KR20230025167A - 회전수 제어장치가 구비된 공작 기계용 유니버설 헤드 유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제어 본체부와 결합되고, 내부에 메인 샤프트가 회전 가능하게 결합되고, 전방부에 상부 헤드의 회전각을 검출하는 메인 센서부재가 구성되는 메인 구동부; 상기 메인 구동부의 전방부에 결합되며, 상기 메인 샤프트와 연결되는 서브 샤프트가 구비되고, 내부에 하부 헤드의 회전각을 검출하는 서브 센서부재가 구성되는 상부 헤드; 상기 상부 헤드와 회전 가능하게 결합되도록 상기 서브 샤프트와 연결되는 스핀들이 구비되는 하부 헤드; 상기 메인 샤프트가 연결되고, 상기 메인 센서부재로부터 전송되는 상기 상부 헤드의 회전각 정보를 실시간으로 수신받아 상기 메인 샤프트의 회전 여부 및 회전수에 대한 제어가 이루어지도록 구성되는 제어 본체부; 및 상기 메인 센서부재와 서브 센서부재로부터 상부 헤드 및 하부 헤드의 회전각 정보를 수신받아 상기 메인 샤프트의 회전을 제어하는 제어부;를 포함하는 회전수 제어장치가 구비된 공작 기계용 유니버설 헤드 유닛에 관한 것이다.

Description

회전수 제어장치가 구비된 공작 기계용 유니버설 헤드 유닛{Universal head unit for machine tools with speed control}

본 발명은 회전수 제어장치가 구비된 공작 기계용 유니버설 헤드 유닛에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 공작물을 가공하기 위한 공구를 각도 조절시 메인 샤프트의 각도 조절에 대한 제어가 용이하고 정밀하게 이루어질 수 있도록 하는 회전수 제어장치가 구비된 공작 기계용 유니버설 헤드 유닛에 관한 것이다.

예컨대, 터닝 센터(Turning Center), 머시닝 센터(Machining Center), 스위스 턴, 방전 가공기(Electrical Discharge Machine), 보링 머신(Boring Machine) 또는 CNC 선반을 포함하는 공작 기계는 공작물을 가공하기 위한 기계를 지칭하고 있으며, 밀링커터(Milling Cutter)나 비트(Bit) 또는 드릴(Drill) 등의 공구를 이용하여 공작물을 절단하거나 절삭 또는 연삭 가공하고 있다.

따라서 공작 기계는 공작물을 다양한 공간과 각도에서 다양한 형상으로 가공하기 위한 유니버설 헤드 유닛(Universal head units)이 장착되어 운용되고 있다.

상기 공작 기계용 유니버설 헤드 유닛은 공구가 장착되는 일종의 공구 설치대로써, 새들(Saddle)을 포함하는 어태치먼트(Attachment)를 이용하여 공작 기계에 장착되고 있으며, 이에 따라 공작물의 가공위치에 알맞게 다양한 방향으로의 움직임이 가능하다.

일예로, 대한민국 등록특허 제10-1237779호에는, 내부에 샤프트(11)가 설치되는 지지체(10); 상기 지지체(10)에 제1축을 중심으로 회전 가능하게 장착되는 상부 헤드(20); 상기 상부 헤드(20)에 제2축을 중심으로 회전 가능하게 장착되는 하부 헤드(30); 상기 하부 헤드(30)의 내부에 설치되며, 상기 샤프트(11)의 동력 전달에 의해 제3축을 중심으로 회전 동작되는 스핀들(40); 상기 샤프트(11)의 회전 구동에 따라 상기 상부 헤드(20)를 제1축을 중심으로 회전 동작시키는 제1가동유닛(61, 62); 및 상기 샤프트(11)의 회전 구동에 따라 상기 하부 헤드(30)를 상기 제2축을 중심으로 회전 동작시키는 제2가동유닛(71)을 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계용 선회형 헤드가 게재된 바 있다.

그러나 전술한 종래 기술에 따른 공작기계용 선회형 헤드는 상기 지지체(10)와 상기 상부 헤드(20)의 사이에 설치되며, 상기 상부 헤드(20)의 직선 이동에 따라 상부 헤드(20)의 회전을 구속 또는 구속 해제시키는 제1커플링(81)과, 상기 상부 헤드(20)와 하부 헤드(30)의 사이에 설치되며, 상기 하부 헤드(30)의 직선 이동에 따라 상기 하부 헤드(30)의 회전을 구속 또는 구속 해제시키는 제2커플링(82)이 더 구성되는 것으로, 이는 제1,2 커플링(81, 82)이 상부 헤드(20) 및 하부 헤드(30)의 기어 구조에 의해 치합되거나, 치합이 해제됨에 따라 상부 헤드(20) 및 하부 헤드(30)의 회전을 제한하도록 되어 있어 이들의 반복 치합으로 맞물리는 기어가 마모될 경우 백래쉬(Backlash)가 발생하여 스핀들의 각도를 정밀하게 조절할 수 없어 공작물의 가공정밀도를 떨어뜨리는 결과를 초래하고 있다.

또한, 제1,2 가동유닛에 의해 상부 헤드(20) 및 하부 헤드(30)를 밀어 제1,2 커플링(81, 82)과의 치합상태를 해제 하도록 되어 있어 스핀들(40)의 각도조절에 따른 사이클 타임(Cycle time)이 길어져 고가장비의 가동률을 떨어뜨리는 문제점도 있다.

대한민국 등록특허 제10-1237779호

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 전술한 배경기술에 의해서 안출된 것으로, 공작물을 가공하기 위한 공구를 각도 조절시 메인 샤프트의 각도 조절에 대한 제어가 용이하고 정밀하게 이루어질 수 있도록 하는 회전수 제어장치가 구비된 공작 기계용 유니버설 헤드 유닛을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 공작물을 가공하기 위한 공구를 다양한 각도로 조절이 이루어질 때 발생하는 백래쉬를 방지하여 스핀들의 각도를 더욱 정밀하게 조절할 수 있도록 하는 회전수 제어장치가 구비된 공작 기계용 유니버설 헤드 유닛을 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어 본체부와 결합되고, 내부에 메인 샤프트가 회전 가능하게 결합되고, 전방부에 상부 헤드의 회전각을 검출하는 메인 센서부재가 구성되는 메인 구동부; 상기 메인 구동부의 전방부에 결합되며, 상기 메인 샤프트와 연결되는 서브 샤프트가 구비되고, 내부에 하부 헤드의 회전각을 검출하는 서브 센서부재가 구성되는 상부 헤드; 상기 상부 헤드와 회전 가능하게 결합되도록 상기 서브 샤프트와 연결되는 스핀들이 구비되는 하부 헤드; 상기 메인 샤프트가 연결되고, 상기 메인 센서부재로부터 전송되는 상기 상부 헤드의 회전각 정보를 실시간으로 수신받아 상기 메인 샤프트의 회전 여부 및 회전수에 대한 제어가 이루어지도록 구성되는 제어 본체부; 및 상기 제어 본체부에 구성되고, 상기 메인 센서부재와 서브 센서부재로부터 상부 헤드 및 하부 헤드의 회전각 정보를 수신받아 상기 메인 샤프트의 회전을 제어하고, 상기 백래쉬 방지부재의 구동을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어 본체부는, 상기 메인 샤프트의 스플라인이 결합되는 회전 샤프트; 상기 제어부의 제어에 따라 상기 회전 샤프트를 회전시키는 구동모터; 상기 회전 샤프트의 회전수를 상기 제어부로 전송하는 제1엔코더; 상기 메인 샤프트와 상기 회전 샤프트의 회전 속도에 대한 차이값의 검출이 이루어지도록 상기 스플라인의 회전수에 대한 정보를 제공하는 회전수 제어 장치; 상기 회전수 제어 장치를 구동시키는 기어 구동수단; 및 상기 회전수 제어 장치와 연결되며, 상기 메인 샤프트의 회전수 정보를 전달받아 상기 차이값을 검출하는 제2엔코더;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 회전수 제어 장치는, 상기 스플라인의 외주면이 결합되는 고정 기어부와, 상기 기어 구동수단에 의해 상기 고정 기어부와 선택적으로 기어 결합이 이루어지며, 상기 고정 기어부의 회전수를 전달하는 회전기어와, 상기 기어 구동수단에 의해 상기 회전기어와 선택적으로 기어 결합이 이루어지고, 상기 고정 기어부의 회전수를 상기 제2엔코더측으로 전달하는 전달기어를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 메인 구동부는 제어 본체부 및 상부 헤드와 각각 결합되는 외측 메인 구동본체; 상기 제1외측 메인 구동본체의 내부에 결합되는 내측 메인 구동본체; 상기 제1내측 메인 구동본체의 내부에 삽입되며, 소정의 유압을 공급받아 메인 샤프트의 회전의 제어가 이루어지도록 구성되는 제1외측 유압 하우징; 상기 제1외측 유압 하우징의 내주면에 삽입 및 결합되며, 상기 유압의 공급시 메인 샤프트측으로 소정의 가압력을 제공하고, 상기 백래쉬 방지부재가 장착되는 제1내측 유압 하우징; 상기 제1내측 유압 하우징의 전방측 단부에 결합되며, 메인 샤프트의 백래쉬를 저감시키는 댐퍼부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 메인 구동부는, 상기 외측 및 내측 메인 구동본체 사이에 구성되며, 상기 제1외측 유압 하우징을 가압하여 공급되는 유체의 누설을 방지하고, 상기 유압이 일정하게 유지될 수 있도록 지지하는 메인 클램프; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 메인 샤프트 및 서브 샤프트의 외주면에 각각 장착되며, 상기 제어부의 제어에 따라 축 방향 이동이 이루어지면서 상기 메인 샤프트 및 서브 샤프트의 백래쉬를 저감시켜 상기 스핀들의 각도를 정밀하게 조절할 수 있도록 구성되는 백래쉬 방지부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 상부 헤드에는 상기 서브 샤프트가 구비되며, 상기 백래쉬 방지부재가 장착되는 제2내측 유압 하우징과, 상기 상부 헤드에 구성되는 외측 및 내측 메인 구동본체 사이에 구성되며, 제2외측 유압 하우징을 가압하여 공급되는 유체의 누설을 방지하고, 상기 유압이 일정하게 유지될 수 있도록 지지하는 서브 클램프가 더 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 백래쉬 방지부재는, 상기 메인 샤프트 및 서브 샤프트에 각각 구성되는 메인 베벨기어와 서브 베벨기어의 후방부에 밀착되게 구성되는 후방 가압부재와, 상기 후방 가압부재를 작동시키는 가압 작동수단으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 가압 작동수단은, 상기 후방 가압부재를 가압하거나, 가압된 상태를 해제하는 가동 하우징과, 상기 가동 하우징의 이동이 이루어지도록 상기 가동 하우징에 구성되는 제1구동 작동수단과, 상기 제1구동 작동수단을 작동시키는 제2구동 작동수단으로 구성되는 가압 작동부재와, 상기 제2구동 작동수단이 결합되는 지지 하우징과, 상기 제2구동 작동수단의 작동을 제어하는 가압 제어부와, 상기 가동 하우징의 이동 범위를 제한하는 밀폐 플랜지를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시 예에 따르면, 공작물을 가공하기 위한 공구를 각도 조절시 메인 샤프트의 각도 조절에 대한 제어가 용이하고 정밀하게 이루어질 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 일실시 예에 따르면, 공작물을 가공하기 위한 공구를 다양한 각도로 조절이 이루어질 때 발생하는 백래쉬를 방지하여 스핀들의 각도를 더욱 정밀하게 조절할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 공작 기계용 유니버설 헤드 유닛을 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 회전수 제어장치가 구비된 공작 기계용 유니버설 헤드 유닛을 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 공작 기계용 유니버설 헤드 유닛을 나타낸 요부 확대도,
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 메인 구동부를 나타낸 확대도,
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 회전수 제어장치가 구비된 공작 기계용 유니버설 헤드 유닛의 제어 본체부를 나타낸 도면이다.

본 발명의 특이한 관점, 특정한 기술적 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 구체적인 내용과 일실시 예로부터 더욱 명백해 질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 일 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

이하, 본 발명의 일 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 회전수 제어장치가 구비된 공작 기계용 유니버설 헤드 유닛은 메인 구동부(100), 백래쉬 방지부재(200), 상부 헤드(300), 하부 헤드(400) 및 제어 본체부(500)를 포함하여 구성된다.

메인 구동부(100)는 후방부가 제어 본체부(500)와 결합되고, 전방부로 상부 헤드(300)와 결합되며, 내부로 상부 헤드(300)를 회전시키는 메인 샤프트(102)의 회전 작동을 지지하도록 제어 본체부(500)와 연결되게 구성된다.

이러한 메인 구동부(100)는 제어 본체부(500) 및 상부 헤드(300)와 각각 결합되는 외측 메인 구동본체(110)와, 외측 메인 구동본체(110)의 내부에 결합되고, 전방측 상부로 센서 장착부가 구성되는 내측 메인 구동본체(120)와, 내측 메인 구동본체(120)의 내부에 삽입되며, 제어 본체부(500)와 연결되어 소정의 유압을 공급받아 메인 샤프트(102)의 회전의 제어가 이루어지도록 구성되는 제1외측 유압 하우징(130)과, 제1외측 유압 하우징(130)의 내주면에 삽입 및 결합되며, 중앙으로 메인 샤프트(102)가 관통하고, 공급되는 유압의 압력에 의해 메인 샤프트(102)측으로 소정의 가압력을 제공하는 제1내측 유압 하우징(140)과, 제1내측 유압 하우징(140)의 전방측 단부에 결합되며, 메인 샤프트(102)의 백래쉬를 저감시키는 댐퍼부재(150)와, 외측 및 내측 메인 구동본체(110, 120) 사이에 구성되며, 제1외측 유압 하우징(130)을 가압하여 공급되는 유체의 누설을 방지하고, 상기 유체의 압력이 일정하게 유지될 수 있도록 지지하는 메인 클램프(160) 및 상기 내측 메인 구동본체(120)의 전방측 단부에 장착되며, 상부 헤드(300)의 회전각을 검출하여 제어부(600)로 전송하는 메인 센서부재(170)를 포함하여 구성된다.

여기서, 메인 샤프트(102)는 그 전방부로 상부 헤드(300)에 구성되는 서브 샤프트(302)와 연결되어 제어부(600)의 제어에 따라 회전 작동이 이루어지는 것으로, 상기 서브 샤프트(302)에 구성되는 제1서브 베벨기어(304)와 기어 결합되는 메인 베벨기어(104)와, 이 메인 베벨기어(104)가 분리 가능하게 결합되는 기어 결합부(106)를 포함하여 구성된다.

또한, 메인 샤프트(102)는 후방부측 끝단부에 후술할 제어 본체부(500)의 회전 샤프트(502)와의 결합이 이루어지도록 구성되는 스플라인(102a)이 구성된다.

외측 메인 구동본체(110)는 후방측 외면으로 상기 제어 본체부(500)와 결합되며, 이 제어 본체부(500)에 내장되는 제어부(600)와 메인 센서부재(170) 간의 전기적 연결이 이루어지도록 지지하는 한편, 메인 클램프(160)의 장착 및 이 메인 클램프(160)측으로 소정의 유체를 공급하여 유체에 의한 압력이 형성되도록 구성된다.

이러한 외측 메인 구동본체(110)는 전방측 단부에 구비되는 메인 센서부재(170)를 보호하는 센서커버(112)와, 이 센서커버(112)의 내부에 내장되며, 메인 센서부재(170)의 고정력을 향상시킴과 동시에 외부 충격으로부터 보호하는 절연커버(114) 및 메인 클램프(160)측으로 유체를 공급하여 소정의 압력이 형성되도록 하는 충진부(116)를 포함하여 구성된다.

이때, 센서커버(112)는 외측 메인 구동본체(110)의 전방측 단부와 분리 가능하게 결합되며, 결합시 절연커버(114)를 가압하여 메인 센서부재(170)와의 긴밀한 결합이 이루어지도록 구성될 수 있다.

내측 메인 구동본체(120)는 외측 메인 구동본체(110)의 관통된 중앙부에 배치되며, 상기 외측 메인 구동본체(110)와 삽입에 의한 결합이 이루어지도록 구성되어 제1외측 유압 하우징(130)의 작동을 지지하는 구성요소이다.

이러한 내측 메인 구동본체(120)는 후술할 서브 샤프트(302)의 회전각을 검출하는 서브 센서부재(370)와 제어부(600) 간의 전기적 연결이 이루어지도록 케이블 등이 통과하는 케이블 수용홈(122)이 형성된다.

또한, 내측 메인 구동본체(120)는 중앙부가 관통되게 형성되어 제1외측 유압 하우징(130)과 제1내측 유압 하우징(140)이 서로 대향하는 방향으로 삽입되도록 구성되고, 제1외측 유압 하우징(130)을 통해 공급되는 유체의 누설을 차단하도록 구성된다.

제1외측 유압 하우징(130)은 내측 메인 구동본체(120)의 후방부에 삽입되며, 내면으로 제어부(600)의 제어에 따라 일정량의 유체를 공급하는 유압 공급장치와 연결되는 유압 공급부(132)가 형성된다.

이러한 제1외측 유압 하우징(130)은 외주면으로 공급되는 유체의 누설을 방지하기 위한 누설 방지수단이 구비됨이 바람직하다.

또한, 제1외측 유압 하우징(130)은 그 전방측 내면부로 공급되는 유체의 토출이 이루어지면서 소정의 유압이 형성되는 유압 형성부(134)를 구성하고, 이 유압 형성부(134)에 의해 제1내측 유압 하우징(140)을 메인 샤프트(102)측으로 가압하여 메인 샤프트(102)의 회전 작동에 대한 제어, 즉 브레이킹 작동이 이루어지도록 구성된다.

제1내측 유압 하우징(140)은 내측 메인 구동본체(120)의 전방부로부터 삽입이 이루어지며, 외면부가 제1외측 유압 하우징(130)의 내주면에 삽입이 이루어지면서 상기 유압 형성부(134)의 공간이 밀폐력을 가지도록 구성된다.

즉, 유압 형성부(134)로 유체가 공급되면, 제1외측 유압 하우징(130)의 외면이 내측 메인 구동본체(120)의 내주면에 밀착이 이루어지면서 제1내측 유압 하우징(140)의 가압이 이루어지도록 함으로써, 제1외측 유압 하우징(130)의 내주면과 제1내측 유압 하우징(140)의 외주면은 서로 밀착된 상태를 유지하면서 메인 샤프트(102)의 회전에 대한 제어가 이루어지도록 구성되는 것이다.

아울러, 제1내측 유압 하우징(140)은 그 전방측 내주면으로 메인 샤프트(102)의 회전 작동을 지지하는 베어링 부재가 삽입되고, 이 베어링 부재의 전방부에 밀착되며 메인 샤프트(102)와 서브 샤프트(302) 간의 구동시 발생하는 백래쉬를 저감시키는 댐퍼부재(150)가 구성된다.

댐퍼부재(150)는 메인 샤프트(102)의 후방부와 베어링 부재의 전방부 사이에 구성되며, 소정의 탄성력에 의해 상기 메인 샤프트(102)와 베어링 부재를 각각 가압하고, 메인 샤프트(102)의 회전 작동시 발생하는 축방향에 대한 유격을 감소시키는 것으로, 메인 샤프트(102)의 구동시 발생하는 백래쉬를 저감시키며 이로 인한 스핀들의 정밀한 각도 조절이 가능하도록 구성된다.

이러한 댐퍼부재(150)는 댐퍼 하우징(152)에 장착되며, 상기 댐퍼 하우징(152)은 제1내측 유압 하우징(140)에 고정 결합되어 댐퍼부배(150)의 위치가 안정적으로 고정될 수 있도록 지지한다.

메인 클램프(160)는 제1외측 유압 하우징(130)측으로 유체의 공급이 이루어질 때, 유체 공급부로부터 일정량의 유체를 공급받으며, 공급되는 유체에 의해 소정의 압력을 형성하면서 제1외측 유압 하우징(130)의 브레이킹 작동이 이루어질 때, 이 제1외측 유압 하우징(130)과 제1내측 유압 하우징(140)이 서로 긴밀하게 밀착된 상태를 유지하면서 작동이 이루어지도록 지지하는 역할을 한다.

이러한 메인 클램프(160)는 그 상부면으로 공급되는 유체가 수용되면서 소정의 가압력이 형성될 수 있도록 구성되는 그 상부면으로 압력 형성부가 형성된다.

메인 센서부재(170)는 상기 내측 메인 구동본체(120)의 전방측 단부에 장착되며, 상부 헤드(300)의 회전각을 검출하여 제어부(600)로 전송하는 것으로, 메인 샤프트(102)의 회전 작동으로 인해 상부 헤드(300)가 회전하는 경우, 이 상부 헤드(300)의 회전 각도에 대한 정보를 검출하여 제어부(600)로 전송하여 상부 헤드(300)가 설정된 회전 각도 만큼 회전이 이루어진 경우, 유압 공급장치의 구동을 제어하여 메인 샤프트(110)의 회전이 중단되도록 구성되는 것이다.

이때, 메인 센서부재(170)는 제1 리드선(502)을 통해 제어부(600)에 신호를 전송하게 된다.

한편, 서브 센서부재(370) 역시 전술하나 메인 센서부재(170)와 마찬가지로 상기 서브 샤프트(302)의 회전으로 하부 헤드(400)가 설정된 회전각만큼 회전하는 경우, 상기 서브 샤프트(302)의 회전이 중단되도록 하는 역할을 하는 것으로, 상부 헤드(300)의 상부에 설치되며, 하부 헤드(400)의 회전각을 검출하여 제2 리드선(504)을 통해 제어부(600)에 신호를 전송하도록 구성된다.

이때, 제어부(600)는 상부 헤드(300)에 장착되어 있는 서브 클램프(360)와 제2외측 유압 하우징(330) 및 제2내측 유압 하우징(340)의 작동을 위해 유압 공급장치의 구동을 제어하도록 구성될 수 있다.

백래쉬 방지부재(200)는 메인 구동부(100)와 상부 헤드(300)에 각각 구성되는 메인 샤프트(102) 및 서브 샤프트(304)의 외주면에 장착되며, 바람직하게는 제1 및 제2내측 유압 하우징(140, 340)의 내주면에 삽입되어 제어부(600)의 제어에 따라 축 방향 이동이 이루어지면서 상기 메인 샤프트(102) 및 서브 샤프트(304)의 백래쉬를 저감시켜 스핀들(410)의 각도를 더욱 정밀하게 조절할 수 있도록 구성되는 것으로, 후방 가압부재(202) 및 가압 작동수단(204)을 포함하여 구성된다.

후방 가압부재(202)는 메인 샤프트(102) 및 서브 샤프트(302)에 각각 구성되는 메인 베벨기어(104)와 서브 베벨기어(304)의 후방부에 밀착되게 안착되며, 가압 작동수단(204)의 구동시 메인 베벨기어(104) 및 서브 베벨기어(304)를 각각 전방측으로 밀어주어 메인 베벨기어(104)와 서브 베벨기어(304), 서브 베벨기어(304)와 기어 결합이 이루어지는 스핀들(410) 간의 유격을 감소시켜 백래쉬를 저감시키는 역할을 하는 것으로, 탄성 가압부재(210), 탄성 고정 플랜지(220) 및 밀착링(230)을 포함하여 구성된다.

탄성 가압부재(210)는 전술한 바와 같이, 그 전방부가 메인 베벨기어(104) 및 서브 베벨기어(304)의 후방부에 밀착되게 구성된다.

탄성 고정 플랜지(220)는 탄성 가압부재(210)의 후방부에 배치되며, 고정볼트 등과 같은 결합수단을 통해 탄성 가압부재(210)와 결합되며, 그 후방측 단부에 밀착링(230)이 밀착되게 구성되어 이 밀착링(230)을 가압하는 가압 작동수단(240)의 가동 하우징(260)의 작동 여부에 따라 탄성 가압부재(210)의 위치 조절이 이루어지도록 구성된다.

이때, 탄성 고정 플랜지(220)는 메인 샤프트(102) 및 서브 샤프트(304)의 축 방향을 따라 이동이 이루어지도록 구성된다.

가압 작동수단(204)은 후방 가압부재(202)를 가압하여 베벨기어들 간의 유격을 감소시킬 수 있도록 하는 것으로, 밀착링(230)의 후방부에 배치되며, 메인 샤프트(102) 및 서브 샤프트(304)의 축 방향으로 이동하면서 밀착링(230)을 가압하거나, 가압된 상태를 해제하는 가동 하우징(260)과, 이 가동 하우징(260)의 이동이 이루어지도록 구동하는 가압 작동부재(240)와, 가압 작동부재(240)의 작동을 지지하는 지지 하우징(250)과, 지지 하우징(250)에 결합된 가압 작동부재(240)의 작동을 제어하는 가압 제어부(280) 및 가동 하우징(260)의 이동 범위를 제한하는 밀폐 플랜지(270)를 포함하여 구성된다.

여기서, 가동 하우징(260)은 그 전방부가 밀착링(230)에 접촉된 상태를 유지하고, 전방측 외주면으로 가압 작동부재(240)의 제1구동 작동수단(242)이 장착되어 이 제1구동 작동수단(242)의 작동 여부에 따라 메인 샤프트(102)의 축방향으로의 이동이 이루어지도록 구성된다.

또한, 가압 작동부재(240)는 가압 제어부(280)의 제어에 따라 가동 하우징(260)의 이동이 이루어지도록 구성되는 제1구동 작동수단(242)과, 지지 하우징(250)에 결합되며, 가압 제어부(280)와 연결되어 이 가압 제어부(280)의 제어에 따라 제1구동 작동수단(242)을 작동시키는 제2고정 작동수단(244)으로 구성된다.

제1 및 제2구동 작동수단(242, 244)은 자성체 및 스프링으로 구성될 수 있으며, 바람직하게는 제1구동 작동수단(242)은 통상의 영구자석으로 이루어질 수 있고, 제2구동 작동수단(242)은 상기 영구자석과 동일한 극을 발산하거나, 또는 다른 극의 발산이 이루어지도록 전자석으로 구성될 수 있다.

이에, 가압 제어부(280)가 메인 베벨기어(104), 또는 서브 베벨기어(304)의 백래쉬를 저감시키기 위해 제어부(600)로부터 구동 신호가 전송되는 경우, 상기 메인 베벨기어(104), 또는 서브 베벨기어(304) 중 어느 하나, 또는 둘 모두에 대한 유격을 저감시키도록 구성될 수 있을 것이다.

일 예로, 가압 제어부(280)의 제어를 통해 메인 샤프트(102)에 구성되어 있는 제2구동 작동수단(242)이, 마찬가지로 메인 샤프트(102)에 구성되어 있는 제1구동 작동수단(242)의 자력과 동일한 형태의 자력이 발산되도록 제어하는 경우, 자력의 밀어주는 힘에 의해 가동 하우징(260)이 이동하면서 후방 가압부재(202)의 탄성 가압부재(210)측으로 소정의 가압력이 전달되어 메인 베벨기어(104)와 서브 베벨기어(304) 간의 유격을 저감시키도록 구성되는 것이다.

제어 본체부(500)는 메인 샤프트(102)가 연결되고, 상기 메인 센서부재(170)로부터 전송되는 상부 헤드(300)의 회전각 정보를 실시간으로 수신받아 메인 샤프트(102)의 회전 여부 및 회전수에 대한 제어가 이루어지도록 구성되는 것으로, 회전 샤프트(502), 구동모터(504), 제1엔코더(510), 제1샤프트 커버(520), 제2샤프트 커버(530), 회전수 제어 장치(550), 제2엔코더(570) 및 제어부(600)를 포함하여 구성된다.

회전 샤프트(502)는 메인 샤프트(102)의 스플라인(102a)과 연결되고, 동력 전달 부재(506)에 의해 구동모터(504)와 연결되게 구성되어, 구동모터(504)의 구동시 메인 샤프트(102)를 회전시키는 역할을 한다.

이러한 회전 샤프트(502)는 커플링(512)에 의해 제1엔코더(510)와 연결되게 구성된다. 이때, 제1엔코더(510)는 회전 샤프트(502)의 회전수를 검출하여 제어부(600)로 전송하여 메인 샤프트(102)의 회전수에 대한 제어가 이루어지도록 구성된다.

즉, 제1엔코더(510)는 상부 헤드(300)의 회전 각도의 설정이 이루어지는 경우, 메인 샤프트(102)가 설정된 회전 각도 만큼 회전이 이루어지도록 회전 샤프트(502)의 회전수(또는, 회전량)를 제어부(600)로 전송하고, 제어부(600)에서는 구동모터(504)의 구동에 대한 제어가 이루어지도록 구성되는 것이다.

제1샤프트 커버(520)는 회전 샤프트(502)가 회전 가능하게 결합되고, 이 회전 샤프트(502)의 회전 작동을 지지한다.

제1샤프트 커버(520)는 그 전방측 일면으로 제2엔코더(570)와, 이 제2엔코더(570)와 연결되는 각도 조절장치(550)의 전달기어(556)가 장착된다.

제2샤프트 커버(530)는 제1샤프트 커버(520)의 전방부에 배치되며, 메인 샤프트(102)의 끝단부가 삽입되도록 구성되고, 이 메인 샤프트(102)의 회전 작동을 지지하는 것으로, 스플라인(102a)이 관통하면서 회전 샤프트(502)와의 결합이 이루어지도록 지지한다.

이때, 제2샤프트 커버(530)는 제1샤프트 커버(520)로부터 소정 간격 이격되게 배치되어, 회전수 제어 장치(550)의 장착 및 구동이 이루어질 공간이 마련될 수 있도록 구성된다.

또한, 제2샤프트 커버(530)에는 외주면 상측으로 회전수 제어 장치(550)의 회전기어(554)를 슬라이딩 이동시켜 제2엔코더(570)와 연결된 전달기어(556)와의 기어 결합이 이루어지도록 하는 기어 구동수단(560)이 장착된다.

회전수 제어 장치(550)는 메인 샤프트(102)와 회전 샤프트(502)의 회전 속도에 대한 차이값의 검출이 이루어지도록 메인 샤프트(102)의 회전수에 대한 정보를 제2엔코더(570)로 전송하여 상부 헤드(300)의 회전 각도에 대한 정밀 제어가 이루어지도록 하는 구성요소이다.

이러한 회전수 제어 장치(550)는 메인 샤프트(102)의 회전수를 정밀하게 제어하여 상부 헤드(300)의 회전 각도에 대한 정밀 제어가 가능하도록 구성되는 것으로, 회전 샤프트(502)의 전방측 단부에 삽입되며, 스플라인(102a)의 외주면이 결합되어 메인 샤프트(102)의 회전시 함께 회전 작동이 이루어지는 고정 기어부(552)와, 고정 기어부(552)와 선택적으로 기어 결합이 이루어지며, 상기 고정 기어부(552)의 회전수를 전달하는 회전기어(554)와, 회전기어(554)와 선택적으로 기어 결합이 이루어지고, 이 회전기어(554)로부터 고정 기어부(552)의 회전수를 전달받아 제2엔코더(570)측으로 전달하는 전달기어(556) 및 회전기어(554)를 상기 고정 기어부(552)와 전달기어(556)와 기어 결합이 이루어지도록 구동하는 기어 구동수단(560)을 포함하여 구성된다.

고정 기어부(552)는 후방측으로 회전 샤프트(502)가 삽입되어 회전 작동을 지지하고, 전방으로 스플라인(102a)이 결합되면서 회전 샤프트(502)와의 결합이 이루어지도록 구성되는 것으로, 회전 샤프트(502)의 회전에 의해 메인 샤프트(102)가 회전하는 경우, 이 메인 샤프트(102)의 회전수와 동일한 회전수로 회전 작동이 이루어지게 된다.

회전기어(554)는 상부 및 하부에 각각 기어치가 형성되어 고정 기어부(552)와 전달기어(556)에 각각 기어 결합이 이루어지는 것으로, 상기 고정 기어부(552)가 회전 작동이 이루어질 때, 이 고정 기어부(552)의 회전수를 전달기어(556)측으로 전달하는 역할을 한다.

이러한 회전기어(554)는 제2샤프트 커버(530)에 장착된 기어 구동수단(560)의 구동에 의해 고정 기어부(552)와 전달기어(556)에 기어 결합이 이루어지거나, 또는 결합된 상태게 해제될 수 있도록 구성된다.

여기서, 기어 구동수단(560)은 통상의 실린더 부재로 이루어질 수 있으며, 회전기어(554)가 축 방향으로 슬라이딩 이동이 이루어지면서 상기 고정 기어부(552)와 전달기어(556)에 각각 기어 결합이 이루어지도록 구성된다.

이때, 기어 구동수단(560)은 제2샤프트 커버(530)의 외주면 하부에 구성되며, 회전기어(554)의 축 방향 이동을 지지하는 이동 가이드 부재(562)가 더 구성될 수 있다.

또한, 기어 구동수단(560)에는 회전기어(554)가 고정 기어부(552) 및 전달기어(556)로부터 결합이 해제되는 경우, 소정의 완충력을 제공하는 스프링 등이 더 구성될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.

전달기어(556)는 회전기어(554)로부터 전달된 메인 샤프트(102)의 회전수를 제2엔코더(570)로 전송하여 메인 샤프트(102)의 회전수에 대한 정밀 제어가 이루어지도록 구성된다.

제2엔코더(570)는 메인 샤프트(102)와 회전 샤프트(502)의 회전 속도에 대한 차이, 다시말해 메인 샤프트(102)에 구성되는 스플라인(102a)과 회전 샤프트(502) 사이에 발생하는 유격으로 인해 발생하는 메인 샤프트(102)와 회전 샤프트(502)의 회전수에 대한 차이값을 검출하고, 검출된 차이값에 대한 정보를 제어부(600)로 전송하여 메인 샤프트(102)의 회전수에 대한 정밀 제어가 이루어지도록 구성된다.

즉, 회전수 제어 장치(550)는 메인 샤프트(102)의 스플라인(102a)에 설치되어 이 스플라인(102a)의 회전수에 대한 정보를 제2엔코더(570)로 전송하는 것이다.

이상 본 발명을 일 실시 예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 각도조절이 용이한 공작 기계용 유니버설 헤드 유닛은 이에 한정되지 않는다. 그리고 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다", 또는 "가지다", 등의 용어는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 해당 구성요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 하며, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.

또한, 이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형 가능하다. 따라서, 본 발명에 개시된 일 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 일 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 메인 구동부 102: 메인 샤프트
104: 메인 베벨기어 106: 기어 결합홈
110: 외측 메인 구동본체 120: 내측 메인 구동본체
130: 외측 유압 하우징 140: 내측 유압 하우징
150: 댐퍼부재 160: 메인 클램프
170: 메인 센서부재 200: 백래쉬 방지부재
202: 후방 가압부재 204: 가압 작동수단
210: 탄성 가압부재 220: 탄성 고정 플랜지
230: 밀착링 240: 가압 작동부재
250: 지지 하우징 260: 가동 하우징
270: 밀폐 플랜지 280: 가압 제어부
300: 상부 헤드 302: 서브 샤프트
304: 서브 베벨기어 360: 서브 클램프
370: 서브 센서부재 400: 하부 헤드
410: 스핀들 500: 제어 본체부
502: 회전 샤프트 504: 구동모터
506: 동력 전달부재 510: 제1엔코더
520: 제1샤프트 커버 530: 제2샤프트 커버
550: 각도 조절장치 560: 기어 구동수단
570: 제2엔코더 600: 제어부

Claims (6)

1. 제어 본체부와 결합되고, 내부에 메인 샤프트가 회전 가능하게 결합되고, 전방부에 상부 헤드의 회전각을 검출하는 메인 센서부재가 구성되는 메인 구동부;
   상기 메인 구동부의 전방부에 결합되며, 상기 메인 샤프트와 연결되는 서브 샤프트가 구비되고, 내부에 하부 헤드의 회전각을 검출하는 서브 센서부재가 구성되는 상부 헤드;
   상기 상부 헤드와 회전 가능하게 결합되도록 상기 서브 샤프트와 연결되는 스핀들이 구비되는 하부 헤드;
   상기 메인 샤프트 및 서브 샤프트의 외주면에 각각 장착되며, 축 방향 이동이 이루어지면서 상기 메인 샤프트 및 서브 샤프트의 백래쉬를 저감시키는 백래쉬 방지부재;
   상기 메인 샤프트가 연결되고, 상기 메인 센서부재로부터 전송되는 상기 상부 헤드의 회전각 정보를 실시간으로 수신받아 상기 메인 샤프트의 회전 여부 및 회전수에 대한 제어가 이루어지도록 구성되는 제어 본체부;
   상기 제어 본체부에 구성되고, 상기 메인 센서부재와 서브 센서부재로부터 상부 헤드 및 하부 헤드의 회전각 정보를 수신받아 상기 메인 샤프트의 회전을 제어하고, 상기 백래쉬 방지부재의 구동을 제어하는 제어부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전수 제어장치가 구비된 공작 기계용 유니버설 헤드 유닛.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어 본체부는,
   상기 메인 샤프트의 스플라인이 결합되는 회전 샤프트;
   상기 제어부의 제어에 따라 상기 회전 샤프트를 회전시키는 구동모터;
   상기 회전 샤프트의 회전수를 상기 제어부로 전송하는 제1엔코더;
   상기 메인 샤프트와 상기 회전 샤프트의 회전 속도에 대한 차이값의 검출이 이루어지도록 상기 스플라인의 회전수에 대한 정보를 제공하는 회전수 제어 장치;
   상기 회전수 제어 장치를 구동시키는 기어 구동수단; 및
   상기 회전수 제어 장치와 연결되며, 상기 메인 샤프트의 회전수 정보를 전달받아 상기 차이값을 검출하는 제2엔코더;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전수 제어장치가 구비된 공작 기계용 유니버설 헤드 유닛.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 회전수 제어 장치는,
   상기 스플라인의 외주면이 결합되는 고정 기어부와,
   상기 기어 구동수단에 의해 상기 고정 기어부와 선택적으로 기어 결합이 이루어지며, 상기 고정 기어부의 회전수를 전달하는 회전기어와,
   상기 기어 구동수단에 의해 상기 회전기어와 선택적으로 기어 결합이 이루어지고, 상기 고정 기어부의 회전수를 상기 제2엔코더측으로 전달하는 전달기어
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전수 제어장치가 구비된 공작 기계용 유니버설 헤드 유닛.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 메인 구동부는
   제어 본체부 및 상부 헤드와 각각 결합되는 외측 메인 구동본체;
   상기 제1외측 메인 구동본체의 내부에 결합되는 내측 메인 구동본체;
   상기 제1내측 메인 구동본체의 내부에 삽입되며, 소정의 유압을 공급받아 메인 샤프트의 회전의 제어가 이루어지도록 구성되는 제1외측 유압 하우징;
   상기 제1외측 유압 하우징의 내주면에 삽입 및 결합되며, 상기 유압의 공급시 메인 샤프트측으로 소정의 가압력을 제공하고, 상기 백래쉬 방지부재가 장착되는 제1내측 유압 하우징;
   상기 제1내측 유압 하우징의 전방측 단부에 결합되며, 메인 샤프트의 백래쉬를 저감시키는 댐퍼부재;
   상기 외측 및 내측 메인 구동본체 사이에 구성되며, 상기 제1외측 유압 하우징을 가압하여 공급되는 유체의 누설을 방지하고, 상기 유압이 일정하게 유지될 수 있도록 지지하는 메인 클램프;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전수 제어장치가 구비된 공작 기계용 유니버설 헤드 유닛.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 백래쉬 방지부재는,
   상기 메인 샤프트 및 서브 샤프트에 각각 구성되는 메인 베벨기어와 서브 베벨기어의 후방부에 밀착되게 구성되는 후방 가압부재와,
   상기 후방 가압부재를 가압하거나, 가압된 상태를 해제하는 가동 하우징과,
   상기 가동 하우징의 이동이 이루어지도록 상기 가동 하우징에 구성되는 제1구동 작동수단과, 상기 제1구동 작동수단을 작동시키는 제2구동 작동수단으로 구성되는 가압 작동부재와,
   상기 제2구동 작동수단이 결합되는 지지 하우징과,
   상기 제2구동 작동수단의 작동을 제어하는 가압 제어부와,
   상기 가동 하우징의 이동 범위를 제한하는 밀폐 플랜지
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전수 제어장치가 구비된 공작 기계용 유니버설 헤드 유닛.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 상부 헤드에는
   상기 서브 샤프트가 구비되며, 상기 백래쉬 방지부재가 장착되는 제2내측 유압 하우징과, 상기 상부 헤드에 구성되는 외측 및 내측 메인 구동본체 사이에 구성되며, 제2외측 유압 하우징을 가압하여 공급되는 유체의 누설을 방지하고, 상기 유압이 일정하게 유지될 수 있도록 지지하는 서브 클램프가 더 구성되는 것을 특징으로 하는 회전수 제어장치가 구비된 공작 기계용 유니버설 헤드 유닛.

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