KR100996031B1 - Spindle attachment device of a machine tool - Google Patents
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Abstract
본 발명은 공작기계의 스핀들 헤드에 장착되어 메인스핀들의 회전 동력을 전달받는 어태치먼트 장치에 있어서, 상기 스핀들 헤드의 전면에 탈착 가능하게 장착되는 서브스핀들 하우징과; 상기 메인스핀들과 일축상에 배치되어 상기 서브스핀들 하우징내에 회전 가능하게 설치되고, 일단에 공구포트를 갖고 타단에 상기 메인스핀들의 회전동력을 전달받도록 연결수단을 갖는 서브스핀들과; 상기 서브스핀들내에 동축상으로 이동 가능하게 배치됨과 동시에 스핀들 헤드측으로 스프링력에 의해 밀어 붙여진 푸시로드와; 상기 공구포트에 삽입된 공구의 풀스터드와 푸시로드가 만나는 위치에 해당하는 서브스핀들의 둘레에 체결되어 축방향으로 위치 이동가능하게 설치된 클램핑 슬리브와; 상기 서브스핀들에 방사상으로 복수개 배치됨과 동시에 스프링력을 받아 상기 클램프 슬리브의 내측 양쪽의 경사면에 각기 접하도록 설치되어, 클램프 슬리브의 위치 이동에 따라 서로 반대 방향으로 이동 작동하여 상기 공구와 푸시로드를 동시에 서로 반대 동작으로 클램프/언클램프시키는 클램프 플런저 및 언클램프 플런저를 포함한 것을 특징으로 한다.The present invention provides an attachment device mounted to a spindle head of a machine tool to receive rotational power of main spindles, comprising: a subspindle housing detachably mounted to a front surface of the spindle head; A sub-spindle disposed on one axis with the main spindles so as to be rotatably installed in the sub-spindle housing and having a tool port at one end and a connecting means to receive rotational power of the main spindles at the other end; A push rod axially disposed in the subspindle and pushed by a spring force toward the spindle head; A clamping sleeve fastened around the subspins corresponding to a position where the pull studs and the push rods of the tool inserted into the tool port meet to move in an axial direction; A plurality of radially disposed on the sub-spindle is installed to be in contact with each of the inclined surfaces of the inner side of the clamp sleeve under the spring force, and move in the opposite direction according to the position of the clamp sleeve to move the tool and the push rod at the same time And a clamp plunger and an unclamp plunger for clamping / unclamping in opposite operations.
공작기계, 보링머신, 스핀들, 열팽창, 클램프 슬리브, 공구, 클램프, 언클램프Machine Tools, Boring Machines, Spindles, Thermal Expansion, Clamp Sleeves, Tools, Clamps, Unclamps
Description
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.The following drawings, which are attached in this specification, illustrate preferred embodiments of the present invention, and together with the detailed description of the present invention, serve to further understand the technical spirit of the present invention. It should not be construed as limited to.
도 1은 본 발명에 따른 스핀들 어태치먼드 장치의 구성도.1 is a block diagram of a spindle attachment device according to the present invention.
도 2는 툴 클램프 상태에서의 작동상태도.2 is an operating state diagram in a tool clamp state.
도 3은 툴 언클램프 상태에서의 작동상태도.3 is an operating state diagram in a tool unclamp state.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>
1 : 서브 스핀들1: sub spindle
2 : 클램핑 슬리브2: clamping sleeve
3 : 클램프 링3: clamp ring
5 : 클램프 플런저5: clamp plunger
6 : 강구6: steel ball
8 : 언클램프 플런저8: unclamp plunger
9: 하우징 9: housing
10 : 푸시로드10: push rod
16 : 커플링16: coupling
17 : 푸시볼트17: push bolt
18 : 조정칼라18: adjusting color
20 : 드라이빙 키이20: driving key
본 발명은 공작기계의 스핀들에 장착되는 어태치먼트 장치에 관한 것으로, 특히 메인스핀들의 열변형이 공작물에 전달되는 것을 차단하면서 공구의 클램프 및 언클램프 기능을 수행하도록 한 공작기계의 스핀들 어태치먼트 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an attachment device mounted to a spindle of a machine tool, and more particularly, to a spindle attachment device of a machine tool which performs a clamp and unclamp function of a tool while preventing heat deformation of the main spindles from being transmitted to the workpiece. .
종래의 공작기계 중 대형에 속하는 보링머신의 경우 주로 구조물 가공용으로만 사용되어서 고속으로 장시간 운전하는 경우가 거의 없었으나 최근에는 대형의 금형 및 몰드베이스를 가공하기 위하여 고속으로 장시간 가공하는 경우가 많아졌다.Boring machines belonging to the large size of the conventional machine tools are mainly used only for structural processing, so they have been rarely operated for a long time at high speed, but in recent years, they have been frequently processed at high speed for processing large molds and mold bases. .
보링머신은 기계 구조상 스핀들 베어링이 크기 때문에(통상적으로 베어링 직경이 180mm 이상) 고속으로 장시간 운전시 베어링 부분에서 열발생이 많고, 또한 보링스핀들의 길이가 2,000mm가 넘기 때문에 발생된 열에 의한 스핀들의 길이 방향 위치 변화가 많을 수밖에 없었다. Boring machines have large spindle bearings (usually more than 180 mm in diameter), which generates a lot of heat in the bearing area during high-speed operation at high speeds, and because the length of the boring spindles exceeds 2,000 mm. There was a lot of change of direction position.
예를 들어, 스핀들 베어링 부분에서 발생된 열에 의해서 스핀들의 온도가 20℃ 상승한다고 하면, 스핀들 선단에 장착되어 있는 공구 끝면의 위치변화량은 약 0.5mm(≒20℃×2m×선팽창계수 0.012mm/m/℃)나 된다.For example, if the spindle temperature rises by 20 ° C due to heat generated in the spindle bearing part, the position change amount of the tool end face mounted on the spindle tip is about 0.5 mm (≒ 20 ° C × 2 m × linear expansion coefficient 0.012 mm / m). / ° C.).
따라서 공작물 예로, 금형 또는 몰드베이스 제품을 가공하기 위해서는 이 값을 크게 보더라도 0.1mm 이하로 줄여야 한다.Therefore, in order to process a workpiece, for example, a mold or a mold base product, the value should be reduced to 0.1 mm or less even if the value is large.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 스핀들의 열변형이 공작물에 전달되는 것을 차단하면서 공구의 클램프 및 언클램프 기능을 수행하도록 한 공작기계의 스핀들 어태치먼트 장치를 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, to provide a spindle attachment device of the machine tool to perform the clamp and unclamp function of the tool while blocking the heat deformation of the spindle transmitted to the workpiece. There is a purpose.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단은,In order to achieve the above object,
공작기계의 스핀들 헤드에 장착되어 메인스핀들의 회전 동력을 전달받는 어태치먼트 장치에 있어서,In the attachment device mounted on the spindle head of the machine tool to receive the rotational power of the main spindle,
상기 스핀들 헤드의 전면에 탈착 가능하게 장착되는 서브스핀들 하우징과;A sub-spindle housing detachably mounted to the front of the spindle head;
상기 메인스핀들과 일축상에 배치되어 상기 서브스핀들 하우징내에 회전 가능하게 설치되고, 일단에 공구포트를 갖고 타단에 상기 메인스핀들의 회전동력을 전달받도록 연결수단을 갖는 서브스핀들과;A sub-spindle disposed on one axis with the main spindles so as to be rotatably installed in the sub-spindle housing and having a tool port at one end and a connecting means to receive rotational power of the main spindles at the other end;
상기 서브스핀들내에 동축상으로 이동 가능하게 배치됨과 동시에 스핀들 헤드측으로 스프링력에 의해 밀어 붙여진 푸시로드와;A push rod axially disposed in the subspindle and pushed by a spring force toward the spindle head;
상기 공구포트에 삽입된 공구의 풀스터드와 푸시로드가 만나는 위치에 해당 하는 서브스핀들의 둘레에 체결되어 축방향으로 위치 이동가능하게 설치된 클램핑 슬리브와;A clamping sleeve fastened around the subspins corresponding to a position where the pull stud of the tool inserted into the tool port meets the push rod and movably positioned in an axial direction;
상기 서브스핀들에 방사상으로 복수개 배치됨과 동시에 스프링력을 받아 상기 클램핑 슬리브의 내측 양쪽의 경사면에 각기 접하도록 설치되어, 클램핑 슬리브의 위치 이동에 따라 서로 반대 방향으로 이동 작동하여 상기 공구와 푸시로드를 동시에 서로 반대 동작으로 클램프/언클램프시키는 클램프 플런저 및 언클램프 플런저를 포함한 것을 특징으로 한다.A plurality of radially disposed on the sub-spindle is installed to be in contact with each of the inclined surfaces of the inner side of the clamping sleeve under the spring force, and move in the opposite direction according to the position movement of the clamping sleeve to move the tool and the push rod at the same time And a clamp plunger and an unclamp plunger for clamping / unclamping in opposite operations.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1에 보링 머신의 스핀들 헤드(50)에 장착된 어태치먼트 장치(100)의 조립상태도이고, 도 2는 툴 클램프의 상태도이고, 도 3은 툴 언클램프의 상태도를 나타내고 있다.1 is an assembled state diagram of the
도 1에서와 같이 상기 스핀들 헤드(50)의 전면에는 체결수단(101)을 통해 서브스핀들 하우징(9)이 장착되어 있고, 서브스핀들 하우징(9)의 전면에는 에어블로우 캡(19)이 장착되어 있다.As shown in FIG. 1, a
상기 스핀들 하우징(9)과 에어블로우 캡(19)에는 절삭유 등이 베어링(12)에 침입하지 못하도록 공기를 분출시켜 주는 공압통로(19a)가 연통되어 있고, 이 공압통로(19a)는 압축공기가 유입되도록 공압원(도시안됨)과 연결되어 있다.The spindle housing 9 and the
상기 서브스핀들 하우징(9)내에는 베어링(12)의 회전 지지를 받는 서브스핀 들(1)이 설치되어 있다. 서브스핀들(1)은 일단에 공구(23)가 장착되는 공구포트(1a)를 갖고 타단에 상기 스핀들헤드(50)측 메인스핀들(22)의 회전동력을 전달받는 연결수단을 구비하고 있다.The subspindle 1 is provided in the
상기 연결수단은 본 실시예에서 상기 서브스핀들(1)의 후단에 고정 설치된 커플링(16)과 상기 커플링(16)의 걸림홈(16a)에 끼움되어 상기 메인스핀들(22)에 고정 설치된 드라이빙 키이(20)로 구성되어 있다.The connecting means is fitted in the
이때 중요하게는 드라이빙 키이(20)의 끝단면과 커플링(16)의 걸림홈(16a)의 내측 단면과의 사이에는 일정한 열팽창 흡수 틈새(H)를 갖는다. 이 열팽창 흡수 틈새는 메인스핀들(22)이 길이 방향으로 열팽창할시 메인스핀들(22)의 회전력은 서브스핀들(1)에 전달하지만 길이방향의 팽창량은 서브메인스핀들(22)에 전달되지 않도록 하는 기능을 한다.At this time, it is important to have a constant thermal expansion absorption gap H between the end surface of the
상기 서브스핀들(1)내 동축상에는 공구(23)를 언클램핑시키는 푸시로드(10)가 축방향으로 이동가능하게 설치되어 있다. 푸시로드(10)는 후단에 스프링(11)이압축상태로 설치되어 있다. 따라서 푸시로드(10)는 스프링(11)력에 의해 항시 메인스핀들(22)측으로 밀어 붙여져 있다.Coaxially in the subspins 1, a
상기 푸시로드(10)의 선단에는 조정칼라(18)가 위치되고, 상기 조정칼라(18)는 푸시볼트(17)에 의해 푸시로드(10)에 고정되어 있다. 따라서 조정칼라(18)의 폭을 조절함으로써 푸시로드(10)가 밀어내게 될 량을 적절하게 셋팅시킬 수 있다.An
상기 공구포트(1a)와 푸시로드(10)가 만나는 위치에 해당하는 서브스핀들(1)의 외주면에는 클램핑 슬리브(2)가 설치되어 있다. 클램핑 슬리브(2)는 서브스핀들(1)에 나사 체결되어 축방향으로 위치 이동가능하게 설치되어 있다.A
따라서 클램핑 슬리브(2)는 회전시키는 방향에 따라 서브스핀들(1)의 외주면에서 길이방향으로 위치 조절된다.Thus, the
상기 클램핑 슬리브(2)의 위치에 따라 공구(23)와 푸시로드(10)를 동시에 서로 다른 동작의 클램프/언클램프가 이루어지도록 클램프 플런저(5)와 언클램프 플런저(8)가 복수개 구비되어 방사상으로 배치되어 있다. 본 실시예에서 플런저(5,8)는 원주상에 120도 등간격으로 각기 3개씩 배열되어 있다.A plurality of
상기 클램프 플런저(5)는 일단이 상기 클램핑 슬리브(2)의 내주면 일측 경사면에 스프링(7)력으로 접촉하고 타단이 서브스핀들(1)의 반경방향으로 설치되어 있다. 따라서 상기 클램핑 슬리브(2)를 공구포트(1a)측으로 이동시키면 상기 서브스핀들(1)의 공구포트(1a)에 삽입된 공구(23)를 후퇴 이동시켜 클램핑한다. 이때 클램프 플런저(5)는 공구(23)의 풀스터드(24)측 경사면을 눌러서 후퇴 이동시킨다.One end of the
상기 언클램프 플런저(8)는 일단이 상기 클램핑 슬리브(2)의 내주면 타측 경사면에 스프링(7)력으로 접촉하고 타단이 서브스핀들(1)의 반경방향으로 설치되어 있다.One end of the unclamp plunger 8 is in contact with the other inclined surface of the inner circumferential surface of the
따라서 상기 클램핑 슬리브(2)를 서브스핀들 하우징(9)측으로 이동시키면 언클램프 플런저(8)는 축중심방향으로 이동하고 상기 푸시로드(10)를 전진 이동시켜 공구포트에 클램핑된 공구(23)를 언클램핑한다. 이때 플런저(8)는 푸시로드(10)의 걸림턱에 형성된 경사면을 밀어서 푸시로드(10)를 전진 이동시킨다.Accordingly, when the
바람직하게는 상기 클램프 플런저(5) 및 언클램프 플런저(8)는 강구(6)를 통 해 해당 경사면에 구름 접촉하는 것이 좋다. 이는 강구(6)가 클램핑 슬리브(2)의 회전 조작시 회전 운동이 일어나면서 클램프 플런저(5)와 언클램프 플런저(8)의 원활한 접촉을 유지하기 때문이다.Preferably, the
한편, 본 발명은 상기 클램프 플런저(5)와 클램핑 슬리브(2)와의 사이에 클램프 링(3)이 추가될 수 있다. 클램프 링(3)은 자동 센터링 기능을 하기 위한 것으로, 클램프 링(3)의 외주면과 클램핑 슬리브(2)의 내주면의 사이에는 일정한 유동틈새(G)를 갖는다. 이 틈새(G)는 클램프 링(3)의 위치에 따라 원주상에 가변된다.Meanwhile, in the present invention, a
이 틈새(G)는 플런저(5,8)의 가공오차, 클램핑 링(3)의 내경 가공오차에 따른 클램프 링(3)을 반경방향으로 유동시키기 위한 것이다.This clearance G is for radially flowing the
미설명 부호 '13'은 스페이서이고, '14'는 쿨런트 칩입 방지용 라비린스 칼라이고, '15'는 베어링 고정용 록크너트이다.Reference numeral '13' is a spacer, '14' is a labyrinth collar for preventing coolant chipping, and '15' is a lock nut for fixing a bearing.
이와 같이 구성된 보링 머신의 스핀들 어태치먼트 장치(100)의 작용을 공구 클램프 및 언클램프로 나누어 설명한다.The operation of the
(1) 공구 클램프 동작시(1) during tool clamp operation
공구 클램프 동작이 일어나기 위해서는 클램프 플런저(5)가 공구(23)의 풀스터드(24)의 진입을 허용하는 위치에 놓여야 한다. 이를 위해 클램핑 슬리브(2)를 회전 후퇴 조작시켜 툴 언클램프 상태로 만든다.The
툴 언클램프 상태란 도 3에서 클램핑 슬리브(2)가 우측으로 이동하여 언클램프 플런저(8)가 반경 내측방향으로 이동하여 푸시로드(10)의 환형홈(10a)에 결합된 상태이고, 클램프 플런저(5)는 공구(23)측 풀스터드(24)의 진입을 허용하도록 반경 외측 방향으로 이동한 상태를 가리킨다.The tool unclamped state is a state in which the
이같은 툴 언클램프 상태에서 공구(23)를 툴포트(1a)에 끼워넣고 클램핑 슬리브(2)를 회전시켜 도 2에서 좌측으로 전진 이동시키면 방사상에 배치되어 있는 강구(6)를 축심방향으로 밀어준다.In such a tool unclamping state, the
이렇게 되면 강구(6)와 점접촉하고 있는 클램프 플런저(5)가 축심방향으로 밀려들어가면서 공구(23)의 풀스터드(24)를 잡아 당겨줌으로서 공구(23)를 클램핑한다. In this case, the
이때 클램프 링(3)은 단면 방향으로 틈새(G)가 존재하기 때문에 풀 스터드(24)와 클램프 플런저(5)의 조합 상태에 따라 한쪽으로 힘을 받을 경우에 자기센터링(Self-centering)으로 동작하여 풀 스터드(24)에 무리한 힘을 주지 않고 공구(23)를 잡아준다.At this time, since the
또한 클램핑시에 푸시로드(10)는 스프링(11)을 압축하면서 후방으로 밀려 위치하게 된다.In addition, during clamping, the
이 상태에서 메인스핀들(22)이 회전 구동하여 공구(23)로 공작물을 가공하게 될 경우 메인스핀들(22)에서 발생되는 베어링 마찰열로 메인스핀들(22)이 열팽창할 경우 열팽창 흡수 틈새(H)에 흡수되어, 결국 메인스핀들(22)의 길이 방향 열팽창이 서브스핀들(1)에 영향을 주지 못한다.In this state, when the
이같이 메인스핀들(22)의 열팽창을 보링 스핀들 어태치먼트 장치(100)에 흡수 차단되어 공구(23)의 가공 위치의 오차가 극히 최소회되어 정밀하게 공작물을 가공할 수 있는 것이다.
In this way, the thermal expansion of the
(2) 공구 언클램프 동작시(2) When tool unclamping
공구(23)가 클램핑된 상태에서 클래핑 슬리브(2)를 회전 후퇴 조작시키면 공구 클래프 동작과는 반대로 클램프 링(3)이 후퇴하고, 스프링(7)의 반발력으로 클램프 플런저(5)를 반경 방향의 외측으로 밀어내고, 결국 클램프 플런저(5)와 풀스터드(24)와의 접촉 상태가 해제된다.If the clamping
이와 동시에 클램핑 슬리이브(2)는 언클램프 플런저(8)를 반경 방향의 내측으로 밀어준다. 이때 언클램프 플런저(8)의 끝단 부분이 경사로 접촉하고 있는 푸시로드(10)를 전진시키고, 푸시로드(10)의 끝단부에 조립되어 있는 푸시볼트(17)가 풀 스터드(24)를 뒷 단면을 밀어 줌으로서 언클램프가 일어난다.At the same time, the clamping
이같이 본 발명은 공구 클램프/언클램프 동작이 별개로 이루어지는 것이 아니라 클램핑 슬리브(2)를 전,후진시키는 동작만으로 동시에 일어난다.As such, the present invention does not occur separately in the tool clamp / unclamp operation but simultaneously occurs only by the operation of moving the clamping
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.As described above, although the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto, and the technical idea of the present invention and the following by those skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of equivalents of the claims to be described.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 보링 머신의 스핀들 어태치먼트 장치에 따르면, 공구가 장착되는 서브스핀들이 보링 스핀들과 동축 상에 분할되어 회전력을 받을 수 있도록 함과 동시에 공구의 클램프/언클램프 기능을 수행하면서 보링 스핀들의 열팽창 변형을 받지 않도록 함으로서 공작물을 정밀하게 가공할 수 있다.As described above, according to the spindle attachment device of the boring machine according to the present invention, the sub-spindle on which the tool is mounted is divided on the coaxial with the boring spindle to receive the rotational force while simultaneously performing the clamp / unclamp function of the tool. The workpiece can be machined precisely by avoiding thermal expansion deformation of the boring spindle.
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