KR20220117427A

KR20220117427A - 공작기계의 스핀들

Info

Publication number: KR20220117427A
Application number: KR1020210020796A
Authority: KR
Inventors: 조민제
Original assignee: 주식회사 디엔솔루션즈
Priority date: 2021-02-17
Filing date: 2021-02-17
Publication date: 2022-08-24

Abstract

본 발명은 컬럼에 이동 가능하게 설치되는 바디부;상기 바디부의 일측에 배치되어 상기 바디부와 연동하여 이동하면서 공작물을 가공하는 제1 스핀들;상기 바디부에 이동 가능하도록 상기 바디부의 타측에 설치되는 이송 바디부;상기 제1 스핀들과 폭방향으로 평행하도록 상기 이송 바디부의 내부에 배치되어 상기 이송 바디부와 연동하여 이동하면서 공작물을 가공하는 제2 스핀들; 및 상기 이송 바디부를 이송시키는 이송부;를 포함하고, 상기 이송 바디부가 상기 바디부에 대해 상하로 이동함에 따라 상기 제1 스핀들과 상기 제2 스핀들에 각각 클램핑되는 공구의 위치를 보정하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 스핀들에 관한 것이다.

Description

공작기계의 스핀들{Spindle of machine tool}

본 발명은 공작기계의 스핀들에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이송 바디부가 이송부를 통해 바디부에 강성 지지된 상태로 상하로 이동하며 제1 스핀들과 제2 스핀들에 각각 클램핑되는 공구의 길이를 보정하기 위한 공작기계의 스핀들에 관한 것이다.

일반적으로 공작기계라 함은 각종 절삭 가공방법 또는 비절삭 가공방법으로 금속/비금속의 공작물을 적당한 공구를 이용하여 원하는 형상 및 치수로 가공할 목적으로 사용하는 기계를 말한다.

터닝센터, 수직/수평 머시닝센터, 문형머시닝센터, 스위스 턴, 방전 가공기, 수평형 NC 보링머신, CNC 선반, 복합가공기 등을 비롯한 다양한 종류의 공작기계는 다양한 산업 현장에서 해당 작업의 용도에 맞게 널리 사용되고 있다.

공작기계 중 복합가공기란 선삭가공과 드릴, 탭핑, 밀링가공 등 가공형태가 다양한 가공을 수행하는 다기능의 자동공구교환장치(ATC)와 공구 매거진이 장착된 터닝센터를 의미한다. 복합가공기에서 작업자가 가공에 필요한 공구를 로딩하거나 교환시에 공구를 수동으로 공구 매거진에 장착한다.

일반적으로 현재 사용되고 있는 다양한 종류의 공작기계는 수치제어(numerical control, NC) 또는 CNC(computerized numericalcontrol) 기술이 적용되는 조작반을 구비하고 있다. 이러한 조작반은 다양한 기능스위치 또는 버튼과 모니터를 구비한다.

또한, 공작기계는 공작물인 소재가 안착되고 공작물 가공을 위해 이송하는 테이블, 가공전 공작물을 준비하는 팔렛트, 공구 또는 공작물이 결합되어 회전하는 주축, 공작물 등을 가공중에 지지하기 위한 심압대, 방진구 등을 구비한다.

일반적으로 공작기계에서 테이블, 공구대, 주축, 심압대, 방진구 등은 다양한 가공을 수행하기 위해 이송축을 따라 이송하는 이송유닛을 구비한다.

또한, 일반적으로 공작기계는 다양한 가공을 위하여 다수의 공구를 사용하게 되며, 다수의 공구를 수납보관하고 있는 공구 보관장소의 형태로 공구 매거진이나 터렛이 사용된다.

이러한 공작기계는 최근 작업능률을 향상시키기 위해 2축 이상의 다축 스핀들의 장착되는 추세이다.

이와 같은 2축 이상의 다축 스핀들로 가공소재를 가공할 때 중요한 부분은 각 스핀들이 바디부의 이동에 연동하여 이동하는 경우 또는 각 스핀들이 바디부와 연동하는 컬럼의 이동에 의해 이동되는 바디부에 연동하여 이동하는 경우에 컬럼과 결합되는 바디와 각각의 스핀들을 지지하는 바디가 서로 견고하게 결합되어 필요에 따라 이동하는 이동력에 의해 각각의 부품의 위치가 틀어지거나 이탈되지 않고 정확한 위치에 배치되도록 전체적인 스핀들의 강성이 유지되어야 한다.

또한, 2축 이상의 다축 스핀들로 가공소재를 가공할 때 중요한 부분은 각 스핀들에 결합된 공구의 길이를 동일하게 유지하는 것이다. 이는 각 스핀들에 결합된 공구의 마모나 스핀들의 열변위에 등에 의해 길이가 달라지게 되는 경우 동일한 치수의 가공 결과물을 얻을 수 없는 문제점이 발생하게 되기 때문이다.

도 1을 참조하면, 종래 공작기계의 스핀들은 컬럼(2)에 연동하게 설치되는 메인바디(10)와 고정 스핀들(30)을 결합 설치하기 위해 메인바디(10)의 일측에 설치되는 제1 서브바디(20)와 이동 스핀들(50)을 결합 설치하기 위해 메인바디(10)의 타측에 설치되는 제2 서브바디(40)로 총 3개의 바디로 구성되어 있다.

구체적으로 제1 서브바디(20)는 메인바디(10)에 볼트를 통해 조립되어 있고, 제2 서브바디(50)는 폭방향(X)으로 이격되게 설치되는 2개의 레일과 레일에 이동가능하게 설치되는 블록으로 구성되는 이동부(60)를 통해 상하로 이동 가능하게 메인바디(10)에 결합되어 있으며, 제2 서브바디(50)의 상하 이동에 의해 이동 스핀들에 클램핑되는 공구의 길이를 보정하였다.

이러한 종래 공작기계의 스핀들의 구조는 길이방향(Y축)으로 이동하며 가공을 하는 경우에는 레일과 레일에 이동가능하게 설치되는 블록으로 구성되는 이동부(60)를 통해 제2 서브바디를 고정할 수 있으나. 폭방향(X축)으로 이동하며 가공을 하는 경우에는 제2 서브바디를 직접적으로 고정하는 부위가 구비되어 있지 않아 가공시에 폭방향(X축)으로의 강성이 취약한 문제점이 있었다.

대한민국 공개특허공보 제10-2015-0121875호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 제1 스핀들과 제2 스핀들에 각각 클램핑되는 공구의 길이를 보정하기 위해 이송 바디부가 바디부에 상하로 이동 가능하도록 이송부가 구비되어 폭방향(X축)으로 가공을 하는 경우에도 이송 바디부가 바디부에 강성 지지됨에 따라 종국적으로 스핀들의 강성을 증대할 수 있는 공작기계의 스핀들을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 가공중에 발생되는 스핀들의 열변위에 의해 제1 스핀들과 제2 스핀들에 각각 클램핑된 공구의 길이가 변화되는 경우 쿨링유닛을 통해 제1 스핀들과 제2 스핀들에 공급되는 쿨링유의 량을 조절하여 제1 스핀들과 제2 스핀들에 각각 클램핑되는 공구의 길이를 가공중에 실시간으로 보정하여 동시가공되는 공작물의 품질을 향상시킬 수 있는 공작기계의 스핀들을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 공작기계의 스핀들은 컬럼에 이동 가능하게 설치되는 바디부;상기 바디부의 일측에 배치되어 상기 바디부와 연동하여 이동하면서 공작물을 가공하는 제1 스핀들;상기 바디부에 이동 가능하도록 상기 바디부의 타측에 설치되는 이송 바디부;상기 제1 스핀들과 폭방향으로 평행하도록 상기 이송 바디부의 내부에 배치되어 상기 이송 바디부와 연동하여 이동하면서 공작물을 가공하는 제2 스핀들; 및 상기 이송 바디부를 이송시키는 이송부;를 포함하고, 상기 이송 바디부가 상기 바디부에 대해 상하로 이동함에 따라 상기 제1 스핀들과 상기 제2 스핀들에 각각 클램핑되는 공구의 위치를 보정할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 스핀들의 바람직한 다른 실시예에서, 상기 바디부는, 상기 이송 바디부와 폭방향으로 내접하는 제1 내접면; 및 상기 이송 바디부에 길이방향으로 내접하는 제2 내접면;을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 스핀들의 바람직한 다른 실시예에서, 상기 이송부는, 상기 제1 내접면의 외측에 수직방향으로 연장 배치되는 제1 레일부를 구비하는 제1 이송부; 상기 제2 내접면의 내측에 수직방향으로 연장 배치되는 제2 레일부를 구비하는 제2 이송부; 및 상기 제2 내접면의 외측에 수직방향으로 연장 배치되는 제3 레일부를 구비하는 제3 이송부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 스핀들의 바람직한 다른 실시예에서, 상기 제1 이송부는 상기 제1 스핀들과 상기 제2 스핀들이 길이방향으로 이동할 때 상기 이송 바디부를 상기 바디부에 강성 지지시키고, 상기 제2 이송부와 상기 제3 이송부는 상기 제1 스핀들과 상기 제2 스핀들이 폭방향으로 이동할 때 상기 이송바디부를 상기 바디부에 강성 지지시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 스핀들의 바람직한 다른 실시예에서, 상기 제1 이송부는 상기 제1 레일부를 따라 이동 가능하게 설치되는 제1 블록;을 포함하고, 기 제2 이송부는 상기 제2 레일부를 따라 이동 가능하게 설치되는 제2 블록;을 포함하며, 상기 제3 이송부는 상기 제3 레일부를 따라 이동 가능하게 설치되는 제3 블록;을 포함하고, 상기 제1 블록과 상기 제2 블록 및 상기 제3 블록은 복수개로 형성되어 소정의 간격으로 이격되어 설치되되, 상기 제1 블록과 상기 제2 블록은 상기 제3 블록 보다 1개 이상 더 설치될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 스핀들의 바람직한 다른 실시예에서, 상기 제1 스핀들과 상기 제2 스핀들의 선단에 각각 설치되어 온도를 측정하는 센싱부; 및 상기 제1 스핀들 및 상기 제2 스핀들을 냉각시키는 쿨링유닛;을 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 스핀들의 바람직한 다른 실시예에서, 상기 쿨링유닛은, 상기 바디부에 설치되어 쿨링유가 유입되는 유입부; 상기 센싱부에서 측정된 상기 제1 스핀들의 온도와 상기 제2 스핀들의 온도의 차이에 따라 상기 제1 스핀들과 상기 제2 스핀들로 유동하는 쿨링유의 유량을 조절하는 유량조절 밸브; 상기 제1 스핀들과 상기 제2 스핀들의 내부에 각각 설치되어 상기 유량조절 밸브를 통해 유입되는 쿨링유가 유동하는 쿨링유로; 및 상기 쿨링유로를 유동한 후에 상기 바디부의 외부로 쿨링유를 배출시키는 유출부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 스핀들의 바람직한 다른 실시예에서, 상기 센싱부에서 각각 측정된 상기 제1 스핀들의 온도와 상기 제2 스핀들의 온도의 차이에 따라 상기 유입부를 통해 유입된 쿨링유가 상기 유량조절 밸브를 통해 상기 쿨링유로로 유동하는 쿨링유의 유량이 조절된 상태로 상기 제1 스핀들과 상기 제2 스핀들을 각각 순환함에 따라 상기 제1 스핀들과 상기 제2 스핀들에 각각 클램핑되는 공구의 위치를 가공중에 실시간으로 보정할 수 있다.

본 발명에 의한 공작기계의 스핀들은 이송부는 제1 스핀들과 제2 스핀들이 길이방향으로 이동할 때 이송 바디부를 상기 바디부에 강성 지지시킬 뿐만 아니라 제1 스핀들과 제2 스핀들이 폭방향으로 이동하는 경우에도 이송바디부를 바디부에 강성 지지함에 따라 종국적으로 2축 이상의 스핀들의 강성을 증대할 수 있고, 가공시 스핀들의 진동을 최소화함으로서 스핀들의 진동으로 발생될 수 있는 가공오류를 최소화하여 가공된 제품의 품질을 향상시키고, 균일한 품질의 제품을 지속적으로 가공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 스핀들은 스핀들의 열변위를 저감시키는 구조를 복합적으로 채용하여 공작기계의 스핀들의 열원을 효율적으로 차단함으로서 냉각효과를 극대화하여 온도상승에 의한 제1 스핀들과 제2 스핀들에 각각 클램핑된 공구의 길이가 변화되는 것을 실시간으로 보정하여 가공정밀도를 극대화할 수 있는 효과가 있다.

더욱이, 본 발명에 의한 공작기계의 스핀들은 종래의 공작기계의 스핀들이 세개의 바디로 구분되어 조립의 불편이 따르고, 전체적인 스핀들의 내구성이 저하되는 문제점을 해결하기 위해 바디부에 제1 스핀들을 배치하여 일체화함에 따라 작업편의성을 향상시키면서 전체적인 스핀들의 강성을 보강할 수 있을 뿐만 아니라, 이송부의 배치를 최적화하여 바디부의 이동방향(폭방향, 길이방향, 수직방향)에 따라 전체적인 스핀들의 강성이 취약해지는 것을 방지하여 공작기계의 내구성을 극대화 할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 공작기계의 스핀들의 평면도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 스핀들의 사시도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 스핀들의 평면도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 스핀들의 이송 바디부가 제거된 상태의 바디부의 사시도를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 스핀들의 이송 바디부가 제거된 상태의 바디부의 평면도를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 바디부가 제거된 상태의 이송 바디부의 사시도를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 스핀들의 바디부가 제거된 상태의 이송 바디부의 평면도를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 스핀들의 제2 스핀들의 단면도를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 스핀들의 후방 사시도를 나타낸다.

이하, 본 발명의 실시예에 의한 공작기계의 스핀들의 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시 예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 따라서 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다 (comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/ 또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

도 1은 종래 공작기계의 스핀들의 평면도를 나타내고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 스핀들의 사시도를 나타낸다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 스핀들의 평면도를 나타내고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 스핀들의 이송 바디부가 제거된 상태의 바디부의 사시도를 나타낸다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 스핀들의 이송 바디부가 제거된 상태의 바디부의 평면도를 나타내고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 바디부가 제거된 상태의 이송 바디부의 사시도를 나타낸다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 스핀들의 바디부가 제거된 상태의 이송 바디부의 평면도를 나타내고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 스핀들의 제2 스핀들의 단면도를 나타낸다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 스핀들의 후방 사시도를 나타낸다.

이하에서 사용하는 용어의 정의는 다음과 같다. "폭방향"이란 동일부재에서 가로방향, 즉 도 2, 도 4에서 X축 방향을 의미하고, "수직방향"이란 폭방향에 대해 직교하면서 동일부재에서 높이방향, 즉 도 2, 도 4에서 Z축 방향을 의미하며, "길이방향"이란 폭방향과 수직방향에 대해 직교하면서 동일부재에서 세로방향 즉 도 2, 도 4에서 Y축 방향을 의미한다.

도 2 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 스핀들 (1)을 설명한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 스핀들(1)은 바디부(100), 제1 스핀들(200), 이송 바디부(300), 제2 스핀들(400) 및 이송부(500)를 포함한다.

본 발명에서 공작기계는 공작물을 가공하는 모든 형태의 공작기계가 될 수 있다. 예를 들어 공작기계는 터닝센터, 수직/수평 머시닝센터, 문형머시닝센터, 스위스 턴, 방전 가공기, 수평형 NC 보링머신, CNC 선반 등으로 구성될 수 있다.

본 발명에서는 특히, 제1 스핀들(200)과 제2 스핀들(400)로 구성된 두 개의 스핀들을 통해 가공작업이 이루어지는 일 예를 기준으로 상세히 설명하지만. 스핀들의 개수는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로, 반드시 두 개의 스핀들에 한정되는 것은 아니며, 두 개 이상의 스핀들을 사용하는 공작기계에도 적용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 스핀들(1)의 바디부(100)는 컬럼(2)에 이동 가능하게 설치된다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만. 구체적으로 컬럼(2)은 베이스 또는 베드에 폭방향(즉, 도 2에서 X축 방향)으로 이동 가능하게 설치되고, 바디부(100)는 컬럼(2)에 수직방향(즉, 도 2에서 Z축 방향)으로 이동 가능하게 설치되어 다양하게 위치가 조절될 수 있다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 바디부(100)는 제1 내접면(110)과 제2 내접면(120)을 포함한다. 제1 내접면(110)은 바디부(100)에 이송 바디부(300)를 결합 설치되는 경우에 바디부(100)가 이송 바디부(300)와 폭방향(즉, 도 4에서 X축 방향)으로 내접하는 부분이고, 제2 내접면(120)은 바디부(100)에 이송 바디부(300)를 결합 설치되는 경우에 바디부(100)가 이송 바디부(300)와 길이방향(즉, 도 4에서 Y축 방향)으로 내접하는 부분이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 스핀들 (1)의 제1 스핀들(200)은 공작물을 가공하기 위해 선단에 공구(3)가 클램핑 되며, 바디부(100)의 일측에 배치되어 바디부(100)와 연동하여 이동하면서 공작물을 가공한다.

즉, 제1 스핀들(200)은 컬럼(2)이 폭방향(즉, 도 2에서 X축 방향)으로 이동한 결과 바디부(100)가 폭방향으로 이동하는 경우에는 바디부(100)의 이동에 연동하여 제1 스핀들(200)이 폭방향으로 이동할 수 있다.

또한, 제1 스핀들(200)은 바디부(100)가 수직방향(즉, 도 2에서 Z축 방향)으로 이동하는 경우에는 바디부(100)의 이동에 연동하여 제1 스핀들(200)이 수직방향으로 이동할 수 도 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 스핀들(1)의 이송 바디부(300)는 바디부(100)에 이동 가능하도록 바디부(100)의 타측에 설치된다.

구체적으로 이송 바디부(300)는 바디부(100)의 이동에 따라 함께 연동하여 이동된다. 즉, 상술한 바와 같이 바디부(100)가 폭방향으로 이동 및/또는 길이방향으로 이동하는 경우에 바디부(100)와 함께 폭방향으로 이동 및/또는 길이방향으로 이동하게 된다.

또한, 이송 바디부(300)는 바디부(100)에 수직방향으로 이동 가능하게 결합 설치된다. 이송 바디부(300) 수직방향으로 이동함에 따라 후술하는 바와 같이 제2 스핀들에 클램핑되는 공구의 위치를 보정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 스핀들(1)의 제2 스핀들(400)은 제1 스핀들(200)과 마찬가지로 공작물을 가공하기 위해 선단에 공구(3)가 클램핑 되고, 제1 스핀들(200)과 폭방향으로 평행하게 배치되어 공작기계의 스핀들(1)의 크기를 최소화할 수 있다.

또한, 제2 스핀들(400)은 이송 바디부(300)의 내부에 배치되며 이송 바디부(300)가 수직방향으로 이동하는 경우 이송 바디부(300)와 연동하여 이동하면서 공작물을 가공하게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 스핀들(1)의 이송부(500)는 이송 바디부(300)를 이송시키는 역할을 한다. 즉, 이송부(500)는 이송 바디부(300)가 바디부(100)에 대해 상하로 이동할 수 있도록 바디부(100)와 이송 바디부(300) 사이에 배치된다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 스핀들(1)은 이송 바디부(300)가 바디부(100)에 대해 상하로 이동함에 따라 제1 스핀들(200)과 제2 스핀들(400)에 각각 클램핑되는 공구의 위치를 보정할 수 있다.

2축 이상의 다축 스핀들로 공작물을 가공할 때 중요한 부분은 각 스핀들에 결합된 공구의 길이를 동일하게 유지하는 것이다. 이는 각 스핀들에 결합된 공구의 마모나 스핀들의 열변위에 등에 의해 길이가 달라지게 되는 경우 동일한 치수의 가공 결과물을 얻을 수 없는 문제점이 발생하게 되기 때문이다.

이에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 스핀들(1)은 이송부(500)를 통해 이송 바디부(500)를 견고하게 강성지지하면서 바디부(100)에 대해 이송 바디부(500)를 상하로 이동하여 제1 스핀들(200)과 제2 스핀들(400)에 각각 클램핑되는 공구(3)가 공작물을 직접적으로 가공하는 위치인 공구의 선단의 위치를 보정 할 수 있다.

반드시 이에 한정되는 것은 아니지만 예를 들어 바디부에 대해 이송 바디부를 상하로 약 10mm정도 이동하여 제1 스핀들(200)에 클램핑된 공구(3)의 선단의 위치와 평행한 위치에 제2 스핀들(400)에 클램핑된 공구(3)의 선단이 위치하도록 보정한 뒤 가공을 진행하게 되면 제1 스핀들과 제2 스핀들에 클램핑 된 공구의 선단이 동시에 공작물과 접촉되어 동일한 품질의 공작물을 정밀하게 가공할 수 있다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 스핀들(1)의 이송부(500)는 제1 이송부(510), 제2 이송부(520) 및 제3 이송부(530)를 포함한다. 반드시 이에 한정되는 것을 아니지만. 제1 이송부(510), 제2 이송부(520) 및 제3 이송부(530)는 바디부의 상부에 수직방향으로 연장배치되는 볼스크류와 볼스크류를 구동하는 모터에 의해 작동될 수 있다.

제1 이송부(510)는 제1 레일부(511)와 제1 블록(512)을 포함한다. 제1 레일부(511)는 바디부(100)의 제1 내접면(110)의 외측(도 4에서 폭방향으로 오른쪽의 바깥부분)에 수직방향으로 연장 배치되고, 제1 블록(512)은 제1 레일부(511)를 따라 이동 가능하게 설치된다.

제1 블록(512)은 이송 바디부(300)와 결합되고, 제1 레일부(511)상에 복수개로 설치되어 이송 바디부(300)를 Z축 방향으로 이동 시키면서 지지하는 기능을 수행한다.

제2 이송부(520)는 제2 레일부(521)와 제2 블록(522)을 포함한다. 제2 레일부(521)는 바디부(100)의 제2 내접면(120)의 내측(도 4에서 길이방향으로 오른쪽의 안쪽부분)에 수직방향으로 연장 배치되고, 제2 블록(522)은 제2 레일부(521)를 따라 이동 가능하게 설치된다.

제2 블록(522)은 이송 바디부(300)와 결합되고, 제2 레일부(521)상에 복수개로 설치되어 이송 바디부(300)를 Z축 방향으로 이동 시키면서 지지하는 기능을 수행한다.

제3 이송부(530)는 제3 레일부(531)와 제3 블록(532)을 포함한다. 제3 레일부(531)는 바디부(100)의 제2 내접면(120)의 외측(도 4에서 길이방향으로 왼쪽의 바깥부분)에 수직방향으로 연장 배치되고, 제3 블록(532)은 제3 레일부(531)를 따라 이동 가능하게 설치된다.

제3 블록(532)은 이송 바디부(300)와 결합되고, 제3 레일부(531)상에 복수개로 설치되어 이송 바디부(300)를 Z축 방향으로 이동 시키면서 지지하는 기능을 수행한다.

또한, 제1 블록(512)과 제2 블록(522) 및 제3 블록(532)은 복수개로 형성되어 소정의 간격으로 이격되어 설치되며, 제1 블록(512)과 제2 블록(522)은 제3 블록(532) 보다 1개 이상 더 설치될 수 있다.

예를 들어 제1 블록(512)과 제2 블록(522)이 3개로 이루어지는 경우에는 제3 블록은 2개로 이루어질 수 있다. 이에 따라 상대적으로 컬럼(2)에 인접한 부분에 위치하는 제1 블록(512)과 제2 블록(522)의 갯수를 제3 블록보다 1개 이상 더 많게 설치하여 컬럼(2)의 이동시에 이송 바디부(300)가 바디부(100)에 견고하게 결합되도록 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 스핀들(1)의 이송부(500)의 제1 이송부(510)는 제1 스핀들(200)과 제2 스핀들(400)이 길이방향으로 이동할 때 이송 바디부(300)를 바디부(100)에 강성 지지시킨다.

즉, 바디부(100) 및/또는 컬럼(2)의 이동에 의해 제1 스핀들(200)과 제2 스핀들(400)이 길이방향(도 4에서 Y축 방향)으로 이동하는 경우에 제1 스핀들(200)과 제2 스핀들(400)이 이동하는 방향의 반대방향으로 반작용의 힘이 발생되게 되고, 이러한 반작용의 힘을 제1 이송부(510)가 바디부(100)의 제1 내접면(110)의 외측(도 4에서 폭방향으로 오른쪽의 바깥부분)에 수직방향으로 연장배치되어 이송 바디부를 바디부에 견고하게 강성 지지(Rigid support)함에 따라 이송 바디부(300)가 바디부(100)에서 이탈되거나 틀어져서 부정확한 위치에 놓이는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 스핀들(1)의 이송부(500)의 제2 이송부(520)와 제3 이송부(530)는 제1 스핀들(200)과 제2 스핀들(400)이 폭방향으로 이동할 때 이송바디부를 바디부에 강성 지지시킨다.

즉, 바디부(100) 및/또는 컬럼(2)의 이동에 의해 제1 스핀들(200)과 제2 스핀들(400)이 폭방향(도 4에서 X축 방향)으로 이동하는 경우에 제1 스핀들(200)과 제2 스핀들(400)이 이동하는 방향의 반대방향으로 반작용의 힘이 발생되게 되고, 이러한 반작용의 힘을 제2 이송부(520) 및 제3 이송부(530)가 바디부(100)의 제2 내접면(120)의 내측과 외측(도 4에서 폭방향으로 왼쪽 안쪽부분과 오른쪽의 바깥부분)에 수직방향으로 연장배치되어 이송 바디부를 바디부에 견고하게 강성 지지(Rigid support)함에 따라 이송 바디부(300)가 바디부(100)에서 이탈되거나 틀어져서 부정확한 위치에 놓이는 것을 방지할 수 있다.

이처럼 본 발명에 의한 공작기계의 스핀들은 이송부는 제1 스핀들과 제2 스핀들이 길이방향으로 이동할 때 이송 바디부를 상기 바디부에 강성 지지시킬 뿐만 아니라 제1 스핀들과 제2 스핀들이 폭방향으로 이동하는 경우에도 이송바디부를 바디부에 강성 지지함에 따라 종국적으로 2축 이상의 스핀들의 강성을 증대할 수 있고, 가공시 스핀들의 진동을 최소화함으로서 스핀들의 진동으로 발생될 수 있는 가공오류를 최소화하여 가공된 제품의 품질을 향상시키고, 균일한 품질의 제품을 지속적으로 가공할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 스핀들은 종래의 공작기계의 스핀들이 세개의 바디로 구분되어 조립의 불편이 따르고, 전체적인 스핀들의 내구성이 저하되는 문제점을 해결하기 위해 바디부에 제1 스핀들을 배치하여 일체화함에 따라 작업편의성을 향상시키면서 전체적인 스핀들의 강성을 보강할 수 있을 뿐만 아니라, 이송부의 배치를 최적화하여 바디부의 이동방향(폭방향, 길이방향, 수직방향)에 따라 전체적인 스핀들의 강성이 취약해지는 것을 방지하여 공작기계의 내구성을 극대화 할 수 있다.

도 8 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 스핀들(1)은 센싱부(600)와 쿨링유닛(500)을 더 포함한다.

센싱부(600)는 제1 스핀들(200)과 제2 스핀들(400)의 온도를 각각 측정할 수 있도록 제1 스핀들(200)과 제2 스핀들(400)의 선단(도 8 에서 수직방향 아래쪽 끝 부분)에 각각 설치된다.

또한, 센싱부(600)에서 감지된 제1 스핀들(200)의 온도와 제2 스핀들(400)의 온도를 통해 제1 스핀들(200)과 제2 스핀들(400) 사이에 온도의 차이를 계산하여 후술하는 바와 같이 쿨링유닛의 유량조절 밸브를 통해 온도가 더 높은 스핀들에 쿨링유를 더 공급하여 온도가 올라가서 열변위가 발생된 부분의 온도를 더 낮춰주게 된다.

쿨링유닛(500)은 가공중에 열변위가 발생된 제1 스핀들(200) 및 제2 스핀들(400)을 냉각시키기 위해 설치된다. 쿨링유닛(500)은 유입부(710), 유량조절 밸브(720), 쿨링유로(730) 및 유출부(740)를 포함한다.

유입부(710)는 바디부(100)에 설치되어 쿨러 유닛에서 공급된 쿨링유가 유입되는 부분이다.

유량조절 밸브(720)는 센싱부(600)에서 측정된 제1 스핀들(200)의 온도와 제2 스핀들(400)의 온도의 차이에 따라 제1 스핀들과 제2 스핀들로 유동하는 쿨링유의 유량을 조절하는 역할을 한다.

도 5를 참조하면, 쿨링유로(730)는 유량조절 밸브(720)를 통해 제1 스핀들(200)의 온도와 제2 스핀들(400)의 온도의 차이에 따라 쿨링유의 량이 조절되어 유입되는 쿨링유가 유동하는 부분으로, 제1 스핀들(200)과 제2 스핀들(400)의 내부에 각각 설치되며, 전체적으로 제1 스핀들(200)과 제2 스핀들(400)을 각각 순환하여 냉각할 수 있도록 배치된다.

유출부(740)는 쿨링유로(730)를 유동한 후에 바디부(100)의 외부로 쿨링유를 배출시키 다시 쿨러 유닛으로 유동하는 부분으로 큘러유닛으로 유동된 냉각유는 다시 냉각 된 뒤 다시 순환된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 스핀들(1)은 센싱부(600)에서 각각 측정된 제1 스핀들(200)의 온도와 제2 스핀들(400)의 온도의 차이에 따라 유입부(710)를 통해 유입된 쿨링유가 유량조절 밸브(720)를 통해 쿨링유로(730)로 유동하는 쿨링유의 유량이 조절된 상태로 제1 스핀들(200)과 제2 스핀들(400)을 각각 순환함에 따라 제1 스핀들(200)과 제2 스핀들(400)에 각각 클램핑되는 공구(3)의 위치를 가공중에 실시간으로 보정할 수 있다.

2축 이상의 다축 스핀들로 공작물을 가공하는 경우 제1 스핀들에 클램핑된 공구의 선단의 위치와 제2 스핀들에 클램핑된 공구의 선단의 위치가 높이의 차이가 없도록 동일하게 평행한 위치에 오도록 상술한 이송부를 통해 이송 바디부를 상하로 이동한 뒤 가공과정을 수행하게 되면 동일한 품질의 공작물을 생산할 수 있다.

다만. 공구의 선단의 위치가 보정된 상태에서도 가공중에는 고속회전, 공구와 공작물과의 마찰등에 의해 열이 발생하게 되고, 발생된 열에 의해 변형이 발생되어 또다시 불균일한 공작물을 생산함에 따라 공작물의 품질이 저하될 수 있다.

즉, 완전하게 대칭을 이루는 2축 이상의 스핀들이라도 조립상태 및 베어링 예압에 따라 열변위가 달라질 수 있으며 정밀가공이 요구되는 공작기계의 가공에 있어 이러한 열변위에 의해 공구의 선단의 위치가 변화되면 동일한 치수의 가공 결과물을 얻을 수 없는 문제점이 발생하게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 스핀들(1)은 유량조절 밸브(720)를 통해 쿨링유로(730)로 유동하는 쿨링유의 유량이 조절된 상태로 제1 스핀들(200)과 제2 스핀들(400)을 각각 순환함에 따라 제1 스핀들(200)과 제2 스핀들(400)에 각각 클램핑되는 공구(3)의 위치를 가공중에 실시간으로 보정하여 공작물 가공의 오류를 최소화 하였다.

예를 들어 제1 스핀들의 온도가 30℃가 되고 제2 스핀들의 온도가 35℃가 되면 열변위에 따른 구조물의 변형이 발생되게 되고, 이러한 변형에 의해 수직방향(즉, 도 4의 Z축방향)으로 제1 스핀들에 클램핑된 공구의 선단의 위치와 제2 스핀들에 클램핑된 공구의 선단의 위치 사이에 약 20㎛이상의 차이가 생기게 된다.

이러한 경우에 쿨링조절 밸브를 통해 쿨링유의 양을 조절하여 제2 스핀들로 유입되는 쿨링유의 유량을 증대함에 따라 제2 스핀들을 상대적으로 더 냉각시킴으로서 제1 스핀들과 동일하거나 유사한 온도로 맞추어 공구 선당의 위치를 평행하게 보정시킨다.

이처럼 본 발명에 의한 공작기계의 스핀들은 스핀들의 열변위를 저감시키는 구조를 복합적으로 채용하여 공작기계의 스핀들의 열원을 효율적으로 차단함으로서 냉각효과를 극대화하여 온도상승에 의한 제1 스핀들과 제2 스핀들에 각각 클램핑된 공구의 길이가 변화되는 것을 실시간으로 보정하여 가공정밀도를 극대화할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술할 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

1 : 공작기계의 스핀들, 10 : 메인바디,
20 : 제1 서브바디, 30 : 고정 스핀들,
40 : 제2 서브바디, 50 : 이동 스핀들.
60 : 이동부,
100 : 바디부, 200 : 제1 스핀들,
300 : 이송 바디부, 400 : 제2 스핀들,
500 : 이송부, 600 : 센싱부,
700 : 쿨링유닛.

Claims

컬럼에 이동 가능하게 설치되는 바디부;
상기 바디부의 일측에 배치되어 상기 바디부와 연동하여 이동하면서 공작물을 가공하는 제1 스핀들;
상기 바디부에 이동 가능하도록 상기 바디부의 타측에 설치되는 이송 바디부;
상기 제1 스핀들과 폭방향으로 평행하도록 상기 이송 바디부의 내부에 배치되어 상기 이송 바디부와 연동하여 이동하면서 공작물을 가공하는 제2 스핀들; 및
상기 이송 바디부를 이송시키는 이송부;를 포함하고,
상기 이송 바디부가 상기 바디부에 대해 상하로 이동함에 따라 상기 제1 스핀들과 상기 제2 스핀들에 각각 클램핑되는 공구의 위치를 보정하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 스핀들.
제1항에 있어서,
상기 바디부는,
상기 이송 바디부와 폭방향으로 내접하는 제1 내접면; 및
상기 이송 바디부에 길이방향으로 내접하는 제2 내접면;을 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 스핀들.
제2항에 있어서,
상기 이송부는,
상기 제1 내접면의 외측에 수직방향으로 연장 배치되는 제1 레일부를 구비하는 제1 이송부;
상기 제2 내접면의 내측에 수직방향으로 연장 배치되는 제2 레일부를 구비하는 제2 이송부; 및
상기 제2 내접면의 외측에 수직방향으로 연장 배치되는 제3 레일부를 구비하는 제3 이송부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 스핀들.
제3항에 있어서,
상기 제1 이송부는 상기 제1 스핀들과 상기 제2 스핀들이 길이방향으로 이동할 때 상기 이송 바디부를 상기 바디부에 강성 지지시키고,
상기 제2 이송부와 상기 제3 이송부는 상기 제1 스핀들과 상기 제2 스핀들이 폭방향으로 이동할 때 상기 이송바디부를 상기 바디부에 강성 지지시키는 것을 특징으로 하는 공작기계의 스핀들.
제4항에 있어서,
상기 제1 이송부는 상기 제1 레일부를 따라 이동 가능하게 설치되는 제1 블록;을 포함하고,
상기 제2 이송부는 상기 제2 레일부를 따라 이동 가능하게 설치되는 제2 블록;을 포함하며,
상기 제3 이송부는 상기 제3 레일부를 따라 이동 가능하게 설치되는 제3 블록;을 포함하고,
상기 제1 블록과 상기 제2 블록 및 상기 제3 블록은 복수개로 형성되어 소정의 간격으로 이격되어 설치되되, 상기 제1 블록과 상기 제2 블록은 상기 제3 블록 보다 1개 이상 더 설치되는 것을 특징으로 하는 공작기계의 스핀들.
제1항에 있어서,
상기 제1 스핀들과 상기 제2 스핀들의 선단에 각각 설치되어 온도를 측정하는 센싱부; 및
상기 제1 스핀들 및 상기 제2 스핀들을 냉각시키는 쿨링유닛;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 스핀들.
제6항에 있어서,
상기 쿨링유닛은,
상기 바디부에 설치되어 쿨링유가 유입되는 유입부;
상기 센싱부에서 측정된 상기 제1 스핀들의 온도와 상기 제2 스핀들의 온도의 차이에 따라 상기 제1 스핀들과 상기 제2 스핀들로 유동하는 쿨링유의 유량을 조절하는 유량조절 밸브;
상기 제1 스핀들과 상기 제2 스핀들의 내부에 각각 설치되어 상기 유량조절 밸브를 통해 유입되는 쿨링유가 유동하는 쿨링유로; 및
상기 쿨링유로를 유동한 후에 상기 바디부의 외부로 쿨링유를 배출시키는 유출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 스핀들.
제7항에 있어서,
상기 센싱부에서 각각 측정된 상기 제1 스핀들의 온도와 상기 제2 스핀들의 온도의 차이에 따라 상기 유입부를 통해 유입된 쿨링유가 상기 유량조절 밸브를 통해 상기 쿨링유로로 유동하는 쿨링유의 유량이 조절된 상태로 상기 제1 스핀들과 상기 제2 스핀들을 각각 순환함에 따라 상기 제1 스핀들과 상기 제2 스핀들에 각각 클램핑되는 공구의 위치를 가공중에 실시간으로 보정하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 스핀들.