KR20050068312A - 주축 절삭유 공급장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주축 절삭유 공급장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주축로 절삭유를 유입하는 밀폐연결부와 연결되는 절삭유 공급측의 밀폐연결부를 공압으로 작동하는 피스톤에 설치함으로써 밀폐연결부의 접속이 확실하게 되어 절삭유의 누설이 상당히 감소되는 주축 절삭유 공급장치에 관한 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 주축 절삭유 공급장치는 공작기계의 주축에 형성된 단속적으로 연결되는 관로를 통해 절삭유를 공급하는 장치에 있어서, 견인바에 연결된 관로를 갖는 회전식 밀폐연결부가 내측으로 노출되고, 내주면상에 공기유입구와 원주상으로 돌출된 형상의 피스톤 안내부가 형성된 보조실린더와; 상기 피스톤 안내부에 접하는 외주면에 원주상의 차폐플랜지가 형성되고, 내측에 절삭유 공급관로 및 상기 절삭유 공급관로의 일단에 설치되는 관로를 갖는 고정식 밀폐연결부가 형성된 절삭유공급 피스톤과; 및 상기 보조실린더와 상기 절삭유공급 피스톤의 사이에 설치되는 복귀용 스프링을 포함하여 구성된다.

Description

주축 절삭유 공급장치{CUTTING OIL SUPPLYING SYSTEM FOR MAIN SPINDLE}

본 발명은 주축 절삭유 공급장치에 관한 것으로, 특히 공작기계의 주축과 절삭유 공급측의 관로를 선택적으로 연결하기 위해 절삭유 공급측의 관로 연결부를 공압으로 작동하는 절삭유공급 피스톤에 설치함으로써 관로형성을 완료한 후 절삭유를 공급하도록 하여 절삭유의 누설이 최소화됨과 동시에 공압으로 관로 연결을 제어함으로써 관로 연결부에 가해지는 충격이 경감되는 주축 절삭유 공급장치에 관한 것이다.

공작기계에서는 고품질의 공작물을 얻기 위해 발생열을 신속히 제거하고 원활한 칩의 배출과 발열에 의한 공구수명의 저하를 막기 위해 절삭유를 사용한다.

일반적으로 10,000rpm이하의 속도에서는 절삭유 공급장치를 상시 회전하는 주축 뒤에 부착하여 절삭유를 공급하였다.

그러나, 근래에 고품질 가공을 위해 주축의 회전이 10,000rpm 이상으로 고속화되면서 절삭유 공급장치가 주축의 회전에 따른 원심력을 이겨내지 못하게 되었다. 따라서, 절삭유 공급장치를 주축에 설치되는 회전식 연결부와 절삭유 공급관에 이어지는 고정식 연결부로 분리한 구조를 채택해왔다.

도 3은 종래의 주축 절삭유 공급장치를 나타낸 단면도이고, 도 4는 도 3의 A부분의 확대도이고, 도 5는 종래의 주축 절삭유 공급장치의 관로가 형성된 상태를 나타낸 단면도이다. 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 종래의 주축 절삭유 공급장치는 회전하는 주축에 실린더 피스톤(5)의 회전연결부 하우징(60)을 통해 노출되는 회전식 연결부(63)가 장착되고, 고정식 연결부(75)는 회전식 연결부(63)와 분리되어 공기 유입관(80)과 절삭유 유입관(81)에 연결된 관로(71)를 구비한 매니폴드(70)의 고정연결부 하우징(72)에 설치되어 있다. 고정연결부 하우징(72)은 내부가 관통되고 내주면에 홈(73)이 형성되어 있다. 고정식 연결부(75)는 고정연결부 하우징(72)에 삽입되고 전단부가 스프링(78)으로 지지된다. 고정식 연결부(75)는 후단에 축방향으로 막혀있는 차단부(76)가 형성되고 차단부(76)의 측방향 둘레는 관로(77)가 형성되어 있다. 모든 공구가 절삭유를 필요로 하는 것은 아니므로 공급관로는 단속이 가능한 구조를 채택한 것이다. 회전연결부 하우징(60)에는 제1보조배출로(62)에 연결되는 유로(61)가 형성되어 있고, 피스톤 실린더(50)에는 주배출로(52)가 형성되어 있다. 회전연결부 하우징(60)을 지나서는 주축의 밑으로 제2보조배출로(51)가 형성되어 있다.

주축을 관통하는 절삭유는 대부분 20~70bar의 고압으로서 솔레노이드 밸브에 의해 선택적으로 공급된다. 절삭유가 공급되면 매니폴드를 지나 고정식 연결부를 밀어내고, 연결부 하우징으로부터 고정식 연결부가 슬라이드하면서 유로가 형성된다. 절삭유의 공급이 중단되면 유압이 떨어져서 고정식 연결부는 스프링에 의해 초기위치로 복귀한다. 이때 고압의 절삭유인 경우에는 유로의 형성시에 연결부에 가해지는 충격이 커서 연결부의 파손이 잦아진다.

또한, 절삭유가 고정식 연결부를 밀어내고 스프링에 의해 연결부가 복귀함으로써 관로의 단속이 이루어지기 때문에, 유로가 형성되는 과정과 끊어지는 과정에서 다량의 절삭유가 주위로 누출된다. 누출된 절삭유는 챔버의 배출부에서 회수되며, 이때 회수되지 않은 절삭유는 레비린스를 통해 제1보조배출부로 배출되며, 아직도 배출되지 않은 절삭유는 제2배출부에서 회수된다. 이렇게 절삭유의 회수를 위해 배출부가 다수 형성됨으로써 장치가 복잡해지는 문제가 있었다.

이러한 종래의 절삭유 공급장치는 장시간 절삭유를 공급하며 사용할 경우 절삭유에 포함된 이물질이 연결부를 접합시켜서 상시 연결된 상태를 야기한다. 주축이 회전하는 상태에서 회전식 연결부는 이상적인 축심을 벗어나서 축심을 선회하는 훨(whirl) 모션을 하게 되고, 접합된 연결부들의 사이에서 채터링(chattering)이 발생한다. 연결부의 재질은 충분한 면압강도를 갖고 마찰열을 견디기 위해 세라믹을 사용하는데, 세라믹은 취성이 큰 약점이 있어서 연결부는 채터링을 견디지 못하고 파손하게 되는 문제가 있었다.

또한, 절삭유의 이물질은 연결부 하우징에서 고정식 연결부가 원활히 미끄러지는 것을 방해하여 연결부들 사이에 틈새를 발생시킴으로써 절삭유의 과다누출을 야기하기도 하였다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 절삭유 공급측의 관로 연결부를 공압으로 작동하는 절삭유공급 피스톤에 설치함으로써 절삭유의 누설을 최소화하고 동시에 관로 연결의 제어가 용이하게 되어 관로 연결부에 충격이 가해지는 것을 방지하는 주축 절삭유 공급장치를 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적은 공작기계의 주축에 형성되어 단속적으로 연결되는 관로를 통해 절삭유를 공급하는 장치에 있어서, 견인바에 연결된 관로를 갖는 회전식 밀폐연결부가 내주면상에 노출되고, 내측으로 공기 유입구가 형성되고, 내주면상에 원주상으로 돌출된 형상의 피스톤 가이드가 형성된 보조실린더와; 상기 피스톤 가이드에 접하는 외주면에 원주상의 차폐플랜지가 형성되고, 내주면상에 절삭유 공급관로가 형성되고 및 상기 절삭유 공급관로의 일단에 설치되어 상기 회전식 밀폐연결부에 착탈되는 고정식 밀폐연결부를 구비한 절삭유공급 피스톤과; 및 상기 보조실린더와 상기 절삭유공급 피스톤의 사이에 설치되는 복귀용 스프링;을 포함하여 구성되는 주축 절삭유 공급장치에 의해 달성될 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 상기 고정식 밀폐연결부와 상기 절삭유공급 피스톤 사이에는 스페이서가 더 설치되는 것이 바람직하다.

상기 목적을 달성하기 위해, 상기 피스톤 가이드에는 핀수용공이 더 형성되고, 상기 차폐플랜지에는 안내핀이 더 설치되는 것이 바람직하다.

본 발명의 그밖의 목적, 특정한 장점 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 주축 절삭유 공급장치의 구성에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 주축 절삭유 공급장치를 나타낸 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 주축 절삭유 공급장치는 대략 주축에 연결된 관로가 형성된 보조실린더(1)와 절삭유 공급튜브(42)에 연결되는 절삭유공급 피스톤(20)으로 구성된다.

보조실린더(1)는 내측의 일측 벽면에 중앙이 관통된 회전연결부 하우징(10)이 설치되고, 회전연결부 하우징(10)의 관통된 부분에는 주축의 견인바(100)(draw bar)의 관로와 연결된 관로를 갖는 회전식 밀폐연결부(15)가 삽입되어 설치된다. 회전식 밀폐연결부(15)는 관로가 형성된 연결부몸체(16)와 관로의 단부에 설치되는 링형상의 세라믹 밀폐부(17)로 이루어진다. 보조실린더(1)의 일측의 내주면에는 원주상을 따라 내측으로 돌출된 형상의 피스톤 가이드(2)가 형성되고, 피스톤 가이드(2)를 지나서 내주면에 공기유입관(40)에 연결된 공기 유입구(7)가 형성되며, 보조실린더(1)의 단부에는 중앙이 관통된 커버(6)가 고정된다. 공기 유입구(7)를 통해 공급되는 공기의 압력은 약 3bar정도이다. 한편 공작기계 자체는 공압유닛으로 공급되는 공기의 압력이 3bar이하로 떨어지는 것을 경고하는 공압저하 경보기(미도시)가 구비되고, 3bar이상의 압력일 경우 공압을 3bar로 낮추는 레귤레이터(미도시)를 구비한다. 피스톤 가이드(2)의 일측에는 이후 기술될 절삭유공급 피스톤(20)에 삽입된 안내핀(24)이 삽입되는 핀수용공(3)이 형성되고, 타측에는 공기 소통공(4)이 형성된다. 회전연결부 하우징(10)에는 보조실린더(1)의 피스톤 가이드(2)와 일측 벽면 사이의 내측공간으로 이어지는 배출로(11)가 형성되어 있고, 내측공간의 내주면의 하부에는 주축의 외부로 연결되는 절삭유의 주배출로(5)가 형성되어 있다.

절삭유공급 피스톤(20)은 내부에 절삭유가 소통되는 공급관로(21)가 형성되고, 공급관로(21)의 일단에는 링형상의 스페이서(35)를 사이에 두고 고정식 밀폐연결부(30)가 삽입되어있다. 고정식 밀폐연결부(30)는 내측에 관로가 형성된 연결부몸체(31)와 관로의 단부에 끼워진 링형태의 세라믹 밀폐부(32)로 이루어진다. 절삭유공급 피스톤(20)의 외주면의 전단부는 피스톤 가이드(2)에 삽입되고, 전단부의 뒤로는 보조실린더(1)의 내주면과 밀착하여 보조실린더(1)의 커버(6)와 함께 밀폐공간을 형성하도록 원형의 차폐플랜지(22)가 형성되며, 외주면의 후단부는 커버(6)의 관통된 부분에 밀착된다. 차폐플랜지(22)의 일측에는 안내핀(24)이 설치되고 타측에는 보조실린더(1)의 공기 소통공(4)에 삽입되도록 복귀용 스프링(23)이 고정된다. 절삭유공급 피스톤(20)의 공급관로(21)는 공기공급튜브(41) 및 절삭유 공급튜브(42)와 연결된다.

이하에서는 상기한 구성을 갖는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 주축 절삭유 공급장치의 작용효과에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 주축 절삭유 공급장치의 관로가 형성된 상태를 나타낸 단면도이다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 주축으로 절삭유를 공급하기 위해서 먼저 보조실린더(1)를 작동시키는데, 이는 보조실린더(1)의 공기 유입구(7)로 소정의 압력의 공기가 유입되고 공압에 의해 절삭유공급 피스톤(20)이 작동하여 관로를 형성하게 된다. 관로의 형성이 완료되면 소정의 압력으로 절삭유가 공급된다. 절삭유의 공급을 중단하고자 할 때에는 반대로 절삭유의 공급을 중단하고 이후에 보조실린더(1)로 유입하는 공기를 차단하여 고정식 밀폐연결부(30)를 최초 위치로 복귀시킨다. 이때의 복귀는 보조실린더(1)에 설치된 복귀용 스프링(23)에 의해 이루어진다.

본 발명에서는 주축으로의 관로를 형성하는 방법으로 공압으로 구동되는 절삭유공급 피스톤(20)에 의해 밀폐연결부(10, 30)를 접속하고 이후에 절삭유가 공급되는 구성을 채택하였기 때문에, 관로를 형성이 완료되기 이전에 절삭유가 유입되는 일이 없고 절삭유의 상태에 구애받지 않고 관로의 접속이 확실히 이루어지므로 절삭유의 누설량이 크게 감소한다.

회전식 밀폐연결부(15)와 고정식 밀폐연결부(30)의 접속이 공압을 이용한 절삭유공급 피스톤(20)의 균일한 이동에 의해 이루어지므로 밀폐연결부(15, 30)의 접속시에 충격이 발생하는 것이 방지되고, 절삭유의 압력에 관계없이 밀폐연결부(15, 30)의 접촉면압이 일정하게 유지된다.

보조실린더(1)는 공구를 언클램프시에 주축의 스토퍼와 풀러와 연계하여 공구를 반납하는 것이 종래의 역할이었는데 본 발명에서는 관로의 형성을 위한 절삭유공급 피스톤(20)을 안내하는 실린더의 역할을 동시에 하고 있으므로 별도로 실린더를 설치하지 않게 되어 제품의 경량화와 소형화를 가능하게 한다.

절삭유공급 피스톤(20)은 약 3bar정도의 공압으로 구동되는데, 구동 공압을 3bar로 한 것은 공작기계로 공급되는 공기의 압력이 3bar이하인 경우 경고음을 발생하도록 설정된 공작기계 자체에 내장된 공압저하 경보기의 경고음을 절삭유 공급피스톤의 구동공압저하 신호로 동시에 이용하기 위한 것이다. 따라서 공작기계로 공급되는 공기의 압력이 3bar보다 높은 경우에는 레귤레이터가 그 압력을 3bar로 강하시켜 보조실린더(1)로 공급하고, 공작기계로 공급되는 공기의 압력이 3bar보다 작은 경우에는 공작기계의 공압저하 경고음이 울리고 이는 동시에 보조실린더(1)에서 절삭유공급 피스톤(20)의 작동공압에 문제가 생겼음을 경고한다. 따라서 절삭유공급 피스톤(20)의 동작이 불안정하게 되어 절삭유가 과다누설되는 것을 방지하기 위해 우선 절삭유의 공급을 중단시킨다.

회전식 밀폐연결부(15)와 고정식 밀폐연결부(30) 사이의 이격거리가 중요하다. 연결부 자체의 행정내에서 축심이 어긋나는 것도 문제가 되지만, 애초에 밀폐연결부 사이의 이격거리가 절삭유공급 피스톤(20)의 행정거리를 벗어나면 대책이 없어진다. 그래서 스페이서(35)를 설치하여 밀폐연결부의 이격거리를 절삭유공급 피스톤(20)의 행정거리와 일치하도록 조정할 수 있도록 하였다.

본 발명의 바람직한 실시예에서는 복귀용 스프링(23)을 피스톤 가이드(2)측의 차폐플랜지(22)에 설치하였으나, 본 발명은 이에 한하지 않고, 차폐플랜지(22)의 커버(6)를 향한 면에 형성하는 것도 가능하다.

상기한 구성을 갖는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 주축 절삭유 공급장치에 의하면 주축으로의 관로 형성이 절삭유공급 피스톤의 이동에 의해 이루어지므로 관로형성이 절삭유의 소통 이전에 완료되고 관로의 기밀유지가 가능해지므로 절삭유의 누설을 최소화 하도록 하는 효과가 있다.

관로의 접속이 공압을 이용한 절삭유공급 피스톤의 균일한 이동에 의해 이루어지므로, 관로형성시의 충격을 막을 수 있고, 밀폐연결부의 접촉면압을 일정하게 유지할 수 있는 효과가 있다.

보조실린더는 공구를 언클램프시에 주축의 스토퍼와 풀러와 연계하여 공구를 반납하는 종래의 역할이었는데 본 발명에서는 관로의 형성을 위한 절삭유공급 피스톤을 안내하는 실린더의 역할을 동시에 하고 있으므로 별도로 실린더를 설치하지 않게 되어 제품의 경량화와 소형화를 가능하게 한다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 주축 절삭유 공급장치를 나타낸 단면도,

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 주축 절삭유 공급장치의 관로가 형성된 상태를 나타낸 단면도,

도 3은 종래의 주축 절삭유 공급장치를 나타낸 단면도,

도 4는 도 3의 A부분의 확대도,

도 5는 종래의 주축 절삭유 공급장치의 관로가 형성된 상태를 나타낸 단면도이다.

* 주요 도면 부호의 설명 *

1: 보조실린더 2: 피스톤 가이드

6: 커버 10: 회전연결부 하우징

15: 회전식 밀폐연결부 20: 절삭유공급 피스톤

22: 차폐플랜지 23: 복귀용 스프링

30: 고정식 밀폐연결부 35: 스페이서

Claims (3)

1. 공작기계의 주축에 형성되어 단속적으로 연결되는 관로를 통해 절삭유를 공급하는 장치에 있어서,

   견인바(100)에 연결된 관로를 갖는 회전식 밀폐연결부(15)가 내주면상에 노출되고, 내측으로 공기 유입구(7)가 형성되고, 내주면상에 원주상으로 돌출된 형상의 피스톤 가이드(2)가 형성된 보조실린더(1)와;

   상기 피스톤 가이드(2)에 접하는 외주면에 원주상의 차폐플랜지(22)가 형성되고, 내주면상에 절삭유 공급관로(21)가 형성되고 및 상기 절삭유 공급관로(21)의 일단에 설치되어 상기 회전식 밀폐연결부(15)에 착탈되는 고정식 밀폐연결부(30)를 구비한 절삭유공급 피스톤(20)과; 및

   상기 보조실린더(1)와 상기 절삭유공급 피스톤(20)의 사이에 설치되는 복귀용 스프링(23);을 포함하여 구성되는 주축 절삭유 공급장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 고정식 밀폐연결부(30)와 상기 절삭유공급 피스톤(20) 사이에는 스페이서(35)가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 주축 절삭유 공급장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 피스톤 가이드(2)에는 핀수용공(3)이 더 형성되고, 상기 차폐플랜지(22)에는 안내핀(24)이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 주축 절삭유 공급장치.