KR101948787B1 - 풀다운 척의 공작물 클램핑장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공작기계를 이용하여 공작물을 가공할 때 공작물을 클램핑하는 풀다운 척의 공작물 클램핑장치에 관한 것으로, 척에 클램핑되는 공작물의 센터를 척의 센터와 일치되게 클램핑할 수 있도록 한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 바디(51)에 핀(53)을 중심으로 회동 가능하게 설치되는 죠 액튜에이터(52)의 전단을 봉형상(52a)으로 하여 상기 봉형상(52a)에 슬라이딩 볼(58)을 끼워 설치함과 함께 상기 슬라이딩 볼(58)의 외측을 분할 형성된 2개의 베어링 레이스(56a)(56b)로 감싸도록 하고 상기 죠 액튜에이터(52)의 후단은 경사면(60a)을 갖는 웨지 블럭(60)에 결합함과 동시에 상기 웨지 블럭(60)이 또 다른 경사면(59a)을 갖는 웨지 플런저(59)에 결합되도록 하여 이들을 미들 바디(62)로 감싸지게 하며, 상기 미들 바디(62)는 커버(61)의 삽입홈(61a) 내에 설치된 탄성부재(63)에 의해 탄력 설치하여 커버(61)와의 사이에 미들 바디(62)의 이동구간(S)이 형성되도록 한 것을 특징으로 한다.

Description

풀다운 척의 공작물 클램핑장치{Structure Clamping Device of Pull Down Chuck}

본 발명은 공작기계를 이용하여 공작물을 가공할 때 공작물을 클램핑하는 척에 관한 것으로써, 좀더 구체적으로는 척에 클램핑되는 공작물의 센터를 척의 센터와 일치되게 클램핑할 수 있도록 하는 풀다운 척의 공작물 클램핑장치에 관한 것이다.

일반적으로, 선반 등의 선삭기기에는 가공하고자 하는 공작물을 클램핑하는 척(chuck)이 회전 가능하게 설치되어 있다.

도 1은 종래의 일반적인 척을 나타낸 사시도로써, 척 바디(100)와, 척 바디(100)에 설치되는 복수 개의 죠(200)로 이루어져 있다.

즉, 상기 척 바디(100)는 원통 형상으로 형성되어 반경방향으로 이동홈(102)이 형성되어 있고, 상기 이동홈(102)의 양측부에는 가이드홈(104)이 형성되어 있으며 상기 죠(200)의 양측부에는 가이드홈(104)에 삽입되는 가이드돌기(212)가 형성되어 있어 3개의 죠(200)가 척 바디(100)의 중심방향 또는 반경방향으로 동시에 이동 가능하게 된다.

따라서, 공작물의 크기에 따라 적절한 위치로 죠(200)를 이동시킴에 따라 공작물의 정확한 센터작업이 가능하고, 공작물을 견고하게 고정할 수 있게 되는 것이다.

그러나 이러한 구성을 갖는 척은 공작물의 중심과 직각이 되는 단면을 얼라인하지 않고, 단지 외주면을 클램핑하게 되므로 공작물을 클램핑한 상태에서 공작물의 중심을 척의 중심과 정확히 일치시키는데 한계가 있다.

따라서 가공된 공작물의 정밀한 평행도는 물론이고 직각도를 요구하는 정밀 부품의 가공에는 한계가 있어, 근래에는 센터링된 공작물을 바디 측으로 끌어당겨 죠 로케이터(jaw locator)에 공작물의 일면을 밀착시켜 얼라인(align)한 다음 클램핑하여 공작물의 직각도는 물론이고 평행도가 향상되도록 하는 풀 다운 척(Pull-down chuck)을 이용하고 있다.

상기 풀 다운 척은 공작물의 외경을 클램핑하는 외경용 풀 다운 척과, 공작물의 내경을 클램핑하는 내경용 풀 다운 척으로 대별되는데, 죠 액튜에이터(jaw actuator)에 고정되는 탑 죠의 형상을 변경함에 따라 공작물의 외경 또는 내경을 클램핑하게 된다.

도 2는 종래의 풀 다운 척을 나타낸 종단면도이고 도 3a 및 도 3b는 2개로 분할 형성된 풀 씨일을 나타낸 종단면도 및 측면도로써, 바디(1)에 죠 액튜에이터(2)가 핀(3)을 중심으로 회동 가능하게 설치되어 있고 상기 죠 액튜에이터(2)의 선단에는 공작물(도시는 생략함)을 클램핑하는 탑 죠(4)가 고정되어 있는데, 상기 죠 액튜에이터(2)는 바디(1)에 등 간격으로 3개가 설치되어 있으며 바디(1)의 전면 중심부에는 공작물의 일단이 접속되어 얼라인(align)이 이루어지도록 하는 죠 로케이터(5)가 설치되어 있다.

상기한 바와 같이 바디(1)의 내부에 핀(3)을 중심으로 회동 가능하게 설치되는 죠 액튜에이터(2)의 전단에는 도 3a에 나타낸 바와 같이 2개로 분할 형성된 베어링 레이스(6)가 감싸지게 설치되어 있는데, 상기 베어링 레이스(6)의 내부에는 기밀을 유지하기 위한 오링(7)이 설치되어 있다.

상기 베어링 레이스(6)의 내부에는 죠 액튜에이터(2)의 선단에 형성된 구(2a)가 수용되도록 구 형상의 홈(6a)이 형성되는데, 상기 홈(6a)의 형상은 진원의 구(球)가 아니라 도 2에 확대하여 나타낸 바와 같이 센터링된 공작물을 1mm 이동시켜 얼라인이 이루어지도록 1mm 간격으로 2개의 중심축(c)이 존재되게 형성되어 있다.

그리고 상기 죠 액튜에이터(2)의 후단에는 슬라이딩 볼(8)의 경사진 삽입공(8a)이 끼워져 있는데, 상기 슬라이딩 볼(8)은 웨지 플런저(9)에 의해 진퇴 운동하는 웨지 블럭(10)에 결합되어 있으며 상기 바디(1)의 개구부는 커버(11)에 의해 폐쇄되어 있다.

도 4는 외경용 풀 다운 척의 작동상태를 나타낸 개략도로써, 탑 죠(4) 사이에 가공할 공작물(12)을 위치시킨 상태에서 웨지 플런저(9)가 웨지 블럭(10)을 당기면 상기 웨지 블럭(10)에 설치된 3개의 슬라이딩 볼(8)의 경사진 삽입공(8a)에 죠 액튜에이터(2)의 후단이 각각 끼워져 있어 3개의 죠 액튜에이터(2)가 동시에 핀(3)을 중심으로 회동(도 4의 ① 방향)하면서 공작물을 센터링하게 된다.

그 후, 웨지 플런저(9)가 웨지 블럭(10)을 더욱 당기면 베어링 레이스(6)의 홈(6a) 내부에 1mm 구간에서 2개의 중심축(c)이 존재하므로 3개의 탑 죠(4)에 의해 센터링되었던 공작물(12)을 1mm 수평 이동(도 4의 ② 방향)하면서 공작물(12)의 일면을 죠 로케이터(5)에 접속시키게 되므로 공작물(12)의 얼라인이 이루어지게 된다.

즉, 공작물의 중심축이 척의 중심축과 일치된다.

이와 같은 동작으로 공작물의 얼라인이 이루어진 상태에서 웨지 플런저(9)가 웨지 블럭(10)에 결합된 슬라이딩 볼(8)을 도면상 좌측으로 더욱 당기면 3개의 죠 액튜에이터(2)의 후단이 슬라이딩 볼(8)에 형성된 경사진 삽입공(8a)에 각각 끼워져 있어 탑 죠(4)가 도 4의 ③ 방향으로 동시에 오므러 들면서 공작물(12)의 클램핑을 완료하게 되고, 이에 따라 공작물(12)의 가공작업이 가능해지게 된다.

(선행기술문헌)

(특허문헌 0001) 대한민국 공개특허공보 10-2016- 0072390(2016.06.23.공개)

그러나 이러한 종래의 풀 다운 척은 다음과 같은 여러 가지 문제점이 발생되었다.

첫째, 베어링 레이스의 내부에 죠 액튜에이터의 이송(얼라인)구간인 1mm 만큼의 편심된 2개의 중심축이 존재하도록 가공하여야 되므로 베어링 레이스를 단일 부품으로 가공하지 못하고, 부득이 도 3a 및 도 3b와 같이 2개로 분할 가공하여야만 되었다.

둘째, 베어링 레이스의 내부에 죠 액튜에이터의 이송(얼라인)구간인 1mm 만큼의 편심된 2개의 중심축이 존재하도록 가공하여야 되지만, 가공된 형상을 정밀하게 측정하는데 한계가 있어 베어링 레이스의 정밀 가공이 불가능하였다.

셋째, 공작물을 클램핑할 때, 풀 다운이 정확히 이루어졌는지 육안으로 확인할 수 없으므로 공작물의 가공정밀도가 떨어지게 된다.

본 발명은 종래의 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로써, 죠 액튜에이터의 전단에 슬라이딩 볼을 결합하여 슬라이딩 볼을 베어링 레이스에 회동 가능하게 설치하고 죠 액튜에이터의 후단에는 웨지 블럭을 감싸는 미들 바디를 진퇴 가능하게 설치하여 상기 미들 바디가 죠 액튜에이터와 함께 소정의 거리를 이동함에 따라 공작물의 얼라인이 이루어지도록 하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면, 바디에 핀을 중심으로 회동 가능하게 설치되는 죠 액튜에이터의 전단을 봉형상으로 하여 상기 봉형상에 슬라이딩 볼을 끼워 설치함과 함께 상기 슬라이딩 볼의 외측을 분할 형성된 2개의 베어링 레이스로 감싸도록 하고, 상기 죠 액튜에이터의 후단은 경사면을 갖는 웨지 블럭에 결합함과 동시에 상기 웨지 블럭이 또 다른 경사면을 갖는 웨지 플런저에 결합되도록 하여 이들을 미들 바디로 감싸지게 하며, 상기 미들 바디는 커버의 삽입홈 내에 설치된 탄성부재에 의해 탄력 설치하여 커버와의 사이에 미들 바디의 이동구간이 형성되도록 한 것을 특징으로 하는 풀다운 척의 공작물 클램핑장치가 제공된다.

본 발명은 죠 액튜에이터의 전단을 봉형상 및 슬라이딩 볼로 형성하여 분할 형성된 베어링 레이스로 감싸지게 형성하고 죠 액튜에이터의 후단에 설치되는 웨지 블럭을 비들 바디로 감싸 상기 미들 바디가 커버에 설치되는 탄성부재에 의해 이동구간이 유지되도록 하여 미들 바디가 이동구간을 이동하는 동안 공작물의 얼라인이 이루어지게 되므로 죠 액튜에이터 및 슬라이딩 볼 그리고 베어링 레이스의 정밀 가공이 가능해지는 효과를 기대할 수 있다.

또한, 일체로 형성된 베어링 레이스의 내향절곡부의 둘레면에서 오링으로 씰링(sealing)하므로 반복 사용하더라도 오링이 찢어지는 현상을 미연에 방지할 수 있게 된다.

도 1은 종래의 일반적인 척을 나타낸 사시도
도 2는 종래의 풀 다운 척을 나타낸 종단면도
도 3a 및 도 3b는 2개로 분할 형성된 풀 씨일을 나타낸 종단면도 및 측면도
도 4는 외경용 풀 다운 척의 작동상태를 나타낸 개략도
도 5는 본 발명을 일부 단면으로 나타낸 사시도
도 6은 도 5의 종단면도
도 7은 본 발명의 요부를 나타낸 사시도

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.

도 5는 본 발명을 일부 단면으로 나타낸 사시도이고 도 6은 도 5의 종단면도이며 도 7은 본 발명의 요부를 나타낸 사시도로써, 본 발명의 구성 중 종래의 구성과 동일한 부분은 그 설명을 생략하고 동일부호를 부여하기로 한다.

본 발명은 바디(51)에 핀(53)을 중심으로 회동 가능하게 설치되는 죠 액튜에이터(52)의 전단이 종래와는 달리 봉형상(52a)으로 이루어져 있고 상기 봉형상(52a)의 외부에는 구형상의 슬라이딩 볼(58)이 끼워져 있으며 상기 슬라이딩 볼(58)의 외측으로는 분할 형성된 2개의 베어링 레이스(56a)(56b)가 감싸지게 설치되어 있다.

이에 따라,본 발명은 죠 액튜에이터(52)의 전단이 베어링 레이스(56a)(56b)의 내부에서 이동하는 것이 아니라, 단순히 회동하는 역할만을 담당하므로 슬라이딩 볼(58) 및 베어링 레이스(56a)(56b)의 정밀 가공이 가능한 장점을 갖는다.

그리고 상기 죠 액튜에이터(52)의 후단은 경사면(60a)을 갖는 웨지 블럭(60)에 결합되어 있고 상기 웨지 블럭(60)의 경사면(60a)은 피스톤(도시는 생략함)에 의해 작동하는 웨지 플런저(59)의 또 다른 경사면(59a)에 결합되어 있는데, 상기 웨지 블럭(60)은 미들 바디(62)의 내부에 승, 하강 가능하게 설치되어 있다.

상기 바디(51)의 개구부는 커버(61)에 의해 폐쇄되는데, 상기 커버(61)에 형성된 삽입공(61a)에는 미들 바디(62)에 탄력적으로 접속되는 코일스프링과 같은 탄성부재(63)가 설치되어 있고 상기 커버(51)와 미들 바디(62)의 사이에는 웨지 블럭(60)이 미들 바디(62)와 함께 소정의 거리(1mm 정도)를 이동할 수 있도록 미들 바디(62)의 이동구간(공작물의 얼라인 구간 : S)이 형성되어 있다.

또한, 상기 베어링 레이스(56a)(56b) 중 베어링 레이스(56b)에 슬라이딩 볼(58)의 전면을 감싸는 내향절곡부(56c)가 형성되어 있고 상기 내향절곡부(56c)와 죠 액튜에이터(52)의 사이에는 오링(57)이 설치되어 있다.

본 발명의 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 죠 액튜에이터(52)와 커버(61) 사이에 설치된 탄성부재(63)의 복원력에 의해 미들 바디(62)가 도면상 최대한 우측으로 이동된 상태에서는 핀(53)을 중심으로 죠 액튜에이터(52)가 반시계방향으로 최대한 회동되어 있다.

즉, 3개의 죠 액튜에이터(52)의 선단에 고정된 탑 죠(4)가 최대한 벌어진 상태이다.

따라서 가공할 공작물(12)을 탑 죠(4) 사이에 위치시킨 다음 피스톤을 작동시키면 도면상 최대한 우측으로 이동하였던 웨지 플런저(59)가 당겨지므로 웨지 플런저(59) 및 웨지 블럭(60)에 형성된 경사면(59a)(60a)에 의해 미들 바디(62)의 내부에서 웨지 블럭(60)이 상승하게 되고, 이에 따라 죠 액튜에이터(52)의 전단이 봉형상(52a)으로 이루어져 핀(53)을 중심으로 회동하도록 슬라이딩 볼(58)에 끼워져 있고 상기 슬라이딩 볼(58)은 분할 형성된 베어링 레이스(56a)(56b)에 의해 감싸져 있어 죠 액튜에이터(52)가 핀(53)을 중심으로 안정되게 도 4의 ① 방향으로 회동하게 되므로 상기 죠 액튜에이터(52)에 고정된 탑 죠(4)가 공작물(12)을 센터링하게 된다.

이와 같이 탑 죠(4)가 동작물(12)을 센터링한 상태에서 웨지 플런저(59)가 웨지 블럭(60)을 더욱 잡아당기면 웨지 플런저(59) 및 웨지 블럭(60)을 감싸고 있는 미들 바디(62)가 탄성부재(63)를 압축시키면서 이동구간(S)을 이동하게 되므로 탑 죠(4)에 센터링되었던 공작물(12)의 일단이 죠 로케이터(55)에 맞닿으면서 얼라인이 이루어지게 된다.

이는, 죠 액튜에이터(52)가 베어링 레이스의 내부에서 미세 이동하던 종래의 장치와는 달리, 미들 바디(62) 전체가 수평 이동하면서 얼라인(풀 다운)이 이루어지게 되므로 보다 확실한 동작 수행이 가능해지게 된다.

전술한 바와 같은 동작으로 공작물(12)의 얼라인이 이루어진 후 웨지 플런저(59)가 더욱 당겨지면 미들 바디(62)가 커버(61)에 밀착되어 있어 이동하지 못하고 경사면(59a)(60a)에 의해 웨지 블럭(60)만이 상승하게 되므로 죠 액튜에이터(52)가 핀(53)을 중심으로 회동하게 되고, 이에 따라 죠 액튜에이터(52)에 고정된 탑 죠(4)가 공작물(12)에 강력한 힘으로 가압하게 되므로 공작물의 클램핑이 완료되는 것이다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 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, 상기 상세한 설명에서 기술된 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

4 : 탑 죠 12 : 공작물
51 : 바디 52 : 죠 액튜에이터
52a : 봉형상 53 : 핀
55 : 죠 로케이터 56a, 56b : 베어링 레이스
56c : 내향절곡부 57 : 오링
58 : 슬라이딩 볼 59 : 웨지 플런저
59a, 60a : 경사면 60 : 웨지 블럭
61 : 커버 62 : 미들 바디
63 : 탄성부재 S : 이동구간

Claims (2)

1. 바디(51)에 핀(53)을 중심으로 회동 가능하게 설치되는 죠 액튜에이터(52)의 전단을 봉형상(52a)으로 하여 상기 봉형상(52a)에 슬라이딩 볼(58)을 끼워 설치함과 함께 상기 슬라이딩 볼(58)의 외측을 분할 형성된 2개의 베어링 레이스(56a)(56b)로 감싸도록 하고 상기 죠 액튜에이터(52)의 후단은 경사면(60a)을 갖는 웨지 블럭(60)에 결합함과 동시에 상기 웨지 블럭(60)이 또 다른 경사면(59a)을 갖는 웨지 플런저(59)에 결합되도록 하여 이들을 미들 바디(62)로 감싸지게 하며, 상기 미들 바디(62)는 커버(61)의 삽입홈(61a) 내에 설치된 탄성부재(63)에 의해 탄력 설치하여 커버(61)와의 사이에 미들 바디(62)의 이동구간(S)이 형성되도록 한 것을 특징으로 하는 풀다운 척의 공작물 클램핑장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 베어링 레이스(56a)(56b) 중 베어링 레이스(56b)에 슬라이딩 볼(58)의 전면을 감싸는 내향절곡부(56c)를 형성하고 상기 내향절곡부(56c)와 죠 액튜에이터(52)의 사이에는 오링(57)을 설치하여서 된 것을 특징으로 하는 풀다운 척의 공작물 클램핑장치.

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