KR101362830B1 - 공작기계용 분할 장치 - Google Patents

Abstract

구동 대상을 고정하는 회전축(40)과, 회전축(40)을 둘러싸는 하우징(30)과, 하우징(30)과 회전축(40) 사이에서 고정 부재(30b)에 의해 고정되는 베어링(B1, B2)과, 회전축(40)의 둘레에 형성하는 로터(M1a, M2a)와 스테이터(M1b, M2b)로 이루어지는 구동 수단(M)을 포함하며, 하우징(30)에 스테이터(M1b, M2b)를 고정하고, 회전축(40)에 로터(M1a, M2a)를 고정하는 공작기계용 분할 장치에 있어서, 회전축(40)·베어링(B1, B2)·로터(M1a, M2a)·고정 부재(30b)를 연결하여 내장 유닛(22)으로 하고, 하우징(30)의 케이싱 부재(30a, 31a)와 스테이터(M1b, M2b)를 연결하며 또한 스테이터용 케이블(c11, c11)을 고정 부재(30b)에 대해서 반대측으로부터 꺼내 외장 유닛(21)으로 하고, 내장 유닛(22)을 외장 유닛(21)에 탈착가능하게 연결하여, 공작기계의 스핀들 헤드에 내장되는 DD모터의 스테이터와 공작기계 본체측의 배선의 접속, 해제를 용이하게 한다.

공작기계용 분할 장치, 회전축, 스테이터, 스핀들 헤드

Description

공작기계용 분할 장치{INDEX DEVICE FOR MACHINE TOOL}

본 발명은 공작기계용 분할 장치, 특히 5축 가공기(동시에 5축을 제어할 수 있는 가공기) 등의 복합 가공기에 사용되는 스핀들 헤드(본 명세서에서 말하는 가공용 헤드에 상당한다)나, 회전 테이블 장치 등의 공작기계용 분할 장치에 관한 것이다.

공작기계용의 스핀들 헤드로는, 툴을 회전 구동시키는 스핀들 유닛을 양측으로 지지하면서 A축 둘레로 회전 구동하는 포크와, 이 포크를 C축 둘레에서 회전 구동하는 구동부(이하, C축 구동부라고 한다.)를 갖춘 것이 알려져 있다(특허 문헌 1).

특허 문헌 1：미국 특허 제5584621호 명세서

상기 C축 구동부는 포크에 고정된 내측 슬리브를 포함한 회전축, 회전축(내측 슬리브)을 회전 가능하게 지지하기 위한 베어링, 회전축을 회전 구동시키기 위한 구동 모터를 포함하며, 이들을 하우징내에 수용하고 있다. 또한 상기 구동 모터는 회전축에 고정되는 로터(모터 로터)와, 로터를 둘러싸는 배치로 하우징에 고정되는 스테이터(모터 스테이터)로 이루어져 있다. 즉, 특허 문헌 1에서의 스핀들 헤 드의 C축 구동부는 그 회전축을 구동하기 위해서 직접 구동형의 모터(일반적으로 DD모터라고 한다)를 채용하고 있다. 또한 이 구동 모터를 구성하는 로터 및 스테이터는 회전축의 일부와 함께 그 외주 및 상하의 세 방면을 둘러싼 상태로 하우징내에 수용되어 있다. 그리고, C축 구동부는 구동 모터에 의해 회전축(포크)을 소정의 각도 위치를 향해 회전 구동하는 분할 장치로서 기능한다.

그런데, 상기의 스핀들 헤드에서의 C축 구동부나 상기 서술한 회전 테이블 장치 등은 분할 장치로서 공작기계에 장착되어 공작기계의 일부를 구성하는 것이며, 일반적으로는 그 하우징(프레임)에 상당하는 부분을 공작기계의 소정 개소에 장착하는 것에 의해 공작기계에 지지되어 사용된다. 또한 특허 문헌 1에는 기재되어 있지 않지만, 상기와 같은 분할 장치는 회전 구동 대상 부재(상기 스핀들 헤드에서의 포크 등)의 각도 위치를 분할한 후에 그 각도 위치를 유지하기 위한 클램프 기구가 일반적으로 장착되어 있다.

공작기계의 사용에 의해 일정기간 경과하면, 상기 서술한 분할 장치내에서의 베어링이나 클램프 기구 등의 메인트넌스가 필요해진다. 그러나 분할 장치를 공작기계에 장착한 채인 상태로 이 메인트넌스 작업을 하는 것은 매우 곤란하다. 그래서, 종래에는 상기 메인트넌스 작업을 할 때에는 분할 장치의 전체를 공작기계로부터 분리하는 것이 일반적이며, 예를 들면 상기 서술한 스핀들 헤드의 경우에는 C축 구동부 전체를 공작기계로부터 분리한다.

그러나 특허 문헌 1에 의한 스핀들 헤드에서는 C축 구동부 전체를 공작기계로부터 분리할 때, 그 탈착 작업이 번잡하다고 하는 문제를 가진다. 구체적으로는 상기 서술한 특허 문헌 1에 의한 스핀들 헤드에서의 C축 구동부는 그 구동 수단으로서 DD모터를 채용하고 있고, 그 모터 스테이터에는 복수 개의 케이블(전류 공급선, 어스선, 검출기용선 등)이 접속되며, 그 케이블을 하우징의 외부로 꺼내 공작기계의 대응하는 배선과 커넥터 등으로 접속하고 있다. 따라서, C축 구동부를 공작기계로부터 분리할 때에는 케이블과 공작기계측의 배선과의 접속을 해제시키고, 또한 메인트넌스가 종료되어 C축 구동부를 다시 공작기계에 장착할 때에는 상기의 케이블과 배선을 다시 접속해야 한다. 이 배선의 접속, 해제 작업은 배선의 수만큼 필요하므로 매우 번잡하고 시간과 수고를 필요로 하게 된다. 또한 구동 모터의 수가 증가하면 배선의 접속, 해제 작업은 더욱 번잡해진다.

본 발명은 상기 실정을 고려하여 개발된 것으로, 그 해결 과제는 상기 서술한 분할 장치에 대한 메인트넌스 작업에 부수되는 작업을 용이화시키기 위한 분할 장치의 구조를 제공하는 것이다.

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명은 일단에 회전 구동 대상 부재가 고정되는 회전축과, 상기 회전축을 지지하기 위해서 회전축의 외주를 적어도 둘러싸는 하우징과, 상기 하우징과 상기 회전축 사이에 형성되는 베어링과, 상기 하우징과 상기 회전축 사이에 형성됨과 함께 상기 회전축을 회전시키기 위해 회전축의 둘레에 동심원상으로 배치된 모터 로터 및 모터 스테이터로 이루어지는 구동 모터를 갖추는 구동 수단을 포함하며, 상기 하우징에는 상기 모터 스테이터를 고정하고, 상기 회전축에는 상기 모터 로터를 고정하는 공작기계용 분할 장치를 전제로 한다.

그리고 청구항 1의 발명은, 상기 하우징은 상기 모터 스테이터를 고정하는 회전 구동 대상 부재 반대측의 케이싱 부재와, 상기 베어링을 상기 회전축과의 사이에 개재시키는 회전 구동 대상 부재측의 고정 부재로 구성하고, 상기 케이싱 부재를 상기 고정 부재에 착탈 가능하게 연결한 것으로, 상기 회전축, 상기 베어링, 상기 모터 로터 및 상기 고정 부재를 장착하여 내장 유닛을 구성함과 함께 상기 케이싱 부재와 상기 모터 스테이터를 장착하고 또한 상기 모터 스테이터에 접속하는 케이블을 상기 고정 부재에 대해서 회전 구동 대상 부재 반대측으로부터 꺼내는 것에 의해 외장 유닛을 구성하며, 상기 내장 유닛을 상기 외장 유닛에 대해서 회전 구동 대상 부재측으로부터 탈착가능하게 연결하고 있는 것을 특징으로 한다.

구동 수단은 구동 모터의 개수와 상관없다. 복수의 상기 구동 모터를 상기 회전축의 축선방향을 따라 직렬로 형성했을 경우에 외장 유닛에 대해서 내장 유닛을 탈착가능하게 하려면 청구항 2의 발명과 같이 한다. 즉, 상기 케이싱 부재는 적어도 회전 구동 대상 부재 반대측에서의 상기 구동 모터의 모터 스테이터를 고정하는 것임을 특징으로 한다.

본 발명은 공작기계에 사용되는 스핀들 헤드나 회전 테이블 장치 등의 분할 장치에서 회전축의 축선방향을 따라 하우징을 케이싱 부재와 고정 부재로 나누어, 모터 스테이터에 접속하는 케이블을 포함한 외장 유닛에 대해서 내장 유닛을 회전 구동 대상 부재측으로부터 탈착가능하게 형성하고 있으므로, 모터 스테이터를 포함한 외장 유닛을 공작기계측에 남긴 채로 내장 유닛을 빼 냄으로써 분리할 수 있다. 그 결과 케이블의 접속을 해제하는 작업을 하는 일 없이 내장 유닛이나 외장 유닛에 포함되는 베어링, 클램프 기구 등의 각 부재의 메인트넌스가 가능해진다. 이것에 의해 상기 분할 장치의 메인트넌스 작업의 용이화 및 시간 단축을 도모할 수 있다.

청구항 2의 발명은, 상기 분할 장치에서 복수의 구동 모터를 회전축의 축선방향을 따라 직렬로 설치한 구동 수단을 사용하여 회전 구동 대상 부재 반대측에서의 구동 모터의 모터 스테이터를 고정하는 케이싱 부재를 사용하므로, 복수의 구동 모터 중 적어도 회전 구동 대상 부재 반대측의 구동 모터의 모터 스테이터에 대해서는 케이블의 접속을 해제하지 않아도 내장 유닛을 탈착할 수 있으므로 그 만큼 메인트넌스 작업의 용이화 및 시간 단축을 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명의 공작기계용 분할 장치의 단면도이다.

도 2의 (A), (B)는 도 1의 조립 상태, 분해 상태를 나타내는 설명도이다.

도 3의 (A), (B)는 제2 지지 헤드의 제1 변형예에서의 조립 상태, 분해 상태를 나타내는 설명도이다.

도 4의 (A), (B)는 제2 지지 헤드의 제2 변형예에서의 조립 상태, 분해 상태를 나타내는 설명도이다.

도 5의 (A), (B)는 제2 지지 헤드의 제3 변형예에서의 조립 상태, 분해 상태를 나타내는 설명도이다.

도 6은 램과 가공용 헤드의 연결 구조의 제1 변형예를 나타내는 편측 단면도이다.

도 7은 램과 가공용 헤드의 조립 상태를 나타내는 설명도이다.

도 8은베어링의 구조를 나타내는 단면도이다.

도 9는 공작기계의 전체를 나타내는 사시도이다.

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]

1 공작기계, 2 베드, 3 칼럼, 4 크로스 레일, 5 새들, 6 램, 6a 헤드 장착부분, 7 테이블, 8 가공용 헤드, 9 스핀들, 10 스핀들 유닛, 11 제1 지지 헤드, 12 기부, 13 케이스, 14 다리부, 20 제2 지지 헤드, 21 외장 유닛, 22 내장 유닛, 30 하우징, 30a 케이싱 부재, 30b 고정 부재, 30c 걸림 슬리브, 30d 내통, 30e 외통 31 제1 하우징 부재, 31a 본체, 31b 제1 하우징 슬리브, 31c 외향창, 32 제2 하우징 부재, 32a 본체, 32b 제2 하우징 슬리브, 33 접합 부재 c1 커넥터, c11 케이블, H1 케이블용 배선구멍, c2 커넥터, c21 케이블, H2 케이블용 배선구멍, 40 회전축, 41 제1 축부재, 41a 본체, 41b 제1 외부 슬리브, 41c 제1 내부 슬리브, 41d 통형 공간, 41e 소경부, 41f 통형 부재, 42 제2 축부재, 42a 본체, 42b 제2 외부 슬리브, 42c 제2 내부 슬리브, 42d 오목부, 42e 플랜지 부재, 42f 연결 부재, 50 클램프 기구, 51 클램프 슬리브, 51a 후육부, 51b 박육부, 52 수압부재, 53 압력실, 54 유체 통로, 54a 출구부, B1 베어링, B2 베어링, B1a 내륜, B1b 외륜, B1c 원통 롤러, M 구동 수단, M1 구동 모터, M1a 모터 로터, M1b 모터 스테이터, M1c 스테이터 슬리브, M2 구동 모터, M2a 모터 로터, M2b 모터 스테이터, M2c 스테이터 슬리브

본 발명이 적용되는 공작기계(1)의 일례로서 도 9에 나타내는 바와 같이, 문형 공작기계(머시닝 센터)를 5축 가공기나 다면 가공기 등의 복합화 가공기로 사용하는 것을 든다. 도시한 공작기계(1)는 동시에 5축을 제어할 수 있는 가공기로서, 베드(2)의 양측으로부터 기립하는 좌우의 칼럼(3, 3)과, 양 칼럼(3, 3) 사이에 걸쳐 양 칼럼(3)의 전후면의 편면 상을 상하방향(Z축방향)으로 이동하는 크로스 레일(4)과, 크로스 레일(4)의 전면 상(칼럼(3)에 대해 크로스 레일(4)을 형성한 면과 동일면 상)을 수평으로 좌우방향(Y축방향)으로 이동하는 새들(5)과, 새들(5)의 전면 상을 Z축방향으로 이동하는 램(6)과, 베드(2)의 상면을 전후방향으로 이동하는 테이블(7)을 공작기계 본체로 구비하는 것이다. 또한 공작기계 본체의 램(6)에는 가공용 헤드(8)(상기 서술한 스핀들 헤드에 상당함)를 착탈할 수 있게 장착하고, 공구가 장착되는 스핀들(9)을 구비한 스핀들 유닛(10)을 가공용 헤드(8)의 하나의 부품으로 구비하고 있다.

이러한 공작기계(1)는 워크의 가공시에서 미리 설정된 프로그램에 기초하는 수치제어에 의해 테이블(7), 크로스 레일(4), 새들(5) 및 램(6)을 이동시킴과 함께, 가공용 헤드(8)가 스핀들 유닛(10)의 각도 위치(회전 위치)를 분할한다. 이것에 의해, 문형 공작기계에서는 워크의 각 가공면에 대해 공구를 최적의 각도로 대어 가공할 수 있어, 복잡한 형상의 워크의 절삭 가공 등을 가능하게 하고 있다.

가공용 헤드(8)는 도 7에 나타내는 바와 같이 공구가 장착되는 스핀들(9)을 가지는 스핀들 유닛(10)과, 스핀들 유닛(10)을 각도 조절할 수 있는 상태로 회전 가능하게 지지하는 제1 지지 헤드(11)와, 스핀들 유닛(10)과는 반대측에서 제1 지지 헤드(11)를 회전 가능하게 지지하는 제2 지지 헤드(20)(상기 서술한 C축 구동부에 상당함)를 포함하는 것이다. 그리고 제1 지지 헤드(11)(제1 지지 헤드(11)의 기부(12))가 본원 발명의 회전 구동 대상 부재에 상당하고, 제2 지지 헤드(20)가 분할 장치에 상당한다.

스핀들 유닛(10)은 모터 내장형 스핀들 헤드로서, 그 케이스(13) 내에 회전 가능하게 지지된 스핀들(9)을 내장된 도시하지 않은 모터로 고속 회전 구동하는 것이다.

제1 지지 헤드(11)는 스핀들 유닛(10)을 그 연직 방향의 축선방향(이하 "C축방향"이라고 한다)과 직교하는 축선(이하, "A축"이라고 한다)을 중심으로 하여 회전 가능하게 지지함과 함께, 내장되는 모터로 스핀들 유닛(10)을 A축을 중심으로 회전시켜 그 각도 위치를 분할하는 것이다. C축은 공작기계(1)의 Z축과 평행하다.

제1 지지 헤드(11)는 기부(12)(제2 지지 헤드(20)측의 부분)에 대해 한 쌍의 다리부(14, 14)가 이간되어(간격을 두고) 장착된 포크형으로 구성되어 있고, 한 쌍의 다리부(14, 14) 사이에서 스핀들 유닛(10)을 지지한다. 자세하게는 스핀들 유닛(10)의 양 측면에는 각 다리부(14)의 내부에서 회전 가능하게 지지됨과 함께 회전축선을 A축에 일치시켜 배치된 한 쌍의 지지축(도시하지 않음)이 장착되며, 이 지지축에 의해 한 쌍의 다리부(14, 14) 사이에서 회전 가능하게 지지된다. 그리고 지지축이 다리부(14)에 내장된 모터에 의해 회전 구동됨으로써 스핀들 유닛(10)이 A축을 중심으로 회전되어 그 각도 위치가 분할된다.

제2 지지 헤드(20)는 제1 지지 헤드(11)를 C축을 중심으로 회전 가능하게 지지하며, 내장되는 구동 수단으로 제1 지지 헤드(11)를 회전시켜 그 각도 위치를 분할함으로써, 나아가서는 스핀들 유닛(10)의 각도 위치를 분할하는 것이다. 제2 지지 헤드(20)는 공작기계(1)의 램(6)에 장착되며, 그 일단측에 제1 지지 헤드(11)가 장착되어 있다. 또한 이후의 설명에서 제2 지지 헤드(20)를 구성하는 각 부분은 기본적으로 C축을 축선으로 하는 통 형상이나 링 형상으로 형성되어 있는 것으로 한다. 또한 연결이란 나사, 볼트 등의 나사 부재에 의해 체결 고정되는 것을 말하는 것으로 한다.

제2 지지 헤드(20)는 도 1 또는 도 2에 나타내는 바와 같이 외장 유닛(21)에 대해 그 내부에 수용하는 내장 유닛(22)을 C축방향을 따라 회전 구동 대상 부재측으로부터 탈착가능하게 연결함과 함께, 외장 유닛(21)에 대해 내장 유닛(22)을 C축을 중심으로 하여 회전 가능하게 지지하는 것이다. 또한 도시한 예에서는 외장 유닛(21)에 대해 내장 유닛(22)을 탈착가능하게 하기 위해 외장 유닛(21)의 내주면의 각 부에서의 직경 치수를, 그것보다도 회전 구동 대상 부재 반대측의 내장 유닛(22)의 직경 치수(외경 치수)보다도 크게 하고 있다.

제2 지지 헤드(20)는 하우징(30)과, 하우징(30)의 내부에서 회전 가능하게 지지되는 회전축(40)과, 하우징(30)과 회전축(40) 사이에 개재되는 베어링(B1)과, 마찬가지로 하우징(30)과 회전축(40) 사이에 개재되는 구동 수단(M)과, 마찬가지로 하우징(30)과 회전축(40) 사이에 개재되는 클램프 기구(50)(회전축(40)을 회전할 수 없게 지지하는 것)로 구성된다.

구동 수단(M)은 공작기계(1)에 고정되는 하우징(30)에 대해서 회전축(40)을 회전 구동하는 것으로, 도시한 예에서는 C축방향으로 간격을 두어 직렬로 배치한 2개의 구동 모터(M1, M2)가 채용되어 있다. 각 구동 모터(M1, M2)는 기어 등의 감속기를 사용하지 않고 직접 부하에 연결하여 운전하는 타입의 것(일반적으로 직접 구동형 모터/DD모터라고 한다.)이다. 그리고, 각 구동 모터(M1, M2)는 고정 철심에 코일을 감아 구성된 모터 스테이터(M1b, M2b)와, 모터 스테이터(M1b, M2b)의 내주면에 근접 설치되어 대향하는 복수의 마그넷을 둘레방향에 걸쳐 배치한 모터 로터(M1a, M2a)와, 모터 스테이터(M1b, M2b)를 지지하는 스테이터 슬리브(M1c, M2c)를 동심원상으로 배치한 구성(일반적으로 이너 로터형 DD모터라고 한다)으로 되어 있다.

하우징(30)은 회전축(40)을 지지하기 위한 것으로, 구동 모터(M1, M2)의 모터 스테이터(M1b, M2b)가 고정되는 회전 구동 대상 부재 반대측의 케이싱 부재(30a)와 베어링(B1)을 회전축(40)과의 사이에 개재시키는 회전 구동 대상 부재측의 고정 부재(30b)로 구성되며, 케이싱 부재(30a)에 고정 부재(30b)를 착탈 가능하게 연결한 것이다.

도시한 예에서는, 케이싱 부재(30a)는 각 모터 스테이터(M1b, M2b)의 외주를 적어도 둘러싸는 것으로서, 세로로 긴 통형으로 연결된 2개의 하우징 부재(31, 32)로 C축방향으로 분할 가능하게 연결된 하우징 부재(31, 32)와, 연결한 하우징 부재(31, 32)의 회전 구동 대상 부재 반대측에 연결하여 개구를 막는 덮개형의 부재(덮개 부재: 33)을 주로 하여 구성된다. 이하에서는 이 하우징 부재(31, 32)에 대해 도면 상측의 하우징 부재(31)를 제1 하우징 부재, 하측의 하우징 부재(32)를 제2 하우징 부재로 한다. 그리고, 케이싱 부재(30a)는 제1 하우징 부재(31), 제2 하우징 부재(32) 및 덮개 부재(33)를 연결함으로써 회전 구동 대상 부재측을 향해 개구되는 공간을 내측에 형성하여, 이 공간내의 외측의 부분에 모터 스테이터(M1b, M2b) 및 클램프 기구(50)를 수용하고, 내측의 부분에 내장 유닛(22)의 대부분을 수용한다.

제1 하우징 부재(31)는 그 본체(31a)를 그 하단부가 내측으로 굴곡되는 편측 단면 L자 형상으로 형성하고, 그 본체(31a)의 상단부에 반경방향 내측으로 돌출되는 제1 하우징 슬리브(31b)를 연결하여, 전체로서의 편측 단면을 내측으로 개구되는 U자형으로 형성하고 있다.

제2 하우징 부재(32)는 그 본체(32a)의 상단부에 반경방향 내측으로 돌출되는 제2 하우징 슬리브(32b)를 연결하여 구성하고 있다. 그리고 제2 하우징 부재(32)는 제2 하우징 슬리브(32b)를 제1 하우징 부재(31)의 하부에 연결함으로써 제1 하우징 부재(31)에 대해 고정된다.

고정 부재(30b)는 베어링(B1)의 외주를 둘러싸면서 제2 하우징 부재(32)의 본체(32a)의 하단(케이싱 부재(30a))에 착탈 가능하게 연결되는 걸림 슬리브로, 복수의 부품을 연결하여 편측 단면이 안쪽으로 개구되는 U자형으로 형성되어, 그 내측에 베어링(B1)의 외주부(외륜)를 수용하는 공간을 형성하고 있다. 고정 부재(30b)의 상단면과 케이싱 부재(30a)의 하단면은 요철의 끼워맞춤에 의한 위치 결정을 하고, 원주 방향의 복수 개소에서 외주측으로부터 반경방향 내측을 향해 나 사 삽입되는 나사 부재에 의해 연결되어 있다.

회전축(40)은 그 축심을 중심으로 하는 관통구멍이 형성된 복수의 축부재(41, 42)를 주로 하여 구성되고, 제1 하우징 부재(31)와 제2 하우징 부재(32)의 분할 개소에 대응하는 개소에서 C축방향으로 분할 가능하게 형성되어 있다. 이하에서는 제1 하우징 부재(31)의 내주측 공간에 배치하는 축부재(41)를 제1 축부재, 제2 하우징 부재(32)의 내주측의 공간에 배치하는 축부재(42)를 제2 축부재로 한다.

제1 축부재(41)는 그 본체(41a)의 하부를 제1 하우징 부재(31)의 하부에 대향하여 반경방향 바깥쪽으로 돌출시킴과 함께, 본체(41a)의 상부 외측에 반경방향 바깥쪽으로 돌출되는 제1 외부 슬리브(41b)를 연결하고, 본체(41a)의 상부 내측에 반경방향 안쪽으로 돌출되는 제1 내부 슬리브(41c)의 외주부를 연결하여 구성하고 있다. 그리고, 제1 축부재(41)와 제1 하우징 부재(31) 사이의 통형의 공간에 구동 모터(M1)를 배치하고, 제1 내부 슬리브(41c)의 내주부와 본체(41a)의 하부를 제2 축부재(42)에 연결하고 있다.

상측의 구동 모터(M1)는 제1 하우징 부재(31)의 내주측에 스테이터 슬리브(M1c)를 개재시켜 모터 스테이터(M1b)를 고정하고, 제1 축부재(41)의 외주측에 모터 로터(M1a)를 고정한 것이다. 보다 자세하게 말하면, 모터 스테이터(M1b)를 스테이터 슬리브(M1c)의 내주면에 동심원상으로 끼워넣어 고정하고, 스테이터 슬리브(M1c)를 제1 하우징 슬리브(31b)의 하측에 연결하여 제1 하우징 부재(31)에 대해 모터 스테이터(M1b)를 고정하고 있다. 또한 제1 축부재(41)의 외주면에 모터 로터(M1a)를 끼워넣고, 제1 외부 슬리브(41b)의 하면에 모터 로터(M1a)를 연결하여 제1 축부재(41)에 대해 모터 로터(M1a)를 고정하고 있다.

또한 상측의 구동 모터(M1)에는 커넥터(c1)를 통하여 케이블(c11)을 접속하고 있다. 케이블(c11)은 예를 들면 모터 스테이터(M1b)에 내장되는 코일에 전류를 공급하기 위한 U, V, W상용의 전류 공급 케이블, 어스선, 구동 모터(M1)의 이상을 검출하기 위한 검출선 등이다. 커넥터(c1)를 배치하기 위해 제1 하우징 슬리브(31b)의 하면 일부에 국부적으로 오목한 공간을 형성하고, 그 오목한 공간에 커넥터(c1)를 배치하고 있다. 또한 케이블(c11)을 통과시키기 위해 제1 하우징 슬리브(31b) 및 덮개부재(33)에는 상하로 관통되는 케이블용 배선구멍(H1)을 연통하여 형성하고 있다.

제2 축부재(42)는 단차가 있는 형상으로, 제1 축부재(41)의 내주에 끼워지는 소경부분과, 제1 축부재(41)의 하단면에 맞닿는 대경 부분을 C축방향으로 연결한 구성이다. 바꾸어 말하면, C축방향으로 연장되는 본체(42a)와, 본체(42a)의 상부 외측에 연결되어 반경방향 바깥쪽으로 돌출되는 제2 외부 슬리브(42b)와, 본체(42a)의 상부 내측(중앙)에 연결되어 제1 축부재(41)의 내주를 향해 돌출되는 제2 내부 슬리브(42c)를 주로 하여 구성한다. 본체(42a)의 상단면의 중앙부에 오목부(42d)를 형성하고, 제1 축부재(41)의 본체(41a)의 하부, 및 제2 내부 슬리브(42c)의 하부를 오목부(42d)에 배치한다. 또한 제2 축부재(42)는 제2 내부 슬리브(42c)를 그 위의 제1 내부 슬리브(41c)의 내주부에 연결하고, 제2 외부 슬리브(42b)를 그 위의 제1 축부재(41)의 본체(41a)에 연결하고 있다.

또한 제2 축부재(42)는 그 본체(42a)의 하측에 배치된 플랜지 부재(42e) 및 플랜지 부재(42e)를 끼우듯이 하여 배치된 연결 부재(42f)를 가지며, 플랜지 부재(42e)와 함께 연결 부재(42f)를 제2 축부재(42)의 하면에 연결하여 구성하고 있다. 또한 연결 부재(42f)의 하단면과 제1 지지 헤드(11)의 기부(12)의 상단면은 요철의 끼워맞춤에 의해 위치 결정을 하고 있다.

제2 축부재(42)와 제2 하우징 부재(32)는 그 적당한 개소를 안쪽으로 또는 바깥쪽으로 돌출시키는 것에 의해, 양 부재(42, 32) 사이에 환형의 2개의 공간을 상하로 간격을 두고 형성하고, 그 2개의 공간에 구동 모터(M2), 클램프 기구(50)를 나누어 배치하고 있다. 또한 제2 축부재(42)와 고정 부재(30b)는 그 사이에 형성되는 공간에 베어링(B1)을 배치하고 있다.

하측의 구동 모터(M2)는 2개의 공간 중 상측의 공간에 배치되며, 상측의 구동 모터(M1)와 마찬가지로 모터 로터(M2a), 모터 스테이터(M2b), 스테이터 슬리브(M2c)로 구성되며, 각각을 마찬가지로 제2 하우징 슬리브(32b)를 개재시켜 제2 하우징 부재(32)에 고정하고, 제2 외부 슬리브(42b)를 개재시켜 제2 축부재(42)에 고정하고 있다.

또한 하측의 구동 모터(M2)에도 커넥터(c2)를 개재시켜 복수의 케이블(c21)을 접속하고 있다. 커넥터(c2)를 배치하기 위해서 제2 하우징 슬리브(32b)의 하면에 국부적으로 오목한 공간을 형성하고 있다. 또한 케이블(c21)을 통과시키기 위해 케이블용 배선구멍(H2)을 제2 하우징 슬리브(32b), 제1 하우징 부재(31), 제1 하우징 슬리브(31b), 덮개 부재(33)의 각 내부에 축선방향을 따라 연통시켜 형성하고 있다. 또한 제1 하우징 부재(31)는 그 하단부의 외주에 케이블(c21)로 통하는 외향 창(31c)을 형성하고 있다. 외향창(31c)은 제1 하우징 부재(31)와 제2 하우징 슬리브(32b)를 연결 후에 케이블(c21)을 케이블용 배선구멍(H2)에 통과시킬 때에 사용된다.

클램프 기구(50)는 2개의 공간 중 하측의 공간에 배치되며, 회전축(40)을 상대적으로 조여 회전축(40)을 상대 회전할 수 없게 하는 클램프 슬리브(51)와, 클램프 슬리브(51)를 변형시키는 작동 유체를 유도하는 수압부재(52)로 구성되며, 제2 하우징 부재(32)의 내주측에 수압부재(52), 클램프 슬리브(51)를 순차적으로 동심원상으로 배치하여 연결하고 있다. 클램프 슬리브(51)는 그 외주에 홈을 가지며, 그 홈에 의해 상하의 후육부(51a, 51a) 사이에 변형 가능한 박육부(51b)가 형성된다. 또한 그 홈과 수압부재(52)에 의해 박육부(51b)의 외측과 수압부재(52) 사이에 압력실(53)을 형성하고 있다. 그리고 클램프 슬리브(51)는 박육부(51b)를 제2 축부재(42)에 근접시켜 배치된다. 그리고, 수압부재(52)에는 그 내부에 압력실(53)로 통하는 유체 통로(54)가 형성되어 있고, 그 유체 통로(54)의 출구부(54a)가 압력실(53)로 개구되어 있다. 유체 통로(54)는 하우징 부재(31, 32) 및 덮개 부재(33)에 형성한 유체 유로로, 접합 부재(33)로부터 외부의 유체 유로(도시하지 않음)로 통하고 있다. 그리고 유체 통로(54)에 유체를 공급함으로써 박육부(51b)를 소경 방향으로 변형시켜 제2 축부재(42)를 조여 회전축(40)을 회전 불가능한 상태로 유지한다.

베어링(B1)은 액시얼 방향 및 래디얼 방향의 하중을 지지 가능한 복렬형식의 롤러 베어링을 채용하고 있다. 구체적으로는 3열 롤러 베어링(3열 원통 롤러 베어 링/액시얼·래디얼 롤러 베어링이라고도 한다)을 채용하고 있다. 자세하게 말하면, 도 8에 나타내는 바와 같이 베어링(B1)(3열 롤러 베어링)은 내륜(B1a)과, 외륜(B1b)과, 내륜(B1a)과 외륜(B1b) 사이에 개재되는 복수의 원통 롤러(B1c)에 의해 구성된다. 내륜(B1a)을 복수의 부분들의 장착에 의해 편측 단면 U자형으로 바깥쪽으로 개구시켜 형성하고, 그 개구되는 홈부의 높이 중간부에 외륜(B1b)의 내주부를 배치하며, 내륜(B1a)을 회전축(40)에, 외륜(B1b)을 고정 부재(30b)에 각각 연결하며, 외륜(B1b)의 상, 하, 내측에 원통 롤러(B1c)를 각각 배치하고, 상하의 원통 롤러(B1c, B1c)로 액시얼 방향의 하중을 지지하며, 내측의 원통 롤러(B1c)로 래디얼 방향의 하중을 지지하고 있다. 내측의 원통 롤러(B1c)는 도시하지 않은 지지 부재에 의해 지지된다.

또한 회전축(40)의 회전량, 즉 제1 지지 헤드(11)의 각도 위치를 검출하기 위한 회전 검출기는 도시하지 않지만, 하우징(30)과 회전축(40)의 쌍방에 걸쳐 고정되어 있다. 회전 검출기의 검출 신호는 공작기계(1)의 제어장치에 보내져 제1 지지 헤드(11)의 회전 제어에 이용된다.

이상의 제2 지지 헤드(20)에서, 본 발명에서 말하는 외장 유닛(21)은 하우징(30) 중 회전 구동 대상 부재 반대측(회전 구동 대상 부재의 반대측)에 위치하는 케이싱 부재(30a)와, 구동 수단(M)을 구성하는 2개의 구동 모터(M1, M2)의 각 모터 스테이터(M1b, M2b)와, 클램프 기구(50)를 연결하여 일체화한 것에 상당하며, 각 모터 스테이터(M1b, M2b)에 접속된 케이블(c11, c21)이 회전 구동 대상 부재 반대측에서 나오도록 구성되어 있다.

한편, 내장 유닛(22)은 나머지 부분, 즉, 하우징(30) 중 회전 구동 대상 부재측에 위치하는 고정 부재(30b)와, 회전축(40)과, 각 구동 모터(M1, M2)의 모터 로터(M1a, M2a)와, 베어링(B1)을 연결하여 일체화한 것에 상당한다.

그리고, 이상의 구성에 의한 제2 지지 헤드(20)에 의하면, 상기 서술한 바와 같이 외장 유닛(21)에 대해 내장 유닛(22)이 탈착가능하게 되어 있다. 바꾸어 말하면 내장 유닛(22)이 삽입되는 외장 유닛(21)의 내부 공간의 각 부의 직경 치수(예를 들면, 구동 모터(M1, M2)가 존재하는 부분에서는 모터 스테이터(M1b, M2b)의 내주면의 직경 치수)를, 그것보다도 회전 구동 대상 부재 반대측에 위치하는 내장 유닛(22)의 각 부의 외형 치수보다도 크게 하고 있기 때문에, 내장 유닛(22)만을 공작기계(1)로부터 분리하는 것이 가능해져, 모터 스테이터(M1b, M2b)가 고정되어 있는 케이싱 부재(30a)를 공작기계(1)로부터 분리하는 일 없이, 베어링(B1)이나 클램프 기구(50) 등의 제2 지지 헤드(20)내의 각 부재의 메인트넌스가 가능한 상태로 할 수 있다.

보다 자세하게는, 메인트넌스 작업시에 모터 스테이터(M1b, M2b)를 공작기계(1)로부터 분리할 필요가 없기 때문에, 상기 서술한 모터 스테이터(M1b, M2b)에 접속된 케이블과 공작기계측의 배선의 접속 해제 및 재접속 작업이 불필요해진다. 그 결과, 메인트넌스 작업의 용이화 및 시간 단축을 도모할 수 있다. 또한 내장 유닛(22)에 포함되는 베어링(B1) 등의 부재에 대해서는 공작기계(1)로부터 분리되기 때문에 외부에서 용이하게 메인트넌스 작업을 할 수 있다. 또한 외장 유닛(21)에 포함되는 클램프 슬리브(51) 등의 부재에 대해서는 내장 유닛(22)이 분리되는 것에 의해 외장 유닛(21)의 내부 공간에 노출된 상태가 되기 때문에 이들에 대해서도 메인트넌스가 가능한 상태가 된다.

다음으로, 도 3~도 5에 근거해 제2 지지 헤드(20)의 변형예를 설명한다. 도 3에 나타내는 제2 지지 헤드(20)는 하우징(30)을 구성하는 2개의 하우징 부재(31, 32) 중 회전 구동 대상 부재 반대측의 것(제1 하우징 부재(31))과 덮개 부재(33)로 케이싱 부재(30a)를 구성하고, 회전 구동 대상 부재측의 것(제2 하우징 부재(32))과 걸림 슬리브(30c)(선례의 고정 부재)로 고정 부재(30b)를 구성한 예이다. 그리고, 구동 수단(M)을 구성하는 모든 구동 모터(M1, M2)의 모터 스테이터(M1b, M2b)를 제1 하우징 부재(31)에 고정하여 외장 유닛(21)을 구성하고, 구동 모터(M1, M2)의 모터 로터(M1a, M2a)를 회전축(40)에 고정함과 함께, 복수의 베어링(B1, B2)을 회전축(40)과 제2 하우징 부재(32) 사이에 개재시켜 내장 유닛(22)을 구성하고 있다. 또한 거의 거리를 두지 않고 복수의 구동 모터(M1, M2)를 C축방향을 따라 직렬로 배치하고, 각 베어링(B1, B2)에는 크로스 롤러 베어링을 사용하고 있다.

도 4에 나타내는 제2 지지 헤드(20)는 지금까지의 예와 마찬가지로 구동 수단(M)을 축선방향으로 직렬로 배치한 복수의 구동 모터(M1, M2)로 구성한 것이지만, 회전 구동 대상 부재 반대측의 구동 모터(M1)의 모터 스테이터(M1b)만을 케이싱 부재(30a)의 일부를 형성하는 제1 하우징 부재(31)에 고정하여 외장 유닛(21)을 구성한 예이다. 따라서, 도 4에 나타내는 제2 지지 헤드(20)에서는 선례와 달리 회전 구동 대상 부재측의 구동 모터(M2)는 고정 부재(30b)의 일부를 형성하는 제2 하우징 부재(32)와 회전축(40) 사이에 설치된 것으로 되어 있다. 이 경우, 내장 유 닛(22)을 분리할 때에는 회전 구동 대상 부재측의 모터 스테이터(M2b)로부터의 케이블(도시 생략)의 접속을 해제하는 작업을 필요로 한다. 그러나 종래와 같이 모든 구동 모터(모터 스테이터)에 대해 상기 작업을 하는 것에 비해 그 작업의 용이화 및 시간 단축을 도모할 수 있다.

도 5에 나타내는 제2 지지 헤드(20)는 구동 수단(M)에 상당하는 구동 모터(M1)로서 모터 로터(M1a)가 모터 스테이터(M1b)의 외주를 둘러싸도록 설치된 소위 아우터 로터형의 DD모터를 채용한 예이다. 도시한 예에서는, 회전축(40)은 회전 구동 대상 부재 반대측을 소경으로 하고, 그 소경부(41e)를 둘러싸도록 하여 통형 부재(41f)를 회전축(40)에 장착하여, 회전축(40)의 선단부측에 통형 공간(41d)을 동심원상으로 형성하고 있다. 그리고, 구동 모터(M1)의 모터 로터(M1a)를 통형 공간(41d)의 외주측, 즉, 통형 부재(41f)의 내주면에 고정하여, 고정 부재(30b)와 함께 내장 유닛(22)을 구성하고 있다.

한편, 외장 유닛(21)을 구성하기 위한 케이싱 부재(30a)는 내통(30d)과 외통(30e)으로 이루어지는 이중관 구조로 하고, 동심원상으로 배치된 외통(30e)과 내통(30d)이 회전 구동 대상 부재 반대측에 있어서 접합부(33)로 연결된 구조로 되어 있다. 그리고, 내통(30d)의 외주면에 모터 스테이터(M1b)를 고정하여 외장 유닛(21)을 구성하고 있다.

이 도 5에 나타내는 제2 지지 헤드(20)와 같이 본 발명에서는 구동 수단(M)에 사용되는 구동 모터는 이너 로터형의 DD모터에 한정되지 않고, 아우터 로터형의 DD모터여도 된다.

그리고, 도 5에 나타내는 제2 지지 헤드(20)에 있어서도, 내장 유닛(22)은 외장 유닛(21)에 대해 탈착가능하게 되어 있다. 보다 자세하게는, 외장 유닛(21)의 주체가 되는 케이싱 부재(30a)의 C축방향으로 연장되는 내주면, 즉, 내통(30d)의 내주면 및 외통(30e)의 내주면은 그 내주면에 의해 형성되는 내부 공간에 삽입되는 내장 유닛(22)의 부분에 대해, 그 각 부의 직경 치수가, 그것보다도 회전 구동 대상 부재 반대측에 위치하는 내장 유닛(21)에서의 상기 부분의 외경 치수보다 크게 형성되어 있다. 구체적으로는, 내통(30d)의 내주면에 대해서는 그 내부에 삽입되는 회전축(40)의 소경부(41e)에 대해, 그 각 부의 직경 치수가, 그것보다도 회전 구동 대상 부재 반대측에 위치하는 소경부(41e)의 각 부의 외경 치수보다 크게 형성되어 있다. 또한 외통(30e)의 내주면에 대해서는 그 내부에 삽입되는 회전축(40)(대경부) 및 통형 부재(41f)에 대해, 그 각 부의 직경 치수가, 그것보다도 회전 구동 대상 부재 반대측에 위치하는 회전축(40) 또는 통형 부재(41f)의 각 부의 외경 치수보다 크게 형성되어 있다.

이상으로부터 본 발명에서는, 외장 유닛(21)은 그 내부에서 C축방향에서 내장 유닛(22)과 대향하는 면을 가지고 있지 않다고도 할 수 있다. 또한 도 5에 나타내는 예에서는 케이싱 부재(30a)와 고정 부재(30b)를 연결하기 위해서 플랜지 접합을 이용하고 있어, 나사 부재를 C축방향으로 평행하게 끼워넣어 양자를 연결하고 있다. 즉, 본 발명에서는 케이싱 부재(30a)와 고정 부재(30b)의 연결 방법은 특별히 한정되지 않는 것이다.

또한 본 발명은 상기의 실시 형태에 한정되지 않는다. 예를 들면, 램(6)과 가공용 헤드(8)(제2 지지 헤드(20))의 연결 구조에 대해 도 6에 나타내는 바와 같이 램(6)의 헤드 장착부분(6a)을 케이싱 부재(30a)로서 사용해도 된다. 자세하게 말하면, 내부에 횡단면 원형의 공간을 가지는 헤드 장착부분(6a)을 케이싱 부재(30a)로서 사용함과 함께, 그 내주면에 구동 모터의 모터 스테이터나 클램프 기구 등을 고정하여 외장 유닛(21)을 형성하고, 선례의 제2 지지 헤드(20)에서의 하우징 부재(31, 32) 및 덮개 부재(33)를 생략한 것으로 해도 된다. 그리고, 선례의 걸림 슬리브(30c)를 고정 부재(30b)로서 사용하여 헤드 장착부분(6a)에 연결하도록 하면 된다.

또한 구동 수단을 구성하는 구동 모터의 개수는 상관 없으며 3개 이상이어도 된다. 또한 도 5의 예에서는, 램(6)에 대해 가공용 헤드(8)을 연결하기 위해서 형성된 플랜지를 이용하여 케이싱 부재(30a)와 고정 부재(30b)를 접합하는 것이었지만, 가공용 헤드(8)를 램(6)에 접합하는 플랜지와는 별도로 전용의 플랜지를 케이싱 부재(30a)와 고정 부재(30b)에 형성하여 플랜지 접합하는 것이어도 된다.

또한 본 발명이 대상으로 하는 공작기계용 분할 장치는 상기한 가공용 헤드(스핀들 헤드)에 한정되지 않고, 예를 들어 워크가 재치되는 원테이블을 회전 구동하여 그 각도 위치를 분할하는 회전 테이블 장치에 적용해도 된다. 이 경우, 원테이블이 본 발명에서 말하는 회전 구동 대상 부재가 된다.

Claims (2)

1. 스핀들 유닛(10)을 각도 조절 가능한 상태에서 회전 가능하게 지지하는 제1 지지 헤드(11)가 일단에 고정되는 회전축(40)과, 상기 회전축(40)을 지지하기 위해서 상기 회전축(40)의 외주를 적어도 둘러싸는 한편, 공작기계에 착탈 가능한 하우징(30)과, 상기 하우징(30)과 상기 회전축(40) 사이에 형성되는 베어링(B1, B2)과, 상기 하우징(30)과 상기 회전축(40) 사이에 형성됨과 함께 회전축(40)을 회전시키기 위해 회전축(40)의 둘레에 동심원상으로 배치된 모터 로터(M1a, M2a) 및 모터 스테이터(M1b, M2b)로 이루어지는 구동 모터(M1, M2)를 갖추는 구동 수단(M)으로서 상기 모터 스테이터(M1b, M2b)가 상기 하우징(30)에 고정되고 상기 모터 로터(M1a, M2a)가 상기 회전축(40)에 고정된 구동 수단(M)과, 상기 구동 수단(M)에 의해 회전되어 각도 위치가 분할된 상기 회전축(40)을 회전 불능으로 유지하는 클램프 기구(50)를 포함하는 공작기계용 분할 장치에 있어서,

   상기 하우징(30)은, 상기 베어링(B1, B2)을 상기 회전축(40)과의 사이에 개재시키는 상기 제1 지지 헤드(11)측의 고정 부재(30b)와, 상기 회전축(40)의 축선 방향에 따라 상기 고정 부재(30b)에 대해 상기 제1 지지 헤드(11)와는 반대측에 위치하는 한편, 상기 모터 스테이터(M1a, M1b)가 고정되는 케이싱 부재(30a)로 구성되고, 상기 케이싱 부재(30a, 31a)를 상기 고정 부재(30b)에 착탈 가능하게 연결하여 구성되어 있고,

   상기 구동 수단(M)은, 상기 회전축(40)의 축선 방향에 따라 복수의 상기 구동 모터(M1,M2)를 직렬로 배치하여 구성되어 있고,

   상기 회전축(40), 상기 베어링(B1, B2), 상기 각각의 구동 모터(M1,M2)의 상기 모터 로터(M1a, M2a) 및 상기 고정 부재(30b)를 장착하여 내장 유닛(22)을 구성함과 함께, 상기 케이싱 부재(30a, 31a)와 적어도 회전 구동 대상 부재 반대측에 배치된 상기 구동 모터(M1,M2)의 상기 모터 스테이터(M1b, M2b)를 장착하고 또한 상기 모터 스테이터(M1b, M2b)에 접속하는 케이블(c11, c21)을 상기 고정 부재(30b)에 대해서 회전 구동 대상 부재 반대측으로부터 꺼내는 것에 의해 외장 유닛(21)을 구성하며,

   상기 내장 유닛(22)은, 상기 외장 유닛(21)에 대해서 상기 제1 지지 헤드(11)측으로부터 탈착 가능하게 연결되어 있는,

   공작기계용 분할 장치.
2. 삭제

Images