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KR101695990B1 - 스핀들 어셈블리 - Google Patents

스핀들 어셈블리 Download PDF

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KR101695990B1
KR101695990B1 KR1020100133227A KR20100133227A KR101695990B1 KR 101695990 B1 KR101695990 B1 KR 101695990B1 KR 1020100133227 A KR1020100133227 A KR 1020100133227A KR 20100133227 A KR20100133227 A KR 20100133227A KR 101695990 B1 KR101695990 B1 KR 101695990B1
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정석우
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Abstract

본 발명은 스핀들 어셈블리를 개시한다. 상기 스핀들 어셈블리는, 공작기계에서 워크(work)의 가공을 위한 공구(tool)가 장착되는 메인 스핀들(Main Spindle, 130); 상기 메인 스핀들(130)의 단부에 고정되는 실린더 어댑터(Cylinder Adapter, 150); 상기 메인 스핀들(130)의 길이 방향을 따라 상기 실린더 어댑터(150)의 안쪽에 배치되는 락너트(Lock Nut, 170); 및 상기 실린더 어댑터(150)와 상기 락너트(170)에 형성되는 통공(150a, 170a)으로 체결되는 체결부재(180);를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 전체 길이를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 키 결합 구조를 적용하는데 따른 다양한 문제점을 효과적으로 해결할 수 있으며, 구조가 단순하여 조립 및 유지보수가 용이할 뿐만 아니라 발열 문제를 해소할 수 있다.

Description

스핀들 어셈블리{The Spindle assembly}
본 발명은, 스핀들 어셈블리에 관한 것으로, 특히, 구조가 단순하여 조립 및 유지보수가 용이할 뿐만 아니라 발열 문제를 해소할 수 있는 스핀들 어셈블리에 관한 것이다.
공작기계에는 터닝센터, 머시닝센터, 문형머시닝센터, 스위스 턴, 방전 가공기, 수평형 NC 보링머신 등을 비롯하여 다양한 종류가 작업의 용도에 맞게 널리 사용되고 있다.
이러한 공작기계에는 워크(work)의 가공을 위한 공구(tool)가 장착되는 스핀들 어셈블리가 마련된다.
스핀들 어셈블리는 공구와 함께 고속 회전되면서 워크의 가공에 관여한다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 현재의 공작기계에 적용되고 있는 스핀들 어셈블리의 간략한 구조와 그에 따른 문제점을 짚어보도록 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 스핀들 어셈블리의 조립도, 도 2는 도 1의 부분적인 내부 구조도, 도 3의 (a)는 도 1에 적용되는 슬리브 로터의 사시도면이고, (b)는 메인 스핀들의 사시도, 그리고 도 4는 도 1의 스핀들 어셈블리에 적용되는 실린더 어댑터 영역의 부분 절개 사시도면이다.
종래의 스핀들 어셈블리(10)는 후술하는 바와 같이, 상대적으로 복잡한 내부 구조를 가지고 있기 때문에 전체 길이(L1, 도 1 참조)가 상대적으로 길다.
이는, 아래에서 자세히 살펴보도록 한다.
도 2를 참조하면, 종래의 스핀들 어셈블리(10)의 스핀들 노우즈(Spindle Nose, 12) 측에는 서로 다른 종류, 예컨대 3종의 베어링(21, 22, 23)들이 차례로 장착된다.
하지만, 이처럼 3종의 베어링(21, 22, 23)이 적용되는 경우, 비용이 증가함은 물론 조립 및 유지보수가 어렵고, 특히 지지력과 고속력을 유지하는데 다소 어려움이 따르는 문제점이 있다.
뿐만 아니라 종래의 스핀들 어셈블리(10)의 경우, 실린더(Cylinder) 부착부(14) 쪽에 마련되는 베어링(24)은 단순히 회전운동을 가이드하는 역할을 담당하고 있을 뿐 다른 기능, 예컨대 메인 스핀들(30, 도 3 참조)을 지지하거나 하는 역할을 겸하지는 못한다.
따라서 기능적인 면이 다소 약할 수 있다.
한편, 스핀들모터(미도시)를 메인 스핀들(30)에 체결하기 위해서는 로터(Rotor, 미도시)와 로터 슬리브(Rotor Sleeve, 40, 도 3의 (a) 참조)를 이용해야 한다.
즉 로터 슬리브(40)를 도 3의 (b)에 도시된 메인 스핀들(30)에 체결하기 위해 별도의 유압장치를 사용하여 조립 및 체결을 해야 하는데, 이 경우, 로터 슬리브(40)와 메인 스핀들(30)에 유압이 출입될 수 있는 나선형 홈(40a, 30a) 구조가 추가되어야 하는 문제점이 있다.
도 4를 참조하면, 종래 기술의 경우, 실린더 어댑터(50)를 고정시키기 위해 별도의 키(Key, 미도시)를 적용하여 왔다.
실린더 어댑터(50)는 락너트(Lock Nut, 70)에 의해 1차적으로 지지된다.
하지만, 키 결합 구조를 적용하게 되면, 메인 스핀들(30)에 키를 삽입하기 위한 키홈(31)을 더 가공해야 하기 때문에 작업이 불편하고 번거롭다.
뿐만 아니라 이처럼 키 결합 구조를 적용하게 되면, 실린더 어댑터(50)와 메인 스핀들(30)의 공간 확보가 반드시 필요하며, 또한 키 적용에 따른 밸런싱 작업이 어려워 밸런싱 작업에 장시간이 소요되는 문제점이 있다.
결과적으로, 종래 기술에 따른 스핀들 어셈블리(10)의 경우, 구조적인 한계로 인해 전체 길이(L1, 도 1 참조)가 상대적으로 길어지는 문제, 베어링(21~24)들의 구조적 또는 기능적인 문제, 로터 슬리브(40)와 메인 스핀들(30)에 나선형 홈(40a, 30a) 구조를 가공해야 하는 문제, 키 결합 구조의 적용에 따른 문제 등 다양한 문제점이 노출되고 있으므로 이러한 점을 감안한 효율적인 구조의 개선이 요구된다.
이에, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 전체 길이를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 키 결합 구조를 적용하는데 따른 다양한 문제점을 효과적으로 해결할 수 있으며, 구조가 단순하여 조립 및 유지보수가 용이할 뿐만 아니라 발열 문제를 해소할 수 있는 스핀들 어셈블리를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 적용되는 베어링의 구조와 기능을 보완할 수 있으며, 로터 슬리브와 메인 스핀들에 나선형 홈 구조를 가공하는데 따른 다양한 문제점을 효과적으로 해결할 수 있는 스핀들 어셈블리를 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 공작기계에서 워크(work)의 가공을 위한 공구(tool)가 장착되는 메인 스핀들(Main Spindle, 130); 상기 메인 스핀들(130)의 단부에 고정되는 실린더 어댑터(Cylinder Adapter, 150); 상기 메인 스핀들(130)의 길이 방향을 따라 상기 실린더 어댑터(150)의 안쪽에 배치되는 락너트(Lock Nut, 170); 및 상기 실린더 어댑터(150)와 상기 락너트(170)에 형성되는 통공(150a, 170a)으로 체결되는 체결부재(180);를 포함하는 스핀들 어셈블리를 제공한다.
또한 본 발명은 위의 본 발명의 일실시예에 대하여 다음의 구체적인 실시예들을 더 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 체결부재(180)가 체결되기 전, 상기 실린더 어댑터(150)와 상기 메인 스핀들(130)은 상호간 나사 결합되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 메인 스핀들(130)의 타측 단부 측에 형성된 스핀들 노우즈(Spindle Nose, 112)측과 인접하여 메인 스핀들의 외경에 조립되어 지지력 고속력을 유지시키는 1종 다열베어링(12); 상기 실린더 어댑터(150)가 위치되는 실린더(Cylinder) 부착부(114) 쪽의 상기 메인 스핀들의 외경에 장착되어 상기 메인 스핀들(130)을 지지하는 스핀들 지지용 베어링(124); 및 상기 메인 스핀들(Main Spindle, 130)에 구동력을 전달하는 스핀들모터를 상기메인 스핀들(130)에 체결하기 위해 상기 메인 스핀들(130)의 외경에 삽입 장착되는 로터 슬리브(Rotor Sleeve, 140); 상기 로터 슬리브(Rotor Sleeve, 140)와 상기 메인 스핀들(Main Spindle, 130)을 체결하는 파워 락(Power Lock, 160);을 더 포함한다.
본 발명에 따르면, 전체 길이를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 키 결합 구조를 적용하는데 따른 다양한 문제점을 효과적으로 해결할 수 있으며, 구조가 단순하여 조립 및 유지보수가 용이할 뿐만 아니라 발열 문제를 해소할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따르면, 적용되는 베어링의 구조와 기능을 보완할 수 있으며, 로터 슬리브와 메인 스핀들에 나선형 홈 구조를 가공하는데 따른 다양한 문제점을 효과적으로 해결할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 스핀들 어셈블리의 조립도면이다.
도 2는 도 1의 부분적인 내부 구조도면이다.
도 3의 (a)는 도 1에 적용되는 슬리브 로터의 사시도면이고, (b)는 메인 스핀들의 사시도면이다.
도 4는 도 1의 스핀들 어셈블리에 적용되는 실린더 어댑터 영역의 부분 절개 사시도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 어셈블리의 조립도면이다.
도 6은 도 5의 부분적인 내부 구조도면이다.
도 7의 (a)는 도 5에 적용되는 슬리브 로터의 사시도면이고, (b)는 메인 스핀들의 사시도면이다.
도 8은 도 5의 스핀들 어셈블리에 적용되는 실린더 어댑터 영역의 부분 절개 사시도면이다.
도 9는 종래의 스핀들 어셈블리에 대한 발열 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 어셈블리에 대한 발열 그래프이다.
이하, 본 발명에 따른 스핀들 어셈블리의 실시예를 도 5 내지 도 8을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 어셈블리의 조립도, 도 6은 도 5의 부분적인 내부 구조도, 도 7의 (a)는 도 5에 적용되는 슬리브 로터의 사시도면이고, (b)는 메인 스핀들의 사시도, 그리고 도 8은 도 5의 스핀들 어셈블리에 적용되는 실린더 어댑터 영역의 부분 절개 사시도면이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 스핀들 어셈블리(110)는 후술하는 바와 같이, 단순한 구조를 가지고 있기 때문에 전체 길이(L2, 도 5 참조)가 종래의 스핀들 어셈블리(10)의 전체 길이(L1, 도 1 참조)보다 상대적으로 짧다.
때문에, 동일한 기능을 제공하면서도 재료비를 줄일 수 있고, 또한 전반적으로 장비의 컴팩트화를 구현할 수 있다.
도 8을 먼저 참조하면, 스핀들 어셈블리(110)는 메인 스핀들(Main Spindle, 130)과, 메인 스핀들(130)의 단부에 고정되는 실린더 어댑터(Cylinder Adapter, 150)를 포함한다.
메인 스핀들(130)의 외벽에는 다수의 외장체(132)가 설치된다.
실린더 어댑터(150)는 도시 않은 실린더(Cylinder)가 부착되는 장소이다.
이러한 메인 스핀들(130)에 실린더 어댑터(150)를 설치하기 위해, 메인 스핀들(130)의 길이 방향을 따라 실린더 어댑터(150)의 안쪽에 락너트(Lock Nut, 170)가 배치된다.
그리고 실린더 어댑터(150)와 락너트(170)에 형성되는 통공(150a, 170a)으로 체결부재(180)가 체결됨으로써 메인 스핀들(130)에 실린더 어댑터(150)가 설치된다.
체결부재(180)는 통상적인 볼트일 수 있다.
참고로, 종래 기술의 경우에는 락너트(70, 도 4 참조)가 메인 스핀들(130)의 단부에 고정되면서 키(key) 결합 구조를 선택하여 왔기 때문에, 키홈(51, 도 4 참조)을 더 가공해야 하는 문제, 실린더 어댑터(150)와 메인 스핀들(130)의 공간 확보가 반드시 필요하며, 또한 키 적용에 따른 밸런싱 작업이 어려워 밸런싱 작업에 장시간이 소요되는 문제가 있었다.
하지만, 본 실시예처럼 락너트(170)를 메인 스핀들(130)의 단부가 아닌 실린더 어댑터(150)의 안쪽에 배치시켜 두고, 체결부재(180)로 실린더 어댑터(150)와 락너트(170)를 체결하는 구조를 선택하게 되면 키홈(51, 도 4 참조)을 가공하지 않아도 되며, 또한 실린더 어댑터(150)와 메인 스핀들(130)의 공간을 확보할 필요가 없으며, 밸런싱 작업 역시 수월해지는 이점이 있다.
특히, 본 실시예와 같은 구조가 적용되면 메인 스핀들(130) 또는 실린더 어댑터(150)의 길이를 길게 유지하지 않아도 되기 때문에 스핀들 어셈블리(110)의 전체 길이(L2, 도 5 참조)를 전반적으로 짧게 유지시킬 수 있게 된다.
한편, 체결부재(180)가 실린더 어댑터(150)와 락너트(170)로 체결되기 전, 실린더 어댑터(150)와 메인 스핀들(130)은 상호간 나사 결합되기 때문에 안정적일 수 있다.
도 6을 참조하면, 종래의 도 2 도면과 달리, 본 실시예의 스핀들 어셈블리(110)에서 메인 스핀들(130)의 스핀들 노우즈(Spindle Nose, 112) 측에는 1종의 다열 베어링(121), 즉 3열 베어링(121)이 적용된다.
도 2의 종래와 달리, 본 실시예처럼 3열 베어링(121)이 조립되면 비용과 조립성면에서도 뛰어나지만 특히, 지지력과 고속력을 유지시키데 보다 유리할 수 있다.
그리고 실린더 어댑터(150)가 위치되는 실린더(Cylinder) 부착부(114) 쪽에는 종래의 도 2와 달리, 메인 스핀들(130)을 지지하는 스핀들 지지용 베어링(124)이 마련된다.
스핀들 지지용 베어링(124)은 회전운동을 가이드하는 역할 외에도 메인 스핀들(130)을 지지하는 기능을 가지고 있어 기능면에서 종래보다 우월할 수 있다.
한편, 앞서도 기술하였듯이, 스핀들모터(미도시)를 메인 스핀들(130)에 체결하기 위해서는 로터(Rotor, 미도시)와 로터 슬리브(Rotor Sleeve, 140, 도 7의 (a) 참조)를 이용해야 한다.
이때, 종래 기술의 경우에는, 로터 슬리브(140)를 도 7의 (b)에 도시된 메인 스핀들(130)에 체결하기 위해, 별도의 유압장치를 사용하여 조립 및 체결을 했기 때문에 도 3에 도시된 바와 같이, 로터 슬리브(40)와 메인 스핀들(30)에 유압이 출입될 수 있는 나선형 홈(40a, 30a) 구조가 추가되어야 하는 문제점이 있었다.
하지만, 본 실시예의 경우에는 로터 슬리브(140)와 메인 스핀들(130)이 파워 락(Power Lock, 160)에 의해 체결되도록 하고 있다.
파워락(160)에 대해서는 구체적으로 도시하지 않았지만 조이는 방향으로 힘을 가할 경우, 반경 방향 외측으로 팽창되면서 로터 슬리브(140)와 메인 스핀들(130)을 체결하는 부품의 일종이다.
파워락(160)에 대한 구성은 본 출원인에 의해 선출원된 기술들을 이용하도록 한다.
실제, 도 7의 (b)에 도시된 메인 스핀들(130)의 경우, 종래의 도 3의 (b)처럼 나선형 홈(30a)의 구조도 없을 뿐만 아니라 키홈(31)도 없기 때문에, 구조적으로 단순할 수 있다.
이와 같은 구조를 갖는 본 실시예에 따르면, 전체 길이(L2, 도 5 참조)를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 키 결합 구조를 적용하는데 따른 다양한 문제점을 효과적으로 해결할 수 있으며, 구조가 단순하여 조립 및 유지보수가 용이할 뿐만 아니라 발열 문제를 해소할 수 있게 된다.
또한 본 실시예에 따르면, 적용되는 베어링(121~124)의 구조와 기능을 보완할 수 있으며, 종래의 도 3처럼 로터 슬리브(40)와 메인 스핀들(30)에 유압이 출입될 수 있는 나선형 홈(40a, 30a) 구조를 가공하는데 따른 다양한 문제점을 효과적으로 해결할 수 있게 된다.
한편, 도 9는 종래의 스핀들 어셈블리에 대한 발열 그래프이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 어셈블리에 대한 발열 그래프이다.
이 두 그래프를 비교해 보더라도 본 실시예의 스핀들 어셈블리(110)가 종래보다 발열 문제를 해소할 수 있음을 확인할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
110: 스핀들 어셈블리 112: 스핀들 노우즈
121: 다열 베어링 124: 스핀들 지지용 베어링
130: 메인 스핀들 150: 실린더 어댑터
160: 파워 락 170: 락너트
180: 체결부재

Claims (4)

  1. 공작기계에서 워크(work)의 가공을 위한 공구(tool)가 장착되는 메인 스핀들(Main Spindle, 130);
    상기 메인 스핀들(130)의 단부에 고정되는 실린더 어댑터(Cylinder Adapter, 150);
    상기 메인 스핀들(130)의 길이 방향을 따라 상기 실린더 어댑터(150)의 안쪽에 배치되는 락너트(Lock Nut, 170); 및
    상기 실린더 어댑터(150)와 상기 락너트(170)에 형성되는 통공(150a, 170a)으로 체결되는 체결부재(180);
    를 포함하는 스핀들 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 체결부재(180)가 체결되기 전, 상기 실린더 어댑터(150)와 상기 메인 스핀들(130)은 상호간 나사 결합되는 것을 특징으로 하는 스핀들 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 메인 스핀들(130)의 타측 단부 측에 형성된 스핀들 노우즈(Spindle Nose, 112)측과 인접하여 메인 스핀들의 외경에 조립되어 지지력 고속력을 유지시키는 1종 다열베어링(12); 및
    상기 실린더 어댑터(150)가 위치되는 실린더(Cylinder) 부착부(114) 쪽의 상기 메인 스핀들의 외경에 장착되어 상기 메인 스핀들(130)을 지지하는 스핀들 지지용 베어링(124);
    을 더 포함하는 스핀들 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 메인 스핀들(Main Spindle, 130)에 구동력을 전달하는 스핀들모터를 상기메인 스핀들(130)에 체결하기 위해 상기 메인 스핀들(130)의 외경에 삽입 장착되는 로터 슬리브(Rotor Sleeve, 140); 및
    상기 로터 슬리브(Rotor Sleeve, 140)와 상기 메인 스핀들(Main Spindle, 130)을 체결하는 파워 락(Power Lock, 160);
    을 더 포함하는 스핀들 어셈블리.
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