WO2010071299A1 - 스핀들 드라이브 - Google Patents

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WO2010071299A1
WO2010071299A1 PCT/KR2009/006372 KR2009006372W WO2010071299A1 WO 2010071299 A1 WO2010071299 A1 WO 2010071299A1 KR 2009006372 W KR2009006372 W KR 2009006372W WO 2010071299 A1 WO2010071299 A1 WO 2010071299A1
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WO
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gear
drive
drive gear
shift
spindle
Prior art date
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PCT/KR2009/006372
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English (en)
French (fr)
Inventor
강성근
Original Assignee
두산인프라코어 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to US13/140,532 priority patent/US8850917B2/en
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    • B23Q5/00—Driving or feeding mechanisms; Control arrangements therefor
    • B23Q5/54—Arrangements or details not restricted to group B23Q5/02 or group B23Q5/22 respectively, e.g. control handles
    • B23Q5/56—Preventing backlash
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23Q5/043—Accessories for spindle drives
    • B23Q5/048—Speed-changing devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H63/00—Control outputs from the control unit to change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion or to other devices than the final output mechanism
    • F16H63/02—Final output mechanisms therefor; Actuating means for the final output mechanisms
    • F16H63/30—Constructional features of the final output mechanisms
    • F16H63/32—Gear shift yokes, e.g. shift forks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/19—Gearing
    • Y10T74/19619—Displaceable elements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/19—Gearing
    • Y10T74/19623—Backlash take-up

Definitions

  • the present invention relates to a spindle drive, and more particularly to a spindle drive for rotating the spindle on which the material is installed.
  • the machine tool is processed by the relative motion of the material and the tool
  • the above-described material may be installed in the chuck, rotary table, etc.
  • the gear may be used as the transmission element.
  • the transmission by the gear has the characteristic that heat is generated in the gear.
  • the above-mentioned raw material needs to rotate the spindle at high speed, medium speed and low speed according to the form to be processed.
  • the spindle when turning to the outer diameter of the material simply, it can be rotated at high speed or medium speed.
  • it When machining a key groove, a pin hole, etc., it can rotate at low speed.
  • the spindle when the spindle is rotated at a high speed or a medium speed, the spindle may serve as a main axis. In this case, a backlash may exist and there is no need to remove the backlash.
  • the precision rotation is required, in particular, the forward rotation and the reverse rotation can be repeated, and the backlash must be removed for the precision machining.
  • the spindle should be rotated at high speed first when the outer diameter is combined with the milling operation.
  • the spindle must be precisely rotated, but the conventional spindle can perform only one function of selecting a high speed or a low speed.
  • the technical problem to be achieved by the present invention is to provide a spindle drive to enable the composite machining of the material by enabling the precision rotation and high-speed rotation of the spindle to control the removal and recovery of backlash. have.
  • the body is installed on one side of the machine tool;
  • a low speed drive gear axially mounted to the gearbox and gear-coupled with any of the driven shafts of the plurality of driven shafts and stepped down by the step-down means to remove backlash;
  • clutch means disposed between the servomotor and the low speed drive gear to control power transmission of the servomotor.
  • the spindle drive, the first shift drive gear shaft is installed on the upper side of the drive shaft; A second shift drive gear splined to the lower side of the drive shaft and linearly moved; A third shift drive gear splined to the drive shaft and linearly engaged with the first shift gear; An actuator installed at one side of the gear box to move the second shift drive gear and the third shift drive gear to a predetermined point; A first shift driven gear installed at an upper side of the idle shaft and gear-coupled with the first shift drive gear; And a second shift driven gear installed at an upper side of the idle shaft and gear-coupled with the second shift drive gear.
  • the set point may be configured such that the first shift drive gear and the third shift drive gear are gear-coupled, and the second shift drive gear and the second shift driven gear are gear-released so that high speed power is transmitted.
  • Fast point A neutral point at which the first shift drive gear and the third shift drive gear are disengaged from the gear and the second shift drive gear and the second shift driven gear are disengaged from the gear to block power transmission;
  • a low speed point at which the first shifting drive gear and the third shifting drive gear are released from gear coupling and the second shifting drive gear and the second shifting driven gear are geared to transmit the medium speed power.
  • the step-down means the cylinder chamber is formed on one side of the gear box, the lifting shaft is disposed in the cylinder chamber, the low speed drive gear is disposed on the lower side of the lifting shaft by the hydraulic pressure supplied to the chamber The lifting shaft is lowered to step down the low speed drive gear.
  • the clutch means may include a first cubic coupling tooth formed at a lower end of the lifting shaft, a second cubic coupling tooth formed below the low speed drive gear, and disposed to be spaced apart from the low speed drive gear.
  • a third cubic coupling tooth is formed in the cubic coupling member, which is lifted by hydraulic pressure, and the third cubic coupling tooth and the first and second cubic coupling teeth are lifted by lifting the cubic coupling member. Engagement or disengagement may be such that power transmission is controlled.
  • Spindle drive according to an embodiment of the present invention made as described above can remove the backlash or maintain the backlash, thereby rotating the spindle at high speed by the drive of the spindle motor, and also low speed by the drive of the servo motor It can be rotated precisely.
  • the spindle drive according to the embodiment of the present invention is capable of switching between high speed and low speed, thereby processing a variety of materials.
  • FIG. 1 is a plan view illustrating a spindle drive according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is an exemplary view for explaining the arrangement of the gear in the spindle drive according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is a view for explaining an example of driving the spindle at high speed or medium speed in the spindle drive according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view for explaining an example of the low-speed precision rotation drive of the spindle in the spindle drive according to an embodiment of the present invention.
  • 5 and 6 are exemplary views for explaining the removal of the backlash in the spindle drive according to an embodiment of the present invention.
  • main shaft 16 ring gear
  • the body 12 is installed on one side of the machine tool, the spindle 10, the shaft 12 is installed on the body 12 and the ring gear 16 is installed on the lower side, the body 12 Gear shaft 20 is installed on one side of the gearbox 20, a plurality of driven shaft 40, the shaft is installed on the gear box 20 and gear-coupled with the ring gear 16, the shaft is installed on the gear box 20 and a plurality on one side An idle shaft 30 geared to two driven gears 42, a high speed drive shaft 22 that is installed in the gearbox 20, and which drives the idle shaft 30 with a driving force of the spindle motor 26, gears
  • the shaft is installed in the box 20, the gear is coupled to the plurality of driven shafts 40, the low speed drive gear 80, the low speed drive gear 80 is pressed down by the step-down means 60 to remove the backlash Reducer 50 and servomotor installed and driven by servomotor 52 to drive low speed drive gear 80 It is disposed between the 52 and the low-speed driving gear 80 and
  • FIG. 1 is a plan view for explaining a spindle drive according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is an exemplary view for explaining the arrangement of gears in the spindle drive according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is a view for explaining an example of driving the spindle at high or medium speed in the spindle drive according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a spindle in the spindle drive according to an embodiment of the present invention It is a figure for demonstrating an example which drives a low speed precision rotation drive.
  • Spindle drive according to an embodiment of the present invention is to be installed on one side of the machine tool.
  • the body 12 is installed on one side of the machine tool, the main shaft 14 is axially coupled to the body 12, and the spindle 10 is installed on the main shaft 14 described above.
  • the above-described spindle 10 may be used as a rotary table and may be referred to as a rotary table.
  • a ring gear 16 is provided below the spindle 10 as shown in Figs. 3 and 4.
  • gear box 20 may be installed at one side of the above-described body 12, and the gear box 20 may be provided with a plurality of shafts to be described later.
  • a plurality of drive gears 46 may be coupled to the ring gear 16, and a driven shaft 40 may be installed on each of the plurality of drive gears 46. have.
  • the driven shaft 40 described above may be arranged in plural, and the driven shaft 40 may be installed on one side of the gear box 20 described above.
  • a driven gear 42 may be installed below the plurality of driven shafts 40, respectively.
  • a single low speed drive gear 80 may be geared to the plurality of driven gears 42 described above, and the first gear 36 may be connected to any of the driven gears 42 of the plurality of driven gears 42. Can interlock.
  • the gear train configuration engaged with the first gear 36 described above will be described in more detail with reference to FIG. 3 as a configuration for rotating the spindle 10 at medium speed or high speed.
  • the first gear 36 is installed in the idle shaft 30, and the idle shaft 30 is axially coupled to one side of the gearbox 20 described above.
  • first and second shift driven gears 34a and 34b are provided on the upper and lower sides of the above-described idle shaft 30, respectively.
  • a high speed drive shaft 22 is provided on one side of the gear box 20 described above, and an actuator 23 is provided on the other side of the gear box 20.
  • the first shift drive gear 24a is provided on one side of the above-described high speed drive shaft 22, and the second shift drive gear 24b is splined below the high speed drive shaft 22, and the high speed drive shaft 22 is provided.
  • the third shift drive gear 24c is splined on one side of the first shift drive gear 24a and the second shift drive gear 24b.
  • the second and third shift drive gears 24b and 24c described above are rotated together with the rotation of the high speed drive shaft 22 and are installed to be linearly moved along the spline formed on the high speed drive shaft 22.
  • the above-described actuator 23 can move the above-mentioned second and third shift drive gears 24b and 24c to a set point.
  • the set point described above may be a high speed point, a neutral point, and a low speed point.
  • the above-mentioned high speed point is geared to the first shift drive gear 24a and the third shift drive gear 24c described above, and the second shift drive gear 24b and the second shift driven gear 24 described above. 34b) may be the point at which gear engagement is released to allow high speed power to be transmitted.
  • variable speed gear 34b may be a point at which gear coupling is released to block power transmission.
  • the shift driven gear 34b may be a point at which gears are coupled to transmit power of the medium speed.
  • a plurality of sensors may be further installed on one side of the above-described actuator 23, and the above-described plurality of sensors may detect a position at which the rod of the above-described actuator 23 is extended / expanded at the set point described above. Can be.
  • the power of the spindle motor 26 may be transmitted to the upper side of the above-described high speed drive shaft 22, and a belt and a pulley may be used as a component to which power is transmitted.
  • the lifting shaft 70 can be coupled to the shaft, the above-described lifting shaft 70 may be provided with a reduction gear 50, the reduction gear 50 may receive the driving force of the servo motor 52 to slow down.
  • the above-described transmission components of the reducer 50 and the servo motor 52 may be timing belts and timing pulleys, thereby enabling numerical control to control the amount of rotation by a desired rotation angle.
  • the above-mentioned lifting shaft 70 can be lowered by the step-down means 60, and power is transmitted between the above-mentioned lifting shaft 70 and the low-speed drive gear 80 by the clutch means 90, or Can be blocked.
  • a cylinder chamber is formed on one side of the gear box 20
  • the lifting shaft 70 is installed on the cylinder chamber
  • a plurality of hydraulic flow paths are formed on the cylinder chamber. do.
  • the above-mentioned lifting shaft 70 may be lowered.
  • the above-mentioned lifting shaft 70 is raised. can do.
  • the above-described reducer 50 may be raised and lowered together, and a second sensor is installed to detect the elevated position of the reducer 50. It could be.
  • the above-described second sensor may detect a position at which the elevating shaft 70 is elevated by the action of the step-down means 60. For example, when the signal is detected by the second sensor, the second sensor may be stepped down. If no signal is detected by the sensor, the step-down action may be released.
  • the low speed drive gear 80 is axially coupled to the lower side of the elevating shaft 70, and the low speed drive gear 80 is gear-coupled with the plurality of driven gears 42 described above.
  • the first cubic coupling tooth 70a is formed at the lower end of the above-mentioned lifting shaft 70, and the second cubic coupling tooth at the lower end of the low speed drive gear 80 is described above.
  • 80a) is formed, and is spaced apart from the above-described low-speed drive gear 80, a third cubic coupling gear 93 is formed on the upper side, and a cubic coupling member 92, which is elevated by hydraulic pressure, is disposed,
  • the third and second cubic coupling teeth 93 and the first and second cubic coupling teeth 70a and 80a are engaged or released, thereby controlling power transmission. It may be.
  • a first sensor may be further provided on one side of the above-mentioned cubic coupling member 92, and the above-described first sensor may detect the lifting position of the above-mentioned cubic coupling member 92 and thus may be used as the above-mentioned clutch means ( 90) to see if it is currently transmitting power or blocking.
  • the clutch unit 90 interrupts power transmission to maintain the low speed drive gear 80 in the idle state in the lifting shaft 70.
  • the gear is shifted according to the set value so that the first shift gear 24a and the first shift gear 34a mesh with each other, or the second shift gear 24b and the second gear shift gear ( 34b) is meshed to determine the speed.
  • the above-described spindle 10 is rotated at a high speed or a medium speed, and a backlash is formed between the ring gear 16 and the plurality of driven gears 42. It is to be driven as smoothly as a normal spindle drive, to process the outer diameter of the material or to perform high-speed cutting in the medium or high speed drive state.
  • the first and second variable speed gears 34a and 34b are idle (Idle) state.
  • the step-down means 60 then acts in the direction of lowering the lifting shaft 70 to remove backlash between the driven gear 42 and the low speed drive gear 80.
  • the above-described ring gear 16, the plurality of driven gear 42 and the low speed drive gear 80 may be formed as a helical gear, wherein the gear direction of the helical gear may be left line or priority, and the gear direction is any direction Whether formed as a backlash is the same.
  • the ring gear 16 may be immediately reversed, thereby enabling precise rotation.
  • FIG. 5 is an exemplary view showing a state in which the cubic coupling member 92 is raised.
  • 6 is an exemplary view showing a state in which the cubic coupling member 92 is lowered.
  • the servo motor 52 is driven in the state in which the cubic coupling member 92 is raised, and the servo motor 52 can be rotated precisely and numerically at low speed.
  • the power of the servomotor 52 is decelerated at a low speed to be transmitted to the ring gear 16 via the low speed drive gear 80 and the driven gear 42, whereby the spindle 10 can be precisely rotated at low speed.
  • the spindle drive according to the embodiment of the present invention is capable of controlling the general spindle 10 at high speed or at medium speed, or at low speed and precise rotation control. Can be adjusted accordingly, thereby more actively coping with the processing of complex shapes, the higher quality material processing is realized.
  • the spindle drive according to an embodiment of the present invention may be installed in a machine tool and used as a spindle of a lathe, or may be used as a rotary table.

Abstract

본 발명은 스핀들 드라이브에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 드라이브는, 공작기계의 한쪽에 설치되는 바디(12), 바디(12)에 축 설치되고 하측에 링 기어(16)가 설치되는 스핀들(10), 바디(12)의 한쪽에 설치되는 기어 박스(20), 기어박스(20)에 축 설치되고 링 기어(16)와 기어 결합되는 복수 개의 종동 샤프트(40), 기어박스(20)에 축 설치되고 한쪽에는 복수 개의 종동기어(42)와 기어 결합되는 아이들 샤프트(30), 기어박스(20)에 축 설치되고 스핀들 모터(26)의 구동력으로 아이들 샤프트(30)를 변속 구동시키는 고속 구동 축(22), 기어박스(20)에 축 설치되고 복수 개의 종동 샤프트(40)와 기어 결합되며 강압수단(60)에 의해 강압되어 백래시(backlash)가 제거되는 저속 구동기어(80), 저속 구동기어(80)에 축 설치되고 서보모터(52)에 의해 구동되어 저속구동기어(80)를 구동시키는 감속기(50) 및 서보모터(52)와 저속 구동기어(80)의 사이에 배치되어 상기 서보모터의 동력전달을 제어하는 클러치 수단(90)를 포함한다.

Description

스핀들 드라이브
본 발명은 스핀들 드라이브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소재가 설치되는 스핀들을 회전시키는 스핀들 드라이브에 관한 것이다.
일반적으로 공작기계에는 소재와 공구의 상대운동에 의해 가공하게 되고, 상술한 소재는 일례로 척, 로터리 테이블 등에 설치될 수 있고, 전동요소로서 기어가 이용될 수 있다.
특히, 기어에 의한 전동은 치차에서 발열이 발생하는 특성이 있다.
다른 한편으로 상술한 소재는 가공하는 형태에 따라서 스핀들을 고속, 중속 및 저속의 회전속도로 회전시켜 줄 필요가 있고, 일례로서 단순히 소재의 외경에 선삭 가공할 때에는 고속 또는 중속으로 회전시킬 수 있고, 키 홈, 핀 홀 등을 가공할 때에는 저속으로 회전시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 스핀들을 고속 또는 중속으로 회전시킬 때에는 스핀들이 주축의 역할을 할 수 있고, 이때에는 백래시(backlash)가 존재할 수 있으며, 백래시를 제거할 필요가 없는 것이다.
또한, 상술한 스핀들에 설치된 소재에 인덱싱 작업, 밀링 작업 등을 하거나 할 때에는 정밀 회전을 필요로 하고, 특히 정회전과 역회전이 반복할 수 있는 것이며 정밀 가공을 하기 위하여 백래시가 제거되어야 한다.
그러나 상술한 바와 같이 하나의 소재에서 복합적인 가공을 실시하여야 할 때에 일례로서, 외경을 가공과 밀링작업을 복합적으로 가공할 때에는 먼저 스핀들이 고속으로 회전하여야 하고, 밀링작업을 하고자 할 때에는 스핀들이 저속으로 정밀 회전하여야 하지만, 종래의 스핀들은 고속 또는 저속이 선택되는 어느 한 가지 기능만을 수행할 수 있는 것으로 복합 적인 가공을 실시할 수 없는 문제점이 있다.
또한, 백래시가 제거되어 정밀한 회전이 가능한 스핀들(일례로 로터리 테이블)을 고속으로 회전시키면 치차구동에 의해 발열이 심하여 원활한 공작물 가공이 어려운 문제점이 있다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 백래시의 제거 및 복귀 등의 제어가 가능하도록 하여 스핀들의 정밀회전과 고속회전이 가능하도록 하여 소재의 복합가공을 실시할 수 있도록 하는 스핀들 드라이브를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 드라이브는, 공작기계의 한쪽에 설치되는 바디; 상기 바디에 축 설치되고 하측에 링 기어가 설치되는 스핀들; 상기 바디의 한쪽에 설치되는 기어 박스; 상기 기어박스에 축 설치되고 상기 링 기어와 기어 결합되는 복수 개의 종동 샤프트; 상기 기어박스에 축 설치되고 한쪽에는 상기 복수 개의 종동기어와 기어 결합되는 아이들 샤프트; 상기 기어박스에 축 설치되고 스핀들 모터의 구동력으로 상기 아이들 샤프트를 변속 구동시키는 고속 구동 축; 상기 기어박스에 축 설치되고 상기 복수 개의 종동 샤프트 중에 어느 하나의 종동 샤프트와 기어 결합되며 강압수단에 의해 강압되어 백래시(Backlash)가 제거되는 저속 구동기어; 상기 저속 구동기어에 축 설치되고 서보모터에 의해 구동되어 상기 저속구동기어를 구동시키는 감속기; 및 상기 서보모터와 상기 저속 구동기어의 사이에 배치되어 상기 서보모터의 동력전달을 제어하는 클러치 수단;를 포함한다.
또한, 상기 스핀들 드라이브는, 상기 구동 축의 상측에 축 설치되는 제1 변속 구동기어; 상기 구동 축의 하측에 스플라인 설치되어 선형 운동되는 제2 변속 구동기어; 상기 구동 축에 스플라인 설치되어 선형 운동되고 상기 제1 변속 기어와 기어 결합되는 제3 변속 구동기어; 상기 기어박스의 한쪽에 설치되어 상기 제2 변속 구동기어와 상기 제3 변속 구동기어를 설정된 지점으로 이동시키는 액추에이터; 상기 아이들 샤프트의 상측에 설치되어 상기 제1 변속 구동기어와 기어 결합되는 제1 변속 종동기어; 및 상기 아이들 샤프트의 상측에 설치되어 상기 제2 변속 구동기어와 기어 결합되는 제2 변속 종동기어;를 포함한다.
또한, 상기 설정된 지점은, 상기 제1 변속 구동기어와 상기 제3 변속 구동기어가 기어 결합되고 상기 제2 변속 구동기어와 상기 제2 변속 종동기어가 기어 결합이 해제되어 고속의 동력이 전달되도록 하는 고속 지점; 상기 제1 변속 구동기어와 상기 제3 변속 구동기어가 기어 결합이 해제되고 상기 제2 변속 구동기어와 상기 제2 변속 종동기어가 기어 결합이 해제되어 동력 전달이 차단되는 중립 지점; 및 상기 제1 변속 구동기어와 상기 제3 변속 구동기어가 기어 결합이 해제되고 상기 제2 변속 구동기어와 상기 제2 변속 종동기어가 기어 결합되어 중속의 동력이 전달되도록 하는 저속 지점;인 것일 수 있다.
또한, 상기 강압수단은, 상기 기어박스의 한쪽에 실린더 챔버가 형성되고, 상기 실린더 챔버에 승강 샤프트가 배치되며, 상기 승강 샤프트의 하측에 상기 저속 구동기어가 배치되어 상기 챔버에 공급되는 유압에 의해 상기 승강 샤프트가 하강하여 저속 구동기어를 강압하는 것;일 수 있다.
또한, 상기 클러치 수단은, 상기 승강 샤프트의 하단에 제1 커빅 커플링 치차가 형성되고, 상기 저속 구동기어의 하측에 제2 커빅 커플링 치차가 형성되며, 상기 저속 구동기어와 이격되게 배치되고 상측에 제3 커빅 커플링 치차가 형성되며 유압에 의해 승강되는 커빅 커플링 부재가 배치되어, 상기 커빅 커플링 부재의 승강에 의해 상기 제3 커빅 커플링 치차와 제1, 제2 커빅 커플링 치차가 맞물리거나 맞물림이 해제되어 동력전달이 제어되는 것일 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 드라이브는 백래시를 제거하거나 백래시를 유지할 수 있고, 이로써 스핀들 모터의 구동에 의해 스핀들을 고속으로 회전시킬 수 있으며, 또한 서보모터의 구동에 의해 저속으로 정밀 회전시킬 수 있는 것이다.
또한, 상술한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 스핀들 드라이브는 고속과 저속의 절환이 가능하고 이로써 소재의 가공을 더욱 다양하게 가공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 드라이브를 설명하기 위한 평면 예시도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 드라이브에서 기어의 배치를 설명하기 위한 예시도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 드라이브에서 스핀들을 고속 또는 중속으로 구동시키는 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 드라이브에서 스핀들을 저속 정밀 회전 구동시키는 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 드라이브에서 백래시의 제거를 설명하기 위한 예시도면이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
10: 스핀들 12: 바디
14: 메인 샤프트 16: 링 기어
20: 기어 박스 22: 고속 구동 축
24a: 제1 변속 구동기어 24b: 제2 변속 구동기어
26: 스핀들 모터 30: 아이들 샤프트
34a: 제1 변속 종동기어 34b: 제2 변속 종동기어
36: 제1 기어 40: 종동 샤프트
40a, 40b: 제1, 제2 종동 샤프트 42: 종동 기어
46: 구동 기어 50: 감속기
52: 서보모터 60: 강압 수단
70: 승강 샤프트 80: 저속 구동기어
90: 클러치 수단
본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 드라이브는, 공작기계의 한쪽에 설치되는 바디(12), 바디(12)에 축 설치되고 하측에 링 기어(16)가 설치되는 스핀들(10), 바디(12)의 한쪽에 설치되는 기어 박스(20), 기어박스(20)에 축 설치되고 링 기어(16)와 기어 결합되는 복수 개의 종동 샤프트(40), 기어박스(20)에 축 설치되고 한쪽에는 복수 개의 종동기어(42)와 기어 결합되는 아이들 샤프트(30), 기어박스(20)에 축 설치되고 스핀들 모터(26)의 구동력으로 아이들 샤프트(30)를 변속 구동시키는 고속 구동 축(22), 기어박스(20)에 축 설치되고 복수 개의 종동 샤프트(40)와 기어 결합되며 강압수단(60)에 의해 강압되어 백래시(backlash)가 제거되는 저속 구동기어(80), 저속 구동기어(80)에 축 설치되고 서보모터(52)에 의해 구동되어 저속구동기어(80)를 구동시키는 감속기(50) 및 서보모터(52)와 저속 구동기어(80)의 사이에 배치되어 상기 서보모터의 동력전달을 제어하는 클러치 수단(90)를 포함한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 드라이브에 대해서 설명한다.
첨부도면 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 드라이브를 설명하기 위한 평면 예시도면이고, 첨부도면 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 드라이브에서 기어의 배치를 설명하기 위한 예시도면이며, 첨부도면 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 드라이브에서 스핀들을 고속 또는 중속으로 구동시키는 일례를 설명하기 위한 도면이고, 첨부도면 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 드라이브에서 스핀들을 저속 정밀 회전 구동시키는 일례를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 스핀들 드라이브는 공작기계의 한쪽에 설치되는 것이다.
즉, 공작기계의 한쪽에 바디(12)가 설치되고, 바디(12)에는 메인 샤프트(14)가 축 결합되며 상술한 메인 샤프트(14)에는 스핀들(10)이 설치된다.
특히 상술한 스핀들(10)은 로터리 테이블처럼 사용될 수 있는 것으로 로터리 테이블로 바꾸어 칭할 수도 있다.
상술한 스핀들(10)의 하측에는 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이 링 기어(16)가 설치된다.
또한, 상술한 바디(12)의 한쪽에는 기어 박스(20)가 설치될 수 있고, 기어 박스(20)에는 후술되는 여러 개의 축이 축 설치될 수 있다.
상술한 링 기어(16)에는 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이 복수 개의 구동 기어(46)가 기어 결합될 수 있고, 복수 개의 구동기어(46)의 각각에는 종동 샤프트(40)가 설치될 수 있다.
즉 상술한 종동 샤프트(40)는 복수 개로 배치될 수 있고, 이러한 종동 샤프트(40)는 상술한 기어 박스(20)의 한쪽에 축 설치될 수 있다.
또한, 상술한 복수 개의 종동 샤프트(40)의 하측에는 각각 종동 기어(42)가 설치될 수 있다.
또한, 상술한 복수 개의 종동 기어(42)에는 단일의 저속 구동기어(80)가 기어 결합될 수 있고, 복수 개의 종동 기어(42) 중에 어느 하나의 종동기어(42)에는 제1 기어(36)가 맞물릴 수 있다.
상술한 제1 기어(36)와 맞물리는 기어 열 구성은 스핀들(10)을 중속 또는 고속 회전시키기 위한 구성으로 첨부도면 도 3을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
또한, 상술한 저속 구동기어(80)와 맞물리는 기어 열 구성은 스핀들(10)을 정밀 저속회전 시키기 위한 구성으로서 첨부도면 도 4를 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 3에 나타낸 바와 같이 제1 기어(36)는 아이들 샤프트(30)에 설치되고, 아이들 샤프트(30)는 상술한 기어박스(20)의 한쪽에 축 결합된다.
또한, 상술한 아이들 샤프트(30)의 상하측에는 각각 제1, 제2 변속 종동기어(34a)(34b)가 설치된다.
또한, 상술한 기어박스(20)의 한쪽에는 고속 구동축(22)이 축 설치되고, 기어 박스(20)의 다른 한쪽에는 액추에이터(23)가 설치된다.
상술한 고속 구동축(22)의 한쪽에는 제1 변속 구동기어(24a)가 설치되고, 고속 구동축(22)의 하측에는 제2 변속 구동기어(24b)가 스플라인 설치되며, 또한, 고속 구동축(22)의 한쪽에는 상술한 제1 변속 구동기어(24a)와 상술한 제2 변속 구동기어(24b)의 사이에 제3 변속 구동기어(24c)가 스플라인 설치된다.
즉 상술한 제2, 제3 변속 구동기어(24b)(24c)는 고속 구동축(22)의 회전과 함께 회전되며, 고속 구동축(22)에 형성된 스플라인을 따라 선형이동이 가능하게 설치되는 것이다.
또한, 상술한 액추에이터(23)는 상술한 제2, 제3 변속 구동기어(24b)(24c)를 설정된 지점으로 이동시킬 수 있는 것이다.
상술한 설정된 지점은 고속 지점, 중립 지점 및 저속 지점일 수 있다.
상술한 고속 지점은, 상술한 제1 변속 구동기어(24a)와 상술한 제3 변속 구동기어(24c)가 기어 결합되고 상술한 제2 변속 구동기어(24b)와 상술한 제2 변속 종동기어(34b)가 기어 결합이 해제되어 고속의 동력이 전달되도록 하는 지점일 수 있다.
또한, 상술한 중립 지점은, 상술한 제1 변속 구동기어(24a)와 상술한 제3 변속 구동기어(24c)가 기어 결합이 해제되고 상술한 제2 변속 구동기어(24b)와 상술한 제2 변속 종동기어(34b)가 기어 결합이 해제되어 동력 전달이 차단되는 지점일 수 있다.
또한, 상술한 저속 지점은, 상술한 제1 변속 구동기어(24a)와 상술한 제3 변속 구동기어(24c)가 기어 결합이 해제되고 상술한 제2 변속 구동기어(24b)와 상술한 제2 변속 종동기어(34b)가 기어 결합되어 중속의 동력이 전달되도록 하는 지점일 수 있다.
다른 한편으로 상술한 액추에이터(23)의 한쪽에는 복수 개의 센서가 더 설치될 수 있고, 상술한 복수 개의 센서는 상술한 설정된 지점에서 상술한 액추에이터(23)의 로드가 신장/신축되는 위치를 검출할 수 있다.
또한, 상술한 고속 구동 축(22)의 상측에는 스핀들 모터(26)의 동력을 전달 받을 수 있고, 동력이 전달되는 구성요소로서는 밸트와 풀리 등이 이용될 수 있다.
이하 첨부도면 도 4 및 도 5를 참조하여 정밀 저속회전의 구성을 설명한다.
도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이 기어 박스(20)의 한쪽에는 승강 샤프트(70)가 축 결합될 수 있고, 상술한 승강 샤프트(70)의 상측에는 감속기(50)가 설치될 수 있으며, 감속기(50)는 서보 모터(52)의 구동력을 전달받아 감속시킬 수 있다.
또한, 상술한 감속기(50)와 서보 모터(52)의 전동 구성요소는 타이밍 벨트와 타이밍 풀리일 수 있고 이로써 수치제어가 가능하여 소망하는 회전각도 만큼 회전량을 제어할 수있게 된다.
또한, 상술한 승강 샤프트(70)는 강압수단(60)에 의해 강하될 수 있고, 클러치 수단(90)에 의해 상술한 승강 샤프트(70)와 상술한 저속 구동기어(80)간에 동력이 전동되거나 차단될 수 있다.
상술한 강압수단(60)은, 상술한 기어박스(20)의 한쪽에는 실린더 챔버가 형성되고, 상술한 실린더 챔버에는 승강 샤프트(70)가 설치되며, 상술한 실린더 챔버에는 복수 개의 유압유로가 형성된다.
즉, 어느 하나의 유압유로(P3)에 유압이 공급되면 상술한 승강 샤프트(70)는 하강할 수 있고, 다른 하나의 유압유로(P4)에 유압이 공급되면 상술한 승강 샤프트(70)는 상승할 수 있다.
다른 한편으로 상술한 강압 수단(60)에 의해 승강 샤프트(70)가 승강되면 상술한 감속기(50)가 함께 승강될 수 있고, 감속기(50)의 승강위치를 검출하도록 하는 제2 센서가 더 설치될 수도 잇다.
즉, 상술한 제2 센서는 강압수단(60)의 작용에 의해 승강 샤프트(70)가 승강되는 위치를 검출할 수 있고, 일례로서 제2 센서에서 신호가 검출되면 강압작용 중일 수 있으며, 제2 센서에서 신호가 검출되지 않으면 강압작용이 해제된 상태일 수 있다.
상술한 승강 샤프트(70)의 하측에는 저속 구동기어(80)가 축 결합되어 있고, 상술한 저속 구동기어(80)는 상술한 복수 개의 종동기어(42)와 기어 결합된다.
상술한 클러치 수단(90)은, 상술한 승강 샤프트(70)의 하단에 제1 커빅 커플링 치차(70a)가 형성되고, 상술한 저속 구동기어(80)의 하단에 제2 커빅 커플링 치차(80a)가 형성되며, 상술한 저속 구동기어(80)와 이격되게 배치되고 상측에 제3 커빅 커플링 치차(93)가 형성되며 유압에 의해 승강되는 커빅 커플링 부재(92)가 배치되어, 상술한 커빅 커플링 부재(92)의 승강에 의해 상술한 제3 커빅 커플링 치차(93)와 제1, 제2 커빅 커플링 치차(70a)(80a)가 맞물리거나 맞물림이 해제되어 동력전달이 제어되는 것일 수 있다.
또한, 상술한 커빅 커플링 부재(92)의 한쪽에는 제1 센서가 더 설치될 수 있고, 상술한 제1 센서는 상술한 커빅 커플링 부재(92)의 승강위치를 검출하여 상술한 클러치 수단(90)이 현재 동력을 전달하고 있는지 차단하고 있는지를 알 수 있게 하는 것이다.
상술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예에 따른 스핀들 드라이브의 작용을 첨부도면 도 3 및 도 4를 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저, 소재의 외경을 가공하기 위해 고속 또는 중속으로 스핀들을 회전시키는 작용을 설명한다.
이때, 저속 정밀 회전수단의 동력이 차단되어야 하므로, 서보모터(52)의 구동은 정지된 상태가 유지되고, 강압 수단(60)은 승강 샤프트(70)를 상승시키는 방향으로 작용하여 종동 기어(42)와 저속 구동기어(80) 사이에 백래시가 존재하도록 한 것이다.
또한, 클리치 수단(90)은 동력전달을 차단시켜 승강 샤프트(70)에서 저속 구동기어(80)가 아이들(Idle)상태로 유지시킨다.
이후 중속 또는 고속이 설정되면, 그 설정된 값에 맞게 변속되어 제1 변속 구동기어(24a)와 제1 변속 종동기어(34a)가 맞물리거나 제2 변속 구동기어(24b)와 제2 변속 종동기어(34b)가 맞물려 속도가 결정된다.
이후 스핀들 모터(26)의 구동에 의해 동력이 전달되면 상술한 스핀들(10)은 고속 또는 중속으로 회전되는 것이고, 이때 링 기어(16)와 복수 개의 종동 기어(42)의 사이에는 백래시(backlash)가 존재하는 것으로 일반적인 스핀들 구동처럼 원활하게 구동되는 것이고, 이러한 중속 또는 고속의 구동상태에서 소재의 외경을 가공하거나 고속절삭을 실시하는 것이다.
이후, 소재의 밀링가공 또는 홈 가공 등을 실시하기 위해 저속으로 스핀들을 회전시키는 작용을 설명한다.
이때, 상술한 고속 회전수단의 동력이 차단되어야 하므로, 스핀들 모터(26)의 구동은 정지된 상태가 유지되고, 변속 지점은 중립 지점에 위치되어 아이들 샤프트(30)와 아이들 샤프트(30)에 설치되는 제1, 제2 변속 종동기어(34a)(34b)는 아이들(Idle)상태가 유지된다.
이후 강압 수단(60)은 승강 샤프트(70)를 하강시키는 방향으로 작용하여 종동 기어(42)와 저속 구동기어(80) 사이에 백래시가 제거된다.
상술한 백래시 제거에 대하여 좀 더 상세하게 설명한다.
상술한 링 기어(16), 복수 개의 종동 기어(42) 및 저속 구동기어(80)는 헬리컬 기어로 형성될 수 있고, 이때 헬리컬 기어의 치차 방향은 좌선 또는 우선일 수 있으며, 치차 방향은 어느 방향으로 형성되든 동일하게 백 래시 작용이 된다.
즉, 상술한 저속 구동기어(80)가 강압되어 하강하면 저속 구동기어(80)의 치차와 상술한 복수 개의 종동 기어(42)의 치차가 밀착되고 아울러 복수 개의 종동 기어(42)는 링 기어(16)의 2지점에서 맞물리는 것으로 백 래시가 제거된다.
따라서 상술한 저속 구동기어(80)의 회전 방향이 반전될 때에 백 래시가 제거된 상태이므로 링 기어(16)가 곧바로 반전될 수 있어 정밀 회전이 가능한 것이다.
또한, 클러치 수단(90)의 구동에 의해 커빅 커플링 부재(92)가 상승하거나 하강할 수 있고, 첨부도면 도 5에는 커빅 커플링 부재(92)가 상승한 상태를 나타낸 예시도면이고, 첨부도면 도 6에는 커빅 커플링 부재(92)가 하강한 상태를 나타낸 예시도면이다.
즉, 커빅 커플링 부재(92)가 상승한 상태에서 서보 모터(52)가 구동되고 이러한 서보 모터(52)는 저속으로 정밀하게 수치 제어되어 회전될 수 있는 것이다.
따라서 서보모터(52)의 동력은 저속으로 감속되어 저속 구동기어(80)와 종동 기어(42)를 매개로 링 기어(16)에 전동되고 이로써 스핀들(10)은 저속으로 정밀하게 회전될 수 있는 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 스핀들 드라이브는 일반적인 스핀들(10)을 고속 또는 중속으로 회전시키거나 저속 정밀 회전제어가 가능한 것으로 소재를 가공하는 중에 작업특성에 맞게 스핀들(10)의 회전을 적절하게 조절할 수 있는 것이고 이로써 복잡한 형상의 가공에도 더욱 능동적으로 대처하여 더욱 고품질의 소재가공이 실현되는 것이다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 드라이브는 공작기계에 설치되어 선반의 주축처럼 사용될 수도 있고, 또한, 로터리 테이블처럼 사용될 수도 있다.

Claims (5)

  1. 상기 공작기계의 한쪽에 설치되는 바디(12);
    상기 바디(12)에 축 설치되고 하측에 링 기어(16)가 설치되는 스핀들(10);
    상기 바디(12)의 한쪽에 설치되는 기어 박스(20);
    상기 기어박스(20)에 축 설치되고 상기 링 기어(16)와 기어 결합되는 복수 개의 종동 샤프트(40);
    상기 기어박스(20)에 축 설치되고 한쪽에는 상기 복수 개의 종동기어(42)와 기어 결합되는 아이들 샤프트(30);
    상기 기어박스(20)에 축 설치되고 스핀들 모터(26)의 구동력으로 상기 아이들 샤프트(30)를 변속 구동시키는 고속 구동 축(22);
    상기 기어박스(20)에 축 설치되고 상기 복수 개의 종동 샤프트(40)와 기어 결합되며 강압수단(60)에 의해 강압되어 백래시(backlash)가 제거되는 저속 구동기어(80);
    상기 저속 구동기어(80)에 축 설치되고 서보모터(52)에 의해 구동되어 상기 저속구동기어(80)를 구동시키는 감속기(50); 및
    상기 서보모터(52)와 상기 저속 구동기어(80)의 사이에 배치되어 상기 서보모터의 동력전달을 제어하는 클러치 수단(90);
    를 포함하는 스핀들 드라이브.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 스핀들 드라이브는,
    상기 구동 축(22)의 상측에 축 설치되는 제1 변속 구동기어(24a);
    상기 구동 축(22)의 하측에 스플라인 설치되어 선형 운동되는 제2 변속 구동기어(24b);
    상기 구동 축(22)에 스플라인 설치되어 선형 운동되고 상기 제1 변속 기어(24a)와 기어 결합되는 제3 변속 구동기어(24c);
    상기 기어박스(20)의 한쪽에 설치되어 상기 제2 변속 구동기어(24b)와 상기 제3 변속 구동기어(24c)를 설정된 지점으로 이동시키는 액추에이터(23);
    상기 아이들 샤프트(30)의 상측에 설치되어 상기 제1 변속 구동기어(24a)와 기어 결합되는 제1 변속 종동기어(34a); 및
    상기 아이들 샤프트(30)의 하측에 설치되어 상기 제2 변속 구동기어(24b)와 기어 결합되는 제2 변속 종동기어(34b);
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 스핀들 드라이브.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 설정된 지점은,
    상기 제1 변속 구동기어(24a)와 상기 제3 변속 구동기어(24c)가 기어 결합되고 상기 제2 변속 구동기어(24b)와 상기 제2 변속 종동기어(34b)가 기어 결합이 해제되어 고속의 동력이 전달되도록 하는 고속 지점;
    상기 제1 변속 구동기어(24a)와 상기 제3 변속 구동기어(24c)가 기어 결합이 해제되고 상기 제2 변속 구동기어(24b)와 상기 제2 변속 종동기어(34b)가 기어 결합이 해제되어 동력 전달이 차단되는 중립 지점; 및
    상기 제1 변속 구동기어(24a)와 상기 제3 변속 구동기어(24c)가 기어 결합이 해제되고 상기 제2 변속 구동기어(24b)와 상기 제2 변속 종동기어(34b)가 기어 결합되어 저속의 동력이 전달되도록 하는 저속 지점;
    인 것을 특징으로 하는 스핀들 드라이브.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 강압수단(60)은,
    상기 기어박스(20)의 한쪽에 실린더 챔버가 형성되고,
    상기 실린더 챔버에 승강 샤프트(70)가 배치되며,
    상기 승강 샤프트(70)의 하측에 상기 저속 구동기어(80)가 배치되어
    상기 챔버에 공급되는 유압에 의해 상기 승강 샤프트(70)가 하강하여 저속 구동기어(80)를 강압하는 것;
    을 특징으로 하는 스핀들 드라이브.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 클러치 수단(90)은,
    상기 승강 샤프트(70)의 하단에 제1 커빅 커플링 치차(70a)가 형성되고,
    상기 저속 구동기어(80)의 하단에 제2 커빅 커플링 치차(80a)가 형성되며,
    상기 저속 구동기어(80)와 이격되게 배치되고 상측에 제3 커빅 커플링 치차(93)가 형성되며 유압에 의해 승강되는 커빅 커플링 부재(92)가 배치되어,
    상기 커빅 커플링 부재(92)의 승강에 의해 상기 제3 커빅 커플링 치차(93)와 제1, 제2 커빅 커플링 치차(70a)(80a)가 맞물리거나 맞물림이 해제되어 동력전달이 제어되는 것;
    을 특징으로 하는 스핀들 드라이브.
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