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제안 방법
- Fig. 3의 (a)는 혼합직교배열표의 1st 실험 조건인 반지름 방향 절삭깊이(A)가 0.49 mm, 축방향 절삭깊이(Ap)가 5.6 mm, 스핀들 축의 회전수(N)가 3, 339 rpm 및 이송속도(#)가 976.5mm/min 조건일 때, 즉 가장 부하가 작게 작용하는 조건일 때 가공 시발 생하는 온도의 경향을 열화상 카메라를 이용하여 계측하였으며, 발생하는 온도가 27.1 ℃로 18회 실험조건 중 가장 작게 발생하였다. Fig.
- 3) 반응표면법을 이용하여 설계변수의 범위에서 최대가공온도와 표면조도를 예측할 수 있는 근사 2 차 다항식의 값을 제시하였다.
- Table 1의 설계변수에 따른 수준과 Table 2의 설계변수의 조합에 따른 혼합직교배열표를 이용하여 가공실험을 수행하였다.
- 일반적으로 이산적인 조건에서 가공 실험을 하고 가공 후 시편의 표면조도를 이용하여 가공조건에 대한 평가를 주로 다루는데 본 논문은 설정된 가공범위 이내의 모든 조건을 다 고려하여 최대가공온도와 표면 조도에 유의한 영향을 미치는 설계변수들에 대한 정량적인 데이터를 제시하기 위해 실험계획법을 이용하였다. 가공조건에 따라서 엔드밀 측벽절삭 가공을 수행할 때 적외선 열화상 카메라를 이용하여 각 실험조건마다 시편과 절삭공구에서 발생하는 최대온도를 계측하였다. 설계변수의 변화에 따라서 가공 시 발생하는 최대가공온도와 표면조도와의 관계를 분석하고자 평균분석 및 분산분석을 수행하였으며, 반응표면 법을 이용하여 최대온도와 표면조도에 대한 근사 2 차함수를 생성하여 가공조건에 따라서 발생온도와 표면 조도를 예측해볼 수 있도록 실용식을 제시하였다.
- 특성을 파악하였다. 또한 각 시편에서 표면 조도를 취득하여 표면조도와 절삭공구에 발생하는 온도의 상관관계를 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 망소특성을 가지는 절삭공구로부터 발생하는 최대가공온도를 목적함수로 하고 반지름방향 절삭깊이 (Ae), 축방향 절삭깊이 (A) 스핀들 축의 회전수(N) 및 이송속도(#)의 설계변수가 목적함수에 미치는 영향을 알아보기 위해서 측정 데이터로부터 각 설계변수의 수준에 대한 영향을 파악하기 위하여 평균 분석을 수행하였다. 평균분석은 각 실험과 수준별로 평균을 내어 수준별로 표면조도와 최대발생온도가 어느 수준에서 평균값이 어떻게 되는지를 나타낸다.
- 2는 엔드밀 가공에 있어서 설계변수를 나타낸다. 반지름방향 절삭깊이(Ap), 축방향 절삭깊이(Ap), 스핀들 축의 회전수(N) 및 이송속도(#)를 설계변수로 선정하고 상향절삭과 건식절삭을 하였다.
- 본 논문에서는 Al 7075 소재를 측벽엔드밀 가공 시 주축의 회전수, 테이블의 이송속도, 축방향 절삭 깊이, 반지름방향 절삭깊이를 설계변수로 선정하고 실험계획법의 직교배열표와 평균분석 및 분산분석을 통해서 측벽 엔드밀 가공 시 절삭공구에 발생하는 금속의 마찰에 의한 온도를 적외선 열화상 카메라로 측정하여 가공조건에 따라 절삭공구에 발생하는 온도의 특성을 파악하였다. 또한 각 시편에서 표면 조도를 취득하여 표면조도와 절삭공구에 발생하는 온도의 상관관계를 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 본 논문에서는 주축의 회전수, 테이블의 이송속도, 축방향 절삭깊이, 반지름방향 절삭깊이를 설계변수로 선정하고 설계변수의 변화에 따라 엔드밀 측벽절삭가공 시 절삭공구에서 발생하는 최대온도와 Al 7075 시편의 표면조도의 경향을 파악하기 위하여 혼합직교 배열표를 이용하여 설계변수의 조합이 총 18 회의 실험을 수행하였다.[4] 가공에 사용된 시편의 재질은 Al 7075(Al-Zn-Mg-Cu)로 알루미늄 합금 중에 기계적 성질이 뛰어나고 초두랄루민계로 항공기 등에 사용되는 T6 열처리를 하면 알루미늄 합금 중 최고의 인장강도를 갖는 재료를 시편으로 사용하였으며, 절삭공구는 3날 엔드밀을 사용하였다.
- 설계변수 영역 안에서 가공 시 절삭공구에서 발생하는 가공 발생온도의 반응값과의 영향을 분석하기 위해서 3수준의 혼합직교배열표를 이용하여 보다 적은 횟수의 실험으로 2차 근사다항식으로 추정하였다. Fig.
- 나타낸다. 설계변수는 시편의 재질과 절삭공구에서 제시하는 가공조건으로 하였으며 각 수준간의 값의 차이는 가공조건에서 ±30%의 변화로 범위를 설정하였으며 각 변수간의 민감도를 파악하기 위하여 모든 설계변수에 동일한 조건으로 적용하였다. Table 1에 나타낸 설계변수가 총 4개에 각 설계변수의 수준이 3수준이며 설계변수의 전조합 총 실험횟수가 81회를 수행해야 가장 좋은 최적조건을 찾을 수 있게 된다.
- 가공조건에 따라서 엔드밀 측벽절삭 가공을 수행할 때 적외선 열화상 카메라를 이용하여 각 실험조건마다 시편과 절삭공구에서 발생하는 최대온도를 계측하였다. 설계변수의 변화에 따라서 가공 시 발생하는 최대가공온도와 표면조도와의 관계를 분석하고자 평균분석 및 분산분석을 수행하였으며, 반응표면 법을 이용하여 최대온도와 표면조도에 대한 근사 2 차함수를 생성하여 가공조건에 따라서 발생온도와 표면 조도를 예측해볼 수 있도록 실용식을 제시하였다.
- 01 mm 이하가 되도록 평면 연마하였다. 엔드밀의 평면가공에서 가공방향은 시 험편의 가로방향 30 mm를기준으로 건식 측면 가공하였다. 기계가공에 있어서가공면의 표면정도는 KS-B0161에서 일반적으로 표면 거칠기(surface roughness)를 나타내는 여러 가지가 있지만 본 연구에서 사용한 표면거칠기는 산술평균 거칠기 Ra로 거칠기 곡선으로부터 그 평균 선의 방향에 기준 길이만큼 뽑아내어, 그 표본 부분의 평균 선 방향에 X축을, 세로 배율 방향에 Y축을 잡고, 거칠기 곡선을 g = f(z)로 나타내었을 때, 식 (1) 에 따라 구해진다.
- [4] 가공에 사용된 시편의 재질은 Al 7075(Al-Zn-Mg-Cu)로 알루미늄 합금 중에 기계적 성질이 뛰어나고 초두랄루민계로 항공기 등에 사용되는 T6 열처리를 하면 알루미늄 합금 중 최고의 인장강도를 갖는 재료를 시편으로 사용하였으며, 절삭공구는 3날 엔드밀을 사용하였다. 일반적으로 이산적인 조건에서 가공 실험을 하고 가공 후 시편의 표면조도를 이용하여 가공조건에 대한 평가를 주로 다루는데 본 논문은 설정된 가공범위 이내의 모든 조건을 다 고려하여 최대가공온도와 표면 조도에 유의한 영향을 미치는 설계변수들에 대한 정량적인 데이터를 제시하기 위해 실험계획법을 이용하였다. 가공조건에 따라서 엔드밀 측벽절삭 가공을 수행할 때 적외선 열화상 카메라를 이용하여 각 실험조건마다 시편과 절삭공구에서 발생하는 최대온도를 계측하였다.
- 의 Surfcorder(SE1700a)이다. 조도측정 방법으로는 Fig. 2의 축방향 절삭깊이(Ap)의 25 %, 50 %, 75% 되는 위치에 이송속도(#)의 반대 방향으로 5회 반복 측정하여 평균하였으며 cutoff는 8 mm 이다.
대상 데이터
- 장비를 사용하였다. Fig. 1은 본 연구에 사용된 수직형 머시닝센터를 나타내며 절삭공구는 Φ10 의 초경 공구강 3날 엔드밀을 사용하였다. 실험에 사용한 재료는 알루미늄 합금으로 가장 많이 사용하는 Al 7075로 하였으며 시편의 크기를 100X40X30 mm 로 일정하게 가공하여 실험하였다.
- 실험을 수행하였다.[4] 가공에 사용된 시편의 재질은 Al 7075(Al-Zn-Mg-Cu)로 알루미늄 합금 중에 기계적 성질이 뛰어나고 초두랄루민계로 항공기 등에 사용되는 T6 열처리를 하면 알루미늄 합금 중 최고의 인장강도를 갖는 재료를 시편으로 사용하였으며, 절삭공구는 3날 엔드밀을 사용하였다. 일반적으로 이산적인 조건에서 가공 실험을 하고 가공 후 시편의 표면조도를 이용하여 가공조건에 대한 평가를 주로 다루는데 본 논문은 설정된 가공범위 이내의 모든 조건을 다 고려하여 최대가공온도와 표면 조도에 유의한 영향을 미치는 설계변수들에 대한 정량적인 데이터를 제시하기 위해 실험계획법을 이용하였다.
- 1은 본 연구에 사용된 수직형 머시닝센터를 나타내며 절삭공구는 Φ10 의 초경 공구강 3날 엔드밀을 사용하였다. 실험에 사용한 재료는 알루미늄 합금으로 가장 많이 사용하는 Al 7075로 하였으며 시편의 크기를 100X40X30 mm 로 일정하게 가공하여 실험하였다.
데이터처리
- 등의 계수값을 나타내었다. 2차 근사 다항식의 신뢰성을 확인하기 위하여 Table 7에 실험에 의한 값과 2차 근사 다항식에서 얻어진 값과의 오차를 비교하였다. Table 7은 Table 2와 Table 3에서 9번째 실험과 10번째 실험을 예로 비교하였으며 이 경우 오차는 표면조도의 경우 최대 0.
- 망소특성을 가지는 표면조도를 목적함수로 하고 반지름 방향 절삭깊이(4), 축방향 절삭깊이(A) 스핀들 축의 회전수(N) 및 이송속도(#)의 설계변수가 목적함수에 미치는 영향을 알아보기 위해서 측정 데이터로부터 각 설계변수의 수준에 대한 영향을 파악하기 위하여 평균분석을 수행하였다. Fig.
이론/모형
- 엔드밀의 평면가공에서 가공방향은 시 험편의 가로방향 30 mm를기준으로 건식 측면 가공하였다. 기계가공에 있어서가공면의 표면정도는 KS-B0161에서 일반적으로 표면 거칠기(surface roughness)를 나타내는 여러 가지가 있지만 본 연구에서 사용한 표면거칠기는 산술평균 거칠기 Ra로 거칠기 곡선으로부터 그 평균 선의 방향에 기준 길이만큼 뽑아내어, 그 표본 부분의 평균 선 방향에 X축을, 세로 배율 방향에 Y축을 잡고, 거칠기 곡선을 g = f(z)로 나타내었을 때, 식 (1) 에 따라 구해진다.
- 혼합직교배열표를 통해서 얻어진 각 실험값을실험셈플로 하여 반응표면법을 이용하여 2차 근사다항식의 각 항에 있는 계수값을 얻을 수 있다. 반응표면 법은 설계변수에 따른 반응표면을 그릴 수 있으며, 목적에 따라 반응함수를 최소화 또는 최대화 되는 최적해를 찾을 수 있는 방법이다.
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