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정안목(A. M. Jeong),안종욱(J. U. An),김철호(C. H. Kim) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
드릴링 가공 시 초음파를 적용할 경우 절삭력 감소 및 가공면의 조도 향상 등의 장점으로 초음파를 이용한 홀 가공에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 초음파를 드릴링 가공에 적용하기 위해서는 초음파 스핀들을 필요로 하게 되는데, 이러한 초음파 스핀들 설계 시 초음파 스핀들을 고정하기 위한 진동 절면(Nodal Position)을 선정하게 된다. 진동 절면은 초음파 스핀들 시스템 내에서 진동이 발생하지 않는 부분으로 초음파 스핀들을 고정할 수 있는 지지 위치로 사용하게 된다. 하지만 이러한 진동 절면 선정 시 오차가 생길 경우 초음파 스핀들의 전체 공진계에 영향을 미치게 되고 이는 초음파 발진을 불안하게 하는 요소가 된다. 초음파 스핀들 설계 시 수치해석을 이용하여 진동 절면의 위치를 유도하지만 실 경계로 인한 오차가 발생하게 된다. 또한 진동 절면은 무한하게 작은 점으로 나타낼 수 있는데 진동 절면부를 작게 설계할 경우 절삭 가공 시 발생하는 절삭 저항에 의한 강성 문제가 발생하게 된다. 이러한 것들을 고려하면 초음파 가공에 적용하기 위한 완벽한 진동 절면 설계는 매우 어려운 문제이다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 전용 장비에 초음파 스핀들을 장착하더라도 전체 공진계에 영향을 미치지 않는 초음파 스핀들 고정부의 진동 절연을 위한 설계 방안을 제시하였다. 이를 위해 실험계획법을 이용하여 진동 절연을 위한 형상 최적화를 수행하였으며 실험을 통해 70% 진동이 감소하는 것을 확인하였다.