마이크로 엔드밀링시 AE 신호를 이용한 상태 감시

나눔명조, 크기15

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한국생산제조학회 0000년도 춘추계학술대회

장수훈1*, 박진효1, 강익수1, 김정석1, 우용원2, 이현호2

Machined surface texture monitoring using acoustic emission signals in micro milling process

Time New Roman,

크기 12

S. H. Jang1*, J. H. Park1, I. S. Kang1, J. S. Kim1, Y. Y. Woo2, H. H. Lee2(*교신저자 표기)

부산대학교 기계공학부1, (주)나노테크2

Key Words : Micro endmilling, Acoustic emission, Surface texture

1. 서 론

마이크로 부품의 수용에 대응하기 위해 최근 초정밀 절삭가공기술은 초소형 마이크로 기계부품과 대면적의 마이크로 형상부품 가공기술을 동시에 추구하는 방향으로 전개되어지고 있다. 본 논문에서는 마이크로 엔드밀링시 가공조건별 AE(acoustic emission)신호를 획득하였으며, 이 신호를 이용하여 표면거칠기 및 표면 상태를 감시할 수 있는 센싱기술을 개발하고자 한다.

2. 마이크로 엔드밀링 실험

본 마이크로 엔드밀링 실험에서 사용되어진 피삭재는 Al6061로 5x20mm의 면적을 가지고 있으며, 직경 200㎛인 마이크로 엔드밀을 사용하였다. 또한, 최대 회전수 80,000rpm급 에어터빈 스핀들(Air-turbine spindle)을 머시닝 센터 주축에 장착하여 실험을 수행하였다. Fig. 1은 실험장치 사진을 보여주고 있으며, 가공조건은 스핀들 회전수 58,000, 66,000, 70,000rpm이며, 이송속도는 116, 132, 140mm/min로 정하였다. 미세절삭조건의 현상파악을 위해 주파수범위가 넓고, S/N가 높은 센서가 요구된다. 이러한 요구조건에 적합하며, 설치의 용이성으로 마이크로가공실험에 AE센서 사용은 효과적으로 적용할 수 있다.

Fig. 1 Experimental setup

3. 실험 결과 및 고찰

AE신호는 5초 동안 50,000개의 데이터를 획득하였으며, 정량적인 분석을 위해 AE 원신호를 RMS 값으로 변환하여 가공이 이루어지는 0초에서 2.5초 동안의 영역을 분석하였다. 가공조건별 AE RMS 신호를 Fig. 2에 나타내었다. 각 조건에 해당하는 영역별 광학현미경사진과 표면거칠기 구배(Profile)은 Fig. 2에 나타내었으며, 측정된 표면거칠기(Ra)는 Table 1에 나타내었다.

Fig. 2 Machined surface texture according to cutting condition

Table 1 Comparison of surface roughness (㎛)

L1

L2

L3

(a)

0.067

0.059

0.063

(b)

0.050

0.047

0.049

(c)

0.055

0.047

0.053

(a) AE RMS at spindle speed 58,000rpm and feed 116mm/min

(b) AE RMS at spindle speed 66,000rpm and feed 132mm/min

(c) AE RMS at spindle speed 70,000rpm and feed 140mm/min

Fig. 3 AE RMS according to cutting condition

Fig. 3 (a)는 (b)와 (c)에 비해 낮은 회전수와 이송속도의 영향으로 AE RMS 값이 0.3V 이상으로 나타났으며, L1, L2, L3 모든 영역에서 불균일한 진폭양상을 보여짐을 알 수 있었다. 초기 절삭에너지 증가가 AE RMS에 영향을 미친 것으로 사료되고, 표면거칠기의 값 또한 (b)와 (c)에 비해 증가함을 알 수 있었다. 또한, Fig. 3(a)에서 가공면의 3차원 구배 측정결과와 광학현미경 측정사진으로부터 가공면의 상태도 불균일함을 알 수 있다.

참 고 문 헌

(1) Tusty, J., Smith, S. and Zamudia. C., 1990, Operation Planning Based on Cutting Process Model, Annals of the CIRP, 39. 517~521.

(2) Shin, B. S, Choi, D. S, Je, T. J, Whang, K. H, Yang, D. Y, 2002, Development of rapid manufacturing process by high-speed machining with automatic fixturing, JMPT, 363~371.

(3) Lee, E.S, Je, T.j, Ohmori H, 2006, Development of cylindrical grinding technology with electrolotic in-process dressing method, International Journal of the Korean Society of Precision Engineering. 1:1 127~132.

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