KR102536393B1 - 공작기계의 스핀들 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유로부를 통해 유입 또는 유출되는 유압에 의해 결합부가 제2 탄성부를 가압 또는 해제함에 따라 커플링유닛이 클램핑 또는 언클램핑되는 것으로, 특히 커플링유닛이 클램핑 될 때 회전부에 전달되는 하중에 의한 베어링 손상을 방지하기 위해 별도의 실린더부 및 별도의 실린더부를 구동하기 위한 유로구성을 추가적으로 설치하는 것이 아니라 결합부에 유입된 유압에 의해 결합부가 제2 탄성부를 가압함과 동시에 결합부가 제2 탄성부를 가압하는 방향과 반대 방향으로 힘이 작용하도록 이동부가 스토퍼부와 접촉되도록 함으로써 종래 실린더부의 역할을 대신하도록 하여 베어링부를 보호하고, 스핀들 선단과 베어링부 사이의 간격을 최소화하여 스핀들의 강성을 증대하고, 소형화를 도모하여 가공영역을 확대하기 위한 공작기계의 스핀들 장치에 관한 것이다.

Description

공작기계의 스핀들 장치{Spindle of machine tool}

본 발명은 공작기계의 스핀들 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유로부를 통해 유입 또는 유출되는 유압에 의해 결합부가 제2 탄성부를 가압 또는 해제함에 따라 커플링유닛이 클램핑 또는 언클램핑되는 것으로, 특히 커플링유닛이 클램핑 될 때 회전부에 전달되는 하중에 의한 베어링 손상을 방지하기 위해 이동부와 스토퍼부가 접촉됨으로서 베어링부를 보호하고, 스핀들 선단과 베어링부 사이의 간격을 최소화하여 스핀들의 강성을 증대하고, 소형화를 도모하여 가공영역을 확대하기 위한 공작기계의 스핀들 장치에 관한 것이다.

일반적으로 공작기계라 함은 각종 절삭 가공방법 또는 비절삭 가공방법으로 금속/비금속의 공작물을 적당한 공구를 이용하여 원하는 형상 및 치수로 가공할 목적으로 사용하는 기계를 말한다.

터닝센터, 수직/수평 머시닝센터, 문형머시닝센터, 스위스 턴, 방전 가공기, 수평형 NC 보링머신, CNC 선반, 복합가공기 등을 비롯한 다양한 종류의 공작기계는 다양한 산업 현장에서 해당 작업의 용도에 맞게 널리 사용되고 있다.

공작기계 중 복합가공기란 선삭가공과 드릴, 탭핑, 밀링가공 등 가공형태가 다양한 가공을 수행하는 다기능의 자동공구교환장치(ATC)와 공구 매거진이 장착된 터닝센터를 의미한다. 복합가공기에서 작업자가 가공에 필요한 공구를 로딩하거나 교환시에 공구를 수동으로 공구 매거진에 장착한다.

일반적으로 현재 사용되고 있는 다양한 종류의 공작기계는 수치제어(numerical control, NC) 또는 CNC(computerized numericalcontrol) 기술이 적용되는 조작반을 구비하고 있다. 이러한 조작반은 다양한 기능스위치 또는 버튼과 모니터를 구비한다.

또한, 공작기계는 공작물인 소재가 안착되고 공작물 가공을 위해 이송하는 테이블, 가공전 공작물을 준비하는 팔렛트, 공구 또는 공작물이 결합되어 회전하는 주축, 공작물 등을 가공중에 지지하기 위한 심압대, 방진구 등을 구비한다.

일반적으로 공작기계에서 테이블, 공구대, 주축, 심압대, 방진구 등은 다양한 가공을 수행하기 위해 이송축을 따라 이송하는 이송유닛을 구비한다.

또한, 일반적으로 공작기계는 다양한 가공을 위하여 다수의 공구를 사용하게 되며, 다수의 공구를 수납보관하고 있는 공구 보관장소의 형태로 공구 매거진이나 터렛이 사용된다.

이러한 공작기계는 다양한 가공을 위하여 다수의 공구를 사용하게 되며, 다수의 공구를 수납보관하고 있는 툴 보관장소의 형태로 공구 매거진이 사용된다.

또한, 일반적으로 공작기계는 공작기계의 생산성을 향상시키기 위해 수치제어부의 지령에 의해 특정한 공구를 공구 매거진으로부터 인출하거나 다시 수납하기 위한 자동공구교환장치(ATC, AutomaticTool Changer)를 구비한다.

또한, 일반적으로 공작기계는 비가공 시간을 최소화하기 위해, 자동팔레트교환장치(APC, AutomaticPalette Changer)를 구비한다. 자동팔레트교환장치(APC)는 팔레트를 공작물 가공 영역과 공작물 설치 영역 간에 자동으로 교환한다. 팔레트에는 공작물이 탑재될 수 있다.

또한, 일반적으로 공작기계는 가공방법에 따라 크게 터닝센터(TURNING CENTER)와 머시닝센터(MACHINING CENTER)로 분류된다.

일반적으로 선삭, 밀링, 드릴링, 탭핑, 보링 등 여러가지 가공 공정을 하나의 공작기계에서 한번 공작물 스텝(step)으로 구현할 수 있는 공작기계를 복합가공기(multi-task center or integrated mill turn center)라 한다. 이러한 복합가공기를 이 이용하면 리드타임(lead time), 부품 수, 작업 부하, 작업 공간 등을 줄이는 것은 물론 생산성과 정밀도를 향상할 수 있다.

밀링 스핀들에서 밀링작업과 선삭작업을 위해서는 커플링유닛의 언클램핑과 클램핑이 정확하게 이루어져야 하고, 밀링작업시에는 공구가 회전할 수 있도록 스핀들 내부에 설치되는 커플링이 언클램핑(unclamping)되어야 하고, 선삭작업시에는 정밀한 선삭을 위해 공구가 견고하게 고정되도록 스핀들 내부에 설치되는 커플링이 클램핑(clamping)되어야 한다.

복합가공기의 밀링스핀들에서 선삭가공을 가능하게 하기 위해서는 회전하는 샤프트부를 고정체인 바디부에 견고하게 결합하여 가공시 베어링부에 충격이 가해지거나 하중이 가해지지 않도록 보호해야 한다.

도 1에 도시된 것처럼, 베어링부를 보호하기 위해 커플링유닛을 사용하게 되는데, 커플링유닛은 픽스부(10), 스핀부(20), 연결부(30)로 이루어져, 스핀부(20)가 유압유에 의해 작동하여 픽스부(10)와 연결부(30)가 고정되게 되면 샤프트부의 축방향으로 하중이 전달되게 되고, 스핀부(20)에 전달된 하중은 베어링부에 전달되게 된다.

종래 공작기계의 스핀들 장치는 베어링부에 전달되는 하중을 방지하기 위해 스핀부(20)가 작동하는 방향과 반대방향으로 작동하는 실린더부(50)를 추가로 설치하여 베어링부를 보호하게 된다.

종래의 공작기계의 스핀들 장치는 실린더부(50)를 추가 설치하고, 실린더부(50)를 구동하기 위한 추가적인 유로 구성이 필요하여 스핀들 선단과 베어링부사이에 실린더부(50) 및 유로를 설치하기 위한 별도의 공간이 필요하여 공작기계의 소형화를 저해하는 문제점이 있었고, 밀링 전용 스핀들을 제작하는 경우에도 선삭 옵션기능을 위해 불필요한 공간을 추가로 남겨두어야 하는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 공작기계의 스핀들 장치는 별도의 실린더부(50)가 설치되어 스핀들 선단과 베어링부 사이의 간격이 넓어지게 되므로, 이에 따른 밀링 스핀들의 강성이 저하되는 문제점이 있었고, 가공시 스핀들의 진동으로 가공물에 무늬를 발생시키는 등 가공된 제품의 품질을 저하하는 문제점이 있으며, 별도의 실린더부가 설치되는 공간만큼 스핀들의 선단 부분이 돌출되게 되어 장비의 가공영역이 작아지게 되는 문제점이 있었다.

더욱이, 종래의 공작기계의 스핀들 장치는 실린더부(50)를 구성하는 부품수가 증가하게 되어 부품수 증가에 따른 비용증대의 문제점이 있었고, 실린더 장치(50)의 작동오류에 따른 스핀들 장치의 고장이 발생하는 문제가 있었다.

게다가, 종래의 공작기계의 스핀들 장치는 커플링유닛 복잡한 구조로 형성되어 잦은 클램핑과 언클램핑 동작에 의해 오작동이 발생하고, 오작동에 의해 커플링유닛이 마모되거나 파손되며, 사용자의 불편을 초래하는 문제점이 있었다

대한민국 특허공개공보 제10-2001-0068241호 대한민국 특허등록공보 제10-0728282호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 커플링유닛이 클램핑 될 때 회전부에 전달되는 하중에 의한 베어링 손상을 방지하기 위해 별도의 실린더부 및 별도의 실린더부를 구동하기 위한 유로구성을 추가적으로 설치하는 것이 아니라, 결합부에 유입된 유압에 의해 결합부가 제2 탄성부를 가압함과 동시에 결합부가 제2 탄성부를 가압하는 방향과 반대 방향으로 힘이 작용하도록 이동부가 스토퍼부와 접촉되도록 함으로써 종래 실린더부의 역할을 대신하도록 하여 베어링부를 보호하고, 스핀들 선단과 베어링부 사이의 간격을 최소화하여 스핀들의 강성을 증대하고, 소형화를 도모하여 가공영역을 확대하기 위한 공작기계의 스핀들 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 공작기계의 스핀들 장치는 고정체인 바디부와 상기 바디부의 내부에 회전 가능하도록 설치되는 샤프트부와 상기 바디부와 상기 샤프트부 사이에 설치되는 베어링부 및 상기 바디부의 내부에 형성되는 유로부를 구비하는 스핀들유닛; 및 상기 바디부의 내부에서 상기 베어링부의 하부에 설치되는 커플링유닛;을 포함하고, 상기 커플링유닛은, 상기 바디부의 내부에 고정 설치되는 고정부; 상기 바디부의 내부에서 상기 고정부와 수평방향으로 이격하면서 마주하도록 상기 샤프트부에 연결 설치되는 회전부; 상기 바디부의 내부에서 상기 고정부와 상기 회전부의 상부에 설치되는 결합부; 및

상기 고정부, 상기 회전부 및 상기 결합부 사이에 설치되는 제2 탄성부; 를 포함하고 상기 결합부가 상기 유로부를 통해 유입 또는 유출되는 유압에 의해 상기 제2 탄성부를 가압 또는 해제함에 따라 상기 커플링유닛이 클램핑 또는 언클램핑 될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 스핀들 장치의 바람직한 다른 실시예에서, 상기 스핀들유닛은, 상기 베어링부의 상부에 상기 샤프트부에 연결 설치되는 이동부; 및 상기 이동부의 일부와 접촉 가능하도록 상기 이동부와 상기 베어링부의 상부 사이에 설치되는 스토퍼부;를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 스핀들 장치의 바람직한 다른 실시예에서, 상기 베어링부는, 상기 스토퍼부의 하부에 설치되는 제1 베어링부; 상기 제1 베어링부의 하부에 상기 결합부와 근접하도록 설치되는 제2 베어링부; 및 상기 제1 베어링부와 상기 제2 베어링부 사이에 설치되는 예압부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 스핀들 장치의 바람직한 다른 실시예에서, 상기 예압부는, 하우징부; 상기 하우징부의 내부에 삽입 설치되는 제1 탄성부; 및 상기 제1 탄성부의 상부에 설치되어 상기 제1 탄성부를 가압하거나 해제하는 커버부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 스핀들 장치의 바람직한 다른 실시예에서, 상기 커플링유닛이 언클램핑될 때, 상기 하우징부와 상기 커버부는 수직방향으로 이격되게 형성되고, 상기 이동부와 상기 스토퍼부는 수직방향으로 이격되게 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 스핀들 장치의 바람직한 다른 실시예에서, 상기 유로부를 통해 유압이 유입되면, 상기 결합부가 하부방향으로 이동하여 상기 제2 탄성부를 가압하면서 상기 고정부와 상기 회전부를 가압하고, 상기 이동부를 하부방향으로 이동시켜 상기 이동부와 상기 스토퍼부가 접촉함에 따라 상기 커플링 유닛이 클램핑될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 스핀들 장치의 바람직한 다른 실시예에서, 상기 유로부를 통해 유압이 제거되면, 상기 결합부가 상부방향으로 이동하여 상기 제2 탄성부에 가해진 압력을 해제함에 따라 상기 결합부가 상기 고정부와 상기 회전부에 가한 압력을 해제하고, 상기 이동부를 상부방향으로 이동시켜 상기 이동부와 상기 스토퍼부가 수직방향으로 이격됨에 따라 상기 커플링유닛이 언클램핑될 수 잇다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 스핀들 장치의 바람직한 다른 실시예에서, 상기 하우징부와 상기 커버부의 수직방향 이격 거리가 상기 이동부와 상기 스토퍼부의 수직방향 이격 거리보다 크게 형성될 수 있다.

본 발명에 의한 공작기계의 스핀들 장치는 베어링부에 전달되는 하중을 방지하기 위한 실린더부 및 실린더부를 구동하기 위한 추가적인 유로를 설치하기 위한 별도의 공간이 필요없으므로 공작기계의 소형화를 도모할 수 있고, 밀링 전용 스핀들을 제작하는 경우에도 선삭 옵션기능을 위해 불필요한 공간을 추가로 남겨두지 않아도 되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 스핀들 장치는 스핀들 선단과 베어링부 사이에 별도의 실린더부가 설치되지 않으므로 스핀들 선단과 베어링부 사이의 간격을 감소시킬 수 있으므로, 밀링 스핀들의 강성을 증대할 수 있고, 가공시 스핀들의 진동을 최소화함으로서 스핀들의 진동으로 발생될 수 있는 가공오류를 줄여가공된 제품의 품질을 향상시키고, 균일한 품질의 제품을 지속적으로 가공할 수 있으며, 별도의 실린더부가 설치되는 공간만큼 스핀들의 선단 부분이 돌출되는 것을 방지하여 장비의 가공영역을 확대할 수 있는 효과가 있다.

더욱이, 본 발명에 의한 공작기계의 스핀들 장치는 실린더 장치를 제거 함에 따라 실린더부를 구성하는 부품수를 생략할 수 있어 부품수 감소에 따른 비용절감이 가능하고, 실린더 장치의 작동오류에 의한 스핀들 장치의 고장 발생률을 감소할 수 있는 효과가 있다.

게다가, 본 발명에 의한 공작기계의 스핀들 장치는 커플링유닛의 단순한 작동원리와 구조를 통해 클램핑과 언클램핑 동작을 정확하게 구현하도록 하여 가공정밀도를 향상하고, 유지비용과 시간을 감소하며, 작업자의 편의를 극대화할 수 있는 효과가 있다

도 1은 종래 공작기계의 스핀들 장치의 단면도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 스핀들 장치의 언클램핑 상태의 단면도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 스핀들 장치의 클램핑 상태의 단면도를 나타낸다.
도 4는 도 2의 A부분의 확대도를 나타낸다.
도 5는 도 2의 B부분의 확대도를 나타낸다.
도 6는 도 3의 C부분의 확대도를 나타낸다.

이하, 본 발명의 실시예에 의한 공작기계의 스핀들 장치의 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시 예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 따라서 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다 (comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/ 또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

도 1은 종래 공작기계의 스핀들 장치의 단면도를 나타내고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 스핀들 장치의 언클램핑 상태의 단면도를 나타낸다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 스핀들 장치의 클램핑 상태의 단면도를 나타내고, 도 4는 도 2의 A부분의 확대도를 나타낸다. 도 5는 도 2의 B부분의 확대도를 나타내고, 도 6은 도 3의 C부분의 확대도를 나타낸다.

이하에서 사용하는 용어의 정의는 다음과 같다. "수평방향"이란 동일부재에서 가로방향, 즉 도 2, 도 3에서 X축 방향을 의미하고, "수직방향"이란 수평방향에 대해 직교하면서 동일부재에서 높이방향, 즉 도 2, 도 3에서 Y축 방향을 의미하며, "폭방향"이란 수평방향과 수직방향에 대해 직교하면서 동일부재에서 세로방향을 의미한다. 또한, 상방(상부)이란 "수직방향"에서 위쪽 방향, 즉 도 2, 도 3, 에서 Y축의 위쪽을 향하는 방향을 의미하고, 하방(하부)이란 "수직방향"에서 아래쪽 방향, 즉 도 2, 도 3에서 Y축 아래쪽을 향하는 방향을 의미한다. 또한, 내부란 동일부재에서 상대적으로 중심에 가까운 쪽 즉, 도 1 내지 도 6에서 안쪽을 의미하고 외부란 동일부재에서 상대적으로 중심에서 먼쪽 즉 도 1 내지 도 6에서 바깥쪽을 의미한다. 그리고, “스핀들유닛의 선단”이란 스핀들유닛에서 수직방향의 아래쪽 방향, 즉 도 2 내지 도 3에서 Y축 아래쪽의 끝 부분을 의미한다.

도 2 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 스핀들 장치(1)를 설명한다. 도 2 내지 도 3에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 스핀들 장치(1)는 스핀들유닛(100)과 커플링유닛(200)을 포함하고, 커플링유닛(200)은 고정부(210), 회전부(220), 결합부(230) 및 제2 탄성부(240)를 포함한다.

또한, 도 2 및 도 3에 도시된 것처럼 스핀들유닛(100)은 바디부(110)와 샤프트부(120), 베어링부(130) 및 유로부(140)를 포함한다.

바디부(110)는 스핀들유닛(100)의 외형을 형성한다. 바디부(110)는 고정되어 있으며, 바디부(110) 내부에는 회전가능한 샤프트부(120), 베어링부(130), 유로부(140)등이 설치되고, 바디부(110)는 설치된 내부 부품을 보호하는 커버 역할을 한다.

샤프트부(120)는 바디부(110)의 내부에 회전가능하게 설치된다. 샤프트부(120)의 선단에는 공구가 결합된다. 밀링가공(언클램핑)시에는 밀링공구가 결합되고, 밀링공구가 샤프트부(120)와 함께 회전하기 위해서는 커플링유닛(200)이 언클램핑되어야 한다.

또한, 선삭가공(클램핑)시에는 선삭공구가 결합되고, 이러한 선삭공구가 회전이나 흠들림없이 정말하게 선삭가공을 하기 위해서는 커플링유닛(200)이 클램핑되어야 한다. 반드시 이에 한정되어야 하는 것은 아니지만, 샤프트부(120)는 스핀들유닛(100)의 외측에 샤프트부(120)에 결합설치되는 구동모터 또는 바디부(110)의 내부에 샤프트부(120)에 결합설치되는 빌트인 모터에 의해 공구의 가공시에 회전하고, 이를 위해 바디부(110)의 내부에 회전 가능하게 설치된다.

베어링부(130)는 고정되어 있는 바디부(110)와 바디부(110)의 내부에 회전 가능하도록 설치된 샤프트부(120) 사이에 설치된다. 베어링부(130)는 회전체인 샤프트부(120)가 회전하는 경우에 샤프트부(120)의 축을 일정한 위치에 고정시키고, 샤프트부(120)의 축에 걸리는 하중을 지지하는 역할을 하게 된다. 반드시 이에 한정되어야 하는 것은 아니지만, 베어링부(130)는 도 2에 도시된 것과 같이 하면서 샤프트부(120)의 축을 회전시키는 고정체인 바디부(110)에 가해지는 회전에 의한 마찰력등을 감소시켜 원활하게 고정체인 바디부 내에서 샤프트부가 회전될 수 있도록 볼베어링등으로 형성될 수 있다.

유로부(140)는 바디부(110)의 내부에 형성된다. 유로부(140)는 바디부(110)를 관통하여 형성된다.

또한, 도면에 도시되지는 않았지만 유로부(140)는 클램핑(선삭가공)과 언클램핑(밀링가공)을 위해 유로부(140)에 유압을 공급하는 유압펌프나 유압탱크와 같은 유압공급원과 호스 등과 같은 배관을 통해 연결 설치되고, 배관 상에는 각종 밸브가 설치된다. 수치제어장치나 PLC(Programmable Logic Controller) 등을 통해 유압공급원은 공작물 가공 프로그램 등에 따라 선상가공 또는 밀링가공시에 커플링유닛의 클램핑 또는 언클램핑을 위해 유압을 공급 또는 회수하게 된다.

커플링유닛(200)을 통해 밀링가공과 선삭가공을 수행할 수 있다. 즉, 밀링가공시에는 공구가 회전되어야 함에 따라 커플링유닛(200)은 언클램핑되어야 하고, 선삭가공시에는 공구가 고정되어야 함에 따라 커플링유닛(200)이 클램핑되어야 한다. 이처럼, 1개의 스핀들유닛(100)으로 밀링가공(언클램핑)과 선삭가공(클램핑)을 수행하기 위해서는 커플링유닛(200)의 클램핑(clamping)과 언클램핑(unclamping) 동작이 반복적이면서 정확하게 수행되어야 한다.

커플링유닛(200)은 바디부(110)의 내부에 설치되고, 베어링부(130)의 하부에 설치된다. 즉, 커플링유닛(200)은 베어링부(130)의 수직방향(Y)의 하부(도 2 내지 도 3에서 아래쪽)에 설치된다. 또한, 도 2 및 도 3에 도시된 것처럼 커플링유닛(200)은 고정부(210)와 회전부(220), 결합부(230) 및 제2 탄성부(240)를 포함한다.

고정부(210)는 바디부(110)의 내부에 고정 설치된다. 더욱 구체적으로 고정부(210)는 바디부(110)의 수직방향(Y)의 하부(도 2 내지 도 3에서 아래쪽)의 선단에 스핀들유닛(100)의 중심의 바깥쪽에 위치하도록 바디부(110)에 고정 설치된다.

회전부(220)는 바디부(110)의 내부에서 고정부(210)와 수평방향(X)으로 이격하면서 마주하도록 샤프트부(120)에 연결 설치된다. 더욱 구체적으로 회전부(220)는 고정부(210)보다 스핀들유닛(100)의 중심에 인접하도록 바디부(110)의 내부에서 고정부(210)와 수평방향(X)으로 이격하게 샤프트부(120)에 연결 설치된다.

결합부(230)는 바디부(110)의 내부에서 고정부(210) 및 회전부(220)의 상부에 설치된다. 그리고, 도 2 도시된 것과 같이, 결합부(230)는 결합부(230)의 내부에 유로부(140)를 통해 유입되는 유압을 저장할 수 있는 챔버부(231)를 구비할 수 있다.

구체적으로 결합부(230)는 바디부(110)의 내부에서 고정부(210)의 일부와 접촉하여 고정부(210)를 가압할 수 있도록, 고정부(210)의 상부 즉, 도 2 내지 도 3에서 수직방향(Y)의 위쪽에 설치된다. 또한 결합부(230)는 고정부(210)의 일부와 접촉할 뿐만 아니라 회전부(220)의 일부와도 접촉되어 회전부(230)를 가압할 수 있도록 회전부(220)의 상부 즉, 도 2 내지 도 3에서 수직방향(Y)의 위쪽에 설치된다.

이에 따라, 유로부(140)를 통해 유압이 공급되는 경우 (클램핑되는 경우), 결합부(230)는 유입된 유압에 의해 하중과 압력이 증대되게 되면, 결합부(230)는 하방 즉, 도 2 내지 도 3에서 수직방향(Y)의 아래쪽 방향으로 이동하게 된다. 이에 따라, 결합부(230)는 먼저 회전부(220)에 접촉 된 후 회전부(220)와 함께 하방으로 이동한 뒤 최종적으로 결합부(230)가 고정부(210)와 접촉되게 되고, 결합부(230)가 고정부(210) 및 회전부(220)를 모두 가압하게 됨으로서 회전체인 회전부(230)를 고정체인 고정부(210)에 고정하여 정밀하게 선삭가공을 할 수 있게 한다.

반대로 유로부(140)를 통해 유압이 제거되는 경우 (언클램핑되는 경우), 결합부(230)로 유입되었던 유압에 의한 하중과 압력이 감소하게 되면, 결합부(230)는 상방 즉, 도 2 내지 도 3에서 수직방향(Y)의 위쪽 방향으로 이동하게 된다. 이에 따라, 결합부(230)는 먼저 고정부(210)와 이격 된 후 회전부(220)와 함께 상방으로 이동하게 되고, 결합부(230)가 고정부(210) 및 회전부(220)를 모두 감압하게 됨으로서 회전체인 회전부(230)를 고정체인 고정부(210)로 부터 해제하여 고정부(210)의 간섭없이 회전부(230)가 자유롭게 회전할 수 있도록 하여 스핀들 유닛의 각 부품의 손상없이 밀링가공을 할 수 있게 한다.

제2 탄성부(240)는 고정부(210), 회전부(220) 및 결합부(230) 사이에 설치된다. 즉, 제2 탄성부(240)는 고정부(210) 및 회전부(220)의 상부에 설치되고, 결합부(230)의 하부에 설치된다. 도 2 내지 도 3을 참조하면 제2 탄성부(240)는 고정부(210) 및 회전부(220)보다 수직방향(Y)의 위쪽에 설치되고, 결합부(230)보다는 수직방향(Y)의 아래쪽에 설치되어 전체적으로 제2 탄성부(240)의 상부는 결합부(230)에 의해 제2 탄성부(240)의 하부는 고정부(210) 또는 회전부(220)에 의해 설치공간이 정해진다.

또한, 제2 탄성부(240)는 고정부(210)보다 스핀들유닛의(100) 중심에 인접하도록 설치되고, 회전부(220)보다는 스핀들유닛(100)의 중심의 바깥쪽에 위치하도록 설치된다. 도 2 내지 도 3을 참조하면, 제2 탄성부(240)는 고정부(210) 보다 수평방향(X)의 오른쪽에 설치되고, 회전부(240)보다는 수평방향(X)의 왼쪽에 설치되어 전체적으로 제2 탄성부(240)의 왼쪽은 고정부(210)에 의해 제2 탄성부(240)의 오른쪽은 회전부(220)에 의해 설치공간이 정해진다.

유로부(140)를 통해 유압이 공급되는 경우 (클램핑되는 경우), 결합부(230)는 하방 즉, 도 2 내지 도 3에서 수직방향(Y)의 아래쪽 방향으로 이동하게 된다. 이에 따라, 결합부(230)는 결합부(230)의 하부에 설치된 제2 탄성부(240)를 하방으로 가압하게 되므로 그 결과 제2 탄성부(24)는 하방으로 이동하게 된다.

반대로 유로부(140)를 통해 유압이 제거되는 경우 (언클램핑되는 경우), 결합부(230)는 상방 즉, 도 2 내지 도 3에서 수직방향(Y)의 위쪽 방향으로 이동하게 된다. 이에 따라, 결합부(230)가 결합부(230)의 하부에 설치된 제2 탄성부(240)에 가하였던 압력이 감소되고, 동시에 제2 탄성부(240) 자체가 가진 복원력이 제2 탄성부(240)가 결합부(230)를 가압하는 방향 즉, 도 2내지 도 3을 참조하면 수직방향의(Y)의 위쪽 방향으로 작용함으로서 제2 탄성부(240)가 상방으로 이동하게 된다.

그리고, 제2 탄성부(240)는 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 탄성력을 지닌 스프링, 특히 코일 스프링 형태로 형성될 수 있다.

도 2 및 도 3에 도시된 것처럼 스핀들유닛(100)은 이동부(150)와 스토퍼부(160)를 더 포함한다.

이동부(150)는 베어링부(130)의 상부에 설치되고, 이동부(150)는 샤프트부(120)에 연결 설치된다. 이동부(150)는 설치된 베어링부(130)가 이탈되는 것을 방지하기 위해 베어링부(130)의 상부(도 2 내지 도 3에서 수직방향(Y)의 위쪽 방향)에 설치된다. 또한, 이동부(150)는 샤프트부(120)와 연결되어 있어 샤프트부(120)가 이동하는 경우 이동부(150)도 동시에 이동하게 된다.

구체적으로 도 2 및 도 3을 참조하면, 커플링유닛(200)이 언클램핑 될 때, 샤프트부(120)는 상방(도 2 내지 도 3에서 수직방향(Y)의 위쪽 방향)으로 이동하게 되고, 이 경우, 이동부(150)도 샤프트부(120)의 이동방향과 동일하게 상방으로 이동하게 된다.

반대로, 커플링유닛(200)이 클램핑 될 때, 샤프트부(120)는 하방(도 2 내지 도 3에서 수직방향(Y)의 아래쪽 방향)으로 이동하게 되고, 이 경우 이동부(150)도 샤프트부(120)의 이동방향과 동일하게 하방으로 이동하게 된다.

즉, 커플링유닛(200)이 언클랭핑 되거나 클램핑 되는 경우에, 샤프트부(120)는 수직방향(Y)으로 반복적으로 상하 이동될 수 있고, 샤프트부(120)에 연결 설치되어 있는 이동부(150)도 샤프트부(120)와 마찬가지로 수직방향(Y)으로 반복적으로 상하 이동될 수 있도록 설치된다.

스토퍼부(160)는 이동부(150)와 베어링부(130)의 상부 사이에 설치되고, 이동부(150)의 일부와 접촉 가능하도록 설치된다.

반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 스토퍼부(160)는 바디부(110)의 내부에 공작물 가공과정 중 발생되는 공작물의 조각들이 들어가서 작동오류가 발생되는 것을 방지하기 위하여 라비린스(labyrinth) 구조로 이루어 질 수 있다.

스토퍼부(160)는 고정체인 바디부(110)와 연결되어 설치되어 있고, 샤프트부(120)와는 연결되어 설치되어 있지 않으므로 샤프트부(120)가 이동하는 경우에도 샤프트부(120)의 움직임에 따른 영향이 없이 고정되어 있다.

스토퍼부(160)는 베어링부(130)의 상부와 이동부(150)사이에 삽입되어 이동부(160)와 일부가 접촉될 수 있도록 설치된다. 즉, 스토퍼부(160)의 상부면(도 2내지 도 3에서 수직방향(Y)으로 위쪽면)의 일부와 이동부의 하부면(도 2내지 도 3에서 수직방향(Y)으로 아래쪽면)의 일부가 수평방향(X)으로 서로 겹쳐지도록 설치된다.

구체적으로, 도 2 내지 도 3 및 도 5 내지 도 6을 참조하면, 커플링유닛(200)이 언클램핑 될 때, 샤프트부(120)가 상방(도 2 내지 도 3에서 수직방향(Y)의 위쪽 방향)으로 이동함에 따라 이동부(150)도 상방으로 이동하게 되면 고정체인 바디부(110)에 연결된 스토퍼부(160)는 샤프트부(120)의 이동에 영향없이 고정되어 있으므로 결과적으로 이동부(150)만 상방으로 이동하게 되므로, 스토퍼부(160)와 이동부(150)는 수직방향(Y)으로 소정의 간격을 두고 이격되게 된다.

반대로, 커플링유닛(200)이 클램핑 될 때, 샤프트부(120)가 하방(도 2 내지 도 3에서 수직방향(Y)의 아래쪽 방향)으로 이동함에 따라 이동부(150)도 하방으로 이동하게 되면 고정체인 바디부(110)에 연결된 스토퍼부(160)는 샤프트부(120)의 이동에 영향없이 고정되어 있으므로 결과적으로 이동부(150)만 하방으로 이동하게 되므로, 스토퍼부(160)의 일부가 이동부(150)와 서로 접촉하게 된다.

즉, 커플링유닛(200)이 언클랭핑 되거나 클램핑 되는 경우에, 이동부(150)가 수직방향(Y)으로 반복적으로 상하 이동되어 스토퍼부(160)와 수직방향으로 소정간격으로 이격되거나, 스토퍼부(160)의 일부와 접촉되게 된다.

베어링부(130)는 제1 베어링부(131), 제2 베어링부(132) 및 예압부(133)을 포함한다.

제1 베어링부(131)는 스토퍼부(160)의 하부에 설치되고, 제2 베어링부(132)는 제1 베어링부와 마주하면서 수직방향으로 이격되도록 제1 베어링부(131)의 하부에 설치되고, 결합부(230)와 근접하도록 설치된다.

예압부(133)는 제1 베어링부(131)와 제2 베어링부(132) 사이에 설치된다. 예압부(133)는 샤프트부(120)가 회전하는 경우에 샤프트부(120)가 하방으로 움직이는 것을 최소화하기 위하여 샤프트부(120)가 움직이려는 방향과 반대 방향으로 힘이 작용하도록 압력을 가해 놓기 위해 설치된다.

도 3 및 도 4에 도시된 것처럼, 예압부(133)는 하우징부(1331), 제1 탄성부(1332) 및 커버부(1333)으로 이루어진다.

하우징부(1331)는 예압부(133)의 외관을 형성한다. 하우징부(1331)의 내부에는 설치된 제1 탄성부(1332)를 보호하는 역할을 한다.

제1 탄성부(1332)는 하우징부(1331)의 내부에 삽입 설치된다. 그리고, 제1 탄성부(1332)는 반드시 이에 한정되는 것을 아니지만, 예압을 형성할 수 있도록 탄성력을 지닌 스프링, 특히 코일 스프링 형태로 형성될 수 있다.

커버부(1333)는 제1 탄성부(1332)의 상부에 설치되고, 제1 탄성부(1332)의 상부와 접촉되어 언클램핑상태에서 하부에 설치된 제1 탄성부(1332)가 상부에 설치된 커버부(1333)를 상방으로 가압하는 상태를 유지하여 예압을 형성하게 된다.

또한, 커버부(1333)는 공작기계의 스핀들장치(1)의 언클램핑 또는 클램핑 동작에 따라 제1 탄성부(1332)를 가압하거나 해제하는 역할을 한다.

도 4를 참조하면, 하우징부(1331)의 내부에는 제1 탄성부(1332)가 설치되고, 제1 탄성부(1332)의 상부에 커버부(1333)가 설치되어 커버부(1333)가 제1 탄성부(1332)를 제1 탄성부(1332)의 상부에서 수직방향으로 가압하거나 해제할 수 있도록 설치된다.

구체적으로, 도 2 내지 도 3 및 도 4를 참조하면, 커플링유닛(200)이 언클램핑 될 때, 샤프트부(120)가 상방(도 2 내지 도 3에서 수직방향(Y)의 위쪽 방향)으로 이동함에 따라 커버부(1333)도 상방으로 이동하게 되면 고정체인 하우징부(1331)는 샤프트부(120)의 이동에 영향없이 고정되어 있으므로 결과적으로 커버부(1333)가 상방으로 이동하게 되므로, 하우징부(1331)와 커버부(1333)는 수직방향(Y)으로 소정의 간격을 두고 이격되고, 이격된 거리는 밀링가공시 필요하여 설정된 예압이 작용하도록 설정되어 있으므로, 결과적으로 제2 탄성부는 상방으로 미리 정해진 예압만이 작용하도록 커버부(1333)를 가압하게 되어 밀링가공을 정밀하게 할 수 있도록 한다.

반대로, 커플링유닛(200)이 클램핑 될 때, 샤프트부(120)가 하방(도 2 내지 도 3에서 수직방향(Y)의 아래쪽 방향)으로 이동함에 따라 커버부(1333)도 하방으로 이동하게 되면 고정체인 하우징부(1331)는 샤프트부(120)의 이동에 영향없이 고정되어 있으므로 결과적으로 커버부(1333)만 하방으로 이동하게 되므로, 하우징부(1331)와 커버부(1333가 서로 수직방향(Y)으로 인접하는 되어 언클램핑상태에서 소정의 간격을 두고 이격되었던 거리보다 짧은 간격으로 이격되고, 결과적으로 제2 탄성부는 상방으로 미리 정해진 예압보다는 압력이 크도록 커버부를 가압하도록 고정되어 선삭가공을 정밀하게 할 수 있도록 한다.

커플링유닛(200)은 밀링가공 또는 선삭가공을 수행하기 위해 언클램핑 또는 클램핑 될 수 있고, 특히, 커플링유닛(200)이 언클램핑되는 경우 샤프트부(120)가 다른 부품의 간섭없이 회전할 수 있도록, 하우징부(1331)와 커버부(1333)는 소정의 거리를 두고 수직방향으로 이격되게 형성되고, 이동부(150)와 스토퍼부(160)는 소정의 거리를 두고 수직방향으로 이격되게 형성된다.

따라서, 본 발명에 의한 공작기계의 스핀들 장치는 선삭가공이나 밀링가공시에 오작동을 방지하여 언클램핑시에 밀링가공을 수행하고, 클램핑시에 선삭가공을 수행하여 장비의 손상이나 파손을 예방하고, 장비의 수명을 증대시킬 수 있다.

도 2 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 스핀들 장치(1)의 작동원리를 설명한다. 우선, 도 3 및 도 6을 참조하여 커플링유닛(200)의 클램핑 동작원리를 설명한다.

우선 도 3 및 도 6에 도시된 것처럼, 커플링유닛(200)의 클램핑시(선삭가공시)에는 유로부(140)를 통해 유압이 결합부(230)로 유입되면, 결합부(230)는 유입된 유압에 의해 하중과 압력이 증대되어 하부방향(도 3 에서 수직방향(Y)의 아래쪽 방향)으로 이동하면서, 결합부(230)의 하부에 설치된 제2 탄성부를 하방으로 가압하게 된다. 이에 따라 결합부(230)는 회전부(220)에 접촉된 후 회전부(220)와 함께 하방으로 이동하여 결합부(230)가 고정부(210)및 회전부(220)와 접촉하게 되면, 결합부(230)가 고정부(210) 및 회전부(220)를 모두 하방으로 가압함으로서 회전체인 회전부(230)를 고정체인 고정부(210)에 고정하여 클램핑하게 된다.

도 3에 도시된 것처럼 커플링유닛(200)이 클램핑되는 경우, 결합부(230)가 고정부(210) 및 회전부(220)를 가압하는 방향은 모두 하방으로 작용하게 된다. 이에 따라, 스핀들유닛(100)의 중심방향으로 하중이 전달되어 회전부(220)에 전달된 하중은 베어링부(130)에 전달되어 공작기계의 스핀들 장치(1)의 내구성 및 정밀도를 나쁘게 한다.

이에 따라, 도 6에 도시된 것처럼 커플링유닛(200)이 클램핑되어 결합부(230)가 고정부(210) 및 회전부(220)를 모두 하방으로 가압하는 힘이 작용할 때 동시에 이동부(150)를 하부방향으로 이동시켜 이동부(150)가 스토퍼부(160)에 접촉되도록 가압 고정함으로서 스토퍼부(160)가 이동부를 가압하는 방향이 상부로 작용하도록 구성한다.

즉, 커플링유닛(200)이 클램핑되는 경우, 결합부(230)가 고정부(210) 및 회전부(220)를 가압하는 방향과 반대방향으로 스토퍼부(160)가 이동부(150)를 가압하도록 하여 베어링부(130)에 전달되는 하중을 방지하기 위한 별도의 실린더부(50) 및 실린더부(50)를 구동하기 위한 추가적인 유로의 설치를 제거함으로서 공작기계의 소형화를 도모하고, 스핀들유닛(100) 선단과 베어링부(130) 사이의 간격을 감소시켜, 스핀들유닛(100)의 강성을 증대하고, 가공시 스핀들의 진동을 최소화 하여 제품의 품질을 향상시키고, 가공영역을 확대할 수 있다.

도 2 및 도 4 내지 도 5를 참조하여 커플링유닛(200)의 언클램핑 동작원리를 설명한다.

도 2 및 도 4 내지 도 5에 도시된 것처럼, 커플링유닛(200)의 언클램핑시(밀링가공시)에는 유로부(140)를 통해 유압이 결합부(230)에서 제거되면, 결합부(230)는 유입되었던 하중과 압력이 감소되어 상부방향(도 2 에서 수직방향(Y)의 위쪽 방향)으로 이동하면서, 결합부(230)의 하부에 설치된 제2 탄성부(1332)를 하방으로 가압하던 압력을 감소시키게 된다. 이에 따라 결합부(230)는 고정부(210)및 회전부(220)와 점점 멀어지는 방향으로 이동하여, 결합부(230)가 고정부(210) 및 회전부(220)를 모두 하방으로 가압하였던 압력을 해제함으로서 회전체인 회전부(230)를 고정체인 고정부(210)로부터 해제하여 언클램핑하게 된다.

또한, 도 5에 도시된 것처럼 커플링유닛(200)이 언클램핑되어 결합부(230)가 고정부(210) 및 회전부(220)를 모두 하방으로 가압하는 힘이 감소되면서 제2 탄성부가 결합부를 상부방향으로 가압하는 힘이 증대됨으로서 결합부(230)는 상부방향으로 이동하게 되고, 동시에 제1 탄성부(1332)가 커버부(1333)를 상부방향으로 가압하는 힘(예압)이 발생됨으로서 커버부(1333)가 상부방향 이동하도록 구성한다.

즉, 커플링유닛(200)이 언클램핑되는 경우, 제2 탄성부(240)가 결합부(230)를 상부방향으로 가압하는 힘과, 제1 탄성부(1332)가 커버부(1333)를 가압하는 힘(예압)을 이용하고, 제2 탄성부(240)가 결합부(230)를 가압하는 방향과, 제1 탄성부(1332)가 커버부(1333)를 가압하는 방향을 상부방향으로 동일하게 함으로서 이동부(150)와 스토퍼부(160)가 별도의 많은 힘과 노력을 들이지 않더라도 소정간격으로 이격되도록 함으로서 샤프트부(120)가 다른 부품의 간섭없이 회전할 수 있도록 할 수 있다.

도 2 내지 도 5에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 스핀들 장치(1)는 하우징부(1331)와 커버부(1333)의 수직방향으로 이격된 거리(L1)가 이동부(150)와 스토퍼부(160)의 수직방향으로 이격된 거리(L2)보다 크게 형성된다.

구체적으로, 커플링유닛(200)이 클램핑 될 때 커버부 와 이동부는 하부방향으로 이동하게 되고 이 경우, 상술한 바와 같이 베어링부(130)에 전달되는 하중을 방지하기 위해 결합부(230)가 고정부(210) 및 회전부(220)를 가압하는 방향과 반대방향으로 스토퍼부(160)가 이동부(150)를 가압하도록 서로 접촉되어야 하기 때문에 커플링유닛(200)이 클램핑 될 때 이동부(150)와 스토퍼부(160)의 수직방향으로 이격된 거리(L2)는 0이 되게 된다.

그런데 만약, 하우징부(1331)와 커버부(1333)의 수직방향으로 이격된 거리(L1)가 이동부(150)와 스토퍼부(160)의 수직방향으로 이격된 거리(L2)가 보다 작게 되는 경우에는 커플링유닛(200)이 클램핑되어 스토퍼부(160)와 이동부(150)서로 접촉하여 L2의 거리가 0이 되기 전에 하우징부(1331)와 커버부(1333)는 이미 수직방향으로 이격된 거리(L1)를 넘어 과한 압력을 가해 과도하게 밀착 접촉하게 된다.

이에 따라, 결합부(230)는 회전부(220)를 하부방향으로 무리하게 가압하게 되고, 결과적으로 회전부(220)에 연결된 샤프트부(120) 또한 과도하게 하부방향으로 가압 돌출됨에 따라 베어링부에 과도한 하중이 전달되어 베어링부의 수명을 단축시키거나, 손상을 가져 올 수 있다.

따라서, L1이 L2보다 크게 형성(L1> L2)되도록 하여 커플링유닛(200)이 클램핑 될 때, 하우징부(1331)와 커버부(1333)의 수직방향으로 이격된 거리(L1)가 0이 되기 전에 이동부(150)와 스토퍼부(160)가 접촉되어 고정되도록 함으로써 더이상 하우징부(1331)와 커버부(1333)의 수직방향으로 이격된 거리(L1)가 좁혀지지 않도록 하여 회전부와 샤프트부에 하중이 무리하게 집중되는 것을 방지 할 수 있다.

반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, L2: L1의 비율은 1: 1.5 에서 3으로 될 수 있다.

구체적으로, L2: L1의 비율이 1: 1.5 미만일 경우에는 샤프트부(120)가 회전할 때 발생하는 발열로 인해 샤프트부(120)가 팽창하게 되면, 오히려 L2가 L1보다 크게 형성되도록 역전될 가능성이 있어 상술한 바와 같이 과도한 샤프트부의 돌출에 의한 베어링부의 수명단축 손상등을 가져올 수 있는 문제점이 있다.

반대로, L2: L1의 비율이 1: 3을 초과할 경우에는 필요이상으로 하우징부(1331)와 커버부(1333)의 수직방향으로 이격된 거리(L1)가 벌어지게 되어, 커버부(1333)의 하부에 접촉결합되어 있는 제1 탄성부(1332)의 일부가 필요이상으로 하우징부(1331)에 의해 보호되지 못하고 노출되게 된다.

이에 따라, 제1 탄성부(1332)가 하우징부(1331)에 의해 가이드 되지 않은 채 움직일 수 있는 공간이 확대되게 되고, 더욱이 샤프트부(120)가 회전하게 되면 가해지는 회전력에 의해 제1 탄성부(1332)가 수직방향으로 이동되는 것 외에도 수평방향으로도 이동하게 될 수 있어, 결국 장기간 이와 같은 상태로 사용을 하게 되면 제1 탄성부(1332)가 수평방향으로 움직이는 힘에 의해 기울어져 변형 또는 손상되거나, 하우징부와 반복적으로 접촉되어 파손될 수 있는 문제점이 있다.

도 2 내지 도 3 및 도 5 내지 도 7에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 스핀들 장치(1)의 스핀들유닛(100)은 공압유로부(170)와 센싱부를 더 포함할 수 있다.

도 3을 참조하면, 공압유로부(170)는 커플링유닛이 클램핑(선삭가공)되는 경우, 정상적으로 이동부(150)와 스토퍼부(160)가 접촉되어 있는지 유무를 확인하기 위해 샤프트부에서 이동부를 거쳐 형성된다.

구체적으로, 도 6에 도시된 것처럼 커플링유닛(200)이 클램핑되어 결합부(230)가 고정부(210) 및 회전부(220)를 모두 하방으로 가압하는 힘이 작용할 때 동시에 이동부(150)를 하부방향으로 이동시켜 이동부(150)가 스토퍼부(160)에 접촉하게 된다.

또한, 도면에 도시되지는 않았지만, 스핀들 유닛(100)의 외부에 센싱부가 설치된다. 센싱부는 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만. 에어를 분사할 수 있는 에어갭 센서로 형성될 수 있다.

이처럼, 이동부(150)가 스토퍼부(160)에 접촉한 경우, 센싱부에서 에어를 공급하여 공압유로부(170)를 통해 공급된 에어를 이동부(150)와 스토퍼부(160)가 접촉된 부분에 분사한 뒤, 센싱부가 이동부(150)와 스토퍼부(160)가 접촉된 부분의 에어의 압력을 감지함으로서 이동부(150)와 스토퍼부(160)가 접촉 상태를 확인하게 된다.

즉, 이동부(150)와 스토퍼부(160)가 접촉상태가 불량하게 되면 이동부(150)와 스토퍼부(160)가 접촉된 부분에 틈새가 생기게 되고, 틈새를 통해 에어가 밖으로 유출되면, 센싱부는 하강된 에어 압력을 감지하여 클랭핑 상태가 불안정하게 되었음을 감지하게 된다. 반대로, 이동부(150)와 스토퍼부(160)가 접촉상태 정상적인 경우(틈새가 밀착된 상태) 센싱부는 센싱부에서 공급된 압력과 균등한 범위의 에어 압력을 감지하여 클랭핑 상태가 안정하게 되었음을 감지하게 된다.

공압유로부(170)에 공압을 공급하는 공압펌프나 공압탱크와 같은 공압공급원과 호스 등과 같은 배관을 통해 연결 설치되고, 배관 상에는 각종 밸브가 설치된다. 수치제어장치(NC 또는 CNC)나 PLC 등을 통해 공압공급원은 공작물 가공 프로그램 등에 따라 선상가공시에 커플링유닛의 클램핑 후에 공압을 공급 또는 회수하게 된다.

센싱부는 공압유로부(170)를 통해 공급되는 공압과 공압공급원에서 공급하는 공압의 차이를 검측하여 정상적으로 이동부(150)와 스토퍼부(160)가 접촉되어 있는지 유무를 확인하여 장비의 파손이나 공작물이 손상되는 것을 사전에 방지하고, 사용자의 편의를 도모하고, 공작기계의 신뢰성을 향상할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술할 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

1 : 공작기계의 스핀들 장치, , 10 : 픽스부,
20 : 스핀부, 30 : 연결부,
40 : 작동부, 50 : 실린더부.
100 : 스핀들유닛, 110 : 바디부,
120 : 샤프트부, 130 : 베어링부,
131 : 제1 베어링부, 132 : 제2 베어링부,
133 : 예압부, 1331: 하우징부,
1332: 제1 탄성부, 1333 : 커버부
140 : 유로부, 150 : 이동부,
160 : 스토퍼부, 170 : 공압유로부,
200 : 커플링유닛, 210 : 고정부,
220 : 회전부, 230 : 결합부,
240 : 제2 탄성부

Claims (9)

1. 고정체인 바디부와 상기 바디부의 내부에 회전 가능하도록 설치되는 샤프트부와 상기 바디부와 상기 샤프트부 사이에 설치되는 베어링부 및 상기 바디부의 내부에 형성되는 유로부를 구비하는 스핀들유닛; 및
   상기 바디부의 내부에서 상기 베어링부의 하부에 설치되는 커플링유닛;을 포함하고,
   상기 커플링유닛은,
   상기 바디부의 내부에 고정 설치되는 고정부;
   상기 바디부의 내부에서 상기 고정부와 수평방향으로 이격하면서 마주하도록 상기 샤프트부에 연결 설치되는 회전부;
   상기 바디부의 내부에서 상기 고정부와 상기 회전부의 상부에 설치되는 결합부; 및
   상기 고정부, 상기 회전부 및 상기 결합부 사이에 설치되는 제2 탄성부;를 포함하고,
   상기 스핀들유닛은,
   상기 베어링부의 상부에 상기 샤프트부에 연결 설치되는 이동부; 및
   상기 이동부의 일부와 접촉 가능하도록 상기 이동부와 상기 베어링부의 상부 사이에 설치되는 스토퍼부;를 포함하고,
   상기 베어링부는,
   상기 스토퍼부의 하부에 설치되는 제1 베어링부;
   상기 제1 베어링부의 하부에 상기 결합부와 근접하도록 설치되는 제2 베어링부; 및
   상기 제1 베어링부와 상기 제2 베어링부 사이에 설치되는 예압부;를 포함하고,
   상기 예압부는,
   하우징부;
   상기 하우징부의 내부에 삽입 설치되는 제1 탄성부; 및
   상기 제1 탄성부의 상부에 설치되어 상기 제1 탄성부를 가압하거나 해제하는 커버부;를 포함하고,
   상기 결합부가 상기 유로부를 통해 유입 또는 유출되는 유압에 의해 상기 제2 탄성부를 가압 또는 해제함에 따라 상기 커플링유닛이 클램핑 또는 언클램핑되고,
   상기커플링유닛이 언클램핑될 때,
   상기 하우징부와 상기 커버부는 수직방향으로 이격되게 형성되고,
   상기 이동부와 상기 스토퍼부는 수직방향으로 이격되게 형성되는 것을 특징으로 하는 공작기계의 스핀들 장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 유로부를 통해 유압이 유입되면, 상기 결합부가 하부방향으로 이동하여 상기 제2 탄성부를 가압하면서 상기 고정부와 상기 회전부를 가압하고, 상기 이동부를 하부방향으로 이동시켜 상기 이동부와 상기 스토퍼부가 접촉함에 따라 상기 커플링 유닛이 클램핑되는 것을 특징으로 하는 공작기계의 스핀들 장치.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 유로부를 통해 유압이 제거되면, 상기 결합부가 상부방향으로 이동하여 상기 제2 탄성부에 가해진 압력을 해제함에 따라 상기 결합부가 상기 고정부와 상기 회전부에 가한 압력을 해제하고, 상기 이동부를 상부방향으로 이동시켜 상기 이동부와 상기 스토퍼부가 수직방향으로 이격됨에 따라 상기 커플링유닛이 언클램핑되는 것을 특징으로 하는 공작기계의 스핀들 장치.
   
8. 제1항, 제6항, 및 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 하우징부와 상기 커버부의 수직방향 이격 거리가 상기 이동부와 상기 스토퍼부의 수직방향 이격 거리보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 공작기계의 스핀들 장치.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 스핀들 유닛은
   상기 커플링유닛이 클램핑될 때에 상기 이동부와 상기 스토퍼부의 접촉상태를 확인하기 위해 상기 샤프트부에서 상기 이동부를 거쳐 형성되는 공압유로부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 스핀들 장치.
   

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