KR101401208B1 - 공작기계의 주축 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공작기계의 주축에 관한 것으로, 내부에 왕복 운동하는 피스톤부재(40)를 구비하는 실린더 블록(30)과, 실린더 블록(30)의 일측에 설치되는 메인바디(20)를 구비하는 공작기계의 주축에 있어서, 실린더 블록(30)의 일측에 설치되어 실린더 블록(30)에서 승강되는 메인 도그(41)를 검출하여 신호를 발생하는 센서(S), 메인바디(20)의 내부에 회전가능하게 설치된 스핀들(50), 스핀들(50)의 일측 내부에 배치되어 공구(T)를 클램핑 또는 언클램핑하는 클램핑 세트(70), 스핀들(50)의 내측에 배치되어 피스톤 부재(40)의 전진구동에 연동하여 클램핑 세트(70)를 작동시키는 드로우바(60), 드로우바(60)의 외주면에 삽입 설치되고 일체로 연동하는 커플러(65), 커플러(65)에 설치되며 외주연에 서브 도그(101)가 형성된 도그 부재(100), 메인바디(20)의 한쪽에 배치되고 클램핑 세트(70)에서 공구(T)가 탈거되어 드로우바(60)가 후퇴 완료하였을 때, 서브 도그(101)를 감지하여 신호를 발생하는 제1 센서(S1) 및 제1 센서(S1)로부터 공구(T)방향으로 이격되게 장착되어 클램핑 세트(70)에 공구(T)가 장착된 상태로 드로우바(60)가 후퇴하였을 때, 서브 도그(101)를 감지하는 제2 센서(S2)를 포함한다.

공작기계, 공구, tool, 스핀들, 클램핑, 공구 위치

Description

공작기계의 주축 {Main axis of machine tool}

본 발명은 공작기계의 주축에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공작기계의 스핀들에 공구가 장착되었을 때에 공구의 장착상태가 정상인지를 알 수 있도록 하는 공작기계의 주축에 관한 것이다.

일반적으로 공작기계는 주축에 고속으로 회전 구동되는 스핀들이 마련되고, 공작기계의 한쪽에는 가공목적에 선택할 수 있도록 복수 개의 공구가 구비되며, 공구를 자동으로 교환할 수 있는 자동 공구교환장치가 배치된다.

즉 상술한 스핀들에는 자동 공구교환장치에 의해 공구가 가공목적에 따라 선택된 공구가 자동으로 교환 장착된다.

다른 한편으로 상술한 공구는 HSK타입이 있는데, 이러한 HSK 공구는 테이퍼 면과 공구의 단면이 스핀들의 클램핑 세트에 밀착되어 장착되고, 이로써 공구의 흔들림이 감소하고 더 큰 가공부하에 견딜 수 있는 것이다.

공작기계는 공구교환이 무척 빠른 속도로 이루어지고 일례로서 공구의 교환에 소요되는 시간은 1초 미만일 수 있으며, 이렇게 빠른 속도로 공구교환이 이루어 짐으로써 공구가 부정확하게 장착되는 문제점이 있다.

상술한 공구의 부정확한 장착의 원인으로써 공구 또는 스핀들의 단면에 칩 등 이물질이 끼이거나 공구의 위치 이상으로 부정확하게 장착될 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이 공구가 부정확하게 장착된 상태에서 공작기계가 구동되면 스핀들에서 공구가 탈거되어 안전사고가 발생할 수 있고, 또한, 스핀들에 공구가 장착되지 않은 상태에서 스핀들이 고속 회전할 경우 스핀들 밸런스의 이상이 발생할 수 있고 이로써 스핀들을 지지하는 베어링 등이 파손될 수 있다.

다른 한편으로 상술한 바와 같이 부정확하게 공구가 장착된 상태에서 가공이 이루어질 경우 공작물을 정밀하게 가공할 수 없고 심지어 공작물의 상품 가치가 없어지는 문제가 있다.

또 다른 한편으로, 종래에도 공구의 장착된 상태인 클램핑 또는 공구가 장착되지 않은 상태인 언클램핑을 검출하는 클램핑/언클램핑을 검출하는 수단이 제공되었지만, 이는 공구가 장착되었는지 또는 공구가 비었는지를 검출하는 것으로서 공구가 부정확하게 장착되었을 때에도 클램핑으로 간주되어 공작기계가 가동되는 문제점이 있다.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 공구의 부정확한 장착상태를 감지할 수 있도록 하고, 이로써 공구장착 상태가 부정확할 때에는 공작기계의 운전을 정지시킬 수 있도록 하는 공작기계의 주축을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 주축은, 내부에 왕복 운동하는 피스톤부재를 구비하는 실린더 블록과, 상기 실린더 블록의 일측에 설치되는 메인바디를 구비하는 공작기계의 주축에 있어서, 상기 실린더 블록의 일측에 설치되어 상기 실린더 블록에서 승강되는 메인 도그를 검출하여 신호를 발생하는 센서; 상기 메인바디의 내부에 회전가능하게 설치된 스핀들; 상기 스핀들의 일측 내부에 배치되어 공구를 클램핑 또는 언클램핑하는 클램핑 세트; 상기 스핀들의 내측에 배치되어 상기 피스톤 부재의 전진구동에 연동하여 상기 클램핑 세트를 작동시키는 드로우바; 상기 드로우바의 외주면에 삽입 설치되고 일체로 연동하는 커플러; 상기 커플러에 설치되며 외주연에 서브 도그가 형성된 도그 부재; 상기 메인바디의 한쪽에 배치되고 상기 클램핑 세트에서 공구가 탈거되어 드로우바가 후퇴 완료하였을 때, 상기 서브 도그를 감지하여 신호를 발생하는 제1 센서; 및 상기 제1 센서로부터 공구방향으로 이격되게 장착되어 상기 클램핑 세트에 공구가 장착된 상태로 드로우바가 후퇴하였을 때, 상기 서브 도그를 감지하는 제2 센서;를 포함한다.

또한, 상기 클램핑 세트에 상기 공구가 탈거된 상태로 상기 드로우바가 후퇴하였을 때 상기 서브 도그는 상기 제1 센서와 마주보게 위치되어 감지 신호가 발생하고, 상기 클램핑 세트에 상기 공구가 정상적으로 장착되면 상기 서브 도그는 상기 제1 센서와 상기 제2 센서사이에 위치하여 감지신호가 발생하지 않으며, 상기 클램핑 세트에 상기 공구가 부정확하게 장착되면 상기 서브 도그는 상기 제2 센서와 마주보게 위치하여 감지신호가 발생하는 것일 수 있다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 주축은 스핀들에 공구가 부정확하게 장착되었을 때에 이를 감지하여 공작기계의 가동을 중지시키거나 작업자에 알릴 수 있어 공구의 부정확한 장착으로 인하여 발생할 수 있는 문제를 사전에 방지할 수 있는 것이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭하고, 이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 주축에 대해서 설명한다.

첨부도면 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 주축을 설명하기 위한 예시도면이다.

도 1에 나타낸 바와 같이 주축(10)은 메인 바디(20)의 상측에 실린더 블록(30)이 설치되고, 메인 바디(20)의 하측에는 구체적으로 나타내지 않았으나 스핀들(50)이 베어링 등에 의해 회전가능하게 지지된다.

또한, 상술한 스핀들(50)은 구체적으로 나타내지 않았으나 서보모터 등의 동력에 의해 고속으로 회전된다.

상술한 실린더 블록(30)에는 공압에 의해 승강되는 피스톤 부재(40)가 내장되고, 상술한 피스톤 부재(40)의 상측에는 메인 도그(41)가 장착된다.

또한, 상술한 메인바디(20) 또는 상술한 실린더 블록(30)에는 상술한 메인 도그(41)를 감지하는 센서(S)가 설치되고, 센서(S)는 상술한 피스톤 부재(40)가 상승 완료된 레벨 및 하강 완료된 레벨을 검출할 수 있다.

또한, 상술한 스핀들(50)의 하측 내부에는 공구(T)를 클램핑 또는 언클램핑하는 클램핑 세트(70)가 설치된다.

상술한 클램핑 세트(70)는 일례로서 콜릿 부재(71)의 내측에 클램핑 샤프 트(72)가 배치될 수 있고, 콜릿 부재(71)는 오므려지거나 벌려질 수 있으며, 클램핑 샤프트(72)는 관체로 형성되어 하측 내부에 공구(T)의 상단이 삽입될 수 있으며, 상술한 콜릿 부재(71)의 상측에는 가압부싱(73)이 스프링(74)에 의해 탄발되어 장착된다.

또한, 상술한 콜릿 부재(71)의 상면과 상술한 가압부싱(73)의 저면은 원추 형상의 경사면으로 접하도록 구성되고, 상술한 콜릿 부재(71)의 외주면 한쪽은 상술한 스핀들(50)의 내주면과 경사면으로 접한다.

즉 상술한 스프링(74)의 복원력에 의해 항상 가압부싱(73)을 하측방향으로 밀어내고, 결국 콜릿 부재(71)는 항상 중심축 방향으로 수축되게 힘을 받는다.

또한, 상술한 콜릿 부재(71)의 하단 내측면과 상술한 클램핑 샤프트(72)의 외주연은 경사면으로 접하는 것으로 클램핑 샤프트(72)가 상승하면 경사면과 접함으로서 상술한 콜릿 부재(71)를 외측방향으로 팽창시키고, 상술한 클램핑 샤프트(72)가 하강하면 콜릿 부재(71)는 중심방향으로 수축하게 된다.

또한, 상술한 스핀들(50)의 드로우바(60)가 승강가능하게 배치되고, 드로우바(60)의 상측은 상술한 피스톤 부재(40)에 의해 하강하는 압력을 받을 수 있고, 드로우바(60)의 하측은 상술한 클램핑 세트(70)와 연결되며, 특히 드로우바(60)의 하단은 상술한 클램핑 샤프트(72)에 체결되는 것이다.

상술한 드로우바(60)는 복수 개로 구비될 수 있고, 일례로서 상측과 하측으로 분리되어 제1, 제2 드로우바(61)(62)가 체결되는 구성일 수 있다.

또한, 상술한 드로우바(60)의 상측에는 커플러(65)가 장착될 수 있고, 그 커 플러(65)의 상부는 상술한 피스톤 부재(40)의 중앙에 삽입되는 형태로 장착될 수 있으며, 결국 상술한 피스톤 부재(40)가 하강하면 피스톤 부재(40)의 저면은 상술한 커플러(65)를 억누르는 강제로 드로우바(60)를 하강시키는 것이다.

다른 한편으로 상술한 피스톤 부재(40)가 상승할 때에는 드로우바(60)와는 별개로 피스톤 부재(40)가 상승하고, 상술한 드로우바(60)는 구체적으로 나타내지 않았으나 압축스프링과 같은 복원수단에 의해 상승방향으로 탄발되어 이동된다.

상술한 커플러(65)의 외주연에는 도그 부재(100)가 장착될 수 있고, 상술한 도그 부재(100)의 바깥 둘레에는 서브도그(101)가 형성된다.

다른 한편으로 상술한 커플러(65)에 별개의 도그 부재(100)를 부가하여 장착하는 것으로 설명하였지만, 이에 한정하는 것은 아니며, 일례로서 상술한 커플러(65)에 직접 서브도그(101)가 형성될 수도 있다.

상술한 상기 메인바디(20)의 한쪽에는 제1 센서(S1)와 제2 센서(S2)가 서로 이격되어 배치된다.

특히 상술한 제1 센서(S1)는 상술한 클램핑 세트(70)에서 공구(T)가 탈거된 상태에서 상술한 드로우바(60)가 상승하였을 때에 상술한 서브 도그(101)를 감지하여 신호를 발생시키는 것이다.

또한, 상술한 제1 센서(S1)는, 상기 클램핑 세트(70)에 공구(T)가 정상적으로 장착된 상태의 레빌(L1)보다 상측에 배치된 것일 수 있다.

또한, 상술한 제2 센서(S2)는 상술한 상기 클램핑 세트(70)에서 공구(T)가 장착된 상태에서 상기 드로우바(60)가 상승하였을 때 상기 서브 도그(101)를 감지 하여 신호를 발생시키는 것이다.

또한, 상술한 제2 센서(S2)는, 상기 클램핑 세트(70)에 공구(T)가 탈거된 상태의 레벨(L2)보다 상측에 배치되고 상기 레벨(L1)보다 하측에 배치되는 것일 수 있다.

상술한 제1, 제2 센서(S1)(S2)에서 발생하는 신호는 공작기계의 제어부로 보내지고 이 신호에 의해 공작기계를 계속 가동할지 또는 가동중지할 지가 결정될 수 있다.

이하 첨부도면 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 주축의 작용을 설명한다.

첨부도면 도 1은 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 주축에서 탈거된 상태를 나타낸 예시도면일 수 있고, 도 2는 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 주축에서 공구가 정상적으로 장착된 상태를 설명하기 위한 예시도면이며, 첨부도면 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 주축에서 공구가 부정확하게 장착된 상태를 설명하기 위한 예시도면이다.

센서(S)는 메인 도그(41)를 검출하는 것으로 피스톤 블록(30)에서 피스톤 부재(40)가 승강할 때에 상승한 상태만을 알 수 있는 것이고, 일례로서 도 1에 나타낸 바와 같이 클램핑 세트(70)에 공구(T)가 탈거되어 공구(T)가 존재하지 않음에도 센서(S)에서 검출되면 마치 공구(T)가 클램핑 되어있는 것으로 오류를 범할 수도 있다.

그러나 본 발명의 일실시예에 따른 공작기계의 주축(10)에서는 도 1에 나타 낸 바와 같이 클램핑 세트(70)에 공구(T)가 탈거되어 공구(T)가 존재하지 않을 때에는 드로우바(60)가 최대한 상승하게 되고, 이로써 서브도그(101)는 제1 센서(S1)에서 검출하며, 제1 센서(S1)에서 신호가 검출되면 비록 피스톤 부재(40)가 클램핑 포지션에 위치하더라도 공구(T)가 탈거됨을 알 수 있으므로 스핀들(50)이 회전 구동을 방지하게 된다.

다른 한편으로 공구(T)가 정상적으로 장착되었을 때에는 드로우바(60)의 상승복원에 이동거리에 변화가 발생되는 것으로 이를 첨부도면 도 1과 도 2를 비교하여 설명하면 다음과 같다.

도 1에서는 드로우바(60)가 최대한 상승함으로써 서브 도그(101)가 제1 센서(S1)에서 검출되지만, 공구(T)가 정상적으로 장착되었을 때에는 드로우바(60)가 상승하는 행정거리가 짧아져 결국 서브 도그(101)는 상술한 제1 센서(S1)와 상술한 제2 센서(S2)의 사이의 정상적인 제1 레벨(L1)에 위치하고, 이로써 제1, 제2 센서(S1)에서는 신호가 발생하지 않게 된다.

도 2에서 나타낸 제2 레벨(L2)은 공구(T)를 언클램핑하기 위하여 피스톤 부재(40)가 하강하였을 때에 서브 도그(101)가 최대한 하강하였을 때의 레벨이다.

즉 제1, 제2 센서(S1)(S2)에서 신호가 검출되지 않으면 클램핑 세트(70)에 공구(T)가 장착되어 있는 것으로 판단될 수 있는 것이다.

다른 한편으로 도 3에 나타낸 바와 같이 공구(T)가 부정확하게 장착되었을 때에는 드로우바(60)가 정상적인 제1 레벨(L1)까지 상승하지 못하고 결국 서브도그(101)는 제2 센서(S2)에서 검출되어 신호가 발생되고 이때 발생한 신호는 공작기 계의 제어부에 전달되어 공작기계의 운전을 정지할지 여부가 결정되며 작업자에게 시청각적으로 알 수 있도록 사인을 보내게 된다.

상술한 시청각적인 사인은 알람, 벨소리, 경고등 일 수 있다.

따라서 상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 주축(10)은 공구(T)의 부정확한 장착상태를 검출할 수 있고 이렇게 공구(T)의 부정확한 장착을 검출함으로써 공작기계의 가동을 중지시키거나 작업자에 알려 추가로 발생할 수 있는 문제를 사전에 방지할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 주축은 공구의 부정확한 장착상태를 검출할 수 있고 이렇게 공구의 부정확한 장착을 검출함으로써 공작기계의 가동을 중지시키거나 작업자에 알려 추가로 발생할 수 있는 문제를 사전에 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 주축을 설명하기 위한 예시도면이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 주축에서 공구가 정상적으로 장착된 상태를 설명하기 위한 예시도면이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 주축에서 공구가 부정확하게 장착된 상태를 설명하기 위한 예시도면이다.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

10: 주축 20: 메인 바디

30: 실린더 블록 40: 피스톤 부재

41: 메인 도그 50: 스핀들

60: 드로우바 61, 62: 제1, 제2 드로우바

65: 커플러 70: 클램핑 세트

71: 콜릿 부재 72: 클램핑 샤프트

100: 도그 부재 101: 서브 도그

S: 센서 S1, S2: 제1, 제2 센서

Claims (2)

1. 내부에 왕복운동하는 피스톤부재(40)를 구비하는 실린더 블록(30)과, 상기 실린더 블록(30)의 일측에 설치되는 메인바디(20)를 구비하는 공작기계의 주축에 있어서,

   상기 실린더 블록(30)의 일측에 설치되어 상기 실린더 블록(30)에서 승강되는 메인 도그(41)를 검출하여 신호를 발생하는 센서(S);

   상기 메인바디(20)의 내부에 회전가능하게 설치된 스핀들(50);

   상기 스핀들(50)의 내주면과 외주면의 한쪽이 경사면으로 접하는 콜릿 부재(71)를 구비하고, 상기 스핀들(50)의 일측 내부에 배치되어, 공구(T)를 클램핑 또는 언클램핑하는 클램핑 세트(70);

   상기 스핀들(50)의 내측에 배치되어 상기 피스톤 부재(40)의 전진구동에 연동하여 상기 클램핑 세트(70)를 작동시키는 드로우바(60);

   상기 드로우바(60)의 외주면에 삽입 설치되고 일체로 연동하는 커플러(65);

   상기 커플러(65)에 설치되며 외주연에 서브 도그(101)가 형성된 도그 부재(100);

   상기 클램핑 세트(70)에 공구(T)가 정상적으로 장착된 상태의 레벨(L1)보다상측에 위치하도록 상기 메인바디(20)의 한쪽에 설치되되, 상기 클램핑 세트(70)에서 상기 공구(T)가 탈거되어 상기 드로우바(60)가 후퇴 완료되었을 때, 상기 서브 도그(101)를 감지하여 신호를 발생하는 제1 센서(S1); 및

   상기 클램핑 세트(70)에 상기 공구(T)가 탈거된 상태의 레벨(L2)보다 상측에 위치하고 상기 레벨(L1)보다 하측에 위치하도록, 상기 제1 센서(S1)로부터 공구(T)방향으로 이격되게 상기 메인바디(20)에 설치되어, 상기 클램핑 세트(70)에 공구(T)가 장착된 상태로 드로우바(60)가 후퇴하였을 때, 상기 서브 도그(101)를 감지하는 제2 센서(S2);를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 주축.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 클램핑 세트(70)에 상기 공구(T)가 탈거된 상태로 상기 드로우바(60)가 후퇴하였을 때 상기 서브 도그(101)는 상기 제1 센서(S1)와 마주보게 위치되어 감지 신호가 발생하고,

   상기 클램핑 세트(70)에 상기 공구(T)가 정상적으로 장착되면 상기 서브 도그(101)는 상기 제1 센서(S1)와 상기 제2 센서(S2)사이에 위치하여 감지신호가 발생하지 않으며,

   상기 클램핑 세트(70)에 상기 공구(T)가 부정확하게 장착되면 상기 서브 도그(101)는 상기 제2 센서(S2)와 마주보게 위치하여 감지신호가 발생하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 주축.

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