KR101522456B1 - 고속 인덱스 테이블의 고강력 쇄기형 클램프 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고속 및 초정밀 구동이 가능한 인덱스 테이블의 기능 중 회전제어의 핵심 요소인 자동화 클램프(=브레이크) 장치를 대폭 개선하여 더욱 강력하고 정밀한 급제동이 가능할 뿐 아니라 고장 및 오동작의 최소화로보다 장구한 수명과 탁월한 기능성 유지는 물론 안전성과 신뢰증대에도 크게 기여할 수 있는 새로운 클램프 장치에 관한 것이다.
즉 본 발명은 고속 인덱스 테이블에 설치되는 클램프장치의 브레이킹 및 그 해제 동작시, 직선으로 밀면(전진동작) 밀수록 더욱 강하게 벌어지면서 클램핑하면서도 필요한 경우에는 아주 쉽게 빠지면 브레이킹 해제가 가능하여 클램핑의 성능 향상 및 신뢰성 확보에 크게 유리한 쇄기형 자동 브레이크장치(300)를 설치하되, 이는 회전구동부(미도시) 하측에 설치된 회전축(102) 일측에는, 일정한 유, 공압을 입력하면 브레이크 피스톤(320)이 상·하 미세한 동작을 수행하면 쇄기형 가압 홀더의 강력한 클램핑 동작에 의해 브레이크 패드(310)를 효과적으로 급제동할 수 있고, 브레이크 동작이 끝나면 그 가압이 자동으로 해제되는 구조로 된 것이다.

Description

고속 인덱스 테이블의 고강력 쇄기형 클램프 장치{Index table and a powerful high-speed Wedge clamp device}

본 발명은 고속 및 초정밀 구동이 가능한 인덱스 테이블의 기능 중 회전제어의 핵심 요소인 자동화 클램프(=브레이크) 장치를 대폭 개선하여 더욱 강력하고 정밀한 급제동이 가능할 뿐 아니라 고장 및 오동작의 최소화로 보다 장구한 수명과 탁월한 기능성 유지는 물론 안전성과 신뢰증대에도 크게 기여할 수 있는 새로운 클램프 장치에 관한 것이다.

각종 공작기계에 설치되는 일반적인 인덱스 테이블은 SCM440 재질의 워엄과 인청동 재질의 워엄휠이 상호 기어 맞물림 되는 워엄기어 타입의 회전구동수단이 적용되어 왔었으나,

이는 회전구동 중 기어간 마모성 커 허용범위 이상의 과도한 백래시가 발생하기 때문에 회전 정밀도가 크게 떨어지는 문제점이 있을 뿐 아니라, 워엄기어의 특성에 따른 과다한 감속 비로 인해 고속회전을 저해하는 것은 물론이고, 사이클 타임의 저하로 생산성 향상에 어느 한계점을 가질 수밖에 없다는 사실이 확인되면서,

최근에는 위엄기어 대신 회전구동의 정밀도는 물론 고속회전에 특히 유리한 기어가 장치된 기어 타입 인덱스 테이블이 크게 각광받고 있다.

한편, 인덱스 테이블은 기본적으로 중량의 공작물을 고속 회전시키면서 작업(가공)이 이루어질 뿐 아니라, 그 회전의 급제동 및 가속 그리고 회전방향 급선회(회전방향전환)는 물론, 정밀한 다단 스탭과 같은 정밀한 회전 및 제어 동작이 요구되고, 이는 곧바로 인덱스 테이블의 성능을 좌우함으로 매우 중요한 핵심요소라 할 수 있다.

그런데 인덱스 테이블에 갖춰진 종래의 자동 클램핑 장치(브레이크)는 자금까지 상당한 변천과정을 거치면서 상당한 수준까지 도달한 것은 사실이나, 현시대가 요구하는 더욱더 정밀하고 신뢰도 높은 강력한 클램프 동작에도 아직까지 미흡한 부분이 상당한 실정이다.

즉, 과거의 자동 클램핑 장치(브레이크)는 단순한 가압 브레이크 방식에 의한 동작시스템임에 따라, 가공 토오크 보다 2배 이상이 필요한 브레이크(클램핑) 동작시 상당한 크기의 가압 동력원이 필요함으로 동력소비가 불필요하게 컸던 문제점은 물론 제동 중 장애요소인 슬립현상 등이 자주 발생하여 브레이크 반응 및 응답속도까지 느려지는 등 상당한 문제점이 확인된 이후부터는 그 사용이 급속히 줄어들고 있다.

이를 해결하기 위해 본원 출원인은, 인덱스의 하부 포스트 하부와 인접한 고정 지지체 사이에 그 일측은 상기 하부 포스트에 볼팅되고, 타측은 고정 지지체와 근접되어 있는 브레이크 패드가 구성되고, 상기 브레이크 패드의 하부에는 피스톤 작동홈을 갖는 피스톤 설치블록이 설치되는 동시에 그 피스톤 작동홈과 상기 브레이크 패드 사이에 일정한 유, 공압이 입력되면 그 가압력에 따라 밀리면서 상기 브레이크 패드를 강하게 접촉(브레이크 동작)하고, 가압력이 정지되면 원위치 복귀(브레이크 동작 해제)되는 브레이크 피스톤이 구성되며, 상기 브레이크 피스톤과 상기 피스톤 설치블록 사이에는 브레이크 동작을 위한 유압 또는 공압의 입력시 신속한 브레이킹 추력이 발생될 수 있게 하는 추력발생 틈새공간을 형성되는 동시에, 상기 추력발생 틈새공간의 하부에는 브레이크 동작을 위한 일정한 유압 또는 유, 공압의 가압력이 입력되는 가압력 유도홈과 유공압 호스 결합홈이 형성되어 있는 패드가압형 브레이크장치가 적용된 고속 고효율 엔씨 인덱스 테이블을 출원번호 10-2012-10309호로 특허출원함 바 있다.

그러나 위 선출원의 인덱스테이블에 적용되어 있는 패드가압형 자동 브레이크장치는, 전술된 바와 같이 실린더형 피스톤이 디스크 패드에 수직압력을 가하고 이때 발생하는 면 접촉(브레킹 작용) 작용시, 그 구조적인 한계점 때문에 완벽한 면접촉과 마찰력에 의한 고강력 브레이킹 기능을 기대하기에는 부족함이 큰 실정이다.

이에 본 발명에서는 고속 인덱스 테이블에 설치되는 클램프장치의 브레이킹 및 그 해제 동작시, 직선으로 밀면(전진동작) 밀수록 더욱 강하게 벌어지면서 클램핑하면서도 필요한 경우에는 아주 쉽게 빠지면 브레이킹 해제가 가능하여 클램핑의 성능 향상 및 신뢰성 확보에 크게 유리한 쇄기형 클램핑 동작시스템을 제공하는 것은 물론, 그 구동의 정밀성과 원활성 증대 및 클램프 밀림방지를 위한 추가적인 고효율 미끄럼수단까지 함께 제공하는 주안점을 두고 그 기술적 과제로서 완성한 것이다.

위 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 인덱스 회전테이블의 하부와 서보모터 사이에, 회전시 백래시나 슬림현상이 전혀 발생되지 않으면서 내구성과 고강성 및 고속분할의 회전동작이 가능한 기어장치가 구성되는 것과; 회전 테이블 하부 스핀들과 그 일측의 고정 지지체 사이에는 일정한 유, 공압을 입력하면 브레이크 피스톤이 미세하게 상·하 동작하면서 브레이크 패드를 가압하거나 또는 가압 해제함에 따라 브레이크 제어가 실질적으로 실현될 수 있도록 하는 패드가압형 브레이크장치를 설치한 것과; 상기 패드가압형 브레이크장치의 하부에는 브레이크의 출력은 최대로 보장하면서도 브레이크 해제시 필요한 반발 복귀력에는 전혀 문제가 없도록 하는 고효율 브레이크 자동 해제장치; 를 구성시켜서 된 것이다.

본 발명의 고속 인덱스 테이블의 고강력 쇄기형 클램프 장치는, 인덱스 테이블 분야에서는 한 번도 시도된 바 없는 쇄기형 자동 브레이크장치(300) 함에 따라, 고속 인덱스 테이블에 설치되는 클램프장치의 브레이킹 및 그 해제 동작시, 직선으로 밀면(전진동작) 밀수록 더욱 강하게 벌어지면서 강압 클램핑 동작이 가능함으로 회전동작 중 요구되는 급정지, 급가속, 다단 분할 고속회전 등에 대한 정밀 효과적인 고효율 회전제어가 가능하게 되는 등 그 기대되는 바가 실로 다대한 발명이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 상태를 나타낸 사시도
도 2는 본 발명의 인덱스 평면에서 본 평면 예시도
도 3은 본 발명의 인덱스 파절 단면 확대 예시도
도 4는 본 발명의 쇄기형 자동 브레이크장치의 분해 조립예시도
도 5은 본 발명의 롤링수단의 분해 조립 예시도
도 6은 본 발명의 쇄기형 자동 브레이크장치의 부분 파절 단면 작동실시 예시도
도 7는 본 발명의 쇄기형 자동 브레이크장치의 부분 확대 예시도

본 발명의 고속 인덱스 테이블의 고강력 쇄기형 클램프 장치는 첨부된 각 도면에 의거보다 상세히 설명하면 하기와 같다.

즉, 본 발명은 도 1에서 도시된 바와 같이 상측에는 회전테이블(101)이 구비되는 동시에 그 하측에는 상기 회전테이블(101)과 결합되어 동시 회전되는 회전축(102) 구비되고, 상기 회전축(102)의 외 측으로는 고정체(100)가 설치되며, 상기 고정 지지체(100)의 외 측에는 회전구동용 서보모터(미도시)가 설치되고,

상기 회전구동용 서보모터(미도시)의 축과 상기 회전테이블(101) 하측의 회전축(102) 사이에는 서보모터(미도시)의 회전동력을 회전테이블(101)로 전달할 때, 백래시 및 슬립현상이 전혀 없으면서 뛰어난 내구성과 강도을 갖는 동시에 소음이 적고(정숙한) 정밀한 고속분할동작까지 갖출 수 있는 회전구동부(미도시)가 설치되어 있는 구성에 있어서,

상기 회전구동부(미도시) 하측에 설치된 회전축(102) 일측에는, 일정한 유, 공압을 입력하면 브레이크 피스톤(320)이 상·하 미세한 동작을 수행하면 쇄기형 가압 홀더의 강력한 클램핑 동작에 의해 브레이크 패드(310)를 효과적으로 급제동할 수 있고, 브레이크 동작이 끝나면 그 가압이 자동으로 해제되는 쇄기형 자동 브레이크장치(300)를 설치한 것을 그 특징적 요지로 하였다.

그리고 상기 쇄기형 자동 브레이크장치(300)의 어느 일측에는 브레이크의 추력은 최대로 보장하면서도 브레이크가 해제될 때 필요한 복귀력에는 전혀 문제가 없는 브레이크 자동 해제장치(140)가 설치될 수 있다.

특히, 상기 쇄기형 자동 브레이크장치(300)는, 상기 회전축(102) 하부와 구성되고, 타측은 고정체(100)와 비접촉이면서도 초 근접된 브레이크 패드(310)를 구성시킨 것과;

상기 브레이크 패드(310)와 일정한 간격이 유지된 그 하부에는 피스톤 작동홈(331)을 형성한 후 그 피스톤 작동홈(331)에 유, 공압의 입력에 따라 상,하 미세 간격으로 동작하는 브레이크 피스톤(320)을 구성시킨 것과;

상기 브레이크 피스톤(320)의 상측에는 상,하 운동의 출력이 직각방향으로 전달될 수 있게 위쪽으로 경사진 상부 가압 출력면(341)을 갖는 쇄기 구동용 가이드블럭(340)을 구성시킨 것과;

상기 쇄기 구동용 가이드블럭(340)의 외 측에는 상기 상부 가압 출력면(341)과 상호 대응하는 하부 가압 입력면(351)을 갖는 동시에 타측에는 일측은 넓고 끝으로 갈수록 좁게 테이퍼진 쇄기형 가압부(352)를 갖는 쇄기형 가압 홀더(350)가 구성되어 있는 것과;

상기 쇄기형 가압 홀더(350)의 상,하측에는 상기 쇄기형 가압홀더가 작동하면 그 쇄기 동작에 따라 상,하 양측으로 벌어지면서 그 하나는 상측의 상기 브레이크 패드(310)에 밀착되고, 다른 하나는 하측의 고정체(100)에 밀착되는 패드 마찰편(360)과 고정체 마찰편(370)이 각각 구성되는 구조로 이루어진다.

이때 패드 마찰편(360)과 고정체 마찰편(370) 각각의 외 측은 마찰면(361), (371)이 형성되고, 반대 면에는 상기 테이퍼진 쇄기형 가압부(352)와 대응할 수 있게 경사진 접설면(362),(372)이 형성된다.

상기 쇄기형 가압 홀더(350)의 내측 끝에는 브레이크 동작이 끝난 후 그 해제시 일정한 장력에 따라 더욱 용이하게 빠져나올 수 있도록 하는 자동 인출용 스프링(390)이 추가로 결합될 수 있다.

또한, 상기 쇄기형 가압 홀더(350) 일측의 상,하측에 각각 테이퍼형으로 구성된 상기 쇄기형 가압부(352)에는 브레이크 동작과 그 해제시 쇄기동작에 따른 마찰저항의 최소화로 더욱 강력한 마찰력을 가압력 인가 가능한 롤링수단(380)이 추가로 더 구성될 수 있는 데,

이는 상기 테이퍼진 쇄기형 가압부(352)에 일정한 깊이의 내설홈(381)을 음각시킨 다음, 상기 내설홈(381)에 일정한 직경과 길이를 갖는 하나 이상의 롤러봉(383) 또는, 다수의 볼(384a)들이 볼집(384b)에 의해 일정한 길이로 배열된 하나 이상의 볼어레이(384) 중 선택된 어느 하나를 삽입시킨 구조로 설계함이 바람직하다.

이때, 상기 롤러봉(383) 또는 볼어레이(384)는 전술된 바와 같이 각각 하나 이상을 다수 개로 구성할 수 있되, 그 중 어느 하나 이상의 직경은 다른 것에 비해 좀더 작은 직경으로 구성하면 간섭의 최소화로 동작의 효율성에 좀더 유리할 수 있다.

이와 같이 구성될 수 있는 롤링수단은 쇄기형 가압 홀더의 일측에 상,하로 테이퍼진 경사진 쇄기형 가압부와 패드 마찰편 사이 또는 반대측 쇄기형 가압부와 고정체 마찰편 사이에서,

롤링 또는 구름운동(마찰 저항의 최소화)이 제공됨에 따라 브레이크 동작을 위한 쇄기형 가압 홀더가 동일한 힘 대비보다 깊게 전진시킬 수 있음으로 더욱 강력한 브레이킹 동작이 가능하게 되는 것이다.

물론, 브레이크 해제를 위해 빠져나올 때도 상기 롤링 수단이 갖는 롤링 또는 구름운동의 이점에 따라 쉽고 간단한 동작이 가능하게 되는 등 아주 유용한 발명이다.

참고로, 상기 브레이크 피스톤(320)과 하부의 고정체(인덱스 테이블의 몸체와 고정되어 있는 부재, 100) 사이에는 브레이크 동작을 위한 유압 또는 공압의 입력시 신속한 브레이킹 추력이 발생될 수 있게 하는 추력발생 틈새공간(132)을 형성시키는 동시에, 상기 추력발생 틈새공간(132)의 하부에는 브레이크 동작을 위한 일정한 유압 또는 유, 공압의 가압력을 입력시키는 가압력 유도홈(135)과 유공압 호스 결합홈(136)이 형성된다.

또, 상기 고효율 브레이크 자동 해제장치(140)는 브레이크 동작을 해제할 때 상기 브레이크 피스톤(320)이 자동으로 원위치 복귀시키기 위하여 상기 브레이크 피스톤(320)과 상기 고정체(100) 사이에 설치되는 것으로서,

일측은 볼트(141a)가 형성되고 타측은 턱걸림머리부(141b)가 형성된 압축핀(141)에 일정한 압축력이 설정된 코일 스프링(142)이 체결된 구조를 가짐에 따라,

상기 브레이크 피스톤(320)이 위쪽 브레이크 패드(310)로 붙어서 브레이크 동작이 실현된 다음, 그 브레이크 동작의 해제를 위해 인가되는 브레이킹 가압력이 멈추면, 상기 브레이크 피스톤(320)이 자동으로 원위치 복귀할 수 있는 적정의 반발력이 자동으로 주어지기 때문에,

브레이크 동작시의 추력에는 크게 영향을 주지 않으면서도 브레이크 해제의 신호가 인가되면 신속 정확한 브레이크 해제동작(브레이크 피스톤 원위치 복귀))이 실현될 수 있다.

또, 상기 브레이크 피스톤(320)의 내부와 외견에는 유공압의 유출방지를 위해 오링과 같은 실링부재(171, 172)가 더 끼워질 수 있음은 물론이다.

미설명된 도 3의 400번은 몸체이고, 도4의 500번은 간격 유지링임.

100: 고정체 101: 회전테이블
102: 회전축 103: 서보모터
140: 브레이크 자동 해제장치 141a: 볼트
141b: 턱걸림머리부 141: 압축핀
142: 코일 스프링 300: 자동 브레이크장치
310: 패드 320: 브레이크 피스톤
331: 피스톤 작동홈 340: 가이드블럭
341: 가압 출력면 350: 쇄기형 가압 홀더
351: 가압 입력면 352: 쇄기형 가압부
360: 마찰편 361,371: 마찰면
362,372: 접설면 370: 마찰편
380: 롤링수단 381: 내설홈
383: 롤러봉 384: 볼어레이
384a: 볼 384b: 볼집
390: 자동 인출용 스프링

Claims (10)

1. 상측에 회전테이블(101)이 구비되는 동시에 그 하측에는 상기 회전테이블(101)과 결합되어 동시 회전되는 회전축(102) 구비되고, 상기 회전축(102)의 외 측으로는 고정체(100)가 설치되며, 상기 고정체(100)의 외 측에는 회전구동용 서보모터(미도시)가 설치되고, 상기 회전구동용 서보모터(미도시)의 축과 상기 회전테이블(101) 하측의 회전축(102) 사이에는 서보모터(미도시)의 회전동력을 회전테이블(101)로 전달할 때, 백래시 및 슬립현상이 전혀 없으면서 뛰어난 내구성과 강도을 갖는 동시에 소음이 적고(정숙한) 정밀한 고속분할동작까지 갖출 수 있는 회전구동부(미도시)가 설치되어 있는 구성에 있어서,
   
   상기 회전구동부(미도시) 하측에 설치된 회전축(102) 일측에는, 일정한 유, 공압을 입력하면 브레이크 피스톤(320)이 상·하 미세한 동작을 수행하면 쇄기형 가압 홀더의 강력한 클램핑 동작에 의해 브레이크 패드(310)를 효과적으로 급제동할 수 있고, 브레이크 동작이 끝나면 그 가압이 자동으로 해제되는 쇄기형 자동 브레이크장치(300)를 설치한 것과;
   
   상기 쇄기형 자동 브레이크장치(300)는, 상기 회전축(102) 하부와 구성되고, 타측은 고정체(100)와 비접촉이면서도 초 근접된 브레이크 패드(310)를 구성시킨 것과;
   
   상기 브레이크 패드(310)와 일정한 간격이 유지된 그 하부에는 피스톤 작동홈(331)을 형성한 후 그 피스톤 작동홈(331)에 유, 공압의 입력에 따라 상,하 미세 간격으로 동작하는 브레이크 피스톤(320)을 구성시킨 것과;
   
   상기 브레이크 피스톤(320)의 상측에는 상,하 운동의 추력이 직각방향으로 전달될 수 있게 위쪽으로 경사진 상부 가압 출력면(341)을 갖는 쇄기 구동용 가이드블럭(340)을 구성시킨 것과;
   
   상기 쇄기 구동용 가이드블럭(340)의 외측에는 상기 상부 가압 출력면(341)과 상호 대응하는 하부 가압 입력면(351)을 갖는 동시에 타측에는 일측은 넓고 끝으로 갈수록 좁게 테이퍼진 쇄기형 가압부(352)를 갖는 쇄기형 가압 홀더(350)가 구성되는 것과;
   
   상기 쇄기형 가압 홀더(350)의 상,하측에는 상기 쇄기형 가압홀더가 작동하면 그 쇄기 동작에 따라 상,하 양측으로 벌어지면서 그 하나는 상측의 상기 브레이크 패드(310)에 밀착되고, 다른 하나는 하측의 고정체(100)에 밀착되는 패드 마찰편(360)과 고정체 마찰편(370)이 각각 구성되는 것과;
   
   상기 쇄기 구동용 가이드블럭(340)과 상기 브레이크 피스톤(320)은 각각 별도로 구성한 다음 조립되거나 또는 일체형으로 형성될 수 있는 것과;
   
   상기 패드 마찰편(360)과 고정체 마찰편(370) 각각의 외측은 마찰면(361),(371)이 형성되고, 반대측에는 상기 테이퍼진 쇄기형 가압부(352)와 대응할 수 있게 경사진 접설면(362),(372)이 각각 형성되는 것과;
   
   상기 쇄기형 가압 홀더(350)의 내측 끝에는, 브레이크 동작이 끝난 후 그 해제시 일정한 장력에 따라 더욱 용이하게 빠져나올 수 있도록 하는 자동 인출용 스프링(390)이 추가로 더 결합되는 것과;
   
   상기 쇄기형 가압 홀더(350) 일측의 상,하측에 각각 테이퍼형으로 구성된 상기 쇄기형 가압부(352)에는 브레이크 동작과 그 해제시 쇄기동작에 따른 마찰저항의 최소화로 더욱 강력한 마찰력을 인가하는 롤링수단(380)이 추가 더 구성되는 것과;
   
   상기 롤링수단(380)은, 상기 테이퍼진 쇄기형 가압부(352)에 일정한 깊이의 내설홈(381)을 음각시킨 다음, 상기 내설홈(381)에 다수의 볼(384a)들이 볼집(384b)에 의해 일정한 길이로 배열된 하나 이상의 볼어레이(384) 로 구성된 것과;
   
   상기 볼어레이(384)는 각각 하나 이상 다수개로 구성되되, 그 중 어느 하나 이상의 직경은 다른 것에 비해 좀 더 작을 것을 적용한 것과;
   
   상기 쇄기형 자동 브레이크장치(300)의 어느 일측에는 브레이크의 출력은 최대로 보장하면서도 브레이크가 해제될 때 필요한 복귀력에는 전혀 문제가 없는 브레이크 자동 해제장치(140)가 설치된 것과;
   
   상기 브레이크 자동 해제장치(140)는, 브레이크 동작을 해제할 때 상기 브레이크 피스톤(320)이 자동으로 원위치 복귀시키기 위하여 상기 브레이크 피스톤(320)과 상기 고정체(100) 사이에 설치되는 것으로 일측은 볼트(141a)가 형성되고 타측은 턱걸림머리부(141b)가 형성된 압축핀(141)에 일정한 압축력이 설정된 코일 스프링(142)이 체결된 것; 을 특징으로 한 고속 인덱스 테이블의 고강력 쇄기형 클램프 장치.
   
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