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논문 상세정보

공작기계 베어링 결합부의 전산 모델링

Computational Modeling of the Bearing Coupling Section of Machine Tools

Abstract

The bearing coupling section of machine tools is the most important factor to determine their static/dynamic stiffness. To ensure the proper performance of machine tools, the static/dynamic stiffness of the rotating system has to be predicted on the design stage. Various parameters of the bearing coupling section, such as the spring element, node number and preload influence the characteristics of rotating systems. This study focuses on the prediction of the static and dynamic stiffness of the rotating system with the bearing coupling section using the finite element (FE) model. MATRIX 27 in ANSYS has been adopted to describe the bearing coupling section of machine tools because the MATRIX 27 can describe the bearing coupling section close to the real object and is applicable to various machine tools. The FE model of the bearing couple section which has the sixteen node using MATRIX 27 was constructed. Comparisons between finite element method (FEM) predictions and experimental results were performed in terms of the static and dynamic stiffness.

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유한 요소 기법
유한 요소 기법으로 회전계 시스템의 정/동강성에 대한 예측을 하는 방법의 장점은 무엇인가?
회전계 시스템의 삼차원적 예측이 가능하고 또한 정/동강성을 예측하는 해석 시간이 실험적 방법보다 상대적으로 단축 시킬 수 있다

이와 같은 문제를 극복 하기 위해서 최근 유한 요소 기법으로 회전계 시스템의 정/동강성에 대한 예측이 활발히 수행 되고 있다. 유한요소 기반의 예측 방법의 장점은 회전계 시스템의 삼차원적 예측이 가능하고 또한 정/동강성을 예측하는 해석 시간이 실험적 방법보다 상대적으로 단축 시킬 수 있다.

회전계 시스템
회전계 시스템의 정/동강성의 특성을 파악하기 위해 어떤 연구가 많이 진행되고 있는가?
초기 단계에서 이론적 모델 기반으로 정/동 강성에 대한 예측 연구가 많이 진행되고 있다

따라서 주축의 회전계 유니트 정/동적 특성은 기계 정밀도와 가공물의 품질에도 지대한 영향을 주는 인자이다. 따라서 회전계 시스템의 정/동강성의 특성을 파악하기 위해서 초기 단계에서 이론적 모델 기반으로 정/동 강성에 대한 예측 연구가 많이 진행되고 있다. 기존의 이론 식 기반 수학적 모델의 경우 회전계 시스템의 결합부등을 스프링 요소로 대체하여 단순화된 회전계 모델을 구축 후 정/동 강성을 예측하는 방식으로 일차원적 모델에만 적용이 가능하다는 한계성이 있다.

회전 유니트
공작기계에서 회전 유니트의 가장 일반적인 예는 무엇인가?
주축 시스템

공작기계에서 회전 유니트는 가장 중요한 구성 요소 중에 하나이며 가장 일반적인 예가 주축 시스템이다. 따라서 주축의 회전계 유니트 정/동적 특성은 기계 정밀도와 가공물의 품질에도 지대한 영향을 주는 인자이다.

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참고문헌 (7)

  1. Bernd, B. and Jay, F. T., "Conceptual Design of Machine Tool Interfaces for High-Speed Machining," Journal of Manufacturing Processes, Vol. 4, No. 1, pp. 16-27, 2002. 
  2. Chung, H. J., "Dynamic Analysis of the Small-size Gas Turbine Engine Rotor Using Commercial S/W and its Limitations," M.Sc. Thesis, Mechanical Engineering, KAIST, 2008. 
  3. Lee, C. H., "Optimal Bearing Span of Main Spindles in Consideration of Standard Parts Assembling," Proc. of KSPE Spring Conference, pp. 95-96, 2008. 
  4. Kim, H. M. and Park, H. W., "Study on the coupling section of the rotating system based on FEM," Proc. of KSPE Spring Conference, pp. 141-142, 2010. 
  5. Hwang, H. Y., Jang, S. H., Jung, Y. M., and Choi, Y. H., "Dynamic Analysis of a High Speed Spindle System of Micro Milling Machine by using ADROS," Proc. of KSPE Spring Conference, pp. 547-548, 2008. 
  6. Hwang, Y. K., Lee, C. M., and Kim, B. K., "A Basic Study on the Analysis Model for Static and Dynamic Stiffness Evaluation of a High Speed Spindle System," Proc. of KSPE Spring Conference, pp. 89- 90, 2008. 
  7. Park, H. Y. and Liang, S. Y., "Force modeling of microscale grinding process incorporating thermal effects," International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol. 44, No. 5-6, pp. 476-486, 2009. 

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