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정밀가공용 고속 자동선반 베드의 정하중 및 공진주파수 해석
Analysis on Static Load and Resonance Frequency of Bed in High-speed Automatic Lathe for Precision Machining 원문보기

반도체디스플레이기술학회지 = Journal of the semiconductor & display technology, v.16 no.2, 2017년, pp.32 - 38  

하주환 (한국기술교육대학교 메카트로닉스공학부) ,  이윤철 (한국기술교육대학교 메카트로닉스공학부) ,  주강우 (한국기술교육대학교 메카트로닉스공학부) ,  조은정 (한국기술교육대학교 메카트로닉스공학부) ,  이영식 ((주)대성하이텍) ,  이재권 ((주)대성하이텍) ,  김광선 (한국기술교육대학교 메카트로닉스공학부)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper is about the analysis on the vibration characteristic of tooling units on the precision bed in high-speed automatic lathe for precision machining. An automatic lathe operating at about 25,000 RPM is a critical factor in the self-weight stress and deformation of the bed. Especially, the re...

주제어

#CAE   #Modal Analysis   #Automatic Lathe  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 자동선반의 진동 해석은 필수이며, 이와 더불어 구조의 안정성 문제에 대한 선행연구가 절실하게 요구된다[2]. 본 연구에서는 이러한 요구에 따라 생산 예정인 정밀 자동선반 베드의 정하중 및 공진주파수 해석을 통하여, 구조적인 안정성 확인 및 기존 설계안의 검증에 목적을 두고 해석을 수행하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
자동선반의 진동수는 어디에 위치하여야 하는가? 4차 산업혁명의 추세에 따라, 반도체[1] 및 디스플레이를 포함한 각종 산업분야에서는 기초 부품에서부터 가공설비까지의 정밀도는 매우 중요한 요소로 여겨지며, 정밀도와 진동 특성은 밀접하게 연결된다. 특히 정밀 자동선반의 경우에는 최대 약 25,000 RPM의 고속 운전 조건 하에서 가공이 이루어지는데, 이 경우에 약 400 Hz 이상의 진동이 발생하게 되며, 자동선반은 이때 발생하는 진동수 이상에서 공진 주파수가 위치하여야 한다. 따라서 자동선반의 진동 해석은 필수이며, 이와 더불어 구조의 안정성 문제에 대한 선행연구가 절실하게 요구된다[2].
정밀 자동선반은 어떠한 조건 하에서 가공이 이루어지는가? 4차 산업혁명의 추세에 따라, 반도체[1] 및 디스플레이를 포함한 각종 산업분야에서는 기초 부품에서부터 가공설비까지의 정밀도는 매우 중요한 요소로 여겨지며, 정밀도와 진동 특성은 밀접하게 연결된다. 특히 정밀 자동선반의 경우에는 최대 약 25,000 RPM의 고속 운전 조건 하에서 가공이 이루어지는데, 이 경우에 약 400 Hz 이상의 진동이 발생하게 되며, 자동선반은 이때 발생하는 진동수 이상에서 공진 주파수가 위치하여야 한다. 따라서 자동선반의 진동 해석은 필수이며, 이와 더불어 구조의 안정성 문제에 대한 선행연구가 절실하게 요구된다[2].
응력 및 진동해석의 결과 최대 응력 및 변형량, 고유 진동수는 어떠한가? 정밀가공용 고속 자동선반 베드의 정하중 및 공진주파수를 평가하기 위해서 수치해석을 수행하였고, 응력 및 진동해석을 수행하였다. 그 결과 최대 응력은 0.14MPa과 최대 변형량은 17.9um으로 나타났으며 공구대가 없는 베드만의 동특성에서는 6차 모드에서 고유 진동수가 364.72Hz로 확인되었다. 특히 공구 유닛을 장착한 상태에서는 공진 주파수가 718Hz로 계산되었고, 본 연구에서 다루는 선반의 최대 가공 속도인 25,000RPM조건(약 400Hz)에서는공진 등의 문제가 없고, 구조적인 안정성 면에서 적합한 설계임을 확인할 수 있었다.
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참고문헌 (6)

  1. Park. C. H., Kim. J. U., Wang. D. H., and Kim. W. I., 2005, "Development of Electrode Guide of Super-drill EDM and Electrical Discharge Machining of Small Hole for High Precision Semiconductor Die", Journal of the KSMPE, Vol. 4, No. 3, pp. 32-38. 

  2. Choi. S. G., Kim. S. H., Choi. W. K., Shin. H. J., Lee. E. S., and Kim. K. D., "A Study in the Modal Analysis of Hybrid Vertical Grinding System Bed", Journal of the KSMTE, Vol. 12, No. 5, pp. 50-56, 2013. 

  3. 2015, Star-CCM User Guide ver.10.02, CD-adapco. 

  4. Ferdinand P. Beer, E. Russell Johnston, Jr., and John T. DeWolf, 2004, "Mechanics of Materials" 3rd Edition, Mcgraw-Hill, pp. 47-56. 

  5. J. Douglas Faires and Richard Burden, 2003, "Numerical Methods", 3rd Edition, INTER VISION. 

  6. Kang-Woo Joo, Jun-Young Kim, Hee-Rak Beom, and Kwang-Sun Kim, 2011, "Numerical Analysis on Thermal Deformation of Linear Motor in Chip Mounter", Proceedings of the ASME 2011 International Mechanical Engineering Congress & Exposition. 

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