KR101675535B1 - 공작기계의 스핀들 유닛 냉각장치 - Google Patents

공작기계의 스핀들 유닛 냉각장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공작기계의 스핀들 유닛 냉각장치에 관한것으로써, 더욱 상세하게는 하우징의 내부에 스핀들을 회전시키는 모터 및 베어링을 설치한 스핀들 유닛에서, 상기 베어링과 모터의 냉각을 위해 상기 하우징에 지그재그 형태의 냉각유로를 형성하되, 상기 냉각유로의 유턴 유로부를 하우징의 외경측에 형성함으로써, 상기 하우징의 양단부에 프론트 커버와 리어 베어링 하우징의 볼트 결합을 위한 볼트 설치 공간의 설계가 자유로움은 물론 상기 프론트 커버의 생략도 가능하여 부품수를 줄일 수 있고 다양한 설계가 가능하며, 또한 프론트 베어링이 위치한 하우징측에는 냉각유로를 지그재그 형태로 형성하고 모터가 위치한 하우징측에는 냉각유로를 스크류 형태로 형성하여 베어링과 모터의 냉각효율을 향상할 수 있는 공작기계의 스핀들 유닛 냉각장치에 관한 것이다.

Description

공작기계의 스핀들 유닛 냉각장치{Spindle unit cooling device of machine tool}
본 발명은 공작기계의 스핀들 유닛 냉각장치에 관한것으로써, 더욱 상세하게는 하우징의 내부에 스핀들을 회전시키는 모터 및 베어링을 설치한 스핀들 유닛에서, 상기 베어링과 모터의 냉각을 위해 상기 하우징에 지그재그 형태의 냉각유로를 형성하되, 상기 냉각유로의 유턴 유로부를 하우징의 외경측에 형성한 공작기계의 스핀들 유닛 냉각장치에 관한 것이다.
최근 공작기계의 가공속도를 향상시키기 위하여 주축의 고속화가 요구되고 있다. 이때 스핀들을 회전시키는 모터와 베어링의 발열에 의한 베어링 마모 및 파손을 방지하고 열팽창에 의한 스핀들의 변형을 방지하기 위하여 냉각을 반드시 수반하여야 한다.
이러한 공작기계의 스핀들 유닛을 냉각하기 위한 기술로서, 국내 등록 특허번호 제10-1071171호는, 하우징의 내부에 스핀들을 회전시키는 모터와 베어링이 설치되고, 상기 하우징에는 베어링과 모터를 냉각하기 위한 냉각유로가 형성된다.
따라서, 상기 냉각유로로 냉각 유체를 순환시킴으로써, 상기 베어링과 모터를 냉각하게 되는것이다.
상기 냉각유로는, 상기 하우징을 축방향으로 관통하는 복수개 축방향 연장부들과, 상기 하우징의 양단부 표면에 형성되어 두 개의 인접한 축방향 연장부들의 유체흐름을 연결해주는 원주방향 연장부들과, 상기 하우징의 양단부에서 상기 원주방향 연장부들의 외측 개구부위를 밀폐하는 커버 플레이트로 구성된다.
도 1은 상기 종래기술과 동일한 냉각유로 구조를 갖는 스핀들 유닛(1) 냉각장치를 나타내는 도면으로서, 하우징(10)의 내부에 스핀들(미도시)을 회전시키는 모터(11)와 베어링(12)이 설치되고, 상기 하우징(1)에는 지그재그 형태의 냉각유로(20)가 형성되는데, 상기 냉각유로(20)는 축방향으로 형성되는 복수개의 직선 유로부(21)와, 상기 서로 인접한 직선 유로부(21)의 유체흐름을 연결해주는 유턴 유로부(22)로 구성된다.
또한, 상기 하우징(10)의 프런트측 단부에는 프런트 커버(30)가 볼트 결합되고, 상기 하우징(10)의 리어측 단부에는 리어 베어링 하우징(40)이 볼트 결합된다.
이때, 상기 유턴 유로부(22)는 상기 하우징(10)의 양단부에 결합되는 프런트 커버(30)의 결합면과 리어 베어링 하우징(40)의 결합면에 각각 형성된다.
그러나, 상기 종래기술은, 상기 유턴 유로부(22)가 상기 하우징(10)의 양단부 결합면측에 형성되기 때문에 상기 하우징(10)의 양단부측에 프론트 커버(30)나 리어 베어링 하우징(40)의 볼트 결합을 위한 볼트 설치 공간의 설계에 제한이 많은 문제가 있고, 상기 프런트 커버(30)도 필수로 설치해야하므로 부품수가 증가하는 문제도 있었다.
상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 하우징의 내부에 스핀들을 회전시키는 모터 및 베어링을 설치한 스핀들 유닛에서, 상기 베어링과 모터의 냉각을 위해 상기 하우징에 지그재그 형태의 냉각유로를 형성하되, 상기 냉각유로의 유턴 유로부를 하우징의 외경측에 형성함으로써, 상기 하우징의 양단부에 프론트 커버와 리어 베어링 하우징의 볼트 결합을 위한 볼트 설치 공간의 설계가 자유로움은 물론 상기 프론트 커버의 생략도 가능하여 부품수를 줄일 수 있고 다양한 설계가 가능하며, 또한 프론트 베어링이 위치한 하우징측에는 냉각유로를 지그재그 형태로 형성하고 모터가 위치한 하우징측에는 냉각유로를 스크류 형태로 형성하여 베어링과 모터의 냉각효율을 향상할 수 있는 공작기계의 스핀들 유닛 냉각장치를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 내부에 스핀들을 회전가능하게 지지하는 베어링이 설치된 하우징과, 상기 하우징의 내부에 설치되며 상기 스핀들을 회전시키는 모터가 구비된 모터케이스와, 상기 하우징에 냉각 유체가 유동하도록 형성되어 상기 베어링과 모터를 냉각하는 냉각유로를 포함하여 이루어진 공작기계의 스핀들 유닛 냉각장치에 있어서, 상기 냉각유로는, 상기 하우징에 축방향으로 형성되며 서로 원주방향으로 일정간격 이격되는 복수개의 직선 유로부와, 상기 복수개 직선 유로부의 양단부측에서 하나의 직선 유로부와 다음 직선 유로부를 연결하여 냉각 유체의 흐름을 연결해주는 유턴 유로부로 구성되어, 상기 냉각 유체가 상기 냉각유로를 지그재그 형태로 유동하며, 상기 직선 유로부의 양단부측 유턴 유로부 중 적어도 일단부측 유턴 유로부는 상기 하우징의 외경측에 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 하우징의 내부에 스핀들을 회전시키는 모터 및 베어링을 설치한 스핀들 유닛에서, 상기 베어링과 모터의 냉각을 위해 상기 하우징에 지그재그 형태의 냉각유로를 형성하되, 상기 냉각유로의 유턴 유로부를 하우징의 외경측에 형성함으로써, 상기 하우징의 양단부에 프론트 커버와 리어 베어링 하우징의 볼트 결합을 위한 볼트 설치 공간의 설계가 자유로움은 물론 상기 프론트 커버의 생략도 가능하여 부품수를 줄일 수 있고 다양한 설계가 가능하다.
또한, 프론트 베어링이 위치한 하우징측에는 냉각유로를 지그재그 형태로 형성하고 모터가 위치한 하우징측에는 모터냉각유로를 스크류 형태로 형성함으로써, 지그재그 방식 냉각유로의 냉각 구조를 통해 프론트측 베어링의 냉각을 원활히 하면서도 스크류 방식 모터냉각유로의 냉각 구조를 통해 모터의 냉각 효율성을 증대할 수 있고, 스크류 냉각 방식만을 사용하는 경우 보다 적은 공간에서 냉각순환구조를 형성할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 스핀들 유닛 냉각장치를 나타내는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 공작기계의 스핀들 유닛 냉각장치를 나타내는 단면도,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 공작기계의 스핀들 유닛 냉각장치의 하우징을 나타내는 사시도,
도 4는 도 3에서 유턴 유로부에 밀폐부재의 결합 전,후를 나타내는 사시도,
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 공작기계의 스핀들 유닛 냉각장치의 하우징을 나타내는 사시도이다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 공작기계의 스핀들 유닛 냉각장치는, 스핀들 유닛(100)에 냉각유로(140)를 구성한 것이다.
상기 스핀들 유닛(100)은, 크게 스핀들(101)과, 하우징(105)과, 모터(116)를 갖는 모터케이스(115)로 구성된다.
상기 스핀들(101)은, 상기 하우징(105)의 내부에 회전가능하게 설치되며, 일단부에는 공구(101b)를 장착하기 위한 콜릿(101a)이 설치된다.
상기 하우징(105)은, 원통 형태로서, 내부에는 상기 스핀들(101)을 회전가능하게 지지하는 베어링(111,112)이 설치된다.
상기 하우징(105)은, 모터 하우징(110)과 리어 베어링 하우징(120)이 볼트 결합되어 구성된다.
이때, 상기 하우징(105) 내부의 전방측과 후방측에 각각 베어링(111,112)이 설치되는데, 상기 전방측 베어링(111)은 상기 모터 하우징(110)의 내부에 설치되고, 상기 후방측 베어링(112)은 상기 리어 베어링 하우징(120)의 내부에 설치된다.
상기 모터 하우징(110)의 내부에는 상기 모터케이스(115)가 삽입 설치되는데, 이때 상기 전방측 베어링(111)은 모터 하우징(110)의 내부에서 상기 모터케이스(115)의 전방측에 설치된다.
한편, 상기 모터 하우징(110)의 내부에 상기 모터케이스(115)를 삽입한 후 상기 모터 하우징(110)과 리어 베어링 하우징(120)를 볼트 결합함으로써 상기 모터 하우징(110)내에서 모터케이스(115)가 고정되게 된다.
아울러, 상기 모터케이스(115)의 내부에는 상기 스핀들(101)을 회전시키는 모터(115)가 설치된다.
그리고, 상기 하우징(105)에는 냉각 유체가 유동하도록 냉각유로(140)가 형성되어 상기 베어링(111,112)과 모터(116)를 냉각하게 된다.
이때, 상기 냉각 유체로는 냉각수를 사용할 수 있으며, 냉각수 외에도 다양한 열교환매체를 사용할 수 있다.
상기 냉각유로(140)는, 상기 냉각 유체가 상기 하우징(105)에서 지그재그 형태로 유동하도록 형성되며, 직선 유로부(141)와 유턴 유로부(142)를 통해 지그재그 형태의 유로를 형성하게 된다.
상기 직선 유로부(141)는, 상기 하우징(105)에 축방향으로 형성되며 서로 원주방향으로 일정간격 이격되어 복수개 형성된다.
상기 유턴 유로부(142)는, 상기 복수개 직선 유로부(141)의 양단부측에서 하나의 직선 유로부(141)와 다음 직선 유로부(141)를 연결하여 냉각 유체의 흐름을 연결해주게 된다.
이처럼, 상기 하우징(105)에 서로 일정간격 이격된 복수개의 직선 유로부(141)를 축방향으로 형성하고, 상기 복수개 직선 유로부(141)에서 서로 인접한 직선 유로부(141)의 유체 흐름을 연결해주는 유턴 유로부(142)를 형성함으로써, 상기 하우징에 지그재그 형태의 냉각유로(140)가 형성되는 것이다.
한편, 복수개의 직선 유로부(141) 중 하나는 냉각 유체가 유입되는 유입용으로 사용되고, 상기 유입용 직선 유로부(141)와 인접한 다른 하나는 냉각유로(140)를 통과한 냉각 유체가 배출되는 배출용으로 사용된다.
그리고, 본 발명에서는, 상기 직선 유로부(141)의 양단부측 유턴 유로부(142) 중 적어도 일단부측 유턴 유로부(142)는 상기 하우징(105)의 외경측에 형성된다.
즉, 종래에는 상기 유턴 유로부(142)를 상기 하우징(105)의 양단부 결합면측에 형성하였지만, 본 발명에서는 상기 유턴 유로부(142)를 상기 하우징(105)의 외경측에 형성한 것이다.
이처럼, 상기 유턴 유로부(142)를 상기 하우징(105)의 외경측에 형성하게 되면, 상기 하우징(105)의 양단부에 프론트 커버(130)와 리어 베어링 하우징(120)의 볼트 결합을 위한 볼트 설치 공간의 설계가 자유로운 장점이 있다.
즉, 상기 유턴 유로부(142)가 하우징(105)의 양단부에서 결합면의 공간을 차지하지 않기 때문에 상기 하우징(105)의 양단부에 프론트 커버(130)와 리어 베어링 하우징(120)의 볼트 결합을 위한 볼트 설치 공간(볼트공 위치 등)의 설계가 자유로운 것이다.
상기한 유턴 유로부(142)는, 상기 하우징(105)의 외경 면에 일정 깊이로 형성되어 상기 하나의 직선 유로부(141)와 다음 직선 유로부(141)를 연통시키는 연통홈(142a)과, 상기 연통홈(142a)의 개방된 외측을 밀폐하는 밀폐부재(142b)에 의해 형성된다.
이때, 상기 밀폐부재(142b)는, 상기 하우징(105)과 동일 재질로 형성되어 하우징(105)에 용접됨으로써, 냉각유체의 누수를 방지하게 된다.
그리고, 상기 유턴 유로부(142)의 설치 위치는 아래의 두가지 실시예로 구성할 수 있다.
제1실시예는, 도 3과 같이, 상기 직선 유로부(141)의 양단부측 유턴 유로부(142)를 모두 상기 하우징(105)의 외경측(외경 면)에 형성할 수 있다.
이 경우에는, 상기 하우징(105)의 프론트측 일단부에 결합되는 상기 프론트 커버(130)의 생략할 수 있는데, 즉, 상기 프론트 커버(130) 없이도 냉각유체의 순환구조를 완성할 수 있어 다양한 설계가 가능함은 물론 부품수도 줄일 수 있다.
한편, 상기 복수개의 직선 유로부(141)를 상기 하우징(105)에 축방향으로 형성할 때, 상기 하우징(105)의 단부측에서 축방향으로 가공하게 되므로 도 4와 같이 상기 직선 유로부(141)의 일단부는 하우징(105)의 단부측에서 개방되고 타단부는 상기 유턴 유로부(142)까지만 관통되게 형성된다.
이때, 상기 하우징(105)의 단부측에서 개방되는 직선 유로부(141)의 일단부에는 별도의 밀폐부재(143)가 삽입 설치되어 밀폐 된다.
제2실시예는, 도 5와 같이, 상기 직선 유로부(141)의 양단부측 유턴 유로부(142) 중 일단부측 유턴 유로부(142)는 상기 하우징(105)의 외경측에 형성되고, 타단부측 유턴 유로부(142)는 상기 하우징(105)의 단부측(결합면측)에 형성한 것이다.
이때, 상기 하우징(105)의 단부측에 형성된 유턴 유로부(142)는, 상기 하우징(105)의 프런트측 단부에 별도로 볼트 결합되는 프런트 커버(130)의 결합면에 일정 깊이로 형성되어 상기 하나의 직선 유로부(141)와 다음 직선 유로부(141)를 연통시키는 연통홈(142c)에 의해 형성된다.
또한, 상기 모터케이스(115)의 외경 면에는 스크류 형태의 모터냉각유로(117)가 형성되고, 상기 복수개의 직선 유로부(141) 중 하나는 상기 모터냉각유로(117)와 연결된다.
이때, 상기 복수개의 직선 유로부(141) 중 냉각유체가 유입되는 유입용 직선 유로부(141)가 상기 모터냉각유로(117)와 연결된다.
따라서, 상기 냉각유로(140)로 유입되는 냉각유체가 상기 모터냉각유로(117)를 먼저 유동하면서 모터(116)를 냉각한 후, 상기 냉각유로(140)로 유동하여 베어링(111,112)을 냉각하게 된다.
이처럼, 제2실시예에서는 지그재그 방식 냉각유로(140)의 냉각 구조를 통해 프론트측 베어링(111)의 냉각을 원활히 하면서도 스크류 방식 모터냉각유로(117)의 냉각 구조를 통해 모터(116)의 냉각 효율성을 증대시킨 것이며, 스크류 냉각 방식만을 사용하는 경우 보다 적은 공간에서 냉각순환구조를 형성할 수 있는 장점이 있다.
한편, 상기 하우징(105)과 프론트 커버(130)의 사이에는 오링(145)이 설치되어 유턴 유로부(142)를 실링하게 된다.
이하, 본 발명에 따른 공작기계의 스핀들 유닛 냉각장치의 작용을 설명하기로 한다.
먼저, 냉각 유체가 상기 하우징(105)의 냉각유로(140)로 유입되면, 이 냉각 유체는 상기 냉각유로(140)를 따라 지그재그 형태로 유동하게 되고, 이 과정에서 상기 하우징(105)의 내부에 설치된 모터(116)와 베어링(111,112)을 냉각한 후 배출된다.
한편, 상기 모터케이스(115)에 스크류 형태의 모터냉각유로(117)를 형성하여 상기 냉각유로(140)와 연결한 경우에는, 상기 냉각 유체가 상기 모터냉각유로(117)를 먼저 유동하면서 모터(116)를 냉각한 후, 상기 냉각유로(140)를 따라 지그재그 형태로 유동하게 되면서 베어링(111,112)을 냉각하게 되고, 이후 배출되게 된다.
100: 스핀들 유닛 101: 스핀들
105: 하우징
110: 모터 하우징 111,112: 베어링
120: 리어 베어링 하우징 130: 프론트 커버
140: 냉각유로 141: 직선 유로부
142: 유턴 유로부 142a,142c: 연통홈
142b,143: 밀폐부재

Claims (7)

  1. 내부에 스핀들(101)을 회전가능하게 지지하는 베어링(111,112)이 설치된 하우징(105)과,
    상기 하우징(105)의 내부에 설치되며 상기 스핀들(101)을 회전시키는 모터(116)가 구비된 모터케이스(115)와,
    상기 하우징(105)에 냉각 유체가 유동하도록 형성되어 상기 베어링(111,112)과 모터(116)를 냉각하는 냉각유로(140)를 포함하여 이루어진 공작기계의 스핀들 유닛 냉각장치에 있어서,
    상기 냉각유로(140)는,
    상기 하우징(105)에 축방향으로 형성되며 서로 원주방향으로 일정간격 이격되는 복수개의 직선 유로부(141)와, 상기 복수개 직선 유로부(141)의 양단부측에서 하나의 직선 유로부(141)와 다음 직선 유로부(141)를 연결하여 냉각 유체의 흐름을 연결해주는 유턴 유로부(142)로 구성되어, 상기 냉각 유체가 상기 냉각유로(140)를 지그재그 형태로 유동하며,
    상기 직선 유로부(141)의 양단부측 유턴 유로부(142) 중 적어도 일단부측 유턴 유로부(142)는 상기 하우징(105)의 외경측에 형성되고,
    상기 유턴 유로부(142)는, 상기 하우징(105)의 외경 면에 일정 깊이로 형성되어 상기 하나의 직선 유로부(141)와 다음 직선 유로부(141)를 연통시키는 연통홈(142a)과, 상기 연통홈(142a)의 외측을 밀폐하는 밀폐부재(142b)에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 공작기계의 스핀들 유닛 냉각장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 직선 유로부(141)의 양단부측 유턴 유로부(142)는 모두 상기 하우징(105)의 외경측에 형성된 것을 특징으로 하는 공작기계의 스핀들 유닛 냉각장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 직선 유로부(141)의 양단부측 유턴 유로부(142) 중 일단부측 유턴 유로부(142)는 상기 하우징(105)의 외경측에 형성되고, 타단부측 유턴 유로부(142)는 상기 하우징(105)의 단부측에 형성된 것을 특징으로 하는 공작기계의 스핀들 유닛 냉각장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 밀폐부재(142b)는, 상기 하우징(105)과 동일 재질로 형성되어 하우징(105)에 용접되는 것을 특징으로 하는 공작기계의 스핀들 유닛 냉각장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 하우징(105)의 단부측에 형성된 유턴 유로부(142)는, 상기 하우징(105)의 단부측에 별도로 볼트 결합되는 프론트 커버(130)의 결합면에 일정 깊이로 형성되어 상기 하나의 직선 유로부(141)와 다음 직선 유로부(141)를 연통시키는 연통홈(142c)에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 공작기계의 스핀들 유닛 냉각장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터케이스(115)의 외경 면에는 스크류 형태의 모터냉각유로(117)가 형성되고,
    상기 복수개의 직선 유로부(141) 중 하나는 상기 모터냉각유로(117)와 연결되는 것을 특징으로 하는 공작기계의 스핀들 유닛 냉각장치.
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