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문제 정의
- 등으로 분석되었다. 따라서 본 연구에서는 선행연구의 경험을 바탕으로 이들의 영향이 최소화되도록 로터를 가공하였다.
- 본 연구에서는 선행된 연구的“)를 발전시켜 스크류식 압축기의 중요한 성능 인자인 로터의 권선각 변화에 따른 커터설계 기능과 로터의 3차원 형상 자동 생성 기능을 추가한 가공 시뮬레이션 프로그램을 개발하였다. 이를 이용하여 권선각 변화에 따른 대칭형 로터의 3차원 형상을 생성하여 로터 치형과 비교하고, 각각의 로터에 대한 커터를 설계하고 선행연구를 보완하여 로터를 가공하여 형상 정밀도를 측정함으로써 가공 시뮬레이션 프로그램의 타당성을 확인하였다.
제안 방법
- 권선각을 변화시키면서 가공한 스크류 로터의 치면을 Fig. 11과 같은 3차원 측정기로 측정하고 Fig. 1의 축직각 단면 좌표값과 비교함으로써 치수 정밀도를 확인하였다. 사용된 3차원 측정기의 프러그 직경은 0.
- 수로터의 경우는 로브의 정점을, 암로터의 경우는 로브의 홈을 측정위치의 원점으로 설정하였다. 또한 Z축 방향인 로터 축방향에서의 측정위치는 중간위치인 75mm 지점에서 측정하였다.
- 또한 개발된 프로그램으로 커터를 설계하고, 권선각 변화에 따라 3종류의 로터를 가공하여 이론적인 치형곡선과 형상정밀도를 비교함으로써 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 특히 암로터와 수로터의 나선은 서로 반대방향이므로 수로터의 가공 시 차동변속기어장치는 역회전이 되도록 하였다. 또한 로브 수에 따라 만능밀링머신의 분할판을 이용하여 암로터와 수로터를 가공하였다. Fig.
- 선택하였다. 또한 암로터의 경우 커터의 피치원 반경을 58mm, 수로터의 경우 50mm로 입력하여 커터와 로터 사이의 나선형 치면의 교선군을 해석하였다. 이러한 교선군은 로터의 가공시 회전하는 커터와 로터가 서로 접하는 교점들의 집합이다.
- 만능밀링머신을 이용하여 수로터의 권선각이 300° 인 A46, 250° 인 B46, 200° 인 C46의 암로터와 수로터를 아크릴을 재료로 하여 가공하였다. 각각의 커터는 Table 2와 같은 가공 경사각으로 Fig.
- 4와 같이 로터의 가공용 커터를 설계한 후 이를 이용하여 모의 가공을 수행한다. 본 논문에서는 공작기계를 만능밀링머신으로 선택하였으므로 Table 2의 가공 경사각으로 커터를 로터의 중심축과 경사지게 한 후 회전시켜 커터와 로터 원통과의 교점을 계산하여 3차원 형상을 얻는다. A46, B46, C46에대한 3차원 형상은 Fig.
- 본 논문에서는 로터 가공용 공작기계를 만능밀링머신으로 선택하였다. 또한 암로터의 경우 커터의 피치원 반경을 58mm, 수로터의 경우 50mm로 입력하여 커터와 로터 사이의 나선형 치면의 교선군을 해석하였다.
- 본 연구에서 개발한 가공 시뮬레이션 프로그램은 로터의 치형 데이터 또는 치형함수, 로터의 피치원 지름과 길이, 로브의 수, 수로터의 권선 각과 나선각을 입력하면 Fig. 1과 같은 로터의 축 직각 치형을 생성한다. 또한 로터의 치형을 이용하여 식 (5), (6)과 같은 커터와 로터의 교선군 연립방정식을 Newton Method로 수치해석을 수행하여 교선군을 얻는다.
- 스크류 압축기의 중요한 성능 인자인 수로터의 권선각 변화에 따른 커터설계 기능을 추가하여 커터의 자동설계와 로터의 3차원 형상을 자동 생성할 수 있는 가공 시뮬레이션 프로그램을 개발하였다. 또한 개발된 프로그램으로 커터를 설계하고, 권선각 변화에 따라 3종류의 로터를 가공하여 이론적인 치형곡선과 형상정밀도를 비교함으로써 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 개발하였다. 이를 이용하여 권선각 변화에 따른 대칭형 로터의 3차원 형상을 생성하여 로터 치형과 비교하고, 각각의 로터에 대한 커터를 설계하고 선행연구를 보완하여 로터를 가공하여 형상 정밀도를 측정함으로써 가공 시뮬레이션 프로그램의 타당성을 확인하였다.
- 즉 커터치형을 가공경사각만큼 경사지게 한 후, 로터 가공소재와의 교점을 해석한다. 또한 해석된 교점들은 로브의 좌표점들이므로 로터의 좌표계로 변환해야한다.
- 2, 9와 같이 설치되며, 로터의 나선각은 만능밀링머신의 차동변속기어장치를 이용하여 조정된다. 특히 암로터와 수로터의 나선은 서로 반대방향이므로 수로터의 가공 시 차동변속기어장치는 역회전이 되도록 하였다. 또한 로브 수에 따라 만능밀링머신의 분할판을 이용하여 암로터와 수로터를 가공하였다.
대상 데이터
- 시뮬레이션 프로그램에서 로터의 가공은 호빙머신과 만능밀링머신을 대상으로 하였다. 호빙머신을 이용하여 로터를 가공하는 경우 Fig.
이론/모형
- 1과 같은 로터의 축 직각 치형을 생성한다. 또한 로터의 치형을 이용하여 식 (5), (6)과 같은 커터와 로터의 교선군 연립방정식을 Newton Method로 수치해석을 수행하여 교선군을 얻는다. 이 때 커터의 피치원 지름을 입력하고, 로터 가공용 공작기계를 만능밀링머신과 호빙머신에서 선택하여 가공 경사각을 계산한 目.
성능/효과
- (1) 가공 시뮬레이션으로 생성된 3차원의 로터 형상과 로터 치형를 비교함으로써 개발된 프로그램의 타당성과 가공오차의 원인을 확인하였다.
- (2) 권선각의 변화에 따라 가공된 로터의 형상 정밀도는 최대 0.4mm의 가공오차를 나타냈으며, 개발된 가공 시뮬레이션 프로그램은 스크류 로터의 가공용 커터 설계에 활용 가능하다.
- (3) 가공 과정의 오차원인을 제거한 결과 대칭형 로터 A46의 형상 정밀도가 최대 가공오차를 기준으로 약 20% 향상되었다.
- 개발되었다.(牌 또한 개발된 로터의 치형을 이용한 커터의 설계방법을 제안하고 가공을 통해 일반적인 타당성을 검증하였으나, 가공오차가 다소 크게 발생하였고 그 원인이 커터 설계의 오차인지 가공 과정에서 발생된 오차인지 확인되지 않았으며 스크류 압축기의 중요한 성능인자인 권선각(wrap an이e)에 따른 커터설계의 타당성은 입증되지 않았다.
- 13~18은 가공된 로터의 특정위치에서의 가공오차로서 스크류 로터 전체의 가공오차로 판단하기에는 무리가 있다. 그러나 최대 가공오차는 0.4mm로서 커터의 설계기능과 로터의 3차원 형상생성 기능을 갖는 가공 시뮬레이션 프로그램의 타당성을 확인할 수 있었다.
- 13, 14는 수로터 권선각이 300° 인 A46의 수로터와 암로터의 가공오차로서 선행연구의결과와 유사한 경향을 갖지만, 최대 가공오차를 기준으로 약 20% 정도의 치수 정밀도 향상을 나타냈다. 동일한 커터설계 방법과 로터 가공 방법으로 가공오차를 감소시켰으며, 이는 앞서 열거한 가공 과정에서의 가공오차 원인을 제거하면 본 연구에서 개발된 가공 시뮬레이션 프로그램으로 정밀한 로터를 얻을 수 있음을 보여주었다. 따라서 가공오차의 원인은 가공 과정에서의 원인이 더 큰 것으로 분석된다.
- 1의 치형 데이터를 비교하면 최대 10'5mni 이하의 오차를 나타냈다. 이는 가공된 로터의 가공오차는 가공과정에서 발생된 오차임을 증명하는 것으로서 개발된 가공 시뮬레이션 프로그램의 타당성을 확인할 수 있었다.
- 커터의 설치오차(가공 경사각 오차, 커터와 로터의 회전축 사이의 진직성 오차), 만능 밀링머신 자체의 오차(이송장치 및 차동변속기어장치 등의 오차) 등으로 분석되었다. 따라서 본 연구에서는 선행연구의 경험을 바탕으로 이들의 영향이 최소화되도록 로터를 가공하였다.
후속연구
- 향후 스크류식 압축기의 성능향상과 비윤활식 압축기의 개발을 위해서는 본 연구에서 분석된 가공 과정에서의 가공오차 원인을 제거하여 형상 정밀도를 향상시킬 수 있는 정밀 가공방법에 대한 연구가 요구된다.
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