KR20020020681A - 공구 클램핑 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 머신 스핀들(1)용 공구 클램핑 장치에 관한 것으로서, 상기 공구 클램핑 장치는 견인막대(16)를 포함하고, 상기 견인막대의 일 끝단에는 공구 커플링의 일부분을 상기 끝단에 고정시키기 위하여 클램핑 기구(18)가 배치되고, 축방향으로 지향된 힘을 상기 클램핑 장치(18)으로부터 벗어나는 방향으로 상기 견인막대(16)에 가하는 장치를 더 포함한다. 본 발명은 또한 본 발명에 따른 클램핑 장치를 포함하는 머신 스핀들에 관한 것이다. 본 발명에 따른 클램핑 장치는 견인막대(16)에 힘을 가할 수 있게 하기 위한 유닛(5)을 특징으로 하며, 상기 유닛은 하우징(7); 축방향으로 변위될 수 있는 상기 하우징내의 피스톤(9); 및 상기 하우징(7)내에 수용된 압축가능한 압력 매체(6)를 포함한다.

Description

공구 클램핑 장치{TOOL CLAMPING DEVICE}

이하, 종래 기술의 상세한 설명을 위하여, 첨부된 도 A 및 관련된 기술 부분을 참조한다.

본 발명은 머신 스핀들(machine spindle)용 공구 클램핑 장치에 관한 것으로서, 상기 공구 클램핑 장치는 견인막대(drawbar)를 포함하고, 상기 견인막대의 일 끝단에는 공구 커플링의 일부분을 상기 끝단에 고정시키기 위하여 클램핑 기구(clamping organ)이 배치되며, 클램핑 장치로부터 벗어나는 방향으로 상기 견인막대에 축방향으로 지향된 힘을 가하는 장치를 더 포함한다.

도 A는 종래 기술에 따른 공구 클램핑 장치를 구비한 머신 스핀들의 전체적인 종단면도,

도 1은 본 발명에 따른 공구 클램핑 장치가 조립되어 있는 머신 스핀들의 전체적인 종단면도.

본 발명의 일차적인 목적은 완전 대칭인 머신 스핀들용 공구 클램핑 장치를 제공함으로써 상당한 정도로 진동을 제거할 수 있는 공구 클램핑 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 종래 기술보다 더 많은 클램핑 사이클을 견뎌낼 수 있는 공구 클램핑 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 공구 클램핑 장치의 축방향 길이를 줄이는 것, 더 정확하게는 약 50% 정도의 길이를 줄이는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 머신 스핀들의 케이싱에 조립하는 것이 더욱 용이한 공구 클램핑 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적들은 청구범위의 청구항에 기재되는 특징들을 구비한 공구 클램핑 장치를 통해 달성되었다. 본 발명의 바람직한 실시예는 청구범위의 종속항에 명시된다.

이하, 본 발명의 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 기술된다.

공지된 머신 스핀들은 일반적으로 도 A에 도시되어 있는 형태의 공구 클램핑 장치를 포함한다. 상기 공구 클램핑 장치는 공구 클램핑 장치의 일부분인 클램핑 바아(clamping bar; C)에 연결되는 제1끝단을 구비하는 견인막대(B)를 포함하는데, 이것은 그 작동 위치에서, 예를 들어 Coromant Capto또는 ISO-cone 타입의 공구 커플링(도시되지 않음)의 일부분과 맞물린다. 상기 클램핑 바아(C)는 피봇가능한 고정 세그먼트(D)를 구비하며, 그것의 자유단(free ends)은 클램핑 바아(C)가 작동 위치에 있을 때 반경방향 바깥쪽으로 변위된다. 상기 견인막대(B)는, 도 A에 도시된 바와 같이, 개별적인 디스크 스프링(E)의 그룹에 의하여 또는 헬리컬 디스크 스프링에 의하여 구동된다. 상기 견인막대(B)는 상기 스프링들/스프링이 신장된 상태에 있을 때 상기 인장막대의 단부 위치중의 하나로 변위된다. 견인막대(B)가 상기 일 끝단부 위치에 있을 때에는 클램핑 바아(C)가 그 작동 위치에 있을 것이다. 즉 상기 클램핑 바아(C)가 그것에 부착되는 상기 공구 커플링(도시되지 않음)의 일부분을 클램핑한다. 상기 공구 커플링(도시되지 않음)의 일부분을 릴리징(releasing)하기 위하여, 상기 견인막대(B)는 상기 디스크 스프링(E)의 축방향 압축에 의하여 클램핑 바아(C)쪽 방향으로 변위된다. 그 점에서 상기 세그먼트(D)의 자유단이 안쪽으로 피봇하여, 상기 공구 커플링부(설명되지 않음)가 제거될 수 있다.

상술된 클램핑 장치의 명백한 단점은 디스크 스프링(E)이 견인막대(B)와 간극을 가진다는 것, 즉 견인막대(B)의 직경보다 더 큰 중앙 구멍을 가진다는 점이다. 이것은 헬리컬 디스크 스프링의 중앙 구멍에 대해서도 마찬가지다. 그 결과, 상기 간극은 정확하지 않은 스핀들 운전을 초래하여, 진동을 발생시키고 상기 스핀들의 균형이 깨어지며, 이들 문제는 특히 고속 회전에서 두드러진다.

충분히 강한 클램핑력을 발생시키기 위하여, 상기 스프링은 각각 반전(turn)이 가능한 많은 양의 디스크들을 구비하여야 한다. 이로 인해, 스프링은 디스크 스프링(E)인지 헬리컬 디스크 스프링인지에 관계 없이, 상당한 축방향 길이를 가지게 되며, 이에 따라 머신 스핀들의 길이 역시 이와 유사하게 상당한 길이를 가지게 된다. 이것은 머신 스핀들을 취급하고, 클램핑하고 회전시키는데 있어서 단점을 가져온다.

상술한 타입의 머신 스핀들은 대략 500,000 클램핑 사이클이 가능하고, 각사이클은 공구 커플링의 일부분의 클램핑 및 릴리징을 포함한다. 이것은 상당한 수치이기는 하나, 본 발명에 따르면, 클램핑 사이클 수가 사실상 수 배, 바람직하게는 4 배의 증가를 가져오는 뛰어난 장점을 가진다.

도 1에 도시된 머신 스핀들은 그 내부에 본 발명에 따른 클램핑 장치가 조립되어 있는 케이싱(3)을 포함한다.

본 발명에 따른 클램핑 장치는 주요 구성요소로서 하우징(3)의 내부에 느슨하게 부착되는 "견인용" 가스 스프링을 포함한다. 도 1의 상단부에서 볼 수 있는 바와 같이, 가스 스프링(5)은 원통형 하우징(7)을 포함하며, 상기 가스 스프링(5)의 하우징(7)은 그 좌측 단부에서 도 1의 위쪽 방향으로 변위되는 것을 방해하는 하우징(3)내의 스톱(stop)(8)에 맞닿아 있다. 변위가능한 피스톤(9)은 상기 하우징(7)내에 제공되고, 그 일 끝단에 원통형 끝단부(10)를 구비하며, 상기 원통형 끝단부의 원주를 따라 형성되는 시일(11, 12)을 통해 상기 하우징(7)의 내부 제한 끝단벽(internal limiting end wall)과 접촉되어 있다. 일반적으로, 상기 원통형 끝단부(10)는 상기 피스톤(9)보다 더 큰 직경을 가진다. 상기 원통형 끝단부(10)에 근접하여 위치하는 상기 하우징(7)의 끝단에서는, 상기 하우징(7)의 중심 안쪽으로 360°에 걸쳐 연장되는 받침 쇼울더(abutment shoulder)가 제공된다. 상기 원통형 끝단부(10)는 도 1에서 가능한 한 아래쪽으로 멀리 변위되는 경우 상기 쇼울더에 안착하게 된다. 상기 시일(11, 12)의 목적은 가스 스프링내에 수용된 가스 매체(gas medium)로부터 원통형 끝단부(10)와 상기 하우징의 내부 제한 끝단벽 사이의 공간을 밀봉하는 것이다. 상기 피스톤(9)은 냉각제용제1중앙관통구멍(4)을 구비한다.

상기 피스톤(9)의 자유단(14)은 도 1의 상기 하우징(7)의 좌측 게이블(left-hand gable)을 통해 바깥쪽으로 연장된다. 상기 자유단(14)은 제1나사커플링 (threaded coupling)을 통해 견인막대(16)에 연결되고, 이것은 냉각제용 다른 중앙관통구멍(17)을 구비하며, 이 구멍의 목적은 도 1의 견인막대의 하단으로부터 상단으로 냉각제를 이송하는 것이다. 상기 견인막대(16)에는 도 1의 상단에 세그먼트(18)의 형태인 클램핑 유닛이 제공되고, 상기 세그먼트는 그 일 끝단부에서 단단히 고정되며 상기 견인막대(16)쪽으로 피봇가능하고, 상기 세그먼트의 자유단은, 상기 견인막대가 도 1에 도시된 바와 같이 아래쪽으로 변위될 때, 작동 위치인 반경방향 바깥쪽으로 피봇할 수 있다.

반경방향 바깥쪽으로 돌출하는 플랜지(19)는 상기 피스톤(9)의 중간부분에 제공되어 원주 둘레의 전방향으로 연장되고, 이로 인해 상기 플랜지는 상기 피스톤(9)이 도 1의 상단쪽 머신 스핀들의 방향으로 변위될 때, 스톱퍼로서 작용한다. 따라서, 상기 플랜지(19)는 가스 스프링(5)의 게이블 요소(20)에 대하여, 더 정확하게는 도 1의 상기 게이블 요소(20)의 하단에 대하여 맞닿게 된다.

도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 게이블 요소(20)는 시일(21)을 거쳐 상기 가스 스프링(5)의 하우징(7)에 부착되며, 상기 시일은 상기 가스 스프링(5)내에 수용된 가스 매체(6)에 대하여, 게이블 요소(20)와 하우징(7)의 내부 제한 벽 사이의 공동(cavity)을 밀봉한다. 상기 게이블 요소(20)에는 상기 가스 스프링(5)내에 수용된 가스 매체(6)에 관련하여, 상기 피스톤(9)과 상기 게이블 요소(20) 사이의 공동을 밀봉하는 추가 시일(22, 23, 24)이 제공된다. 보통 수용된 가스 매체(6)의 압력은 약 150bar 이다. 머신 스핀들(1)의 바람직한 현재 실무에 따르면, 결합된 가스 스프링(5)이 "충전되지 않은(uncharged)" 상태로, 즉 가압된 가스 매체(6) 없이 전달된다. 그 이유는, 현재 시행되는 관련 법규에 따르면, 논의되는 형태의 가스 스프링이 150bar 정도의 압력을 가지는 가스를 함유한다면, 이러한 타입의 가스 스프링은 항공 운송에 의해 운반될 수 없기 때문이다. 상기 가스 스프링(5)은 보통 소비자에게 전달되기 전에 "충전"되며, 이러한 이유로 가스 스프링(5)에는 충전용 니플(filling nipple)(도시되지 않음) 또는 이와 유사한 것이 제공되어진다. 상기 니플은 가스 매체를 검사하거나 유지보수하고자 하는 상황에서 또다시 사용될 수 있다.

원통형 끝단부(10)의 자유단의 영역에서, 상기 원통형 끝단부(10)는 푸쉬 로드(25)상의 외부 나사와 결합하는 내부 나사를 구비하고, 제2나사연결부(26)를 형성한다. 상기 푸쉬 로드(25)는 머신 스핀들의 상기 케이싱(3)내에 변위가능하게 위치되고, 시일(27)에 의해 내부 제한 벽에 대하여 밀봉된다. 상기 푸쉬 로드(25)는 냉각제용 제3중앙관통구멍(28)을 구비한다. 이하, 상기 푸쉬 로드(25)의 기능을 설명한다.

도 1의 머신 스핀들은 상기 피스톤(9)이 아래쪽으로 최대로 변위되는 상태로 도시되어 있다. 동시에, 가스 매체(6)의 압력하에서 고정되는 피스톤(9)은 차례로 견인막대(16)를 아래쪽 위치로 최대로 변위시키고, 그에 따라 상기 세그먼트(18)는 그 작동 위치로, 즉 피봇가능한 고정 세그먼트(18)의 자유단이 공구 커플링(예를들면, COROMANT CAPTO또는 ISO-cone 타입)의 부분(도시되지 않음)과 상호고정되도록 반경방향 바깥쪽으로 변위된다. 또한, 가스 스프링(5)의 하우징내에 수용된 가스 매체(6)는 상기 원통형 끝단부(10)의 내부 반경면(29)에 압력을 가하게 되므로, 피스톤(9) 및 견인막대(16)에는 도 1의 아래쪽 방향으로 이러한 요소를 변위시키도록 하는 축방향으로 작용하는 영구적인 힘이 작용된다. 이러한 상기 영구적인 축방향 작용력으로 인해 상기 공구 커플링의 비도시 부분이 상기 견인막대(16)의 자유단에 확실하게 고정된다.

상기 공구 커플링의 비도시 부분이 견인막대(16)로부터 릴리징되어야 할 때, 상기 푸쉬 로드(25)는 상기 머신 스핀들의 케이싱(3)에 대하여, 도 1의 위쪽으로 변위된다. 상기 변위는 상기 푸쉬 로드(25)로 하여금 도시되지 않은 소정의 적절한 외부 기구에 의해 영향을 받도록 함으로써 달성된다. 따라서, 상기 푸쉬 로드(25)는 가스 스프링(5)의 하우징(7)과 머신 스핀들의 케이싱 모두에 대하여, 상기 피스톤(9)을 변위시킨다. 상기 피스톤(9)의 변위는 상기 가스 스프링(5)내에 수용된 가스 매체(6)의 작용영향에 반대하여 발생되므로, 상기 가스매체는 압축된다. 따라서, 자유단에서 견인막대(16)에 연결된 피스톤(9)은 도 1의 상기 견인막대를 위쪽으로 변위시키고, 이로 인해 상기 공구 커플링의 비도시 부분은 상기 세그먼트(18)의 자유단이 반경방향 안쪽으로 피봇하게 되므로 릴리징될 수 있다. 상기 푸쉬 로드로부터의 힘이 중지되면, 즉 상기 푸쉬 로드(25)가 도 1에 도시된 위치로 복귀하게 되면, 상기 스프링(9) 뿐만 아니라 상기 견인막대(16)도 도 1에 도시된 위치로 복귀하게 되며, 상기 견인막대(16)는 어떠한 공구 커플링의 부분과 연결되지는 않는다. 물론, 대부분의 일반적인 경우, 상기 공구 커플링의 현존하는 부분이 제거된 바로 직후, 즉 공구 커플링의 비도시 부분의 교체시, 푸쉬 로드(25)가 도 1의 위쪽으로 변위된 위치에 있을 때에, 새로운 공구 커플링의 부분이 상기 견인막대(16)의 자유단에 부착되는 것은 가능하다.

요약하면, 디스크 스프링 또는 헬리컬 디스크 스프링의 힘과 등가의 힘을 가지는 가스 스프링은 상기 디스크 스프링보다 상당히 작은 축방향 길이를 가지게 된다. 더 나아가 상기 가스 스프링은 고속 회전에서 머신 스핀들의 불균형 및 이에 따른 진동을 야기할 수 있는 어떠한 느슨한 결합요소(loose element)도 포함하지 않는다.

본 발명의 가능한 변형예

소정의 응용에 있어서, 머신 스핀들상의 클램핑 장치에는, 견인막대에 작용하는 힘이 상기 견인막대(16)상의 클램핑 장치로 전달되는 동안, 적합한 전환을 제공하는 웨지 시스템이 제공될 수 있다. 따라서, 본 발명은 도 1에 도시된 견인막대(16)의 실시예에만 국한되지 않고, 상이한 타입의 힘 전환 유닛을 구비한 클램핑 장치도 포함하며, 본 기술 분야의 당업자라면 본 발명의 요지를 벗어나지 않으면서도 견인막대(16)로부터 클램핑 장치로의 힘의 전달에 대한 여러 대안적인 방식을 제공할 수 있다.

상술된 공구 커플링의 예시들은 철저하게 완전한 것이 결코 아니며, 견인막대(16)상의 클램핑 유닛은 상이한 공구들을 결합시키기 위하여 여러 상이한 방식으로 설계될 수 있다.

상술된 실시예에 있어서, 상기 유닛은 가스 매체가 그 내부에 들어 있는 가스 스프링(5)의 견인막대에 영구적인 힘을 가한다. 그러나, 본 발명의 요지를 벗어나지 않으면서, 하우징내에 둘러싸인 다른 타입의 압력 매체를 생각하여, 축방향으로 변위될 수 있는 피스톤에 영향을 줄 수도 있다. 하지만, 이 경우에 있어서는, 푸쉬 로드(25)가 도 1의 위쪽으로 변위 가능하게 하기 위하여 압축가능한 압력 매체를 적용해야 한다.

Claims (10)

1. 일 끝단에 공구 커플링의 일부분을 상기 끝단에 고정시키기 위하여 클램핑 유닛(18)이 배치되는 인장막대(16)와; 상기 클램핑 유닛(18)으로부터 먼 방향으로 축방향 힘을 상기 견인막대(16)에 가하는 유닛(5)을 포함하는 머신 스핀들(1)용 클램핑 장치에 있어서,

   상기 견인막대(16)에 힘을 가하기 위한 유닛(5)은, 하우징(7); 축방향으로 변위될 수 있는 상기 하우징내의 피스톤; 및 상기 하우징(7)내에 수용되는 압축가능한 압력 매체를 포함하는 것을 특징으로 하는 클램핑 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 힘을 가하기 위한 유닛은 가스 스프링(5) 형태인 것을 특징으로 하는 클램핑 장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 힘을 가하기 위한 유닛(5)내의 상기 피스톤(9)은, 원통형 끝단부(10)와; 상기 원통형 하우징(7)으로부터 상기 끝단부(10)를 상기 압축가능한 압력 매체(6)로부터 밀봉하기 위한 유닛(11, 12)을 포함하는 것을 특징으로 하는 클램핑 장치.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 피스톤(9)은 나사 커플링(15)에 의해 상기 견인막대(16)에 부착되는 자유단(14)을 구비하는 것을 특징으로 하는 클램핑 장치.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 피스톤(9) 및 견인막대(16)는 냉각 매체용 중앙관통구멍(4, 17)을 구비하는 것을 특징으로 하는 클램핑 장치.
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 힘을 가하는 유닛(5)은 상기 피스톤(9)에 부착된 플랜지와 서로 작용하게 되어 있는 게이블 유닛(20)을 구비하는 것을 특징으로 하는 클램핑 장치.
7. 클램핑 장치 및 푸쉬 로드(25)가 그 내부에 배치되는 케이싱(3)을 포함하며, 상기 클램핑 장치는 일 끝단에 공구 커플링의 일부분을 상기 끝단에 고정시키기 위한 클램핑 유닛(18)이 배치되는 견인막대(16)와; 상기 클램핑 유닛(18)으로부터 벗어나는 방향으로 상기 견인막대에 축방향으로 지향된 힘을 가하는 유닛(5)을 포함하는, 머신 스핀들(1)에 있어서,

   상기 견인막대(16)에 축방향으로 지향된 힘을 가하는 상기 유닛(5)은, 하우징(7); 상기 하우징내에서 축방향으로 변위될 수 있는 피스톤(9); 및 상기 하우징(7)내에 수용된 압축가능한 압력 매체(6)를 포함하는 것을 특징으로 하는 머신 스핀들.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 클램핑 유닛(18)으로부터 벗어나는 방향으로 상기 견인막대(16)에 힘을 가하기 위한 상기 유닛은, 원통형 하우징(7)과; 축방향으로 이동 가능하며, 원통형 끝단부(10) 및 상기 압축가능한 압력 매체(6)에 관하여 상기 하우징(7)에 대해 상기 끝단부(10)를 밀봉하는 유닛(11, 12)을 포함하는 피스톤(9)을 포함하는 가스 스프링(5)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 머신 스핀들.
9. 제 8항에 있어서,

   상기 피스톤(9)은 제1나사커플링(15)을 통해 상기 견인막대(16)에 연결되는 자유단(14)을 구비하고, 상기 푸쉬 로드(25)는 제2나사커플링을 통해 상기 피스톤(9)에 연결되는 것을 특징으로 하는 머신 스핀들.
10. 제 7항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 견인막대(16), 상기 피스톤(9) 및 상기 푸쉬 로드(25)는 모두 냉각제용 관통구멍(17, 4, 28)을 구비하는 것을 특징으로 하는 머신 스핀들.