KR102584541B1 - Spindle driving device of machine tool - Google Patents

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KR102584541B1
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Abstract

본 발명은 구동부의 구동력에 의해 회전하는 구동축을 구비하고, 주축을 구동하는 동력을 전달하는 입력부; 상기 입력부의 구동축과 평행하면서 회전 가능하게 설치되는 출력축을 구비하고, 상기 입력부의 동력으로 상기 주축을 구동하는 출력부; 및 상기 입력부와 상기 출력부 사이에서 직선 왕복이동 및 회전하면서 상기 입력부 및 상기 출력부와 평행하게 설치되는 회전축을 구비하고, 상기 입력부의 동력을 상기 출력부에 전달하는 전달부;를 포함하고, 상기 입력부, 상기 전달부, 및 상기 출력부는 상기 회전축의 중심과 상기 구동축의 중심 사이의 거리가 상기 회전축의 중심과 상기 출력축의 중심 사이의 거리보다 크게 형성되도록 설치되는 공작기계의 주축 구동장치에 관한 것이다.The present invention includes an input unit that has a drive shaft that rotates by the driving force of the drive unit and transmits power to drive the main shaft; an output unit having an output shaft rotatably installed in parallel with the drive shaft of the input unit, and driving the main shaft with power from the input unit; And a transmission unit having a rotation shaft installed in parallel with the input unit and the output unit while linearly reciprocating and rotating between the input unit and the output unit, and transmitting the power of the input unit to the output unit. The input unit, the transmission unit, and the output unit relate to a main shaft driving device of a machine tool installed such that the distance between the center of the rotation shaft and the center of the drive shaft is greater than the distance between the center of the rotation shaft and the center of the output shaft. .

Description

공작기계의 주축 구동장치{Spindle driving device of machine tool}Spindle driving device of machine tool

본 발명은 공작기계의 주축 구동장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복합가공기에서 하나의 주축이 전달부의 직선 왕복이동에 따라 고속 모드, 저속 모드, 또는 C축 모드를 모두 수행할 수 있는 주축 구동장치에 관한 것이다.The present invention relates to a spindle drive device for a machine tool, and more specifically, a spindle drive device in a multi-processing machine in which one spindle can perform all of the high-speed mode, low-speed mode, or C-axis mode according to the linear reciprocating movement of the transmission unit. It's about.

일반적으로 공작기계라 함은 각종 절삭 가공방법 또는 비절삭 가공방법으로 금속/비금속의 공작물을 적당한 공구를 이용하여 원하는 형상 및 치수로 가공할 목적으로 사용하는 기계를 말한다.In general, machine tools refer to machines used to process metal/non-metal workpieces into desired shapes and dimensions using appropriate tools using various cutting or non-cutting processing methods.

터닝센터, 수직/수평 머시닝센터, 문형머시닝센터, 스위스 턴, 방전 가공기, 수평형 NC 보링머신, CNC 선반, 복합가공기 등을 비롯한 다양한 종류의 공작기계는 다양한 산업 현장에서 해당 작업의 용도에 맞게 널리 사용되고 있다.Various types of machine tools, including turning centers, vertical/horizontal machining centers, door-type machining centers, Swiss turns, electric discharge machines, horizontal NC boring machines, CNC lathes, and complex processing machines, are widely available in various industrial sites to suit the purpose of the work. It is being used.

공작기계 중 복합가공기란 선삭가공과 드릴, 탭핑, 밀링가공 등 가공형태가 다양한 가공을 수행하는 다기능의 자동공구교환장치(ATC)와 공구 매거진이 장착된 터닝센터를 의미한다. 복합가공기에서 작업자가 가공에 필요한 공구를 로딩하거나 교환시에 공구를 수동으로 공구 매거진에 장착한다.Among machine tools, a complex machining machine refers to a turning center equipped with a multi-functional automatic tool changer (ATC) and tool magazine that performs various machining types such as turning, drilling, tapping, and milling. When an operator loads or exchanges tools required for processing in a multi-processing machine, he or she manually installs the tools into the tool magazine.

일반적으로 현재 사용되고 있는 다양한 종류의 공작기계는 수치제어(numerical control, NC) 또는 CNC(computerized numerical control) 기술이 적용되는 조작반을 구비하고 있다. 이러한 조작반은 다양한 기능스위치 또는 버튼과 모니터를 구비한다.In general, various types of machine tools currently in use are equipped with an operating panel to which numerical control (NC) or computerized numerical control (CNC) technology is applied. This operating panel is equipped with various function switches or buttons and a monitor.

또한, 공작기계는 공작물인 소재가 안착되고 공작물 가공을 위해 이송하는 테이블, 가공전 공작물을 준비하는 팔렛트, 공구 또는 공작물이 결합되어 회전하는 주축, 공작물 등을 가공중에 지지하기 위한 심압대, 방진구 등을 구비한다. In addition, a machine tool includes a table on which the workpiece material is seated and transported for processing the workpiece, a pallet to prepare the workpiece before processing, a spindle on which the tool or workpiece is combined and rotated, a tailstock to support the workpiece, etc. during processing, and an anti-vibration tool. Equipped with etc.

일반적으로 공작기계에서 테이블, 공구대, 주축, 심압대, 방진구 등은 다양한 가공을 수행하기 위해 이송축을 따라 이송하는 이송유닛을 구비한다.In general, in machine tools, tables, tool rests, spindles, tailstocks, vibration stoppers, etc. are equipped with transfer units that transfer along a transfer axis to perform various machining.

또한, 일반적으로 공작기계는 다양한 가공을 위하여 다수의 공구를 사용하게 되며, 다수의 공구를 수납보관하고 있는 공구 보관장소의 형태로 공구 매거진이나 터렛이 사용된다. Additionally, machine tools generally use multiple tools for various processing, and a tool magazine or turret is used as a tool storage location to store and store multiple tools.

이러한 공작기계는 다양한 가공을 위하여 다수의 공구를 사용하게 되며, 다수의 공구를 수납보관하고 있는 툴 보관장소의 형태로 공구 매거진이 사용된다.These machine tools use multiple tools for various processing, and a tool magazine is used as a tool storage location to store multiple tools.

또한, 일반적으로 공작기계는 공작기계의 생산성을 향상시키기 위해 수치제어부의 지령에 의해 특정한 공구를 공구 매거진으로부터 인출하거나 다시 수납하기 위한 자동공구교환장치(ATC, Automatic Tool Changer)를 구비한다.In addition, machine tools are generally equipped with an automatic tool changer (ATC) for withdrawing or storing a specific tool from a tool magazine according to a command from a numerical control unit in order to improve the productivity of the machine tool.

또한, 일반적으로 공작기계는 비가공 시간을 최소화하기 위해, 자동팔레트교환장치(APC, Automatic Palette Changer)를 구비한다. 자동팔레트교환장치(APC)는 팔레트를 공작물 가공 영역과 공작물 설치 영역 간에 자동으로 교환한다. 팔레트에는 공작물이 탑재될 수 있다.Additionally, machine tools are generally equipped with an automatic pallet changer (APC) to minimize non-processing time. The automatic pallet changer (APC) automatically exchanges pallets between the workpiece machining area and the workpiece installation area. A workpiece can be mounted on a pallet.

일반적으로 복합가공기를 포함한 터닝센터는 주축의 회전 속도만을 제어하여 수행하는 터닝가공과 공구대를 이용한 밀링, 드릴링, 탭핑, 윤곽 가공 등의 가공을 위해 주축의 정확한 위치 제어(C축 기능)를 수행할 수 있다.In general, turning centers, including complex processing machines, perform precise position control (C-axis function) of the main axis for turning processing, which is performed by controlling only the rotation speed of the main axis, and processing such as milling, drilling, tapping, and contouring using a tool rest. can do.

일본 특허공개공보 제2016-182663호와 같이 종래 공작기계의 주축 구동장치는 웜기어와 서보 모터의 조합으로 생산비용이 증가하는 문제점이 있었다.As in Japanese Patent Publication No. 2016-182663, the main shaft drive device of a conventional machine tool had the problem of increasing production costs due to the combination of a worm gear and a servo motor.

또한, 대한민국 특허등록공보 제10-1506741호는 동력축과 구동축이 동축으로 형성되어야 함에 따라 기계간섭과 복합 터닝센터의 구조적 특성상 실질적으로 동축으로 구성할 수 없는 문제점이 있었다.In addition, in Republic of Korea Patent Registration No. 10-1506741, the power shaft and the drive shaft must be coaxially formed, so there was a problem that they could not be substantially coaxially configured due to machine interference and the structural characteristics of the complex turning center.

또한, 대한민국 특허공개공보 제10-2012-0015738호, 대한민국 특허공개공보 제10-2013-0061933호의 경우 치차 구동에 의해 발열이 심해 회전 속도 제어 중에서 선삭과 같은 고속 모드 구현이 어렵고, 서보 모터를 추가로 요하고, 테이퍼 기어나 웜기어와 같이 고가의 기어를 사용함에 따라 생산비용이 증가하고 열변형에 의해 백래쉬가 심각하게 발생하고 이에 따라 가공정밀도가 감소하는 문제점이 있었다.In addition, in the case of Korean Patent Publication No. 10-2012-0015738 and Korean Patent Publication No. 10-2013-0061933, it is difficult to implement high-speed modes such as turning during rotation speed control due to severe heat generation due to gear drive, and a servo motor is added. As expensive gears such as taper gears and worm gears are used, production costs increase, backlash occurs seriously due to thermal deformation, and processing precision decreases accordingly.

또한, 대한민국 특허등록공보 제10-0824522호, 대한민국 특허등록공보 제10-1401204호는 조립된 상태에서 구동 기구 전체에 대해 한번에 백래쉬를 제거해야 함에 따라 맞물리는 기어세트별로 정확하게 백래쉬 조정이 되지 않아 가공정밀도가 감소하고, 테이퍼 기어로 생산비용이 증가하는 문제점이 있었다.In addition, Republic of Korea Patent Registration No. 10-0824522 and Republic of Korea Patent Registration No. 10-1401204 require backlash to be removed for the entire drive mechanism at once in the assembled state, so the backlash cannot be accurately adjusted for each gear set, making processing difficult. There was a problem of decreased precision and increased production costs due to tapered gears.

또한, 대한민국 특허등록공보 제10-1438230호는 소정의 인덱스 위치에서만 정지가 가능하여 5축에서 사용할 수 없는 문제점이 있었다.In addition, Republic of Korea Patent Publication No. 10-1438230 had a problem in that it could not be used on the 5th axis because it could only be stopped at a predetermined index position.

또한, 대한민국 특허등록공보 제10-1514075호는 구성이 복잡하여 소형화를 도모할 수 없고, 조립시간이 과다하여 생산비용과 유지비용이 증가하는 문제점이 있었다.In addition, Republic of Korea Patent Registration No. 10-1514075 had a complicated structure, so miniaturization was not possible, and the assembly time was excessive, which increased production and maintenance costs.

이처럼, 종래 공작기계의 주축 구동장치는 회전속도 제어나 정확한 위치 제어(C축 모드)중 어느 하나만을 제어하여 구동하거나 2가지 모두를 구현하더라도 조립과 생산에 많은 비용이 소모되고, 장비가 복잡해짐에 따라 소형화를 도모하지 못하는 문제점이 있었다.As such, the main shaft drive device of a conventional machine tool is driven by controlling only one of rotation speed control or accurate position control (C-axis mode), or even if both are implemented, a lot of costs are consumed in assembly and production, and the equipment becomes complicated. Accordingly, there was a problem in that miniaturization could not be achieved.

또한, 종래 공작기계의 주축 구동장치는 회전속도 제어 중에서도 선삭과 같이 고토크를 요하는 저속 모드의 경우와 황삭과 같이 고속회전을 요하는 고속 모드와 C축 모드 모드를 1개의 주축으로 수행하는 주축 구동장치는 존재하지 않아 사용자의 불편을 초래하고, 생산성을 감소하는 문제점이 있었다.In addition, the spindle drive device of a conventional machine tool is a spindle that performs low-speed mode requiring high torque such as turning, high-speed mode requiring high-speed rotation such as roughing, and C-axis mode among rotation speed controls with one spindle. There was a problem in that the driving device did not exist, causing user inconvenience and reducing productivity.

더욱이, 종래 공작기계의 주축 구동장치는 회전속도 중 어느 하나 또는 C축 모드를 수행하는 경우에도 백래쉬에 의한 발열이 발생하여 열변형과 백래쉬에 의해 가고 정밀도가 감소하는 문제점이 있었다.Moreover, the main shaft drive device of a conventional machine tool has the problem of generating heat due to backlash even when operating at any one of the rotation speeds or in C-axis mode, resulting in thermal deformation and backlash, and reduced precision.

종래 인벌류트(involute) 기어류는 작동시에 소음이 가장 중요한 품질결정 요소이다. 실제로 소음이 발생하는 기어의 경우에도 사용이나 작동상에 문제가 없는 경우도 있다.For conventional involute gears, noise is the most important quality determining factor during operation. Even in the case of gears that actually generate noise, there are cases where there are no problems in use or operation.

그러나, 장비의 작동 중에 소음이 발생하면 작업자가 감작적으로 불안감을 가질 수 있고, 소음에 의해 진동 발생 가능서이 증대되기 때문에 소음은 최소화가 되도록 설계되는 것이 바람직하다. However, if noise is generated during the operation of the equipment, workers may feel sensitized and anxious, and the possibility of vibration occurring due to noise increases, so it is desirable to design the noise to be minimized.

일반적으로 기어 박스에 설치되는 다수의 기어의 축간 거리는 H7 수준의 공차역으로 넓게 산포되어 있으며 각 축간 평행도가 불량하거나 조립에 문제가 있는 경우 기어 자체의 정밀도가 좋아도 기어의 이접촉, 소음, 마모 등의 문제가 발생할 위험성이 있다.In general, the distance between axes of multiple gears installed in a gear box is widely distributed with a tolerance range of H7 level. If the parallelism between each axle is poor or there is a problem with assembly, even if the precision of the gear itself is good, the gears may not contact, noise, wear, etc. There is a risk of problems occurring.

특히, 축간 거리 공차역의 최종범위에 걸쳐져 멀어질 경우 물림율 저하, 원주 방향 백래쉬 증가로 인해 주축 구동장치나 기어 시프트 장치의 작동시에 상술한 문제가 발생할 가능성이 매우 높다.In particular, when the distance between the axes is moved beyond the final range of the tolerance zone, there is a high possibility that the above-mentioned problems will occur during operation of the main shaft drive device or gear shift device due to a decrease in engagement rate and an increase in circumferential backlash.

도 1에 도시된 것처럼, 평핸한 2개의 축 정밀도는 축의 평행오차(b2, 3차원 상에 수평으로 어긋난 오차)와 축의 어긋남오차(b1, 3차원 상에서 수직으로 어긋난 오차)로 구성된다. 도 1에서 a1은 축심 a를 나타내고, a2는 축심 b, Q는 허용영역, K는 측정구간을 나타낸다. 도 1에 도시된 것처럼, 축의 평행오차와 어긋남오차는 기어의 치아접촉에 영향을 미치며, 치아폭의 양단에서 접촉이 불량해짐에 따라 마모, 진동이 발생하고 이에 따라 소음이 증가되는 문제점이 있다.As shown in Figure 1, the accuracy of two flat axes consists of the axis parallel error (b2, horizontal deviation error in three dimensions) and the axis misalignment error (b1, vertical deviation error in three dimensions). In Figure 1, a1 represents the axis a, a2 represents the axis b, Q represents the allowable area, and K represents the measurement section. As shown in Figure 1, the parallel error and misalignment error of the axis affect the tooth contact of the gear, and as the contact becomes poor at both ends of the tooth width, wear and vibration occur and noise increases.

또한, 기어를 엇각으로 비틀어 설치하는 경우에는 상술한 바와 같은 위험성과 문제점이 더욱 크게 발생하여 소음이나 진동이 더욱 증가하여 유지비용과 제조비용이 증가하고, 신뢰성과 안정성이 감소하며, 생산성이 감소하는 문제점이 있다.In addition, when the gear is installed by twisting it at an odd angle, the risks and problems described above occur more significantly, noise and vibration increase further, maintenance and manufacturing costs increase, reliability and stability decrease, and productivity decreases. There is a problem.

대한민국 특허등록공보 제10-1506741호Republic of Korea Patent Registration No. 10-1506741 대한민국 특허등록공보 제10-0824522호Republic of Korea Patent Registration No. 10-0824522 대한민국 특허등록공보 제10-1401204호Republic of Korea Patent Registration No. 10-1401204 대한민국 특허공개공보 제10-2012-0015738호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2012-0015738 대한민국 특허공개공보 제10-2013-0061933호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2013-0061933 대한민국 특허등록공보 제10-1438230호Republic of Korea Patent Registration No. 10-1438230 대한민국 특허등록공보 제10-1514075호Republic of Korea Patent Registration No. 10-1514075

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 복합가공기에서 하나의 주축이 전달부의 직선 왕복이동에 따라 고속 모드, 저속 모드, 또는 C축 모드를 모두 수행할 때에 정밀한 기어 시프트 변환을 통해 진동이나 소음을 최소화하고, 주축 구동장치 소형화를 통해 공작기계의 컴팩트화를 도모하며, 백래쉬 재조정 시간 감소에 의해 생산성을 향상시키고, 간단한 축 배열과 기어구동 방식을 통해 강성과 내구성이 증대되며, 소비자의 만족도를 증가시키고, 안정적인 작동에 의해 공작기계의 신뢰성과 안전성을 증대시킬 수 있는 공작기계의 주축 구동장치를 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above problems, and the purpose of the present invention is to provide a precise gear shift in a multi-processing machine when one main axis performs all of the high-speed mode, low-speed mode, or C-axis mode according to the linear reciprocating movement of the transmission part. Minimize vibration and noise through conversion, promote compactness of machine tools by miniaturizing the spindle drive unit, improve productivity by reducing backlash readjustment time, and increase rigidity and durability through simple axis arrangement and gear drive method. The aim is to provide a main axis driving device for machine tools that can increase consumer satisfaction and increase the reliability and safety of machine tools through stable operation.

본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 공작기계의 주축 구동장치는 구동부의 구동력에 의해 회전하는 구동축을 구비하고, 주축을 구동하는 동력을 전달하는 입력부; 상기 입력부의 구동축과 평행하면서 회전 가능하게 설치되는 출력축을 구비하고, 상기 입력부의 동력으로 상기 주축을 구동하는 출력부; 및 상기 입력부와 상기 출력부 사이에서 직선 왕복이동 및 회전하면서 상기 입력부 및 상기 출력부와 평행하게 설치되는 회전축을 구비하고, 상기 입력부의 동력을 상기 출력부에 전달하는 전달부;를 포함하고, 상기 입력부, 상기 전달부, 및 상기 출력부는 상기 회전축의 중심과 상기 구동축의 중심 사이의 거리가 상기 회전축의 중심과 상기 출력축의 중심 사이의 거리보다 크게 형성되도록 설치될 수 있다.In order to achieve the purpose of the present invention, a main shaft driving device for a machine tool according to the present invention includes a drive shaft that rotates by the driving force of the drive unit, an input unit that transmits power to drive the main shaft; an output unit having an output shaft rotatably installed in parallel with the drive shaft of the input unit, and driving the main shaft with power from the input unit; And a transmission unit having a rotation shaft installed in parallel with the input unit and the output unit while linearly reciprocating and rotating between the input unit and the output unit, and transmitting the power of the input unit to the output unit. The input unit, the transmission unit, and the output unit may be installed so that the distance between the center of the rotation shaft and the center of the drive shaft is greater than the distance between the center of the rotation shaft and the center of the output shaft.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 주축 구동장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 주축 구동장치의 상기 입력부는 상기 구동축에 설치되는 제1 기어; 및 상기 제1 기어와 상기 구동축의 수평방향을 따라 이격하도록 상기 구동축에 설치되는 제2 기어;를 포함할 수 있다.In addition, in another preferred embodiment of the main shaft driving device of a machine tool according to the present invention, the input unit of the main shaft driving device of a machine tool includes a first gear installed on the driving shaft; and a second gear installed on the drive shaft to be spaced apart from the first gear in a horizontal direction of the drive shaft.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 주축 구동장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 주축 구동장치의 상기 출력부는 상기 출력축에 설치되는 제6 기어; 및 상기 제6 기어와 상기 출력축의 수평방향을 따라 이격하도록 상기 출력축에 설치되는 제7 기어;를 포함할 수 있다.Additionally, in another preferred embodiment of the main shaft driving device of a machine tool according to the present invention, the output unit of the main shaft driving device of a machine tool includes a sixth gear installed on the output shaft; and a seventh gear installed on the output shaft to be spaced apart from the sixth gear in a horizontal direction of the output shaft.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 주축 구동장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 주축 구동장치의 상기 전달부는 상기 회전축에 설치되는 제5 기어;상기 회전축의 수평방향을 따라 이격하도록 상기 제5 기어에 설치되는 제3 기어; 및 상기 제3 기어와 마주하면서 평행하고 상기 회전축의 수평방향을 따라 이격하도록 상기 제3 기어에 설치되는 제4 기어;를 포함할 수 있다.In addition, in another preferred embodiment of the main shaft driving device of a machine tool according to the present invention, the transmission unit of the main shaft driving device of a machine tool includes a fifth gear installed on the rotating shaft; the fifth gear spaced apart along the horizontal direction of the rotating shaft; a third gear installed on the gear; and a fourth gear installed on the third gear so as to face and be parallel to the third gear and spaced apart along the horizontal direction of the rotation axis.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 주축 구동장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 주축 구동장치는 상기 제3 기어와 상기 제4 기어는 상기 제6 기어를 고정한 상태에서 상기 제6 기어에 대해 서로 반대방향으로 비틀어지도록 설치될수 있다.In addition, in another preferred embodiment of the main shaft driving device of a machine tool according to the present invention, the third gear and the fourth gear are relative to the sixth gear while the sixth gear is fixed. They can be installed so that they are twisted in opposite directions.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 주축 구동장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 주축 구동장치는 상기 제1 기어는 상기 회전축을 고정한 상태에서 상기 제3 기어의 비틀린 방향과 반대방향으로 비틀리도록 설치되고, 상기 제2 기어는 상기 회전축을 고정한 상태에서 상기 제4 기어의 비틀린 방향과 반대방향으로 비틀리도록 설치될 수 있다.In addition, in another preferred embodiment of the main shaft driving device of the machine tool according to the present invention, the main shaft driving device of the machine tool is such that the first gear is twisted in a direction opposite to the twisting direction of the third gear while the rotation shaft is fixed. Installed, the second gear may be installed to be twisted in a direction opposite to the twisting direction of the fourth gear while the rotation shaft is fixed.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 주축 구동장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 주축 구동장치의 상기 제3 기어와 상기 제4 기어가 상기 제6 기어에 대해 비틀려 접촉한 각도보다 상기 제1 기어와 상기 제2 기어가 상기 제3 기어와 상기 제4 기어에 비틀려 접촉한 각도가 더 크게 형성될 수 있다.In addition, in another preferred embodiment of the main shaft driving device of the machine tool according to the present invention, the angle at which the third gear and the fourth gear of the main shaft driving device of the machine tool are twisted and in contact with the sixth gear is greater than the angle at which the third gear and the fourth gear are twisted and contacted with respect to the sixth gear. The angle at which the first gear and the second gear are twisted and in contact with the third gear and the fourth gear may be formed to be larger.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 주축 구동장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 주축 구동장치의 상기 회전축의 중심과 상기 구동축의 중심 사이의 거리는 상기 회전축의 중심과 상기 출력축의 중심 사이의 거리 보다 10㎛ 이상 내지 50㎛이하가 크게 형성될 수 있다.In addition, in another preferred embodiment of the main shaft driving device of a machine tool according to the present invention, the distance between the center of the rotation axis of the main shaft driving device of a machine tool and the center of the driving shaft is the distance between the center of the rotation axis and the center of the output shaft. It may be formed larger than 10㎛ to 50㎛ or less.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 주축 구동장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 주축 구동장치의 상기 입력부는 상기 구동축을 지지하기 위해 상기 구동부에 인접도록 상기 구동축의 일단에 설치되는 구동축 베어링;을 더 포함할 수 있다.Additionally, in another preferred embodiment of the main shaft driving device of a machine tool according to the present invention, the input portion of the main shaft driving device of a machine tool includes a drive shaft bearing installed at one end of the drive shaft adjacent to the drive unit to support the drive shaft; It may further include.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 주축 구동장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 주축 구동장치의 상기 구동축은 상기 구동축 베어링과 마주하도록 상기 구동축의 타단에 설치되는 구동축 하우징;을 포함할 수 있다.In addition, in another preferred embodiment of the main shaft drive device of a machine tool according to the present invention, the drive shaft of the main shaft drive device of a machine tool may include a drive shaft housing installed on the other end of the drive shaft to face the drive shaft bearing. .

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 주축 구동장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 주축 구동장치의 상기 입력부는 상기 구동축을 지지하기 위해 상기 구동축 하우징의 내부에 설치되는 제1 지지 베어링;을 더 포함할 수 있다.In addition, in another preferred embodiment of the main shaft driving device of a machine tool according to the present invention, the input unit of the main shaft driving device of a machine tool further includes a first support bearing installed inside the driving shaft housing to support the driving shaft. It can be included.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 주축 구동장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 주축 구동장치의 상기 전달부는 상기 회전축을 지지하기 위해 상기 회전축의 타단에 설치되는 제2 지지 베어링;을 더 포함할 수 있다.In addition, in another preferred embodiment of the main shaft driving device of a machine tool according to the present invention, the transmission portion of the main shaft driving device of a machine tool further includes a second support bearing installed at the other end of the rotating shaft to support the rotating shaft. can do.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 주축 구동장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 주축 구동장치의 상기 회전축은 상기 제2 지지 베어링과 마주하도록 상기 회전축의 일단에 설치되는 회전축 하우징;을 포함할 수 있다.In addition, in another preferred embodiment of the main shaft driving device of a machine tool according to the present invention, the rotating shaft of the main shaft driving device of a machine tool may include a rotating shaft housing installed at one end of the rotating shaft to face the second support bearing. You can.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 주축 구동장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 주축 구동장치의 상기 전달부는 상기 회전축을 지지하기 위해 상기 회전축 하우징의 내부에 설치되는 회전축 베어링;을 더 포함할 수 있다.In addition, in another preferred embodiment of the main shaft driving device of a machine tool according to the present invention, the transmission portion of the main shaft driving device of a machine tool may further include a rotating shaft bearing installed inside the rotating shaft housing to support the rotating shaft. You can.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 주축 구동장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 주축 구동장치의 상기 입력부는 상기 출력부 및 상기 전달부의 전부 또는 일부를 커버하는 하우징부;를 더 포함할 수 있다.In addition, in another preferred embodiment of the main shaft driving device of a machine tool according to the present invention, the input portion of the main shaft driving device of a machine tool may further include a housing portion that covers all or part of the output portion and the transmission portion. there is.

본 발명에 의한 공작기계의 주축 구동장치는 합가공기에서 하나의 주축이 전달부의 직선 왕복이동에 따라 고속 모드, 저속 모드, 또는 C축 모드를 모두 수행할 때에 정밀한 기어 시프트 변환을 통해 진동이나 소음을 최소화하기 위해 회전축의 중심과 구동축의 중심 사이의 거리가 회전축의 중심과 출력축의 중심 사이의 거리보다 크게 되도록 각 축을 배치하여 백래쉬를 유지하거나 백래쉬를 제거하면서 고속 모드, 저속 모드, 또는 C축 모드를 모두 수행함에 따라 3개 모드로 작동할 때에 마모나 끼임을 방지하여 소음과 진동을 최소화하고, 제조비용을 절감하고, 공작기계의 안정성과 신뢰성을 향상할 수 있는 효과가 있다.The main axis driving device of a machine tool according to the present invention reduces vibration or noise through precise gear shift conversion when one main axis in a joint machining machine performs all high-speed mode, low-speed mode, or C-axis mode according to the linear reciprocating movement of the transmission part. To minimize, maintain or eliminate backlash by arranging each axis so that the distance between the center of the rotation axis and the center of the drive axis is greater than the distance between the center of the rotation axis and the center of the output axis, use high-speed mode, low-speed mode, or C-axis mode. By performing all of them, there is an effect of preventing wear or jamming when operating in three modes, minimizing noise and vibration, reducing manufacturing costs, and improving the stability and reliability of machine tools.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 주축 구동장치는 하나의 주축이 고속 모드, 저속 모드, 또는 C축 모드를 모두 수행함에 따라 주축 구동장치 소형화를 통해 공작기계의 컴팩트화를 도모할 수 있는 효과가 있다. In addition, the spindle drive device of the machine tool according to the present invention has the effect of promoting compactness of the machine tool through miniaturization of the spindle drive device as one spindle performs all high-speed mode, low-speed mode, or C-axis mode. there is.

더욱이, 본 발명에 의한 공작기계의 주축 구동장치는 각 모드에 따라 필요한 경우 백래쉬를 유지하거나 백래쉬를 제거하면서 3가지 모드의 작업을 수행함에 따라 백래쉬 재조정 시간 감소에 의해 생산성을 향상시키고, 백래쉬에 의한 발열에 의한 열변형 발생을 방지하여 가공정밀도를 증대시킬 수 있는 효과가 있다.Moreover, the main axis driving device of the machine tool according to the present invention improves productivity by reducing backlash readjustment time by performing work in three modes while maintaining or eliminating backlash when necessary depending on each mode, and reducing backlash-induced It has the effect of increasing processing precision by preventing thermal deformation due to heat generation.

게다가, 본 발명에 의한 공작기계의 주축 구동장치는 간단한 축 배열과 기어를 비틀어 설치하는 기어구동 방식을 통해 강성과 내구성이 증대되고, 주축 구동장치의 수명을 극대화하며, 소비자의 만족도를 증가시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, the spindle drive device of the machine tool according to the present invention increases rigidity and durability through a simple shaft arrangement and a gear drive method that installs the gear by twisting, maximizes the lifespan of the spindle drive device, and increases consumer satisfaction. There is an effect.

도 1은 축의 평행오차와 어긋남오차에 대한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 주축 구동장치의 사시도를 나타낸다.
도 3은 하우징부가 제거된 상태의 공작기계의 주축 구동장치의 사시도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 주축 구동장치에서 제1, 2, 3, 4, 6 기어가 설치된 상태의 사시도를 나타낸다.
도 5는 도 4의 정면도를 나타낸다.
도 6은 도 4의 측단면도를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 주축 구동장치에서 구동축, 회전축, 및 출력축과 제1, 2, 3, 4, 6 기어가 설치된 상태의 개념도를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 주축 구동장치의 단면도를 나타낸다.
도 9는 도 3에서 하우징부가 제거된 상태에서 주축이 저속 모드일 때에 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 주축 구동장치의 사시도를 나타낸다.
도 10은 도 3에서 하우징부가 제거된 상태에서 주축이 고속 모드일 때에 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 주축 구동장치의 사시도를 나타낸다.
도 11은 도 3에서 하우징부가 제거된 상태에서 주축이 C축 모드일 때에 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 주축 구동장치의 사시도를 나타낸다.
도 12는 회전축의 중심과 구동축의 중심 사이의 거리와 회전축의 중심과 출력축의 중심 사이의 거리의 차이가 0일때에 시간에 따른 진폭에 대한 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 주축 구동장치에서 회전축의 중심과 구동축의 중심 사이의 거리와 회전축의 중심과 출력축의 중심 사이의 거리의 차이가 50㎛일때에 시간에 따른 진폭에 대한 그래프이다.
Figure 1 is a conceptual diagram of axis parallelism error and misalignment error.
Figure 2 shows a perspective view of the main shaft driving device of a machine tool according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 shows a perspective view of the main shaft drive device of a machine tool with the housing portion removed.
Figure 4 shows a perspective view of the first, second, third, fourth, and sixth gears installed in the main shaft drive device of a machine tool according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 shows a front view of Figure 4.
Figure 6 shows a side cross-sectional view of Figure 4.
Figure 7 is a conceptual diagram showing a state in which the drive shaft, rotation shaft, output shaft, and first, second, third, fourth, and sixth gears are installed in the main shaft drive device of a machine tool according to an embodiment of the present invention.
Figure 8 shows a cross-sectional view of the main shaft driving device of a machine tool according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 shows a perspective view of the spindle driving device of a machine tool according to an embodiment of the present invention when the spindle is in a low-speed mode with the housing portion removed in FIG. 3.
FIG. 10 shows a perspective view of the spindle driving device of a machine tool according to an embodiment of the present invention when the spindle is in high-speed mode with the housing portion removed in FIG. 3.
Figure 11 shows a perspective view of the main axis driving device of a machine tool according to an embodiment of the present invention when the main axis is in C-axis mode with the housing portion removed in Figure 3.
Figure 12 is a graph of amplitude over time when the difference between the distance between the center of the rotation axis and the center of the drive shaft and the distance between the center of the rotation axis and the center of the output axis is 0.
Figure 13 shows the amplitude over time when the difference between the distance between the center of the rotation axis and the center of the drive shaft and the distance between the center of the rotation axis and the center of the output axis in the main shaft driving device of the machine tool according to an embodiment of the present invention is 50㎛ This is a graph for .

이하, 본 발명의 실시예에 의한 공작기계의 주축 구동장치의 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시 예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, the main axis driving device of a machine tool according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The embodiments introduced below are provided as examples so that the idea of the present invention can be sufficiently conveyed to those skilled in the art. Accordingly, the present invention is not limited to the embodiments described below and may be embodied in other forms. Also, in the drawings, the size and thickness of the device may be exaggerated for convenience. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장될 수 있다.The advantages and features of the present invention and methods for achieving them will become clear by referring to the embodiments described in detail below along with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and will be implemented in various different forms. These embodiments only serve to ensure that the disclosure of the present invention is complete and that common knowledge in the technical field to which the present invention pertains is provided. It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification. The sizes and relative sizes of layers and regions in the drawings may be exaggerated for clarity of explanation.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 따라서 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다 (comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/ 또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for describing embodiments and is therefore not intended to limit the invention. As used herein, singular forms also include plural forms, unless specifically stated otherwise in the context. As used in the specification, “comprise” and/or “comprising” refers to the presence of one or more other components, steps, operations and/or elements. or does not rule out addition.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 주축 구동장치의 사시도를 나타내고, 도 3은 하우징부가 제거된 상태의 공작기계의 주축 구동장치의 사시도를 나타내며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 주축 구동장치에서 제1, 2, 3, 4, 6 기어가 설치된 상태의 사시도를 나타낸다. 도 5는 도 4의 정면도를 나타내고, 도 6은 도 4의 측단면도를 나타낸다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 주축 구동장치에서 구동축, 회전축, 및 출력축과 제1, 2, 3, 4, 6 기어가 설치된 상태의 개념도를 나타내고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 주축 구동장치의 단면도를 나타낸다. 도 9는 도 3에서 하우징부가 제거된 상태에서 주축이 저속 모드일 때에 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 주축 구동장치의 사시도를 나타내고, 도 10은 도 3에서 하우징부가 제거된 상태에서 주축이 고속 모드일 때에 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 주축 구동장치의 사시도를 나타내며, 도 11은 도 3에서 하우징부가 제거된 상태에서 주축이 C축 모드일 때에 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 주축 구동장치의 사시도를 나타낸다. 도 12는 회전축의 중심과 구동축의 중심 사이의 거리와 회전축의 중심과 출력축의 중심 사이의 거리의 차이가 0일때에 시간에 따른 진폭에 대한 그래프이고, 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 주축 구동장치에서 회전축의 중심과 구동축의 중심 사이의 거리와 회전축의 중심과 출력축의 중심 사이의 거리의 차이가 50㎛일때에 시간에 따른 진폭에 대한 그래프이다.Figure 2 shows a perspective view of the main shaft driving device of a machine tool according to an embodiment of the present invention, Figure 3 shows a perspective view of the main shaft driving device of a machine tool with the housing portion removed, and Figure 4 shows an embodiment of the present invention. A perspective view of the main shaft drive device of a machine tool according to an example is shown with the first, second, third, fourth, and sixth gears installed. Figure 5 shows a front view of Figure 4, and Figure 6 shows a side cross-sectional view of Figure 4. Figure 7 shows a conceptual diagram of the drive shaft, rotation shaft, output shaft, and first, second, third, fourth, and sixth gears installed in the main shaft drive device of a machine tool according to an embodiment of the present invention, and Figure 8 is a schematic diagram of the main shaft drive device of the machine tool according to an embodiment of the present invention. A cross-sectional view of the main axis driving device of a machine tool according to an embodiment is shown. Figure 9 shows a perspective view of the main shaft driving device of a machine tool according to an embodiment of the present invention when the main axis is in a low-speed mode with the housing part removed in Figure 3, and Figure 10 shows the main axis with the housing part removed in Figure 3. It shows a perspective view of the main axis driving device of a machine tool according to an embodiment of the present invention in this high-speed mode, and Figure 11 shows an embodiment of the present invention when the main axis is in C-axis mode with the housing portion removed in Figure 3. It shows a perspective view of the main axis driving device of a machine tool. Figure 12 is a graph of the amplitude over time when the difference between the distance between the center of the rotation axis and the center of the drive shaft and the distance between the center of the rotation axis and the center of the output axis is 0, and Figure 13 is a graph according to an embodiment of the present invention. This is a graph of amplitude over time when the difference between the center of the rotation axis and the center of the drive shaft in the main shaft drive device of a machine tool and the distance between the center of the rotation axis and the center of the output axis is 50㎛.

이하에서 사용하는 용어의 정의는 다음과 같다. "수평방향"이란 동일부재에서 가로방향을 의미하고, "수직방향"이란 수평방향에 대해 직교하면서 동일부재에서 세로방향을 의미하며, "높이방향"이란 수평방향과 수직방향에 대해 직교하면서 동일부재에서 높이방향을 의미한다.The definitions of terms used below are as follows. “Horizontal direction” refers to the horizontal direction in the same member, “vertical direction” refers to the vertical direction in the same member while perpendicular to the horizontal direction, and “height direction” refers to the vertical direction in the same member while perpendicular to the horizontal and vertical directions. refers to the height direction.

도 2 내지 도 13을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 주축 구동장치(1)를 설명한다. 도 2 내지 도 11에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 주축 구동장치(1)는 입력부(100), 전달부(200), 출력부(300), 및 하우징부(400)를 포함한다.The main shaft driving device 1 of a machine tool according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 13. 2 to 11, the main shaft driving device 1 of a machine tool according to an embodiment of the present invention includes an input unit 100, a transmission unit 200, an output unit 300, and a housing unit 400. ) includes.

입력부(100)는 주축을 구동하기 위한 동력을 전달한다. 도면에 도시되지는 않았지만, 공작기계의 한쪽에 컬럼이나 새들이 설치되고, 이러한 컬럼이나 새들 또는 스핀들 헤드가 설치되며 스핀들 헤드에 주축이 설치될 수 있다. 본 발명에서 주축은 공작물을 파지하여 회전하는 축을 의미한다. 즉, 입력부(100)는 구동부(110)의 구동력에 의해 회전하는 구동축(120)을 구비하고, 주축을 구동하기 위해 구동부(110)의 동력을 회전축(220)에 전달한다.The input unit 100 transmits power to drive the main shaft. Although not shown in the drawing, a column or saddle may be installed on one side of the machine tool, the column, saddle, or spindle head may be installed, and the spindle may be installed on the spindle head. In the present invention, the main axis refers to an axis that holds and rotates the workpiece. That is, the input unit 100 has a drive shaft 120 that rotates by the driving force of the drive unit 110, and transmits the power of the drive unit 110 to the rotation shaft 220 to drive the main shaft.

도 2 내지 도 11에 도시된 것처럼, 입력부(100)는 구동부(110), 구동축(120), 제1 기어(130), 및 제2 기어(140)를 포함한다.As shown in FIGS. 2 to 11 , the input unit 100 includes a drive unit 110, a drive shaft 120, a first gear 130, and a second gear 140.

구동부(110)는 주축을 구동하는 동력을 생산한다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 이러한 구동부(110)는 입력부의 일측에 설치되고, 구동부(110)는 서보모터나 모터로 형성되고, PLC나 수치제어부의 지령에 의해 작동한다.The driving unit 110 produces power to drive the main shaft. Although not necessarily limited to this, the drive unit 110 is installed on one side of the input unit, and the drive unit 110 is formed of a servo motor or motor, and operates by commands from a PLC or a numerical control unit.

또한, 수치제어부는 NC(numerical control, NC) 또는 CNC(computerized numerical control)를 포함하고, 각종 수치 제어 프로그램이 내장되어 있다. 즉 수치제어부에는 구동부인 서보 모터의 구동프로그램, 공구의 가동프로그램 등이 내장되고, 수치제어부의 구동에 따라 해당 프로그램이 자동으로 로딩되어 작동한다. 또한, 수치제어부는 주조작부, PLC와 소정의 프로토콜에 의해 통신을 수행한다. In addition, the numerical control unit includes numerical control (NC) or computerized numerical control (CNC) and has various numerical control programs built in. That is, the numerical control unit is equipped with a driving program for the servo motor, a tool operation program, etc., and the corresponding program is automatically loaded and operated according to the driving of the numerical control unit. In addition, the numerical control unit communicates with the main operation unit and the PLC using a predetermined protocol.

또한, 주조작부는 화면표시 프로그램과 화면표시 선택에 따른 데이터 입력 프로그램을 포함하고, 화면표시 프로그램의 출력에 따라 표시화면에 소프트웨어 스위치를 디스플레이하고, 소프트웨어 스위치의 온(ON)/오프(OFF)를 인식하여 기계 동작의 입출력 명령을 내리는 기능을 수행한다. In addition, the main operation unit includes a screen display program and a data input program according to screen display selection, displays a software switch on the display screen according to the output of the screen display program, and turns the software switch on/off. It performs the function of recognizing and issuing input/output commands for machine operation.

또한, 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 주조작부는 공작기계의 하우징, 케이스, 또는 일측에 설치되어 다양한 기능스위치 또는 버튼과 각종 정보를 표시할 수 있는 모니터를 구비한다.In addition, although not necessarily limited to this, the main operation unit is installed in the housing, case, or one side of the machine tool and includes various function switches or buttons and a monitor that can display various information.

PLC(Programmable Logic Controller)는 수치제어부 또는 주조작부와의 소정의 프로토콜에 의한 통신을 수행하고, 이러한 통신을 통해 제어명령을 행하는 기능을 수행한다. 즉, PLC는 수치제어부 또는 주조작부의 수치 제어 프로그램에 따른 제어 명령을 받아 작동한다. PLC (Programmable Logic Controller) performs communication with the numerical control unit or main operation unit according to a predetermined protocol and performs the function of executing control commands through this communication. In other words, the PLC operates by receiving control commands according to the numerical control program of the numerical control unit or the main operation unit.

구동축(120)은 구동부(110)의 일측에 회전 가능하게 설치되어 구동부(110)의 구동력에 의해 회전한다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만 이러한 구동축(120)은 구동부(110), 즉 서보모터의 회전축에 삽입되어 일체로 형성될 수 있다.The drive shaft 120 is rotatably installed on one side of the drive unit 110 and rotates by the driving force of the drive unit 110. Although not necessarily limited to this, the drive shaft 120 may be integrally formed by being inserted into the drive unit 110, that is, the rotation shaft of the servomotor.

제1 기어(130)는 구동축(120)에 설치된다. 제1 기어(130)는 제2 기어(140)와 제1 체결부재(131)로 결합 설치된다. 즉, 제1 기어(130)는 볼트, 리벳과 같은 제1 체결부재(131)로 제2 기어(140)에 결합 설치됨에 따라 제2 기어(140)의 회전에 의해 제1 기어(130)도 동시에 일체로 회전하게 된다.The first gear 130 is installed on the drive shaft 120. The first gear 130 is coupled to the second gear 140 and the first fastening member 131. That is, the first gear 130 is coupled to the second gear 140 with a first fastening member 131 such as a bolt or rivet, and the first gear 130 is also connected by rotation of the second gear 140. At the same time, they rotate as one piece.

제2 기어(140)는 제1 기어(130)와 구동부(110)의 수평방향을 따라 이격하도록 구동축(120)에 설치된다. 제2 기어(140)는 구동축(120)에 제1 고정부재(141)로 결합 설치된다. 즉, 제2 기어(140)는 구동축(120)에 형성된 홈과 키와 같은 제1 고정부재(141)에 의해 구동축(120)에 결합 설치된다. 이에 따라 제2 기어(140)는 구동축(120)이 회전하면 제2 기어(140)가 동시에 일체로 회전하게 된다.The second gear 140 is installed on the drive shaft 120 to be spaced apart from the first gear 130 and the drive unit 110 in the horizontal direction. The second gear 140 is coupled and installed to the drive shaft 120 with a first fixing member 141. That is, the second gear 140 is coupled to the drive shaft 120 by means of a groove formed on the drive shaft 120 and a first fixing member 141 such as a key. Accordingly, when the drive shaft 120 rotates, the second gear 140 rotates simultaneously.

출력부(300)는 입력부(100)와 평행하게 배치된다. 또한, 출력부(300)는 입력부(100)의 동력을 후술하는 전달부(200)를 통해 전달받아 이러한 동력으로 주축을 구동한다. 즉, 출력부(300)는 입력부(100)의 구동축(120)과 평행하면서 회전 가능하게 설치되는 출력축(310)을 구비하고, 구동축(120)에서 회전축(220)으로 회전축(220)에서 출력축(310)으로 전달된 입력부의 동력으로 주축을 구동한다.The output unit 300 is arranged parallel to the input unit 100. In addition, the output unit 300 receives the power of the input unit 100 through the transmission unit 200, which will be described later, and drives the main shaft with this power. That is, the output unit 300 has an output shaft 310 that is rotatably installed in parallel with the drive shaft 120 of the input unit 100, and is connected from the drive shaft 120 to the rotation shaft 220 and from the rotation shaft 220 to the output shaft ( The main shaft is driven by the power of the input unit transmitted to 310).

도 2 내지 도 11에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 주축 구동장치(1)의 출력부(300)는 출력축(310), 제6 기어(320), 및 제7 기어(330)을 포함한다.2 to 11, the output unit 300 of the main shaft drive device 1 of a machine tool according to an embodiment of the present invention includes an output shaft 310, a sixth gear 320, and a seventh gear. Includes (330).

출력축(310)은 구동축(120)과 평행하면서 회전 가능하게 설치된다.The output shaft 310 is installed to be rotatable and parallel to the drive shaft 120.

제6 기어(320)는 출력축(310)에 설치된다. 제6 기어(320) 출력축(310)에 제3 고정부재(321)로 결합 설치된다. 즉, 제6 기어(320)는 출력축(310)에 형성된 홈과 키와 같은 제3 고정부재(321)에 의해 출력축(310)에 결합 설치된다. 이에 따라 제6 기어(320)는 출력축(310)이 회전하거나, 제7 기어(330)가 회전하면 제6 기어(320)도 동시에 일체로 회전하게 된다.The sixth gear 320 is installed on the output shaft 310. The sixth gear 320 is coupled and installed on the output shaft 310 with a third fixing member 321. That is, the sixth gear 320 is coupled to the output shaft 310 by a third fixing member 321 such as a groove and a key formed on the output shaft 310. Accordingly, when the output shaft 310 rotates or the seventh gear 330 rotates, the sixth gear 320 also rotates simultaneously.

제7 기어(330)는 제6 기어(320)와 출력축(310)의 수평방향을 따라 이격하도록 출력축(310)에 설치된다. 제7 기어(330) 출력축(310)에 제4 고정부재(331)로 결합 설치된다. 즉, 제7 기어(330)는 출력축(310)에 형성된 홈과 키와 같은 제4 고정부재(331)에 의해 출력축(310)에 결합 설치된다. 이에 따라 제7 기어(330)는 출력축(310)이 회전하거나, 제6 기어(320)가 회전하면 제7 기어(330)도 동시에 일체로 회전하게 된다.The seventh gear 330 is installed on the output shaft 310 to be spaced apart from the sixth gear 320 in the horizontal direction of the output shaft 310. The seventh gear 330 is coupled and installed on the output shaft 310 with a fourth fixing member 331. That is, the seventh gear 330 is coupled to the output shaft 310 by a fourth fixing member 331 such as a groove and a key formed on the output shaft 310. Accordingly, when the output shaft 310 rotates or the sixth gear 320 rotates, the seventh gear 330 rotates simultaneously.

전달부(200)는 입력부(100)와 출력부(300) 사이에 직선 왕복이동 가능하면서 입력부(100) 및 출력부(300)와 평행하게 배치된다. 구체적으로 전달부(200)는 입력부(100)의 구동축(120)과 출력부(300)의 출력축(310) 사이에서 수평방향으로 직선 왕복이동과 회전을 하면서 입력부(100)의 구동축(120)과 출력부(300)의 출력축(310) 모두에 평행하게 설치되는 회전축(220)을 구비하고, 구동축(120)을 통해 전달받은 동력을 회전축(220)과 회전축(220)에 설치되는 제3, 4, 5 기어(230, 240, 250)에 의해 출력축(310)에 전달한다.The transmission unit 200 is capable of straight reciprocating movement between the input unit 100 and the output unit 300 and is disposed in parallel with the input unit 100 and the output unit 300. Specifically, the transmission unit 200 moves and rotates in a straight line in the horizontal direction between the drive shaft 120 of the input unit 100 and the output shaft 310 of the output unit 300 and the drive shaft 120 of the input unit 100. It is provided with a rotation shaft 220 installed parallel to both the output shaft 310 of the output unit 300, and the power transmitted through the drive shaft 120 is transmitted to the rotation shaft 220 and the third and fourth shafts installed on the rotation shaft 220. , 5 It is transmitted to the output shaft 310 by gears 230, 240, and 250.

도 2 내지 도 9에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 주축 구동장치(1)의 전달부(200)는 이송부(210), 회전축(220), 제3 기어(230), 제4 기어(240), 및 제5 기어(250)를 포함한다.2 to 9, the transmission unit 200 of the main shaft drive device 1 of a machine tool according to an embodiment of the present invention includes a transfer unit 210, a rotation shaft 220, and a third gear 230. , a fourth gear 240, and a fifth gear 250.

이송부(210)는 주축의 고속 모드, 저속 모드, C축 모드에 따라 전달부(200)를 구동축(110)과 출력축(310) 사이에서 직선 왕복 이동시킨다. The transfer unit 210 moves the transfer unit 200 in a straight line between the drive shaft 110 and the output shaft 310 according to the high-speed mode, low-speed mode, and C-axis mode of the main shaft.

이러한 이송부(210)는 전달부의 일측에 설치되고, 이송부(210)는 회전축(220)에 지지되는 제3 기어(230), 제4 기어(240), 제5 기어(250)를 구동축(110)과 출력축(310) 사이에서 직선 왕복 이동시키기 위한 실린더(211)와 실린더의 선단에 설치되어 회전축(220)의 일측과 결합하는 연결 브라켓(212)을 포함한다. This transfer unit 210 is installed on one side of the transfer unit, and the transfer unit 210 connects the third gear 230, fourth gear 240, and fifth gear 250 supported on the rotation shaft 220 to the drive shaft 110. It includes a cylinder 211 for linear reciprocating movement between the output shaft 310 and a connection bracket 212 installed at the tip of the cylinder and coupled to one side of the rotation shaft 220.

실린더(211)는 유압 또는 공압 실린더로 유압 또는 공압에 의해 피스톤이 직선 왕복 이동하고, 이러한 피스톤의 선단에 연결 브라켓(212)이 설치된다.The cylinder 211 is a hydraulic or pneumatic cylinder, and the piston moves linearly back and forth by hydraulic or pneumatic pressure, and a connection bracket 212 is installed at the tip of the piston.

실린더(211)의 구동, 즉 이동부(210)는 PLC나 수치제어부의 지령에 의해 작동한다.The driving of the cylinder 211, that is, the moving part 210, operates by commands from the PLC or numerical control unit.

회전축(220)은 구동축(110) 및 출력축(310)과 평행하도록 이송부(210)의 일측에 회전 가능하게 설치된다.The rotation shaft 220 is rotatably installed on one side of the transfer unit 210 so as to be parallel to the drive shaft 110 and the output shaft 310.

제3 기어(230)는 회전축(220)의 수평방향을 따라 제5 기어(250)의 기어치와 이격하도록 회전축(220)에 지지되는 제5 기어(250)에 설치된다. 제3 기어(230)는 회전축(220)에 지지되는 제5 기어(250)에 제2 고정부재(231)로 결합 설치된다. 즉, 제3 기어(230)는 제5 기어(250)에 형성된 홈과 키와 같은 제2 고정부재(231)에 의해 회전축(220)에 결합 설치된다. 이에 따라 제3 기어(230)는 회전축(220)과 제5 기어(250)가 회전하면 제3 기어(230)가 동시에 일체로 회전하게 된다.The third gear 230 is installed on the fifth gear 250 supported on the rotation shaft 220 so as to be spaced apart from the gear teeth of the fifth gear 250 along the horizontal direction of the rotation shaft 220. The third gear 230 is coupled to the fifth gear 250 supported on the rotating shaft 220 by a second fixing member 231. That is, the third gear 230 is coupled to the rotation shaft 220 by a groove formed in the fifth gear 250 and a second fixing member 231 such as a key. Accordingly, when the rotation shaft 220 and the fifth gear 250 rotate, the third gear 230 rotates simultaneously.

제4 기어(240)는 제3 기어(230)와 마주하면서 평행하고 회전축(220)의 수평방향을 따라 이격하도록 회전축(220)에 지지되는 제3 기어(230)에 설치된다. 제4 기어(240)는 제3 기어(230)와 제2 체결부재(241)로 결합 설치된다. 즉, 제4 기어(240)는 볼트, 리벳과 같은 제2 체결부재(241)로 제3 기어(230)에 결합 설치됨에 따라 제3 기어(230)의 회전에 의해 제4 기어(240)도 동시에 일체로 회전하게 된다.The fourth gear 240 is installed on the third gear 230 supported on the rotation shaft 220 so as to face and be parallel to the third gear 230 and spaced apart along the horizontal direction of the rotation shaft 220. The fourth gear 240 is coupled to the third gear 230 and the second fastening member 241. That is, the fourth gear 240 is coupled to the third gear 230 with a second fastening member 241 such as a bolt or rivet, and the fourth gear 240 is also connected by rotation of the third gear 230. At the same time, they rotate as one piece.

제5 기어(250)는 회전축(220)에 지지 설치된다. 이처럼, 회전축(220)에는 일측에서 타측으로 제5 기어(250)에 제3 기어(230), 제4 기어(240)가 조립되는 형태로 순차적으로 설치된다. 제5 기어(250)는 회전축(220)의 스플라인 구조에 의해 스플라인 결합 설치된다. 이에 따라, 회전축(220)의 회전이 발생하거나 제3 기어(230) 또는 제4 기어(240)이 회전이 발생하면 제5 기어(250)도 동시에 일체로 회전하게 된다.The fifth gear 250 is supported and installed on the rotation shaft 220. In this way, the third gear 230 and the fourth gear 240 are sequentially installed on the rotation shaft 220 from one side to the other side by assembling the fifth gear 250. The fifth gear 250 is installed by spline coupling through the spline structure of the rotation shaft 220. Accordingly, when the rotation shaft 220 rotates or the third gear 230 or the fourth gear 240 rotates, the fifth gear 250 also rotates simultaneously.

이처럼, 입력부(100)와 전달부(200)와 출력부(300)는 모두 최소한의 소정의 공간에 모두 평행하게 배치됨에 따라 구조가 간단하고 주축 구동장치(1)의 소형화를 도모하고, 최종적으로 공작기계의 컴팩트화를 도모할 수 있다. In this way, the input unit 100, the transmission unit 200, and the output unit 300 are all arranged in parallel in the minimum predetermined space, thereby simplifying the structure and miniaturizing the main shaft driving device 1, and ultimately It can promote compactness of machine tools.

주축은 전달부(200)의 이송부(210)의 실린더(211)의 직선 왕복이동에 따라 고속 모드(회전 속도 제어), 저속 모드(회전 속도 제어), 또는 C축 모드(정밀 위치 제어)를 수행할 수 있다.The main shaft performs high-speed mode (rotation speed control), low-speed mode (rotation speed control), or C-axis mode (precision position control) according to the linear reciprocating movement of the cylinder 211 of the transfer unit 210 of the transmission unit 200. can do.

반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 저속 모드(도 9 참조)는 소재 외경 등을 강력 절삭할 경우 고토크 저속 회전이 필요한 경우이다. 고토크 저속 회전을 할 때에 기어 백래쉬는 기어의 원활한 회전을 위해 반드시 필요하게 된다. 즉, 저속 모드에서는 저속회전과 고토크를 위해 높은 기어비와 기어의 원활한 회전을 위한 백래쉬가 필요한 상태가 요구된다.Although not necessarily limited to this, the low-speed mode (see Figure 9) is a case where high torque and low-speed rotation is required when powerful cutting of the outer diameter of a material, etc. When performing high-torque, low-speed rotation, gear backlash is essential for smooth rotation of the gear. That is, in low-speed mode, a high gear ratio for low-speed rotation and high torque and backlash for smooth rotation of the gear are required.

반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 고속 모드(도 10 참조)는 정삭이나 절삭 조건에 따라 저토크에 고속 회전이 필요한 경우이다. 저토크 고속 회전을 할 때에도 기어 백래쉬는 기어의 원활한 회전을 위해 반드시 필요하게 된다. 즉, 고속 모드에서는 고속회전과 저토크를 위해 낮은 기어비와 기어의 원활한 회전을 위한 백래쉬가 필요한 상태가 요구된다.Although not necessarily limited to this, the high-speed mode (see FIG. 10) is a case where low torque and high-speed rotation are required depending on finishing or cutting conditions. Even when rotating at low torque and high speed, gear backlash is essential for smooth rotation of the gear. That is, in high-speed mode, a low gear ratio for high-speed rotation and low torque and backlash for smooth rotation of the gear are required.

반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, C축 모드(도 11 참조)는 공구대를 이용한 밀링, 드릴링, 탭핑, 윤곽 가공 등의 가공을 위해 주축의 정확한 위치 제어를 필요로 하는 경우로 매우 저속으로 윤곽 가공과 같은 정회전 또는 역회전이 포함된 5축 가공을 수행하는 경우에는 C축 분할 정밀도가 매우 중요하고, 이러한 경우가 C축 모드로 정의된다. 즉, C축 모드는 정밀한 위치 제어를 위해 백래쉬는 최소가 되고, 회전 속도는 매우 낮은 상태가 요구된다.Although not necessarily limited to this, the C-axis mode (see Figure 11) requires precise position control of the main axis for processing such as milling, drilling, tapping, and contour processing using a tool post, and performs contour processing and contour processing at very low speeds. When performing 5-axis machining that includes forward or reverse rotation, C-axis segmentation precision is very important, and this case is defined as C-axis mode. In other words, C-axis mode requires minimum backlash and very low rotation speed for precise position control.

입력부(100)와 전달부(200) 및 전달부(200)와 출력부(300)는 제1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 기어(130, 140, 230, 240, 250, 320, 330)의 각각의 상황에 따른 기어치합을 통해 구동부(110)의 구동과 함께 동시에 회전 구동한다.The input unit 100 and the transmission unit 200 and the transmission unit 200 and the output unit 300 have first, 2, 3, 4, 5, 6, and 7 gears (130, 140, 230, 240, 250, 320) , 330) rotates simultaneously with the drive of the drive unit 110 through gear engagement according to each situation.

즉, 주축의 고속 모드, 저속 모드, 또는 C축 모드에 따라 전달부(200)의 직선 왕복이동 거리가 변경되고, 전달부(200)의 직선 왕복이동 거리 변경에 의해 전달부(200)와 입력부(100)의 제1, 2, 3, 4, 5 기어(130, 140, 230, 240, 250)의 기어치합 및 전달부(200)와 출력부(300)의 제3, 4, 5, 6, 7 기어(230, 240, 250, 320, 330))의 기어치합 배열이 변경된다.That is, the linear reciprocating distance of the transmission unit 200 changes depending on the high-speed mode, low-speed mode, or C-axis mode of the main axis, and the linear reciprocating distance of the transmission unit 200 changes the transmission unit 200 and the input unit. Gear engagement and transmission unit 200 of the first, second, third, fourth, and fifth gears 130, 140, 230, 240, and 250 of (100) and third, fourth, fifth, and sixth gears of the output unit 300 , the gear tooth arrangement of the 7 gears (230, 240, 250, 320, 330) is changed.

반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 상술한 제1 기어, 제2 기어, 제3 기어, 제4 기어, 제5 기어, 제6 기어, 및 제7 기어(130, 140, 230, 240, 250, 320, 330)은 스퍼 기어(spur gear)로 형성될 수 있다. Although not necessarily limited thereto, the above-described first gear, second gear, third gear, fourth gear, fifth gear, sixth gear, and seventh gear (130, 140, 230, 240, 250, 320, 330) may be formed as a spur gear.

하우징부(400)는 입력부(100), 전달부(200), 및 출력부(300)를 가공칩이나 절삭유 기타 이물질로부터 보호하여 유지비용을 절감하고 내구성을 증대하며, 안정적인 운영을 위해 입력부(100), 출력부(300), 및 전달부(200)의 전부 또는 일부를 커버한다. 즉, 입력부(100), 출력부(300), 및 전달부(200)는 하우징부(400)의 내부에 설치될 수 있다. 하우징부(400)는 주축 구동장치의 외형을 형성한다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 하우징부(400)는 대략 공동부를 구비한 육면체 형상으로 형성될 수 있다.The housing unit 400 protects the input unit 100, the transmission unit 200, and the output unit 300 from machining chips, cutting oil and other foreign substances to reduce maintenance costs and increase durability, and for stable operation, the input unit 100 ), covers all or part of the output unit 300, and the delivery unit 200. That is, the input unit 100, output unit 300, and transmission unit 200 may be installed inside the housing unit 400. The housing portion 400 forms the outer shape of the main shaft driving device. Although not necessarily limited to this, the housing portion 400 may be formed in a substantially hexahedral shape with a cavity.

도 4 내지 도 8을 참조하여 주축의 저속 모드, 고속 모드, C축 모드를 원활하게 구현하면서 소음과 진동을 최소화하기 위한 제1, 2, 3, 4, 5, 6 기어(130, 140, 230, 240, 250, 320)의 배열상태를 설명한다.Referring to FIGS. 4 to 8, first, 2, 3, 4, 5, and 6 gears (130, 140, 230) are used to minimize noise and vibration while smoothly implementing the low-speed mode, high-speed mode, and C-axis mode of the main shaft. , 240, 250, 320).

제3 기어(230)와 제4 기어(240)는 제6 기어(320)를 고정한 상태에서 제6 기어(320)에 대해 서로 반대방향으로 비틀어지도록 설치된다.The third gear 230 and the fourth gear 240 are installed to be twisted in opposite directions with respect to the sixth gear 320 while the sixth gear 320 is fixed.

제1 기어(130)는 회전축(220)을 고정한 상태에서 제3 기어(230)의 비틀린 방향과 반대방향으로 비틀리도록 설치되고, 제2 기어(140)는 회전축(220)을 고정한 상태에서 제4 기어(240)의 비틀린 방향과 반대방향으로 비틀리도록 설치된다.The first gear 130 is installed to be twisted in the opposite direction to the twisting direction of the third gear 230 with the rotation shaft 220 fixed, and the second gear 140 is installed in the fourth direction with the rotation shaft 220 fixed. It is installed to be twisted in a direction opposite to the twisting direction of the gear 240.

도 4 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 고정부재(141)로 고정된 제2 기어(140), 제2 고정부재(231)로 고정된 제3 기어(230), 제3 고정부재(321)로 고정된 제6 기어(320)는 고정된 상태에서 제1 체결부재(131)로 체결 결합된 제1 기어(130) 만을 고정된 기어들(제2 기어, 제3 기어, 제6 기어) 대비 엇각으로 흔들어 상대 기어에 치면 반대 방향에 위치시켜 백래쉬를 감소하게 된다. 4 to 8, the second gear 140 fixed with the first fixing member 141, the third gear 230 fixed with the second fixing member 231, and the third fixing member ( 321), the sixth gear 320 is fixed and only the first gear 130 fastened to the first fastening member 131 is connected to the fixed gears (second gear, third gear, sixth gear). ) If you shake it at an angle and hit it against the other gear, it will be positioned in the opposite direction and backlash will be reduced.

즉, 구동축(120)의 제1 고정부재(141)로 고정된 제2 기어(140)와 출력축(310)의 제3 고정부재(321)로 고정된 제6 기어(320)를 두고 회전축(220)의 제3 기어(230)가 각각 제1 기어(130)와 제6 기어(320)이 한쪽 치면에 접촉되게, 제4 기어(240)를 조정하여 제3 기어(230)와 반대 치면 방향으로 치면을 접촉하게 된다. 또한, 제1 기어(130)도 제2 기어(140)와 반대 치면 방향으로 제3 기어(230)에 치면을 붙이게 된다. 이를 통해 출력축(310)의 제6 기어(320)와 구동축(120)의 제1 기어(130)와 제2 기어(140)에 대해 회전축(220)의 제3 기어(230)와 제4 기어(240)는 제6 기어(320)의 한쪽 측면에 각각 접촉하고, 제1 기어(130)에는 제3 기어(230)가 제2 기어(140)에는 제4 기어(240)가 접촉하여 분할기어 구조를 구현하게 된다. 최종적으로, 백래쉬를 최소화하면서 초저속 동작을 수행할 수 있다.That is, the rotation shaft 220 has a second gear 140 fixed to the first fixing member 141 of the drive shaft 120 and a sixth gear 320 fixed to the third fixing member 321 of the output shaft 310. )'s third gear 230 adjusts the fourth gear 240 so that the first gear 130 and the sixth gear 320 are in contact with one tooth surface, respectively, so that the fourth gear 240 is moved in the opposite tooth surface direction to the third gear 230. comes into contact with the tooth surface. In addition, the first gear 130 also attaches its tooth surfaces to the third gear 230 in the opposite direction to the tooth surfaces of the second gear 140. Through this, the third gear 230 and the fourth gear ( 240) is in contact with one side of the sixth gear 320, and the third gear 230 is in contact with the first gear 130 and the fourth gear 240 is in contact with the second gear 140, forming a split gear structure. will be implemented. Finally, ultra-low speed operations can be performed while minimizing backlash.

구체적으로 다시 설명하면, 도 7에 도시된 것처럼, 출력축(310)의 제3 고정부재(321)로 고정된 제6 기어(320)를 고정한 상태에서 회전축(220)의 제3 기어(230)가 제6 기어(320)의 한쪽 치면(T2)에 접촉되게 설치한 상태에서, 제4 기어(240)를 조정하여 제3 기어(230)와 반대 치면 방향으로 제6 기어(320)의 다른쪽 치면(T1)을 접촉하게 제6 기어(320)와 제3, 4 기어(230, 240)를 설치한다. Specifically, as shown in FIG. 7, the third gear 230 of the rotation shaft 220 is fixed with the sixth gear 320 fixed by the third fixing member 321 of the output shaft 310. In a state where it is installed in contact with one tooth surface (T2) of the sixth gear 320, the fourth gear 240 is adjusted to move the other tooth surface of the sixth gear 320 in the opposite tooth surface direction to the third gear 230. The sixth gear 320 and the third and fourth gears 230 and 240 are installed in contact with (T1).

이때에 제6 기어(320)의 양치면(T1, T2)과 제3 기어가 비틀려 접촉한 치면(T4)과 제4 기어가 비틀려 접촉한 치면(T3)이 이루는 각도(θ)가 정해진다. At this time, the angle (θ) formed between the tooth surfaces (T1, T2) of the sixth gear 320 and the tooth surface (T4) in twisted contact with the third gear and the tooth surface (T3) in twisted contact with the fourth gear is determined. all.

이후, 회전축(220)을 고정한 상태에서 제4 기어(240)에 대해 제2 기어(140)가 제4 기어(240)의 반대 치면 방향으로 접촉하도록 제2 기어(140)를 설치한 상태에서, 제3 기어(230)에 대해 제1 기어(130)가 제2 기어(140)와 반대 치면을 향하면서 제3 기어(230)의 반대 치면 방향으로 접촉하도록 제1 기어(130)를 조정하여 설치한다.Thereafter, with the rotation shaft 220 fixed, the second gear 140 is installed so that the second gear 140 contacts the fourth gear 240 in the opposite tooth direction of the fourth gear 240, The first gear 130 is installed by adjusting the third gear 230 so that the first gear 130 faces the opposite tooth surface of the second gear 140 and contacts the third gear 230 in the opposite tooth surface direction. do.

이때에 제1 기어(130)이 치면이 제3 기어의 치면에 비틀려 접촉한 치면(T6)과 제2 기어(140)의 치면이 제4 기어(240)의 치면에 비틀려 접촉한 치면(T5)이 이루는 각도(α)가 정해진다.At this time, the tooth surface of the first gear 130 is twisted in contact with the tooth surface of the third gear (T6) and the tooth surface of the second gear 140 is twisted in contact with the tooth surface of the fourth gear 240 ( The angle (α) formed by T5) is determined.

이처럼, 제6 기어(320), 제3, 4 기어(230, 240), 및 제1, 2 기어(130, 140)가 모두 비틀어진 상태(split)로 배치와 설치가 완료되면 5개의 기어가 모두 원주백래시 양쪽 방향으로 모두 접촉이 되어 C축 모드 구현을 원활하게 수행할 수 있다. 즉, C축 모드 구현시에 원주방향 백래쉬를 최소화하여 출력축의 정밀도를 증가시켜 가공정밀도를 향상하고, 진동이나 소음을 저감하며, 장치의 수명을 증대시시킬 수 있다.In this way, when the sixth gear 320, the third and fourth gears 230 and 240, and the first and second gears 130 and 140 are all twisted (split) and the installation is completed, the five gears are Since all contacts are made in both directions of the circumferential backlash, C-axis mode can be implemented smoothly. In other words, when implementing C-axis mode, the circumferential backlash can be minimized and the precision of the output axis can be increased to improve processing precision, reduce vibration or noise, and increase the lifespan of the device.

그러나, 주축의 저속 모드나 고속 모드를 구현하기 위해서는 제3, 4, 5 기어(230, 240, 250)가 제1, 2 기어(130, 140)를 지나가야 하고, 장비의 작동중에 회전축과 구동축의 평행도 오차와 어긋남 오차의 발생으로 인해 기어 끼임, 마모, 소음이나 진동 발생을 방지하기 위해 제3, 4, 5 기어(230, 240, 250)와 제1, 2 기어(130, 140)가 각각의 치면을 접촉하지 않고, 회전축(220)이 이송부(210)에 의해 직선 왕복이동하여 저속모드와 고속모드를 구현할 수 있도록 입력부(100), 전달부(200), 및 출력부(300)는 회전축의 중심(B)과 구동축의 중심(C) 사이의 거리(L2)가 회전축의 중심(B)과 출력축의 중심(A) 사이의 거리(L1)보다 크게 형성되도록 설치한다.(L2>L1)However, in order to implement the low-speed mode or high-speed mode of the main shaft, the 3rd, 4th, and 5th gears (230, 240, 250) must pass the 1st and 2nd gears (130, 140), and the rotation shaft and drive shaft must be connected during operation of the equipment. In order to prevent gear jamming, wear, noise, or vibration due to parallelism and misalignment errors, the third, fourth, and fifth gears (230, 240, and 250) and the first and second gears (130 and 140) are installed, respectively. The input unit 100, the transmission unit 200, and the output unit 300 are rotary shafts so that the rotation shaft 220 can reciprocate in a straight line by the transfer unit 210 to implement low-speed mode and high-speed mode without contacting the tooth surface. Install so that the distance (L2) between the center (B) of the drive shaft and the center (C) of the drive shaft is greater than the distance (L1) between the center of the rotation shaft (B) and the center of the output shaft (A). (L2>L1)

즉, 도 7에 도시된 것처럼, 회전축의 중심(B)과 구동축의 중심(C) 사이의 거리(L2)에서 회전축의 중심(B)과 출력축의 중심(A) 사이의 거리(L1)를 뺀 값(공차역, D)은 0보다 커게 설계되어야 한다.(L2-L1=D >0)That is, as shown in FIG. 7, the distance (L1) between the center of the rotation axis (B) and the center of the output shaft (A) is subtracted from the distance (L2) between the center of the rotation axis (B) and the center of the drive shaft (C). The value (tolerance zone, D) must be designed to be greater than 0. (L2-L1=D >0)

만약, 회전축의 중심(B)과 구동축의 중심(C) 사이의 거리(L2) 및 회전축의 중심(B)과 출력축의 중심(A) 사이의 거리(L1)의 목표 공차가 모두 0인 경우에는 가장 이상적인 상태이나 대량 생산시 가공상으로는 정규 분포 산포상 불가능에 가까운 목표공차가 되므로 공차역으로 지정이 필요하게 된다. 공차역이 너무 커버리면 접촉율 감소, 백래쉬 과다에 따른 충격음 동반, 충격에 따른 진동 발생 등 문제를 유발하게 된다.If the target tolerances of the distance (L2) between the center of the rotation axis (B) and the center of the drive shaft (C) and the distance (L1) between the center of the rotation axis (B) and the center of the output shaft (A) are all 0. It is the most ideal state, but during mass production, the target tolerance becomes close to impossible due to the normal distribution, so it is necessary to designate it as a tolerance zone. If the tolerance range is too large, problems such as reduced contact rate, impact noise due to excessive backlash, and vibration due to impact may occur.

바람직하게는, 회전축의 중심(B)과 구동축의 중심(C) 사이의 거리(L2)는 회전축의 중심(B)과 출력축의 중심(A) 사이의 거리(L1) 보다 10㎛ 이상 내지 50㎛이하가 크게 형성된다. 일예로 회전축의 중심(B)과 출력축의 중심(A) 사이의 거리(L1)가 0㎛ 이상 내지 10㎛으로 형성되면, 회전축의 중심(B)과 구동축의 중심(C) 사이의 거리(L2)는 20㎛ 이상 내지 60㎛으로 형성되어야 하는 것을 의미한다.Preferably, the distance (L2) between the center of the rotation axis (B) and the center of the drive shaft (C) is 10㎛ or more to 50㎛ than the distance (L1) between the center of the rotation axis (B) and the center (A) of the output shaft. The following is largely formed. For example, if the distance (L1) between the center of the rotation axis (B) and the center (A) of the output shaft is 0㎛ or more to 10㎛, the distance between the center of the rotation axis (B) and the center (C) of the drive shaft (L2) ) means that it must be formed from 20㎛ or more to 60㎛.

결국, 회전축의 중심(B)과 구동축의 중심(C) 사이의 거리(L2)는 회전축의 중심(B)과 출력축의 중심(A) 사이의 거리(L1) 보다 10㎛ 이상 내지 50㎛이하가 크게 형성됨에 따라 회전축(220)에 설치된 제 3, 4, 5 기어(230, 240, 250)가 제2 기어(140)를 타고 직선 왕복이동시에 원주방향 틈새가 있어 기어치면의 간섭이 없이 원활한 이동이 가능하게 되어 저속 모드, 고속 모드, C축 모드와 같은 3개 모드를 모두 구현할 수 있다.Ultimately, the distance (L2) between the center of the rotation axis (B) and the center of the drive shaft (C) is 10㎛ or more to 50㎛ or less than the distance (L1) between the center of the rotation axis (B) and the center of the output shaft (A). As the 3rd, 4th, and 5th gears 230, 240, and 250 installed on the rotary shaft 220 are formed to be large, there is a circumferential gap when the 3rd, 4th, and 5th gears 230, 240, and 250 are moved in a straight line on the second gear 140, so they move smoothly without interference from the gear tooth surfaces. This makes it possible to implement all three modes: low-speed mode, high-speed mode, and C-axis mode.

회전축의 중심(B)과 구동축의 중심(C) 사이의 거리(L2)에서 회전축의 중심(B)과 출력축의 중심(A) 사이의 거리(L1)를 뺀 값(공차역, D)에 의한 틈새는 맞물림 기어 치면에 윤활유 분사시에 치면의 유막이 끈어지지 않도록 제로 백래쉬(Zero backlash)를 방지하는 역할도 수행한다. Clearance calculated by subtracting the distance (L1) between the center of the rotation axis (B) and the center of the output shaft (A) from the distance (L2) between the center of the rotation axis (B) and the center of the drive shaft (C) (tolerance zone, D). It also plays a role in preventing zero backlash so that the oil film on the tooth surface does not stick when spraying lubricant on the meshing gear tooth surface.

C축 모드시에 제1, 3 기어(130, 230)와 제2, 4 기어(140, 240) 사이에 윤활유를 분사하면, 이들 기어의 회전에 의해 제6 기어(320)와 제3 기어(230) 사이 및 제6 기어(320)와 제4 기어(240) 사이에 윤활유가 공급되게 된다. When lubricant is sprayed between the first and third gears 130 and 230 and the second and fourth gears 140 and 240 in C-axis mode, the sixth gear 320 and the third gear ( 230) and between the sixth gear 320 and the fourth gear 240, lubricating oil is supplied.

상술한 바와 같이 회전축의 중심(B)과 구동축의 중심(C) 사이의 거리(L2)는 회전축의 중심(B)과 출력축의 중심(A) 사이의 거리(L1) 보다크게 설치되면, 제3 기어와 제4 기어가 제6 기어에 대해 비틀려 접촉한 각도보다 제1 기어와 제2 기어가 제3 기어와 제4 기어에 비틀려 접촉한 각도가 더 크게 형성된다. As described above, if the distance (L2) between the center of the rotation shaft (B) and the center of the drive shaft (C) is set to be greater than the distance (L1) between the center of the rotation shaft (B) and the center of the output shaft (A), the third The angle at which the first gear and the second gear are twisted and in contact with the third and fourth gears is formed to be larger than the angle at which the gear and the fourth gear are twisted and in contact with the sixth gear.

즉, 도 7에 도시된 것처럼, 제1 기어(130)이 치면이 제3 기어의 치면에 비틀려 접촉한 치면(T6)과 제2 기어(140)의 치면이 제4 기어(240)의 치면에 비틀려 접촉한 치면(T5)이 이루는 각도(α)가 제6 기어(320)의 양치면(T1, T2)과 제3 기어가 비틀려 접촉한 치면(T4)과 제4 기어가 비틀려 접촉한 치면(T3)이 이루는 각도(θ)보다 커지게 된다.(α>θ)That is, as shown in FIG. 7, the tooth surface of the first gear 130 is twisted and in contact with the tooth surface of the third gear (T6), and the tooth surface of the second gear 140 is the tooth surface of the fourth gear 240. The angle (α) formed by the tooth surface (T5) in twisted contact with the tooth surface (T1, T2) of the sixth gear 320 and the third gear is twisted and the tooth surface (T4) in contact with the fourth gear is twisted. It becomes larger than the angle (θ) formed by the contact tooth surface (T3). (α>θ)

따라서, C축 모드뿐만 아니라 저속 모드나 고속 모드시에 회전축(220)에 설치된 제3, 4, 5 기어(230, 240, 250)가 제1, 2 기어(130, 140)를 타고 직선 왕복이동시에 원주방향 틈새가 있어 기어치면의 간섭이 없이 원활한 이동이 가능하게 되어 저속 모드, 고속 모드, C축 모드와 같은 3개 모드를 모두 수행함에 따라 제조비용을 절감하고, 공작기계의 안정성과 신뢰성을 향상하고, 회전축(220)이 직선 왕복이동할 때에 소음이나 진동을 최소화하고, 정확한 기어 변환을 구현하며, 마모를 감소하여 수명을 증대시킬 수 있다.Therefore, not only in C-axis mode but also in low-speed mode or high-speed mode, the 3rd, 4th, and 5th gears (230, 240, 250) installed on the rotary shaft 220 ride on the first and second gears (130, 140) to reciprocate in a straight line. At the same time, the circumferential gap enables smooth movement without interference from the gear tooth surface, thereby reducing manufacturing costs and improving the stability and reliability of machine tools by performing all three modes such as low-speed mode, high-speed mode, and C-axis mode. It is possible to improve, minimize noise or vibration when the rotation shaft 220 reciprocates in a straight line, implement accurate gear conversion, and increase lifespan by reducing wear.

도 12에서 (a)는 D가 0이고 모터 저속, 최대출력/토크일 때를, (b)는 D가 0이고 모터 최고속, 최대출력/토크일 때를, (c)는 D가 0 미크론이고 모터 최고속, 무부하일 때에 시간(time(sec), 가로축)에 따른 진폭(amplitude(초), 세로축)에 대한 그래프이다.In Figure 12, (a) shows when D is 0 and the motor is at low speed and maximum output/torque, (b) is when D is 0 and the motor is at the highest speed and maximum output/torque, and (c) is when D is 0 microns. This is a graph of amplitude (amplitude (seconds), vertical axis) according to time (time (sec), horizontal axis) at the motor's highest speed and no load.

도 13에서 (a)는 D가 50 미크론이고 모터 저속, 최대출력/토크일 때를, (b)는 D가 50 미크론이고 모터 최고속, 최대출력/토크일 때를, (c)는 D가 50 미크론이고 모터 최고속, 무부하일 때에 시간(time(sec), 가로축)에 따른 진폭(amplitude(초), 세로축)에 대한 그래프이다.In Figure 13, (a) shows when D is 50 microns and the motor is at low speed and maximum output/torque, (b) is when D is 50 microns and the motor is at the highest speed and maximum output/torque, and (c) is when D is It is 50 microns and is a graph of amplitude (seconds), vertical axis) according to time (time (sec), horizontal axis) at the motor's highest speed and no load.

도 12 내지 도 13에서 실선은 구동축에 대한 스핀들 반응상태(spindle response)이고, 일점쇄선은 회전축에 대한 스핀들 반응상태(spindle response)이며, 점선은 출력축에 대한 최종 진폭을 의미하고, 이 값이 작고 일정한 반복 파형을 나타낼 수 록 진동이나 소음에 효과적이다. In Figures 12 and 13, the solid line is the spindle response to the drive shaft, the dashed line is the spindle response to the rotation axis, and the dotted line means the final amplitude to the output axis, and this value is small. The more a constant repetitive waveform can be displayed, the more effective it is in reducing vibration and noise.

또한, 도 12는 D가 0 미크론인 아주 이상적인 상태에서 시간에 따른 진폭의 그래프로 기준을 제공하는 것으로 도 12와 유사도가 높을수록 소음이나 진동에 효과적이라 할 수 있다.In addition, Figure 12 provides a standard as a graph of amplitude over time in a very ideal state where D is 0 microns, and the higher the similarity to Figure 12, the more effective it is in noise or vibration.

결국, 도 13에 도시된 것처럼, 본 발명에 의한 공작기계의 주축 구동장치에서 회전축의 중심(B)과 구동축의 중심(C) 사이의 거리(L2)는 회전축의 중심(B)과 출력축의 중심(A) 사이의 거리(L1) 보다 10㎛ 이상 내지 50㎛이하가 크게 형성되어도 도 12의 파형과 거의 유사하게 나타남에 따라 진동이나 소음을 최소화하면서 C축 모드뿐만 아니라, 고속 모드와 저속 모드도 모두 구현할 수 있어 제조비용을 절감하고, 장치의 소형화를 도모하며, 신뢰성과 안정성을 확보하고, 생산성을 극대화할 수 있다.Ultimately, as shown in Figure 13, the distance (L2) between the center of the rotation axis (B) and the center of the drive shaft (C) in the main shaft driving device of the machine tool according to the present invention is the center of the rotation axis (B) and the center of the output shaft. (A) Even if the distance (L1) between them is 10 ㎛ or more to 50 ㎛ or less, it appears almost similar to the waveform in FIG. 12, minimizing vibration and noise, as well as the C-axis mode and high-speed mode and low-speed mode. All can be implemented to reduce manufacturing costs, promote device miniaturization, ensure reliability and stability, and maximize productivity.

도 8 내지 도 11에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 주축 구동장치(1)의 입력부(100)는 구동축(120)을 지지하기 위해 구동부에 인접하도록 구동축(120)의 일단에 설치되는 구동축 베어링(150)을 더 포함한다. 구동축 베어링(150)은 구동축을 전체를 지지하는 핵심 역할을 수행한다. As shown in FIGS. 8 to 11, the input unit 100 of the main shaft drive device 1 of a machine tool according to an embodiment of the present invention is adjacent to the drive shaft 120 to support the drive shaft 120. It further includes a drive shaft bearing 150 installed at one end. The drive shaft bearing 150 plays a key role in supporting the entire drive shaft.

또한, 구동축 하우징(121)은 구동축 베어링(150)과 수평방향으로 마주하도록 구동축(120)의 타단에 설치된다.Additionally, the drive shaft housing 121 is installed on the other end of the drive shaft 120 to face the drive shaft bearing 150 in the horizontal direction.

제1 지지 베어링(160)은 구동축(120)을 지지하기 위해 구동축 하우징(121)의 내부에 설치된다. 이처럼, 제1 지지 베어링(160)은 하우징부(400)의 내부에서 입력부, 전달부, 출력부의 작동에 의한 온도 상승에 따라 변형을 방지하고, 구동축과 회전축을 지지하기 위해 자유 베어링으로 형성되기 위해 구동축 하우징의 내부에 설치된다. 이에 따라, 구동축에서 센터링 런아웃(centering runout) 작업을 통해 제1 지지 베어링(160)의 동심도를 구동축 베어링(150) 대비 정교하게 조립이 가능해지고, 이를 통해 계산된 예압치만큼의 정밀 조립이 용이하게 된다.The first support bearing 160 is installed inside the drive shaft housing 121 to support the drive shaft 120. In this way, the first support bearing 160 is formed as a free bearing to prevent deformation due to a temperature increase due to the operation of the input unit, transmission unit, and output unit inside the housing unit 400 and to support the drive shaft and the rotation shaft. It is installed inside the drive shaft housing. Accordingly, through centering runout work on the drive shaft, the concentricity of the first support bearing 160 can be more precisely assembled compared to the drive shaft bearing 150, and through this, precision assembly as calculated as the preload value can be easily performed. do.

또한, 이러한 구동축 베어링과 제1 지지 베어링에 의해 구동축을 안정적으로 지지하여 구동축의 회전시에 진동이나 마모, 열 발생을 최소화여 가공정밀도를 향상하고, 유지보수 비용을 절감하며, 공작기계의 내구성과 신뢰성을 증대시킬 수 있다.In addition, the drive shaft is stably supported by the drive shaft bearing and the first support bearing, thereby minimizing vibration, wear, and heat generation when the drive shaft rotates, improving processing precision, reducing maintenance costs, and improving the durability of the machine tool. Reliability can be increased.

도 8 내지 도 11에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 주축 구동장치(1)의 전달부(200)는 회전축(220)을 지지하기 위해 회전축의 타단에 설치되는 제2 지지 베어링(270)과 회전축(220)을 지지하기 위해 회전축 하우징(221)의 내부에 설치되는 회전축 베어링(260)을 더 포함한다.As shown in FIGS. 8 to 11, the transmission unit 200 of the main shaft drive device 1 of a machine tool according to an embodiment of the present invention includes a second shaft installed at the other end of the rotation shaft 220 to support the rotation shaft 220. It further includes a rotation shaft bearing 260 installed inside the rotation shaft housing 221 to support the support bearing 270 and the rotation shaft 220.

회전축 하우징(221)은 제2 지지 베어링(270)과 마주하면서 이송부(210)에 인접하도록 회전축(220)의 일단에 설치된다. The rotating shaft housing 221 is installed at one end of the rotating shaft 220 so as to face the second support bearing 270 and be adjacent to the transfer unit 210.

즉, 회전축 베어링(260)은 회전축 하우징(221)의 내부에 설치된다. 이에 따라, 회전축에서 센터링 런아웃(centering runout) 작업을 통해 회전축 베어링(260)의 동심도를 제2 지지 베어링(270) 대비 정교하게 조립이 가능한다. 따라서, 제2 지지 베어링의 동심도 불량에 따른 예압 과다를 방지하여 회전축 베어링과 제2 지지 베어링의 수명을 증대시키고, 회전축이 틀어지는 것을 방지하여 회전축과 구동축 및 회전축과 출력축의 평행도를 유지할 수 있다. That is, the rotating shaft bearing 260 is installed inside the rotating shaft housing 221. Accordingly, it is possible to assemble the concentricity of the rotary shaft bearing 260 more precisely than that of the second support bearing 270 through a centering runout operation on the rotating shaft. Therefore, the lifespan of the rotary shaft bearing and the second support bearing can be increased by preventing excessive preload due to poor concentricity of the second support bearing, and the rotation shaft can be prevented from being twisted, thereby maintaining the parallelism between the rotary shaft and the drive shaft and the rotary shaft and the output shaft.

이러한 제2 지지 베어링과 회전축 베어링에 의해 회전축을 안정적으로 지지하여 입력부의 동력을 안전하게 출력부에 전달할 수 있고, 회전축의 회전시에 진동이나 마모, 열 발생을 최소화하여 가공정밀도를 향상하고, 유지보수 비용을 절감하며, 공작기계의 내구성과 신뢰성을 증대시킬 수 있다.By stably supporting the rotating shaft with these second support bearings and rotating shaft bearings, the power of the input unit can be safely transmitted to the output unit, and vibration, wear, and heat generation are minimized when the rotating shaft rotates, improving machining precision and maintaining maintenance. It can reduce costs and increase the durability and reliability of machine tools.

도 9를 참조하여 본 발명에 의한 공작기계의 주축 구동장치(1)에서 주축이 저속 모드인 경우 작동원리를 설명한다. 주축이 저속 모드인 경우에는 PLC 또는 수치제어부의 지령에 의해 이송부(210)의 실린더(211)가 수평이동하여 회전축(220)에 결합된 제3, 4, 5 기어(230, 240, 250)가 도 9와 같은 위치로 이동하게 된다. 상술한 바와 같이 주축이 저속 모드인 경우에는 고토크 저속 회전이 필요하다. 고토크 저속 회전을 할 때에 기어 백래쉬는 기어의 원활한 회전을 위해 반드시 필요하게 된다. 즉, 저속 모드에서는 저속회전과 고토크를 위해 높은 기어비와 기어의 원활한 회전을 위한 백래쉬가 필요한 상태가 요구된다.Referring to FIG. 9, the operating principle of the main shaft driving device 1 of a machine tool according to the present invention when the main shaft is in a low-speed mode will be explained. When the main shaft is in low-speed mode, the cylinder 211 of the transfer unit 210 moves horizontally according to a command from the PLC or numerical control unit, and the third, fourth, and fifth gears 230, 240, and 250 coupled to the rotation shaft 220 are moved. It moves to the same position as in Figure 9. As described above, when the main shaft is in low-speed mode, high torque and low-speed rotation is required. When performing high-torque, low-speed rotation, gear backlash is essential for smooth rotation of the gear. That is, in low-speed mode, a high gear ratio for low-speed rotation and high torque and backlash for smooth rotation of the gear are required.

이처럼, 주축이 저속 모드인 경우에는 제2 기어(140)가 제3 기어(230)와 외접하면서 기어물림 되고, 제5 기어(250)가 제7 기어(330)와 외접하면서 기어물림 되도록, 구동축(120)과 출력축(310) 사이에 회전축(220)에 결합된 제3, 4, 5 기어(230, 240, 250)가 위치하도록 이송부(210)의 실린더(211)가 작동한다.In this way, when the main shaft is in a low-speed mode, the second gear 140 is externally engaged with the third gear 230 and the fifth gear 250 is externally contacted with the seventh gear 330 and is engaged with the drive shaft. The cylinder 211 of the transfer unit 210 operates so that the third, fourth, and fifth gears 230, 240, and 250 coupled to the rotation shaft 220 are positioned between 120 and the output shaft 310.

입력부의 구동부(110)에 의해 구동축(120)으로 회전 동력이 전달되면, 제1 고정부재(141)에 의해 체결 결합된 제2 기어(140)를 통해 동력이 전달부(200)의 회전축(220)에 스플라인 결합된 제5 기어(250)가 회전한다. 이러한 스플라인 결합에 의해 고토크에 따른 기어슬립 현상을 예방할 수 있다.When rotational power is transmitted to the drive shaft 120 by the drive unit 110 of the input unit, the power is transmitted to the rotation shaft 220 of the transmission unit 200 through the second gear 140 fastened by the first fixing member 141. ) The fifth gear 250 splined to rotates. This spline combination can prevent gear slip due to high torque.

이후 제5 기어(250)의 회전에 의해 회전축(220)이 회전하고, 이와 동시에 제4 고정부재(331)에 의해 출력축(310)에 결합된 제7 기어(330)로 회전 동력이 전달되어 제7 기어(330)가 회전한다. 이때에 기어비만큼 토크가 커지게 된다. Thereafter, the rotation shaft 220 rotates by the rotation of the fifth gear 250, and at the same time, the rotational power is transmitted to the seventh gear 330 coupled to the output shaft 310 by the fourth fixing member 331. 7 Gear 330 rotates. At this time, the torque increases as much as the gear ratio.

또한, 제2 기어와 제3 기어, 제5 기어와 제7 기어가 각각 외접하면서 치합됨에 따라 정상적인 백래쉬를 가지게 되고, 백래쉬 부족에 의한 회전시 끼임 등이 발생하지 않게 된다. 제7 기어(330)와 제4 고정부재(331)로 체결 결합된 출력축(310)이 회전하게 된다.In addition, as the second gear, third gear, fifth gear, and seventh gear are respectively circumscribed and engaged, normal backlash is obtained, and jamming during rotation due to insufficient backlash does not occur. The output shaft 310 coupled with the seventh gear 330 and the fourth fixing member 331 rotates.

도 10을 참조하여 본 발명에 의한 공작기계의 주축 구동장치(1)에서 주축이 고속 모드인 경우 작동원리를 설명한다. 주축이 고속 모드인 경우에는 PLC 또는 수치제어부의 지령에 의해 이송부(210)의 실린더(211)가 수평이동하여 회전축(220)에 결합된 제3, 4, 5 기어(230, 240, 250)가 도 10과 같은 위치로 이동하게 된다.Referring to FIG. 10, the operating principle of the main axis driving device 1 of a machine tool according to the present invention when the main axis is in high-speed mode will be explained. When the main axis is in high-speed mode, the cylinder 211 of the transfer unit 210 moves horizontally according to a command from the PLC or numerical control unit, and the third, fourth, and fifth gears 230, 240, and 250 coupled to the rotation shaft 220 are moved. It moves to the same position as in Figure 10.

상술한 바와 같이 고속 모드인 경우에는 저토크에 고속 회전이 필요하다. 저토크 고속 회전을 할 때에도 기어 백래쉬는 기어의 원활한 회전을 위해 반드시 필요하게 된다. 즉, 고속 모드에서는 고속회전과 저토크를 위해 낮은 기어비와 기어의 원활한 회전을 위한 백래쉬가 필요한 상태가 요구된다.As described above, in the case of high-speed mode, low torque and high-speed rotation are required. Even when rotating at low torque and high speed, gear backlash is essential for smooth rotation of the gear. That is, in high-speed mode, a low gear ratio for high-speed rotation and low torque and backlash for smooth rotation of the gear are required.

이처럼, 주축이 고속 모드인 경우에는 제2 기어(140)가 제4 기어(240)와 외접하면서 기어물림 되고, 제3 기어(230)가 제6 기어(320)와 외접하면서 기어물림 되도록, 구동축(120)과 출력축(310) 사이에 회전축(220)에 결합된 제3, 4, 5 기어(230, 240, 250)가 위치하도록 이송부(210)의 실린더(211)가 작동한다.In this way, when the main shaft is in high-speed mode, the second gear 140 is circumscribed and engaged with the fourth gear 240, and the third gear 230 is externally contacted and engaged with the sixth gear 320, so that the drive shaft The cylinder 211 of the transfer unit 210 operates so that the third, fourth, and fifth gears 230, 240, and 250 coupled to the rotation shaft 220 are positioned between 120 and the output shaft 310.

입력부의 구동부(110)에 의해 구동축(120)으로 회전 동력이 전달되면, 제1 고정부재(141)에 의해 구동축(120)에 체결 결합된 제2 기어(140)를 통해 회전동력이 전달부(200)의 제3 기어(230)에 제2 체결부재(241)에 의해 체결 결합된 제4 기어(240)로 전달된다. 제4 기어(240)는 제2 체결부재(241)에 의해 제3 기어(230)와 결합되어 회전력이 제3 기어(230)로 전달된다. When the rotational power is transmitted to the drive shaft 120 by the drive unit 110 of the input unit, the rotational power is transmitted through the second gear 140 fastened to the drive shaft 120 by the first fixing member 141. It is transmitted to the fourth gear 240 fastened to the third gear 230 of 200 by the second fastening member 241. The fourth gear 240 is coupled to the third gear 230 by the second fastening member 241 and rotational force is transmitted to the third gear 230.

이후 제4 기어(240)의 회전에 의해 회전축(220)이 회전하고, 이와 동시에 제3 기어(230)와 출력축(310)에 제3 고정부재(321)에 의해 결합된 제6 기어(320)로 회전 동력이 전달되어 제6 기어(320)가 회전한다. 이때에 기어비만큼 토크가 낮아지고 회전수는 빨라지게 된다. Thereafter, the rotation shaft 220 rotates by the rotation of the fourth gear 240, and at the same time, the sixth gear 320 coupled to the third gear 230 and the output shaft 310 by the third fixing member 321 Rotational power is transmitted to rotate the sixth gear 320. At this time, the torque is lowered by the gear ratio and the rotation speed becomes faster.

또한, 제2 기어와 제4 기어, 제3 기어와 제6 기어가 각각 외접하면서 치합됨에 따라 정상적인 백래쉬를 가지게 되고, 백래쉬 부족에 의한 회전시 끼임 등이 발생하지 않게 된다. 제6 기어(320)와 제3 고정부재(321)로 체결 결합된 출력축(310)이 회전하게 된다.In addition, as the second gear, fourth gear, third gear, and sixth gear are respectively circumscribed and engaged, normal backlash is obtained, and jamming during rotation due to insufficient backlash does not occur. The output shaft 310 fastened to the sixth gear 320 and the third fixing member 321 rotates.

도 8 및 도 11을 참조하여 본 발명에 의한 공작기계의 주축 구동장치(1)에서 주축이 C축 모드인 경우 작동원리를 설명한다. 주축이 C축 모드인 경우에는 PLC 또는 수치제어부의 지령에 의해 이송부(210)의 실린더(211)가 수평이동하여 회전축(220)에 결합된 제3, 4, 5 기어(230, 240, 250)가 도 8 및 도 11과 같은 위치로 이동하게 된다.Referring to Figures 8 and 11, the operating principle of the main axis driving device 1 of a machine tool according to the present invention when the main axis is in C-axis mode will be explained. When the main axis is in C-axis mode, the cylinder 211 of the transfer unit 210 moves horizontally according to a command from the PLC or numerical control unit, and the third, fourth, and fifth gears 230, 240, and 250 coupled to the rotation shaft 220 moves to the same position as Figures 8 and 11.

상술한 바와 같이 C축 모드는 공구대를 이용한 밀링, 드릴링, 탭핑, 윤곽 가공 등의 가공을 위해 주축의 정확한 위치 제어와 매우 저속 운전이 요구된다. 즉, 정회전 또는 역회전이 포함된 5축 가공을 수행하는 경우에는 C축 분할 정밀도가 매우 중요하고 이때에 회전속도는 매우 저속이 된다. 이러한 요구는 C축 모드로 구현된다. C축 모드는 정밀한 위치 제어를 위해 백래쉬는 최소가 되고, 회전 속도는 매우 낮은 상태가 요구된다.As mentioned above, C-axis mode requires precise position control of the main axis and very low-speed operation for processing such as milling, drilling, tapping, and contouring using a tool post. In other words, when performing 5-axis machining involving forward or reverse rotation, C-axis division precision is very important, and the rotation speed at this time is very low. These requirements are implemented in C-axis mode. C-axis mode requires minimal backlash and very low rotation speed for precise position control.

주축이 C축 모드인 경우에는 제2 기어(140)가 제4 기어(240)의 치면 일부와 외접하면서 기어물림 되고, 제1 기어(130)가 제3 기어(230)의 치면 일부와 외접하면서 기어물림 되며, 제3 기어(230)이 치면 일부가 제6 기어(320)의 치면 일측과 외접하면서 기어물림 되고, 제4 기어(240)의 치면 일부가 제6 기어(320)의 치면 타측과 외접하면서 기어물림 되도록, 구동축(120)과 출력축(310) 사이에 회전축(220)에 결합된 제3, 4, 5 기어(230, 240, 250)가 위치하도록 이송부(210)의 실린더(211)가 작동한다.When the main shaft is in C-axis mode, the second gear 140 is externally engaged with a portion of the tooth surface of the fourth gear 240, and the first gear 130 is externally engaged with a portion of the tooth surface of the third gear 230. The gears are engaged, and a part of the third gear 230 is externally engaged with one side of the tooth surface of the sixth gear 320, and a part of the tooth surface of the fourth gear 240 is connected to the other side of the tooth surface of the sixth gear 320. The cylinder 211 of the transfer unit 210 is positioned so that the third, fourth, and fifth gears 230, 240, and 250 coupled to the rotation shaft 220 are positioned between the drive shaft 120 and the output shaft 310 so that the gears engage while externalizing. It works.

입력부의 구동부(110)에 의해 구동축(120)으로 회전 동력이 전달되면, 제1 고정부재(141)에 의해 구동축(120)에 체결 결합된 제2 기어(140)와 제2 기어(140)와 제1 체결부재(131)에 의해 체결된 제1 기어(130)가 동시에 회전하게 된다.When rotational power is transmitted to the drive shaft 120 by the drive unit 110 of the input unit, the second gear 140 and the second gear 140 are fastened to the drive shaft 120 by the first fixing member 141. The first gear 130 fastened by the first fastening member 131 rotates simultaneously.

이후, 제2 기어(140)가 제4 기어(240)의 치면 일부와 외접하면서 기어물림 되고, 제1 기어(130)가 제3 기어(230)의 치면 일부와 외접하면서 기어물림 되고, 제3 기어(230)이 치면 일부가 제6 기어(320)의 치면 일측과 외접하면서 기어물림 되고, 제4 기어(240)의 치면 일부가 제6 기어(320)의 치면 타측과 외접하면서 기어물림 되어, 제6 기어(320)가 회전하고, 최종적으로 제3 고정부재(321)에 의해 출력축(310)과 체결된 제6 기어(320)의 회전에 의해 매우 저속으로 회전하게 된다.Thereafter, the second gear 140 is externally engaged with a portion of the tooth surface of the fourth gear 240, and the first gear 130 is externally engaged with a portion of the tooth surface of the third gear 230, and the third gear 240 is externally engaged with a portion of the tooth surface of the fourth gear 240. A portion of the tooth surface of the gear 230 is externally engaged with one side of the tooth surface of the sixth gear 320, and a portion of the tooth surface of the fourth gear 240 is externally engaged with the other tooth surface of the sixth gear 320, The sixth gear 320 rotates, and ultimately rotates at a very low speed due to the rotation of the sixth gear 320, which is fastened to the output shaft 310 by the third fixing member 321.

따라서, 본 발명에 의한 공작기계의 주축 구동장치는 각 모드에 따라 필요한 경우 백래쉬를 유지하거나 백래쉬를 제거하면서 3가지 모드의 작업을 수행함에 따라 백래쉬 재조정 시간 감소에 의해 생산성을 향상시키고, 백래쉬에 의한 발열에 의한 열변형 발생을 방지하여 가공정밀도를 증대시킬 수 있다. Therefore, the main axis driving device of the machine tool according to the present invention improves productivity by reducing backlash readjustment time by performing work in three modes while maintaining or removing backlash when necessary depending on each mode, and reducing backlash-related Processing precision can be increased by preventing thermal deformation due to heat generation.

이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술할 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.Although the detailed description of the present invention described above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art or those skilled in the art will understand the present invention as described in the patent claims to be described later. It will be understood that the present invention can be modified and changed in various ways without departing from the spirit and technical scope. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to what is described in the detailed description of the specification, but should be defined by the scope of the patent claims.

1 : 주축 구동장치,
100 : 입력부, 110 : 구동부,
120 : 구동축, 121 : 구동축 하우징
130 : 제1 기어, 131 : 제1 체결부재,
140 : 제2 기어, 141 : 제1 고정부재,
150 : 구동축 베어링, 160 : 제1 지지 베어링,
200 : 전달부, 210 : 이송부,
211 : 실린더, 212 : 연결브라켓,
220 : 회전축, 221 : 회전축 하우징,
230 : 제3 기어, 231 : 제2 고정부재,
240 : 제4 기어, 241 : 제2 체결부재,
250 : 제5 기어, 260 : 회전축 베어링,
270 : 제2 지지 베어링,
300 : 출력부, 310 : 출력축,
320 : 제6 기어, 321 : 제3 고정부재,
330 : 제7 기어, 331 : 제4 고정부재,
400 : 하우징부.
1: main shaft driving device,
100: input unit, 110: driving unit,
120: drive shaft, 121: drive shaft housing
130: first gear, 131: first fastening member,
140: second gear, 141: first fixing member,
150: drive shaft bearing, 160: first support bearing,
200: transmission unit, 210: transfer unit,
211: cylinder, 212: connection bracket,
220: rotation axis, 221: rotation axis housing,
230: third gear, 231: second fixing member,
240: fourth gear, 241: second fastening member,
250: fifth gear, 260: rotating shaft bearing,
270: second support bearing,
300: output unit, 310: output shaft,
320: sixth gear, 321: third fixing member,
330: 7th gear, 331: 4th fixing member,
400: Housing part.

Claims (15)

구동부의 구동력에 의해 회전하는 구동축을 구비하고, 주축을 구동하는 동력을 전달하는 입력부;
상기 입력부의 구동축과 평행하면서 회전 가능하게 설치되는 출력축을 구비하고, 상기 입력부의 동력으로 상기 주축을 구동하는 출력부; 및
상기 입력부와 상기 출력부 사이에서 직선 왕복이동 및 회전하면서 상기 입력부 및 상기 출력부와 평행하게 설치되는 회전축을 구비하고, 상기 입력부의 동력을 상기 출력부에 전달하는 전달부;를 포함하고,
상기 입력부는,
상기 구동축에 설치되는 제1 기어; 및
상기 제1 기어와 상기 구동축의 수평방향을 따라 이격하도록 상기 구동축에 설치되는 제2 기어;를 포함하고,
상기 출력부는,
상기 출력축에 설치되는 제6 기어; 및
상기 제6 기어와 상기 출력축의 수평방향을 따라 이격하도록 상기 출력축에 설치되는 제7 기어;를 포함하고,
상기 전달부는,
상기 회전축에 설치되는 제5 기어;
상기 회전축의 수평방향을 따라 이격하도록 상기 제5 기어에 설치되는 제3 기어; 및
상기 제3 기어와 마주하면서 평행하고 상기 회전축의 수평방향을 따라 이격하도록 상기 제3 기어에 설치되는 제4 기어;를 포함하고,
상기 입력부, 상기 전달부, 및 상기 출력부는 상기 회전축의 중심과 상기 구동축의 중심 사이의 거리가 상기 회전축의 중심과 상기 출력축의 중심 사이의 거리보다 크게 형성되도록 설치되고,
상기 제3 기어와 상기 제4 기어는 상기 제6 기어를 고정한 상태에서 상기 제6 기어에 대해 서로 반대방향으로 비틀어지도록 설치되는 것을 특징으로 하는 공작기계의 주축 구동장치.
An input unit having a drive shaft that rotates by the driving force of the drive unit and transmitting power to drive the main shaft;
an output unit having an output shaft rotatably installed in parallel with the drive shaft of the input unit, and driving the main shaft with power from the input unit; and
A transmission unit having a rotation shaft installed parallel to the input unit and the output unit while linearly reciprocating and rotating between the input unit and the output unit, and transmitting the power of the input unit to the output unit,
The input unit,
a first gear installed on the drive shaft; and
It includes; a second gear installed on the drive shaft to be spaced apart from the first gear in a horizontal direction of the drive shaft;
The output unit,
A sixth gear installed on the output shaft; and
It includes; a seventh gear installed on the output shaft to be spaced apart from the sixth gear and the output shaft in a horizontal direction,
The transmission unit,
a fifth gear installed on the rotating shaft;
a third gear installed on the fifth gear to be spaced apart along the horizontal direction of the rotation axis; and
It includes; a fourth gear installed on the third gear so as to face and be parallel to the third gear and spaced apart along the horizontal direction of the rotation axis;
The input unit, the transmission unit, and the output unit are installed so that the distance between the center of the rotation shaft and the center of the drive shaft is greater than the distance between the center of the rotation shaft and the center of the output shaft,
The main shaft driving device of a machine tool, wherein the third gear and the fourth gear are installed to be twisted in opposite directions relative to the sixth gear while the sixth gear is fixed.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제1 기어는 상기 회전축을 고정한 상태에서 상기 제3 기어의 비틀린 방향과 반대방향으로 비틀리도록 설치되고,
상기 제2 기어는 상기 회전축을 고정한 상태에서 상기 제4 기어의 비틀린 방향과 반대방향으로 비틀리도록 설치되는 것을 특징으로 하는 공작기계의 주축 구동장치.
According to paragraph 1,
The first gear is installed to be twisted in a direction opposite to the twisting direction of the third gear while the rotation shaft is fixed,
The main shaft driving device of a machine tool, wherein the second gear is installed to be twisted in a direction opposite to the twisting direction of the fourth gear while the rotation shaft is fixed.
제6항에 있어서,
상기 제3 기어와 상기 제4 기어가 상기 제6 기어에 대해 비틀려 접촉한 각도보다 상기 제1 기어와 상기 제2 기어가 상기 제3 기어와 상기 제4 기어에 비틀려 접촉한 각도가 더 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 공작기계의 주축 구동장치.
According to clause 6,
The angle at which the first gear and the second gear are twisted into contact with the third gear and the fourth gear is greater than the angle at which the third gear and the fourth gear are twisted into contact with the sixth gear. A main axis driving device for a machine tool, characterized in that it is formed.
제1항에 있어서,
상기 회전축의 중심과 상기 구동축의 중심 사이의 거리는 상기 회전축의 중심과 상기 출력축의 중심 사이의 거리 보다 10㎛ 이상 내지 50㎛이하가 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 공작기계의 주축 구동장치.
According to paragraph 1,
The main shaft driving device of a machine tool, characterized in that the distance between the center of the rotation axis and the center of the drive shaft is 10㎛ or more to 50㎛ or less larger than the distance between the center of the rotation axis and the center of the output shaft.
제1항에 있어서,
상기 입력부는,
상기 구동축을 지지하기 위해 상기 구동부에 인접도록 상기 구동축의 일단에 설치되는 구동축 베어링;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 주축 구동장치.
According to paragraph 1,
The input unit,
A main shaft drive device for a machine tool, further comprising a drive shaft bearing installed on one end of the drive shaft adjacent to the drive unit to support the drive shaft.
제9항에 있어서,
상기 구동축은,
상기 구동축 베어링과 마주하도록 상기 구동축의 타단에 설치되는 구동축 하우징;을 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 주축 구동장치.
According to clause 9,
The drive shaft is,
A main shaft driving device for a machine tool, comprising: a drive shaft housing installed on the other end of the drive shaft to face the drive shaft bearing.
제10항에 있어서,
상기 입력부는,
상기 구동축을 지지하기 위해 상기 구동축 하우징의 내부에 설치되는 제1 지지 베어링;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 주축 구동장치.
According to clause 10,
The input unit,
A main shaft drive device for a machine tool, further comprising a first support bearing installed inside the drive shaft housing to support the drive shaft.
제1항에 있어서,
상기 전달부는,
상기 회전축을 지지하기 위해 상기 회전축의 타단에 설치되는 제2 지지 베어링;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 주축 구동장치.
According to paragraph 1,
The transmission unit,
A main shaft driving device for a machine tool, further comprising a second support bearing installed on the other end of the rotating shaft to support the rotating shaft.
제12항에 있어서,
상기 회전축은 상기 제2 지지 베어링과 마주하도록 상기 회전축의 일단에 설치되는 회전축 하우징;을 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 주축 구동장치.
According to clause 12,
The main shaft driving device of a machine tool, wherein the rotating shaft includes a rotating shaft housing installed at one end of the rotating shaft to face the second support bearing.
제13항에 있어서,
상기 전달부는,
상기 회전축을 지지하기 위해 상기 회전축 하우징의 내부에 설치되는 회전축 베어링;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 주축 구동장치.
According to clause 13,
The transmission unit,
A main shaft driving device for a machine tool, further comprising a rotating shaft bearing installed inside the rotating shaft housing to support the rotating shaft.
제1항에 있어서,
상기 입력부는,
상기 출력부 및 상기 전달부의 전부 또는 일부를 커버하는 하우징부;를 더 포함하는 것을 특징으로 공작기계의 주축 구동장치.

According to paragraph 1,
The input unit,
A main shaft driving device for a machine tool, further comprising a housing part that covers all or part of the output part and the transmission part.

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