KR102345794B1 - Method for designing a drill for composite head with improved dust suction performance and the drill for composite head designed thereby and the composite head using the drill - Google Patents
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Abstract
본 발명은 분진 흡입 성능이 향상된 복합헤드용 드릴부의 설계 방법, 이에 의하여 설계된 복합헤드용 드릴부 및 이를 포함하는 복합헤드에 관한 것이다.
본 발명의 분진 흡입 성능이 향상된 복합헤드용 드릴부의 설계 방법은 드릴하우징을 구비하는 드릴부와 워터젯이 각각 복합헤드에 설치되고, 상기 드릴하우징은 배출관이 일측면에 형성된 상부하우징과 상기 상부하우징 하부에 형성된 하우징연결관과 상기 하우징연결관의 하부에 형성된 하부하우징 및 상기 상부하우징과 상기 배출관 사이에 형성되는 연결관을 포함하는 복합헤드용 드릴부 설계 방법으로, 상기 드릴부의 형상을 고려하여 목적함수 및 설계변수 결정 단계; 상기 설계 변수의 상한 및 하한값을 결정하는 설계 영역 선정단계; 상기 선정된 설계 영역에서 설계 변수를 조합하는 단계; 상기 조합된 설계 변수 중에서 2k요인실험법에 의해 상기 목적함수에 주요한 영향을 미치는 주요 설계 변수 결정 단계; 상기 선정된 설계영역에서 수치해석 단계 및 상기 수치해석결과를 통해 상기 설계영역에서 최적점을 탐색하는 단계를 포함한다. The present invention relates to a method for designing a drill part for a composite head with improved dust suction performance, a drill part for a composite head designed thereby, and a composite head including the same.
In the method of designing a drill part for a composite head with improved dust suction performance of the present invention, a drill part and a water jet having a drill housing are installed in the composite head, respectively, and the drill housing has an upper housing having a discharge pipe formed on one side and a lower part of the upper housing A method for designing a drill part for a compound head including a housing connector formed in the , a lower housing formed under the housing connector, and a connector formed between the upper housing and the discharge pipe, an objective function in consideration of the shape of the drill part and a design variable determination step; a design region selection step of determining upper and lower limits of the design variables; combining design variables in the selected design area; determining a major design variable having a major influence on the objective function by a 2k factorial experiment method among the combined design variables; Numerical analysis in the selected design area and searching for an optimal point in the design area through the numerical analysis result.
Description
본 발명은 분진 흡입 성능이 향상된 복합헤드용 드릴부의 설계 방법, 이에 의하여 설계된 복합헤드용 드릴부 및 이를 포함하는 복합헤드에 관한 것이다.The present invention relates to a method for designing a drill part for a composite head with improved dust suction performance, a drill part for a composite head designed thereby, and a composite head including the same.
근래에 항공기, 자동차, 디스플레이 산업에서 글로벌 환경규제에 따른 경량화 요구가 증가하면서 다양한 산업에서 탄소섬유복합재의 사용이 급속하게 증가하고 있다. 여기서, 탄소섬유복합재(Carbon Fiber Reinforced Plastics, CFRP)는 탄소섬유와 플라스틱 수지로 이루어진 복합소재로써, 일반적으로 사용되는 강철 소재에 비해 인장강도는 약 2배 높고 밀도는 25% 이하로써, 기계적 성질이 우수하고 무게는 가벼운 특징을 가지고 있다. In recent years, the use of carbon fiber composites is rapidly increasing in various industries as the demand for weight reduction according to global environmental regulations increases in the aircraft, automobile, and display industries. Here, Carbon Fiber Reinforced Plastics (CFRP) is a composite material made of carbon fiber and plastic resin. Compared to commonly used steel materials, the tensile strength is about 2 times higher and the density is 25% or less, so the mechanical properties are poor. It has excellent features and is light in weight.
그런데, 탄소섬유복합재의 가공으로 인해 발생하는 CFRP 분진은 품질뿐 만 아니라 작업 환경까지 저하시키며, 작업자의 호흡기로 직접 유입되는 경우 각종 호흡기질환을 유발하게 되며, CFRP 분진은 호흡기 외에도 안구에 유입되어 각종 안(眼)질환을 발병 시킬 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 드릴링 헤드와 워터젯 헤드를 모두 장착한 복합가공헤드를 개발하여 품질 및 작업환경을 개선하고 있는 추세이다.However, the CFRP dust generated by the processing of carbon fiber composites deteriorates not only the quality but also the work environment, and when directly introduced into the respiratory tract of the worker, causes various respiratory diseases. It can cause eye disease. In order to solve this problem, the quality and working environment have been improved by developing a multi-tasking head equipped with both a drilling head and a waterjet head.
공작물의 중요 가공 방법인 드릴링(Drilling), 라우팅(Routing)을 작업할 수 있는 드릴링, 그리고 공작물을 절단(Cutting)할 수 있는 워터젯이 동시에 있는 겐트리 타입(Gantry type) 복합 공작기계는 드릴링 및 워터젯이 하나의 크로스레일 상에 각각 별도로 설치되는 구조를 갖는다.A gantry type complex machine tool that has both drilling, which is an important processing method of a workpiece, drilling that can work with routing, and a waterjet that can cut the workpiece at the same time. It has a structure in which each is separately installed on one cross rail.
이와 같은 종래의 복합헤드에는 대한민국 등록특허공보 제10-2028904호의 "드릴링 및 워터젯 복합헤드"(이하, 종래기술이라 칭함)가 있다.As such a conventional composite head, there is a "drilling and waterjet composite head" (hereinafter referred to as a prior art) disclosed in Korean Patent Registration No. 10-2028904.
이렇게 드릴링 및 워터젯이 구비되는 복합헤드는 CFRP 분진을 흡입할 때 압력손실이 발생하여 분진을 흡입할 수 있는 효과가 낮아져 CFRP 분진이 전자기기 및 기기장치 내부로 이동함으로써 장치의 고장 및 화재 등의 문제가 발생되었다.In this way, the composite head equipped with drilling and waterjet causes a pressure loss when suctioning CFRP dust, which lowers the effect of inhaling the dust. has occurred
상기와 같은 기술적 배경을 바탕으로 안출된 것으로, 본 발명은 CFRP가 가공되는 동안 분진을 가두고, CFRP 분진 흡입 시 압력 손실을 최소화할 수 있는 드릴부의 형상을 도출하여 드릴부를 설계하도록 함으로써, 압력손실을 최소화시킬 수 있는 분진 흡입 성능이 향상된 복합헤드용 드릴부의 설계 방법, 이에 의하여 설계된 복합헤드용 드릴부 및 이를 포함하는 복합헤드를 제공하고자 한다.It was devised based on the technical background as described above, and the present invention traps dust while CFRP is being processed, and draws a shape of the drill part that can minimize the pressure loss when CFRP dust is sucked to design the drill part, so that the pressure loss An object of the present invention is to provide a method for designing a drill part for a compound head with improved dust suction performance that can minimize
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 분진 흡입 성능이 향상된 복합헤드용 드릴부의 설계 방법은 드릴하우징을 구비하는 드릴부와 워터젯이 각각 복합헤드에 설치되고, 상기 드릴하우징은 배출관이 일측면에 형성된 상부하우징과 상기 상부하우징 하부에 형성된 하우징연결관과 상기 하우징연결관의 하부에 형성된 하부하우징 및 상기 상부하우징과 상기 배출관 사이에 형성되는 연결관을 포함하는 복합헤드용 드릴부 설계 방법으로, 상기 드릴부의 형상을 고려하여 목적함수 및 설계변수 결정 단계; 상기 설계 변수의 상한 및 하한값을 결정하는 설계 영역 선정단계; 상기 선정된 설계 영역에서 설계 변수를 조합하는 단계; 상기 조합된 설계 변수 중에서 2k요인실험법에 의해 상기 목적함수에 주요한 영향을 미치는 주요 설계 변수 결정 단계; 상기 선정된 설계영역에서 수치해석 단계 및 상기 수치해석결과를 통해 상기 설계영역에서 최적점을 탐색하는 단계를 포함할 수 있다. In order to achieve the above object, in the present design method of the drill part for the composite head with improved dust suction performance, a drill part and a water jet having a drill housing are installed in the composite head, respectively, and the drill housing is an upper part having a discharge pipe formed on one side. A method for designing a drill part for a compound head comprising a housing and a housing connection pipe formed under the upper housing, a lower housing formed under the housing connection pipe, and a connection pipe formed between the upper housing and the discharge pipe, wherein the drill part determining the objective function and design variables in consideration of the shape; a design region selection step of determining upper and lower limits of the design variables; combining design variables in the selected design area; determining a major design variable having a major influence on the objective function by a 2k factorial experiment method among the combined design variables; It may include a step of numerical analysis in the selected design area and the step of searching for an optimal point in the design area through the numerical analysis result.
상기 목적함수는 압력 손실률(p)이고, 상기 설계변수는 상기 목적함수에 영향을 미칠 수 있는 상기 드릴하우징의 하단부의 직경(D1), 상기 하부하우징의 상하방향의 길이인 제1 높이(L1), 상기 상부하우징의 상하방향의 길이인 제2 높이(L2) 및 상기 드릴하우징과 상기 배출관 사이에 위치한 상기 연결관의 길이(T1)일 수 있다. The objective function is a pressure loss rate (p), and the design variable is a diameter (D1) of the lower end of the drill housing that can affect the objective function, and a first height (L1) that is a length in the vertical direction of the lower housing , a second height (L2) that is a length in the vertical direction of the upper housing and a length (T1) of the connection pipe located between the drill housing and the discharge pipe.
상기 설계 변수의 상한 및 하한값을 결정하는 설계 영역 선정단계에서 상기 직경(D1)은 68 mm 이상 140 mm 이하이고, 연결관의 길이(T1)는 5 mm 이상 15 mm 이하이고, 제1 높이(L1)는 45 mm 이상 65 mm 이하이고, 제2 높이(L2)는 67 mm 이상 87 mm 이하일 수 있다. In the design area selection step of determining the upper and lower limits of the design variable, the diameter (D1) is 68 mm or more and 140 mm or less, the length (T1) of the connecting pipe is 5 mm or more and 15 mm or less, and the first height (L1) ) may be 45 mm or more and 65 mm or less, and the second height L2 may be 67 mm or more and 87 mm or less.
상기 조합된 설계 변수 중에서 2k요인실험법에 의해 상기 목적함수에 주요한 영향을 미치는 주요 설계 변수 결정 단계에서는 상기 직경(D1), 연결관의 길이(T1), 제1 높이(L1) 및 제2 높이(L2)를 조합하여 상기 목적함수의 민감도를 파악할 수 있다. Among the combined design variables, the diameter (D1), the length of the connecting pipe (T1), the first height (L1), and the second height in the step of determining the main design variables that have a major influence on the objective function by the 2k factor experiment method (L2) can be combined to determine the sensitivity of the objective function.
상기 수치해석결과를 통해 상기 설계영역에서 최적점을 탐색하는 단계에서는 상기 선정된 설계 영역에서 형성되는 저항곡선과 압력곡선의 기울기와 접점을 통해 상기 최적점을 탐색할 수 있다. In the step of searching for the optimum point in the design area through the numerical analysis result, the optimum point may be searched through the slope and contact point of the resistance curve and the pressure curve formed in the selected design area.
상기 수치해석 결과를 통해 설계영역에서 최적점을 탐색하는 단계는 수치해석을 통해 최적의 설계변수 값을 결정하고 최적의 형상을 결정할 수 있다. In the step of searching for an optimal point in the design area through the numerical analysis result, an optimal design variable value can be determined through a numerical analysis and an optimal shape can be determined.
상기 설계 영역 선정단계는 상기 설계변수에 대한 목적함수를 결정하기 위해 경계 조건을 고정하는 경계 조건 고정단계를 더 포함할 수 있다. The design region selection step may further include a boundary condition fixing step of fixing a boundary condition to determine the objective function for the design variable.
상기 드릴하우징의 하단부에서 대기압 조건이고, 상기 배출관에서 질량유량이며, 작동유체가 25℃의 공기로 고정될 수 있다. Atmospheric pressure at the lower end of the drill housing, the mass flow rate in the discharge pipe, the working fluid may be fixed to 25 ℃ air.
상기 최적점은 상기 직경(D1)이 140 mm, 상기 연결관의 길이(T1)은 15 mm, 상기 제1 높이(L1)는 45 mm, 상기 제2 높이(L2)는 87 mm일 수 있다. The optimal point may be 140 mm in diameter D1, 15 mm in length T1 of the connector, 45 mm in first height L1, and 87 mm in second height L2.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 분진 흡입 성능이 향상된 복합헤드용 드릴부의 설계 방법에 의하여 설계된 복합헤드용 드릴부는 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 따른 분진 흡입 성능이 향상된 복합헤드용 드릴부의 설계 방법에 의하여 설계된 복합헤드용 드릴부일 수 있다. In order to achieve the above object, the drill part for the compound head designed by the design method of the drill part for the compound head with improved dust suction performance is for a compound head with improved dust suction performance according to any one of
상기 하우징연결관은 상부에서 하부로 갈수록 단면적이 작아지도록 형성될 수 있다. The housing connection pipe may be formed to have a smaller cross-sectional area from the top to the bottom.
상기 배출관의 중심부에 형성된 제1 중심축은 상기 상부하우징의 제1 높이의 제2 중심축과 동일선상에 위치하도록 배치될 수 있다. A first central axis formed in the center of the discharge pipe may be disposed to be positioned on the same line as a second central axis of a first height of the upper housing.
상기 연결관은 소정의 각도로 경사지게 형성되어 상기 연결관의 단면적은 상기 드릴하우징에서 상기 배출관 쪽으로 갈수록 점차 작아지도록 형성될 수 있다. The connecting pipe may be formed to be inclined at a predetermined angle so that the cross-sectional area of the connecting pipe becomes gradually smaller toward the discharge pipe from the drill housing.
상기 연결관은 30도 내지 60도로 경사지게 형성될 수 있다. The connecting pipe may be inclined at 30 degrees to 60 degrees.
상기 연결관은 45도로 경사지게 형성될 수 있다. The connector may be inclined at 45 degrees.
상기 상부하우징, 상기 하부하우징 및 상기 하우징연결관은 동일한 직경으로 형성될 수 있다. The upper housing, the lower housing, and the housing connection pipe may have the same diameter.
상기 연결관의 길이(T1)는 수평길이를 나타내는 제1 수평길이(X1) 및 수직길이를 나타내는 제1 수직길이(Y1)를 포함하고, 상기 제1 수평길이와 상기 제1 수직길이의 비율은 1 : 1일 수 있다. The length T1 of the connector includes a first horizontal length X1 indicating a horizontal length and a first vertical length Y1 indicating a vertical length, and the ratio of the first horizontal length to the first vertical length is It can be 1:1.
상기 드릴부는, 상기 드릴부재 상부에 상기 드릴부재가 상하로 이동 가능하도록 연결되는 이동부재를 포함할 수 있다. The drill part may include a moving member connected to the upper part of the drill member so that the drill member can move up and down.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 분진 흡입 성능이 향상된 복합헤드용 드릴부의 설계 방법에 의하여 설계된 복합헤드용 드릴부를 포함하는 복합헤드는 제10 항 내지 제18 항 중 어느 한 항에 따른 복합헤드용 드릴부를 포함하는 복합헤드일 수 있다. In order to achieve the above object, the compound head including the drill part for the compound head designed by the design method of the drill part for the compound head with improved dust suction performance is for the compound head according to any one of
본 발명에 따른 분진 흡입 성능이 향상된 복합헤드용 드릴부의 설계 방법은 압력손실을 최소화하는 드릴부의 형상을 도출하여 분진 흡입 성능이 향상된 복합헤드용 드릴부를 설계할 수 있도록 함으로써, 압력손실을 최소화시킬 수 있다. The design method of the drill part for the compound head with improved dust suction performance according to the present invention can minimize the pressure loss by deriving the shape of the drill part that minimizes the pressure loss to design the drill part for the compound head with the improved dust suction performance. have.
본 발명에 따른 분진 흡입 성능이 향상된 복합헤드용 드릴부의 설계 방법에 의하여 설계된 복합헤드용 드릴부를 포함하는 복합헤드는 하나의 헤드로 작업대상물인 탄소섬유 복합재를 용이하게 가공 또는 절삭할 수 있다.A composite head including a drill part for a composite head designed by the method for designing a drill part for a composite head with improved dust suction performance according to the present invention can easily process or cut a carbon fiber composite material as a work object with one head.
본 발명에 따른 분진 흡입 성능이 향상된 복합헤드용 드릴부의 설계 방법에 의하여 설계된 복합헤드용 드릴부는 드릴하우징에 연결관이 연결되어 가공 또는 절삭할 때 발생하는 분진을 효과적으로 흡입할 수 있다.The drill part for the compound head designed by the design method of the drill part for the compound head with improved dust suction performance according to the present invention can effectively suck the dust generated when the connection pipe is connected to the drill housing and processed or cut.
본 발명에 따른 분진 흡입 성능이 향상된 복합헤드용 드릴부의 설계 방법에 의하여 설계된 복합헤드용 드릴부는 이동부재가 작업대상물을 가공하기 위한 드릴부재를 상하로 이동시켜 작업대상물을 용이하게 드릴링 할 수 있다.The drill part for the compound head designed by the design method of the drill part for the compound head with improved dust suction performance according to the present invention allows the moving member to move the drill member for processing the work object up and down to easily drill the work object.
본 발명에 따른 분진 흡입 성능이 향상된 복합헤드용 드릴부의 설계 방법에 의하여 설계된 복합헤드용 드릴부는 하부하우징의 하단부에 분진흡입구가 형성되어 작업대상물을 드릴링 할 때 발생하는 분진을 용이하게 흡입할 수 있다.The drill part for the compound head designed by the design method of the drill part for the compound head with improved dust suction performance according to the present invention is formed with a dust suction port at the lower end of the lower housing, so that the dust generated when drilling the workpiece can be easily sucked. .
본 발명에 따른 분진 흡입 성능이 향상된 복합헤드용 드릴부의 설계 방법에 의하여 설계된 복합헤드용 드릴부는 연결관의 제1 수평길이 및 제1 수직길이가 1:1 비율로 형성됨으로써, 분진의 흡입 시 발생되는 저항을 최소화시켜 압력손실을 감소시킴으로써, 분진이 용이하게 흡입되도록 할 수 있다.The drill part for the compound head designed by the design method of the drill part for the compound head with improved dust suction performance according to the present invention is formed in a 1:1 ratio of the first horizontal length and the first vertical length of the connecting pipe, so that when dust is sucked By reducing the pressure loss by minimizing the resistance, the dust can be easily sucked in.
본 발명에 따른 분진 흡입 성능이 향상된 복합헤드용 드릴부의 설계 방법에 의하여 설계된 복합헤드용 드릴부는 분진의 흡입이 용이하게 이루어 질 수 있으면서도, 기존의 하우징을 최소한으로 변경하여, 제작 시 발생하는 추가적인 비용을 절감시킬 수 있다.The drill part for the compound head designed by the design method of the drill part for the compound head with improved dust suction performance according to the present invention can easily inhale dust, and by changing the existing housing to a minimum, additional cost incurred during manufacturing can reduce
도 1은 본 발명의 분진 흡입 성능이 향상된 복합헤드용 드릴부의 설계 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 복합헤드용 드릴부를 포함하는 복합헤드의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 드릴부의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 드릴부의 설계변수를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 드릴부를 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 드릴부를 나타낸 단면도이다.
도 7은 기준 드릴부를 나타낸 것이다.
도 8은 드릴부의 경계조건을 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 드릴부의 설계변수 변화에 따른 압력손실 변화를 주 효과 도포(Main effects plot)를 이용하여 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 드릴부의 압력손실을 최소화하기 위한 것을 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명에 따른 드릴부의 각각의 실시예들과 기준 드릴부를 비교하여 나타낸 것이다.
도 12은 본 발명에 따른 드릴부의 각각의 실시예들과 기준 드릴부의 압력손실을 비교한 것을 나타낸 것이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 드릴부의 격자테스트의 결과를 나타낸 그래프이다.
도 14는 본 발명의 제1 실시예에 따른 드릴부의 저항곡선과 압력곡선을 비교한 그래프이다.
도 15는 설계변수의 변화에 따른 저항곡선을 비교한 그래프이다.
도 16은 설계변수의 압력손실에 미치는 정도를 나타낸 그래프이다.
도 17는 기준 드릴부의 내부유동흐름을 나타낸 도면이다.
도 18는 본 발명의 제3 실시예에 따른 드릴부의 내부유동흐름을 나타낸 도면이다.
도 19는 본 발명에 따른 드릴부의 각각의 실시예들과 기준 드릴부의 압력 손실 정도에 따른 압력손실정도를 나타낸 그래프이다.1 is a flowchart illustrating a design method of a drill part for a composite head with improved dust suction performance of the present invention.
Figure 2 is a side view of a compound head including a drill part for the compound head of the present invention.
3 is a cross-sectional view of a drill part according to the first embodiment of the present invention.
4 is a view showing the design parameters of the drill part according to the first embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view showing a drill part according to a second embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view showing a drill part according to a third embodiment of the present invention.
7 shows a reference drill part.
8 shows the boundary conditions of the drill part.
9 is a graph showing a change in pressure loss according to a change in design parameters of the drill part according to the first embodiment of the present invention using a main effect plot.
10 is a view showing for minimizing the pressure loss of the drill part according to the first embodiment of the present invention.
11 shows a comparison of the respective embodiments of the drill part according to the present invention and the reference drill part.
Figure 12 shows a comparison of the pressure loss of each of the drill part according to the present invention and the reference drill part.
13 is a graph showing the results of the grid test of the drill part according to an embodiment of the present invention.
14 is a graph comparing a resistance curve and a pressure curve of the drill part according to the first embodiment of the present invention.
15 is a graph comparing resistance curves according to changes in design variables.
16 is a graph showing the degree of influence of design variables on pressure loss.
17 is a view showing the internal flow flow of the reference drill part.
18 is a view showing the internal flow of the drill part according to the third embodiment of the present invention.
19 is a graph showing the degree of pressure loss according to the respective embodiments of the drill part according to the present invention and the degree of pressure loss of the reference drill part.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are assigned to the same or similar components throughout the specification.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. In the present specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that it does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
먼저, 도2 내지 도6을 참조하여 복합헤드용 드릴부 및 이를 포함하는 복합헤드에 대해 설명한 후, 분진 흡입 성능이 향상된 복합헤드용 드릴부의 설계 방법(S100)에 대해 설명하기로 한다. First, a drill part for a compound head and a compound head including the same will be described with reference to FIGS. 2 to 6, and then a design method (S100) of a drill part for a compound head with improved dust suction performance will be described.
도 2는 본 발명의 분진 흡입 성능이 향상된 복합헤드용 드릴부의 설계 방법에 의하여 설계된 복합헤드용 드릴부를 포함하는 복합헤드의 정면도이다.2 is a front view of a composite head including a drill part for a composite head designed by the design method of a drill part for a composite head with improved dust suction performance of the present invention.
도 2를 참고하면, 본 발명의 복합헤드용 드릴부를 포함하는 복합헤드(100)는 압력손실을 최소화하여 탄소섬유복합재의 분진의 흡입성능을 향상시킬 수 하기 위해서 바디부(110), 구동부(120), 회전부(130), 워터젯(150) 및 드릴부(170)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2 , the
또한, 본 발명에 따른 복합헤드(100)는 탄소섬유복합재(Carbon Fiber Reinforced Plastics, CFRP)를 가공할 때 발생하는 분진을 가공과 동시에 흡입하여 미세하게 외부로 배출되는 것을 방지하여 장비의 고장 및 화재 발생을 사전에 예방할 수 있다.In addition, the
본 발명의 복합헤드(100)는 공작물의 가공 공정에 따라 드릴부(170) 및 워터젯(150)의 사용을 전환하여, 좌우 방향을 따라 이동하는 구간 전체에서 드릴링 공정 및 절삭 공정의 전환 및 각 공정의 수행이 가능하다.The
한편, 바디부(110)는 내부에 회전부(130)가 결합될 수 있도록 수용부(미도시)가 형성될 수 있다. 바디부(110)의 하단부는 단면이 반원형상으로 형성될 수 있다. 바디부(110)의 상부에는 원기둥 형상으로 형성된 구동부(120)가 연결되어 회전부(130)를 바디부(110)를 기준으로 좌우로 회전시킬 수 있다.On the other hand, the
구동부(120)는 내부에 샤프트(미도시)를 회전시키는 구동모터(미도시)가 설치될 수 있다. 이때 샤프트는 회전부(130)와 연결되어 구동모터의 구동력을 회전부(130)로 전달할 수 있다. 또한, 구동부(120)는 내부에 구동모터를 바디부(110)와 연결하는 베어링, 케이싱, 연결보스, 볼트 등의 부품이 설치될 수 있다.A driving motor (not shown) for rotating a shaft (not shown) may be installed in the
회전부(130)는 바디부(110)의 하단부에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 이때 회전부(130)는 소정의 각도 범위로 좌우 왕복 회전할 수 있다. 회전부(130)의 좌측면에는 워터젯(150)이 설치될 수 있고, 회전부(130)의 하측면에는 드릴부(170)가 설치될 수 있다. 회전부(130)의 내부에는 바디부(110)와 연결되는 가공모터(미도시)가 설치되어 드릴부(170) 및 워터젯(150)에 구동력을 제공할 수 있다. The
워터젯(150)은 공작물을 절삭 또는 가공하기 위해서 회전부(130)의 좌측면에 돌출 형성될 수 있다. 이때, 워터젯(150)은 회전부(130)의 내부에 설치되는 가공모터와 연결되고 물과 연마제를 외부에서 공급받아 분사할 수 있다. The
워터젯(150)은 탄소섬유복합재 등의 공작물에 물 또는 연마제 등을 분사하여 절삭 가공할 수 있다. 회전부(130)에는 워터젯(150)과 직교하는 위치에 드릴부(170)가 설치될 수 있다.The
드릴부(170)는 탄소섬유복합재 등의 공작물에 구멍을 뚫거나 가공함과 동시에 발생되는 분진을 흡입할 수 있다.The
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 드릴부의 단면도이고, 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 드릴부를 나타낸 단면도이며, 도 6는 본 발명의 제3 실시예에 따른 드릴부를 나타낸 단면도이다.3 is a cross-sectional view of a drill part according to a first embodiment of the present invention, FIG. 5 is a cross-sectional view showing a drill part according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a drill part according to a third embodiment of the present invention It is a cross section.
하기에서는 본 발명에 따른 드릴부의 각 실시예들을 흡입압력손실률이 낮은 실시예부터 순서대로 설명하기로 하며, 제1 실시예, 제2 실시예, 제3 실시예로 표현하는 것은 각 실시예를 구분하기 위한 것일 뿐, 실시예의 순서에 의미를 두지 않을 수 있다. Hereinafter, each embodiment of the drill part according to the present invention will be described in order from an embodiment having a low suction pressure loss rate, and expressing the first embodiment, the second embodiment, and the third embodiment distinguishes each embodiment This is only for the purpose of doing so, and may not give meaning to the order of the embodiments.
도 6을 참고하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 드릴부(300)는 탄소섬유복합재 등의 공작물을 가공하고 이때 발생되는 분진을 흡입하기 위해서 드릴하우징(171), 고정부재(172), 이동부재(173), 드릴부재(175), 배출관(177) 및 연결관(178)을 포함할 수 있다.Referring to Figure 6, the
드릴하우징(171)은 내부에 고정부재(172), 이동부재(173) 및 드릴부재(175)가 설치될 수 있다. The
배출관(177)은 드릴하우징(171)의 일측면에 형성될 수 있으며, 상기 드릴하우징(171) 내부에 형성된 분진은 배출관(177)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 배출관(177)은 원통형상으로 형성됨으로써 드릴하우징(171)에서 분진을 흡입할 때 발생하는 압력의 손실을 최소화하여 탄소섬유복합재의 분진의 흡입성능을 향상시킬 수 있다.The
드릴하우징(171)과 배출관(177) 사이에는 연결관(178)이 형성될 수 있다. 연결관(178)은 링형 단면으로 형성될 수 있다. 연결관(178)은 경사지게 형성될 수 있다. 즉, 연결관(178)은 드릴하우징(171)에서 배출관(177) 쪽으로 갈수록 직경이 좁아지도록 형성됨으로써, 압력손실을 최소화하여 탄소섬유복합재의 분진의 흡입성능을 향상시킬 수 있다. 부가적으로, 연결관은 30도 내지 60도로 경사지게 형성될 수 있으며, 45도로 경사지게 형성될 때 압력손실이 최소화될 수 있다. A
연결관(178)은 소정의 직경(D1)으로 형성될 수 있다. 그리고, 연결관(178)은 소정의 길이(T1)를 구비하되, 연결관(178)의 길이(T1)는 외주면의 경사진 길이이며, The
연결관(178)의 길이(T1)는 수평길이를 나타내는 제1 수평길이(x1)와 수직길이를 나타내는 제1 수직길이(y1)로 형성될 수 있다. 이때 제1 수평길이(x1)와 제1 수직길이(y1)은 1:1 비율로 즉, 45도 각도로 경사지게 형성될 수 있다. 즉, 제1 수평길이(x1)와 제1 수직길이(y1)가 동일한 비율로 형성됨으로써, 압력손실을 추가로 감소시킬 수 있어 배출효율을 최대치로 증가시킬 수 있다. 또한, 제1 수평길이(x1)와 제1 수직길이(y1)는 30도에서 60도 사이의 각도로 형성됨으로써 압력손실을 추가로 감소시킬 수 있어 배출효율을 증가시킬 수 있다.The length T1 of the
다시 말해, 연결관(178)은 드릴하우징(171)의 내부로부터 배출관(177)으로 분진이 흡입될 때 발생되는 흡입 압력손실을 감소시킬 수 있다. In other words, the
또한, 배출관(177) 및 연결관(178)의 중심점에는 제2 중심축(C2)이 형성될 수 있고, 제2 중심축(C2)은 드릴하우징(171)의 전체높이(L5)의 중심축(Cd)과 동일선상에 위치하도록 배치될 수 있다. 다시 말해, 배출관(177)은 드릴하우징(171)의 중심부에 설치될 수 있고, 배출관(177) 및 연결관(178)의 제2 중심축(C2)이 드릴하우징(171)의 중심축(Cd)의 연장선상에 형성됨으로써 드릴하우징(171) 내부의 분진 및 기류가 배출관(177)를 통해 배출될 때 압력 손실을 줄일 수 있다.In addition, a second central axis C2 may be formed at the center point of the
고정부재(172)는 상부는 회전부(130)의 내부에 설치되고 하부는 드릴하우징(171) 내부에 설치될 수 있다. 그리고, 고정부재(172)의 상부에는 바디부(110)와 연결된 가공모터와 연결될 수 있다. 또한, 고정부재(172)의 내부에는 이동부재(173)가 설치될 수 있다.The fixing
그리고, 이동부재(173)는 고정부재(172)의 내부로 인입 또는 상측으로 인출될 수 있다. 즉, 이동부재(173)는 상하방향으로 이동될 수 있다. In addition, the moving
또한, 이동부재(173)의 하부에는 드릴부재(175)가 결합될 수 있다. 드릴부재(175)는 다이아몬드 등의 재질로 형성될 수 있다. In addition, a
정리하면, 고정부재(172)는 드릴부재(175)를 드릴링 공정을 할 위치에 배치시킬 수 있으며, 이동부재(173)는 상하로 이동되며 드릴부재(175)를 상하로 이동시켜 드릴링 가공을 할 수 있다.In summary, the fixing
드릴부재(175)는 탄소섬유복합재 등의 공작물을 드릴링 가공할 수 있도록 형성될 수 있다. 이때, 드릴부재(175)의 외측면에는 탄성부재가 결합되어 드릴부재(175)가 탄소섬유복합재 등의 공작물과 밀착하면서 발생되는 충격을 완화할 수 있다. The
도3 및 도5를 참조하여 설명하면, 본 발명의 제1 실시예 또는 제2 실시예에 따른 드릴부(170, 200)는 드릴하우징(171), 고정부재(172), 이동부재(173), 드릴부재(175), 배출관(177)을 포함할 수 있고, 드릴하우징(171)은 상부하우징(171a), 하우징연결관(171b) 및 하부하우징(171c)을 포함할 수 있으며, 본 발명의 제1 실시예에 따른 드릴부(170)는 연결관(178)을 더 포함할 수 있다. 그리고, 드릴하우징(171), 고정부재(172), 이동부재(173), 드릴부재(175), 배출관(177)은 제3실시예에 따른 드릴부(300)에서 설명한 것과 동일한 구성이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다. 3 and 5, the
상부하우징(171a)은 링형 단면으로 원통형상으로 형성될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상부하우징(171a)은 회전부(130)의 하부에 연결될 수 있다. 상부하우징(171a)은 회전부(130)의 하부면에서 하측방향으로 제2 높이(L2)만큼 연장 형성될 수 있다. 제2 높이(L2)의 중심점에 제1 중심축(C1)이 형성될 수 있다. The
상부하우징(171a)의 좌측면 또는 우측면에는 배출관(177)이 설치되어 드릴부재(175)를 통해 발생되는 분진을 외부로 배출할 수 있다. A
한편, 상부하우징(171a)은 하단부에 하우징연결관(171b)이 연결될 수 있다. 하우징연결관(171b)은 하부로 갈수록 경사지도록 형성될 수 있다. 즉, 하우징연결관(171b)은 상부에서 하부로 갈수록 단면적이 작아지도록 형성될 수 있다. 하우징연결관(171b)의 하단부에는 하부하우징(171c)이 형성될 수 있다.On the other hand, the upper housing (171a) may be connected to the housing connection pipe (171b) at the lower end. The
다시 말해, 하우징연결관(171b)은 원통 형상으로 형성되어 상부에서 하부로 갈수록 직경이 작아지도록 테이퍼지게 형성될 수 있다. In other words, the
하부하우징(171c)은 링형 단면의 원통형상으로 형성될 수 있다. 하부하우징(171c)은 경사부재(171b)의 하부면에서 하측방향으로 제1 높이(L1)만큼 연장 형성될 수 있다. 하부하우징(171c)은 하우징연결관(171b)의 하단부와 동일한 직경으로 형성될 수 있다. 하부하우징(171c)의 직경(D1)은 상부하우징(171a)의 직경보다 작게 형성될 수 있다. The
하부하우징(171c)의 하단부는 개방되도록 분진흡입구(171d)가 형성될 수 있다. 분진흡입구(171d)는 직경(D1)을 갖는 원형 형상으로 형성될 수 있다. 탄소섬유복합재 등의 공작물을 가공할 때 발생하는 분진은 분진흡입구(171d)를 통해 하부하우징(171c)의 내부로 흡입될 수 있다.A lower end of the
추가적으로, 직경(D1)은 68 mm 이상 140 mm 이하이고, 연결관의 길이(T1)은 5 mm 이상 15 mm 이하이고, 제1 높이(L1)는 45 mm 이상 65 mm 이하이고, 제2 높이(L2)는 67 mm 이상 87 mm 이하로 형성될 수 있으며, 직경(D1)은 140.0mm, 연결관의 길이(T1)은 15mm, 제1 높이(L1)는 45mm, 제2 높이(L2)는 87 mm 로 형성될 때 압력손실이 최소화될 수 있다. Additionally, the diameter D1 is 68 mm or more and 140 mm or less, the length T1 of the connector is 5 mm or more and 15 mm or less, the first height L1 is 45 mm or more and 65 mm or less, and the second height ( L2) may be formed to be 67 mm or more and 87 mm or less, the diameter (D1) is 140.0 mm, the length (T1) of the connector is 15 mm, the first height (L1) is 45 mm, the second height (L2) is 87 When formed in mm, the pressure loss can be minimized.
부가적으로, 상부하우징(171a), 하우징연결관(171b) 및 하부하우징(171c)은 동일한 직경으로 형성될 수 있으며, 이 때 배출관(177)은 드릴하우징(171)의 중심부에 설치될 수 있다. 다시 말해, 상부하우징(171a), 하우징연결관(171b) 및 하부하우징(171c)이 동일한 직경으로 형성되는 경우, 제3 실시예에 따른 드릴부(300)가 도출될 수 있으며, 제3 실시예에 따른 드릴부(300)는 상기에서 설명하였으므로, 자세한 설명은 생략하기로 한다. Additionally, the
도3을 참조하여 설명하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 드릴하우징(171)은 상부하우징(171a)과 배출관(177) 사이에 연결관(178)이 형성될 수 있다. Referring to FIG. 3 , in the
연결관(178)은 링형 단면으로 형성될 수 있다. 연결관(178)은 경사지게 형성될 수 있다. 즉, 연결관(178)은 상부하우징(171a)에서 배출관(177) 쪽으로 갈수록 직경이 좁아지도록 형성됨으로써, 압력손실을 최소화하여 탄소섬유복합재의 분진의 흡입성능을 향상시킬 수 있다.The
또한, 배출관(177) 및 연결관(178)의 중심점에는 제2 중심축(C2)이 형성될 수 있고, 제2 중심축(C2)은 제1 중심축(C1)과 동일하게 형성될 수 있다. 다시 말해, 배출관(177)은 상부하우징(171a)의 중심부에 설치될 수 있고, 배출관(177) 및 연결관(178)의 제2 중심축(C2)이 상부하우징(171a)의 제1 중심축(C1)의 연장선상에 형성됨으로써 상부하우징(171a) 내부의 분진 및 기류가 배출관(177)를 통해 배출될 때 압력 손실을 줄일 수 있다.In addition, a second central axis C2 may be formed at the center point of the
정리하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 드릴부(300)는 드릴하우징(171), 고정부재(172), 이동부재(173), 드릴부재(175), 배출관(177) 및 연결관(178)을 포함할 수 있고, 본 발명의 제2실시예에 따른 드릴부(200)는 드릴하우징(171), 고정부재(172), 이동부재(173), 드릴부재(175), 배출관(177)을 포함할 수 있으며 제2실시예에 따른 드릴부(200)의 드릴하우징(171)은 상부하우징(171a), 하우징연결관(171b), 하부하우징(171c)으로 이루어지고, 본 발명의 제1 실시예에 따른 드릴부(170)는 드릴하우징(171), 고정부재(172), 이동부재(173), 드릴부재(175), 배출관(177) 및 연결관(178)을 포함할 수 있으며 제1 실시예에 따른 드릴부(170)의 드릴하우징(171)은 상부하우징(171a), 하우징연결관(171b), 하부하우징(171c)으로 이루어질 수 있다. In summary, the
그리고, 본 발명의 각 실시예들에 따른 드릴부(170, 200, 300)는 압력손실을 줄여 흡입성능을 향상시킬 수 있으며, 특히 제3 실시예에 따른 드릴부(300)의 경우, 압력손실을 최소화 할 수 있는 특징이 있고, 제2 실시예에 따른 드릴부(200)의 경우, 기존의 하우징을 최소한으로 변경하여 제작 시 발생하는 추가적인 비용을 절감시킬 수 있는 특징이 있으며, 제1 실시예에 따른 드릴부(170)의 경우 제2 실시예와 제3 실시예에 따른 드릴부(200, 300)들의 특징을 절충시킨 것으로 제작 시 발생하는 추가적인 비용을 절감시키면서도 압력손실을 많이 줄일 수 있는 특징이 있을 수 있다. In addition, the
이하에서는 분진 흡입 시 압력손실을 최소화하여 탄소섬유복합재의 분진의 흡입성능을 향상시키기 위해서 본 발명에 따른 드릴부들을 설계하는 방법에 대해 설명한다. Hereinafter, a method of designing drill parts according to the present invention in order to improve the dust suction performance of the carbon fiber composite material by minimizing the pressure loss during dust suction will be described.
도1을 참조하여 설명하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 복합헤드용 드릴부 설계 방법(S100)은 압력손실을 최소화하여 탄소섬유복합재의 분진의 흡입성능을 향상시킬 수 하기 위해서 목적함수 및 설계변수 결정단계(S110), 설계 변수의 상한 및 하한값을 결정하는 설계 영역 선정단계(S120), 상기 선정된 설계 영역에서 설계 변수를 조합하는 단계(S130), 상기 조합된 설계 변수 중에서 2k요인실험법에 의해 상기 목적함수에 주요한 영향을 미치는 주요 설계 변수 결정 단계(S140), 상기 선정된 설계영역에서 수치해석 단계(S150) 및 상기 수치해석결과를 통해 상기 설계영역에서 최적점을 탐색하는 단계(S160)를 포함한다.1, the drill part design method (S100) for the composite head according to the first embodiment of the present invention is an objective function and Design variable determination step (S110), design area selection step (S120) for determining upper and lower limits of design variables, combining design variables in the selected design area (S130), 2k factor among the combined design variables Determining a major design variable having a major influence on the objective function by an experimental method (S140), performing a numerical analysis step (S150) in the selected design area, and searching for an optimal point in the design area through the numerical analysis result ( S160).
본 발명의 제1 실시예에 따른 복합헤드용 드릴부 설계 방법(S100)은 복합헤드(100)가 작업중에 발생하는 탄소섬유복합재(CFRP) 분진을 효과적으로 회수하기 위해 복합헤드용 드릴부의 유로를 설계할 수 있다. 탄소섬유복합재(CFRP) 분진을 효과적으로 회수하기 위해서는 압력손실이 최소화하는 유로설계가 필요하므로 복합헤드의 내부 유동특성을 분석하여 내부 압력손실을 최소화할 수 있다.The drill part design method (S100) for the composite head according to the first embodiment of the present invention designs the flow path of the drill part for the composite head in order to effectively recover the carbon fiber composite (CFRP) dust generated during the operation of the
그리고, 이하 설명에 앞서, 기준 드릴부(20)는 도 7에 도시된 바와 같이, 상부하우징(171a), 하부하우징(171b), 하우징연결관(171c)을 포함하는 본 발명의 제1 실시예에 따른 드릴하우징(171)의 구성과 기준 드릴부(20)의 드릴하우징(171)의 구성은 동일하지만, 기준 드릴부(20)에서는 배출관(177)이 상부하우징(171a)의 상단부에 형성된 구성과, 연결관(178)이 존재하지 않는 구성에서 차이점이 있다.And, prior to the following description, the
본 발명의 제1 실시예에서 목적함수 및 설계변수 결정단계(S110)는 복합헤드 드릴부의 형상을 고려하여 목적함수 및 설계변수 결정할 수 있다. 그리고, 목적함수 및 설계변수 결정단계(S110)에서는 목적함수를 최소화하기 위하여 드릴부의 형상을 결정하는 설계 변수를 선택할 수 있다. In the first embodiment of the present invention, the objective function and design variable determination step (S110) may determine the objective function and design variables in consideration of the shape of the compound head drill part. In addition, in the objective function and design variable determination step ( S110 ), a design variable for determining the shape of the drill part in order to minimize the objective function may be selected.
이때, 목적함수는 분진이 드릴하우징(171)의 하단으로부터 드릴부(170)의 내부로 유입된 후 배출관(177)으로 배출될 때 압력이 손실되는 정도를 나타내는 압력 손실률(p)일 수 있다. 즉, 복합헤드용 드릴부 설계 방법(S100)은 압력손실률(p)을 최소화할 수 있도록 드릴부(170)의 형상을 결정하는 것에 목적이 있으므로 목적함수는 압력 손실률(p)일 수 있다.At this time, the objective function may be a pressure loss rate (p) indicating the degree to which the pressure is lost when the dust flows into the inside of the
본 발명의 제1 실시예에서 목적함수인 압력 손실률(p)에 영향을 미칠 것이라 인식되는 설계변수들은 제1 높이(L1), 제2 높이(L2), 직경(D1) 및 연결관의 길이(T1)일 수 있다.In the first embodiment of the present invention, the design variables recognized to affect the pressure loss rate (p), which is the objective function, are the first height (L1), the second height (L2), the diameter (D1), and the length of the connecting pipe ( T1).
이때, 복합헤드용 드릴부의 형상을 고려한 설계 변수는 상기 드릴하우징(171)의 하단부의 직경(D1)과 하부하우징(171c)의 상하방향의 길이인 제1 높이(L1), 상부하우징(171a)의 상하방향의 길이인 제2 높이(L2) 및 드릴하우징(171)과 배출관(177)에 연결된 형상인 연결관(178)의 길이(T1)일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.At this time, the design variables considering the shape of the drill part for the composite head are the diameter D1 of the lower end of the
여기서, 연결관(178)의 길이(T1)는 제1 수평길이(X1)와 제1 수직길이(Y1)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 수평길이(X1)와 제1 수직길이(Y1)가 동일할 경우, 흡입 압력손실을 최소화할 수 있다.Here, the length T1 of the
본 발명의 제1 실시예에서 설계 변수의 상한 및 하한값을 결정하는 설계 영역 선정단계(S120)에서는 압력손실률을 최소화하기 위해 설계변수의 범위를 한정함으로써 적절한 설계영역을 설정할 수 있다.In the first embodiment of the present invention, in the design region selection step ( S120 ) for determining the upper and lower limits of the design variable, an appropriate design region can be set by limiting the range of the design variable in order to minimize the pressure loss rate.
설계 변수의 상한 및 하한값을 결정하는 설계 영역 선정 단계(S120)에서는 직경(D1)은 68 mm 이상 140 mm 이하이고, 연결관의 길이(T1)는 5 mm 이상 15 mm 이하이고, 제1 높이(L1)는 45 mm 이상 65 mm 이하이고, 제2 높이(L2)는 67 mm 이상 87 mm 이하일 수 있다.In the design area selection step (S120) for determining the upper and lower limits of the design variable, the diameter (D1) is 68 mm or more and 140 mm or less, the length (T1) of the connecting pipe is 5 mm or more and 15 mm or less, and the first height ( L1) may be 45 mm or more and 65 mm or less, and the second height L2 may be 67 mm or more and 87 mm or less.
이와 같이 설계 변수와 설계영역이 결정되면 해석을 위한 최적의 격자계를 구성하게 되는데 본 발명에서는 격자의존성을 제거하기 위한 테스트를 드릴부의 경계조건에서 실행할 수 있다.When the design variables and the design area are determined in this way, an optimal grid system for analysis is formed. In the present invention, a test for removing grid dependence can be performed in the boundary condition of the drill part.
또한, 격자계는 ANSYS ICEM-CFD를 사용하여 비정렬격자계(unstructured grid)로 생성하였다. 본 발명의 제1 실시예에서 고정변수를 선정하는 단계(S120)에서는 수치해석 결과의 신뢰성을 높이기 위해 격자테스트를 수행하고, 드릴부의 경계조건을 나타낼 수 있다.In addition, the grid system was created as an unstructured grid using ANSYS ICEM-CFD. In the step (S120) of selecting the fixed variable in the first embodiment of the present invention, a grid test may be performed to increase the reliability of the numerical analysis result, and the boundary condition of the drill part may be indicated.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 드릴부의 격자테스트의 결과를 나타낸 그래프이고, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 드릴부의 경계조건을 나타낸 도면이다.13 is a graph showing the results of the lattice test of the drill part according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a view showing the boundary conditions of the drill part according to an embodiment of the present invention.
도 13을 참고하면, 수치해석 결과의 신뢰성을 높이기 위해 복합헤드의 격자테스트를 수행하였고 약 230 만개에서 수치해석 결과가 일정한 것을 나타낼 수 있다.Referring to FIG. 13 , in order to increase the reliability of the numerical analysis result, a grid test of the composite head was performed, and it can be shown that the numerical analysis result is constant at about 2.3 million pieces.
또한, 복합헤드의 비압축성 난류흐름(turbulent flow) 분석을 위해 3차원 Reynolds-averaged Navier-Stokes 방정식을 이용할 수 있다. 난류의 흐름을 분석하기 위해 난류모델(turbulent model)은 유동박리(flow separation)의 예측에 유리한 SST model을 사용할 수 있다.In addition, the three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes equation can be used to analyze the incompressible turbulent flow of the composite head. In order to analyze the flow of turbulent flow, the turbulent model can use the SST model, which is advantageous for the prediction of flow separation.
그리고, 설계 영역 선정단계는 설계변수에 대한 목적함수를 결정하기 위해 경계 조건을 고정하는 경계 조건 고정단계를 더 포함할 수 있다. In addition, the design region selection step may further include a boundary condition fixing step of fixing a boundary condition in order to determine an objective function for the design variable.
여기서, 입구인 드릴하우징의 하단부에서의 경계 조건은 균일한 상태의 대기압 조건이고, 출구인 배출관에서의 경계 조건은 질량유량(mass flow rate)이며, 작동유체(working fluid)가 25℃의 공기로 고정될 수 있다. Here, the boundary condition at the lower end of the drill housing as the inlet is a uniform atmospheric pressure condition, the boundary condition at the discharge pipe as the outlet is the mass flow rate, and the working fluid is air at 25°C. can be fixed.
상기 선정된 설계 영역에서 설계 변수를 조합하는 단계(S130)에서 설계 변수인 직경(D1), 제1 높이(L1), 제2 높이(L2) 및 길이(T1)를 제어하여 목적함수가 최소가 될 수 있는 직경(D1), 제1 높이(L1), 제2 높이(L2) 및 길이(T1)를 조합할 수 있다. In the step (S130) of combining the design variables in the selected design area, the objective function is minimized by controlling the design variables of the diameter (D1), the first height (L1), the second height (L2), and the length (T1). A possible diameter D1, a first height L1, a second height L2, and a length T1 may be combined.
본 발명의 제1 실시예에서 선정된 설계 영역에서 상기 설계 변수 중에서 2k요인실험법에 의해 상기 목적함수에 주요한 영향을 미치는 주요 설계 변수 결정 단계(S140)에서는 상기 선정된 설계 영역에서 설계변수를 조합하기 위해 실험계획법을 사용할 수 있다. 실험계획법은 이상변동을 가져오는 원인 중에서 중요한 원인을 적은 비용으로 선정하고 효과를 수량적으로 측정하기 위한 방법으로, 두 종류의 인자를 대상으로 하여 인자들의 효과를 개별적으로 측정할 수 있다.Among the design variables in the design area selected in the first embodiment of the present invention, in the determining key design variable having a major influence on the objective function by the 2k factorial experiment method (S140), the design variables in the selected design area are combined To do this, design of experiments can be used. The design of experiment method is a method to quantitatively measure the effect by selecting important causes from among the causes of abnormal fluctuations at a low cost.
본 발명의 제1 실시예에 따른 드릴부(170)의 설계변수에 의한 유동특성을 알아보기 위해 실험계획법 중 하나인 2k요인실험법을 사용할 수 있고, 분석은 상용프로그램인 Minitab 14를 사용할 수 있다. 다시 말해, 상기 설계변수를 조합하는 단계는 2k요인실험법을 통해 상기 드릴부의 설계변수에 의한 흡입압력손실 변화를 알아볼 수 있다. 이를 통해 직경(D1), 연결관의 길이(T1), 제1 높이(L1) 및 제2 높이(L2)를 조합하여 목적함수의 민감도를 파악할 수 있다.In order to examine the flow characteristics due to the design variables of the
선정된 설계변수는 2k요인실험 및 CFD를 활용하여 설계변수 변화에 따른 흡입성능 변화를 분석할 수 있다. The selected design variable can analyze the change in suction performance according to the change of the design variable by using the 2k factor experiment and CFD.
2k요인실험법에 적용된 실험조건은 하기 표 1과 같다.The experimental conditions applied to the 2 k factor test method are shown in Table 1 below.
[표 1][Table 1]
2k요인실험법이란 k개의 인자에 대해 각각의 인자의 수준을 실험을 수행하여 각 인자의 유의성을 판정하는 방식이다. 이때, 4가지 인자의 모든 효과를 구하려면 실험의 크기를 24=16회로 하여 인자들의 주 효과와 교호 작용을 구해야 한다.The 2 k factor test method is a method to determine the significance of each factor by performing an experiment on the level of each factor for k factors. At this time, in order to obtain all the effects of the four factors, the main effect and the interaction action of the factors must be obtained by setting the size of the experiment to 2 4 =16 times.
본 발명의 제1 실시예에서 관심 있는 인자의 수, 실행할 수 있는 실험의 수, 비용, 시간 등을 고려하여 의미가 적은 고차의 상호작용을 교락시켜서 실험의 횟수를 적게 하는 일부실시법(fractional factorial designs)으로 2k요인실험을 수행하였다.본 발명의 제1 실시예에서 조합된 설계 변수 중에서 2k요인실험법에 의해 목적함수에 주요한 영향을 미치는 설계변수 조합 결정 단계(S130)에서는 16개의 조합된 실험점 중에서 2k요인실험법에 의해 목적함수에 주요한 영향을 미치는 설계 변수 조합을 결정한다.In the first embodiment of the present invention, in consideration of the number of factors of interest, the number of experiments that can be executed, cost, time, etc., a fractional factorial method for reducing the number of experiments by bridging high-order interactions with little meaning (fractional factorial) designs), a 2k factor experiment was performed. Among the design variables combined in the first embodiment of the present invention, 16 combined design variables having a major effect on the objective function by the 2k factorial experiment method were determined in the step S130. Among the experimental points, the combination of design variables that have a major influence on the objective function is determined by the 2k factorial method.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 설계변수 변화에 따른 압력손실 변화를 주 효과 도포(Main effects plot)를 이용하여 나타내는 그래프이다. 9 is a graph showing a change in pressure loss according to a change in a design variable according to the first embodiment of the present invention using a main effect plot.
설계 변수가 압력 손실에 미치는 영향을 주 효과도표(Main effects plot)를 이용하여 4개 인자의 주 영향력을 분석하였다. 주 효과도표의 분석결과를 종합하면, 설계 변수가 압력 손실에 영향을 주는 정도를 알 수 있으며, 특히 분진이 흡입되는 드릴부(170)의 입구부인 드릴하우징(171)의 하단부의 직경(D1) 또는 하부하우징(171c)의 직경(D1)은 압력 손실에 큰 영향을 준다. 즉, 드릴부(170)의 입구부인 드릴하우징(171)의 하단부의 직경(D1) 또는 하부하우징(171c)의 직경(D1)을 제어함으로써 원하는 압력 손실 값을 얻을 수 있다.The main effect of the design variables on the pressure loss was analyzed using a main effects plot. Combining the analysis results of the main effect chart, it is possible to know the degree to which the design variable affects the pressure loss, and in particular, the diameter (D1) of the lower end of the
이때, 직경(D1), 제2 높이(L2) 및 연결관의 길이(T1)가 증가할수록 압력손실은 감소할 수 있다. 또한, 제1 높이(L1)가 감소할수록 압력손실이 감소될 수 있다. 즉, 압력손실에 영향을 주는 설계변수는 직경(D1), 제2 높이(L2), 제1 높이(L1), 연결관의 길이(T1) 순으로 압력손실에 영향을 줄 수 있다.At this time, as the diameter D1, the second height L2, and the length T1 of the connecting pipe increase, the pressure loss may decrease. In addition, as the first height L1 decreases, the pressure loss may decrease. That is, the design variable affecting the pressure loss may affect the pressure loss in the order of the diameter (D1), the second height (L2), the first height (L1), and the length of the connecting pipe (T1).
본 발명의 제1 실시예에서 선정된 설계 영역에서 수치해석 단계(S150)는 복수개의 실험점에서 수치 해석을 통해 목적함수 값을 얻을 수 있다. 또한, 복합헤드의 내부 유동특성은 수치해석(Computational fluid dynamics)을 활용하여 분석할 수 있다.In the numerical analysis step ( S150 ) in the design area selected in the first embodiment of the present invention, an objective function value may be obtained through numerical analysis at a plurality of experimental points. In addition, the internal flow characteristics of the composite head can be analyzed using computational fluid dynamics.
이때, 드릴부(170)의 경계조건은 대기압 조건에서 출구는 질량유량으로 설정하였으며, 작동유체는 25℃의 공기로 설정할 수 있다. 또한, 드릴부(170)의 유동해석은 상용 3차원 점섬유체 해석 프로그램인 ANSYS CFX-17.1를 통해 해석할 수 있다.At this time, the boundary condition of the
본 발명의 제1 실시예에서 수치해석결과를 통해 설계영역에서 최적점을 탐색하는 단계(S160)에서는 수치해석단계에서 얻어진 결과를 토대로 하여 설계영역에서 최적점을 탐색한다. 또한, 저항곡선과 압력곡선의 기울기와 접점을 통해 상기 최적점을 탐색할 수 있다. 도 14를 참조하여 설명하면, 저항곡선(System curve)과 압력곡선(Pressure curve)이 만나는 접점에서 흡입이 발생되는데, 압력손실을 최소화하게 되면 저항곡선의 기울기값이 내려가므로 저항곡선(System curve)과 압력곡선(Pressure curve)이 만나는 접점이 오른쪽으로 이동하게 되어 흡입량이 증가되므로 흡입성능이 더 향상될 수 있게 된다. 따라서, 저항곡선(System curve)과 압력곡선(Pressure curve)이 만나는 접점이 더 오른쪽에 위치하는지 비교하여 최적점을 탐색할 수 있다. 또한, 수치해석을 통해 최적의 설계변수 값을 결정하고 최적의 형상을 결정할 수 있다. 그리고, 드릴부(170)의 형상은 직경(D1)이 140 mm, 연결관의 길이(T1)은 15 mm, 제1 높이(L1)는 45 mm, 제2 높이(L2)는 87 mm인 지점에서 압력손실이 최소화될 수 있다.In the first embodiment of the present invention, in the step of searching for the optimum point in the design domain through the numerical analysis result (S160), the optimum point is searched for in the design domain based on the result obtained in the numerical analysis step. In addition, the optimum point may be searched for through the slope and contact point of the resistance curve and the pressure curve. Referring to FIG. 14 , suction is generated at the junction where the resistance curve and the pressure curve meet. When the pressure loss is minimized, the slope of the resistance curve decreases, so the resistance curve (System curve) The contact point where the pressure curve and the pressure curve meet is shifted to the right and the suction amount is increased, so that the suction performance can be further improved. Therefore, the optimum point can be searched for by comparing whether the contact point where the system curve and the pressure curve meet is located further to the right. In addition, through numerical analysis, it is possible to determine the optimal design variable value and determine the optimal shape. And, the shape of the
도 11은 본 발명에 따른 드릴부의 각각의 실시예들을 나타낸 것이다.11 shows each embodiment of the drill part according to the present invention.
도 12는 본 발명에 따른 드릴부의 각각의 실시예들과 기준 드릴부의 압력손실을 비교한 것을 나타낸 것이다.Figure 12 shows a comparison of the pressure loss of each of the drill part according to the present invention and the reference drill part.
도 11 및 12를 참고하면, 반응적합화를 통해 도출된 드릴부의 성능은 CFD를 활용하여 검증하였고, 기준 드릴부의 성능과 비교 분석하면 반응적합화를 통해 도출된 드릴부는 기준 드릴부보다 압력손실이 약 41% 감소될 수 있다.11 and 12, the performance of the drill part derived through reaction fitting was verified using CFD, and when compared and analyzed with the performance of the reference drill part, the drill part derived through reaction fitting had a greater pressure loss than the reference drill part. It can be reduced by about 41%.
즉, CFRP 분진 흡입성능을 향상시키기 위해 드릴부의 유로설계를 수행함으로써, 도출된 드릴부(170, 200, 300)는 기준 드릴부보다 분진을 흡입하는 성능이 향상될 수 있다.That is, by performing the flow path design of the drill part to improve the CFRP dust suction performance, the derived
도 17은 기준 드릴부(20)의 내부유동흐름을 나타낸 도면이고, 도 18은 본 발명의 제3 실시예에 따른 드릴부(300)의 내부유동흐름을 나타낸 도면이다.17 is a view showing the internal flow of the
도 17 및 도 18을 참고하면, 기준 드릴부(20)는 배출관(177) 내측 또는 내부에서 내부유동흐름에서 유동박리(separation)가 발생하고 배출관(177)의 방향의 유동흐름도 매끄럽지 않은 것을 볼 수 있으며, 이에 따라 흡입 압력손실이 발생하는 것을 알 수 있다. Referring to FIGS. 17 and 18 , it can be seen that in the
본 발명의 제1 실시예에 따른 드릴부(300)는 배출관(177)의 내측 또는 근방에서 유동박리(separation)가 발생하지 않고 부드럽게 흐르는 것을 볼 수 있으며, 이에 따라 흡입 압력손실이 감소된 것을 알 수 있다.It can be seen that the
즉, 기준 드릴부(20)보다 내부유동흐름이 개선된 것을 확인할 수 있다.That is, it can be confirmed that the internal flow is improved compared to the
본 발명의 복합헤드용 드릴부 설계 방법을 통해 제작되는 드릴부(170, 200, 300)들을 정리하여 설명한다. 도6을 참고하면 본 발명의 제3실시예에 따른 드릴부(300)는 드릴하우징(171), 고정부재(172), 이동부재(173), 드릴부재(175), 배출관(177) 및 연결관(178)을 포함할 수 있고, 도5를 참고하면 본 발명의 제2실시예에 따른 드릴부(200)는 드릴하우징(171), 고정부재(172), 이동부재(173), 드릴부재(175), 배출관(177)을 포함할 수 있으며 제2실시예에 따른 드릴부(200)의 드릴하우징(171)은 상부하우징(171a), 하우징연결관(171b), 하부하우징(171c)으로 이루어지고, 도3을 참고하면 본 발명의 제1 실시예에 따른 드릴부(170)는 드릴하우징(171), 고정부재(172), 이동부재(173), 드릴부재(175), 배출관(177) 및 연결관(178)을 포함할 수 있으며 제1 실시예에 따른 드릴부(170)의 드릴하우징(171)은 상부하우징(171a), 하우징연결관(171b), 하부하우징(171c)으로 이루어질 수 있다. The
그리고, 본 발명의 각 실시예들에 따른 드릴부(170, 200, 300)는 압력손실을 줄여 흡입성능을 향상시킬 수 있으며, 특히 제3 실시예에 따른 드릴부(300)의 경우, 압력손실을 최소화 할 수 있는 특징이 있고, 제2 실시예에 따른 드릴부(200)의 경우, 연결관(178)을 생략함으로써 기존의 하우징을 최소한으로 변경하여 제작 시 발생하는 추가적인 비용을 절감시킬 수 있는 특징이 있으며, 제1 실시예에 따른 드릴부(170)의 경우 제2 실시예와 제3 실시예에 따른 드릴부(200, 300)들의 특징을 절충시킨 것으로 제작 시 발생하는 추가적인 비용을 절감시키면서도 압력손실을 많이 줄일 수 있는 특징이 있을 수 있다. In addition, the
도 19는 본 발명에 따른 드릴부의 각각의 실시예들과 기준 드릴부의 압력 손실 정도에 따른 압력손실정도를 나타낸 그래프이다.19 is a graph showing the degree of pressure loss according to the respective embodiments of the drill part according to the present invention and the degree of pressure loss of the reference drill part.
도 19를 참고하면, Ref는 기준 드릴부(20)가 설치됨으로써 발생하는 압력 손실을 나타낸 것이다. Ref_Out_modi는 본 발명의 제2 실시예에 따른 드릴부(200)가 설치됨으로써 발생하는 압력손실을 나타낸 것이다. 2k_center는 본 발명의 제1 실시예에 따른 드릴부(170)가 설치됨으로써 발생하는 압력손실을 나타낸 것이다. 2k_optimum은 본 발명의 제3 실시예에 따른 드릴부(300)가 설치됨으로써 발생하는 압력손실을 나타낸 그래프이다.Referring to FIG. 19 , Ref represents a pressure loss caused by the installation of the
도 19를 참고하여 설명하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 드릴부(200)는 기준 드릴부(20)에 비해 압력손실을 약 15% 내지 17%정도 감소시킬 수 있고, 본 발명의 제1 실시예에 따른 드릴부(170)는 기준 드릴부(20)에 비해 압력손실을 약 33.5% 내지 35.5%정도 감소시킬 수 있으며, 본 발명의 제3 실시예에 따른 드릴부(300)는 기준 드릴부(20)에 비해 압력손실을 약 40% 내지 42%정도 감소시킬 수 있어, 본 발명에 따른 드릴부들은 기준 드릴부(20)에 비해 분진 흡입률을 향상시킬 수 있다. Referring to FIG. 19 , the
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.Although the present invention has been described through preferred embodiments as described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and variations are possible without departing from the concept and scope of the following claims. Those in the technical field to which it belongs will readily understand.
100: 복합헤드
110: 바디부 120: 구동부
130: 회전부 150: 워터젯
170: 드릴부 171: 드릴하우징
171a: 상부하우징 171b: 하우징연결관
171c: 하부하우징 171d: 분진흡입구
172: 고정부재 173: 이동부재
175: 드릴부재 177: 배출관
178: 연결관 C1: 제1 중심축
C2: 제2 중심축 Cd : 중심축
L1: 제1 높이 L2: 제2 높이
L5 : 전체높이 D1: 직경
X1: 제1 수평길이 Y1: 제1 수직길이100: compound head
110: body part 120: driving part
130: rotating part 150: water jet
170: drill part 171: drill housing
171a:
171c:
172: fixed member 173: movable member
175: drill member 177: discharge pipe
178: connector C1: first central axis
C2: second central axis Cd: central axis
L1: first height L2: second height
L5: overall height D1: diameter
X1: first horizontal length Y1: first vertical length
Claims (19)
상기 드릴부의 형상을 고려하여 목적함수 및 설계변수 결정 단계;
상기 설계 변수의 상한 및 하한값을 결정하는 설계 영역 선정단계;
상기 선정된 설계 영역에서 설계 변수를 조합하는 단계;
상기 조합된 설계 변수 중에서 2k요인실험법에 의해 상기 목적함수에 주요한 영향을 미치는 주요 설계 변수 결정 단계;
상기 선정된 설계영역에서 수치해석 단계; 및
상기 수치해석결과를 통해 상기 설계영역에서 최적점을 탐색하는 단계를 포함하고,
상기 목적함수 및 설계변수 결정 단계에서 상기 목적함수는 압력 손실률(p)이고, 상기 설계변수는 상기 목적함수에 영향을 미칠 수 있는 상기 드릴하우징의 하단부의 직경(D1), 상기 하부하우징의 상하방향의 길이인 제1 높이(L1), 상기 상부하우징의 상하방향의 길이인 제2 높이(L2) 및 상기 드릴하우징과 상기 배출관 사이에 위치한 상기 연결관의 길이(T1)이고,
상기 연결관은 소정의 각도로 경사지게 형성되어 상기 연결관의 단면적은 상기 드릴하우징에서 상기 배출관 쪽으로 갈수록 점차 작아지도록 형성되고,
상기 연결관은 링형 단면으로 형성되며,
상기 연결관의 길이(T1)는 상기 연결관의 외주면의 경사진 길이이고,
상기 연결관의 길이(T1)는 수평길이를 나타내는 제1 수평길이(X1) 및 수직길이를 나타내는 제1 수직길이(Y1)를 포함하고, 상기 제1 수평길이와 상기 제1 수직길이의 비율은 1 : 1인 분진 흡입 성능이 향상된 복합헤드용 드릴부의 설계 방법.A drill part and a water jet having a drill housing are respectively installed in the composite head, and the drill housing has an upper housing having a discharge pipe formed on one side thereof, a housing connection pipe formed in the lower part of the upper housing, and a lower housing formed in the lower part of the housing connection pipe. And a method for designing a drill part for a composite head comprising a connection pipe formed between the upper housing and the discharge pipe,
determining an objective function and a design variable in consideration of the shape of the drill part;
a design region selection step of determining upper and lower limits of the design variables;
combining design variables in the selected design area;
determining a major design variable having a major influence on the objective function by a 2k factorial experiment method among the combined design variables;
Numerical analysis step in the selected design area; and
Including the step of searching for an optimal point in the design area through the numerical analysis result,
In the objective function and design variable determination step, the objective function is the pressure loss rate (p), and the design variable is the diameter (D1) of the lower end of the drill housing that can affect the objective function, the vertical direction of the lower housing is the length of the first height (L1), the second height (L2), which is the length in the vertical direction of the upper housing, and the length (T1) of the connection pipe located between the drill housing and the discharge pipe,
The connection pipe is formed to be inclined at a predetermined angle so that the cross-sectional area of the connection pipe becomes gradually smaller toward the discharge pipe from the drill housing,
The connecting pipe is formed in a ring-shaped cross section,
The length (T1) of the connector is the inclined length of the outer peripheral surface of the connector,
The length T1 of the connector includes a first horizontal length X1 indicating a horizontal length and a first vertical length Y1 indicating a vertical length, and the ratio of the first horizontal length to the first vertical length is A design method for a drill part for a compound head with improved dust suction performance for one person.
상기 설계 변수의 상한 및 하한값을 결정하는 설계 영역 선정단계에서 상기 직경(D1)은 68 mm 이상 140 mm 이하이고, 연결관의 길이(T1)는 5 mm 이상 15 mm 이하이고, 제1 높이(L1)는 45 mm 이상 65 mm 이하이고, 제2 높이(L2)는 67 mm 이상 87 mm 이하인 분진 흡입 성능이 향상된 복합헤드용 드릴부의 설계 방법.
According to claim 1,
In the design area selection step of determining the upper and lower limits of the design variable, the diameter (D1) is 68 mm or more and 140 mm or less, the length (T1) of the connecting pipe is 5 mm or more and 15 mm or less, and the first height (L1) ) is 45 mm or more and 65 mm or less, and the second height (L2) is 67 mm or more and 87 mm or less.
상기 조합된 설계 변수 중에서 2k요인실험법에 의해 상기 목적함수에 주요한 영향을 미치는 주요 설계 변수 결정 단계에서는 상기 직경(D1), 연결관의 길이(T1), 제1 높이(L1) 및 제2 높이(L2)를 조합하여 상기 목적함수의 민감도를 파악하는 분진 흡입 성능이 향상된 복합헤드용 드릴부의 설계 방법.According to claim 1,
Among the combined design variables, the diameter (D1), the length of the connecting pipe (T1), the first height (L1), and the second height in the step of determining the main design variables that have a major influence on the objective function by the 2k factor experiment method A method of designing a drill part for a compound head with improved dust suction performance to determine the sensitivity of the objective function by combining (L2).
상기 수치해석결과를 통해 상기 설계영역에서 최적점을 탐색하는 단계에서는 상기 선정된 설계 영역에서 형성되는 저항곡선과 압력곡선의 기울기와 접점을 통해 상기 최적점을 탐색하는 분진 흡입 성능이 향상된 복합헤드용 드릴부의 설계 방법. According to claim 1,
In the step of searching for the optimum point in the design area through the numerical analysis result, for a composite head with improved dust suction performance, searching for the optimum point through the slope and contact point of the resistance curve and the pressure curve formed in the selected design area The design method of the drill part.
상기 수치해석 결과를 통해 설계영역에서 최적점을 탐색하는 단계는 수치해석을 통해 최적의 설계변수 값을 결정하고 최적의 형상을 결정하는 분진 흡입 성능이 향상된 복합헤드용 드릴부의 설계 방법. According to claim 1,
The step of searching for an optimal point in the design area through the numerical analysis result is a design method of a drill part for a compound head with improved dust suction performance that determines the optimal design variable value through numerical analysis and determines the optimal shape.
상기 설계 영역 선정단계는 상기 설계변수에 대한 목적함수를 결정하기 위해 경계 조건을 고정하는 경계 조건 고정단계를 더 포함하는 분진 흡입 성능이 향상된 복합헤드용 드릴부의 설계 방법. According to claim 1,
The design area selection step is a method of designing a drill part for a composite head with improved dust suction performance further comprising a boundary condition fixing step of fixing boundary conditions to determine the objective function for the design variable.
상기 드릴하우징의 하단부에서 대기압 조건이고, 상기 배출관에서 질량유량이며, 작동유체가 25℃의 공기로 고정되는 분진 흡입 성능이 향상된 복합헤드용 드릴부의 설계 방법. 8. The method of claim 7,
A method of designing a drill part for a compound head with improved dust suction performance in which atmospheric pressure is at the lower end of the drill housing, the mass flow rate in the discharge pipe, and the working fluid is fixed to air at 25°C.
상기 최적점은 상기 직경(D1)이 140 mm, 상기 연결관의 길이(T1)은 15 mm, 상기 제1 높이(L1)는 45 mm, 상기 제2 높이(L2)는 87 mm인 복합헤드용 드릴부 설계 방법.According to claim 1,
The optimal point is for a compound head in which the diameter (D1) is 140 mm, the length (T1) of the connector is 15 mm, the first height (L1) is 45 mm, and the second height (L2) is 87 mm Drill part design method.
상기 하우징연결관은 상부에서 하부로 갈수록 단면적이 작아지도록 형성된 복합헤드용 드릴부.11. The method of claim 10
The housing connector is a drill part for a compound head formed so that the cross-sectional area becomes smaller from the upper part to the lower part.
상기 배출관의 중심부에 형성된 제1 중심축은 상기 상부하우징의 제1 높이의 제2 중심축과 동일선상에 위치하도록 배치되는 복합헤드용 드릴부.11. The method of claim 10
The first central axis formed in the center of the discharge pipe is a drill unit for a compound head that is arranged to be positioned on the same line as the second central axis of the first height of the upper housing.
상기 상부하우징, 상기 하부하우징 및 상기 하우징연결관은 동일한 직경으로 형성된 복합헤드용 드릴부. 11. The method of claim 10
The upper housing, the lower housing and the housing connection pipe are a drill part for a composite head formed with the same diameter.
상기 드릴부는 드릴부재와, 상기 드릴부재의 상부에 연결되고 상기 드릴부재를 상하로 이동시키는 이동부재를 포함하는 복합헤드용 드릴부.11. The method of claim 10,
The drill part is a drill member and a drill part for a compound head including a movable member connected to the upper portion of the drill member and moving the drill member up and down.
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