본 연구에서는 선삭 작업에서 가공 여유각 변경에 따른 피삭재의 형상정밀도가 어떻게 변화되는지 분석하고자 하였다. 피삭재는 3가지로 SM45C(기계구조용탄소강), SCM415(크롬몰리브덴강), STS303(스테인리스강)을 선택하여 정해진 가공조건인 회전속도 2,500 rpm으로 시작하여 이송속도 0.07 mm/rev와 0.10 mm/rev를 기준으로 가공깊이 0.1 mm, 0.2 mm, 0.3 mm 그리고, 절인 경사각인 네거티브 경사각 $0.0^{\circ}(-6.0^{\circ})$, $0.3^{\circ}(-6.3^{\circ})$, $0.9^{\circ}(-6.9^{\circ})$의 3가지 형태로 가공하였을 경우, 재료별 가공정밀도, 원통도, 동축도, 진원도 등의 결과를 비교 분석하였다. 피삭재의 재질별로 알아본 원통도의 정밀도는 $0.0^{\circ}{\rightarrow}0.3^{\circ}{\rightarrow}0.9^{\circ}$의 순으로 $0.9^{\circ}$일 경우가 가장 좋은 원통도 값을 나타냈다. 결과적으로 바이트의 네거티브 경사각이 커지면 정밀도가 특정 부분에서 재질에 관계없이 좋아져서 가공성이 향상됨을 알 수 있었다. 또한, 이송속도와 절삭 깊이에 따라 가공형상이 변화한다는 것과 재질에 따라 다르게 적용되어야 한다는 것을 확인하게 되었다.
본 연구에서는 선삭 작업에서 가공 여유각 변경에 따른 피삭재의 형상정밀도가 어떻게 변화되는지 분석하고자 하였다. 피삭재는 3가지로 SM45C(기계구조용탄소강), SCM415(크롬몰리브덴강), STS303(스테인리스강)을 선택하여 정해진 가공조건인 회전속도 2,500 rpm으로 시작하여 이송속도 0.07 mm/rev와 0.10 mm/rev를 기준으로 가공깊이 0.1 mm, 0.2 mm, 0.3 mm 그리고, 절인 경사각인 네거티브 경사각 $0.0^{\circ}(-6.0^{\circ})$, $0.3^{\circ}(-6.3^{\circ})$, $0.9^{\circ}(-6.9^{\circ})$의 3가지 형태로 가공하였을 경우, 재료별 가공정밀도, 원통도, 동축도, 진원도 등의 결과를 비교 분석하였다. 피삭재의 재질별로 알아본 원통도의 정밀도는 $0.0^{\circ}{\rightarrow}0.3^{\circ}{\rightarrow}0.9^{\circ}$의 순으로 $0.9^{\circ}$일 경우가 가장 좋은 원통도 값을 나타냈다. 결과적으로 바이트의 네거티브 경사각이 커지면 정밀도가 특정 부분에서 재질에 관계없이 좋아져서 가공성이 향상됨을 알 수 있었다. 또한, 이송속도와 절삭 깊이에 따라 가공형상이 변화한다는 것과 재질에 따라 다르게 적용되어야 한다는 것을 확인하게 되었다.
This paper describes the changes of shape accuracy in workpiece materials depending on the turning clearance angle. The experiments started from choosing three workpiece materials, SM45C(machine structural carbon steel), STS303(stainless steel) and SCM415 (chrome-molybdenum steel). The experiments s...
This paper describes the changes of shape accuracy in workpiece materials depending on the turning clearance angle. The experiments started from choosing three workpiece materials, SM45C(machine structural carbon steel), STS303(stainless steel) and SCM415 (chrome-molybdenum steel). The experiments showed specifically how features of selected materials changed when they were processed with diverse machining depths, 0.1 mm, 0.2 mm and 0.3 mm, with various negative angles, $0.0^{\circ}(-6.0^{\circ})$, $0.3^{\circ}(-6.3^{\circ})$ and $0.9^{\circ}(-6.9^{\circ})$, and called cutting edge inclination starting from a fixed rotational speed, 2,500 rpm, focusing on the feed rate, 0.07 mm/rev and 0.10 mm/rev. The results of the accuracy of processing, cylindricity, deviation from coaxiality, etc. were compared using the graph and table. The accuracy of cylindricity in the order of degree $0.0^{\circ}{\rightarrow}0.3^{\circ}{\rightarrow}0.9^{\circ}$ depending on the workpiece materials showed the best cylindricity when it was $0.9^{\circ}$. In conclusion, the accuracy improved in specific degrees irrespective of the quality of the materials when the bite negative angles increased. This means that workability improved in these experiments. In addition, the processing shape changed depending on depth of the cut and feed rate.
This paper describes the changes of shape accuracy in workpiece materials depending on the turning clearance angle. The experiments started from choosing three workpiece materials, SM45C(machine structural carbon steel), STS303(stainless steel) and SCM415 (chrome-molybdenum steel). The experiments showed specifically how features of selected materials changed when they were processed with diverse machining depths, 0.1 mm, 0.2 mm and 0.3 mm, with various negative angles, $0.0^{\circ}(-6.0^{\circ})$, $0.3^{\circ}(-6.3^{\circ})$ and $0.9^{\circ}(-6.9^{\circ})$, and called cutting edge inclination starting from a fixed rotational speed, 2,500 rpm, focusing on the feed rate, 0.07 mm/rev and 0.10 mm/rev. The results of the accuracy of processing, cylindricity, deviation from coaxiality, etc. were compared using the graph and table. The accuracy of cylindricity in the order of degree $0.0^{\circ}{\rightarrow}0.3^{\circ}{\rightarrow}0.9^{\circ}$ depending on the workpiece materials showed the best cylindricity when it was $0.9^{\circ}$. In conclusion, the accuracy improved in specific degrees irrespective of the quality of the materials when the bite negative angles increased. This means that workability improved in these experiments. In addition, the processing shape changed depending on depth of the cut and feed rate.
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문제 정의
많은 연구자들이 선삭에서 재료별 표면거칠기 또는 형상정밀도에 영향을 미치는 가공조건을 찾고자 하는 연구[6]가 진행되고 있으며, CNC 선삭에서의 바이트 각도에 따른 피삭재의 표면조도에 미치는 영향을 분석하기도 하였다[7]. 본 논문에서는 이제까지 수행되지 않았던 선삭 여유각 변경에 따른 피삭재의 형상정밀도에 대한 실험 분석을 하고자 한다. 특히 3가지 재질(SM45C, SCM415, STS303)을 선택하여 정해진 가공조건에 따라 가공하였을 경우 피삭재에 대한 원통도, 동축도 및 진원도에 대한 특성을 알아보고자 한다.
본 연구에서는 선삭 여유각, 즉 가공 공구인 인서트 홀더의 절인 경사각을 변경시켜 피삭재별 가공특성을 알아보고자 실험을 수행하였다. 하였다.
본 논문에서는 이제까지 수행되지 않았던 선삭 여유각 변경에 따른 피삭재의 형상정밀도에 대한 실험 분석을 하고자 한다. 특히 3가지 재질(SM45C, SCM415, STS303)을 선택하여 정해진 가공조건에 따라 가공하였을 경우 피삭재에 대한 원통도, 동축도 및 진원도에 대한 특성을 알아보고자 한다.
제안 방법
하였다. 3가지 재질 SM45C(기계구조용탄소강), SCM415(크롬몰리브덴강), STS303(스테인리스강)을 선택하여 정해진 가공조건에 따라 가공하였을 경우 선택한 재질들의 원통도, 동축도, 진원도 등을 비교 분석하였다.
실질적인 연구와 측정에 사용될 시편을 제작하기 위해서 시편용 가공조건을 결정하여야 한다. SM45C, SCM415, STS303 등의 3종류 재료에 대해 가공 깊이를 0.1 mm, 0.2 mm, 0.3 mm로 결정하고 가공에 따른 이송속도를 0.07 mm./revm 0.
또한 인서트 바이트의 인선높이, 절인 경사각, 전면 여유각 등이 동시에 변화가 되는 팁 받침인 시트의 각도를 최초 가공하지 않은 0.0˚, 그리고 -0.3˚, -0.9˚로 받침 시트를 가공하여 3종류의 재료를 각각 18개씩 54개의 시험편을 가공하였다.
대상 데이터
사용된 시험재료로는 Fig. 9～Fig.11에 나타낸 바와 같이 SM45C, SCM415, STS303 등의 3종류로써 기초 가공용 CNC데이터를 코딩하고 각 재료별로 정삭가공을 위한 코딩작업을 다시 하여 실험데이터를 얻고자 하였다. [Table 2]는 선택 시험재료에 대한 기계적 성질을 나타낸 것이다.
측정 방법은 [Fig. 12]와 같이 측정한 원통도 결과 값으로 재질별 18개씩 총 54개의 데이터 값을 분석하였다. 재료 한 개당 중심기점을 최초 간격 포인트로 원통 24포인트를 측정하여 최초 기준점으로 일정간격으로 회전하며 터치 측정한 값이다.
데이터처리
동축도(coaxiality)는 2개 이상의 회전축을 가지는 형태로 축선이 일치하는 상태를 확인하는 측정이다. 본 연구 시편의 형상으로 볼 때 하나의 몸체에서 공통 축선을 가지는 형상으로 진원도 측정기로 검사한 결과 값을 [Table 4]와 같이 순차 합계방식으로 검증 절차를 거쳐 나타내었다.
이론/모형
본 연구를 위하여 피삭재를 가공하기 위해서 사용한 장비는 매우 정밀하고 사용에 전문성이 요구되는 장비로 CNC 터닝 센터(SKT200 Series)를 이용하였다[7].
성능/효과
1) 피삭재의 재질별로 알아본 원통도의 정밀도는 0.0° → 0.3° → 0.9°의 순으로 0.9°일 경우가 가장 좋은 원통도 값을 나타냈다.
2) 동축도의 측정결과, SCM415의 경우 feed = 0.10mm/rev에서 0.3˚ → 0.0˚→ 0.9˚순으로 결과가 일률적으로 보이고 있으나 결과 값을 수치로 비교하여 본다면 큰 변화는 찾아볼 수 없었다.
3) 그리고 진원도 측정 결과를 선삭 여유각으로 검토할 경우, SM45C의 경우는 0.9°, SCM415의 경우는 0.0˚, STS303은 0.9°의 경우 진원도가 가장 좋게 나타났다.
가공이송속도 feed = 0.10 mm/rev으로 가공 하였을 때는 반대로 0.9˚일 경우가 가장 좋은 원통도를 보였으며, 다음으로 0.3°와 0.0°로 확인되었다.
공작기계가 자동화되지 않은 시대에는 수동과 반자동식으로 숙련자의 손으로 직접 가공하는 전문직업인에 의해 가공 정밀도가 결정되었다. 그러나 컴퓨터가 발전하고 보급형으로 급격한 성장과정을 통하여 실패의 반복과 많은 경험으로 만들어진 데이터를 토대로 이론을 정립하고 실무에 적용하면서 공작기계의 정밀도가 매우 높아졌다.
넷째, STS303의 경우 feed = 0.07 mm/rev일 때는 0.0° → 0.3° → 0.9°의 순서로 0.9°일 경우가 좋은 원통도를 보였고, 가공 이송속도가 0.10 mm/rev일 때 또한, 0.0° → 0.3° → 0.9°순으로 순서에는 변화가 보이지 않았고 전체 평균으로 보아도 0.0° → 0.3° → 0.9°로 0.9°일 경우가 가장 좋은 원통도를 보이고 있다.
둘째, SCM415의 경우 feed = 0.07 mm/rev일 때는 0.3°일 때 가장 좋은 동축도를 보이고 있고, feed = 0.10mm/rev일 때는 0.3° → 0.0° → 0.9°순으로 안정적인 변화를 보이고 있으며, 0.9°일 때 가장 좋은 동축도 값을 보인다.
둘째, SCM415의 경우 전체 가공각도 기준으로 보면 0.9° → 0.3° → 0.0° 순으로 진원도 값이 좋게 나타나고 가공 이송속도로 보면 feed = 0.07 보다 feed = 0.10이 좋은 진원도를 보이고, 절삭깊이를 기준으로 보면 feed = 0.07일 때는 0.2 mm → 0.1 mm → 0.3 mm 순이었으며, feed = 0.10일 때는 0.1 mm → 0.3 mm → 0.2 mm 순으로 그 진원도가 값이 변화 하였다.
둘째, SM45C의 경우 feed = 0.07 mm/rev일 때는 0.9˚의 경우가 가장 좋지 못한 원통도를 보였고 0.0°∼0.3°의 경우 동일한 원통도 값을 보였다.
셋째, SCM415의 경우 feed = 0.07 mm/rev일 때는 0.9˚일 때 가장 좋은 원통도를 보이고 있고 0.0° → 0.3° → 0.9°의 순서로 좋은 원통도를 보이고 있다.
셋째, STS303의 경우도 전체 가공각도 기준으로 보면 0.3° → 0.0° → 0.9° 순으로 진원도 값이 좋게 나타나고 가공 이송속도로 보면 feed = 0.07 보다 feed = 0.10이 좋은 진원도를 보이고, 절삭깊이를 기준으로 보면 feed = 0.07일 때는 0.1 mm → 0.3mm → 0.2 mm에서 feed = 0.10일 때는 0.1 mm → 0.3 mm → 0.2 mm 순으로 그 진원도가 값이 변화하였다.
셋째, STS303의 경우도 첫째와 마찬가지로 가공 이송속도는 관계없이 산발적인 형태의 결과 값을 보이고 있으며 0.9° → 0.0°→ 0.3°의 순서로 0.3°일 경우 가장 좋은 동축도를 보이고 있다.
원통도(cylindricity)는 삼차원 좌표 측정기로 측정한 결과 값과 진원도 측정기로 측정한 결과 값을 [Table 3]에 통합하여 나타내었다. 정밀도 및 재질별 원통도에 대한 결과를 분석해 보면 첫째, 삼차원 측정기로 측정한 원통도 값과 진원도 측정기로 측정한 원통도 값을 비교하여 보면 대체로 삼차원 측정기로 측정한 원통도 값이 일부분을 제외한 거의 모든 시험재료에 대해 측정값이 높게 나옴을 알 수 있다. 이것은 삼차원 측정기의 측정방식이 부분 접촉식으로 전체 회전 접촉 방식의 진원도 측정기에 비하여 정밀도가 떨어짐을 알게 되었다.
첫째, SM45C의 경우 0.3° → 0.9° → 0.0°순으로 동축도 값이 좋게 나타나고 있으나 가공 이송속도별로 나누어 본다면 일률적인 변화를 찾아 볼 수 없고 산발적인 형태의 결과 값을 보였다.
첫째, SM45C의 경우 전체 가공각도 기준으로 보면 0.0° → 0.3° → 0.9°순으로 진원도 값이 좋게 나타나고 가공 이송속도로 보면 feed = 0.07 보다 feed = 0.10이 좋은 진원도를 보이고, 절삭깊이를 기준으로 보면 feed = 0.07일 때는 0.3 mm → 0.1 mm → 0.2 mm에서 feed = 0.10일때는 0.3mm → 0.2mm → 0.1mm 순으로 그 진원도가 변화하였다.
후속연구
시험 재료를 정밀 검사함에 있어서 가공장비의 정밀도를 체크하는 검사의 기능도 할 것이다. [Table 1]과 [Fig.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
기계의 작동효율이 떨어지는 것은 어떤 문제의 원인이 되기도 하는가?
특히, 축의 진원도가 좋지 않을 경우에는 고정밀 운전이 매우 어려우므로 기계의 작동효율이 떨어질 수 있다[1]. 이는 기계 안전성 및 모든 효율성을 악화시키는 결과를 초래하여 생산성이 저하되는 원인이 되기도 한다. 따라서 각 요소부품의 진원도는 회전체의 품질 및 수명에 깊은 연관성을 갖고 있으며 진원도를 향상시킬 수 있는 가공기술의 연구가 요구되기도 하였다[2].
원통도란 무엇인가?
원통도(cylindricity)는 모든 원형의 형태를 가진 물건들의 일정한 간격으로 떨어진 두 개의 원통영역의 말하며, 모든 표면들이 일정하게 정해진 영역에 있어야 하는 것을 원통도 공차역이라 한다[8]. 원통도 공차역은 한쪽 반지름이 규정된 공차 값 보다 큰 2개의 동심원통에 의해 만들어진 영역이다.
원통도 공차역은 무엇에 의해 만들어진 영역인가?
원통도(cylindricity)는 모든 원형의 형태를 가진 물건들의 일정한 간격으로 떨어진 두 개의 원통영역의 말하며, 모든 표면들이 일정하게 정해진 영역에 있어야 하는 것을 원통도 공차역이라 한다[8]. 원통도 공차역은 한쪽 반지름이 규정된 공차 값 보다 큰 2개의 동심원통에 의해 만들어진 영역이다.
참고문헌 (8)
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M. M. Yoon et al., "Study on the Roundness Characteristics of Round Shape Machining", Proceedings of the KSPE, pp. 1134-1137, 2005.
Lee, H. Y., "Tool Life and Characteristic of Surface Roughness in Turning Operation of Stainless Steel", Master Thesis, Chungbuk University, 2001.
Hong, S. H. "Effects of the cutting condition on Machinability of Aluminium Alloy", Master Thesis, Seoul National University of Science and Technology, 2012.
Lee, Y. C., "CAD/CAM Script Application Techniques for Addition Axial Application of CNC M/C", J. of the KAIS, Vol. 10, No. 6, pp. 1157-1163, 2009.
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Kim, G. C., "Effect of the Bite Angle on the Surface Roughness of Workpiece Material in CNC Turning", Master Thesis, Kyonggi University, 2013.
KS B3202, "Carbide Tool Bite", Korean Standard Association, 2012.
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