KR100394612B1 - 공작기계의 다중 가공용 스핀들 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공작기계의 다중 가공용 스핀들 장치에 관한 것으로,

구동장치에 의해 회전하여 공작물의 소정의 가공부위를 가공하는 공작기계의 스핀들에 있어서, 상기 스핀들의 외주연상에 형성되어 공작물의 제1가공부위를 가공하기 위한 제1공구를 장착하는 고정 가공부와; 상기 스핀들의 축방향으로 그 내측에 길게 삽입되며, 그 일단은 구동장치에 연결되며, 그 외주면 중 일부에는 경사면이 형성되는 스로우 바와; 상기 스로우 바의 경사면에 접하여 장착되고, 그 일측에는 공작물의 제2가공부위를 가공하기 위한 제2공구를 장착하는 이동 가공부;를 포함한다.

본 발명에 의하면, 하나의 스핀들에 형성된 고정 가공부와 이동 가공부에 의하여 두가지의 가공 작업을 할 수 있으므로 가공 속도가 빠르고 가공 코스트를 절감할 수 있어 전체적인 가공 작업에 있어서 작업 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

공작기계의 다중 가공용 스핀들 장치{A SPINDLE APPARATUS FOR MULTI-CUTTING PERFORMANCE OF A MACHINE TOOL}

본 발명은 공작기계의 다중 가공용 스핀들 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기존의 스핀들 장치를 개량하여 보링, 페이싱 가공 등의 다중 가공이 가능하도록 한 공작기계의 다중 가공용 스핀들 장치에 관한 것이다.

일반적으로 공작기계의 스핀들은 그 외주면이나 그 일측단부상에 절삭용 공구를 장착하고 있으며, 유압유닛 또는 공압유닛 등의 스핀들 회전 구동 장치에 의해 고속으로 회전하면서 공작물의 소정의 가공부위를 가공하게 된다.

이와 같이 고속으로 회전하는 스핀들을 갖춘 공작기계의 응용 범위로서는 밀링가공, 보링가공, 드릴가공, 선반가공, 페이싱(Facing)가공 등으로 다양한 바, 그 일예로서, 실린더 헤드의 캠 홀(CAM HOLE)부위를 가공하는 경우를 설명하면, 먼저 보링용 공구가 장착된 스핀들을 갖춘 공작기계가 캠 홀의 내경을 보링 가공하게 되고, 다음으로 페이싱용 공구가 장착된 스핀들을 갖춘 공작기계가 캠 홀의 드러스트 면을 페이싱 가공하게 된다.

그런데 상기와 같은 일반적인 공작기계의 스핀들은 하나의 가공 형태만이 가능하기 때문에 실린더 헤드와 같은 공작물의 가공시에 필요한 공작기계의 개수가 많아지게 되고, 공작기계의 작동을 위한 부가적인 이송장치나 구동장치도 증가하게 된다. 또한, 별도의 공작기계에서 가공 형태를 달리 하면서 가공시에는 가공 기준점이 달라져서 가공 정도의 확보가 어렵다.

한편, 공구를 교환해가면서 여러 가지 형태의 가공을 하나의 장치에서 수행하는 머시닝센터와 공작기계도 있으나 이와 같은 장치는 스핀들이 아닌 별도의 툴체인저 등의 장치가 추가되어야 하므로 장치의 스페이스가 증가하는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 별개의 가공 작업의 진행으로 인한 품질 정도 확보의 어려움이나 가공 장치의 설치 스페이스의 증대 등과 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 기존의 스핀들을 개량하여 별도의 공구 교환 장치의 부가 없이도 하나의 스핀들 장치만으로 보링, 페이싱 가공 등의 다중 가공이 가능하도록 하는 공작기계의 다중 가공용 스핀들 장치를 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명에 의한 다중 가공용 스핀들 장치의 전측부의 정면도,

도 2는 본 발명에 의한 다중 가공용 스핀들 장치의 후측부의 정면도,

도 3은 도 2의 A부의 상세도로서, 본 발명의 이동 가공부의 가공 동작전의 상태를 나타내는 단면도,

도 4는 도 2의 A부의 상세도로서, 본 발명의 이동 가공부의 가공 동작시의 상태를 나타내는 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

12 : 실린더 헤드 14 : 제1가공부위

16 : 제1공구 18 : 고정 가공부

20 : 스로우 바 22 : 스로우바 왕복 구동장치

24 : 제2가공부위 26 : 이동 가공부

28,30 : 경사면 32,34 : 오일홀

36a,36b : 제2공구 S : 스핀들

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 스핀들 회전 구동 장치에 의해 회전하여 공작물의 가공부위를 가공하는 공작 기계의 다중 가공용 스핀들 장치로서,상기 스핀들 장치의 외주연상에 형성되어 상기 공작물의 제1 가공부를 가공하기 위한 제1 공구가 장착되어 있는 고정 가공부, 상기 스핀들 장치의 축방향으로 그 내측에 길게 삽입되며, 일단은 스로우바 왕복 구동장치에 연결되며, 외주면 중 일부에는 경사면이 형성되는 스로우 바, 그리고 상기 스로우 바의 경사면에 접하여 장착되고, 일측에는 상기 공작물의 제 2가공부를 가공하기 위한 제2 공구가 장착되어 있는 이동 가공부를 포함하는 공작기계의 다중 가공용 스핀들 장치를 제공한다.

상기 스로우 바와 상기 이동 가공부는 각각 상기 제2가공부위가 가공될 때 제2공구로 쿨란트(coolant)를 공급해주기 위한 오일홀을 갖추며, 상기 이동 가공부는 공작물의 가공부위를 양측면에서 함께 가공할 수 있도록 한쌍의 제2공구를 대향되게 장착하는 것을 특징으로 한다.

이하, 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 다중 가공용 스핀들 장치가 적용되는 실린더 헤드의 가공부를 나타낸다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 스핀들의 앞쪽을 나타내는 것으로서, 스핀들(S)의 뒤쪽은 스핀들 회전 구동 장치(도시하지 않음)에 연결되어 있다. 이 스핀들 회전 구동 장치는 공지된 장치로서, 공압 또는 유압에 의해 작동한다. 실린더 헤드(12)의 제1 가공부(14), 즉 캠축이 삽입되는 캠홀의 내경부(14)를 가공하기 위한 제1 공구(16), 즉 라인 보링 팁(line boring tip)(16)이 장착되는 고정 가공부(18)가 그 외주연상에 일정한 간격으로 배치된다. 고정 가공부의 배치 간격 및 형성 개소는 가공할 부위의 간격 및 가공 개소에 따르며, 나사홀이 가공되어 이에 라인 보링 팁(16)이 볼트로 장착될 수 있도록 된다. 상기한 고정 가공부(18)의 형성 및 배치는 기존의 실린더 헤드의 캠홀을 가공하는 보링 헤드 가공장치의 스핀들과 동일하다.

도 2는 본 발명의 스핀들의 뒤쪽을 나타내는 것으로서, 스핀들 내에 장착되는 스로우 바와, 이동 가공부와 기타 유압장치를 나타낸다.

도 2를 참조하면, 스핀들(S)의 내측으로는 중공홀이 형성되고, 이 중공홀 상으로 스로우 바(20)가 그 길이방향으로 길게 삽입된다. 스로우 바(20)는 그 일측에는 스로우바 왕복 구동 장치(22)에 연결되어 스핀들 내부의 중공홀을 따라 길이방향으로 왕복 운동이 가능하게 이루어진다. 이 스로우바 왕복 구동 장치(22)는 유압 또는 공압에 의해 작동한다. 스핀들 상에서 실린더 헤드의 캠 홀 중 제2 가공부(24), 즉 스러스트 면(24)을 가공하기 위한 부위에는 상기 스로우 바(20)의 외주연상에 장착되는 이동 가공부(26)가 배치된다.

도 3 및 도 4는 상기 스로우 바와 이동 가공부를 확대하여 도시한 단면도로서, 도 3은 이동 가공부에 의한 제2가공부위의 가공이 수행되지 않고 있을 때를 도시하며, 도 4는 이동 가공부가 돌출되어 제2가공부위의 가공이 수행될 때를 도시한다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 스로우 바(20)의 외주연 중 일부분에는 경사면(28)이 형성되며, 이동 가공부(26)의 내부에도 상기 경사면(28)과 동일한 각도로 경사진 경사면(30)이 형성되어 그 경사면끼리 접하면서 이동 가공부(26)가 스로우 바(20)의 외주연상에 장착되어 있다. 스로우 바(20)와 이동 가공부(26)의 내측에는 각각 쿨런트(coolant)를 공급해 주기 위한 오일홀(32,34)이 형성된다. 스로우 바(20)에 형성되는 오일홀(32)은 그 일측은 스핀들의 오일홀(미도시함)이나 외부의 오일 공급장치에 연통되도록 형성되며, 타측은 이동 가공부(26)가 돌출시에 그 오일홀(34)과 연통될 수 있는 방향으로 형성된다. 이동 가공부(26)는 실린더 헤드 캠 홀의 제2가공부위(24), 즉 스러스트 면을 양측면에서 함께 가공할 수 있도록 두 개의 제2공구(36a, 36b), 즉 페이싱 팁(36a, 36b)를 서로 대향되게 그 외주면상에 장착하고 있으며, 그 내부로 형성되는 오일홀(34)은 그 일측이 상기 스로우 바(20)의 오일홀(32)과 연통될 수 있는 방향으로 형성되고 타측이 제2공구(36a,36b)상으로 쿨런트를 공급할 수 있는 방향으로 형성되어 있다.

한편, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 다중 가공용 스핀들 장치를 이용한 실린더 헤드의 캠홀 가공 작동의 일예를 설명하면 다음과 같다.

다시 도 1을 참조하면, 본 발명의 스핀들의 외주연상에 고정 형성된 고정 가공부(18)에 의한 실린더 헤드 캠홀의 내경 가공 작업은 스핀들의 회전 및 이송 운동에 의하여 이루어진다. 이 때, 스핀들(S)의 회전수는 대략 513rpm으로 하고 이송 속도는 103 ㎜/min 로 한다. 상기 회전수와 이송 속도로 스핀들(S)은 공지된 스핀들 왕복 구동 장치에 의해 실린더 헤드 캠홀내로 전진하면서 고정 가공부(18)의 제1공구(16)가 캠홀의 내경을 보링 가공하게 되며, 이 보링 가공이 완료되면, 스핀들(S)이 후진하게 되고, 이동 가공부(26)가 캠홀의 스러스트 면부위에 위치되면 스핀들(S)은 후진 동작을 멈추게 된다. 이에 따라, 이동 가공부(26)에 의한 페이싱 가공이 수행된다.

상기 이동 가공부에 의한 페이싱 가공은 도 4에 도시한 바와 같이, 먼저, 스로우 바(20)가 스로우 바 왕복 구동 장치(22)에 의해 설정된 위치까지 후진하게 되고, 이에 따라 스로우 바(20)와 이동 가공부(26)의 경사면이 상호 슬라이딩하면서 이동 가공부(26)가 돌출하게 되고, 페이싱 팁(36a, 36b)는 스러스트 면에 위치하게 된다. 이 때, 스핀들은 상기 보링 가공시와 가공 조건을 달리 하여 대략330rpm의 회전수와 28㎜/min의 이송 속도로 작동된다. 여기서 스로우 바(20)의 전후진량에 따라 이동 가공부(26)의 돌출량이 결정되므로 스러스트 면의 가공부위도 스로우 바의 전후진량에 따르게 된다.

상기 이동 가공부에 의한 페이싱 가공이 완료하면 도 3에 도시한 바와 같이, 스로우바 왕복 구동 장치(22)가 스로우 바(20)를 설정된 위치까지 전진시키게 되고, 이에 따라 이동 가공부(26)는 다시 원위치로 함몰되면서 가공 작업이 종료하고 스핀들은 후진하여 실린더 헤드 캠홀에서 빠져나가면 전체적인 작업이 종료하게 된다.

상기 가공 작업 중에 최적의 가공 정도를 얻기 위해서는 상기한 구동 장치를 AC 스핀들 모터로 하고 보링 가공이나 페이싱 가공이 종료하면 스핀들 오리엔테이션 장치에 의해 스핀들을 정위치에 정지시킨 후에 스핀들을 후진시키면 후진시 가공부위에 생길 수 있는 리턴 마크(return mark)를 방지할 수 있다.

한편, 상기와 같이 이루어지는 본 발명의 공작기계의 다중 가공용 스핀들 장치는 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 그 외의 다양한 변형이나 변경이 가능한 것은 물론이다. 즉, 상기 실시예에서는 실린더 헤드 캠홀의 보링 가공과 페이싱 가공에 대한 것으로 설명되었으나, 다양한 두 가지의 다중 가공 형태에서 가공 공구와 가공 조건을 변환하면 본 발명의 다중 가공용 스핀들 장치의 적용이 가능할 것이다.

본 발명에 의하면, 하나의 스핀들에 형성된 고정 가공부와 이동 가공부에 의하여 두가지의 가공 작업을 할 수 있으므로 가공 속도가 빠르고 가공 코스트를 절감할 수 있어 전체적인 가공 작업에 있어서 작업 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 하나의 가공장치에서 가공이 이루어지므로 가공 기준점이 변하지 않게 되고, 따라서 가공 정도가 향상되어 가공 품질을 확보할 수 있다.

Claims (3)

1. 스핀들 회전 구동 장치에 의해 회전하여 공작물의 가공 부위를 가공하는 공작 기계의 다중 가공용 스핀들 장치로서,

   스핀들의 외주연에 형성되어 상기 공작물의 제1 가공부를 가공하기 위한 제1 공구가 장착되어 있는 고정 가공부,

   상기 스핀들의 축방향으로 그 내측에 길게 삽입되며, 일단은 스로우바 왕복 구동 장치에 연결되며, 외주면 중 일부에 경사면이 형성되는 스로우 바, 그리고

   상기 스로우 바의 경사면에 접하여 장착되고, 일측에 상기 공작물의 제2 가공부를 가공하기 위한 제2 공구가 장착되어 있는 이동 가공부

   를 포함하는 공작기계의 다중 가공용 스핀들 장치.
2. 제1항에서,

   상기 스로우 바와 상기 이동 가공부에는 각각 상기 제2 가공부가 가공될 때 상기 제2 공구에 쿨란트(coolant)를 공급하기 위한 오일홀이 형성되어 있는 공작 기계의 다중 가공용 스핀들 장치.
3. 제2항에서,

   상기 이동 가공부는 상기 공작물의 가공 부위를 양측면에서 함께 가공할 수 있도록 한쌍의 제2 공구를 서로 대향하게 장착한 공작 기계의 다중 가공용 스핀들 장치.