KR102413794B1 - Preloading device of machine tool spindle - Google Patents

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박영이
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Abstract

공작기계의 주축을 회전 가능하게 지지하는 주축 베어링과, 상기 베어링 바디에 원주 방향으로 설치되어 후단 베어링의 외륜을 축 방향으로 가압하는 복수개의 스프링과 복수개의 유압실린더를 구비하고, 베어링 바디와 베어링 하우징과의 사이에는 축 방향 간격을 검출하는 변위센서를 가진다.
상기 변위센서로부터 검출한 값이 미리 정한 값보다 클 경우 상기 유압실린더에 유압을 공급하여 정위치 예압 상태의 주축 베어링 상태를 유지하고, 미리 정한 값보다 작을 경우는 상기 유압실린더에 유압이 작용하지 않고 스프링에의 해서만 후단 베어링의 외륜이 축 방향으로 가압되는 정압 예압 상태의 주축 베어링 상태를 유지하도록 도록 제어한다.A main shaft bearing for rotatably supporting the main shaft of a machine tool, a plurality of springs and a plurality of hydraulic cylinders installed in the circumferential direction to press the outer ring of the rear end bearing in the axial direction, the bearing body and the bearing housing A displacement sensor for detecting an axial distance is provided between the crowns.
When the value detected from the displacement sensor is greater than the predetermined value, hydraulic pressure is supplied to the hydraulic cylinder to maintain the main shaft bearing state in the in-position preload state, and when it is smaller than the predetermined value, the hydraulic pressure does not act on the hydraulic cylinder It is controlled to maintain the main shaft bearing state in the static pressure preload state in which the outer ring of the rear end bearing is pressed in the axial direction only by the spring.

Description

공작기계 주축의 예압장치{Preloading device of machine tool spindle}Preloading device of machine tool spindle

본 발명은 공작기계의 주축 베어링의 예압장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 주축에 통상적인 가공방향과 반대 방향으로 가공(Back Boring 가공) 압력이 가해질 때에도 주축 베어링에 일정한 예압이 가해지도록 하는 예압장치에 관한 것이다.The present invention relates to a preload device for a spindle bearing of a machine tool, and more particularly, to a preload device for applying a constant preload to the spindle bearing even when machining (back boring) pressure is applied to the spindle in the opposite direction to the normal machining direction. it's about

공작기계의 주축 베어링에 일정한 예압을 가함으로써 주축의 축방향과 반경방향의 정밀도를 유지하여 공작물의 가공 정밀도를 유지하고, 또한 주축의 진동을 억제하고 베어링의 강성을 유지할 수 있다. By applying a certain preload to the main shaft bearing of the machine tool, it is possible to maintain the precision in the axial and radial directions of the spindle to maintain the machining precision of the workpiece, and also to suppress the vibration of the spindle and maintain the rigidity of the bearing.

종래의 공작기계 주축 베어링의 예압장치에는 정위치 예압 방식과, 정압 예압방식, 가변 예압 방식이 소개되고 있다. In the conventional preloading device of a machine tool spindle bearing, a static preload method, a static pressure preload method, and a variable preload method have been introduced.

우선 정위치 예압 방식은, 도 1과 같이 주축 베어링의 내륜과 외륜의 단차를 조절너트를 이용하여 축방향으로 조정함으로써 베어링에 예압이 발생하게 된다. 이 방식은 구조가 단순하고 주축의 선단 변위가 작게 발생하고 강성이 높은 이점이 있으나, 주축이 고속으로 회전하면 베어링 볼의 원심력이 급격하게 커지면서 베어링에 가해지는 예압이 증가여 베어링이 소착될 위험이 높아지는 문제가 있다.First, in the in-place preload method, as shown in FIG. 1 , a preload is generated in the bearing by adjusting the step difference between the inner and outer rings of the main shaft bearing in the axial direction using the adjusting nut. This method has the advantages of simple structure, small tip displacement of the main shaft, and high rigidity. There is an increasing problem.

또한, 정압 예압 방식은, 도 2와 같이 정위치 예압 방식을 보완한 것으로, 주축 베어링의 내륜과 외륜의 단차를 조절너트에 의해 조절하는 것에 더하여 조절너트와 반대방향으로 베어링의 외륜에 압력이 가해지도록 스프링을 추가하여 예압을 조정할 수 있도록 하였다. 이 방식은 주축의 고속 회전 시 회전 영역 전 구간에서 원심력이 달라지더라도 베어링에 가해지는 예압이 어느 정도 일정하게 유지된다. 하지만 예압을 일정하게 유지하기 위해서는 스프링의 축 방향 변위가 발생하기 때문에 강성 면에서는 정위치 예압 방식 보다 불리하다. 특히 백보링(Back Boring)과 같이 스프링이 압축되는 방향으로 스핀들을 당기면서 가공하는 경우, 베어링에 스프링에 의해 셋팅된 예압 보다 큰 당기는 힘이 작용하면 베어링이 예압력을 상실하는 언로딩(Unloading) 상태가 되어 강성 면에서 더욱 취약해지고, 가공물에도 심각한 가공 오차가 발생하게 된다.In addition, the static pressure preload method complements the in-place preload method as shown in Fig. 2, and in addition to adjusting the step difference between the inner and outer rings of the main shaft bearing by the adjustment nut, pressure is applied to the outer ring of the bearing in the opposite direction to the adjustment nut. A spring was added to adjust the preload. In this method, when the main shaft rotates at high speed, the preload applied to the bearing is kept constant to some extent even if the centrifugal force is different in the entire rotation range. However, in order to keep the preload constant, the axial displacement of the spring occurs, which is disadvantageous compared to the in-place preload method in terms of rigidity. In particular, when machining while pulling the spindle in the direction in which the spring is compressed, such as back boring, when a pulling force greater than the preload set by the spring is applied to the bearing, the bearing loses the preload. It becomes more fragile in terms of rigidity and causes serious machining errors in the workpiece.

한편, 도 3과 같은 가변 예압 방식은, 상기 종래기술의 문제점을 보완하기 위한 것으로, 주축의 회전속도가 변경될 경우 주축 베어링의 예압이 이에 맞게 변경되도록 베어링의 외륜에 스프링과 유압을 동시에 적용하는 방식이다. 하지만 이 방식은 적용에 있어서 여러 가지 고려 사항들이 존재한다. 즉, 주축 회전속도 별로 적정 압력을 미세하게 제어하기 위하여 실시간 제어를 하여야 하며, 이를 위해서는 성능이 뛰어난 고가의 유압 밸브를 사용하여야 한다. 또한 이 방식은 스프링과 유압의 압력 변동에 의해 주축 선단의 변위를 발생시켜 공작물의 가공 단면에 단차를 발생시킬 수 있다. 더욱이 이 방식은 가공 시 외력이 가해질 때는 허용치 이상으로 예압이 더욱 증가하여 공작물의 가공 단면에 단차를 더욱 크게 하거나 베어링의 손상을 야기할 수 있다. 이러한 문제점으로 인해 이 방식은 주축의 축 방향 변위를 보정하는 별도의 수단이 동반되어야 하는 문제가 있다. On the other hand, the variable preload method as shown in FIG. 3 is to supplement the problems of the prior art, and when the rotation speed of the main shaft is changed, the spring and hydraulic pressure are simultaneously applied to the outer ring of the bearing so that the preload of the main shaft bearing is changed accordingly. method. However, there are several considerations in application of this method. That is, real-time control should be performed to finely control an appropriate pressure for each spindle rotation speed, and for this purpose, an expensive hydraulic valve with excellent performance should be used. In addition, this method can generate a step difference in the machining section of the workpiece by generating displacement of the tip of the spindle by the pressure fluctuations of the spring and hydraulic pressure. Moreover, when external force is applied to this method during machining, the preload increases more than the allowable value, which may increase the step difference in the machined end face of the workpiece or cause damage to the bearing. Due to these problems, this method has a problem that a separate means for compensating the axial displacement of the main shaft must be accompanied.

이와 같이 본 발명은 종래기술과 같은 문제점을 극복하고, 백보링(Back Boring)과 같이 스핀들을 축 방향으로 당기면서 가공하는 경우 베어링의 언로딩(Unloading) 상태를 피하고, 또한 스핀들의 회전속도가 변하더라도 주축 베어링에 적절한 예압을 가할 수 있게 하여 베어링의 강성을 유지함과 동시에 공작물의 가공오차를 최소화 할 수 있는 공작기계 주축 베어링의 예압 장치를 제공할 필요가 있다. As such, the present invention overcomes the problems of the prior art, and avoids the unloading state of the bearing when processing while pulling the spindle in the axial direction, such as back boring, and also changes the rotational speed of the spindle. Even so, it is necessary to provide a preload device for the spindle bearing of a machine tool that can apply an appropriate preload to the spindle bearing to maintain the bearing's rigidity and at the same time minimize the machining error of the workpiece.

보다 구체적인 본 발명의 목적은 공작기계의 가공 조건에 따라 정압 주축 방식과 정위치 주축 방식으로 자동으로 전환되는 공작기계 주축의 예압장치를 제공하는데 있다. A more specific object of the present invention is to provide a preload device for a machine tool spindle that is automatically switched to a static pressure spindle method and a fixed position spindle method according to the processing conditions of the machine tool.

본 발명의 다른 목적은 작업자가 임의로 예압 조건을 정압 주축 방식과 정위치 주축 방식 중에서 임의로 선택할 수 있는 공작기계 주축의 예압장치를 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to provide a preload device for a machine tool spindle in which an operator can arbitrarily select a preload condition from a static pressure spindle method and a fixed position spindle method.

본 발명의 또 다른 목적은 가공작업 조건에 부합하는 예압을 인가 함으로써 주축의 가공 정밀도를 향상시키고, 진동을 억제하며, 베어링의 강성을 유지하는 공작기계 주축의 예압장치를 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to provide a preload device for a machine tool spindle that improves machining precision of the spindle, suppresses vibration, and maintains the rigidity of the bearing by applying a preload that meets the machining conditions.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 공작기계 주축의 예압장치는, 공작기계의 바디 내부에 회전 가능하게 지지되는 주축과, 상기 주축을 회전 가능하게 지지하도록 내륜과 외륜 사이에 볼을 구비하고, 상기 내륜은 상기 주축의 외경에 고정되어 상기 주축과 함께 회전하고, 상기 외륜은 하우징에 지지되는 선단 베어링과 후단 베어링을 가진다.The preload apparatus of the main shaft of the machine tool of the present invention for achieving the above object is provided with a main shaft rotatably supported inside the body of the machine tool, and a ball between the inner ring and the outer ring to rotatably support the main shaft, The inner ring is fixed to the outer diameter of the main shaft and rotates together with the main shaft, and the outer ring has a leading end bearing and a rear end bearing supported by the housing.

또한 본 발명은, 상기 베어링 바디에 원주 방향으로 설치되며 상기 후단 베어링의 외륜에 대해 축 방향으로 일정한 압력을 가하는 복수개의 스프링과, 상기 베어링 바디에 원주방향으로 상기 스프링의 사이사이에 설치되며 상기 스프링과 동일한 방향으로 상기 후단 베어링의 외륜에 대해 일정한 압력을 가하는 복수개의 유압실린더를 가진다.In addition, the present invention is provided between a plurality of springs installed in the circumferential direction on the bearing body and applying a constant pressure in the axial direction to the outer ring of the rear end bearing, and the springs in the circumferential direction of the bearing body. It has a plurality of hydraulic cylinders for applying a constant pressure to the outer ring of the rear end bearing in the same direction.

또한 본 발명은, 상기 베어링 바디 내부의 원주 방향 일측에 설치되며 상기 베어링 바디와 상기 베어링 하우징과의 축 방향 간격을 검출하는 변위센서를 가진다.In addition, the present invention has a displacement sensor that is installed on one side in the circumferential direction inside the bearing body and detects an axial distance between the bearing body and the bearing housing.

또한 본 발명은, 상기 변위센서로부터 검출한 간격이 미리 정한 간격보다 클 경우 상기 유압실린더에 일정 압력의 유압을 공급하고, 상기 변위센서로부터 검출한 간격이 미리 정한 간격보다 작을 경우 상기 유압실린더에 유압이 작용하지 않도록 제어하는 제어부를 포함한다.In addition, the present invention supplies hydraulic pressure of a certain pressure to the hydraulic cylinder when the interval detected from the displacement sensor is greater than a predetermined interval, and when the interval detected from the displacement sensor is smaller than the predetermined interval, hydraulic pressure is applied to the hydraulic cylinder It includes a control unit that controls not to act.

한편 본 발명은, 상기 제어부에 자동모드 또는 수동모드를 선택하는 모드선택스위치를 더 포함하고, 상기 모드선택스위치가 수동모드로 선택된 경우에는 상기 주축의 회전속도가 미리 정해진 회전속도 범위 이내인지를 판단하여, 상기 주축의 회전속도가 미리 정해진 회전속도 보다 빠를 경우에는 상기 유압실린더에 유압이 공급되지 않도록 제어하고, 상기 주축의 회전속도가 미리 정해진 회전속도 보다 느릴 경우에는 상기 유압실린더에 유압이 공급되도록 제어한다.Meanwhile, the present invention further includes a mode selection switch for selecting an automatic mode or a manual mode in the control unit, and when the mode selection switch is selected as a manual mode, it is determined whether the rotation speed of the main shaft is within a predetermined rotation speed range Thus, when the rotation speed of the main shaft is faster than the predetermined rotation speed, the hydraulic pressure is not supplied to the hydraulic cylinder, and when the rotation speed of the main shaft is slower than the predetermined rotation speed, the hydraulic pressure is supplied to the hydraulic cylinder. Control.

또한 상기 제어부는 상기 모드선택스위치가 수동모드로 선택되고 상기 주축의 회전속도가 미리 정해진 회전속도 보다 빠를 경우, 상기 유압실린더에 유압이 공급되지 않음을 알리는 메시지를 제공한다.In addition, when the mode selection switch is selected as a manual mode and the rotation speed of the main shaft is faster than a predetermined rotation speed, the control unit provides a message indicating that hydraulic pressure is not supplied to the hydraulic cylinder.

또한 상기 제어부는 모드선택스위치와 직렬로 연결되며 상기 유압실린더로 공급되는 유압을 차단할 수 있는 유압선택스위치를 더 포함한다.In addition, the control unit is connected in series with the mode selection switch and further includes a hydraulic pressure selection switch capable of blocking the hydraulic pressure supplied to the hydraulic cylinder.

또한 상기 스프링은 정압형의 스프링이고, 상기 유압실린더는 유압이 공급될 경우 그 내부의 피스톤이 미리 정해진 일정 거리만큼만 이동하는 정위치형 유압실린더이다.In addition, the spring is a static pressure type spring, and the hydraulic cylinder is a fixed position type hydraulic cylinder in which a piston moves only a predetermined distance when hydraulic pressure is supplied.

본 발명은 주축 베어링에 정압 예압 방식과 정위치 예압 방식을 동시에 설치하고, 가공 조건에 따라 최적의 예압 방식을 자동 또는 수동으로 전환하여 주축 베어링에 예압을 가함으로써 공작기계의 가공정밀도를 향상시키고, 주축의 진동을 억제하며, 주축 베어링이 소손을 방지할 수 있다.The present invention improves the machining precision of a machine tool by installing a static pressure preload method and an in-place preload method on the spindle bearing at the same time, and automatically or manually switching the optimal preload method according to the processing conditions to apply a preload to the spindle bearing, It suppresses the vibration of the main shaft and can prevent the main shaft bearing from being damaged.

특히 백보링(Back Boring)과 같이 주축을 후진 방향으로 잡아 당기면서 가공 작업을 할 때 주축 베어링이 언로딩(Unloading) 상태가 되어 소손이 심해지는 것을 방지할 수 있다.In particular, when machining while pulling the main axis in the reverse direction, such as back boring, it is possible to prevent the main spindle bearing from being in an unloading state and from severe burnout.

또한 본 발명의 정위치 예압 방식의 경우, 유압에 의해 베어링의 강성을 키우는 것이 목적이 아니라, 유압실린더를 일정 거리만큼만 이동시켜 베어링의 내륜과 외륜의 단차를 이용하여 베어링에 예압을 가하는 것이므로, 가변 예압 방식처럼 유압실린더에 공급되는 유압을 정밀 제어하기 위해 고가의 유압밸브를 사용하지 않아도 되는 장점이 있다.In addition, in the case of the in-place preload method of the present invention, the purpose is not to increase the rigidity of the bearing by hydraulic pressure, but by moving the hydraulic cylinder only by a certain distance to apply the preload to the bearing using the step difference between the inner and outer rings of the bearing. Like the preload method, it has the advantage of not using an expensive hydraulic valve to precisely control the hydraulic pressure supplied to the hydraulic cylinder.

도 1은 종래기술로, 정위치 예압 방식을 나타내는 공작기계 주축 베어링의 개략적인 단면도이다.
도 2는 종래기술로, 정압 예압 방식을 나타내는 공작기계 주축 베어링의 개략적인 단면도이다.
도 3은 종래기술로, 가변 예압 방식을 나타내는 공작기계 주축 베어링의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예로, 정위치와 정압 예압방식을 결합한 방식의 공작기계 주축 베어링에서 정압 예압을 위한 스프링이 표시된 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예로, 정위치와 정압 예압방식을 결합한 방식의 공작기계 주축 베어링에서 정위치 예압을 위한 유압실린더가 표시된 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예로, 도 5의 A-A선 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예로, 변위센서가 설치된 공작기계 주축의 선단 베어링의 부분 단면도이다
도 8은 본 발명의 실시예로, 공작기계 주축 베어링의 예압 방식을 제어하는 제어 흐름도이다.1 is a schematic cross-sectional view of a machine tool spindle bearing showing an in-place preload method in the prior art.
2 is a schematic cross-sectional view of a machine tool spindle bearing showing a static pressure preload method in the prior art.
3 is a schematic cross-sectional view of a machine tool spindle bearing showing a variable preload method in the prior art.
4 is a cross-sectional view showing a spring for a static pressure preload in a machine tool spindle bearing of a method combining a static position and a static pressure preload method according to an embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view showing a hydraulic cylinder for in-place preload in a machine tool spindle bearing of a method combining a fixed position and a static pressure preload method according to an embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 5 according to an embodiment of the present invention.
7 is a partial cross-sectional view of the tip bearing of the main shaft of a machine tool installed with a displacement sensor according to an embodiment of the present invention;
8 is a control flowchart for controlling a preload method of a machine tool spindle bearing according to an embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 공작기계 주축의 예압장치의 구조에 대해 도 4내지 도 7을 참조하여 설명한다.The structure of the preload device of the machine tool spindle according to the present invention will be described with reference to FIGS. 4 to 7 .

본 발명의 공작기계 주축(11)의 예압장치는 도 4와 도 6에서 보는 바와 같이 베어링 바디(10) 내부에 회전 가능하게 지지되는 주축(11)을 가진다. 또한 내륜(12)과 외륜(13) 사이에 볼(14)을 구비하고, 상기 내륜(12)은 상기 주축(11)의 외경에 고정되어 상기 주축(11)과 함께 회전하고, 상기 외륜(13)은 하우징(15)과 함께 베어링 바디(10)에 지지되는 주축 베어링(20)을 가진다.The preload device of the machine tool spindle 11 of the present invention has a spindle 11 rotatably supported inside the bearing body 10 as shown in FIGS. 4 and 6 . In addition, a ball 14 is provided between the inner ring 12 and the outer ring 13 , and the inner ring 12 is fixed to the outer diameter of the main shaft 11 and rotates together with the main shaft 11 , and the outer ring 13 ) has a main shaft bearing 20 supported on the bearing body 10 together with the housing 15 .

상기 주축 베어링(20)은 가공이 이루어지는 주축(11)의 앞 쪽을 회전 지지하는 선단 베어링(21)과 주축(11)의 뒤 쪽을 회전 지지하는 후단 베어링(22)으로 이루어진다.The main shaft bearing 20 includes a front end bearing 21 that rotatably supports the front of the main shaft 11 on which processing is performed, and a rear end bearing 22 that rotatably supports the rear of the main shaft 11 .

또한, 상기 베어링 바디(10)에는 원주 방향으로 상기 주축(11) 후단에 설치된 후단 베어링(22)의 외륜(13)에 대해 주축(11)의 선단에 설치된 선단 베어링(21)과 반대 방향의 축 방향으로 일정한 압력을 가하도록 복수개의 정압용 스프링(30)을 설치한다.In addition, the bearing body 10 has an axis opposite to the front bearing 21 installed at the front end of the main shaft 11 with respect to the outer ring 13 of the rear bearing 22 installed at the rear end of the main shaft 11 in the circumferential direction. A plurality of positive pressure springs 30 are installed to apply a constant pressure in the direction.

상기 스프링(30)은 베어링 바디(10)에 원주 방향으로 형성된 스프링 포켓(31) 내에서 스프링(30)의 한쪽 끝은 스프링시트(32)에 의해 지지되고 다른 쪽 끝은 후단 베어링(22)의 외륜(13) 하우징(15)의 측면을 가압하는 형태로 설치된다. 또 상기 스프링(30)은 상기 스프링 포켓(31) 내부에 설치된 가이드링(33) 내에 삽입된 형태로 축 방향으로 가이드 된다.One end of the spring 30 is supported by the spring seat 32 within the spring pocket 31 formed in the circumferential direction of the bearing body 10 and the other end of the rear end bearing 22 is The outer ring 13 is installed to press the side of the housing 15 . In addition, the spring 30 is guided in the axial direction while being inserted into the guide ring 33 installed inside the spring pocket 31 .

또한, 도 5와 도 6에서 보는 바와 같이 상기 베어링 바디(10)에는 원주방향으로 상기 스프링(30)의 사이사이에 상기 스프링(30)과 동일한 방향으로 상기 후단 베어링(22)의 외륜(13) 하우징(15)을 일정한 압력으로 가압할 수 있도록 복수개의 유압실린더(40)를 설치한다. In addition, as shown in FIGS. 5 and 6 , the bearing body 10 has an outer ring 13 of the rear end bearing 22 in the same direction as the spring 30 between the springs 30 in the circumferential direction. A plurality of hydraulic cylinders 40 are installed so as to pressurize the housing 15 at a constant pressure.

이 유압실린더(40)는 베어링 바디(10)의 외부에서 유압이 공급 또는 배출되는 유로(41)를 가지며, 실린더 내부에는 축 방향으로 전진 및 후진하는 피스톤(42)이 설치된다. 이 피스톤(42)은 상기 유로(41)를 통해 유압이 공급되면 축 방향으로 전진하여 후단 베어링(22)의 외륜(13) 하우징(15)의 측면을 가압한다. 상기 유압실린더(40)는 유압이 공급될 경우 그 내부의 피스톤(42)이 미리 정해진 일정 거리만큼만 이동하는 정위치형 유압실린더(40)이다.The hydraulic cylinder 40 has a flow path 41 through which hydraulic pressure is supplied or discharged from the outside of the bearing body 10 , and a piston 42 that moves forward and backward in the axial direction is installed inside the cylinder. When hydraulic pressure is supplied through the flow path 41 , the piston 42 advances in the axial direction to press the side surface of the housing 15 of the outer ring 13 of the rear end bearing 22 . The hydraulic cylinder 40 is a fixed position type hydraulic cylinder 40 in which the piston 42 moves only by a predetermined distance when hydraulic pressure is supplied.

또한, 도 7과 같이 상기 베어링 바디(10) 내부의 원주 방향 일측에는 상기 베어링 바디(10)와 상기 선단 베어링(21) 하우징(15)과의 축 방향 간격을 검출하는 변위센서(50)가 설치된다. 이 변위센서(50)는 0.2㎛까지 검출할 수 있는 정밀센서이다. 또한 이 변위센서(50)의 검출 신호는 전선을 통하여 제어부(60)에 전달된다.In addition, as shown in FIG. 7 , a displacement sensor 50 for detecting an axial distance between the bearing body 10 and the front end bearing 21 and the housing 15 is installed on one side in the circumferential direction inside the bearing body 10 . do. The displacement sensor 50 is a precision sensor capable of detecting up to 0.2 μm. In addition, the detection signal of the displacement sensor 50 is transmitted to the control unit 60 through an electric wire.

또한 본 발명은, 상기 변위센서(50)에서 검출한 간격에 대한 신호를 수신하여 그 크기에 따라 상기 상기 유압실린더(40)로 공급되는 유압을 제어하는 제어부(60)를 가진다.In addition, the present invention has a control unit 60 that receives a signal for the interval detected by the displacement sensor 50 and controls the hydraulic pressure supplied to the hydraulic cylinder 40 according to the size thereof.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 제어부(60)의 제어동작에 대해 도 8을 참고하여 설명한다.Hereinafter, the control operation of the control unit 60 of the present invention configured as described above will be described with reference to FIG. 8 .

상기 제어부(60)는, 상기 변위센서(50)에서 검출한 간격이 미리 정한 간격보다 클 경우 상기 유압실린더(40)에 일정 압력의 유압을 공급하도록 유압밸브(63)를 제어하고, 상기 변위센서(50)로부터 검출한 간격이 미리 정한 간격보다 작을 경우에는 상기 유압실린더(40)에서 유압이 배출될 수 있도록 유압밸브(63)를 제어한다.The control unit 60 controls the hydraulic valve 63 to supply hydraulic pressure of a certain pressure to the hydraulic cylinder 40 when the interval detected by the displacement sensor 50 is greater than a predetermined interval, and the displacement sensor When the interval detected from (50) is smaller than the predetermined interval, the hydraulic valve 63 is controlled so that the hydraulic pressure can be discharged from the hydraulic cylinder 40.

즉, 주축(11)은 평소에는 스프링(30)만으로 후단 베어링(22)의 하우징(15)을 가압하여 정압 주축 상태를 유지하다가 백보링(Back Boring) 가공을 하게 되면 주축(11)이 후단 베어링(22) 방향으로 일정한 하중으로 잡아당기듯이 이송하게 되다. 이 때 선단 베어링(21)의 하우징(15)과 주축(11)을 에워싸고 있는 베어링 바디(10) 사이에는 축 방향으로 간격이 발생한다. 이 간격을 선단 베어링(21)의 하우징(15)과 베어링 바디(10) 사이에 설치된 변위센서(50)가 실시간으로 모니터링여 제어부(60)에 전송한다. 제어부(60)는 전달받은 변위센서(50) 값이 점점 커져서 후단 베어링(22)의 하우징(15)을 가압하고 있는 정압형 스프링(30)이 그 힘을 상실하여 주축 베어링(20)이 언로딩(Unloading) 상태에 가까워질 정도가 되면 유압실린더(40)에 유압이 공급되도록 유압밸브(63)를 제어한다. 즉 변위센서(50)에서 검출한 값이 미리 정한 값에 도달하면 유압실린더(40)에 유압이 공급되도록 제어한다. 이 때 주축 베어링(20)은 축 방향 변위를 고정시키기 위해 정압형 스프링(30)에 의한 정압 예압 주축 상태에서 정위치 예압 주축 상태로 전환된다.That is, the main shaft 11 normally presses the housing 15 of the rear bearing 22 only with the spring 30 to maintain the static pressure spindle state. (22) It is transferred as if pulling it with a constant load in the direction. At this time, a gap occurs in the axial direction between the housing 15 of the tip bearing 21 and the bearing body 10 surrounding the main shaft 11 . The displacement sensor 50 installed between the housing 15 of the tip bearing 21 and the bearing body 10 monitors this interval in real time and transmits it to the control unit 60 . In the control unit 60, the received displacement sensor 50 value gradually increases, so that the static pressure spring 30 pressing the housing 15 of the rear end bearing 22 loses its force, so that the main shaft bearing 20 is unloaded. When it approaches the (Unloading) state, the hydraulic valve 63 is controlled so that the hydraulic pressure is supplied to the hydraulic cylinder 40 . That is, when the value detected by the displacement sensor 50 reaches a predetermined value, the hydraulic pressure is controlled to be supplied to the hydraulic cylinder 40 . At this time, the spindle bearing 20 is switched from the static pressure preload spindle state by the static pressure type spring 30 to the in-place preload spindle state in order to fix the axial displacement.

한편, 이와 같이 주축(11)이 축 방향 변위를 고정시키는 정위치 예압 상태로 작동되다가 백보링 가공이 완료되면, 선단 베어링(21)의 하우징(15)과 베어링 바디(10) 사이에 설치된 변위센서(50)로부터 검출된 값은 점점 감소한다. 이와 같이 제어부(60)는 변위센서(50) 값이 미리 정한 값보다 작아지면 유압실린더(40)에 유압 공급을 차단하고, 동시에 유압실린더(40)에 잔류하고 있던 유압을 드레인시키기 위해 유압밸브(63)가 개방되도록 제어한다. 그 결과 주축 베어링(20)은 정위치 예압 상태가 해제되고 초기 상태인 스프링(30)에 의한 정압 주축 예압 상태로 복귀하게 된다.On the other hand, when the back boring process is completed while the main shaft 11 is operated in the in-place preload state for fixing the axial displacement as described above, a displacement sensor installed between the housing 15 of the tip bearing 21 and the bearing body 10 . The value detected from (50) gradually decreases. As such, when the value of the displacement sensor 50 is smaller than a predetermined value, the control unit 60 cuts off the supply of hydraulic pressure to the hydraulic cylinder 40, and at the same time drains the hydraulic pressure remaining in the hydraulic cylinder 40. 63) is controlled to open. As a result, the main shaft bearing 20 is released from the in-place preload state and returned to the static pressure spindle preload state by the spring 30, which is an initial state.

이와 같이 주축(11)의 예압을 자동으로 제어함으로써 자동화 가공라인 등 무인으로 작동되는 공작기계에서 주축 베어링(20)이 언로딩(Unloading) 상태로 회전하여 베어링이 손상되는 것을 방지하고, 나아가 공작물의 정밀 가공과 주축(11)의 진동을 억제할 수 있다.In this way, by automatically controlling the preload of the spindle 11, the spindle bearing 20 rotates in an unloading state in an unmanned machine tool such as an automated processing line to prevent damage to the bearing, and furthermore, Precision machining and vibration of the main shaft 11 can be suppressed.

또한 정위치 예방 방식의 경우, 유압에 의해 베어링의 강성을 키우는 목적이 아니라, 유압실린더(40)를 일정 거리만큼만 이동시켜 베어링의 내륜(12)과 외륜(13)의 단차를 이용하여 베어링에 예압을 가하는 것이므로 가변 예압 방식처럼 고가의 유압밸브를 이용하여 유압을 미세하게 제어할 필요가 없는 장점이 있다.In addition, in the case of the in-place prevention method, the hydraulic cylinder 40 is moved only by a certain distance, not the purpose of increasing the rigidity of the bearing by hydraulic pressure, and the step difference between the inner ring 12 and the outer ring 13 of the bearing is used to preload the bearing. It has the advantage that it is not necessary to finely control the hydraulic pressure using an expensive hydraulic valve like the variable preload method.

한편, 다른 실시예로서, 상기 제어부(60)에 자동모드 또는 수동모드를 선택하는 모드선택스위치(61)를 설치하고, 자동 모드인 경우는 위와 같이 작동되지만, 이 모드선택스위치(61)가 수동모드로 선택된 경우에는 상기 주축(11)의 회전속도가 미리 정해진 회전속도 범위 이내인지를 판단하여, 상기 주축(11)의 회전속도가 미리 정해진 회전속도 보다 빠를 경우에는 상기 유압실린더(40)에 유압이 공급되지 않도록 유압밸브(63)를 제어하여 스프링(30)만으로 후단 베어링(22)의 하우징(15)을 가압하는 정압 예압 상태를 유지하게 하고, 상기 주축(11)의 회전속도가 미리 정해진 회전속도 보다 느릴 경우에는 상기 유압실린더(40)에 일정한 압력의 유압이 유지되도록 유압밸브(63)를 제어하여 유압실린더(40)가 후단 베어링(22)의 하우징(15)을 축방향으로 일정한 거리 만큼 가압하는 정위치 예압 상태를 유지하게 한다. On the other hand, as another embodiment, a mode selection switch 61 for selecting an automatic mode or a manual mode is installed in the control unit 60, and in the automatic mode, the operation is performed as above, but the mode selection switch 61 is manually operated. When the mode is selected, it is determined whether the rotation speed of the main shaft 11 is within a predetermined rotation speed range, and when the rotation speed of the main shaft 11 is faster than the predetermined rotation speed, the hydraulic pressure is applied to the hydraulic cylinder 40. To prevent this from being supplied, the hydraulic valve 63 is controlled to maintain a static pressure preload state in which only the spring 30 presses the housing 15 of the rear end bearing 22, and the rotation speed of the main shaft 11 rotates in a predetermined manner. When it is slower than the speed, the hydraulic valve 63 is controlled so that the hydraulic pressure of a constant pressure is maintained in the hydraulic cylinder 40 so that the hydraulic cylinder 40 moves the housing 15 of the rear end bearing 22 by a certain distance in the axial direction. It maintains the in-situ preload state that pressurizes.

즉, 본 실시예에서는 상기 주축(11)의 회전속도가 3000rpm 보다 빠를 경우에는 주축 베어링(20) 볼(14)의 원심력에 의해 베어링 외륜(13)에 작용하는 압력이 증가하여 베어링이 소손 될 수 있으므로 유압실린더(40)에 유압공급을 해제하여 베어링 외륜(13)의 가압을 중지하고, 오직 스프링(30)에 의한 정압 예압 주축 상태를 유지하는 것이다.That is, in this embodiment, when the rotational speed of the main shaft 11 is faster than 3000 rpm, the pressure acting on the bearing outer ring 13 by the centrifugal force of the main shaft bearing 20 and the ball 14 increases and the bearing may be damaged. Therefore, the pressure of the bearing outer ring 13 is stopped by releasing the hydraulic pressure supply to the hydraulic cylinder 40 , and only the static pressure preload main shaft state by the spring 30 is maintained.

이와 같이 수동모드로 운전할 경우, 작업자는 백보링 가공작업을 위해 주축(11)의 축 방향 변위를 고정시키는 유압 작동을 직접 제어할 수 있다. 이는 작업자가 백보링 가공에 앞서 미리 축방향 틈새를 제거하기 위해 정위치 주축으로 전환할 수 있게 하는 것이다. 이 후 백보링 가공이 완료되면 모드선택스위치(61)의 조작을 통해 수동모드를 해제하고 자동모드로 전환함으로써, 앞서 설명한 바와 같이 변위센서(50)에 검출한 간격의 크기에 따라 유압실린더(40)에 유압을 공급하거나 해제하여 주축(11) 상태를 정위치 예압 상태나 정압 예압 상태로 전환되게 한다.When operating in the manual mode as described above, the operator can directly control the hydraulic operation for fixing the axial displacement of the main shaft 11 for the back boring operation. This allows the operator to switch to an in-place spindle to clear the axial gap in advance prior to backboring. After that, when the back boring processing is completed, the manual mode is released through the operation of the mode selection switch 61 and the automatic mode is switched to the hydraulic cylinder 40 according to the size of the gap detected by the displacement sensor 50 as described above. ) to supply or release the hydraulic pressure to change the state of the main shaft 11 to the in-place preload state or the static pressure preload state.

본 발명의 다른 실시예로, 상기와 같이 제어부(60)에서 모드선택스위치(61)가 수동모드로 선택되고 상기 주축(11)의 회전속도가 미리 정해진 회전속도 보다 빨라서 정압 예압 상태를 유지할 필요가 있을 경우에는 별도의 메시지 표시장치(미도시)를 통해 상기 유압실린더(40)에 유압이 공급되지 않음을 알릴 수 있다. 즉, 현재의 주축(11) 회전 속도는 정압 예압 상태임을 작업자에게 알릴 수 있다.In another embodiment of the present invention, as described above, the mode selection switch 61 is selected in the manual mode in the control unit 60 and the rotation speed of the main shaft 11 is faster than a predetermined rotation speed, so there is no need to maintain a static pressure preload state. If there is, it can be notified that hydraulic pressure is not supplied to the hydraulic cylinder 40 through a separate message display device (not shown). That is, the current rotation speed of the main shaft 11 may inform the operator that the static pressure preload state.

본 발명의 또다른 실시예로, 상기 모드선택스위치(61)에 유압선택스위치(62)를 추가로 연결하여 상기 유압실린더(40)로 공급되는 유압을 작업자가 임의로 차단할 수 있게 하였다. 이를 통해 수동모드일 경우 작업자가 임의로 유압실린더(40)로 공급되는 유압을 차단하여 주축(11)의 회전 속도와 상관없이 스프링(30)에 의한 정압 예압 상태를 유지할 수 있도록 하였다.In another embodiment of the present invention, a hydraulic pressure selection switch 62 is additionally connected to the mode selection switch 61 so that the operator can arbitrarily block the hydraulic pressure supplied to the hydraulic cylinder 40 . Through this, in the manual mode, the operator arbitrarily blocks the hydraulic pressure supplied to the hydraulic cylinder 40 so that the static pressure preload by the spring 30 can be maintained regardless of the rotation speed of the main shaft 11 .

이와 같이 주축(11)의 예압을 작업자가 임의로도 제어함으로써 공작기계에서 주축 베어링(20)이 언로딩(Unloading) 상태로 회전하여 베어링이 손상되는 것을 방지하고, 나아가 공작물의 정밀 가공과 주축의 진동을 억제할 수 있다.In this way, by arbitrarily controlling the preload of the spindle 11 by the operator, the spindle bearing 20 in the machine tool rotates in an unloaded state to prevent damage to the bearing, and furthermore, precision machining of the workpiece and vibration of the spindle can be suppressed.

10 베어링 바디
11 주축
12 내륜
13 외륜
14 볼
15 하우징
20 주축 베어링
21 선단 베어링
22 후단 베어링
30 스프링
31 스프링 포켓
32 스프링시트
33 가이드링
40 유압실린더
41 유로
42 피스톤
50 변위센서
60 제어부
61 모드선택스위치
62 유압선택스위치
63 유압밸브10 bearing body
11 spindle
12 inner ring
13 paddle
14 ball
15 housing
20 spindle bearing
21 tip bearing
22 rear bearing
30 spring
31 spring pockets
32 spring seat
33 guiding
40 hydraulic cylinder
41 euros
42 piston
50 displacement sensor
60 control
61 Mode selection switch
62 Hydraulic selection switch
63 hydraulic valve

Claims (7)

공작기계의 바디 내부에 회전 가능하게 지지되는 주축;
상기 주축을 회전 가능하게 지지하도록 내륜과 외륜 사이에 볼을 구비하고, 상기 내륜은 상기 주축의 외경에 고정되어 상기 주축과 함께 회전하고, 상기 외륜은 하우징에 지지되는 선단 베어링과 후단 베어링;
상기 베어링 바디에 원주 방향으로 설치되며 상기 후단 베어링의 외륜에 대해 축 방향으로 일정한 압력을 가하는 복수개의 스프링;
상기 베어링 바디에 원주방향으로 상기 스프링의 사이사이에 설치되며 상기 스프링과 동일한 방향으로 상기 후단 베어링의 외륜에 대해 일정한 압력을 가하는 복수개의 유압실린더;
자동모드 또는 수동모드를 선택하는 모드선택스위치를 포함하고, 상기 모드선택스위치가 수동모드로 선택된 경우 상기 주축의 회전속도가 미리 정해진 회전속도 범위 이내인지를 판단하여, 상기 주축의 회전속도가 미리 정해진 회전속도 보다 빠를 경우에는 상기 유압실린더에 유압이 공급되지 않도록 제어하고, 상기 주축의 회전속도가 미리 정해진 회전속도 보다 느릴 경우에는 상기 유압실린더에 유압이 공급되도록 제어하는 제어부를 포함하는 공작기계 주축의 예압장치에 있어서,
상기 제어부는 모드선택스위치와 직렬로 연결되며 상기 유압실린더로 공급되는 유압을 차단할 수 있는 유압선택스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계 주축의 예압장치.a main shaft rotatably supported inside the body of the machine tool;
a ball is provided between an inner ring and an outer ring to rotatably support the main shaft, the inner ring is fixed to an outer diameter of the main shaft to rotate together with the main shaft, and the outer ring is a front bearing and a rear bearing supported by a housing;
a plurality of springs installed in the circumferential direction on the bearing body and applying a constant pressure in the axial direction to the outer ring of the rear end bearing;
a plurality of hydraulic cylinders installed between the springs in the circumferential direction on the bearing body and applying a constant pressure to the outer ring of the rear end bearing in the same direction as the spring;
and a mode selection switch for selecting an automatic mode or a manual mode, wherein when the mode selection switch is selected as a manual mode, it is determined whether the rotation speed of the main shaft is within a predetermined rotation speed range, and the rotation speed of the main shaft is set in advance When it is faster than the rotation speed, the control unit controls so that hydraulic pressure is not supplied to the hydraulic cylinder, and when the rotation speed of the main shaft is slower than the predetermined rotation speed, a control unit for controlling the supply of hydraulic pressure to the hydraulic cylinder. In the preload device,
The control unit is connected in series with the mode selection switch, the machine tool spindle preload device characterized in that it further comprises a hydraulic pressure selection switch capable of blocking the hydraulic pressure supplied to the hydraulic cylinder. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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