Design of High Speed Composite Air Spindle System

초고속 복합재료 공기정압 주축의 설계

In order to enhance high speed stability the composite air spindle system composed of a high modulus carbon fiber composite shaft, powder contained epoxy composite squirrel cage rotor and aluminum tool holder was designed and manufactured. For the optimal design of the composite air spindle system, the stacking sequence and thickness of the composite shaft were selected by considering the fundamental natural frequency and deformation of the system. The analysis gave results that the composite air spindle system had 36% higher natural frequency relative to a conventional air spindle system. The dynamic characteristics of the composite spindle system were compared with those of a conventional steel air spindle system. From the calculated and test results, it was concluded that the composite shaft and the power contained composite rotor were able to enhance the dynamic characteristics of the spindle system effectively due to the low inertia and high speific stiffness of the composite materials.

공기정압 주축 시스템의 동적 안정성을 향상시키기 위해 섬유강화 복합재료 주축 자성 분말이 함침된 에폭시 복합재료 회전자 및 알루미늄 재질의 공구 연결부로 구성된 주축 시스템을 설계 및 제작하였다. 복합재료 공기정압 주축 시스템의 최적 설계를 위해 구조의 공진 주파수와 변형량 등을 고려하여 복합재료 주축의 적층 각도와 두께를 결정하였다 해석결과 설계된 복합재료 주축 시스템은 기존의 금속 주축 시스템에 비해 36% 더 높은 공진 주파수를 가지는 것을 알 수 있었다. 계산 및 실험 결과를 통해서 섬유강화 복합재료 주축과 자성 분말이 함침된 에폭시 복합재료 회전자로 구성된 복합재료 주축-회전자 시스템은 높은 비 강성으로 인해 기존 주축 시스템의 동적특성을 향상시킬 수 있음을 확인하였다.