KR101492201B1

KR101492201B1 - 툴 홀더, 툴, 및 툴 홀더와 이에 부착된 툴을 갖는 워크 스테이션

Info

Publication number: KR101492201B1
Application number: KR20130054893A
Authority: KR
Inventors: 볼프강 로디
Original assignee: 울만 팍-시스테메 게엠베하 운트 코. 카게
Priority date: 2012-05-16
Filing date: 2013-05-15
Publication date: 2015-02-10
Also published as: HUE026792T2; PL2664429T3; EP2664429B1; EP2664429A1; CN103465465B; US9303666B2; US20130308996A1; KR20130128343A; CN103465465A

Abstract

툴 홀더(2, 4)에 툴(6, 8)을 부착하는 클램핑 시스템은 툴 홀더(2, 4)에서의 툴(6, 8)의 매우 정밀한 자동-조정을 제공하며, 이는 작동 시 직면하는 높은 툴 온도들에서도 유효하게 유지된다. 이를 위해, 툴(6, 8)은 중심 클램핑 볼트(38), 위치설정 핀(46) 및 홈(48)을 포함하는 반면, 툴 홀더는 드로우 볼트(56), T-슬롯(52) 및 레지스터 핀(50)을 포함한다. 드로우 볼트(56)는 3 차원으로 작용하는 힘 성분들(A, B, C)로 툴 홀더(2, 4)에 대하여 비스듬한 표면들에 의해 클램핑 볼트(38)를 끌어당긴다.

Description

툴 홀더, 툴, 및 툴 홀더와 이에 부착된 툴을 갖는 워크 스테이션{TOOL HOLDER, TOOL, AND WORK STATION WITH TOOL HOLDER AND TOOL ATTACHED THERETO}

본 발명은 툴 홀더, 툴, 및 툴 홀더와 이에 부착된 툴을 갖는 워크 스테이션에 관한 것이다.

산업의 많은 분야에서, 툴들이 이들의 툴 홀더들에 정밀하고 확고한(secure) 방식으로 부착되는 것은 필수적이다. 툴 홀더 및 이에 부착된 툴로 구성된 워크 스테이션들은 흔히, 해당 작업들이 충분한 정확도로 수행될 수 있도록 밀리미터의 몇 분의 몇 이내에 위치되어야 한다.

제약 산업의 분야에서는, 예를 들어 블리스터 팩(blister pack)의 생산을 위해 연달아 이어지는 많은 워크 스테이션들이 요구된다. 툴들은 흔히 상이한 블리스터 팩 형식들을 수용하도록 설계되어야 하기 때문에, 해당 사양들에 따라 툴들을 교체하여야 한다.

이를 위해, 툴들을 교체하고 조정에 필요한 수고를 최소화할 수 있게 하는 방식으로 툴들이 툴 홀더들에 부착될 수 있는 다수의 상이한 방식들이 존재한다.

이 형태의 부착 메카니즘의 일 예시가 US 7,584,687에서 설명된다. 여기에서는, 툴의 표면에 원뿔체(cone)가 형성된다. 클램핑 볼트(clamping bolt)가 이 원뿔체에 작용하며, 이 클램핑 볼트는 원뿔체의 형상에 대응하는 가압 표면(pressure surface)을 포함한다. 이는 툴 홀더와 툴 사이에 확고한 연결을 보장하지만, 여전히 툴들을 비교적 쉽게 교체할 수 있다. 하지만, 공차(tolerance)들과 관련된 소정 문제들이 완전히 해결되지는 않았다.

본 발명의 목적은, 다수의 상이한 크기들의 툴들이 쉽게 교체될 수 있게 하는 툴 홀더 및 이에 부착된 툴을 제공하고, 동시에 툴 홀더에서의 툴의 매우 정밀한 자동-조정(self-adjustment)을 제공하는 것이며, 이 조정은 작동 시 직면하는 높은 툴 온도들에서도 온전하게 유지된다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 툴 홀더는:

최상부, 저부, 2 개의 단측면(short side), 및 2 개의 장측면(long side)을 포함하는 기본체(base body);

기본체의 최상부 또는 저부로부터 돌출된 레지스터 핀(register pin) -이 레지스터 핀은 장측면들 사이의 중간에, 그리고 전방 단측면보다는 후방 단측면에 더 가까이 배치됨- ;

기본체 내의 직선 T-슬롯(straight T-slot) -이 T-슬롯은 장측면들 사이의 중간에 배치되고, 전방 단측면으로부터 기본체의 최상부 또는 저부를 따라 전방 단측면과 후방 단측면 사이의 기본체의 구역에, 바람직하게는 기본체의 중간 구역에 배치된 T-슬롯의 말단 구역까지 연장됨- ;

원뿔형 선단을 갖는 스핀들 핀(spindle pin) -이는 T-슬롯에 바로 인접하여 이와 평행하고, 기본체에서 자유롭게 이동함- ;

T-슬롯의 말단 구역 부근에서 기본체의 후퇴부 내에 배치되고, T-슬롯의 말단 구역으로부터 기본체의 두 장측면들 중 하나를 향하는 방향 및 기본체의 전방 단측면을 향하는 방향으로 약간 오프셋(offset)되는 드로우 볼트(draw bolt);

를 포함하며,

상기 드로우 볼트는 스핀들 핀의 원뿔형 선단에 대한 비스듬한 가이드 표면(slanted guide surface)을 갖는 개구부(opening)를 포함하고, 이 개구부는 스핀들 핀의 원뿔형 선단이 클램핑 위치를 향해 이동하는 경우 드로우 볼트가 툴 홀더로 끌어 당겨지는 방식으로 배치되며,

또한, 상기 드로우 볼트는 비스듬한 작용 표면을 포함하고, 이는 툴 상의 클램핑 볼트의 대응하는 비스듬한 타겟 표면과 맞물리는데 이용할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 대응하는 툴은:

최상부, 저부, 2 개의 단측면, 및 2 개의 장측면을 포함하는 기본체;

기본체의 최상부 또는 저부로부터 돌출된 클램핑 볼트 -상기 클램핑 볼트는 실질적으로 장측면들 사이의 중간에, 그리고 실질적으로 단측면들 사이의 중간에 배치되며, 상기 클램핑 볼트는 비스듬한 타겟 표면을 포함하고 이에 대해 툴 홀더 내의 드로우 볼트의 비스듬한 작용 표면이 작동하는 헤드부(head part) 및 원통형 하부를 갖는 버섯 형상임- ;

클램핑 볼트와 동일한 방향으로 툴로부터 돌출되는 원통형 위치설정 핀(cylindrical positioning pin) -상기 위치설정 핀은 장측면들 사이의 중간에, 그리고 후방 단측면보다는 전방 단측면에 더 가까이 배치되고, 상기 위치설정 핀은 적어도 클램핑 볼트의 하부 직경만큼 큰 직경을 가짐- ; 및

장측면들 사이의 중간에 배치되고, 후방 단측면으로부터 기본체로 연장되는 홈을 포함한다.

이 디자인을 이용하여, 높은 정밀도로 툴 홀더 상의 툴의 위치를 정의하는 것이 가능하다.

이 디자인의 추가 장점들은 감소된 양의 셋업 작업(set-up work), 낮은 제조 비용, 및 툴들의 낮은 높이 -이로 인해, 툴 내로 깊은 홈들을 밀링(mill)할 필요가 없음- 이다. 최종적으로, 툴들의 쌍 중 하나가 가열되는 경우, 본 발명에 따른 툴 클램핑은 처리 신뢰도를 증가시키는데, 이는 가열된 툴이 중심에 고정되고, 이는 차가운 툴에 대한 가열된 툴의 팽창이 최소화된다는 것을 의미하기 때문이다.

툴 홀더의 바람직한 실시예에서, 드로우 볼트의 비스듬한 작용 표면은 원뿔체의 측면 표면의 일부분의 형태를 갖는다. 이 방식으로, 툴 상의 클램핑 볼트의 대응하는 타겟 표면과의 포지티브 연결부(positive connection)를 생성하는 것이 가능하다.

바람직하게는, 툴 내의 클램핑 볼트의 비스듬한 타겟 표면도 원뿔체의 측면 표면의 일부분의 형태를 갖는다.

툴 홀더의 드로우 볼트의 비스듬한 작용 표면이 수평면에 대해 10 내지 45 °, 바람직하게는 10 내지 30 °의 각도인 경우, 특히 우수한 클램핑 동작이 달성된다.

대응하여, 툴의 클램핑 볼트의 비스듬한 타겟 표면이 수평면에 대해 10 내지 45 °, 바람직하게는 10 내지 30 °의 각도인 경우에 유리하다.

툴 홀더의 드로우 볼트에서 원뿔형 선단의 확실한 안내를 보장하고, 동시에 드로우 볼트에 작용하는 힘을 제어하기 위해, 원뿔형 선단에 대한 드로우 볼트의 개구부는 바람직하게는 원뿔형이고, 전방 단측면에 마주하는 개구부의 단부 직경은 원뿔형 선단의 더 넓은 단부 직경보다 더 크다.

바람직하게는, 스핀들 핀의 원뿔형 선단이 클램핑 위치를 향해 가이드 표면을 따라 이동하는 경우, 원뿔형 선단이 스프링 요소의 힘에 대향하여 툴 홀더로 드로우 볼트를 끌어당기도록 스프링 요소가 후퇴부의 개방 단부를 향하는 방향으로 툴 홀더의 드로우 볼트에 스프링 힘을 가한다(spring-load).

툴 홀더 내의 레지스터 핀은 바람직하게는 원통형 핀이다.

툴 상의 위치설정 핀의 직경은, 바람직하게는 클램핑 볼트의 하부 직경보다 더 크다. 이 방식으로, 클램핑 기능의 여하한의 중복결정(overdetermination)이 회피된다.

본 발명에 따른 적어도 1 이상의 툴 홀더 및 본 발명에 따른 적어도 1 이상의 툴이 장착된 워크 스테이션은 바람직하게는, 툴 홀더의 드로우 볼트가 T-슬롯의 말단 구역으로부터 툴 홀더의 기본체의 두 장측면들 중 하나를 향하는 방향 및 툴 홀더의 기본체의 전방 단측면을 향하는 방향으로 오프셋되어 배치되고, 드로우 볼트에 의해 클램핑 볼트 상에 가해진 힘이 툴 홀더의 최상부 또는 저부를 향해 작용하는 제 1 힘 성분, 툴 홀더의 장측면들을 향해 작용하는 제 2 힘 성분, 및 툴 홀더의 후방 단측면을 향해 작용하는 제 3 힘 성분을 포함하는 방식으로 툴의 클램핑 볼트가 치수화(dimension)되는 것을 특징으로 한다. 이는 툴이 3 차원으로 툴 홀더에서 제 위치에 고정될 것을 보장한다.

좁은 구역에서, 툴 홀더 내의 T-슬롯의 폭은 툴 내의 위치설정 핀의 직경에 대응한다. 이 방식으로, T-슬롯과 위치설정 핀의 상호작용을 통해 전방 단측면의 구역에서 툴의 정밀한 방위를 달성하는 것이 가능하다.

최종적으로, 툴 내의 홈은 툴 홀더로부터 돌출된 레지스터 핀의 직경과 같거나 이보다 약간 더 큰 폭을 포함하는 것이 유리하다. 이는 툴 홀더로의 툴의 삽입을 더 쉽게 하며, 동시에 상기 툴은 후방 단측면의 구역에서 툴 홀더에 대해 위치된다.

도면들을 참조하여, 다음 설명으로부터 본 발명에 따른 툴 홀더, 툴 및 워크 스테이션의 추가 장점들 및 특징들이 유도될 수 있다.
도 1은 2 개의 툴 홀더들 및 연계된 툴들이 설치된 상태인 워크 스테이션의 일부분의 개략적인 사시도;
도 2는 툴들이 설치되지 않은 상태인 도 1에 따른 개략적인 사시도;
도 3은 도 1의 툴 홀더를 통한 개략적인 길이방향 단면도;
도 4는 도 1에 따른 툴의 평면도;
도 5는 간명함을 위해 투명하게 예시되는 툴이 부착되어 있는 도 1에 따른 툴 홀더의 개략적인 평면도;
도 6은 본 발명에 따른 툴 클램핑 시스템의 이동가능한 요소들, 및 힘 성분들이 작용하는 방향들의 개략적인 사시도;
도 7은 도 6에 나타낸 요소들의 평면도;
도 8은 조여지지 않은 위치에서의 툴 클램핑 시스템의 클램핑 요소들의 개략적인 단면도;
도 9는 조여진 위치(tightened-down position)에서의 툴 클램핑 시스템의 클램핑 요소들의 도 8에 따른 도면;
도 10은 툴이 부착되어 있는 툴 홀더를 통한 개략적인 길이방향 단면도;
도 11은 도 1의 상부 툴 홀더의 아래에서 본 도면;
도 12는 도 1의 하부 툴 홀더의 평면도;
도 13은 도 1의 상부 툴의 평면도; 및
도 14는 도 1이 하부 툴을 아래에서 본 도면이다.

도 1 및 도 2는 상부 툴 홀더(2), 하부 툴 홀더(4), 상부 툴 홀더(2)에 부착된 상부 툴(6), 및 하부 툴 홀더(4)에 부착된 하부 툴(8)을 갖는 열성형 기계(thermoforming machine)의 전형적인 워크 스테이션의 일부분을 나타낸다. 다양한 적용들에서 상부 툴 홀더(2)는 크로스-암(cross-arm)이라고도 하며, 반면에 소정 적용들에서 하부 툴 홀더(4)는 리프팅 테이블(lifting table)이라고도 한다. 상기 툴들(6, 8)은 툴 홀더들(2, 4)에 부착될 수 있는 여하한의 가능한 형태의 툴들일 수 있다. 블리스터 팩 생산의 분야에서, 이러한 툴들(6, 8)은 성형 툴(forming tool), 엠보싱 툴(embossing tool), 천공 툴(perforating tool), 스탬핑 툴(stamping tool), 밀봉 툴(sealing tool), 및 작업 라인 내부에서 시트 웹(sheet web)들을 안내하는 가이드 플레이트일 수 있다.

툴 홀더들(2, 4) 및 이에 따른 툴들(6, 8)은 가이드 기둥(10)들에 의한 작동 시 서로에 대해 제 위치에 유지된다. 툴의 형태에 관계없이, 신뢰성 있는 공정을 위해 각각의 툴이 정밀하게 정렬될 필요가 있다. 2 개의 툴(6, 8)을 이용하는 적용들에서, 상부 툴(6)은 하부 툴(8)과 정밀하게 정렬되어야 한다. 공통 가이드 기둥(10)들에 대한 툴 홀더들(2, 4)의 안내에 추가하여, 본 발명에 따른 툴 홀더(2, 4)들로의 툴들(6, 8)의 클램핑 부착 시스템이 각 툴(6, 8)의 이 신뢰성 있고 정밀한 정렬을 제공한다.

도 1 및 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 툴들(6, 8)은 통상적으로 전방으로부터 툴 홀더들(2, 4)로 밀어 넣어지고, 정지부(stop)에 도달한 후 이들은 스핀들 핀(12)의 작동에 의해 제자리에 단단히 클램핑된다. 본 명세서에 나타낸 예시에서, 이는 스핀들 핀(12)에 부착된 레버 핸들(14)을 돌림으로써 행해진다. 스핀들 핀(12)은 나사산(15)(도 3)에 의해 툴 홀더(2, 4)의 기본체에 연결된다. 상기 툴들(6, 8) 상에는 그립(16)들이 배치되어, 툴 홀더들(2, 4)로 툴(6, 8)들을 삽입하고 이들을 다시 빼는 것을 더 용이하게 할 수 있다. 도 1에 나타낸 위치에서 툴들(6, 8)은 툴 홀더들(2, 4)로 밀어 넣은 상태인 반면, 도 2에 나타낸 위치에서 이들은 툴 홀더들(2, 4)로부터 제거된 상태이다.

이제 도 2를 참조하면, 각각의 툴 홀더(2, 4)는 최상부(18), 저부(20), 전방 단측면(22), 후방 단측면(24), 및 2 개의 장측면(26)을 포함하는 기본체를 포함한다. 해당 툴(6, 8)이 툴 홀더(2, 4)로 밀어 넣어지는 측면이 툴 홀더(2, 4)의 전방 단측면(22)으로 지정된다. 도 2에서는, 참조 번호들이 상부 툴 홀더(2)의 다양한 명칭의 측면 구역들에 대해서만 제공되었지만, 이들은 하부 툴 홀더(4)에도 동일한 방식으로 적용된다. 또한, 툴 홀더(2, 4)가 나타낸 직사각형에서 벗어난 형상을 가질 수도 있다.

또한, 각각의 툴(6, 8)은 최상부(28), 저부(30), 전방 단측면(32), 후방 단측면(34), 및 2 개의 장측면(36)을 갖는 기본체를 포함한다. 이 표면들은 도 2에서 하부 툴(8)에 대해서만 식별되지만, 이들은 상부 툴(6)에 대해서도 동일하게 존재한다. 설치된 상태에서 툴 홀더(2, 4)의 전방 단측면(22)의 구역에 배치되는 측면이 툴(6, 8)의 전방 단측면(32)이라고 칭해진다. 이에 따라, 툴들(6, 8)은 먼저 이들의 후방 단측면(34)들이 안으로 들어가면서 툴 홀더들(2, 4)로 밀어 넣어진다. 툴들(6, 8)은 나타낸 직사각형과 상이한, 특히 작업 표면들[하부 툴(8)의 최상부, 상부 툴(6)의 저부]에 대해 상이한 형상을 가질 수 있다.

도 2 및 도 4를 참조하면, 이제 연계된 클램핑 요소들을 갖는 툴들(6, 8)이 먼저 상부 툴(6)의 예시에 기초하여 더 상세히 설명된다. 상기 툴(6)은 그 기본체의 최상부(28)로부터 돌출된 클램핑 볼트(38)를 포함하고, 이 볼트는 실질적으로 툴(6)의 장측면(36)들 사이의 중간에, 그리고 이에 따라 툴의 길이방향 방위에 대해 정확히 툴의 중심(WM)에 배치된다(도 4 내지 도 7 참조). 더불어, 클램핑 볼트(38)는 바람직하게는 실질적으로 툴(6)의 단측면들(32, 34) 사이의 중간에 배치되어, 상기 툴(6)이 설치된 후 상기 클램핑 볼트(38)가 바람직하게는 정확히 툴(6)에 의해 처리될 시트 웹의 중심(FM)에도 있게 된다(도 4 내지 도 7 참조).

클램핑 볼트(38)는 원통형 하부(40) 및 헤드부(42)를 갖는 버섯 형상이다. 상기 헤드부(42)는 비스듬한 타겟 표면(44)을 포함하고, 이에 대해 툴 홀더 내의 드로우 볼트의 비스듬한 작용 표면이 작동한다(더 상세한 설명을 위해 아래를 참조). 클램핑 볼트(38)의 비스듬한 타겟 표면(44)은 바람직하게는 원뿔체의 측면 표면의 일부분의 형태를 갖고, 이는 수평면에 대해 바람직하게는 10 내지 45 °, 더 바람직하게는 10 내지 30 °의 각도(α)로 연장된다(도 8 참조).

또한, 상기 툴(6)은 원통형 위치설정 핀(46)을 포함하고, 이 또한 툴(6)의 최상부(28)로부터 돌출된다. 상기 위치설정 핀(46)은 툴(6)의 장측면(36)들 사이의 중간에, 그리고 그 후방 단측면(34)보다는 툴(6)의 전방 단측면(32)에 더 가까이 배치된다. 위치설정 핀(46)의 직경은 모든 경우에 클램핑 볼트(38)의 하부(40) 직경보다 크다. 바람직한 치수들에 대한 더 상세한 정보가 도 13 및 도 14를 참조하여 아래에서 추가로 주어진다.

최종적으로, 상기 툴(6)은 툴(6)의 장측면(36)들 사이의 중간에 배치되고, 툴(6)의 후방 단측면(34)으로부터 기본체로 연장되는 홈(48)을 포함한다.

또한, 동일한 요소들(38, 46 및 48)이 하부 툴(8)에 거울 이미지들로서 제공되고, 이 경우 클램핑 볼트(38) 및 위치설정 핀(46)은 하부 툴(8)의 저부(30)로부터 돌출되는 반면, 하부 툴(8)의 최상부(28) 및 상부 툴(6)의 저부(30)는 순전히 툴들(6, 8)의 작업 표면들의 역할을 한다.

이제, 도 2 및 일 예시로서 하부 툴 홀더(4)에 기초한 도 5의 상단부를 참조하여, 본 발명에 따른 툴 홀더(2, 4)의 바람직한 실시예가 더 상세히 설명될 것이다. 툴 홀더(4)는 툴 홀더(4)의 기본체의 최상부(28)로부터 돌출된 레지스터 핀(50)을 포함하고, 이 핀은 툴 홀더(4)의 장측면(26)들 사이의 중간에, 그리고 그 전방 단측면(22)보다는 툴 홀더(4)의 후방 단측면(24)에 더 가까이 배치된다. 레지스터 핀(50)은 바람직하게는 원통형 핀이다.

또한, 툴 홀더의 기본체는 직선 T-슬롯(52)을 포함하고, 이는 툴 홀더(4)의 장측면(26)들 사이의 중간에 배치되고, 전방 단측면(22)으로부터 툴 홀더(4)의 최상부(18)를 따라 전방 단측면(22)과 후방 단측면(24) 사이의 T-슬롯(52)의 말단 구역까지 연장되고, 이 말단 구역은 바람직하게는 기본체의 중간 구역에 배치된다. 상기 T-슬롯은 툴(8)의 클램핑 볼트(38)의 헤드부(42)가 더 폭넓은 구역에 피팅(fit)되는 방식으로 설계된다; 이에 따라, 클램핑 볼트(38)가 T-슬롯(52)을 따라 T-슬롯(52)의 단부 정지부까지 안내되는 방식으로 슬라이딩될 수 있다.

T-슬롯(52)에 바로 인접하고 이와 평행하여, 원뿔형 선단(54)(도 3 참조)을 포함하는 이동가능한 스핀들 핀(12)이 툴 홀더(4)의 기본체를 통해 연장된다.

또한, 툴 홀더(4)는 도 3에서 가장 명확히 알 수 있는 바와 같이, T-슬롯(52)의 말단 구역 부근에서 기본체의 후퇴부(58) 내에 배치되는 드로우 볼트(56)를 포함한다. 드로우 볼트(56)는 T-슬롯(52)의 말단 구역으로부터 툴 홀더(4)의 두 장측면(26)들 중 하나를 향해, 그리고 툴 홀더(4)의 전방 단측면(22)을 향해 약간 오프셋된다. 드로우 볼트(56)는 스핀들 핀(12)의 원뿔형 선단(54)에 대한 비스듬한 가이드 표면을 갖는 개구부(60)를 포함한다. 상기 개구부(60)는 스핀들 핀(12)의 원뿔형 선단(54)이 클램핑 위치를 향해, 즉 툴 홀더(4)의 후방 단측면(24)을 향해 이동하는 경우, 드로우 볼트(56)가 툴 홀더(4)로 끌어 당겨져 수직으로 더 내려가는 방식으로 배치되고, 이러한 방식으로 가이드 표면(62)이 설계된다.

원뿔형 선단(54)에 대한 드로우 볼트의 개구부(60)는 바람직하게는 원뿔형이고, 툴 홀더(4)의 전방 단측면(22)에 마주하는 단부에서의 직경은 원뿔형 선단(54)의 더 넓은 단부의 직경보다 크다(도 3 참조).

스핀들 핀(12)의 원뿔형 선단(54)이 클램핑 위치를 향해 가이드 표면(62)을 따라 이동하는 경우, 원뿔형 선단(54)이 스프링 요소(64)의 스프링 힘에 대향하여 툴 홀더(4)로 드로우 볼트(56)를 끌어당기도록 스프링 요소(64)가 후퇴부(58)의 개방 단부를 향해 드로우 볼트(56)에 스프링 힘을 가한다. 본 명세서에 나타낸 예시에서, 스프링 요소(64)는 압축 스프링으로서 설계된다.

또한, 드로우 볼트(56)는 비스듬한 작용 표면(66)을 포함하고, 이는 툴(6, 8) 내의 클램핑 볼트(38)의 헤드부(42)의 대응하는 비스듬한 타겟 표면(44)과 맞물리는 역할을 한다. 드로우 볼트(56)의 비스듬한 작용 표면(66)은 수평면에 대해 바람직하게는 10 내지 45 °, 더 바람직하게는 10 내지 30 °의 각도(α')이다(도 8 참조). 또한, 드로우 볼트(56)의 비스듬한 작용 표면(66)은 바람직하게는 원뿔체의 측면 표면의 일부분의 형태를 갖는다. 하지만, 상기 작용 표면(66)과 타겟 표면(44)에 대한 "비스듬한"이라는 용어는 비스듬한 곡선 표면뿐 아니라 비스듬한 직선 표면도 포함하는 것으로 의도된다.

상부 툴 홀더(2)는 하부 툴 홀더(4)에 대해 지금까지 설명된 것과 동일한 요소들을 포함한다. 그렇지만, 레지스터 핀(50) 및 T-슬롯(52)은 상부 툴 홀더(2)의 최상부가 아니라, 오히려 저부(20) 상에 배치된다. 그 이외에, 클램핑 디바이스의 구조 및 기능은 하부 툴 홀더(4)와 동일하다.

툴 홀더들(2, 4) 및 툴들(6, 8)은, 툴 홀더(2, 4)의 드로우 볼트(56)가 항상 T-슬롯(52)의 말단 구역으로부터 툴 홀더(2, 4)의 두 장측면(26)들 중 하나를 향해 그리고 툴 홀더(2, 4)의 전방 단측면(22)을 향해 오프셋되고, 툴(6, 8)의 클램핑 볼트(38) 및 툴 홀더(2, 4)의 드로우 볼트(56)는 드로우 볼트(56)에 의해 클램핑 볼트(38) 상에 가해진 힘이 툴 홀더(2, 4)의 최상부(18) 또는 저부(20)를 향해 작용하는 제 1 힘 성분(A), 툴 홀더(2, 4)의 두 장측면(26)들 중 하나를 향해 작용하는 제 2 힘 성분(B), 및 툴 홀더(2, 4)의 후방 단측면(24)을 향해 작용하는 제 3 힘 성분(C)을 포함하도록 설계되는 방식으로 설계된다. 이 힘 성분들(A, B 및 C)의 대응하는 방위들이 도 6 및 도 7에 예시된다.

더 구체적으로, 드로우 볼트(도 5 참조)는 시트의 중심 평면(FM) 및 툴의 중심 평면(WM)의 교선으로부터 각도 β 및 치수 D만큼 오프셋된다. 각도(β)에 대한 전형적인 값들은 10 내지 20 °의 범위 내에 있는 반면, 치수(D)는 바람직하게는 2 내지 8 mm의 범위 내에 있다. 이에 따라, 도 8 및 도 9에서 알 수 있는 바와 같이, 드로우 볼트(56)의 작용 표면(66)은 치수(74)만큼 클램핑 볼트(38)의 타겟 표면(44)을 향해 아래로 이동하고, 도면 평면에 수직인 방향으로 드로우 볼트(56)와 클램핑 볼트(38) 간의 포지티브 연결부가 생성될 것이다. 또한, 툴(6, 8)의 클램핑 볼트(38)의 하부(40) 반경은 바람직하게는 툴 홀더(2, 4)의 깊이 정지부(depth stop: 68)의 반경보다 약간 더 작으며, 드로우 볼트(56)의 작동 시 클램핑 볼트(38)가 두 평면들, 즉 시트 중심 평면(FM) 및 툴 중심 평면(WM)의 교선(도 5 참조)으로 정밀하게 밀어 넣어질 것이다.

T-슬롯(52)의 좁은 구역에서의 폭은 툴(6, 8) 내의 위치설정 핀(46)의 직경과 같거나 이보다 약간 더 크다. 툴(6, 8) 내의 홈(48)은 툴 홀더(2, 4)로부터 돌출된 레지스터 핀(50)의 직경과 같거나 이보다 약간 더 큰 폭을 갖는다. 툴 홀더들(2, 4) 및 툴들(6, 8)의 바람직한 실시예의 상세한 기하학적 치수들은 도 11 내지 도 14를 참조하여 아래에서 더 기재된다.

다음 설명에서, 본 발명에 따른 클램핑 메카니즘을 이용하여 수행되는 클램핑 작업이 설명될 것이다. 툴(6, 8)이 삽입되고 있는 경우, 소정 지점 이후 클램핑 볼트(38)가 툴 홀더(2, 4)의 T-슬롯(52)에서 툴(6, 8)을 안내하는 기능을 인계받는다. 깊이 정지부(68)에 도달하기 직전(도 2 및 도 5 참조), 툴(6, 8) 내의 작은 홈이 툴 홀더(2, 4) 상의 레지스터 핀(50)과 상호작동하여, 툴의 중심(WM)을 툴 홀더의 중심과 정밀하게 정렬함으로써 툴 홀더(2, 4)에서 툴(6, 8)의 정렬을 교정한다.

툴 홀더(2, 4) 상의 원통형 깊이 정지부(68)와 함께, 이제 툴(6, 8) 상의 클램핑 볼트(38)의 원통형 하부(40)가 삽입 거리의 끝에 존재하는 최대 삽입 위치를 정의한다.

삽입 공정의 최후 단계 동안, 위치설정 핀(46)이 T-슬롯(52)의 좁은 구역과 상호작동하여 툴 홀더(2, 4)에서 툴(6, 8)의 전방 단측면(32) 부근의 구역을 중심에 둔다.

도 3에 나타낸 화살표들의 방향으로 스핀들 핀(12)을 돌림으로써, 스핀들 핀(12)은 나사산(15)을 따라 툴 홀더(2, 4)로 전진한다. 스핀들 핀(12)의 원뿔형 선단(54)은 드로우 볼트(56) 내 개구부(60)로의 나사고정 동작(screwing action)에 의해, 그리고 이에 따라 가이드 표면(62)에 대해 가압된다. 이때 클램핑 공정이 진행됨에 따라, 드로우 볼트(56)는 클램핑 볼트(38)의 헤드부(42)를 가압하고, 이에 따라 툴 홀더(2, 4)로 더 깊이 클램핑 볼트(38)를 밀어 넣는다. 이에 따라, 드로우 볼트(56) 상의 작용 표면(66) 및 클램핑 볼트(38) 상의 타겟 표면(44)이 서로에 대해, 바람직하게는 도 5에서 알 수 있는 바와 같이 접촉 라인(70)을 따라 가압된다. 접촉 라인(70)은, 작용 표면(66) 및 타겟 표면(44)이 둘 다 수평선에 대해 동일한 경사각을 갖고 원뿔체의 측면 표면의 일부분의 형태로 설계되는 경우에 발생한다. 클램핑 볼트(38) 및 드로우 볼트(56)의 약간 오프셋된 배치, 및 작용 표면(66) 및 타겟 표면(44)의 서로에 대한 방위는 접촉 라인(70) 상에 결과적인 힘을 야기하며, 이는 툴(6, 8)을 제 위치에 확실히 유지한다.

결과적인 힘은 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이 3 개의 힘 성분(A, B 및 C)으로 분배될 수 있다. 힘 성분 A는 툴 홀더(2, 4)를 향해 툴(6, 8)을 끌어당긴다. 힘 성분 B는 레지스터 핀(50) 및 위치설정 핀(46)을 통하여 툴 홀더(2, 4)에 대해 옆으로 툴(6, 8)을 가압한다. 마지막으로, 힘 성분 C는 깊이 정지부(68)에 대해 툴(6, 8)을 가압하고, 접촉 표면(72)(도 5)을 발생시킨다.

툴(6, 8)을 해제하기 위해, 스핀들 핀(12)은 반대 방향으로 돌려진다. 이때 스프링 요소(64)는 드로우 볼트(56)를 거꾸로 밀어내고, 툴(6, 8)은 다시 빼내질 수 있다(도 2 및 도 3).

도 13 및 도 14에 나타낸 툴들(6, 8)의 기본체의 전형적인 치수들은 장측면(26)이 150 내지 300 mm이고, 단측면들(22, 24)이 100 내지 270 mm이며, 높이가 15 내지 80 mm이다. 도 11 및 도 12에 나타낸 툴 홀더들(2, 4)의 기본체들은 약간 더 큰 치수들을 갖는다.

툴(6, 8) 상의 위치설정 핀(46)은 예를 들어 12 mm의 직경을 갖는 반면, 클램핑 볼트(38)의 하부(40)는 예를 들어 10 mm의 직경을 갖는다. 툴 홀더(2, 4) 상의 레지스터 핀(50)의 직경은 가변적이며, 약 10 mm일 수도 있다.

Claims

툴(6, 8)을 클램핑하는 툴 홀더(2, 4)에 있어서:
최상부(18), 저부(20), 전방 단측면(short front side: 22), 후방 단측면(short rear side: 24), 및 2 개의 장측면(long side: 26)들을 포함하는 기본체(base body);
상기 기본체의 최상부(18) 또는 저부(20)로부터 돌출된 레지스터 핀(register pin: 50) -상기 레지스터 핀(50)은 상기 장측면(26)들 사이의 중심에, 그리고 상기 전방 단측면(22)보다는 상기 후방 단측면(24)에 더 가까이 배치됨- ;
상기 기본체 내의 직선 T-슬롯(straight T-slot: 52) -상기 T-슬롯은 상기 장측면(26)들 사이의 중심에 배치되고, 상기 전방 단측면(22)으로부터 상기 기본체의 최상부(18) 또는 저부(20)를 따라 상기 전방 단측면(22)과 상기 후방 단측면(24) 사이의 기본체의 구역에 배치된 상기 T-슬롯(52)의 말단 구역까지 연장됨- ;
원뿔형 선단(54)을 갖는 스핀들 핀(spindle pin: 12) -상기 스핀들 핀(12)은 상기 T-슬롯(52)에 인접하여 평행하게 배치되고, 상기 기본체 내에서 이동가능함- ;
상기 T-슬롯(52)의 말단 구역 부근에서 상기 기본체의 후퇴부(58) 내에 배치된 드로우 볼트(draw bolt: 56)를 포함하고,
상기 드로우 볼트(56)는 상기 T-슬롯의 말단 구역으로부터 상기 기본체의 두 장측면(26)들 중 하나를 향하는 방향 및 상기 기본체의 전방 단측면(22)을 향하는 방향으로 오프셋(offset)되며,
상기 드로우 볼트(56)는 상기 스핀들 핀(12)의 원뿔형 선단(54)과 상호작동하는 비스듬한 가이드 표면(slanted guide surface: 62)을 갖는 개구부(opening: 60)를 포함하고, 상기 개구부(60)는 상기 스핀들 핀(12)의 원뿔형 선단(54)이 클램핑 위치를 향해 상기 개구부(60)로 이동하는 경우, 상기 드로우 볼트(56)가 상기 툴 홀더(2, 4)로 끌어 당겨지는 방식으로 배치되며,
상기 드로우 볼트(56)는 비스듬한 작용 표면(slanted working surface: 66)을 더 포함하고, 이는 상기 툴(6, 8) 상의 클램핑 볼트(clamping bolt: 38)의 대응하는 비스듬한 타겟 표면(slanted target surface: 44)과 맞물리는 역할을 하는 툴 홀더.
제 1 항에 있어서,
상기 드로우 볼트(56)의 비스듬한 작용 표면(66)은 원뿔체 측면 표면의 일부분의 형태를 갖는 툴 홀더.
제 1 항에 있어서,
상기 드로우 볼트(56)의 비스듬한 작용 표면(66)은 수평선에 대해 10 내지 45 °의 각도(α')인 툴 홀더.
제 1 항에 있어서,
상기 드로우 볼트(56)의 개구부(60)는 원뿔형이고, 상기 전방 단측면(22)과 마주하는 일 단부에서 상기 원뿔형 선단(54)의 가장 넓은 직경보다 큰 직경을 갖는 툴 홀더.
제 1 항에 있어서,
스프링 요소(64)가 상기 후퇴부(58)의 개방 단부를 향해 상기 드로우 볼트(56)에 스프링 힘을 가하여(spring-load), 상기 스핀들 핀(12)의 원뿔형 선단(54)이 클램핑 위치를 향해 상기 가이드 표면(62)을 따라 이동하는 경우, 상기 원뿔형 선단(54)이 상기 스프링 요소(64)의 힘에 대향하여 상기 툴 홀더(2, 4)로 상기 드로우 볼트(56)를 끌어당기도록 하는 툴 홀더.
제 1 항에 있어서,
상기 레지스터 핀(50)은 원통형 핀인 툴 홀더.
툴 홀더(2, 4)에 클램핑되는 툴(6, 8)에 있어서:
최상부(28), 저부(30), 전방 단측면(32), 후방 단측면(34), 및 2 개의 장측면(36)들을 포함하는 기본체;
상기 기본체의 최상부(28) 또는 저부(30)로부터 돌출 방향으로 돌출된 클램핑 볼트(38) -상기 클램핑 볼트(38)는 상기 장측면(36)들 사이의 중심에, 그리고 상기 전방 및 후방 단측면들(32, 34) 사이의 중심에 배치되며, 상기 클램핑 볼트(38)는 상기 툴 홀더(2, 4) 내의 드로우 볼트(56)의 비스듬한 작용 표면(66)에 의해 작동되도록 구성된 비스듬한 타겟 표면(44)을 포함하는 헤드부(head part: 42) 및 원통형 하부(40)를 갖는 버섯 형상임- ;
상기 툴(6, 8)로부터 상기 돌출 방향으로 돌출되는 원통형 위치설정 핀(cylindrical positioning pin: 46) -상기 위치설정 핀(46)은 상기 장측면(36)들 사이의 중심에, 그리고 상기 후방 단측면(34)보다는 상기 전방 단측면(32)에 더 가까이 배치되고, 상기 위치설정 핀(46)은 적어도 상기 클램핑 볼트(38)의 하부(40) 직경만큼 큰 직경을 가짐- ; 및
상기 장측면(36)들 사이의 중심에 배치되고, 상기 후방 단측면(34)으로부터 상기 기본체로 연장되는 홈(48)을 포함하는 툴.
제 7 항에 있어서,
상기 위치설정 핀(46)의 직경은 상기 클램핑 볼트(38)의 하부(40) 직경보다 큰 툴.
제 7 항에 있어서,
상기 클램핑 볼트(38) 상의 비스듬한 타겟 표면(44)은 원뿔체 측면 표면의 일부분의 형태를 갖는 툴.
제 7 항에 있어서,
상기 클램핑 볼트(38)의 비스듬한 타겟 표면(44)은 수평선에 대해 10 내지 45 °의 각도(α)인 툴.
툴 홀더(2, 4), 및 상기 툴 홀더(2, 4)에 부착된 툴(6, 8)을 갖는 워크 스테이션(work station)에 있어서:
a) 상기 툴 홀더(2, 4)는
최상부(18), 저부(20), 전방 단측면(22), 후방 단측면(24), 및 2 개의 장측면(26)들을 포함하는 기본체;
상기 툴 홀더(2, 4)의 기본체의 최상부(18) 또는 저부(20)로부터 돌출된 레지스터 핀(50) -상기 레지스터 핀(50)은 상기 장측면(26)들 사이의 중심에, 그리고 상기 툴 홀더(2, 4)의 기본체의 상기 전방 단측면(22)보다는 상기 후방 단측면(24)에 더 가까이 배치됨- ;
상기 툴 홀더(2, 4)의 기본체 내의 직선 T-슬롯(52) -상기 T-슬롯은 상기 장측면(26)들 사이의 중심에 배치되고, 상기 전방 단측면(22)으로부터 상기 툴 홀더(2, 4)의 기본체의 최상부(18) 또는 저부(20)를 따라 상기 전방 단측면(22)과 상기 후방 단측면(24) 사이의 툴 홀더(2, 4)의 기본체의 구역에 배치된 상기 T-슬롯(52)의 말단 구역까지 연장됨- ;
원뿔형 선단(54)을 갖는 스핀들 핀(12) -상기 스핀들 핀(12)은 상기 T-슬롯(52)에 인접하여 평행하게 배치되고, 상기 툴 홀더(2, 4)의 기본체 내에서 이동가능함- ;
상기 T-슬롯(52)의 말단 구역 부근에서 상기 툴 홀더(2, 4)의 기본체의 후퇴부(58) 내에 배치된 드로우 볼트(56)를 포함하고,
상기 드로우 볼트(56)는 상기 T-슬롯의 말단 구역으로부터 상기 툴 홀더(2, 4)의 기본체의 두 장측면(26)들 중 하나를 향하는 방향 및 상기 툴 홀더(2, 4)의 기본체의 전방 단측면(22)을 향하는 방향으로 오프셋되며,
상기 드로우 볼트(56)는 상기 스핀들 핀(12)의 원뿔형 선단(54)과 상호작동하는 비스듬한 가이드 표면(62)을 갖는 개구부(60)를 포함하고, 상기 개구부(60)는 상기 스핀들 핀(12)의 원뿔형 선단(54)이 클램핑 위치를 향해 상기 개구부(60)로 이동하는 경우, 상기 드로우 볼트(56)가 상기 툴 홀더(2, 4)로 끌어 당겨지는 방식으로 배치되며,
상기 드로우 볼트(56)는 비스듬한 작용 표면(66)을 더 포함하고;
b) 상기 툴(6, 8)은
최상부(28), 저부(30), 전방 단측면(32), 후방 단측면(34), 및 2 개의 장측면(36)들을 포함하는 기본체;
상기 툴(6, 8)의 기본체의 최상부(28) 또는 저부(30)로부터 돌출 방향으로 돌출된 클램핑 볼트(38) -상기 클램핑 볼트(38)는 상기 장측면(36)들 사이의 중심에, 그리고 상기 툴(6, 8)의 기본체의 전방 및 후방 단측면들(32, 34) 사이의 중심에 배치되며, 상기 클램핑 볼트(38)는 비스듬한 타겟 표면(44)을 포함하는 헤드부(42) 및 원통형 하부(40)를 갖는 버섯 형상임- ;
상기 툴(6, 8)로부터 상기 돌출 방향으로 돌출되는 원통형 위치설정 핀(46) -상기 위치설정 핀(46)은 상기 장측면(36)들 사이의 중심에, 그리고 상기 툴(6, 8)의 후방 단측면(34)보다는 상기 전방 단측면(32)에 더 가까이 배치되고, 상기 위치설정 핀(46)은 적어도 상기 클램핑 볼트(38)의 하부(40) 직경만큼 큰 직경을 가짐- ; 및
상기 장측면(36)들 사이의 중심에 배치되고, 상기 후방 단측면(34)으로부터 상기 툴(6, 8)의 기본체로 연장되는 홈(48)을 포함하고;
c) 상기 툴 홀더(2, 4) 내의 드로우 볼트(56)의 비스듬한 작용 표면(66)은 상기 툴(6, 8)의 클램핑 볼트(38) 상의 비스듬한 타겟 표면(44)과 맞물리는 워크 스테이션.
제 11 항에 있어서,
상기 툴 홀더(2, 4)의 드로우 볼트(56)는 상기 T-슬롯(52)의 말단 구역으로부터 상기 툴 홀더(2, 4)의 기본체의 두 장측면(26)들 중 하나 및 상기 툴 홀더(2, 4)의 기본체의 전방 단측면(22)을 향하는 방식으로 오프셋되고, 상기 툴(6, 8)의 클램핑 볼트(38) 및 상기 툴 홀더(2, 4)의 드로우 볼트(56)는 상기 드로우 볼트(56)에 의해 상기 클램핑 볼트(38) 상에 가해지는 힘이 상기 툴 홀더(2, 4)의 최상부(18) 또는 저부(20)를 향해 작용하는 제 1 힘 성분(A), 상기 툴 홀더(2, 4)의 두 장측면(26)들 중 하나를 향해 작용하는 제 2 힘 성분(B), 및 상기 툴 홀더(2, 4)의 후방 단측면(24)을 향해 작용하는 제 3 힘 성분(C)을 갖는 방식으로 설계되는 워크 스테이션.
제 11 항에 있어서,
상기 T-슬롯(52)의 좁은 구역에서의 폭은 상기 툴(6, 8) 상의 위치설정 핀(46)의 직경과 같은 워크 스테이션.
제 11 항에 있어서,
상기 툴(6, 8) 내의 홈(48)의 폭은 상기 툴 홀더(2, 4)로부터 돌출된 상기 레지스터 핀(50)의 직경과 같거나 이보다 더 큰 워크 스테이션.