TiC-SKH51 금속 복합재를 이용한 공작기계 주축 진동 억제에 관한 연구

배원준,김성태,김양진,이상관 한국복합재료학회 2020 Composites research Vol.33 No.5

고속 가공과 저중량 설계에 대한 수요가 증가함에 따라, 공작기계 주축의 진동 발생 가능성이 증가하고있다. 또한 초정밀 가공에서 주축의 진동은 공작물 표면 형상에 큰 영향을 끼치게 된다. 다양한 가공 공정의 가공정밀도를 향상시키기 위해, 공작기계 주축 진동 문제를 해결하여야 한다. 이 논문에서, 공작기계 주축의 진동 억제를 위해 TiC-SKH51 금속 기지 복합재가 사용되었다. TiC-SKH51 복합재의 동적 특성을 확인하기 위해 충격 망치 시험을 수행하였다. FEA의 모드 분석 결과와 충격 망치 시험 결과를 비교하여 FEA의 신뢰성을 확인한 후, 공작기계 주축 모델의 해석이 실행되었다. FEA 결과로부터 진동 발생 억제를 위해 TiC-SKH51 복합재를 적용한 공작기계 주축이 사용될 수 있음을 확인하였다. With increasing demands for high-speed machining and lightweight design of machine tools, increasing likeliness of generation of machine tool spindle vibrations has become an important issue. Spindle vibration has a significant impact on the surface finish of the workpiece in ultra-precision machining. It is necessary to resolve the machine tool spindle vibration in various machining processes to improve machining accuracy. In this paper, a TiCSKH51 metal-matrix composite was used to suppress the vibration of the machine tool spindle. To confirm the dynamic characteristic of the TiC-SKH51 composite, impact hammer tests were conducted. After verifying the reliability of a finite element analysis (FEA) by comparing the results of the impact hammer test with the modal analysis using FEA, the analysis of the machine tool spindle model was performed. The FEA results show that the TiC-SKH51 composite applied machine tool spindle can be utilized to suppress the vibration generation.

공작기계의 주축 전용 내경 연삭기 개발

김재열(Jae-Yeal Kim),한재호(Jae-ho Han),정연오(Yeon-oh Jung),김병호(Byung-Ho Kim) 한국기계가공학회 2009 한국기계가공학회 춘추계학술대회 논문집 Vol.2009 No.6

공작기계의 주축의 분해 없이 작업현장에서 직접 가공할 수 있는 전용 연삭기 개발을 위하여 1차적인 설계에 따라 가공하고 연마가동부를 제작하였으나 연마를 위해 고속회전하며 직선운동할 때 진동이 발생하였다. 또한 고주파 스핀들의 회전에 따른 힘이 예상보다 강하여 각도 조절장치의 설계에 있어서도 설계변경이 불가피하였다. 이를 보완하여 2차 설계를 한 후 다시 연마가동부를 제작하면서 대두된 문제로서 정확한 연삭데이터를 얻기 위해서는 직선운동과 회전운동부의 제어에 의한 데이터 도출이 필요하다고 판단되어 필요한 부분을 외주 처리하여 추진하고 있다. 본 연구의 개발을 통하여 공작기계 보정 및 수리시간 절약으로 설비의 유휴시간을 단축시킴으로써 설비생산성의 향상 효과를 가져올 것으로 사료되며, 지속적인 공작기계의 정도를 유지 가능하므로 고정밀도의 가공이 가능하다. 외국기술에 의존하던 국내 연삭기 관련 업게의 독자적인 기술의 개발로 기술력 확보와 관련 산업의 발전에 기여할 것이다. Use high definition abrader and practicing is practicing method after disjoint main shaft disjointing headstock of machine tool to grind now main shaft of machine tool but this method has several controversial points. This research does not disjoint damaged main shaft of machine tool to solve these problem, and develop spindle exclusive use grinder that can grind main shaft damaged directly attaching exclusive use grinder to bedof machine tool on the spot.

손상된 주축 내경 연마를 위한 연삭기 개발에 관한 연구

김재열(Jae-Yeal Kim),송경석(Kyoung-Suk Song),정연오(Yeon-oh Jung),김병호(Byung-Ho Kim) 한국기계가공학회 2008 한국기계가공학회 춘추계학술대회 논문집 Vol.2008 No.-

공작기계의 주축의 분해 없이 작업현장에서 직접 가공할 수 있는 전용 연삭기 개발을 위하여 고주파 주축 연마부와 이를 이송하기 위한 이송부를 설계하였다. 본 연구의 개발을 통하여 공작기계 보정 및 수리시간 절약으로 설비의 유휴시간을 단축시킴으로써 설비생산성의 향상 효과를 가져올 것으로 사료되며, 지속적인 공작기계의 정도를 유지 가능하므로 고정밀도의 가공이 가능하다. 외국기술에 의존하던 국내 연삭기 관련 업게의 독자적인 기술의 개발로 기술력 확보와 관련 산업의 발전에 기여할 것이다. Use high definition abrader and practicing is practicing method after disjoint main shaft disjointing headstock of machine tool to grind now main shaft of machine tool but this method has several controversial points. This research does not disjoint damaged main shaft of machine tool to solve these problem, and develop spindle exclusive use grinder that can grind main shaft damaged directly attaching exclusive use grinder to bed of machine tool on the spot.

손상된 주축 내경 연마를 위한 연삭기 개발에 관한 연구

김재열,정연오,김병호 한국공작기계학회 2008 한국공작기계학회 춘계학술대회논문집 Vol.2008 No.-

Use high definition abrader and practicing is practicing method after disjoint main shaft disjointing headstock of machine tool to grind now main sha ft of machine tool but this method has several controversial points. This research does not disjoint damaged main shaft of machine tool to solvs these problem, and develop spindle exclusive use grinder that can grind main shaft damaged directly attaching exclusive use grinder to bed of machine tool on the spot.

초정밀 융합가공을 위한 주축이동식 자동선반의 구조해석에 관한 연구

박명규,이봉구 한국융합학회 2018 한국융합학회논문지 Vol.9 No.5

공작기계의 주축은 황삭 가공에서 부터 정삭가공에 이르는 다양한 작업들이 가능해야 하고, 정속운동 또는 회전 위치결정의 기능을 수행해야 되므로 주축설계에 고려해야 할 변수들이 많다. 주축이동식자동선반은 고정식자동선반에 비해 샤프트가 가늘고 긴 핀 들을 작업할 때 좋은 선반이다. 고정식 자동선반에 비해 외경가공의 정밀도가 매우 높다. 주축 이송 형 선반은 주로 소형 제품을 정밀가공 할 경우에 사용되므로 가공 정밀도가 높아야 한다. 최대 외경 가공 한계 치수는 Ø32, 내경가공 한계 치수는 Ø6까지 가공이 가능하게 제작되어야 한다. 본 연구에서는 주축이동식 자동선반에 사용되는 SCM440 소재의 정·동적특성을 이동식 선반에 적용하여 분석하였다. 주축의 정,동적 특성에 영향을 미치는 인자들을 고려하여 고속 화 및 고정밀도를 갖는 최적설계기술이 확보하기 위하여 수치해석을 이용하여 분석하였다. In the machine tool spindle, various tasks ranging from roughing to finishing must be possible, and the functions of constant speed movement or rotation positioning must be performed. Therefore, there are many variables to be considered in the spindle design. The Swiss Turn Type spindle automatic lathe is a good machine tool for working pins with thinner shafts than a fixed automatic lathe. The Swiss Turn Type spindle is mainly used for precision machining of small products, so the machining precision should be high. The maximum outer diameter limit shall be Ø32 and the inner diameter limit shall be Ø6. In this study, the static and dynamic characteristics of the SCM440 material used in the spindle type automatic lathe were analyzed by applying it to the Swiss turn type spindle automatic lathe. Numerical analysis was used to obtain optimal design technique with high speed and high accuracy considering the factors affecting the static and dynamic characteristics of the spindle.

주축의 동적거동시 FEM을 이용한 열적 특성에 관한연구

임영철,김종관 한국공작기계학회 2003 한국공작기계학회 추계학술대회논문집 Vol.2003 No.-

This paper has studied thermal characteristics of machine tool to develope high speed spindle and optimum design condidering the thermal deformation. Comparing the test data of temperature measurement and structural analysis data using FEM, we verifiedthe test validity and predicted thermal deformation, influence of spindle generation of heat, and established cooling system to prevent the thermal deformation. 1) The temperature rise of spindle system depends on increasing number of rotation and shows sudden doubling increment of number of rotation over 7,000rpm. 2) Oil jacket cooling can be effective cooling method below 8,000rpm but, over 8,000rpm, it shows the decrement of cooling effect. 3) Comparing FEM analysis results and revolution test results, we can confirmn approximate temperature change consequently, it is possible to simulate temperature rise and thermal distribution on the inside of spindle system. 4) We can confirm that simulated approach by FEM analysis can be effective method in thermal-appropriate design..

공작기계의 주축 전용 내경 연삭기 개발

김재열(Jae-Yeal Kim),한재호(Jae-ho Han),정연오(Yeon-oh Jung),김병호(Byung-Ho Kim) 한국기계가공학회 2009 한국기계가공학회 춘추계학술대회 논문집 Vol.2009 No.6월

공작기계의 주축의 분해 없이 작업현장에서 직접 가공할 수 있는 전용 연삭기 개발을 위하여 1차적인 설계에 따라 가공하고 연마가동부를 제작하였으나 연마를 위해 고속회전하며 직선운동할 때 진동이 발생하였다. 또한 고주파 스핀들의 회전에 따른 힘이 예상보다 강하여 각도 조절장치의 설계에 있어서도 설계변경이 불가피하였다. 이를 보완하여 2차 설계를 한 후 다시 연마가동부를 제작하면서 대두된 문제로서 정확한 연삭데이터를 얻기 위해서는 직선운동과 회전운동부의 제어에 의한 데이터 도출이 필요하다고 판단되어 필요한 부분을 외주 처리하여 추진하고 있다. 본 연구의 개발을 통하여 공작기계 보정 및 수리시간 절약으로 설비의 유휴시간을 단축시킴으로써 설비생산성의 향상 효과를 가져올 것으로 사료되며, 지속적인 공작기계의 정도를 유지 가능하므로 고정 밀도의 가공이 가능하다. 외국기술에 의존하던 국내 연삭기 관련 업게의 독자적인 기술의 개발로 기술력 확보와 관련 산업의 발전에 기여할 것이다. Use high definition abrader and practicing is practicing method after disjoint main shaft disjointing headstock of machine tool to grind now main shaft of machine tool but this method has several controversial points. This research does not disjoint damaged main shaft of machine tool to solve these problem, and develop spindle exclusive use grinder that can grind main shaft damaged directly attaching exclusive use grinder to bed of machine tool on the spot.

공작기계 주축부 운전시 열적 특성에 관한연구

임영철,김종관 한국공작기계학회 2002 한국공작기계학회 추계학술대회논문집 Vol.2002 No.-

This paper has studied thermal characteristics of machine tool to develope high speed spindle and optimum design condidering the thermal deformation. Comparing the test data of temperature measurement and structural analysis data using FEM, we verifiedthe test validity and predicted thermal deformation, influence of spindle generation of heat, and established cooling system to prevent the thermal deformation. 1) The temperature rise of spindle system depends on increasing number of rotation and shows sudden doubling increment of number of rotation over 7,000rpm. 2) Oil jacket cooling can be effective cooling method below 8,000rpm but, over 8,000rpm, it shows the decrement of cooling effect. 3) Comparing FEM analysis results and revolution test results, we can confirmn approximate temperature change consequently, it is possible to simulate temperature rise and thermal distribution on the inside of spindle system. 4) We can confirm that simulated approach by FEM analysis can be effective method in thermal-appropriate design..

금속복합재 TiC-SUS431을 사용한 공작기계 주축 열변형 억제에 대한 연구

서지원(Ji Won Seo),배원준(Won Jun Bae),김성태(Sung Tae Kim),김양진(Yang Jin Kim),이상관(Sang Kwan Lee) 대한기계학회 2020 大韓機械學會論文集A Vol.44 No.7

공작기계에서 주축의 열변형은 가공 오차의 주요 원인이다. 이러한 열적 오차를 억제하는 근본적인 해결책은 기존의 주축 재료를 뛰어난 기계적 성질을 갖는 재료로 대체하는 것이다. 이에 적합한 금속 복합재 TiC-SUS431은 우수한 가공성과 내마모성, 내산화성을 갖고 있으며 본문에서 균일한 열확산율과 낮은 열팽창 계수를 확인하였다. 유한요소 해석을 이용하여 TiC-SUS431과 SUS431, 기존 주축 재료인 GC300을 각각 사용한 주축에서 열변형을 비교한 결과, TiC-SUS431을 사용한 주축에서 변형이 가장 작은 것을 확인하였다. 이를 통해 TiC-SUS431의 열변형 억제 능력을 확인하여 주축의 재료로서 적용 가능성을 제시하였다. The thermal deformation of a spindle is one of the sources of errors in machine tools. A fundamental solution to this thermal error problem involves replacing the conventional material used in producing spindles with an advanced material. TiC-SUS431 is a metal composite that exhibits satisfactory machinability, wear resistance, and oxidation resistance. The experimental tests conducted in this study confirmed the excellent thermal properties of the TiCSUS431 composite, including a uniform thermal diffusivity and low thermal expansion coefficient. We conducted finite element analysis (FEA) of a spindle using TiC-SUS431, SUS431, and GC300 based on the variation of the generated heat and time. The FEA results indicated that the thermal deformation of a spindle fabricated from TiC-SUS431 is minimal when compared with those of SUS431 and GC300. This suggests the potential of using TiC-SUS431 composite as an alternative material for manufacturing spindles due to its low thermal expansion coefficient. Hence, this in turn can decrease the thermal strain in a spindle.

손상된 주축 내경 연마를 위한 연삭기 개발에 관한 연구

김재열(Jae-Yeal Kim),정연오(Yeon-oh Jung),김병호(Byung-Ho Kim) 한국생산제조학회 2008 한국생산제조시스템학회 학술발표대회 논문집 Vol.2008 No.5

공작기계의 주축의 분해 없이 작업현장에서 직접 가공할 수 있는 전용 연삭기 개발을 위하여 고주파 주축 연마부와 이를 이송하기 위한 이송부를 설계하였다. 본 연구의 개발을 통하여 공작기계 보정 및 수리시간 절약으로 설비의 유휴시간을 단축시킴으로써 설비생산성의 향상 효과를 가져올 것으로 사료되며, 지속적인 공작기계의 정도를 유지 가능하므로 고정밀도의 가공이 가능하다. 외국기술에 의존하던 국내 연삭기 관련 업게의 독자적인 기술의 개발로 기술력 확보와 관련 산업의 발전에 기여할 것이다. Use high definition abrader and practicing is practicing method after disjoint main shaft disjointing headstock of machine tool to grind now main shaft of machine tool but this method has several controversial points. This research does not disjoint damaged main shaft of machine tool to solve these problem, and develop spindle exclusive use grinder that can grind main shaft damaged directly attaching exclusive use grinder to bed of machine tool on the spot.