KR20180115492A - 공작기계 주축의 냉각 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공작기계 주축의 냉각 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 주축의 내측과 외측에 이중으로 형성된 냉각 유체 순환 유로에 의해 냉각 효율을 증대시킴으로써, 가공정밀도의 오차를 최소화시킬 수 있는 공작기계 주축의 냉각 장치에 관한 것이다.

Description

공작기계 주축의 냉각 장치{Cooling device of main spindle for machine tools}

본 발명은 공작기계 주축의 냉각 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 주축의 내측과 외측에 이중으로 형성된 냉각 유체 순환 유로에 의해 냉각 효율을 증대시킴으로써, 가공정밀도의 오차를 최소화시킬 수 있는 공작기계 주축의 냉각 장치에 관한 것이다.

일반적으로 공작기계라 함은 각종 절삭 가공방법 또는 비절삭 가공방법으로 금속 또는 비금속의 공작물을 적당한 공구를 이용하여 원하는 형상 및 치수로 가공할 목적으로 사용하는 기계를 말한다.

구체적으로 공작물의 가공과정에서 칩이 발생하는 절삭가공을 수행하는 공작기계는 터닝센터, 머시닝센터, 문형머시닝센터, 스위스 턴, 방전 가공기, 수평형 NC 보링머신, CNC 선반 등이 있으며, 이러한 다양한 종류의 절삭 공작기계가 산업 현장에서 해당 작업의 용도에 맞게 널리 사용되고 있다.

또한, 공작물의 가공과정에서 칩이 발생하지 않는 비절삭가공을 수행하는 공작기계로는 각종 프레스 장치, 절고기, 단조기, 인발기 등이 있으며, 이러한 다양한 종류의 비절삭 공작기계가 산업 현장에서 해당 작업의 용도에 맞게 널리 사용되고 있다.

일반적으로, 현재 사용되고 있는 다양한 종류의 공작기계는 생산성을 향상시키기 위해 수치제어(numerical control, NC) 또는 CNC(computerized numerical control) 기술이 적용되고 있다.

이러한, 절삭 공작기계의 주축은 공작물을 가공하기 위해 주축의 일측에 공작물 또는 공구를 파지한 상태에서 고속으로 회전한다. 이때, 주축이 고속으로 회전함에 따라 주축을 지지하는 베어링부와의 마찰에 의한 열이 발생한다.

이에 따라, 종래 공작기계의 주축은 고속회전에 따라 발생하는 열에 의해 주축을 지지하는 베어링 등에 열변형이 발생하고, 이에 따라 공작물의 가공 정밀도가 저감되는 문제점이 있었다.

또한, 종래 공작기계의 주축이 열변형이 발생된 경우에 공작기계의 주축의 온도가 소정 온도로 내려갈때까지 공작기계를 구동할 수 없어 공작기계의 생산성이 감소하는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 주축의 고속회전에 따라 발생하는 열을 감소시키기 위해 주축 내부를 관통하는 유로를 형성하고, 이러한 유로를 통해 공기 또는 냉각수를 유동시켜 공작기계의 주축을 냉각하는 기술이 이용되고 있다.

하지만, 종래의 공작기계 주축의 냉각장치는 공작기계의 주축 내부만을 공냉방식(air cooling) 또는 수냉방식(water cooling)을 이용하여 냉각함에 따라 공작기계의 주축의 냉각효율이 감소하는 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은주축의 내측에는 제1 냉각 유체 순환 유로가 형성되게 하고, 주축의 외측에는 제2 냉각 유체 순환 유로가 형성되게 하여, 주축의 내부 및 주축의 외부에서 이중으로 냉각되게 함으로써, 열교환효율을 증대시켜 열변형에 의해 가공정밀도가 오차를 최소화하며 주축 내부에 설치되는 주축 베어링 등의 부품의 수명을 증대시킬 수 있어 결과적으로 공작기계의 생산성을 극대화시킬 수 있는 주축의 냉각장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 베드; 구동 모터에 의해 회전되는 스핀들과 상기 스핀들을 내측에서 회전 가능하게 수용하는 주축 하우징을 포함하고, 상기 주축 하우징의 내주면을 따라 제1 냉각 유체 순환 유로가 형성된 주축; 및 상기 주축의 외측에 설치되며, 내부에는 냉각유체가 유동되는 제2 냉각 유체 순환 유로가 형성된 라디에이터;를 포함하고, 상기 제1 냉각 유체 순환 유로 및 상기 제2 냉각 유체 순환 유로에 의해 상기 주축의 내부 및 상기 주축의 외부에서 이중으로 냉각되는 것을 특징으로 하는 주축의 냉각 장치를 제공한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1 냉각 유체 순환 유로의 냉각 유체는 상기 주축 하우징의 외측면 소정 위치에 형성된 냉각 유체 유입홀을 통해 유입되고, 상기 주축 하우징의 내주면을 따라 유동된 후, 상기 주축 하우징의 외측면 소정 위치에 형성된 냉각 유체 배출홀을 통해 배출된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 라디에이터는 핀-휜(Pin-Fin) 형상으로 구비된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 라디에이터는 상기 주축의 상부에 설치된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 베드의 외측에 설치되고, 상기 베드의 온도 또는 주위 온도에 따라 냉각유체의 온도를 제어하는 온도 감응형 센서;를 더 포함한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 구동 모터는 상기 주축 하우징 내부에 구비되는 빌트인 모터이다.

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 주축의 냉각 장치가 설치된 공작기계를 더 제공한다.

본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.

본 발명의 주축의 냉각장치에 의하면, 주축의 내측에는 제1 냉각 유체 순환 유로가 형성되게 하고, 주축의 외측에는 제2 냉각 유체 순환 유로가 형성되게 하여, 주축의 내부 및 주축의 외부에서 이중으로 냉각되게 함으로써, 열교환효율을 증대시켜 열변형에 의해 가공정밀도가 오차를 최소화하며 주축 내부에 설치되는 주축 베어링 등의 부품의 수명을 증대시킬 수 있어 결과적으로 공작기계의 생산성을 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 주축의 냉각장치를 보여주는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 주축의 냉각장치의 주축 및 라이데이터 단면을 보여주는 도면이다.

본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.

이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.

그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 주축의 냉각장치를 설명하기 위한 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 주축의 냉각장치를 설명하기 위한 단면도이다.

도 1 및 도 2을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 주축의 냉각장치(100)는 공작물 가공 작업 중 발생하는 열을 주축의 내부 및 주축의 외부에서 이중으로 냉각시키기 위한 주축의 냉각 장치로서, 베드(110), 주축(120), 라디에이터(130)를 포함하여 이루어진다.

상기 베드(110)는 지면에 설치되어, 상기 주축을 설치위치 상에서 안정적으로 지지하기 위한 몸체이다.

또한, 도면으로 도시하지는 않았으나, 상기 베드에는 상기 배드 상에 설치되는 레일 등을 따라 이동하는 공구대, 심압대, 및 방진구 등이 설치될 수 있다.

또한, 도면에 도시되지는 않았지만, 공구의 신속한 교체를 통해 공작기계의 생산성을 향상하기 위해 베드의 일측 또는 상부에 공구의 교환을 위한 자동공구교환장치(ATC, Automatic Tool Changer)가 더 설치될 수 있다.

상기 주축(120)은 구동 모터(121), 스핀들(122), 주축 하우징(122)을 포함하여 이루어지며, 상기 베드(110)의 상부에 설치된다.

여기서, 상기 구동 모터(121)는 회전동력을 발생시키기 위한 수단으로, 모터와 폴리, 벨트 형태로 구비되거나, 모터와 기어 형태로 구비될 수 있다.

보다 바람직하게는, 상기 구동 모터(121)는 상기 주축 하우징(122)의 내부에 상기 스핀들(122)을 감싸도록 빌트인(built-in) 형태로 구비될 수 있다.

또한, 상기 스핀들(122)은 상기 구동 모터(121)로부터 회전 동력을 인가받아 회전되는 회전체이다.

또한, 상기 주축 하우징(122)은 상기 스핀들(122)을 내측에 회전 가능하게 수용하는 몸체이다.

또한, 상기 주축 하우징(122)의 내주면에는 제1 냉각 유체 순환 유로(a)가 형성된다.

여기서, 상기 제1 냉각 유체 순환 유로(a)는 상기 주축 하우징(122)의 내주면 둘레를 따라 상기 주축 하우징(122)의 길이 방향으로 연장형성된 홈에 의해 형성되는 유체 유로이다.

이때, 상기 구동 모터(121)가 상기 빌트인 형태의 구동 모터로 이용될 경우에는, 상기 주축 하우징(122)이 상기 빌트인 형태의 구동 모터의 외측면을 깜싸는 형태로 구비되며, 상기 구동 모터(121)와 상기 주축 하우징(122) 사이 공간에 상기 제1 냉각 유체 유로(a)가 형성된다.

이는 빌트인 형태의 상기 구동 모터(121)에 의해 발생하는 열을 효율적으로 냉각시키기 위함이다.

또한, 상기 주축 하우징(122)의 외측면 소정 위치에는 냉각 유체 유입홀(120a)가 형성되며, 상기 제1 냉각 유체 유로(a)의 일측과 연통된다.

또한, 상기 냉각 유체 유입홀(120a)과 소정 거리 이격된 상기 주축 하우징(122)의 외측면 소정 위치에는 냉각 유체 배출홀(120b)이 형성되며, 상기 제1 냉각 유체 유로(a)의 타측과 연통된다.

즉, 냉각 유체는 상기 냉각 유체 유입홀(120a)을 통해 유입되고, 상기 주축 하우징(123)의 내주면을 따라 길이방향으로 유동되면서 상기 구동 모터(121)에 의해 발생되는 열을 냉각시킨 후, 상기 냉각 유체 배출홀(120b)을 통해 배출됨으로써, 열교환을 수행한다.

상기 라디에이터(130)는 상기 주축(120)의 외측에 설치되며, 내부에는 냉각 유체가 유동되는 유로가 형성된 열교환 수단이다.

이때, 상기 라디에이터(130)는 상기 주축(120)의 상부에 설치되는 것이 보다 바람직하며, 핀-휜(Pin-Fin) 형상으로 구비될 수 있다.

이에 따라, 상기 라이데이터(130)의 내부로 유입되는 냉각 유체는 상기 주축(120)의 상부면 전영역에 대한 열교환을 수행할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 주축의 냉각장치는(100)는 상기 베드(110)의 외측에 설치되는 온도 감응형 센서를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 온도 감응형 센서는 상기 베드(110)의 온도 혹은 주위 온도를 측정하고, 측정된 온도에 따라 미리 설정된 온도로 상기 냉각 유체의 온도를 제어하여 효율적인 냉각 시스템을 구현 가능하다.

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 주축의 냉각 장치가 설치된 공작기계로 제공될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 주축의 냉각 장치는 주축(120)의 내측과 주축의 외측에 각각 구비되는 제1 냉각 유체 순환유로(a) 및 제2 냉각 유체 순환유로(b)에 의해 주축의 내부 및 주축의 외부에서 이중으로 냉각되게 함으로써, 열교환효율을 증대시켜 열변형에 의해 가공정밀도가 오차를 최소화하며 주축 내부에 설치되는 주축 베어링 등의 부품의 수명을 증대시킬 수 있어 결과적으로 공작기계의 생산성을 극대화시킬 수 있는 장점을 지닌다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

110 : 베드
120 : 주축
120a : 냉각 유체 유입홀
120b : 냉각 유체 배출홀
121 : 구동 모터
122 : 스핀들
123 : 하우징
130 : 라디에이터
a : 제1 냉각유체 유로
b : 제2 냉각유체 유로

Claims (7)

1. 베드;
   구동 모터에 의해 회전되는 스핀들과 상기 스핀들을 내측에서 회전 가능하게 수용하는 주축 하우징을 포함하고, 상기 주축 하우징의 내주면을 따라 제1 냉각 유체 순환 유로가 형성된 주축; 및
   상기 주축의 외측에 설치되며, 내부에는 냉각유체가 유동되는 제2 냉각 유체 순환 유로가 형성된 라디에이터;를 포함하고,
   상기 제1 냉각 유체 순환 유로 및 상기 제2 냉각 유체 순환 유로에 의해 상기 주축의 내부 및 상기 주축의 외부에서 이중으로 냉각되는 것을 특징으로 하는 주축의 냉각 장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제1 냉각 유체 순환 유로의 냉각 유체는
   상기 주축 하우징의 외측면 소정 위치에 형성된 냉각 유체 유입홀을 통해 유입되고, 상기 주축 하우징의 내주면을 따라 유동된 후, 상기 주축 하우징의 외측면 소정 위치에 형성된 냉각 유체 배출홀을 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 주축의 냉각 장치.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 라디에이터는 핀-휜(Pin-Fin) 형상으로 구비되는 것을 특징으로 하는 주축의 냉각 장치.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 라디에이터는 상기 주축의 상부에 설치되는 것을 특징으로 하는 주축의 냉각 장치.
   
5. 제 3항에 있어서,
   상기 베드의 외측에 설치되고, 상기 베드의 온도 또는 주위 온도에 따라 상기 냉각유체의 온도를 제어하는 온도 감응형 센서;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주축의 냉각 장치.
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 구동 모터는 상기 주축 하우징 내부에 구비되는 빌트인 모터인 것을 특징으로 하는 주축의 냉각 장치.
   
7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항의 주축의 냉각 장치가 설치된 공작기계.

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