[논문]고속가공용 엔드밀의 성능평가

이정무; 김건주; 정윤교

고속가공용 엔드밀의 성능평가
Performance Evaluation of Endmill in High Speed Machining 원문보기

이정무 (창원대 기계공학과) , 김건주 (창원대 기계공학과) , 정윤교 (창원대학교)

Recently, in machining industry much progress has been made by taking advantage of high speed machining. On the other hand as disadvantage high speed machining involves shortening the life of cutting tool. In this research we want to evaluate the performance of appropriate endmill for high speed machining in accordance with surface roughness of land width and clearance angle of flat-endmill

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문제 정의

그림에서 보는 바와 같이, 절삭 시간의 증가에 따라 Fx 및/Fx는 점진적 증가 추세를 보이고 있으며, 이는 엔드밀인선부의 여유면 마모가 증가함에 따라, 절삭저항 및 절삭저항의 변동폭이 증가하고 있음을 시사하고 있다. 따라서 본 연구에서는 엔드밀의 각종 형상 조건(랜드부의 표면조도 및 여유각의 변화)에 따른 Fx 및/Fx의 단위시 간당 증가량 Fx/dl 및 /Fx/dt에 착안하여 공구 성능을 평가하는 것으로 하였다. 또한, Fig.
따라서 본 연구에서는 초미립초경 합금(WC제)으로 제작되어진엔드밀을 사용하여 금형 소재인 합금공구강(NAK80)에 대하여 절삭 작업을 수행하였을 때, 엔드밀의 랜드부 표면조도와 1차 여유각이 공구의 성능에 미치는 영향을 파악하여 향후 고속가공 수행 시 엔드밀 형상 제작의 기초 데이터를 확보함과 동시에 실용적인 고속가공용 엔드밀 제작의 지침을 마련하고자 한다.

제안 방법

절삭저항의 측정은 압전소자형 공구동력계(Kistler 9257B)를 사용하여 절삭 저항의 3분력을 측정하였으며, 엔드밀랜드부의 표면조도 Rmax는 촉침식 표면조도계를 이용하여 측정하였으며, Fig. 1의 엔드밀의 기하학적인 모식도에서 표시되어진 엔드밀의 1차 여유각。, 공구 인선부의 마모 및 파손은 공구현미경(MF-1030TH, Mitutoyo)를 사용하여 관찰하였다. 본 실험에서 사용한 실험장치의 개략도는 Fig.
3은 절삭가공 수행 시 1초간에 변환된 저항신호의 양상을 보여주고 있다. Fig. 3에서 측정되어진 신호로부터, 그림에서 보는 바와 같이 절삭 저항의 평균값 Fx 및 절삭저항의 표준편차의 값즉, 절삭 저항의 변동폭, Fx를 계산하여 엔드밀의 성능 평가에 활용하였다.
절삭 작업에 있어서 절삭저항의 측정은 공구의 성능을 평가하는 데 있어서 중요한 정보를 제공한다. 본 연구에서는 절삭저항을 측정하기 위하여 공구동력계를 사용하였으며, 얻어진 저항신 호를 다 채널 증폭기를 통하여 증폭시킨 후, PC에 장착된 변환기에 의해 변환 후 저항신호로 활용하였다.
본 연구에서는 초미립WC제로 제작되어진 플랫엔드밀의 랜드부 표면조도 및 여유각을 변화시켜 합금공구강(NAK80)을 절삭하였을 때 발생되는 절삭저항으로부터 단위 시간당의 주분력의 증가량 및 주분력의 변동폭의 증가량의 관점에서 공구의 성능을 검토한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
또한 Table 1은 본 실험에 사용한 엔드밀의 화학적 성분을, Table 2는 실험조건을 나타내었다. 실험에서 절삭 속도, 피드 및 절입 깊이는 일정하게 설정하여 지속적으로 절삭 작업을 수행하여 공구 인선의 변화를 절삭 저항을 측정함으로써 간접적으로 파악하였으며 절삭유제는 사용하지 않았다.

대상 데이터

절삭 작업을 수행하기 위해 사용되어진 공작기계는 주축회전수가 최대 8000 rpm인 수직형 M/C(화천 Sirius-2) 를 사용하였으며, 피삭제로는 금형재료로 일반적으로 사용하고 있는 합금공구강(NAK80)을 사용하였다.

성능/효과

(1) 단위 시간당 공구의 성능평가를 수행함에 있어 절삭저항의 증가량 및 절삭저항의 변동폭의 증가량을 사용함이 타당하다는 것이 입증 되었다.
(2) 랜드 부 표면조도는 공구의 마모에 큰 영향을 미친다. 공구제작 시 랜드부의 표면을 좋게 할 필요가 있다.
(3) 공구의 여유각의 증가는 공구의 성능을 개선시키나 공구 수 명의 관점에서는 나쁜 영향을 가져옴을 알았다.
10은 엔드밀의 여유각이 4。, 6。, 8。10° 인공구로 가공을 하였을 때 주분력의 크기를 나타낸 그림으로써, 인선의 여유각이 커지면 날이 예리하게 되어져 절삭저항이 작아 짐을 알 수 있다. 그러나, Fig. 11 과 Fig. 12에서 보는 바와 같이 주분력의 증가율 및 주분력 변동폭의 증가율을 보면 여유각이 커질수록 즉, 인선이 예리하면 할수록 여유면 마모율이 증가하여져 공구의 수명에는 좋지 않은 결과를 가져옴을 알 수 있다.
9은 표면조도의 상이에 따른 단위 시간당의 주분력 변동폭의 증가량을 나타내고 있다. 표면조도의 증가에 따라 주분력의 증가량 및 주분력 변동폭의 증가량이 크게 되는 것으로 보아랜드부 표면조도가 커지면 가공시간의 증가에 따라 공구의 마모가 더욱 격심하게 되어진다는 것을 알 수 있다. 따라서, 공구의 제작 시 랜드부의 표면을 양호하게 연마할 필요가 있다.

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