다양한 능동 진동 저감 기술의 비교를 통한 공작기계의 채터 진동 억제 전략

국문 초록 (Abstract)

채터 진동은 절삭 가공 중 공구와 공작물 사이에 발생하는 불안정한 자려진동으로, 가공 정밀도 저하, 공구 수명 단축, 이에 따른 생산성 확보 제한 등의 문제를 초래한다. 이러한 채터 진동의 발생 가능성을 줄이기 위해서는 공작기계 및 공구의 동강 성 향상이 필수적이다. 일반적으로 동강성 향상을 위한 Tuned-mass-damper(TMD)와 같은 수동형 진동 저감 기법 등의 적용 이 시도되어 왔으나, 공작기계의 가공 자세 및 다양한 가공 조건 변화에 따른 시스템의 동특성 변화에 효과적으로 대응하기에 는 한계가 존재한다. 본 연구에서는 다양한 능동 진동 제어 기술을 통해 공작기계 및 공구의 동강성을 향상시키고 채터 진동 발생을 억제하는 방안을 고찰한다. 먼저, 보이스코일 타입(Voice-coil type) 관성 액추에이터와 자속회로 액추에이터 (Reluctance actuator)를 활용한 Active workpiece holder(AWH)의 설계 및 제어 방법을 제시, 제작한 시제품을 이용하여 공작 기계 동강성 향상 및 가공진동 저감 효과를 실험적으로 검증한다. 또한, 자기베어링의 원리를 적용한 Active spindle bearing(ASB)의 설계 및 제어 방법을 제안하고, 시뮬레이션을 통해 공구의 동가성 향상 및 가공 진동 저감 효과를 검증한다. 마지막으로, ASB와 앞선 두가지 능동 진동 저감 액추에이터의 사례와 비교하고, ASB의 활용 가능성과 향후 기술적 발전 방향 을 제시한다.