난삭재 가공을 위한 방전 밀링 초음파 하이브리드 가공에 관한 연구 :Ultrasonic vibration assisted electrical discharge machining and milling hybrid process for difficult to cut materials

김민엽

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김민엽 (영남대학교, 영남대학교 대학원)

지도교수: 고태조

발행연도: 2019

저작권: 영남대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수24

이 논문의 연구 히스토리 (6)

2019

난삭재 가공을 위한 방전 밀링 초음파 하이브리드 가공에 관한 연구

김민엽 기계공학과 2019.01 학위논문

2012

하이브리드 가공에서 초음파 진동 부가에 따른 가공성 평가

김민엽 , 이상평 , 박종권 외 1명 한국생산제조학회 학술발표대회 논문집 2012.04 학술대회자료

2011

방전 밀링 하이브리드 가공에서의 초음파 진동이 버에 끼치는 영향

김민엽 , 고태조 , 박종권 한국생산제조학회 학술발표대회 논문집 2011.10 학술대회자료

방전 밀링 하이브리드 가공의 절삭력 측정 및 분석

김민엽 , 박종권 , 고태조 한국생산제조학회 학술발표대회 논문집 2011.04 학술대회자료

2010

방전 밀링 하이브리드 가공의 방전파형 분석

김민엽 , 고태조 , 진보스코 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 2010.05 학술대회자료

방전 밀링 하이브리드 가공 검토

김민엽 , 진보스코 비링기로 , 박종권 외 1명 한국생산제조학회 학술발표대회 논문집 2010.04 학술대회자료

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첨단 기계 산업의 발전으로 기계부품 소재가 다양해짐에 따라 고 능률 가공이 요구되고 있다. 이에 따라 단독 가공방법으로는 불합리한 경우에 하이브리드 가공이 대안이 될 수 있다. 본 논문에서는 방전 밀링 초음파 하이브리드 가공을 제안하였고 이를 바탕으로 실험을 통하여 각 공정의 특성을 파악하였다. 실험에 앞서 3공정이 동시에 가공에 참여할 수 있도록 실험용 가공시스템을 제작하였다. 3축 CNC 밀링기계에 방전 제어를 통하여 연속 방전이 가능한 방전 전원이 추가되었으며 소재에 초음파 진동을 추가하기 위하여 초음파 진동 테이블을 제작하고 공구에 초음파 진동을 추가하기 위하여 초음파 스핀들을 제작하였다. 그리고 방전 신호, 절삭력, 초음파진동 변위, 표면 거칠기 측정을 통하여 각 공정이 직접 가공에 참여하는지 확인하였다. 각 소재의 특성에 맞게 실험한 결과, 밀링만으로 가공할 수 없는 고경도 소재의 경우는 방전가공의 도움으로 가공할 수 있음을 확인하였다. 공구가 소재에 접촉하여 발생하는 공구 통과 흔적 및 초음파 진동의 흔적을 방전가공의 도움으로 표면 거칠기 향상에 영향을 끼치는 것을 확인하였다. 가공 후 Burr가 많이 발생하는 연성재료의 경우는 방전 및 초음파 가공의 영향으로 Burr가 감소하는 것을 확인하였다. 가공이 시작될 때 발생하는 충격력으로 인해 소재 표면의 크랙이 발생하기 쉬운 취성재료의 경우는 초음파 가공의 도움으로 표면 크랙이 감소하는 것을 확인하였다. 실험의 효율 및 객관성을 위해서 실험계획법을 통하여 실험하였으며 선택된 가공조건이 본 가공에 어느 만큼의 영향을 미치는지 실험 결과 분석을 통하여 확인할 수 있었다.

Due to the development of high-tech machinery industry, materials of machine parts have been diversified and high-efficiency machining is required. Therefore, a hybrid machining can be an alternative when the either milling or ultrasonic method is unreasonable. In this paper, we propose a EDM milling ultrasonic hybrid machining. Experimental machining systems were fabricated to allow the three processes to involve in the machining simultaneously in the experiment. The 3-axis CNC milling machine has added a discharge power source that can continuously discharge electricity through discharge control, an ultrasonic wave vibration table has been added to add ultrasonic vibration to the material. And an ultrasonic spindle has been manufactured to add ultrasonic vibration to the tool. And we confirmed that each process participates directly in machining by measurement of EDM signal, cutting force, ultrasonic vibration displacement, and surface roughness. As a result of experiments on the characteristics of each material, it was confirmed that it can be processed with the help of electric discharge machining in the case of hardened materials which can not be processed only by milling. It was confirmed that the traces of tool passing and ultrasonic vibrations caused by the contact of the tool with the material have an influence on the improvement of the surface roughness by the help of the EDM. In the case of soft materials with many burrs after machining, it was confirmed that the burr decreased due to the effect of discharge and ultrasonic machining. In the case of a brittle material which is easily cracked due to the impact force generated at the beginning of the machining, it is confirmed that the surface crack is reduced by the help of the ultrasonic machining. Experimental design method was used for the efficiency and objectivity of the experiment and the influence of the selected machining conditions on the machining was verified through the experimental analysis.

1장 서 론 1
2장 방전 밀링 하이브리드 가공 3
2.1. 이론적 배경 3
2.2. 실험 장치 6
2.2.1. 방전 전원부 8
2.2.2. 방전 제어부 11
2.2.3. 기계시스템 13
2.2.4. 시스템 제작 14
2.3. 실험 방법 및 결과 15
2.3.1. 방전신호 측정실험 16
2.3.2. 알루미늄 소재의 절삭실험 20
2.3.3. 탄소강 표면 특성 실험 28
2.3.4. 금형강 절삭력 측정 실험 33
2.3.5. 투입 공정 별 상관관계 해석 38
2.4. 실험 결과 분석 40
3장 초음파 밀링 하이브리드 가공 47
3.1. 초음파 진동 구조물 설계 및 제작 47
3.2. 가공성 평가 실험 57
3.3. 다구찌 방법 실험 계획법을 이용한 가공조건에 따른 특성 60
4장 방전 밀링 초음파 3공정 하이브리드 가공 65
4.1. 실험 장치 67
4.1.1. 초음파 진동 테이블 67
4.1.2. 초음파 진동 스핀들 69
4.2. 실험을 통한 가공성능평가 75
4.2.1. 방전 밀링 초음파 가공 실험 75
4.3. 실험 장치 성능 개선 81
4.3.1. 공진점 탐색이 가능한 초음파 발진기 제작 82
4.3.2. 공구 클램핑 방식 개선 84
4.3.3. Horn 의 설계 및 제작 85
4.3.4. Horn 고정 방식 개선 87
4.4. 실험을 통한 개선 된 장치의 성능평가 89
4.4.1. 초음파 진동을 이용한 유리, 세라믹의 구멍가공 89
4.4.2. 세라믹에 대한 초음파 드릴링 가공 실험 91
4.4.3. 알루미늄에 대한 방전 밀링 가공실험 95
4.4.4. 탄소강 소재에 방전 초음파 밀링의 3공정 하이브리드 가공 101
5장 결론 및 제언 105
5.1. 방전 밀링 하이브리드 가공의 결론 105
5.2. 초음파 밀링 하이브리드 가공의 결론 106
5.3. 방전 밀링 초음파 3공정 하이브리드 가공의 결론 107
5.4. 제언 108

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