KR200227464Y1 - 수치제어공작기계의열대칭주축구조 - Google Patents

Abstract

본 고안은 주축의 구조를 열대칭 및 온도분포의 균일화가 이루어지도록 스핀들 베이스와 분리되도록 하는 한편, 주축을 감싸는 스핀들 하우징과 스핀들 베이스 사이에 방열을 위한 일정공간을 마련하도록 한 수치제어 공작기계의 열대칭 주축구조에 관한 것이다.

주축의 회전지지를 위한 스핀들 하우징(21)과 상기 스핀들 하우징(21)을 본체(20)에 고정지지하도록 하는 스핀들 베이스(26)로 구성된 수치제어 공작기계의 주축구조에 있어서,

상기 스핀들 하우징(21)의 외주 양측에 체결수단에 의해 스핀들 베이스(26)에 조립되도록 결합플랜지(22)를 형성하되, 상기 스핀들 하우징(21)의 하부에는 스핀들 베이스(26)로부터 떨어지도록 유격공간부(23)를 형성하고, 조립되는 상기 결합플랜지(22)와 스핀들 베이스(26) 사이에는 주축의 수직중심을 조정하기 위한 수직조정 스페이서(24)를 설치하며, 결합플랜지(22)에 근접되는 스핀들 베이스(26)의 일측에는 스핀들 하우징(21)을 횡으로 밀면서 수평을 조정하는 수평조정수단(25)을 구비·설치하여 된 것이다.

Description

수치제어 공작기계의 열대칭 주축구조

본 고안은 수치제어 공작기계의 열대칭 주축구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주축의 구조를 열대칭 및 온도분포의 균일화가 이루어지도록 스핀들 베이스와 분리되도록 하는 한편, 주축을 감싸는 스핀들 하우징과 스핀들 베이스 사이에 방열을 위한 일정공간을 마련하도록 한 수치제어 공작기계의 열대칭 주축구조에 관한 것이다.

공작기계에서 필요로 하는 성질 중 가장 중요한 것은 공작정밀도가 높고, 그러면서도 안정성이 있으며, 생산능률이 높고 융통성이 풍부할 것 등이다. 이 밖에도 내구성(耐久性)이 강하고 고장이 적으며 값이 싼 것이 요구된다. 정밀공작기계에 있어서는 특히 공작정밀도(공작물의 형태 및 치수가 정확하며 마무리 작업면이 매끄러워야 한다)가 요구된다. 선반, 드릴링머신 프라이스반, 보링머신, 연삭기(硏削機), 프라노밀러 등을 NC화한 것이 만들어지는 동시에 복합가공을 행하는 머시닝센터나 터닝센터 등의 신기종도 산출되고 있다.

이러한 기종이라도 공작정밀도는 주축(主軸)의 회전정밀도, 테이블과 새들 등의 평활한 운동, 운동의 진직도(眞直度), 운동과 주축중심선과의 평행도(平行度) 및 직각도 등, 기계본체의 정적(靜的) 및 동적(動的)인 기하학적 정밀도에 좌우된다.

특히 NC공작기계에 있어서는 조작자가 항상 기계 옆에서 계측과 관찰을 하여 조절하면서 운전하는 것이 아니므로, 공작정밀도를 유지하려면 기계의 움직임과 시간의 경과에 따라 기계의 특성이 변화하는 일이 있어서는 안된다.

이와 같은 견지에서 기계의 본체에 대하여는 강성(剛性), 안내면특성(案內面特性), 열변위특성(熱變位特性) 등에 대한 연구가 행하여지고 있다.

NC공작기계는 장시간의 연속운전이 행하여지는데 특히 시간의 흐름과 함께 기계의 온도가 올라서 변형을 일으키는 일만은 피해야 한다. 이 열변형을 줄이기 위해 갖가지 대책이 강구되고 있다. 예를 들면,

1. 열원(熱原)의 제거

① 열발생원인 모터 등을 기계본체와 분리한다.

② 윤활유를 냉각시키거나, 주축냉각용 오일을 냉각시키는 냉각수단을 갖춘다.

③ 절삭칩을 냉각시키기 위해 다량의 절삭액을 이용하여 상기 칩을 신속하게 배제(排除)한다.

④ 실내온도의 변화, 기계에의 직사광선, 통풍 등 기계설치환경을 정비한다.

2. 열대칭(熱對稱) 및 온도분포의 균일화를 꾀한다.

① 발열원을 적당히 배치하여 균형을 잡는다.

② 열적대칭성을 지니도록 설계한다.

③ 열팽창의 기점(基点)을 적절히 선택하여 열팽창 대상의 길이를 짧게 한다.

그러나 종래 수치제어 공작기계의 주축은 상술한 열변형 방지대책에도 불구하고 도 1a 및 도 1b 에 도시된 바와같이 주축을 감싸는 스핀들 하우징(11)과 이를 본체(10)에 고정지지하는 스핀들 베이스(16)가 일체로 형성되어 있다.

상기 주축을 감싸는 스핀들 하우징(11)의 내부에는 고속회전(DN치 100만이상)을 하는 주축인 경우 베어링의 내륜과 볼에서 발생되는 마찰열에 의해 예압이 급격히 증가하게 되는 현상들이 일어나게 되고, 또한 이 마찰열은 스핀들 하우징(11)을 중심으로 하여 방사상으로 퍼져나갈려는 성질을 갖고 있기 때문에 종래와 같은 스핀들구조에서는 열대칭이 될 수가 없다.

따라서, 본 고안은 상기와 같은 제반문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서 그 목적은 주축의 구조를 열대칭 및 온도분포의 균일화가 이루어지도록 스핀들 베이스와 분리되도록 하는 한편, 주축을 감싸는 스핀들 하우징과 스핀들 베이스 사이에 외기와 통하는 일정한 방열공간을 마련하도록 하므로써 공작물의 내,외경 가공시 항상 안정된 반복정밀도를 유지시키도록 하는 수치제어 공작기계의 열대칭 주축구조를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 안출된 본 고안은, 주축의 회전지지를 위한 스핀들 하우징과 상기 스핀들 하우징을 본체에 고정지지하도록 하는 스핀들 베이스로 구성된 수치제어 공작기계의 주축구조에 있어서,

상기 스핀들 하우징의 외주 양측에 체결수단에 의해 스핀들 베이스에 조립되도록 결합플랜지를 형성하되, 상기 스핀들 하우징의 하부에는 스핀들 베이스로부터 떨어지도록 유격공간부를 형성하고, 조립되는 상기 결합플랜지와 스핀들 베이스 사이에는 주축의 수직중심을 조정하기 위한 수직조정 스페이서를 설치하며, 결합플랜지에 근접되는 스핀들 베이스의 일측에는 스핀들 하우징을 횡으로 밀면서 수평을 조정하는 수평조정수단을 구비·설치하여 된 특징을 갖는다.

도 1a 은 종래의 주축구조를 도시한 일부분의 정면도.

도 1b 는 도 1a 의 좌측면도.

도 2a 는 본 고안에 따른 수치제어 공작기계의 열대칭 주축구조를 도시한 정 면도.

도 2b 는 도 2a 의 좌측면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

20: 본체, 21: 스핀들 하우징,

22: 결합플랜지, 22a: 하우징 고정볼트,

23: 유격공간부, 24: 수직조정 스페이서,

25: 수평조정수단, 25a: 조정플레이트,

25b: 조정스크류, 25c: 너트,

25d: 고정볼트, 26: 스핀들 베이스,

이하, 본 고안을 첨부한 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.

도 2a 는 본 고안에 따른 수치제어 공작기계의 열대칭 주축구조를 도시한 정면도이고, 도 2b 는 도 2a 의 좌측면도이다.

본 고안의 구성은, 주축의 회전지지를 위한 스핀들 하우징(21)과 상기 스핀들 하우징(21)을 본체(20)에 고정지지하도록 하는 스핀들 베이스(26)로 구성된 수치제어 공작기계의 주축구조에 있어서,

상기 스핀들 하우징(21)과 스핀들 베이스(26)를 서로 분리되도록 구성한다.

보다 구체적으로는 상기 스핀들 하우징(21)의 외주 양측에는 하우징 고정볼트(22a)로써 스핀들 베이스(26)에 조립되도록 결합플랜지(22)를 형성하고, 또한 상기 스핀들 하우징(21)의 하부에는 스핀들 베이스(26)로부터 떨어지도록 외기와 통하는 공기순환통로인 유격공간부(23)를 형성한다. 상기 결합플랜지(22)의 또 다른 역할에 대해서는 후술되는 수평조정수단(25)의 설명에서 다시 한 번 기술된다.

상기 유격공간부(23)의 형성이유는 주축의 고속회전에 따라 발생되는 높은 열이 스핀들 하우징(21)를 통해 스핀들 베이스(26)로 전달되지 않도록 하기 위해서이고, 또 다른 이유는 주축에 의해 발생되는 열을 스핀들 하우징(21)으로 골고루 분배시켜 열변위 발생을 방지하기 위함이다.

또한, 주축분리구조를 채택한 본 고안은 종래에 비해 추가되는 몇가지 구성요소들이 있다.

본 고안의 스핀들 하우징(21)은 스핀들 베이스(26)에 분리되는 구조이기 때문에 최초에 주축의 중심을 세팅할 수 없다.

이에 따라 조립되는 상기 스핀들 하우징(21)의 결합플랜지(22)와 스핀들 베이스(26) 사이에는 주축의 수직중심을 조정하기 위해 연마하는 수직조정 스페이서(24)가 개재 설치되며, 결합플랜지(22)에 근접되는 스핀들 베이스(26)의 일측에는 스핀들 하우징(21)을 횡으로 밀면서 수평을 조정하는 수평조정수단(25)이 설치되어 있다. 상기 수직조정 스페이서(24)는 주축의 수직중심을 조정하기 위한 역할도 있지만 유격공간부(23)의 확보기능도 병행하게 된다.

한편, 상기 수평조정수단(25)은 구체적으로 고정볼트(25d)에 의해 스핀들 베이스(26)의 일측에 고정설치되는 조정플레이트(25a)와, 상기 조정플레이트(25a)의 일측에 접설된 너트(25c)부터 나사결합되어 스핀들 하우징(21)의 결합플랜지(22) 일측면에 접촉되도록 구성되고, 상기 스핀들 하우징(21)을 밀면서 미세한 수평중심을 조정하는 조정스크류(25b)로 구성되어 있다.

상기와 같이 구성된 본 고안의 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 고안의 조립에 앞서 결합플랜지(22)의 수직높이를 감안하여 주축의 수직중심을 맞추기 위해 수직조정 스페이서(24)를 연마가공하여 스핀들 베이스(26)의 상부 가장자리에 올려놓은 다음 상기 스핀들 하우징(21)의 결합플랜지(22)가 연마한 수직조정 스페이서(24)의 상면에 위치되도록 상기 스핀들 하우징(21)을 조립한다.

이 후 조정플레이트(25a)를 고정볼트(25d)로써 스핀들 베이스(26)의 일측에 고정시킨 다음 조정스크류(25b)를 조정플레이트(25a)로부터 관통되는 스핀들 하우징(21)의 결합플랜지(22)의 일측면에 접촉되도록 나사결합시키는 한편, 상기 조정스크류(25b)를 돌리면서 스핀들 하우징(21)을 횡으로 미세하게 이동시켜 주축의 완전한 중심을 결정짓는다.

상기 주축의 중심조정작업이 완료되면 결합플랜지(22)로부터 결합되는 하우징 고정볼트(22a)를 스핀들 베이스(26)에 이르도록 체결하면 모든 조립작업은 종료된다. 이와 같이 조립된 본 고안은 주축의 고속회전으로 열이 발생되면 스핀들 하우징(21)을 통해 스핀들 베이스(26)로 전달되지 못하고, 그사이의 유격공간부(23)를 통해 외기로 방출되기 때문에 그 스핀들 베이스(26)에 열변위가 발생하지 않게 된다.

이상에서 설명한 본 고안은 전술한 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 고안이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

이상에서와 같은 본 고안을 적용하게 되면, 스핀들 하우징이 스핀들 베이스로부터 분리 및 조립되는 구조에 의해 그 사이에 유격공간이 마련되기 때문에 주축이 고속으로 회전한다고 하더라도 발생되는 열이 스핀들 베이스에 전달되지 않고 그 유격공간을 통하여 외기로 방출되는 열대칭구조가 실현되기 때문에 열변위가 발생되지 않아 정밀성이 높은 공작물의 가공을 이룰 수 있다.

Claims (1)

1. 주축의 회전지지를 위한 스핀들 하우징(21)과 상기 스핀들 하우징(21)을 본체(20)에 고정지지하도록 하는 스핀들 베이스(26)로 구성된 수치제어 공작기계의 주축구조에 있어서,

   상기 스핀들 하우징(21)의 외주 양측에 체결수단에 의해 스핀들 베이스(26)에 조립되도록 결합플랜지(22)를 형성하되, 상기 스핀들 하우징(21)의 하부에는 스핀들 베이스(26)로부터 떨어지도록 유격공간부(23)를 형성하고, 조립되는 상기 결합플랜지(22)와 스핀들 베이스(26) 사이에는 주축의 수직중심을 조정하기 위한 수직조정 스페이서(24)를 설치하며, 결합플랜지(22)에 근접되는 스핀들 베이스(26)의 일측에는 스핀들 하우징(21)을 횡으로 밀면서 수평을 조정하는 수평조정수단(25)을 구비·설치하여 된 것을 특징으로 하는 수치제어 공작기계의 열대칭 주축구조.