KR101506741B1

KR101506741B1 - Backlashless gearbox structure

Info

Publication number: KR101506741B1
Application number: KR1020080129784A
Authority: KR
Inventors: 이창호
Original assignee: 두산인프라코어 주식회사
Priority date: 2008-12-19
Filing date: 2008-12-19
Publication date: 2015-03-27
Also published as: KR20100071159A

Abstract

BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a main shaft of a turning center driven by a gear box, and more particularly to a main shaft of a turning center driven by a gear box, which can eliminate backlash of a gear box The present invention relates to a gearbox structure of a turning center, in which a coaxial connecting means is provided which coaxially arranges an input shaft and an output shaft, and integrally connects the input shaft and the output shaft together as needed, When the position control is performed, the input shaft and the output shaft are integrally connected to each other to control the rotation of the main shaft, thereby effectively preventing the backlash that has occurred when the rotational force is transmitted through the conventional gear train. As a result, drilling, It is possible to optimally perform machining that requires precise position control, such as machining.

Gear box, turning machine, spindle, input shaft, output shaft, coaxial connecting means, hinge disc, clamping cylinder, compressed fluid, spring

Description

Backlashless gearbox structure [0002]

본 발명은 기어박스로 구동되는 터닝센터의 주축에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 주축의 회전 속도 제어에 덧붙여 주축의 위치 제어(C축 기능) 적용시에 발생하는 기어박스의 백래쉬를 제거할 수 있는 터닝센터의 기어박스 구조에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a main shaft of a turning center driven by a gear box, and more particularly to a main shaft of a turning center driven by a gear box, which can eliminate backlash of a gear box To a gearbox structure of a turning center.

일반적으로, 터닝센터는 주축의 회전 속도만을 제어하여 수행되는 터닝가공과, 주축의 정확한 위치 제어(C축 기능)를 요구하는 공구대를 이용한 밀링, 드릴링, 탭핑 등의 가공을 수행할 수 있다.In general, the turning center can perform machining such as milling, drilling, tapping, etc. using a turning tool which controls only the rotation speed of the main shaft and a tool stand which requires precise position control of the main shaft (C axis function).

터닝센터에서 주축은 모터와 연결되는 입력 샤프트와 기어열을 개재하여 평행하게 배치된 출력 샤프트의 쌍으로 구성되는 기어박스로 구동되며, 입력 샤프트와 출력 샤프트의 기어비에 의해 소정의 관계로 회전 속도가 제어될 수 있다.In the turning center, the main shaft is driven by a gear box composed of an input shaft connected to the motor and a pair of output shafts disposed in parallel through the gear train, and the rotational speed Lt; / RTI >

도 1은 종래의 터닝센터에서 사용되고 있는 기어박스 구조의 일 예를 도시한 것이며, 도 1을 참고하여 그 구조를 간략히 설명하면 다음과 같다.FIG. 1 shows an example of a gearbox structure used in a conventional turning center. Referring to FIG. 1, the structure of the gearbox will be briefly described below.

종래의 기어박스 구조(100)는 입력 풀리(12)를 통해 모터의 회전력을 전달받는 입력 샤프트(10)와, 입력 샤프트(10)에 평행하게 배치되어 제1 기어부(40)의 기어치합을 통해 맞물려 함께 회전하는 출력 샤프트(20), 및 입력 샤프트(10)의 일 측에서 연결되어 지지하는 요크(30) 및 요크와 연결된 시프팅 실린더(32)를 포함한다.The conventional gearbox structure 100 includes an input shaft 10 receiving input of a rotational force of a motor through an input pulley 12 and an input shaft 10 disposed in parallel with the input shaft 10, And a shifting cylinder 32 connected to the yoke 30 and a yoke connected to and supported at one side of the input shaft 10. The output shaft 20 rotates together with the output shaft 20,

출력 샤프트(20)는 그 표면에 체결된 출력 풀리(22)를 통하여 터닝센터의 주축(도시되지 않음)과 연결되고, 주축의 회전 구동을 제어하게 된다. 이때 입력 샤프트(10)와 출력 샤프트(20)는 서로 소정의 간격(예컨대, 제1 기어부(40)에 의해 유지되는 거리)을 두고 평행하게 배치되며 제1 기어부(40)의 작동에 의해서만 회전이 전달된다. The output shaft 20 is connected to the main shaft (not shown) of the turning center through an output pulley 22 fastened to the surface thereof, and controls the rotational driving of the main shaft. At this time, the input shaft 10 and the output shaft 20 are disposed in parallel with each other at a predetermined interval (for example, a distance held by the first gear portion 40), and only by the operation of the first gear portion 40 The rotation is transmitted.

이러한 기어박스 구조를 갖는 터닝센터와 같은 공작 기계에서, 터닝 가공을 하는 경우, 기어박스를 이용하여 터닝센터의 주축의 회전 속도만을 제어하게 되며, 또한 터닝 가공시에는 주축이 한 방향으로만 회전을 하기 때문에 백래쉬에 의한 영향을 받지 않는다.In a turning machine, such as a turning center having such a gear box structure, only turning speed of the main shaft of a turning center is controlled by using a gear box. In turning, the main shaft rotates only in one direction So that it is not affected by the backlash.

그러나, 이와 같은 기어박스 구조의 경우, 입력 샤프트(10)와 출력 샤프트(20) 사이의 회전력이 소정의 기어치합(예컨대, 제1 기어부)만을 통해서 전달되기 때문에, 회전 속도 제어가 아닌 위치 제어(예컨대, C축 기능)를 요구하는 가공의 경우에 주축이 다른 방향으로 회전하면서 발생하는 백래쉬의 영향을 받게 된다. 즉, 기어치합을 이용한 회전력 전달의 속성상 기어열 내 톱니들이 소정의 유격을 갖고 맞물리게 되며, 이러한 유격에 의해 반대 방향 또는 다른 방향으로 주축의 위치가 제어되어 회전력이 전달되는 경우에는 맞물리는 톱니 사이의 유격량에 대응하여 백래쉬가 발생하게 된다. 또한, 톱니 사이의 이러한 유격은 기어박스를 이용하 여 주축을 구동할수록 점점 커지는 경향을 가지며, 이에 발생하는 백래쉬의 영향도 커지게 된다.However, in the case of such a gear box structure, since the rotational force between the input shaft 10 and the output shaft 20 is transmitted only through the predetermined gear engagement (for example, the first gear portion) (For example, a C-axis function), the main spindle is influenced by the backlash generated while rotating in the other direction. That is, when the teeth of the gear train are engaged with the predetermined clearance due to the nature of the transmission of the rotational force using the gear engagement, and the position of the main shaft is controlled in the opposite direction or the other direction by this clearance, Backlash is generated corresponding to the clearance amount of the clutch. Further, such clearance between the teeth tends to become larger as the main shaft is driven by using the gear box, and the influence of the backlash is also increased.

예컨대, 공구대를 이용한 밀링, 드릴링, 텝핑 등의 가공을 하게 되는 경우 주축은 회전 속도 제어가 아닌 위치 제어(C축 기능)를 받게 되며, 이는 앞서 회전 속도 제어에서 수행되던 한 방향으로의 회전력 전달에 덧붙여 C축의 방향 전환에 대응하여 기어박스를 구동하게 되고, 이는 결국 기어박스 내 기어열(제1 기어부)에서의 백래쉬를 가져오게 된다. 이처럼 백래쉬가 발생하는 경우 주축에 파지되는 공작물의 정확한 위치 제어가 불가능해지게 된다.For example, in the case of milling, drilling, tapping, or the like using a tool bar, the main shaft is subjected to position control (C-axis function) instead of rotational speed control, The gear box is driven in response to the change in the direction of the C axis, resulting in backlash in the gear train (first gear portion) in the gear box. When the backlash occurs, precise position control of the workpiece held on the main shaft becomes impossible.

따라서, 종래의 기어박스 구조를 구비한 터닝머신에서 터닝 가공(즉, 주축의 회전 속도 제어) 이외에 C축 기능(주축의 위치 제어)을 요구하는 밀링, 드릴링, 텝핑 등의 공구대를 이용한 가공을 실시하는 경우에는 기어박스 내 제1 기어부에서 백래쉬가 발생하게 되고, 이로 인하여 주축의 정확한 위치 제어를 수행할 수 없는 문제점을 갖는다.Therefore, in a turning machine having a conventional gearbox structure, it is possible to perform machining using a tool band such as milling, drilling, or tapping that requires a C-axis function (position control of the main shaft) in addition to turning processing Backlash is generated in the first gear portion in the gear box, and there is a problem that precise position control of the main shaft can not be performed.

본 발명은 터닝센터와 같이 기어박스를 통해 주축을 구동하는 공작 기계에서, 주축의 회전 속도 제어뿐만 아니라 주축의 위치 제어를 수행하는 경우에도 기어박스 내 기어열의 백래쉬를 방지할 수 있는 구조의 개선된 무백래쉬 기어박스를 제공하기 위한 것이다.The present invention relates to an improvement of a structure capable of preventing backlash of gear trains in a gear box even in the case where a main shaft is controlled not only in the rotational speed of the main shaft but also in the position control of the main shaft in a machine tool for driving the main shaft through a gear box, Non-backlash gear box.

또한 본 발명은 기어박스로 구동되는 주축을 백래쉬의 영향 없이 위치 제어를 수행함으로써 주축이 파지되는 공작물과 함께 정확한 가공 위치에서 회전할 수 있게 한다.Further, the present invention enables position control of the spindle driven by the gearbox without the influence of backlash, thereby enabling the spindle to rotate at the correct machining position together with the workpiece gripped.

이를 위하여, 본 발명은 공작 기계용 주축의 동작을 제어하는 기어박스 구조로서, 모터의 회전력을 전달받아 회전하는 입력 샤프트와; 입력 샤프트와 평행하게 배치되고, 기어치합을 통해 입력 샤프트와 맞물려 함께 회전하는 아이들 샤프트와; 입력 샤프트와 동축으로 배치되면서 아이들 샤프트와 평행하게 배치되고, 기어치합을 통해 아이들 샤프트와 맞물려 함께 회전하여 주축을 구동하는 출력 샤프트; 및 입력 샤프트의 일단부와 출력 샤프트의 일단부를 직접 연결하거나 연결해제하며 연결시 일체로 회전시키는 동축 연결 수단;을 포함하며,To this end, the present invention provides a gearbox structure for controlling operation of a main shaft for a machine tool, comprising: an input shaft for receiving rotation of a motor and rotating; An idle shaft disposed parallel to the input shaft and rotated together with the input shaft through gear engagement; An output shaft disposed coaxially with the input shaft and disposed in parallel with the idle shaft and engaged with the idle shaft through gear engagement to rotate together to drive the main shaft; And coaxial connection means for directly connecting or disconnecting one end of the input shaft and one end of the output shaft,

이때 동축 연결 수단은:Wherein the coaxial connection means comprises:

입력 샤프트와 출력 샤프트 중 하나의 단부에 체결된 환형의 힌지 디스크와, 힌지 디스크가 체결되지 않은 다른 하나의 샤프트의 단부에 형성되고, 힌지 디 스크와 맞물려 일체로 체결 가능한 클램핑 실린더와, 클램핑 실린더를 힌지 디스크를 향한 방향으로 가동시키는 실린더 구동 수단을 더 포함하고, 주축의 C축 기능 제어시 실린더 구동 수단에 의해 클램핑 실린더와 힌지 디스크를 일체로 체결함으로써 입력 샤프트와 출력 샤프트를 일체로 회전시키도록 구성된 무백래쉬 기어박스 구조를 제공한다.An annular hinge disk fastened to one end of the input shaft and an output shaft; a clamping cylinder formed at an end of the other shaft to which the hinge disk is not fastened, the clamping cylinder engaging with the hinge disk and being integrally fastenable; And a cylinder drive means for moving the input shaft and the output shaft integrally by tightening the clamping cylinder and the hinge disk integrally by means of the cylinder drive means during the control of the C axis of the main shaft, Non-backlash gear box structure.

본 발명에 있어서, 실린더 구동 수단은 클램핑 실린더를 그 내부에서 활주 가능하게 지지하는 하우징과, 주축의 C축 기능 제어시 하우징 내에서 클램핑 실린더를 대응하는 힌지 디스크를 향한 방향으로 가압하여 입력 샤프트와 출력 샤프트를 일체로 연결하는 유압 수단과, 주축의 회전 제어시 클램핑 실린더와 힌지 디스크 사이의 연결을 해제하는 스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the cylinder driving means includes a housing for slidably supporting the clamping cylinder therein, and a clamping cylinder for pressing the clamping cylinder in the direction toward the corresponding hinge disk in the housing during the control of the C- And a spring for releasing the connection between the clamping cylinder and the hinge disk when the main shaft is controlled to rotate.

또한 본 발명에 있어서, 유압 수단은 클램핑 실린더와 하우징 사이의 공간으로 압력 유체를 공급하는 유로 및 압력 유체 공급원을 더 포함하고, 유로는 클램핑 실린더가 체결된 샤프트의 종축을 따라 관통 형성된 것을 특징으로 한다.Further, in the present invention, the hydraulic means further comprises a flow path for supplying a pressure fluid to the space between the clamping cylinder and the housing and a pressure fluid supply source, wherein the flow path is formed so as to penetrate the longitudinal axis of the shaft to which the clamping cylinder is fastened .

또한 본 발명에 있어서, 유로의 일단은 클램핑 실린더와 하우징 사이의 공간(S)에 연결되고, 타단은 샤프트의 종축에 체결된 회전 유니언 장치를 통해 압력 유체 공급원에 연결된 것을 특징으로 한다.Further, in the present invention, one end of the flow path is connected to the space S between the clamping cylinder and the housing, and the other end is connected to the pressure fluid supply source through a rotation union device fastened to the longitudinal axis of the shaft.

본 발명에 따르면, 기어박스로 구동되는 주축의 제어에 있어서 주축의 회전 제어는 한 쌍의 기어부의 기어치합을 통한 통상적인 회전력 전달을 통해 수행되고, 주축의 위치 제어는 기어박스 내에서 입력 샤프트와 출력 샤프트를 직접 연결 시킴으로써 전술한 한 쌍의 기어부를 배제하여 샤프트들을 일체로 회전시킴으로써 수행된다. 따라서, 터닝 센터의 공구대를 이용한 가공시에도, 즉, 주축의 위치 제어를 수행하는 경우에도 기어박스 내에서 백래쉬가 발생하지 않으며, 이에 기어박스를 이용한 주축의 정확한 위치 제어를 수행할 수 있다.According to the present invention, in the control of the main shaft driven by the gearbox, the control of the rotation of the main shaft is performed through the transmission of the normal rotational force through the gear engagement of the pair of gear portions, And by directly connecting the output shaft, thereby eliminating the above-described pair of gear portions and rotating the shafts integrally. Therefore, backlash does not occur in the gear box even when the tool center of the turning center is used, that is, when the position control of the main shaft is performed, and precise position control of the main shaft using the gear box can be performed.

이하, 첨부도면을 참고하여 본 발명의 구체적인 실시예를 설명한다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기어박스 구조를 도시한 단면도이다. 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 기어박스 구조(200)를 설명하면 다음과 같다.2 is a cross-sectional view illustrating a gearbox structure according to an embodiment of the present invention. The gear box structure 200 according to the present invention will be described with reference to FIG.

본 발명에 따른 기어박스 구조(200)는 크게 모터(도시되지 않음)와 연결되어 회전력을 받는 입력 샤프트(110)와, 터닝센터의 주축에 연결되어 직접 주축을 구동하는 출력 샤프트(120), 및 입력 샤프트(110)와 출력 샤프트(120) 양측에 대응하여 각기 제1 기어부(140)와 제2 기어부(160)를 통해 맞물리는 아이들 샤프트(150)를 포함한다. 아이들 샤프트(150)는 일측에서 요크(130)에 의해 지지되며, 요크(130)는 시프팅 실린더(132)와 연결되어 있다.The gear box structure 200 according to the present invention mainly includes an input shaft 110 connected to a motor (not shown) to receive a rotational force, an output shaft 120 connected to the main shaft of the turning center to directly drive the main shaft, And an idle shaft 150 that engages with both the input shaft 110 and the output shaft 120 through the first gear portion 140 and the second gear portion 160, respectively. The idle shaft 150 is supported at one side by a yoke 130, and the yoke 130 is connected to a shifting cylinder 132.

출력 샤프트(120)는 출력 샤프트(120)의 표면에 체결된 출력 풀리(122)를 통해 터닝센터의 주축(도시되지 않음)에 연결되며, 종래와는 달리 입력 샤프트(110)와 동축으로 배치된다는 점에 유의한다.The output shaft 120 is connected to the main shaft (not shown) of the turning center via an output pulley 122 fastened to the surface of the output shaft 120 and is disposed coaxially with the input shaft 110, Note the point.

이러한 구조의 기어박스 구조(200)는 종래와 달리 입력 샤프트(110)와 출력 샤프트(120)의 사이에 아이들 샤프트(150)를 매개하여 회전력을 전달하는 점에 특징이 있다. 이러한 특징은, 결국 입력 샤프트(110)와 출력 샤프트(120)를 동축 으로 배치할 수 있다는 이점을 가져온다. 동축 배치에 관한 이점은 후술하기로 한다.The gear box structure 200 having such a structure is characterized in that the rotational force is transmitted through the idle shaft 150 between the input shaft 110 and the output shaft 120, unlike the related art. This feature has the advantage of being able to coaxially position the input shaft 110 and the output shaft 120. Advantages of the coaxial arrangement will be described later.

이와 같은 기어박스 구조(200)에서는 주축의 회전 속도를 제어하는 경우, 모터로부터의 회전력이 입력 풀리(112) -> 입력 샤프트(110) -> 제1 기어부(140) -> 아이들 샤프트(150) -> 제2 기어부(160) -> 출력 샤프트(120) -> 출력 풀리(122)의 순서로 전달된 후, 최종적으로 출력 풀리(122)에 직접 연결된 주축으로 전달된다. 따라서, 주축의 회전 속도를 제어하는 것은 종래의 경우와 비교하여 그 단계가 증가한다는 점을 제외하고는 유사하다.In such a gear box structure 200, when the rotational speed of the main shaft is controlled, the rotational force from the motor is transmitted to the input shaft 112 through the input shaft 110, the first gear portion 140, the idle shaft 150 The second gear portion 160, the output shaft 120, and the output pulley 122 in this order, and finally transmitted to the main shaft connected directly to the output pulley 122. Therefore, controlling the rotational speed of the main shaft is similar, except that the step increases in comparison with the conventional case.

한편으로, 본 발명의 기어박스 구조(200)는 입력 샤프트(110)와 출력 샤프트(120)의 마주보는 단부들을 직접 연결하는 동축 연결 수단(170)을 더 포함한다. 본 발명의 실시예에서, 동축 연결 수단(170)이라 함은, 대응하는 한 쌍의 샤프트들의 단부 중 하나에 체결되는 힌지 디스크(174; 이 실시예에서는 입력 샤프트(110)에 체결되고 있음)와, 한 쌍의 샤프트들 중 다른 하나에 체결되어 대응하는 힌지 디스크(174)아 일체로 체결될 수 있는 클램핑 실린더(176), 및 이 클램핑 실린더를 힌지 디스크(174)를 향한 방향으로 가동할 수 있는 실린더 구동수단을 더 포함한다.The gearbox structure 200 of the present invention, on the other hand, further includes a coaxial connecting means 170 for directly connecting the opposite ends of the input shaft 110 and the output shaft 120. In an embodiment of the present invention coaxial connection means 170 comprises a hinge disc 174 (in this embodiment being fastened to input shaft 110) which is fastened to one of the ends of a corresponding pair of shafts, A clamping cylinder 176 which is fastened to the other of the pair of shafts and can be fastened to the corresponding hinge disk 174, and a clamping cylinder 176 which is movable in the direction towards the hinge disc 174 And further includes cylinder driving means.

참고로, 힌지 디스크(174)와 클램핑 실린더(176)가 체결되는 샤프트는 입력 또는 출력 샤프트 중 어느 것이라도 상관 없으며, 서로 대응되어 일체로 맞물릴 수 있도록 배치될 수 있다. 설명의 편의상, 이 실시예에서는 힌지 디스크(174)가 입력 샤프트(110) 측에 그리고 클램핑 실린더(176)가 출력 샤프트(120) 측에 체결 되어 있으며, 이하 이를 기준으로 설명하기로 한다.For reference, the shafts to which the hinge disc 174 and the clamping cylinder 176 are coupled may be any of input or output shafts, and may be arranged so as to be able to mate with each other in an integral manner. For convenience of explanation, in this embodiment, the hinge disc 174 is fastened to the input shaft 110 side and the clamping cylinder 176 is fastened to the output shaft 120 side.

클램핑 실린더(176)는 실린더 구동수단에 의해 대향하는 힌지 디스크(174)를 향해 가압되어 가동될 수 있으며, 클램핑 실린더(176)가 힌지 디스크(174)와 맞물려 일체로 결합되지 않은 상태에서는 모터의 회전력이 입력 샤프트(110) -> 아이들 샤프트(150) -> 출력 샤프트(120)의 순으로 전달되며, 이는 주축의 회전 속도 제어에 대응한다.The clamping cylinder 176 can be pressed and acted on by the cylinder drive means toward the opposing hinge disc 174 and the clamping cylinder 176 can be engaged with the hinge disc 174, Is transmitted in the order of the input shaft 110, the idle shaft 150, and the output shaft 120, which corresponds to the rotation speed control of the main shaft.

한편으로 클램핑 실린더(176)가 가압 가동되어 힌지 디스크(174)와 맞물려 일체로 결합된 경우에는 결과적으로 각 요소가 체결된 샤프트들(즉, 입력 샤프트(110) 및 출력 샤프트(120))이 일체로 체결된 것과 동일한 효과를 가져오기 때문에, 모터의 회전력은 입력 샤프트(110) -> 출력 샤프트(120)의 순으로 직접 전달될 수 있다. 이처럼 동축의 입력 샤프트(110)와 출력 샤프트(120)가 직접 연결되어 회전력을 전달하는 것은 앞서 주축의 회전 속도 제어에서 제1 기어부(140) 및 제2 기어부(160)의 기어치합을 통해 회전력이 전달되는 과정을 생략한 것이며, 이는 결국 기어부에서 발생할 수 있는 백래쉬의 발생 자체를 방지할 수 있게 된다. 즉, 입력 샤프트(110)와 출력 샤프트(120)를 동축으로 배치한 후, 필요에 따라, 예컨대 주축의 위치 제어(C축 기능)를 필요로 하는 경우, 선택적으로 입력 샤프트(110)와 출력 샤프트(120)를 일체로 연결하여 회전력을 전달함으로써 주축의 위치 제어를 백래쉬의 영향 없이 정확하게 수행할 수 있게 된다.On the other hand, when the clamping cylinder 176 is pressurized and engaged with the hinge disc 174 integrally, the resultant shafts (i.e., the input shaft 110 and the output shaft 120) The rotational force of the motor can be directly transmitted in the order of the input shaft 110 - > the output shaft 120. The coaxial input shaft 110 and the output shaft 120 are directly connected to each other to transmit the rotational force to the first gear unit 140 and the second gear unit 160 through the gear engagement of the first gear unit 140 and the second gear unit 160 This eliminates the process of transmitting the rotational force, which can prevent the occurrence of backlash that may occur in the gear portion. That is, when the input shaft 110 and the output shaft 120 are arranged coaxially and then the position control of the main shaft (C-axis function) is required if necessary, the input shaft 110 and the output shaft 120, (120) are integrally connected to each other to transmit a rotational force, whereby the position control of the main shaft can be accurately performed without the influence of backlash.

따라서, 본 발명의 기어박스 구조(200)는 주축의 회전 속도 제어시 아이들 샤프트(150) 및 제1/제2 기어부(140/160)를 통해 회전력을 전달함으로써 원하는 속 도 제어를 수행할 수 있는 반면, 주축의 위치 제어시(C축 기능) 동축으로 배치된 입력 샤프트(110)와 출력 샤프트(120)를 직접 연결하여 회전력을 전달함으로써 기어부에서 발생하는 백래쉬의 영향을 완전히 방지할 수 있게 된다.Accordingly, the gear box structure 200 of the present invention can perform desired speed control by transmitting the rotational force through the idle shaft 150 and the first / second gear portion 140/160 during the control of the rotational speed of the main shaft On the other hand, it is possible to completely prevent the influence of the backlash generated in the gear portion by directly connecting the input shaft 110 and the output shaft 120 coaxially arranged at the time of controlling the position of the main shaft (C-axis function) do.

이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에서 입력 샤프트(110)와 출력 샤프트(120)를 직접 연결하고 해제하는 작동예를 설명한다.Hereinafter, an operation example of directly connecting and disconnecting the input shaft 110 and the output shaft 120 in the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG.

도 3은 주축의 회전 속도 제어시 작동하는 동축 연결 수단의 예를 도시한 것이고, 도 4는 주축의 위치 제어시 작동하는 동축 연결 수단의 예를 도시한 것이다.Fig. 3 shows an example of a coaxial connecting means that operates when controlling the rotational speed of the main shaft, and Fig. 4 shows an example of coaxial connecting means that operates when controlling the position of the main shaft.

먼저 동축 연결 수단(170)은 앞서 설명한 바와 같이, 입력 샤프트(110)의 단부에 체결된 힌지 디스크(174)와 힌지 디스크(174)에 대응되어 맞물려 일체로 체결될 수 있는 클램핑 실린더(176)를 포함하고, 이 클램핑 실린더(176)는 하우징(172) 내에 활주 가능하게 배치된다. 하우징(172)는 출력 샤프트(120)의 단부에 체결되어 그 내부에 클램핑 실린더(176)가 활주할 수 있도록 클램핑 실린더(176)를 지지한다.The coaxial connecting means 170 includes a hinge disc 174 fastened to the end of the input shaft 110 and a clamping cylinder 176 which is engaged with the hinge disc 174 and can be integrally fastened thereto And this clamping cylinder 176 is slidably disposed within the housing 172. [ The housing 172 is fastened to the end of the output shaft 120 to support the clamping cylinder 176 so that the clamping cylinder 176 can slide therein.

또한, 도 3에 도시된 것처럼, 클램핑 실린더(176)는 클램핑 실린더(176)과 하우징(172) 사이에 스프링(178)을 개재하여 배치되고, 통상적으로 주축의 회전 속도 제어시에는 이 스프링(178)의 탄성에 의해 클램핑 실린더(176)는 힌지 디스크(174)와 멀어지는 방향으로 힘을 받는다. 이 경우, 도 3에 도시된 것처럼, 클램핑 실린더(176)아 힌지 디스크(174)의 사이에 미소 틈새(G1)가 그리고 힌지 디스크(174)와 하우징(172) 사이에 또 하나의 미소 틈새(G2)가 유지되며, 이에 클램핑 실린더(176)와 힌지 디스크(174)는 서로 독립적으로 구동될 수 있다. 즉, 입력 샤프트(110)와 출력 샤프트(120)가 일체로 연결되지 않는다. 이 상태는 주축의 회전 속도 제어에 대응된다.3, the clamping cylinder 176 is disposed between the clamping cylinder 176 and the housing 172 via a spring 178. Normally, when controlling the rotational speed of the main shaft, the spring 178 The clamping cylinder 176 is urged in a direction away from the hinge disc 174. As shown in FIG. 3, a minute gap G1 is formed between the hinge disk 174 and the clamping cylinder 176, and another minute gap G2 is formed between the hinge disk 174 and the housing 172. In this case, And the clamping cylinder 176 and the hinge disc 174 can be driven independently of each other. That is, the input shaft 110 and the output shaft 120 are not integrally connected. This state corresponds to the rotation speed control of the main shaft.

다음으로, 도 4에 도시된 것처럼, 클램핑 실린더(176)와 하우징(172) 사이에는 작은 공간(S)이 유지되며, 이 공간(S)으로 기어박스 외부에서 연결되는 유로(180)를 통해 압력 유체가 도입될 수 있다. 이 경우, 압력 유체의 힘이 점점 증가하여 스프링(178)의 탄성보다 크게 되어 스프링(178)이 압축되면 클램핑 실린더(176)는 힌지 디스크(174)를 향한 방향으로 가압되어 움직이고, 결국 힌지 디스크(174)의 전후로 형성되던 미소 틈새들(G1, G2)을 실질적으로 제거하여 클램핑 실린더(176)와 힌지 디스크(174)가 일체로 연결될 수 있다. 즉, 입력 샤프트(110)와 출력 샤프트(120)가 일체로 연결된다. 이 상태는 주축의 위치 제어에 대응된다.4, a small space S is held between the clamping cylinder 176 and the housing 172, and a pressure (pressure) is applied to the space S through the oil passage 180 connected to the space S from the outside of the gearbox. Fluid can be introduced. In this case, as the force of the pressure fluid gradually increases and becomes greater than the resiliency of the spring 178 and the spring 178 is compressed, the clamping cylinder 176 moves in the direction toward the hinge disc 174 and moves, The clamping cylinder 176 and the hinge disc 174 can be integrally connected by removing the minute gaps G1 and G2 formed before and after the clamping cylinder 174 and the clamping cylinder 176. [ That is, the input shaft 110 and the output shaft 120 are integrally connected. This state corresponds to the position control of the main shaft.

물론, 주축의 제어 모드가 변경되어 입력 샤프트(110)와 출력 샤프트(120)의 연결을 해제하고자 하는 경우라면, 간단히 공간(S)으로의 압력 유체의 도입을 멈추거나 보다 적극적으로는 공간(S) 내의 압력 유체를 배기함으로써 압축되어 있던 스프링(178)의 탄성에 의해 클램핑 실린더(176)가 다시 힌지 디스크(174)로부터 멀어지는 방향으로 하우징(172) 내에서 활주하게 되고 이를 통하여 도 3의 상태로 복귀할 수 있다.Of course, if the control mode of the main shaft is changed so as to release the connection between the input shaft 110 and the output shaft 120, the introduction of the pressure fluid into the space S can be stopped simply, or more positively, The elasticity of the spring 178 being compressed by evacuating the pressure fluid in the housing 172 causes the clamping cylinder 176 to slide back in the housing 172 away from the hinge disc 174, Can return.

여기서, 유로(180)는 대응하는 샤프트, 즉 출력 샤프트(120)의 종축을 따라 관통하여 형성되며, 유로(180)의 일 단부가 앞서 설명된 공간(S)에 연결되고, 유로(180)의 타 단부가 회전 유니언 장치(182)와 같은 수단을 통해 외부의 압력 유 체 공급원에 연결될 수 있다.The flow path 180 is formed to penetrate along the longitudinal axis of the corresponding shaft or output shaft 120. One end of the flow path 180 is connected to the space S described above, And the other end may be connected to an external pressure fluid source through a means such as a rotary union device 182.

이처럼, 본 발명의 기어박스 구조는 입력 샤프트(110)와 출력 샤프트(120)를 동축으로 배치한 후 필요에 따라 일체로 연결시킴으로써 기어열에 의한 백래쉬의 발생을 방지하는 것에 관한 것이며, 이를 위해 힌지 디스크(174), 클램핑 실린더(176), 스프링(178) 및 유압수단(예컨대, 유로(180)로 압축 유체를 공급하는 수단)을 포함하는 동축 연결 수단을 제공한다.As described above, the gear box structure of the present invention relates to a structure in which the input shaft 110 and the output shaft 120 are disposed coaxially and then integrally connected as necessary to prevent backlash due to the gear train. To this end, A clamping cylinder 174, a clamping cylinder 176, a spring 178 and a hydraulic means (e.g., means for supplying compressed fluid to the flow path 180).

한편, 입력 샤프트(110)와 출력 샤프트(120)를 일체로 연결시키기 위한 부재로서 사용되는 힌지 디스크(174)는 통상 얇은 디스크로 구성되며, 도 3 및 도 4에 도시된 것처럼 클램핑 실린더(176)와의 맞물림을 통해 일체로 연결될 수 있도록 축 방향 강성이 매우 적고, 동시에 회전 방향 강성이 매우 높은 구조로 구성되어야 한다. 이러한 힌지 디스크(174)의 최적의 형상을 구하기 위하여 유한요소해석(FEM)이 사용될 수 있으며, 그 결과가 도 5, 도 6a 및 도 6b에 도시되어 있다.The hinge disc 174, which is used as a member for integrally connecting the input shaft 110 and the output shaft 120, is generally constituted by a thin disc, and the clamping cylinder 176, as shown in FIGS. 3 and 4, So that the stiffness in the axial direction is very small and the rigidity in the direction of rotation is very high. A finite element analysis (FEM) can be used to determine the optimal shape of such a hinge disc 174, and the results are shown in Figures 5, 6A and 6B.

참고로, 도 5에서 화살표 M은 회전 방향 힘을 나타내고, 화살표 F는 축 방향 힘을 나타낸다. 또한, 도 6a는 축 방향 힘(F)과 그에 따른 변형 결과(변위)를 도시한 그래프이고, 도 6b는 회전 방향 힘(M)과 그에 따른 변형(각도) 결과를 도시한 그래프이다. 도시된 것처럼, 축 방향 힘(F)에 대해 힌지 디스크가 쉽게 변형될 수 있음을 확인할 수 있다.5, the arrow M indicates the rotational direction force, and the arrow F indicates the axial direction force. 6A is a graph showing the axial force F and the result of deformation (displacement) thereof, and FIG. 6B is a graph showing the rotational direction force M and the resultant deformation (angle) results. As can be seen, it can be seen that the hinge disc can be easily deformed with respect to the axial force F.

전술한 바와 같이, 본 발명은 터닝센터의 주축을 구동하기 위한 기어박스 구조에 관한 것으로, 주축의 회전 속도 제어와 함께 주축의 위치 제어를 백래쉬에 의한 영향 없이 수행할 수 있는 구조의 기어박스를 제공한다. 이를 통하여, 종래 기어박스 구조에서 위치 제어시 발생하던 기어의 백래쉬를 완전히 방지할 수 있어 드릴링, 밀링, 텝핑 등의 정밀한 위치 가공을 최적으로 수행할 수 있다.As described above, the present invention relates to a gear box structure for driving a main shaft of a turning center, and provides a gear box having a structure capable of controlling the rotational speed of the main shaft and controlling the position of the main shaft without influence of backlash do. Accordingly, it is possible to completely prevent the backlash of the gear, which has occurred during the position control in the conventional gearbox structure, and to perform the optimum positional processing such as drilling, milling, and tapping.

도 1은 종래의 기어박스 구조를 도시한 단면도;1 is a sectional view showing a conventional gear box structure;

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기어박스 구조를 도시한 단면도;2 is a cross-sectional view illustrating a gearbox structure according to an embodiment of the present invention;

도 3은 주축의 회전 속도 제어시 도 2의 동축 연결 수단 부분을 도시한 확대 단면도;Fig. 3 is an enlarged sectional view showing the coaxial connecting means portion of Fig. 2 when the spindle rotational speed is controlled; Fig.

도 4는 주축이 C축 기능 제어시 도 2의 동축 연결 수단 부분을 도시한 확대 단면도;Fig. 4 is an enlarged sectional view showing the coaxial connecting means portion of Fig. 2 when the main shaft is in the C-axis function control;

도 5는 본 발명에 사용되는 힌지 디스크에 대한 유한요소해석 결과를 나타낸 도; 및5 is a view showing a result of finite element analysis for a hinge disk used in the present invention; And

도 6a 및 도 6b는 도 5의 결과에 따라 작성된 힌지 디스크의 강성 그래프이다.6A and 6B are graphs of stiffness of the hinge disk prepared according to the results of FIG.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >Description of the Related Art

100, 200: 기어박스 구조100, 200: gearbox structure

10, 110: 입력 샤프트 12, 112: 입력 풀리10, 110: input shaft 12, 112: input pulley

20, 120: 출력 샤프트 22, 122: 출력 풀리20, 120: output shaft 22, 122: output pulley

30, 130: 요크 32, 132: 시프팅 실린더30, 130: yoke 32, 132: shifting cylinder

40, 140: 제1 기어부40, 140: a first gear portion

150: 아이들 샤프트 160: 제2 기어부 150: idle shaft 160: second gear portion

170: 동축 연결 수단 172: 하우징170: coaxial connecting means 172: housing

174: 힌지 디스크 176: 클램핑 실린더174: Hinge disc 176: Clamping cylinder

178: 스프링 180: 유로178: spring 180:

182: 회전 유니언 장치182: rotating union device

G1, G2: 틈새 S: 공간G1, G2: Clearance S: Space

Claims

A gearbox structure (200) for controlling the operation of a main spindle for a machine tool,

An input shaft (110) for receiving rotation of the motor and rotating;

An idle shaft (150) disposed in parallel with the input shaft (110) and engaged with the input shaft (110) through gear engagement and rotating together;

An output shaft 120 disposed coaxially with the input shaft 110 and disposed in parallel with the idle shaft 150 and engaged with the idle shaft 150 through gear engagement to rotate together and transmit rotational force to the main shaft; And

The input shaft 110 and the output shaft 120 may be connected to each other by directly connecting or disconnecting one end of the input shaft 110 and one end of the output shaft 120, And coaxial connection means (170) for integrally rotating the coaxial connection means

The coaxial connection means (170) comprises:

An annular hinge disc 174 fastened to one end of the input shaft 110 and the output shaft 120,

A clamping cylinder 176 formed at an end of the other shaft to which the hinge disc 174 is not fastened and engageable with the hinge disc 174 to be integrally fastened,

Further comprising cylinder drive means for moving the clamping cylinder (176) in the direction toward the hinge disc (174)

Wherein the clamping cylinder and the hinge disk are integrally fastened together by the cylinder driving means when the spindle is operated in the C-axis direction, thereby rotating the input shaft (110) and the output shaft (120) together.

2. The apparatus according to claim 1, wherein the cylinder drive means comprises a housing (172) for slidably supporting the clamping cylinder (176) therein and a clamping cylinder 176 to the corresponding hinge disc 174 so as to integrally connect the input shaft 110 and the output shaft 120 to each other and to control the rotation of the clamping cylinder 176 and the hinge disc 174, Further comprising a spring (178) releasing the connection between the disks (174).

3. The apparatus according to claim 2, wherein the hydraulic means further comprises a passage (180) for supplying a pressure fluid to a space between the clamping cylinder (176) and the housing (172) Wherein the clamping cylinder is formed through the longitudinal axis of the shaft to which the clamping cylinder is fastened.

The rotary unit device according to claim 3, wherein one end of the oil passage (180) is connected to a space (S) between the clamping cylinder (176) and the housing (172) and the other end is connected to a rotary union device To a pressure fluid source.