일반기술

공작기계 주축계의 동특성해석 및 최적설계 시스템

일반적으로 공작기계 주축계에 대해서 요구되는 기본적인 항목들로는 고강성, 고감쇠, 고회전정밀도, 저발열, 장수명 등이 있다. 최근에는 이러한 기능들과 함께 가공능률과 가공정밀도의 향상, 난삭재와 경합금의 고능률 절삭, 그리고 절삭과 연삭의 복합화 등을 도모하기 위해서 고속절삭을 실현할 수 있는 공작기계 주축계의 고속화에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.본 연구과제에서는 이러한 공작기계 주축계의 발전동향을 고려하여 고속주축계의 동특성을 체계적으로 해석하고, 최적설계 조건을 도출할 수 있는 소프트웨어 시스템을 개발하는 데 그 목적을 두었다. 보다 정량적인 해석결과를 얻기 위해서 세장비(Slenderness Ratio)가 비교적 작은 주축은 Timoshenko 보이론으로 모델화하며, 주축 회전시 발생하는 자이로스코픽 효과(Gyroscopic Effect)를 고려한 유한요소 모델(Finite Element Model)을 적용한다. 특히 내장형 모터(Built-In Motor)를 사용하는 주축계의 경우에는 여러 장의 얇은 철심용 강판들로 적층된 내장형 모터의 회전부(Rotor)가 굽힘 변형 및 전단 변형에 대해서 상당 수준의 탄성적 효과를 나타내기 때문에 질량 효과 외에도 그 강성 효과를 수학적 모델에서 고려할 수 있도록 한다. 또한 공작기계 주축계의 모드 매개변수(Modal Parameter)인 고유진동수와 감쇠비, 그리고 진동 모드에 대한 주축 제원, 회전수, 베어링 지지특성, 베어링 간격, 주축 재료특성 등의 영향을 분석하여 주축계의 최적설계 조건을 도출하는 모듈을 다목적 최적화 기법(Multi-Objective Optimization Technique)을 토대로 구축다. 이러한 형태의 공작기계 주축계의 동특성 해석 및 최적설계 시스템은 공작기계 주계의 설계과정과 제작과정에서 야기되는 시행착오를 대폭 감소시킬 뿐 아니라 공작기계의 가공정밀도와 절삭능률을 향상시키는 데 기여할 것이다.