KR101200910B1 - 공작기계 루프 강성 측정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공작기계의 루프 강성을 측정하기 위한 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스핀들과 테이블의 상대 강성을 측정함으로써 고품질의 가공 부품 생산을 가능하게 하는 공작기계 루프 강성 측정 장치에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 공작기계의 스핀들에 허브 공구가 결합되고, 작업 테이블의 상면에는 허브 공구에 힘을 가하여 스핀들의 강성을 측정할 수 있도록 분리 가능하게 고정되는 공작 기계 루프 강성 측정 장치에 있어서, 상기 허브 공구와 일단이 연결되는 소켓, 상기 소켓과 연결되도록 단부에 연결봉을 구비하는 압력 센서, 상기 압력 센서를 중심으로 상기 연결봉의 반대측에 배치되는 탄성 부재 및 상기 탄성 부재의 일단을 상기 압력 센서측으로 가압할 수 있도록 동축상에 배치되는 회전 작동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계 루프 강성 측정 장치를 제공한다.

Description

공작기계 루프 강성 측정 장치{APPARATUS FOR DETECTING LOOP STIFFNESS OF SPINDLE OF MACHINE TOOL}

본 발명은 공작기계의 루프 강성을 측정하기 위한 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스핀들과 테이블의 상대 강성을 측정함으로써 고품질의 가공 부품 생산을 가능하게 하는 공작기계 루프 강성 측정 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 공작기계 산업은 전체 기계공업 산업발전을 주도하는 핵심기반사업이며, 특히 제품의 품질 향상, 생산성 향상 및 관련 산업의 기술개발을 좌우하는 필수적인 분야이다.

최근 공작기계 기술개발 방향은 고정밀화, 고속화, 고성능화를 지향하고 있으며, 머시닝 센터를 이용한 고속 절삭 가공 시 이들 욕구의 충족을 위하여 다양한 툴링 기술의 연구가 요구되고 있다.

머시닝 센터에서 툴링은 기계본체와 절삭공구간의 인터페이스를 다루는 것으로써, 고속, 고정밀, 지능화, 다기능화, 무인화에 적용하기 위한 것이다.

고속절삭가공을 위해서는 툴링 시스템의 강성을 높여 진동절감을 통한 양호한 주축구조가 설계되어야 하고 고속 회전 마찰에 의한 발열억제문제가 해결되어야 한다.

고속 가공용 툴링 시스템에 대한 문제로는 툴 홀더 생크(shank)의 형상 문제, 주축과 공구의 클램핑(clamping) 문제가 주요 논의의 대상이 되고 있다.

즉, 공구를 공작기계에 얼마나 고정밀도로 부착시킬 것인가와 그 상태를 가공 중에도 얼마만큼 유지시킬 수 있는가 하는 것이다.

이를 위해, HSK, KM, BBT 생크 등 다양한 이면 구속 툴링 시스템 및 클램핑 방법들이 연구, 개발되고 있다.

또한, 주축 제작 시 주축 끝단의 직경을 기준치수보다 조금 적게 하여 초기 접촉 면압을 증대시켜 고속회전 시의 결합 면압이 유지되도록 하여 접촉 강성을 증대시키는 방법을 사용하고 있으며, 테이퍼 형상에 의한 쐐기 효과를 이용하여 결합력의 증폭을 도모하기도 한다.

그러나 부적절한 툴 홀더 생크, 가공 여유 및 결합력이 선정될 경우 결합 정밀도 및 굽힘 강성이 저하되어 가공정밀도에 악영향을 줄 수 있고, 베어링 부위 등 주축에 직접적인 손상을 줄 수 있으므로 적절한 강성을 갖는 부품의 선정은 대단히 중요하다.

이를 위해서는 일차적으로 절삭가공 중 공작기계 주축 인터페이스부의 다양한 강성 의 변화 및 그에 영향을 미치는 인자들을 파악하는 것이 중요하다.

특히, 공작기계의 스핀들과 테이블 사이에 소재가 장착되어서 가공작업을 수행하는 과정에서 소재를 중심으로 공작기계의 전반에 걸쳐서 발생되는 부하에 의해 작용하는 루프강성을 측정하는데 적합한 측정 장치가 요구된다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 공작기계의 축방향에 대한강성측정을 보다 정밀하게 수행할 수 있는 공작기계 스핀들 강성 측정 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 스핀들의 반경방향에 대한 강성 측정을 겸하여 수행할 수 있도록 하는 공작 기계 루프 강성 측정 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 다종의 공작기계의 형상에 대하여 유연하게 장착가능한 공작 기계 루프 강성 측정 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 회전 작동부를 회전시키는 과정에서 연결되어 있는 전선 등이 꼬이지 않도록 하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 스핀들의 강성을 측정하기 전에 미리 압력을 가하여서 측정 시점을 설정할 수 있는 공작 기계 루프 강성 측정 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 작업자가 직접 회전 작동부를 회전시키며 육안으로 결과값을 실시간으로 확인할 수 있는 공작 기계 루프 강성 측정 장치를 제공하는데 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 공작기계 스핀들 강성 측정 장치는 공작기계의 스핀들에 허브 공구가 결합되고, 작업 테이블의 상면에는 허브 공구에 힘을 가하여 스핀들의 강성을 측정할 수 있도록 분리 가능하게 고정되는 공작 기계 루프 강성 측정 장치에 있어서, 상기 허브 공구와 일단이 연결되는 소켓, 상기 소켓과 연결되도록 단부에 연결봉을 구비하는 압력 센서, 상기 압력 센서를 중심으로 상기 연결봉의 반대측에 배치되는 탄성 부재 및 상기 탄성 부재의 일단을 상기 압력 센서측으로 가압할 수 있도록 동축상에 배치되는 회전 작동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 소켓은 원통형상으로 형성되고, 상기 허브 공구와 압력 센서의 연결봉을 동축상으로 나사결합 하도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 소켓의 일단에는 상기 허브 공구의 외주면의 일부를 감싸는 형상의 안착면이 형성되어서 상기 허브 공구의 축방향에 대하여 직교하는 방향으로 지지하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 회전 작동부의 외주면에 나사산이 형성되고 이러한 나사산에 대응되어 결합됨과 동시에 상기 회전 작동부가 상기 작업 테이블에 고정되도록 지지하는 고정 브래킷을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 회전 작동부의 양단에는 각각의 스러스트 베어링이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 회전 작동부의 단부에 대하여 나사결합되고, 회전에 의해 상기 회전 작동부를 축방향을 따라 슬라이딩 시킬 수 있도록 예압 부재가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 회전 작동부의 외주면에는 수동조작을 통하여 회전시킬 수 있도록 회전홈이 복수개 형성되는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 공작기계 루프 강성 측정 장치에 의하면, 공작기계의 상대강성 평가를 함으로써 고강성의 공작기계 개발이 가능하게 하는 효과가 있다.

또한, 스핀들의 반경 방향에 대한 강성 측정을 보다 정밀하게 수행할 수 있다.

또한, 다종의 공작 기계에 종류에 무관하게 장착 가능해진다.

또한, 허브 공구와 가압 지그가 견고하게 결합되므로 측정 시에 발생되는 오차범위를 최소화할 수 있다.

또한, 스핀들의 반경방향에 대한 강성 측정을 용이하게 수행할 수 있다.

또한, 작업 시에 압력센서의 전선의 꼬임에 의한 간섭을 방지할 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 작업자가 실시간으로 결과값을 확인할 수 있으므로 가공품에 영향을 미치는 공작기계의 정확한 강성상태 변화를 인지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 공작기계 루프 강성 측정 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 의한 공작기계 루프 강성 측정 장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 의한 공작기계 루프 강성 측정 장치의 사용 상태도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 의한 공작기계 루프 강성 측정 장치의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 의한 공작기계 루프 강성 측정 장치의 사용 상태도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 공작기계 루프 강성 측정 장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 의한 공작기계 루프 강성 측정 장치의 단면도이다

도시한 바와 같이 본 발명의 제1 실시예에 의한 공작기계 루프 강성 측정 장치는 소켓(10) 및 작동부(20)을 포함한다.

상기 소켓(10)은 후술하는 공작기계의 허브 공구(H)와 상기 작동부(20)를 연결해주는 기능을 하게 된다. 이러한 소켓(10)은 원통형상으로 형성되어서 그 내주면에는 나사산이 형성되고, 이러한 나사산에 대응되어 상기 허브 공구와 나사결합될 수 있다.

상기 작동부(20)는 상기 소켓(10)과 연결되도록 연결봉(21)을 구비하고, 이러한 연결봉(21)은 후술하는 압력 센서(22)의 일측면에 형성된다.

또한, 상기 압력 센서(22)의 타측면에는 샤프트(201)가 배치되며, 이러한 샤프트(201)의 외주면에 대하여 탄성 부재(23), 회전 작동부(24) 및 예압 부재(26)가 순차적으로 결합된다.

상기 압력 센서(22)는 외부로부터 압력이 가해졌을 시 압력을 측정할 수 있는 로드 셀 등과 같은 센서이면 적용가능하다.

상기 탄성 부재(23)는 상기 압력 센서(22)의 일측면에 대하여 탄성 지지함과 동시에 상기 탄성 부재(23)를 중심으로 상기 압력 센서(22)의 반대측에 배치되는 회전 작동부(24)를 상호 탄성 지지하게 된다. 여기서, 나사회전에 의하여 힘이 직접 전달되면 나사산 사이의 유격으로 인하여 일정한 값을 얻기가 힘들기 때문에 상기와 같이 스프링 등의 탄성 부재(23)를 이용하여 힘을 전달함으로써 일정한 힘을 전달하는 기능을 수행하게 된다.

상기 회전 작동부(24)는 상기 샤프트(201)를 중심으로 회전될 수 있도록 배치되고, 외주면이 원통형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 아울러, 상기 회전 작동부(24)의 외주면에는 복수개의 회전홈(25)이 형성될 수 있다.

상기 회전홈(25)은 사용자가 별도의 체결 공구(미도시)를 이용하여 상기 회전홈(25)에 결합을 시킨 후, 직접 수동조작으로 회전시킬 수 있도록 한다.

상기 예압 부재(26)는 상기 회전 작동부(24)의 단부에 면접촉하도록 결합된다. 이러한 예압 부재(26)는 상기 샤프트(201)의 단부와 나사결합됨으로써 예압 부재(26)를 회전시키면 상기 회전 작동부(24)를 상기 압력 센서(22)측으로 슬라이딩 시킬 수 있도록 배치된다.

여기서, 상기 회전 작동부(24)의 양끝단의 내부에는 스러스트 베어링(241, 242)이 각각 형성될 수 있다. 이러한 스러스트 베어링(241, 242)은 상기 회전 작동부(24)의 회전 시, 상기 탄성 부재(23)에 대하여 축방향으로만 힘이 가해지도록 하고, 상기 예압 부재(26)의 회전을 원활하게 하는 기능을 수행하게 된다.

이에 더하여, 상기 압력 센서(22)가 함께 회전하지 않도록 함으로써 압력 센서(22)로부터 연결되는 전원선이 꼬이지 않도록 하는 기능을 수행하게 된다.

또한, 상기 회전 작동부(24)의 외주면에는 나사산이 형성되고, 이러한 나사산은 후술하는 고정 브래킷(30)과 나사결합 되도록 한다. 이와 같은 고정 브래킷(30)은 상기 회전 작동부(24)의 나사산과 대응하여 나사결합 되도록 수나사부 또는 암나사부가 형성될 수 있다. 아울러, 상기 고정 브래킷(30)은 공작기계의 작업 테이블에 대하여 고정지지 되도록 별도의 결합볼트 등의 결합 수단을 이용하여 견고하게 고정되도록 한다.

따라서, 작업 테이블(T) 상에서 상기 고정 브래킷(30)이 고정되고, 이러한 고정 브래킷(30)의 나사부에 맞물려서 결합되는 회전 작동부(24)가 회전하게 되면 상기 고정 브래킷(30)과의 상대운동에 의하여 상기 회전 작동부(24)가 상기 압력 센서(22) 측으로 이동하게 된다.

이때, 상기 고정 브래킷(30)은 공작기계의 작업 테이블(T)의 다양한 형상에 대응하여 장착되도록 그 형상을 다양하게 제작할 수 있다.

이하, 본 발명의 제1 실시예에 의한 공작기계 스핀들 강성 측정 장치의 작동을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

우선, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 의한 공작기계 스핀들 강성 측정 장치의 사용 상태를 나타낸 것으로, 도시한 바와 같이 스핀들(S)의 허브 공구(H)에 대하여 작동부(20)의 압력 센서(22)가 연결봉(21)을 통하여 연결될 수 있도록 한다.

이때, 상기 작동부(20)는 회전 작동부(24)와 고정 브래킷(30) 사이의 나사결합에 의해 고정된다.

즉, 사용자가 회전 작동부(24)의 회전홈(25)에 별도의 체결 도구를 이용하여 체결한 후, 상기 회전 작동부(24)를 회전하게 되면 상기 회전 작동부(24)와 고정 브래킷(30)의 상대 운동에 의하여 상기 회전 작동부(24)가 회전과 동시에 상기 압력 센서(22)측으로 이동하게 된다. 이러한 과정에서 상기 회전 작동부(24)의 이동 거리를 측정하기 위하여 변위 센서(미도시)를 별도로 부착하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 회전 작동부(24)를 회전시키기 전에 예압 부재(26)를 소정량만큼 회전시키면 미리 가압을 함으로써 측정하고자 하는 초기값을 미리 설정을 할 수도 있다.

따라서, 상기 회전 작동부(24)의 이동에 의하여 상기 압력 센서(22)가 상기 허브 공구(H)를 가압함과 동시에 압력이 측정되고, 상기 변위 센서에 의해서 회전 작동부(24)의 변위량이 측정되므로 측정된 변위량에 따른 압력을 통하여 상기 공작기계의 상대 강성을 측정할 수 있게 된다.

한편, 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 의한 공작기계 루프 강성 측정 장치의 사시도로서, 전술한 바와 같은 본 발명의 제1 실시예에 의한 공작기계 루프 강성 측정 장치의 구조와 동일하거나 유사한 구성에 대한 설명은 생략하도록 한다.

도 4에 도시한 바와 같이 본 발명의 제2 실시예에 의한 공작기계 루프 강성 측정 장치는 소켓(40) 및 작동부(50)를 포함한다.

상기 소켓(40)은 공작기계의 허브 공구(H)와 상기 작동부(50)를 상호 수직하도록 연결하는 기능을 하게 된다. 이러한 소켓(40)은 일측면에 연결봉(51)을 구비하는 압력 센서(52)와 나사결합되도록 형성되는 것은 본 발명의 제1 실시예와 그 구성이 동일하나, 상기 소켓(40)의 타측면에는 안착면(41)이 형성된다.

이러한 안착면(41)은 상기 허브 공구(H)의 외주면에 대하여 직교하는 방향으로면접촉하여 지지할 수 있는 형상으로 형성된다. 즉, 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 의한 공작기계 루프 강성 측정 장치의 사용상태도로서, 도시한 바와 같이 상기 허브 공구(H)를 수직방향으로 힘을 가할 수 있도록 배치할 수 있다.

이때, 도 5에서는 안착면(41)이 'V'자 형상으로 나타내고 있으나, 상기 허브 공구(H)의 외주면에 대하여 견고하게 지지할 수 있는 기능을 수행할 수 있다면 'U'자 형상 등으로 형성할 수 있음은 물론이다.

따라서, 상기 회전 작동부(54)를 회전시키게 되면 고정 브래킷(60)과의 상대운동에 의해 회전 작동부(54)가 압력 센서(52) 측으로 이동하게 되고, 제1 실시예와 마찬가지로 부착되는 변위 센서 및 상기 압력 센서(52)를 통하여 상기 공작기계의 상대 강성을 측정할 수 있게 된다.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

10, 40: 소켓
11, 12, 41, 42: 암나사부
20, 50: 작동부
21, 51: 연결봉
22, 52: 압력 센서
23, 53: 탄성 부재
24, 54: 회전 작동부
25, 55: 회전홈
26, 56: 예압 부재
30, 60: 고정 브래킷
41: 안착면
201: 샤프트
241, 242: 스러스트 베어링
S: 스핀들
H: 허브 공구
T: 작업 테이블

Claims (7)

1. 삭제
2. 공작기계의 스핀들에 허브 공구가 결합되고, 작업 테이블의 상면에는 허브 공구에 힘을 가하여 스핀들의 강성을 측정할 수 있도록 분리 가능하게 고정되는 공작 기계 루프 강성 측정 장치에 있어서,
   상기 허브 공구(H)와 일단이 연결되는 소켓(10);
   상기 소켓(10)과 연결되도록 단부에 연결봉(21)을 구비하는 압력 센서(22);
   상기 압력 센서(22)를 중심으로 상기 연결봉(21)의 반대측에 배치되는 탄성 부재(23); 및
   상기 탄성 부재(23)의 일단을 상기 압력 센서(22) 측으로 가압할 수 있도록 동축상에 배치되는 회전 작동부(24);를 포함하고,
   상기 소켓(10)은 원통형상으로 형성되고, 상기 허브 공구(H)와 압력 센서(22)의 연결봉(21)을 동축상으로 나사결합 하도록 배치되며,
   상기 회전 작동부(24)의 양단에는 각각의 스러스트 베어링(241)(242)이 포함되는 것을 특징으로 하는 공작기계 루프 강성 측정 장치.
3. 공작기계의 스핀들에 허브 공구가 결합되고, 작업 테이블의 상면에는 허브 공구에 힘을 가하여 스핀들의 강성을 측정할 수 있도록 분리 가능하게 고정되는 공작 기계 루프 강성 측정 장치에 있어서,
   상기 허브 공구(H)와 일단이 연결되는 소켓(40);
   상기 소켓(40)과 연결되도록 단부에 연결봉(21)을 구비하는 압력 센서(22);
   상기 압력 센서(22)를 중심으로 상기 연결봉(21)의 반대측에 배치되는 탄성 부재(23); 및
   상기 탄성 부재(23)의 일단을 상기 압력 센서(22) 측으로 가압할 수 있도록 동축상에 배치되는 회전 작동부(24);를 포함하고,
   상기 소켓(40)의 일단에는 상기 허브 공구(H)의 외주면의 일부를 감싸는 형상의 안착면(41)이 형성되어서 상기 허브 공구(H)의 축방향에 대하여 직교하는 방향으로 지지하며,
   상기 회전 작동부(24)의 양단에는 각각의 스러스트 베어링(241)(242)이 포함되는 것을 특징으로 하는 공작기계 루프 강성 측정 장치.
4. 제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 회전 작동부(24)의 외주면에 나사산이 형성되고 이러한 나사산에 대응되어 결합됨과 동시에 상기 회전 작동부(24)가 상기 작업 테이블(T)에 고정되도록 지지하는 고정 브래킷(30)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계 루프 강성 측정 장치.
5. 삭제
6. 제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 회전 작동부(24)의 단부에 대하여 나사결합되고, 회전에 의해 상기 회전 작동부(24)를 축방향을 따라 슬라이딩 시킬 수 있도록 예압 부재(26)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 공작기계 루프 강성 측정 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 회전 작동부(24)의 외주면에는 수동조작을 통하여 회전시킬 수 있도록 회전홈(25)이 복수개 형성되는 것을 특징으로 하는 공작기계 루프 강성 측정 장치.

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