밀링 가공 시 절삭력 측정 실험

본 내용은 " [단국대] 절삭력 측정 실험 레포트 A+ " 의 원문 자료에서 일부 인용된 것입니다. 2023.11.05

문서 내 토픽

• 1. 절삭력(Cutting Force)

  절삭가공 시 공작물과 공구 사이에 작용하는 힘으로, 절삭에 필요한 동력을 결정하고 재료의 절삭조건 및 피삭성 적합성을 판단하는 기준이 된다. 밀링 가공에서는 이송 방향, 반경 방향, 축 방향의 3분력으로 나타나며, 공구동력계를 이용해 측정할 수 있다. 절삭력의 크기는 공작물과 공구의 형상, 화학적/기계적 성질, 마멸상태, 절삭깊이, 절삭유 특성, 이송속도, 주축의 회전속도, 절삭 온도 등 여러 절삭 조건의 영향을 받는다.

• 2. 공구동력계(Tool Dynamometer)

  압전효과를 이용해 절삭력을 측정하는 밀링용 공구동력계로, Multicomponent Dynamometer Type 9257B(Kistler) 모델이 사용된다. X, Y, Z축에 대한 힘과 각 축 방향으로의 모멘트 크기를 측정할 수 있으며, 측정 가능한 최대 힘은 각 축 방향으로 10kN까지이다. 절삭력에 의해 내장된 4개의 압전센서에 변위가 발생하고, 이를 신호증폭기에서 증폭하여 컴퓨터 소프트웨어를 통해 힘으로 변환한다.

• 3. 밀링 가공(Milling)

  공구가 회전하며 가공될 소재가 고정되어 이동하여 가공하는 공작기계에서 이루어지는 절삭가공 방법이다. 엔드 밀을 사용하여 공작물을 절삭하며, 공구의 경도는 공작물보다 커야 한다. 실험에서는 알루미늄(Al 6061)을 가공하기 위해 알루미늄 가공용 공구를 사용하며, 주축 회전속도, 이송속도, 절삭깊이 등의 절삭조건에 따라 절삭력이 변한다.

• 4. 절삭동력(Cutting Power)

  절삭 시 필요한 동력으로 절삭력과 절삭속도를 이용해 구한다. 공식은 P = (Fp × Vc) / 60 [W]이며, 주분력과 절삭속도의 곱으로 나타낸다. 실험 결과에서 이송속도 200mm/min일 때 215.7W, 300mm/min일 때 205.5W, 400mm/min일 때 222.4W의 절삭동력이 측정되었다.

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• 1. 절삭력(Cutting Force)

  절삭력은 기계가공에서 가장 기본적이고 중요한 물리량입니다. 공구가 재료를 제거할 때 발생하는 저항력을 정량적으로 측정하고 분석하는 것은 가공 품질 향상과 공구 수명 연장에 필수적입니다. 절삭력의 크기는 절삭 조건, 공구 재질, 피삭재 특성 등 다양한 요인에 의해 결정되며, 이를 정확히 파악하면 최적의 가공 매개변수를 설정할 수 있습니다. 특히 현대의 고속 가공이나 정밀 가공에서는 절삭력 제어가 가공 정확도와 표면 품질을 좌우하는 핵심 요소입니다.

• 2. 공구동력계(Tool Dynamometer)

  공구동력계는 절삭력을 직접 측정하는 정밀 계측 장비로서 가공 공정 연구와 최적화에 매우 중요한 역할을 합니다. 다축 센서를 통해 절삭력의 크기와 방향을 동시에 측정할 수 있어 공구의 응력 분포를 파악하는 데 유용합니다. 다만 고가의 장비이고 설치 및 보정이 복잡하다는 단점이 있습니다. 현대에는 무선 센서 기술과 데이터 처리 기술의 발전으로 더욱 정확하고 사용하기 편한 동력계들이 개발되고 있으며, 이는 스마트 팩토리 구현에도 기여하고 있습니다.

• 3. 밀링 가공(Milling)

  밀링 가공은 회전하는 공구로 재료를 절삭하는 가장 광범위하게 사용되는 기계가공 방법입니다. 평면, 곡면, 홈 등 다양한 형상을 가공할 수 있는 유연성이 뛰어나며, 정밀도도 우수합니다. 절삭력, 절삭 속도, 이송량 등의 매개변수를 적절히 조절하면 가공 효율과 품질을 동시에 향상시킬 수 있습니다. 특히 CNC 밀링 기계의 발전으로 복잡한 형상의 가공도 자동화되었으며, 산업 전반에서 필수적인 가공 공정으로 자리잡고 있습니다.

• 4. 절삭동력(Cutting Power)

  절삭동력은 절삭 공정에서 소비되는 에너지를 나타내는 중요한 지표입니다. 절삭력과 절삭 속도의 곱으로 계산되며, 이를 통해 기계의 필요 동력을 결정하고 에너지 효율을 평가할 수 있습니다. 절삭동력을 최소화하면서도 가공 품질을 유지하는 것은 제조 비용 절감과 환경 보호 측면에서 매우 중요합니다. 현대의 스마트 가공 시스템에서는 절삭동력을 실시간으로 모니터링하여 최적의 가공 조건을 자동으로 조절하는 기술이 개발되고 있습니다.