KR20190057533A - 공작 기계용 슬라이드 베어링 - Google Patents

Abstract

슬라이드 베어링의 마찰면에 길이 방향으로 일정한 간격 마다 슬라이드 베어링의 마찰면의 양쪽 가장자리까지 파여진 분리 홈을 형성한다. 상기 분리 홈은 단면이 원호 형상이고, 깊이는 상기 슬라이드 베어링의 마찰면을 통과하여 슬라이드 베어링의 모재까지 파여진 형상이다. 또한, 상기 분리 홈은 상기 슬라이드 베어링의 길이 방향에 대해 직각 방향으로 형성한다.

Description

공작 기계용 슬라이드 베어링{SLIDING BEARING FOR A MACHINE TOOL}

본 발명은 공작기계용 슬라이드 베어링에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 미세이송과 내마모 성능이 우수한 슬라이드 베어링의 마찰면 형상에 관한 것이다.

공작기계의 컬럼이나 스핀들 헤드 등은 상대 부재에 대해 슬라이드 이송을 하게 된다. 이 때 이송부에는 윤활 성능이 우수한 슬라이드 베어링을 설치한다. 이러한 슬라이드 베어링은 윤활 성능을 높이기 위해 슬라이드 베어링의 마찰면 표면에 윤활유를 내포하는 다양한 형태의 오일 그루브가 형성된다. 이러한 오일 그루브의 형상은 도 1과 같이 지그재그(zigzag) 타입이나 엑스자(X) 타입, 연속된 원호 타입 등 다양한 형상이 있다.

그러나 이러한 형상의 오일 그루브의 존재에도 불구하고, 공작기계가 고하중의 무게를 지탱하면서 장시간에 걸쳐 이송 동작을 반복하게 되면 도 2와 같이 슬라이드 베어링의 마찰면에 면압이 증가하여 윤활 성능이 저하되게 된다.

윤활 성능의 저하는 공작기계의 미세 이송의 정확도를 떨어뜨리고, 나아가 슬라이드 베어링 마찰면의 마모를 촉진시키게 된다.

따라서, 슬라이드 베어링 마찰면의 내마모성과 미세 이송 정밀도를 향상시키는 윤활성이 높은 슬라이드 베어링의 개발이 필요하다.

본 발명은 공작기계 슬라이드 베어링 마찰면의 내마모성과 미세 이송 성능을 향상시키고, 나아가 이송부재의 이송 부하가 줄어든 공작기계용 슬라이드 베어링을 제공한다.

본 발명의 해결 수단은 마찰면에 오일 그루브가 형성된 슬라이드 베어링에 있어서, 상기 슬라이드 베어링의 마찰면에 길이 방향으로 일정한 간격 마다 상기 슬라이드 베어링의 폭 방향으로 상기 슬라이드 베어링의 마찰면의 양쪽 가장자리까지 파여진 분리 홈을 형성한다. 상기 분리 홈은 그 단면은 원호의 형상이고, 깊이는 상기 슬라이드 베어링의 마찰면의 두께를 통과하여 상기 슬라이드 베어링의 마찰면의 모재까지 파여진 형상이다.

또한, 상기 분리 홈은 상기 슬라이드 베어링의 길이 방향에 대해 직각 방향 또는 상기 슬라이드 베어링의 길이 방향의 직각 방향에 대해 일정 각도로 경사지게 형성할 수 있다.

또한, 상기 분리 홈을 사이에 두고 상기 분리 홈의 양측에 형성된 오일 그루브 간의 거리는 상기 오일 그루브의 상기 마찰면에 대한 가로방향의 길이의 0.8 내지 1.2 배 범위 내로 한다.

또한, 상기 오일 그루브의 상기 마찰면에 대한 가로방향의 길이는 상기 마찰면 중에서 실질적으로 마찰이 일어나는 상대부재의 가이드웨이 폭 보다 좁다.

상기한 본 발명은, 공작기계 슬라이드 베어링의 마찰면에 일정한 간격으로 분리 홈을 형성함으로써, 고하중 상태에서 이송 동작을 반복하는 슬라이드 베어링의 면압을 슬라이드 베어링의 마찰면 전체에 골고루 분산시키므로 슬라이드 베어링의 마찰 저항을 줄인다.

또한 슬라이드 베어링의 마찰면과 상대부재의 마모로 인해 발생된 금속분말 등의 이물질을 효과적으로 배출하여 마찰면과 상대부재의 마모 촉진을 최소화 한다.

나아가 슬라이드 베어링 마찰면의 면압과 마찰저항을 줄이므로 이송모터의 부하를 줄일 수 있고, 또한 이송부재의 이송오차도 줄일 수 있다.

이와 같이 윤활 특성이 향상됨으로 인해 슬라이드 베어링과 이 슬라이드 베어링의 상대부재의 내마모 성능을 향상 시킨다.

도 1은 종래 기술 일 예로서, 다양한 형상의 오일 그루브 패턴을 나타내는 슬라이드 베어링의 마찰면 형상 도면이다.
도 2는 종래 기술 일 예로서, 슬라이드 베어링의 면압 분포 상태도이다.
도 3은 본 발명의 실시예로서, 분리 홈이 슬라이드 베어링의 마찰면에 일정한 간격으로 형성된 것을 나타내는 오일 그루브 형상 사시도이다.
도 4는 도 3의 A-A선 단면도로서 본 발명의 분리 홈의 단면도이다.
도 5은 본 발명의 다른 실시예로서, 분리 홈이 슬라이드 베어링의 마찰면에 경사지게 형성된 것을 나타내는 오일 그루브 형상 사시도이다.
도 6는 본 발명의 실시예로서, 슬라이드 베어링의 면압 분포 상태도이다.
도 7은 본 발명의 실시예로서, 종래 기술과 비교한 이송 모터의 부하율 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예로서, 종래 기술과 비교한 마모율 그래프이다.

이하에서, 첨부한 도 3 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.

우선 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성을 살펴본다.

본 실시예에 따른 슬라이드 베어링(10)은, 슬라이드 베어링(10)의 바탕이 되는 모재(50)와, 상기 모재(50) 위에 비교적 얇은 두께로 내마성과 윤활성이 뛰어난 마찰면(40)으로 구성되고, 상기 마찰면(40)의 표면에는 오일을 내포할 수 있는 그루브(20)가 형성된다. 이 오일 그루브(20)는 상기 슬라이드 베어링(10)의 마찰면(40)에 일정한 패턴과 일정한 깊이의 홈으로 형성된다.

또한 상기 슬라이드 베어링(10)의 마찰면(40)에는 일정한 간격 마다 상기 슬라이드 베어링(10)의 폭 방향으로 상기 슬라이드 베어링(10)의 마찰면(40)의 양쪽 가장자리까지 파여진 복수개의 분리 홈(30)을 형성한다. 이 분리 홈(30)은 도 6과 같이 이송부재인 상대부재(60)(예를 들면 컬럼 상에서 상하로 슬라이드 이동하는 스핀들 헤드나, 공작기계의 베드 상에서 수평 방향으로 슬라이드 이동하는 테이블)로부터 슬라이드 베어링(10)의 마찰면(40)에 가해지는 면압을 분산시키는 효과가 있다.

또한 이 분리 홈(30)은 슬라이드 베어링(10)의 마찰면(40) 상에서 슬라이드 이동하는 상대부재(60)와 마찰이 일어날 때, 발생되는 금속 마모 분말을 배출시켜 내마모 특성을 향상시키기도 한다. 보다 구체적인 윤활 특성에 대해서는 하기 실시예를 통해 보다 자세히 설명한다.

한편, 상기 분리 홈(30)의 깊이는 도 4와 같이 상기 슬라이드 베어링(10)의 마찰면(40)의 두께보다 깊게 상기 슬라이드 베어링(10)의 모재(50)까지 침범하여 파여진 형상이다. 이는 분리 홈(30)을 슬라이드 베어링(10)의 마찰면(40)에 만 형성되게 할 경우, 마찰면(40)의 두께가 얇아서 충분한 깊이를 확보하지 못하기 때문이다. 즉 분리 홈(30)의 적절한 깊이를 확보하기 위해서 이다.

또한, 도 4와 같이 상기 분리 홈(30)의 단면은 원호 형상이다. 또한, 상기 분리 홈(30)은 상기 슬라이드 베어링(10)의 길이 방향에 대해 직각 방향으로 형성하기도 하고, 도 5와 같이 상기 슬라이드 베어링(10)의 길이 방향의 직각 방향에 대해 일정 각도(θ)로 경사지게 상기 슬라이드 베어링(10)의 가장자리까지 연통된 홈 형태로 구성할 수 있다.

이러한 형상은 슬라이드 베어링(10)이 상대부재(60)와 마찰이 일어날 때, 발생되는 금속 마모 분말의 배출을 돕고, 윤활 특성을 향상시키는 작용을 한다.

한편, 상기 분리 홈(30)의 단면은 원호 형상이 아닌 채널 형상으로도 할 수 있다.

이하 실시예에 따른 본 발명의 보다 구체적인 구성과 그 작용과 그 효과를 살펴본다.

아래 표 1과 같이 오일 그루브(20) 패턴이 지그재그 형상(Zigzag type)인 종래의 슬라이드 베어링과 본 발명의 슬라이드 베어링(10) 상에서 이송되는 이송부재에 대하여 각각 1톤의 하중을 가한 상태에서 각각 1㎛, 2㎛, 3㎛의 이송지령을 10회에 거쳐 실험해 보았다.

구분	이송지령 거리	이송지령 횟수	기존 슬라이드베어링의 총 이송거리	기존 슬라이드베어링의 이송거리 오차	본 발명 슬라이드 베어링의 총 이송거리	본 발명 슬라이드 베어링의 이송거리 오차
실험1	1㎛	10회	8.69㎛	1.31㎛	9.28㎛	0.72㎛
실험2	2㎛	10회	19.05㎛	0.95㎛	19.38㎛	0.62㎛
실험3	3㎛	10회	29.38㎛	0.62㎛	29.81㎛	0.19㎛
실험4	5㎛	10회	49.85㎛	0.15㎛	49.87㎛	0.13㎛

그 결과, 표 1에서 나타난 바와 같이, 본 발명의 슬라이드 베어링(10)의 이송거리 오차는 종래의 슬라이드 베어링 보다 현저하게 줄어드는 것을 볼 수 있다. 특히 이송지령 거리가 짧을수록 이송거리 오차의 개선 정도는 뛰어난 것으로 나타났다.

한편, 아래 표 2와 같이 오일 그루브(20) 패턴이 지그재그 형상(Zigzag type)인 종래의 슬라이드 베어링과 본 발명의 슬라이드 베어링(10)에 각각 1톤과 2.5톤의 하중을 가한 상태에서 0에서 4000mm/min의 이송 속도로 상기 슬라이드 베어링(10)의 마찰면(40) 상의 상대 부재를 이송시켰을 경우, 본 발명의 슬라이드 베어링(10)은 이송 모터의 부하율은 표 2와 도 7에서 보는 바와 같이 1톤에서는 6.3%, 2.5톤에서 10.2%의 이송모터 부하 저감 효과가 있는 것으로 나타났다.

구분	하중	이송속도	기존 슬라이드베어링의 이송모터 부하율	본 발명 슬라이드 베어링의 이송모터 부하율	부하저감율
실험1	1톤	0~ 4000mm/min	34.0%	27.7%	6.3%
실험2	2.5톤	0~ 4000mm/min	38.2%	28.0㎛	10.2%

한편, 아래 표 3과 같이 오일 그루브(20) 패턴이 지그재그 형상(Zigzag type)인 종래의 슬라이드 베어링과 본 발명의 슬라이드 베어링(10)에 대해 각각 면압 10g㎏/㎠, 이송 속도 10m/min로, 실험시간 100시간, 200시간, 300시간, 500시간동안 내마모 실험을 한 결과, 표 3과 도 7에서 보는 바와 같이 내마모 성능이 기존 지그재그 형상(Zigzag type)의 슬라이드 베어링에 비해 개선된 것으로 나타났다.

구분	실험시간	기존 슬라이드 베어링의 마모 두께	본 발명 슬라이드 베어링의 마모 두께	마모 두께 차이
실험1	100시간	1.75㎛	0.98㎛	0.77㎛
실험2	200시간	2.80㎛	1.62㎛	1.18㎛
실험3	300시간	3.75㎛	2.26㎛	1.49㎛
실험4	500시간	6.58㎛	4.25㎛	2.33㎛

한편, 본 발명에서 가장 바람직한 슬라이드 베어링(10)의 분리 홈(30) 위치와 오일 그루브(20) 위치를 찾기 위해, 아래 표 4와 같이 오일 그루브(20)의 가로방향 길이(a)과 슬라이드 베어링(10)의 분리 홈(30)을 사이에 둔 양 측 오일 그루브(20) 간의 거리(b)의 비율(b/a)을 달리하여 슬라이드 베어링(10)을 가속 마모실험을 해보았다. 본 실험에서 상기 오일 그루브(20) 간의 거리(b)는 슬라이드 베어링(10)의 분리 홈(30)의 양측 오일 그루브(20)를 기준으로 하였으며, 오일 그루브(20)의 가로방향 길이(a)는 슬라이드 베어링(10) 마찰면(40) 중에서 슬라드 마찰이 일어나는 상대부재(60)의 가이드웨이 폭(c)의 0.72배로 하였다.

구분	오일 그루브 간의 거리(b)과 오일 그루브 가로방향 길이(a)의 비율(b/a)	베어링 마찰면 평균 마모깊이
실험1	0.5	5.38㎛
실험2	0.6	4.46㎛
실험3	0.7	3.54㎛
실험4	0.8	2.62㎛
실험5	0.9	1.70㎛
실험6	1.0	0.78㎛
실험7	1.1	1.65㎛
실험8	1.2	2.52㎛
실험9	1.3	3.38㎛
실험10	1.4	4.25㎛
실험11	1.5	5.12㎛

본 실험의 결과, 본 발명의 슬라이드 베어링(10)의 내마모성이 우수한 가장 바람직한 오일 그루브(20) 간의 거리(b)는 오일 그루브(20) 가로방향 길이(a)에 대해 0.8 내지 1.2 배 범위 내인 것으로 나타났다.

상술한 바와 같이 본 실시예들에 따르면, 본 발명은 슬라이드 베어링(10)의 마찰면(40)에 일정한 간격으로 분리 홈(30)을 형성함으로써, 슬라이드 베어링(10)의 면압을 슬라이드 베어링(10)의 마찰면(40) 전체에 골고루 분산시켜 슬라이드 베어링(10)의 마찰 저항을 줄일 수 있다. 또한 슬라이드 베어링(10)의 마찰면(40)과 상대부재(60)와의 마찰저항이 줄어들고, 또한 이로 인해 발생된 금속 마모분을 효과적으로 배출할 수 있으므로 인해 마찰면(40)과 상대부재(60)의 마모를 최소화 할 수 있다.

결국 이러한 윤활 특성이 향상됨으로 인해 상대부재(60)의 이송모터 부하를 줄일 수 있고, 나아가 상대부재(60)의 이송 오차를 최소화 할 수 있다.

10; 슬라이드 베어링
20; 오일 그루브
30; 분리 홈
40; 마찰면
50; 모재
60; 상대부재

Claims (7)

1. 마찰면에 오일 그루브가 형성된 슬라이드 베어링에 있어서, 상기 슬라이드 베어링의 마찰면에 길이 방향으로 일정한 간격 마다 상기 슬라이드 베어링의 폭 방향으로 상기 슬라이드 베어링의 마찰면의 양쪽 가장자리까지 파여진 분리 홈을 형성한 것을 특징으로 하는 공작 기계용 슬라이드 베어링.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 분리 홈의 깊이는 상기 슬라이드 베어링의 마찰면의 두께보다 깊고 상기 슬라이드 베어링의 마찰면의 모재까지 파여진 형상인 것을 특징으로 하는 공작 기계용 슬라이드 베어링.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 분리 홈은 그 단면이 원호의 형상인 것을 특징으로 하는 공작 기계용 슬라이드 베어링.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 분리 홈은 상기 슬라이드 베어링의 길이 방향에 대해 직각 방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 공작 기계용 슬라이드 베어링 구조.
   기계용 슬라이드 베어링.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 분리 홈은 상기 슬라이드 베어링의 길이 방향의 직각 방향에 대해 일정 각도로 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 공작 기계용 슬라이드 베어링.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 분리 홈을 사이에 두고 상기 분리 홈의 양측에 형성된 오일 그루브 간의 거리는 상기 오일 그루브의 상기 마찰면에 대한 가로방향의 길이의 0.8 내지 1.2 배 범위인 것을 특징으로 하는 공작기계용 슬라이드 베어링.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 오일 그루브의 상기 마찰면에 대한 가로방향의 길이는 상기 마찰면 중에서 실질적으로 마찰이 일어나는 상대부재의 가이드웨이 폭 보다 좁은 것을 특징으로 하는 공작 기계용 슬라이드 베어링.

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