When many holes on a plane are machined simultaneously, the positional precision and machining efficiency are very important. Multi-spindle heads are typical order making products of which the number of shafts and hole positions vary depending on the size or form of the product. For the automatic design of multi-spindle heads, the design modules for power transmission systems for drive, idle, and spindle shafts were developed, and a design technique the determining the optimum position and number of idle shafts according to gear positions was developed. In addition, for the precise determination of the multi-spindle head, the design methods for the guide planes of columns, and feed mechanisms were devised. In addition, the design modules for accurate clamping and automatic transportation mechanisms were developed. Finally, in order to simplify and standardize the design process, the design analysis and simulation verification modules are integrated.
In order to improve the fuel economy and dynamic behavior of automobiles, the weight reduction tendency of automobile parts is obvious. Also, in order to maximize assembly and maintenance convenience, various parts are integrated and modularized. Multi-piece methods require many manufacturing processes and become a factor of lowering the strength of parts. It is advantageous to overcome the disadvantages by integrally manufacturing to reduce the processing steps and ensure the strength of the parts. However, when it is necessary to process in a narrow space inside the part, it is impossible to process with the existing spindle. The angle head spindle is only a component of a machine tool, but it is a core part that requires high technology and is highly utilizable in products requiring high precision machining. Therefore, various and continuous studies needs for angle head spindles in areas such as vibration absorption, operational safety, excellent dimensional stability, and strength. In this paper, we propose an optimal design for angle head spindle by performing structural analysis and shape optimization for angle head spindle gear and case.
In this study, three types of large scale multi-tasking machine tools together with core technologies involved have been developed and introduced; a multi-tasking machine tool for large scale marine engine crankshafts, a multi-tasking vertical lathe for windmill parts, and a large scale 5-axis machine tool of gantry type. Several special purpose devices has been necessarily developed for the purpose of handling and machining big and heavy workpieces accurately, such as PTD (Pin Turning Device) with revolving ring spindle for machining eccentric crankshaft pins, hydrostatic rotary table and steady rest for supporting and resting heavy workpieces, and 2-axis automatic swiveling head for high-quality free surface machining. Core technologies have been also developed and adopted on their detail design stage; 1) structural design optimization with FEM structural analysis, 2) theoretical hydrostatic analysis for the PTD and rotary table bearings, 3) box-in-box type cross-rail and octagonal ram design to secure machine rigidity and accuracy, 4) constant spindle rpm control against gravitational torque due to unbalanced workpiece.
Machine tool vibration is well known for reducing machining accuracy. Because vibration response of a linear structure generally depends on its transfer function if the magnitude of excitation were kept constant, this study introduces a RET(Random Excitation Test) based on FRF method to evaluate stiffness of a prototype HDMTL(Heavy-Duty Multi-Tasking Lathe) for large crankshaft of marine engine. Firstly, two force loops of the lathe and corresponding structural loops were identified:1) workpiece - spindle - head stock - main bed, 2) workpiece - tool post - carriage bed. Secondly, compliances of each structural loop were measured respectively using RET with a hydraulic exciter and then converted into stiffness. Finally, the measured stiffness was compared with that obtained previously by FEM analysis. As the result, both measured and computed stiffness were closely in agreement with each other. And the prototype HDMTL has evidently sufficient rigidity above ordinary heavy-duty lathes.
Recently, the demands of the large scale machine tools gradually increase to machine the large parts, such as large scale crankshaft, yaw and pitch bearings for the wind power generator and the vehicle or aircraft components. But the high technology is necessary in order to develop the huge machine tools. Furthermore, the global market of it has been monopolized by a few companies. So, we need to develop the large scale machine tools and study its core technology to rush into the increasing market. In this study, we carried out the researches for the important core technology of a multi-tasking, machine tool; a large scale 5-axis machine tool of gantry type for multi-task machining. This study is focused on the design of large size gantry type multi-axis machine. In the case of large size of machine the cross rail deflection in the X-axis is significant. To reduce the deflection due to the eccentric spindle head, a special hollow type design in the cross rail with outside ram is adapted in this study. Also, the Zig-Zag motion in the Y-axis is inevitable with the gantry geometry, which is by the un-balancing, different motion at the left and the right columns moving. We tried to reduce the influence of Zig-Zag motion using FEM with different loading conditions at the left and the right side column.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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