초록 ▼

Ⅰ. 제목
연삭 메커니즘 Engineering 및 CAD/CAE 기술
Ⅱ. 연구개발의 목적 및 필요성
자유도가 높은 고강성, 고정밀 기계의 효율적인 개발을 위해서는 설계 해석이 필수적이다. 전문 인력이 부족한 중소 기업에서 새로운 제품 개발 시 구조 해석에 대한 전문적인 지식 없이도 해석을 수행할 수 있도록 구조 해석을 위한 Parametric Modeling 기능을 개발하고 이를 구조 해석용 소프트웨어와 연동하여, 반복 설계 및 설계 수정에 따르는 설계 시간 및 노력을 경감시킬 수 있다.
이를 위하여

Ⅰ. 제목
연삭 메커니즘 Engineering 및 CAD/CAE 기술
Ⅱ. 연구개발의 목적 및 필요성
자유도가 높은 고강성, 고정밀 기계의 효율적인 개발을 위해서는 설계 해석이 필수적이다. 전문 인력이 부족한 중소 기업에서 새로운 제품 개발 시 구조 해석에 대한 전문적인 지식 없이도 해석을 수행할 수 있도록 구조 해석을 위한 Parametric Modeling 기능을 개발하고 이를 구조 해석용 소프트웨어와 연동하여, 반복 설계 및 설계 수정에 따르는 설계 시간 및 노력을 경감시킬 수 있다.
이를 위하여 다축 평면 연삭기의 구조 및 설계 프로세스를 분석하여 Parametric Modeling 시스템 구성 방안을 마련하고 연삭기의 실제 해석 및 이의 분석을 통하여 전처리 시스템에서 제공해주어야 할 데이터 및 포맷을 결정하였다.
또한 정밀 부품의 고정밀 고능률 연삭 가공을 위해 연삭 숫돌, 드레싱, 공작물 간의 복잡한 연삭 메커니즘을 해석하고 가공 정도를 예측하여 정밀 가공 기술의 국산화 및 국제 경쟁력 확보를 기대할 수 있다.
Ⅲ. 연구개발의 내용 및 범위
먼저 평면 연삭기의 구조를 분석하고 각각의 부품에 대한 객체 모델링을 수행하여 각각의 객체에 대한 설계 파라미터를 정의하였다. 또한 평면 연삭기의 설계 프로세스를 분석하여 3차원 CAD 프로그램에서 설계 파라미터를 입력하여 평면 연삭기의 3차원 모델을 생성하고, 이로부터 평면 연삭기의 유한 요소 모델을 생성하여 구조 해석용 프로그램에서 설계 해석이 가능하도록 전처리 데이터를 생성하는 설계 해석 전처리 시스템을 개발하였다. 그리고 개발된 시스템을 통하여 시제품 설계에 적용하고 설계 해석 결과를 분석함으로써 시스템을 검증하였다.
다음으로 연삭 가공 메커니즘 해석 및 연삭 공정의 시뮬레이션을 통하여 연삭열 해석 및 가공 변질층을 연구하여, 연삭 메커니즘 해석 및 가공 정도 예측 시스템을 개발하였다.
Ⅳ. 연구개발결과
본 연구에서 개발한 구조 해석용 전처리 시스템은 특징 형상에 기반을 둔 Parametric Modeling을 통해 쉽고 빠르게 평면 연삭기의 3차원 모델을 생성하고 평면 연삭기의 3차원 모델의 부품간 기하학적 제약 조건을 자동적으로 유지하도록 하였다. 이로써 새로운 제품 개발 시 범용 구조 해석 프로그램인 ANSYS를 이용한 설계 해석을 통해 연삭 메커니즘의 구조 특성 및 구조 취약부를 규명하였고 연삭 가공 메카니즘 해석 및 가공정도 예측을 위한 이론적 연구를 통하여 연삭열 해석 및 가공 변질층의 특성을 관찰하고 연삭 메커니즘 및 열변형 해석 프로그램을 개발하였다.
Ⅴ. 연구개발결과의 활용계획
본 연구에서 개발된 시스템을 통하여 신제품 개발 시 설계와 병행하여 구조해석을 수행함으로써 빠른 설계 검증을 통한 반복 설계로 설계 시간 감소 및 설계 사이클의 감소 또한 기대할 수 있다.
부품 형상을 구체화시키는 경우 해석전처리 뿐 아니라 상세설계 시스템으로도 활용이 가능할 것으로 보이며, 본 연구에서 수행한 과정에 의해 타 제품의 설계 및 설계 해석에도 응용 가능할 것으로 보인다.

Abstract ▼

CAE analysis for structural stability and dynamic behavior is essential to reduce the development time and cost when developing a multi-degree-of-freedom machine tool with high stiffness and accuracy. However, CAE analysis is usually neglected or carried out after the final design is fixed, since it

CAE analysis for structural stability and dynamic behavior is essential to reduce the development time and cost when developing a multi-degree-of-freedom machine tool with high stiffness and accuracy. However, CAE analysis is usually neglected or carried out after the final design is fixed, since it requires expertise and therefore is separated from CAD design. The main goal of the project is to develop an integrated CAD/CAE software system for the machine tool design engineers who have less expertises in CAE analysis. The development is dedicated for a grinding machine, however the idea can be expanded for other product developments as well.
For structuring the software systematically, the mechanical structure and design process of a grinding machine have been analyzed first. The software enables a design engineer to follow the design process with parametric modeling of components of the machine. To facilitate the design change, geometric constraints between parameters of related parts are defined and considered in the implementation. Once the parts and the assembly of the whole machine is defined, the analysis parameters are input through dialog box. Based on the geometric parameters and analysis parameters of the parts, the software generates an ANSYS script file which consists of parametrically generated mesh data, material property data and boundary conditions. Then, the only thing that the design engineer has to do with analysis is to run ANSYS and open the script file to get the analysis result. The software is implemented on AutoCAD MDT(Mechanical desktop) using VisualLISP and VBA for user interface and interfacing to MS Access for database management. A prototype planar grinding machine was modeled and analyzed with the developed system.
By using the developed software, a design engineer can evaluate his or her design result using ANSYS software without any help of a CAE engineer. The parametric modeling function of the software can be extended to detail design by adding more detail description of part geometries.

목차 Contents

• 제1장 서론
  제1절 연구 배경
  제2절 구조 해석 전처리 시스템의 개념 및 구성
  제2장 평면 연삭기 구조 및 설계 프로세스 분석
  제1절 평면 연삭기 구조
  제2절 평면 연삭기 설계 프로세스
  제3장 구조 해석 전처리 시스템 지원 기술
  제1절 Mechanical Desktop
  제2절 AutoLISP & VisualLISP
  제3절 AutoCAD VBA(Visual Basic Application)
  제4장 평면 연삭기 구조 해석 전처리 시스템 구현 및 적용 사례
  제 1 절 시스템 구성
  제 2 절 시스템 적용 사례
  제5장 유한요소 해석 결과
  제1절 1차 시제품 구조 해석
  제 2 절 2차 시제품 구조 해석
  제6장 연삭 메커니즘 해석 및 가공정도 예측 프로그램 개발
  제1절 연삭 메커니즘 해석
  1. 서론
  2. 연삭 이론
  2.1 연삭메커니즘
  2.2 연삭숫돌
  2.3 연삭숫돌의 측정
  2.4 연삭입자의 높이 및 분포
  2.5 연삭숫돌의 운동학
  2.6 접촉길이와 미끄럼길이
  2.7 살돋음의 모델링
  3. 시뮬레이션 방법
  3.1 연삭숫돌표면의 시뮬레이션
  3.2 연삭가공 면의 시뮬레이션
  4. 실험
  4.1 실험 장치
  4.2 단립 스크래치
  4.3 스크래치 결과
  5. 결과 및 고찰
  5.1 연삭숫돌표면의 시뮬레이션
  5.2 연삭표면
  6. 결론
  제 2 절 연삭열 해석
  1. 서론
  2. 연삭열 이론
  2.1 단열 상태
  2.2 대류냉각 상태
  2.3 무차원 해석
  3. 유한 요소 해석
  3.1 유한 요소 모델링
  3.2 유한 요소 해석 조건
  3.3 유한 요소 해석 결과
  3.4 유한요소 해석과 수치해석의 비교
  4. 실험
  4.1 연삭력 및 연삭 온도 측정 방법
  4.2 연삭력 측정 결과
  4.3 연삭온도 측정 결과
  5. 가공 정도 예측 및 열변형 해석 전용 프로그램 개발