공작기계의 고장모드 해석에 관한 연구
A Study on Failure Mode Analysis of Machine Tools
- 발행기관 아주대학교 대학원
- 지도교수 이수훈
- 발행년도 2005
- 학위수여년월 2005. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 본문언어 한국어
초록/요약
신뢰성(reliability)이란 제품을 구성하는 재료, 부품, 제품 또는 소프트웨어가 고장 혹은 오류 없이 운용될 가능성의 정도를 나타내는 정성적 기준을 나타내며, 이러한 신뢰성 평가를 통해 미래의 품질이나 고장을 예측하고, 보증할 수 있다. 공작기계 시스템은 수많은 기계와 전자 부품으로 구성되어 있으며 개개의 부품이 서로 연계되어 전체 시스템의 기능을 발휘하게 되므로 각 부품의 신뢰성이 전체 시스템의 신뢰성을 결정하는 중요한 요소가 된다. 기계류의 경우 신뢰성의 여러 평가기법 중 고장이 발생하는 횟수가 상대적으로 적고 고장의 구분이 불명확한 경우가 많아 부품에 발생 할 수 있는 고장의 형태와 그 고장으로 인한 시스템의 영향을 분석하는 고장모드영향분석법(FMEA)을 이용한 신뢰성 평가가 연구되고 있다. 기계시스템의 신뢰성 평가 및 예측을 위하여 기존의 신뢰성 자료를 활용할 수도 있지만 국내의 경우 이에 대한 자료가 거의 전무한 실정이고 따라서 신뢰성 시험이나 현장의 고장 이력데이터 등을 이용하여 고장율이나 평균고장시간을 예측하여야만 한다. 본 연구에서는 공작기계의 신뢰성평가를 위하여 고장 이력데이터가 있는 경우 고장율이나 평균고장시간을 추출하는 웹 프로그램을 개발하였고, 고장 이력데이터 확보가 어려울 때 공작기계의 성능평가나 주축 진동 측정 시험을 이용하여 고장모드를 예측하는 웹 기반 해석 프로그램을 개발하였다. 또한 생산 공정에서 경제적인 측면에서 큰 비용을 차지하고 제품의 품질과 생산성에 직결된 공구수명에 대한 예측 프로그램을 개발하였다. 프로그램들과 관련된 모든 정보는 데이터베이스화되도록 하였다. 개발된 프로그램의 관련부품과 고장모드의 명칭은 표준화를 위하여 선행 연구된 머시닝센터의 분류도를 바탕으로 고장모드 데이터베이스인 FMD-97을 참고하였다.
more초록/요약
The reliability data analysis for components of CNC machining center is studied in this paper. The failure data of mechanical part is analyzed by Exponential, Weibull, and Log-normal distributions. And then, the optimum failure distribution model is selected by goodness of fit test. The reliability data analysis program is developed with ASP language to use on the Internet. The failure rate, MTBF, life, and failure mode of mechanical parts are estimated and searched by this program. The failure data and analysis results are stored in the database. In view of reliability assessment, the failure mode analysis by performance tests for machine tools is researched in this study. First, the error analysis with circular movement test data is studied. The various errors and their origins are analyzed by the error equations and then related parts and failure modes are investigated. Second, This paper deals with analysis of vibration testing for machine tools spindle. The various frequency components are classified by fourier transform and order analysis. The simple measuring devices and web-based analysis programs for each test are also developed. The prediction for tool life is one of the most important factors for increasing the reliability, stability, and productivity of manufacturing system. This paper deals with a prediction method of tool life in view of the reliability assessment. In this study, the flank wear was studied among multi-factors deciding the tool wear state. First tool life was predicted by correlation between flank wear and cutting time, based on the extended Taylor tool life equation of turning data, including parameters of cutting speed, feed rate, and cutting depth. Second each of cutting conditions of end-milling was equivalently converted to apply ball end-mill data to the extended Taylor equation. The web-based prediction program for tool life was developed as one of the reliability assessment programs to for the machine tools.
more목차
본문차례
1. 서론 = 1
2. 고장모드 해석 모듈 = 3
2-1. 고장분포함수의 추정과 검정 = 3
2-2. 신뢰성 데이터 해석 프로그램의 개발 = 5
2-2-1. 고장 분포 해석 = 6
2-2-2. 고장모드 빈도검색 = 8
2-2-3. 고장 분포 검색 = 8
3. 공작 기계의 성능 평가 = 10
3-1. 원운동 정밀도를 이용한 고장모드해석 = 10
3-1-1. 측정 시스템 = 10
3-1-2. 오차 성분의 모델링과 해석 = 11
3-1-3. 원운동 정밀도 측정 시험과 해석 = 12
3-1-4. 원운동 데이터 고장모드 해석을 위한 웹 기반 프로그램 개발 = 15
3-2. 주축 진동 시험 데이터의 고장모드해석 = 18
3-2-1. 주파수 분석과 고장모드 = 18
3-2-2. 주축 진동 측정 시험 및 해석 = 18
3-2-3. 진동 데이터 고장모드 해석을 위한 웹 기반 프로그램 개발 = 22
4. 공구 수명 예측기술 개발 = 24
4-1. 공구 마모와 공구 수명식 = 24
4-1-1. 공구의 마모 = 24
4-1-2. 공구 마모의 진단법 = 26
4-1-3. 공구 수명식 = 28
4-2. 공구 수명 실험 = 34
4-2-1. 실험 방법 = 34
4-2-2. 공구 수명식 지수 결정 = 36
4-2-3. 공구 수명식의 검증 = 37
4-3. 공구 수명 예측 프로그램 개발 = 39
5. 결론 = 45
