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문제 정의
- 본 연구에서는 기존의 연구를 이용하여 스크류식 압축기 의 중요한 성능 파라미 터인 로터 의 권선각 변화에 따른 커터설계 기능과 로터의 3차원형상을 자동 생성할 수 있는 가공 시뮬레이션 프로그램을 개발하였다. 이를 이용하여 권선각 변화에 따른 대칭형 로터에 대해 커터를 설계하고, 로터를 가공하여 형상 정밀도를 측정함으로써 .
제안 방법
- 가공된 로터의 치면 중 1개를 Fig.ll과 같은 3 차원 측정기로 측정하고 Fig.l의 축 직각 단면 좌표값과 비교함으로써 치수 정밀도를 확인했다. 3 차원 즉정기의 프러그 직경은 0.
- 이렇게 계산된 교선 군의 공통접선을 계산하면 커터의 치형 곡선을 얻을 수 있다. 계산된 가공 경사각과 설계된 커터를 이용하여 암로터와 수로 터에 대해 각각 가공 시뮬레이션을 수행하여 3차원의 로터를 얻는다. 3차원의 로터 모델은 설계된 커터의 데이터와 로터 원통의 교점을 해석함으로써 얻을 수 있으며, AutoCAD의 스크립트(Script) 파일 또는 수치 데이터 파일로 생성될 수 있다.
- 특히 암로터와 수로 터의 나선은 서로 반대방향이므로 수로터의 가공 시 차동변속기어장치는 역회전이 되도록 하였다. 또한 로브 수에 따라 만능밀링머신의 분할 판을 이용하여 암로터와수로터를 가공하였다. Fig.
- 또한 설계된 커터를 이용하여 권 선각 변화에 따라 3종류의 로터를 가공하고 이론적인 치형 곡선과 형상정밀도를 비교함으로써 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 선택하였다. 또한 암 로터의 경우 커 터의 피치원 반경을 58m, 수로 터의 경우 50皿1로 입력하여 커터와 로터의 나선형 치면의 교선 군을 해석하였다. 이러한 교선 군은 로터의 가공시 회전하는 커터와 로터가 서로 접하는 교점들의 집합이다.
- 로터의 나선형 치면을 방정식화 해서 커터를 해석하는 것은 너무 복잡해서 곤란하므로 로터의 축 직각 단면을 이용하여 방 정식화 하였다.
- 만능밀링머신을 이용하여 수로 터의 권선 각이 300° 인 A46, 250°인 B46, 200°인 C46의 암로터와 수로 터를 아크릴을 재료로 하여 가공하였다. 각각의 커터는 Table 2와 같은 가공 경사각으로 Fig.
- 4와 같이 로터 커터를 설계한 후 이를 이용하여 모의 가공을 수행한다. 본 논문에서는 공작기계를 만능밀링머신으로 선택하였으므로 Table 2의 가공 경사각으로 커터를 로터의 중심축과 경사지게 한 후 회전 시켜 커터와 로터 원통과의 교점을 계산하여 3차원의 형상을 얻게 되며, Table 1의 A46, B46, C46 에대한 3차원 형상은 Fig.6과 같다.
- 본 논문에서는 로터 가공용 공작기계를 만능밀링머신으로 선택하였다. 또한 암 로터의 경우 커 터의 피치원 반경을 58m, 수로 터의 경우 50皿1로 입력하여 커터와 로터의 나선형 치면의 교선 군을 해석하였다.
- 본 연구에서 개발한 가공 시뮬레이션 프로그램은 로터의 치형 데이터 또는 치형함수, 로터의 피치원 지름과 길이, 로브의 수, 수로터의 권선각, 나선각을 입력하면 Fig.l과 같은 로터의 축직각치형을 생성한다. 또한 로터의 치형을 이용하여식(5), (6) 과 같은 커터와 로터의 교선군 연립방정식을 Newton Method로 수치해석을 수행하여 교선 군을 얻는다.
- 스크류식 압축기의 중요한 성능 파라미터인 로터의 권선각 변화에 따른 커터 설계 기능을 추가하여 커터의 자동설계와 로터의 3차원 형상을 자동 생성할 수 있는 가공시뮬레이션 프로그램을 개발하였다. 또한 설계된 커터를 이용하여 권 선각 변화에 따라 3종류의 로터를 가공하고 이론적인 치형 곡선과 형상정밀도를 비교함으로써 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 개발하였다. 이를 이용하여 권선각 변화에 따른 대칭형 로터에 대해 커터를 설계하고, 로터를 가공하여 형상 정밀도를 측정함으로써 .시뮬레이션 프로그램의 타당성을 확인하였다.
- 2, 9와 같이 설치되며, 로터의 나선각은 만능밀링머신의 차동변속기어장치를 이용하여 조정된다. 특히 암로터와 수로 터의 나선은 서로 반대방향이므로 수로터의 가공 시 차동변속기어장치는 역회전이 되도록 하였다. 또한 로브 수에 따라 만능밀링머신의 분할 판을 이용하여 암로터와수로터를 가공하였다.
대상 데이터
- 본 논문에서 개발된 가공 시뮬레이션 프로그램에 입력된 로터의 주요제원은 Table 1과 같으며, Fig.l의 2종류 대칭형 치형에서 수로터의 권선각을 각각 300° , 250° , 200°로 변화시킨 6가지로 터를 이용하였다.
- 시뮬레이션 프로그램에서 로터의 가공은 호빙머신과 만능밀링머신을 대상으로 하였다. 호빙머신을 이용하여 로터를 가공하는 경우 로터와 커터가 동시에 회전하고, 로축 방향으로향으로 이동하면서 모든 로브를 동시에 가공하게 된다.
- 7과 같은 와이어 방전가공기로 제작하였다. 커터의 재질은 고속도강을 선택했으며 측면 여유각이 5° 가 되도록 제작되었다.
이론/모형
- l과 같은 로터의 축직각치형을 생성한다. 또한 로터의 치형을 이용하여식(5), (6) 과 같은 커터와 로터의 교선군 연립방정식을 Newton Method로 수치해석을 수행하여 교선 군을 얻는다. 이때 커터의 피치원 지름을 입력하고, 로터 가공용 공작기계를 만능밀링머신과 호빙머신에서 선택하여 가공 경사각을 계산한다.
성능/효과
- (1) 권선각의 변화에 따라 설계된 커터를 이용하여 로터를 가공하고 형상정 밀도를 측정한 결과최대 0.4|皿의 가공 오차를 나타냈으며, 제안된 가공시뮬레이션 프로그램 로터 설계에 유효하였다. (3) 대칭형 치형 스크류로터에 대한 가공정밀도가 10-15% 향상되었다.
- 4|皿의 가공 오차를 나타냈으며, 제안된 가공시뮬레이션 프로그램 로터 설계에 유효하였다. (3) 대칭형 치형 스크류로터에 대한 가공정밀도가 10-15% 향상되었다.
- 가공오차는 다소 크게 나타났으나 개발한 가공 시뮬레이션 프로그램의 타당성은 확인할 수 있었다.
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