KR100921079B1

KR100921079B1 - 스핀들 유닛

Info

Publication number: KR100921079B1
Application number: KR1020070113606A
Authority: KR
Inventors: 김병기
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2007-11-08
Filing date: 2007-11-08
Publication date: 2009-10-08
Anticipated expiration: 2027-11-08
Also published as: KR20090047660A

Abstract

본 발명은 하나의 스핀들에서 2종류의 가공을 분리 수행할 수 있는 스핀들 유닛에 관한 것이다.

본 발명은 스핀들 내부에 장착된 드로우 바와 가공공구는 나사로 결합되어 있으며, NC 서보모터에 의해 경사면(트래버스 가공)과 내경부(리이머 가공)를 각각 전,후진 동작시켜서 절삭 이송하는 기능으로 하나의 스핀들에서 2종류의 가공을 분리 실행할 수 있는 스핀들 유닛을 제공한다.

트래버스, NC 스핀들 모터, NC 서보 모터, 스핀들, 리이머, 볼나사, 타이밍 벨트

Description

스핀들 유닛{Spindle unit}

본 발명은 스핀들 유닛에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하나의 스핀들에서 2종류의 가공을 분리 수행할 수 있는 스핀들 유닛에 관한 것이다.

일반적으로 엔진가공라인에서 실린더 헤드의 밸브시트 및 밸브가이드 가공방식은 플런지 컷 공법(Plunge cut) 공법과 트래버스 컷 공법(Traverse cut) 공법이 있고, 트래버스 컷 공법 설비는 전량 외자장비에 의존하는 실정이다.
상기 플런지 컷 공법은 밸브시트면과 가이드 내경을 일체형 공구로 일괄 가공하는 공법으로서, 각 가공내용별 절삭조건 분리 대응이 불가능하여 정도 보정의 한계가 있다.
상기 트래버스 컷 공법은 밸브시트면과 가이드 내경을 가변형 공구로 가공내용별 분리 가공하여 절삭조건 가변 대응이 가능한 공법으로서, 정도 보정이 용이하다.
따라서, 고객의 요구를 만족시킬 수 있는 트래버스 컷 공법 설비 국산화의 필요성이 지속적으로 거론되었으며, 개발로 인한 부가가치 창출과 향후 정밀 가공공정 독자기술 보유 및 외자설비 국산화로 경쟁력 확보가 절실하여 본 발명의 스핀들 유닛을 개발하게 된 것이다.
첨부한 도 10은 종래의 실린더 헤드를 나타내는 도면으로서, 도면부호 1은 실린더 헤드이고, 도면부호 2는 밸브시트이고, 도면부호 3은 밸브가이드를 나타낸다.
첨부한 도 11은 종래에 사용되던 플런지 커터 공구로 실린더 헤드의 밸브시트 경사면과 밸브가이드 내경부를 일괄가공하는 형태 및 이때의 플런지 커터 공구를 보여준다.
위의 가공공정은 위치 정도가 높아서 소재(실린더 헤드)를 하나의 공정에서 클램프 세팅하여 가공완료 해야만 요구 정밀도 규격을 용이하게 준수할 수 있는 가공공정이다.
여기서, 소재 지그는 조건을 만족할 수 있으나, 종래의 가공공구는 각각 가공 내용별로 이원화 할 수 있는 구조가 아니어서 경사면 가공 절삭조건 및 내경가공 절삭조건을 별도로 분리할 수 없는 형태이다.
따라서, 가공공구는 일반 머시닝 센터 스핀들에 HSK Holder(Hollow taper interface with flange contact surface-part 1 : Shanks-Dimensions)형식으로 탈,부착하게 되어 있다.
즉, 밸브시트 경사면과 가이드 내경부를 일체형 공구로 일괄 가공하는 조건으로, 각 가공별 절삭조건에 효율적으로 대응하기 어렵다.

삭제

따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 스핀들 내부에 장착된 드로우 바와 가공공구는 나사로 결합되어 있으며, NC 서보모터에 의해 경사면(트래버스 가공)과 내경부(리이머 가공)를 각각 전,후진 동작시켜서 절삭 이송하는 기능으로 하나의 스핀들에서 2종류의 가공을 분리 실행할 수 있는 스핀들 유닛을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 스핀들 유닛은 스핀들 유닛 본체와 이 스핀들 유닛 본체에 장착되어 밸브시트 경사면과 밸브가이드 내경부를 가공하는 가공공구로 이루어지되, 상기 스핀들 유닛 본체는 가공공구를 장착할 수 있는 스핀들 및 이 스핀들의 내부에 배치되어 가공공구의 연결부와 나사결합되는 드로우 바와, 상기 드로우 바의 후단측에 연결되어 이 드로우 바를 전후진 시켜주는 볼 나사 및 NC 서보 모터와, 상기 스핀들의 스핀들 샤프트의 후단측에 연결되어 이 스핀들을 회전시켜주는 종동풀리 및 구동풀리와 풀리 간을 연결하는 타이밍 벨트 및 상기 구동풀리가 장착되는 NC 스핀들 모터로 구성되고, 상기 가공공구는 앞쪽에 장착되는 리이머부 및 트래버스 커터부를 포함하며, 뒷쪽으로는 연결부가 결합되고, 상기 연결부에는 트래버스 커터부를 움직여주기 위한 커터부 블럭 및 앞쪽의 핀을 이용하여 상기 커터부 블럭과 연결되면서 연결부의 앞단에 결합되는 샤프트로 구성되는 것을 특징으로 한다.

삭제

본 발명에 따른 스핀들 유닛은 하나의 스핀들에서 2종류의 가공을 분리 실행할 수 있으므로, 각 가공별 절삭조건, 즉 경사면 가공 절삭조건과 내경 가공 절삭조건이 다른 경우에도 각 가공 내용별로 이원화하여 작업을 수행할 수 있는 등 각 가공별 절삭조건에 효율적으로 대응할 수 있는 장점이 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
첨부한 도 1은 본 발명에 따른 스핀들 유닛을 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 스핀들 유닛을 나타내는 측면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 스핀들 유닛의 X,Y,Z 방향 이동관계를 보여주는 개략도이고, 도 4는 본 발명에 따른 스핀들 유닛을 나타내는 측단면도이다.
또한, 도 5a,5b는 본 발명에 따른 스핀들 유닛에 적용되는 가공공구를 나타내는 측단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 스핀들 유닛의 가공공구를 사용하여 밸브시트 경사부를 가공하는 모습을 나타내는 개략도이고, 도 7은 본 발명에 따른 스핀들 유닛을 나타내는 단면 사시도이고, 도 8과 도 9는 본 발명에 따른 스핀들 유닛의 실제 적용사례를 보여주는 사진들이다.
본 발명에 따른 스핀들 유닛은 하나의 스핀들에서 2종류의 가공, 즉 밸브시트 경사면 가공과 밸브가이드 내경부 가공을 분리 수행할 수 있는 형태로 이루어져 있다.
이를 위하여, 도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 스핀들 유닛 본체(10)의 스핀들 바디 헤드부(15)의 전면에는 2개의 스핀들(11)이 상하 2축으로 구성되고, 상기 스핀들(11)의 내부에 장착되는 드로우 바(12)의 전단부에는 나사부(12a)가 구비되어 이때의 나사부(12a)를 통해 가공공구(22)의 후단부에 장착되어 있는 연결부(27)의 나사부(27a)에 결합된다.
이에 따라, 상기 가공공구(22)는 후단부의 연결부(27)를 통해 드로우 바(12)에 일체식으로 연결된다.
상기 가공공구(22)의 전단부에는 실린더 헤드의 밸브시트 경사면을 가공하기 위한 트래버스 커터부(25)와, 실린더 헤드의 밸브가이드 내경부를 가공하기 위한 리이머부(26)가 각각 마련된다.
그리고, 상기 드로우 바(12)는 후단 브라켓(31)을 통해 볼나사(14)와 연결되며, 이에 따라 NC 서보 모터(30)에 의해 구동되는 볼나사(14)의 작동으로 드로우 바(12)가 직선방향으로 동작하면, 상기 가공공구(22)의 연결부(27)도 드로우 바(12)와 함께 전후진을 하게 된다.
여기서, 미설명 부호 32은 드로우 바(12)의 직선운동을 안내하는 가이드바를 나타낸다.
또한, 상기 스핀들(11)은 NC 스핀들 모터(13)에 의해 회전되고, 이에 따라 스핀들(11)에 끼워지면서 드로우 바(12)에 연결되어 있는 가공공구(22)도 함께 회전할 수 있게 된다.
이를 위하여, NC 스핀들 모터(13)의 축에는 구동풀리(19)가 장착되고, 스핀들(11)의 스핀들 샤프트(33)에도 종동풀리(21)가 장착되며, 도 8의 사진에서 볼 수 있는 바와 같이 3개의 풀리, 즉 1개의 구동풀리(19)와 2개의 종동풀리(21)는 삼각형태로 배치되고, 이렇게 배치되는 각 풀리 간에는 타이밍 벨트(20)가 연결되므로서, NC 스핀들 모터(13)의 작동에 의해 그 동력이 스핀들(11)까지 전달되고, 결국 스핀들(11) 및 가공공구(22)가 함께 회전될 수 있게 된다.
따라서, 상기 가공공구(22)의 끝에 있는 리이머부(26)가 회전하면서 밸브가이드의 내경부를 리이머 가공할 수 있게 된다.
여기서, 상기 스핀들(11)의 회전을 원활하게 하기 위하여, 스핀들(11)의 전단부에 원통형 롤러 베어링(17)과 각접촉 볼 베어링(18)을 개재하고, 후단부에 원통형 롤러 베어링(17)을 개재하여 하우징(16) 내부에 설치하며, 이를 통해 하우징(16)의 내경과 스핀들(11)의 외경을 정밀조립함으로써, 상기 스핀들(11)의 회전으로 인한 전면부의 떨림을 0.002㎜ 이내로 설정할 수 있다.
또한, 상기 스핀들(11)은 정밀도 체크 및 보전성 확보를 위하여, 하우징(16) 외측에 구비되는 스핀들 바디 헤드부(15)에 베어링류를 이용하여 조립하지 않고, 카트리지 방식을 적용하여 구성할 수 있다.
즉, 상기 스핀들(11)을 보조 조립품(sub assembly)화하여 상기 스핀들 유닛 본체(10)를 스핀들 바디(28)에 조립하는 방식으로 구성하여 교환이 용이한 구조로 구성할 수 있다.
그리고, 상기 스핀들(11)에 장착된 베어링(17,18)들은 반영구적인 그리스 윤활을 적용한다.
한편, 밸브가이드의 경사면을 가공하기 위한 트래버스 커터부(25)는 드로우 바(12)의 작동에 의해 약 45°경사진 방향으로 움직이면서 밸브시트 경사면을 트래버스 가공하게 된다.
이를 위하여, 상기 연결부(27)의 전단부에는 전후진이 가능한 샤프트(23)가 결합되고, 상기 샤프트(23)에는 핀(24)이 결합되며, 상기 핀(24)에는 트래버스 커터부(25)가 속해 있는 커터부 블럭(34)이 홀(35)을 통해 관통 결합된다.
이에 따라, NC 서보 모터(30)가 작동되면, 볼나사(14)의 회전작동으로 브라켓(31)을 포함하는 드로우 바(12) 전체가 직선방향으로 전후진하게 되고, 계속해서 드로우 바(12)에 나사결합으로 연결되어 있는 연결부(27)도 전후진하게 되며, 이와 함께 샤프트(23)의 전후진에 의해 핀(24) 또한 앞뒤로 당겨지거나 밀려나게 되므로, 상기 핀(24)에 의해 커터부 블럭(34)이 경사면(36)을 타고 화살표 방향과 같이 오르내리게 되면서 도 6에서 볼 수 있듯이 트래버스 커터부(25)가 밸브시트 경사면을 가공할 수 있게 되는 것이다.
예를 들면, 샤프트(23)가 후진하면 핀(24)이 뒤로 물러나면서 커터부 블럭(34)을 윗쪽으로 끌어올려줄 수 있고(도 5b), 반대로 샤프트(23)가 전진하면 핀(24)이 앞으로 나아가면서 커터부 블럭(34)을 아래쪽으로 끌어내릴 수 있다(도 5a).
따라서, 이와 같이 구성되는 스핀들 유닛의 작동상태를 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 가공공구(22)의 리이머부(26)를 이용하여 밸브가이드 내경부를 가공하는 과정을 살펴보면 다음과 같다.
가공공구(22)는 스핀들 유닛 본체(10)의 스핀들(11)에 장착되고, 이때 가공공구(22)의 연결부(27)는 드로우 바(12)에 나사결합을 통해 연결된다.
위와 같은 상태에서 NC 스핀들 모터(13)가 작동하면, 구동풀리(19)가 회전하게 되고, 이와 동시에 타이밍 벨트(20)에 의해 연결되어 있는 종동풀리(21) 또한 회전하게 되며, 계속해서 종동풀리(21)가 장착되어 있는 스핀들 샤프트(33)가 회전하게 되므로서, 스핀들(11)의 회전과 함께 가공공구(22)로 회전하면서 그 끝에 있는 리이머부(26)를 이용하여 밸브가이드 내경부를 가공할 수 있게 된다.
다음, 가공공구(22)의 트래버스 커터부(25)를 이용하여 밸브시트 경사면을 가공하는 과정을 살펴보면 다음과 같다.
NC 서보 모터(30)가 작동하면, 볼나사(14)의 회전작동으로 브라켓(31)을 포함하는 드로우 바(12) 전체가 직선방향으로 전후진하게 된다.
계속해서, 상기 드로우 바(12)에 나사결합으로 연결되어 있는 연결부(27) 또한 전후진하게 되며, 이렇게 연결부(27)가 전후진 하게 되면 샤프트(23)의 전후진에 의해 핀(24) 또한 앞뒤로 당겨지거나 밀려나게 된다.
따라서, 상기 핀(24)에 의해 커터부 블럭(34)이 경사면(36)을 타고 오르내리는 형태로 움직이게 되므로, 결국 커터부 블럭(34)에 있는 트래버스 커터부(25)를 이용하여 밸브시트 경사면을 가공할 수 있게 된다.
한편, 도 2와 도 3에서는 스핀들 유닛이 X,Y,Z축 방향으로 이동될 수 있는 예를 보여준다.
도 3의 경우, 스핀들 유닛 본체(10)의 스핀들 바디 헤드부(15)의 전면에는 1개의 스핀들(11)이 1축으로 구성되어 있는 형태를 제공한다.
이러한 스핀들 유닛은 모터(미도시)의 구동과 이송용 볼나사(29)의 전동에 의해 X축 방향, Y축 방향, Z축 방향으로 움직일 수 있다.

삭제

도 1은 본 발명에 따른 스핀들 유닛을 나타내는 사시도
도 2는 본 발명에 따른 스핀들 유닛을 나타내는 측면도
도 3은 본 발명에 따른 스핀들 유닛의 X,Y,Z 방향 이동관계를 보여주는 개략도
도 4는 본 발명에 따른 스핀들 유닛을 나타내는 측단면도
도 5a,5b는 본 발명에 따른 스핀들 유닛에 적용되는 가공공구를 나타내는 측단면도
도 6은 본 발명에 따른 스핀들 유닛의 가공공구를 사용하여 밸브시트 경사부를 가공하는 모습을 나타내는 개략도
도 7은 본 발명에 따른 스핀들 유닛을 나타내는 단면 사시도
도 8과 도 9는 본 발명에 따른 스핀들 유닛의 실제 적용사례를 보여주는 사진
도 10은 종래의 실린더 헤드를 나타내는 도면
도 11과 도 12는 종래에 사용되던 플런지 커터 공구로 실린더 헤드의 밸브시트 경사면과 밸브가이드 내경부를 일괄가공하는 형태 및 이때의 플런지 커터 공구를 나타내는 개략도

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<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 스핀들 유닛 본체 11 : 스핀들

12 : 드로우 바 12a : 나사부

13 : NC 스핀들 모터 14 : 볼나사

15 : 스핀들 바디 헤드부 16 : 하우징

17 : 원통형 롤러 베어링 18 : 각접촉 볼 베어링

19 : 구동풀리 20 : 타이밍 벨트

21 : 종동풀리 22 :가공공구

23 : 샤프트 24 : 핀

25 : 트래버스 커터부 26 : 리이머부

27 : 연결부 28 : 스핀들 바디

29 : 이송용 볼나사

Claims

차량 엔진의 실린더 헤드를 가공하는 스핀들 유닛에 있어서,

스핀들 유닛 본체(10)와 이 스핀들 유닛 본체(10)에 장착되어 밸브시트 경사면과 밸브가이드 내경부를 가공하는 가공공구(22)로 이루어지되,

상기 스핀들 유닛 본체(10)는 가공공구(22)를 장착할 수 있는 스핀들(11) 및 이 스핀들(11)의 내부에 배치되어 가공공구(22)의 연결부(27)와 나사결합되는 드로우 바(12)와, 상기 드로우 바(12)의 후단측에 연결되어 이 드로우 바(12)를 전후진 시켜주는 볼 나사(14) 및 NC 서보 모터(30)와, 상기 스핀들(11)의 스핀들 샤프트(33)의 후단측에 연결되어 이 스핀들(11)을 회전시켜주는 종동풀리(21) 및 구동풀리(19)와 풀리 간을 연결하는 타이밍 벨트(20) 및 상기 구동풀리(19)가 장착되는 NC 스핀들 모터(13)로 구성되고,

상기 가공공구(22)는 앞쪽에 장착되는 리이머부(26) 및 트래버스 커터부(25)를 포함하며, 뒷쪽으로는 연결부(27)가 결합되고, 상기 연결부(27)에는 트래버스 커터부(25)를 움직여주기 위한 커터부 블럭(34) 및 앞쪽의 핀(24)을 이용하여 상기 커터부 블럭(34)과 연결되면서 연결부(27)의 앞단에 결합되는 샤프트(23)로 구성되는 것을 특징으로 하는 스핀들 유닛.
청구항 1에 있어서, 상기 스핀들 유닛 본체(10)의 스핀들 바디 헤드부(15)의 전면에는 2개의 스핀들(11)이 상하 2축으로 구성되는 것을 특징으로 하는 스핀들 유닛.
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