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스트레인게이지 타입 회전형 공구동력계 개발과 3축 정적 하중 검증
Development of Strain-gauge-type Rotational Tool Dynamometer and Verification of 3-axis Static Load 원문보기

한국기계가공학회지 = Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, v.18 no.9, 2019년, pp.72 - 80  

이동섭 (경남대학교 대학원 기계응용공학과) ,  김인수 (경남대학교 대학원 기계응용공학과) ,  이세한 (경남대학교 기계공학부) ,  왕덕현 (경남대학교 기계공학부)

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In this task, the tool dynamometer design and manufacture, and the Ansys S/W structural analysis program for tool attachment that satisfies the cutting force measurement requirements of the tool dynamometer system are used to determine the cutting force generated by metal cutting using 3-axis static...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 회전형 공구에 부착해서 절삭력을 측정할 수 있는 스트레인게이지 타입의 회전형공구동력계 구조물을 설계하고자 한다. 그리고 이 구조물의 3축과 Fc방향의 힘을 정적으로 측정하여 구조물의 각 분력을 측정할 수 있는지 검증하고자 하며, 향후 무선통신방법으로 각 분력의 힘을 측정할 수 있는 회전형 공구동력계를 완성하고자 한다.
  • 본 연구에서는 회전형 공구에 부착해서 절삭력을 측정할 수 있는 스트레인게이지 타입의 회전형공구동력계 구조물을 설계하고자 한다. 그리고 이 구조물의 3축과 Fc방향의 힘을 정적으로 측정하여 구조물의 각 분력을 측정할 수 있는지 검증하고자 하며, 향후 무선통신방법으로 각 분력의 힘을 측정할 수 있는 회전형 공구동력계를 완성하고자 한다.
  • 본 장치는 절삭력 측정이 가능한 공구동력계 설계 및 개발을 목적으로 진행한다. 설계를 진행시킨 뒤 검증실험을 통하여 이론값과 수치적 차이를 구하고 보상값을 통한 보상을 시킨 뒤 장치를 완성시킨다.

가설 설정

  • 본 과제에서는 상기 기준을 만족하기 때문에 Force Sensing은 스테인리스강 등급 304를 사용하였으며 자세한 재료의 성질은 Table 1에 표시되어 있으며, 절삭력을 측정할 수 있고 스핀들 공구에 통합된 힘감지 요소 설계 밀링 및 시추 작업의 홀더 회전 시절단력(Fc) 방향은 100kgf으로 하고 공작물의 스핀들 압력에 의한 추력(Ft)은 대략적으로 가정된다. 3000 N을 Z축 방향에 적용하고 밀링 공정은 공급 속도로 인해 변환 움직임이 있기 때문에 수직 절단력(FcN)은 운동에 따라 발생하며 최대 값은 약 100kgf으로 가정한다.
  • 힘 감지 요소의 재료 선택에는 환경적 문제, 힘의 크기, 기계적 통합, 강성, 높은 자연 주파수 및 부식 내성을 포함한 몇 가지 요소가 있다. 본 과제에서는 상기 기준을 만족하기 때문에 Force Sensing은 스테인리스강 등급 304를 사용하였으며 자세한 재료의 성질은 Table 1에 표시되어 있으며, 절삭력을 측정할 수 있고 스핀들 공구에 통합된 힘감지 요소 설계 밀링 및 시추 작업의 홀더 회전 시절단력(Fc) 방향은 100kgf으로 하고 공작물의 스핀들 압력에 의한 추력(Ft)은 대략적으로 가정된다. 3000 N을 Z축 방향에 적용하고 밀링 공정은 공급 속도로 인해 변환 움직임이 있기 때문에 수직 절단력(FcN)은 운동에 따라 발생하며 최대 값은 약 100kgf으로 가정한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
z축 측정 실험의 목적은 무엇입니까? 2축 측정 실험은 절삭력 측정과 프로그램의 설계, 스트레인 게이지의 부착 위치의 이상 유무를 평가하는 실험이다. z축 측정 실험은 측정되는 데이 터와 이론 변형률 값의 차이를 분석하고 보정하기 위한 실험이며 소재 측 측정 실험은 소재 측에 힘을 가했을 때 데이터를 측정하는 실험으로 z축 측정 실험의 보정값으로 측정된 데이터를 보정하여 분석한다.
절삭력을 측정해야하는 이유는 무엇입니까? 절삭 성능과 관련된 가장 중요한 가공 공정 변수 중 하나는 절삭 공구가 가공물을 자르고 깎을   때 발생하는 절삭력이다. 또한 기계 공구 설계 및절삭 프로세스 최적화 절삭 공구 성능의 기초 연구 조사, 표면 거칠기의 예측, 공구 마모 모니터링, 기타의 채터링 예측 등의 중요한 지표로 사용된다. 일반적으로 테이블 동력계는 가공물이 있는 밀링및 천공 공정에서 절삭력을 측정하는 데 사용된다.
가공 공정에서 필수적인 요건은 무엇입니끼? 절삭력 측정은 가공 공정에서 필수적인 요건이다. 절삭 성능과 관련된 가장 중요한 가공 공정 변수 중 하나는 절삭 공구가 가공물을 자르고 깎을   때 발생하는 절삭력이다.
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참고문헌 (7)

  1. Kim, J. D. and Kim, D. S., "A Development of Combined-Type Tool Dynamometer for Ultraprecision lathe with Piezo-Film Accelerometer", Journal of the Korean Society for Precision Engineering, Vol. 12, No. 2, pp. 87-96, 1995. 

  2. Kang, M. C., Kim, J. S., Lee, D. W., Lee, K. Y. and Kim, J. H., "Development of 3-Component Tool Dynamometer for Evaluation of Machinability in High Speed Machining", Journal of the Korean Society for Precision Engineering, Vol. 16, No. 5, pp. 11-18, 1999. 

  3. Kang, I. S., Kim, J. H., Hong, C. and Kim, J. S., "Development and evaluation of tool dynamometer for measuring high frequency cutting forces in micro milling" International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, Vol. 11, No. 6, 2010. 

  4. Totis, G., Wirtz, G., Sortino, M., Veselovac, D., Kuljanic, E. and Klocke, F., "Development of a dynamometer for measuring individual cutting edge forces in face milling", Mechanical Systems and Signal Processing, Vol. 24, No. 6, pp. 1844-1857, 2010. 

  5. Kim, J. S., Jo, H. G., and Wang, D. H., "Development of Octagonal Ring Load Cell Based on Strain Rings", Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, Vol. 17, No. 4, pp. 97-103, 2018. 

  6. Kim, J. S., and Wang, D. H., "Development of Large-scale Tool Dynamometer for Measuring Three-axis Individual Force", Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, Vol. 18, No. 5, pp. 29-36, 2019. 

  7. Muhammad Rizal, Jaharah A. Ghani, Mohd Zaki Nuawi, Che Hassan Che Haron "Development and testing of an integrated rotation dynamometer on tool holder for milling process", Mechanical Systems and Signal Processing, 52-53 pp. 559-576, 2015. 

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