KR20210025264A

KR20210025264A - 공작기계용 주축

Info

Publication number: KR20210025264A
Application number: KR1020190105048A
Authority: KR
Inventors: 최종혁
Original assignee: 현대위아 주식회사
Priority date: 2019-08-27
Filing date: 2019-08-27
Publication date: 2021-03-09

Abstract

본 발명은 공작기계용 주축에 관한 것으로서, 특히 별도의 동력장치를 추가하지 않고 내부로 유입되는 이물질이 외부로 토출되도록 하는 공작기계용 주축에 관한 것이다.
구성은 공작기계용 주축에 있어서, 내부에는 결합을 위한 결합구멍이 형성되고, 전방으로는 외부로부터 공기와 같은 유체가 유입되는 외부유체 유입구멍이 형성된 비회전체와; 상기 비회전체의 결합구멍에 결합되고 선단 부분에는 공구를 클램핑하는 공구홀더부가 형성되며, 상기 공구홀더부가 형성된 선단 외주 부분에는 유체의 흐름방향을 제어하는 유체 유동방향 제어부가 형성된 회전체와; 상기 비회전체와 회전체 사이에 상호 간격을 두고 형성되어, 회전체를 고정시키고 축의 자중과 축에 걸리는 하중을 지지하면서 회전체를 회전시키는 역할을 하는 베어링부(bearing part); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

공작기계용 주축{main spindle for machine tools}

본 발명은 공작기계용 주축에 관한 것으로서, 특히 별도의 동력장치를 추가하지 않고 내부로 유입되는 이물질이 외부로 토출되도록 하는 공작기계용 주축에 관한 것이다.

일반적으로, 피가공물을 소정의 모양으로 깎아내기 위하여 바이트·드릴빗·밀링커터와 같은 커터를 사용하여, 피가공물 또는 커터를 회전시키거나 왕복운동시켜 강제적으로 절삭가공하는 공작기계(machine tools)가 사용되고 있다.

이러한 공작기계 중 가공 과정에서 칩(CHIP)이 발생하는 공작기계를 절삭공작기계라고 하며, 이러한 절삭공작기계에는 선반(LATHE), 밀링기, 머시닝센터(MACHINING CENTER), 드릴링기, 보링기, 연삭기, 기어가공기 및 특수가공기 등이 있다.

그리고, 상기 절삭공작기계에는 부품의 하나로서 축단(軸端)이 공작물 또는 절삭 공구의 장착에 사용되는 회전축. 스핀들(spindle)이라고 하는 주축(主軸)이 구비된다.

또, 절삭공작기계의 주축은 공작물의 가공시 회전하게 되는데 회전운동시 회전속도 및 압력(정압) 차이가 발생하게 되고 이로 인해 주축 내부로 외부 유체(공기)가 유입된다.

한편, 상기 외부 유체의 유입시 이물질 및 절삭유 등이 함께 유입되기 때문에 이물질에 의해 주축 내부의 베어링이 소손(손상)되는 등의 주원인이 된다.

이에 따라 외부 유체의 유입시 포함되는 이물질과 절삭유 등이 주축의 내부로 유입되는 것을 최소화할 수 있는 공작기계용 주축이 요구되었고, 이에 부합하여 라비린스(labyrinth) 구조를 형성한 다양한 구성의 주축이 제시되고 있다.

그러나 종래의 공작기계용 주축은 내부로 외부의 유체가 유입되지 못하도록 밀폐(Sealing) 시키려고만 하였으나 외부 유체와 이에 포함된 이물질의 침투를 완벽하게 차단하지 못하여 베어링이 소손(손상)되는 문제점이 있었다.

공개특허 10-2011-0127680

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 본 발명의 목적은 주축의 회전동작시 유입되는 외부 유체(공기)에 포함된 이물질과 절삭유 등이 주축의 전방측으로 토출되도록 함으로써 이물질과 절삭유의 유입으로 인한 베어링부의 소손을 방지하는 공작기계용 주축을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 공작기계용 주축에 있어서, 내부에는 결합을 위한 결합구멍이 형성되고, 전방으로는 외부로부터 공기와 같은 유체가 유입되는 외부유체 유입구멍이 형성된 비회전체와; 상기 비회전체의 결합구멍에 결합되고 선단 부분에는 공구를 클램핑하는 공구홀더부가 형성되며, 상기 공구홀더부가 형성된 선단 외주 부분에는 유체의 흐름방향을 제어하는 유체 유동방향 제어부가 형성된 회전체와; 상기 비회전체와 회전체 사이에 상호 간격을 두고 형성되어, 회전체를 고정시키고 축의 자중과 축에 걸리는 하중을 지지하면서 회전체를 회전시키는 역할을 하는 베어링부(bearing part); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 공작기계용 주축에 있어서, 상기 유체 유동방향 제어부는 나선형(screw type) 돌기(protuberance) 또는 나선형 날개로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 공작기계용 주축에 있어서, 상기 유체 유동방향 제어부는 회전체에 일체로 형성되거나, 탈부착 가능하도록 형성될 수 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 공작기계용 주축에 있어서, 상기 유체 유동방향 제어부는 유체의 유동 방향을 회전체의 뒤쪽에서 앞쪽으로 토출시킬 수 있는 나선형 돌기 또는 나선형 날개로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 주축을 구비하는 공작기계를 더 제공한다.

이상에서와 같이, 본 발명은 주축 회전체에 나선형(screw type) 돌기(protuberance, 突起) 또는 나선형 날개를 형성하여 주축의 내부로 유동하는 외부 유체의 흐름방향을 제어함으로써 이물질과 절삭유의 유입으로 인한 주축의 베어링부 손상을 방지하는 효과가 있다.

또, 본 발명은 외부 유체의 흐름방향을 제어하기 위한 별도의 동력원이 불필요하고, 라비린스(미로) 구조의 제거를 통해 원가절감을 이룰 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공작기계용 주축의 개략적인 요부 분리 단면 상태를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 결합 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공작기계용 주축의 사용 상태를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 보다 구체적으로 설명한다.

여기서, 하기의 모든 도면에서 동일한 기능을 갖는 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 반복적인 설명은 생략하며, 아울러 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이것은 고유의 통용되는 의미로 해석되어야 함을 명시한다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 공작기계용 주축(100)은 비회전체(110)와 회전체(120) 및 베어링부(130)로 대별되어 이루어진다.

상기 비회전체(110)는 공작기계의 베드(도시하지 않음)에 고정되고, 내부에는 결합을 위한 결합구멍(111)이 형성되고, 전방으로는 외부로부터 공기와 같은 유체가 유입되는 외부유체 유입구멍(112)이 형성된다.

여기서, 상기 결합구멍(111)은 회전체(120)를 수용, 결합하기 위한 것이고, 상기 외부유체 유입구멍(112)은 비회전체(110)의 외면과 내면을 관통하여 형성되어 외부로부터 유체(공기)를 유입시켜 상기 비회전체(110)와 회전체(120) 사이에 형성되는 틈(G)으로 토출시키는 역할을 한다.

그리고, 상기 외부유체 유입구멍(112)은 주축(100)이 공작물을 가공하기 위해 회전을 하게 되면 회전속도 및 압력(정압) 차이가 발생하게 되고 이로 인해 비회전체(110)와 회전체(120) 사이로 이물질 및 절삭유를 포함하는 외부유체가 유입되는 것을 최소화하기 위한 것이다.

즉, 상기 비회전체(110)의 전방 부분에 외부유체 유입구멍(112)을 형성함으로써, 상기 비회전체(110)와 회전체(120)의 선단을 통해 유입되는 이물질 및 절삭유를 포함하는 외부 유체를 그 후방에 위치하는 상기 외부유체 유입구멍(112)으로 유입되는 외부유체가 역방향으로 토출되면서 충돌되도록 하여 내부로 유동하는 것을 최소화하였다.

상기 회전체(120)는 상기 비회전체(110)의 결합구멍(111)에 결합되고 선단 부분에는 공구를 클램핑하는 공구홀더부(121)가 형성되며, 상기 공구홀더부(121)가 형성된 회전체(120)의 선단 외주 부분에는 유체의 흐름방향을 제어하는 유체 유동방향 제어부(122)가 형성된다.

여기서, 상기 회전체(120)는 공구홀더부(121)를 통해 클램핑한 공구를 회전시켜 공작물을 가공토록 하는 것이다.

그리고, 상기 유체 유동방향 제어부(122)는 유체의 유동 방향을 회전체(120)의 뒤쪽에서 앞쪽으로 토출시킬 수 있는 나선형(screw type) 돌기(protuberance, 突起) 또는 나선형 날개로 형성되는 것이 바람직하다.

또, 상기 유체 유동방향 제어부(122)는 회전체(120)에 일체로 형성되거나, 탈부착 가능하도록 형성될 수 있다.

즉, 상기 회전체(120)의 제작시 유체 유동방향 제어부(122)를 일체로 형성하거나, 칼라(collar), 스페이서(spacer)와 같이 회전체(120)의 외주에 분해, 조립 가능하도록 형성할 수 있다.

이러한 구성의 상기 유체 유동방향 제어부(122)는 회전체(120)의 회전동작에 연동하여 유체의 유동방향을 주축(100)의 선단측 바깥으로 토출되도록 제어하기 때문에 별도의 동력장치가 필요없게 된다.

상기 베어링부(bearing part)(130)는 상기 비회전체(110)와 회전체(120) 사이에 상호 간격을 두고 형성되어, 회전체(120)를 고정시키고 축의 자중과 축에 걸리는 하중을 지지하면서 회전체(120)를 회전시키는 역할을 하는 것이다.

여기서, 상기 베어링부(130)는 비회전체(110)와 회전체(120)의 전방에 구비되는 전방 베어링(131)과 후방에 구비되는 후방 베어링(132)으로 이루어진다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 주축(100)은 상기 주축(100)을 지지하고, 가공 대상물을 올려놓을 수 있는 베드(도시하지 않음)와 함께 하나의 완성된 공작기계(도시하지 않음)로 제공될 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작용 상태를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에 따른 주축이 구비된 공작기계를 이용하여 공작물을 가공하는 경우, 주축(100)의 회전체(120)가 회전하게 되고 이에 따라 상기 회전체(120)의 공구홀더(122)에 장착된 공구(도시하지 않음)가 회전하면서 공작물(도시하지 않음)을 가공하게 된다.

이때, 상기 회전체(120)의 회전운동에 의해 회전속도 및 압력(정압) 차이가 발생하게 되고 이로 인해 주축(100)의 내부 즉, 비회전체(110)와 회전체(120) 사이에 형성된 틈(G)으로 이물질이 포함된 외부 유체와 절삭유가 유입되게 된다.

그리고, 상기 전방 베어링(131)의 앞쪽에 위치하는 유체 유동방향 제어부(122)가 회전하면서 비회전체(110)와 회전체(120) 사이의 틈(G)으로 유입되는 이물질이 포함된 유체와 절삭유의 유동방향을 주축(100)의 후방 측에서 전방 측으로 토출 진행하도록 유도하게 된다.

이에 따라, 유체의 유동방향이 주축(100)의 선단 측 바깥으로 토출 진행하도록 유도하는 과정에서 이물질이 포함된 유체와 절삭유의 유입을 1차적으로 방지하고, 상기 외부 유체 유입구멍(112)을 통해 유입되는 이물질이 포함된 유체는 회전하는 유체 유동방향 제어부(122)의 나선형(screw type) 돌기(protuberance, 突起) 또는 나선형 날개 형상을 따라 주축(100)의 외부로 2차 배출될 수 있다.

또, 상기 외부 유체 유입구멍(111)으로 유입된 유체가 베어링부(130)를 지나지 않고, 상기 주축(100)의 전방으로 토출되므로 상기 베어링부(130)가 이물질과 절삭유에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 주축(100)에 의하면 라비린스 씰과 같은 복잡한 구조 없이도 외부의 이물질이 유입되는 것을 방지할 수 있어 제조 원가를 절감할 수 있고, 베어링부(130)의 수명을 현저하게 향상시킬 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 균등한 타 실시예로의 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

100 : 공작기계용 주축 110 : 비회전체
111 : 결합구멍 112 : 외부유체 유입구멍
120 : 회전체 121 : 공구홀더부
122 : 유체 유동방향 제어부 130 : 베어링부
131 : 전방 베어링 132 : 후방 베어링

Claims

공작기계용 주축에 있어서,
내부에는 결합을 위한 결합구멍이 형성되고, 전방으로는 외부로부터 공기와 같은 유체가 유입되는 외부유체 유입구멍이 형성된 비회전체와;
상기 비회전체의 결합구멍에 결합되고 선단 부분에는 공구를 클램핑하는 공구홀더부가 형성되며, 상기 공구홀더부가 형성된 선단 외주 부분에는 유체의 흐름방향을 제어하는 유체 유동방향 제어부가 형성된 회전체와;
상기 비회전체와 회전체 사이에 상호 간격을 두고 형성되어, 회전체를 고정시키고 축의 자중과 축에 걸리는 하중을 지지하면서 회전체를 회전시키는 역할을 하는 베어링부(bearing part); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계용 주축.
제1항에 있어서,
상기 유체 유동방향 제어부는 나선형(screw type) 돌기(protuberance) 또는 나선형 날개로 형성되는 것을 특징으로 하는 공작기계용 주축.
제1항에 있어서,
상기 유체 유동방향 제어부는 회전체에 일체로 형성되거나, 탈부착 가능하도록 형성될 수 있는 것을 특징으로 하는 공작기계용 주축.
제2항에 있어서,
상기 유체 유동방향 제어부는 유체의 유동 방향을 회전체의 뒤쪽에서 앞쪽으로 토출시킬 수 있는 나선형 돌기 또는 나선형 날개로 형성되는 것을 특징으로 하는 공작기계용 주축.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 주축을 구비하는 공작기계.