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주축의 열변위를 고려한 초고속 스핀들의 베어링 위치 선정

A Study on Select Bearing Position of High Speed Spindle Considering the Thermo Behavior

한국생산제조시스템학회지 = Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers, v.20 no.6, 2011년, pp.767 - 772  

박수성 (창원대학교 기계설계공학과) ,  정원지 (창원대학교 기계설계공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The thermal deformation of machine tool spindle influences the performance of the manufacturing systems for precision products. According to previous studies, major factors that will affect the stiffness of the spindle include spindle diameter, elasticity of the material, bearing stiffness and beari...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 일반적으로 최적 설계를 수행할 때 FEM 으로 모든 경우의 해석 결과를 토대로 나온 값을 직접 이용해야 정확한 통계치가 나오지만, 비선형 해석 같은 해석 시간이 긴 해석이나 해석의 횟수가 많이 필요로 하는 경우 최적설계에 많은 시간이 걸리는 단점이 있다. 따라서 본 연구에서는 RBF 근사기법을 이용하여 최적 설계의 데이터를 산출하였다.
  • 본 연구에서는 초고속 스핀들의 주축의 열적 변위를 최소화시키는 베어링의 최적 위치를 고유진동수와 열변위 두가지를고려하여 구해보았다. 그 결과는 다음과 같다.
  • 있다. 본 연구에서도 베어링이 위치된 간격에 따라 고유진동수와 열변위의 변화를 예측하여 최적의 베어링 위치를 선정하고자 한다. iSIGHT® 4.
  • 5에서 제공하는 최적설계 기법을 토대로 주축의 고유진동수와 열변위를 최적화 시키는 각각의 베어링의 위치를 구해 보았다. 이를 통해 고유진동수와 열변위,두가지를 고려한 최적의 베어링 위치를 도출해 보고자 한다. 실무 경험자의 조언과 기존 선행 연구를 토대로 주축의 열적 거동에 열변위를 고려한 베어링의 위치가 8, 고유진동수를 고려한 베어링의 위치가 2의 영향을 준다고 가정하에 최적의 베어링의 위치를 Mitap®을 이용하여 선정하였다.
  • 또한 권구홍등은 iSIGHT 이용한 툴홀더 스핀들에 관한 최적화를 수행하였으나 ANSYS # 만 사용하여 해석을 수행하였으며 강성만을 고려하고 열변위를 고려하지 않았다. 이에 본 논문에서는 유한요소해석을 통하여 공작기계용 주축의 열적 거동을 최소화 하는 베어링의 위치를 선정하고자 한다.

가설 설정

  • 이를 통해 고유진동수와 열변위,두가지를 고려한 최적의 베어링 위치를 도출해 보고자 한다. 실무 경험자의 조언과 기존 선행 연구를 토대로 주축의 열적 거동에 열변위를 고려한 베어링의 위치가 8, 고유진동수를 고려한 베어링의 위치가 2의 영향을 준다고 가정하에 최적의 베어링의 위치를 Mitap®을 이용하여 선정하였다. Fig.
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참고문헌 (12)

  1. Lim, J. S., Yu, K. H., Chung, W. J., Kim, S. T., Lee, J. H., and Lee, C. M., 2009, "Thermal Characteristics Analysis of 30,000rpm High Speed Spindle," Journal of the Korean Society of Precision Engineering, Vol. 26, No. 7, pp. 120-126. 

  2. Kim, S. T., Kim, C. S., Choi, D. B., Kim, J. H., and Jeong, D. S., "The Temperature Distribution and Thermal Displacement Analysis of the High Speed Spindle According to the Bearing Preloads and Cooling Methods," Engineering Research & Technology, Vol. 5, pp. 13-18. 

  3. Lee, C. H., "Thermal Deformation Characteristics and Compensation of High Speed Spindle Unit," Journal of the Korean Society of Precision Engineering, Vol. 19, No. 5, pp. 7-12. 

  4. Kim, S. I., Jo, J. W., Lee, W. J., and Lee, Y. H., 2003, "Static/Dynamic/Thermal Characteristics Analysis of a High-speed Spindle System with 50,000rpm," Korean Society of Precision Engineering, spring Conference, pp. 494-499. 

  5. Report, 2004, Study of the Clearance Control for High Speed Spindle Bearing and Optimization of Spindle Cooling System, KIMM. 

  6. Kreith, F., and Bohn, M. S., 1993, Heat Transfer Fifth Edition, West Info Access, USA, pp. 315-356. 

  7. Lim, J. S., Lee C. M., Chung, W. J., and Lee, J. H., 2007, "FEM to Select Bearing Position of 40,000RPM High-speed Spindle," Korean Society of Precision Engineering, Auturm Conference, pp. 637-638. 

  8. Hwang, Y. K., and Lee, C. M., 2009, "A Study on the Determination of Shaft Size Using the Extreme Vertices Design," KSMTE, Vol. 18, No. 2, pp. 214-220. 

  9. Lee, C. M., Lim, J. S., and Chung, W. J., 2009, "Selection of Bearing Position for Improving Static and Dynamic Stiffness of 40,000rpm High-speed Spindle," KSMPE Vol. 8, No. 1, pp. 100-17. 

  10. Hwang, Y. K., and Lee C. M., 2009, "Determination of Shaft Size and Bearing Span Length using the Extreme Vertics Design," KSMTE, Vol. 18 No. 2, pp. 214-220. 

  11. Park, K. B., 2009, A Study on Design and Performance Estimation of Super High Speed Spindle using $iSIGHT^{\circledR}$ , A Thesis for a Master's degree, Changwon University, Republic of Korea. 

  12. Kwon, K. H., 2010, A Study on Optimal Design of the Tool Holder Spindle using $iSIGHT^{\circledR}$ , A Thesis for a Master's degree, Changwon University, Republic of Korea. 

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