KR101503855B1 - 회전 테이블 클램프 장치, 및 이를 구비한 공작기계 - Google Patents

회전 테이블 클램프 장치, 및 이를 구비한 공작기계 Download PDF

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Abstract

공작기계의 테이블 베이스에 탑재된 회전 테이블의 회전을 정지시키는 회전 테이블 클램프 장치와, 이를 구비한 공작기계가 개시된다. 개시된 회전 테이블 클램프 장치는, 테이블 베이스에 고정 설치되는 프레임(frame), 프레임에 고정되는 실린더(cylinder)와, 유압에 의해 회전 테이블의 래디얼(radial) 방향으로 실린더로부터 돌출되거나 그 반대 방향으로 수축되는 로드(rod)를 구비한 유압 액추에이터, 로드의 말단에 연결되어 로드에 종동하며, 일 측에 경사면을 갖는 웨지(wedge), 및 프레임에 피봇(pivot) 가능하게 결합된 클램프(clamp)를 구비하고, 로드가 실린더로부터 돌출되면 웨지의 경사면이 클램프의 일 측을 가압하여 클램프가 피봇 회전하고, 이로 인해 클램프의 타 측이 회전 테이블의 일 부분에 마찰 접촉하도록 구성된다. 회전 테이블 클램프 장치는 공작기계의 측면으로 노출된다.

Description

회전 테이블 클램프 장치, 및 이를 구비한 공작기계{Device for clamping rotating table and machine tool with the same}
본 발명은 공작기계에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공작기계의 회전 테이블을 설정된 회전 각도만큼 회전시킨 후 위치 고정하는 회전 테이블 클램프 장치와, 이를 구비한 공작기계에 관한 것이다.
예컨대, 수평형 머시닝 센터, 보링 머신(boring machine)과 같은 공작기계에는, 공작물이 고정 지지되며 수직 축을 중심으로 회전하는 회전 테이블이 구비된다. 회전 테이블에 공작물을 고정 지지하고, 테이블 베이스에 대해 설정된 각도만큼 회전 테이블을 회전시키고 위치 고정한 후, 공구를 사용하여 공작물을 가공하는 작업이 수행된다. 이때, 클램프 장치를 이용하여 회전 테이블을 위치 고정하게 된다.
국내특허출원 10-2009-0120269에는 공작기계의 회전축 클램프 장치가 개시되어 있다. 그러나, 상기 특허출원에 개시된 것과 같은 종래의 클램프 장치는 테이블 베이스 또는 회전 테이블에 삽입 설치되어 설치할 때 클램핑력(clamping force)를 정밀하게 조정하기 어렵다. 또한, 클램프 장치에 고장이나 작동 불량이 발생한 경우 회전 테이블을 테이블 베이스로부터 분리하고 클램프 장치를 베이스로부터 분리한 후에야 수리할 수 있기 때문에 매우 번거롭다.
본 발명은, 테이블 베이스와 회전 테이블을 분리하지 않고 회전 테이블 클램프 장치만 공작기계로부터 분리할 수 있는 공작기계의 회전 테이블 클램프 장치와, 이를 구비한 공작기계를 제공한다.
본 발명은, 공작기계의 테이블 베이스에 탑재된 회전 테이블의 회전을 정지시키는 장치로서, 상기 테이블 베이스에 고정 설치되는 프레임(frame), 상기 프레임에 고정되는 실린더(cylinder)와, 유압에 의해 상기 회전 테이블의 래디얼(radial) 방향으로 상기 실린더로부터 돌출되거나 그 반대 방향으로 수축되는 로드(rod)를 구비한 유압 액추에이터, 상기 로드의 말단에 연결되어 상기 로드에 종동하며, 일 측에 경사면을 갖는 웨지(wedge), 및 상기 프레임에 피봇(pivot) 가능하게 결합된 클램프(clamp)를 구비하고, 상기 로드가 상기 실린더로부터 돌출되면 상기 웨지의 경사면이 상기 클램프의 일 측을 가압하여 상기 클램프가 피봇 회전하고, 이로 인해 상기 클램프의 타 측이 상기 회전 테이블의 일 부분에 마찰 접촉하도록 구성되고, 상기 공작기계의 측면으로 노출되는 것을 특징으로 하는 회전 테이블 클램프 장치를 제공한다.
상기 웨지는 상기 로드의 말단에 대해 미세하게 피봇(pivot) 가능하게 핀(pin)에 의해 상기 로드의 말단에 연결될 수 있다.
본 발명의 회전 테이블 클램프 장치는, 상기 웨지의 경사면과 상기 클램프의 일 측과의 사이에 적어도 하나의 제1 베어링 롤러(bearing roller), 및 상기 웨지의 경사면의 반대측면과 이에 대면하는 상기 프레임의 일 측과의 사이에 적어도 하나의 제2 베어링 롤러를 더 구비할 수 있다.
상기 클램프는 자신의 타 측에 상기 회전 테이블의 일 부분에 마찰할 때 마찰력이 증강되도록 구리 합금 재질의 클램프 패드(pad)를 구비할 수 있다.
본 발명의 회전 테이블 클램프 장치는, 상기 로드가 상기 반대 방향으로 수축된 때 상기 클램프가 원상태로 복귀하도록 상기 유압 액추에이터와 상기 클램프 사이에 개재된 스프링(spring)을 더 구비할 수 있다.
본 발명의 회전 테이블 클램프 장치는, 상기 웨지의 말단에 고정된 트리거(trigger), 및 상기 트리거의 움직임에 따라 켜지거나 꺼져 상기 로드가 상기 실린더로부터 돌출되거나 그 반대 방향으로 수축되는 것을 감지하는 센서(sensor)를 더 구비할 수 있다.
또한 본 발명은, 테이블 베이스, 상기 테이블 베이스에 회전 가능하게 탑재되는 회전 테이블, 및 상기 회전 테이블의 회전을 정지시키는 것으로, 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항의 회전 테이블 클램프 장치를 구비하는 공작기계를 제공한다.
본 발명의 회전 테이블 클램프 장치에 의하면, 클램프 장치가 고장나거나 작동 불량인 때 테이블 베이스와 회전 테이블을 분리하지 않고 클램프 장치만 공작기계로부터 분리하여 수리하고, 정상화된 클램프 장치를 테이블 베이스와 회전 테이블의 분리 없이 공작기계에 재설치할 수 있다. 따라서, 클램프 장치의 정비/수리(maintenance)가 용이하고 신속하며 비용이 절감된다.
또한, 본 발명의 회전 테이블 클램프 장치는 유압 액추에이터 로드(rod)의 말단에 경사진 웨지(wedge)를 사용하여 웨지가 없는 경우보다 클램픽력(clamping force)이 증대된다. 따라서, 회전 테이블의 정지 및 고정 동작의 신뢰성 및 반응 속도가 향상된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 회전 테이블 클램프 장치를 구비하는 공작기계의 개략 단면도이다.
도 2는 도 1의 회전 테이블 클램프 장치를 도시한 평면도이다.
도 3 및 도 4는 도 2의 A-A에 따른 단면도로서, 도 3은 회전 테이블의 회전이 가능한 상태를 도시한 도면이고, 도 4는 회전 테이블의 회전이 불가능한 상태를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 회전 테이블 클램프 장치와, 이를 구비한 공작기계를 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 회전 테이블 클램프 장치를 구비하는 공작기계의 개략 단면도로서, 이를 참조하면, 예를 들어 수평형 머시닝 센터, 보링 머신(boring machine)와 같은 공작기계(10)는 테이블 베이스(11)와, 테이블 베이스(11)에 회전 가능하게 탑재된 회전 테이블(15)을 구비한다. 회전 테이블(15)은 테이블 베이스(11)의 상측면에서 수직 방향으로 연장된 회전 샤프트(14)를 기준으로 시계 방향 및 반시계 방향으로 회전 가능하다. 회전 테이블(15)에 공작물(미도시)을 고정 지지하고, 테이블 베이스(11)에 대해 설정된 각도만큼 회전 테이블(15)을 회전시키고 위치 고정한 후, 공구(미도시)를 사용하여 공작물을 가공하는 작업이 수행된다.
회전 테이블 클램프 장치(20)는 회전 테이블(15)의 회전을 정지시켜 위치를 고정하는 장치로서, 테이블 베이스(11)의 상측면과 회전 테이블(15)의 외주부 사이의 이격된 공간에 설치된다. 따라서, 회전 테이블 클램프 장치(20)는 공작기계(10)의 측면으로 보여지도록 노출된다. 도 1에는 한 쌍의 회전 테이블 클램프 장치(20)만이 도시되어 있으나, 회전 샤프트(14)로부터 동일한 거리만큼 이격된 원호를 따라 더 많은 수의 회전 테이블 클램프 장치(20)가 일정 간격으로 배치될 수 있다.
도 2는 도 1의 회전 테이블 클램프 장치를 도시한 평면도이고, 도 3 및 도 4는 도 2의 A-A에 따른 단면도로서, 도 3은 회전 테이블의 회전이 가능한 상태를 도시한 도면이고, 도 4는 회전 테이블의 회전이 불가능한 상태를 도시한 도면이다. 도 2 내지 도 4를 참조하면, 회전 테이블 클램프 장치(20)는 프레임(frame)(21), 유압 액추에이터(hydraulic pressure actuator)(40), 웨지(wedge)(57), 클램프(clamp)(30), 스프링(spring)(70), 및 센서(sensor)(73)를 구비한다.
프레임(21)은 테이블 베이스(11)(도 1 참조)에 고정 설치된다. 구체적으로, 프레임(21)은 바닥부(22)와, 바닥부(22)의 양 측에 수직 돌출된 한 쌍의 측벽부(23)와, 클램프(30)가 피봇(pivot) 가능하게 체결 지지되는 한 쌍의 클램프 체결부(26)와, 한 쌍의 측벽부(23) 및 한 쌍의 클램프 체결부(26) 외측에 수평 돌출된 한 쌍의 플랜지부(flange portion)(24)를 구비하여, 일체로 형성된다. 상기 한 쌍의 플랜지부(24)가 복수의 볼트(29)에 의해 테이블 베이스(11)(도 1 참조)에 고정 결합된다.
유압 액추에이터(40)는, 프레임(21)에 고정되는 실린더(cylinder)(41)와, 유압에 의해 실린더(41) 내부에서 수평 방향으로 직선 왕복 가능한 피스톤(piston)(48)과, 피스톤(48)에 연결되고 실린더(41) 밖으로 돌출되도록 연장된 로드(rod)(52)와, 실린더(41)의 개구를 폐쇄하는 실린더 캡(cap)(45)을 구비한다. 실린더(41)의 측벽에는 실린더(41) 내부로 오일(oil)을 주입하거나, 반대로 실린더(41) 내부에서 오일을 빼내기 위한 제1 및 제2 유압 포트(port)(42, 43)가 형성된다. 피스톤(48)은 실린더(41) 내의 공간을 제1 공간(61)과 제2 공간(62)의 두 부분으로 분할하고, 제1 유압 포트(42)는 상기 제1 공간(61)에 연결되고, 제2 유압 포트(43)는 상기 제2 공간(62)에 연결된다.
제1 유압 포트(42)를 통해 제1 공간(61)에서 실린더(41) 외부로 오일이 배출되고 제2 유압 포트(43)를 통해 제2 공간(62)으로 오일이 주입되면, 도 4에 도시된 바와 같이 제2 공간(62)이 확장되고 제1 공간(61)이 좁아지는 방향으로 피스톤(48)이 이동하며, 이에 따라 로드(52)는 회전 테이블(15)의 래디얼 방향(radial direction)으로 실린더(41)로부터 돌출된다. 반대로, 제1 유압 포트(42)를 통해 제1 공간(61)으로 오일이 주입되고 제2 유압 포트(43)를 통해 제2 공간(62)에서 실린더(41) 외부로 오일이 배출되면, 도 3에서 도시된 바와 같이 제1 공간(61)이 확장되고 제2 공간(62)이 좁아지는 방향으로 피스톤(48)이 이동하며, 이에 따라 로드(52)는 회전 테이블(15)의 회전 샤프트(14)(도 1 참조)를 향한 방향으로 실린더(41) 내측으로 수축된다. 한편, 오일의 유출로 인한 유압 손실을 막기 위하여 실린더 캡(45)의 캡 내측부(46)의 외주면과, 피스톤(48)의 외주면과, 로드(52)의 외주면에 각각, 고무 링(ring) 형태의 오일 씰링 부재(47, 49, 56)가 개재된다.
웨지(wedge)(57)는 로드(52)의 말단에 상기 로드(52)에 종동하여 이동한다. 웨지(57)의 상측면은 비스듬히 기울어진 경사면(58)으로 형성되며, 상기 경사면(58)의 반대측면, 즉 웨지(57)의 하측면은 수평한 프레임(21)의 바닥부(22)에 대응되게 수평면으로 형성된다. 웨지(57)는 로드(52)의 말단에 웨지 핀(wedge pin)(54)에 의해 연결되므로, 웨지(57)는 로드(52)의 말단에 대해 미세하게 피봇(pivot) 가능하다.
클램프(clamp)(30)는 실린더(41)의 위에 회전 테이블(15)(도 1 참조)의 래디얼 방향으로 연장된 클램프 레버(clamp lever)(31)와, 클램프 레버(31)의 중간 부분을 프레임(21)의 한 쌍의 클램프 체결부(26)에 피봇(pivot) 가능하게 연결하는 클램프 핀(clamp pin)(34)과, 클램프 레버(31) 일 측에 형성된, 웨지(57)의 경사면(58)과 대응되게 기울어진 경사면(32)과, 클램프 레버(31)의 타 측에 볼트(38)에 의해 고정 결합된 클램프 패드(36)를 구비한다. 웨지(57)의 경사면(58)과 클램프(30)의 경사면(32) 사이에는 복수의 제1 베어링 롤러(bearing roller)(64)가 개재되고, 상기 웨지 경사면(58)의 반대측면과 프레임(21)의 바닥부(22)와의 사이에는 복수의 제2 베어링 롤러(65)가 개재된다.
이와 같은 구성에 의해, 로드(52)가 실린더(41)의 외측으로 돌출되면 웨지(57)는 프레임 바닥부(22)와 클램프 경사면(32)과의 마찰이 거의 없는 상태로 미끄러져 회전 테이블(15)(도 1 참조)의 래디얼 방향으로 이동한다. 그리고, 클램프 경사면(32)이 웨지(57)에 의해 밀려 올라가고, 클램프 레버(31)가 클램프 핀(34)을 중심으로 반시계 방향(도 3 및 도 4 기준)으로 피봇(pivot) 회전하며, 클램프 패드(36)가 아래로 하강하여 회전 테이블(15)의 하단부 테두리의 마찰면(17)을 밀착 가압한다(도 4 참조). 이에 따라 상기 마찰면(17)과 클램프 패드(36) 사이에 발생한 마찰력에 의해 회전 테이블(15)의 회전이 정지한다. 클램프 패드(36)는 마찰력이 증강되도록 예를 들어, 인청동과 같은 구리 합금 재질로 형성될 수 있다. 인청동은 순수한 구리(Cu) 재질과 유사한 정도의 마찰력을 발생하나, 순수한 구리보다 내마모성이 우수하여 바람직하다.
스프링(spring)(70)은 유압 액추에이터(40)의 실린더 캡(45)과 클램프 레버(31) 사이에 개재된다. 구체적으로, 스프링(70)은 클램프(30)의 클램프 핀(34)과 클램프 패드(36) 사이에 개재된다. 스프링(70)은 로드(52) 및 이에 연결된 웨지(57)가 회전 테이블(15)의 래디얼 방향으로 이동하여 클램프 레버(31)가 클램프 핀(34)을 중심으로 반시계 방향(도 3 및 도 4 기준)으로 피봇(pivot) 회전하면 탄성 압축된다.
그리고, 상기 로드(52) 및 이에 연결된 웨지(57)가 회전 샤프트(14) 방향으로 이동하면 스프링(70)이 탄성 복원되어 클램프 레버(31)가 클램프 핀(34)을 중심으로 시계 방향(도 3 및 도 4 기준)으로 피봇 회전한다. 이에 따라, 도 3에 도시된 바와 같이 클램프 패드(36)는 상기 마찰면(17)과 이격되어 회전 테이블(15)은 다시 회전 가능한 상태가 되며, 클램프(30)의 경사면(32)은 제1 베어링 롤러(64)가 개재된 채로 웨지(57)의 경사면(58)에 계속 접촉된다. 한편, 상술한 바와 같이 웨지(57)는 웨지 핀(54)에 의해 로드(52)의 말단에 미세하게 피봇 가능하게 연결되어 있으므로, 로드(52)가 수평으로 이동할 때 웨지(57)가 클램프 경사면(32)이나 프레임 바닥부(22)에 걸리지 않고 종동하여 이동할 수 있다.
웨지(57)의 말단에는 트리거(trigger)(67)가 볼트(69)에 의해 고정된다. 센서(73)는 트리거(67)의 움직임에 따라 켜지거나 꺼져 로드(52) 및 웨지(57)가 실린더(41)로부터 돌출되거나 그 반대 방향으로 수축되는 것을 감지한다. 예를 들어, 상기 센서(73)는 리미트 스위치(limit switch)를 구비할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 로드(52) 및 웨지(57)가 실린더(41)로부터 돌출되면 센서(73)가 트리거(67)에 의해 접촉 가압되어 켜진다. 센서(73)의 온(ON) 신호가 공작기계(10)(도 1 참조)의 콘트롤러(미도시)에 전달되어 작업자는 로드(52) 및 웨지(57)가 정상적으로 돌출되었음을 알 수 있다.
반대로, 도 3에 도시된 바와 같이, 로드(52) 및 웨지(57)가 실린더(41) 내측으로 수축되면 트리거(67)가 센서(73)와 이격되고, 센서(73)는 꺼진다. 센서(73)의 오프(OFF) 신호가 공작기계(10)(도 1 참조)의 콘트롤러(미도시)에 전달되어 작업자는 로드(52) 및 웨지(57)가 수축되는 방향으로 정상 복귀하였음을 알 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10: 공작기계 11: 테이블 베이스
15: 회전 테이블 20: 회전 테이블 클램프 장치
21: 프레임 30: 클램프
36: 클램프 패드 40: 유압 액추에이터
41: 실린더 48: 피스톤
52: 로드 57: 웨지
70: 스프링 73: 센서

Claims (7)

  1. 공작기계의 테이블 베이스에 탑재된 회전 테이블의 회전을 정지시키는 장치로서,
    상기 테이블 베이스에 고정 설치되는 프레임(frame);
    상기 프레임에 고정되는 실린더(cylinder)와, 유압에 의해 상기 회전 테이블의 바깥을 향하는 래디얼(radial)방향으로 상기 실린더로부터 돌출되거나 그 반대 방향으로 수축되는 로드(rod)를 구비한 유압 액추에이터;
    상기 로드의 말단에 연결되어 상기 로드에 종동하며, 일 측에 경사면을 갖는 웨지(wedge); 및,
    중앙부측에 클램프 핀과 결합되어서 상기 프레임에 피봇(pivot) 가능하게 결합되고, 일측은 상기 웨지와 대응되는 경사면을 가지고, 타측은 상기 회전 테이블의 일부분에 맞닿을 위치에 있으며, 상기 유압 액추에이터와 웨지 상측에 배치된 클램프(clamp);를 구비하고,
    상기 로드가 상기 실린더로부터 돌출되면 상기 웨지의 경사면이 상기 클램프의 일 측을 가압하여 상기 클램프가 피봇 회전하고, 이로 인해 상기 클램프의 타 측이 상기 회전 테이블의 일 부분에 마찰 접촉하도록 구성되고,
    상기 프레임과, 유압 액추에이터와, 클램프는 모듈화되어서, 상기 공작기계의 측면으로 노출되어 조립가능한 것을 특징으로 하는 회전 테이블 클램프 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 웨지는 상기 로드의 말단에 대해 미세하게 피봇(pivot) 가능하게 핀(pin)에 의해 상기 로드의 말단에 연결된 것을 특징으로 하는 회전 테이블의 클램프 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 웨지의 경사면과 상기 클램프의 일 측과의 사이에서 자유롭게 이동 및 회전 가능하도록 나란히 배치된 복수의 제1 베어링 롤러(bearing roller); 및,
    상기 웨지의 경사면의 반대측면과 이에 대면하는 상기 프레임의 일 측과의 사이에 선마찰하는 적어도 하나의 제2 베어링 롤러;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 회전 테이블 클램프 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 클램프는 자신의 타 측에 상기 회전 테이블의 일 부분에 마찰할 때 마찰력이 증강되도록 구리 합금 재질의 클램프 패드(pad);를 구비하는 것을 특징으로 하는 회전 테이블 클램프 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 로드가 상기 반대 방향으로 수축된 때 상기 클램프가 원상태로 복귀하도록 상기 유압 액추에이터와 상기 클램프 사이에 개재된 스프링(spring);을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 회전 테이블 클램프 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 클램프는:
    상기 실린더 위에 회전테이블의 래디얼 방향으로 연장된 클램프 레버와;
    상기 클램프 레버의 중간 부분을 프레임의 한 쌍의 클램퍼 체결부에 피봇 가능하게 연결하는 클램프 핀과;
    상기 클램프 레버 일측에 형성된, 웨지면에 대응되는 경사면과;
    상기 클램프 레버의 타측에 고정 결합된 클램프 패드;
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 회전 테이블 클램프 장치.
  7. 테이블 베이스;
    상기 테이블 베이스에 회전 가능하게 탑재되는 회전 테이블; 및,
    상기 회전 테이블의 회전을 정지시키는 것으로, 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항의 회전 테이블 클램프 장치;를 구비하는 것을 특징으로 하는 공작기계.
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