KR20150116582A

KR20150116582A - 공작기계용 자동 2축 헤드 장치

Info

Publication number: KR20150116582A
Application number: KR1020140041614A
Authority: KR
Inventors: 조민수; 안호상; 오창환
Original assignee: 한국정밀기계(주)
Priority date: 2014-04-08
Filing date: 2014-04-08
Publication date: 2015-10-16
Also published as: KR101665316B1

Abstract

본 발명은 공작기계용 헤드 장치에 관한 것으로서, 배선 처리가 용이하고, 조립 편의성 증대 및 생산성 향상, 내부 구조의 간결화, 중량 저감 및 그로 인한 본체 내구성 증대 등을 도모할 수 있는 개선된 공작기계용 헤드 장치를 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 공작기계 본체에 고정되는 부분인 C축 바디; 상기 C축 바디에서 모터 구동에 의해 회전되는 회전체에 결합되어서 상기 회전체와 함께 C축 방향으로 회전되는 좌, 우측의 A축 바디; 및 상기 좌, 우측의 A축 바디에 모터 구동에 의해 A축 방향으로 선회 가능하게 결합되고 장착된 공구를 회전시키는 스핀들 헤드 유닛;을 포함하고, 상기 스핀들 헤드 유닛은 센터부와 좌, 우 양측의 선회축부가 일체로 형성된 스핀들 하우징을 포함하며, 상기 스핀들 헤드 유닛은 좌, 우측의 선회축부가 좌, 우측의 A축 바디에 각각 결합되어 선회축부를 중심으로 A축 방향으로 선회함으로써 각도 조절되는 것을 특징으로 하는 공작기계용 자동 2축 헤드 장치가 개시된다.

Description

공작기계용 자동 2축 헤드 장치{AUTOMATIC 2-AXIS HEAD APPARATUS FOR MACHINE TOOL}

본 발명은 공작기계용 헤드 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 조립 및 배선 처리가 용이하고, 조립 편의성 증대 및 생산성 향상, 내부 구조의 간결화, 중량 저감 및 그로 인한 본체 내구성 증대 등을 도모할 수 있는 개선된 공작기계용 헤드 장치에 관한 것이다.

일반적으로 기계가공에 사용되는 공작기계에는 헤드가 장착된다.

또한, 공작기계용 헤드는 공구가 설치되는 스핀들을 구비하고 있으며, 스핀들의 고속회전에 의해 공구가 가공대상을 절삭하는 구조를 가진다.

이러한 공작기계를 사용하는 기계가공에서는 가공대상의 위치, 원하는 가공형상 등에 따라 공구의 위치, 각도 등을 조절할 필요가 있다.

이를 위하여 헤드를 다축 구조로 구성하고, 각 축 별로 회전시키는 구조가 이용되고 있다.

좀더 설명하면, 머시닝센터, 밀링머신, 보링머신 등과 같이 각종 기계요소를 가공하는 공작기계는 공작기계 본체와, 공작기계 본체에 설치되는 헤드 장치를 구비하고 있다.

또한, 헤드 장치는 공구를 지지함과 동시에 그 공구를 회전시키도록 설치되는 스핀들 헤드 유닛을 포함하며, 스핀들 헤드 유닛은 본체와, 본체 내부의 스핀들 모터 및 스핀들을 구비하고 있다.

이때, 스핀들은 본체에 회전 가능하게 결합되는데, 이는 스핀들 모터의 출력축에 고정되거나 다수의 기어를 통해 연결되어 스핀들 모터의 구동력에 의해 회전되도록 구비된다.

한편, 종래의 공작기계용 헤드 장치는 그 구성이 복잡하므로 조립과 배선 처리가 어렵고, 조립에 있어서의 어려움으로 인해 생산성 측면에서도 많은 문제를 가질 뿐만 아니라 큰 중량으로 인해 공작기계 본체에 많은 부담을 주는 것이 사실이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출한 것으로서, 조립 및 배선 처리가 용이하고, 조립 편의성 증대 및 생산성 향상, 내부 구조의 간결화, 중량 저감 및 그로 인한 본체 내구성 증대 등을 도모할 수 있는 개선된 공작기계용 헤드 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예에 따르면, 공작기계 본체에 고정되는 부분인 C축 바디; 상기 C축 바디에서 모터 구동에 의해 회전되는 회전체에 결합되어서 상기 회전체와 함께 C축 방향으로 회전되는 좌, 우측의 A축 바디; 및 상기 좌, 우측의 A축 바디에 모터 구동에 의해 A축 방향으로 선회 가능하게 결합되고 장착된 공구를 회전시키는 스핀들 헤드 유닛;을 포함하고, 상기 스핀들 헤드 유닛은 센터부와 좌, 우 양측의 선회축부가 일체로 형성된 스핀들 하우징을 포함하며, 상기 스핀들 헤드 유닛은 좌, 우측의 선회축부가 좌, 우측의 A축 바디에 각각 결합되어 선회축부를 중심으로 A축 방향으로 선회함으로써 각도 조절되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 C축 바디는 공작기계 본체에 고정되는 부분인 바디 본체; 상기 좌, 우측의 A축 바디가 결합되는 회전체; 상기 본체와 회전체 사이에 개재되어 회전체를 C축 방향으로 회전시키기 위한 다이렉트 드라이브 모터; 및 상기 바디 본체에서 회전체를 회전 가능하게 지지하는 C축 베어링을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 C축 바디의 바디 본체와 회전체 사이에 C축 클램프가 구비되는 것을 특징으로 한다.

상기 스핀들 헤드 유닛은, 스핀들이 내장되는 센터부를 중심으로 좌, 우 양측에 선회축부를 갖는 T 자 형상으로 구비되고 상기 센터부 및 좌, 우측의 선회축부가 일체로 형성된 스핀들 하우징; 상기 스핀들 하우징의 센터부에 내장되는 스핀들 모터; 및 공구가 장착되는 부분이면서 스핀들 하우징의 센터부에 내장되어 스핀들 모터의 구동에 의해 회전되는 스핀들;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 좌, 우측의 선회축부는 A축 방향의 선회 구동을 위해 좌측과 우측에 대칭으로 배치되는 각 다이렉트 드라이브 모터를 개재한 상태로 각각 좌, 우측의 A축 바디에 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스핀들의 일단부 측에 스핀들의 회전속도를 검출하기 위한 미니 코더를 조립하여, 컨트롤러가 미니 코더의 신호로부터 스핀들의 회전을 제어할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스핀들을 회전 가능하게 지지하는 베어링 외륜에 온도센서가 설치되고, 상기 온도센서의 신호가 컨트롤러에 입력되도록 하여, 상기 컨트롤러가 온도센서의 검출값을 기초로 베어링 및 스핀들의 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스핀들의 후단부측에 로터리 유니온이 설치되고, 스핀들의 후미에 디스크 스프링이 조립되어 가공 정도가 안정하게 유지되도록 하면서 스핀들을 지지하는 베어링의 예압량 변화가 방지되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 좌, 우측의 A축 바디 중 어느 하나에 스핀들 헤드 유닛의 A축 방향 회전위치를 검출하기 위한 A축 엔코더가 내장되어, 컨트롤러가 A축 엔코더의 신호로부터 스핀들 헤드 유닛의 A축 선회 작동을 제어하도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스핀들 하우징과 좌, 우측의 A축 바디 사이에 A축 클램프가 개재되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 A축 바디에 홈을 형성하고, 스핀들 헤드 유닛 내부의 배선 라인을 상기 A축 바디의 홈을 통해 C축 바디 측으로 연장할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 본 발명의 공작기계용 자동 2축 헤드 장치에 의하면, 조립 편의성이 좋아지고, 무게와 내부 구조가 간결해지면서 경량화, 기계 본체의 부담 축소, 내구성 향상, 생산성 증대 등을 도모할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자동 2축 헤드 장치의 조립 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자동 2축 헤드 장치의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자동 2축 헤드 장치의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자동 2축 헤드 장치의 정면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자동 2축 헤드 장치의 측면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 자동 2축 헤드 장치의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 자동 2축 헤드 장치에서 스핀들 내부 구성을 나타내는 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 조립 및 배선 처리가 용이하고, 조립 편의성 증대 및 생산성 향상, 내부 구조의 간결화, 중량 저감 및 그로 인한 본체 내구성 증대 등을 도모할 수 있는 개선된 공작기계용 헤드 장치를 제공하고자 하는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자동 2축 헤드 장치의 조립 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자동 2축 헤드 장치의 분해 사시도이다.

또한, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자동 2축 헤드 장치의 평면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자동 2축 헤드 장치의 정면도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자동 2축 헤드 장치의 측면도이다.

또한, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 자동 2축 헤드 장치의 단면도이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 자동 2축 헤드 장치에서 스핀들 내부 구성을 나타내는 단면도이다.

본 발명의 자동 2축 헤드 장치(100)는 공작기계에 장착하여 주축 헤드로 사용할 수 있도록 구성되는 것으로, A축 및 C축의 각도 회전을 통하여 다양한 각도로 공작물을 가공할 수 있도록 구성된다.

도 1에 예시된 장치 구성 중에 공구를 장착하여 가공 작업을 수행하는데 사용하는 주축 장치가 스핀들 헤드 유닛(140)이며, 스핀들 헤드 유닛(140)을 도 5에 나타낸 바와 같이 상하로 선회시키는 것을 A축 회전이라 하고, 도 3에 나타낸 바와 같이 시계방향 또는 반시계방향으로 회전시키는 것을 C축 회전이라 한다.

본 발명의 자동 2축 헤드 장치(100)는 C축 바디(110), 좌측 A축 바디(120), 우측 A축 바디(130), 스핀들 헤드 유닛(140)을 주된 구성으로 하며, 도면상 상부에 위치하는 C축 바디(110)는 공작기계 본체(도시하지 않음)에 부착되어 고정되는 부분이다.

즉, 본 발명의 자동 2축 헤드 장치(100)는, 공작기계 본체에 고정되는 부분인 C축 바디(110), 상기 C축 바디(110)에서 모터 구동에 의해 회전되는 회전체(112)에 결합되어서 상기 회전체(112)와 함께 C축 방향으로 회전되는 좌, 우측의 A축 바디(120,130), 상기 좌, 우측의 A축 바디(120,130)에 모터 구동에 의해 A축 방향으로 선회 가능하게 결합되고 장착된 공구를 회전시키는 스핀들 헤드 유닛(140)을 포함한다.

또한, 상기 스핀들 헤드 유닛(140)은 센터부(141a)와 좌, 우 양측의 선회축부(141b)가 일체로 형성된 스핀들 하우징(141)을 포함하며, 상기 스핀들 헤드 유닛(140)은 좌, 우측의 선회축부(141b)가 좌, 우측의 A축 바디(120,130)에 각각 결합되어 선회축부(141b)를 중심으로 A축 방향으로 선회함으로써 각도 조절된다.

이러한 구성에 대해 좀더 상세히 설명하면, C축 바디(110)의 내부에는 도 6에 나타낸 바와 같이 C축 방향의 회전 구동을 위한 다이렉트 드라이브 모터(Direct Drive Motor)(113)가 내장되고, 이 다이렉트 드라이브 모터(113)가 구동하게 되면 회전체(112)에 결합된 좌, 우측 A축 바디(120,130)와 스핀들 헤드 유닛(140)이 도 3에서와 같이 시계방향 또는 반시계방향으로 회전하게 된다.

상기 C축 바디(110)의 회전체(112)는 바디 본체(111)에 액셜(Axial) 또는 레이디얼(Radial) 타입의 C축 베어링(114)을 개재한 상태로 회전 가능하게 결합되며, 하측에 좌, 우측의 A축 바디(120,130)가 결합되는바, 좌, 우측의 A축 바디(120,130)와 더불어 스핀들 헤드 유닛(140)을 지지하는 구성요소가 된다.

상기 C축 바디(110) 내부의 다이렉트 드라이브 모터(113)가 구동할 경우 회전체(112)와 더불어 좌, 우측의 A축 바디(120,130)와 스핀들 헤드 유닛(140)이 함께 도 3에 나타낸 바와 같이 C축 회전된다.

이와 같이 C축 바디(110) 내부의 다이렉트 드라이브 모터(113)는 스핀들 헤드 유닛(140)의 C축 회전을 위해 사용되는 것이며, 그 구동은 미도시된 컨트롤러가 출력하는 제어신호에 의해 제어된다.

실시예에서 C축 베어링(114)에는 고정도의 스케일(Scale) 기능이 있어 회전시에 미세 각도 분할 제어가 가능하고, 일체형 구조를 사용하여 공간 축소가 가능하도록 한다.

그 밖에 C축 바디(110) 내에는 오일홈(115a)이 구비되고, 더불어 공작기계 본체에 고정되는 부분인 C축 바디(110)의 바디 본체(111)와, A축 바디(120,130) 및 스핀들 헤드 유닛(140)을 지지하는 회전체(112) 사이에는 C축 클램프(116)가 구비된다.

상기 C측 바디의 오일홈(115a)은 회전체(112)의 축 중심의 원통부(115)에 가공되는데, 각 오일홈(115a) 사이를 씰링하여 작동유(TSC(Through Spindle Coolant), Oil Jacket, Tool Unclamp 등의 작동유)를 각 장치에 공급할 수 있는 구조로 되어 있다.

스핀들 헤드 유닛(140)은 스핀들(143)이 내장되는 센터부(141a)를 중심으로 좌, 우 양측에 선회축부(141b)를 갖는 대략 T 자 형상으로 구비되고 센터부(141a) 및 좌, 우측의 선회축부(141b)가 일체로 형성된 스핀들 하우징(141)과, 상기 스핀들 하우징(141)의 센터부(141a)에 내장되는 스핀들 모터(142)와, 공구가 장착되는 부분이면서 스핀들 하우징(141)의 센터부(141a)에 내장되어 스핀들 모터(142)의 구동에 의해 회전되는 스핀들(143)을 주된 구성으로 한다.

상기 스핀들 하우징(141)은 C축 바디(110)의 회전체(112) 하측에 고정되어 있는 좌, 우측의 A축 바디(120,130)에 선회축부(141b)를 중심으로 선회 가능하도록 조립되며, 상기 선회축부(141b)는 좌, 우측 A축 바디(120,130)와의 사이에 구성되는 A축 방향 선회 구동을 위한 다이렉트 드라이브 모터(121,131)에 결합된다.

상기 다이렉트 드라이브 모터(121,131)는 스핀들 하우징(141)의 좌, 우측 선회축부(141b)와 좌, 우측 A축 바디(120,130) 사이에 구성되는 것으로, 그 고정자(121a,131a)는 각 A축 바디(120,130)의 내주상에 일체로 설치되고, 회전자(121b,131b)는 스핀들 하우징(141)의 각 선회축부(141b)의 외주상에 설치된다.

또한, 스핀들 하우징(141)은 선회축부(141b) 또는 센터부(141a) 등이 롤러 베어링과 같은 베어링을 개재한 상태로 좌, 우측의 A축 바디(120,130)에 조립되어 회전 가능하게 지지되며, 이때 베어링은 스핀들 하우징(141)을 포함한 스핀들 헤드 유닛(140) 전체가 A축 회전을 하는데 이용된다.

이에 따라 스핀들 헤드 유닛(140)(스핀들 하우징)의 좌, 우측 선회축부(141b)가 각각 결합된 다이렉트 드라이브 모터(121,131)가 구동함에 따라 스핀들 헤드 유닛(140) 전체가 좌, 우측의 A축 바디(120,130)에서 A축 회전을 하게 된다.

상기 좌, 우측 A축 바디(120,130)의 다이렉트 드라이브 모터(121,131)는 스핀들 헤드 유닛(140)의 좌, 우 양측 선회축부(141b)와 결합될 수 있도록 좌측 A축 바디(120)와 우측 A축 바디(130) 내에 대칭 형상으로 배치되어 구비된다.

즉, 좌, 우 양측 A축 바디(120,130) 내에 각각 구비되어 있는 좌, 우 다이렉트 드라이브 모터(121,131)에 의해 좌, 우 양측 선회축부(141b)가 회전되면서 스핀들 헤드 유닛(140) 전체가 도 5에 나타낸 바와 같이 A축 회전을 하게 되는 것이다.

도 2를 참조하면, 스핀들 하우징(141)의 좌, 우 양측 선회축부(141b)상에 각각 다이렉트 드라이브 모터(121,131)가 장착된 상태를 볼 수 있으며, 그 바깥쪽으로 좌, 우측 A축 바디(120,130)가 조립됨을 볼 수 있다(선회축부의 외주면에 모터의 회전자가, A축 바디의 내주면에 고정자가 장착됨).

이때, 좌, 우 양측 중 한 쪽의 A축 바디(120)에는 C축 바디(110)에서 전달되는 작동유를 스핀들 헤드 유닛(140)에 공급하는 구조로 되어 있으며, 다른 한쪽의 A축 바디(130)에는 스핀들 헤드 유닛(140) 내부에서 사용되는 배선 라인(145)과 A축 엔코더(146)가 조립된다.

그 밖에 스핀들 하우징(141)에는 오일홈(143a)이 구비되고, 스핀들 하우징(141)과 좌, 우측 A축 바디(120,130) 사이에는 A축 클램프(147)가 개재되며, 상기와 같이 좌, 우측 A축 바디(120,130) 중 어느 한쪽에 스핀들 하우징(141)(스핀들 헤드 유닛)의 A축 방향 회전위치를 검출하기 위한 A축 엔코더(146)가 내장된다.

상기 A축 엔코더(146)의 신호는 컨트롤러에 입력되고, 컨트롤러가 A축 엔코더(146)의 신호에 따라 좌, 우측 A축 바디(120,130) 내에 내장된 다이렉트 드라이브 모터(121,131)의 구동을 제어하여 스핀들 헤드 유닛(140)의 A축 선회 작동을 정밀 제어하게 된다.,

이와 같이 좌, 우측 A축 바디(120,130)와 스핀들 헤드 유닛(140)이 C축 바디(110)에 대하여 C축 회전을 하게 되고, 스핀들 헤드 유닛(140)이 좌, 우측 A축 바디(120,130)에 대하여 A축 회전을 하게 되면서 복잡한 형상의 가공물을 가공하는 작업이 이루어질 수 있고, 내부에 조립된 각 축 클램프를 이용하여 강력 절삭 가공도 가능하다.

A축과 C축용으로 조립되는 클램프(116,147)는 각 축의 회전을 강력하게 고정하는 장치로서, 연속 작업을 제외한 강력 절삭 가공 작업시 축을 고정하여 작업 효율성을 높이고, 전원 공급 차단 등이 필요한 긴급 상황시에 브레이크와 같은 안전장치로써 사용이 가능하다.

도 6과 도 7을 참조하여 스핀들 헤드 유닛 내부 구성에 대해 설명하면, 스핀들 헤드 유닛(140)에서 스핀들 하우징(141)의 센터부(141a)에는 스핀들(143)과의 사이에 스핀들 모터(142)가 구성되고, 스핀들(143)을 중심으로 스핀들 하우징(141) 또는 주위 고정요소와의 사이에는 앵귤러 볼 베어링과 같은 베어링(149)이 조립된다.

또한, 스핀들(143) 일단부 측에 스핀들(143)의 회전속도 검출을 위한 미니 코더(150)를 조립하여 컨트롤러가 미니 코더(150)의 신호로부터 스핀들(143)의 회전을 제어할 수 있도록 한다.

또한, A축과 C축의 회전이 가능한 구조로서 주축단이 다양한 각도로 작업이 가능해야 하는 2축 헤드의 특성상 공간적인 제약이 주어지는바, 이러한 특수한 조건에서 스핀들(143)을 회전 가능하게 지지하는 베어링(149)의 외륜에 온도센서(151)를 설치하고, 상기 온도센서(151)의 신호가 컨트롤러에 입력되도록 하여, 컨트롤러가 온도센서(151)의 검출값을 기초로 베어링(149)과 스핀들(143)의 상태, 예를 들면 베어링(149)의 파손 및 수명 예측, 스핀들(143)의 팽창 등을 실시간으로 모니터링할 수 있도록 한다.

이와 더불어, 스핀들(143)의 후단부측으로 로터리 유니온(152)을 설치하여 TSC(Through Spindle Coolant)를 70bar까지 사용 가능하도록 하며, 주축 고속 회전에 따른 스핀들의 열 팽창에 대비하여 스핀들(143) 후미에 디스크 스프링(153)을 조립함으로써 가공 정도를 안정하게 유지할 수 있도록 하고, 이를 통해 스핀들(143)을 지지하는 베어링(149)의 예압량 변화가 나타나지 않도록 한다.

도 2를 참조하면, C축 바디(110), 좌측 A축 바디(120), 우측 A축 바디(130), 스핀들 헤드 유닛(140)이 분리된 상태로 도시한 사시도로서, 도시된 바와 같이, 스핀들 헤드 유닛(140)을 구성하는 스핀들 하우징(141)은 센터부(141a)와 양측의 선회축부(141b)가 일체형인 T자 형상을 가진다.

A축 회전을 위한 선회축부(141b)가 일체형이므로 분리형인 경우에 비해 강성이 좋고, A축 동심에 대한 신뢰성이 높아지게 된다.

또한, 스핀들 하우징(141)의 조립 후에 두 개의 A축 바디(120,130)를 양 옆에서 순차적으로 끼워 맞춤 방식으로 조립하므로 조립 편의성이 향상됨과 동시에, 스핀들 헤드 유닛(140)에서 사용되는 배선 라인(145)의 경우 A축 바디(120,130)에 가공된 홈(122,132)을 통해 C축 바디(110) 측으로 연장할 수 있으므로 배선 처리가 용이하다.

또한, 두 개의 A축 바디(120,130)를 알루미늄 합금 소재로 제작하는 경우 2축 헤드 장치(100)의 전체 무게를 줄이는 것이 가능해진다.

이와 같이 하여, 본 발명에 따른 자동 2축 헤드 장치에 의하면, 조립 편의성이 좋아지고, 무게와 내부 구조가 간결해지면서 경량화, 기계 본체의 부담 축소, 내구성 향상, 생산성 증대 등을 도모할 수 있게 된다.

한편, 스핀들(143)의 둘레에는 코팅층이 형성된다. 스핀들(143)에 세라믹 코팅을 하는 이유는 부식 방지가 주목적이다. 세라믹 코팅은 크롬도금 또는 니켈크롬도금에 비해 내부식성, 내스크래치성, 내마모성, 내충격성 및 내구성이 뛰어나다.

스핀들(143)은 소재가공공정, 열처리공정, 최종가공공정, 코팅공정 및 연마공정 순서로 나누어지며, 코팅고정은, 가공된 스핀들(143)의 샌드블라스팅(Sand Blasting)작업, 클리닝(cleaning)작업을 수행한 후 그 둘레에 코팅층을 형성시킨다.

이 코팅층은, 산화크롬(Cr₂O₃) 96∼98% 및 이산화티타늄(TiO₂) 2∼4%가 혼합되어 이루어진 분말이 스핀들(143)의 둘레에 용사되어 이루어진다.

산화크롬(Cr₂O₃)은, 금속 내부로 침입하는 산소를 차단시키는 부동태피막(Passivity Layer)의 역할을 함으로써 녹이 잘 슬지 않도록 하는 역할을 한다.

이산화티타늄(TiO₂)은, 물리화학적으로 매우 안정적이고 은폐력이 높아서 백색안료로 많이 된다. 또한 굴절율이 높아서 고굴절율의 세라믹스에도 많이 이용되고 있다. 그리고 광촉매적 특성과 초친수성의 특성을 갖는다. 이산화티타늄(TiO₂)은, 공기정화 작용, 항균작용, 유해물질 분해작용, 오염방지 기능, 변색 방지기능의 역할을 수행한다. 이러한 이산화티타늄(TiO₂)은, 코팅층이 스핀들(143)의 둘레에 확실하게 피복되도록 하며, 스핀들(143)에 부착된 이물질을 분해, 제거하여 스핀들(143)의 손상을 방지시킨다.

여기서, 산화크롬(Cr₂O₃)과 이산화티타늄(TiO₂)을 혼합하여서 사용할 경우, 이들의 혼합 비율은, 산화크롬(Cr₂O₃) 96∼98%에 이산화티타늄(TiO₂) 2∼4%가 혼합되는 것이 바람직하다.

산화크롬(Cr₂O₃)의 혼합비율이 96∼98%보다 적을 경우, 고온 등의 환경에서 산화크롬(Cr₂O₃)의 피복이 파괴되는 경우가 종종 발생되었으며, 이에 따라 스핀들(143)의 녹방지 효과가 급격이 저하되었다.

이산화티타늄(TiO₂)의 혼합비율이 2∼4%보다 적을 경우, 이를 산화크롬(Cr₂O₃)에 혼합하는 목적이 퇴색될 정도로 이산화티타늄(TiO₂)의 효과가 미미하였다. 즉, 이산화티타늄(TiO₂)은 스핀들(143)의 둘레에 부착되는 이물질을 분해, 제거하여서 스핀들(143)이 부식되거나 손상되는 것을 방지시키는데, 그 혼합비율이 2∼4%보다 작을 경우, 부착된 이물질을 분해하는데 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.

이러한 재료들로 이루어진 코팅층은, 스핀들(143)의 둘레에 50∼600㎛의 두께로 이루어지고, 경도는 900∼1000HV, 표면조도는 0.1∼0.3㎛를 유지하도록 플라즈마 코팅된다.

이러한 코팅층은, 상기의 분말가루와 1400℃의 가스를 마하 2정도의 속도로 스핀들(143)의 둘레에 제트분사하여서 400㎛으로 용사한 후 다이아몬드휠(Diamond Wheel) 및 필름(Film)을 이용하여 50∼600㎛으로 랩핑한다.

코팅층의 두께가 50㎛ 미만일 경우, 상술한 세라믹 코팅층에 의한 효과가 보장되지 못하게 되며, 코팅층의 두께가 600㎛을 초과할 경우, 상술한 효과의 증대는 미미한 반면 과다한 세라믹코팅에 의해 작업시간 및 재료비가 낭비되는 문제점이 있다.

스핀들(143)에 코팅층이 코팅되는 동안 스핀들(143)의 온도가 상승되는데, 가열된 스핀들(143)의 변형이 방지되도록 스핀들(143)이 냉각장치(미도시)로 냉각되어서 150∼200℃의 온도를 유지하도록 된다.

코팅층의 둘레에는 금속계 유리 석영 계통으로 이루어진 무수크롬산(CrO₃)으로 이루어진 실링재가 도포된다. 무수크롬산은 무기실링재로써 크롬니켈 분말로 이루어진 코팅층 둘레에 도포된다.

무수크롬산(CrO₃)은, 높은 내마모, 윤활성, 내열성, 내식성, 이형성을 필요로 하는 곳에 사용되며, 대기중에서 변색이 안되고, 내구성이 크며, 내마모성과 내식성이 좋다. 실링재의 코팅 두께는 0.3∼0.5㎛ 정도가 바람직하다. 실링재의 코팅두께가 0.3㎛ 미만이면 약간의 스크래치홈에도 실링재가 쉽게 파이면서 벗겨지게 되므로 상술한 효과를 얻을 수 없게 된다. 실링재의 코팅두께가 0.5㎛를 초과할 정도로 두껍게 하면 도금면에 핀홀(pin hole), 균열 등이 많게 된다. 따라서 실링재의 코팅두께는 0.3∼0.5㎛ 정도가 바람직하다.

따라서 스핀들(143)의 둘레에 내산화성이 뛰어난 코팅층이 형성되므로 스핀들(143)이 산화되는 것이 방지되고, 이에 따라 유지 보수비가 절감되는 효과가 있다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였는바, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

100 : 헤드 장치 110 : C축 바디
111 : 바디 본체 112 : 회전체
113 : 다이렉트 드라이브 모터 114 : C축 베어링
115 : 원통부 115a : 오일홈
116 : C축 클램프 120 : 좌측 A축 바디
121, 131 : 다이렉트 드라이브 모터 121a, 131a : 고정자
121b, 131b : 회전자 122, 132 : 홈
130 : 우측 A측 바디 140 : 스핀들 헤드 유닛
141 : 스핀들 하우징 141a : 센터부
141b : 선회축부 142 : 스핀들 모터
143 : 스핀들 143a : 오일홈
145 : 배선 라인 146 : A축 엔코더
147 : A축 클램프 149 : 베어링
150 : 미니 코더 151 : 온도센서
152 : 로터리 유니온 153 : 디스크 스프링

Claims

공작기계 본체에 고정되는 부분인 C축 바디;
상기 C축 바디에서 모터 구동에 의해 회전되는 회전체에 결합되어서 상기 회전체와 함께 C축 방향으로 회전되는 좌, 우측의 A축 바디; 및
상기 좌, 우측의 A축 바디에 모터 구동에 의해 A축 방향으로 선회 가능하게 결합되고 장착된 공구를 회전시키는 스핀들 헤드 유닛;
을 포함하고, 상기 스핀들 헤드 유닛은 센터부와 좌, 우 양측의 선회축부가 일체로 형성된 스핀들 하우징을 포함하며,
상기 스핀들 헤드 유닛은 좌, 우측의 선회축부가 좌, 우측의 A축 바디에 각각 결합되어 선회축부를 중심으로 A축 방향으로 선회함으로써 각도 조절되는 것을 특징으로 하는 공작기계용 자동 2축 헤드 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 C축 바디는 공작기계 본체에 고정되는 부분인 바디 본체;
상기 좌, 우측의 A축 바디가 결합되는 회전체;
상기 본체와 회전체 사이에 개재되어 회전체를 C축 방향으로 회전시키기 위한 다이렉트 드라이브 모터; 및
상기 바디 본체에서 회전체를 회전 가능하게 지지하는 C축 베어링을 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계용 자동 2축 헤드 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 C축 바디의 바디 본체와 회전체 사이에 C축 클램프가 구비되는 것을 특징으로 하는 공작기계용 자동 2축 헤드 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 스핀들 헤드 유닛은,
스핀들이 내장되는 센터부를 중심으로 좌, 우 양측에 선회축부를 갖는 T 자 형상으로 구비되고 상기 센터부 및 좌, 우측의 선회축부가 일체로 형성된 스핀들 하우징;
상기 스핀들 하우징의 센터부에 내장되는 스핀들 모터; 및
공구가 장착되는 부분이면서 스핀들 하우징의 센터부에 내장되어 스핀들 모터의 구동에 의해 회전되는 스핀들;
을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 공작기계용 자동 2축 헤드 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 좌, 우측의 선회축부는 A축 방향의 선회 구동을 위해 좌측과 우측에 대칭으로 배치되는 각 다이렉트 드라이브 모터를 개재한 상태로 각각 좌, 우측의 A축 바디에 결합되는 것을 특징으로 하는 공작기계용 자동 2축 헤드 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 스핀들의 일단부 측에 스핀들의 회전속도를 검출하기 위한 미니 코더를 조립하여, 컨트롤러가 미니 코더의 신호로부터 스핀들의 회전을 제어할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 공작기계용 자동 2축 헤드 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 스핀들을 회전 가능하게 지지하는 베어링 외륜에 온도센서가 설치되고, 상기 온도센서의 신호가 컨트롤러에 입력되도록 하여, 상기 컨트롤러가 온도센서의 검출값을 기초로 베어링 및 스핀들의 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 공작기계용 자동 2축 헤드 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 스핀들의 후단부측에 로터리 유니온이 설치되고, 스핀들의 후미에 디스크 스프링이 조립되어 가공 정도가 안정하게 유지되도록 하면서 스핀들을 지지하는 베어링의 예압량 변화가 방지되도록 하는 것을 특징으로 하는 공작기계용 자동 2축 헤드 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 좌, 우측의 A축 바디 중 어느 하나에 스핀들 헤드 유닛의 A축 방향 회전위치를 검출하기 위한 A축 엔코더가 내장되어, 컨트롤러가 A축 엔코더의 신호로부터 스핀들 헤드 유닛의 A축 선회 작동을 제어하도록 하는 것을 특징으로 하는 공작기계용 자동 2축 헤드 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 스핀들 하우징과 좌, 우측의 A축 바디 사이에 A축 클램프가 개재되는 것을 특징으로 하는 공작기계용 자동 2축 헤드 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 A축 바디에 홈을 형성하고, 스핀들 헤드 유닛 내부의 배선 라인을 상기 A축 바디의 홈을 통해 C축 바디 측으로 연장할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 자동 2축 헤드 장치.