KR20120114568A

KR20120114568A - 공작기계용 3축 밀링헤드

Info

Publication number: KR20120114568A
Application number: KR1020110032159A
Authority: KR
Inventors: 김홍조
Original assignee: 주식회사 국제이엔지
Priority date: 2011-04-07
Filing date: 2011-04-07
Publication date: 2012-10-17
Also published as: KR101308041B1

Abstract

본 발명은 공작기계용 3축 밀링헤드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스핀들축(S축), 경사축(A축), 선회축(C축)으로 구성되어 다면 가공작업을 할 수 있도록 함으로써 산업현장에서의 애로공정을 해소함은 물론, 제품품질 및 생산성을 향상시키도록 한 공작기계용 3축 밀링헤드에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 공작기계에 설치되어 공구를 회전시켜 공작물을 가공하는 밀링헤드에 있어서, 상기 공구가 하단부에 고정되고, 내부에 구동수단에 의해 고속 회전되는 스핀들이 상기 공구와 연결되게 설치된 스핀들유니트와; 상기 스핀들유니트의 외부에 설치되고, 회동수단으로 스핀들유니트를 좌우 방향으로 회동시키도록 좌우측이 개구된 헤드유니트와; 상기 공작기계에 결합되고, 상기 헤드유니트가 내측에서 회전수단에 의해 수평 회전가능하게 구비되는 헤드프레임;으로 이루어지고, 상기 스핀들유니트와 헤드유니트의 사이에는 스핀들유니트의 회동속도를 조절하여 제어하도록 회동제어수단이 설치된 것을 특징으로 한다.

Description

공작기계용 3축 밀링헤드{3-AXES MILLING HEAD FOR A MACHINE TOOL}

본 발명은 3축 밀링헤드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스핀들축(S축), 경사축(A축), 선회축(C축)으로 구성되어 다면 가공작업이 가능한 3축 밀링헤드에 관한 것이다.

머시닝센터, 밀링머신, 보링머신 등 각종 기계요소를 가공하는 공작기계는 공구를 지지함과 동시에 이 공구를 회전시켜 공작물을 가공하도록 밀링헤드를 구비하고 있다.

밀링헤드는 내부에 모터에 의해 회전되는 스핀들이 수직 또는 수평으로 설치되어 있으며, 이 스핀들에 고정된 공구를 이용하여 공작물의 평면 및 곡면을 절삭 가공하는 것이 일반적이었다.

그러나 종래의 밀링헤드는 수직 또는 수평으로 설치된 스핀들 하나만이 설치됨에 따라 절삭가공에 있어서 사선 및 곡면 절삭의 경우에는 비정상적인 공구 가공경로 및 공구의 편마모로 인하여 절삭성이 떨어지고, 가공오차가 발생하여 원하는 정밀도(품질)를 얻기가 매우 어려우며, 오면(다면) 가공의 경우에는 헤드를 교체하거나 제품의 공정을 변경하여야 하는 등 가공작업에 한계가 있었다.

이를 해결하기 위해 스핀들을 좌우 회전시키도록 한 밀링헤드가 연구 개발되고 있으나, 이러한 밀링헤드는 단순히 정해진 구간만을 가공할 수 있어 다면 가공작업을 하는 경우에는 밀링헤드를 교체하거나 공작물의 고정위치를 변경하여야 하는 문제점으로 인해 다면 가공작업을 원활히 하지 못하였다.

이와 같이, 종래의 밀링헤드는 스핀들의 동작 및 구성의 한계로 인해 곡면, 경사면, 다면, 음각 등 복합형상(선박용 프로펠러, 자동차 및 항공기 부품)과 오면 절삭 등 다면가공시 가공작업을 용이하게 하지 못함으로써 생산성의 저하와 함께 산업현장에서 애로 공정이 되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 1축이 아니라 스핀들축(S축), 경사축(A축), 선회축(C축)의 3축으로 구성하여 공구접근을 보다 용이하게 함으로써 다면 가공작업이 가능하도록 하고, 밀링헤드의 교체없이 하나의 밀링헤드로 프로펠러나 자동차 및 항공기 부품과 같은 복합형상을 갖는 제품을 정밀하게 절삭가공할 수 있는 공작기계용 3축 밀링헤드를 제공하는 데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 공작기계에 설치되어 공구를 회전시켜 공작물을 가공하는 밀링헤드에 있어서, 상기 공구가 하단부에 고정되고, 내부에 구동수단에 의해 고속 회전되는 스핀들이 상기 공구와 연결되게 설치된 스핀들유니트와; 상기 스핀들유니트의 외부에 설치되고, 회동수단으로 스핀들유니트를 좌우 방향으로 회동시키도록 좌우측이 개구된 헤드유니트와; 상기 공작기계에 결합되고, 상기 헤드유니트의 상부가 내측에서 회전수단에 의해 수평 회전가능하게 구비되는 헤드프레임;으로 이루어지고, 상기 스핀들유니트와 헤드유니트의 사이에는 스핀들유니트의 회동속도를 조절하여 제어하도록 회동제어수단이 설치된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 회동제어수단은, 상기 헤드유니트에 설치되어 유체에 의해 전진 또는 후진이동하는 피스톤을 내장한 실린더와, 상기 스핀들유니트에 설치되어 전진이동되는 피스톤에 밀착되면서 스핀들유니트의 회동을 중지시키는 디스크로 구성된 것이 바람직하다.

상기 헤드유니트는 상기 헤드프레임에 회전수단으로 결합되는 회전부와, 상기 회전부의 하부에 결합되어 일체로 형성되고 좌우측에 상기 스핀들유니트의 회동을 위해 개구부가 형성된 케이스으로 구성되고, 상기 케이스의 내부에는 일측에 상기 회동수단이 마련되고, 타측에는 스핀들유니트의 일측에 외부로 돌출된 샤프트가 끼워지게 하우징이 마련된 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 샤프트에는 상기 스핀들유니트에 형성된 냉각수 유로에 각각 연결되게 투입유로와 배출유로가 각각 형성되고, 상기 하우징에는 투입유로에 연결되는 냉각수투입홀과 배출유로에 연결되는 냉각수배출홀이 형성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 회동수단은, 상기 헤드유니트에 내장된 서보모터와, 상기 서보모터의 구동풀리에 벨트연결되는 종동풀리와, 상기 종동풀리와 스핀들유니트의 사이에 설치되어 회전속도를 감속시켜 스핀들유니트에 전달하는 감속유니트로 구성된 것이 바람직하고, 상기 구동수단과 회전수단은 각각 로터와 스테이터로 구성된 DD모터인 것이 바람직하다.

이때, 상기 감속유니트는 웨이브발생기와 플렉스 스플라인 및 써큘러 스플라인으로 구성된 하모닉 드라이브이고, 상기 플렉스 스플라인은 일측이 웨이브발생기에 베어링으로 결합되고 타측이 스핀들유니트에 고정된 고정플랜지와 결합되어 감속된 회전력을 전달하는 것이 바람직하다.

상기 헤드유니트와 헤드프레임의 사이에는 헤드유니트의 회전속도를 제어하도록 헤드프레임에 설치되어 유체에 의해 전진 또는 후진이동하는 제2피스톤을 내장한 제2실린더와, 상기 헤드유니트에 설치되어 전진이동되는 제2피스톤에 밀착되는 제2디스크로 이루어진 브레이크수단이 설치된 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 스핀들축, 경사축, 선회축의 3축으로 이루어진 밀링헤드를 이용하여 스핀들축의 1축으로 이루어진 헤드보다 공구접근이 용이하여 곡면의 정확성과 표면조도 향상 및 가공시간 단축 등 작업성을 높일 수 있게 된다.

또한, NC 가공에서 시뮬레이션 데이터 및 공구 형상데이터, 공작물 형상데이터를 이용하여 실제 가공이 이루어지는 상황을 예측하여 실제 가공 시 생길 수 있는 문제점을 미리 제거할 수 있는 효과가 있다.

또한, 제품의 오면가공과, 복합형상(선박용 프로펠러, 자동차 및 항공기 부품) 제품 등을 효율적으로 정밀하게 절삭가공할 수 있음으로써 제품품질 및 생산성 향상에 기여할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 의한 공작기계용 3축 밀링헤드의 사시도,
도 2는 본 발명에 의한 스핀들유니트가 경사축(A축)으로 회동되는 상태의 밀링헤드를 보인 정면도,
도 3은 본 발명에 의한 공작기계용 3축 밀링헤드의 구체적인 단면상태도,
도 4는 본 발명에 의한 로터리조인트를 이루는 샤프트 및 하우징을 보인 일부 단면상태도,
도 5는 본 발명에 의한 서보모터와 연결되는 회동수단을 보인 일부 단면상태도,
도 6은 본 발명에 의한 종동풀리와 연결되는 감속유니트를 보인 분리도,
도 7은 본 발명에 의한 감속유니트인 하모닉드라이브를 보인 분리사시도,
도 8은 본 발명에 의한 하모닉드라이브의 정면상태도,
도 9는 본 발명에 의한 하모닉드라이브의 작동과정을 보인 상태도,
도 10은 도 3의 A부를 보인 확대도,
도 11은 도 3의 B부를 보인 확대도,
도 12는 본 발명에 의한 스핀들유니트의 내부를 보인 상세도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 공작기계용 3축 밀링헤드를 상세히 설명한다.

본 발명에 의한 공작기계용 3축 밀링헤드는 절삭가공을 위한 공구(100)를 고정하여 지지하며, 이 공구(100)를 회전시켜 공작물을 가공하게 되는 것으로, 공작기계에 별도의 가이드장치를 통해 승/하강 또는 좌/우 이동가능하게 설치되어 있다.

본 발명의 밀링헤드는 기존의 1축(S축)으로 이루어진 헤드의 문제점을 보완하고자 3축으로 이루어지도록 하여 정밀작업과 함께 다면가공이 가능하도록 한 것으로, 스핀들을 갖는 스핀들축{이하, 'S축'이라 한다}과 경사축{이하, 'A축'이라 한다}과 선회축{이하, 'C축'이라 한다}을 구비하고 있다.

S축은 통상 1축으로 이루어진 헤드와 같이 내부에 스핀들(210)이 구비된 축으로서, 이 스핀들(210)을 회전시키도록 구동수단이 설치되어 있고, 또한 이 스핀들(210)의 단부에는 홀더고정부(215)가 형성되어 있으며, 이 홀더고정부(215)에 공구(100)가 고정되는 공구홀더(110)가 고정수단(미도시)으로 압입 고정되어 있다.

상기 스핀들(210)을 포함하여 고정수단과 구동수단 등의 구성은 스핀들하우징(230)의 내부에 내장되어 하나의 단일체로 유니트화된 스핀들유니트(200)로 이루어져 있으며, 상기 스핀들유니트(200)에는 스핀들의 고속회전에 따른 열 발생시 베어링 등 부품손상을 방지하기 위해 열을 냉각시켜주도록 냉각수가 이동되는 냉각수 유로(205)가 여러 개소에 형성되어 있다.

상기 냉각수 유로(205)는 서로 연결되어 있으며, 양측이 각각 외부로 노출되어져 일측을 통해 냉각수가 유입된 후 타측을 통해 배출되도록 형성됨은 당연하고, 이 냉각수 유로(205)에는 냉각수라인이 직접연결되어 냉각수가 펌프에 의해 유입 및 배출되도록 형성되거나 첨부된 실시예에서와 같이 후술되는 헤드유니트(300)의 하우징(310)과 스핀들유니트(200)의 샤프트(220)에 형성된 유로를 통해 냉각수를 유입 및 배출시킬 수 있다.

상기 A축은 경사축으로서, 헤드유니트(300)에 스핀들유니트(200)를 회동수단으로 회동가능하게 설치함으로 인해 달성되어 지고, 상기 C축은 선회축으로서, 헤드유니트(300)를 헤드프레임(400)에 회전수단으로 회전가능하게 설치함으로 인해 달성되어 진다.

본 발명의 밀링헤드는 S축과 A축 및 C축을 갖도록 구비됨으로써 헤드의 교체없이 오면가공이나, 선박용 프로펠러, 자동차 및 항공기 부품 등 복합형상을 갖는 제품의 가공시 보다 정밀한 절삭가공이 가능하게 되며, 이에 따라 단시간내에 작업을 마무리할 수 있음은 물론 생산성을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

이와 같이, 본 발명의 밀링헤드는 S축을 갖는 스핀들유니트(200)와, 이 스핀들유니트(200)를 회동시키기 위해 회동수단을 구비한 헤드유니트(300)와, 공작기계에 결합되고 상기 헤드유니트(300)가 내측에서 수평 회전되도록 회전수단을 구비한 헤드프레임(400)으로 이루어져 있다.

상기 스핀들유니트(200)는 내부에 구동수단에 의해 고속 회전되는 스핀들(210)이 내장되어 있고, 이 스핀들(210)의 하단부에는 공구홀더(110)가 압입 고정되어 있으며, 이 공구홀더(110)에 공구(100)가 고정되어 있다.

상기 공구홀더(110)는 상기 스핀들(210)의 단부에 형성된 홀더고정부(215)에 고정되는데, 공구홀더(110)의 고정은 고정수단(미도시)을 통해 고정하게 되며, 상기 고정수단은 스핀들(210)을 하강시켜 홀더고정부(215)를 벌린 후 공구홀더(110)를 끼운 다음 다시 스핀들(210)을 상승시켜 벌려진 홀더고정부(215)를 좁혀 공구홀더(110)를 압입 고정하도록 작동되는 것으로, 이미 공지된 구조임에 따라 본 발명에서는 그 구체적인 구조에 대해 설명 및 도시하지 않았다.

상기 스핀들(210)을 회전시키기 위한 구동수단은, 로터와 스테이터로 이루어진 DD모터(250)이고, 이때 로터(252)는 스핀들(210)에 결합된 채 스핀들(210)을 둘러싸도록 구비되고, 스테이터(254)는 스핀들하우징(230)의 내부에 결합된 채 로터(252)의 외부를 둘러싸도록 구비되어 있다. 따라서 상기 로터(252)가 스테이터(254)에 대해 회전되면서 스핀들(210)을 회전시키게 되는 것이다.

그리고, 상기 스핀들(210)의 회전이 자유롭도록 이를 지지하기 위한 베어링(240)이 다수 구비되어 있다.

상기 스핀들유니트(200)의 서로 대향되는 외부 측벽에는 각각 상기 헤드유니트(300)에 결합되어 회동되어 지도록 샤프트(220)와 결합부(225)가 형성되어 있고, 샤프트(220)는 헤드유니트(300)에 마련된 하우징(310)에 회전가능하게 끼움결합되고, 상기 결합부(225)는 고정플랜지(340)에 결합되어져 회동수단에 의해 스핀들유니트(200)가 회동되도록 이루어져 있다.

상기 헤드유니트(300)는 상기 스핀들유니트(200)의 외부에 설치되어 있고, 좌우측이 개구되어 각각 개구부(352)가 형성되어 있으며, 내장된 회동수단으로 개구부(352)를 통해 스핀들유니트(200)를 좌우 방향으로 회동시키게 된다.

이러한 헤드유니트(300)는 상기 헤드프레임(400)에 회전수단으로 결합되는 회전부(305)와, 상기 회전부(305)의 하부에 결합되어 일체로 형성되고 좌우측에 상기 스핀들유니트(200)의 회동을 위해 개구부(352)가 형성된 케이스(350)으로 구성되어 있다.

상기 케이스(350)의 내부에는 상기 스핀들유니트의 샤프트(220)가 끼워지게 하우징(310)이 마련되고, 상기 하우징(310)의 대향되는 반대쪽에는 회동수단이 마련되어 있으며, 이 회동수단에 의해 회동되는 스핀들유니트(200)의 자유로운 회동을 위해 상기 스핀들유니트(200)가 결합되는 부위에 베어링(370)이 구비되어 있다.

여기서, 상기 회동수단은 상기 헤드유니트(300)에 내장된 서보모터(320)와, 상기 서보모터(320)의 구동풀리(322)에 벨트연결되는 종동풀리(325)와, 상기 종동풀리(325)와 스핀들유니트(200)의 사이에 설치되어 서보모터(320)의 회전속도를 감속시켜 스핀들유니트(200)에 전달하는 감속유니트(330)로 구성된다.

이때, 상기 감속유니트(330)는 강력한 동력전달과 함께 상기 스핀들유니트(200)가

±100°(좌우 100°)이상으로 회동되어져 폭넓은 가공영역을 갖도록 하기 위한 것으로, 웨이브발생기(332)와 플렉스 스플라인(335) 및 써큘러 스플라인(337)으로 구성된 하모닉 드라이브인 것이 바람직하다.

상기 종동풀리(325)는 상기 웨이브발생기(332)와 풀리고정축(327)으로 축결합되어져 종동풀리(325)의 회전력이 상기 웨이브발생기(332)로 전달되어 지도록 하고, 상기 풀리고정축(327)은 상기 써큘러 스플라인(337)과 결합되는 플랜지(355)와 베어링(357)으로 지지되어 회전되게 결합되어 있다.

그리고, 상기 플랜지(355)는 상기 써큘러 스플라인(337)과 함께 헤드유니트(300)의 케이스(350)에 결합되어 지며, 상기 써큘러 스플라인(337)은 고정된 상태로 내부에서 상기 웨이브발생기(332)와 플렉스 스플라인(335)이 회전하게 된다.

상기 하모닉 드라이브는 소형, 경량이면서도 고감속비를 얻을 수 있고, 전달 토크의 용량이 크고, 백래쉬가 작기 때문에 정밀한 감속비를 얻을 수 있는 감속기이다.

이와 같은 하모닉 드라이브는 도 7에 도시된 바와 같이, 타원형의 웨이브를 만들어내는 상기 웨이브발생기(332)와, 웨이브발생기(332)의 외부에 밀착되고 외주면에 일정 피치로 치형이 형성된 플렉시블한 플렉스 스플라인(335)과, 플렉스 스플라인(335)의 외부에 플렉스 스플라인(335)의 치형에 결합되게 내주면에 치형이 형성된 원통형의 써큘러 스플라인(337)으로 구성되어 있다.

상기 웨이브발생기(332)는 상기 종동풀리(325)에 축결합되어 종동풀리(325)와 함께 회전되게 구비되어 있고, 타원형상의 캠(333) 외주면에 소형의 볼베어링(334)이 다수개 끼워져 있으며, 전면에서 바라본 경우 전체적인 형상이 타원형상으로 성형되어 있다.

그리고, 상기 웨이브발생기(332)의 외부에는 플렉스 스플라인(335)이 끼워지는데, 상기 플렉스 스플라인(335)의 일단부의 외면에는 상기 치형이 성형되어 있고, 타단부는 감속유니트(330)와 연결되어져 상기 스핀들유니트(200)에 결합되어 있다. 이때 상기 플렉스 스플라인(335)은 써큘러 스플라인(336)의 내경의 이와 순차적으로 맞물리기 위하여 반경반향으로는 탄성적인 유연성, 즉 신축성이 좋아야 함은 당연하다.

상기 플렉스 스플라인(335)은 스핀들유니트(200)에 고정된 고정플랜지(340)와 결합되도록 이루어져 있고, 이 고정플랜지(340)는 일측이 웨이브발생기(332)에 베어링(342)으로 결합되고 타측이 스핀들유니트(200)의 결합부(225)에 고정되어 있다.

따라서, 상기 플렉스 스플라인(335)은 상기 고정플랜지(340)를 통해 감속된 회전력을 상기 스핀들유니트(200)에 전달하게 되는 것이다.

상기 써큘러 스플라인(337)은 강체로서, 내주면에는 상기 플렉스 스플라인의 치와 부분적으로 맞물리기 위한 치형이 성형되어 있고, 상기 케이스(350)에 직접 또는 별도의 다른 플랜지를 매개로 결합된 상태로 설치되어 진다.

이때, 상기 써큘러 스플라인(337)의 치형의 잇수는 플렉스 스플라인(335)의 잇수에 비하여 2개 또는 4개 많게 형성되어 있다. 따라서, 상기 웨이브발생기(332)의 1회전시 플레스 스플라인(335)은 잇수차만큼 웨이브발생기(332)의 회전방향과 반대방향으로 회동된 상태에 있게 되며, 결국 스핀들유니트(200)를 잇수차만큼 회동시키게 되는 것이다.

스핀들유니트(200)의 회동을 위한 하모닉 드라이브의 작동원리를 도 9를 참조하여 살펴보면,

종동풀리(325)와 연결되는 웨이브발생기가 서보모터(320)로부터 전달되는 구동력에 의해 회전하게 되면, 플렉스 스플라인(335)은 웨이브발생기(332)의 회전에 의하여 타원형상으로 변하여 타원의 장축부분에서 써큘러 스플라인(337)의 이와 맞물리게 되고, 단축부분에서는 이가 서로 떨어진 상태를 유지하게 되며, 이 상태로 웨이브발생기(332)가 시계방향으로 회전되면 플렉스 스플라인(335)은 탄성변형되면서 써큘러 스플라인(337)과 맞물리는 이의 위치가 순차적으로 이동하게 된다.

상기 웨이브발생기가 완전하게 일회전하게 되면 플렉스 스플라인(335)은 써큘러 스플라인(337)의 잇수차에 해당하는 만큼 반대방향으로 회전한 상태에 있게 되고, 이러한 반대방향의 회전에 의하여 고정플랜지(340)와 연결된 플렉스 스플라인(335)은 감속된 회전수를 출력하여 상기 스핀들유니트(200)에 전달하게 되는 것이다.

상기 스핀들유니트(200)는 하모닉 드라이브에 의해 회동됨에 따라 도 2에서와 같이 기존의 베벨기어 방식이나 유니버셜조인트 방식에 비해 회동각도가 2배가량 더 커져 보다 폭넓은 각도에서의 절삭가공이 가능하게 된다.

한편, 상기 스핀들유니트(200)는 회동수단에 의해 회동되어 지는데, 이 회동속도를 조절하여 제어하도록 상기 스핀들유니트(200)와 헤드유니트(300)의 사이에는 회동제어수단(500)이 설치된다.

상기 회동제어수단(500)은 스핀들유니트(200)의 회동을 제어할 수 있는 것이면 어느 구조 및 수단이든 상관이 없음은 당연하고, 본 발명에서는 도 10에 도시된 바와 같이, 실시예로서 디스크브레이크를 사용하였다.

구체적으로, 상기 회동제어수단(500)은 상기 헤드유니트(300)에 설치되어 유체에 의해 전진 또는 후진이동하는 피스톤(530)을 내장한 실린더(510)와, 상기 스핀들유니트(200)에 설치되어 전진이동되는 피스톤(530)에 밀착되면서 스핀들유니트(200)의 회동을 중지시키는 디스크(540)로 구성되어 있다.

상기 실린더(510)는 유압장치와 연결되어 유체가 이동되는 유체이동홀(516)을 갖는 실린더커버(515)와, 그 실린더커버(515)가 결합되는 실린더관(520)과, 상기 실린더관(520)의 내부에 수용되어져 유체이동홀(516)을 통해 유입되는 유체에 의해 전진이동되면서 디스크(540)에 밀착되는 피스톤(530)으로 구성된다.

상기 디스크(540)와 마주보는 상기 피스톤(530)의 일면에는 디스크(540)의 표면에 밀착되는 푸셔(535)와, 상기 푸셔(535)를 디스크(540)의 표면으로 탄성가압하는 스프링(537)이 구비된다.

따라서, 푸셔(535)가 디스크(540) 표면에 밀착된 상태로 존재하게 되는데, 이 상태에서 상기 피스톤(530)이 유체에 의해 전진이동되는 경우 푸셔(535)는 더욱 디스크(540)에 밀착되어져 스핀들유니트(200)의 회동에 브레이크를 걸게 되는 것이다.

상기 스핀들유니트(200)는 상기 헤드유니트(300)에 양측에 마련된 샤프트(220)와 결합부(225)가 결합되어져 거치되는데, 상기 결합부(225)는 상기 고정플랜지(340)에 결합되어져 감속유니트(330)로부터 전달되는 감속된 동력을 전달받아 회동되어 지고, 상기 감속유니트(330)의 결합부위와 대향되는 스핀들유니트(200)의 반대측에 형성된 샤프트(220)는 헤드유니트(300)에 형성된 하우징(310)에 삽입결합되는 것이며, 샤프트(220)와 하우징(310)이 로터리 조인트를 이루게 되는 것이다.

상기 샤프트(220)는 일정길이로 마련되어 있고, 스핀들유니트(200)에 형성된 냉각수 유로(205)에 연결되게 냉각수의 투입과 배출을 위한 투입유로(222)와 배출유로(224)가 형성되어 있으며, 상기 샤프트(220)의 외주면에는 고리형상으로 유로홈(221)이 형성되어 하기의 냉각수투입홀(312)과 냉각수배출홀(314)과 연통되거나 하우징에 별도로 형성된 냉각수홀(316)을 통해 연결되어 있고, 상기 유로홈(221)은 샤프트(220)가 회전하는 경우에도 그 연통상태가 유지되도록 둘레를 따라 형성되어 있다.

그리고, 상기 헤드유니트(300)에 마련된 하우징(310)에는 투입유로(222)에 연결되는 냉각수투입홀(312)과 배출유로(224)에 연결되는 냉각수배출홀(314)이 각각 형성되어 있다.

이와 같이, 외부로부터 공급되는 냉각수가 상기 하우징(310)의 냉각수투입홀(312)을 통해 유입되어져 투입유로(222)를 거쳐 스핀들유니트(200)의 냉각수 유로(205)로 공급되며, 냉각수의 순환시에는 냉각수 유로(205)를 통해 스핀들유니트(200) 내를 순환한 냉각수가 배출유로(224)를 거쳐 냉각수배출홀(314)을 통해 외부로 배출된다. 그리고, 스핀들유니트(200)로 공급되는 냉각수는 예를 들면, 고속으로 회전하는 스핀들(210)이나 DD모터(250) 등을 냉각하게 된다.

또한, 상기 스핀들유니트(200)에는 냉각수가 순환되는 유로외에도 도 12에 도시된 바와 같이 베어링 등 부품의 원활한 작동을 위해 유체가 이동되는 유체유로(260)가 형성되고, 이때 유체유로(260)는 부품의 원활한 작동을 위해 마련되는 것으로 제품의 규격 등에 따라 유로구조 및 연결관계가 상이할 수 있음은 당연하다.

상기 헤드유니트(300)는 헤드프레임(400)에 회전수단으로 회전되게 설치되는데, 상기 회전수단은 구동수단과 동일하게 로터와 스테이터로 구성된 DD모터(360)인 것이 바람직하다.

상기 로터(362)는 상기 헤드유니트(300)와 결합되어 있고, 상기 스테이터(364)는 헤드프레임(400)과 결합되어져 전원공급시 상기 로더(362)가 회전되면서 상기 헤드유니트(300)를 회전시키게 되며, 상기 헤드유니트(300)의 자유로운 회전을 위해 상기 헤드프레임(400)과 헤드유니트(300)의 사이에는 베어링(410)이 구비되어 있다.

그리고, 상기 헤드유니트(300)와 헤드프레임(400)의 사이에는 DD모터(360)에 의해 회전되는 헤드유니트(300)의 회전속도를 제어하기 위해 브레이크수단(550)이 설치된다.

상기 브레이크수단(550)은 헤드유니트(300)의 회전을 제어할 수 있는 구조이면 충분하고, 본 발명에서는 도 11에 도시된 바와 같이 실시예로서 디스크브레이크를 사용하였다.

상기 브레이크수단(550)은 헤드프레임(400)에 설치되어 유체에 의해 전진 또는 후진이동하는 제2피스톤(580)을 내장한 제2실린더(560)와, 상기 헤드유니트(300)에 설치되어 전진이동되는 제2피스톤(580)에 밀착되는 제2디스크(590)로 이루어진다.

상기 제2실린더(560)는 상기한 실린더(510)의 구조와 동일하게 형성되는데, 그 구체적인 구조를 보면, 유압장치와 연결되어 유체가 이동되는 제2유체이동홀(566)을 갖는 제2실린더커버(565)와, 그 제2실린더커버(565)가 결합되는 제2실린더관(570)과, 상기 제2실린더관(570)의 내부에 수용되어져 제2유체이동홀(566)을 통해 유입되는 유체에 의해 전진이동되면서 제2디스크(590)에 밀착되는 제2피스톤(580)으로 구성되어 진다.

이때, 상기 제2디스크(590)와 마주보는 상기 제2피스톤(580)의 일면에는 제2디스크(590)의 표면에 밀착되는 푸셔(595)와, 상기 푸셔(595)를 제2디스크(590)의 표면으로 탄성가압하는 스프링(597)이 구비되어 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 3축 밀링헤드는 스핀들이 구비된 S축과, 스핀들유니트를 회동시켜 경사지게 하는 A축과, 스핀들유니트를 포함한 헤드유니트를 회전시키는 C축을 모두 지니도록 하여 폭넓은 가공영역에서 절삭가공이 이루어지도록 함으로써 복합형상을 갖는 제품(프로펠러, 임펠러, 로터블레이드)이나 오면가공 등을 단시간내에 효과적으로 할 수 있음은 물론 헤드의 교체없이 하나의 헤드로 작업이 가능하여 비용을 절감할 수 있다.

특히, 스핀들유니트의 회동을 위해 기어방식이나 조인트방식이 아니라 하모닉 드라이브를 채용하여 강력한 동력전달이 가능하게 하여 신뢰성을 높임은 물론 기존방식에 비해 회동각도를 월등히 넓을 수 있어 폭넓은 영역에서 가공할 수 있게 되며, 이로 인해 다면 절삭이 가능함은 물론 가공정밀성을 높일 수 있게 됨으로써 제품의 성능 및 원가절감에 영향을 줄 수 있는 유용한 발명이다.

100: 공구 110: 공구홀더 200: 스핀들유니트
205: 냉각수 유로 210: 스핀들 215: 홀더고정부
220: 샤프트 221: 유로홈 222: 투입유로
224: 배출유로 225: 결합부 230: 스핀들하우징
240, 342, 357, 370, 410: 베어링
250, 360: DD모터 252, 362: 로터 254, 364: 스테이터
260: 유체유로 300: 헤드유니트 305: 회전부
310: 하우징 312: 냉각수투입홀 314: 냉각수배출홀
316: 냉각수홀 320: 서보모터 322: 구동풀리
325: 종동풀리 327: 풀리고정축 330: 감속유니트
332: 웨이브발생기 333: 캠 334: 볼베어링
335: 플렉스 스플라인 337: 써큘러 스플라인 340: 고정플랜지
350: 케이스 352: 개구부 355: 플랜지
400: 헤드프레임 500: 회동제어수단 510: 실린더
515: 실린더커버 516: 유체이동홀 520: 실린더관
530: 피스톤 535, 595: 푸셔 537, 597: 스프링
540: 디스크 550: 브레이크수단 560: 제2실린더
565: 제2실린더커버 566: 제2유체이동홀 570: 제2실린더관
580: 제2피스톤 590: 제2디스크

Claims

공작기계에 설치되어 공구(100)를 회전시켜 공작물을 가공하는 밀링헤드에 있어서,
상기 공구(100)가 하단부에 고정되고, 내부에 구동수단에 의해 고속 회전되는 스핀들(210)이 상기 공구(100)와 연결되게 설치된 스핀들유니트(200)와;
상기 스핀들유니트(200)의 외부에 설치되고, 회동수단으로 스핀들유니트(200)를 좌우 방향으로 회동시키도록 좌우측이 개구된 헤드유니트(300)와;
상기 공작기계에 결합되고, 상기 헤드유니트(300)의 상부가 내측에서 회전수단에 의해 수평 회전가능하게 구비되는 헤드프레임(400);으로 이루어지고,
상기 스핀들유니트(200)와 헤드유니트(300)의 사이에는 스핀들유니트(200)의 회동속도를 조절하여 제어하도록 회동제어수단(500)이 설치된 것을 특징으로 하는 공작기계용 3축 밀링헤드.
제1항에 있어서,
상기 회동제어수단(500)은, 상기 헤드유니트(300)에 설치되어 유체에 의해 전진 또는 후진이동하는 피스톤(530)을 내장한 실린더(510)와, 상기 스핀들유니트(200)에 설치되어 전진이동되는 피스톤(530)에 밀착되면서 스핀들유니트(200)의 회동을 중지시키는 디스크(540)로 구성된 것을 특징으로 하는 공작기계용 3축 밀링헤드.
제1항에 있어서,
상기 헤드유니트(300)는 상기 헤드프레임(400)에 회전수단으로 결합되는 회전부(305)와, 상기 회전부(305)의 하부에 결합되어 일체로 형성되고 좌우측에 상기 스핀들유니트(200)의 회동을 위해 개구부(352)가 형성된 케이스(350)으로 구성되고,
상기 케이스(350)의 내부에는 일측에 상기 회동수단이 마련되고, 타측에는 스핀들유니트(200)의 일측에 외부로 돌출된 샤프트(220)가 끼워지게 하우징(310)이 마련된 것을 특징으로 하는 공작기계용 3축 밀링헤드.
제3항에 있어서,
상기 샤프트(220)에는 상기 스핀들유니트(200)에 형성된 냉각수 유로(205)에 각각 연결되게 투입유로(222)와 배출유로(224)가 각각 형성되고,
상기 하우징(310)에는 투입유로(222)에 연결되는 냉각수투입홀(312)과 배출유로(224)에 연결되는 냉각수배출홀(314)이 형성되는 것을 특징으로 하는 공작기계용 3축 밀링헤드.
제1항에 있어서,
상기 회동수단은, 상기 헤드유니트(300)에 내장된 서보모터(320)와; 상기 서보모터(320)의 구동풀리(322)에 벨트연결되는 종동풀리(325)와; 상기 종동풀리(325)와 스핀들유니트(200)의 사이에 설치되어 회전속도를 감속시켜 스핀들유니트(200)에 전달하는 감속유니트(330)로 구성된 것을 특징으로 하는 공작기계용 3축 밀링헤드.
제5항에 있어서,
상기 감속유니트(330)는 웨이브발생기(332)와 플렉스 스플라인(335) 및 써큘러 스플라인(337)으로 구성된 하모닉 드라이브이고, 상기 플렉스 스플라인(335)은 일측이 웨이브발생기(332)에 베어링(342)으로 결합되고 타측이 스핀들유니트(200)에 고정된 고정플랜지(340)와 결합되어 감속된 회전력을 전달하는 것을 특징으로 하는 공작기계용 3축 밀링헤드.
제1항에 있어서,
상기 구동수단과 회전수단은 각각 로터와 스테이터로 구성된 DD모터(250,360)인 것을 특징으로 하는 공작기계용 3축 밀링헤드.
제1항 내지 제3항, 또는 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 헤드유니트(300)와 헤드프레임(400)의 사이에는 헤드유니트(300)의 회전속도를 제어하도록 헤드프레임(400)에 설치되어 유체에 의해 전진 또는 후진이동하는 제2피스톤(580)을 내장한 제2실린더(560)와, 상기 헤드유니트(300)에 설치되어 전진이동되는 제2피스톤(580)에 밀착되는 제2디스크(590)로 이루어진 브레이크수단(550)이 설치된 것을 특징으로 하는 공작기계용 3축 밀링헤드.