Yeo, Eun Gu;Kim, Yeop Rae;Han, Gang Geun;Park, Myeon Ung;Yu, Heon Il;Lee, Yong Sin
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.7
no.1
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pp.119-119
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1998
The purpose of this study is to investigate the effects of operation factors of a typical main spindle system on the efficiency of machine tool. In this study. both static and dynamic analysis of typical main spindle system of the machine tool are performed using a finite element method. These finite element results are then used to predict the bearing stiffness. the amount of heat generation as well as the bearing life in the spindle system. Effects of material type of ball-bearing. bearing-lubricant type and main spindle bearing preload are examined.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.14
no.9
s.90
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pp.792-800
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2004
This research investigates the non-repeatable runout (NRRO) of a HDD spindle system at elevated temperature by analyzing the characteristics of a ball bearing and the natural vibration characteristics of a HDD spindle system due to the effect of elevated temperature. It shows that the elevated temperature results in the increase of the contact angle and the decrease of the deformation of the ball bearing in a HDD spindle system. The variation of bearing frequencies, which are dependent on the cosine function of contact angle, is almost negligible at elevated temperature. However, the decrease of bearing deformation at elevated temperature reduces the stiffness of the ball bearing and the natural frequencies of a HDD spindle system consequently. The latter has a significant effect on the amplitude and the frequency distribution of NRRO at elevated temperature.
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.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.13
no.10
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pp.805-812
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2003
This paper presents a method to investigate the characteristics of a ball bearing and the dynamics of a HDD spindle system due to temperature variation. Finite element model is developed for the rotating and stationary parts of a HDD spindle system separately to determine their thermal deformations by using ANSYS, a finite element program. Then, the relative position of the rotating part with respect to the stationary part is determined by solving the equilibrium equation of the contact force between upper and lower ball bearings. The validity of the proposed method is verified by comparing the theoretical natural frequencies of a HDD spindle system with the experimental ones before and after temperature variation. It shows that the elevated temperature results in the increase of contact angle and the decrease of bearing deformation, contact force and bearing stiffness, which result in the decrease of the natural frequencies of a HDD spindle system.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2003.05a
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pp.578-584
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2003
This paper presents a method to investigate the characteristics of a ball bearing and the dynamics of a HDD spindle system due to temperature variation. Finite element model is developed fer the rotating and stationary parts of a HDD spindle system separately to determine their thermal deformations by using ANSYS, a finite element program. Then, the relative position of the rotating part with respect to the stationary part is determined by solving the equilibrium equation of the contact force between upper and lower ball bearings. The validity of the proposed method is verified by comparing the theoretical natural frequencies of a HDD spindle system with the experimental ones before and after temperature variation. It shows that the elevated temperature results in the increase of contact angle and the decrease of bearing deformation, contact force and bearing stiffness, which result in the decrease of the natural frequencies of a HDD spindle system.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.22
no.4
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pp.740-746
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2013
Angular contact ball bearings are often adopted for a high-speed spindle owing to their durability against axial and radial loads. The dynamic characteristics of an angular contact ball bearing, however, are very complicated because they are dependent on the applied loads as well as on the system configuration. This study systematically analyzes the radial-load-dependent characteristics of spindles as well as angular contact ball bearings. Toward this end, a spindle dynamic model along with the bearing dynamics model is established. An iterative solution algorithm is implemented to resolve the statically indeterminate problem associated with spindle-bearing systems subjected to radial load. Two numerical examples are provided to investigate the spindle and bearing characteristics as a function of radial load with regard to the system configuration.
Kim Sang-Jin;Bae Myung-Il;Kim Hyeung-Chul;Kim Ki-Soo
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.23
no.4
s.181
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pp.29-36
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2006
Micro drilling by high-speed air bearing spindle is very useful manufacturing technology in electronic industry For the design of high speed air bearing spindle, there are considered stability of air bearing spindle, allowable load of air bearing, run out and tooling system design for micro drill's attach and remove. According to suggested details, we designed and manufactured high-speed air bearing spindle and carried out performance estimation such as run out, temperature change in running air bearing spindle, stiffness, chucking torque. Results are follows; Run out was measured under $5{\mu}m$ at air bearing spindle revolution $20,000\sim125,000rpm$. High speed air bearing spindle's temperature rose about $20^{\circ}C$ after 5 minutes from running and then was fixed. Allowable thrust load of spindle was 17kgf. Chucking torque of collet was 15kgfcm.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.2
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pp.351-358
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1993
Recently a high speed spindle system for machine tools has attracted considerable attention to reduce the machining time, to improve the machining accuracy, to perform the machining of light metals and hard materials and to unite the cutting and grinding processes. In this study, a high speed spindle system is developed by applying the oil-air lubrication method, angular contact ball bearings, injection nozzles with dual orifices and so on. And a lubrication experiment for evaluating the performance of the spindle system is carried out. Especially, in order to establish the lubrication conditions related to the development of a high speed spindle system, the effects of oil supply rate, rotational spindle speed and so on are studied and discussed on the bearing temperature rise, bearing temperature distribution and frictional torque. And the effect of spindle system structure on the bearing temperature distribution is investigated.
Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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2004.04a
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pp.398-403
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2004
The demand of high speed machining is increasing because the high speed cutting providers high efficiency of process, short process time, improved metal removal capacity and better surface finish. Active magnetic bearings allow much high surface speed than conventional ball bearings and therefore greatly suitable for high speed cutting. The automatic control concept of magnetic bearing system provides ability of intelligent control of spindle system to increase accuracy and flexibility by means of adaptive vibration control. This paper describes a design and development of a milling spindle system which includes built-in motor with power 5.5㎾ and maximum speed 70,000rpm, HSK-32C tool holer and active magnetic bearing system. Magnetic actuators are designed for satisfying static load condition. The Performances of manufactured spindle system was examined for its static and dynamic stiffness, load capacity, and rotational accuracy. This spindle was run up to 70,000 rpm stably, which is 3.5 million DmN.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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v.6
no.1
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pp.51-58
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2005
The development of the high-efficiency machine-tools equipment and new cutting tool materials with high hardness, heat- and wear-resistance has opened the way to application of high-speed cutting process. The basic argument of using of high-speed cutting processes is the reduction of time and the respective increase of machining productivity. In this sense, the spindle units may be regarded as one of the most important units, directly affecting many parameters of high-speed machining efficiency. One of the possible types of spindle units for high-speed cutting is the air-bearing type. In this paper, we propose the mathematical model of the dynamic behavior of the air-bearing spindle. To provide the high-level of speed capacity and spindle rotation accuracy we need the adequate model of "spindle-bearings" system. This model should consider characteristics of the interactions between system components and environment. To find the working characteristics of spindle unit we should derive the equations of spindle axis movement under the affecting factors, and solve these equations together with equations which describe the behavior of lubricant layer in bearing (bearing stiffness equations). In this paper, the three influence coefficients are introduced, which describe the center of spindle mass displacement, angle of shaft rotation around the axes under the unit force application and that under the unit torque application. These coefficients are operated in the system of differential equations, which describes the spindle axis spatial movement. This system is solved by Runge-Kutta method. Obtained trajectories and amplitude-frequency characteristics were then compared to experimental ones. The analysis shows good agreement between theoretical and experimental results, which confirms that the proposed model of air-bearing spindle is correctis correct
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[게시일 2004년 10월 1일]
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