기존의 고속 서보 기관이 비회전형 미세구조 배열 표면 부품의 가공 능력 및 정밀도를 충족시키기 어려운 문제를 해결하기 위해, 초대형 자기변형 구동기(Giant Magnetostrictive Actuator, GMA)와 전기 스핀들을 통합하여 전기 스핀들을 위한 미세구조 정밀 가공 기관의 설계 방안을 제안하였다. 먼저, GMA 구동 자기장이 스핀들 모터 자기장에 미치는 영향을 분석하였다. 다음으로 전기-자기-기계 다중 물리장 결합 모델과 힘 감지 모델을 구축하고, 바이어스 전류 및 예압이 성능에 미치는 영향과 다양한 바이어스 전류 하에서의 힘 감지 특성 변화를 분석하였다. 마지막으로 성능 시험 플랫폼을 구축하여 실험 검증을 수행하였다. 연구 결과는 다음과 같다: GMA의 자극 자기장은 스핀들 모터 구동 자기장의 4.09%에 불과하며, 적절한 바이어스 전류와 예압은 미세구조 정밀 가공 기관의 출력 변위를 향상시키고, 시뮬레이션 및 실험 결과는 구축된 이론 모델의 유효성을 검증하였다; 힘 감지 시뮬레이션 결과는 힘 감지 모델 계산 결과와 기본적으로 일치하였고, 출력 전압과 전기 스핀들 축 방향 힘은 1차 미분 관계를 나타냈다; 실험 결과 바이어스 전류 1A, 예압 1MPa에서 출력 변위는 26.2μm, 출력 추력은 22N에 달하여 전기 스핀들을 위한 미세구조 정밀 가공 기관의 설계 방안이 실현 가능함을 입증하였으며, 복잡한 미세구조 부품 가공 문제 해결에 대한 하나의 방안을 제공한다.

전기 스핀들; 미세구조; 정밀 가공; 통합 설계; 힘 감지