KR20080077595A - 머시닝 센터의 2축 스핀들 구조 - Google Patents

머시닝 센터의 2축 스핀들 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 머시닝 센터의 2축 스핀들 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게 설명하면, 머시닝 센터에 설치되는 2축 스핀들 중 일측 스핀들에 서보모터와 볼스크루를 설치하여 이를 통해 수직으로 승강하도록 함으로써 2개의 스핀들의 높이를 공구길이에 따라 별도로 조절할 수 있도록 하여 공구길이의 보정을 각각 할 수 있으며, 이로 인해 작업속도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 가공대상물의 가공 신뢰도를 향상시킬 수 있도록 한 특징이 있다.
본 발명은 크게 네 부분으로 구성되는바, 주축(2)에 설치되되, 하단으로는 공구(5)가 설치되어 회전하도록 구성되며, 일측은 고정스핀들(11)로 구성되고, 타측은 가동스핀들(12)로 구성된 스핀들부(10)와; 상기 고정스핀들(11)과 가동스핀들(12) 사이에 설치되어 구동신호에 따라 일정각도로 정·역회전 할 수 있도록 구성된 서보모터(20)와; 상기 서보모터(20)의 회전력에 의해 자전하도록 구성된 볼스크루(30)와; 상기 볼스크루(30)의 끝단과 결합되도록 볼스크루 너트(41)가 내설되며, 가동스핀들(12)의 스핀들뭉치가 내경슬리브를 타고 승강할 수 있도록 가동스핀들(12)의 하부와 일체로 결합되도록 구성된 결합부(40)로 구성되어, 가동스핀들(12)의 높이를 공구길이에 따라 조절할 수 있도록 한 대략적인 구성을 갖는다.
상기와 같이 구성된 본 발명은, 주축에 의해 작동되는 2축 스핀들 중 일측에 설치된 가동스핀들의 높이를 서보모터와 볼스크루를 통해 조절하도록 함으로써 고정스핀들과 가동스핀들의 높이를 공구길이에 따라 별도로 조절할 수 있어서 가공 대상물의 가공신뢰도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 작업속도도 현저하게 향상되는 효과가 있다.
또한, 스핀들의 하단에 결합되는 공구의 마모에 따라 스핀들의 높이를 보상함으로써 공구를 장기간 사용할 수 있어 경제적이며, 잦은 공구교체로 인한 작업중단시간을 줄일 수 있는 또 다른 효과가 있다.
스핀들, 2축 스핀들, 서보모터, 볼스크루, 머시닝센터

Description

머시닝 센터의 2축 스핀들 구조 { TWO-AXIAL SPINDLE STRUCTURE OF MACHINING CENTER }
본 발명은 머시닝 센터의 2축 스핀들의 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게 설명하면, 머시닝 센터에 설치되는 2축 스핀들 중 일측 스핀들에 서보모터와 볼스크루를 설치하여 이를 통해 수직으로 승강하도록 함으로써 2개의 스핀들의 높이를 공구길이에 따라 별도로 조절할 수 있도록 하여 공구길이의 보정을 각각 할 수 있으며, 이로 인해 작업속도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 가공대상물의 가공 신뢰도를 향상시킬 수 있도록 한 머시닝 센터의 2축 스핀들 구조에 관한 것이다.
일반적으로, 머시닝 센터(machining center)라 함은, 본체와 다수개의 공구를 절삭조건에 맞게 자동으로 바꾸어 주는 자동공구교환장치(automatic tool changer:ATC) 및 NC장치로 되어 있으며, 단 한 번의 세팅으로 다공정 가공이 가능하므로 다품종 소량부품의 가공공정 자동화에 주로 많이 사용된다.
상기 종래 머시닝 센터 본체(1)에 입설된 주축(2)에는 공구(5)가 결합된 스핀들이 다수개 설치되는바, 주축(2)이 회전함에 따라 가공대상물이 소정의 형태로 절삭되어 원하는 형태의 가공품을 만들 수 있도록 구성된다.
상기와 같이 주축에 결합되는 스핀들은 그 용도에 따라 단축 또는 다축스핀들로 구성되는바, 최근에 들어서는 작업능률을 향상시키기 위해 2축 이상의 다축스핀들의 장착이 점차적으로 늘어나는 추세에 있다.
상기와 같이 2축 이상의 다축스핀들로 가공 대상물을 가공할 시 가장 중요시 해야 할 부분은, 각 스핀들에 결합된 공구의 높이를 동일하게 해주어야 하는 것인데, 각 스핀들에 결합된 공구가 마모 등으로 인해 높이가 달라질 경우, 동일한 치수의 결과물을 얻을 수 없는 대단히 큰 문제점을 내포하고 있었다.
위와 같이 공구의 높이가 다라질 경우에는 신속하게 공구를 교체하여 각 공구의 높이를 동일하게 맞추어야 함으로써 공구의 수명이 다하기도 전에 공구를 교체해야 하는 문제점이 있었을 뿐만 아니라, 지속적으로 공구의 마모상태를 측정하여야 함으로써 생산능률이 저하될 뿐만 아니라, 생산량 감소로 인해 제작비용이 과도하게 소요되는 또 다른 문제점을 내포하고 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로, 본 발명은 크게 네 부분으로 구성되는바, 주축(2)에 설치되되, 하단으로는 공구(5)가 설치되어 회전하도록 구성되며, 일측은 고정스핀들(11)로 구성되고, 타측은 가동스핀들(12)로 구성된 스핀들부(10)와; 상기 고정스핀들(11)과 가동스핀들(12) 사이에 설치되어 구동신호에 따라 일정각도로 정·역회전 할 수 있도록 구성된 서보모터(20)와; 상기 서보모터(20)의 회전력에 의해 자전하도록 구성된 볼스크루(30)와; 상기 볼스크루(30)의 끝단과 결합되도록 볼스크루 너트(41)가 내설되며, 가동스핀들(12)의 스핀들뭉치가 내경슬리브를 타고 승강할 수 있도록 가동스핀들(12)의 하부와 일체로 결합되도록 구성된 결합부(40)로 구성되어, 가동스핀들(12)의 높이를 공구길이에 따라 조절할 수 있도록 한 대략적인 구성을 갖는다.
상기와 같이 구성된 본 발명은, 주축에 의해 작동되는 2축 스핀들 중 일측에 설치된 가동스핀들의 높이를 서보모터와 볼스크루를 통해 조절하도록 함으로써 고정스핀들과 가동스핀들의 높이를 공구길이에 따라 별도로 조절할 수 있어서 가공 대상물의 가공신뢰도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 작업속도도 현저하게 향상되는 효과가 있다.
또한, 스핀들의 하단에 결합되는 공구의 마모에 따라 스핀들의 높이를 보상함으로써 공구를 장기간 사용할 수 있어 경제적이며, 잦은 공구교체로 인한 작업중 단시간을 줄일 수 있는 또 다른 효과가 있다.
본 발명은 머시닝 센터의 2축 스핀들 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게 설명하면, 머시닝 센터에 설치되는 2축 스핀들 중 일측 스핀들에 서보모터와 볼스크루를 설치하여 이를 통해 수직으로 승강하도록 함으로써 2개의 스핀들의 높이를 공구길이에 따라 별도로 조절할 수 있도록 하여 공구길이의 보정을 각각 할 수 있으며, 이로 인해 작업속도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 가공대상물의 가공 신뢰도를 향상시킬 수 있도록 한 특징이 있다.
이하 본 발명의 실시 예를 예시도면을 통해 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 본 발명이 적용된 머시닝 센터의 측면도를 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명이 적용된 머시닝 센터의 평면도를 나타낸 것이며, 도 3은 본 발명의 정면도를 나타낸 것이고, 도 4a는 본 발명 가동스핀들의 하강상태를 도시한 정면도이고, 도 4b는 본 발명 가동스핀들의 상승상태를 도시한 정면도를 나타낸 것으로, 도시한 바와 같이, 머시닝 센터의 주축(2) 하부에 고정스핀들(11)과 가동스핀들(12)로 구성된 스핀들부(10)가 설치되고, 상기 고정스핀들(11)과 가동스핀들(12) 사이로는 서보모터(20)와 볼스크루(30)가 설치되며, 스핀들부(10)의 하단으로는 공구(5)가 결합된 구성을 갖는다.
우선, 본 발명이 설치되는 머시닝센터의 구성을 살펴보면, 통상 사용되는 머시닝센터로 구성되되, 다축 스핀들부(10)에 의해 한번에 여러 공정을 수행할 수 있도록 구성되며, 본 발명에서는 고정스핀들(11)과 가동스핀들(12)로 구성된 두 개의 스핀들을 통해 작업이 이루어지는 일 예를 기준으로 상세히 설명하지만, 스핀들의 개수는 본 발명의 이해를 돕기 위함일 뿐이고, 둘 이상의 스핀들을 사용하는 머시닝센터에 공히 적용 가능함을 먼저 밝혀둔다.
머시닝센터는 본체(1)와, 본체(1)의 바닥에 해당되는 베이스(4)와, 베이스(4)의 상부에 설치되는 인텍스 테이블(3)과, 본체(1)에 수직방향으로 입설되는 주축(2) 등으로 구성된다.
우선, 스핀들부(10)의 구성을 살펴보면, 주축(2)에 설치되되, 하단으로는 공구(5)가 설치되어 회전하도록 구성되며, 일측은 고정스핀들(11)로 구성되고, 타측은 가동스핀들(12)로 구성된다.
상기 고정 및 가동스핀들(11, 12)은 통상 머시닝 센터에 사용되는 스핀들과 동일한 형태로 제작되며, 금속으로 제작되고 내부에 중공부가 형성된 주물하우징(13)의 내에 각각 설치되되, 가동스핀들(12)은 후술하는 볼스크루(30)와 결합부(40)에 의해 주물하우징(13)의 내경슬리브를 타고 스핀들뭉치가 상·하로 승강할 수 있는 구성을 갖는다.
한편, 상기 고정 및 가동스핀들(11, 12) 사이에 설치되는 서보모터(20)의 구성을 살펴보면, 외부의 신호에 따라 정해진 값만큼 정·역회전 하도록 구성된 통상의 서보모터로 구성되되, 끝단으로는 구동풀리(21)가 형성되어 있어서 벨트(22)를 통해 후술하는 볼스크루(30)의 피동풀리(31)를 회전시키도록 구성된다.
또한, 상기 서보모터(20)와 인접한 가동스핀들(12) 측으로는 볼스크루(30)가 설치되어 있는바, 이를 살펴보면, 상기 서보모터(20)의 구동풀리(21)와 벨트(22)에 의해 연결된 피동풀리(31)가 회전함에 따라 볼스크루(30)가 정·역방향으로 자전하게 되는바, 이에 따라 그 끝단에 결합된 볼스크루 너트(41)와 일체로 구성된 결합부(40)가 상승 또는 하강하도록 구성된다.
마지막으로, 상기 볼스크루(30)와 가동스핀들(12)을 일체로 결합시키는 결합부(40)의 구성을 살펴보면, 금속재질로 구성되되, 두 개의 링이 일체로 형성된 '8'자 형태로 구성되며, 일측의 직경이 큰 링은 가동스핀들(12)의 하단과 일체로 결합되며, 타측의 직경이 작은 링의 내부로는 볼스크루 너트(41)가 구비되어 있어서 볼스크루(30)의 하단과 나사결합되는 구성을 갖는다.
상기와 같이 가동스핀들(12)과 볼스크루(30)와 결합된 결합구(40)는 볼스크루(30)가 정·역회전함에 따라 볼스크루 너트(41)가 볼스크루(30)의 나사산을 타고 승강함으로써 그와 일체로 결합된 가동스핀들(12)이 내경슬리브를 타고 승강되도록 하는 구성을 갖는다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 조립 및 설치과정을 살펴보면, 우선 주축(2)과 결합된 주물하우징(13)의 내부로 고정스핀들(11)과 가동스핀들(12)을 각각 삽설한 후, 고정 및 가동스핀들(11, 12) 사이에 서보모터(20)와 볼스크루(30)를 설치한다.
그런 다음, 서보모터(20)의 구동풀리(21)와 볼스크루(30)의 피동풀리(31) 사이에 벨트(22)를 걸어 연결하며, 볼스크루(30)의 하단에 볼스크루 너트(41)가 구비된 결합부(40)를 설치하되, 가동스핀들(12)의 하단과 일체가 되도록 결합하며, 고정 및 가동스핀들(11, 12)의 하단으로는 공구(5)를 설치함으로써 본 발명의 설치를 완료한다.
상기와 같이 설치된 본 발명의 작동과정을 살펴보면, 우선, 가공대상물의 표면과 고정스핀들(11)에 설치된 공구(5)를 맞접하도록 한 후, 가동스핀들(12)과 결합된 공구(5)의 위치를 측정하여, 가동스핀들(12)의 공구(5)가 고정스핀들(11)에 설치된 공구(5)보다 더 상승해 있는 경우에는 서보모터(20)를 정회전시킴으로써 그와 벨트(22)로 연결된 볼스크루(30)가 정회전하게 되고, 그와 동시에 가동스핀들(12)과 결합된 공구(5)가 하강하여 고정스핀들(11)의 공구(5)와 동일한 높이를 맞출 수 있도록 구성된다.
반대로, 가동스핀들(12)의 공구(5)가 고정스핀들(11)에 설치된 공구(5) 보다 더 하강해 있는 경우에는 서보모터(20)를 역회전시킴으로써 그와 벨트(22)로 연결 된 볼스크루(30)가 역회전하게 되고, 그와 동시에 가동스핀들(12)과 결합된 공구(5)가 상승하여 고정스핀들(11)의 공구(5)와 동일한 높이를 맞출 수 있도록 구성된다.
상기와 같은 과정을 반복함으로써 공구(5)가 지속적인 작업에 의해 마모되더라도 고정스핀들(11)과 가동스핀들(12)에 결합된 공구(5)의 높이를 항시 동일한 높이가 유지되도록 할 수 있는바, 이에 따라 공구(5)의 위치조정에 따른 시간 손실을 줄일 수 있어 가공작업이 신속하게 진행되는 구성을 갖는다.
뿐만 아니라, 공구(5)를 자동으로 교환하기 위해서는 서보모터(20)를 회전시켜 고정스핀들(11)과 가동스핀들(12)의 높이를 동일하게 맞추어줌으로써 자동공구교환장치(6)로 진입시 충돌이나 간섭이 발생하지 않도록 구성된다.
상기와 같이 구성된 본 발명은, 다축 스핀들이 2축으로 표현되어 있으나, 이는 일 예로 설명한 것일 뿐이고, 셋 이상의 스핀들로 이루어진 형태일 경우에는 서보모터(20)와 볼스크루(30) 및 결합부(40)를 더 추가함으로써 용이하게 변형실시가 가능한바, 이러한 구성은 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 용이하게 치환하여 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변형실시는 본 발명의 권리범위 내에 속하는 것이 자명한 사실이라 할 것이다.
도 1은 본 발명이 적용된 머시닝 센터의 측면도
도 2는 본 발명이 적용된 머시닝 센터의 평면도
도 3은 본 발명의 정면도
도 4a는 본 발명 가동스핀들의 하강상태를 도시한 정면도
도 4b는 본 발명 가동스핀들의 상승상태를 도시한 정면도
[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]
1: 본체 2: 주축
3: 인텍스 테이블 4: 베이스
5: 공구 6: 자동공구교환장치
10: 스핀들부 11: 고정스핀들
12: 가동스핀들 13: 주물하우징
20: 서보모터 21: 구동풀리
22: 벨트 30: 볼스크루
31: 피동풀리 40: 결합부
41: 볼스크루 너트

Claims (2)

  1. 머시닝 센터의 스핀들의 구조에 있어서,
    주축(2)에 설치되되, 하단으로는 공구(5)가 설치되어 회전하도록 구성되며, 일측은 고정스핀들(11)로 구성되고, 타측은 가동스핀들(12)로 구성된 스핀들부(10)와;
    상기 고정스핀들(11)과 가동스핀들(12) 사이에 설치되어 구동신호에 따라 일정각도로 정·역회전 할 수 있도록 구성된 서보모터(20)와;
    상기 서보모터(20)의 회전력에 의해 자전하도록 구성된 볼스크루(30)와;
    상기 볼스크루(30)의 끝단과 결합되도록 볼스크루 너트(41)가 내설되며, 가동스핀들(12)의 스핀들뭉치가 내경슬리브를 타고 승강할 수 있도록 가동스핀들(12)의 하부와 일체로 결합되도록 구성된 결합부(40)로 구성되어, 가동스핀들(12)의 높이를 공구길이에 따라 조절할 수 있도록 구성됨을 특징으로 하는 머시닝 센터의 2축 스핀들 구조.
  2. 제 1항에 있어서,
    서보모터(20)와 볼스크루(30)의 연결은 서보모터(20)의 구동풀리(21)와 볼스크루(30)의 피동풀리(31)가 벨트(22)를 통해 연결되어, 서보모터(20)가 정·역회전 함에 따라 볼스크루(30)와 결합부(40)를 통해 연결된 가동스핀들(12)이 승강할 수 있도록 함을 특징으로 하는 머시닝 센터의 2축 스핀들 구조.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012161367A1 (ko) * 2011-05-26 2012-11-29 하나실리콘(주) Ｃｎｃ 실리콘 다축 가공기

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