KR200185550Y1 - 리니어모터방식의 스핀들축 이송장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 자기부상식의 리니어모터를 이용한 X축, Z축 및 Y축 이송중에서 스핀들 이송축인 Z축 이송을 원활히 가이드하도록 하는 리니어모터방식의 스핀들축 이송장치에 관한 것이다.

이에 따른 본 고안의 구성은, X축 이송프레임(10)이 칼럼(1)에, Y축 이송프레임(20)이 X축 이송프레임(10)에, Z축 이송램(30)이 Y축 이송프레임(20)에 각각 리니어모터에 의해 직선이송력을 제공받는 한편, 직선이송을 가이드하는 가이드수단이 구성된 리니어모터방식의 3축 이송장치에 있어서, Y축 이송프레임(20)의 양측에 Z축 LM가이드레일(33)을 고정설치하고, 이와 대향되는 Z축 이송램(30) 무게중심의 수평 좌우 양측에 그 가이드레일(33)에 매달려 있는 형태로 습동결합되게 Z축 LM블럭(34)을 고정 설치하였고,

또한, Z축 LM가이드레일(33)사이의 상기 Y축 이송프레임(20)에는 원추형의 슬라이딩 요부(26a)가 형성되고, 그 요부의 경사면에는 서로 대칭되게 Z축 자석판(31)이 나열 설치되는 한편, 상기 슬라이딩 요부(26a)에 위치되는 Z축 이송램(30)의 상부 후방에는 Z축 코일스테이터(32)를 배치 구성하였다.

Description

리니어모터방식의 스핀들축 이송장치{Spindle shaft moving appartus for linear Motor}

본 고안은 리니어모터방식의 스핀들축 이송장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자기부상식의 리니어모터를 이용한 X축, Z축 및 Y축 이송중에서 스핀들 이송축인 Z축 이송을 원활히 가이드하도록 하는 리니어모터방식의 스핀들축 이송장치에 관한 것이다.

일반적으로 리니어모터(LINEAR MOTOR)는 보통의 3상농형(三相籠型) 유도전동기를 축방향으로 자르고, 이것을 평면으로 전개(展開)한 것과 같은 것으로, 전동기의 1차측에 상당하는 고정자와 2차측에 상당하는 리액션레일로 되어 있으며, 전동기의 회전운동을 직선운동으로 얻는 것이다. 즉, 고정자와 직사각형 성층철심(成層鐵心)에 홈이 파여지고 3상권선이 들어 있다. 이 3상권선에 3상교류를 보내서 이동자기장을 만들고, 이것을 전기의 양도체로 만든 리액션레일에 작용시켜, 이 사이에서 생기는 반발력을 동력으로 한다.

또한, 이러한 리니어모터는 고가감속(高加減速)이 필요한 장치나 하역기계, 공작기계 등의 직선운동을 하는 기구의 동력장치로서도 뛰어난 성능을 가지고 있다. 특히, 최근에 사이리스터의 급속한 진보로 전원전류의 주파수변환이 수월해져서, 극히 넓은 범위의 속도제어가 이루어지게 되었으므로, 초고속용에서 초저속용까지 직선형 전동기를 실용화할 수 있는 가능성이 높아졌다.

특히, 공작기계의 직선이송계에 적용되는 리니어모터의 구성은 도 1 에 도시된 바와 같다.

즉, 칼럼(1)의 상단과 하단에는 서로 마주보는 내향쪽으로 X축 자석판(11)이 나열 부착되고, 나열된 상기 각 X축 자석판(11) 사이에는 X축 이송 프레임(10)이 위치되는데, 그 이송프레임(10)의 프레임 상단과 하단의 X축 자석판(11)의 대향위치에는 X축 코일스테이터(12)가 부착되어 있다. 즉, X축 자석판(11)과 X축 코일스테이터(12)간의 상호 흡인력에 의해 X축 이송프레임(10)의 하중을 거의 상쇄시켜 자기부상된 상태가 이루어지게 되는 것이다.

또한, 전방 칼럼(1)의 상단과 하단 및 이와 대향되는 X축 이송프레임(10)의 상단과 하단에는 상기 X축 이송프레임(10)의 축이동을 가이드하고 X축 이송프레임(10)을 지지하는 X축 LM블럭(14)과 X축 LM가이드레일(13)이 설치되어 있다.

또한, X축 이송프레임(10)의 각 내측에는 수직되는 방향으로 Y축 자석판(21)이 나열 부착되고, 나열된 상기 각 Y축 자석판(21) 사이에는 Y축 이송프레임(20)이 위치되는데, 이의 구성은 X축 이송프레임(10)의 그것과 동일하다. 다시 말하면, Y축 자석판(21)과 대향되는 Y축 이송프레임(20)의 각 외측에는 상호 흡인력에 의해 그 이송프레임(20)의 자중이 거의 상쇄되어 자기부상된 상태로 유지되도록 Y축 코일스테이터(22)가 부착 설치되어 있다. 또한, 전방 X축 이송프레임(10)의 양측과 이와 대향되는 Y축 이송프레임(20)에는 상기 Y축 이송프레임(20)의 수직방향이동(Y축)을 가이드함과 동시에 Y축 이송프레임(20)을 지지하는 Y축 LM가이드레일(23)과 Y축 LM블럭(도시안됨)이 습동되게 결합되어 있다.

또한, Y축 이송프레임(20)상에는 그 프레임(20)과 직교되는 수평방향으로 커버프레임(350)이 고정 설치되는 한편, 상기 커버프레임(350)의 내부에는 도 2 에 도시된 바와 같이 스핀들장치(도시안됨)를 Z축방향으로 이송시키는 Z축 이송램(300)이 상기와 같은 자기부상방식으로 구성되어 있다. 보다 상세하게는 커버프레임(350)의 상단과 하단에는 각각 Z축 코일스테이터(320)가 부착 설치되고 이와 대향되는 Z축 이송램(300)의 상단과 하단에는 상호 흡인력에 의해 스핀들장치의 하중을 거의 상쇄시켜 자기부상상태가 유지되도록 Z축 자석판(310)이 나열되게 부착 설치되어 있다.

또한, 자기부상상태의 Z축 이송램(300)의 축이동을 가이드하고 스핀들장치를 포함한 Z축 이송램(300)을 지지하기 위해 상기 Z축 이송램(300)의 하부와 커버프레임(350)의 내부 바닥부에는 Z축 LM가이드레일(330)과 Z축 LM블럭(340)이 습동되게 결합 구성되어 있다.

또한, 스핀들장치가 구성되는 Z축 이송램(300)의 선단과 Y축 이송프레임(20)간에는 공작물의 가공시 발생되는 칩이나 비산되는 절삭유의 내부 침입을 막기 위해 벨로우즈관(40)이 구성되어 있다.

그러나, 리니어모터를 이용한 종래의 축 이송장치에서 X축 이송계 및 Y축 이송계는 별문제가 없지만 Z축 이송계에는 구조적인 문제점이 발견되었다.

보다 상세하게는 상기 Z축 이송램의 전진이송으로 인해 램의 일부가 자기영역을 벗어나게 되면 스핀들장치가 설치된 Z축 이송램의 자중에 의해 자기영역에 포함되어 있을 때 보다 처짐량이 크게 나타나게 된다.

특히, 자기부상된 Z축 이송램의 이동을 안내하는 가이드수단의 구성들이 자중이 큰 물체의 하부에 위치되었기 때문에 오히려 그 처짐을 조장하는 결과를 초래하였다.

또한, Z축 이송램의 저부에 부착되는 Z축 자석판은 그 이송램의 전진이동시 절삭작업공간과 면하는 외부로 드러나기 때문에 이를 막기 위해 벨로우즈 관을 사용하였지만 그 벨로우즈 관의 사용은 그 관 상부로 칩들이 쌓이기 때문에 오히려 심각한 작동장애를 초래하게 되는 결과를 초래하였다.

본 고안은 상기와 같은 제반문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 Z축 이송램의 이송 가이드지점을 하부쪽이 아닌 중앙 양측에서 매달리는 형태로 구성하여 스핀들장치를 포함한 Z축 이송램의 자중에 따른 처짐현상을 방지하는 리니어모터방식의 스핀들축 이송장치를 제공함에 있다.

또한, 본 고안은 상기와 같은 제반문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 종래에서 적용하였던 고정자(코일스테이터)와 가동자(자석판)의 위치를 역배치하므로써 Z축 이송램이 전방 최대로 이송되었다고 하더라도 리니어모터의 구성요소가 작업범위에 포함되지 않도록 하는 리니어모터방식의 스핀들축 이송장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 고안은, X축 이송프레임이 칼럼에, Y축 이송프레임이 X축 이송프레임에, Z축 이송램이 Y축 이송프레임에 각각 리니어모터의 자석판과 코일스테이터에 의해 직선이송력을 제공받는 한편, 직선이송을 가이드하는 가이드수단이 구성된 리니어모터방식의 3축 이송장치에 있어서,

Y축 이송프레임의 양측에 Z축 LM가이드레일을 고정 설치하고, 이와 대향되는 Z축 이송램 무게중심의 수평 좌우 양측에 그 가이드레일에 매달려 있는 형태로 습동 결합되게 Z축 LM블럭을 고정 설치하여 된 특징을 갖는다.

또한, 상기 또 다른 목적을 달성하기 위해 본 고안은, Z축 LM가이드레일 사이의 상기 Y축 이송프레임에는 원추형의 슬라이딩 요부가 형성되고, 그 요부의 경사면에는 서로 대칭되게 Z축 자석판이 나열 설치되는 한편, 상기 슬라이딩 요부에 위치되는 Z축 이송램의 상부 후방에는 Z축 코일스테이터를 배치 구성하여 된 특징을 갖는다.

도 1 은 종래 리니어모터방식의 이송장치를 개략적으로 도시한 공작기계의 전체 측단면도.

도 2 는 도 1 의 A - A선 단면도.

도 3 은 본 고안이 적용된 상태의 이송장치를 도시한 사시도로써, (가)는 정면 사시도이고, (나)는 배면사시도.

도 4 는 본 고안의 스핀들축(Z축) 이송장치를 분리도시한 사시도.

도 5 는 도 4 의 결합상태를 도시한 사시도로써, (가)는 Z축 이송램이 후퇴된 상태이고, (나)는 Z축 이송램이 전진이동된 상태.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

20: Y축 이송프레임, 23: Y축 LM가이드레일,

24: Y축 LM블럭, 25: 슬라이더,

26: 상부베이스, 26a: 슬라이딩 요부,

28: 하부베이스, 30: Z축 이송램,

31: Z축 자석판, 32: Z축 코일스테이터,

33: Z축 LM가이드레일, 34: Z축 LM블럭,

35: 고정브래킷,

이하, 본 고안의 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.

도 3 은 본 고안이 적용된 상태의 이송장치를 도시한 사시도로써, (가)는 정면 사시도이고 (나)는 배면사시도이고, 도 4 는 본 고안의 스핀들축(Z축) 이송장치를 분리도시한 사시도이며, 도 5 는 도 4 의 결합상태를 도시한 사시도로써, (가)는 Z축 이송램이 후퇴된 상태이고 (나)는 Z축 이송램이 전진이동된 상태이다.

본 고안의 구성은, X축 이송프레임(10)이 칼럼(1)에, Y축 이송프레임(20)이 X축 이송프레임(10)에, Z축 이송램(30)이 Y축 이송프레임(20)에 각각 리니어모터에 의해 직선이송력을 제공받는 한편, 직선이송을 가이드하는 가이드수단이 구성된 리니어모터방식의 3축 이송장치에 있어서,

먼저, 본 고안에 따른 스핀들축(Z축) 이송장치가 슬라이딩되게 구성된 Y축 이송프레임(20)은 3개의 조립 구성요소로 이루어져 있다.

그 하나는 X축 이송프레임(10)의 양측에 형성된 Y축 LM가이드레일(23)에 습동 결합되도록 Y축 LM블럭(24)이 형성된 슬라이더(25)이고, 또 하나는 그 슬라이더(25)의 후측에 고정 설치되고 저부에 쇄기형의 슬라이딩 요부(26a)가 형성되며 그 요부의 경사면에 Z축 자석판(31)이 나열되게 설치되는 한편 상기 슬라이딩 요부(26a)가 시작되는 하부 양측에 Z축 LM가이드레일(33)을 형성한 상부베이스(26)이며, 나머지 하나는 후술되는 Z축 이송램(30)의 하부를 가이드하는 하부베이스(28)이다.

한편, 조립된 상부베이스(26)와 하부베이스(28)의 각 양측으로 Y축 코일스테이터(22)가 부착 구성된다.

또한, Y축 이송프레임(20)의 상부베이스(26)와 하부베이스(28) 사이에는 상기 상부베이스(26)의 슬라이딩 요부(26a)에 설치된 Z축 자석판(31)에 의해 상호 흡인력이 발생되도록 Z축 코일스테이터(32)가 후방측에 부착 설치된 Z축 이송램(30)이 구성된다.

상기 Z축 코일스테이터(32)의 설치범위는 Z축 이송램(30)이 Y축 이송프레임(20)으로부터 최대상태로 출현되었을 때 외부로 드러나지 않도록 해야 함이 바람직하다.

또한, 상기 Z축 이송램(30)의 양측, 더욱 상세하게는 Z축 이송램(30) 무게중심의 수평연장선상의 좌우 양측에는 상기 상부베이스(26)의 Z축 LM가이드레일(33)에 매달리는 형태로 슬라이딩 결합되도록 고정 브래킷(35)에 의해 고정 설치되는 Z축 LM블럭(34)을 그 이송램(30) 자중에 따른 처짐이 발생하지 않는 지지점을 계산하여 좌우 각 2개씩 설치 구성한다.

상기와 같이 구성된 본 고안의 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 고안에 대한 3축 이송장치에 대한 개념은 종래의 그것과 거의 동일하다.

다만, Z축 이송장치에서 Y축 이송프레임(20), 즉 쇄기형상으로 된 슬라이더(25)의 슬라이딩 요부(26a)에 부착 설치된 Z축 자석판(31)과, 그 자석판(31)과 항상 일정한 간격으로 떨어져 있도록 자기흡인력을 발생시키는 Z축 코일스테이터(32)에 의해 스핀들장치를 포함한 Z축 이송램(30)의 자중을 거의 상쇄시켜 축이송을 가능하도록 하는 한편, 상기 Z축 이송램(30)을 지지함과 동시에 이송을 가이드하는 Z축 LM블럭(34)이 고정브래킷(35)에 의해 이송램(30) 자중에 대한 무게중심의 연장 수평선에 해당되는 곳에 설치됨과 함께 Z축 LM가이드레일(33)에 매달려 있는 형태로 구성되었기 때문에 안정상태가 되어 상기 Z축 이송램(30)의 변위위치에 따라 처짐량이 변하지 않게 되는 것이다.

또한, Z축 코일스테이터(32)를 종래의 배치와 반대로 상기 이송램(30)의 후방에 구성하였으므로 Z축 이송램(30)의 최대변위시 Z축 코일스테이터(32)가 외부로 돌출되지 않게 된다.

이상에서와 같은 본 고안을 적용하게 되면, Z축 이송램의 무게중심쪽에 그 이송램의 지지 및 가이드장치를 매달리는 형태로 구성하였기 때문에 상기 Z축 이송램의 최대 출현시에도 안정적인 가이딩을 실현할 수 있게 될 뿐만 아니라 가동자를 종래와 반대로 코일스테이터가 담당하도록 역배치하였기 때문에 외부로 드러나지 않아 칩이나 절삭유 침투에 따른 벨로우즈 관을 별도로 설치할 필요가 없는 매우 유용한 고안인 것이다.

Claims (2)

1. X축 이송프레임(10)이 칼럼(1)에, Y축 이송프레임(20)이 X축 이송프레임(10)에, Z축 이송램(30)이 Y축 이송프레임(20)에 각각 리니어모터에 의해 직선이송력을 제공받는 한편, 직선이송을 가이드하는 가이드수단이 구성된 리니어모터방식의 3축 이송장치에 있어서,

   Y축 이송프레임(20)의 양측에 Z축 LM가이드레일(33)을 고정설치하고, 이와 대향되는 Z축 이송램(30) 무게중심의 수평 좌우 양측에 그 가이드레일(33)에 매달려 있는 형태로 습동결합되게 Z축 LM블럭(34)을 고정설치함을 특징으로 하는 리니어모터방식의 스핀들축 이송장치.
2. 제 1 항에 있어서, Z축 LM가이드레일(33)사이의Y축 이송프레임(20)에는 원추형의 슬라이딩 요부(26a)가 형성되고, 그 요부의 경사면에는 서로 대칭되게 Z축 자석판(31)이 나열 설치되는 한편, 상기 슬라이딩 요부(26a)에 위치되는 Z축 이송램(30)의 상부 후방에는 Z축 코일스테이터(32)를 배치 구성함을 특징으로 하는 리니어모터방식의 스핀들축 이송장치.