[논문]고속프레스의 다이나믹 시스템 및 방진시스템 설계에 관한 연구

서진성; 정철재; 현기용; 류민

doi:10.5050/ksnve.2015.25.12.856

[국내논문] 고속프레스의 다이나믹 시스템 및 방진시스템 설계에 관한 연구
A Study on the Design of Dynamic System and Vibration Isolation System in a High-speed Press 원문보기

한국소음진동공학회논문집 = Transactions of the Korean society for noise and vibration engineering, v.25 no.12, 2015년, pp.856 - 865

서진성 (Department of Mechanical Engineering, Korea Polytechnic University) , 정철재 (Production Dpt., SAMDO PRESS Co., Ltd.) , 현기용 (Technical Research Center, SAMDO PRESS Co., Ltd.) , 류민 (Technical Research Center, SAMDO PRESS Co., Ltd.)

Abstract ▼ AI-Helper

In a high-speed press, numerous moving links are interconnected and each link executes a constrained motion at high speed. As a consequence, high-level dynamic unbalance force and unbalance moment are transmitted to the main frame of the press, which results in unwanted vibration and significantly degrades manufacturing accuracy. Dynamic unbalance force and unbalance moment inevitably transmits high-level vibrational force to the foundation on which the press is installed. Minimizing the vibrational force transmitted to the foundation is critical for the protection of both the operators and the surrounding structures. The whole task should be carried out in two steps. The first step is to reduce dynamic unbalance based upon kinematic and dynamic analyses. The second step is to design and build an optimal vibration isolation system minimizing the vibrational force transmitted to the foundation. Firstly, the dynamic design method is presented to reduce dynamic unbalance force and moment. For this a 3D CAD software was utilized and a computer program was written to compute dynamic unbalance force and moment. Secondly, the design method for vibration isolation system is presented. The method for designing coil springs and viscous dampers are explained in detail.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

고속프레스는 모터코어, 핸드폰 프레임, 전자공업의 핵심부품인 리드프레임, 다양한 커넥터 등 일상생활에 필수적인 부품을 제조하는 핵심 산업기계이며 생산성을 높이기 위하여 고속으로 운전된다. 이 연구는 1200 SPM으로 운전되는, 1분당 1200개의 제품을 펀칭(punching)하는, 링크 타입 고속프레스의 다이나믹 설계와 방진시스템(vibrational isolation system)의 설계에 관하여 논의한다. 1200 SPM의 운전속도에서 크랭크샤프트는 1200 r/min으로 회전한다.
방진 시스템의 성능이 우수하더라도 메인프레임으로 전달되는 다이나믹 언밸런스가 근본적으로 크다면 방진 시스템을 설치하는 의미가 사라질 수 있다. 이 연구는 다이나믹 언밸런스를 최소화 하는 다이나믹 시스템 설계와 낮은 힘 전달률을 가지는 방진시스템 설계에 목적을 둔다.

제안 방법

개별 링크들은 0.005 mm 미만의 정밀도로 가공하였으며 누적공차를 최소화하는 가공기술을 적용하여 우수한 성능의 링크 타입 고속프레스를 제작하였다.
고속으로 운전하는 프레스에서 바닥으로 전달되는 진동력을 최소화하기 위하여 방진시스템을 제작하였다. 코일 스프링과 점성 댐퍼를 최적 설계함으로써 바닥으로 전달되는 진동력의 97 %를 흡수하는 방진 시스템 제작이 가능함을 증명하였다.
라그랑지 기구학 및 동역학 이론을 이용하여 복잡한 메커니즘으로 이루어진 고속프레스의 다이나믹 언밸런스를 최소화하였다. 고속프레스의 메인프레임으로 전달되는 다이나믹 언밸런스를 수식화한 후, 컴퓨터프로그램을 작성하여 계산하였다. 프레스의 기구학 메커니즘을 분석하여 효율적인 다이나믹 밸런싱을 진행하였다.
프레스의 기구학 메커니즘을 분석하여 효율적인 다이나믹 밸런싱을 진행하였다. 다이나믹 밸런싱 결과를 토대로 도면을 설계하였으며 저진동 고속프레스를 제작하였다.
댐핑상수 C의 조절이 용이하므로 댐핑계수 ζ 의 조절 또한 용이하도록 설계되었다.
라그랑지 기구학 및 동역학 이론을 이용하여 복잡한 메커니즘으로 이루어진 고속프레스의 다이나믹 언밸런스를 최소화하였다. 고속프레스의 메인프레임으로 전달되는 다이나믹 언밸런스를 수식화한 후, 컴퓨터프로그램을 작성하여 계산하였다.
모든 운동하는 개별 링크에 각각 한 개의 지역 좌표계(local coordinate system)를 고정시키고, 각각의 지역 좌표계 원점과 링크의 질량중심을 일치시키자. 링크 i가 구속조인트(constraint joint) k에 의해 메인프레임에 연결되어 있다고 하자.
댐퍼의 종류는 점성 댐퍼^(11~13), 마찰 댐퍼⁽¹⁴⁾, 전자기 댐퍼⁽¹⁵⁾ 등이 있다. 이 연구에서는 정밀 튜닝이 가능하고 방진 특성이 오랜 기간 유지되는 압축 코일 스프링과 점성 댐퍼를 주요 구성요소로 하는 방진시스템을 설계/제작하였다.
. 이 연구에서는 카운터밸런스 웨이트(counterbalance weight)의 형상, 질량, 질량관성모멘트 및 운동 메커니즘을 최적화하여 다이나믹 밸런싱을 구현하였다.
고속프레스의 메인프레임으로 전달되는 다이나믹 언밸런스를 수식화한 후, 컴퓨터프로그램을 작성하여 계산하였다. 프레스의 기구학 메커니즘을 분석하여 효율적인 다이나믹 밸런싱을 진행하였다. 다이나믹 밸런싱 결과를 토대로 도면을 설계하였으며 저진동 고속프레스를 제작하였다.

대상 데이터

1의 기구학 메커니즘은 그라운드 링크(ground link)를 포함하여 모두 23개이며, 메인프레임은 그라운드 링크이다. 프레스의 총 질량은 23개의 링크와 메인프레임에 부착한 모터와 클러치 등을 포함하여 총 7500 kg이다.

성능/효과

고속으로 운전하는 프레스에서 바닥으로 전달되는 진동력을 최소화하기 위하여 방진시스템을 제작하였다. 코일 스프링과 점성 댐퍼를 최적 설계함으로써 바닥으로 전달되는 진동력의 97 %를 흡수하는 방진 시스템 제작이 가능함을 증명하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	고속프레스는 무엇인가?	고속프레스는 모터코어, 핸드폰 프레임, 전자공업의 핵심부품인 리드프레임, 다양한 커넥터 등 일상 생활에 필수적인 부품을 제조하는 핵심 산업기계이며 생산성을 높이기 위하여 고속으로 운전된다. 이 연구는 1200 SPM으로 운전되는, 1분당 1200개의 제품을 펀칭(punching)하는, 링크 타입 고속프레스의 다이나믹 설계와 방진시스템(vibrational isolation system)의 설계에 관하여 논의한다.
	dynamic unbalance가 높으면 어떤 문제점이 생기는가	이러한 가진력과 가진 모멘트를 다이나믹 언밸런스(dynamic unbalance)라고 한다. 다이나믹 언밸런스 레벨이 높으면 펀칭작업의 정밀도가 떨어져 불량품을 양산하게 된다. 그리고 링크프레스를 방진시스템 위에 설치하지 않으면 메인프레임에 전달된 가진력은 100 % 바닥으로 전달되어 주변 구조물을 손상할 뿐만 아니라 작업자의 안전을 위협할 수 있다.
	1200 SPM의 운전속도에서 크랭크샤프트의 회전속도는 얼마인가?	이 연구는 1200 SPM으로 운전되는, 1분당 1200개의 제품을 펀칭(punching)하는, 링크 타입 고속프레스의 다이나믹 설계와 방진시스템(vibrational isolation system)의 설계에 관하여 논의한다. 1200 SPM의 운전속도에서 크랭크샤프트는 1200 r/min으로 회전한다.

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