In this paper, an extended volumetric error model considering backlash in a three-axis machine tool was proposed and utilized for calculating the volumetric error of the machine tool at any position in three-dimensional workspace. Backlashes are interrelated; i.e. the angular backlash affects the straightness errors which then affect the calculated squareness errors. Therefore, a new concept was introduced to define the backlash of squareness errors to incorporate the backlash of squareness error into the volumetric error, and the characteristics of the backlash of squareness error were investigated. The effects of backlash errors were assessed, by experiments, fur 21 geometric errors of a machine tool. The backlash error was shown to be one of the systematic errors of a machine tool. Based on this volumetric error model, a computer-aided volumetric error analysis system was developed for a three-axis machine tool in this paper. Then the volumetric error at an arbitrary position can be obtained, and displayed in a three-dimensional graphic form.
Recently the monitoring system of tool setting in high speed precision machining center is required for manufacturing products that have highly complex and small shape, high precision and high function. It is very important to reduce time to setup tool in order to improve the machining precision and the productivity and to protect the breakage of cutting tool as the shape of product is smaller and more complex. Generally, the combination of errors that geometrical clamping error of fixing tool at the spindle of machining tool and the asynchronized error of driving mechanism causes that the run-out of tool reaches to 3$^{\sim}$20 times of the thickness of cutting chip. And also the run-out is occurred by the misalignment between axis of tool shank and axis of spindle and spindle bearing in high speed rotation. Generally, high speed machining is considered when the rotating speed is more than 8,000 rpm. At that time, the life time of tool is reduced to about 50% and the roughness of machining surface is worse as the run-out is increased to 10 micron. The life time of tool could be increased by making monitoring of tool-setup easy, quick and precise in high speed machining tool. This means the consumption of tool is much more reduced. And also it reduces the manufacturing cost and increases the productivity by reducing the tool-setup time of operator. In this study, in order to establish the concept of tool-setup monitoring the measuring method of the geometrical error of tool system is studied when the spindle is stopped. And also the measuring method of run-out, dynamic error of tool system, is studied when the spindle is rotated in 8,000${\sim}$60,000 rpm. The dynamic phenomena of tool-setup are analyzed by implementing the monitoring system of rotating tool system and the non-contact measuring system of micro displacement in high speed.
Recently, demand the ultra precision product which is increasing rapidly is used extensively frontier industry field such as semi-conductor, computer, aerospace, precision machine. Ultra precision processing is the portion that is very needed to NT in the field of mechanical engineering. The latest date, together with radical advancement of electronic and photonics industry, necessity of ultra precision processing is on the increase for the manufacture of various kernel parts those are connected with these industrial fields. Specially, require motion accuracy of high resolution of nm order in stroke of hundreds millimeters according as diameter of processing object great and processing accuracy rises. In this case ,the response speed absolute delay because inertial mass of moving part is very large. Therefore, real time motion error compensation becomes very hardly. In this paper, we used ultra precision cutting unit(UPCU) to cope such problem. a UPCU is designed and tested to obtain sub-micrometer from accuracy in diamond turning of flat surfaces. The thermal growth spindle error is compensated for real time using a UPCU driven by piezoelectric actuator along with a laser encoder displacement sensor.
Ultra precision processing technology is the field which is seriously protected its technology by advanced nations. Because of this reason, this technology is very difficult to supply for domestic companies, also domestic companies are revealed the limit of technology development by itself. And then, those are depend on the technology development of advanced nation, domestic companies are not conquer application step with already developed parts. Of course, some cases of its research are succeed. those are included element technology, system technology and so on, for development of ultra precision processing system. To conquer technology holding ultra precision processing accuracy of no level, active research are needed. In this paper, stability of ultra precision cutting unit is analyzed, this unit is the kernel unit in ultra precision processing machine. According to alteration of shape and material about hinge, stability investigation is performed Through this stability investigation, trial and error is reduced in design and manufacture, at the same time, we are accumulated foundation data for un it control.
최근 공작기계 분야에서 가공속도와 가공정밀도 같은 시스템 성능이 한층 요구되고 있다. 특히 가공속도가 증가함에 따라 공작기계와 수가공 분야의 공작물 가공 부위에 유해한 열 발생을 초래하게 된다. 이 열은 가공 정밀도를 저하시키는 주된 원인으로 작용한다. 따라서 온도를 제어하는 오일쿨러는 공작기계에서 필수적이다. 일반적으로 두 가지 대표적인 제어기법인 핫가스 바이패스 방식과 압축기 가변속 제어 방식이 오일쿨러에 채택 되었다. 본 논문에서는 오일 출구 온도를 설정값으로 유지하기 위해 압축기의 속도를 제어하였다. 공작기계의 정밀 가공이 요구되는 추세에 맞추어 ${\pm}0.1^{\circ}C$의 고정도 온도 제어가 가능한 오일쿨러가 요구된다. 그러나 정밀 온도제어가 가능한 오일쿨러는 가격이 고가이다. 그러므로 본 논문에서는 on/off(릴레이) 제어방식 대신에 PID 제어기와 위상각 전력제어 방식을 사용하여 정밀 온도제어가 가능한 오일쿨러용 제어기를 제안한다. 제안한 제어기를 제작하고, $23^{\circ}C$, $24^{\circ}C$ 그리고 $25^{\circ}C$에서 실험하였다.
The machining accuracy is affected by geometric, volumetric errors of the machine tools. To improve the product quality, we need to enhance the machining accuracy of the machine tools. To this point of view, measurement and inspection of finished part as error analysis of machine tools ahas been studied for last several decades. This paper suggests the enhancement method of machining accuracy for precision machining of high quality metal reflection mirror or optics lens, etc. In this paper, we study 1) the compensation of linear pitch error with NC controller compensation function using laser interferometer measurement, 2) the method for enhancing the accuracy of NC milling machining by modeling and compensation of volumetric error, 3) the spherical surface manufacturing by modeling and compensation of volumetric error of the machine tool, 4) the system development of OMM without detaching work piece from a bed of machine tool after working, 5) the generation of the finished part profile by OMM. Furthermore, the output of OMM is compared with that of CMM, and verified the feasibility of the measurement system.
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.
This study introduces a recently designed desktop-sized NC turning system and its components. This machine is designed for the ultra-precise turning of parts with a diameter of 0.5-20 mm with minimum space usage for the machine. This study aims to achieve submicron-level accuracy of movements and good rigidity of the machine for precision machining using the desktop-sized machine. The components such as the main machine structure, air bearing servo spindle, and XZ stage with needle roller guides are designed, and the designed machine is built with a PC-based CNC controller. Its static and dynamic stiffness performances and positioning resolutions are tested. Through machining tests with single-crystal diamond tools, a form error less than $0.8{\mu}m$ and surface roughness (Ra) of $0.03{\mu}m$ for workpieces are obtained.
This research focused on the development of automatically exclusive production equipment of corrupad as changing manual system into automatic system to increase the output. Therefore the minimization of the problem of the rewinding mechanism with eccentric cantilever structure is key to the achievement of the high performance for automation production. Proto-type corrupad rewinding machine is manufactured after considering the effect of the rotational vibration and natural frequency of the structure of machine by using 3D design packages such as ADAMS and I-deas. For evaluating the performance of the proto-type machine, simulations of dynamic and static characteristics using 3D design packages, a series of modal tests by accelerometer and measurements of dynamic behavior by high-speed camera for rewinding part, were carried out. As a result, the proto-type machine was not affected with the rotational vibration. Whirling error of eccentric cantilever structure in driving is small. Therefore the machine developed is most suitable to produce corrupad automatically. However reinforcement of the structure in axial direction is required due to so vibration in that direction.
There has been much recent research interest in developing numerous kinds of human-machine interface. This field currently requires more accurate and reliable sensing systems to detect the intended human motion. Most conventional human-machine interface use electromyography (EMG) sensors to detect the intended motion. However, EMG sensors have a number of disadvantages and, as a consequence, the human-machine interface is difficult to use. This study describes a muscle volume sensor (MVS) that has been developed to measure variation in the outline of a muscle, for use as a human-machine interface. We developed an algorithm to calibrate the system, and the feasibility of using MVS for detecting muscular activity was demonstrated experimentally. We evaluated the performance of the MVS via isotonic contraction using the KIN-COM$^{(R)}$ equipment at torques of 5, 10, and 15 Nm.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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