KR102073423B1 - 구조가 개선된 메인 스핀들 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 구조가 개선된 메인 스핀들에 관한 것이며, 구체적으로 드로우바에 의한 충격이 메인 스핀들 및 메인 스핀들 베어링에 전달되지 않도록 램 바디 일측에 구비되어 드로우바가 전방으로 이동하기 전에 구동하는 압쇼바 실린더와, 상기 압쇼바 실린더의 구동에 의해 직선운동하는 압쇼바 실린더 피스톤과, 상기 압쇼바 실린더 피스톤이 메인 스핀들에 밀착될 수 있도록 상기 메인 스핀들의 외주면에 구비된 스토퍼를 포함하는 충격완화장치를 포함하는 구조가 개선된 메인 스핀들을 제공한다.

Description

구조가 개선된 메인 스핀들{MAIN SPINDLE WITH IMPROVED STRUCTURE}
본 발명은 구조가 개선된 메인 스핀들에 관한 것이며, 구체적으로 드로우바에 의한 충격이 메인 스핀들 및 메인 스핀들 베어링에 전달되지 않도록 충격완화장치를 구비한 구조가 개선된 메인 스핀들에 관한 것이다.
공작기계는 각종 절삭 가공방법 또는 비절삭 가공방법으로 금속 또는 비금속의 소재(이하 모재)를 적당한 공구를 사용하여 형상 및 치수로 가공하던가 또는 더욱 정밀한 가공을 추가할 목적으로 사용되는 기계를 말한다.
구체적으로 이러한 공작기계는 모재를 가공하는 방식에 따라, 칩이 발생하는 방식의 절삭가공과 칩이 발생하지 않는 비절삭 방식의 성형가공으로 대별된다. 따라서, 가공 과정 중 칩이 발생하는 공작기계를 절삭공작기계라 하고, 가공 과정 중 칩이 발생하지 않는 비절삭 공작기계를 성형공작기계라고 한다.
도 1은 종래의 절삭공작기계에서 스핀들 유닛을 도시한 측단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 스핀들 유닛은 공구를 클램핑 또는 언클램핑하는 콜렛(2a)을 포함하는 메인 스핀들부(10)와, 상기 콜렛(2a)을 유압으로써 언클램핑하기 위해 언클램프 실린더(31)를 구비한 스핀들 구동부(30)를 포함한다.
또한, 공작기계는 모재 가공을 위해 장축을 가진 스핀들 유닛을 구비해야 할 필요성이 있는 경우, 상기 메인 스핀들부(10)와 스핀들 구동부(30) 사이에는 커플링부(20)가 구비되어 상기 메인 스핀들부(10)와 스핀들 구동부(30) 사이를 길게 신장시킨다.
이러한 종래의 스핀들 유닛의 클램핑 또는 언클램핑 동작을 설명하면 다음과 같다.
공구(미도시)를 클램핑한 상태에는 상기 언클램프 실린더(31) 전방에 구비된 기어 샤프트(34)와 제3 드로우바(35)가 같이 회전을 하며 상기 기어 샤프트(34)가 전방으로 회전 동력을 전달한다.
공구 언클램프 상태가 되면 상기 언클램프 실린더(31)에 구비된 언클램프 실린더 피스톤(32)이 전방으로 이동을 하게 되고, 상기 언클램프 실린더 피스톤(32)은 조인트 커플링(33)을 전방으로 밀어주게 된다.
이후, 제3 드로우바(35)로부터 전달된 공구 언클램프력을 커플링부(20)에 구비된 제2 드로우바(25)가 메인 스핀들부(10)에 구비된 제1 드로우바(15)로 전달한다.
이후, 상기 메인 스핀들부(10)의 제1 드로우바(15)로 전달된 공구 언클램프력은 스프링력으로 공구를 클램프하고 있던 디스크 스프링(4)을 축소시키며 전진하게 되고, 공구가 언클램핑된다.
그러나, 이러한 경우에 종래 스핀들의 문제점은 다음과 같다.
공구를 언클램핑하기 위해 상기 디스크 스프링(4)으로 전달된 힘이 메인 스핀들(2)로 바로 가해지므로 메인 스핀들(2) 및 상기 메인 스핀들(2)의 회전을 위해 외주면에 구비된 메인 스핀들 베어링(3)은 언클램프력 만큼의 부하(충격)를 받게 된다.
물론, 종래의 스핀들 유닛은 상기 메인 스핀들(2)이 부하를 받지 않도록 상기 언클램프 실린더(31)를 뒤로 당겨주는 구조로 되어있다.
하지만, 메인 스핀들부(10) 스핀들 구동부(30)뿐만 아니라 커플링부(20)까지 결합되어 있는 경우에는 공구의 언클램핑 동작시 부하를 받는 부분은 메인 스핀들(2)이지만, 부하를 해지해 주는 부분은 언클램프 실린더(31)가 연결되는 기어 샤프트(34)이다.
또한, 회전동력 전달은 유리하지만 축 동력 전달은 불리한 샤프트의 특성을 감안할 때, 상기 커플링부(20)의 결합에 의해 스핀들 유닛의 축방향 길이가 상대적으로 길다는 점으로 인하여 상기 언클램프 실린더(31)에서 제대로 부하를 해소하지 못하게 되어 메인 스핀들(2)이 부하를 받게 된다.
요컨대, 대형 공작기계에서는 메인 스핀들부(10)와 스핀들 구동부(30) 이외에 상기 메인 스핀들부(10)와 언클램프 실린더(31)부 사이에 구비되는 커플링부(20)가 요구되며, 이러한 경우에는 공구의 클램프/언클램프 동작 중 언클램프시에 유압의 힘으로써 드로우바(15, 25, 35)를 전방 이동시켜 상기 메인 스핀들부(10)에 구비된 디스크 스프링(4)을 압축하는 힘이 메인 스핀들(2)에 영향을 미쳐 메인 스핀들(2) 및 메인 스핀들 베어링(3)이 파손되거나 수명이 짧아지는 문제점이 발생하는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 공구의 언클램프시 메인 스핀들이 부하를 받는 것을 해결하기 위함에 있다.
또한, 메인 스핀들 베어링의 파손, 수명축소를 줄여서 내구성 향상을 구현하여 공작기계 스핀들의 신뢰성을 확보함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명은, 외관을 형성하는 램 바디와, 상기 램 바디 내부에 수용되며, 전방에 공구를 클램핑 또는 언클램핑하기 위한 콜렛을 포함하는 메인 스핀들과, 상기 메인 스핀들 후방에 구비되어 공구를 클램핑하기 위해 상기 콜렛을 후방으로 잡아당기는 디스크 스프링과, 상기 디스크 스프링 내주면에 구비되어 공구를 언클램핑하기 위해 전방으로 이동하여 상기 디스크 스프링을 압축하는 드로우바와, 상기 메인 스핀들의 회전을 위해 구비된 메인 스핀들 베어링과, 상기 드로우바가 전방으로 이동하기 전에 상기 메인 스핀들에 밀착되어 상기 메인 스핀들이 상기 드로우바의 전방 이동으로 인하여 발생하는 충격을 받지 않도록 구비된 충격완화장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조가 개선된 메인 스핀들을 제공한다.
바람직하게, 상기 충격완화장치는 상기 램 바디 일측에 구비되어 상기 드로우바가 전방으로 이동하기 전에 구동하는 압쇼바 실린더와, 상기 압쇼바 실린더의 구동에 의해 직선운동하는 압쇼바 실린더 피스톤과, 상기 압쇼바 실린더 피스톤이 상기 메인 스핀들에 밀착될 수 있도록 상기 메인 스핀들의 외주면에 구비된 스토퍼를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 압쇼바 실린더 피스톤은 상기 메인 스핀들의 축방향과 수평하게 직선운동하는 이동부와 상기 이동부에 돌출되어 형성된 돌출부를 포함하고, 상기 압쇼바 실린더는 상기 돌출부를 수용하여 상기 압쇼바 실린더 피스톤의 직선운동을 제한하기 위한 요입부가 형성된 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 스토퍼는 상기 메인 스핀들과 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.
위에서 상술한 바와 같이 본 발명은 메인 스핀들 및 메인 스핀들의 베어링에 가해지는 부하를 램 바디에서 대신 받도록 하여 메인 스핀들 및 메인 스핀들 베어링의 파손, 수명 축소를 줄여서 내구성 향상에 도움을 주어 공작기계 스핀들의 신뢰성 확보에 도움을 주며, 나아가 추가적인 A/S등의 비용도 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 공작기계 스핀들을 도시한 측단면도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 구조가 개선된 메인 스핀들이 구현된 스핀들 유닛의 측단면도.
도 3a는 공구가 클램핑된 상태의 스핀들 유닛의 구동부를 도시한 도면.
도 3b는 공구를 언클램핑 하기 위해 언클램프 실린더 피스톤이 조인트 커플링에 결합되는 것을 도시한 도면.
도 3c는 상기 도 3b 이후 드로우바를 통해 언클램프력이 전달되는 것을 도시한 도면.
도 3d는 공구의 언클램핑을 위해 드로우바가 전방 이동되기 전에 충격완화장치가 메인 스핀들에 밀착되는 것을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 메인 스핀들에 구비된 충격완화장치가 클램프 또는 언클램프시 위치한 것을 도시한 도면.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
특별한 정의가 없는 한 본 명세서의 모든 용어는 당업자가 이해하는 용어의 일반적인 의미와 동일하고, 만약 본 명세서에서 사용된 용어가 당해 용어의 일반적인 의미와 충돌하는 경우에는 본 명세서에 사용된 정의에 따른다.
다만, 이하에 기술될 발명은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것을 아니며, 명세서 전반에 걸쳐서 동일하게 사용된 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명의 주요한 특징은 공구 클램프, 언클램프시에 메인 스핀들 및 메인 스핀들 베어링에 가해지는 부하를 막아주는 충격완화장치를 구비한 구조가 개선된 메인 스핀들 구조에 있으므로 이하 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 구조가 개선된 메인 스핀들(102)이 구현된 스핀들 유닛의 측단면도이다.
도 2를 참조하면, 스핀들 유닛은 크게 메인 스핀들부(100), 커플링부(20), 스핀들 구동부(30)로 이루어진다.
구체적으로, 상기 메인 스핀들부(100)는 외관을 형성하는 램 바디(101)와, 상기 램 바디(101) 내부에 수용되며, 전방에 공구(미도시)를 클램핑 또는 언클램핑하기 위한 콜렛(102a)을 포함하는 메인 스핀들(102)과, 상기 메인 스핀들(102) 후방에 구비되어 공구를 클램핑하기 위해 상기 콜렛(102a)을 후방으로 잡아당기는 디스크 스프링(104)과, 상기 디스크 스프링(104) 내주면에 구비되어 공구를 언클램핑하기 위해 전방으로 이동하여 상기 디스크 스프링(104)을 압축하는 드로우바(105)와, 상기 메인 스핀들(102)의 회전을 위해 구비된 메인 스핀들 베어링(103)과, 상기 드로우바(105)가 전방으로 이동하기 전에 상기 메인 스핀들(102)에 밀착되어 상기 메인 스핀들(102)이 상기 드로우바(105)의 전방 이동으로 인하여 발생하는 충격을 받지 않도록 구비된 충격완화장치(110)를 포함한다.
상기 충격완화장치(110)는 상기 램 바디(101) 일측에 구비되어 상기 드로우바(105)가 전방으로 이동하기 전에 구동하는 압쇼바 실린더(111)와, 상기 압쇼바 실린더(111)의 구동에 의해 직선운동하는 압쇼바 실린더 피스톤(112)과, 상기 압쇼바 실린더 피스톤(112)이 상기 메인 스핀들(102)에 밀착될 수 있도록 상기 메인 스핀들(102)의 외주면에 구비된 스토퍼(113)를 포함한다.
또한, 상기 압쇼바 실린더 피스톤(112)은 상기 메인 스핀들(102)의 축방향과 수평하게 직선운동하는 이동부(112b)와 상기 이동부(112b)에 돌출되어 형성된 돌출부(112a)를 포함하고, 상기 압쇼바 실린더(111)는 상기 돌출부(112a)를 수용하여 상기 압쇼바 실린더 피스톤(112)의 직선운동을 제한하기 위한 요입부(111a)가 형성된다(도 4 참조).
상기 스토퍼(113)는 상기 메인 스핀들(102)과 일체로 형성되는 것이 메인 스핀들(102)로 전달되는 충격 완화를 위해 바람직하다.
한편, 상기 커플링부(20) 및 스핀들 구동부(30)는 각각 드로우바(25, 35)가 구비되어 있으며, 상기 스핀들 구동부(30)는 공구의 언클램핑을 위해 언클램프 실린더(31)와 상기 언클램프 실린더(31)에 구비된 언클램프 실린더 피스톤(32)을 포함한다. 또한, 상기 스핀들 구동부(30)는 상기 언클램핑시 상기 언클램프 실린더 피스톤(32)을 드로우바(35)와 연결하기 위한 조인트 커플링(33)을 더 포함한다.
이러한 구성요소를 포함하는 스핀들 유닛의 동작을 설명하자면 다음과 같다.
도 3a는 공구가 클램핑된 상태에 있는 스핀들 유닛의 스핀들 구동부(30)를 도시한 도면이고, 도 3b는 공구를 언클램핑 하기 위해 언클램프 실린더 피스톤(32)이 조인트 커플링(33)에 결합되는 것을 도시한 도면이며, 도 3c는 상기 도 3b 이후 드로우바(105)를 통해 언클램프력이 전달되는 것을 도시한 도면이며, 도 3d는 공구의 언클램핑을 위해 드로우바(105)가 전방 이동되기 전에 충격완화장치(110)가 메인 스핀들(102)에 밀착되는 것을 도시한 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 스핀들 구동부(30)에 대한 도면으로, 도 3a에 도시된 공구 클램프 상태에는 기어 샤프트(34)와 제3 드로우바(105)가 같이 회전을 하며 기어 샤프트(34)가 회전 동력을 전달한다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 공구 언클램프 상태가 되면 언클램프 실린더(31)에 구비된 언클램프 실린더 피스톤(32)이 도시된 화살표 방향, 즉 전방으로 이동을 하게 되고 조인트 커플링(33)을 전방으로 밀어주게 된다.
이후, 도 3c에 도시된 바와 같이, 동력을 메인 스핀들부(100)로 전달하는 커플링부(20)에서는 제3 드로우바(105)로부터 전달된 공구 언클램프력을 제2 드로우바(105)가 전달 받고 다시 메인 스핀들부(100)에 구비된 제1 드로우바(105)로 전달한다.
이후, 도 3d에 도시된 바와 같이, 메인 스핀들부(100)에 구비된 제1 드로우바(105)로 상기 제2 드로우바(105)에서 전달된 공구 언클램프력이 스프링력으로 공구를 클램프하고 있던 디스크 스프링(104)을 축소시키며 전진하게 되고 콜렛(102a)이 클램핑하고 있던 공구가 언클램프 된다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따른 충격완화장치(110)가 구비되지 아니한 경우에는, 디스크 스프링(104)으로 전달된 힘이 메인 스핀들(102)로 바로 가해지므로 메인 스핀들(102) 및 메인 스핀들 베어링(103)이 언클램프력 만큼 부하를 받게 된다.
따라서, 이러한 부하를 제거하기 위해 본 발명은 충격완화장치(110)를 포함하며, 이러한 충격완화장치(110)의 동작을 상세하게 설명하자면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 메인 스핀들(102)에 구비된 충격완화장치(110)가 클램프 또는 언클램프시 위치한 것을 도시한 도면이다.
도 4의 (a)상태에서는 클램프 상태에서 본 발명의 일실시예에 따른 충격완화장치(110)가 메인 스핀들(102)에 이격되어 있다. 즉, 공구 클램프 상태로 메인 스핀들(102)이 회전하게 될 때에는 압쇼바 실린더 피스톤(112)이 이격되어 있으므로, 충격완화장치(110)의 간섭없이 메인 스핀들(102)이 회전하게 된다.
그러나, 도 4의 (b)상태, 즉 공구 언클램프 상태에서는 램 바디(101)에 부착된 압쇼바 실린더(111)가 공구를 언클램핑하기 위하여 전방 이동하는 제1 드로우바(105)의 동작보다 먼저 동작을 하여 압쇼바 실린더 피스톤(112)이 메인 스핀들(102)에 구비된 스토퍼(113)에 밀착하게 되고, 따라서 메인 스핀들(102) 대신 압쇼바 실린더(111)를 통해 램 바디(101)가 부하를 받게 되어 메인 스핀들(102) 및 메인 스핀들 베어링(103)의 파손을 막는다.
요컨대, 기본 동작에서는 압쇼바 실린더(111)가 메인 스핀들(102)에 이격되어 스핀들 유닛이 회전하는데 아무 간섭이 없으나, 공구 언클램프시에만 압쇼바 실린더(111)가 메인 스핀들(102)에 구비된 스토퍼(113)에 밀착되어 메인 스핀들(102)이 전방으로 밀리는 것을 방지하게 된다.
이상, 상기 설명에 의해 당업자라면 본 발명의 기술적 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이며, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위 및 그와 균등한 범위에 의하여 정해져야 한다.
100: 메인 스핀들부 101: 램 바디
102: 메인 스핀들 103: 메인 스핀들 베어링
104: 디스크 스프링 105: 드로우바
110: 충격완화장치 111: 압쇼바 실린더
112: 압쇼바 실린더 피스톤 113: 스토퍼

Claims (4)

  1. 외관을 형성하는 램 바디(101);
    상기 램 바디(101) 내부에 수용되며, 전방에 공구를 클램핑 또는 언클램핑하기 위한 콜렛(102a)을 포함하는 메인 스핀들(102);
    상기 메인 스핀들(102) 후방에 구비되어 공구를 클램핑하기 위해 상기 콜렛(102a)을 후방으로 잡아당기는 디스크 스프링(104);
    상기 디스크 스프링(104) 내주면에 구비되어 공구를 언클램핑하기 위해 전방으로 이동하여 상기 디스크 스프링(104)을 압축하는 드로우바(105);
    상기 메인 스핀들(102)의 회전을 위해 구비된 메인 스핀들 베어링(103); 및
    상기 드로우바(105)가 전방으로 이동하기 전에 상기 메인 스핀들(102)에 밀착되어 상기 메인 스핀들(102)이 상기 드로우바(105)의 전방 이동으로 인하여 발생하는 충격을 받지 않도록 구비된 충격완화장치(110);를 포함하고,
    상기 충격완화장치(110)는,
    상기 램 바디(101) 일측에 구비되어 상기 드로우바(105)가 전방으로 이동하기 전에 구동하는 압쇼바 실린더(111)와, 상기 압쇼바 실린더(111)의 구동에 의해 직선운동하는 압쇼바 실린더 피스톤(112)과, 상기 압쇼바 실린더 피스톤(112)이 상기 메인 스핀들(102)에 밀착될 수 있도록 상기 메인 스핀들(102)의 외주면에 구비된 스토퍼(113)를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조가 개선된 메인 스핀들.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 압쇼바 실린더 피스톤(112)은 상기 메인 스핀들(102)의 축방향과 수평하게 직선운동하는 이동부(112b)와 상기 이동부(112b)에 돌출되어 형성된 돌출부(112a)를 포함하고,
    상기 압쇼바 실린더(111)는 상기 돌출부(112a)를 수용하여 상기 압쇼바 실린더 피스톤(112)의 직선운동을 제한하기 위한 요입부(111a)가 형성된 것을 특징으로 하는 구조가 개선된 메인 스핀들.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스토퍼(113)는 상기 메인 스핀들(102)과 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 구조가 개선된 메인 스핀들.
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