KR100665206B1 - 공작기계용 헤드 - Google Patents

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KR100665206B1
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이정균
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(주)성헌
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

본 발명은 헤드박스에서 마스터 스핀들이 장착된 지그(또는 마운팅 블록)을 분리할 수 있어, 마스터 스핀들의 교체작업이 신속하고 편리한 공작기계용 헤드에 관한 것이다.
본 발명에 따른 공작기계용 헤드는 헤드박스(110)에 유니버설 조인트(120)가 상대회전 가능하게 장착되고, 상기 헤드박스(110)의 하단에 마운팅 블록(130)이 볼트(132)에 의해 장착되고, 상기 마운팅 블록(130)의 중공부(131) 상단에 제 1 베어링(140)이 장착되고, 상기 베어링(140)에 아답타(150)가 장착되고, 상기 아답타(150)에 유니버설 조인트(120)의 스플라인 샤프트(125)가 끼워지며, 유니버설 조인트(120)의 스플라인 샤프트(125) 하단이 퀵조인트(172)에 의해 마스터 스핀들(160)의 스핀들 샤프트(161)에 장착된 제 1 조인트(160)에 결합되고, 상기 마스터 스핀들(160)의 부싱너트(164)가 마운팅 블록(130)의 중공부(131)와 일치되게 마운팅 블록(130)의 하단에 장착되는 것을 특징으로 한다.

Description

공작기계용 헤드{Head for machine tools}
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 공작기계용 헤드를 도시한 단면도
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 공작기계용 헤드를 도시한 조립 단면도
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 공작기계용 헤드가 탁상용 드릴링 머신에 적용된 예를 도시한 측면도
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 공작기계용 헤드가 작업대에 수평으로 배치되어 공작물을 수평으로 가공하는 예를 도시한 측면도
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 공작기계용 헤드를 도시한 단면도
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 공작기계용 헤드를 도시한 조립 단면도
도 7은 제 1 마운팅 블록과 제 2 마운팅 블록에서 마스터 스핀들이 분리되는 예를 도시한 조립도
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 공작기계용 헤드가 탁상용 드릴링 머신에 적용된 예를 도시한 측면도
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 공작기계용 헤드가 작업대에 수평으로 배치되어 공작물을 수평으로 가공하는 예를 도시한 측면도
본 발명은 공작기계용 헤드에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 헤드박스에서 마스터 스핀들이 장착된 지그(또는 마운팅 블록)을 분리할 수 있어, 마스터 스핀들의 교체작업이 신속하고 편리한 공작기계용 헤드에 관한 것이다.
대한민국 특허 제515310호(2005년 9월 8일 등록)에 " 다축 태핑머신"이 소개되어 있다.
상기 다축 태핑머신은 정, 역회전을 반복 수행하는 구동모터가 프레임에 모터축을 관통시켜 직립 개재하고, 상기 모터축 하방에는 태핑실린더에 개재된 탭의 회전력 발생을 위한 다수 개의 탭 샤프트와, 태핑실린더와 탭 샤프트를 연결하여 회전력 전달이 가능하도록 하는 조인트 및 각종 제어를 수행하는 컨트롤박스로 구성된 다축 태핑머신에 있어서; 상기 다축 태핑머신은 그 단면이 원형을 비롯한 다양한 형상을 가지며 신축자재이음(TELESCOPIC)을 통해 일측으로는 탭 샤프트와 연결되고, 타측에는 태핑실린더와 체결되어 인장과 수축이 가능하도록 한 조인트와, 소정의 직경과 전장을 이루는 원주형으로 일측에는 절두원추형의 탭 체결부를 통해 탭을 개재하고, 외주연 소정 구간에 걸쳐 수나사를 구비하여 탭 샤프트와 연결되는 태핑실린더, 상기 태핑실린더의 수나사와 상응하는 암나사를 형성하여 프레임에 고 정되어 태핑실린더를 수용하는 실린더홀더를 포함한다.
그러나, 상기 다축 태핑머신은 탭공구 만큼의 유니버설 조인트가 요구되고, 탭핑실린더(마스터 스핀들)의 교체가 불편한 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 헤드박스에서 마스터 스핀들이 장착된 지그(또는 마운팅 블록)을 분리할 수 있어, 마스터 스핀들의 교체작업이 신속하고 편리한 공작기계용 헤드를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 공작기계용 헤드(100)는 헤드박스(110)에 유니버설 조인트(120)가 상대회전 가능하게 장착되고, 상기 헤드박스(110)의 하단에 마운팅 블록(130)이 제 1 볼트(132)에 의해 장착되고, 상기 마운팅 블록(130)의 중공부(131) 상단에 제 1 베어링(140)이 장착되고, 상기 베어링(140)에 아답타(150)가 장착되고, 상기 아답타(150)에 유니버설 조인트(120)의 스플라인 샤프트(125)가 끼워지며, 유니버설 조인트(120)의 스플라인 샤프트(125) 하단이 퀵조인트(172)에 의해 마스터 스핀들(160)의 스핀들 샤프트(161)에 장착된 제 1 조인트(160)에 결합되고, 상기 마스터 스핀들(160)의 부싱너 트(164)가 마운팅 블록(130)의 중공부(131)와 일치되게 마운팅 블록(130)의 하단에 장착된다.
상기 헤드박스(110)는 센터에 구멍(112)이 형성된 원판부(111)와, 상기 원판부(111)에 장착되는 원통부(116)로 구성된다.
상기 유니버설 조인트(120)는 풀리(182)가 장착된 구동 샤프트(121)와, 상기 구동 샤프트(121)의 하단에 장착되는 제 2 조인트(122)와, 상기 제 2 조인트(122)에 상단이 연결되는 종동 샤프트(123)로 구성된다.
상기 구동 샤프트(121)는 상단에 풀리(192)가 장착되고, 헤드박스(110)의 원판부(111)에 형성된 구멍(112)을 통해 끼워지고, 상기 구멍(112)의 둘레에 장착된 제 2 베어링(113)에 의해 흔들림이 방지되고, 헤드박스(110)의 원판부(111)에 장착된 스러스트 베어링(114)에 의해 지지되는 축받침(115)에 의해 지지된다. 이것에 의해, 상기 구동 샤프트(121)는 헤드박스(110)의 원판부(111)에 상대회전 가능하게 지지된다.
상기 종동 샤프트(123)는 제 1 조인트(122)에 연결되는 중공축(124)과, 상기 중공축(124)에 끼워지는 스플라인 샤프트(125)로 구성되어, 상기 스플라인 샤프트(125)가 중공축(124)에 대해 상하로 슬라이딩 가능하며, 스플라인 샤프트(125)의 외주면에 형성된 기어가 중공축(124)의 내주면에 형성된 기어와 맞물려 상기 스플라인 샤프트(125)가 중공축(124)과 연동된다.
상기 아답타(150)는 이미 잘 알려져 있는 것으로서, 부싱과 같이 중공부가 형성된 원통형상을 가지며, 스플라인 샤프트(125)가 회전할 때 흔들리는 것(진동) 을 방지한다. 상기 퀵조인트(172)는 그 구조 및 작용이 이미 잘 알려져 있어, 여기서 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 마스터 스핀들(160)은 공구(162 ; 탭공구, 드릴공구 또는 밀링공구)를 끼우기 위한 콜레트(163 ; collet)가 구비된 스핀들 샤프트(161)와, 상기 스핀들 샤프트(161)와 체결되는 부싱너트(164)로 구성되며, 상기 스핀들 샤프트(161)의 상단에 제 1 조인트 부재(170)가 장착된다.
상기 마스터 스핀들(160)은 일반적으로 어느 한 콜레트가 어느 한 직경의 공구만을 척킹할 수 있어, 다른 직경의 공구를 위 콜레트에 장착할 수 없다. 즉, 공구의 직경이 변경되면, 상기 공구의 직경에 맞는 콜레트가 구비된 마스터 스핀들로 교체해야 한다.
이와같은 마스터 스핀들(160)의 구조를 감안하여 공작물을 가공하는 공구(162)를 교체해야 할 경우, 아래와 같이 헤드박스(110)에서 마스터 스핀들(160)를 분리하여 다른 공구가 장착된 마스터 스핀들로 교체할 수 있다.
도 2를 참조하면, 제 1 볼트(132)를 풀면, 헤드박스(100)에서 스플라인 샤프트(125)와 마스터 스핀들(160)이 장착된 마운팅 블록(130)이 분리되고, 스플라인 샤프트(125)가 중공축(124)에서 분리된다. 이후, 제 2 볼트(165)를 풀면, 마스터 스핀들(160)의 부싱너트(164)가 마운팅 블록(130)에서 분리되면서, 상기 마스터 스핀들(160)과 스플라인 샤프트(125)가 마운팅 블록(130)에서 분리된다. 이때, 상기 스플라인 샤프트(125)는 중공축(124)과 아답타(150)에서 완전 분리된다.
이후, 작업자는 퀵조인트(172)에 의해 연결된 스플라인 샤프트(125)와 마스 터 스핀들(160)에 장착된 제 1 조인트(170)를 분리하고, 다른 직경 또는 다른 공구가 결합된 마스터 스핀들의 제 1 조인트를 퀵조인트를 이용하여 상기 스플라인 샤프트(125)와 연결하므로서, 마스터 스핀들을 교체할 수 있다.
이후, 교체된 마스터 스핀들과 연결된 스플라인 샤프트(125)를 마운팅 블록(130)의 중공부(131)를 통과하도록, 교체된 마스터 스핀들의 부싱너트를 마운팅 블록(130)에 고정하고, 상기 마스터 스핀들(125)을 유니버설 조인트(120)의 중공축(124)에 끼운 후, 마운팅 블록(130)을 헤드박스(110)에 장착한다.
이것에 의해, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 공작기계용 헤드는 마스터 스핀들의 교체한 후, 교체된 마스터 스핀들의 센터링 작업이 요구되지 않아 교체작업이 용이하고, 교체시간을 단축할 수 있다.
다른 약식의 교체방법으로, 마스터 스핀들(160)의 부싱너트(164)를 마운팅 블록(130)에서 분리하는 것만으로 마스터 스핀들을 교체할 수 있다.
상기와 같이 구성되고, 마스터 스핀들의 교환할 수 있는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 공작기계용 헤드(100)는 모터(180)의 풀리(181)와 유니버설 조인트(120)의 구동 샤프트(121)에 장착된 풀리(182)가 벨트(183)에 의해 연결되어, 모터(180)의 동력이 유니버설 조인트(120)로 전달되고, 상기 유니버설 조인트(120)가 헤드박스(110) 및 마운팅 블록(130)에 대해 상대회전하면, 제 1 조인트(170)에 의해 유니버설 조인트(120)와 연결된 마스터 스핀들(160)의 스핀들 샤프트(161)가 마운팅 블록(130)에 장착된 부싱너트(164)에 대해 상대회전된다. 이때, 스핀들 샤프트(125)의 나선부와 부싱너트(164)의 나선부가 결합되어 있어, 스핀들 샤프트(161) 가 부싱너트(164)에 대해 상대적으로 승하강운동을 하게 된다. 즉, 스핀들 샤프트(161)가 정회전하면, 스핀들 샤프트(161)가 부싱너트(164)에 대해 상대적으로 하강운동을 하며, 이것에 맞게 유니버설 조인트(120)의 스플라인 샤프트(125)가 중공축(124)에서 인출되고, 스핀들 샤프트(161)의 하단에 장착된 공구(162)가 공작물(도시하지 않음)을 가공성형하게 된다. 또한, 스핀들 샤프트(161)가 역회전하면, 상기 스핀들 샤프트(161)가 부싱너트(164)에 대해 상대적으로 상승운동을 하며, 이것에 맞게 유니버설 조인트(120)의 스플라인 샤프트(125)가 중공축(124)으로 인입되고, 공작물(도시하지 않음)을 천공한 공구가 공작물에서 빠져 나오게 된다.
상기와 같이 구성되고 작동하는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 공작기계용 헤드(100)는, 도 3에 도시된 바와같이, 탁상용 드릴링 머신(190)에 적용할 수 있다.
이때, 상기 탁상용 드릴링 머신(190)에는 헤드(100)를 승하강 시키기 위한 장치가 요구되지 않으며, 주축대(192)에 장착된 작업대(194)를 승하강시켜, 작업대(194)에 장착된 공작물(196)을 마스터 스핀들(160)에 끼워진 공구(162)의 하부에 배치한 후, 모터(180)를 구동시키면, 마스터 스핀들(160)의 스핀들 샤프트(161)가 자동으로 하강하면서 공구(162)가 작업대(194)에 놓인 공작물(196)을 가공하게 된다.
또한, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 공작기계용 헤드(100)는, 도 4에 도시된 바와같이, 작업대(200)에 수평으로 배치되어, 작업대(200)에 설치된 가이드 레일(210)을 따라 이동되는 지그(220)에 장착된 공작물(230)에 구멍을 수평으로 가 공(드릴링 가공, 탭핑 가공 또는 밀링 가공)을 할 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 공작기계용 헤드(300)는 헤드박스(310)에 유니버설 조인트(320)가 상대회전 가능하게 장착되고, 상기 헤드박스(310)의 하단에 제 1 마운팅 블록(330)이 볼트(331)에 의해 장착되고, 상기 제 1 마운팅 블록(330)에 제 2 마운팅 블록(340)이 안착되어, 상기 제 2 마운팅 블록(340)의 중공부(341)가 제 1 마운팅 블록(330)의 중공부(332)의 상부에 배치되고, 제 2 마운팅 블록(340)의 중공부(341) 상단에 제 1 베어링(342)이 장착되고, 상기 제 1 베어링(342)에 아답타(343)가 장착되고, 상기 아답타(343)에 유니버설 조인트(320)의 스플라인 샤프트(325)가 끼워지며, 유니버설 조인트(320)의 스플라인 샤프트(325) 하단이 퀵조인트(362)에 의해 마스터 스핀들(350)의 스핀들 샤프트(351)에 장착된 제 1 조인트(360)에 결합되고, 상기 마스터 스핀들(350)의 부싱너트(354)가 제 1 마운팅 블록(330)의 중공부(332) 상단에 장착되고, 제 1 마운팅 블록(330)의 중공부(332) 하단에 장착된 제 3 베어링(333)에 의해 마스터 스핀들(350)의 공구홀더(352)의 외주면이 지지된다.
상기 헤드박스(310), 유니버설 조인트(320)의 구성은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 공작기계용 헤드의 헤드박스 및 유니버설 조인트의 구성과 동일할 뿐만 아니라 유니버설 조인트(320)가 헤드박스(310)의 원판부(311)에 회전가능하게 장착되는 구조 또한 본 발명의 제 1 실시예와 동일하다.
상기 제 2 마운팅 블록(340)은 제 1 마운팅 블록(330)에 안착된 상태에서 플 레지부(344)가 헤드박스(310)의 원통부(312)의 하단에 형성된 걸림턱(313)에 걸려 고정된다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 상기와 같이 구성된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 공작기계용 헤드(300)는, 도 6에 도시된 바와같이, 볼트(331)를 풀면, 제 1 마운팅 블록(330)이 헤드박스(310)에서 분리되는 것과 함께 제 2 마운팅 블록(340), 마스터 스핀들(350) 및 유니버설 조인트(320)의 스플라인 샤프트(325)가 헤드박스(310)에서 분리된다.
이후, 도 7에 도시된 바와같이, 작업자는 제 1 마운팅 블록(330)에서 제 2 마운팅 블록(340)을 분리하고, 퀵조인트(362)를 이용하여 스플라인 샤프트(325)를 마스터 스핀들(350)에 장착된 제 1 조인트(360)에서 분리하고, 마스터 스핀들(350)의 부싱너트(354)를 제 1 마운팅 블록(330)에서 분리하면, 마스터 스핀들(350)이 제 1 마운팅 블록(330)에서 분리된다.
이후, 작업자는 위에서 설명한 분해과정의 역순으로 새로운 마스터 스핀들을 제 1 및 제 2 마운팅 블록(330, 340)에 장착하고, 제 1 및 제 2 마운팅 블록(330, 340)을 헤드박스(310)에 장착할 수 있다.
상기와 같이 마스터 스핀들을 교체할 수 있는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 공작기계용 헤드는 제 1 실시예에 따른 공작기계용 헤드와 같이 모터의 동력이 유니버설 조인트(320)를 통해 마스터 스핀들(350)로 전달되므로서, 마스터 스핀들(350)의 스핀들 샤프트(351) 및 공구가 장착된 공구홀더(352)가 부싱너트(354)에 대해 상대적으로 회전 및 승하강 운동을 하면서 공작물을 가공하게 된다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 상기와 같이 작동하는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 공작기계용 헤드(300)는, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 공작기계용 헤드와 같이, 탁상용 드릴링 머신(380)에 적용되거나(도 8 참조), 작업대(390 ; 도 9 참조)에 수평으로 배치되어, 지그(392)에 장착된 공작물(394)에 구멍을 수평으로 가공(드릴링 가공, 탭핑 가공 또는 밀링 가공)을 할 수 있다(도 9 참조).
위에서 설명한 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 공작기계용 헤드는 본 발명의 사상을 설명하기 위한 것으로서, 본 발명은 여기에 한정되지 않고, 이 분야에 보통의 지식을 가진 자라면, 유니버설 조인트를 회전시키는 구동방법으로 모터를 유니버설 조인트의 구동 샤프트에 직결시켜, 모터의 동력을 유니버설 조인트로 직접 전방하는 방법 또는 유니버설 조인트이 구동 샤프트 상단에 임펠러를 장착하고 공압을 이용하여 임펠러를 작동시킴으로서, 유니버설 조인트를 회전시키는 방법 등 여러가지 방법으로 유니버설 조인트를 회전시킬 수 있을 것이나 이러한 유니버설 조인트의 구동방법은 본 발명의 특허청구범위에 속한다는 것을 알 수 있을 것이다.
위에서 설명한 바와같이, 본 발명에 따른 공작기계용 헤드는 마스터 스핀들이 장착된 지그(또는 마운팅 블록)을 분리할 수 있어, 마스터 스핀들의 교체작업이 신속하고 편리한 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 헤드박스(110)에 유니버설 조인트(120)가 상대회전 가능하게 장착되고, 상기 헤드박스(110)의 하단에 마운팅 블록(130)이 제 1 볼트(132)에 의해 장착되고, 상기 마운팅 블록(130)의 중공부(131) 상단에 제 1 베어링(140)이 장착되고, 상기 베어링(140)에 아답타(150)가 장착되고, 상기 아답타(150)에 유니버설 조인트(120)의 스플라인 샤프트(125)가 끼워지며, 유니버설 조인트(120)의 스플라인 샤프트(125) 하단이 퀵조인트(172)에 의해 마스터 스핀들(160)의 스핀들 샤프트(161)에 장착된 제 1 조인트(160)에 결합되고, 상기 마스터 스핀들(160)의 부싱너트(164)가 마운팅 블록(130)의 중공부(131)와 일치되게 마운팅 블록(130)의 하단에 장착되는 것을 특징으로 하는 공작기계용 헤드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유니버설 조인트(120)는 풀리(182)가 장착된 구동 샤프트(121)와, 상기 구동 샤프트(121)의 하단에 장착되는 제 2 조인트(122)와, 상기 제 2 조인트(122)에 상단이 연결되는 종동 샤프트(123)로 구성되고, 상기 종동 샤프트(123)는 제 1 조인트(122)에 연결되는 중공축(124)과, 상기 중공축(124)에 끼워지는 스플라인 샤프트(125)로 구성되어, 상기 스플라인 샤프트(125)가 중공축(124)에 대해 상하로 슬라이딩 가능하며, 스플라인 샤프트(125)의 외주면에 형성된 기어가 중공축(124) 의 내주면에 형성된 기어와 맞물려 상기 스플라인 샤프트(125)가 중공축(124)과 연동되는 것을 특징으로 하는 공작기계용 헤드.
  3. 헤드박스(310)에 유니버설 조인트(320)가 상대회전 가능하게 장착되고, 상기 헤드박스(310)의 하단에 제 1 마운팅 블록(330)이 볼트(331)에 의해 장착되고, 상기 제 1 마운팅 블록(330)에 제 2 마운팅 블록(340)이 안착되어, 상기 제 2 마운팅 블록(340)의 중공부(341)가 제 1 마운팅 블록(330)의 중공부(332)의 상부에 배치되고, 제 2 마운팅 블록(340)의 중공부(341) 상단에 제 1 베어링(342)이 장착되고, 상기 제 1 베어링(342)에 아답타(343)가 장착되고, 상기 아답타(343)에 유니버설 조인트(320)의 스플라인 샤프트(325)가 끼워지며, 유니버설 조인트(320)의 스플라인 샤프트(325) 하단이 퀵조인트(362)에 의해 마스터 스핀들(350)의 스핀들 샤프트(351)에 장착된 제 1 조인트(360)에 결합되고, 상기 마스터 스핀들(350)의 부싱너트(354)가 제 1 마운팅 블록(330)의 중공부(332) 상단에 장착되고, 제 1 마운팅 블록(330)의 중공부(332) 하단에 장착된 제 3 베어링(333)에 의해 마스터 스핀들(350)의 공구홀더(352)의 외주면이 지지되는 것을 특징으로 하는 공작기계용 헤드.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 마운팅 블록(340)은 제 1 마운팅 블록(330)에 안착된 상태에서 플레지부(344)가 헤드박스(310)의 원통부(312)의 하단에 형성된 걸림턱(313)에 걸려 고정되는 것을 특징으로 하는 공작기계용 헤드.
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