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볼엔드밀 공구에 의한 사각형상 가공시 공구 휨에 따른 절삭력 특성
Cutting Force Characteristics and Tool Deflection When Machining Rectangular Shapes with a Ball End Mill 원문보기

한국기계가공학회지 = Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, v.18 no.6, 2019년, pp.26 - 32  

김인수 (경남대학교 대학원 융합기계공학과) ,  김상현 (경남대학교 대학원 융합기계공학과) ,  이동섭 (경남대학교 대학원 융합기계공학과) ,  왕덕현 (경남대학교 기계공학부)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Ball end mills used for high-speed and high-precision machining require longer machining time than flat end mills or face cutters, since the tool diameter is limited and the rigidity is reduced by the characteristics of the tool's cutting edge: at the top end of the tool, the cutting speed approache...

주제어

#볼엔드밀 공구   #공구동력계   #와전류센서 시스템   #고속가공   #절삭력  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 볼엔드밀 가공 중 발생하는 공구의 변형과 이에 따른 절삭력변화를 연구하기 위하여 실험적인 방법을 통하여 실제 가공 중 비접촉식으로 고정도의 측정이 가능한 와전류센서(eddy-current sensor)를 공구에 부착하여 온라인으로 변형량을 측정하는 방법과 동시에 공구동력계를 사용해서 절삭력을 측정하는 방법을 사용하였다 가공조건에 따른 공구의 변형을 측정하고 측정된 데이터를 바탕으로 가공방향에 따른 절삭력의 변화와 공구변형 특성을 파악하여 절삭조건에 따른 생산성 향상을 도모하고자 한다.

가설 설정

  • 볼엔드밀 가공의 공구변형 모델을 정의할 때 공구는 절삭날에 존재하는 홈 에 의해 매우 복잡한 (flute)형상을 띄게 되므로 변형모델을 단순한 봉의 형태로 나타낼 수 있다 공구홀더는 강체로서 변형이 일어나지 않는다고 가정하고 공구날은 공구홀더에 고정된 외팔보(Cantilever beam)로 간주하여 모델을 정의할 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
고속화 고정밀화가 요구되는 가공시스템으로 변화되는 배경은 무엇인가 첨단화된 기계 장비를 이용하여 제품을 자동생산 함에 있어 관련된 필요 기술들 특히 공구소재기술, 공구활용기술들도 발전해야 한다 현재는 다양한 용도와 여러 분야에 필요한 부품을 생산하기 위해 효율적인 연구개발이 이루어져 공작기계들이 산업현장에서 활발히 사용되고 있다 산업현장에서는 효율적인 투자를 통한 생산성 향상과 품질 향상을 위하여 고속화 고정밀화가 요구되는 가공시스템으로 변화되고 있다 각종 기계 구성부품의 가공정밀도의 개선 생산성의 개선은 가공경비를 감소시켜 경쟁력을 강화시키고 있다 특히 최근 기계 가공에서 요구되는 납기단축과 제조경비절감에 따른 생산성 향상이 이루어지고 있다[1].
볼엔드밀 가공의 특성은 무엇인가 볼엔드밀 가공은 공구날 끝의 반구형 부분에서 공구날 형상 특성상 절삭날을 따라 연속적으로 변하는 절삭특성을 가지고 있으므로 날의 형상이 계속적으로 변하는 절삭기구를 해석적인 식으로 표현하기가 어렵다. 기존의 해석적 모델  (analytical model)들은 모든 3차원 절삭은 2차원 경사절삭의 합으로 표현할 수 있다는 가정에서 출발하였으므로 전단각과 마찰각 등 입력데이터의 정확성이 필요하고 절삭력 예측에 필요한 입력데이터를 구하기 위해서는 실험을 거쳐야하는 단점을 가지고 있다.
볼엔드밀가공의 가공조건 선정이 어려운 이유는 무엇인가 금형가공에 주로 사용되는 볼엔드밀가공은 평엔드 밀가공이나 페이스커터 가공과 비교하여 가공시간이 매우 길고 사용되는 커터의 직경이 극히 제한되며 공구의 절삭부가 입체적인 반구 형태라는 형상 특성으로 인하여 강성이 저하하며 공구 정점부에서는 절삭속도가 이 되어 이론적으로 절삭이 이루어지지 않는다 그리고 공작물의 곡면경사와 공구 날의 위치에 따라 절삭속도가 변하기 때문에 가공조건 선정이 상당히 어렵다 볼 형상의 특성상 공구의 중심날에서의 절삭은 거의 없고 최외각날에서 큰 절삭을 발휘하게 되는데 이러한 절삭력의 불규칙한 형태는 공구의 변형을 일으키고 공구의 수명을 단축시킨다[2].
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참고문헌 (6)

  1. Lee, C. M., Ryu, S. P., Ko, T. J., Jung, J. Y., Chung, W. J., “A study on the Analysis and Evaluation of Cutting forces for High Speed Machining by a Ball-end mill,” Journal of the Korean Society for Precision Engineering, Vol. 22, No. 5, pp. 167-174, 2005. 

  2. Doo, S., Hong, J. W. and Suh, N. S., “A study on the Cutting Force and Machining Error on the Inclined Plane in Ball-end Milling,” Journal of the Korean Society for Precision Engineering, Vol. 18, No. 7, pp. 112-119, 2001. 

  3. 10.1016/0020-7357(82)90016-6 Kline, W. A., DeVor, R. E., and Lindberg, J. R., “The Prediction of Cutting Force in End Milling with Application to Cornering Cuts,” International Journal of Machine Tool Design and Research, Vol. 22, pp. 7-22, 1982. 

    상세보기 crossref

  4. 10.1115/1.2831055 Feng, H. Y., Menq, C. H., Menq, “A Flexible ball end milling system model for cutting force and machining error prediction,” Journal of Manufacturing Science and Engineering, Vol. 118, pp. 461-469, 1996. 

    상세보기 crossref

  5. 10.1016/0890-6955(94)90052-3 Feng, H. Y., Menq, C. H., “The prediction of cutting forces in the ball-end milling process-I. Model formulation and model building procedure,” International Journal of Machine Tools and Manufacture, Vol. 34, No. 7, pp. 697-710, 1994. 

    상세보기 crossref

  6. Kim, G. M., Cho, P. J., Kim, B. H., Chu, C. N., “Cutting Force Prediction in the Ball-End Milling Process of Various Cutting Area Using Z-map,” Journal of the Korean Society for Precision Engineering, Vol. 14, No. 3, pp. 57-65, 1997. 

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