고 정밀 캠 프로파일 연삭기 및 운용 CAD/CAM 시스템 개발에 관한 연구 = (A)study on the development of a high precision cam profile grinding machine and operating CAD/CAM system

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Cams are essential mechanical elements for transmitting mechanical motion and work to another components according to a prescribed function. Typically, cams are widely used in many automatic equipments, such as textile machinery, internal combustion engines, transfer presses, and other automatic devices. However, complex engineering tasks are required in a design and manufacturing of cams. And also, the manufacturing of general cam is demanded high costs.
Generally, cam manufacturing is followed by procedures, which are CNC milling machining, heat treatment, and final grinding machining.
A cam profile CNC grinding machine is developed for manufacture of high precision contoured cams. In this paper, structural and modal analysis for the developed machine is carried out to check the design criteria of the machine. The analysis is carried out by FEM simulation using the commercial software, CATIA V5. And also, this paper presents the measurement system and experimental investigation on the modal analysis of the grinding machine. The weak part of the machine is found by the experimental evaluation. The results provide structure modification data for good dynamic behaviors. And safety of the machine was confirmed by the modal analysis of modified machine design.
In order to obtain the positive motion of follower by rotating cam, its shape should be correctly designed and manufactured. In present paper, a CAD/CAM system is developed for shape design of disk cams using relative velocity method and NC-code generation using the biarc curve interpolation and the proposed algorithm, which is calculation of the maximum rotating speed to obtain constan surface roughness. And, the cam profile measuring system is developed in order to evaluate the manufactured cam. The developed system is composed of servo motor, CNC controller, rotary encoder, and laser-CCD interferometer. And also, this system is non-contact measuring type. Experimental measuring is carried out for the grinding manufactured cam. It is shown that the developed CNC grinding machine and the operating CAD/CAM system can be effectively applied to the manufacturing of precision cams.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서론 = 1
• 1.1 연구배경 = 1
• 1.2 연구동향 및 문헌조사 = 3
• 1.3 연구목적 및 내용 = 6
• 제 2 장 고 정밀 캠 프로파일 CNC 연삭기 개발 = 7
• 2.1 개요 = 7
• 2.2 고 정밀 캠 프로파일 CNC 연삭기를 위한 기계요소 선정 및 구조설계 = 10
• 2.2.1 연삭기의 전체 구조 = 11
• 2.2.2 연삭숫돌 구동용 스핀들 = 12
• 2.2.3 직선운동 안내기구 = 13
• 2.2.4 베드 = 14
• 2.3 연삭기 구조 해석 = 16
• 2.3.1 응력 및 처짐 해석 = 17
• 2.3.2 모드 해석 = 20
• 2.4 연삭기 시제품의 평가 = 22
• 2.4.1 실험장치 = 23
• 2.4.2 실험결과 및 분석 = 24
• 2.5 구조설계 변경 및 적용 = 27
• 제 3 장 고 정밀 캠 프로파일 CNC 연삭기를 위한 캠의 형상설계와 공구 경로 생성 = 30
• 3.1 개요 = 30
• 3.2 디스크 형 캠 기구의 형상 정의 = 32
• 3.3 종동절 변위선도의 정의 및 캠 형상설계 = 34
• 3.4 캠의 측정 점 데이터를 이용한 가공 정보 도출 = 36
• 3.5 디스크 캠의 공구 경로 생성 = 38
• 3.5.1 Biarc 알고리즘에 의한 2차원 보간 이론 = 39
• 3.5.2 초기 접선각의 지정 = 44
• 3.6 공구 경로의 최적화 = 46
• 3.7 일정 표면거칠기를 얻기 위한 캠 최대회전속도 계산 알고리즘 = 49
• 3.7.1 절인의 절삭높이 = 51
• 3.7.2 후속절인 = 54
• 3.7.3 캠 최대회전속도 계산을 위한 관계식 = 58
• 제 4 장 고 정밀 캠 프로파일 연삭기를 위한 운용 CAD/CAM 시스템 개발과 실제 적용 = 60
• 4.1 개요 = 60
• 4.2 디스크 캠의 설계와 가공에의 적용 = 62
• 4.2.1 Palanquin 캠의 설계 및 연삭가공 = 62
• 4.2.2 블랭킷 캠의 가공 = 70
• 4.2.3 직물가공용 바늘을 위한 낫셀 바늘 캠의 가공 = 73
• 4.3 가공 결과에 대한 고찰 = 76
• 제 5 장 캠 프로파일 정밀 측정기 개발 = 79
• 5.1 개요 = 79
• 5.2 캠 프로파일 정밀 측정기의 구성 및 측정 원리 = 81
• 5.3 취득된 측정데이터 해석 = 84
• 5.3.1 스플라인 곡선식 = 85
• 5.3.2 법선벡터 계산 = 86
• 5.3.3 교점이 발생하는 세그먼트의 선택 = 86
• 5.4 캠 프로파일 정밀 측정기 제작 = 87
• 5.5 측정 예 = 90
• 5.5.1 가공된 Palanquin 캠의 설계 측정 결과 = 92
• 5.5.2 블랭킷 캠의 측정 결과 = 93
• 5.5.3 낫셀 바늘 캠의 측정 결과 = 95
• 제 6 장 결론 = 97
• 참고문헌 = 99
• ABSTRACT = 104