KR101001004B1

KR101001004B1 - 공작기계의 주축 내장형 스핀들 모터의 냉각장치

Info

Publication number: KR101001004B1
Application number: KR1020030094137A
Authority: KR
Inventors: 김인찬
Original assignee: 두산인프라코어 주식회사
Priority date: 2003-12-19
Filing date: 2003-12-19
Publication date: 2010-12-14
Also published as: US20050134125A1; CN100525017C; KR20050063078A; CN1630166A

Abstract

본 발명은 스핀들 모터가 주축 하우징에 내장된 형태에 적합한 공작기계의 주축 내장형 스핀들 모터의 냉각장치에 관한 것으로, 스핀들 하우징에 내장되어 주축을 회전시키는 스핀들 모터의 냉각장치에 있어서, 상기 스핀들 모터가 위치하는 스핀들 하우징내의 모터실에는 주축의 길이방향측 대향하는 벽면으로 모터실과 연통된 각기 하나 이상의 냉각유체 입구통로 및 냉각유체 출구통로가 형성되고, 상기 냉각유체 입구통로에는 일정압력의 냉각유체가 토출되는 공압원에 연결된 것을 특징으로 한다.

공작기계, 주축, 스핀들 모터, 냉각장치, 냉각유체, 로터, 스테이터

Description

공작기계의 주축 내장형 스핀들 모터의 냉각장치{Spindle built-in motor cooling device of a machine tool}

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.

도 1은 종래, 주축 내장형 스핀들 모터의 냉각 장치의 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 주축 내장형 스핀들 모터의 냉각 장치의 구성도.

도 3은 도 2의 A-A선에서 본 분배기의 저면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

9 : 리어커버

11 : 모터실

14 : 스핀들 모터

20 : 스핀들 하우징

30 : 분배기

31 : 환형홈

32 : 오리피스 구멍

101 : 냉각유체 입구통로

102 : 냉각유체 출구통로

103 : 공압원

본 발명은 공작기계의 주축을 구동시키는 스핀들모터의 냉각장치에 관한 것으로, 특히 스핀들 모터가 주축 하우징에 내장된 형태에 적합한 공작기계의 주축 내장형 스핀들 모터의 냉각장치에 관한 것이다.

공작기계가 점차 고속화 및 고효율화가 되기 시작하면서 보다 주축(main spindle shaft)을 고속화시키고 저관성을 얻을 수 있는 스핀들 모터의 사용이 늘어나게 되었다.

종래, 스핀들 모터가 별도로 부착될 경우에는 주축의 열변형에 관한 열원이 메인 베어링뿐이 었으나 점차 고속화되면서 스핀들모터가 주축과 일체화되는 빌트인(built-in)타입으로 변형되어 가고 있다.

도 1은 종래 스핀들 모터 내장형 주축의 어셈블리 부분을 도시한 것으로, 주축(10)의 일부분에 로터(12)와 스테이터(13)가 구비된 스핀들 모터(14)가 배치되고, 로터(12)는 주축(10)에 장착되고 스테이터(13)는 스핀들 하우징(16)에 장착된 것이다.

이같이 스핀들모터(14)가 주축(10)과 일체화되는 빌트인 타입의 경우 스핀들 베어링(18)을 지지하는 베어링 하우징(20)과 스핀들 하우징(16)에는 열발생이 점차 커지게 되는데, 이를 해결하기 위해 냉각장치가 부가된다.

즉, 도 1에서 오일냉각장치(22)의 오일펌프(23)에서 토출된 냉각오일이 스핀들 하우징(16)의 오일통로(7a)를 통하여 공급된 후 베어링 하우징(20)의 외주면과 스핀들 하우징(16)의 내주면에 형성된 냉각유로를 거치면서 냉각을 이루고 다시 오일냉각장치(22)로 회수되게 되어 있다.

이같이 종래의 내장형 모터의 냉각구조에서는 스핀들 하우징(16)에 전달된 열만을 빼앗아 냉각시켜 주는 구조이므로 주축(10)으로 이동되는 열을 막을 방법이 없었다.

따라서 주축(10)이 많은 열을 받게 되면 고정밀한 공작물을 가공하는데 한계가 있을 뿐만 아니라 공작물의 가공 불량을 유발할 수 있게 되는 것이다.

그러므로 스핀들 베어링(18)의 발열보다 상대적으로 몇배 더 많은 열을 발생시키는 스핀들 모터(14)의 냉각 방법을 모색하게 되었다.

즉, 스핀들 모터(14)를 구성하는 로터(12)와 스테이터(13)를 직접 냉각하는 방법을 제안하게 되었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 스핀들모터가 설치되는 공간내로 냉각유체가 통과하도록 하여 주축이 받는 열영향을 최소화할 수 있도록 한 공작기계의 주축 내장형 스핀들 모터의 냉각장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단은,

스핀들 하우징에 내장되어 주축을 회전시키는 스핀들 모터의 냉각장치에 있어서,

상기 스핀들 모터가 위치하는 스핀들 하우징내의 모터실에는 주축의 길이방향측 대향하는 벽면으로 모터실과 연통된 각기 하나 이상의 냉각유체 입구통로 및 냉각유체 출구통로가 형성되고, 상기 냉각유체 입구통로에는 일정압력의 냉각유체가 토출되는 공압원에 연결된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 일실시예로서 수직형 머시닝 센터의 주축 내장형 스핀들 모터의 냉각장치를 도시한 것이고, 도 3은 본 발명에 적용되는 분배기로서도 2의 A-A선에서 본 평면도를 나타낸 것이다.

도 2는 도 1과 동일 또는 동등 부분은 동일 부호를 사용하여 설명한다.

본 발명은 도 2,3과 같이 스핀들 하우징(16)에 내장되어 주축(10)을 회전시키는 스핀들 모터(14)의 냉각장치에 있어서, 상기 스핀들 모터(14)가 위치하는 스핀들 하우징(16)내의 모터실(11)에는 주축(10)의 길이방향측 대향하는 벽면으로 모터실(11)과 연통된 냉각유체 입구통로(101) 및 냉각유체 출구통로(102)가 형성되고, 상기 냉각유체 입구통로(101)에는 일정압력의 냉각유체가 토출되는 공압원(103)이 연결되어 있다.

여기서 모터실(11)이란 주축(10)과 스핀들 하우징(16)과의 사이에 스핀들모터(14)가 설치되기 위한 공간을 일컫는다.

이때, 상기 압력원(103)과 냉각유체 입구통로(101)의 사이에는 압력원(103)에서 토출되는 냉각유체의 압력 조절 및 필터링을 담당하는 냉각에어 필터링 및 압력조절장치(7)가 설치될 수 있다.

본 실시예에서 냉각유체 입구통로(101)는 스핀들 하우징(16)의 전단부에 형성되어 있고, 냉각유체 출구통로(102)는 주축(10)의 후단부를 지지하는 베어링(8)이 설치되는 리어 커버(9)에 형성되어 있다.

이때 냉각유체 입구통로(101)에는 스핀들모터(14)로 유체를 고르게 분배시켜 주기 위해 분배기(30)가 설치될 수 있다.

본 실시예에서는 분배기(30)가 복수개의 볼트(25)로 베어링 하우징(20)에 장착되어 있다. 분배기(30)는 도 3과 같이 판상의 링형태로서 일측면에 상기 냉각유체 출구통로(102)와 연통되고 원주방향으로 형성된 환형홈(31)과, 타측면에 상기 환형홈(31)에 연통되고 일정 등간격으로 배치된 다수의 관통된 오리피스 구멍(32)를 갖는다.

본 발명에 적용되는 냉각유체는 적어도 주축(10)에서 발생되는 온도보다 낮은 온도를 갖는 에어, 가스 등의 기체나 또는 냉각 유체가 될 수 있다.

이와 같이 구성된 본 실시예의 작용을 설명한다.

압력원(103)에서는 냉각 에어가 토출되는 것으로 하여 설명한다. 그리고 본 실시예에서 압력원(103)은 베어링 하우징(20)의 전단면에 설치된 프론트 커버(6)로 에어를 공급하는 것을 사용한다.

먼저, 압력원(103)에서 토출된 유체가 냉각에어 필터링 및 압력조절장치(7)를 거쳐 깨끗하고 일정한 압력의 에어가 분배되어 일부가 스핀들 베어링(14)으로 절삭유의 침입을 방지하는 프론트 커버(6)로 공급되고 다른 일부가 냉각유체 입구통로(101)로 공급된다.

냉각유체 입구통로(101)로 공급된 에어는 분배기(30)의 환형홈(31)을 거쳐 다수의 오리피스구멍(32)을 통해 모터실(11)내로 균등하게 여러방향에서 공급된다. 즉, 주축(10)의 길이 방향으로 냉각 유체가 공급된다.

모터실(11)내로 공급된 냉각 에어는 로터(12)와 스테이터(13)사이의 원주간에 형성된 틈새(대략 0.5mm)를 통과한 후 리어 커버(9)측 냉각유체 출구통로(102)로 배출된다.

이같이 냉각에어가 로터(12)와 스테이터(13) 사이의 틈새를 빠져나가는 과정에 스핀들 모터(14)의 열을 빼앗아 화살표(110) 방향으로 대기 또는 회수장치(도시안됨)로 분출된다.

따라서 주축(10)이 회전 구동하는 동안에도 로터(12)와 스테이터(13) 사이의 틈새에는 계속적으로 냉각유체가 접촉하여 열을 빼앗아 흘러가므로 주축(10)의 온도 상승을 제한할 수 있다.

한편, 본 발명은 로터(12)가 정지상태에서도 스테이터(13)와의 사이에서 와전류에 의한 열이 발생하므로 주축(10)이 구동하지 않더라도 냉각유체가 항시 공급되도록 하여 주축(10)쪽으로 전달되는 열을 더욱 최소화할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 스핀들 모터에서 발생된 열이 로터와 스테이트 사이로 지나가는 냉각 유체에 의해 빼앗기게 되므로 주축의 온도상승을 최소화할 수 있다. 따라서 주축으로 가공된 공작물의 정밀도를 더욱 높일 수 있다.

Claims

스핀들 하우징(16)에 내장되어 주축(10)을 회전시키는 스핀들 모터(14)의 냉각장치에 있어서,

상기 스핀들 모터(14)가 위치하는 스핀들 하우징(16)내의 모터실(11)에는 주축의 길이방향측 벽면으로 모터실(11)과 연통된 각기 하나 이상의 냉각유체 입구통로(101) 및 냉각유체 출구통로(102)가 형성되고, 상기 냉각유체 입구통로(101)에는 일정압력의 냉각유체가 토출되는 공압원(103)에 연결되고, 상기 냉각유체 입구통로(101)의 출구측에는, 일측면에 해당 출구와 연통되어 원주방향으로 형성된 환형홈(31)과 타측면에 상기 환형홈(31)에 연통되고 일정 등간격으로 배치된 다수의 관통된 오리피스 구멍(32)을 갖는 분배기(30)가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 공작기계의 주축 내장형 스핀들 모터의 냉각장치.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 냉각유체입구통로(101)는 스핀들 하우징(16)의 전단부에 형성된 것을 특징으로 하는 공작기계의 주축 내장형 스핀들 모터의 냉각장치.