KR20170054412A - 고속 스핀들 - Google Patents

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KR20170054412A
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spindle
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KR1020177007619A
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즈비 밀러
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갈-웨이 메탈 커팅 테크놀로지스 리미티드
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Abstract

기계 가공 장치에 조립되도록 구성된 스핀들 어셈블리가 개시된다. 이 스핀들 어셈블리의 전방 덮개는, 고압 유체가 터빈의 블레이드 쪽으로 흐르게 하고 그 터빈을 회전시키도록 해주는 통로를 포함하고, 전방 덮개의 전방 단부에 위치되어 있는 개구는 저압 유체가 스핀들 어셈블리 밖으로 유출할 수 있게 해주며, 터빈의 뒤에서부터 전방 덮개의 전방 단부까지 연장되어 있는 통로는, 터빈의 블레이드에 부딪힌 후에 스핀들 어셈블리의 후방 단부 쪽으로 흐르는 저압 유체를 모을 수 있게 해주고 또한 이들 유체를 전방 덮개의 전방 단부 쪽으로 보내어 스핀들 어셈블리 밖으로 내보낸다. 스핀들 어셈블리의 하우징은 기계 가공 장치에 조립되도록 구성된 후방 부분을 포함할 수 있다.

Description

고속 스핀들{HIGH SPEED SPINDLE}
스핀들 어셈블리는 선반, 밀링머신, 드릴링 기계 등과 같은 기계 가공 장치에 조립될 수 있다. 예컨대, 스핀들 어셈블리는 기계 가공 장치의 공구 홀더의 테이퍼 소켓에 조립될 수 있고 주 스핀들에 의해 제공되는 고압 유체를 사용할 수 있다. 이러한 스핀들 어셈블리는 높은 회전 속도를 제공할 수 있다. 지금까지 이러한 고속 스핀들의 사용은 기술적 문제 때문에 제한되고 있어 넓은 상용화가 못 되고 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 기계 가공 장치에 조립되도록 구성된 스핀들 어셈블리가 제공되는 바, 이 스핀들 어셈블리는 후방 단부와 전방 단부를 가지며, 상기 전방 단부는 스핀들 어셈블리의 공구 클램핑 시스템 근처에 있고 상기 후방 단부는 그 공구 클램핑 시스템의 반대편에 있으며, 상기 스핀들 어셈블리는, 회전축; 상기 회전축을 지지하고 또한 축이 스핀들 어셈블리 내부에서 고속으로 회전할 수 있게 해주도록 구성되어 있는 전방 단부 베어링 어셈블리 및 후방 단부 베어링 어셈블리를 포함하는 베어링 어셈블리; 상기 회전축과 작동 연결되어 있고 회전축을 회전시키도록 구성되어 있는 터빈; 상기 스핀들 어셈블리의 구성품을 기계적으로 지지하고, 상기 기계 가공 장치에 의해 제공되는 고압 유체가 흐를 수 있게 해주는 복수의 통로를 포함하는 중공 하우징; 및 상기 중공 하우징의 앞에 위치되는 전방 덮개를 포함하고, 상기 전방 덮개는, 상기 중공 하우징의 복수의 통로에 유체 연결되어, 상기 고압 유체가 중공 하우징의 통로로부터 터빈의 블레이드 쪽으로 흐르게 하고 그 터빈을 회전시키도록 해주는 제 1 그룹의 통로; 실질적으로 상기 전방 덮개의 중심부에 위치되어 터빈의 블레이드를 위한 자유 공간을 제공하는 중공 공간; 상기 전방 덮개의 전방 단부에 위치되어, 저압 유체가 상기 중공 공간으로부터 스핀들 어셈블리 밖으로 흐를 수 있게 해주는 개구; 및 상기 블레이드와 전방 단부 베어링 어셈블리의 사이로부터 전방 덮개의 전방 단부까지 연장되어 있어, 터빈의 블레이드에 부딪힌 후에 스핀들 어셈블리의 후방 단부 쪽으로 흐르는 저압 유체를 모을 수 있게 해주고 또한 이들 유체를 전방 덮개의 전방 단부 쪽으로 보내어 스핀들 어셈블리 밖으로 내보내는 제 2 그룹의 통로를 포함하고, 상기 터빈은 상기 전방 단부 베어링 어셈블리와 전방 덮개 사이에 배치된다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따르면, 상기 스핀들 어셈블리는 공구 홀더의 내부 테이퍼 소켓에 조립되도록 구성되어 있고, 적어도 상기 후방 단부 베어링 어셈블리는, 상기 공구 홀더의 테이퍼 소켓과 전방 단부 클램핑 너트에 의해 형성되는 공간에 위치되도록 구성되어 있는 스핀들 어셈블리의 일 부분에 배치될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따르면, 상기 하우징은 기계 가공 장치에 조립되도록 구성된 후방 부분을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따르면, 상기 전방 덮개의 중공 공간은 후방 부분과 전방 부분을 포함하고, 중공 공간의 후방 부분은 터빈 블레이드를 위한 공간을 제공하고, 또한 중공 공간의 후방 부분은 터빈의 직경 보다 큰 직경을 가지며, 중공 공간의 전방 부분은 터빈의 앞에서 연장되어 있고 또한 중공 공간의 후방 부분의 직경 보다 큰 직경을 가지고 있어, 유체가 터빈의 블레이드에 부딪힌 후에 그 유체를 모을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따르면, 상기 전방 덮개는 상기 제 2 그룹의 통로에 조립되는 조절형 스프링클러(sprinkler)를 포함하고, 이 조절형 스프링클러는 스핀들 어셈블리로부터 배출되는 저압 유체의 방향을 조절할 수 있도록 구성되어 있다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따르면, 상기 제 1 그룹의 통로 각각은 테이퍼형 부분을 포함하고, 이 테이퍼형 부분의 좁은 단부는 터빈의 블레이드 쪽을 향한다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따르면, 터빈의 블레이드 쪽을 향하는 상기 제 1 그룹의 통로의 개구는 타원형이다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따르면, 상기 블레이드의 압력 표면은 반경 방향으로 오목하다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따르면, 상기 블레이드의 압력 표면은, 블레이드와 터빈의 기부와의 연결부 근처에서 블레이드의 후방 단부에 있는 오목 부분, 및 터빈의 기부와의 상기 연결부로부터 거리를 두고 블레이드의 전방 단부에 있는 실질적으로 곧은 부분을 포함하고, 상기 제 1 그룹의 통로는, 고압 유체를 상기 오목 부분과 곧은 부분의 연결 라인 쪽으로 분사하도록 구성되어 있다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따르면, 상기 터빈은 기부를 포함하고, 상기 블레이드가 블레이드의 후방 단부에서 상기 기부에 부착되고, 상기 제 2 그룹의 통로의 개구가 상기 기부 쪽을 향한다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따르면, 상기 터빈의 블레이드의 내측면과 회전축 사이에 틈이 제공되어 있다.
본 발명의 주제는 특히 본 명세서의 말미에서 구체적으로 제시되고 또한 개별적으로 청구된다. 그러나 본 발명은 작용의 조직화 및 방법과 관련하여 그의 목적, 특징, 및 이점과 함께 첨부 도면과 함께 이하의 상세한 설명을 참조로 가장 잘 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 일 예시적인 스핀들 어셈블리의 개략적인 단면도이다.
도 2a는 본 발명의 실시 형태에 따른 예시적인 스핀들 어셈블리의 중공 하우징의 정면도이다.
도 2b는 본 발명의 실시 형태에 따른 하우징을 면 BB을 따라 취한 개략적인 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 실시 형태에 따른 예시적인 스핀들 어셈블리의 전방 덮개의 정면도이다.
도 3b는 본 발명의 실시 형태에 따른 전방 덮개를 면 DD을 따라 취한 개략적인 단면도이다.
도 3c는 본 발명의 실시 형태에 따른 예시적인 스핀들 어셈블리의 전방 덮개의 측면도이다.
도 3d는 본 발명의 실시 형태에 따른 전방 덮개를 면 JJ을 따라 취한 개략적인 단면도이다.
도 3e는 본 발명의 실시 형태에 따른 도 3d의 전방 덮개의 개략적인 단면도에 있는 원 영역(K)의 확대도이다.
도 4a는 본 발명의 실시 형태에 따른 예시적인 스핀들 어셈블리의 터빈의 3차원도이다.
도 4b는 본 발명의 실시 형태에 따른 터빈의 정면도이다.
도 4c는 본 발명의 실시 형태에 따른 터빈을 면 AA에 따라 취한 개략적인 단면도이다.
도 4d는 본 발명의 실시 형태에 따른 도 4b의 터빈의 개략적인 단면도에 있는 원 영역(B)의 확대도이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 따른 스핀들 어셈블리의 개략적인 부분 등각 단면도이다.
도 6a는 본 발명의 실시 형태에 따른 터빈과 회전축의 3차원도이다.
도 6b는 본 발명의 실시 형태에 따른 터빈과 회전축의 정면도이다.
도 7은 본 발명의 실시 형태에 따른 예시적인 스핀들 어셈블리의 개략적인 단면도로, 스핀들 어셈블리는 공구 홀더에 조립되어 있고 전방 클램핑 너트에 의해 고정된다.
도 8은 본 발명의 실시 형태에 따른, 조절형 스프링클러를 갖는 스핀들 어셈블리의 개략적인 단면도이다.
도 9a는 본 발명의 실시 형태에 따른 도 8의 스핀들 어셈블리의 전방 덮개의 3차원도이다.
도 9b는 본 발명의 실시 형태에 따른 도 9a의 전방 덮개의 정면도이다.
도 9c는 본 발명의 실시 형태에 따른 도 9a의 전방 덮개를 면 DD을 따라 취한 개략적인 단면도이다.
도 9d는 본 발명의 실시 형태에 따른, 도 9c의 전방 덮개의 개략적인 단면도에 있는 원 영역(J)의 확대도이다.
도 10a는 본 발명의 실시 형태에 따른 도 8의 스핀들 어셈블리의 터빈의 3차원도이다.
도 10b는 본 발명의 실시 형태에 따른 도 8의 스핀들 어셈블리의 터빈의 정면도이다.
도 10c는 본 발명의 실시 형태에 따른, 도 8의 스핀들 어셈블리의 터빈을 자오선 면 CC을 따라 취한 개략적인 단면도이다.
도 11은 본 발명의 실시 형태에 따른 도 8의 스핀들 어셈블리의 3차원도이다.
도 12는 본 발명의 실시 형태에 따른 내장형 스핀들 어셈블리의 개략적인 단면도이다.
도 13은 본 발명의 실시 형태에 따른 도 12의 내장형 스핀들 어셈블리의 개략적인 부분 등각 단면도이다.
간략하고 명료한 도시를 위해, 도면에 나타나 있는 요소는 척도에 맞게 그려질 필요는 없음을 알 것이다. 예컨대, 일부 요소의 치수는 명료성을 위해 다른 요소에 비해 과장될 수 있다. 또한, 적절하다면, 대응하거나 유사한 요소를 나타내기 위해 도면에서 참조 번호가 반복될 수 있다.
이하의 상세한 설며에서, 본 발명에 대한 철저한 이해를 제공하기 위해 많은 특정한 상세가 제시된다. 그러나, 당업자는 본 발명은 이들 특정한 상세 없이도 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 다른 경우에, 잘 알려져 있는 방법, 절차, 및 구성품들은 본 발명이 모호해지지 않도록 상세히 설명되지 않았다.
본 발명의 실시 형태는 이런 점에서 제한되지 않지만, 여기서 사용되는 "복수의" 라는 용어는 예컨대 "다수의" 또는 "2개 이상의"을 포함할 수 있다. "복수의" 라는 용어는, 명세서 전반에 걸쳐 2개 이상의 구성품, 장치, 요소, 유닛, 파라미터 등을 기술하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 스핀들 어셈블리는 기계 가공 장치의 주 스핀들의 공구 홀더의 내부 테이퍼 소켓에 조립되도록 구성될 수 있다. 본 출원에서, "주 스핀들" 이라는 용어는 기계 가공 장치와 일체적으로 된 스핀들을 말할 수 있다. 그래서, 본 발명의 실시 형태에 따른 스핀들 어셈블리는 공구 대신에 기계 가공 장치의 주 스핀들의 공구 홀더에 설치될 수 있다. 일부 실시 형태에 따르면, 스핀들 어셈블리의 하우징은, 기계 가공 장치에 조립되어 별개의 공구 홀더의 사용에 대한 필요성을 없애주는 후방 부분을 포함할 수 있다.
스핀들 어셈블리는, 스핀들 어셈블리가 공구 홀더에 장착될 때 그 스핀들 어셈블리는 공구 홀더의 테이퍼 소켓과 전방 단부 클램핑 너트에 의해 형성되는 공간에 배치 또는 위치되도록 설계되어 있다. 스핀들 어셈블리는 스핀들 어셈블리의 길이 방향 치수를 따라 제 1 부분과 제 2 부분으로 나누어질 수 있다. 예컨대, 본 발명의 실시 형태에 따른 스핀들 어셈블리의 길이 방향 치수의 적어도 절반은, 스핀들 어셈블리가 공구 홀더에 장착될 때, 공구 홀더의 테이퍼 소켓과 전방 단부 클램핑 너트에 의해 형성되는 공간에 배치 또는 위치될 수 있다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 스핀들 어셈블리의 제 1 부분은 적어도 스핀들의 후방 단부 베어링 어셈블리를 포함한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 스핀들 어셈블리의 주 구성품은, 하우징과 전방 덮개, 하우징과 공구 홀더 내부에서 회전 축선(R) 주위로 회전하도록 되어 있는 회전축, 스핀들 어셈블리 내부에서 회전축을 반경 방향 및 축방향으로 지지하고 또한 축의 고속 회전을 가능하게 헤주는 베어링 어셈블리, 및 전방 단부 베어링 어셈블리 앞에 배치되고 회전축과 작동 연결되어 있는 터빈을 포함할 수 있다. 터빈은 스핀들 어셈블리를 통해 기계 가공 장치에 의헤 공급되는 고압 냉각액과 같은 유체의 흐름에 응하여 회전축을 회전시킬 수 있다. 하우징과 전방 덮개는, 스핀들 어셈블리를 통해 기계 가공 장치로부터 흐르는 고압 냉각액이 터빈을 구동시킬 수 있게 해주는 복수의 통로를 포함할 수 있다. 스핀들의 적어도 하나의 베어링, 예컨대 후방 단부 베어링 어셈블리는 원추형 공동부(공구 홀더의 소켓과 전방 클램핑 너트에 의해 형성되는 공간)에 위치되거나 배치될 수 있다. 공구 홀더의 소켓은 원추형을 가지면서 테이퍼져 있을 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 스핀들은 0.2 Nm의 모멘트를 가지고서 예컨대 40 Krpm의 회전 속도에 이를 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시 형태에 따른 스핀들은 더 높거나 낮은 회전 속도 및 다른 크기의 모멘트에도 이를 수 있다. 본 발명의 실시 형태에 따른 스핀들로 작업할 때 기계 가공 장치의 주 스핀들은 일반적으로 회전하지 않음을 유의해야 한다. 그리하여, 공구 홀더와 스핀들에서의 공차의 누적 효과로 인한 공차 에러의 중첩이 제거될 수 있고 또한 스핀들 성능의 전체적인 정확도가 개선될 수 있다. 그러나 본 발명의 실시 형태는 이에 한정되지 않는데, 그래서, 일부 실시 형태에 따르면, 기계 가공 장치의 주 스핀들은 상기 스핀들과 함께 회전할 수 있고 그래서 높은 작업 속도(주 스핀들의 특정한 회전 속도와 본 발명의 실시 형태에 따른 스핀들의 특정한 회전 속도의 대수적 합)에 이를 수 있다.
회전 축선(R)은 스핀들 어셈블리 및 공구 홀더의 중심에 있는 길이 방향 축선일 수 있다. 본 발명의 실시 형태에 따른 스핀들에 있는 요소들의 위치를 기술하기 위해 본 출원에서 사용되는 용어들은, 회전 축선(R)을 따라 본 발명의 실시 형태에 따른 스핀들 어셈블리의 공구 클램핑 시스템에 대한 것이다. 전방 또는 앞 방향은 공구 클램핑 시스템의 방향을 말하는 것이거나 또는 공구 클램핑 시스템 근처에 있는 것을 의미한다. 유사하게, 반대의 뒤쪽 방향은 역방향, 공구 클램핑 시스템의 반대편에 있는 스핀들의 단부의 방향을 말하며, 또는 공구 클램핑 시스템의 반대편 단부 근처에 있는 것을 의미한다. 유사하게, "전" 또는 "앞에" 라는 용어는, 다른 요소에 대해 회전 축선(R)을 따라 공구 클램핑 시스템에 더 가까이 배치되어 있는 요소와 관련된 것이고, "뒤쪽" 이라는 용어는, 다른 요소에 대해 회전 축선(R)을 따라 공구 클램핑 시스템으로부터 더 멀리 있는 요소에 관한 것이다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 공구 홀더는 BT30, BT40, BT50, CAT40, CAT50, HSK-A, HSK-E, HSK-F, ISO 26623 등과 같은 표준 공구 홀더일 수 있고 또는 적절한 공구 홀더일 수 있다. 공구 홀더의 후방 테이퍼 단부는, 선반, 밀링 머신, 드릴링 기계 등과 같은 기계 가공 장치(미도시)에 고정 장착될 수 있게 해준다. 공구 홀더의 내부 테이퍼 소켓은 스핀들을 회전 공구 홀더에 부착하는 것에 관한 공지된 관련 표준에 부합할 수 있다. 예컨대, 공구 홀더의 내부 테이퍼 소켓은 ER40 또는 ER32 TG100, SC, R8, MT2 콜릿 표준에 부합할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 스핀들의 터빈은 회전축과 작동 연결될 수 있다. 터빈은 나사 체결, 접착 등과 같은 적절한 기술을 사용하여 회전축에 장착될 수 있다. 대안적으로, 터빈과 축은 일체로 제공될 수 있다. 터빈은 충동 터빈, 반작용 터빈 또는 이들의 조합일 수 있다. 터빈은 전방 단부 베어링과 공구 클랭핑 시스템 사이에서 축의 전방 단부에 위치될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 베어링 어셈블리는 전방 단부 베어링 어셈블리와 후방 단부 베어링 어셈블리를 포함할 수 있다. 전방 단부 베어링 어셈블리와 후방 단부 베어링 어셈블리 각각은 하나 이상의 베어링을 포함할 수 있다. 베어링 어셈블리는 반경 방향 하중과 축방향 하중 모두를 지탱하는 어떤 종류의 베어링이라도 포함할 수 있다. 베어링 어셈블리의 공차는, ABEC 스케일의 ABEC 1 등급 또는 ISO 492 표준의 보통 등급 6X과 같은 낮은 정밀도에서부터 ABEC 스케일의 ABEC 9P 등급 또는 ISO 492 표준의 보통 등급 2와 같은 높은 정밀도까지 될 수 있다. 예컨대, 베어링 어셈블리는 깊은 홈 볼 베어링, 앵귤러 컨택트 볼 베어링, 4-점 접촉 볼 베어링과 같은 볼 베어링, 세라믹 베어링 또는 자석 베어링을 포함할 수 있다. 스냅 링 홈을 갖는 베어링, 접촉 밀봉형 베어링, 비접촉 밀봉형 베어링, 차폐형 베어링 또는 개방형 베어링이 특정 설계 요건에 따라 사용될 수 있다.
전방 단부 베어링 어셈블리 및 후방 단부 베어링 어셈블리는 배면 대향( back-to-back) 방식, 정면 대향(face-to-face) 방식 또는 직렬 방식으로 장착될 수 있다.
베어링에 대한 예압(preload)은 어떤 적절한 예압 기술로도 얻어질 수 있다. 예압은, 베어링이 베어링 레일에 고정되도록 하중을 가해 베어링을 밀어 축방향과 반경 방향 모두의 틈새를 제거하기 위한 것이다. 예컨대, 전방 단부 베어링 및 후방 단부 베어링은 정압 기술을 사용하여 예압을 받을 수 있다. 예컨대, 베어링에 대한 예압은, 예압 나사, 나사-너트, 터빈 등과 같은 강성적인 스탑퍼 요소에 대해 전방 단부 베어링 어셈블리 및 후방 단부 베어링 어셈블리에 지속적인(일정한) 압력을 가하는 스프링을 사용하여 얻어질 수 있다. 전방 단부 베어링 어셈블리 및 후방 단부 베어링 어셈블리에 예압을 주기 위해, O-링, 코일 스프링, 벨레빌(Belleville) 스프링, 파형 스프링 및/또는 핑거 스프링과 같은 어떤 종류의 적절한 스프링이라도 사용될 수 있다. 전방 단부 베어링 어셈블리 및 후방 단부 베어링 어셈블리의 구성에 따라, 전방 단부 베어링 어셈블리 및 후방 단부 베어링 어셈블리의 내부 레일 또는 외부 레일에 예압을 줄 수 있다. 대안적으로, 위치잡기 예압도 사용될 수 있다. 이 위치잡기 예압은, 축방향 하중 하에서 전방 단부 베어링과 후방 단부 베어링을 기계적으로 고정시켜 얻어질 수 있다.
고압 유체는, 공구 홀더가 부착되는 기계 가공 장치에 의해 공급되는 어떠한 유체라도 될 수 있는데, 예컨대 냉각액일 수 있다. 일반적으로, 냉각액은 약 95% 물과 5% 오일로 된 에멀젼이다. 고압 냉각액은 일반적으로 12 bar의 압력에서 기계 가공 장치체 의해 공급되며, 그 기계 가공 장치에 의해 공급될 때 90 bar 이상 까지 이를 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 터빈을 구동시키기 위해 사용된 후에 유체 배출부에 특별한 주의을 해야 한다. 예컨대, 유체 배출부는 스핀들 어셈블리의 전방 단부에 제공되는 개구를 포함할 수 있는데, 이 개구는 유체가 스핀들로부터 유출되도록 해준다. 추가로, 제 2 그룹의 통로가 제공될 수 있으며, 이 통로는 터빈의 뒤에서부터 스핀들 어셈블리의 전방 단부까지 연장되어 있어, 터빈의 블레이드에 부딪힌 후에 스핀들 어셈블리의 후방 단부 쪽으로 흐르는 저압 유체를 모을 수 있게 해주고 또한 이들 유체를 스핀들 어셈블리 밖으로 내보낸다. 추가로, 터빈 블레이드를 위한 자유 공간을 제공하는 중공 공간이 터빈의 앞에서 직경으로 연장되어 있어, 유체가 터빈의 블레이드에 부딪힌 후에 그 유체를 모을 수 있다.
본 발명의 실시 형태는 특정한 공구 클램핑 시스템 또는 특정한 공구에 한정되지 않는다. 절삭 공구, 연삭 공구, 호닝(honing) 공구 등과 같은 어떤 적절한 공구도 본 발명의 실시 형태에 따른 스핀들 어셈블리에 장착될 수 있다. 추가로, 클램핑 콜릿, 열수축 클램핑, 탄성 변형 클램핑, 유압 또는 니켈-티타늄(니티놀)- 형상 기억 합급(NiTi) 클램핑 등과 같은 어떤 적절한 공구 클램핑 시스템 및 기술이라도 사용될 수 있다. 유사하게, 본 발명의 실시 형태는, 공구의 조립 및 분해 중에 스핀들 축의 회전을 방지하기 위해 사용되는 어떤 특정한 회전자 구속 방법에 한정되지 않는다. 예컨대, 2개의 평평한 영역(납작 키이에 적합함), 복수의 구멍, 6개의 평평한 영역, 특수한 슬롯 등과 같은 회전자 구속 수단이 스핀들에 포함될 수 있다. 여기서 사용되는 회전자는 축 및 이 축에 부착되는 부품과 같은 스핀들의 회전 부품을 말한다.
본 발명의 실시 형태는 축의 회전 속도를 측정하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 어떤 적절한 회전 속도 측정 방법 및 기술이라도 사용될 수 있다. 예컨대, 자석이 회전축에 장착될 수 있고 또한 Hall 효과 센서와 같은 회전 속도 측정 시스템이 회전 속도 측정에 사용될 수 있다.
,이제 본 발명의 실시 형태를 예시적으로 설명한다. 본 발명은 나타나 있는 특정 실시예에 한정되지 않고, 여기서 설명하는 원리의 실시는 특정 설계 요건을 만족하도록 변할 수 있다.
도 1을 참조하면, 이 도는 본 발명의 실시 형태에 따른 일 예시적인 스핀들 어셈블리(100)의 개략적인 단면도이다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 스핀들 어셈블리(100)는 공구 홀더(예컨대, 도 7에 있는 공구 홀더(700))의 내부 테이퍼 소켓(예컨대, 도 7에 있는 소켓(710))에 조립될 수 있다. 공구 홀더(700)와 같은 공구 홀더는 표준에 따라 만들어지고 널리 사용되고 있다. 따라서, 이미 공구 홀더를 소유하고 있는 많은 사용자는 기존의 공구 홀더에 맞는 스핀들 어셈블리(100)만 구입하면 된다.
스핀들 어셈블리(100)에 대해 후방 단부와 전방 단부가 규정되며, 전방 단부는 스핀들 어셈블리(100)의 공구 클램핑 시스템(120) 근처에 있고, 후방 단부는 그 공구 클램핑 시스템(120)의 반대편에 있다. 스핀들 어셈블리(100)는 회전축(110), 베어링 어셈블리(103, 105), 터빈(107), 중공 하우징(101), 및 전방 덮개(102)를 포함할 수 있다. 스핀들 어셈블리(100)의 후방 단부는 후방 덮개(117)와 볼트(108)를 포함할 수 있고, 전방 단부는 전방 너트(106)를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시 형태는 특정한 공구 클램핑 장치 및 방법에 한정되지 않고, 수축, 유압 또는 형상 기억 합금 유닛과 같은 어떤 적절한 공구 클램핑 장치 및 기술도 사용될 수 있음을 유의해야 한다.
회전축(110)은 중공 하우징(101)과 공구 홀더 내부에서 회전 축선(R)에 대해 회전하도록 구성될 수 있다. 베어링 어셈블리(103, 105)는 전방 단부 베어링 어셈블리(105) 및 후방 단부 베어링 어셈블리(103)를 포함할 수 있고, 이들 베어링 어셈블리는 하우징(101)과 공구 홀더(700)(도 7에 나타나 있음) 내부에서 회전축(110)을 반경 방향 및 축방향으로 지지하고 또한 회전축(110)이 공구 홀더 내부에서 고속으로 회전할 수 있게 해주도록 구성되어 있다. 본 발명의 일부 실시 형태에 따르면, 적어도 후방 단부 베어링 어셈블리(103)는, 공구 홀더(700)의 테이퍼 소켓(710)과 전방 단부 클램핑 너트(720)에 의해 형성되는 공간에 위치되는 스핀들 어셈블리(100)의 일 부분에 배치될 수 있다.
터빈(107)이 전방 단부 베어링 어셈블리(105)의 앞에 배치될 수 있고, 회전축(110)을 회전시키기 위해 그 회전축(110)과 작동 연결될 수 있다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 기계 가공 장치에서 나온 유체가 후방 단부 및 전방 단부 베어링 어셈블리(103, 105)에 도달하게 하는 것은 바람직하지 않다. 그 유체 중의 소량이 베어링에 도달하더라도 후방 단부 및 전방 단부 베어링 어셈블리(103, 105)의 수명이 단축되는 것으로 밝혀졌다. 전방 단부 베어링 어셈블리(105)의 앞에 터빈(107)을 배치하면, 기계 유체가 베어링에 유입하는 것을 실질적으로 방지하는 효율적인 유체 배출 시스템의 설계가 가능하게 된다. 이 유체 배출 시스템은 여기서 상세히 설명할 것이다.
전방 단부 베어링 어셈블리(105) 및 후방 단부 베어링 어셈블리(103) 각각은 하나 이상의 베어링을 포함할 수 있다. 베어링은 앵귤러 컨택트 볼 베어링 또는 다른 종류의 베어링을 포함할 수 있다. 전방 단부 베어링(105) 및 후방 단부 베어링(103)은, 당업계에 알려져 있는 바와 같이, 배면 대향( back-to-back) 방식, 정면 대향(face-to-face) 방식 또는 직렬 방식으로 설치될 수 있다. 전방 단부 베어링(105) 및 후방 단부 베어링(103)의 서로에 대한 특정한 종류의 설치는 특정한 설계 요건을 만족하도록 선택될 수 있다.
전방 단부 베어링(105) 및 후방 단부 베어링(103)은 예컨대 정압 기술을 사용하여 예압을 받을 수 있는데, 후방 덮개(117)와 볼트(108)가 파형 스프링(109)을 통해 전방 너트(106)에 대해 전방 단부 베어링(105) 및 후방 단부 베어링(103)에 지속적인 압력을 가할 수 있다. 코일 스프링, 벨레빌(Belleville) 스프링, O-링 및 핑거 스프링과 같은 다른 종류의 스프링이 전방 단부 베어링(105) 및 후방 단부 베어링(103)에 예압을 주기 위해 사용될 수 있다.
전방 덮개(102)는 중공 하우징(101) 앞에 위치될 수 있고, 적용가능한 수단을 이용하여, 예컨대, 부합하는 보어(122, 121)에 삽입되는 나사 또는 핀을 사용하여 중공 하우징(101)에 연결될 수 있다. 여기서 중공 하우징(101)과 전방 덮개(102)는, 주로 기계 가공 공정의 제작 고려 사항 때문에 2개의 개별적인 부품으로서 설명된다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 이에 한정되지 않는다. 중공 하우징(101)과 전방 덮개(102)는, 예컨대 몰딩 기술 또는 3차원 프린팅을 사용하여 단일체로서 제작될 수 있다. 전방 덮개(102)는 이래에서 상세히 설명할 것이다.
이제, 본 발명의 실시 형태에 따른 스핀들 어셈블리(100)의 중공 하우징(101)의 정면도인 도 2a, 및 본 발명의 실시 형태에 따른 중공 하우징(101)을 면 BB을 따라 취한 개략적인 단면도인 도 2b를 참조한다.
중공 하우징(101)은 스핀들 어셈블리(100)의 구성품들을 기계적으로 지지할 수 있다. 중공 하우징(101)은, 고압 유체가 공구 홀더로부터 전방 덮개(102)에 있는 통로(301) 쪽으로 흐를 수 있게 해주는 복수의 내부 통로(111)를 포함할 수 있다. 도 2a에 나타나 있는 실시예에서는 3개의 내부 통로(111)가 있다. 본 발명의 실시 형태는 특정한 수의 통로(111)에 한정되지 않고 통로의 수는 설계 고려 사항에 맞게 변할 수 있다.
이제, 본 발명의 실시 형태에 따른 스핀들 어셈블리(100)의 전방 덮개(102)의 정면도인 도 3a, 전방 덮개(102)를 면 DD을 따라 취한 개략적인 단면도인 도 3b, 전방 덮개(102)의 측면도인 도 3c, 전방 덮개(102)를 면 JJ을 따라 취한 개략적인 단면도인 도 3d, 및 도 3d의 전방 덮개의 개략적인 단면도에 있는 원 영역(K)의 확대도인 도 3e를 참조한다.
전방 덮개(102)는 복수의 고압 통로(301)를 포함하는데, 이 복수의 고압 통로는 중공 하우징(101)의 복수의 내부 통로(111)에 유체 연결되어 있어, 고압 유체가 중공 하우징(101)의 내부 통로(111)로부터 터빈(107)의 블레이드(400)(도 4에 나타나 있음) 쪽으로 흘러 터빈(107)을 회전시킬 수 있다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 고압 통로(301)는 테이퍼형 부분(302)을 포함하는데, 이 테이퍼형 부분(302)의 좁은 단부(303)가 터빈(107) 쪽을 향한다. 좁은 단부(303)의 직경은 유체 유동의 속도와 압력을 제어하기 위해 조절될 수 있고, 이는 터빈(107)의 크기와 같은 다른 파라미터와 함께 회전 속도와 모멘트를 제어할 수 있다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 터빈(107)의 블레이드(400) 쪽을 향하는 제 1 그룹의 통로(301)의 개구(304)는 타원형이다. 본 발명의 실시 형태는 고압 통로(301)의 특정한 수 및 구성에 한정되지 않지만, 그의 수는 중공 하우징(101)의 내부 통로(111)의 수와 같아야 하며, 그위 위치는 중공 하우징(101)의 내부 통로(111)에 대응해야 하며, 그래서 그들 통로는 유체 연결되거나 단일 채널을 형성할 것이다. 고압 유체가 충분한 속도와 압력으로 또한 적절한 각도에서 터빈(107)에 도달하게 하여 그 터빈(107)을 원하는 속도와 모멘트로 회전시킬 수 있게 해주는 어떤 통로 설계라도 사용될 수 있다. 예컨대, 통로(301)의 유체 분사 개구(304)는 수평일 수 있는데, 즉 면 JJ에 평행할 수 있고, 또는 면 JJ 및 터빈(107)의 블레이드(400)에 대해 각도를 이루어 배치될 수 있다.
본 발명이 일부 실시 형태에 따르면, 통로(301)의 수평 부분은 전방 덮개(102)의 외주로부터 천공될 수 있다. 그래서, 통로(301)는, 적절한 방식으로, 예컨대 볼트 또는 나사를 사용하여 전방 덮개(102)의 외주에서 밀봉될 수 있다.
중공 공간(310, 311)은 실질적으로 전방 덮개(102)의 중심부에 위치될 수 있다. 중공 공간은, 터빈 블레이드(400)를 위한 공간을 제공하는 후방 부분(310)을 가질 수 있다. 그래서, 중공 공간의 후방 부분(310)의 직경은, 터빈 블레이드(400)가 중공 공간의 후방 부분(310) 내부에서 자유롭게 회전할 수 있도록 터빈 블레이드(400)의 직경 보다 충분히 클 수 있다. 상기 중공 공간은 전방 덮개(102)의 전방 단부(330) 쪽으로 연장되어 전방 부분(311) 안으로 연장될 수 있다. 전방 부분(311)은 실질적으로 터빈(107)의 앞에 위치될 수 있다. 전방 부분(311)은 후방 부분(310)의 직경 보다 큰 직경을 가져, 유체가 터빈(107)의 블레이드(400)에 부딪힌 후에 그 유체를 모을 수 있다. 유체가 터빈(107)의 블레이드(400)에 부딪힌 후의 그 유체의 압력은 블레이드(400)에 부딪히기 전 보다 상당히 낮을 수 있는데, 그래서, 터빈(107)의 블레이드(400)에 부딪힌 후의 유체를 여기서 저압 유체라고 할 수 있다.
전방 덮개(102)는, 전방 개구(312) 및 후방 배출 통로(320)를 포함하는 유체 배출 시스템을 포함할 수 있다. 개구(312)는 전방 덮개(102)의 전방 단부(330)에 위치되어 있어, 저압 유체가 중공 공간의 전방 부분(311)으로부터 스핀들 어셈블리(100) 밖으로 흐를 수 있다. 본 발명의 일부 실시 형태에 따르면, 개구(312)를 통해 유체는 스핀들 어셈블리(100)에 장착되어 있는 공구의 작업 지점 족으로 흐를 수 있다. 젯트 또는 스프링클러가 개구(312)에 배치되어, 터빈 영역을 떠나는 유체의 적어도 일부를 공구의 상기 작업 지점 쪽으로 보내어 부스러기를 냉각하고 이를 작업 지점에서 제거될 수 있다. 개구(312)는 작업 지점 쪽으로 각도를 이루어 향할 수 있다. 공구의 작업 지점은 공구와 가공물의 접촉점 또는 접촉 영역일 수 있다.
본 발명의 발명자는, 전방 개구(312)는 완전한 유체 배출에 충분하지 않을 수 있음을 알았다. 본 발명자는, 일부 유체는 터빈(107)의 블레이드(400)에 부딪힌 후에 스핀들 어셈블리(100)의 후방 단부 쪽으로 흐른다는 것을 인지하였다. 후방으로 흐르는 유체는 전방 단부 베어링 어셈블리(105) 및 후방 단부 베어링 어셈블리(103)에 들어가 이들 베어링에 손상을 줄 수 있다. 그러므로, 본 발명의 실시 형태에 따르면, 전방 덮개(102)는 후방 배출 통로(320)를 포함할 수 있는데, 이 후방 배출 통로는, 터빈(107)의 뒤에서부터 전방 덮개(102)의 전방 단부(330)까지 연장되어 있어, 터빈(107)의 블레이드(400)에 부딪힌 후에 스핀들 어셈블리(100)의 후방 단부 쪽으로 흐르는 저압 유체가 모일 수 있고 또한 이들 유체는 전방 덮개(102)의 전방 단부(330) 쪽으로 이동하여 스핀들 어셈블리(100) 밖으로 나갈 수 있다.
예컨대, 후방 배출 통로(320)는, 터빈(107)의 기부(430) 근처에 위치되어 있는 전방 덮개(102)의 내경(340)으로부터 전방 덮개(102)의 후방 단부(331)를 따라 후방 단부(331)의 중간 원(341) 쪽으로 가고 그리고 여기서부터 후방 단부(331)로부터 실질적으로 곧은 터널을 따라 전방 덮개(102)의 전방 단부(330)로 가게 된다.
본 발명의 실시 형태에 따른 스핀들 어셈블리(100)의 터빈(107)의 3차원도인 도 4a, 터빈(107)의 정면도인 도 4b, 자오선 면 AA을 따른 터빈(107)의 개략적인 단면도인 도 4c, 및 도 4b의 터빈의 개략적인 단면도의 원 영역(B)의 확대도인 도 4d를 참조한다. 터빈(107)은 8개의 날개(400)를 갖는다. 터빈(107)의 이들 날개(400)는 수직일 수 있는데, 즉 자오선 면 AA에 평행할 수 있다. 그래서, 통로(301)의 유체 분사 개구(304)가 수평이면, 유체는 최대의 파워를 가지고 블레이드(400)에 직각으로 부딪혀 터빈(107)을 회전시킬 수 있다. 유체는 터빈(107)의 블레이드(400)에 부딪힌 후에 전방 덮개(102)의 중공 공간(310, 311) 내부에서 모든 방향으로 퍼질 수 있고, 전방 덮개(102)의 배출 시스템을 통해 스핀들 어셈블리(100)로부터 배출된다. 본 발명의 실시 형태는 통로(301)와 함께 터빈(107)의 특정한 설계에 한정되지 않음을 유의해야 한다. 예컨대, 다른 수의 블레이드(400) 및/또는 통로(301)도 사용될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 블레이드(400)는 면 AA에 대해 각도를 가질 수 있고 그리고/또는 통로(301)는 면 JJ에 대해 각도를 가질 수 있다. 블레이드(400)는, 전방 덮개(102)의 후방 단부(331)의 내주에 대응하는 외주를 갖는 기부(430)에 조립될 수 있으며, 그래서, 스핀들 어셈블리(100)가 조립될 때, 기부(430)는 전방 덮개(102)의 후방 단부(331) 안으로 끼워질 수 있고, 통로(320)의 개구는 블레이드(400)와 전방 단부 베어링 어셈블리(105) 사이에서 기부(430) 쪽을 향할 수 있어, 스핀들 어셈블리(100)의 후방 단부 쪽으로 흐르는 유체를 모을 수 있다.
이제 도 5를 참조하면, 이 도는 본 발명의 실시 형태에 따른 스핀들 어셈블리(100)의 개략적인 부분 등각 단면도이다. 이 도에는, 스핀들 어셈블리(100)의 다양한 부품들의 상대적인 위치가 명확히 나타나 있다. 이 도에서, 본 발명의 실시 형태의 다른 특징적 부분도 나타나 있다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 터빈(107)의 블레이드(400)의 내측면과 회전축(110) 사이에 틈(500)이 제공될 수 있다. BT40 또는 HSK40과 같은 표준 공구 홀더용으로 설계된 스핀들 어셈블리의 경우에 상기 틈(500)은 1 mm 이하의 범위일 수 있다. 틈(500)은 스핀들 어셈블리(100)의 중심부 쪽으로 퍼지는 유체에 대한 경로를 제공할 수 있으며 그래서 유체의 배출을 도와주고 터빈(107)의 원활의 회전을 가능하게 해준다. 그러나, 틈(500)은 터빈(107)의 모멘트를 감소시킬 수 있고 그래서 틈(500)은 없어질 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 터빈(107)과 회전축(110)의 개략적인 부분 등각 단면도인 도 6a를 참조하는데, 이 도에도, 터빈(107)의 블레이드(400)와 회전축(110) 사이에 형성되어 있는 틈(500)이 나타나 있다. 축(110)은 터빈(107)과 작동 연결되어 있고, 그래서 터빈(107)의 회전에 의해 회전축(110)이 회전될 수 있다. 예컨대, 터빈(107)은 나사 체결, 접착, 납땜 또는 다른 적용가능한 방법을 사용하여 축(110)에 기계적으로 연결될 수 있고, 또는 터빈(107)과 회전축(110)은 적용 가능한 제작법, 예컨대 몰딩 기술 또는 3D 프린팅을 사용하여 일체적으로 만들어질 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 예시적인 스핀들 어셈블리(100)의 개략적인 단면도인 도 7을 참조하면, 그 스핀들 어셈블리는 공구 홀더(700)에 조립되어 있고 전방 클램핑 너트(720)에 의해 고정되어 있다.
스핀들 어셈블리(100)는 스핀들 어셈블리(100)의 길이 방향 치수를 따라, 길이 방향 치수(L1)를 갖는 제 1 부분(710) 및 길이 방향 축선(L2)을 갖는 제 2 부분(720)으로 나누어질 수 있다. 스핀들 어셈블리(100)는, 이 스핀들 어셈블리(100)가 공구 홀더(700)에 장착될 때 스핀들 어셈블리(100)의 제 1 부분이 공구 홀더(700)의 테이퍼 소켓(710)과 전방 클램핑 너트(720)에 의해 형성되어 있는 공간에 배치되거나 위치되도록 설계되어 있다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 스핀들 어셈블리(100)의 제 1 부분은 적어도 후방 단부 베어링(103)을 포함할 수 있다. 그래서, 적어도 후방 단부 베어링(103)은 원추형 공동부(공구 홀더(700)의 테이퍼 소켓(710)의 내측 표면과 전방 클램핑 너트(720)에 의해 형성되는 공간)에 배치될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른, 조절형 스프링클러(816)를 갖는 스핀들 어셈블리(800)의 개략적인 단면도인 도 8을 참조한다. 스핀들 어셈블리(100)의 대응하는 요소와 동일한 스핀들 어셈블리(800)의 구성품들에는 동일한 참조 번호가 주어져 있고, 스핀들 어셈블리(100)를 참조하여 주어지는 이들 요소에 대한 설명은 스핀들 어셈블리(800)에도 해당된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 스핀들 어셈블리(800)는, 공구 홀더(예컨대, 도 7에 있는 공구 홀더(700))의 내부 테이퍼 소켓(예컨대, 도 7에 있는 소켓(710))에 조립되도록 구성될 수 있다. 스핀들 어셈블리(800)에 대해 후방 단부와 전방 단부가 규정되며, 전방 단부는 스핀들 어셈블리(800)의 공구 클램핑 시스템(120) 근처에 있고, 후방 단부는 그 공구 클램핑 시스템(120)의 반대편에 있다. 스핀들 어셈블리(800)는 회전축(110), 베어링 어셈블리(103, 105), 터빈(804), 중공 하우징(101), 및 전방 덮개(802)를 포함할 수 있다. 스핀들 어셈블리(800)의 후방 단부는 후방 덮개(117)와 볼트(108)를 포함할 수 있고, 전방 단부는 전방 너트(106)를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시 형태는 특정한 공구 클램핑 장치 및 방법에 한정되지 않고, 수축, 유압 또는 형상 기억 합금 유닛과 같은 어떤 적절한 공구 클램핑 장치 및 기술도 사용될 수 있음을 유의해야 한다.
도 8에는 또한, 중공 하우징(101)의 외주에 있는 전용 오목부에 결합되는 선택적인 O-링(814) 및 중공 하우징(101)과 전방 덮개(102)의 연결점에서 고압 통로(301) 주위에 결합되는 O-링(813)이 나타나 있다. 이들 O-링(814, 813)은 고압 유체의 누출을 방지하기 위해 제공될 수 있다.
회전축(110)은 중공 하우징(101)과 공구 홀더 내부에서 회전 축선(R)에 대해 회전하도록 구성될 수 있다. 베어링 어셈블리(103, 105)는 전방 단부 베어링 어셈블리(105) 및 후방 단부 베어링 어셈블리(103)를 포함할 수 있고, 이들 베어링 어셈블리는 하우징(101)과 공구 홀더(700)(도 7에 나타나 있음) 내부에서 회전축(110)을 반경 방향 및 축방향으로 지지하고 또한 회전축(110)이 공구 홀더 내부에서 고속으로 회전할 수 있게 해주도록 구성되어 있다. 본 발명의 일부 실시 형태에 따르면, 적어도 후방 단부 베어링 어셈블리(103)는, 공구 홀더(700)의 테이퍼 소켓(710)과 전방 단부 클램핑 너트(720)에 의해 형성되는 공간에 위치되는 스핀들 어셈블리(100)의 일 부분에 배치될 수 있다.
터빈(804)은 전방 단부 베어링 어셈블리(105)의 앞에 배치될 수 있고 회전축(110)과 작동 연결되어 있어 이 회전축(110)을 회전시킬 수 있다. 예컨대, 터빈(804)은 나사 체결, 접착, 납땜 또는 다른 적용가능한 방법을 사용하여 축(110)에 기계적으로 연결될 수 있고, 또는 터빈(804)과 회전축(110)은 적용 가능한 제작법, 예컨대 몰딩 기술 또는 3D 프린팅을 사용하여 일체적으로 만들어질 수 있다.
전방 덮개(802)는 중공 하우징(101) 앞에 위치될 수 있고, 적용가능한 수단을 이용하여, 예컨대, 전방 덮개(102)와 유사하게 부합하는 보어에 삽입되는 나사 또는 핀(1130)(도 11에 나타나 있음)을 사용하여 중공 하우징(101)에 연결될 수 있다. 여기서 중공 하우징(101)과 전방 덮개(802)는, 주로 기계 가공 공정의 제작 고려 사항 때문에 2개의 개별적인 부품으로서 설명됨을 유의해야 한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 이에 한정되지 않는다. 중공 하우징(101)과 전방 덮개(802)는, 예컨대 몰딩 기술 또는 3차원 프린팅을 사용하여 단일체로서 제작될 수 있다. 전방 덮개(802)는 아래에서 상세히 설명할 것이다. 회전축(110)과 중공 하우징(101) 사이에 슬리브(807)가 위치되어 베어링(103, 105)을 지지할 수 있다.
이제, 본 발명의 실시 형태에 따른 스핀들 어셈블리(800)의 전방 덮개(802)의 3차원도인 도 9a, 전방 덮개(802)의 정면도인 도 9b, 전방 덮개(802)를 면 DD을 따라 취한 개략적인 단면도인 도 9c, 및 도 9c의 전방 덮개의 개략적인 단면도에 있는 원 영역(J)의 확대도인 도 9d를 참조한다. 전방 덮개(102)의 대응하는 요소와 동일한 전방 덮개(802)의 요소들에는 동일한 참조 번호가 주어져 있고, 전방 덮개(102)를 참조하여 주어지는 이들 요소에 대한 설명은 전방 덮개(802)에도 해당된다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 전방 덮개(802)의 후방 배출 통로(920)는 전방 덮개(802)의 전방 단부(930) 근처에 위치되는 조절형 스프링클러(816)를 포함할 수 있다. 조절형 스프링클러(816)는 중앙 터널(912)을 갖는 구체(914)의 일반적인 형상을 가질 수 있다. 구체(914)는 전방 덮개(802)의 전방 단부(930) 근처에 제공되어 있는 대응하는 오목부(910)에 배치될 수 있다. 구체(914)는 오목부(910) 내에서 슬라이딩하여 중앙 터널(912)을 원하는 방향으로 향하게 할 수 있다. 예컨대, 기계 가공 장치의 작업자는 조절형 스프링클러(816)의 분사 방향을 스핀들 어셈블리(800)에 설치되어 있는 특정한 공구의 작업 지점을 향하도록 조절할 수 있다. 공구가 교체되고 작업점이 변하면, 작업자는 구체(914)를 오목부(910) 내에서 슬라이딩시켜 조절형 스프링클러(816)의 분사 방향을 새로운 작업 지점을 향하도록 조절할 수 있다. 조절형 스프링클러(816)는 구체(914)와 오목부(910) 사이의 마찰에 의해 스핀들 어셈블리(800)의 작동 중에 제자리에 유지될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 스핀들 어셈블리(800)의 터빈(804)의 3차원도인 도 10a, 터빈(804)의 정면도인 도 10b, 및 터빈(107)을 자오선 면 CC을 따라 취한 개략적인 단면도인 도 10c를 참조한다. 터빈(804)은 8개의 블레이드(1010)를 갖는다. 터빈(804)의 이들 블레이드(1010)는 수직일 수 있는데, 즉 자오선 면 CC에 실질적으로 평행할 수 있다. 유체는 터빈(804)의 블레이드(1010)에 부딪힌 후에 전방 덮개(802)의 중공 공간(310, 311) 내부에서 모든 방향으로 퍼질 수 있고, 전방 덮개(802)의 배출 시스템을 통해 스핀들 어셈블리(800)로부터 배출된다. 본 발명의 실시 형태는 통로(301)와 함께 터빈(804)의 특정한 설계에 한정되지 않음을 유의해야 한다. 예컨대, 다른 수의 블레이드(1010) 및/또는 통로(301)도 사용돌 수 있다.
분사된 유체를 향하는 표면을 여기서 압력 표면이라고 할 것이다. 블레이드(1010)의 압력 표면(1020)은 반경 방향으로 오목할 수 있다. 여기서 수직 방향은 터빈(804)의 기부(1030)로부터 그 터빈(804)의 전방 단부 쪽으로 향하는 방향으로 정의된다. 그 수직 방향으로 블레이드(1010)의 압력 표면은, 블레이드와 터빈(804)의 기부(1030)와의 연결부 근처에서 블레이드(1010)의 후방 단부에 있는 오목 부분(1040), 및 터빈(804)의 기부(1030)와의 연결부로부터 거리를 두고 블레이드(1010)의 전방 단부에 있는 실질적으로 곧은 부분(1050)을 포함할 수 있다. 본 발명의 일부 실시 형태에서, 제 1 그룹의 통로(301)는, 고압 유체의 흐름의 중심을 실질적으로 오목 부분(1040)과 곧은 부분(1050)의 연결 라인(1060) 쪽으로 보내도록 구성될 수 있다.
블레이드(1010)는 전방 덮개(802)의 후방 단부(1031)의 내주에 대응하는 외주를 갖는 둥근 기부(1030)에 위치될 수 있으며, 그래서 기부(1030)는 전방 덮개(802)의 후방 단부(931) 안에 끼워질 수 있고 통로(920)의 개구가 블레이드(1010)와 전방 단부 베어링 어셈블리(105) 사이에서 실질적으로 기부(1030) 쪽을 향하여 위치되어 있어, 스핀들 어셈블리(800)의 후방 단부 쪽으로 흐르는 유체를 모을 수 있다.
이제, 조절형 스프링클러(816)를 갖는 전방 덮개(802)를 포함하는 스핀들 어셈블리의 3차원도인 도 11을 참조한다. 도 11에는, 전방 덮개(802)를 중공 하우징(101)에 연결하기 위해 전방 덮개(802)와 중공 하우징(101)의 부합하는 보어(122, 121)에 삽입되는 나사 또는 핀(1130), 및 통로(301)를 밀봉하기 위해 사용되는 나사(1120)가 나타나 있다.
스핀들 어셈블리(100, 800)는 전방 덮개(102, 802)와 터빈(107, 804)의 조합을 포함할 수 있다. 예컨대, 스핀들 어셈블리(100, 800) 각각은 터빈(804)과 함께 전방 덮개(102)를 포함하거나 또는 터빈(107)과 함께 전방 덮개(802)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 내장형 스핀들 어셈블리(1200)의 개략적인 단면도인 도 12 및 도 12의 내장형 스핀들 어셈블리의 개략적인 부분 등각 단면도인 도 13을 참조한다. 스핀들 어셈블리(100, 800)의 대응하는 요소와 동일한 스핀들 어셈블리(1200)의 구성품들에는 동일한 참조 번호가 주어져 있고, 스핀들 어셈블리(100,800)를 참조하여 주어지는 이들 요소에 대한 설명은 스핀들 어셈블리(1200)에도 해당된다. 또한, 스핀들 어셈블리(1200)는 전방 덮개(102, 802)와 터빈(107, 804)의 조합을 포함할 수 있다. 예컨대, 스핀들 어셈블리(1200)는 터빈(107)과 함께 전방 덮개(102)를 포함하거나 터빈(107)과 함께 전방 덮개(802)를 포함하거나, 터빈(804)과 함께 전방 덮개(102)를 포함하거나 또는 터빈(804)과 함께 전방 덮개(802)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 스핀들 어셈블리(1200)의 하우징(1201)은, 기계 가공 장치에 조립되어 별개의 공구 홀더의 사용에 대한 필요성을 없게 해주는 후방 부분(1202)을 포함한다. 이 후방 부분(1202)은 BT30, BT40, BT50, CAT40, CAT50, HSK-A, HSK-E, HSK-F, ISO 26623 등과 같은 공구 홀더의 적용 가능한 표준에 부합할 수 있다.
하우징(1201)은, 고압 유체가 기계 가공 장치로부터 전방 덮개(802)의 통로(301) 쪽으로 흐를 수 있게 해주는 내부 통로(1211)를 포함할 수 있다.
내장형 스핀들 어셈블리(1200)는 서로 별개인 스핀들 어셈블리와 공구 홀더에 비해 다음과 같은 이점을 제공할 수 있다:
- 내장형 스핀들 어셈블리(1200)는 더 적은 수의 부품을 포함하는데, 공구 홀더(700) 및 하우징(101)은 이제 단일의 통합 유닛(1201)인 것이다. 그 결과, 전방 단부 클램핑 너트(720) 및 후방 덮개(117)가 필요가 없다. 이리하여 전체적인 비용이 줄어들 수 있다. 추가로, 하우징(101)을 공구 홀더(700)에 부착할 필요가 없다.. 그래서, 공차 에러(공구 홀더(700)와 하우징(101) 모두의 제조에 의해 또는 이들 부품의 사용으로 인한 부식의 결과로 생길 수 있음)로 인해 생길 수 있는 부정확성이 없게 되며, 또한 내장형 스핀들 어셈블리(1200)의 전체적인 정확성이 개선될 수 있다.
- 전방 단부 클램핑 너트(720)가 필요 없기 때문에 내장형 스핀들 어셈블리(1200)의 전체 중량이 감소된다. 더욱이, 기계 소켓으로부터 멀리 있는 지점에서 중량이 감소되어, 부정확성이 줄어든다.
- 스핀들의 직경은, 표준 공구 홀더(700)의 설계에 의해 제한되지 않는데, 특히 클램핑 너트(720)의 직경에 의해 제한되지 않는다. 이 직경을 줄여, 기계 가공 대상물의 가장자리에 공구가 더 잘 접근하게 할 수 있고, 또는 그 직경을 증가시켜, 더 큰 터빈을 사용할 수 있게 하고 그리고/또는 더 높은 모멘트를 제공할 수 있다.
- 상기 구성에 의해, 회전 속도를 측정하기 위한 장치가 내장형 스핀들 어셈블리(1200)에 설치할 수 있다. 회전 속도를 측정하기 위한 자기적 장치와 광학적 장치 모두는 일반적으로 회전축(110)에 접근할 수 있어야 한다. 내장형 스핀들 어셈블리(1200)에서는, 이는 하우징(101)에 있는 구멍에 의해 제공될 수 있다. 이는 서로 별개인 공구 홀더와 스핀들이 사용되는 경우에는 가능하지 않다.
여기서 본 발명의 어떤 특징을 도시하고 설명했지만, 당업자에게는 많은 수정예, 대체예, 변경예 및 등가예가 가능할 것이다. 그러므로, 첨부된 청구 범위는 본 발명의 진정한 정신에 포함되는 그러한 모든 수정예와 변경예를 포괄하는 것임을 이해해야 한다.

Claims (11)

  1. 기계 가공 장치에 조립되도록 구성된 스핀들 어셈블리로서, 상기 스핀들 어셈블리는 후방 단부와 전방 단부를 가지며, 상기 전방 단부는 스핀들 어셈블리의 공구 클램핑 시스템 근처에 있고 상기 후방 단부는 공구 클램핑 시스템의 반대편에 있으며, 상기 스핀들 어셈블리는,
    회전축;
    상기 회전축을 지지하고 또한 회전축이 스핀들 어셈블리 내부에서 고속으로 회전할 수 있게 해주도록 구성되어 있는 전방 단부 베어링 어셈블리 및 후방 단부 베어링 어셈블리를 포함하는 베어링 어셈블리;
    상기 회전축과 작동 연결되어 있고 회전축을 회전시키도록 구성되어 있는 터빈;
    상기 스핀들 어셈블리의 구성품을 기계적으로 지지하고, 상기 기계 가공 장치에 의해 제공되는 고압 유체가 흐를 수 있게 해주는 복수의 통로를 포함하는 중공 하우징; 및
    상기 중공 하우징의 앞에 위치되는 전방 덮개를 포함하고,
    상기 전방 덮개는,
    상기 중공 하우징의 복수의 통로에 유체 연결되어, 상기 고압 유체가 중공 하우징의 통로로부터 터빈의 블레이드 쪽으로 흐르게 하고 그 터빈을 회전시키도록 해주는 제 1 그룹의 통로;
    실질적으로 상기 전방 덮개의 중심부에 위치되어 터빈의 블레이드를 위한 자유 공간을 제공하는 중공 공간;
    상기 전방 덮개의 전방 단부에 위치되어, 저압 유체가 상기 중공 공간으로부터 스핀들 어셈블리 밖으로 흐를 수 있게 해주는 개구; 및
    상기 블레이드와 전방 단부 베어링 어셈블리의 사이로부터 전방 덮개의 전방 단부까지 연장되어 있어, 터빈의 블레이드에 부딪힌 후에 스핀들 어셈블리의 후방 단부 쪽으로 흐르는 저압 유체를 모을 수 있게 해주고 또한 이들 유체를 전방 덮개의 전방 단부 쪽으로 보내어 스핀들 어셈블리 밖으로 내보내는 제 2 그룹의 통로를 포함하고,
    상기 터빈은 상기 전방 단부 베어링 어셈블리와 전방 덮개 사이에 배치되는, 스핀들 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스핀들 어셈블리는 공구 홀더의 내부 테이퍼 소켓에 조립되도록 구성되어 있고, 적어도 상기 후방 단부 베어링 어셈블리는, 상기 공구 홀더의 테이퍼 소켓과 전방 단부 클램핑 너트에 의해 형성되는 공간에 위치되도록 구성되어 있는 스핀들 어셈블리의 일 부분에 배치되는, 스핀들 어셈블리.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징은 기계 가공 장치에 조립되도록 구성된 후방 부분을 포함하는, 스핀들 어셈블리.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전방 덮개의 중공 공간은 후방 부분과 전방 부분을 포함하고, 중공 공간의 후방 부분은 터빈 블레이드를 위한 공간을 제공하고, 또한 중공 공간의 후방 부분은 터빈의 직경 보다 큰 직경을 가지며, 중공 공간의 전방 부분은 터빈의 앞에서 연장되어 있고 또한 중공 공간의 후방 부분의 직경 보다 큰 직경을 가지고 있어, 유체가 터빈의 블레이드에 부딪힌 후에 그 유체를 모을 수 있는, 스핀들 어셈블리.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전방 덮개는 상기 제 2 그룹의 통로에 조립되는 조절형 스프링클러(sprinkler)를 포함하고, 상기 조절형 스프링클러는 스핀들 어셈블리로부터 배출되는 저압 유체의 방향을 조절할 수 있도록 구성되어 있는, 스핀들 어셈블리.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 그룹의 통로 각각은 테이퍼형 부분을 포함하고, 상기 테이퍼형 부분의 좁은 단부는 터빈의 블레이드 쪽을 향하는, 스핀들 어셈블리.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 터빈의 블레이드 쪽을 향하는 상기 제 1 그룹의 통로의 개구는 타원형인, 스핀들 어셈블리.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 블레이드의 압력 표면은 반경 방향으로 오목한, 스핀들 어셈블리.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 블레이드의 압력 표면은, 블레이드와 터빈의 기부와의 연결부 근처에서 블레이드의 후방 단부에 있는 오목 부분, 및 터빈의 기부와의 상기 연결부로부터 거리를 두고 블레이드의 전방 단부에 있는 실질적으로 곧은 부분을 포함하고, 상기 제 1 그룹의 통로는, 고압 유체를 상기 오목 부분과 곧은 부분의 연결 라인 쪽으로 분사하도록 구성되어 있는, 스핀들 어셈블리.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 터빈은 기부를 포함하고, 상기 블레이드가 블레이드의 후방 단부에서 상기 기부에 부착되고, 상기 제 2 그룹의 통로의 개구가 상기 기부 쪽을 향하는, 스핀들 어셈블리.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 터빈의 블레이드의 내측면과 회전축 사이에 틈이 제공되어 있는, 스핀들 어셈블리.
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