김복수
2001-06-12 21:23:39
6
247
절삭가공과 토오크와의 관계
1.Facemilling 가공시의 토오크량?(관계식)
1)재질 : FCD50
2)공구(정면 카타): Ø100mm
3)날수 : 6날
4)날당 이송량 : 0.1mm
5)절삭속도 : 400m/min
6)절삭 폭 : 80mm
7)절삭 깊이 : 3mm
2.소요동력량?(관계식)
3.Facemilling Cutter의 크기의 차이에 따른 토오크량의 관계는?
예)Ø100와 Ø200 Cutter을 사용했을 때의 토오크량의 차이는?
공작기계를 설계하고 있는데 토오크와 가공량의 관계를 정의 하지 못하여 고민중에 있습니다.
답변을 기다리겠습니다.
감사합니다.
1.Facemilling 가공시의 토오크량?(관계식)
1)재질 : FCD50
2)공구(정면 카타): Ø100mm
3)날수 : 6날
4)날당 이송량 : 0.1mm
5)절삭속도 : 400m/min
6)절삭 폭 : 80mm
7)절삭 깊이 : 3mm
2.소요동력량?(관계식)
3.Facemilling Cutter의 크기의 차이에 따른 토오크량의 관계는?
예)Ø100와 Ø200 Cutter을 사용했을 때의 토오크량의 차이는?
공작기계를 설계하고 있는데 토오크와 가공량의 관계를 정의 하지 못하여 고민중에 있습니다.
답변을 기다리겠습니다.
감사합니다.
안녕하십니까?
음.. 간단하게 설명하려 했더니 더 일이 꼬이는 군요.^^
질문하신 토크를 규제하는 절삭량[MRR]을 커터의 직경으로 고려하실 경우, 사실은 조금 복잡합니다.
왜냐하면 Face milling에서의 비절삭저항은 상수가 아니고 평균칩두께의 함수이기 때문입니다.
이를 수식으로 표현하면 평균칩두께를 hm이라 하면, 비절삭저항 Km은K_m =Ch_m^-p 이 됩니다. 주철의 경우 대략 C=206정도이고 p=0.19입니다.
또한 hm은 engage각[절삭폭과 공구직경에의해 결정되며, 동시에 공작물과 공구의 놓인 위치에 따라서도 변합니다.]과 날당 이송량 fz의 함수입니다.
그러므로 질문하신 커터 직경의 경우 우선 평균칩두께[또는 절삭면적]의 함수인 동시에 비절삭 저항의 함수가 됩니다.
또한 토크의 경우 직경의 반을 곱해주므로 토크의 경우는 커터 직경 D가 복잡[비절삭저항의 함수, 평균단면적의 함수, 모멘트암으로서의 역할]하게 관련되어 있는 것입니다.
이를 간단히 계산해보면 단면적과 비절삭저항의 곱에서 직경의 영향이 거의 상쇄되므로 대략 토크는 공구직경에 비례하게 됩니다.
즉, 절삭력에 있어서 절삭력에 미치는 공구직경의 영향이 비절삭 저항과 평균단면적을 곱하는 것에 의해서 어느정도 "둔감"해지는 것입니다.
그러므로 커터의 직경에 관련된 토크규제에 대해서는 절삭 면적은 "변수"로놓고 비절삭저항은 "상수"로 놓아 절삭력을 말씀 드리기는 어렵습니다.
일반적으로 MRR에 영향을 미치는 절삭조건이라 함은 공구직경이 아니고 이송, 절삭깊이, 절삭속도로 표현하는 것도 이때문입니다.
그러므로 공구직경의 규제에 대해서는 평균적으로 토크에만 관련된다고 쉽게 생각하시는 것이 좋을 것 같습니다[물론 순간적인 변동력을 계산한다면 조금 이야기가 다를 것입니다].
도움이 되었으면 합니다.
음.. 간단하게 설명하려 했더니 더 일이 꼬이는 군요.^^
질문하신 토크를 규제하는 절삭량[MRR]을 커터의 직경으로 고려하실 경우, 사실은 조금 복잡합니다.
왜냐하면 Face milling에서의 비절삭저항은 상수가 아니고 평균칩두께의 함수이기 때문입니다.
이를 수식으로 표현하면 평균칩두께를 hm이라 하면, 비절삭저항 Km은
또한 hm은 engage각[절삭폭과 공구직경에의해 결정되며, 동시에 공작물과 공구의 놓인 위치에 따라서도 변합니다.]과 날당 이송량 fz의 함수입니다.
그러므로 질문하신 커터 직경의 경우 우선 평균칩두께[또는 절삭면적]의 함수인 동시에 비절삭 저항의 함수가 됩니다.
또한 토크의 경우 직경의 반을 곱해주므로 토크의 경우는 커터 직경 D가 복잡[비절삭저항의 함수, 평균단면적의 함수, 모멘트암으로서의 역할]하게 관련되어 있는 것입니다.
이를 간단히 계산해보면 단면적과 비절삭저항의 곱에서 직경의 영향이 거의 상쇄되므로 대략 토크는 공구직경에 비례하게 됩니다.
즉, 절삭력에 있어서 절삭력에 미치는 공구직경의 영향이 비절삭 저항과 평균단면적을 곱하는 것에 의해서 어느정도 "둔감"해지는 것입니다.
그러므로 커터의 직경에 관련된 토크규제에 대해서는 절삭 면적은 "변수"로놓고 비절삭저항은 "상수"로 놓아 절삭력을 말씀 드리기는 어렵습니다.
일반적으로 MRR에 영향을 미치는 절삭조건이라 함은 공구직경이 아니고 이송, 절삭깊이, 절삭속도로 표현하는 것도 이때문입니다.
그러므로 공구직경의 규제에 대해서는 평균적으로 토크에만 관련된다고 쉽게 생각하시는 것이 좋을 것 같습니다[물론 순간적인 변동력을 계산한다면 조금 이야기가 다를 것입니다].
도움이 되었으면 합니다.
선생님의 답변에 감사드립니다.
절삭량과 Cutter의 지름과의 관계에 의문점이 있어 확인을 바랍니다.
절삭폭에 대한 규제가 빠져있네요.
절삭폭과 힘이 동일한 조건에서 Tool의 반경길이를 고려한 절삭량의 차이점.
1.Machine Center의 Spindle Motor사양
1) Rated Torque : 60 N·m
2) Rated Speed : 1000rev/min
3) Rated Power : 6.25kW
2.가공 조건 - Ⅰ
1) Tool Size : Face Cutter Ø160
2) Rated Speed : 500rev/min
3) 날수 : 8개
4) 절삭폭 : 60mm
3.가공 조건 - Ⅱ
1) Tool Size : Face Cutter Ø80
2) Rated Speed : 1000rev/min
3) 날수 : 4개
4) 절삭폭 : 60mm
2항과 3항의 중 어떠한 조건이 많은 절삭량을 발생시킬 수 있습니까?
저의 생각으로는
피삭재의 비절삭저항*순간가공면적(날당이송*절입깊이)*Tool의 반경≤Motor
Torque
가 성립되어야 가공이 가능하다고 생각되므로 Tool의 반경이 2배작은 Ⅱ의 경우가 2배정도 많은 절삭량을 얻을 수 있다고 사료됩니다.
타당한 생각인지 고견을 기다리겠습니다.
감사 합니다.
절삭량과 Cutter의 지름과의 관계에 의문점이 있어 확인을 바랍니다.
절삭폭에 대한 규제가 빠져있네요.
절삭폭과 힘이 동일한 조건에서 Tool의 반경길이를 고려한 절삭량의 차이점.
1.Machine Center의 Spindle Motor사양
1) Rated Torque : 60 N·m
2) Rated Speed : 1000rev/min
3) Rated Power : 6.25kW
2.가공 조건 - Ⅰ
1) Tool Size : Face Cutter Ø160
2) Rated Speed : 500rev/min
3) 날수 : 8개
4) 절삭폭 : 60mm
3.가공 조건 - Ⅱ
1) Tool Size : Face Cutter Ø80
2) Rated Speed : 1000rev/min
3) 날수 : 4개
4) 절삭폭 : 60mm
2항과 3항의 중 어떠한 조건이 많은 절삭량을 발생시킬 수 있습니까?
저의 생각으로는
피삭재의 비절삭저항*순간가공면적(날당이송*절입깊이)*Tool의 반경≤Motor
Torque
가 성립되어야 가공이 가능하다고 생각되므로 Tool의 반경이 2배작은 Ⅱ의 경우가 2배정도 많은 절삭량을 얻을 수 있다고 사료됩니다.
타당한 생각인지 고견을 기다리겠습니다.
감사 합니다.
선생님의 답변에 감사드립니다.
절삭량과 Cutter의 지름과의 관계에 의문점이 있어 확인을 바랍니다.
1.Machine Center의 Spindle Motor사양
1) Rated Torque : 60 N·m
2) Rated Speed : 1000rev/min
3) Rated Power : 6.25kW
2.가공 조건 - Ⅰ
1) Tool Size : Face Cutter Ø160
2) Rated Speed : 500rev/min
3) 날수 : 8개
3.가공 조건 - Ⅱ
1) Tool Size : Face Cutter Ø80
2) Rated Speed : 1000rev/min
3) 날수 : 4개
2항과 3항의 중 어떠한 조건이 많은 절삭량을 발생시킬 수 있씁니까?
감사 합니다.
절삭량과 Cutter의 지름과의 관계에 의문점이 있어 확인을 바랍니다.
1.Machine Center의 Spindle Motor사양
1) Rated Torque : 60 N·m
2) Rated Speed : 1000rev/min
3) Rated Power : 6.25kW
2.가공 조건 - Ⅰ
1) Tool Size : Face Cutter Ø160
2) Rated Speed : 500rev/min
3) 날수 : 8개
3.가공 조건 - Ⅱ
1) Tool Size : Face Cutter Ø80
2) Rated Speed : 1000rev/min
3) 날수 : 4개
2항과 3항의 중 어떠한 조건이 많은 절삭량을 발생시킬 수 있씁니까?
감사 합니다.
가공 조건 - Ⅰ
1) Tool Size : Face Cutter D1=160
2) Rated Speed : N1=500rev/min
3) 날수 : z1=8개
가공 조건 - Ⅱ
1) Tool Size : Face Cutter D2=80
2) Rated Speed : N2=1000rev/min
3) 날수 : z2=4개
주어진 조건만으로는 모든 내용을 검토할 수는 없습니다. 하지만, 방법론을 말씀 드리겠습니다. 원하시는 Data는 공작기계를 설계하기 위한 Data이므로 이를 감안하여 말씀드리겠습니다.
우선 동일한 절삭폭에 대하여 검토하면 가공조건 I의 Face cutter의 직경이 II의 직경에 2배이므로, Face cutter I의 직경과 일치하는 폭을 가공한다고 생각합시다.
즉, 그림과 같이 폭(width) w=D1=2×D2가 됩니다.
아울러 두 조건 모두 날당이송량 fz[=F/Nz]은 같습니다.
이때 칩의 평균단면적은 대략 다음과 같습니다.A=fz×dw/{πD×(engage각/360)}이 됩니다.
여기서 engage각은 커터가 공작물을 절삭하고 있는 구간의 양방향[up/down milling구간]의 중심각으로 결정되는데 그림의 경우 180도이고 편의상 대칭이라합시다.
아울러 인서트 팁의 코너각을 고려하여 평균칩두께를 구하면 대략 평균단면적에 비례합니다.
그러므로 절삭량은 평균칩두께가 아닌 평균단면적으로 고려하겠습니다.
우선 첨부한 그림과 같이 engage각이 180도인경우[Full engage인 상태],
A=fz×2dw/πD 여기서 d는 절삭깊이, w는 절삭폭, D는 커터의 직경입니다. 두 경우 날당 이송량과 절삭깊이가 같으므로 A=kw/D, 여기서 k는 상수로서 fz×2d/π로 볼수 있습니다.
즉, 직경에 반비례하고 절삭폭에 비례한다고 볼 수있습니다. 그러므로 가공조건 I의 경우 A1=k가 되고, 가공조건 II의 경우 A2=2k가 됩니다. 즉, A2가 A1에 비하여 2배가 되는 것입니다.
하지만, 180도의 engage각이 아닌 경우 즉, 절삭폭 w가 D1보다 작게 되는 경우 조금 복잡해 지는데 극단적으로 w=D2라고 하면 A1=A2가 됩니다.
즉, 칩의 평균절삭면적은 engage각에따라 가공조건 II가 I에 비하여 최대 2배에서 최소 동일한 정도로 변동합니다.
하지만 절삭량[MRR : Material Removal Rate]은 조금 다른 개념이므로 공작물의 상태에 따라 계산해 보아야 합니다. 예를 들면 그림의 경우 가공조건 II의 경우 2회 왕복절삭을 행하여야하기 때문입니다.
하지만 동일한 공작물을 가공하는 경우 MRR의 변동은 크게 없을 것입니다.
가공시 chip의 단면적이 변하면 절삭력과 토크의 변동이 커지므로, 검토하실때 가공조건 II가 좀더 과한 가공조건으로 고려하심이 좋을 것 같습니다.
도움이 되었으면 합니다.
cf.
여기서 절삭폭 w는 의미상 최대 공구직경을 넘을 수는 없습니다. engage각을 180도로 같다고 놓고 설명하기 위해 조금 잘못된 내용으로 설명드린점 양해 바랍니다. 폭에따른 절삭현상은 그렇지 않은 경우 모든 경우를 예로들에 설명해야하므로 너무 방대합니다. 실제 가공시 geometry에 따른 가공변수 선정은 그리 간단하지 않습니다.
1) Tool Size : Face Cutter D1=160
2) Rated Speed : N1=500rev/min
3) 날수 : z1=8개
가공 조건 - Ⅱ
1) Tool Size : Face Cutter D2=80
2) Rated Speed : N2=1000rev/min
3) 날수 : z2=4개
주어진 조건만으로는 모든 내용을 검토할 수는 없습니다. 하지만, 방법론을 말씀 드리겠습니다. 원하시는 Data는 공작기계를 설계하기 위한 Data이므로 이를 감안하여 말씀드리겠습니다.
우선 동일한 절삭폭에 대하여 검토하면 가공조건 I의 Face cutter의 직경이 II의 직경에 2배이므로, Face cutter I의 직경과 일치하는 폭을 가공한다고 생각합시다.
즉, 그림과 같이 폭(width) w=D1=2×D2가 됩니다.
아울러 두 조건 모두 날당이송량 fz[=F/Nz]은 같습니다.
이때 칩의 평균단면적은 대략 다음과 같습니다.A=fz×dw/{πD×(engage각/360)}이 됩니다.
여기서 engage각은 커터가 공작물을 절삭하고 있는 구간의 양방향[up/down milling구간]의 중심각으로 결정되는데 그림의 경우 180도이고 편의상 대칭이라합시다.
아울러 인서트 팁의 코너각을 고려하여 평균칩두께를 구하면 대략 평균단면적에 비례합니다.
그러므로 절삭량은 평균칩두께가 아닌 평균단면적으로 고려하겠습니다.
우선 첨부한 그림과 같이 engage각이 180도인경우[Full engage인 상태],
A=fz×2dw/πD 여기서 d는 절삭깊이, w는 절삭폭, D는 커터의 직경입니다. 두 경우 날당 이송량과 절삭깊이가 같으므로 A=kw/D, 여기서 k는 상수로서 fz×2d/π로 볼수 있습니다.
즉, 직경에 반비례하고 절삭폭에 비례한다고 볼 수있습니다. 그러므로 가공조건 I의 경우 A1=k가 되고, 가공조건 II의 경우 A2=2k가 됩니다. 즉, A2가 A1에 비하여 2배가 되는 것입니다.
하지만, 180도의 engage각이 아닌 경우 즉, 절삭폭 w가 D1보다 작게 되는 경우 조금 복잡해 지는데 극단적으로 w=D2라고 하면 A1=A2가 됩니다.
즉, 칩의 평균절삭면적은 engage각에따라 가공조건 II가 I에 비하여 최대 2배에서 최소 동일한 정도로 변동합니다.
하지만 절삭량[MRR : Material Removal Rate]은 조금 다른 개념이므로 공작물의 상태에 따라 계산해 보아야 합니다. 예를 들면 그림의 경우 가공조건 II의 경우 2회 왕복절삭을 행하여야하기 때문입니다.
하지만 동일한 공작물을 가공하는 경우 MRR의 변동은 크게 없을 것입니다.
가공시 chip의 단면적이 변하면 절삭력과 토크의 변동이 커지므로, 검토하실때 가공조건 II가 좀더 과한 가공조건으로 고려하심이 좋을 것 같습니다.
도움이 되었으면 합니다.
cf.
여기서 절삭폭 w는 의미상 최대 공구직경을 넘을 수는 없습니다. engage각을 180도로 같다고 놓고 설명하기 위해 조금 잘못된 내용으로 설명드린점 양해 바랍니다. 폭에따른 절삭현상은 그렇지 않은 경우 모든 경우를 예로들에 설명해야하므로 너무 방대합니다. 실제 가공시 geometry에 따른 가공변수 선정은 그리 간단하지 않습니다.
김복수님의 글
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절삭가공과 토오크와의 관계
1.Facemilling 가공시의 토오크량?(관계식)
1)재질 : FCD50
2)공구(정면 카타): Ø100mm
3)날수 : 6날
4)날당 이송량 : 0.1mm
5)절삭속도 : 400m/min
6)절삭 폭 : 80mm
7)절삭 깊이 : 3mm
2.소요동력량?(관계식)
3.Facemilling Cutter의 크기의 차이에 따른 토오크량의 관계는?
예)Ø100와 Ø200 Cutter을 사용했을 때의 토오크량의 차이는?
공작기계를 설계하고 있는데 토오크와 가공량의 관계를 정의 하지 못하여 고민중에 있습니다.
답변을 기다리겠습니다.
감사합니다.
----------------- [답 변] -------------------
안녕하십니까?
질문하신 계산식은 정확하게 계산하려면 기본적으로 Cutter Geometry와 chip formation의 mechanism으로 부터 "평균절삭깊이"를 구하고 "비절삭저항"을 곱하여, 커터의 1회전당 이를 모델링하고 "변동절삭력"에 따른 토크를 구해야합니다.
하지만 이런방법은 학교에서나 하는 방법입니다. 그러므로 꼭 이렇게 구할 필요는 없습니다. 어차피 측정하지 않은 Data는 어느 정도의 오차를 포함할수 밖에 없습니다.
평균적으로 계산하는 간단한 수식은 일반적으로 많이 소개되어있는데, 다음 site를 참조하십시오[일반적인 기계공작법이나 밀링공작법을 보셔도 쉽게 알 수 있습니다].
Facemilling
출처는 다음 site입니다.
버클리
아울러 질문하신 커터의 직경은 토크와 비례하므로, 당연히 동일조건하에서 직경이 커지면 토크가 그만큼 증가합니다. (Torque=Force×Diameter/2)하지만 공작기계는 최대 파워를 제한하므로 무조건 큰 직경의 커터를 사용하지는 못합니다.
도움이되었으면 합니다.
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절삭가공과 토오크와의 관계
1.Facemilling 가공시의 토오크량?(관계식)
1)재질 : FCD50
2)공구(정면 카타): Ø100mm
3)날수 : 6날
4)날당 이송량 : 0.1mm
5)절삭속도 : 400m/min
6)절삭 폭 : 80mm
7)절삭 깊이 : 3mm
2.소요동력량?(관계식)
3.Facemilling Cutter의 크기의 차이에 따른 토오크량의 관계는?
예)Ø100와 Ø200 Cutter을 사용했을 때의 토오크량의 차이는?
공작기계를 설계하고 있는데 토오크와 가공량의 관계를 정의 하지 못하여 고민중에 있습니다.
답변을 기다리겠습니다.
감사합니다.
----------------- [답 변] -------------------
안녕하십니까?
질문하신 계산식은 정확하게 계산하려면 기본적으로 Cutter Geometry와 chip formation의 mechanism으로 부터 "평균절삭깊이"를 구하고 "비절삭저항"을 곱하여, 커터의 1회전당 이를 모델링하고 "변동절삭력"에 따른 토크를 구해야합니다.
하지만 이런방법은 학교에서나 하는 방법입니다. 그러므로 꼭 이렇게 구할 필요는 없습니다. 어차피 측정하지 않은 Data는 어느 정도의 오차를 포함할수 밖에 없습니다.
평균적으로 계산하는 간단한 수식은 일반적으로 많이 소개되어있는데, 다음 site를 참조하십시오[일반적인 기계공작법이나 밀링공작법을 보셔도 쉽게 알 수 있습니다].
Facemilling
출처는 다음 site입니다.
버클리
아울러 질문하신 커터의 직경은 토크와 비례하므로, 당연히 동일조건하에서 직경이 커지면 토크가 그만큼 증가합니다. (Torque=Force×Diameter/2)하지만 공작기계는 최대 파워를 제한하므로 무조건 큰 직경의 커터를 사용하지는 못합니다.
도움이되었으면 합니다.
공지사항
자료를 찾아보니 S45C밀링 가공의 경우 실험식으로 다음과 같은 식이 있습니다.
여기서 알 수 있듯이 절삭폭과 직경의 비에따른 절삭력의 차이는 그리 크지 않음을 알 수 있습니다.
즉, 질문하신 D=160과 W=60의 경우 (W/D)^0.19는 0.828이고 D=80과 W=60의 경우 0.946이므로 그차이에따른 절삭력의 차이는 10%정도밖에 되지 않습니다. 물론 이것은 실험식이므로 실제로 실험해 보시면 그 평균력의 차이가 더 미미할 수 있습니다.
도움이 되었으면 합니다.