KR101837778B1 - 공작기계의 진동감쇠장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 공작기계의 진동감쇠장치는 베드의 상부에서 직선 이송되는 X 슬라이드 및 Z 슬라이드와; 상기 Z 슬라이드의 상부에 설치되는 칼럼과; 상기 칼럼의 일측에 설치되어 수직으로 상하방향으로 직선 이송되는 Y 슬라이드와; 상기 칼럼의 정면에 Y 슬라이드와 평행하게 설치되는 가이드 레일과; 상기 가이드 레일의 상부에 설치되는 댐핑 슬라이드와; 상기 댐핑 슬라이드와 Y 슬라이드를 연결하는 연결부재;를 구비한다.

Description

공작기계의 진동감쇠장치 {A DAMPING SLIDE APPARATUS FOR A MACHINE TOOL }

본 발명은 공작기계의 진동감쇠장치에 관한 것으로, 더 자세하게는 진동이 발생하는 절삭점 바로 근처에 댐핑 슬라이드를 설치하여 진동을 보다 효율적으로 감쇠시킬 수 있도록 한 것에 관한 것이다.

일반적으로 공작기계는 베드 상부에서 이송하는 슬라이드 테이블에 고정된 공작물을 회전하는 주축 선단에 부착된 공구를 사용하여 절삭하는 장치로, 금속 재질의 공작물을 가공시에는 절삭을 위해 큰 힘이 필요하고 공구가 회전하므로 불가피하게 진동이 발생하게 되며, 공작물과 공구가 접촉하는 점에서 발생된 진동은 주축, 헤드바디, 칼럼, 베드 등을 통해 전파된다.

그리고 전파된 진동은 기계 전체를 떨리게 하며, 그에 따라 공작물 표면 정밀도가 떨어지게 되고 표면 손상이 발생하게 된다.

특히 주축의 돌출이 긴 NC 보링 머신과 같은 공작기계에 있어서 밀링이나 보링 가공시 주축의 돌출길이가 길면 상대적으로 절삭 지점에서의 강성이 약해지고, 이에 따라 진동이 발생하여 가공물 표면의 정밀도가 나빠지거나 거칠어지는 문제가 발생하게 된다.

한편 절삭시 발생하는 진동을 가장 효과적으로 줄여줄 수 있는 방법은 별도로 진동을 흡수할 수 있는 감쇠기구를 사용하는 것으로, 감쇠기구는 예를 들어 고무재질을 이용한 진동 흡수 장치가 있으며, 고무, 폴리머, 우레탄, 나일론 등의 점탄성 특성이 강한 재료는 구조물의 감쇠를 증대시키거나 진동 절연을 하기 위해 많이 사용된다.

이러한 고감쇠의 점탄성 재료를 적용할 시에는 재료의 변형이 크게 발생하도록 구조를 고안하면 에너지 손실이 많이 발생하게 되어 진동 흡수 효율이 크게 높아지게 된다.

일본 공개특허공보 2010-173026에는 진동 흡수 기능이 있는 문형 공작 기계가 개시되어 있다.

상기 선행 특허 기술 문헌에 개시된 종래 기술은 가공정밀도에 영향을 미치는 진동의 문제를 일으키는 진동 주파수에 대하여 진동 흡수 기능을 발휘할 수 있는 수단을 제공하지만 진동이 발생하는 절삭점으로부터 멀리 떨어진 구조물 상부 크로스 레일 부에 흡진기를 부착하여 그 효과가 특정 가공 영역에서만 발휘되거나 진동 흡수 성능이 떨어지는 문제가 있다.

상기 선행 특허 기술 문헌의 공작기계의 경우 절삭시 진동이 발생하는 주축에 진동 흡수 장치가 장착되어 있는 것이 아니라 진동의 전파 경로인 칼럼에 부착된 크로스 레일에 흡수장치가 달려 있어 효율이 떨어지게 되며, 상기 선행 특허 기술 문헌의 공작기계와 같이 진동 발생 부위에서 거리가 떨어지게 되면 자연스럽게 진동의 진폭도 줄어들어 별도로 설치된 진동 감쇠 기구에서 에너지를 소진시키는데 한계가 있게 된다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 감안하여 안출한 것이며, 그 목적이 공작물 가공시에 발생되는 진동을 효율적으로 흡수할 수 있도록 하여 가공물의 정밀도와 가공 표면 품위를 향상시킬 수 있도록 하는 공작기계의 진동감쇠장치를 제공하는 데에 있는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 공작기계의 진동감쇠장치는 베드의 상부에서 직선 이송되는 X 슬라이드 및 Z 슬라이드와; 상기 Z 슬라이드의 상부에 설치되는 칼럼과; 상기 칼럼의 일측에 설치되어 수직으로 상하방향으로 직선 이송되는 Y 슬라이드와; 상기 칼럼의 정면에 Y 슬라이드와 평행하게 설치되는 가이드 레일과; 상기 가이드 레일의 상부에 설치되는 댐핑 슬라이드와; 상기 댐핑 슬라이드와 Y 슬라이드를 연결하는 연결부재;를 구비한다.

본 발명의 공작기계의 진동감쇠장치에 있어서 상기 Y 슬라이드는 공구를 장착한 상태에서 회전운동을 하면서 동시에 Z 슬라이드와 평행하게 직선 이송도 가능한 W축 보링 스핀들을 구비할 수 있다.

한편 공작기계의 진동감쇠장치에 있어서 댐핑 슬라이드는 Y 슬라이드와 평행하게 설치된 가이드 레일 상에서 가이드 레일을 따라 상하 수직방향으로 움직일 수 있는 가이드 블록과; 상기 가이드 블록의 전방에 볼트 등으로 결합되는 종동이송 플레이트와; 상기 종동이송 플레이트의 전면에 부착되는 댐핑재와; 상기 댐핑재의 전면에 부착되는 주동이송 플레이트;를 구비하는 형태로 구성될 수 있으며, 상기 주동이송 플레이트의 전면에 부착되는 제2댐핑재와; 상기 제2댐핑재의 전면에 부착되는 제2종동이송 플레이트;를 더 구비하는 형태로도 구성될 수 있다.

더욱이, 공작기계의 진동감쇠장치에 있어서 이러한 댐핑재는 고무, 폴리머, 우레탄, 나일론 중에서 선택된 하나 또는 그 이상의 결합물로 이루어진 탄성물질로 이루어질 수 있다.

본 발명의 공작기계의 진동감쇠장치에 있어서는 공작물 가공시 Y 슬라이드에 설치한 댐핑 슬라이드의 댐핑재를 통해 진동 에너지를 흡수할 수 있게 되는 것으로, 댐핑 슬라이드가 진동이 발생하는 절삭점 바로 근처에 위치하게 되므로 진동을 현저하게 감쇠시킬 수 있게 되어 가공물의 정밀도를 크게 향상시킬 수 있게 됨은 물론 가공 표면 품위를 향상시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 한 실시예의 사시도
도 2는 동 실시예의 정면도
도 3은 동 실시예의 요부 측면도
도 4는 동 실시예의 댐핑재의 주기적인 진동 변형의 모양을 나타낸 댐핑 슬라이드의 요부 측면도
도 5는 본 발명의 다른 실시예의 댐핑재의 주기적인 진동 변형의 모양을 나타낸 댐핑 슬라이드의 요부 측면도
도 6은 본 발명을 적용한 공작기계의 주파수 응답선도

이하 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 기술 내용을 첨부도면에 의거하여 자세히 설명하면 다음과 같다.

도 1에는 본 발명의 한 실시예의 사시도가 도시되어 있다.

도시된 실시예는 NC 보링 머신과 같은 공작기계에 적용된 것이다.

도 1과 같이 공작기계는 베드(1)의 상부에서 직선 이송되는 X 슬라이드(2)와 Z 슬라이드(3)를 구비한다.

상기 Z 슬라이드(3)의 상부에는 칼럼(4)이 설치되고, 상기 X 슬라이드(2)의 상부에는 공작물이 설치된다.

상기 칼럼(4)의 일측에는 수직으로 상하방향으로 직선 이송되는 Y 슬라이드(5)가 설치된다.

상기 Y 슬라이드(5)는 공구가 장착되는 W축 보링 스핀들(6)을 구비한다.

상기 W축 보링 스핀들(6)은 공구를 장착한 상태에서 회전운동을 하면서 동시에 Z 슬라이드(3)와 평행하게 직선 이송도 가능한 주축이다.

상기 Z 슬라이드(3)와 평행하게 이송하는 축을 W축이라 부르며, 깊은 구멍 부위의 가공을 위해서는 Y 슬라이드(5)로부터 W축 보링 스핀들(6) 선단이 X 슬라이드(2) 방향으로 돌출된다.

상기 칼럼(4)의 정면에는 W축 보링 스핀들(6)과 함께 수직방향으로 이송되는 Y 슬라이드(5)와 평행하게 가이드 레일(8)이 설치된다.

상기 가이드 레일(8)의 상부에는 진동 흡수 기능이 있는 댐핑 슬라이드(7)가 설치되며, 댐핑 슬라이드(7)는 연결부재(9)를 통해 다시 Y 슬라이드(5)와 결합된다.

도 2에는 동 실시예의 정면도가 도시되어 있다.

도 2와 같이 상기 댐핑 슬라이드(7)는 가이드 레일(8)에 의해 Y 슬라이드(5)와 평행하게 움직일 수 있도록 구성된다.

그리고 연결부재(9)는 댐핑 슬라이드(7)와 Y 슬라이드(5)를 볼트 등의 체결수단을 이용하여 고정시킨다.

도 3에는 동 실시예의 요부 측면도가 도시되어 있다.

도 3과 같이 댐핑 슬라이드(7)는 Y 슬라이드(5)와 평행하게 설치된 가이드 레일(8) 상에서 가이드 레일(8)을 따라 상하 수직방향으로 움직일 수 있는 가이드 블록(10)과; 가이드 블록(10)의 전방에 볼트 등으로 결합되는 종동이송 플레이트(11)와; 종동이송 플레이트(11)의 전면에 부착되는 댐핑재(12)와; 댐핑재(12)의 전면에 부착되는 주동이송 플레이트(13);를 구비한다.

상기 종동이송 플레이트(11)와 주동이송 플레이트(13)는 강성이 높은 금속 재질의 것이 사용되고, 종동이송 플레이트(11)와 주동이송 플레이트(13)의 사이에 설치되는 댐핑재(12)는 고무, 폴리머, 우레탄, 나일론 중에서 선택된 하나 또는 그 이상의 결합물로 이루어진 탄성물질인 것이 바람직하다.

즉, 단단하고 튼튼한 구조물인 주동이송 플레이트(13)와 종동이송 플레이트(11) 사이에 물렁 물렁한 재질의 댐핑재(12)가 샌드위치 형태로 부착된다.

상기 주동이송 플레이트(13)는 Y 슬라이드(5)와 연결부재(9)를 통해 결합되어 Y 슬라이드(5)의 상하방향 수직 이송에 따라 움직이게 된다.

W축 보링 스핀들(6)은 공작물 상의 가공위치에 따라 상하방향으로 수직이송되고, W축 보링 스핀들(6)의 상하방향 이송에 따라 Y 슬라이드(5)와 연결부재(9)를 통해 결합된 주동이송 플레이트(13), 댐핑재(12), 종동이송 플레이트(11), 가이드 블록(10) 등으로 이루어진 댐핑 슬라이드(7)가 가이드 레일(8)을 따라 Y 슬라이드(5)와 같이 움직이게 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 공작기계의 진동감쇠장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

공작기계의 절삭시에는 공구가 장착된 W축 보링 스핀들(6)은 도 3의 화살표 방향으로 상하 진동이 발생하게 되고, 이에 따라 공작물 가공 정밀도와 가공 표면 상태가 악화되게 될 수 있게 된다.

본 발명의 본 발명의 공작기계의 진동감쇠장치에 있어서 실제 절삭이 발생하는 지점 바로 옆에 마련된 댐핑 슬라이드(7)는 연결부재(9)를 통해 주동이송 플레이트(13)로 진동이 바로 전달되며, 주동이송 플레이트(13)로 전달된 진동에너지는 주동이송 플레이트(13)와 종동이송 플레이트(11) 사이에 넓은 면적으로 부착된 댐핑재(12)에서 소멸된다.

본 발명의 공작기계의 진동감쇠장치에 있어서 주동이송 플레이트(13)와 종동이송 플레이트(11) 사이의 댐핑재(12)에서 진동을 억제시키려는 성질인 댐핑이 발생하는 이유는 아래 위로 진동하려는 운동 에너지가 댐핑재(12)인 고무층의 전단 변형에 의한 히스테리시스 손실로 대부분 소모되기 때문이다.

히스테리시스 손실이란 변형에 의해 야기되는 응력이 변형과 달리 시간적으로 어느 정도 지연되기 때문에 발생하는 에너지 손실로써, 예를 들어 자동차 타이어는 주행 시 변형에 따른 히스테리시스 손실에 의하여 자동차 운동에너지의 일부를 소모시켜 연비를 저하시킨다.

다른 한편 지진이나 진동에 의한 구조물의 구조안정성 저하나 소음을 방지하기 위한 방진 혹은 방음재는 이러한 구조 감쇠를 유용하게 활용한 예에 해당된다.

도 4에는 동 실시예의 댐핑재의 주기적인 진동 변형의 모양을 나타낸 댐핑 슬라이드의 요부 측면도가 도시되어 있고, 도 5에는 본 발명의 다른 실시예의 댐핑재의 주기적인 진동 변형의 모양을 나타낸 댐핑 슬라이드의 요부 측면도가 도시되어 있다.

본 발명의 공작기계의 진동감쇠장치에 있어서 Y 슬라이드(5)에 고정된 주동이송 플레이트(13)는 진동 발생시 도 4의 A, B, C, D와 같은 차례로 상하로 움직이게 되고, 이는 점탄성재질을 사용한 댐핑재(12)에서 전단 변형의 형태로 나타나게 되며, 고무와 같은 점탄성 재질내에서의 진동 에너지 흡수로 인하여 결과적으로 공작물 가공시 진동의 크기는 줄어들게 된다.

한편 본 발명의 공작기계의 진동감쇠장치에 있어서 보다 큰 진동 에너지 흡수 능력이 필요할 경우에는 도 5의 다른 실시예와 같이 주동이송 플레이트(13)의 전면에 제2댐핑재(14)를 부착하고, 제2댐핑재(14)의 전면에 제2종동이송 플레이트(15)를 부착한 형태로 구성할 수 있다. 제2댐핑재(14)는 바람직하게는 고무, 폴리머, 우레낱, 나일론 중에서 선택된 하나 또는 그 이상의 결합물로 이루어진 탄성물질로 이루어진다.

도 5의 다른 실시예와 같이 주동이송 플레이트(13)의 양쪽에 댐핑재(12,14)를 부착한 형태의 경우 주동이송 플레이트(13)의 한쪽에만 댐핑재(12)를 부착한 형태보다 큰 감쇠 능력을 얻을 수 있게 된다.

이상에서와 같이 본 발명의 공작기계의 진동감쇠장치는 W축 보링 스핀들(6)의 상하 진동을 흡수하기 위하여 Y 슬라이드(5)와 평행하게 댐핑 슬라이드(7)를 설치한 것으로, 주동이송 플레이트(13)와 종동이송 플레이트(11) 사이에 설치된 댐핑재(12)의 전단 변형에 의한 에너지 손실 효과에 의해 결과적으로 W축 보링 스핀들(6)의 진동의 크기가 줄어들게 되고, 이에 따라 가공물의 정밀도가 향상되고 가공 표면 품위가 향상되게 된다.

도 6에는 본 발명을 적용한 공작기계의 주파수 응답선도가 도시되어 있다.

도 6은 진동의 주파수에 따라 공작기계의 진동 크기가 어떻게 변동하는 지를 설명해주는 그래프이다.

통상적으로 진동의 크기는 어떤 특정한 주파수 영역에서 크게 나타나게 마련이며, 도 6과 같이 100에서 200Hz 사이에서 큰 진폭이 관찰된다.

즉, 가공시 절삭 진동이 상기의 범위안에서 발생하면 진동의 진폭이 크게 나타난다는 말이며, 상기 범위에서는 불안정 절삭이 발생하여 공구파손까지 일어날 수 있게 된다.

도 6과 같이 진동을 흡수할 수 있는 댐핑 슬라이드(7)를 부착한 본 발명의 공작기계의 경우 크게 상하로 움직이는 현상이 댐핑 슬라이드(7)에서 흡수되어 정밀도 저하나 가공 표면의 손상 없이 절삭이 가능하게 된다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 설명에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

1 : 베드
2 : X 슬라이드
3 : Z 슬라이드
4 : 칼럼
5 : Y 슬라이드
6 : W축 보링 스핀들
7 : 댐핑 슬라이드
8 : 가이드 레일
9 : 연결 부재
10 : 가이드 블록
11 : 종동이송 플레이트
12 : 댐핑재
13 : 주동이송 플레이트
14 : 제2댐핑재
15 : 제2종동이송 플레이트

Claims (5)

1. 베드(1)의 상부에서 직선 이송되는 X 슬라이드(2) 및 Z 슬라이드(3)와;
   상기 Z 슬라이드(3)의 상부에 설치되는 칼럼(4)과;
   상기 칼럼(4)의 일측에 설치되어 수직으로 상하방향으로 직선 이송되는 Y 슬라이드(5)와;
   상기 칼럼(4)의 정면에 상기 Y 슬라이드(5)와 평행하게 설치되는 가이드 레일(8)과;
   상기 가이드 레일(8)의 상부에 설치되는 댐핑 슬라이드(7)와;
   상기 댐핑 슬라이드(7)와 상기 Y 슬라이드(5)를 연결하는 연결부재(9)
   를 포함하며,
   상기 댐핑 슬라이드(7)는,
   상기 Y 슬라이드(5)와 평행하게 설치된 상기 가이드 레일(8) 상에서 상기 가이드 레일(8)을 따라 상하 수직방향으로 움직일 수 있는 가이드 블록(10)과;
   상기 가이드 블록(10)의 전방에 볼트 등으로 결합되는 종동이송 플레이트(11)와;
   상기 종동이송 플레이트(11)의 전면에 부착되는 댐핑재(12); 그리고
   상기 댐핑재(12)의 전면에 부착되는 주동이송 플레이트(13)
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 진동감쇠장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 Y 슬라이드(5)는 공구를 장착한 상태에서 회전운동을 하면서 동시에 상기 Z 슬라이드(3)와 평행하게 직선 이송도 가능한 W축 보링 스핀들(6)을 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 진동감쇠장치.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 댐핑슬라이드(7)는,
   상기 주동이송 플레이트(13)의 전면에 부착되는 제2댐핑재(14)와;
   상기 제2댐핑재(14)의 전면에 부착되는 제2종동이송 플레이트(15)
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 진동감쇠장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 댐핑재(12, 14)는 고무, 폴리머, 우레탄, 나일론 중에서 선택된 하나 또는 그 이상의 결합물로 이루어진 탄성물질인 것을 특징으로 하는 공작기계의 진동감쇠장치.
   
   

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