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20,000rpm 급 고속 스핀들의 독립운전에 따른 복합 가공기 column 부의 강성해석
강세찬(S.C. Kang),김성재(S.J. Kim),강동근(D.K. Kang) 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.4
최근 전기자동차의 수요가 증가함에 따라 전기자동차용 배터리 부품 중 하나인 Bottom Plate의 수요 또한 증가한 상태이다. 그에 따라 제한된 공간에서 늘어난 생산량을 맞추기 위해 여러 공정을 하나의 공정으로 줄일 필요성이 생겨났다. 그로 인해 개발되고 있는 다 공정 복합가공기는 20,000rpm의 고속 스핀들이 상하왕복운동을 하는 ATC(Auto Tool Changer)에 장착되게 되었고, 모든 부하를 동시에 받는 ATC column 부분이 고속 스핀들의 회전 속도에 따라 받는 영향을 보고자 했다. 본 연구에서는 ANSYS Static Structure를 이용하여 자하중에 대한 영향을 시스템의 구속 조건으로 적용시키고, 고속 스핀들의 회전속도 변화에 따른 ATC column 부분에 끼치는 영향을 알아보기 위하여 ANSYS Mechanical Dynamic을 이용하여 상하 왕복 운동과 회전운동을 동시에 적용하였다. 스핀들의 회전속도에 따라 5,000rpm, 10,000rpm, 20,000rpm으로 나누어 Harmonic Analysis를 진행하였다. 그 결과 회전 속도에 따라 column 부분이 받는 응력과 변위를 비교할 수 있었으며, 가장 값이 큰 20,000rpm 이 적용되더라도 column 부의 기능에 문제가 없는 정도임을 확인할 수 있었다. As the demand for electric vehicles has recently increased, the demand for the bottom plate, one of the battery parts for electric vehicles, has also increased. As a result, there is a need to reduce multiple processes to a single process in order to meet the increased production volume in a limited space. As a result, a multi-process multi-processing machine under development was installed in ATC (Auto Tool Changer), where a high-speed spindle of 20,000 rpm moves up and down, and we tried to see the effect that the ATC column part receiving all loads at the same time is affected by the rotational speed of the high-speed spindle. In this study, the effect of self-load is applied as a system constraint using ANSYS Static Structure, In order to find out the effect on the ATC column part according to the rotational speed change of the high-speed spindle, the vertical reciprocating motion and the rotational motion were simultaneously applied using ANSYS Mechanical Dynamic. Harmonic analysis was conducted by dividing it into 5,000rpm, 10,000rpm, and 20,000rpm according to the rotational speed of the spindle. As a result, it was possible to compare the amount of stress and strain received by the column part according to the rotational speed, and it was confirmed that there was no problem in the function of the column part even when the largest value of 20,000 rpm was applied.