KR101728684B1 - 스핀들 베어링의 2단 정압 예압장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스핀들을 적용하는 공작기계의 절삭가공 시 스핀들 베어링의 외주연에 방사상으로 유압과 스프링 제어를 통하여 스핀들을 2단으로 정압 예압 제어할 수 있게 한 스핀들 베어링의 2단 정압 예압장치에 관한 것으로 다이렉트바(11)로 구성되는 제어부(10)와 고정바(21)로 구성되는 제어부(20)를 하우징(100)의 후열 베어링(130) 외측에 방사상으로 교차되게 설치하고 상기 다이렉트바(11)로 구성되는 제어부(10)는 압유의 공급과 배출에 관계없이 스프링(S')과 다이렉트바(11)로 베어링 실린더(30)를 밀어 후륜 베어링(130)을 당겨서 1단 제어할 수 있게 하며 고정바(21)로 구성되는 제어부(20)는 스핀들 하우징(100)의 일측에 압유 입구(24)에서 유로(25)를 설치하여 압유의 공급과 배출에 의해 볼트(23)로 고정바(21)가 고정된 유압 실린더(22)로 스프링(S)을 컨트롤하여 베어링 실린더(30)로 후륜 베어링(130)을 당겨서 2단 제어할 수 있게 하고 상기 다이렉트바(11)로 구성되는 제어부(10)와 고정바(21)로 구성되는 제어부(20)에서 베어링 실린더(30)를 밀어 후열 베어링(130)을 당겨서 1단 및 2단 예압을 조절할 때 후열 베어링(130)과 연동된 전열 베어링(120)도 함께 조절될 수 있게 한 것을 특징으로 한다.

Description

스핀들 베어링의 2단 정압 예압장치{Two preload hydrostatic bearing spindle device}
본 발명은 스핀들(Spidle)을 적용하는 공작기계의 절삭가공 시 스핀들 베어링의 외주연에 방사상으로 유압과 스프링 제어를 통하여 스핀들을 1단 및 2단으로 정압 예압 제어할 수 있게 한 스핀들 베어링의 2단 정압 예압장치에 관한 것으로 특히 공작기계의 강절삭 및 중절삭 시 스핀들 베어링을 유압과 스프링을 이용하여 1단 및 2단의 정압 예압제어가 가능케 하여 공작기계의 안정적인 가공으로 제품의 정밀도를 향상시킬 수 있는 스핀들 베어링의 2단 정압 예압장치에 관한 것이다.
일반적으로 스핀들은 공작기계에서 공작물이나 가공하는 툴을 회전 및 이송시키기 위한 축으로 보링머신(Boring machine),밀링머신(Milling machine),드릴링머신(Drilling machine) 및 머시닝센터(Machining center) 등에 주로 적용되고 있다.
상기한 공작기계의 스핀들에 작용하는 부하값은 직선축 이송속도가 커질수록 증가하고 스핀들 회전속도(RPM) 및 직선 축의 이송속도(Feedrate)는 스핀들에 작용하는 부하 값에 직접적인 영향을 미치는 것으로 일정 수준의 절삭속도와 성능을 달성하기 위해서는 스핀들의 회전속도와 축의 이송속도를 증가시켜야 하지만 스핀들의 회전속도를 과도하게 증가시키면 스핀들에 작용하는 부하 값도 함께 증가하는 문제가 있고 스핀들의 회전속도를 낮추면 스핀들에 작용하는 부하 값은 감소하지만 절삭속도와 성능이 저감되는 문제가 있다.
따라서 적절한 절삭속도와 성능을 유지하면서 스핀들에 작용하는 부하 값을 일정수준으로 유지하기 위해서는 공작기계 스핀들의 회전속도와 직선 이송축 이송속도를 스핀들 부하 값에 맞추어 수정 또는 조절하여야 한다.
상기와 같이 수정 및 조절하기 위한 방법으로 크게 정위치 예압과 정압 예압이 있으며 정위치 예압은 큰 강성을 요구하는 저속회전에는 적합하나 스핀들이 고속회전을 하게 되면 원심력과 마찰력 등에 의해 늘어나게 됨으로써 주축을 지지하는 베어링의 예압은 증가하게 되고 이렇게 증가된 예압은 베어링의 수명감소 및 소착 등의 원인이 된다.
정압 예압은 고속가공에 적합하도록 큰 강성 대신 발열을 저하시키고 많은 회전수에 적당한 양의 예압이 가해지도록 한 방법으로 정위치 예압의 단점을 해소하기 위하여 후열 베어링의 외륜 축 방향을 자유로이 움직일 수 있도록 함으로써 일정한 예압이 가해지도록 한 구조이다.
종래의 스핀들 예압장치로는 등록특허 제10-1336524호(소형 스핀들용 정압예압장치)와 등록특허 제10-1404797호(스핀들 베어링 예압장치)가 제시되었다.
상기 전자의 등록특허는 스핀들을 수용하는 하우징,하우징에 삽입되고 스핀들을 지지하는 베어링,베어징을 사이에 두고 스핀들의 외륜부에 각각 설치된 제1리테이너와 제2리테이너,제1리테이너와 제2리테이너 및 베어링에 일정한 예압이 가해지도록 하우징에 설치된 예압용 스프링 및 제1리테이너와 제2리테이너 사이에 연결되어 제1리테이너에 가해진 예압을 제2리테이너를 통하여 베어링으로 전달하기 위한 파이프를 포함하는 구조이다.
상기 후자의 등록특허는 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 엑츄에이터,가속도계에서 측정된 데이터 값을 입력받고 이 입력값에 따라 정해지는 전압을 한 쌍의 압전 엑츄에이터에 공급하는 컨트롤러를 포함하며,가속도계는 베어링들 중의 어느 하나의 아웃터 레이스 외주면에 설치되고 컨트롤러는 가속도계에서 실시간으로 입력된 데이터 값을 보정하여 예압을 보정하기 위한 값이 결정되면 그에 대응하는 전압을 압전 엑츄에이터 측으로 실시간으로 공급하는 구조이다.
상기 전자는 소형의 머시닝센터나 탬핑기의 빌트인 스핀들에 적용 가능하면서 소형,경량화된 저가의 스핀들용 정압예압장치를 제공하는 효과는 있으나 스핀들의 내부 베어링 사이에 2개의 리테이너 또는 3개의 리테이너를 설치하고 파이프에 볼트로 서로 결합시켜 사용하는 것으로 그 구조가 복잡하고 또한 1단의 예압장치로 한정되어 스핀들을 효과적으로 강성을 유지할 수 없는 문제점이 있다.
또한 상기 후자는 베어링의 진동 가속도를 측정하고 이에 대응하기 위하여 압전 엑츄에이터에 전압을 공급시켜 베어링의 예압을 조절하여 공작물의 가공정밀도를 향상시키고 베어링에 과도한 예압이 걸리는 것을 방지하는 효과는 있으나 전기적인 가속도계,컨트롤러 및 압전 엑츄에이터 등을 사용하여 별도의 컨트롤 라인을 형성하여야 하고 압전 엑츄에이터로 베어링을 1단 예압 만을 조절할 수 있어 그 사용범위의 한계가 있는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 목적으로 창출된 것으로 스핀들의 베어링 외륜에 방사상으로 설치되는 다수의 스프링에 일부는 유압실린더에 고정된 바를 적용하고 일부는 다이렉트 바를 설치하여 스프링과 다이렉트 바에 의한 1단 예압제어와 스프링과 유압실린더에 고정된 바에 의한 2단 예압제어를 선택적으로 조정 가능케 하여 공작기계의 고속 및 저속회전에 대응시켜 안정적인 가공으로 제품의 정밀도를 향상시킬 수 있는 스핀들 베어링의 2단 정압 예압장치를 제공할 수 있게 하였다.
본 발명은 다이렉트바로 구성되는 제어부와 고정바로 구성되는 제어부를 하우징의 후열 베어링 외측에 방사상으로 교차되게 설치하고 상기 다이렉트바로 구성되는 제어부는 압유의 공급과 배출에 관계없이 스프링과 다이렉트바로 베어링 실린더를 밀어 후열 베어링을 당겨서 1단 제어할 수 있게 하며 고정바로 구성되는 제어부는 스핀들 하우징의 일측에 압유 입구에서 유로를 설치하여 압유의 공급과 배출에 의해 볼트로 고정바가 고정된 유압 실린더로 스프링을 컨트롤하여 베어링 실린더로 후열 베어링을 2단 제어할 수 있게 하고 상기 다이렉트바로 구성되는 제어부와 고정바로 구성되는 제어부에서 베어링 실린더를 밀어 후열 베어링을 당겨서 1단 및 2단 예압을 조절할 때 후열 베어링과 연동된 전열 베어링도 함께 조절될 수 있게 한 것을 특징으로 한다.
그러므로 본 발명은 스핀들의 베어링 외륜에 방사상으로 교차되게 스프링과 유압실린더에 고정된 바의 제어부와 스프링과 다이렉트바의 제어부를 설치하고 공작기계의 강절삭,중절삭에 따라 제어부의 설치비율을 조절하여 스핀들의 1단 또는 2단 예압제어를 선택적으로 조정 가능케 하므로 스핀들의 예압을 조절하여 스핀들의 고속 및 저속회전에 대응시켜진 회전과 이송 정밀도의 향상과 안정적인 가공으로 제품의 정밀도 향상 및 불량률을 최소화시킬 수 있는 등의 효과가 있는 것이다.
도 1 은 본 발명의 전체구조를 도시한 구조개념도
도 2 는 본 발명의 2단 정압 예압장치의 부분 확대도
이하 발명의 요지를 첨부된 도면에 연계시켜 그 구성과 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 은 본 발명의 전체구조를 도시한 구조개념도로 하우징 내부에 빌트인 모터,스핀들 샤프트 및 전,후열 베어링이 설치된 스핀들의 후열 베어링 외륜에 다수의 다이렉트바로 구성되는 제어부와 고정바로 구성되는 제어부가 설치되어 스핀들의 2단 예압을 조절하는 것을 도시하였고,도 2 는 본 발명의 2단 정압 예압장치의 부분 확대도로 후열 베어링 외측에 방사상으로 스프링과 다이렉트바로 구성되는 다이렉트바 제어부와 스프링과 유압실린더에 볼트로 고정된 고정바로 구성되는 고정바 제어부를 설치하여 각각의 제어부가 베어링 실린더를 밀어 후륜 베어링을 당겨서 1단 예압 및 2단 예압을 조절할 수 있게 한 것을 도시하였다
스핀들(D)의 하우징(100) 내부에 빌트인 모터(M)에 의해 회전하는 스핀들 샤프트(110)를 설치하고 상기 스핀들 샤프트(110)의 전단 외륜에 전열 베어링(120)이 설치되며 후단 외륜에 후열 베어링(130)이 설치되는 스핀들(D)의 정압 예압을 조절하기 위하여 다이렉트바(11)로 구성되는 제어부(10)로 1단 제어하고 고정바(21)로 구성되는 제어부(20)로 2단 제어하는 장치에 있어서,
상기 다이렉트바(11)로 구성되는 제어부(10)와 고정바(21)로 구성되는 제어부(20)를 하우징(100)의 후열 베어링(130) 외측에 방사상으로 교차되게 설치하고 상기 다이렉트바(11)로 구성되는 제어부(10)는 압유의 공급과 배출에 관계없이 스프링(S')과 다이렉트바(11)로 베어링 실린더(30)를 밀어 후륜 베어링(130)을 당겨서 1단 제어할 수 있게 하며 고정바(21)로 구성되는 제어부(20)는 스핀들 하우징(100)의 일측에 압유 입구(24)에서 유로(25)를 설치하여 압유의 공급과 배출에 의해 볼트(23)로 고정바(21)가 고정된 유압 실린더(22)로 스프링(S)을 컨트롤하여 베어링 실린더(30)로 후륜 베어링(130)을 당겨서 2단 제어할 수 있게 하고 상기 다이렉트바(11)로 구성되는 제어부(10)와 고정바(21)로 구성되는 제어부(20)에서 베어링 실린더(30)를 밀어 후열 베어링(130)을 당겨서 1단 및 2단 예압을 조절할 때 후열 베어링(130)과 연동된 전열 베어링(120)도 함께 조절될 수 있게 한 구조이다.
상기 다이렉트바(11)로 구성되는 제어부(10)와 고정바(21)로 구성되는 제어부(20)는 방사상으로 교차되게 설치하거나 스핀들(D)의 용량에 따라 다이렉트바(11)로 구성되는 제어부(10)와 고정바(21)로 구성되는 제어부(20)의 설치비율을 조절할 수 있게 하였다.
상기 다이렉트바(11)로 구성되는 제어부(10)와 고정바(21)로 구성되는 제어부(20)에 공급 및 배출되는 압유는 공압으로 호환시켜 사용할 수 있게 하였다.
이와 같이 된 본 발명은 스핀들의 하우징에 설치되는 스핀들의 후열 베어링의 외륜에 방사상으로 교차되게 고정바로 구성되는 제어부와 다이렉트바로 구성되는 제어부를 설치하고 스핀들의 강절삭 및 중 절삭에 따라 설치비율을 조절하여 스핀들의 1단 예압제어는 다이렉트바와 스프링으로 베어링 실린더를 조절하며 2단 예압제어는 유압실린더에 고정된 고정바와 스프링으로 베어링 실린더를 선택적으로 조정이 가능케 하므로 스핀들과 공작기계의 진동을 최소화하여 회전 및 이송 정밀도의 향상과 안정적인 가공으로 제품의 정밀도 향상 및 불량률을 최소화시킬 수 있는 스핀들 베어링의 2단 정압 예압장치를 제공하기 위한 것이다.
도 1 내지 도 2 에 도시된 바와 같이 본 발명은 스핀들(D)의 하우징(100) 내부에 설치되는 후열 베어링(130)의 외측에 스핀들(D)의 예압을 1단 및 2단으로 예압제어하기 위하여 다수의 다이렉트바(11)로 구성되는 제어부(10)와 고정바(21)로 구성되는 제어부(20)를 방사상으로 교차되게 설치하여 베어링 실린더(30)에 의해 후열 베어링(130)을 당겨서 조절한다.
상기 다이렉트바(11)로 구성되는 제어부(10)와 고정바(21)로 구성되는 제어부(20)는 후열 베어링(130)의 외측에 방사상으로 교차되게 5:5의 비율로 설치하여 스핀들(D)을 1단 및 2단 예압제어할 수 있고 공작기계의 강절삭 및 중절삭 등의 작동력에 따라 설치비율(6:4,7:3,8:2 등)을 조절하여 예압을 조절하여 사용할 수 있게 하였다.
상기 스핀들(D)의 2단 정압 예압장치는 특히 공작기계의 강절삭 공정이나 중절삭 공정에서 유리하게 작용한다.
상기 스핀들(D)의 후열 베어링(130)에 설치되는 다이렉트바(11)로 구성되는 제어부(10)는 압유를 공급하거나 배출시켜도 다이렉트바(11)의 외주연이 유압실린더(22)의 홀에 삽입 설치되어 압유가 공급 또는 배출되더라도 유압실린더(22)가 다이렉트바(11)의 외주연을 타고 전,후진하여 압유의 작동력이 미치지 않고 스프링(S')의 탄발력으로 다이렉트바(11)를 밀어서 베어링 실린더(30)가 후열 베어링(130)을 당겨서 스핀들(D)을 1단으로 예압제어하고 고정바(21)로 구성되는 제어부(20) 역시 압유의 공급 및 배출에 따라 2단 예압제어하는 것으로 즉,압유 입구(24)에서 유로(25)로 압유를 공급시켜 유압실린더(22)를 작동시키면 유압실린더(22)가 볼트(23)로 고정된 고정바(21)와 함께 스프링(S)을 밀어서 스프링(S)의 탄발력이 베어링 실린더(30)에 예압 전달이 안되고 압유를 배출시키면 유압실린더(22)가 볼트(23)로 고정된 고정바(21)와 함께 스프링(S)의 탄발력에 의해 베어링 실린더(30)를 밀어서 후륜 베어링(130)을 당겨서 2단 예압제어하는 것이다.
상기와 같이 다이렉트바(11)로 구성되는 제어부(10)와 고정바(21)로 구성되는 제어부(20)가 작동하여 베어링 실린더(30)로 후열 베어링(130)을 당겨서 1단 및 2단 예압제어를 하면 스핀들 샤프트(110)의 전단 외륜에 설치된 전열 베어링(120)도 후열 베어링(130)과 함께 연동되어 조절되는 것이다.
상기 스핀들(D) 하우징(100)의 내부에 설치되는 다이렉트바(11)로 구성되는 제어부(10)와 고정바(21)로 구성되는 제어부(20)는 공작기계를 작동하면서 강절삭이나 중절삭에 대응하여 먼저 스프링(S')과 다이렉트바(11)에 의해 다이렉트바(11)로 구성되는 제어부(10)를 작동시켜 베어링 실린더(30)를 밀어 후륜 베어링(130)을 당겨서 1단 예압제어를 하고 추가적인 예압이 필요한 작업을 수행할 때 압유를 배출하여 유압실린더(22)와 고정바(21)가 함께 스프링(S)의 탄발력에 의해 베어링 실린더(30)를 밀어 후륜 베어링(130)을 추가적으로 당겨 2단 예압제어를 수행할 수 있는 것이다.
상기 2단 예압제어 작동을 하는 다이렉트바(11)로 구성되는 제어부(10)와 고정바(21)로 구성되는 제어부(20)에 사용되는 압유는 스핀들(D)의 구조와 성능에 따라 공압을 이용하여 상기와 같은 작동을 수행할 수 있는 것이다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
10: 다이렉트바 제어부 11: 다이렉트바
20: 고정바 제어부 21: 고정바
22: 유압실린더 23: 볼트
24: 압유 입구 25: 유로
30: 베어링 실린더 100: 하우징
110: 스핀들 샤프트 120,130: 전,후열 베어링
D: 스핀들 M: 빌트인 모터
S,S': 스프링(고정바,다이렉트바)

Claims (3)

  1. 스핀들(D)의 하우징(100) 내부에 빌트인 모터(M)에 의해 회전하는 스핀들 샤프트(110)를 설치하고 상기 스핀들 샤프트(110)의 전단 외륜에 전열 베어링(120)이 설치되며 후단 외륜에 후열 베어링(130)이 설치되는 스핀들(D)의 정압 예압을 조절하기 위하여 다이렉트바(11)로 구성되는 제어부(10)로 1단 제어하고 고정바(21)로 구성되는 제어부(20)로 2단 제어하는 장치에 있어서,
    상기 다이렉트바(11)로 구성되는 제어부(10)와 고정바(21)로 구성되는 제어부(20)를 하우징(100)의 후열 베어링(130) 외측에 방사상으로 교차되게 설치하고 상기 다이렉트바(11)로 구성되는 제어부(10)는 압유의 공급과 배출에 관계없이 스프링(S')과 다이렉트바(11)로 베어링 실린더(30)를 밀어 후열 베어링(130)을 당겨서 1단 제어할 수 있게 하며 고정바(21)로 구성되는 제어부(20)는 스핀들 하우징(100)의 일측에 압유 입구(24)에서 유로(25)를 설치하여 압유의 공급과 배출에 의해 볼트(23)로 고정바(21)가 고정된 유압 실린더(22)로 스프링(S)을 컨트롤하여 베어링 실린더(30)로 후열 베어링(130)을 당겨서 2단 제어할 수 있게 하고 상기 다이렉트바(11)로 구성되는 제어부(10)와 고정바(21)로 구성되는 제어부(20)에서 베어링 실린더(30)를 밀어 후열 베어링(130)을 당겨서 1단 및 2단 예압을 조절할 때 후열 베어링(130)과 연동된 전열 베어링(120)도 함께 조절될 수 있게 한 것을 특징으로 하는 스핀들 베어링의 2단 정압 예압장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2000263363A (ja) * 1999-03-16 2000-09-26 Niigata Eng Co Ltd 主軸装置及びころがり軸受の予圧方法
JP2001516651A (ja) * 1997-09-12 2001-10-02 フラウンホッファー−ゲゼルシャフト ツァー フェーデルング デア アンゲバンテン フォルシュング エー ファー 複数個の機械ユニットのための駆動装置

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