KR20030092833A

KR20030092833A - 공작기계용 스핀들

Info

Publication number: KR20030092833A
Application number: KR1020020030665A
Authority: KR
Inventors: 최재호
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2002-05-31
Publication date: 2003-12-06
Also published as: DE10252850B4; JP2004001166A; KR100440156B1; US6860683B2; DE10252850A1; JP3713686B2; US20030223834A1

Abstract

스핀들의 회전방향에 대한 상대운동요소를 제거하도록 스핀들 후단부를 재구성함으로서 스핀들의 고속회전 범위를 넓히며, 이로 인한 공작물의 가공정도를 높일 수 있도록 하는 공작기계용 스핀들을 제공할 목적으로,

스핀들 하우징 내에서 로터와 베어링을 통하여 회전 가능하게 장착되는 스핀들과; 상기 스핀들 내부에서 가공툴을 직접적으로 결합시키거나 분리시키는 콜렛과; 상기 스핀들 내부에서 상기 콜릿과 슬리브를 통하여 일단이 연결되어 이를 작동시키며, 상기 스핀들과 함께 회전 구동하는 드로바와; 상기 드로바와 연결되어 이를 전후진 작동시키기 위한 피스톤 및 실린더와; 절삭유를 공급하기 위한 로터리 조인트를 포함하여 이루어지는 공작기계용 스핀들에서,

상기 드로바는 그 후단에서 상기 스핀들에 대하여 전후진 가능하게 상기 로터리 조인트와 어댑팅 수단을 통하여 일체로 연결되는 것을 특징으로 하는 공작기계용 스핀들을 제공한다.

Description

공작기계용 스핀들{SPINDLE FOR MACHINE TOOLS}

본 발명은 공작기계용 스핀들에 것으로, 보다 상세하게는 공작기계에서 툴(tool)을 장착하여 이를 가공물에 대하여 회전시킴으로서 가공물을 가공하기 위한 공작기계용 스핀들에 관한 것이다.

최근의 공작기계는 정확하고 빠르게 가공물을 가공하는 것을 목표로 자동화, 고속화되어 가고 있는 추세로, 보링머신(boring machine), 밀링머신(milling machine), 드릴링머신(drilling machine), 그리고 상기 보링머신 ·밀링머신 ·드릴링머신을 하나로 복합한 머시닝센터(machining center) 등을 들 수 있다.

상기 보링머신 (boring machine)은 이미 뚫려 있는 구멍을, 둥글게 깎아 넓히는 작업을 주목적으로 하고, 밀링머신 (milling machine)은 적당한 밀링커터를 회전시켜 평면절삭, 홈절삭, 절단 등 복잡한 절삭이 가능하도록 하며, 드릴링머신(drilling machine)은 회전하는 스핀들에 드릴 등 절삭공구를 장착하고, 이것을 회전시킴과 동시에 상하운동을 시켜 공작물에 구멍을 뚫는 것을 목적으로 한다.

그리고 상기 머시닝센터는 직선운동, 회전운동 및 주축회전운동을 통하여, 단 한 번의 세팅으로도 다축가공(多軸加工) 및 다공정 가공이 가능하도록 하며, 특히 수치제어공작기계(numerical control machine tool)라 하여, 절삭공구의 움직임이나 주축(스핀들)의 회전수 등을 설계도의 요구대로 미리 펀치테이프에 기록해 두고, 그것을 제어장치에 넣어 가공함으로서, 복잡한 형상을 정확하게 자동적으로 가공할 수 있으며, 또 이 테이프를 보존함으로써 동일한 물건을 언제든지 제작할 수 있는 이점이 있다.

이러한 공작기계는 공통적으로 스핀들 모터에 의해 회전하는 스핀들에 적당한 툴(tool)을 장착하여 이를 가공물에 대하여 회전시킴으로서 가공물을 가공하게 되는 것으로, 상기 툴이 장착되는 스핀들은 도 3에서 도시한 바와 같이, 스핀들 하우징(미도시) 내에서, 걸림돌기(101)를 형성한 툴(103)을 결합하여 이를 보호 및 지지하는 스핀들(105)의 내부에는 상기 툴(103)의 걸림돌기(101)을 통하여 이를 직접적으로 결합시키거나 분리시키는 콜렛(107; Collet)이 설치되고, 상기 콜렛(107)의 상부에는 이 콜렛(107)이 부드럽게 움직이도록 전,후 유동 가능하게 가이드 (Guide) 역할을 하는 슬리브(109; Sleeve)가 끼워져 있다.

또한 상기 콜렛(107)에는 상기 스핀들(105)의 내부에서 긴 환봉 형태로 드로바(111)가 그 일단을 통하여 전,후 유동 가능한 구조로 결합된다.

그리고 상기 툴(103)이 끼워지는 상기 스핀들(105) 선단의 구조는 내측으로폭이 좁아지는 테이퍼 형상으로 상기 콜렛(107)까지 연결되는 장착구(113)가 형성되며, 이 장착구(113)의 테이퍼면에 대응하여 상기 툴(103)의 장착부 또한 테이퍼면을 가지며 형성된다.

이 때, 상기 스핀들(105)과 스핀들 하우징(미도시) 사이에는 선단과 후단에 각각 다수개의 베어링(115,116)이 개재되어 스핀들 하우징(미도시)에 대하여 스핀들(105)이 회전 가능하도록 구동력을 얻는 로터(131)가 상기 스핀들(105)의 일측에 구성된다.

또한, 상기 스핀들(105)의 후단부에서는 상기 드로바(111)가 로드(117)를 통하여 로터리 조인트(119)와 연결되며, 상기 로드(117)는 그 외측으로 피스톤 (121)이 끼워진 상태로 그 일측에서 실린더(123)와의 사이에 니이들 베어링(125)이 개재되며, 윤활유 주입구(127)를 통하여 윤활유를 공급받을 수 있도록 이루어진다.

그러나 상기한 바와 같은 종래의 공작기계용 스핀들은 콜렛을 작동시키기 위한 드로바와 상기 로터리 조인트를 연결하기 위한 로더가 상기 실린더와의 사이에 니이들 베어링을 통하여 설치되는데, 이 때, 상기 로더는 전후진 운동과 회전운동을 하여야 함으로 상기 로더의 외경과 니이들 베어링의 외륜 사이에는 일정량의 틈새가 있어야 하며, 상기 틈새는 스핀들의 회전속도를 높여 규정치 이상으로 고속작동 시키는 경우, 회전진동을 유발시켜 공작물의 가공정도를 나쁘게 하거나, 소음을 발생시키게 되며, 니이들 베어링의 윤활 및 냉각을 위한 윤활유 공급이 따라야 하는 등의 문제점을 내포하고 있다.

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 스핀들의 회전방향에 대한 상대운동요소를 제거하도록 스핀들 후단부를 재구성함으로서 스핀들의 고속회전 범위를 넓히며, 이로 인한 공작물의 가공정도를 높일 수 있도록 하는 공작기계용 스핀들을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 공작기계용 스핀들의 전체 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 공작기계용 스핀들의 단면도이다.

도 3은 종래 기술에 따른 공작기계용 스핀들의 단면도이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 공작기계용 스핀들은 스핀들 하우징 내에서 로터와 베어링을 통하여 회전 가능하게 장착되는 스핀들과; 상기 스핀들 내부에서 가공툴을 직접적으로 결합시키거나 분리시키는 콜렛과; 상기 스핀들 내부에서 상기 콜릿과 슬리브를 통하여 일단이 연결되어 이를 작동시키며, 상기 스핀들과 함께 회전 구동하는 드로바와; 상기 드로바와 연결되어 이를 전후진 작동시키기 위한 피스톤 및 실린더와; 절삭유를 공급하기 위한 로터리 조인트를 포함하여 이루어지는 공작기계용 스핀들에서,

상기 드로바는 그 후단에서 상기 스핀들에 대하여 전후진 가능하게 상기 로터리 조인트와 어댑팅수단을 통하여 일체로 연결되는 것을 특징으로 하며,

상기 어댑팅수단은 상기 스핀들의 후단부 내측에서 상기 드로바의 후단 외주측에 체결되며, 상기 드로바의 후단을 스핀들에 대하여 축방향으로 작동 가능하게 지지하는 체결 어댑터와; 상기 스핀들의 후단부 외측에서 상기 체결 어댑터와 상기 로터리 조인트의 일측을 체결하며, 그 외주 일측이 상기 스핀들의 후단부 내측에 일부 삽탈 가능하게 구성된 푸셔와; 상기 체결 어댑터와 상기 푸셔의 각 외주면과 상기 스핀들의 후단부 내주면 사이에 개재되어 상기 체결 어댑터와 푸셔를 상기 스핀들의 내주면에 대하여 축방향으로 안내하는 링 형상으로 된 부시를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 공작기계용 스핀들의 전체 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 공작기계용 스핀들의 단면도로서, 본 발명에 따른 공작기계용 스핀들(1)은 보링머신(boring machine), 밀링머신(milling machine), 드릴링머신(drilling machine), 그리고 상기 보링머신, 밀링머신, 드릴링머신을 하나로 복합한 머시닝센터 (machining center) 등에 유닛으로 적용되어 절삭가공, 홀가공 등의 가공작업을 수행하는 회전체로서, 스핀들 모터(미도시)에 의해 고속으로 회전하며, 하부에 해당 가공용 툴(3;tool)을 장착하여 이를 가공물에 대하여 회전시킴으로서 가공작업을 하게 되는 것이다.

상기 툴(3)이 장착되는 스핀들(1)은, 스핀들 하우징(10) 내에서 선단부에 4개의 베어링(7)과 후단부에 1개의 베어링(9)을 각각 개재하며, 스핀들 하우징(10)에 대하여 스핀들(1)이 로터(5)와 상기 베어링(7,9)를 통하여 회전 구동하도록 이루어진다.

그리고 상기 스핀들(1)의 내부에는 상기 툴(3)의 걸림돌기(11)을 통하여 이를 직접적으로 결합시키거나 분리시키는 콜렛(13; Collet)이 설치되고, 상기 콜렛(13)의 상부에는 이 콜렛(13)이 부드럽게 움직이도록 전,후 유동 가능하게 가이드(Guide) 역할을 하는 슬리브(15; Sleeve)가 끼워져 있다.

또한, 상기 콜렛(13)에는 상기 스핀들(1)의 내부에서 긴 환봉 형태로 드로바 (17)가 그 일단을 통하여 전,후 유동 가능한 구조로 결합된다.

여기서, 상기 툴(3)이 끼워지는 상기 스핀들(1) 선단의 구조는 내측으로 폭이 좁아지는 테이퍼 형상으로 상기 콜렛(13)까지 연결되는 장착구(19)가 형성되며, 이 장착구(19)의 테이퍼면에 대응하여 상기 툴(3)의 장착부 또한 테이퍼면을 가지며 형성된다.

그리고 상기 드로바(17)의 후단부에는 드로바(17)와 연결되어 이를 전후진 작동시키기 위한 피스톤(21)과 그 외측으로 실린더(23)가 구비되며, 상기 피스톤 (21)의 내측으로는 절삭유를 공급하기 위한 로터리 조인트(25)가 배치되어 상기 드로바(17)와 연결된다.

여기서, 상기 드로바(17)와 로터리 조인트(25)의 연결은 상기 드로바(17)의 후단(도면에서 상부)에서 상기 스핀들(1)에 대하여 전후진 가능하게 상기 로터리 조인트(25)와 어댑팅수단(30)을 통하여 일체로 연결되는데, 상기 어댑팅수단(30)은 상기 스핀들(1)의 후단부(도면에서 상부) 내측에서 상기 드로바(17)의 후단 외주측에 체결 어댑터(31)를 통하여 체결되며, 상기 체결 어댑터(31)는 상기 드로바(17)의 후단을 상기 스핀들(1)에 대하여 축방향으로 작동 가능하게 지지하게 된다.

그리고 상기 스핀들(1)의 후단부 외측에서, 상기 체결 어댑터(31)와 상기 로터리 조인트(25)의 일측을 연결하여 푸셔(33)가 체결하며, 상기 푸셔(33)는 그 외주 일측이 상기 스핀들(1)의 후단부 내측에 일부 삽탈 가능하게 배치된다.

또한, 상기 체결 어댑터(31)와 상기 푸셔(33)의 그 각각의 외주면과 상기 스핀들(1)의 후단부(도면에서 상부) 내주면 사이에 링 형상의 부시(35)를 개재하여 상기 체결 어댑터(31)와 푸셔(33)를 상기 스핀들(1)의 내주면에 대하여 축방향으로 슬라이딩 가능하도록 안내하게 된다.

그리고 상기 푸셔(33)는 상기 스핀들(1)의 후단부 외측에서 그 외주 일측이 상기 스핀들(1)의 후단부 내측으로 일정구간 까지만 삽입되도록 외주면 일측을 따라 일체로 돌출되는 스톱퍼(37)를 구성한다.

여기서 상기 로터리 조인트(25)와 푸셔(33) 및 체결 어댑터(31), 그리고 드로바(17)는 각 축중심을 따라 관통되어 절삭유가 공급되도록 관로(40)를 형성하고 있다.

따라서 상기한 바와 같은 구성을 갖는 공작기계용 스핀들에 의하면, 종래에 비하여 상기 로터리 조인트(25)와 드로바(17)를 연결하기 위한 종래 로드(도 3의 117) 및 니이들 베어링(도 3의 125) 등을 삭제하여 전체적인 공작기계용 스핀들의 길이를 단축시키며, 이로 인하여 종래 회전진동을 유발시키는 틈새(종래 로더의 전후진 운동과 회전운동을 위한 로더의 외경과 니이들 베어링의 외륜 사이에 요구되던 일정량의 틈새)를 제거할 수 있어 스핀들(1)의 회전속도를 높여 규정치 이상으로 고속작동 시키는 경우에도 회전진동을 유발시키지 않게 되며, 이로 인한 공작물의 가공정도를 개선하며, 소음을 저감시키고, 동시에 종래 니이들 베어링의 윤활 및 냉각을 위한 구성을 배제할 수 있는 등의 효과가 있다.

상기한 바와 같이 이루어지는 본 발명의 공작기계용 스핀들에 의하면, 스핀들의 회전방향에 대한 상대운동요소를 제거하도록 스핀들 후단부를 어댑팅수단을 통하여 재구성함으로서 스핀들에 의한 공작물의 가공정도를 높이며, 베어링의 내구성을 향상시키며, 가공속도를 높여 생산성 향상에도 기여할 수 있는 효과가 있다.

Claims

스핀들 하우징 내에서 로터와 베어링을 통하여 회전 가능하게 장착되는 스핀들과; 상기 스핀들 내부에서 가공툴을 직접적으로 결합시키거나 분리시키는 콜렛과; 상기 스핀들 내부에서 상기 콜릿과 슬리브를 통하여 일단이 연결되어 이를 작동시키며, 상기 스핀들과 함께 회전 구동하는 드로바와; 상기 드로바와 연결되어 이를 전후진 작동시키기 위한 피스톤 및 실린더와; 절삭유를 공급하기 위한 로터리 조인트를 포함하여 이루어지는 공작기계용 스핀들에 있어서,

상기 드로바는 그 후단에서 상기 스핀들에 대하여 전후진 가능하게 상기 로터리 조인트와 어댑팅수단을 통하여 일체로 연결되는 것을 특징으로 하는 공작기계용 스핀들.
청구항 1에 있어서, 상기 어댑팅수단은

상기 스핀들의 후단부 내측에서 상기 드로바의 후단 외주측에 체결되며, 상기 드로바의 후단을 스핀들에 대하여 축방향으로 작동 가능하게 지지하는 체결 어댑터와;

상기 스핀들의 후단부 외측에서 상기 체결 어댑터와 상기 로터리 조인트의 일측을 체결하며, 그 외주 일측이 상기 스핀들의 후단부 내측에 일부 삽탈 가능하게 구성된 푸셔와;

상기 체결 어댑터와 상기 푸셔의 각 외주면과 상기 스핀들의 후단부 내주면사이에 개재되어 상기 체결 어댑터와 푸셔를 상기 스핀들의 내주면에 대하여 축방향으로 안내하는 링 형상으로 된 부시와;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계용 스핀들.
청구항 2에 있어서, 상기 푸셔는

상기 스핀들의 후단부 외측에서 그 외주 일측이 상기 스핀들의 후단부 내측으로 일정구간 까지만 삽입되도록 외주면 일측을 따라 일체로 돌출되는 스톱퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계용 스핀들.