KR20080078556A

KR20080078556A - 공구 홀더용 또는 워크피스 척킹 장치용 클러치 장치

Info

Publication number: KR20080078556A
Application number: KR1020080015159A
Authority: KR
Inventors: 만프레트 노이메이어
Original assignee: 이에스에이 에핑어 게엠베하
Priority date: 2007-02-23
Filing date: 2008-02-20
Publication date: 2008-08-27
Also published as: JP2008207329A; DE102007008837A1; JP5015823B2; US20080203682A1; US7913595B2; EP1961515A1; EP1961515B1; KR100998168B1; EP1961515B2

Abstract

공구 홀더용 또는 공구 척킹 장치용 또는 워크피스 척킹 장치용 클러치 장치는 구동샤프트와 동축방향인 척킹 장치 또는 공구 홀더의 스핀들을 포함하는 구동 샤프트의 해제가능한 형태 끼워맞춤 결합(form-fitting engagement)을 위해 사용된다. 구동 샤프트와 스핀들이 개별 도그 요소를 지지함으로써, 상기 구동 샤프트와 스핀들 사이의 정렬 에러를 보정하고 구동 샤프트 및 스핀들 사이에서 제한 방식으로 이동할 수 있는 클러치 요소가 두 도그 요소들 사이에 배열된다. 상기 클러치 요소는 구동 샤프트 및 스핀들의 도그 요소들과 형태 끼워맞춤 방식으로 결합된다.

공구 홀더, 공구 척킹 장치, 클러치 장치, 구동샤프트, 스핀들, 클러치 요소

Description

공구 홀더용 또는 워크피스 척킹 장치용 클러치 장치{Clutch device for tool holders or for workpiece chucking devices}

본 발명은 스핀들과 구동원이 동축방향에 있음으로써 구동 샤프트와 스핀들이 개별 도그 요소(dog element)를 지지하는, 관련된 구동원의 구동 샤프트와 워크피스 척킹 장치용 공구 홀더(tool holder)의 스핀들과의 해제가능한 형태 끼워맞춤 결합(form-fitting engagement)을 위한 공구 홀더용 또는 워크피스 척킹 장치용 클러치 장치에 관한 것이다.

예를 들어, 공구 지지용의 적당한 용기에 삽입될 설치 공구용으로 사용되는 척(chuck) 형태 및 그 유사물의 형태 뿐 아니라, 선반 공구, 드릴 공구, 밀링 공구 또는 기타 공구들의 적응(accommodation)을 위한 공구 홀더가 공구 터릿 디스크(turret disk) 등의 형태의 가동 공구 마운트를 갖는 CNC 제어 선반 또는 선반 중심부에 사용된다. 공구 홀더 또는 공구 척킹 장치 또는 워크피스 척킹 장치는 자체 구동부를 갖지 않으며, 스핀들이 공구 마운트와 연관된 구동원의 구동 샤프트를 갖는 상호보완형 도그 요소를 통해서 형태 끼워맞춤 방식으로 결합되어 있다. 각각 자체 구동 샤프트와 결합됨으로써 모든 구동 샤프트들이 톱니형 기어를 통해 서 하나의 구동원에 의해서 구동되는, 공구 홀더용 또는 척킹 장치용의 다수의 용기가 원주 상에 또는 그 평탄 측부 상에 제공되는 터릿 디스크가 있다. 그러나, 현대식 CNC 제어 선반 또는 선반 중심부에는, 대부분의 경우에 회전 디스크가 사용되고, 상기 터릿 디스크는 터릿 디스크가 각각의 기계 가공 동작을 위해서 배치될 때, 공구 홀더용 또는 척킹 장치용의 스핀들과 자동 결합되는 단일 구동 샤프트를 갖는 고정식 구동원을 포함한다. 이것은 기계가공 동작과 관련되지 않는 나머지 공구 홀더 및 척킹 장치가 중지하는 동안, 기계가공 동작에 관련된 각 척킹 장치 또는 단지 공구 홀더 만이 구동된다는 장점을 제공한다.

클러치 동작은 독일 표준규격 DIN 1809(원통형 샤프트를 갖는 공구 상의 도그)에 의해서 규정된 바와 같이, 단지 구동 샤프트에서 스핀들로 토크를 전달하는 원리에 기초한다. 표준화되고, 필수적으로 스트립형인 도그가 구동 샤프트 또는 공구 홀더의 스핀들 또는 척킹 장치의 스핀들 상의 전방부에 배열되고, 구동 샤프트 또는 스핀들 상의 상보보완형 도그 요소로 제공되는 키이홈(keyway)과 결합한다. 상기 공지되고 확립된 클러치 시스템의 특별한 장점은 구동 샤프트와 스핀들 사이의 클러치 동작이 공구 마운트 즉, 예를 들어, 터릿 디스크의 위치설정과 동시에 실행된다는 점에 있다. 클러치 동작 이전 및 클러치 동작 동안, 키이홈 뿐 만아니라, 도그는 각도 위치에서 유지되어야 하므로, 서로에 대해서 가능하면 양호하게 정렬되어서 도그가 키이홈에 삽입될 수 있게 한다. 이것을 어려움 없이 달성하기 위하여 그리고 허용오차를 조정하기 위하여, 도그와 키이홈의 벽들 사이에는 어떤 유극(play)이 있어야 한다.

독일 특허 199 40 330 C2 호는 공구 마운트의 용기에 삽입하기 위한 공구 홀더를 포함하는 공구 척킹 장치를 공개하고 있으며, 이 경우에 공구 지지부 상에 방해되거나 또는 과도하게 복잡한 조치 없이 그리고 바람직하지 않은 큰 작동 노력 없이 공구 지지부에 대해서 공구 홀더 위치의 좁은 허용오차 고정을 보장할 수 있게 하는 특수한 조치가 제공된다. 이 조치에도 불구하고, 단단한 금속 공구가 사용될 수 때 요구되는 특히, 공구 홀더의 스핀들의 고속 회전속도(분당 4000 회전 이상)에서, 진동 현상이 발생할 수 있으며, 이 진동 현상은 절단 공구의 서비스 수명 및 기계가공에서 바람직하지 않은 영향을 미치는 것으로 확인되었다.

본 발명의 목적은 이러한 단점을 간단한 방식으로 개선하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 클러치 장치는 특허청구범위 제 1 항에 규정된 형태를 가진다.

이것을 고려하면, 본 발명은 상기 바람직하지 않은 현상이 대체로 공구 홀더 또는 척킹 장치의 스핀들과 구동 샤프트 사이의 실제 최소 정렬 에러에 기인하며, 이것은 본질적으로 견고하게 설치된 고정식 구동 유닛의 구동 샤프트와, 각 작동 위치로 이동하는 공구 홀더의 스핀들 사이의 클러칭 지점에서 도그와 키이홈 사이의 상대적으로 상당히 큰 유극을 필요로 한다는 생각에 기초한다. 본 발명에 따라서, 클러치 요소는 두 개의 도그 요소 즉, 예를 들어, 각 공구 홀더 또는 척킹 장치의 스핀들의 도그 요소와 구동 샤프트의 키이홈 또는 도그 요소 사이에 자유롭게(loosely) 배열되고, 상기 클러치 요소는 구동 샤프트와 스핀들 사이의 정렬 에러를 보정하고 두 개의 도그 요소들과 형태 끼워맞춤 결합한다.

적당한 실시예에 있어서, 클러치 요소는 상기 클러치 요소가 분실(loss)되지 않는 방식으로 구동 샤프트 및/또는 스핀들 상에 고정되고 도그와 키이홈 사이의 클러치 지점에서 최소 유극(0.02mm 이하)을 허용하고, 또한 -공구 지지부 즉, 터릿 디스크의 공구 마운트 용기에 작용하는 제한된 공간 조건에도 불구하고- 공구 마운트 상에 위치한 척킹 장치 또는 공구 홀더의 스핀들 즉, 클러치 계면과 각각 피봇 또는 이동하여 결합하는 스핀들과 구동 샤프트 사이의 정렬 에러가 보정되거나 또는 무해하게 될 수 있다는 사실을 허용한다.

상기 공구 홀더는 독일 표준규격 DIN 69880에 의해서 규정된 원통형 샤프트 를 갖는 공구 홀더를 포함하며, 본 발명은 그에 국한되지 않는다. 본 발명은 공구 마운트 부착용 또는 일반적으로 공구 마운트에 설치될 수 있는 임의의 유형의 공구 홀더 및 공구 척킹 장치 및 워크피스 척킹 장치 부착용의 설치 플랜지를 포함하는 공구 홀더에 적용될 수 있다. 본 발명의 관점에서 공구 마운트는 현재 점차 사용이 증가하는 선형 방식으로 전진하는 공구 마운트 뿐 아니라 터릿 디스크 및 터릿 드럼을 포함한다. 일반적으로, 본 발명에 따른 클러치 장치는 제한된 공간 조건에서 작은 정렬 에러 즉, 공구 척킹 장치 또는 워크피스 척킹 장치의 스핀들과 공구 샤프트 사이의 클러칭 지점에서 발생하는 정렬 에러를 보정하는 것이 중요한 임의의 시스템에 적용될 수 있다.

본 발명에 따른 클러치 장치의 추가 형태 및 장점들은 종속항의 주요 문제이다.

도면들은 본 발명의 목적의 예시적인 실시예를 도시한다.

본 발명에 따른 공구 홀더용 또는 워크피스 척킹 장치용 클러치 장치는 단단한 금속 공구가 사용될 수 때 요구되는 특히, 공구 홀더의 스핀들의 고속 회전속도(분당 4000 회전 이상)에서의 진동 현상으로 인하여 발생하는 문제점 즉, 절단 공구의 서비스 수명 및 기계가공에서 바람직하지 않은 영향 등을 간단한 방식으로 해소할 수 있다.

도 1은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 몇개의 선반의 필수 부품만을 도시하는 개략도이다.

작동 스핀들(2)은 회전가능하도록 스핀들 헤드(1)에 지지되고, 또한 상기 작동 스핀들(2)은 가공될 워크피스(4)가 설치되는 척(3)을 지지함으로써, 상기 워크피스가 화살표(6)에 의해서 표시된 바와 같이 회전축(5) 주위에서 회전할 수 있다.

지지부(7)는 상세하게 도시되지 않은 기계 프레임 상의 스핀들 헤드(1) 옆에 배열되고, 스타 터릿 디스크(star turret disk)로 구성되는 공구 마운트(9)를 지지하며, 상기 터릿 디스크는 X 및 Y 방향으로 상기 지지부에 의해서 이동할 수 있다. 스타 터릿 디스크(10)는 그 원주면 상에서, 고정식 공구 또는 회전식 공구용 공구 홀더, 공구 척킹 장치 또는 워크피스 척킹 장치 등의 적응을 위한 것으로서 축(8)에 대해서 필수적으로 반경방향으로 연장되는 동일한 용기(11)를 구비한다. 도 2는 피동 공구(13)를 각각 유지하는 단지 두개의 공구 홀더(12)만을 도시하며, 이 경우에 워크피스에 인접한 하부 공구 홀더(12)는 작동 위치에 있다.

도 2 및 도 4에서 특히 명백해지는 바와 같이, 각 공구 홀더(12)는 스타 터릿 디스크(10)의 연관 용기(11)에 상기 공구 홀더를 삽입하는데 사용되는 원통형 샤프트(14)를 구비하며, 상기 공구 홀더는 상기 용기와 정확하게 위치 정렬된다. 상세 구성에 대해서는, 예를 들어, 독일 특허 199 40 330 C2호를 참조하시오. 롤러 베어링(15)에 의해서 원통형 샤프트(14)에 회전가능하게 지지되는 스핀들(16)은 원통형 샤프트(14)를 통해서 연장되고, 상기 스핀들은 공구 홀더(12)에 수용된 기어를 통해서 공구(13)를 구동하기 위해 배치된다.

도 1에 따른 하부 작동 위치에 있는 공구 홀더(12)의 스핀들(16)은 축(8)과 동심으로 배열되고 도 1 및 도 2의 점선으로 개략적으로 표시된 고정식 구동 유닛(17)에 의해서 구동된다. 스핀들(16)에 대한 구동원으로 제공되는 상기 구동 유닛(17)은 고정되어 있으며 롤러 베어링(18)에 회전가능하게 지지되는 구동 샤프트(18)를 포함함으로써, 상기 구동 샤프트는 부호 "20"으로 표시된 베벨 기어(bevel gear)에 의해서 회전할 수 있다.

축(8)에 대해서 회전할 수 있도록 지지되는 터릿 디스크(10)는 공구 홀더(12)가 내부에 삽입된 용기(11)중 각각의 하나가 도 1 및 도 2에 도시된 작동 위치에 배치될 수 있는 방식으로 간헐적으로 전진할 수 있다. 상기 작동 위치에서, 구동 샤프트(19)의 축(21)은 작동 위치에 있는 공구 홀더(12)의 스핀들(16)의 축(22)과 정확하게 정렬됨으로써, 두 축(21,22) 사이의 정렬 에러는 대체로, 예를 들어, 독일 특허 199 40 330 C2에 기재된 바와 같이 공구 마운트(12)를 적당하게 조정함으로써 피할 수 있다.

작동 위치에 있는 공구 홀더(12)의 스핀들(16)은 형태 끼워맞춤 방식으로 구동 유닛(17)의 구동 샤프트(19)와 결합되므로, 워크피스(4)를 가공하기 위해 필요한 토크는 슬립되지 않는 방식으로 구동 샤프트(19)에 의해서 스핀들로 전달된다. 구동 샤프트(19)는 클러칭 지점(23)(도 2)에서 서로 결합할 수 있는 상호보완형 도그 요소들을 통해서 스핀들(16)과 결합되고, 상기 클러칭 지점은 터릿 디스크(10)의 각 용기(11) 내부에 반경방향으로 위치하며, 클러칭 지점의 상세한 구성은 제 1 실시예에 관한 특히 도 4 내지 도 7과, 제 2 실시예에 관한 도 8 내지 도 13에 도 시되어 있다:

클러칭 지점(23)을 향하는 단부에서, 구동 샤프트(19)가 횡방향 연장 키이홈(24)을 구비하고, 상기 홈은 서로 평행하게 연장되는 두개의 평탄한 측방향 벽(25)을 구비한다. 클러치 요소(27)의 스트립형 도그(26)는 최소 유극(약 0.02mm 이하)을 가진 상태에서 키이홈(24)과 결합하고, 상기 클러치 요소는 형태 끼워맞춤 방식으로 공구 홀더(12)의 스핀들(16)과 결합하고 하기 설명될 방식으로 작동 위치에 있는 공구 홀더(12)의 스핀들(16)과 구동 샤프트(19) 사이의 정렬 에러를 보정한다.

작동하는 동안, 작동 위치에 있는 공구 홀더(12)의 스핀들(16)은 구동 샤프트(19)와 비틀림이 없는 방식으로 결합하고, 클러치 요소(27)의 스트립형 도그(26)는, 예를 들어, 도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 구동 샤프트(19)의 키이홈(24)과 결합한다. 각 가공 동작을 종료할 때, 터릿 디스크(10)는 연관 공구(13)와 함께 다른 공구 홀더를 작동 위치로 운반하기 위하여, 상술한 바와 같이, 단계적인 방식으로 회전한다. 이렇게 하기 위하여, 구동 유닛(17)의 구동 샤프트(19)는 키이홈(24)의 측방향 벽(25)들중 하나가 고정식 구동 유닛(17) 상에 제공된 환형 안내면(28)과 정확하게 정렬되는, 도 4에 도시된 각도 위치에서 처음으로 정지한다. 그때 시작되는 터릿 디스크(10)의 전진 동작 동안, 용기(11) 안에 삽입된 다른 공구 홀더(12)의 도그(26) 뿐 아니라, 공구 홀더(12)의 클러치 요소(27)의 도그(26)의 하나의 측방향 표면이 터릿 디스크(10)의 전진 동작이 지속될 때, 상기 공구 홀더를 붙잡는 안내면(28)으로 이동하여서 축(8)에 대한 직각인 평면에서 정 확하게 정렬되고 안내 경로(28)에 의해서 사전결정된다. 안내 경로(28)는 구동 샤프트(19)의 단부 섹션 즉, 키이홈(24)을 구비한 단부 섹션을 수용하기 위하여 구동 샤프트(19)의 영역의 부호 "29"에 중단된다.

지속된 전진 동작 동안, 다음에 이어지는 공구 홀더(12)의 도그(26) 즉 안내 경로(28) 상의 정확한 위치에서 붙잡힌 상기 도그는 스핀들 축(22)과 구동 샤프트 축(21)이 서로 정확하게 정렬될 때까지, 상기 공구 홀더(12)와 정확하게 정렬되는 키이홈(24)에 삽입되므로, 터릿 디스크(10)를 정확하게 위치설정하고 새로운 공구 홀더(12)의 공구(13)가 구동될 수 있게 허용한다.

이것은 별도의 문제로 하고, 공구 홀더(12)의 스핀들(16)이 클러치 요소(27)를 통해서 구동 샤프트(19)와 결합하는 것에 대하여 기술한 방식은 도 3에 표시된 바와 같이 기술한 터릿 디스크(10)와 같은 연관 공구 마운트(9)에 국한되지 않고 선형으로 이동가능한 공구 마운트에 사용될 수 있다. 구동 유닛(17a)은 고정 방식으로 배열된다. 공구 홀더(12)는, 예를 들어, 레일형 공구 마운트(9a)의 적당한 용기(11)에 서로 옆에 삽입되며, 상기 레일형 공구 마운트(9a)는 이중 화살표(30)로 표시한 바와 같이, 각 공구 홀더(12)의 도그(26)가 도 3의 중심에 도시된 작동 위치로 운반되는 방식으로 구동 샤프트(19)에 대한 직각에서 선형 방향으로 주기적으로 이동될 수 있으며, 상기 작동 위치에서, 상기 공구 홀더가 구동 샤프트(19)와 형태 끼워맞춤 방식으로 결합되어 있다.

이중 화살표(30)로 표시된 Y 방향 이외에, 공구 홀더(12)는 공구 마운트(9a)의 캐리지(10a)에 의해서 도 2와 유사한 방식으로 X 방향 및 Z 방향으로 이동할 수 있다.

도 5 내지 도 7은, 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 공구 홀더의 스핀들(16) 및 구동 샤프트(19) 사이의 본 발명의 클러치 장치의 요소들의 제 1 실시예를 도시한다. 도 5에서 명백해지는 바와 같이, 클러치 요소는 중심 종축(31)(도 6 및 도 7)에 대해서 대칭으로 배열되는 스트립형 도그(26)를 일면 상에서 지지하는 필수적으로 원통형 또는 원추형 몸체를 갖는 부분이다. 대체로, 클러치 요소(27)는 강철로 구성되고; 그러나 기본적으로 상기 클러치 요소는 토크 전달 동안 전개된 응력을 지탱할 수 있는 다른 재료, 예를 들어, 플라스틱 재료로 제조될 수도 있다. 또한, 상기 클러치 요소는 다각형 또는 임의의 다른 횡단면 구성을 가질 수 있다. 도그(26)에 대향하는 면으로부터 연장되는 클러치 요소(27)의 보어(32)가 있으며, 상기 보어는 축(31)과 동축방향이고 스핀들(16)의 단부측 원통형 핀(33)의 직경과 일치하는 직경을 가지며, 그러나, 보어(32)와 스핀들 핀(33) 사이에서 어떤 사전결정된 반경방향의 유극이 존재한다. 키이홈(24a)은 보어(32)의 베이스 안으로 가공되고, 상기 키이홈은 한정된 평행 플랭크들이고 스핀들 핀(33)을 향하여 개방되어 있다. 스핀들 핀(33)에 인접하고 축(31)과 대칭이며 기본적으로 클러치 요소(27)의 외면 상의 도그(26)와 유사하게 구성된 스트립형 도그(26)는 키이홈(24a)과 결합한다. 도그(26a)는 키이홈(24a)과 결합하며, 최소의 사전결정된 유극을 나타낸다. 도 7에서 특히 명백해지는 바와 같이, 클러치 요소(27)의 키이홈(26a)과 도그(26)는 90도 만큼 서로에 대해서 회전하므로, 스핀들(16)과 구동 샤프트(19) 사이에는 카르다닉 구성(cardanic arrangement)이 얻어진다. 클러치 요소(27)와 스핀들 핀(33) 사이에는 압축 스프링(34)이 배열되고, 상기 압축 스프링은 도그(26a)의 전방면에서 각각의 키이홈(24a,36)의 바닥 상의 스프링 수용 보어 또는 스프링 안내 보어(35)에서 양 측면 상에 지지된다. 상기 압축 스프링(34)은 클러치 요소(27)를 스핀들 핀(33)에서 멀어지게 밀어내도록 배치된다.

클러치 요소(27)는 분실되지 않는 방식으로 스핀들 핀(33)에 붙잡혀 있다. 이 목적을 위해, 원주방향 홈(37)이 스핀들 핀(33) 안으로 가공되고, 보어(32)의 내벽 상의 원주방향 홈(39)과 동시에 결합하고 원형 횡단면을 갖는 유지링(38)이 상기 홈에 배치되어 있으며, 이 과정에서, 상기 클러치 요소가 분실되지 않도록 스핀들 핀(33) 상의 클러치 요소(27)를 유지한다.

스핀들 핀(33)의 외주 원주방향 영역과 보어(32)의 내벽 사이의 유극 및 원주방향 홈(37,39)의 유지링(38)의 사전결정된 유극으로 인해서, 실제 자유로운(loose) (즉, 스핀들(16) 및 구동 샤프트(19)에 대해서 제한 방식으로 이동할 수 있는), 클러치 요소(27)는 회전 동작 동안 스핀들(16)과 구동 샤프트(19) 사이의 정렬 에러를 보정할 수 있다. 압축 스프링(34)은 클러치 요소(27)를 축방향으로 스핀들 핀(33)에 대해서 편향시키고 따라서 클러치 요소(27)를 스핀들 핀(33)에 대해서 안정화시킨다. 동시에, 스핀들 핀(33)에 대해서 클러치 요소(27)의 최소 반경방향 동작과 조합된 압축 스프링(34)은 공구 마운트(9,9a)의 위치설정 동작 동안 도그(26)의 평탄 측면중 하나가 안내면(28)(도 4)을 향한 임의의 스프링 편향에서 하향 가압된 상태로 붙잡힌다. 이 과정에서, 도그(26)가 키이홈(24) 안으로 이동할 때, 상기 키이홈(24)과 완벽하게 정렬된 상태에서 붙잡히기 때문에 도그(26)와 키이홈(24a) 사이의 최소 유극이 사용될 수 있다.

도 6 및 도 7을 참조하여 기술된 예시적인 실시예를 고려하면, 클러치 요소(27)의 도그(26) 및 키이홈(24)은 서로 결합하는 제 1 상호보완형 클러치 요소들을 형성하고, 스핀들 핀(33)의 도그(26a) 및 클러치 요소(27)의 키이홈(24a)은 제 1 도그 요소들과 실질적으로 동일 구성을 가지는 제 2 도그 요소들을 형성한다. 그러나, 원리에 있어서, 제 2 도그(24a,26a)는 상술한 바와 같이, 제 1 도그(24,26)와 다른 구성을 가질 수 있으며; 상술한 바와 같이 정렬 에러의 보정 효과를 생성하는 스핀들(16) 및 클러치 요소(27) 사이의 형태 끼워맞춤 결합만을 형성할 필요가 있다. 따라서, 예를 들어, 스핀들 핀(33)의 횡단면을 다각형으로 만들고 보어(32)를 대응하는 다각형으로 만드는 것을 예상할 수 있다.

제 2 도그 요소들의 다른 상기 실시예는 도 8 내지 도 13에 도시되어 있으며: 원통형 스핀들 핀(33)의 외측은, 예를 들어, 필수적으로 사다리꼴 횡단면 구성을 갖는 치형체를 구비한 축평행 스플라인 톱니부(40)를 구비함으로써, 상기 스플라인 톱니부는 클러치 요소(27)의 보어(32)의 내벽 상에 제공된 대응 축평행 스플라인 톱니부(41)와 맞물린다. 스플라인 톱니부(41)의 내부 스플라인의 내경에는, 환형홈(39)이 있으며, 상기 환형홈에서 유지링(38)이 결합하고, 상기 유지링(38)은 스플라인 핀(33a)의 원주방향 홈(37)과 동시에 결합하며 따라서 상기 클러치 요소가 분실되지 않는 방식으로, 스플라인 핀(33a)의 클러치 요소(27)를 붙잡는다. 특히, 도 10에 따른 확대도에서 명확해지는 바와 같이, 클러치 요소(27)는 키이홈(24)의 방향으로 압축 스프링(34)에 의해서 밀쳐짐으로써, 유지링(38)은 원주방 향 홈(37)의 반경방향의 평탄면(42)에 대해서 가압된다. 원주방향 홈(37)은 유지링(38)의 직경 보다 큰 폭을 가지므로, 클러치 요소(27)는 도 6 및 도 7에 따른 예시적인 실시예와 동일한 방식으로 상기 경우에 같이, 압축 스프링(34)의 편향력에 대항하여 스플라인 핀(33a)에 대해서 제한된 축방향 동작을 발휘한다. 유지링(38)은 교대로 외측을 향하여 반경방향의 편향상태로 붙잡히고 원주방향 홈(39)에 의해서 제자리에서 반경방향으로 고정되므로, 상기 링은 동작 동안 발생하는 원심력의 결과로 개방될 수 없다.

특정 맞물림 유극 (t)은 맞물림 스플라인 톱니부(40,41) 사이에서 존재하고, 더욱 양호한 설명을 위해서 도 9 및 도 10에 확대 도시된다.

구동 샤프트(19)에서 스핀들(16)로 토크가 전달되는 동안, 톱니부(41)의 톱니 플랭크(44)에 대한 톱니부(40)의 플랭크의 일측 접촉은 회전 방향의 작용으로 발생한다. 톱니 플랭크의 상기 일측 접촉은 클러치 요소(27)의 자가 중심맞춤과 공통 축방향 중심 위치에서 클러치 요소(27)의 휘어짐에 대한 반작용을 유발한다. 이 과정에서, 최대 축 오프셋 또는 반경방향의 휘어짐은 사전결정된 톱니부 유극(t)에 의해서 제한된다. 도 9는 도그(26)에 대해 횡방향으로 스플라인 핀(33a)을 향한 클러치 요소(27)의 휘어짐을 도시하고, 상기 도그는 상기 방향에서 다른 방안으로 결합 홈의 최소 유극으로 인해서 정렬 에러를 보정할 수 있을 만큼 충분히 부응(yield)할 수 없다.

도 10에서 명백해지고 상기 기술된 바와 같이, 원주방향 홈(37)이 반경방향으로 깊어지고 유지링(38) 보다 축방향으로 넓어지기 때문에, 사전결정된 톱니부 유극(t) 내의 클러치 요소(27)의 각도 변화 또는 위치 변화는 감소되지 않았으므로, 도 10의 부호 "45"에서 표시된 바와 같이, 도그(26)에 대하여 횡방향인 스핀들 축(22)에 대한 구동 샤프트(19)의 축(21)의 축방향 오프셋이 톱니부 유극(t) 내에서 가능하고, 따라서 도그(26)는 키이홈(24)에서 최소 유극으로 작용할 수 있으므로, 정렬 에러를 보정한다. 톱니부(40,41)는 클러치 요소가 스핀들 핀(33a)에서 간단하게 설치될 수 있게 하고, 상기 간단한 설치는 클러치 요소(27)의 보어(32)의 에지에서 원추형의 환형면(36)에 의해서 더욱 용이하게 된다.

양자의 설명된 실시예에서, 도그(26)는 도 11 및 도 13에서 명백해지는 구성을 가진다. 특히, 도 13은 두개의 대향 측방향 표면 상의 도그가 키이홈(24)의 접촉 측방향 벽(25)에 대해서 단지 부분 영역 "s"에서만 평행하다는 것을 도시한다. 부분 영역(s)과 경계를 이루는 개시 영역 및 단부 영역(47,48)은 자유롭게 약 각도 α1 또는 α2를 형성하므로, 도그(26)는 키이홈(24)에 대해서 횡방향의 각도에서 약간 기울어질 수 있다, 즉 상기 도그는 최소의 제한 경사 운동을 실행할 수 있다.

키이홈(24)의 측방향 벽(25)의 프로파일의 적당한 구성으로 동일한 결과가 얻어질 수 있다.

새로운 클러치 장치의 상기 예시적인 실시예에 있어서, 결합홈(24)이 구동 샤프트(19) 상에 제공되는 즉, 클러치 요소(27)가 적당한 상호보완형 도그(26)를 지지하는 한편, 배열구성은 역으로 될 수 있으며, 즉 도그(26)가 구동 샤프트(19) 상에 제공되고 키이홈(24)이 클러치 요소(27)에 제공될 수 있다. 또한, 새로운 클러치 장치가 상기 배열구성에서 사용될 수 있고, 상기 배열구성에서 예시된 실시예 와 다른 제 1 도그 요소(24,26)가 키이홈 및 스트립형 도그로서 구성되지 않고 도그 요소들을 통한 형태 끼워맞춤의 토크 전달이 가능해지도록 다른 방식으로 구성된다.

마지막으로, 도 5에 따른 실시예와 다른 스트립형 도그(26)는 측방향 모떼기(49)를 구비하는 대신에 둥글게 형성되거나 또는 다른 방안으로는 키이홈(24) 안으로의 삽입을 촉진하는 방식으로 구성된다는 사실이 언급되어야 하고, 이것은 상기 도그의 에지 구성에 전체적으로 적용될 수 있다.

원리에 있어서, 실제로 자유로운 클러치 요소(27)는 스핀들 핀(33 또는 33a)에서 분실되지 않는 방식으로, 그러나 구동 유닛(17)의 부분 또는 공구 홀더(12)의 부분[즉, 원통형 샤프트(14)] 또는 구동 샤프트(19)에 도그 요소들의 적당한 구성을 사용함으로써, 붙잡히지 않는다는 것을 예상할 수도 있다.

도 1은 X 및 Y 방향으로 이동하고 회전축에 대해서 피봇될 수 있으며, 본 발명에 따른 클러치 장치에 의해서 공구 홀더의 스핀들과 결합되는 하나의 연관 고정식 구동 수단 및 두개의 삽입 공구 홀더를 갖는 스타 터릿(star turret)으로 구성된, 공구 마운트를 갖는 선반의 상세 구성의 개략도.

도 2는 작동 위치에 있는 공구 홀더의 스핀들과 구동원의 구동 샤프트 사이의 클러칭 지점을 도시하는, 공구 마운트를 갖는 도 1에 따른 선반의 상세구성의 다른 축척의 측면도.

도 3은 도 1과 유사하지만, 선형 방향으로 이동할 수 있는 공구 마운트를 갖는 선반의 상세구성을 도시하는 워크피스의 전면도.

도 4는 구동원과 결합된 공구 홀더의 스핀들과 구동 샤프트 사이의 클러칭 지점을 도시하는, 도 1에 따른 선반의 공구 마운트의 상세 구성을 다른 축척을 사용하여 도시하는 도 1의 라인 IV-IV를 따른 측면도.

도 5는 도 1에 따른 클러치 장치의 클러치 요소를 다른 축척을 사용하여 도시하는 사시도.

도 6은 도 1에 따른 선반의 클러치 장치를 다른 축척을 사용하여 도시하는 도 2와 유사한 측면도.

도 7은 도 6에 따른 클러치 장치의 클러치 요소를 도시하는 도 6의 라인 VII-VII에 따른 평면도.

도 8은 도 1에 따른 선반의 클러치 장치의 다른 실시예를 다른 축척을 사용 함으로써 도시하는 도 6에 따른 단면도.

도 9는 도 8에 따른 클러치 장치의 클러치 요소를 도시하는 도 8의 라인 IX-IX에 따른 평면도.

도 10은 도 8에 따른 클러치 장치의 부분 영역을 도시하는 확대도.

도 11은 도 8에 따른 클러치 장치의 클러치 요소를 도시하는 도 12의 라인 XI-XI에 따른 측면도.

도 12는 유지링이 삽입된 도 8에 따른 클러치 장치의 클러치 요소의 보어를 다른 축척을 사용하여 도시하는 평면도.

도 13은 상세히 도시하기 위하여 도 11에 따른 클러치 요소의 "A"의 상세 구성을 도시하는 유사 단면도.

Claims

관련 구동원(17)의 구동 샤프트(19)와 척킹 장치 또는 공구 홀더(12)의 스핀들(16)과의 해제가능한 형태 끼워맞춤 결합을 위한 공구 홀더용 또는 공구 척킹 장치용 또는 워크피스 척킹 장치용 클러치 장치로서,

상기 구동 샤프트(19)와 스핀들(16)이 개별 도그 요소(24;26a,40)를 지지하고,

상기 구동 샤프트와 스핀들 사이의 정렬 에러를 보정하는 클러치 요소(27)가 두 도그 요소들 사이에 배열됨으로써, 상기 클러치 요소의 운동이 구동 샤프트 및 스핀들에 대해서 제한되고, 상기 클러치 요소가 구동 샤프트 및 스핀들의 도그 요소들과 형태 끼워맞춤 방식으로 결합되는 클러치 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 클러치 요소(27)는 상기 클러치 요소가 분실되지 않도록 구동 샤프트(19) 및/또는 스핀들(16) 상에 고정되는 것을 특징으로 하는 클러치 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 클러치 요소(27)는 상기 클러치 요소가 분실되지 않도록, 구동 샤프트(19) 및/또는 공구 홀더(12) 또는 클러치 장치 상에 고정되는 것을 특징으로 하는 클러치 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 도그 요소들이 구동 샤프트(19) 또는 스핀들(16)로 횡방향으로 연장되는 키이홈(24) 또는 스트립형 도그(26;26a)를 포함하고,

상기 클러치 요소(27)가 적당한 도그 요소들(24,24a)을 구비하는 것을 특징으로 하는 클러치 장치.
제 4 항에 있어서,

클러치 요소의 한 도그 요소는 키이홈(24a)으로서 구성되고, 상기 클러치 요소(27) 상의 도그(26) 및 키이홈(24)은 90도 각도 만큼 서로에 대해서 회전하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 클러치 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 도그 요소는 제 1 도그 요소로서 구동 샤프트(19) 또는 스핀들(16)로 횡방향으로 연장되는 키이홈(24) 또는 스트립형 도그 요소를 포함하고;

상기 클러치 요소(27)는 최소 유극을 갖는 키이홈(24) 또는 키이홈과 결합하는 스트립형 도그(26)를 한 면 상에 구비하고;

상기 클러치 요소(27)는 스핀들(16) 또는 구동 샤프트(19) 상의 대응 도그 요소(26a;40)와 형태 끼워맞춤 결합하기 위해 상기 도그 요소(24,26)와 다른 제 2 도그 요소(24a;41)를 타측면 상에 구비하는 것을 특징으로 하는 클러치 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 클러치 요소(27)는 제 2 도그 요소로서, 상기 제 2 도그 요소의 종축에 대해서 동축방향인 보어(32)를 구비하며,

상기 보어는 구동 샤프트(19) 또는 스핀들(16) 사이의 적당히 구성된 핀형 도그 요소(33,33a)의 형태 끼워맞춤 수동 운동 및 적응을 위해 설계되는 것을 특징으로 하는 클러치 장치.
제 7 항에 있어서,

상기 보어(32)는 축 평행 스플라인 톱니부(41)를 구비하고, 핀형 도그 요소(33a)는 대응하는 스플라인 톱니부(40)를 구비하는 것을 특징으로 하는 클러치 장치.
제 7 항에 있어서,

상기 보어(32)는 다각형 횡단면 프로파일을 구비하고, 핀형 도그 요소는 대응하는 다각형 횡단면을 구비하는 것을 특징으로 하는 클러치 장치.
제 7 항에 있어서,

소정 최소 유극(t)은 스핀들(16) 또는 구동 샤프트 상의 핀형 도그 요소(33,33a)와 클러치 요소(27)의 제 2 도그 요소 사이에 존재하는 것을 특징으로 하는 클러치 장치.
제 2 항 또는 제 7 항에 있어서,

상기 클러치 요소(27)는 상기 클러치 요소의 분실을 방지하기 위하여, 로킹 요소(38)에 의해서 구동 샤프트(19) 또는 스핀들(16) 상에 고정되고,

상기 로킹 요소(38)는 반경방향으로 탄성적으로 늘어나고 제 2 도그 요소의 보어(32)의 내벽과 형태 끼워맞춤 접촉하는 것을 특징으로 하는 클러치 장치.
제 11 항에 있어서,

상기 로킹 요소는 스프링 탄성 유지링(38)이고, 상기 유지링은 구동 샤프트(19) 및/또는 스핀들(16)에 대해서 클러치 요소(27)의 제한된 축방향 운동을 허용하면서, 클러치 요소(27)의 보어(32)의 내벽 및/또는 핀형 도그 요소(33,33a) 상의 대응 로킹 홈(37,39)과 결합하는 것을 특징으로 하는 클러치 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 클러치 요소(27)는 구동 샤프트(19) 및/또는 스핀들(16)에 대해서 축방향으로 탄력적으로 편향되는 것을 특징으로 하는 클러치 장치.
제 7 항 또는 제 13 항에 있어서,

상기 클러치 요소(27)의 축방향 보어(32)에 스프링 수단(34)이 세팅되고, 상 기 스프링 수단은 클러치 요소(27)를 축방향으로 탄성적으로 편향시키기 위하여 사용되는 것을 특징으로 하는 클러치 장치.
제 14 항에 있어서,

상기 스프링 수단은 보어축선과 동축방향인 압축 스프링(34)을 포함하고,

상기 압축 스프링은 핀형 도그 요소(33,33a) 또는 클러치 요소(27)의 가이드 보어(35,36)의 적어도 일측에서 안내되는 것을 특징으로 하는 클러치 장치.
제 11 항 또는 제 13 항에 있어서,

상기 클러치 요소는 핀형 도그 요소(33,33a)에 대해서 이동할 수 있고, 제한 방식으로 축방향의 반경방향으로 이동할 수 있으며, 로킹 수단(38)에 대해서 축방향으로 스프링 수단(34)에 의해서 편향되는 것을 특징으로 하는 클러치 장치.
제 4 항에 있어서,

상기 스트립형 도그(26) 및/또는 상기 도그와 상호작용하는 키이홈(24)의 측벽(25)이 서로에 대해서 도그(26) 및 키이홈(24)의 제한된 최소 기울기 모션을 허용하는 구성을 구비하는 것을 특징으로 하는 클러치 장치.
제 17 항에 있어서,

키이홈(24)이 평행 플랭크를 구비하는 경우, 상기 스트립형 도그가 다각형 횡단면 또는 크라운형 횡단면 프로파일(47,48)을 구비하는 것을 특징으로 하는 클러치 장치.
제 1 항 내지 제 18 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 공구 홀더(12) 및/또는 워크피스 척킹 장치는 각 구동 샤프트(19)가 적어도 하나의 용기(11)와 고정 방식으로 회전가능하게 지지되는 워크피스 마운트(9) 및/또는 공구 마운트의 적당한 용기(11)에 사용하기 위해 셋업되는 것을 특징으로 하는 클러치 장치.
제 19 항에 있어서,

공구 마운트(9,10a)는 소정 경로를 따라서 조정가능하도록 또는 축(8) 주위에서 회전가능하도록 지지되는 것을 특징으로 하는 클러치 장치.
제 20 항에 있어서,

공구 마운트(12)는 축(8)에 대한 소정 위치에서 각각 배치되거나 또는 운동 경로에 배치될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 클러치 장치.
제 1 항 내지 제 21 항중 어느 한 항에 따른 클러치 장치에 사용하기 위한 클러치 요소로서,

상기 클러치 요소는 일면 상에 제 1 도그 요소(26;24)를 구비하고 대향면 상 에 제 2 도그 요소(24a,41)를 구비하는 종방향 몸체를 구비하고,

상기 제 1 및 제 2 도그 요소들은 구동원(17)의 구동 샤프트(19) 또는 척킹 장치 또는 공구 마운트(12)의 스핀들(16) 상의 상호보완형 도그 요소들과 형태 끼워맞춤 결합을 위해 셋업되는 것을 특징으로 하는 클러치 요소.
제 22 항에 있어서,

클러치 요소는 일면 상에 도그(26) 또는 키이홈(24)을 구비하고, 구동 샤프트(19) 상에 또는 스핀들(16) 상에 상호보완형 클러치 요소와 형태 끼워맞춤 결합하기 위해 셋업되는 동축방향 보어(32)를 대향면 상에 구비하는 것을 특징으로 하는 클러치 요소.
제 23 항에 있어서,

상기 보어는 축 평행 스플라인 톱니부(41)를 수용하는 것을 특징으로 하는 클러치 요소.
제 24 항에 있어서,

상기 보어(32)는 일면 상에 스트립형 도그(26)에 대해서 90도 만큼 회전하는 키이홈(24a)을 그 바닥에 구비하는 것을 특징으로 하는 클러치 요소.