KR102112365B1 - 공작기계용 스핀들의 공작물 클램핑 장치 - Google Patents

공작기계용 스핀들의 공작물 클램핑 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 공작기계용 스핀들의 공작물 클램핑 장치는 스핀들을 구비하는 공작기계에 있어서, 상기 스핀의 일측에 설치되는 콜릿; 일단이 상기 콜릿에 삽입되고, 타단이 상기 스핀들의 내부에 삽입 설치되는 콜릿 슬리브; 상기 스핀들의 타측에 설치되고, 중앙에 공작물이 삽입되는 관통홀을 구비하는 하우징; 상기 하우징의 내부에 설치되는 피스톤; 일단이 상기 콜릿 슬리브에 연결되고, 타단이 상기 피스톤에 연결되도록 상기 스핀들의 내부를 관통하여 설치되는 피스톤 파이프; 상기 하우징의 외측면에 설치되고, 에어 공급원에서 공급되는 에가 유로를 통해 유입되는 유입구; 및 상기 하우징의 외측면에 설치되고, 에어를 유로를 통해 상기 에어 공급원으로 유출하기 위한 유출구;를 포함하되, 상기 피스톤은 상기 유입구로 유입되는 에어 또는 상기 유출구로 유출되는 에어에 의해 상기 하우징의 내주면을 따라 좌우로 이동하는 것을 특징으로 한다.

Description

공작기계용 스핀들의 공작물 클램핑 장치{Workpiece clamping device of spindle for machine tool}
본 발명은 공작기계용 스핀들의 공작물 클램핑 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가공하려는 공작물의 직경에 따라 소정의 압력을 갖고서 유입구로 유입되는 공압에 의해 전후로 이동하는 피스톤을 통해 공작물을 클팸핑 또는 언클램핑하여, 제조비용과 유지비용을 절감하고, 공작물의 직경에 따라 최적의 클램핑 압력을 용이하게 조절할 수 있는 공작기계용 스핀들의 공작물 클램핑 장치에 관한 것이다.
공작기계에는 터닝센터, 머시닝센터, 문형머시닝센터, 스위스 턴, 방전 가공기, 수평형 NC 보링머신 등을 비롯하여 다양한 종류가 작업의 용도에 맞게 널리 사용되고 있다.
길이가 긴 공작물을 빠르게 가공하기 위해 스위스 턴(swiss turn)이 사용된다.
도 1은 종래 공작기계, 특히 스위스 턴의 사시도를 나타낸다.
일반적으로 공작기계의 한 종류인 스위스 턴(swiss turn)은 베드(2)의 상부에 동일선상에 메인 스핀들(3)과 서브 스핀들(4)이 설치된다. 메인 스핀들(3)과 서브 스핀들(4) 사이에 가이드 부시(5, guide bush)가 설치된다.
메인 스핀들(3)의 뒤쪽으로부터 공작물(8, workpiece)가 들어가서 메인 스핀들의 공작물 클램핑 유닛(10)에 의해 공작물을 클램핑한다. 또한, 가공중에 진동을 최소화하기 위해 가이드 부시(5)가 공작물(8)을 한번더 클램핑한다. 메인 스핀들(3)이 회전하고, 가이드 부시(5)의 전단의 공구대(8)에 설치된 다수의 공구(6, tool)중 해당 공구로 공작물(8)의 전면을 가공한다. 전면 가공이 완료되면 컷팅 유닛(도면에 미도시)에 의해 공작물이 커팅되고, 가이드 부시(5)에 공작물이 클램핑 된 상태에서 서브 스핀들(4)이 공작물(8)을 클램핑한다. 이후 서브 스핀들(4)이 회전하고, 공구에 의해 공작물(8)의 후면이 가공된다.
도 2는 종래 스핀들에 공작물 클램핑 장치가 장착된 상태의 사시도를 나타낸다. 이러한 스위스 턴과 같은 공작기계의 메인 스핀들 또는 서브 스핀들은 공작물을 클램핑 또는 언클램핑 하기 위한 공작물 클램핑 장치(10)를 반드시 구비해야 한다. 종래 공작물 클램핑 장치(10)는 메인 스핀들(3) 또는 서브 스핀들(4)에 설치되나, 이하에서는 메인 스핀들(3)에 설치된 공작물 클램핑 장치(10)를 중점으로 설명한다.
종래 공작물 클램핑 장치(10)는 구동유닛(12)을 통해 토글(16, toggle)을 구동시켜, 콜릿(11, collet)의 클램핑 또는 언클램핑 동작을 구현시킴으로서 공작물(8)을 클램핑하는 구조이다. 토글(16)은 척킹 홀더(17)에 삽입된 상태로 설치된다. 척킹 홀더(17)에서 토글(16)이 이탈되는 것을 방지하기 위해 척킹 홀더(17)의 외주면에 척킹 링(18)이 설치된다.
구동유닛(12)의 구동력이 척킹 레버(13, chucking lever)에 전달된다. 척킹 레버(13)는 척킹 시프터(15, chucking shifter)에 연결된 상태로 전진 또는 후진한다. 척킹 레버(13)의 전진 또는 후진에 의해 토글(16)이 슬라이딩 운동과 회전운동을 병행하면서 푸시 파이프(14)를 전진 또는 후진시키고, 이에 따라 콜릿(11)에 의해 공작물(8)이 클램핑 또는 언클램핑된다.
종래 공작물 클램핑 장치는 구조가 복잡하고, 토글이나 척킹 시프터 등의 경우 일정시간 이상 사용하면 교체해야 하는 소모품으로 제조비용과 유지비용이 증가하는 문제점이 있었다.
또한, 종래 공작물 클램핑 장치는 가공하려는 공작물의 직경에 따라 클램핑 압력을 조절하기 위해 공작물 클램핑 장치를 분해해야함에 따라 작업자에게 불편을 초래하고, 정확한 클램핑 압력 조절이 어려워 공작물의 가공정밀도가 저감되는 문제점이 있었다.
더욱이, 종래 공작물 클램핑 장치는 소모품의 교체 시간이나 클램핑 압력 조절 시간 동안에 가공을 할 수 없어 공작기계의 생산성이 저감되는 문제점이 있었다.
대한민국 특허공개공보 제10-2012-0063302호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 가공하려는 공작물의 직경에 따라 소정의 압력을 갖고서 유입구로 유입되는 공압에 의해 전후로 이동하는 피스톤을 통해 공작물을 클팸핑 또는 언클램핑함에 따라 제조비용과 유지비용을 절감하고, 공작물의 직경에 따라 최적의 클램핑 압력을 용이하게 조절하여 가공정밀도를 향상시키며, 생산성을 향상시킬 수 있는 공작기계용 스핀들의 공작물 클램핑 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 공작기계용 스핀들의 공작물 클램핑 장치는 스핀들을 구비하는 공작기계에 있어서, 상기 스핀의 일측에 설치되는 콜릿; 일단이 상기 콜릿에 삽입되고, 타단이 상기 스핀들의 내부에 삽입 설치되는 콜릿 슬리브; 상기 스핀들의 타측에 설치되고, 중앙에 공작물이 삽입되는 관통홀을 구비하는 하우징; 상기 하우징의 내부에 설치되는 피스톤; 일단이 상기 콜릿 슬리브에 연결되고, 타단이 상기 피스톤에 연결되도록 상기 스핀들의 내부를 관통하여 설치되는 피스톤 파이프; 상기 하우징의 외측면에 설치되고, 에어 공급원에서 공급되는 에가 유로를 통해 유입되는 유입구; 및 상기 하우징의 외측면에 설치되고, 에어를 유로를 통해 상기 에어 공급원으로 유출하기 위한 유출구;를 포함하되, 상기 피스톤은 상기 유입구로 유입되는 에어 또는 상기 유출구로 유출되는 에어에 의해 상기 하우징의 내주면을 따라 좌우로 이동하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계용 스핀들의 공작물 클램핑 장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계용 스핀들의 공작물 클램핑 장치는 상기 관통홀을 통해 삽입되는 상기 공작물의 직경에 따라, 상기 유입구로 유입되는 에어의 압력을 조절하기 위해 상기 유로 상에 설치되는 레귤레이터;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계용 스핀들의 공작물 클램핑 장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계용 스핀들의 공작물 클램핑 장치는 피스톤과 상기 피스톤 파이프 사이에 설치되는 베어링; 및 상기 콜릿 슬리브의 내부에 설치되는 탄성부재;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계용 스핀들의 공작물 클램핑 장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계용 스핀들의 공작물 클램핑 장치는 일측이 상기 베어링 및 상기 피스톤 파이프에 접촉하도록 상기 하우징의 내부에 삽입 설치되는 록 너트;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 공작기계용 스핀들의 공작물 클램핑 장치는 공작물의 직경에 따라 소정의 압력을 갖고서 유입구로 유입되는 공압에 의해 전후로 이동하는 피스톤을 통해 공작물을 클팸핑 또는 언클램핑하는 구조로 비교적 구조가 간단하고, 소모품의 교체를 최소화하여 제조비용과 유지비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계용 스핀들의 공작물 클램핑 장치는 가공하려는 공작물의 직경에 따라 클램핑 압력을 레귤레이터로 용이하게 조절할 수 있어, 작업자의 편의를 도모하고, 정확한 클램핑 압력 조절을 통해 공작물의 가공정밀도가 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
더욱이, 본 발명에 의한 공작기계용 스핀들의 공작물 클램핑 장치는 소모품의 교체 시간이나 클램핑 압력 조절 시간을 최소화하여 공작기계의 전체적인 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 공작기계의 사시도를 나타낸다.
도 2는 종래 스핀들에 공작물 클램핑 장치가 장착된 상태의 사시도를 나타낸다.
도 3은 스핀들에 본 발명에 의한 공작물 클램핑 장치가 장착된 상태의 사시도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 공작물 클램핑 장치의 개념도를 나타낸다.
도 5는 도 4에서 A-A 방향의 단면도를 나타낸다.
도 6은 도 5에서 B부분의 확대도를 나타낸다.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 부호를 가지도록 하고 있다.
도 3은 스핀들에 본 발명에 의한 공작물 클램핑 장치가 장착된 상태의 사시도를 나타내고, 도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 공작물 클램핑 장치의 개념도를 나타낸다. 도 5는 도 4에서 A-A 방향의 단면도를 나타내고, 도 6은 도 5에서 B부분의 확대도를 나타낸다. 도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 공작기계용 스핀들의 공작물 클램프 장치를 설명한다.
도 3에 도시된 것처럼, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 공작기계용 스핀들의 공작물 클램프 장치(100)는 메인 스핀들(3) 또는 보조 스핀들(4)에 장착될 수 있다. 스위스 턴뿐만 아니라 모든 종류의 공작기계용 스핀들에 장착될 수 있다.
도 4 내지 도 6에 도시된 것처럼, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 공작기계용 스핀들의 공작물 클램프 장치(100)는 콜릿(110), 콜릿 슬리브(120, collet sleeve), 하우징(130), 피스톤(140), 피스톤 파이프(150), 유입구(160), 및 유출구(170)로 이루어진다.
콜릿(110)이 메인 스핀들(3) 또는 서브 스핀들(4)의 일측에 설치된다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 콜릿(110)은 메인 스핀들(3) 또는 서브 스핀들(4)의 일측에 볼트체결에 의해 설치될 수 있다. 또한, 콜릿(110)은 내부에 공작물(8)이 지나갈 수 있는 중공부를 구비한다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 다른 스핀들(도면에 미도시)에 설치될 수도 있다.
콜릿 슬리브(120)는 내부에 공작물(8)이 지나갈 수 있는 중공부를 구비한 원통 형상을 구비한다. 콜릿 슬리브(120)의 일단은 콜릿(110)의 내주면에 접촉하도록 삽입 설치되고, 콜릿 슬리브(120)의 타단은 메인 스핀들(3) 또는 서브 스핀들(4)의 내부에 삽입 설치된다.
하우징(130)이 콜릿(110)과 마주하도록 메인 스핀들(3) 또는 서브 스핀들(4)의 타측에 설치된다. 하우징(130)은 중앙에 공작물(8)이 삽입되는 관통홀(131)을 구비한다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 하우징(130)은 메인 스핀들(3) 또는 서브 스핀들(4)의 타측에 볼트체결에 의해 설치될 수 있다.
피스톤(140)이 하우징(130)의 내부에 설치된다. 즉, 피스톤(140)의 외주면이 하우징(130)의 내주면에 접촉하도록 하우징(130)의 내부에 삽입 설치된다.
피스톤 파이프(150)이 메인 스핀들(3) 또는 서브 스핀들(4)의 내부를 관통하여 설치된다. 도면에 도시되지는 않았지만, 피스톤 파이프(150)의 중앙 외주면에 메인 스핀들(3) 또는 서브 스핀들(4)의 구동부가 접촉된다. 즉, 구동부의 구동에 의해 피스톤 파이프(150)가 회전할 수 있도록 메인 스핀들(3) 또는 서브 스핀들(4)의 내부를 관통하여 설치된다. 피스톤 파이프(150)는 내부에 공작물(8)이 지나갈 수 있는 중공부를 구비한 원통 형상을 구비한다. 피스톤 파이프(150)의 일단이 콜릿 슬리브(120)에 연결되고, 피스톤 파이프(150)의 타단이 피스톤(140)에 연결된다.
유입구(160)가 하우징(130)의 외측면에 설치된다. 유입구(160)의 일측에 유로(162)가 연결된다. 유로(162)의 일단은 유입구(160)의 일측에 연결되고, 유로(162)의 타단은 에어 공급원(161)에 연결되어, 에어 공급원(161)에서 공급되는 에어(air)를 유입구(160)에 전달한다. 유입구(160)를 통해 소정의 압력을 갖는 에어가 하우징(130) 내부로 유입된다.
유출구(170)가 하우징(130)의 외측면에 설치된다. 유출구(170)의 일측에 유로(172)가 연결된다. 유로(172)의 일단은 유출구(170)의 일측에 연결되고, 유로(172)의 타단은 에어 공급원(161)에 연결된다. 유출구(170)를 통해 하우징(130)에서 에어가 유로(172)를 지나 에어 공급원으로 회수된다.
피스톤(140)은 유입구(160)로 유입되는 에어에 의해 하우징(130)의 내주면을 따라 좌측으로 이동하고, 피스톤(140)의 이동에 의해 피스톤 파이프(150)가 왼쪽으로 이동하게 된다. 피스톤 파이프(150)의 이동에 의해 콜릿 슬리브(120)가 왼쪽으로 이동하고, 이에 따라 콜릿(110)이 공작물(8)을 클램핑(clamping)하게 된다.
또한, 피스톤(140)은 유출구(170)로 유출되는 에어에 의해 하우징(130)의 내주면을 따라 우측으로 이동하고, 피스톤(140)의 이동에 의해 피스톤 파이프(150)가 오른쪽으로 이동하게 된다. 피스톤 파이프(150)의 이동에 의해 콜릿 슬리브(120)가 오른쪽으로 이동하고, 이에 따라 콜릿(110)이 공작물(8)을 언클램핑(unclamping)하게 된다.
따라서, 본 발명에 의한 공작기계용 스핀들의 공작물 클램핑 장치는 유입구로 유입되는 공압에 의해 전후로 이동하는 피스톤을 통해 공작물을 클팸핑 또는 언클램핑하는 구조로 비교적 구조가 간단하고, 토글이나 척킹 시프터와 같은 소모품의 교체를 요하지 않아 제조비용과 유지비용을 절감할 수 있다.
도 4 내지 도 6에 도시된 것처럼, 본 발명의 바람직한 다른 일 실시예에 따른 공작기계용 스핀들의 공작물 클램프 장치(100)는 유입구(160)의 유로(162)에 설치되는 레귤레이터(163)을 더 포함할 수 있다.
레귤레이터(163)는 에어 공급원(161)과 유입구(160) 사이의 유로(162) 상에 설치된다. 관통홀(131)을 통해 삽입되는 공작물의 직경에 따라 레귤레이터(163)가 유입구(160)로 유입되는 에어의 압력을 조절하여 공급한다.
이에 따라, 본 발명에 의한 공작기계용 스핀들의 공작물 클램핑 장치는 가공하려는 공작물의 직경에 따라 클램핑 압력을 레귤레이터로 용이하게 조절할 수 있어, 작업자의 편의를 도모하고 공작물의 정확한 클램핑 압력 조절을 통해 공작물의 가공정밀도가 향상시킬 수 있게 된다.
도 4 내지 도 6에 도시된 것처럼, 본 발명의 바람직한 다른 일 실시예에 따른 공작기계용 스핀들의 공작물 클램프 장치(100)는 베어링(180) 및 탄성부재(121)를 더 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 바람직한 또 다른 일 실시예에 따른 공작기계용 스핀들의 공작물 클램프 장치(100)는 록 너트(190)를 더 포함할 수 있다.
베어링(180)은 피스톤(140)과 피스톤 파이프(150) 사이에 설치된다. 베어링(180)에 의해 피스톤(140)이 유입구(160)로 유입되는 에어에 의해 좌측으로 이동하거나, 피스톤(140)이 유출구(170)를 통해 배출되는 에어에 의해 우측으로 이동할 때 피스톤(140)의 원활한 이동이 보장되고, 피스톤(140)의 마모를 최소화할 수 있다.
탄성부재(121)가 콜릿 슬리브(120)의 내부에 설치된다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 이러한 탄성부재(121)는 스프링으로 형성될 수 있다. 탄성부재(121)에 의해 에어가 유출구(170)를 통해 에어 공급원(161)으로 배출되는 경우에 공작물의 언클램핑이 신속하게 이루어질 수 있다.
또한, 록 너트(190, lock nut)가 하우징(130)의 내부에 삽입 설치된다. 록 너트(190)의 일측은 베어링(180)과 피스톤 파이프(150)에 접촉되도록 설치된다. 록 너트(190)에 의해 베어링(180)과 피스톤 파이프(150)가 하우징(130)에서 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 변형예와 상기에서 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 첨부된 청구항의 범주내에 속하는 다른 실시예로 확장될 수 있다.
1 : 공작기계, 2 : 베드,
3 : 메인 스핀들, 4 : 서브 스핀들,
5 : 가이드 부시, 6 : 공구,
7 : 공구대, 8 : 공작물,
10 : 공작물 클램핑 장치, 11 : 콜릿,
12 : 구동유닛, 13 : 척킹 레버,
14 : 푸시 파이프, 15 : 척킹 시프터,
16 : 토글, 17 : 척킹 홀더,
18 : 척킹 링, 100 : 공작물 클램핑 장치, 110 : 콜릿, 120 : 콜릿 슬리브,
121 : 탄성부재, 130 : 하우징,
131 : 관통홀, 140 : 피스톤,
150 : 피스톤 파이프, 160 : 유입구,
161 : 에어 공급원, 162 : 유로,
163 : 레귤레이터, 170 : 유출구,
171 : 유로, 180 : 베어링,
190 : 록 너트.

Claims (4)

  1. 스핀들을 구비하는 공작기계에 있어서,
    상기 스핀들의 일측에 설치되는 콜릿;
    일단이 상기 콜릿에 삽입되고, 타단이 상기 스핀들의 내부에 삽입 설치되는 콜릿 슬리브;
    상기 스핀들의 타측에 설치되고, 중앙에 공작물이 삽입되는 관통홀을 구비하는 하우징;
    상기 하우징의 내부에 설치되는 피스톤;
    일단이 상기 콜릿 슬리브에 연결되고, 타단이 상기 피스톤에 연결되도록 상기 스핀들의 내부를 관통하여 설치되는 피스톤 파이프;
    상기 하우징의 외측면에 설치되고, 에어 공급원에서 공급되는 에어가 유로를 통해 유입되는 유입구;
    상기 하우징의 외측면에 설치되고, 에어를 유로를 통해 상기 에어 공급원으로 유출하기 위한 유출구;
    상기 피스톤과 상기 피스톤 파이프 사이에 설치되는 베어링; 및
    일측이 상기 베어링 및 상기 피스톤 파이프에 접촉하여 상기 베어링과 상기 피스톤 파이프의 이탈을 방지하도록 상기 하우징의 내부에 삽입 설치되는 록 너트
    를 포함하고,
    상기 피스톤은 상기 유입구로 유입되는 에어 또는 상기 유출구로 유출되는 에어에 의해 상기 하우징의 내주면을 따라 좌우로 이동되는 것을 특징으로 하는 공작기계용 스핀들의 공작물 클램핑 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 관통홀을 통해 삽입되는 상기 공작물의 직경에 따라, 상기 유입구로 유입되는 에어의 압력을 조절하기 위해 상기 유로 상에 설치되는 레귤레이터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계용 스핀들의 공작물 클램핑 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 콜릿 슬리브의 내부에 설치되는 탄성부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계용 스핀들의 공작물 클램핑 장치.
  4. 삭제
KR1020130162802A 2013-12-24 2013-12-24 공작기계용 스핀들의 공작물 클램핑 장치 KR102112365B1 (ko)

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