The depletion of resources and waste disposal caused by the continuous development of industry have emphasized the need to reduce consumption and production, recycle and reuse, and the importance of remanufacturing has increased in recent years. The spindle part of the aging planner miller, which is currently being remanufactured, is one of the factors that has the greatest impact on the performance of the machine tool. When designing the spindle part of the spindle shaft, there are considerations such as the configuration size bearing performance of the main shaft, but the diameter of the main shaft, the dangerous speed bearing, and the arrangement that affect the machining accuracy should be basically considered. As such, various studies have been conducted on the design of machine tool spindle spindles, but research on the reverse engineering of existing aging machine tool spindle spindles is poor. Reverse engineering is designing in the direction of improving performance by extracting specifications from already finished products, and first scanning the reverse engineered object through a 3D scanner, 3D modeling is performed based on the collected data, and then the process of deriving improvement plans by reverberating to improve performance by identifying wear and damage conditions is followed. Therefore, in this study, the purpose of this study is to provide data on reverse engineering by deriving improvement plans through optimal design for the bearing position of the aging planar Miller spindle spindle using central composite programming.
In this research, a tool was developed for the rapid performance of three-dimensional finite element analysis (3D FEA) of a machine tool spindle system made of a shaft and bearings. It runs the FEA with data, such as the bearing stiffness and the coordinates of the points, to define the section of the shaft, bearing positions, and cutting point. developed for the spindle system and then implemented with the tool using an object-oriented programing technique that allows the use of the objects of the CAD system used in this research. Graphic user interfaces were designed for a user to interact with the tool. It provides rapid evaluation of the design of a spindle system, and therefore, it would be helpful to identify a near optimal design of a spindle system based on, say, static stiffness with design changes and, consequently, FEA.
This paper presents a dynamic analysis of the high-speed spindle system for vertical machining center using finite techniques. The computed natural frequencies are compared with the measured frequencies obtained from experimental modal analysis. The results show that the bending and twisting deformations of the spindle housing dominate in the lowest modes owing to low dynamic stiffness of the housing structure. The design parameters in the analysis are : (a) panel thickness of the housing (b ) height of the housing, and (c) spindle-to-column distance of the housing. Through sensitivity analysis and optimizing simulation considering design constraints, an optimal design of the spindle system has been obtained.
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.
With the rapid development of industrial technologies, the demand for high precision products has been increasing drastically. For this reason, the need for developing of high performance machine tool, which can ensure high precision, is desired in the industrial fields. Technologies on the spindle system manufacture, guideway manufacture, error compensation, design of bed structure, protection against vibrations, and system integration are core technology for developing of high precision machine tools. Especially, among these, design of spindle system, which is leading precision and manufacturing technique. is one of the most important technologies. A high speed and high precision spindle system, which will be used for final machining of ferrule, is designed considering the effect caused by thermal, cutting torque, cutting farce, and work-piece materials. The detail process of analysis is presented.
The high precision spindle is essential fer mass and low cost production of aspherical glass lens. Especially, in the grinding process of micro glass lens the performance of the spindle determine the machined surface quality. For the aspheric micro glass lens grinding, we design and make a high precision spindle. We use air bearings for high speed and low motion errors of the spindle. And the driving mechanism is an air turbine to remove heat generation. In this study, we make basic performance requirements of the spindle through benchmarking. And we confirm the requirements by basic machining test. We test air consumption, static stiffness, run-out and vibration of the spindle.
한국소음진동공학회 1997년도 춘계학술대회논문집; 경주코오롱호텔; 22-23 May 1997
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pp.160-166
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1997
The spindle motor in a computer hard disk drive can be modeled as a rotor-bearing system supported by the base plate. Ball bearing is the crucial element to determine the stiffness of the spindle motor, and its design parameters and operating conditions determine the dynamic characteristics of the spindle motor. In the analysis of a rotor-bearing system with a short shaft like a spindle motor, the stiffness of the base plate as well as ball bearings must be considered accurately to analyze the dynamic charateristics of a spindle motor. In this paper, the lateral and the axial vibration of the spindle motor were analyzed by the transfer matrix method for the dual-shaft rotor-bearing model and by d.o.f lumped parameter model, respectively. The simulation results had good agreements with the experimental modal testing. The dynamic characteristics were fully investigated for the change of the major design parameters of the spindle motor, i.e. the preload of ball bearings and the rotational speed.
주축은 공작기계의 핵심요소로서 주축의 정 동적 특성은 공작물의 가공정밀도에 직접적으로 영향을 미친다. 주축의 특성은 축 크기, 베어링 간격, 내장모터의 위치 등에 의해 결정된다. 그러므로 축 크기, 베어링 간격, 모터위치의 선정은 주축 특성을 개선하는데 중요한 요소라 할 수 있다. 본 논문은 40,000rpm 고속주축의 정 동적 해석과 최적 설계에 관한 연구로, 유한요소해석과 최적화를 위한 통계분석을 하였다. 이를 위하여 반응표면법을 사용하여 목적함수와 설계변수를 최적화하였다. 최적화 대상은 주축의 고유진동수의 최대화와 변위의 최소화이다. 설계변수는 축길이, 축직경, 베어링 간격, 모터위치로 선정했다. 최적설계를 통해 도출된 설계안으로 초기모델보다 개선된 결과를 얻을 수 있었고, 본 연구의 결과를 주축 설계에 적용하면 주축의 정 동적 특성 개선에 도움이 될 것으로 기대된다.
While Built-in Spindle is working in machining center, the tool is changed by ATC(Automatic Tool Changer) automatically. However, impurities could be stacked in front of spindle because of chips formation while machining, and positional error between spindle and tool could be generated. Compressed air holes are necessary for removal of the impurities. But, the diameter and number of compressed air hole are different for each built-in spindle in market. In this paper, flow analysis is carried out to find out the efficient figuration of the compressed air hole by using velocity and pressure distributions.
The spindle is the main component in machine tools. To develop high speed machine tools, a lot of studies have been carried out for high speed spindle. Bearing is very important part in spindle. The bearing clearance is influenced by shrink fit and thermal expansion during operation. The designer must take into account the reduction of shrink fits. The aims of this study are to grasp the shrink fits and behavior of a bearing which is a deeply connected with fatigue life of bearing and performance of spindle through FEM(Finite Element Method). This paper proposed optimum value of shrink fit considering deformation of spindle and stress of fitting area using design of experiments. Thus, the proposed formula can be used to obtain bearing internal clearance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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