KR940000512Y1 - Machine tool spindle by air bearing - Google Patents

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이경훈
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    • B23Q5/00—Driving or feeding mechanisms; Control arrangements therefor
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Abstract

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Description

공기베어링을 이용한 공작기계의 주축구조Spindle Structure of Machine Tool Using Air Bearing

제1도는 종래 주축구조의 단면 구성도.1 is a cross-sectional view of a conventional main shaft structure.

제2도는 본 고안의 단면구성도.2 is a cross-sectional view of the present invention.

제3도는 공기베어링의 외부형태를 나타낸 일부절제 사시도.3 is a partially cutaway perspective view showing the external shape of the air bearing.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 주축 1', 1" : 제1, 제2저어널1: Spindle 1 ', 1 ": 1st, 2nd journal

2, 3 : 베어링 4 : 어댑터2, 3: bearing 4: adapter

5 : 간극조절용 라이너 6 : 하우징5: clearance adjusting liner 6: housing

8 : 공기주입구 9 : 비접촉식 마그네틱 커플링8: Air inlet 9: Non-contact magnetic coupling

M : 주축모터M: Spindle Motor

본 고안은 공기베어링을 이용한 공작기계의 주축구조에 관한 것이다.The present invention relates to a spindle structure of a machine tool using air bearings.

공작기계의 주축에 사용되는 공기베어링에서 가장 중요한 문제는 베어링과 저어널(Journal) 사이의 간극을 어느 선에서 유지하고 보완하느냐 하는 것으로, 이 간극에 의해 레이디얼(Radial)과 액셜(Axial)의 하중크기가 변하게 되므로 레이디얼과 액셜베어링의 직각치를 극도로 정밀하게 유지하는 초정밀 가공을 요하게 된다. 따라서 종래 이 종류의 공기베어링은 도면 제1도에 도시된 바와같이, 주축(A)상에 원통형의 레이디얼 베어링(20)과 트러스트 베어링(30)을 주축과 일정간극을 띠워 서로 수직으로 설치사용하고 있으나(부호 10은 공기주입 노즐임), 이들 베어링이 원통형으로 되어 있어 간극이 레이디얼 방향에서 (D2-D1)/2, 트러스트 방향에서(H2-H1)/2이므로 반경방향의 간극조절이 불가능하며 초정밀도로 가공되지 않으면 베어링으로서의 역할을 기대할 수 없고, 특히 레이디얼 베어링 부위와 트러스트 베어링 부위 상호간의 정밀도(직각)가 이루어지지 않게되면 전체 주축운동에 상당한 에러를 유발시키게 된다. 이를 주축의 에러 모션(Error motion)이라고 하는데 위와같은 공기베어링 설치구조로는 이러한 에러 모션을 상당히 증가시키게 되므로 초정밀 공작기계의 주축 베어링으로는 사용이 불가능하다.The most important problem in the air bearings used in the spindle of machine tools is how to maintain and supplement the gap between the bearing and the journal, which is the result of the radial and axial As the load size changes, it requires ultra-precision machining to keep the radial and axial bearing square angles extremely precise. Therefore, conventional air bearings of this type have a cylindrical radial bearing 20 and a thrust bearing 30 mounted vertically with the main shaft on the main shaft A, as shown in FIG. (No. 10 is the air injection nozzle), but these bearings are cylindrical, so the gap is radial (D2-D1) / 2 in the radial direction and (H2-H1) / 2 in the thrust direction. If it is impossible and cannot be processed with ultra precision, it cannot be expected to act as a bearing. Especially, if the precision (right angle) between the radial bearing part and the thrust bearing part is not achieved, a significant error is caused in the entire spindle motion. This is called the error motion of the main axis, and this air bearing installation structure greatly increases this error motion, and thus cannot be used as the main axis bearing of the ultra-precision machine tool.

본 고안은 이러한 점에 감안하여 안출된 것으로서, 베어링과 저어널과의 간극(틈새)조절이 가능하고, 베어링간의 직각도 유지가 필요 없게 되어 공구절감의 효과를 갖게 되며, 조립상태에서 초정밀구동이 가능케 된 것이다.The present invention has been devised in view of this point, and it is possible to adjust the gap (gap) between the bearing and the journal, and it is not necessary to maintain the right angle between the bearings, which has the effect of reducing the tool, and the ultra precision driving in the assembled state It is possible.

이하 본 고안은 첨부된 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도면 제2도는 본 고안의 단면구성도이고, 제3도는 공기 베어링의 외부형태를 나타낸 사시도이다. 주축(1)의 양쪽에 상호 대응되는 방향으로 테어퍼지게 형성된 제1, 제2저어널(1'), (1")이 마련되고, 이 제1, 제2저어널(1'), (1")의 외주에는 공기주입구(8)에서 가압공기가 흐르도록 노즐(10)이 원주상으로 다수개 형성된 공기베어링(2), (3)이 각각 결합된다.Figure 2 is a cross-sectional view of the subject innovation, Figure 3 is a perspective view showing the external shape of the air bearing. First and second journals 1 'and 1' are formed on both sides of the main shaft 1 in a direction corresponding to each other, and the first and second journals 1 'and (1) are provided. The outer circumference of ") is combined with the air bearings 2 and 3 in which a plurality of nozzles 10 are circumferentially formed so that pressurized air flows through the air inlet 8.

그리고 이들 공기베어링(2), (3)은 하우징(6) 내측으로 정밀하게 조립 체결되며, 하우징(6)과 일측베어링(3)사이에는 간극(틈새)조절용 라이너(5)가 개재된다.And these air bearings (2), (3) is precisely assembled and fastened into the housing (6), the gap liner (5) for adjusting the gap between the housing (6) and one side bearing (3).

간극조절용 상기 라이너(5)는 간극에 따라 두께가 큰것 또는 작은것 중에서 해당간극에 해당되는 것을 선택하여 사용한다.The liner 5 for adjusting the gap may be used by selecting one corresponding to the gap from the larger or smaller one according to the gap.

그리고 상기 제1저어널(1')은 주축과 어댑터(4)가 조립되어진 조립체로 구성되고, 상기 어댑터(4)는 로크너트(7)에 의해 고정 설치된다.The first journal 1 ′ is composed of an assembly in which a main shaft and an adapter 4 are assembled, and the adapter 4 is fixedly installed by the lock nut 7.

그리고 주축(1)의 정밀도를 유지하기 위하여 비접촉식 마그네틱 커플링(9)을 사용하여 주축모터(M)의 동력을 주축(1)으로 전달하도록 되어 있으므로, 주축(1)의 고속회전시 발생되는 진동이 상기 비접촉식 마그네틱 커플링(9)에 의해 흡수 완화되게 됨에 따라 주축의 초정밀 운동이 가능하게 된다.In order to maintain the precision of the main shaft 1, the non-contact magnetic coupling 9 is used to transmit the power of the main shaft motor M to the main shaft 1, so that vibration generated when the main shaft 1 rotates at high speed. As the absorption is relaxed by the non-contact magnetic coupling 9, the ultra-precision movement of the main shaft becomes possible.

그리고 한쌍의 공기베어링(2), (3)이 제1, 제2저어널(1'), (1")을 둘러싸고 있는데, 상기 저어널(1'), (1")과 공기베어링(2), (3) 사이에는 공기의 유동이 형성되도록 0.5㎛-2㎛의 간극이 형성된다.And a pair of air bearings (2), (3) surrounds the first, second journals (1 '), (1 "), the journals (1'), (1") and the air bearing (2) Between (3) and (3), a gap of 0.5 mu m-2 mu m is formed to form a flow of air.

가압공기는 약 5psi 정도의 공기압이 사용되고, 이 가압공기는 한쌍의 공기베어링(2), (3)의 원주에 등간격으로 다수개 형성된 미소한 직경의(약 0.2m∼0.5m) 노즐(1)을 통하여 유입되고, 유입된 가압공기는 제1, 제2저어널(1'), (1")을 들어올려 베어링과 저어널이 접촉되도록 하는데, 이것이 공기정압 베어링(Air Static Bearing)의 원리이다.Pressurized air is used for about 5 psi of air pressure, and this pressurized air is a small diameter (about 0.2 m to 0.5 m) nozzle formed in plural at equal intervals on the circumference of a pair of air bearings (2) and (3). ), The pressurized air flows through the first and second journals (1 ') and (1 ") to bring the bearings into contact with the journals, which is the principle of air static bearings. to be.

한편 베어링(2), (3)과 제1, 제2저어널(1'), (1")의 간극 조정시에는 간극조정에 필요한 두께를 가지는 라이너를 선택하여 이를 하우징(6)과 베어링(3)사이에 개재시킴으로써 베어링을 전후로 이동시켜 간극을 조절하게 된다.On the other hand, when adjusting the clearance between the bearings 2, (3) and the first, second journals (1 '), (1 "), a liner having a thickness necessary for the clearance adjustment is selected and the housing (6) and the bearing ( 3) The gap is adjusted by moving the bearing back and forth by intervening in between.

또한 베어링의 내주면과 제1, 제2저어널(1'), (1")이 원추형으로 형성되어 있으므로 가압공기가 유입되면 형상에 의하여 역학적으로 레이디얼과 트러스트 방향으로 힘을 받을 수 있음에 따라 정밀한 양방향의 베어링 역활을 수행할 수 있게 되고, 하우징(6) 내측에 베어링(2), (3)이 끼워지고 하우징 바깥쪽으로 공기주입구(8)를 형성하여 공기유입로를 형성시켜주고 있어서 베어링들의 지지 상태가 견고하며, 비접촉식 마그네틱 커플링(9)을 이용하여 원하지 않는 운동을 아예 차단시키도록 되어 있으므로 주축모터(M)의 레이디얼 모션이나 진동을 방지할 수 있게 된다.In addition, since the inner circumferential surface of the bearing and the first and second journals 1 'and 1 " are formed in a conical shape, when pressurized air flows in, they can be mechanically forced in radial and thrust directions by the shape. It is possible to perform a precise bidirectional bearing role, the bearing (2), (3) is fitted inside the housing (6), and the air inlet (8) is formed outside the housing to form an air inlet path Since the support state is firm and the contactless magnetic coupling 9 is used to block unwanted movement at all, radial motion and vibration of the spindle motor M can be prevented.

따라서 회전정밀도의 특성을 반경방향과 축방향의 흔들림으로써 표현되는데, 위와같은 본 고안의 주축구조는 반경 및 축방향의 운동특성을 극히 높혀 주므로 초정밀의 회전정밀도의 특성을 나타내게 된다.Therefore, the characteristics of the rotational precision is expressed by shaking in the radial direction and the axial direction. The main axis structure of the present invention as described above shows the characteristics of the rotational precision of the ultra-precision because the movement characteristics in the radial and axial directions are extremely high.

한편 본 고안과 같은 주축구조를 이용하되, 가압공기 대신 가압유체를 대응할 경우 유정압 베어링(Hydro Static Bearing) 구조가 되며, 초정밀 회전운동이 가능하므로 타용도로는 진원도 측정기의 헤드(Head)로도 사용할 수 있다.On the other hand, it uses the same spindle structure as the present invention, but if it responds to pressurized fluid instead of pressurized air, it becomes a hydrostatic bearing structure, and it can be used as a head of the roundness measuring device for other uses because it can be rotated with high precision have.

Claims (3)

레이디얼 하중과 트러스트 하중을 받으며 공기베어링에 의해 회전되는 공작기계의 주축구조에 있어서, 주축모터(M)와 주축(1)을 연결하는 비접촉식 마그네틱 커플링(9)과, 상기 주축(1)의 양쪽에 각각 마련되며 상호 대응되는 방향으로 테이퍼지게 형성된 제1, 제2저어널(1'), (1")과, 상기 제1, 제2저어널(1'), (1")의 외주면과 그 내주면에 각각 미세한 간극을 가지도록 하우징(6)에 결합되며 원주방향으로 다수개의 노즐(10)이 형성된 한쌍의 공기베어링(2), (3)을 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 공기베어링을 이용한 공작기계의 주축구조.In the spindle structure of a machine tool rotated by an air bearing under radial load and thrust load, a non-contact magnetic coupling (9) connecting the spindle motor (M) and the spindle (1) and the spindle (1) First and second journals 1 'and 1' provided on both sides and tapered in corresponding directions, and outer peripheral surfaces of the first and second journals 1 'and 1 " And a pair of air bearings (2) and (3) coupled to the housing (6) and having a plurality of microscopic gaps on the inner circumferential surface thereof, each of which comprises a plurality of nozzles (10) in the circumferential direction. Spindle structure of machine tool used. 제1항에 있어서, 상기 제1저어널(1')이, 주축(1)과 분리형성된 어댑터(4)로 구성되고, 상기 어댑터(4)가 로크너트(7)에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 공기베어링을 이용한 공작기계의 주축구조.The method of claim 1, wherein the first journal (1 ') is composed of an adapter (4) formed separately from the main shaft (1), characterized in that the adapter (4) is fixed by a lock nut (7) Spindle structure of machine tool using air bearing. 제1항에 있어서, 상기 한쌍의 공기베어링(2), (3)중 일측의 공기베어링(3)과 하우징(6) 사이에 간극조절용 라이너(5)가 개재되어 구성된 것을 특징으로 하는 공기베어링을 이용한 공작기계의 주축구조.The air bearing according to claim 1, wherein a gap adjusting liner (5) is interposed between the air bearing (3) on one side of the pair of air bearings (2) and (3) and the housing (6). Spindle structure of machine tool used.
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