KR100727450B1

KR100727450B1 - 베어링의 손상 방지 구조를 구비하는 공작 기계의 주축

Info

Publication number: KR100727450B1
Application number: KR1020060054490A
Authority: KR
Inventors: 이상규
Original assignee: 두산인프라코어 주식회사
Priority date: 2006-06-16
Filing date: 2006-06-16
Publication date: 2007-06-13

Abstract

본 발명은 공작 기계의 주축에서 드로오 바의 동작 개시 이전에 미리 회전축을 자동적으로 구속함으로써 주축 베어링에 축방향 하중이 가해지는 것을 차단하여 주축 베어링의 손상을 근본적으로 방지하기 위한 것으로서, 주축 헤드(11)에 고정되면서 드로오 바(40)의 후단부 쪽에 설치되는 록킹 실린더(100)와; 상기 록킹 실린더(100)의 내부에 진퇴 가능하게 설치되는 제1피스톤(200)과; 상기 제1피스톤(200)의 내부에 상기 제1피스톤(200)보다 큰 행정 거리를 가지면서 진퇴 가능하게 설치되고, 전, 후방으로는 상기 제1피스톤(200)과의 사이에 외부로부터의 작동 유체가 공급되는 제1압력실(P1) 및 제2압력실(P2)을 형성하며, 전진할 때에는 상기 드로오 바(40)를 전방으로 밀어붙이는 제2피스톤(300)과; 상기 회전축(20)의 후방 중간 부분에 설치되는 걸림 블록(400)과; 상기 걸림 블록(400)의 전방에 배치되면서 상기 제1피스톤(200)에 일체로 결합되어 상기 제1피스톤(200)이 후퇴할 때에 상기 걸림 블록(400)을 후방으로 당기는 당김 블록(500)을 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 손상 방지 구조를 구비하는 공작 기계의 주축을 제공한다.

주축, 클램핑, 회전축, 베어링, 드로오 바, 공작 기계, 머시닝 센터

Description

베어링의 손상 방지 구조를 구비하는 공작 기계의 주축{Spindle of machine tool provided with structure for preventing bearings from damage}

도 1은 본 발명에 따른 공작 기계의 주축의 전체 구조를 보여주는 단면도이다.

도 2는 도 1의 위쪽 일부분을 상세하게 보여주는 확대도이다.

도 3은 도 2의 'A'방향에서 바라 본 도면이다.

도 4는 도 2의 B-B선에 따른 단면도로서, 본 발명에 따른 스크로크 조절구의 결합 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 5는 도 2의 C-C선에 따른 단면도로서, 본 발명에 따른 제1피스톤의 회전 방지 구조를 설명하기 위한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

2 : 툴 홀더 10 : 주축

11 : 주축 헤드 12 : 주축 하우징

13 : 주축 베어링 20 : 회전축

30 : 디스크 스프링 40 : 드로오 바

50 : 콜릿

100 : 록킹 실린더 101 : 고정부

102 : 제1포트 103 : 제2포트

110 : 실린더부 120 : 커버부

150 : 시일 부재 200 : 제1피스톤

210 : 제1바디 220 : 제2바디

230 : 안내홈 231 : 세트 스크류

300 : 제2피스톤 310 : 피스톤 바디

320 : 중간축 330 : 가이드 봉

400 : 걸림 블록 500 : 당김 블록

501 : 로드 600 : 조절 너트

601 : 절개부 610 : 체결 나사

700 : 위치 검출 수단 710 : 도그

720 : 제1센서 730 : 제2센서

본 발명은 공작 기계의 주축에서 언클램핑 동작시에 발생할 수 있는 주축 베어링의 손상을 방지하는 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 회전축으로부터 툴 홀더를 언클램핑 하기 위하여 드로오 바를 미는 경우, 드로오 바의 동작 개시 이전에 미리 회전축을 자동적으로 구속함으로써 주축 베어링에 축방향 하중이 가해지는 것을 차단하여 주축 베어링의 손상을 근본적으로 방지한 베어링 손상 방지 구조를 구비하는 공작 기계의 주축에 관한 것이다.

머시닝 센터와 같은 공작 기계에 있어서의 주축에는, 모터에 의하여 회전 가능한 회전축이 구비되고, 해당 회전축의 선단에는 툴 홀더(tool holder)를 착탈시킬 수 있으며, 툴 홀더에는 여러 가지 절삭 공구를 착탈할 수 있도록 되어 있다.

이러한 주축의 구조를 첨부도면 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 구성이 개시되어 있는 도면이나, 이를 통하여 종래의 일반적인 주축의 구조를 살펴본다. 도면에서는 주축이 수직으로 세워진 형태로 도시되었으나, 수직형 주축인 경우에는 본 도면에서와 같이 수직한 상태가 실제 설치 상태가 되고, 수평형 주축인 경우에는 도면에 도시된 주축을 가로로 눕힌 상태가 실제 설치 상태가 된다. 이하에서, '선단부, 전방 또는 프론트(front)'라 함은 도면상 아래쪽, 즉 툴 홀더(2)가 장착되는 방향을 말하고, '후단부, 후방 또는 리어(rear)'라 함은 도면상 위쪽 즉, 툴 홀더(2)의 반대 방향을 말한다.

도 1에 도시된 것과 같이, 주축(10)은, 주축 전체를 지지하는 주축 헤드(11)와, 상기 주축 헤드(11)에 설치되는 주축 하우징(12)과, 상기 주축 하우징(12)의 내부에 여러 개의 주축 베어링(13)에 의하여 회전 가능하게 지지되어 모터에 의해 회전하는 회전축(20)을 포함한다. 또한 상기 회전축(20)의 내부에는 디스크 스프링(30)이 설치되고, 상기 디스크 스프링(30)의 중앙에는 드로오 바(draw bar)(40) 가 통과하고 있으며, 상기 드로오 바(40)의 선단부에는 툴 홀더(tool holder)(2)를 클램핑(clamping) 하거나 언클램핑(unclamping) 하기 위한 콜릿(collet)(50)이 설치되어 있다.

이와 같은 주축(10)에 있어서, 상기 툴 홀더(2)는, 그의 자루(shank) 부분인 테이퍼 축(2a)이 회전축(20)의 선단에 형성된 테이퍼 홀(21)에 삽입되거나 이로부터 이탈되도록 되어 있으며, 삽입된 툴 홀더(2)는 디스크 스프링(30)과 드로오 바(40), 콜릿(50) 및 유압 또는 공압에 의하여 클램핑 되거나 언클램핑 된다.

언클램핑 시에는, 유압 또는 공압(이하, '유체압'이라고 통칭한다)에 의하여 상기 드로오 바(40)가 전방으로 가압 되면, 디스크 스프링(30)이 압축되면서 드로오 바(40)가 전진(도면상 아래쪽으로 이동)함으로써 콜릿(50)이 외향 확장되고, 콜릿(50)의 확장에 의하여 그에 물려있던 툴 홀더(2)의 구속이 해제됨으로써 회전축(20)으로부터 분리 가능한 상태가 된다.

클램핑 시에는, 언클램핑 시와 방향이 반대로 작용하는 유체압과 상기 디스크 스프링(30)의 복원력에 의해 드로오 바(40)가 후퇴(도면상 위쪽으로 이동)하며, 드로오 바(40)의 후퇴에 의해 콜릿(50)이 내향 수축되면서, 툴 홀더(2)를 뒤로 당겨 툴 홀더(2)의 테이퍼 축(2a)을 회전축(20)의 테이퍼 홀(21)에 강압적으로 밀착시킴으로써 툴 홀더(2)가 회전축(20)에 구속된다.

상기한 언클램핑 동작에 있어서는, 유체압에 의한 힘은 드로오 바(40)에 전달되고, 드로오 바(40)에 전달된 힘은 디스크 스프링(30)을 압축시키며, 디스크 스프링(30)이 받는 힘은 회전축(20)을 전방으로 미는 힘으로 작용한다. 그런데, 회전 축(20)을 전방으로 미는 힘은 주축 베어링(13)들에게 그대로 전달됨으로써 주축 베어링(13)들이 강한 축방향 하중을 받아 손상될 염려가 있다. 즉, 회전축(20)이 전방으로 밀리면, 그에 압입되어 있는 주축 베어링(13)의 내륜이 함께 밀려, 주축 베어링(13)의 강구(鋼球)가 내륜과 외륜 사이에 과도한 힘으로 끼이는 현상이 발생하고, 그에 따라 주축 베어링(13)의 내륜, 외륜 또는 강구에 흠집이나 변형이 생긴다. 이러한 흠집이나 변형은 처음에는 미미할지라도 고속 회전을 반복함에 따라 손상 부위가 확대되거나 심각한 상태로 발전되기 쉬워 베어링의 수명이 심하게 단축되고 가공의 정밀도를 떨어뜨리며, 마침내는 회전축(20)의 회전이 불가능하게 되어 장비까지 사용하지 못하게 되는 치명적인 결함을 초래하게 된다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 회전축으로부터 툴 홀더를 언클램핑 하는 경우 드로오 바가 동작되기에 앞서 회전축을 미리 자동적으로 구속하여 밀리지 않도록 함으로써 주축 베어링에 축방향 하중이 가해지는 것을 차단하여 주축 베어링의 손상을 근본적으로 방지하고 수명을 연장하며, 가공의 정밀도 저하를 방지하는데 있다.

상술한 본 발명의 목적은, 주축 헤드에 설치되는 주축 하우징의 내부에 여러 개의 주축 베어링에 의하여 회전 가능하게 지지되는 회전축과, 상기 회전축의 내부 에 설치되는 디스크 스프링과, 상기 디스크 스프링의 중앙을 관통하는 드로오 바와, 상기 드로오 바의 선단부에 설치되는 콜릿을 포함하며, 상기 드로오 바의 전진 및 후퇴에 따라 툴 홀더에 대한 콜릿의 언클램핑 및 클램핑 동작이 이루어지는 공작 기계의 주축에 있어서, 상기 주축 헤드에 고정되면서 상기 드로오 바의 후단부 쪽에 설치되는 록킹 실린더와; 상기 록킹 실린더의 내부에 진퇴 가능하게 설치되는 제1피스톤과; 상기 제1피스톤의 내부에 상기 제1피스톤보다 큰 행정 거리를 가지면서 진퇴 가능하게 설치되고, 전, 후방으로는 상기 제1피스톤과의 사이에 외부로부터의 작동 유체가 공급되는 제1압력실 및 제2압력실을 형성하며, 전진할 때에는 상기 드로오 바를 전방으로 밀어붙이는 제2피스톤과; 상기 회전축의 후방 중간 부분에 설치되는 걸림 블록과; 상기 걸림 블록의 전방에 배치되면서 상기 제1피스톤에 일체로 결합되어 상기 제1피스톤이 후퇴할 때에 상기 걸림 블록을 후방으로 당기는 당김 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 손상 방지 구조를 구비하는 공작 기계의 주축을 제공함으로써 달성된다.

이와 같은 본 발명의 공작 기계의 주축은, 클램핑 시에는, 상기 제1압력실에 유체가 공급되면 상기 제1피스톤은 전진하여 상기 당김 블록을 상기 걸림 블록으로부터 이격시킴과 더불어 상기 제2피스톤은 후진하여 상기 드로오 바로부터 이격되고, 언클램핑시에는 상기 제2압력실에 유체가 공급되면 상기 제1피스톤은 후퇴하여 상기 당김 블록이 상기 걸림 블록을 후방으로 당김으로써 회전축이 밀리지 않게 잡아 줌과 더불어 상기 제2피스톤은 전진하여 상기 드로오 바(40)를 전방으로 밀어붙이게 된다.

상기한 본 발명에 있어서, 클램핑 위치에 있어서 상기 걸림 블록과 당김 블록 사이에는 소정의 간극이 유지되고, 상기 제2피스톤과 상기 드로오 바 사이에는 상기 간극보다 더 큰 간극이 유지되도록 설정되어, 언클램핑 동작이 개시될 때 상기 제2피스톤이 상기 드로오 바에 접촉하기 이전에 상기 당김 블록이 상기 걸림 블록에 접촉되도록 하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의하면, 언클램핑 시 드로오 바가 동작되기 이전에 상기 당김 블록과 걸림 블록에 의하여 회전축을 밀리지 않도록 구속할 수가 있다.

상기한 본 발명에 있어서, 상기 제2피스톤의 행정 거리를 조절함으로써 언클램핑 시에 있어서의 상기 드로오 바의 전진 량을 조절하기 위한 스트로크 조절구를 더 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 스트로크 조절구는, 상기 제2피스톤의 후단 외경부에 나사 결합되고, 그의 선단부가 상기 제1피스톤의 후단부에 접촉하는 조절 너트로 구성할 수 있다.

상기한 본 발명에 있어서, 상기 제2피스톤은, 상기 제1 피스톤과 협조하여 상기 제1,2압력실을 형성하는 중공의 피스톤 바디와, 상기 피스톤 바디의 내부에 결합되어 후단부가 상기 록킹 실린더에 축방향으로 미끄럼 안내되도록 결합되는 중간축으로 구성할 수 있다.

상기한 본 발명에 있어서, 상기 제2피스톤의 회전을 방지하고 제2피스톤의 축방향 이동을 안정적으로 안내하기 위하여, 상기 제2피스톤의 후단으로부터는 상기 록킹 실린더를 축방향으로 미끄럼 운동 가능하게 관통하는 2개 이상의 가이드 봉을 형성하는 것이 바람직하다.

상기한 본 발명에 있어서, 상기 드로오 바의 클램핑 상태와 언클램핑 상태를 검출하여 그에 알맞은 적절한 제어를 가능케 하기 위하여, 상기 제2피스톤의 전진 위치와 후퇴 위치를 감지하는 위치 검출 수단을 더 구비하는 것이 바람직하다.

상기 위치 검출 수단은, 상기 제2피스톤의 후단으로부터 연장되어 상기 록킹 실린더를 축방향으로 미끄럼 운동 가능하게 관통하는 가이드 봉과, 상기 가이드 봉에 설치되는 도그와, 클램핑 시와 언클램핑 시 상기 도그의 위치를 검출하도록 상기 도그에 인접하여 설치되는 제1,2센서로 구성할 수 있다.

상기한 본 발명에 있어서, 상기 제1피스톤의 회전을 방지하기 위하여, 상기 제1피스톤의 외주에는 축방향의 안내홈이 형성되고, 상기 록킹 실린더에는 상기 안내홈에 미끄럼 운동 가능하게 삽입되는 세트 스크류가 설치되는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 예시 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 구체적으로 설명한다.

첨부도면 도 1에는 본 발명에 따른 공작 기계의 주축의 전체 구조를 보여주는 단면도가 도시되어 있다. 도 1 및 도 2에서 주축(10)의 중심선 즉, 회전축(20) 및 드로오 바(40)의 중심선을 기준으로 좌측 부분과 우측 부분이 서로 다르게 도시되어 있는데, 이는 언클램핑 상태와 클램핑 상태를 하나의 도면에 모두 나타내기 위한 것이다. 이에 의하면, 중심선(X)을 기준으로 하여 좌측 부분은 드로오 바(40)가 전진되어 있는 '언클램핑' 상태를 나타내고, 중심선(X)을 기준으로 하여 우측 부분은 드로오 바(40)가 후퇴되어 있는 '클램핑' 상태를 나타낸다.

도 1에 도시된 것과 같이, 그리고 앞서 설명한 바와 같이, 공작 기계의 주축(10)에 있어서, 주축 헤드(11)에는 주축 하우징(12)이 설치되어 있고, 주축 하우징(12)의 내부에는 회전축(20)이 여러 개의 주축 베어링(13)에 의하여 회전 가능하게 지지되어 있으며, 상기 회전축(20)의 내부에는 디스크 스프링(30)이 설치되어 있고, 상기 디스크 스프링(30)의 중앙을 드로오 바(40)가 관통하고 있으며, 상기 드로오 바(40)의 선단부에는 콜릿(50)이 설치되어, 상기 드로오 바(40)의 전진 및 후퇴에 따라 툴 홀더(2)에 대한 상기 콜릿(50)의 언클램핑 및 클램핑 동작이 이루어지도록 되어 있다.

본 발명은 이와 같은 공작 기계의 주축(10)에 있어서, 상기 주축 헤드(11)에 고정되면서 상기 드로오 바(40)의 후단부 쪽에 설치되는 록킹 실린더(100)를 포함하고, 상기 록킹 실린더(100)의 내부에 진퇴 가능하게 설치되는 제1피스톤(200)을 포함하며, 상기 제1피스톤(200)의 내부에 상기 제1피스톤(200)보다 큰 행정 거리를 가지면서 진퇴 가능하게 설치되면서, 전, 후방으로는 상기 제1피스톤(200)과의 사이에 외부로부터의 작동 유체가 공급되는 제1압력실(P1)과 제2압력실(P2)을 형성하며, 전진할 때에는 상기 드로오 바(40)를 전방으로 밀어붙이는 제2피스톤(300)을 포함하고, 상기 회전축(20)의 후방 중간 부분에 설치되는 걸림 블록(400)을 포함하며, 상기 걸림 블록(400)의 전방측에 배치되면서 상기 제1피스톤(200)에 일체로 결합되어 상기 제1피스톤(200)이 후퇴할 때에 상기 걸림 블록(400)을 후방으로 당기는 당김 블록(500)을 포함하는 베어링 손상 방지 구조를 구비한다.

이와 같은 본 발명은, 클램핑 시에는, 상기 제1압력실(P1)에 유체가 공급되면 상기 제1피스톤(200)은 전진하여 상기 당김 블록(500)을 상기 걸림 블록(400)으로부터 이격시킴과 더불어 상기 제2피스톤(300)은 후진하여 상기 드로오 바(40)로부터 이격되고, 드로오 바(40)는 디스트 스프링(30)에 의하여 후퇴되어 콜릿(50)을 통해 툴 홀더(2)를 당겨 고정시킨다.

언클램핑 시에는, 상기 제2압력실(P2)에 유체가 공급되면 상기 제1피스톤(200)은 후퇴하여 제1피스톤(200)에 일체로 결합된 당김 블록(500)이 상기 걸림 블록(400)을 후방으로 당김으로써 회전축(20)이 밀리지 않게 미리 잡아 줌과 더불어 상기 제2피스톤(300)은 더욱 전진하여 상기 드로오 바(40)를 전방으로 밀어붙여 콜릿(50)을 확장시켜 툴 홀더(2)의 구속을 해제한다.

이와 같은 본 발명의 베어링 손상 방지 구조를 첨부도면 도 2 내지 도 5를 참조하여 더욱 구체적으로 설명한다.

먼저, 도 2에 도시된 것과 같이, 상기 록킹 실린더(100)는, 드로오 바(40)의 후단부 쪽에 설치되어 주축 헤드(11)에 다수개의 고정봉(101)에 의해 고정되어 있다. 도시된 실시예에 있어서는, 상기 록킹 실린더(100)는 상기 드로오 바(40) 쪽으로 배치되는 중공(中空)의 실린더부(110)와, 상기 실린더부(110)의 후단부를 막음하는 커버부(120)로 분할 제작되어 결합된 형태로 이루어져 있다. 이와는 달리, 상기 록킹 실린더(100)를 실린더부(110)와 커버부(120)로 나누지 않고, 하나의 몸체로 구성하거나 그렇지 않으면 3개 이상으로 나누어 결합된 형태로 구성할 수도 있다.

상기 제1피스톤(200)은, 상기 록킹 실린더(100)의 내부에 진퇴 가능하게 설치되고, 제2피스톤(300)은 상기 제1피스톤(200)의 내부에 진퇴 가능하게 설치된다. 상기 제2피스톤(200)의 전, 후방으로는 상기 제1피스톤(200)과의 사이에 외부로부터의 작동 유체가 공급되는 제1압력실(P1)과 제2압력실(P2)이 형성된다. 따라서, 상기 제1압력실(P1) 또는 제2압력실(P2)에 작동 유체가 공급되는 경우 상기 제1피스톤(200)과 제2피스톤(300)은 서로 반대 방향으로 이동된다.

여기서, 상기 제2피스톤(300)이 전진할 때에는 상기 드로오 바(40)를 전방으로 밀어 언클램핑 동작이 수행되므로, 상기 제1피스톤(200)보다는 큰 행정 거리를 가진다.

도시된 실시예에 있어서는, 상기 제1피스톤(200)은, 상기 록킹 실린더(100)와 상기 제2피스톤(300) 사이에 밀봉 유지된 채 미끄럼 운동하면서 제2압력실(P2)을 형성하는 제1바디(210)와, 상기 제1바디(210)의 전방에서 상기 제2피스톤(300)과 밀봉을 유지한 채 미끄럼 운동하면서 제1압력실(P1)을 형성하는 제2바디(220)로 이루어져 있다. 제1피스톤(200)은, 도면에 도시된 실시예와는 달리, 상기한 제1,2바디(210, 220)로 나누지 않고 하나의 몸체로 구성할 수도 있고, 그렇지 않으면 3개 이상의 바디로 나누어 결합한 형태로 구성할 수도 있다.

또한, 상기 제2피스톤(300)은, 도면에 도시된 실시예와 같이, 상기 제1피스톤(200)과 밀봉을 유지하면서 축방향으로 미끄럼 운동하는 중공의 피스톤 바디(310)와, 상기 피스톤 바디(310)의 내부에 결합되어 후단부가 상기 록킹 실린더(100)에 축방향으로 미끄럼 안내되도록 결합되는 중간축(320)으로 구성할 수 있 다. 상기 중간축(320)의 선단부는 언클램핑 시 상기 드로오 바(40)를 가압하고, 후단부는 상기 록킹 실린더(100)를 미끄럼 운동 가능하게 통과하여 제1피스톤(300)의 직선 운동을 안내한다.

여기서, 상기 제1,2압력실(P1, P2)의 밀봉은, 록킹 실린더(100), 제1피스톤(200) 및 제2피스톤(300) 사이에 O-링이나 패킹과 같은 시일(seal)부재(150)들을 설치하는 것에 의하여 구현할 수 있다. 또한, 상기 록킹 실린더(100)의 일측에는 상기 제1,2압력실(P1, P1)에 각각 작동 유체를 공급 또는 배출하기 위한 제1,2포트(102, 103)가 형성되어 있다.

상기 걸림 블록(400)은, 상기 회전축(20)의 후방 중간 부분에 설치된다.

상기 당김 블록(500)은, 상기 걸림 블록(400)의 전방측에 배치되고, 상기 제1피스톤(200)에 결합되어 있어, 상기 제1피스톤(200)이 후퇴할 때 상기 걸림 블록(400)을 후방으로 당기게 된다. 도면에 도시된 실시예에 있어서, 상기 당김 블록(500)은 로드(501)에 의해 상기 제1피스톤(200)에 일체로 고정된다.

한편, 도 2와 같이 상기 제2피스톤(300)과 상기 드로오 바(40) 사이에는 소정의 간극(D)이 유지되고, 상기 걸림 블록(400)과 당김 블록(500) 사이에는 또 다른 소정의 간극(d)이 유지된다. 주축이 클램핑 위치에 있을 때, 상기 제2피스톤(300)과 상기 드로오 바(40) 사이의 간극(D)은 상기 걸림 블록(400)과 당김 블록(500) 사이의 간극(d) 보다 더 크게 설정되는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의하면, 언클램핑 동작이 개시될 때, 상기 제2피스톤(300)이 상기 드로오 바(40)에 접촉하기 이전에 상기 당김 블록(500)이 상기 걸림 블록(400)에 미리 접촉됨으로 써, 드로오 바(40)가 동작되기(밀리기) 이전에 상기 당김 블록(500)과 걸림 블록(400)을 통해 회전축(20)을 미리 구속하여 밀리지 않도록 할 수가 있다.

또한 본 발명에 있어서는, 상기 제2피스톤(300)의 행정 거리를 조절함으로써 언클램핑 시에 있어서의 상기 드로오 바(40)의 전진량을 조절하기 위한 스트로크 조절구를 더 포함한다.

상기 스트로크 조절구는, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제2피스톤(300)의 후단 외경부에 나사 결합되는 조절 너트(600)를 구비하여, 상기 조절 너트(600)의 체결량(체결 깊이)를 조절하는 것에 의해 조절 너트(600)의 선단부가 상기 제1피스톤(200)의 후단부에 접촉하기 위하여 이동하여야 하는 거리를 조절하는 구성으로 할 수 있다. 이에 따르면, 상기 제2피스톤(300)은 상기 조절 너트(600)의 선단부가 제1피스톤(200)의 후단부에 접촉할 때까지만 이동할 수 있으므로, 조절 너트(600)의 체결량을 조절하는 것에 의해 상기 제2피스톤(200)의 행정 거리를 조절할 수 있는 것이다. 이러한 스트로크 조절구에 의하면, 주축을 조립할 때나 유지보수를 행할 때에 매우 간편하게 조절할 수 있다.

여기서, 상기 조절 너트(600)는, 일측이 반경 방향으로 절개된 절개부(601)가 형성되고, 이 절개부(601)에는 체결 나사(610)가 결합된 구성으로 이루어질 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 상기 조절 너트(600)를 이동시킨 후에 체결 나사(610)를 조이면 조절 너트(600)가 이동된 위치에 고정되어 풀림이 방지된다. 이와는 달리, 상기 조절 너트(600)와 같은 너트를 하너 더 구비하여 요컨대 공지의 '로크 너트'와 같이 체결하여 이동된 위치에 고정할 수도 있는 등, 여러 가지 방법 이 가능하다.

한편, 본 발명에 있어서는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제2피스톤(300)의 후단으로부터 상기 록킹 실린더(100)를 축방향으로 미끄럼 운동 가능하게 관통하는 2개 이상의 가이드 봉(330)이 연장되어 있다. 상기 2개 이상의 가이드 봉(330)에 의하여 상기 제2피스톤(300)의 회전이 방지됨으로써, 제2피스톤(300)이 더욱 안정적으로 작동된다.

또한, 본 발명에 있어서는, 상기 드로오 바(40)의 클램핑 상태와 언클램핑 상태를 검출하여 그에 알맞은 적절한 제어를 가능케 하기 위하여, 상기 제2피스톤(300)의 전진 위치와 후퇴 위치를 검출하는 위치 검출 수단(700)을 더 구비한다.

상기 위치 검출 수단(700)은, 도 2에 도시된 실시예와 같이, 상기 가이드 봉(330)에 설치되는 도그(dog)(710)와, 클램핑 시와 언클램핑 시 상기 도그(710)의 위치를 검출하도록 상기 도그(710)에 인접하여 설치되는 제1,2센서(720, 730)를 포함하여 이루어진다. 이러한 위치 검출 수단(700)에 의하면 주축이 클램핑 상태에 있는지(클램핑 상태로 올바르게 동작되었는지) 언클램핑 상태에 있는지(언클램핑 상태로 올바르게 동작되었는지)를 정확하게 파악할 수 있고, 그에 맞추어 제1,2압력실(P1, P2)에 작동유체를 공급하거나 툴 홀더(20)를 교체하거나 하는 등의 제어를 정확하게 행할 수가 있다.

또한, 본 발명에 있어서는 도 2 및 도 5에 도시된 것과 같이, 상기 제1피스톤(200)의 회전을 방지하기 위하여, 상기 제1피스톤(200)의 외주에는 축방향의 안내홈(230)이 형성되고, 상기 록킹 실린더(100)에는 상기 안내홈(230)에 미끄럼 이 동 가능하게 삽입되는 세트 스크류(231)가 설치되어 있다.

상기와 같이 이루어진 본 발명의 공작 기계의 주축에 있어서의 클램핑 동작 과정과 언클램핑 동작 과정에 대하여 구체적으로 살펴본다.

먼저, 언클램핑 동작 과정에 있어서는, 도 2의 중심선(X)을 기준으로 오른쪽 부분에 도시된 것과 같은 클램핑 상태에서, 제2포트(103)를 통해 제2압력실(P2)에 작동유체가 공급되면, 이 작동유체의 압력은 제1피스톤(200)과 제2피스톤(300)에 동시에 동일하게 작용하므로, 제1피스톤(200)은 후퇴하고 제2피스톤(300)은 전진한다. 그러면, 상기 제1피스톤(200)에 연결된 당김 블록(500)이 후방으로 이동하면서 당김 블록(500)과 걸림 블록(400) 사이의 간극(d)을 좁히게 되고, 제2피스톤(300)은 전진하여 드로오 바(40)와의 간극(D)을 좁히게 된다. 여기서, 상기 당김 블록(500)과 걸림 블록(400) 사이의 간극(d)은 상기 제2피스톤(300)과 드로오 바(40) 사이의 간극(D)보다 작기 때문에, 제2피스톤(300)이 드로오 바(40)에 접촉하기 이전에 당김 블록(500)이 걸림 블록(400)에 먼저 접촉하여 걸림 블록(400)에 후방으로 당기는 힘을 가함으로써 회전축(20)이 밀리지 않게 미리 잡아주게 된다.

상기와 같이, 당김 블록(500)이 걸림 블록(400)에 접촉한 때부터는 제1피스톤(200)의 이동(후진)은 멈춰지고, 제2피스톤(300)만 계속적으로 이동(전진)한다. 이 과정에서는, 도 2의 중심선(X)을 기준으로 좌측 부분에 도시된 것과 같이, 제2피스톤(300)은 드로오 바(40)를 전방으로 밀게 되고, 드로오 바(40)는 디스크 스프링(30)을 압축시키면서 더욱 전진하여 결국에는 툴 홀더(2)에 대한 언클램핑 동작이 완료된다. 또한, 디스크 스프링(30)이 압축됨에 따른 반발력은 회전축(20)에 미 치게 되는데, 회전축(20)은 이미 걸림 블록(400)과 당김 블록(500)에 의하여 구속되어 있으므로 전방으로 밀리지 않게 되고, 그에 따라 주축 베어링(13)이 밀리거나, 밀려서 손상되는 일이 발생치 않게 된다.

다음, 상기한 언클램핑 상태에서, 툴 홀더(2)의 교체를 통해 공구 교환을 마치고, 교체된 툴 홀더(2)를 다시 클램핑하기 위하여, 작동유체 회로를 상기 제2압력실(P2)로부터 작동유체가 빠져나가도록 전환한 후, 제1포트(102)를 통하여 제1압력실(P1)에 작동유체를 공급한다. 그러면, 제1압력실(P1)에 공급된 작동 유체의 압력에 의해, 제1피스톤(200)은 전진하여 당김 블록(500)을 걸림 블록(400)으로부터 이격시키고, 제2피스톤(300)은 후퇴하여 드로오 바(40)로부터 이격됨으로써, 도 2의 중심선(X)을 기준으로 우측 부분에 도시된 바와 같은 클램핑 상태로 되돌아온다.

이와 동시에, 상기 드로오 바(40)는 디스크 스프링(30)의 복원력에 의해 후퇴하고, 그에 따라 도1에 도시된 것과 같이, 콜릿(50)을 뒤로 당겨 툴 홀더(2)의 테이퍼 축(2a)을 회전축(20)의 테이퍼 홀(21)에 밀착시키며, 이와 같은 상태를 디스크 스프링(30)의 복원력에 의해 계속적으로 유지함으로써 클램핑이 완료된다.

한편, 상기와 같은 언클램핑 동작이나 클램핑 동작 시에는, 제2피스톤(300)의 진퇴 운동이 다수개의 가이드 봉(330)에 의해 안내되므로, 제2피스톤(300)의 회전이 방지되면서 진퇴 동작이 원활하게 수행된다.

또한, 언클램핑 동작이나 클램핑 동작 시에는, 상기 가이드 봉(330)에 설치된 도그(710)가 가이드 봉(330)의 진퇴 운동 즉, 제2피스톤(300)의 진퇴 운동과 함 께, 언클램핑 위치와 클램핑 위치로 이동되고, 이와 같은 도그(710)의 이동을 제1,2센서(720, 730)가 검출함으로써, 언클램핑과 클램핑 상태를 정확하고 용이하게 파악할 수 있으며, 그에 따라 주축의 전반적인 제어를 정확하게 행할 수가 있다.

또한, 상기 제1피스톤(200)은 그의 안내홈(230)과 세트 스크류(231)에 의하여 회전이 방지되므로 안정적인 작동이 가능하게 된다.

또한, 최초에 주축을 조립할 때에나, 또는 유지 보수시, 제2피스톤(300)의 행정 거리를 조절하여, 언클램핑 시 드로오 바(40)의 전진량을 조절하고자 하면, 조절 너트(600)의 체결 나사(610)를 풀어 조절 너트(600)를 제2피스톤(300)에 대해 헐겁게 유지한 후, 조절 너트(600)를 시계 방향이나 시계 반대 방향으로 회전시켜 조절 너트(600)의 선단부와 제1피스톤(200)의 후단부 사이의 거리를 조절함으로써 언클램핑시 제2피스톤(300)의 전진량이 조절되고, 그에 따라 드로오 바(40)의 전진량을 조절할 수 있게 되므로, 제조와 사용이 편리해진다.

이상에서는, 첨부도면에 도시된 본 발명의 구체적인 실시예가 상세하게 설명되었으나, 이는 하나의 예시에 불과한 것이며, 본 발명의 보호 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이상과 같은 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 및 균등한 다른 실시가 가능한 것이며, 이러한 변형 및 균등한 다른 실시예는 본 발명의 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

이상 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 베어링의 손상 방지 구조를 구비하는 공작 기계의 주축에 의하면, 회전축으로부터 툴 홀더를 언클램핑 하기 위하여 드로오 바를 미는 경우, 드로오 바의 동작 개시 이전에 회전축이 먼저 자동적으로 구속된 후 드로오 바가 동작된다.

이에 의하면, 주축 베어링에 축방향 하중이 가해지는 것이 차단되어 주축 베어링의 손상이 근본적으로 방지되고, 수명이 연장되며, 그에 따라 가공의 정밀도 저하를 방지할 수가 있다.

Claims

주축 헤드(11)에 설치되는 주축 하우징(12)의 내부에 여러 개의 주축 베어링(13)에 의하여 회전 가능하게 지지되는 회전축(20)과, 상기 회전축(20)의 내부에 설치되는 디스크 스프링(30)과, 상기 디스크 스프링(30)의 중앙을 관통하는 드로오 바(40)와, 상기 드로오 바(40)의 선단부에 설치되는 콜릿(50)을 포함하며, 상기 드로오 바(40)의 전진 및 후퇴에 따라 툴 홀더(2)에 대한 콜릿(50)의 언클램핑 및 클램핑 동작이 이루어지는 공작 기계의 주축에 있어서,

상기 주축 헤드(11)에 고정되면서 상기 드로오 바(40)의 후단부 쪽에 설치되는 록킹 실린더(100)와; 상기 록킹 실린더(100)의 내부에 진퇴 가능하게 설치되는 제1피스톤(200)과; 상기 제1피스톤(200)의 내부에 상기 제1피스톤(200)보다 큰 행정 거리를 가지면서 진퇴 가능하게 설치되고, 전, 후방으로는 상기 제1피스톤(200)과의 사이에 외부로부터의 작동 유체가 공급되는 제1압력실(P1) 및 제2압력실(P2)을 형성하며, 전진할 때에는 상기 드로오 바(40)를 전방으로 밀어붙이는 제2피스톤(300)과; 상기 회전축(20)의 후방 중간 부분에 설치되는 걸림 블록(400)과; 상기 걸림 블록(400)의 전방에 배치되면서 상기 제1피스톤(200)에 일체로 결합되어 상기 제1피스톤(200)이 후퇴할 때에 상기 걸림 블록(400)을 후방으로 당기는 당김 블록(500)을 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 손상 방지 구조를 구비하는 공작 기계의 주축.
청구항 1에 있어서,

클램핑 위치에 있어서 상기 걸림 블록(400)과 당김 블록(500) 사이에는 소정의 간극(d)이 유지되고, 상기 제2피스톤(300)과 상기 드로오 바(40) 사이에는 상기 간극(d)보다 더 큰 간극(D)이 유지되도록 설정되어, 언클램핑 동작이 개시될 때 상기 제2피스톤(300)이 상기 드로오 바(40)에 접촉되기 이전에 상기 당김 블록(500)이 상기 걸림 블록(400)에 먼저 접촉되어 잡아주게 되는 것을 특징으로 하는 베어링 손상 방지 구조를 구비하는 공작 기계의 주축.
청구항 1에 있어서,

상기 제2피스톤(300)의 행정 거리를 조절함으로써 언클램핑 시에 있어서의 상기 드로오 바(40)의 전진량을 조절하기 위한 스트로크 조절구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 손상 방지 구조를 구비하는 공작 기계의 주축.
청구항 3에 있어서,

상기 스트로크 조절구는, 상기 제2피스톤(300)의 후단 외경부에 나사 결합되고, 그의 선단부가 상기 제1피스톤(200)의 후단부에 접촉하는 조절 너트(600)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 베어링 손상 방지 구조를 구비하는 공작 기계의 주 축.
청구항 1에 있어서,

상기 제2피스톤(300)은, 상기 제1 피스톤(200)과 협조하여 상기 제1,2압력실(P1, P2)을 형성하는 중공의 피스톤 바디(310)와, 상기 피스톤 바디(310)의 내부에 결합되어 후단부가 상기 록킹 실린더(100)에 축방향으로 미끄럼 안내되도록 결합되는 중간축(320)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 베어링 손상 방지 구조를 구비하는 공작 기계의 주축.
청구항 1에 있어서,

상기 제2피스톤(300)의 회전을 방지하고 제2피스톤(300)의 축방향 이동을 안정적으로 안내하기 위하여, 상기 제2피스톤(300)의 후단으로부터는 상기 록킹 실린더(100)를 축방향으로 미끄럼 운동 가능하게 관통하는 2개 이상의 가이드 봉(330)이 형성되는 것을 특징으로 하는 베어링 손상 방지 구조를 구비하는 공작 기계의 주축.
청구항 1에 있어서,

상기 드로오 바(40)의 클램핑 상태와 언클램핑 상태를 검출하여 그에 알맞은 적절한 제어를 가능케 하기 위하여, 상기 제2피스톤(300)의 전진 위치와 후퇴 위치를 검출하는 위치 검출 수단(700)이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 베어링 손상 방지 구조를 구비하는 공작 기계의 주축.
청구항 7에 있어서,

상기 위치 검출 수단(700)은, 상기 제2피스톤(300)의 후단으로부터 연장되어 상기 록킹 실린더(100)를 축방향으로 미끄럼 운동 가능하게 관통하는 가이드 봉(330)과, 상기 가이드 봉(330)에 설치되는 도그(710)와, 클램핑 시와 언클램핑 시 상기 도그(710)의 위치를 검출하도록 상기 도그(710)에 인접하여 설치되는 제1,2센서(720, 730)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 베어링 손상 방지 구조를 구비하는 공작 기계의 주축.
청구항 1에 있어서,

상기 제1피스톤(200)의 회전을 방지하기 위하여, 상기 제1피스톤(200)의 외주에는 축방향의 안내홈(210)이 형성되고, 상기 록킹 실린더(100)에는 상기 안내홈(210)에 미끄럼 이동 가능하게 삽입되는 세트 스크류(230)가 설치되는 것을 특징으로 하는 베어링 손상 방지 구조를 구비하는 공작 기계의 주축.