KR100658337B1 - A magnetic cylinder for the tool existence sensing and clamping of a mucining center - Google Patents
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Abstract
본 발명은 머시닝 센터 주축의 공구 유무 감지 및 클램핑, 언클램핑 장치에 관한 것으로, 주축 바디에 권선되는 코일에 의하여 자기식 실린더를 형성하고 드로바의 후방에 비자성체와 자성체로된 피스톤을 구비하여 피스톤이 자기식 실린더 내에서 위치 변환하는 것을 자기저항의 차이로 감지하여 공구 유무 및 클램핑, 언클램핑을 검출할 수 있게 한 것이 특징이다.The present invention relates to a tool presence sensing, clamping and unclamping device of a machining center spindle, and to forming a magnetic cylinder by a coil wound on a spindle body, and having a piston made of a nonmagnetic material and a magnetic body at the rear of the drawbar. The position change in the magnetic cylinder is detected by the difference in the magnetoresistance so that the presence or absence of the tool, clamping and unclamping can be detected.
머시닝 센터, 주축, 공구, 자기 ,감지 Machining Center, Spindle, Tool, Magnetic, Detection
Description
도 1은 종래 머시닝 센터 주축의 공구 유무 감지 및 클램핑, 언클램핑을 위한 조립단면도1 is an assembly cross-sectional view for detecting the presence of the tool in the conventional machining center spindle, clamping, unclamping
도 2는 본 발명 자기식 실린더가 장착된 주축의 단면도로서Figure 2 is a cross-sectional view of the main shaft equipped with the present invention magnetic cylinder
a)는 공구 언클램핑 상태도 a) is the state of tool unclamping
b)는 공구 클램핑 상태도 b) tool clamping state diagram
c)는 공구가 없는 경우의 작동상태도 c) is the operating state without tools
도 3은 본 발명 자기식 실린더의 작동 개념도3 is a conceptual view of operation of the present invention magnetic cylinder
도 4는 본 발명의 인덕턴스와 시정수 관련 그래프4 is a graph relating to inductance and time constant of the present invention
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of code for main part of drawing
101. 주축 바디 102. 자기식 실린더101. Spindle Body 102. Magnetic Cylinder
103. 코일 104. 드로바103.
105. 비자성체 106. 자성체105.
107. 주축107. Spindle
본 발명은 머시닝 센터 주축의 공구 클램핑 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 주축의 길이와 회전 발란싱에 문제를 일으키지 않고 구조가 간단하며 공구 유무 및 클램핑을 감지할 수 있는 자기식 실린더에 관한 것이다.The present invention relates to a tool clamping device of a machining center spindle, and more particularly, to a magnetic cylinder capable of detecting a tool presence and clamping with a simple structure without causing problems in the length and rotational balancing of the spindle.
공지된 머시닝 센터 주축의 공구 클램핑 장치는, 공구의 내측부에 홀딩장치가 있는 경우에는 공구가 없는 상태에서 주축을 회전시키게 되면 콜렛의 외부를 지지할 수 없게 되므로 콜렛의 보호가 어렵고 주축의 회전 발란싱에도 문제가 발생한다.The known tool clamping device of the machining center spindle has a holding device on the inner side of the tool. When the spindle is rotated in the absence of a tool, it is difficult to support the outside of the collet. A problem arises.
또한, 공구 클램핑용 콜렛의 외경부가 지지되는 형식이라도 공구가 클램핑이 되어 있지 않으면 주축 내부의 드로바를 포함한 공구 클램핑 장치가 고정되어 있지 않기 때문에 초고속 회전시 회전 발란싱에 의한 진동으로 베어링의 수명을 단축시킬 수 있다.In addition, even if the tool is not clamped even if the outer diameter of the tool clamping collet is supported, the tool clamping device including the drawbar inside the spindle is not fixed. Can be.
따라서 초고속으로 회전하는 주축의 경우나 공구 홀딩장치가 있는 공구를 사용하는 주축의 경우 공구장착의 유무를 감지하여 주축 회전을 제한하여야 할 필요가 있다.Therefore, it is necessary to limit the rotation of the spindle by detecting the presence of tool mounting in the case of a spindle that rotates at high speed or in the case of a spindle using a tool with a tool holding device.
종래 머시닝 센터의 주축공구 장착유무를 감지하기 위하여 도 1에서와 같이 주축(1)의 내부에 드로바(2)가 축방향으로 설치되어 있고, 드로바(2)는 공구 클램핑 스프링(3)력에 의해 축방향으로 복원이동이 가능하게 되어 있고, 드로바 선단에 공구(4)를 클램핑하기 위한 콜렛(5)이 연결되어 있다.In order to detect whether the machining tool is installed in the conventional machining center, as shown in FIG. 1, the drawbar 2 is installed in the axial direction inside the spindle 1, and the drawbar 2 has a tool clamping spring 3 force. The restoring movement is possible by the axial direction, and the collet 5 for clamping the
드로바(2)를 축방향으로 밀어주기 위하여 드로바의 후방측 주축 바디(6)에 실린더 바디(7)와 실린더 피스톤(8)이 설치되어 있고, 실린더 바디(7)는 그리프(9)를 매개로 주축(1)의 후단측과 연결되어 있다.A
실린더 바디(7)가 주축 바디(6)에 공구 클램핑 스프링(3)력에 의해 후퇴 이동하는 것을 완충적으로 제한하여 주축 바디(6)와 실린더 바디(7)간에 공구 언클램핑 또는 공구가 없는 경우 소정의 이완간극(L)이 발생하도록 되어 있다.When there is no tool unclamping or no tool between the
즉, 주축 바디(6)측에 지지되어 실린더 바디(7)를 일정한 힘으로 탄성 누름하여 이완간극(L)의 발생을 유도하는 기능을 한다.That is, it is supported on the
따라서, 콜렛(5)에 공구가 없을 경우 공구 클램핑 스프링(3)력이 완충스프링(10)의 누름력보다 커서 실린더 바디(7)와 주축바디(6)의 전단 대향면 간에 일정한 이완간격(L)이 발생된다.Therefore, when there is no tool in the collet 5, the tool clamping spring 3 force is greater than the pressing force of the
이때, 이완간격의 유무를 상기 주축 바디(6)와 실린더 바디(7)에 설치된 실린더 위치도그(11)와 공구 유무 감지 스위치(12)로 감지되도록 구성되어 있다.At this time, the presence or absence of the relaxation interval is configured to detect the
또한, 실린더 피스톤(8)에는 드로바(2)의 이동위치에 연동하는 피스톤 위치도그(13)를 고정 설치하고, 상기 실린더 바디(7)에는 피스톤 위치도그(13)의 클램프 및 언클램프 위치를 감지하는 공구 클램핑 감지 센서(14)와 공구 언클램핑 감지센서(15)가 설치되어 있는 구성이 공개특허 10-2004-0059290호로 제안된 바 있었다.In addition, the
그러나 상기와 같은 공구 클램핑 장치는 공구의 유무 및 클램핑, 언클램핑을 확인하기 위하여 별도의 센서가 필요하므로 드로바에 위치도그와 센서를 추가로 구성시키기 위하여 주축이 위치도그가 갖는 길이 이상으로 길어져야 하므로 주축의 강성약화와 회전 발란싱에 문제를 야기시키며 유공압식 실린더를 설치하여야함으로써 구조가 복잡해진다는 문제점이 있었다.However, since the tool clamping device as described above requires a separate sensor to check the existence of the tool, clamping, and unclamping, the main shaft needs to be longer than the length of the position dog to further configure the position dog and the sensor on the drawbar. There is a problem that the structure is complicated by the installation of a pneumatic cylinder, causing problems in the weakening of the main shaft and rotational balancing.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로 주축의 길이를 줄일 수 있고 회전 발란싱에 문제를 일으키지 않으면서 주축의 공구 유무를 감지하고 클램핑, 언클램핑 할 수 있는 감지장치와 실린더를 동시에 해결할 수 있는 자기식 실린더를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above problems and can reduce the length of the main shaft and solve the cylinder and the sensing device that can detect the clamping and unclamping of the presence of the tool without causing problems in the rotation balancing at the same time An object of the present invention is to provide a magnetic cylinder.
상기한 목적을 위한 본 발명 '머시닝 센터 주축의 공구 유무 감지 및 클램핑을 위한 자기식 실린더'는 주축의 바디 내부에 코일을 권선하여 전자석을 형성하고 드로바에는 비자성체와 자성체를 구비하여 코일에 흐르는 전류에 비례하여 주축방향으로 힘이 발생하게 하며 클램핑, 언클램핑 및 공구의 유무에 대응하는 각각의 경우에 대하여 비자성체이 피스톤의 위치와 자성체의 위치가 각각 다른 위치를 가지므로 이와 같이 서로 다른 자성체의 위치 변화에 따른 자기저항의 차이는 인덕턴 스의 차이를 만들고, 인덕턴스의 차이는 최대 전류까지의 상승시간 즉, 시정수를 변화시키는 것을 이용하여 전압을 인가하였을 때 시정수를 구함으로서 각각의 피스톤의 위치를 결정하여 클램핑, 언클램핑 및 공구의 유무를 검출할 수 있게 한다.The present invention for the above object 'magnetic cylinder for sensing and clamping the presence of the tool in the machining center spindle' winding the coil inside the body of the spindle to form an electromagnet and the drawbar is provided with a non-magnetic and magnetic material flowing in the coil Forces are generated in the direction of the main axis in proportion to the current, and in each case corresponding to clamping, unclamping, and the presence or absence of a tool, the nonmagnetic material has different positions of the piston and the magnetic material. The difference in the magnetoresistance according to the change of position makes the difference in inductance, and the difference in inductance is the rise time to the maximum current, that is, the time constant when the voltage is applied by changing the time constant. By determining the position of the clamp, it is possible to detect clamping, unclamping and the presence of a tool.
이하에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
상세한 설명에 앞서 공지된 구성에 대하여는 본 발명의 구성을 불명료하게 하지 않는 범위 내에서 설명을 생략하여 본 발명의 특징적인 요지를 더욱 명확하게 하기로 한다.For the well-known configuration before the detailed description, the description is omitted within the scope of not obscuring the configuration of the present invention to make the characteristic gist of the present invention more clear.
도 2는 본 발명 자기식 실린더가 장착된 주축의 조립 단면도로서 a)는 공구 언클램핑 상태도이고, b)는 공구 클램핑 상태도이며, c)는 공구가 없는 경우의 작동 상태도이다.Figure 2 is an assembled cross-sectional view of the main shaft equipped with the magnetic cylinder of the present invention, a) is a tool unclamping state diagram, b) is a tool clamping state diagram, c) is an operating state diagram without a tool.
도 3은 본 발명 자기식 실린더의 작동 개념도이며, 도 4는 본 발명의 인덕턴스와 시정수 관련 그래프이다.3 is a conceptual view illustrating the operation of the magnetic cylinder of the present invention, and FIG. 4 is a graph relating to inductance and time constant of the present invention.
본 발명은 자기식 실린더와 자성체 및 비자성체로 구성되는 피스톤과 관련되는 구성을 제외하고는 공지된 종래의 구성과 동일하다.The present invention is the same as the known conventional configuration except for the configuration related to the piston composed of the magnetic cylinder and the magnetic and nonmagnetic materials.
도면에 도시된 바와 같이 주축 바디(101)의 내부에는 자기식 실린더(102)를 형성하는 코일(103)이 권선되며 코일(103)의 내측으로는 드로바(104)의 연장된 단부에 비자성체(105)와 자성체(106)가 일체화되어 피스톤을 형성한다.As shown in the drawing, the
주축 바디(101)의 내부에 권선된 코일(103)에 전류를 인가하면 자성체(106)에는 축방향으로 힘이 작용하여 비자성체(105)와 자성체(106)가 일체화된 피스톤이 주축(107)의 후방으로 이동한다.When a current is applied to the
이를 수식으로 설명하면,If you describe this as a formula,
여기서 L은 인덕턴스, N은 권선의 수, Rm은 자기저항....(1) Where L is the inductance, N is the number of windings, and Rm is the magnetoresistance .... (1)
여기서 W는 에너지, 는 권선에 흐르는 전류.........(2) Where W is energy, Is the current flowing in the winding ......... (2)
여기서 는 방향으로의 힘 ..................(3)과 같이 나타낼 수 있다. here Is The force in the direction can be expressed as (3).
피스톤의 위치에 의한 자기저항의 변화는 인덕턴스의 변화를 야기시키며 인덕턴스의 차이를 이용하여 피스톤의 변위를 확인하고 공구의 유무 및 클램핑, 언클램핑을 확인할 수 있다.The change of the magnetoresistance due to the position of the piston causes the change of the inductance, and the displacement of the inductance can be used to check the displacement of the piston and the presence or absence of the tool, clamping and unclamping.
회전체인 드로바(104)와 분리되는 구조를 가지는 자기식 실린더(102)인 주축 바디(101)에는 공구의 유무를 감지하므로 주축(107)의 강성이나 회전 발란싱에는 근본적으로 문제가 발생하지 않는다.Since the
자기식 실린더(107)에서 클램핑, 언클램핑 및 공구의 유무를 검출하는 방법은 클램핑, 언클램핑 및 공구의 유무에 따라 피스톤의 위치가 각기 다르므로 이에 따라 자성체(106)의 위치 또한 각각의 경우에 대하여 다른 위치를 가진다.The method of detecting the clamping, unclamping, and tool presence in the
따라서, 자성체(106)의 위치에 따른 자기경로상의 자기저항이 각각의 위치에 따라 다르므로 이와 같이 자기저항의 차이는 인덕턴스의 차이를 만들며 인덕턴스의 차이는 최대 전류까지의 상승시간 즉, 시정수를 변화시킨다.Therefore, since the magnetic resistance on the magnetic path according to the position of the
전압을 인가하였을 때 시정수를 구함으로써 각각의 피스톤의 위치를 판별할 수 있어 클램핑, 언클램핑 및 공구의 유무를 검출할 수 있다.When the voltage is applied, the position of each piston can be determined by obtaining the time constant, so that clamping, unclamping, and the presence of a tool can be detected.
시정수의 결정방법은 분포(Shunt)저항을 이용하여 전류를 검출하되 권선의 저항은 일정하므로 기대되는 최대전류의 66.6%까지의 도달시간을 측정한다.The method of determining the time constant detects the current using the distribution (shunt) resistance, but the resistance of the winding is constant so that the time of arrival up to 66.6% of the expected maximum current is measured.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 간편한 구성의 자기식 실린더를 이용하여 머시닝 센터 주축의 길이를 연장하지 않고서도 공구의 유무 감지와 공구의 클램핑, 언클램핑을 동시에 해결할 수 있게 하여 주축의 회전 발란싱에 문제를 일으키지 않으면서 저비용으로 제작할 수 있게 하는 효과가 있다.As described above, the present invention can solve the problem of rotational balancing of the spindle by simultaneously detecting the presence of the tool and clamping and unclamping of the tool without extending the length of the machining center spindle by using a magnetic cylinder of a simple configuration. There is an effect that can be produced at a low cost without causing.
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