KR20220125840A - 공작기계의 스핀들헤드 구조 - Google Patents

Abstract

스핀들헤드를 스핀들헤드 바디를 통해 공작기계의 컬럼 상에서 슬라이드 이동 가능하게 결합하고, 스핀들모터와 스핀들을 상기 스핀들헤드 바디 상에 서로 인접하여 평행하게 병렬로 설치하며, 상기 스핀들헤드 바디에는 양 쪽 측면이 밀폐되어 형성되는 내부 공간을 형성하고, 상기 내부 공간 상에서 상기 스핀들모터의 출력축과 스핀들의 풀리 사이에서 벨트가 회전할 때 발생하는 열과 소음을 줄이기 위해, 상기 내부 공간과 연통하도록 상기 스핀들헤드 바디의 저부에 흡입구를 형성하고, 상기 스핀들의 상부에는 스핀들과 함께 회전하여 상기 내부 공간의 공기를 외부로 배출하는 임펠러를 설치하며, 상기 임펠러를 에워싸는 케이스에는 외부와 연통하도록 배기구를 설치한다. 이와 같이 벨트 회전에 의해 발생하는 발열은 흡입구를 통해 흡입되는 외부공기가 내부공간과 배기구를 통해 외부로 배출하고, 벨트 소음은 감소시킨다.

Description

공작기계의 스핀들헤드 구조{Machine tool spindle head structure}

본 발명은 공작기계 스핀들헤드 구조에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 벨트 전동 방식의 스핀들헤드에서 벨트에 의한 발열과 소음을 줄이는 스핀들헤드 구조에 관한 것이다.

머시닝센터와 같은 수치제어(Numerical Control) 공작기계는 스핀들을 고속 회전시키고, 스핀들에 장착한 공구를 이용하여 공작물을 가공한다. 이러한 스핀들은 스핀들모터에 의해 회전되며, 스핀들모터는 보통 스핀들과 동일 축선상의 상부에 설치하거나 스핀들의 내부에 일체로 설치하는 빌트인모터 방식으로 구성되는 경우 많다. 그러나 이와 같은 방식은 고가의 공작기계에 적용되는 방식이며, 보다 경제적인 공작기계를 구현하기 위해서는 스핀들모터를 스핀들과 동일 축선상에 설치하지 않고 스핀들과 인접한 위치에 병렬로 설치하고, 스핀들모터의 회전력을 벨트 전동 방식에 의해 스핀들에 전달한다.

도 1은 종래기술로서, 별치형 스핀들모터가 설치된 공작기계의 스핀들헤드 사시도이다. 도 1에 도시한 것처럼, 스핀들헤드(10)를 구성함에 있어, 공작기계의 컬럼에 슬라이드 가능하게 스핀들헤드 바디(11)를 설치하고, 상기 스핀들헤드 바디(11)에는 스핀들(12)과 스핀들모터(13)를 동일 축선상에 설치하지 않고 서로 인접한 위치에 평행하게 병렬로 설치하되, 스핀들모터(13)의 회전력은 스핀들헤드 바디(11)의 내부에서 벨트(15)에 의해 스핀들(12)의 외주연에 설치된 풀리(16)에 전달하도록 구성한다.

또한, 상기 스핀들모터(13)와 스핀들(12) 사이의 벨트 전동 구간의 스핀들헤드 바디(11)의 양 측면에는 외부와 연통하는 방열구(14)를 설치한다.

한편, 스핀들(12)은 그 상부에는 스핀들(12) 선단 공구포트에 장착되는 공구를 클램핑 또는 언클램핑하는 드로바 구동장치에 압축공기를 제공하는 부스터(17)가 장착된다.

이와 같이 구성된 스핀들헤드(10)는 스핀들모터(13)를 고속으로 회전시켜 스핀들헤드 바디(11) 내부에 설치되는 벨트(15)를 통해 스핀들(12)에 전달된다. 이 때 벨트는 스핀들헤드 바디(11) 내부 공간에서 스핀들모터(13)와 스핀들(12) 외주연의 풀리 사이에서 고속으로 회전함에 따라 마찰에 의한 고열이 발생하게 된다. 이와 같이 벨트에 의해 발생된 고열은 벨트의 장력을 변화시켜 스핀들(12)에 전달되는 회전력의 정확도를 떨어뜨리고, 또한 스핀들(12)의 열변형을 유발시켜 스핀들(12)의 정밀도를 떨어뜨릴 수 있다.

이 때 발생된 벨트의 고열은 스핀들모터(13)와 스핀들헤드 바디(11)의 양측면에 형성된 방열구(14)를 통해 외부로 배출되어 벨트(15)의 발열로 인한 문제를 해소한다.

그러나 방열을 위해 설치한 방열구(14)는 내부의 열기를 외부 방출하는 효과는 있지만, 스핀들헤드 바디(11) 내부에서 고속으로 회전하는 벨트가 스핀들(12)의 풀리와의 마찰에 의해 발생하는 소음이 외부로 방출되는 또 다른 문제를 야기하게 된다.

한편, 종래기술로 소개하는 특허문헌 1은 공작기계의 스핀들모터용 냉각팬에 관한 것으로, 허브의 회전에 따라 공기를 후방으로 송풍시킬 수 있도록 허브의 내면에 블레이드를 형성하고, 이를 이용하여 허브의 내측 공기를 외측으로 송풍시시키는 킴으로써 팬모터를 냉각시키는 구조이다. 그러나 이와 같은 구조는 팬모터를 냉각시키는 구조를 팬모터 자체에 설치한 구조로, 본 발명과 같이 벨트 전동에 의해 발생하는 발열과 소음 문제를 해결하는 것은 아니다.

또한, 또 다른 종래기술로 소개하는 특허문헌 2는 터닝센터의 서브스핀들 냉각구조로, 주축대와 빌트인 모터 방식의 서브스핀들에 외부 에어를 도입하여 토출하는 송풍수단과, 상기 송풍수단에 일단이 연결되고 타단의 토출구에서 서브스핀들을 향하여 에어가 분출되도록 배치된 에어공급관로를 구비하고, 상기 서브스핀들을 냉각시킨 에어를 외부로 배출시키는 방열팬을 구비하였다.

그러나 이와 같은 방식은 송풍수단과 에어공급관로, 방열팬 등의 복잡한 구성요소를 구비하여야 하므로 구조가 복잡하고 비용이 증가하는 문제가 있을 뿐만 아니라, 소음에 대한 해결 방안이 제시되지 못하고 있다

또 다른 종래기술로 특허문헌 3은 선반용 주축의 냉각장치에 관한 것으로서, 고속으로 회전하는 주축의 축선 상에 발열을 억제하기 위한 임펠러를 설치하여, 상기 임펠러에서 발생되는 바람이 주축의 몸체부 내부의 공기유동홀을 경유하여 외부로 배출도록 함으로써 주축의 몸체부 내부에서 발생하는 열을 냉각시키는 구조이다.

그러나 이와 같은 구조는 주축의 몸체 내부에 공기유동홀을 형성하여야 함에 따라 주축이 지나치게 커지고 복잡해지는 문제가 있고, 소음을 방지 할 수 있는 구조가 제시되지 않은 문제점이 있디.

한국 공개특허 10-2003-0040883호 한국 공개특허 10-2007-0066687호 한국 공개특허 10-2008-0086225호

상기한 문제점들을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 공작기계의 벨트 전동에 의한 발열과 소음을 동시 해결하는 공작기계 스핀들헤드 구조를 제시하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 공작기계의 스핀들헤드 구조는,

스핀들헤드를 공작기계의 컬럼 상에서 슬라이드 이동 가능하게 결합하는 스핀들헤드 바디;

상기 스핀들헤드 바디에 서로 인접하여 평행하게 병렬로 설치되는 스핀들모터와 스핀들;

상기 스핀들헤드 바디의 양 쪽 측면이 밀폐되어 형성되는 내부 공간;

상기 내부 공간 상에 배치되는 상기 스핀들모터의 출력축과 상기 스핀들의 상부 외주연에 형성되는 풀리 사이에서 상기 스핀들모터의 회전력을 상기 스핀들에 전달하는 벨트;

상기 내부 공간과 연통하도록 상기 스핀들헤드 바디의 저부에 형성되는 흡입구;

상기 스핀들의 상부 선단의 상기 스핀들의 회전 중심 위치에 설치되며 상기 스핀들과 함께 회전하여 상기 내부 공간의 공기를 외부로 배출하는 임펠러;

상기 스핀들의 상부에 상기 임펠러를 에워싸는 케이스가 장착되고, 상기 케이스의 일측면에 외부와 연통하도록 설치되는 배기구를 포함하여 이루어 진다.

바람직한 실시예로, 상기 스핀들과 상기 스핀들모터는 수직방향으로 설치되고, 상기 스핀들헤드 바디는 공작기계의 컬럼 상에서 상하 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 설치하는 수직형 머시닝센터인 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로, 상기 흡입구와 상기 내부 공간과 상기 배기구는 서로 연통하는 구조인 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로, 상기 스핀들헤드는 외부가 스핀들헤드 케이스에 의해 에워싸지는 구조인 것을 특징으로 한다.

본 발명은 벨트 전동 방식의 공작기계 스핀들헤드 구조에서 벨트 회전에 의해 발생하는 발열과 소음을 감소시킨다. 나아가 스핀들헤드의 발열을 억제함으로써 스핀들의 열변형을 억제하여 공작물의 가공정밀도를 향상시키며, 또한, 벨트 전동에 의한 소음을 감소시킴으로써 작업환경을 쾌적하게 유지할 수 있다.

도 1은 종래기술로서, 별치형 스핀들모터가 설치된 공작기계 스핀들헤드의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예로서, 별치형 스핀들모터가 설치된 공작기계 스핀들헤드의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예로서, 별치형 스핀들모터가 설치된 공작기계 스핀들헤드의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예로서, 별치형 스핀들모터가 설치된 공작기계 스핀들헤드의 저면도이다.
도 5는 도 4의 A-A선 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예로서, 스핀들 상부에 임펠러가 설치된 부분 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예로서, 스핀들 상부에 배기구가 설치된 부분 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예로서, 스핀들헤드가 스핀들헤드 케이스에 의해 에워싸진 형태의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 실시예로서, 스핀들헤드의 공기 흐름을 나타내는 개념도이다.
도 10은 본 발명의 실시예로서, 공기 흐름을 나타내는 스핀들헤드의 단면도이다.

이하 첨부한 도면 도 2 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.

먼저 본 실시예 스핀들헤드의 구성을 살펴보면, 도 2는 본 발명의 실시예로서, 별치형 스핀들모터가 설치된 공작기계 스핀들헤드의 사시도이다. 도 3은 본 발명의 실시예로서, 별치형 스핀들모터가 설치된 공작기계 스핀들헤드의 측면도이다.

도 2와 도 3에 도시한 것처럼, 본 실시예의 스핀들헤드 바디(11)는 일측에는 상기 스핀들헤드(10)를 공작기계의 컬럼(미도시) 상에서 슬라이드 이동 가능하게 결합하는 이송부(60)를 구비한다. 또한, 상기 스핀들헤드 바디(11)에는 스핀들모터(13)와 스핀들(12)이 서로 인접하여 평행하게 병렬로 설치된다.

한편, 상기 스핀들(12)의 상부에는 스핀들(12) 선단에 장착되는 공구를 클램핑(clamping) 또는 언클램핑(unclamping)하는 드로바(draw bar) 구동장치에 압축공기를 제공하는 부스터(17)가 장착된다.

한편, 본 실시예의 스핀들헤드(10)는 수직형 머시닝센터의 적용예로써, 스핀들(12)과 스핀들모터(13)가 수직방향으로 설치되고, 스핀들헤드 바디(11)도 컬럼 상에서 상하 방향으로 슬라이드 이동하는 구조이다.

도 4는 본 발명의 실시예로서, 별치형 스핀들모터가 설치된 공작기계 스핀들헤드의 저면도이다. 도 5는 도 4의 A-A선 단면도이다. 도 6은 본 발명의 실시예로서, 스핀들 상부에 임펠러가 설치된 부분 사시도이다. 도 7은 본 발명의 실시예로서, 스핀들 상부에 배기구가 설치된 부분 사시도이다.

도 4 내지 도 7에 도시한 것처럼, 상기 스핀들헤드 바디(11)는 양 쪽 측면이 밀폐되는 내부 공간(70)을 형성하며, 상기 내부 공간(70)에는 상기 스핀들모터(13)의 출력축과 상기 스핀들(12)의 상부 외주연에 형성되는 풀리(16)가 배치되며, 상기 스핀들모터(13)의 출력축과 상기 스핀들(12)의 풀리(16) 사이에는 상기 스핀들모터(13)의 회전력을 상기 스핀들(12)에 전달하는 벨트(15)가 설치된다. 또한, 상기 스핀들헤드 바디(11)의 저부에는 상기 내부 공간(70)과 연통하는 흡입구(30)가 형성된다.

한편, 도 6에 도시한 것처럼, 상기 스핀들(12)의 상부 선단에는 상기 스핀들(12)의 회전 중심 위치에 상기 스핀들(12)과 함께 회전하여 상기 내부 공간(70)의 공기를 배출하는 임펠러(20)를 설치한다.

또한, 도 7에 도시한 것처럼, 상기 스핀들(12)의 상부에는 상기 임펠러(20)를 에워싸는 케이스(50)가 장착되고, 상기 케이스(50)의 일측면에는 외부와 연통하는 배기구(40)를 설치한다.

따라서 상기 흡입구(30)와 내부 공간(70), 배기구(40)는 연통한다.

한편, 도 8은 본 발명의 실시예로서, 스핀들헤드가 스핀들헤드 케이스에 의해 에워싸진 형태의 사시도이다. 도 8에 도시한 것처럼, 상기 스핀들헤드(10)는 상하로는 개방되며 측면 방향으로는 스핀들헤드 케이스(80)에 의해 에워싸지는 구조이다.

이하에서는 상기와 같이 구성된 본 실시예 스핀들헤드(10)의 작동을 설명한다. 도 9는 본 발명의 실시예로서, 스핀들헤드의 공기 흐름을 나타내는 개념도이다. 도 10은 본 발명의 실시예로서, 공기 흐름을 나타내는 스핀들헤드의 단면도이다.

도 9와 도 10에 도시한 것처럼, 스핀들모터(13)가 회전하면 스핀들모터(13)의 출력축에 의해 구동되는 벨트(15)는 스핀들(12)의 풀리(16)를 회전시킨다. 이 때 벨트(15)는 스핀들(12)의 풀리(16)와 스핀들모터(13)의 출력축과의 마찰에 의해 열이 발생하고, 발생한 열은 스핀들(12)을 포함하여 스핀들헤드 바디(11)에 전도된다.

한편, 스핀들(12)의 회전과 함께 상기 스핀들(12)의 상부에 설치된 임펠러(20)가 회전함에 따라, 스핀들헤드 바디(11) 내부 공간(70)의 열기는 임펠러(20)를 에워싸고 있는 케이스(50)의 배기구(40)를 통해 외부로 배출된다. 이와 같이 내부 공간(70)의 열기가 배기구(40)를 통해 외부로 방출됨에 따라, 상기 내부 공간(70)으로는 스핀들헤드 바디(11) 저부에 형성된 흡입구(30)를 통해 외부 공기가 유입된다.

이와 같이 스핀들헤드 바디(11) 저부의 흡입구(30)를 통해 내부 공간(70)으로 유입된 공기는 스핀들(12) 상부의 배기구(40)를 통해 외부로 배출되면서 내부 공간(70)에 위치하는 벨트(15)와 스핀들(12), 스핀들모터(13)의 출력축, 스핀들헤드 바디(11)를 냉각시킨다.

한편, 벨트(15)의 회전에 의해 발생하는 소음은 일부가 흡입구(30)를 통해 외부로 전파 되기도 하지만, 내부 공간(70)을 형성하는 스핀들헤드 바디(11)의 양 측면이 밀폐 돼 있고, 흡입구(30)의 방향이 스핀들헤드 바디(11)의 저부에 위치하고, 흡입구(30)는 공기의 흡입 통로가 되기 때문에 벨트(15) 소음은 외부로 거의 새 나가지 않게 된다.

한편, 도 8과 같이, 상하로는 개방되며 측면 방향으로는 스핀들헤드(10)를 에워싸도록 스핀들헤드 케이스(80)를 설치함으로써 벨트(15)에 의해 발생된 열기는 외부로 배출되는 것을 방해하지 않으며, 소음은 더욱 억제 할 수 있다.

상기 설명한 바와 같이, 본 발명은 벨트(15) 전동 방식의 공작기계 스핀들헤드(10) 구조에서 벨트(15) 회전에 의해 발생하는 발열과 소음을 감소시킨다. 나아가 스핀들헤드(10)의 발열을 억제함으로써 스핀들(12)의 열변형을 방지하여 공작물의 가공정밀도를 향상시키며, 또한, 벨트(15) 전동에 의한 소음을 감소시킴으로써 작업환경을 쾌적하게 유지할 수 있다.

10: 스핀들헤드
11: 스핀들헤드 바디
12: 스핀들
13: 스핀들모터
14: 방열구
15: 벨트
16: 풀리
17: 부스터
20: 임펠러
30: 흡입구
40: 배기구
50: 케이스
60: 이송부
70: 내부 공간
80: 스핀들헤드 케이스

Claims (5)

1. 스핀들헤드를 공작기계의 컬럼 상에서 슬라이드 이동 가능하게 결합하는 스핀들헤드 바디;
   상기 스핀들헤드 바디에 서로 인접하여 평행하게 병렬로 설치되는 스핀들모터와 스핀들;
   상기 스핀들헤드 바디의 양 쪽 측면이 밀폐되어 형성되는 내부 공간;
   상기 내부 공간 상에 배치되는 상기 스핀들모터의 출력축과 상기 스핀들의 상부 외주연에 형성되는 풀리 사이에서 상기 스핀들모터의 회전력을 상기 스핀들에 전달하는 벨트;
   상기 내부 공간과 연통하도록 상기 스핀들헤드 바디의 저부에 형성되는 흡입구;
   상기 스핀들의 상부 선단의 상기 스핀들의 회전 중심 위치에 설치되며 상기 스핀들과 함께 회전하여 상기 내부 공간의 공기를 외부로 배출하는 임펠러;를 포함하는 공작기계의 스핀들헤드 구조.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 스핀들의 상부에 상기 임펠러를 에워싸는 케이스가 장착되고, 상기 케이스의 일측면에 외부와 연통하도록 설치되는 배기구를 더 포함하는 공작기계의 스핀들헤드 구조.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 스핀들과 상기 스핀들모터는 수직방향으로 설치되고, 상기 스핀들헤드 바디는 공작기계의 컬럼 상에서 상하 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 설치하는 수직형 머시닝센터인 것을 특징으로 하는 공작기계의 스핀들헤드 구조.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 흡입구와 상기 내부 공간과 상기 배기구는 서로 연통하는 구조인 것을 특징으로 하는 공작기계의 스핀들헤드 구조.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 스핀들헤드는 외부가 스핀들헤드 케이스에 의해 에워싸지는 구조인 것을 특징으로 하는 공작기계의 스핀들헤드 구조.

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