미세구조 배열은 첨단 광학 시스템의 핵심 기능 전달체이며, 대규모 생산은 주로 금형 성형에 크게 의존합니다. 일반적인 금형은 금형강 등 가공이 어려운 재료로 제작되며, 표면 미세구조의 효율적이고 정밀한 제조가 주요 기술적 도전입니다. 이를 위해 고주파 타원 진동 절삭(High-frequency Elliptical Vibration Cutting, HEVC)과 빠른 공구 서보(Fast Tool Servo, FTS) 기술을 결합한 방법을 제안하여 제조 정확도와 효율성을 동시에 향상시키고자 하였습니다. 종방향과 굽힘 진동의 결합 진동 전달 행렬 해석 모델을 구축하여 고주파 타원 진동 절삭 장치의 구조 설계를 초기 완료하였고, 유한요소 해석 최적화와 함께 공진 주파수가 110kHz인 경량 고주파 초음파 타원 진동 장치를 개발하였습니다. 이 장치는 굽힘 및 종방향에서 각각 2.5μm와 1μm의 안정적인 진폭을 출력할 수 있습니다. 이후 복합 가공 플랫폼을 구축하여 부하 질량이 빠른 공구 서보 시스템 출력 진폭에 미치는 영향을 체계적으로 분석하고 최적 작업 부하 구간(≤100g)을 명확히 하였으며, 개발된 진동 장치와 빠른 공구 서보 시스템의 동적 결합 가능성을 검증하였습니다. 마지막으로 S136 금형강을 대상으로 미세구조 배열 절삭 실험을 수행하였습니다. 실험 결과, 가공된 미세구조 배열 형상이 균일하며, 구조 윤곽의 깊이 오차와 폭 오차는 각각 11.62%와 3.61%, 공구 마모는 무시할 수 있을 정도임을 확인하였습니다. 본 연구는 제안된 복합 가공 방안의 실현 가능성과 안정성을 검증하였을 뿐만 아니라, 가공이 어려운 재료 표면의 복잡한 미세구조의 효율적 초정밀 가공을 위한 효과적인 기술적 경로를 제시하였습니다.

초정밀 가공;금형강;미세구조 배열;초음파 타원 진동 절삭;빠른 공구 서보