KR20060012254A - 공작 기계 주축의 공구 고정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가압 수단인 가스 스프링과 해제 수단인 유체압 실린더를 연결하여 컴팩트하게 구성한 공작 기계 주축의 공구 고정 장치에 관한 것이다.

공구 고정 장치(4)는 공구(5)의 기단부에 연결 가능한 드로바(11)와, 이 드로바(11)를 공구 고정측으로 가압하는 가압 기구(12)와, 이 가압 기구(12)의 가압력에 대항하여 드로바(11)를 고정 해제측으로 구동 가능한 해제 기구(13)를 구비하고, 드로바(11)의 기단측 부분에 주축(2) 기단의 단면 밖으로 연장되는 드로바 연장부(24)가 형성되고, 가압 기구(12)는 주축(2) 기단에 일체 회전하도록 연결되어 드로바(11)를 드로바 연장부(24)에서 공구 고정측으로 가압하는 가스 스프링(30)을 가지며, 해제 기구(13)는 드로바(11)를 드로바 연장부(24)에서 고정 해제측으로 구동 가능한 유압 실린더(40)로서, 가스 스프링(30)의 기단에 연결된 유압 실린더(40)를 가진다.

드로바, 가압 기구, 가스 스프링, 유압 실린더, 주축.

Description

공작 기계 주축의 공구 고정 장치{TOOL FIXING DEVICE OF MACHINE TOOL SPINDLE}

본 발명은 공작 기계 주축(主軸)의 공구 고정 장치에 관한 것이며, 특히, 드로바(draw-bar)를 공구 고정측으로 가압하는 가스 스프링을 주축 기단(基端)의 단면(端面) 밖에 설치한 것에 관한 것이다.

공작물에 기계 가공을 행하는 공작 기계의 주축 선단측 부분에는, 공구를 유지하는 공구 지지부가 형성되어 있고, 공구는 공구 고정 장치에 의해 공구 지지부에 고정 해제 가능하게 고정된다. 일반적인 공구 고정 장치는 공구의 기단부에 연결 가능한 드로바와, 이 드로바를 공구 고정측(주축의 기단측)으로 가압하는 가압 기구와, 가압 기구의 가압력에 대항하여 드로바를 고정 해제측(주축의 선단측)으로 구동 가능한 해제 기구 등을 구비하고 있다.

드로바를 공구 고정측으로 가압하는 가압 기구에는, 여러 가지 구성의 것이 제안되고, 또는 실용화되고 있지만, 예를 들면, 본원 출원인은 압축 가스를 밀봉한 가스 스프링의 가압력으로 드로바를 공구 고정측으로 가압하는 가압 기구를 구비한 공구 고정 장치를 제안하고 있다(일본국 특개 2001-87910호 공보 참조). 이 공구 고정 장치에서는, 드로바의 기단측 부분에 주축 기단의 단면 밖으로 연장되는 드로 바 연장부가 형성되고, 이 드로바 연장부에서 가스 스프링은 드로바를 공구 고정측으로 가압한다.

또, 이 공구 고정 장치에는, 가스 스프링의 가압력에 대항하여 드로바를 고정 해제측으로 구동하는 유압 실린더도 설치되어 있지만, 이 유압 실린더는 가스 스프링을 덮는 커버 부재를 통해 주축 유닛의 하우징에 고정되어 있고, 가스 스프링과 유압 실린더는 별체로 구성되어 서로 연결되어 있지 않다.

가스 스프링은 주축 기단의 단면 밖에 설치되어 있기 때문에, 가스 스프링을 주축에 내장하는 경우와 달리, 가스 작동실을 형성하는 실린더 본체의 외경(外徑)을 주축의 직경보다 작게 할 필요는 없기 때문에, 실린더 본체의 내경(內徑)을 크게 하여, 주축이나 공구 고정 장치 등으로 구성되는 주축 유닛 전체의 길이를 짧게 할 수 있다. 또한, 가스 작동실 내에서 압축 가스의 가압력이 작용하는 피스톤의 수압 면적도 커지므로, 가스 작동실 내의 가스압을 낮게 설정해도 공구를 확실하게 고정하기 위한 가압력을 충분히 확보할 수 있다.

그리고, 이 공구 고정 장치에는, 압축 가스의 누출에 의한 가스 작동실 내의 가스압 저하를 검출할 수 있는 가스압 검출 수단도 설치되어 있다.

이하, 본원의 발명에 의해 해결하려고 하는 과제에 대하여 설명한다.

상기 공보의 공구 고정 장치에서는, 가스 스프링과 유압 실린더는 별체로 구성되어, 가스 스프링과 유압 실린더가 서로 연결되어 있지 않기 때문에, 이들 가스 스프링과 유압 실린더를 주축을 포함하는 주축 유닛에 각각 따로따로 장착하지 않으면 안되므로, 조립 작업에 시간을 필요로 한다.

또, 가스 스프링을 주축에 내장한 공구 고정 장치에서는, 일반적으로, 공구를 확실하게 공구 지지부에 고정하기 위해서는, 가스 작동실에 밀봉된 압축 가스를 고압으로 유지할 필요가 있지만, 가스압을 고압으로 할수록 압축 가스는 누출되기 쉬워진다. 그리고, 가스 작동실 내의 가스압이 소정 압력 이하로 저하된 경우에는, 공구를 공구 지지부에 확실하고 또한 고정밀도로 고정할 수 없게 된다.

이 점에 있어서, 상기 공보의 공구 고정 장치는 가스 스프링을 주축 기단의 단면 밖에 설치함으로써, 전술한 문제점을 다소는 개선할 수 있다. 그러나, 이 공구 고정 장치의 가스 스프링에는, 가스 작동실로부터의 압축 가스의 누출을 방지하기 위한 합성 수지제의 실 부재가 설치되어 있지만, 이 실 부재만으로 고압의 압축 가스를 장기간에 걸쳐 실링하는 것은 거의 불가능하다. 또, 이 실 부재에 더하여 피스톤의 슬라이드 이동부를 윤활하는 윤활유를 사용하여 압축 가스의 누출을 방지하거나 하는 기술도 제안되어 있지만, 이 경우라도, 윤활유가 실 부재의 주변에 충분히 급유되지 않으면, 압축 가스의 누출을 방지할 수 없어, 가스압이 단기간에 저하되어 버린다. 또, 상기 공보의 공구 고정 장치에서는, 가스압 저하를 검지하여 압축 가스를 보충할 수 있지만, 압축 가스를 보충하는 빈도가 높아지게 된다.

또한, 기계 가공 시에 생기는 열에 의해 주축은 상당한 고온 상태가 되지만, 주축으로부터 전해진 열이 가스 스프링으로부터 거의 방열되지 않는 상태가 계속되면, 압축 가스의 열 팽창에 의해 가스압이 과잉으로 상승되어 압축 가스의 누출량이 증가하거나, 윤활유의 온도가 상승하여 그 점도가 저하되어, 윤활유의 윤활 성능 및 실 성능이 저하되어 버린다.

본 발명의 목적은 가스 스프링과 고정 해제용 유체압 실린더를 연결하여 컴팩트하게 구성하고 그들의 주축 유닛에의 조립을 용이하게 하는 것, 압축 가스의 누출을 크게 억제하여 가스 스프링의 가압력 저하를 장기간에 걸쳐 억제하는 것, 가스 스프링으로부터의 방열을 촉진하는 것 등이다. 그 밖의 본 발명의 목적은 본 발명의 효과나 실시예의 기재로부터도 알 것이다.

본 발명의 공작 기계 주축의 공구 고정 장치는 공작 기계의 주축 선단측 부분에 장착되는 공구를 고정 해제 가능하게 고정하기 위한 공구 고정 장치로서, 공구의 기단부에 연결 가능한 드로바와, 이 드로바를 공구 고정측으로 가압하는 가압 수단과, 이 가압 수단의 가압력에 대항하여 드로바를 고정 해제측으로 구동 가능한 해제 수단을 구비한 공구 고정 장치에 있어서, 상기 드로바의 기단측 부분에 주축 기단의 단면 밖으로 연장되는 드로바 연장부가 형성되고, 상기 가압 수단은 주축의 기단에 일체 회전하도록 연결되고 드로바를 드로바 연장부에서 공구 고정측으로 가압하는 가스 스프링을 가지며, 상기 해제 수단은 드로바를 드로바 연장부에서 고정 해제측으로 구동 가능한 유체압 실린더로서, 상기 가스 스프링의 기단에 연결된 유체압 실린더를 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.

공구가 주축에 고정되어 있는 상태에서는, 공구의 기단부에 연결된 드로바가 주축의 단면 밖으로 연장되는 드로바 연장부에서 가압 수단인 가스 스프링에 의해 공구 고정측에 강력하게 가압되어 있다. 이 상태로부터, 해제 수단인 유체압 실린더에 의해 가스 스프링의 가압력에 대항하여 드로바를 고정 해제측으로 구동하면, 공구의 고정이 해제된다. 해제 수단에는, 유체압 실린더 외에 유체압 실린더에 작동 유체를 공급하는 작동 유체 공급원이나, 유체압 실린더와 작동 유체 공급원을 접속하는 접속 호스 등도 포함된다.

여기에서, 유체압 실린더는 가스 스프링의 기단에 연결되어 있다. 즉, 가스 스프링과 유체압 실린더를 미리 조립해 두는 것이 가능한 하나의 유닛으로 구성할 수 있으므로, 가압 수단과 구동 수단을 컴팩트하게 구성할 수 있고, 가스 스프링과 유체압 실린더를 주축을 포함하는 주축 유닛에 조립하는 것이 용이하게 된다.

이하, 본 발명의 구성에 관한 바람직한 형태에 대하여 설명한다.

a) 상기 가스 스프링과 유체압 실린더를 상대 회전 가능하게 연결해도 된다. 이 경우에는, 유체압 실린더는 회전 불가능하게 고정되고, 가스 스프링만이 주축과 일체적으로 회전하도록 구성된다.

b) 가스 스프링은 드로바 연장부에 외측으로부터 끼워지고 또한 주축의 기단에 일체 회전하도록 연결된 실린더 본체와, 실린더 본체 내에 형성된 실린더 구멍과, 드로바 연장부의 길이 방향 도중부에 일체적으로 설치되고 상기 실린더 구멍에 소정 스트로크 이동 가능하게 장착된 피스톤부와, 실린더 구멍 중의 피스톤부에 대하여 주축측에 형성되고 압축 가스가 밀봉된 가스 작동실을 구비하고 있다. 따라서, 가스 작동실 내의 압축 가스의 가압력에 의해 피스톤부가 공구 고정측으로 가압되어, 드로바에 연결된 공구가 주축에 고정된다.

c) 상기 실린더 구멍을 주축측 정도 소경의 테이퍼형으로 형성해도 된다. 이 경우, 가스 작동실 내에 피스톤부와 실린더 본체 사이를 윤활하는 윤활유를 주입해 두면, 기계 가공 시에 주축 및 실린더 본체가 회전했을 때는, 원심력에 의해 윤활유가 실린더 구멍의 내주면에 부착하고, 또한 테이퍼형의 실린더 구멍을 따라 윤활유가 이동하여, 피스톤부와 실린더 본체 사이에 장착된 실 부재에 윤활유가 급유된다.

따라서, 주축이 회전할 때마다 실 부재에 윤활유가 급유되게 되기 때문에, 실 부재와 윤활유에 의해 피스톤부와 실린더 본체 사이를 확실하게 실링할 수 있어, 실 부재의 마모나 변형도 억제되기 때문에 실 부재의 수명도 길어지며, 가스 작동실로부터의 압축 가스의 누출을 장기간에 걸쳐 크게 방지할 수 있어 압축 가스를 보충하는 빈도도 적어진다.

d) 상기 가스 스프링은 가스 작동실 내에 장착되어 피스톤부를 공구 고정측으로 가압하는 가압 부재를 구비하고 있다. 이 경우, 드로바 연장부는 가스 작동실 내의 압축 가스의 가압력과, 가압 부재의 가압력에 의해 공구 고정측으로 가압되게 되기 때문에, 만일, 압축 가스가 누출되어 압축 가스에 의한 가압력이 저하되어도, 코일 스프링의 가압력에 의해 공구의 고정 상태가 유지되므로, 주축의 회전 중에 주축으로부터 공구가 벗어나 버리는 일이 없다. 또, 가압 부재의 가압력만큼, 가스 작동실 내의 가스압을 낮게 할 수 있으므로, 압축 가스가 누출되기 어렵게 된다.

e) 상기 실린더 본체를 주축과 거의 동일 직경 또는 주축보다 대경으로 구성해도 된다. 이 경우, 실린더 본체 내의 가스 작동실의 직경을 보다 크게 할 수 있기 때문에, 가스 작동실의 길이를 짧게 해도 필요한 용적을 확보할 수 있어, 주축이나 공구 고정 장치 등으로 구성되는 주축 유닛 전체의 길이를 짧게 할 수 있다. 또, 가스 작동실의 직경을 크게 함으로써 피스톤부에서의 가스압의 수압 면적도 커지므로, 가스 작동실 내의 가스압을 낮게 해도 공구를 강력하게 고정하는 것이 가능하게 되어, 가스 작동실로부터 압축 가스가 누출되기 어렵게 된다.

f) 상기 가스 스프링은 피스톤부와 실린더 본체 사이를 실링하는 실 부재와, 피스톤부와 실린더 본체 사이를 윤활하는 동시에 압축 가스를 실하기 위한 윤활유를 가진다. 이 경우, 피스톤부와 실린더 본체 사이가 실 부재와 윤활유에 의해 실되게 되기 때문에, 가스 작동실로부터의 압축 가스의 누출을 크게 억제할 수 있다.

g) 상기 실린더 본체는 가스 작동실에 압축 가스 및 윤활유를 충전하기 위한 충전 포트를 가진다. 따라서, 이 충전 포트로부터 가스 작동실에 압축 가스 및 윤활유를 충전할 수 있다.

h) 상기 실린더 본체의 외주부에 방열용 핀을 설치해도 된다. 이와 같이 가스 스프링으로부터의 방열을 촉진하도록 구성함으로써, 기계 가공 시에 생긴 열에 기인하는 압축 가스의 열 팽창에 의해, 가스압이 과잉으로 상승하여 압축 가스의 누출량이 증가하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 윤활유의 온도 상승에 의한 윤활유의 점도 저하를 억제하여, 윤활유의 윤활 성능 및 실 성능이 저하되는 것을 크게 억제할 수도 있다.

i) 상기 유체압 실린더에 드로바 연장부를 고정 해제측으로 구동할 때 가스 스프링의 가압력을 검출하는 가압력 검출 수단을 설치해도 된다. 공구의 고정을 해제하기 위해, 유체압 실린더로 드로바 연장부를 고정 해제측으로 구동할 때마다 가스 스프링의 가압력을 검출할 수 있기 때문에, 압축 가스가 누출되어 가압력이 저하되어 있지 않은가 여부를 기계 가공의 개시 전에 정기적으로 체크할 수 있어, 압축 가스에 의한 가압력이 저하되어 있는 상태에서 기계 가공이 이루어지는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 관한 공작 기계의 주축 유닛(공구 고정 상태)의 종단면도이다.

도 2는 주축 유닛(공구 고정 해제 상태)의 종단면도이다.

도 3은 주축 유닛의 가압 기구 및 해제 기구(공구 고정 상태)의 확대 단면도이다.

도 4는 주축 유닛의 가압 기구 및 해제 기구(공구 고정 해제 상태)의 확대 단면도이다.

도 5는 변경 형태의 도 3 상당도이다.

도 6은 다른 실시예에 관한 주축 유닛의 가압 기구 및 해제 기구의 확대 단면도이다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태에 대하여 설명한다.

본 실시예는 스탠드형 머시닝 센터의 주축 유닛에 본 발명을 적용한 경우의 일례이다. 그리고, 도 1의 상하 좌우를 상하 좌우로 하여 이하에 설명한다.

도 1, 도 2에 나타낸 바와 같이, 주축 유닛(1)은 주축(2)과, 이 주축(2)을 회전 구동하는 구동 모터(16)를 포함하는 하우징(3)과, 주축(2)에 공구(5)를 고정 해제 가능하게 고정하는 공구 고정 장치(4)를 가진다. 공구 고정 장치(4)는 공구(5)의 기단부에 걸어 맞추는 콜릿 척(10)과, 이 콜릿 척(10)에 의해 공구(5)의 기단부에 연결 가능한 드로바(11)와, 드로바(11)를 위쪽(공구 고정측)으로 가압하는 가압 기구(12)와, 이 가압 기구(12)의 가압력에 대항하여 드로바를 아래쪽(고정 해제측)으로 구동 가능한 해제 기구(13)를 구비하고 있다.

주축(2)의 선단부분에는, 선단측 정도 대경화되는 테이퍼형의 공구 지지부(2a)가 형성되고, 이 공구 지지부(2a)에는, 공구(5)의 기단측 부분에 형성된 테이퍼형의 섕크부(5a)가 걸어맞춤 가능하다. 주축(2)은 하우징(3) 내에 연직(鉛直) 자세로 설치되고, 주축(2)의 양단부가 베어링(14, 15)에 의해 하우징(3)에 회전 가능하게 지지되어 있다. 하우징(3)의 모터 수용부(3a)에는, 하우징(3)에 대하여 주축(2)을 회전 구동하는 구동 모터(16)가 내장되어 있다.

주축(2)의 내부에는, 공구 지지부(2a)와 이 공구 지지부(2a)의 상단으로 이어지는 수용 구멍(2b)이 직렬형으로 형성되어 있다. 공구(5)는 공구 지지부(2a)에 내측 끼우기 가능한 섕크부(5a)와, 이 섕크부(5a)의 기단부에 형성된 소경 축부(5b) 및 피(被)걸어맞춤부(5c)와, 섕크부(5a)의 선단측에 형성되고 공구(5)의 교환 시에 도시하지 않은 자동 공구 교환 장치에 의해 파지(把持)되는 대경의 파지부(5d)를 가진다. 공구(5)를 주축(2)에 장착한 상태에서는, 섕크부(5a)가 공구 지지부(2a)에 밀착 형상으로 걸어 맞추어지고, 피걸어맞춤부(5c)가 수용 구멍(2b)의 선단부에 면하는 상태로 된다.

수용 구멍(2b)의 내부에는, 2개의 통(筒) 부재(20, 21)가 내장되어 있고, 통 부재(20)의 선단부 내측에는 콜릿 척(10)이 설치되어 있다. 이 콜릿 척(10)은 복수개로 분할된 콜릿 분할체(10a)에 의해 공구(5)의 피걸어맞춤부(5c)를 파지하는 것이다.

통 부재(20, 21)의 내측에는, 드로바(11)가 상하 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 설치되어 있다. 드로바(11)는 드로바 본체(22)와, 이 드로바 본체(22)의 선단부에 고정된 연결체(23)를 가진다. 드로바 본체(22)의 기단측 부분에는, 주축(2) 및 하우징(3)의 단면 밖으로 연장되는 드로바 연장부(24)가 형성되고, 이 드로바 연장부(24)에 가압 기구(12)와 해제 기구(13)가 연결되어 있다. 드로바 본체(22)의 하단부는 연결체(23)에 내측 끼우기 형상으로 나사 결합되어 있고, 그 연결체(23)에는, 콜릿 척(10)과 스페이서(25)가 걸어 맞추어져 있다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 가압 기구(12)에 의해 드로바(11)가 위쪽으로 가압되어 있는 상태에서는, 콜릿 척(10)이 공구(5)의 피걸어맞춤부(5c)를 파지한 상태에서 위쪽으로 가압되고, 공구(5)가 공구 지지부(2a)에 고정된다. 한편, 도 2에 나타낸 바와 같이, 해제 기구(13)에 의해 드로바(11)가 아래쪽으로 구동된 상태에서는, 콜릿 척(10)도 아래쪽으로 이동하여 콜릿 분할체(10a)가 개방 상태로 되어, 공구(5)의 고정이 해제된다.

드로바 본체(22)의 내부에는, 공구(5)에 공급하는 절삭액을 통과시키는 통로(22a)가 형성되고, 연결체(23)의 내부에는, 이 통로(22a)에 연통(連通)하는 선단 튜브(26)도 형성되어 있다. 공구(5)를 공구 지지부(2a)에 장착한 상태에서는, 선 단 튜브(26)의 선단부가 피걸어맞춤부(5c)에 가압 형상으로 접촉하고, 도시(圖示) 밖의 절삭액 공급 장치로부터 절삭액이 로터리 조인트(27), 통로(22a), 선단 튜브(26)를 통해 공구(5)에 공급된다.

다음에, 가압 기구(12)에 대하여 설명한다.

도 1∼도 4에 나타낸 바와 같이, 가압 기구(12)는 드로바(11)를 드로바 연장부(24)에서 공구 고정측으로 가압하는 가스 스프링(30)을 가진다. 이 가스 스프링(30)은 드로바 연장부(24)에 외측으로부터 끼워지고 또한 주축(2)의 기단부에 일체 회전하도록 나사 결합 연결된 실린더 본체(31)와, 실린더 본체(31) 내에 형성된 실린더 구멍(31a)과, 드로바 연장부(24)의 길이 방향 도중부에 일체적으로 설치되고 상기 실린더 구멍(31a)에 소정 스트로크 이동 가능하게 장착된 피스톤부(32)와, 실린더 구멍(31a) 중의 피스톤부(32)에 대하여 아래쪽(주축측)에 형성되고 압축 가스(34)가 밀봉된 가스 작동실(33)을 구비하고 있다.

실린더 본체(31)는 주축(2)과 거의 동일 직경으로 구성되어 있고, 이 실린더 본체(31)의 하단부는 주축(2)에 나사 결합 연결되어 있다. 실린더 본체(31) 하단부의 축심 부분에는, 드로바 연장부(24)가 삽입되는 삽입 구멍(31b)이 형성되어 있다. 실린더 본체(31) 하단부의 좌우 양쪽 부분에는, 가스 작동실(33)에 압축 가스(34) 및 후술하는 윤활유를 충전하기 위한 2개의 충전 포트(31c)가 좌우 대칭 위치에 형성되어 있다. 가스 스프링(30)을 주축(2)으로부터 분리할 때는, 압축 가스(34)는 충전 포트(31c)로부터 배출된다.

또한, 도 3, 도 4에 나타낸 바와 같이, 실린더 본체(31)의 내부에는, 삽입 구멍(31b)의 상단으로 이어지는 실린더 구멍(31a)이 아래쪽(주축측) 정도 소경의 테이퍼형으로 형성되어 있다. 이 실린더 구멍(31a)에는, 드로바 연장부(24)와 일체 형성된 피스톤부(32)가 슬라이드 이동 가능하게 장착되어 있다. 실린더 구멍(31a)과 피스톤부(32) 사이, 및 삽입 구멍(31b)과 드로바 연장부(24) 사이에는, 각각 합성 수지제의 실 부재(35, 36)가 장착되어 있다.

가스 작동실(33) 내에는, 고압(예를 들면, 3∼7MPa 정도)의 압축 가스(34)(예를 들면, 압축 질소 가스)가 밀봉되고, 이 압축 가스(34)에 의해 피스톤부(32)가 위쪽으로 가압되어 있다. 여기에서, 실린더 본체(31)는 주축(2)과 거의 동일한 직경으로 구성되어 있기 때문에, 가스 스프링(30)이 주축(2)에 내장되어 있는 경우와 비교하여, 실린더 본체(34)의 내부에 형성된 가스 작동실(33)의 직경을 크게 할 수 있고, 실린더 본체(31)의 상하 방향의 길이를 짧게 하여 주축 유닛(1)의 전체 길이도 짧게 할 수 있다. 또, 피스톤부(32)에 있어서의 가스압의 수압 면적도 크게 할 수 있으므로, 압축 가스(34)의 가스압을 다소 낮게 해도, 공구(5)를 확실하게 고정하기 위해 필요한 가압력을 확보할 수 있고, 가스압을 낮게 함으로써 가스 작동실(33)로부터 압축 가스(34)가 누출되기 어렵게 된다.

이 가스 작동실(33) 내에는, 드로바 연장부(24)와 실린더 본체(31) 사이를 윤활하는 동시에 압축 가스(34)를 실하기 위한 윤활유(37)가 주입되어 있다. 이 윤활유(37)는 드로바 연장부(24)와 삽입 구멍(31b) 사이의 실 부재(36)에 중력 낙하에 의해 자연스럽게 급유되어, 실 부재(36)와 함께 드로바 연장부(24)와 삽입 구멍(31b) 사이를 실한다. 또한, 전술한 바와 같이, 실린더 구멍(31a)이 아래쪽 정 도 소경의 테이퍼형으로 형성되어 있기 때문에, 주축(2)의 고속 회전(예를 들면, 20,000spm 이상) 시에는, 그 고속 회전에 기인하는 원심력에 의해 윤활유(37)가 실린더 구멍(31a)의 내주면에 부착되고, 또한 그 부착된 윤활유(37)가 테이퍼형의 실린더 구멍(31a)에 따라 위쪽으로 이동하여 피스톤부(32)와 실린더 구멍(31a) 사이의 실 부재(35)에 급유되고, 윤활유(37)는 피스톤부(32)와 실린더 본체(31) 사이를 윤활하면서, 실 부재(35)와 함께 피스톤부(32)와 실린더 본체(31) 사이를 실한다.

다음에, 해제 기구(13)에 대하여 설명한다.

도 1∼도 4에 나타낸 바와 같이, 해제 기구(13)는 가스 스프링(30)의 기단에 상대 회전 가능하게 연결된 유압 실린더(40)를 가지며, 가스 스프링(30)과 유압 실린더(40)는 주축 유닛(1)에의 조립 전에 미리 조립 가능한 1개의 유닛으로 구성되어 있다. 유압 실린더(40)는 실린더 본체(41)와, 드로바 연장부(24)의 피스톤부(32)보다 위쪽 부분에 슬라이드 이동 가능하게 밖에서 끼운 통형의 피스톤 부재(42)로서, 실린더 본체(41) 내부의 실린더 구멍(41a)에 슬라이드 이동 가능하게 장착된 피스톤부(42a)를 가지는 피스톤 부재(42)와, 피스톤부(42a)를 아래쪽으로 구동하는 오일실(43) 등을 구비하고 있다.

실린더 본체(41)는 둘레 방향으로 분할된 복수개의 연결 분할체(44)에 의해, 가스 스프링(30)의 실린더 본체(31) 기단에 상대 회전 가능하게 연결되어 있다. 즉, 가스 스프링(30)은 주축(2)과 일체적으로 회전하지만, 유압 실린더(40)는 회전하지 않도록 구성되어 있다. 실린더 본체의 상단부에는, 오일실(43)에 유압을 공급하기 위한 유압 공급구(41b)가 형성되어 있다. 또한, 실린더 본체(41)의 상단부 에는, 공구(5)의 고정 상태 및 고정 해제 상태에서의 드로바(11)의 위치를 검출하기 위한 위치 검출 스위치(45)가 설치되어 있고, 한편, 드로바 연장부(24)에는 위치 검출 스위치(45)로 검출되는 피검출체(46)가 설치되어 있다.

통형의 피스톤 부재(42)는 드로바 연장부(24)에 대하여 상하 슬라이드 이동 가능하며 또한 회전 슬라이드 이동 가능하게 밖에서 끼워져 있다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 가스 스프링(30)의 피스톤부(32)가 상한(上限) 위치에 있고, 공구(5)가 공구 지지부(2a)에 고정되어 있는 상태에서는, 피스톤 부재(42)의 하단은 피스톤부(32)의 상단으로부터 떨어져 있다. 피스톤 부재(42)의 하단에는, 도시 밖의 컨트롤 유닛과 전기적으로 접속된 로드 셀(47)(가압력 검출 수단)이 설치되어 있고, 유압 실린더(40)로 드로바 연장부(24)를 고정 해제측으로 구동할 때 피스톤 부재(42)가 아래쪽으로 구동되면, 도 4에 나타낸 바와 같이, 로드 셀(47)에 피스톤부(32)의 상단이 접촉하고, 로드 셀(47)에 의해 가스 스프링(30)의 가압력이 검출된다.

피스톤부(42a)의 위쪽에는, 오일실(43)이 형성되어 있고, 도시 밖의 유압 공급원으로부터 오일실(43)에 유압이 공급되면, 피스톤부(42a)가 아래쪽으로 구동되어, 피스톤 부재(42)의 하단이 가스 스프링(30)의 피스톤부(32) 상단에 맞닿아, 피스톤부(32)도 압축 가스(34)의 가압력에 대항하여 아래쪽으로 구동된다. 한편, 피스톤부(42a)의 아래쪽에는, 에어실(48)이 형성되어 있고, 이 에어실(48)은 비교적 저압의 가압 에어가 충전된 도시 밖의 에어 어큐뮬레이터와 접속되어 있다. 따라서, 오일실(43)에 유압이 공급되어 있지 않은 상태(공구 고정 상태)에서는, 피스톤부(42a)는 에어실(48) 내의 가압 에어에 의해 위쪽으로 가압되고 있어, 가스 스프 링(30)이 주축(2)과 일체적으로 회전할 때, 피스톤부(32)와 피스톤 부재(42)가 접촉하지 않도록 구성되어 있다.

다음에, 공구 고정 장치(4)의 작용에 대하여 설명한다.

먼저, 도 1에 나타낸 바와 같이, 가스 작동실(33) 내의 압축 가스(34)의 가압력에 의해 드로바(11)가 위쪽으로 가압되어 공구(5)가 공구 지지부(2a)에 고정된 상태에서, 유압 실린더(40)의 오일실(43)에 유압을 공급하면, 유압 실린더(40)의 피스톤 부재(42)가 아래쪽으로 구동되고, 또한 피스톤 부재(42)가 가스 스프링(30)의 피스톤부(32)에 로드 셀(47)을 통해 맞닿고, 압축 가스(34)의 가압력에 대항하여, 피스톤 부재(42) 및 피스톤부(32)가 일체적으로 아래쪽으로 구동되어, 드로바(11)가 아래쪽으로 이동한다. 그러면, 콜릿 척(10)도 아래쪽으로 이동하여 콜릿 분할체(10a)가 개방 상태로 되어, 공구 지지부(2a)에서의 공구(5)의 고정이 해제된다(도 2 참조). 이 때, 로드 셀(47)에 의해, 가스 스프링(30)의 가압력을 검출할 수 있으므로, 가스 작동실(33) 내의 가스압 상태를 검지할 수 있다.

다음에, 자동 공구 교환 장치에 의해 다른 공구(5)를 공구 지지부(2a)에 장착한 후, 오일실(43)의 유압을 배출하면, 가스 스프링(30)의 피스톤부(32)가 압축 가스(34)의 가압력에 의해 위쪽으로 이동하고, 드로바(11) 및 콜릿 척(10)도 위쪽으로 이동하여 콜릿 분할체(10a)에 의해 공구(5)의 피걸어맞춤부(5c)가 파지되고, 또한 드로바(11)가 위쪽으로 이동함으로써, 공구(5)가 공구 지지부(2a)에 견고하게 고정된다.

이 상태에서, 피가공물에 대한 기계 가공을 행하기 위해 주축(2)이 고속 회 전하면, 가스 작동실(33) 내의 윤활유(37)가 원심력에 의해 실린더 구멍(31a)의 내주면에 부착되고, 또한 아래쪽 정도 테이퍼형으로 형성된 실린더 구멍(31)에 따라 윤활유(37)가 위쪽으로 이동하기 때문에, 윤활유(37)가 피스톤부와 실린더 부재 사이의 실 부재(35)에 공급되고, 실 부재(35)와 윤활유(37)에 의해 피스톤부(32)와 실린더 본체(31) 사이가 확실하게 실된다. 한편, 삽입 구멍(31b)과 드로바 연장부(24) 사이의 실 부재(36)에도 윤활유(37)가 중력 낙하에 의해 자연스럽게 공급되고 있어, 삽입 구멍(31b)에서도 드로바 연장부(24)와 실린더 본체(31) 사이가 확실하게 실된다. 그리고, 윤활유(37)는 상당한 점성을 가지며, 또한 일단 실린더 구멍(31a)과 피스톤부(32) 사이에 윤활유(37)가 공급되면, 이 윤활유(37)는 실 부재(35)와 함께 가스 작동실(33) 내의 압축 가스(34)에 의해 위쪽으로 가압되기 때문에, 실린더 구멍(31a)과 피스톤부(32) 사이의 윤활유(37)는 아래쪽으로 낙하하기 어려워져, 주축(2)의 정지 중이라도 실 부재(35)에서의 실 성능은 거의 저하되지 않는다.

이상 설명한 공구 고정 장치(4)에 의하면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

유압 실린더(40)를 가스 스프링(30)의 기단에 상대 회전 가능하게 연결하고, 주축 유닛(1)에의 조립 전에 미리 조립 가능한 1개의 유닛으로 구성하였으므로, 가압 기구(12) 및 해제 기구(13)를 컴팩트하게 구성할 수 있고, 이들 가압 기구(12) 및 해제 기구(13)를 주축 유닛(1)에 조립하는 것이 용이하게 된다.

가스 작동실(33) 내에는, 드로바 연장부(24)와 실린더 본체(31) 사이를 윤활 하는 동시에 압축 가스(34)를 실하기 위한 윤활유(37)가 주입되고, 또한 실린더 구멍(31a)이 아래쪽 정도 소경의 테이퍼형으로 형성되어 있기 때문에, 주축(2)의 고속 회전에 기인하는 원심력에 의해 실린더 구멍(31a)의 내주면에 부착된 윤활유(37)가 테이퍼형 실린더 구멍(31a)에 따라 실 부재(35)에 공급된다. 따라서, 주축(2)이 회전할 때마다 윤활유(37)가 실 부재(35)에 공급되기 때문에, 실 부재(35)와 윤활유(37)에 의해 피스톤부(32)와 실린더 본체(31) 사이를 확실하게 실링할 수 있고, 실 부재의 마모나 변형도 억제되기 때문에 실 부재(35)의 수명이 길어지므로, 가스 작동실(33)로부터의 압축 가스(34)의 누출을 장기간에 걸쳐 방지할 수 있어, 압축 가스(34)를 보충하는 빈도도 적어진다.

실린더 본체(31)는 주축(2)과 거의 동일한 직경으로 구성되어 있기 때문에, 실린더 본체(31)의 내부에 형성된 가스 작동실(33)의 직경을 크게 할 수 있고, 실린더 본체(31)의 상하 방향의 길이를 짧게 하여 주축 유닛(1) 전체의 길이도 짧게 할 수 있다. 또, 압축 가스(34)의 가압력이 작용하는 피스톤부(32)의 수압 면적도 크게 할 수 있으므로, 압축 가스(34)의 가스압을 다소 낮게 해도, 공구(5)를 확실하게 고정하기 위해 필요한 가압력을 확보할 수 있고, 가스압을 낮게 함으로써 가스 작동실(33)로부터 압축 가스(34)가 누출되기 어렵게 된다.

공구(5)의 고정을 해제하기 위해, 유압 실린더(40)로 드로바 연장부(24)를 고정 해제측으로 구동할 때마다, 로드 셀(47)에 의해 가스 스프링(30)의 가압력을 검출할 수 있기 때문에, 압축 가스(34)가 누출되어 가압력이 저하되어 있지 않은지 여부를 정기적으로 체크할 수 있어, 가압력이 저하되어 있는 상태에서 기계 가공을 실행하여 버리는 것을 막을 수 있다.

다음에, 상기 실시예에 여러 가지 변경을 가한 변경 형태에 대하여 설명한다. 단, 상기 실시예와 동일 구성을 가지는 것에 대해서는 동일 부호를 붙이고, 적당히 그 설명을 생략한다.

1］도 5에 나타낸 바와 같이, 공구 고정 장치(4A)에서, 가압 기구(12A)의 가스 스프링(30A)의 실린더 본체(31A) 외주부에 방열용 핀(50)을 형성해도 된다. 이와 같이 가스 스프링(30A)으로부터의 방열을 촉진하도록 구성함으로써, 기계 가공 시에 생긴 열에 기인하는 압축 가스(34)의 열 팽창에 의해, 가스압이 과잉으로 상승하여 압축 가스(34)의 누출량이 증가하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 윤활유(37)의 온도 상승에 의한 윤활유(37)의 점도 저하를 억제하여, 윤활유(37)의 윤활 성능 및 실 성능이 저하되는 것을 크게 억제할 수도 있다.

2］보다 큰 가압력을 가스 스프링(30)으로 발생시킬 필요가 있는 경우에는, 실린더 본체(31)를 주축(2)보다 대경으로 구성할 수도 있다. 즉, 공구(5)를 공구 지지부(2a)에 확실하게 고정하는 데 필요한 가압력과 밀봉되는 압축 가스(34)의 가스압에 따라, 실린더 본체(31)의 직경을 적당히 변경할 수 있다.

3］유압 실린더(40)의 에어실(48)에 가압 에어를 공급하는 대신, 코일 스프링 등의 가압 부재를 설치하고, 이 가압 부재의 가압력에 의해 피스톤 부재(42)를 위쪽으로 가압하여, 주축(2)의 회전 중에 피스톤 부재(42)가 가스 스프링(30)의 피스톤부(32)에 맞닿지 않도록 구성해도 된다. 물론, 유압을 공급하여 유압에 의해 피스톤 부재(42)를 위쪽으로 구동하도록 해도 된다.

4］상기 실시예는 스탠드형 머시닝 센터의 주축 유닛(1)에 본 발명을 적용한 것이지만, 물론, 횡형 머시닝 센터의 주축 유닛(1)에도 본 발명을 적용할 수 있다. 이 경우에도, 실린더 구멍(31a)이 주축측 정도 소경의 테이퍼형으로 형성되어 있기 때문에, 주축(2) 및 실린더 본체(31)의 회전 중에 가스 작동실(33) 내의 윤활유(37)가 피스톤부(32)와 실린더 본체(31) 사이의 실 부재(35)에 급유되어, 실 부재(35)와 윤활유(37)에 의해 피스톤부(32)와 실린더 본체(31) 사이를 확실하게 실링할 수 있다.

다음에, 본 발명의 다른 실시예에 대하여 설명한다.

도 6에 나타낸 바와 같이, 공구 고정 장치(4B)는 공구의 기단부에 연결 가능한 드로바(11B)와, 이 드로바(11B)를 위쪽(공구 고정측)으로 가압하는 가압 기구(12B)와, 이 가압 기구(12B)의 가압력에 대항하여 드로바(11B)를 아래쪽(해제 고정측)으로 구동 가능한 구동 기구(13B)를 가진다. 드로바(11B)의 기단측 부분에는, 주축(2B) 기단의 단면 밖으로 연장되는 드로바 연장부(60)가 형성되어 있다. 가압 기구(12B)는 드로바(11B)를 드로바 연장부(60)에서 아래쪽으로 가압하는 가스 스프링(30B)을 가진다. 구동 기구(13B)는 상기 실시예와 거의 동일한 구성의 유압 실린더(40B)를 가지며, 유압 실린더(40B)는 복수개의 연결 분할체(44B)에 의해, 가스 스프링(30B)의 기단에 상대 회전 가능하게 연결되며, 가스 스프링(30B)과 유압 실린더(40B)는 하나의 유닛으로 구성되어 있다.

가스 스프링(30B)은 드로바 연장부(60)에 밖에서 끼워지고 또한 주축(2B)의 기단에 일체 회전하도록 고정적으로 연결된 실린더 본체(31B)와, 실린더 본체(31B) 내에 형성된 실린더 구멍(61)과, 드로바 연장부(60)의 길이 방향 도중부에 일체적으로 형성되고 실린더 구멍(61)에 소정 스트로크 이동 가능하게 장착된 피스톤부(32B)와, 실린더 구멍(61) 중의 피스톤부(32B)에 대하여 아래쪽(주축측)에 형성되고 압축 가스(34)가 밀봉된 가스 작동실(33B)과, 이 가스 작동실(34B) 내에 장착되고 피스톤부(32B)를 아래쪽으로 가압하는 코일 스프링(62)(가압 부재)을 구비하고 있다.

상기 실시예와 동일하게, 실린더 구멍(61)은 아래쪽 정도 소경의 테이퍼형으로 형성되어 있고, 실린더 구멍(61)과 피스톤부(32B) 사이, 및 드로바 연장부(60)가 삽입되는 삽입 구멍(63)과 드로바 연장부(60) 사이에는, 실 부재(35B, 36B)가 각각 장착되어 있다. 또한, 가스 작동실(33B) 내에는 윤활유(37)도 주입되어 있다. 코일 스프링(62)은 가스 작동실(33B) 내에서 드로바 연장부(60)에 외장(外裝)되어 있고, 피스톤부(32B)의 하단부에 형성된 환형의 스프링 받이부(64)에 맞닿아 피스톤부(32B)를 위쪽으로 가압하고 있다.

즉, 드로바 연장부(60)는 가스 작동실(33B) 내의 압축 가스(34)의 가압력과, 코일 스프링(62)의 가압력에 의해 위쪽으로 가압되어 있다. 따라서, 가스 작동실(33B) 내의 가스압을 비교적 낮게 해도 공구를 확실하게 고정하기 위한 가압력을 확보할 수 있으므로, 압축 가스(34)가 누출되기 어렵게 된다. 또, 만일, 압축 가스(34)가 누출되어 압축 가스(34)에 의한 가압력이 저하되어도, 코일 스프링(62)의 가압력에 의해 공구의 고정 상태는 유지되므로, 기계 가공 중 등에 공구가 주축(2B)으로부터 벗어나 버리는 일은 없다.

그리고, 코일 스프링(62)의 수는 하나로 한정되지 않고, 공구를 확실하게 고정하는 데 필요한 가압력에 따라 적당히 코일 스프링(62)의 수를 변경할 수 있다. 또한, 코일 스프링(62) 대신 접시 스프링 등 다른 가압 부재를 사용할 수도 있다.

본 발명은 이상 설명한 실시예에 한정되지 않고, 당업자라면, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서, 이들 형태에 여러 가지 변경을 부가하여 실시할 수 있으며, 이러한 것도 본 발명에 포함된다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 가스 스프링과 고정 해제용 유체압 실린더를 연결하여 컴팩트하게 구성하고 그들의 주축 유닛에의 조립을 용이하게 하는 것, 압축 가스의 누출을 크게 억제하여 가스 스프링의 가압력 저하를 장기간에 걸쳐 억제하는 것, 가스 스프링으로부터의 방열을 촉진하는 것 등이다.

Claims (10)

1. 공작 기계의 주축(主軸) 선단측 부분에 장착되는 공구를 고정 해제 가능하게 고정하기 위한 공구 고정 장치로서, 상기 공구의 기단부(基端部)에 연결 가능한 드로바(draw-bar)와, 상기 드로바를 공구 고정측으로 가압하는 가압 수단과, 상기 가압 수단의 가압력에 대항하여 상기 드로바를 고정 해제측으로 구동 가능한 해제 수단을 구비한 공구 고정 장치에 있어서,

   상기 드로바의 기단측 부분에 주축 기단의 단면(端面) 밖으로 연장되는 드로바 연장부가 형성되고,

   상기 가압 수단은, 상기 주축의 기단에 일체(一體) 회전하도록 연결되어 상기 드로바를 상기 드로바 연장부에서 상기 공구 고정측으로 가압하는 가스 스프링을 구비하며,

   상기 해제 수단은, 상기 드로바를 상기 드로바 연장부에서 상기 고정 해제측으로 구동 가능한 유체압(流體壓) 실린더로서, 상기 가스 스프링의 기단에 연결된 유체압 실린더를 구비한 것을 특징으로 하는 공작 기계 주축의 공구 고정 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 가스 스프링과 상기 유체압 실린더는, 상대적으로 회전 가능하게 연결된 것을 특징으로 하는 공작 기계 주축의 공구 고정 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 가스 스프링은, 상기 드로바 연장부에 외측으로부터 끼워지고 또한 주축의 기단에 일체 회전하도록 연결된 실린더 본체와, 상기 실린더 본체 내에 형성된 실린더 구멍과, 상기 드로바 연장부의 길이 방향 도중부에 일체적으로 설치되고 상기 실린더 구멍에 소정 스트로크 이동 가능하게 장착된 피스톤부와, 상기 실린더 구멍 중의 상기 피스톤부에 대하여 주축측에 형성되고 압축 가스가 밀봉된 가스 작동실을 구비한 것을 특징으로 하는 공작 기계 주축의 공구 고정 장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 실린더 구멍은, 주축측 정도 소경(小徑)의 테이퍼형으로 형성된 것을 특징으로 하는 공작 기계 주축의 공구 고정 장치.
5. 제3항에 있어서,

   상기 가스 스프링은, 가스 작동실 내에 장착되어 상기 피스톤부를 공구 고정측으로 가압하는 가압 부재를 구비한 것을 특징으로 하는 공작 기계 주축의 공구 고정 장치.
6. 제3항에 있어서,

   상기 실린더 본체는, 주축과 대략 동일 직경 또는 주축보다 대경(大徑)으로 구성된 것을 특징으로 하는 공작 기계 주축의 공구 고정 장치.
7. 제3항에 있어서,

   상기 가스 스프링은, 상기 피스톤부와 실린더 본체 사이를 실링하는 실 부재와, 상기 피스톤부와 상기 실린더 본체 사이를 윤활하고, 압축 가스를 실링하기 위한 윤활유를 구비한 것을 특징으로 하는 공작 기계 주축의 공구 고정 장치.
8. 제3항에 있어서,

   상기 실린더 본체는, 가스 작동실에 압축 가스 및 윤활유를 충전하기 위한 충전 포트를 구비한 것을 특징으로 하는 공작 기계 주축의 공구 고정 장치.
9. 제3항에 있어서,

   상기 실린더 본체의 외주부에는, 방열용 핀이 설치된 것을 특징으로 하는 공작 기계 주축의 공구 고정 장치.
10. 제3항에 있어서,

    상기 유체압 실린더에는, 상기 드로바 연장부를 고정 해제측으로 구동할 때 상기 가스 스프링의 가압력을 검출하는 가압력 검출 수단이 설치된 것을 특징으로 하는 공작 기계 주축의 공구 고정 장치.

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