KR101620327B1

KR101620327B1 - Cnc 선반용 공작물 척킹 장치

Info

Publication number: KR101620327B1
Application number: KR1020160004721A
Authority: KR
Inventors: 나강철
Original assignee: 나강철
Priority date: 2016-01-14
Filing date: 2016-01-14
Publication date: 2016-05-12

Abstract

본 발명은, 통공이 마련된 앞면을 갖고, CNC 선반의 주축대에 설치된 스핀들의 앞단에 결합된 스핀들 캡; 전후 방향으로 직선 운동을 할 수 있도록 상기 스핀들의 내부에 위치하되 상기 스핀들의 회전 시 함께 회전하도록 마련되고, 압축 코일 스프링을 내장한 척 슬리브; 상기 압축 코일 스프링에 의해 앞쪽으로 가압되는 뒷단, 상기 스핀들 캡의 통공을 통과하는 앞단 및 상기 스핀들 캡의 앞면에 걸린 단턱을 갖고, 상기 척 슬리브의 전후진 시 공작물을 파지하고 놓아주도록 마련된 콜렛 척; 및 상기 스핀들 내부의 절삭유 공급관과 결합한 고정 블록 및 상기 콜렛 척에 의해 파지된 공작물의 뒷단과 맞닿은 상태를 유지하면서 상기 공작물과 함께 회전하도록 상기 고정 블록에 결합되어 상기 고정 블록을 통과한 절삭유를 상기 공작물의 내부로 분사하는 회전 블록을 포함하는 절삭유 분사 노즐;포함하는 CNC 선반용 공작물 척킹 장치를 제공한다.

Description

CNC 선반용 공작물 척킹 장치{WORK CHUCKING DEVICE OF CNC LATHE}

본 발명은 공작물 척킹 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 CNC 선반의 주축대에 마련되어 공작물(work)을 파지하거나 놓아주는 CNC 선반용 공작물 척킹 장치에 관한 것이다.

CNC 선반은 범용 선반(수동 선반)에 콘트롤러(controller)를 장착한 공작기계이다. CNC 선반은 컴퓨터 프로그램에 의해 자동으로 각종 공작물을 가공할 수 있다는 점에서 범용 선반과 다르다. 이러한 CNC 선반은 일반적으로 기계장치 및 이 기계장치를 제어하는 콘트롤러로 구성된다. 그리고 상기 기계장치는 그 구성이 다양하기는 하나 일반적으로 주축대(head stock), 척킹 장치(chuking device), 공구대(turret), 심압대(tail stock), 유압장치, 이송장치 등을 구성품으로 한다.

상기 척킹 장치는 공작물을 파지하는 장치로서 주축대의 앞단에 마련되어 있다. 척킹 장치에 의해 파지된 공작물은 공구대에 마련된 공구들에 의해 절삭되는데, 이때 공구 및 공작물이 높은 온도로 가열되고 절삭 칩도 발생하게 된다. 절삭 시 발행하는 고온의 열은 공작물의 수명을 단축시키고, 절삭 부산물인 절삭 칩은 절삭 정밀도에 악영향을 미친다. 따라서 공구의 냉각 및 절삭 칩의 제거가 이루어질 필요가 있고, 이에 CNC 선반에서는 절삭 부위에 절삭유가 공급된다.

한국등록특허 제10-0649152호(씨엔씨 선반의 절삭유 분사장치)에는 절삭 부위에 절삭유를 분사하는 기술의 일 예가 개시되어 있다. 이 기술에서는 절삭유가 공구대로 공급된 후 공작물 쪽으로 분사된다. 또한, 이 기술에서는 공구대로부터 분사되는 절삭유의 분사 각도가 조절된다.

절삭 부위에 절삭유를 분사하는 기술의 또 다른 예가 한국공개특허 제10-2009-0070251호(선반용 내경바이트 홀더) 및 한국공개특허 제10-2009-0070252호(선반용 콜렉트 척)에 개시되어 있다. 이 공개특허들에 개시된 기술에서도 위 등록특허에 개시된 기술과 마찬가지로 절삭유가 공구대로 공급된 후 공작물 쪽을 분사된다.

한국등록특허 제10-0649152호(씨엔씨 선반의 절삭유 분사장치) 한국공개특허 제10-2009-0070251호(선반용 내경바이트 홀더) 한국공개특허 제10-2009-0070252호(선반용 콜렉트 척)

CNC 선반을 이용하여 공작물에 내경을 절삭하여야 하는 경우가 있다. 그리고 이 경우, 내경 절삭의 부산물인 절삭 칩들 중 일부가 척킹 장치의 내부로 유입되는 현상이 불가피하게 일어나게 된다. 척킹 장치의 내부로 유입된 절삭 칩은 절삭 정밀도를 저하시키거나 척킹 장치의 작동에 나쁜 영향을 미친다. 따라서 CNC 선반을 정지시킨 후 이 절삭 칩을 척킹 장치의 내부로부터 수작업으로 제거하는 불편한 작업이 수시로 이루어지고 있다.

그럼에도 불구하고 상술한 종래기술은 이러한 문제를 전혀 해결하지 못하고 있는바, 본 발명은 공작물에 내경을 절삭하는 경우에도 척킹 장치의 내부로 절삭 칩을 유입시키지 않는 기술, 그리고 설사 유입되더라도 이를 척킹 장치의 외부로 자동 배출하는 기술을 제공하고자 한다.

상기 고정 블록은, 상기 절삭유 공급관에 결합된 결합관; 상기 결합관에 고정된 후단 및 상기 회전 블록의 회전 운동과 전후 방향 직선 운동을 허용하도록 상기 회전 블록과 결합한 전단을 갖는 연결관; 및 상기 연결관을 감싸도록 마련되어 상기 회전 블록을 앞쪽으로 가압하는 압축 코일 스프링;을 포함한다.

상기 고정 블록에 포함된 압축 코일 스프링의 전단과 상기 회전 블록의 후단 간에는 한 쌍의 와셔가 끼어 있고, 상기 한 쌍의 와셔 사이에는 스러스트 베어링이 끼어 있다.,

상기 결합관에는 앞쪽으로 가면서 외측을 향하는 절삭유 분사공들이 상기 결합관의 원주 방향을 따라 마련되어 있고, 상기 스핀들 캡의 앞면 및 옆면에는 복수의 절삭유 배출공이 마련되어 있다.

본 발명에 의하면, 공작물의 내경 절삭 시 발생하는 절삭 칩이 상기 공작물의 외부로 배출되고 콜렛 척의 내부로 유입되지는 않는다. 또한, 본 발명에 의하면 상기 콜렛 척이 공작물을 놓아주면 공작물이 절삭유 분사 노즐에 의해 콜렛 척의 외부로 자동 배출된다.

또한, 본 발명에 의하면 콜렛 척의 내부 또는 척 슬리브의 내부 또는 스핀들 캡의 내부에 절삭 칩이 존재하더라도 이 절삭 칩들이 계속해서 외부로 자동 배출된다.

도 1은 본 발명에 따른 CNC 선반용 공작물 척킹 장치를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 CNC 선반용 공작물 척킹 장치의 콜렛 척 및 스핀들 캡을 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 CNC 선반용 공작물 척킹 장치의 척 슬리브를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 CNC 선반용 공작물 척킹 장치의 절삭유 분사 노즐을 도시한 단면도이다.

이하, 본 발명에 따른 CNC 선반용 공작물 척킹 장치의 바람직한 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이하에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야할 것이다.

CNC 선반을 이용하여 공작물(P)에 내경을 절삭하는 작업이 업계에서 많이 이루어지고 있다. 그리고 이때, 도 1에 도시된 바와 같이 주축대(10)에 설치된 공구(미도시)로 공작물(P)의 뒷부분에 먼저 내경을 절삭한 후, 주축대(10) 앞쪽의 공구대(미도시)에 설치된 다른 공구(D)로 나머지 내경을 공작물(P)의 앞부분에 절삭하여야 하는 경우가 생기기도 한다. 본 발명은 이러한 공작물(P)의 절삭시 가장 효과적이므로, 이하에서는 상기 공작물(P)이 절삭되는 경우를 예로 들어 본 발명을 설명한다.

본 발명에 따른 CNC 선반용 공작물 척킹 장치는 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 스핀들 캡(110)과, 척 슬리브(130)와, 콜렛 척(collet chuck)(150)과, 절삭유 분사 노즐(170, 180)을 포함한다,

상기 스핀들 캡(110)은 앞면을 갖는데, 이 앞면에는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 통공(114)이 마련되어 있다. 또한, 스핀들 캡(110)의 앞면 테두리로부터 뒤쪽으로 연장하는 옆면도 갖는데, 이 옆면은 도 1에 도시된 바와 같이 스핀들(20)의 앞단과 나사 결합을 한다. 상기 스핀들(20)은 CNC 선반의 주축대(10)에 회전 가능하게 설치된 부재이다.

상기 척 슬리브(130)는 스핀들(20)의 내부에 마련되어 있다. 척 슬리브(130)의 앞쪽 부위 외면에는 도 3에 도시된 바와 같이 전후 방향으로 연장하는 한 쌍의 키 홈(132)이 서로 반대되는 곳에 위치하도록 마련되어 있는데, 이 키 홈(132)에는 도 1에 도시된 바와 같이 스핀들(20)의 내면에 마련된 키(key)(22)가 삽입된다. 따라서 척 슬리브(130)는 스핀들(20)의 내부에서 전후 방향으로 직선 운동을 수행할 수 있고, 스핀들(20)의 회전 시 스핀들(20)과 함께 회전 운동을 수행하기도 한다.

척 슬리브(130)에는 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 압축 코일 스프링(134)이 내장된다. 이 압축 코일 스프링(134)의 뒷단은 척 슬리브(130)의 내면에 마련된 단턱과 맞닿아 있다. 그리고 압축 코일 스프링(134)의 앞단은 콜렛 척(150)의 뒷단과 맞닿아 있다. 이러한 압축 코일 스프링(134)은 척 슬리브(130)와 콜렛 척(150)을 반대 방향으로 밀어내도록 탄성력을 발휘하게 된다.

상기 콜렛 척(150)은 도 2에 도시된 바와 같이 앞쪽 부위의 외주면에 단턱(156)을 갖는데, 이 단턱(156)은 도 1에 도시된 바와 같이 스핀들 캡(110)의 앞면에 걸린다. 그리고 상기 단턱(156)이 스핀들 캡(110)의 앞면에 걸렸을 때, 콜렛 척(150)의 앞단은 스핀들 캡(110) 앞면의 통공(114)을 통과하게 된다. 또한, 상술한 바와 같이 콜렛 척(150)의 뒷단은 척 슬리브(130)에 내장된 압축 코일 스프링(134)에 의해 앞쪽으로 가압되므로, 결국 콜렛 척(150)은 상기 압축 코일 스프링(134)과 스핀들 캡(110) 사이에 꽉 끼이게 되고, 이 때문에 콜렛 척(150)은 스핀들(20)과 함께 회전하게 된다.

콜렛 척(150)의 뒤쪽 부위에는 도 2에 도시된 바와 같이 원주 방향을 따라 나열된 복수의 홀(152)이 마련되어 있다. 그리고 콜렛 첫(150)의 앞쪽 부위에는 이 홀들(152)로부터 전방으로 연장하는 복수의 틈(154)이 마련되어 있다. 따라서 콜렛 척(150)의 앞쪽 부위는 틈(154)을 경계로 구분된 복수의 척 죠(chuck jaw)(158)로 이루어지게 된다. 이러한 척 죠(158)는 척 슬리브(130)가 압축 코일 스프링(134)의 탄성력을 극복하며 전진할 때 척 슬리브(130)의 앞단 내면에 의해 가압되어 내측으로 오므라들고, 이때 공작물(P)이 척 죠(158)에 의해 파지된다. 반대로 척 슬리브(130)가 압축 코일 스프링(134)의 탄성력에 의해 밀려 후진하면 척 죠(158)는 외측으로 벌어지면서 공작물(P)을 놓아준다.

한편, 척 슬리브(130)의 후단은 도 1에 도시된 바와 같이 푸쉬 파이프(push pipe)(30)와 맞닿아 있다. 따라서 푸쉬 파이프(30)가 전진하면 척 슬리브(130)는 압축 코일 스프링(134)의 탄성력을 극복하며 전진하고, 푸쉬 파이프(30)가 후진하면 압축 코일 스프링(134)의 탄성력에 의해 후진하게 된다. 상기 푸쉬 파이프(30)의 전후진 운동은 공압 실린더(미도시)에 의해 이루어진다.

상기 절삭유 분사 노즐(170, 180)은 절삭유를 절삭유 공급관(미도시)으로부터 받아 공작물(P)의 뒤쪽 부위에 기 가공된 내경으로 분사하기 위한 것으로서, 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이 고정 블록(170)과 회전 블록(180)을 포함한다.

상기 고정 블록(170)은 스핀들(20) 내부의 절삭유 공급관(미도시)에 고정된 것으로서, 결합관(172)과, 연결관(174)과, 압축 코일 스프링(176)을 포함한다. 상기 결합관(172)은 절삭유 공급관과 나사 결합을 한다. 상기 연결관(174)의 후단은 결합관(172)의 전단에 고정되어 있다. 그리고 연결관(174)의 전단 외면과 회전 블록(180)의 후단 내면 간에는 베어링(186) 개재되어 있고, 이로 인해 회전 블록(180)은 연결관(174)에 대한 회전 운동 및 전후 방향 직선 운동을 할 수 있게 된다. 상기 압축 코일 스프링(176)은 연결관(174)을 감싸도록 마련되고, 회전 블록(180)을 앞쪽으로 가압한다.

상기 압축 코일 스프링(176)의 전단과 회전 블록(180)의 후단 간에는 한 쌍의 와셔(washer)(178a, 178b)가 끼어 있고, 이 한 쌍의 와셔(178a, 178b) 사이에는 스러스트 베어링(thrust bearing)(178c)이 끼어 있다. 따라서 회전 블록(180)이 회전하더라도 압축 코일 스프링(176)과 회전 블록(180) 간에는 마찰력이 작용하지 않게 된다. 상기 한 쌍의 와셔(178a, 178b) 및 스러스트 베어링(178c)은 도시된 바와 같이 압축 코일 스프링(176)의 후단과 연결관(172)의 전단 사이에 개재되어도 좋다.

상기 회전 블록(180)은 절삭유가 분사되는 분사공(184)을 앞단에 갖는다. 또한, 회전 블록(180)은 연결관(174)으로부터 완전히 빠지지 않도록 마련되어 있다.

이러한 회전 블록(180)은 공작물(P)이 없을 때에는 최대 전진 위치에 있다가, 공작물(P)이 콜렛 척(150)에 의해 파지될 때에는 공작물(P)에 밀려 약간 후진하게 된다. 따라서 회전 블록(180)은 공작물(P)의 뒷단을 가압하면서 공작물(P)의 뒤쪽 부위에 기 가공된 내경을 밀폐하게 되고, 이러한 상태에서 절삭유가 공급되면 절삭유를 상기 기 가공된 내경으로 분사하게 된다. 그러면 공구(D)에 의해 나머지 내경이 공작물(P)의 앞부분에 절삭될 때 발생하는 절삭 칩이 회전 블록(180)으로부터 분사된 절삭유에 밀려 공작물(P)의 외부로 배출될 뿐, 콜렛 척(150)의 내부로 유입되지 않게 된다. 또한, 공작물(P)의 앞부분에 대한 내경 절삭이 완료된 후 공작물(P)에 대한 파지가 해제되면, 회전 블록(180)은 다시 최대 전진 위치로 전진하면서 공작물(P)을 앞쪽으로 밀어내게 된다.

한편, 절삭유 분사 노즐(170, 180)의 결합관(172)에는 도 4에 도시된 바와 같이 복수의 경사 분사공들(172a)이 마련된다. 상기 경사 분사공들(172a)은 결합관(172)의 원주 방향을 따라 나열되어 있고, 앞쪽으로 가면서 외측을 향하도록 경사져 있다. 또한, 스핀들 캡(110)의 앞면 및 옆면에는 도 2에 도시된 바와 같이 복수의 절삭유 배출공(112)이 마련되어 있다. 상기 경사 분사공(172a)으로부터 분사된 절삭유는 분사압에 의해 척 슬리브(130)의 내부에서 전방으로 이동하다가 콜렛 척(150)의 홀(152) 및 틈(154)을 경유하고, 이후 스핀들(20)의 회전 시 생기는 원심력에 의해 스핀들 캡(110)의 절삭유 배출공(112)으로 배출된다. 이렇게 흐르는 절삭유로 인해 척 슬리브(130) 내부 또는 콜렛 척(150) 내부 또는 스핀들 캡(110) 내부의 절삭 칩이 절삭유 배출공(112)을 통해 외부로 배출된다.

이하, 상기 CNC 선반용 공작물 척킹 장치의 작동 과정을 설명한다.

공작물(P)의 뒤쪽 부위에 내경이 절삭되고 나면, 상기 공작물(P)이 콜렛 척(150)의 척 죠들(158) 사이로 삽입된다. 이때, 최대 전진 위치에 있던 회전 블록(180)은 공작물(P)에 의해 약간 밀리면서 후진하고, 절삭유 분사 노즐의 회전 블록(180)은 공작물(P)의 후단을 가압하며 상기 뒤쪽 부위 내경을 밀폐한다.

이후, 공압 실린더의 작동에 의해 푸쉬 파이프(30)가 전진하는데, 그러면 척 슬리브(130)도 압축 코일 스프링(134)의 탄성력을 극복하며 전진하게 된다. 척 슬리브(130)가 전진하면 척 죠들(158)이 내측으로 오므라들면서 공작물(P)을 파지하게 되고, 이후 스핀들(20)이 회전한다. 스핀들(20)이 회전하면, 스핀들 캡(110), 척 슬리브(130), 콜렛 척(150), 공작물(P) 및 회전 블록(180)도 함께 회전한다.

이 상태에 이르면 절삭유 공급관으로부터 절삭유가 공급되는데, 그러면 공급된 절삭유 중 일부는 회전 블록(180) 앞단의 분사공(184)을 통해 공작물(P)의 뒤쪽 부위 내경으로 분사된다. 그리고 나머지 절삭유는 결합관(172)의 경사 분사공(172a)을 통해 분사된 후 스핀들 캡(110)의 절삭유 배출공(112)을 통해 외부로 배출되는데, 이 과정에서 스핀들(130) 내부 또는 콜렛 척(150) 내부 또는 스핀들 캡(110) 내부의 절삭 칩도 함께 배출된다.

절삭유의 공급이 이루어진 이후에는 공작물(P)의 전체 길이에 걸쳐 내경이 형성될 때까지 공구(D)가 공작물(P) 앞쪽 부위에 내경을 절삭하는데, 이 과정에서 상기 앞쪽 부위 내경 절삭의 부산물인 절삭 칩이 공작물(P)의 뒤쪽 부위에 기 가공된 내경으로 유입되게 된다. 이때, 상기 절삭 칩은 회전 블록(180)으로부터 분사된 절삭유에 밀려 공작물(P)의 앞쪽으로 배출될 뿐, 콜렛 척(150)의 내부로 유입되지는 않는다.

공작물(P) 앞쪽 부위에 내경을 절삭하는 작업이 완료되면 공구(D)와 공작물(P)이 분리된 후, 공압 실린더의 작동에 의해 푸쉬 파이프(30)가 후진한다. 그러면 척 슬리브(130)도 압축 코일 스프링(134)에 의해 밀리면서 후진한다. 척 슬리브(130)가 후진하면 척 죠들(158)이 외측으로 벌어지면서 공작물(P)을 놓아주고, 그러면 회전 블록(180)이 최대 전진 위치로 다시 전진하면서 공작물(P)을 앞쪽으로 밀어낸다.

한편, 상기 공작물(P) 및 공구(D)의 외면으로는 공작물(P) 및 공구(D)의 냉각과 절삭 칩 비산 방지를 위해 절삭유가 공급되나, 이러한 절삭유 공급은 종래에도 이루어지고 있는바, 이에 대한 설명 및 도시는 생략하였다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 물론이다.

110 : 스핀들 캡 112 : 절삭유 배출공
114 : 통공 130 : 척 슬리브
132 : 키 홈 134 : 압축 코일 스프링
150 : 콜렛 척 152 : 홀
154 : 틈 156 : 단턱
158 : 척 죠 170 : 고정 블록
172 : 결합관 172a : 경사 분사공
174 : 연결관 176 : 압축 코일 스프링
178a, 178b : 와셔 178c : 스러스트 베어링
180 : 회전 블록 184 : 분사공
10 : 주축대 20 : 스핀들
22 : 키 30 : 푸쉬 파이프
P : 공작물 D : 공구

Claims

통공이 마련된 앞면을 갖고, CNC 선반의 주축대에 설치된 스핀들의 앞단에 결합된 스핀들 캡;
전후 방향으로 직선 운동을 할 수 있도록 상기 스핀들의 내부에 위치하되 상기 스핀들의 회전 시 함께 회전하도록 마련되고, 압축 코일 스프링을 내장한 척 슬리브;
상기 압축 코일 스프링에 의해 앞쪽으로 가압되는 뒷단, 상기 스핀들 캡의 통공을 통과하는 앞단 및 상기 스핀들 캡의 앞면에 걸린 단턱을 갖고, 상기 척 슬리브의 전후진 시 공작물을 파지하고 놓아주도록 마련된 콜렛 척; 및
상기 스핀들 내부의 절삭유 공급관과 결합한 고정 블록 및 상기 콜렛 척에 의해 파지된 공작물의 뒷단과 맞닿은 상태를 유지하면서 상기 공작물과 함께 회전하도록 상기 고정 블록에 결합되어 상기 고정 블록을 통과한 절삭유를 상기 공작물의 내부로 분사하는 회전 블록을 포함하는 절삭유 분사 노즐;포함하고,
상기 고정 블록은,
상기 절삭유 공급관에 결합된 결합관;
상기 결합관에 고정된 후단 및 상기 회전 블록의 회전 운동과 전후 방향 직선 운동을 허용하도록 상기 회전 블록과 결합한 전단을 갖는 연결관; 및
상기 연결관을 감싸도록 마련되어 상기 회전 블록을 앞쪽으로 가압하는 압축 코일 스프링;을 포함하고,
상기 결합관에는 앞쪽으로 가면서 외측을 향하는 절삭유 분사공들이 상기 결합관의 원주 방향을 따라 마련되어 있고, 상기 스핀들 캡의 앞면 및 옆면에는 복수의 절삭유 배출공이 마련되어 있는 CNC 선반용 공작물 척킹 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 고정 블록에 포함된 압축 코일 스프링의 전단과 상기 회전 블록의 후단 간에는 한 쌍의 와셔가 끼어 있고, 상기 한 쌍의 와셔 사이에는 스러스트 베어링이 끼어 있는 CNC 선반용 공작물 척킹 장치.
삭제