내면 연삭기의 강성평가 기반 치수 최적설계

국문 초록 (Abstract)

내면 연삭기는 자동차용 휠 베어링 외륜의 내면을 정밀 연삭하는 전용 공작기계로서 0.6 μm 이내의 표면조도가 확보되어야 한다. 이러한 가공정밀도는 가공부 및 하부 지지구조물인 베드의 강성에 크게 영향을 받으며, 연삭기의 구조강성이 충분히 확보되지 않으면 공구계의 강성저하로 고정밀 연삭이 불가능하다. 따라서 가공정밀도에 큰 영향을 미치는 하부 베드 지지구조물의 충분한 정·동강성의 확보는 물론 경량설계를 위한 치수 최적화가 요구되고 있다. 본 연구에서는 개발 중인 휠 베어링 전용 내면 연삭기 베드 지지구조물의 초기 개념설계 단계에서 필요한 정·동강성의 평가를 위해 조화응답해석을 수행하였다. 조화 가진력이 주어지는 상태에서 시스템 주파수를 고려한 정·동적 컴플라이언스가 얻어졌으며, 이를 이용하여 정·동강성을 구하였다. 아울러 목표한 가공정밀도에 필요한 정·동강성이 각각 200 및 37 N/μm로 유지되며, 43개의 리브 두께를 설계변수로 지정한 베드 지지구조물의 치수 최적설계가 수행되었다. 이를 통해 베드 지지구조물의 초기중량을 10% 감소시키는 경량설계가 이루어졌다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The internal grinding machine is a precision grinder used when producing the outer race of automobile wheel bearings, whose surface roughness should be ensured within a 0.6μm. A machining procedure with such precision is affected significantly by the structural rigidity of grinding wheel set and support structure. The structural rigidity parameters, such as static and dynamic stiffness, are crucial in high efficiency grinding to ensure a high accuracy surface roughness. Therefore, it is necessary to ensure the sufficient static and dynamic stiffness of the grinding wheel set and support structure, in which a lightweight design should be carried out via a size optimal design technique. In this study, a dynamic analysis was conducted to evaluate the static and dynamic stiffness parameters of the support structure for the internal grinding machine. These stiffness parameters were estimated numerically using the static and dynamic compliances obtained through the dynamic analysis under harmonic excitation. The size optimal design was carried out to identify the optimal design variables, such as a thickness of 43 ribs in the support structure, while the static and dynamic stiffness parameters required for a precision machining were maintained at 200 and 37N/μm, respectively. The result of the lightweight design indicated that the weight of the support structure was decreased approximately 10% compared with that of the initial design.

목차 (Table of Contents)

• 초록
• Abstract
• 1. 서론
• 2. 구조해석
• 3. 치수 최적설계
• 4. 결론
• 참고문헌(References)