KR20080083568A - 공구지지구 - Google Patents

Abstract

돌출부가 홀더 본체에 대하여 슬라이딩 하는 기구를 구비하는 공구지지구에 있어서, 돌출부의 길이를 짧게 함으로써 수축 끼워맞춤에 의한 공구 고정에 적합한 형태로 하는 것을 과제로 한다.

설치 대상이 되는 스핀들 축에 형성되는 테이퍼 구멍에 결합하는 외주면이 있는 생크부를 기단측에 구비하는 홀더 본체와, 상기 홀더 본체에 있어서 축방향으로 슬라이드 가능하게 외부에서 결합되는 원통 모양의 돌출부와, 상기 돌출부를 기단측으로 가압하는 가압수단을 구비하는 공구지지구에 있어서, 상기 돌출부 측면에 관통하여 형성되는 1 이상의 나사 구멍과, 상기 홀더 본체에 있어서 상기 돌출부와 접촉하는 표면에 형성되고 상기 나사 구멍과 겹치도록 형성되어 축 방향으로 연장되는 1 이상의 홈부와, 상기 나사 구멍에 나사결합 하고 선단부가 상기 홈부의 폭과 대략 같은 외경을 구비하며 상기 홈부와 슬라이딩 가능하게 결합하는 제한부재를 설치한다.

Description

공구지지구{TOOL HOLDER}

본 발명은, 머시닝센터(machining center) 등의 공작기계(工作機械)의 스핀들 축(spindle 軸)에 드릴(drill) 등의 공구를 고정하기 위한 공구지지구(工具支持具)에 관한 것이다.

머시닝센터 등의 스핀들 축에는 많은 경우에 테이퍼(taper) 모양의 구멍이 형성되어 있어, 공구를 부착한 공구지지구를 이 구멍에 결합시켜서 고정함으로써 공구를 스핀들 축에 고정시키고 있다. 이 공구지지구의 설치측에는 테이퍼 구멍에 결합하는 생크부(shank部)와, 스핀들 축의 선단면(先端面)에 접촉하는 돌출부가 형성되지만, 테이퍼 구멍의 정밀도의 차이가 있기 때문에, 돌출부는 스핀들 축의 선단면에 접촉하지 못 하여 지지력이 저하하는 경우도 많다. 이러한 문제를 해결하기 위해서, 하기 특허문헌1, 2에 돌출부를 슬라이딩 시키는 기술이 나타나 있다. 도5에, 이러한 구조를 가지는 공구지지구에 있어서 설치측의 반단면도(半斷面圖)를 나타낸다. 이 공구지지구는, 돌출부201을 통 모양으로 하고, 생크부101a를 구비하는 홀더 본체(holder本體)101과 분리하여 이 돌출부201을 홀더 본체101에 대하여 축방향으로 슬라이딩 가능하게 고정함과 아울러, 돌출부201을 접시 스프링202 등의 가압수단에 의하여 스핀들 축 측으로 가압함으로써 돌출부201의 선단면201a를 스핀들 축A의 선단면Ａａ에 접촉시키고 있다. 이에 따라 적절한 지지력을 확보할 수 있다.

이러한 공구지지구에 있어서는, 돌출부201이 홀더 본체101에 대하여 회전하지 않도록, 홀더 본체101에 형성된 키홈101b에 키(key)102를 고정하고, 돌출부201의 내주(內周)에 키102에 결합하는 홈201b를 형성하고 있다. 또한 돌출부201이 상방(上方)으로 빠지지 않도록, 돌출부201의 상면(上面) 내주에 원형으로 홈201c가 형성되고, 이 홈201ｃ 내에 있어서 홀더 본체101에 형성된 홈에 결합하는 Ｃ링204에 의하여 돌출부201을 누르도록 되어 있다.

[특허문헌1] 일본국 특허 제3180173호

[특허문헌2] 일본국 특허 제3105893호

그런데 공구지지구의 선단에 공구를 고정하는 방법의 하나로서, 수축 끼워맞춤(shrinkage fit)에 의하여 공구를 고정하는 방법이 존재한다. 수축 끼워맞춤에 의한 고정은 기구부분이 없으므로 높은 정밀도를 유지할 수 있어, 정밀가공용의 공작기계의 공구 홀더에 적합하다. 이 수축 끼워맞춤식의 공구고정을 채용하는 경우, 공구지지 부분은 수축 끼워맞춤을 쉽게 하기 위해서 가늘고 길어지는 경향이 있다. 그리고 공구지지 부분이 가늘고 길어지면 진동이 발생하기 쉬워지기 때문에, 공구 홀더 전체는 가능한 한 짧게 하는 것이 바람직하다.

그러나 상기한 돌출부가 홀더 본체에 대하여 이동하는 공구지지구는, 키를 내부에 설치할 필요가 있고 또한 C링을 수용할 홈도 필요하기 때문에, 아무래도 돌출부의 길이가 길어져 수축 끼워맞춤에 의한 공구고정에는 맞지 않는다고 하는 문제가 발생하고 있었다.

본 발명은, 이러한 문제를 고려하여, 돌출부가 홀더 본체에 대하여 슬라이딩 하는 기구를 구비하는 공구지지구에 있어서, 돌출부의 길이를 짧게 함으로써 수축 끼워맞춤에 의한 공구고정에 적합한 형태로 하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서 본 발명은 다음과 같은 구성을 구비한다.

청구항1에 기재된 발명은, 설치 대상이 되는 스핀들 축에 형성되는 테이퍼 구멍에 결합하는 외주면을 가지는 생크부를 기단측에 구비하는 홀더 본체와, 상기 홀더 본체에 있어서 축방향으로 슬라이드 가능하게 외부에서 결합되는 원통 모양의 돌출부와, 상기 돌출부를 기단측으로 가압하는 가압수단을 구비하는 공구지지구에 있어서, 상기 돌출부 측면에 형성되는 관통한 1 이상의 나사 구멍과, 상기 홀더 본체에 있어서 상기 돌출부와 접촉하는 표면에 형성되고 상기 나사 구멍과 겹치도록 형성되어 축 방향으로 연장되는 1 이상의 홈부와, 상기 나사 구멍에 나사결합 하고 선단부가 상기 홈부의 폭과 대략 같은 외경을 구비하며 상기 홈부에 슬라이딩 가능하게 결합하는 제한부재를 구비하는 공구지지구이다.

제2항에 기재된 발명은, 상기 공구지지구에 있어서, 상기 돌출부 외주면에는, 상기 스핀들 축에 결합하기 위해서, 기단으로부터 일정 길이를 가진 결합홈이, 대향하는 위치에 2군데 형성되고, 상기 나사 구멍은, 적어도 상기 각 결합홈을 에워싸도록 상기 결합홈에 근접하는 위치에 형성되는 것이다.

제3항에 기재된 발명은, 상기 공구지지구에 있어서, 상기 제한부재는 육각구멍 나사에 의하여 형성되는 것이다.

제4항에 기재된 발명은, 상기 가압수단은, 상기 툴 홀더 본체에 있어서 상기 돌출부의 선단위치에 형성되는 링 모양으로 돌출되는 플랜지부와, 상기 돌출부의 선단면 내측에 원형으로 형성되는 오목부와, 상기 오목부 내에 배열되고 상기 오목부 바닥과 상기 플랜지부의 사이로 압력을 가하는 복수의 압축 코일 스프링으로 형성되는 것이다.

제5항에 기재된 발명은, 상기 홀더 본체가, 상기 홈부보다 선단측에서 축방향으로 이분(二分)되는 것으로서, 이분되어 대향하는 분할면의 일방에 오목부가 형성됨과 아울러 당해 분할면의 타방에 당해 오목부에 결합하는 볼록부가 형성되고, 당해 오목부 및 볼록부를 포함하는 각 분할면의 접합면에 제진합금이 협지(狹持)된 상태에서 당해 오목부 및 볼록부가 결합 고정되는 것이다.

청구항1에 기재된 공구지지구는, 홈부의 길이는 적어도 돌출부의 슬라이딩 거리만큼 있으면 충분하므로, 키를 사용하는 경우보다 돌출부를 짧게 할 수 있고, 또한 제한부재는 돌출부가 빠지지 않게 하는 역할도 하므로 C링을 설치할 필요가 없어 C링을 수용하는 홈을 형성할 필요가 없어져, 돌출부를 더 짧게 할 수 있다.

제2항에 기재된 발명은, 돌출부의 강도를 높일 수 있다. 즉 도5에 나타나 있는 바와 같이 돌출부201에는, 스핀들 축 선단으로부터 공구지지구를 에워싸도록 돌출하는 2개의 결합편에 결합하기 위한 결합홈201d를 형성할 필요가 있다. 돌출부201에 결합홈201d를 형성하면, 결합홈201d 바닥의 부재가 아무래도 얇아지게 되어 버리지만, 이 결합홈201d에는 스핀들 축의 구동력이 직접 걸리므로 이 얇은 부분, 특히 결합홈201d 바닥의 각(角) 부분은 파손되기 쉽다. 여기에서 제한부재를 결합홈을 에워싸도록 형성하고, 결합홈 바닥의 각부(角部) 근방에서 홀더 본체에 고정하도록 하면, 스핀들 축의 구동력에 의하여 당해 각부 근방부에 걸리는 압력을 제한부재가 바로 가까이에서 받을 수 있기 때문에, 돌출부가 파손되는 것을 억제할 수 있다.

제3항에 기재된 발명은, 제한부재를 육각구멍 나사에 의하여 구성함으로써 비용을 삭감할 수 있다.

제4항에 기재된 발명은, 종래에 돌출부가 홀더 본체에 대하여 슬라이딩 하는 기구를 구비하는 공구지지구에 있어서 사용되어 온 접시 스프링을, 원 모양으로 배열한 압축 코일 스프링으로 함으로써, 각 압축 코일 스프링의 탄성계수가 작아지므로 작은 진동을 흡수하기 쉬워져, 진동하기 쉬운 수축 끼워맞춤에 의한 공구 고정에 의한 진동을 보다 억제할 수 있다.

제5항에 기재된 발명은, 상기 홀더 본체가 이분됨과 아울러 분할면에 제진합금이 협지되므로, 역시 진동하기 쉬운 수축 끼워맞춤에 의한 공구 고정에 의한 진동을 보다 억제할 수 있다.

[실시예]

이하에서 본 발명의 실시예에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.

도1에 본 실시예에 관한 공구지지구X의 정면도를 나타내고, 도2에 공구지지구X의 Ａ-A단면도를 나타낸다. 공구지지구X는, 홀더 본체10과, 홀더 본체10에 있어서 축방향으로 상대적으로 진퇴 가능하게 고정되는 원통 모양의 돌출부20으로 구성된다.

홀더 본체10은, 부착 대상이 되는 스핀들 축에 형성되는 테이퍼 구멍에 결합하는 외주면을 가지는 생크부12가 기단측(基端側)에 형성되고, 선단측에는 수축 끼워맞춤에 의하여 공구를 지지 고정하는 공구지지부13이 형성된다. 생크부12와 공구지지부13의 사이에는 원기둥 모양의 슬라이딩축부11이 형성되고, 이 슬라이딩축부11에 원통 모양의 돌출부20이 슬라이딩 가능하게 결합한다. 슬라이딩축부11의 선단측에는, 외경(外徑)이 큰 링 모양으로 돌출하는 플랜지부11a가 형성되어 있다. 슬라이딩축부11의 외주면에는, 결합한 돌출부20에 형성되는 후술하는 4개의 나사 구멍23과 겹치는 위치 4군데에, 이 나사 구멍23과 결합하는 수나사의 선단부가 슬라이딩 할 수 있는 폭을 구비하고 축 방향으로 연장되는 홈부11b가 형성된다.

또한 슬라이딩축부11은, 플랜지부11a 기단면(基端面)을 따르는 면으로 이분(二分)됨과 아울러, 이분되어 대향(對向)하는 기단측의 절단면에는 오목부11c가 형성되고, 선단측의 절단면에는 이 오목부11c에 결합하는 볼록부11d가 형성되어 있다. 볼록부11d는 원뿔대 모양이며, 오목부11c의 내면은 볼록부11d의 표면과 같은 형상이고 0.05∼0.3mm의 틈이 있을 수 있는 정도로 크게 형성되어 있다. 또한 볼록부11d를 구성하는 원뿔대의 모선의 각도는, 축에 대하여 0.2도∼5도 정도로 형성되어 있다. 그리고 오목부11c와 볼록부11d와 링 모양의 절단 부분이 대향하는 면끼리의 사이에는, 오목 부11c 및 볼록부11d의 간격보다 아주 조금 두꺼운 제진합금판(制振合金板)에 의하여 구성되는 제진합금부(制振合金部)가 협지되어 있다. 이 제진합금부는, 각부(角部)가 발생하지 않도록 3개로 분할되어 있다. 즉 제진합금부는, 볼록부11d의 상면(上面)과 오목부11c의 저면(底面)의 사이에 형성되고 볼록부의 상면에 합치(合致)하는 원판모양부10b와, 볼록부11d의 측면과 오목부11c의 측면의 사이에 형성되는 부채꼴로 볼록부11d의 측면에 감김으로써 볼록부11d의 측면형상과 합치하는 원통 모양부10a와, 대향하는 절단면 사이에 형성되고 절단면의 링 형상과 합치하는 링 모양부10c로 구성된다. 이 절단된 부분끼리의 접합은 수축 끼워맞춤에 의하여 이루어진다. 즉, 절단된 슬라이딩축부11의 오목부11c를 구비하는 기단측을 뜨겁게 함으로써 팽창시키고, 이 오목부11c를 제진합금부를 씌운 볼록부11d에 압입한 후에 냉각함으로써 축소시켜서 체결하고 있다. 볼록부11d는 원뿔대모양으로 형성되어 있기 때문에, 오목부11c와의 내경(內徑)에 설계 오차가 있어도 압입 함으로써 결합 가능한 위치까지 넣을 수 있고, 이에 따라 수축 끼워맞춤 후에 확실히 고정할 수 있다. 또 설계시에, 오목부11c와 볼록부11d의 간격과 제진합금부의 판의 두께의 관계로부터 제진합금부의 원판모양부10b와 링 모양부10c에 있어서 판 두께보다 간격이 커지게 되는 경우에는, 이들의 원판모양부10b와 링 모양부10c는 생략해도 좋다.

돌출부20은 슬라이딩축부11의 외경(外徑)에 슬라이딩 가능하게 결합하는 내경(內徑)을 구비하는 링 모양의 부재로서, 외주면에는 공작기계의 툴 체인저(tool changer)에 결합하는 원형의 홈21이 외주를 따라 형성되어 있고, 또한 대향하는 위치에 스핀들 축에 있어서 2개의 돌기에 결합하는 오목부인 결합홈22가 기단부로부터 형성되어 있다.

그리고 홈21보다 기단측으로 각 결합홈22를 사이에 두고 결합홈22 근방의 2군데에 나사 구멍23이 형성되어 있다. 도3에, 도1의 Ｂ-B단면도를 나타낸다. B-B단면도는 나사 구멍23의 중심축을 지나는 평면으로 자른 단면도이다. 도면에 나타나 있는 바와 같이 나사 구멍23은, 결합홈22 바닥의 양 각부(角部)에 근접하도록 형성되어 있다. 전술한 바와 같이, 홀더 본체10에는 이들 4개의 나사 구멍23과 겹치는 위치에 홈부11b가 형성되어 있고, 이 나사 구멍23의 각각에 육각구멍 나사로 구성되는 제한부재30을 결합시킴으로써, 제한부재30의 선단부가 홈부11b에 결합하고, 돌출부20은 홈부11b의 길이 만큼 홀더 본체10에 대하여 슬라이딩 가능하게 고정되게 된다. 또 제한부재30의 선단면은 홈부11b의 저면에 접촉하지 않도록 설정된다.

또한 돌출부20의 선단면 내측에는, 외측 가장자리 혹은 내측 가장자리를 따라 원형의 오목부24가 형성되어 있다. 오목부24는, 홀더 본체10의 슬라이딩축부11에 형성되는 플랜지부11a의 기단측면과는 마주 대하는 위치에 있고, 오목부24의 바닥과 플랜지부11a의 기단측면의 사이에는 압축 코일 스프링40이 원형으로 배열되어 있다. 이 오목부24와 플랜지부11a과 압축 코일 스프링40에 의하여 돌출부20을 기단측으로 가압하는 가압수단이 형성된다. 도4에, 도1의 Ｃ-C단면도를 나타낸다. 도4에 나타나 있는 바와 같이 압축 코일 스프링40의 외경은 오목부24의 폭과 대략 같고, 압축 코일 스프링40은 오목부24 내에 간격 없이 배열되어 있다. 압축 코일 스프링40의 길이는, 제한부재30에 의하여 슬라이딩 거리가 제한되는 돌출부20을 가압해서 가장 기단측에 위치시킬 수 있는 정도의 길이이며, 이 상태에서, 돌출부20의 하면과 플랜지부11a의 기단측면의 사이에는, 돌출부20의 슬라이딩 가능 거리와 같거나 약간 넓은 간격이 생기게 되어 있다. 또한 오목부24에 분진(粉塵) 등이 들어 가지 않도록, 돌출부 외주 선단면에는 얇은 원통 모양의 스커트부가 형성되어, 이 스커트부 내주면에 플랜지부11a의 외주 측면이 들어가게 되어 있다.

이상과 같은 구성을 구비하는 공구지지구X는 사용에 있어서는, 생크부12가 스핀들 축의 테이퍼 구멍에 결합하고, 돌출부20의 상면은 스핀들 축의 선단면에 접촉함과 아울러, 돌출부20이 제한부재30이 결합하는 홈부11b를 따라 슬라이딩 한다. 이에 따라 압축 코일 스프링40이 압축되어 돌출부20의 기단면을 스핀들 축의 선단면으로 가압한다. 이에 따라 공구지지구X는 안정한 상태에서 스핀들 축에 의하여 지지된다. 이렇게 공구지지구X는, 종래의 돌출부가 홀더 본체에 대하여 슬라이딩 하는 공구지지구와 동일한 기능을 구비하지만, 키를 설치할 필요가 없어서 돌출부20의 축방향의 길이를 짧게 형성할 수 있으므로, 진동을 억제할 수 있다. 또한 스핀들 축 선단의 결합 폴(結合pawl)에 결합하는 돌출부20의 결합홈22의 근방을 협지하도록 제한부재30이 설치되므로, 돌출부20이 결합홈22 부분에서 파손되는 것을 억 제할 수 있다. 또한 가압수단으로서 코일 스프링을 채용함으로써 탄성력의 조정이 용이하게 되고, 개개의 코일 스프링은 탄성계수를 작게 할 수 있으므로 작은 진동을 흡수하기 쉬워, 스핀들 축으로부터의 잔 진동이 공구 선단에 전달되는 것을 억제할 수 있다. 또한 홀더 본체10이 축방향으로 절단됨과 아울러 분할면 사이에 제진합금이 끼워져 있으므로, 스핀들 축으로부터의 진동이 제진합금에 의하여 흡수되기 때문에, 역시 공구 선단의 진동을 억제할 수 있다.

본 실시예에서는 공구지지부13은 수축 끼워맞춤식의 것을 사용하고 있지만, 공구지지부13은 일반적인 척식(chuck式)인 것에 대하여도 사용 가능하다.

도1은 실시예에 관한 공구지지구의 정면도이다.

도2는 도1의 Ａ-A단면도이다.

도3은 도1의 Ｂ-B단면도이다.

도4는 도1의 Ｃ-C단면도이다.

도5는 종래의 공구지지구를 나타내는 반단면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

X 공구지지구 10 홀더 본체

10a 제진합금부 원통모양부 10b 제진합금부 원판모양부

10c 제진합금 링모양부 11 슬라이딩축부

11a　플랜지부 11b　홈부

11c　오목부 11d　볼록부

12 생크부 13 공구지지부

20 돌출부 22 결합홈

23 나사 구멍 24 오목부

30 제한부재 40 압축 코일 스프링

Claims (5)

1. 설치 대상(設置對象)이 되는 스핀들 축(spindle軸)에 형성되는 테이퍼 구멍(taper孔)에 결합하는 외주면(外周面)이 있는 생크부(shank部)를 기단측(基端側)에 구비하는 홀더 본체(holder本體)와, 상기 홀더 본체에 있어서 축방향으로 슬라이드 가능하게 외부에서 결합되는 원통 모양의 돌출부(突出部)와, 상기 돌출부를 기단측으로 가압하는 가압수단을 구비하는 공구지지구(工具支持具)에 있어서,

   상기 돌출부 측면에 관통하여 형성되는 1 이상의 나사 구멍과,

   상기 홀더 본체에 있어서 상기 돌출부와 접촉하는 표면에 형성되고 상기 나사 구멍과 겹치도록 형성되어 축 방향으로 연장되는 1 이상의 홈부와,

   상기 나사 구멍에 나사결합 하고 선단부(先端部)가 상기 홈부의 폭과 같은 외경(外徑)을 구비하고 상기 홈부와 슬라이딩 가능하게 결합하는 제한부재(制限部材)

   를 구비하는 것을 특징으로 하는 공구지지구.
2. 제1항에 있어서,

   상기 스핀들 축에 결합하기 위해서, 상기 돌출부 외주면에는 기단으 로부터 일정 길이를 구비하는 결합홈이, 대향하는 위치에 2군데 형성되며,

   상기 나사 구멍은, 적어도 상기 각 결합홈을 에워싸도록 상기 결합홈의 양측에 근접하는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 공구지지구.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 제한부재는, 육각구멍 나사에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 공구지지구.
4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 가압수단은,

   상기 툴 홀더(tool holder) 본체에 있어서 상기 돌출부의 선단위치에 형성되는 링 모양으로 돌출되는 플랜지부(flange部)와,

   상기 돌출부의 선단면 내측에 원형으로 형성되는 오목부와,

   상기 오목부 내에 배열되고 상기 오목부 바닥과 상기 돌출부의 사이로 압력을 가하는 복수의 압축 코일 스프링

   으로 형성되는 것을 특징으로 하는 공구지지구.
5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 홀더 본체는, 상기 홈부보다도 선단측에서 축방향으로 이분(二分)되며, 대향하는 분할면의 일방에 오목부가 형성됨과 아울러 당해 분할면의 타방에 당해 오목부에 결합하는 볼록부가 형성되고, 당해 오목부 및 볼록부를 포함하는 각 분할면의 접합면에 제진합금(制振合金)이 협지된 상태에서 당해 오목부 및 볼록부가 결합 고정되는 것을 특징으로 하는 공구지지구.

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