KR20030028300A - 공작물 클램프 확인장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공작기계의 공작물 클램프 확인장치에 관한 것으로, 공작기계의 스핀들에 관통 설치된 드로우 바를 록킹실린더로 작동시켜 척으로 공작물을 클램프시킬시 이를 확인하는 장치로서, 상기 척킹실린더(15)를 구동 제어하는 척킹유압회로의 펌프라인상에는, 유압펌프(P)의 압력을 감압시키는 감압밸브(51)를 거쳐 척킹실린더(15)에 공급되는 작동유의 압력변화를 감지할 수 있는 압력스위치(53,54,55) 중 선택된 어느 하나를 추가로 설치하되, 상기 압력스위치(53,54,55)에서 선택된 어느 하나의 작동 설정압을 상기 척킹실린더(15)의 전,후진 작동시의 압력 강하량 보다 높게 설정함과 동시에 상기 감압밸브(51)의 설정압보다 같거나 낮게 설정하여, 상기 감압밸브(51)와 상기 척킹실린더(15)와의 사이에 설치된 방향제어밸브 (52)로 상기 척킹실린더(15)를 전진 또는 후진 작동시킬 때 해당 압력스위치가 작동 설정압에 도달하여 전기적 신호가 발생되면 공작물의 내경 또는 외경의 척 클램프 완료 신호로 인식토록 구성된다. 따라서 클램프의 작동 및 그 방향을 제어하는 유압회로내의 압력변동을 감지한 클램프 압력감지신호로서 척의 클램프 힘을 완전하게 확인할 수 있다.

Description

공작물 클램프 확인장치{Work piece clamp checking device}

본 발명은 공작기계(예로, 수치제어선반)의 공작물 클램프 확인장치에 관한 것으로, 특히 클램프의 작동 및 그 방향을 제어하는 유압회로내의 압력변동을 감지한 클램프 압력감지신호로서 척의 클램프를 완전하게 확인할 수 있도록 한 공작물클램프 확인장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 공작기계에서 공작물을 지지하는 테일 스핀들(Tail spin dle)이나 방진구(Steady rest)가 실질적으로 공작물을 잡고 있는 힘을 유압의 압력을 감지한 신호로서 확인하는 장치에 관한 것이다.

일례로, 프로그램의 지령에 따라 공작물을 가공하는 수치제어선반은 공작물을 클램프하기 위해 척(chuck)을 가지고 있고, 이 척은 스핀들상에 배치된 척킹실린더에 의해 클램프(clamp) 또는 언클램프(unclamp) 작동하게 되어 있다.

종래의 공작물 클램프 장치가 도 1에 도시되어 있다. 도 1에서와 같이 주축 (13)의 선단부에는 복수의 조(jaw)를 갖는 척(11)이 장착되어 있고, 그의 후단부에는 척킹실린더(15)가 배치되어 있다. 상기 척(11)과 척킹실린더(15)와의 사이에는 주축(13)을 관통하는 드로우 파이프(draw pipe)(14)가 설치되어 있다. 상기 드로우 파이프(14)가 척킹실린더(15)의 직선운동을 척(11)에 전달하게 되면, 척(11)의 조(jaw)(12)가 반경방향으로 움직이면서 공작물을 클램프하거나 언클램프 하도록 구성되어 있다.

그리고 상기 척킹실린더(15)의 후방에는 절삭유 받이대(22)가 설치되어 있고, 이 절삭유 받이대(22)의 외부에는 스위치 조절판(19)을 매개로 제1근접스위치 (PX1) 및 제2근접스위치(PX2)가 배치되어 있다.

또, 척킹실린더(15)의 피스톤(16) 후부에는 감지도그(17)가 조립되어 있고, 상기 제1근접스위치(PX1)와 제2근접스위치(PX2)는 척킹실린더(15)의 직선운동과 함께 이동하는 감지도그(17)의 위치를 감지되도록 구성되어 있다.

이와 같은 공작물 클램핑 확인장치는 제1,2근접스위치(PX1,PX2) 2개로 척 (11)의 언클램프 상태, 오버클램프(over clamp) 상태 그리고 클램프 상태를 위치파악으로 인식하게 되어 있다.

한편, 상기 척킹실린더(15)는 도 2와 같은 유압회로에 의해 작동하게 되어 있다. 즉, 감압밸브(51)로 소정의 클램프 압력을 조정하고, 방향제어밸브(52)의 a솔레노이드 혹은 b솔레노이드가 절환됨에 따라 척킹실린더(15)가 전진 또는 후진 이동하게 되고, 이 전,후진 운동이 조(12)를 반경방향으로 움직이면서 공작물을 클램프 또는 언클램프하게 되어 있다.

이와 같이 구성 작동되는 종래의 공작물 클램프 확인장치는 다음과 같은 문제를 가지고 있다.

첫째, 조(12)가 공작물을 근사적으로 클램프한 지점에서부터 이미 클램핑을 확인하게 되어 있다. 따라서 전기제어장치에 별도의 타임 딜레이(Time delay)를 충분히 길게 주어야 하고, 이로 인해 전체적인 가공 사이클(cycle) 타임이 늘어나 생산성이 나빠진다는 것이다.

예를 들어, 클램프를 인식하는 시기는 언클램프 근접스위치(PX2)로부터 오프 (off)되는 지점(감지도그(17)가 근접스위치(PX2)로부터 벗어나는 시점)과, 클램프 근접스위치(PX1)가 온(on)되는 지점(감지도그(17)가 근접스위치(PX1)에 닿는 시점)이다.

그런데 근접스위치(PX1)가 온(on) 되는 시점은 실제로 척 조(12)가 공작물을 완전히 클램프한 지점이 아니고, 클램프 진행중인 상태이기 때문에 공작물과 척조(jaw)와의 사이에는 아직 틈새가 존재하는 상태에 있게 된다. 따라서 이것을 보완하기 위해 전기적으로 일정 시간이 지난 다음(Time delay) 클램프 신호를 인식하도록 제어장치에서 제어하고 있다.

이 경우 타이머(Timer)로 타임 딜레이를 충분히 길게 주면 안전하지만 척 클램프 시간이 길게 되어 공작물 가공사이클 타임이 그 만큼 늘어나게 되어 생산성이 떨어지는 것이다.

만일, 타임 딜레이가 충분치 못하고 짧을 경우에는, 척 조가 공작물에 닿아 유압력이 전달되기 이전에 클램프 완료로 인식하게 되고, 실제로는 공작물을 정확히 클램프하기 전에 스핀들이 회전하게 될 경우 공작물이 조에서 이탈하는 위험한 현상도 일어날 수 있다.

둘째, 공작물의 클램프 부위의 직경이 변경되면 척 클램프 확인 시간을 최적화하기 위해서 매번 근접스위치(PX1,PX2)의 위치를 조정하거나, 타이머의 타임딜레이 값을 변경하거나 해야 하는 작업상의 번거로움이 따른다.

즉, 종래의 공작물 클램프 확인 장치에 따르면, 공작물 가공 사이클 타임을 지연시키고, 신뢰성 있는 클램핑 인식이 어려워 공작물 이탈의 위험도가 높고, 공작물의 클램핑 부위의 변화에 따라 근접스위치의 위치 또는 타이머의 딜레이 값을 변경해야 하는 번거로운 제어작업이 수반되었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 척 조가 공작물에 정확히 닿아 척킹실린더의 유압력이 척 조를 통하여 공작물에 정확히 전달되고 있는 시점을 즉시 감지하고, 이 시점을 척 클램프 확인 신호로 인식하게 하여 척 클램프 시간을 단축하고, 동시에 공작물의 클램프 부위의 직경이 변경되어도 감지스위치의 위치를 조정할 필요없이 초기 세팅된 위치 그대로 사용할 수 있게 하여 사용의 편의성을 일층 높이도록 한 공작물 클램프 확인장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단은,

공작기계의 스핀들에 관통 설치된 드로우 바를 척킹실린더(15)로 작동시켜 척으로 공작물을 클램프시킬시 이를 확인하는 장치로서, 상기 척킹실린더(15)를 구동 제어하는 척킹유압회로의 펌프라인상에는, 유압펌프(P)의 압력을 감압시키는 감압밸브(51)를 거쳐 척킹실린더(15)에 공급되는 작동유의 압력변화를 감지할 수 있는 압력스위치(53,54,55) 중 선택된 어느 하나를 추가로 설치하되,

상기 압력스위치(53,54,55)에서 선택된 어느 하나의 작동 설정압을 상기 척킹실린더(15)의 전,후진 작동시의 압력 강하량 보다 높게 설정함과 동시에 상기 감압밸브(51)의 설정압보다 같거나 낮게 설정하여,

상기 감압밸브(51)와 상기 척킹실린더(15)와의 사이에 설치된 방향제어밸브 (52)로 상기 척킹실린더(15)를 전진 또는 후진 작동시킬 때 해당 압력스위치가 작동 설정압에 도달하여 전기적 신호가 발생되면 공작물의 내경 또는 외경의 척 클램프 완료 신호로 제어부(도면에 미도시)에서 인식토록 하여 공작기계의 차후동작을 행하도록 구성한 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 테일스핀들 및 방진구의 유압회로에 공작물을 지지하기 위해테일스핀들의 전진 확인 및 방진구의 회전지지력을 유압신호로 감지할 수 있도록 한 공작물 클램프 확인장치를 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단은,

공작기계의 척에 장착된 공작물을 지지하기 위한 심압대측 테일스핀들의 전진확인 및 방진구의 공작물 지지력을 확인하기 위한 장치로서,

상기 테일스핀들을 구동 제어하는 테일스핀들 유압회로의 펌프라인상에는, 유압펌프의 압력을 감압시키는 감압밸브(102)에 연결된 방향제어밸브(101)와 테일스핀들 실린더(100)와의 사이에 압력 상승을 감지할 수 있는 압력스위치(66)를 설치하고,

상기 방진구를 작동 제어하는 펌프라인상에는, 유압펌프의 압력을 감압시키는 감압밸브(112)에 연결된 방향제어밸브(111)와 방진구 실린더(110)와의 사이에 압력상승을 감지하는 압력스위치(76)를 설치하되,

상기 압력스위치(66,76)의 작동 설정압을 각기 상기 테일스핀들 실린더(100)와 방진구 실린더(110)의 작동시의 압력 강하량 보다 높게 설정함과 동시에 상기 감압밸브(51)의 설정압보다 같거나 낮게 설정한 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래 공작물 클램프 확인장치의 일예시도.

도 2는 도 1의 드로우바를 전,후진 작동시키기 위한 척킹실린더의 유압회로도.

도 3 내지 도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 공작물 클램프 확인장치의 예시도.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 테일 스핀들과 방진구의 클램프 확인장치의 예시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

15 : 척킹실린더 51: 감압밸브

52 : 방향제어밸브 53,54,55,66,76 : 압력스위치

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 공작물 클램프 확인장치의 유압회로도로서, 공작물의 내,외경 클램프 모두를 확인할 수 있는 장치이다.

도 3에서와 같이 본 발명의 일실시예는, 공작기계의 스핀들에 장착된 척(11)의 조(12)를 작동시키는 척킹실린더(15)를 구동 제어하는 척킹실린더 유압회로(50)에 압력스위치(53)를 설치하고, 이 압력스위치(53)의 감지신호를 척 클램프 완료신호로 인식토록 구성한 것이다.

즉, 본 발명의 일실시예는 방향제어밸브(52)를 작동시켰을 때 펌프라인(P)측 감압밸브(51)와 척킹실린더(15)와의 연결유로에 형성되는 상승 압력을 감지하여 이 압력변화가 압력스위치(53)의 설정압에 도달하면 실질적으로 공작물의 내경 또는 외경의 클램프 확인이 가능하게 되어 있다.

도 1에서 펌프라인(P)상에는 척킹실린더(15)의 작동압력을 설정하기 위한 감압밸브(51)가 설치되고, 이 감압밸브(51)와 상기 척킹실린더(15)와의 사이에는 척킹실린더(15)의 작동방향을 제어하기 위한 방향전환밸브(52)가 설치되고, 상기 방향전환밸브(52)와 상기 감압밸브(51)의 사이에 압력스위치(53)가 설치된 것이다.

이때 압력스위치(53)를 세팅시키는 설정압은 척킹실린더(15)의 전,후진시의 압력강하량보다 높게 설정되어야 하고 동시에 감압밸브(51)의 설정압보다는 낮거나 같게 설정되어여 한다.

그 이유는, 압력스위치(53)의 설정압이 척킹실린더(15)의 전,후진시의 압력강하량보다 낮게 설정되어 있으면, 척킹실린더(15)가 완전히 클램프 완료하기 전에 이미 작동을 감지하여 정확한 클램프 신호 순간을 잡아낼 수 없기 때문이다.

또 다른 이유는, 감압밸브(51)의 설정압보다 높게 설정되면, 척킹실린더(15)가 클램핑을 완전히 완료한 후에도 압력스위치(53)가 작동하지 않기 때문이다.

이와 같이 구성된 제1실시예의 작동상태를 설명한다.

먼저, 도 1에서 감압밸브(51)를 조작하여 25Kgf로 압력을 설정해 놓고, 척킹실린더(15)의 전,후진시의 압력강하량도 최고 25kgf를 넘지 않을 경우이다.

그리고 압력스위치(51)의 작동 압력을 20Kgf로 설정해 놓았을 경우이고, 이 압력스위치(51)의 작동압력은 척킹실린더(15)의 전후진시 압력강하량보다 높아야 한다. 즉, 여기에서는 척킹실린더(15)의 전후진 이송시의 압력이 20kgf보다 낮다고 가정한다.

도시안된 조작반의 스위치조작 또는 프로그램 지령에 의해 척 클램프가 지령되면, 방향전환밸브(52)의 a솔레노이드가 동작하고, 작동유압이 P라인에서 A라인으로 공급되어 척킹실린더(15)의 후퇴포트(15a)로 공급되고, 척킹실린더(15)에 연결된 드로우 파이프(14)가 후퇴하고, 척(11)의 조(12)는 반경방향의 안쪽으로 움직이며, 이렇게 하여 공작물의 외경을 클램프하게 된다.

반대로 척 언클램프를 지령하면 방향전환밸브(52)의 b솔렌노이드가 동작하고, 작동유압은 P라인 즉, 유압공급라인에서 B라인으로 공급되면 작동유압이 척킹실린더(15)의 전진포트(15b)로 공급되고, 척킹실린더(15)에 연결된 드로우 파이프 (14)가 전진하고, 척(11)의 조(12)가 반경방향의 외측으로 움직이며 공작물을 언클램프하게 된다.

여기서 척킹실린더(15)의 드로우 파이프(14)가 전,후진 이동하는 동안 즉, 조(12)가 움직이고 있는 동안에는 T라인(도시안된 오일탱크와 연결된 라인)에 배압이 걸리지 않으므로 P라인의 압력은 설정한 압력보다 떨어지게 되고, 척(11)의조(12)가 공작물의 외경 또는 내경에 닿아서 유압력이 공작물에 전달되는 시점에서 척킹실린더(15)의 전진 또는 후진운동이 정지되며, 이 시점까지 P라인 즉 유압공급라인에 전해지는 P라인의 압력을 압력강하량이라 한다. 또한 이때부터 P라인의 압력이 압력스위치의 설정된 압력에 이르게 되고, 최대 감압밸브(51)로 설정된 압력 (25Kgf)만큼 조(12)에 힘을 가하게 된다.

이때 압력스위치(53)의 설정 압력(20Kgf)에 P라인의 압력이 도달하면, 압력스위치(53)가 온(on)되고, 이 온(on) 된 감지신호를 척 클램프 완료신호로 인식하게 되는 것이다.

미설명 부호 5는 압력게이지이다.

도 4는 도 3의 다른 변형예로서, 공작물의 외경만을 클램프 확인하기 위해서 척킹실린더 유압회로에 설치될 압력스위치(54)를 방향전환밸브(52)와 척킹실린더 (15)와의 사이의 A라인에 설치한 것이다.

즉, 척킹실린더(15)가 후퇴 동작하였을 때 조(12)가 반경방향의 내측으로 움직여서 공작물을 클램프시킬 때 사용하는 클램프 확인장치이고, 이때 압력스위치 (54)의 설정압은 감압밸브(51)보다 같거나 낮게 하고 동시에 척킹실린더(15)의 전,후진시 압력강하량보다 높게 설정되어 있다.

따라서 도 4에서 외경 클램프 지령이 개시되면 a솔레노이드가 동작하고, 척킹실린더(15)가 후퇴 동작하며 조(12)가 반경방향의 내측으로 움직인다. 조(12)의 움직임이 멈춤되면 컥킹실린더(15)의 A라인의 압력이 증가되고, 이 증가된 압력이 조(12)를 통해 공작물의 외경측 클램프 힘으로 전달된다.

이때 어느 정도 클램프력이 작용하다 A라인의 압력이 압력스위치(54)의 설정압력에 도달하면, 압력스위치(54)가 온 작동하고, 이 온 신호를 척 클램프 완료신호로 인식하게 되는 것이다.

여기서 클램프 완료신호로 인식한다는 것은 복수의 조(12)가 공작물을 확실하게 일정한 힘(force)으로 물고 있는 상태를 인식한다는 의미이다.

도 5는 도 3의 또 다른 변형예로서, 공작물의 내경만을 클램프 확인하기 위해서 척킹실린더 유압회로에 설치될 압력스위치(55)를 방향전환밸브(52)와 척킹실린더(15)를 유로로 연결하는 B라인에 설치한 것이다.

즉, 척킹실린더(15)가 전진 동작하였을 때 조(12)가 반경방향의 외측으로 움직여서 공작물을 클램프시킬 때 사용하는 클램프 확인장치이고, 이때 압력스위치 (55)의 설정압은 감압밸브(51)보다 같거나 낮게 함과 동시에 척킹실린더(15)의 전,후진시 압력강하량보다 높게 설정되어 있다.

따라서 도 5에서 내경 클램프 지령이 개시되면 이번엔 b솔레노이드가 동작하고, 척킹실린더(15)가 전진 동작하며 조(12)가 반경방향의 외측으로 움직인다. 조(12)의 움직임이 멈춤되면 척킹실린더(15)의 B라인의 압력이 증가되고, 이 증가된 압력이 조(12)를 통해 공작물의 내경측 클램프 힘으로 전달된다.

이때 어느 정도 클램프 힘이 작용하다 B라인의 압력이 압력스위치(54)의 설정압력에 도달하면, 압력스위치(54)가 온 작동하고, 이 온 신호를 척 클램프 완료신호로 인식하게 된다.

도 6은 본 발명을 응용한 심압대와 방지구를 구동하기 위한 유압회로에 압력스위치(66,76)를 설치하여 심압대측 테일스핀들(tail spindle) 전진확인용 및 방진구의 공작물 지지 확인용으로 사용하는 경우의 유압회로도이다.

도 6에서 테일스핀들 실린더(100)와 방향제어밸브(101)의 사이에는 압력스위치(66)가 설치되고, 이 압력스위치(66)는 상기 방향전환밸브(101)에 연결된 감압밸브(102)의 설정압보다 같거나 낮게 설정되고 동시에 테일스핀들 실린더(100)의 전,후 작동시의 압력강하량보다는 높게 설정한 것이다.

그리고 방진구 실린더(110)와 방향제어밸브(111)와 사이에는 압력스위치(76)가 설치되고, 이 압력스위치(76)는 상기 방향전환밸브(111)에 연결된 감압밸브 (112)의 설정압보다 같거자 낮게 설정되고, 동시에 테일스핀들 실린더(100)의 전,후진시의 압력강하량보다는 높게 설정한 것이다.

따라서 테일스핀들 전진확인 지령이 떨어지면 방향전환밸브(101)의 b솔레노이드가 작동하고 B라인을 통해 테일스핀들 실린더(100)가 전진 작동하고, 어느 지점에서 B라인의 압력이 상승하여 압력스위치(66)의 설정압력에 도달하면 압력스위치(66)가 온되어 심압축 전진확인이 이루어진다.

또한, 방진구 클램프가 지령되면 방향전환밸브(111)의 a솔레노이드가 작동하고 A라인을 통해 방진구 실린더(110)가 작동하고, 어느 지점에서 B라인의 압력이 상승하여 압력스위치(76)의 설정압력에 도달하면 압력스위치(66)가 온되어 방진구의 클램프 확인이 이루어진다.

이는 실질적으로 테일스핀들측 근접스위치(PX3,PX4), 방진구 실린더측 근접스위치(PX7,PX8)가 확인할 수 없는 작동힘을 감지함으로서 보다 확실한 공작물의클램프 확인을 수행할 수 있는 것이다.

도 6에서는 테일스핀들 실린더(100)를 제어하는 유압회로와 방진구 실린더 (110)를 제어하는 유압회로에 각기 압력스위치(66,76)가 동시에 설치된 구성으로 하였으나 경우에 따라서 본 발명은 어느 한쪽의 유압회로측에 구성할 수도 있다.

이상에서와 같이 본 발명의 공작물 클램프 확인장치에 따르면, 근접스위치와 유압압력 스위치를 이용하여 공작물을 실제로 클램프한 지점에서 발생되는 힘을 감지하여 클램프 확인 신호로 사용하므로서, 종래와 같이 타임 릴레이를 사용할 필요가 없어져 공작물 척킹시간을 최적으로 세팅할 수 있다. 이는 가공사이클 타임을 줄여 생산성 향상에 기여할 수 있고, 또 공작물의 직경이 바뀌어도 종래와 같이 스위치 위치조정이나 변경없이 초기 세팅된 상태 그대로 사용할 수 있으므로 사용자의 편의성을 대폭 높일 수 있는 이점을 제공한다.

Claims (4)

1. 공작기계의 척(12)과, 상기 척의 후단부에 설치되어 척을 클램프 또는 언클램프시키는 척킹실린더(15)와, 상기 척킹실린더의 직선운동을 감지하여 상기 척(12)의 클램프 또는 언클램프 상태를 감지하는 제1,2근접스위치(PX1,PX2)와, 상기 척킹실린더(15)에 공급되는 유압을 감압시키는 감압밸브(51)를 구비한 공작물 클램프 확인장치에 있어서,

   기 감압밸브(51)의 하류와 척킹실린더(15) 사이의 유압펌프라인상에 압력스위치를 추가로 설치하고,

   기 압력스위치의 작동 설정압을 상기 척킹실린더(15)의 전,후진 작동시 유압공급라인의 압력보다 높게 설정함과 동시에 상기 감압밸브(51)의 설정압보다 같거나 낮게 설정하여,

   상기 감압밸브(51)와 상기 척킹실린더(15)와의 사이에 설치된 방향제어밸브 (52)로 상기 척킹실린더(15)를 전진 또는 후진 작동시킬 때 해당 압력스위치가 작동 설정압에 도달하여 전기적 신호가 발생되면 공작물의 내경 또는 외경의 척 클램프 완료 신호로 인식토록 구성된 제어부를 포함한 것을 특징으로 하는 공작물 클램프 확인장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 압력스위치는 공작물의 내,외경 클램프 확인이 모두 가능토록 상기 감압밸브(51)와 상기 척킹실린더(15)의 방향을 제어하는 방향제어밸브(52)와의 사이에 설치된 것을 특징으로 하는 공작물 클램프 확인장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 압력스위치는 공작물의 외경만의 클램프 확인이 가능토록 상기 방향전환밸브(52)와 상기 척킹실린더(15)의 후퇴포트를 연결하는 유로상의 한지점에 설치된 것을 특징으로 하는 공작물 클램프 확인장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 압력스위치는 공작물의 내경만의 클램프 확인이 가능토록 상기 방향전환밸브(52)와 상기 척킹실린더(15)의 전진포트를 연결하는 유로의 한지점에 설치된 것을 특징으로 하는 공작물 클램프 확인장치.