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사용 휠의 최적 연삭조건 찾아내기

모든 연삭공정에는 "가장 적합한 최적조건"들이 있습니다. 휠속도와 이송속도가 적절하게 조합된 최적조건에서 연삭한 경우 휠은 절삭이 잘되고, 표면조도 개선, 휠수명 증가등 일반적인 연삭 성능의 향상을 가져옵니다. "최적조건"에서의 연삭이 안된경우 여러가지의 문제가 발생하지요. 공작물의 열손상, 떨림자국 및 휠 수명의 급속한 저하등등.. 그래서 연삭 최적조건 찾기는 효과적인 연삭을 위해 아주 중요합니다.

연삭생산시 작업자들은 효과적인 최적 연삭조건들을 잘 찾아냅니다. 오랜 경험으로 이송속도와 휠 속도를 적절히 조합하여 사용휠, 공작물, 절삭유와 기계작업 조건들에 맞는 연삭조건들을 찾아 사용합니다.

그러면 만약 그 작업자가 다른작업을 하게 될경우 어떤일이 생길수 있을까요? 예를 들어 늘 6mm엔드밀 연삭작업만 하다가 25mm크기의 연삭깊이가 전혀 다른 상황에 처한경우 그 작업자는 어떻게 대응할까요?
아마 처음부터 다시 25mm엔드밀 연삭에 적합한 최적조건을 찾기위한 작업을 다시 시작하겠지요.

이런 방법보다 더 나은 방법이 있을까요? 답은 "Yes"입니다. 휠속도와 이송속도를 생각하는 대신 "얼마나 깊게"로 생각을 바꿔보십시요.
6mm를 잘 연삭 가공하던 작업자는 경험을 통해 여러 작업조건에 맞는 즉 "얼마나 깊게" 조건을 이미 찾아서 사용하고 있다는 말입니다. 그러면 새로운 일감을 대할때 "얼마나 깊게" 조건만 다시 찾아주면 해결된다는 것이지요.

 

무엇이 "얼마나 깊게"일까요?

"얼마나 깊게"는 간단히 말하면 휠 표면에 돌출되어 있는 연삭입자들을 얼마나 강하게 밀어붙이느냐라고 설명할 수 있습니다. 그림에서 볼수있는것처럼 연삭시 파고 들어가는 깊이 또는 칩 두께와 비슷한 의미입니다.
만약"얼마나 깊게"가 너무 크다면 연삭입자가 공작물에 깊이 파고들게 되고, 연삭입자에 작용하는 저항이 커지면서 결과적으로 입자가 본드에서 탈락되어 집니다. 반대로 너무 작으면 연삭입자는 표면을 그냥 가볍게 스쳐지나가게 되어 마찰로 인한 열이 발생하고, 연삭저항이 크지 않아서 연삭입자의 자생작용이 잘 일어나지 않게 됩니다.(그냥 무디어지기만 하지요)
이 두가지 경계 사이에 숨어있는 최적의 "얼마나 깊게" 수치를 찾아낼 수 있습니다.

"얼마나 깊게"수치는 얼마나 깊게 연삭입자가 공작물에 파고 드느냐를 나타내 줍니다.

"얼마나 깊게"수치는 얼마나 깊게 연삭입자가 공작물에 파고 드느냐를 나타내 줍니다.

 

"얼마나 깊게" 수치 계산 방법


"얼마나 깊게" 수치는 아래의 식으로 계산해 낼 수 있습니다.
위식에서 볼수 있듯이 이송속도가 커질수록, 또는 연삭깊이가 커질수록 높은 수치를 나타냅니다. 반대로 휠속도가 빠르면 수치를 줄일수 있겠지요. 왜냐하면 휠속도가 빨라지면 연삭입자의 파고드는 깊이가 줄어들테니까요. 또한 휠크기가 커지면 이 수치가 줄어듭니다.

얼마나 깊게 수치 = 16.7 X (이송 속도 mm/min ÷ 휠 원주속도 m/sec) x √ 연삭 깊이 mm ÷ 휠 직경 mm

Aggressiveness number calculation


착한수치

착한수치는 얼마일까요? 그것은 특정휠 종류와 피삭재 종류에 따라 틀립니다. 각각의 휠과 공작물의 조합은 고유의 작은 폭의 "얼마나 깊게"수치가 있다고 보시면 됩니다. 만약 숙련된 작업자가 시간과 노력을 들여 그 수치를 찾기위해 노력하면 반드시 "얼마나 깊게"수치를 찾아낼 것이고 찾아낸 후에는 그 연삭조건으로만 가공하게 될 것입니다.
 

장님과 코끼리의 비유

최근 저는 레진본드 다이아몬드 휠을 사용하여 초경 엔드밀을 연삭하는 회사를 방문하였습니다. 그곳에는 조(Joe)와 행크(Hank)라는 작업자가 있는데 같은 기계에서 비슷한 작업들을 하고 있었습니다. Joe와 Hank는 그들이 사용하는 연삭 변수들이 최고라고 서로 우기고 있지요.
저는 또한 인터넷에서 연삭 휠 제조회사에서 실험 후 추천하는 변수들을바로 찾아내었습니다. 아래의 표에 Joe, Hank와 휠 제조회사 추천 변수들을 나타내었습니다.
 

 

연삭깊이(mm)

이송속도(mm/min)

휠 원주속도
(m/s)

휠 직경
(mm)

소재 제거량 
(mm3/mm/s)

얼마나 깊게 수치

Joe가 소형초경엔드밀 연삭시
사용하는 변수들

2.5 150 18.5 150 6.3 17.4

Hank의 중형초경엔드밀 연삭시
사용하는 변수들

2.9 115 16.5 120 5.6 18.1

연삭휠 제조회사에서 추천하는
변수들-중형초경엔드밀 연삭 실험치

2 300 33 150 10.0 17.5


다이아몬드휠로 초경황삭시의 연삭 변수들

 
변수들을 보면 Joe는 18.5 m/s, Hank는 16.5 m/s의 휠원주속도를 사용합니다. 제가 Joe에게 Hank가 사용하는 휠 원주속도가 어떠냐고 물으니 "말도 안되요 Hank녀석은 자기가 뭘 하는지
잘 몰라요. 만약 Hank처럼 16.5 m/s를 쓰게되면 휠에 손상도 오고 연삭후 마지막 빠지는 지점에서 Chipping도 일어날 겁니다"라고 하였습니다.

똑같이 Hank에게도 물어보았지요. "Joe는 정신나간 녀석이에요, 만약 Joe처럼 18.5m/s를 사용하면 휠은 금방 로딩되어버리고 공작물에 크랙이 바로 생길겁니다"라고 대답하였습니다.

그 다음 두사람 모두에게 휠 제조회사 추천변수들에 대해 어떻게 생각하느냐고 물어보았습니다. 두사람 모두 한 목소리로 "미친짓이지요", 33m/s는 말도 안되요"라고 같은 대답을 하였습니다.

자 그럼 "얼마나 깊게"수치를 따져봅니다. 17.4,18.1과 17.5입니다. 휠원주 속도가 많이 다르지만 모두가 근사한 수치지요? 왜 그럴까요…? 다른말로 표현하면 이 휠의 스펙은
"얼마나 깊게" 수치가 17.5에서 18로 써야 최적이라는 의미입니다.
여러가지 시험과 노력을 통해 여러 작업자들도 서로 근사한 "얼마나 깊게"수치를 찾아낸 것이죠.

 

이 방법을 사용하세요.

이제 연삭기계 앞에 서시면 "얼마나 깊게"수치를 먼저 계산해 보세요. 그리고 계속하여 해당 작업환경에 가장 적합한 "얼마나 깊게" 수치를 찾아내어 데이터베이스화 시키십시요.
예를 들어 작은 소형의 공작물이라 연삭깊이를 줄여야 한다면 "얼마나 깊게" 수치는 고정시키고 이송속도와 휠속도만 변경하면 되겠지요. 그 결과 휠에 가장 적합한 최적 작업조건을 빨리 찾을수 있습니다.

자 이제부터는 더이상 휠속도와 이송 속도에 대해 고민하지 말고 "얼마나 깊게"를 먼저 생각하세요.


저는 2001년 "얼마나 깊게"컨셉을 개발한 후 2007년부터 집중연삭과정 코스에서 강의하기 시작하였습니다. 코스를 거쳐간 많은 수료생들은 이구동성으로 "코스 기간중 우리는 늘 얼마나 깊게 를 강조하였고 배웠답니다. 매번 문제가 생길때마다 바로 얼마나 깊게 수치를 점검하였고 늘 수치들은 너무 높거나 낮은것을 알게되었지요. 지금은 얼마나 깊게 수치를 늘 점검하면서 최적의 연삭효율을 유지하지요."