KR20100000049A - 유정압 회전테이블 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유정압 회전테이블 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공구나 공작물이 장착되는 테이블(3)의 하부에 스핀들(4) 및 엔코더(7)를 수용하는 하우징(2)을 일체형으로 형성하되, 상기 스핀들(4)에 형성된 베어링 디스크부와 하우징(2) 사이에 오일챔버를 형성하여 강성을 높이고 정밀도를 향상시킨 유정압 회전테이블 장치이다.

라비린스

Description

유정압 회전테이블 장치{Hydrostatic rotary table}

본 발명은 유정압 회전테이블 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공구나 공작물이 장착되는 테이블의 하부에 스핀들 및 엔코더를 수용하는 하우징을 일체형으로 형성하되, 상기 스핀들에 형성된 베어링디스크부와 하우징 사이에 오일챔버를 형성하여 강성을 높이고 정밀도를 향상시킨 유정압 회전테이블 장치이다.

일반적으로 유정압 회전테이블은 공작기계에 장착되어 스핀들(샤프트)과 테이블이 베이스 등의 구조물로부터 일정 거리만큼 이격되어 작동유(압유)에 의해 예압된 상태에서 회전되므로 마찰력을 극소화하여 고정밀로 이송이 가능하도록 형성한 장치이다.

이런 유정압 회전테이블로서는 특허출원 제10-2005-0128130호에 종래기술의 유정압테이블로서 제시되어 있는 것이 있으며 도 1에 도시되어 있다.

도 1에 도시되어 있는 유정압 회전테이블은, 베이스(120)와, 상기 베이 스(120)에 입설된 원통형의 모터 하우징(130)과, 상기 모터 하우징(130)내의 중앙에 수직으로 위치하고 하부에 반경방향과 축방향으로 유정압을 받는 베어링 디스크부(141)가 구비된 샤프트(140)와, 상기 샤프트(140)의 상단면에 장착되어 샤프트(140)와 일체로 회전 구동되는 회전플레이트(150)와, 상기 샤프트(140)와 상기 모터하우징(130)과의 사이에 설치되어 상기 샤프트(140)를 회전 구동시키는 모터(160)와, 상기 샤프트(140)를 회전 지지하기 위해 상기 모터하우징(130)의 하부에 위치하고 상기 베어링 디스크부(141)에 유정압을 작용시키기 위한 유압챔버(170a, 170b, 170c)를 갖는 유정압 베어링(170)을 포함하고, 상기 샤프트(140)의 상단에는 샤프트(140)의 회전각도를 검출하기 위한 엔코더(122)가 설치되어 있다.

상기 유정압 회전테이블은 모터(160)의 바로 밑에 베어링디스크부(141)가 형성됨으로써 유정압베어링(170)의 크기가 제한적이어서 유압챔버(170a)에서 발생한 압력으로 유정압베어링의 상부에 변형을 가져오는 등 그 강성에 문제가 있으며, 이를 방지하고자 유정압베어링(170)의 두께를 크게 형성하면 유정압 회전테이블 전체의 높이가 높아져 회전테이블(150)과 유정압베어링(170) 사이의 거리가 멀어지게 되므로 결국 가공점과 지지점의 거리가 멀어지게 되어 강성의 저하를 가져오는 악순환이 반복되게 된다.

이런 종래의 유정압 회전테이블의 또 다른 문제점은 회전테이블에 장착되는 공구와 유정압제어링과의 간격이 멀어서 베어링의 강성이 저하되고, 모터(16)의 발 열로 인해 회전테이블의 열변형이 일어날 우려가 있으므로 이를 방지하고자 제안된 것으로서는 특허출원 제10-2005-0128130호와 제10-2005-0128123호에 개시되어 있는 유정압 회전테이블이 있으며, 도 2 및 도 3에 도시되어 있다.

먼저, 도 2에 도시된 유정압 회전테이블 장치는 회전플레이트(50)와 유정압베어링(70)의 간격을 최소화하기 위해 샤프트(40)의 상부에 베이링디스크부(41)를 형성하고 상기 베어링디스크부(41)의 외부에 상부유정압베어링(71) 및 하부유정압베어링(72)을 각각 형성하며, 상기 하부유정압베어링(72)의 하부에 다시 모터하우징(30)을 형성하는데, 이런 경우 회전플레이트(50)에 장착되는 공구(공작물)와 유정압베어링의 간격이 적어서 강성이 높아진다 하더라도 다수의 부품을 별개로 가공함으로써 발생하는 가공에 따른 누적오차와 조립에 따른 조립오차로 인해 정밀한 유정압 회전테이블 장치를 제공하는데에는 한계가 따르며, 또한 제작비용이 상승하는 문제가 있다.

도 3에 도시된 유정압 회전테이블 장치의 경우에는 샤프트(2)의 측면에 유정압베어링(4)을 형성하고 상기 유정압베어링의 측면에 형성된 유입구(4a)로 공급된 작동유가 유정압베어링의 측면에 형성된 포켓1(4b)을 거쳐 베어링의 상하면에 형성된 포켓2(4d)로 흘러가도록 형성하였으나, 상기 포켓2(4d)를 통과한 작동유는 랜드2(4e)를 거치고 드레인홈(4f)을 통해 배출되므로 상부와 하부에 각각 형성된 포켓2(4d)에 균일한 작동유압이 미치기 어렵다.

부연하면, 어느 정도 일정한 압력이 상하부에 각각 형성된 포켓2(4d)에 동시에 작동되어야 하나 작동유의 흐름방향이나 가공의 차이로 인해 상하부의 랜드2(4e) 및 상하부의 포켓2(4d)로 균일한 압력이 미치기 힘들다

따라서, 샤프트(2)가 베어링(4)에서 소망하는 양만큼 작동유에 의해 예압되지 못한 상태에서 작동될 수 있어 마찰력을 줄이기가 힘들 수 있다.

상술한 선행기술들의 공통되는 가장 큰 문제점은 베어링과 하우징이 별개로 형성되어 있어 유정압 회전테이블의 강성에 문제가 있으며 가공오차 및 조립오차로 인해 정밀한 유정압 회전테이블의 제공이 어렵다.

또한, 유정압베어링을 형성하기 위해서는 다수의 유로가 형성되어야 하나 베어링이 상부에 존재하여 그 구성이 복잡하고 효과적이지 못할 뿐만 아니라, 베어링 동작시 배출되는 작동유의 회수 또한 하부에 위치하고 있는 모터나 엔코더에 영향을 미치지 않도록 형성해야 하므로 매우 복잡하게 구성되어 있어서 그다지 효과적이지 못하다.

더군다나, 모터의 바로 위나 아래에 유정압베어링이 일직선상으로 형성되어 유정압테이블의 높이를 낮추는데 한계가 있으며, 회전되는 샤프트의 상부 중량이 하부 중량보다 커서 불안정하며, 전체적으로 크기가 높아질 수밖에 없는 구성상의 요인으로 인하여 편심회전이나 미세한 떨림이 발생할 우려가 높다.

따라서, 본 발명은 유정압베어링부를 하부에 배치하고 스핀들, 빌트인모터 및 엔코더를 수용하는 하우징을 일체로 형성함과 동시에 구성상의 장점을 이용하여 회전테이블의 전체 높이를 낮추게 되어 강성을 높임과 동시에 정밀도를 향상시키고, 상기 스핀들의 하부 중량이 상부 중량보다 커서 안정적으로 회전이 가능한 유정압 회전테이블 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 상기 스핀들은 상부로 올라갈수록 단면적이 좁아지는 형태로 중공부를 형성하여 스핀들의 전체적인 무게를 줄임으로써 관성력을 줄여 결국 가동동력을 절감하여 모터의 발열량을 줄이고 고정밀의 가공이 가능한 유정압 회전테이블 장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

본 발명에 의한 유정압 회전테이블 장치는 스핀들, 빌트인모터 및 엔코더를 수용하는 하우징을 일체로 형성하고 상부테이블에 비하여 하부 유정압베어링부를 훨씬 크게 구성함으로써 회전테이블의 높이를 효과적으로 낮추고 강성을 높임과 동시에 정밀도를 향상시키고, 상기 스핀들의 하부 중량이 상부 중량보다 커서 안정적으로 회전이 가능하며, 상기 스핀들은 상부로 올라갈수록 단면적이 좁아지는 형태로 중공부를 형성하여 스핀들의 전체적인 무게를 줄임으로써 관성력을 줄여 결국 가동동력을 절감하여 모터의 발열량을 줄이고 고정밀의 가공이 가능하다.

본 발명은 유정압 회전테이블 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공구나 공작물이 장착되는 회전테이블의 하부에 스핀들 및 엔코더를 수용하는 하우징을 일체형으로 형성하되, 상기 스핀들에 형성된 베어링 디스크부와 하우징 사이에 오일챔버를 형성하여 강성을 높이고 정밀도를 향상시킨 유정압 회전테이블 장치이다.

이하, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4은 본 발명의 구성예시도이고, 도 5는 도 4의 저면도로서, 본 발명에 의한 유정압 회전테이블 장치는 베이스(1)와, 상기 베이스(1) 상부에 입설되는 하우징(2)과, 상기 하우징(2) 내부에 형성되어 빌트인모터(5)에 의해 회전되는 스핀들(4)과, 상기 스핀들(4)과 결합되어 공작물이나 공구가 장착될 수 있는 테이블(3)을 포함하여 구성된 유정압 회전테이블 장치에 있어서, 상기 스핀들(4)의 일측에는 베어링디스크부(4a)가 형성되고, 상기 베어링디스크부(4a)와 하우징(2) 사이에는 압유가 머무르는 오일챔버(6)가 형성되되 상기 하우징(2)은 스핀들(4) 외부에 일체로 형성되어 강성을 높일 수 있는 것이 특징이다.

먼저, 베이스(1)에는 하부오일챔버(6c)가 형성되어 있으며, 상기 베이스(1)의 상부에는 하우징(2)이 입설된다.

상기 하우징(2) 내에는 로우터(5a) 및 스테이터(5b)로 구성된 빌트인모터(5)가 형성되는데 스테이터(5b)의 일측은 하우징(2)에 고정되고 로우터(5a)의 일측은 스핀들(4)에 고정되어 전기가 인가되면 로우터(5a) 및 스테이터(5b)에 의해 스핀들(4)이 회전되게 된다.

상기 테이블(3)은 원형의 평판형으로 형성하는 것이 바람직하며 공작물이나 공구가 체결될 수 있도록 다수의 볼트 체결홈(3a)을 형성할 수 있는데, 이는 도 6의 설명에서 상세히 설명하기로 한다.

상기 스핀들(4)의 일측에는 베어링디스크부(4a)가 형성되는데 스핀들(4)과 일체로 형성하는 것이 바람직하며, 상기 베어링디스크부(4a)는 하우징(2)과 오일이 머무르는 공간인 오일챔버(6)를 형성하게 된다.

상기 오일챔버(6)는 상부오일챔버(6a), 측부오일챔버(6b) 및 하부오일챔버(6c)로 형성되는 것이 바람직한데, 상기 하우징(2) 내에는 상부오일챔버(6a) 및 측부오일챔버(6b)가 형성되고, 베이스(1)에는 하부오일챔버(6c)가 형성되는 것이 더욱 바람직하다.

결국, 베어링디스크부(4a)와 베이스(1) 사이에는 하부오일챔버(6c)에서 머무 르는 오일의 압력이 작용하게 되고, 베어링디스크부(4a)와 하우징(2) 사이에는 상부오일챔버(6a) 및 측부오일챔버(6b)에서 머무르는 오일의 압력이 작용하게 된다.

상기 베이스(1)에는 도 5에 도시된 바와 같이 전후좌우 4방향으로 주입되는 주입구(8)를 형성할 수도 있고, 경우에 따라 3방향이나 4방향 이상으로 주입구를 형성할 수도 있다.

도 4의 우측편에 도시된 주입구는 하부오일챔버 주입구(8c)이며, 좌측편에 도시된 주입구는 측부오일챔버 주입구(8b)로서, 실제 좌측편에는 상부오일챔버 주입구(8a)가 도시되어야 하나 상부오일챔버 주입구(8a)는 하부오일챔버 주입구(8c)의 뒷부분(도 4를 기준)에 형성되어 있으므로 별도의 도면은 생략한다.

하부오일챔버 주입구(8c)로 주입된 압유는 하부오일챔버(6c)에 머무르면서 베어링디스크부(4a)를 상승시키도록 작용하게 되고 베어링디스크부(4a)와 베이스(1) 사이의 랜드1(11)를 지나 배출구(10) 쪽으로 배출되게 된다.

상부오일챔버 주입구(8a)로 주입된 압유는 하우징(2)에 형성된 유로를 통해 상부오일챔버(6a)에 머무르면서 베어링디스크부(4a)를 하강시키도록 작용하게 되고 베어링디스크부(4a)와 하우징(2) 사이의 랜드2(12)를 지나 배출구(10) 쪽으로 배출되게 된다. 이때 상부오일챔버(6a)와 하부오일챔버(6c)에는 적절한 압력의 압유가 제공되어 상ㆍ하 힘의 균형을 이룰 수 있어야 한다.

측부오일챔버 주입구(8b)로 주입된 압유는 측부오일챔버(6b)에 머무르면서 베어링디스크부(4a)를 중심축 방향으로 밀도록 작용하게 되고 랜드3(13)을 거쳐 상부오일챔버(6a)나 하부오일챔버(6c) 쪽으로 이동되게 된다.

결국, 본 발명은 상부의 테이블에 비하여 하부의 베어링부를 훨씬 크게 구성함으로써 내부 구성품의 효과적인 배치를 통하여 회전테이블 전체의 높이를 낮출 수 있을 뿐만 아니라 테이블과 베어링부의 간격이 커짐에 따른 강성저하 등의 우려를 해소할 수 있다.

만약 본 발명에서 하우징(2)의 하부지름과 같은 크기로 테이블(3)의 지름을 형성할 경우에는 테이블(3) 자체의 변형 등을 방지하기 위하여 테이블(3)의 두께를 보다 크게 형성하여야 하는데 이로 인한 관성부하의 증가 등 제반조건이 나빠질 우려가 있으므로 이는 바람직하지 않다.

더욱 바람직하게는, 상기 하우징(2)을 도 4에 도시된 바와 같이 단차가 있도록 형성하고, 상기 하우징의 돌출부만큼 유정압베어링을 바깥쪽으로 형성하여 모터와 일직선상이 아닌 하측부에 유정압베어링을 형성함으로써 상부오일챔버(6a)에서 발생하는 압력을 지지할 수 있는 하우징의 두께(L)를 충분히 확보할 수 있다.

또한, 이로 인해 하우징(2)의 외경이 넓은 부분에 보다 여유가 있도록 측부오일챔버(6b)를 형성할 수 있고 스핀들(4)의 베어링디스크부(4a)가 보다 넓은 면적으로 하우징(2)과 대면할 수 있으므로 유정압테이블의 고강성이 확보됨과 동시에 전체 높이를 낮출 수 있다.

부연하면, 본 발명은 하우징(2)이 일체로 형성되고 상기 하우징(2)에 상부오일챔버(6a) 및 측부오일챔버(6b)가 형성됨으로써 비교적 높은 압력이 하우징(2)에 작용된다 하더라도 유정압베어링의 고강성을 확보할 수 있다.

또한, 상ㆍ하부오일챔버(6a, 6c) 및 측부오일챔버(6b)에 각각의 오일주입구를 형성하여 오일의 주입압력을 조절할 수 있으므로 가공되는 공작물의 중량이나 가공상황에 따라 가장 적합한 베어링압으로써 스핀들(4)을 지지할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일부분 확대도로서, 테이블(3)과 하우징(2) 사이에 별도의 씰(seal)을 형성하지 않고 라비린스(9, labyrinth) 즉, 협곡구조를 형성하여 외부의 불순물이 스핀들(4) 쪽으로 침투하는 것을 방지하도록 형성할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징은 스핀들(4)이 상부로 올라갈수록 단면이 좁아지는 형태의 중공부(4b)가 형성되어 있는데, 이는 스핀들(4)의 무게를 줄임으로써 관성력을 줄인 것이다.

즉, 상기 중공부(4b)로 인해 스핀들(4)의 전체 무게가 줄어드는 것은 당연하고, 이는 스핀들(4)의 회전에 소모되는 전류량이 줄어들게 되어 빌트인모터(5)에서 발생하는 발열량이 줄어들게 되어 열변형을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 스핀들(4)의 전체적인 모양이 'ㅗ'자 형으로 형성됨으로써 회전속도에 관계없이 안정적 으로 회전되게 된다.

도 7은 본 발명에 의한 테이블의 구성예시도로서, 상기 테이블(3)에는 하나 이상의 체결홈(3a)이 규칙적으로 형성되어 있어서, 테이블(3)의 강성부족현상을 해소함과 동시에 다양한 위치에 공작물이나 공구를 체결할 수 있도록 한다.

도 1, 도 2 및 도 3은 종래 유정압 회전테이블 장치의 구성예시도

도 4은 본 발명의 구성예시도

도 5는 도 4의 저면도

도 6는 본 발명의 일부분 확대도

도 7은 본 발명에 의한 회전테이블의 구성예시도

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1. 베이스 2. 하우징 3. 테이블

3a. 체결홈

4. 스핀들 4a. 베어링디스크부 4b. 중공부

5. 빌트인모터 5a. 로우터 5b. 스테이터

6. 오일챔버 6a. 상부오일챔버 6b. 측부오일챔버

6c. 하부오일챔버 7. 엔코더 8a. 상부오일챔버 주입구

8b. 측부오일챔버 주입구 8c. 하부오일챔버 주입구

9. 라비린스 10. 배출구 11. 랜드1

12. 랜드2 13. 랜드3

Claims (5)

1. 베이스(1)와, 상기 베이스(1) 상부에 입설되는 하우징(2)과, 상기 하우징(2) 내부에 형성되어 빌트인모터(5)에 의해 회전되는 스핀들(4)과, 상기 스핀들(4)과 결합되어 공작물이나 공구가 장착될 수 있는 테이블(3)을 포함하여 구성된 유정압 회전테이블 장치에 있어서,

   상기 스핀들(4)의 일측에는 베어링디스크부(4a)가 형성되고, 상기 베어링디스크부(4a)와 하우징(2) 사이에는 압유가 머무르는 오일챔버(6)가 형성되되 상기 하우징(2)은 스핀들(4) 외부에 일체로 형성되어 강성을 높일 수 있는 것이 특징인 유정압 회전테이블 장치
2. 제 1항에 있어서,

   상기 오일챔버(6)는 상ㆍ하부오일챔버(6a, 6c) 및 측부오일챔버(6b)로 구성되며, 각각의 오일주입구(8a, 8b, 8c)가 형성되어 있는 것이 특징인 유정압 회전테이블 장치
3. 제 1항에 있어서,

   상기 테이블(3)과 하우징(2) 사이에는 라비린스(9)가 형성되어 외부의 불순 물이 스핀들(4) 쪽으로 침투하는 것을 방지한 것이 특징인 유정압 회전테이블 장치
4. 제 1항에 있어서,

   상기 하우징(2)은 단차가 있도록 형성되어, 상기 하우징(2)의 돌출부만큼 유정압베어링을 바깥쪽으로 형성하여 모터(5)와 일직선상이 아닌 하측부에 유정압베어링을 형성함으로써 상부오일챔버(6a)에서 발생하는 압력을 지지할 수 있는 하우징의 두께(L)를 충분히 확보할 수 있는 것이 특징인 유정압 회전테이블 장치
5. 제 1항에 있어서,

   상기 테이블(3)에는 하나 이상의 체결홈(3a)이 규칙적으로 형성되어 있어서, 테이블의 강성부족현상을 해소함과 동시에 다양한 위치에 공작물이나 공구를 체결할 수 있도록 형성된 것이 특징인 유정압 회전테이블 장치

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