물리계에서 일어나는 동적 현상들은 선형해석 만으로 설명하기에는 불충분한 점이 많이 있다. 이는 기계구조물과 같은 실제 계의 진동이 기하학적 비선형성, 강성 의 비선형성 또는 경계조건의 비선형성 등의 영향으로 비선형적인 거동을 하기 때문 이다. 비선형 진동을 하는 기계 계는 우리 주변에서 쉽게 찾아 볼 수 있는데, 그 예로써 진자운동을 포함하여 동흡진기, 회전체계, 공작기계의 절삭운동, 건마찰 (dry friction) 관련 기계장치, 치차 및 기차의 바퀴와 레일 간의 접촉에서 볼수 있는 구분적 선형(piecewise linear) 진동계, 충격 진동계 등을 들 수 있다. 비선형 진동 연구는 limit cycle, 준주기운동(quasiperiodic motion), 점프현상(jump phenomena) 등의 인식에서 시작되어, 과거에는 설명이 안되어 회피되 왔던 랜덤(random) 형태의 비주기운동에 대한 연구로 까지 발전하고 있다. 비선형 진동을 다루는데 있어서 정규모드(normal mode)를 이용하는 방법이 있다. 일반적으로 선형계는 선형 정규모드 (linear normal mode)가 존재하는 것과 같이 비선형계에도 이와 유사한 정규모드가 존재한다는 사실이 연구 보고된 바 있다. 비선형계에 존재하는 정규모드는 계의 매개 변수(system parameters)에 따라 그 안정성이 바뀔 수 있으며, 만일 안정한 정규모드 가 어떤 매개변수에서 그 안정성이 바뀐다면 선형이론으로는 설명될 수 없는 새로운 운동이 일어나고 이러한 운동을 분기모드(bifurcation mode)라고 한다. 안정한 정규 모드 및 분기모드를 포함하여 비선형계를 다류는 것을 "정규모드 동역학(normal mode dynamics)"이라고 한다. 정규모드 동역학은 앞에서 언급된 비선형 현상들의 원인규명, 예측, 안정성해석 및 강제진동 해석을 가능하게 한다. 또한 최근에 활발히 연구되고 있는 혼돈운동(chaotic motion)의 해석도 가능하다. 이 글에서는 비선형 진동해석을 위한 정규모드 동역학에 대한 연구동향 및 기본 이론을 살펴 보았고, 그 적용 예를 통하여 실험결과와 비교 고찰 함으로써 정규모드 동역학의 적용성을 서술하여 보았다. 선형이론으로 이해하기 어려운 현상들에 대하여는 비선형의 관점에서 새롭게 접근하 려는 노력이 필요하며 비선형 이론에 대한 연구가 지속적으로 진행되어야 한다. 진행되어야 한다.
Shin, B. S.;Yang, D. Y.;Choi, D. S.;Lee, E. S.;Hwang, K. H.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.18
no.7
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pp.174-178
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2001
In order to reduce the lead-time and cost, recently the technology of rapid protoyping and manufacturing(RPM)has been widely used. Machining process is still considered as one of the effective RPM methods that have been developed and currently available in the industry. It also offers practical advantages such as precision and versatility. Some considerations are still required during the machining process. One of the most important points is fixturing. There should be an effective method of fixturing since the fixturing time depends on the complexity of geometry of the part to be machined. In this paper, the rapid manufacturing process has been developed combining machining with automatic filling. The proposed fixturing technique using automatic filling can be widely applicable to free surface type of product such as a fan. In the filling stage, remeltable material is chosen for the filling process. An automatic set-up device attachable to the table of the machine has also been developed. The device ensures the quality during a series of machining operations. This proposed process has shown to be a useful method to manufacture the required products with the reduced the response-time and cost.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.19
no.5
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pp.133-138
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2002
The technique of high speed machining is widely studied in machining fields, because the high efficiency and accuracy in machining can be obtained in high speed machining. Unfortunately the development of tool fur high speed machining in not close behind that of machine tool. In this study, 10 types flat endmill is prepared for obtaining data according to tool shape. Especially, we concentrated in helix angle, number of cutting edge and rake angle. Cutting condition is selected for several experiments and measuring cutting farce, tool life, tool wear and chip shape according to cutting length. 3-axis cutting farces are acquired from the tool dynamometer with high natural frequency, as the conventional tool dynamometer (9257B, Kistler) has cannot measure the state of high frequency force. Particularly, we found out that the axial cutting force waveform has a good relation with tool wear features. And flow is interrupted at the beginning of cutting by the decrease of rake angle. By above results. it is suggested the endmill tool with 45$^{\circ}$helix angle, 6 cutting edge and -15$^{\circ}$rake angle is suitable for high speed machining.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.21
no.4
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pp.39-47
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2004
In mold machining, there are many concave machining regions where chatter and tool deflection occur since MRR(material removal rate) increases as curvature increases even though cutting speed and depth of cut are constant. Boolean operation between stock and tool model is widely used to compute MRR in NC milling simulation. In finish cutting, the side step is reduced to about 0.3mm and tool path length is sometimes over loom, so Boolean operation takes long computation time and includes much error if the resolution of stock and tool model is larger than the side step. In this paper, curvature of CL (cutter location) surface and side step of tool path is used to compute the feedrate for constant MRR machining. The data structure of CL surface is Z-map generated from NC tool path. The algorithm to get local curvature from discrete data was developed and applied to compute local curvature of CL surface. The side step of tool path was computed by point density map which includes cutter location point density at each grid element. The feedrate computed from curvature and side step is inserted to new tool path to regulate MRR. The resultants were applied to feedrate optimization system which generates new tool path with feedrate from NC codes for finish cutting. The system was applied to the machining of speaker and cellular phone mold. The finishing time was reduced to 12.6%, tool wear was reduced from 2mm to 1.1mm and chatter marks and over cut on corner were reduced, compared to the machining by constant feedrate. The machining time was shorter to 17% and surface quality and tool was also better than the conventional federate regulation using curvature of the tool path.
The head frame structure of a machine tool for aircraft parts, which requires machining precision and machining of difficult-to-cut materials is required to be light-weighted for precision high-speed machining and to minimize possible deformation by cutting force. To achieve high stiffness and for light-weight structure optimization design, a preliminary model was designed based on finite element analysis. The topology optimization design of light-weight, high stiffness, and low vibration frame structure were performed by minimizing compliance. As a result, the frame weight decreased by 17.3%, the maximum deflection was less than 0.007 mm, and the natural frequency increased by 30.6%. The static stiffness was increased in each axis direction and the dynamic stiffness exhibited contrary results according to the axis. Optimized structure with the high stiffness of low vibration in topology optimization design was confirmed.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.13
no.1
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pp.1-7
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2014
An impeller is difficult to machine due to the complex, overlapping and twisted shapes that form the blades of an impeller. Therefore, most CAM software companies have developed a CAM module for manufacturing an impeller in addition to their CAM software. However, it is not easy for inexperienced users to machine impellers. The purpose of this paper is to outline the development of an automatic CAM module for the manufacturing of an impeller (E-ICAM) which is based on visual basic language and which uses a CATIA graphical environment in order to simplify the machining of impellers. The automatic CAM module generates a tool path and proposes the recommended cutting condition according to the stock and tool material. In addition, it includes a post-processor for five-axis control machining. Therefore, a user can easily machine impellers using this automation module. There are two types of impellers: the closed and open types. The closed-type impeller consists of the body and cover parts. To combine these two parts, it is necessary to create tap holes on the shroud of the body. Therefore, in the study, a drilling CAM program for a closed-type impeller is developed and manufactured by creating NC data from the developed drilling program. After manufacturing the test specimen, its compatibility was verified.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.6
no.2
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pp.40-46
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1989
Recently, the researches on cutting the new material have been done for development of aerospace industrial engineering. Especially, titanium ally is well known as heat resisting, antiwear, anticorrosion and difficult-to-machine materials. Many studies on the analysis of shear angle have been done for improving productivity in cutting these materials. In case of titanium alloy, the saw-toothed type of chip which has wave surface of a triangular form, an eccentric from of a continuous type of chip that is produced in the cutting process, was checked. Nakayama supposed that a maximum shear strewss plane and the shear crack in the free surface made an angle of $45^{\circ}$ .deg. , but it's usually much larger than that. In this paper, the author analyzed the shear conditions of the cutting process in the quick-stopping device with the help SEM-photographs, and measured the hypotenuse angle directly in the photographs of the chips. In conclusion, the author tried to find the shear angle in the cutting process with the saw-toothed chip and compared it with the shear angles which can be calculated from the theories established by others. The results obtained are as follows. 1. In case of the saw-toothed chips, the equivalent cutting ratio can be calculated by using the chip thickness to two-thirds of ramp height. 2. The theory of Ernst-Merchant is not applicable to the titanium and its alloys which does not fractured in accordance with the theory of maximum shear stress. 3. When we cut the titanium alloys which produced the saw-toothed chips, the shear angle can be found with the theories of Rowe-Spick, P.K. Wright and the measurement of hypotenuse angle.
Lee, Chan-Hong;Song, Chang Kyu;Kim, Byung-Sub;Kim, Chang-Ju;Heo, Segon
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.32
no.5
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pp.431-439
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2015
One of common challenges in designing modern production machines is realizing high speed motion without sacrificing accuracy. To address this challenge it is necessary to maximize the stiffness of the mechanical structure and the control system with consideration on the main disturbance input, cutting forces. This paper presents analysis technologies for realizing high stiffness in production machines. First, CAE analysis techniques to evaluate the dynamic stiffness of a machine structure and a new method to construct the physical machine model for servo controller simulations are demonstrated. Second, cutting forces generated in milling processes are analyzed to evaluate their effects on the mechatronics system. In the effort to investigate the interaction among the structure, controller, and process, a flexible multi-body dynamics simulation method is implemented on a magnetic bearing stage as an example. The presented technologies can provide better understandings on the mechatronics system and help realizing high stiffness production machines.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.28
no.6
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pp.709-715
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2011
Chattering in cutting operations are usually a cumbersome part of the manufacturing process in mechanical. Particular, machining performance such as that of the boring process is limited by cutting condition at the movable components. Among various sources of chatter vibration, detrimental point in cutting condition is found a mechanical condition on overhang. It limits cutting speed, depth, surface roughness and tool wear failure as result because the all properties are varying with the metal removal process. In this case, we have to observe the resonance frequencies of a boring bar for continuous cutting. In the established research, boring bar vibration of cutting system has been measured with the aid of accelerometer. However, the inherent parameters of internal turning operations are severely limit for the real time monitoring on accelerometers. At this point, this paper is proposed other method for real time monitoring during continuous cutting with optical fiber at the inside of boring bar. This method has been used a plastic fiber in the special jig on boring bar by based on experimental modal analysis. In this study, improvement of monitoring system on continuous internal cutting was attempted using optical fiber sensor of inside type because usually chattering is investigated experimentally measuring the variation in chip thickness. It is demonstrated that the optical fiber sensor is possibility to measure of chattering with real time in boring process.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.19
no.3
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pp.88-94
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2002
Recently, the life cycle and the lead-time of a product are to be shortened in order to satisfy consumer's demand. It is thus important to reduce the time and cost in manufacturing trial products. Several technique have been developed and successfully commercialized in the market of RPM(Rapid Prototyping and Manufacturing). However, most commercial systems currently use resins or waxes as the raw materials. So, the limited mechanical strength for functional testing is regarded as an obstacle towards broader application of rapid prototyping techniques. To overcome these problems, high-speed machining technology is being investigated worldwide for rapid manufacturing and even for direct rapid tooling application. In this paper, some fundamental experiments and analyses are carried out to obtain the filling time, materials, method, and process parameters for HisRP(High-Speed RP) process. HisRP is a new RP process that is combined high-speed machining with automatic filling. In filling process, Bi58-Sn alloy is chosen as filling material because of the properties of low-melting point, low coefficient of thermal expansion and no harm to environment. Also the use of filling wire it if advantage since it needs simple and flexible mechanism. Then the rapid product, for example a skull, is manufactured for aluminum material by HisRP process with an automatic set-up device thor 4-faces machining.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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