KR102449379B1 - 스핀들 클램프 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하우징부와 상기 하우징부의 내측에 회전 가능하게 설치되는 스핀들부 및 상기 하우징부의 내부에 형성되는 형성되는 유압 유로부를 구비하는 스핀들유닛; 상기 하우징부의 내부에 설치되는 커플링유닛;을 포함하고, 상기 커플링유닛은 상기 하우징부의 내부에 고정 설치되는 고정부; 상기 하우징부의 내부에서 상기 고정부와 수직방향으로 이격하면서 마주하도록 상기 스핀들부에 연결 설치되는 회전부; 상기 하우징부의 내부에서 상기 고정부와 수직하면서 수평방향으로 왕복이동 가능하게 설치되는 피스톤부; 상기 하우징부의 내부에서 상기 피스톤부와 수평방향으로 이격하면서 마주하고 수평방향으로 왕복이동 가능하게 설치되는 결합부; 및 상기 하우징부의 내부에서 상기 고정부, 상기 회전부, 상기 피스톤부, 및 상기 결합부에 의해 형성되는 공간부에 수평방향으로 왕복이동 가능하게 설치되는 실린더부;를 포함하고, 상기 피스톤부와 상기 결합부 또는 상기 실린더부가 상기 유압 유로부를 통해 유입되는 유압에 의해 왕복 이동하면서 상기 커플링유닛이 클랭핑 또는 언클램핑하여 오작동과 파손을 방지할 수 있는 복합가공기의 밀링 스핀들의 스핀들 클램프 장치에 관한 것이다.

Description

스핀들 클램프 장치{Clamping device of spindle for machine tool}

본 발명은 스핀들 클램프 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 피스톤부와 결합부 또는 실린더부가 유압 유로부를 통해 유입 또는 유출되는 유압에 의해 왕복 이동하면서 상기 커플링유닛이 클랭핑 또는 언클램핑됨에 따라 오작동과 파손을 방지할 수 있는 스핀들 클램프 장치, 특히 복합가공기의 밀링 스핀들의 스핀들 클램프 장치에 관한 것이다.

일반적으로 공작기계라 함은 각종 절삭 가공방법 또는 비절삭 가공방법으로 금속/비금속의 공작물을 적당한 공구를 이용하여 원하는 형상 및 치수로 가공할 목적으로 사용하는 기계를 말한다.

터닝센터, 수직/수평 머시닝센터, 문형머시닝센터, 스위스 턴, 방전 가공기, 수평형 NC 보링머신, CNC 선반, 복합가공기 등을 비롯한 다양한 종류의 공작기계는 다양한 산업 현장에서 해당 작업의 용도에 맞게 널리 사용되고 있다.

공작기계 중 복합가공기란 선삭가공과 드릴, 탭핑, 밀링가공 등 가공형태가 다양한 가공을 수행하는 다기능의 자동공구교환장치(ATC)와 공구 매거진이 장착된 터닝센터를 의미한다. 복합가공기에서 작업자가 가공에 필요한 공구를 로딩하거나 교환시에 공구를 수동으로 공구 매거진에 장착한다.

일반적으로 현재 사용되고 있는 다양한 종류의 공작기계는 수치제어(numerical control, NC) 또는 CNC(computerized numericalcontrol) 기술이 적용되는 조작반을 구비하고 있다. 이러한 조작반은 다양한 기능스위치 또는 버튼과 모니터를 구비한다.

또한, 공작기계는 공작물인 소재가 안착되고 공작물 가공을 위해 이송하는 테이블, 가공전 공작물을 준비하는 팔렛트, 공구 또는 공작물이 결합되어 회전하는 주축, 공작물 등을 가공중에 지지하기 위한 심압대, 방진구 등을 구비한다.

일반적으로 공작기계에서 테이블, 공구대, 주축, 심압대, 방진구 등은 다양한 가공을 수행하기 위해 이송축을 따라 이송하는 이송유닛을 구비한다.

또한, 일반적으로 공작기계는 다양한 가공을 위하여 다수의 공구를 사용하게 되며, 다수의 공구를 수납보관하고 있는 공구 보관장소의 형태로 공구 매거진이나 터렛이 사용된다.

이러한 공작기계는 다양한 가공을 위하여 다수의 공구를 사용하게 되며, 다수의 공구를 수납보관하고 있는 툴 보관장소의 형태로 공구 매거진이 사용된다.

또한, 일반적으로 공작기계는 공작기계의 생산성을 향상시키기 위해 수치제어부의 지령에 의해 특정한 공구를 공구 매거진으로부터 인출하거나 다시 수납하기 위한 자동공구교환장치(ATC, AutomaticTool Changer)를 구비한다.

또한, 일반적으로 공작기계는 비가공 시간을 최소화하기 위해, 자동팔레트교환장치(APC, AutomaticPalette Changer)를 구비한다. 자동팔레트교환장치(APC)는 팔레트를 공작물 가공 영역과 공작물 설치 영역 간에 자동으로 교환한다. 팔레트에는 공작물이 탑재될 수 있다.

또한, 일반적으로 공작기계는 가공방법에 따라 크게 터닝센터(TURNING CENTER)와 머시닝센터(MACHINING CENTER)로 분류된다.

일반적으로 선삭, 밀링, 드릴링, 탭핑, 보링 등 여러가지 가공 공정을 하나의 공작기계에서 한번 공작물 스텝(step)으로 구현할 수 있는 공작기계를 복합가공기(multi-task center or integrated mill turn center)라 한다. 이러한 복합가공기를 이용하면 리드타임(lead time), 부품 수, 작업 부하, 작업 공간 등을 줄이는 것은 물론 생산성과 정밀도를 향상할 수 있다.

복합가공기의 밀링 스핀들에서 밀링작업과 선삭작업을 위해서는 커플의 언클램핑과 클램핑이 원활하고 정확하게 이루어져야 한다.

즉, 밀링작업시에는 공구가 회전할 수 있도록 스핀들 내부에 설치되는 커플링이 언클램핑(unclamping)되어야 하고, 선삭작업시에는 정밀한 선삭을 위해 공구가 견고하게 고정되도록 스핀들 내부에 설치되는 커플링이 클램핑(clamping)되어야 한다.

종래 스핀들 클램프 장치, 특히 복합 가공기의 밀링 스핀들의 스핀들 클램프 장치는 언클램프가 완료되지 않은 상태에서 스핀들이 회전함에 따라 커플링이 손상되고, 심한 경우에는 스핀들까지 손상됨에 따라 유지보수에 많은 시간과 비용이 소모되고, 비가공 시간 증가에 따라 생산성이 감소하는 문제점이 있었다.

또한, 종래 스핀들 클램프 장치, 특히 복합 가공기의 밀링 스핀들의 스핀들 클램프 장치는 커플링이 복잡한 구조로 형성되어 잦은 클램핑과 언클램핑 동작에 의해 오작동이 발생하고, 오작동에 의해 커플링이 마모되거나 파손되며, 사용자의 불편을 초래하는 문제점이 있었다.

더욱이, 종래 스핀들 클램프 장치, 특히 복합 가공기의 밀링 스핀들의 스핀들 클램프 장치는 커플링이 복잡한 구조로 형성되어 클램핑과 언클램핑시에 부품간의 간섭에 의해 부품이 손상되는 문제점이 있었다.

대한민국 특허공개공보 제10-2001-0068241호 대한민국 특허등록공보 제10-0728282호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 커플링유닛의 언클램핑시에는 제1 챔버부 유입되는 유압에 의해 실린더부의 제1 실린더와 제2 실린더가 서로 반대방향으로 이동하여 피스톤부와 결합부를 서로 반대방향으로 가압하고, 클램핑시에는 제2 챔버부와 제3 챔버부로 유입되는 유압에 의해 피스톤부와 결합부가 서로 마주하는 방향으로 이동하여 실린더부의 제1 실린더와 제2 실린더를 가압하여 커플링유닛의 언클램핑과 클램핑의 반복적인 동작을 정확하게 구현함에 따라 오작동 및 장비 손상이나 파손을 방지하고, 신뢰성을 향상시킬 수 있는 복합가공기의 밀링 스핀들 클램핑 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 스핀들 클램프 장치는 하우징부와 상기 하우징부의 내측에 회전 가능하게 설치되는 스핀들부 및 상기 하우징부의 내부에 형성되는 형성되는 유압 유로부를 구비하는 스핀들유닛; 및 상기 하우징부의 내부에 설치되는 커플링유닛;을 포함하고, 상기 커플링유닛은 상기 하우징부의 내부에 고정 설치되는 고정부; 상기 하우징부의 내부에서 상기 고정부와 수직방향으로 이격하면서 마주하도록 상기 스핀들부에 연결 설치되는 회전부; 상기 하우징부의 내부에서 상기 고정부와 수직하면서 수평방향으로 왕복이동 가능하게 설치되는 피스톤부; 상기 하우징부의 내부에서 상기 피스톤부와 수평방향으로 이격하면서 마주하고 수평방향으로 왕복이동 가능하게 설치되는 결합부; 및 상기 하우징부의 내부에서 상기 고정부, 상기 회전부, 상기 피스톤부, 및 상기 결합부에 의해 형성되는 공간부에 수평방향으로 왕복이동 가능하게 설치되는 실린더부;를 포함하고, 상기 피스톤부와 상기 결합부 또는 상기 실린더부가 상기 유압 유로부를 통해 유입되는 유압에 의해 왕복 이동하면서 상기 커플링유닛이 클랭핑 또는 언클램핑될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 스핀들 클램프 장치의 바람직한 다른 실시예에서, 스핀들 클램프 장치의 커플링유닛의 실린더부는 상기 공간부의 내부에 수평방향으로 동일선상에 평행하게 설치되는 제1 실린더 및 제2 실린더로 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 스핀들 클램프 장치의 바람직한 다른 실시예에서, 스핀들 클램프 장치는 상기 유압 유로부에서 상기 공간부 내의 상기 제1 실린더와 상기 제2 실린더 사이에 형성되는 제1 챔버부로 유입되는 유압에 의해 상기 제1 실린더와 상기 제2 실린더가 서로 반대 방향으로 이동하여 상기 피스톤부와 상기 결합부를 서로 반대방향으로 가압함에 따라 상기 커플링유닛이 언클램핑될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 스핀들 클램프 장치의 바람직한 다른 실시예에서, 스핀들 클램프 장치는 상기 유압 유로부에서 상기 피스톤부와 상기 하우징부 사이에 형성되는 제2 챔버부와 상기 결합부와 상기 하우징부 사이에 형성되는 제3 챔버부로 유입되는 유압에 의해 상기 피스톤부와 상기 결합부가 서로 마주하는 방향으로 이동하여 상기 제1 실린더와 상기 제2 실린더를 서로 인접하는 방향으로 가압함에 따라 상기 커플링유닛이 클램핑될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 스핀들 클램프 장치의 바람직한 다른 실시예에서, 스핀들 클램프 장치의 스핀들유닛은 상기 스핀들부의 공구결합부로 출구가 향하도록 상기 하우징부와 상기 스핀들부를 통해 연장 형성되는 공압 유로부; 및 상기 공압 유로부를 유동하는 공압의 차이를 검측하는 검출부;를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 스핀들 클램프 장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공압 유로부는 상기 하우징부에서 상기 고정부와 상기 피스톤부 및 상기 회전부를 거쳐 상기 스핀들부의 상기 공구결합부에 연결 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 스핀들 클램프 장치는 커플링유닛의 언클램핑시에는 제1 챔버부 유입되는 유압에 의해 실린더부의 제1 실린더와 제2 실린더가 서로 반대방향으로 이동하여 피스톤부와 결합부를 서로 반대방향으로 가압하고, 클램핑시에는 제2 챔버부와 제3 챔버부로 유입되는 유압에 의해 피스톤부와 결합부가 서로 마주하는 방향으로 이동하여 실린더부의 제1 실린더와 제2 실린더를 가압하여 커플링유닛의 반복적인 언클램핑과 클램핑 동작을 구현함에 따라 오작동을 방지하고, 신뢰성과 안정성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 스핀들 클램프 장치는 오작동을 방지하여 언클램핑시에 밀링가공을 수행하고, 클램핑시에 선삭가공을 수행하여 장비의 손상이나 파손을 예방하고, 장비의 수명을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

더욱이, 본 발명에 의한 스핀들 클램프 장치는 단순한 작동원리와 구조에 의해 클램핑과 언클램핑 동작을 정확하게 구현하여 가공정밀도를 향상하고, 유지비용과 시간을 감소하며, 작업자의 편의를 극대화할 수 있는 효과가 있다.

게다가, 본 발명에 의한 스핀들 클램프 장치는 비가공시간을 최소화함에 따라 공작기계의 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 클램프 장치의 언클램핑 상태의 단면도를 나타낸다.
도 2는 도 1의 A부분의 확대도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 클램프 장치의 클램핑 상태의 단면도를 나타낸다.
도 4는 도 3의 B부분의 확대도를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 클램프 장치의 클램핑 상태에서 클램핑 유로를 설명하기 위한 단면도를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 클램프 장치의 클램핑 상태에서 공압 유로부와 검출부를 설명하기 위한 단면도를 나타낸다.

이하, 본 발명의 실시예에 의한 스핀들 클램프 장치의 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시 예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 따라서 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다 (comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/ 또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 클램프 장치의 언클램핑 상태의 단면도를 나타내고, 도 2는 도 1의 A부분의 확대도를 나타낸다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 클램프 장치의 클램핑 상태의 단면도를 나타내고, 도 4는 도 3의 B부분의 확대도를 나타내며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 클램프 장치의 클램핑 상태에서 클램핑 유로를 설명하기 위한 단면도를 나타낸다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 클램프 장치의 클램핑 상태에서 공압 유로부와 검출부를 설명하기 위한 단면도를 나타낸다.

이하에서 사용하는 용어의 정의는 다음과 같다. "수평방향"이란 동일부재에서 가로방향, 즉 도 1, 도 3, 도 5, 및 도 6에서 X축 방향을 의미하고, "수직방향"이란 수평방향에 대해 직교하면서 동일부재에서 높이방향, 즉 도 1, 도 3, 도 5, 및 도 6에서 Y축 방향을 의미하며, "폭방향"이란 수평방향과 수직방향에 대해 직교하면서 동일부재에서 세로방향을 의미한다. 또한, 상방(상부)이란 "수직방향"에서 위쪽 방향, 즉 도 1, 도 3, 도 5, 및 도 6에서 Y축의 위쪽을 향하는 방향을 의미하고, 하방(하부)이란 "수직방향"에서 아래쪽 방향, 즉 도 1, 도 3, 도 5, 및 도 6에서 Y축 아래쪽을 향하는 방향을 의미한다. 또한, 내측이란 동일부재에서 상대적으로 중심에 가까운 쪽 즉, 도 1 내지 도 6에서 안쪽을 의미하고 외측이란 동일부재에서 상대적으로 중심에서 먼쪽 즉 도 1 내지 도 6에서 바깥쪽을 의미한다.

도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 클램프 장치(1)를 설명한다. 도 1 내지 도 5에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 클램프 장치(1)는 스핀들유닛(100)과 커플링유닛(200)을 포함하고, 커플링유닛(200)은 고정부(220), 회전부(230), 피스폰부(210), 결합부(240)를 포함한다.

도면에 도시되지는 않았지만, 본 발명에 의한 스핀들 클램프 장치가 설치되는 복합가공기는 베드의 상부 좌측에 설치되는 하부 공구대와 하부 공구대의 상부에 제1 주축대가 설치된다.

또한, 베드의 상부 우측에 제2 주축대가 제1 주축대와 마주하면서 평행하도록 베드의 우측 상부에 설치된다. 스핀들유닛(100)은 베드의 상부에 제1 주축대와 제2 주축대 사이에 설치된다. 스핀들유닛(100)을 통해 밀링가공과 선삭가공을 수행할 수 있다.

즉, 밀링가공시에는 공구가 회전되어야 함에 따라 커플링유닛(200)은 언클램핑되어야 하고, 선삭가공시에는 공구가 고정되어야 함에 따라 커플링유닛(200)이 클램핑되어야 한다. 이처럼, 1개의 스핀들유닛(100)으로 밀링가공(언클램핑)과 선삭가공(클램핑)을 수행하기 위해서는 커플링유닛(200)의 클램핑(clamping)과 언클램핑(unclamping) 동작이 반복적이면서 정확하게 수행되어야 한다.

또한, 도 1 및 도 3, 도 5에 도시된 것처럼 베드의 상부에서 제1 주축대와 제2 주축대 사이에 설치되는 스핀들유닛(100)은 하우징부(110)와 스핀들부(120), 및 유압 유로부(130)를 포함한다.

하우징부(110)는 스핀들유닛(100)의 외형을 형성한다. 이러한 하우징부(110)는 하우징부 바디(111)와 하우징부 바디(111)의 외측에 결합 설치되어 하우징부 바디(111)와 내부의 베어링, 모터, 유로 등과 같은 부품 등을 보호하는 하우징부 커버(112)로 이루어진다.

스핀들부(120)는 하우징부(110)의 내측에 회전 가능하게 설치된다. 스핀들부(120)의 선단의 공구결합부(121)에 공구가 결합된다. 밀링가공(언클램핑) 시에는 공구결합부(121)에 밀링공구가 결합되고, 이러한 밀링공구가 스핀들부(120)와 함께 회전하기 위해 커플링유닛(200)이 언클램핑되어야 한다.

또한, 선삭가공(클랭핑) 시에는 공구결합부(121)에 선삭공구가 결합되고, 이러한 선삭공구가 회전 없이 정밀한 선삭가공을 위해 공구가 고정되기 위해 커플링유닛(200)이 클램핑되어야 한다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 스핀들부(120)는 스핀들유닛(120)의 외측에 스핀들부(120)에 결합설치되는 구동모터 또는 하우징부(110)의 내측에 스핀들부(120)와 결합 설치되는 빌트인 모터에 의해 공구의 가공시에 회전하고, 이를 위해 하우징부(110)의 내측에 회전 가능하게 설치된다.

유압 유로부(130)는 하우징부(110)의 내부에 형성된다. 즉, 유압 유로부(130)는 하우징부의 바디(111)와 하우징부의 커버(112)를 관통하여 형성된다.

또한, 도면에 도시되지는 않았지만 유압 유로부(130)는 클램핑(선삭가공)과 언클램핑(밀링가공)을 위해 유압 유로부(130)에 유압을 공급하는 유압펌프나 유압탱크와 같은 유압공급원과 호스 등과 같은 배관을 통해 연결 설치되고, 배관 상에는 각종 밸브가 설치된다. 수치제어장치나 PLC(Programmable Logic Controller) 등을 통해 유압공급원은 공작물 가공 프로그램 등에 따라 선상가공 또는 밀링가공시에 커플링유닛의 클램핑 또는 언클램핑을 위해 유압을 공급 또는 회수하게 된다.

커플링유닛(200)은 하우징부(110)의 내부에 설치된다.

고정부(220)는 하우징부(110)의 내부에 고정 설치된다. 더욱 구체적으로 고정부(220)는 하우징부 바디(111)의 공구결합부(121)에 인접한 선단과 하우징부 커버(112)의 내측 사이에서 스핀들유닛(100)의 중심의 바깥쪽에 위치하도록 하우징부(110)에 고정 설치된다.

회전부(230)는 하우징부(110)의 내부에서 고정부(220)와 수직방향으로 이격하면서 마주하도록 스핀들부(120)에 연결 설치된다. 더욱 구체적으로 회전부(230)는 고정부(220)보다 스핀들유닛(100)의 중심에 인접하도록 하우징부(110)의 내부에서 고정부(220)와 수직방향으로 이격하게 스핀들부(120)에 연결 설치된다.

피스톤부(210)는 하우징부(110)의 내부에서 고정부(220) 및 회전부(230)와 수직하면서 수평방향으로 왕복이동 가능하게 설치된다. 더욱 구체적으로 피스톤부(210)는 하우징부 커버(112)와의 사이에 제2 챔버부(280)를 형성하도록 하우징부 커버(112)에 삽입 설치된다.

즉, 피스톤부(210)는 제2 챔버부(280)에 유입되는 유압에 의해 스핀들유닛(100)의 내측으로 진입(도 1 내지 도 6에서 오른쪽 방향)하거나 후술하는 제1 챔버부(270)에 유입되는 유압에 의해 스핀들유닛(100)의 외측으로 후퇴(도 1 내지 도 6에서 왼쪽 방향) 가능하도록 하우징부 커버(112)에 삽입 설치된다.

결합부(240)는 하우징부(110)의 내부에서 피스톤부(210)와 수평방향으로 이격하면서 마주하고 수평방향으로 왕복이동 가능하게 설치된다. 더욱 구체적으로 결합부(240)는 하우징부 바디(111)와의 사이에 제3 챔버부(290)를 형성하도록 하우징부 바디(111)에 삽입 설치된다.

즉, 결합부(240)는 제3 챔버부(290)에 유입되는 유압에 의해 스핀들유닛(100)의 외측으로 진입(도 1 내지 도 6에서 왼쪽 방향)하거나 후술하는 제1 챔버부(270)에 유입되는 유압에 의해 스핀들유닛(100)의 내측으로 후퇴(도 1 내지 도 6에서 오른쪽 방향) 가능하도록 하우징부 바디(111)에 삽입 설치된다.

이처럼, 회전부(230)와 결합부(240)는 유압 유로부의 유압 공급에 따라 클램핑시에는 서로 마주하는 방향(서로 가까워지는 방향)으로 이동하고, 언클램핑시에는 서로 반대방향(서로 멀어지는 방향)으로 이동한다.

공간부(260)는 하우징부(110)의 내부에서 고정부(220), 회전부(230), 피스톤부(210), 및 결합부(240)에 의해 형성된다.

실린더부(250)는 공간부(250)에 수평방향으로 왕복이동 가능하게 설치된다.

도 1 내지 도 6에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 커플링유닛(200)의 실린더부(250)는 공간부(260)의 내부에 수평방향으로 동일선상에 평행하게 설치되는 제1 실린더(251) 및 제2 실린더(253)로 형성된다.

즉, 제1 실린더(251)와 제2 실린더(253)는 제1 실린더(251)와 제2 실린더(253) 사이에 제1 챔버부(270)를 형성하도록 공간부(260)의 내부에 수평방향으로 동일선상에 평행하면서 서로 동일한 형상으로 형성된다.

또한, 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 실린더부(250)의 제1 실린더(251)와 제2 실린더(253)는 제1 챔버부(270)를 공간부(250)상에 용이하게 형성하고, 언클램핑 유로(131)를 통해 유입되는 유압에 의해 피스톤부(210)와 결합부(240)를 효과적으로 가압하기 위해 제1 실린더의 돌출부(252)와 이에 대응하는 제2 실린더의 플랜지부(254)를 구비한다.

피스톤부(210)와 결합부(240) 또는 실린더부(250)가 유압 유로부(130)를 통해 유입되는 유압에 의해 왕복 이동하면서 커플링유닛(200)이 클랭핑 또는 언클램핑된다.

따라서, 본 발명에 의한 스핀들 클램프 장치는 선삭가공이나 밀링가공시에 오작동을 방지하여 언클램핑시에 밀링가공을 수행하고, 클램핑시에 선삭가공을 수행하여 장비의 손상이나 파손을 예방하고, 장비의 수명을 증대시킬 수 있다.

반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 커플링유닛(200)의 피스톤부(210), 고정부(220), 회전부(230), 결합부(240), 및 실린더부(250)는 중앙이 관통된 도너츠 형상으로 형성되고, 상술한 바와 같이 고정부(220)의 직경이 회전부(230)보다 크게 형성된다. 이처럼, 본 발명에 의한 스핀들 클램프 장치는 단순한 작동원리와 구조에 의해 클램핑과 언클램핑 동작을 정확하게 구현하여 가공정밀도를 향상하고, 유지비용과 시간을 감소하며, 작업자의 편의를 극대화할 수 있다.

또한, 도 2에 도시된 것처럼, 제1 챔버부(270)는 제1 챔버부의 하측 내부에 수평방향(X축 방향)으로 연장 형성되는 보조 유로부(271)를 더 포함할 수 있다. 보조 유로부(271)에 의해 언클램핑 유로(131)를 통해 유압이 공급될 때에 제1 실린더(251)와 제2 실린더(253)가 피스톤부(210)나 결합부(240)의 어느 한쪽으로 치우치지 않고 균일하게 서로 반대 방향(서로 멀어지는 방향)으로 이동하면서 제1 실린더(251)는 피스톤부(210)를 가압하고, 제2 실린더(254)는 결합부(240)를 가압하면서 언클램핑이 이루어지게 된다. 이처럼, 보조 유로부(271)에 의해 제1 실린더와 제2 실린더를 각각 피스톤부와 결합부로 동일한 압력으로 서로 멀어지도록 가압하여 언클램핑동작을 용이하게 수행하고, 장치의 신뢰성을 극대화할 수 있다.

도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 클램프 장치의 작동원리를 설명한다. 우선 도 1 및 도 2를 참조하여 커플링유닛(200)의 언클램핑 동작원리를 설명한다.

도 1 및 도 2에 도시된 것처럼, 커플링유닛(200)의 언클램핑시(밀링가공시)에는 유압 유로부(130) 구체적으로 언클램핑 유로(131)에서 공간부(260) 내의 제1 실린더(251)와 제2 실린더(253) 사이에 형성되는 제1 챔버부(270)로 유입되는 유압에 의해 제1 실린더(251)와 제2 실린더(253)가 서로 반대 방향(서로 멀어지는 방향)으로 이동하여 피스톤부(210)와 결합부(240)를 서로 반대방향으로 가압하면서 언클램핑이 된다.

즉, 커플링유닛(200)의 언클램핑시(밀링가공시)에는 언클램핑 유로(131)를 통해 제1 챔버부(270)로 유입되는 유압에 의해 제1 실린더(251)는 스핀들유닛(100)의 외측방향(도 1 내지 도 6에서 왼쪽 방향)으로 수평 이동하고, 이와 동시에 제1 실린더(251)가 피스톤부(210)를 가압하여 피스톤부(210)가 스핀들유닛(100)의 외측방향(도 1 내지 도 6에서 왼쪽 방향)으로 수평 이동하게 된다. 또한, 제2 실린더(253)는 스핀들유닛(100)의 내측방향(도 1 내지 도 6에서 오른쪽 방향)으로 수평이동 하고, 이와 동시에 제2 실린더(253)가 결합부(240)를 가압하여 결합부(240)가 스핀들유닛(100)의 내측방향(도 1 내지 도 6에서 오른쪽 방향)으로 수평 이동하게 된다.

이처럼, 언클램핑 유로(131)를 통해 제1 챔버부(270)로 유입된 유압에 의해 1차적으로 제1 실린더(251)와 제2 실린더(253)가 서로 멀어지는 방향(서로 반대방향)으로 수평이동하고, 제1 실린더(251)는 피스톤부(210)를 제2 실린더(253)(구체적으로 제2 실린더의 플랜지부(254))는 결합부(240)를 서로 멀어지는 방향(서로 반대방향)으로 수평이동 시켜 커플링유닛(200)이 간섭이나 오작동 없이 언클램핑 동작을 수행하게 된다.

도 3 내지 도 5를 참조하여 커플링유닛(200)의 클램핑 동작원리를 설명한다.

도 3 내지 도 5에 도시된 것처럼, 커플링유닛(200)의 클램핑시(선삭가공시)에는 유압 유로부(130) 구체적으로 클램핑 유로(132)에서 피스톤부(210)와 하우징부 사이에 형성되는 제2 챔버부(280)와 결합부(240)와 하우징부(110) 사이에 형성되는 제3 챔버부(290)로 유입되는 유압에 의해 피스톤부(210)와 결합부(240)가 서로 마주하는 방향(서로 가까워지는 방향)으로 이동하여 제1 실린더(251)와 제2 실린더(253)를 서로 인접하는 방향(서로 마주하는 방향)으로 가압함에 따라 클램핑이 된다.

즉, 커플링유닛(200)의 클램핑시(선삭가공시)에는 클램핑 유로(132)를 통해 제2 챔버부(280)로 유입되는 유압에 의해 피스톤부(210)는 스핀들유닛(100)의 내측방향(도 1 내지 도 6에서 오른쪽 방향)으로 수평 이동하고, 이와 동시에 피스톤부(210)가 제1 실린더(251)를 가압하여 제1 실린더(251)가 스핀들유닛(100)의 내측방향(도 1 내지 도 6에서 오른쪽 방향)으로 수평 이동하게 된다.

또한, 클램핑 유로(132)를 통해 제2 챔버부(280)와 수평방향의 평행선상에 마주하게 형성되는 제3 챔버부(290)로 제2 챔버부(280)와 동시에 유입되는 유압에 의해 결합부(240)는 스핀들유닛(100)의 외측방향(도 1 내지 도 6에서 왼쪽 방향)으로 수평이동 하고, 이와 동시에 결합부(240)가 제2 실린더의 플랜지부(254)를 가압하여 제2 실린더(253)가 스핀들유닛(100)의 외측방향(도 1 내지 도 6에서 왼쪽 방향)으로 수평 이동하게 된다.

이처럼, 클램핑 유로(132)를 통해 제2 챔버부(280)와 제3 챔버부(290)로 동시에 유입된 유압에 의해 1차적으로 피스톤부(210)와 결합부(240)가 서로 가까워지는 방향(서로 마주하는 방향)으로 수평이동하고, 2차적으로 피스톤부(210)는 제1 실린더(251)를 결합부(240)는 제2 실린더(253)(구체적으로 제2 실린더의 플랜지부(254))를 서로 가까워지는 방향(서로 마주하는 방향)으로 수평 이동시켜 커플링유닛(200)이 간섭이나 오작동 없이 클램핑 동작을 수행하게 된다.

따라서, 본 발명에 의한 스핀들 클램프 장치는 커플링유닛의 언클램핑시에는 제1 챔버부 유입되는 유압에 의해 실린더부의 제1 실린더와 제2 실린더가 서로 반대방향으로 이동하여 피스톤부와 결합부를 서로 반대방향으로 가압하고, 클램핑시에는 제2 챔버부와 제3 챔버부로 유입되는 유압에 의해 피스톤부와 결합부가 서로 마주하는 방향으로 이동하여 실린더부의 제1 실린더와 제2 실린더를 가압하여 커플링유닛의 반복적인 언클램핑과 클램핑 동작을 오작동 없이 구현함에 따라 신뢰성과 안정성을 증대하고 장비의 파손이나 손상을 방지하며, 비가공시간 감소에 따라 생산성을 증가하고, 가공정밀도를 향상할 수 있다.

도 6에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 클팸프 장치(1)의 스핀들유닛(100)은 공압 유로부(140)와 검출부(150)를 더 포함한다.

공압 유로부(140)는 스핀들부의 공구결합부(121)로 출구가 향하도록 하우징부(110)와 스핀들부(120)를 통해 연장 형성된다. 즉, 공압 유로부(140)는 하우징부(110)에서 고정부(220)와 피스톤부(210) 및 회전부(230)를 순차적으로 거쳐 스핀들부(120)의 공구결합부(121)로 연결되도록 형성된다.

구체적으로 도 6에 도시된 것처럼, 공압 유로부(140)는 하우징부의 바디(111)에서 수평방향으로 연장 형성되어 고정부(220)와 하우징부 바디(111)와 하우징부 커버(112)와 다시 하우징부 바디(111)와 피스톤부(210)와 회전부(230)를 순차적으로 거쳐 연결 형성된다. 회전부(230)에서 스핀들부(120)를 따라 연장되어 최종적으로 출구가 공구결합부(121)를 향하도록 형성된다. 이처럼, 공압 유로부가 하우징부에서 고정부와 피스톤부 및 회전부를 순차적으로 거쳐 연장 형성됨에 따라 소형화를 도모하고, 공기 유출 없이 공압 유로부를 형성하여 스핀들에 공구 결합 유무를 확인할 수 있다.

또한, 도면에 도시되지는 않았지만 공압 유로부(140)는 클램핑(선삭가공)시에 공구결합부(121)의 콜릿 등에 공구가 정삭적으로 결하되어 있는지 유무를 확인하기 위해 공압 유로부(140)에 공압을 공급하는 공압펌프나 공압탱크와 같은 공압공급원과 호스 등과 같은 배관을 통해 연결 설치되고, 배관 상에는 각종 밸브가 설치된다. 수치제어장치(NC 또는 CNC)나 PLC 등을 통해 공압공급원은 공작물 가공 프로그램 등에 따라 선상가공시에 커플링유닛의 클램핑 후에 공압을 공급 또는 회수하게 된다.

검출부(150)는 공압 유로부(140)를 통해 공급되는 공압과 공압공급원에서 공급하는 공압의 차이를 검측하여 공구결합부(121)의 콜릿 등에 공구가 정상적으로 클램프되어 있는지를 확인하여 장비의 파손이나 공작물이 손상되는 것을 사전에 방지하고, 사용자의 편의를 도모하고, 공작기계의 신뢰성을 향상할 수 있다.

도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 클램프 장치(1)의 클램핑시(선삭가공시)에 선삭공구의 정상 클램프확인 동작 원리를 설명한다. 즉, 도 6에 도시된 것처럼, 선삭가공과 같은 클램핑시에는 공압 유로부(140)를 유동하는 공기가 외부로 유출되지 않게 된다. 이때에 공구가 공구결합부(121)에 정상적으로 결합(클램핑)되는 경우에는 공압공급원에서 공급되는 공압이 공압 유로부(140)상에 동일하게 유지되어 이러한 공압 차이를 통해 선삭가공과 같은 클램프시에 선삭공구의 정상 클램핑 유무를 신속하고 용이하게 확인할 수 있다.

반대로 선삭가공시과 같은 클램핑시에 공구가 공구결하부에 정상적으로 클램핑되지 않으면 공압 유로부(140)를 통해 공급되는 공기가 외부로 유출되어 공압공급원에서 공급하는 공압과 차이가 발생하게 되고, 검출부(150)는 이러한 공압의 차이를 통해 공구의 정상결합유무를 신속하고 정확하게 확인하여 작업자에게 시각적 또는 음원적 알람을 통해 경고를 함에 따라 공작기계의 신뢰성을 극대화하고 정밀가공을 도모할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술할 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

1 : 클램프 장치,
100 : 스핀들유닛, 110 : 하우징부,
111 : 하우징부 바디, 112 : 하우징부 커버,
120 : 스핀들부, 121 : 공구결합부,
130 : 유압 유로부, 131 : 언클램핑 유로,
132 : 클램핑 유로, 140 : 공압 유로부,
150 : 검출부, 200 : 커플링유닛,
210 : 피스톤부, 220 : 고정부,
230 : 회전부, 240 : 결합부,
250 : 실린더부, 251 : 제1 실린더,
252 : 돌출부, 253 : 제2 실린더,
254 : 플랜지부, 260 : 공간부,
270 : 제1 챔버부, 271 : 보조 유로부,
280 : 제2 챔버부, 290 : 제3 챔버부.

Claims (6)

1. 하우징부와 상기 하우징부의 내측에 회전 가능하게 설치되는 스핀들부 및 상기 하우징부의 내부에 형성되는 형성되는 유압 유로부를 구비하는 스핀들유닛; 및
   상기 하우징부의 내부에 설치되는 커플링유닛;을 포함하고,
   상기 커플링유닛은,
   상기 하우징부의 내부에 고정 설치되는 고정부;
   상기 하우징부의 내부에서 상기 고정부와 수직방향으로 이격하면서 마주하도록 상기 스핀들부에 연결 설치되는 회전부;
   상기 하우징부의 내부에서 상기 고정부와 수직하면서 수평방향으로 왕복이동 가능하게 설치되는 피스톤부;
   상기 하우징부의 내부에서 상기 피스톤부와 수평방향으로 이격하면서 마주하고 수평방향으로 왕복이동 가능하게 설치되는 결합부; 및
   상기 하우징부의 내부에서 상기 고정부, 상기 회전부, 상기 피스톤부, 및 상기 결합부에 의해 형성되는 공간부에 수평방향으로 왕복이동 가능하게 설치되는 실린더부;를 포함하고,
   상기 피스톤부와 상기 결합부 또는 상기 실린더부가 상기 유압 유로부를 통해 유입되는 유압에 의해 왕복 이동하면서 상기 커플링유닛이 클랭핑 또는 언클램핑되고,
   상기 실린더부는 상기 공간부의 내부에 수평방향으로 동일선상에 평행하게 설치되는 제1 실린더 및 제2 실린더로 형성되는 것을 특징으로 하는 스핀들 클램프 장치.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 유압 유로부에서 상기 공간부 내의 상기 제1 실린더와 상기 제2 실린더 사이에 형성되는 제1 챔버부로 유입되는 유압에 의해 상기 제1 실린더와 상기 제2 실린더가 서로 반대 방향으로 이동하여 상기 피스톤부와 상기 결합부를 서로 반대방향으로 가압함에 따라 상기 커플링유닛이 언클램핑되는 것을 특징으로 하는 스핀들 클램프 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 유압 유로부에서 상기 피스톤부와 상기 하우징부 사이에 형성되는 제2 챔버부와 상기 결합부와 상기 하우징부 사이에 형성되는 제3 챔버부로 유입되는 유압에 의해 상기 피스톤부와 상기 결합부가 서로 마주하는 방향으로 이동하여 상기 제1 실린더와 상기 제2 실린더를 서로 인접하는 방향으로 가압함에 따라 상기 커플링유닛이 클램핑되는 것을 특징으로 하는 스핀들 클램프 장치.
   
5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
   상기 스핀들유닛은,
   상기 스핀들부의 공구결합부로 출구가 향하도록 상기 하우징부와 상기 스핀들부를 통해 연장 형성되는 공압 유로부; 및
   상기 공압 유로부를 유동하는 공압의 차이를 검측하는 검출부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스핀들 클램프 장치.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 공압 유로부는 상기 하우징부에서 상기 고정부와 상기 피스톤부 및 상기 회전부를 거쳐 상기 스핀들부의 상기 공구결합부에 연결 형성되는 것을 특징으로 하는 스핀들 클램프 장치.
   
   
   

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