KR101361283B1 - 공작 기계 - Google Patents

Abstract

공작 기계는, 헤드부 내의 베어링에 의해 회전 가능하게 지지한 주축과, 상기 주축을 구동원에 연결하는 축 커플링을 구비한다. 헤드부 내의 축 커플링과 헤드부의 후방벽 사이에, 헤드부의 상벽으로부터 수하하고, 또한 헤드부의 좌벽과 우벽에 접속하는 규제벽을 설치한다. 규제벽은 축 의 회전에 의해 헤드부 내에 열이 확산되는 것을 방지한다. 공작 기계는 규제벽을 설치함으로써, 주축, 주축을 지지하는 베어링의 온도 상승을 억제하여, 베어링 윤활용 그리스의 열화, 주축의 덜걱거림을 방지할 수 있다.

Description

공작 기계{MACHINE TOOL}

본 발명은 공구를 보유 지지하여 회전하는 주축을 구비하는 공작 기계에 관한 것이다.

일본 공개 특허 공보 2006-82175호에 기재된 공작 기계는 공구를 보유 지지하여 회전하는 주축을 구비한다. 상자형의 헤드부는 그 내부에 주축을 지지한다. 주축은 주축 모터의 구동에 의해 상하 방향의 중심축 주위로 회전한다. 주축 모터는 헤드부 상에 고정하고, 축 커플링을 통하여 주축의 상단부와 연결한다. 헤드부는 Z축 모터의 구동에 의해 상승, 하강한다. 공구는 헤드부와 함께 상승, 하강하고, 주축과 함께 회전함으로써 작업물을 가공한다. 주축은 상하 방향으로 이격되어 위치하는 베어링에 의해 헤드부 내에 지지한다. 베어링은 앵귤러 볼 베어링이며, 예압을 가함으로써 상하 방향의 덜걱거림을 방지한다. 베어링은 그리스 윤활이다. 가공시에 주축은 큰 부하 상태에서 고속 회전한다. 윤활용 그리스의 온도는 주축을 고속 회전시킴으로써 상승한다. 온도 상승한 그리스는 열화되어, 베어링을 충분히 윤활할 수 없다. 그러므로 베어링은 열팽창된다. 주축은 베어링의 내륜, 외륜의 열팽창률의 차에 의해 덜걱거림, 가공 정밀도가 저하된다. 베어링의 온도는 축 커플링에 전달된다. 축 커플링은 주축 헤드부 내에서 회전하여 공기를 교반한다. 그러므로 주축 헤드부 내의 온도는 상승하기 때문에, 그리스의 온도는 더욱 상승하여 열화된다. 그 결과, 주축은 덜걱거림, 가공 정밀도가 저하된다고 하는 문제가 있다.

본 발명의 목적은, 주축, 주축을 지지하는 베어링의 온도 상승을 억제하여, 베어링 윤활용 그리스의 열화, 주축의 덜걱거림을 방지하는 것이다.

기술 방안 1의 공작 기계는 전방벽, 좌우 측벽, 상벽, 하벽을 갖고, 전방벽의 하벽측에 지지 통을 갖는 중공 형상의 헤드부와, 상기 지지 통에 베어링을 통하여 회전 가능하게 지지한 주축과, 상기 헤드부의 상기 상벽측의 내부에서 상기 주축을 구동원에 연결하는 축 커플링을 구비하는 공작 기계에 있어서, 상기 헤드부 내의 상기 축 커플링과 상기 후방벽 사이 또한 상기 축 커플링과 대향하는 위치에, 상기 상벽으로부터 수하(垂下)하고 또한 상기 좌벽과 상기 우벽에 접속하는 규제벽을 구비한다.

규제벽은 축 커플링과 대향하는 위치에서 상벽으로부터 수하하고 또한 상기 좌벽과 상기 우벽에 접속되므로, 축 커플링의 회전에 의해 헤드부 내에 발생하는 공기가 후방벽측으로 흐르는 것을 규제한다. 구동원으로부터 축 커플링, 주축에 전달되는 열은 헤드부 내에 확산되지 않아, 주축을 지지하는 베어링의 온도 상승을 억제할 수 있다. 그러므로 베어링의 윤활용 그리스는 열화되기 어려워, 베어링 및 주축의 내구성은 향상되고, 주축은 가공 중에 덜걱거리지 않아 가공 정밀도는 저하되지 않는다.

기술 방안 2의 공작 기계의 상기 규제벽은 상기 헤드부와 일체로 형성한다.

규제벽은 헤드부와 일체로 형성함으로써, 부품 개수의 증가를 방지한다.

기술 방안 3의 공작 기계는, 공구 착탈 기구와, 상기 공구 착탈 기구를 조작하는 누름 레버를 더 구비하고, 상기 누름 레버는 상기 헤드부 내에 설치한 지지축을 중심으로 요동하고, 상기 지지축은 상기 헤드부의 전후 방향 중앙 부근에 위치하고, 상기 규제벽은, 상기 지지축보다도 전방에 위치한다.

규제벽은, 헤드부의 중앙 부근에 있는 지지축보다도 전방에 위치하므로, 축 커플링에 의해 발생하는 공기의 흐름을 헤드부의 절반을 초과하는 개소로 가는 것을 방지한다. 그러므로, 헤드부 전체의 온도 상승을 방지할 수 있어, 베어링의 윤활용 그리스는 열화되기 어렵다.

기술 방안 4의 공작 기계의 상기 규제벽은 하단부의 좌우 방향 중앙부에 절결부를 갖고,

상기 절결부에 상기 누름 레버의 일부가 위치한다.

규제벽은 누름 레버의 요동을 방해하는 일이 없다. 또한, 규제벽과 누름 레버는 축 커플링에 의해 발생하는 공기의 흐름이 후방으로 흐르는 것을 방지한다.

기술 방안 5의 공작 기계는 상기 헤드부 내에, 상기 주축과 상기 축 커플링을 향하는 분출구로부터 공기를 분출하는 급기통을 구비한다.

급기통은 헤드부 내에서 주축과 축 커플링을 향하여 공기를 분출한다. 분출 공기는 주축과 축 커플링을 냉각하고, 규제벽에 의해 규제되어 배기구로부터 배출한다. 축 커플링 주위의 고온의 공기는 확실하게 배기할 수 있으므로, 공작 기계는 주축과 베어링의 온도 상승을 확실하게 억제할 수 있다.

기술 방안 6의 공작 기계의 상기 분출구는, 상기 급기통의 길이 방향으로 이격된 복수의 위치에 형성한다.

급기통은 복수의 분출구로부터 공기를 분출한다. 분출 공기는 주축과 축 커플링의 주위를 광범위하게 냉각하여, 주축과 베어링의 온도 상승을 확실하게 억제할 수 있다.

기술 방안 7의 공작 기계는 상기 규제벽보다도 상기 축 커플링측에, 상기 헤드부 내로 개방되는 배기구를 구비한다.

배기구는 규제벽에 의해 규제된 고온의 공기를 헤드부 밖으로 배기한다. 축 커플링 주위의 열은 헤드부 내로 확산되지 않으므로, 공작 기계는 주축과 베어링의 온도 상승을 확실하게 억제할 수 있다.

도 1은 공작 기계의 헤드부의 종단면도.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도.
도 3은 헤드부의 정면도.
도 4는 헤드부의 일부를 분해한 사시도.
도 5는 공작 기계의 주요부의 확대 단면도.
도 6은 규제벽의 사시도.
도 7은 규제벽의 정면도.
도 8은 급기통의 사시도.
도 9는 급기통의 정면도.

본 발명의 바람직한 실시 형태를 도면을 참조하여 설명한다. 이하의 설명에서 사용하는 방향(전후, 좌우, 상하)은 도 1 내지 도 5 중에 화살표로 나타낸다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 공작 기계는 헤드부(1)와 주축(3)을 구비한다. 헤드부(1)는 중공의 상자체이며, 베이스(도시하지 않음) 상의 컬럼(도시하지 않음)을 따라 상승, 하강한다. 공작 기계는 테이블(도시하지 않음)을 구비한다. 테이블은 베이스 상에서 전후, 좌우 방향으로 이동한다. 도 1, 도 2에 도시하는 바와 같이, 헤드부(1)는 상벽(1a), 하벽(1b), 우벽(1c), 좌벽(1d), 후방벽(1e), 전방벽(1f)을 갖는다. 후방벽(1e)은 배면부에 상하 이동 장치(도시하지 않음)와 결합하는 결합부(1g)를 갖는다. 우벽(1c), 좌벽(1d)은 후방벽의 양단부로부터 전방으로 연장되어, 전방벽(1f)과 접속한다. 전방벽(1f)은 대략 통 형상으로 되어 있고, 하부에 지지 통(11)을 구비한다. 지지 통(11)은 상하 방향으로 연장되는 원통체이다. 상벽(1a)은 우벽(1c), 좌벽(1d), 후방벽(1e), 전방벽(1f)으로 둘러싸인 상단부를 덮는다. 하벽(1b)은 상벽(1a)과 대향하고 우벽(1c), 좌벽(1d), 후방벽(1e), 전방벽(1f)으로 둘러싸인 하단부를 덮는다. 지지 통(11) 내의 상하에 배치된 베어링(2)은 주축(3)을 회전 가능하게 지지한다. 베어링(2)은 앵귤러 볼 베어링이다. 상하의 베어링(2)은 통 형상 스페이서(16)에 의해 간격을 유지하고, 주축(3)에 설치한 나사부에 나사환(31)을 조여 예압을 가하여, 주축(3)을 덜걱거림 없이 지지한다. 주축(3)은 주축 모터(4)의 구동에 의해 회전한다. 주축 모터(4)는 헤드부(1)의 전방 상부에 설치한다. 주축 모터(4)는 헤드부(1) 내로 돌출되고, 하방으로 연장되는 출력축(41)을 갖는다. 주축(3)은 지지 통(11)의 상부 개구로부터 헤드부(1) 내로 돌출되고, 상방으로 연장된다. 주축(3)의 상단부는 축 커플링(5)에 의해 출력축(41)의 하단부에 연결한다. 주축 모터(4)의 회전은 축 커플링(5)을 통하여 주축(3)에 전달된다. 주축(3)은 중공축이며, 중공부 내에 드래그 바(8)를 보유 지지한다. 드래그 바(8)는 주축(3) 내에서 상하 방향으로 미끄럼 이동 가능하다. 주축(3)은 지지 통(11)의 하부 개구로부터 돌출되는 하단부에 공구 보유 지지 구멍(3a)을 갖는다. 공구 보유 지지 구멍(3a)은 하방의 직경이 큰 테이퍼 형상의 원 구멍이며, 공구(10)를 설치한 공구 홀더(10a)를 장착 가능하다. 드래그 바(8)는 공구 보유 지지 구멍(3a) 내로 돌출되는 하단부에 공구 클램프(81)를 구비한다. 통상시, 드래그 바(8)는 주축(3) 내에 설치한 코일 스프링(9)의 스프링력에 의해 상승 위치에 있다. 공구 클램프(81)는 드래그 바(8)의 상승시에 폐쇄되어, 공구 홀더(10a)의 상단부를 파지하여 끌어 올린다. 공구 홀더(10a)는 공구 보유 지지 구멍(3a)에 밀착되어, 주축(3)은 공구(10)를 보유 지지한다. 공구(10)는 주축(3)과 함께 회전하고 또한 헤드부(1)와 함께 상승, 하강하여, 전후, 좌우 방향으로 이동하는 테이블 상의 작업물을 가공한다. 드래그 바(8)는 누름 레버(6)의 동작에 의해 하강한다. 공구 클램프(81)는 드래그 바(8)의 하강시에 개방되어, 공구 홀더(10a)의 상단부를 놓는다. 공구(10)는 하방으로 당김으로써 공구 홀더(10a)와 함께 주축(3)으로부터 분리된다.

좌우 방향의 지지축(6a)은 누름 레버(6)를 헤드부(1) 내에 지지한다. 누름 레버(6)의 후단부는 상방으로 구부러져, 헤드부(1)의 외부로 돌출된다. 지지축(6a)은 헤드부(1)의 전후 방향 중앙 부근에 위치한다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 누름 레버(6)의 전단부는 2개로 분리되어, 주축(3)의 양측에 위치한다. 주축(3) 내의 드래그 바(8)는 상부를 좌우 방향으로 관통하는 핀(33)을 갖는다. 핀(33)은 주축(3)에 형성한 긴 구멍(32)을 통과하여, 누름 레버(6)의 전단부 하부 위치로 돌출된다. 누름 레버(6)는 후단부에 전방향 조작력을 가함으로써 지지축(6a)을 중심으로 하여 요동한다. 누름 레버(6)의 전단부는 하강하여 핀(33)에 닿아, 핀(33)을 하방으로 누른다. 드래그 바(8)는 핀(33)과 함께 하강한다. 드래그 바(8), 공구 클램프(81), 코일 스프링(9), 핀(33)은 공구 착탈 기구를 구성한다.

헤드부(1)는 급기통(7), 배기구(18), 규제벽(19)을 구비한다. 도 8, 도 9에 도시하는 바와 같이, 급기통(7)은 원통이며, 일측 단부에 플랜지(72)를 갖는다. 급기통(7)의 타측 단부는 폐쇄되어 있다. 급기통(7)은 주위벽을 관통하는 3개의 분출구(71)를 구비한다. 3개의 분출구(71)는 둘레 상의 동일한 선 상에서 등간격으로 나란히 형성한다. 플랜지(72)는 고정용 나사를 통과시키는 3개의 관통 구멍(73)을 갖는다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 급기통(7)은 헤드부(1)의 측벽 외면에 플랜지(72)에 의해 고정하고, 헤드부(1) 내에서 지지 통(11)의 후방 하부에 배치한다. 급기통(7)의 개구 단부는 관 조인트(74)를 통하여 공기의 공급원(컴프레서 등)에 접속한다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 급기통(7)의 3개의 분출구(71)는 전방 상방을 향하고 있다. 공기의 공급원은 급기통(7) 내에 공기를 공급한다. 급기통(7)은 3개의 분출구(71)로부터 공기를 분출한다. 도 1, 도 5 중에 화살표로 나타내는 바와 같이, 분출구(71)로부터 분출하는 공기는 주축(3)의 상부를 향한다. 3개의 분출구(71)의 총 개구 면적은 급기통(7)의 단면적과 대략 동등하다. 급기통(7) 내의 공기는 3개의 분출구(71)로부터 무리없이 분출된다. 도 1, 도 2에 도시하는 바와 같이, 배기구(18)는 축 커플링(5)의 후방측에서 헤드부(1)의 우벽(1c)을 관통하여 형성한다. 도 3, 도 4에 도시하는 바와 같이, 배기구(18)는 외측에서 배기관(20)에 접속한다. 규제벽(19)은 배기구(18)의 후방측[축 커플링(5)과 후방벽(1e) 사이]에서 상벽(1a)으로부터 하방으로 수직으로 연장된다. 규제벽(19)의 양 측단부는 각각 좌벽(1d)과 우벽(1c)에 접속하고, 축 커플링(5)에 대향한다. 규제벽(19)은 주축(3)의 상부와 축 커플링(5) 주위의 공기가 배기구(18)보다도 후방측으로 흐르는 것을 규제한다. 주축(3)의 상부와 축 커플링(5) 주위의 공기는 규제벽(19)에 부딪혀, 배기구(18b)에 양호하게 모아진다. 도 6, 도 7에 도시하는 바와 같이, 규제벽(19)은 하부 중앙에 절결부(19a)를 구비한다. 도 1, 도 5에 도시하는 바와 같이, 절결부(19a)는 누름 레버(6)를 통과시키기 위해 형성한다. 누름 레버(6)는 규제벽(19)에 간섭하지 않고 요동할 수 있다. 전술한 바와 같이 주축(3)은 주축 모터(4)의 구동에 의해 고속 회전하고 또한 헤드부(1)와 함께 상승, 하강하여 작업물을 가공한다. 가공시에 급기통(7)은 공기를 분출한다. 분출 공기는 주축(3)과 축 커플링(5)에 부딪혀 냉각하여, 주축(3)과 축 커플링(5)의 온도 상승을 억제한다. 주축(3)과 축 커플링(5)을 냉각한 공기는 헤드부(1)의 전방벽 상부에 부딪혀 방향 전환하여, 헤드부(1) 내로 되돌아온다. 규제벽(19)은 헤드부(1) 내를 향하는 공기의 흐름을 규제하여 배기구(18)로 유도한다. 배기구(18)는 온도 상승한 공기를 빠르고 또한 효율적으로 배기한다.

그러므로 헤드부(1) 내의 온도는 상승하기 어렵다. 주축(3)과 축 커플링(5)은 온도 상승하지 않고 장시간에 걸쳐 연속 회전할 수 있다. 베어링(2)의 온도는 상승하지 않고, 윤활용 그리스의 열화를 방지할 수 있고, 또한 베어링(2)의 예압은 저하되지 않는다. 그러므로 주축(3)은 덜걱거림 없이 회전하여, 공작 기계는 가공 정밀도를 양호하게 유지할 수 있다.

이상 설명한 실시 형태를 부분적으로 변경한 변경 형태에 대해 설명한다.

1) 주축(3)을 지지하는 베어링(2)은 실시 형태의 앵귤러 볼 베어링에 한정되지 않고, 깊은 홈 볼 베어링, 원통 롤러 베어링, 원추 롤러 베어링 등의 다른 베어링이라도 좋다.

2) 규제벽(19)은 헤드부(1)와 일체 또는 별개로 설치할 수 있다.

3) 배출구(18b)는 생략할 수 있다. 생략한 경우, 대부분의 공기는 축 커플링(5)과 규제벽(19) 사이에 머무르지만, 일부의 공기는 주축 모터(4)의 설치부로부터 외부로 누설되므로, 헤드부 전체의 온도 상승은 완만해진다.

Claims (7)

1. 전방벽(1f), 좌우 측벽(1d, 1c), 상벽(1a), 하벽(1b)을 갖고, 전방벽의 하벽측에 지지 통(11)을 갖는 중공 형상의 헤드부(1)와,
   상기 지지 통에 베어링(2)을 통해 회전 가능하게 지지한 주축(3)과,
   상기 헤드부의 상기 상벽측의 내부에서 상기 주축을 구동원(4)에 연결하는 축 커플링(5)을 구비하는 공작 기계에 있어서,
   상기 헤드부 내에 상기 축 커플링의 후방측에 대향하는 위치에, 상기 상벽으로부터 수하(垂下)하고 또한 상기 좌벽과 상기 우벽을 접속하도록 설치되고, 상기 축 커플링의 주위의 공기의 흐름을 규제하는 규제벽(19)을 구비하는 것을 특징으로 하는, 공작 기계.
2. 제1항에 있어서, 상기 규제벽은, 상기 헤드부와 일체로 형성되어 있는, 공작 기계.
3. 제2항에 있어서, 공구 착탈 기구(8, 81, 9, 33)와,
   상기 공구 착탈 기구를 조작하는 누름 레버(6)를 더 구비하고,
   상기 누름 레버는 상기 헤드부 내에 설치한 지지축(6a)을 중심으로 요동하고,
   상기 지지축은 상기 헤드부의 전후 방향 중앙 부근에 위치하고,
   상기 규제벽은, 상기 지지축보다도 전방에 위치하는, 공작 기계.
4. 제3항에 있어서, 상기 규제벽은 하단부의 좌우 방향 중앙부에 절결부(19a)를 갖고,
   상기 절결부에 상기 누름 레버의 일부가 위치하는, 공작 기계.
5. 제4항에 있어서, 상기 헤드부 내에, 상기 주축과 상기 축 커플링을 향하는 분출구(71)로부터 공기를 분출하는 급기통(7)을 구비하는, 공작 기계.
6. 제5항에 있어서, 상기 분출구는, 상기 급기통의 길이 방향으로 이격된 복수의 위치에 형성되어 있는, 공작 기계.
7. 제6항에 있어서, 상기 규제벽보다도 상기 축 커플링측에, 상기 헤드부 내로 개방되는 배기구(18)를 구비하는, 공작 기계.

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