밀링 가공 절삭력 측정 실험 보고서

문서 내 토픽

1. 절삭력(Cutting Force)

절삭가공 시 공작물과 공구 사이에 작용하는 힘으로, 절삭에 필요한 동력을 결정하고 재료의 절삭조건 및 피삭성의 적합성을 판단하는 기준이 된다. 밀링 가공 시 절삭력은 이송 방향 분력, 반경 방향 분력, 축 방향 분력의 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 조건들의 영향을 받는다.
2. 공구동력계(Tool Dynamometer)

압전 효과를 이용해 절삭력을 측정하는 밀링용 공구동력계로, Multicomponent Dynamometer Type 9257B (Kistler) 모델이 사용된다. X, Y, Z축에 대한 힘과 각 축 방향으로 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. 절삭 조건에 따른 절삭력 변화

실험에서 이송속도, 주축의 회전속도, 절삭깊이 변화에 따른 절삭력을 측정했다. 이송속도 200~400mm/min, 주축 회전속도 1000~3000rpm, 절삭깊이 1~3mm 조건에서 절삭력과 절삭동력을 측정하였다. 결과적으로 주축 회전속도(RPM)와 절삭동력이 비례관계를 가지며, 절삭깊이 증가는 주분력 증가를 의미하는 것으로 나타났다.
4. 밀링 가공(Milling)

공구가 회전하며 가공될 소재가 고정되어 이동하여 가공하는 공작기계를 이용한 절삭가공 방법이다. 기계부품을 만들기 위해 소재로부터 불필요한 부분을 제거하여 원하는 크기와 형상으로 만드는 가공 방법으로, 공구와 공작물 사이의 회전과 직선운동을 통해 불필요한 부분을 칩으로 만들어 제거한다.

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1. 절삭력(Cutting Force)

절삭력은 기계가공에서 가장 중요한 물리량 중 하나로, 공구와 공작물 사이의 상호작용을 정량적으로 나타냅니다. 절삭력을 정확히 측정하고 분석하는 것은 공구의 수명 예측, 가공 품질 향상, 그리고 기계의 안정성 확보에 필수적입니다. 절삭력은 주로 절삭 깊이, 이송속도, 절삭속도 등의 가공 조건에 의해 결정되며, 공작물의 재질 특성도 큰 영향을 미칩니다. 절삭력을 효과적으로 제어하면 공구의 마모를 줄이고 가공 정밀도를 높일 수 있어, 생산성과 경제성을 동시에 향상시킬 수 있습니다.
2. 공구동력계(Tool Dynamometer)

공구동력계는 절삭 가공 중 발생하는 절삭력을 실시간으로 측정하는 정밀 계측 장비로, 현대 기계가공 연구에서 매우 중요한 역할을 합니다. 다축 동력계를 통해 주절삭력, 이송력, 배분력 등을 동시에 측정할 수 있어 절삭 메커니즘을 깊이 있게 이해할 수 있습니다. 고정밀 센서와 신호 처리 기술의 발전으로 측정 정확도가 크게 향상되었으며, 이는 공구 설계 최적화와 가공 조건 결정에 직접적인 데이터를 제공합니다. 다만 장비의 높은 비용과 복잡한 캘리브레이션 과정이 실제 현장 적용의 제약 요소가 될 수 있습니다.
3. 절삭 조건에 따른 절삭력 변화

절삭력은 절삭 조건의 변화에 매우 민감하게 반응하는 특성을 가지고 있습니다. 절삭속도가 증가하면 일반적으로 절삭력은 감소하는 경향을 보이지만, 이송속도와 절삭 깊이의 증가는 절삭력을 크게 증가시킵니다. 공작물의 재질, 경도, 가공성 등도 절삭력에 직접적인 영향을 미치며, 공구의 형상과 코팅 상태도 중요한 변수입니다. 이러한 복잡한 상호작용을 정확히 파악하면 최적의 가공 조건을 설정하여 생산성을 극대화하고 공구 수명을 연장할 수 있습니다.
4. 밀링 가공(Milling)

밀링 가공은 회전하는 공구로 공작물을 절삭하는 가장 광범위하게 사용되는 기계가공 방법으로, 다양한 형상과 정밀도의 부품 제조에 활용됩니다. 절삭력의 크기와 방향이 계속 변하는 특성으로 인해 진동 발생과 공구 마모가 다른 가공 방식보다 복잡합니다. 절삭 조건의 최적화를 통해 표면 품질을 향상시키고 공구 수명을 연장할 수 있으며, 현대의 CNC 밀링 기계는 정밀한 절삭력 제어로 고정밀 가공을 가능하게 합니다. 밀링 가공의 효율성과 품질은 절삭력 분석과 최적화에 크게 의존하므로, 지속적인 연구와 개선이 필요합니다.

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