초음파 가공용 터닝센터의 스핀들 열해석에 관한 기초 연구

국문 초록 (Abstract)

최근 금속가공분야에서는 우주항공, 자동차 부품 등의 고부가가치 제품에 쓰이는 난삭재의 가공방법에 대한 수요가 많아지고 있다. 이에 따라 난삭재의 효율적인 가공을 위하여 기존 절삭가공에 부가 장치를 부착하여 가공하는 하이브리드 가공방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그 중 초음파 가공은 초음파 진동(Ultrasonic Vibration)을 공구에 작용시켜 공구와 공작물 간의 접촉 시에 발생하는 초음파 진동을 통해 절삭 과 칩의 배출이 용이하도록 하는 원리를 이용한 가공기술이기 때문에 난삭재 가공에 효과적이다. 국내에서는 초음파를 이용하는 공작기계는 대부분 머시닝센터에 초음파 헤드를 공구 교환식으로 장착하는 방식으로 연구개발 중이며, 터닝센터형 초음파 장비의 연구개발 사례가 거의 없어 복합 가공이 가능한 가변주파수 초음파 터닝 센터의 개발이 필요한 실정이다. 하지만 스핀들의 구조 안정성이 확보되지 않으면 공작물의 가공정밀도에 영향을 미칠 수 있기 때문에 개발 전 열해석을 통한 스핀들의 구조 안정성 분석이 선행되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 가공 진행 시 베어링 및 모터의 발열량을 열원으로 계산하였고, 냉각 자켓의 냉각 효과를 고려하여 열해석을 수행하였다. 또한 터닝 센터에 장착된 스핀들의 최대온도 및 온도 분포를 통하여 안정성 분석을 수행하였다.