KR100993700B1 - 공작기계용 공구 밀착 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공구의 교환 특성을 이용하여 스핀들의 테두리부에 형성된 에어공급통로를 통해 에어가 압축되어 강력하게 분출되도록 함으로써, 스핀들 테두리부 단면에 부착된 칩을 완전히 제거하여 절삭공구를 스핀들에 밀착시킬 수 있고, 공구의 평행도 향상 및 흔들림 발생을 방지할 수 있도록 한 공작기계용 공구 밀착 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이를 위해, 본 발명은 공구가 교환가능하게 결합되는 스핀들; 상기 공구를 지지하고, 스핀들의 전단부에 전후방향으로 이동하며 탈부착가능하게 결합되는 클램핑부; 상기 클램핑부가 스핀들의 테두리부 전단면에 밀착될 때 상기 전단면에 부착된 칩을 불어내기 위해 스핀들 내부에 연통되도록 스핀들의 테두리부에 형성된 제2에어공급통로; 및 상기 제2에어공급통로에 압축공기를 공급하는 공기공급수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 공작기계용 공구 밀착 장치를 제공한다.

스핀들, 클램핑부, 에어공급통로

Description

공작기계용 공구 밀착 장치{Close adhesion of tool for machinie tool}

본 발명은 공작기계용 공구 밀착 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가공장비 중 하나인 머시닝 센터의 에어퍼지 시스템을 개선하여 불필요한 설비투자 및 설비대수를 줄임으로써, 원가절감에 기여하고 제품의 품질을 보장하는 공작기계용 공구 밀착 장치에 관한 것이다.

공작기계분야에서 자동공구 자동교환기의 출현은 기계작동의 완전한 자동화를 이룩함으로써 대단한 생산성의 증가를 가져왔다. 기계스핀들에 고정되어 있는 절삭공구를 새것으로 교환하는 것은 종래에는 작업자에 의해서 수행되었지만, 최근에는 기계에 의해서 자동적으로 수행되기 때문에 사람의 손이 필요없이 장시간 작동할 수 있는 공작기계가 가능하게 되었다.

기계작동중에 사람의 인력이 필요한 시간은 공구가 마모되거나 파손되어 교체되어야 할 때 뿐이다.

현재 자동공구 교환공작기계는 공작기계 스핀들의 상부, 후부, 혹은 일측면 에 위치한 공구저장매거진을 포함하고 있다.

공구교환 사이클중에, 공구저장매거진은 공구이동 아암의 도달범위내의 준비위치에 공구저장매거진의 선정된 일 공구고정소켓을 배치하도록 회전한다. 공작기계제어 시스템의 명령에 따라 작동하는 공구이동 아암은 준비위치에서 공구를 스핀들로 이동시키며, 전에 스핀들에 고정되어 있던 공구를 공구저장 매거진으로 귀환시킨다.

한편, 엔진의 실린더 블록 및 헤드를 생산하는 라인에는 많은 가공설비를 필요로 하는데, 본 발명과 관련된 가공설비 중 하나인 머시닝 센터는 사람의 손이 필요없이 공구(tool)를 자동으로 교체할 수 있는 장비이다.

도 3은 종래의 머시닝 센서에서 절삭공구(tool)를 자동으로 교체하는 과정을 나타내는 도면으로서, 공구교환용 암(1)의 원위치에서 상기 암(1)이 180도 회전하여 암(1)의 양단에 형성된 그래브(grab)(3)가 양측의 절삭공구를 클램핑한 후, 툴 체인저(2)가 하강하여 스핀들에서 각 공구(12a,12b)를 탈거하게 된다.

계속해서 양쪽의 절삭공구(12a,12b)를 서로 교체하기 위해 툴 체인저(2)가 다시 180도 회전하여 공구(12a,12b)의 위치를 바꾸고, 툴 체인저(2)가 원위치로 상승하게 되며 공구(12a,12b)의 교체가 완료된다.

그러나, 스핀들에 장착된 절삭공구에 의해 가공대상물 예를들어 실린더 블록을 절삭가공할 경우 가공 중 칩이 발생하며, 상기 칩이 절삭유과 함께 스핀들의 상부에 잔류하게 된다.

따라서, 상기 공구교환용 암 및 툴의 동작에 의해 절삭공구가 스핀들에서 탈 거될 때 상기 칩이 스핀들의 전단면으로 유입되어 내부로 들어가게 되고, 스핀들의 전단면에 부착되어 절삭공구가 재장착될 때 칩 때문에 스핀들의 전단면과 절삭공구 사이가 벌어지게 된다.

보다 상세하게는, 도 4 내지 도 5f에 도시한 바와 같이 드로우 바가 전진하여도 공기조절용 솔레노이드밸브(20)가 오프되어 있으므로(도 5a 및 도 5b), 에어가 공급되지 않고 있다가 절삭공구(12a,12b)가 스핀들(10)의 전단면에서 분리가 되면서 공기조절용 솔레노이드밸브(20)가 작동하여 에어가 제1에어공급통로(16)을 통해 분사되게 된다.

그러나 상기 스핀들 내부의 공기압력이 대기압에 가까우므로, 공기압력이 스핀들 내부 및 전단면에 부착된 칩을 제거하기 위한 힘으로 미약하다.

따라서, 공구교환용 암에 의해 위치가 바뀌어 스핀들에 재장착될 때 스핀들과 공구 사이에 칩이 끼면서 칩에 의해 공구가 스핀들에 완전히 밀착되지 못하여 평행도가 불량하고 런아웃(흔들림)이 발생하는 문제가 있다.

이때, 압축 공기에 의해 스핀들 내부가 와류 형태로 지속되는 순간 칩이 어느정도 제거되나 완벽하게 제거되지 못하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 공구의 교환 특성을 이용하여 스핀들의 테두리부에 형성된 에어공급통로를 통해 에어가 압축되어 강력하게 분출되도록 함으로써, 스핀들 테두리부 단면에 부착된 칩을 완전히 제거하여 절삭공구를 스핀들에 밀착시킬 수 있고, 공구의 평행도 향상 및 흔들림 발생을 방지할 수 있도록 한 공작기계용 공구 밀착 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 공구가 교환가능하게 결합되는 스핀들;

상기 공구를 지지하고, 스핀들의 전단부에 전후방향으로 이동하며 탈부착가능하게 결합되는 클램핑부;

상기 클램핑부가 스핀들의 테두리부 전단면에 밀착될 때 상기 전단면에 부착된 칩을 불어내기 위해 스핀들 내부에 연통되도록 스핀들의 테두리부에 형성된 제2에어공급통로; 및

상기 제2에어공급통로에 압축공기를 공급하는 공기공급수단을 포함하여 구성된다.

바람직한 구현예로서, 상기 클램핑부의 후면에 축방향으로 연장형성된 로킹돌기를 포함하고, 상기 로킹돌기는 클램핑부의 후진시 스핀들의 내부에 밀폐공간을 형성하고, 상기 밀폐공간의 공기가 제2에어공급통로를 통해 스핀들 테두리부 전단면에 부착된 칩을 불어내는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직한 구현예로서, 상기 제2에어공급통로는 스핀들 내부와 연통되도록 스핀들의 테두리부 후단에 반경방향으로 형성된 수직통로와, 상기 수직통로의 상단에서 스핀들의 테두리부에 전단방향으로 연장형성된 수평통로를 포함하고, 상기 스핀들의 내부 공기는 수직통로를 통해 압축되면서 수평통로를 통해 분사되어 스핀들 테두리부 전단면에 부착된 칩을 불어내는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 공기공급수단은 스핀들 내부 중앙에 형성된 에어노즐과, 상기 에어노즐에 공기를 공급 및 차단하는 공기조절용 솔레노이드밸브과, 상기 솔레노이드밸브를 통해 압축공기를 공급하는 에어컴프레서를 포함하고, 상기 에어노즐에는 제1에어공급통로가 형성된 것을 특징으로 한다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 공작기계용 공구 밀착 장치에 의하면, 스핀들의 테두리부에 형성된 에어공급통로를 통해 에어가 압축되어 강력하게 분출되도록 함으로써, 스핀들 테두리부 단면에 부착된 칩을 완전히 제거하여 절삭공구를 스핀들에 밀착시킬 수 있고, 공구의 평행도 향상 및 흔들림 발생을 방지할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.

첨부한 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공작기계용 공구 밀착 장치를 나타내는 단면도이고, 도 2a 내지 도 2g는 도 1의 작동상태도이다.

종래의 머시닝 센터에서 주축 스핀들(이하, 스핀들(10))은 공구(12) 교환시 압축된 공기의 압력이 칩(11)을 완전히 제거하기에 미약한 구조이다.

본 발명은 공구(12) 교환시 공구(12)가 장착되는 스핀들(10) 내부로 칩(11)이 유입되지 않도록 칩의 이동경로를 차단한 점에 주안점이 있다.

절삭공구(12)는 클램핑부(13)를 통해 스핀들(10)에 착탈가능하게 결합되고, 클램핑부(13)에는 절삭공구(12)가 삽입가능한 관통홀이 형성되며, 클램핑부(13)의 후단에는 스핀들(10)에 착탈가능하게 결합시키기 위한 로킹돌기(14)가 형성되어 있다.

상기 클램핑부(13)는 스핀들(10)의 전방을 커버하도록 스핀들(10)의 전단면에 밀착되고, 클램핑부(13)가 스핀들(10)의 전방을 밀페하면서 스핀들(10)에 결합될 때 스핀들(10) 내부에는 챔버가 형성되게 된다. 상기 챔버(15)가 형성된 스핀들(10)의 중앙에는 에어가 공급되는 제1에어공급통로(16)가 형성된 에어노즐(18)이 형성되며, 에어노즐(18)의 전단에는 드로우 바가 개폐가능한 구조로 설치되어 있다.

상기 드로우 바는 에어가 제1에어공급통로(16)를 통해 공급될 때 전후방향으로 이동하여 개폐하게 된다.

여기서, 본 발명은 절삭가공시 발생되는 칩(11)의 이동경로를 차단하기 위해 스핀들(10)의 전단면으로 압축공기가 분사될 수 있도록 스핀들(10)에 형성된 제2에어공급통로(17)를 제공한다.

상기 절삭공구(12)가 스핀들(10)에 결합된 상태는 스핀들(10)의 내부가 개방된 상태가 아니라 절삭공구(12)의 클램핑부(13)에 의해 커버되어 스핀들(10) 내부가 밀폐된 상태이므로, 절삭공구(12)를 교환하기 위해 절삭공구(12)가 스핀들(10)에서부터 탈거되기 전에는 칩(11)이 스핀들(10) 내부로 유입될 수 없다.

따라서, 절삭가공시 발생되는 절삭 칩(11)은 절삭공구(12)를 교환하기 위해 절삭공구(12)의 클램핑부(13)가 스핀들(10)에서 탈거됐을 때 스핀들(10)의 테두리부 단면을 통해 절삭유와 함께 스핀들(10) 내부로 유입되고 스핀들(10)의 테두리부 단면에 부착되게 된다.

상기 스핀들(10) 테두리부 단면에 부착된 칩(11)에 의해 절삭공구(12)의 클램핑부(13)가 스핀들(10)에 밀착되지 못하고 특히, 칩(11)이 한쪽에만 달라붙어 있는 경우 절삭공구(12)가 중심선에서 비틀어져 평행도가 요구되는 기준값보다 불량해지고, 런아웃이 발생한다.

그러나, 본 발명은 절삭 칩(11)의 이동경로인 스핀들(10)의 테두리부에 제2에어공급통로(17)를 형성함으로써, 스핀들(10) 내부로 칩(11)이 유입되는 것을 차단할 수 있게 된다.

상기 제2에어공급통로(17)는 직경이 매우 작고 길이가 긴 구조로 이루어지고, 스핀들(10)의 테두리부에 축방향으로 스핀들(10)의 내부와 연통되도록 형성되 고, 제1에어공급통로(16)를 통해 에어가 스핀들(10)의 챔버(15)에 공급되고, 제2에어공급통로(17)를 통해 스핀들(10) 외부로 배출되게 된다.

상기 제2에어공급통로(17)를 통해 스핀들(10) 외부로 배출될 때 압축공기가 넓은 공간의 스핀들(10) 챔버(15)에서 좁은 공간의 제2에어공급통로(17)를 들어가면서 속도가 빨라져 외부로 배출된다.

또한 상기 제2에어공급통로(17)는 스핀들(10)의 챔버(15)에서 반경방향(수직방향)으로 형성된 수직통로와, 수직통로에서 직각방향(수평방향)으로 형성된 수평통로로 구성되고, 압축공기가 스핀들(10)의 챔버(15)에서 수직통로를 통해 유입되고, 수평통로를 통해 배출된다. 이때, 상기 수직통로는 수평통로의 후단에 원주방향을 따라 수직방향으로 드릴가공하여 형성되고, 수직통로로 공기가 새나가지 않도록 수직통로의 상단부를 막음처리 한다.

이와 같은 구조의 제2에어공급통로(17)는 원주방향으로 형성되어 제2에어공급통로(17)를 통해 분사된 압축공기는 스핀들(10) 테두리부 단면에 달라붙은 칩(11)을 완전히 제거하게 된다.

상기 제1에어공급통로(16)를 통해 공급되는 에어공급수단은 제1에어공급통로(16)에 에어를 공급 및 차단하는 공기조절용 솔레노이드밸브(20)와, 제1에어공급통로(16)에 압축공기를 공급하는 에어컴프레서(21)를 포함한다.

이와 같은 구성에 의한 본 발명의 일실시예에 따른 공작기계용 공구 밀착 장치의 작동상태를 나타낸다.

먼저, 제어부로부터 공구 교환 명령을 받는 경우에 에어공급용 솔레노이드밸 브(20)가 온 된다.

상기 공기조절용 솔레노이드밸브(20)가 온 되어 제1에어공급통로(16)에 압축공기가 공급되면 드로우 바가 열리면서 스핀들(10) 챔버(15) 속으로 이동하고, 스핀들 챔버(15)와 연통된 제2에어공급통로(17)에 공급된다. 이때, 스핀들(10) 내부는 절삭공구(12)의 클램핑부(13)에 의해 밀폐된 상태이다.

다음, 스핀들 챔버(15)를 커버하고 있던 절삭공구(12)의 클램핑부(13)가 스핀들(10) 테두리부의 전단과 분리되면서 제2에어공급통로(17)의 수직통로를 거쳐 수평통로를 통해 외부로 배출되어 스핀들(10)과 클램핑부(13) 사이로 들어갈려고 하는 칩(11)을 차단하게 된다.

그러나, 클램핑부(13)의 로킹돌기(14)가 스핀들(10) 외부로 이동하면서 스핀들(10) 내부는 대기압과 같아짐에 따라 제1에어공급통로(16)의 압축공기가 더이상 제2에어공급통로(17)에 공급되지 못한다. 이때, 칩(11)이 스핀들(10) 테두리부의 전단면에 붙어있을 수 있다.

한편, 공구교환용 암에 의해 공구(12)의 위치가 서로 바뀐 다음에 툴 체인저가 이동하여 절삭공구(12)의 클램핑부(13)가 스핀들(10)을 향해 이동한다. 이때, 클램핑부(13)의 로킹돌기(14)가 스핀들(10) 내부에 결합되면서 밀폐공간(챔버(15))을 만든다.

따라서, 제1에어공급통로(16)를 통해 공급된 압축공기가 챔버(15)속으로 유입되고, 클램핑부(13)가 스핀들(10)에 더 가까이 다가감에 따라 챔버(15)의 공기가 더욱 압축되며 제2에어공급통로(17)를 통해 압축공기가 공급된다.

계속해서, 상기 클램핑부(13)의 후단면이 스핀들(10) 테두리부의 전단면에 거의 닿을 정도록 가까워 졌을 때 제2에어공급통로(17)를 통해 배출된 압축공기에 의해 스핀들(10) 테두리부에 부착된 칩(11)이 날아가 완전히 제거되게 된다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공작기계용 공구 밀착 장치를 나타내는 단면도,

도 2a 내지 도 2g는 도 1의 작동상태도,

도 3은 종래의 공구교환 과정을 나타내는 개략도,

도 4는 종래의 공작기계용 공구 밀착 장치를 나타내는 단면도,

도 5a 내지 도 5f는 도 4의 작동상태도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 스핀들 11 : 칩

12 : 공구 13 : 클램핑부

14 : 로킹돌기 15 : 챔버

16 : 제1에어공급통로 17 : 제2에어공급통로

18 : 에어노즐 20 : 공기조절용 솔레노이드밸브

21 : 에어컴프레서

Claims (4)

1. 삭제
2. 공구가 교환가능하게 결합되는 스핀들;

   상기 공구를 지지하고, 스핀들의 전단부에 전후방향으로 이동하며 탈부착가능하게 결합되는 클램핑부;

   상기 클램핑부가 스핀들의 테두리부 전단면에 밀착될 때 상기 전단면에 부착된 칩을 불어내기 위해 스핀들 내부에 연통되도록 스핀들의 테두리부에 형성된 제2에어공급통로;

   상기 제2에어공급통로에 압축공기를 공급하는 공기공급수단;

   을 포함하며,

   상기 클램핑부의 후면에 축방향으로 연장형성된 로킹돌기를 포함하고, 상기 로킹돌기는 클램핑부의 후진시 스핀들의 내부에 밀폐공간을 형성하고, 상기 밀폐공간의 공기가 제2에어공급통로를 통해 스핀들 테두리부 전단면에 부착된 칩을 불어내는 것을 특징으로 하는 공작기계용 공구 밀착 장치.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 제2에어공급통로는 스핀들 내부와 연통되도록 스핀들의 테두리부 후단에 반경방향으로 형성된 수직통로와, 상기 수직통로의 상단에서 스핀들의 테두리부에 전단방향으로 연장형성된 수평통로를 포함하고, 상기 스핀들의 내부 공기는 수직통로를 통해 압축되면서 수평통로를 통해 분사되어 스핀들 테두리부 전단면에 부착된 칩을 불어내는 것을 특징으로 하는 공작기계용 공구 밀착 장치.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 공기공급수단은 스핀들 내부 중앙에 형성된 에어노즐과, 상기 에어노즐에 공기를 공급 및 차단하는 공기조절용 솔레노이드밸브과, 상기 솔레노이드밸브를 통해 압축공기를 공급하는 에어컴프레서를 포함하고, 상기 에어노즐에는 제1에어공급통로가 형성된 것을 특징으로 하는 공작기계용 공구 밀착 장치.

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