KR100579077B1 - 공작기계의 주축 스핀들의 베어링 지지구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공작기계의 주축 스핀들의 베어링 지지구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공작기계의 주축의 스핀들을 지지하는 스핀들 베어링을 지지하는 수단으로 스핀들의 선단부에 축방향으로 고정되는 내륜지지대를 설치함으로써 스핀들이나 스핀들 베어링에 무리한 부담을 주지 않고도 소정의 예압으로 스핀들 베어링을 지지할 수 있도록 하는 공작기계의 주축 스핀들의 베어링 지지구조에 관한 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공작기계의 주축 스핀들의 베어링 지지구조는 공작기계의 주축 스핀들의 베어링을 지지하는 구조에 있어서, 베어링 외륜이 내측에 설치되는 하우징과; 상기 하우징에 고정되고 상기 베어링 외륜에 밀착하는 외륜지지부가 구비된 외륜 지지대와; 외측에 베어링 내륜이 설치되고 공구생크의 일부분만을 수용하는 선단부가 구비된 스핀들과; 상기 스핀들의 선단부에 고정되고 상기 베어링 내륜에 밀착하는 내륜지지부를 구비한 내륜 지지대를 포함하여 구성된다.

주축, 스핀들베어링, 베어링지지, 고속회전, 축방향

Description

공작기계의 주축 스핀들의 베어링 지지구조{MAIN SPINDLE BEARING SUPPORT STRUCTURE OF MACHINE TOOL}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공작기계의 주축 스핀들의 베어링 지지구조를 나타낸 측단면도,

도 2는 종래의 공작기계의 주축 스핀들의 베어링 지지구조를 나타낸 측단면도이다.

* 주요 도면 부호의 설명 *

1: 스핀들 2: 선단부

5: 스핀들 베어링 7: 베어링 외륜

8: 베어링 내륜 10: 외륜 지지대

20: 내륜 지지대 21: 장착부

25: 내륜지지부 30: 스페이서

본 발명은 공작기계의 주축 스핀들의 베어링 지지구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스핀들 베어링의 베어링 내륜을 지지하는 구조로서 축방향으로 스핀들 선단부에 볼트로 고정되는 내륜 지지대를 채택함으로써 고속으로 스핀들이 회전하여도 베어링에 일정한 예압이 가해지고, 내륜 지지대를 스핀들에 볼트로 고정하기 때문에 간편하게 장착할 수 있는 공작기계의 주축 스핀들의 베어링 지지구조에 관한 것이다.

공작기계를 통해 가공되는 부품에 대한 정밀도의 요구를 충족시키기 위해서는 주축의 스핀들이 정확하면서도 고속으로 회전되어야 한다. 또한 공구의 정확한 회전을 위해서는 스핀들과 공구 사이에서 85% 이상의 접촉율이 유지되어야 한다. 따라서, 스핀들의 정확한 회전에 큰 영향을 미치는 스핀들 베어링에 변형이 발생하는 것을 피하고 스핀들 베어링의 조립이 정확하게 이루어질 것이 요구되며, 이를 위해서는 스핀들 베어링에 적절한 값의 예압을 유지시키는 것이 필요하다.

도 2는 종래의 공작기계의 주축 스핀들의 베어링 지지구조를 나타낸 측단면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 주축 스핀들의 베어링 지지구조는 스핀들 베어링(45)의 베어링 외륜(46)이 하우징(41)에 장착되고, 외륜 지지대(50)는 베어링 외륜(46)에 일정한 예압을 가하도록 고정된다. 베어링 내륜(47)은 중심에 설치된 스핀들(40)에 결합되고 일측에서 슬리브(51)에 의해 지지된다. 슬리브(51)는 열수축에 의해 스핀들(40)에 고정된다. 즉 슬리브(51)를 가열하여 스핀들(40)에 열박음하고, 슬리브(51)가 냉각하여 수축하면 스핀들(40)을 죄는 죔새력에 의해 고정된다.

슬리브의 죔새력이 스핀들을 압축하여 스핀들의 외경이 감소하게 되면 스핀들에 결합된 베어링 내륜이 헐거워 질 위험이 있으므로, 슬리브의 죔새력이 작용하 는 부분은 베어링 내륜으로부터 일정한 거리이상 떨어질 것이 필요하다. 따라서, 스핀들의 길이가 길어지고 스핀들의 강성은 저하된다.

또한, 스핀들이 고속으로 회전하는 경우에는 스핀들에 비해 상대적으로 바깥쪽에 위치하는 슬리브가 더 큰 원심력을 받게 되어 슬리브의 죔새력이 감소하기 때문에, 슬리브의 설치시에 감소량을 고려한 더 큰 죔새량을 주어야 한다. 따라서 더 큰 열수축을 발생시키려면 슬리브를 더 높은 온도에 이르도록 가열해야 한다. 이러고온의 슬리브는 조립하기도 위험하고, 죔새력으로 고정된 슬리브는 분해하는 것도 번거로운 점이 있었다. 또한 가열장치를 별도로 구비해야 하는 불편함이 있었다.

슬리브를 조립한 후에는 다음의 공정을 위해서 조립 부품이 상온으로 냉될 때까지 기다려야 하므로, 대기시간을 필요로 하여 시간손실도 발생하게 된다.

다른 방법으로는 나사가 형성된 스핀들에 로크너트를 결합하여 베어링 내륜을 지지하는 것이 있었다. 이 방법은 스핀들을 압착하지 않으므로 스핀들에 변형을 주지 않고, 로크너트가 베어링 내륜에 밀착하여 배치되므로 스핀들의 길이도 짧아지는 장점이 있다.

그러나, 스핀들의 나사부 및 로크너트의 너트단면의 정밀가공이 어렵고, 베어링 내륜을 정확하게 지지하는 로트너트의 위치를 결정하기 어려운 문제점이 있었다.

또한, 로크너트와 스핀들의 마찰력 등에 의해 축방향 죔새력의 측정이 힘들게 되고, 고속회전시 너트부가 들뜨게 되어 축방향 예압이 감소하므로 최초 설치시에 내륜을 필요이상 가압하여 베어링이 손상되는 문제가 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 스핀들 베어링에 무리한 부담을 주지 않으면서도 적절한 예압으로 지지할 수 있고 스핀들에 간단하게 조립되는 내륜 지지대를 구비한 공작기계의 주축 스핀들의 베어링 지지구조를 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적은 공작기계의 주축 스핀들의 베어링을 지지하는 구조에 있어서, 베어링 외륜이 내측에 설치되는 하우징과; 상기 하우징에 볼트로 고정되고 상기 베어링 외륜에 밀착하는 외륜지지부가 구비된 외륜 지지대와; 외측에 베어링 내륜이 설치되고 공구를 수용하는 선단부가 구비된 스핀들과; 상기 스핀들의 선단부에 볼트로 고정되고 상기 베어링 내륜에 밀착하는 내륜지지부를 구비한 내륜 지지대;를 포함하여 구성되는 공작기계의 주축 스핀들의 베어링 지지구조에 의해 달성될 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 상기 선단부에 형성된 내주면과 상기 내륜 지지대에 형성된 내주면은 일체의 테이퍼면으로 연결되는 것이 바람직하다.

상기 목적을 달성하기 위해, 상기 내륜 지지대와 상기 베어링 내륜 사이에는 스페이서가 더 설치되는 것이 바람직하다.

본 발명의 그밖의 목적, 특정한 장점 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공작기계의 주축 스핀들의 베어링 지지구조의 구성에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공작기계의 주축 스핀들의 베어링 지지구조를 나타낸 측단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 주축 스핀들(1)의 베어링 지지구조는 대략 스핀들(1), 볼 베어링인

스핀들 베어링(5), 하우징(9) 및 스핀들 베어링(5)을 지지하는 내륜 지지대(20) 및 외륜 지지대(10)를 포함하여 구성된다.

하우징(9)은 스핀들(1)의 선단부(2)에 인접한 부분을 둘러싸고 있으며, 내주면상에 스핀들 베어링(5)의 외측을 구성하는 베어링 외륜(7)이 설치된다.

외륜 지지대(10)는 일측에 플랜지(11)가 형성되고 타측에는 소정 길이 연장되어 외륜지지부(12)가 형성된다. 외륜 지지대(10)는 외륜지지부(12)가 하우징(9)의 내측에 끼워지고 하우징(9)의 둘레에 플랜지(11)가 볼트(14)로 고정된다. 외륜 지지대(10)의 외륜지지부(12)는 베어링 외륜(7)의 일측면에 밀착되어 있다.

하우징(9)의 내측에 배치된 스핀들(1)은 일측 끝에 선단부(2)가 위치하고, 선단부(2)는 공구생크의 외측에 밀착하는 내주면(3)이 형성되고 공구생크의 스핀들(1)에 삽입되는 부분보다 길이가 짧게 형성되어 있다. 스핀들(1)의 선단부(2)의 내측에는 스핀들 베어링(5)을 구성하는 베어링 내륜(8)이 결합되어 있다.

내륜 지지대(20)는 일면이 스핀들(1)의 선단부(2)와 밀착하고 내주면(22)이 공구생크와 접하는 장착부(21)로 이루어지고, 외측은 스핀들(1)의 선단부(2)의 외 경에 대응하는 내경을 갖고 소정길이 연장되어 형성된 내륜지지부(25)로 이루어진다. 내륜 지지대(20)는 장착부(21)가 스핀들(1)의 선단부(2)에 볼트고정되고, 외측의 내륜지지부(25)의 끝이 링형태의 스페이서(30)를 통해 스핀들(1)에 결합된 베어링 내륜(8)의 일면에 밀착한다. 내륜 지지대(20)의 내주면(22)은 스핀들(1) 선단부(2)의 내주면(3)과 동시에 연마되는 표면가공을 통해 형성된다.

이하에서는 상기한 구성을 갖는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공작기계의 주축 스핀들의 베어링 지지구조의 작용효과에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 주축 스핀들(1)의 베어링 지지구조의 조립은 스핀들(1)과 하우징(9)의 사이에 스핀들 베어링(5)이 배치된 상태에서 베어링 외륜(7)에 일정한 예압이 가해지도록 외륜 지지대(10)를 하우징(9)의 단부에 볼트(14)로 고정하고, 스핀들(1)로 스페이서(30)를 삽입하고 내륜 지지대(20)를 스핀들(1)의 선단부(2)에 볼트(27)로 고정한다. 이 때 스페이서(30)는 베어링 내륜(8)에 일정한 예압이 작용하도록 내륜 지지대(20)의 내륜지지부(25)의 길이의 편차를 보정하도록 가공된 것을 삽입한다. 내륜 지지대(20)를 스핀들(1)에 고정함으로써 베어링 내륜(8)에 일정한 예압을 작용하는 주축 스핀들(1)의 베어링 지지구조의 조립이 완성된다.

본 발명의 주축 스핀들(1)의 베어링 지지구조는 베어링 외륜(7)이 고정된 후에 베어링 내륜(8)으로 예압을 가하기 위해 내륜 지지대(20)를 축방향으로 스핀들(1)에 볼트고정하였기 때문에 스핀들(1)이 고속으로 회전하여도 내륜 지지대(20)의 결합상태가 원심력에 의해 거의 영향을 받지 않으므로 작용하는 예압이 일정하게 유지된다.

또한 내륜 지지대(20)가 스핀들(1)을 반경방향으로 변형시키지 않기 때문에, 베어링 내륜(8)으로부터 거리를 떨어뜨릴 필요가 없으므로 스핀들(1)의 강성을 저하시키면서 스핀들(1)의 길이를 길게 할 필요가 없다.

내륜 지지대(20)를 스핀들(1)에 결합하는 방식으로 볼트를 사용하기 때문에 공정이 간단해지고 시간이 단축되며 특히 열박음과 같은 가열의 공정이 불필요하므로 가열방식에 따르는 시간손실과 작업의 번거로움 같은 문제점이 발생하지 않는다.

내륜 지지대(20)의 가공오차를 보정하기 위해 스페이서(30)를 사용하므로, 내륜 지지대(20)에 약간의 오차가 있어도 정확한 예압을 가할 수 있게 된다.

본 발명은 종래의 가공기술로는 채택이 어려웠던 스핀들(1)의 테이퍼진 내면을 2개로 분리한 구조를 채택하였고, 공구생크의 결합상태 및 회전정밀도가 양호하게 유지될 수 있도록 스핀들(1) 선단부(2)의 내면과 내륜 지지대(20)의 내면이 연결되어 하나의 평면을 형성하기 위해 내륜 지지대(20)를 스핀들(1)에 결합한 상태에서 동시에 연마하는 방법을 채택하였다.

본 발명의 바람직한 실시예에서는 내륜 지지대(20)가 스페이서(30)를 통하여 베어링 내륜(8)에 예압을 가하는 구조를 채택하였으나, 본 발명은 이에 한하지 않고, 스페이서(30)를 형성하지 않고 내륜 지지대(20)를 더 길게 형성하여 베어링 내륜(8)에 직접 밀착하는 구조를 채택하는 것도 본 발명에 포함된다.

상기한 구성을 갖는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공작기계의 주축 스 핀들의 베어링 지지구조에 의하면 내륜 지지대가 스핀들의 축방향으로 볼트고정되므로, 스핀들이 고속으로 회전해도 일정한 크기의 예압을 베어링에 작용하는 효과가 있다.

또한, 내륜 지지대가 볼트로 고정하여 설치되므로 조립공정이 간단해지고, 재조립이 필요할 경우에는 간단하게 분해할 수 있는 효과가 있다.

스핀들의 테이퍼진 면이 내륜 지지대의 내주면과 선단부의 내주면으로 분리되어 정밀도가 저하될 수 있으나, 내륜 지지대를 선단부에 결합한 후에 내주면을 동시에 연마하기 때문에 정밀도가 저하하는 것을 방지할 수 있다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

Claims (3)

1. 공작기계의 주축 스핀들(1)의 베어링을 지지하는 구조에 있어서,

   베어링 외륜(7)이 내측에 설치되는 하우징(9)과;

   상기 하우징(9)에 볼트(14)로 고정되고 상기 베어링 외륜(7)에 밀착하는 외륜지지부(12)가 구비된 외륜 지지대(10)와;

   외측에 베어링 내륜(8)이 설치되고 공구를 수용하는 선단부(2)가 구비된 스핀들(1)과;

   상기 스핀들(1)의 선단부(2)에 볼트(27)로 고정되고 상기 베어링 내륜(8)에 밀착하는 내륜지지부(25)를 구비한 내륜 지지대(20);를 포함하여 구성되는 공작기계의 주축 스핀들의 베어링 지지구조.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 선단부(2)에 형성된 내주면(3)과 상기 내륜 지지대(20)에 형성된 내주면(22)은 일체의 테이퍼면으로 연결되는 것을 특징으로 하는 공작기계의 주축 스핀들의 베어링 지지구조.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 내륜 지지대(20)와 상기 베어링 내륜(8) 사이에는 스페이서(30)가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 공작기계의 주축 스핀들의 베어링 지지구조.

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