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엔드밀링 공정에 의하여 생성된 측벽의 기하학적 특성과 평엔드밀 형상 사이의 관계
Relationship Between Flat End-mill Shape and Geometrical Characteristics in Side Walls Generated by End-milling Process 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.39 no.1, 2015년, pp.95 - 103  

김강 (국민대학교 기계시스템공학부)

초록
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평엔드밀 가공된 측벽 형상에 공구 형상이 미치는 영향에 대하여 알아보고자 한다. 이를 위하여, 공구 형상을 비틀림각, 절삭날 수, 직경으로 구분하여 특징지었으며, 가공면의 기하학적 특성은 서로 직교하는 이송방향 형상과 축방향 형상으로 나누어 고려하였다. 각 방향의 형상 특성은 공구와 공작물 및 절삭날과 공작물의 간섭 영역으로부터 계산한 순간 절삭면적을 바탕으로 추정하였으며, 추정의 타당성을 가공면 형상 및 배분력 측정을 통하여 검증하였다. 연구 결과, 이송방향 형상의 결함은 공구 퇴출 및 공구 경로의 곡률반경이 변하는 구간에서 나타나며, 이외의 구간에서는 축방향 형상의 결함이 주를 이루는 것이 확인되었다. 측벽의 가공정밀도를 향상시키기 위해서는, 상대적으로 직경이 작고, 비틀림각이 큰 절삭날을 많이 갖는 엔드밀을 사용하여 상향절삭 하는 것이 바람직할 것으로 추천된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper presents the effects of the tool shape on the geometrical characteristics of flat end-milled side walls. A tool shape is characterized by such parameters as helix angle, number of cutting edges, and diameter. The geometrical characteristics of the side walls are represented by the surface...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이송방향의 구체적인 형상은 기 발표한 연구 결과로 추정할 수 있으나,(13~15) 축방향의 경우에는 가공면이 급격히 변화하는 특이점의 위치 추정 및 실험 결과와의 비교를 통하여 기하학적 형상 특성을 알 수 있다.(16) 따라서, 본 연구에서는 평엔드밀의 직경 및 절삭날 비틀림각, 절삭날 수를 주된 가공변수로 하여 가공면의 특이점을 추정하고 이 특이점의 위치를 실험을 통하여 검증하고자 한다. 아울러, 실험 결과인 축방향 형상 특성과 기 발표한 연구 결과인 이송방향 형상을 종합하여, 측벽의 형상 정밀도를 향상시킬 수 있는 공구 형상의 선택 방안을 제시하고자 한다.
  • 공구 형상이 평엔드밀 가공된 측벽 형상에 미치는 영향을 알아보았다. 공구 형상 특징은 비틀림 각, 절삭날 수, 직경을 대상으로 하였으며, 가공면의 기하학적 특성은 서로 독립적인 이송방향 형상과 축방향 형상으로 구분하여 고려하였다.
  • (1~12) 그러나 공작기계 자체에서 결정되는 가공 변수 및 공작물의 재질, 가공 전, 후 형상 등의 다양성을 고려할 때, 가공 현장에서 작업자가 가공 조건을 조정하여 가공 정밀도를 향상시키는 것은 어려움이 따른다. 그러므로 본 연구에서는, 상대적으로 제한적인 선택이 가능한 공구 측면에서, 엔드밀링 가공된 측벽의 형상 특성과 공구 형상의 관계를 알아보고자 한다.
  • (16) 따라서, 본 연구에서는 평엔드밀의 직경 및 절삭날 비틀림각, 절삭날 수를 주된 가공변수로 하여 가공면의 특이점을 추정하고 이 특이점의 위치를 실험을 통하여 검증하고자 한다. 아울러, 실험 결과인 축방향 형상 특성과 기 발표한 연구 결과인 이송방향 형상을 종합하여, 측벽의 형상 정밀도를 향상시킬 수 있는 공구 형상의 선택 방안을 제시하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
금형제작에 있어서 금형 정밀도와 제작시간은 무엇과 연관되어 있는가? 따라서 금형의 정밀도 및 복잡성은 높아지는 동시에 소요 제작시간은 지속적으로 단축하는 것이 요구된다. 금형제작에 있어서 요구되는 금형 정밀도와 제작시간은 사상작업과 연계시켜서 생각하는 것이 일반적이다. 그러나 사상작업시간을 단축시키려면 사상 이전 작업인 정삭밀링에서 정밀도를 높이는 것이 요구되며, 마찬가지로 정삭작업 시간을 단축하려면 정삭 이전 작업인 황삭밀링에서 정밀도를 높이는 것이 요구된다.
가공탄성이란? 따라서, 연삭가공에 적용되는, 이상적인 소재 제거량과 실제적인 소재 제거량 사이에는 일정한 비율이 존재한다는 가공탄성(Machining elasticity) (17) 개념을 식 (5)를 이용하여 구한 이상적인 소재 제거량에 적용하면, 순간 순간의 실제적인 소재 제거량을 계산할 수 있으므로 가공 후 측벽의 이송 방향 형상을 추정할 수 있다.
금형의 정밀도 및 복잡성은 높아지는 동시에 소요 제작시간은 지속적으로 단축하는 것이 요구되는 이유는? 이 현상에 있어 표면적으로는 새로운 기술 및 기능을 제품에 적용하는 것이 중요하다. 그러나 이면적으로는 경쟁력 있는 고부가가치 제품을 생산함에 있어서 외양디자인 및 이의 구현에 필요한 금형의 중요성이 점차 커지고 있다. 따라서 금형의 정밀도 및 복잡성은 높아지는 동시에 소요 제작시간은 지속적으로 단축하는 것이 요구된다.
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참고문헌 (17)

  1. Kline, W. A., DeVor, R. E. and Lindberg, J. R., 1982, "The Prediction of Cutting Forces in End Milling with Application to Cornering Cuts," Int. J. Mach. Tool Design Research, Vol. 22, pp. 7-22. 

  2. Kline, W. A., DeVor, R. E. and Shareef, I. A., 1982, "The Prediction of Surface Accuracy in End Milling," ASME J. of Eng. for Ind., Vol. 104, pp. 272-278. 

  3. Kline, W. A. and DeVor, R. E., 1983, " The Effect of Runout on Cutting Geometry and Forces in End Milling," Int. J. Mach. Tool Design Research, Vol. 23, pp. 123-140. 

  4. Sutherland, J. W. and DeVor, R. E., 1986, "An Improved Method for Cutting Force and Surface Error Prediction in Flexible End Milling Systems," ASME J. of Eng. for Ind., Vol. 108, pp. 269-279. 

  5. Budak, E. and Altinras, Y., 1994, "Peripheral Milling Conditions for Improved Dimensional Accuracy," Int. J. Mach. Tool Manu., Vol. 34, pp. 907-918. 

  6. Elbestawi, M. A., Ismail. F. and Yuen, K. M., 1994, "Surface Topography Characterization in Finish Milling," Int. J. Mach. Tool Manu., Vol. 34, pp. 245-255. 

  7. Yang, M. Y. and Choi, J. G., 1997, "On-line Tool Deflection Compensation System for Precision Endmilling," Trans. Korean Soc. Mech. Eng. A, Vol. 21, No. 2, pp. 189-198. 

  8. Lee, S. K. and Ko, S. L., 1999, "Analysis on the Precision Machining in End Milling Operation by Simulating Surface Generation," J. of the KSPE, Vol. 16, No. 4, pp. 229-236. 

  9. Ryu, S. H., Kim, M. T., Choi, D. K. and Chu, C. N., 1999, "Plane Surface Generation with a Flat End Mill," J. of the KSPE, Vol. 16, No. 2, pp. 234-243. 

  10. Ryu, S. H., Choi, D. K. and Chu, C. N., 2003, "Optimal Cutting Condition in Side Wall Milling Considering Form Accuracy," J. of the KSPE, Vol. 20, No. 10, pp. 31-40. 

  11. Ryu, S. H. and Chu, C. N., 2004, "Form Error Prediction in Side Wall Milling Considering Tool Deflection," J. of the KSPE, Vol. 21, No. 6, pp. 43-51. 

  12. Song, T. S., Ko, T. J., Kim, H. S. and Lee, J. H., 2007, "Study on the Change of Cutting Force Direction in Endmilling," J. of the KSPE, Vol. 24, No. 10, pp. 37-45. 

  13. Kim, K., 2007, "Unavoidable Geometric Errors in the Side Walls of End-Milled Parts-Flat Surface-," J. of Mech. Sci. and Tech., Vol. 21, No. 1, pp. 48-56. 

  14. Lee, K. S. and Kim, K., 2008, "Unavoidable Geometric Errors in the Side Walls of End-Milled Parts-Cylindrical Surface-," J. of Mech. Sci. and Tech., Vol. 22, pp. 1-9. 

  15. Lee, K. S. and Kim, K., 2009, "Analysis of Unavoidable Geometric Errors in the Side Wall of End-Milled Parts for Corner Surface," J. of Mech. Sci. and Tech., Vol. 23, pp. 525-535. 

  16. Kim, K., 2013, "Effects of Cutting Area on Straightness Characteristics in Side Walls Caused by Form Generation Mechanism in End-Milling Process," Trans. Korean Soc. Mech. Eng. A, Vol. 37, No. 10, pp. 1269-1278. 

  17. Rowe, W. B. and Barash, M. M., 1964, "Computer Method for Investigating the Inherent Accuracy of Centerless Grinding," Int. J. Mach. Tool Des. Res., Vol. 4, pp. 91-116. 

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