신소재 경면연삭 가공시스템에 관한 연구

Abstract

세라믹과 같은 경취성 신소재의 초정밀 경면 가공을 위한 3축 CNC 연삭기를 설계하였다. 개발된 연삭기는 공기정압 스핀들과 고 감쇠 레진 콘크리트 베드, 그리고 고분해능의 AC 서보 모터와 함게 3축 CNC 컨트롤러로 구성되어 있다. 본 연구에서는 레진 콘크리트는 공작기계 베드를 위한 많은 우수한 특성을 가지고 있기 때문에, 레진 콘크리트의 최적의 물성을 얻기위해 몇 가지 실험을 수행하였다. 레진 콘크리트의 영 계수, 압축 강도, 굽힘 강도, 열팽창 계수, 비열, 열전도율을 다져짐율, 골재의 크기, 그리고 양을 변수로 하여 각각의 변수의 변화에 따른 레진 콘크리트의 물성을 측정하였다. 측정된 물성값을 근거로 세라믹과 같은 경취성 신소재의 경면 가공을 위한 초정밀 CNC 연삭기의 베드를 레진 콘크리트를 이용하여 제조하였다. 또한, 초정밀 연삭기의 컬럼의 감쇠 특성을 향상시키기 위하여 섬유 강화 고분자 복합재료를 컬럼에 접착제를 이용해 접합하였다. 여러 가지 복합재료의 감쇠 특성을 최적화하기 위하여, 적층각에 따른 동적 특성을 측정하였다. 복합 재료와 주철 컬럼으로 구성된 하이브리드 컬럼의 손실 계수를 섬유 적층각과 복합재료의 두께에 대?臼♭ 측정하여 R.K.U. (Ross-Kerwin-Ungar) 식과 비교하였다. 연삭액의 강성 계산을 위하여, 3차원 유한 요소 해석 방법을 이용한 직선운동 가이드와 볼 스크류의 새로운 모델링 방법을 제시하였다. 실험 결과와 계산 결과의 비교로 부터, 새로운 모델링 방법이 공작기계의 강성 예측에 정확한 값을 제시한다는 것을 알았다. 일련의 연구 결과를 바탕으로, Prototype 3축 CNC 연삭기를 설계하고 제조 하였다. 연삭기의 동적 특성을 조사하기 위하여, 스핀들과 헤드 스톡의 고유 진동수를 실험적으로 측정하였다. 또한 1차 고유진동수에서 공작기계 X-테이블의 모드 형상을 실험적으로 구하였다.세라믹 제료에 대한 가공 실험으로부터, 제작된 연삭기가 평균표면조도 10 nm의 Al2O3-TiC 경면을 얻었다.