KR102361977B1

KR102361977B1 - 선반

Info

Publication number: KR102361977B1
Application number: KR1020207017169A
Authority: KR
Inventors: 노리오 가쿠
Original assignee: 스타 마이크로닉스 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2018-01-16
Filing date: 2018-12-21
Publication date: 2022-02-14
Also published as: JP2019123038A; CN111448022A; EP3715027A4; US11491555B2; US20200290128A1; CN111448022B; TWI788438B; KR20200081494A; JP7121254B2; EP3715027A1; TW201932217A; WO2019142600A1

Abstract

시프터 기구(機構)의 수명을 연장시키는 것이 가능한 선반을 제공한다. 선반(1)은, 주축(主軸)(32), 파지(把持) 부재(60), 동력 전달부 TR1, 시프터(10), 클로우 부재(20), 및 구동부 DR1을 구비한다. 주축 중심선 AX0를 포함하는 세로 단면에 있어서, 시프터(10)의 외주면(11)과 제1 에지부(접촉단(21))가 접촉하는 범위 R1에서의 시프터(10)의 외주면(11) 및 제1 에지부(21)의 형상은, 시프터(10)가 주축 중심선 방향(Z축 방향)으로 일정 속도로 이동하는 경우의 이동 거리 L에 대한 제1 에지부(21)의 직경 방향 D4로의 가속도 a가 양(+)의 범위에 있어서 연속하고, 또한, 음(-)의 범위에 있어서 연속하는 형상이다.

Description

선반

본 발명은, 공작물의 파지(把持) 부재를 개폐하기 위한 시프터 기구(機構)를 가지는 선반에 관한 것이다.

공작 기계로서, 공작물의 파지 부재를 개폐하기 위한 시프터 기구를 가지는 선반이 알려져 있다. 특허문헌 1에 개시된 소재 파지 장치는, 통형(筒形) 본체의 축선 방향으로 이동함으로써 척(chuck)의 파지부를 개폐 동작시키는 작동 부재, 추력에 의해 작동 부재를 축선 방향으로 이동시키는 리니어 모터, 및 리니어 모터의 추력을 증대시켜 작동 부재에 전달하는 추력 전달 장치를 구비하고 있다. 상기 추력 전달 장치는, 리니어 모터의 구동에 의해 축선 방향으로 이동하는 직동(直動) 부재, 및 직동 부재의 축선 방향 이동에 연동하여 지지축 선회(旋回)하고 또한 지레의 작용에 의해 추력을 작동 부재에 전달하는 레버 부재를 구비하고 있다. 상기 레버 부재는, 직동 부재에 걸어맞추어지는 제1 단(端)과 작동 부재에 걸어맞추어지는 제2 단을 가지고 있다. 상기 직동 부재의 걸어맞춤면은, 레버 부재의 제1 단이 통형 본체의 축선으로부터 멀어지는 순서로, 직동 부재의 내주면(內周面)에 대하여 약 25°의 각도를 이루고 있는 제4 영역, 내주면에 대하여 약 10°의 각도를 이루고 있는 제3 영역, 내주면에 대하여 약 5°의 각도를 이루고 있는 제2 영역, 및 내주면에 대하여 거의 평행한 제1 영역을 가지고 있다.

일본공개특허 제2002-337082호 공보(특허 단락 [0031])

전술한 직동 부재의 걸어맞춤면은 단계적으로 각도가 바뀌고 있으므로, 걸어맞춤면의 각도가 바뀌는 개소(箇所)에서 레버 부재의 선회 가속도가 급변한다. 통형 본체의 축선과 직교하는 직경 방향에 주목하면, 이 직경 방향에 있어서, 걸어맞춤면의 각도가 바뀌는 개소에서 레버 부재의 제1 단의 가속도가 급변한다. 특히, 레버 부재의 제1 단이 축선으로부터 이격되는 방향으로 직동 부재가 이동하는 경우, 최초에 약 25°의 각도의 제4 영역이 레버 부재의 제1 단에 접촉한다. 이 때문에, 직경 방향에 있어서, 레버 부재의 제1 단의 가속도는, 갑자기 커진다. 레버 부재의 제1 단의 가속도가 급변하면, 그만큼, 공작물을 파지할 때 큰 충격이 생기고, 또한 직동 부재와 레버 부재와의 사이에 큰 면압이 가해진다. 이 면압이 큰 만큼, 레버 부재 및 직동 부재(시프터 기구)가 마모하거나 손모(損耗)하거나 하여, 시프터 기구의 수명이 짧아진다.

그리고, 전술한 바와 같은 문제는, 다양한 선반에 존재한다.

본 발명은, 시프터 기구의 수명을 연장시키는 것이 가능한 선반을 개시하는 것이다.

본 발명의 선반은, 주축(主軸) 중심선을 중심으로 하여 회전 가능한 주축과,

상기 주축에 장착되어 공작물을 파지하는 닫힌(閉) 상태와 상기 공작물을 놓아주는 열린(開) 상태를 가지는 파지 부재와,

상기 파지 부재에 접촉된 제1 접촉부, 및 상기 주축 중심선 방향에 있어서 상기 제1 접촉부와는 반대측의 제2 접촉부를 가지고, 상기 주축 중심선 방향으로 이동함으로써 상기 파지 부재를 개폐시키는 동력 전달부와,

상기 주축의 외측에 있어서 상기 주축 중심선 방향으로 이동 가능한 시프터와,

상기 시프터의 외주면에 접촉하는 제1 에지부, 및 상기 제2 접촉부에 접촉된 제2 에지부를 가지고, 상기 주축 중심선으로부터 상기 제1 에지부까지의 거리가 변경되는 방향으로 경동(傾動) 가능한 클로우(claw) 부재와,

상기 시프터를 상기 주축 중심선 방향으로 이동시킴으로써 상기 클로우 부재를 경동시켜 상기 동력 전달부를 상기 주축 중심선 방향으로 이동시키는 구동부를 구비하고,

상기 주축 중심선과 직교하는 방향을 직경 방향으로 하고,

상기 주축 중심선을 포함하는 세로 단면에 있어서, 상기 시프터의 외주면과 상기 제1 에지부가 접촉하는 범위에서의 상기 시프터의 외주면 및 상기 제1 에지부의 형상은, 상기 시프터가 상기 주축 중심선 방향으로 일정 속도로 이동하는 경우의 이동 거리에 대한 상기 제1 에지부의 상기 직경 방향으로의 가속도가 양(+)의 범위에 있어서 연속하고, 또한 음(-)의 범위에 있어서 연속하는 형상인, 태양(態樣)을 가진다.

또한, 본 발명의 선반은, 주축 중심선을 중심으로 하여 회전 가능한 주축과,

상기 주축에 장착되어 공작물을 파지하는 닫힌 상태와 상기 공작물을 놓아주는 열린 상태를 가지는 파지 부재와,

상기 시프터의 외주면에 접촉하는 제1 에지부, 및 상기 제2 접촉부에 접촉된 제2 에지부를 가지고, 상기 주축 중심선으로부터 상기 제1 에지부까지의 거리가 변경되는 방향으로 경동 가능한 클로우 부재와,

상기 주축 중심선을 포함하는 세로 단면에 있어서, 상기 시프터의 외주면과 상기 제1 에지부가 접촉하는 범위 중 상기 시프터가 상기 제1 에지부를 상기 주축 중심선으로부터 멀리하는 방향에 있어서 상기 주축 중심선 방향으로 이동하는 경우의 전반 부분에서의 상기 시프터의 외주면 형상은, 상기 주축 중심선을 따른 방향으로부터 시작되는 곡선 형상인, 태양을 가진다.

본 발명에 의하면, 시프터 기구의 수명을 연장시키는 것이 가능하게 된다.

도 1은 선반의 구성예를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 주축대의 예를 나타내는 세로 단면도이다.
도 3A는 전진 위치에 있는 시프터와 클로우 부재를 발췌하여 모식적으로 예시한 사시도이며, 도 3B는 후퇴 위치에 있는 시프터와 클로우 부재를 발췌하여 모식적으로 예시하는 사시도이다.
도 4A는 전진 위치에 있는 시프터와 클로우 부재를 발췌하여 모식적으로 예시하는 정면도이며, 도 4B는 후퇴 위치에 있는 시프터와 클로우 부재를 발췌하여 모식적으로 예시하는 정면도이다.
도 5A는 시프터의 이동 거리에 대한 클로우 부재의 제1 에지부의 직경 방향에서의 위치의 예를 모식적으로 나타낸 도면이며, 도 5B는 시프터의 이동 거리에 대한 클로우 부재의 제1 에지부의 직경 방향에서의 속도의 예를 모식적으로 나타낸 도면이며, 도 5C는 시프터의 이동 거리에 대한 클로우 부재의 제1 에지부의 직경 방향에서의 가속도의 예를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 6A는 도 2의 A1의 위치에서의 주축대의 세로 단면의 예를 모식적으로 나타내는 단면도이며, 도 6B는 클로우 부재의 외관 예를 모식적으로 나타낸 사시도이다.
도 7은 도 2의 A1의 위치에서의 주축대의 세로 단면의 다른 예를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 8은 시프터의 외주면 및 클로우 부재의 제1 에지부의 주요부를 모식적으로 예시하는 도면이다.
도 9는 시프터의 이동 거리에 대한 클로우 부재의 제1 에지부의 직경 방향에서의 가속도의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 10은 비교예에 있어서 시프터의 외주면 및 클로우 부재의 제1 에지부의 주요부를 모식적으로 예시하는 도면이다.
도 11은 비교예에 있어서 시프터의 이동 거리에 대한 클로우 부재의 제1 에지부의 직경 방향에서의 가속도를 모식적으로 예시하는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시형태를 설명한다. 물론, 이하의 실시형태는 본 발명을 예시하는 것에 지나지 않으며, 실시형태에 나타내는 특징의 전부가 발명의 해결 수단에 필수로 된다고는 할 수 없다.

(1) 본 발명에 포함되는 기술의 개요:

먼저, 도 1∼11에 나타내어진 예를 참조하여 본 발명에 포함되는 기술의 개요를 설명한다. 그리고, 본원의 도면은 모식적으로 예를 나타낸 도면이며, 이들 도면에 나타내어진 각 방향의 확대율은 상이한 경우가 있으며, 각 도면은 정합(整合)하고 있지 않은 경우가 있다. 물론, 본 기술의 각 요소는, 부호로 나타내어진 구체예로 한정되지 않는다. 또한, 본원에 있어서, 수치범위 「Min∼Max」는, 최소값 Min 이상, 또한 최대값 Max 이하를 의미한다.

[태양 1]

본 기술의 일태양에 따른 선반(1)은, 주축(32), 파지 부재(60), 동력 전달부 TR1, 시프터(10), 클로우 부재(20), 및 구동부 DR1을 구비한다. 상기 주축(32)은, 주축 중심선 AX0를 중심으로 하여 회전 가능하다. 상기 파지 부재(60)는, 상기 주축(32)에 장착되어 공작물 W0를 파지하는 닫힌 상태와 상기 공작물 W0를 놓아주는 열린 상태를 가진다. 상기 동력 전달부 TR1은, 상기 파지 부재(60)에 접촉한 제1 접촉부(예를 들면, 역테이퍼부(63a)), 및 상기 주축 중심선 방향(예를 들면, Z축 방향)에 있어서 상기 제1 접촉부(63a)와는 반대측의 제2 접촉부(예를 들면, 후단면(65b))를 가지고, 상기 주축 중심선 방향(Z축 방향)으로 이동함으로써 상기 파지 부재(60)를 개폐시킨다. 상기 시프터(10)는, 상기 주축(32)의 외측에 있어서 상기 주축 중심선 방향(Z축 방향)으로 이동 가능하다. 상기 클로우 부재(20)는, 상기 시프터(10)의 외주면(11)에 접촉하는 제1 에지부(예를 들면, 접촉단(21), 및 상기 제2 접촉부(65b)에 접촉된 제2 에지부(예를 들면, 기부(基部)(22))를 가지고, 상기 주축 중심선 AX0로부터 상기 제1 에지부(21)까지의 거리(예를 들면, 직경 방향 위치 D)가 변경되는 방향으로 경동 가능하다. 상기 구동부 DR1은, 상기 시프터(10)를 상기 주축 중심선 방향(Z축 방향)으로 이동시킴으로써 상기 클로우 부재(20)를 경동시켜 상기 동력 전달부 TR1을 상기 주축 중심선 방향(Z축 방향)으로 이동시킨다. 여기서, 상기 주축 중심선 AX0와 직교하는 방향을 직경 방향 D4로 한다. 상기 주축 중심선 AX0를 포함하는 세로 단면(예를 들면, 도 2에 나타낸 단면)에 있어서, 상기 시프터(10)의 외주면(11)과 상기 제1 에지부(21)가 접촉하는 범위(접촉 범위 R1으로 함)에서의 상기 시프터(10)의 외주면(11) 및 상기 제1 에지부(21)의 형상은, 상기 시프터(10)가 상기 주축 중심선 방향(Z축 방향)으로 일정 속도로 이동하는 경우의 이동 거리(L로 함)에 대한 상기 제1 에지부(21)의 상기 직경 방향 D4로의 가속도(a로 함)가 양의 범위에 있어서 연속하고, 또한, 음의 범위에 있어서 연속하는 형상이다.

이동 거리 L에 대한 가속도 a가 양의 범위에 있어서 연속하고, 또한 음의 범위에 있어서 연속하는 세로 단면 형상을 상기 접촉 범위 R1에서의 시프터(10)의 외주면(11) 및 클로우 부재(20)의 제1 에지부(21)가 가지고 있으므로, 시프터(10)가 주축 중심선 방향(Z축 방향)으로 이동할 때 클로우 부재(20)의 경동이 연속적이며 매끄러운 가감속(加減速)이 된다. 클로우 부재(20)의 제1 에지부(21)의 급격한 가속도 변화가 억제되므로, 공작물 W0를 파지할 때의 충격이 억제되고, 또한 시프터(10)의 외주면(11)과 클로우 부재(20)의 제1 에지부(21) 사이의 면압이 감소한다. 이로써, 시프터(10) 및 클로우 부재(20)(시프터 기구)의 마모나 손모가 억제된다. 따라서, 본 태양은, 시프터 기구의 수명을 연장시킬 수 있다.

여기서, 주축은, 배면 주축으로 한정되지 않으며, 정면 주축이라도 된다.

파지 부재에는, 콜릿(collet)이나 클로우 등으로 불리는 각종 파지 부재가 포함된다.

공작물의 개념에는, 제품도 포함되는 것으로 한다.

이동 거리 L에 대한 가속도 a는, 세로 단면에 있어서 접촉 범위에 있는 시프터의 외주면 및 클로우 부재의 제1 에지부의 형상을 나타내는 형상 데이터로부터 구할 수 있다. 예를 들면, 시프터의 이동 거리 L에 대한 제1 에지부의 직경 방향에서의 위치(D로 함)을 상기 형상 데이터로부터 구하고, 이동 거리 L의 함수인 위치 D를 2회 미분하면, 이동 거리 L에 대한 가속도 a가 얻어진다.

이동 거리 L에 대한 가속도 a가 양의 범위에서 연속하고 있는 것은, L-a 평면에 있어서 이동 거리 L이 증가할 때, 가속도 a가 0 이하로부터 양이 되는 최초의 점으로부터, 가속도 a가 양으로부터 0 이하로 되는 최후의 점까지의 사이가 연속된 곡선으로 연결되어 있는 것을 의미한다.

이동 거리 L에 대한 가속도 a가 음의 범위에서 연속하고 있는 것은, L-a 평면에 있어서 이동 거리 L이 증가할 때, 가속도 a가 0 이상으로부터 음이 되는 최초의 점으로부터, 가속도 a가 음으로부터 0 이상이 되는 최후의 점까지의 사이가 연속된 곡선으로 연결되어 있는 것을 의미한다.

물론, 상기 접촉 범위 R1에서의 시프터(10)의 외주면(11) 및 클로우 부재(20)의 제1 에지부(21)의 형상은, 시프터(10)가 주축 중심선 방향(Z축 방향)으로 일정 속도로 이동하는 경우의 이동 거리 L에 대한 제1 에지부(21)의 직경 방향 D4로의 가속도 a가 전체 범위에 있어서 연속하는 형상이라도 된다. 이 경우에, 시프터(10)가 주축 중심선 방향(Z축 방향)으로 이동할 때 전체 범위에 있어서 클로우 부재(20)의 경동이 연속적이며 매끄러운 가감속이 되므로, 시프터 기구의 수명이 더욱 연장된다. 외주면(11) 및 제1 에지부(21)의 보다 바람직한 형상은, 변형 사인 곡선이나 변형 사다리꼴 곡선이나 변형 등속도 곡선과 같은 캠 곡선과 같이, 연속적인 속도 변화나 가속도 변화를 실현시키는 형상이다. 외주면(11) 및 제1 에지부(21)의 더욱 바람직한 형상은, 변형 사인 곡선과 같이, 속도 및 가속도가 연속적이며, 또한, 이동 중의 최대 속도와 최대 가속도가 작아지게 되는 캠 곡선이다.

[태양 2]

도 6A, 도 6B에 예시한 바와 같이, 상기 클로우 부재(20)의 상기 제1 에지부(21)에 있어서 상기 시프터(10)의 외주면(11)에 접촉하는 접촉면(21a)은, 상기 주축 중심선 AX0와 직교하는 세로 단면(예를 들면, 도 6A에 나타낸 단면)에 있어서 상기 주축 중심선 AX0를 중심으로 하여 상기 시프터(10)의 외주면(11)의 곡률 반경이상의 곡률 반경으로 오목하게 되어 있어도 된다. 이 태양은, 시프터(10)의 외주면(11)에 접촉하는 클로우 부재(20)의 접촉면(21a)의 면압(헤르츠의 접촉 응력으로 불림)이 감소하므로, 사용 초기에 발생하는 연마(abrasive) 마모가 감소하고, 시프터 기구의 담금질 경화층이 많이 잔존한다. 따라서, 본 태양은, 파지 부재(60)의 클램프력을 더욱 안정화시킬 수 있고, 또한 시프터 기구의 수명을 더욱 연장시킬 수 있다.

물론, 클로우 부재(20)의 접촉면(21a)의 곡률 반경은, 시프터(10)의 외주면(11)과 동일 곡률 반경이라도 되고, 외주면(11)의 곡률 반경보다 큰 곡률 반경이라도 된다. 또한, 태양 2에는 포함되지 않지만, 도 7에 예시한 바와 같이 접촉면(21a)이 평면인 경우도, 본 기술에 포함된다.

[태양 3]

도 8 등에 예시한 바와 같이, 상기 주축 중심선 AX0를 포함하는 세로 단면에 있어서, 상기 시프터(10)의 외주면(11)과 상기 제1 에지부(21)가 접촉하는 범위(R1) 중 상기 시프터(10)가 상기 제1 에지부(21)를 상기 주축 중심선 AX0로부터 멀리하는 방향에 있어서 상기 주축 중심선 방향(Z축 방향)으로 이동하는 경우의 전반 부분 R2에서의 상기 시프터(10)의 외주면(11)의 형상은, 상기 주축 중심선 AX0를 따른 방향으로부터 시작되는 곡선 형상이라도 된다. 시프터(10)가 제1 에지부(21)를 주축 중심선 AX0로부터 멀리하는 방향에 있어서 주축 중심선 방향(Z축 방향)으로 이동하는 경우의 전반 부분 R2에서의 시프터(10)의 외주면(11)이 주축 중심선 AX0를 따른 방향으로부터 시작되는 곡선 형상이면, 시프터(10)가 상기 방향으로 이동을 개시할 때 클로우 부재(20)의 경동이 연속적이고 매끄러운 가감속이 된다. 이 때문에, 공작물 W0를 파지할 때의 충격이 더욱 억제되고, 또한 시프터(10)의 외주면(11)과 클로우 부재(20)의 제1 에지부(21) 사이의 면압이 더욱 감소하는 것에 의해 시프터 기구의 마모나 손모가 더욱 억제된다. 따라서, 본 태양은, 시프터 기구의 수명을 더욱 연장시킬 수 있다.

[태양 4]

그런데, 본 기술이 다른 태양에 관한 선반(1)은, 주축(32), 파지 부재(60), 동력 전달부 TR1, 시프터(10), 클로우 부재(20), 및 구동부 DR1을 구비하고, 상기 주축 중심선 AX0를 포함하는 세로 단면에 있어서, 상기 시프터(10)의 외주면(11)과 상기 제1 에지부(21)가 접촉하는 범위(R1) 가운데 상기 시프터(10)가 상기 제1 에지부(21)를 상기 주축 중심선 AX0로부터 멀리하는 방향에 있어서 상기 주축 중심선 방향(Z축 방향)으로 이동하는 경우의 전반 부분 R2에서의 상기 시프터(10)의 외주면(11)의 형상은, 상기 주축 중심선 AX0를 따른 방향으로부터 시작되는 곡선 형상이다.

시프터(10)가 제1 에지부(21)를 주축 중심선 AX0로부터 멀리하는 방향에 있어서 주축 중심선 방향(Z축 방향)으로 이동하는 경우의 전반 부분 R2에서의 시프터(10)의 외주면(11)이 주축 중심선 AX0를 따른 방향으로부터 시작되는 곡선 형상이므로, 시프터(10)가 상기 방향으로 이동을 개시할 때 클로우 부재(20)의 경동이 연속적이며 매끄러운 가감속이 된다. 시프터(10)가 상기 방향에 있어서 이동하는 전반의 기간 중에 클로우 부재(20)의 제1 에지부(21)가 급격한 가속도 변화가 억제되므로, 공작물 W0를 파지할 때의 충격이 억제되고, 또한 시프터(10)의 외주면(11)과 클로우 부재(20)의 제1 에지부(21) 사이의 면압이 감소한다. 이로써, 시프터 기구의 마모나 손모가 억제된다. 따라서, 본 태양은, 시프터 기구의 수명을 연장시킬 수 있다.

(2) 선반의 구성의 구체예:

도 1은, 선반의 예로서 주축 이동형의 NC(수치 제어) 선반(1)의 구성을 모식적으로 예시하고 있다. 도 1에 나타낸 선반(1)은, NC 장치(80), 고정된 베이스(40)에 설치된 정면 주축대(41), 고정된 베이스(50)에 설치된 배면 주축대(51), 고정된 베이스(45)에 설치된 절삭 공구대(46) 등을 구비하고 있다. 여기서, 정면 주축대(41)와 배면 주축대(51)를 주축대(31)로 총칭한다. NC 장치(80)는, 전술의 각 부(41, 51, 46) 등의 동작을 제어한다.

정면 주축대(41)는, 주축 중심선 AX1을 따른 Z축 방향으로 이동 가능하게 되어 있다. NC 장치(80)는, 정면 주축대(41)의 구동부(도시하지 않음)를 통하여 정면 주축대(41)의 Z축 방향에서의 위치를 제어한다. 정면 주축대(41)에 설치된 정면 주축(42)은, Z축 방향으로 삽입된 원기둥형(봉형)의 공작물 W1을 콜릿(도시하지 않음)으로 해방 가능하게 파지하고, 공작물 W1의 길이 방향을 따른 주축 중심선 AX1을 중심으로 하여 공작물 W1을 회전시킨다. 그리고, 본 구체예의 Z축 방향은 수평 방향이지만, Z축 방향은 수평 방향으로 한정되지 않는다.

배면 주축대(51)는, 주축 중심선 AX2를 따른 Z축 방향, 및 이 Z축 방향과 직교(교차)하는 Y축 방향으로 이동 가능하게 되어 있다. NC 장치(80)는, 배면 주축대(51)의 구동부(도시하지 않음)를 통하여 배면 주축대(51)의 Z축 방향 및 Y축 방향에서의 위치를 제어한다. 배면 주축대(51)에 설치된 배면 주축(52)은, Z축 방향으로 삽입된 정면 가공 후의 공작물 W2를 해방 가능하게 파지하고, 주축 중심선 AX2를 중심으로 하여 공작물 W2를 회전시킨다. 배면 주축(52)은, 정면 주축과 대향하는 의미에서 대향 주축으로 불리는 경우가 있다. 본 구체예의 Y축 방향은 수평 방향이지만, Y축 방향은 수평 방향으로 한정되지 않는다.

그리고, 정면 주축(42)과 배면 주축(52)을 주축(32)으로 총칭하고, 정면 주축(42)의 주축 중심선 AX1과 배면 주축(52)의 주축 중심선 AX2를 주축 중심선 AX0로 총칭하고, 정면 가공 전의 공작물 W1과 정면 가공 후의 공작물 W2를 공작물 W0로 총칭한다.

절삭 공구대(46)는, 공작물 W0를 가공하기 위한 복수의 공구 T1이 장착되고, Z축 방향 및 Y축 방향과 직교(교차)하는 X축 방향으로 이동 가능하게 되어 있다. NC 장치(80)는, 절삭 공구대(46)의 구동부(도시하지 않음)를 통하여 절삭 공구대(46)의 X축 방향에서의 위치를 제어한다. 본 구체예의 X축 방향은 수직 방향이지만, X축 방향은 수직방향으로 한정되지 않는다. 절삭 공구대에는, 터릿(turret) 절삭 공구대, 빗형 절삭 공구대 등을 사용할 수 있다. 선반에는, 복수 종류의 절삭 공구대가 설치되어도 된다. 또한, 각 부(41, 51, 46) 등의 이동 방향은, 도 1에 나타낸 방향으로 한정되지 않는다.

이하, 주축대(31)의 예로서 배면 주축대(51)를 상세하게 설명한다.

도 2는, 배면 주축대(51)의 주축 중심선 AX2를 지나는 세로 단면을 예시하고 있다. 도 2에 나타낸 배면 주축(52)의 주축 중심선 AX2를 따라 관통한 구멍에는, 제품 배출 부재(70)가 배치되어 있다. 이 배출 부재(70)는, 제품을 통과시키는 파이프 등으로 교환되는 경우가 있다.

배면 주축(52)은, 배면 주축대(51)에 있는 회전하지 않는 지지부(53)에 대하여 베어링 BE1을 통하여 회전 가능하게 장착되어 있다. 배면 주축(52)에는, 배출 부재용의 슬리브 너트 N1이 탈착 가능하게 장착된 척 슬리브(63), 및 가압 슬리브(65)가 Z축 방향(주축 중심선 방향의 예)에 삽입되어 있다. 이들 슬리브 너트 N1, 척 슬리브(63), 및 가압 슬리브(65)는, 주축 중심선 AX2를 따라 관통한 구멍을 가지고, 배출 부재(70)가 Z축 방향으로 삽입되어 있다. 배면 주축(52)은, 배출 부재(70)의 둘레에서 척 슬리브(63) 및 가압 슬리브(65)와 함께 주축 중심선 AX2를 중심으로 하여 회전한다. 배면 주축(52)의 외주에는, 지지부(53) 측의 스테이터(56)와 배면 주축(52) 측의 로터(57)를 가지는 빌트인(built in) 모터(55)가 장창되어 있다. 배면 주축(52)은, NC 장치(80)의 제어를 따른 타이밍으로 모터(55)에 의해 회전 구동된다.

파지 부재(60)는, 콜릿(61), 및 캡 부재(62)를 구비하고, 배면 주축(52)에 삽입된 공작물 W2를 파지하는 닫힌 상태, 및 파지하고 있던 제품(배면 가공 후의 공작물 W2)을 놓아주는 열린 상태를 가지고 있다. 도 2는, 파지 부재(60)에 공작물 W2이 파지되어 있지 않지만, 파지 부재(60)가 닫힌 상태인 경우의 배면 주축대(51)의 모습을 나타내고 있다.

콜릿(61)은, 배면 주축(52)의 전단부(前端部)에 장착되고, 정면 주축대(41)로부터 공급되는 공작물 W2를 해방 가능하게 파지하고, 배면 주축(52)과 함께 회전한다. 콜릿(61)의 외주면에는, 후측(後側)이 될수록 가늘어지는 테이퍼부(61a)가 형성되어 있다. 이 테이퍼부(61a)에는, 복수의 개소(예를 들면, 3개소)에 슬롯이 형성되어 있다. 후술하는 척 슬리브(63)에 의해 테이퍼부(61a)가 체결되면 공작물 W2가 파지되고(닫힌 상태), 테이퍼부(61a)가 느슨하게 되면 자기의 탄성력에 의해 넓어져 공작물 W2가 해방된다(열린 상태). 캡 부재(62)는, 배면 주축(52)의 전단부에 장착되어 콜릿(61)을 유지하고, 배면 주축(52)과 함께 회전한다.

배면 주축대(51)는, Z축 방향으로 이동함으로써 파지 부재(60)를 개폐시키는 동력 전달부 TR1을 가지고 있다. 도 2에 나타낸 동력 전달부 TR1은, 슬리브 너트 N1이 장착된 척 슬리브(63), 콜릿 개방용의 코일 스프링(64), 및 가압 슬리브(65)를 가지고 있다. 슬리브 부재(N1, 63, 65) 및 스프링(64)은, 주축 중심선 AX2와 직교하는 직경 방향 D4에 있어서 배면 주축(52)의 내측에 배치되어 있다. 슬리브 부재(N1, 63, 65) 및 스프링(64)은, 배면 주축(52)의 내측에 있어서 배면 주축(52)과 동심(同心)으로 배치되어 있다. 척 슬리브(63)의 전단부의 내주부에는, 콜릿(61)의 테이퍼부(61a)에 맞추어서 전측(前側)이 될수록 주축 중심선 AX2로부터 이격되 역테이퍼부(63a)가 형성되어 있다. 이 역테이퍼부(63a)는, 파지 부재(60)에 접촉된 제1 접촉부의 예이다. 척 슬리브(63)는, Z축 방향으로 슬라이드 가능하며, 전진 방향 D2로 이동하면 역테이퍼부(63a)에 의해 콜릿(61)의 테이퍼부(61a)를 주축 중심선 AX2 측으로 체결(닫힌 상태), 후퇴 방향 D3로 이동하면 콜릿(61)의 테이퍼부(61a)의 체결을 느슨하게 한다(열린 상태). 여기서, 전진 방향 D2는 공작물 W2를 Z축 방향을 따라 배면 주축(52)의 전방 외부로 밀어내는 방향이며, 후퇴 방향 D3는 전진 방향 D2의 반대 방향이다. 스프링(64)은, 전진 방향 D2 측의 단부가 콜릿(61)에 걸려서 고정되고, 후퇴 방향 D3 측의 단부가 척 슬리브(63)의 내주면에 걸려서 고정되어, 척 슬리브(63)에 후퇴 방향 D3로의 힘을 가하고 있다. 가압 슬리브(65)의 전단면은, 척 슬리브(63)의 후단면에 접촉하고 있다. 가압 슬리브(65)의 후단면(65b)은, 후술하는 클로우 부재(20)의 기부(22)(제2 에지부의 예)에 접촉하고 있다. 후단면(65b)은, Z축 방향에 있어서 제1 접촉부와는 반대측의 제2 접촉부의 예이다. 가압 슬리브(65)는, Z축 방향으로 슬라이드 가능하며, 클로우 부재(20)의 기부(22)에 밀려서 전진 방향 D2로 이동하고, 스프링(64)으로부터의 힘에 의해 척 슬리브(63)의 후단면에 밀려서 후퇴 방향 D3로 이동한다.

직경 방향 D4에 있어서 배면 주축(52)의 후단부의 외측에는, 후술하는 구동부 DR1의 시프터 레버(68)와 함께 Z축 방향으로 이동 가능한 시프터(10)가 배치되어 있다. 시프터(10)는, 주축 중심선 AX2를 따라 관통한 구멍을 가지고, 배면 주축(52)이 Z축 방향으로 삽입되어 있다. 시프터(10)의 내주면은, 배면 주축(52)의 외주면에 대하여 슬라이드 가능하게 접촉하고 있다. 즉, 시프터(10)는, 배면 주축(52)과 동심으로 배치되는 통형체이다. 시프터(10)의 외주부 중 클로우 부재(20)에 접촉하지 않는 전방 부분에는, 시프터 레버(68)가 직경 방향 내측으로 삽입된 홈(12)이 형성되어 있다. 시프터(10)는, 후술하는 특징을 가지는 외주면(11)을 가지고, 소정의 이동 범위 내, 예를 들면, 도 4A 등에 나타내는 전진 위치 P1과 도 4B 등에 나타내는 후퇴 위치 P2 사이에 있어서 Z축 방향으로 슬라이드 가능하게 되어 있다.

시프터(10)의 후퇴 방향 D3 측에는, 외주면(11)에 접촉하고 있는 복수의 클로우 부재(20)가 배치되어 있다. 도 2에는, 주축 중심선 AX2를 중심으로 하여 서로 반대측에 배치된 2개소의 클로우 부재(20)가 나타내어져 있다. 배면 주축대(51)에 배치되는 클로우 부재(20)의 수는, 도 2에 나타낸 바와 같이 2개라도 되고, 3개라도 되고, 4개 이상이라도 된다. 복수의 클로우 부재(20)는, 예를 들면, 주축 중심선 AX2를 중심으로 하여 외주면(11)을 따라 등간격으로 배치된다. 도 6B 등에도 예시한 바와 같이, 각 클로우 부재(20)는, 시프터(10)의 외주면(11)에 접촉하고 있는 접촉단(21)(제1 에지부의 예), 및 가압 슬리브(65)의 후단면(65b)에 접촉된 기부(22)(제2 에지부의 예)를 가지고, 축부(23)를 중심으로 하여 주축 중심선 AX2로부터 접촉단(21)까지의 거리가 변경되는 방향으로 경동 가능하다. 축부(23)의 중심축은 주축 중심선 AX2로부터 이격된 위치에 있고, 축부(23)의 중심축 방향은 Z축 방향으로부터 90° 어긋나 있다. 클로우 부재(20) 자체는, 배면 주축(52)과 함께 회전한다. 축부(23)로부터 접촉단(21)까지의 거리는, 축부(23)로부터 기부(22)까지의 거리보다 길다. 이로써, 축부(23)를 지점(支点)으로 하여 지레의 작용에 의해 시프터(10)로부터 클로우 부재(20)에 가해지는 힘보다 클로우 부재(20)로부터 동력 전달부 TR1에 가해지는 힘을 강하게 할 수 있다. 접촉단(21)은, 후술하는 특징을 가지는 형상을 가지고 있다.

시프터(10)를 Z축 방향으로 이동시키는 구동부 DR1은, 시프터 레버(68), 및 콜릿 개폐용 액츄에이터(69)를 가지고 있다. 시프터(10)의 홈(12)에 삽입되어 있는 시프터 레버(68)는, 액츄에이터(69)의 구동에 의해 시프터(10)를 소정의 이동 범위 내에 있어서 Z축 방향으로 슬라이드시킨다. 액츄에이터(69)는, NC 장치(80)의 제어에 따라 시프터 레버(68)를 소정의 이동 범위 내에 있어서 Z축 방향으로 이동시킨다. 액츄에이터(69)에는, 리니어 모터를 포함하는 서보 모터, 에어 실린더, 유압 실린더 등을 사용할 수 있다. 액츄에이터(69)는, 볼 나사 기구와 같은 감속 기구 등을 포함해도 된다. 구동부 DR1은, 시프터(10)를 소정의 이동 범위 내에 있어서 Z축 방향으로 이동시킴으로써 축부(23)를 중심으로 하여 클로우 부재(20)를 경동시켜 동력 전달부 TR1을 Z축 방향으로 이동시킨다.

이상의 구성에 의해, 액츄에이터(69)가 시프터 레버(68)를 통하여 시프터(10)를 전진 위치 P1으로부터 후퇴 위치 P2까지 후퇴 방향 D3로 슬라이드시키면, 시프터(10)가 클로우 부재(20)의 접촉단(21)을 주축 중심선 AX2로부터 멀리하는 방향으로 클로우 부재(20)를 회전 동작시킨다. 그러면, 클로우 부재(20)의 기부(22)가 가압 슬리브(65)를 통하여 척 슬리브(63)를 전진 방향 D2으로 슬라이드시켜, 콜릿(61)이 체결되어, 콜릿(61)에 의해 공작물 W2가 파지된다. 시프터(10)가 이동하는 동안, 외주면(11)에 대한 접촉단(21)의 접촉 상태가 유지된다. 한편, 액츄에이터(69)가 시프터 레버(68)를 통하여 시프터(10)를 후퇴 위치 P2로부터 전진 위치 P1까지 전진 방향 D2로 슬라이드시키면, 콜릿 개방용 스프링(64)의 압압력(押壓力)에 의해 척 슬리브(63) 및 가압 슬리브(65)가 후퇴한다. 이로써, 클로우 부재(20)의 접촉단(21)이 주축 중심선 AX2에 근접하는 방향으로 클로우 부재(20)가 회전 동작하고, 또한 콜릿(61)이 느슨하게 되어, 배면 가공 후의 제품(공작물 W2)이 콜릿(61)으로부터 해방된다. 시프터(10)가 이동하는 동안, 외주면(11)에 대한 접촉단(21)의 접촉 상태가 유지된다.

배출 부재(70)는, 척 슬리브(63) 및 가압 슬리브(65)의 내측에 삽입되고, Z축 방향으로 이동 가능하게 되어 있다. 배출 부재(70)는, Z축 방향으로 관통한 구멍(72c)을 가지는 대략 원통형의 제품 배출축(72), 및 이 배출축(72)의 전단부에 대하여 탈착 가능하게 장착된 배출 핀(74)을 가지고 있다. 배출축(72)의 외측에는, 제품(공작물 W2)을 배출하기 위한 코일 스프링(76)이 끼워져 있다. 이 제품 배출용 스프링(76)은, Z축 방향으로 압축된 상태에 있어서, 전단부가 배출축(72)의 확경부(擴徑部)(72b)에 걸려서 고정되고, 후단부가 플랜지 부재 F1에 걸려서 고정되어 있다. 정면 가공 후의 공작물 W2는, 열린 상태의 콜릿(61)에 삽입되고 닫힌 상태로 전환된 콜릿(61)에 파지된다. 배면 가공 후에 콜릿(61)이 느슨하게 되면, 스프링(76)의 탄성력에 의해 제품(공작물 W2)이 전진 방향 D2로 배출된다. 배출축(72)의 후단부에는, 블로우용의 오일 및 에어를 통과시키는 배관(78)이 삽입되어 있다.

도 3A, 3B는, 시프터 기구(시프터(10) 및 클로우 부재(20))를 발췌하여 모식적으로 예시하는 사시도이다. 도 4A, 4B는, 시프터 기구를 발췌하여 모식적으로 예시하는 정면도이다. 여기서, 도 3A, 4A는 시프터(10)가 전진 위치 P1에 있는 경우의 시프터 기구를 나타내고, 도 3B, 4B는 시프터(10)가 후퇴 위치 P2에 있는 경우의 시프터 기구를 나타내고 있다. 그리고, 도 3A, 3B, 4A, 4B에는, 시프터(10) 및 클로우 부재(20)의 곡면 형상을 나타내기 위한 선도 도시되어 있다.

시프터(10)의 이동 범위(전진 위치 P1과 후퇴 위치 P2 사이)에 있어서 시프터(10)의 외주면(11)과 클로우 부재(20)의 접촉단(21)이 접촉하는 접촉 범위 R1은, 도 4A, 4B에 예시되어 있다. 시프터(10)의 외주면(11)에서의 접촉 범위 R1은, 시프터(10)가 전진 위치 P1에 있는 경우에 접촉단(21)과 접촉하고 있는 가장 후퇴 방향 D3 측의 위치와, 시프터(10)가 후퇴 위치 P2에 있는 경우에 접촉단(21)과 접촉하고 있는 가장 전진 방향 D2 측의 위치의 사이가 된다. 접촉단(21)에 있어서 외주면(11)과 접촉하는 위치는, 시프터(10)의 Z축 방향에서의 위치에 따라 바뀐다. 따라서, 클로우 부재(20)의 접촉단(21)에서의 접촉 범위 R1은, 전진 위치 P1에 있는 시프터(10)가 후퇴 위치 P2까지 이동할 때 접촉단(21)이 외주면(11)에 접촉하는 범위가 된다.

접촉 범위 R1에서의 시프터(10)의 외주면(11) 및 클로우 부재(20)의 접촉단(21)의 형상은, 캠 곡선 형상과 같은 연속적인 가감속 형상이 되도록 창제(創製)되어 있다. 캠 곡선은, 시프터(10)와 클로우 부재(20) 사이의 면압을 감소시키는 점에서 변형 사인 곡선과 같이, 속도 및 가속도가 연속적이며, 또한, 이동 중의 최대 속도와 최대 가속도가 작아지게 되는 캠 곡선이 바람직하지만, 변형 사다리꼴 곡선이나 변형 등속도 곡선 등이라도 되고, 복수의 기지(旣知)의 곡선을 조합한 오리지널 곡선 등이라도 된다. 먼저, 도 5A∼5C를 참조하여, 접촉 범위 R1에서의 시프터(10)의 외주면(11) 및 클로우 부재(20)의 접촉단(21)의 형상이 변형 사인 곡선인 예를 설명한다.

도 5A는, 도 2에 나타낸 바와 같은 주축 중심선 AX2를 포함하는 세로 단면에 있어서, 시프터(10)의 이동 거리 L에 대한 클로우 부재(20)의 접촉단(21)의 직경 방향 D4에서의 위치 D를 예시하고 있다. 도 5B는, 주축 중심선 AX2를 포함하는 세로 단면에 있어서, 시프터(10)가 Z축 방향으로 일정 속도로 이동하는 경우의 시프터(10)의 이동 거리 L에 대한 클로우 부재(20)의 접촉단(21)의 직경 방향 D4에서의 속도 v를 예시하고 있다. 도 5C는, 주축 중심선 AX2를 포함하는 세로 단면에 있어서, 시프터(10)가 Z축 방향으로 일정 속도로 이동하는 경우의 시프터(10)의 이동 거리 L에 대한 클로우 부재(20)의 접촉단(21)의 직경 방향 D4에서의 가속도 a를 예시하고 있다. 도 5C에 나타낸 L-a 평면형의 곡선은, 캠 곡선의 일종인 변형 사인 곡선이며, 이동 거리 L의 전체에 걸쳐 가속도 a가 곡선에 의해 연결되어 있다. 이와 같은 캠 곡선을 실현시키는 형상이 캠 곡선 형상이다.

시프터(10)의 이동 거리 L은, 도 3A, 4A에 나타낸 바와 같이 시프터(10)가 전진 위치 P1에 있는 경우를 0로 하고, 도 3B, 4B에 나타낸 바와 같이 시프터(10)가 후퇴 위치 P2에 있는 경우를 1로 한 상대값이다. 접촉단(21)의 직경 방향 위치 D는, 도 3A, 4A에 나타낸 바와 같이 시프터(10)가 전진 위치 P1에 있어서 접촉단(21)이 주축 중심선 AX2에 가장 가까운 경우를 0로 하고, 도 3B, 4B에 나타낸 바와 같이 시프터(10)가 후퇴 위치 P2에 있어서 접촉단(21)이 주축 중심선 AX2로부터 가장 먼 경우를 1로 한 상대값이다. 직경 방향 위치 D는, 이동 거리 L을 독립 변수로 하는 함수로 나타내어진다. 이 함수는, 시프터(10)의 외주면(11)의 형상 데이터와 클로우 부재(20)의 접촉단(21)의 형상 데이터를 사용하여 이동 거리 L의 미소(微小) 간격마다 직경 방향 위치 D를 구함으로써 얻어진다.

시프터(10)가 Z축 방향으로 일정 속도로 이동하는 경우, 접촉단(21)의 속도 v는, 직경 방향 위치 D를 이동 거리 L로 미분함으로써 얻어진다. 속도 v는, 이동 거리 L을 독립 변수로 하는 함수로 나타내어진다. 예를 들면, 이동 거리 L의 미소 변화(ΔL로 함. -1<ΔL<0 또는 0<ΔL<1)에 대한 위치 D의 미소 변화를 ΔD로 하면, 이동 거리 L에 따라 v=ΔD/ΔL에 의해 속도 v를 산출할 수 있다.

시프터(10)가 Z축 방향으로 일정 속도로 이동하는 경우, 접촉단(21)의 가속도 a는, 속도 v를 이동 거리 L로 미분함으로써 얻어진다. 가속도 a는, 이동 거리 L을 독립 변수로 하는 함수로 나타내어진다. 예를 들면, 이동 거리 L의 미소 변화 ΔL에 대한 속도 v의 미소 변화를 Δv로 하면, 이동 거리 L에 따라 a=Δv/ΔL에 의해 가속도 a를 산출할 수 있다.

도 5C에 나타낸 바와 같이, 시프터(10)의 이동 거리 L에 대한 접촉단(21)의 가속도 a는, 이동 거리 L의 전역(全域)에 걸쳐 연속되어 있다. 당연히, 가속도 a가 a>0인 양의 범위에 있어서 이동 거리 L에 대한 가속도 a는 연속하고, 가속도 a가 a <0인 음의 범위에 있어서도 이동 거리 L에 대한 가속도 a는 연속하고 있다. 따라서, 주축 중심선 AX2를 포함하는 세로 단면에 있어서, 접촉 범위 R1에서의 시프터(10)의 외주면(11) 및 클로우 부재(20)의 접촉단(21)의 형상은, 시프터(10)가 Z축 방향으로 일정 속도로 이동하는 경우의 이동 거리 L에 대한 접촉단(21)의 직경 방향 D4로의 가속도 a가 양의 범위에 있어서 연속하고, 또한, 음의 범위에 있어서 연속하는 형상이다. 이 형상이 접촉단(21)이 급격한 가속도 변화를 억제하므로, 공작물 W2를 파지할 때의 충격이 억제되고, 시프터(10)의 외주면(11)과 클로우 부재(20)의 접촉단(21) 사이의 면압이 감소한다. 이 면압의 저하에 의해, 시프터 기구의 마모나 손모가 억제되어, 시프터 기구의 수명이 길어진다.

여기서, 도 4A, 4B에 나타낸 바와 같이, 접촉 범위 R1 중 시프터(10)가 후퇴 위치 P2로부터 전진 위치 P1까지 이동하는 경우의 전반 부분 R2에 주목한다. 후퇴 위치 P2로부터 전진 위치 P1으로의 시프터(10)의 이동은, 시프터(10)가 접촉단(21)을 주축 중심선 AX2로부터 멀리하는 방향에서의 Z축 방향으로 이동이다. 이 경우의 전반 부분 R2는, Z축 방향에 있어서, 접촉 범위 R1의 후퇴 방향 D3 측의 경계인 개시 위치 B1으로부터 접촉 범위 R1의 중간 위치 B2까지의 범위가 된다. 도 8에도 나타낸 바와 같이, 개시 위치 B1으로부터 중간 위치 B2를 향하는 방향에 있어서, 개시 위치 B1에서의 외주면(11)의 세로 단면 형상은, 주축 중심선 AX2를 따른 방향이다. 따라서, 주축 중심선 AX2를 포함하는 세로 단면에 있어서, 전반 부분 R2에서의 시프터(10)의 외주면(11)의 형상은, 주축 중심선 AX2를 따른 방향으로부터 시작되는 곡선 형상이다. 시프터(10)가 전진 방향 D2로 이동하는 전반의 기간 중에 접촉단(21)의 급격한 가속도 변화가 억제되므로, 공작물 W2를 파지할 때의 충격이 억제되고, 시프터(10)의 외주면(11)과 클로우 부재(20)의 접촉단(21) 사이의 면압이 감소한다. 이 면압의 저하에 의해, 시프터 기구의 마모나 손모가 억제되어, 시프터 기구의 수명이 길어진다.

또한, 도 6A, 6B에 나타낸 바와 같이, 주축 중심선 AX2와 직교하는 세로 단면에 있어서 클로우 부재(20)의 접촉단(21)의 형상에 주목한다. 도 6A는, 도 2의 A1의 위치에서의 배면 주축대(51)의 세로 단면을 모식적으로 예시하고 있다. 도 6A에서는, 배면 주축(52)의 내측에 있는 배출 부재(70)의 도시를 생략하고 있다. 도 6A의 우측에는, 외주면(11)과 접촉면(21a)을 발췌하고 확대하여 나타내고 있다. 도 6A에 나타낸 클로우 부재(20)의 접촉단(21)은, 시프터(10)가 후퇴 위치 P2에 있어서 주축 중심선 AX2로부터 가장 이격된 위치에 있다. 도 6B는, 클로우 부재(20)의 외관을 모식적으로 예시하고 있다.

클로우 부재(20)의 접촉단(21)에 있어서 시프터(10)의 외주면(11)에 접촉하는 접촉면(21a)은, 소위 R 형상이며, 주축 중심선 AX2와 직교하는 세로 단면에 있어서 주축 중심선 AX2를 중심으로 하여 외주면(11)의 곡률 반경 이상의 곡률 반경으로 오목하게 되어 있다. 도 6A에는, 접촉 범위 R1의 외주면(11)에 있어서 최대의 곡률 반경에 접촉면(21a)의 곡률 반경이 맞추어져 있는 것이 나타내어져 있다. 시프터(10)가 후퇴 위치 P2로부터 전진 위치 P1으로 이동하면, 외주면(11)에 있어서 접촉면(21a)에 접촉하는 부분의 곡률 반경은, 접촉면(21a)의 곡률 반경보다 작아지게 된다. 오목하게 된 접촉면(21a)의 곡률 반경이 외주면(11)의 곡률 반경 이상인 것에 의해, 외주면(11)에 접촉하는 접촉면(21a)의 면압이 감소하므로, 사용 초기에 발생하는 연마 마모가 감소하고, 결과적으로 시프터 기구의 담금질 경화층이 많이 잔존한다. 따라서, 파지 부재(60)의 클램프력이 더욱 안정하고, 시프터 기구의 수명이 더욱 길어진다.

그리고, 접촉면(21a)의 곡률 반경이 접촉 범위 R1의 외주면(11)에 있어서 최대의 곡률 반경보다 큰 경우라도, 도 7에서 예시한 바와 같이 접촉면(21a)이 평면인 경우와 비교하여 면압이 감소하므로, 전술한 효과가 얻어진다.

당연히, 도 7에 나타낸 바와 같이 접촉면(21a)이 평면으로서도, 주축 중심선 AX2를 포함하는 세로 단면에 있어서 접촉 범위 R1에서의 시프터(10)의 외주면(11) 및 클로우 부재(20)의 접촉단(21)이 전술한 형상을 가지고 있으면, 시프터 기구의 마모나 손모를 억제하여 시프터 기구의 수명을 연장시키는 효과가 얻어진다.

(3) 접촉 범위에서의 시프터의 외주면 및 클로우 부재의 접촉단의 형상 설계 방법:

다음으로, 도 5A∼5C 등을 참조하여, 접촉 범위 R1에서의 시프터(10)의 외주면(11) 및 클로우 부재(20)의 접촉단(21)의 설계 방법을 설명한다.

먼저, 도 5C에 예시한 바와 같이, 주축 중심선 AX0를 포함하는 세로 단면에 있어서, 시프터(10)가 전진 위치 P1으로부터 후퇴 위치 P2까지 후퇴 방향 D3로 일정 속도로 이동하는 경우의 이동 거리 L에 대한 클로우 부재(20)의 접촉단(21)의 직경 방향 D4로의 가속도 a를 설계한다. 이 설계에 필요한 조건은, L-a 평면에 있어서, 이동 거리 L에 대한 가속도 a가 양의 범위인 a>0에 있어서 연속하고, 또한, 음의 범위인 a<0에 있어서 연속하는 것이다. 도 5C의 예에서는, a>0이 되는 이동 거리 L은 0<L<0.5이며, a<0이 되는 이동 거리 L은 0.5<L<1이므로, 0 <L<0.5의 범위에 있어서 이동 거리 L을 독립 변수로 하는 가속도 a가 연속하고, 0.5 <L<1의 범위에 있어서 이동 거리 L을 독립 변수로 하는 가속도 a가 연속하면 된다. 바람직한 조건은, L-a 평면에 있어서, 이동 거리 L을 독립 변수로 하는 가속도 a가 전체 범위에 있어서 연속하는 것이다. 다른 바람직한 조건은, L=0일 때 a=0이며, L=1일 때 a=0인 것이다.

또 다른 바람직한 조건은, 양의 임계값을 TH1으로 하고, 음의 임계값을 TH2로 하여, a≥TH1에 있어서 이동 거리 L을 독립 변수로 하는 가속도 a가 구부러지지 않고 연결되어 있고, a≤TH2에 있어서 이동 거리 L을 독립 변수로 하는 가속도 a가 구부러지지 않고 연결되어 있는 것이다. 다만, 임계값 TH1은 가속도 a의 최대값보다 작은 값(바람직하게는 상기 최대값의 1/2 이하, 보다 바람직하게는 상기 최대값의 1/4 이하)이며, 임계값 TH2는 가속도 a의 최소값보다 큰 값(바람직하게는 상기 최소값의 1/2 이상, 보다 바람직하게는 상기 최소값의 1/4 이상)이다. 음의 임계값 TH2의 절대값은, 양의 임계값 TH1과 동일한 값이라도 되고, 상이한 값이라도 된다.

또 다른 바람직한 조건은, a≥TH1에 있어서 이동 거리 L에 대한 가속도 a가 곡선으로 표시되고, a≤TH2에 있어서 이동 거리 L에 대한 가속도 a가 곡선으로 표시되는 것이다.

이동 거리 L에 대한 가속도 a가 변형 사인 곡선으로 표시되는 경우, 전술한 각종 조건이 만족된다.

그리고, 주축 중심선 AX0를 포함하는 세로 단면에 있어서, 시프터(10)가 후퇴 위치 P2로부터 전진 위치 P1까지 전진 방향 D2로 일정 속도로 이동하는 경우의 이동 거리 L에 대한 클로우 부재(20)의 접촉단(21)의 직경 방향 D4로의 가속도 a를 설계해도 된다.

이동 거리 L을 독립 변수로 하는 가속도 a가 정해지면, 도 5B에 예시한 바와 같이, 이동 거리 L을 독립 변수로 하는 속도 v를 정할 수 있다. 속도 v는, 가속도 a를 이동 거리 L로 적분한 값이다. 예를 들면, 이동 거리 L의 미소 간격 ΔL(0<ΔL<1)마다 가속도 a(L)을 구하고, a(L)×ΔL의 총합을 계산함으로써 속도 v를 산출할 수 있다.

이동 거리 L을 독립 변수로 하는 속도 v가 정해지면, 도 5A에 예시한 바와 같이, 이동 거리 L을 독립 변수로 하는 직경 방향 위치 D를 정할 수 있다. 위치 D는, 속도 v를 이동 거리 L로 적분한 값이다. 예를 들면, 이동 거리 L의 미소 간격 ΔL(0<ΔL<1)마다 속도 v(L)을 구하고, v(L)×ΔL의 총합을 계산함으로써 직경 방향 위치 D를 산출할 수 있다.

마지막으로, 이동 거리 L에 따른 직경 방향 위치 D가 되도록 접촉 범위 R1에 있어서 시프터(10)의 외주면(11)의 세로 단면 형상과 클로우 부재(20)의 접촉단(21)의 세로 단면 형상을 정하면, 외주면(11)의 세로 단면 형상의 설계와 접촉단(21)의 세로 단면 형상의 설계가 완료된다. 나중에는, 설계된 세로 단면 형상이 되도록 시프터(10)와 클로우 부재(20)를 제조하면 된다.

(4) 구체예에 관한 선반의 작용, 및, 효과:

도 10은, 비교예에 있어서 전진 위치 P1에 있는 시프터(910)의 외주면(911) 및 클로우 부재(920)의 접촉단(921)의 주요부를 모식적으로 예시하고 있다. 그리고, Z축 방향, 전진 방향 D2, 후퇴 방향 D3, 직경 방향 D4, 전진 위치 P1, 접촉 범위 R1, 전반 부분 R2, 및 개시 위치 B1에 대해서는, 전술한 구체예와 동일한 부호를 부여하여 상세한 설명을 생략한다. 도 10은, 접촉면(921a)이 개시 위치 B1에서의 외주면(911)에 접촉하고 있는 상태를 나타내고 있다.

주축 중심선을 포함하는 세로 단면에 있어서, 전반 부분 R2에서의 외주면(911)에는, 개시 위치 B1로부터 중간 위치(도시하지 않음)를 향하는 도중에 주축 중심선으로부터의 경사가 0°로부터 30°로 급변하는 절곡점 TP1, 및 주축 중심선으로부터의 경사가 30°로부터 15°로 급변하는 절곡점 TP2가 형성되어 있다. 즉, 주축 중심선을 포함하는 세로 단면에 있어서, 전반 부분 R2에서의 외주면(911)은 절곡점 TP1, TP2에서 구부러져 있다.

시프터(910)가 전진 위치 P1으로부터 후퇴 방향 D3로 이동할 때, 클로우 부재(920)의 접촉단(921)은, 먼저, 절곡점 TP1의 근방에 있어서 경사 30°의 외주면(911)에 닿고, 직경 방향 D4의 외측(도 10에서는 상방)으로 급가속한다. 이로써, 공작물을 파지할 때 비교적 큰 충격이 발생하고, 시프터(910)의 외주면(911)과 클로우 부재(920)의 접촉단(921) 사이에 비교적 높은 면압이 생긴다. 다음으로, 경사 30°로부터 경사 15°로 급변하는 절곡점 TP2를 넘는 순간, 직경 방향 D4에 있어서 급감속한다. 이로써, 공작물을 파지할 때 비교적 큰 충격이 발생한다.

물론, 시프터(910)가 후퇴 위치로부터 전진 방향 D2로 이동할 때도, 절곡점 TP2, TP1에 있어서 공작물을 파지할 때 비교적 큰 충격이 발생하고, 절곡점 TP1에 있어서 접촉단(921)의 급감속에 의해 외주면(911)과 접촉단(921) 사이에 비교적 높은 면압이 생긴다.

도 11은, 비교예에 있어서 시프터(910)의 이동 거리 L에 대한 클로우 부재(920)의 접촉단(921)의 직경 방향 D4에서의 가속도 a를 굵은 선에 의해 모식적으로 예시하고 있다. 그리고, 도 11에 나타낸 가속도 a는, 도 10에 나타낸 시프터(910)와 클로우 부재(920)의 조합에 맞춘 가속도가 아니라, 이동 거리 L에 대하여 불연속이 되는 가속도의 예에 불과하다.

예를 들면, 이동 거리 L이 약 0.1인 순간, 가속도 a는 갑자기 커지고 있다. 즉, 이동 거리 L이 약 0.1인 순간의 가속도 a는, 불연속이다. 이 순간, 공작물을 파지할 때 비교적 큰 충격이 발생하고, 시프터(910)의 외주면(911)과 클로우 부재(920)의 접촉단(921) 사이에 비교적 높은 면압이 생긴다. 시프터(910)가 후퇴 위치로부터 전진 방향 D2로 이동할 때도, 동일하다.

외주면(911)과 접촉단(921) 사이에 비교적 높은 면압이 생기는 것에 의해, 시프터 기구의 마모나 손모가 생기기 쉽고, 그만큼, 시프터 기구의 수명이 짧아진다.

도 8은, 전진 위치 P1에 있는 시프터(10)의 외주면(11) 및 클로우 부재(20)의 접촉단(21)의 주요부를 모식적으로 예시하고 있다. 주축 중심선을 포함하는 세로 단면에 있어서, 접촉 범위 R1에서의 외주면(911)은, 구부러져 있는 개소가 없고, 곡선과 직선의 조합에 의해 연결되어 있다.

시프터(10)가 전진 위치 P1으로부터 후퇴 방향 D3로 이동할 때, 클로우 부재(20)의 접촉단(21)은, 주축 중심선 AX2를 따른 방향으로부터 시작되는 곡선 형상의 외주면(11)으로 유도되어 직경 방향 D4의 외측(도 8에서는 상방)으로 완만하게 가속한다. 또한, 시프터(10)의 이동 거리 L에 대한 접촉단(21)의 가속도 a가 양의 범위에 있어서 연속하고, 또한, 음의 범위에 있어서 연속하는 세로 단면 형상의 외주면(11)으로 유도되므로, 직경 방향 D4에서의 접촉단(21)의 급격한 가속도 변화가 억제된다. 이로써, 공작물 W2를 파지할 때의 충격이 비교적 작아도 되며, 시프터(10)의 외주면(11)과 클로우 부재(20)의 접촉단(21) 사이의 면압이 비교적 낮아도 된다.

시프터(10)가 후퇴 위치로부터 전진 방향 D2로 이동할 때도, 동일하다.

본 구체예에서는, 외주면(11)과 접촉단(21) 사이의 면압이 비교적 낮은 것에 의해, 시프터 기구의 마모나 손모가 억제되고, 시프터 기구의 수명이 길어진다. 물론, 도 6A, 6B에서 나타낸 바와 같이 클로우 부재(20)의 접촉면(21a)이 세로 단면에 있어서 주축 중심선 AX0를 중심으로 하여 외주면(11)의 곡률 반경 이상의 곡률 반경으로 오목하게 되어 있으면, 시프터 기구의 마모나 손모가 더욱 억제되어, 시프터 기구의 수명이 더욱 길어진다.

(5) 변형예:

본 발명은, 다양한 변형예를 고려할 수 있다.

예를 들면, 본 기술을 적용 가능한 선반은, 주축 이동형 선반으로 한정되지 않고, 주축 고정형 선반, 캠식 자동 선반 등이라도 된다.

본 기술을 적용 가능한 주축대는, 배면 주축대로 한정되지 않고, 정면 주축대라도 된다. 도 1에 나타낸 정면 주축대(41)의 경우, 주축 중심선 AX1을 포함하는 세로 단면에 있어서, 접촉 범위에서의 시프터의 외주면 및 클로우 부재의 제1 에지부의 형상은, 시프터가 Z축 방향으로 일정 속도로 이동하는 경우의 이동 거리 L에 대한 제1 에지부의 직경 방향으로 가속도 a가 양의 범위에 있어서 연속하고, 또한 음의 범위에 있어서 연속하는 형상이라도 된다. 또한, 주축 중심선 AX0를 포함하는 세로 단면에 있어서, 접촉 범위 중 시프터가 제1 에지부를 주축 중심선 AX1으로부터 멀리하는 방향에 있어서 Z축 방향으로 이동하는 경우의 전반 부분에서의 시프터의 외주면 형상은, 주축 중심선 AX1을 따른 방향으로부터 시작되는 곡선 형상이라도 된다.

시프터(10)의 이동 거리 L에 대한 접촉단(21)의 가속도 a를 나타낸 캠 곡선은, 변형 사인 곡선과 같이 이동 거리 L의 전체에 걸쳐 가속도 a가 곡선에 의해 연결되어 있는 곡선으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 캠 곡선은, 변형 사다리꼴 곡선이나 변형 등속도 곡선과 같이 이동 거리 L의 전체에 걸쳐 가속도 a가 곡선과 직선의 조합에 의해 연결되어 있는 곡선이라도 된다. 여기서, 변형 사다리꼴 곡선은, 직선형의 최대 가속도와 직선형의 최소 가속도를 구부러지지 않도록 곡선으로 연결한 캠 곡선이다. 변형 등속도 곡선은, 도중의 가속도 0의 직선을 곡선으로 연결한 캠 곡선이다. 또한, 가속도가 비교적 작은 영역에 있어서 불연속이라도, 공작물을 파지할 때의 충격이 억제되어 시프터의 외주면과 클로우 부재의 제1 에지부 사이의 면압이 감소하는 작용이 생긴다.

도 9는, 주축 중심선 AX2를 포함하는 세로 단면에 있어서, 시프터(10)가 Z축 방향으로 일정 속도로 이동하는 경우의 시프터(10)의 이동 거리 L에 대한 클로우 부재(20)의 접촉단(21)의 직경 방향 D4에서의 가속도 a의 다른 예를 모식적으로 나타내고 있다. 도 9에 나타낸 캠 곡선의 가속도 a는, 이동 거리 L=0.5에서만 불연속이다. 여기서, 양의 임계값을 TH1으로 하고, 음의 임계값을 TH2로 하여, a≥TH1에 있어서 이동 거리 L을 독립 변수로 하는 가속도 a가 구부러지지 않고 연결되어 있고, a≤TH2에 있어서 이동 거리 L을 독립 변수로 하는 가속도 a가 구부러지지 않고 연결되어 있다. 다만, 임계값 TH1은 가속도 a의 최대값보다 작은 값(바람직하게는 상기 최대값의 1/2 이하, 보다 바람직하게는 상기 최대값의 1/4 이하)이며, 임계값TH2는 가속도 a의 최소값보다 큰 값(바람직하게는 상기 최소값의 1/2 이상, 보다 바람직하게는 상기 최소값의 1/4 이상)이다. 가속도 a가 불연속인 영역이 TH2<a<TH1을 만족시키는 비교적 작은 영역이면, 공작물 W2를 파지할 때의 충격이 비교적 작아도 되며, 시프터(10)의 외주면(11)과 클로우 부재(20)의 접촉단(21) 사이의 면압이 비교적 낮아도 된다. 외주면(11)과 접촉단(21) 사이의 면압이 비교적 낮은 것에 의해, 시프터 기구의 마모나 손모가 억제되어, 시프터 기구의 수명이 길어진다.

(6) 결론:

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 다양한 태양에 의해, 시프터 기구의 수명을 연장시키는 것이 가능한 기술 등을 제공할 수 있다. 물론, 독립 청구항에 관한 구성 요건만으로 이루어지는 기술이라도, 전술한 기본적인 작용, 효과가 얻어진다.

또한, 전술한 예 중에서 개시한 각 구성을 상호 치환하거나 조합을 변경한 구성, 공지 기술 및 전술한 예 중에서 개시한 각 구성을 상호 치환하거나 조합을 변경한 구성 등도 실시 가능하다. 본 발명은, 이들 구성 등도 포함된다.

1…선반,
10…시프터, 11…외주면, 12…홈,
20…클로우 부재, 21…접촉단(제1 에지부의 예), 21a…접촉면,
22…기부(제2 에지부의 예), 23…축부,
31…주축대, 32…주축,
41…정면 주축대, 42…정면 주축, 51…배면 주축대, 52…배면 주축,
60…파지 부재,
61…콜릿, 61a…테이퍼부, 62…캡 부재,
63…척 슬리브, 63a…역테이퍼부(제1 접촉부의 예), 64…스프링,
65…가압 슬리브, 65b…후단면 (제2 접촉부의 예),
68…시프터 레버, 69…액츄에이터,
80…NC 장치,
AX0, AX1, AX2…주축 중심선,
B1…개시 위치, B2…중간 위치,
D2…전진 방향, D3…후퇴 방향, D4…직경 방향,
DR1…구동부,
N1…슬리브 너트,
P1…전진 위치, P2…후퇴 위치,
R1…접촉 범위, R2…전반 부분,
TR1…동력 전달부,
W0, W1, W2…공작물.

Claims

주축(主軸) 중심선을 중심으로 하여 회전 가능한 주축;
상기 주축에 장착되어 공작물을 파지(把持)하는 닫힌(閉) 상태와 상기 공작물을 놓아주는 열린(開) 상태를 가지는 파지 부재;
상기 파지 부재에 접촉된 제1 접촉부, 및 상기 주축 중심선 방향에 있어서 상기 제1 접촉부와는 반대측의 제2 접촉부를 가지고, 상기 주축 중심선 방향으로 이동함으로써 상기 파지 부재를 개폐시키는 동력 전달부;
상기 주축의 외측에 있어서 상기 주축 중심선 방향으로 이동 가능한 시프터;
상기 시프터의 외주면에 접촉하는 제1 에지부, 및 상기 제2 접촉부에 접촉된 제2 에지부를 가지고, 상기 주축 중심선으로부터 상기 제1 에지부까지의 거리가 변경되는 방향으로 경동(傾動) 가능한 클로우(claw) 부재; 및
상기 시프터를 상기 주축 중심선 방향으로 이동시킴으로써 상기 클로우 부재를 경동시켜 상기 동력 전달부를 상기 주축 중심선 방향으로 이동시키는 구동부;를 포함하고,
상기 주축 중심선과 직교하는 방향을 직경 방향으로 하고,
상기 주축 중심선을 포함하는 세로 단면에 있어서, 상기 시프터의 외주면과 상기 제1 에지부가 접촉하는 범위에서의 상기 시프터의 외주면 및 상기 제1 에지부의 형상은, 상기 시프터가 상기 주축 중심선 방향으로 일정 속도로 이동하는 경우의 이동 거리에 대한 상기 제1 에지부의 상기 직경 방향으로의 가속도가 양(+)의 범위에 있어서 연속하고, 또한 음(-)의 범위에 있어서 연속하는 형상인, 선반.
제1항에 있어서,
상기 클로우 부재의 상기 제1 에지부에 있어서 상기 시프터의 외주면에 접촉하는 접촉면은, 상기 주축 중심선과 직교하는 세로 단면에 있어서 상기 주축 중심선을 중심으로 하여 상기 시프터의 외주면의 곡률 반경 이상의 곡률 반경으로 오목하게 되어 있는, 선반.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 주축 중심선을 포함하는 세로 단면에 있어서, 상기 시프터의 외주면과 상기 제1 에지부가 접촉하는 범위 중 상기 시프터가 상기 제1 에지부를 상기 주축 중심선으로부터 멀리하는 방향에 있어서 상기 주축 중심선 방향으로 이동하는 경우의 전반 부분에서의 상기 시프터의 외주면 형상은, 상기 주축 중심선을 따른 방향으로부터 시작되는 곡선 형상인, 선반.
주축 중심선을 중심으로 하여 회전 가능한 주축;
상기 주축에 장착되어 공작물을 파지하는 닫힌 상태와 상기 공작물을 놓아주는 열린 상태를 가지는 파지 부재;
상기 파지 부재에 접촉된 제1 접촉부, 및 상기 주축 중심선 방향에 있어서 상기 제1 접촉부와는 반대측의 제2 접촉부를 가지고, 상기 주축 중심선 방향으로 이동함으로써 상기 파지 부재를 개폐시키는 동력 전달부;
상기 주축의 외측에 있어서 상기 주축 중심선 방향으로 이동 가능한 시프터;
상기 시프터의 외주면에 접촉하는 제1 에지부, 및 상기 제2 접촉부에 접촉된 제2 에지부를 가지고, 상기 주축 중심선으로부터 상기 제1 에지부까지의 거리가 변경되는 방향으로 경동 가능한 클로우 부재; 및
상기 시프터를 상기 주축 중심선 방향으로 이동시킴으로써 상기 클로우 부재를 경동시켜 상기 동력 전달부를 상기 주축 중심선 방향으로 이동시키는 구동부;를 포함하고,
상기 주축 중심선을 포함하는 세로 단면에 있어서, 상기 시프터의 외주면과 상기 제1 에지부가 접촉하는 범위 중 상기 시프터가 상기 제1 에지부를 상기 주축 중심선으로부터 멀리하는 방향에 있어서 상기 주축 중심선 방향으로 이동하는 경우의 전반 부분에서의 상기 시프터의 외주면 형상은, 상기 주축 중심선을 따른 방향으로부터 시작되어 절곡점을 가지지 않는 곡선 형상인, 선반.