Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.8
no.1
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pp.86-94
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1984
In order to improve the rotational performances of NC lathe spindle system in high speed range, a new type(Floating-type driven by V-belt)spindle system was optimally designed and experimented. Through the results of the experiments, the rotational performances of the new type spindle system was discussed and compared with the three equivalent conventional lathe spindle systems. The spindle rotational accuracy( radial error motion of spindle axis), the accelation and the temperature rise of the front spindle bearings for the non-cutting operation were considered as the spindle rotational performances. The radial error motion of the spindle axis was measured by applying the modified L.R.L. method. Compared with the equivalent conventional spindle systems, the following results were obtained. (1) The new type spindle system reduces the radial error motion of the spindle axis in high speed range(1800rpm-2000rpm). (2) The new type spindle system reduces the acceleration and the temperature rise of the spindle bearings considerably with increasing the spindle speed. It is also confirmed that, by this new type spindle system, the max. allowable speed can be increased with satisfying the spindle rotational performances.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2001.04a
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pp.505-509
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2001
When the spindle is rotated for machining the workpiece, the vibration is generated due to the spindle unbalance. This vibration affects surface finish, dimensional accuracy, tool life, and spindle bearings. To compensate this effect of the spindle unbalance, the spindle system using an EME(electro magnetic exciter)is proposed in this paper. In the proposed spindle system, the vibration due to the spindle unbalance is monitored using vibration sensors and is compensated by electromagnetic attractive forces generated in the EME which are excited by anti-direction forces corresponded with the measured unbalance. Firstly, the spindle system using an EME and control system are constructed to compensate the effect of spindle unbalance in this paper. And then the system is modeled by bond graph to analyze the system. Finally, a controller for vibration compensation due to spindle unbalance is designed and is implemented in real experimental system. As a result, experimental results show this proposed spindle system is very effective to compensate the spindle unbalance.
Park Chun Hong;Hwang Joo Ho;Cho Soon Joo;Cho Chang Rae
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.22
no.11
s.176
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pp.142-150
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2005
Design and performance evaluation of a spindle system which was composed of a grinding spindle and a regulating spindle for the centerless grinding of ferrule were performed in this paper. Layout and details of spindle system were designed and hydrostatic bearings for spindles were also designed. Prototype of spindle system was developed and its availabilities to machine the ferrule were discussed using the experimental results on the spindle stiffness of each spindle, loop stiffness, rotational accuracy and thermal characteristics. Loop stiffness of the spindle system was $130\;N/{\mu}m$, which was enough to machine the ferrule. Rotational accuracies of each spindle were about $0.2{\mu}m$ at the primary speed of 2,300 rpm(grinding spindle) and 300 rpm(regulating spindle). Temperature rises at the same speed were about $4.4\~4.7^{\circ}C$ in the case of grinding spindle and $1.8^{\circ}C$ in the case of regulating spindle, which agreed well with the designed value. From these results, it was estimated that the prototype of spindle system had enough performances for the centerless grinding machine to machine the ferrule.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.5
no.4
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pp.121-128
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1996
In order to examine spindle deformation characteristics that affects the performance of dynmic cutting acuracy due to tool weight variation in a experimental spindle. thermal deformation value of operrative spindle by the axial displacement and the radial run out was measured according to the rise of spindle temperature through the laps of operation time and the change of rotational speed under the tool weight variation. A qualitative summary is as follows ; 1) The results show that the tool weight affcets the spindle temperature variation in a experimental spindle. 2) Radial run out and axial displacement was measured according to the rise of the spindle temperature and the performance of dynamic cutting accuracy was affected by the tool weight variation. 3) Axial displacement is 1.3 times larger than the radial run out in a experimental spindle conditions. 4) Axial displacement is continuously elongated when the tool weight is repeatly exchanged since the spindle themal deformaion, however, when the same tool weight is used. the displacement is still constant.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2004.10a
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pp.604-608
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2004
In this paper, an efficient method is proposed to analyze the radial error of a miniaturized-high speed spindle system. Initially, a device is constructed for measuring the radial error motion using capacitance sensors. The capacitance sensors are placed perpendicular to the axis of the shaft and at 90o to each other. The spindle is rotated at high speed and the profile of the spindle is recorded. An algorithm is developed for analyzing the spindle data and determining the radial error of spindle. The present algorithm uses homogeneous transform matrix (HTM) method and iterative process for determining the radial error. The analysis procedure is performed for different speeds of the spindle. The data obtained from the present system and the results of evaluation are also presented in this paper. It is observed that this method is effective in determining and analyzing the spindle errors for high speed miniaturized spindle.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2000.05a
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pp.1016-1020
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2000
In this study, a structural characteristics analysis system for motor-integrated high-speed spindle systems, “SpindleX”, is developed based on the Timoshenko theory and the multi-layered finite element method. Since “SpindleX” has the various analysis modules related to static deflection analysis, modal analysis, frequency response analysis, unbalance response analysis and so on, it is useful in performing systematically and quantitatively the design and evaluation processes of spindle system under the windows GUI environment. Also, to enhance the user-friendliness, “SpindleX” possesses the various additional functions such as the DXF file interface for auto-importing the shape and geometric data of spindle system from the DXF file, the bearing database for auto-importing the mechanical properties and geometric data of bearing by the bearing number, and the graphical visualization for certificating the imported and analysed data of spindle system.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.19
no.6
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pp.717-723
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2010
Radial stiffness of angular contact ball bearings are decreased remarkably at high speed revolution, because the inner and outer ball contact angle with races arc changed under the ball centrifugal forces at high speed. In the past, the optimizations of spindle units were done under the assumption of unchanged bearing stiffness for the whole speed range. But the bearing stiffness is changed and the dimension of optimum spindle is also changed with speed. In the design phase, only one model of many optimum spindle models with speed should be selected. As optimization criterion, the area of transfer function at spindle nose is proposed to estimate simply and accurately improvement of dynamic characteristics in spindle units. Finally, according to many analyses of diverse spindle models with decreased bearing stiffness, the spindle with shorter bearing span is better than longer bearing span from the viewpoint of dynamic characteristics.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.16
no.9
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pp.62-67
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1999
In milling, cutting tool ins directly attached to spindle and this tells that spindle can provide very useful information on the cutting tool condition such as wear or breakage. Since spindle is rotating at a high speed, measuring spindle velocity using a noncontacting measurement system gives the best information which can be obtained. Due to the force applied to spindle through cutting tool, velocity of spindle changes. And any change in cutting tool condition affects cutting force and consequently spindle vibration. With the intent of continuously monitoring cutting tool condition in intermittent machining operations in a benign manner, a noncontacting velocity measurement system using a laser Doppler velocimeter was assembled to measure spindle torsional vibration. Spindle vibration was measured and analysis of it in the frequency domain yielded a measure which corresponded to amount of cutting tool wear in milling.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2005.06a
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pp.86-89
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2005
Design and estimation of a spindle system which was composed of grinding spindle and regulating spindle for the centerless grinding of ferrule was performed and prototypes of each spindle were manufactured. Loop stiffness of the spindle system was 130 N/${\mu}m$. Although the value was lower than the target value of 150 N/${\mu}m$, as there included 20% of the safety factor, it was enough to machine the ferrule. Rotational accuracies of each spindle were about 0.2${\mu}m$ at the primary speed of 2,300 rpm(grinding spindle) and 300 rpm(regulating spindle). Temperature rises at the same speed were about $4.4\;\~\;4.7^{\circ}C$ in the case of grinding spindle and $1.8^{\circ}C$in the case of regulating spindle, which were well agreed with the designed value. From these results, it was estimated that the prototype of spindle system had a enough performances for the centerless grinding machine to machine the ferrule.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.13
no.1
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pp.69-75
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2004
This paper presents the thermal characteristics analysis of a high-speed motor-separated spindle system consisted of angular contact ball bearings and built-in motor with oil-jet lubrication. The spindle system is composed of the main spindle and sub-spindle which are mechanically connected by a flexible coupling. The spindles are supported by two front and rear bearings, and the built-in motor is located between the front and rear bearings of the sub-spindle. The thermal analysis model of spindle system is constructed by the finite element method, and the thermal characteristics in the design stage are estimated based on temperature distribution and heat flow under the various testing conditions related to material of bearing ball, spindle speed and coolant temperature.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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