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문제 정의
- 건식선삭가공시 압축공기를 사용한 건식 가공과 일반적인 건식 가공의 절삭 특성이 어떤 차이를 보이는지 알아보고 압축공기를 사용한 건식선삭가공의 최적 가공조건을 선정하기 위하여 실험한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. 절삭력은 절삭 깊이와 이송 속도에 큰 영향을 받았으며, 압축공기를 사용한 건식 가공이 대체적으로 더 작은 절삭력을 필요로 하였다.
- 그러므로 본 논문에서는 건식선삭가공시 압축공기를 이용하여 건식 가공에서 필요로 하는 절삭유의 기능들을 얼마나 만촉할 수 있는지를 연구하였다. 실험은 일반적으로 많이 쓰이는 시편과 공구로 CNC 선반에서 진행되었다.
제안 방법
- 다구찌 실험 계획법을 이용하여 각각의 결과에 대한 최적 가공조건과 모든 결과에 대한 최적 가공조건을 선정할 수 있었다. 절삭력은 D=lmm, V=250m/min, F=0.
- 위 실험을 통해 압축공기를 사용한 건식 가공이 일반적인 건식 가공보다 절삭력, 공구 마모, 표면 거칠기면에서 더 좋은 절삭 특성을 보여주는 것을 알 수 있었다. 따라서 다 구찌 실험 계획법을 통해 압축공기를 사용한 건식 가공의 최적 가 공조건을 선정해보았다. 모든 인자를 3수준으로 하여 실험하였고, 외측 배열에 절삭력, 공구 마모, 표면 거칠기를 두었다.
- 표면 거칠기를 측정하기 위하여 MaMu사의 Surface Roughness Tester를 사용하였으며 중심선 평균 거칠기(Ra)를 측정하였다. 또한 공구 마모를 측정하기 위하여 Nikon사의 Optical Microscopy(ME600 Type)를 이용하였으며 플랭크 마모(flank wear)를 측정하였다.
- 모든 실험은 CNC선반에 프로그램을 입력하여 실시되었으며, 입력한 프로그램에 의해 절삭이 시작되면 절삭력은 KISTLER사의 공구 동력계(9257 Type)를 이용해 측정된다. 측정이 된 데이터는 Charge Amplifier(5019 Type)통하여 신호가 증폭이 되어 A/D 변환기를 통해 데이터가 수치화 된다.
- 따라서 다 구찌 실험 계획법을 통해 압축공기를 사용한 건식 가공의 최적 가 공조건을 선정해보았다. 모든 인자를 3수준으로 하여 실험하였고, 외측 배열에 절삭력, 공구 마모, 표면 거칠기를 두었다. 실험 결과를 망소 특성으로 하여 분석한 결과 Table 4와 Fig.
- 측정이 된 데이터는 Charge Amplifier(5019 Type)통하여 신호가 증폭이 되어 A/D 변환기를 통해 데이터가 수치화 된다. 수치화된 데이터를 통해 주분력(principal -force)을 IBM PC를 통해 확인하였다.
- 실험은 일반적으로 많이 쓰이는 시편과 공구로 CNC 선반에서 진행되었다. 실험 횟수를 최소화할 수 있는 장점을 가지는 직교배열법을 이용해 실험을 수행한 후 절삭력, 공구 마모, 표면 거칠기에 영향을 미치는 요인을 비교하였고, 다 구찌 실험 계획법을 통하여 각각의 인자에 대한 SN비(Signal to Noise Ratio)를 분석해 최적 가공조건을 선정하여 기계의 특성에 대하여 잘 모르는 사용자도 적절한 가공조건을 선택할 수 있는 방법을 제시하고자 한다.
- 실험은 압축공기를 이용한 드라이 선삭 가공과 일반적인 드라이 선삭 가공을 각각 9조건의 실험을 실시하였고 정밀한 측정 결과를 위해 3회 반복 실험하여 총 54회의 실험을 실시하였다. 절삭길이는 모두 12Km로 동일한 길이를 절삭하였다.
- 절삭길이는 모두 12Km로 동일한 길이를 절삭하였다. 압축공기를 사용하기 위하여 에어컴프레셔를 사용하였으며, 04mm인 고무호스를 연결하여 압축공기가 공구와 공작물이 접촉하는 곳에 투입될 수 있도록 하였다. 이때 압축공기는 0.
- 절삭력, 공구 마모, 표면 거칠기에 영향을 미치는 요인을 비교하였고, 각각의 인자에 대한 SN비를 분석하여 최적가공조건을 선정하였다. 이때 절삭력, 공구 마모, 표면 거칠기는 낮을수록 좋으므로 망소 특성에 대한 공식을 적용하여 각 실험번호별 신호 대 잡음비로 전환시켰다. 아래의 식(1)은 망소 특성에 대한 공식이다.
- 최적가공조건을 선정하기 위하여 다 구찌 실험 계획법을 이용하였다. 절삭력, 공구 마모, 표면 거칠기에 영향을 미치는 요인을 비교하였고, 각각의 인자에 대한 SN비를 분석하여 최적가공조건을 선정하였다. 이때 절삭력, 공구 마모, 표면 거칠기는 낮을수록 좋으므로 망소 특성에 대한 공식을 적용하여 각 실험번호별 신호 대 잡음비로 전환시켰다.
대상 데이터
- 8mm이다. 공구홀더는 외경선삭용 L형 PCLNR2525-M12로 옆날각(approach angle)과 앞날각 (end cutting edge angle)이 각각 5° 이고 절입각(entering angle)은 95-인 홀더를 사용하였다.
- 본 실험에 사용된 공구로는 일반적으로 생산현장에서 많이 쓰이는 CNMG120408로 TiN 코팅된 초경공구를 사용했다. 노즈 반경은 0.
- 2는 전체 실험장치를 나타낸 사진이다. 본 실험은 일반적인 건식선삭가공과 압축공기를 사용한 건식선삭가공 을 비교하고, 절삭 조건에 따라 다양한 인자들이 어떤 영향을 얼마나 미치는지 확인하기 위해 Table 1과 같은 실험장 치를 사용하였다.
- 실험용 피삭재로는 070mm에 길이가 120mm인 SM45C를 사용하였다.
- 그러므로 본 논문에서는 건식선삭가공시 압축공기를 이용하여 건식 가공에서 필요로 하는 절삭유의 기능들을 얼마나 만촉할 수 있는지를 연구하였다. 실험은 일반적으로 많이 쓰이는 시편과 공구로 CNC 선반에서 진행되었다. 실험 횟수를 최소화할 수 있는 장점을 가지는 직교배열법을 이용해 실험을 수행한 후 절삭력, 공구 마모, 표면 거칠기에 영향을 미치는 요인을 비교하였고, 다 구찌 실험 계획법을 통하여 각각의 인자에 대한 SN비(Signal to Noise Ratio)를 분석해 최적 가공조건을 선정하여 기계의 특성에 대하여 잘 모르는 사용자도 적절한 가공조건을 선택할 수 있는 방법을 제시하고자 한다.
이론/모형
- Table 3은 실험 순서에 따른 실험조건을 나타낸 직교배 열표이다. 모든 실험은 이직교 배열표에 따라 실험하였다.
- 본 실험은 압축공기를 이용한 드라이 선삭 가공이 일반적인 드라이 선삭 가공 보다 표면 거칠기, 공구 마모, 절삭력 면에서 얼마나 향상되는지를 비교해보고 최적가공조건을 결정하기 위해 MINITAB을 이용한 다구찌 실험 계획법을 사용하였다.
- 최적가공조건을 선정하기 위하여 다 구찌 실험 계획법을 이용하였다. 절삭력, 공구 마모, 표면 거칠기에 영향을 미치는 요인을 비교하였고, 각각의 인자에 대한 SN비를 분석하여 최적가공조건을 선정하였다.
- 표면 거칠기를 측정하기 위하여 MaMu사의 Surface Roughness Tester를 사용하였으며 중심선 평균 거칠기(Ra)를 측정하였다. 또한 공구 마모를 측정하기 위하여 Nikon사의 Optical Microscopy(ME600 Type)를 이용하였으며 플랭크 마모(flank wear)를 측정하였다.
성능/효과
- 특히 선삭가공에서는 절삭속도, 이송속도, 절삭깊이를 증가 시킴에 따라 절삭날의 온도도 상승하는 결과를 보여주고 있다.(9)절삭날의 온도 상승은 공구수명에 지배적인 영향을 미쳐 공구수명을 단축시킬 뿐만 아니라 피삭재의 표면에 가 공변질층이나 잔류응력과 같은 여러가지 열적 문제도 발생 시킨다.(10)
- 공구 마모는 절삭 깊이에 가장 큰 영향을 받았고, 압축공기를 이용한 건식 가공이 전체적으로 공구 마모를 약10.1% 감 소시켰다. 특히 절삭깊이가 가장 깊을 때 공구마모의 차이가 적게 났는데 이때를 제외하면 약14.
- 5% 감소시키는 것을 볼 수 있었다. 또한 SN비 분석 결과를 통해 절삭 깊이가 공구 마모에 가장 큰 영향을 미치는 것을 볼 수 있었다.
- 이것은 절삭 깊이가 낮거나 이송 속도가 빠르면 압축공기를 사용하는 것이 절삭력에 큰 영향을 미치지 않는 것을 보여준다. 또한 SN비 분석 결과에서 볼 수 있듯이 절 삭력은 절삭깊이와 이송 속도에 많은 영향을 받았다.
- 특히 실험 4와 같이 중간 정도의 절삭 조건에서 압축공기를 사용한 가공과 일반적인 건식 가공의 차이가 가장 크게 나타나는 것을 볼 수 있었고, 실험 6과 같이 절삭 속도가 가장 높고 이송 속도가 가장 낮은 절삭 조건에서 가장 좋은 표면 거칠기를 보여주는 것을 볼 수가 있었다. 또한 표면 거칠기는 절삭 깊이와 절삭 속도 보다는 이송 속도에 많은 영향을 받는 것을 SN비 분석을 통하여 볼 수 있었다.
- 1mm/rev 그.리고 표면 거칠기는 D=2mm, V=250m/min, F=0.1mm/rev이 최적의 가공 조건이었으며, 모든 결과에 대한 최적 가공조건은 D=lmm, V=250m/min, F=0.1mm/rev이다.
- 위 실험을 통해 압축공기를 사용한 건식 가공이 일반적인 건식 가공보다 절삭력, 공구 마모, 표면 거칠기면에서 더 좋은 절삭 특성을 보여주는 것을 알 수 있었다. 따라서 다 구찌 실험 계획법을 통해 압축공기를 사용한 건식 가공의 최적 가 공조건을 선정해보았다.
- 6은 SN비 분석 결과를 나타낸 그래프이다. 전체적으로 보았을 때 압축공기를 사용한 가공이 공구 마모를 약 10.1% 감소시켰다. 그러나 실험7, 8, 9와 같이 절삭 깊이가 가장 깊은 실험에서는 공구 마모의 차이가 적은 것을 볼 수 있었는데 이때를 제외하면 약 14.
- 8은 SN비 분석 결과를 나타낸 그래프이다. 전체적으로 보았을 때 압축공기를 사용한 가공이 대체적으로 표면 거칠기가 약 5.4% 더 좋게 나온 것을 볼 수 있었다. 특히 실험 4와 같이 중간 정도의 절삭 조건에서 압축공기를 사용한 가공과 일반적인 건식 가공의 차이가 가장 크게 나타나는 것을 볼 수 있었고, 실험 6과 같이 절삭 속도가 가장 높고 이송 속도가 가장 낮은 절삭 조건에서 가장 좋은 표면 거칠기를 보여주는 것을 볼 수가 있었다.
- 전체적으로 압축공기를 이용한 건식 가공이 아무것도 사용하지 않은 건식 가공보다 절삭력, 공구 마모, 표면 거칠기면에서 더 좋은 절삭 특성을 보여주는 것을 알 수 있었으며, 특히 공구 마모가 다른 결과에 비해 많이 향상되는 것을 볼 수 있었다.
- 건식선삭가공시 압축공기를 사용한 건식 가공과 일반적인 건식 가공의 절삭 특성이 어떤 차이를 보이는지 알아보고 압축공기를 사용한 건식선삭가공의 최적 가공조건을 선정하기 위하여 실험한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. 절삭력은 절삭 깊이와 이송 속도에 큰 영향을 받았으며, 압축공기를 사용한 건식 가공이 대체적으로 더 작은 절삭력을 필요로 하였다. 그러나 절삭 깊이가 작고 이송 속도가 클 때는 압축공기를 사용하는 것이 거의 효과가 없었다.
- 4% 더 좋게 나온 것을 볼 수 있었다. 특히 실험 4와 같이 중간 정도의 절삭 조건에서 압축공기를 사용한 가공과 일반적인 건식 가공의 차이가 가장 크게 나타나는 것을 볼 수 있었고, 실험 6과 같이 절삭 속도가 가장 높고 이송 속도가 가장 낮은 절삭 조건에서 가장 좋은 표면 거칠기를 보여주는 것을 볼 수가 있었다. 또한 표면 거칠기는 절삭 깊이와 절삭 속도 보다는 이송 속도에 많은 영향을 받는 것을 SN비 분석을 통하여 볼 수 있었다.
- 압축공기를 사용한 가공이 대체적으로 절삭력이 더 낮게 측정된 것을 볼 수 있었다. 특히 실험8, 9번과 같이 절삭깊이가 깊은 실 험에서 많은 차이를 보였고, 실험 1, 2, 3번과 같이 절삭 깊이가 가장 작은 실험과 실험 3, 5, 7번과 같이 이송 속도 가 가장 큰 실험에서는 절삭력의 차이가 거의 없는 것을 볼 수 있었다. 이것은 절삭 깊이가 낮거나 이송 속도가 빠르면 압축공기를 사용하는 것이 절삭력에 큰 영향을 미치지 않는 것을 보여준다.
- 5% 감소시켰다. 표면 거칠기는 압축공기를 사용한 건식 가공이 약 5.4% 향상되는 것을 볼 수 있었고, 이송 속도에 가장 큰 영향을 받는 것을 볼 수가 있었다.
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