KR101404797B1 - 스핀들 베어링 예압장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 본 발명은 공작기계 등의 스핀들 어셈블리에 적용되는 베어링 예압장치를 개시한다.
본 발명의 스핀들 베어링 예압장치는, 하우징의 내부에 스핀들이 배치되고 하우징과 스핀들 사이에 베어링들이 제공된 스핀들 어셈블리에 설치된 베어링 예압장치에 있어서, 베어링들 중의 어느 하나에 설치되어 스핀들의 진동에 의해 전달되는 베어링의 가속도를 측정하는 가속도계, 베어링들의 아웃터 레이스의 일측면에 각각 배치되어 아웃터 레이스들을 축 방향으로 가압하는 한 쌍의 압전 액추에이터, 가속도계에서 측정된 데이터 값을 입력받고 이 입력값에 대응하는 전압을 한 쌍의 압전 액추에이터에 공급하는 컨트롤러를 포함한다.

Description

스핀들 베어링 예압장치{Apparatus for bearing preloads in spindle assembly}

본 발명은 공작기계 등의 스핀들 어셈블리에 적용되는 베어링 예압장치에 관한 것이다.

일반적으로 공작기계 등에 적용되는 스핀들(Spindle)은 공구를 결합할 수 있는 부분으로 하우징에 회전할 수 있도록 결합된다. 그리고 하우징과 스핀들 사이에는 베어링이 설치되어 스핀들이 자유롭게 회전할 수 있다.

스핀들을 지지하고 있는 베어링에는 예압(preload)을 가해주어야 할 필요성이 있다.

이와 같이 스핀들을 지지하는 베어링에 예압을 가하는 기술은 한국등록특허공보 제10-0198362호에 개시되어 있다.

상술한 공보에 개시된 기술은 엔코더, 압전 액추에이터, 그리고 컨트롤러를 포함한다. 엔코더는 스핀들의 회전수를 센싱하는 역할을 한다. 그리고 압전 액추에이터는 베어링의 아웃터 레이스에 축과 나란한 방향으로 지지되어 전압이 인가됨에 따라 변위량이 조절되어 베어링 아웃터 레이스를 축 방향으로 가압하여 예압을 조절하는 역할을 한다. 또한, 컨트롤러는 엔코더에서 입력된 데이터 즉, 스핀들의 회전수에 따라 압전 액추에이터에 공급하는 전압을 조절하여 베어링에 작용하는 예압을 조절할 수 있다.

이러한 종래의 스핀들 베어링 예압장치는 스핀들의 회전수가 증가함에 따라 열이 발생하고 열에 의해 스핀들이 축방향으로 늘어나게 되며 이에 따라 압전 액추에이터의 변위량도 증가시키면서 베어링 예압을 조절한다.

그러나 베어링 예압은 스핀들에 결합된 툴의 작동 조건에 따라 달라질 수 있고 스핀들의 회전수의 증가에 따라 비례하여 반드시 베어링 예압이 증가하지 않을 수 있다. 따라서 종래의 베어링 예압장치는 여전히 정밀도가 떨어지는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로써, 본 발명의 목적은 스핀들 진동에 의해 베어링이 받는 가속도를 측정하고 측정된 데이터에 따라 베어링의 아웃터 레이스의 변위를 가변시켜 즉시 베어링의 예압을 조절하여 고정밀도로 공작물을 가공할 수 있고, 베어링에 과도한 예압이 걸리는 것을 방지하는 스핀들 베어링 예압장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하우징의 내부에 스핀들이 배치되고 하우징과 스핀들 사이에 베어링들이 제공된 스핀들 어셈블리에 설치된 베어링 예압장치에 있어서, 상기 베어링들 중의 어느 하나에 설치되어 상기 스핀들의 진동에 의해 전달되는 베어링의 가속도를 측정하는 가속도계, 상기 베어링들의 아웃터 레이스의 일측면에 각각 배치되어 상기 아웃터 레이스들을 축 방향으로 가압하는 한 쌍의 압전 액추에이터, 상기 가속도계에서 측정된 데이터 값을 입력받고 이 입력값에 대응하는 전압을 상기 한 쌍의 압전 액추에이터에 공급하는 컨트롤러를 포함하는 스핀들 베어링 예압장치를 제공한다.

상기 가속도계는 상기 베어링들 중의 어느 하나의 아웃터 레이스 외주면에 설치되는 것이 바람직하다.

상기 한 쌍의 압전 액추에이터는 상기 베어링들 사이에 배치되며 상기 베어링들의 아웃터 레이스 측면에 밀착되고, 상기 한 쌍의 압전 액추에이터 사이에 상기 하우징의 일부가 연장된 연장부가 배치되는 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명은 베어링의 진동에 의한 가속도를 측정하고 이 측정값에 대응하는 전압을 압전 액추에이터에 공급하여 베어링의 예압을 실시간으로 일정하게 조절할 수 있어 고정밀도로 공작물을 가공할 수 있고, 베어링에 과도한 예압이 걸리는 것을 방지하여 스핀들을 안정적으로 작동시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 가속도계와 압전 액추이터가 배치된 상태를 도시한 스핀들 어셈블리의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 구성도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

도 1은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 단면도로, 스핀들 어셈블리를 도시하고 있다.

스핀들 어셈블리는 하우징(1), 스핀들(3), 그리고 하우징(1)과 스핀들(3) 사이에 제공되는 한 쌍의 베어링(5, 7)을 포함한다. 베어링(5, 7)은 일정한 간격을 유지하면서 스핀들(3)의 외주면을 지지한다.

베어링(5, 7)들은 스핀들(3)의 외주면을 지지하는 인너 레이스(5a, 7a)와 하우징(1)의 내주면을 지지하는 아웃터 레이스(5b, 7b) 그리고 인너 레이스(5a, 7a)와 아웃터 레이스(5b, 7b) 사이에 배치되는 다수의 볼(B)들을 포함한다.

그리고 스핀들 어셈블리에 제공되는 스핀들 베어링 예압장치는 가속도계(9), 한 쌍의 압전 액추에이터(11, 13), 그리고 컨트롤러(15)를 포함한다.

가속도계(9)는 베어링(5)의 아웃터 레이스(5b)의 외주면에 결합될 수 있다. 가속도계(9)는 스핀들이 회전할 때 진동이 발생하고, 이러한 진동은 베어링(5)으로 전달되며 베어링(5)의 진동에 의한 가속도를 측정하는 것이다.

가속도계(9)는 베어링(5)의 진동에 의한 가속도를 측정하여 측정된 데이터 값을 실시간으로 컨트롤러(15)에 전송할 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 가속도계(9)가 베어링(5)의 아웃터 레이스(5b)의 외주면에 결합된 예를 도시하여 설명하고 있으나, 또 다른 베어링(7)의 아웃터 레이스(7b)의 외주면에 결합될 수 도 있다.

압전 액추에이터(11, 13)는 베어링(5, 7)의 아웃터 레이스(5b, 7b)의 측면에 배치된다. 그리고 압전 액추에이터(11, 13) 사이에는 하우징(1)의 일부간 연장된 연장부(1a)가 배치될 수 있다. 즉, 압전 액추에이터(11, 13)는 전압이 인가되면 스핀들(3)의 축 방향으로 변위가 가변되고 하우징(1)의 연장부(1a)에 반력으로 작용하면서 베어링(5, 7)의 아웃터 레이스(7b)를 스핀들(3)의 축 방향으로 밀어낼 수 있다.

즉, 압전 액추에이터(11, 13)는 전압이 공급되어 베어링(5, 7)의 예압(Preload)을 조절할 수 있다.

컨트롤러(15)는 가속도계(9)와 압전 액추에이터(11, 13)에 전기적으로 연결되어 가속도계(9)의 데이터를 실시간으로 입력받아 가속도계(9)의 데이터 값에 따라 정해지는 전압을 실시간으로 압전 액추에이터(11, 13)에 공급할 수 있다(도 2 참조).

이와 같이 이루어지는 본 발명의 실시예를 통해 베어링 예압을 일정하게 유지하는 과정을 설명하면 다음과 같다.

우선, 고속으로 회전하는 스핀들(3)은 진동을 발생시킨다. 이러한 진동은 베어링(5, 7)의 예압을 가변시킬 수 있다. 스핀들(3)의 진동은 베어링(5)으로 전달되고 가속도계(9)는 베어링(5)의 진동에 따라 가속도를 검출할 수 있다.

이와 같이 검출된 데이터는 컨트롤러(15)로 전송된다. 컨트롤러(15)는 가속도계(9)에서 입력된 데이터값을 보정하여 예압을 보정하기 위한 값을 계산하고 예압을 보정하기 위한 값이 결정되면 그에 대응하는 전압을 압전 액추에이터(11, 13)측으로 공급한다.

그러면 압전 액추에이터(11, 13)는 스핀들(3)의 축 방향으로 변위가 가변되면서 베어링(5, 7)의 아웃터 레이스(5b, 7b)를 축 방향으로 이동시킨다. 이에 따라 베어링(5, 7)의 아웃터 레이스(5b, 7b)가 축 방향으로 가변되면서 베어링(5, 7)의 예압이 조절된다.

이러한 과정을 실시간으로 반복하여 베어링(5, 7)의 예압을 조절할 수 있다.

이러한 본 발명의 실시예는 공작물을 고정밀도로 가공할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예는 베어링(5, 7)에 과도한 예압이 걸리는 것을 방지하여 스핀들(3)을 안정적으로 작동시킬 수 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

1. 하우징, 1a. 연장부,
3. 스핀들,
5, 7. 베어링, 5a, 7a. 인너 레이스, 5b, 7b. 아웃터 레이스,
9. 가속도계,
11, 13. 압전 액추에이터,
15. 컨트롤러

Claims (3)

1. 하우징의 내부에 스핀들이 배치되고 하우징과 스핀들 사이에 베어링들이 제공된 스핀들 어셈블리에 설치된 베어링 예압장치에 있어서,
   상기 베어링들 중의 어느 하나에 설치되어 상기 스핀들의 진동에 의해 전달되는 베어링의 가속도를 측정하는 가속도계,
   상기 베어링들의 아웃터 레이스의 일측면에 각각 배치되어 상기 아웃터 레이스들을 축 방향으로 가압하는 한 쌍의 압전 액추에이터,
   상기 가속도계에서 측정된 데이터 값을 입력받고 이 입력값에 따라 정해지는 전압을 상기 한 쌍의 압전 액추에이터에 공급하는 컨트롤러를 포함하며,
   상기 가속도계는
   상기 베어링들 중의 어느 하나의 아웃터 레이스 외주면에 설치되고,
   상기 컨트롤러는
   상기 가속도계에서 실시간으로 입력된 데이터 값을 보정하여 예압을 보정하기 위한 값을 계산하고 예압을 보정하기 위한 값이 결정되면 그에 대응하는 전압을 상기 압전 액추에이터 측으로 실시간으로 공급하는 스핀들 베어링 예압장치.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 한 쌍의 압전 액추에이터는
   상기 베어링들 사이에 배치되며 상기 베어링들의 아웃터 레이스 측면에 밀착되고, 상기 한 쌍의 압전 액추에이터 사이에 상기 하우징의 일부가 연장된 연장부가 배치되는 스핀들 베어링 예압장치.

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