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Kafe 바로가기주관연구기관 | 기흥기계(주) |
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연구책임자 | 김민수 |
참여연구자 | 신흥철 , 박우상 , 조성기 , 이원용 , 김미정 , 임건묵 , 이장환 , 김민재 , 신양기 |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2014-06 |
과제시작연도 | 2013 |
주관부처 | 산업통상자원부 Ministry of Trade, Industry and Energy |
등록번호 | TRKO201600016919 |
과제고유번호 | 1415129723 |
사업명 | 제조기반산업원천기술개발 |
DB 구축일자 | 2017-09-20 |
키워드 | 복합수직선반.풍력발전기 베어링.하드터닝.복합가공.유정압 베어링.램.자동헤드교환장치.틸팅헤드. |
최종목표
- 테이블 회전정밀도 : 10 ㎛
- 테이블 정강성 : 3,000 N/㎛
- 유정압 로터리 테이블 최대 회전속도 : 130 rpm
- 램 정강성 : 1,000 N/㎛
- 헤드 틸팅정밀도 : 3 sec
- AHC 교환 위치정밀도 : 10 ㎛
- Turret 분할 정밀도 : 5 sec
- 수직선반 상세설계도면 및 구조 적합성 : 100 %
- 공작물 최대직경 : 5,000 mm
- X축 이송정밀도 : 5 ㎛
- 공작물 진원도 : 10 ㎛
- 가공면 윤곽도 : 15
최종목표
- 테이블 회전정밀도 : 10 ㎛
- 테이블 정강성 : 3,000 N/㎛
- 유정압 로터리 테이블 최대 회전속도 : 130 rpm
- 램 정강성 : 1,000 N/㎛
- 헤드 틸팅정밀도 : 3 sec
- AHC 교환 위치정밀도 : 10 ㎛
- Turret 분할 정밀도 : 5 sec
- 수직선반 상세설계도면 및 구조 적합성 : 100 %
- 공작물 최대직경 : 5,000 mm
- X축 이송정밀도 : 5 ㎛
- 공작물 진원도 : 10 ㎛
- 가공면 윤곽도 : 15 ㎛
- 가공면 표면거칠기 : 0.5 Ra
개발내용 및 결과
○ 수직선반 시작품 구조설계
- 2개의 램을 이용하여 최악의 조건(절삭력 1 ton)으로 가공할 경우를 상정하여 구조해석을 수행한 결과 최대 응력은 8.4 MPa로 구조적으로 안전함을 확인(GC 300 항복응력: 120MPa)하여 제작함
- 고유진동수 해석 결과, 1차 모드는 12.5 Hz(750 rpm)로 나타났으며, 가공 시 로터리 테이블의 작동 영역이 130 rpm이므로 회전에 의한 공진현상이 없음을 확인 후 제작함
- 초기모델의 크로스레일에서 뒤틀림 현상의 발생을 확인하고 이를 개선하기 위해 위상최적화 및 치수최적화를 수행한 결과 초기모델과 비교하여 공구중심점기준 변위를 56% 감소(CAE 해석 결과 기준)함을 확인 후 크로스레일 보완하여 제작함
- 공작물 최대직경 측정 : 5,000 mm (목표 달성)
- X축 이송 정밀도 측정 : 1.2 ㎛ / 1,000 mm (목표 달성)
- 공작물 가공 진원도 : 8.5 ㎛ (목표 달성)
- 가공면 윤곽도 : 4 ㎛ (목표 달성)
- 가공면 표면거칠기 : 0.291 Ra (목표 달성)
○ 대형 고정밀 유정압 로터리 테이블 개발
- 로터리 테이블용 유정압 베어링을 고정모세관 방식과 정유량형 두 가지 방식으로 병행 설계하였으며 최종적으로 정유량 방식 설계를 시작품에 적용하여 제작함
- 구조해석을 통해 베어링 위치 및 구조의 최적화를 수행하였으며 double pinion type의 로터리 테이블 상세설계 후 제작함
- 유정압 로터리 테이블 시작품 제작함
- 유정압 로터리 테이블 성능평가 및 보완하여 제작함
· 유정압 패드 조정을 통한 베어링 특성 균일화 수행
· 유량-부상량 특성 평가 : 설계치와 경향 일치함을 확인 완료
· 정강성 평가 : 3,939 N/㎛ (목표 달성)
· 회전정밀도 : 축방향 7.1 ㎛, 반경방향 2.3 ㎛ (목표 달성)
· 테이블 틸트오차 평가 : 2.4 arcsec
· 유정압 테이블 최대 회전수 : 130 rpm (목표 달성)
○ 고강성 RAM 개발
- 450 x 450 ㎟ 모델을 기반으로 상세설계를 실시하였으며 특히 미세정삭을 대비하여 롤러베어링과 스프링을 이용한 틈새 “0“의 RAM 구조를 고안하고 특허를 출원
- 450 x 450 ㎟ 램의 내부 구조 최적화 및 소재 변경으로 재제작하여 RAM 정강성 실험 결과, 1,037 N/㎛로 정강성 목표인 1000 N/㎛를 만족함
· 정강성 평가 : 1,037 N/㎛ (목표 달성)
○ 고정밀 틸팅헤드 설계
- 구조해석 결과 1 ton의 절삭력 하에서 구조적 안정성이 확보 되는 것으로 확인 후 제작
- 절삭력을 수행할 때 절삭력에 의한 변형으로 공작물의 품질 저하를 최소화하기 위해서 공구의 Overhang을 관리해야 하며, 생크 (Shank)의 재질 및 크기에 대한 고려를 하여 공구선택함
- 반복위치정밀도를 구현하기 위해 고정밀 curvic 커플링과 유압 클램프 시스템을 적용한 고정밀 틸팅헤드 상세설계 제작
- 틸팅헤드의 정강성 실험 결과는 1,241.1 N/㎛로 목표인 1,000 N/㎛를 만족하였으며, 틸팅 정밀도 측정 실험 결과 2.05 sec로 목표 정밀도인 5.0 sec를 만족함
· 헤드 틸팅정밀도 : 2.05 sec (목표 달성)
○ 다기능 AHC 설계
- 유압과 접시스프링을 이용하여 100 kN의 클램핑력을 가지는 AHC를 상세설계 하고 curvic 커플링을 적용하여 고정밀 헤드착탈 및 고강성화 실현 제작
- 교환위치정밀도 측정 실험 결과는 2.3 ㎛로 목표인 20 ㎛ 이내로 만족함
· AHC 교환 위치정밀도 : 2.3 ㎛ (목표 달성)
○ 고정밀 Turret 설계
- 유압과 접시스프링을 이용하여 100 kN의 클램핑력을 가지는 AHC를 상세설계 하고 curvic 커플링을 적용하여 고정밀 헤드 착탈 및 고강성화 실현 제작
· 터렛 분할 정밀도 : 3.4 sec (목표 달성)
○ 수직선반 상세설계도면 및 구조 적합성을 고려한 개발
- 수직선산 상세설계도면을 100% 완료하였고 제작과 실험을 통하여 각 핵심 유니트에 대한 구조에 적합성을 검증 하여 제작함
· 수직선반 상세설계도면 및 구조 적합성 : 100% (목표 달성)
○ 수직선반 실용화 모델 개발
- 기본적인 구상안을 복합수직선반의 전용성 및 범용성 보완한 상하축(W/Z축)구조의 stroke를 확대하여 제작함
- 개발된 핵심 유니트인 유정압 테이블, 고강성 램, 고정밀 틸팅헤드, 다기능 AHC, 고정밀 Turret의 Module을 활용 하여 제작함
- 수직선반의 다양한 기종의 series화로 설계 제작함
- X축 stroke 6,000 mm, Z축 stroke 2,000 mm, W축 stroke 3,500 mm 의 실용화 모델 제작함
기술개발배경
○ Yaw & Pitch 베어링 가공용 복합수직선반은 전량 수입 의존
- 대형가공기 가운데 대표적 고부가가치 장비
○ 핵심원천기술 개발로 대형장비기술의 선진화 추진
- 고속 유정압 로터리 테이블, 고강성 Ram, 고경도 소재의 하드터닝 기술 등 대형장비 선진화를 위해 반드시 국내개발이 필요한 핵심원천기술
핵심개발기술의 의의
전량 수입에 의존하고 있는 풍력발전기의 Yaw & Pitch 베어링 가공용 복합수직선반의 국산화를 위한 원천기술을 확보하고 기술적 종속 극복을 위한 교두보 마련
적용분야
○ 풍력발전기용 Yaw & Pitch 베어링의 In-Out Race 가공
○ 풍력발전기용 Tower Flange 가공
○ 풍력발전기용 Gear Rim 및 Lock Plate, Distance Plate 가공
○ 각종 대형 선회륜 베어링의 In-Out Race 가공
○ 토목, 건설, 제철, 광산기계 등에 소요되는 대형 베어링의 In-Out Race 가공
과제명(ProjectTitle) : | - |
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연구책임자(Manager) : | - |
과제기간(DetailSeriesProject) : | - |
총연구비 (DetailSeriesProject) : | - |
키워드(keyword) : | - |
과제수행기간(LeadAgency) : | - |
연구목표(Goal) : | - |
연구내용(Abstract) : | - |
기대효과(Effect) : | - |
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