KR101387824B1 - 공작 기계 - Google Patents

Abstract

공작 기계는 주축 헤드 내의 베어링으로 회전 가능하게 지지한 주축을 구비한다. 공작 기계는 주축을 향해서 공기를 분출하는 공기 분출부를 주축 헤드 내에 구비한다. 공기 분출부의 분출 공기는 주축을 냉각하여, 주축, 주축을 지지하는 베어링의 온도 상승을 억제한다. 베어링 윤활용 그리스(Grease)는 열화되기 어려워, 베어링과 주축의 내구성이 향상된다. 주축은 가공 중에 덜걱거리지 않고, 가공 정밀도의 저하를 억제할 수 있다.

Description

공작 기계 {MACHINE TOOL}

본 발명은 공구를 유지해서 회전하는 주축을 구비하는 공작 기계에 관한 것이다.

일본 공개 특허 공보 제2006-82175호에 기재된 공작 기계는 공구를 보유지지해서 회전하는 주축을 구비한다. 상자형의 주축 헤드는 그 내부에 주축을 지지한다. 주축은 구동원(주축 모터)의 구동으로 상하 방향의 중심축 주위로 회전한다. 주축 모터는 주축 헤드 상에 고정하고, 축 조인트를 통해서 주축의 상단부와 연결한다. 주축 헤드는 Z축 모터의 구동으로 상승, 하강한다. 공구는 주축 헤드와 함께 상승, 하강하고, 주축과 함께 회전함으로써 워크를 가공한다. 주축은 상하 방향으로 이격되어서 위치하는 베어링에 의해 주축 헤드 내에 지지되어 있다. 베어링은 앵귤러 볼 베어링이며, 예압을 가함으로써 상하 방향의 덜걱거림을 방지한다. 베어링은 그리스(Grease) 윤활이다. 가공 시에 주축은 큰 부하 상태로 고속 회전한다. 윤활용 그리스의 온도는 주축을 고속 회전함으로써 상승한다. 온도 상승한 그리스는 열화되어, 베어링을 충분히 윤활할 수 없다. 그러므로 베어링은 열 팽창한다. 주축은 베어링의 내륜, 외륜의 열팽창률의 차에 의해 덜걱거림, 가공 정밀도가 저하된다.

본 발명의 목적은, 주축을 공기로 냉각함으로써, 주축과 베어링의 온도 상승을 억제하여, 베어링 윤활용 그리스의 열화, 주축의 덜걱거림을 방지하는 것이다.

기술 방안 1의 공작 기계는, 주축 헤드 내에 베어링으로 지지한 주축을 구동원에 연결하고, 상기 구동원에 의해 회전 구동하고, 상기 주축을 향해서 공기를 분출하는 공기 분출부를 상기 주축 헤드 내에 구비한다.

공기 분출부는 주축 헤드 내에서 주축을 향해서 공기를 분출한다. 분출 공기는 주축을 냉각하여, 주축과 베어링의 온도 상승을 억제한다. 베어링의 윤활용 그리스는 열화되기 어려워, 베어링과 주축의 내구성이 향상된다. 주축은 가공 중에 덜걱거리지 않고, 가공 정밀도는 저하되지 않는다.

기술 방안 2의 공작 기계의 상기 공기 분출부는 상기 주축과 상기 구동원의 연결부로부터 이격된 위치에 설치한다.

공기 분출부의 분출 공기는 주축과 구동원의 연결부 주변의 부재(축 조인트, 누름 레버 등)의 영향을 받지 않고, 주축을 분출 공기로 확실하게 냉각할 수 있다.

기술 방안 3의 공작 기계의 상기 공기 분출부는 상기 주축을 향하는 분출구를 갖고, 상기 주축 헤드 내로 돌출하도록 설치한 통체이다.

공기 분출부는 분출구를 갖는 통체를 주축 헤드에 설치하는 것 만으로 간단하게 구성할 수 있다.

기술 방안 4의 공작 기계의 상기 통체는 상기 주축과 교차하는 방향으로 상기 주축 헤드 내로 돌출되고, 상기 분출구는 상기 통체의 둘레면에 설치한다.

분출구의 방향은 통체의 설치 상태를 변경함으로써 조절하여, 주축을 향해서 정확하게 공기를 분출할 수 있다. 분출 공기는 주축을 냉각하여, 주축과 베어링의 온도 상승을 확실하게 억제할 수 있다.

기술 방안 5의 공작 기계의 상기 분출구는 상기 통체의 둘레 상의 동일 위치에 배열해서 복수 설치한다.

통체는 복수의 분출구로부터 공기를 분출한다. 분출 공기는 주축의 둘레를 광범위하게 냉각하여, 주축과 베어링의 온도 상승을 확실하게 억제할 수 있다.

기술 방안 6의 공작 기계의 상기 주축 헤드는 상기 주축과 상기 구동원의 연결부 가까이에 개구되는 배기구를 구비한다.

배기구는 주축의 냉각으로 고온으로 되는 공기를 주축 헤드 밖으로 배기한다. 열은 주축 헤드 내에 확산되지 않아, 주축과 베어링의 온도 상승을 확실하게 억제할 수 있다.

기술 방안 7의 공작 기계의 상기 구동원은 상기 주축 헤드에 설치한 모터이며, 상기 주축 헤드 내로 연장되는 상기 모터의 출력축을 상기 주축에 연결하는 축 조인트를 구비하고, 상기 공기 분출부는 상기 축 조인트와 대향하는 위치 또는 상기 축 조인트보다도 상기 모터측에 배치한다.

주축은 모터의 출력축에 축 조인트로 연결한다. 축 조인트의 온도는 모터로부터 전해지는 열에 의해 상승한다. 공기 분출부는 축 조인트를 향해서, 또는 축 조인트보다도 모터측을 향해서 공기를 분출하므로, 분출 공기는 축 조인트를 냉각하여, 주축과 베어링의 온도 상승을 억제한다.

도 1은 공작 기계의 주축 헤드의 종단면도.
도 2는 주축 헤드의 정면도.
도 3은 주축 헤드의 일부를 분해한 사시도.
도 4는 공작 기계의 주요부 확대 단면도.
도 5는 급기통의 사시도.
도 6은 급기통의 정면도.
도 7은 급기통의 측면도.
도 8은 변경 형태의 공작 기계의 주요부 확대 단면도.
도 9는 변경 형태의 공작 기계의 주요부 확대 단면도.
도 10은 변경 형태의 공작 기계의 주요부 확대 단면도.

본 발명의 바람직한 실시 형태를 도면을 참조하여 설명한다. 이하의 설명에서 사용하는 방향(전후, 좌우, 상하)은 도 1 내지 도 4 중에 화살표로 나타낸다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 공작 기계는 주축 헤드(1)와 주축(3)을 구비한다. 주축 헤드(1)는 중공의 상자체이며, 베이스(도시 생략) 상의 컬럼(도시 생략)을 따라서 상승, 하강한다. 공작 기계는 테이블(도시 생략)을 구비한다. 테이블은 베이스 상에서 전후, 좌우 방향으로 이동한다. 주축 헤드(1)는 전방 하부에 지지통(11)을 구비한다. 지지통(11)은 상하 방향으로 연장되는 원통체이다. 지지통(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)로 간격을 유지하고, 주축(3)에 설치한 나사부에 나사 환(31)을 체결해서 예압을 가하여, 주축(3)을 덜걱거리지 않게 지지한다. 주축(3)은 주축 모터(4)의 구동으로 회전한다. 주축 모터(4)는 주축 헤드(1)의 전방 상부에 설치한다. 주축 모터(4)는 주축 헤드(1) 내로 돌출되고, 하방향으로 연장되는 출력축(41)을 갖는다. 주축(3)은 지지통(11)의 상부 개구로부터 주축 헤드(1) 내로 돌출되고, 상방향으로 연장된다. 주축(3)의 상단부는 축 조인트(5)로 출력축(41)의 하단부에 연결한다. 주축 모터(4)의 회전은 축 조인트(5)를 통해서 주축(3)으로 전해진다. 주축(3)은 중공축이며, 중공부 내에 드로우 바(8)를 보유지지한다. 드로우 바(8)는 주축(3) 내에서 상하 방향으로 미끄럼 이동 가능하다. 주축(3)은 지지통(11)의 하부 개구로부터 돌출되는 하단부에 공구 보유지지 구멍(3a)을 갖는다. 공구 보유지지 구멍(3a)은 하방의 직경이 큰 테이퍼 형상의 원 구멍이며, 공구(10)를 설치한 공구 홀더(10a)를 장착 가능하다. 드로우 바(8)는 공구 보유지지 구멍(3a) 내로 돌출되는 하단부에 공구 클램프(81)를 구비한다. 통상 시, 드로우 바(8)는 주축(3) 내에 설치한 코일 스프링(9)의 스프링력에 의해 상승 위치에 있다. 공구 클램프(81)는 드로우 바(8)의 상승 시에 폐쇄되어, 공구 홀더(10a)의 상단부를 파지해서 끌어 올린다. 공구 홀더(10a)는 공구 보유지지 구멍(3a)에 밀착하고, 주축(3)은 공구(10)를 보유지지한다. 공구(10)는 주축(3)과 함께 회전하고 또한 주축 헤드(1)와 함께 상승, 하강하여, 전후, 좌우 방향으로 이동하는 테이블 상의 워크를 가공한다. 드로우 바(8)는 누름 레버(6)의 동작에 의해 하강한다. 공구 클램프(81)는 드로우 바(8)의 하강 시에 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 주축 헤드(1) 내에 지지한다. 누름 레버(6)의 후방단부는 상방향으로 구부러져, 주축 헤드(1)의 외부로 돌출된다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 누름 레버(6)의 전방단부는 2개로 나뉘어져, 주축(3)의 양측에 위치한다. 주축(3) 내의 드로우 바(8)는 상부를 좌우 방향으로 관통하는 핀(33)을 갖는다. 핀(33)은 주축(3)에 설치한 긴 구멍(32)을 지나서, 누름 레버(6)의 전방단부 아래 위치로 돌출한다. 누름 레버(6)는 후방단부에 전방향의 조작력을 가함으로써 지지축(6a)을 중심으로 해서 요동한다. 누름 레버(6)의 전방단부는 하강해서 핀(33)에 부딪혀, 핀(33)을 하방향으로 내리누른다. 드로우 바(8)는 핀(33)과 함께 하강한다.

주축 헤드(1)는 급기통(7), 배기구(18)를 구비한다. 도 5, 6에 도시하는 바와 같이, 급기통(7)은 원통이며, 일측단부에 플랜지(72)를 갖는다. 급기통(7)의 타측단부는 닫혀 있다. 급기통(7)은 주위벽을 관통하는 3개의 분출구(71)를 구비한다. 3개의 분출구(71)는 둘레 상의 동일한 선 상에서 등간격으로 배열해서 설치한다. 플랜지(72)는 고정용의 나사를 통과시키는 3개의 관통 구멍(73)을 갖는다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 급기통(7)은 주축 헤드(1)의 측벽 외면에 플랜지(72)로 고정한다. 도 1, 4에 도시하는 바와 같이, 급기통(7)은 주축 헤드(1) 내에서 지지통(11)의 후방 하부에 위치한다. 급기통(7)의 3개의 분출구(71)는 전방 상방을 향하고 있다. 급기통(7)의 개구단부는 관 조인트(74)(도 2, 4 참조)를 통해서 공기의 공급원(압축기 등)에 접속된다. 공기의 공급원은 급기통(7)에 공기를 공급한다. 급기통(7)은 3개의 분출구(71)로부터 공기를 분출한다. 도 1, 4 중에 화살표로 나타내는 바와 같이, 분출구(71)로부터 나오는 공기는 주축(3)의 상부를 향한다. 3개의 분출구(71)의 총 개구 면적은 급기통(7)의 단면적과 대략 동일하다. 급기통(7) 내의 공기는 3개의 분출구(71)로부터 무리없이 분출된다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 배기구(18)는 축 조인트(5)의 후방측에서 주축 헤드(1)의 측벽을 관통해서 설치한다. 도 2, 3에 도시하는 바와 같이, 배기구(18)는 주축 헤드(1)의 외측에서 배기관(19)에 접속한다. 배기구(18)는 급기통(7)의 분출 공기를 모아서, 배기관(19)을 경유해서 주축 헤드(1) 외부로 배출한다. 전술한 바와 같이 주축(3)은 주축 모터(4)의 구동으로 고속 회전하고 또한 주축 헤드(1)와 함께 상승, 하강해서 워크를 가공한다. 가공 시에 급기통(7)은 공기를 분출한다. 분출 공기는 주축(3)과 축 조인트(5)에 부딪쳐 냉각되어, 주축(3)과 축 조인트(5)의 온도 상승을 억제한다. 주축(3)과 축 조인트(5)를 냉각한 공기는 주축 헤드(1)의 전방벽 상부에 부딪혀서 방향 전환하여, 주축 헤드(1) 내로 복귀한다. 주축 헤드(1) 내의 공기는 배기구(18)로부터 배기관(19)을 경유해서 주축 헤드(1) 외부로 배출한다. 배기구(18)는 온도 상승된 공기를 빠르고, 또한 효율적으로 배기한다. 그러므로 주축 헤드(1) 내의 온도는 상승되기 어렵다. 주축(3)과 축 조인트(5)는 온도 상승되지 않아 장시간 연속 회전할 수 있다. 베어링(2)의 온도는 상승되지 않고, 윤활용 그리스의 열화를 방지할 수 있고 또한 베어링(2)의 예압은 저하되지 않는다. 그러므로 주축(3)은 덜걱거림 없이 회전하여, 가공 정밀도를 양호하게 유지할 수 있다.

이상에서 설명한 실시 형태를 부분적으로 변경한 변경 형태에 대해서 설명한다.

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

2) 급기통(7)은 주축(3)에 대향하는 범위이면, 주축 헤드(1) 내의 적정 위치에 배치할 수 있다.

3) 공기 분출부는 실시 형태의 급기통(7)에 한정되지 않고, 변경 형태 1 내지 3과 같이 구성할 수 있다.

도 8에 도시하는 바와 같이, 변경 형태 1의 공작 기계는 주축 헤드(1)의 전방벽에 설치한 공기 분출 부재(20)를 구비한다. 공기 분출 부재(20)는 복수의 분출구(20a) 및 분출구(20a)에 연통하는 연통로(20b)를 갖는다. 분출구(20a)는 주축(3)의 상부에 대향한다. 공기 분출 부재(20)는 분출구(20a)로부터 공기를 분출하고, 주축(3)의 상부를 냉각해서 온도 상승을 억제한다.

도 9에 도시하는 바와 같이, 변경 형태(2)의 공작 기계는 주축 헤드(1)의 전방벽 상부에 설치한 공기 분출 부재(21)를 구비한다. 공기 분출 부재(21)는 1 또는 복수의 분출구(21a)를 갖는다. 분출구(20a)는 주축(3) 상단부의 축 조인트(5)에 대향한다. 공기 분출 부재(21)는 분출구(21a)로부터 공기를 분출하여, 축 조인트(5)와 주축(3)의 상부를 냉각해서 온도 상승을 억제한다.

도 10에 도시하는 바와 같이, 변경 형태(3)의 공작 기계는 주축 헤드(1)의 전방벽 상단부에 설치한 공기 분출관(22)을 구비한다. 공기 분출관(22)의 선단부는 주축 헤드(1) 내에서 주축 모터(4)의 출력축(41)에 대향한다. 공기 분출관(22)은 선단부의 분출구로부터 공기를 분출하여, 출력축(41)과 축 조인트(5)를 냉각해서 온도 상승을 억제한다.

Claims (7)

1. 주축 헤드의 하부에 설치된 지지통 내에 베어링으로 주축을 지지하고, 상기 지지통으로부터 돌출하는 상기 주축의 상단부를 상기 주축 헤드의 상부에 설치된 구동원에 연결하고, 상기 구동원에 의해 상기 주축을 회전 구동하는 공작 기계에 있어서,
   상기 주축과 상기 구동원의 연결부를 향해서 공기를 분출하는 공기 분출부를 상기 주축 헤드 내에 구비하고,
   상기 공기 분출부는, 상기 주축과 교차하는 방향으로 상기 주축 헤드 내로 돌출되도록 설치한 통체이고, 상기 통체의 둘레면에는 상기 주축을 향하는 분출구를 설치하고,
   상기 주축 헤드는 상기 분출구가 분출한 공기를 외부로 배출하는 배기구를 구비하는 것을 특징으로 하는, 공작 기계.
2. 제1항에 있어서, 상기 공기 분출부는 상기 주축과 상기 구동원의 연결부로부터 이격된 위치에 설치되어 있는, 공작 기계.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 분출구는 상기 통체의 둘레 상의 동일한 선 상에 배열해서 복수 설치되어 있는, 공작 기계.
4. 제1항에 있어서, 상기 구동원은 상기 주축 헤드에 설치한 모터이며,
   상기 주축 헤드 내로 연장되는 상기 모터의 출력축을 상기 주축에 연결하는 축 조인트를 구비하고,
   상기 공기 분출부는 상기 축 조인트와 대향하는 위치 또는 상기 축 조인트보다도 상기 모터측에 배치되어 있는, 공작 기계.
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