KR100246309B1 - 머시닝 센터의 주축 베어링의 예압변경장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 머시닝센터에서 공작물을 가공하기 위한 주축의 프론트 베어링에 저속회전시 정위치 예압이 걸리도록 하여 베어링의 강성을 확보하고, 고속회전시 정압예압이 걸리도록 하는 머시닝센터 주축 베어링의 예압변경장치에 관한 것으로서, 주축(1)의 회전속도 증감에 따라 고정조립체(2)를 베이스로 하여 가압체(7)를 밀어 내륜(3), 외륜(4) 및 볼(5)로 구성된 베어링의 예압을 조절하도록 하는 주축 베어링의 예압변경장치에 있어서, 일측은 고정조립체(2)에 고정되고, 타측은 가압체(7)와 미세한 이격이 형성되도록 구성되며, 그 내측에 주축(1)의 저속회전시 상기 가압체(7)와 면접되어 가압하면서 상기 베어링의 예압을 증대시키는 피스톤(10)이 구성된 실린더(11); 상기 고정조립체(2)의 일단면에 주축(1)의 고속회전시 상기 가압체(7)를 밀어 베어링에 예압을 걸 수 있도록 하는 압축스프링방식인 베어링 예압스프링(15); 상기 주축(1)의 저속회전시 상기 피스톤(10)이 가압되도록 고정조립체(2)내에 형성되는 공급유로(12); 가압된 피스톤(10)이 주축(1)의 고속회전시 원위치로 복귀되게 항상 피스톤(10)을 가압반대쪽으로 밀려는 힘을 갖는 탄성스프링(13)으로 이루어진 것이다.

Description

머시닝센터의 주축 베어링의 예압변경장치

본 발명은 머시닝센터 주축 베어링의 예압변경장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 머시닝센터에서 공작물을 가공하기 위한 주축의 프론트 베어링에 저속회전시 정위치 예압이 걸리도록 하여 베어링의 강성을 확보하고, 고속회전시 프론트 베어링에 예압 증가량을 강제적으로 변경시키도록 하는 머시닝센터 주축 베어링의 예압변경장치에 관한 것이다.

일반적으로, 주축은 회전속도가 제어되는 스핀들 모터에 의해 고속 또는 저속회전을 하여 테이블에 고정된 소재를 주축에 클램핑된 공구에 의해 가공하는 머시닝센터의 핵심적인 부분이다.

상기 주축은 공구를 클램핑하여 회전하는 주축과, 상기 주축을 회동지지하고 절삭유나 윤활유를 공급하기 위한 유로가 형성된 고정조립체로 이루어져 있으며, 상기 주축과 고정조립체 사이의 전방부에는 내, 외륜과 그 사이 전동체인 볼로 구성된 베어링이 2쌍으로 설치되어 있다.

고속회전(DN치 100만이상)을 하는 주축인 경우 베어링의 내륜과 볼에서 발생되는 원심력과 마찰에 따른 발열에 의해 예압이 급격히 증가하게 된다.

기본적으로 베어링 결합체는 주축의 강성을 확보하기 위해 적절한 예압을 가하도록 구성되지만 그 예압은 주축의 고속회전 및 저속회전시 상기의 이유로 인해 다르게 작용될 수밖에 없다.

이러한 문제점으로 인해 주축의 고속회전과 저속회전시 그 회전속도에 따라 예압을 변경시키는 개량된 주축이 개발되었는데, 그 구조를 도 1 을 참고하여 살펴보면 다음과 같다.

주축(1)의 외측과 고정조립체(2) 사이에는 2 EA를 1조로 2조의 베어링이 각각 고정조립체(2)와 가압체(7)에 설치되어 있고, 가압체(7)는 고정조립체(2)의 내부에서 미세한 이격이 발생되도록 설치되는데, 상기 베어링은 전술한 바와같이 내륜(3)과 외륜(4) 및 그 사이 전동체인 볼(5)로 구성되어 있으며, 베어링과 베어링 사이 즉 회전하는 내륜(3)사이에는 적절한 예압이 발생되고, 주축의 정적·동적강성확보와 베어링의 윤활을 위하여 칼라(6)가 견밀한 구조로 끼워져 있다.

한편, 각 베어링의 외륜(4)은 고정조립체(2)와 원형으로 된 가압체(7)에 지지되어 있다. 상기 가압체(7)의 전방에는 링 플랜지(8)가 위치되어 있는데, 상기 링 플랜지(8)의 일측에는 베어링의 예압을 주기 위해 탄성스프링(9)이 항상 가압체(7)를 밀고 있는 상태로 설치되어 있다.

상기 가압체(7)를 피스톤(10)에 의해 강제로 밀게 되면 외륜(4)의 가압상태가 증대됨에 따라 예압이 커지는 외륜(4)의 정위치 예압이 실현되고(저속일 경우) 가압체(7)를 밀지 않게 되면 내륜에서 작용되는 원심력으로 증대되는 예압이 내륜(3), 외륜(4) 및 볼(5)의 탄성복원력에 의해 볼(5)에 예압을 줄이도록 가압체(7)가 고정 조립체 내에서 이동하여 탄성스프링(9)에 지지되는 정압예압이 실현된다.(고속일 경우)

그러나, 이와같은 예압변경방식을 가지는 베어링구조는 주축의 저속회전시 베어링의 정위치 예압에 적정한 예압을 걸어 주기 위해서는 베어링 외륜측 칼라와 피스톤에 의해 확보되는 외륜측 스페이서가 같아지도록 피스톤의 정지위치가 설정되어야만 하는데, 구조적인 문제점으로 인해 정지위치의 측정이 곤란함으로서 정확한 예압을 기대하기가 어렵다.

현재, 상기 정지위치측정은 다단계 측정이나 정압상태에서 일정량 만큼 피스톤을 작용시키는 방식을 채택하고 있으나, 이 방법 역시 정위치상태의 예압량은 예측하기 어렵다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 제반문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서 그 목적은 머시닝센터에서 공작물을 가공하기 위한 주축의 프론트 베어링에 저속회전시 정위치 예압이 걸리도록 하여 베어링의 강성을 확보하고, 고속회전시 정압예압이 걸리도록하여 회전수에 관계없이 항상 일정한 강성을 확보하면서 발열에 의한 베어링의 소착현상 등을 방지하도록 하는 머시닝센터 주축 베어링의 예압변경장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명은, 주축의 회전속도 증감에 따라 고정조립체를 베이스로 하여 가압체를 밀어 외륜의 예압을 조절하도록 하는 주축 베어링의 예압변경장치에 있어서, 베어링 2EA 1조는 고정조립체에 고정되고, 다른 베어링의 2EA 1조는 가압체에 고정되어 미세한 이격이 형성되도록 구성되며, 그 내측에 주축의 저속회전시 상기 가압체와 면접되어 가압하면서 베어링의 예압을 증대시키는 피스톤이 구성된 실린더; 상기 고정조립체의 일단면에 스핀들의 고속회전시 상기 가압체를 밀어 베어링에 예압을 걸도록 하는 베어링 예압스프링; 상기 주축의 저속회전시 상기 피스톤이 가압되도록 고정조립체내에 형성되는 공급유로; 가압된 피스톤이 드로바의 고속회전시 원위치로 복귀되게 항상 피스톤을 가압반대쪽으로 밀려는 힘을 갖는 탄성스프링으로 구성된 특징을 갖는다.

도 1 은 종래의 머시닝센터의 주축 베어링의 예압변경장치를 도시한 측단면도.

도 2 는 본 발명에 따른 머시닝센터 주축 베어링의 예압변경장치를 도시한 측단면도.

도 3 은 본 발명에 따른 머시닝센터 주축 베어링의 예압변경장치의 작동을 도시하기 위한 반단면도.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

1: 주축, 2: 고정조립체,

3: 내륜, 4: 외륜,

5: 볼, 6: 칼라,

7: 가압체, 10: 피스톤,

11: 실린더, 12: 공급유로,

13: 탄성스프링, 14: 스테이,

15: 베어링 예압 스프링, 16,17: 베어링 지지대,

이하, 본 발명을 첨부한 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.

도 2 는 본 발명에 따른 머시닝센터 주축 베어링의 예압변경장치를 도시한 측단면도이고, 도 3 은 본 발명에 따른 머시닝센터 주축 베어링의 예압변경장치의 작동도이다.

본 발명의 구성은, 주축(1)의 회전속도 증감에 따라 고정조립체(2)를 베이스로 하여 가압체(7)를 밀어 내륜(3), 외륜(4) 및 볼(5)로 구성된 베어링의 예압을 조절하도록 하는 주축 베어링의 예압변경장치에 있어서, 일측은 고정조립체(2)에 볼트로 고정되는 베어링 지지대(16)에 의해 면압지지되고, 타측은 가압체(7)에 볼트로 고정되는 베어링 지지대(17)에 의해 면압지지되어 미세한 이격(약 0.3㎜이상)이 형성되도록하여 상기 주축(1)에 링결합하여 구성되며, 그 내측에는 상기 주축(1)의 저속회전시 상기 가압체(7)와 면접되어 가압하면서 내륜(3), 외륜(4) 및 볼(5)로 구성된 베어링의 예압을 증대시키는 피스톤(10)이 개재된 실린더(11)가 구성된다.

상기 실린더(11)는 주축(1)에 베어링을 매개체로 링결합되어 있는 고정조립체(2)에 고정되지만 베어링의 각 내륜(3)을 지지하는 칼라(6)에 면접되면 않된다. 그 이유는 칼라(6)는 회동되기 때문이다.

한편, 상기 주축(1)의 저속회전시 공급되는 압유에 의해 실린더(11)이 피스톤(10)이 밀려 가압체(7)를 가압하여 내륜(3), 외륜(4) 및 볼(5)로 구성된 베어링에 예압을 증대시키도록 하기 위해 외부로부터 실린더(11)의 피스톤(10)에 이르기까지의 고정조립체(2) 상에 공급유로(12)가 형성된다.

또한, 상기 피스톤(10)의 후측에는 주축(1)의 고속회전상태의 예압을 변경하기 위한 피스톤(10)의 복귀를 이루기 위해 항상 피스톤(10)을 실린더(11) 쪽으로 밀려는 힘을 갖는 탄성스프링(13)이 개재되는데, 그 스프링(13)의 일단은 피스톤(10)에, 그 타단은 고정조립체(2)에 고정된 스테이(14)에 지지되는 구조로 되어 있다.

한편, 고정조립체(2)의 일단면에는 주축(1)의 고속회전시 상기 가압체(7)를 밀어 베어링에 예압을 걸도록 하는 압축스프링방식인 베어링 예압스프링(15)을 구성한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작동상태를 도 3 에서 자세하게 설명한다.

주축(1)이 고속회전을 하게 되면 이와 연동하는 내륜(3)과 볼(5)은 원심력에 의한 마찰력 때문에 상당한 예압이 발생하게 된다.

본 발명에 따른 주축 베어링의 예압은 이와같이 고속회전을 할 때 발생되는 적정예압에 맞게 구성되어 있기 때문에 저속시에는 예압을 변경해야 정위치 예압이 가능해진다.

주축(1)의 저속시에는 고정조립체(2)에 형성된 공급유로(12)를 타고 실린더(11)내의 피스톤(10) 내측으로 압유가 유입된다. 유입된 압유는 탄성스프링(13)의 탄성력을 이기면서 피스톤(10)을 밀게 되고, 이에 따라 예압스프링(15)에 의해 고속상태일 때의 예압이 걸려 있는 상태의 가압체(7)를 축방향으로 더 밀면서 상기 가압체(7)와 외륜(4)사이에 개재된 칼라(6)를 가압하게 되며, 그 칼라(6)는 외륜(4)을 축방향으로 밀어 정위치 예압상태를 이루도록 한다.

도면에서 이를 요약하면, 유압작동력은 피스톤(10)→가압체(7) → 칼라(6) → 외륜(4) → 칼라(6) → 외륜(4) 순으로 힘이 전달되어 저속시 베어링의 정위치 예압상태가 이루어지게 된다.

한편, 이와는 반대로 공급유로(12)로의 작동유의 압력을 해제시키면 상기 피스톤(10) 후방에 위치된 탄성력이 인가된 상태의 탄성스프링(13)의 복귀력에 이해 피스톤(10)을 원위치로 이동시킨다.

상기 피스톤(10)의 복귀에 의해 가압체(7)는 피스톤(10)과 떨어지게 되고, 따라서 상기 가압체(7)은 베어링 자체의 예압과 베어링 예압스프링(15) 힘과 평형을 이룬 상태에서 축방향으로 정지·지지되므로 베어링 예압스프링(15)에 의한 정압 예압상태가 이루어지게 된다.

이상에서와 같은 본 발명은, 주축의 저속회전시 압유에 의한 베어링의 예압을 조정하여 주는 실린더가 쌍으로 배열된 베어링 사이에 구성되어 있기 때문에 주축은 저속회전시 설계된 강성을 확보할 수 있으며, 또한 조립에 대한 신뢰성을 기대할 수 있다.

Claims (1)

1. 주축의 회전속도 증감에 따라 고정조립체를 베이스로 하여 가압체를 밀어 베어링의 예압을 조절하도록 하는 주축 베어링의 예압변경장치에 있어서,

   일측은 고정조립체에 고정되고, 타측은 가압체와 미세한 이격이 형성되도록 고정되며, 그 내측에 주축의 저속회전시 상기 가압체와 면접되어 가압하면서 베어링의 예압을 증대시키는 피스톤이 구성된 실린더;

   상기 고정조립체 일단면에 주축의 고속회전시 상기 가압체를 밀면서 베어링에 예압을 걸도록 하는 베어링 예압스프링;

   상기 주축의 저속회전시 상기 피스톤이 가압되도록 고정조립체내에 형성되는 공급유로;

   가압된 피스톤이 주축의 고속회전시 원위치로 복귀되게 항상 피스톤을 가압반대쪽으로 밀려는 힘을 갖는 탄성스프링으로 이루어진 머시닝센터 주축 베어링의 예압변경장치.

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