KR100973409B1

KR100973409B1 - 공작기계용 마스터스핀들의 구조

Info

Publication number: KR100973409B1
Application number: KR1020080079122A
Authority: KR
Inventors: 최광배
Original assignee: 최광배
Priority date: 2008-08-12
Filing date: 2008-08-12
Publication date: 2010-07-30
Also published as: KR20100020369A

Abstract

본 발명은 공작기계용 마스터스핀들의 구조에 관한 것으로, 특히 공구(T)가 장착되는 나사축(20) 및 상기 나사축(20)이 결합되는 하우징(30)으로 구성된 마스터스핀들(10)에 있어서, 상기 나사축(20)의 상부에 아들눈금(23)을 형성한 캡(21)을 형성하고, 하우징(30)에는 상ㆍ하부관체(31)(36)를 형성하여 나사축(20)의 상하부를 지지하도록 하되 상기 캡(21)의 내주면으로 삽입되는 상부관체(31)에는 어미눈금(33)을 형성한 마스터스핀들(10)을 구성함으로써, 마스터스핀들(10)을 구성하는 나사축(20)과 하우징(30)의 나사결합부가 작업환경에 노출되지 않으므로 칩(C) 등이 마스터스핀들(10)의 내부로 유입되지 않음은 물론이고 그 내부에 윤활유를 충전하여 마스터스핀들(10)의 작동을 원활히 할 수 있으며, 한편으론 하우징(30)에 형성한 상ㆍ하부관체(31)(36)의 종단이 나사축(20)의 상하부를 지지하여 나사축(20)의 흔들림을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 공구(T) 장착시 어미눈금(33)과 아들눈금(23)을 이용하여 공구(T)를 보다 간편하고 정밀하게 정렬하여 장착할 수 있는 공작기계용 마스터스핀들의 구조에 관한 것이다.

공작기계, 탭핑머신, 드릴링머신, 구멍가공, 마스터스핀들, 스핀들헤드

Description

공작기계용 마스터스핀들의 구조{STRUCTURE OF MASTER SPINDLE FOR A MACHINE TOOL}

본 발명은 구멍가공용 공작기계에 사용되는 마스터스핀들에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공구가 장착되는 나사축 및 상기 나사축이 작동가능토록 나사 결합되는 하우징으로 구성된 마스터스핀들의 구조에 있어서, 상기 나사축의 상부에 아들눈금을 형성한 캡을 형성하되 하우징의 상부에는 어미눈금을 형성한 상부관체를 형성하여 상기 상부관체가 캡의 내주면으로 삽입되도록 함으로써, 나사축과 하우징의 나사결합부가 상기 캡 및 상부관체에 의하여 외부로 노출되지 않음에 따라 공작물 가공시 발생하는 칩 및 금속분진이 마스터스핀들의 내부로 유입되지 않고, 한편으론 나사축의 캡과 하우징의 상부관체에 형성한 아들눈금 및 어미눈금을 이용하여 공구의 초기 위치를 보다 간편하고 정밀하게 설정할 수 있는 공작기계용 마스터스핀들의 구조에 관한 것이다.

일반적으로 탭핑, 드릴링, 보링, 리밍 등과 같은 구멍가공을 수행하는 공작기계는 공작기계로부터 회전력을 전달받아 공구를 회전 및 이송시키는 마스터스핀 들을 흔히 사용하는바, 이하 도 1 및 도 2에서 도시한 멀티탭핑머신을 일 예로 하여 종래 공작기계용 마스터스핀들의 구조를 상세히 살펴본다.

통상적인 구멍가공용 공작기계는 공작기계에 구비된 구동모터(미도시)의 회전력이 기어박스(110)로 전달되고, 상기 기어박스(110)로부터 출력되는 회전력은 동력전달수단(120)을 거쳐 공구(T)가 장착된 마스터스핀들(130)로 전달되며, 이때 상기 공구(T)는 마스터스핀들(130)의 구성에 의하여 회전운동을 함과 동시에 이송운동을 하여 공작물(M)을 가공할 수 있다.

상기에 있어 마스터스핀들(130)의 구성을 더욱 상세히 살펴보면, 마스터스핀들(130)은 외주면에 수나사가 형성된 나사축(131)과 상기 나사축(131)이 작동가능토록 나사 결합되는 하우징(132)으로 구성되는바, 하단이 공작기계의 동력전달수단(120)에 연결되어 회전력을 전달받은 나사축(131)의 상단에는 공구(T)가 장착되고, 상기 나사축(131)이 결합되는 하우징(132)은 공작기계에 형성된 고정플레이트(140)에 고정 설치된다.

한편, 상기와 같이 나사축(131)과 하우징(132)이 나사 결합되는 마스터스핀들(130)의 구성에 의하면, 나사축(131)의 원활한 구동을 위하여 나사축(131)과 하우징(132) 사이에 백래시(135, backlash)가 필연적으로 존재하는데, 종래 마스터스핀들(130)의 경우, 도 2의 도시와 같이 나사축(131)과 하우징(132)의 나사결합부가 외부로 노출되어 있음에 따라 공작물(M) 가공시 발생하는 칩(C)이 상기 백래시(135)로 유입되어 마스터스핀들(130)의 파손을 유발하는 문제점이 있었고, 아울러 공작물(M) 가공시 발생하는 미세한 금속분진 또한 작업공간에 노출된 나사축(131)을 통하여 백래시(135)로 유입되어 마찰열을 발생시키고, 종국에는 마스터스핀들(130)의 내부에서 칩(C) 및 금속분진이 융착(融着)되는 문제점이 있었다.

또한, 상기 필연적으로 존재하는 백래시(135)에 의하여 나사축(131)과 하우징(132)의 가상의 중심선이 일치하지 않게 되고, 이러한 문제점은 공구(T)의 이송거리가 길수록 더욱 커져 결국에는 허용 공차의 범위를 넘어서는 문제점이 있었다.

뿐만 아니라, 공작물(M)의 가공에 앞서 각 공구(T)의 선단과 공작물(M) 사이의 거리를 일정하게 하는 설정(setting)작업을 함에 있어, 종래 마스터스핀들(130)의 경우 작업자의 목측(目測)에 의존함에 따라 작업자의 숙련된 기술을 필요로 함은 물론이고, 숙련된 작업자라 하더라도 각 공구(T)의 선단이 일정하지 못하여 공작물(M)과의 거리가 지나치게 가깝거나 멀게 설정되어 공작물(M)에 대한 가공불량이나 생산성 저하를 유발하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 공작기계용 마스터스핀들의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 공작물 가공시 발생하는 칩과 금속분진이 마스터스핀들의 내부로 유입되지 않도록 마스터스핀들의 나사축 및 상기 나사축과 하우징의 나사결합부가 작업환경에 노출되지 않도록 하고, 나사축의 흔들림을 방지하여 나사축과 하우징의 가상 중심을 최대한 일치시킬 수 있는 수단을 제공하며, 공작물의 가공에 앞선 설정작업시 숙련된 작업자가 아니더라고 간편하고 일정하게 공구를 정렬할 수 있는 마스터스핀들을 구성하는 데 본 발명의 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 공작기계용 마스터스핀들의 구조는, 공구가 장착되는 나사축 및 상기 나사축이 작동가능토록 나사 결합되는 하우징으로 구성되어 공작기계로부터 전달되는 구동력을 상기 공구로 전달하는 마스터스핀들에 있어서, 중간 부분에 수나사를 형성한 나사축의 상부에 원통형 캡을 형성하되 상기 캡의 내주면과 나사축의 외주면 사이에 틈새가 형성되도록 하고, 하우징의 상부에는 상기 틈새로 삽입되는 상부관체를 형성하되 상기 상부관체의 내주면과 나사축의 외주면 사이에 상부공간이 형성되도록 한 마스터스핀들의 구조에 특징이 있다.

그리고 본 발명은, 하우징의 하부에 하부관체를 연장하여 형성하되 상기 하부관체의 내주면과 나사축의 외주면 하측 사이에 하부공간이 형성되도록 함과 아울러 상기 상부관체 및 하부관체의 내주면 종단이 나사축에 밀접하여 슬라이딩 되도록 한 것과, 상기 상부공간 및 하부공간에 윤활유를 충전한 것과, 상기 상부관체의 외주면에 축방향으로 분할된 어미눈금을 형성함과 아울러 캡의 외주면에 원주방향으로 분할된 적어도 하나의 아들눈금을 형성한 마스터스핀들의 구조에 부가적인 특징이 있다.

상기와 같은 본 발명에 의하면, 마스터스핀들의 나사축 및 상기 나사축과 하우징의 나사결합부가 작업환경에 노출되지 않음에 따라 공작물 가공시 발생하는 칩 및 미세한 금속분진이 나사축과 하우징 사이의 백래시로 유입되지 않고, 오히려 상기 백래시에 윤활유가 항시 공급되므로 마스터스핀들의 작동을 원활히 할 수 있으며, 나사축의 상하부가 하우징에서 연장된 상하부관체의 종단에 지지됨으로써 나사축의 흔들림을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 숙련된 작업자가 아니더라도 상부관체 및 캡에 형성한 어미눈금과 아들눈금을 이용하여 간편하게 각 공구의 선단을 정렬할 수 있음은 물론 각 공구의 선단을 고도로 정밀하게 정렬할 수 있음에 따라, 궁극적으로는 마스터스핀들의 수명을 연장하고, 가공불량을 배제하며, 생산성을 향상할 수 있는 효과가 있다.

이하 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 공작기계용 마스터스핀들의 구조를 도 3 내지 도 7을 참고하여 상세히 살펴보되, 우선 도 3을 참고하여 본 발명에 따른 마스터스핀들의 개략적인 구성을 살펴본다.

본 발명에 따른 마스터스핀들(10)은 탭핑, 드릴링, 보링, 리밍 등과 같은 구멍가공용 공작기계에 사용되는 것으로, 공작기계로부터 회전력을 전달받음과 아울러 공구(T)가 장착되는 나사축(20)과, 상기 나사축(20)이 작동가능토록 나사 결합되는 하우징(30)으로 구성되며, 공작기계의 구동력을 최종적으로 전달받는 공구(T)는 나사축(20)과 하우징(30)이 나사 결합된 마스터스핀들(10)의 구성에 의하여 회전운동을 함과 동시에 이송운동을 함으로써 공작물(M)을 가공할 수 있다.

상기 마스터스핀들(10)의 구성에 있어 나사축(20)의 구성을 도 3 및 도 4를 참고하여 더욱 상세히 살펴보면, 상기 나사축(20)은 외주면 중간 부분에 수나사를 형성하고, 나사축(20)의 하부는 공작기계에 구비된 동력전달수단과 연결하여 공작기계로부터 회전력을 전달받도록 하며, 나사축(20)의 상단에는 공구(T)를 장착할 수 있도록 한다.

그리고 상기 나사축(20)의 상부에는 원통형 캡(21)을 억지끼움 하여 형성하되, 상기 캡(21)의 내주면은 나사축(20)의 외주면에서 이격하여 틈새(22)가 형성되 도록 하고, 아울러 상기 캡(21)의 외주면에는 원주방향으로 분할한 아들눈금(23)을 적어도 하나 이상 형성하는바, 상기 아들눈금(23)은 최소한의 원점 눈금만을 표시하거나 원주면을 등분할 한 다수의 눈금을 표시할 수 있다.

상기 마스터스핀들(10)의 구성에 있어 하우징(30)의 구성을 도 3 내지 도 5를 참고하여 더욱 상세히 살펴보면, 상기 하우징(30)의 내주면에는 나사축(20)이 결합되어 작동할 수 있도록 상기 나사축(20)에 형성한 수나사에 상응하는 암나사를 형성하고, 하우징(30)의 외주면에는 플랜지(flange)를 형성하여 공작기계의 고정플레이트(40)에 하우징(30)을 고정 설치할 수 있도록 한다.

그리고 하우징(30)의 상부에는 상기 나사축(20)의 외주면과 캡(21)의 내주면 사이에 형성한 틈새(22)로 삽입되는 상부관체(31)를 형성하되, 상기 상부관체(31)의 내주면은 나사축(20)의 외주면에서 이격되어 상부공간(32)이 형성되도록 함과 아울러 상기 상부공간(32)에는 그리스(grease)와 같은 윤활유를 충전하고, 상기 상부관체(31)의 내주면 종단은 나사축(20)의 상부 외주면에 밀접하여 슬라이딩 되도록 하며, 상부관체(31)의 외주면에는 축방향으로 분할된 어미눈금(33)을 형성한다.

또한, 하우징(30)의 하부에는 하부관체(36)를 연장하여 형성하되, 상기 하부관체(36)의 내주면이 나사축(20)의 외주면 하측에서 이격되도록 하여 하부공간(37)이 형성되도록 하고, 상기 하부공간(37)에는 그리스(grease)와 같은 윤활유를 충전 하며, 하부관체(36)의 내주면 종단은 나사축(20)의 하부 외주면에 밀접하여 슬라이딩 되도록 한다.

이하 상기와 같이 구성한 본 발명에 따른 공작기계용 마스터스핀들의 작용을 도 6 및 도 7을 참고하여 상세히 살펴보면, 나사축(20)에 형성한 캡(21)의 틈새(22)로 하우징(30)에 형성한 상부관체(31)가 삽입되어 마스터스핀들(10)의 나사축(20) 및 상기 나사축(20)과 하우징(30)의 나사결합부가 외부로 노출되지 않으므로, 공작물(M) 가공시 발생하는 칩(C) 및 미세한 금속분진이 마스터스핀들(10)의 내부로 유입되어 융착(融着)되는 문제점을 해소할 수 있고, 나아가 밀폐된 상하부공간(32)(37)에 윤활유를 충전하여 마스터스핀들(10)의 작동을 더욱 원활히 할 수 있으며, 상하부관체(31)(36)의 종단이 나사축(20)의 상하부를 지지하여 나사축(20)의 흔들림을 최대한 방지할 수 있는 데 이는 상하부관체(31)(36)의 종단과 같은 미끄럼면의 경우 통상적인 나사결합부의 백래시(backlash)보다 그 공차가 작고 한편으론 상하부관체(31)(36)가 축방향으로 길게 연장되기 때문이다.

그리고 가공에 앞서 작업자가 공구(T)를 장착함에 있어, 상부관체(31)의 어미눈금(33)과 캡(21)의 아들눈금(23)을 마이크로미터(micrometer)처럼 활용하여 숙련된 작업자가 아니더라도 간편하고 정밀하게 설정작업을 할 수 있으며, 이때 아들눈금(23)을 많이 분할할수록 각 공구(T)의 선단을 더욱 정밀하게 정렬할 수 있다.

도 1은 종래 마스터스핀들이 장착된 공작기계의 일 예를 나타내는 예시도

도 2는 종래 마스터스핀들의 구성을 나타내는 사용상태도

도 3은 본 발명에 따른 마스터스핀들의 구성을 나타내는 부분 종단면도

도 4는 본 발명에 따른 마스터스핀들의 나사축을 나타내는 정면도 및 단면도

도 5는 본 발명에 따른 마스터스핀들의 하우징을 나타내는 정면도 및 단면도

도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 마스터스핀들의 사용상태도

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

10: 마스터스핀들 20: 나사축

21: 캡 22: 틈새

23: 아들눈금 30: 하우징

31: 상부관체 32: 상부공간

33: 어미눈금 36: 하부관체

37: 하부공간 40: 고정플레이트

C: 칩 M: 공작물

T: 공구

Claims

공구(T)가 장착되는 나사축(20) 및 상기 나사축(20)이 작동가능토록 나사 결합되는 하우징(30)으로 구성되어, 공작기계로부터 전달되는 구동력을 공구(T)로 전달하는 마스터스핀들(10)에 있어서;

중간 부분에 수나사를 형성한 나사축(20)의 상부에 원통형 캡(21)을 형성하되, 상기 캡(21)의 내주면과 나사축(20)의 외주면 사이에 틈새(22)가 형성되도록 하고;

상기 캡(21)의 외주면에는 원주방향으로 분할된 적어도 하나의 아들눈금(23)을 형성하며;

상기 하우징(30)의 상부에는 상기 틈새(22)로 삽입되는 상부관체(31)를 형성하되;

상기 상부관체(31)의 외주면에 축방향으로 분할된 어미눈금(33)을 형성함으로써;

상기 나사축(20)과 하우징(30)의 나사결합부 사이로 공작물 가공시 발생하는 칩 및 미세한 금속분진이 유입되지 않을 뿐만 아니라, 상부관체(31) 및 캡(21)에 형성한 어미눈금(33)과 아들눈금(23)을 이용하여 공구(T)의 선단을 간편하고도 고도로 정밀하게 정렬할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 공작계용 마스터스핀들의 구조.
삭제
제1항에 있어서;

상기 하우징(30)의 상부에 형성한 상부관체(31)의 내주면과 나사축(20)의 외주면 사이에 상부공간(32)이 형성되도록 하고;

상기 하우징(30)의 하부에는 하부관체(36)를 연장하여 형성하되, 상기 하부관체(36)의 내주면과 나사축(20)의 외주면 하측 사이에 하부공간(37)이 형성되도록 하며;

상기 상부관체(31) 및 하부관체(36)의 내주면 종단이 나사축(20)의 외주면에 밀접하여 슬라이딩 되도록 한 것을 특징으로 하는 공작기계용 마스터스핀들의 구조.
제3항에 있어서;

상기 상부공간(32) 및 하부공간(37)에 윤활유를 충전한 것을 특징으로 하는 공작기계용 마스터스핀들의 구조.