KR101476361B1 - 가공기계용 축 구동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 성형 장치 또는 절삭 장치 등의 각종 가공기계에서 축의 회전 운동과 선형 운동이 분리되어 독립적으로 발생할 수 있도록 한 가공기계용 축 구동장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 가공기계용 축 구동장치는, 가공기계 본체에 고정되게 설치되는 축지지부와; 상기 축지지부에 축방향으로 직선 이동 가능하게 설치된 이동축과; 상기 이동축의 선단부에 이동축과 동축상으로 설치되어 이동축에 대해 회전 운동하는 회전축과; 상기 이동축과 회전축이 축방향으로는 함께 이동하지만 회전축이 이동축에 대해서 자유롭게 회전 운동하도록 이동축과 회전축을 상호 연결하는 커플링부재와; 상기 이동축과 연결되어 이동축을 직선 이동시키는 이동축 구동수단과; 상기 회전축과 연결되어 회전축을 회전 운동시키는 회전축 구동수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

가공기계용 축 구동장치{Shaft Driving Apparatus for Manufacturing Machine}

본 발명은 가공기계에서 공구 또는 가공물을 고정시키는 축을 회전 및 직선 운동시키는 구동장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 성형 장치 또는 절삭 장치 등의 각종 가공기계에서 축의 회전 운동과 선형 운동이 분리되어 독립적으로 발생할 수 있도록 한 가공기계용 축 구동장치에 관한 것이다.

일반적으로 성형장치나 절삭장치, 연삭장치 등의 가공기계에는 공구 또는 가공물을 회전 및 선형 이동시키기 위한 축이 존재한다. 이러한 축을 회전 및 선형 이동시키기 위한 축 구동장치로서 국내 등록특허공보 제10-0732596호(2007년 06월 20일 등록)에 개시된 것과 같은 회전유압실린더 구조의 축 구동 조립체가 주로 사용되어 왔다.

상기 등록특허의 회전유압실린더는 유압에 의해 선형 운동하는 피스톤을 구비한 유압실린더를 중공축 모터를 관통하여 설치하되, 유압실린더의 외면에 모터의 회전자를 장착하고, 중공축 모터의 내주면에 고정자를 구성하여 유압실린더를 회전운동시킬 수 있도록 한 것이다.

이러한 회전유압실린더는 메커니컬 씰(mechanical seal)에 의해 실린더 하우징 내의 기름이 실린더 하우징과 실린더 바디 틈 사이로 새는 것을 방지할 수 있도록 구성되어 있지만, 원심력으로 인해 메커니컬 씰과 실린더 바디 틈으로 기름이 누유 되는 문제점을 가진다.

또한 초고속 회전유압실린더에서는 실린더의 고속회전에 의해 실린더 내부 및 외부에서 발생되는 열을 냉각시키기 위한 임펠러의 날개가 외부로 돌출 되도록 설치되지만 실린더의 표면만 식혀주고 내부에서 발생되는 열을 효율적으로 식혀주지 못하는 문제점이 있다.

이러한 문제를 해결하기 위한 것으로 국내 등록실용신안공보 제20-0243368호(2001년 8월 7일 등록)에는 내부에서 발생되는 열을 효율적으로 식혀주기 위해 실린더 하우징과 실린더 커버 사이에 임펠러를 설치하되 임펠러 날개는 실린더 하우징 내부와 연통되도록 형성하여, 공기의 흡입량을 증대시키고, 공기의 흡입 위치를 실린더의 초두부로 위치시켜 실린더 하우징과 실린더 커버 외부열을 냉각하는 동시에 제품 내부에 공기흐름자리를 형성하여 내부에서 발생되는 열을 단시간에 냉각시켜 실린더 내의 부품이 소착되는 것을 방지할 수 있도록 한 CNC 선반용 회전유압실린더가 개시되어 있다. 하지만 이러한 등록실용신안공보의 회전유압실린더는 실린더 회전에 의해 발생하는 열을 줄이거나 없애지 못하고 임펠러 날개를 추가적으로 구성하여야 하며 구조가 복잡해지는 문제가 있다.

이와 같이 가공기계에서 축을 이동하기 위한 종래의 축 구동장치는 축의 회전에 의해 별도의 실링장치나 냉각장치를 설치해야 하므로 시스템의 구조가 복잡하고 비효율적이며, 축을 회전하기 위한 시스템에서는 축의 직선 이동에 대한 고려가 필요하여 축을 직선 이동 및 회전하는 축 구동장치의 전체 시스템의 효율이 낮아지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 축을 동축상으로 배치되는 2개의 축부재(이동축과 회전축)로 분할 구성하여 하나의 축부재는 선형 구동부에 의해 직선 운동하도록 하고, 다른 하나의 축부재는 회전 구동부에 의해 회전 운동하도록 하여 2개의 축부재가 직선 이동시에는 함께 병진 운동하고, 회전 운동시에는 하나의 축부재만 독립적으로 회전 운동하도록 하여 전체 구조를 단순화시키고, 효율을 향상시킬 수 있는 가공기계용 축 구동장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 가공기계 본체에 고정되게 설치되는 축지지부와; 상기 축지지부에 축방향으로 직선 이동 가능하게 설치된 이동축과; 상기 이동축의 선단부에 이동축과 동축상으로 설치되어 이동축에 대해 회전 운동하는 회전축과; 상기 이동축과 회전축이 축방향으로는 함께 이동하지만 회전축이 이동축에 대해서 자유롭게 회전 운동하도록 이동축과 회전축을 상호 연결하는 커플링부재와; 상기 이동축과 연결되어 이동축을 직선 이동시키는 이동축 구동수단과; 상기 회전축과 연결되어 회전축을 회전 운동시키는 회전축 구동수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 이동축과 회전축이 동축상으로 배치되면서 연결되어 이동축이 이동축 구동수단에 의해 직선 이동할 때 회전축이 함께 직선 이동하게 되고, 회전축이 회전축 구동수단에 의해 회전 운동할 때에는 이동축은 고정된 상태에서 회전축만 이동축에 대해 회전 운동하게 된다. 따라서 간단한 구성으로 축을 독립적으로 회전 및 직선 이동시킬 수 있으며, 시스템의 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 첫번째 실시예에 따른 가공기계용 축 구동장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1의 I-I선 단면도이다.
도 3은 본 발명의 두번째 실시예에 따른 가공기계용 축 구동장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 세번째 실시예에 따른 가공기계용 축 구동장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 네번째 실시예에 따른 가공기계용 축 구동장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다섯번째 실시예에 따른 가공기계용 축 구동장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 가공기계용 축 구동장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

이해를 돕기 위하여 이하의 축 구동장치의 여러가지 실시예들에서 동일 또는 유사한 구성요소에는 동일한 참조부호를 병기하며, 중복 설명은 하지 않는다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 첫번째 실시예에 따른 가공기계용 축 구동장치를 나타낸 것으로, 이 첫번째 실시예의 축 구동장치는 가공기계 본체에 고정되게 설치되는 축지지부(10)와, 상기 축지지부(10)에 축방향으로 직선 이동 가능하게 설치된 이동축(20)과, 상기 이동축(20)의 선단부에 이동축(20)과 동축상으로 설치되어 이동축(20)에 대해 회전 운동하는 회전축(30)과, 상기 이동축(20)과 회전축(30)이 축방향으로는 함께 이동하지만 회전축(30)이 이동축(20)에 대해서 자유롭게 회전 운동하도록 이동축(20)과 회전축(30)을 상호 연결하는 커플링부재와, 상기 이동축(20)과 연결되어 이동축(20)을 직선 이동시키는 이동축 구동수단과, 상기 회전축(30)과 연결되어 회전축(30)을 회전 운동시키는 회전축 구동수단을 포함한다.

상기 축지지부(10)는 가공기계 본체에 고정되는 프레임 또는 하우징 등의 지지체가 될 수 있는데, 이 실시예에서는 상기 이동축 구동수단이 내설되는 하우징으로 이루어진다.

상기 이동축(20)은 상기 축지지부(10)에 대해 그의 축방향으로는 이동이 가능하지만 회전은 불가능하도록 스플라인(spline) 구조로 연결되어 있다. 즉, 도 2에 도시된 것과 같이 이동축(20)의 외면에 축방향을 따라 스플라인 홈(21)이 형성되고, 상기 축지지부(10)에 상기 스플라인 홈(21) 내측으로 삽입되어 이동축(20)의 직선 이동은 허용하고 이동축(20)의 회전 운동은 구속하는 스플라인 돌기(22)가 형성되어 이동축(20)이 직선 이동만 할 수 있도록 되어 있다.

물론 이와 반대로 스플라인 돌기(22)가 이동축(20)의 외면에 축방향을 따라 돌출 형성되고 스플라인 홈(21)이 축지지부(10)에 형성될 수도 있을 것이다.

상기 회전축(30)은 그 후단부가 상기 커플링부재에 의해 상기 이동축(20)의 선단부에 상대 회전이 가능하게 연결된다. 상기 회전축(30)의 선단부에는 피가공물을 파지하는 척(chuck) 또는 공구 등이 설치될 수 있다.

상기 커플링부재는 1개 이상의 베어링(41, 42)을 이용하여 구성할 수 있다. 예를 들어 이 실시예와 같이 외륜 및 내륜이 각각 이동축(20)의 내면과 회전축(30)의 외면에 고정되게 결합되는 반경방향 하중지지 베어링(41)과, 이동축(20)과 회전축(30)의 끝단부 사이에 개재되는 축방향 하중지지 베어링(42)으로 구성될 수 있다.

하지만 이와 다르게 전기적 입력 또는 공압이나 유압에 의해 축방향으로 이동하면서 접촉 및 분리되는 클러치를 이용하여 커플링부재를 구성할 수도 있을 것이다. 즉, 도 3의 두번째 실시예로 도시한 것과 같이 상기 커플링부재는 상기 이동축(20)의 선단부에 설치되어 전기에너지 또는 공압, 유압이 인가됨에 따라 축방향으로 이동하도록 된 가동 클러치(43)와, 회전축(30)의 후단부에 설치되어 상기 가동 클러치(43)와 접촉하면서 결합되거나 분리되는 고정 클러치(44)를 포함한 구성으로 이루어져, 직선 이동시에는 가동 클러치(43)와 고정 클러치(44)가 상호 접촉하여 함께 이동하고, 회전축(30)의 회전시에는 가동 클러치(43)와 고정 클러치(44)가 서로 분리되어 회전축(30)만 회전하게 된다.

한편, 도면에 도시되지는 않았으나, 상기 이동축(20)을 직선 이동시키기 위한 이동축 구동수단은 상기 축지지부(10) 내부에서 이동축(20)과 연결되도록 설치되는 공압실린더나 유압실린더, 볼스크류와 모터를 이용한 선형운동시스템, 복수개의 풀리와 벨트 및 모터를 이용한 선형운동시스템, 리니어모터 시스템 등 공지의 선형운동시스템을 적용하여 구성될 수 있다.

그리고, 도 1 및 도 3에 도시된 축 구동장치에서 상기 회전축 구동수단은 회전축(30)의 외부에 설치되는 모터(51) 및 상기 모터(51)의 축과 회전축(30)의 외주면에 감겨져 모터(51)의 동력을 전달하는 벨트나 체인 등과 같은 회전 동력전달부재(52)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 모터(51)와 회전 동력전달부재(52)는 가공기계 본체에 고정되는 모터케이스(53) 내부에 수용된다. 이 실시예에서 상기 모터(51)의 축과 회전축(30)의 외주면은 회전 동력전달부재(52)에 의해 직접 결합되어 있으나, 모터(51)의 축과 회전 동력전달부재(52) 사이에 가속 또는 감속 기어 셋트가 구성될 수도 있다.

상기와 같이 구성된 축 구동장치는 이동축 구동수단이 작동하여 이동축(20)이 일정 거리만큼 직선 이동하게 되면, 이와 연결되어 있는 회전축(30)이 이동축(20)과 함께 직선 이동하게 되고, 이동축(20)과 회전축(30)이 직선 이동한 상태에서 회전축 구동수단이 작동하게 되면, 이동축(20)은 고정된 상태에서 회전축(30)만 이동축(20)에 대해 회전 운동하게 된다.

도 4는 본 발명에 따른 축 구동장치의 세번째 실시예를 나타낸 것으로, 이 실시예의 축 구동장치는 전술한 첫번째 실시예의 축 구동장치와 기본적인 구성은 동일하지만 이동축 구동수단이 축지지부(10) 내측에 구성되지 않고 회전축 구동수단에 통합되어 구성된 점에서 차이가 있다. 즉, 이 실시예의 축 구동장치는 회전축 구동수단의 모터케이스(53) 내부에 이동축 구동수단(미도시)이 함께 구성되고, 이동축 구동수단이 링크부재(60)를 통해 이동축(20)에 연결되어 링크부재(60)를 직선 운동시킴으로써 이동축(20)을 직선 이동시킨다.

도 5는 본 발명에 따른 축 구동장치의 네번째 실시예를 나타낸 것으로, 이 실시예의 축 구동장치는 회전축 구동수단이 동력전달장치없이 바로 회전축(30)의 외면에 구성되는 구조이다. 즉, 이 실시예의 회전축 구동수단은 가공기계의 본체에 고정되며 상기 회전축(30)이 관통하도록 설치되는 통형상의 모터케이스(54)와, 상기 모터케이스(54)의 내주면에 원주방향을 따라 설치되는 고정자(55)와, 상기 회전축(30)의 외면에 상기 고정자(55)와 일정 거리 이격되면서 대향되게 설치되어 고정자(55)와의 사이에 형성되는 자기장에 의해 회전하는 회전자(56)를 포함하여 구성된다.

상기 고정자(55)는 철심에 코일이 감겨진 구조로 이루어지고, 상기 회전자(56)는 영구자석 또는 자성체로 이루어져, 외부에서 고정자(55)의 코일에 전원이 인가되면 철심이 여자되면서 고정자(55)와 회전자(56) 사이에 자기장이 발생하여 회전자(56)가 고정자(55)에 대해 회전하게 된다.

상기 모터케이스(54)와 회전축(30)의 외주면 사이에는 모터케이스(54)에 대해 회전축(30)을 회전 가능하게 지지하는 베어링(54a)이 설치된다.

도 6은 본 발명에 따른 축 구동장치의 다섯번째 실시예를 나타낸 것으로, 이 실시예의 축 구동장치는 회전축(30)을 구동시키는 회전축 구동수단이 이동축(20)의 선단부와 회전축(30)의 후단부 사이에 구성된다. 즉, 이 실시예의 회전축 구동수단은 상기 이동축(20)의 선단부에 고정되는 고정자(57)와, 상기 회전축(30)의 후단부에 상기 고정자(57)와 마주보도록 설치되어 고정자(57)와의 사이에 형성되는 자기장에 의해 회전하는 회전자(58)를 포함하여 구성된다.

이 실시예의 경우, 전술한 실시예들과 같이 커플링부재로서 베어링(41, 42)(도 1참조)을 이용하지 않고, 상기 고정자(57) 및 회전자(58)가 수용되는 모터케이스(59)를 커플링부재로 이용할 수 있다. 즉, 모터케이스(59)의 일단부를 상기 이동축(20)에 고정하고 타단부를 상기 회전축(30)에 상대 회전 가능하게 연결하여, 이동축(20)이 모터케이스(59)와 함께 이동하면서 회전축(30)을 직선 이동시키고, 회전축(30)이 회전 운동을 할 때에는 회전축(30)만 모터케이스(59)에 대해 회전 운동하도록 할 수 있다.

도 6에서 미설명부호 59a는 모터케이스(59)에 대해 회전축(30)을 회전은 가능하지만 축방향 이동은 불가능하게 지지하는 베어링이다.

이상에서 본 발명은 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 부가 및 변형이 가능할 것임은 당연하며, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

10 : 축지지부 20 : 이동축
21 : 스플라인 홈 22 : 스플라인 돌기
30 : 회전축 41 : 반경방향 하중지지 베어링
42 : 축방향 하중지지 베어링 43 : 가동 클러치
44 : 고정 클러치 51 : 모터
52 : 회전 동력전달부재 53 : 모터케이스
54 : 모터케이스 55 : 고정자
56 : 회전자 57 : 고정자
58 : 회전자 59 : 모터케이스
60 : 링크부재

Claims (10)

1. 가공기계 본체에 고정되게 설치되는 축지지부(10)와;
   상기 축지지부(10)에 축방향으로 직선 이동 가능하게 설치된 이동축(20)과;
   상기 이동축(20)의 선단부에 이동축(20)과 동축상으로 설치되어 이동축(20)에 대해 회전 운동하는 회전축(30)과;
   상기 이동축(20)과 회전축(30)이 축방향으로는 함께 이동하지만 회전축(30)이 이동축(20)에 대해서 자유롭게 회전 운동하도록 이동축(20)과 회전축(30)을 상호 연결하는 커플링부재와;
   상기 이동축(20)과 연결되어 이동축(20)을 직선 이동시키는 이동축 구동수단과;
   상기 회전축(30)과 연결되어 회전축(30)을 회전 운동시키는 회전축 구동수단을 포함하며;
   상기 회전축 구동수단은, 상기 이동축(20)의 선단부에 고정되는 고정자(57)와, 상기 회전축(30)의 후단부에 상기 고정자(57)와 마주보도록 설치되어 고정자(57)와의 사이에 형성되는 자기장에 의해 회전하는 회전자(58)를 포함하여 구성되고;
   상기 커플링부재는, 일단부가 상기 이동축(20)에 고정되고 타단부가 상기 회전축(30)에 상대 회전 가능하게 연결되며, 내부에 상기 고정자(57) 및 회전자(58)가 수용되는 모터케이스(59)인 것을 특징으로 하는 가공기계용 축 구동장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 이동축(20)의 외면에 축방향을 따라 스플라인 홈(21)이 형성되고, 상기 축지지부(10)에 상기 스플라인 홈(21) 내측으로 삽입되어 이동축(20)의 직선 이동은 허용하고 이동축(20)의 회전 운동은 구속하는 스플라인 돌기(22)가 형성된 것을 특징으로 하는 가공기계용 축 구동장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 이동축(20)의 외면에 축방향을 따라 스플라인 돌기(22)가 돌출 형성되고, 상기 축지지부(10)에 상기 스플라인 돌기(22)가 삽입되어 이동축(20)의 직선 이동은 허용하고 이동축(20)의 회전 운동은 구속하는 스플라인 홈(21)이 형성된 것을 특징으로 하는 가공기계용 축 구동장치.
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