KR20190042156A

KR20190042156A - 공작기계용 스핀들 밸런싱 장치

Info

Publication number: KR20190042156A
Application number: KR1020170133726A
Authority: KR
Inventors: 최재호
Original assignee: 현대위아 주식회사
Priority date: 2017-10-16
Filing date: 2017-10-16
Publication date: 2019-04-24

Abstract

본 발명은 공작기계용 스핀들 밸런싱 장치에 관한 것으로서, 특히 스핀들의 원주 방향을 따라 형성되어 무게 중심의 위치를 변동시켜 진동 발생을 방지하여 공작물의 가공정밀도를 높이고 내구성과 안전성 향상을 이루도록 하는 공작기계용 스핀들 밸런싱 장치에 관한 것이다. 구성은 공작기계용 스핀들 밸런싱 장치에 있어서, 스핀들의 전방 측 또는 후방 측에 형성되고 원중심을 기준으로 원주면에는 원주를 따라 밸런싱 조절 홀이 복수 개가 방사상으로 형성되는 밸런싱 부재와; 상기 밸런싱 부재에 형성되는 복수 개의 밸런싱 조절 홀에 설치되어 스핀들의 질량 편심 발생시 밸런싱 조정을 돕는 역할을 하는 고정 밸런싱 수단과; 상기 고정 밸런싱 수단의 일 측에 형성되어 스핀들의 질량 편심 발생시 밸런싱을 조정토록 하는 유동 밸런싱 수단; 으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

공작기계용 스핀들 밸런싱 장치{Spindle balancing apparatus for machine tools}

본 발명은 공작기계용 스핀들 밸런싱 장치에 관한 것으로서, 특히 스핀들의 원주 방향을 따라 형성되어 무게 중심의 위치를 변동시켜 진동 발생을 방지하여 공작물의 가공정밀도를 높이고 내구성과 안전성 향상을 이루도록 하는 공작기계용 스핀들 밸런싱 장치에 관한 것이다.

일반적으로 주조, 단조 등으로 만든 기계부품을 가공하는 선반·드릴링 머신 등과 같은 공작기계(machine tools)에는 축단(軸端)이 공작물 또는 절삭 공구의 장착에 사용되는 회전축. 주축(主軸)이라고도 하는 스핀들(spindle)을 포함하고 있다.

한편, 상기 회전체인 스핀들은 회전을 할 때 질량 중심이 회전중심으로 부터 편심되어 있거나, 불균형 질량이 존재하게 되면 속도(rpm)가 증가 할수록 질량편심에 의해 진동이 발생하게 되는 주원인이 된다.

이에 따라 스핀들의 질량 편심으로 인한 진동 발생을 최소화함은 물론 불균형 질량으로 인한 편심을 완화할 수 있는 밸런싱 장치가 요구되었고, 이에 부합하여 다양한 구성의 밸런싱 장치가 제시되고 있다.

여기서, 상기 스핀들의 밸런싱은 회전체인 스핀들의 무게 중심이 회전중심과 일치되는 것이다.

그러나 종래의 공작기계용 스핀들 밸런싱 장치는 무게가 가벼운 부분에 볼트와 같은 무게추를 추가하거나 무게가 무거운 부분을 절삭가공으로 무게를 덜어내 밸런싱을 맞추기 때문에 언밸런스가 보정된다 하더라도, 공작기계에 조립된 상태에서 또 다른 운동특성을 가지게 되므로 완전하게 밸런싱을 맞추지 못해 회전 정밀도의 향상과 진동 발생을 억제하지 못하는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 공작기계용 스핀들 밸런싱 장치는 스핀들의 회전 RPM에 따라 밸런싱의 위치 및 값이 달라질 경우 RPM에 따라 밸런싱 값을 변동시키는 것이 어려워 정밀한 밸런싱 조정을 이룰 수 없는 문제점이 있었다.

공개특허 10-2017-0040765

이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 스핀들의 질량 편심 즉, 밸런싱이 맞지 않은 경우 무게 중심을 조정하여 다양한 RPM에서도 밸런싱 불균형을 해소하여 진동과 소음을 방지하고 정밀한 가공작업을 이루도록 하는 공작기계용 스핀들 밸런싱 장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 공작기계용 스핀들 밸런싱 장치에 있어서, 스핀들의 전방 측 또는 후방 측에 형성되고 원중심을 기준으로 원주면에는 원주를 따라 밸런싱 조절 홀이 복수 개가 방사상으로 형성되는 밸런싱 부재와; 상기 밸런싱 부재에 형성되는 복수 개의 밸런싱 조절 홀에 설치되어 스핀들의 질량 편심 발생시 밸런싱 조정을 돕는 역할을 하는 고정 밸런싱 수단과; 상기 고정 밸런싱 수단의 일 측에 형성되어 스핀들의 질량 편심 발생시 밸런싱을 조정토록 하는 유동 밸런싱 수단; 으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 밸런싱 조절 홀은 밸런싱 부재의 원중심을 기준으로 원주를 따라 복수 개가 방사상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 밸런싱 부재는 스핀들의 전방 측 또는 후방 측에 형성되거나 전, 후방 측에 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 고정 밸런싱 수단은 유동 밸런싱 수단의 이탈을 방지하기 위한 캡과 유동 밸런싱 수단의 유동을 위한 솔레노이드로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 유동 밸런싱 수단은 질량 편심을 바로잡기 위한 스틸 볼과 상기 스틸 볼을 탄성 지지하기 위한 스프링으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 캡은 밸런싱 조절 홀 내에 수용되는 유동 밸런싱 수단의 이탈을 방지하기 위한 것으로서, 외면에 밸런싱 조절 홀에 체결을 위한 수나사가 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 솔레노이드는 스핀들의 크기와 유동 밸런싱 수단의 무게에 따라 도선의 감는 수를 가감하는 것을 특징으로 한다.

상기 스틸 볼과 스프링은 필요에 따라 크기나 무게, 탄성력을 가감 형성하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명은 스핀들과 스핀들의 밸런싱을 맞추기 위한 스핀들 밸런싱 장치를 구비하는 공작기계를 더 제공한다.

이상에서와 같은 본 발명은 스핀들의 질량 편심으로 인한 무게 중심과 회전중심을 일치시키는 밸런싱 장치를 통해 다양한 RPM에서도 스핀들의 질량 평형을 이루도록 함으로써, 진동 발생을 방지하여 정밀한 가공 품질을 도모하는 효과가 있다.

또, 본 발명은 스핀들의 고속 회전동작시에도 질량 편심을 쉽고 원활하게 제거토록 하여 질량편심에 의한 소음을 최소화하고 기공 조도를 확보하여 제품의 품질향상을 이루도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스핀들 밸런싱 장치의 분해 상태를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 결합 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 A-A선 요부단면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스핀들 밸런싱 장치의 사용상태를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 보다 구체적으로 설명한다.

여기서, 하기의 모든 도면에서 동일한 기능을 갖는 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 반복적인 설명은 생략하며, 아울러 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이것은 고유의 통용되는 의미로 해석되어야 함을 명시한다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 스핀들 밸런싱 장치(100)는 밸런싱 부재(110)와 고정 밸런싱 수단(120) 및 유동 밸런싱 수단(120)으로 대별되어 이루어진다.

상기 밸런싱 부재(110)는 스핀들(200)의 전방 측 또는 후방 측에 형성되고 원중심을 기준으로 원주면에는 원주를 따라 밸런싱 조절 홀(111)이 복수 개가 방사상으로 형성된다.

즉, 상기 스핀들(200)은 원기둥 형태로 제작되므로 질량 편심이 원중심을 기준으로 원주를 따라 어느 곳에서든 발생할 수 있으므로 정확하고 원활한 밸런싱을 맞추기 위해서는 상기 밸런싱 부재(110)에 고정 밸런싱 수단과 유동 밸런싱 수단(120)을 수용할 수 있는 밸런싱 조절 홀(111)을 원중심을 기준으로 원주를 따라 방사상으로 복수 개 형성하는 것이 바람직하다.

예컨대, 상기 스핀들(200)의 편심질량이 발생하는 부분의 회전방향과 축중심의 회전방향이 동일방향에 있을 경우(경사각도가 0°인 점(이하, 사점이라 칭함)에는 밸런싱 장치(100)가 사점에 머무르게 되면 오히려 역효과가 발생되므로 이를 방지하기 위해서는 상기 밸런싱 부재(110)에 다수 개의 고정 밸런싱 수단(120)과 유동 밸런싱 수단(130)을 형성함으로써, 본 발명에 따른 밸런싱 고정 밸런싱 수단(120)과 유동 밸런싱 수단(130)이 1~2개 사점에 머무르게 되더라도 나머지의 고정 밸런싱 수단(120)과 유동 밸런싱 수단(130)으로 편심량을 보상하게 되므로 밸런싱 효과가 양호하게 된다.

그리고 상기 고정 밸런싱 수단(120)과 유동 밸런싱 수단(130)의 개수는 진폭이나 외주원의 크기를 고려하더라도 밸런싱 부재(110)의 원중심을 기준으로 원주를 따라 복수 개가 형성되는 것이 유리하다.

또, 상기 밸런싱 부재(110)는 스핀들(200)의 전방 측 또는 후방 측 뿐 아니라, 전, 후방 측에 형성되거나 중간 부분에 형성될 수도 있다.

상기 고정 밸런싱 수단(120)은 상기 밸런싱 부재(110)에 형성되는 복수 개의 밸런싱 조절 홀(111)에 설치되어 스핀들(200)의 질량 편심 발생시 밸런싱 조정을 돕는 역할을 한다.

또, 상기 고정 밸런싱 수단(120)은 유동 밸런싱 수단(130)의 이탈을 방지하기 위한 캡(121)과 유동 밸런싱 수단(130)의 유동을 위한 솔레노이드(122)로 이루어진다.

여기서, 상기 캡(121)은 밸런싱 부재(110)의 밸런싱 조절 홀(111) 내에 수용되는 유동 밸런싱 수단(130)의 이탈을 방지하기 위한 것으로서, 외면에 밸런싱 조절 홀(111)에 체결을 위한 수나사(121a)가 형성된다.

또, 상기 솔레노이드(solenoid)(122)는 스핀들(200)의 질량 편심 발생시 상기 유동 밸런싱 수단(130)을 유동시킬 수 있도록 자기장을 형성하기 위해 외면에 도선을 나선형으로 촘촘하고 균일하게 원통형으로 길게 감아 만들어 에너지변환장치 및 전자석으로 이용하는 것이다.

이러한 상기 솔레노이드(122)에 전류를 흘리면 원통의 외부에서는 자기장이 거의 0이고 내부에는 비교적 균일한 크기의 자기장이 형성된다.

이때, 상기 내부자기장의 크기는 전류의 크기에 비례하고 단위 길이당 도선을 감은 수에 비례한다.

따라서, 본 발명에 따른 상기 솔레노이드(122)는 스핀들(200)의 크기와 유동 밸런싱 수단(130)의 무게에 따라 도선의 감는 수를 가감하는 것이 바람직하다.

이와 같은 구성의 상기 솔레노이드(122)는 스핀들(200)의 질량 편심 발생시 전류가 흐르게 되면 전기에너지를 자기에너지로 바꾸므로 전자석이 되어 상기 유동 밸런싱 수단(130)을 구성하는 스틸 볼(131)을 끌어당기게 된다.

그리고 상기 솔레노이드(122)에 전류의 공급을 차단하게 되면 전자석의 자력을 상실하게 되므로 스틸 볼(131)의 끌어당기는 힘을 잃게 된다.

이러한 성질을 이용하면 상기 유동 밸런싱 수단(130)의 스틸 볼(131)의 유동을 전기적 신호로 제어할 수 있기 때문에 스핀들(200)의 질량 편심을 조절할 수 있다.

상기 유동 밸런싱 수단(130)은 상기 고정 밸런싱 수단(130)의 일 측에 형성되어 스핀들(200)의 질량 편심 발생시 밸런싱을 조정토록 하는 역할을 한다.

여기서, 상기 유동 밸런싱 수단(130)은 스핀들(200)의 질량 편심을 바로잡기 위한 스틸 볼(131)과 상기 스틸 볼(131)을 탄성 지지하기 위한 스프링(132)으로 이루어진다.

상기 스틸 볼(131)과 스프링(132)은 고정 밸런싱 수단(120)인 캡(121)과 솔레노이드(122) 사이에 설치된다. 이때, 상기 스틸 볼(131)은 스프링(132)에 의해 탄성지지 되어 밸런싱 부재(110)의 외주면 측으로 위치하게 된다.

그리고 상기 스틸 볼(131)과 스프링(132)은 필요에 따라 크기나 무게, 탄성력을 가감 형성할 수도 있다.

이와 같은 구성의 본 발명에 따른 밸런싱 장치(100)를 효율적으로 사용하기 위해서는 사용자(작업자)가 공작물의 가공에 주로 사용하는 스핀들(200)의 RPM(revolution perameter : 매개 변수. 회로나 기계를 동작시킬 때, 조작 가능한 요소를 가리킨다.)에 기입한다.

이때, 상기 스핀들(200)의 질량 편심은 스핀들(200)의 RPM에 따라 발생하는 위치가 다르게 형성될 수 있고, 상기 솔레노이드(122)는 질량 편심이 발생한 위치에 설치된 것이 동작하게 된다.

그리고 사용자(작업자)가 가공하고자 공작물에 따라 스핀들(200)의 RPM 회전 값을 공작기계에 부여하면 해당 RPM에 따라 발생하는 스핀들(200)의 질량 편심을 파라미터에서 읽어들이게 된다.

또, 상기 파라미터에 의해 읽혀진 스핀들(200)의 질량 편심이 발생한 위치에 설치된 솔레노이드(122)가 작동하여 밸런싱을 맞추게 된다.

즉, 상기 파라미터에 기입된 스핀들(200)의 질량 편심이 발생한 위치에 형성된 솔레노이드(122)를 작동하게 되면 스틸 볼(131)이 이동하면서 무게 중심이 변하게 되어 밸런싱을 맞출 수 있다.

또한, 사용자(작업자)가 다른 공작물을 가공하고자 하여 스핀들(200)에 다른 RPM 회전 지령을 내리면 그 RPM의 질량 편심을 파라미터에서 읽어와 스핀들(200)의 질량 편심이 발생한 위치에 설치된 다른 솔레노이드(122)를 작동시켜 스틸 볼(131)을 이동케 하여 밸런싱을 맞추게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 스핀들 밸런싱 장치(100)는 질량 편심이 발생하는 스핀들(200)의 밸런싱을 쉽게 맞출 수 있으므로 진동발생과 소음발생을 방지하여 공작물의 가공정밀도를 높이고 내구성과 안전성 향상을 도모할 수 있다.

그리고 상기 솔레노이드(122)에 전류의 공급을 차단하여 전자석의 기능을 상실토록 하게 되면 스틸 볼(131)을 끌어당기는 힘을 잃게 됨과 동시에 상기 스프링(132)의 탄성 복원력이 발생하여 스틸 볼(131)을 원위치시키게 된다.

또한, 상기 밸런싱 장치(100)는 상기 스핀들(200)과 함께 완성된 공작기계로 제공될 수도 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작용 상태를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에 따른 밸런싱 장치(100)가 설치된 스핀들(200)을 갖는 공작기계(미도시)를 이용하여 공작물을 가공하고자 할 경우, 가공하고자 하는 공작물을 장착하는 스핀들(200)의 RPM에 따른 질량 편심을 측정하여 파라미터(미도시)에 기입(입력)하여 둔다.

다음, 사용자(작업자)가 가공하고자 하는 공작물에 따라 스핀들(200)의 RPM 회전 값을 공작기계에 부여하면 해당 RPM에 따라 발생하는 스핀들(200)의 질량 편심을 파라미터에서 읽어들이게 된다.

계속해서, 상기 파라미터에 의해 읽혀진 스핀들(200)의 질량 편심이 발생한 위치에 설치된 솔레노이드(122)가 작동하여 밸런싱을 맞추게 된다.

예컨대, 상기 스핀들(200)을 3,000RPM으로 동작시 질량 편심이 270°위치에서 (Y)g이 많거나 작은 경우, 270°부분에 위치하는 솔레노이드(122)를 작동시켜 무게 중심을 변경시켜 밸런싱을 맞추게 된다.

즉, 상기 스핀들(200)을 3,000RPM으로 동작시 질량 편심이 270°위치에서 (Y)g이 많거나 작은 경우, 270°부분에 위치하는 솔레노이드(122)가 작동하여 전자석이 되어 전자기력을 형성하게 된다.

이때, 상기 솔레노이드(122)의 전자기력에 의해 상기 유동 밸런싱 수단(130)을 구성하는 스틸 볼(131)을 끌어당겨 무게 중심을 변경시켜 밸런싱을 맞추게 된다.

여기서, 상기 솔레노이드(122)는 270°부분에 위치하는 하나 또는 복수 개가 동작할 수 있다.

또, 상기 스핀들(200)을 10,000RPM으로 동작시 질량 편심이 90°위치에서 (X)g이 많거나 작은 경우, 90°부분에 위치하는 솔레노이드(122)를 작동시켜 무게 중심을 변경시켜 밸런싱을 맞추게 된다.

즉, 상기 스핀들(200)을 10,000RPM으로 동작시 질량 편심이 90°위치에서 (X)g이 많거나 작은 경우, 90°부분에 위치하는 솔레노이드(122)가 작동하여 전자석이 되어 전자기력을 형성하게 된다.

여기서, 상기 솔레노이드(122)는 90°부분에 위치하는 하나 또는 복수 개가 동작할 수 있다.

한편, 상기 솔레노이드(122)에 전류의 공급을 차단하게 되면 전자석의 자력을 상실하게 되므로 스틸 볼(131)을 끌어당기는 힘을 잃게 된다.

이때, 상기 스프링(132)의 탄성 복원력에 의해 스틸 볼(131)은 원위치로 복귀하게 된다.

이러한 성질을 이용하면 상기 유동 밸런싱 수단(130)의 스틸 볼(131)의 유동을 전기적 신호로 제어할 수 있기 때문에 스핀들(200)의 질량 편심을 쉽게 조절할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 밸런싱 장치는 이와 같은 작용을 통해 스핀들이 저속 또는 고속으로 회전시 쉽고 원활하게 밸런싱을 맞출 수 있으므로 질량 편심으로 인해 발생하는 진동과 소음을 제거할 수 있는 것이다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 균등한 타 실시예로의 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

100 : 밸런싱 장치 110 : 밸런싱 부재
111 : 밸런싱 조절 홀 120 : 고정 밸런싱 수단
121 : 캡 121a : 수나사
122 : 솔레노이드 130 : 유동 밸런싱 수단
131 : 스틸 볼 132 : 스프링
200 : 스핀들

Claims

공작기계용 스핀들 밸런싱 장치에 있어서,
스핀들의 전방 측 또는 후방 측에 형성되고 원중심을 기준으로 원주면에는 원주를 따라 밸런싱 조절 홀이 복수 개가 방사상으로 형성되는 밸런싱 부재와;
상기 밸런싱 부재에 형성되는 복수 개의 밸런싱 조절 홀에 설치되어 스핀들의 질량 편심 발생시 밸런싱 조정을 돕는 역할을 하는 고정 밸런싱 수단과;
상기 고정 밸런싱 수단의 일 측에 형성되어 스핀들의 질량 편심 발생시 밸런싱을 조정토록 하는 유동 밸런싱 수단; 으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 공작기계용 스핀들 밸런싱 장치.
제1항에 있어서,
상기 밸런싱 조절 홀은 밸런싱 부재의 원중심을 기준으로 원주를 따라 복수 개가 방사상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 공작기계용 스핀들 밸런싱 장치.
제1항에 있어서,
상기 밸런싱 부재는 스핀들의 전방 측 또는 후방 측에 형성되거나 전, 후방 측에 형성되는 것을 특징으로 하는 공작기계용 스핀들 밸런싱 장치.
제1항에 있어서,
상기 고정 밸런싱 수단은 유동 밸런싱 수단의 이탈을 방지하기 위한 캡과 유동 밸런싱 수단의 유동을 위한 솔레노이드로 이루어지는 것을 특징으로 하는 공작기계용 스핀들 밸런싱 장치.
제1항에 있어서,
상기 유동 밸런싱 수단은 질량 편심을 바로잡기 위한 스틸 볼과 상기 스틸 볼을 탄성 지지하기 위한 스프링으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 공작기계용 스핀들 밸런싱 장치.
제4항에 있어서,
상기 캡은 밸런싱 조절 홀 내에 수용되는 유동 밸런싱 수단의 이탈을 방지하기 위한 것으로서, 외면에 밸런싱 조절 홀에 체결을 위한 수나사가 형성되는 것을 특징으로 하는 공작기계용 스핀들 밸런싱 장치.
제4항에 있어서,
상기 솔레노이드는 스핀들의 크기와 유동 밸런싱 수단의 무게에 따라 도선의 감는 수를 가감하는 것을 특징으로 하는 공작기계용 스핀들 밸런싱 장치.
제5항에 있어서,
상기 스틸 볼과 스프링은 필요에 따라 크기나 무게, 탄성력을 가감 형성하는 것을 특징으로 하는 공작기계용 스핀들 밸런싱 장치.
제1항 내지 제8항에 기재된 스핀들 밸런싱 장치 중, 어느 한 항의 스핀들 밸런싱 장치를 구비하는 공작기계.