경질 취성 재료의 레이저 현장 보조 초정밀 절삭 공정에서 레이저 조사가 절삭면에 가해질 경우 열 축적을 유발하고 공구 마모를 가속화하며 가공 안정성과 표면 품질 저하 문제를 일으키는 현상을 해결하기 위해, 레이저가 전면 절삭면에서만 방출되는 신형 다이아몬드 공구를 설계하여 장거리 가공 시 표면 품질과 공구 내마모성을 향상시키고자 하였다. 광학 굴절 및 전반사 이론에 기초하여 다이아몬드 공구 내 레이저 전파 모델을 구축하고 레이저 입사각, 공구 전각 및 후각 간의 기하학적 제약 관계를 분석하였으며 공구 구조 설계를 통해 레이저 방출 위치의 정밀 조절을 구현하였다. 광학 시뮬레이션과 레이저 출력 보정을 결합하여 신형 공구와 기존 공구의 광빔 전달 특성을 비교 분석하였다. 동일 절삭 조건 하에서 용융 석영 단면 레이저 현장 보조 절삭 대조 실험을 수행하여 절삭 거리별 가공 표면 거칠기 및 공구 마모 거동을 체계적으로 연구하였다. 결과에 따르면 동일 입력 레이저 출력에서 신형 공구의 방출 레이저 출력이 전통 공구에 비해 전반적으로 높아 광빔 전달 효율이 개선되었음을 나타냈다. 절삭 거리가 1.0 km일 때 두 공구의 가공 표면 거칠기 S_a 차이는 미미했으나 3.0 km에 이르러 신형 공구의 가공 표면 거칠기 S_a는 31.19 nm, 전통 공구는 49.91 nm로 표면 거칠기가 약 37.5% 감소하였다. 공구 마모 형태 분석에서는 두 공구 모두 후면 홈 마모가 주된 형태였으나 신형 공구의 후면 마모 폭이 상대적으로 더 작았다. 레이저가 전면 절삭면에서만 방출되도록 공구 구조를 설계하여 후면 열 축적을 효과적으로 억제하고 공구 마모를 완화함으로써 일정 절삭 거리 내에서 용융 석영 레이저 현장 보조 절삭의 가공 안정성과 표면 품질을 현저히 향상시켜 경질 취성 재료의 고품질 장거리 초정밀 가공을 위한 효과적인 공구 설계 방안을 제시하였다.

용융 석영; 레이저 현장 보조 절삭; 표면 품질; 공구 마모