공작기계용 고속 스핀들의 가진 시험조건에 따른 수명 영향성 연구 A Study on the Lifespan Influence of High-speed Ball Spindles for Machine Tools according to Excitation Test Conditions
제목 : 공작기계용 고속 스핀들의 가진 시험조건에 따른 수명 영향성 연구 최근에는 정밀한 부품 가공이 가능한 특수 공작기계에 대한 수요가 증가하면서, 50,000rpm 이상의 초고속 회전을 요구하는 모터 내장되어 구동하는 방식인 고속 볼 스핀들이 점차 더 필요해지고 있다. 이러한 고속 볼 스핀들은 운전 중에 발생하는 고주파 진동 에너지의 충격과 전기적인 과도한 발열의 영향으로 조기에 파손을 일 으켜서 수명이 단축되는 경우가 많다. 또한, 이러한 고속 볼 스핀들은 다양한 사용 환경에서 운영되기 때문에 고주파 영역에서 베어링 진동의 영향을 명확히 이해하고 제어하기가 어려운 경우가 많다. 이러한 문제의 해결을 위해 본 연구에서는 외부 진동이 스핀들의 수명에 미치는 영향을 분석하고자 하였다. 이를 위해 외부로부터의 진동을 모사할 수 있는 고유의 가진 장치를 스핀들 헤드 구조물에 장착할 수 있도록 고안하여 볼 스핀들의 회전축 과 베어링에 가장 큰 에너지를 전달하는 가진 주파수를 실험적으로 구하였다. 그리고 이러한 가진 장치의 해당 주파수로 가진 장치를 구동하는 시험조건에서 볼 스핀들의 내구 수명을 진행하면서 볼 스핀들의 파손 단계에 미치는 진동의 영향성 을 가진 환경하에서 수집된 동특성 데이터의 진동 변위, ...
제목 : 공작기계용 고속 스핀들의 가진 시험조건에 따른 수명 영향성 연구 최근에는 정밀한 부품 가공이 가능한 특수 공작기계에 대한 수요가 증가하면서, 50,000rpm 이상의 초고속 회전을 요구하는 모터 내장되어 구동하는 방식인 고속 볼 스핀들이 점차 더 필요해지고 있다. 이러한 고속 볼 스핀들은 운전 중에 발생하는 고주파 진동 에너지의 충격과 전기적인 과도한 발열의 영향으로 조기에 파손을 일 으켜서 수명이 단축되는 경우가 많다. 또한, 이러한 고속 볼 스핀들은 다양한 사용 환경에서 운영되기 때문에 고주파 영역에서 베어링 진동의 영향을 명확히 이해하고 제어하기가 어려운 경우가 많다. 이러한 문제의 해결을 위해 본 연구에서는 외부 진동이 스핀들의 수명에 미치는 영향을 분석하고자 하였다. 이를 위해 외부로부터의 진동을 모사할 수 있는 고유의 가진 장치를 스핀들 헤드 구조물에 장착할 수 있도록 고안하여 볼 스핀들의 회전축 과 베어링에 가장 큰 에너지를 전달하는 가진 주파수를 실험적으로 구하였다. 그리고 이러한 가진 장치의 해당 주파수로 가진 장치를 구동하는 시험조건에서 볼 스핀들의 내구 수명을 진행하면서 볼 스핀들의 파손 단계에 미치는 진동의 영향성 을 가진 환경하에서 수집된 동특성 데이터의 진동 변위, 진동 속도, 진동 가속도, 파워 스텍트럼 등에 대한 특징 인자들은 무부하 상태에서의 수명시험 과정에서 수 집된 동특성 데이터와 비교 분석함으로써, 외부 진동이 볼 스핀들의 수명을 단축하 게 되는 근거를 도출할 수 있었다. 또한, 외부 진동 때문에 볼 스핀들의 베어링에 관련된 베어링 파손 주파수와의 상관관계를 분석할 수 있었으며, 탁월 주파수와 측 대파 주파수, 스파이크 에너지 등과의 상관관계도 밝힐 수 있었다.
제목 : 공작기계용 고속 스핀들의 가진 시험조건에 따른 수명 영향성 연구 최근에는 정밀한 부품 가공이 가능한 특수 공작기계에 대한 수요가 증가하면서, 50,000rpm 이상의 초고속 회전을 요구하는 모터 내장되어 구동하는 방식인 고속 볼 스핀들이 점차 더 필요해지고 있다. 이러한 고속 볼 스핀들은 운전 중에 발생하는 고주파 진동 에너지의 충격과 전기적인 과도한 발열의 영향으로 조기에 파손을 일 으켜서 수명이 단축되는 경우가 많다. 또한, 이러한 고속 볼 스핀들은 다양한 사용 환경에서 운영되기 때문에 고주파 영역에서 베어링 진동의 영향을 명확히 이해하고 제어하기가 어려운 경우가 많다. 이러한 문제의 해결을 위해 본 연구에서는 외부 진동이 스핀들의 수명에 미치는 영향을 분석하고자 하였다. 이를 위해 외부로부터의 진동을 모사할 수 있는 고유의 가진 장치를 스핀들 헤드 구조물에 장착할 수 있도록 고안하여 볼 스핀들의 회전축 과 베어링에 가장 큰 에너지를 전달하는 가진 주파수를 실험적으로 구하였다. 그리고 이러한 가진 장치의 해당 주파수로 가진 장치를 구동하는 시험조건에서 볼 스핀들의 내구 수명을 진행하면서 볼 스핀들의 파손 단계에 미치는 진동의 영향성 을 가진 환경하에서 수집된 동특성 데이터의 진동 변위, 진동 속도, 진동 가속도, 파워 스텍트럼 등에 대한 특징 인자들은 무부하 상태에서의 수명시험 과정에서 수 집된 동특성 데이터와 비교 분석함으로써, 외부 진동이 볼 스핀들의 수명을 단축하 게 되는 근거를 도출할 수 있었다. 또한, 외부 진동 때문에 볼 스핀들의 베어링에 관련된 베어링 파손 주파수와의 상관관계를 분석할 수 있었으며, 탁월 주파수와 측 대파 주파수, 스파이크 에너지 등과의 상관관계도 밝힐 수 있었다.
A Study on the Lifespan Influence of High-speed Ball Spindles for Machine Tools according to Excitation Test Conditions This research aims to deepen the understanding of the durability and lifespan of high-speed ball spindles, with a particular focus on improving the testing procedures for spind...
A Study on the Lifespan Influence of High-speed Ball Spindles for Machine Tools according to Excitation Test Conditions This research aims to deepen the understanding of the durability and lifespan of high-speed ball spindles, with a particular focus on improving the testing procedures for spindle lifespan and evaluating the impact of external vibration (excitation) on spindle longevity. The study involved experiments on two spindle models, Spindle A and Spindle B. Spindle A operated under no-load conditions for 6800 hours until it failed due to bearing damage. In contrast, Spindle B was subjected to excitation from a vibration motor for 700 hours, during which a significant reduction in its lifespan was observed.
The key data obtained from the experiments were processed through Fast Fourier Transform (FFT) analysis and time-domain analysis. Notably, the vibration characteristics and failure patterns of Spindle B, which was subjected to excitation, closely resembled those of Spindle A during its propagation period before failure. This suggests that external excitation can accelerate bearing wear, thereby shortening spindle lifespan. These findings provide important insights for predicting spindle lifespan and formulating maintenance strategies for high-speed spindles.
The results of this research offer a new perspective on the methodologies for testing the lifespan of high-speed spindles. In particular, lifespan reduction tests utilizing excitation are useful for simulating various stress conditions that might occur in real operational environments of high-speed spindles. Additionally, this study is expected to make a practical contribution to the prediction and maintenance strategies of high-speed spindles. By conducting in-depth analyses of various operational conditions of high-speed ball spindles, it identifies key factors affecting their lifespan and performance, thereby paving the way for enhancing the reliability and efficiency of high-speed ball spindles.
A Study on the Lifespan Influence of High-speed Ball Spindles for Machine Tools according to Excitation Test Conditions This research aims to deepen the understanding of the durability and lifespan of high-speed ball spindles, with a particular focus on improving the testing procedures for spindle lifespan and evaluating the impact of external vibration (excitation) on spindle longevity. The study involved experiments on two spindle models, Spindle A and Spindle B. Spindle A operated under no-load conditions for 6800 hours until it failed due to bearing damage. In contrast, Spindle B was subjected to excitation from a vibration motor for 700 hours, during which a significant reduction in its lifespan was observed.
The key data obtained from the experiments were processed through Fast Fourier Transform (FFT) analysis and time-domain analysis. Notably, the vibration characteristics and failure patterns of Spindle B, which was subjected to excitation, closely resembled those of Spindle A during its propagation period before failure. This suggests that external excitation can accelerate bearing wear, thereby shortening spindle lifespan. These findings provide important insights for predicting spindle lifespan and formulating maintenance strategies for high-speed spindles.
The results of this research offer a new perspective on the methodologies for testing the lifespan of high-speed spindles. In particular, lifespan reduction tests utilizing excitation are useful for simulating various stress conditions that might occur in real operational environments of high-speed spindles. Additionally, this study is expected to make a practical contribution to the prediction and maintenance strategies of high-speed spindles. By conducting in-depth analyses of various operational conditions of high-speed ball spindles, it identifies key factors affecting their lifespan and performance, thereby paving the way for enhancing the reliability and efficiency of high-speed ball spindles.
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