KR101100497B1

KR101100497B1 - 작업기계의 흔들림 방지장치

Info

Publication number: KR101100497B1
Application number: KR1020087015064A
Authority: KR
Inventors: 야스히로 코마이
Original assignee: 에누티엔지니아링구 가부시키가이샤
Priority date: 2006-02-09
Filing date: 2007-01-26
Publication date: 2011-12-29
Also published as: JP4665800B2; JP2007210088A; EP1985395A1; KR20080098583A; US8430610B2; US20090202313A1; WO2007091484A1

Abstract

흔들림 방지장치(10)는, 스핀들(18)과, 보링바(boring bar)(20)를 장착하는 복수의 볼트부재(24a~24d)를 구비한다. 볼트부재(24a~24d)를 구성하는 본체부 내에는, 댐퍼실(damper chamber)(34)이 형성됨과 아울러, 이 댐퍼실(34) 내에는, 워크(W)의 가공시에 흔들림의 요인이 되는 진동에너지를, 미끄럼마찰에 의해 흡수하는 프릭션댐퍼부(friction damper)(36)가 이동가능하게 수용된다.

보링, 보링바, 흔들림 방지장치, 선반, 보링머신, 프릭션댐퍼, 미끄럼마찰, 볼트부재, 스핀들, 바이트

Description

작업기계의 흔들림 방지장치{FLUTTERING PREVENTION DEVICE FOR WORKING MACHINE}

본 발명은, 가공공구를 통해 워크(work)에 가공처리를 실시할 때, 흔들림이 발생하는 것을 방지하기 위한 작업기계의 흔들림 방지장치에 관한 것이다.

일반적으로, 가공공구를 통해 워크에 가공처리를 실시하기 위해서, 각종의 공작기계가 사용되고 있다. 예를 들면, 보링(boring)가공은, 보링용 바이트(절삭날)가 설치된 보오링 툴(tool)을 공작기계의 회전주축(스핀들(spindle))에 장착하고, 상기 보오링 툴을 고속으로 회전시키면서 아래구멍을 따라 차례로 내보냄으로써, 그 절삭날 가공직경으로 소정의 위치에 고정밀도의 구멍부를 가공하는 것이다.

통상적으로, 보링바(boring bar)는, 소위 외팔보 방식이며, 예를 들면 커넥팅로드(connecting rod) 등의 워크의 구멍가공에 사용되기 때문에, 비교적 긴 길이이면서 가는 직경으로 설정되어 있다. 가공되는 워크를 클램프하는 지그나 가공구멍의 형상의 간섭 등이 염려되기 때문이다. 이 때문에, 절삭저항에 의해 보링바에 휨이 발생하기 쉽고, 흔들림(소위, 재생(再生)흔들림을 포함한다)으로 되어 가공에 나타나버린다.

그래서, 예를 들면, 특허문헌1에 개시되어 있는 방진(防振) 보링바가 알려져 있다. 이 특허문헌1에서는, 보링바에 중심맹혈(中心盲穴)을 설치하여, 이 중심맹혈에 관(管) 형상의 자석을 슬라이딩 가능하게 삽입하는 동시에, 상기 관 형상 자석의 중심에 소정의 간극으로, 그리고 서로 반발하는 관계의 봉(棒) 형상 자석을 봉입(封入)하는 소위, 다이내믹 댐퍼(dynamic damper)를 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.

특허문헌1: 일본 특허공개 평286304호 공보

그런데, 상기 특허문헌1의 방진 보링바를, 도 11에 나타내는 바와 같이, 중간마무리공정과 마무리공정을 연속해서 행하는 보링바(1)에 적용하면, 이 보링바(1)에는, 예를 들면, 2개 중간마무리절삭날(2a,2b)과 마무리절삭날(3)이 소정각도씩 이격되어 장착된다. 그리고, 보링바(1)에는, 중심맹혈(4)이 형성되는 동시에, 상기 중심맹혈(4)안에 프릭션 댐퍼(friction damper)(5)가 슬라이딩가능하게 수용된다.

상기 구성에서는, 예를 들면, 마무리절삭날(3)의 직경조정을 행하기 위해, 보링바(1) 전체를 상기 마무리절삭날(3)쪽(화살표 S방향)으로 움직이게 하면, 프릭션 댐퍼(5)도 화살표 S방향으로 약간 이동한다. 따라서, 프릭션 댐퍼(5)는, 보링바(1)의 중심위치부터 벗어나기 때문에, 원심력이 작용하여 화살표 S방향을 향해 내경구멍에 억눌린다.

이 상태에서는, 화살표 B방향의 진동에 대해 프릭션 댐퍼(5)가 작용하지만, 화살표 C방향에 대해 상기 프릭션 댐퍼(5)가 작용하지 않는다. 이에 의해, 프릭션 댐퍼(5)는, 특정 방향의 진동흡수기능을 가질 뿐이며, 범용성이 뒤떨어진다고 하는 문제가 있다.

본 발명은 이런 종류의 문제를 해결하는 것이며, 간단한 구성으로, 흔들림의 발생을 유효하게 저지할 수 있어, 고정밀도의 가공작업이 효율적으로 수행가능한 작업기계의 흔들림 방지장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 원심력이 작용하는 회전체에 장착된 가공공구를 통해 워크에 가공처리를 실시할 때, 흔들림이 발생하는 것을 방지하기 위한 작업기계의 흔들림 방지장치에 관한 것이다. 이 흔들림 방지장치는, 가공공구를, 회전체인 주축(主軸)측에 장착하기 위해, 상기 주축의 축방향에 평행한 축선을 갖고 또한 상기 주축의 회전축을 중심으로 하는 동심원상에 설치되는 3개 이상의 복수의 볼트부재를 구비하고 있다.

볼트부재는, 주축측에 감겨들어가는 나사부를 갖는 본체부와, 상기 본체부 내에 형성되는 댐퍼실과, 상기 댐퍼실 내에 이동가능하게 수용되는 동시에, 워크 가공시에 흔들림의 요인이 되는 진동에너지를, 미끄럼마찰에 의해 흡수하는 프릭션 댐퍼부를 구비하고 있다.

또한, 볼트부재의 두부(頭部)측에는, 댐퍼실을 폐색하기 위한 캡(cap)부가 장착되는 동시에, 상기 댐퍼실 내에는, 프릭션 댐퍼부를 진동가능하게 하는 간극이 형성되는 것이 바람직하다.

그리고, 프릭션 댐퍼부는, 캡부에 흡착되는 마그넷(magnet)을 갖는 것이 바람직하다.

또한, 마그넷은, 추에 고착되는 동시에, 상기 추는, 댐퍼실 내에 축방향 및 상기 축방향에 교차하는 방향으로 진동가능하게 수용되는 것이 바람직하다.

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본 발명에 의한 작업기계의 흔들림 방지장치에서는, 가공공구를 주축측에 장착하기 위한 볼트부재 내에, 프릭션 댐퍼부가 이동가능하게 수용되어 있다. 이 때문에, 가공공구의 형상 등에 영향을 받지않고, 프릭션 댐퍼부를 소망의 배치상태 및 수로 용이하게 장착할 수 있다. 이에 의해, 간단한 구성으로, 흔들림의 발생을 유효하게 저지할 수 있어, 고정밀도의 가공작업이 효율적으로 수행가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 작업기계의 흔들림 방지장치가 끼워넣어지는 공작기계의 주요부 설명도이다.

도 2는 상기 흔들림 방지장치를 구성하는 볼트부재의 사시 설명도이다.

도 3은 상기 볼트부재의 일부단면 설명도이다.

도 4는 상기 흔들림 방지장치의 작용 설명도이다.

도 5는 상기 볼트부재가 3개인 경우의 작용 설명도이다.

도 6은 육각구멍을 가진 볼트에 대응하는 볼트부재의 일부단면도이다.

도 7은 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 작업기계의 흔들림 방지장치의 단면설명도이다.

도 8은 본 발명의 제3 실시 형태에 의한 공작기계의 주요부 설명도이다.

도 9는 본 발명의 제4 실시 형태에 의한 공작기계의 주요부 설명도이다.

도 10은 본 발명의 제5 실시 형태에 의한 공작기계(60)의 주요부 설명도이 다.

도 11은 특허문헌1의 보링바의 설명도이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 작업기계의 흔들림 방지장치(10)가 끼워넣어지는 공작기계(12)의 주요부 설명도이다.

이 공작기계(12)는, 케이싱(casing)(14) 안에 베어링(16)을 통해 회전가능하게 설치되는 스핀들(spindle)(주축)(18)과, 상기 스핀들(18)에 착탈가능한 보링바(가공공구)(20)를 구비하고, 상기 보링바(20)의 선단에 보링용 바이트(22)가 장착되어 있다.

흔들림 방지장치(10)는, 보링바(20)를 스핀들(18)에 장착하기 위해, 상기 스핀들(18)의 축방향(화살표 A방향)에 평행한 축선을 갖는 복수, 예를 들면, 4개의 볼트부재(24a∼24d)를 구비한다. 스핀들(18)에는, 회전축을 중심으로 하는 동심원상에 소정각도씩 이격해서 4개의 나사구멍(26)이 형성되는 동시에, 보링바(20)에는, 상기 나사구멍(26)과 동축적(同軸的)으로 4개의 단(段)을 가진 구멍부(28)가 설치된다.

도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 볼트부재(24a∼24d)는, 스핀들(18)의 나사구멍(26)에 감겨들어가는 나사부(30)를 갖는 본체부(32)를 구비한다. 본체부(32)안에는, 댐퍼실(34)이 형성되는 동시에, 이 댐퍼실(34) 안에는, 워크(W)의 가공시에 흔들림의 요인이 되는 진동에너지를, 미끄럼마찰에 의해 흡수하는 프릭션 댐퍼부(36)가 이동가능하게 수용된다. 볼트부재(24a∼24d)의 두부(頭部)(예를 들면, 육각볼트에 대응)측에는, 댐퍼실(34)을 폐색하기 위한 자성체인 캡부(38)가 장착된다.

프릭션 댐퍼부(36)는, 캡부(38)에 흡착되는 프릭션 댐퍼용 마그넷(40)과, 이 마그넷(40)을 고착(固着)하는 추(42)를 구비한다. 마그넷(40)은, 항상 진동을 하게 되므로, 이 마그넷(40)의 미끄럼면이 마모나 경년(經年)변화에 대해 강한 고성능을 갖는 것이 바람직하다. 마그넷(40)은, 일반적인 마그넷 이외에, 진동에 대해 강한, 예를 들면, 희토류(希土類) 마그넷이 사용된다. 캡부(38)를 구성하여 마그넷(40)이 흡착배치되는 캡 내면(38a)은, 상기 마그넷(40)을 원활하게 옆으로 미끄러지게 하기 위해 평활면(平滑面)으로 구성된다.

댐퍼실(34)에는, 추(42)를 축방향(화살표 A방향)으로 진동(이동)가능하게 하는 간극(44a)과, 상기 추(42)를 상기 축방향에 교차하는 방향(화살표 D방향)으로 진동(이동)가능하게 하는 간극(44b)이 설치된다.

이렇게 구성되는 제1 실시 형태에 의한 흔들림 방지장치(10)가 끼워넣어지는 공작기계(12)의 동작에 대해, 이하에 설명한다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 워크(W)가 클램프장치(46)에 클램프 파지되어 있고, 공작기계(12)에는, 보링바(20)를 장착한 스핀들(18)이 회전구동되는 동시에, 상기 워크(W)의 아래구멍(48)을 따라 내보내진다. 그리고, 보링바(20)가 워크(W)의 아래구멍(48)측으로 상대적으로 이동한다. 이 때문에, 보링바(20)가 회전하고, 이 보링바(20)에 장착된 보링용 바이트(22)를 통해 아래구멍(48)을 구성하는 내벽면 (內壁面)(48a)에 보링가공이 시행된다.

그때, 흔들림 방지장치(10)에서는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 보링바(20)의 장착볼트로서의 기능을 갖는 볼트부재(24a∼24d)의 원심력은, 각각 외주방향으로 작용하고 있다. 이 때문에, 각 볼트부재(24a∼24d)에 있어서의 진동억제효과가 있는 방향은, 상기 볼트부재(24a∼24d)의 접힌 화살표로 나타내는 바와 같이 각각 직각방향을 향하고 있다.

다시 말해, 볼트부재(24a)와 볼트부재(24c)는, 화살표 E방향의 진동에 대해 작용하고, 볼트부재(24b)와 볼트부재(24d)는, 화살표 F방향의 진동에 대해 작용하며, 또한 화살표 R방향의 진동에 대해서는, 모든 볼트부재(24a∼24d)가 작용하도록 기능한다.

이처럼, 복수의 볼트부재(24a∼24d)를 레디얼(radial)형상으로 배치함으로써, 보링바(20)가 회전을 하여도, 상기 볼트부재(24a∼24d) 중 적어도 어느 하나의 진동에 의해 억제효과를 유지할 수 있다. 따라서, 보링바(20)가 진동하는 힘(운동에너지)은, 각 볼트부재(24a∼24d)를 구성하는 마그넷(40)의 부착력에 의한 옆으로 미끄러지는 마찰에너지로 변환 소산(消散)되게 된다.

이로써, 제1 실시 형태에서는, 새롭게 보링바(20)에 부여되는 에너지가, 마그넷(40)의 마찰력에 의해 소비 흡수되기 때문에, 간단한 구성으로, 흔들림의 발생을 유효하게 저지할 수 있다.

더욱이, 제1 실시 형태에서는, 보링바(20)의 장착볼트로서의 기능을 갖는 볼트부재(24a∼24d)에 프릭션 댐퍼부(36)가 수용되어 있다. 이 때문에, 보링바(20)의 형상 등에 영향받지 않고, 프릭션 댐퍼부(36)를 소망의 배치상태 및 수(數)로 용이하게 끼워넣어질 수 있다. 따라서, 간단한 구성으로, 흔들림의 발생을 유효하게 저지할 수 있어, 고정밀도의 가공작업이 효율적으로 수행가능하게 된다고 하는 효과를 얻을 수 있다.

여기서, 흔들림 방지장치(10)에서는, 진동 진폭(振幅)이 작은 동안, 프릭션 댐퍼부(36)가 본체부(32) 및 캡부(38)와 일체로 진동하고 있다. 한편, 진동 진폭이 어느 크기이상에 달하면, 프릭션 댐퍼부(36)에 생기는 관성력이 마찰력보다 커진다. 이로써, 프릭션 댐퍼부(36)와 캡부(38) 사이에서 마찰 미끄럼이 발생해서 진동에너지를 흡수하여, 진동 진폭이 그 이상 커지지 않고, 자려(自勵)진동(재생(再生)흔들림)의 억제에 효과를 발휘한다.

그리고, 제1 실시 형태에 의한 흔들림 방지장치(10)에서는, 4개의 볼트부재(24a∼24d)를 구비하고 있지만, 이에 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 도 5에 나타내는 바와 같이, 동심원상에 3개의 볼트부재(24a∼24c)를 소정각도씩 이격하여 설치할 수 있다. 또한, 도시하지 않지만, 5개 이상의 볼트부재를 설치함으로써, 억제효과를 한층 향상시키는 것도 가능하다.

또한, 육각볼트에 대응하는 볼트부재(24a∼24d)를 대신하여, 도 6에 나타내는 볼트부재(90)를 사용할 수 있다. 그리고, 볼트부재(24a∼24d)와 동일한 구성요소에는 동일한 참조부호를 부여하고, 그 상세한 설명은 생략한다.

볼트부재(90)는, 육각구멍을 가진 볼트에 대응하고 있고, 댐퍼실(34)을 폐색(閉塞)하기 위한 자성체인 캡부(92)에는, 육각구멍(94)이 형성된다. 이 캡부(92) 는, 고정핀(96)을 통해 본체부(32)에 돌려서 고정된다.

이 볼트부재(90)로는, 특히 두부가 본체부(32)로부터 외부로 돌출하지 않고, 도시하지 않은 워크나 지그 등에 간섭하는 것을 저지할 수 있다고 하는 효과를 얻을 수 있다.

도 7은, 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 작업기계의 흔들림 방지장치(50)의 단면 설명도이다. 그리고, 제1 실시 형태에 의한 흔들림 방지장치(10)와 동일한 구성요소에는 동일한 참조부호를 부여하고, 그 상세한 설명은 생략한다.

흔들림 방지장치(50)는, 복수의 볼트부재(52)를 구비하는 동시에, 상기 볼트부재(52)을 구성하는 댐퍼실(34) 안에는, 프릭션 댐퍼부(54)가 이동가능하게 수용된다. 프릭션 댐퍼부(54)는, 예를 들면 강재(鋼材) 등의 자성체로 구성되는 추(56)와, 상기 추(56)의 표면으로부터 안쪽에 배치되는 마그넷(58)을 구비한다.

이렇게 구성되는 제2 실시 형태에서는, 마그넷(58)이 캡부재(38)의 캡 내면(38a)에 슬라이딩하지 않아, 상기 마그넷(58)의 마모에 의한 소모(消耗)가 야기되는 것을 저지할 수 있다. 더욱이, 추(56)의 재질은, 비중이 클수록, 억제 소산 에너지 효과가 커서, 강재 이외에, 납, 구리 또는 초경(超硬) 등이 적합하게 사용가능하다.

도 8은, 본 발명의 제3 실시 형태에 의한 공작기계(60)의 주요부 설명도이다. 그리고, 제1 실시 형태에 의한 공작기계(12)와 동일한 구성요소에는 동일한 참조부호를 부여하고, 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에 설명하는 제4 및 제5 실시 형태에 있어서도 마찬가지로, 그 상세한 설명은 생략한다.

공작기구(12)는, 스핀들(18)에 착탈가능한 보링바(가공공구)(62)를 구비한다. 이 보링바(62)의 선단(先端)에 중간마무리용 바이트(64a)가 장착되는 동시에, 상기 중간마무리용 바이트(64a)의 후방(後方)에는, 마무리용 바이트(64b)가 장착되어 있다.

이처럼, 보링바(62)에는, 중간마무리용 바이트(64a) 및 마무리용 바이트(64b)가 장착되어 있어, 상기 보링바(62)에 흔들림 방지구조를 설치할 수 없다.

그래서, 제3 실시 형태에서는, 보링바(62)를 스핀들(18)에 장착하기 위한 볼트로서의 기능을 갖는 볼트부재(24a∼25d)에, 프릭션 댐퍼부(36)가 수용되어 있다. 이로써, 보링바(62)의 형상 등에 영향받지 않고, 프릭션 댐퍼부(36)를 소망의 배치상태 및 수로 용이하게 끼워넣을 수 있어, 상기의 제1 및 제2 실시 형태와 같은 효과를 얻을 수 있다.

또한, 공작기계(12)는, 도 8과 같이 , 수평자세로 사용되는 이외에, 하향이나 상향 등, 여러가지 가공자세로 사용가능하다.

도 9는, 본 발명의 제4 실시 형태에 의한 흔들림 방지장치(70)를 끼워넣는 공작기계(72)의 주요부 설명도이다.

공작기계(72)는, 하향의 가공자세로 사용되는 것이며, 흔들림 방지장치(70)는, 예를 들면, 4개의 볼트부재(74a∼74d)를 구비한다. 볼트부재(74a∼74d)를 구성하는 댐퍼실(34) 안에는, 프릭션 댐퍼부(76)가 이동가능하게 수용되는 동시에, 상기 프릭션 댐퍼부(76)는, 추만으로 구성된다.

이렇게 구성되는 제4 실시 형태에서는, 프릭션 댐퍼부(추)(76)가 캡 내 면(38a)에, 직접, 슬라이딩 가능하게 재치(載置)되어 있고, 상기 프릭션 댐퍼부(76) 자체의 질량 및 중력에 의해 미끄럼마찰력이 발생한다. 따라서, 제4 실시 형태에서는, 마그넷을 사용하지 않고, 상기의 제1∼제3 실시 형태와 같은 효과를 얻는 것이 가능하게 된다.

도 10은, 본 발명의 제5 실시 형태에 의한 흔들림 방지장치(80)를 끼워넣는 공작기계(82)의 주요부 설명도이다.

공작기계(82)는, 상향의 가공자세로 사용되는 것이며, 흔들림 방지장치(80)는, 예를 들면 4개의 볼트부재(84a∼84d)를 구비한다. 볼트부재(84a∼84d)를 구성하는 댐퍼실(34) 안에는, 프릭션 댐퍼부(86)가 이동가능하게 수용되는 동시에, 상기 프릭션 댐퍼부(86)는, 추만으로 구성된다. 댐퍼실(34) 안에는, 프릭션 댐퍼부(86)를, 직접, 슬라이딩 가능하게 재치하기 위한 스페이서(spacer)(88)를 설치하는 것이 바람직하다. 평활한 미끄럼면을 형성하기 위해서이다.

이렇게 구성되는 제5 실시 형태에서는, 프릭션 댐퍼부(추)(86)가 스페이서(88)에 직접 재치되어 있어, 상기 프릭션 댐퍼부(86) 자체의 질량 및 중력에 의해 미끄럼마찰력이 발생한다. 이로써, 제5 실시 형태에서는, 마그넷을 사용하지 않고, 상기의 제1∼제4 실시 형태와 같은 효과를 얻는 것이 가능하게 된다.

그리고, 상기 제4 및 제5 실시 형태에서는, 프릭션 댐퍼부(76, 86)가, 추만으로 구성되어 있지만, 이에 한정되지 않고, 반대로 상기 프릭션 댐퍼부(76, 86)를 마그넷만으로 구성할 수 있다. 그때 프릭션 댐퍼부(76, 86)는, 가능한 한 비중이 큰 마그넷으로 구성하는 것이 바람직하다.

Claims

원심력이 작용하는 회전체에 장착된 가공공구(20)를 통해 워크(work)에 가공처리를 실시할 때, 흔들림(fluttering)이 발생하는 것을 방지하기 위한 작업기계의 흔들림 방지장치로서,

상기 가공공구(20)를, 상기 회전체인 주축(主軸)(18)측에 장착하기 위해, 상기 주축(18)의 축방향에 평행한 축선을 갖고 또한 상기 주축의 회전축을 중심으로 하는 동심원상에 설치되는 3개 이상의 복수의 볼트부재(24a∼24d)를 구비하고,

상기 볼트부재(24a∼24d)는, 상기 주축(18)측에 감겨들어가는 나사부(30)를 갖는 본체부(32)와,

상기 본체부(32) 안에 형성되는 댐퍼(damper)실(34)과,

상기 댐퍼실(34) 안에 이동가능하게 수용되는 동시에, 상기 워크의 가공시에 상기 흔들림의 요인이 되는 진동에너지를, 미끄럼마찰에 의해 흡수하는 프릭션 댐퍼(friction damper)부(36)를 구비하는 것을 특징으로 하는 작업기계의 흔들림 방지장치.
제1항에 있어서,

다방향의 진동을 억제하기 위해, 상기 볼트부재(24a~24d)의 두부(頭部)측에는, 상기 댐퍼실(34)을 폐색(閉塞)하기 위한 캡(cap)부(38)가 장착되는 동시에,

상기 댐퍼실(34) 안에는, 상기 프릭션 댐퍼부(36)를 진동가능하게 하는 간극(44b)이 형성되는 것을 특징으로 하는 작업기계의 흔들림 방지장치.
제2항에 있어서,

상기 프릭션 댐퍼부(36)는, 상기 캡부(38)에 흡착되는 마그넷(magnet)(40)을 갖는 것을 특징으로 하는 작업기계의 흔들림 방지장치
제3항에 있어서,

상기 마그넷(40)은 추(42)에 고착(固着)되는 동시에,

상기 추(42)는, 상기 댐퍼실(34) 안에 상기 축방향 및 상기 축방향에 교차하는 방향으로 진동가능하게 수용되는 것을 특징으로 하는 작업기계의 흔들림 방지장치.
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