KR20160085275A - 연마 기계가공 공구의 스핀들 - Google Patents

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KR20160085275A
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이에스오게 테크놀로지 게엠베하 운트 콤파니 카게
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Abstract

연마에 의해 기계가공될 원통형 작업물은, 작업물이 하나 이상의, 바람직하게는 2 개의 정적 지지 요소들에 지지되고 스핀들의 콜렛에서 고정될 때 특히 정확하게 위치될 수 있고, 이는 와블링이 보상되고 스핀들 축선이 작업물의 길이방향 축선에 대해 방사상으로 옮겨지는 것 양자를 가능하게 한다.

Description

연마 기계가공 공구의 스핀들 {SPINDLE OF A GRINDING MACHINE TOOL}
본 발명은 공구 연마 기계, 특히 공구 연마 기계의 콜렛(collet)을 위한 스핀들에 관한 것이다.
공구 연마 기계들은 보통은 나중의 공구의 적어도 실질적으로 원통형 작업물을 클램핑(clamping)하기 위한 콜렛을 갖는다. 연마에 의해 제작되는 이러한 공구들의 통상적인 예들은 드릴(drill)들 및 밀링 커터(milling cutter)들이다.
모든 측들로부터 작업물을 기계가공하기 위해, 작업물은 기계가공 동안 실린더(cylinder) 축선 주위로 회전된다. 이상적으로는, 작업물의 회전 축선 및 길이방향 축선은 수학적 의미로 동일하다. 하지만 실제로는, 다양한 이유들로 인해 공차들이 있다. 예컨대, 작업물의 클램핑의 반복성은 유한하다. 또한 스핀들의 베어링(bearing) 공차들 및 작업물에 작용하는 기계가공 힘은 피니싱된(finished) 공구들의 정밀도를 감소시킨다. 하지만, 드릴들 또는 밀링 커터들에 대한 정밀도 요건들은 몇 미크론의 범위이다. 따라서, 작업물은 일반적으로, 기계가공 동안 작업물의 편차(deflection)를 방지하기 위해, 하나 또는 그 초과의 안정된 받침대(rest)들에 지지된다.
EP 1419852 A1 에서, 콜렛을 위한 스핀들을 갖춘 공구 연마 기계가 설명된다. 콜렛은, 베어링 블록(block)에 대향하는 2 개의 정역학적(hydrostatic) 베어링들에 의해 회전 가능하게 지지되는, 스핀들의 헤드(head) 단부에 위치된다. 작업물은 콜렛에 의해 수용되고 정적(static) 베어링으로서 안정된 받침대를 통하여 부가적으로 지지된다. 정역학적 베어링들은 보통의 볼 베어링(ball bearing)들을 대체한다. 작업물을 향하는 정역학적 베어링은 작업물을 등지는 정역학적 베어링보다 더 큰 방사상의 간극을 가능하게 하며; 이에 의해 과잉 규정된(over-determined) 베어링이 회피되어야 하며 동심에서의 부정확함들이 보상되어야 한다. 스핀들의 가로 편차는 정역학적 베어링들의 대응적으로 높은 압력에 의해 회피되어야 한다.
DE 10 2005 007 038 A1 에서, 공구 연마 기계를 위한 작업물 스핀들 스톡(stock)이 설명된다. 작업물 스핀들 스톡은 보통은 작업물을 수용하기 위한 콜렛을 갖춘 스핀들을 갖는다. 클램핑에서의 부정확함들을 보상하기 위해, 소위 작업물의 편심도가 측정되고 각각의 클램핑 작용 후에 교정된다. 교정을 위해, 스핀들은 해제 가능한 정렬 인터페이스(interface)를 갖고, 이는 스핀들 축선에 대해 직각으로 콜렛의 및 따라서 작업물의 모터식(motorized) 정렬을 가능하게 한다.
DD 2 40 157 A1 에서, 기계가공 공구의 스핀들이 설명된다. 스핀들은 구동 샤프트 및 작업(working) 스핀들을 갖는다. 구동 샤프트 및 작업 스핀들은 회전 커플링(coupling)으로서 가요성 막 디스크(disc)를 통하여 커플링된다 . 축선 방향으로 발생하는 기계가공 힘들은 각도 접촉 볼 베어링들에 의해 흡수된다. 작업물 측 각도 접촉 볼 베어링은 고정 베어링으로서 구성되고 구동 샤프트 측 각도 접촉 볼 베어링은 와블(wobble) 보상을 가능하게 한다.
DE 10 2009 031 027 A1 에서, 고정식 및 회전 공구를 갖춘 조합된 밀링 및 선삭(turning) 기계를 위한 분할(split) 공구 스핀들이 설명된다. 공구 스핀들은 구동 모터의 샤프트에 대해 커플링을 통하여 연결되는 스핀들 샤프트를 갖춘 클램핑 헤드를 갖는다. 밀링을 위해, 공구 스핀들은 콜렛에 정역학적으로 고정된다.
본 발명의 목적은 종래 기술과 비교하여 증가된 기계가공 정밀도 그리고 더 용이한 취급을 가능하게 하는 기계가공 공구를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 청구항 제 1 항에 따른 스핀들에 의해 달성된다. 본 발명의 유리한 실시예들은 종속 청구항들에 명시된다.
본 발명은 작업물의 정밀한 안내가 하나의 바람직하게는 2 개의 안정적인 받침대들에 의해 달성될 것에 대한 지식을 기본으로 한다. 하지만, 콜렛의 작업물의 클램핑의 반복 정확도는 안정적인 받침대들에 의한 작업물의 안내보다 열등하여서, 스핀들 및/또는 작업물이 이들의 축선들 주위로 회전될 때 탄성적으로 변형되는 위험이 있고, 이는 정밀도에 해롭다. 종래 기술에 제안된 바와 같은 정역학적 스핀들 베어링은 확실하지는 않은데, 이는 베어링들이 와블 이동을 보상하기 위해 연질로 설정되거나 방사상의 기계가공 힘들을 수용하기 위해 강성이기 때문이다. 베어링 압력의 조절에서의 이러한 목표 모순(target conflict)이 해결될 수 없다.
본 발명의 핵심은 와블 보상 및/또는 후방 스핀들 부분, 즉 구동 샤프트와 스핀들의 콜렛에 고정되는 작업물의 길이방향 축선 사이의 방사상의 오프셋의 보상을 가능하게 하는 베어링을 갖춘 스핀들이다.
보통은, 스핀들은 스핀들 헤드라고 불리고 보통은 작업물을 위한 콜렛을 수용할 수 있는, 즉 예컨대 콜렛 리셉타클(receptacle)을 위한 리세스(recess)를 갖는 전방 부분을 갖는다. 대응하는 콜렛 리셉타클은 예컨대 스핀들 헤드의 축방향 리세스에 삽입될 수 있다. 대안적으로는, 콜렛 리셉타클은 스핀들 헤드의 필수적인 부분일 수 있다. 스핀들 헤드의 길이방향 축선은 적어도 실질적으로는 콜렛의 길이방향 축선에 대응하고 또한 제 1 길이방향 축선으로서 지칭된다. 또한, 스핀들은 후방 스핀들 부분을 갖고, 이는 제 1 길이방향 축선의 연장부에 배열된다. 후방 스핀들 부분은 스핀들 헤드의 구동 샤프트이고 제 2 길이방향 축선을 갖는다. 후방 스핀들 부분은 보통은, 베어링 블록에 의해 또는 기계가공 공구의 스핀들 스톡에 의해 수용될 수 있으며, 이에 따라서 설계된다. 예컨대, 후방 스핀들 부분은 베어링 지지부에서의 후방 스핀들 부분의 회전 가능한 지지를 위하여 하나 이상의 베어링을 위한 하나 이상의 시트(seat)일 수 있다. 대안적으로(또는 부가적으로) 회전 가능한 베어링의 하나 이상의 베어링 표면은 후방 스핀들 부분에 형성될 수 있다. 다른 스핀들 부분들은 후방 스핀들 부분을 따를 수 있다. 하나 이상의 베어링은 스핀들 헤드와 후방 스핀들 부분(즉 구동 샤프트) 사이에 있고 이는 제 2 축선에 대한 제 1 축선의 기울기를 가능하게 하고, 그리고/또는(바람직하게는 그리고) 제 2 축선에 대한 제 1 축선의 방사상의 변위를 가능하게 한다. 기울기(tilt) 또는 기울어짐(tilting)은 여기서, 와블 이동이 스핀들 헤드와 후방 스핀들 부분 사이에서 가능하도록, 서로로부터 선형으로 독립적인 2 개의 방향들로 양쪽 축선들을 피봇팅(pivoting)하는 것을 의미한다. 바람직하게는, 베어링은 스핀들 헤드와 후방 스핀들 부분 사이에서, 제 1 및 제 2 축선의 축방향으로 각각 압력 및/또는 인장력들을 전달한다. 구동 샤프트로부터 스핀들 헤드로의 토크의 전달을 위해, 베어링은 비틀림 방지(torsion-proof)이거나 또는 비틀림 방지 커플링에 의해 가교된다(bridged).
실제로, 제 1 및 제 2 축선들은 서로 극도로 근접하여 놓이고 서로에 대하여 단지 최소로 기울어진다. 통상적인 방사상의 오프셋은 몇백 밀리미터의 범위이다(100 내지 10 ㎛ 미만에 대응). 기울기는 통상적으로 몇백 도의 범위이다. 베어링은 바람직하게는 몇 밀리미터 만큼의 방사상의 오프셋 그리고 몇도 만큼의 기울기를 가능하게 하는데, 이는 그 중에서도 베어링의 자유 이동이 수동으로 검사될 수 있기 때문이다.
커플링이 베어링의 부분인지 아닌지는 더 설명되지 않는데, 이는 대응하는 커플링이 베어링에 통합되는지 또는 커플링이 부가적인 구성요소로서 간주되는지가 기능적 차이를 생성하지 않기 때문이다. 이러한 용례의 맥락에서, 후방 스핀들 부분에 대한 스핀들 헤드의 제한된 이동을 가능하게 하는 구성요소들의 전체는 베어링으로서 이해된다. 스핀들 헤드와 후방 스핀들 부분 사이의 토크의 전달을 가능하게 하는 구성요소들의 전체는 커플링으로서 이해된다. 또한 이러한 정의에 의해, (회전)커플링은 엄격하게 말하면 항상 베어링의 부분인 것이 명백한데, 이는 바람직하게는 스핀들 헤드와 후방 스핀들 부분 사이의 회전 이동을 완전하게 금지하고, 이에 의해 이동을 제한하기 때문이다.
상기 설명된 바와 같은 스핀들을 갖춘 기계가공 공구는 고정 가능한 지지 요소들, 예컨대 안정적인 받침대들로서, 예컨대 하나 또는 그 초과의 클램핑 핑거(clamping finger)들에 의한 2 개의 지점들에서 작업물을 지지하고 그리고/또는 고정하는 것을 가능하게 한다(길이방향 축선 주위의 회전은 가능하게 남아있어야 함). 로드(rod) 형상의 작업물의 위치 및 장소(location)는 따라서, 적어도 방사상의 방향으로 지지하고 기계가공 힘들을 수용하는 정적인 지지 요소들에 의해 배타적으로 결정된다. 특히 로드 형상의 작업물에 방사상으로 작용하는 기계가공 힘들은 이에 의해 작업물의 배향 또는 위치의 현저한 변경이 발생하지 않으면서 신뢰할 수 있게 흡수될 수 있다. 작업물의 클램핑에서 콜렛에 발생하는 임의의 부정확함들은 스핀들 헤드와 후방 스핀들 부분 사이의 베어링에 의해 보상되고, 이에 의해 정밀도가 증가한다. 작업물에 축방향으로 작용하는 기계가공 힘들 뿐만 아니라 토크들은 베어링을 통하여 스핀들 헤드로부터 후방 스핀들 부분으로 전달될 수 있고 예컨대 스핀들 스톡을 통하여 기계가공 공구의 구조 안으로 삽입될 수 있다. 지지 요소들의 일단 발견된 세팅은 동일한 작업물 시리즈의 새로운 작업물이 프로세싱될(processed) 때 변경되지 않아야만 한다. 단지 새로운 시리즈에 대하여, 즉 상이한 치수들의 작업물들이 프로세싱될 때, 지지 요소들의 1 회의 조절이 새로운 시리즈들에 대하여 필요하다. 스핀들 헤드 및 구동 샤프트 사이의 베어링은 따라서 강성 스핀들들에 대한 3 개의 이점들을 가능하게 한다 : 작업물의 위치의 정확도가 증가할 뿐만 아니라 또한 셋업 시간들이 단축된다. 게다가, 기계가공 공구에서의 구동 샤프트의 지지는 비교적 간단하게 완료될 수 있는데, 이는 비싼 정밀한 베어링이 더 이상 필요하지 않기 때문이다. 하지만 베어링 블록에 대한 구동 샤프트 위치의 정밀도가 감소된다면, 안정적인 받침대들은 각각, 보정 맨드릴(calibration mandrel) 또는 작업물의 위치의 제 1 보정 또는 조절을 위해 따라서 조절되어야만 한다. 종종, 베어링 블록에 대한 구동 샤프트 위치의 정밀도를 감소시키지 않는 것이 따라서 더 쉽다. 이는 먼저 작업물 또는 보정 맨드릴을 위치시키고(즉, "보정" 하고) 그 후 각각 작업물 또는 보정 맨드릴에 안정적인 받침대들을 위치시키는 것을 가능하게 한다.
바람직하게는, 스핀들은 스핀들 헤드와 후방 스핀들 부분을 서로에 대해 중심맞춤(centering)하기 위한 중심맞춤 디바이스(device)를 갖는다. 용어 "중심" 은 스핀들 헤드와 후방 스핀들 부분이, 제 1 축선과 제 2 축선이 바람직하게는 대략 정렬되거나 적어도 서로에 대해 규정된 배향에 있도록 서로 정렬되는 것을 의미한다. 바람직하게는, 중심맞춤 디바이스는 후방 스핀들 부분에 대하여 스핀들 헤드를 잠금하고, 잠금을 제거하는 것을 가능하게 한다.
이 목적을 위해, 스핀들 헤드 및 샤프트는 예컨대 각각 대향하는 중심맞춤 표면들을 가질 수 있고, 이 표면들 사이에 하나 이상의 중심맞춤 슬라이더(slider)가 적어도 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 이동 가능하다. 제 1 위치에서, 중심맞춤 표면들은 슬라이더에 의해 서로 대항하여 클램핑되고, 베어링은 중심맞춤 슬라이더에 의해 잠금 방식으로 가교되고, 스핀들 헤드와 후방 부분은 상호 중심맞춤된다. 제 2 위치에서, 잠금이 해제된다. 중심맞춤 슬라이더는 예컨대 테이퍼진(tapered) 부분 그리고 두꺼워진 부분을 가질 수 있고, 중심맞춤의 목적을 위해, 두꺼워진 부분은, 중심맞춤 표면들을 서로 대항하여 클램핑하기 위해, 중심맞춤 표면들 사이의 갭으로 푸시(push)된다. 중심맞춤 슬라이더는 예컨대 스핀들 헤드의 축방향 중심맞춤 핀과 후방 스핀들 부분의 중심맞춤 부싱 사이에서 축방향으로 변위 가능한 링(ring) 또는 링 세그먼트(segement)일 수 있다. 물론, 중심맞춤 부싱은 또한 스핀들 헤드 그리고 후방 스핀들 부분의 중심맞춤 핀에 배열될 수 있다.
중심맞춤 디바이스는 작업물을 변경할 때 스핀들 헤드에 작업물을 정밀하게 삽입하는 것을 가능하게 하고, 특히 스핀들 헤드를 위한 위치 검출을 제공할 필요 없이, 자동 로딩(loading) 디바이스, 예컨대 DE 10 2011 052 976 으로부터 공지된 바와 같은 로봇 그리퍼(robot-gripper)의 사용을 따라서 가능하게 한다. 일단 작업물의 기계가공이 피니싱되면, 스핀들 헤드는 중심맞춤 디바이스에 의해 후방 스핀들 부분에 대하여 중심맞춤된다. 작업물의 위치 및 배향은 이제 매우 정밀하게 공지되고, 이는 센서들이 작업물의 위치를 검출할 필요 없이, 콜렛으로부터, 예컨대 로봇 그리퍼에 의해 제거될 수 있다. 게다가, 새로운 작업물은 콜렛에 매우 정밀하게 삽입될 수 있다. 그 후에, 중심맞춤 디바이스는 개방되고 중심맞춤은 따라서 해제되고, 즉 베어링은 이제 해제되고 와블 보상 및/또는 방사상의 변위를 가능하게 한다. 바람직하게는, 작업물은 단지 이제 지지 요소들 중 하나 이상에 대항하여 사전 로딩(preloaded)된다. 이렇게 함으로써, 베어링은 작업물의 길이방향 축선(이 축선은 콜렛을 통하여 스핀들 헤드에 단단하게 연결됨) 및 후방 스핀들 부분의 각각의 위치 및 배향의 차이들을 보상한다. 이에 의해, 작업물은 그 자체 주위로 정밀하게 회전되고, 후방 스핀들 부분을 회전시킬 때, 제 2 축선 주위로 회전하지 않는다. 바람직하게는, 베어링은 제 1 및/또는 제 2 공기 베어링을 갖는다. 예컨대, 제 1 공기 베어링은 베어링 표면들을 형성하는 구형(spherical) 표면 세그먼트를 가질 수 있고, 제 2 공기 베어링은 평면형 베어링 표면들을 가질 수 있고, 그 표면 법선(normal)들은 제 1 또는 제 2 축선들에 대해 평행하다. 공기 베어링들로서 또는 2 개의 공기 베어링들의 조합으로서 베어링들의 실시예는, 임의의 마찰이 극복될 필요 없이, 와블 이동들의 보상 및 제 2 축선에 대한 제 1 축선의 방사상의 변위를 가능하게 한다. 따라서 정밀도가 더 증가된다. 게다가, 공기 베어링 실시예는 콤팩트(compact)한 설계를 가능하게 하고 축방향으로 매우 높은 강성을 가능하게 한다. 공기 베어링들의 베어링 표면들 사이의 갭은 단지 몇 마이크로미터들(㎛)이고, 작업물의 바람직한 기계가공 정확도의 범위가 그 사이에 있다. 대응적으로는, 공기 베어링은 스핀들의 축방향으로 극도로 강성이고, 이에 의해 작업물의 위치 그리고 따라서 그의 기계가공의 가능한 정밀도를 더 증가시킨다. 간단하게는, 상기 공기 베어링들은 평면 베어링들이고, 여기서 2 개의 슬라이딩 표면들은 공기 쿠션(air cushion)들에 의해 서로로부터 분리된다. 따라서, 공기는 윤활제로서의 작용을 한다. 베어링 윤활제로서 공기 대신에, 다른 유체들이 마찬가지로 사용될 수 있다. 따라서, 용어 공기 베어링은 정역학적 베어링에 대한 전체를 대표하는 일부(pars pro toto)를 나타낸다. 예컨대, 연마 동안 사용되는 냉각제(coolant)는 베어링을 위한 윤활제로서 사용될 수 있다. 이에 의해, 다른(비-가스상의) 유체들을 위해 필요한 윤활제의 제거 또는 분리가 생략될 수 있다.
예컨대, 베어링은 링 형상을 가질 수 있거나 적어도 링 세그먼트 형상의 중간 부분을 가질 수 있다. 중간 부분은 바람직하게는 하나 이상의 제 1 구형 표면 세그먼트 형상의 베어링 표면을 갖고, 구형 세그먼트 형상의 베어링 표면을 등지는 그의 측에 적어도 제 2 평면 베어링 표면을 갖는다. 이러한 의미에서, 중간 부분은 중간 블록으로 또한 불릴 수 있다. 평면형 베어링 표면들로 인해, 제 2 축선에 대한 제 1 축선의 방사상의 변위가 가능하다. 구형 세그먼트 형상의 베어링 표면들로 인해, 제 2 축선에 대한 제 1 축선의 기울기가 가능하다. 따라서, 구형 세그먼트의 구의 중심은 바람직하게는 제 1 또는 제 2 축선에 있다. 더 바람직하게는, 구의 중심, 즉 스핀들 헤드가 후방 부분에 대항하여 주위로 피봇 가능한 지점은 콜렛의 전방부의 대응하는 축선에 놓인다. 이에 의해, 와블에 의해 보상되어야만 하는, 작업물의 길이방향 축선과 후방 스핀들 부분의 길이방향 축선 사이의 각도는 더 작아지게 된다. 특히 바람직하게는, 구의 중심은 스핀들 헤드의 무게 중심 위에 놓인다(바람직하게는 클램핑된 작업물을 갖는). 수직 스핀들 축선의 경우에, 콜렛의 개구는 따라서 항상 상방으로 지향된다.
대안적으로는, 중간 블록의 2 개의 베어링 표면들은 실린더 쉘 표면들의 세그먼트들일 수 있다. 대응적으로는, 후방 스핀들 부분 및 스핀들 헤드의 각각의 보완적인 베어링 표면들은 실린더 쉘 표면들의 세그먼트들이다. 다시 말하면, 베어링은 바람직하게는 공기 베어링(더 일반적으로는 정역학적 베어링)으로서 구현되는 제 1 및/또는 제 2 부분 베어링을 갖고, 제 1 부분 베어링은 제 1 실린더 쉘 표면 세그먼트 형상의 베어링 표면들을 갖춘 2 개의 상호 보완적인 제 1 베어링 블록들을 갖고, 제 2 부분 베어링은 제 2 실린더 쉘 표면 세그먼트 형상의 베어링 표면들을 갖춘 2 개의 상호 보완적인 베어링 표면들을 갖는다. 2 개의 부분 베어링들의 각각은 각각의 실린더 쉘 표면 세그먼트들의 길이방향 축선의 중심 축선을 직각으로 교차하는 평면의 각각의 베어링 블록들의 기울어짐 이동, 그리고 이에 직각인 평면의 병진 이동을 가능하게 한다. 동시적으로는, 2 개의 평면들의 섹션 축선 주위의 회전 이동들, 그리고 따라서 토크들은 베어링 블록들 사이에서 전달될 수 있다. 완료를 위해, 실린더 쉘 표면 세그먼트들의 실린더 길이방향 축선들은 서로 평행하지 않아야 하며, 바람직하게는 제 1 및/또는 제 2 축선을 따라 적어도 축방향 돌출부에서 바람직하게는 직각을 형성해야 하는 것에 주목해야 한다. 바람직하게는, 양쪽의 실린더 길이방향 축선들은 하나의 평면에 놓이고; 따라서 이는 볼 조인트(ball joint)와 같이, 2 개의 선형으로 독립적인 방향들로 하나의 지점을 중심으로 스핀들 헤드를 피봇시키는 것이 가능하게 된다. 원통형 길이방향 축선들은 실린더 세그먼트의 반경들의 대응하는 조절에 의해 그리고/또는 실린더 세그먼트 표면들의 서로에 대한 정렬에 의해 매칭될(matched)수 있다.
와블 보상이 생략될 수 있다면, 비회전 대칭 베어링 표면들이 실린더 쉘 표면 세그먼트 형상의 베어링 표면들 대신, 예컨대 프리즘형(prismatic) 베어링 표면들 대신 사용될 수 있다. 가장 간단한 경우에, 베어링 표면들은 V 형상이다.
통상적으로, 베어링 표면들은 대응적으로는 보완적인 베어링 블록들의 표면들이고 이들 사이에는 베어링 표면들에 의해 제한되는 공기 갭(더 일반적으로는 유체 갭)이 있다. 바람직하게는, 하나 이상의 공기 베어링의 대향하는, 즉 보완적인 베어링 표면들 또는 대응하는 베어링 블록들은 바람직하게는 서로에 대항하여 자기적으로 사전 로딩된다. 용어 "사전 로드(preload)" 는, 베어링에 걸쳐 주어진 공기 유량에서 갭 두께를 규정하는, 베어링 표면들을 압축하는 힘의 인가를 의미한다. 이는 특히 콤팩트하고 강성인 공기 베어링을 가능하게 한다. 사전 로딩 힘은 바람직하게는, 이들이 임의의 현저한 베어링 간극(clearance)을 야기하지 않으면서, 축방향으로 작용하는 기계가공 힘들을 초과한다. 바람직하게는, 사전 로딩 힘(FV)은 축방향으로 흡수될 기계가공 힘(FBax(Fy≥1.2ㆍFBax, 특히 바람직하게는 Fy≥2ㆍFBax, 더 바람직하게는 Fy≥10ㆍFBax)의 적어도 1.2 배이다. 이러한 높은 사전 로딩 힘들은 베어링 블록들에 매립된 영구 자석들에 의해 쉽게 달성될 수 있다.
자기 사전 로딩은 바람직하게는 상호 보완적인 베어링 블록들에 매립된 영구 자석들에 의해 실행될 수 있다. 가장 간단한 경우에, 자석들은, 자속이 갭을 가교하도록 갭의 양쪽 측들에 배열되고, 즉 제 1 베어링 블록의 제 1 자석의 n 극(north pole)으로부터, 갭을 지나서, 대향하는 제 2 베어링 블록의 하나 이상의 제 2 자석의 s 극(south pole)으로 유동한다. 하지만, 그의 2 개의 극들이 하나 이상의 자기 컨덕터(conductor)를 통하여 연결된다면, 또한 단일 자석이 충분할 수 있고, 자속은 갭을 통과한다. 모든 경우들에서, 하나 이상의 자석 또는 2 이상의 상이한 자석들에서의 n 극과 s 극 사이의 자속은 이 자속이 베어링 표면들 사이의 공기 갭을 가교하도록 안내된다.
이 목적을 위해, 보완적인 베어링 블록들의 자석들의 n 극 및 s 극은 자석들이 서로 당기도록 정렬될 수 있고 따라서 베어링 블록들에 힘을 가하여 베어링 표면들을 압축한다. 물론, 또한 뒤쪽 철 플레이트들 등이 자기장을 안내하기 위해 사용될 수 있다. 단지 간단함을 위해, 단지 n 극 및 s 극들만 이러한 용례의 내용에서 참조되는데, 이는 상기 n 극 및 s 극으로 진입하고 이를 떠나는 필드 라인들이 자기 컨덕터(뒤쪽 철 플레이트들을 위해 일반적으로 사용되는 바와 같은)를 에워싸는 재료와 비교하여 더 양호한 자기 전도성을 갖춘 자기 컨덕터들에 의한 거의 임의의 위치로 "변위" 될 수 있기 때문이다. 제 1 베어링 블록에 지지되는 자석의 자기 n 극으로부터의 자기장 라인들에 의해 보통 예시되는 자속이 베어링 표면들로부터 공기 갭 안으로 바람직하게는 대응하는 베어링 표면에 대해 직각인 방식으로 진입하고, 대향하는 측에서 대향하는 베어링 블록에 지지되는 자석의 n 극으로 진입하는 것이 단지 중요하다.
대안적으로는, 자속은 공기 갭을 통하여 자석의 n 극으로부터, 그리고 대향하는 베어링 블록을 통하여 자기 컨덕터에 의해, 자속이 공기 갭을 다시 통과하고 다른 또는 동일한 자석의 s 극을 지나가도록 안내될 수 있다. n 및 s 극은 따라서, 자속이 예컨대 자기 컨덕터를 통하여 공기 갭을 통과하여 안내되는 한, 거의 임의의 배향 및 위치로 배열될 수 있다.
특히 간단한 실시예에서, 베어링 블록들은 각각 하나 이상의 리세스를 갖고, 리세스의 각각에는 하나 이상의 영구 자석이 배열된다. 예컨대, 영구 자석은 대응하는 베어링 표면의 리세스에 배열될 수 있다. (하나 이상의)영구 자석이 리세스에 삽입된 후에, 리세스는 예컨대 폴리머에 의해, 바람직하게는 베어링 표면이 시일링(sealing)에 의해 연속되도록 밀봉될 수 있다. 이는 베어링 표면들 사이의 갭이 가능한 한 균일한 것을 의미한다. 정역학적 베어링들의 베어링 표면들이 통상적으로 연마되기 때문에(grinded-in), 이는 먼저 자석들이 삽입되고, 리세스가 폴리머에 의해 폐쇄되고, 베어링 표면들이 경화 후에 연마되거나 폴리싱된다면(polished) 이러한 것이 따라서 즉시 가능하게 되고, n 극 또는 s 극 또는 이러한 n 극 또는 s 극들에 연결되는 자기 컨덕터를, 그리고 이에 의해 베어링 표면의 부분을 노출시키는 것이 특히 바람직하다. 이에 의해, 특히 높은 사전 로딩이 달성될 수 있다. 대안적으로는, (하나 이상의)자석은 베어링 표면을 등지는 후방 측으로부터, 또는 후방 측과 베어링 표면을 연결하는 좁은 측으로부터, 예컨대 리세스와 같은 막힌 홀(blind hole) 안으로 삽입될 수 있고, 베어링 표면에 대한 자석의 거리는 가능한 한 작아야 한다. 자석의 n 극 및/또는 s 극은 바람직하게는 대향하는 베어링 표면을 향하여 가리켜야 한다.
물론, 또한 전체 베어링 블록 또는 베어링 블록의 세그먼트가 영구 자기 재료로 만들어질 수 있다.
후방 스핀들 부분과 스핀들 헤드 사이의 토크 전달은 베어링을 가교하는 커플링에 의해 완료될 수 있다.
예컨대, 커플링은 자유롭게 변위 가능하고 바람직하게는 제 1 및/또는 제 2 축선에 대하여 기울어질 수 있는 커플링 요소를 가질 수 있다. 커플링 요소는 바람직하게는 베어링을, 또는 그의 일부를 링 형상 방식으로 에워싼다. 후방 스핀들 부분은 하나 이상의, 하지만 바람직하게는 2 개의 적어도 대략 평행한(±15°) 제 1 스트럿(strut)들을 통하여 커플링 요소에 연결된다. 제 1 스트럿들은 바람직하게는 구동 샤프트 및 커플링 요소에 대하여 가로로 제 1 및/또는 제 2 길이방향 축선의 대향하는 측들에 배열되고, 바람직하게는 제 1 및/또는 제 2 축선을 직각으로 교차하여 적어도 대략 (±15°) 평면에 뻗어있다. 평면의 평면도에서, 커플링 요소에 체결되는 단부들은 바람직하게는 적어도 대략 (±15°) 지름으로 대향하는 방향들을 가리킨다. 따라서, 구동 샤프트로부터 커플링 요소로 스트럿들을 통하여 토크를 전달할 때, 토크 방향과 독립적으로, 항상 양쪽 스트럿 중 하나는 인장 하중을 받고(tensile-loaded), 이에 의해 커플링은 매우 강성이다. 커플링 요소는 유사한 방식으로, 즉 하나 이상의, 바람직하게는 2 개의 적어도 대략 서로에 대해 평행한(±15°) 제 2 스트럿들을 통하여 스핀들 헤드에 연결된다. 또한 제 2 스트럿들은 바람직하게는 제 1 및/또는 제 2 축선들의 2 개의 대향하는 측들에 배열되고, 서로에 대하여 적어도 대략적으로 평행하다(±15°). 바람직하게는, 제 2 스트럿들의 길이방향 축선들은 제 1 스트럿들에서와 동일한 평면에, 또는 이에 대하여 적어도 대략 평행한(±15°) 평면에 있지만, 이들은 제 1 스트럿들에 대하여 기울어지고, 즉 스트럿들의 길이방향 축선들은 적어도 양쪽 평면들 중 하나의 돌출부에 평행사변형(parallelogram)을 형성한다. 커플링 요소에 체결되는 단부들은 바람직하게는 적어도 대략(±15°) 지름으로 대향하는 방향들을 가리킨다.
스트럿들을 통하여, 토크들이 스핀들 헤드를 위한 구동 샤프트로서의 역할을 하는 후방 스핀들 부분으로부터 스핀들 헤드로 신뢰할 수 있게 전달될 수 있다. 기계가공 공구의 베어링 블록에 보통 수용되는 후방 스핀들 부분에 대한 스핀들 헤드의 방사상의 변위, 즉 제 2 축선에 대한 제 1 축선의 변위는, 스핀들이 회전할 때조차도 커플링에 의해 방해받지 않고; 스트럿들은 단지 약간 탄성적으로 변형된다. 이러한 방사상의 보상 이동들은 비교적 작고, 통상적으로 약 몇백 밀리미터이다(대략 10 내지 100 ㎛). 예컨대 10 ㎝ 의 주어진 스트럿 길이에서, 베어링에 영향을 주는 복원력(restoring force)들은 따라서 무시할 수 있다. 기울어짐 이동의 경우, 스트럿들은 약간 비틀어지고 또한 길이방향 축선을 따라 구부러진다. 하지만, 이에 의해 발생되는 복원력은 통상적으로 단지 몇백 도들의 공구 스핀들들의 제 2 축선에 대한 제 1 축선의 단지 약간의 기울어짐으로 인해 매우 작고, 안정적인 받침대에 안내되는 작업물의 동심도에 확연하게 영향을 주지 않는다. 커플링은 높은 비틀림 강성의 이점을 제공하며, 이는 동시적으로 방사상의 변위 뿐만 아니라 제 1 및 제 2 축선들의 상호 와블 이동을 낮은 비용들 및 감소된 공간적 요건들로 보상한다. 후자는 특히 스트럿들이 밴드형 탄성 재료, 예컨대 스프링 강 스트립(spring steel strip)들로 제작될 때 특히 참을 유지한다. 이러한 밴드형 스트럿들은 예컨대 중간 블록 주위의 횡단 평면에 배열될 수 있고, 즉 스트럿들의 길이방향 축선들은 평면에 놓인다. 횡단 평면은 바람직하게는 중간 블록의 길이방향 축선에 의해 직각으로 교차된다. 중간 블록의 길이방향 축선은 바람직하게는 제 1 및/또는 제 2 축선과 일치한다.
바람직하게는, 스핀들 헤드는 연속적인 리세스를 갖고, 그중 하나의 측에 콜렛이 위치된다. 콜렛은 리세스에서 슬라이딩 가능하고 스핀들 헤드, 예컨대 로드에 대항하여 사전 로딩되는 텐션(tension) 요소와 연결될 수 있다. 이는 콜렛이 로드를 슬라이딩시킴으로써 개방되고 그리고/또는 폐쇄되는 것을 가능하게 한다. 바람직하게는 로드는 하나의 방향으로 사전 로딩되고, 예컨대 장력을 받는다. 콜렛을 개방하기 위해, 예컨대 후방 스핀들 부분에 배열되는 또는 그 이후의 스핀들 부분에 배열되는 피스톤에 의해 콜렛을 향하는 사전 로드에 대하여 로드를 이동시키는 것이 충분하다.
기계가공 공구는, 작업물을 위한 콜렛과 같이, 가능한 한 정밀하게 작업물에 클램핑하기 위한 콜렛을 갖춘 상기 설명된 바와 같은 스핀들을 갖는다. 이러한 의미에서, 용어 콜렛은 임의의 클램핑 수단에 대한 동의어로서 사용된다. 후방 스핀들 부분은 하나 이상의 베어링 블록에 지지된다. 게다가, 기계가공 공구는 바람직하게는 하나 이상의, 바람직하게는 2 개의 안정적인 받침대들을 갖고, 그의 하나 이상은 가이드 프리즘(guide prism)으로서 형성된다. 이러한 가이드 프리즘들은 작업물이 부착될 수 있는, 일반적으로 V 형상의 그루브를 갖는 프리즘형 블록들이다. 클램핑 핑거는 가이드 프리즘에 대항하여 작업물을 프레스할 수 있다. 게다가, 공구는, 보통 연마 및/또는 밀링 헤드, 기계가공 제어기, 종종 또한 케빈(cabin) 및/또는 충전(charging) 및 배출(discharging) 디바이스를 갖는다.
본 발명은, 도면들을 참조하는 예시적인 실시예들에 의해, 일반적인 발명의 개념을 제한하지 않으면서 이하에 설명될 것이다.
도 1은 스핀들의 등각도(isometric view)를 도시한다.
도 2는 스핀들의 제 1 측면도를 도시한다.
도 3은 스핀들의 제 2 측면도를 도시한다.
도 4는 스핀들의 평면도를 도시한다.
도 5는 장착된 커버를 갖춘 스핀들의 측면도를 도시한다.
도 6은 도 5의 평면(A-A)을 따르는 스핀들의 길이방향 섹션을 도시한다.
도 7은 도 6의 평면(B-B)을 따르는 스핀들의 길이방향 섹션을 도시한다.
도 8은 부분적으로 조립된 공구 연마기 기계의 스핀들을 도시한다.
도 1의 스핀들(1)은 콜렛(42)에 위치되는 콜렛 리셉타클(41)을 갖춘 스핀들 헤드(10)를 갖는다. 스핀들 헤드(1)는 베어링 블록(11)을 갖고 그의 후방 부분은 커버(50)(커버는 도 6 및 도 7 참조)에 의해 보호될 수 있다. 예시된 실시예에서, 콜렛 리셉타클(42)은 베어링 블록(11)에 연결되는 구성요소이고; 대안적으로는, 베어링 블록(11)은 콜렛 리셉타클로서 형성되는 리세스를 또한 가질 수 있다.
후방으로, 즉 콜렛(42)을 등지는 측에, 스핀들(1)은 구동 샤프트(20)를 갖고, 이는 또한 후방 스핀들 부분(20)으로서 지칭된다. 공기 공급부 및 가동(actuating) 디바이스(60)가 구동 샤프트(20)에 부착된다. 스핀들(1)은 기계가공 공구에 구동 샤프트(20)를 통하여 연결될 수 있고, 즉 구동 샤프트는 구동부에 연결될 수 있고 기계가공 공구의 베어링 블록에 의해 수용될 수 있다. 베어링 블록은 이에 의해 보통은, 단지 그의 길이방향 축선을 중심으로, 즉 제 2 축선을 중심으로 하는 구동 샤프트의 회전을 가능하게 한다.
도 6 및 도 7에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 스핀들(1)은 베어링을 갖고 이는 구동 샤프트(20) 및 스핀들 헤드(10)의 방사상의 변위, 뿐만 아니라 구동 샤프트(20) 및 스핀들 헤드(10)의 상호 기울어짐을 가능하게 한다. 베어링은 2 개의 부분 베어링들로 이루어지고, 이들은 전방 부분 베어링 및 후방 부분 베어링을 형성한다. 후방 부분 베어링은 2 개의 대향하고 상호적으로 변위 가능한 베어링 표면들(24, 34)을 갖는다. 이 목적을 위해, 구동 샤프트(20)는 평면형 환형 후방 베어링 표면(24)을 가질 수 있고, 이는 바람직하게는 구동 샤프트(20)의, 즉 후방 스핀들 부분(20)의 길이방향 축선에 의해 직각으로 절단된다. 이러한 의미에서, 후방 스핀들 부분(20)은 베어링 블록이거나 베어링 블록을 갖는다. 후방 베어링의 제 1 베어링 표면(24)에 대향하여 중간 블록의 제 2 베어링 표면(34)이 놓이고, 이 제 2 베어링 표면은 제 1 베어링 표면에 대해 보완적이다. 바람직하게는, 얇은 공기 갭이 2 개의 베어링 표면들(24, 34) 사이에 있고, 이 공기 갭에는 압축된 공기가, 예컨대 공기 덕트(duct)(46)를 통하여 이송된다. 또한 대안적인 유체들이 윤활제들로서 사용될 수 있다. 후방 스핀들 부분(20) 및 중간 블록(30)은 따라서 2 개의 자유도들을 갖춘 선형 베어링을 형성하고; 다시 말하면, 중간 블록은 후방 스핀들 부분(20)에 대하여 방사상으로 슬라이딩 가능하다. 중간 부분(30)은 또한 이하에 더 설명되는 커플링 없이 구동 샤프트(20)에 대항하여 회전 가능할 것이며, 따라서 후방 부분 베어링은, 엄격하게 말하면 3 개의 자유도를 갖는다.
전방 부분 베어링은 또한 제 1 및 제 2 베어링 표면들(33, 13)에 의해 형성되고, 이는 바람직하게는 상호 보완적인 구형 표면 세그먼트들이다. 이 목적을 위해, 제 1 구형 표면 세그먼트 형상의 베어링 표면(33)은 환형 베어링 표면(34)에 대향하는 중간 블록(30)의 측에 위치될 수 있다. 스핀들 헤드(10)의 베어링 표면(13)은 이러한 베어링 표면(33)에 대향하여 놓인다. 다시, 베어링 표면들(33, 13) 사이의 갭에는 압축된 공기 또는 다른 유체가 이송될 수 있다. 결과적으로는, 전방 부분 베어링은 구형 표면 세그먼트들의 공통 중심 지점 주위로 후방 스핀들 부분(20)에 대한 스핀들 헤드(10)의 기울어짐을 가능하게 한다(2 개의 자유도). 이하에 더 설명되는 커플링 없이, 스핀들 헤드(10)는 또한 중간 부분(30)에 대항하여 회전 가능할 것이고; 따라서, 또한 전방 부분 베어링은, 엄격하게 말하면 3 개의 자유도를 갖는다. 예시된 예에서, 구형 표면 세그먼트들의 중심 지점은 도시되지 않은 작업물의 영역에 있다. 이는 와블 보상에서의 방사상의 변위가 매우 작게 유지되고, 스핀들 헤드의 무게 중심이 기울어짐의 회전 지점 아래에 놓인다는 이점을 갖고; 따라서 스핀들 헤드는 뒤집어지지(tip-over) 않지만, 직립 스핀들 축선에 의해 스핀들에 수직으로 자체 중심맞춤한다.
제 1 부분 베어링 및 또한 제 2 부분 베어링은 영구 자석들에 의해 서로에 대항하여 사전 로딩된다. 하지만 이들은 90°만큼 서로로부터 오프셋되는 양쪽의 섹션형 평면들 외측에 있고, 따라서 가시적이지 않다. 자석들은 베어링 블록들의 리세스들의 대응하는 구성요소들의 길이방향 축선들 주위로 환형으로 배열된다.
예시된 것 외에, 또한 전방 부분 베어링은 선형 베어링일 수 있고 후방 부분 베어링은 볼 조인트일 수 있다. 본 발명을 위해, 부분 베어링들은 함께 바람직하게는 2 개의 자유도를 갖는 기울어짐 뿐만 아니라 후방 스핀들 부분(20) 및 스핀들 헤드(10)의 길이방향 축선들의 방사상의 오프셋(또한 2 개의 자유도를 가짐) 양자를 가능하게 하고, 가능한 한 비틀림 강성이며, 그리하여 커플링이 제공될 수 있는 것이 단지 중요하다.
베어링을 비틀림 강성으로 만들기 위해, 베어링은 예시된 예에서 회전 커플링에 의해 가교된다. 이들의 요소들은 도 1 내지 도 4에 가장 잘 도시된다 : 후방 스핀들 부분(20)은 2 개의 상호 평행한 제 1 스트럿들(51)을 통하여 커플링 요소(53)와 연결된다(도 1 내지 도 4 그리고 도 5와 도 6). 커플링 요소는 2 개의 링 절반부들로 이루어지고 링 형 방식으로 중간 블록(30)을 에워싸지만, 이는 적어도 그의 휴식(rest) 위치에서 중간 블록에 접하지 않는다. 커플링 요소는 제 1 스트럿들(51) 및 제 2 스트럿들(52)에 의해 그의 위치에 유지된다.
제 1 스트럿들(51)을 체결하기 위해, 후방 스핀들 부분(20)은 구동 샤프트의 길이방향 축선에 대하여 상호 정반대로 놓이는 2 개의 측들에 체결 요소들(55), 예컨대 제 1 스트럿(51)의 하나의 각각의 단부가 체결되는 예시된 엘보우(elbow)들(55)을 갖는다. 제 1 스트럿(52)의 다른 단부는 커플링 요소(53)에 강제 끼워맞춤식으로(force-fittingly) 연결된다. 예시된 바와 같이, 제 1 스트럿들(51)의 길이방향 축선들은 바람직하게는, 중간 평면의 길이방향 축선을 직각으로 교차하는 평면에, 서로에 대해 적어도 대략 평행하게(±15°, 특히 바람직하게는 ±5°, 더욱더 바람직하게는 ±1°) 뻗어있다. 다른 2 개의(제 2) 스트럿들(52)이 동일 평면에 배열될 수 있다. 다른 스트럿들(52)은 동일한 방식으로 2 개의 정반대의 측들에서, 하지만 제 1 스트럿들(51)에 대하여 90° 만큼 오프셋되어 커플링 요소(53)에 연결된다. 제 2 스트럿들(52)의 다른 단부는 제 2 체결 요소들(56)(예컨대 엘보우들(56))을 통하여 스핀들 헤드(10)에 강제 끼워맞춤식으로 연결된다. 따라서, 스트럿들(51, 52)은 커플링 요소(53)와 함께 회전 커플링을 형성한다(도 5 참조). 후방 스핀들 부분(20)으로의 스핀들 헤드(10)의 방사상의 변위는 단지 스트럿들(51, 52)의 낮은 복원력들에 의해 영향을 받는다. 동일한 것이 후방 스핀들 부분(20)에 대한 스핀들 헤드(10)의 와블 이동에 대하여 참으로 유지된다.
도 6 및 도 7에서 명백하게 볼 수 있는 바와 같이, 스핀들은 중심맞춤 디바이스를 갖고 이에 의해, 예컨대 콜렛(42) 안으로 그리고/또는 이로부터의 작업물의 삽입 및/또는 제거 시에 스핀들 헤드(10)는 후방 스핀들 부분(20)과 중심맞춤될 수 있고, 즉 베어링은 잠금된다. 이 목적을 위해, 후방 스핀들 부분(20)은, 도시된 예에서, 스핀들 헤드(10)를 향하여 원뿔형으로 테이퍼지는, 하나 이상의 제 1 링 형상의 또는 링 세그먼트 형상의 중심맞춤 표면(44)을 갖는다. 스핀들 헤드(10)를 향하여 테이퍼지는 쉘(shell) 표면 섹션(45)을 갖춘 링 형상의 또는 대안적으로는 링 세그먼트 형상의 피스톤은 중심맞춤 슬라이드(43)로서 제 1 중심맞춤 표면(44)에 놓인다. 중심맞춤 슬라이드(43)는, 제 2 중심맞춤 표면을 형성하는, 스핀들 헤드(10)의 축방향 핀(14)의 바람직하게는 원통형 접촉 표면(141)에서 축방향으로 변위 가능하다. 중심맞춤 슬라이드(43)는 탄성 요소들(47)(단지 도 7에서 볼 수 있음)에 의해 스핀들 헤드(10)를 향하여 사전 로딩되어서, 중심맞춤 슬라이드(43)는 제 1 중심맞춤 표면에 대항하여 그의 쉘 표면 섹션(45)과 클램핑되며, 이에 의해 스핀들 헤드(10)는 후방 스핀들 부분에 대해 중심맞춤된다. 중심맞춤을 잠금 해제하고 이에 의해 베어링을 해제하기 위해, 피스톤은, 쉘 표면 섹션이 제 1 중심맞춤 표면에서 더이상 접촉하지 않도록, 탄성 요소들에 대항하여 이를 변위시키기 위해, 스핀들 헤드 측에 유체, 예컨대 압축된 공기로 충전될 수 있다.
그의 후방 단부에서, 콜렛은 당김 부재(48), 여기서는 로드에 연결된다(도 6 및 도 7 참조). 로드(48)는 스핀들 헤드(10)의 연속적인 리세스(16)에 위치되고 후방 스핀들 부분(10)을 향하여 스핀들 헤드(10)(판 스프링 패키지(package)가 예시됨)에 의해 지지되는 클램핑 요소(49)에 의해 텐션식으로 사전 로딩된다. 이 목적을 위해, 클램핑 링(59)은 로드에 위치되고, 이 클램핑 링에 클램핑 요소(49)가 맞물린다. 클램핑 요소는 스핀들 헤드(10)의 챔버(40)이다. 콜렛(42)을 개방하기 위해, 로드(48)는 콜렛을 향하여 축방향으로 이동된다.
로드(48)는 축방향 리세스(46)를 갖고, 이는 베어링을 위해 압축된 공기(또는 다른 유체)를 공급하기 위한 그리고 동시에 중심맞춤 디바이스를 개방하기 위한 공기 덕트(46)로서의 역할을 한다. 이 목적을 위해, 공기 덕트(46)는 베어링 표면들(13, 33 및 24, 34) 사이의 갭들과 뿐만 아니라 중심맞춤 슬라이드가 위치되는 밀봉된 환형 갭(431)과 홀들(461) 또는 구멍들(462)을 통하여 연결된다. 공기 덕트(46)가 압축된 공기로 충전된다면, 중심맞춤 디바이스는 먼저 변위되고 베어링은 해제된다. 자기 사전 로딩이 보상되도록, 일단 압력이 충분히 크다면, 베어링은 자유롭게 이동 가능하다.
콜렛(42)을 개방하기 위해, 공기 덕트의 피스톤 로드(61) 및 가동 유닛(60)은 후방 스핀들 부분(20)의 축방향 연장부에 위치되고, 이 피스톤 로드는 (하나 이상의)피스톤(62)에 연결된다. 피스톤(62)은 가동 유닛(60) 및 공기 덕트의 하우징(64)의 리세스(63)에 위치되고, 이 리세스(63)는 피스톤(62)을 위한 실린더로서의 역할을 하며, 피스톤(62)은 복원 요소(65)의 복원력에 대항하여 압력 충전 가능하여서, 이에 의해 피스톤(62) 그리고 따라서 또한 피스톤 로드(61)는 콜렛을 향하여 변위되고 따라서 텐션 요소, 즉 로드(48)는 제거된다(relieved). 또한 피스톤 로드(61) 및 피스톤(62)은 공기 덕트(46)와 연통하여 연결되는 축방향 채널(channel)(66)을 갖는다. 축방향 채널(66)과 공기 덕트(46)를 연결하기 위해, 로드(48)는 그의 말단부에 방사상의 돌출부를 갖고, 이는 피스톤 로드의 보완적인 리세스 안으로 삽입될 수 있고 그 후 90°의 회전에 의해 리세스에 잠금될 수 있다.
도 8에서, 스핀들은 기계가공 공구 연마기의 몇몇 요소들과 함께 예시된다. 스핀들 헤드, 선택적인 케빈, 구동부를 갖춘 연마 헤드 및 슬라이드 유닛은 명료함을 위해 도시되지 않는다. 바람직하게는, 스핀들은, 도시된 바와 같이 세워져서 배열되고, 즉 그의 길이방향 축선은 수직에 대해 적어도 대략(±15°) 대응한다. 단지 부분적으로 도시된 강제 끼워맞춤식으로 기계 프레임에 연결되는, 지지 유닛(80)에서, 클램핑 핑거(71)를 갖춘 프리즘(70) 및 안정적인 받침대(75)가 배열된다. 가이딩 프리즘(70)은 그루브(711)를 갖고 여기에 작업물이 클램핑 핑거에 의해 고정될 수 있다. 지지 유닛(80) 그리고 따라서 스핀들에 대한 가이드 프리즘(70)의 위치 및 배향은, 바람직한 위치가 도달될 때까지 세팅 유닛(73)에 의해 변할 수 있다. 바람직한 위치에서, 가이딩 프리즘(70) 뿐만 아니라 클램핑 핑거(71)의 위치 및 배향이 설정될 수 있다. 동일한 방식으로, 안정적인 받침대(75)는 다른 조절 유닛(76)에 의해 바람직한 위치 및 배향으로 조절 가능하고, 여기에 고정될 수 있다.
작업물을 연마하기 위해, 작업물 또는 바람직하게는 보정 맨드릴이 먼저 콜렛으로 삽입되고, 그러는 동안 스핀들 헤드(10)와 후방 스핀들 부분 사이의 베어링은 바람직하게는 중심맞춤 디바이스에 의해 잠금된다. 이제, 가이딩 프리즘 및 안정적인 받침대는 각각 교정 맨드릴 또는 작업물에 부착될 수 있고 대응하는 위치에 고정될 수 있다. 가이딩 프리즘(70)의 위치 및 배향을 고정하기 전에, 클램핑 핑거(71)는 바람직하게는 가이딩 프리즘(70)을 향하여 장입되고, 이에 의해 가이딩 프리즘은 작업물에 적절하게 부착된다. 다시 말하면, 작업물은 이제 가이드 프리즘 또는 안정적인 받침대의 대응하는 그루브들(711, 751)에 각각 놓인다. 이제, 필요하다면, 교정 맨드릴이 작업물에 의해 대체될 수 있다. 그 후에, 중심맞춤 디바이스가 개방되고, 즉 베어링이 해제되고, 작업물의 기계가공이 시작될 수 있다. 기계가공 힘들은, 이들이 방사상의 방향으로 작업물에 작용하는 한, 가이드 프리즘(70) 및 안정적인 받침대(75) 각각에 의해 독점적으로 흡수된다. V 그루브들(711, 751)에서 작업물을 회전시킬때조차도, 작업물의 위치는 단지(적어도 방사상의 방향으로) 가이드 프리즘(70) 및 안정적인 받침대(75)에 의해서만 결정된다. 작업물을 회전시킬때조차도, 스핀들 헤드(10)와 후방 스핀들 부분(20) 사이의 베어링으로 인해 후방 부분(20)으로부터 작업물로 방사상의 힘들은 전달되지 않고, 기계가공에서의 작업물의 위치의 정밀도는 개선된다.
10 스핀들 헤드(간단하게는 : "헤드")
11 스핀들 헤드의 베어링 블록(간단하게는 : "블록")
13 베어링 표면
14 축방향 핀
141 중심맞춤 링을 위한 접촉 표면/중심맞춤 표면
16 연속적인 리세스
20 후방 스핀들 부분/구동 샤프트
24 베어링 표면
30 중간 부분/중간 블록
33 베어링 표면
34 베어링 표면
40 클램핑 요소를 위한 챔버
41 콜렛 리셉타클, 더 일반적으로 : 클램핑 요소 리셉타클
42 콜렛, 더 일반적으로 : 클램핑 수단
43 중심맞춤 슬라이드/테이퍼링 슬라이드
431 링 갭
44 원뿔형 쉘 표면 섹션
45 중심맞춤 슬라이드를 위한 원뿔형 접촉 표면
46 공기 덕트
461 홀
462 구멍
47 탄성 요소들
48 텐션 요소, 여기서는 로드
49 클램핑 요소, 예컨대 판 스프링
50 커버
51 제 1 스트럿들(구동 샤프트(20)로부터 중간 블록(30)으로의)
52 제 2 스트럿들(중간 블록(30)으로부터 스핀들 헤드(10)로의)
53 커플링 요소
55 스트럿들(51)을 위한 제 1 체결 요소들(예컨대 엘보우들)
56 스트럿들(52)을 위한 제 2 체결 요소들(예컨대 엘보우들)
60 공기 덕트 및 가동 유닛
61 피스톤 로드
62 피스톤
63 리세스/실린더
64 하우징
66 채널
70 프리즘/가이딩 프리즘/지지 프리즘
71 클램핑 핑거
75 안정적인 받침대
73 지지 프리즘을 위한 조절 유닛
76 안정적인 받침대를 위한 조절 유닛
80 지지 유닛

Claims (10)

  1. - 제 1 길이방향 축선을 갖고 클램핑(clamping) 수단(42)을 수용하기 위해 구성되는 스핀들 헤드(spindle head)(10), 및
    - 제 2 길이방향 축선을 갖고 베어링 블록(bearing block)을 수용하기 위해 그리고 스핀들 헤드(10)를 위한 구동 샤프트(shaft)(20)로서 구성되는 후방 스핀들 부분(20)
    을 적어도 갖는 기계가공 공구를 위한 스핀들(1)에 있어서,
    상기 스핀들 헤드(10)와 후방 스핀들 부분(20) 사이에, 이들을 연결하기 위해 배열되는 하나 이상의 베어링 - 상기 베어링은 제 2 길이방향 축선에 대한 제 1 길이방향 축선의 기울기 및/또는 방사상의 변위를 가능하게 하고, 스핀들 헤드(10)로부터 구동 샤프트(20)로 길이방향으로 압축 및/또는 인장력을 전달하고, 이 베어링은 후방 스핀들 부분(20)과 스핀들 헤드(10) 사이의 토크들의 전달을 위해 하나 이상의 커플링(coupling)(51, 52)에 의해 가교됨(bridged) - 을 특징으로 하는,
    기계가공 공구를 위한 스핀들.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스핀들 헤드(10) 및 후방 스핀들 부분(20)은 서로에 대해 각각 대향하는 중심맞춤(centering) 표면들(45, 141)을 갖고, 이들 사이에 테이퍼진(tapered) 중심맞춤 슬라이드(slide)(43)가 적어도 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 슬라이딩 가능하고, 제 1 위치에서 상기 베어링은 잠금 방식으로 가교되며, 이에 의해 상기 스핀들 헤드(10) 및 후방 스핀들 부분은 상호 중심맞춤되는 것을 특징으로 하는,
    기계가공 공구를 위한 스핀들.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 베어링은 제 1 및/또는 제 2 부분 베어링을 갖고, 상기 제 1 부분 베어링은 구형(spherical) 표면 세그먼트(segment) 형상의 베어링 표면들(13, 33)을 갖춘 2 개의 보완적인 제 1 베어링 블록들을 갖고 상기 제 2 부분 베어링은 평면형 베어링 표면들(24, 34)을 갖춘 2 개의 보완적인 베어링 블록들을 갖고, 이들의 표면 법선들은 제 1 또는 제 2 축선에 대해 평행한 것을 특징으로 하는,
    기계가공 공구를 위한 스핀들.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 베어링은 제 1 및/또는 제 2 부분 베어링을 갖고, 상기 제 1 부분 베어링은 제 1 실린더(cylinder) 쉘(shell) 표면 세그먼트 형상의 베어링 표면들(13, 33)을 갖춘 2 개의 상호 보완적인 제 1 베어링 블록들을 갖고 상기 제 2 공기 베어링은 제 2 실린더 쉘 세그먼트 형상의 베어링 표면들(24, 34)을 갖춘 2 개의 상호 보완적인 제 2 베어링 블록들을 갖는 것을 특징으로 하는,
    기계가공 공구를 위한 스핀들.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 베어링은 하나 이상의 구형 표면 세그먼트 형상의 또는 실린더 쉘 표면 세그먼트 형상의 제 1 베어링 표면(33)을 그리고 상기 제 1 베어링 표면(33)을 등지는 그의 측에 하나 이상의 평면형 또는 실린더 쉘 표면 세그먼트 형상의 제 2 베어링 표면(34)을 갖춘 링 형상의 또는 적어도 링 세그먼트 형상의 중간 부분(30)을 갖는 것을 특징으로 하는,
    기계가공 공구를 위한 스핀들.
  6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부분 베어링들 중 하나 이상은 베어링 표면들(13, 24, 33, 34) 중 2 이상 사이에 유체 갭(gap)을 갖춘 정역학적(hydrostatic) 베어링인 것을 특징으로 하는,
    기계가공 공구를 위한 스핀들.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 부분 베어링들 중 하나 이상의 베어링 블록들은 자기력에 의해 서로에 대항하여 사전 로딩되는(preloaded) 것을 특징으로 하는,
    기계가공 공구를 위한 스핀들.
  8. 제 7 항에 있어서,
    하나 이상의 영구 자석이 2 개의 보완적인 베어링 블록들의 적어도 제 1 베어링 블록에 배열되고, 자석의 자속은 영구 자석의 n 극(north pole)으로부터 자석 s 극(south pole)으로 안내되어서, 적어도 일단 베어링 표면들 사이의 공기 갭을 가교하여, 이에 의해 자기력에 의해 베어링 블록들이 사전 로드되는 것을 특징으로 하는,
    기계가공 공구를 위한 스핀들.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스핀들 헤드(10)는 연속적인 리세스(16)를 갖고, 상기 리세스의 하나의 측에 하나 이상의 클램핑 수단이 위치되고, 상기 클램핑 수단은 리세스에 배열되고 스핀들 헤드(10)에 대항하여 사전 로딩되는 텐션 요소(28)에 연결되는 것을 특징으로 하는,
    기계가공 공구를 위한 스핀들.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커플링은 제 1 및/또는 제 2 축선의 양쪽 측들에 탄성적으로 변형 가능한 스트럿들(51, 52)을 갖고, 상기 스트럿들은 스핀들 헤드(10) 및 스핀들 부분을 서로에 대해 적어도 간접적인 비틀림 방지식으로 연결하는 것을 특징으로 하는,
    기계가공 공구를 위한 스핀들.
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