선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 5축가공기 전용 앵글헤드의 2D 및 3D 모델링을 통해 내면형상 가공에 최적화된 앵글헤드를 개발하고 KS규격에 따라 정적 정도 평가를 실시하며 최종적으로는 가공 정밀도 평가를 통해 앵글헤드의 유정압베어링 가공정밀도 기준인 0.2mm를 만족시킴으로써 개발된 앵글헤드의 신뢰성을 확보하고자 한다.
제안 방법
- 7의 (a)와 같은 Gap sensor를 사용하여 앵글헤드의 흔들림, 스핀들 축의 진원도를 각각 측정하였으며, Fig. 7의 (b)와 같은 Digital dial gauge를 사용하여 앵글 스핀들 축의 평행도를 측정하였다. 모든 정적 검사는 KS 규격(KS B ISO 10791-2)에 따라 실시하였다.
- (b)와 같이 엔드밀 커터가 장착된 상태에서 유정압 베어링 내부에서 간섭 없이 자유롭게 이송할 수 있도록 하기 위하여 유정압 베어링의 내경인 Ø60mm 이내로 최소화된 커터홀더의 구조설계를 수행하였다.
- 1. 2차원 도면을 기초로 하여 49개의 앵글헤드 부품에 대한 3차원 형상설계를 수행하였으며 Assembly design과 DMU 과정을 통해 앵글헤드가 간섭 없이 구동되는 것을 확인하였고, 이를 바탕으로 내면형상 가공용 앵글헤드를 제작하였다.
- 2. 제작된 앵글헤드의 완성도를 평가하기 위하여 정적정도 평가를 실시하였다. 정적 정도 평가는 KS 규격에 따라 실시하였으며 앵글헤드의 흔들림, 앵글헤드 스핀들 축의 진원도, 평행도를 Gap sensor와 Digital dial gauge를 이용하여 평가하였다.
- 3. 가공 정밀도 검사를 위해 KS 규격을 토대로 정밀 공작기계 정도 측정을 위한 시편을 설계 및 가공하였다. 가공된 시편의 10개 측정부에 대한 3차원 측정 결과, 개발 목표인 유정압 베어링 허용치수 정도 0.
- 10과 같다. 90mm 연마봉을 장착한 앵글헤드 스핀들을 공작 기계에 장착 후 X-Z축에 Gap sensor을 설치하고 1rpm으로 회전시켰을 때 각 위치에서 변위를 측정하였다. 측정부는 연마봉을 장착 후 30mm, 60mm, 90mm의 세 지점으로 나누어 선정하였으며 Fig.
- Assembly design을 통해 간섭 검사를 수행한 후 앵글 헤드의 가상 구동을 통해 의도하는 방향으로 움직이는지를 확인하는 DMU(Digital mock up) 작업을 실시하였다. DMU에 의한 시뮬레이션 결과, 앵글헤드의 구조 설계는 간섭이 없이 원하는 방향으로 원활하게 구동함을 확인하였다.
- 따라서 첫 번째 위치가 30mm, 두 번째 위치가 60mm, 세 번째 위치가 90mm이다. X축과 Z축 방향으로 Dial gauge를 설치한 후, 첫 번째 위치에 Dial gauge 값을 0으로 맞추고 다이얼 게이지를 이송하여 차이값을 측정하였다. 측정결과는 Table 1과 같다.
- 13은 KS규격에 따른 가공 시편의 형상 모델링을 나타낸 것이다. 가공된 시편의 측정 항목은 총 10개로 중심 원의 진원도, 원 주위 마름모의 측면 진직도와 밑면 기준 정밀도, 가로 세로 각 80mm 정사각형의 진직도 및 밑면 기준 직각도와 평행도, 마지막으로 좌측과 밑면 상의 경사면 진직도와 정밀도를 측정하며 각각의 항목들은 유정압베어링 허용 치수 정도 0.2mm를 만족해야 한다.
- 따라서 Fig. 3과 같이 회전력을 90° 선회시키기 위해서 Spiral bevel gear를 사용하고 형상을 최소화하여 분해조립이 가능하도록 설계하였으며, 회전력을 안정적으로 전달하기 위해서 정밀베어링을 설치하고 회전축을 구성하였다.
- 따라서 공작기계 스핀들에서 회전력이 전달된 후 베어링의 측면을 가공하기 위해 90° 회전 각도를 가진 Fig. 1과 같은 구조로 설계하였다.
- 베벨기어에 의하여 회전력이 90° 직교된 상태에서 Fig. 1과 같이 평기어열을 사용하여 앵글헤드 하부의 스핀들 축까지 동력을 전달하도록 설계하였다.
- 본 연구에서는 2D 및 3D 모델링과 간섭 확인 과정을 통해 5축가공기를 활용한 내면 형상가공에 최적화된 앵글헤드를 개발하였고, KS규격에 따라, 완성된 앵글헤드의 성능평가를 통하여 아래와 같은 결과 및 결론을 얻었다.
- 설계된 도면을 토대로 앵글헤드 스핀들의 각 부품을 제작하였으며, 조립 설계도면에 의거하여 부품을 순서대로 조립함으로써 Fig. 6과 같이 앵글헤드의 제작이 수행되었다.
- 8에 나타내었다. 앵글헤드를 공작기계에 장착 하고 1rpm으로 회전했을 때의 변위를 측정하며 베어링 덮개부의 X, Y, Z 각 축에 Gap sensor를 설치하여 데이터를 측정하였다. 흔들림 실험을 통하여 흔들림 오차를 총 3회 측정하였으며, 평균값을 나타낸 결과 데이터는 Fig.
- 1과 같이 평기어열을 사용하여 앵글헤드 하부의 스핀들 축까지 동력을 전달하도록 설계하였다. 유정압 베어링 내면 가공부의 깊이에 따라 평기어열의 길이를 선정하였으며 최하부 평기어의 중심축에 앵글헤드 스핀들의 중심축이 일치하도록 배열하였다.
- AutoCAD를 사용하여 설계된 앵글헤드 스핀들의 설계도면에서 부품은 총 49개로 구성되어 있으며, 2D 설계도면을 참고하여 CATIA S/W에서 3D 형상설계를 완성하였다. 이렇게 완성된 각각의 단품들을 CATIA 프로그램의 Assembly design 모듈을 이용하여 하나의 앵글헤드로 조립하였다. 여기서 Assembly design이란 3D modeling 된 각각의 단품들을 최종 조립했을 때 부품 간의 간섭을 확인하기 위한 과정이다.
- 90mm 연마봉을 장착한 앵글헤드 스핀들을 공작 기계에 장착 후 X-Z축에 Gap sensor을 설치하고 1rpm으로 회전시켰을 때 각 위치에서 변위를 측정하였다. 측정부는 연마봉을 장착 후 30mm, 60mm, 90mm의 세 지점으로 나누어 선정하였으며 Fig. 10의 오른쪽 측정 장면에 원으로 표시한 바와 같다. 공작기계가 최초로 움직일 때와 마지막에 멈출 때는 정도에 영향을 주기 때문에 최초의 반 바퀴와 마지막 반 바퀴의 값은 제거한 후 측정데이터로 활용하였다.
- 앵글헤드를 공작기계에 장착 하고 1rpm으로 회전했을 때의 변위를 측정하며 베어링 덮개부의 X, Y, Z 각 축에 Gap sensor를 설치하여 데이터를 측정하였다. 흔들림 실험을 통하여 흔들림 오차를 총 3회 측정하였으며, 평균값을 나타낸 결과 데이터는 Fig. 9와 같다. 허용오차는 공작기계 스핀들의 끝단인 게이지라인으로부터 100mm지점에서 0.
대상 데이터
- AutoCAD를 사용하여 설계된 앵글헤드 스핀들의 설계도면에서 부품은 총 49개로 구성되어 있으며, 2D 설계도면을 참고하여 CATIA S/W에서 3D 형상설계를 완성하였다. 이렇게 완성된 각각의 단품들을 CATIA 프로그램의 Assembly design 모듈을 이용하여 하나의 앵글헤드로 조립하였다.
- 앵글헤드 자체만을 위한 동적정도 검사 매뉴얼이 없기 때문에 KS B ISO 10791-7에 기초하여 정밀 공작기계용 표준 가공시편을 활용하였다. KS B ISO 10791-7을 참조하여 가로, 세로 80mm의 시편을 설계하였으며 재질은 열과 부하가 적게 발생하는 알루미늄으로 선정 하였다. Fig.
- Table 2는 가공 정밀도 측정용 시편의 가공을 위해 선정된 절삭 조건이다. 공구는 앵글헤드 스핀들부의 콜렛에 적합한 6mm 평엔드밀을 사용하였으며 공구의 부하를 줄이기 위해 절입은 0.1mm로 선정하였다.
- 10의 오른쪽 측정 장면에 원으로 표시한 바와 같다. 공작기계가 최초로 움직일 때와 마지막에 멈출 때는 정도에 영향을 주기 때문에 최초의 반 바퀴와 마지막 반 바퀴의 값은 제거한 후 측정데이터로 활용하였다.
- 앵글헤드 자체만을 위한 동적정도 검사 매뉴얼이 없기 때문에 KS B ISO 10791-7에 기초하여 정밀 공작기계용 표준 가공시편을 활용하였다. KS B ISO 10791-7을 참조하여 가로, 세로 80mm의 시편을 설계하였으며 재질은 열과 부하가 적게 발생하는 알루미늄으로 선정 하였다.
- 02mm이다. 측정부위는 Angle head의 스핀들부로 게이지라인으로부터 200mm지점에서 측정하였고 따라서 허용오차는 0.04mm이다.
이론/모형
- 15는 최종적으로 가공이 완료된 검사 시편을 나타내고 있다. 가공이 완료된 검사 시편에 대하여 KS 규격(KS B ISO 10791-7)에 따라 3차원 측정기를 이용하여 가공정밀도 측정검사를 수행하였다. Table 4는 Fig.
- 7의 (b)와 같은 Digital dial gauge를 사용하여 앵글 스핀들 축의 평행도를 측정하였다. 모든 정적 검사는 KS 규격(KS B ISO 10791-2)에 따라 실시하였다.
- 제작된 앵글헤드의 완성도를 평가하기 위하여 정적정도 평가를 실시하였다. 정적 정도 평가는 KS 규격에 따라 실시하였으며 앵글헤드의 흔들림, 앵글헤드 스핀들 축의 진원도, 평행도를 Gap sensor와 Digital dial gauge를 이용하여 평가하였다. 측정 결과 대부분 측정 항목에서 허용공차를 만족함으로써 개발한 앵글헤드의 정적 정밀도가 확보되었다.
성능/효과
- 30mm 지점에서 X축, Z축 최대, 최소값 차이는 ±0.02에 근접 했으며 측정 위치가 앵글헤드 주축 단면부로 부터 멀어 질수록 최대, 최소값의 차가 큰 것을 확인할 수 있었다.
- Assembly design을 통해 간섭 검사를 수행한 후 앵글 헤드의 가상 구동을 통해 의도하는 방향으로 움직이는지를 확인하는 DMU(Digital mock up) 작업을 실시하였다. DMU에 의한 시뮬레이션 결과, 앵글헤드의 구조 설계는 간섭이 없이 원하는 방향으로 원활하게 구동함을 확인하였다.
- 가공 정밀도 검사를 위해 KS 규격을 토대로 정밀 공작기계 정도 측정을 위한 시편을 설계 및 가공하였다. 가공된 시편의 10개 측정부에 대한 3차원 측정 결과, 개발 목표인 유정압 베어링 허용치수 정도 0.2 mm를 만족하는 것을 확인하였으며 이를 통하여 제작된 앵글헤드의 신뢰성을 확보하였다.
- 정적 정도 평가는 KS 규격에 따라 실시하였으며 앵글헤드의 흔들림, 앵글헤드 스핀들 축의 진원도, 평행도를 Gap sensor와 Digital dial gauge를 이용하여 평가하였다. 측정 결과 대부분 측정 항목에서 허용공차를 만족함으로써 개발한 앵글헤드의 정적 정밀도가 확보되었다.
- 13에 기입되어져 있는 10개의 측정 부위에 대한 정밀도 측정 결과 값을 보여준다. 측정 결과, 모든 측정 항목에 대하여 0.08mm 이하의 정밀도 수준을 나타냄으로써 유정압 베어링 가공 시 요구되는 목표 치수 정도 0.2mm를 만족하였다.
- 측정결과, X축의 흔들림은 0.0001mm정도로 미미하게 허용오차를 벗어났고, Y축과 Z축의 흔들림은 허용오차 이내에서 변하는 것을 확인할 수 있었다. X축의 오차 0.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.