KR100268578B1 - 공작기계용 갱헤드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주축회전수의 고속화, 가공정도의 고정밀도화, 절삭액의 헤드내 침입의 방지를 위한 공작기계용 갱헤드(Gang Head)를 제공하는 것이다.

본 발명의 공작기계용 갱헤드는, 헤드케이스(13)내에 연무윤활용노즐(43)을 각 기어열에 적어도 하나 이상 설치하고, 연무윤활용노즐(13)로부터 고압공기와 함께 무상(霧狀)윤활유를 기어열을 향해서 분사한다. 기어열의 각 기어축(47)을 회전가능하게 지지하는 축지지부재(軸受部材)(49)의 취부부에 배기용 배출구멍(53)을 설치하고, 배기용배출구멍(53)을 통해 유출되는 기류가 축지지부재(49)를 통과하도록 함으로써 그 기류에 포함되는 무상윤활유에 의해 축지지부재(49)의 윤활이 행해진다.

Description

공작기계용 갱헤드

본 발명은 트랜스퍼머신 등의 각종 공작기계에서 사용되는 갱헤드에 관한 것이며, 특히 갱헤드내의 회전전달용 기어와 축지지윤활냉각에 관한 것이다.

일반적으로 갱헤드는 헤드케이스(기어상자)에 회전가능하게 지지된 하나의 회전입력축 및 복수개의 스핀들과 상기 회전입력축의 회전을 각 스핀들로 전달하기 위해 상기 헤드케이스 내에 각 스핀들마다 설치되어진 기어열을 구비하고 있다.

이러한 종래의 갱헤드는, 헤드케이스 내의 기어열의 윤활방식으로서, 헤드케이스내로 주입된 윤활유에 의해 윤활이 행해지는 유욕식(油浴式)윤활방식이 적용된다.

즉, 각 기어축이나 스핀들회전입력축의 축지지부 윤활에 있어서, 갱헤드에 취부된 오일펌프에 의해 헤드케이스 내의 윤활유가 흡입되고, 이것을 헤드케이스에 형성된 윤활유통로나 외부배관에 의해 각 축지지부로 압송됨으로써 이루어지는 것이다.

이러한 종래의 공작기계용 갱헤드는, 스핀들이 헤드케이스보다 외부로 돌출된 부분에 축지지부의 윤활유가 유출되는 현상 및 절삭액이 헤드케이스내로 침입하는 현상을 방지하기 위해 통상 오일패킹부재와 에어분출에 의한 에어커튼을 설치한다.

그러나, 종래의 갱헤드는 유욕식윤활이어서 축지지회전수가 고속화됨에 따라 윤활유의 교반에 의한 발열량이 많아지고, 이 때문에 주축회전수의 고속화가 저해되며, 또한 오일패킹의 사용온도의 제한으로 인하여 축지지회전수를 고속화하는 데에 한계가 있었다.

또한, 오일패킹이나 윤활유의 온도상승에 의하여 스핀들이 열팽창함으로써 가공의 정밀도가 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 오일패킹의 사용에 의해 스핀들이 마모되고, 소위 축이 가늘어지는 현상이 발생하여 부득이 스핀들에 세라믹코팅을 해야만 했었기 때문에 설치비용이 많이 들었었다.

또한, 각 축지지부로 윤활유를 압송하므로 윤활유공급배관과 윤활유회수배관을 각 축지지부에 설치하지 않으면 않되었고, 다수개의 배관이 설치되어 배관설계도 복잡한 것이 된다. 그 이외에 에어커튼이 설치되면 배관수는 더욱 증대하고, 비용이 증가된다.

또한, 유교반(油攪拌)손실, 오일펌프의 동력손실, 오일패킹의 마찰손실, 에어커튼에 의한 공기손실이 많고, 소비에너지가 크다는 문제점이 있었다.

또한, 윤활유 오일패킹의 정기적 교환이나 오일창에 의한 유량점검 등 정비(Maintenance)가 번거로웠다.

본 발명은, 상술과 같은 문제점에 해결하기 위하여 이루어진 것이며, 윤활법의 개선에 의해 주축회전수의 고속화, 가공정도의 고정밀도화, 절삭액의 헤드내 침입의 방지, 세라믹코팅의 불필요화 및 배관수의 삭감에 의한 비용절감, 소비에너지의 절감, 정비성의 개선을 행하는 공작기계용 갱헤드를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

도1은 본 발명에 의한 공작기계용 갱헤드의 하나의 실시형태를 나타내는 단면도이다.

도2는 본 발명에 의한 공작기계용 갱헤드에 있어서 축지지윤활부를 나타내는 설명도이다.

도3은 본 발명에 의한 공작기계용 갱헤드에 있어서 래버린스패킹부를 나타내는 설명도이다.

도4는 이 발명에 의한 공작기계용 갱헤드에 오일연무를 공급하는 오일 연무 공급장치를 나타내는 회로도이다.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1: 공작기계용 갱헤드(Gang Head) 13: 헤드케이스

19: 회전입력축 25: 스핀들

31: 공구 33: 구동기어

35: 중간기어 37: 주축기어

39: 오일연무공급관 41: 분배관부재

43: 연무윤활용노즐 45: 내부배관

47: 중간기어축 49: 굴림축지지부재

53: 배기용배출구멍 57, 61, 63: 박형 래버린스링

69: 배출포트 103: 압축공기원

105: 조압밸브 107: 연무분출개폐밸브

111: 윤활유저장탱크 113: 오일펌프

115: 무화기 117: 바이패스압축공기통로

119: 바이패스유량조정밸브

상술의 목적을 달성하기 위해 본원 발명의 공작기계용 갱헤드는, 헤드케이스와, 상기 헤드케이스에 회전가능도록 지지된 하나의 회전입력축과, 상기 헤드케이스에 회전가능하게 지지된 복수개의 스핀들과 및 상기 회전입력축의 회전을 각 스핀들로 전달하기 위해 상기 헤드케이스내에 각스핀들마다 설치된 기어열을 포함하는 공작기계용 갱헤드에 있어서, 상기 헤드케이스에 연무윤활용 노즐이 상기 각 기어열에 대해 적어도 하나 이상 설치되고, 상기 연무윤활용 노즐로부터 고압공기와 함께 무상윤활유를 상기 기어열로 향해 분사하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 이러한 공작기계용 갱헤드에 있어서 연무윤활용 노즐로부터 고압공기와 함께 무상윤활유가 기어열로 향해 분사되고, 기어열이 연무윤활(Mist Lubrication)된다.

그러므로, 윤활유의 교반에 의한 발열이 없으며, 주축회전수의 고속화, 가공정도의 고정밀도화가 가능하게 된다. 또한 연무분사에 의해 헤드케이스의 내압이 높아지고, 에어커튼에 의한 효과와 동일한 효과가 얻어지는 것으로서, 헤드케이스내로 절삭액이 침입하는 것을 확실히 방지하게 된다.

또한, 오일펌프, 에어커튼배관, 오일패킹의 폐지와 유교반손실을 방지함으로써 소비에너지를 절감할 수 있으며, 윤활유, 오일패킹의 정기적 교환이나, 오일창에 의한 유량점검 등이 불필요하게 되고, 정비성도 개선된다. 또한, 세라믹코팅의 불필요하여 비용이 절감된다.

또한, 본 발명의 공작기계용 갱헤드는, 상기 기어열의 각 기어축을 회전가능하게 지지하는 축지지부재가 상기 헤드케이스에 취부되고, 상기 축지지부재의 취부부에 배기용 배출구멍이 설치되며, 상기 배기용배출구멍으로 유출되는 기류가 상기 축지지부재를 통과함으로써 그 기류가 포함하는 무상윤활유에 의해 상기 축지지부재의 윤활을 행하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 배기용배출구멍에서 유출되는 기류가 축지지부재를 통과하고, 그 기류에 포함된 무상 윤활유에 의해 축지지부재의 윤활이 행해지는 것이다.

그러므로, 각 축지지부재의 윤활을 위해 특별한 배관이 필요하지 않으면서 적확한 윤활이 가능한 것이다.

또한, 본 발명의 공작기계용 갱헤드는 상기 스핀들의 패킹이 래버린스패킹(Labyrinth Packing)부재에 의해 행해지는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에 의한 공작기계용 갱헤드에 의하면, 스핀들의 패킹이 래버린스패킹부재에 의해 비접촉식으로 행해지는 것이다.

그러므로, 주축(主軸)의 주속(周速)의 제한이 없고, 이것에 의해서도 주축회전수의 고속화를 이룰 수 있다.

또한, 본 발명의 공작기계용 갱헤드는 상기 래버린스패킹부재와 상기 스핀들의 패킹간극이 상기 헤드케이스의 내압을 높이는데 필요한 미소간극인 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에 의한 공작기계용 갱헤드에 의하면, 래버린스패킹부재의 패킹간극이 헤드케이스의 내압을 높이는 데 필요한 미소간극인 것이므로 헤드케이스내의 내압이 높아지고, 에어커튼에 의한 효과와 동일한 효과가 확실하게 얻어지게 되며, 헤드케이스내로 절삭액이 침입하는 것을 확실히 방지하게 된다.

또한, 본 발명의 공작기계용 갱헤드는 상기 래버린스패킹부재가 상기 스핀들의 하나의 패킹부마다 복수개 설치되고, 그 래버린스패킹부재 간에 배출포트가 설치되어져 있는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에 의한 공작용 기계용 갱헤드에 의하면, 복수개(다단)의 래버린스패킹부재에 의해 스핀들 및 회전입력축의 패킹이 행해지고, 절삭액이 1단째의 래버린스패킹부재를 통과하여 침입함으로써 래버린스패킹부재 사이에 설치된 배출포트를 통해 외부로 유출된다.

그러므로, 헤드케이스내로 절삭액이 침입하는 것을 확실하게 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 공작기계용 갱헤드의 상기 래버린스패킹부재는 박형 래버린스링인 것이 가능하다.

그러므로, 본 발명에 의한 공작기계용 갱헤드에 의하면, 일반적인 래버린스패킹부재로 시판되고 있는 박형 래버린스링의 사용에 의해 확실한 래버린스패킹효과가 얻어지는 것이다.

이하 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도1은 본 발병에 의한 공작용 기계용 갱헤드의 하나의 실시의 형태를 나타내고 있다.

공작기계용 갱헤드(1)는 헤드케이스 본체(3)과 볼트(5)에 의해 헤드케이스 본체(3)에 취부된 커버(7)와, 볼트(9)에 의해 헤드케이스 본체(3)에 고정된 축지지통체(11)에 의해 구성된 기어상자 상의 헤드케이스(13)를 가지고 있다.

헤드케이스(13)는 굴림축지지부재(15)(17)에 의해 하나의 회전입력축(19)을 회전가능도록 지지하고, 굴림축지지부재(21)(23)에 의해 복수개의 스핀들(25)을 회전가능하도록 지지하고 있다. 스핀들(25)은 각각 커버(7)에 형성되어져 있는 스핀들지지돌출통체부(27)의 선단개구로부터 외부로 돌출되어 있으며, 그 돌출단에 설치된 공구척(29)에 공구(31)를 교환가능하도록 장착된다.

헤드케이스(13)내에는 회전입력축(19)의 회전을 각 스핀들(25)로 전달하기 위해 회전입력축(19)에 취부된 구동기어(33), 복수개의 중간기어(35), 각 스핀들(25)에 취부된 주축기어(37)에 의해 스피들(25)마다 회전입력축-스핀들간의 기어열이 설치되어져있다.

헤드케이스(13)에는 오일연무공급관(39)이 접속되어져 있다. 헤드케이스(13)내에는 오일연무공급관(39)으로부터 오일연무를 공급받는 분배관부재(메니폴드부재)(41)가 설치되어져 있다.

헤드케이스(13)내에는 스핀들(25)마다 회전입력축-스핀들간의 각 기어열에 대한 연무윤활용 노즐(43)이 취부되어져 있으며, 각 연무윤활용 노즐(43)은 내부배관(45)에 의해 분배관부재(41)에 연통접속되고, 분배관부재(41)로부터 오일연무를 분배공급받아 고압공기와 함께 무상윤활유(오일연무)를 기어열로 향해 분사한다.

각 중간 기어(35)를 지지하는 중간기어축(47)은 각각 굴림축지지부재(49)에 의해 헤드케이스(13)로부터 회전가능도록 양쪽으로 잡아 지지되고 있다.

헤드케이스(13)의 축지지취부 혹은 헤드케이스(13)에 취부되어져 있는 축지지커버(51)에는 구경이 1 mm 정도인 세공에 의한 배기용 배출구멍(53)이 개구로 형성되어져 있다. 배기용 배출구멍(53)은 굴림축지지부재(49)를 사이에 두고, 헤드케이스내부와는 반대측이며, 도2에 나타낸 바와 같이, 배기용배출구멍(53)으로부터 외부로 유출되는 기류A는 굴림축지지부재(49)를 통과하여 흐른다.

축지지통체(11)의 슬리브(55) 내주부에는 박형 래버린스링(57)이 취부되어져 있으며 박형 래버린스링(57)은, 회전입력축(19)의 외주에 고정된 원주홈부재(59)와 같이 작동하여 래버린스패킹(비접촉패킹)을 구성하고 있다.

스핀들지지돌출통체부(27)의 선단내주부에는 박형 래버린스링(61)(63)이 취부되어져 있으며, 박형 래버린스링(61)(63)은 스핀들(25)의 외주부에 형성된 원주홈부재(65)(67)와 함께 작동하여 이중의 래버린스패킹(비접촉패킹)을 구비하고 있다. 또한 스핀들지지돌출통체부(27)는 박형 래버린스링(61)과 래버린스링(63)과의 사이에 개구하는 배출포트(69)가 형성되어져 있다.

박형 래버린스링(57)(61)(63)은 용수철성질을 갖는 금속재료에 의해 링상 혹은 나선상으로 형성된 것이며 이것은 시판의 것을 사용하는 것도 가능하고, 래버린스패킹부에 있어서, 간극d(도3참조)는 0.05 mm 정도의 극소간극의 설정하는 것이 가능하다. 이것에 의해 래버린스패킹부로부터의 고압의 공기의 누출량이 억제되고, 헤드케이스(13)의 내압이 충분히 높아진다.

더욱이, 래버린스패킹을 이중으로 설치하는 것은 절삭액이 비산되는 부위만에 설치되는 것도 바람직하고, 절삭액을 사용하지 않는 경우에는 스핀들부의 래버린스패킹을 한개만 설치하는 것도 바람직하다.

또한, 헤드케이스(13)에는 배출밸브(71)를 갖는 배출구(73)가 설치되어져 있다.

도3은 오일연무공급장치를 나타내고 있다.

오일연무공급장치는 에어필터(101)와, 압축공기원(103)으로부터의 압축공기를 연무 1차압으로 조압하는 조압(調壓)밸브(105)와, 연무분출개폐밸브(107)와, 연무압검지기(109)와, 윤활유저장탱크(111)와, 윤활유저장탱크(111)로부터 윤활유를 퍼올리는 공기압식의 오일펌프(113)와 연무 1차압에 의한 압축공기와 오일펌프(113)로부터 윤활유를 공급받아 윤활유를 무화하는 안개분무식의 무화기(霧化機)(115)와, 무화기(115)를 바이패스하여 설치된 바이패스압축공기통로(117)와, 바이패스압축공기통로(117)를 흐르는 압축공기유량을 조정하는 바이패스유량조정밸브(119)와, 차지탱크(Charge Tank)(125)로부터의 윤활유의 공급을 개폐하는 유공급개폐밸브(121)와, 펌프구동밸브(123)를 가지며, 무화기(115)에 의해 무화된 윤활유와 바이패스압축공기통로(117)를 흐르는 압축공기와의 공압혼합기(고압오일연무)를 분배관부재(41)에 공급한다.

상술의 오일연무공급장치로부터 무화윤활유와 압축공기와의 고압혼합기가 분배관(41)으로 공급되고, 내부배관(45)에 의해 고압혼합기가 각 연무윤활용 노즐(43)로 분배공급되며, 각 연무윤활용 노즐(43)로부터 고압공기와 함께 무상윤활유(오일연무)가 기어열을 향해서 분사된다. 이것에 의해 구동기어(33), 중간기어(35), 주축기어(37)의 각 기어는 오일연무윤활된다.

이 윤활법에 의하면 윤활유의 교반에 의한 발열이 없으며 항상 새로운 무상윤활유에 의해 윤활이 행해지므로 윤활유의 온도상승이 없으며, 스핀들(25)의 열팽창이 적어진다. 이것들에 의해 주축회전수의 고속화, 가공정도의 고정밀도화가 가능하게 된다. 또한 스핀들(25)는 연무윤활용 노즐(43)으로부터 분사되는 고압공기에 의해 냉각되므로 이것에 의해서도 스핀들(25)의 열팽창이 억제되며 가공정도의 고정밀도화가 가능하게 된다.

더욱이, 무상윤활유의 입경은 2 미크론을 중심으로한 1내지 3 미크론정도인 것이 바람직하고, 오일연무공급장치에 있어서, 연무 1차압의 조정, 사용하는 윤활유의 선정에 의해 소요의 입경(粒徑)분포를 얻는 것이 가능하며, 또한 사용하는 윤활유의 선정에 의해 높은 무화율을 얻어서 소량의 윤활유로 대량의 무상윤활유를 얻는 것이 가능하다.

연무윤활유노즐(43)로부터 고압공기와 함께 무상윤활유(오일연무)가 헤드케이스(13)내로 분사되는 것에 의해 헤드케이스(13)의 내압이 높아지며, 고압공기의 일부가 도3에 부호B로 표시되어져 있는 것과 같이 래버린스패킹부의 간극보다 외부로 유출되므로 특별한 에어커튼용 배관을 필요로 하는 것 없이 에어커튼효과가 얻어지며, 헤드케이스(13)의 내압이 높은 것과 함께 헤드케이스(13)내로 크랜트액이 침입하는 것을 확실히 방지한다.

가정하여 크랜트액이 박형 래버린스링(61)에 의한 일단째의 래버린스패킹부를 통과/침입하여도 배출포트(69)로부터 외부로 유출되고, 절삭액이 헤드케이스(13)내로 침입할 수 없는 것이다.

스핀들(25)등의 패킹이 박형 래버린스링(61)(63)에 의해 비접촉의 래버린스패킹식으로 수행되고 있으므로 주속의 제한이 없고, 이것에 의해서도 주축회전수의 고속화가 가능하게 된다.

또한, 비접촉식이므로 스핀들(25)이 마모되는 것이 없고, 스핀들(25)을 세라믹코팅할 필요가 없다.

굴림축지지부재(49)의 배치부에는 배기용 배출구멍(53)이 설치되고, 배기용 베트구멍(53)으로부터 외부로 유출되는 기류A는 굴림축지지부재(49)를 통과하여 흐름으로 기류A가 포함하는 무상윤활유에 의해 굴림축지지부재(49)의 윤활이 특별한 배관을 필요로 하는 것 없이 행해지고, 또한 기류A에 의해 굴림축지지부재(49)의 냉각이 행해진다.

이상의 설명에서 이해된 바와 같이, 본 발명의 공작기계용 갱헤드에 의하면, 연무윤활용 노즐로부터 고압공기와 함께 무상윤활유가 기어열을 향해서 분사되고, 기어열이 연무윤활됨으로써 윤활유의 교반에 의한 발열이 없으며, 주축회전수의 고속화, 가공정도의 고정도화가 가능하게 된다. 또, 연무분사에 의해 헤드케이스의 내압이 높아지며, 에어커튼효과가 얻어지므로 헤드케이스내로의 절삭액의 침입을 방지하게 된다.

이상에 있어서 본 발명의 특정 형태의 실시예를 상세히 설명하였느나 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니며 이 발명의 범위내에 있어서 다양한 형태의 실시가 가능하게 되는 것은 당업자에 있어서 명백한 것이다.

Claims (6)

1. 헤드케이스, 상기 헤드케이스에 회전가능하게 지지된 하나의 회전입력축, 상기 헤드케이스에 회전가능하게 지지된 복수개의 스핀들 및 상기 회전입력축의 회전을 각 스핀들로 전달하기 위해 상기 헤드케이스내에 각 스핀들마다 설치된 기어열을 포함하는 공작기계용 갱헤드에 있어서,

   상기 헤드케이스내에 연무윤활용 노즐이 상기 각 기어열에 대해 적어도 하나 설치되어져 있고, 상기 연무윤활용 노즐로부터 고압공기와 함께 무상윤활유를 상기 기어열로 향해 분사하는 것을 특징으로 하는 공작기계용 갱헤드.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 기어열의 각 기어축을 회전가능도록 지지하는 축지지부재가 상기 헤드케이스에 취부되고, 상기 축지지부재의 취부부에 배기용 배출구멍이 설치되며, 상기 배기용배출구멍으로 유출되는 기류가 상기 축지지부재를 통과함으로써 그 기류에 포함된 무상윤활유에 의해 상기 축지지부재의 윤활이 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 공작기계용 갱헤드.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 스핀들의 패킹이 래버린스패킹(Labyrinth Packing)부재에 의해 행해지는 것을 특징으로 하는 상기 공작기계용 갱헤드.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 래버린스패킹부재에 의한 상기 스핀들의 패킹간격이 상기 헤드케이스의 내압을 높이는데 필요한 미소간극인 것을 특징으로 하는 상기 공작기계용 갱헤드.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 래버린스패킹부재는 상기 스핀들의 하나의 패킹부마다 복수개 설치되고, 그 래버린스패킹부재 간에 배출포트가 설치되어져 있는 것을 특징으로 하는 상기 공작기계용 갱헤드.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 래버린스패킹부재는 박형 래버린스링인 것을 특징으로 하는 상기 공작기계용 갱헤드.