오차 측정모델 가공을 통한 5축 가공기의 회전축 오차 측정 및 보정에 관한 연구 = A Study on the Measurement and Correction of Rotation Shaft Error of 5-axis Machining Machine by Processing Error Measurement Model

국문 초록 (Abstract)

공작물의 탈부착 없이 다양한 가공 평면에서 절삭가공을 수행할 수 있는 5축 가공기의 장점은, 한 번의 공작물 고정으로 여러 가공 방향에서의 절삭가공을 수행할 수 있는 장점이 있다. 이는 5축 가공기의 특징에서 비롯하며 스핀들이 회전축을 기준으로 회전하거나, 테이블이 회전축을 기준으로 회전하는 5축 가 공기가 있다. 5축 가공기는 공작물의 탈부착 작업 없이 여러 각도에서 작업평 면을 생성하여 절삭가공을 수행할 수 있으며, 생산 과정에 있어 작업시간 단축 및 공작물 탈부착으로 인한 오차 감소 등의 특징이 있다. 본 연구에서는 5축 가공기 중에서 두 축이 회전하는 테이블에 존재하는 틸팅- 로터리 테이블 구조(Tilting-rotary table type; RRTTT)의 5축 가공기를 기준으 로 연구를 진행하였다. 테이블의 회전 과정에서 회전 중심과 공작물의 중심이 일치하지 않아 가공 오차가 발생하기도 한다. 이에 본 연구는 테이블 회전에 따른 공작물의 원점 오차값을 획득하여 가공오차를 최소화할 수 있는 보정 값 을 산출하였다. 다축 가공기의 장점을 극대화 하기 위해 5축 바이스 등을 사용 하여 테이블과 일정 거리를 이동시켜 공작물을 장착하게 되는데, 그로 인한 위 치 오차가 커지게 되므로 적절한 보정 값을 적용하여 회전축의 오차를 최소화 할 필요가 있다. 주요 연구 내용으로는 테이블 회전에 따른 가공 원점의 오차 를 실제 절삭가공을 통해 확인하고, 적절한 보정 값을 산출 및 적용하여 오차 의 변화를 확인하였다. 공작물의 위치와 회전 정도에 따른 최적의 보정 값을 도출하였고, 보정 값의 적용을 통하여 산출된 각 축의 편차는 y축 0.5㎛, z축 0.9㎛ 으로 나타났다. 테이블의 축 회전에 따른 보정 값의 유효성을 확인하기 위하여 테이블 상단에 기준구를 장착하고, 기준구의 표면을 다이얼 인디게이터를 활용하여 측정하였 다. 기계제어는 선단점 제어를 적용하였으며, 일정 간격의 각도로 측정하여 오 차를 산출하였다. 최대 오차는 A 60˚, C 270˚에서 8㎛로 나타났다.

목차 (Table of Contents)

• 목 차ⅰ
• 그림목차 ⅲ
• 표 목차 ⅴ
• 국문요약 ⅵ
• 제1장 서론 1
• 1.1 연구 배경 1
• 1.2 연구 목적 3
• 1.3 연구 필요성 6
• 제2장 5축 가공기의 특성 7
• 2.1 개요 7
• 2.2 기하 오차(Geometric error)의 요인 9
• 2.2.1 5축 가공기의 기하학적 오차 측정 방법· 10
• 2.2.2 가공기의 정확도 평가 방법 11
• 2.3 5축 가공기의 구성 13
• 2.3.1 회전 테이블의 구조· 13
• 제3장 오차 획득을 위한 가공 방법 17
• 3.1 가공 모델 17
• 3.2 가공 형상의 측정 방법 19
• 3.3 측정치에 따른 오차분석 방법 20
• 3.3.1 Y축 방향 오차 20
• 3.3.2 Z축 방향 오차 21
• 제4장 절삭가공을 통한 오차 획득 22
• 4.1 가공 환경 22
• 4.2 모델 가공 30
• 4.2.1 상단 가공· 30
• 4.2.2 측면 가공· 31
• 4.3 가공 결과 34
• 4.4 가공 모델 측정 35
• 4.5 측정값 분석 및 보정 값 산출· 38
• 4.6 테이블 회전에 따른 오차 측정 42
• 제5장 결 론· 48
• 참 고 문 헌 49
• A b s t r a c t 54