KR102023691B1

KR102023691B1 - 공작 기계용 헤드 유닛 구동시스템

Info

Publication number: KR102023691B1
Application number: KR1020180048892A
Authority: KR
Inventors: 송석홍; 박우상; 조성기
Original assignee: (주)기흥기계
Priority date: 2018-04-27
Filing date: 2018-04-27
Publication date: 2019-09-20

Abstract

본 발명은 공작 기계용 헤드 유닛 구동시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일실시 예에 따른 공작 기계용 헤드 유닛 구동시스템은 공작물을 가공하는 가공도구를 회전시키는 스핀들을 포함하는 공작 기계용 헤드 유닛을 구동시키기 위한 구동시스템으로서, 상기 헤드 유닛이 장착되는 커넥팅 브래킷이 일단에 구비되고, 수용공간이 내부에 형성되며, 타단에 플랜지가 구비된 램; 상기 플랜지를 통해 램의 타단 외부에 헤드 유닛과 일직선을 이루며 장착된 감속기; 상기 헤드 유닛과 일직선을 이루며 감속기에 축 연결된 구동부; 및 상기 수용공간에 내장되며, 구동부와 헤드 유닛을 축 연결하여 동력을 전달할 수 있도록 상기 헤드 유닛과 스플라인을 통해 축 연결된 단일 구성의 장축을 포함한다.

Description

공작 기계용 헤드 유닛 구동시스템{HEAD UNIT DRIVING SYSTEM FOR MACHINE TOOL}

본 발명은 공작 기계용 헤드 유닛 구동시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 공작물을 가공하기 위한 가공도구를 다양한 각도로 움직일 수 있는 헤드 유닛을 구동시키기 위한 공작 기계용 헤드 유닛 구동시스템에 관한 것이다.

터닝 센터(Turning Center), 머시닝 센터(Machining Center), 스위스 턴, 방전 가공기(Electrical Discharge Machine), 보링 머신(Boring Machine), CNC 선반을 포함하는 공작 기계는 공작물을 가공하기 위한 기계로서, 밀링커터(Milling Cutter)나 비트(Bit) 또는 드릴(Drill) 등의 가공도구를 이용하여 공작물을 절단하거나 절삭 또는 연삭 가공하고 있다.

따라서 이러한 공작 기계는 공작물을 다양한 공간과 각도에서 다양한 형상으로 가공하기 위한 헤드 유닛이 장착되어 운용되고 있다.

상기 공작 기계용 헤드 유닛은 가공도구가 장착되는 일종의 공구 설치대로서, 새들(Saddle)을 포함하는 어태치먼트(Attachment)를 이용하여 공작 기계에 장착되고 있으며, 이를 따라 다양한 방향으로의 움직임이 가능하다.

한편, 공작 기계용 헤드 유닛은 (특허문헌 1)에 구체적으로 개시되어 있는바, 이를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

(특허문헌 1)에 따르면, 공작 기계용 헤드 유닛은 스핀들(Spindle)이 내장된 헤드 본체를 포함하는 스위블 헤드(Swivel Head) 및 상기 스위블 헤드를 회동시킬 수 있도록 스핀들과 교차방향으로 헤드 본체와 축 연결되어 일체화되는 구동부가 내장된 하우징(Housing)을 포함하고 있다.

여기서 (특허문헌 1)에 따른 공작 기계용 헤드 유닛은 헤드 본체에 스핀들이 내장되는 한편 상기 스핀들을 구동시키기 위한 구동모터가 상기 헤드 본체에 함께 내장되어 스핀들에 축 연결되는 방식으로 실시되고 있으며, 상기 구동모터의 외부노출을 차단하기 위한 덮개가 상부에 장착되고 있다.

따라서 상기 공작 기계용 헤드 유닛은 구동모터의 구동시 스핀들이 이와 연동하면서 상기 스핀들의 하부에 장착되는 가공도구를 회전시켜 공작물을 가공하고 있다.

그러나 (특허문헌 1)에 따른 공작 기계용 헤드 유닛과 달리 램의 외부에 구동장치가 설치되어 상기 구동장치와 헤드 본체가 샤프트(Shaft)를 통해 연결되는 구성하에서는 상기 샤프트가 고속회전하는 과정에서 일종의 기계적 진동인 채터(Chatter)가 발생하는 문제점이 있다.

즉 상기 샤프트는 램의 길이방향으로 설치되는데 반해, 구동장치는 상기 램의 외부, 예컨대 상부에 설치됨으로써, 이들을 연결하기 위해서는 별도의 연결수단이 필요하다.

따라서 샤프트를 고속회전시키기 위하여 이들이 각기 구동하는 과정에서 기계적 진동인 채터를 유발할 수 있다. 그리고 상기 램의 외부에 설치되는 구동장치는 미관상 보기에도 좋지 않아 구매력이 저하되는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1789742호

본 발명의 목적은 헤드 유닛, 램 및 구동부를 일직선으로 배치하고, 장축을 이용하여 이들을 연결함으로써, 안정된 고속회전을 용이하게 실현할 수 있도록 한 공작 기계용 헤드 유닛 구동시스템을 제공하는 데 있다.

상기 과제를 해결하기 위하여,

본 발명의 일실시 예에 따른 공작 기계용 헤드 유닛 구동시스템은 공작물을 가공하는 가공도구를 회전시키는 스핀들(Spindle)을 포함하는 공작 기계용 헤드 유닛(Head Unit)을 구동시키기 위한 구동시스템으로서,

상기 헤드 유닛이 장착되는 커넥팅 브래킷(Connecting Bracket)이 일단에 구비되고, 수용공간이 내부에 형성되며, 상기 수용공간을 밀폐하는 플랜지(Flange)가 타단에 구비된 램(RAM);

상기 플랜지를 통해 램의 타단 외부에 헤드 유닛과 일직선을 이루며 장착된 감속기(Reducer);

상기 헤드 유닛과 일직선을 이루며 감속기에 축 연결된 구동부;

상기 수용공간에 내장되며, 구동부와 헤드 유닛을 축 연결하여 동력을 전달할 수 있도록 상기 헤드 유닛과 스플라인(Spline)을 통해 축 연결된 단일 구성의 장축(Long Shaft);
상기 헤드 유닛과 장축을 축 연결하며, 일단에 스플라인이 구성된 퀼 스핀들(Quill Spindle); 및
상기 퀼 스핀들이 내부에 회전 가능하게 수용되며, 커넥팅 브래킷에 설치되어 수용공간에 내장된 스핀들 어댑터(Spindle Adapter);

를 포함하며,
상기 커넥팅 브래킷은 스핀들 어댑터와 퀼 스핀들 사이에 유체를 공급할 수 있도록 유체공급라인이 형성될 수 있다.

삭제

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 공작 기계용 헤드 유닛 구동시스템에 있어서, 상기 램은 수용공간에 내장된 장축을 지지하기 위한 지지부가 돌출 형성되고, 상기 지지부와 장축 사이에 상기 장축을 회전 가능하게 지지하는 베어링하우징(Bearing Housing)이 개재되며, 상기 베어링하우징과 장축 사이에 상기 장축을 회전 가능하게 지지하는 베어링을 내부에 수용하는 카트리지(Cartridge)가 개재될 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 공작 기계용 헤드 유닛 구동시스템에 있어서, 상기 램은 새들을 포함하는 어태치먼트를 통해 공작 기계에 장착되어 상기 새들을 따라 상하방향으로 이송될 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 공작 기계용 헤드 유닛 구동시스템에 있어서, 상기 헤드 유닛은 유니버설 헤드 유닛(Universal Head Unit), 오소고널 헤드 유닛(Orthogonal Head Unit) 또는 익스텐드 헤드 유닛(Extend Head Unit) 중 어느 하나일 수 있다.

삭제

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 공작 기계용 헤드 유닛 구동시스템에 있어서, 상기 헤드 유닛은 퀼 스핀들과 축 연결된 상부 헤드; 및

상기 퀼 스핀들과 교차방향으로 축 연결되어 연동하는 스핀들이 내장되며, 상부 헤드의 하부에 회동 가능하게 설치된 하부 헤드;

를 포함할 수 있다.

삭제

이러한 해결 수단은 첨부된 도면에 의거한 다음의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용으로부터 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명의 일실시 예에 따르면, 장축을 이용하여 램의 양단에 장착된 헤드 유닛, 감속기 및 구동부가 일직선으로 연결됨으로써, 안정된 고속회전의 실현이 가능하고, 이로 인해 기계적 진동인 채터의 발생이 현저하게 줄어듦과 동시에 채터가 헤드 유닛에 전달되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시 예에 따르면, 지지부와 베어링하우징을 이용하여 장축을 효과적으로 받쳐 지지함으로써, 장축에서 발생하는 진동을 흡수하는 한편 중력에 의한 처짐 또는 장기간 사용에 따른 상기 장축의 휘어짐 등의 이상현상 또한 용이하게 방지할 수 있고, 이에 따른 수명연장효과가 있다.

도 1 내지 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 공작 기계용 헤드 유닛 구동시스템을 결합하여 나타내 보인 단면도.
도 3 내지 5는 도 2의 'A', 'B' 및 'C'를 확대하여 나타내 보인 단면도.

본 발명의 특이한 관점, 특정한 기술적 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 구체적인 내용과 일실시 예로부터 더욱 명백해 질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 일실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1 , 제2 , A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

이하, 본 발명의 일실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 5에서 보듯이, 본 발명의 일실시 예에 따른 공작 기계용 헤드 유닛 구동시스템(10)은 공작물을 가공하는 가공도구, 예컨대 밀링커터(Milling Cutter)나 비트(Bit) 또는 드릴(Drill)을 회전시키는 스핀들(21)을 포함하는 공작 기계용 헤드 유닛(이하, 헤드 유닛)이 도면상 좌측 말단에 회전 가능하게 장착된 램(30)의 우측 말단에 헤드 유닛(20)과 일직선을 이루며 장착된 감속기(11), 상기 감속기(11)에 헤드 유닛(20)과 일직선을 이루며 장착된 구동부(12) 및 램(30)의 내부에 내장되며, 상기 구동부(12)와 헤드 유닛(20)을 축 연결하여 동력을 전달하는 장축(40)을 포함한다.

여기서 헤드 유닛은 예컨대, 유니버설 헤드 유닛(Universal Head Unit), 오소고널 헤드 유닛(Orthogonal Head Unit) 또는 익스텐드 헤드 유닛(Extend Head Unit)을 포함할 수 있으며, 도면상 램(30)의 좌측 선단에 장착되어 운용된다.

다만, 이는 헤드 유닛(20)의 하나의 예로서, 본 발명의 일실시 예에 따른 공작 기계용 헤드 유닛 구동시스템(10)이 구동시키는 헤드 유닛(20)을 반드시 이로 한정하는 것은 아니다.

또한, 상기 감속기(11)와 구동부(12)는 장축(40)을 고속회전, 즉 예컨대 1500∼2500RPM 사이로 용이하게 유지할 수 있는 감속기어박스와 서보 모터(Servo-motor)를 채택함으로써, 용이하게 실시 가능하다.

이러한 감속기(11)와 구동부(12)를 포함하는 공작 기계용 헤드 유닛 구동시스템(10)은 예컨대, 새들(Saddle)을 포함하는 어태치먼트(Attachment)를 통해 공작 기계에 장착되어 상기 새들을 따라 상하방향으로 이송되는 한편 헤드 유닛(20)을 상기 공작 기계의 전후로 이송하면서 운용하게 된다.

한편, 본 발명의 일실시 예에 따른 램(30)은 내부에 수용공간(31)이 형성되고, 상기 수용공간(31)을 밀폐하는 커넥팅 브래킷(32)이 도면상 좌측 말단에 구비되며, 우측 말단에 플랜지(33)가 구비된다. 그리고 장축(40)은 램(30)의 수용공간(31)에 내장된 상태에서 양단이 각각 헤드 유닛(20)과 구동부(12)에 연결되어 상기 구동부(12)의 동력을 헤드 유닛(20)에 전달하여 연동시킴으로써, 상기 헤드 유닛(20)의 스핀들(21)을 용이하게 회전시킬 수 있게 된다.

여기서 상기 장축(40)은 램(30)의 길이에 따라 헤드 유닛(20)과 구동부(12)를 일직선으로 용이하게 연결할 수 있도록 단일로 구성되거나 복수로 구성되어 제공될 수 있다.

단일로 구성되는 장축(40)은 예컨대, 스플라인(23)을 통해 헤드 유닛(20)과 축 연결됨으로써, 상기 헤드 유닛(20)과 구동부(12)를 축 연결하여 동력을 전달하게 된다.

복수로 구성되는 장축(40)은 예컨대, 서로 길이가 동일 또는 서로 다른 제1,2,3 장축(41)(42)(43)으로 구성되어 상기 제1 장축(41)을 헤드 유닛(20)과 연결하고, 상기 제1 장축(41)에 제2 장축(42)을 일직선으로 연결하며, 상기 제2 장축(42)에 제3 장축(43)을 일직선으로 연결하고, 상기 제3 장축(43)을 구동부(12)와 연결하는 방식으로 용이하게 실시할 수 있다.

여기서 이러한 각각의 제1,2,3 장축(41)(42)(43)은 커플링(44)이나 유니버설 조인트(Universal Joint)를 포함하는 통상의 연결수단을 통해 서로 연결하는 방식으로 실시 가능하다.

따라서 본 발명의 일실시 예에 따르면, 장축(40)을 이용하여 램(30)의 양단에 각기 장착된 헤드 유닛(20), 감속기(11) 및 구동부(12)가 일직선으로 연결됨으로써, 안정된 고속회전이 가능할 뿐만 아니라 이로 인해 기계적 진동인 채터(Chatter)의 발생이 현저하게 줄어들게 된다.

한편, 본 발명의 일실시 예에 따른 램(30)은 수용공간(31)에 내장된 장축(40)을 지지함과 동시에 상기 장축(40)에 발생하는 진동을 흡수하기 위한 지지부(34)가 상기 장축(40)을 향해 돌출 형성되어 제공될 수 있다. 그리고 상기 지지부(34)와 장축(40) 사이에 상기 장축(40)을 회전 가능하게 지지하는 베어링하우징(35)을 개재하여 제공될 수 있다.

즉 상기 지지부(34)는 램(30)의 내벽에 적어도 하나 이상으로 형성되어 장축(40)을 각기 받쳐 지지하면서, 상기 장축(40)에서 발생하는 진동을 흡수하게 되며, 이러한 지지부(34)와 장축(40) 사이에 오일 등을 함유하고 있는 베어링하우징(35)을 개재함으로써, 중력에 의한 처짐 또는 장기간 사용으로 발생할 수 있는 장축(40)의 휘어짐 등의 이상현상 또한 용이하게 방지할 수 있게 된다.

나아가 상기 베어링하우징(35)과 장축(40) 사이에 상기 장축(40)을 회전 가능하게 지지하는 베어링(36)을 개재하고, 상기 베어링(36)을 수용하는 카트리지(37)를 개재함으로써, 장축(40)의 용이한 고속회전이 가능하게 된다.

여기서 상기 장축(40)과 일직선으로 연결되어 연동하는 헤드 유닛(20)은 예컨대, 장축(40)에 스플라인(23)을 통해 연결되어 연동하는 퀼 스핀들(22)을 통해 상기 장축(40)과 축 연결될 수 있다.

이를 위하여 상기 퀼 스핀들(22)은 일단에 스플라인(23)이 일체형으로 구성되어 제공된다. 그리고 헤드 유닛(20)은 퀼 스핀들(22)과 축 연결되는 상부 헤드(24) 및 상기 퀼 스핀들(22)과 교차방향으로 축 연결되어 연동하는 스핀들(21)이 내장되며, 상부 헤드(24)의 하부에 회동 가능하게 설치된 하부 헤드(25)를 포함한다.

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 공작 기계용 헤드 유닛 구동시스템(10)은 퀼 스핀들(22)을 내부에 회전 가능하게 수용할 수 있도록 커넥팅 브래킷(32)에 설치되어 수용공간(31)에 내장되는 스핀들 어댑터(32a)를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 스핀들 어댑터(32a)와 퀼 스핀들(22) 사이에 유체를 공급할 수 있도록 커넥팅 브래킷(32)에 유체공급라인(32b)이 형성될 수 있다.

따라서 본 발명의 일실시 예에 따르면, 퀼 스핀들(22)이 장축(40)의 동력 전달에 의해 구동부(12)와 연동하여 고속회전하면, 이와 축 연결된 스핀들(21)이 연동하여 회전하게 됨으로써, 결과적으로 상기 스핀들(21)에 설치된 밀링커터나 비트 또는 드릴을 포함하는 가공도구의 회전이 이루어지면서 공작물을 용이하게 가공할 수 있게 된다.

이상 본 발명을 일실시 예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 공작 기계용 헤드 유닛 구동시스템은 이에 한정되지 않는다. 그리고 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다", 또는 "가지다", 등의 용어는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 해당 구성요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 하며, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.

또한, 이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형 가능하다. 따라서, 본 발명에 개시된 일실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 일실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 - 구동시스템 11 - 감속기
12 - 구동부 20 - 헤드 유닛
21 - 스핀들 22 - 퀼 스핀들
23 - 스플라인 24 - 상부 헤드
25 - 하부 헤드 30 - 램
31 - 수용공간 32 - 커넥팅 브래킷
32a - 스핀들 어댑터 32b - 유체공급라인
33 - 플랜지 34 - 지지부
35 - 베어링하우징 36 - 베어링
37 - 카트리지 40 - 장축
41 - 제1 장축 42 - 제2 장축
43 - 제3 장축 44 - 커플링

Claims

공작물을 가공하는 가공도구를 회전시키는 스핀들을 포함하는 공작 기계용 헤드 유닛을 구동시키기 위한 구동시스템으로서,
상기 헤드 유닛이 장착되는 커넥팅 브래킷이 일단에 구비되고, 수용공간이 내부에 형성되며, 상기 수용공간을 밀폐하는 플랜지가 타단에 구비된 램;
상기 플랜지를 통해 램의 타단 외부에 헤드 유닛과 일직선을 이루며 장착된 감속기;
상기 헤드 유닛과 일직선을 이루며 감속기에 축 연결된 구동부;
상기 수용공간에 내장되며, 구동부와 헤드 유닛을 축 연결하여 동력을 전달할 수 있도록 상기 헤드 유닛과 스플라인을 통해 축 연결된 단일 구성의 장축;
상기 헤드 유닛과 장축을 축 연결하며, 일단에 스플라인이 구성된 퀼 스핀들; 및
상기 퀼 스핀들이 내부에 회전 가능하게 수용되며, 커넥팅 브래킷에 설치되어 수용공간에 내장된 스핀들 어댑터;
를 포함하며,
상기 커넥팅 브래킷은 스핀들 어댑터와 퀼 스핀들 사이에 유체를 공급할 수 있도록 유체공급라인이 형성된 것을 특징으로 하는 공작 기계용 헤드 유닛 구동시스템.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 램은 수용공간에 내장된 장축을 지지하기 위한 지지부가 돌출 형성되고, 상기 지지부와 장축 사이에 상기 장축을 회전 가능하게 지지하는 베어링하우징이 개재되며, 상기 베어링하우징과 장축 사이에 상기 장축을 회전 가능하게 지지하는 베어링을 내부에 수용하는 카트리지가 개재된 것을 특징으로 하는 공작 기계용 헤드 유닛 구동시스템.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 헤드 유닛은 퀼 스핀들과 축 연결된 상부 헤드; 및
상기 퀼 스핀들과 교차방향으로 축 연결되어 연동하는 스핀들이 내장되며, 상부 헤드의 하부에 회동 가능하게 설치된 하부 헤드;
를 포함하는 공작 기계용 헤드 유닛 구동시스템.
삭제
삭제