KR101684960B1 - 저속용 스핀들모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저속용 스핀들모터에 관한 것으로서,
전후로 개방된 형상의 하우징;
상기 하우징의 전면에 결합된 프런트커버;
상기 하우징의 후면에 결합된 리어커버;
상기 하우징, 상기 프런트커버 및 상기 리어커버의 중앙을 관통하도록 설치되고, 내부 중공부, 그리고 상기 중공부의 전단부에 형성된 공구삽입부를 갖는 샤프트;
상기 샤프트와 상기 프런트커버의 사이, 그리고 상기 샤프트와 상기 리어커버의 사이에 각각 개재되어 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 프런트베어링 및 리어베어링;
상기 하우징과 상기 샤프트의 사이에 개재되고, 상기 하우징의 내주면에 장착된 스테이터, 그리고 상기 샤프트의 외주면에 장착된 로터를 포함하는 모터유닛;
상기 샤프트의 중공부에 진퇴 동작 가능하게 설치되고, 진퇴 동작에 의해 상기 공구삽입부에 배치된 공구를 고정하거나 고정해제하게 되는 클램핑유닛; 및
상기 샤프트의 후단부 및 상기 리어커버에 장착되어 샤프트의 회전수를 측정하는 엔코더유닛;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 저속용 스핀들모터를 개시한다.
본 발명에 의한 저속용 스핀들모터는 엔코더유닛에 의해 샤프트의 회전수를 피드백 제어할 수 있으며, 아울러 가공 깊이에 대한 공구의 이송속도와 공구의 회전수를 동기화할 수 있는 효과가 있다.

Description

저속용 스핀들모터{Spindle motors for low speed}

본 발명은 저속용 스핀들모터에 관한 것이다.

저속용 스핀들모터에 관한 기술로는 [대한민국 등록특허공보 제10-0415020호(2004.01.16.공고, 이하 '선행기술'이라고 함) "고주파용 고속 및 저속겸용 스핀들 유니트"]가 제시되어 있다.

상기 선행기술은

"스핀들이 설치되는 하우징에 전원이 코일에 인가됨에 따라 자기력을 발생시키는 스테이터를 고정하고 스핀들에는 스테이터에서 발생된 자기력에 의해 스핀들이 회전되도록 하는 로터를 고정하여서 된 고주파 스핀들 유니트에 있어서,

하우징의 내부에 고정된 제 1 스테이터와, 상기 제 1 스테이터의 기전력에 의해 회전하는 제 1 로터가 고정된 제 1 스핀들과, 상기 제 1 스핀들의 내부에 고정된 제 2 스테이터와, 상기 제 2 스테이터의 기전력에 의해 회전하는 제 2 로터가 고정된 제 2 스핀들과, 상기 제 2 스핀들의 상측이 지지되게 하우징에 체결부재로 고정 설치된 캡과, 상기 제 2 스핀들의 저면에 끼워져 체결부재에 의해 제 1 스핀들에 고정되는 공구홀더로 구성된 것을 특징"으로 하는 것으로서,

제 1 스테이터 또는 제 2 스테이터에 전원을 인가하여 제 1, 2 스핀들을 선택적으로 회전시킴으로써 소재의 가공용도에 따라 공구를 저속 또는 고속으로 회전시킬 수 있도록 한 기술이다.

상기 선행기술은 제 1 스핀들을 이용하여 공구를 저속 회전시킴으로써 소재를 황삭 가공할 수 있도록 하고는 있으나,

회전수의 피드백제어가 불가능한바, 절삭 부하에 따라 회전수가 변동되는 문제가 있으며, 특히 태핑(tapping) 작업과 같이 가공 깊이에 대한 공구의 이송속도와 공구의 회전수 간에 정교한 동기화가 요구되는 작업을 수행하기에는 부적합한 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서,

회전수의 피드백 제어가 가능한 저속용 스핀들모터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 의한 저속용 스핀들모터는,

전후로 개방된 형상의 하우징;

상기 하우징의 전면에 결합된 프런트커버;

상기 하우징의 후면에 결합된 리어커버;

상기 하우징, 상기 프런트커버 및 상기 리어커버의 중앙을 관통하도록 설치되고, 내부 중공부, 그리고 상기 중공부의 전단부에 형성된 공구삽입부를 갖는 샤프트;

상기 샤프트와 상기 프런트커버의 사이, 그리고 상기 샤프트와 상기 리어커버의 사이에 각각 개재되어 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 프런트베어링 및 리어베어링;

상기 하우징과 상기 샤프트의 사이에 개재되고, 상기 하우징의 내주면에 장착된 스테이터, 그리고 상기 샤프트의 외주면에 장착된 로터를 포함하는 모터유닛;

상기 샤프트의 중공부에 진퇴 동작 가능하게 설치되고, 진퇴 동작에 의해 상기 공구삽입부에 배치된 공구를 고정하거나 고정해제하게 되는 클램핑유닛; 및

상기 샤프트의 후단부 및 상기 리어커버에 장착되어 샤프트의 회전수를 측정하는 엔코더유닛;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 저속용 스핀들모터는,

엔코더유닛에 의해 샤프트의 회전수를 피드백 제어할 수 있으며, 아울러 가공 깊이에 대한 공구의 이송속도와 공구의 회전수를 동기화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 저속용 스핀들모터의 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 저속용 스핀들모터에서 엔코더유닛의 고정수단을 도시한 분해사시도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

'도 1' 및 '도 2'에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 저속용 스핀들모터는 크게 하우징(100), 프런트커버(200), 리어커버(300), 샤프트(400), 프런트베어링(500), 리어베어링(600), 모터유닛(700), 클램핑유닛(800) 및 엔코더유닛(900)으로 이루어진다.

하우징(100)은 전후로 개방된 통 형상으로 이루어져 프런트커버(200) 및 리어커버(300)와 함께 다른 구성요소들을 감싸게 된다.

프런트커버(200)는 하우징(100)의 전면에 결합되며, 중앙에 전후로 개방되어 프런트베어링(500) 및 샤프트(400)의 전단부가 삽입되는 공간을 제공한다.

리어커버(300)는 하우징(100)의 후면에 결합되며, 프런트커버(200)와 마찬가지로 전후로 개방되어 리어베어링(600) 및 샤프트(400)의 후단부가 삽입되는 공간을 제공한다.

샤프트(400)는 하우징(100), 프런트커버(200) 및 리어커버(300)의 중앙을 관통하도록 설치되는 것으로서, 내부 중공부(410), 그리고 중공부(410)의 전단부에 형성된 공구삽입부(420)를 갖는다.

그리고 샤프트(400)의 외주면 후단부에는 수나사부(430) 및 이 수나사부(430)의 후방에 배치된 평탄부(440)가 형성되는데, 여기서 수나사부(430)는 후술될 가압너트(1000) 및 조절너트(931)가 나사결합되는 자리를 제공하게 되고, 평탄부(440)는 후술될 엔코더휠(910)이 끼워지는 자리를 제공하게 된다.

프런트베어링(500) 및 리어베어링(600)은 샤프트(400)와 프런트커버(200)의 사이, 그리고 샤프트(400)와 리어커버(300)의 사이에 각각 개재되어 샤프트(400)를 회전 가능하게 지지한다.

그리고 도시된 바와 같이, 리어베어링(600)의 후방에는 가압너트(1000)가 구비된다.

가압너트(1000)는 더블너트로 이루어져 샤프트(400)의 외주면 후단부에 나사결합되고, 리어베어링(600)의 내륜을 가압하여 리어베어링(600)에 예압(pre-load)을 부여하게 된다.

모터유닛(700)은 하우징(100)과 샤프트(400)의 사이에 개재되는 것으로서,

하우징(100)의 내주면에 장착된 스테이터(710); 그리고

샤프트(400)의 외주면에 장착된 로터(720);를 포함하여 이루어진다.

모터유닛(700)은 별도의 인버터(I)와 연결되어 회전수가 제어되며, 여기서 스테이터(710)는 로터(720)가 저속으로 회전하며 큰 회전력을 얻을 수 있도록 8극 이상의 극수(pole number)를 갖는 코일이 적용되는 것이 바람직하다.

클램핑유닛(800)은 샤프트(400)의 중공부(410)에 진퇴 동작 가능하게 설치되어, 진퇴 동작에 의해 공구삽입부(420)에 배치된 공구를 고정하거나 고정해제하게 되는 것으로서,

샤프트(400)의 중공부(410)에 삽입된 드로우바(draw bar, 810);

드로우바(810)의 전단부에 결합된 콜릿(collet, 820);

리어커버(300)의 후면에 결합되고, 드로우바(810)의 후단부와 연결되어 드로우바(810)를 전진 동작시키는 유압실린더(830); 그리고

샤프트(400)와 드로우바(810)의 사이에 개재되어, 유압실린더(830)에 의해 전진 동작한 드로우바(810)를 후방으로 복귀시키게 되는 다수의 접시스프링(840);으로 이루어진다.

결국, 본 발명의 실시예에서 클램핑유닛(800)은 공지의 자동공구교환장치에 적용되는 다수의 공구에서, 각 공구의 후단부에 형성된 풀스터드(pull stud)를 클램핑하여 고정할 수 있는 구조로 이루어진다.

엔코더유닛(900)는 샤프트(400)의 후단부 및 리어커버(300)에 장착되어 샤프트(400)의 회전수를 측정하는 것으로서,

샤프트(400)의 후단부에 끼워진 환형의 엔코더휠(910);

엔코더휠(910)의 외주면에 근접하도록 리어커버(300)에 장착되어 엔코더휠(910)의 회전수를 측정하는 엔코더헤드(920); 그리고

엔코더휠(910)을 샤프트(400)에 고정하기 위한 고정수단(930);을 포함하여 이루어진다.

도시된 바와 같이, 엔코더휠(910) 및 엔코더헤드(920)는 리어커버(300)와 유압실린더(830)의 사이에 형성된 내부 공간에 배치된다.

엔코더휠(910) 및 엔코더헤드(920)는 공지의 마그네틱 엔코더로 이루어지며, 엔코더헤드(920)는 인버터(I)와 연결된 별도의 컨트롤러(C)와 연결되어 엔코더휠(910)의 회전에 의해 생성된 펄스 신호를 컨트롤러(C)로 전송하게 된다.

고정수단(930)은

가압너트(1000)와 엔코더휠(910)의 사이에 배치되도록 샤프트(400)의 후단부에 나사결합된 조절너트(931);

조절너트(931)를 전후 관통하도록 형성되되, 조절너트(931)의 둘레를 따라 등간격으로 배열된 둘 이상의 제1암나사부(932);

조절너트(931)를 전후 관통하도록 형성되되, 제1암나사부(932)의 사이사이에 배치되도록 조절너트(931)의 둘레를 따라 등간격으로 배열된 둘 이상의 제2암나사부(933);

각 제2암나사부(933)와 마주하도록 엔코더휠(910)을 전후 관통하여 형성된 둘 이상의 삽입공(934);

단부가 리어베어링(600)의 후방에 배치된 가압너트(1000)를 가압하도록 각 제1암나사부(932)에 체결된 세트스크루(935); 그리고

각 삽입공(934)을 지나 각 제2암나사부(933)에 체결되는 둘 이상의 고정볼트(936);를 포함하여 이루어진다.

여기서 삽입공(934)은 '도 2'에 도시된 바와 같이 기성품으로 제작된 마그네틱 엔코더에서 엔코더휠에 가공되어 있는 다수의 구멍 중 일부를 그대로 이용할 수 있다.

제1암나사부(932)와 제2암나사부(933)는 가공 및 조립의 편의를 위하여, '도 2'에 도시된 바와 같이 상호 동일한 직경 및 동일한 피치원지름(pitch circle diameter)을 갖도록 형성될 수 있으며, 필요에 따라 상이한 직경 및 상이한 피치원지름을 갖도록 형성될 수도 있다.

조절너트(931)는 가압너트(1000)를 가압하도록 제1암나사부(932)에 체결되는 세트스크루(935)에 의해 샤프트(400)의 수나사부(430) 상에서 일정 위치에 고정될 수 있다.

그리고 고정볼트(936)는 삽입공(934)을 지나도록 제2암나사부(933)에 체결됨에 따라 그 헤드가 엔코더휠(910)의 후면에 걸리게 됨으로써, 엔코더휠(910)이 샤프트(400)의 평탄부(440)에서 이탈되지 않도록 엔코더휠(910)을 조절너트(931)에 고정시키게 된다.

결국, 상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 저속용 스핀들모터에 의하면, 엔코더헤드(920)가 엔코더휠(910)의 회전수를 검지하여 그 펄스 신호를 컨트롤러(C)로 전송하게 되고, 컨트롤러(C)는 이 펄스 신호와 기 설정된 회전수 값을 비교하여 인버터(I)를 제어함으로써 공구에 작용하는 절삭 부하가 변동되더라도 샤프트(400)의 회전수를 일정하게 유지할 수 있다.

뿐만 아니라, 공작기계의 스핀들 이송장치를 컨트롤러(C)에 연결하여 제어되도록 함으로써 태핑(tapping) 작업시 가공 깊이에 대한 공구의 이송속도와 공구의 회전수를 동기화할 수 있으며, 이에 따라 태핑 작업에 의해 가공된 암나사의 정밀도를 향상시킬 수 있으며, 태핑용 공구의 파손이나 마모를 최소화할 수 있는 효과가 있다.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 "저속용 스핀들모터"를 위주로 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 하우징
200 : 프런트커버
300 : 리어커버
400 : 샤프트
410 : 중공부 420 : 공구삽입부
430 : 수나사부 440 : 평탄부
500 : 프런트베어링
600 : 리어베어링
700 : 모터유닛
710 : 스테이터 720 : 로터
800 : 클램핑유닛
810 : 드로우바 820 : 콜릿
830 : 유압실린더 840 : 접시스프링
900 : 엔코더유닛
910 : 엔코더휠
920 : 엔코더헤드
930 : 고정수단
931 : 조절너트 932 : 제1암나사부
933 : 제2암나사부 934 : 삽입공
935 : 세트스크루 936 : 고정볼트
1000 : 가압너트

Claims (3)

1. 전후로 개방된 형상의 하우징(100);
   상기 하우징(100)의 전면에 결합된 프런트커버(200);
   상기 하우징(100)의 후면에 결합된 리어커버(300);
   상기 하우징(100), 상기 프런트커버(200) 및 상기 리어커버(300)의 중앙을 관통하도록 설치되고, 내부 중공부(410), 그리고 상기 중공부(410)의 전단부에 형성된 공구삽입부(420)를 갖는 샤프트(400);
   상기 샤프트(400)와 상기 프런트커버(200)의 사이, 그리고 상기 샤프트(400)와 상기 리어커버(300)의 사이에 각각 개재되어 샤프트(400)를 회전 가능하게 지지하는 프런트베어링(500) 및 리어베어링(600);
   상기 하우징(100)과 상기 샤프트(400)의 사이에 개재되고, 상기 하우징(100)의 내주면에 장착된 스테이터(710), 그리고 상기 샤프트(400)의 외주면에 장착된 로터(720)를 포함하는 모터유닛(700);
   상기 샤프트(400)의 중공부(410)에 진퇴 동작 가능하게 설치되고, 진퇴 동작에 의해 상기 공구삽입부(420)에 배치된 공구를 고정하거나 고정해제하게 되는 클램핑유닛(800);
   상기 샤프트(400)의 후단부 및 상기 리어커버(300)에 장착되어 샤프트(400)의 회전수를 측정하는 엔코더유닛(900); 및
   상기 샤프트(400)의 후단부에 나사결합되고, 상기 리어베어링(600)을 가압하여 예압을 부여하는 가압너트(1000);를 포함하되,
   
   상기 엔코더유닛(900)은
   상기 샤프트(400)의 후단부에 끼워진 환형의 엔코더휠(910);
   상기 엔코더휠(910)의 외주면에 근접하도록 상기 리어커버(300)에 장착되어 엔코더휠(910)의 회전수를 측정하는 엔코더헤드(920); 그리고
   상기 엔코더휠(910)을 상기 샤프트(400)에 고정하기 위한 고정수단(930);을 포함하여 이루어지고,
   
   상기 고정수단(930)은
   상기 가압너트(1000)와 상기 엔코더휠(910)의 사이에 배치되도록 상기 샤프트(400)의 후단부에 나사결합된 조절너트(931);
   상기 조절너트(931)를 전후 관통하도록 형성되되, 조절너트(931)의 둘레를 따라 등간격으로 배열된 둘 이상의 제1암나사부(932);
   상기 조절너트(931)를 전후 관통하도록 형성되되, 상기 제1암나사부(932)의 사이사이에 배치되도록 조절너트(931)의 둘레를 따라 등간격으로 배열된 둘 이상의 제2암나사부(933);
   상기 각 제2암나사부(933)와 마주하도록 상기 엔코더휠(910)을 전후 관통하여 형성된 둘 이상의 삽입공(934);
   단부가 상기 가압너트(1000)를 가압하도록 상기 각 제1암나사부(932)에 체결된 세트스크루(935); 그리고
   상기 각 삽입공(934)을 지나 상기 각 제2암나사부(933)에 체결되는 둘 이상의 고정볼트(936);를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 저속용 스핀들모터.
   
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