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1 7 장. 기계절삭가공

2 기계가공 (machining) 1 차가공된공작물을공작기계를사용하여요구되는모양과치수로가공 공작기계 (machine tool) 바이트, 커터, 다이등을사용하여공작물을가공 각종기계 : 공작물의조립에의해생산 절삭가공 (cutting) 절삭날을이용한소재의절삭하는기계가공 공작물 (workpiece) 요구하는모양, 치수및표면거칠기를만족

3 기계절삭가공의개요 광의의절삭가공 바이트와밀링커터등의절삭날로소재를가공 숫돌바퀴 (grinding wheel) 와숫돌입자 (abrasive grain) 로가공 협의의절삭가공 비교적큰쇳밥 (chip) 을내며가공 정밀가공 숫돌에의한연삭가공 숫돌입자가공

4 공작기계 (machine tool) 의분류 생산양식에따른분류 범용 (general purpose) 공작기계 단능 (single purpose) 공작기계 만능 (universal) 공작기계 전용 (special purpose) 공작기계 가공방법에의한분류 절삭가공 : 선반, 밀링머신, 셰이퍼, 플레이너 연삭가공 : 연삭기, 호닝머신, 슈퍼피니싱머신, 래핑머신 특수공작기계 : 전해연마기, 방전가공기, 초음파가공기, 레이저가공기, 쇼트피닝 (shot peening) 머신

5 절삭기구 절삭공구 : 사용하는절삭날 단인공구 (single point tool) : 날끝이하나인바이트 다인공구 (multipont tool) : 드릴 (drill), 밀링커터

6 절삭운동 (1)

7 절삭운동 (2)

8 공작기계의구성 (1) 몸체 (frame) : 베드, 컬럼, 테이블 강성, 강도, 방진성이요구됨

9 공작기계의구성 (2) 테이블 (table) : 공작기계의주운동부 컬럼 (column) : 수직지지대, 주축대를안내 안내면 (guide) : 공작기계의정확한운동 Dovetail

10 공작기계의구성 (3) 주축 (main spindle) 공작물또는공구를회전 절삭력을전달 주축의강성, 베어링의지지및안내장치 공작물의가공정밀도와표면거칠기에큰영향 주축의설계, 재질, 베어링의위치와구조, 주축과베어링의끼워맞춤, 진동등에유의

11 공작기계의구성 (4) 주축베어링 (bearing) 주축의자중, 절삭작용, 기어의구동과변형에의한진동을받음 베어링의종류 미끄럼 (sliding) 베어링 구름 (rolling) 베어링 : 볼베어링 정압 (hydrostatic) 베어링 : 고속회전용, 고정밀도

12 공작기계의구성 (5)

13 주축의구동속도 주절삭운동 공작물과공구의재질, 가공수단에적합한속도 등비수열적속도열의톱니선도 (saw diagram) N n =N 1 x(1.39) n-1

14 변속기구 (1) 단계식변속기구 : 단차식, 기어식

15 변속기구 (2) 무단변속기구 : 기계식, 전기식, 유압식

16 절삭이론 공구및공구각의명칭

17 칩의형성기구 칩의생성상태 공구의모양 (shape) 공작물의재질 (material) 절삭속도 (cutting velocity) 절입 ( 절삭깊이, depth of cut) 이송 (feed) 절삭유제 (cutting fluid) 재료의피삭성 (machinability) 칩의형성

18 칩의종류 공작물재료의변형능 상면경사각 칩의두께 절삭속도 Flow type Shear type Tear Type Crack Type

19 구성인선 (built-up edge) 칩이공구날끝에융착된후가공경화로날끝의일부를구성 절삭영역에서국부적인고온, 고압에의함

20 절삭저항 (cutting resistance) 공작물을가공할때공구가받는저항력 절삭력을전단변형시키는데필요한힘 + 칩과공구경사면과의마찰력 + 날끝과가공면과의마찰력의합 절삭저항계산식 : P K sg Kronenberg 의식 P: 절삭저항 [kgf]; K s : 비절삭저항 [kgf/mm 2 ]; g: 절삭면적 [mm 2 ] 비절삭저항 : 단위면적당절삭저항 주철 : 90 ~ 130 [kgf/mm 2 ] 연강 : 100 ~ 200 [kgf/mm 2 ] 경강 : 150 ~ 250 [kgf/mm 2 ] 황동 : 70 ~100 [kgf/mm 2 ]

21 절삭저항의 3 분력 주분력 : 주절삭운동방향의분력 가장크며, 절삭동력을결정 이송분력 : 이송방향의분력 배분력 : 절입방향의분력

22 절삭온도 (1)

23 절삭온도 (2) 절삭공구의경사면, 절삭칩, 가공면의온도 고온절삭 : 200 ~800 공작물의경도감소 절삭저항감소 저온절삭 : -20 ~ -150 공구의마멸감소 절삭성능향상

24 공구의마멸 (wear)(1) 원인 절삭속도의과속 공구각과공구날의부적절 공작기계의진동 절삭유제의부적절

25 공구의마멸 (wear)(2) 결과 가공정밀도감소 표면거칠기저하 소요절삭동력증가 Crater wear : 패인자국의깊이 Flank wear : 마멸된부분폭의평균값 Crater wear Flank wear

26 공구수명 (tool life) 정상적인절삭이불가능할때까지의시간 ( 분 ) 판단요건 (1) 날끝의마멸이어느정도달했을때 (2) 가공면에광택이있는무늬가생길때 (3) 다듬질치수에기준이상의변화가발생시 (4) 절삭저항이절삭개시값보다어느양만큼증가시 고속도강 : (2), (4) 초경합금, 세라믹공구 : (1) 다듬질가공 : (3)

27 공구수명판정기준

28 공구수명식 (Taylor s Equation) 다른조건이동일하게주어진경우에절삭속도와공구수명간의관계를나타내는데사용 V : 절삭속도( m / min) VT n C 절삭속도를높이면공구수명감소 n, C 는공작물의특성, 공구재질, 절삭깊이, 공구의기하학적 형상등에영향을받음 T : 공구수명(min) n, C : 상수 n 값이클수록절삭속도증가에따른공구수명의감소완만 절삭공구별 n의값 고속도강공구 0.15 초경공구 0.25 세라믹코팅된초경공구 0.4

29 절삭조건 ( 절삭속도, 이송량, 절삭깊이 ) 절삭속도 공구와공작물사이의상대속도 [m/min] DN v 1000 주절삭운동이회전운동 : v : 절삭속도 [m/min] D : 회전하는공구또는공작물의지름 [mm] N : 회전하는공구또는공작물의회전수 [rpm] 선삭, 밀링, 보링등 주절삭운동이직선운동 : n : 1 분간절삭공구의왕복횟수 L : 행정길이 v nl 1000a a : 절삭공구 1 왕복에대한절삭행정의비 (3/5 ~ 2/3) 셰이퍼, 플레이너등

30 절삭조건 ( 절삭속도, 이송량, 절삭깊이 ) 이송량 : 공작기계의종류와형식에따라

31 절삭조건 ( 절삭속도, 이송량, 절삭깊이 ) 원통선삭 : 형삭 : 밀링 : f f f f f f z r s n n Z n

32 절삭조건 ( 절삭속도, 이송량, 절삭깊이 ) 절삭깊이 : t [mm] 절삭면적 : S [mm2] 선삭의경우 : S s a h b

33 절삭유제 ( 절삭유, cutting oil) 절삭유의작용 가공면의냉각작용 마찰을감소시키는윤활작용 절삭칩을제거하는세정작용 구비조건 사용중칩으로부터분리, 회수가용이 불변 방녹 무해 저렴

34 절삭유의종류 수용성 알칼리성수용액 : 물 + 알칼리성첨가제, 연삭작업 유화유 : 광유 + 비누, 값이저렴 불수용성 광유 : 경유, 머신오일, 스핀들오일 경절삭용 동식물유 : 돈유, 올리브유, 종자유 다듬질가공 첨가제 : 절삭유의성능향상시킴 - 동식물유 : 황, 황화물, 흑연, 아연분말 - 수용성 : 인산염, 규산염 - 표면활성 : 사염화탄소 (CCl4)

35 절삭유의선택 공구수명및다듬질면향상

36 절삭용공구재료

37 공구강과고속도강 공구강 탄소공구강 : 저렴, 온도상승에따른경도저하 합금공구강 : 내마멸성과인성을향상, Cr, W함유드릴, 띠톱, 쇠톱등손공구에사용 고속도강 (HSS : high speed steel) 다량의 Cr, W, V 함유 고온경도, 내마멸성이우수 강력절삭용고합금강

38 경질합금 (hard metal) 경질합금 주조경질합금 : Co-Cr-W-C 계스텔라이트 (stellite) 소결경질합금 : 초경합금

39 그밖의경질재료 (1) 피복초경합금 공구수명향상및고속절삭가능 단속절삭이나고정밀다듬질절삭에는부적합 세라믹공구재료 고속절삭가공성우수 고온경도가높고, 내마멸성, 내용착성우수 충격강도가낮아거친가공물절삭에는부적합

40 그밖의경질재료 (2) 서멧 (cermet) 공구재료 Ceramics + metal : 복합재료 절삭공구, 다이, 치과용드릴 내충격, 내마멸용 TiC-TiN 계 : 내용착성과내열성우수, 고속절삭용 CBN (cubic boron nitride, 입방정질화붕소 ) 초고압, 고온에서인공적으로합성 다이아몬드다음으로단단함 1000 o C 이하에서경도가크고, 철계피삭제와반응하지않음 담금질강, 칠드주철등에사용

41 쾌삭강 (free-cutting steel) 피삭성 가공할재료에대한절삭의용이성 절삭저항, 절삭효율, 가공면의거칠기로판단 쾌삭강 피삭성향상을위해황 (S), 납 (Pb) 등을첨가한강

42 Tool Dynamometer( 공구동력계 ) Piezo Effect( 압전효과 ) Accerlerometer( 가속도계 )

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