KR101345983B1 - 수직 선반 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 심압대를 컬럼에 대하여 회전시킬 수 있어 주축대의 클램핑 척으로의 피가공물의 클램핑 및 클램핑 척으로부터의 피가공물의 분리를 용이하게 하고 피가공물의 가공 및 이동 공간을 충분하게 확보할 수 있는 수직 선반을 개시한다. 본 발명에 따른 수직 선반은 클램핑 척이 장착된 주축대, 브라켓을 통하여 컬럼에 수직 이동 가능한 상태로 주축대 상에 위치하여 클램핑 척에 장착된 피가공물을 지지하는 심압대를 포함한다. 여기서, 심압대는 브라켓트에 고정된 가이드 부재에 이동 가능하게 결합된 지지부, 지지부에 선회 가능하게 결합된 본체 및 본체의 한 단부에 형성되어 피가공물을 지지하는 센터부를 포함한다. 또한, 지지부는 브라켓트에 고정된 가이드 부재에 이동 가능하게 결합된 체결 부재, 체결 부재와 일체화된 지지 부재 및 지지 부재에 장착된 피니언 샤프트를 포함하며, 본체는 피니언 샤프트가 관통하는 관통홀이 형성된 제 1 종단부, 센터부가 형성된 제 2 종단부 및 피니어 샤프트와 치합하는 랙 실린더를 포함한다. 이러한 구조에서는, 랙 실린더의 작동에 따라 본체가 피니언 샤프트를 중심으로 회전할 수 있다.

Description

수직 선반 {Vertical lathe}
본 발명은 선반에 관한 것으로서, 특히 피가공물의 규격에 따라 심압대의 위치를 조절할 수 있는 수직 선반에 관한 것이다.
대표적인 공작 기계인 선반은 주축대, 심압대, 왕복대, 공구대 및 이송 장치로 구성되며, 주축대와 심압대 사이에 피가공물을 고정시키고 회전 운동을 주축대로부터 받도록 설계된다. 이러한 선반은 주축대와 심압대의 배치 구조에 따라 수직형 선반 및 수평형 선반으로 구분될 수 있다.
수평형 선반은 주축대와 심압대가 베드 상에서 수평으로 배치되어 있는 구조를 갖고 있으며, 수직형 선반에서는 주축대와 심압대가 수직 상태로 배치되어 있다.
수직형 선반에서, 주축대는 스핀들 서보 모터(spindle servo motor)의 회전을 벨트 및 변환 기어를 통해 스핀들(spindle) 선단에 장착된 클램핑 척(clamping chuck)을 회전시킨다. 이 척에는 피가공물의 일 단부가 고정된다.
심압대는 주축대와 수직선 상에 배치되며 주축대의 척에 클램핑된 피가공물의 또 다른 단부를 지지하는 기능을 수행한다. 이러한 심압대는 그 센터가 주축대의 센터(즉, 클램핑 척의 센터)와 일직선 상에 있다.
한편, 공구대는 가공 툴(tool)이 장착되어 있으며, 이 가공 툴은 회전하는 척에 클램핑된 피가공물에 대한 가공(선삭, 연삭 등)을 진행한다.
수직형 선반을 구성하는 위와 같은 유니트 중에서, 심압대는 크게 피가공물을 지지하는 회전 센터, 피가공물의 착탈을 위한 센터 이송 장치 및 피가공물의 길이에 따라 심압대를 가공 위치로 이송하는 이송 장치를 포함한다.
도 1a 및 도 1b는 수직형 선반 중에서 심압대를 도시한 부분 평면도 및 부분 측면도로서, 도 1a 및 도 1b는 심압대가 장착된 컬럼의 일부만을 도시하였다.
수직형 선반을 구성하는 컬럼(1)에는 브라켓트(2)가 고정되며, 이 브라켓트(2)에는 컬럼(1)의 수직 방향으로 연장된 가이드 부재(3)가 고정된다.
한편, 심압대(10)는 본체(11), 본체(11) 상에 설치된 이송 유니트(14), 본체(11)의 한 단부에 형성되어 피가공물과 접촉하는 센터부(12) 및 본체(11)의 또 다른 단부에 구성된 체결 부재(13)로 구성된다.
심압대(10)의 체결 부재(13)는 가이드 부재(3)에 결합되며, 따라서 이송 유니트(14)에서 전달된 구동력에 의하여 심압대(10)는 가이드 부재(3)를 따라 수직 이동할 수 있다.
가공될 피가공물이 주축대의 클램핑 척(도 1에는 도시되지 않음)에 클램핑된 후, 심압대(10)가 하향 이동하며, 따라서 심압대(10)의 센터부(12)에 장착된 센터 핀(12-1)은 피가공물과 접촉하여 피가공물을 지지하게 된다.
한편, 도 1b에서는 이해를 돕기 위하여 하향 이동된 심압대(10)의 본체(11)와 센터부(12)의 일부를 함께 도시하였다.
위와 같은 구조를 갖는 심압대(10)는 하기와 같은 문제점을 갖는다.
피가공물을 수직 상태로 고정시킨 상태에서 가공을 진행하는 수직 선반은 그 특성상 길이가 짧은 단축 피가공물(예를 들어, 플랜지 또는 허브 등)을 가공하는 용도로 주로 사용된다. 장축이 아닌 단축의 피가공물은 심압대의 센터 핀(12-1)으로 지지할 필요 없이 주축대의 클램핑 척만으로도 가공시 발생하는 충격을 견딜 수 있도록 충분하게 클램핑되며, 따라서 심압대의 사용 빈도가 많지 않다.
또한, 피가공물을 주축대의 척에 클램핑하는 과정 그리고 클램핑 척으로부터 가공된 피가공물을 제거하는 과정에서 주축대의 상부에 위치하는 심압대는 피가공물의 장착 및 분리에 장애물로 작용한다.
이와 함께, 가공을 위한 피공작물의 축방향 이송시 심압대가 차지하는 공간만큼 피가공물의 이송 공간이 좁아진다.
본 발명은 수직 선반의 심압대로 인하여 발생하는 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 심압대를 컬럼에 대하여 회전시킬 수 있어 주축대의 클램핑 척으로의 피가공물의 클램핑 및 클램핑 척으로부터의 피가공물의 분리를 용이하게 하고 피가공물의 가공 및 이동 공간을 충분하게 확보할 수 있는 수직 선반을 제공하는데 그 목적이 있다.
위와 같은 목적을 이루기 위한 본 발명에 따른 수직 선반은 클램핑 척이 장착된 주축대, 브라켓을 통하여 컬럼에 수직 이동 가능한 상태로 주축대 상에 위치하여 클램핑 척에 장착된 피가공물을 지지하는 심압대를 포함한다.
여기서, 심압대는 브라켓트에 고정된 가이드 부재에 이동 가능하게 결합된 지지부, 지지부에 선회 가능하게 결합된 본체 및 본체의 한 단부에 형성되어 피가공물을 지지하는 센터부를 포함한다.
또한, 지지부는 브라켓트에 고정된 가이드 부재에 이동 가능하게 결합된 체결 부재, 체결 부재와 일체화된 지지 부재 및 지지 부재에 장착된 피니언 샤프트을 포함하며, 본체는 피니언 샤프트가 관통하는 관통홀이 형성된 제 1 종단부, 센터부가 형성된 제 2 종단부 및 피니어 샤프트와 치합하는 랙 실린더를 포함한다.
이러한 구조에서는, 랙 실린더의 작동에 따라 본체가 피니언 샤프트를 중심으로 회전할 수 있다.
한편, 지지 부재는 체결 부재에 연결된 상부 부재 및 하부 부재로 이루어지며, 피니언 샤프트는 상단부 및 하단부가 상부 부재 및 하부 부재에 고정된다. 특히, 랙 실린더는 지지 부재의 상부 부재 및 하부 부재 사이의 공간에 위치한다.
이와 함께, 랙 실린더는 본체에 고정된 하우징 및 하우징에서 연장된 로드부를 포함하되, 하우징에는 제 1 및 제 2 오일 포트가 형성되어 제 1 오일 포트로 공급된 오일에 의하여 로드부가 제 1 방향으로 이동하고, 제 2 오일 포트로 공급된 오일에 의하여 로드부가 제 2 방향으로 이동하며, 로드부의 헤드는 하우징 내에 위치하며, 하우징의 외부로 연장된 로드는 그 표면에 치차가 형성되어 지지부의 피니언 샤프트와 치합한다.
위와 같은 구조를 갖는 본 발명에 따른 수직 선반은 심압대를 주축대 상에서 회전시킬 수 있어 주축대의 클램핑 척으로의 피가공물의 클램핑 및 클램핑 척으로부터의 피가공물의 분리를 용이하게 하고 피가공물의 가공 및 이동 공간을 충분하게 확보할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 수직형 선반 중에서 심압대를 도시한 부분 평면도 및 부분 측면도.
도 2는 본 발명에 따른 수직형 선반의 부분 측면도로서, 수직형 선반을 구성하는 심압대만을 도시함.
도 3은 본 발명에 따른 수직형 선반의 부분 평면도로서, 회전 전의 심압대와 소정 각도 회전 후의 심압대만을 도시함.
도 4는 도 2의 선 A-A을 따라 절취한 상태의 단면도.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 일 실시예에 따른 선반을 첨부한 도면을 통하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 수직형 선반의 부분 측면도로서, 수직형 선반을 구성하는 (도 1의 컬럼(1)에 장착된) 심압대만을 도시한다. 또한, 도 3은 본 발명에 따른 수직형 선반의 부분 평면도이다.
수직형 선반을 구성하는 컬럼(도 1의 1)에는 브라켓트(20)가 고정되며, 이 브라켓트(20)에는 컬럼의 수직 방향으로 연장된 가이드 부재(30)가 고정된다.
심압대(100)는 브라켓트(20)에 고정된 가이드 부재(30)에 이동 가능하게 결합된 지지부(130), 지지부(130)에 선회 가능하게 결합된 본체(110) 및 본체(110)의 한 단부에 형성되어 피가공물을 지지하는 센터부(120)를 포함한다.
이하에서는, 심압대(100)를 구성하는 각 부분의 구성 및 기능을 설명한다.
지지부 (130)
지지부(130)는 브라켓트(20)에 고정된 가이드 부재(30)에 이동 가능하게 결합된 체결 부재(131), 체결 부재(131)와 일체화된 지지 부재(132) 및 지지 부재(132)에 장착된 피니언 샤프트(133)를 포함한다.
체결 부재(131)는 이송 유니트(40)에서 전달된 구동력에 의하여 가이드 부재(30)를 따라서 수직 이동하며, 따라서 지지 부재(132) 및 지지 부재(132)에 고정된 피니언 샤프트(133) 역시 수직 이동한다.
지지 부재(132)는 도 2에 도시된 바와 같이 체결 부재(131)에 연결된 상부 부재(132-1) 및 하부 부재(132-2)로 이루어진다.
피니언 샤프트(133)는 원주면에 치차가 형성되어 있는 원통 부재로서, 상단부 및 하단부가 상부 부재(132-1) 및 하부 부재(132-2)를 각각 관통한 상태로 상부 부재(132-1) 및 하부 부재(132-2)에 고정되어 있다. 따라서, 피니언 샤프트(133)는 상부 부재(132-1)와 하부 부재(132-2) 사이의 공간에 노출된다.
본체(110)
도 4는 도 2의 선 A-A을 따라 절취한 상태의 단면도로서, 본체(110)의 세부 구성을 도시하고 있다.
본체(110)는 지지 부재(132)의 외측에 위치하되, 제 1 종단부(141)는 지지 부재(132)를 구성하는 상부 부재(132-1)와 하부 부재(132-2) 사이의 공간에 위치한 상태에서 상부 부재(132-1)와 하부 부재(132-2)에 회전 가능하게 지지된다. 여기서, 본체(110)의 제 1 종단부(141)에는 관통홀(143)이 형성되어 있으며, 지지부(130)의 피니언 샤프트(133)는 이 관통홀(143)을 관통한다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 본체(110) 상에는 랙 실린더(200)가 장착되어 있다. 랙 실린더(200)는 본체(110)에 고정된 하우징(210) 및 하우징(210)에서 연장된 로드부(220)를 포함한다.
로드부(220)의 헤드(221)는 하우징(210) 내에 위치하며, 하우징(210)의 외부로 연장된 로드(222)는 지지부(130)의 피니언 샤프트(133)와 대응한다. 여기서, 로드(222)의 (피니언 샤프트(133)와 대응하는) 일면에는 치차(223)가 형성되어 있어 피니언 샤프트(133)와 치합된다.
하우징(210)에는 제 1 및 제 2 오일 포트(211, 212)가 형성된다. 제 1 오일 포트(211)는 하우징(210) 내의 공간 중 헤드(221)의 후방 공간(로드(222) 기준으로서, 도 4에서의 헤드(221)의 오른쪽)으로의 오일 공급 포트 및 오일 배출 포트로 이용된다. 또한, 제 2 오일 포트(212)는 하우징(210) 내의 공간 중 헤드(221)의 전방 공간(로드(222) 기준으로서, 도 4에서의 헤드(221)의 왼쪽)으로의 오일 공급 포트 및 오일 배출 포트로 이용된다.
한편, 제 1 및 제 2 오일 포트(211, 212)를 통한 하우징(210) 내로의 오일 공급 및 하우징(210)으로부터의 오일 배출은 컨트롤러에 의하여 제어된다. 오일 배출 및 공급을 구성(오일 탱크 및 가압 펌프 등)은 일반적인 것이며, 따라서 이에 대한 설명은 생략한다.
센터부 (120)
센터부(120)는 본체(110)의 제 2 종단부(112)에 설치되며, 하단에 센터 핀(121)이 위치하여 피가공물과 접촉한다. 한편, 도 2에서는 심압대(100)의 하향 이동에 의하여 하강된 상태의 센터 핀을 함께 도시하였다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 선반을 구성하는 심압대의 작동 및 기능을 각 도면을 통하여 설명한다. 참고로, 도 3에서는 동작의 이해를 돕기 위하여 회전 전의 본체(100)와 소정 각도 회전 후의 본체(110)를 함께 도시하였다.
단축 피가공물의 가공시, 즉 주축대의 클램핑 척이 단축의 피가공물을 클램핑할 때, 심압대는 주축대 상에 위치할 필요가 없으며, 따라서 피가공물의 장착 공간 확보를 위해서 주축대 상에 위치한 심압대(100)의 센터부(120)의 센터 핀(121)(도 3의 "나" 위치)을 주축대 상에서 이동시키는 것이 바람직하다.,
이를 위해서 컨트롤러의 제어에 따라 본체(110)에 장착된 랙 실린더(200)의 하우징(210) 내에 제 1 오일 포트(211)를 통하여 오일을 공급하면, 랙 실린더(200)의 로드(222)에는 전진하고자 하는 힘이 작용한다. 그러나, 로드(222)에 형성된 치차(223)는 고정된 상태의 피니언 샤프트(133)에 치합되어 있기 때문에 실질적으로 랙 실린더(200)의 하우징(210)이 장착된 본체(110)가 피니언 샤프트(133)를 중심으로 (도 4에서의 기준으로) 반시계 방향으로 회전한다.
따라서, 심압대(100)의 센터부(120)의 센터 핀(121)은 도 3의 "가" 위치에서 "나" 위치로 이동, 즉 심압대(100)의 센터부(120)의 센터 핀(121)은 주축대의 클램핑 척과 대응하는 위치에서 멀어지게 된다.
이와 반대로, 심압대(100)의 센터부(120)의 센터 핀(121)이 주축대의 클램핑 척과 대응하는 위치에서 멀어진 도 3의 "나" 위치에서, 장축 피가공물의 가공을 위해서는 심압대(100)의 센터부(120)의 센터 핀(121)을 주축대의 클램핑 척과 수직 선상에 위치하도록 심압대(100)를 이동(회전)시켜야 한다.
이를 위해서 컨트롤러의 제어에 따라 본체(110)에 장착된 랙 실린더(200)의 하우징(210) 내에 제 2 오일 포트(212)를 통하여 오일을 공급하면, 랙 실린더(200)의 로드(222)에는 후진하고자 하는 힘이 작용한다. 그러나, 로드(222)에 형성된 치차(223)는 고정된 상태의 피니언 샤프트(133)에 치합되어 있기 때문에 실질적으로 랙 실린더(200)의 하우징(210)이 장착된 본체(110)가 피니언 샤프트(133)를 중심으로 (도 4에서의 기준으로) 시계 방향으로 회전한다.
따라서, 심압대(100)의 센터부(120)의 센터 핀(121)은 도 3의 "나" 위치에서 "가" 위치로 이동, 즉 심압대(100)의 센터부(120)의 센터 핀(121)은 주축대의 클램핑 척과 수직 선상에 대응하게 되며, 이후 심압대(100)가 하강하여 피가공물을 지지한다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나 이에 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

Claims (3)

  1. 클램핑 척이 장착된 주축대, 브라켓을 통하여 컬럼에 수직 이동 가능한 상태로 주축대 상에 위치하여 클램핑 척에 장착된 피가공물을 지지하는 심압대를 포함하는 수직 선반에 있어서,
    상기 심압대는 상기 브라켓에 고정된 가이드 부재에 이동 가능하게 결합된 지지부, 상기 지지부에 선회 가능하게 결합된 본체 및 상기 본체의 한 단부에 형성되어 피가공물을 지지하는 센터부를 포함하되,
    상기 지지부는 상기 브라켓에 고정된 상기 가이드 부재에 이동 가능하게 결합된 체결 부재, 상기 체결 부재와 일체화된 지지 부재 및 상기 지지 부재에 장착된 피니언 샤프트를 포함하며,
    상기 본체는 상기 피니언 샤프트가 관통하는 관통홀이 형성된 제 1 종단부, 센터부가 형성된 제 2 종단부 및 피니어 샤프트와 치합하는 랙 실린더를 포함하여,
    상기 랙 실린더의 작동에 따라 상기 본체가 상기 피니언 샤프트를 중심으로 회전하는 것을 특징으로 하는 수직 선반.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지 부재는 체결 부재에 연결된 상부 부재 및 하부 부재로 이루어지며,
    상기 피니언 샤프트는 상단부 및 하단부가 상기 상부 부재 및 상기 하부 부재에 고정되고,
    상기 랙 실린더는 상기 지지 부재의 상부 부재 및 하부 부재 사이의 공간에 위치하는 것을 특징으로 하는 수직 선반.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 랙 실린더는 상기 본체에 고정된 하우징 및 하우징에서 연장된 로드부를 포함하되,
    상기 하우징에는 제 1 및 제 2 오일 포트가 형성되어 제 1 오일 포트로 공급된 오일에 의하여 상기 로드부가 제 1 방향으로 이동하고, 제 2 오일 포트로 공급된 오일에 의하여 상기 로드부가 제 2 방향으로 이동하며,
    상기 로드부의 상기 헤드는 상기 하우징 내에 위치하며, 상기 하우징의 외부로 연장된 로드는 그 표면에 치차가 형성되어 상기 지지부의 상기 피니언 샤프트와 치합하는 것을 특징으로 하는 수직 선반.
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