低発熱クーラントポンプ開発 제목 공작기계 설계 강좌 工作機械の設計講座

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1 低発熱クーラントポンプ開発 제목 공작기계 설계 강좌 工作機械の設計講座
～変形・振動・熱変位の抑制法、加工精度の向上策～ ■概要 工作機械の特性に考慮した剛性設計と振動対策・制御方式を学ぼう！ ■タグ 機械　機械要素　金属　金属材料　工作機　材料力学・有限要素法　振動・騒音　成形加工　精密加工・組み立て　切削・研削　設備 ■受講対象者 ・工作機械設計に携わる初～中級の方 ■予備知識 ・機械工学一般、特に材料力学、機械設計の基礎 ■修得知識 ・工作機械設計における基礎的技術知識・設計の心得 ※書籍を当日、お配りいたします。 ■講師の言葉 　一般的に機械の設計は機械が壊れないように強度設計を考えることが多いが、工作機械の場合は変形し難いようにするために剛性設計を主体に行う必要がある。それは、工作機械は素材を削って部品を製作するものであるので、自分自身が変形しては精度のよい部品を作り出すことができないからである。強度設計も勿論必要ではあるが、剛性設計を行う部分は応力-歪線図における弾性領域で変形の非常に小さい範囲であるので、強度は十分にあるのが通常である。また、加工面を高品位にするために、振動対策や制御方式の工夫が必要である。剛性には、静剛性、動剛性、熱剛性がある。これらを踏まえた設計の基礎を具体例を交えて解説する。また、工作機械の設計は成熟された状態で進歩し続けている。加工物に必要な品位を得るための加工方法も進歩している。特に高速化対応が求められている。その結果、求められる工作機械は異なるので、それらについても解説を行う。また、本セミナーでは若干の演習を行う。 ■プログラム １．工作機械の特質、歴史 　　(1). 工作機械の定義と分類 　　(2). 工作機械の特質 　　(3). 工作機械の基本原則 　　　　a. 良循環の形成 　　　　b. 工作機械の基本構成 　　　　c. 工作機械の動く仕組み、制御技術、補正技術 　　(4). 工作機械の歴史 　　　　a. 古代～中世～産業革命 　　　　b. 産業革命以後の高精度化 　　　　c. 現代の高性能化・高機能化 低発熱クーラントポンプ開発

2 제목 공작기계 설계 강좌 http://orbit-ltd.c.ooco.jp/lec/zoku_mdesign.html#sec_4
２．工作機械の設計の基本 　　(1). 機械とは 　　(2). 剛性設計とは 　　　　a. 静剛性 　　　　b. 動剛性 　　　　c. 熱剛性 ３．工作機械の特性／課題と解決方法 　　(1). 変形はどのようにして生じるか、どうしたら変形しにくくなるか 　　(2). 振動の発生と振動の抑え方 　　(3). 熱変位の抑え方・熱変位が起きたらどうする ４．工作機械の高精度化と加工精度 　　(1). 大形工作機械と超精密工作機械 　　(2). 加工精度を考える（位置決め精度、形状精度、面粗さ） 　　(3). 高速加工による高精度化と加工事例 ５.　計算でわかる精度例 　　(1). 大形機の真直度はどうやって測るのが良いか 　　(2). 前後に温度差があるときの熱変位の求め方 　　(3). エンドミル加工の理論粗さ 　　(4). 横中ぐりフライス盤の中ぐり軸のたわみはどれだけあるか ６．設計のエッセンス 　　(1). 機械本体 　　(2). 主軸 　　(3). 軸駆動 ■キーワード 工作機械　加工　精密加工　剛性設計　強度設計　

3 제목 공작기계 설계 강좌 予備知識 ・機械工学一般、特に材料力学、機械設計の基礎 ■修得知識 ・工作機械設計における基礎的技術知識・設計の心得、高精度加工の考え方 ■講師の言葉 工作機械はマザーマシンと呼ばれる。これは、機械を作る機械という他の機械に無い性質に由来する。工作機械の場合は変形し難いようにするために剛性設計を主体に行う必要がある。それは、工作機械は素材を削って部品を製作するものであるので、自分自身が変形しては精度のよい部品を作り出すことができないからである。剛性設計は弾性領域で変形の非常に小さい範囲で行うので、強度は十分にあるのが通常である。また、加工面を高品位にするために、振動対策や制御方式の工夫が必要である。剛性には、静剛性、動剛性、熱剛性（熱特性）がある。これらを踏まえて設計の基礎を具体例を交えて解説する。また、生産性の向上はもとより、高精度・高品位な加工物を得るための加工方法も進歩し、特に高速化対応が求められている。その結果、求められる工作機械は異なるので、それらについても解説を行う。若干の演習を行う。また、講師の経験（失敗）から得たノウハウ的なポイントも採り上げる。 ■プログラム １． 工作機械の特質、歴史 　　(1)． 工作機械の定義と分類 　　(2)． 工作機械の特質 　　(3)． 工作機械の基本原則　　a． 母性原理・マザーマシン・良循環の形成　　　　b． 工作機械の基本構成 　　　　c． 工作機械の動く仕組み、制御技術、補正技術 　　(4)． 工作機械の歴史　　　　a． 古代～中世～産業革命　　　　b． 産業革命以後の高精度化 ２． 工作機械の設計の基本 　　(1)． 機械設計とは　　(2)． 剛性設計とは　　　　a． 静剛性　　　　b． 動剛性　　　　c． 熱剛性（熱特性） ３． 工作機械の特性／課題と解決方法 　　(1)． 変形はどのようにして生じるか、どうしたら変形しにくくなるか　　(2)． 振動の発生と振動の抑え方　　(3)． 熱変位の抑え方・熱変位が起きたらどうする ４． 工作機械の高精度化と加工精度 　　(1)． アッベの原理・ロングスライダ／ナローガイド 　　(2)． 大形工作機械と超精密工作機械　　(3)． 加工精度を考える（位置決め精度、形状精度、面粗さ）　　(4)． 高速加工による高精度化と加工事例 ５． 計算でわかる精度例 　　(1)． 大形機の真直度はどうやって測るのが良いか 　　(2)． 前後に温度差があるときの熱変位の求め方　　(3)． エンドミル加工の理論粗さ 　　(4)． 横中ぐりフライス盤の中ぐり軸のたわみはどれだけあるか ６． 設計のエッセンス 　　(1)． 機械の基礎 　　(2)． 機械本体 　　(3)． 主軸 　　(4)． 軸駆動 工作機械の熱剛性に関する研究（工作機械の熱変形に関する文献調査，工作機械の熱変形に関するアンケート調査 機械加工における熱変形と加工精度に関する研究

4 제목 공작기계 설계 강좌 旋削(せんさく)加工(かこう)の際(さい)、主軸(しゅじく)のベアリング組(く)み立(た)て程度(ていど)と加工(かこう)品質 旋削(せんさく)加工(かこう)の際(さい)、断面(だんめん)切削(せっさく)の際(さい)、不(ふ)規則(きそく)の発生 表面粗さ 主軸(しゅじく)の振動(しんどう)による加工(かこう)不良 旋削加工際 主軸の振動による加工不良 旋削加工の際、振動と加工面粗さとの影響 第　１回　オリエンテーション　（授業の目標・進め方の説明・加工法の分類） 第　２回　鋳造（基礎理論、鋳型、鋳鉄と鋼） 第　３回　塑性加工Ⅰ 第　４回　塑性加工Ⅱ 第　５回　溶接Ⅰ 第　６回　溶接Ⅱ 第　７回　切削加工Ⅰ（切削理論Ⅰ） 第　８回　切削加工Ⅱ（切削理論Ⅱ） 第　９回　切削加工Ⅲ （切削装置） 第１０回　研削加工Ⅰ（研削理論） 第１１回　研削加工Ⅱ（研削装置） 第１２回　特殊加工Ⅰ（遊離砥粒加工など） 第１３回　特殊加工Ⅱ（レーザー、放電加工など） 第１４回　マイクロ・ナノ加工（PVD、CVD、メッキなど） 第１５回　まとめと演習 第１６回　期末試験

5 제목 공작기계 설계 강좌 目次 1. はじめに ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 1 1-1 機械振動の予備知識 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 2 1-2 圧電型加速度センサーの取扱上の注意点 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 4 1-3 回転センサーを設置する際の注意点 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 7 2. バランス修正前に対象機械を調査 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 8 2-1 回転ムラのある回転機械に対するバランシングの注意点 ・・・・・・・・・ 9 2-2 アンバランス振動分析 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 10 2-3 調和振動分析 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 11 2-4 多速度分析 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 12 2-5 FFTによる周波数分析 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 13 3.アンバランス測定角度の表し方について ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 14 4. バランシング法と修正面数の選択方法 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 15 5. 付加測定時の，試しおもり質量の選定基準 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 17 6. 付加測定時に機械ストレス（振動値）を増大させない方法 ・・・・・・・・・・ 19 7. あらゆる状況に対応可能な分力修正機能を装備 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 20 7-1 等分力 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 21 7-2不等分力 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 22 7-3分力番号選択 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 24 8. 弊社フィールドバランサーの一覧表 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 26

6 제목 필드 발란싱의 예비지식 1/0 목차 (시그마 전자)
1. 서문 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 1 1-1 기계 진동의 예비지식 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 2 1-2 안전형 가속센서의 취급상 주의점 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 4 1-3 회전센서 설치할때 주의점 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 7 2. 발란스 수정전 대상기계의 조사 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 8 2-1 회전구역에 있는 회전기계에 대한 발란싱의 주의점 ・・・・・・・・・ 9 2-2 언발란스 진동 분석 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 10 2-3 조화(하모닉)진동 분석・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 11 2-4 다속도 분석 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 12 2-5 FFT로 주파수 분석 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 13 3. 언발란스 측정각도의 표시 방법에 대하여 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 14 4. 발란싱 방법과 수정면수의 선택 방법 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 15 5. 부가 측정시의 시험질량의 선정기준 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 17 6. 부가 측정시의 기계 스트레스(진동치)을 증대하지 않는 방법 ・・・・・・・・・・ 19 7. 모든 상황에 대응 가능한 분력 수정기능의 장비 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 20 7-1 등분력 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 21 7-2 부등분력 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 22 7-3 분력번호 선택 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 24 8. 필드 발란서의 일람표 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 26

7 제목 필드 발란싱의 예비지식 1/0 서문 필드 발란서는 발란싱을 하는 회전기계의 베어링이나 회전기구를 사용한 발란싱을 하는 측정기이다. 그러므로 진동, 회전센서의 설치 방법 및 수정면수, 회전속도의 선택은 발란싱정도에 큰 영향을 준다 다속도 발란서 1.1 기계 진동의 예비지식 회전기계로 부터 발생하는 진동은 일반적으로 강제진동과 자려진동으로 대별된다. 1) 강제진동은 회전기계가 회전하는것에 의하여 발생하는 언발란스 진동등으로 자기자신을 진동 시켜 외부로부 전해지는 진동주파수와 동일하나 그 정수배의 진동주차수를 발생 합니다. 이 강제 력의 진동주파수와 회전축(탄성질점계)의 고유 진동수가 일치하는 공진 현상이 발생 합니다. 이것을 회전기계의 위험속도라고 부름 2) 자려진동은 회전기계의 진동수와 무관계하게 발생하는 진동으로 회전체의 고유 진돗루가 그 부근에 돌연진동이 증대하고, 외력을 가하면 진동이 증대하고. 일반적으로 정상상태가 되지 않으면 재현성이 부족한 특징이 있다 3) 회전 기계는, 다수의 부품으로 구성되고 있다, 예컨대 롤러베어링에 주목하면 외륜, 내륜, 리테이너, 베어링 하우징등을 조합하여 회전을 효율좋게 하는 할 수 있도록 설계 제작되고 있다. 이들 부품은 모두 탄성체(스프링 입자계)이며, 언밸런스 진동 등의 외력이 가해지면 고유 진동수로 진동하게 됩니다.

8 제목 필드 발란싱의 예비지식 1/0

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11 제목 필드 발란싱의 예비지식 1/0

12 제목 필드 발란싱의 예비지식 1/0

13 제목 회전체의 불균형 측정과 수정 목차 서문 불균형(언발란스)가 뭔가 불균형 발생요인 불균형의 3대 원인
4-1설계상의 미비에 의한 것 4-2재료에 결함이 있을 때 4-3제조 또는 조립시의 미비에 의한 것 5. 불균형이 미치는 영향 6. 불균형의 종류 6-1 정적 언발란스(Static unbalance) 6-2 우발적 불균형(Couple unbalance) 6-3 동적 불균형(Dynamic unbalance) 7. 불균형의 표시 방식에 대해서 7-1 불균형의 단위 7-2불균형의 원심력 7-3불균형의 미치는 영향 8. 불균형 수정(밸런싱)예 8-1정 불균형 수정(1면 균형 맞추기) 8-2동부 잘 수정(2면 균형 맞추기) 8-3필드 밸런싱의 흐름 8-4범용 고속 주축의 불균형 수정에 대해서 8-5탄성 로터의 불균형 수정 예

14 제목 회전체의 불균형 측정과 수정 서문 최근의 회전 기계는 기술의 발달로 더욱 정밀하고 고속화하고 있으며, 보다 높은 성능과 기능이 요구되고 있습니다 회전 기계의 운전에서 기기의 성능을 해치는 최대 요인은 진동과 이에 따른 소음으로 생각됩니다. 로타의 균형 맞추기는 회전 기계의 진동원을 제거한다는 목적을 위해서 가장 기본적이고 효율적인 수단이고, 회전 기계의 제조에서 피할 수 없는 극히 중요한 생산 공정입니다 한편 공작 기계 업계에서는 가공정도, 절삭 효율이 뛰어난 초고속 절삭법의 개발은 공작 기계에 높은 성능을 요구함과 동시에 공구를 포함한 주축 회전계의 엄밀한 균형 맞추기 정도를 요구하고 있습니다. 균형 시험기(밸런싱 머신)와 필드 발란스에 의한 균형 맞추기는 이들 목적을 달성하는 툴로서 가장 효율적이고 경제적인 수단입니다 2. 불균형이란 1) 로타를 회전시키면 모든 구성 부분에 원심력이 작용합니다.이 원심력이 회전 중심 축에 대해서 서로 마주보며 분포하고 있으면 서로 소거됨으로 회전 중심 축에는 힘은 작용하지 않고 베어링은 진동하지 않습니다. 이때 회전은 균형 상태에 있다고 합니다. 2) 이에 대해서 원심력이 회전 중심 축으로 비대칭으로 한쪽이 크면 그 차이에 상당하는 힘이 베어링을 진동시킵니다 이러한 로터의 질량 분포가 고르지 않는것을 부조화(불균형)이라고 합니다. 3) 즉, 불균형은 균형 상태에 있는 로타상에 여분이 더 존재한다(또는 부족한)질량(m)이라고 생각됩니다 4) 정밀 가공(선삭과 지표) 된 회전체는 비교적 균형이 되어 있어 불균형량은 미소 합니다 5) 회전 속도가 높아지면, 사소한 부조화도 무시 못하며, 고정밀의 불균형의 수정(균형 맞추기=밸런싱)이 필요합니다 3. 불균형의 발생원인 1) 설계 싯점에 알고 있는 불균형, 형상의 비대칭, 키. 등 2) 재료의 불균일에서 발생하는 부조화 : 주물의 괴, 열처리에 의한 잔류응력등 3) 제작과정에서 발생하는 부조화 가공오차, 주물 , 단조면의 가공기준, 용접의 외곡,, 권선의 불균형상등 4) 조립싯점에서 발생하는 불균형……..끼워맞춤 간격, 베어링의 편심, 굽힘, 자중에 의한 처짐등 5) 운전중에 발생하는 불균형…. 열변형, 마모, 이물질의 부착, 재료이 경년변화에 의한 왜곡등 e : 회전중심축과질량중심축과의 편심 M : 로터 질량 M : 불균형 질량

15 제목 회전체의 불균형 측정과 수정 4. 불균형의 3대 원인 4.1 설계상의 미비
4.1 설계상의 미비 로타의 설계 시점에서 배려함으로써 초기 부조화는 어느 정도 줄일 수 있습니다. 허용 부조화에 따른 설계시 검토와 대책이 아주 효과적입니다. 어느 수정 면에서 어떻게 불균형을 수정하거나 설계 시점에서 미리 검토 해 놓아야 합니다. 1) 회전축을 중심으로 한 질량 배분이 불균일한 경우 2) 회전체의 표면(내면, 외면)성형이 불완전한 경우 3) 부적절 끼워맞춤에 의한 편심(베어링 등) 4) 언발란스의 발생면과 수정면이 다른 구조(빌트인 모터의 수정면등) 4.2 재료의 결함 1) 주물, 단조, 성형, 압출품등의 내부의 다른 질량 2) 제료의 밀도가 불균일한 경우 3) 용접부등의 용접의 불균형, 재료 두께의 불균형 4) 회전하는 베어링의 틈새조정 불량, 회전측의 편심

16 제목 회전체의 불균형 측정과 수정 4.3 제조 또는 조립시의 미비에 의한것 1) 용접, 단조시의 성형불량 (도는 불균일 도장)
4.3 제조 또는 조립시의 미비에 의한것 1) 용접, 단조시의 성형불량 (도는 불균일 도장) 2) 기계 가공시의 첵킹, 도는 클램프 불량의한 저널부의 편심 3) 제조공정에 기인한 영구 변형 (잔류왜곡, 가공왜곡, 팬부착, 용접, 체결등에 의한 변형) 4) 볼트의 불균일한 체결에 의한 변형 5) 조립시 부품의 편차. 예로 길이가 다른 볼트. 이종의 와셔, 너트등 5. 불균형에 의한 영향 1. 부조화의 원심력은 베어링과 기초에 동적인 힘(진동력)이 가해져서 유해한 기계진동을 외부에 전달시킵니다 2. 어떤 회전 속도에서도 부조화의 영향은 주로 회전체와 기계 전체의 질량 배분, 베어링 또는 기초의 강성을 포함"동특성"에 의하여 결정됩니다. 그러므로, 회전체가 생겨나는 힘이나 진동만으로 그 부조화의 문제를 해결할 수 없다. 3. 부조화는 베어링의 마모가 진행하고 기계 수명이 저하시킵니다.공작 기계에서는 주축 및 연삭 숫돌, 혹은 절삭 공구의 수명이 떨어질 뿐 아니라 인접하는 공작 기계 가공 정밀도에도 영향을 주는 일이 있습니다. 4. 기계 진동은 소음의 원인이 되고 작업자 또는 주변에 악영향을 주게 된다

17 제목 회전체의 불균형 측정과 수정 6. 불균형의 종류 6.1 정적 불균형(Stic unbalance)
6. 불균형의 종류 6.1 정적 불균형(Stic unbalance) 1) 균형 상태에 있는 로타에 1개의 부조화 질량이 부가된 상태입니다.자유로운 상태에서 회전하면 부조화 방향이 아래로 되어 멈춥니다 2) 회전 중심축은 로타의 중심과 다르게 되는 부조화 때문에 생기는 원심력 벡터는 양쪽 베어링에서 같은 방향으로 됩니다 3) 정적 부조화는 1개 수정면에 무게추(질량) 을 달아 균형 맞출 수 있으므로 1면 균형 맞추기(단면 맞추기=정적 맞추기)라고 부릅니다. 수정면은 중심 가까이가 바람직하함으로 정적맞추기를 실시함으로써 새로운 돌발적 불균형을 생성할 수 있습니다 4) 단면 맞추기는 우발적 부조화(후술)가 작아서 무시 가능한 로타에 사용가능한것이 보통입니다. 구체적으로는 회전체의 지름에 두께가 은 ( 얇은 원판)로타에 적용합니다. 6.2 우발적 불균형(Couple unbalance) 1) 균형 상태에 있는 로타의 2개의 단면에 서로 반대 방향에서 같은 크기의 부조화가 부가된 상태입니다.자유로운 상태에서 회전할때 하향에 멈추는 특정방향은 없다. 2) 회전 중심축이 회전체의 중심을 지나는데, 질량관성 주축과 회전중심 축이 일치하고 않은 (기울어짐)상태입니다. 두베어링 위치에서의 원심력의 크기는 동일하며, 그 방향은 180°반전하고 있습니다(우력) 3) 가끔 부조화의 상태는 정지된 상태의 정적 부조화 수정(1면 수정 법)에서 찾는것은 가능하지 않습니다. 4) 정적 불균형을 로타 중심면(CG)에서 수정하려면 잔류하는 반대의 불균형은 적게 되는 경우가 많은데 우발적 부조화가 남지 않는 수정면을 정확히 확정하는것은 무지 어렵습니다.

18 제목 회전체의 불균형 측정과 수정 6.3 동적 불균형(Dynamic unbalance)
1) 로타의 회전 중심축이 무게 중심과 일치 하지않고 질량관성 주축과 회전중심축이 평행하게 되는 상태를 말합니다. 정적 불균형+우발적 불균형을 동적 불균형이라고 한다 2) 축 방향에 긴 로타는 정적 균형을 가진 얇은 원판 형태의 로타가 축 방향에 다수적층된것으로 생각할 수 있습니다. 이들의 얇은 원판에는 각각 독립된 부조화 벡터(방향, 크기)를 가지고 있지만 이들의 로타의 불균형을 2개면에 대표하여 균형을 맞추는것을 강성 로타의 동적 발란싱(2면 균형 맞추기: 동적 발란싱)이라고 합니다. 3) 그러나, 고속 회전 영역이 되면, 각각의 얇은 원판형태의 로타의 불균형에 의해 원심력이 로타를 탄성 변형시키게 되고 탄성 변형으로 불균형이 변화하면 2개면에 표적한 발란싱이 적용할 수 없게 된다. 됩니다. 이들을 해결하기 위해서는 후술 하는 멀티 속도와 다면 법을 적용한 균형 맞추기 방법이 필요하다 -> 탄성로타 7. 불균형의 표시방법에 대하여 불균형을 표시하는 물리량과 기호는 다음도면과 같습니다 M : 회전체 질량 O : 회전중심 G : 중심(重心) e : 중심 (重心) 부터 회전중심까지의 거리 r : 회전중심부터 m의 중심까지 거리 w : 회전 각속도(rad/sec) m : 불균형 질량 F : 원심력

19 제목 회전체의 불균형 측정과 수정 7.1 불균형 단위 불균형 U는
7.1 불균형 단위 불균형 U는 U = M x e 또는 U = m x r (g.mm 또는 g.cm) 토르크나 모멘트의 단위는 힘과 길이의 곱과 다름에 주의 7.2 불균형에 의한 원심력 도면의 조건에 있어서 불균형 U(kg.m)에서 생기는 원실력 F(N)은 F = Uw² = M ew² = mrw² ___(2) w = 2*3.14*n /60 ---(3) 식(2), 식(3)으로 원심력을 구하면 F = U/ *(2*3.14*n/60)² 7.3 불균형이 미치는 영향 1) 불균형에 의한 원심력의 크기는 회전속도의 2승에 비례한다. 이 의미는 고속화가 될수록 중요해진다는 의미가 된다. 2) 최근 공작기계에 있어서 주축의 사용 회전범위가 매우 넓게 형성이 되고 있다. 회전부분의 불균형이 상다이 작으면 저속(예 2500rpm)에는 그 진동이 무시되는 정도여도 고속(예 50000rpm)의 경우 회전속도비가 20배 임으로 원심력은 400배 증대가 된다. 그 결과 가공정도는 현저히 떨어지고 베어링의 손상도 일어날수있다. 3) 최근에는 고속 주축에 광역으로 가공을 하게 됨으로 불균형에 대한 고려가 상당히 필요하다. 8. 불균형의 수정 8.1. 정적 불균형 수정(1면 균형 맞추기) 1) 정적 불균형 수정(1면 균형 맞추기) 는 로타의 직경에 대하여 축방향의 두께가 작은(원판형)로타의 균형을 맞출때 사용한다, (송풍기 팬, 연삭숫돌, 디스크등) 2) 그림은 송풍기의 부조화 수정(분력수정)예로서 일반적으로 날개뿌리를 분력점이다. 분력맞추기가 채용 됩니다. 3) 필드발란스할대 진동 센서는 반드시 로터 축에 대하여 법선방향의 강성의 높은 위치에 설치 합니다. 판금구조 표면은 안됩니다. 4) 연삭반의 주축은 30000rpm의 고속의 경우 회전수에 불균형 수정용 나사홀을 준비함 나사를 부착하여 분력을 맞추는것이 추전이 되고 있다. 미소 질량의 수정은 반대방향의 질량차이를 이용하면 편리 합니다. 5) 정밀 가공용 고속 주축은 동적 불균형 수정(2면이상의 균형맞추기)에 세밀하게 실시해야 합니다.

20 제목 회전체의 불균형 측정과 수정 8.2 동적 불균형 수정(2면 균형 맞추기)
8.2 동적 불균형 수정(2면 균형 맞추기) ** 범용 공작기꼐의 동적 불균형 수정(2면 맞추기)를 나타내고 그것을 실시하는 경우의 주의점 *** 1) 구동 벨트를 풀고 모터와 풀리의 균형 맞추기를 실시합니다.(일반적으로는 1면 수정). 이때 회전 센서·진동 센서는 모터 쪽에 설치합니다 2) 모터와 주축의 지지구조가 서로 강하게 되어 있는 경우는 회전센서는 구동측에 설치하는것이 편리 합니다. 3) 진동센서는 반드시 로터축에 대하여 법선방향의 강성이 높은곳에 설치하고 반금구조 표면에 설치는 피합니다 4) 모터측의 균형 맞춤이 완료된후 각 센서를 그림과 같은 위치에 설치하고 주축의 후면 균형 맞추기를 실시 합니다. 5) 고속 정밀 공작기계는 X, Y2면에서 다속도, 다면 수정을 추천합니다.

21 제목 회전체의 불균형 측정과 수정 8.3 필드 발란스 순서 1) 반사스티커와 시험추의 설치 각도는 상관관계가 없습니다.
8.3 필드 발란스 순서 1) 반사스티커와 시험추의 설치 각도는 상관관계가 없습니다. 2) 출하시 각도 눈금의 설정은 로타의 [회전방뱡에 증가]로 설정합니다. 타사제품도 동일하게 감소 방향으로 설정하는것이 가능함 3) 부가 측정(TEST1, 2)시험 봉의 설치 각도는 각각 임의의 각도에 장착 가능합니다. 즉 폐사 제품은 각 수정면의 시험 봉의 설치한 각도가 0° (분력의 경우는 첫번째) 되도록 자동적으로 보정 연산합니다. 4) 상기의 2항은 타사 제품과 같은 설정도 가능합니다. 그 경우에는 각 수정면에 설치한 시험추의 설치각도 차이를 정확히 입력하지 않으면 수정 오차가 발생하게 됩니다.

22 제목 회전체의 불균형 측정과 수정 8.4 범용 조속주축의 불균형 수정에 대하여
8.4 범용 조속주축의 불균형 수정에 대하여 아래 그림은 범용 고속주축위 예시로서 동적 불균형의 수정에 대한 주의점을 제시합니다. 1) 불균형 발생위치와 수정 면을 최대한 일치시키는 것이 주축인 품질·수정 작업 효율의 관점에서도 매우 중요합니다. 예를 들면 중앙부 인근의 불균형을 두 단면 부근에서 수정하면 고속 운전시에 종종 말썽을 일으킵니다(탄성 로터의 전형적인 거동) 2) 모터 회전부를 불균형 발생 부분으로 가정하고 A·B·C·D면의 4면 수정을 선택하였습니다. 수정 면 B·C에서 2면 수정을 하고 조립 후에는 수정면 A·D로 2면 수정하는 방법이 있습니다. 조립 후에도 내부수정면B, C에 나사를 취부하는 구조는 매우 유용합니다. 3) 시그마 전자의 SB-7702시리즈를 사용하면 수정면 A, B, C, D의 영향 계수를 한꺼번에 취득 연산할 수 있고 넓은 회전 속도 범위에서 확실한 진동 저감이 가능 합니다.

23 제목 회전체의 불균형 측정과 수정 8.5 탄성 로터의 부조화 수정 사례
1) 2면 발란싱은 축 방향에 분포하는 부조화(군)을 2개 균형판에 집약하고 균형 맞춥니다. 결과적으로 진동은 발생하지 않지만, 로타 내부에 분포한 부조화의 원심력이 내재하고 있습니다. 이대로 로타를 고속 회전시키면 내재한 원심력이 커지면서 로타가 변형하고 그 변형은 새로운 불균형을 발생시키고 진동이 일어납니다. 2) 이 변형을 무시할 수 로타를 "강성 로타"무시할 수 없는 회전을 "탄성 로터"라고 합니다 3) 즉 같은 회전에서도 회전 속도가 낮은 상태에서는 강성 로타지만 회전 속도가 높아지면 탄성 로터로 변신하게 됩니다 4) 이들은 후술의 "고속 스핀들의 새로운 발란싱 방법에서 "에서 해설합니다

24 제목 회전체의 불균형 측정과 수정 정적 불균형수정 계산예 9.1 초기진동 벡터값 획득
정적 불균형수정 계산예 9.1 초기진동 벡터값 획득 1) 로타를 회전시켜 최기진동 벡터 𝐴0（9.3𝜇𝑚, 212°）을 획득 한다. 2) 여기서 𝐴0 는 피 시험체의 구조, 취부상태, 수정면, 각 센서의 취부위치등이 변하지 않으면 일정한 값을 가진 벡터량 입니다.

25 제목 회전체의 불균형 측정과 수정 9.2 부가 진동 벡터량 획득
1) 회전체의 기존의 각도에 시험추 𝑈 ∗(0.2𝑔, 0°)를 부가하고 회전시킵니다 2) 이 때에 얻어진 진동 벡터를 부가 진동 벡터 𝐴 1이라고 부르며 A1=(7.8㎛, 161°)을 획득합니다

26 제목 회전체의 불균형 측정과 수정 그러므로 A2는 7.5㎛, 86°가 됩니다 9.3 영향 계수의 취득
1) 시험추 𝑈 ∗을 부가한 데 따른 베어링 진동에 미친 영향은 𝐴1 − 𝐴0 = 𝐴2 영향 계수 α = (A1-A0)/U* = A2 / U*가 된다 2) 여기서 벡터 A2는 하기의 계산식으로 구하는것이 가능하다. 그러므로 A2는 7.5㎛, 86°가 됩니다

27 제목 회전체의 불균형 측정과 수정 9.4 수정 불균형량의 산정(극 좌표 수정)
초기 진동 벡터 A0는 0으로 하기 위하여 U을 ㅇ얻어려면 다음 식이 성립합니다. 𝐴0+𝛼𝑈=0, 그래서 수정하는 불균형향은 다음식으로 됩니다. 𝑈𝑔=−𝐴0/𝛼=−𝐴0/𝐴2*(𝑈∗) 여기에서 실측치를 대입하면 𝑈𝑔=−(9.3/7.5)×0.2=0.25 𝑔 < 𝑈𝑎=−(212°−86°+0°)±180°=306° 시험추봉을 부가한 각도(0°)에서 회전 방향에 306° 각도로 수정추를 0.25𝑔을 부가하면 균형이 됩니다. 9.5 분력 좌표수정 1) 수정 방향이 한정된 회전체에서는 분력좌표 수정을 실시합니다. 예로서 그림에 분력좌표 수정을 표시합니다. 9-4의 극좌표 수정에서 얻은 ∠ 306, g을 8분력 좌표 수정에 적용하고 있습니다. 사인파 정리로 수정할 양을 구하면 2) 분력번호 (1)에는 U1, 분력번호 (2)번에는 U2를 부가하여 불균령을 수정하였다. 3) 실제 불균형 수정에는 그림의 각 분력번호에 나사를 설계하여 수정무게를 소정의 질량을 가진 나사를 취부하게 하면 좋다.

28 제목 회전체의 불균형 측정과 수정 9.6 발란스 수정의 예
9.6 발란스 수정의 예 그림과 같이 등각 분력의 수정, 극좌표수정의 예를 나타내었다. 그외에 부등분력의 수정이 있다

29 제목 회전체의 불균형 측정과 수정 고속 머시닝센터의 공구 발란스
주축 회전 속도가 높아 짐에 따라서 툴의 발란스 중요성이 증가합니다. 근래에는 30,000rpm은 고속 주축은 극히 보통의 회전 영역으로 알려졌으며 250,000rpm을 넘는 공작 기계도 출현하고 있습니다 그림과 같이 등각 분력의 수정, 극좌표수정의 예를 나타내었다. 그외에 부등분력의 수정이 있다 1) 고속 주축에서 주축 및 공구에 불균형이 있으면 치수 정밀도를 확보하기 어렵고 우수한 사상면을 얻는것도 어렵다 2) 불균형이 너무 크면 조기에 주축 축받이에 손상을 일으키고 보수비에 큰 비용과 시간을 보내게 됩니다 3) 극단적인 경우는 공구 수명을 50%이하로 줄이지도 있습니다 4) 10,000rpm이하의 저속 절삭에서 균형 조정은 그다지 중요한 문제가 아닙니다. 5) 일반적인 공작 주축의 균형 등급은 G1등급 입니다. 6) 초정밀 가공에 있어서의 툴 균형 균형 등급은 G0.4을 요구하고 있습니다. 12. 공구의 발란스 수정 방법 1) 일반적인 회전체의 균형을 바로잡는 방법은 드릴, 커터, 연삭에의하여 발란스 중량 제거하는 방법이 있습니다 2) 그러나 이 방법은 툴 홀더에는 실용적이지 않고 즉 공구를 교환하면 불균형 수정이 필요하게 됩니다만, 그때마다 공구 홀더를 절삭, 연삭 등의 가공을 하는 것은 불합리하다. 3) 툴 홀더에 균형 수정용 탭 구멍(6~12등배)을 가공한 툴 홀더가 시판되고 있다. 각 탭 구멍의 크기는 M2~M4로 이 구멍에 수정나사를 삽입합니다. 이 방법은 공구를 교환했을 때 쉽게 다시 발란싱이 가능합니다. 4) 초정밀 가공에 있어서는 4항의 방법만으로는 불충분하며 필드 발란서를 사용하여 기계의 기상에서 공작기계의 주축, 툴홀더 및 공구(인선)등 회전계 전체의 합성 언발란스를 수정하는 방법이 필요하다 13. 공구에 허용되는 허용 언발란스 량 1) 일본, 미국의 표준 규격(JIS B , ANSI)에 따르면 강체 로타의 발란싱량 등급은 그 최고 사용 회전 속도에 따라서 로타의 허용 잔류 언발란스량이 규정되어 있다 2) 이 규격에서는 11항의 제시처럼 로터의 그룹에 대응한 발란싱이 양호한 등급이 로타의 종류, 치수, 사용 회전수에 따라서 경험적으로 규정하고 있습니다 3) 발란싱 등급 𝐺은 허용잔류 불균형 𝑒(㎛)와 회전속도의 w의 곱입니다. 𝐺=𝑒×𝜔 으로 나타내고 있습니다 4) 한편 허용 잔류보다 부조화 𝑒(㎛) 는 e=𝑈(𝑔 ∙ mm)/M(kg)이므로 발란싱 등급 𝐺은 G= (𝑈/𝑀)×𝜔=(𝑈/ 𝑀)×2𝜋N/60이 됩니다. 5) 따라서 구하는 언발란싱 량은 𝑈 = 𝐺 ×𝑀 𝜔 = 9.55 × 𝐺 ×𝑀 𝑁(𝑟𝑝𝑚) 6) 일반적인 공구의 허용 언발란스 량은 G1.0, 공구의 질량을 3kg, 회전수를 50000rpm이면 𝑈 = 9.55 × 3000 𝑔 × 1.0 𝑚𝑚 𝑠 ÷ 𝑟𝑝𝑚 = 0.955(𝑔 ∙ 𝑚𝑚) 7) 초정밀 가공공구의 언발란싱량 U도 G0.4, 공구의 질량을 3kg, 회전수를 50000rpm이면 𝑈 = 9.55 × 3000(𝑔) × 0.74(𝑚𝑚 𝑠) ÷ 𝑟𝑝𝑚 = 0.229(𝑔 ∙ 𝑚𝑚)

30 제목 회전체의 불균형 측정과 수정 8) 6.7)항의 허용 불균형 질량은 주축계의 주축계의 합성 불균형 량을 의미함으로 매우 정밀하게 관리하여야 한다. 9) 고속 회전영역에 있어서 공구는 강체를 유지할수없는 탄성체이다. 따라서 이 회전 영역에서는 다속도 다면법에 의한 균형을 바로잡는 방법이 매우 유효한 발란싱 수정수단이 된다. 14. 선반에 있어서 이형물 가공의 주의점 1) 이형물을 척킹하고 주축을 고속 회전시켜 선반가공을 하면 , 그 부조화 진동에 의한, 캐나다 기사 정도가 낮아지는 것은 분명합니다. 이 문제를 해결하려면, 주축 및 이상형태의 워크를 척킹한 상태에서 발란싱수정을 실시하고 주축과 바이트의 진동을 억제할 필요가 있습니다 발란스 수정을 확실히 실시하면 진동은 저하하고 주축 회전 수를 높이는 일이 가능하므로 생산성이 향상되어 가공정도도 개선됩니다. 공구위 수명도 대폭 개선된다,(50% 이상 수명증가도 보고 되고 있다)

31 제목 회전체의 불균형 측정과 수정 발란싱 량 ( ISO 1940, JIS0905)
발란싱균형 시험기의 정밀도의 극한까지 맞추는 것은 비경제적입니다. 어디까지 발란싱하는것이 최선(경제적으로도 기술적으로도)이 되는 값은 회전 기계의 종류마다, JIS B0905(강성 로타의 균형량)에 규정되고 있습니다.

32 제목 회전체의 불균형 측정과 수정 16. 발란싱 정도 표시 방법과 등급

33 제목 회전체의 불균형 측정과 수정 17. 허용 불균형 계산 • 회전기기의 허용량(허용불균형) 계산법
회전기기의 balance 등급 및 사용최고 회전수에 의해 수정면 편심의 허용값이 정해진다. ε (수정면편심, ㎛) = G X 9550 ÷ N 이와 같이 계산된 수정면 편심으로부터 허용량이 계산된다 • G: 등급수 • n : 최고회전수(rpm) • ε : 허용편심 • W: 제품중량 • d : 수정반경 허용량(g) = ε X W ÷ d (1) 단면수정 허용량 계산법 그림과 같이 회전체가 축의 끝에서 사용되는 경우 단면 수정을 한다.(fan, impeller, disk 등) 예)impeller 가 외경 Φ500(수정반경 200) , 중량 40kg, 최고회전수 1800r.p.m 일때 제품의허용량(단 등급은 6.3) ε(수정면편심) = 6.3(등급) X 9550(상수) ÷ 1800(사용최고 r.p.m) = ㎛ 따라서, 허용량 = X 40 (제품의 전체중량, kg) ÷ 200 = 6.68g (2) 양면수정 허용량 계산법 그림과 같이 베어링이 회전체의 양끝을 지지하는 경우 양면수정을 한다. (roller,Motor shaft 등) 단, 단면사용 제품이더라도 양면수정이 요구되는 경우도 있다. 예)roller 가 외경 Φ300(수정반경Φ120) , 중량 100kg, 최고회전수 1000r.p.m 일때 제품의 허용량(단, 등급은 6.3) ε(수정면편심) = 6.3(등급) X 9550(상수) ÷ 1000(사용최고 r.p.m) = ㎛ 허용량 = X 100 (제품중량, kg) ÷ 120 (수정반경) = gram 하지만 양면수정이므로 위에서 계산된 허용량을 반으로 나눈다. 따라서 허용량은 제품중심으로부터 왼쪽 20.06g, 오른쪽 20.06g 이 된다.

34 제목 회전체의 불균형 측정과 수정 Calculation of Trial Weight Wt= W R *rE /100r

35 제목 회전체의 불균형 측정과 수정 각종 기계의 진동 평가기준

36 제목 회전체의 불균형 측정과 수정

37 제목 회전체의 불균형 측정과 수정