KR101125900B1 - 스핀들 시험장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스핀들 시험장치와 방법에 관한 것으로, 이 시험장치는 회전부하장치와 선형부하장치를 구비하는바, 회전부하장치는 축을 매개로 스핀들에 연결되어 스핀들에 회전부하를 가하도록 되어 있으며, 선형부하장치는 축에 예정된 선형부하를 가하여 스핀들에 선형부하가 적어도 부분적으로 전달되도록 되어 있어서, 스핀들이 이 스핀들의 효용성을 측정하도록 다양한 선형부하와 회전부하를 받게 되어, 스핀들의 성능이 측정될 수 있게 된다.

Description

스핀들 시험장치 및 방법 {Spindle test apparatus and method}

본 발명은 회전 스핀들에 관한 것으로, 특히 스핀들을 시험하는 장치와 방법에 관한 것이다.

스핀들은 광범위한 종류의 기계에 사용되는 것으로, 이는 회전운동을 발생시키거나 전달하는 메커니즘을 제공하게 된다. 전형적인 스핀들로는 축에 연결된 전기모터가 있다. 이 모터와 축은 하우징에 장착되고, 축의 적어도 한쪽 끝이 하우징으로부터 뻗어 있어 공구에 연결된다. 베어링과 부시 및 스페이서가 하우징에서 축의 위치를 유지하는 데에 이용될 수 있다. 상기 모터는 축과 공구를 회전시키는 데에 이용된다. 예컨대, 기계가공용 비트(bit)와 같은 공구는 축에 연결될 수 있고, 스핀들은 구조재료를 기계가공하는 컴퓨터 수치제어(이하 CNC) 공작기계와 같은 고속 공작기계에 사용될 수 있다. 선택적으로, 스핀들은 하우징 안에 구비된 것이 아닌, 모터와 같은 외부 회전장치의 연결에 이용될 수 있다. 따라서, 스핀들은 예컨대 베어링 또는 부시에 의해 지지되어 자유로이 회전할 수 있으면서 하우징에 장착되는 축을 구비할 수 있다.

스핀들을 사용하는 각 장치와 공정에서, 스핀들이 크기와, 강도, 최대 토크, 피로저항 등과 같은 특별한 특성을 가져야 한다. 스핀들이 사용될 장치 및 공정과 적당히 맞지 않으면, 스핀들은 과도하게 약화되고 너무 빨리 고장 나게 된다. 예컨대, 전술된 고속 공작기계에 사용되는 스핀들은 이 스핀들의 모터가 과열되거나, 축이 파손되거나, 베어링 또는 부시가 약화되거나 과열되어 버리면 고장 나게 된다. 스핀들의 고장은 보수나 교체를 필요로 해서, 기계의 작동비용을 증대시키게 된다. 덧붙여, 고장 난 스핀들은 기계의 작동을 방해하여서, 제조의 지연과 생산성의 하락 및 낭비되는 재료와 같이 기계의 작동중단시간과 관련된 비용을 초래하게 된다.

스핀들이 특정한 용도에 사용되기 전에 스핀들의 효용성을 평가하고자 하는 시도가 있었다. 예컨대, 스핀들이 알루미늄 부품을 기계가공하기 위해 CNC 공작기계에 사용되기로 되어 있다면, 이 스핀들은 이러한 용도에 대한 스핀들의 효용성을 측정하는 시험을 받게 될 것이다. 특히, 스핀들은 이 스핀들이 사용되어질 기계와 유사한 시험장치에 설치되어, 이 시험장치가 작동 동안 일어나게 되는 것과 유사한 응력을 스핀들에 가할 수 있게 되어 있다. 이 시험장치는 스핀들이 고장 날 때까지 계속 작동될 수 있다. 따라서, 시험은 용도에 따라 기대되는 스핀들의 수명을 측정하는 데에 이용될 수 있으며, 스핀들의 온도와 진동특성도 시험기간 동안 측정될 수 있다. 하지만, 이러한 시험에는 시험을 수행하기 위한 인원과 시간을 필요로 하였다. 더구나, 알루미늄 또는 다른 재료가 기계가공되거나 시험 동안 소모됨으로써 비용이 많이 들게 되었다.

선택적으로, 시험장치는 스핀들에 기계적으로 연결되는 동력계(dynamometer)를 구비할 수 있다. 이 동력계는 시험기간에 걸쳐 스핀들에 특정한 회전저항을 가 하는 데에 이용되어, 시험기간 동안 스핀들의 출력토크와 동력을 측정할 수 있게 되어 있다. 동력계에 의한 시험은 소모되어 낭비되는 재료의 비용을 절약할 수 있으나, 이 동력계가 시험장치의 비용을 증대시키게 된다. 더구나, 동력계는 스핀들의 효용성에 영향을 끼치는 다른 요인들을 측정하거나 시험하지 못한다. 예컨대, 스핀들은 통상적인 작동 동안 측면 또는 축방향 부하를 받을 수 있는데, 이들은 시험 동안 가해지지 않는다. 이러한 부하는 스핀들의 작동수명 내지 효용성을 대체로 감소시킬 수 있다. 덧붙여, 통상적인 작동에서, 스핀들은 예컨대 소재에 공구의 블레이드 또는 이빨이 충돌하는 것과 일치하여 진동 또는 다른 주기적인 힘을 받게 될 수 있다. 시험 동안 동력계에 의해 측정되거나 가해지지 않는 이들 진동 또는 다른 주기적인 힘은 스핀들의 수명과 작동에 대체로 악영향을 끼치게 되어서, 시험의 정확성을 떨어뜨리게 된다.

따라서, 스핀들을 시험하는 향상된 장치와 방법이 요구되었는바, 이 장치는 예정된 일정에 따라 또는 계속적으로 각 스핀들이 특정한 토크와, 축방향 부하, 측면부하 및, 주기적인 힘을 받게 함으로써, 다양한 유형의 스핀들을 시험할 수 있어야 하고, 예정된 조건 하에서 장치의 효용성을 측정하는 감시설비와 맞춰질 수도 있어야 한다.

본 발명은 스핀들을 시험하는 향상된 장치와 방법을 제공한다. 이 시험장치는 축을 매개로 스핀들에 연결되는 회전부하장치를 구비하고, 이 회전부하장치는 스핀들을 회전시키거나 스핀들의 회전을 억제함으로써 스핀들에 회전부하를 가하도록 되어 있다. 추가로, 선형부하장치가 축에 예정된 부하를 가하도록 되어 있어서, 선형부하가 적어도 부분적으로 스핀들에 전달되게 한다.

본 발명의 한 실시예에 따르면, 선형부하장치는 회전자와 고정자를 구비하는 자기베어링이다. 회전자는 스핀들에 의해 회전하도록 되어 있고, 고정자는 이 회전자의 주위에서 적어도 부분적으로 원주방향으로 뻗어 있다. 회전자와 고정자가 이들 사이에 전자기력을 발생시키도록 되어 있어서, 스핀들이 예정된 방향으로 밀어 붙여지게 된다. 선형부하가 축에 대해 축방향이나, 가로지르는 횡방향으로, 또는 축방향 및 횡방향 사이에 소정의 각도로 가해질 수 있게 된다. 또한, 제어기가 이 선형부하의 방향 또는 크기를 선택적으로 조절할 수 있도록 되어 있다. 예컨대, 제어기는 스핀들에 주기적으로 선형부하를 가할 수 있다. 회전부하장치는 축과 스핀들을 회전시키도록 된 회전 액츄에이터이거나, 회전운동을 전기에너지로 변환시키도록 된 발전기로 될 수 있다. 스핀들로부터 회전부하장치를 적어도 부분적으로 분리시키는 분리장치가 구비되어서, 주로 선형부하가 스핀들에 전달되게 한다. 또한, 상기 축은 스핀들을 분리가능하게 연결하도록 된 분리가능한 커넥터를 구비할 수 있다. 하나 이상의 장치가 시험장치의 작동변수를 감지하도록 될 수 있다.

본 발명은 공구를 사용하기 위한 스핀들을 시험하는 방법도 포함하는바, 이 방법은 축을 매개로 회전부하장치에 스핀들을 회전가능하게 연결하는 단계와, 스핀들과 회전부하장치를 회전시키는 단계로 이루어진다. 예컨대, 스핀들은 축과 회전부하장치를 회전시키도록 작동될 수 있어서, 회전부하장치는 스핀들에 회전저항을 제공하게 된다. 선택적으로, 회전부하장치가 작동되어서 축과 스핀들을 회전시킬 수 있다. 자기베어링과 같은 선형부하장치는 축에 대해 축방향 또는 횡방향과 같은 예정된 방향으로 스핀들에 예정된 선형부하를 가하도록 작동된다. 제어기는, 예컨대 스핀들의 전형적인 또는 예정된 회전작동속도에서 일어나는 공구의 하나 이상의 기구의 회전통과주파수에 상응하는 주파수에서 주기적으로 선형부하를 선택적으로 조절할 수 있다. 시험장치의 하나 이상의 작동변수가 감지될 수 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 스핀들을 시험하는 장치를 도시한 개략도이다.

도 2는 도 1에 도시된 장치의 정면도이다.

도 3은 도 1에 도시된 장치의 스핀들과 선형부하장치를 도시한 정단면도이다.

본 발명은 이제 본 발명의 한 실시예를 도시한 첨부도면을 참조로 하여 더욱 상세히 설명된다. 사실상, 본 발명은 다른 많은 형태로 실시될 수 있으며, 여기에 기술된 실시예에 한정되는 것으로 간주되지 않아야 하고, 오히려 실시예가 적용가능한 법적인 요구조건을 만족시키게 한다. 유사한 참조부호가 유사한 부재를 표시한다.

이제 도 1을 참조로 하는바, 이 도면에는 본 발명의 한 실시예에 따른 스핀들(20)을 시험하는 시험장치(10)가 개략적으로 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 스핀들(20)은 프레임 또는 기저부(12)에 장착되어 있고, 축(14)을 매개로 회전부하 장치(30)에 연결될 수 있다. 축(14)은 자기베어링과 같은 선형부하장치(40)를 통해 뻗어 있다. 회전부하장치(30)는 스핀들(20)에 회전부하를 가하도록 되어 있으며, 선형부하장치(40)는 스핀들(20)에 선형부하를 가하도록 되어 있다. 제어시스템(50)은 스핀들(20)과 회전부하장치(30) 및 선형부하장치(40)와 연통하여 있다.

다른 종류의 스핀들(20)이 본 발명에 따라 시험될 수 있는바, 예컨대 도 3에 도시된 바와 같이 스핀들(20)은 적어도 부분적으로 하우징(24)을 통하여 축방향으로 뻗어 있는 축(22)을 구비할 수 있다. 이 축(22)은 다수의 베어링(26)에 의해 지지되며, 하우징(24) 내에 장착된 액츄에이터(28)가 한쪽 또는 양쪽 방향으로 축(22)을 회전시키도록 되어 있다. 축의 한쪽 끝은 하우징(24)으로부터 뻗어 있어서, 작업 동안 구동축이나 기계가공용 공구 또는 다른 회전장치(도시되지 않음)에 연결되도록 된 연결부(21)를 형성하게 되어 있다. 스핀들(20)은 전원장치에 연결되어 액츄에이터(28)를 작동시킬 수 있고, 회전하는 공구는 드릴링이나, 절삭, 다른 장치의 제어, 또는 다른 회전작용을 위해 이용될 수 있다. 또한, 스핀들(20)은 축(22)을 연장시키거나, 수축시키거나, 왕복운동을 시키거나, 다르게 이동시키도록 될 수도 있다. 선택적으로, 다른 실시예에서는 스핀들이 축을 회전시키는 회전하는 액츄에이터를 구비하지 않고서 축을 지지하는 회전전달장치로서, 즉 스핀들은 공구 및 액츄에이터와 같은 구성부재들 사이에서 회전운동을 전달하도록 되어 있다.

시험하는 동안, 다른 배치가 지지를 위해 유사하게 이루어질 수 있지만, 스핀들(20)은 도 2에 도시된 바와 같이 부하장치들(30,40)과 함께 기저부(12)에 장착되어 있다. 이 기저부(12)는 감쇠재료로 형성되어 시험장치(10)로부터의 진동을 전 달하는 것을 최소화시킨다. 예컨대, 기저부(12)는 강(鋼)구조물(16)로 형성될 수 있는데, 이는 폴리머 콘크리트(18)로 채워지거나 둘러싸이게 된다. 스핀들(20)과 부하장치들(30,40)은 기저부(12)에 볼트로 고정되거나 다른 방식으로 연결되고, 스핀들(20)은 기저부(12)에 분리가능하게 연결되어서, 스핀들(20)이 연결되고 시험된 후 분리되어 다음 시험의 다른 스핀들과 교체된다. 또한, 스핀들(20)과 부하장치들(30,40)은 예컨대 축(14)의 축방향에 평행하거나 직각인 방향으로 조절될 수 있게 장착되어, 상이한 크기와 형상의 스핀들(20)을 수용하고 각 스핀들(20)에 대한 부하조건을 조절할 수 있도록 되어 있다.

스핀들(20)의 연결부(21)는 축(14)에 분리가능하게 연결되는데, 이는 스핀들(20)을 회전부하장치(30)에 연결시킨다. 축(14)은 스핀들(20)과 회전부하장치(30) 사이에 뻗어 있는 단일한 구조물로 될 수 있거나, 전체적으로 동축인 다수의 연결된 부분으로 형성될 수 있다. 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1축부재(14a)가 스핀들(20)과 선형부하장치(40) 사이에 뻗어 있으며, 제2축부재(14b)가 선형부하장치(40)와 회전부하장치(30) 사이에 뻗어 있다. 축부재들(14a,14b) 사이와, 제2축부재(14b)와 회전부하장치(30) 사이 및, 제1축부재(14a)와 스핀들(20) 사이의 연결은 키이연결과, 나사산연결, 끼워맞춤연결, 볼트고정 등으로 이루어질 수 있다. 예컨대, 분리가능한 커넥터(15)가 스핀들(20)의 전형적인 연결부(21)를 수용하도록 제1축부재(14a) 상에 구비될 수 있다. 이 커넥터(15)는 상이한 크기의 스핀들(20)을 수용하도록 조절될 수도 있다.

또한, 축(14)은 유연성 있는 커플링(flexible coupling: 32)에 의해 회전부하장치(30)로부터 부분적으로 분리될 수 있다. 이 유연성 있는 커플링(32)은 당해 분야에서 알려진 바와 같이 유연성 있는 금속 격막을 구비할 수 있는데, 이는 예컨대 약 0.080인치만큼 축방향으로 이동되게 하여 회전부하장치(30)가 선형부하장치(40)로부터 부분적으로 축방향으로 분리될 수 있게 된다. 유연성 있는 커플링(32)은 횡방향 운동이나 진동 또는 축(14)의 주기적인 운동으로부터 회전부하장치(30)를 부분적으로 분리할 수도 있다. 이러한 분리는 선형부하장치(40)에 의해 가해지는 축방향 및 횡방향 부하로부터 회전부하장치(30)를 분리시켜서, 이들 부하가 대신에 스핀들(20)로 전달되게 된다.

선형부하장치(40)는 제1축부재(14a)를 매개로 하여 예정된 방향으로 스핀들(20)에 선형부하를 가하는 전자기력을 발생시키도록 되어 있다. 예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이, 선형부하장치(40)는 당해 분야에서 알려진 바와 같이 자기베어링으로 될 수 있다. 이 자기베어링은 제1축부재(14a)에 연결되어 이와 함께 회전하도록 된 회전자(42)와, 이 회전자(42) 주위에서 원주방향으로 뻗어 있고서 축(14)이 회전할 때 고정되어 남아 있도록 된 고정자(44)를 구비한다. 고정자(44)의 전기유도코일부 또는 권취부(46)는 회전자(42)를 끌어당기거나 밀어내는 전자기장을 발생시키도록 작동된다. 따라서, 선형부하는 회전자(42)와 고정자(44)의 기계적인 접촉 없이 축(14)과 스핀들(20)에 가해질 수 있게 된다. 선형부하는 축방향으로 가해지고, 스핀들(20) 쪽으로 또는 스핀들로부터 멀리 작용할 수 있게 된다. 선택적으로, 선형부하는 횡방향, 즉 축(14)의 축방향에 직각인 방사상 방향으로 가해질 수 있다. 또한, 선형부하장치(40)는 축(14)의 축방향에 경사진 방향으로 선형부하를 가 하도록 될 수 있어서, 축방향 및 횡방향 부하 모두가 스핀들(20)에 가해진다. 예컨대, 회전자(42)와 고정자(44)는 마주보는 원추대형상의 표면(48a,48b)을 형성할 수 있는데, 이들 사이에 전자기력이 가해져 회전자(42)는 축방향 및 횡방향 모두로 운동하게 된다. 원추대형상의 표면(48a,48b)의 각도는 예컨대 선형부하에 대한 특정한 방향을 성취하도록 되어서, 특정한 작동의 스핀들이 통상적으로 만나는 부하의 방향에 상응하게 된다. 선형부하장치(40)에 의해 가해진 선형부하는, 권취부(46)를 통해 흐르는 전류를 측정하거나, 예컨대 2개의 전자위치센서(도시되지 않음)를 이용하여 고정자(44)의 중심으로부터 축(14)의 변위를 측정함으로써, 측정될 수 있다.

회전부하장치(30)는 축(14)과 스핀들(20)에 회전부하 또는 토크를 가하도록 되어 있다. "회전부하"라는 용어는, 회전부하장치(30)가 스핀들(20)을 회전시키도록 된 양의 토크를 가하거나, 스핀들(20)의 회전운동을 억제하도록 된 음(저항성)의 토크를 가할 수 있음을 의미한다. 따라서, 스핀들(20) 또는 회전부하장치(30) 중 하나가 축(14)을 회전시킬 수 있는 한편, 다른 장치(20 또는 30)가 회전을 저지한다. 회전부하장치(30)는, 축(14)과 스핀들(20)을 회전시키는 전기모터나 유압모터 또는 공압모터와 같은 회전 액츄에이터로 될 수 있다. 회전작동되는 회전부하장치(30)는 예컨대 회전 액츄에이터를 구비하지 않은 스핀들을 회전시키는 데에 이용될 수 있다. 선택적으로, 회전부하장치(30)는 기계적인 마찰저항장치 또는 유압이나 공압저항장치로 될 수 있다. 이러한 저항성의 회전부하장치(30)는, 기계가공의 작동 동안 공구와 스핀들(20)에 가해진 저항성의 회전부하와 같이, 통상적인 작동 동안 스핀들(20)에 가해진 저항성의 부하를 모의실험하는 데에 이용될 수 있다. 도 2에 도시된 회전부하장치(30)는, 회전운동을 전기에너지로 변환시키도록 된 전기발전기로 작용하는 전기 동력계이다. 이렇게 발생된 전기에너지는 스핀들(20)이나 시험장치(10)의 다른 구성부재를 작동시키는 데에 이용될 수 있어서, 이 시험장치(10)의 작동에 요구되는 순 전력을 줄일 수 있고, 시험장치(10)의 전체 효율을 증대시킬 수 있게 된다. 또, 동력계 또는 다른 회전부하장치(30)가 속도와, 토크, 진동 및, 회전부하장치(30)의 다른 조건들과 관련된 데이터를 생기게 할 수도 있다.

도 1에 도시된 제어시스템(50)은 스핀들(20)과 선형부하장치(40) 및 회전부하장치(30)를 제어하도록 되어 있다. 이 제어시스템(50)은 하나 이상의 논리프로세스 및 메모리장치를 구비할 수 있으며, 이 제어시스템(50)은 시험장치(10)의 모든 구성부재를 제어하는 단일한 장치로 되거나, 다수의 독립적인 제어기가 사용될 수 있다. 하나 이상의 전력원(52)이 제어시스템을 위해 구비되고, 이 전력원(52)은 전술된 바와 같이 회전부하장치(30)로부터 에너지를 얻는다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제어시스템(50)은 회전부하장치제어기(56)와 스핀들제어기(58) 및 선형부하장치제어기(60)를 제어하는 프로세스제어기(54)를 구비하는데, 이들은 각각의 장치(30,20,40)를 구동시킨다. 예컨대, 프로세스제어기(54)는 시험변수를 받아들일 수 있는데, 이들 변수는 시험장치(10)에 의해 자동적으로 측정되거나 작업자가 입력장치를 이용하여 입력되며, 스핀들(20) 또는 회전부하장치(30)의 속도나 토크와, 선형부하장치(40)에 의해 가해진 선형부하의 방향과 지점 및 크기, 시험시간 등과 같은 시험조건과 시험하고자 하는 스핀들(20)의 유형을 나타내는 정보를 포함하고 있다. 각 제어기(54,56,58,60)는 장치들의 하나 이상의 작동변수를 표시하는 신호들을 하나 이상의 장치(20,30,40)와 다른 제어기(54,56,58,60)로부터 받아들일 수 있다.

또한, 제어시스템(50)은 구성부재로부터 시험데이터를 받아들이고 다른 구성부재를 제어하기 위해서 시험장치(10)의 다른 구성부재와 연통될 수 있다. 예컨대 도 1에 도시된 바와 같이, 냉각시스템(70)이 회전부하장치(30)와 선형부하장치(40) 및 스핀들(20)에 냉각유체를 전달하도록 되어서, 상기 장치들의 온도를 제어할 수 있다. 마찬가지로, 윤활시스템(72)과 송풍시스템(74)이 장치들(20,30,40)에 윤활제 또는 공기를 제공하여, 장치들 또는 그 주위에서의 마모와 가열 및 파편의 축적을 제어할 수 있다. 덧붙여, 조임시스템(76)은 기저부(12)에 스핀들(20)을 분리가능하게 연결되도록 할 수 있다. 예컨대, 이 조임시스템(76)은 유압 또는 기계적인 조임기구를 구비할 수 있다. 상기 시스템들(70,72,74,76)은 전력원(52)에 전기적으로 연결되는데, 이 전력원은 제어시스템(50)을 위해 구비된 전력원과 동일하거나 다르게 될 수 있다. 열센서와 속도센서 및 진동센서(도시되지 않음)가 스핀들(20)이나 선형부하장치(40) 또는 회전부하장치(30)의 온도와 속도 및 진동을 감지하도록 될 수 있다. 이 열센서와 속도센서 및 진동센서는 제어시스템(50)과 연통될 수 있다.

시험하는 동안 회전부하 및 선형부하가 가해져, 통상적인 작동 동안 즉 스핀들(20)이 기계가공과 같은 특정한 용도로 사용될 때 스핀들(20)에 가해지는 힘을 모의실험할 수 있게 된다. 힘은 스핀들(20)의 작동 동안 얻어진 측정값들로부터 나온 실험데이터에 기초하여 또는 이론적으로 측정될 수 있다. 예컨대, 회전부하장치(30)와 선형부하장치(40)는 통상적인 기계가공이나, 절삭, 드릴링, 또는 다른 작동 동안 스핀들(20)에 가해진 부하의 크기로 특징지어지는 회전부하와 선형부하를 가하도록 될 수 있다. 또한, 축(14)에 가해진 선형부하의 방향과 지점은 스핀들(20)이 사용되는 설비와 스핀들(20)의 크기에 따라 결정될 수 있다. 예컨대, 스핀들(20)이 재료를 절삭하는 절삭휠을 회전시키는 데에 사용된다면, 선형부하는 절삭휠의 장착위치와 일치하는 지점에서 가로질러 가해질 수 있다. 선택적으로, 스핀들(20)이 구멍을 형성하도록 재료 내에 축방향으로 추진되는 드릴링공구를 회전시키는 데에 사용된다면, 선형부하는 축방향으로 가해져 이러한 추진작동 동안 드릴링공구를 통해 전달되는 힘을 모의실험할 수 있게 된다. 마찬가지로, 축방향 및 횡방향 모두의 선형부하가 스핀들(20)에 경사진 부하를 제공하도록 가해질 수 있다.

또한, 회전부하 및 선형부하는 시험사이클 동안 변경될 수 있는데, 즉 회전부하 및 선형부하의 방향 또는 크기가 조절되어 스핀들(20)이 받게 될 유사한 작동조건을 모의실험할 수 있게 된다. 이빨과 같은 하나 이상의 기구를 갖춘 공구를 구동시키는 데에 사용되는 스핀들인 경우에는, 스핀들이 이러한 공구의 사용과 관련된 회전 및 선형 힘을 모의실험하는 주기적인 회전부하 또는 선형부하를 받게 될 수 있다. 예컨대, 스핀들(20)이 다수의 이빨을 갖춘 절삭 또는 기계가공용 공구에 사용된다면, 회전부하 또는 선형부하는 이빨의 통과주파수, 즉 공구의 회전속도와 공구의 원주 주위의 이빨 수를 곱한 주파수로 주기가 이루어질 수 있다. 따라서, 시험은 개별적인 이빨 또는 공구의 다른 기구의 충돌로 인한 스핀들(20)의 주기적인 부하를 모의실험할 수 있다.

제어시스템(50)에 의해 수집된 데이터는 시험장치(10)의 제어를 위한 피드백 으로 사용될 수 있고, 이 데이터는 시험결과를 나타내는 보고서에 기록될 수 있다. 예컨대, 프로세스제어기(54)는 회전부하장치(30)와, 선형부하장치(40), 스핀들(20), 냉각시스템(70), 윤활시스템(72), 송풍시스템(74), 조임시스템(76), 열센서, 속도센서 및, 진동센서로부터 데이터를 받아들이도록 되어 있다. 이 프로세스제어기(54)는 사용자의 출력장치를 매개로 데이터를 출력할 수 있으며, 그 정보는 시험장치(10)와 스핀들(20)의 성능을 평가하는 데에 이용될 수 있다. 또, 프로세스제어기(54)는 시험장치(10)를 연속적으로 감시할 수 있으며, 어떤 조건을 만나면, 예컨대 스핀들(20) 또는 다른 구성부재가 파손되거나 과열되거나 고장 나면, 시험을 정지시키거나 작업자에게 경고할 수도 있다.

여기에 설명된 본 발명의 다양한 변경과 다른 실시예들이 본 발명이 속하는 당해 분야의 숙련자들에 의해 이루어질 수 있는데, 이러한 것들은 전술한 설명과 도면에 나타나 있는 장점을 갖고 있다. 따라서, 본 발명은 설명된 특정한 실시예에 한정되지 않고, 다른 실시예들이 청구범위의 범주 내에 포함되게 된다. 여기에 특정한 용어가 사용되었지만, 이들은 단지 설명을 위한 것이지 한정하기 위한 것은 아니다.

이상과 본 발명에 의하면, 예정된 일정에 따라 또는 계속적으로 각 스핀들이 특정한 토크와, 축방향 부하, 측면부하 및, 주기적인 힘을 받게 함으로써, 다양한 유형의 스핀들을 시험할 수 있고, 예정된 조건 하에서 장치의 효용성을 측정하는 감시설비와 맞춰질 수도 있는 시험장치와 방법을 제공하게 된다.

Claims (32)

1. 회전부하장치와;

   축방향으로 뻗고서 상기 회전부하장치와 스핀들을 회전가능하게 연결하여 회전부하장치가 스핀들에 회전부하를 가하도록 된 축 및;

   예정된 방향으로 축에 예정된 선형부하를 가하여 스핀들에 선형부하를 가하도록 된 선형부하장치;를 포함하고서,

   상기 선형부하장치는 회전자와 고정자를 갖춘 자기베어링이고, 상기 회전자는 스핀들과 함께 회전하도록 되어 있으며, 상기 고정자는 상기 회전자의 주위에 적어도 부분적으로 원주방향으로 뻗어 있고, 상기 회전자와 고정자가, 예정된 방향으로 스핀들을 밀어붙이는 전자기력을 그들 사이에 발생시키도록 구성된 스핀들 시험장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 선형부하장치는, 축의 축방향에 직각인 횡방향으로 선형부하를 가하도록 된 것을 특징으로 하는 스핀들 시험장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 선형부하장치는, 축의 축방향에 경사진 방향으로 선형부하를 가하도록 되어, 적어도 부분적으로 축방향으로 스핀들을 밀어붙이는 것을 특징으로 하는 스핀들 시험장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 선형부하의 방향과 선형부하의 크기 중 적어도 하나를 선택적으로 조절하도록 된 제어기를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 스핀들 시험장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 제어기는 주기적으로 선형부하와 회전부하 중 적어도 하나를 조절하도록 된 것을 특징으로 하는 스핀들 시험장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 시험장치의 적어도 하나의 작동변수를 감지하도록 된 장치를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 스핀들 시험장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 축은, 스핀들로부터 회전부하장치를 적어도 부분적으로 분리시켜 선형부하가 스핀들에 전달되도록 하는 분리장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 스핀들 시험장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 회전부하장치는, 축과 스핀들을 회전시키도록 된 회전 액츄에이터인 것을 특징으로 하는 스핀들 시험장치.
10. 제1항에 있어서, 상기 회전부하장치는, 회전운동을 전기에너지로 변환시키도록 된 것을 특징으로 하는 스핀들 시험장치.
11. 제1항에 있어서, 상기 축에 스핀들을 분리가능하게 연결하도록 된 분리가능한 커넥터를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 스핀들 시험장치.
12. 축방향으로 뻗어 있는 회전가능한 스핀들과,

    이 스핀들을 지지하도록 된 프레임,

    이 프레임에 연결된 회전부하장치,

    이 회전부하장치와 스핀들에 회전가능하게 연결되어 회전부하장치가 스핀들에 회전부하를 가하도록 된 축 및,

    예정된 방향으로 스핀들에 예정된 선형부하를 가하도록 된 선형부하장치를 포함하고서,

    상기 선형부하장치는 회전자와 고정자를 갖춘 자기베어링으로서, 상기 회전자는 스핀들에 의해 회전하도록 되어 있으며, 상기 고정자는 이 회전자의 주위에 적어도 부분적으로 원주방향으로 뻗어 있어서, 회전자와 고정자가 이들 사이에 전자기력을 발생시키도록 되어 예정된 방향으로 스핀들을 밀어붙이도록 된 스핀들 시험장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 스핀들은, 하우징과, 적어도 부분적으로 이 하우징 내에 회전가능하게 장착된 스핀들 축 및, 이 스핀들 축을 회전시키도록 된 회전 액츄에이터를 구비하는 것을 특징으로 하는 스핀들 시험장치.
14. 삭제
15. 제12항에 있어서, 상기 선형부하장치는, 축의 축방향에 직각인 횡방향으로 선형부하를 가하도록 된 스핀들 시험장치.
16. 제12항에 있어서, 상기 선형부하장치는, 축의 축방향에 경사진 방향으로 선형부하를 가하도록 되어서, 적어도 부분적으로 축방향으로 스핀들을 밀어붙이는 것을 특징으로 하는 스핀들 시험장치.
17. 제12항에 있어서, 상기 선형부하의 방향과 선형부하의 크기 중 적어도 하나를 선택적으로 조절하도록 된 제어기를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 스핀들 시험장치.
18. 제17항에 있어서, 상기 제어기는 주기적으로 선형부하와 회전부하 중 적어도 하나를 조절하도록 된 스핀들 시험장치.
19. 제12항에 있어서, 상기 시험장치의 적어도 하나의 작동변수를 감지하도록 된 장치를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 스핀들 시험장치.
20. 제12항에 있어서, 상기 축은, 스핀들로부터 회전부하장치를 적어도 부분적으로 분리시켜 선형부하가 스핀들에 전달되도록 하는 분리장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 스핀들 시험장치.
21. 제12항에 있어서, 상기 회전부하장치는, 축과 스핀들을 회전시키도록 된 회전 액츄에이터인 것을 특징으로 하는 스핀들 시험장치.
22. 제12항에 있어서, 상기 회전부하장치는, 회전운동을 전기에너지로 변환시키도록 된 것을 특징으로 하는 스핀들 시험장치.
23. 제12항에 있어서, 상기 축에 스핀들을 분리가능하게 연결하도록 된 분리가능한 커넥터를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 스핀들 시험장치.
24. 축을 매개로 회전부하장치에다 스핀들을 회전가능하게 연결하는 단계와,

    상기 스핀들과 회전부하장치를 회전시키는 단계 및,

    예정된 방향으로 상기 스핀들에 예정된 선형부하를 가하도록 선형부하장치를 작동시키는 단계를 포함하되,

    상기 선형부하장치는 회전자와 고정자를 갖춘 자기베어링이고, 상기 회전자는 스핀들과 함께 회전하도록 되어 있으며, 상기 고정자는 상기 회전자의 주위에 적어도 부분적으로 원주방향으로 뻗어 있고, 상기 회전자와 고정자가, 예정된 방향으로 스핀들을 밀어붙이는 전자기력을 그들 사이에 발생시키도록 구성된 스핀들의 시험방법.
25. 제24항에 있어서, 상기 선형부하장치를 작동시키는 단계는, 스핀들의 축방향을 가로지르는 방향으로 스핀들에 선형부하를 가하도록 전자기력을 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스핀들의 시험방법.
26. 제24항에 있어서, 상기 선형부하장치를 작동시키는 단계는, 적어도 부분적으로 스핀들의 축방향으로 스핀들을 밀어붙이도록, 스핀들의 방사상 방향에 경사진 방향으로 전자기력을 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스핀들의 시험방법.
27. 제24항에 있어서, 상기 선형부하장치를 작동시키는 단계는, 선형부하를 선택적으로 조절하도록 제어기를 작동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스핀들의 시험방법.
28. 제24항에 있어서, 상기 선형부하장치를 작동시키는 단계는, 스핀들에 주기적으로 선형부하와 회전부하 중 적어도 하나를 가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스핀들의 시험방법.
29. 제24항에 있어서, 상기 선형부하장치를 작동시키는 단계는, 스핀들의 예정된 회전작동속도를 일으키는 공구 상의 하나 이상의 기구의 회전주파수에 상응하는 주파수로 선형부하와 회전부하 중 적어도 하나를 가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스핀들의 시험방법.
30. 제24항에 있어서, 시험장치의 적어도 하나의 작동변수를 감시하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 스핀들의 시험방법.
31. 제24항에 있어서, 상기 스핀들과 회전부하장치를 회전시키는 단계는, 스핀들을 작동시켜서 축과 회전부하장치를 회전시키되, 이 회전부하장치는 회전저항부하를 제공하도록 된 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스핀들의 시험방법.
32. 제24항에 있어서, 상기 스핀들과 회전부하장치를 회전시키는 단계는, 회전부하장치를 작동시켜서 축과 스핀들을 회전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스핀들의 시험방법.

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