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제안 방법
- Taguchi법은 기계, 화학, 전기, 전자 등 산업 전반에 걸쳐 생산 공정의 공정 조건을 최적화 하고 품질손실비용을 줄일 수 있는 최적화 설계기법이다[13-17]. 따라서 방전가공 공정의 특성치를 최적화 하고 생산성과 정밀도를 향상 시키기 위해 직교 배열에 의한 실험계획표를 작성하고 실험자료를 근거로 S/비를 도출하였다. 그리고 분산분석(ANOVA)을 통해 가공변수의 유의성을 검정하였으며 특성치인 표면거칠기에 대한 최적 방전조건을 구하였다.
- 이 방법에 따르면 총 변수조합에 비하여 현저히 감소된 실험만으로 각 변수의 영향을 확인할 수 있게 되었다. 또한 변수들을 현실적으로 제어가 가능한 제어변수와 제어가 어려운 잡음변수로 구분하여 최적 제어 변수의 조합을 찾는 방법을 제안하였다. 이는 복잡한 통계이론을 통하여 잡음변수의 영향을 차단하고자 하는 종래의 실험계획법에 비하여 훨씬 더 이해하기 쉽고 현실적인 방안으로 받아들여지고 있으며 강건설계의 기본적인 수단을 이루고 있다.
- 방전가공조건이란 기계의 제어회로에 내장 되어있는 기능 중 가공속도와 정밀도를 제어하는 요소를 포함하고 있다. 본 연구에서는 방전전류 (current), 방전시간(pulse on-time), 방전전압 (voltage), 서보속도(servo speed), 방전속도 (spark speed) 등의 방전가공조건에 따라 구리전극을 사용하여 가공된 재료의 표면거칠기에 미치는 영향을 알아보았다. 사용된 시편은 SCM440강으로 구조용강의 하나이며 기계적 성질이 우수하고 열처리에 의해 성질을 개선시켜 사용하며, 구조용 합금강은 구조용 탄소 강의 기계적 성질을 합금원소를 첨가하여 개량한 재질로서 축(shaft)류, 기어(gear)류, 너트(nut)류 등 강인성을 필요로 하는 기계부품에 사용된다.
- Table 4는 실험에 사용된 제어인자와 각 수준에 따른 방전가공조건을 나타내었다. 실험방법은 SCM440강에 방전전류, 방전시간, 방전전압, 서보속도, 방전속도를 바꾸어가며 깊이 1mm로 방전펄스를 실시하였다. 각 인자의 수준은 3수준으로 총 27번의 가공을 실시하고, 이를 3회 반복실험을 하였다.
- 이런 방식으로 총 81회의 실험을 하고 결과물에 대해 표면거칠기 측정기로 표면거칠기를 측정하였다. 이러한 측정값들을 통계적 기법을 이용하여 방전가공의 최적조건을 선정하였다. 여기서 A는 방전전류, B는 방전시간, C는 방전전압, D는 서보속도, E는 방전속도이다.
대상 데이터
- 본 실험에서는 두께 7mm, 너비 20mm, 길이 135 mm 의 SCM440강을 너비 방향 직선 절삭하여 두께 3mm의 시편을 27개 제작하였다. 방전가공 시 피삭 재가 떨리는 현상을 방지하기 위해 베드에 피삭재를 단단히 고정하였고 피삭재의 위, 아래 분무압이 같도록 Z축의 높이를 조정하였다.
- 본 연구에서는 방전전류 (current), 방전시간(pulse on-time), 방전전압 (voltage), 서보속도(servo speed), 방전속도 (spark speed) 등의 방전가공조건에 따라 구리전극을 사용하여 가공된 재료의 표면거칠기에 미치는 영향을 알아보았다. 사용된 시편은 SCM440강으로 구조용강의 하나이며 기계적 성질이 우수하고 열처리에 의해 성질을 개선시켜 사용하며, 구조용 합금강은 구조용 탄소 강의 기계적 성질을 합금원소를 첨가하여 개량한 재질로서 축(shaft)류, 기어(gear)류, 너트(nut)류 등 강인성을 필요로 하는 기계부품에 사용된다. 실험의 효율적인 결과도출을 위해 실험계획법 중의 하나인 Taguchi법을 사용하였다.
데이터처리
- 회귀함수가 얼마나 유효한가는 분산분석표를 작성하여 t-검정을 실시하거나, 실험에서 얻어지는 총 편차의 제곱 합과 회귀제곱 합으로부터 구해지는 결정계수 R2을 이용하여 평가한다. 각 인자들로부터 표면거칠기를 예측하기 위한 방법으로 Table 5의 자료를 이용하여 구리전극을 이용한 방전가공에 있어서 방전 조건과 표면거칠기의 다중회귀식을 구하였다.
- 따라서 방전가공 공정의 특성치를 최적화 하고 생산성과 정밀도를 향상 시키기 위해 직교 배열에 의한 실험계획표를 작성하고 실험자료를 근거로 S/비를 도출하였다. 그리고 분산분석(ANOVA)을 통해 가공변수의 유의성을 검정하였으며 특성치인 표면거칠기에 대한 최적 방전조건을 구하였다.
- Table 4의 실험조건에 따라 구리전극을 사용하여 실험한 후 표면거칠기를 Ra[μm] 를 구하고, 자료의 정규성검토를 하였다. 정규성을 검정하는 통계적 방법으로 여러 가지가 있으나, 여기서는 Anderson- Darling검정을 사용하였다. 이 검정은 경험적 누적 분포함수를 기초로 한 검정 방법으로 좋은 검정력을 가지며, 분포의 높은 값과 낮은 값들에서 정규성으로부터 이탈을 탐지 하는데 특히 효과적이다.
- 다중회귀분석(multiple regression analysis)은 두 개 이상의 예측변수와 한 개의 반응변수와의 관계를 직선으로 가정하는 회귀분석을 말한다. 회귀함수가 얼마나 유효한가는 분산분석표를 작성하여 t-검정을 실시하거나, 실험에서 얻어지는 총 편차의 제곱 합과 회귀제곱 합으로부터 구해지는 결정계수 R2을 이용하여 평가한다. 각 인자들로부터 표면거칠기를 예측하기 위한 방법으로 Table 5의 자료를 이용하여 구리전극을 이용한 방전가공에 있어서 방전 조건과 표면거칠기의 다중회귀식을 구하였다.
이론/모형
- 본 연구에서는 Taguchi법을 이용하여 SCM440강을 피삭재로 사용하여 방전가공을 하였다. 이에 따른 표면거칠기의 영향을 분석한 결과에 의하면, 표면거칠기에 많은 영향을 미치는 공정변수는 방전 전류, 방전시간, 방전전압이며, 서보속도와 방전 속도는 상대적으로 그 영향이 미미하였다.
- 사용된 시편은 SCM440강으로 구조용강의 하나이며 기계적 성질이 우수하고 열처리에 의해 성질을 개선시켜 사용하며, 구조용 합금강은 구조용 탄소 강의 기계적 성질을 합금원소를 첨가하여 개량한 재질로서 축(shaft)류, 기어(gear)류, 너트(nut)류 등 강인성을 필요로 하는 기계부품에 사용된다. 실험의 효율적인 결과도출을 위해 실험계획법 중의 하나인 Taguchi법을 사용하였다. Taguchi법은 기계, 화학, 전기, 전자 등 산업 전반에 걸쳐 생산 공정의 공정 조건을 최적화 하고 품질손실비용을 줄일 수 있는 최적화 설계기법이다[13-17].
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