KR100779795B1 - Thermal deformation preventing device of a spindle head - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래의 공작기계 스핀들에 관한 부분 단면도,1 is a partial cross-sectional view of a conventional machine tool spindle,
도 2는 본 발명에 따른 열변형 방지장치가 설치된 공작기계의 부분 단면도,2 is a partial cross-sectional view of a machine tool installed with a heat deformation preventing device according to the present invention;
도 3은 도 2에서 각 부분의 상세를 나타내기 위한 부분 단면도,3 is a partial cross-sectional view for showing the details of each part in FIG.
도 4는 도 3중 A-부분의 확대 단면도,4 is an enlarged cross-sectional view of portion A- in FIG. 3;
도 5는 도 3중 B-부분의 확대 단면도,5 is an enlarged cross-sectional view of the portion B- in FIG. 3;
도 6은 도 3중 C-부분의 확대 단면도,FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of part C in FIG. 3;
도 7은 도 3중 D-부분의 확대 단면도이다.FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view of part D- in FIG. 3.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
5 : 관통공,5: through hole,
10 : 구동모터,10: drive motor,
12 : 구동축, 12: drive shaft,
14 : 구동풀리,14: driving pulley,
16 : 벨트, 16: belt,
18 : 종동풀리,18: driven pulley,
20 : 스핀들,20: spindle,
22 : 헤드바디,22: headbody,
50 : 구동모터,50: drive motor,
52 : 구동축,52: drive shaft,
56 : 벨트,56 belt,
58 : 종동풀리, 58: driven pulley,
60 : 헤드바디,60: headbody,
65 : 연통,65: communication,
70 : 단열박스,70: insulation box,
72 : 통기공,72: ventilator,
80 : 단열링부재,80: insulation ring member,
90 : 오일쿨링자켓,90: oil cooling jacket,
92 : 오일 유로,92: oil euro,
94 : 자켓 바디,94: jacket body,
100 : 배기팬.100: exhaust fan.
본 발명은 공작기계의 스핀들 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공작기계 스핀들의 열변형 방지장치에 관한 것이다. The present invention relates to a spindle device of a machine tool, and more particularly, to a heat deformation preventing device of a machine tool spindle.
일반적으로, 공작기계의 스핀들을 회전시키기 위하여 구동모터와 벨트를 이 용하는 동력전달방식이 사용되고 있다. 도 1은 이러한 종래의 공작기계 스핀들에 관한 부분 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 스핀들(20)은 헤드바디(22)에 회전 가능하게 설치되고, 스핀들(20)에는 종동풀리(18)가 설치되어 있다. In general, a power transmission method using a drive motor and a belt is used to rotate a spindle of a machine tool. 1 is a partial cross-sectional view of such a conventional machine tool spindle. As shown in FIG. 1, the
그리고, 헤드바디(22)의 일측에는 구동모터(10)가 설치되어 있으며, 구동모터(10)의 구동축(12)에는 구동풀리(14)가 설치되어 있다. 벨트(16)는 이러한 구동풀리(14)와 종동풀리(18) 사이에 설치되어 동력을 전달하게 된다. 즉, 구동모터(10)가 회전함에 따라 구동풀리(14)가 일체로 회전하고, 벨트(16)는 회전 토오크를 종동풀리(18)로 전달하게 된다. 따라서, 스핀들(20)은 종동풀리(18)의 회전에 따라 회전 토오크를 얻어 회전하게 된다.In addition, a
그런데 이와 같은 종래의 공작기계는 벨트(16)의 구동에 의해 벨트와 풀리사이에서 많은 열이 발생하게 된다. 그리고, 이렇게 발생된 열은 공작기계와 헤드바디(22) 및 스핀들(20)의 부분 열변형을 일으키게 된다. 이는 결국, 공작물의 가공정밀도가 저하되는 문제가 발생하고, 부분 열변형의 누적은 각 부품의 수명을 단축시키는 단점으로 나타냈다.However, such a conventional machine tool generates a lot of heat between the belt and the pulley by driving the
따라서, 이를 방지하기 위해 종래의 공작기계는 헤드바디(22)에 여러개의 관통공(5)을 설치하여 공기 유동을 원활하게 하는 미봉책을 사용하였으나, 한계가 있었다. 그리고, 열 발생 자체를 억제하기 위하여 벨트의 재질이나 형상을 개량하는 시도가 있었으나 완전하지 못했고, 약간의 조립공차의 오류만으로도 소음이 과다발생하는 또 다른 문제점을 야기하였다. 그 밖에 직접 구동 방식의 내장형 구동모터를 적용하는 사례도 있으나 상당히 고가라는 점에서 널리 상용화되지 못하고 있다. Therefore, in order to prevent this, the conventional machine tool uses an unsealed measure to smooth air flow by installing a plurality of through
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 풀리와 벨트 부위에서 발생하는 열을 공랭식으로 배출함으로서 공작기계의 헤드바디와 스핀들로 전달되는 열을 최소화한 공작기계 스핀들의 열변형 방지장치를 제공하는 것이다. Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention, by minimizing the heat transferred to the head body and the spindle of the machine tool by air-cooled discharge of the heat generated from the pulley and the belt portion It is to provide a thermal deformation preventing device of the machine tool spindle.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 헤드바디(60)내에 설치된 구동모터(50)와 벨트에 의해 구동되는 스핀들을 갖는 공작기계에 있어서,An object of the present invention as described above, in a machine tool having a
구동모터(50)의 구동풀리(54), 스핀들(20)의 종동풀리(58) 및 벨트(56)를 둘러싸는 단열박스(70);An
단열박스(70)의 일측과 연결되는 연통(65); 및
연통(65)에 구비되어 단열박스(70) 내부의 열기를 외부로 배출하는 배출수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계 스핀들의 열변형 방지장치에 의해 달성될 수 있다.It can be achieved by the heat deformation preventing device of the machine tool spindle, characterized in that it is provided in the
그리고, 단열박스(70)의 일측과 연통(65)은 복수의 통기공(72)으로 연결되어 있는 것이 바람직하다.And, one side and the
뿐만 아니라, 단열박스(70)와 헤드바디(60) 사이에는 단열링부재(80)가 더 구비되는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the insulating
또한, 구동모터(50)과 헤드바디(60) 사이에는 냉각수단이 더 구비되는 것이 적합할 수 있다. 그리고, 냉각수단은, 내부에 오일이 순환되는 오일쿨링자켓(90)이 형성된 자켓바디(94)인 것이 가장 바람직하다.In addition, it may be suitable that a cooling means is further provided between the driving
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부 도면들과 관련되어 설명되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명확해질 것이다.Other objects, specific advantages and novel features of the invention will become more apparent from the following detailed description and the preferred embodiments described in conjunction with the accompanying drawings.
이하에서는 양호한 실시예를 도시한 첨부 도면과 관련하여 본 발명을 상세하게 설명한다.The invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings, in which preferred embodiments are shown.
도 2는 본 발명에 따른 열변형 방지장치가 설치된 공작기계의 부분 단면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 스핀들(20)은 헤드바디(60)에 회전 가능하게 설치되고, 스핀들(20)에는 종동풀리(58)가 설치되어 있다. 2 is a partial cross-sectional view of a machine tool installed with a heat deformation preventing apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 2, the
그리고, 헤드바디(60)의 일측 상부에는 구동모터(50)가 거꾸로 설치되어 있으며, 구동모터(50)의 구동축(52)에는 구동풀리(54)가 설치되어 있다. 벨트(56)는 이러한 구동풀리(54)와 종동풀리(58) 사이에 설치되어 동력을 전달하게 된다. 즉, 구동모터(50)가 회전함에 따라 구동풀리(54)가 일체로 회전하고, 벨트(56)는 회전 토오크를 종동풀리(58)로 전달하게 된다. 따라서, 스핀들(20)은 종동풀리(58)의 회전에 따라 회전 토오크를 얻어 회전하게 된다.In addition, a
단열박스(70)는 열전도율이 낮은 금속으로 제작되며 직육각형의 중공 박스형태이다. 이러한 단열박스(70)의 내부에는 구동풀리(54), 벨트(56) 및 종동풀리(58)가 위치하며, 구동축(52)과 스핀들(20)이 통과하도록 형성된다. 이러한 단열박스(70)는 스핀들(20) 영역에서 그 주변의 헤드바디(60)에 고정된다.The
본 발명의 헤드바디(60)는 도 1에 도시된 종래의 헤드바디(22)와 달리 관통 공(5)이 형성되어 있지 않다. 이는 발열부위가 단열박스(70)로 차단되어 있기 때문에 헤드바디(60)로 전달되는 열이 거의 없기 때문이다. The
이하에서는 도 2에 도시된 각 부분의 세부적인 구성에 대해 설명하기로 한다. 도 3은 도 2에서 각 부분의 상세를 나타내기 위한 부분 단면도이다. 그리고, 도 4는 도 3중 A-부분의 확대 단면도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 단열박스(70)의 일측은 연통(65)과 접하도록 구성되어 있다. 연통(65)은 내부가 빈 공간으로서, 상부에는 배기팬(100)이 설치되어 있고, 열전달을 최소화하기 위하여 헤드바디(60)와는 접하지 않도록 설치된다. Hereinafter, a detailed configuration of each part shown in FIG. 2 will be described. 3 is a partial cross-sectional view for showing the details of each part in FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of portion A- in FIG. 3. As shown in Figure 4, one side of the
단열박스(70)와 연통(65)이 접하는 영역에는 다수의 통기공(72)이 형성되어 있다. 이러한 통기공(72)은 단열박스(70) 내부에서 발생하는 고온의 열기가 통과되어 연통(65)을 통해 배출될 수 있도록 하기 위함이다. A plurality of vent holes 72 are formed in a region where the
도 5는 도 3중 B-부분의 확대 단면도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 단열박스(70)는 스핀들(20) 둘레의 헤드바디(60)에 고정되며, 단열박스(70)의 열이 헤드바디(60)로 전달되는 것을 방지하기 위하여 단열박스(70)와 헤드바디(60) 사이에는 단열링 부재(80)가 개재되어 있다. 단열링 부재(80)는 단열박스(70)를 지지하면서도 열전달을 차단하는 역할을 한다. 이를 위해 단열링 부재(80)는 열전도율이 낮은 금속, 합성수지재 또는 고무 등으로 제작될 수 있다.5 is an enlarged cross-sectional view of the portion B- in FIG. 3. As shown in FIG. 5, the
도 6은 도 3중 C-부분의 확대 단면도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 구동축(52)은 단열박스(70)를 통과하도록 구성된다. 그리고, 구동축(52)과 단열박스(70) 사이는 완벽하게 밀폐되지 않는데, 이는 배기팬(100)의 동작으로 인해 단열박스 (70) 내부에 음압이 발생하였을 때 외부의 공기가 단열박스(70) 내부로 진입하도록 한다. FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of part C- in FIG. 3. As shown in FIG. 6, the
도 7은 도 3중 D-부분의 확대 단면도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 구동모터(50)와 헤드바디(60) 사이에는 오일쿨링자켓(90)이 구비되어 냉각작용을 하게 된다. 구동모터(50)는 회전으로 인해 자체적으로 고온이 발생하고, 헤드바디(60)는 구동모터(50)를 지지하기 때문에 냉각수단이 없다면, 구동모터(50)를 지지하는 헤드바디(60) 주위에 상당한 고온의 열전달이 발생하게 된다. 냉각수단인 오일쿨링자켓(90)은 이러한 열전달을 차단하고, 구동모터(50)를 냉각하기 위한 것이다.FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view of part D- in FIG. 3. As shown in FIG. 7, an
구동모터(50)의 둘레로 환형의 자켓바디(94)가 설치되고, 자켓바디(94)의 내부에는 오일이 순환될 수 있는 오일쿨링자켓(90)이 형성되어 있다. 그리고, 가열된 오일을 빼내고, 냉각된 오일을 공급하기 위하여 자켓바디(94)에는 오일유로(92)가 형성되어 있다. 본 발명의 도면에서는 오일쿨링자켓(90)을 위한 별도의 오일공급펌프와 냉각장치 등에 대해서는 도시와 설명을 생략하기로 한다.An
이하에서는 상기와 같은 구성을 갖는 공작기계 스핀들의 열변형 방지장치의 동작에 대해 설명하기로 한다. 구동모터(50)가 회전함에 따라 발생하는 열은 오일쿨링자켓(90)에서 순환하는오일의 냉각 작용에 의해 헤드바디(60)로 전달되지 않는다. Hereinafter, the operation of the heat deformation preventing apparatus of the machine tool spindle having the above configuration will be described. Heat generated as the
그리고, 구동풀리(54), 벨트(56) 및 종동풀리(58)에서 발생하는 열은 우선 단열박스(70) 내에 위치하게 된다. 이 때, 배기팬(100)이 동작함에 따라 연통(65) 내부를 음압으로 만들고, 이는 결국 단열박스(70) 내의 뜨거운 공기가 통기공(72) 을 통해 연통(65)으로 배출되게 한다. 따라서, 대기중의 차가운 공기는 구동축(52)과 단열박스(70) 사이의 틈새로 진입하여 내부를 냉각한 다음, 통기공(72)을 지나 연통(65)을 통해 상승한 후, 배기팬(100)에 의해 다시 외부로 배출되는 것이다. Then, the heat generated from the
비록, 단열박스(70)가 내부의 고온 열기로 인해 자체 온도가 상승하더라도 단열박스(70)와 접하고 있는 단열링 부재(80)로 인하여 단열박스(70)의 열은 헤드바디(60)로 전달되지 않는다. Although the
비록, 본 발명에서는 단열수단으로 단열링부재를 도시하고 설명하였으나, 그 밖의 다양한 단열소재가 적용될 수 있음은 물론이다.Although the present invention shows and described the heat insulating ring member as a heat insulating means, it is a matter of course that various other heat insulating materials can be applied.
아울러, 본 발명에서는 냉각수단으로 오일자켓을 도시하고 설명하였으나, 그 밖의 다양한 냉각방법(수냉식, 공랭식 등)이 적용될 수 있음은 물론이다.In addition, in the present invention, the oil jacket is illustrated and described as a cooling means, but various other cooling methods (water cooling, air cooling, etc.) may be applied.
또한, 단열수단과 냉각수단을 병용하거나 교대하여 적용할 수도 있다. Further, the heat insulating means and the cooling means may be used in combination or alternately.
따라서, 상기 설명한 바와 같은 본 발명의 일실시예에 의하면, 풀리와 벨트 부위에서 발생하는 열을 공랭식으로 배출함으로서 공작기계의 헤드바디와 스핀들로 전달되는 열을 최소화할 수 있다.Therefore, according to one embodiment of the present invention as described above, by heat dissipating air generated in the pulley and the belt portion can be minimized the heat transferred to the head body and the spindle of the machine tool.
이로 인해, 열변형을 방지하고, 공작기계의 가공 정밀도를 향상시킬 수 있으며, 수명을 연장할 수 있는 효과가 있다. As a result, it is possible to prevent thermal deformation, to improve the machining precision of the machine tool, and to prolong the life.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로 부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모 두 첨부된 특허청구의 범위에 속함은 자명하다.Although the present invention has been described in connection with the above-mentioned preferred embodiments, it will be readily apparent to those skilled in the art that various other modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the invention. It is obvious that modifications are all within the scope of the appended claims.
Claims (5)
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- 2006-12-11 KR KR1020060125592A patent/KR100779795B1/en active IP Right Grant
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