KR20110064091A - 공작기계의 에어 베어링 실린더 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공작기계의 에어 베어링 실린더에 관한 것이다.

본 발명에 따른 공작기계의 에어 베어링 실린더는, 일측에 제1 공기압(P1)이 공급되도록 제1 에어공급 포트(61)가 형성된 베이스(110), 베이스(110)의 하측에 설치되고 일측에 제1 공기압(P1)과 다른 제2 공기압(P2)이 공급되도록 제2 에어공급 포트(62)가 형성된 하우징(111), 베이스(110)의 상측에 배치되고 상측에 메인 드레인 홀(35)이 형성된 커버(34)가 설치된 실린더 바디(33), 베이스(110)와 하우징(111)을 관통하여 배치되는 피스톤 샤프트(151), 실린더 바디(33)의 내경부에 배치되고 피스톤 샤프트(151)의 상측에 일체로 형성되며 하측방향이 개방된 서플라이 홀(113)과 상측방향이 개방된 드레인 홀(114)이 형성 된 피스톤(150), 하우징(111)의 내부에 배치되어 피스톤 샤프트(151)의 외경부를 지지하는 제1 베어링 부재 그룹 및 사이드 서플라이 홀의 외측에 배치되어 실린더 바디(33)의 내경부와 공극을 형성하는 제2 베어링 부재 그룹을 포함한다.

에어, 베어링, 실린더, 공작기계, 초정밀, 고정밀

Description

공작기계의 에어 베어링 실린더 {Air bearing cylinder for Machine tool}

본 발명은 공작기계의 에어 베어링 실린더에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 중력방향으로 작용하는 하중을 공압에 의해 지지하도록 하여 기계적 마찰에 의한 영향을 받지 않도록 하는 공작기계의 에어 베어링 실린더에 관한 것이다.

일반적으로 공작기계는 공작물 또는 공구가 전후, 좌우 및 상하의 방향으로 이동되고, 공작물과 공구의 상대운동에 의해 공작물이 절삭가공된다.

상술한 종래의 공작기계의 일례를 첨부도면 도 1을 참조하여 설명한다.

첨부도면 도 1은 종래의 공작기계를 설명하기 위한 예시도면이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 공작기계(10)는 베이스(11)의 상측에 전후방향으로 활주되는 Y축 슬라이더(12)가 배치되고, Y축 슬라이더(12)의 상측에는 테이블(13)이 설치된다.

상술한 테이블(13)은 선회가 가능한 로터리 형식일 수 있고, 상술한 테이블(13)의 상측에 공작물이 탑재될 수 있다.

또한, 상술한 베이스(11)의 후방 한쪽에는 좌우방향으로 활주되는 X축 슬라 이더(14)가 설치되고, 그 X축 슬라이더(14)의 전방에는 수직방향으로 활주되는 Z축 슬라이더(15)가 배치된다.

또한, 상술한 Z축 슬라이더(15)의 전방에는 스핀들(17)이 배치될 수 있고, 스핀들(17)에 공구가 장착될 수 있다.

또한, 상술한 Z축 슬라이더(15)에 틸팅 헤드(16)가 부가 장착될 수 있고, 상술한 틸팅 헤드(16)에 상술한 스핀들(17)이 장착될 수도 있으며, 이로서 상술한 스핀들(17)의 축이 X축-Z축의 평면상에서 선회될 수 있다.

상술한 Z축 슬라이더(15)는 수직방향으로 승강되는데, 이때 Z축 슬라이더(15)의 자체중량과 Z축 슬라이더(15)에 장착된 틸팅 헤드(16) 또는 스핀들(17)과 공구의 무게는 Z축 슬라이더(15)를 승강방향으로 작동시킬 때에 중력방향의 하중으로 작용된다.

즉, 상술한 Z축 슬라이더(15)가 승강될 때에는 중력방향의 수직하중을 감안하여 구동되어야 하므로 일례로서 리니어 모터가 이용되거나, 수직하중을 감당할 수 있는 별도의 기구를 갖추어야 한다.

상술한 리니어 모터의 경우에는 상술한 수직하중을 감당할 수 있는 정도로 충분히 대형의 리니어 모터가 설치되어야 한다.

다른 한편으로, 초정밀 가공을 구현하는 공작기계에 있어서 수직하중이 작용되는 Z축 슬라이더(15)는 공작물의 정밀가공에 지대한 영향을 끼치게 된다.

상술한 바와 같이 공작기계에 대형의 리니어 모터를 사용할 때에는 정지 중에도 수직하중을 감당하기위하여 추력을 발생시켜야 하고, 이로써 리니어 모터에서 열이 발생하여 주변의 다른 부품들에 열이 전열될 수 있으며, 전열된 열은 부품에서 열 변형을 일으킬 수 있으며 이러한 열 변형으로 인하여 가공물의 치수 정도에 악영향을 주는 문제점이 있다.

상술한 바와 같은 문제점을 해소하기 위하여 Z축 슬라이더(15)의 하중을 보상하도록 도 1에 나타낸 바와 같이 X축 슬라이더(14)의 한쪽에 에어 베어링 실린더(30)를 장착하는 기술이 제안되었다.

상술한 에어 베어링 실린더(30)는 실린더 바디(33)에 피스톤 샤프트(51)가 하측방향으로 배치되고, 실린더 샤프트(51)의 단부는 상술한 Z축 슬라이더(15)의 한쪽에 장착되고, 실린더 바디(33)는 상술한 X축 슬라이더(14)의 한쪽에 장착되며, 실린더 바디(33)의 내부에 공압을 가하여 피스톤 샤프트(51)를 들어 올리는 방향으로 힘을 가하는 것이다.

즉, 상술한 공압에 의해 피스톤 샤프트(51)가 들어 올리는 방향으로 힘을 받고 이러한 힘은 결국 상술한 Z축 슬라이더(15)를 상승시키는 방향으로 힘을 가하여 수직하중에 대해 보상하게 된다.

상술한 에어 베어링 실린더(30)는 첨부도면 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다.

첨부도면 도 2 및 도 3은 종래의 에어 베어링 실린더(30)를 설명하기 위한 단면도면 및 상세도면이다.

상술한 에어 베어링 실린더(30)는 베이스(31)의 상측에 실린더 바디(33)가 설치되고, 실린더 바디(33)의 상측에 실린더 커버(34)가 설치된다.

또한, 상술한 베이스(31)의 중앙에는 피스톤 샤프트(51)가 관통되어 배치되고, 피스톤 샤프트(51)의 상단에는 피스톤(50)이 배치되며, 피스톤(50)은 상술한 실린더 바디(33)의 내부에 배치된다.

또한, 상술한 베이스(31)의 하측에는 하우징(32)이 설치되며, 하우징(32)의 내부에는 제1 베어링 부재(40)가 배치되고, 상술한 피스톤(50)의 외측에는 제2 베어링 부재(41)가 배치된다.

즉, 상술한 제1 베어링 부재(40)는 상술한 피스톤 샤프트(51)를 지지하고, 상술한 제2 베어링 부재(41)는 상술한 피스톤(50)을 지지하는 것이다.

또한, 상술한 피스톤 샤프트(51)의 하단은 볼 조인트(42)가 배치되며, 볼 조인트(42)는 상술한 Z축 슬라이더(15)의 한쪽에 체결되어 고정되고, 상술한 베이스(31)는 상술한 X축 슬라이더(14)의 한쪽에 체결되어 고정된다.

또한, 상술한 베이스(31)의 한쪽에는 제1 에어 공급 포트(61)가 형성되고, 상술한 하우징(32)의 한쪽에는 제2 에어공급 포트(62)가 형성된다.

또한, 도 3에 나타낸 바와 같이, 상술한 피스톤(50)에는 수직방향으로 서플라이 홀(52)이 형성되고, 서플라이 홀(52)의 일측에는 피스톤(50)의 외경부와 통하도록 사이드 서플라이 홀(53)이 형성된다.

또한, 상술한 커버(34)에는 메인 드레인 홀(35)이 형성되어 실린더 바디(33) 내부의 공압이 메인 드레인 홀(35)을 통해 외부로 배기될 수 있다.

상술한 제1, 제2 베어링 부재(40)(41)는 미세한 기공이 형성된 다공질 탄소 베어링일 수 있고, 미세한 기공을 통하여 공기압이 유통될 수 있다.

상술한 바와 같이 구성되는 종래의 에어 베어링 실린더(30)의 작용을 첨부도면 도 2 및 도 3을 참고하여 설명한다.

상술한 제1 에어공급 포트(61)와 제2 에어공급 포트(62)를 통해 공기압이 공급되고, 이때 제1 에어 공급 포트(61)를 통해 공급된 공기압은 실린더 바디(33)의 내부로 유입되어 피스톤(50)을 밀어 올리게 된다.

또한, 상술한 제2 에어 공급 포트(62)를 통해 공급된 공기압은 하우징(32)의 내부에 배치된 제1 베어링 부재(40)에 가해진다.

이후, 상술한 제1 베어링 부재(40)와 피스톤 샤프트(51)의 사이에 공극이 형성되고 이로써 피스톤 샤프트(51)는 공기압에 의해 허공에 떠있는 상태로서 물리적으로 기계적인 마찰에 영향을 받지 않게 된다.

상술한 제1 베어링 부재(40)를 통과한 공기압은 하우징(32)의 하측방향으로 배기된다.

또한, 상술한 피스톤(50)에 가해지는 공기압은 서플라이 홀(52)과 사이드 서플라이 홀(53)을 통하여 제2 베어링 부재(41)에 공급되고, 이로써 제2 베어링 부재(41)와 실린더 바디(33)의 내경부에 공극이 형성되어 피스톤(50)은 공기압에 의해 허공에 떠있는 상태로서 물리적으로 기계적인 마찰에 영향을 받지 않게 된다.

또한, 상술한 제2 베어링 부재(41)를 통과한 공기압은 커버(34)에 형성된 메인 드레인 홀(35)을 통해 외부로 배기된다.

따라서 피스톤(50)과 피스톤 샤프트(51)는 마찰 또는 간섭을 받지 않는 상태 에서 허공에 떠있을 수 있고, 특히 에어 베어링 실린더(30)는 공기압에 의해 피스톤(50)은 상측방향으로 부상되는 힘을 받으므로 Z축 슬라이더(15)를 중력의 반대 방향으로 끌어올리는 작용을 하게 되어 수직하중에 대하여 보상을 하는 것이다.

그러나 상술한 종래의 에어 베어링 실린더(30)는 다음과 같은 문제점이 지적된다.

제1 에어공급 포트(61)에 공급되는 공기압은 피스톤(50)을 떠오르게 하는데 소요되고 아울러 피스톤(50)과 피스톤 바디(33)의 내주면에 공극을 형성하는데 이때 피스톤(50)에 작용하는 수직하중에 따라 적절한 공기압의 압력으로 가변시켜야 하지만 공기압이 가변되는 한계가 존재한다.

다른 한편으로, 제2 에어공급 포트(62)에 공급되는 공기압은 피스톤 샤프트(51)와 제1 베어링 부재(40)의 사이에 공극을 유지하고 특히 피스톤(50)이 승강할 때에 흔들리거나 진동하지 않고 직진도를 유지하면서 승강되도록 하여야 하며 이렇게 직진도를 유지하면서 승강하는 것을 강성이 높다고 한다.

즉, 제2 에어공급 포트(62)를 통해 공급되는 공기압의 압력이 높을수록 강성이 높아지고 피스톤(50)은 더욱 안정된 상태로 승강될 수 있지만, 제1, 제2 에어공급 포트(61)(62)에 동일한 압력의 공기압이 제공되는 것으로서 제1 에어공급 포트(61) 또는 제2 에어공급 포트(62) 중에 어느 하나의 성능을 향상시키기 위하여 공기압의 압력을 무한정 높일 수 없는 문제가 있다.

일례로서, 스핀들(17)에 장착된 공구의 무게가 상대적으로 가벼운 경우에는 제1 에어공압 포트(61)에 가해지는 공기압의 압력이 너무 높으면 비정상적으로 피 스톤(50)이 상승하게 되고, 반대로 공구의 무게에 대응하여 제1 에어공압 포트(61)에 가해지는 공기압의 압력을 낮추어 조절하면 피스톤 샤프트(51)의 구동에 강성이 낮아져 피스톤(50)이 승강할 때에 악영향이 발생하는 문제점이 있다.

특히, 상술한 강성이 낮아지면 피스톤(50)은 곧게 승강하지 못하고 어느 한쪽으로 치우쳐서 기울어진 상태가 될 수 있으며, 심지어 피스톤(50)의 헤드와 제2 베어링 부재(41)가 마찰될 수 있다.

즉, 상술한 바와 같이 피스톤(50)이 승강할 때에 곧게 승강하지 못함으로써 초정밀 가공에 악영향을 끼칠 수 있는 것이다.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 에어베어링실린더에 작용하는 수직하중에 능동적으로 대응이 가능하도록 하고 에어 베어링 실린더의 피스톤이 곧게 승강하도록 강성을 갖는 공작기계의 에어 베어링 실린더를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 공작기계의 에어 베어링 실린더는, 일측에 제1 공기압이 공급되도록 제1 에어공급 포트가 형성된 베이스; 상기 베이스의 하측에 설치되고 일측에 상기 제1 공기압(P1)과 다른 제2 공기압이 공급되도록 제2 에어공급 포트가 형성된 하우징; 상기 베이스의 상측에 배치되고 상측에 메인 드레인 홀이 형성된 커버가 설치된 실린더 바디; 상기 베이스와 상기 하우징을 관통하여 배치되는 피스톤 샤프트; 상기 실린더 바디의 내경부에 배치되고 상기 피스톤 샤프트의 상측에 일체로 형성되며 하측방향이 개방된 서플라이 홀과 상측방향이 개방된 드레인 홀이 형성 된 피스톤; 상기 하우징의 내부에 배치되 어 상기 피스톤 샤프트의 외경부를 지지하는 제1 베어링 부재 그룹; 및 상기 사이드 서플라이 홀의 외측에 배치되어 상기 실린더 바디의 내경부와 공극을 형성하는 제2 베어링 부재 그룹;을 포함한다.

또한, 상기 하우징은, 상기 제1 공기압의 일부가 상기 하우징의 내경부로 유입되도록 연결 홀이 형성되고, 상기 하우징의 일측에 상기 제1, 제2 공기압의 일부가 배기되도록 하우징 드레인 홀이 형성되며, 상기 피스톤의 서플라이 홀의 일측에 상기 제1 공기압의 일부가 외측으로 배기되는 사이드 서플라이 홀이 형성되며 상기 드레인 홀의 일측에 상기 제1 공기압의 일부가 내측으로 흡기되는 사이드 드레인 홀이 형성된 것일 수 있다.

또한, 상기 제1 베어링 부재 그룹은 상기 제1 스페이서가 중간에 개재되어 서로 이격되어 배치되는 제1, 제2 베어링 부재;를 포함하고, 상기 제1 베어링 부재는 상기 제2 에어공급 포트의 한쪽에 배치되며, 상기 제2 베어링 부재는 상기 연결 홀의 한쪽에 배치되는 것일 수 있다.

또한, 상기 서플라이 홀과 상기 드레인 홀은 상기 피스톤의 평면상에서 방사선 방향으로 복수개가 교호(交互)로 형성되고, 상기 사이드 서플라이 홀은 상기 서플라이 홀의 각각에 복수 개의 사이드 서플라이 홀이 형성되며, 상기 사이드 드레인 홀은 상기 드레인홀의 각각에 복수 개의 사이드 드레인 홀이 형성되고, 상기 제2 베어링 부재 그룹은 상기 사이드 서플라이 홀의 외측에 각각 배치되는 복수개의 베어링 부재를 포함하며, 상기 복수 개의 사이드 드레인 홀의 외측에 각각 제2, 제3 스페이서가 배치되어 상기 복수개의 베어링 부재를 각각 이격시키는 것일 수 있 다.

또한, 상기 피스톤은, 상기 피스톤 샤프트의 내에 중앙 홀이 형성되고, 상기 하우징의 외측으로 노출되는 상기 피스톤 샤프트의 일측에 제3 공기압이 공급되어 상기 중앙 홀에 공기압을 공급하도록 하는 제3 에어공급 포트가 형성되며, 상기 중앙 홀의 상측에는 상기 피스톤의 외경으로 상기 제3 공기압을 배기하도록 제4 사이드 서플라이 홀이 형성되는 것일 수 있다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 공작기계의 에어 베어링 실린더는 Z축 슬라이더에 작용하는 수직하중이 가변되더라도 그 수직하중에 능동적으로 대응하는 공기압을 공급할 수 있고, 피스톤이 승강될 때에 곧게 승강되는 강성을 유지할 수 있으며, 이로써 초정밀가공의 가공정밀도를 향상시킬 수 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭하고 종래의 구성요소와 동일한 구성요소에 대하여 동일한 부호를 부여하고 그에 따른 상세한 설 명은 생략한다.

이하, 도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 공작기계의 에어 베어링 실린더(100)에 대해서 설명한다.

첨부도면 도 4 내지 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 공작기계의 에어 베어링 실린더를 설명하기 위한 단면도면, 상세도면 및 피스톤 발췌도면이다.

도 4 내지 도 6에 나타낸 바와 같이, 에어 베어링 실린더(100)는, 베이스(110)의 하측에 하우징(111)이 설치되고, 상술한 베이스(110)의 상측에 실린더 바디(33)가 설치되며, 실린더 바디(33)의 상측에 커버(34)가 설치된다.

또한, 상술한 베이스(110)와 상술한 하우징(111)의 중앙에는 피스톤 샤프트(151)가 관통되어 설치되고, 하우징(111)의 내부에는 제1 베어링 부재 그룹이 배치될 수 있으며, 상술한 제1 베어링 부재 그룹은 제1 베어링 부재(121)와 제22 베어링 부재(122)를 포함한다.

상술한 제1 베어링 부재(121)와 제22 베어링 부재(122)는 제1 스페이서(130)에 의해 이격되어 배치되며, 제1, 제2 베어링(121)(122)은 상술한 피스톤 샤프트(151)의 외경부를 지지하게 된다.

또한, 상술한 베이스(110)의 한쪽에는 제1 에어공급 포트(61)가 형성되고, 상술한 하우징(111)의 한쪽에는 제2 에어 공급 포트(62)가 형성되며, 상술한 제1 스페이서(130)의 외경과 대응하는 위치에는 하우징 드레인 홀(112)이 형성된다.

또한, 상술한 제1 에어공급 포트(61)의 일측은 상술한 하우징(111)의 내경부와 통하도록 연결 홀(61a)이 형성될 수 있다.

다른 한편으로 상술한 하우징 드레인 홀(112)은 상술한 연결 홀(61a)과 상술한 제2 에어공급 포트(62)의 중간에 배치될 수 있다.

또한, 피스톤(150)은 도 4 내지 도 6에 나타낸 바와 같이, 수직방향으로 서플라이 홀(113)과 드레인 홀(114)이 형성되고, 서플라이 홀(113)은 상측이 막히고 드레인 홀(114)은 하측이 막힌 형상일 수 있다.

다른 한편으로, 상술한 서플라이 홀(113)과 드레인 홀(114)은 복수 개로 형성될 수 있고, 도 6에 나타낸 바와 같이 피스톤(150)을 중심으로 등간격으로 배치될 수 있고, 서플라이 홀(113)과 드레인 홀(114)이 번갈아 가며 형성될 수 있다.

또한, 상술한 서플라이 홀(113)의 측면에는 피스톤(150)의 외경부와 통하도록 제1, 제2, 제3 사이드 서플라이 홀(126)(127)(128)이 형성되고, 상술한 드레인 홀(114)의 측면에는 피스톤(150)의 외경부와 통하도록 제1, 제2 사이드 드레인 홀(132)(133)이 형성된다.

다른 한편으로, 상술한 피스톤(150)의 측면에서 볼 때에, 상술한 제1, 제2, 제3 사이드 서플라이 홀(126)(127)(128)의 사이사이에 상술한 제1, 제2 사이드 드레인 홀(132)(133)이 형성되는 것일 수 있다.

또한, 상술한 제1, 제2, 제3 사이드 서플라이 홀(126)(127)(128)이 배치되는 피스톤(150)의 외경에는 제2 베어링 부재 그룹이 배치되고, 상술한 제2 베어링 부재 그룹은 제3, 제4, 제5 베어링 부재(123)(124)(125)를 포함한다.

상술한 제3, 제4, 제5 베어링 부재(123)(124)(125)의 사이사이에는 각각 제2, 제3 스페이서(134)(135)가 배치된다.

또한, 상술한 제2, 제3 스페이서(134)(135)는 제1, 제2 사이드 드레인 홀(134)(133)의 외측에 배치되는 것일 수 있다.

상술한 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 베어링 부재(121)(122)(123)(124)(125)는 미세한 기공이 형성된 다공질 탄소 베어링일 수 있고, 미세한 기공을 통하여 공기압이 유통될 수 있다.

이하, 본 발명의 제1 실시예에 따른 공작기계의 에어 베어링 실린더(100)의 작용을 첨부도면 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명한다.

제1 에어공급 포트(61)를 통하여 제1 공기압(P1)이 공급되고 이때 제1 공기압(P1)은 Z축 슬라이더(15)에 작용되는 수직하중에 대응하여 가변되어 공급될 수 있다.

즉, 제1 공기압(P1)에 의해 피스톤(150)은 최적의 상태로 부상될 수 있고, 또한, 제1 공기압(P1)의 일부는 연결 홀(61a)을 통하여 제2 베어링 부재(122)에 공급되어 피스톤 샤프트(151)의 강성에 도움이 될 수 있다.

또한, 제2 에어공급 포트(62)를 통하여 제2 공기압(P2)이 제1 베어링 부재(121)에 공급되고, 이때 제2 공기압(P2)은 상술한 제1 공기압(P1)과 다른 공기압력을 갖는 것으로서 피스톤 샤프트(151)의 강성을 높일 수 있도록 충분히 높은 공기압일 수 있다.

또한, 상술한 제1 공기압(P1)의 일부와 제2 공기압(P2)은 각각 제1, 제2 베어링 부재(121)(122)에 가해진 후 일부는 하우징 드레인 홀(112)을 통하여 배기되고, 다른 일부는 제1 베어링 부재(121)의 하부 쪽으로 배기된다.

이때, 공기압이 공급되어 배기될 때에 압력은 차이가 발생하게 되고 그 압력차이가 발생하는 부분은 2곳일 수 있고, 그 2곳은 하우징 드레인 홀(112)의 부근과 제1 베어링 부재(121)의 외측부분일 수 있으며, 이와 같이 2곳에서 압력차이가 발생함으로써 종래의 에어 베어링 실린더(10)에서 피스톤 샤프트(51)가 지지되는 것에 비교하여 피스톤 샤프트(151)의 강성이 더욱 증대된다.

또 다른 한편으로, 상술한 제1 공기압(P1)은 피스톤(150)의 하부에 작용하여 피스톤(150)을 부상시키는 방향으로 힘이 작용하고, 제1 공기압(P1)의 일부는 서플라이 홀(113)을 통하여 제1, 제2, 제3 사이드 서플라이 홀(126)(127)(128)에 공급된다.

이후 제1 공기압(P1)의 일부는 제3, 제4, 제5 베어링 부재(123)(124)(125)를 통과하고 이후에 제1, 제2 사이드 드레인 홀(132)(133)을 통과하여 드레인 홀(114)을 통해 피스톤(150)의 상측으로 흐르게 된다.

이때에도 제1 공기압(P1)은 피스톤(150)의 외경부에서 공급과 배기가 이루어지는 것이고, 이처럼 공급과 배기가 이루어질 때에 제1 공기압(P1)과 대기압의 압력차이가 발생되며, 이러한 압력 차이에 의해 피스톤(150)과 실린더 바디(33)의 내경부에 형성된 공극은 일정하게 유지되어 피스톤(150)의 강성이 증대된다.

특히, 복수 개의 사이드 서플라이 홀과 복수 개의 사이드 드레인 홀이 형성됨으로써 사이드 서플라이 홀과 사이드 드레인 홀 사이에서 각각 압력차이가 발생하고, 좀 더 상세하게는 압력차이가 발생하는 곳은 사이드 서플라이 홀의 개수와 사이드 드레인 홀의 개수만큼 발생할 수 있는 것이다.

또한, 피스톤(150)에는 실린더 샤프트(151)를 통하여 제3 공기압(P3)을 공급하여 피스톤(150)의 강성을 더욱 향상시킬 수 있는 데, 이는 본 발명의 제2 실시예로서 첨부도면 도 7 내지 도 9를 참조하여 공작기계의 에어 베어링 실린더(200)에 대하여 설명한다.

첨부도면 도 7 내지 도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 공작기계의 에어 베어링 실린더(200)를 설명하기 위한 단면도면, 상세도면 및 피스톤 발췌도면이다.

도 7 내지 도 9에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 공작기계의 에어 베어링 실린더(200)는 제1 실시예의 에어 베어링 실린더(100)에서 피스톤(150)과 피스톤 샤프트(151)의 구성을 변경한 것이다.

상술한 피스톤 샤프트(151)는 내부에 중앙 홀(152)을 형성하고, 하우징(111)의 하측으로 노출되는 피스톤 샤프트(151)의 일측에 상술한 중앙 홀(152)과 통하도록 제3 에어공급 포트(63)를 형성하며, 중앙 홀(152)의 상측에서 피스톤(150)의 외경부와 통하도록 제4 사이드 서플라이 홀(153)을 형성한다.

상술한 제4 사이드 서플라이 홀(153)은 도 9에 나타낸 바와 같이, 피스톤(150)의 상측에서 볼 때에 방사선방향으로 여러 개로 형성될 수 있다.

또한, 상술한 피스톤(150)에는 하측방향이 개방된 형태의 서플라이 홀(113)과 상측방향이 개방된 형태의 드레인 홀(114)이 형성되고, 상술한 서플라이 홀(153)의 일부는 도 9에 나타낸 바와 같이 상술한 서플라이 홀(113)과 통할 수도 있다.

또한, 상술한 서플라이 홀(113)의 일측에는 피스톤(150)의 외경과 통하도록 제1 사이드 서플라이 홀(126)이 형성되고, 상술한 드레인 홀(114)의 일측에는 피스톤(150)의 외경과 통하도록 제1 사이드 드레인 홀(132)이 형성된다.

또한, 상술한 제1 사이드 서플라이 홀(126)과 제4 사이드 서플라이 홀(153)의 단부 외측에는 각각 제3, 제4 베어링 부재(123)(124)가 배치되고, 상술한 제3 베어링 부재(123)와 제4 베어링 부재(124)의 사이에는 제2 스페이서(134)가 배치될 수 있다.

또한, 상술한 제2 스페이서(134)는 상술한 제1 사이드 드레인 홀(132)의 외측에 배치된다.

상술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 제2 실시예에 따른 에어 베어링 실린더(200)는 다음과 같이 작용된다.

상술한 제1 에어공급 포트(61)를 통해 공급되는 제1 공기압(P1)은 피스톤(150)을 부상하는 데에 이용될 수 있고, 제2 에어공급 포트(62)를 통해 공급되는 제2 공기압(P2)은 피스톤 샤프트(151)의 하측에 강성을 향상시키는 데에 이용될 수 있으며, 제3 에어공급 포트(63)를 통해 공급되는 제3 공기압(P2)은 피스톤(150)의 강성을 향상시키는 데에 이용될 수 있다.

즉, 제1 공기압(P1)은 Z축 슬라이더(15)에 작용하는 수직하중에 능동적으로 대처할 수 있도록 공기압력을 가변시킬 수 있고, 제2, 제3 공기압(P2)(P3)은 피스톤(150)의 강성을 원하는 만큼 충분하게 높일 수 있는 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명의 제1, 제2 실시예에 따른 에어 베어링 실린더(100)(200)는 Z축 슬라이더(15)에 작용하는 수직하중에 대하여 능동적으로 대응하여 수직하중을 보상할 수 있고, 피스톤(150)의 강성을 충분히 높일 수 있어 초정밀 가공 공작기계에서 더욱 정밀한 가공을 구현할 수 있는 것이다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명에 따른 에어 베어링 실린더는 공작기계에서 중력방향으로 작용하는 하중을 보상하여 기계적 마찰에 의한 영향을 받지 않도록 하는 데에 이용될 수 있다.

도 1은 종래의 공작기계를 설명하기 위한 예시도면이다.

도 2 및 도 3은 종래의 에어 베어링 실린더를 설명하기 위한 단면도면 및 상세도면이다.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 공작기계의 에어 베어링 실린더를 설명하기 위한 단면도면, 상세도면 및 피스톤 발췌도면이다.

도 7 내지 도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 공작기계의 에어 베어링 실린더를 설명하기 위한 단면도면, 상세도면 및 피스톤 발췌도면이다.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

10: 공작기계 11: 베이스

12: Y축 슬라이더 13: 테이블

14: X축 슬라이더 15: Z축 슬라이더

16: 틸팅 헤드 17: 스핀들

30: 에어 베어링 실린더 31: 베이스

32: 하우징 33: 실린더 바디

34: 실린더 커버 35: 메인 드레인 홀

40, 41: 제1, 제2 베어링 부재 42: 볼 조인트

50: 피스톤 51: 피스톤 샤프트

52: 서플라이 홀 53: 사이드 서플라이 홀

61, 62, 63: 제1, 제2, 제3 에어공급 포트

61a: 연결 홀

100, 200: 에어 베어링 실린더 110: 베이스

111: 하우징 112: 하우징 드레인 홀

113: 서플라이 홀 114: 드레인 홀

121, 122, 123, 124, 125: 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 베어링 부재

126, 127, 128: 제1, 제2, 제3 사이드 서플라이 홀

130, 134, 135: 제1, 제2, 제3 스페이서

132, 133: 제1, 제2 사이드 드레인 홀

150: 피스톤 151: 피스톤 샤프트

Claims (5)

1. 일측에 제1 공기압(P1)이 공급되도록 제1 에어공급 포트(61)가 형성된 베이스(110);

   상기 베이스(110)의 하측에 설치되고 일측에 상기 제1 공기압(P1)과 다른 제2 공기압(P2)이 공급되도록 제2 에어공급 포트(62)가 형성된 하우징(111);

   상기 베이스(110)의 상측에 배치되고 상측에 메인 드레인 홀(35)이 형성된 커버(34)가 설치된 실린더 바디(33);

   상기 베이스(110)와 상기 하우징(111)을 관통하여 배치되는 피스톤 샤프트(151);

   상기 실린더 바디(33)의 내경부에 배치되고 상기 피스톤 샤프트(151)의 상측에 일체로 형성되며 하측방향이 개방된 서플라이 홀(113)과 상측방향이 개방된 드레인 홀(114)이 형성 된 피스톤(150);

   상기 하우징(111)의 내부에 배치되어 상기 피스톤 샤프트(151)의 외경부를 지지하는 제1 베어링 부재 그룹; 및

   상기 사이드 서플라이 홀의 외측에 배치되어 상기 실린더 바디(33)의 내경부와 공극을 형성하는 제2 베어링 부재 그룹;

   을 포함하는 공작기계의 에어 베어링 실린더.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 하우징(111)은, 상기 제1 공기압(P1)의 일부가 상기 하우징(111)의 내경부로 유입되도록 연결 홀(61a)이 형성되고, 상기 하우징(111)의 일측에 상기 제1, 제2 공기압(P1)(P2)의 일부가 배기되도록 하우징 드레인 홀(112)이 형성되며,

   상기 피스톤(150)의 서플라이 홀(113)의 일측에 상기 제1 공기압(P1)의 일부가 외측으로 배기되는 사이드 서플라이 홀이 형성되며 상기 드레인 홀(114)의 일측에 상기 제1 공기압(P1)의 일부가 내측으로 흡기되는 사이드 드레인 홀이 형성된 것

   을 특징으로 하는 공작기계의 에어 베어링 실린더.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 제1 베어링 부재 그룹은 상기 제1 스페이서(130)가 중간에 개재되어 서로 이격되어 배치되는 제1, 제2 베어링 부재(121)(122);를 포함하고,

   상기 제1 베어링 부재(121)는 상기 제2 에어공급 포트(62)의 한쪽에 배치되며, 상기 제2 베어링 부재(122)는 상기 연결 홀(60a)의 한쪽에 배치되는 것

   을 특징으로 하는 공작기계의 에어 베어링 실린더.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 서플라이 홀(113)과 상기 드레인 홀(114)은 상기 피스톤(150)의 평면상에서 방사선 방향으로 복수개가 교호(交互)로 형성되고,

   상기 사이드 서플라이 홀은 상기 서플라이 홀(113)의 각각에 복수 개의 사이드 서플라이 홀(126)(127)(128)이 형성되며,

   상기 사이드 드레인 홀은 상기 드레인홀(114)의 각각에 복수 개의 사이드 드레인 홀(132)(133)이 형성되고,

   상기 제2 베어링 부재 그룹은 상기 사이드 서플라이 홀(126)(127)(128)의 외측에 각각 배치되는 복수개의 베어링 부재(123)(124)(125)를 포함하며,

   상기 복수 개의 사이드 드레인 홀(132)(133)의 외측에 각각 제2, 제3 스페이서(134)(135)가 배치되어 상기 복수개의 베어링 부재(123)(124)(125)를 각각 이격시키는 것;

   을 특징으로 하는 공작기계의 에어 베어링 실린더.
5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 피스톤(150)은,

   상기 피스톤 샤프트(151)의 내에 중앙 홀(152)이 형성되고,

   상기 하우징(111)의 외측으로 노출되는 상기 피스톤 샤프트(151)의 일측에 제3 공기압(P3)이 공급되어 상기 중앙 홀(152)에 공기압을 공급하도록 하는 제3 에어공급 포트(63)가 형성되며,

   상기 중앙 홀(152)의 상측에는 상기 피스톤(150)의 외경으로 상기 제3 공기압(P3)을 배기하도록 제4 사이드 서플라이 홀(153)이 형성되는 것;

   을 특징으로 하는 공작기계의 에어 베어링 실린더.

Images