KR20020012256A - 공작기계의 주축장치 - Google Patents

Abstract

공구홀더(25)의 절삭공구(26) 선단으로부터 분무상태 절삭액을 안정적으로 분출시키고, 또 분무상태 절삭액의 낭비를 억제하는 공작기계의 주축장치이고, 주축(2)의 선단부에 클램프수단(KR)을 통하여 공구홀더(25)를 기계적으로 착탈할 수 있도록 고정한 공작기계에 있어서, 주축(2)의 중심부에 형성된 주축내 분무상태 절삭액 통로(100)를 전방(f2)으로 연장한 상태의 연장통로(101)를 형성하고, 이 연장통로(101)를 통하여 상기 주축내 분무상태 절삭액 통로(100)와, 공구홀더(25)의 중심부에 형성된 홀더내 분무상태 절삭액 통로(102)를 연통시킨다.

Description

공작기계의 주축장치{SPINDLE DEVICE OF MACHINE TOOL}

공작기계에 의한 가공에서는 피가공물이나 절삭공구의 냉각 및 윤활, 또는 절삭가루의 제거 등을 위하여 가공부에 절삭액을 다량으로 공급하고 있지만, 이것에 의한 때는 절삭액에 의한 환경오염이나 인체의 건강에의 악영향, 절삭액의 폐유처리에 따른 큰 비용, 피가공물의 과냉각에 의한 절삭공구 수명의 저하, 또는 절삭액 과다에 의한 절삭공구의 미세 절삭가공시의 슬라이딩 마모 등의 문제가 있는 외에, 가공시에 다량의 절삭액이 절삭가루에 부착되기 때문에, 절삭가루의 처리나 재이용시에 이것에 부착된 절삭유를 분리할 필요가 있다.

이들 문제를 해결하기 위하여, 근래에는 극미량의 절삭액을 분무상태로 하여 가공부에 공급하면서 절삭하는, 이른바 건식절삭을 행하는 것으로 한 공작기계가 출현하고 있다.

본 출원인은 이미 건식절삭을 행하기 위한 공작기계를 실시하고 있고, 그 주축장치는 예를 들면 도 3에 나타낸 바와 같은 것으로 이루어져 있다.

즉, 2는 주축, 10은 캐니스터(canister), 11은 강구, 12는 클램프 로드, 13은 임시 클램프용 링부재, 14는 스프링받이 링체, 15는 압축스프링, 16은 전후방향 안내봉부재, 17은 기액통로, 18은 절삭액 분무화수단, 103은 절삭액 분사구부재, 22는 접시스프링이다. 상기 절삭액 분무화수단(18)은 분무화 노즐(23)과 압축공기 공급밸브체(24)와 압축스프링(19)으로 이루어진다. 그리고 31은 공구홀더의 풀스터드이다.

이와 같은 구조에 있어서, 압축공기 공급밸브체(24)의 중심구멍, 전후방향 안내봉부재(16)의 중심구멍 앞부, 및 절삭액 분사구부재(103)의 내공이 주축내 분무상태 절삭액 통로(100)를 이루고, 또 풀스터드(31)의 중심구멍이 홀더내 분무상태 절삭액 통로(102)를 이룬다.

상기 주축장치는 다음과 같이 작동하는 것으로서, 즉, 주축(2) 내의 분무화 노즐(23)의 출구에서 주축내 분무상태 절삭액 통로(100) 내로 분무상태 절삭액을 분사하고, 이와 같이 분사된 분무상태 절삭액이 절삭액 분사구부재(103)_로부터 비교적 큰 지름의 캐니스터(10) 내공 내에 유입되고, 다음에 홀더내 분무상태 절삭액 통로(102) 및 공구홀더에 고정된 절삭공구 중심부에 형성된 분무상태 절삭액 통로를 거쳐 절삭공구 선단에서 대기측으로 유출되게 된다.

이러한 종류의 공작기계에 의하면, 절삭공구가 공작물의 깊은 곳을 절삭하는 상태로 되어도 절삭공구의 가공부는 절삭공구 선단에서 분출하는 분무상태 절삭액에 의해 효과적으로 윤활되어 합리적인 절삭을 행할 수 있는 것이다.

그런데, 상기한 종래의 공작기계에서는 전후방향 안내봉부재(16)의 중심구멍 내에 도달한 분무상태 절삭액이 부품간의 틈을 지나 대기로 유출되어 절삭액이 낭비되는 것이다.

또, 전후방향 안내봉부재(16)의 중심구멍이 이것의 전후 통로에 대하여 비교적 큰 지름이기 때문에, 이 중심구멍 내에 도달한 분무상태 절삭액이 액상화되는 형상이 발생하고, 이 액상화가 공작물의 가공장소로의 절삭액의 안정적 공급을 저해하거나, 절삭공구 선단에서의 분무상태 절삭액 분출의 개시 및 정지의 지령에 대한 응답성을 손상하는 원인이 된다.

본 발명은 이러한 문제점에 대처할 수 있는 것으로 한 공작기계의 주축장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 분무상태 절삭액을 절삭공구 선단에서 분출시키는 것으로 한 공작기계의 주축장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 관한 공작기계의 주축장치를 나타내는 측면시 단면도,

도 2는 상기 주축장치의 요부를 나타내는 확대측면도,

도 3은 종래의 공작기계 주축장치의 일부를 나타내는 측면시 단면도이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 주축장치에서는 청구항 1에 기재된 바와 같이, 주축의 선단부에 클램프수단을 통하여 공구홀더를 기계적인 착탈이 가능하게 고정된 공작기계에 있어서, 주축의 중심부에 형성된 주축내 분무상태 절삭액 통로를 전방으로 연장한 상태의 연장통로를 형성하고, 이 연장통로를 통하여 상기 주축내 분무상태 절삭액 통로와, 공구홀더의 중심부에 형성된 홀더내 분무상태 절삭액 통로를 연통시킨다.

이것에 의하면, 주축내 분무상태 절삭액 통로, 홀더내 분무상태 절삭액 통로 및 연장통로 각각의 지름이 크게 다르지 않는 것으로 되고, 또 이들 통로가 빈틈 없이 연통되게 된다. 따라서, 이들 통로를 연통하는 분무상태 절삭액은 통로지름의 급변에 의한 액상화를 발생하지 않게 되어 공구홀더의 절삭공구 선단에서 안정적으로 분출되게 되고, 또 상기 각 통로는 빈틈 없이 접속되기 때문에, 부품간의 간격을 통하여 대기로 쓸데없이 유출되는 것이 방지된다. 또 주축측에 연장통로를 형성한 것이 종래의 공구홀더측의 구조를 그대로 사용할 수 있게 된다.

상기 발명는 구체적으로는 다음과 같이 된다.

즉, 청구항 2에 기재된 바와 같이, 연장통로를 공구홀더의 전후방향으로 변위가능하게 하고 또한 스프링에 의해 전방으로 밀려진 상태로 되어 있고, 이 연장통로의 전단면이 홀더내 분무상태 절삭액 통로의 후단면에 상기 스프링의 탄력으로 압접되는 구성으로 된다. 이것에 의하면, 연장통로의 전단과 홀더내 분무상태 절삭액 통로의 후단의 접속이 주축의 회전중에 있어도 스프링력에 의해 빈틈 없이 유지된다.

또 청구항 3에 기재된 바와 같이, 홀더내 분무상태 절삭액 통로의 후단면이 클램프수단에 의해 클램프되는 풀스터드의 후단면인 것으로 된다. 이것에 의하면, 종래의 공구홀더측의 구조가 그대로 사용될 수 있게 된다.

청구항 4에 기재된 바와 같이, 주축의 중심부에 설치된 주축내 분무상태 절삭액 통로를 형성하여 이루어지는 전후방향 안내봉부재를 전방으로 연장한 상태의 연장통로를 형성한다. 이것에 의하면, 종래의 주축측의 구조가 거의 그대로 사용될 수 있게 된다.

이하, 본 발명을 도면을 참조하여 설명한다.

도면에 있어서, 1은 공작기계의 주축지지 프레임이고, 2는 주축으로서 베어링(3)을 통하여 회전가능하게 지지되어 있다. 4는 베어링(3)이나 주축(2)의 전후방향(f)의 변위를 규제하기 위한 링부재이고, 주축지지 프레임(1)의 전단면에 볼트로 고정되어 있다. 주축지지 프레임(1)과 주축(2)의 사이나 베어링(3, 3)간에는 스페이서(5, 6, 7, 8)를 끼워 장착하고 있다.

상기 주축(2)의 중심부에는 클램프수단(KR)이 형성되는 것으로서, 구체적으로 다음과 같이 이루어져 있다.

즉, 주축(2)의 중심부에 형성된 내공(2a)의 전단부는 테이퍼 끼워맞춤구멍(9)으로 이루어진다. 그리고 내공(2a)의 안쪽에는 캐니스터(10)를 삽입하고 이것의 전단부를 단부(k)에 지지시키는 등 하여 고정상태로 이루고 있다. 이 캐니스터(10)는 원통형상으로 되어 있고, 앞부 둘레벽에는 강구(11)를 주축 반경방향의 변위를 가능하게 또한 캐니스터(10) 안쪽으로 탈락되지 않도록 안내하는 것으로 한 원구멍(10a)을 형성하고, 또 둘레벽의 길이 도중에 도출구멍(10b)을 투설하고 있다.

또 캐니스터(10)의 외주위에는 주축(2)의 내공(2a)에 안내되는 클램프로드(12)를 전후방향(f)으로의 슬라이딩변위 가능하게 바깥에서 끼우고 있다. 이 클램프로드(12)의 전단에는 강구(11)를 주축반경 안쪽방향으로 밀어넣기 위한 테이퍼면(12a)이 형성되고, 또 클램프로드(12)의 내공 내에는 임시 클램프용 링부재(13)가 캐니스터(10)에 바깥에서 끼워진 상태로 안으로 삽입됨과 아울러 스프링받이 링체(14)가 캐니스터(10)의 후단에 지지된 상태로 안쪽으로 삽입되어 있다. 이 때, 15는 임시 클램프용 링부재(13)와 스프링받이 링체(14)의 사이에 장착된 압축스프링이다.

상기 클램프수단(KR)의 중심부에는 전후방향 안내봉부재(16)가 배치되어 있고, 이것의 앞부는 스프링받이 링체(14)의 내공에 안으로 끼워져서 고정상태로 되어 있다. 이 전후방향 안내봉부재(16)의 중심구멍에 후측에서 차례로 기액통로(17), 절삭액 분무화수단(18), 압축스프링(19) 및 연장통로부재(20)가 안으로 삽입됨과 동시에 앞단에 빠짐방지 링부재(21)가 고정되어 끼워져 있다. 또 전후방향 안내봉부재(16)에는 접시스프링(22)이 다층형상으로 밖에서 끼워져 있고, 클램프로드(12)를 후방(f1)으로 탄압하게 되어 있다.

이 때, 기액통로(17)는 전후방향 안내봉부재(16)의 중심구멍과 동심에 관부재를 설치하고, 이 관부재의 내공을 절삭액통로로 하고, 관부재의 바깥쪽에서 중심구멍의 안쪽을 압축공기통로로 하고 있다. 절삭액 분무화수단(18)은 분무화 노즐(23)과 압축공기 공급밸브체(24)로 이루어지고, 압축스프링(19)은 압축공기 공급밸브체(24)를 후방(f1)으로 압압하는 동시에 연장통로부재(20)를 전방(f2)으로 압압하는 것으로 된다. 연장통로부재(20)는 후단에 플랜지부를 보유하는 통체로 이루어지고, 빠짐방지 링부재(21)의 중심구멍에서 전후방향의 슬라이딩변위가 가능하게 안내되어 상기 플랜지부가 빠짐방지 링부재(21)에 걸려짐으로써 전방(f2)으로의빠져나옴이 규제되게 이루어진다.

25는 선단에 절삭공구(26)를 고정한 공구홀더이고, 홀더 본체부(27), 홀더 파지부(28) 및 테이퍼 끼워넣기축부(29)로 이루어진다.

홀더 본체부(27)에는 중심구멍(27a)이 형성되어 있고, 이 중심구멍(27a)의 앞부과 뒷부에 암나사가 형성되어 있으며, 앞부의 암나사에는 절삭공구 스토퍼(30)를 나사결합시키고, 뒷부의 암나사에는 풀스터드(31)를 나사부착하고 있다. 또 절삭공구(26)는 중심부에 분무상태 절삭액 통로(26a)를 형성한 것으로 이루어져 있고, 홀더 본체부(27)의 중심구멍(27a)의 전방에서 삽입되어 후단을 절삭공구 스토퍼(30)에 걸리고, 홀더 본체부(27)의 앞부에 장착된 체결구(32)로 체결된 상태로 되어 있다. 절삭공구 스토퍼(26)의 중심구멍과 풀스터드(31)의 각 중심구멍은 이들 전후변위를 허용하는 것으로 한 연통관(33)으로 결합되어 있다.

홀더 파지부(28)는 도시하지 않은 자동 공구교환장치에 의해 파지되는 것으로 이루어져 있고, 또 테이퍼 끼워넣기축부(29)는 외주면인 테이퍼 수(雄)면(S)을 주축(2)의 테이퍼 끼워맞춤구멍(9) 내에 끼워넣는 것으로 되어 있다.

그리고, 테이퍼 수면(S)이 테이퍼 끼워맞춤구멍(9)에 안으로 끼워지고 또한 풀스터드(31)가 클램프수단(KR)에 클램프 된 도 1에 나타낸 바와 같은 클램프 상태에서는, 연장통로부재(20)의 선단이 압축스프링(19)의 탄력으로 전방(f2)으로 압압되어 풀스터드(31)의 후단면에 대략 빈틈 없이 압접된 상태로 유지되는 구성으로 된다.

이와 같은 구조에 있어서, 압축공기 공급배브체(24)의 중심구멍, 전후방향안내봉부재(16)의 중심구멍 앞부, 및 연장통로부재(20) 뒷부의 내공이 주축내 분무상태 절삭액 통로(100)를 이루고, 또 연장통로부재(20) 앞부의 내공이 연장통로(101)를 이루며, 또한 풀스터드(31)의 중심구멍, 연통관(33)의 내공, 절삭공구 스토퍼(30)의 내공이 홀더내 분무상태 절삭액 통로(102)를 이루고 있다.

또한, 도면중 m은 고무질 밀봉부재이다.

상기한 본 실시예의 주축장치에 있어서, 도 1에 나타낸 바와 같이 주축(2)측에 클램프된 공구홀더(25)를 탈착할 때는, 우선 도시하지 않은 인장막대(draw bar)를 전방(f2)으로 변위시킨다. 이것에 의해, 클램프로드(12)가 전방(f2)으로 변위되어 그 테이퍼면(12a)이 강구(11)로부터 떨어지는 것이고, 이 작동에 관련하여 임시 클램프부재(13)가 압축스프링(15)의 탄력으로 전방(f2)으로 이동되고, 그 전단 테이퍼면에서 강구(11)를 주축 반경 안쪽방향으로 가볍게 압축한다. 이것에 의해 공구홀더(25)는 클램프 상태가 해제된 상태로 됨과 동시에, 임시 클램프부재(13)에 의해 자연적인 탈락이 방지되는 상태하에서 빠질수 있도록 된다.

이 상태하에서 도시하지 않은 자동 공구교환장치가 홀더 파지부(28)를 파지하여 공구홀더(25)를 전방(f2)으로 인발하고, 다음에 사용되는 공구홀더(25)의 테이퍼 끼워맞춤축부(29)를 주축(2)의 테이퍼 끼워맞춤구멍(9)에 전방에서 끼워넣는다.

이 후, 도시하지 않은 인장막대를 접시스프링(22)의 탄력으로 후방(f1)으로 변위시키도록 하여 클램프로드(12)를 후방(f1)으로 변위시킨다. 이것에 관련하여 클램프로드(12)의 테이퍼면(12a)이 강구(11)에 결합하고 이것을 주축 반경 안쪽방향으로 변위시켜, 풀스터드(31)의 후단 팽창부의 걸림사면에 눌러붙인다. 이것에 의해 풀스터드(31)는 강구(11)에 의해 후방으로 압압되고, 테이퍼 끼워맞춤축부(29)의 테이퍼 수면(s)은 테이퍼 끼워맞춤구멍(9)에 압압되어 공구홀더(25)는 클램프수단(KR)에 의해 클램프된다.

공구홀더(25)가 클램프된 상태에 있어서의 주축(2)의 회전중, 절삭공구(26)의 선단에서 분무상태 절삭액을 분출시킬 때는, 주축(2) 내의 기액통로(17)에 주축(2)의 바깥쪽에서 압축공기와 절삭액의 각각을 달리 적당한 압력으로 공급하는 것이고, 이 때의 각 부의 작동은 다음과 같이 행해진다.

즉, 기액통로(17)는 절삭액과 압축공기를 분무화 노즐(23)에 공급하고, 분무화 노즐(23)은 이들을 혼합교반하면서 압축공기 공급밸브체(24)의 내공인 주축내 분무상태 절삭액 통로(100) 내로 분사하여 분무상태 절삭액으로 하고, 주축내 분무상태 절삭액 통로(100)는 이 분무상태 절삭액을 연장통로부재(20)의 내공으로 이루어지는 연장통로(101) 내로 보내 준다.

이어서, 풀스터드(31), 연통관(33) 및 절삭공구 스토퍼(30)로 형성된 홀더내 분무상태 절삭액 통로(102)가 연장통로(101) 내에 보내진 분무상태 절삭액을 절삭공구(26) 내의 분무상태 절삭액 통로(26a)로 보내고, 이것에 의해 분무상태 절삭액은 절삭공구(26)의 선단에서 분출되게 된다.

이 때, 연장통로(101)와 홀더내 분무상태 절삭액 통로(102)는 대략 빈틈없이 연통된 상태로 되기 때문에, 분무상태 절삭액은 연장통로(101) 바깥쪽의 큰 지름의 공간(캐니스터(10)의 내공) 내에 다량으로 유출되는 것이 억제되고, 부품간의 간격으로부터 대기로 쓸데없이 비산하는 것을 방지한다. 또 주축내 분무상태 절삭액 통로(100), 연장통로(101) 및 홀더내 분무상태 절삭액 통로(102)는 이들의 지름이 그 길이방향으로 크게 변화하지 않는 것으로 되기 때문에, 분무상태 절삭액은 통로의 급격한 확대나 급격한 축소에 기인한 액상화가 방지되고, 절삭공구(26)의 선단으로부터 안정적으로 분출되게 된다.

상기 실시예에 있어서, 기액통로(17) 및 분무화수단(18) 대신에 이들을 단순한 원구멍으로 이루어지는 새로운 주축내 분무상태 절삭액 통로로 하고, 미리 주축(2)의 바깥쪽으로 생성시킨 분무상태 절삭액을 이 새로운 주축내 분무상태 절삭액 통로를 지나 상기 주축내 분무상태 절삭액 통로(100)로 공급하도록 하는 것도 관계없다.

이상과 같이 구성된 본 발명에 의하면, 주축내 분무상태 절삭액 통로, 홀더내 분무상태 절삭액 통로 및 연장통로의 각각의 지름이 그 길이방향으로 크게 다르지 않은 것으로 되고, 또 이들 통로가 빈틈 없이 연통되기 때문에 이들 통로를 통과하는 분무상태 절삭액이 통로지름의 급변에 의한 액상화를 발생하지 않게 되고, 공구홀더의 절삭공구 선단에서 분무상태 절삭액을 분출시키는 지령에 대한 응답성 좋게, 게다가 안정적으로 분출시킬 수 있고, 또 분무상태 절삭액이 부품간의 틈을 통하여 대기로 유출되는 것을 억제하여, 분무상태 절삭액의 낭비를 방지할 수 있다. 또 주축측에 연장통로를 형성하였기 때문에, 종래의 공구홀더의 구조를 그대로 사용할 수 있다.

청구항 2에 기재된 것에 의하면, 연장통로의 전단과 홀더내 분무상태 절삭액 통로의 후단의 접속을, 주축의 회전중에 있어서도 스프링력에 의해 빈틈 없이 유지시킬 수 있는 것이다.

청구항 3에 기재된 것에 의하면, 종래의 공구홀더측의 구조를 그대로 사용할 수 있는 것이다.

청구항 4에 기재된 것에 의하면 종래의 공구홀더의 구조는 물론, 종래의 주축측의 구조를 거의 그대로 사용할 수 있는 것이다.

Claims (4)

1. 주축(2)의 선단부에 클램프수단(KR)을 통하여 공구홀더(25)를 기계적인 착탈이 가능하게 고정된 공작기계에 있어서, 주축(2)의 중심부에 형성된 주축내 분무상태 절삭액 통로(100)를 전방(f2)으로 연장한 상태의 연장통로(101)를 형성하고, 이 연장통로(101)를 통하여 상기 주축내 분무상태 절삭액 통로(100)와, 공구홀더(25)의 중심부에 형성된 홀더내 분무상태 절삭액 통로(102)를 연통시킨 것을 특징으로 하는 공작기계의 주축장치.
2. 제1항에 있어서, 연장통로(101)가 공구홀더(25)의 전후방향으로 변위가능하게 이루어지며 또한 스프링(19)에 의해 전방(f2)으로 밀려진 상태로 이루어져 있으며, 이 연장통로(101)의 전단면이 홀더내 분무상태 절삭액 통로(102)의 후단면에 상기 스프링(19)의 탄력으로 압접되는 것을 특징으로 하는 공작기계의 주축장치.
3. 제2항에 있어서, 홀더내 분무상태 절삭액 통로(102)의 후단면이 클램프수단(KR)에 의해 클램프되는 풀스터드(31)의 후단면인 것을 특징으로 하는 공작기계의 주축장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 주축(2)의 중심부에 설치된 주축내 분무상태 절삭액 통로(100)를 형성하여 이루어지는 전후방향 안내봉부재(16)를전방(f2)으로 연장한 상태의 연장통로(101)를 형성한 것을 특징으로 하는 공작기계의 주축장치.