초록 ▼

가상절삭은 절삭가공 전에 CAD모델로부터 CAM소프트웨어를 이용하여 공구경로를 만들어서 절삭가공을 시뮬레이션해볼 때 절삭가공의 물리적인 값인 절삭력, 표면조도, 절삭진동 등을 미리 파악해보는 것으로 정의를 내릴 수가 있다. 이 경우 가장 중요한 정보는 절삭가공시 공구의 끝에 걸리는 절삭력이다. 이와 같은 점에서 본 연구에서는 가상절삭을 실현하기 위하여 가장 기본이 되는 절삭력을 모델링하는 방법에 대해서연구를 했다.통상 기존에는 많은 종류의 절삭력 예측 알고리듬이 개발되어 있으나, 대부분의 경우기하학적으로 잘 정의된 형상에

가상절삭은 절삭가공 전에 CAD모델로부터 CAM소프트웨어를 이용하여 공구경로를 만들어서 절삭가공을 시뮬레이션해볼 때 절삭가공의 물리적인 값인 절삭력, 표면조도, 절삭진동 등을 미리 파악해보는 것으로 정의를 내릴 수가 있다. 이 경우 가장 중요한 정보는 절삭가공시 공구의 끝에 걸리는 절삭력이다. 이와 같은 점에서 본 연구에서는 가상절삭을 실현하기 위하여 가장 기본이 되는 절삭력을 모델링하는 방법에 대해서연구를 했다.통상 기존에는 많은 종류의 절삭력 예측 알고리듬이 개발되어 있으나, 대부분의 경우기하학적으로 잘 정의된 형상에 대해 절삭력을 예측하고 있어서 자유곡면을 많이 갖는 금형제품 등에 대한 절삭력 예측에는 한계가 있다. 이러한 관점에서 CAD모델로부터 임의형상의 가공물에 대한 기하학적인 정보를 알 수만 있다면 이 정보를 이미 개발된 절삭력 예측모델에 적용이 가능하다.이를 위해서 본 연구에서는 Z-map 데이터를 이용하였다. 즉, 가공물 모형으로부터x, y 위치에 대한 z 방향의 높이정보를 추출하며, 동시에 그 좌표점에 대한 공구의 z 방향높이를 먼저 계산한다. 그리고 이 두 z 값의 차이를 이용하여 절삭두께를 산출하도록 하였다. 절삭깊이가 산출이 되면 통상 절삭력의 해석에 많이 이용되는 역학모델을 이용하여절삭력을 구할 수가 있다. 즉 비절삭저항값에 절삭면적을 곱함에 의해 절삭력을 예측하는것이다.본 연구에서 사용하는 역학모델은 볼 엔드밀이라는 특성 때문에 치수효과를 고려한수학적 모델을 이용하였는데, 이때 모델에 사용되는 계수를 구하기 위해서는 절삭실험을 수행해야 한다. 따라서 볼 엔드밀을 이용하여 다양한 절삭조건에 대해 절삭실험을 하여 절삭력을 구했다. 절삭력은 다시 평균을 하여 평균절삭력으로 계산을 하였으며, 이 값을 이용하여 비절삭저항값과 치수효과 계수를 fitting해내었다.구축된 모델의 타당성을 검증하기 위해서는 측벽가공에 대해 예측 절삭력과 실험의 절삭력을 비교하였다. 실험에서는 공구의 런아웃을 고려하여 정확한 절삭력 예측이 가능하도록 하였다. 대부분의 경우 예측 절삭력은 실험값을 잘 추정하고 있으나, 공구의 휨, 공구의 중심에서 절삭속도가 매우 작아지는 현상 등을 고려하지 않았기 때문에 약간의 차이가발생하였다. 특히 하방향 절삭의 경우는 이러한 현상이 더욱 두드러지게 나타났다.이상과 같은 과정을 통하여 먼저 공구와 공작물의 절삭영역 검사를 통해서 절삭시 예측될 절삭력 또는 표면조도에 대한 정성적인 평가를 내릴 수 있는 간섭영역의 체크가 가능하였다. 그리고 임의의 공작물 기운 각도에 대해서 상향 및 하향밀링, 상방향 및 하방향절삭에 대한 절삭력 예측과 함께 절삭특성을 고찰해낼 수가 있었다.이러한 절삭력 예측은 공구의 휨에 대한 정보를 추가하여 보다 정밀한 힘 예측이 가능하도록 구축하여야 하며, 이 예측된 값을 토대로 절삭진동 및 가공표면 거칠기 예측으로 연구를 확대할 필요가 있다.

Abstract ▼

Virtual machining can be defined as a system for simulatingcutting forces, surface roughness, and cutting vibration by using a CAD model beforemachining. In this case, the most important physical information is cutting forces.From this point of view, in this research, a modeling method

Virtual machining can be defined as a system for simulatingcutting forces, surface roughness, and cutting vibration by using a CAD model beforemachining. In this case, the most important physical information is cutting forces.From this point of view, in this research, a modeling method for predicting cuttingforces is studied, which is a fundamental of virtual machining system.In general, many algorithms for cutting forces have been presented. However,these are suitable for well defined geometries such as prismatic parts. In this regard,we can predict cutting forces with respect to an arbitrary shape provided that geometricinformation is acquired.To this end, we used Z-map data. That is, z directional height is extracted tothe x, y position from geometric model of CAD, and simultaneously, z directional heightof cutting tool is calculated. Then, cutting depth is acquired from the difference ofthese values. Therefore cutting force is predicted by a mechanistic model generallyused in cutting force prediction.In this research, a mechanistic model considering a size effect is used since widthof cut is changed along cutting edge angle in ball end milling. Coefficients of specificcutting forces and size effects are fitted through the slot cutting experiments, where avariety of cutting conditions are used. In this case, averaged cutting forces are used.To verify above cutting force model, predicted and measured cutting forces arecompared to the side cutting. In the experiment, tool runout is also considered forenhancing performance. The predicted cutting force is well coincident with measuredcutting force except that errors induced by the tool deflection. The error is dominantin downward cutting since the cutting region is moved toward cutting tool center.From the above reseach, we can evaluate qualitatively cutting forces, surfaceroughness from the cutting area check of workpiece and cutting tool. Also, cuttingforces and charateristics of the machining type such as up milling, down milling,upward cutting, and downward cutting are simulated.The above results should be improved by considering cutting tool deflection, andthe research be extended to the surface roughness and cutting vibration based on theestimated cutting force.

목차 Contents

• I. 서 론...7
• II.절삭영역 결정...11
• III. 절삭력 예측모델...19
• IV. 실험...25
• V. 결론...37
• 참고문헌...38