KR101050063B1 - 카트리지 타입 스핀들 유닛의 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주축을 고속회전할 수 있게 하는 카트리지 타입의 스핀들유닛에서 모터와 주축의 회전저항에 의하여 발생되는 열에 의하여 주축이 변형되거나 베어링이 소손되는 것을 방지하기 위하여 스핀들 유닛을 강제냉각하는 장치에 관한 것으로, 스핀들 유닛의 브라켓 후면에 구비된 냉각액유입구를 통하여 유입되는 냉각액이 리어하우징과 자켓슬리브의 내부에 형성된 유로를 통하여 프런트하우징과 슬리브커버 사이를 순환한 후 자켓슬리브에 형성된 냉각자켓과 리어하우징을 거쳐 브라켓단부에 형성된 냉각액배출구에서 배출되게 하고, 브라켓의 단부에 형성된 또 다른 냉각액유입구를 통하여 유입되는 냉각액이 리어하우징에 형성된 오일통로를 순환한 후 브라켓의 또 다른 냉각액배출구로 배출되게 구성한 것을 특징으로 한다.

카트리지, 스핀들 유닛, 냉각장치, 냉각액, 절삭유

Description

카트리지 타입 스핀들 유닛의 냉각장치{cooling device of cartridge type spindle unit}

본 발명은 주축을 고속회전할 수 있게 하는 카트리지 타입의 스핀들 유닛에서 스핀들에 내장된 대형 빌트인 모터(30kW급)와 베어링을 냉각하는 쿨링시스템 및 베어링 윤활시스템, 절삭유 공급관로 확보 등의 기능을 스핀들에 일체화하고 컴팩트하게 하여 스핀들 유닛을 헤드바디에 용이하게 장착하거나 분리할 수 있게 한 것에 관한 것이다.

공작기계분야의 주축은 고속회전특성과 더불어 회전정밀도, 주축의 가감속 능력 등 까다로운 기술적 시방이 요구되는 분야이다.

또한 공작기계의 고속화추세에 따라 고속주축에 대한 기술의존성이 증대하고 있으며 넓게는 공작기계, 자동차산업 전반에서 폭넓게 사용되는 핵심요소기술이라 할 수 있다.

공작기계의 주축은 스핀들 베어링에 의해 지지되는 구조로 벨트 또는 커플링 을 매개로 하여 스핀들 모터의 동력을 전달받는 구조로 구성되는 것이 일반적이었으며 주축의 고속화를 위해서 주축과 스핀들 모터를 직결하는 카트리지 타입으로 대체되고 있으나, 이는 스핀들 모터로부터 발생하는 열이 주축의 변형을 가져오게 되어 정밀도를 저하시키며 베어링을 소착시키는 문제점이 있었으므로 고속화에 한계가 있었으므로 스핀들에 내장된 모터와 베어링을 강제냉각하는 장치가 제안되고 있었다.

종래 스핀들 유닛에 내장되는 스핀들 모터와 베어링의 강제냉각장치로는 KR공개특허제1989-0702319호(1989.12.23공개)에서는 도 1과 같이 고정자(1)의 외측원주의 외측슬리브(4) 상에 형성된 입구개구(30)로부터 출구개구(32)까지 연장하는 통로를 형성하기 위해 그 외측 원주에 형성되고 외측슬리브(4)로 덮인 나선홈(31)을 가지는 오일자켓(3)이 제공되며, 냉각유체는 화살표(F₁,F₂)로 표시된 통로를 통과하며 모터의 고정자(1)를 피복층으로 피복하고 고정자 코일의 돌출부(10) 및 회전자(2)의 대향단부에 냉각유체를 인가함을 특징으로 하는 모터냉각시스템이 공지된바 있었으나, 상기의 구성에서 냉각유체는 스핀들의 외주면에 형성된 입구개구(90)에서 출구개구(92)쪽으로 흐르도록 구성되어 있어 냉각유체의 입·출구가 스핀들의 외주면에 형성됨으로써 스핀들 유닛의 외경이 커지고 냉각유체 입·출구 및 절삭유 관련 유로가 헤드바디에 형성될 수 밖에 없으므로 구조가 복잡해지고 비대해져 스핀들 유닛의 장착 및 탈착에 불편함이 있었다.

본 발명은 스핀들 유닛에 내장되는 스핀들 모터에서 발생하는 열을 강제적이면서 효과적으로 냉각할 수 있게 하는 수단을 제공하여 주축을 고속화할 수 있게 하되 냉각수단 및 베어링 윤활, 절삭유 관로 등을 컴팩트하게 하여 카트리지 타입의 스핀들 유닛을 공작기계의 헤드바디에 장착하거나 분리하는 것을 용이하게 할 수 있게 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 스핀들 유닛의 스핀들 모터에서 발생하는 열을 냉각하기 위하여 프런트베어링과 스핀들 모터의 고정자를 순환하는 냉각수단과 리어베어링을 냉각하는 수단을 각각 분리하여 구비한다.

냉각수단에서 유체를 공급하는 공급구와 배출하는 배출구는 스핀들 유닛의 브라켓의 후단부에 구비하여 스핀들 유닛의 외측원주방향으로는 돌출되지 않게 구성하고, 스핀들 모터의 고정자를 냉각하는 냉각유체의 통로는 고정자를 내장하는 스핀들 자켓슬리브의 외측면에 나선홈을 형성하여 오일통로를 형성하고, 오일통로의 바깥면에는 얇은 철판(t1.2~1.6)으로 스핀들의 외주면을 감싸고 용접으로 밀폐하여 유체의 누출을 방지할 수 있게 구성하며, 스핀들 베어링을 냉각하는 냉각통로는 베어링의 주위를 순환할 수 있게 구성한다.

또한, 자켓슬리브를 관통하는 유로를 형성하여 후단부로부터 스핀들 선단부 까지 관로를 연결시켜 베어링 윤활기능과 절삭유 공급이 가능하도록 집약적으로 구성한다.

본 발명은 스핀들 유닛에서 발생하는 열을 강제적으로 냉각함으로써 주축의 열팽창에 의한 변형 및 이에 따른 정밀도의 저하를 감소시킬 수 있으며, 베어링의 소착을 방지하게 할 수 있고 냉각장치 및 베어링 윤활, 절삭유 공급시스템을 컴팩트하게 집약하여 스핀들 유닛을 헤드바디에 장착하거나 탈거하는 것을 용이하게 할 수 있게 하는 효과가 있다.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명 스핀들 유닛의 단면도이며, 도 3은 도 2의 우측면도이고, 도 4는 도 2의 좌측면도이며, 도 5는 본 발명 냉각유체의 흐름을 나타내는 회로도이고, 도 6은 본 발명 절삭유체의 흐름을 나타내는 회로도이다.

도면에 도시한 바와 같이 본 발명은 카트리지 타입 스핀들 유닛의 공구장착부를 갖는 주축(102) 외경면의 프런트베어링(106)을 감싸며 냉각시키는 프런트하우징(101)과, 주축(102)을 회전시키는 빌트인 모터(103)를 내장하는 자켓슬리브(104)와, 주축(102)의 후단부에 위치하여 공구를 교체하기 위한 동작을 하는 언클램핑 유니트(105)로 구성되어 있다.

프런트하우징(101)과 주축(102)사이에서 프런트베어링(106)이 다수개(3열~4열) 구비되며, 프런트베어링(106)에는 앵귤러 컨택트 볼베어링이 적용되어 고속회전에 적합하게 구성된다.

프런트베어링(106)은 주축(102)의 고속회전에 따른 회전저항과 빌트인모터(103)의 발열로 인하여 온도가 상승하므로 브라켓(117)의 후단부에 형성된 냉각액유입구A(107)를 통하여 유입되는 냉각액을 자켓슬리브(104)의 내부에 천공되는 유로를 통하여 프런트하우징(101)과 슬리브커버(108) 사이로 냉각유체를 공급하여 프런트베어링(106)을 냉각한 다음, 냉각액은 연결관로(109)를 통하여 자켓슬리브(104)의 냉각자켓(110)으로 이동시켜 슬리브에 형성된 나선형의 유로를 따라 슬리브의 원주를 순환하면서 빌트인 모터(103)에서 발생하는 열을 냉각한 다음 냉각액배출구A(111)로 배출하여 오일탱크(112)로 복귀시킨다.

냉각자켓(110)은 자켓슬리브(104)의 원주에 냉각유로가 연속적으로 형성되도록 나선방향으로 감기는 형태로 입구와 출구가 연결되도록 구성한다.

자켓슬리브(104)에 형성되는 냉각유로의 바깥쪽은 얇은 철판(t1.2~1.6)으로 자켓슬리브(104)를 감싼 후 용접에 의하여 밀폐하여 냉각수의 누출이 방지되도록 구성한다.

리어하우징(114)에 내장되는 리어베어링(118)도 주축(102)의 회전저항과 빌트인 모터(103)의 발열로 인하여 온도가 상승하므로 냉각이 필요하다.

리어베어링(118)에 대한 냉각은 브라켓(117)의 측면에 구비된 냉각액유입구 B(113)를 통하여 유입된 냉각액이 리어베어링(118)을 지지하는 리어하우징(114)에 형성된 오일통로(115)를 통하여 순환하고 브라켓(117)의 측면에 구비된 냉각액배출구B(116)를 통하여 오일탱크(112)로 복귀하게 구성된다.

따라서 본 발명은 30kW급 대형 빌트인 모터(103)를 외경 290mm이하의 자켓슬리브(104)에 내장하여 베어링(106,118)과 빌트인 모터(103)의 냉각, 윤활은 물론 절삭유 관로까지 집약시킨 컴팩트한 구조의 카트리지 타입으로 헤드바디에 장착하거나 분리하는데 간섭이 없어 유지보수 시간이 단축되고 외관상으로도 깨끗하다.

본 발명은 공작기계 또는 자동화기기에 적용가능하다.

도 1은 KR공개특허제1989-0702319호의 단면도

도 2는 본 발명 스핀들 유닛의 단면도

도 3은 도 2의 우측면도

도 4는 도 2의 좌측면도

도 5는 본 발명 냉각유체의 흐름을 나타내는 회로도

도 6은 본 발명 절삭유체의 흐름을 나타내는 회로도

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

101. 프런트하우징 102. 주축

103. 빌트인 모터(30kW급) 104. 자켓슬리브

105. 언클램핑 유니트 106. 프런트베어링

107. 냉각액유입구A 108. 슬리브커버

109. 연결관로 110. 냉각자켓

111. 냉각액배출구A 112. 오일탱크

113. 냉각액유입구B 114. 리어하우징

115. 오일통로 116. 냉각액배출구B

117. 브라켓 118. 리어베어링

119. 쿨런트 노즐 120. 절삭유유입구

Claims (4)

1. 후단부에 공구가 장착되는 언클램핑 유니트(105)가 구비된 주축(102)과 주축(102)의 전단부를 지지하는 프런트베어링(106)을 구비한 프런트하우징(101); 주축(102)을 구동하는 30kW급 대형 빌트인 모터(103)를 내장하고 외주면에 냉각자켓(110)이 형성된 자켓슬리브(104); 주축(102)의 후단부를 지지하는 리어베어링(118)을 구비한 리어하우징(114)으로 구성되는 카트리지 타입(외경 290mm이하)의 스핀들 유닛에 있어서,

   상기 리어하우징(114)으로부터 연장 결합되어 상기 언클램핑 유니트(105)와 주축(102)을 연결하는 브라켓(117)을 더 포함하고,

   상기 브라켓(117)의 후면에 구비된 냉각액유입구A(107)를 통하여 유입되는 냉각액이 자켓슬리브(104)의 내부에 형성된 유로를 통하여 프런트하우징(101)과 슬리브커버(108) 사이를 순환한 후 자켓슬리브(104)에 형성된 냉각자켓(110)과 리어하우징(114)을 거쳐 상기 브라켓(117)의 후면에 형성된 냉각액배출구A(111)에서 배출되고,

   상기 브라켓(117)의 후면에 형성된 냉각액유입구B(113)를 통하여 유입되는 냉각액이 리어하우징(114)에 형성된 오일통로(115)를 순환한 후 상기 브라켓(117)의 후면에 형성된 냉각액배출구B(116)로 배출되게 구성하고,

   상기 브라켓(117)에 구비되는 냉각액유입구A, B(107)(113) 및 냉각액배출구A, B(111,116)는 스핀들 유닛의 원주지름(하우징 외경 290mm이하)안쪽으로 배치되는 것을 특징으로 하는 카트리지 타입 스핀들 유닛의 냉각장치.
2. 제 1항에 있어서, 출력 30kW급 대형 빌트인 모터(103)를 내장한 자켓슬리브(104)의 외주면에 냉각자켓(110)을 형성하고 얇은 철판(t1.2~1.6)으로 감아서 용접에 의해 밀봉하는 것을 특징으로 하는 카트리지 타입 스핀들 유닛의 냉각장치.
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서, 브라켓(117)의 후면에 구비된 절삭유유입구(120)를 통하여 유입되는 절삭유가 리어하우징(114)과 자켓슬리브(104)를 거쳐 프런트하우징(101)을 통하여 스핀들 선단에 위치한 다수개의 쿨런트 노즐(119)까지 병렬로 연결되는 관로를 특징으로 하는 카트리지 타입 스핀들 유닛의 냉각장치.

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