Design Evaluation of WEDM Based on Deformation Analyses and Axiomatic Design

변형해석 및 공리적 설계에 의한 와이어 방전가공기의 설계평가

Recent industrial requirements for highly precise shape processing have brought the electric discharge machining (EDM) in great need. High precision in EDM is primarily achieved by high performance controllers. However there exists inherent precision loss due to structural deformation. On this background, we study structural deformation characteristics of wire cut EDM via finite element (FE) analysis and axiomatic design. Two different wire cut EDMs are selected as analysis models. 3D CAD package I-Deas is first used to construct FE models of wire cut EDMs, and then ABAQUS FE code is used for following structural analysis. Pertinency of FE mesh refinement is discussed in terms of ${\eta}-factor$. It is shown that performance accuracy of EDM depends strongly on the structural characteristics. Some design enhancements are suggested in an axiomatic design point of view. Finally we provide weight and temperature induced displacement discrepancies between wire end points as position functions of each subframe.

본 연구에서는 유한요소해석을 통한 와이어 방전가공기의 설계검증을 위하여 두 모델을 선정하여 CAD 패키지 I-DEAS를 이용하여 3차원 유한 요소모델을 모델링한 후 상용 유한요소해석코드인 ABAQUS로 각 모델의 가공위치에 따른 해석을 수행하였다. JW-35A와 JW-60A 두 모델의 상호 비교 타당성 여부를 확인하기 위하여 ${\eta}-factor$ 개념을 이용하였다. 이어 공리적 설계 개념을 도입하여 오차보정을 위한 설계변수들의 선택과 방법이 적절함을 보이고 두 모델의 유한요소해석 결과를 상호 비교하여 구조물의 설계를 검증하고 변형 예측식을 유도하였다. 본 연구를 통해 유도된 변형 예측식 (5)-(6) 형태의 접근방법은 비단 방전가공기 뿐만 아니라 이와 유사한 형태의 공작기계에도 적용 할 수 있을 것이다.