In this thesis, a formulation of structural analysis and optimal design for horizontal machining center has been suggested. For modeling the built-up structure of the column that has a simple pattern of stiffeners, an equivalent plate structure is proposed based on static stiffness. Static response for various loads and frequency characteristics are compared with those of an elaborate model of the original structure. As for the machine tool bed, a detail model is generated. Deformation patterns of the upper surface of the bed have been studied with respect to the ways of supporting in terms of the number of supports. Especially for the 3 point support case, the thickness of stiffeners is optimized to minimize deflection of the cutting tool position relative to a reference point in the bed. The mass is constrained within that of the basis design.
It is found that the equivalent plate model of the column predicts static responses and frequencies well and its use enhances numerical efficiency. The optimal design solution obtained has been very reasonable. Thus the proposed optimal design formulation can serve as a useful design approach for machine tools as considered here.
본 논문에서는 수평형 머시닝센터에 대한 구조해석과 최적설계에 대하여 다루었다. 일정한 패턴을 가지고 배치된 커럼 내부의 보강재를 모델링 하기 위하여 정적 강성에 근거한 등가쉘요소를 사용하는 방법을 제안하였다. 등가쉘요소를 이용한 모델의 여러 하중에 대한 정적 응답과 주파수 특성을 상세모델의 특성과 비교하였다. 베드는 실제 구조에 가깝게 모델을 구축하였다. 베드를 지지하는 개수를 변화시키면서 베드 상면의 변형패턴을 그 영향을 파악하였다. 특히 3점 지지의 경우에 베드상의 기준점에 대한 공구의 처짐을 최소화하는 내부보강재의 치수를 구하기 위하여 최적설계를 수행하였다. 이 때 총 질량이 보존되도록 구속하였다. 본 연구에서 등가쉘요소를 이용한 모델로 정적 응답과 주파수특성을 비교적 정확하게 예측할 수 있으며 해석시간의 단축으로 수치해석의 효율을 높일 수 있었다. 구해진 최적설계의 해는 상당히 타당하며 본 연구에서 수행된 최적화의 과정이 공작기계를 설계할 때 사용될 수 있는 유용한 방법이 될 수 있으리라고 본다.
