KR100515268B1 - 공작기계의 선형안내장치 - Google Patents

공작기계의 선형안내장치

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Abstract

본 발명은 공작기계의 선형안내장치에 관한 것으로, 이는 이동의 정확도를 저하시키지 않는 구름안내의 고속성과, 이동체의 하중에 거의 영향을 받지 않는 미끄럼안내의 감쇠성을 가지는 바, 상기 선형안내장치는 베드(11)상에서 이동체(12)의 하중을 수용하는 한편 수평방향으로 이동체를 안내하도록 된 구름안내수단(14a,14b,15a,15b);과, 이 구름안내수단과 평행하게 뻗는 한편 수직하게 배치된 미끄럼안내면(16a,16b)이 형성되고, 미끄럼안내면상에서 미끄러지도록 된 슬라이더부(18a,18b)로 이루어진 미끄럼안내수단; 및, 슬라이더부와 미끄럼안내면 사이의 마찰력을 변화시켜 마찰력의 크기를 설정하도록 된 마찰력 설정수단;을 포함한다.

Description

공작기계의 선형안내장치 {Linear guiding apparatus for machine tool}
본 발명은 일반적으로 공작기계의 선형안내장치에 관한 것이다. 더 상세하게는, 본 발명은 공작기계의 테이블과 같은 이동체의 이송운동을 안내하는 선형안내장치에 관한 것으로, 이 공작기계의 테이블은 미끄럼안내와 구름안내의 조합과 같은 복합안내시스템을 구비하고 있다.
공작기계에서, 칼럼, 스핀들헤드, 테이블과 같은 이동체에 대한 선형안내는 일반적으로 미끄럼안내와 구름안내 2가지로 분류된다. 미끄럼안내는 안내면과 미끄럼접촉되고 운동마찰 때문에 이동체의 운동에너지를 흡수하는 감쇠부재로 작용한다. 미끄럼안내에 의해 진동의 감쇠성을 성취할 수 있는 바, 이 감쇠성은 이동체의 고주파 진동에 의해 발생된다. 구름안내는 안내면과 구름접촉되고 감쇠부재로는 작용하지 않지만, 이 구름안내는 운동마찰이 작아 고속이송에 적합한 장점을 갖는다.
종래에는 공작기계의 이동체를 안내하는 데에 주로 미끄럼안내가 이용되었지만, 최근에는 구름안내가 공작기계의 분야에서 널리 이용되고 있다. 더욱이, 미끄럼안내와 구름안내의 조합으로 된 복합형 안내시스템이 개발되고 있으며, 이러한 복합형 안내시스템은 저속의 이송운동으로 중절삭(heavy cutting)을 하는 경우에는 감쇠성을 얻을 수 있도록 미끄럼안내를 이용하고, 고속의 이송운동일 때에는 복합형 안내시스템이 구름안내로 변경될 수 있다. 따라서, 복합형 안내시스템은 미끄럼안내와 구름안내 모두의 장점을 가질 수 있다. 종래의 이러한 복합형 안내시스템은 예컨대 일본특허공보 제 1998-131634호와 동 제 2001-9655호에 게재되어 있다.
하지만, 종래의 복합형 안내시스템에서는 이동체의 하중이 미끄럼안내의 감쇠성에 큰 영향을 주기 때문에 필요한 감쇠성을 얻기 위한 유압제어가 복잡해진다고 하는 단점이 일반적이었다.
또한, 일본특허공보 제 1998-131634호에 게재된 안내시스템에서는, 유압실린더가 구름안내부와 이동체 사이에 구비되어 미끄럼안내나 구름안내로 역할을 변경할 수 있게 되어 있었다. 구름안내의 분담 역할을 높이기 위해 유압실린더의 행정을 팽창하는 경우에는, 유압실린더의 모멘트강성이 저하되어 이동체와 구름안내부 사이의 강성이 감소되고, 고속의 이송운동 동안에 이동의 정확도를 저하시키게 된다. 마찬가지로, 일본특허공보 제 2001-9655호에 게재된 안내시스템에서는, 구름안내부의 구름부재가 안내레일과 슬라이더의 미끄럼표면 사이에 구비되고, 유압실린더가 브레이크슈를 안내레일에 가압하여 제동력을 증가시킴으로써 감쇠성을 얻도록 되어 있어서, 브레이크슈의 마찰에 의해 야기되는 안내레일의 정확도의 저하가 운동의 정확도를 반드시 저하시키게 되었다.
본 발명의 목적은 상기 설명된 문제들을 해결하기 위한 것으로, 이동의 정확도를 저하시키지 않고 고속성을 갖는 구름안내와, 이동체의 하중에 영향을 받지 않고 감쇠성을 갖는 미끄럼안내를 성취하도록 된 공작기계의 선형안내장치를 제공하는 데에 있다.
상기 설명된 목적과 또 다른 목적들을 성취하기 위한 본 발명에 따르면, 구름안내와 미끄럼안내를 조합하여 공작기계의 베드상에서 이동체의 이동을 안내하도록 된 선형안내장치에 있어서, 상기 장치는 상기 베드상에서 이동체의 하중을 받는 한편 수평방향으로 이동체를 안내하도록 된 구름안내수단;과, 상기 구름안내수단과 평행하게 뻗는 한편 수직하게 배치된 미끄럼안내면이 형성되고, 상기 미끄럼안내면상에서 미끄러지도록 된 미끄럼부재를 갖춘 슬라이더부로 이루어진 미끄럼안내수단; 및, 상기 미끄럼부재를 상기 미끄럼안내면에 가압하도록 된 마찰력 설정수단;을 포함하여 이루어진다.
본 발명의 선형안내장치에 따르면, 이동체의 하중이 미끄럼안내면에 걸리지 않음에 따라 하중의 영향을 받지 않고 미끄럼안내에 감쇠성을 부가할 수 있게 되고, 이에 의해 구름안내와 미끄럼안내 모두 작용하게 된다.
상기 설명된 선형안내장치에서 마찰력 설정수단은 슬라이더부내에 형성될 수 있고, 상기 미끄럼부재를 미끄럼안내면에 가압하는 액츄에이터와, 이 액츄에이터의 가압력을 제어하는 제어수단을 포함하여 이루어진다.
본 발명의 선형안내장치에 따르면, 중절삭이송이 수행될 때에는 액츄에이터의 가압력이 증가되어 미끄럼안내면의 감쇠성이 향상될 수 있으며, 빠른 이송이나 경절삭이송이 수행될 때에는 가압력이 감소되어 빠른 이송에 적절한 안내를 수행하도록 미끄럼안내면의 영향을 줄일 수 있다.
상기 설명된 선형안내장치에서, 미끄럼안내수단은 베드의 양측면에 형성된 미끄럼안내면을 구비하여 베드상의 이동체부착표면과 이동체의 양측면에 부착된 한쌍의 미끄럼부에 수직하게 배치되며, 상기 각 미끄럼부는 상기 미끄럼안내면상에서 미끄러지도록 되어 있는 미끄럼부재를 구비한다.
본 발명의 선형안내장치에 따르면, 이동체와 구름안내부 사이에 아무것도 구비되어 있지 않으므로 구름안내에 의한 이동의 정확도를 저하시키지 않고 구름안내와 미끄럼안내 모두 작용할 수 있게 된다.
이하 첨부도면을 참조하여, 본 발명에 따른 공작기계의 선형안내장치의 바람직한 실시예가 설명될 것이다.
도 1은 머시닝센터에서 테이블의 이송안내에 적용된 실시예를 나타내며, 도 1에서 테이블은 이송방향에서 본 것으로 도시되어 있다.
도 1에서, 참조부호 10은 베드를 나타내는 바, 이 베드(10)는 베이스(11)상에 견고하게 고정되어 있다. 이동체로 작용하는 테이블(12)은 베드(10)상에 설치되며, 참조부호 13은 테이블(12)을 이송하는 볼나사를 나타낸다.
베드(12)상에 설치된 안내레일(14a,14b)은 볼나사(13)의 축에 평행하게 배치되고, 안내레일(14a,14b)을 따라 구르는 롤러를 갖춘 구름안내유니트(15a,15b)는 테이블(12)의 아랫면에 부착되어 있다.
테이블(12)을 이송하는 선형안내기구로서 상기 설명된 구름안내부에 미끄럼안내부가 조합된다.
베드(10) 양쪽면의 쇼울더부에는 미끄럼안내면(16a,16b)이 형성되어 볼나사(13)의 축에 평형하게 뻗도록 되어 있고, 이 미끄럼안내면(16a,16b)은 수직하게 배치된 안내표면으로 되어 있다.
한편, 테이블(12)의 오른쪽과 왼쪽 양쪽에는 슬라이더부(18a,18b)가 수직방향의 아래로 미끄러지도록 부착되어 있다. 슬라이더부(18a,18b)는 각각 미끄럼부재(20a,20b)를 포함하며, 이 미끄럼부재(20a,20b)는 유압실린더(21a,21b)에 직접 연결되어 있다. 각각의 유압실린더(21a,21b)는 미끄럼부재(20a,20b)를 미끄럼안내면(16a,16b)에 수직하게 가압한다. 이에 따라, 가압력에 비례하는 바람직한 마찰력이 미끄럼부재(20a,20b)와 미끄럼안내면(16a,16b) 사이에서 발생하여, 미끄럼안내면에 바람직한 감쇠성을 부가할 수 있다.
이 실시예에서, 압력제어서보밸브(22a,22b)가 유압실린더(21a,21b)에 공급되는 압유의 압력을 제어함으로써, 마찰력을 바람직한 값으로 유지할 수 있게 된다. 즉, 유압펌프(24)로부터 토출된 압유(壓油)는 압력제어서보밸브(22a,22b)를 매개로 유압실린더(21a,21b)에 각각 공급된다. 압력제어서보밸브(22a,22b)의 각 스풀(spool)이 포트 P가 포트 A와 연통되는 위치에 있을 때, 압유가 헤드쪽의 실린더체임버에 공급되어 미끄럼부재(20a,20b)를 미끄럼안내면(16a,16b)에 각각 가압하게 된다. 이 때, 각 압력제어서보밸브(22a,22b)는 압유의 압력을 제어장치(도시되지 않음)에 의해 지령된 바람직한 압력이 되도록 유지한다. 한편, 절삭공정 없이 테이블을 이송하는 경우에는 압력제어서보밸브(22a,22b)의 위치가 변경되어 압유가 로드쪽의 실린더체임버에 공급되도록 포트 P가 포트 B와 연통된다. 결국, 각각의 미끄럼부재(20a,20b)는 미끄럼안내면(16a,16b)에서 완전히 떨어지게 된다. 도 1에서 참조부호 25는 유압펌프(24)를 구동하는 모터를, 그리고 참조부호 26은 릴리프밸브를 나타낸다.
이러한 구조로 된 본 발명의 실시예에 따른 공작기계의 선형안내장치의 기능이 아래에서 설명될 것이다.
상기 바람직한 실시예에서, 절삭공정은 중절삭공정과 경절삭공정으로 구분된다. 슬라이더부(18a,18b)의 유압실린더(21a,21b)에 공급된 압유의 압력은, 중절삭 동안에는 압유의 압력이 Pa로, 그리고 경절삭 동안에는 압유의 압력이 Pa보다 낮은 Pb로 조정된다.
이에 따라, 압력제어서보밸브(22a,22b)로부터 유압실린더(21a,21b)의 헤드쪽 실린더체임버에 공급된 압유의 압력을 고압(Pa)이 되도록 조정함으로써, 상기 압력(Pa)에 비례하는 마찰력이 미끄럼부재(20a,20b)와 미끄럼안내면(16a,16b) 사이에 발생되어, 미끄럼안내에 의해 중절삭공정 동안 진동을 적절히 흡수하는 높은 감쇠성을 얻을 수 있게 된다.
경절삭공정 동안 감쇠성 외에 테이블(12)의 이송효율이 요구될 때에는 압유의 압력이 저압(Pa)으로 조정된다. 이에 따라, 미끄럼부재(20a,20b)와 미끄럼안내면(16a,16b) 사이의 마찰력이 감소되기 때문에, 구름안내의 이송효율과 이동의 정확도를 향상시켜 테이블(12)을 안내할 수 있다. 더욱이, 테이블(12)과, 안내레일(14a,14b)과 구름안내유니트(15a,15b)로 이루어진 구름안내부 사이에 아무 것도 게재되어 있지 않으므로, 이 구름안내부의 이동의 정확도를 저하시키지 않고 미끄럼안내부와 양립시킬 수 있게 된다.
따라서, 절삭조건에 맞추어 미끄럼안내에 부가된 감쇠성을 변경시킬 수 있으며, 미끄럼안내면(16a,16b)은 수직하게 배치되기 때문에 테이블(12)의 하중에 영향을 받지 않고 감쇠성을 부가할 수 있다. 만일 미끄럼안내면(16a,16b)의 마찰계수와, 유압실린더(21a,21b)가 미끄럼부재(20a,20b)를 미끄럼안내면(16a,16b)에 가압하는 힘, 즉 압유의 압력만 제어된다면, 감쇠성을 조정할 수 있으며 제어를 간단히 할 수 있다.
테이블(12)이 절삭공정을 수행하지 않고 이송될 때에는 포트 P가 포트 B와 연통되는 위치로 압력제어서보밸브(22a,22b)가 절환되고, 미끄럼부재(20a,20b)가 미끄럼안내면(16a,16b)에서 떨어지게 된다. 결국, 테이블(12)은 구름안내에 의해서만 안내되기 때문에, 테이블(12)의 고속이송에 적당한 조건은 구름안내 본래의 이동의 정확도와 강성을 활용함으로써 실현될 수 있다.
본 발명은 이해를 돕기 위해 바람직한 실시예에 의해 설명되었지만, 본 발명은 발명의 원리를 벗어나지 않고 다양한 방법으로 실현될 수 있다. 또한, 본 발명은 청구범위에 설명된 실시예 외에 본 발명의 원리를 벗어나지 않고 실현될 수 있는 모든 가능한 실시예와 변경예를 통해 실시될 수 있다.
상기 설명된 바와 같은 본 발명에 따른 공작기계의 선형안내장치에 따르면, 이동의 정확도를 저하시키지 않고 구름안내의 고속성과, 이동체의 하중에 거의 영향을 받지 않고 미끄럼안내의 감쇠성을 겸비할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 공작기계의 선형안내장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.

Claims (5)

  1. 구름안내와 미끄럼안내를 조합하여 공작기계의 베드상에서 이동체의 이동을 안내하도록 된 선형안내장치에 있어서,
    상기 베드상에서 이동체의 하중을 받는 한편 수평방향으로 이동체를 안내하도록 된 구름안내수단;과,
    상기 구름안내수단과 평행하게 뻗는 한편 수직하게 배치된 미끄럼안내면이 형성되고, 상기 미끄럼안내면상에서 미끄러지도록 된 미끄럼부재를 갖춘 슬라이더부로 이루어진 미끄럼안내수단; 및,
    상기 미끄럼부재를 상기 미끄럼안내면에 가압하도록 된 마찰력 설정수단;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 공작기계의 선형안내장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 마찰력 설정수단은 일정한 값으로 마찰력을 유지하도록 상기 슬라이더부와 미끄럼안내면 사이의 마찰력을 변경시킬 수 있는 마찰력 조정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 선형안내장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 마찰력 설정수단은 슬라이더부내에 형성될 수 있고, 상기 미끄럼부재를 미끄럼안내면에 가압하는 액츄에이터와, 이 액츄에이터의 가압력을 제어하는 제어수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 공작기계의 선형안내장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 미끄럼안내수단은 베드의 양측면에 형성된 미끄럼안내면을 구비하여 베드상의 이동체부착표면과 이동체의 양측면에 부착된 한쌍의 미끄럼부에 수직하게 배치되며, 상기 각 미끄럼부가 상기 미끄럼안내면상에서 미끄러지도록 되어 있는 미끄럼부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 선형안내장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 이동체는 공작기계의 베드상에서 이동가능하게 장착되는 테이블로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 공작기계의 선형안내장치.
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