KR20210143348A

KR20210143348A - 공작기계용 주축

Info

Publication number: KR20210143348A
Application number: KR1020200059466A
Authority: KR
Inventors: 홍상식
Original assignee: 현대위아 주식회사
Priority date: 2020-05-19
Filing date: 2020-05-19
Publication date: 2021-11-29

Abstract

본 발명은 공작기계용 주축에 관한 것으로, 특히 공구의 클램프와 언클램프 동작에 연동하여 쿨런트 또는 에어가 공급되도록 함으로써, 스프링룸 그리스의 외부 유출을 방지하고 스프링의 발청과 조기파손을 예방하는 공작기계용 주축에 관한 것이다. 구성은 공작기계용 주축에 있어서, 상기 하우징에는 공구의 클리닝을 위한 제1 에어 공급유로가 형성되고, 상기 드로우바의 내부 중앙으로는 쿨런트 공급유로가 형성되며, 드로우바의 선단 부분 외측으로는 제2 에어 공급유로가 형성되며, 상기 쿨런트 공급유로와 제2 에어 공급유로는 공구의 클램핑과 언클램핑 동작에 연동하여 상호 연결되거나 연결이 차단되는 것을 특징으로 한다.

Description

공작기계용 주축{main spindle for machine tool}

본 발명은 공작기계용 주축에 관한 것으로, 특히 공구의 클램프와 언클램프 동작에 연동하여 쿨런트 또는 에어가 공급되도록 함으로써, 스프링룸 그리스의 외부 유출을 방지하고 스프링의 발청과 조기파손을 예방하는 공작기계용 주축에 관한 것이다.

일반적으로 공작기계는 터닝센터, 머시닝센터, 문형머시닝센터, 스위스 턴, 방전 가공기, 수평형 NC 보링머신 등을 비롯하여 다양한 종류가 작업의 용도에 맞게 널리 사용되고 있다.

그리고, 상기 공작기계는 주축대에 끼워져 회전 절삭 운동을 하는 주축이 구비된다.

또, 상기 공작기계의 주축에는 절삭가공시 공구와 공작물 사이의 마찰을 감소시키고, 공구와 공작물을 냉각하며, 칩 배출을 용이하게 하기 위해 쿨런트(coolant, 절삭유)가 공급되어야 한다.

이러한 주축은 내부를 관통하여 쿨런트를 공구에 공급하는 쿨런트 공급장치(TSC : through spindle coolant)와 내부의 관통유로를 지나 공구에 묻은 이물질을 제거하기 위한 에어를 공급하는 에어공급장치(TSA : through spindleair) 및 공구의 클램프와 언클램프를 위한 유압공급장치가 연결된다.

그러나, 종래의 공작기계용 주축은 공구(Tool)를 클리닝하기 위한 에어가 스프링룸을 통과하도록 형성되어 있기 때문에 스프링품의 그리스를 외부로 배출시켜 체크밸브를 오염시키고, 체크밸브 오염에 따른 고압 쿨런트가 체크밸브를 통과하여 스프링룸으로 유입되어 기능을 상실 및 공구(tool)와 스핀들 테이퍼면의 오염으로 가공불량이 자주 발생하는 문제점이 있었다.

또, 종래의 주축은 내부로 유입되는 고압 쿨런트 및 에어의 수분에 의해 스프링, 드로우바, 스핀들 내부 발청으로 조기파손을 유발하는 문제점이 있었다.

공개특허 10-2015-0074456

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 그리스의 외부유출(상실)을 방지하고 스프링룸으로 고압 쿨런트 유입을 차단함과 동시에 공구(Tool) 및 주축 테이퍼에 이물질을 효율적으로 제거하도록 함으로써, 가공 부적합 발생을 방지하고 주축의 내구성 향상과 유지보수성 향상을 이루도록 하는 공작기계용 주축을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 공작기계용 주축은 하우징과, 상기 하우징의 내부 중앙에 결합되는 드로우바와, 상기 드로우바의 선단 부분에 결합되는 콜릿과 중간 부분에 형성되는 스프링이 구비된 스프링룸 및 후단 부분에 결합되는 푸셔와 피스톤을 포함하는 공작기계용 주축에 있어서, 상기 하우징에는 공구의 클리닝을 위한 제1 에어 공급유로가 형성되고, 상기 드로우바의 내부 중앙으로는 쿨런트 공급유로가 형성되며, 드로우바의 선단 부분 외측으로는 제2 에어 공급유로가 형성되며, 상기 쿨런트 공급유로와 제2 에어 공급유로는 공구의 클램핑과 언클램핑 동작에 연동하여 상호 연결되거나 연결이 차단되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 공작기계용 주축에 있어서, 상기 제1 에어 공급유로는 수평유로와 원주유로로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 공작기계용 주축에 있어서, 상기 제1 에어 공급유로에는 에어공급장치(TSA : through spindleair)가 연결되고, 상기 에어공급장치는 에어부스터(air booster)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 공작기계용 주축에 있어서, 상기 쿨런트 공급유로와 제2 에어 공급유로는 공구의 클램프와 언클램프 행정거리에 대응하여 연결위치와 차단위치가 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 공작기계용 주축에 있어서, 상기 쿨런트 공급유로와 제2 에어 공급유로에는 쿨런트 공급장치(through spindle coolant)와 에어공급장치가 함께 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 공작기계용 주축에 있어서, 상기 쿨런트 공급유로와 제2 에어 공급유로는 사용 시점이 상호 상이한 것을 특징으로 한다.

본 발명은 공작기계용 주축에 있어서, 상기 원주유로는 공구의 전체로 클리닝을 쉽고 원활하게 이룰 수 있도록 원주방향 전체를 따라 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 공작기계용 주축에 있어서, 상기 원주유로는 내측 방향인 공구의 외주면 방향으로 경사각을 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 주축을 구비하는 공작기계를 더 제공한다.

이상에서와 같은 본 발명은 주축의 드로우바 내외측으로 쿨런트와 에어를 공급하여 스프링룸으로 쿨런트 및 에어의 유입을 차단함으로써, 쿨런트 및 에어의 수분함유량에 의한 스프링, 드로우바, 스핀들 내부 발청을 방지함과 동시에 스프링룸의 그리스 손실을 방지하여 주축의 내구성을 장기간 확보하여 서비스 및 유지비용을 현저하게 절감하는 효과가 있다.

또한, 공구(Tool)의 클리닝을 위한 에어의 공급압력을 높여(승압)(5bar → 10bar) 에어탱크에 충전후 고압, 다량의 에어를 공급하여 공구(Tool)와 주축 테이퍼부의 이물질을 효율적으로 제거하여 가공 부적합 발생을 줄이고 생산성을 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공작기계용 주축의 요부 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 공작기계용 주축에 자동공구교환장치(ATC : automatic tool changer)에 의해 공구가 클램핑되는 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 공작기계용 주축에 자동공구교환장치(ATC : automatic tool changer)에 의해 공구가 언클램핑되는 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 공작기계용 주축에 공구가 클램핑 동작시 쿨런트 공급유로를 통해 쿨런트가 공급되는 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 공작기계용 주축에 공구가 언클램핑 동작시 제1 에어공급유로와 제2 에어 공급유로를 통해 에어가 공급되는 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.

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 하우징(110)과, 상기 하우징(110)의 내부 중앙에 결합되는 드로우바(120)와, 상기 드로우바(120)의 선단 부분에 결합되는 콜릿(130)과 중간 부분에 형성되는 스프링(141)이 구비된 스프링룸(140) 및 후단 부분에 결합되는 푸셔(150)와 피스톤(160)을 포함한다.

그리고, 상기 하우징(110)에는 공구(200)의 클리닝을 위한 제1 에어 공급유로(170)가 형성된다.

즉, 상기 주축(100)은 하우징(110)의 가장자리 부분 내측으로 형성되는 수평유로(171)와 선단 부분 내측으로 형성되는 원주유로(172)로 이루어지는 제1 에어 공급유로(170)가 형성된다.

상기 제1 에어 공급유로(170)의 수평유로(171)는 하우징(110)의 후단면 일측에서부터 가장자리 부분 내측을 거쳐 선단 부분에 형성되는 원주유로(172)로 이어진다.

여기서, 상기 제1 에어 공급유로(170)의 선단 부분에 위치하는 원주유로(172)는 공구(200)의 전체로 클리닝을 쉽고 원활하게 이룰 수 있도록 원주방향 전체를 따라 형성되는 것이 바람직하다.

또, 상기 원주유로(172)는 공구(200)가 공작물의 가공시 발생하는 절삭칩(Cutting chip)과 같은 이물질 제거를 쉽게 할 수 있도록 내측 방향 즉, 공구(200)의 외주면 방향으로 경사각을 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 에어 공급유로(170)의 수평유로(171)에는 공구(200)에 에어를 공급할 수 있도록 에어공급장치(TSA : through spindleair)(310)가 연결된다.

여기서, 상기 에어공급장치(310)는 에어탱크와 솔레노이드밸브 및 에어부스터(air booster)를 포함하여 구성된다.

그리고, 본 발명에 따른 상기 에어공급장치(310)는 에어부스터(air booster)를 형성함으로써, 종래와 달리 에어의 공급압력을 2배로 높여 이물질을 효율적으로 제거하도록 하였다.

상기 드로우바(120)의 내부 중앙으로는 쿨런트 공급유로(180)가 형성되고, 드로우바(120)의 선단 부분 외측으로는 제2 에어 공급유로(190)가 형성된다.

즉, 상기 쿨런트 공급유로(180)는 드로우바(120)의 내부 중앙으로 형성되기 때문에 공급되는 쿨런트(coolant, 절삭유)가 스프링룸(140)으로 유입되지 않아 스프링(141), 드로우바(120), 하우징(110)의 내부 발청 및 스프링(141)의 조기 파손을 예방할 수 있다.

그리고, 상기 쿨런트 공급유로(180)는 드로우바(120)의 내부 중앙을 통해 공구(200)와 공작물(미도시) 측으로만 분사되기 때문에, 공작기계의 절삭가공시 공구(200)와 공작물(미도시) 사이의 마찰을 감소시키고, 공구(200)와 공작물을 냉각하며, 칩 배출을 용이하게 할 수 있다.

또, 상기 제2 에어 공급유로(190)는 드로우바(120)의 선단 부분 외측으로 형성되어 선택적으로 개폐된다.

여기서, 상기 쿨런트 공급유로(180)와 제2 에어 공급유로(190)는 공구(200)의 클램핑과 언클램핑 동작에 연동하여 상호 연결되거나 연결이 차단되도록 형성된다.

예컨대, 상기 주축(100)의 콜릿(130)을 통해 공구(200)가 클램핑 동작시에는 상기 쿨런트 공급유로(180)와 제2 에어 공급유로(190)가 상호 차단되고, 상기 주축(100)의 콜릿(130)을 통해 공구(200)가 언클램핑 동작시에는 상기 쿨런트 공급유로(180)와 제2 에어 공급유로(190)가 상호 연결된다.

이를 위해 상기 쿨런트 공급유로(180)와 제2 에어 공급유로(190)는 공구(200)의 클램프와 언클램프 행정거리에 대응하여 연결위치와 차단위치가 형성된다.

그리고, 상기 쿨런트 공급유로(180)에는 쿨런트와 에어를 공구(200)에 공급하는 쿨런트 공급장치(through spindle coolant)(320) 및 에어공급장치(310)가 연결된다.

여기서, 상기 쿨런트 공급장치(320)는 솔레노이드밸브와 압력 스위치를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 쿨런트 공급유로(180)와 제2 에어 공급유로(190)는 사용 시점이 상호 상이하다.

즉, 상기 쿨런트 공급유로(180)로 쿨런트가 공급되는 경우에 상기 제2 에어 공급유로(190)는 연결이 차단되기 때문에 쿨런트가 공급되지 않고, 상기 쿨런트 공급유로(180)와 제2 에어 공급유로(190)로 에어가 공급되는 경우에는 쿨런트가 공급되지 않는다.

이에 따라, 상기 쿨런트 공급유로(180)와 제2 에어 공급유로(190)는 상호 다른 유체의 공급시 어느 하나는 개방되고 다른 하나는 폐쇄된다.

또, 상기 주축(100)의 하우징(110) 후단면에는 피스톤(160)의 전진과 후진 이동을 위한 제1 유압유로(111)와 제2 유압유로(112)가 형성된다.

그리고, 상기 제1 유압유로(111) 및 제2 유압유로(112)에는 유압을 공급하기 위한 유압공급장치(330)가 연결된다.

여기서, 상기 유압공급장치(330)는 통상적으로 사용되는 것이므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

한편, 본 발명은 상기 주축(100)을 구비하는 공작기계(미도시)를 더 제공한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 동작 상태를 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에 따른 주축을 구비하는 공작기계를 이용하여 공작물을 가공하고자 할 경우, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 주축(100)의 콜릿(collet)(130)에 공작물의 가공에 사용하는 도구인 공구(tool)(200)를 위치시킨 후 유압공급장치(330)를 이용하여 하우징(110)에 형성된 제1 유압유로(111)에 유압을 공급한다.

그러면, 상기 제1 유압유로(111)를 통해 공급되는 유압력에 의해 상기 피스톤(160)이 후퇴함과 동시에 스프링룸(140)의 스프링(141)이 탄성복귀력을 발휘함에 따라 드로우바(120)와 푸셔(150)가 후퇴하고 콜릿(130)은 중심방향 안쪽으로 이동하면서 공구(200)를 견고하게 고정(clamp)하게 된다.

이때, 상기 드로우바(120)가 후퇴하면서 쿨런트 공급유로(180)와 제2 에어 공급유로(190)는 상호 불일치하여 연결이 차단된다.

다음, 상기 쿨런트 공급장치(320)가 ON 동작하면서 고압의 쿨런트가 드로우바(120)의 내부 중앙에 형성된 쿨런트 공급유로(180)를 통해 유입되어 공구(200)로 공급된다.

따라서, 본 발명의 상기 쿨런트 공급유로(180)는 쿨런트를 공구(200)와 공작물 사이에 공급함으로써 상호 마찰을 감소시키고, 공구(200)와 공작물을 냉각하며, 칩 배출을 용이하게 함과 동시에 쿨런트(coolant, 절삭유)가 스프링룸(140)으로 유입되지 않도록 하여 하우징(110)의 내부와 드로우바(120)와, 스프링(141)의 발청 및 스프링(141)의 조기 파손을 예방할 수 있다.

이때, 상기 쿨런트가 쿨런트 공급유로(180)를 따라 공구(200)로 공급될 때, 상기 에어공급장치(310)는 OFF 상태를 유지한다.

그리고, 공구(200)를 교체하거나 공작물의 가공이 완료되면 도 5에 도시된 바와 같이 상기 유압공급장치(330)는 제2 유압유로(190)에 유압을 공급한다.

그러면, 상기 하우징(110)에 형성된 제2 유압유로(112)를 통해 공급되는 유압력에 의해 상기 피스톤(160)이 전진하면서 퓨셔(150)를 접촉하여 밀면 드로우바(120)가 전진하면서 스프링룸(140)의 스프링(141)을 압축시키고, 콜릿(130)은 중심방향 바깥쪽으로 이동하면서 공구(200)의 고정을 해제(unclamp)하게 된다.

이때, 상기 드로우바(120)가 전진하면서 쿨런트 공급유로(180)와 제2 에어 공급유로(190)는 상호 일치되어 연통하게 된다.

동시에 상기 에어공급장치(310)가 ON 동작하면서 승압된 에어가 하우징(110)에 형성된 상기 제1 에어 공급유로(170)와 제2 에어 공급유로(190)를 따라 공구(200)로 공급된다.

따라서, 본 발명의 상기 제1 에어 공급유로(170)와 제2 에어 공급유로(190)는 공구(200)의 전체로 종래에 비해 2배로 승압된 강한 에어를 분사함으로써, 공작물의 가공시 발생하는 절삭 칩과 같은 이물질을 쉽고 확실하게 제거하여 가공정밀도를 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 : 하우징
111 : 제1 유압유로 112 : 제2 유압유로
120 : 드로우바 130 : 콜릿
140 : 스프링룸 141 : 스프링
150 : 푸셔 160 : 피스톤
170 : 제1 에어 공급유로 171 : 수평유로
172 : 원주유로 180 : 쿨런트 공급유로
190 : 제2 에어 공급유로 200 : 공구(tool)
310 : 에어공급장치 320 : 쿨런트 공급장치
330 : 유압공급장치

Claims

공작기계용 주축은 하우징과, 상기 하우징의 내부 중앙에 결합되는 드로우바와, 상기 드로우바의 선단 부분에 결합되는 콜릿과 중간 부분에 형성되는 스프링이 구비된 스프링룸 및 후단 부분에 결합되는 푸셔와 피스톤을 포함하는 공작기계용 주축에 있어서,
상기 하우징에는 공구의 클리닝을 위한 제1 에어 공급유로가 형성되고, 상기 드로우바의 내부 중앙으로는 쿨런트 공급유로가 형성되며, 드로우바의 선단 부분 외측으로는 제2 에어 공급유로가 형성되며, 상기 쿨런트 공급유로와 제2 에어 공급유로는 공구의 클램핑과 언클램핑 동작에 연동하여 상호 연결되거나 연결이 차단되는 것을 특징으로 하는 공작기계용 주축.
제1항에 있어서,
상기 제1 에어 공급유로는 수평유로와 원주유로로 이루어지는 것을 특징으로 하는 공작기계용 주축.
제1항에 있어서,
상기 제1 에어 공급유로에는 에어공급장치(TSA : through spindleair)가 연결되고, 상기 에어공급장치는 에어의 승압을 위한 에어부스터(air booster)를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계용 주축.
제1항에 있어서,
상기 쿨런트 공급유로와 제2 에어 공급유로는 공구의 클램프와 언클램프 행정거리에 대응하여 연결위치와 차단위치가 형성되는 것을 특징으로 하는 공작기계용 주축.
제1항에 있어서,
상기 쿨런트 공급유로와 제2 에어 공급유로에는 쿨런트 공급장치(through spindle coolant)와 에어공급장치가 함께 연결되는 것을 특징으로 하는 공작기계용 주축.
제1항에 있어서,
상기 쿨런트 공급유로와 제2 에어 공급유로는 사용 시점이 상호 상이한 것을 특징으로 하는 공작기계용 주축.
제2항에 있어서,
상기 원주유로는 공구의 전체로 클리닝을 쉽고 원활하게 이룰 수 있도록 원주방향 전체를 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 공작기계용 주축.
제2항에 있어서,
상기 원주유로는 내측 방향인 공구의 외주면 방향으로 경사각을 형성하는 것을 특징으로 하는 공작기계용 주축.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 주축을 구비하는 공작기계.