KR20190005517A - 공작기계의 컬럼 냉각 장치 - Google Patents

Abstract

공작기계 컬럼 냉각 장치는 컬럼 내부에 형성된 중공부에 냉각유 배관을 설치하고, 상기 냉각유 배관의 길이방향으로 일정 부위 마다 중공부 벽면을 향해 냉각유를 분사하는 분사노즐 유닛을 설치하고, 냉각유 펌프를 통해 냉각유를 공급하여 냉각유가 중공부 벽면을 타고 흘러내리면서 컬럼을 냉각시키는 구조이다.
본 발명은 컬럼의 온도 상승을 효율적으로 통제하고, 컬럼 각 부위의 열팽창 불균형에 따른 열변형을 최소화하여 공작물의 가공정밀도를 향상시키며, 컬럼의 크기와 무게를 최소화하고, 컬럼의 이동과 냉각유 펌프의 구동에 필요한 전력소모를 최소화 할 수 있다.

Description

공작기계의 컬럼 냉각 장치{COLUMN COOLING SYSTEM FOR MACHINE TOOL}

본 발명은 공작기계의 컬럼 냉각 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 공작기계의 작동에 의해 온도가 상승된 컬럼을 냉각시키는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 머시닝센터는 수직 방향으로 길게 연장된 컬럼을 구비하고, 상기 컬럼의 일측면에는 회전 공구를 장착한 스핀들헤드가 구비된다.

상기 스핀들헤드는 머시닝센터의 종류에 따라 수직 또는 수평방향으로 장착된다. 또한 컬럼은 앞뒤 방향으로 왕복이동을 할 수 있도록 설치되며, 머시닝센터의 종류에 따라 좌우 한 쌍으로 설치되기도 한다.

또한 스핀들헤드는 그 선단에 회전 공구를 장착하고 컬럼의 일측면을 따라 상하로 이동하면서 공작물을 가공한다.

상기와 같은 공작기계에서 공작물의 가공작업이 장시간 수행될 경우, 공구의 회전과 스핀들헤드의 반복적인 이동 동작으로 컬럼은 서서히 온도가 상승하게 된다.

또한 컬럼은 가공작업과 외부 온도의 변화로 수직방향으로 온도 구배가 발생할 수 있다.

한편, 컬럼은 상하 방향으로 길게 연장된 구조이고, 전후 방향으로도 일정한 폭을 가지는 구조이므로 가공작업이나 마찰이 많이 일어나는 부위와 그렇지 않은 부위가 존재하게 된다.

이와 같이 컬럼은, 상하 방향으로 스핀들헤드가 빈번하게 이동하는 구간과 상대적으로 이동 횟수가 적은 구간에서 발열에 의한 온도 차이가 발생한다.

또한 컬럼은, 주된 발열원에 해당하는 스핀들헤드와 가이드부, 볼스크류 등이 컬럼의 전방부에 배치되어 있는 반면, 컬럼의 후방부에는 발열원에 해당하는 부품들이 거의 배치되어 있지 않다.

이로 인해 컬럼의 전방부는 온도가 빠르게 상승하는 반면, 컬럼의 후방부는 온도는 비교적 느리게 상승한다. 그 결과 컬럼의 전방부는 열팽창이 빠르고 크게 일어나는 반면, 컬럼의 후방부는 열팽창이 비교적 느리고 작게 일어난다.

이와 같이 컬럼은 전방부와 후방부의 열팽창의 차이로 인해 원호를 그리듯 전후 방향으로 휘어지는 형상으로 열변형이 일어난다.

이와 같이 컬럼의 열변형은 컬럼 상에서 슬라이드 이동하면서 공작물을 가공하는 스핀들헤드 선단의 위치 오차를 발생시키고, 이로 인해 가공물의 정밀도를 떨어뜨리게 된다.

이러한 컬럼의 열변형을 줄이기 위해, 일반적인 공작기계는 컬럼의 내부에 냉각유를 채울 수 있는 중공부를 형성하고, 이 중공부에 냉각유 펌프에 의해 냉각유를 공급 또는 배출하여 컬럼의 온도를 유지하는 구조를 채택하고 있다.

그러나 이러한 구조의 공작기계는, 구조상 컬럼의 중공부 용적이 크기 때문에 많은 양의 냉각유를 공급하여야 한다. 또한 냉각유를 컬럼의 아래 부분에서 강제로 공급하여 더워진 냉각유가 상부로 넘쳐서 배출되게 하는 구조를 채택하고 있어 컬럼의 냉각효휼이 낮은 편이다.

또한 이러한 구조는 컬럼의 무게가 증가하고, 냉각유를 배출하는데 많은 시간이 소요되어 컬럼의 온도를 빠른 시간에 균일하게 낮추는 것이 불충분하여 컬럼의 열변형 문제를 완전하게 해결할 수 없다.

물론 컬럼의 중공부에 빠른 시간 내에 충분한 냉각유를 공급하기 위해 대용량의 펌프를 사용할 수도 있으나, 이러한 대용량 펌프를 구비할 경우 공작기계가 지나치게 커지고, 비용이나 전력 소모가 과다하게 증가하는 문제점이 발생한다.

또한 이와 같이 컬럼의 중공부에 지나치게 많은 양의 냉각유를 채움에 따라 컬럼의 무게가 증가하게 되고, 이로 인해 가공작업을 위해 컬럼을 이동시키는데 전력 소모가 과다하게 발생하고, 컬럼을 정밀 이송하는데도 어려움이 따른다.

한편, 상기와 같은 종래기술로 일본특허공보 제5964159와 일본공개특허공보 1998-249660호는 공작기계의 컬럼 내부에 냉각수 저수 공간을 형성하고, 컬럼 하단에는 냉각수 공급구를 설치하고 컬럼 상단에는 냉각수 배출구를 설치하였다. 또 냉각수 공급구와 배출구에 사이에는 냉각수 저장탱크와 냉각수 온도조절장치를 설치하여 온도에 따라 냉각수가 순환하도록 구성하였다.

상기한 종래기술은 앞서 설명한 바와 같이, 컬럼의 내부 공간 전체를 냉각수 저수 공간으로 채움으로써 저수 공간이 지나치게 커지게 된다.

이로 이해 냉각수의 순환이 느리게 되고 결국에는 컬럼의 냉각효율 저하로 이어져 컬럼의 열변형을 효과적으로 억제할 수 없게 된다. 또한, 공작기계의 크기가 대형화되어 경제적 손실이 발생하고, 컬럼의 무게가 증가하여 컬럼을 이동 제어하는데 많은 전력이 소모되는 문제점이 발생한다.

또 다른 종래기술로 일본특허공보 제3618553호와 한국공개특허공보 10-2013-0074030호, 10-2013-0009468호는 공작기계의 컬럼이나 베드 내부에 냉각수 관로를 형성하고, 이 관로에 냉각수를 순환시키는 구조를 개시하고 있다. 또한 이러한 냉각수 관로를 형성하는 방법으로 이종재질의 배관을 삽입하여 일체형으로 주조하는 방법을 개시하고 있다.

이러한 구조나 방법은 컬럼이나 베드 내부에 관로를 형성하기 위해 복잡한 기계가공을 하거나, 미리 냉각수 관을 설치한 상태에서 주조를 하기 위해서는 고도로 복잡한 주조방법을 사용하여야 하는 문제점이 있다.

또한, 컬럼이나 베드의 체적에 비해 직경이 작은 냉각수 관로를 사용해야 함에 따라, 컬럼이나 베드의 냉각효율이 낮아 열변형의 문제를 완전하게 해결할 수 없다.

또한 이종재질의 배관을 삽입하여 일체형으로 주조하는 방법은, 주조과정에 삽입한 냉각수 관로가 녹거나 변형되어 냉각수 순환에 지장이 발생하기도 발생한다.

결과적으로, 종래의 기술들은 공작기계 컬럼의 열변형을 효과적으로 방지할 수 없고, 이로 인해 공작물의 가공 정확도를 저하시키는 문제가 발생한다.

일본 특허공보 제5964159호(공보일 2016.08.03) 일본 공개특허공보 제1998-249660호(공개일 1998.09.22) 일본 특허공보 제3618553호(공보일 2005.02.09) 한국 공개특허공보 제10-2013-0074030호(공개일 2013.07.04) 한국 공개특허공보 제10-2013-0009468호(공개일 2013.01.23)

본 발명의 목적은 공작기계 컬럼의 열변형을 최소화 할 수 있는 공작기계의 컬럼 냉각장치를 제공한다.

본 발명의 다른 목적은 공작기계 컬럼의 부위별 온도에 따라 독립적인 냉각장치를 제공함으로써 공작기계 컬럼의 열변형을 더욱 최소화 할 수 있는 장치를 제공한다.

본 발명의 또다른 목적은 공작기계의 컬럼 냉각장치의 크기와 무게를 최소화 하여 냉각장치 구동과 컬럼 이동에 소요되는 전력소모를 줄이는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 공작기계 컬럼 냉각장치는 일측면에 스핀들헤드가 가이드부를 따라 왕복이동 가능하게 설치되며 내부에 중공부가 형성된 컬럼과, 상기 컬럼의 중공부에 길이방향으로 설치되며 끝부분이 막혀있고 길이방향으로 일정 간격 마다 배출구가 형성된 냉각유 배관과, 상기 배출구와 대응하는 위치의 상기 냉각유 배관에 설치되며 상기 배출구로부터 공급되는 냉각유를 상기 컬럼의 중공부 벽면을 향해 분사하는 분사노즐 유닛과, 상기 냉각유 배관으로 냉각유를 공급하는 냉각유 펌프와, 상기 분사노즐 유닛으로부터 상기 중공부 벽면을 향해 분사된 냉각유를 포집하여 저장하고, 상기 저장된 냉각유를 상기 냉각유 펌프로 공급하는 냉각유 저장탱크를 포함한다.

상기 분사노즐 유닛은 상기 냉각유 배관에 형성된 배출구와 연통되도록 상기 냉각유 배관의 외경을 원주방향으로 포위하도록 형성하고, 상기 분사노즐 유닛의 원주방향 테두리에는 상기 중공부 벽면을 향하여 복수의 노즐을 형성한다.

바람직한 실시예로, 상기 분사노즐 유닛의 원주방향 테두리는 상기 중공부 벽면과 일정한 거리를 가지도록 형성한다.

바람직한 실시예로, 상기 노즐은 상기 냉각유 배관의 길이 방향과 수직방향에 대해 일정 각도로 상향 또는 하향 경사지게 형성할 수 있다.

다른 실시예로, 상기 분사노즐 유닛에는 상기 노즐은 스핀들헤드가 설치되지 않은 방향보다 스핀들헤드가 설치된 일측면 방향으로 더 많은 개수의 노즐을 형성할 수 있다.

또한, 상기 분사노즐 유닛은 좌우 한 쌍으로 분할 가능한 구조로 형성하며, 내부에는 상기 냉각유 배관의 배출구와 원주방향으로 연통되는 환형의 공급유로와, 상기 공급유로와 상기 노즐 사이를 연통시키는 내부유로를 형성한다.

본 발명의 실시예로, 상기 컬럼에는 컬럼의 온도를 측정하기 위해 매설된 온도센서와, 공작기계의 본체는 상기 온도센서로부터 측정된 온도 값을 제공받아 상기 온도 값이 미리 정한 온도 값 보다 높을 때, 상기 냉각유 펌프를 작동시키는 냉각유 제어기를 더 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예로, 상기 컬럼은 스핀들헤드가 슬라이드 이동하는 전방부 컬럼과 그 반대편의 후방부 칼럼으로 구성하고, 상기 전방부 컬럼과 후방부 컬럼에는 상기 온도센서를 각각 설치하며, 상기 전방부 컬럼과 후방부 컬럼의 냉각유 배관 입구 측에는 상기 각각의 온도센서로부터 측정된 온도 값에 따라 상기 제어기에 의해 제어되는 제어밸브를 설치한다.

상기 제어밸브는 냉각유 펌프로부터 상기 각각의 냉각유 배관으로 공급되는 냉각유의 흐름을 제어한다. 또한 상기 전방부 컬럼의 상기 분사노즐 유닛에는 상기 후방부 컬럼 보다 더 많은 개수의 노즐을 형성할 수 있다.

또한 본 발명의 다른 실시예로, 상기 컬럼은 좌우 한쌍으로 형성할 수 있다.

본 발명의 실시예로, 상기 냉각유 저장탱크에는 냉각유를 냉각시키는 쿨러를 설치하고, 상기 냉각유 저장탱크와 상기 냉각유 펌프 사이에는 이물질을 제거하는 필터를 설치할 수 있다.

본 발명의 실시예로, 상기 냉각유 배관은 상기 컬럼의 중공부 내에서 상단으로부터 하단으로 연장하여 설치한다.

본 발명의 다른 실시예로, 상기 냉각유 배관은 상기 컬럼의 중공부 내에서 하단으로부터 상단으로 연장하여 설치할 수도 있다.

또, 상기 컬럼의 중공부는 상하방향으로 일정 간격으로 리브구조에 의해 복수개의 격실로 형성되며, 상기 각 격실은 상기 냉각유 배관이 통과하고 상기 분사노즐 유닛으로부터 분사된 냉각유가 상기 중공부 벽면을 따라 아래 방향으로 흘러내려 갈 수 있도록 상하 방향으로 연통된 구조이다.

또한 상기 격실 구조의 실시예에서, 상기 분사노즐 유닛은 상기 격실 마다 설치하며, 상기 분사노즐 유닛은 상기 격실의 상부에 설치한다.

한편, 본 발명의 실시예로, 상기 격실의 일측 컬럼에는 외부와 연통 가능한 개폐커버를 구비한다.

상기와 같은 본 발명은, 컬럼의 온도 상승을 효율적으로 통제하여 온도 상승에 따른 컬럼의 열변형을 최소화 할 수 있다.

또한 본 발명은 열이 많이 발생하는 컬럼 부분과 상대적으로 열이 적게 발생하는 컬럼 부분을 선택적으로 냉각함으로써 컬럼의 열변형을 더욱 최소화 할 수 있다.

또한 본 발명은 많은 량의 냉각유를 컬럼 내부에 채울 필요가 없어 컬럼의 크기와 무게를 최소화하고, 냉각유 공급 펌프를 소형화할 수 있다.

따라서 본 발명은 컬럼의 열변형을 최소화함으로써 공작물의 가공정밀도를 향상시키고, 컬럼의 이동과 냉각유 펌프의 구동에 필요한 전력소모도 최소화 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 개략도로서, 컬럼과 스핀들헤드를 구비한 공작기계의 구조를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예로서, 공작기계 컬럼 전방부를 절개하여 확대한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예로서, 컬럼 중공부에 냉각유 배관 및 분사노즐 유닛이 설치된 사시도이다.
도 4는 도 3에서 냉각유 배관 및 분사노즐 유닛의 일부를 확대한 도면이다.
도 5a는 본 발명의 실시예로서, 분사노즐 유닛의 조립도이다.
도 5b는 본 발명의 실시예로서, 도 5a의 분사노즐 유닛의 측면도이다.
도 5c는 본 발명의 실시예로서, 도 5b의 분사노즐 유닛의 H-H선 단면도이다.
도 6a는 본 발명의 다른 실시예로서, 분사노즐 유닛의 조립도이다.
도 6b는 본 발명의 다른 실시예로서, 도 6a의 분사노즐 유닛의 측면도이다.
도 6c는 본 발명의 다른 실시예로서, 도 6b의 분사노즐 유닛의 G-G선 단면도이다.
도 6d는 본 발명의 다른 실시예로서, 도 6b의 분사노즐 유닛의 F-F선 단면도이다.
도 7a는 본 발명의 실시예로서, 분사노즐 유닛이 설치된 냉각유 배관 조립도이다.
도 7b는 본 발명의 실시예로서, 도 7a의 분사노즐 유닛이 설치된 냉각유 배관의 A-A선 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예로서, 공작자기계 컬럼 냉각 장치의 제어 개념도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 1 내지 도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 공작기계 컬럼 냉각장치는 일측면에 스핀들헤드(10)가 가이드부(11)을 따라 왕복이동 가능하게 설치되며 내부에 중공부(31)가 형성된 컬럼(30)이 구성된다.

상기 컬럼(30)의 중공부(31)에는 컬럼(30)의 길이 방향을 따라 연장되며, 한 쪽 끝부분이 배관 마개(44)로 막혀있고, 길이방향으로는 일정 간격 마다 적어도 한 개 이상의 배출구(43)가 형성된 냉각유 배관(40)이 설치된다.

도 7a,b에서 보듯이, 상기 냉각유 배관(40)에는 길이방향으로 상기 배출구(43)가 형성된 위치 마다 분사노즐 유닛(50)이 설치되고, 상기 분사노즐 유닛(50)은 상기 냉각유 배관(40)의 배출구(43)로부터 공급되는 냉각유를 상기 컬럼(30)의 중공부 벽면(34)을 향해 분사하는 노즐(51)을 구비한다.

또한 본 실시예의 공작기계의 컬럼 냉각장치는 상기 냉각유 배관(40)으로 냉각유를 공급하는 냉각유 펌프(60)를 구비하며, 상기 분사노즐 유닛(50)으로부터 분사된 냉각유를 포집하여 저장하고, 저장된 냉각유를 상기 냉각유 펌프(60)로 공급하는 냉각유 저장탱크(61)를 포함한다.

이와 같이 구성된 본 발명 실시예는, 냉각유 펌프(60)로부터 공급관(41)을 통해 냉각유 배관(40)에 냉각유를 압송한다. 상기 압송된 냉각유는 냉각유 배관(40)의 한 쪽 끝이 배관 마개(44)에 의해 막혀있으므로 압력이 형성된다.

압력이 형성된 냉각유는 냉각유 배관(40)에 형성된 배출구(43)을 통해 분사노즐 유닛(50)의 노즐(51)을 통해 중공부 벽면(34)으로 분사된다.

상기와 같이 분사된 냉각유는 중공부 벽면(34)을 적시면서 중공부 벽면(34)을 따라 아래 방향으로 흘러내리게 된다.

상기 중공부 벽면(34)을 따라 흘러내린 냉각유는 배출관(42)를 통해 냉각유 저장탱크(61)에 포집되고, 상기 포집된 냉각유는 다시 냉각유 펌프(60)을 통해 상기 냉각유 배관(40)으로 공급된다.

이러한 과정을 반복하면서 컬럼(30)의 온도는 떨어지게 된다.

한편, 본 발명의 실시예의 도 5a, 도 5b, 도 5c에서 보듯이, 상기 분사노즐 유닛(50)은 상기 냉각유 배관(40)에 형성된 배출구(43)와 연통되도록 상기 냉각유 배관(40)의 외경을 원주방향으로 포위하도록 형성하되, 좌우 한 쌍으로 분할 가능한 구조로 형성하였다.

또한 상기 분사노즐 유닛(50)의 내부에는 상기 냉각유 배관(40)의 배출구(43)와 연통되는 환형의 공급유로(52)와, 상기 공급유로(52)와 상기 노즐(51) 사이를 연통시키는 내부유로(53)를 형성하였다.

한편, 상기 내부유로(53)는 가공의 편의를 위해 분사노즐 유닛(50)을 관통하여 공급유로(52)와 서로 연통하도록 홀을 가공하여 형성하되, 외부와 연통되는 홀에는 가공 홀 마개(54)를 체결하여 기밀을 유지하였다.

또한 상기 분사노즐 유닛(50)의 원주방향 테두리에는 상기 중공부 벽면(34)을 향하여 복수의 노즐(51)을 형성하였다.

또한 상기 분사노즐 유닛(50)의 원주방향 테두리에 형성된 노즐(51)은 상기 중공부 벽면(34)과 일정한 거리를 가지도록 형성함으로써 컬럼(30)을 더욱 고르게 냉각시키는 효과를 가진다.

또한 다른 실시예로서, 도 6a, 도 6b, 도 6c에서 보듯이, 상기 노즐(51)은 상기 중공부 벽면(34)을 향해 상기 냉각유 배관(40)의 길이 방향과 수직방향에 대해 일정 각도로 상향 또는 하향 경사지게 설치하여 상기 중공부 벽면(34)에 대해 보다 넓은 면적에 냉각유를 분사함으로써 컬럼(30)을 더욱 신속하고 고르게 냉각 시킬 수 있다.

또 다른 실시예로서, 상기 분사노즐 유닛(50)에는 스핀들헤드(10)가 설치되지 않은 방향보다 스핀들헤드(10)가 설치된 일측면 방향으로 더 많은 개수의 노즐(51)을 형성할 수 있다.

이를 통해 스핀들헤드(10)로부터 발열이 주로 일어나는 전방부 컬럼(32) 쪽으로 더 많은 량의 냉각유를 분사하여 컬럼(30) 냉각효율을 극대화 할 수 있다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예로서, 도 8에서 보는 바와 같이, 상기 컬럼(30)에는 온도를 측정하는 온도센서(70)를 매설하고, 공작기계의 본체에는 상기 온도센서(70)로부터 측정된 온도 값을 제공받아 상기 온도 값이 미리 정한 온도 값 보다 높을 때, 상기 냉각유 펌프(60)를 작동시키는 냉각유 제어기(80)를 더 포함하였다.

상기와 같은 구성은 공작기계의 가공작업이 진행됨에 따라 컬럼(30)의 온도가 서서히 상승하여 컬럼(30)의 열변형을 일으킬 정도의 온도가 되면, 냉각유 제어기(80)는 냉각유 펌프(60)를 작동시키고, 분사노즐 유닛(50)을 통해 냉각유를 중공부 벽면(34)에 분사하게 된다.

이 때 지속적으로 냉각유가 분사되어 컬럼(30)의 온도가 미리 정한 온도 값보다 낮아지면 냉각유 제어기(80)는 냉각유 펌프(60)의 작동을 멈추게 된다.

한편, 다른 실시예로, 스핀들헤드(10)가 슬라이드 이동하는 전방부 컬럼(32)과 그 반대편의 후방부 칼럼(33)에 각각 온도센서(70)를 설치하고, 상기 전방부 컬럼(32)과 후방부 컬럼(33)의 냉각유 배관(40)은 냉각유 공급관(41)을 통해 냉각유 펌프(60)와 각각 독립적으로 연결하였다.

또한 상기 전방부 컬럼(32)과 후방부 컬럼(33)의 냉각유 배관(40)과 연결된 냉각유 공급관(41)에는 냉각유의 흐름을 제어하는 제어밸브(90)를 각각 설치하였다.

또한 상기 제어밸브(90)는 상기 전방부 컬럼(32) 및 후방부 컬럼(33)에 매설된 온도센서(70)로부터 측정된 온도 값에 따라 개폐신호를 제공하는 상기 냉각유 제어기(80)에 의해 제어되도록 구성하였다.

이러한 구성에 의해 본 컬럼 냉각장치는, 특별한 발열 요소가 없는 후방부 칼럼(33)에 비해 스핀들헤드(10)와 같은 발열 요소에 의해 온도가 빨리 상승하고 이로 인해 열팽창이 증가하는 전방부 컬럼(32)에 더 많은 냉각유를 분사할 수 있다. 그 결과, 전방부 컬럼(32)과 후방부 컬럼(33)의 온도 차에 의한 컬럼(30)의 열변형을 더욱 효율적으로 억제할 수 있다.

한편, 상기와 같은 실시예의 컬럼 냉각장치는, 전방부 컬럼(32)과 후방부 컬럼(33)이 각각 좌우 한 쌍으로 형성된 공작기계에서도 동일하게 적용할 수 있다.

다른 한편으로, 상기 실시예와 같이 전방부 컬럼(32)과 후방부 컬럼(33)을 가진 공작기계에서는 상기 후방부 컬럼(33) 보다 전방부 컬럼(30)의 분사노즐 유닛(50)에 더 많은 개수의 노즐(51)을 설치하여 전.후방부 컬럼(32,33)의 열변형 방지 효과를 극대화 할 수 있다.

한편, 상기 냉각유 저장탱크(61)에는 상기 컬럼(30)으로부터 포집된 냉각유를 냉각시키는 쿨러(62)를 더 포함할 수 있으며, 이를 통해 더욱 냉각된 냉각유를 분사노즐 유닛(50)으로 공급할 수 있다.

한편, 상기 냉각유 저장탱크(61)와 상기 냉각유 펌프(60) 사이에는 냉각유에 포함된 이물질을 제거하는 필터(63)를 설치여 상기 냉각유 분사노즐 유닛(50)이나 노즐(51)의 막힘을 예방할 수 있다.

한편, 상기 냉각유 배관(40)은 상기 컬럼(30)의 중공부(31) 상단으로부터 하단으로 길이방향으로 연장하여 설치된다. 또 상기 중공부(31)는 상하방향으로 일정 간격으로 리브(36)구조에 의해 복수개의 격실(35)로 형성되며, 상기 격실(35)은 상기 냉각유 배관(40)이 통과하고, 상기 분사노즐 유닛(50)으로부터 분사된 냉각유가 상기 중공부 벽면(34)을 따라 아래 방향으로 흘러내릴 수 있도록 상하 방향으로 연통된 구조이다.

다른 한편으로, 상기 냉각유 배관(40)은 상기 컬럼(30)의 중공부(31) 하단으로부터 상단 방향으로 설치할 수도 있다. 이 경우에도 상기와 마찬가지로 냉각유 펌프(60)로부터 공급된 냉각유는 냉각유 배관(40)의 하단에서 압송되어 분사노즐 유닛(50)을 통해 분사되고, 분사된 냉각유는 중공부 벽면(34)을 따라 아래 방향으로 흘러내리게 된다.

이와 같이 노즐(51)을 통해 분사된 냉각유가 중공부 벽면(34)을 적시면서 아래로 흘러내리게 함으로써 적은 량의 냉각유로 충분한 냉각효과를 얻을 수 있으며, 나아가 냉각유 펌프(60)의 에너지 소모를 줄일 수 있다.

또한 리브(36) 구조에 의해 컬럼(30)의 중공부(31)를 격실(35) 형상으로 구성함으로써 컬럼(30)의 강성을 강화하고 컬럼(30)의 무게를 줄일 수 있다.

또한, 상기 실시예에서 분사노즐 유닛(50)을 상기 격실(35) 마다 그 상부에 설치함으로써 보다 안정적인 냉각효과를 얻을 수 있다.

한편, 상기 실시예에서 격실(35)의 일측 컬럼(30)에 외부와 연통 가능한 개폐커버(37)를 구비하여 필요 시 분사노즐 유닛(50)의 설치나 수리를 용이하게 하였다.

한편, 이상에서 살펴본 본 발명의 실시예 들은 주로 수직형 컬럼을 가지는 머시닝센터를 기준으로 설명하였다. 그러나 본 발명의 변형된 실시예로, 본 발명의 컬럼 냉각장치는 수평형 베드를 가진 수치제어 선반이나, 열변형이 일어나는 수평방향의 프레임을 가지는 다양한 공작기계에 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 이 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 적용할 수 있다.

이 경우, 수평방향의 베드나 프레임의 중공부에 본 발명의 분사노즐 유닛을 수평방향으로 설치하고, 중공부의 하부에는 분사된 냉각유가 배출될 수 있도록 냉각유 배출 유로를 형성하면 된다.

한편, 상기와 같이 수치제어 선반이나 여타 공작기계에서 본 발명의 컬럼 냉각장치를 수평방향으로 설치할 경우에는, 분사된 냉각유의 배출을 위하여 본 발명의 실시예와 같은 격실 구조를 생략하거나, 격실의 하부에 냉각유 배출유로를 형성함으로써, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있다.

상기 변형예에서 수치제어 선반의 베드와 여타 공작기계의 프레임은 본 발명의 실시예에서 제시된 컬럼과 등가의 것에 해당한다.

한편, 본 발명의 실시예에서 냉각유는 보통의 물로 대체 될 수 있으며, 경우에 따라서는 냉각 성능을 높이거나 방청기능을 가지는 첨가제와 부동액을 포함한 냉각유를 의미할 수도 있다.

상술한 바와 같이 본 발명 실시예들에 따르면, 본 발명의 공작기계 컬럼 냉각장치는, 컬럼의 온도 상승을 효율적으로 통제하고, 컬럼 각 부위의 열팽창 불균형에 따른 열변형을 최소화할 수 있다.

또한 본 발명은 열이 많이 발생하는 컬럼 전방부와, 상대적으로 열이 적게 발생하는 컬럼 후방부를 선택적으로 냉각함으로써 컬럼의 열변형을 더욱 최소화 할 수 있다.

본 발명은 이와 같이 컬럼의 열변형을 최소화함으로써 공작물의 가공정밀도를 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명의 컬럼 냉각 장치는 많은 량의 냉각유를 컬럼 내부에 채울 필요가 없어 컬럼의 크기와 무게를 최소화 할 수 있고, 냉각유 공급 펌프도 소형화할 수 있다. 이를 통해 컬럼의 이동과 냉각유 펌프의 구동에 필요한 전력소모를 최소화 할 수 있다.

10; 스핀들헤드 11; 가이드부
20; 회전공구 30; 컬럼
31; 중공부 32; 전방부 컬럼
33; 후방부 칼럼 34; 중공부 벽면
35; 격실 36; 리브
37; 개폐커버 40; 냉각유 배관
41; 공급관 42; 배출관
43; 배출구 44; 배관 마개
50; 분사노즐 유닛 51; 노즐
52; 공급유로 53; 내부유로
54; 가공 홀 마개 60; 냉각유 펌프
61; 냉각유 저장탱크 62; 쿨러
63; 필터 70; 온도센서
80; 냉각유 제어기 90; 제어밸브

Claims (15)

1. 일측면에 스핀들헤드가 가이드부을 따라 왕복이동 가능하게 설치되며 내부에 중공부가 형성된 컬럼;
   상기 컬럼의 중공부에 설치되며 길이방향으로 일정 간격 마다 배출구가 형성된 냉각유 배관;
   상기 배출구와 대응되는 위치의 상기 냉각유 배관에 설치되며 상기 배출구로부터 공급되는 냉각유를 상기 컬럼의 중공부 벽면을 향해 분사하는 분사노즐 유닛;
   상기 냉각유 배관으로 냉각유를 공급하는 냉각유 펌프;
   상기 분사노즐 유닛으로부터 상기 중공부 벽면을 향해 분사된 냉각유를 포집하여 저장하고, 상기 저장된 냉각유를 상기 냉각유 펌프로 공급하는 냉각유 저장탱크를 포함하는 공작기계의 컬럼 냉각장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 분사노즐 유닛은 상기 배출구와 연통되도록 상기 냉각유 배관의 외경을 원주방향으로 포위하도록 설치하고, 상기 분사노즐 유닛의 원주방향 테두리에는 상기 중공부 벽면을 향하여 복수의 노즐을 형성한 것을 특징으로 하는 공작기계의 컬럼 냉각장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 분사노즐 유닛의 원주방향 테두리는 상기 중공부 벽면과 일정한 거리를 가지도록 형성한 것을 특징으로 하는 공작기계의 컬럼 냉각장치.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 노즐은 상기 냉각유 배관의 길이 방향과 수직방향에 대해 일정 각도로 상향 또는 하향 경사지게 형성한 것을 특징으로 하는 공작기계의 컬럼 냉각장치.
5. 제 2 항에 있어서, 상기 분사노즐 유닛에는 상기 스핀들헤드가 설치되지 않은 방향보다 상기 스핀들헤드가 설치된 일측면 방향으로 더 많은 개수의 노즐을 형성한 것을 특징으로 하는 공작기계의 컬럼 냉각장치.
6. 제 2 항에 있어서, 상기 분사노즐 유닛은 좌우 한 쌍으로 분할 가능한 구조로 형성하며, 내부에는 상기 냉각유 배관과 원주방향으로 연통되는 환형의 공급유로와, 상기 공급유로와 상기 노즐 사이를 연통시키는 내부유로를 형성한 것을 특징으로 하는 공작기계의 컬럼 냉각장치.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 컬럼의 온도를 측정하기 위해 상기 컬럼에 매설된 온도센서와, 상기 온도센서로부터 측정된 온도 값을 제공받아 상기 온도 값이 미리 정한 온도 값 보다 높을 때, 상기 냉각유 펌프를 작동시키는 냉각유 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 컬럼 냉각장치.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 컬럼은 스핀들헤드가 슬라이드 이동하는 전방부 컬럼과 그 반대편의 후방부 칼럼으로 구성하고, 상기 전방부 컬럼과 후방부 컬럼에는 상기 온도센서를 각각 설치하며, 상기 전방부 컬럼과 후방부 컬럼의 냉각유 배관의 입구에는 상기 각각의 온도센서로부터 측정된 온도 값에 따라 상기 제어기에 의해 상기 냉각유 펌프로부터 상기 각각의 냉각유 배관으로 공급되는 냉각유의 량을 제어하는 제어밸브를 설치한 것을 특징으로 하는 공작기계의 컬럼 냉각장치.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 컬럼은 좌우 한쌍으로 형성된 것을 특징으로 하는 공작기계의 컬럼 냉각장치.
10. 제 8 항에 있어서, 상기 후방부 컬럼 보다 상기 전방 부 컬럼에 설치된 분사노즐 유닛에 더 많은 개수의 노즐을 형성한 것을 특징으로 하는 공작기계의 컬럼 냉각장치.
11. 제 1 항에 있어서, 상기 컬럼의 중공부는 상하방향으로 일정 간격으로 리브구조에 의해 복수개의 격실로 형성되며, 상기 격실은 상기 냉각유 배관이 통과하고 상기 분사노즐 유닛으로부터 분사된 냉각유가 상기 중공부 벽면을 따라 아래 방향으로 흘러내릴 수 있도록 상하 방향으로 연통된 구조인 것을 특징으로 하는 공작기계의 컬럼 냉각장치.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 분사노즐 유닛은 상기 격실 마다 설치한 것을 특징으로 하는 공작기계의 컬럼 냉각장치.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 분사노즐 유닛은 상기 격실의 상부에 설치한 것을 특징으로 하는 공작기계의 컬럼 냉각장치.
14. 제 11 항에 있어서, 상기 격실의 일측 컬럼에는 외부와 연통 가능한 개폐커버를 구비한 것을 특징으로 하는 공작기계의 컬럼 냉각장치.
15. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각유 배관은 한 쪽 끝이 막혀있는 것을 특징으로 하는 공작기계의 컬럼 냉각장치.

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