초정밀 절삭 가공

 

초정밀 절삭 가공

 

 

1. 개요

 

종래의 최종 마무리 작업은 연삭, 폴리싱, 래핑 등의 지립 가공이었으나 최근에는 공구, 공작 기계의 발달로 최종 마무리 작업 까지 절삭 가공 하므로 능률이 극대화 된다. 여기에서는 최근 진보가 현저한 1 ㎛ 이하의 정밀도를 가진 정밀 부품의 초정밀 절삭에 관해 설명한다.

 

 

2. 초정밀 절삭 조건

 

  1) 공구의 인선이 매우 예리 할 것

  2) 공작 기계는 고정밀도 임과 동시에 진동이 매우 작을 것

  3) 공작 기계 자체 및 설치 장소의 환경, 온도의 변화가 적을 것

  4) 가공 조건이 잘 선정 되어 있을 것

  5) 가공하는 재료가 균일하고 안정되어 있고 변형과 균열이 적을 것

  6) 가공물이 변형을 일으키지 않는 장착 구조 일 것

 

 

3. 절삭 공구

 

  1) 공구 인선의 예리함과 거칠기

 

     ① 1 ㎛ 정도의 치수 정밀도인 경우 최종 절입량은 1 ㎛ 이하 이어야한다.

     ② 공구인선의 반경은 절입량 보다 반경이 크면 미끄럼 현상이 일어나므로 인선 반경은 절입량

         보다 작아야한다.

     ③ 공구재종

       ⓐ 다이야몬드는 1 ㎛ 이하의 선단 반경으로 가공 가능 하므로 초정밀 가공용으로 적당 하다.

       ⓑ 다이야몬드의 표면 거칠기는 최대 0.01-0.02 ㎛ Rmax 이므로 연질 금속 결정류의 초정밀

            절삭에 적합.

       ⓒ CBN 공구 표면 거칠기는 최대 0.1-0.2 ㎛ Rmax 이므로 철강재의 초정밀 절삭에 적합하다.

       ⓓ 초경 합금,고속도강 등은 선단 반경을 수㎛ 이하로 다듬질하기 곤란하다

 

2) 공구 마모

 

     ① 단결정 다이야몬드 : 단단하나 마모되어 어떤 한계 시간 경과 시 더 이상의 절삭 진행 불가능

     ② 다이야몬드 마모 실험

       ⓐ 조건: 공구 선단 반경 5㎛, 경사각 0°(결정 방위 110) 여유각 5°, 절삭 속도 480m/min,

           절입 10㎛, 이송 15㎛/rev, 가공액 백등유 미량 분무, 공작물 재질-무산소 구리,

          표면 거칠기 0.02㎛ Rmax

       ⓑ 마모진행: 최초 크레이터 마모 발생. 차차 발달하여 절삭날 모서리 손상.

       ⓒ 결과: 20 Km 까지 비교적 빨리 크레이터 마모 진행

                  40 Km 까지 표면 거칠기 0.02 ㎛ 경면 절삭 가능

                  100 Km 까지 표면 거칠기 0.03 ㎛로 절삭 가능

 

 

4. 공작기계

 

  1) 초정밀 절삭 가공용 공작 기계 구비 조건

 

     ① 동적 정밀도가 높은 직선운동 기구

     ② 동적 정밀도가 높은 회전운동 기구

     ③ 미소 위치 결정 서보 기구

     ④ 미소 절입 기구 등을 갖춘 공작 기계 일 것

 

  2) 직선 운동 기구

 

     강성의 필요에 따라 공기 베어링, 유정압 베어링, 고정밀도 로울러 베어링을 사용하며 직선운동

     기구의 정밀도는 strock 200 - 500mm당 0.1-0.6 ㎛ 정도

 

  3) 회전 운동 기구

 

     직선 운동과 같은 베어링으로 회전 정밀도는 0.05-0.1mm 정도.

 

  4) 미소 위치 결정 서보 기구

 

     ① 정밀한 Ball Screw 로 구동 하여 로타리 엔코더로 위치 검출 하여 위치제어.

     ② 구동 테이블 측에 직선 리니어 엔코더를 부착 위치검출 제어 방식

     ③ 측장용 레이져 간섭계 이용 (분해능 0.01 ㎛ 정도로 위치 결정 가능)

     ④ 이동 거리가 짧은 경우는 탄성 변형, 지레, 압전 소자이용.

 

5) 미소 절입 기구

 

     ① FTS(Fast Tool Servo): 디텍터(Ditector) 는 차동 정전 용량형 검출기 이용.

     ② 액튜에이터는 피에죠(Piezo) 압전소자.

     ③ FTS(Fast Tool Servo) 끝에 다이아몬드 공구 부착. 0.0025 ㎛의 미소 절입 가능.

 

 

5. 가공 조건

 

  1) 공작 기계의 특성, 공구선단 반경, 형상 정밀도, 재료 특성 등을 잘 파악 하여 가공 조건을 설정

     하는 것이 중요하다.

  2) 양호한 초정밀 절삭을 하려면 가공 하는 재료에 적합한 가공 조건 선정도 필요하다.

  3) 가공재료: 가공물 자체의 크기, 가공물 고정 방식, 피삭재 내부 응력, 재료내의 이분자, 격자 배열

                  등이 중요 요인이다.

 

 

6. 결언

 

이상 대략 초정밀 절삭 가공에 대하여 설명 하였는데 공작 기계, 공구재료, 가공기술이 각각 진보해서 절삭 가공 특유의 능률을 올리는 생산성이 좋은 초정밀 절삭 가공 기술은 앞으로 더욱 발전될 것으로 기대된다.