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논문 상세정보

공작기계의 절삭공정 소비 에너지 예측기술

Prediction of Machine Tool's Energy Consumption during the Cutting Process

Abstract

In this paper, a simulation based estimation method of energy consumption of the spindle and feed drives for the NC machine tool during the cutting process is proposed. To predict energy consumption of the feed drive system, position, velocity, acceleration and jerk of the table are analyzed based on NC data and then the power and energy are calculated considering friction force and mass of the stages. Energy consumption of the spindle is estimated based on models from acceleration motion of rotating parts, friction torque and power loss of motors. Moreover, simulation models of cutting power and energy for the material removal along the NC tool paths are proposed.

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공작기계의 적극적 에너지 절감 방법
공작기계의 적극적 에너지 절감 방법에는 어떤 것들이 있는가?
공작기계 구조물의 설계적 개선 방법, 주변장치의 에너지 효율 개선 방법, 가공공정의 에너지 효율 개선 방법 등

1은 에너지 저감의 전략을 보여준다. 공작기계의 적극적 에너지 절감 방법은 공작기계 구조물의 설계적 개선 방법, 주변장치의 에너지 효율 개선 방법, 가공공정의 에너지 효율 개선 방법 등이 있다. 추가적으로 수동적 에너지 절감방법으로는 장비의 사용 후 에너지 재활용과 장비의 에너지 소비량 억제 등이 있다.

공작기계에서의 소비 에너지 저감
공작기계에서의 소비 에너지 저감의 의미는 무엇인가?
일차적으로 전기에너지의 절약으로 에너지 비용을 낮추는 것이고, 이차적으로 장비의 과잉 에너지가 변환된 발열로 인한 구조물의 열변위를 최소화하는 데 있다

공작기계에서의 소비 에너지 저감의 의미는 일차적으로 전기에너지의 절약으로 에너지 비용을 낮추는 것이고, 이차적으로 장비의 과잉 에너지가 변환된 발열로 인한 구조물의 열변위를 최소화하는 데 있다. 그래서 공작기계의 소비 에너지 저감기술은 장비의 관리비용을 낮추는 것은 물론, 가공 정밀도를 향상시키는 신기술로써 비중 있게 다루어지고 있다.

스핀들의 소요동력
스핀들의 소요동력인 사용동력과 손실동력은 어떻게 나눌 수 있는가?
사용동력은 가감속, 정속운전 등 실제 스핀들의 움직임에 필요한 동력과 절삭에 필요한 동력으로 나눌 수 있으며, 손실동력은 모터손실과 베어링 등에서의 마찰손실 등으로 나눌 수 있다

여기서, 스핀들의 소요동력은 스핀들의 사용동력과 손실동력으로 나뉠 수 있다. 사용동력은 가감속, 정속운전 등 실제 스핀들의 움직임에 필요한 동력과 절삭에 필요한 동력으로 나눌 수 있으며, 손실동력은 모터손실과 베어링 등에서의 마찰손실 등으로 나눌 수 있다. 가감속에 필요한 동력은 식(3)과 같이 예측할 수 있다.

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저자의 다른 논문

참고문헌 (7)

  1. 1. Altintas, Y., "Manufacturing Automation," Cambridge University Press, 2nd Ed., pp. 213-249, 2012. 
  2. 2. Whalley, R., Ebrahimi, M., and Abdul-Ameer, A., "Hybrid Modelling of Machine Tool Axis Drives," International Journal of Machine Tools and Manufacture, Vol. 45, No. 14, pp. 1560-1576, 2005. 
  3. 3. Harris, T. A. and Kotzalas, M. N., "Rolling Bearing Analysis," CRC Press, 5th Ed., 2006. 
  4. 4. Kim, K. S., Hwang, J., Lee, D. W., Lee, S. M., and Lee, S. J., "Study on the Frictional Torque in the Angular Contact Ball Bearing for Machine Tool Spindle by Empirical Formula," J. Korean Soc. Precis. Eng., Vol. 32, No. 2, pp. 149-157, 2015. 
  5. 5. Palmgren, A., "Ball and Roller Bearing Engineering," Burbank, 3rd Ed., pp. 34-41, 1959. 
  6. 6. Seong, K.-H., Cho, H.-W., Hwang, J., and Shim, J., "Thermal Characteristic Analysis of Induction Motors for Machine Tool Spindle for Motion Error Prediction," J. Korean Soc. Precis. Eng., Vol. 32, No. 2, pp. 141-147, 2015. 
  7. 7. Heo, S., Lee, C.-H., and Park, C. H., "Cutting Force Simulation in the NC Milling Process," Proc. of the 6th International Conference on Positioning Technology, pp. 462-464, 2014. 

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