KR20070041789A - 자동변속기가 내장된 경동형 밀링헤드 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 변속 시스템(1)이 스핀들(3) 부근의 밀링헤드(2)의 내부에 장착된자동변속장치가 내장된 밀링헤드에 관한 것이다. 밀링헤드는 경사면(2, 4)을 갖는 두 개의 조인트로 구성되므로, 이 조인트가 움직일 때 스핀들을 수평상태, 수직상태 또는 360도내의 그 외의 상태로 배치시킨다. 이들은 수동 또는 자동으로 작동할 수 있다. 스핀들 회전용( 및 자동헤드조절 동작용) 변속장치는 메인 전기모터(5)(다양한 동력 및 조정 속도)에 의해 구동되는데, 이 전기모터를 통해 볼베어링, 샤프트 및 기어로 구성된 변속장치(6)가 (기계 부품 및 그 헤드를 통과하여) 스핀들 샤프트(3)가 위치하는 헤드(2)의 단부에 위치하는 속도조절 시스템에 이르게 된다. 여기서, 마지막 변속베벨기어(7)는 표준 밀링헤드의 경우에서처럼 스핀들(3)과 접촉하고 있지 않지만, 고속기어(9) 및 저속기어(10)로 구성된 가동형 커플링(8)이 스핀들(현재 오프되어 있음)에 연결되어 속도조절 시스템의 제 1 기어(11)를 작동시키며, 여기서 제 1 증속이 이루어진다. 속도조절 시스템의 기어(11)는 고정 스핀들기어(13)에 연결된 기어(12)와 직접 접촉하고 있으며, 여기서 고속이 발생한다. 이런 연결로 인하여 밀링 헤드의 스핀들(3)이 고속으로 회전하게 되는데, 이는 메인모터(5)에 의해 제어된다. 저속을 얻기 위해서는, 즉 회전증대를 오프시키기 위해서는 유압, 공기압 또는 전기 실린더를 사용하여 가동 커플링(8)을 고속기어(11)를 오프시키는 위치까지 이동시키고, 동시에 저속기어(10)는 스핀들(3)에 고정된 기어(14)에 연결되며, 따라서 베벨기어(7)와 스핀들의 직접 연 결이 얻어진다. 따라서, 메인 모터(5)에 의해 제어되는 저속이 이루어진다.
밀링헤드, 자동변속장치, 스핀들, 모터, 고속기어, 저속기어

Description

자동변속기가 내장된 경동형 밀링헤드 {TILTABLE MILLING HEAD WITH A BUILT IN AUTOMATIC SPEED CHANGER}
본 발명은 공작기계 및/또는 공작기계의 동작부에 부착될 수 있는 구성부분 또는 부속품의 부류에 해당한다.
본 발명은 많은 것에 의해 야기되는 기술적 문제점, 즉 낮은 회전속도 및 그에 대응하는 토크로 동작함과 동시에 마무리 공정에 필요한 고속 스핀들 회전속도로 동작할 수 있는 밀링머시인을 어떻게 구성하는가를 해결한다. 이런 제안된 기술적 문제점들은 내장형 자동변속장치를 갖는 밀링헤드를 사용하여 해결된다.
본 발명의 발명자는 이런 기술적 문제점을 해결하는 어떤 종래의 기술도 알지 못한다.
본 발명에 따라서 설계된 헤드는 현재 공작기계 제조자를 괴롭히는 문제점을 해결한다. 즉 낮은 회전속도 및 그에 대응하는 토크로 밀링 가공함과 동시에 마무리 공정에 필요한 고속 스핀들 회전속도로 동작할 수 있는 머시인을 구성할 수 있는 가능성을 제공한다. 현재, 이 문제점은 구동휘일 사이의 관계를 약간 감소시켜서 고속회전(대략 6000)을 얻는 무거운 중량(390kg)의 높은 동력 및 높은 토크 모터를 장착함으로써 어느 정도 해결되지만, 여러 문제점을 야기한다. 즉 모든 장 치(자동화)는 높은 회전속도(6000)로 동작하여 베어링의 과열을 야기하며(볼베어링을 냉각시키는 쿨러가 설치되어야 한다), 공작기계의 정밀도를 유지하는데 문제가 있으며, 기계 구성부품, 특히 헤드의 베벨기어가 급속히 마모되고, 소음이 큰 문제이며, 수직 샤프트의 균형을 유지하는 것은 큰 문제를 나타낸다.
특허청구의 범위에 따르면, 헤드의 구조는 작은 동력 및 크기의 스핀들 모터(180kg)를 사용할 수 있게 하며, 따라서 상당한 절감이 가능하고 비용을 줄인다. 이 장치(자동화)는 냉각이 필요 없이 3000의 회전속도에서 최대로 동작할 것이며, 빠르게 회전하게 될 부분은 기어장치에 연결된 스핀들 헤드 샤프트 뿐이며, 본 예에서는 6000보다 큰 회전속도에 이를 수 있을 것이다.
도 1은 자동화 장치 타입 1의 도면.
도 2는 자동화 장치 타입 2의 도면.
도 3은 속도 설정구역을 갖는 단면.
도 4는 헤드의 상세도.
속도조절 시스템(1)은 스핀들(3) 부근의 밀링헤드(2)의 내부에 장착된다. 밀링헤드는 경사면(2, 4)을 갖는 두 개의 조인트로 구성되므로, 동작시에 스핀들을 수평상태, 수직상태 또는 360도내의 그 외의 상태로 배치시킨다. 이들은 수동 또는 자동으로 작동할 수 있다.
스핀들 회전용( 및 자동헤드조절 동작용) 변속장치는 메인 전기모터(5)(다양한 동력 및 조정 속도)에 의해 구동되는데, 이 전기모터를 통해 볼베어링, 샤프트 및 기어로 구성된 변속장치(6)가 (기계 부품 및 그 헤드를 통과하여) 스핀들 샤프트(3)가 위치하는 헤드(2)의 단부에 위치하는 속도조절 시스템에 이르게 된다. 여기서, 마지막 변속베벨기어(7)는 표준 밀링헤드의 경우에서처럼 스핀들(3)과 접촉하고 있지 않지만, 고속기어(9) 및 저속기어(10)로 구성된 가동형 커플링(8)이 스핀들(현재 오프되어 있음)에 연결되어 속도조절 시스템의 제 1 기어(11)를 작동시키며, 여기서 제 1 증속이 이루어진다. 속도조절 시스템의 기어(11)는 고정 스핀들기어(13)에 연결된 기어(12)와 직접 접촉하고 있으며, 여기서 고속이 발생한다. 이런 연결로 인하여 밀링 헤드의 스핀들(3)이 고속으로 회전하게 되는데, 이는 메인모터(5)에 의해 제어된다. 저속을 얻기 위해서는, 즉 회전증대를 오프시키기 위해서는 유압, 공기압 또는 전기 실린더를 사용하여 가동 커플링(8)을 고속기어(11)를 오프시키는 위치까지 이동시키고, 동시에 저속기어(10)는 스핀들(3)에 고정된 기어(14)에 연결되며, 따라서 베벨기어(7)와 스핀들의 직접 연결이 얻어진다. 따라서, 메인 모터(5)에 의해 제어되는 저속이 이루어진다.
실린더에 의한 속도 조절 중에는 어떤 기어도 서로 접촉하지 않아서 오프상태가 얻어지는 중립구역이 있다. 속도를 조절하기 위해 사용되는 유압, 공기압 및 전기 실린더는 제어기기에 신호를 전송하여 헤드의 속도를 알려주는 두 개의 센서에 의해 제어된다.
이 상태에서는, 스핀들(3)만이 고속으로 동작하는 기계요소이기 때문에 기계 부품의 마모가 감소한다. 그 외의 모든 구성부품들은 속도조절 시스템의 전방에 물리적으로 위치하기 때문에 저속으로 동작한다.
자동화 장치 예, 타입 1
스핀들 회전속도 최대 6,000, 토크 600Nm, 22kw의 기계. 직선전동모터. 현재 410Nm의 토크를 갖는 29.5kw 모터, 기본회전속도 500(시멘스 카탈로그), 구동휘일 사이의 관계는 1.65, 최대모터속도 7,000(이 것이 특별한 것이며, 표준모터는 5000회전속도로 동작하고 따라서 가격이 거의 두배가 될 것이다).
따라서, 스핀들에 이르는 모든 자동화 장치의 회전속도 7,000: 1.16 = 6034, 스핀들 토크는 475Nm가 되고 최소밀링 회전동력이 431이 된다. 스핀들은 0 내지 6,000으로 회전한다. 다른 방법은 속도조절기를 모터 다음에 장착하는 것이지만, 이 속도조절기들은 비싸고 일정 온도 하에서 연속적으로 윤활할 필요가 있으며 모터크기의 문제를 해결할 뿐이다. 볼베어링(고속으로 인해서 특수한 재료로 만들어져야 한다)이 장착되는 베어링은 냉각액체가 통과할 수 있게 되는 방식으로 설계되어야 하기 때문에 가격이 상승할 것이다라는 사실을 고려하여야 한다.
자동화 장치 예, 타입 2
고속에 필요한 볼베어링을 단독으로 갖는 베어링을 구비하는 공구를 제외한 모든 자동화 장치의 회전속도는 모터회전속도 8,000 : 3(구동휘일 사이의 관계) = 최대 2,666 - 스핀들 상에서의 210(모터 토크) x 3 = 630Nm, 최소밀링회전력 333.
스핀들은 0 내지 9,400으로 회전한다(10,000 회전속도의 모터가 설치되는 경우는 공기 및 오일을 분무하여 전체헤드에서 윤활되기 때문에 스핀들에 어떤 문제 도 야기하지 않고서 11,500에 도달할 수 있다).
이 예에서는 22kw의 ISO 50스핀들을 사용하여 최적의 결과에 도달하였으며(동일한 시스템이 다른 헤드크기에 적용되었다) - 부품의 비용이 감소하였다. 헤드는 현존하는 기계공구, 특히 작은 스핀들 회전속도에서 동작하는 오래된 공구에 장착할 수 있도록 설계되었다. 두 개의 구성요소 사이를 연결하는데 작은 조절만을 행하였다. 속도조절기는 유압실린더에 의해 저속 또는 고속 기어에 그리고 스핀들에 직접 연결되는 한 쌍의 기어와, 이 상태를 제어하는 제어기기에 연결되는 두 개의 센서로 구성된다.
특허청구의 범위에 따르면, 헤드의 구조는 작은 동력 및 크기의 스핀들 모터(180kg)를 사용할 수 있게 하며, 따라서 상당한 절감이 가능하고 비용을 줄인다. 이 장치(자동화)는 냉각이 필요 없이 3000의 회전속도에서 최대로 동작할 것이며, 빠르게 회전하게 될 부분은 기어장치에 연결된 스핀들 헤드 샤프트 뿐이며, 본 예에서는 6000보다 큰 회전속도에 이를 수 있을 것이다.

Claims (6)

  1. 자동변속기가 내장된 밀링헤드로서, 속도조절 시스템(1)이 스핀들(3) 부근의 밀링헤드(2)의 내부에 장착되며, 따라서 특수한 자동이동형 커플링/레버(8)를 통해서 최종 부분에서만 속도증대가 이루어지기 때문에 모든 자동화 장치가 저속으로 동작할 수 있으며, 이는 "아이들링" - 형상을 제어하는 작업자에게 매우 유용 - 이외에 두 종류의 서로 다른 전동장치를 사용하여 두 타입의 회전속도를 얻을 수 있게 되며, 큰 동력 및 모우멘트를 전달하고 매우 급속하게 동작하는 나선형 베벨기어를 사용하여 저속이 얻어지는 한편, 이 타입의 전동장치에 적합한 직선형 치형 기어에 의해, 높은 동력 및 모우멘트가 필요하지 않은 고속이 얻어지는 것을 특징으로 하는 밀링헤드.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 헤드는 경사면(2, 4)을 갖는 두 개의 조인트로 구성되므로, 동작시에 스핀들을 수평상태, 수직상태 또는 360도내의 어떤 상태로 배치하며 수동이나 자동으로 동작할 수 있으며, 스핀들 회전용( 및 자동헤드조정동작용) 변속장치가 다양한 동력 및 조정 속도의 메인 전기모터(5)에 의해 구동되며, 이들 통해 볼베어링, 샤프트 및 기어로 구성되는 변속장치(6)는 (기계 구성부품 및 그 헤드를 통과하여) 스핀들 샤프트(3)가 위치하는 헤드(2)의 단부에 위치하는 속도조절 시스템에 이르게 되는데, 여기서 마지막 변속베벨기어(7)는 표준 밀링헤드의 경우처럼 스핀들(3)과 접촉하고 있지 않으며, 스핀들(현재 오프상태)에 직접 연 결된 고속기어(9) 및 저속기어(10)로 구성된 가동 커플링(8)이 속도조절 시스템의 제 1 기어(11)를 작동시키고, 여기서 첫 번째 속도증가가 얻어지며, 동일한 속도조절 시스템의 기어(11)가 고정 스핀들기어(13)에 연결된 기어(12)와 직접 접촉하고 있으며, 여기서 제 2 속도증가가 이루어지며, 이 연결로 인해서 밀링 헤드의 스핀들(3)이 고속으로 회전하게 되며 이는 메인모터(5)에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 밀링헤드.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 저속을 얻기 위해서, 즉 회전속도 증대를 오프시키기 위해, 유압, 공기압 또는 전기 실린더가 사용되어 가동커플링(8)을 고속기어(11)를 오프시키는 위치까지 이동시키며, 동시에 저속기어(10)가 스핀들(3)에 고정된 기어(14)에 연결되고 따라서 메인모터(5)에 의해 제어되는 저속이 얻어지는 것을 특징으로 하는 밀링헤드.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 헤드는 현존하는 기계공구, 특히 작은 스핀들 회전속도에서 동작하는 오래된 공구에 장착할 수 있도록 설계되었으며, 두 개의 구성요소 사이를 연결하는데 작은 조절만을 행하였으며, 속도조절기는 유압실린더에 의해 저속 또는 고속 기어에 그리고 스핀들에 직접 연결되는 한 쌍의 기어와, 이 상태를 제어하는 제어기기에 연결되는 두 개의 센서로 구성되는 것을 특징으로 하는 밀링헤드.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 실린더에 의한 속도 조절 중에, 어떤 기어도 서로 접촉하지 않아서 오프상태가 얻어지는 중립구역이 있는 것을 특징으로 하는 밀링헤드.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 속도를 조절하기 위해 사용되는 유압, 공기압 및 전기 실린더는 제어기기에 신호를 전송하여 헤드의 속도를 알려주는 두 개의 센서에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 밀링헤드.
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