speed machining can give great advantages for the machining of dies and molds. This paper describes on the analysis and evaluation of cutting force in high-speed machining. Cutter rotation directions, slope directions, spindle revolution and depth of cut are control factors for cutting force. The effect of the control factors on cutting force is investigated for the high speed machining of STD11.
폴리메틸메타클릴레이트(PMMA)는 광 관련 부품제조에 있어 중요한 재료로 많이 사용되고 있다. 특히 TV, 모니터, 휴대폰 등에 쓰이고 있는 디스플레이의 도광판(Light Guide Panel)에 적용되고 있어 현재까지는 매우 큰 상업적인 수요가 있다. PMMA 도광판의 가공은 일반적으로 고속밀링에 의해 이루어지는데 부품에 대한 높은 정밀도 요구특성에도 불구하고 가공표면의 굴곡, 균열 등에 대한 불량이 적지 않게 발생하고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 PMMA 진동을 부가하는 고속선삭의 적용이 시도되었으며 절삭공구에 진동을 부가하기 위한 장치와 최적 조건이 조사되었다. 도광판용 PMMA의 진동절삭은 일반적인 밀링가공법에 비해 절삭력의 현저한 감소, 열변형영역의 축소 등을 유도하였다. 가공면에 있어서는 가공방법이 엔드 밀링에서 단인공구를 사용하는 선삭으로 변경되었음에도 불구하고 진동절삭법에 의해 가공표면의 균일성이 크게 향상되어 가공면의 표준편차 $1.0{\sim}6.0{\mu}m$, 평균거칠기 $0.3{\mu}m$가 달성되었다.
금형가공에서 사용되는 밀링머신의 가공시 공구와 피삭재의 접합면에서는 절삭가공의 잔유물인버(Burr)가 생성되고, 이러한 버는 작업효?ㅘ 정밀도를 감소시키며 후처리과정(Deburring)을 야기시키는 원인이 된다. 그러므로 정밀도와 작업효율을 극대화하기 위해서는 이러한 버의 생성원리를 파악함과 동시에 Exit 버 판별을 하여 최적의 가공조건을 맞추어 주어야 하는데, 이에 밀링가공을 통해 생성되는 버의 형태와 Exit 각 등을 파악, 알고리즘으로 개발하여 좀 더 효율적인 가공조건을 제시하고자 한다. 본 연구는 이제까지 개발된 실제 가공에서 사용되는 임의형상의 데이터를 통해 점, 선, 원 및 원호(Arc)에 이르는 형상을 인식하는 Exit 버 판별시스템을 소개하고자 한다. 아울러 실제 가공과 더욱 유사한 환경을 만들기 위해 단일 경로에서부터 다중경로에 이르는 복합적인 환경 구현은 물론 점과 선으로 이루어진 도형과 원(구멍)형태의 피삭재 환경을 통합, 두 가지 다른 형태의 환경이 복합적으로 존재할 경우의 Data를 인식하고 아울러 다양한 방향성을 가진 선으로 이루어진 형상에 이르기까지의 다양한 피석재 Data를 구현하고, 입력된 절삭조건을 해석하여 임의형상을 가진 다양한피삭재에서의 단일 및 다중 가공 경로 상에서 발생될 버를 해석하고 최소화 및 최적 절삭가공공정을 찾아 작업 효율성을 극대화하는 목적의 해석 알고리즘을 Windows 프로그램으로 구현하고자 한다.
고강도 재료나 열전도성이 낮은 재료의 밀링 가공시 가공 부위에서 발생하는 높은 마찰열로 인해 공구 파손 등이 심각하게 발생할 수 있으므로 절삭유 공급이 매우 중요하다. 기존의 절삭유 공급 방식은 수동식 관절 구조를 활용한 방법으로 과도한 양을 분사함에도 불구하고 효과적인 결과를 얻기 힘들었다. 또한, 작업 중 비산으로 인해 작업장 환경에도 큰 악영향을 미쳤다. 이에 본 연구에서는 자동으로 분사 위치 조절이 가능한 장치에 기반하여 절삭유 분사위치에 따른 STS316L 의 밀링가공 특성을 분석하였다. 그 결과, 절삭유 공급 위치 변화에 따라 공구 마모와 표면 거칠기 변화가 관찰되었으며 이를 통해 제작된 장치의 효용성을 보였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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