[논문]노후된 공작기계의 재제조에 관한 연구

노영화

doi:10.21289/ksic.2020.23.3.403

Abstract ▼ AI-Helper

Continuous industrial development has led to a better quality of life for everyone, even further accelerating industrial growth. Industrial development, however, has also caused environmental degradation, which is posing a serious threat to humanity. It has also encouraged the indiscriminate use of ...

Continuous industrial development has led to a better quality of life for everyone, even further accelerating industrial growth. Industrial development, however, has also caused environmental degradation, which is posing a serious threat to humanity. It has also encouraged the indiscriminate use of limited resources, causing resource depletion. Efficient resource management based on resource circulation is critical to saving resources. Resource circulation methods are as follows: reducing the use of resources in the manufacturing process, recycling used or reprocessed products and reusing used resources without being reprocessed, remanufacturing with end-of-life products with disassembled parts. Furthermore, remanufacturing process including cleaning, inspection, repairing, and reassembling facilitate performance level as well as new typical products. It is noteworthy that the remanufacturing of machine tools can significantly save resources because their structural parts are substantially large in size. Machine tools have served as a foundation for the manufacturing industry, which has driven Korea's industrial development. Nevertheless, a few research has been reported for remanufacturing technology with used machine tools. Relevant research of developing a remanufacturing process chart and method is prerequisite for saving the resource and environments.

주제어

표/그림 (9)

그림 Fig. 1 Diagram of resource circulation
그림 Fig. 2 Analysis results by cutting force
그림 Fig. 3 Modal analysis results
표 Table 1. Modal analysis results
그림 Fig. 4 Reinforcement shape of structure
표 Table 2. Modal analysis results by reinforcement of structure
그림 Fig. 5 Remanufacturing process
표 Table 3. Measuring equipment of performance evaluation
그림 Fig. 6 Measurement results of Performance Evaluation

AI 본문요약
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문제 정의

이에 본 연구에서는 노후된 공작기계에 대한 구조해석을 통한 안정성을 검토하였다. 그리고 노후된 공작기계의 재제조를 통한 재제조 전과 후의 성능평가 결과를 비교하여 재제조에 따른 성능 향상에 관해 연구하였다.
본 연구에서는 노후 공작기계의 구조적인 안정성 검토를 위해 구조 및 모달해석을 수행하였다. 노후된 공작기계의 입고에서부터 재제조 후 성능 평가에 이르기까지 각 공정별 기술을 바탕으로 재제조를 진행하였다.
[6] 공작기계의 성능 향상에 관한 연구는 많이 있으나 노후 공작기계 재제조에 관한 연구는 미미한 실정이다. 이에 본 연구에서는 노후된 공작기계에 대한 구조해석을 통한 안정성을 검토하였다. 그리고 노후된 공작기계의 재제조를 통한 재제조 전과 후의 성능평가 결과를 비교하여 재제조에 따른 성능 향상에 관해 연구하였다.

제안 방법

1) 노후 공작기계의 모달 해석을 통해 가공 정밀도에 영향을 주는 공진 발생 운전 영역을 분석하여 공진 회피를 위한 운전 조건과 강성 증대를 위한 구조물 보강안을 제시하였다.
4차 보강안의 보강재 형태는 1, 2, 3차 보강안의 단점인 단면적 대비 효율을 개선하기 위해 격자형 구조를 제시하였다. 그러나 초기 모델과 거의 결과가 같으며 보강효과가 없는 것으로 나타났다.
측정 시 주축의 회전수는 50 rpm으로 설정하였고, 총 5회 반복 측정을 진행하였다. 공작기계의 소음 측정은 주축을 기준으로 동일한 높이의 1 m 거리에 소음측정기를 설치하여 최대 소음값을 측정하는 방법으로 진행하였다. 측정 위치는 주축의 전면, 좌측면, 우측면으로 총 3면에서 측정하였다.
노후된 공작기계의 입고에서부터 재제조 후 성능 평가에 이르기까지 각 공정별 기술을 바탕으로 재제조를 진행하였다. 그리고 노후된 공작기계의 재제조 전과 후의 성능 평가를 통하여 성능 향상을 비교하였다.
본 연구에서는 노후 공작기계의 구조적인 안정성 검토를 위해 구조 및 모달해석을 수행하였다. 노후된 공작기계의 입고에서부터 재제조 후 성능 평가에 이르기까지 각 공정별 기술을 바탕으로 재제조를 진행하였다. 그리고 노후된 공작기계의 재제조 전과 후의 성능 평가를 통하여 성능 향상을 비교하였다.
절삭력에 의한 구조물의 변형 및 응력을 확인 하기 위해 X, Y, Z축의 각 방향으로 1,000 N의 힘을 적용하여 해석을 수행하였다. 힘의 합력은 1732.

대상 데이터

1 프로그램을 사용하여 노후 공작기계의 해석을 통한 구조물의 변형, 응력 및 고유진동수를 확인함으로써 구조 안정성을 확인하였다. 노후 공작기계는 1997년에 생산된 화천 VMC650을 선정하여 구조해석을 수행하였 다. 스핀들과 테이블은 강소재로 이루어져 있으며, 스핀들과 테이블을 제외한 나머지 Body는 GC계열의 회주철로 구성되어 있다.

데이터처리

ANSYS Workbench R17.1 프로그램을 사용하여 노후 공작기계의 해석을 통한 구조물의 변형, 응력 및 고유진동수를 확인함으로써 구조 안정성을 확인하였다. 노후 공작기계는 1997년에 생산된 화천 VMC650을 선정하여 구조해석을 수행하였 다.
노후 공작기계의 운전영역(Maximum 4,000 rpm) 에서 고유진동수 및 모드형상을 검토하기 위해 모달해석을 수행하였다. Fig.
직선운동의 위치결정 정밀도 및 반복 정밀도의 측정은 5개의 측정 포인트를 지정하고, 이송축 왕복을 5회 실시하여 측정된 평균값으로 확인하였다. 주축의 런아웃은 300 mm 테스트바(Test bar) 를 주축 선단에 장착하고 인디게이터의 촉침을 테스트바의 끝단에 접촉시켜 주축의 회전에 의해 변화하는 인디게이터의 눈금 최대 변화량을 기록하는 방법으로 측정하였다.

성능/효과

2) 노후 공작기계의 재제조 전과 후의 성능 평가를 통해 재제조를 통한 성능 향상을 확인하였다. 위치결정 정밀도의 경우 약 3-18배의 성능 개선이 되었고, 반복 정밀도는 약 2-16배 성능이 향상된 것을 확인하였다.
3% 정도 감소한 것을 확인하였다. 재제조를 통해 가공 정밀도 향상 및 소음저감 효과를 얻을 수 있음을 확인하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	노후 공작기계의 재제조 후의 성능 향상은 어떠한가?	2) 노후 공작기계의 재제조 전과 후의 성능 평가를 통해 재제조를 통한 성능 향상을 확인하였다. 위치결정 정밀도의 경우 약 3-18배의 성능 개선이 되었고, 반복 정밀도는 약 2-16배 성능이 향상된 것을 확인하였다. 그리고 주축 런아웃은 약 2배의 성능이 개선되었고, 소음은 약 8.3% 정도 감소한 것을 확인하였다. 재제조를 통해 가공 정밀도 향상 및 소음저감 효과를 얻을 수 있음을 확인하였다.
	감량(Reduce)은 무엇인가?	특히, 유럽을 중심으로 유해물질로 인한 환경 오염 저감과 재활용 촉진을 위해 환경규제를 강화하고 있다. 자원 절약을 위해서는 자원순환을 통한 효율적인 관리가 필요하며, 자원순환의 방법에는 제조 공정에서 자원의 사용량을 줄이는 감량(Reduce), 사용한 제품, 원료 등을 재생하여 다시 사용하는 재활용(Recycle), 사용한 자원을 가공하지 않고 다시 사용하는 재사 용(Reuse), 사용이 끝난 제품 또는 부품을 회수하여 분해, 세척, 검사, 복원, 재조립 등의 과정을 거쳐 신제품과 동등 수준의 성능을 갖도록 하는 재제조(Remanufacturing)가 있다. 특히, 재제조는 신제품 생산에 투입된 생산요소의 많은 부품을 재사용하기 때문에 생산요소 투입 비용을 절감할 수 있으며, 환경 개선의 효과도 매우 커서 선진국에 서도 많은 관심을 가지고 있는 분야이다.
	재제조를 선진국에서 관심을 가지는 이유는?	자원 절약을 위해서는 자원순환을 통한 효율적인 관리가 필요하며, 자원순환의 방법에는 제조 공정에서 자원의 사용량을 줄이는 감량(Reduce), 사용한 제품, 원료 등을 재생하여 다시 사용하는 재활용(Recycle), 사용한 자원을 가공하지 않고 다시 사용하는 재사 용(Reuse), 사용이 끝난 제품 또는 부품을 회수하여 분해, 세척, 검사, 복원, 재조립 등의 과정을 거쳐 신제품과 동등 수준의 성능을 갖도록 하는 재제조(Remanufacturing)가 있다. 특히, 재제조는 신제품 생산에 투입된 생산요소의 많은 부품을 재사용하기 때문에 생산요소 투입 비용을 절감할 수 있으며, 환경 개선의 효과도 매우 커서 선진국에 서도 많은 관심을 가지고 있는 분야이다. 선진국 에서는 약 100여 년 전부터 항공기부품, 자동차부품, 프린터 카트리지, 토너, 공작기계, 의료기기등 다양한 산업분야에서 재제조에 대한 연구를 진행하고 있다.

참고문헌 (6)

Korea Institute of Energy Technology Evaluation and Planning(KETEP), "2018 Resource Circulation Innovation Road map, Research Report," KETEP, Korea, pp. 208-298, (2018).
C. M. Lee, W. S. Woo, Y. H. Roh, "ReRemanufacturing: Trends and Issues," International Journal Of Precision Engineering and Manufacturing, Vol. 4, no. 1, pp. 113-125, (2017).

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H. S. Mok, C. S. Jeon, C. H. Han, H. S. Kwak, S. J. Park, "Development Methods of Remanufacturing Industry for Resources Recycle," Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers, vol. 17, no. 1, pp. 120-129, (2009).
H. S. Mok, C. S. Jeon, C. H. Han, M. J. Song, B. S. Park, "A Study on Remanufacturing Industry for Automobile Parts," Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers, vol. 16, no. 6, pp. 184-191, (2008).
W. Jung, H. J. Lee, "Industrialization Trend of Remanufacturing and Recycling Technology in Korea and Overseas," Journal of Applied Reliability, vol. 10, no. 3, pp. 199-211, (2010).
Y. B. Du, C. B. Li, "Implementing Energy-Saving and Environmental-Benign Paradigm: Machine Tool Remanufacturing by OEMs in Chnia," Journal of Cleaner Production, vol. 66, pp. 272-279, (2014).

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