KR102419328B1 - 로터리 테이블 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 일측면에 모재를 고정하는 테이블; 상기 테이블의 타측면에 배치되어 상기 테이블을 회전시키며, 내부에 냉각수 유입 유로와 냉각수 유출 유로가 형성되는 회전자; 및 상기 회전자를 회전시키는 고정자;를 포함하는 로터리 테이블을 제공하여, 종래의 고정자 및 외부 냉각을 도모하는 것에 그치지 않고 회전자의 냉각을 도모하여 냉각 불균형 방지에 의한 로터리 테이블 변형 방지 및 가공 정밀도가 향상될 수 있다.

Description

로터리 테이블{ROTARY TABLE}
본 발명은 공작기계에 배치되는 로터리 테이블의 냉각 구조에 관한 것이다.
공작기계는 각종 절삭 가공방법 또는 비절삭 가공방법으로 금속 또는 비금속의 소재(이하 모재)를 적당한 공구를 사용하여 형상 및 치수로 가공하던가 또는 더욱 정밀한 가공을 추가할 목적으로 사용되는 기계를 말한다.
상기 공작기계는 크게 모재가 회전하고 고정된 공구가 이동하여 가공하는 터닝센터(Turning Center)와, 공구가 회전하고 모재가 이동하여 가공하는 머시닝센터(Machining Center)로 구분할 수 있다.
여기서, 후자인 머시닝센터의 경우, 모재를 테이블 상에 배치하고 회전하는 로터리 테이블을 포함할 수 있다. 이러한 로터리 테이블은 턴테이블로 불리우기도 한다.
이러한 로터리 테이블은 상측이 개구되는 하우징과, 상기 하우징 내에서 회전하는 회전자와, 상기 회전자에 배치되어 모재를 상측에 고정하여 회전하는 테이블과, 상기 회전자를 회전시키는 고정자를 포함할 수 있다.
이러한 로터리 테이블은 고속 회전에 의해 베어링 및/또는 모터의 발열이 존재할 수 밖에 없다.
그러나, 종래 로터리 테이블에는 고정자에만 냉각 라인이 구성되어 있으며, 일부는 베어링 외륜 또는 테이블에만 추가적인 냉각 라인을 구성하고 있다.
도 1은 종래 로터리 테이블의 냉각 라인을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 전술한 것과 같이 열원과 이격된 고정자 등에 냉각 라인을 배치하여 회전자와 고정자 사이의 냉각 불균형이 발생할 수 있으며, 이러한 구조적 상황에서 공작기계의 장시간 사용시 냉각 효율의 저하 또는 냉각 불균형에 의한 열변위 문제가 발생할 수 있다.
또한, 이러한 문제는 공작기계의 파손, 가공 성능 저하 또는 생산성 저하를 야기할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 로터리 테이블의 냉각구조를 개선하여 내구성을 향상하고, 열변형을 방지하며, 가공 정밀도가 향상되는 로터리 테이블을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명은, 일측면에 모재를 고정하는 테이블; 상기 테이블의 타측면에 배치되어 상기 테이블을 회전시키며, 내부에 냉각수 유입 유로와 냉각수 유출 유로가 형성되는 회전자; 및 상기 회전자를 회전시키는 고정자;를 포함하는 로터리 테이블을 제공한다.
또한, 상기 고정자는 상측에 개구면이 형성되어 상기 테이블이 이격되어 배치되는 하우징과, 상기 하우징의 내측에 고정되는 스테이터와, 상기 하우징의 내측에 고정되는 외측 베어링과, 상기 하우징 내에 고정되어 냉각수 유입홀과 냉각수 배출홀이 형성되는 고정유닛을 포함하고, 상기 회전자는 상기 스테이터와 대향되게 배치되는 로터와, 상기 로터를 고정시키는 로터 샤프트와, 상기 로터 샤프트에 결합되는 베어링 샤프트와, 상기 베어링 샤프트에 결합되어 상기 외측 베어링에 접촉하는 내측 베어링과, 상기 베어링 샤프트에 결합되며 상기 고정유닛과 연통되어 상기 회전자에 냉각수를 유동시키는 회전유닛을 포함할 수 있다.
또한, 상기 고정자는 상기 하우징에 고정되어 일측이 상기 스테이터와 결합하고, 타측이 상기 고정유닛과 결합하는 브라켓을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 고정유닛은 원형의 중공부가 형성되어 상기 회전유닛을 수용하되, 상기 중공부에는 상기 냉각수 유입홀과 연통되는 제1 홈부와, 상기 냉각수 배출홀과 연통되는 제2 홈부가 상호 이격되어 내주면을 따라 각각 형성되고, 상기 회전유닛은 일측이 상기 제1 홈부에 대응되는 위치에 냉각수의 유입홈이 형성되고 타측이 상기 베어링 샤프트에 형성된 냉각수 유입 유로와 연통된 제1 유로와, 일측이 상기 제2 홈부에 대응되는 위치에 냉각수의 배출홈이 형성되고 타측이 상기 베어링 샤프트에 형성된 냉각수 배출 유로와 연통된 제2 유로가 각각 형성될 수 있다.
또한, 상기 베어링 샤프트의 외주면에는 유로와 연통되어 상기 내측 베어링에 냉각수를 유동시키기 위한 제1 원형홈이 형성되고, 상기 로터 샤프트의 외주면에는 유로와 연통되어 상기 로터에 냉각수를 유동시키기 위한 제2 원형홈이 형성될 수 있다.
본 발명은 회전자를 구성하는 구성요소에 상호 연통되는 냉각수 유입 유로와 냉각수 배출 유로를 각각 형성하고, 고정유닛과 회전유닛으로 상기 회전자에 효과적으로 냉각수를 유동시킴에 따라 냉각 성능을 향상시키고, 사용에 따른 열변형을 방지함은 물론, 가공 정밀도가 향상되는 로터리 테이블을 제공할 수 있다.
도 1은 종래 로터리 테이블의 냉각 라인을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 로터리 테이블의 측단면도.
도 3은 도 2에 도시된 로테이팅 유니온의 부분을 확대한 도면.
도 4는 도 2에 도시된 회전자 간의 냉각 유동 경로를 확대한 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 로터리 테이블의 냉각수 유동경로를 도시한 도면.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
특별한 정의가 없는 한 본 명세서의 모든 용어는 당업자가 이해하는 용어의 일반적인 의미와 동일하고, 만약 본 명세서에서 사용된 용어가 당해 용어의 일반적인 의미와 충돌하는 경우에는 본 명세서에 사용된 정의에 따른다.
다만, 이하에 기술될 발명은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것은 아니며, 명세서 전반에 걸쳐서 동일하게 사용된 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 로터리 테이블의 측단면도, 도 3은 도 2에 도시된 로테이팅 유니온의 부분을 확대한 도면, 도 4는 도 2에 도시된 회전자 간의 냉각 유동 경로를 확대한 도면이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 로터리 테이블은 크게 테이블(100), 회전자(200) 및 고정자(300)로 구분될 수 있다.
상기 테이블(100)은 일측면에 모재를 고정하여 회전하며, 이러한 테이블(100) 상에서 동회전되는 모재는 미도시된 터렛 또는 램스핀들에 장착된 공구 또는 인서트에 의해 가공될 수 있다.
상기 회전자(200)는 상기 테이블(100)의 타측면에 배치되어 상기 테이블(100)을 회전시키며, 내부에 냉각수 유입 유로와 냉각수 유출 유로가 형성될 수 있다. 즉, 후술할 회전자(200) 개개의 구성요소는 상호 연통되어 냉각수가 흐를 수 있는 냉각수 유입 유로와 냉각수 유출 유로가 각각 형성되며, 이러한 구조적인 특성에 의해 본 발명의 로터리 테이블은 냉각 불균형에 의한 열변형을 효과적으로 방지할 수 있는 것이다.
상기 고정자(300)는 상기 회전자(200)를 회전시키기 위해 고정되어 있다.
구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 상기 고정자(300)는 상측에 개구면이 형성되어 상기 테이블(100)이 이격되어 배치되는 하우징(310)과, 상기 하우징(310)의 내측에 고정되는 스테이터(320)와, 상기 하우징(310)의 내측에 고정되는 외측 베어링(330)과, 상기 하우징(310) 내에 고정되어 냉각수 유입홀(341a)과 냉각수 배출홀(341b)이 형성되는 고정유닛(340)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 고정자(300)는 상기 하우징(310)에 고정되어 일측이 상기 스테이터(320)와 결합하고, 타측이 상기 고정유닛(340)과 결합하는 브라켓(350)을 더 포함할 수도 있다.
상기 하우징(310)은 로터리 테이블의 외관을 형성하며, 상측에 개구면이 형성되어 상기 테이블(100)와 이격되므로, 테이블(100)의 회전에 영향을 미치지 아니한다.
또한, 상기 하우징(310)은 측면 하우징(311)과 배면 하우징(312)으로 구분될 수 있으며, 이러한 하우징(310)은 일체형으로 형성되거나 용접 또는 불트 체결과 같은 공지된 방식으로 상호 체결될 수 있다.
상기 스테이터(320)는 하우징(310)의 내측에 고정되어 후술할 로터(210)와 전자기적 작용으로써 회전자(200)를 회전시킬 수 있다. 즉, 상기 스테이터(320)는 마그넷으로 구현될 수 있고, 상기 로터(210)는 코일로써 구현될 수 있다.
상기 외측 베어링(330)은 상기 스테이터(320)와 이격되어 하우징(310)의 내측면에 고정될 수 있다. 이를 위해 상기 하우징(310)은 상기 스테이터(320)가 안착되는 제1 안착홈이 내측면에 형성될 수 있으며, 상기 외측 베어링(330)이 안착되는 제2 안착홈이 내측면에 형성될 수 있다.
상기 고정유닛(340)은 외부의 냉각수 유동 장치와 연결되어 회전자(200) 내부로 냉각수를 유동시킨다.
또한, 상기 고정유닛(340)은 회전자(200)의 회전축 상에 배치될 수 있으며, 원형의 중공부가 형성되어 상기 회전유닛(250)을 수용하되, 상기 중공부에는 상기 냉각수 유입홀(341a)과 연통되는 제1 홈부(342a)와, 상기 냉각수 배출홀(341b)과 연통되는 제2 홈부(342b)가 상호 이격되어 내주면을 따라 각각 형성될 수 있다.
여기서, 상기 미도시된 냉각수 유동 장치는 종래의 냉각부인 하우징(310)과 스테이터(320) 사이에 형성되는 쿨링자켓(360)에도 냉각수를 동시에 유동시킬 수 있거나, 그와는 별개의 장치로써 회전자(200) 내부에 냉각수를 유동시킬 수 있다.
상기 브라켓(350)은 두 번 절곡되어 상기 배면 하우징(310)에 고정되며, 일측에 상기 스테이터(320)가 안착되고, 타측에 상기 고정유닛(340)이 체결되도록 배치될 수 있다.
이러한 브라켓(350)은 비교적 무거운 스테이터(320)를 안정적으로 하우징(310) 내에서 고정함과 동시에, 상기 로터(210)와의 대응 위치를 조정할 수 있게 도모할 수 있다.
한편, 상기 회전자(200)는 상기 스테이터(320)와 대향되게 배치되는 로터(210)와, 상기 로터(210)를 고정시키는 로터 샤프트(220)와, 상기 로터 샤프트(220)에 결합되는 베어링 샤프트(230)와, 상기 베어링 샤프트(230)에 결합되어 상기 외측 베어링(330)에 접촉하는 내측 베어링(240)과, 상기 베어링 샤프트(230)에 결합되되 상기 고정유닛(340)과 연통되어 상기 회전자(200)에 냉각수를 유동시키는 회전유닛(250)을 포함할 수 있다.
즉, 상기 로터(210)가 스테이터(320)와의 전자기적 작용에 의해 회전하면, 상기 로터(210)와 체결되는 로터 샤프트(220)가 동회전하며, 이는 상기 로터 샤프트(220)와 체결되는 베어링 샤프트(230)가 동회전하게 하며, 이러한 베어링 샤프트(230)와 체결되는 회전유닛(250)과 외측 베어링(330) 또한 동회전하게 되는 것이다.
여기서, 본 발명은 회전하는 각각의 구성요소와 회전하지 아니한 구성요소, 또는 회전하는 구성요소 간의 냉각수 유동 경로를 다음과 같이 구현할 수 있다.
일단, 도 3을 참조하면, 상기 고정유닛(340)의 중공부에 배치되어 회전하는 회전유닛(250)이 상기 고정유닛(340)으로부터 냉각수를 유입 시키기 위해, 상기 회전유닛(250)은 일측이 상기 제1 홈부(342a)에 대응되는 위치에 냉각수의 유입홈(251a)이 형성되고 타측이 상기 베어링 샤프트(230)에 형성된 냉각수 유입 유로와 연통된 제1 유로(252a)가 형성된다.
또한, 상기 고정유닛(340)의 중공부에 배치되어 회전하는 회전유닛(250)이 상기 고정유닛(340)으로부터 냉각수를 유출 시키기 위해, 상기 회전유닛(250)은 일측이 상기 제2 홈부(342b)에 대응되는 위치에 냉각수의 배출홈(251b)이 형성되고 타측이 상기 베어링 샤프트(230)에 형성된 냉각수 배출 유로와 연통된 제2 유로(252b)가 각각 형성될 수 있다.
즉, 상기 제1 홈부(342a) 및/또는 제2 홈부(342b)는 회전축의 길이 방향에 수직으로 상기 중공부 내측면에 요입되어 냉각수 유로와 연통되는 홈으로서 형성되기 때문에, 도너츠 형태의 냉각수 유동을 가능하게 한다.
이러한 상태에서 상기 제1 유로(252a) 및 제2 유로(252b)는 각각 제1 홈부(342a)와 제2 홈부(342b)를 따라 회전하므로, 늘 냉각수의 유동 경로가 연결될 수 있다는 것이다.
한편, 이러한 제1 홈부(342a) 또는 제2 홈부(342b)에 인접한 중공부와 회전유닛(250) 사이에는 냉각수의 누수를 방지 하기 위한 오링(400a)이 각각 배치될 수 있다.
또한, 도 4를 참조하면, 상기 베어링 샤프트(230)의 외주면에는 유로와 연통되어 상기 내측 베어링(240)에 냉각수를 유동시키기 위한 제1 원형홈(231)이 형성되고, 상기 로터 샤프트(220)의 외주면에는 유로와 연통되어 상기 로터(210)에 냉각수를 유동시키기 위한 제2 원형홈(221)이 형성되어 냉각수의 회전자(200) 냉각을 효율적으로 도모할 수 있다.
즉, 상기 제1 원형홈(231) 및/또는 제2 원형홈(221)은 냉각수가 유출입될 수 있도록 각각 해당 구성요소의 유로와 연통되어 냉각수를 도너츠 형상으로 유동시킬 수 있다.
한편, 이러한 제1 원형홈(231)에 인접한 외측 베어링(330)과 베어링 샤프트(230) 사이에는 냉각수의 누수를 방지 하기 위한 오링(400b)이 배치될 수 있으며, 상기 제2 원형홈(221)에 인접한 로터(210)와 베어링 샤프트(230) 사이에는 냉각수의 누수를 방지 하기 위한 오링(400c)이 배치될 수 있다.
이러한 본 발명의 로터리 테이블의 냉각수 유동경로를 살펴보자면 다음과 같다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 로터리 테이블의 냉각수 유동경로를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 고정유닛(340)의 냉각수 유입홀(341a)을 통해 외부에서 냉각수가 유입된다. 이 후, 상기 고정유닛(340) 내부에 형성된 냉각수 유입 유로를 통해 냉각수는 상기 제1 홈(342a)에 원형으로 채워진다.
상기 제1 홈(342a)에 냉각수가 유입됨과 동시에 상기 회전유닛(250)의 제1 유로(252a)를 통해 냉각수는 상기 회전유닛(250) 내부에 형성된 냉각수 유입 유로로 유동된다. 이러한 냉각수는 연통된 상기 베어링 샤프트(230)의 냉각수 유입 유로로 유입되고, 냉각수는 상기 베어링 샤프트(230) 내부에 형성되는 냉각수 유입 유로를 유동하여 제1 원형홈(231)으로 공급되거나 로터 샤프트(220) 내부에 형성된 냉각수 유입 유로로 유입되어 제2 원형홈(221)으로 공급된다.
상기 제1 원형홈(231) 및/또는 제2 원형홈(221)에 공급된 냉각수는 도넛 형태로 흐르게 되고, 이러한 냉각수는 역순으로 배출된다.
즉, 상기 제1 원형홈(231)에 공급된 냉각수는 상기 베어링 샤프트(230)에 형성된 냉각수 배출 유로를 통해 상기 회전유닛(250)의 냉각수 배출 유로로 유입되고, 이 후, 제2 홈(342b)에 냉각수가 유입되고, 이 후, 상기 고정유닛(340)의 냉각수 배출홀(341b)을 통해 최종 배출된다.
또한, 상기 제2 원형홈(221)에 공급된 냉각수는 상기 로터 샤프트(220)에 형성된 냉각수 배출 유로를 거쳐 상기 베어링 샤프트(230)에 형성된 냉각수 배출 유로를 통해 상기 회전유닛(250)의 냉각수 배출 유로로 유입되고, 이 후, 제2 홈(342b)에 냉각수가 유입되고, 이 후, 상기 고정유닛(340)의 냉각수 배출홀(341b)을 통해 최종 배출된다.
한편, 본 발명의 로터리 테이블은 기존의 외부 구성요소에 배치되는 냉각 요소와 동시에 사용될 수 있다.
이상, 상기 설명에 의해 당업자라면 본 발명의 기술적 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이며, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위 및 그와 균등한 범위에 의하여 정해져야 한다.
100: 테이블 200: 회전자
210: 로터 220: 로터 샤프트
230: 베어링 샤프트 240: 내측 베어링
250: 회전유닛 300: 고정자
310: 하우징 320: 스테이터
330: 외측 베어링 340: 고정유닛
350: 브라켓 360: 쿨링자켓

Claims (5)

  1. 일측면에 모재를 고정하는 테이블;
    상기 테이블의 타측면에 배치되어 상기 테이블을 회전시키며, 내부에 냉각수 유입 유로와 냉각수 유출 유로가 형성되는 회전자; 및
    상기 회전자를 회전시키는 고정자;를 포함하며,
    상기 고정자는 냉각수 유입홀과 냉각수 배출홀이 형성되는 고정유닛을 포함하고,
    상기 회전자는 로터와, 상기 로터를 고정시키는 로터 샤프트와, 상기 로터 샤프트에 결합되는 베어링 샤프트와, 상기 베어링 샤프트에 결합되는 내측 베어링과, 상기 베어링 샤프트에 결합되며 상기 고정유닛과 연통되어 상기 회전자에 냉각수를 유동시키는 회전유닛을 포함하며,
    상기 고정유닛은 원형의 중공부가 형성되어 상기 회전유닛을 수용하되, 상기 중공부에는 상기 냉각수 유입홀과 연통되는 제1 홈부와, 상기 냉각수 배출홀과 연통되는 제2 홈부가 상호 이격되어 내주면을 따라 각각 형성되고,
    상기 회전유닛은 일측이 상기 제1 홈부에 대응되는 위치에 냉각수의 유입홈이 형성되고 타측이 상기 베어링 샤프트에 형성된 냉각수 유입 유로와 연통된 제1 유로와, 일측이 상기 제2 홈부에 대응되는 위치에 냉각수의 배출홈이 형성되고 타측이 상기 베어링 샤프트에 형성된 냉각수 배출 유로와 연통된 제2 유로가 각각 형성되며,
    상기 베어링 샤프트의 외주면에는 상기 베어링 샤프트의 내부에 형성된 냉각수 유입 유로와 연통되어 상기 내측 베어링에 냉각수를 유동시키기 위한 제1 원형홈이 형성되고,
    상기 로터 샤프트의 외주면에는 상기 로터 샤프트의 내부에 형성된 냉각수 유입 유로와 연통되어 상기 로터에 냉각수를 유동시키기 위한 제2 원형홈이 형성되는 로터리 테이블.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고정자는 상측에 개구면이 형성되어 상기 테이블이 이격되어 배치되는 하우징과, 상기 하우징의 내측에 고정되는 스테이터와, 상기 하우징의 내측에 고정되는 외측 베어링을 포함하고,
    상기 로터는 상기 스테이터와 대향되게 배치되며, 상기 내측 베어링은 상기 외측 베어링과 접촉되는 로터리 테이블.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 고정자는 상기 하우징에 고정되어 일측이 상기 스테이터와 결합하고, 타측이 상기 고정유닛과 결합하는 브라켓을 더 포함하는 로터리 테이블.
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