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공작기계 이송계 잔류진동 분석을 위한 다물체동역학해석 모델 개발
오광현(K. Oh),길병식(B. S. Gil),이강재(K. J. Lee),최명환(M. H. Choi) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
공작기계는 생산성 증가를 위하여 이송체의 빠른 가감속 변화가 필요하다. 하지만 급속이송 후 가속도 변화가 크면 진동이 발생할 수 있고, 잔류진동이 충분히 감소될 때까지 생산이 지연되기 때문에 문제가 될 수 있다. 공작기계 설계단계에서 이런 잔류진동을 평가할 수 있으면 정밀도와 생산성을 함께 개선할 수 있을 것이다. 전통적으로 공작기계는 정/동강성 평가를 위하여 Static Analysis, Frequency Response Analysis 를 진행하였다. 이런 방법들로 구조 강성에 대한 분석은 잘 이루어지고 있지만 공작기계의 이송, 변형, 가공과 같은 시간에 따른 상태 변화는 반영하기 어렵다. 잔류진동 분석은 ‘이송 위치 변화에 따른 강성 변화’, ‘커플링된 구조 강성의 변화를 반영한 Crosstalk 구현’, ‘다축 동시 이송’ 등의 이송 특성을 반영해야 하기 때문에 시간영역에서의 동역학해석이 필요하며 마이크로미터(μm) 수준의 가공 정밀도가 필요한 기계이기 때문에 정확한 해석 결과 도출을 위해선 댐핑, 마찰력 등의 예측하기 어려운 요소들도 적합하게 모델링되어야 한다. 또한 제품 개발 초기 단계에서의 사전 검증을 진행하기 위해서는 정확한 이송 프로파일을 구현할 수 있는 제어로직과 연동 해석을 진행해야한다. 본 연구에서는 검증된 구조해석모델을 기반으로 잔류진동 시간을 선행 개발 단계에서 평가할 수 있는 동역학해석모델 개발에 초점을 두고 있다.