KR100413206B1 - 스핀들을 갖는 공작기기의 공구 위치결정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조각기 또는 CNC 조각기 등과 같이 스핀들을 갖는 공작기기에서 소재를 가공하기 위해 스핀들에 공구의 장착시 공구의 위치를 정확히 셋팅할 수 있도록 하는 스핀들을 갖는 공작기기의 공구 위치결정장치에 관한 것으로, 스핀들축의 내부 구조를 개선하여 지그에 의해 셋팅되는 공구의 위치를 정확히 결정할 수 있도록 한 것이다.

이를 위해, 스핀들축(2)에 형성된 삽입공(2a)내에 스프링 콜렛(5)을 삽입하고 상기 삽입공내에는 공구(6)를 삽입하여 고정 너트(7)를 체결함에 따라 공구가 스핀들축(2)에 장착되도록 구성된 스핀들을 갖는 공작기기에 있어서, 상기 스핀들축(2)의 내부에 부싱(9)을 고정하고 상기 부싱에는 머리부분에 공구 삽입홈(10a)이 형성된 공구거리 조정용 마이크로 스토퍼(10)를 위치 조절 가능하게 나사 결합하여 공구(6)의 선단면이 공구거리 조정용 마이크로 스토퍼(10)에 밀착된 상태에서 고정 너트(7)의 회전에 따른 스프링 콜렛(5)의 압축으로 스핀들축(2)에 공구(6)가 장착되도록 구성한 것이다.

Description

스핀들을 갖는 공작기기의 공구 위치결정장치{Tool positon determination system for a machine tool with spindle}

본 발명은 스핀들을 갖는 공작기기의 공구 위치결정장치에 관한 것으로서, 좀더 구체적으로는 조각기 또는 CNC 조각기 등과 같이 스핀들을 갖는 공작기기에서 소재를 가공하기 위해 스핀들에 공구의 장착시 공구의 위치를 정확히 셋팅할 수 있도록 하는 스핀들을 갖는 공작기기의 공구 위치결정장치에 관한 것이다.

일반적으로 공구(엔드밀 : End mill)가 장착되는 스핀들축(Spindle Shift)의 회전에 따라 소재를 가공하는 조각기 또는 CNC 조각기 등에는 초기 스핀들축에 공구를 장착하거나, 가공에 따라 공구가 마모되어 공구를 교체할 때, 별도의 지그(Jig)를 이용하여 공구의 위치를 결정한 다음 고정하여야 된다.

도 1a 및 도 1b는 종래 공작기기의 스핀들 구조를 나타낸 종단면도이고 도 2는 다축구조를 갖는 공작기기를 나타낸 개략도로서, 스핀들의 구조를 살펴보면 다음과 같다.

바디(1)에 스핀들축(2)이 복수개의 베어링(3)에 의해 원활히 회전할 수 있도록 설치되어 캡(4)에 의해 지지되어 있는데, 상기 스핀들축에는 상협하광되게 테이퍼진 삽입공(2a)이 형성되어 있고 상기 삽입공의 내부에는 삽입공과 대응되는 형상을 갖는 스프링 콜렛(Spring collet)(5)이 설치되어 있다.

상기 스프링 콜렛(5)은 복수개의 편으로 이루어지도록 절결부(5a)가 형성되어 있어 외력이 가해지지 않은 상태에서는 최대한 확장되어 있다가 외력을 가하면 내부로 압축되는 구조로 되어 있다.

또한, 상기 스핀들축(2)의 외주면에는 스프링 콜렛(5)을 삽입공(2a)의 내부로 밀어 넣어 공구(6)가 스프링 콜렛(5)에 의해 지지되도록 하는 고정 너트(7)가 나사 결합되어 있다.

상기 스핀들축(2) 및 고정 너트(7)에 형성되는 나사산은 스핀들축의 회전방향과 반대방향을 갖도록 형성되어 있다.

이는, 소재의 가공을 위해 스핀들축(2)이 고속으로 회전시 스핀들축(2)으로부터 고정 너트(7)가 풀리지 않도록 하기 위함이다.

따라서 스핀들축(2)으로부터 고정 너트(7)가 풀린 도 1a와 같은 상태에서는 공구(6)를 콜렛하는 스프링 콜렛(5)이 삽입공(2a)으로부터 빠져 나와 복원력에 의해 최대한 확장되어 있어 공구(6)사이에 틈새가 발생되므로 스핀들축(2)에서 공구(6)를 빼낼 수 있게 된다.

이러한 상태에서 스핀들축(2)에 공구(6)를 초기 셋팅하거나, 마모된 공구를 손질하여 재셋팅하기 위해 공구(6)를 스프링 콜렛(5)의 내부에 밀어 넣은 다음 하단부에 지그(8)를 위치시키고 고정 너트(7)를 체결하면 삽입공(2a)으로부터 빠져 나와 있던 스프링 콜렛(5)이 고정 너트(7)에 의해 내부로 밀려 들어가면서 삽입공(2a) 및 스프링 콜렛(5)의 외주면에 형성된 경사면에 의해 수축되어 공구(6)를 콜렛하게 되므로 스핀들축(2)의 회전에 따라 소재를 가공할 수 있게 된다.

그러나 이러한 종래의 스핀들 구조는 다음과 같은 문제점이 있었다.

첫째, 공구(6)의 초기 셋팅시 지그(8)에 의해 공구의 위치를 조절하였다 하더라도 고정 너트(7)의 회전에 따른 공구의 체결시 삽입공(2a) 및 스프링 콜렛(5)에 형성된 경사면에 의해 스프링 콜렛(5)이 도 1b에 나타낸 "t"만큼 삽입공(2a)의 내부로 밀려 들어가게 되므로 공구(6)의 위치를 정확히 셋팅하는데 한계가 있었다.

둘째, 더욱이 도 2와 같이 다축 스핀들이 구비된 조각기 또는 CNC 조각기인 경우에는 전술한 문제점으로 인해 각각의 스핀들축에 체결되는 공구(6)의 끝단부 위치가 달라지게 되므로 균일한 제품을 생산할 수 없게 되는 폐단이 있었다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 스핀들축의 내부 구조를 개선하여 지그에 의해 셋팅되는 공구의 위치를 정확히 결정할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면, 스핀들축에 형성된 삽입공내에 스프링 콜렛을 삽입하고 상기 삽입공내에는 공구를 삽입하여 고정 너트를 체결함에 따라 공구가 스핀들축에 장착되도록 구성된 스핀들을 갖는 공작기기에 있어서, 상기 스핀들축의 내부에 부싱을 고정하고 상기 부싱에는 머리부분에 공구 삽입홈이 형성된 공구거리 조정용 마이크로 스토퍼를 위치 조절 가능하게 나사 결합하여 공구의 선단면이 공구거리 조정용 마이크로 스토퍼에 밀착된 상태에서 고정 너트의 회전에 따른 스프링 콜렛의 압축으로 스핀들축에 공구가 장착되도록 구성한 것을 특징으로 하는 스핀들을 갖는 공작기기의 공구 위치결정장치가 제공된다.

도 1a 및 도 1b는 종래 공작기기의 스핀들 구조를 나타낸 종단면도로서,

도 1a는 스핀들에 공구가 장착되지 않은 상태도

도 1b는 스핀들에 공구가 장착되어 위치 결정된 상태도

도 2는 다축 구조를 갖는 공작기기를 나타낸 개략도

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 스핀들 구조를 나타낸 종단면도로서,

도 3a는 스핀들에 공구가 장착되지 않은 상태도

도 3b는 스핀들에 공구가 장착되어 위치 결정된 상태도

도 4는 도 3a의 A - A선 단면도

도면중 주요 부분에 대한 부호의 설명

2 : 스핀들축 5 : 스프링 콜렛

6 : 공구 7 : 고정 너트

9 : 부싱 10 : 공구거리 조정용 마이크로 스토퍼

11 : 풀림방지용 탄성부재 12 : 표시 눈금

13 : 지침

이하, 본 발명을 일 실시예로 도시한 도 3 및 도 4를 참고하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 스핀들 구조를 나타낸 종단면도이고 도 4는 도 3a의 A - A선 단면도로서, 본 발명의 구성 중 종래의 스핀들 구조와 동일한 부분은 그 설명을 생략하고 동일 부호를 부여하기로 한다.

본 발명은 스핀들축(2)의 내부에 나사산(9a)이 형성된 부싱(9)이 고정되어 있고 상기 부싱에는 머리부분에 "-", "+" 또는 육각홈과 같은 공구 삽입홈(10a)이 형성된 공구거리 조정용 마이크로 스토퍼(10)가 위치 조절 가능하게 나사 결합되어 있어 공구(6)의 셋팅시 공구(6)의 선단부가 공구거리 조정용 마이크로 스토퍼(10)의 머리부분에 밀착되도록 구성되어 있다.

상기 부싱(9) 및 공구거리 조정용 마이크로 스토퍼(10)에 형성된 나사산(9a)의 피치는 상기 공구거리 조정용 마이크로 스토퍼(10)의 위치를 미세 조절할 수 있도록 0.2mm 이하를 유지하도록 설정하는 것이 바람직한데, 반드시 공구거리 조정용 마이크로 스토퍼(10)의 피치를 한정할 필요는 없다.

그 이유는 숙련공인 경우에는 나사산의 피치가 크더라도 공구거리 조정용 마이크로 스토퍼(10)의 회전량을 적절히 조절하여 스핀들축(2)에 장착되는 공구(6)의 위치를 미세 조절할 수 있기 때문이다.

그리고 상기 공구거리 조정용 마이크로 스토퍼(10)의 후방에 풀림방지용 탄성부재(11)가 탄력 설치되어 있는데, 상기 풀림방지용 탄성부재(11)는 도 3a 및 도3b에 나타낸 바와 같이 코일스프링을 사용하거나, 또는 탄성력이 양호한 고무 등을 적용할 수 있게 됨은 이해 가능한 것이다.

한편, 공구거리 조정용 마이크로 스토퍼(10)의 머리부분에 일정 간격으로 표시 눈금(12)이 형성되어 있고 삽입공(2a)상에는 표시 눈금(12)의 위치를 식별하기 위한 지침(13)이 고정되어 있다.

이는, 공구거리 조정용 마이크로 스토퍼(10)의 회전량을 작업자가 육안으로 식별하여 스핀들축(2)에 셋팅되는 공구(6)의 위치를 정확히 결정할 수 있도록 하기 위함이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 3a와 같은 상태에서 스핀들축(2)의 중심에 위치하는 스프링 콜렛(5)의 내부에 셋팅하고자 하는 공구(6)를 밀어 넣어 선단부가 공구거리 조정용 마이크로 스토퍼(10)의 머리부분에 밀착되도록 한 다음 공구(6)의 하단에 지그(8)를 위치시키고 공구의 장착위치를 판단하게 된다.

그 결과 공구(6)의 위치가 원하는 위치보다 하단에 위치되어 있으면 공구거리 조정용 마이크로 스토퍼(10)를 조여주고, 이와는 반대로 공구(6)의 위치가 원하는 위치보다 상단에 위치되어 있으면 공구거리 조정용 마이크로 스토퍼(10)를 풀어주어야 된다.

이를 위해, 작업자가 스핀들축(2)으로부터 공구(6)를 빼낸 다음 스핀들축(2)의 내부에 드라이버 또는 육각 렌치 등의 공구를 밀어 넣어 공구 삽입홈(10a)내에 위치시킨 다음 공구거리 조정용 마이크로 스토퍼(10)를 시계 또는 반시계방향으로회전시키면 나사산(9a)의 피치가 0.2mm 이하가 되게 형성되어 있어 공구거리 조정용 마이크로 스토퍼(10)의 위치가 미세 조절되는데, 상기한 바와 같은 공구거리 조정용 마이크로 스토퍼(10)의 미세 조절 작업시 머리부분에 표시 눈금(12)이 나타나 있고 삽입공(2a)에는 지침(13)이 고정되어 있어 비숙련공이라고 하더라도 공구거리 조정용 마이크로 스토퍼(10)의 회전량을 육안으로 식별하면서 조절할 수 있게 된다.

상기한 바와 같은 작업으로 공구거리 조정용 마이크로 스토퍼(10)의 위치를 미세하게 가변시킨상태에서 스핀들축(2)으로부터 분리하였던 공구(6)를 다시 밀어 넣은 다음 하단부에 지그(8)를 위치시켜 공구의 셋팅상태를 점검하여 셋팅상태가 정확하다고 판단되면 풀어놓았던 고정 너트(7)를 회전시켜 주기만 하면 공구(6)의 선단부가 공구거리 조정용 마이크로 스토퍼(10)의 머리부분에 밀착되어 있어 공구의 위치는 가변되지 않으면서 삽입공(2a) 및 스프링 콜렛(5)의 외주면에 형성된 경사면에 의해 스프링 콜렛(5)이 내부로 밀려 들어가면서 압축되어 공구(6)를 콜렛하게 되므로 스핀들축(2)에 공구(6)의 위치가 정확히 결정된다.

본 발명은 전술한 바와 같이 공구거리 조정용 마이크로 스토퍼(10)의 조절에 따라 공구(6)의 셋팅위치를 정확히 유지할 수 있게 되므로 도 2와 같이 여러개의 스핀들축(2)이 구비된 조각기더라도 공구(6)의 하단부가 항상 일치되도록 셋팅할 수 있게 됨은 이해 가능한 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 종래에 비하여 다음과 같은 장점을 갖는다.

첫째, 공구를 초기 셋팅하거나, 재셋팅시 공구의 머리부분이 공구거리 조정용 마이크로 스토퍼에 밀착된 상태에서 고정 너트를 조여 장착하게 되므로 공구가 스프링 콜렛에 의해 삽입공의 내부로 밀려 들어가지 않게 되고, 이에 따라 공구의 셋팅위치를 항상 정확히 유지할 수 있게 된다.

둘째, 도 2와 같이 다축 스핀들이 구비된 조각기 또는 CNC 조각기인 경우에도 각각의 스핀들축에 체결되는 공구의 끝단부 위치를 항상 일정하게 유지할 수 있게 되므로 균일한 제품을 생산할 수 있게 된다.

Claims (3)

1. 스핀들축에 형성된 삽입공내에 스프링 콜렛을 삽입하고 상기 삽입공내에는 공구를 삽입하여 고정 너트를 체결함에 따라 공구가 스핀들축에 장착되도록 구성된 스핀들을 갖는 공작기기에 있어서, 상기 스핀들축의 내부에 부싱을 고정하고 상기 부싱에는 머리부분에 공구 삽입홈이 형성된 공구거리 조정용 마이크로 스토퍼를 위치 조절 가능하게 나사 결합하여 공구의 선단면이 공구거리 조정용 마이크로 스토퍼에 밀착된 상태에서 고정 너트의 회전에 따른 스프링 콜렛의 압축으로 스핀들축에 공구가 장착되도록 구성한 것을 특징으로 하는 스핀들을 갖는 공작기기의 공구 위치결정장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 공구거리 조정용 마이크로 스토퍼의 후방에 풀림방지용 탄성부재가 탄력 설치된 것을 특징으로 하는 스핀들을 갖는 공작기기의 공구 위치결정장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 공구거리 조정용 마이크로 스토퍼의 머리부분에 표시 눈금을 형성하고 삽입공상에는 눈금의 위치를 식별하기 위한 지침을 고정한 것을 특징으로 하는 스핀들을 갖는 공작기기의 공구 위치결정장치.