KR20110128691A - 회전공구용 터렛공구대의 절삭유를 이용한 냉각구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전공구용 터렛공구대의 냉각구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 모터의 동력이 샤프트로 전달되고 샤프트로 전달된 동력이 서로 치합되어 있는 한 쌍의 베벨기어를 거쳐 드라이브샤프트로 전달되는 터렛공구대에 있어서, 상기 터렛공구대에 체결되는 공구홀더나 베벨기어를 내포하는 형태로 형성된 기어박스에 통상 절삭공구에 의한 소재절삭으로 발생하는 마찰열을 줄이고 윤활을 위해 분사되는 절삭유를 상기 공구홀더 및 기어박스의 냉각매체로 사용한 회전공구용 터렛공구대의 절삭유를 이용한 냉각구조이다.

Description

회전공구용 터렛공구대의 절삭유를 이용한 냉각구조{Cooling structure of tool turret holder}

본 발명은 회전공구용 터렛공구대의 냉각구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 모터의 동력이 샤프트로 전달되고 샤프트로 전달된 동력이 서로 치합되어 있는 한 쌍의 베벨기어를 거쳐 드라이브샤프트로 전달되는 터렛공구대에 있어서, 상기 터렛공구대에 체결되는 공구홀더나 베벨기어를 내포하는 형태로 형성된 기어박스에 통상 절삭공구에 의한 소재절삭으로 발생하는 마찰열을 줄이고 윤활을 위해 분사되는 절삭유를 상기 공구홀더 및 기어박스의 냉각매체로 사용한 회전공구용 터렛공구대의 절삭유를 이용한 냉각구조이다.

일반적으로 회전공구홀더가 결합되는 터렛공구대는 동력전달계통의 특성상 모터의 동력이 샤프트로 전달된 뒤 동력절환을 위해 베벨기어를 사용하게 된다.

이때 상기 베벨기어에는 샤프트의 고속회전으로 인해 베벨기어간 기어접촉과 공작물의 절삭으로 인한 가공부하 등으로 인하여 높은 열이 발생하게 되고 이러한 고열은 기어박스, 상기 기어박스에 형성된 소켓에 동력을 전달하는 샤프트 및 공구홀더에 동력을 전달하는 드라이브샤프트 등으로 전달됨으로써 구성품의 열변형을 가져오게 되어 공작기계의 정밀도를 떨어뜨리는 문제를 야기시킨다.

특히 기어박스로 전달된 열은 드라이브샤프트의 중심축을 이동시켜 디스크에 부착된 회전공구홀더와 결합시 결합중심에 대한 편심, 편각을 발생시키며 이러한 편심, 편각은 심각한 회전소음과 결합부 파손, 비정상적인 운전에 의한 가공오차의 증대 등을 유발하게 되고 이러한 현상들의 방지를 위해서는 일정시간 이상 작업한 뒤에는 반드시 열을 식혀주기 위해 기계의 가동을 중지하거나 가공치수를 재수정해 주어야하는 불편함이 따르게 되는데 이 또한 현실적이지는 않다.

기어박스 내부에 구성되어 있는 베벨기어의 윤활성능을 개선하고 유지보수성을 향상시키고자 본 출원인은 특허출원 제10-2008-0045890호에 터렛공구대의 기어박스를 제안한 바 있으며, 도 1 및 도 2에 도시되어 있다.

상기 도 1 및 도 2에 도시된 터렛공구대는 한쌍의 베벨기어(20a, 20b) 외부에 기어박스(22)가 형성되고 상기 기어박스의 내에는 오일저장고(30)가 형성되어 베벨기어간 기어접촉에 대한 윤활과 함께 베벨기어의 냉각을 촉진시켜 줄 수 있다는 장점이 있다.

그러나, 기어박스 내부에 충진되어 있는 오일(윤활유)은 베벨기어의 운전에 의하여 발생된 높은 마찰열을 직접 접촉이 일어나는 기어박스와 드라이브샤프트 등에 전달하게 되고 이 중에서 기어박스로 전달된 열은 열변형에 의하여 드라이브샤프트의 중심축의 이동을 가져오게 되어 전술한 각종 문제점들을 가져오게 된다.

특히나 터렛공구대에 형성되는 기어박스의 경우 고속회전을 전달하는 경우가 많고 이러한 고속회전이 지속될 경우 더욱 높은 열이 발생할 수 있어 베벨기어의 마찰에 의하여 전달되는 열을 기어박스에서 직접 냉각할 수 있는 방안이 수립되지 않는 이상 드라이브샤프트의 중심이동은 불가피하다.

또한 도 3과 같이 종래의 터렛공구대는 아답터(7)로 절삭유가 통과되며 통과된 절삭유는 유로(50)와 활성화된 유로(51)를 따라 공구(4) 쪽으로 분출되게 형성되어 있다. 이런 종래의 터렛공구대는 공구홀더의 몸체에 형성된 노즐을 통해 절삭유가 공구(4)로 바로 분사됨으로써 공구홀더 내에 베벨기어가 형성되어 있을 경우 상기 베벨기어 간의 기어접촉으로 인한 마찰열과 소재절삭에 의한 가공부하로 발생하는 마찰열이 발생하여도 냉각효율이 떨어지게 된다.

이로써 공구홀더 역시 앞서 서술한 기어박스와 동일한 현상이 발생하며 이로 인하여 공구홀더 내에 형성된 베벨기어의 수명저하와 함께 정도변화 등이 발생할 우려가 있다.

따라서, 본 발명은 회전공구가 결합되는 공구홀더나 베벨기어가 형성된 기어박스 자체를 냉각시키되 절삭유를 이용하여 냉각함으로써 별도의 열교환기(heat exchanger)나 칠러(chiller)를 필요로 하지 않는 간단한 구조로 형성되는 회전공구용 터렛공구대의 절삭유를 이용한 냉각구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 상기 공구홀더나 기어박스의 내부에 특이한 형상의 절삭유로를 형성하여 보통의 경우 절삭공구에 의한 소재 절삭시에 절삭효과를 높이기 위하여 공구에 분사되는 절삭유를 상기 공구홀더와 기어박스의 냉각매체로 활용한 회전공구용 터렛공구대의 절삭유를 이용한 냉각구조를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

본 발명에 의한 회전공구용 터렛공구대의 절삭유를 이용한 냉각구조는 모터의 동력이 샤프트로 전달되고 샤프트로 전달된 동력은 한 쌍의 치합되는 베벨기어를 거쳐 드라이브샤프트로 전달되며, 상기 드라이드샤프트로 전달된 동력은 절삭공구가 결합된 공구홀더로 전달이 이루어지며, 상기 베벨기어의 외부에는 기어박스가 형성된 터렛공구대에 있어서, 상기 공구홀더와 기어박스에는 절삭유가 통과되는 특이한 형상의 절삭유로가 형성되어 절삭유로를 통과하는 절삭유가 냉매 역할을 하여 공구홀더와 기어박스 내에서 발생하는 열을 냉각하도록 구성한다.

본 발명에 의한 회전공구용 터렛공구대의 절삭유를 이용한 냉각구조는 공구홀더나 기어박스의 내부에 특이한 형상의 절삭유로를 형성하여 절삭유를 이용하여 냉각함으로써 공구홀더와 기어박스 자체를 효율적이고 신속히 냉각시키며, 별도의 열교환기(heat exchanger)나 칠러(chiller)를 필요로 하지 않는다.

도 1 및 도 2는 종래 터렛공구대의 기어박스 구성예시도
도 3은 종래 터렛공구대의 구성예시도
도 4는 본 발명의 일부분 절개구성도
도 5는 본 발명에 의한 일부구성예시도
도 6과 도 7은 본 발명의 타실시예시도

본 발명은 회전공구용 터렛공구대의 냉각구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 모터의 동력이 샤프트로 전달되고 샤프트로 전달된 동력이 서로 치합되어 있는 한 쌍의 베벨기어를 거쳐 드라이브샤프트로 전달되는 터렛공구대에 있어서, 상기 터렛공구대에 체결되는 공구홀더나 베벨기어를 내포하는 형태로 형성된 기어박스에 통상 절삭공구에 의한 소재절삭으로 발생하는 마찰열을 줄이고 윤활을 위해 분사되는 절삭유를 상기 공구홀더 및 기어박스의 냉각매체로 사용한 회전공구용 터렛공구대의 절삭유를 이용한 냉각구조이다.

이하 첨부된 도면에 의해 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 일부분 절개구성도이고, 도 5는 본 발명에 의한 일부구성예시도이며, 도 6과 도 7은 본 발명의 타실시예시도로서, 본 발명에 의한 회전공구용 터렛공구대의 절삭유를 이용한 냉각구조는 모터의 동력이 샤프트(6)로 전달되고 샤프트(6)로 전달된 동력은 한 쌍의 치합되는 베벨기어(20a, 20b)를 거쳐 드라이브샤프트(9)로 전달되며, 상기 드라이드샤프트(9)로 전달된 동력은 회전공구(4)가 결합된 공구홀더(100)로 전달이 이루어지는 터렛공구대에 있어서, 상기 터렛공구대에 체결되는 공구홀더(100)나 베벨기어(20a, 20b)를 내포하는 형태로 형성된 기어박스(22) 중 적어도 한 곳 이상에는 절삭유가 통과되는 절삭유로(102, 110)가 형성되어 상기 절삭유로(102, 110)를 통과하는 절삭유로서 공구홀더(100)나 기어박스(22)에서 발생하는 열을 냉각시키는 것이 특징이다.

본 발명의 명세서에서 사용되는 도면부호는 종래기술을 설명하기 위해 제시한 도 1 내지 도 3과 동일할 경우 가급적 동일한 도면부호를 사용하도록 하며, 터렛공구대 전체의 구성에 대해서는 본 발명의 논지를 흐릴 우려가 있어 생략하도록 한다.

먼저, 모터(도시하지 않음)의 구동동력은 샤프트(6)로 전달되고 샤프트(6)로 전달된 동력은 키 형태의 치합으로 소켓(21)으로 전달되게 된다. 상기 소켓(21)에는 수평방향으로 기어이가 형성된 베벨기어(20a)가 볼트에 의해 결합되고 상기 베벨기어(20a)와 치합되는 또 다른 베벨기어(20b)가 드라이브샤프트(9)와 고정 결합되어 있다. 상기 드라이브샤프트(9)로 전달된 회전동력은 일측에 형성된 키홈을 거쳐 회전공구가 결합되어 있는 공구홀더(100)로 전달되게 된다.

이때 샤프트(6)의 고속회전시 상기 베벨기어(20a, 20b)의 기어치합으로 인해 높은 열이 발생하게 되며 공작물의 절삭성이 떨어지는 경우 즉, 난삭재의 경우 절삭력이 증대됨과 동시에 베벨기어 간의 마찰력이 증대되어 결국 베벨기어(20a, 20b)에는 고열이 발생하게 된다.

이렇게 발생된 베벨기어(20a, 20b)의 고열은 기어박스(22) 및 드라이브샤프트(9)로 전달됨과 동시에 소켓(21)을 거쳐 샤프트(6)로도 전달되게 된다.

상기 기어박스(22)는 터렛에 부착되어 있는 공구홀더(100)에 정확한 동력을 전달해주는 것으로서 그 자체는 운전에 아무런 이상동작도 발생치 않도록 하는 것이 가장 바람직하다.

따라서 터렛공구대에서는 공구홀더(100)와 결합되어 동력전달이 이루어지는 드라이브샤프트(9)에 가급적 변화가 일어나지 않도록 하는 것이 바람직하므로 기어박스(22)로 전달된 열을 효과적으로 낮추어서 기어박스(22)의 열변형에 의한 드라이브샤프트(9)의 중심축 이동이 최대한 일어나지 않도록 해주어야만 정밀가공이 가능하다. 이를 방지하지 못할 경우 터렛에 부착되어 있는 공구홀더(100)와 결합시에 결합중심에 대한 편심, 편각을 발생시키며 이러한 편심, 편각은 심각한 회전소음과 결합부의 파손, 비정상적인 운전에 의한 가공오차의 증대 등을 유발할 우려가 높다.

결국 본 발명은 종래 터렛공구대의 기어박스 몸체에 단순하게 형성되어 있던 절삭유로를 충분한 냉각효과가 발생할 수 있도록 특이형상의 절삭유로로 형성하여 기어박스(22) 내에서 발생한 열을 소재절삭용 절삭유를 활용하여 원활하게 열전달이 이루어지도록 구성하였으므로 기어박스(22)의 온도를 효과적으로 낮추어줄 수 있다.

또한, 상기 절삭유로(110)는 일반적인 관(홀) 형태로 형성할 수도 있고 도 4에 도시된 바와 같이 일반적인 관 형태의 유로가 아닌 커버(113)와 기어박스(22) 사이에 도넛 형상의 챔버(공간)로 형성하여 입구(도시하지 않음)를 통해 들어온 절삭유가 도넛 형상의 챔버 전체로 흐르도록 하여 기어박스(22)와 절삭유 간의 열교환 면적을 높여주며, 상기 기어박스(22)에는 절삭유로(110)를 따라 중간 중간에 소정 깊이의 홀(111)을 하나 이상 형성하여 상기 홀(111)로 챔버를 따라 흐르는 절삭유가 입출되도록 하여 이러한 과정에서도 열교환이 이루어지도록 한다.

본 발명은 상기 기어박스(22)뿐만 아니라 절삭공구가 결합되는 공구홀더(100)에도 절삭유로(102)를 형성할 수 있다는 것이다. 즉, 상기 절삭유로(102)는 도 6 내지 도 7에 도시된 바와 같이 디스크(2)를 통과하여 분출되는 절삭유가 공구홀더의 몸체에 형성된 인입구(101)를 따라 몸체 내로 들어가게 되고 이후 화살표 방향대로 순환한 뒤 상기 공구홀더의 2면 이상, 바람직하게는 3면을 거친 후 공구홀더에 형성된 출구(103)를 통해 외부로 배출되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 공구홀더(100)에 형성된 절삭유로(102)에 대해 좀더 상세히 설명하면, 디스크(2)를 통과한 절삭유는 공구홀더의 결합면(디스크와 맞닿아 접촉하는 면)에 형성된 인입구(101)를 통해 공구홀더의 몸체 내로 들어오게 되고 이후 내부 구성부품에 간섭되지 않도록 측면을 따라 역 'ㄷ'자 형상의 절삭유로를 따라 순환하게 되며 상부에 형성된 일자형의 절삭유로를 따라 반대쪽으로 이동되고, 다시 역 'ㄷ'자 형상의 절삭유로를 따라 순환한 뒤 하면에 형성된 출구(103) 쪽으로 배출되게 된다.

이러한 경우는 특히 공구홀더 내에 동력절환을 위해 베벨기어가 형성되어 있는 공구홀더에 사용하는 것이 바람직하다.

상기 절삭유로의 경우 공구홀더와의 접촉면적을 늘리기 위해 보다 긴 길이로서 절곡된 횟수가 많으면 많을수록 냉각효율이 극대화될 수 있으나, 이런 경우 공구홀더의 가공성이 떨어지고 강성이 저하될 수 있으므로 공구홀더의 강성이 저하되지 않고 절삭유의 배출이 원활히 이루어질 수 있는 범위 내에서 절삭유로를 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 절삭유로는 하나가 아니라 2군데 즉, 메인절삭유로와 서브절삭유로로 동시에 형성하여 두 개의 절삭유로가 공구홀더 내에서 하나로 합쳐져 출구를 통해 공구홀더의 외부로 배출할 수도 있다. 이러한 경우 열교환이 더욱 신속히 이루어져 공구홀더의 냉각효율을 촉진시킨다.

2. 디스크 3. 네임플레이트 4. 회전공구
6. 샤프트 7. 아답터 9. 드라이브샤프트
20a, 20b. 베벨기어 22. 기어박스
50. (아답터 내)절삭유로 51. 활성화된 유로
52. 활성화되지 않은 유로
100. 공구홀더 101. 인입구 102. 절삭유로
103. 출구 104. 마개
110. 절삭유로 111. 홀 112. 오링
113. 커버

Claims (6)

1. 모터의 동력이 샤프트(6)로 전달되고 샤프트(6)로 전달된 동력은 한 쌍의 치합되는 베벨기어(20a, 20b)를 거쳐 드라이브샤프트(9)로 전달되며, 상기 드라이드샤프트(9)로 잔달된 동력은 회전공구(4)가 결합된 공구홀더(100)로 전달이 이루어지는 터렛공구대에 있어서,
   상기 터렛공구대에 체결되는 공구홀더(100)나 베벨기어(20a, 20b)를 내포하는 형태로 형성된 기어박스(22) 중 적어도 한 곳 이상에는 절삭유가 통과되는 절삭유로(102, 110)가 형성되어 상기 절삭유로(102, 110)를 통과하는 절삭유로서 공구홀더(100)나 기어박스(22)에서 발생하는 열을 냉각시키는 것이 특징인 회전공구용 터렛공구대의 절삭유를 이용한 냉각구조
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 기어박스(22)에 형성된 절삭유로(110)는 기어박스(22)와의 접촉면적을 늘리기 위해 도넛 형상의 챔버로 형성되어 있는 것이 특징인 회전공구용 터렛공구대의 절삭유를 이용한 냉각구조
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 기어박스(22)에는 절삭유로(110)를 따라 중간 중간에 소정 깊이의 홀(111)을 하나 이상 형성하여 상기 홀(111)로 챔버를 따라 흐르는 절삭유가 입출되도록 하여 이러한 과정에서도 열교환이 이루어지도록 한 것이 특징인 회전공구용 터렛공구대의 절삭유를 이용한 냉각구조
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 공구홀더(100)에는 공구홀더(100)를 냉각시켜주기 위한 절삭유로(102)가 형성되어 있으며, 상기 절삭유로(102)를 따르 흐르는 절삭유는 공구홀더와의 접촉면적을 늘리기 위해 2면 이상을 거친 후 공구홀더(100)의 외부로 배출되는 것이 특징인 회전공구용 터렛공구대의 절삭유를 이용한 냉각구조
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 절삭유는 공구홀더의 결합면(디스크와 맞닿아 접촉하는 면)에 형성된 인입구(101)를 통해 공구홀더의 몸체 내로 들어오게 되고 이후 내부 구성품에 간섭되지 않도록 측면을 따라 역 'ㄷ'자 형상의 절삭유로를 따라 순환하게 되며 상부에 형성된 일자형의 절삭유로를 따라 반대쪽으로 이동되고, 다시 역 'ㄷ'자 형상의 절삭유로를 따라 순환한 뒤 하면에 형성된 출구(103) 쪽으로 배출되게 되는 것이 특징인 회전공구용 터렛공구대의 절삭유를 이용한 냉각구조
   
6. 제4항에 있어서,
   상기 절삭유로(102)는 메인절삭유로와 서브절삭유로가 공구홀더(100)에 동시에 형성되어 공구홀더(100) 내에서 하나로 합쳐져 출구를 통해 공구홀더의 외부로 배출되는 것이 특징인 터렛공구대의 절삭유를 이용한 냉각구조
   

Images