KR101485559B1

KR101485559B1 - 수직형 nc 선반

Info

Publication number: KR101485559B1
Application number: KR20130069235A
Authority: KR
Inventors: 변삼수; 김성준
Original assignee: 이엠코리아주식회사
Priority date: 2013-06-17
Filing date: 2013-06-17
Publication date: 2015-01-23
Also published as: KR20140146716A

Abstract

본 발명은 수직형 NC 선반에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상하 방향으로 마련되는 스핀들이 안정된 구조를 가질 수 있도록 하는 수직형 NC 선반에 관한 것이다.
본 발명에 따른 수직형 NC 선반은, 상하 길이 방향으로 연장되며 좌우로 회전 가능하게 마련되는(3쪽 내용과 동일) 스핀들; 스핀들 상단에 체결되며, 피가공물을 장착하기 위한 척; 구동모터에서 전달되는 회전동력을 전달받아 스핀들을 회전시키도록, 스핀들 상부측 하단에 장착되는 링기어; 선반의 베드에 고정되어, 링기어의 회전 상태를 지지하기 위한 베어링 하우징; 및 링기어와 베어링 하우징 사이에 장착되어, 베어링 하우징에 대해 링기어를 상대적으로 회전 가능하게 체결시키는 크로스 롤러 베어링을 포함한다.

Description

수직형 NC 선반{VERTICALITY TYPE NUMERICALLY CONTROLLED LATHE}

본 발명은 수직형 NC 선반에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상하 방향으로 마련되는 스핀들이 안정된 구조를 가질 수 있도록 하는 수직형 NC 선반에 관한 것이다.

일반적으로, 종래의 수직형 NC선반의 주축구조는 도 1에 도시된 바와 같이 회전 가능하게 설치된 스핀들(2), 상기 스핀들(2) 상단에 가공할 소재를 장착하기 위한 척(1), 상기 스핀들(2)을 회전 시키도록 스핀들 하단에 장착된 풀리(3), 상기 스핀들(2) 외경에 조합되어 장착된 베어링(4), 상기 스핀들(2) 하단에 장착된 서보제어에 의해 회전수 및 각도 분할시킬 수 있는 센서(30), 각도 분할 후 스핀들(2)를 정지 상태로 유지하기 위한 브레이크(40), 구동모터(11)의 회전동력을 모터풀리(10)를 통해 상기 풀리(3)에 전달하기 위한 벨트(9)로 구성되어져 있다.

종래의 스핀들(2)에는 조합된 베어링(4) 즉, 테이퍼 롤러 베어링(4a)과, 앵귤러 콘택트 베어링(4b)이 서로 조합되어 스핀들을 회전 지지하게 되는데, 이런 조합의 베어링(4)은 스핀들(2)의 길이를 길게 하여 수직선반의 기본 높이 증가로 이어져 작업자의 피로도 증가를 가져오며, 또한 회전되는 척(1)과 척에 장착되는 중량물의 회전 기준면이 바닥에서 멀어져 진동에 취약하게 되는 문제점이 있다. 또한 부품의 개수도 많이 소요하게 되어 재료비 상승 및 조립공수에 불리하게 되는 문제점이 있다.

한편, 스핀들(2)을 회전시키기 위해 스핀들 하단에 장착된 풀리(3)는 구동모터(11)의 작은 토크로부터 큰 토크를 발생하기 위해 지름이 아주 크게 형성이 되어야한다. 이는 회전하던 중량체의 척(1)과 가공물 및 스핀들(2)의 정지하기 위한 관성에 좋지 못한 영향을 미친다. 회전하는 모든 물체는 가벼운 것이 정지시 관성력을 줄이는데 더 좋은 영향을 주기 때문이다.

풀리(3)는 스핀들(2) 하단에 부착되어 벨트(9)의 장력에 의해 스핀들(2)에 휨을 발생시키는 좋지 못한 힘이 생기고, 가공물을 장착하는 척(1)과의 거리가 멀어 스핀들을 회전 지지하는 조합된 베어링(4)에 이 힘이 전달된다. 즉, 구동모터(11)의 회전력이 척(1)과의 거리가 멀어 스핀들(2)의 부하가 크고 가공물의 정도에도 좋지 못한 결과를 초래하는 문제점이 있다.

위와 같은 현상들은 척(1)의 크기가 작은 경우는 커다란 논란의 여지가 적지만, 척(1)의 크기가 중·대형화되는 경우에는 척(1)을 받혀주는 스핀들의 영역이 커져야 하는데, 이는 조합된 베어링(4)의 내경 지름이 커져야만 한다. 이럴 경우 스핀들(2) 및 조합된 베어링(4)의 크기도 따라서 증대되어야 하는데, 이때 조합된 베어링(4)의 열 발생이 심해져 가공 정밀도를 떨어뜨리고, 조립 맞춤의 정도에도 한계가 생기는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 스핀들의 길이를 최소화하고 이를 위해 베어링을 변경하여 척을 받혀주는 스핀들 영역을 키우며, 설치 높이를 낮출 수 있는 수직형 NC 선반을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 구동모터의 회전력을 척에 최대한 가깝게 전달하며, 풀리의 관성력을 줄이기 위해 동력 전달 중간 단계에 기어를 가진 구조로 개선할 수 있는 수직형 NC 선반을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 여기에 언급되지 않은 본 발명이 해결하려는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 수직형 NC 선반은, 상하 길이 방향으로 연장되며 좌우로 회전 가능하게 마련되는 스핀들; 스핀들 상단에 체결되며, 피가공물을 장착하기 위한 척; 구동모터에서 전달되는 회전동력을 전달받아 스핀들을 회전시키도록, 스핀들 상부측 하단에 장착되는 링기어; 선반의 베드에 고정되어, 링기어의 회전 상태를 지지하기 위한 베어링 하우징; 및 링기어와 베어링 하우징 사이에 장착되어, 베어링 하우징에 대해 링기어를 상대적으로 회전 가능하게 체결시키는 크로스 롤러 베어링을 포함한다.

또한, 본 발명의 스핀들은, 척을 지지하기 위해 원판 형상을 이루는 스핀들 상측부와, 베어링 하우징의 내측에서 회전하기 위해 스핀들 상측부로부터 축경되어 원통 형상을 이루며, 회전수 센싱을 위한 하단에 제1 플랜지가 형성되는 스핀들 중간부와, 스핀들 중간부의 제1 플랜지와 체결되는 원통 형상을 이루며, 하단에 브레이킹 동작을 위한 제2 플랜지가 형성되는 스핀들 하측부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 수직형 NC 선반은, 링기어를 회전 시키도록 링기어와 기어로 맞물리는 피니언 샤프트 기어; 피니언 샤프트 기어를 회전 시키도록 피니언 샤프트 기어 하단에 장착되는 풀리; 및 구동모터의 회전동력을 모터풀리를 통해 풀리에 전달하기 위한 벨트를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 수직형 NC 선반은, 스핀들 하단에 장착되는 센서 링과, 베어링 하우징에 부착되는 센서 브래킷을 포함하여, 스핀들의 회전수 검출과 정밀 각도분할을 하는 스핀들 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 수직형 NC 선반은, 스핀들에 마련되는 디스크와, 베드에 고정 장착되는 브레이크 몸체와, 브레이크 몸체 내부에 상하 배치되는 피스톤과, 피스톤 각각의 외부에 장착되는 디스크 패드와, 피스톤의 전진력을 공급하는 유압라인과, 피스톤 전진시 피스톤의 회전을 방지하기 위해 각각 설치되는 안내핀과, 피스톤 복귀시키는 스프링을 포함하여, 스핀들을 정지 상태로 유지하기 위한 스핀들 브레이크를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 과제의 해결 수단에 의해, 본 발명의 수직형 NC 선반은, 크로스롤러 베어링을 적용함으로서 구조의 간단함과 함께 재료비 절감, 조립 공수 절감, 안정적 구조 달성을 이룰 수가 있고, 보다 큰 중·대형 가공물을 가공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 벨트 직접구동이 아닌 기어를 중간 매개체로 함으로써 스핀들에 걸리는 벨트 장력을 없앨 수가 있어서 보다 더 신뢰성 있는 스핀들을 구축하여 정밀한 가공을 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 스핀들과 직접 구동되는 풀리가 없음으로써 관성력을 줄일 수가 있으며, 구동모터의 회전력을 기어로 함으로서 보다 더 큰 토크를 발생 시킬 수가 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 수직형 NC 선반을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 수직형 NC 선반을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 수직형 NC 선반에서 주요 부분인 주축 구조만을 더욱 상세하게 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 수직형 NC 선반의 스핀들 센서를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 수직형 NC 선반의 스핀들 브레이크를 확대하여 나타낸 도면이다.

이상과 같은 본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제의 해결 수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 2 내지 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 수직형 NC 선반을 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 수직형 NC 선반을 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 수직형 NC 선반에서 주요 부분인 주축 구조만을 더욱 상세하게 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 수직형 NC 선반의 스핀들 센서를 확대하여 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 수직형 NC 선반의 스핀들 브레이크를 확대하여 나타낸 도면이다.

도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 수직형 NC 선반은, 상하 길이 방향으로 연장되며 좌우로 회전 가능하게 마련되는 스핀들(102)과, 스핀들(102) 상단에 체결되며, 피가공물을 장착하기 위한 척(101)과, 구동모터(207)에서 전달되는 회전동력을 전달받아 스핀들(102)을 회전시키도록, 스핀들(102) 상부측 하단에 장착되는 링기어(103)와, 선반의 베드(108)에 고정되어, 링기어(103)의 회전 상태를 지지하기 위한 베어링 하우징(105)과, 조립공수 및 기계의 공간을 획기적으로 줄일 수 있도록, 링기어(103)와 베어링 하우징(105) 사이에 장착되어, 베어링 하우징(105)에 대해 링기어(103)를 상대적으로 회전 가능하게 체결시키는 크로스 롤러 베어링(104)을 포함한다.

여기서, 스핀들(102)은, 척(101)을 지지하기 위해 원판 형상을 이루는 스핀들 상측부(102a)와, 베어링 하우징(105)의 내측에서 회전하기 위해 스핀들 상측부(102a)로부터 축경되어 원통 형상을 이루며, 회전수 센싱을 위한 하단에 제1 플랜지가 형성되는 스핀들 중간부(102b)와, 스핀들 중간부(102b)의 제1 플랜지와 체결되는 원통 형상을 이루며, 하단에 브레이킹 동작을 위한 제2 플랜지가 형성되는 스핀들 하측부(102c)를 포함하는 것이 가능하다. 즉, 본 발명의 일실시예에 따른 스핀들(102)은 넓은 상측면을 이루며 상하 길이가 짧고, 종래와 달리 매우 간단한 구조를 가질 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시에에 따른 수직형 NC 선반은, 높은 토크를 발생시키기 위해 링기어(103)를 회전 시키도록 링기어(103)와 기어로 맞물리는 피니언 샤프트 기어(201)와, 피니언 샤프트 기어(201)를 회전 시키도록 피니언 샤프트 기어(201) 하단에 장착되는 풀리(204)와, 구동모터(207)의 회전동력을 모터풀리(206)를 통해 풀리(204)에 전달하기 위한 벨트(205)를 더 포함하는 것이 가능하다.

이와 같이 구성되는, 본 발명의 일실시예에 따른 수직형 NC 선반의 동작 특성을 살펴보면, 구동모터(207)가 작동되어 회전하면 구동모터(207) 축단에 장착된 모터풀리(206)가 동시에 회전을 하게 되고, 이 회전은 벨트(205)를 통해 피니언 샤프트 기어(201) 하단에 장착된 풀리(204)를 회전시킨다. 이로 인해 피니언 샤프트 기어(201)가 스핀들(102) 상부측 하단에 장착된 링기어(103)를 돌려 스핀들(102) 상단에 가공할 소재를 장착하기 위한 척(101)을 회전시킨다.

링기어(103)는 크로스 롤러 베어링(104)에 의해 회전이 자유롭게 되며, 이 크로스 롤러 베어링(104)은 베드(108)에 고정 조립된 베어링 하우징(105)과 링기어(103) 사이에 존재하게 된다. 즉, 볼 베어링보다 접촉면이 넓으므로 큰 하중에 견딜 수 있다.

한편, 스핀들의 아래쪽 부분에는 서보제어에 의해 회전수 제어 및 0.001° 각도 분할시킬 수 있는 스핀들 센서(300)와, 정밀 각도 분할 후 스핀들(102)를 정지 상태로 유지하기 위한 스핀들 브레이크(400)가 구성된다.

도 3을 참조하면, 수직형 NC 선반의 주축에서 주축의 회전수 검출과 정밀한 각도분할(0.001°)을 위해 스핀들 센서(300)를 사용하게 된다. 스핀들 중간부(102b) 하단에 센서 링(301)이 장착되고, 베어링 하우징(105)에 부착된 센서 브래킷(303)에 센서(302)가 장착된다. 센서 링(301)의 외주면에는 아주 작은 치형을 가지고 있어서 스핀들(102)이 회전을 할 때, 센서(302)가 이를 읽어 들여 정밀한 각도분할을 할 수 있다.

도 5를 참조하면, 예컨대 선반의 공구대에 회전 가능한 공구를 장착하여 밀링기능을 사용하는 경우, 스핀들(102)이 가공시 발생하는 절삭력을 견딜 수 있도록, 스핀들 브레이크(400)는 스핀들 하측부(102c)에 마련되는 디스크(107)를 상면과 저면에 유압으로 작동하는 디스크 패드(404)에 의해 강력히 고정한다.

구체적으로, 베드(108)에 고정 장착되는 브레이크 몸체(401)와, 브레이크 몸체(401) 내부에 피스톤(403)이 대항형으로 상면과 저면에 배치되어 있고, 피스톤(403)의 외부에는 디스크 패드(404)가 각각 장착되어져 있다.

유압이 작동되면 브레이크 몸체(401)의 유압라인(401a, 401b)으로 유압이 공급되어 피스톤(403)이 전진하게 된다. 이로 인해 피스톤(403) 외부에 장착되어 있는 디스크 패드(404)가 같이 전진하여 디스크(107)를 고정하게 된다.

또한, 피스톤(403) 전진 시 피스톤(403)의 회전을 방지하기 위해 안내핀(406)을 각각 설치하였고, 피스톤(403) 복귀시 스프링(405)의 압축력으로 자동 복귀되도록 한다.

이와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 수직형 NC 선반은, 종래의 테이퍼 롤러 베어링(도 1의 4a), 앵귤러 콘택트 베어링(도 1의 4b) 대신 크로스 롤러 베어링(104)을 사용함으로써, 구조적으로 매우 간단하게 설치 할 수 있도록 하였다.

이로 인해, 스핀들(102)이 종래에 비해 짧아져 내부 공간적 구조가 간편해짐과, 동시에 부품들도 많이 불필요하여 그 개수가 줄어들게 되고 조립이 쉬워져 재료비 및 조립공수 등을 줄일 수가 있고, 각종 불량을 발생시키는 요소들도 상당히 없어지는 장점이 있다.

또한, 크로스 롤러 베어링(104)과 스핀들(102) 상부측 하단에 링기어(103)를 피가공물을 장착하기 위한 척(101)과 상대적으로 가깝게 설치함으로써, 공작물 가공시 척(101)을 통해 스핀들로 전달되는 절삭력과 중량물에 대항해 안정된 구조를 가질 수 있는 장점이 있다.

또한, 큰 지름을 가진 크로스 롤러 베어링(104)을 사용함으로써, 척(101)을 받혀주는 스핀들(102)의 단면을 크게 할 수가 있어서 중·대형 가공물에 대한 적재 하중을 키울 수가 있는 장점이 있다.

이와 함께, 구동모터(207)의 회전력을, 종래처럼 직접 스핀들 하단의 풀리에 전달하지 않고, 중간 단계인 피니언 샤프트 기어(201)를 통해 회전력을 전달함으로써, 종래기의 벨트 장력에 대한 스핀들의 휨을 발생시키는 힘을 없앨 수가 있고, 종래 스핀들 하단의 직경이 큰 풀리를 제거할 수 있으므로, 큰 풀리에 대한 관성력을 제거할 수 있는 장점이 있다.

이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

101 : 척
102 : 스핀들
102a : 스핀들 상측부
102b : 스핀들 중간부
102c : 스핀들 하측부
103 : 링기어
104 : 크로스 롤러 베어링
105 : 베어링 하우징
107 : 디스크
108 : 베드
201 : 피니언 샤프트 기어
204 : 풀리
205 : 벨트
206 : 모터풀리
207 : 구동모터
300 : 스핀들 센서
301 : 센서 링
302 : 센서
303 : 센서 브래킷
400 : 스핀들 브레이크
401 : 브레이크 몸체
401a. 401b : 유압라인
403 : 피스톤
404 : 디스크 패드
405 : 스프링
406 : 안내핀

Claims

상하 길이 방향으로 연장되며 좌우로 회전 가능하게 마련되는 스핀들;
상기 스핀들 상단에 체결되며, 피가공물을 장착하기 위한 척;
구동모터에서 전달되는 회전동력을 전달받아 상기 스핀들을 회전시키도록, 상기 스핀들 상부측 하단에 장착되는 링기어;
선반의 베드에 고정되어, 상기 링기어의 회전 상태를 지지하기 위한 베어링 하우징; 및
상기 링기어와 상기 베어링 하우징 사이에 장착되어, 상기 베어링 하우징에 대해 상기 링기어를 상대적으로 회전 가능하게 체결시키는 크로스 롤러 베어링;
을 포함하며,
상기 스핀들은,
상기 척을 지지하기 위해 원판 형상을 이루는 스핀들 상측부와,
상기 베어링 하우징의 내측에서 회전하기 위해 스핀들 상측부로부터 축경되어 원통 형상을 이루며, 회전수 센싱을 위한 하단에 제1 플랜지가 형성되는 스핀들 중간부와,
상기 스핀들 중간부의 제1 플랜지와 체결되는 원통 형상을 이루며, 하단에 브레이킹 동작을 위한 제2 플랜지가 형성되는 스핀들 하측부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 NC 선반.
삭제
제1항에 있어서,
상기 링기어를 회전 시키도록 상기 링기어와 기어로 맞물리는 피니언 샤프트 기어;
상기 피니언 샤프트 기어를 회전 시키도록 상기 피니언 샤프트 기어 하단에 장착되는 풀리; 및
구동모터의 회전동력을 모터풀리를 통해 상기 풀리에 전달하기 위한 벨트;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 NC 선반.
제1항에 있어서,
상기 스핀들 하단에 장착되는 센서 링과, 상기 베어링 하우징에 부착되는 센서 브래킷을 포함하여, 상기 스핀들의 회전수 검출과 정밀 각도분할을 하는 스핀들 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 NC 선반.
제1항에 있어서,
상기 스핀들에 마련되는 디스크와, 상기 베드에 고정 장착되는 브레이크 몸체와, 상기 브레이크 몸체 내부에 상하 배치되는 피스톤과, 상기 피스톤 각각의 외부에 장착되는 디스크 패드와, 상기 피스톤의 전진력을 공급하는 유압라인과, 상기 피스톤 전진시 상기 피스톤의 회전을 방지하기 위해 각각 설치되는 안내핀과, 상기 피스톤 복귀시키는 스프링을 포함하여, 상기 스핀들을 정지 상태로 유지하기 위한 스핀들 브레이크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 NC 선반.