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KR101336482B1 - 공작 기계용 주축 조립체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 드로우 바에 대한 커넥션 바의 흔들림을 억제할 수 있는 구조를 갖는 공작 기계의 주축 조립체를 개시한다. 본 발명에 따른 공작 기계의 주축 조립체는 주축; 주축 내에 장착된 드로우 바; 드로우 바에 연결되며, 양 종단이 개방된 커넥션 바; 회전이 이루어지지 않은 상태로 커넥션 바를 지지하며, 드로우 바에 고정된 리테이너; 및 주축 외측에 위치한 하우징에 결합된 유압 실린더에 결합되며, 내부에 커넥션 바가 수용되는 로터리 조인트를 포함한다. 커넥션 바의 외주부의 적어도 하나의 소정 부분은 외주면이 다수의 평면부로 이루어진 다각형 영역으로 이루어지며, 리테이너는 중앙부의 결합부 및 결합부 외곽에 배치된 지지부를 포함하되, 결합부의 중앙에는 관통홀이 형성되고, 이 관통홀은 커넥션 바의 다각형 영역과 동일한 형상을 가져, 이 관통홀에 커넥션 바의 다각형 영역이 끼워진다. 리테이너의 관통홀 주변에 형성된 다수의 결합홀은 드로우 바의 선단부에 형성된 다수의 결합홀과 각각 대응되어, 고정 볼트가 리테이너의 관통홀을 관통한 상태에서 드로우 바의 결합홀에 체결된다.

Description

공작 기계용 주축 조립체{Main spindle assembly}
본 발명은 공작 기계용 주축 조립체에 관한 것으로서, 특히 회전시 진동 발생을 억제할 수 있는 구조를 갖는 주축 조립체에 관한 것이다.
일반적으로 공작 기계에는 선반(lathe), 밀링기, 머시닝 센터(machining center), 드릴링기, 보링기, 연삭기, 기어가공기, 특수가공기 등이 있다.
공작 기계 중에서도 선반은 베드, 주축대, 심압대, 왕복대, 공구대 및 이송장치로 구성되며, 주축대와 심압대 사이에 가공물을 고정시키고 회전 운동을 주축대로부터 받도록 설계된다.
이와 같은 선반에서, 중공의 스핀들은 주축대에 장착되어 구동부에 의하여 회전하며, 그 선단에는 피가공물을 클램핑하기 위한 척이 구비되어 있다.
이와 같은 공작 기계의 주축(스핀들 축)에는 절삭 가공시 공구와 피가공물 사이의 마찰감소, 냉각 및 용이한 칩 배출 등을 위하여 쿨런트(절삭유)가 주축을 관통하여 공급된다. 이를 위하여 주축의 내부에는 쿨런트 공급 구조가 구비되어 있다.
도 1은 일반적인 주축 조립체의 분리 사시도로서, 주축 조립체는 크게 주축(70), 주축(70) 내에 장착된 드로우 바(30; draw bar), 드로우 바(30)에 연결된 커넥션 바(20), 주축(70)에 결합된 유압 실린더(50) 및 유압 실린더(50)에 체결된 로터리 조인트(60)를 포함한다.
이와 같이 구성된 주축 조립체를 조립하는 과정은 하기와 같다.
먼저, 주축(70) 내에 장착된 드로우 바(30)와 커넥션 바(20)를 연결한다. 드로우 바(30)와 커넥션 바(20)의 연결은 고정 볼트를 이용하거나, 드로우 바(30)의 내주면에 형성된 나선부(암나사)와 커넥션 바(20)의 외주면에 형성된 나선부(숫나사부)를 나사 결합함으로써 이루어진다. 한편, 드로우 바(30)와 커넥션 바(20)는 제 1 메인 하우징 내(10)에 배치된다.
이후, (커넥션 바(20)의 일부가 수용된) 제 2 메인 하우징(40)은 제 1 메인 하우징(10)에 결합되며, 제 1 메인 하우징(10)에 유압 실린더(50)를 조립한다. 최종적으로, 유압 실린더(50) 내에 로터리 조인트(60)를 결합하며, 이 때, 로터리 조인트(60)의 종단부 내에는 커넥션 바(20)의 단부가 수용된다.
도 2는 도 1에 도시된 각 부재를 조립한 상태의 부분 단면도로서, 위와 같은 과정을 통하여 조립된 주축 조립체의 내부 구성을 도시하고 있다.
이러한 구조에서는, 커넥션 바(20)는 주축(70)과 함께 회전하며, 로터리 조인트로부터 공급된 쿨런트 및 에어(미스트)는 커넥션 바(20), 드로우 바(30)를 거쳐 공구 선단으로 토출된다
한편, 볼트 또는 나선 결합을 통하여 드로우 바(30)에 결합된 커넥션 바(20)는 비교적 긴 길이를 가지며, 따라서 드로우 바(30)에 대하여 흔들림이 발생할 수 있다. 이러한 조건에서는, 주축(70)이 고속으로 회전할 때, 커넥션 바(20)의 흔들림으로 인하여 주축(70)이 진동하게 되며, 이는 로터리 조인트의 발열 원인으로 작용한다. 특히, 드로우 바(30)와 커넥션 바(20)의 결합이 완전한 결합이기 때문에 주축(70)의 진동이 로터리 조인트의 발열로 나타난다.
이러한 현상을 방지하기 위하여 메인 하우징(10 및 40)을 결합하기 전에, 서로 결합된 드로우 바(30)와 커넥션 바(20)의 흔들림을 측정하며, 흔들림이 나타날 경우 드로우 바(30)와 커넥션 바(20)의 결합 상태를 재조정해야 한다.
또한, 완전한 조립 후의 가동 중에 주축(70)에 과다한 진동이 발생하거나 로터리 조인트(60)가 과열되는 경우에도, 모든 부재들을 분해한 뒤, 드로우 바(30)와 커넥션 바(20)의 결합 상태를 재조정한다.
그러나, 드로우 바(30)와 커넥션 바(20)의 결합이 완전한 고정이기 때문에 커넥션 바(20)와 드로우 바(30)의 결합 상태를 재조정하는 것이 어려우며 또한 조정 폭이 작다. 또한, 커넥션 바(20)의 흔들림 조정 공정에는 많은 시간 및 정교한 기술이 요구되며, 이로 인하여 장비의 가동 효율이 낮아진다.
본 발명은 공작 기계의 주축 조립체를 구성하는 드로우 바와 커넥션 바의 결합 상태 불량으로 나타나는 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 드로우 바에 대한 커넥션 바의 흔들림을 억제할 수 있는 구조를 갖는 공작 기계의 주축 조립체를 제공하는데 그 목적이 있다.
위의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 공작 기계의 주축 조립체는 주축; 주축 내에 장착된 드로우 바; 드로우 바에 연결되며, 양 종단이 개방된 커넥션 바; 회전이 이루어지지 않은 상태로 커넥션 바를 지지하며, 드로우 바에 고정된 리테이너; 및 주축 외측에 위치한 하우징에 결합된 유압 실린더에 결합되며, 내부에 커넥션 바가 수용되는 로터리 조인트를 포함한다.
바람직하게는, 커넥션 바의 외주부의 적어도 하나의 소정 부분은 외주면이 다수의 평면부로 이루어진 다각형 영역으로 이루어지며, 리테이너는 중앙부의 결합부 및 결합부 외곽에 배치된 지지부를 포함하되, 결합부의 중앙에는 관통홀이 형성되고, 이 관통홀은 커넥션 바의 다각형 영역과 동일한 형상을 가져, 이 관통홀에 커넥션 바의 다각형 영역이 끼워진다.
여기서, 커넥션 바의 다각형 영역은 그 외의 영역보다 큰 규격을 갖는 것이 바람직하다.
이와 함께, 커넥션 바의 외주면에는 적어도 하나의 그루브가 원형으로 형성되며, 이 그루브 내에 오-링이 위치하여 커넥션 바의 외주면과 드로우 바의 내주면 사이는 밀봉된다.
또한, 리테이너의 관통홀 주변에 형성된 다수의 결합홀은 드로우 바의 선단부에 형성된 다수의 결합홀과 각각 대응되어, 고정 볼트가 리테이너의 관통홀을 관통한 상태에서 드로우 바의 결합홀에 체결된다.
바람직하게는, 커넥션 바의 다각형 영역과 드로우 바와 결합되는 영역 사이의 영역은 다각형 영역의 규격(직경)보다 크게 이루어진다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따른 공작 기계의 주축 조립체에서는 드로우 바에 결합된 커넥션 바가 리테이너에 회전이 이루어지지 않는 구조로 끼워지고 또한 리테이너가 드로우 바에 고정됨으로써 드로우 바에 대한 커넥션 바의 흔들림(회전)이 발생하지 않는다.
따라서, 주축 조립체의 조립 도중 그리고 조립 후에 커넥션 바에 대한 추가적인 별도의 조정 작업이 필요하지 않으며, 따라서 결합 공정에 요구되는 시간 및 노동력을 현저하게 단축할 수 있다.
도 1은 일반적인 공작 기계의 주축 조립체의 분리 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 각 부재를 조립한 상태의 부분 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 공작 기계의 주축 조립체의 사시도로서, 편의상 주축, 드로우 바, 커넥션 바 및 리테이너만을 도시하였으며, 각 부재의 영역을 제거한 상태로 도시함.
도 4a 및 도 4b는 도 3에 도시된 커넥션 바의 측면도 및 정면도.
도 5a 및 도 5b는 도 3에 도시된 리테이너의 측면도 및 정면도.
도 6은 본 발명에 따른 공작 기계의 주축 조립체의 사시도로서, 각 부재의 일부 영역을 제거한 상태로 도시함.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 일 실시예에 따른 공작 기계용 주축 조립체를 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 공작 기계의 주축 조립체의 사시도로서, 본 발명에 따른 주축 조립체은 크게 주축(700), 주축(700) 내에 장착된 드로우 바(300; draw bar), 드로우 바(300)에 연결된 커넥션 바(200), 커넥션 바(200)를 지지하는 리테이너(800), 주축(700)에 결합된 유압 실린더 및 유압 실린더에 체결된 로터리 조인트를 포함한다.
한편, 도 3에서는 본 발명의 가장 큰 특징으로 간주되는 주축(700), 드로우 바, 커넥션 바(200) 및 리테이너(800)만을 도시하였으며, 또한 각 부재의 일부 영역을 제거한 상태로 도시하였다.
고정 볼트를 이용하거나, 드로우 바(300)의 내주면에 형성된 나선부(암나사)와 커넥션 바(200)의 외주면에 형성된 나선부(숫나사부)를 나사 결합함으로써 주축(700) 내에 장착된 드로우 바(300)와 커넥션 바(200)는 서로 결합된다.
이와 같이 드로우 바(300)에 결합된 커넥션 바(200)의 소정 위치에는 리테이너(800)가 결합되어 있다.
도 4a 및 도 4b는 도 3에 도시된 커넥션 바(200)의 측면도 및 정면도로서, 커넥션 바(200)는 쿨런트가 통과할 수 있도록 내부에 양단이 개방된 관통로(200-1)가 형성된 부재이다. 커넥션 바(200)의 제 1 종단부(201)는 드로우 바(300)와 결합되며, 제 2 종단부(202)는 로터리 조인트(도 6의 600) 내에 수용된다.
커넥션 바(200)는 외주면은 단면이 원형이나, 적어도 한 영역은 외주면이 다수의 평면부로 이루어진 다각형 영역(210)으로 이루어진다. 여기서, 다각형 영역(210)은 그 외의 영역보다 큰 규격(직경)을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 커넥션 바(200)의 외주부, 특히 제 1 종단부(201)의 외주면에는 소정 깊이를 갖는 적어도 하나의 그루브(230)가 원형으로 형성되어 있다. 한편, 커넥션 바(200)의 내주면 단면은 제한되지 않으나, 도 4b에서는 내주면 단면이 원형으로 도시되어 있다.
도 5a 및 도 5b는 커넥션 바(200)에 체결되는, 도 3에 도시된 리테이너(800)의 측면도 및 정면도로서, 리테이너(800)는 중앙부의 결합부(810) 및 결합부(810) 외곽에 배치된 지지부(820)를 포함한다.
리테이너(800)의 결합부(810)의 중앙에는 관통홀(811)이 형성되어 있으며, 이 관통홀(811)은 커넥션 바(200)의 다각형 영역(210)과 동일한 형상을 갖는다. 한편, 결합부(810)의 외곽부, 즉 관통홀(811)의 외측에는 다수의 결합홀(812)이 형성되어 있다. 이 결합홀(812)은 드로우 바(300)의 선단부에 형성된 다수의 결합홀(도 3의 312)과 대응한다.
리테이너(800)의 지지부(820)는 드로우 바(300)가 수용된 주축(700)의 선단부에 대응한다.
이와 같은 구성 부재를 갖는 주축 조립체의 결합 과정 및 각 부재의 기능을 도 4a, 도 4b, 도 5a, 도 5b 그리고 도 6을 통하여 설명한다.
도 6은 본 발명에 따른 공작 기계의 주축 조립체의 사시도로서, 각 부재의 일부 영역을 제거한 상태로 도시하였다.
먼저, 주축(700) 내에 장착된 드로우 바(300)와 커넥션 바(200)를 연결한다. 드로우 바(300)와 커넥션 바(200)의 연결은 고정 볼트를 이용하거나 또는 드로우 바(300)의 내주면에 형성된 나선부(암나사)와 커넥션 바(200)의 외주면에 형성된 나선부(숫나사부)를 나사 결합함으로써 이루어진다.
한편, 커넥션 바(200)의 제 1 종단부(201; 드로우 바(300)의 내부에 위치함)의 외주면에 형성된 그루브(230)에는 오-링(도시되지 않음)이 수용될 수 있으며, 따라서 이 오-링에 의하여 커넥션 바(200)의 외주면과 드로우 바(300)의 내주면 간은 완벽하게 밀봉된다.
이후, 커넥션 바(200)에 리테이너(800)를 장착한다. 이 때, 리테이너(800)의 결합부(810)의 중앙에 형성된 관통홀(811)에는 커넥션 바(200)의 다각형 영역(210)이 위치하며, 따라서 리테이너(800)의 관통홀(811) 내에서 커넥션 바(200)의 회전은 일어나지 않는다.
특히, 커넥션 바(200)에서, 드로우 바(300)와 결합되는 영역 이외의 영역이 리테이너(800)에 지지되므로 커넥션 바(200)는 흔들림 없이 안정적으로 드로우 바(300)와의 결합 상태를 유지할 수 있다.
이때, 커넥션 바(200)의 다각형 영역(210)은 그 외의 영역(220 및 240)보다 큰 규격(직경)을 갖기 때문에 커넥션 바(200)의 다각형 영역(210)이 리테이너(800)의 관통홀(811)에 끼워질 때 어떠한 저항도 받지 않는다.
이와 함께, 커넥션 바(200)에서, 다각형 영역(210)과 제 1 종단부(201; 드로우 바(300)와 결합되는 영역) 사이의 영역(240)은 다각형 영역(210)의 규격(직경)보다 크게 이루어져 있다. 따라서, 리테이너(800)가 다각형 영역(210)을 벗어나 드로우 바(300)를 향하여 이동되지 않는다.
한편, 커넥션 바(200)에 리테이너(800)를 장착할 때, 리테이너(800)의 관통홀(811) 주변에 형성된 다수의 결합홀(812)은 드로우 바(300)의 선단부에 형성된 다수의 결합홀(312)과 각각 대응한다. 이러한 상태에서, 고정 볼트(도 6의 "B"로서, 도 3에는 도시되지 않음)를 리테이너(800)의 관통홀(811)을 각각 관통시킨 후, 드로우 바(300)의 결합홀(312)에 체결(나사 결합)함으로써 리테이너(800)는 드로우 바(300)에 견고하게 고정된다. 결과적으로, 커넥션 바(200)에 외력이 가해질지라도 커넥션 바(200)의 흔들림은 발생하지 않는다.
이후, 제 2 메인 하우징(400)은 제 1 메인 하우징(100)에 결합되며, 제 1 메인 하우징(100)에 유압 실린더(500)를 조립한다. 최종적으로, 유압 실린더(500)에 로터리 조인트(600)를 결합하며, 이 때, 로터리 조인트(600)의 종단부 내에는 커넥션 바(200)의 제 2 종단부(202)가 수용된다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나 이에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구 범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

Claims (6)

  1. 주축;
    주축 내에 장착된 드로우 바;
    드로우 바에 연결되며, 양 종단이 개방된 커넥션 바;
    회전이 이루어지지 않은 상태로 커넥션 바를 지지하며, 드로우 바에 고정된 리테이너; 및
    주축 외측에 위치한 하우징에 결합된 유압 실린더에 결합되며, 내부에 커넥션 바가 수용되는 로터리 조인트를 포함하되,
    커넥션 바의 외주부의 적어도 하나의 영역은 외주면이 다수의 평면부로 이루어진 다각형 영역으로 이루어지며,
    리테이너는 중앙부의 결합부 및 결합부 외곽에 배치된 지지부를 포함하되, 결합부의 중앙에는 관통홀이 형성되고, 이 관통홀은 커넥션 바의 다각형 영역과 동일한 형상을 가져, 이 관통홀에 커넥션 바의 다각형 영역이 끼워지는 것을 특징으로 하는 공작 기계의 주축 조립체.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 커넥션 바의 다각형 영역은 그 외의 영역보다 큰 규격을 갖는 공작 기계의 주축 조립체.
  4. 제 1 항에 있어서, 커넥션 바의 외주면에는 적어도 하나의 그루브가 원형으로 형성되며, 이 그루브 내에 오-링이 위치하여 커넥션 바의 외주면과 드로우 바의 내주면 사이는 밀봉되는 주축 조립체.
  5. 제 1 항에 있어서, 리테이너의 관통홀 주변에 형성된 다수의 결합홀은 드로우 바의 선단부에 형성된 다수의 결합홀과 각각 대응되어, 고정 볼트가 리테이너의 관통홀을 관통한 상태에서 드로우 바의 결합홀에 체결되는 주축 조립체.
  6. 제 1 항에 있어서, 커넥션 바의 다각형 영역과 드로우 바와 결합되는 영역 사이의 영역은 다각형 영역의 규격(직경)보다 크게 이루어진 주축 조립체.
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