KR101953611B1 - 공작 기계용 스핀들 장치 - Google Patents

공작 기계용 스핀들 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예는 공작 기계용 스핀들 장치에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 공작 기계용 스핀들 장치는 스핀들 헤드와, 상기 스핀들 헤드의 내측에 회전 가능하게 설치되며 중공부을 갖는 스핀들 본체, 그리고 상기 스핀들 본체의 중공부에 설치되어 공구를 클램핑하는 클램핑 장치를 포함한다. 또한, 상기 클램핑 장치는 상기 스핀들 본체의 중공부 전단에 형성된 공구 장착공과, 상기 공구 장착공의 일영역에 형성된 감지 에어홀과, 상기 감지 에어홀을 통해 공기를 흡입하는 에어 펌프와, 상기 감지 에어홀과 상기 에어 펌프를 연결하는 에어 라인, 그리고 상기 에어 라인 상에 설치된 압력 센서를 포함한다.

Description

공작 기계용 스핀들 장치{SPINDLE APPRATUS FOR MACHINE TOOL}
본 발명의 실시예는 공작 기계용 스핀들 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자동 클램핑 기능을 갖는 공작 기계용 스핀들 장치에 관한 것이다.
일반적으로 공작 기계는 여러 절삭 가공 방법 또는 비절삭 가공 방법으로 금속 또는 비금속의 공작물을 각종 공구를 이용하여 원하는 형상 및 치수로 가공할 목적으로 사용하는 기계를 말한다.
공작 기계는 가공 방법에 따라 크게 터닝 센터(turning center)와 머시닝 센터(machining center)로 분류된다. 여기서, 터닝 센터는 가공물을 회전시켜 가공하며, 머시닝 센터는 공구를 회전시켜 가공한다.
따라서, 공작 기계는 공작물 또는 공구를 회전시키기 위한 스핀들(spindle) 장치를 갖는다.
공작 기계 중 머시닝 센터에 사용되는 스핀들(spindle) 장치는 스핀들 헤드(spindle head, 주축두)의 내부에 스핀들 본체를 회전 가능하게 설치하고 있다. 그리고 스핀들 본체는 중공부를 가지며, 스핀들 본체의 중공부에는 공구를 클램핑하기 위한 클램프 장치가 설치되고 있다.
그런데, 스핀들 장치에 공구를 장착하기 위해서 종래에는 작업자가 한 손으로 공구를 들어 지지하는 체로 다른 한 손으로 조작 패널이나 스위치를 눌러 스핀들 장치에 클램핑시켰다.
따라서, 작업자가 한 손으로 공구를 들고 작업하는 과정에서 부주의로 공구를 놓치거나 공구가 무거울 경우 작업자가 부상의 위험에 노출되는 문제점이 있다.
본 발명의 실시예는 공구를 자동으로 감지하여 클램핑시킬 수 있는 공작 기계용 스핀들 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 공작 기계용 스핀들 장치는 스핀들 헤드(spindle head)와, 상기 스핀들 헤드의 내측에 회전 가능하게 설치되며 중공부을 갖는 스핀들 본체, 그리고 상기 스핀들 본체의 중공부에 설치되어 공구를 클램핑하는 클램핑 장치를 포함한다. 또한, 상기 클램핑 장치는 상기 스핀들 본체의 중공부 전단에 형성된 공구 장착공과, 상기 공구 장착공의 일영역에 형성된 감지 에어홀과, 상기 감지 에어홀을 통해 공기를 흡입하는 에어 펌프와, 상기 감지 에어홀과 상기 에어 펌프를 연결하는 에어 라인, 그리고 상기 에어 라인 상에 설치된 압력 센서를 포함한다.
상기 감지 에어홀은 상기 공구 장착공의 테이퍼(taper)진 경사면에 형성되며, 상기 공구 장착공에 공구가 장착되면 상기 감지 에어홀이 막혀 상기 에어 라인의 압력이 변화할 수 있다.
상기 클램핑 장치는 상기 스핀들 본체의 중공부 내에 설치되어 상기 공구 장착공을 통해 삽입된 공구의 단부를 클램핑하기 위한 콜렛과, 상기 스핀들 본체의 중공부 내에 설치되어 상기 콜렛을 전방으로 가압하여 상기 콜렛의 공구 클램핑을 해제시키기 위한 드로우바와, 상기 드로우바의 외주면을 둘러싸며 상기 콜렛이 공구를 클램핑시키기 위한 인장력을 제공하는 디스크 스프링, 그리고 유체를 이용하여 상기 드로우바를 밀거나 당겨 상기 공구를 클램핑시키거나 언클램핑시키는 유체 구동부를 더 포함할 수 있다.
상기 압력 센서가 상기 에어 라인의 압력 변화를 감지하면 상기 유체 구동부는 자동으로 공구를 클램핑시킬 수 있다.
상기 유체 구동부는 상기 드로우바와 기구적으로 연결된 상기 실린더 로드와, 상기 실린더 로드에 유체를 제공하는 유체 공급부를 포함할 수 있다. 그리고 상기 유체는 유압 또는 공압 중 하나의 압력을 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 공작 기계용 스핀들 장치는 공구를 자동으로 감지하여 클램핑시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 공작 기계용 스핀들 장치를 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1의 공작 기계용 스핀들 장치가 공구를 클램핑한 상태를 도시한 단면도이다.
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.
본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 공작 기계용 스핀들 장치(101)를 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작 기계용 스핀들 장치(101)는 스핀들 헤드(spindle head)(110)와, 스핀들 본체(120), 그리고 클램핑(clamping) 장치(200)를 포함한다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작 기계용 스핀들 장치(101)는 스핀들 본체(120)와 연결된 모터(500)와, 스핀들 본체(120)를 회전 가능하게 지지하는 복수의 베어링들(105)을 더 포함한다.
스핀들 헤드(110)는 내부에 스핀들 본체(120)를 회전 가능하게 수납한다. 즉, 스핀들 본체(120)는 스핀들 헤드(110)의 내측에 회전 가능하게 설치된다. 복수의 베이링들(105)이 스핀들 헤드(110)와 스핀들 본체(120) 사이에 배치되어 스핀들 본체(120)를 회전 가능하게 지지한다.
모터(500)는 스핀들 본체(120)에 회전력을 제공한다. 도 1에서, 모터(500)는 스핀들 본체(120)의 후단에 연결되나, 본 발명의 일 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 모터(500)는 빌트 인 타입(built in type)으로 형성되거나, 기어 또는 벨트를 통해 스핀들 본체(120)와 연결될 수 있다. 즉, 모터(500)는 해당 기술 분야의 종사자에게 공지된 다양한 방법으로 스핀들 본체(120)에 회전력을 제공할 수 있다.
또한, 스핀들 본체(120)는 중공부(121)를 갖는다. 그리고 클램핑 장치(200)는 스핀들 본체(120)의 중공부(121)에 설치된다.
클램핑 장치(200)는 스핀들 본체(120)의 전단에 공구(300)를 클램핑시키거나 언클램핑시킨다. 이때, 클램핑 장치(200)에 의해 클램핑(300)되는 공구(300)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 공구(300)의 자루 부분에 해당하는 테이퍼 생크(taper shank)부(310)와, 테이퍼 생크부(310)의 단부에 돌출 형성되어 클램핑 장치(200)에 의해 직접적으로 클램핑되는 풀스터드(pullstuds)부(320)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 클램핑 장치(200)는 공구 장착공(210), 감지 에어홀(220), 에어 펌프(230), 에어 라인(240), 및 압력 센서(250)를 포함한다.
또한, 클램핑 장치(200)는 콜렛(collet, 260), 드로우바(drawbar, 270), 디스크 스프링(280), 및 유체 구동부(290)를 더 포함한다.
공구 장착공(210)은 스핀들 본체(120)의 중공부(121) 전단에 형성된다. 공구 장착공(210)에는 공구(300)가 삽입되어 공구(300)의 테이퍼 생크부(310)가 밀착된다. 이에, 공구 장착공(210)은 공구(300)의 테이퍼 생크부(310)가 갖는 형상에 대응되는 테이퍼진 경사면을 갖는다.
본 발명의 일 실시예에서, 감지 에어홀(220)은 공구 장착공(210)의 일영역에 형성된다. 구체적으로, 감지 에어홀(220)은 공구 장착공(210)의 테이퍼진 경사면에 형성되며, 공구(300)가 공구 장착공(210)에 장착되면 막히는 위치에 형성된다.
에어 펌프(230)는 감지 에어홀(220)을 통해 공기를 흡입한다. 그리고 에어 라인(240)은 감지 에어홀(220)과 에어 펌프(230)를 연결한다. 따라서, 도 1에 도시한 바와 같이, 공구(300)가 공구 장착공(210)에 삽입되지 않은 상태에서는 에어 펌프(230)에 의해 지속적으로 감지 에어홀(220)이 공기를 흡입한다.
압력 센서(250)는 에어 라인(240) 상에 설치된다. 공구 장착공(210)에 공구(300)가 삽입되어, 도 2에 도시한 바와 같이, 감지 에어홀(220)을 막으면, 에어 펌프(230)의 흡입력에 의해 에어 라인(240)의 압력이 변화된다. 압력 센서(250)는 이러한 에어 라인(240)의 압력 변화를 감지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 압력 센서(250)는 압력 스위치일 수 있다. 압력 스위치는 압력의 변화에 따라 작동되는 스위치를 말한다. 본 발명의 일 실시예에서, 압력 센서(250)로 사용되는 압력 스위치는 해당 기술 분야의 종사자에게 공지된 다양한 구조로 형성될 수 있다.
콜렛(260)은 스핀들 본체(120)의 중공부(121) 내에 설치되어 공구 장착공(210)을 통해 삽입된 공구(300)의 단부, 즉 공구(300)의 풀스터드부(320)를 클램핑할 수 있다.
드로우바(270)는 스핀들 본체(120의 중공부(121) 내에 설치되어 콜렛(260)을 전방으로 가압하여 콜렛(260)의 공구 클램핑을 해제시킬 수 있다.
디스크 스프링(280)은 드로우바(270)의 외주면을 둘러싸며, 콜렛(260)이 공구(300)를 클램핑시키기 위한 인장력을 제공할 수 있다.
유체 구동부(290)는 유체를 이용하여 드로우바(270)를 밀거나 당길 수 있다. 일례로, 유체 구동부(290)에 의해 드로우바(270)가 밀리면 콜렛(260)이 함께 밀려나면서 공구(300)의 클램핑이 해제된다. 반면, 유체 구동부(290)에 의한 유체의 공급이 중단되면, 디스크 스프링(280)의 인장력에 의해 드로우바(270)가 다시 끌려 들어가고, 이에 콜렛(260)도 함께 끌려 들어가면서 공구(300)를 클램핑한다.
구체적으로, 유체 구동부(290)는 드로우바(270)와 기구적으로 연결된 실린더 로드(292)와, 유입구(295)를 통해 실린더 로드(292)에 유체를 제공하는 유체 공급부(291)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 유체 구동부(290)는 유체를 이용하여 형성된 유압 또는 공압 중 선택된 하나를 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 전술한 콜렛(260), 드로우바(270), 디스크 스프링(280), 및 유체 구동부(290)는 도 1 및 도 2에 나타난 구조에 한정되지 않으며, 해당 기술 분야의 종사자에게 공지된 다양한 구조로 변경 실시될 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른, 공작 기계용 스핀들 장치(101)의 동작 원리를 구체적으로 살펴본다.
먼저, 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작 기계용 스핀들 장치(101)는 공구 장착공(210)의 테이퍼진 경사면에 형성된 감지 에어홀(220)을 가지며, 에어 펌프(230)는 감지 에어홀(220)을 통해 지속적으로 공기를 흡입한다.
다음, 도 2에 도시한 바와 같이, 공구 장착공(220)에 공구(300)가 삽입되면 공구(300)의 테이퍼 생크부(310)가 공구 장착공(210)의 테이퍼진 경사면과 밀착되면서 감지 에어홀(220)이 막힌다.
감지 에어홀(220)이 막히면 에어 펌프(230)의 흡인력에 의해 에어 라인(240)의 압력이 변화되고, 이를 압력 센서(250)가 감지하여 유체 구동부(290)에 신호를 보낸다. 유체 구동부(290)는 압력 센서(250)의 신호를 받아 공구(300)를 클램핑시키도록 동작한다. 즉, 유체 구동부(290)는 공구(300)가 클램핑되는 방향으로 실린더 로드(292)를 이동시킨다.
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작 기계용 스핀들 장치(101)는 공구(300)를 자동으로 감지하여 클램핑시킬 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 작업자가 조작 패널이나 클램프/언클램프 스위치를 수동으로 작동시켜 공구(300)를 클램핑시키지 않아도 되므로, 작업자가 양 손을 이용하여 안정적으로 공구(300)를 파지할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작 기계용 스핀들(101)은 작업자가 양 손을 이용하여 공구(300)를 공구 장착공(210)에 삽입시키기만 하면 자동으로 이를 감지하여 공구(300)를 클램핑시킬 수 있다.
이에, 작업자가 부주의로 공구(300)를 놓치거나 공구(300)의 무게에 의해 작업자가 부상당하는 것을 최대한 예방할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 감지 에어홀(220)은 공구 장착공(210)의 테이퍼진 경사면에 형성되므로, 공구(300)의 클램핑에는 부정적인 영향을 전혀 미치지 않는다. 즉, 감지 에어홀(220)로 인해 공구(300)가 클램핑되는 과정에서 유격이 발생되거나 오차가 발생될 가능성은 존재하지 않는다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 공구(300)의 클램핑에 부정적인 영향을 주지 않으면서도 간단하고 효과적으로 공구(300)를 감지하고 이를 클램핑할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 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, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
105: 베이링 110: 스핀들 헤드
120: 스핀들 본체 121: 중공부
200: 클램핑 장치 210: 공구 장착공
220: 감지 에어홀 230: 에어 펌프
240: 에어 라인 250: 압력 센서
260: 콜렛 270: 드로우바
280: 디스크 스프링 290: 유체 구동부
291: 유체 공급부 292: 실린더 로드
295: 유입구 300: 공구
310: 테이퍼 생크부 320: 풀스터드부
500: 모터

Claims (5)

  1. 스핀들 헤드(spindle head)와, 상기 스핀들 헤드의 내측에 회전 가능하게 설치되며 중공부을 갖는 스핀들 본체, 그리고 상기 스핀들 본체의 중공부에 설치되어 공구를 클램핑하는 클램핑 장치를 포함하는 공작 기계용 스핀들 장치에 있어서,
    상기 클램핑 장치는,
    상기 스핀들 본체의 중공부 전단에 형성된 공구 장착공;
    상기 공구 장착공의 일영역에 형성된 감지 에어홀;
    상기 감지 에어홀을 통해 공기를 흡입하는 에어 펌프;
    상기 감지 에어홀과 상기 에어 펌프를 연결하는 에어 라인;
    상기 에어 라인 상에 설치된 압력 센서;
    상기 스핀들 본체의 중공부 내에 설치되어 상기 공구 장착공을 통해 삽입된 공구의 단부를 클램핑하기 위한 콜렛;
    상기 스핀들 본체의 중공부 내에 설치되어 상기 콜렛을 전방으로 가압하여 상기 콜렛의 공구 클램핑을 해제시키기 위한 드로우바;
    상기 드로우바의 외주면을 둘러싸며 상기 콜렛이 공구를 클램핑시키기 위한 인장력을 제공하는 디스크 스프링; 및
    유체를 이용하여 상기 드로우바를 밀거나 당겨 공구를 클램핑시키거나 언클램핑시키는 유체 구동부
    를 포함하며,
    상기 유체 구동부는 상기 드로우바와 기구적으로 연결된 실린더 로드와, 상기 실린더 로드에 유체를 제공하는 유체 공급부를 포함하고,
    상기 공구 장착공에 공구가 장착되면 상기 감지 에어홀이 막혀 상기 에어 라인의 압력이 변화하며, 상기 압력 센서가 상기 에어 라인의 압력 변화를 감지하면 상기 유체 구동부의 상기 유체 공급부가 상기 압력 센서의 신호를 받아 상기 공구가 클램핑되는 방향으로 상기 실린더 로드를 이동시키는 것을 특징으로 하는 공작 기계용 스핀들 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 감지 에어홀은 상기 공구 장착공의 테이퍼(taper)진 경사면에 형성된 것을 특징으로 하는 공작 기계용 스핀들 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에서,
    상기 유체 공급부는 유압 또는 공압 중 하나 이상으로 압력을 형성하는 공작 기계용 스핀들 장치.
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