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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 양해정
- 발행연도
- 2013
- 저작권
- 한국산업기술대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수3
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로타리 바(rotary bar)는 용접 후 생긴 스케일(scale), 날카로운 모서리, 버(burr)나 핀(fin) 등을 제거하는데 사용하는 절삭공구이다. 좁은 부위에 대한 가공이 용이하고, 분진이 발생하지 않아 편리함으로 인해 사용이 증가하고 있으며, 다음과 같은 특성이 요구되고 있다.
먼저, 작업자의 안전과 공구 비용 측면에서 사용 중 넥(neck)이나 생크(shank)의 절손이 없어야 하고, 긴 수명을 보장할 수 있어야 한다. 또한, 절삭성이 우수해야 작업 능률 향상과 작업자의 노동강도를 감소시킬 수 있다. 마지막으로 작업 중 공구의 떨림(run out)이 발생하게 되면 신체의 근골격계에 질환을 유발하고 작업성이 나빠짐으로 공구의 떨림이 작아야 한다.
따라서, 로타리 바 절삭 공구 개발에 대한 연구를 통해서 주로 이와 같은 공구를 많이 사용하고 있는 현장 작업자의 요구를 감안하여 공구의 넥(neck) 절손, 생크의 파손, 공구수명, 절삭성능 및 기타 작업자들이 정성적으로 느끼는 작업의 편의성에 대한 연구를 수행하였다.
본 연구에서 안정된 실험적 연구 환경을 확보하기 위하여 해당공구를 장기간 사용해 왔고 또, 많이 사용하고 있는 작업장에 개발 시료(SF-5M)를 제공하고, 제품 모따기 작업에 사용토록 한 후 현장 작업자가 느끼는 품질 평가 결과를 토대로 총 3차에 걸쳐 연구를 진행하였으며, 그 결과는 다음과 같다.
(1) 공구의 넥(neck) 절손과 관련하여 기존의 평면형 브레이징 제품과 새로운 끼워 맞춤형 브레이징 제품의 접합 강도 개선 효과가 어떻게 다른지 강도개선 효과를 규명하였다.
(2) 생크의 파손형태를 확인하고 기존의 재질과 형상을 변경하지 않고 강도 개선을 통해 소비자가 원하는 강도설계가 가능함을 확인하였다.
(3) 절삭성에 미치는 주요 형상 요인으로 공구의 노우즈(nose) 반경, 공구각등이 있으나, 본 연구에서는 노오즈 반경(약 0.06~0.09) 영향을 무시하고 공구각의 크기에 따른 절삭성 영향만을 평가하고자 하였다.
공구날이 20개로 날 수가 많고 작을 뿐만 아니라, 기하학적으로 불규칙한 형상으로, 이론적 모델링이 용이하지 않고 간략화화 경우 실제와 크게 달라질 수 있어 작업자의 실제 수작업 평가 결과를 바탕으로 연구를 진행하였다.
작업자는 작업시 공구각이 예리하여 절삭성이 좋아서 노동강도를 줄일 수 있는 제품을 선호하는 경향이 있음을 밝혔으며, 이로 인해 사용자의 작업 환경에 맞는 공구각 설계가 가능함을 확인하였다.
(4) 공구수명과 관련하여 재료적 영향을 평가하였으며, 공구의 표면경도는 모든 시료를 일정하게 하여 경도가 수명에 끼치는 요인을 배제한 후, 공구의 기학적적 형상(공구각)이 작업자의 작업성, 절삭성 및 공구의 수명에 어떤 영향을 미치는 가를 확인하려고 하였다. 작업 환경에 따라 절삭성과 작업성이 좋고, 긴 수명을 유지할 수 있는 적정 공구각 설계가 가능함을 확인하였다.
(5) 작업 편의성의 또 다른 한 요인으로 평가할 수 있는 떨림(run out)의 크기를 비교하고 그 원인을 분석한 결과 새로운 6축 CNC 공구 연삭기를 개발하고 새로운 가공공정을 적용함으로써 작업자의 편의성을 크게 향상시켰다.
(6) 현장 작업자의 절삭성 평가와 정량적인 절삭시험기에 의한 비교시험을 통해 절삭성과 공구수명에 대한 원인 규명과 함께, 두 시험 결과의 유사성을 확인함으로써, 자칫 매우 주관적일 수 있고 많은 비용과 오랜 시간이 요구되는 현장시험을 기계적 시험으로 대체할 수 있음을 확인하였다.
(7) 우수한 성능을 갖는 로타리 바를 개발하기 위해서는 최적 공구각 설계, 브레이징의 구조, 적정 수준의 열처리, 가공공정의 최적화와 같은 요인이 설계에 반영되어야 할 주요 요인임을 확인하였다.
먼저, 작업자의 안전과 공구 비용 측면에서 사용 중 넥(neck)이나 생크(shank)의 절손이 없어야 하고, 긴 수명을 보장할 수 있어야 한다. 또한, 절삭성이 우수해야 작업 능률 향상과 작업자의 노동강도를 감소시킬 수 있다. 마지막으로 작업 중 공구의 떨림(run out)이 발생하게 되면 신체의 근골격계에 질환을 유발하고 작업성이 나빠짐으로 공구의 떨림이 작아야 한다.
따라서, 로타리 바 절삭 공구 개발에 대한 연구를 통해서 주로 이와 같은 공구를 많이 사용하고 있는 현장 작업자의 요구를 감안하여 공구의 넥(neck) 절손, 생크의 파손, 공구수명, 절삭성능 및 기타 작업자들이 정성적으로 느끼는 작업의 편의성에 대한 연구를 수행하였다.
본 연구에서 안정된 실험적 연구 환경을 확보하기 위하여 해당공구를 장기간 사용해 왔고 또, 많이 사용하고 있는 작업장에 개발 시료(SF-5M)를 제공하고, 제품 모따기 작업에 사용토록 한 후 현장 작업자가 느끼는 품질 평가 결과를 토대로 총 3차에 걸쳐 연구를 진행하였으며, 그 결과는 다음과 같다.
(1) 공구의 넥(neck) 절손과 관련하여 기존의 평면형 브레이징 제품과 새로운 끼워 맞춤형 브레이징 제품의 접합 강도 개선 효과가 어떻게 다른지 강도개선 효과를 규명하였다.
(2) 생크의 파손형태를 확인하고 기존의 재질과 형상을 변경하지 않고 강도 개선을 통해 소비자가 원하는 강도설계가 가능함을 확인하였다.
(3) 절삭성에 미치는 주요 형상 요인으로 공구의 노우즈(nose) 반경, 공구각등이 있으나, 본 연구에서는 노오즈 반경(약 0.06~0.09) 영향을 무시하고 공구각의 크기에 따른 절삭성 영향만을 평가하고자 하였다.
공구날이 20개로 날 수가 많고 작을 뿐만 아니라, 기하학적으로 불규칙한 형상으로, 이론적 모델링이 용이하지 않고 간략화화 경우 실제와 크게 달라질 수 있어 작업자의 실제 수작업 평가 결과를 바탕으로 연구를 진행하였다.
작업자는 작업시 공구각이 예리하여 절삭성이 좋아서 노동강도를 줄일 수 있는 제품을 선호하는 경향이 있음을 밝혔으며, 이로 인해 사용자의 작업 환경에 맞는 공구각 설계가 가능함을 확인하였다.
(4) 공구수명과 관련하여 재료적 영향을 평가하였으며, 공구의 표면경도는 모든 시료를 일정하게 하여 경도가 수명에 끼치는 요인을 배제한 후, 공구의 기학적적 형상(공구각)이 작업자의 작업성, 절삭성 및 공구의 수명에 어떤 영향을 미치는 가를 확인하려고 하였다. 작업 환경에 따라 절삭성과 작업성이 좋고, 긴 수명을 유지할 수 있는 적정 공구각 설계가 가능함을 확인하였다.
(5) 작업 편의성의 또 다른 한 요인으로 평가할 수 있는 떨림(run out)의 크기를 비교하고 그 원인을 분석한 결과 새로운 6축 CNC 공구 연삭기를 개발하고 새로운 가공공정을 적용함으로써 작업자의 편의성을 크게 향상시켰다.
(6) 현장 작업자의 절삭성 평가와 정량적인 절삭시험기에 의한 비교시험을 통해 절삭성과 공구수명에 대한 원인 규명과 함께, 두 시험 결과의 유사성을 확인함으로써, 자칫 매우 주관적일 수 있고 많은 비용과 오랜 시간이 요구되는 현장시험을 기계적 시험으로 대체할 수 있음을 확인하였다.
(7) 우수한 성능을 갖는 로타리 바를 개발하기 위해서는 최적 공구각 설계, 브레이징의 구조, 적정 수준의 열처리, 가공공정의 최적화와 같은 요인이 설계에 반영되어야 할 주요 요인임을 확인하였다.
목차
목 차요지....................................................................................................................................ⅰNomenclature................................................................................................................ⅵ표 목차............................................................................................................................?그림 목차.......................................................................................................................?제 1 장 서 론...............................................................................................................1제 1 절 연구의 필요성 및 배경............................................................................1제 2 절 관련 연구 및 현황....................................................................................3제 3 절 연구의 목적 및 내용................................................................................7제 2 장 rotary bar 절삭공구 개발 및 성능개선에 관한 연구............10제 1 절 개요.............................................................................................................10제 2 절 현장시험 조건...........................................................................................12제 3 절 1차 현장시험 결과분석과 성능개선에 관한 연구............................141. 1차 현장시험 결과분석................................................................................142. 1차 문제점 개선에 관한 연구....................................................................16가. 로타리 바 넥의 강도 개선에 관한 연구..........................................16나. 생크의 강도 개선에 관한 연구..........................................................24다. 로타리 바 절삭성 개선에 관한 연구................................................25라. 로타리 바 절삭공구의 수명개선에 관한 연구................................34마. 로타리 바 절삭공구의 작업편의성 개선에 관한 연구..................43제 4 절 2차 현장시험 결과분석과 성능개선에 관한 연구.............................571. 2차 현장시험 결과분석.................................................................................572. 2차 문제점 개선에 관한 연구.....................................................................58가. 생크의 강도 개선에 관한 연구...........................................................58나. 절삭공구의 수명개선에 관한 연구.....................................................59제 5절 3차 현장시험 결과분석과 현장시험 고찰............................................621. 3차 현장시험 결과분석.................................................................................622. 현장시험 고찰.................................................................................................63제 3 장 절삭공구의 비교 절삭시험을 통한 성능평가..............................66제 1 절 개요..............................................................................................................66제 2 절 공구의 절삭시험과 성능비교 분석.......................................................661. 시험대상 제품의 화학적 성분 및 조직....................................................662. 로타리 바 공구의 절삭시험........................................................................703. 절삭시험에 대한 평가..................................................................................72가. 시험결과의 육안 판단..........................................................................72나. 로타리 바 절삭공구의 마모량 평가..................................................80제 4 장 로타리 바 가공기계 개발 및 성능평가에 관한 연구.............84제 1 절 개요.............................................................................................................84제 2 절 연구개발 내용...........................................................................................851. 로타리 바 절삭공구 가공기의 구성 및 상세설계..................................862. 휠 축 등 주요 부재의 강성설계................................................................86가. ANSYS 프로그램을 이용한 주요 부재의 강도해석........................88나. 강도해석 결과..........................................................................................983. 서보모터 및 LM 가이드 등 주요 핵심부품의 선정 설계.................994. 연마재에 의한 이송장치 마모방지 및 절삭유 공급장치.....................1025. 곡면 가공이 가능한 CNC 컨트롤러 개발..............................................1026. 공구 형상에 맞는 자동이송 가공제어 프로그램 설계.........................103제 3 절 가공장비의 성능평가..............................................................................1041. 가공장비의 측정...........................................................................................104가. 가공장비의 정밀도 측정.......................................................................108나. 장비의 직선위치 측정의 측정 불확도 평가....................................1122. 축의 흔들림 시험측정.........................
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