KR101717512B1 - 조절 시스템 - Google Patents

조절 시스템

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KR101717512B1
KR101717512B1 KR1020147000200A KR20147000200A KR101717512B1 KR 101717512 B1 KR101717512 B1 KR 101717512B1 KR 1020147000200 A KR1020147000200 A KR 1020147000200A KR 20147000200 A KR20147000200 A KR 20147000200A KR 101717512 B1 KR101717512 B1 KR 101717512B1
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마우저-베르케 오베른도르프 마쉬넨바우 게엠베하
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Abstract

절삭 에지를 지지하며 스핀들 상에서 유지되는 전진 헤드를 포함하는 재조절 시스템이 개시된다. 절삭 에지는 무접촉식 선형 드라이브에 의하여 조절가능한 작동 엘리먼트를 사용하여 전진된다.

Description

조절 시스템{ADJUSTMENT SYSTEM}
본 발명은 청구항 제 1 항의 전제부에 따르는 재조절 시스템에 관련된다.
이러한 타입의 재조절 시스템이, 예를 들어 툴의 마모의 경우에서의 또는 작업편의 내부 및 외부 컨투어의 정밀 마감의 경우에서의 재조절을 위하여 사용되는데, 여기에서 상기 컨투어는 예를 들면 원통형, 편심(eccentric) 또는 비-곡면형(out-of-round) 형상을 가질 수 있다. DE 10 2007 017 800 A1 호는, 스핀들이 멤브레인 틸팅 헤드를 지지하는 재조절 시스템을 개시하는데, 이에 의하여 절삭 에지가 방사상 방향으로 조절가능함으로써, 피스톤 핀의 세로축에서의 곡면형, 타원 및/또는 트럼펫 형상을 예를 들어 소형 연결 막대로 전달한다. 멤브레인 틸팅 헤드는, 타이 막대라고도 지칭되는 선형으로 조절가능한 작동 엘리먼트를 통하여 조절되는데, 이것을 통하여 절삭 에지를 지지하며 멤브레인에 동작가능하도록 연결된 툴 헤드가 스핀들 축에 상대적으로 틸팅되어 방사상 조절을 일으킬 수 있다. 타이 막대는 스핀들 내에서 지지되고 이와 함께 공동-회전한다. 타이 막대의 후방 단부 부분은 스핀들 외부로 가이드되고, 거기에서 액츄에이터를 통하여 조절가능한 슬라이드 상의 베어링 배치구성물을 통하여 지지된다. 공지된 솔루션들에서, 스핀들은 스핀들 축에 평행하게 정렬되며 벨트 드라이브 또는 기타 등등을 통하여 스핀들에 동작가능하도록 연결된 드라이브 모터를 통하여 구동된다.
스핀들 드라이브 및 타이 막대의 베어링에 대하여 장치의 관점에서 많은 구조 공간 및 노력이 요구된다는 것이 상기 솔루션의 단점이다.
DE 44 01 496 C3 호에서, 곡면형, 비-곡면형 및/또는 비-원통형 컨투어의 머시닝을 위한 조절 수단이 기술되는데, 여기에서 절삭 에지의 조절이 압전 번역기(piezoelectric translators)를 포함하는 헤드를 통하여 수행된다.
많은 노력이 제어의 관점에서 압전 번역기를 구동하기 위하여 요구된다는 것이 이러한 솔루션의 단점이다. 더욱이 조절 이동(adjustment travel)이 이러한 타입의 압전 번역기에서는 제한된다.
이것과 비교하여, 본 발명에 내재된 목적은 콤팩트한 구조가 보장되는 반면에 제어의 관점에서 요구되는 노력을 감소시키는 재조절 시스템을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 청구항 제 1 항의 피쳐를 포함하는 재조절 시스템에 의하여 달성된다.
재조절 시스템의 유용한 추가적 개발 사항들이 종속항의 기술 요지이다.
본 발명에 따르면, 재조절 시스템은 적어도 하나의 절삭 에지 등을 지지하며 액츄에이터에 의하여 거의 축상 방향으로 조절가능한 작동 엘리먼트가 내부에서 가이드되는 스핀들 상에 탑재되는 전진 헤드를 포함하는데, 작동 엘리먼트는 절삭 에지를 방사상으로 조절하기 위하여 전진 헤드에 동작가능하도록 연결된다. 본 발명에 따르면, 액츄에이터는 무접촉식 선형 드라이브이다.
이러한 조치에 기인하여, 작동 엘리먼트를 후방 측에서 ?? 종래 기술에서와 같이 - 지지하는 것이 더 이상 요구되지 않는데, 이것은 작동 엘리먼트가 선형 드라이브의 조절가능 부분에 동작가능하도록 또는 일체형으로 연결되기 때문이고, 이것은 이제 선형 드라이브의 비-조절가능 부분(고정자)(러너)에 상대적으로 이동가능함으로써 러너가 회전하는 중인지 또는 아이들 상태인지 여부가 중요하지 않게 한다. 작동 엘리먼트의 후방 측 서포트의 생략에 의하여, 전체 조절 시스템은 장치의 관점에서 거의 노력 없이 매우 콤팩트하도록 구성될 수 있음으로써, 이것이 작은 머시닝 유닛 내에서 역시 채용될 수 있도록 한다.
바람직한 본 발명의 실시예에서, 스핀들은 스핀들 축에 상대적으로 바람직하게는 동축적으로 배치되는 직접 드라이브를 가지도록 구성된다. 이러한 추가적 개발은 구성 공간 서두에서 설명된 바와 같은 축상으로 평행한 드라이브를 가지는 솔루션에 대한 구조 공간을 더욱 최소화하는 것을 허락한다. 스핀들 드라이브를 스핀들 자체 내에 집적시키는 것 및 작동 엘리먼트를 작동시키기 위하여 선형 드라이브를 사용하는 것은, 전체 유닛이 임팩트 및 스트라이크에 대하여 테스트되도록 하고 머시닝 유닛 내에 탑재되기 이전에 적절하게 교정되도록 한다.
이러한 실시예에서, 코일 권선에 의하여 둘러싸이는 영구 자석은 스핀들 몸체 상에 배치될 수 있다.
본 발명의 개조물에서, 선형 드라이브는 스핀들 외부로 가이드되는 작동 엘리먼트의 단부 부분의 영역 내의 후방 측에 배치된다.
재조절 시스템은 후방 측에 내부에 적어도 하나의 고정자 권선이 배치되는 선형 드라이브의 모터 케이싱이 스핀들에 부착되는 경우에 특히 간단한 디자인을 가지는데, 반면에 러너는 작동 엘리먼트에 연결되거나 이와 일체로 형성된다.
선형 드라이브는 바람직하게는 영구 자석에 의하여 여기되도록 구성된다.
본 발명의 일 실시예에서, 작동 엘리먼트는 타이 막대인데, 이것을 통하여 전진 헤드가 방사상 조절을 위하여 작동될 수 있다.
작동 엘리먼트의 스트로크를 제어하기 위하여, 측정 시스템이 제공될 수 있는데, 이에 의하여 스트로크가 검출되고 실제 변수로서 중앙 제어 유닛으로 보고된다.
이러한 측정 시스템은 이것이 자계 감응 시스템인 경우에 특히 간단한 디자인을 가진다.
이러한 경우에, 측정 시스템의 도파관은 작동 엘리먼트 내에서 지지될 수 있으며 환형 자석을 보유할 수 있다. 적절한 컨버터 부재가 스핀들에서의 후방 측에 홀딩될 수 있다.
이러한 실시예에서, 도파관이 선형 드라이브의 모터 케이싱을 통과하여 전달되고 모터 케이싱에 부착된 컨버터 부재 내에 침지되는 경우가 바람직하다.
열적 팽창 등에 기인한 부정확성을 최소화하기 위하여, 도파관의 환형 자석은 바람직하게는 전진 헤드의 냉각된 영역 내에 배치된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 전진 헤드는 멤브레인 틸팅 헤드의 형태를 가진다.
컴포넌트의 원치 않는 열적 팽창에 기인한 정확도는 조절 시스템이 통합된 쿨링을 포함하도록 구성되는 경우에 더욱 개선될 수 있다.
이하, 바람직한 본 발명의 실시예가, 매우 단순화된 본 발명에 따르는 재조절 시스템에 걸친 매우 단순화된 세로 단면을 도시하는 단일 개략도를 통하여 예시될 것이다.
이에 상응하여, 본 발명에 따르는 재조절 시스템(1)은 기본적으로 예시된 케이스에서는 멤브레인 틸팅 헤드(4)인 전진 헤드를 지지하는 스핀들(2)을 포함하는데, 이 헤드에 의하여 절삭 에지(6)는 전진 방향에서 조절가능하여, 서두에서 설명된 기하학적 구조, 예를 들어 비-곡면형, 타원형 보어(bores) 또는 작업편의 보어 축에서 트럼펫-형으로 형성되도록 구성되는 보어들, 예를 들면 연결 막대 아이들(eyes)이 정밀하게 마감될 수 있다. 물론, 멤브레인 틸팅 헤드(4) 대신에, 평행사변형 헤드와 같은 다른 전진 헤드도 역시 채용될 수 있으며, 이것이 머시닝 도중에 절삭 에지 포지션의 조절을 허락한다.
스핀들(2)은 기계 툴 또는 머시닝 유닛 상에 탑재된 스핀들 하우징(8)을 포함한다. 스핀들 하우징(8) 내에서, 스핀들 몸체(12)는 베어링 배치구성물(10)을 통하여 피벗된다. 멤브레인 틸팅 헤드(4)는 스핀들 하우징(8)으로부터 돌출된 단부 면에서의 플랜지(14)에서 인장된다(tensioned). 도시된 실시예에서, 스핀들 몸체(12)의 회전식 드라이브는 동기식 또는 비동기식 모터일 수도 있는 통합된 직접 드라이브(16)에 의하여 수행되는데, 여기에서 하나의 권선 또는 그 이상의 고정자 권선(18)은 하우징 내에 배치되며, 반면에 영구 자석의 형태인 직접 드라이브(16)의 자석(20)은 스핀들 몸체(12)의 외부 주면에 배치됨으로써, 고정자 권선(18)이 구동되는 경우, 그리고 적합한 이동된 회전 자기장이 고정자 내에서 형성되는 경우, 코일 몸체(12)가 제어를 통하여 설정된 속도로 회전하게 한다. 영구 자석 대신에, 솔레노이드도 역시 사용될 수 있다. 이러한 타입의 직접 드라이브의 디자인은 그 자체로서 공지되어 추가적 설명이 생략될 수 있다.
고정자 권선(18)은 스핀들 몸체(12) 내에 삽입되며 그 위에 베어링 배치구성물(10)의 좌측 및 우측 베어링이 역시 축상 방향으로 지지되는 자석(20)을 둘러싸는 코일 몸체 내에 수용된다. 베어링 배치구성물(10)의 베어링은 그렇지 않으면 스핀들 몸체의 방사상 또는 축상 어깨 상에서 지지되는데, 도면에서 좌측 베어링은, 방사상 방향에서 돌출하는 스핀들 몸체(8)의 탑재 플랜지(24) 내에 삽입되는 프론트 플레이트(22) 상에 좌측으로 축상 방향에서 지지된다.
스핀들 몸체(12)의 축상 서포트는 개략적인 표현에는 도시되지 않는데, 이러한 맥락에서는 현존 선행 기술이 참조될 수 있다. 도면에서 표시된 바와 같이, 스핀들 하우징(8) 내에 쿨링(26)이 더욱 통합됨으로써, 재조절 시스템이 선결정된 온도 범위까지 완화(tempered)될 수 있고, 따라서 컴포넌트의 열적 팽창에 의한 부정확성이 최소화되게 한다. 쿨링(26)은 머신 툴/머시닝 유닛의 냉각제/윤활제 회로에 연결될 수 있다.
멤브레인 틸팅 헤드(4)의 디자인은, 예를 들면 도입부에서 인용된 DE 10 2007 017 800 A1 호로부터 공지되며, 따라서 본 발명에 필수적인 컴포넌트 부분들만이 설명될 것이다. 이에 상응하여, 멤브레인 틸팅 헤드(4)는 멤브레인 틸팅 헤드(4) 내에서 지지되며 툴 헤드(30)에 동작가능하도록 연결됨으로써, 멤브레인(28)의 편향(일점 쇄선)의 경우에 툴 헤드(30)가 축(32) 주위에서 화살표의 방향으로 틸팅되고 따라서 절삭 에지(6)가 방사상 방향으로 조절되도록 한다. 상기 툴 헤드(30)는 파선에 의하여 표시된 피벗 핀(34) 및 링크 안내면(36)을 통하여 타이 막대(38)로 연결된다. 타이 막대는 자신의 툴 헤드 측 단부 부분에 스핀들 축에 대하여 기울어진 분기된 홈(40)을 포함하며, 그 내부에 방사상 방향에서 다소 연장된 피벗 핀(34)의 헤드(42)가 침지함으로써, 후자가 타이 막대(38)의(도면에서 좌측 또는 우측으로의) 축상 이격시에 축(32) 주위에서 편향되고 따라서 절삭 에지(6)를 위에서 설명된 방식으로 조절하게 한다. 다른 세부사항들에 대해서는, 위에서 인용된 DE 10 2007 017 800 A1 호가 참조된다.
타이 막대(38)는, 예를 들어 영구 자석에 의하여 여기되는 동기식 모터일 수도 있는 선형 드라이브(44)를 통하여 도시된 실시예에서 스핀들 축의 방향에서 조절된다. 상기 선형 드라이브(44)의 고정자는, 예를 들면 기본적으로 서로의 상부에 적층된 솔레노이드 코일을 포함하는, 도면에 표시된 3 개의-위상 권선(46)을 포함할 수도 있다. 선형 드라이브(44)의 러너(48) 또는 직선기(lineator)는 그 자체로서 공지된 방식으로, 복수 개의 영구 자석(50)을 포함하도록 구성되고, 타이 막대(38)에 부착되거나 후자와 일체형으로 형성된다. 타이 막대(38) 및, 각각의 러너(48)는 높은 정밀도를 스핀들 몸체(12) 내의 선형 베어링(51, 52)을 통하여 유도된다. 축상 방향에서의 러너(48)는 스핀들 하우징(8)으로부터 우측으로 돌출하며 도면에서 우측에 위치된 단부 면(56)에 부착된 근사적으로 컵-형상의 모터 케이싱(54) 내로 침지된다. 이에 상응하여, 선형 드라이브(44)는, 스핀들 몸체(12)와 공동-회전하는 타이 막대(38)가 드라이브의 영역(이것은 선형 모터(44)의 무접촉식 개념의 이유 때문에 불필요하다) 내에서 지지되어야 하는 종래 기술에서 사용되는 구조적 디자인보다 명백하게 더 적은 공간을 요구하는 근사적으로 원통형인 매우 콤팩트한 유닛이다.
러너(48)의 조절은 3-상 권선을 일반적 제어 수단, 예를 들어 PWM 컨버터를 통하여 제어함으로써 수행됨으로써, 특히 높은 포지셔닝 정확도가 획득될 수 있다.
러너(48)의 그리고 따라서 타이 막대(38)의 스트로크 포지션을 검출하기 위하여, 거리 센서를 포함하는 자계 감응 측정 시스템(58)이 제공된다. 후자는 기본적으로, 예를 들면 타이 막대(38)의 축상 보어(65) 내에 침지되어 멤브레인 틸팅 헤드(4)의 커플링으로 연장하는 구리 관에 의하여 형성되는 도파관(62)과 동작가능하도록 연결된 컨버터 부재(60)로 이루어진다. 도시된 실시예에서 환형 자석의 형태를 가지는 영구 환형 자석(64)은 도파관(62)의 툴 헤드 측 단부 부분에 배치된다. 도파관(62) 내에서 자기장으로서 전파하는 전류 펄스는 도파관(62) 내에서 컨버터 부재(60)를 통하여 생성된다. 영구 환형 자석(64)의 자기장은 도파관(62) 내에서 전류 펄스에 의하여 생성된 자기장에 근사적으로 수직으로 연장함으로써, 도파관(62)이 두 개의 자기장의 중첩에 의하여 탄성적으로 변형되게 한다. 상기 탄성 변형은 도파관(62) 내에서 전파하는데, 여기에서 전파의 레이트는 매우 높다. 컨버터 부재(60) 내에서 기계적 펄스는 전기적 신호로 변환되고, 상기 기계적 펄스에 의하여 원점의 위치로부터, 즉 영구 환형 자석(64)의 포지션으로부터 컨버터 부재(60)까지 요구되는 여행 시간이 계산된다. 그러면, 이러한 여행 시간은 영구 환형 자석(64)과 컨버터 부재(60) 사이의 거리에 비례하며, 따라서 타이 막대(38)의 스트로크에 비례한다. 컨버터 부재(60)는 모터 케이싱(54)의 단부 면에 부착된 신호 컨버터 하우징(66) 내에 수용되는데, 여기에서 도파관(62)은 후자를 관통하여 지나며 신호 컨버터 하우징(66) 내로 침지된다.
결과적으로, 러너(48) 및 타이 막대(38) 각각의 스트로크는 자계 감응 측정 시스템(58)을 통하여 특히 정확하게 결정될 수 있다; 그러면 이 특징으로부터 툴 헤드(30)의 회전(swiveling) 및 따라서 절삭 에지의 포지션이 적절하게 결정됨으로써 특히 정밀한 머시닝이 가능하게 한다. 도시된 바와 같이, 도파관(62)은 비교적 큰 축상 길이를 가지도록 구성되는데, 여기에서 열적 팽창에 기인한 부정확성은 영구 환형 자석(64)을 쿨링(26)의 영역 내에 그리고 멤브레인 틸팅 헤드(4)에 매우 근접하게 포지셔닝함으로써 최소화된다.
도입부에서 설명된 솔루션에 대하여, 설명된 재조절 시스템은 매우 콤팩트하며 간단한 디자인에 의하여 우월하며, 머시닝 정확도는 재조절 시스템의 증가된 강도에 의하여 개선된다.
도시된 실시예에서 타이 막대(38)는 스핀들 몸체(12)와 공동-회전하고, 이에 상응하여 또한 도파관(62)이 스핀들 몸체(12)와 공동-회전한다 ?? 그러나, 무접촉식 선형 드라이브(44) 및 또한 대략적으로 무접촉식인 자계 감응 측정 시스템(58)에 기인하여, 구동 및 측정 시스템 컴포넌트의 복잡한 베어링이 이미 위에서 언급된 것과 같이 요구되지 않는다.
절삭 에지를 지지하며 스핀들 상에서 유지되는 전진 헤드를 포함하는 재조절 시스템이 개시된다. 절삭 에지는 무접촉식 선형 드라이브에 의하여 조절가능한 작동 엘리먼트를 사용하여 전진된다.
참조 번호들의 목록
1 조절 시스템
2 스핀들
4 멤브레인 틸팅 헤드
6 절삭 에지
8 스핀들 하우징
10 베어링 배치구성물
12 스핀들 몸체
14 플랜지
16 직접 드라이브
18 고정자 권선
20 자석
22 프론트 플레이트
24 탑재 플랜지
26 쿨링
28 멤브레인
30 툴 헤드
32 축
34 피벗 핀
36 링크 안내면
38 타이 막대
40 분기된 홈
42 헤드
44 선형 드라이브
46 3 개의-위상 권선
48 러너
50 영구 자석
51 선형 베어링
52 선형 베어링
54 모터 케이싱
56 단부 면
58 측정 시스템
60 컨버터 부재
62 도파관
64 영구 환형 자석
65 축상 보어
66 신호 컨버터 하우징

Claims (14)

  1. 전진 헤드를 포함하는 재조절 시스템으로서,
    상기 전진 헤드는 적어도 하나의 절삭 에지(6)를 지지하며, 선형 드라이브(44)에 의하여 축방향으로 조절가능한 작동 엘리먼트가 내부에서 가이드되는 스핀들(2) 상에 유지되고,
    상기 작동 엘리먼트는 상기 절삭 에지(6)의 반경방향 조절을 위하여 상기 전진 헤드에 동작가능하게 연결되며,
    상기 스핀들(2)은 직접 드라이브(direct drive; 16)를 포함하고, 상기 직접 드라이브는 상기 스핀들(2)에 통합되고 스핀들 축에 대하여 동축으로 배치되고,
    자계 감응(magnetostrictive) 측정 시스템(58)이 상기 작동 엘리먼트의 스트로크를 검출하기 위하여 제공되고, 상기 측정 시스템은 도파관(62)을 포함하고, 상기 도파관(62)은 상기 작동 엘리먼트에서 지지되고, 영구 환형 자석(64)이 상기 도파관 상에 배치되고,
    컨버터 부재(60)가 상기 스핀들(2)의 후방 측에서 유지되고,
    상기 선형 드라이브(44)는 상기 스핀들(2)의 후방 측에서 스핀들(2) 외부로 유도된 작동 엘리먼트의 단부에 배치되고,
    상기 영구 환형 자석(64)은 상기 전진 헤드의 영역에 있는 도파관(62) 상에 배치되는, 재조절 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 직접 드라이브(16)의 자석(20)은 스핀들 몸체(12) 상에 배치되고 고정자 권선(18)에 의하여 감싸지는, 재조절 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 선형 드라이브(44)의 러너(48)가 상기 작동 엘리먼트에 연결되거나 일체로 형성되는 반면에, 내부에 적어도 하나의 고정자 권선(18)이 배치되는 모터 케이싱(54)이 상기 후방 측에 제공되는, 재조절 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 선형 드라이브(44)는 영구 자석에 의하여 여기되는, 재조절 시스템.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 작동 엘리먼트는 타이 막대(tie rod; 38)인, 재조절 시스템.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 도파관(62)은 상기 모터 케이싱(54)을 통하여 지나가고 상기 후방 측에 부착된 컨버터 부재(60) 내에 침지되는, 재조절 시스템.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전진 헤드는 멤브레인 틸팅 헤드(4)인, 재조절 시스템.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    쿨링(26)을 포함하는, 재조절 시스템.
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