KR101986741B1 - 보링가공용 터닝머신 증속스핀들장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 제1 스핀들 본체와, 일단에는 주구동축이 결합되는 구동축 결합구가 형성되고, 타단에는 공구가 삽입되는 제1 공구삽입구가 형성된 제1 구동축과, 상기 제1 구동축과 동심으로 결합되는 제1 타이밍 기어를 포함하는, 저속 스핀들모듈; 및 상기 제 스핀들 본체에 고정된 제2 스핀들 본체 내측에 회전가능하도록 형성된 제2 구동축과, 상기 제2 구동축과 동심으로 결합되는 제2 타이밍 기어를 포함하는 고속 스핀들모듈;로 이루어지되, 상기 제1 타이밍 기어와 상기 제2 타이밍 기어는 타이밍 벨트에 의해 연동하고, 상기 제2 타이밍 기어는 상기 제1 타이밍 기어보다 상대적으로 크게 형성되어, 타이밍 벨트에 의한 증속에 의해서, 증속시 소음을 최소화할 수 있고, 공구의 센터링 정렬을 일정하고 지속적으로 유지할 수 있는, 보링가공용 터닝머신 증속스핀들장치를 제공한다.

Description

보링가공용 터닝머신 증속스핀들장치{High Spindle Device having Turning machine for Boring}

본 발명은 보링가공용 터닝머신 증속스핀들장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 타이밍 벨트에 의한 증속에 의해서, 증속시 소음을 최소화할 수 있고, 공구의 센터링 정렬을 일정하고 지속적으로 유지할 수 있는, 보링가공용 터닝머신 증속스핀들장치에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이, 공작기계의 가공 절삭력을 높이기 위해서 스핀들축의 회전 토크를 증가시키는데, 감속모듈을 통해서 스핀들축의 토크를 증가시키곤 한다.

예컨대, 감속 기어단 및 변속단을 스핀들축에 교합시켜 요구되는 토크를 제공하도록 한다. 전술한 바와 같은 선행기술로서, 한국등록특허 제10-1464000호(공작 기계용 스핀들 장치)가 개시되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래기술에 의한 공작 기계용 스핀들 장치는, 스핀들 축(50)에 형성된 기어(51, 52), 프레임(40)의 일단부에 배치된 모터(80), 모터 기어(70), 모터(80)로부터의 추력을 스핀들 축(50)으로 전달하는 아이들 축(60), 기어(51,52)와 선택적으로 맞물리는 기어부(62,63)를 포함하는 중간 기어(61), 및 배어링(44)을 포함하여, 기어 트레인에 의해 변속하여 스핀들축에 전달한다.

하지만, 기어 트레인에 의한 변속 또는 증속은, 가공시, 과도한 소음을 발생시키며, 기어간 물리적 마찰에 의해 쉽게 과열되며, 변속 또는 증속을 위한 구성이 복잡해지고, 이에 따라 유지보수가 어려운 문제점이 있다.

한국등록특허 제10-1464000호(공작 기계용 스핀들 장치)

본 발명의 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는, 증속시 소음을 최소화하며, 기어간 물리적 마찰에 의한 발열을 제거하며, 변속 또는 증속을 위한 구성을 단순화하고, 유지보수를 쉽게 할 수 있는, 보링가공용 터닝머신 증속스핀들장치를 제공하는 데 있다.

전술한 목적을 달성하고자, 본 발명은, 소정 형상의 제1 스핀들 본체와, 상기 제1 스핀들 본체 내측에 회전가능하도록 형성되며, 일단에는 주구동축이 결합되는 구동축 결합구가 형성되고, 타단에는 공구가 삽입되는 제1 공구삽입구가 형성된 제1 구동축과, 상기 제1 스핀들 본체 내측과 상기 제1 구동축 사이에 형성된 제1 베어링과, 상기 제1 구동축과 동심으로 결합되는 제1 타이밍 기어로 구성되는, 저속 스핀들모듈; 및 상기 제1 스핀들 본체의 일측에 고정 형성된 제2 스핀들 본체와, 상기 제2 스핀들 본체 일측에 형성되며 절삭유가 주입되는 절삭유 주입구와, 상기 제2 스핀들 본체 내측에 회전가능하도록 형성되며, 일단에는 상기 절삭유 주입구로부터 주입되는 절삭유가 유동하는 절삭유 라인이 관통 형성되고, 타단에는 공구가 삽입되는 제2 공구삽입구가 형성된 제2 구동축과, 상기 제2 스핀들 본체 내측과 상기 제2 구동축 사이에 형성된 제2 베어링과, 상기 제2 구동축과 동심으로 결합되는 제2 타이밍 기어로 구성되고, 상기 절삭유는 상기 절삭유 라인과 연통된 상기 제2 공구삽입구에 삽입된 공구에 형성된 분출구를 통해 분사되는, 고속 스핀들모듈;로 이루어지되, 상기 제1 타이밍 기어와 상기 제2 타이밍 기어는 타이밍 벨트에 의해 연동하고, 상기 제2 타이밍 기어는 상기 제1 타이밍 기어보다 상대적으로 크게 형성되어 상기 제2 공구삽입구에 삽입된 공구에 의해 고속가공하는, 보링가공용 터닝머신 증속스핀들장치를 제공한다.

여기서, 상기 제2 스핀들 본체 일측에는 냉각수 주입구가 형성되며 타측에는 냉각수 배출구가 형성되고, 상기 제2 구동축과 대향하는 상기 제2 스핀들 본체의 내측에는 나선형 냉각수 라인이 형성되며, 상기 냉각수 주입구로부터 주입된 냉각수가 상기 나선형 냉각수 라인을 통과하여 상기 냉각수 배출구로 배출될 수 있다.

또한, 냉각수를 대체하여 냉기가 상기 냉각수 주입구로 주입되어 상기 나선형 냉각수 라인을 통과한 후 상기 냉각수 배출구로 배출될 수 있다.

또한, 상기 나선형 냉각수 라인의 일측과 연통되어 상기 제2 스핀들 본체 외측에 니플이 형성되고, 냉각수를 대체하여 절삭유가 상기 냉각수 주입구로 주입되어 상기 니플로 유동하여 상기 니플에 연결된 분사호스를 통해서 상기 제2 공구삽입구에 삽입된 공구의 첨단을 향해 분사할 수 있다.

또한, 상기 저속 스핀들모듈 및 상기 고속 스핀들 모듈의 가공대상을 고정시키는 터닝척 및 상기 터닝척을 회전시키는 구동부를 구비한 터닝 장치를 더 포함할 수도 있다.

본 발명에 의하면, 타이밍 벨트에 의한 증속에 의해서, 증속시 소음을 최소화할 수 있고, 공구의 센터링 정렬을 일정하고 지속적으로 유지하여 가공 정밀도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 가공대상, 가공방법 또는 가공속도에 따라, 동일한 냉각라인을 통해서 수냉방식 또는 공냉방식을 선택적으로 적용할 수 있는 효과가 있다.

또한, 가공대상, 가공방법 또는 가공속도에 따라, 절삭유를 선택적으로 공구의 중앙으로 분사하거나, 냉각라인을 통한 절삭유 주입을 통해서 측면으로 분사하여, 냉각 효율 및 가공효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 저속가공과 고속가공의 교차 가공을 반복하더라도 가공대상의 이동없이 동일한 스핀들장치로 가공할 수 있는 효과가 있다.

더 나아가, 중대형 가공대상의 저속가공 후 추가적인 후속 고속가공을 위한 가공대상의 이동시 발생할 수 있는 작업자의 안전사고 및 가공대상의 파손을 예방할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 의한 공작 기계용 스핀들 장치를 예시한 것이다.
도 2는 본 발명에 의한 보링가공용 터닝머신 증속스핀들장치의 개략적인 구성도이다.
도 3은 도 2의 고속 스핀들 모듈을 분리 확대도시한 것이다.
도 4는 도 3의 고속 스핀들 모듈의 변형을 예시한 것이다.
도 5는 도 2의 보링가공용 터닝머신 증속스핀들장치의 유압 계통을 도식화한 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 전술한 특징을 갖는 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하고자 한다.

도 2는 본 발명에 의한 보링가공용 터닝머신 증속스핀들장치의 개략적인 구성도이며, 도 3은 도 2의 고속 스핀들 모듈을 분리 확대도시한 것이며, 도 4는 도 3의 고속 스핀들 모듈의 변형을 예시한 것이고, 도 5는 도 2의 보링가공용 터닝머신 증속스핀들장치의 유압 계통을 도식화한 것이다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 의한 보링가공용 터닝머신 증속스핀들장치는, 전체적으로, 터닝척(미도시)에 고정된 가공대상을 저속 가공하는 저속 스핀들 모듈(110)과, 저속가공된 가공대상을 고속 가공하는 고속 스핀들 모듈(120)로 구성된다.

우선, 저속 스핀들 모듈(110)은, 터닝척에 고정된 중대형 가공대상을 저속, 예컨대 2,500rpm 전후의 회전속도로 외형을 가공하거나 보링하거나 홀가공한다.

구체적으로, 저속 스핀들 모듈(110)은, 소정 형상의 제1 스핀들 본체(111)와, 제1 스핀들 본체(111) 내측에 회전가능하도록 형성되며, 일단에는 주구동축(미도시)이 결합되는 구동축 결합구(112a)가 형성되고, 타단에는 공구가 삽입 결착되는 제1 공구삽입구(112b)가 형성된 제1 구동축(112)과, 제1 스핀들 본체(111) 내측과 제1 구동축(112) 사이에 형성된 제1 베어링(113)과, 제1 구동축(112)과 동심으로 결합되는 제1 타이밍 기어(114)로 구성된다.

여기서, 도시되지는 않았으나, 가공시, 제1 공구삽입구(112b)에 결착된 공구의 첨단으로 절삭유를 제공하도록 절삭유 주입구와, 절삭유 주입구와 연통되는 제1 구동축(112) 및 제1 공구삽입구(112b)의 절삭유 라인이 형성되고, 절삭유 라인이 공구에 형성된 절삭유 배출라인과 연통되도록 형성될 수 있다.

또한, 제1 베어링(113)을 냉각하는 냉기 또는 냉각수를 공급하는 냉각 라인이 제1 베어링(113)에 인접하여 형성될 수도 있다.

다음, 고속 스핀들 모듈(120)은, 터닝척에 고정된 중대형 가공대상을 고속, 예컨대 10,000rpm 내지 50,000rmp의 회전속도로, 정밀하고 미세하게, 엔드밀 가공하거나 보링하거나 홀가공한다.

구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 고속 스핀들 모듈(120)은, 제1 스핀들 본체(111)의 일측에 고정 형성된 소정 형상의 제2 스핀들 본체(121)와, 제2 스핀들 본체(121) 일측에 형성되며 절삭유가 주입되는 절삭유 주입구(122a)와, 제2 스핀들 본체(121) 내측에 회전가능하도록 형성되며, 일단에는 절삭유 주입구(122a)로부터 주입되는 절삭유가 유동하는 절삭유 라인(122b)이 관통 형성되고, 타단에는 공구(10)가 삽입되는 제2 공구삽입구(122c)가 형성된 제2 구동축(122)과, 제2 스핀들 본체(121) 내측과 제2 구동축(122) 사이에 형성된 제2 베어링(123)과, 제2 구동축(122)과 동심으로 결합되는 제2 타이밍 기어(124)로 구성되고, 절삭유는 절삭유 라인(112b)과 연통된 제2 공구삽입구(122c)에 삽입된 공구(10)에 형성된 분출구(11)를 통해 가공대상과 공구(10)의 첨단 사이에 분사된다.

여기서, 저속 스핀들 모듈(110)의 제1 타이밍 기어(114)와 고속 스핀들 모듈(120)의 제2 타이밍 기어(124)는 타이밍 벨트(131)에 의해 연동하여 회전하고, 제2 타이밍 기어(124)는 제1 타이밍 기어(114)보다 상대적으로 크게 형성된다.

이에 따라, 제1 구동축(112)의 회전을 증속하여 제2 구동축(122)으로 추력을 제공하여서, 제2 공구삽입구(122c)에 삽입된 공구(10)에 의해 가공대상을 고속가공한다.

따라서, 타이밍 벨트(131)에 의한 증속에 의해서, 증속시 소음을 최소화할 수 있고, 공구(10)의 센터링 정렬을 일정하고 지속적으로 유지할 수 있다.

또한, 제2 스핀들 본체(121) 일측에는 냉각수 주입구(125)가 형성되며 타측에는 냉각수 배출구가 형성되고, 제2 구동축(122)과 대향하는 제2 스핀들 본체(121)의 내측에는 나선형 냉각수 라인(127)이 형성되며, 냉각수 주입구(125)로부터 주입된 냉각수가 나선형 냉각수 라인(127)을 통과하여 냉각수 배출구로 배출되어서, 제2 베어링(123)을 수냉방식으로 냉각할 수 있다.

여기서, 나선형 냉각수 라인(127)은 솔레노이드 밸브 형태로 제2 베어링(123)을 감싸는 형상으로 형성될 수 있다.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이 냉각수를 대체하여 냉기가 냉각수 주입구(125)로 주입되어 나선형 냉각수 라인(127)을 통과한 후 냉각수 배출구로 배출되어서, 제2 베어링(123)을 공냉방식으로 냉각할 수 있다.

즉, 가공대상 또는 가공방법에 따라 수냉방식 또는 공냉방식을 선택하여, 동일한 유동경로를 활용할 수 있다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 나선형 냉각수 라인(127)의 일측과 연통되어 제2 스핀들 본체(121) 외측에 니플(141)이 형성되고, 냉각수를 대체하여 절삭유가 냉각수 주입구(125)로 주입되어 니플(141)로 유동하여 니플(141)에 연결된 분사호스(142)를 통해서 제2 공구삽입구(122c)에 삽입된 공구(10)의 첨단을 향해 분사하여서, 절삭유를 절삭유 라인(112b) 및 분출구(11)를 통해서 중앙으로 분사하면서 동시에 공구(10)의 측면에서도 분사할 수도 있다.

즉, 가공대상, 가공방법 또는 회전속도에 따라, 절삭유를 선택적으로 중앙 분사하거나 측면 분사할 수 있거나, 중앙 분사와 측면 분사를 동시에 구현하여 초고속의 회전가공에 의한 과도한 발열을 방지할 수도 있다.

또한, 가공대상, 가공방법 또는 회전속도에 따라, 니플(141)을 통해, 절삭유를 대체하여, 냉각수 또는 냉기가 주입되어 측면 분사하여서, 분출구(11)를 통해서 절삭유를 분사하고, 니플(141)을 통해서 냉각수 또는 냉기를 분사하여 가공과 냉각을 수행할 수도 있다.

여기서, 니플(141)을 통해서 냉각수 또는 냉기가 분사되어도, 냉각수 또는 냉기는 나선형 냉각수 라인(127)를 통과하므로 동시에 제2 베어링(123)을 냉각시킬 수 있다.

한편, 도시되지는 않았으나, 저속 스핀들모듈 및 고속 스핀들 모듈의 가공대상을 고정시키는 터닝척 및 터닝척을 회전시키는 구동부를 구비한 터닝 장치를 추가로 포함할 수도 있다.

즉, 터닝 장치는, 스핀들모듈의 이동 및 회전 구동없이, 가공대상을 일정속도 또는 일정방향으로 회전시켜서 저속 스핀들모듈 및 고속 스핀들 모듈이 측면 가공하도록 할 수 있다.

한편, 전술한 구성은 보링가공용에 한정되지 않으며, 밀링가공, 엔드밀가공, 면취가공, 홀가공, 및 드릴가공에도 동일하게 적용될 수 있다.

또한, 분사된 절삭유 및 냉각수는 순환구조의 필터모듈 및 회수모듈에 의해 재사용될 수 있다.

따라서, 전술한 바와 같은 구성의 보링가공용 터닝머신 증속스핀들장치에 의하면, 타이밍 벨트에 의한 증속에 의해서, 증속시 소음을 최소화할 수 있고, 공구의 센터링 정렬을 일정하고 지속적으로 유지할 수 있으며, 가공대상, 가공방법 또는 가공속도에 따라, 동일한 냉각라인을 통해서 수냉방식 또는 공냉방식을 선택적으로 적용할 수 있으며, 가공대상, 가공방법 또는 가공속도에 따라, 절삭유를 선택적으로 공구의 중앙 또는 냉각라인을 통한 절삭유 주입을 통해서 측면으로 분사하여 가공효율을 향상시킬 수 있으며, 저속가공과 고속가공의 교차 가공을 반복하더라도 가공대상의 이동없이 동일한 스핀들장치로 가공할 수 있고, 저속가공 후 고속가공을 위한 가공대상의 이동시 발생할 수 있는 안전사고 및 가공대상의 파손을 예방할 수 있다.

본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

110 : 저속 스핀들 모듈 111 :제1 스핀들 본체
112 : 제1 구동축 113 : 제1 베어링
114 : 제1 타이밍 기어 120 : 고속 스핀들 모듈
121 : 제2 스핀들 본체 122 : 제2 구동축
123 : 제2 베어링 124 : 제2 타이밍 기어
131 : 타이밍 벨트 141 : 니플

Claims (5)

1. 소정 형상의 제1 스핀들 본체와, 상기 제1 스핀들 본체 내측에 회전가능하도록 형성되며, 일단에는 주구동축이 결합되는 구동축 결합구가 형성되고, 타단에는 공구가 삽입되는 제1 공구삽입구가 형성된 제1 구동축과, 상기 제1 스핀들 본체 내측과 상기 제1 구동축 사이에 형성된 제1 베어링과, 상기 제1 구동축과 동심으로 결합되는 제1 타이밍 기어로 구성되는, 저속 스핀들모듈; 및 상기 제1 스핀들 본체의 일측에 고정 형성된 제2 스핀들 본체와, 상기 제2 스핀들 본체 일측에 형성되며 절삭유가 주입되는 절삭유 주입구와, 상기 제2 스핀들 본체 내측에 회전가능하도록 형성되며, 일단에는 상기 절삭유 주입구로부터 주입되는 절삭유가 유동하는 절삭유 라인이 관통 형성되고, 타단에는 공구가 삽입되는 제2 공구삽입구가 형성된 제2 구동축과, 상기 제2 스핀들 본체 내측과 상기 제2 구동축 사이에 형성된 제2 베어링과, 상기 제2 구동축과 동심으로 결합되는 제2 타이밍 기어로 구성되고, 상기 절삭유는 상기 절삭유 라인과 연통된 상기 제2 공구삽입구에 삽입된 공구에 형성된 분출구를 통해 분사되는, 고속 스핀들모듈;로 이루어지되, 상기 제1 타이밍 기어와 상기 제2 타이밍 기어는 타이밍 벨트에 의해 연동하고, 상기 제2 타이밍 기어는 상기 제1 타이밍 기어보다 상대적으로 크게 형성되어 상기 제2 공구삽입구에 삽입된 공구에 의해 고속가공하고,
   상기 제2 스핀들 본체 일측에는 냉각수 주입구가 형성되며 타측에는 냉각수 배출구가 형성되고,
   상기 제2 구동축과 대향하는 상기 제2 스핀들 본체의 내측에는 나선형 냉각수 라인이 형성되며, 상기 냉각수 주입구로부터 주입된 냉각수가 상기 나선형 냉각수 라인을 통과하여 상기 냉각수 배출구로 배출되는, 보링가공용 터닝머신 증속스핀들장치.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   냉각수를 대체하여 냉기가 상기 냉각수 주입구로 주입되어 상기 나선형 냉각수 라인을 통과한 후 상기 냉각수 배출구로 배출되는 것을 특징으로 하는, 보링가공용 터닝머신 증속스핀들장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 나선형 냉각수 라인의 일측과 연통되어 상기 제2 스핀들 본체 외측에 니플이 형성되고,
   냉각수를 대체하여 절삭유가 상기 냉각수 주입구로 주입되어 상기 니플로 유동하여 상기 니플에 연결된 분사호스를 통해서 상기 제2 공구삽입구에 삽입된 공구의 첨단을 향해 분사하는 것을 특징으로 하는, 보링가공용 터닝머신 증속스핀들장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 저속 스핀들모듈 및 상기 고속 스핀들 모듈의 가공대상을 고정시키는 터닝척 및 상기 터닝척을 회전시키는 구동부를 구비한 터닝 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 보링가공용 터닝머신 증속스핀들장치.

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