KR20120086151A - 머시닝 센터의 2축 스핀들 구조 - Google Patents

머시닝 센터의 2축 스핀들 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 머시닝 센터의 2축 스핀들의 구조에 관한 것으로, 머시닝 센터에 설치되는 2축 스핀들 중 가동스핀들의 외주부에 스핀들 고정부를 설치하고, 가동스핀들 하부 일측에 형성된 로케이팅 핀 홀과 결합되는 로케이팅 핀이 형성된 실린더를 컬럼에 설치함으로써, 신속하게 2축 스핀들의 높이를 맞출 수 있어서 작업속도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 작동에 따른 고장발생 빈도가 적어 사용이 편리한 특징이 있다.
본 발명은 크게 세 부분으로 구성되는바, 머시닝 센터의 주축에 설치되는 주물하우징(1)의 내부에 각각 설치되되, 일측으로는 고정스핀들(11)이 설치되고, 타측으로는 가동스핀들(12)로 설치되며, 가동스핀들(12)의 하부 일측으로는 로케이팅 핀 홀(12a)이 형성되고, 고정 및 가동스핀들(11, 12)의 하단으로는 공구(8)가 설치된 스핀들부(10)와; 상기 가동스핀들(12)의 하부 일측에 형성된 로케이팅 핀 홀(12a)과 결합되도록 로케이팅 핀(21a)이 결합된 실린더(21)가 브라켓(22)에 의해 머시닝 센터의 컬럼에 설치된 로케이팅부(20)와; 상기 주물하우징(1)의 내측 가동스핀들(12)의 외주부에 설치되되, 유압에 의해 가동스핀들(12)의 위치를 고정시키도록 미세장공(31a)이 형성된 금속 실린더(31)와 플라스틱 자켓(32) 및 패킹(33)으로 구성된 실린더 고정부(30)로 구성되는 대략적인 구조를 갖는다.
상기와 같이 구성된 본 발명은, 가동스핀들 하부 일측에 형성된 로케이팅 핀 홀과 결합되는 로케이팅 핀이 형성된 실린더를 머시닝 센터의 컬럼에 브라켓을 통해 설치한 후, 머시닝 센터에 설치된 서보모터를 이용하여 고정스핀들의 공구와 가동스핀들의 공구 높이를 서로 맞춘 다음, 가동스핀들 외주부에 설치된 스핀들 고정부를 통해 가동스핀들의 위치를 고정함으로써 보다 신속하게 2축 스핀들에 결합된 공구의 높이를 맞출 수 있어서 작업속도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 로케이팅 핀을 로케이팅 핀 홀과 결합시키는 실린더와 가동스핀들의 외주부에 설치되는 스핀들 고정부의 구성이 간단할 뿐만 아니라, 원래 장착되어 있는 머시닝 센터의 서보모터를 이용하여 자동으로 공구 높이를 맞출 수 있어서 장치를 제작하는데 매우 용이하며, 제작비용 또한 저렴할 뿐만 아니라 기계적인 작동으로 인해 신뢰도를 향상시킬 수 있는 또 다른 효과가 있다.

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 가동스핀들에 스핀들 고정부를 설치하고, 가동스핀들 하부 일측에 형성된 로케이팅 핀 홀과 결합되는 로케이팅 핀이 형성된 실린더를 컬럼에 설치함으로써, 신속하게 2축 스핀들의 높이를 맞출 수 있어서 작업속도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 작동에 따른 고장발생 빈도가 적어 사용이 편리한 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 본체에 입설된 주축에는 공구가 결합된 스핀들이 다수개 설치되는바, 주축이 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.
이러한 문제점을 극복하기 위해 본 발명의 출원인이 발명하여 선출원한 국내특허출원 제10-2008-0076477호를 도 1을 통해 살펴보면, 주축과 결합된 주물하우징(1)의 내부로 고정스핀들(2)과 가동스핀들(3)을 각각 삽설한 후, 고정 및 가동스핀들(2, 3) 사이에 서보모터(4)와 볼스크루(5)를 설치한다.
그런 다음, 서보모터(4)의 구동풀리(4a)와 볼스크루(5)의 피동풀리(5a) 사이에 벨트(6)를 걸어 연결하며, 볼스크루(5)의 하단에 볼스크루 너트가 구비된 결합부(7)를 설치하되, 가동스핀들(3)의 하단과 일체가 되도록 결합하며, 고정 및 가동스핀들(2, 3)의 하단으로는 공구(8)가 설치되는 구성을 갖는다.
이렇게 구성된 종래의 2축 스핀들 구조는 가공대상물의 표면과 고정스핀들(2)에 설치된 공구(8)를 맞접하도록 한 후, 가동스핀들(3)과 결합된 공구(8)의 위치를 측정하여, 가동스핀들(3)의 공구(8)가 고정스핀들(2)에 설치된 공구(8)보다 더 상승해 있는 경우에는 서보모터(4)를 정회전시킴으로써 그와 벨트(6)로 연결된 볼스크루(5)가 정회전하게 되고, 그와 동시에 가동스핀들(3)과 결합된 공구(8)가 하강하여 고정스핀들(2)의 공구(8)와 동일한 높이를 맞출 수 있도록 구성된다.
반대로, 가동스핀들(3)의 공구(8)가 고정스핀들(2)에 설치된 공구(8) 보다 더 하강해 있는 경우에는 서보모터(4)를 역회전시킴으로써 그와 벨트(6)로 연결된 볼스크루(5)가 역회전하게 되고, 그와 동시에 가동스핀들(3)과 결합된 공구(8)가 상승하여 고정스핀들(2)의 공구(8)와 동일한 높이를 맞출 수 있도록 구성된다.
상기와 같이 작동되는 종래의 2축 스핀들 구조도 고정스핀들 및 가동스핀들의 공구의 높이를 용이하게 맞출 수 있는 장점은 있으나, 가동스핀들의 공구 높이를 맞추기 위한 서보모터와 볼스크루 등의 장치들의 결합이 복잡할 뿐만 아니라 공구 높이를 맞추는데 시간이 비교적 많이 소요되고, 적용되는 장비가 전자적으로 제어되는 부분이 많아 오작동 및 고장의 빈도가 높아 여러 가지로 불합리한 요소들이 많은 문제점을 내포하고 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 발명한 것으로, 가동스핀들 하부 일측에 형성된 로케이팅 핀 홀과 결합되는 로케이팅 핀이 형성된 실린더를 머시닝 센터의 컬럼에 브라켓을 통해 설치한 후, 머시닝 센터에 설치된 서보모터를 이용하여 고정스핀들의 공구와 가동스핀들의 공구 높이를 서로 맞춘 다음, 가동스핀들 외주부에 설치된 스핀들 고정부를 통해 가동스핀들의 위치를 고정함으로써 보다 신속하게 2축 스핀들에 결합된 공구의 높이를 맞출 수 있어서 작업속도를 향상시킬 수 있도록 함을 목적으로 한다.
또한, 로케이팅 핀을 로케이팅 핀 홀과 결합시키는 실린더와 가동스핀들의 외주부에 설치되는 스핀들 고정부의 구성이 간단할 뿐만 아니라, 원래 장착되어 있는 머시닝 센터의 서보모터를 이용하여 자동으로 공구 높이를 맞출 수 있어서 장치를 제작하는데 매우 용이하며, 제작비용 또한 저렴할 뿐만 아니라 기계적인 작동으로 인해 신뢰도를 향상시킬 수 있도록 함을 목적으로 한다.
본 발명은 크게 세 부분으로 구성되는바, 머시닝 센터의 주축에 설치되는 주물하우징(1)의 내부에 각각 설치되되, 일측으로는 고정스핀들(11)이 설치되고, 타측으로는 가동스핀들(12)로 설치되며, 가동스핀들(12)의 하부 일측으로는 로케이팅 핀 홀(12a)이 형성되고, 고정 및 가동스핀들(11, 12)의 하단으로는 공구(8)가 설치된 스핀들부(10)와; 상기 가동스핀들(12)의 하부 일측에 형성된 로케이팅 핀 홀(12a)과 결합되도록 로케이팅 핀(21a)이 결합된 실린더(21)가 브라켓(22)에 의해 머시닝 센터의 컬럼에 설치된 로케이팅부(20)와; 상기 주물하우징(1)의 내측 가동스핀들(12)의 외주부에 설치되되, 유압에 의해 가동스핀들(12)의 위치를 고정시키도록 미세장공(31a)이 형성된 금속 실린더(31)와 플라스틱 자켓(32) 및 패킹(33)으로 구성된 실린더 고정부(30)로 구성되는 대략적인 구조를 갖는다.
상기와 같이 구성된 본 발명은, 가동스핀들 하부 일측에 형성된 로케이팅 핀 홀과 결합되는 로케이팅 핀이 형성된 실린더를 머시닝 센터의 컬럼에 브라켓을 통해 설치한 후, 머시닝 센터에 설치된 서보모터를 이용하여 고정스핀들의 공구와 가동스핀들의 공구 높이를 서로 맞춘 다음, 가동스핀들 외주부에 설치된 스핀들 고정부를 통해 가동스핀들의 위치를 고정함으로써 보다 신속하게 2축 스핀들에 결합된 공구의 높이를 맞출 수 있어서 작업속도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 로케이팅 핀을 로케이팅 핀 홀과 결합시키는 실린더와 가동스핀들의 외주부에 설치되는 스핀들 고정부의 구성이 간단할 뿐만 아니라, 원래 장착되어 있는 머시닝 센터의 서보모터를 이용하여 자동으로 공구 높이를 맞출 수 있어서 장치를 제작하는데 매우 용이하며, 제작비용 또한 저렴할 뿐만 아니라 기계적인 작동으로 인해 신뢰도를 향상시킬 수 있는 또 다른 효과가 있다.
도 1은 종래 2축 스핀들 장치의 정면도
도 2는 본 발명이 적용된 머시닝 센터의 측면도
도 3은 본 발명의 정면도
도 4는 본 발명의 일부 평면도
도 5는 본 발명 로케이팅부의 사시도
도 6은 본 발명 스핀들 고정부의 사시도
본 발명은 머시닝 센터의 2축 스핀들의 구조에 관한 것으로, 머시닝 센터에 설치되는 2축 스핀들 중 가동스핀들의 외주부에 스핀들 고정부를 설치하고, 가동스핀들 하부 일측에 형성된 로케이팅 핀 홀과 결합되는 로케이팅 핀이 형성된 실린더를 컬럼에 설치함으로써, 신속하게 2축 스핀들의 높이를 맞출 수 있어서 작업속도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 작동에 따른 고장발생 빈도가 적어 사용이 편리한 특징이 있다.
이하 본 발명의 실시 예를 예시도면을 통해 살펴보면 다음과 같다.
도 2는 본 발명이 적용된 머시닝 센터의 측면도를 나타낸 것이고, 도 3은 본 발명의 정면도를 나타낸 것이며, 도 4는 본 발명의 일부 평면도를 나타낸 것이고, 도 5는 본 발명 로케이팅부의 사시도를 나타낸 것이며, 도 6은 본 발명 스핀들 고정부의 사시도를 나타낸 것으로, 도시한 바와 같이, 머시닝 센터의 주축 하부에 설치된 주물하우징(1)의 내부로 고정스핀들(11)과 가동스핀들(12)로 구성된 스핀들부(10)가 설치되고, 가동스핀들(12)의 일측에 로케이팅부(20)가 설치되며, 가동스핀들(12)의 내부에 스핀들 고정부(30)가 내설되고, 스핀들부(10)의 하단으로는 공구(8)가 결합되는 대략적인 구성을 갖는다.
본 발명이 설치되는 머시닝 센터의 구성을 살펴보면, 통상 사용되는 머시닝 센터로 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.
우선, 스핀들부(10)의 구성을 살펴보면, 머시닝 센터의 주축에 설치되되, 하단으로는 공구(8)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(1)의 내에 각각 설치되되, 가동스핀들(12)에는 후술하는 로케이팅부(20)에 의해 로케이팅 될 수 있도록 가동스핀들(12)의 하부 일측에는 로케이팅 핀 홀(12a)이 형성되어 있다.
한편, 상기 가동스핀들(12)의 일측에 설치되어 가동스핀들(12)의 공구(8) 높이를 고정스핀들(11)의 공구(8) 높이와 동일하도록 위치를 결정하는 역할을 하는 로케이팅부(20)의 구성을 살펴보면, 머시닝 센터의 컬럼에 설치되는 브라켓(22)과 브라켓(22)의 끝단에 설치되는 실린더(21) 및 실린더(21)에 설치되는 로케이팅 핀(21a)으로 구성된다.
상기 브라켓(22)은 금속 플레이트 형태로 제작되되, 일측단은 머시닝 센터의 컬럼에 고정설치되고, 타측단은 가동스핀들(12)과 인접된 지점에 위치하도록 하되, 타측단 끝 부분에는 공압에 의해 작동되는 실린더(21)가 설치된다.
상기 브라켓(22)의 끝단에 설치되는 실린더(21)는 통상적으로 사용되는 공압 실린더를 사용하되, 실린더(21)의 로드에는 'ㄷ'자 형태의 로케이팅 핀(21a)이 일체로 형성되어 있는바, 실린더(21)의 로드가 수축되면 로케이팅 핀(21a)이 가동스핀들(12)의 로케이팅 핀 홀(12a)과 결합되고, 반대로 실린더(21)의 로드가 신장되면 로케이팅 핀(21a)이 가동스핀들(12)의 로케이팅 핀 홀(12a)과 분리되는 구성을 갖는다.
또한, 주물하우징(1) 일측 내경 즉, 가동스핀들(12)의 외주부에 설치되어 공압에 의해 가동스핀들(12)과 주물하우징(1)의 결합 또는 해제상태를 유지시키는 스핀들 고정부(30)의 구성을 살펴보면, 원통형태로 구성된 금속 실린더(31)와 그 외주면을 감싸는 형태로 형성된 플라스틱 자켓(32) 및 플라스틱 자켓(32)의 상?하단에 각각 설치되는 패킹(33)으로 구성된다.
우선 금속 실린더(31)는 동재질로 제작된 원통관 형태로, 내경은 가동스핀들(12)의 외경보다 미세하게 더 큰 형태로 형성되며, 금속 실린더(31)에는 수직방향으로 미세장공(31a)이 일정간격으로 형성되어 있는바, 이러한 미세장공(31a)에 의해 외부로부터 고압의 기체가 공급되면 그 공압에 의해 금속 실린더(31)의 직경이 줄어들게 되고, 고압의 기체가 빠져나가면 금속 실린더(31)는 원래의 상태로 복원되는 구성을 갖는다.
상기와 같이 공압에 의해 작동되기 위해서는 금속 실린더(31)의 외주면에 플라스틱 자켓(32)이 감싸도록 하고, 플라스틱 자켓(32)의 상?하단으로는 패킹(33)을 구비하여 고압의 기체가 외부로 이탈되지 않고 금속 실린더(31)를 압박할 수 있도록 구성된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 조립 및 설치과정을 살펴보면, 우선 주축과 결합된 주물하우징(1)의 내부로 고정스핀들(11)과 로케이팅 핀 홀(12a)이 가공된 가동스핀들(12)을 각각 삽설하되, 가동스핀들(12)이 설치되는 주물하우징(1) 내부에 금속실린더(31)와 플라스틱 자켓(32) 및 패킹(33)이 결합된 스핀들 고정부(30)를 설치한 다음 가동스핀들(12)을 삽설한다.
그런 다음, 컬럼의 일측에 브라켓(22)을 결합하되, 그 끝단에는 로케이팅 핀(21a)이 결합된 실린더(21)를 설치하여, 상기 로케이팅 핀 홀(12a)과 실린더(21)의 작동에 의해 결합 또는 해제되도록 함으로써 본 발명의 조립 및 설치를 완료한다.
상기와 같이 조립 및 설치된 본 발명의 작동과정을 살펴보면, 가공대상물의 표면과 고정스핀들(11)에 설치된 공구(8)를 머시닝 센터의 상단에 설치된 서보모터(9)를 작동시켜 맞접하도록 한 후, 가동스핀들(12)과 결합된 공구(8)의 위치를 측정하여, 가동스핀들(12)의 공구(8)가 고정스핀들(11)에 설치된 공구(8) 높이와 다를 경우, 먼저 로케이팅부(20)의 실린더(21)의 로드를 수축시켜 로케이팅 핀(21a)이 가동스핀들(12)에 형성된 로케이팅 핀 홀(12a)과 결합되도록 한다.
그런 다음, 고정부(30)에 공급된 고압의 기체를 배출하여 공압을 제거하여 가동스핀들(12)과 주물하우징(1)의 결합을 해제시키고, 머시닝 센터의 상단에 설치된 서보모터(9)를 작동시키면 가동스핀들(12)은 로케이팅부(20)에 의해 고정된 상태로 유지되고, 주물하우징(1)이 승강하여 고정스핀들(11)의 공구(8) 높이와 가동스핀들(12)의 공구(8) 높이를 동일하게 맞추도록 작동한다.
이와 같이 고정스핀들(11) 공구(8)와 가동스핀들(12)의 공구(8) 높이를 맞춘 다음에는 고정부(30)에 고압의 기체를 공급하여 금속실린더(31)가 가동스핀들(12)의 외주부와 맞접되도록 하여 가동스핀들(12)을 고정시키도록 하며, 실린더(21)의 로드를 신장시켜 로케이팅 핀(21a)이 로케이팅 핀 홀(12a)로부터 해제됨으로써 본 발명의 작동을 완료한다.
상기와 같은 과정을 통해 공구(8)가 지속적인 작업에 의해 마모되더라도 고정스핀들(11)과 가동스핀들(12)에 결합된 공구(8)의 높이를 항시 동일한 높이가 되도록 하는데 걸리는 시간을 줄일 수 있어서 가공작업이 신속하게 진행되는 구성을 갖는다.
상기와 같이 구성된 본 발명은, 다축 스핀들이 2축으로 표현되어 있으나, 이는 일 예로 설명한 것일 뿐이고, 셋 이상의 스핀들로 이루어진 형태일 경우에는 로케이팅부(20)와 고정부(30)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.
1: 주물하우징 2, 11: 고정스핀들
3, 12: 가동스핀들 4, 9: 서보모터
4a: 구동풀리 5: 볼스크루
5a: 피동풀리 6: 벨트
7: 결합부(7)를 8: 공구
10: 스핀들부 12a: 로케이팅 핀 홀
20: 로케이팅부 21: 실린더
21a: 로케이팅 핀 22: 브라켓
30: 고정부 31: 금속실린더
31a: 미세장공 32: 플라스틱 자켓
33: 패킹

Claims (2)

  1. 머시닝 센터의 2축 스핀들 구조에 있어서,
    머시닝 센터의 주축에 설치되는 주물하우징(1)의 내부에 각각 설치되되, 일측으로는 고정스핀들(11)이 설치되고, 타측으로는 가동스핀들(12)로 설치되며, 가동스핀들(12)의 하부 일측으로는 로케이팅 핀 홀(12a)이 형성되고, 고정 및 가동스핀들(11, 12)의 하단으로는 공구(8)가 설치된 스핀들부(10)와;
    상기 가동스핀들(12)의 하부 일측에 형성된 로케이팅 핀 홀(12a)과 결합되도록 로케이팅 핀(21a)이 결합된 실린더(21)가 브라켓(22)에 의해 머시닝 센터의 컬럼에 설치된 로케이팅부(20)와;
    상기 주물하우징(1)의 가동스핀들(12) 측에 설치되어 가동스핀들(12)의 가동스핀들(12)의 위치를 고정시키도록 구성된 실린더 고정부(30)로 구성됨을 특징으로 하는 머시닝 센터의 2축 스핀들 구조.
  2. 제 1항에 있어서,
    고정부(30)는 원통형태로 구성된 금속 실린더(31)와 그 외주면을 감싸는 형태로 형성된 플라스틱 자켓(32) 및 플라스틱 자켓(32)의 상?하단에 각각 설치되는 패킹(33)으로 구성되되,
    금속 실린더(31)는 원통관 형태로 형성되며, 그 수직방향으로는 미세장공(31a)이 일정간격으로 형성되며, 금속 실린더(31)의 외주면으로는 플라스틱 자켓(32)이 감싸도록 하고, 플라스틱 자켓(32)의 상?하단으로는 패킹(33)이 구비되어, 주물하우징(1)과 플라스틱 자켓(32) 사이 공간부로 유체가 유입되면 그 유압에 의해 플라스틱 자켓(32)이 금속 실린더(31)를 압박하여 금속 실린더(31)와 가동스핀들(12)이 맞닿아 가동스핀들(12)이 고정되도록 구성됨을 특징으로 하는 머시닝 센터의 2축 스핀들 구조.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20190002267A (ko) * 2017-06-29 2019-01-08 현대위아 주식회사 공구대

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