Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.5
no.4
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pp.90-97
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1996
The thermal deformation of a machine tool spindle influences the performance of the manufacturing systems for precision products. In this research, thermal analysis of a high speed machine tool spindle with the rolling bearing and the built-in motor is carried out by using Finite Difference Method. The thermal boundary conditions describing the heat generation in the bearing and built-in motor are considered in the simulation. And various convective boundary conditions are assumed with the empirical formula in the references. From the simulation results, the characteristics of each element affecting the dynamic thermal behaviour of the machine tool spindle system have been clarified. Therefore, this model can be well applied to the future development of the high speed spindle systems.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.11
no.4
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pp.104-110
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2012
The spindle with a built-in motor can be used to simplify the structure of machine tool system, while the rotor has unbalance mass inevitably. A high-speed spindle can be very sensitive to rotating mass unbalance which has harmful effect on many machine tools. Therefore, the balancing procedure to reduce vibration in rotating system is certainly needed for all high-speed spindles. So, it was performed with a spindle-bearing system for CNC automatic lathe by using numerical procedure. The spindle is supported by the angular contact ball bearings and the motor rotor is fixed at the middle of spindle. The spindle-bearing system has been investigated using combined methodologies of finite elements and transfer matrices. The balancing was performed through influence coefficient method and the comparison was made by whirl responses between before balancing and after balancing. As a result, balancing of simple spindle model reduced whirl orbit magnitude in case of a completely assembled spindle model.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.9
s.180
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pp.2201-2210
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2000
Vibration of a rotating disk-spindle system is analyzed by using Hamilton's principle, FEM and substructure synthesis. A rotating disk undergoes the rigid body motion and the elastic deformation. It s equation of motion is derived by Kirchhoff plate theory and von Karman nonlinear strain. A rotating shaft is described by Rayleigh beam theory considering the axial rigid body motion. The stationay shaft supporting the rotating disk-spindle-bearing system is modeled by Euler beam theory, and the stiffness of ball bearing is determined by A.B.Jones' theory. FEM is used to solve the derived governing equations, and substructure synthesis is introduced to assemble each structure of the rotating disk-spindle system. The developed theory is applied to the spindle system of a 35' computer hard disk drive with 3 disks to verify the simulation results. The simulation results agree very well with the experimental ones. The proposed theory may be effectively expanded to the complex structure of a disk-spindle system.
Kim, Tae-Jong;Koo, Ja-Ham;Lee, Shi-Bok;Kim, Moon-Saeng
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.19
no.11
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pp.1214-1221
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2009
A high-speed spindle can be very sensitive to rotating mass unbalance which has harmful effect on many machine tools. Therefore, the balancing procedure to reduce vibration in rotating system is certainly needed for all high-speed spindles. So, balancing procedure was performed with a spindle-bearing system for CNC automatic lathe by using numerical procedure. The spindle is supported by the angular contact ball bearings and the motor rotor is fixed at the middle of spindle. The spindle-bearing system has been investigated using combined methodologies of finite elements and transfer matrices. The balancing was performed through influence coefficient method and the comparison was made by whirl responses between before balancing and after balancing. As a result, balancing of simple spindle model reduced whirl orbit magnitude in case of a completely assembled spindle model.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2000.11a
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pp.997-1001
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2000
In this paper, the case studies of reducing rotational errors is theoretically done for a grinding spindle with an active magnetic bearing system. The rotational errors acting on the magnetic bearing spindle are due to mass unbalance of rotor, runout, grinding excitation and unmodeled nonlinear dynamics of electromagnets. For the most case, the electrical runout of sensor target is big even in well finished surface, this runout can cause a rotation error amplified by feedback control system. The adaptiveed forward method based on LMS algorithm is discussed to compensate this kind of runout effects, and investigated its effectiveness by numerical simulation and experimental analysis. The electrical runout form the rear sensor target of grind spindle is about 70$\mu\textrm{m}$ with harmonic frequencies. The rotor orbit size in rear bearing is reduced about to 5$\mu\textrm{m}$ due to 1X and 2X rejection by feedforward control.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.22
no.3
s.168
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pp.15-20
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2005
This paper describes the PCB drilling using an ultra high-speed air bearing spindle system and micro drill. For this research, we have developed the ultra high-speed air bearing spindle of 125,000 rpm and made an experiment for the application possibility in the PCB drilling. In order to estimate the drilling performance, we have investigated the size and damage of drilled hole, and the wear of drill at 90,000rpm. Results are as follows; we have confirmed the possibility in the PCB drilling of air bearing spindle. In case of micro-drilling PCB at $0.1mm\sim0.3mm$, the increase in the number of drilling has resulted in a bigger size of holes and also a bigger size of damage. It has been found that the wear of micro drill tends to concentrate in the main cutting edge.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.19
no.2
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pp.203-212
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2002
Active magnetic hearings allow much high surface speed than conventional ball bearings and therefore greatly suitable for high speed cutting. This paper describes a design and test of an active magnetic bearing system with 16-pole radial magnets. The spindle is originally designed for a CNC lathe and driven by outer motor with 5.5 kW power and maximum speed 10,000 rpm. Considering static load condition and geometric restrictions, radial magnet is designed 16-pole type for smaller outer diameter of the spindle system. Dynamic system characteristics such as natural frequency, critical speed, stiffness, damping and system stabilities are simulated with a rigid rotor model including direct feedback controller. The designed spindle system is realized with digital PIDD controller to compensate phase lag of PWM amplifier and magnet coils. With levitation and step response experiment the control system characteristics are tested, and the spindle is rotated up to 10,000 rpm stab1y.
As the rotational speed and the track density are increased, the vibration of disk/spindle system becomes critical issue in order to reduce the track mis-registration. In this work, we propose a simple inclined air bearing (20${\times}$20 mm) system which is located very near to the rotating poly-carbonate disk, and investigate suppressing effect for the disk vibration mode (0,0) both experimentally and numerically. We find dynamic stiffness and damping coefficients of air bearing and then apply those values to the disk vibration analysis. Numerical results show about 10 percent difference comparing to the experimental results. Also we investigate the reduction of disk vibration and power consumption with two different kinds of inclined bearing for the normal disk drive system experimentally. We find inclined air bearing can reduce about 30 percents of the transverse disk vibration.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2001.11a
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pp.129-137
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2001
As the rotational speed and the track density are increased, the vibration of disk/spindle system becomes critical issue. In this work, we propose a simple inclined air bearing(20mm${\times}$20mm) system which is positioned very near to the rotating disk especially compact disc(CD) as a flexible disk, and we investigate suppressing effect about disk mode (0,0) both experimentally and numerically. We find dynamic stiffness and damping coefficients of bearing and apply to the disk vibration. The results show about 10 percent errors comparing to the experimental results. Also we investigate experimentally the reduction of disk vibration and power consumption with two different kinds of inclined bearing for normal disk drive system, which has tray and cover. We find inclined air bearing can decrease about 30 percents of the original disk vibration amplitude.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.15
no.11
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pp.233-243
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1998
The demand of high speed machining is increasing due to the high speed cutting and grinding provides 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 or grinding. This paper describes a design process of an active magnetic bearing system for a high speed grinding spindle with power 5.5kW and maximum speed 60,000rpm. Magnetic actuators are designed by the magnetic circuit theory considering static load condition, and examined with FEM analysis. Dynamic characteristics are also considered, such as bandwidth, stiffness, natural frequency and static deflection. System characteristics are simulated with a rigid rotor model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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