한국정밀공학회 2013 년도 춘계학술대회논문집 1. 서론 광폭 센터리스 연삭기는 긴 원통 형태 가공물의 생산효율을 높일 수 있도록 Infeed, Throught-Feed 연삭이 가능한 복합화된 연삭 가공기로서 광폭의 다양한 연삭숫돌을 채용하여 캠샤프트나 크랭크 샤프트, 스티어링 샤프트 등 자동차 부품이나 베어링의 외경, 실린더 로드 연삭 등 여러 외경연삭 공정을 하나의 센터리스 연삭공정으로 대체 가능하다.
Fig. 1 Layout of wide width certerless grinding machine Fig. 1 은 현재 개발이 진행 중인 600 mm 급 광폭 센터리스 연삭기의 구조를 보여 준다. 스핀들의 경우 양단지지 방식으로 설계되어 있으며 축방향에 대해서는 앵귤러 컨택트 베어링, 반경방향에 대해서는 테이퍼 롤러 베어링을 채용하고 있다. 연삭공정 시 스핀들의 강성 및 회전정밀도가 가공품의 정밀도를 좌우하므로 이의 정확한 평가가 매우 중요하다. 본 연구에서는 광폭 스핀들의 회전정밀도 및 강성 평가방법과 제작이 완료된 G/W 스핀들에 대한 평가결과를 소개하고자 한다. 2. 회전정밀도 측정방법 및 평가결과 일반적인 스핀들의 경우 진구도가 매우 우수한 마스터볼을 이용하여 회전정밀도를 평가할 수 있지만 본 광폭 스핀들의 경우 저널 베어링 사이에 스핀들 축 및 공작물이 위치하는 구조로 되어 있어 가공이 실제 일어나는 부위의 회전정밀도를 측정할 수 없는 문제점을 가지고 있다. 이에 본 연구에서는 반전법을 응용한 측정방법을 사용하였다.
Fig. 2 Measuring principle of run-out error
Fig. 2 는 Donaldson Ball Reversal 의 원리를 응용한 광폭 스핀들의 회전정밀도 측정 원리를 나타낸다. 볼 대신 실린더 형태의 artifact 를 채용하였으며 평균화 효과 및 편의성을 고려하여 2 개의 변위센서를 설치하는 방법을 사용하였다. 반전 전 과 반전 후의 변위 센서 측정값을 이용하면 스핀들의 반경방향 회전오차 eS()와 artifact 의 형상오차 eA()는 다음과 같이 표현된다.1 ) ( 1 A m ) ( 1 B m ) ( 2 A m ) ( 2 B m Artifact Artifact 반전
광폭 센터리스 연삭기용 스핀들의 성능평가
Performance Evaluation of Spindle for Wide Width Centerless
Grinding Machine
*,#오정석1, 김경호1, 정지훈2
*,#J. S. Oh(ojs6114@kimm.re.kr)1, G. Khim1, J. H. Jeong2
1한국기계연구원 첨단생산장비연구본부, 2과학기술연합대학원대학교 나노메카트로닉스과
Key words : wide width centerless grinding machine, spindle, reversal method, stiffness
한국정밀공학회 2013 년도 춘계학술대회논문집 4 ) ( ) ( 4 ) ( ) ( ) ( A1 B2 A2 B1 S m m m m e (1) 4 ) ( ) ( 4 ) ( ) ( ) ( A1 B2 A2 B1 A m m m m e (2)
(a) Run-out error of spindle
(b) Form error of artifact Fig. 3 Measurement result of run-out error
Fig. 3(a)는 스핀들의 반경방향 회전정밀도 측정결과를 보여 준다. 측정속도는 20 rpm 으로 설정하였으며 총 8 회전의 측정 결과를 이용하였다. Synchronous 오차는 0.62 m, asynchronous 오차는 0.68 m, 총 오차는 1.14 m 로 평가되었다. Fig. 3(b)는 artifact 의 형상오차 측정 결과를 보여 준다. 8 회 측정의 synchronous 오차는 3.29 m, 총 오차는 3.45 m 으로 측정되었다. 3. 강성 측정방법 및 평가결과 Fig. 4 는 광폭 스핀들의 강성 측정 셋업 및 평가결과를 보여 준다. 하중의 경우 스핀들 중앙부에서 가해주고 로드셀을 이용하여 측정하였으며, 변위의 경우 스핀들 양단에 정전용량형 센서(P1, P2)를 설치하여 측정값을 평균하는 방식을 취하였다. 이 때 이송계의 축방향 강성에 의한 영향을 배제하기 위하여 정전용량형 센서는 스핀들 하우징에 설치하여 스핀들의 강성만을 분리하여 측정할 수 있도록 하였다. G/W 스핀들의 강성은 3,168 N/m 로 평가되었다.
Fig. 4 Measurement result of spindle stiffness
4. 결론
본 연구에서는 광폭 센터리스 연삭기용 스핀들의 회전정밀도와 강성 측정방법을 고안하였고 실제 시작품에 적용하여 평가를 수행하였다. 회전정밀도의 측정의 경우 Donaldson Ball Reversal 의 원리를 응용하였으며 스핀들에 대해 마주하는 두 개의 정전용량형 센서와 원통 형태의 artifact 를 사용하여 회전오차와 artifact 의 형상오차를 분리하였다. 시작품의 G/W 스핀들에 대한 평가결과는 스핀들의 반경방향 회전오차는 1.14 m, 강성은 3,168 N/m 로 나타났다. 후기 본 연구는 지식경제부의 산업원천기술개발사업 “차세대 하이브리드 연삭시스템 개발” 과제의 지원으로 수행되었습니다. 이에 감사 드립니다. 참고문헌
1. Lee, J. C., Gao, W., Shimizu, Y., Hwang, J., Oh, J. S., and Park, C. H., "Spindle Error Motion Measurement of a Large Precision Roll Lathe," Int. J. of Precision Engineering and Manufacturing, 13, 861-867, 2012. 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 Total : 1.14 m - Synchronous : 0.62 m - Asynchronous : 0.68 m R a d ia l R u n o u t ( m) 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 -4 -2 0 2 4 -4 -2 0 2 4 Total : 3.45 m - Synchronous : 3.29 m - Asynchronous : 0.49 m R a d ia l R u n o u t ( m) Load Cell P1 P2
