KR20090077921A

KR20090077921A - 공작기계용 각도 분할 장치

Info

Publication number: KR20090077921A
Application number: KR1020097007826A
Authority: KR
Inventors: 요시노리 다쓰다
Original assignee: 츠다코마 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2006-10-26
Filing date: 2007-10-23
Publication date: 2009-07-16
Also published as: EP2082829A4; CN101588893B; TW200821083A; EP2082829A1; JP5201681B2; WO2008050747A1; JPWO2008050747A1; CN101588893A; US20100313708A1

Abstract

관통공을 가지는 하우징과, 일단에 회전 구동 대상 부재가 고정됨과 함께 상기 하우징의 관통공 내에서 베어링에 의해 회전이 자유롭게 지지되는 회전축과, 그 회전축을 회전 구동하여 그 각도 위치를 분할하기 위한 구동 모터를 구비한 공작 기계용 각도 분할 장치에 있어서, 상기 베어링을 액시얼 방향 및 래디얼 방향의 하중을 지지할 수 있는 복렬 형식의 롤러 베어링으로 하고, 상기 회전축이 그 회전축선 방향으로 이간되어 배치된 2개 이상의 상기 베어링(60)에 의해 지지되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

공작기계용 각도 분할 장치 {ANGLE INDEXING DEVICE FOR MACHINE TOOL}

본 발명은, 공작기계에 이용되는 각도 분할 장치에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 관통공을 가지는 하우징과, 일단에 회전 구동 대상물이 고정됨과 함께 상기 하우징의 관통공 내에서 베어링에 의해 회전이 자유롭게 지지되는 회전축과, 그 회전축을 회전 구동시켜 그 각도 위치를 분할하기 위한 구동 모터를 구비한 각도 분할 장치에 관한 것이다.

상기와 같은 각도 분할 장치로서, 예를 들면 특허문헌 1 혹은 특허문헌 2에 기재된 것이 알려져 있다.

특허문헌 1에 기재된 장치는 공작기계로서의 동시 5축 제어 가공기에 이용되는 것으로, 공구 주축을 회전 구동시키는 헤드(본 발명에서 말하는 회전 구동 대상 부재)를 지지하는 헤드 지지부로서 구성되어 있다. 이 헤드 지지부는 본체(하우징) 내에 회전이 자유롭게 지지되어 회전 구동되는 구동축(회전축)을 가지며, 그 일단에 상기 헤드가 장착되어 있다. 그리고, 수치 제어에 의해 상기 구동축을 설정에 따른 각도만큼 회전시켜 상기 헤드의 각도 위치(회전 위치)를 분할하는 것이다.

또, 특허문헌 2에 기재된 장치는 공작기계에 이용되는 회전 분할 테이블로, 하우징 내에 회전이 자유롭게 지지된 로터(회전축)를 가지며, 그 로터의 단부에 분할 테이블(본 발명에서 말하는 회전 구동 대상 부재)가 장착되어 있다. 그리고, 수치 제어에 의해 상기 로터를 설정에 따른 각도만큼 회전시켜 상기 분할 테이블의 각도 위치를 분할하는 것이다.

그리고 상기 특허문헌 1 및 2에 기재된 각도 분할 장치에서는, 회전 구동 대상 부재를 지지하는 회전축은 하우징에 대해 1개의 크로스롤러 베어링에 의해 회전이 자유롭게 지지되어 있다. 그리고, 이 크로스롤러 베어링은 액시얼 방향 및 래디얼 방향의 하중을 지지할 수 있는 것이다.

상기와 같은 회전 구동 대상물을 지지하는 회전축에서는 워크의 가공시 등에 큰 부하가 회전축에 걸리기 때문에, 높은 가공 정밀도를 얻기 위해서는 높은 지지 강성이 요구된다. 그러나 상기한 종래 기술과 같이 회전축을 단일 베어링(크로스롤러 베어링)으로 지지하는 구성에서는, 높은 지지 강성을 얻고자 한 경우는 보다 큰 지름의 베어링을 채용해야만 한다. 그리고 그 결과, 장치가 베어링의 지름 방향으로 대형화된다. 또한 베어링은 지름이 클수록 허용 회전 속도가 낮아지기 때문에, 지지 강성을 높이기 위한 베어링의 대직경화에 따라 회전 속도가 보다 낮은 속도로 제한되어, 원하는 회전 속도에 의해 장치를 구동할 수 없게 된다. 또한 베어링은 지름이 클수록 편차 정밀도가 저하되기 때문에, 베어링의 대직경화에 따라 가공 정밀도가 저하된다.

특허문헌 1: 일본공개특허공보 평2-116137호

특허문헌 2: 일본공개실용신안공보 평8-10504호

(발명의 개시)　

(발명이 해결하고자 하는 과제)

따라서, 본 발명의 과제는 공작기계용 각도 분할 장치에 있어서, 장치의 대형화나 가공 정밀도의 저하를 초래하지 않고 높은 지지 강성에 의해 회전축을 지지하는 구조를 제공하는 것에 있다.

(과제를 해결하기 위한 수단)

상기 과제 하에서, 본 발명은 상기 서술한 각도 분할 장치를 전제로 하고, 회전축을 회전이 자유롭게 지지하기 위한 베어링을, 액시얼 방향 및 래디얼 방향의 하중을 지지할 수 있는 복렬(複列) 형식의 롤러 베어링으로 함과 함께, 상기 회전축이 그 회전축선 방향으로 이간(離間)되어 배치된 2개 이상의 상기 베어링에 의해 지지되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에서는, 상기 베어링을 복합 롤 형식의 선회 베어링의 하나인 3렬 원통 롤러 베어링(3렬 롤러 베어링/액시얼·래디얼 롤러 베어링)으로 해도 된다.

(발명의 효과)

상기한 본 발명에 의한 각도 분할 장치에 의하면, 종래에 사용되고 있는 크로스롤러 베어링보다 더욱 높은 액시얼 방향 및 래디얼 방향의 하중을 지지할 수 있는 복렬 형식의 롤러 베어링을 채용하고, 또한 그 복렬 형식의 롤러 베어링을 2개 이상 사용하여 회전축을 지지하는 구성으로 하였기 때문에, 베어링을 대직경화하는 일 없이 매우 높은 지지 강성을 얻는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명에 의한 각도 분할 장치의 한 실시 형태를 나타내는 정면 단면도.

도 2는 본 발명에 의한 각도 분할 장치를 포함한 가공용 헤드를 나타내는 정면 단면도.

도 3은 본 발명에서 채용되는 베어링의 한 실시 형태를 나타내는 정면 단면도.

도 4는 본 발명의 가공용 헤드가 적용되는 공작기계의 일례를 나타내는 사시도.

(부호의 설명)

1 공작기계

10 가공용 헤드

20 스핀들 유닛

21 스핀들

30 제1 지지 헤드

30a, 30b 다리부

30c 기부

44 회전 검출기

50 제2 지지 헤드(각도 분할 장치)

51 하우징

52 회전축

52a 축 부재

52b 플랜지 부재

53 DD 모터

53a 스테이터

53b 로터

54 클램프 슬리브

55 디스트리뷰터

60 3렬 원통 롤러 베어링

61 내륜

62, 64, 66 원통 롤러

63 외륜

이하, 본 발명의 실시의 형태를 도면에 기초하여 상세하게 서술한다.

도 1∼3에 나타내는 것은 본 발명의 한 실시예이며, 이하에서는 5축 가공기나 다면 가공기 등의 복합 가공기(공작기계)의 하나인 문형 공작기계(머시닝센터)에 탑재되는 가공용 헤드로서, 공구가 장착되는 스핀들(주축)을 지지하는 가공용 헤드를 예로 들어 본 발명의 각도 분할 장치를 설명한다.

도 4에 나타내는 것은 본 발명이 적용되는 가공용 헤드 10을 탑재하는 문형 공작기계(1)이다. 이 종류의 문형 공작기계(1)는 베드(4) 상에 부설된 좌우의 칼럼(2, 2)과, 칼럼(2, 2) 상을 상하 방향(Z축 방향)으로 이동하는 크로스레일(6)과, 크로스레일(6) 상을 수평으로 좌우 방향(Y축 방향)으로 이동하는 새들(7)과, 새들(7) 상을 Z축 방향으로 이동하는 램(8)과, 베드(4) 상을 전후 방향(X축 방향)으로 이동하는 테이블(5)을 포함한다. 그리고 램(8)에는 공구가 장착되는 스핀들을 구비한 스핀들 유닛(20)을 포함한 가공용 헤드(10)가 장착되어 있다.

이 문형 공작기계(1)는, 워크의 가공시에 미리 설정된 프로그램에 기초한 수치 제어에 의해 상기 테이블(5), 크로스레일(6), 새들(7) 및 램(8)을 이동시킴과 함께 가공용 헤드(10)이 스핀들 유닛(20)의 각도 위치(회전 위치)를 분할한다. 이것에 의해, 상기 공작기계에서는 워크의 각 가공면에 대해 공구를 최적인 각도로 대어 가공할 수 있어, 복잡한 형상의 워크의 절삭 가공 등을 가능하게 하고 있다.

도시한 본 실시예에서의 가공용 헤드(10)는 공구가 장착되는 스핀들(21)을 가지는 스핀들 유닛(20)과, 스핀들 유닛(20)을 지지하는 제1 지지 헤드(30)와, 제1 지지 헤드(30)를 지지하는 제2 지지 헤드(50)를 포함한다(도 2). 그리고 본 실시예에서는 상기 제1 지지 헤드(30)(제1 지지 헤드(30)의 기부(30c))가 본 발명에서 말하는 회전 구동 대상 부재에 상당하며, 제2 지지 헤드(50)가 본 발명에서 말하는 각도 분할 장치에 상당하는 것으로 한다.

상기의 스핀들 유닛(20)은 구동 모터 내장형 스핀들 헤드이며, 그 하우징 내에 회전이 자유롭게 지지되는 스핀들(21)을 내장된 구동 모터에 의해 고속 회전 구동하는 것이다.

또 제1 지지 헤드(30)는 상기 스핀들 유닛(20)을 지지함과 함께 스핀들 유닛(20)을 상기 스핀들(21)의 회전축선과 직교하는 축선(이하 “A축”이라 함)을 중심으로 회전시켜 그 각도 위치를 분할하기 위한 것이다.

이 제1 지지 헤드(30)는 기부(30c)에 대해 한 쌍의 다리부(30a, 30b)가 장착된 포크형으로 구성되어 있고, 그 다리부(30a, 30b) 사이에서 상기 스핀들 유닛(20)을 지지한다. 그리고 상기 스핀들 유닛(20)은 다리부(30a, 30b) 각각의 내부에서 회전이 자유롭게 지지된 한 쌍의 지지축에 의해 지지되어 있다.

또, 도시한 제1 지지 헤드(30)는 스핀들 유닛(20)을 회전 구동하는 분할 기구의 구동원으로서 그 모터 스테이터 및 모터 로터가 하우징 내에 배치되어 모터 로터가 스핀들 유닛을 지지하는 지지축에 연결된 직접구동형 구동 모터(이하 “DD 모터”라 함)를 채용한 것이다(도시생략). 본 예에서는 이 DD 모터는 한 쌍의 다리부(30a, 30b) 중 일방의 다리부(30a) 내에만 형성되어 있다.

다음에, 본 발명이 적용된 도시한 가공용 헤드(10)에서의 제2 지지 헤드(50)에 대해 그 상세한 것을 이하에 설명한다.

이 제2 지지 헤드(50)는 브래킷 등에 의해 상기 서술한 공작기계(1)에 장착됨과 함께 상기한 제1 지지 헤드(30)를 지지하고 있다. 즉, 워크를 가공하기 위한 공구가 장착되는 스핀들 유닛(20)은 제1 지지 헤드(30)를 사이에 두고 제2 지지 헤드(50)에 지지되어 있으며, 이 제2 지지 헤드(50)에 의해 공작기계에 지지되어 있다. 또한 제2 지지 헤드(50)는 제1 지지 헤드(30)를 연직 방향의 축선(공작기계의 Z축과 평행한 축선/이하 “C축”이라 함)을 중심으로 회전시켜 그 각도 위치를 분 할하기 위한 것이다(도 2).

도 1에 나타내는 바와 같이, 제2 지지 헤드(50)는 C축 방향으로 관통하는 관통구멍(51a)을 가지는 하우징(51)을 주체로 하고 있으며, 축 부재(52a)가 관통구멍(51a) 내에 설치되어 상기 제1 지지 헤드(30)가 장착된 회전축(52)을 구비하고 있다. 그리고 본 실시예에서는 이 회전축(52)을 하우징(51)에 대해 회전이 자유롭게 지지하는 베어링으로서 3렬 원통 롤러 베어링(60)을 채용하며, 2개의 3렬 원통 롤러 베어링(60, 60)에 의해 회전축(52)을 지지하는 구성으로 되어 있다.

또한 제2 지지 헤드(50)는 하우징(51)의 관통구멍(51a) 내에 회전축(52)을 회전 구동하기 위한 DD 모터(53), 회전축(52)의 회전 위치를 유지하기 위한 클램프 슬리브(54) 및 제1 지지 헤드(30)에 유체를 공급하기 위한 로터리 조인트(55)를 갖추고 있다.

DD 모터(53)는 스테이터 슬리브(53c)를 통하여 하우징(51)에 고정된 스테이터(53a)와, 스타터(53a)의 내주면에 대향하는 배치로 회전축(52)에 고정된 로터(53b)로 구성되어 있다. 또 DD 모터(53)를 구동하기 위한 여자 전류의 공급은 커넥터(19a)를 통하여 DD 모터(53)에 접속된 케이블(19)에 의해 이루어진다.

회전축(52)은 하우징(51)의 관통구멍(51a) 내에서 상기 서술한 3렬 원통 롤러 베어링(60)에 의해 회전이 자유롭게 지지된 축 부재(52a)와, 축 부재(52a)의 제1 지지 헤드(30)측 단부에 장착되어 반경 방향(C축과 직교하는 방향)으로 벌어지는 플랜지 부재(52b)를 포함하고 있다. 또한 회전축(52)에는 로터리 조인트(55)가 삽입통과되는 관통구멍(52c)이 형성되어 있다.

축 부재(52a)의 외주면에는 DD 모터(53)의 로터(53b)가 끼워져 고정되어 있으며, 로터(53b)의 회전에 따라 축 부재(52a)가 C축을 중심으로 하여 회전 구동된다. 또한 플랜지 부재(52b)는 원주 방향으로 배치된 복수의 나사 부재에 의해 축 부재(52a)에 장착되어 있으며, 축 부재(52a)와 일체적으로 구성되어 있다. 그리고 플랜지 부재(52b)에는 원주 방향으로 복수의 나사 부재가 나사 삽입되어 있으며, 이 나사 부재에 의해 제1 지지 헤드(30)의 기부(30c)가 플랜지 부재(52b)에 장착된다. 따라서 회전축(52)이 DD 모터(53)에 의해 회전 구동되는 것에 의해 제1 지지 헤드(30)가 회전축(52)과 함께 C축 둘레에서 회전한다.

로터리 조인트(55)는 하우징(51)에 고정된 디스트리뷰터(55a)와, 디스트리뷰터(55a)에 형성된 관통구멍(55a1)에 회전 가능하게 감합 장착되고, C축에 대해 디스트리뷰터(55a)와 동심적으로 배치된 샤프트(55b)로 구성되어 있다.

디스트리뷰터(55a)는 회전축(52)의 관통구멍(52c) 내에 배치되는 원통부(55a2)와, 원통부(55a2)의 제1 지지 헤드(30) 반대측의 단부에서 반경 방향으로 벌어지도록 형성된 플랜지부(55a3)로 이루어져 있고, 그 플랜지부(55a3)에서 원주 방향으로 배치된 복수의 나사 부재에 의해 하우징(51)에 대해 장착되어 있다.

또한 샤프트(55b)는 그 제1 지지 헤드(30)측의 단부에 원반상의 플랜지 부재(57)가 장착되어 있고, 이 플랜지 부재(57)를 통하여 회전축(52)의 플랜지 부재(52b)에 대해 장착되어 있다. 따라서 회전축(52)의 회전에 따라 샤프트(55b)도 함께 회전한다. 또한 플랜지 부재(57)는 제1 지지 헤드(30)의 기부(30c)에 형성된 원형의 오목부(30c1)에 끼워 넣어지는 형상으로 되어 있으며, 이 플랜지 부재(57) 와 기부(30c)의 오목부(30c1)에 의해 제2 지지 헤드(50)에 대한 제1 지지 헤드(30)의 위치가 결정된다.

디스트리뷰터(55a)의 원통부(55a2)에는 외부로부터 유체를 도입하기 위한 유체 유로(55a4)가 원주 방향으로 위치를 어긋나게 하여 복수 형성되어 있다. 한편, 샤프트(55b)에도 디스트리뷰터(55a)의 각 유체 유로(55a4)에 대응하는 복수의 유체 유로(55b1)가 원주 방향으로 위치를 이동시켜 형성되어 있다. 그리고 각 유체 유로(55a4)와 그것에 대응하는 각 유체 유로(55b1)는 디스트리뷰터(55a)와 샤프트(55b)의 감합 둘레면에 형성된 환형 홈을 통하여 연통되어 있으며, 샤프트(55b)가 회전한 경우에도 그 연통 상태가 유지되도록 구성되어 있다. 또 샤프트(55b)에 형성된 복수의 유체 유로(55b1)는 각각 제1 지지 헤드(30)에 내장된 도시하지 않은 로터리 조인트에 연통되어 있다. 따라서 외부로부터 로터리 조인트(55)의 디스트리뷰터(55a)에 공급된 유체는, 샤프트(55b)를 통하여 제1 지지 헤드(30)의 로터리 조인트에 공급되고, 다시 제1 지지 헤드(30)의 로터리 조인트를 통해 스핀들 유닛(20)에 공급된다.

하우징(51)에 고정된 디스트리뷰터(55a)와 회전축(52)의 축 부재(52a) 사이에는 회전축(52)의 회전 위치를 지지하기 위한 클램프 슬리브(54)가 개재되어 있다. 이 클램프 슬리브(54)는 그 플랜지부(54a)에 있어서 원주 방향으로 배치된 복수의 나사 부재에 의해 디스트리뷰터(55a)에 장착됨과 함께 회전축(52)과의 상대 회전이 허용되도록 형성되어 있다. 또한 클램프 슬리브(54)의 원통부(54b)에는 디스트리뷰터(55a)의 원통부(55a2)측으로 개구되는 환형 홈(54c)이 형성되어 있으며, 이 환형 홈(54c)과 디스트리뷰터(55a)의 원통부(55a2) 외주면에 의해 형성되는 공간이 압력실이 된다.

그리고 이 압력실에 대해 디스트리뷰터(55a)에 형성된 유체 유로(54d)를 통하여 압력 유체를 공급하는 것에 의해, 원통부(54b)의 환형 홈(54c)에 대응하는 얇은 부분이 지름 확대 방향으로 변형된다. 그 결과, 회전축(52)에 대해 지름 확대 방향의 조임력이 작용하여 회전축(52)의 회전이 저지된 상태(클램프 상태)가 된다.

또한 도시한 예에서는 로터리 조인트(55)의 상단부에 회전축(52)의 회전량, 즉 제1 지지 헤드(30)의 각도 위치를 검출하기 위한 회전 검출기(44)가 형성되어 있다. 그리고 이 회전 검출기(44)의 검출 신호는 공작기계의 제어장치로 보내져 제1 지지 헤드(30)의 회전 제어에 이용된다.

회전축(52)을 하우징(51)에 대해 회전이 자유롭게 지지하는 베어링은, 상기 서술한 바와 같이 복합 롤러 형식의 선회 베어링의 하나인 3렬 원통 롤러 베어링(3렬 롤러 베어링/액시얼·래디얼 롤러 베어링)(60)이며, 본 실시예에서는 이 3렬 원통 롤러 베어링(60)이 회전축(52)의 회전축선 방향(C축 방향)으로 이간되어 2개 배치되어 있다.

이 3렬 원통 롤러 베어링(60)은 그 자체는 공지된 것이지만, 자세하게 설명하면, 기본적으로는 내륜(61), 외륜(63) 및 내륜(61)과 외륜(63)이 서로 대향하는 둘레면 사이에 배치된 복수의 원통 롤러(62, 64, 66)에 의해 구성되어 있다.

내륜(61)은 상하 한 쌍의 내륜 분할체(61A, 61B)로 분할되어 있고, 양 내륜 분할체(61A, 61B)는 회전축(52)의 축 부재(52a)에 형성된 장착면(52a1)에 대해 볼 트(69)에 의해 조여져 일체적으로 체결되어 있다. 또한 내륜(61)은 그 외주면에 외륜(63) 축방향의 양 측면에 대해 각각 대향하는 한 쌍의 턱부(61a, 61b)가 형성되어 있다. 그리고, 외륜(63)과 양 측의 턱부(61a, 61b) 사이에는 지지 부재(도시생략)에 의해 지지된 액시얼 하중 부담용 원통 롤러(62, 64)가 개재되어 있다. 또 외륜(63)과 내륜(61)의 외주면 사이에는 지지 부재(도시생략)에 의해 지지된 래디얼 하중 부담용 원통 롤러(66)가 개재되어 있다.

이와 같이 본 발명이 적용되는 제2 지지 헤드(50)에서는 회전축(52)을 하우징(51) 내에서 회전이 자유롭게 지지하기 위한 베어링으로서 액시얼 방향 및 래디얼 방향의 하중에 관해 같은 지름의 크로스롤러 베어링보다 높은 하중을 지지할 수 있는 3렬 원통 롤러 베어링(60)을 채용하고, 또한 이 3렬 원통 롤러 베어링(60)을 C축 방향으로 이간시켜 2개 배치하여 그 2개의 3렬 원통 롤러 베어링(60)에 의해 회전축(52)을 지지하는 구성으로 하고 있다. 이것에 의해, 제1 지지 헤드(30)를 지지하여 그 각도 위치를 분할하기 위해 회전 구동되는 회전축(52)의 지지를 높은 지지 강성하에서 행할 수 있다. 따라서, 굳이 큰 직경의 베어링을 채용하지 않고도 높은 지지 강성을 얻을 수 있는 구성으로 되어 있어, 장치의 대형화나 가공 정밀도의 저하를 초래하는 일이 없다.

또한 도시한 예에서는, 회전축(52)을 지지하는 베어링으로서 3렬 원통 롤러 베어링을 채용하고 있지만, 이것 대신에 복렬 원추 롤러 베어링을 채용할 수도 있다. 즉, 본 발명에서 말하는 복렬 형식의 롤러 베어링은 상기 실시예의 3렬 원통 롤러 베어링에 한정되는 것은 아니고, 복렬 원추 롤러 베어링이어도 된다. 또한 액시얼 방향 및 래디얼 방향의 하중을 지지할 수 있는 다른 롤러 베어링이어도 된다. 그리고 상기 베어링의 수는 상기 실시예와 같은 2개인 경우에 한정하지 않고, 공간적으로 가능하다면 3개 이상이어도 된다.

또 본 발명이 적용되는 각도 분할 장치는 상기한 실시예의 것에 한정하지 않고, 예를 들어 워크가 재치되는 원테이블을 회전 구동시켜 그 각도 위치를 분할하는 회전 테이블이어도 된다. 또한 각도 분할 장치가 회전 테이블 장치인 경우, 상기한 원테이블이 본 발명에서 말하는 회전 구동 대상 부재가 된다.

나아가 본 발명은 이상에서 설명한 어떠한 실시 형태에도 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 청구 범위를 일탈하지 않는 한 여러 가지로 변경할 수 있다.

Claims

관통공(51a)을 가지는 하우징(51)과, 일단에 회전 구동 대상 부재(30)가 고정됨과 함께 상기 하우징(51)의 관통공(51a) 내에서 베어링(60)에 의해 회전이 자유롭게 지지되는 회전축(52)과, 그 회전축(52)을 회전 구동하여 그 각도 위치를 분할하기 위한 구동 모터(53)를 구비한 공작기계용 각도 분할 장치(50)에 있어서,

상기 베어링(60)을 액시얼 방향 및 래디얼 방향의 하중을 지지 가능한 복렬 형식의 롤러 베어링으로 하고, 상기 회전축(52)이 그 회전축선 방향으로 이간(離間)되어 배치된 2개 이상의 상기 베어링(60)에 의해 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 공작기계용 각도 분할 장치(50).
제1항에 있어서,

상기 베어링(60)이 3렬 원통 롤러 베어링인 것을 특징으로 하는 공작기계용 각도 분할 장치(50).