KR102186473B1 - Ultrasonic Spindle Unit - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 초음파 스핀들장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 샤프트의 회전 및 진동 구동에 의한 마찰 및 마찰열을 최소화할 수 있는 초음파 스핀들장치에 관한 것이다.The present invention relates to an ultrasonic spindle device, and more particularly, to an ultrasonic spindle device capable of minimizing friction and friction heat due to rotation and vibration driving of a shaft.
초음파 스핀들장치의 하우징에 수용된 샤프트는 초음파발진기로부터 에너지를 인가받아 진동하며, 회전구동모터에 의해 회전되며 장착된 공구에 의해 피작업물을 가공한다. 이러한 진동과 회전에 의해 샤프트는 하우징에 마찰된다.The shaft housed in the housing of the ultrasonic spindle device vibrates by receiving energy from the ultrasonic oscillator, and is rotated by a rotary drive motor, and the workpiece is processed by the installed tool. The shaft is rubbed against the housing by this vibration and rotation.
그런데 샤프트는 진동되면서 샤프트와 하우징은 마찰이 되며 마찰열이 심하게 발생한다. 이를 개선하기 위하여 볼베어링 또는 에어베어링을 샤프트와 하우징 사이에 배치하여 축선 가로방향의 샤프트와 하우징의 마찰을 감소시켰다. 그러나 여전히 샤프트가 하우징에 대한 축선방향으로의 기계적 마찰로 인해 진동이 심하고, 샤프트를 고속으로 회전시킬 수 없다는 단점이 있다. 또한, 샤프트 회전 시 발생되는 마찰열은 하우징 및 공구에 전도되어 재질변경 및 팽창으로 인한 축선으로부터의 이탈 등이 발생하여 수명을 단축시키고 피작업물의 가공 정밀도를 저해하는 문제가 있다.However, as the shaft vibrates, the shaft and the housing become friction, and frictional heat is generated severely. In order to improve this, a ball bearing or an air bearing is disposed between the shaft and the housing to reduce friction between the shaft and the housing in the transverse axis direction. However, the shaft is still vibrated due to mechanical friction in the axial direction with respect to the housing, and there is a disadvantage that the shaft cannot be rotated at high speed. In addition, frictional heat generated when the shaft is rotated is conducted to the housing and the tool, causing deviation from the axis due to material change and expansion, shortening the lifespan and impairing the processing precision of the workpiece.
따라서, 본 발명의 목적은 샤프트 회전 및 진동 시 축선방향으로의 마찰을 최소화하며 마찰열을 최소화할 수 있는 초음파 스핀들장치를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an ultrasonic spindle device capable of minimizing friction in the axial direction and minimizing frictional heat during shaft rotation and vibration.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 초음파 스핀들 장치는, 긴 막대형상으로 양단에 피작업물을 가공하기 위한 공구가 연결되는 공구연결단과 상기 공구를 회전구동하기 위한 회전구동모터가 결합되는 회전구동연결단이 형성되며, 상기 공구연결단에서 외경이 확장되어 연장된 툴확경부, 상기 툴확경부에서 단차지게 외경이 축소되어 연장된 축경부 및 상기 축경부에서 외경이 확장 연장되어 상기 회전구동연결단에 연결되는 진동확경부를 갖는 샤프트; 원주방향을 따라 내향돌출되어 상기 축경부에 수용 배치되는 내향플랜지를 갖고 상기 샤프트를 수용하는 샤프트수용부를 갖는 하우징; 상기 샤프트와 상기 샤프트수용부 사이에 배치되어 상기 샤프트의 축선방향 부하를 지지하는 복수의 드러스트 에어베어링; 상기 샤프트와 상기 샤프트수용부 사이에 배치되어 상기 샤프트의 축선 가로방향 부하를 지지하는 복수의 레이디얼 에어베어링; 상기 샤프트가 진동되도록 발진 구동하는 초음파발진부; 및 상기 복수의 드러스트 에어베어링과 상기 복수의 레이디얼 에어베어링으로 유체를 공급하는 유체공급부를 포함한다. 회전구동모터와 초음파발진부에 의해 회전 및 진동되면서 드러스트 에어베어링과 레이디얼 에어베어링에 의해 샤프트의 축선방향과 가로방향으로 지지되고 기상매체 공급부에서 베어링 기상매체를 공급하여 샤프트와 하우징 사이에 발생하는 마찰열을 냉각시킬 수 있다.The ultrasonic spindle device for achieving the object of the present invention is a rotation drive connection in which a tool connection end to which a tool for processing a workpiece is connected to both ends in a long rod shape and a rotation drive motor for rotationally driving the tool are combined. An end is formed, and the outer diameter is extended from the tool connection end to extend the tool diameter portion, the shaft diameter portion that is extended by reducing the outer diameter stepwise from the tool diameter portion, and the outer diameter is extended and extended from the shaft diameter portion to be connected to the rotation drive connection end. A shaft having a vibration diffusing portion; A housing having an inward flange protruding inwardly along the circumferential direction and receiving and disposed in the shaft diameter portion and having a shaft receiving portion accommodating the shaft; A plurality of thrust air bearings disposed between the shaft and the shaft receiving portion to support an axial load of the shaft; A plurality of radial air bearings disposed between the shaft and the shaft receiving portion to support a load in the transverse axis direction of the shaft; An ultrasonic oscillation unit for oscillating and driving the shaft to vibrate; And a fluid supply unit supplying fluid to the plurality of thrust air bearings and the plurality of radial air bearings. As it rotates and vibrates by the rotary drive motor and the ultrasonic generator, it is supported in the axial direction and transverse direction of the shaft by the thrust air bearing and the radial air bearing. It can cool the frictional heat.
여기서, 상기 하우징은, 상기 샤프트수용부로 베어링 기상매체를 유입시키기 위한 유입공과 상기 샤프트수용부로 유입된 베어링 기상매체를 배출시키기 위한 배출공이 형성되며, 상기 기상매체 공급부는, 에어컴프레서; 오일미스트를 발생시키는 오일미스트발생기; 및 상기 에어컴프레서와 상기 오일미스트발생기의 에어와 오일미스트가 혼합된 베어링 기상매체를 상기 유입공과 상기 배출공으로 유입 및 배출시키는 기상매체배관을 더 포함하면 샤프트와 하우징 사이에 에어와 오일미스트가 혼합된 베어링 기상매체를 공급함으로써 냉각효율을 향상시킬 수 있어 바람직하다.Here, the housing includes an inlet hole for introducing the bearing gaseous medium into the shaft receiving part and a discharge hole for discharging the bearing gaseous medium introduced into the shaft receiving part, and the gaseous medium supplying part includes an air compressor; An oil mist generator that generates oil mist; And a gaseous medium pipe for introducing and discharging the bearing gaseous medium in which air and oil mist of the air compressor and the oil mist generator are mixed into the inlet hole and the discharge hole, wherein air and oil mist are mixed between the shaft and the housing. It is preferable because the cooling efficiency can be improved by supplying the bearing gaseous medium.
그리고 오일미스트를 생성하기 위한 오일은, 탄화수소, 유기에스테르, 폴리글리콜, 인산에스테르 중 적어도 하나를 포함하여 이루어지는 절삭유, 윤활유 및 식물성 오일 중 적어도 하나를 포함하여 이루어지면 샤프트와 하우징 사이에 발생한 마찰열의 제거속도가 향상될 수 있어 바람직하다.In addition, when the oil for generating the oil mist contains at least one of cutting oil, lubricating oil, and vegetable oil comprising at least one of hydrocarbon, organic ester, polyglycol, and phosphate ester, frictional heat generated between the shaft and the housing is removed. It is desirable because the speed can be improved.
여기서, 상기 배출공 하류의 상기 기상매체배관 상에 배치되어 배출되는 상기 베어링 기상매체의 온도를 감지하는 기상매체온도센서; 상기 베어링 기상매체의 정상온도범위를 저장하며, 상기 기상매체온도센서로부터 감지된 상기 베어링 기상매체의 온도가 상기 정상온도범위를 초과하면 상기 베어링 기상매체의 유속, 에어와 오일미스트의 혼합비율, 오일미스트의 크기 중 적어도 하나가 조절되도록 상기 에어컴프레서와 상기 오일미스트발생기 중 적어도 하나를 제어하는 제어부를 더 포함하면 샤프트와 하우징 사이에서 발생한 마찰열로 인한 온도를 확인하여 빨리 냉각시킬 수 있도록 제어할 수 있어 바람직하다.Here, a gaseous medium temperature sensor disposed on the gaseous medium pipe downstream of the discharge hole to sense a temperature of the bearing gaseous medium discharged; It stores the normal temperature range of the bearing gaseous medium, and when the temperature of the bearing gaseous medium detected by the gaseous medium temperature sensor exceeds the normal temperature range, the flow rate of the bearing gaseous medium, the mixing ratio of air and oil mist, and oil If a control unit for controlling at least one of the air compressor and the oil mist generator is further included so that at least one of the sizes of the mist is adjusted, the temperature due to frictional heat generated between the shaft and the housing can be checked and controlled to be cooled quickly. desirable.
그리고 상기 샤프트수용부의 내표면과 상기 샤프트의 외표면 중 적어도 하나의 표면에는 텅스텐을 포함하는 초경합금재질로 코팅되면 샤프트와 하우징의 내구성을 향상시킬 수 있어 바람직하다. In addition, when at least one of the inner surface of the shaft receiving portion and the outer surface of the shaft is coated with a cemented carbide material containing tungsten, durability of the shaft and the housing can be improved.
여기서, 상기 진동확경부는, 상기 초음파발진부로부터 초음파에너지를 공급받아 상기 샤프트를 진동시키는 진동자; 및 상기 진동자에서 발생하는 진동세기를 조절할 수 있는 부스터혼을 더 포함하고, 상기 샤프트수용부는, 상기 진동자와 상기 부스터혼을 수용하는 진동수용부; 및 상기 툴확경부를 수용하는 툴수용부를 더 포함하면 샤프트를 진동시키며 진동세기를 조절할 수 있어 바람직하다.Here, the vibration diffusing unit includes: a vibrator receiving ultrasonic energy from the ultrasonic oscillator and vibrating the shaft; And a booster horn capable of adjusting an intensity of vibration generated from the vibrator, wherein the shaft receiving unit comprises: a vibration receiving unit accommodating the vibrator and the booster horn; And it is preferable to further include a tool receiving portion accommodating the tool diffusing portion to vibrate the shaft and adjust the vibration intensity.
본 발명에 따르면 회전구동모터와 초음파발진부에 의해 회전 및 진동되면서 드러스트 에어베어링과 레이디얼 에어베어링에 의해 샤프트의 축선방향과 가로방향으로 지지되고 기상매체 공급부에서 베어링 기상매체를 공급하여 샤프트와 하우징 사이에 발생하는 마찰열을 냉각시킬 수 있어 피작업물의 가공 정밀도 및 작업효율 향상시킬 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, the shaft and the housing are supported in the axial and transverse directions of the shaft by the thrust air bearing and the radial air bearing while being rotated and vibrated by the rotary drive motor and the ultrasonic oscillator. Since it is possible to cool the frictional heat generated between the workpieces, there is an effect of improving the processing precision and work efficiency of the workpiece.
도 1은 본 발명에 따른 초음파 스핀들장치의 개략도.
도 2는 에어베어링의 상세도.
도 3은 제어블록도.1 is a schematic view of an ultrasonic spindle device according to the present invention.
2 is a detailed view of an air bearing.
3 is a control block diagram.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 초음파 스핀들장치(1)을 상세히 설명한다.Hereinafter, an
도 1은 본 발명에 따른 초음파 스핀들장치(1)의 개략도이고, 도 2는 에어베어링의 상세도이며, 도 3은 제어블록도이다. 초음파 스핀들장치(1)는 샤프트(10), 하우징(20), 드러스트 에어베어링(30), 레이디얼 에어베어링(40), 초음파발진부(50), 기상매체 공급부(60), 회전구동모터(70), 기상매체온도센서(80), 냉각기상매체온도센서(82) 및 제어부(90)를 포함한다.1 is a schematic diagram of an
샤프트(10)는 긴 막대형상으로 일단의 공구연결단(111)과 타단의 회전구동연결단(13)을 가지고 종축선에 대해 회전 가능한 긴 원기둥체 형상을 가진다. 샤프트(10)는 툴혼(11), 진동확경부(12) 및 회전구동연결단(13)를 갖는다. The
툴혼(11)은 공구연결단(111)으로부터 반경방향으로 확장되어 축경부(114)의 일단에 연결된다. 툴혼(11)은 공구연결단(111), 툴확경부(112), 툴단차(113) 및 축경부(114)를 갖는다. 공구연결단(111)은 피작업물을 가공하기 위한 공구(2)가 연결된다. 공구연결단(111)은 공구(2)가 장착되기 위한 공구연결부(111-1)가 형성된다. 공구연결부(111-1)는 홈형상으로 공구(2)가 삽입되어 고정될 수 있도록 형성된다. The
툴확경부(112)는 공구연결단(111)에서 외경이 확장되며, 확장된 상태에서 축방향으로 연장 형성된다. 툴확경부(112)는 공구연결단(111)으로부터 단차지게 계단상으로 형성된다. The
툴단차(113)는 공구연결단(111)에서 확장된 상태에서 축방향으로 연장 형성되다가 외경이 축소되며 단차지게 계단상으로 형성되는 부분이다. 툴단차(113)는 후술할 레이디얼 에어베어링(40)이 배치되어 축방향으로 지지한다. 툴단차(113)는 툴확경부(112)에 적어도 하나 이상 형성될 수 있다. The
축경부(114)는 길이방향의 일 위치에서 원기둥표면으로부터 반경방향으로 절취되어 축선방향으로의 드러스트지지면인 툴단차(113)을 형성한다. 축경부(114)는 툴확경부(112)에서 단차지게 외경이 축소되어 연장 형성된다. The
진동확경부(12)는 축경부(114)에서 외경이 확장 연장되어 후술할 회전구동연결단(13)에 연결된다. 진동확경부(12)는 회전구동연결단(13)으로부터 반경방향으로 확장되어 축경부(114)의 타단에 연결된다. 진동확경부(12)는 부스트혼(121)과 진동자(122)를 갖는다. 부스트혼(121)은 축경부(114)보다 큰 직경을 갖고 단차지게 축경부(114)와 연결된다. 부스트혼(121)은 진동자(122)에서 발생하는 진동세기를 조절할 수 있다. 부스트혼(121)은 부스트단차(121-1)를 갖고 진동자(122)와 연결된다. 진동자(122)는 부스트혼(121)보다 큰 직경을 갖고 부스트혼(121)에 연결되며 후술할 초음파발진부(50)로부터 진동에너지를 인가받아 샤프트(10)를 진동시킨다.The
회전구동연결단(13)은 진동자(122)보다 작은 직경을 갖고 연결되며 후술할 회전구동모터(70)가 결합되어 샤프트(10)를 회전시키게 된다.The rotation
하우징(20)은 샤프트(10)의 적어도 일부를 수용하며 지지한다. 하우징(20)은 샤프트수용부(21), 유입공(22) 및 배출공(23)을 갖는다. 샤프트수용부(21)는 샤프트(10)를 수용한다. 샤프트수용부(21)는 툴수용부(211), 툴수용단차(212), 진동수용부(213), 내향플랜지(214), 공구연결공(215) 및 회전구동연결공(216)을 갖는다. 툴수용부(211)는 툴확경부(112)를 샤프트(10)의 축방향과 가로방향을 수용하도록 형성된다. 툴수용부(211)는 툴혼(11)을 반경방향 및 축선방향의 영역에 수용하며 축선방향으로의 드러스트지지면인 후술할 툴수용단차(212)를 형성한다. 툴수용부(211)는 툴확경부(112)의 외형에 대응하는 형상을 갖고 형성된다. 툴수용부(211)는 공구연결단(111)에서 외경이 확장되는 축 가로방향 부분으로 함몰되다가 축 방향으로 연장된 형상으로 이루어진다. The
툴수용단차(212)는 축 방향으로 연장되다가 내향돌출되어 계단상으로 형성된다. 후술할 레이디얼 에어베어링(40)이 배치되어 축방향으로 고정되도록 할 수 있다.The
진동수용부(213)는 진동확경부(12)를 샤프트(10)의 축방향과 가로방향을 수용하도록 형성된다. 진동수용부(213)는 진동확경부(12)를 반경방향 및 축선방향의 영역에 수용하며 축선방향으로의 드러스트지지면을 형성한다. 진동수용부(213)는 진동확경부(12)의 외형에 대응하는 형상을 갖고 형성된다. 진동수용부(213)는 축경부(114)에서 외경이 확장되는 축 가로방향 부분으로 함몰되다가 축 방향으로 연장된 형상으로 이루어진다. The vibration receiving
내향플랜지(214)는 샤프트수용부(21)의 내벽면으로부터 고리상으로 돌출하여 축경부(114)의 영역에 수용된다. 내향플랜지(214)는 툴수용부(211)와 진동수용부(213)으로부터 축경부(114)에 수용 배치되도록 원주방향을 따라 내향돌출되어 형성된다. 샤프트(10)의 내향플랜지(214)가 축경부(114)에 수용 삽입되어 축방향으로의 이동을 제한하게 된다. The
공구연결공(215)은 공구연결단(111)이 삽입 수용되도록 형성된다. The
회전구동연결공(216)은 회전구동연결단(13)이 삽입 수용되도록 형성된다.The rotation
샤프트수용부(21)의 내표면과 샤프트(10)의 외표면 중 적어도 하나의 표면에는 텅스텐을 포함하는 초경합금재질로 코팅될 수 있다. 이에 의해 샤프트(10)의 회전 및 진동으로 인한 마찰이 일어나는 경우에도 샤프트(10)와 하우징(20)의 내구성을 향상시킬 수 있다.At least one of the inner surface of the
드러스트 에어베어링(30)은 샤프트(10)와 샤프트수용부(21) 사이 즉, 내향믈랜지(214)와 드러스트 지지면인 툴단차(113) 사이에 배치되어 샤프트(10)의 축선방향 부하를 지지하도록 한다. 드러스트 에어베어링(30)은 툴수용부(211)의 축 가로방향의 측면과 툴확경부(112)의 전방의 축 가로방향의 측면과 후방의 축 가로방향의 측면에 배치될 수 있다. 이에 의해 툴확경부(112)가 툴수용부(211)의 내측면과 마찰되지 않으면서 축방향으로 움직이는 것을 지지한다. 드러스트 에어베어링(30)은 진동수용부(213)의 축 가로방향의 측면과 부스트혼(121) 전방의 축 가로방향의 측면과 진동자(122) 후방의 축 가로방향의 측면에 배치될 수 있다. 이에 의해 진동확경부(12)가 진동수용부(213)의 내측면과 마찰 없이 축방향으로 움직이는 것을 지지한다. 드러스트 에어베어링(30)은 베어링 기상매체의 드러스트 유입공(31)과, 툴확경부(112), 부스트혼(121) 및 진동자(122)를 향해 배치된 드러스트 토출공(32)과, 드러스트 유입공(31)과 드러스트 토출공(32)을 연결하는 드러스트 유입관로(33)와, 베어링 기상매체가 배출되기 위한 드러스트 배출유입공(34)과, 베어링 기상매체를 드러스트 에어베어링(30)의 외부로 배출하기 위한 드러스트 배출공(35)과, 드러스트 배출유입공(34)과 드러스트 배출공(35)을 연결하는 드러스트 배출관로(36)가 형성될 수 있다. 드러스트 토출공(32)은 노즐과 같이 작은 구경을 갖고 형성되어 베어링 기상매체를 툴확경부(112)를 향해 하이스피드로 강력하게 토출되게 할 수도 있다.The
레이디얼 에어베어링(40)은 샤프트(10)와 샤프트수용부(21) 사이 즉, 원기둥표면과 샤프트수용부(21) 사이에 배치되어 샤프트(10)의 반경방향 부하를 지지한다. 레이디얼 에어베어링(40)은 툴수용부(211)의 축방향의 측면과 툴확경부(112)의 축방향의 측면에 배치될 수 있다. 레이디얼 에어베어링(40) 중 하나는 툴단차(133)에 의해 축방향에 대하여 지지되어 배치되고, 다른 하나는 툴수용단차(212)에 의해 축방향에 대하여 지지되어 배치될 수도 있다. 이에 의해 툴확경부(112)가 툴수용부(211)의 내측면과 마찰되지 않으면서 축 가로방향으로 움직이는 것을 지지한다. 레이디얼 에어베어링(40)은 진동수용부(213)의 축방향의 측면과 부스트혼(121)의 축방향의 측면과 진동자(122)의 축방향의 측면에 배치될 수 있다. 이에 의해 진동확경부(12)가 진동수용부(213)의 내측면과 마찰 없이 축방향으로 움직이는 것을 지지한다. 레이디얼 에어베어링(40)은 베어링 기상매체의 레이디얼 유입공(41)과, 툴확경부(112), 부스트혼(121) 및 진동자(122)를 향해 배치된 레이디얼 토출공(42)과, 레이디얼 유입공(41)과 레이디얼 토출공(42)을 연결하는 레이디얼 유입관로(43)와, 베어링 기상매체가 배출되기 위한 레이디얼 배출유입공(44)과, 베어링 기상매체를 드러스트 에어베어링(30)의 외부로 배출하기 위한 레이디얼 배출공(45)과, 레이디얼 배출유입공(44)과 레이디얼 배출공(45)을 연결하는 레이디얼 배출관로(46)가 형성될 수 있다. 레이디얼 토출공(42)은 노즐과 같이 작은 구경을 갖고 형성되어 베어링 기상매체를 툴확경부(112)를 향해 하이스피드로 강력하게 토출되게 할 수도 있다.The
초음파발진부(50)는 샤프트(10)가 진동되도록 발진 구동한다. 초음파발진부(50)는 브러쉬(51)를 갖는다. 진동자(122)는 쌍을 이루는 압전소자(미도시)와 압전소자 사이에 삽입되는 전극판(미도시)으로 이루어지고, 전극판에는 브러쉬(51)가 부착된다. 또한, 브러쉬(51)에는 초음파발진부(50)가 급전선을 통해 접속되어 초음파발진부(50)로부터 고주파 전기 진동이 발생되면 전극판을 통해 압전소자를 구동시킨다.The
기상매체 공급부(60)는 복수의 드러스트 에어베어링(30)과 복수의 레이디얼 에어베어링(40)으로 베어링 기상매체를 공급한다. 기상매체 공급부(60)는 에어컴프레셔(61), 오일미스트발생기(62) 및 기상매체배관(63)을 갖는다. 에어컴프레셔(61)는 외부의 공기를 흡입하여 압축하는 압축모터(611)를 갖고, 에어를 복수의 드러스트 에어베어링(30)과 복수의 레이디얼 에어베어링(40)으로 공급한다. The vapor phase
오일미스트발생기(62)는 오일을 미세하게 쪼개서 미세오일입자인 오일미스트를 발생시킨다. 오일미스트발생기(62)는 미세입자의 오일미스트를 발생시킬 수도 있고, 오일을 증발 및 분해시켜 유증기를 만들 수도 있다. 오일미스트발생기(62)는 오일을 가압이송하는 가압펌프(621)와, 가압펌프(621)에 의해 가압이송된 오일을 분무할 수 있는 분무노즐(미도시)과, 오일을 저장하는 오일탱크(622)를 갖는다. 여기서 분무노즐은 오일미스트의 크기를 다르게 생성하는 노즐경을 갖는 다양한 노즐로 마련될 수 있다.The
오일미스트발생기(62)는 오일탱크(622)에 초음파를 주입하여 오일을 초미립자화 되도록 할 수 있다. 이렇게 초미립자화된 오일을 가압한 상태에서 분무노즐을 통해 분사하여 미세한 입자의 오일미스트가 생성될 수 있다. 경우에 따라서는 초미립자화된 오일에 저장된 오일탱크(622)에 감압기를 이용하여 진공상태까지 감압된 상태에서 가열하여 오일의 유증기가 생성되게 할 수도 있다. 오일미스트 내지 유증기를 생성하기 위한 오일은 탄화수소, 유기에스테르, 폴리글리콜, 인산에스테르 중 적어도 하나를 포함하여 이루어지는 절삭유, 윤활유 및 식물성 오일 중 적어도 하나를 포함하여 이루어질 수 있다. 특히, 합성 절삭유는 열교환이 매우 빠르게 진행되는 베어링 기상매체이므로 샤프트(10)와 하우징(20)의 마찰열을 냉각하기에는 적당한 재료이다.The
기상매체배관(63)은 에어컴프레서(61)와 오일미스트발생기(62)의 오일미스트와 유증기 단독의 베어링 기상매체 또는 에어와 오일미스트, 에어와 유증기가 혼합된 베어링 기상매체를 유입공(22)과 배출공(23)으로 유입 및 배출시킨다. 기상매체배관(63)은 유입공(22)과 배출공(23)에 연결되어 베어링 기상매체를 외부로부터 유입시키고 외부로 배출한다. 기상매체배관(63) 상에는 기상매체밸브(631)가 설치되어 베어링 기상매체의 이동을 단속할 수 있다.The gaseous
회전구동모터(70)는 회전구동연결단(13)에 연결되는 회전축을 갖고 회전구동연결단을 회전시킨다.The
기상매체온도센서(80)는 배출공(23) 하류의 기상매체배관(63) 상에 배치되어 배출되는 베어링 기상매체의 온도를 감지한다. 냉각기상매체온도센서(82)는 유입공(22) 상류의 기상매체배관(63) 상에 배치되어 유입공(22)으로 유입되는 베어링 기상매체의 온도를 감지한다.The gaseous
제어부(90)는 베어링 기상매체의 정상온도범위를 저장하며, 기상매체온도센서(80)로부터 감지된 베어링 기상매체의 온도가 정상온도범위를 초과하면 베어링 기상매체의 온도가 상기 정상온도범위가 될 때까지 유입공(22)으로 유입되는 베어링 기상매체의 유입량이 상승되도록 에어컴프레서(61)와 오일미스트발생기(62) 중 적어도 하나를 제어한다. The
에어컴프레서(61)와 오일미스트발생기(62) 중 적어도 하나에는 냉각기를 구비할 수 있으며 제어부(90)는 유입공(22)으로 유입시키는 베어링 기상매체의 온도를 조절할 수도 있다.At least one of the
제어부(90)는 오일의 성분 등을 고려하여 초음파세기를 조절할 수도 있다. 제어부(90)는 오일성분의 초미립자화되기 위한 초음파의 세기를 저장하고, 오일성분의 혼합량에 따라 초음파세기를 조절하도록 초음파발진부(50)를 제어할 수 있다.The
제어부(90)는 기상매체온도센서(80)로부터 감지된 베어링 기상매체의 온도가 높다고 판단하면 베어링 기상매체의 유속을 증가시키거나 에어와 오일미스트가 혼합된 베어링 기상매체 중 오일미스트의 양을 증가시키거나 에어와 유증기가 혼합된 베어링 기상매체 중 유증기의 양을 증가시키거나 할 수 있다. When the
상기의 실시 예 이외의 변형 가능한 실시 예를 설명한다.Deformable embodiments other than the above-described embodiments will be described.
배출공(23) 하류에 복수의 드러스트 에어베어링(30)과 복수의 레이디얼 에어베어링(40)으로 공급되는 베어링 기상매체의 압력을 조절할 수 있도록 압력조절밸브를 더 가질 수 있다.A pressure control valve may be further provided downstream of the
복수의 드러스트 에어베어링(30)과 복수의 레이디얼 에어베어링(40)은 The plurality of
유입되는 베어링 기상매체 전체가 유입공으로 유입되어 되도록 기밀가이드를 가질 수 있다. 기밀가이드는 복수의 드러스트 에어베어링(30)과 복수의 레이디얼 에어베어링(40)에 연결되며 탄성을 갖고 사선방향으로 연장되어 샤프트(10) 외측면 또는 샤프트수용부(21) 내측면에 접촉되게 하여 복수의 드러스트 에어베어링(30)과 복수의 레이디얼 에어베어링(40)과 샤프트(10) 사이로 유입되지 않고 유입공으로 유입될 수 있도록 할 수 있다.An airtight guide may be provided so that the entire gaseous medium of the bearing is introduced into the inlet hole. The airtight guide is connected to a plurality of
제어부(90)는 유증기 도는 오일미스트가 복수의 드러스트 에어베어링(30)과 복수의 레이디얼 에어베어링(40) 그리고 샤프트(10)와 샤프트수용부(21)에 묻어 있는 오일을 닦아 내기 위한 클리닝부를 갖고 클리닝액을 주입하여 클리닝하는 과정을 가질 수 있다.The
상기의 초음파 스핀들장치(1)로 인하여, 회전구동모터(70)와 초음파발진부(50)에 의해 회전 및 진동되면서 드러스트 에어베어링(30)과 레이디얼 에어베어링(40)에 의해 샤프트(10)의 축선방향과 가로방향으로 지지되고 기상매체 공급부(60)에서 베어링 기상매체를 공급하여 샤프트(10)와 하우징(20) 사이에 발생하는 마찰열을 냉각시킬 수 있다. 샤프트(10)와 하우징(20) 사이에 에어와 오일미스트가 혼합된 베어링 기상매체를 공급함으로써 냉각효율을 향상시킬 수 있다. Due to the
절삭유, 윤활유 및 식물성 오일을 사용하면 샤프트(10)와 하우징(20) 사이에 발생한 마찰열의 제거속도가 향상될 수 있다. 베어링 기상매체의 온도에 따라 베어링 기상매체의 유속, 에어와 오일미스트의 혼합비율, 오일미스트의 크기 등을 조절하여 샤프트(10)와 하우징(20) 사이에서 발생한 마찰열로 인한 온도를 확인하여 신속하게 냉각시킬 수 있도록 제어할 수 있다. 샤프트(10)와 하우징(20)의 대향면에 텅스텐을 포함하는 초경합금재질로 코팅하여 샤프트(10)와 하우징(20)의 내구성을 향상시킬 수 있다. The use of cutting oil, lubricating oil, and vegetable oil may improve the removal speed of frictional heat generated between the
진동확경부(12)는 진동자(122) 및 부스터혼(121)으로 이루어지고, 샤프트수용부(21)는 진동수용부(213)와 툴수용부(211)을 포함하여 이루어져 샤프트(10)를 진동시키며 진동세기를 조절할 수 있다.The
1 : 초음파 스핀들장치 2 : 공구
10 : 샤프트 11 : 툴혼
12 : 진동확경부 13 : 회전구동연결단
20 : 하우징 21 : 샤프트수용부
22 : 유입공 23 : 배출공
30 : 드러스트 에어베어링 31 : 드러스트 유입공
32 : 드러스트 토출공 33 : 드러스트 유입관로
34 : 드러스트 배출유입공 35 : 드러스트 배출공
36 : 드러스트 배출관로 40 : 레이디얼 에어베어링
41 : 레이디얼 유입공 42 : 레이디얼 토출공
43 : 레이디얼 유입관로 44 : 레이디얼 배출유입공
45 : 레이디얼 배출공 46 : 레이디얼 배출관로
50 : 초음파발진부 51 : 브러쉬
60 : 기상매체 공급부 61 : 에어컴프레셔
62 : 오일미스트발생기 63 : 기상매체배관
70 : 회전구동모터 80 : 기상매체온도센서
82 : 냉각기상매체온도센서 90 : 제어부
111 : 공구연결단 112 : 툴확경부
113 : 툴단차 114 : 축경부
121 : 부스트혼 122 : 진동자
211 : 툴수용부 212 : 툴수용단차
213 : 진동수용부 214 : 내향플랜지
215 : 공구연결공 216 : 회전구동연결공
611 : 압축모터 621 : 가압펌프
622 : 오일탱크 631 : 기상매체밸브1: ultrasonic spindle device 2: tool
10: shaft 11: tool horn
12: vibration amplification unit 13: rotation drive connection end
20: housing 21: shaft receiving part
22: inlet hole 23: discharge hole
30: thrust air bearing 31: thrust inlet hole
32: thrust discharge hole 33: thrust inlet pipe
34: Drust discharge inlet hole 35: Drust discharge hole
36: thrust discharge pipe 40: radial air bearing
41: radial inlet hole 42: radial discharge hole
43: radial inlet pipe 44: radial discharge inlet hole
45: radial discharge hole 46: radial discharge pipe
50: ultrasonic generator 51: brush
60: gaseous medium supply unit 61: air compressor
62: oil mist generator 63: gaseous medium piping
70: rotary drive motor 80: gaseous medium temperature sensor
82: cooler phase medium temperature sensor 90: control unit
111: tool connection end 112: tool expansion part
113: tool step 114: shaft diameter
121: boost horn 122: vibrator
211: tool receiving part 212: tool receiving step
213: vibration receiving part 214: inward flange
215: tool connection hole 216: rotation drive connection hole
611: compression motor 621: pressure pump
622: oil tank 631: gas phase medium valve
Claims (5)
일단의 공구연결단과 타단의 회전구동연결단을 가지고 종축선에 대해 회전 가능한 긴 원기둥체 형상을 가지며, 길이방향의 일 위치에서 원기둥표면으로부터 반경방향으로 절취되어 축선방향으로의 드러스트지지면을 형성하는 축경부를 갖는 샤프트;
상기 샤프트를 수용하는 샤프트수용부를 가지며, 상기 샤프트수용부의 내벽면으로부터 고리상으로 돌출하여 상기 축경부의 영역에 수용되는 내향플랜지를 갖는 하우징;
상기 내향플랜지와 상기 드러스트지지면 사이에 배치되어 상기 샤프트의 축선방향 부하를 지지하는 복수의 드러스트 에어베어링;
상기 원기둥표면과 상기 샤프트수용부 사이에 배치되어 상기 샤프트의 반경방향 부하를 지지하는 복수의 레이디얼 에어베어링;
상기 샤프트를 초음파 진동시키는 초음파발진부; 및
상기 하우징을 통해 상기 복수의 드러스트 에어베어링과 상기 복수의 레이디얼 에어베어링에 베어링 기상매체를 공급하는 기상매체 공급부를 가지며,
상기 샤프트는, 상기 공구연결단으로부터 반경방향으로 확장되어 상기 축경부의 일단에 연결된 툴혼과, 상기 회전구동연결단으로부터 반경방향으로 확장되어 상기 축경부의 타단에 연결된 진동확경부를 더 포함하며,
상기 샤프트수용부는, 상기 툴혼을 반경방향 및 축선방향의 영역에 수용하며 축선방향으로의 드러스트지지면을 형성하는 툴수용부와, 상기 진동확경부를 반경방향 및 축선방향의 영역에 수용하며 축선방향으로의 드러스트지지면을 형성하는 진동수용부를 더 포함하고,
상기 복수의 드러스트 에어베어링은 상기 툴혼과 상기 툴수용부의 드러스트지지면 사이와 상기 진동확경부와 상기 진동수용부의 드러스트지지면 사이에 배치되어 상기 샤프트의 축선방향 부하를 지지하는 것을 특징으로 하는 초음파 스핀들 시스템.In the ultrasonic spindle device,
It has a long cylindrical shape that can be rotated about the longitudinal axis with the tool connection end and the rotation drive connection end of the other end, and is cut in the radial direction from the cylindrical surface at one position in the longitudinal direction to form a thrust support surface in the axial direction. A shaft having a shaft diameter portion;
A housing having a shaft receiving portion accommodating the shaft, and having an inward flange protruding from an inner wall surface of the shaft accommodating portion in a ring shape to be accommodated in a region of the shaft diameter portion;
A plurality of thrust air bearings disposed between the inward flange and the thrust supporting surface to support an axial load of the shaft;
A plurality of radial air bearings disposed between the cylindrical surface and the shaft receiving portion to support a radial load of the shaft;
An ultrasonic oscillator for ultrasonically vibrating the shaft; And
And a gaseous medium supply unit for supplying a bearing gaseous medium to the plurality of thrust air bearings and the plurality of radial air bearings through the housing,
The shaft further includes a tool horn extending radially from the tool connection end and connected to one end of the shaft diameter portion, and a vibration expanding part extending radially from the rotation drive connection end and connected to the other end of the shaft diameter portion,
The shaft receiving portion accommodates the tool horn in the radial and axial regions and forms a thrust support surface in the axial direction, and the vibration expanding part accommodates in the radial and axial regions, and Further comprising a vibration receiving portion forming a thrust support surface in the direction,
The plurality of thrust air bearings are disposed between the tool horn and the thrust support surface of the tool receiving part, and between the vibration expanding part and the thrust support surface of the vibration receiving part to support an axial load of the shaft. Ultrasonic spindle system.
상기 하우징은, 상기 샤프트수용부로 베어링 기상매체를 유입시키기 위한 유입공과 상기 샤프트수용부로 유입된 베어링 기상매체를 배출시키기 위한 배출공이 형성되며,
상기 기상매체 공급부는,
에어컴프레서;
오일미스트를 발생시키는 오일미스트발생기; 및
상기 에어컴프레서와 상기 오일미스트발생기의 에어와 오일미스트가 혼합된 베어링 기상매체를 상기 유입공과 상기 배출공으로 유입 및 배출시키는 기상매체배관을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 스핀들 시스템.
The method of claim 1,
The housing has an inlet hole for introducing the bearing gaseous medium into the shaft receiving part and a discharge hole for discharging the bearing gaseous medium introduced into the shaft receiving part,
The gaseous medium supply unit,
Air compressor;
An oil mist generator for generating oil mist; And
And a gaseous medium pipe for introducing and discharging the bearing gaseous medium in which air and oil mist of the air compressor and the oil mist generator are mixed into the inlet hole and the discharge hole.
상기 배출공 하류의 상기 기상매체배관 상에 배치되어 배출되는 상기 베어링 기상매체의 온도를 감지하는 기상매체온도센서; 및
상기 베어링 기상매체의 정상온도범위를 저장하며, 상기 기상매체온도센서로부터 감지된 상기 베어링 기상매체의 온도가 상기 정상온도범위를 초과하면 상기 베어링 기상매체의 온도가 상기 정상온도범위가 될 때까지 상기 유입공으로 유입되는 상기 베어링 기상매체의 유입량이 상승되도록 상기 에어컴프레셔와 상기 오일미스트발생기를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 스핀들 시스템.
The method of claim 2,
A gaseous medium temperature sensor disposed on the gaseous medium pipe downstream of the discharge hole to sense a temperature of the bearing gaseous medium discharged; And
It stores the normal temperature range of the bearing gaseous medium, and when the temperature of the bearing gaseous medium detected by the gaseous medium temperature sensor exceeds the normal temperature range, the temperature of the bearing gaseous medium is in the normal temperature range. And a controller for controlling the air compressor and the oil mist generator so that the inflow amount of the bearing gaseous medium introduced into the inlet hole is increased.
상기 샤프트수용부의 내표면과 상기 샤프트의 외표면 중 적어도 하나의 표면에는 텅스텐을 포함하는 초경합금재질로 코팅되는 것을 특징으로 하는 초음파 스핀들 시스템.
The method of claim 1,
An ultrasonic spindle system, characterized in that at least one of the inner surface of the shaft receiving portion and the outer surface of the shaft is coated with a cemented carbide material containing tungsten.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020190156356A KR102186473B1 (en) | 2019-11-29 | 2019-11-29 | Ultrasonic Spindle Unit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020190156356A KR102186473B1 (en) | 2019-11-29 | 2019-11-29 | Ultrasonic Spindle Unit |
Publications (1)
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KR102186473B1 true KR102186473B1 (en) | 2020-12-03 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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KR1020190156356A KR102186473B1 (en) | 2019-11-29 | 2019-11-29 | Ultrasonic Spindle Unit |
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KR (1) | KR102186473B1 (en) |
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2019
- 2019-11-29 KR KR1020190156356A patent/KR102186473B1/en active IP Right Grant
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