[논문]초정밀 롤 금형 가공기 설계

오정석; 송창규; 박천홍

문제 정의

한국기계연구원에서는 전략기술개발사업의 일환으로 진행 중인 “대면적 미세 가공장비 및 측정/검사 원천기술 개발” 과제에서 대면적 미세 가공장비의 원천기술 확보 및이를 통한 2m 급 초정밀 롤 금형 가공기의 개발을 추진하고 있다. 본 논문에서는 현재까지 진행된 초정밀 롤 금형 가공기의 설계 및 해석결과에 대해 소개하고자 한다.
본 연구에서는 대면적의 롤 금형에 주기적인 미세패턴을 정밀하게 가공할 수 있는 2 m 급 초정밀 롤 금형 가공기를 설계하고 해석하였다. 설계된 시제품은 전축에 무마찰 요소를 채용하여 운동정밀도 및 제어성능 향상을 꾀하였으며 특히 장축에서의 열변형에 따른 가공성능 저하에 대비하여 냉각 및 열변형 방지에 가장 역점을 두어 설계하였다.

제안 방법

가공가능 롤 직경의 경우 최대 600 mm, 유효 가공길이는 최대 2000 mm 로 설정하였으며 가공정밀도에 가장 큰 영향을 주는 성능지표인 주축과 심압대 간의 회전축 동심도와 Z 축운동 정밀도의 경우 각각 2 μm/2000 mm 의 사양을 설정하여 롤 금형의 원통도 품질을 극대화할 수 있도록 하였다
대면적 미세형상의 롤 금형을 정밀 하게 가공하기 위해서는 롤 금형을 회전시키는 주축(C 축) 과 이에 대응하여 공구를 롤 금형의 길이방향으로 이송하는 직선축(Z 축)을 매우 높은 정밀도로 동기 제어해야 하며 이외에도 절삭 깊이를 정밀하게 조절하는 X 축과, 공구의 각도조절 및 복수공구의 사용을 가능케 하는 B 축, 그리고 롤 금형의 길이에 맞추어 금형을 가공기 상에 양단 지지하기 위해 사용되는 심압대(W 축) 등이 핵심적인 요소이다. 롤 금형 가공기의 모든 축에는 유정압베어링 및 리니어모터/빌트인모터 등의 무마찰 요소를 적용하여 평균화 효과에 의한 높은 운동정밀도를 실현하도록 설계하였으며 아울러 고분해능 엔코더와 리니어 스케일을 채택하여 인덱스 정밀도 및 X 축의 운동분해능을 향상시킬 수 있도록 하였다. 회전수가 높은 주축의 모터와 유정압베어링에는 냉각 재킷을 설치하여 구동 시 온도 상승에 의한 열변형을 최소화하였으며 Z 축에도 듀얼 리니어모터 및 냉각판을 채용하여 피라미드 패턴 가공 시의 발열에 대비하였다.
회전수가 높은 주축의 모터와 유정압베어링에는 냉각 재킷을 설치하여 구동 시 온도 상승에 의한 열변형을 최소화하였으며 Z 축에도 듀얼 리니어모터 및 냉각판을 채용하여 피라미드 패턴 가공 시의 발열에 대비하였다. 구조적으로는 베드 지지부를 강화하여 Z 축 이동에 따른 변형을 방지하였으며 배유/배선 구조를 단순화하여 향후 실용화 시에도 높은 신뢰성을 기대할 수 있도록 하였다.
6 에 나타내었다. 주축의 선단강성은 로드셀 및 정전용량형 센서를 이용하여 측정하였으며 약 400 N/μm 로 측정되었다. 이는 수치해석 예상치인 482 N/μm 에 비해 약 20 %가 떨어지는 수치이며 선단강성의 저하는 스러스트 베어링의 간극 과다에 의한 것으로 현재 파악되고 있다.
본 연구에서는 대면적의 롤 금형에 주기적인 미세패턴을 정밀하게 가공할 수 있는 2 m 급 초정밀 롤 금형 가공기를 설계하고 해석하였다. 설계된 시제품은 전축에 무마찰 요소를 채용하여 운동정밀도 및 제어성능 향상을 꾀하였으며 특히 장축에서의 열변형에 따른 가공성능 저하에 대비하여 냉각 및 열변형 방지에 가장 역점을 두어 설계하였다. 설계안에 대한 구조 및 동특성 해석을 실시한 결과현 단계에서는 큰 문제점이 없는 것으로 파악되며 향후 제작/평가과정에서 해석모델의 지속적인 보완을 실시할 예정 이다.

성능/효과

5 는 주축계만의 구조 및 동특성 해석결과를 보여준다. 주축 선단의 강성은 482 N/μm 로 예측되었으며 자중 및 척 선단에 1500N 의 하중이 작용했을 때의 저어널 베어 링의 처짐량은 약 4 μm 로 베어링 간극에 비해 안정적인 수준을 보였다. 척 선단의 처짐량은 약 20 μm 로 예측되었다.
척 선단의 처짐량은 약 20 μm 로 예측되었다. 주축계의 주파수 응답특성을 해석한 결과 주축계의 1 차 고유진동수와 감쇠비는 554 Hz 와 0.944 로 매우 크게 나타났으며 1 차 진동모드에서 주축 선단의 진폭이 매우 작은 것으로 나타났기 때문에 주축계의 구조 진동에 대한 문제는 없을 것으로 판단된다.

후속연구

이는 수치해석 예상치인 482 N/μm 에 비해 약 20 %가 떨어지는 수치이며 선단강성의 저하는 스러스트 베어링의 간극 과다에 의한 것으로 현재 파악되고 있다. 향후 스러스트 베어링의 보완 후 선단강성을 재측정하여 검증할 예정이다.
설계된 시제품은 전축에 무마찰 요소를 채용하여 운동정밀도 및 제어성능 향상을 꾀하였으며 특히 장축에서의 열변형에 따른 가공성능 저하에 대비하여 냉각 및 열변형 방지에 가장 역점을 두어 설계하였다. 설계안에 대한 구조 및 동특성 해석을 실시한 결과현 단계에서는 큰 문제점이 없는 것으로 파악되며 향후 제작/평가과정에서 해석모델의 지속적인 보완을 실시할 예정 이다. 현재 롤 금형 가공기는 제작 과정에 있으며 설계/해석/제작/평가에 거친 일련의 과정을 통해 국내 대면적 미세 가공장비의 원천기술을 확보하는데 일조할 것으로 기대된다.
설계안에 대한 구조 및 동특성 해석을 실시한 결과현 단계에서는 큰 문제점이 없는 것으로 파악되며 향후 제작/평가과정에서 해석모델의 지속적인 보완을 실시할 예정 이다. 현재 롤 금형 가공기는 제작 과정에 있으며 설계/해석/제작/평가에 거친 일련의 과정을 통해 국내 대면적 미세 가공장비의 원천기술을 확보하는데 일조할 것으로 기대된다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

[국내논문] 초정밀 롤 금형 가공기 설계
Design of Ultraprecision Roll Die Machine 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

성능/효과

후속연구

이 논문을 인용한 문헌

연구과제 타임라인

관련 콘텐츠

원문 보기

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

[국내논문] 초정밀 롤 금형 가공기 설계 Design of Ultraprecision Roll Die Machine 원문보기

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

성능/효과

후속연구

이 논문을 인용한 문헌

연구과제 타임라인

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

관련 콘텐츠

원문 보기

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

[국내논문] 초정밀 롤 금형 가공기 설계
Design of Ultraprecision Roll Die Machine 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper