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.
The thermal deformation of 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 using Finite Difference Method. The thermal boundary conditions describing the hear 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 systems have been clarified. This model can be well applied to the future development of the high speed spindle systems.
고속 가공과 저중량 설계에 대한 수요가 증가함에 따라, 공작기계 주축의 진동 발생 가능성이 증가하고 있다. 또한 초정밀 가공에서 주축의 진동은 공작물 표면 형상에 큰 영향을 끼치게 된다. 다양한 가공 공정의 가공 정밀도를 향상시키기 위해, 공작기계 주축 진동 문제를 해결하여야 한다. 이 논문에서, 공작기계 주축의 진동 억제를 위해 TiC-SKH51 금속 기지 복합재가 사용되었다. TiC-SKH51 복합재의 동적 특성을 확인하기 위해 충격 망치 시험을 수행하였다. FEA의 모드 분석 결과와 충격 망치 시험 결과를 비교하여 FEA의 신뢰성을 확인한 후, 공작기계 주축 모델의 해석이 실행되었다. FEA 결과로부터 진동 발생 억제를 위해 TiC-SKH51 복합재를 적용한 공작기계 주축이 사용될 수 있음을 확인하였다.
In this research, a tool was developed to automate one-dimensional finite element analysis (1D FEA) for design of a machine tool spindle. Based on object-oriented programing, this tool employs the objects of a CAD system to construct a geometric model and then to convert it into the FE model of 1D beams at the workbenches of the CAD system with minimum data to define the spindle such as bearing positions and cross-sections of the shaft. Graphic user interfaces were developed for users to interact with the tool. This tool is helpful in identifying a near optimal design of the spindle with the automation of the FEA process with numerous design changes in minimum time and efforts. It is also expected to allow even design engineers to perform the FEA in search of an optimal design of the machine tool spindle.
Spindle units of machine tool are very important part in the manufacturing area. Recently high speed machining has become the main issue of metal cutting. To develop high speed machine tools, a lot of studies have been carried out for high speed spindle. Due to increase of the rotational speed of the spindle, there has been renewal of interest in tooling system of high speed spindle. This paper concerns the static stiffness in the main spindle interface according to variation of clamping force, rotational speed and tool holder shank. Finite element analysis is performed by using a commercial code ANSYS workbench. From the results, it has been shown that the geometry of tool holder shank is mostly influence on the variation of the static stiffness in the main spindle interface.
The spindle directly affects parts accuracy during machining, or work piece in machine tools. In this paper a comprehensive study is performed combined mr performance of machine tool spindle. The developed methology has been practically applied to a spindle of machine tools.
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.
This paper has studied thermal characteristics of machine tool to develope high speed spindle and optimum design condidering the thermal deformation. Comparing the test data of temperature measurement and structural analysis data using FEM, we verifiedthe test validity and predicted thermal deformation, influence of spindle generation of heat, and established cooling system to prevent the thermal deformation. 1) The temperature rise of spindle system depends on increasing number of rotation and shows sudden doubling increment of number of rotation over 7,000rpm. 2) Oil jacket cooling can be effective cooling method below 8,000rpm but, over 8,000rpm, it shows the decrement of cooling effect. 3) Comparing FEM analysis results and revolution test results, we can confirmn approximate temperature change consequently, it is possible to simulate temperature rise and thermal distribution on the inside of spindle system. 4) We can confirm that simulated approach by FEM analysis can be effective method in thermal-appropriate design..
This paper has studied thermal characteristics of machine tool to develope high speed spindle and optimum design considering the thermal deformation. Comparing the test data of temperature measurement and structural analysis data using FEM, we verified the test validity and predicted thermal deformation, influence of spindle generation of heat, and established cooling system to prevent the thermal deformation. 1) The temperature rise of spindle system depends on increasing number of rotation and shows sudden doubling increment of number of rotation over 7,000rpm. 2) Oil jacket cooling can be effective cooling method below 8,000rpm but, over 8,000rpm, it shows the decrement of cooling effect. 3) Comparing FEM analysis results and revolution test results, we can confirmn approximate temperature change consequently, it is possible to simulate temperature rise and thermal distribution on the inside of spindle system. 4) We can confirm that simulated approach by FEM analysis can be effective mettled in thermal-appropriate design.
For evaluation of rotational accuracy performance of high speed machine tool spindle system, the characteristics of main spindle and tool motion behavior are presented by means of three point accuracy testing method. The results of experiments and analyses are as follows: (1) The high speed spindle rotational accuracy can be evaluated by the combination of the spindle and tool motion behavior. (2) The spindle motion behavior increases up to more that 4 times the tool motion behavior. (3) For the influence of oil viscosity on spindle and tool taper application, 32 cSt of oil viscosity showed the most satisfactory result for rotational accuracy. (4) In order to improve the rotational accuracy of high speed machine tool spindle system, it is needed to reduce the combination error. This can be achieved by improving the working accuracy and supplying the proper lubrication with contact area at the spindle and tool.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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