KR101336526B1 - 공작기계용 주축대의 이물질 유입 방지 및 세척장치 - Google Patents

공작기계용 주축대의 이물질 유입 방지 및 세척장치 Download PDF

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Abstract

이 발명은, 주축대의 내부로 유입되는 이물질을 제거하기 위한 기능을 구비하고 있을 뿐만 아니라 2면 구속을 위한 HSK 타입 툴과 같이 툴과 주축대의 사이에 칩이 끼이게 되는 경우에도 절삭유를 이용하여 이를 제거할 수 있는 기능을 구비하고 있는, 공작기계용 주축대의 이물질 유입 방지 및 세척장치에 관한 것으로서,
모터의 회전동력에 의해 회전되는 스핀들과, 상기한 스핀들의 전단에 설치되는 HSK 타입 툴과, 상기한 스핀들을 감싸고 있으며 내부에 유로가 형성되어 있는 헤드바디와, 상기한 유로에 연결되어 있는 연결관과, 상기한 연결관에 연결되어 있는 매니폴드와, 상기한 매니폴드에 연결되어 있는 에어 체크밸브와, 상기한 에어 체크밸브에 연결되어 있는 에어 솔레노이드 밸브와, 상기한 에어 솔레노이드 밸브에 연결되어 있는 에어 부스터와, 상기한 매니폴드에 연결되어 있는 절삭유 체크밸브와, 상기한 절삭유 체크밸브에 연결되어 있는 절삭유 솔레노이드 밸브를 포함하여 이루어진다.

Description

공작기계용 주축대의 이물질 유입 방지 및 세척장치{Device for protecting and cleaning foreign substance for headstock of tool machine}
이 발명은 공작기계용 주축대의 이물질 유입 방지 및 세척장치에 관한 것으로서, 좀더 세부적으로 말하자면 주축대의 내부로 유입되는 이물질을 제거하기 위한 기능을 구비하고 있을 뿐만 아니라 2면 구속을 위한 HSK 타입 툴과 같이 툴과 주축대의 사이에 칩이 끼이게 되는 경우에도 절삭유를 이용하여 이를 제거할 수 있는 기능을 구비하고 있는, 공작기계용 주축대의 이물질 유입 방지 및 세척장치에 관한 것이다.
각종의 절삭 가공방법 또는 비절삭 가공방법으로 금속 또는 비금속의 소재를 적당한 공구를 사용하여 형상 및 치수로 가공하든가 또는 반소재에 더욱 정밀한 가공을 할 목적으로 사용하는 기계를 공작기계라 한다. 상기한 공작기계중에서 가공과정에서 칩이 발생하는 공작기계를 절삭 공작기계라고 부르고, 가공과정에서 칩이 발생하지 않는 비절삭 공작기계를 금속가공기계라고 한다. 상기한 절삭공작기계에는 선반(lathe), 밀링기, 머시닝센터(machining center), 드릴링기, 보링기, 연삭기, 기어가공기, 특수가공기 등이 있으며, 상기한 금속성형기계에는 기계식 프레스, 유압식 프레스, 절단절곡기, 단조기, 인발기 등이 있다.
절삭 공작기계에서 가공물 또는 공구를 고정하고, 이것에 회전운동을 전달하는 축을 주축대라고 하는데, 주축대의 성능에 따라 제작되는 가공물의 성능이 결정되므로 주축대는 매우 중요한 구성요소이다. 주축대는 절삭작업중에 절삭공구(드릴, 연삭숫돌, 밀링커터) 또는 가공물에 대한 위치조정을 할 뿐만 아니라 절삭운동에 필요한 구동력과 토크를 전달하는 과정에서 가공물의 중량 및 절삭저항이 작용되므로 정밀도와 강성을 함께 유지해야 한다.
종래의 공작기계용 주축대는, 공정능력의 극대화를 위하여 고속화와 더불어 난이한 가공을 효율적으로 수행하기 위한 여러가지 기술이 적용되고 있다. 특히 깊은 홈의 가공을 하는 경우에 절삭칩의 효율적 배출과 툴의 인서트 수명을 증대하기 위하여 20bar의 고압의 절삭유를 사용하고 있다. 절삭가공중에 툴의 중심으로 고압의 절삭유가 배송이 되어 각 인서트의 측면으로 분사되거나, 구멍가공의 경우에는 툴의 날끝에 절삭유가 분사됨으로써 절삭칩이 신속하게 배출되도록 하여 깊은 구멍의 가공이 가능하게 된다.
도 1은 종래의 공작기계용 주축대의 단면 구조도이다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이 종래의 공작기계용 주축대의 구성은, 모터(도시되지 않음)의 회전동력에 의해 회전되는 스핀들(2)과, 상기한 스핀들(2)의 전단에 설치되는 툴(4)과, 상기한 스핀들(2)의 외주면에 설치되는 베어링(7a, 7b, 7c, 7d)과, 상기한 스핀들(2)의 내부에 설치되며 절삭유로(5a)가 내부에 형성되어 있는 푸시로드(5)와, 상기한 스핀들(2)과 푸시로드(5)의 사이에 설치되는 스프링(1)과, 상기한 푸시로드(5)의 전단에 설치되어 상기한 툴(4)의 풀스터드 볼트(4a)를 클램핑하거나 언클램핑하는 콜렛(6)과, 상기한 콜렛(6)과 스프링(1)의 사이의 상기한 푸시로드(5)의 외주면에 설치되어 주축대 내부의 공간을 분리하기 위한 세퍼레이터(8)와, 상기한 세퍼레이터(8)의 내주면과 외주면에 설치되어 절삭유를 밀봉하기 위한 밀봉장치(3a, 3b)를 포함하여 이루어진다.
상기한 스프링(1)은 디스크 스프링으로 이루어진다.
상기한 밀봉장치(3a, 3b)는 오링(3a)과 스카이 팩킹(3b)으로 이루어진다.
상기한 구성에 의한 종래의 공작기계용 주축대의 동작을 설명하면 다음과 같다.
공구교환 지령에 의해 외력이 가해지게 되면 푸시로드(5)가 전진하게 되면서 스프링(1)이 압축된다. 이와 함께 푸시로드(5)에 의해 콜렛(6)이 벌어지게 되면서 툴(4)의 풀스터드볼트(4a)를 언클램프시킨 뒤에 툴(4)을 밖으로 밀어내어 공구교환이 이루어지도록 한다.
이 과정에서 푸시로드(5)가 전진하면서 푸시로드(5)의 내부의 절삭유로(5a)를 통하여 주축대 내부의 세퍼레이터(8)의 전면으로 공급되는 절삭유의 체적이 축소됨에 따라 압력이 상승하게 되며, 세퍼레이터(8)의 내주면과 외주면에 설치되어 있는 오링(3a)이나 스카이 팩킹(3b)으로 이루어진 밀봉장치(3a, 3b)가 상기한 절삭유의 누유를 방지하게 된다.
상기한 절삭유는 스핀들(2)에 장착되어 있는 툴(4)을 보호하고 절삭력을 높이기 위해 툴(4)의 내부의 절삭유로를 통하여 절삭부위에 뿌려지게 되고, 이에 따라 주축대의 전단부가 절삭유에 노출된다.
공작기계용 주축대의 베어링에는 통상적으로 윤활유(그리스)가 칠해져 있는데 절삭유가 윤활유에 접촉되면 윤활유가 녹아버리기 때문에 주축대가 제대로 역할을 할 수 없게 된다. 이에 따라 스핀들과 이 스핀들을 감싸는 비회전부와의 틈새사이로 절삭유를 포함한 이물질이 침입하지 못하도록 하여 베어링을 보호할 수 있는 절삭유 침입 방지장치를 필요로 하게 된다.
종래의 공작기계용 주축대의 이물질 유입 방지장치는, 스핀들의 전단부 둘레에 비회전부와의 틈새로 공기를 분사시켜줌으로써 이물질이 침투하지 못하도록 하는 구조를 사용한다.
그러나 상기 종래의 공작기계용 주축대의 이물질 유입 방지장치는 에어 투출구가 없는 곳에서는 에어 압력이 미비하여 이물질의 침투를 허용할 뿐만 아니라 미세한 틈새를 갖기 때문에 근본적으로 이물질을 완벽하게 차단할 수가 없는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 주축의 틈새 전둘레에 고르게 공기가 분사되도록 함과 동시에 공기 공급에 필요한 전원이 끊어지더라도 틈새를 차단하여 주축 베어링을 절삭유 침입으로부터 보호할 수 있도록 하는 기술이 대한민국 공개특허공보 공개번호 10-2005-0066107(공개일자 2005년 06월 30일)의 "공작기계의 주축 베어링 절삭유 침투 방지장치"에서 개시된 바 있다.
그러나, 상기한 공개번호 10-2005-0066107에서 개시된 바와 같은 종래의 공작기계용 주축대의 절삭유 침입 방지장치는, 고무 또는 합성수지재로 이루어져 있는 립이 오랜 사용으로 인하여 마모가 되면 이물질이 유입될 수 있는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 립을 사용하지 않고 이물질의 침입을 이중으로 차단함으로써 이물질 침입 차단 효과를 높일 수 있으며, 공기가 스핀들의 외주면에 골고루 균등한 압력으로 분사될 수 있도록 하는 기술이 대한민국 공개특허공보 공개번호 10-2009-0113028(공개일자 2009년 10월 29일)의 "머시닝 센터 주축의 절삭유 침입 방지장치"에서 본 출원인에 의해 개시된 바 있다.
그러나, 상기한 공개특허공보 공개번호 10-2009-0113028를 포함한 종래의 공작기계용 주축대의 이물질 유입 방지장치들은 모두 1면 구속을 위한 BT 타입 툴을 대상으로 설계된 것으로서 주축대의 내부로 유입되는 이물질을 제거하기 위한 기능만을 구비하고 있을 뿐, 2면 구속을 위한 HSK 타입 툴과 같이 툴과 주축대의 사이에 칩이 끼이게 되는 경우에 이를 제거하는 기능은 구비되어 있지 않은 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 주축대의 내부로 유입되는 이물질을 제거하기 위한 기능을 구비하고 있을 뿐만 아니라 2면 구속을 위한 HSK 타입 툴과 같이 툴과 주축대의 사이에 칩이 끼이게 되는 경우에도 절삭유를 이용하여 이를 제거할 수 있는 기능을 구비하고 있는, 공작기계용 주축대의 이물질 유입 방지 및 세척장치를 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 구성은, 모터의 회전동력에 의해 회전되는 스핀들과, 상기한 스핀들의 전단에 설치되는 HSK 타입 툴과, 상기한 스핀들을 감싸고 있으며 내부에 유로가 형성되어 있는 헤드바디와, 상기한 유로에 연결되어 있는 연결관과, 상기한 연결관에 연결되어 있는 매니폴드와, 상기한 매니폴드에 연결되어 있는 에어 체크밸브와, 상기한 에어 체크밸브에 연결되어 있는 에어 솔레노이드 밸브와, 상기한 에어 솔레노이드 밸브에 연결되어 있는 에어 부스터와, 상기한 매니폴드에 연결되어 있는 절삭유 체크밸브와, 상기한 절삭유 체크밸브에 연결되어 있는 절삭유 솔레노이드 밸브를 포함하여 이루어지면 바람직하다.
이 발명의 구성은, 상기한 에어 솔레노이드 밸브에 연결되어 승압된 공기의 압력을 일정하게 유지하는 어큐뮬레이터를 더 포함하여 이루어지면 바람직하다.
이 발명의 구성은, 상기한 에어 솔레노이드 밸브와 절삭유 솔레노이드 밸브는 제어부에 의해 제어되면 바람직하다.
이 발명의 구성은, HSK 타입 툴과 주축대의 사이에 칩이 끼이게 되는 경우에는 절삭유를 이용하여 제거하면 바람직하다.
이 발명의 구성은, 상기한 에어 부스터는 공기를 10bar로 승압시키면 바람직하다.
이 발명은, 주축대의 내부로 유입되는 이물질을 제거하기 위한 기능을 구비하고 있을 뿐만 아니라 2면 구속을 위한 HSK 타입 툴과 같이 툴과 주축대의 사이에 칩이 끼이게 되는 경우에도 절삭유를 이용하여 이를 제거할 수 있는 기능을 구비하고 있는, 효과를 갖는다.
도 1은 종래의 공작기계용 주축대의 단면 구조도이다.
도 2는 이 발명의 일 실시예에 따른 공작기계용 주축대의 이물질 유입 방지 및 세척장치의 구성도이다.
이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 이 발명의 목적, 작용, 효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특징점들, 그리고 동작상의 이점들이 바람직한 실시예의 설명에 의해 보다 명확해질 것이다.
참고로, 여기에서 개시되는 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 제시된 실시예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시예가 가능함을 밝혀 둔다. 또한, 본원의 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로만 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도 2는 이 발명의 일 실시예에 따른 공작기계용 주축대의 이물질 유입 방지 및 세척장치의 구성도이다.
도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 이 발명의 일 실시예에 따른 공작기계용 주축대의 이물질 유입 방지 및 세척장치의 구성은, 모터(도시되지 않음)의 회전동력에 의해 회전되는 스핀들(11)과, 상기한 스핀들(11)의 전단에 설치되는 HSK 타입 툴(10)과, 상기한 스핀들(11)을 감싸고 있으며 내부에 유로(121)가 형성되어 있는 헤드바디(12)와, 상기한 유로(121)에 연결되어 있는 연결관(13)과, 상기한 연결관(13)에 연결되어 있는 매니폴드(14)와, 상기한 매니폴드(14)에 연결되어 있는 에어 체크밸브(15)와, 상기한 에어 체크밸브(15)에 연결되어 있는 에어 솔레노이드 밸브(16)와, 상기한 에어 솔레노이드 밸브(16)에 연결되어 있는 어큐뮬레이터(17)와, 상기한 에어 솔레노이드 밸브(16)에 연결되어 있는 에어 부스터(18)와, 상기한 매니폴드(14)에 연결되어 있는 절삭유 체크밸브(19)와, 상기한 절삭유 체크밸브(19)에 연결되어 있는 절삭유 솔레노이드 밸브(20)를 포함하여 이루어진다.
상기한 에어 솔레노이드 밸브(16)와 절삭유 솔레노이드 밸브(20)는 제어부(도시되지 않음)에 의해 제어되는 구성으로 이루어질 수 있다.
상기한 구성에 의한, 이 발명의 일 실시예에 따른 공작기계용 주축대의 이물질 유입 방지 및 세척장치의 작용은 다음과 같다.
공작기계 작동시에 공압원(도시되지 않음)으로부터 발생된 예를 들면 5bar와같이 소정압력의 공기가 에어 부스터(18)를 통해 승압된다.
이 상태에서 에어 솔레노이드 밸브(16)가 열리게 되면 에어 부스터(18)에 의해 10bar로 승압된 공기가 에어 체크밸브(15)와 매니폴드(14)를 거쳐서 연결관(13)을 통해 헤드바디(12)의 유로(121)로 공급되어 헤드바디(12)의 전방으로 분사됨으로써 절삭유를 포함한 이물질의 유입을 막게 된다. 이때 어큐뮬레이터(17)는 에어 체크밸브(15)로 공급되는 승압된 공기의 압력이 일정하게 유지되도록 한다.
한편, 2면 구속을 위한 HSK 타입 툴(10)과 주축대의 사이에 칩이 끼이게 되는 경우에는, 에어 솔레노이드 밸브(16)는 차단되고, 절삭유 솔레노이드 밸브(20)가 열리게 되면서 절삭유가 절삭유 체크밸브(19)와 매니폴드(14)를 거쳐서 연결관(13)을 통해 헤드바디(12)의 유로(121)로 공급되어 HSK 타입 툴(10)을 향해 분사됨으로써 HSK 타입 툴(10)과 주축대의 사이를 세척하여 칩을 제거하게 된다.
상기한 에어 솔레노이드 밸브(16)와 절삭유 솔레노이드 밸브(20)는 제어부(도시되지 않음)에 의해 제어될 수 있다.
10 : HSK 타입 툴 11 : 스핀들
12 : 헤드바디 13 : 연결관
14 : 매니폴드 15 : 에어 체크밸브
16 : 에어 솔레노이드밸브 17 : 어큐뮬레이터
18 : 에어 부스터 19 : 절삭유 체크밸브
20 : 절삭유 솔레노이드 밸브

Claims (5)

  1. 모터의 회전동력에 의해 회전되는 스핀들과,
    상기한 스핀들의 전단에 설치되는 HSK 타입 툴과, 상기한 스핀들을 감싸고 있으며 내부에 유로가 형성되어 있는 헤드바디와,
    상기한 유로에 연결되어 있는 연결관과, 상기한 연결관에 연결되어 있는 매니폴드와,
    상기한 매니폴드에 연결되어 있는 에어 체크밸브와,
    상기한 에어 체크밸브에 연결되어 있는 에어 솔레노이드 밸브와,
    상기한 에어 솔레노이드 밸브에 연결되어 있는 에어 부스터와,
    상기한 매니폴드에 연결되어 있는 절삭유 체크밸브와,
    상기한 절삭유 체크밸브에 연결되어 있는 절삭유 솔레노이드 밸브와,
    상기한 에어 솔레노이드 밸브에 연결되어 승압된 공기의 압력을 일정하게 유지하는 어큐뮬레이터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 공작기계용 주축대의 이물질 유입 방지 및 세척장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기한 에어 솔레노이드 밸브와 절삭유 솔레노이드 밸브는 제어부에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 공작기계용 주축대의 이물질 유입 방지 및 세척장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    HSK 타입 툴과 주축대의 사이에 칩이 끼이게 되는 경우에는 절삭유를 이용하여 제거하는 것을 특징으로 하는 공작기계용 주축대의 이물질 유입 방지 및 세척장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기한 에어 부스터는 공기를 10bar로 승압시키는 것을 특징으로 하는 공작기계용 주축대의 이물질 유입 방지 및 세척장치.
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