KR20050063077A - 공작기계의 스핀들 어태치먼트 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공작기계의 스핀들 헤드에 장착되어 메인스핀들의 회전 동력을 전달받는 어태치먼트 장치에 있어서, 상기 스핀들 헤드의 전면에 탈착 가능하게 장착되는 서브스핀들 하우징과; 상기 메인스핀들과 일축상에 배치되어 상기 서브스핀들 하우징내에 회전 가능하게 설치되고, 일단에 공구포트를 갖고 타단에 상기 메인스핀들의 회전동력을 전달받도록 연결수단을 갖는 서브스핀들과; 상기 서브스핀들내에 동축상으로 이동 가능하게 배치됨과 동시에 스핀들 헤드측으로 스프링력에 의해 밀어 붙여진 푸시로드와; 상기 공구포트에 삽입된 공구의 풀스터드와 푸시로드가 만나는 위치에 해당하는 서브스핀들의 둘레에 체결되어 축방향으로 위치 이동가능하게 설치된 클램핑 슬리브와; 상기 서브스핀들에 방사상으로 복수개 배치됨과 동시에 스프링력을 받아 상기 클램프 슬리브의 내측 양쪽의 경사면에 각기 접하도록 설치되어, 클램프 슬리브의 위치 이동에 따라 서로 반대 방향으로 이동 작동하여 상기 공구와 푸시로드를 동시에 서로 반대 동작으로 클램프/언클램프시키는 클램프 플런저 및 언클램프 플런저를 포함한 것을 특징으로 한다.

Description

공작기계의 스핀들 어태치먼트 장치{Spindle attachment device of a machine tool}

본 발명은 공작기계의 스핀들에 장착되는 어태치먼트 장치에 관한 것으로, 특히 메인스핀들의 열변형이 공작물에 전달되는 것을 차단하면서 공구의 클램프 및 언클램프 기능을 수행하도록 한 공작기계의 스핀들 어태치먼트 장치에 관한 것이다.

종래의 공작기계 중 대형에 속하는 보링머신의 경우 주로 구조물 가공용으로만 사용되어서 고속으로 장시간 운전하는 경우가 거의 없었으나 최근에는 대형의 금형 및 몰드베이스를 가공하기 위하여 고속으로 장시간 가공하는 경우가 많아졌다.

보링머신은 기계 구조상 스핀들 베어링이 크기 때문에(통상적으로 베어링 직경이 180mm 이상) 고속으로 장시간 운전시 베어링 부분에서 열발생이 많고, 또한 보링스핀들의 길이가 2,000mm가 넘기 때문에 발생된 열에 의한 스핀들의 길이 방향 위치 변화가 많을 수밖에 없었다.

예를 들어, 스핀들 베어링 부분에서 발생된 열에 의해서 스핀들의 온도가 20℃ 상승한다고 하면, 스핀들 선단에 장착되어 있는 공구 끝면의 위치변화량은 약 0.5mm(≒20℃×2m×선팽창계수 0.012mm/m/℃)나 된다.

따라서 공작물 예로, 금형 또는 몰드베이스 제품을 가공하기 위해서는 이 값을 크게 보더라도 0.1mm 이하로 줄여야 한다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 스핀들의 열변형이 공작물에 전달되는 것을 차단하면서 공구의 클램프 및 언클램프 기능을 수행하도록 한 공작기계의 스핀들 어태치먼트 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단은,

공작기계의 스핀들 헤드에 장착되어 메인스핀들의 회전 동력을 전달받는 어태치먼트 장치에 있어서,

상기 스핀들 헤드의 전면에 탈착 가능하게 장착되는 서브스핀들 하우징과;

상기 메인스핀들과 일축상에 배치되어 상기 서브스핀들 하우징내에 회전 가능하게 설치되고, 일단에 공구포트를 갖고 타단에 상기 메인스핀들의 회전동력을 전달받도록 연결수단을 갖는 서브스핀들과;

상기 서브스핀들내에 동축상으로 이동 가능하게 배치됨과 동시에 스핀들 헤드측으로 스프링력에 의해 밀어 붙여진 푸시로드와;

상기 공구포트에 삽입된 공구의 풀스터드와 푸시로드가 만나는 위치에 해당하는 서브스핀들의 둘레에 체결되어 축방향으로 위치 이동가능하게 설치된 클램핑 슬리브와;

상기 서브스핀들에 방사상으로 복수개 배치됨과 동시에 스프링력을 받아 상기 클램프 슬리브의 내측 양쪽의 경사면에 각기 접하도록 설치되어, 클램프 슬리브의 위치 이동에 따라 서로 반대 방향으로 이동 작동하여 상기 공구와 푸시로드를 동시에 서로 반대 동작으로 클램프/언클램프시키는 클램프 플런저 및 언클램프 플런저를 포함한 것을 특징으로 한다.

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

도 1에 보링 머신의 스핀들 헤드(50)에 장착된 어태치먼트 장치(100)의 조립상태도이고, 도 2는 툴 클램프의 상태도이고, 도 3은 툴 언클램프의 상태도를 나타내고 있다.

도 1에서와 같이 상기 스핀들 헤드(50)의 전면에는 체결수단(101)을 통해 서브스핀들 하우징(9)이 장착되어 있고, 서브스핀들 하우징(9)의 전면에는 에어블로우 캡(19)이 장착되어 있다.

상기 스핀들 하우징(9)과 에어블로우 캡(19)에는 절삭유 등이 베어링(12)에 침입하지 못하도록 공기를 분출시켜 주는 공압통로(19a)가 연통되어 있고, 이 공압통로(19a)는 압축공기가 유입되도록 공압원(도시안됨)과 연결되어 있다.

상기 서브스핀들 하우징(9)내에는 베어링(12)의 회전 지지를 받는 서브스핀들(1)이 설치되어 있다. 서브스핀들(1)은 일단에 공구(23)가 장착되는 공구포트(1a)를 갖고 타단에 상기 스핀들헤드(50)측 메인스핀들(22)의 회전동력을 전달받는 연결수단을 구비하고 있다.

상기 연결수단은 본 실시예에서 상기 서브스핀들(1)의 후단에 고정 설치된 커플링(16)과 상기 커플링(16)의 걸림홈(16a)에 끼움되어 상기 메인스핀들(22)에 고정 설치된 드라이빙 키이(20)로 구성되어 있다.

이때 중요하게는 드라이빙 키이(20)의 끝단면과 커플링(16)의 걸림홈(16a)의 내측 단면과의 사이에는 일정한 열팽창 흡수 틈새(H)를 갖는다. 이 열팽창 흡수 틈새는 메인스핀들(22)이 길이 방향으로 열팽창할시 메인스핀들(22)의 회전력은 서브스핀들(1)에 전달하지만 길이방향의 팽창량은 서브메인스핀들(22)에 전달되지 않도록 하는 기능을 한다.

상기 서브스핀들(1)내 동축상에는 공구(23)를 언클램핑시키는 푸시로드(10)가 축방향으로 이동가능하게 설치되어 있다. 푸시로드(10)는 후단에 스프링(11)이압축상태로 설치되어 있다. 따라서 푸시로드(10)는 스프링(11)력에 의해 항시 메인스핀들(22)측으로 밀어 붙여져 있다.

상기 푸시로드(10)의 선단에는 조정칼라(18)가 위치되고, 상기 조정칼라(18)는 푸시볼트(17)에 의해 푸시로드(10)에 고정되어 있다. 따라서 조정칼라(18)의 폭을 조절함으로써 푸시로드(10)가 밀어내게 될 량을 적절하게 셋팅시킬 수 있다.

상기 공구포트(1a)와 푸시로드(10)가 만나는 위치에 해당하는 서브스핀들(1)의 외주면에는 클램핑 슬리브(2)가 설치되어 있다. 클램핑 슬리브(2)는 서브스핀들(1)에 나사 체결되어 축방향으로 위치 이동가능하게 설치되어 있다.

따라서 클램핑 슬리브(2)는 회전시키는 방향에 따라 서브스핀들(1)의 외주면에서 길이방향으로 위치 조절된다.

상기 클램핑 슬리브(2)의 위치에 따라 공구(23)와 푸시로드(10)를 동시에 서로 다른 동작의 클램프/언클램프가 이루어지도록 클램프 플런저(5)와 언클램프 플런저(8)가 복수개 구비되어 방사상으로 배치되어 있다. 본 실시예에서 플런저(5,8)는 원주상에 120도 등간격으로 각기 3개씩 배열되어 있다.

상기 클램프 플런저(5)는 일단이 상기 클램핑 슬리브(2)의 내주면 일측 경사면에 스프링(7)력으로 접촉하고 타단이 서브스핀들(1)의 반경방향으로 설치되어 있다. 따라서 상기 클램핑 슬리브(2)를 공구포트(1a)측으로 이동시키면 상기 서브스핀들(1)의 공구포트(1a)에 삽입된 공구(23)를 후퇴 이동시켜 클램핑한다. 이때 클램프 플런저(5)는 공구(23)의 풀스터드(24)측 경사면을 눌러서 후퇴 이동시킨다.

상기 언클램프 플런저(8)는 일단이 상기 클램핑 슬리브(2)의 내주면 타측 경사면에 스프링(7)력으로 접촉하고 타단이 서브스핀들(1)의 반경방향으로 설치되어 있다.

따라서 상기 클램핑 슬리브(2)를 서브스핀들 하우징(9)측으로 이동시키면 언클램프 플런저(8)는 축중심방향으로 이동하고 상기 푸시로드(10)를 전진 이동시켜 공구포트에 클램핑된 공구(23)를 언클램핑한다. 이때 플런저(8)는 푸시로드(10)의 걸림턱에 형성된 경사면을 밀어서 푸시로드(10)를 전진 이동시킨다.

바람직하게는 상기 클램프 플런저(5) 및 언클램프 플런저(8)는 강구(6)를 통해 해당 경사면에 구름 접촉하는 것이 좋다. 이는 강구(6)가 클램핑 슬리브(2)의 회전 조작시 회전 운동이 일어나면서 클램프 플런저(5)와 언클램프 플런저(8)의 원활한 접촉을 유지하기 때문이다.

한편, 본 발명은 상기 클램프 플런저(5)와 클램핑 슬리브(2)와의 사이에 클램프 링(3)이 추가될 수 있다. 클램프 링(3)은 자동 센터링 기능을 하기 위한 것으로, 클램프 링(3)의 외주면과 클램핑 슬리브(2)의 내주면의 사이에는 일정한 유동틈새(G)를 갖는다. 이 틈새(G)는 클램프 링(3)의 위치에 따라 원주상에 가변된다.

이 틈새(G)는 플런저(5,8)의 가공오차, 클램핑 링(3)의 내경 가공오차에 따른 클램프 링(3)을 반경방향으로 유동시키기 위한 것이다.

미설명 부호 '13'은 스페이서이고, '14'는 쿨런트 칩입 방지용 라비린스 칼라이고, '15'는 베어링 고정용 록크너트이다.

이와 같이 구성된 보링 머신의 스핀들 어태치먼트 장치(100)의 작용을 공구 클램프 및 언클램프로 나누어 설명한다.

(1) 공구 클램프 동작시

공구 클램프 동작이 일어나기 위해서는 클램프 플런저(5)가 공구(23)의 풀스터드(24)의 진입을 허용하는 위치에 놓여야 한다. 이를 위해 클램핑 슬리브(2)를 회전 후퇴 조작시켜 툴 언클램프 상태로 만든다.

툴 언클램프 상태란 도 3에서 클램핑 슬리브(2)가 우측으로 이동하여 언클램프 플런저(8)가 반경 내측방향으로 이동하여 푸시로드(10)의 환형홈(10a)에 결합된 상태이고, 클램프 플런저(5)는 공구(23)측 풀스터드(24)의 진입을 허용하도록 반경 외측 방향으로 이동한 상태를 가리킨다.

이같은 툴 언클램프 상태에서 공구(23)를 툴포트(1a)에 끼워넣고 클램핑 슬리브(2)를 회전시켜 도 2에서 좌측으로 전진 이동시키면 방사상에 배치되어 있는 강구(6)를 축심방향으로 밀어준다.

이렇게 되면 강구(6)와 점접촉하고 있는 클램프 플런저(5)가 축심방향으로 밀려들어가면서 공구(23)의 풀스터드(24)를 잡아 당겨줌으로서 공구(23)를 클램핑한다.

이때 클램프 링(3)은 단면 방향으로 틈새(G)가 존재하기 때문에 풀 스터드(24)와 클램프 플런저(5)의 조합 상태에 따라 한쪽으로 힘을 받을 경우에 자기센터링(Self-centering)으로 동작하여 풀 스터드(24)에 무리한 힘을 주지 않고 공구(23)를 잡아준다.

또한 클램핑시에 푸시로드(10)는 스프링(11)을 압축하면서 후방으로 밀려 위치하게 된다.

이 상태에서 메인스핀들(22)이 회전 구동하여 공구(23)로 공작물을 가공하게 될 경우 메인스핀들(22)에서 발생되는 베어링 마찰열로 메인스핀들(22)이 열팽창할 경우 열팽창 흡수 틈새(H)에 흡수되어, 결국 메인스핀들(22)의 길이 방향 열팽창이 서브스핀들(1)에 영향을 주지 못한다.

이같이 메인스핀들(22)의 열팽창을 보링 스핀들 어태치먼트 장치(100)에 흡수 차단되어 공구(23)의 가공 위치의 오차가 극히 최소회되어 정밀하게 공작물을 가공할 수 있는 것이다.

(2) 공구 언클램프 동작시

공구(23)가 클램핑된 상태에서 클래핑 슬리브(2)를 회전 후퇴 조작시키면 공구 클래프 동작과는 반대로 클램프 링(3)이 후퇴하고, 스프링(7)의 반발력으로 클램프 플런저(5)를 반경 방향의 외측으로 밀어내고, 결국 클램프 플런저(5)와 풀스터드(24)와의 접촉 상태가 해제된다.

이와 동시에 클램핑 슬리이브(2)는 언클램프 플런저(8)를 반경 방향의 내측으로 밀어준다. 이때 언클램프 플런저(8)의 끝단 부분이 경사로 접촉하고 있는 푸시로드(10)를 전진시키고, 푸시로드(10)의 끝단부에 조립되어 있는 푸시볼트(17)가 풀 스터드(24)를 뒷 단면을 밀어 줌으로서 언클램프가 일어난다.

이같이 본 발명은 공구 클램프/언클램프 동작이 별개로 이루어지는 것이 아니라 클램핑 슬리브(2)를 전,후진시키는 동작만으로 동시에 일어난다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 보링 머신의 스핀들 어태치먼트 장치에 따르면, 공구가 장착되는 서브스핀들이 보링 스핀들과 동축 상에 분할되어 회전력을 받을 수 있도록 함과 동시에 공구의 클램프/언클램프 기능을 수행하면서 보링 스핀들의 열팽창 변형을 받지 않도록 함으로서 공작물을 정밀하게 가공할 수 있다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.

도 1은 본 발명에 따른 스핀들 어태치먼드 장치의 구성도.

도 2는 툴 클램프 상태에서의 작동상태도.

도 3은 툴 언클램프 상태에서의 작동상태도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 서브 스핀들

2 : 클램핑 슬리브

3 : 클램프 링

5 : 클램프 플런저

6 : 강구

8 : 언클램프 플런저

9: 하우징

10 : 푸시로드

16 : 커플링

17 : 푸시볼트

18 : 조정칼라

20 : 드라이빙 키이

Claims (4)

1. 공작기계의 스핀들 헤드(50)에 장착되어 메인스핀들(22)의 회전 동력을 전달받는 어태치먼트 장치에 있어서,

   상기 스핀들 헤드(50)의 전면에 탈착 가능하게 장착되는 서브스핀들 하우징(9)과;

   상기 메인스핀들(22)과 일축상에 배치되어 상기 서브스핀들 하우징(9)내에 회전 가능하게 설치되고, 일단에 공구포트(1a)를 갖고 타단에 상기 메인스핀들(22)의 회전동력을 전달받도록 연결수단을 갖는 서브스핀들(1)과;

   상기 서브스핀들(1)내에 동축상으로 이동 가능하게 배치됨과 동시에 스핀들 헤드(50)측으로 스프링(11)력에 의해 밀어 붙여진 푸시로드(10)와;

   상기 공구포트(1a)에 삽입된 공구(23)의 풀스터드(24)와 푸시로드(10)가 만나는 위치에 해당하는 서브스핀들(1)의 둘레에 체결되어 축방향으로 위치 이동가능하게 설치된 클램핑 슬리브(2)와;

   상기 서브스핀들(1)에 방사상으로 복수개 배치됨과 동시에 스프링(7)력을 받아 상기 클램프 슬리브(2)의 내측 양쪽의 경사면에 각기 접하도록 설치되어, 클램프 슬리브(2)의 위치 이동에 따라 서로 반대 방향으로 이동 작동하여 상기 공구(23)와 푸시로드(10)를 동시에 서로 반대 동작으로 클램프/언클램프시키는 클램프 플런저(5) 및 언클램프 플런저(8)를 포함한 것을 특징으로 하는 공작기계의 스핀들 어태치먼트 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 클램프 플런저(5)와 클램핑 슬리브(2)와의 사이에는 자동 센터링 기능을 하기 위해 반경방향으로 유동가능 한 클램프 링(3)이 추가된 것을 특징으로 하는 공작기계의 스핀들 어태치먼트 장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 푸시로드(10)의 선단에는 푸시량을 조정하기 위해 착탈가능한 조정칼라(18)가 더 설치되고, 상기 클램프 플런저(5) 및 언클램프 플런저(8)와 해당 경사면과의 사이에는 구름 접촉을 위한 강구(6)가 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 공작기계의 스핀들 어태치먼트 장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 서브스핀들(1)의 후단에는 상기 서브스핀들(1) 고정 설치된 커플링(16)과 상기 커플링(16)에 끼움되어 상기 메인스핀들(22)에 고정 설치된 드라이빙 키이(20)가 구성되고, 상기 드라이빙 키이(20)와 커플링(16)과의 사이에는 열팽창 흡수 틈새(H)가 구비된 것을 특징으로 하는 공작기계의 스핀들 어태치먼트 장치.