KR101157326B1 - 각도조절장치가 형성된 크로스공구대 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동선반 등의 공작기계에 사용될 수 있는 공구대에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다양한 공구가 X축 방향으로 장착되는 크로스공구대의 몸체와 상기 몸체의 일측에는 하우징이 형성되며, 상기 하우징에는 Z축 방향으로 공구가 장착되고, 상기 하우징은 몸체의 일측에 형성된 서보모터와 상기 서보모터의 모터샤프트에 결합된 웜샤프트 및 웜휠에 의해 B축 방향으로 선회할 수 있는 각도조절장치가 형성된 크로스공구대이다.

자동선반, 크로스공구대, 웜휠, 웜샤프트

Description

각도조절장치가 형성된 크로스공구대{Cross tool holder to adjust angle}

본 발명은 자동선반 등의 공작기계에 사용될 수 있는 공구대에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다양한 공구가 X축 방향으로 장착되는 크로스공구대의 몸체와 상기 몸체의 일측에는 하우징이 형성되며, 상기 하우징에는 Z축 방향으로 공구가 장착되고, 상기 하우징은 몸체의 일측에 형성된 서보모터와 상기 서보모터의 모터샤프트에 결합된 웜샤프트 및 웜휠에 의해 B축 방향으로 선회할 수 있는 각도조절장치가 형성된 크로스공구대이다.

일반적으로 자동선반 등의 공작기계에는 다양한 형태의 공구대가 장착되며 이 중 자동선반의 경우에는 도 1에 도시된 바와 같이 가이드부쉬(1)의 상부에 형성되어(가이드부쉬가 없는 경우 메인스핀들의 상부) 공작물의 경 방향을 보도록 공구가 장착되고 상기 공구에 회전동력이 전달됨으로써 주로 드릴링, 밀링 등의 가공을 행하는 크로스공구대(4)가 형성된다.

이런 크로스공구대(4)는 공작물(W)의 상하 경방향 즉, X축 방향과 공작물의 좌우 경방향 즉, Y축 방향으로 움직이게 되며 크로스공구대(4)에 장착되는 공구로는 회전동력이 전달되게 된다.

이런 크로스공구대(4)와는 별도로 공작물의 정면을 가공하기 위해 정면공구대(3)가 형성되고 이런 정면공구대에는 주로 고정공구가 장착된다. 이런 정면공구대(3) 역시 X축 방향 및 Y축 방향으로는 움직이도록 형성할 수 있으나 회전동력이 전달되지 못하는 단점이 있고 공작물의 축방향에 대해 항상 평행한 위치로 공구가 장착되므로 공작물의 중심축과 일정한 각도를 가지는 테이퍼진 홈이나 면을 가공하기 위해서는 공구홀더에 체결되는 공구의 각도를 조절하거나 별도의 각도조절기능이 있는 공구대를 장착하여야만 상술한 테이퍼부 가공이 가능하다.

다른 방법으로 이러한 테이퍼부 가공을 하려면 크로스공구대나 정면공구대를 공작물의 축 방향 즉, Z축 방향과 공작물의 경 방향 즉, X축 또는 Y축 방향으로의 이동에 대한 동기제어를 통해 가공을 실행할 수 있으나, 이러한 방법은 가공 프로그래밍이 어려우며 프로그래밍이 완벽히 이루어진다고 하더라도 동기제어에 의한 가공이므로 정확한 형상을 얻기가 힘들뿐만 아니라 가공정도가 떨어지고 가공면이 거칠어지며 가공시간 또한 오래 걸리는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 공작물의 경방향(X축, Y축)으로 그 움직임이 제한적이던 종래의 크로스공구대에 하나 이상의 공구가 장착되는 하우징을 형성하고 상기 하우징 내에는 수평스핀들을 형성하며 상기 하우징은 웜샤프트와 웜휠을 이용하여 몸체와 결합된 상태에서 B축 방향으로 선회될 수 있어 경사져있는 홈가공이나 테이퍼면 가공, 원호가공 또는 복잡한 형상의 슬롯가공 등 다양한 특수가공을 수행할 수 있는 각도조절장치가 형성된 크로스공구대를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 상기 수평스핀들 역시 종래의 크로스공구대와 마찬가지로 모터의 구동력이 전달될 수 있도록 하여 공작물을 척킹하고 있는 메인스핀들이 정지된 상태에서도 절삭가공을 실시할 수 있는 각도조절장치가 형성된 크로스공구대를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

본 발명에 의한 각도조절장치가 형성된 크로스공구대는 구동력을 발생시키는 구동모터와, 공구대의 각도 조절을 위한 서보모터가 각각 형성된 크로스공구대에 있어서, 상기 구동모터는 공구가 결합되어 있는 수직상태의 수직스핀들과 수평상태의 수평스핀들 모두에 동력을 전달하며, 상기 수평스핀들의 외부에는 하우징이 형성되고, 상기 하우징에는 웜휠이 결합되어 서보모터에 의해 구동되는 웜샤프트의 회전에 따라 하우징이 B축 방향으로 선회되도록 구성한다.

본 발명에 의한 각도조절장치가 형성된 크로스공구대는 공작물의 경방향(X축, Y축)으로 그 움직임이 제한적이던 종래의 크로스공구대에 하나 이상의 공구가 장착되는 하우징을 형성하고 상기 하우징 내에는 수평스핀들을 형성하며 상기 하우징은 웜샤프트와 웜휠을 이용하여 몸체와 결합된 상태에서 B축 방향으로 선회될 수 있어 경사져있는 홈가공이나 테이퍼면 가공, 원호가공 또는 복잡한 형상의 슬롯가공 등 다양한 특수가공을 수행할 수 있다.

또한, 상기 수평스핀들 역시 종래의 크로스공구대와 마찬가지로 모터의 구동력이 전달될 수 있도록 하여 공작물을 척킹하고 있는 메인스핀들이 정지된 상태에서도 절삭가공을 실시할 수 있다.

본 발명은 자동선반 등의 공작기계에 사용될 수 있는 공구대에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다양한 공구가 X축 방향으로 장착되는 크로스공구대의 몸체와 상기 몸체의 일측에는 하우징이 형성되며, 상기 하우징에는 Z축 방향으로 공구가 장착되고, 상기 하우징은 몸체의 일측에 형성된 서보모터와 상기 서보모터의 모터샤프트에 결합된 웜샤프트 및 웜휠에 의해 B축 방향으로 선회할 수 있는 각도조절 장치가 형성된 크로스공구대이다.

여기서, 상기 B축은 Y축과 Z축의 평면 즉 YZ평면상에서 공작물의 축과 평행하지 않는 모든 각을 의미한다.

이하, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 구성예시도이고, 도 3은 본 발명의 일부절개 구성도이며, 도 4는 본 발명의 투시구성도로서, 본 발명에 의한 각도조절장치가 형성된 크로스공구대는 구동력을 발생시키는 구동모터(10)와, 공구대의 각도 조절을 위한 서보모터(20)가 각각 형성된 크로스공구대에 있어서, 상기 구동모터(10)는 회전공구(14)가 결합되어 있는 수직상태의 수직스핀들(13)과 수평상태의 수평스핀들(19) 모두에 동력을 전달하며, 상기 수평스핀들(19)의 외부에는 하우징(16)이 형성되고, 상기 하우징(16)에는 웜휠(23)이 결합되어 서보모터(20)에 의해 구동되는 웜샤프트(22)의 회전에 따라 하우징(16)이 B축 방향으로 선회되는 것이 특징이다.

더욱 상세하게는 본 발명에 의한 각도조절장치가 형성된 크로스공구대는 구동력을 발생시키는 구동모터(10)와, 상기 구동모터(10)에 형성된 모터샤프트(10a)와 결합되어 있는 모터기어(11)와, 상기 모터기어(11)와 기어로서 치합되어 동력이 전달되는 하나 이상의 스퍼기어(12)와, 상기 스퍼기어(12)와 결합되는 수직스핀 들(13)과, 상기 수직스핀들(13)에 형성된 척(도면부호 없음)에 결합되는 회전공구(14)와, 상기 스퍼기어(12)와 결합되어 동력이 전달되는 수직샤프트(15)와, 상기 수직샤프트(15)에 형성된 베벨기어(15a)와 치합되는 베벨기어(17a)를 가지는 수평샤프트(17)와, 상기 수평샤프트(17)의 일측에 형성되어 샤프트기어(18)를 통해 동력이 전달되며 회전공구(24)가 장착되는 수평스핀들(19)과, 상기 수평스핀들(19)의 외부에 형성된 하우징(16)과, 상기 하우징(16)에 결합되어 있는 웜휠(23)과, 상기 웜휠(23)과 결합되어 있는 웜샤프트(22)와, 상기 웜샤프트(22)를 구동시켜주는 서보모터(20)를 포함하여 구성되며, 상기 서보모터(20)의 동작으로 웜샤프트(22)와 웜휠(23)을 구동시켜 하우징(16)을 B축 방향으로 선회시키는 것이 특징이다.

먼저, 구동모터(10)는 구동력을 발생시키는 모터이며 상기 모터에 형성된 모터샤프트(10a)에는 평기어가 결합되어 있으며, 상기 평기어는 본 명세서에서는 편의상 모터기어(11)라 칭한다. 상기 모터기어(11)와 치합되는 스퍼기어(12)가 모터기어(11)의 일측이나 양측에 결합되는데 도시된 실시예에서는 상기 모터기어(11)의 양측에 스퍼기어(12)가 각각 결합되어 있다.

상기 스퍼기어(12)들은 각각 수직스핀들(13)과 결합되며 상기 수직스핀들(13)은 척과 결합되며 상기 척에는 회전공구(14)가 결합된다.

이상의 구성이 일반적으로 사용되는 크로스공구대의 구성이며, 본 발명은 이러한 구성 이외에 별도의 수평 상태의 공구가 장착되는 수평스핀들(19)이 형성된다.

상기 스퍼기어(12) 중 어느 하나의 스퍼기어에는 회전전달용 수직샤프트(15)가 결합되고 상기 수직샤프트(15)의 일단에는 베벨기어(15a)가 형성되어 있다. 상기 수직샤프트(15)의 베벨기어(15a)와 치합되는 베벨기어(17a)가 수평샤프트(17)에 형성되고 상기 수평샤프트(17)에는 스퍼기어가 결합되며 상기 스퍼기어는 수직스핀들(13)과 결합되어 있는 스퍼기어(12)와의 구분을 위해 편의상 샤프트기어(18)라 칭한다.

상기 샤프트기어(18)는 회전하는 샤프트 또는 스핀들의 수만큼 형성되는 것이 바람직하고 상기 샤프트기어(18)에는 수평샤프트(17) 또는 수평스핀들(19)이 결합되며 상기 수평스핀들(19)에는 공작물의 정면을 보는 쪽으로 회전공구(24)가 장착된다.

도시된 실시예에서는 수직샤프트(15)에 형성된 베벨기어(15a)와 수평샤프트(17)에 베벨기어(17a)를 형성하여 서로 치합되도록 구성하였으나, 경우에 따라 수평샤프트(17)를 생략하고 수평스핀들(19)의 외부에 베벨기어를 형성하거나 결합하여 수직샤프트(15)와 수평스핀들(19)에 형성된 베벨기어가 서로 치합되도록 하여 동력을 전달하도록 구성할 수도 있다.

본 발명은 이러한 공구구동을 위한 동력전달구성과는 별개로 크로스공구대에 B축 회전을 위한 선회장치가 별도로 형성된다.

먼저, 수직샤프트(15)의 외부에는 하우징(16a)이 형성되고(도 4에서 파란색으로 해칭되어 있는 부분) 상기 하우징(16a)은 수평스핀들(19)이 장착된된 하우징(16b, 도 4에서 빨간색으로 해칭되어 있는 부분)과 볼트로 결합되어 있다. 본 명세서에서는 두 개의 하우징(16a, 16b)이 같이 회전되고 볼트로 결합되어 있으므로 하나의 하우징(16)으로 통일한다.

상기 하우징(16)의 외면 일측에는 웜휠(23)이 형성되고 상기 웜휠(23)에는 웜샤프트(22)가 결합되며 상기 웜샤프트(22)는 서보모터(20)에 형성된 서보모터샤프트(21)와 결합되어 있어 상기 서보모터샤프트(21)의 회전에 따라 웜샤프트(22)가 회전되고 상기 웜샤프트(22)의 회전에 의해 웜휠(23)이 회전되며 상기 웜휠(23)과 고정 결합되어 있는 하우징(16) 역시 회전하게 된다.

상기 하우징(16)이 회전하게 되면 이에 결합되어 있는 수평스핀들(19) 역시 회전하게 되는데 이때의 회전방향이 B축 방향이다.

이때 상기 수직샤프트(15)와 수평샤프트(17)는 서로 베벨기어에 의해 치합되어 있으므로 수평샤프트(17)는 수직샤프트(15)에 형성된 베벨기어(15a)의 기어면 즉, 치면(齒面)을 따라 선회되며 선회된 이후에도 베벨기어를 통해 구동모터(10)의 동력이 수평스핀들(19)까지 전달되게 된다.

구동모터(10)의 동력이 수평스핀들(19)에 끼워진 회전공구(24)까지 전달되는 과정을 살펴보면, 모터샤프트(10a)→모터기어(11)→스퍼기어(12)→수직샤프트(15)→베벨기어(15a)→베벨기어(17a)→수평샤프트(17)→샤프트기어(18)→수평스핀들(1 9)→회전공구(24)의 순서로 전달된다.

그리고, 서보모터(20)의 동력은 서보모터샤프트(21)→웜샤프트(22)→웜휠(23)→하우징(16)의 순서로 전달된다.

결국 본 발명은 구동모터(10)의 동력이 수평 회전공구(24)로 전달되는 상황에서도 서보모터(20)에 의해 하우징(16)을 회전시킬 수 있으므로 테이퍼진 홀 뿐만 아니라 복잡한 형상가공도 가능하다.

상술한 실시예에서는 웜샤프트(22)와 웜휠(23)을 사용하여 하우징(16)을 회전시켰으나, 경우에 따라 웜샤프트(22) 대신 롤러기어캠을 사용하고 웜휠(23) 대신 캠팔로우를 사용하여 회전량에 대한 신뢰성을 높일 수 있다.

즉, 웜샤프트(22)와 웜휠(23)의 경우 백래쉬가 발생할 수 있는데 롤러기어캠과 캠팔로우는 백래쉬가 거의 발생하지 않아 정밀한 제어가 가능하므로 공작기계의 가공정밀도를 높이기 위해 사용할 수 있다.

도 1은 자동선반 공구대의 구성예시도

도 2는 본 발명의 구성예시도

도 3은 본 발명의 일부절개 구성도

도 4는 본 발명의 투시구성도

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1. 가이드부쉬 2. 서브스핀들

3. 정면공구대 4. 크로스공구대

5. 외경공구대 6. (정면)회전공구대

7. 배면공구대 W. 공작물

10. 구동모터 10a. 모터샤프트

11. 모터기어 12. 스퍼기어

13. 수직스핀들 14. 회전공구

15. 수직샤프트 16. 하우징

17. 수평샤프트 18. 샤프트기어

19. 수평스핀들 20. 서보모터

21. 서보모터샤프트 22. 웜샤프트

23. 웜휠 24. 회전공구

Claims (3)

1. 구동력을 발생시키는 구동모터(10)와, 상기 구동모터(10)에 형성된 모터샤프트(10a)와 결합되어 있는 모터기어(11)와, 상기 모터기어(11)와 기어로서 치합되어 동력이 전달되는 하나 이상의 스퍼기어(12)와, 상기 스퍼기어(12)와 결합되는 수직스핀들(13)과, 상기 수직스핀들(13)에 형성된 척에 결합되는 회전공구(14)와, 상기 스퍼기어(12)와 결합되어 동력이 전달되는 수직샤프트(15)와, 상기 수직샤프트(15)에 형성된 베벨기어(15a)와 치합되는 베벨기어(17a)를 가지는 수평샤프트(17)와, 상기 수평샤프트(17)의 일측에 형성되어 샤프트기어(18)를 통해 동력이 전달되며 회전공구(24)가 장착되는 수평스핀들(19)과, 상기 수평스핀들(19)의 외부에 형성되며 수직샤프트를 수용하는 하우징(16)과, 상기 하우징(16)에 결합되며 수직샤프트의 외부를 둘러싸는 형태로 형성된 웜휠(23)과, 상기 웜휠(23)과 결합되어 있는 웜샤프트(22)와, 상기 웜샤프트(22)를 구동시켜주는 서보모터(20)를 포함하여 구성되며, 상기 서보모터(20)의 동작으로 웜샤프트(22)와 웜휠(23)을 구동시켜 하우징(16)을 B축 방향으로 선회시키는 것이 특징인 각도조절장치가 형성된 크로스공구대
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 웜샤프트(22)와 웜휠(23) 대신 롤러기어캠과 캠팔로우를 사용하여 회전량에 대한 신뢰성을 높인 것이 특징인 각도조절장치가 형성된 크로스공구대

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