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문제 정의
- 따라서 본 논문에서는 Kobold 사 제품을 Master model로 선정하여 역공학 기술을 적용한 후 특징있는 신제품으로 거듭나기 위한 독자적인 설계 과정을 연구 하고, 스크류기어의 가공단계에서는 기존의 기어가공 방법인 호브나 세이퍼를 사용하지 않고 CAD/CAM 기 술과 총형공구설계 기술을 이용한 복합가공 기술을 적 용하고자 한다. 제품의 성능평가 단계에서는 정밀도 측정을 위한 평가장치의 개발 및 시험평가 방법에 대하여 연구하고 이를 위하여 본 보에서는 유량계측의 핵심요소인 보정계수(K-factor)를 중심으로 연구를 진 행함으로써 신뢰성있는 성능평가를 수행하기 위한 기반 데이터를 구축하고자 한다.
- 따라서 본 논문에서는 Kobold 사 제품을 Master model로 선정하여 역공학 기술을 적용한 후 특징있는 신제품으로 거듭나기 위한 독자적인 설계 과정을 연구 하고, 스크류기어의 가공단계에서는 기존의 기어가공 방법인 호브나 세이퍼를 사용하지 않고 CAD/CAM 기 술과 총형공구설계 기술을 이용한 복합가공 기술을 적 용하고자 한다. 제품의 성능평가 단계에서는 정밀도 측정을 위한 평가장치의 개발 및 시험평가 방법에 대하여 연구하고 이를 위하여 본 보에서는 유량계측의 핵심요소인 보정계수(K-factor)를 중심으로 연구를 진 행함으로써 신뢰성있는 성능평가를 수행하기 위한 기반 데이터를 구축하고자 한다.
제안 방법
- 1. 역공학 기술을 활용하여 스크류유량계를 개 발하였 으며 형상복원 정밀도를 50/zm 이내로 하였다.
- 2. 복합가공기에 의한 기어 치형 가공 방법을 제시하 였으며 이를 위하여 총형공구의 설계 및 제작을 수행하였다.
- 4. 유압 시험 평가 장치를 설계 및 제작하였다.
- 5의 (a)는 CATIA를 사용하여 상호 조립성과 운동성에 대한 검 증장면을 보여주고 있으며 검증 결과 간섭부분이 발생 하였다. 간섭을 해결하기 위하여 암 스크류의 치형 프 로파일을 간섭이 발생하지 않을 때까지 수정 설계를 수행하였다. 수정 모델링된 암, 수 스크류는 조립성과 운동성 모두 양호하였으며 Fig.
- 수정설계 시의 기준은 역 공학의 형상복원정밀도인 50을 만족할 때까지 기 어생성을 위한 입력조건을 수정하는 방법을 사용하였다. 그 결과 Table 2와 같은 기어생성 요소를 도출하 였으며 기어치형을 생성한 후 상용소프트웨어인 CATIA의 GSD 모듈을 사용하여 곡면모델링을 수행하였다. 그 결과 Fig.
- 기어 치형을 가공하기 위해서는 호빙머신이나 기어 세이퍼를 사용한다. 그런데 개발단계에서 새로운 호브 를 설계하여 시제품에 적용하려면 시간과 비용이 커지 므로 본 연구에서는 CAD/CAM 기술을 접목한 보합5 축가공을 적용하였다. 복합가공은 선삭과 밀링작업을 하나의 기계에서 순차적으로 작업할 수 있기 때문에 작업도중에 피삭재를 탈착할 필요가 없고, 심압대를 사용하므로 가공시 강성이 높아져 가공효율이나 표면 조도 및 동심도의 측면에서 기존의 기어가공법 보다 양호한 가공결과를 얻을 수 있다.
- 기어 치형을 생성하기 위한 각각의 요소들은 Laser scanner에서 획득한 참조 데이터를 활용하였으며 참조 데이터를 그대로 사용하지 않고 치형 설계 프로그램에서 수정설계를 수행하였다. 수정설계 시의 기준은 역 공학의 형상복원정밀도인 50을 만족할 때까지 기 어생성을 위한 입력조건을 수정하는 방법을 사용하였다.
- 타당하다 면 다음 단계로 유압 시험장치를 설계 및 제작한 후 유압 성능평가를 수행한다. 먼저 각 유량비에서의 실제 토출체적을 비이커에서 계측하고 또한 그 때의 회 전수를 픽업센서에 연결한 오실로스코프를 사용하여 계측함으로써 각 유량비에서의 보정계수 및 평균보정 계수를 결정한다. 이 과정을 원형모델과 역공학모델 양자에 대하여 수행하여 1차적인 성능 비교를 수행한다.
- 먼저 공압 분사를 통한 예비 평가를 수행하여 스크 류 유량계의 기능 상 타당한지를 검증한다. 타당하다 면 다음 단계로 유압 시험장치를 설계 및 제작한 후 유압 성능평가를 수행한다.
- 기어 치형을 생성하기 위한 각각의 요소들은 Laser scanner에서 획득한 참조 데이터를 활용하였으며 참조 데이터를 그대로 사용하지 않고 치형 설계 프로그램에서 수정설계를 수행하였다. 수정설계 시의 기준은 역 공학의 형상복원정밀도인 50을 만족할 때까지 기 어생성을 위한 입력조건을 수정하는 방법을 사용하였다. 그 결과 Table 2와 같은 기어생성 요소를 도출하 였으며 기어치형을 생성한 후 상용소프트웨어인 CATIA의 GSD 모듈을 사용하여 곡면모델링을 수행하였다.
- 암, 수 스크류의 가공 시 가공 효율을 배가하고 정 밀한 치형을 생성하기 위하여 기어치형과 동일한 형상 을 갖는 총형공구를 설계하였다. Fig.
- 암, 수 스크류의 곡면이 50Mm 이내로 모델링되었 는지 검증하기 위한 방법으로 비접촉식 3차원 측정기 인 레이저스케너를 사용하였다. Fig.
- 위와 같은 과정을 통하여 역공학 및 복합가공기술을 신제품 개발 시 효과적으로 적용할 수 있는 방법과 성능평가 방법을 제시하였으며 다음과 같은 결론 및 향후과제를 도출하였다.
- 위와 같은 이론에 근거하여 K'값을 구하기 위하여 실제 유량 Q(〃min)를 구하였다. 유량은 1분 동안 흐 르는 압유를 수거하여 부피를 측정하는 방식을 사용하 였으며 그 때의 각 유량에 대한 펄스 값을 오실로스코 프를 사용하여 측정하였다.圓 Tab.
- 유압회로 상에서의 실제적인 유량측정 정밀도를 평 가하기 위하여 유압 성능평가 장치를 설계하였다. Fig.
- 먼저 각 유량비에서의 실제 토출체적을 비이커에서 계측하고 또한 그 때의 회 전수를 픽업센서에 연결한 오실로스코프를 사용하여 계측함으로써 각 유량비에서의 보정계수 및 평균보정 계수를 결정한다. 이 과정을 원형모델과 역공학모델 양자에 대하여 수행하여 1차적인 성능 비교를 수행한다. 차 후 연구에서는 디지털 인디케이터에 유량율 연 산 프로그램을 탑재함으로써 인디케이터의 도시값과 실제 계량값을 상호 비교할 예정이다.
- 12는 유압회로도와 제작된 성능평가 장치를 보여준다. 장치는 크게 전원박스, 모터, 펌프 등의 압력공급부 (Pressure supply unit)와 유량계, 디지털인디케이터, 압력계 등의 유량계측부(Flow counting unit)로 나눌 수 있으며 압유가 유동하는 관로 상에 개발한 스크류 유량계를 연결하였다.
- 차 후 연구에서는 디지털 인디케이터에 유량율 연 산 프로그램을 탑재함으로써 인디케이터의 도시값과 실제 계량값을 상호 비교할 예정이다. 즉 본 보에서는 유량측정의 핵심요소인 보정계수(이하 K-factor)를 중심으로 성능평가를 수행한다.
- 총형공구와 복합가공기를 사용하여 Fig. 8과 같이 순차적으로 선삭, 밀링 작업을 수행하였다. 가공 중에 소재의 탈착이 없기 때문에 보다 양호한 동심도를 얻을 수 있었다.
- 먼저 공압 분사를 통한 예비 평가를 수행하여 스크 류 유량계의 기능 상 타당한지를 검증한다. 타당하다 면 다음 단계로 유압 시험장치를 설계 및 제작한 후 유압 성능평가를 수행한다. 먼저 각 유량비에서의 실제 토출체적을 비이커에서 계측하고 또한 그 때의 회 전수를 픽업센서에 연결한 오실로스코프를 사용하여 계측함으로써 각 유량비에서의 보정계수 및 평균보정 계수를 결정한다.
대상 데이터
- 복합가공은 선삭과 밀링작업을 하나의 기계에서 순차적으로 작업할 수 있기 때문에 작업도중에 피삭재를 탈착할 필요가 없고, 심압대를 사용하므로 가공시 강성이 높아져 가공효율이나 표면 조도 및 동심도의 측면에서 기존의 기어가공법 보다 양호한 가공결과를 얻을 수 있다. Fig. 6은 본 연구에서 사용한 Integrex-200 복합가공기로서 밀링축의 최대 회전수는 12,000rpm이고 2개의 회전이송축이 부가 된 5축복합가공기이다.
성능/효과
- 3. 공압 분사에 의한 회전성능 결과 제품의 기능상 타 당성이 확인되었다.
- 5. K-factor를 구한 결과 MM의 최대편차는 28.21 인데 비하여 RM의 최대편차는 53.85로 크게 나왔으며 이 결과로 부터 RM의 정밀도가 저하됨을 알 수 있다. 5.
- 11과 같이 에어 건 에 의한 공압 분사 시 회전 성능 검사를 수행하였으며 성능 검사 결과 에어를 분사하기 시작하면 저항 없이 고속으로 회전함을 확인하였다. 따라서 기능 상 타당 성이 검증되었다.
- 그런데 개발단계에서 새로운 호브 를 설계하여 시제품에 적용하려면 시간과 비용이 커지 므로 본 연구에서는 CAD/CAM 기술을 접목한 보합5 축가공을 적용하였다. 복합가공은 선삭과 밀링작업을 하나의 기계에서 순차적으로 작업할 수 있기 때문에 작업도중에 피삭재를 탈착할 필요가 없고, 심압대를 사용하므로 가공시 강성이 높아져 가공효율이나 표면 조도 및 동심도의 측면에서 기존의 기어가공법 보다 양호한 가공결과를 얻을 수 있다. Fig.
- 성능평가 장치를 제작하여 유압 회로 상에서 유량측정 정밀도를 평가하기에 앞서 Fig. 11과 같이 에어 건 에 의한 공압 분사 시 회전 성능 검사를 수행하였으며 성능 검사 결과 에어를 분사하기 시작하면 저항 없이 고속으로 회전함을 확인하였다. 따라서 기능 상 타당 성이 검증되었다.
후속연구
- 5. 보정계수의 편차를 줄이기 위한 대책으로 치면의 표면조도 개선 및 후처리를 향후 과제로 설정하였다.
- 이는 결과적으로 유량측정 시 측정 정밀도와 직결되는 성능 변수가 되므로 이 편차의 원인을 파악하고 오 차를 줄이기 위한 방안이 강구되어야 한다. 본 연구에서는 그 원인으로서 유량 계측 시 스크류의 표면조도 영향에 따른 저항의 변화에 기인하는 것으로 판단하였 으며 따라서 향후 스크류 치면에 대한 연삭 방법 및 후처리 기술 등에 대한 연구가 필요한 것으로 사료되었다.
- 이 과정을 원형모델과 역공학모델 양자에 대하여 수행하여 1차적인 성능 비교를 수행한다. 차 후 연구에서는 디지털 인디케이터에 유량율 연 산 프로그램을 탑재함으로써 인디케이터의 도시값과 실제 계량값을 상호 비교할 예정이다. 즉 본 보에서는 유량측정의 핵심요소인 보정계수(이하 K-factor)를 중심으로 성능평가를 수행한다.
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