KR20210026604A - Cooling Apparatus for machine tool spindle - Google Patents

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KR20210026604A
KR20210026604A KR1020190107617A KR20190107617A KR20210026604A KR 20210026604 A KR20210026604 A KR 20210026604A KR 1020190107617 A KR1020190107617 A KR 1020190107617A KR 20190107617 A KR20190107617 A KR 20190107617A KR 20210026604 A KR20210026604 A KR 20210026604A
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Abstract

The present invention relates to a cooling device of a machine tool spindle comprising an inner rotary member and an outer fixing member. A cooling flow passage allowing high pressure air to flow in a spiral shape is formed on an outer circumferential surface of an outer wheel spacer of a bearing, and the high pressure air supplied through the cooling flow passage is discharged to the outside through an air curtain flow passage formed between a lower end part of the fixing member and a lower end part of the rotary member to cool a spindle fixing member. Moreover, a collet air valve unit controlling a supply amount of the high pressure air is installed in an upper portion of the fixing member to allow the high pressure air to pass the inside of a drawbar to cool the inner rotary member of a spindle.

Description

공작기계 스핀들의 냉각장치{Cooling Apparatus for machine tool spindle}Cooling Apparatus for machine tool spindle}

본 발명은 공작기계 스핀들의 냉각장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고압공기를 이용하여 스핀들의 냉각효과를 높이는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a cooling device for a machine tool spindle, and more particularly, to a device for increasing the cooling effect of the spindle by using high-pressure air.

도 1에 도시한 바와 같이, 공작기계 스핀들(10)은 선단에 공구(60)를 파지하고 고속으로 회전하는 구조이다. 이러한 스핀들(10) 내부에는 축방향으로 상부와 하부에 적어도 두 개 이상의 베어링(20)을 개재하여 스핀들(10)의 회전을 원활하게 한다. 여기에 사용되는 베어링(20)은 축방향의 추력에 대해 대항력을 가지는 드러스트 볼 베어링(20)이 주로 사용된다. 이러한 베어링(20)은 베어링(20) 볼을 사이에 두고 내륜(21)과 외륜(22)을 구비하며, 내륜(21)은 스핀들(10) 내부의 회전부재(11)에 끼워맞춤되어 회전부재(11)와 함께 회전하고, 외륜(22)은 고정부재(12)인 베어링 하우징(26)에 끼워맞춤되어 고정된 상태로 회전부재(11)를 회전 지지한다. As shown in Fig. 1, the machine tool spindle 10 is a structure that grips the tool 60 at the tip and rotates at high speed. At least two or more bearings 20 are interposed in the upper and lower portions of the spindle 10 in the axial direction to smoothly rotate the spindle 10. The bearing 20 used here is mainly a thrust ball bearing 20 having an opposing force against thrust in the axial direction. The bearing 20 includes an inner ring 21 and an outer ring 22 with the bearing 20 ball interposed therebetween, and the inner ring 21 is fitted to the rotating member 11 inside the spindle 10 to be a rotating member. It rotates together with (11), and the outer ring 22 is fitted to the bearing housing 26, which is the fixing member 12, and rotates and supports the rotating member 11 in a fixed state.

또한, 도 2와 같이, 상기 베어링(20)의 외륜(22)과 고정부재(12)인 베어링 하우징(26) 사이에는 베어링(20)이 열팽창 할 경우 베어링(20)의 예압이 증가하거나 베어링(20)이 소착되는 것을 방지하기 위해 틈새(27)가 형성된다.In addition, as shown in FIG. 2, when the bearing 20 is thermally expanded between the outer ring 22 of the bearing 20 and the bearing housing 26 as the fixing member 12, the preload of the bearing 20 increases or the bearing ( A gap 27 is formed in order to prevent the 20) from seizing.

상기 틈새(27)는 스핀들(10)이 고속 회전 시 베어링(20) 부위에서 발생된 열을 대류현상으로 베어링 하우징(26)에 전달하며, 전달된 열은 인접한 부재를 통해 스핀들(10) 전체에 전달되어 스핀들(10)의 열팽창을 가속 시킨다.The gap 27 transfers heat generated in the bearing 20 portion when the spindle 10 rotates at high speed to the bearing housing 26 through a convection phenomenon, and the transferred heat is transferred to the entire spindle 10 through an adjacent member. It is transmitted to accelerate the thermal expansion of the spindle (10).

한편, 고정부재(12)인 스핀들(10) 몸체 내부에 위치한 베어링 하우징(26)의 외주연에는 냉각수를 유통시킬 수 있는 냉각유로(40)가 나선형으로 형성된다.On the other hand, a cooling channel 40 through which coolant can flow is formed in a spiral shape at the outer periphery of the bearing housing 26 located inside the body of the spindle 10, which is the fixing member 12.

상기 냉각유로(40)의 입구는 외부의 냉각수 공급원과 연결된다.The inlet of the cooling passage 40 is connected to an external cooling water supply source.

이와 같이 구성된 종래의 스핀들(10) 냉각 구조는, 스핀들(10)에 열이 발생하면 상기 냉각유로(40)로 냉각수가 공급되어 베어링 하우징(26)을 냉각 시킨다.In the conventional cooling structure of the spindle 10 configured as described above, when heat is generated in the spindle 10, cooling water is supplied to the cooling passage 40 to cool the bearing housing 26.

하지만 상기와 같은 수냉식 냉각 구조는, 베어링 하우징(26)에 대해서는 냉각 효과를 기대 할 수 있으나, 베어링(20)의 내륜(21)에 고정된 스핀들(10) 내부의 회전부재(11)에 대해서는 냉각 효과가 충분히 미치지 못한다. 이는 베어링(20) 외륜(22)과 베어링 하우징(26) 사이에 형성된 틈새(27)에서 냉각된 베어링 하우징(26)의 냉기가 대류작용에 의해 베어링(20) 내륜(21) 및 내부 회전부재(11)에 전달되기 때문에 직접 접촉에 의한 열전달 보다 냉각 효율이 낮기 때문이다.However, the water-cooled cooling structure as described above can be expected to cool the bearing housing 26, but the rotating member 11 inside the spindle 10 fixed to the inner ring 21 of the bearing 20 is cooled. The effect is not sufficiently effective. This is because the cold air of the bearing housing 26 cooled in the gap 27 formed between the bearing 20, the outer ring 22 and the bearing housing 26 is convectively applied to the bearing 20, the inner ring 21 and the inner rotating member ( Because it is transferred to 11), the cooling efficiency is lower than heat transfer by direct contact.

이와 같이, 종래의 공작기계 스핀들(10)은 수냉식에 의한 베어링 하우징(26)의 냉각에도 불구하고 베어링(20) 내륜(21)과 스핀들(10) 내부의 회전부재(11)에 대해서는 충분한 냉각이 이루어지지 않아 여전히 스핀들(10)의 열팽창이 지속되는 문제점이 있다. As described above, the conventional machine tool spindle 10 has sufficient cooling for the bearing 20, the inner ring 21 and the rotating member 11 inside the spindle 10, despite the cooling of the bearing housing 26 by water cooling. Since it is not made, there is still a problem in that the thermal expansion of the spindle 10 continues.

또한, 이와 같이 불충분한 스핀들(10)의 냉각으로 인해 스핀들(10)의 열팽창이 잔존하게 되고, 이로 인해 스핀들(10)의 위치 제어에 오차가 발생하며, 이러한 스핀들(10)의 위치 오차는 궁극적으로 스핀들(10) 선단에 장착된 공구(60)의 위치 정밀도를 저하시켜 공구(60)에 의해 가공되는 공작물의 가공정밀도를 떨어뜨리게 된다.In addition, the thermal expansion of the spindle 10 remains due to insufficient cooling of the spindle 10, thereby causing an error in the position control of the spindle 10, and such a position error of the spindle 10 is ultimately As a result, the positioning accuracy of the tool 60 mounted at the tip of the spindle 10 is lowered, thereby reducing the machining accuracy of the workpiece processed by the tool 60.

또한, 이와 같은 수냉식 냉각 방식은, 베어링 하우징(26)에 냉각유로(40)를 설치해야 함에 따라 소형 공작기계의 스핀들(10) 크기를 크게 해야 하는 문제가 있고, 더 나아가 별도의 냉각수 쿨링 유니트를 구비해야 함에 따라 제조비용을 증가시키는 단점이 있다.In addition, such a water-cooled cooling method has a problem of having to increase the size of the spindle 10 of a small machine tool as the cooling passage 40 must be installed in the bearing housing 26, and furthermore, a separate cooling water cooling unit is required. There is a disadvantage of increasing the manufacturing cost as it must be provided.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 공작기계 스핀들의 냉각 구조를 개선하여 스핀들의 열팽창을 최소화 하여 스핀들의 위치 정밀도를 향상시키며, 나아가 스핀들의 위치 정밀도 향상을 통해 공작물의 가공정밀도를 향상 시키는데 있다.An object of the present invention to solve the above problems is to improve the cooling structure of the machine tool spindle to minimize the thermal expansion of the spindle to improve the positioning precision of the spindle, and further improve the machining precision of the workpiece by improving the positioning precision of the spindle. There is to improve.

또한, 본 발명의 다른 목적은 스핀들에 냉각유로 설치함에 따른 스핀들의 크기를 최소화 하는데 있으며, 나아가 공작기계 스핀들 냉각 장치 제조 비용을 줄이는데 있다.In addition, another object of the present invention is to minimize the size of the spindle by installing the cooling oil on the spindle, and further to reduce the manufacturing cost of the machine tool spindle cooling device.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 공작기계 스핀들의 냉각장치는, The cooling device of the machine tool spindle of the present invention for achieving the above object,

내부의 회전부재와 외부의 고정부재로 이루어지며, 상기 회전부재에 끼워맞춤되어 상기 회전부재와 함께 회전하는 내륜과 상기 고정부재에 끼워맞춤되어 고정되는 외륜을 구비하며 상하 축방향으로 적어도 두 개 이상으로 설치되는 베어링을 구비한 공작기계 스핀들에 있어서,It consists of an internal rotating member and an external fixing member, and has an inner ring that is fitted to the rotating member and rotates with the rotating member, and an outer ring that is fitted and fixed to the fixing member, and has at least two or more in the vertical axis direction. In the machine tool spindle having a bearing installed as,

상기 상부 베어링과 하부 베어링의 내륜 사이에 고정되어 상기 내륜과 함께 회전하는 내륜 스페이셔와, 상기 상부 베어링과 하부 베어링의 외륜 사이에 고정되며 베어링 하우징의 내주연에 밀착 결합되는 외륜 스페이셔와,An inner ring spacer fixed between the inner ring of the upper bearing and the lower bearing and rotating together with the inner ring, an outer ring spacer fixed between the outer ring of the upper bearing and the lower bearing and closely coupled to the inner periphery of the bearing housing,

상기 외륜 스페이셔의 외주연에 나선형으로 형성되며 상기 베어링 하우징의 내주연과의 사이에서 공기흡입구 통로를 통해 유입되는 고압공기를 유통시키는 냉각유로와,A cooling channel formed in a spiral shape on the outer periphery of the outer ring spacer and flowing high-pressure air introduced through the air inlet passage between the inner periphery of the bearing housing;

상기 냉각유로와 연통되며 상기 고정부재의 하단부와 상기 회전부재의 하단부 사이에 형성된 에어커튼을 통해 상기 냉각유로를 통해 공급되는 고압공기를 분사하도록 상기 고정부재 하부에 형성된 에어커튼 유로와,An air curtain passage formed under the fixing member to inject high-pressure air supplied through the cooling passage through an air curtain formed between the lower end of the fixing member and the lower end of the rotating member and communicated with the cooling passage;

상기 고정부재의 상부에 설치되며 고압공기의 공급 유량을 조절하는 콜릿에어 밸브유닛과,A collet air valve unit installed on the upper part of the fixing member and controlling the supply flow rate of high-pressure air;

상기 콜릿에어 밸브유닛과 연통되며 상기 회전부재의 내부의 드로바에 축방향으로 형성된 공기통로와,An air passage communicating with the collet air valve unit and formed in an axial direction in a draw bar inside the rotating member,

상기 공기통로 하단부와 연통되며 상기 하부 베어링을 경유하여 상기 에어커튼 유로와 연통되는 연결유로를 포함하여 이루어진다.And a connection passage communicating with the lower end of the air passage and communicating with the air curtain passage through the lower bearing.

또한, 상기 냉각유로의 입구와 연통되는 공기 흡입구통로는 상기 상단 베어링의 외경을 원주방향으로 우회하도록 상기 상단 베어링 하우징의 내부에 설치되며, 상기 냉각유로의 출구와 연통되는 상기 에어커튼 유로는 상기 하단 베어링의 외경을 원주방향으로 우화하도록 상기 하단 베어링 하우징의 내부에 설치된다.In addition, the air intake passage communicating with the inlet of the cooling passage is installed inside the upper bearing housing so as to bypass the outer diameter of the upper bearing in the circumferential direction, and the air curtain passage communicating with the outlet of the cooling passage is the lower end. It is installed inside the lower bearing housing so as to increase the outer diameter of the bearing in the circumferential direction.

또한, 상기 콜릿에어 밸브유닛은 상기 회전부재의 선단에 공구를 장착하고 있는 중에는 감압된 고압공기가 상기 드로바 내부의 공기통로로 공급되도록 유로를 교축하고, 상기 회전부재의 선단에 공구를 장착하지 않은 때에는 감압되지 않은 고압공기가 상기 드로바 내부의 공기통로로 공급되도록 유로를 개방하는 솔레노이드밸브를 포함하여 이루어진다.In addition, the collet air valve unit narrows the flow path so that the depressurized high-pressure air is supplied to the air passage inside the drawbar while the tool is mounted on the tip of the rotating member, and does not mount the tool at the tip of the rotating member. When not, it includes a solenoid valve that opens the flow path so that the high-pressure air, which has not been depressurized, is supplied to the air path inside the drawbar.

본 발명의 공작기계 스핀들 냉각장치는, 공작기계 스핀들의 발열에 의한 열팽창을 최소화 하여 스핀들의 위치 정밀도를 향상시키고, 이를 통해 공작물의 가공정밀도를 향상시킨다.The machine tool spindle cooling apparatus of the present invention improves the positioning precision of the spindle by minimizing thermal expansion due to heat generation of the machine tool spindle, thereby improving the machining precision of the workpiece.

또한, 냉각유로 설치에 따른 스핀들의 크기를 최소화하며, 더 나아가 공작기계 스핀들 냉각 장치 제조 비용을 최소화 한다.In addition, it minimizes the size of the spindle according to the installation of the cooling channel, and further minimizes the manufacturing cost of the machine tool spindle cooling device.

도 1은 종래기술로, 냉각유로가 형성된 공작기계 스핀들의 부분 단면도이다.
도 2는 도 1의 A 부분에 대한 확대 단면도이다.
도 3는 본 발명의 실시예로서, 공작기계 스핀들의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예로서, 콜렛 에어 밸브유닛을 나타내는 스핀들의 상부 부분 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예로서, 콜렛 에어 밸브유닛의 회로도이다.
도 6은 본 발명의 실시예로서, 고압공기가 냉각유로를 통해 스핀들을 냉각시키는 공기 흐름을 나타내는 작동 상태도이다.
도 7은 본 발명의 실시예로서, 드로바를 통해 스핀들 내부로 공급된 공기가 스핀들 내부를 냉각시키는 공기 흐름을 나타내는 작동 상태도이다.
도 8은 본 발명의 실시예로서, 공구 교환을 하지 않을 때 고압공기가 스핀들 내부로 공급되는 콜렛 에어 밸브유닛의 작동 상태도이다.도 9는 본 발명의 실시예로서, 공구 교환 시 고압공기가 스핀들 내부로 공급되는 콜렛 에어 밸브유닛의 작동 상태도이다.1 is a partial cross-sectional view of a machine tool spindle in which a cooling passage is formed in the prior art.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of portion A of FIG. 1.
3 is a cross-sectional view of a machine tool spindle as an embodiment of the present invention.
4 is an upper partial perspective view of a spindle showing a collet air valve unit as an embodiment of the present invention.
5 is a circuit diagram of a collet air valve unit as an embodiment of the present invention.
6 is an operational state diagram illustrating an air flow in which high-pressure air cools a spindle through a cooling channel as an embodiment of the present invention.
7 is an operational state diagram illustrating an air flow in which air supplied into the spindle through a draw bar cools the spindle as an embodiment of the present invention.
8 is an exemplary embodiment of the present invention, and is an operational state diagram of a collet air valve unit in which high-pressure air is supplied into the spindle when a tool is not changed. FIG. 9 is an embodiment of the present invention. It is an operational state diagram of the collet air valve unit supplied to the inside.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부 도면 도 3 내지 도 9를 참조하여 설명한다. Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 9 of the accompanying drawings.

도 3에서 개시한 바와 같이, 본 발명 실시예의 공작기계 스핀들(10) 냉각장치는 전체적으로 내부의 회전부재(11)와 외부의 고정부재(12)로 이루어지며, 회전부재(11)의 선단에 공구(60)를 파지하고 고속으로 회전하는 구조이다. As disclosed in FIG. 3, the cooling device of the machine tool spindle 10 according to the present invention comprises an internal rotating member 11 and an external fixing member 12 as a whole, and a tool at the tip of the rotating member 11 It is a structure that grips 60 and rotates at high speed.

상기 회전부재(11)는 스핀들(10) 내부의 드로바(30), 베어링(20) 내륜(21), 베어링(20)의 내륜 스페이셔(24), 공구(60) 등을 포함한다. 또한 상기 고정부재(12)는 스핀들(10) 구성 부품 중 상기 회전부재(11)의 외측에 해당하는 베어링 하우징(26), 베어링(20) 외륜(22), 베어링(20)의 외륜 스페이셔(25), 콜릿에어 밸브유닛(50) 등을 포함한다.The rotating member 11 includes a draw bar 30 inside the spindle 10, a bearing 20, an inner ring 21, an inner ring spacer 24 of the bearing 20, a tool 60, and the like. In addition, the fixing member 12 includes a bearing housing 26 corresponding to the outer side of the rotating member 11 among the components of the spindle 10, an outer ring 22 of the bearing 20, and an outer ring spacer of the bearing 20 ( 25), a collet air valve unit 50, and the like.

보다 구체적인 본 발명의 구성은 다음과 같다.A more specific configuration of the present invention is as follows.

스핀들(10) 내부에는 축방향으로 상부와 하부에 적어도 두 개 이상의 베어링(20)을 개재하여 스핀들(10)의 회전을 원활하게 한다. 여기에 사용되는 베어링(20)은 축방향의 추력에 대해 대항력을 가지는 드러스트 볼 베어링(20)이 주로 사용된다. 또한 상기 베어링(20)은 베어링(20) 볼을 사이에 두고 내륜(21)과 외륜(22)으로 구성되며, 내륜(21)은 스핀들(10) 내부의 회전부재(11)에 끼워맞춤되어 회전부재(11)와 함께 회전하고, 외륜(22)은 고정부재(12)인 베어링 하우징(26)에 끼워맞춤되어 내부의 회전부재(11)를 회전 지지한다. Inside the spindle 10, at least two or more bearings 20 are interposed in the upper and lower portions in the axial direction to facilitate rotation of the spindle 10. The bearing 20 used here is mainly a thrust ball bearing 20 having an opposing force against thrust in the axial direction. In addition, the bearing 20 is composed of an inner ring 21 and an outer ring 22 with a ball of the bearing 20 interposed therebetween, and the inner ring 21 is fitted to the rotating member 11 inside the spindle 10 to rotate. It rotates together with the member 11, and the outer ring 22 is fitted into the bearing housing 26, which is the fixing member 12, to support rotation of the inner rotating member 11.

한편, 상기 상부 베어링(20)과 하부 베어링(20)의 내륜(21) 사이에는 내륜 스페이셔(24)가 고정되어 상기 내륜(21)과 함께 회전한다. 또한, 상기 상부 베어링(20)과 하부 베어링(20)의 외륜(22) 사이에는 외륜 스페이셔(25)가 고정되며, 상기 외륜 스페이셔(25)는 외주연이 상기 베어링 하우징(26)의 내주연과 밀착 결합된다.Meanwhile, an inner ring spacer 24 is fixed between the inner ring 21 of the upper bearing 20 and the lower bearing 20 to rotate together with the inner ring 21. In addition, an outer ring spacer 25 is fixed between the outer ring 22 of the upper bearing 20 and the lower bearing 20, and the outer ring spacer 25 has an outer periphery of the bearing housing 26. It is closely coupled with the main character.

또한, 상기 외륜 스페이셔(25)의 외주연에는 나선형으로 고압공기가 통과하는 냉각유로(40)가 형성되며, 상기 냉각유로(40)는 공기흡입구(41)와 공기흡입구 통로(44)를 통해 공급되는 외부의 고압공기 공급장치(미도시)와 연결된다. In addition, a cooling passage 40 through which high-pressure air passes in a spiral is formed at the outer periphery of the outer ring spacer 25, and the cooling passage 40 is formed through the air inlet 41 and the air inlet passage 44. It is connected to an external high-pressure air supply device (not shown) to be supplied.

한편, 상기 냉각유로(40)의 공기흡입구 통로(44)는 상부 베어링(20)의 외경을 원주방향으로 우회하도록 상기 상부 베어링 하우징(26)의 내부에 형성된다.Meanwhile, the air intake passage 44 of the cooling passage 40 is formed inside the upper bearing housing 26 so as to bypass the outer diameter of the upper bearing 20 in the circumferential direction.

한편, 상기 냉각유로(40)의 출구통로인 에어커튼 유로(43)는 하부 베어링(20)의 외경을 원주방향으로 우회하도록 상기 하부 베어링 하우징(26)의 내부에 형성되며, 고정부재(12)의 하단 내부에 형성된 에어커튼 유로(43)를 통해 상기 회전부재(11) 하단부에 장착된 공구(60) 주위로 고압공기를 분사하는 에어커튼(42)과 연통된다.On the other hand, the air curtain passage 43, which is the outlet passage of the cooling passage 40, is formed inside the lower bearing housing 26 to bypass the outer diameter of the lower bearing 20 in the circumferential direction, and the fixing member 12 It communicates with the air curtain 42 for injecting high-pressure air around the tool 60 mounted on the lower end of the rotating member 11 through the air curtain flow path 43 formed inside the lower end of the.

또한, 도 3과 도 4에서 개시한 바와 같이, 상기 고정부재(12)의 상부에는 드로바(30) 내부의 공기통로(31)로 공급된 고압공기의 유량을 조절하는 콜릿에어 밸브유닛(50)이 설치된다.In addition, as disclosed in FIGS. 3 and 4, a collet air valve unit 50 that regulates the flow rate of high-pressure air supplied to the air passage 31 inside the drawbar 30 on the upper portion of the fixing member 12. ) Is installed.

상기 콜릿에어 밸브유닛(50)의 하부에는 축방향으로는 회전부재(11)와 함께 회전하며 회전부재(11)의 하단에 장착될 공구(60)를 잡아당겨 회전부재(11)에 고정하거나, 회전부재(11)의 하단에 장착된 공구(60)를 탈거하기 위해 공구(60)를 아래 방향으로 밀어내는 드로바(30)가 설치된다.The collet air valve unit 50 rotates with the rotating member 11 in the axial direction and pulls the tool 60 to be mounted on the lower end of the rotating member 11 to be fixed to the rotating member 11, or In order to remove the tool 60 mounted at the lower end of the rotating member 11, a draw bar 30 is installed that pushes the tool 60 downward.

상기 드로바(30)의 내부 중심 축방향으로는 상기 콜릿에어 밸브유닛(50)으로부터 공급되는 고압공기를 통과시키는 공기통로(31)가 형성된다.An air passage 31 for passing high-pressure air supplied from the collet air valve unit 50 is formed in the inner central axial direction of the draw bar 30.

또한, 상기 드로바(30) 내부의 공기통로(31) 하단부는 회전부재(11)의 원주방향으로 연결유로(45)를 형성하여, 이 연결유로(45)가 하부 베어링(20)을 경유하여 상기 고정부재(12)에 형성된 에어커튼 유로(43)와 연통되게 한다.In addition, the lower end of the air passage 31 inside the drawbar 30 forms a connection passage 45 in the circumferential direction of the rotating member 11, so that the connecting passage 45 passes through the lower bearing 20 It communicates with the air curtain flow path 43 formed in the fixing member 12.

한편, 상기 콜릿에어 밸브유닛(50)은, 도 5에서 개시한 바와 같이, 유로의 절환 위치에 따라 통과하는 고압공기를 감압하지 않고 전량 통과시키거나, 또는 통과하는 고압공기를 감압하여 통과시키는 솔레노이드밸브(51)를 구비한다.On the other hand, the collet air valve unit 50 is a solenoid that passes the entire amount of high-pressure air passing through according to the switching position of the flow path without decompressing or depressurizing the high-pressure air passing through, as disclosed in FIG. 5. A valve 51 is provided.

이하에서는 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명 실시예의 스핀들(10) 냉각장치의 작동을 살펴본다. Hereinafter, the operation of the cooling device of the spindle 10 according to the present invention having the above configuration will be described.

먼저 도 6을 참조하여 상기 드로바(30)가 회전부재(11) 선단에 공구(60)를 장착한 상태를 살펴본다. First, with reference to FIG. 6, a state in which the tool 60 is mounted on the tip of the rotating member 11 will be described with reference to FIG. 6.

회전부재(11)가 고속으로 회전함에 따라 베어링(20)에는 열이 발생한다. 발생된 열은 베어링(20)의 내륜(21)과 외륜(22)을 통해 주변 부품으로 전도된다. 베어링(20) 외륜(22)에서 발생된 열은 외륜(22)에 밀착 고정된 외륜 스페이셔(25)와, 이 외륜 스페이셔(25)와 밀착 고정된 베어링 하우징(26)으로 열팽창을 동반하여 전도된다.As the rotating member 11 rotates at high speed, heat is generated in the bearing 20. The generated heat is conducted to surrounding parts through the inner ring 21 and the outer ring 22 of the bearing 20. The heat generated from the outer ring 22 of the bearing 20 is accompanied by thermal expansion to the outer ring spacer 25 tightly fixed to the outer ring 22 and the bearing housing 26 tightly fixed to the outer ring spacer 25. It is evoked.

또한, 베어링(20) 내륜(21)에서 발생된 열은 내륜(21)에 밀착 고정된 내륜 스페이셔(24)와, 이 내륜 스페이셔(24)와 밀착 고정된 회전부재(11)로 열팽창을 동반하여 전도된다.In addition, the heat generated from the bearing 20, the inner ring 21, the inner ring spacer 24 tightly fixed to the inner ring 21, and the inner ring spacer 24 and the rotating member 11 tightly fixed to reduce thermal expansion. It is evangelized together.

상기와 같이 베어링(20)에서 발생된 열은 고정부재(12)와 회전부재(11)에 전도되면서 스핀들(10) 전체를 열팽창 시킴에 따라 회전부재(11) 하부에 창착된 공구(60)의 위치를 이동시키게 된다.As described above, the heat generated from the bearing 20 is conducted to the fixing member 12 and the rotating member 11, and the entire spindle 10 is thermally expanded. It will move the position.

이 때, 고정부재(12)의 일측에 설치된 공기흡입구(41)를 통해 고압공기가 공급된다. 상기 공기흡입구(41)를 통해 공급된 고압공기는 상부 베어링(20)의 외경부에 원주방향으로 형성된 공기흡입구 통로(44)와 베어링(20)의 외륜 스페이셔(25)에 형성된 냉각유로(40)로 공급되면서 상부 베어링(20) 주위와 외륜 스페이셔(25) 주위의 고정부재(12)를 냉각시킨다.At this time, high-pressure air is supplied through the air inlet 41 installed on one side of the fixing member 12. The high-pressure air supplied through the air inlet 41 is formed in the circumferential direction of the air inlet passage 44 on the outer diameter of the upper bearing 20 and the cooling passage 40 formed in the outer ring spacer 25 of the bearing 20. ) To cool the fixing member 12 around the upper bearing 20 and around the outer ring spacer 25.

또한, 상기 냉각유로(40)를 통과한 고압공기는 냉각유로(40) 하단에서 하부 베어링(20)의 외경부에 원주방향으로 형성된 에어커트유로를 통과하여 고정부재(12) 하단에 설치된 에어커튼(42)을 통해 외부로 배출되면서 하부 베어링(20) 주위의 고정부재(12)를 냉각시킨다.In addition, the high-pressure air that has passed through the cooling passage 40 passes through an air cut passage formed in the circumferential direction on the outer diameter of the lower bearing 20 at the lower end of the cooling passage 40, and the air curtain installed at the lower end of the fixing member 12. As it is discharged to the outside through 42, the fixing member 12 around the lower bearing 20 is cooled.

한편, 도 7 및 도 8과 같이, 고정부재(12) 상단부에 설치된 콜릿에어 밸브유닛(50)을 통해 공급되는 고압공기는, 드로바(30)가 위로 당겨져 회전부재(11) 선단에 공구(60)를 장착한 상태일 때는, 도 8에서와 같이, 콜릿에어 밸브유닛(50)의 솔레노이드밸브(51)는 고압공기를 감압하여 일부 고압공기만 드로바(30) 내부에 형성된 공기통로(31)로 공급한다. On the other hand, as shown in Figures 7 and 8, the high-pressure air supplied through the collet air valve unit 50 installed on the upper end of the fixing member 12, the drawbar 30 is pulled upward to the tool ( When 60) is mounted, as shown in FIG. 8, the solenoid valve 51 of the collet air valve unit 50 depressurizes the high-pressure air so that only some of the high-pressure air is formed in the drawbar 30. ).

상기 공기통로(31)를 통해 공급된 감압된 고압공기는 드로바(30)를 냉각 시키면서, 이 드로바(30)와 연계된 주위의 회전부재(11)를 함께 냉각시키게 된다.The depressurized high-pressure air supplied through the air passage 31 cools the drawbar 30 and cools the rotating member 11 connected to the drawbar 30 together.

한편, 상기 상기 드로바(30)의 공기통로(31)를 경유한 감압된 고압공기는 회전부재(11)의 하부에 원주방향으로 형성되어 하부 베어링(20)을 경유하는 연결유로(45)를 통해 고정부재(12)의 냉각유로(40)에서 공급되는 에어커튼 유로(43)에 합류되어 에어커튼(42)을 통해 외부로 배출된다.On the other hand, the depressurized high-pressure air passing through the air passage 31 of the draw bar 30 is formed in a circumferential direction under the rotating member 11 to pass the connection passage 45 passing through the lower bearing 20. It is joined to the air curtain flow path 43 supplied from the cooling flow path 40 of the fixing member 12 and is discharged to the outside through the air curtain 42.

이 때 하부 베어링(20)을 경유하는 고압공기는 하부 베어링(20)을 냉각 시킴과 동시에 하부 베어링(20) 주위의 회전부재(11)와 고정부재(12)를 동시에 냉각 시킨다.At this time, the high-pressure air passing through the lower bearing 20 cools the lower bearing 20 and simultaneously cools the rotating member 11 and the fixing member 12 around the lower bearing 20.

한편, 회전부재(11) 하부에 공구(60)가 장착된 상태에서 콜릿에어 밸브유닛(50)의 솔레노이드밸브(51)가 교축되면서 일정 압력 이하로 감압된 고압공기를 공급함으로써, 연결유로(45)를 통해 하부 베어링(20)으로 공급되는 감압된 고압공기는 그 압력이 낮아 하부 베어링(20)에 채워진 윤활유를 소실시키지 않고 윤활막도 정상으로 유지시키면서 냉각효과는 높이게 된다.On the other hand, while the tool 60 is mounted under the rotating member 11, the solenoid valve 51 of the collet air valve unit 50 is throttled to supply high-pressure air reduced to a certain pressure or less, thereby supplying the connection passage 45 ), the pressure of the depressurized high-pressure air supplied to the lower bearing 20 is low, so that the lubricating oil filled in the lower bearing 20 is not lost and the lubricating film is maintained at a normal level, and the cooling effect is enhanced.

한편, 상기 드로바(30)가 아래로 밀어진 상태로 회전부재(11) 선단에 공구(60)를 장착하지 않은 상태일 때는, 도 9와 같이, 고정부재(12) 상단부에 설치된 콜릿에어 밸브유닛(50)을 통해 공급되는 고압공기는, 솔레노이드밸브(51)의 절환에 의해 고압공기를 감압하지 않고 드로바(30) 내부에 형성된 공기통로(31)로 공급한다. On the other hand, when the drawbar 30 is pushed down and the tool 60 is not installed at the tip of the rotating member 11, a collet air valve installed on the upper end of the fixing member 12 as shown in FIG. 9 The high-pressure air supplied through the unit 50 is supplied to the air passage 31 formed inside the drawbar 30 without depressurizing the high-pressure air by switching of the solenoid valve 51.

상기 공기통로(31)를 통해 공급된 고압공기는 드로바(30)를 냉각시키고, 이 드로바(30)와 연계된 주변의 회전부재(11)를 냉각시키게 된다. 또한 상기 드로바(30)의 공기통로(31)를 경유한 고압공기는 많은 량의 고압공기가 회전부재(11) 하부의 공구(60) 장착 공간을 통해 외부로 배출되지만, 일부의 고압공기는 회전부재(11)의 하부에 원주방향으로 형성되어 하부 베어링(20)을 경유하는 연결유로(45)를 통해 에어커튼 유로(43)와 합류하여 에어커튼(42)을 통해 외부로 배출되면서 하부 베어링(20)을 냉각 시킴과 동시에 하부 베어링(20) 주위의 회전부재(11)와 고정부재(12)를 동시에 냉각 시킨다. The high-pressure air supplied through the air passage 31 cools the draw bar 30 and cools the rotating member 11 connected to the draw bar 30. In addition, high-pressure air passing through the air passage 31 of the drawbar 30 is discharged to the outside through the space where a large amount of high-pressure air is installed under the rotating member 11, but some high-pressure air is The lower bearing is formed in a circumferential direction under the rotating member 11 and merges with the air curtain flow path 43 through the connection flow path 45 passing through the lower bearing 20 and is discharged to the outside through the air curtain 42. The rotating member 11 and the fixing member 12 around the lower bearing 20 are simultaneously cooled while cooling (20).

한편, 연결유로(45)를 통해 하부 베어링(20)으로 공급되는 고압공기는, 많은 량의 고압공기가 회전부재(11) 하부의 공구(60) 장착 공간을 통해 외부로 배출된 나머지의 일부 고압공기이기 때문에 그 압력이 약하여 회전부재(11)에 공구(60)를 장착했을 때처럼 하부 베어링(20)에 채워진 윤활유가 소실되거나 윤활막이 파괴되지 않고 하부 베어링(20)의 냉각효과를 높이는데 일조를 하게 된다.On the other hand, the high-pressure air supplied to the lower bearing 20 through the connection passage 45 is partially high-pressure air discharged to the outside through the tool 60 mounting space under the rotating member 11. Because it is air, its pressure is weak, and the lubricant filled in the lower bearing 20 is not lost or the lubricating film is not destroyed as when the tool 60 is mounted on the rotating member 11, and it helps to increase the cooling effect of the lower bearing 20. Will do.

한편, 에어커튼(42)을 통해 외부로 배출되는 고압공기는 외부의 이물질이 어에커튼 을 형성하는 좁은 통로를 통해 하부 베어링(20) 내부로 침투하는 것을 방지하고, 상기 회전부재(11)의 하부 공구(60) 장착 공간으로 배출되는 고압공기는 장착되는 공구(60)와 공구(60)가 장착되는 회전부재(11)에 칩과 같은 이물질이 부착되는 것을 방지하는 역할을 한다.On the other hand, the high-pressure air discharged to the outside through the air curtain 42 prevents foreign substances from penetrating into the lower bearing 20 through the narrow passage forming the air curtain, and The high-pressure air discharged to the mounting space of the lower tool 60 serves to prevent foreign substances such as chips from adhering to the mounted tool 60 and the rotating member 11 on which the tool 60 is mounted.

상기에서 설명한 바와 같이 본 발명의 스핀들(10) 냉각장치는, 공작기계 스핀들(10)의 발열에 의한 열팽창을 최소화 하여 스핀들(10)의 위치 정밀도를 향상시키고, 이를 통해 공작물의 가공정밀도를 향상시킨다.As described above, the cooling device for the spindle 10 of the present invention improves the positioning precision of the spindle 10 by minimizing thermal expansion due to heat generation of the machine tool spindle 10, thereby improving the machining precision of the workpiece. .

특히 소형 공작기계에서 냉각유로(40) 설치에 따른 스핀들(10)의 크기를 최소화하며, 더 나아가 스핀들(10) 냉각장치 제조비용을 최소화 한다.In particular, minimizing the size of the spindle 10 according to the installation of the cooling passage 40 in a small machine tool, further minimizing the manufacturing cost of the spindle 10 cooling device.

10 스핀들
11 회전부재
12 고정부재
20 베어링
21 내륜
22 외륜
24 내륜 스페이셔
25 외륜 스페이셔
26 베어링 하우징
27 틈새
30 드로바
31 공기통로
40 냉각유로
41 공기흡입구
42 에어커튼
43 에어커튼 유로
44 공기흡입구 통로
45 연결유로
50 콜릿에어 밸브유닛
51 솔레노이드밸브
60 공구10 spindle
11 rotating member
12 Fixing member
20 bearing
21 inner ring
22 paddle
24 inner ring spacer
25 paddle spacer
26 bearing housing
27 gap
30 Drawbar
31 Air passage
40 cooling channel
41 Air inlet
42 Air curtain
43 air curtain euro
44 Air intake passage
45 connecting euros
50 Collet Air Valve Unit
51 Solenoid valve
60 tools

Claims (3)

내부의 회전부재와 외부의 고정부재로 이루어지며, 상기 회전부재에 끼워맞춤되어 상기 회전부재와 함께 회전하는 내륜과 상기 고정부재에 끼워맞춤되어 고정되는 외륜을 구비하며 상하 축방향으로 적어도 두 개 이상으로 설치되는 베어링을 구비한 공작기계 스핀들에 있어서,
상기 상부 베어링과 하부 베어링의 내륜 사이에 고정되어 상기 내륜과 함께 회전하는 내륜 스페이셔와, 상기 상부 베어링과 하부 베어링의 외륜 사이에 고정되며 베어링 하우징의 내주연에 밀착 결합되는 외륜 스페이셔와,
상기 외륜 스페이셔의 외주연에 나선형으로 형성되며 상기 베어링 하우징의 내주연과의 사이에서 공기흡입구 통로를 통해 유입되는 고압공기를 유통시키는 냉각유로와,
상기 냉각유로와 연통되며 상기 고정부재의 하단부와 상기 회전부재의 하단부 사이에 형성된 에어커튼을 통해 상기 냉각유로를 통해 공급되는 고압공기를 분사하도록 상기 고정부재 하부에 형성된 에어커튼 유로와,
상기 고정부재의 상부에 설치되며 고압공기의 공급 유량을 조절하는 콜릿에어 밸브유닛과,
상기 콜릿에어 밸브유닛과 연통되며 상기 회전부재의 내부의 드로바에 축방향으로 형성된 공기통로와,
상기 공기통로 하단부와 연통되며 상기 하부 베어링을 경유하여 상기 에어커튼 유로와 연통되는 연결유로를 포함하는 공작기계 스핀들의 냉각장치.Consisting of an internal rotating member and an external fixing member, and having an inner ring that is fitted to the rotating member and rotates with the rotating member, and an outer ring that is fitted and fixed to the fixing member, and has at least two or more In the machine tool spindle having a bearing installed as,
An inner ring spacer fixed between the inner ring of the upper bearing and the lower bearing and rotating together with the inner ring, an outer ring spacer fixed between the outer ring of the upper bearing and the lower bearing and closely coupled to the inner periphery of the bearing housing,
A cooling channel formed in a spiral shape on the outer periphery of the outer ring spacer and flowing high-pressure air introduced through the air inlet passage between the inner periphery of the bearing housing;
An air curtain passage formed under the fixing member to inject high-pressure air supplied through the cooling passage through an air curtain formed between the lower end of the fixing member and the lower end of the rotating member and communicated with the cooling passage;
A collet air valve unit installed on the upper part of the fixing member and controlling the supply flow rate of high-pressure air;
An air passage communicating with the collet air valve unit and formed in an axial direction in a draw bar inside the rotating member,
A cooling device for a machine tool spindle comprising a connection passage in communication with the lower end of the air passage and in communication with the air curtain passage through the lower bearing. 제 1항에 있어서, 상기 냉각유로의 입구와 연통되는 공기 흡입구통로는 상기 상단 베어링의 외경을 원주방향으로 우회하도록 상기 상단 베어링 하우징의 내부에 설치되며, 상기 냉각유로의 출구와 연통되는 상기 에어커튼 유로는 상기 하단 베어링의 외경을 원주방향으로 우화하도록 상기 하단 베어링 하우징의 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 공작기계 스핀들의 냉각장치.The air curtain of claim 1, wherein the air intake passage communicating with the inlet of the cooling passage is installed inside the upper bearing housing so as to bypass the outer diameter of the upper bearing in the circumferential direction, and the air curtain communicates with the outlet of the cooling passage. The cooling device of the machine tool spindle, characterized in that the flow path is installed inside the lower bearing housing so as to make the outer diameter of the lower bearing in the circumferential direction. 제 1항에 있어서, 상기 콜릿에어 밸브유닛은 상기 회전부재의 선단에 공구를 장착하고 있는 중에는 감압된 고압공기가 상기 드로바 내부의 공기통로로 공급되도록 유로를 교축하고, 상기 회전부재의 선단에 공구를 장착하지 않은 때에는 감압되지 않은 고압공기가 상기 드로바 내부의 공기통로로 공급되도록 유로를 개방하는 솔레노이드밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계 스핀들의 냉각장치.The method of claim 1, wherein the collet air valve unit constricts a flow path so that the depressurized high-pressure air is supplied to the air passage inside the drawbar while the tool is mounted at the tip of the rotating member, and And a solenoid valve that opens a flow path so that high-pressure air, which is not depressurized, is supplied to the air path inside the drawbar when the tool is not installed.
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