일반기술

인프로세스 감시에 의한 미세 드릴링의 성능개선

미세드릴에 의한 구멍가공은 PCB기판, 미세노즐, 정밀 유공압부품, 광학 기기, 광통신부품등의 제조에 널리 쓰이고 있으며, 최근 기계부품의 소형화, 초정밀화 추세에 따라 그 적용범위와 중요성이 점점 커지고 있다. 일반적으로 직경이 1mm이하 를 미세드릴이라고 하는데, 이들 미세 드릴은 강성이 약하고 또 작업중 칩배출이 원활하지 못하기 때문에 가공중 파손이 쉽게 일어나며 그 결과 생산성이 크게 떨어지게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 미세드릴 가공에서는 계단이송(step-feed)절삭방식을 이용하여 칩배출을 원활하게 하고 있으나 공작물의 재질에 따라 스텝량을 얼마로 할 것인지 정하기가 매우 어렵고, 더욱이 실제 가공에서 순간순간 변하는 절삭저항의 변화 등을 고려하지 않고 스텝량을 정하였을 때 드릴파손을 어느 정도 막을 수 있느냐 하는 의문이 제기 된다. 따라서 드릴파손을 최소화하면서 동시에 생산성이 높은 미세드릴 가공을 위해서는 절삭력을 측정하고 그 데이터에 근거해서 절삭이송과 스텝량을 제어하는 감시제어 기능이 필요하다. 본 연구에서는 고속회전(20,000∼100,000rpm)하는 주축의 회전속도 변동을 실시간에 측정해서 절삭력을 간접적으로 추정하고, 절삭력의 과다에 따라 이송량을 적절히 제어함으로써 드릴파손을 막고 생산성을 높일 수 있는 미세 구멍가공용 감시제어 시스템을 개발하였다. 주축의 회전속도 변동은 반사형 포토센서(reflective photo sensor)를 이용하여 검출하였다. 감시제어 시스템은 과부하나 드릴파손과 같은 이상상태를 검출하는 드릴링 상태 감시부(drilling state monitoring unit)와 이송 스텝량을 제어하는 적응 스텝이송 제어부(adaptive step-feed control unit)로 구성되어 있다. 감시제어를 행하지 않는 전통적인 미세드릴 가공과의 비교 평가실험 결과 개발된 시스템이 미세드릴의 파손을 방지하는데 아주 효과적이며 스텝이송 제어를 통해 생산성을 크게 향상시킬 수 있음을 알았다.