KR20090115043A

KR20090115043A - 주축 척 교체 기구가 있는 공작 기계

Info

Publication number: KR20090115043A
Application number: KR1020090009038A
Authority: KR
Inventors: 히데츠구 카와이
Original assignee: 무라다기카이가부시끼가이샤
Priority date: 2008-04-30
Filing date: 2009-02-04
Publication date: 2009-11-04
Also published as: EP2113335A1; DE602009000036D1; EP2113335B1; ATE470531T1; US20090275452A1; US7674217B2; CN101569997A; JP2009269091A

Abstract

[과제] 주축 척 등의 회전 속도를 검지하는 일 없이, 간이한 구성으로 워크 교환 시간을 단축시킬 수 있는 주축 척 교체 기구가 있는 공작 기계를 제공한다.

[해결 수단] 가공 위치(P1)에 위치해서 주축(3)의 척 결합부(3a)에 미결합 상태에 있는 주축 척(5)에 대하여, 주축 모터(4)의 회전을 척 결합부(3a)와는 다른 경로로 전달하는 예비 회전 전달 기구(7)를 구비한다. 이 예비 회전 전달 기구(7)는 주축 척(5)과 주축(3) 사이에서 회전 속도차를 발생시키는 것으로서, 주축 척(5)이 척 결합부(3a)에 결합된 상태에서 상기 회전 속도차를 흡수하는 속도차 흡수 기구(23)를 갖는다.

주축 척 교체 기구가 있는 공작 기계

Description

주축 척 교체 기구가 있는 공작 기계{MACHINE TOOLS WITH MAIN SPINDLE CHUCK REPLACING MECHANISM}

본 발명은 주축 척 교체 기구가 있는 선반 등의 공작 기계에 관한 것으로서, 예를 들면 스핀들 모터를 정지시키지 않고 워크의 탈착을 행하는 기술에 관한 것이다.

선반 등의 공작 기계에 있어서, 주축 척에 파지된 가공이 완료된 워크를 로더 등에 의해 새로운 워크로 교환할 경우에 주축의 회전을 정지하고, 가공이 완료된 워크를 로더에서 받아 로더로부터 새로운 워크를 주축 척에 전달한다. 그 후, 주축 모터를 회전시켜 주축을 가공에 필요한 회전 속도까지 가동시킨다. 이 때문에, 주축 척의 워크 교환에는 주축의 감속·정지 시간, 워크의 주고 받는 시간, 및 주축 회전의 가동 시간이 필요하게 되고, 이 워크 교환 시간이 가공의 사이클 타임이 길어지는 요인이 된다. 특히, 공구가 워크에 접해서 실제로 가공을 행하는 시간이 짧은 가공에서는 워크 교환 시간이 사이클 타임의 대부분을 차지하게 된다.

이러한 워크 교환 시간을 단축시키는 선반으로서, 주축대에 2개의 주축을 가공 위치와 대기 위치로 위치 변경할 수 있게 설치하고, 가공 위치의 주축에서 가공 을 행하고 있는 사이에 대기 위치의 주축에 대하여 워크의 교환을 행하는 것이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1). 주축의 구동에는 1대의 주축 모터를 사용하여 가공 위치에 있는 주축에 대하여 동력을 전달한다.

이밖에, 고정측의 주축과, 이 주축의 선단에 착탈할 수 있는 복수의 주축 척을 설치하고, 임의의 주축 척을 회전 중에 주축에 장착할 때에 상기 주축 척을 회전시키는 전용 모터와, 주축을 회전 구동시키는 주축 모터를 사용하고, 이들 전용 모터의 회전 속도와, 주축 모터의 회전 속도를 동기 제어하는 것이 제안되어 있다.

[특허문헌 1] 일본 특허공개 소58-196904호 공보

상기 2개의 주축을 가지고 공통의 주축 모터에 의해 회전시키는 제안예는 주축 척에 대한 가공이 완료된 워크와 새로운 워크의 주고 받기는 가공 시간을 이용해서 행할 수 있다. 그러나, 주축 회전의 가동은 대기 위치의 주축이 가공 위치에 이른 후에 행하는 것이 필요하게 된다. 그 때문에 워크 교환 시간 중, 주축 회전의 가동에 필요한 시간을 단축시킬 수 없다.

상기 전용 모터의 회전 속도와 주축 모터의 회전 속도를 동기 제어하는 것은, 모터를 2개 사용하여 고속 회전으로 동기 제어해야만 함과 아울러 서로가 결합할 수 있는 위치로 하기 위한 위상 제어도 필요로 하고 있었다. 따라서, 복수의 모터가 필요해지는 만큼 공작 기계의 제조 비용이 높아지고, 공작 기계 전체가 대형화된다. 또한, 2개의 모터의 회전 속도를 고속 회전으로 동기 제어하고 또한 위상 제어해야만 하므로 제어계가 복잡화되어 제어 장치의 연산 처리 부하가 커진다.

본 발명의 목적은, 주축 척 등의 회전 속도를 검지하는 일 없이, 간이한 구성으로 워크 교환 시간을 단축시킬 수 있는 주축 척 교체 기구가 있는 공작 기계를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 주축의 후부로부터 주축 모터의 회전을 도출할 수 있는 주축 척 교체 기구가 있는 공작 기계를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 부품 점수의 저감을 꾀하여 제작 비용의 저감을 꾀할 수 있는 주축 척 교체 기구가 있는 공작 기계를 제공하는 것이다.

본 발명의 주축 척 교체 기구가 있는 공작 기계는, 선단에 척 결합부를 갖고 주축 모터에 의해 회전 구동되는 주축과, 각각 워크를 유지할 수 있고, 상기 주축의 상기 척 결합부에 선택적으로 결합 및 분리 가능하게 맞물릴 수 있는 복수의 주축 척과, 이들 복수의 주축 척을 회전 가능하게 지지하고, 임의의 주축 척을 상기 주축의 전방에 위치시키는 가공 위치와, 주축 척에 대한 워크의 교환을 행하는 워크 교환 위치 사이에서 교체 가능하게 하고, 또한 가공 위치의 주축 척을 상기 주축의 척 결합부에 대하여 결합 및 결합 해제시키는 주축 척 교체 기구와, 상기 가공 위치에 위치해서 상기 주축의 상기 척 결합부에 미결합 상태에 있는 주축 척에 대하여, 상기 주축 모터의 회전을 상기 척 결합부와는 다른 경로로 전달하는 예비 회전 전달 기구를 구비하고, 이 예비 회전 전달 기구는 주축 척과 주축 사이에서 회전 속도차를 발생시키는 것으로서, 상기 주축 척이 상기 주축의 척 결합부에 결합된 상태에서 상기 회전 속도차를 흡수하는 속도차 흡수 기구를 갖는 것이다.

이 구성에 의하면, 워크의 가공 후에 상기 가공 위치에서 주축의 척 결합부에 결합된 주축 척을 주축 척 교체 기구에 의해 결합 해제시킨다. 다음에, 가공하는 워크가 유지된 워크 교환 위치에 있는 주축 척을 주축 척 교체 기구에 의해 가공 위치로 교체시킨다. 그 후, 상기 가공 위치에 있는 주축 척을 척 결합부에 미결합 상태에서 주축 모터에 의해 예비 회전 전달 기구를 통해서 회전 구동시킨다. 다음에, 주축 척 교체 기구에 의해 가공 위치의 주축 척을 척 결합부에 결합시킨다. 이 때, 예비 회전 전달 기구는 주축 척과 주축 사이에서 약간의 회전 속도차를 발생시킨다. 가공 위치의 주축 척과 척 결합부에 위상차가 발생하고 있어도 상기 회전 속도차에 의해 동 위상이 되어서 결합이 가능해져 이들 주축 척과 주축이 확실 하게 결합된다. 이들의 결합 상태에서, 속도차 흡수 기구에 의해 상기 회전 속도차를 흡수한다. 주축 척 결합 후, 예비 회전 전달 기구에 의한 회전 전달을 단절시킨다. 그 후, 가공 위치의 주축 척에 유지된 워크를 가공한다. 이 후, 이 동작을 반복한다.

이와 같이, 가감속에 시간이 걸리는 주축의 회전을 정지시키는 일 없이, 임의의 주축 척을 주축의 척 결합부에 결합시킬 수 있다. 이 경우, 주축 척 등의 회전 속도를 검지하는 일 없이, 간이한 구성으로 주축 척을 척 결합부에 확실하게 결합시킬 수 있다. 이 공작 기계에 의하면, 워크를 교환해서 가공할 때에 즉시 가공이 시작되어 가공 사이클 타임의 단축을 꾀할 수 있다. 또한, 모터를 고속 회전으로 동기 제어할 필요도 없어 제어계가 복잡화될 일도 없다. 각 주축 척 전용 모터를 설치할 필요가 없기 때문에 공작 기계의 제조 비용의 저감을 꾀하고, 공작 기계 전체의 소형화를 꾀할 수 있게 된다.

상기 예비 회전 전달 기구는 상기 주축의 후부로부터 회전을 도출시키는 것으로 해도 좋다. 이렇게, 주축의 후부로부터 주축 모터의 회전을 도출할 수 있기 때문에 주축 앞측의 가공 스페이스를 확보할 수 있게 된다.

상기 예비 회전 전달 기구는 구동축과, 이 구동축에 설치된 구동 기어와, 각각 이 구동 기어에 맞물리고, 상기 주축 척 교체 기구에 회전 가능하게 지지된 각 주축 척에 회전 전달하는 복수의 종동 기어를 가지며, 이들 복수의 종동 기어는 서로 축방향으로 위치가 어긋나 있어서 상기 주축 척 교체 기구의 상기 결합 및 결합 해제 동작에 의해 상기 구동 기어에 대하여 선택적으로 맞물리는 것으로 해도 좋 다.

이 경우, 워크 교환 위치의 주축 척까지 회전 전달하지 않는 구조를 실현할 수 있어 워크 교환할 수 있게 된다. 또한, 주축 척의 결합, 결합 해제 동작을 이용해서 주축 척으로의 회전 전달, 전달 해제의 스위칭을 행할 수 있다. 따라서, 부품 점수의 저감을 꾀하여 제작 비용의 저감을 꾀할 수 있다.

(발명의 효과)

본 발명의 주축 척 교체 기구가 있는 공작 기계는 선단에 척 결합부를 갖고 주축 모터에 의해 회전 구동되는 주축과, 각각 워크를 유지할 수 있고, 상기 주축의 상기 척 결합부에 선택적으로 결합 및 분리 가능하게 맞물릴 수 있는 복수의 주축 척과, 이들 복수의 주축 척을 회전 가능하게 지지하고, 임의의 주축 척을 상기 주축의 전방에 위치시키는 가공 위치와, 주축 척에 대한 워크의 교환을 행하는 워크 교환 위치 사이에서 교체 가능하게 하고, 또한 가공 위치의 주축 척을 상기 주축의 척 결합부에 대하여 결합 및 결합 해제시키는 주축 척 교체 기구와, 상기 가공 위치에 위치해서 상기 주축의 상기 척 결합부에 미결합 상태에 있는 주축 척에 대하여, 상기 주축 모터의 회전을 상기 척 결합부와는 다른 경로로 전달하는 예비 회전 전달 기구를 구비하고, 이 예비 회전 전달 기구는 주축 척과 주축 사이에서 회전 속도차를 발생시키는 것으로서, 상기 주축 척이 상기 주축의 척 결합부에 결합된 상태에서 상기 회전 속도차를 흡수하는 속도차 흡수 기구를 갖기 때문에 주축 척 등의 회전 속도를 검지하는 일 없이, 간이한 구성으로 워크 교환 시간을 단축할 수 있다.

상기 예비 회전 전달 기구는 상기 주축의 후부로부터 회전을 도출시키는 것으로 해도 좋다.

상기 예비 회전 전달 기구는 구동축과, 이 구동축에 설치된 구동 기어와, 각각 이 구동 기어에 맞물리고, 상기 주축 척 교체 기구에 회전 가능하게 지지된 각 주축 척에 회전 전달하는 복수의 종동 기어를 가지며, 이들 복수의 종동 기어는 서로 축방향으로 위치가 어긋나 있어서, 상기 주축 척 교체 기구의 상기 결합 및 결합 해제 동작에 의해 상기 구동 기어에 대하여 선택적으로 맞물리는 것으로 해도 좋다. 이 경우, 부품 점수의 저감을 꾀하여 제작 비용의 저감을 꾀할 수 있다.

본 발명의 제 1 실시형태를 도 1 내지 도 5와 함께 설명한다. 이 제 1 실시형태에 따른 공작 기계 전체의 개략 구성, 주축 주변, 주축 척, 주축 척 교체 기구, 예비 회전 전달 기구 등에 대해서 순차적으로 설명한다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 이 제 1 실시형태에 따른 주축 척 교체 기구가 있는 공작 기계(1)는 터릿식 선반이고, 주축 지지 부재(2)와, 주축(3)과, 주축 모터(4)와, 2개의 주축 척(5,5)과, 주축 척 교체 기구(6)와, 예비 회전 전달 기구(7)(도 2)와, 절삭공구대(T)를 갖는다.

주축 주변에 대하여 설명한다.

도 1~도 3에 나타내는 바와 같이, 주축 지지 부재(2)는 베드(도시 생략) 상에 설치된 주축대로 이루어진다. 이 주축 지지 부재(2)에는 주축(3)이 축선(L1) 둘레로 회전 가능하게 주축 베어링에 의해 지지되어 있다. 도 2, 도 3에 나타내는 바 와 같이, 이 주축(3)은 축방향 선단에 척 결합부(3a)를 갖고, 이 척 결합부(3a)에 후술하는 2개의 주축 척(5,5)이 선택적으로 결합 및 분리 가능하게 맞물릴 수 있게 되어 있다. 주축 모터(4)는 주축 지지 부재(2)의 내부에 설치되어 주축(3)을 회전 구동시킨다. 주축 모터(4)는 주축 지지 부재(2)의 외부에 설치되어서 벨트 등에 의해 주축(3)에 회전 전달하는 것이어도 좋다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 절삭공구대(T)는 터릿으로 이루어진다. 절삭공구대(T)는 이송대(Bt) 상에 주축(3)에 평행한 축심(L3) 둘레로 분할 회전할 수 있게 배치되고, 이송대(Bt)의 이동에 의해 전후 좌우로 이동시켜진다. 이 절삭공구대(T)에 장착되는 공구(T1)에 의해 척 결합부(3a)에 결합된 주축 척(5)이 유지하는 워크(W)를 가공한다. 절삭공구대(T)는 외주의 둘레 방향으로 늘어서는 각 공구 스테이션에 공구(T1)가 장착된다. 각 공구(T1)는 바이트 등의 고정 공구이어도 밀링 헤드나 드릴 등의 회전 공구이어도 좋다. 또한, 절삭공구대(T)의 분할 회전은 도면에 나타내지 않은 분할 구동 수단에 의해 행하여진다.

주축 척(5)에 대하여 설명한다.

도 1, 도 3에 나타내는 바와 같이, 2개의 주축 척(5,5)은 소정 거리 이격해서 서로 간섭하는 일 없이 선회 암(8)에 설치되고, 또한 서로 평행하게 배치된다. 이들 주축 척(5)은, 예를 들면 척 클로(9)를 갖고, 이 척 클로(9)를 반경 방향 안쪽, 바깥쪽으로 변위시켜서 워크(W)를 유지하는 기능을 갖는다. 또한, 「주축 척」이 의미하는 것은 높은 파지력을 발생시키는 주축의 풀 스펙을 구비할 필요는 없고, 가령 파지해 두는 지그적인 것도 포함한다.

주축 척 교체 기구(6)에 대하여 설명한다.

주축 척 교체 기구(6)는 복수의 주축 척(5)을 회전 가능하게 지지하고, 임의의 주축 척(5)을 주축(3)의 전방에 위치시키는 가공 위치(P1)와, 주축 척(5)에 대한 워크(W)의 교환을 행하는 워크 교환 위치(P2) 사이에서 교체 가능하게 하고, 또한 가공 위치(P1)의 주축 척(5)을 주축(3)의 척 결합부(3a)에 대하여 결합 및 결합 해제시키는 기구이다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 주축 척 교체 기구(6)는 결합 기구(15)와, 선회 암(8)을 포함하는 선회 기구(16)를 갖는다. 선회 암(8)은 다음과 같이 선회 가능으로 되고, 또한 주축(3)의 척 결합부(3a)로의 주축 척(5)의 결합·결합 해제 동작을 위한 축방향 이동이 가능하게 된다.

선회 암(8) 및 그 지지 수단을 설명한다.

주축 지지 부재(2)의 상부에 슬라이드 레일(10)이 부설된다. 이 슬라이드 레일(10)을 따라 안내되는 직동 베어링(11)을 통해서 케이싱(12)이 설치되어 있다. 이 케이싱(12) 내에, 복수의 베어링(13,13)을 통해서 선회 암(8)의 축부(8a)가 회전 가능하게 지지되어 있다. 선회 암(8)의 선단부 및 후단부는 케이싱(12)으로부터 돌출된다. 선회 암(8)의 선단부는 축부(8a)의 축중심으로부터 지름 방향 한쪽 및 다른쪽 즉 180도 대칭 위치에 돌출되는 선회 부분(8b,8b)을 구비하고 있다. 각 선회 부분(8b) 내에 있어서, 복수의 베어링(14,14)을 통해서 주축 척(5)이 회전 가능하게 지지되어 있다.

상기 결합 기구(15)는 가공 위치(P1)의 주축 척(5)을 주축(3)의 척 결합 부(3a)에 대하여 결합 및 결합 해제시키는 기구이다. 상기 선회 기구(16)는 선회 암(8)을 선회시켜서 임의의 주축 척(5)을 주축(3)의 전방에 위치시키는 가공 위치(P1)와, 워크 교환 위치(P2) 사이에서 교체 가능하게 하는 기구이다. 상기 워크 교환 위치(P2)란, 주축 척(5)에 대한 워크(W)의 교환을 행하는 위치와 같다.

상기 결합 기구(15)는 케이싱(12), 슬라이드 기구(17), 및 전후 구동원(18)을 갖는다. 슬라이드 기구(17)는 직동 베어링(11)과 슬라이드 레일(10)을 갖는다. 주축 지지 부재(2)의 상부에 슬라이드 레일(10)이 부설되고, 케이싱(12)의 하부에 복수의 직동 베어링(11)이 고착되어 있다. 이들 직동 베어링(11)은 슬라이드 레일(10)을 따라 안내되고, 이것에 의해 케이싱(12)을 주축 축방향으로 이동시킬 수 있게 한다. 주축 지지 부재(2)에는, 예를 들면 유체압 실린더로 이루어지는 전후 구동원(18)이 설치된다. 이 유체압 실린더의 로드(18a)가 슬라이드 레일(10)의 길이 방향으로 평행하게 설치되고, 이 로드(18a)의 선단부가 케이싱(12)의 하부에 연결되어 있다. 전후 구동원(18)을 구동시킴으로써 케이싱(12)을 주축 축방향 즉 전후로 이동시키고, 가공 위치(P1)의 주축 척(5)을 주축(3)의 척 결합부(3a)에 대하여 결합 및 결합 해제하도록 되어 있다. 또한, 유체압 실린더의 대체 수단으로서 모터 및 볼 나사를 적용해도 좋다.

상기 선회 기구(16)는 선회 암(8), 베어링(13), 선회 구동 모터(19), 및 동력 전달부를 갖는다. 케이싱(12) 내에, 복수의 베어링(13,13)을 통해서 선회 암(8)의 축부(8a)가 회전 가능하게 지지되고, 케이싱(12)의 상부에 선회 구동 모터(19)가 설치된다. 이 선회 구동 모터(19)의 구동에 의해, 상기 동력 전달부를 통해서 축부(8a)를 그 축심 둘레로 정전(正轉) 또는 반전시켜 선회 부분(8b,8b)을 180도 선회시킬 수 있게 되어 있다.

상기 동력 전달부는 선회 구동 모터(19)의 모터축에 고착된 피니언 기어(20)와, 축부(8a) 후단의 외주에 설치되어 피니언 기어(20)에 맞물리는 기어(21)를 갖는다. 따라서, 선회 구동 모터(19)의 구동에 의해 피니언 기어(20)로부터 기어(21)에 동력이 전달되어 축부(8a)가 복수의 베어링(13,13)을 통해서 180도 회전한다. 이것에 의해, 선회 부분(8b,8b)에 설치된 2개의 주축 척(5,5) 중 임의의 주축 척(5)이 가공 위치(P1)와 워크 교환 위치(P2)에 걸쳐서 위치 결정된다.

예비 회전 전달 기구(7)에 대하여 설명한다.

도 2~도 4에 나타내는 바와 같이, 예비 회전 전달 기구(7)는 주축 모터(4)의 회전을 척 결합부(3a)와는 다른 경로로 전달하는 기구이다.

도 2, 도 3에 나타내는 바와 같이, 예비 회전 전달 기구(7)는 구동축(22)과, 속도차 흡수 기구(23)와, 클러치(24)와, 클러치 기어(25)와, 입력 기어(26)와, 구동 기어(27)와, 종동 기어(28,28)와, 출력 기어(29,29)를 갖는다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 예비 회전 전달 기구(7)는 유체압 실린더(30)와, 슬라이드 부재(31)와, 슬라이드 기구(32)와, 라이너 부재(33)(도 3)를 더 갖는다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 구동축(22)의 일부는 축부(8a) 내 및 선회 부분(8b) 내에 삽통되어서 설치된다. 즉, 축부(8a)의 내통면에 있어서, 원통상의 라이너 부재(33)가 전후 방향으로 요동할 수 있게 설치되어 있다. 이 라이너 부재(33)의 내경면에 전후로 이격된 복수의 베어링(34,34)이 설치되어 있다. 또한 도 4에 나타내는 바와 같이, 공작 기계 본체에 상기 슬라이드 기구(32)를 통해서 슬라이드 부재(31)가 전후 방향으로 이동 가능하게 설치되어 있다. 이 슬라이드 부재(31)에 구동축(22)용 베어링(35)과, 클러치 기어(25) 지지용 베어링(36)이 감합되어 있다. 도 3, 도 4에 나타내는 바와 같이, 이들 베어링(35,36) 중 구동축(22)용 베어링(35) 및, 라이너 부재(33)에 설치한 베어링(34,34)에 구동축(22)이 감합되어 구동축(22)이 회전 가능하게 지지되어 있다.

구동축(22)의 선단에 구동 기어(27)가 고착되고, 이 구동 기어(27)에 복수(본 예에서는 2개)의 종동 기어(28,28)가 맞물릴 수 있게 구성되어 있다. 이들 2개의 종동 기어(28,28)는 선회 부분(8b,8b) 내에 있어서, 지름 방향 한쪽 및 다른쪽으로 소정 거리 이격해서 회전 가능하게 지지되고, 또한 서로 축방향으로 위치를 어긋나게 해서 설치되어 있다. 주축 척 교체 기구(6)의 상기 결합 및 결합 해제 동작에 따라서, 유체압 실린더(30)의 로드(30a)를 진퇴시킴으로써 2개의 종동 기어(28,28)는 구동 기어(27)에 대하여 선택적으로 맞물린다. 각 주축 척(5)의 외주면에는 출력 기어(29)가 설치되고, 이 출력 기어(29)는 종동 기어(28)에 항상 맞물려 있다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 상기 유체압 실린더(30)는 공작 기계 본체에 설치되고, 이 로드(30a)가 슬라이드 부재(31)에 연결되어 있다. 슬라이드 기구(32)는, 직동 베어링(37)과 슬라이드 레일(28)을 갖는다. 슬라이드 부재(31)의 하면에 복수의 직동 베어링(37)이 고착되고, 공작 기계 본체에 슬라이드 레일(38)이 부설되어 있다. 복수의 직동 베어링(37)은 슬라이드 레일(38)을 따라 안내된다. 따라 서, 유체압 실린더(30)의 로드(30a)를 진퇴시킴으로써 슬라이드 부재(31) 및 라이너 부재(33)를 전후 이동시켜서 구동 기어(27)를 원하는 종동 기어(28)에 맞물릴 수 있게 된다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 1세트의 클러치 기어(25), 입력 기어(26)의 회전비와, 1세트의 구동 기어(27), 종동 기어(28), 출력 기어(29)(도 3)의 회전비는 약간 변경된 구성으로 되어 있다. 각 기어의 톱니의 수를 조정함으로써 상기 회전비를 바꿀 수 있다. 이것에 의해, 주축 척(5)이 척 결합부(3a)와는 다른 경로로 전달될 수 있게 된 상태에 있어서, 주축 척(5)과 주축(3) 사이에서 회전 속도차를 발생시킬 수 있다.

예를 들면, 주축이 1000rpm으로 회전하고 있을 때에 주축 척(5)을 1001rpm 또는 999rpm으로 회전시킬 수 있게 된다. 단, 이 회전 속도차에 한정되는 것은 아니다.

구동축(22)의 예를 들면 길이 방향 중간 부근부에는, 속도차 흡수 기구(23)가 설치되어 있다. 이 속도차 흡수 기구(23)는 주축 척(5)이 주축(3)의 척 결합부(3a)에 결합되고, 또한 상기 주축 척(5)이 척 결합부(3a)와는 다른 경로로 전달 될 수 있게 된 상태에 있어서, 상술한 회전 속도차를 흡수하는 것이다. 이 속도차 흡수 기구(23)는, 예를 들면 유체 커플링, 디퍼런셜 기어, 코일 스프링으로 이루어지는 것 등에 의해 실현된다.

클러치(24)로서는, 예를 들면 조 클러치, 기어 클러치, 마찰 클러치, 전자(電磁) 클러치 등 여러 가지 클러치가 적용된다. 클러치 기어(25)의 일단면에 클러 치(24)의 한쪽(24a)이 설치되고, 주축(3)의 후부로부터 인출되는 출력축 끝부에 클러치의 한쪽(24a)에 맞물리는 클러치의 다른쪽(24b)이 부설된다. 도 2, 도 4에 나타내는 바와 같이, 상기 유체압 실린더(30)의 구동에 의해 구동 기어(27)를 원하는 종동 기어(28)에 맞물리게 하고 그 후에 클러치(24)를 맞물리게 한다. 이것에 의해, 예비 회전 전달 기구(7)는 척 결합부(3a)와는 다른 경로로 주축 모터(4)의 회전을 주축 척(5)에 전달시킬 수 있다.

주축 척(5)과 척 결합부(3a)의 관계에 대하여 설명한다.

도 5 좌반부에 나타내는 바와 같이, 척 결합부(3a)에 대향하는 각 주축 척(5)의 후단에는 복수(본 예에서는 3개)의 반구면상의 볼록부(39)가 부설되어 있다. 이들 볼록부(39)는 도 5 우반부에 나타내는 바와 같이, 예를 들면 둘레 방향 일정 간격(α)(α=120도)으로 등배로 배치되고, 또한 지름 방향으로 각각 다른 위치에 설치되어 있다. 도 5 좌반부에 나타내는 바와 같이, 주축(3)의 척 결합부(3a)에는 각 볼록부(39)에 대응해서 맞물릴 수 있는 오목부(40)가 형성되어 있다. 복수의 볼록부(39)는 동일 치수의 반구면으로 이루어지지만, 지름 방향의 설치 위치를 다르게 함으로써 하나의 오목부(40)에 대응하는 볼록부(39)만이 맞물릴 수 있게 된다. 주축(3) 및 주축 척(5)이 회전하고 있는 상태에서 주축(3)의 척 결합부(3a)에 주축 척(5)을 맞물리게 할 때에, 상술한 주축 척(5)과 주축(3) 사이의 회전 속도차에 의해 양자의 위상이 합치되어 오목부(40)에 볼록부(39)가 확실하게 맞물리게 된다.

상기 구성의 동작을 설명한다.

워크(W)의 가공 후, 가공 위치(P1)에서 척 결합부(3a)에 결합된 주축 척(5)을 전후 구동원(18)의 구동에 의해 결합 해제한다. 다음에, 가공하는 워크(W)가 유지된 워크 교환 위치(P2)에 있는 주축 척을 선회 구동 모터(19)의 구동에 의해 가공 위치(P1)로 교체한다. 이 후 또는 이와 아울러, 유체압 실린더(30)의 구동에 의해 구동 기어(27)를 원하는 종동 기어(28)에 맞물리게 하고, 또한 클러치(24)를 맞물리게 한다. 이것에 의해, 예비 회전 전달 기구(7)에 의한 회전 전달이 가능해진다. 그 후, 상기 가공 위치(P1)에 있는 주축 척(5)을 척 결합부(3a)에 미결합 상태에서 주축 모터(4)에 의해 예비 회전 전달 기구(7)를 통해서 회전 구동시킨다.

다음에, 전후 구동원(18)의 구동에 의해 상기 가공 위치(P1)의 주축 척(5)을 척 결합부(3a)에 결합시킨다. 이 때, 예비 회전 전달 기구(7)는 주축 척(5)과 주축(3) 사이에서 회전 속도차를 발생시킨다. 이 회전 속도차에 의해, 가공 위치(P1)의 주축 척(5)과 척 결합부(3a)의 위상이 합치되고, 오목부(40)에 대응하는 볼록부(39)가 맞물린다. 이들의 결합 상태에서 속도차 흡수 기구(23)에 의해 상기 회전 속도차를 흡수한다. 주축 척(5) 결합 후, 유체압 실린더(30)의 구동에 의해 클러치(24)의 접속을 해제하고, 예비 회전 전달 기구(7)에 의한 회전 전달을 단절한다. 주축 척(5)이 척 결합부(3a)에 결합된 것인지 아닌지는, 예를 들면 주축 모터(4)의 부하 변동 소위 스핀들 부하 변동에 의해 검출해 판단할 수 있다. 단, 이러한 판단에 한정되는 것은 아니다. 그 후, 가공 위치(P1)의 주축 척(5)에 유지된 워크(W)를 가공한다. 이후, 이 동작을 반복한다.

이상 설명한 주축 척 교체 기구가 있는 공작 기계에 의하면, 가감속에 시간 이 걸리는 주축(3)의 회전을 정지시키는 일 없이, 임의의 주축 척(5)을 주축(3)의 척 결합부(3a)에 결합시킬 수 있다. 이 경우, 주축 척(5) 등의 회전 속도를 검지하는 일 없이, 간이한 구성으로 주축 척(5)을 척 결합부(3a)에 확실하게 결합시킬 수 있다. 이 공작 기계에 의하면, 워크(W)를 교환해서 가공할 때에 즉시 가공이 시작되어 가공 사이클 타임의 단축을 꾀할 수 있다. 또한, 모터를 고속 회전으로 동기 제어할 필요도 없고, 제어계가 복잡화될 일도 없다. 각 주축 척 전용 모터를 설치할 필요가 없기 때문에 공작 기계의 제작 비용의 저감을 꾀하고, 공작 기계 전체의 소형화를 꾀할 수 있게 된다.

예비 회전 전달 기구(7)는 주축(3)의 후부로부터 회전을 도출시키는 것으로 하고 있다. 이렇게, 주축(3)의 후부로부터 주축 모터(4)의 회전을 도출할 수 있기 때문에 주축 앞측의 가공 스페이스를 확보할 수 있게 된다.

2개의 종동 기어(28,28)는 서로 축방향으로 위치가 어긋나 있어서 주축 척 교체 기구(6)의 상기 결합 및 결합 해제 동작에 의해, 구동 기어(27)에 대하여 선택적으로 맞물리는 것으로 되어 있기 때문에 다음의 작용 효과를 얻는다. 워크 교환 위치(P2)의 주축 척(5)까지 회전 전달하지 않는 구조를 실현할 수 있고, 워크 교환할 수 있게 된다. 또한, 주축 척(5)의 결합·결합 해제 동작을 이용하여 주축 척(5)의 회전 전달, 전달 해제의 스위칭을 행할 수 있다. 따라서, 부품 점수의 저감을 꾀하여 제작 비용의 저감을 꾀할 수 있다.

각 주축 척(5)을 회전시키는 전용 모터를 설치하지 않고, 1개의 주축 모터(4)에 의해 각 주축 척(5)을 척 결합부(3a)에 결합시키기 전에 회전시킬 수 있 다. 또한, 구동 기어(27)에 맞물리는 종동 기어(28) 등의 기어비를 바꾸는 것만으로 간단하게 주축 척(5)과 주축(3) 사이의 회전 속도차를 발생시킬 수 있다. 그러므로, 회전 속도차를 발생시키는 복잡한 기구를 설치할 필요가 없고, 따라서 부품 점수의 저감을 꾀하여 제작 비용의 저감을 꾀할 수 있다.

다음에 본 발명의 다른 실시형태에 대하여 설명한다.

이하의 설명에 있어서는, 제 1 실시형태에서 설명하고 있는 사항에 대응하고 있는 부분에는 동일 참조 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 생략할 경우가 있다. 구성의 일부만을 설명하고 있을 경우, 구성의 다른 부분은 선행해서 설명하고 있는 형태와 마찬가지로 한다. 실시의 각 형태에서 구체적으로 설명하고 있는 부분의 조합뿐만 아니라, 특히 조합에 지장이 발생하지 않으면 실시형태끼리를 부분적으로 조합할 수도 있다.

본 발명의 제 2 실시형태를 도 6과 아울러 설명한다.

이 제 2 실시형태에 따른 주축 척 교체 기구가 있는 공작 기계는, 특히 주축 모터(4)를 주축 지지 부재(2)에 대하여 전후로 이동할 수 있게 구성하고, 이 주축 모터(4)의 모터 케이싱 상부에 케이싱(12)이 고착되어 있다. 또한, 클러치 기어(25)가 슬라이드 부재(31)와는 독립하여 공작 기계 본체에 회전 가능하게 지지되어 있다. 유체압 실린더(30)의 구동에 의해, 클러치 기어(25)에 입력 기어(26)가 축방향으로 상대적으로 변위하지만, 이들은 항상 맞물린 상태를 유지하도록 구성되어 있다. 그 이외 도 1~도 5에 나타내는 제 1 실시형태와 같은 구성으로 되어 있다.

제 2 실시형태에 의하면, 전후 구동원(18)에 의해 가공 위치(P1)의 주축 척(5)을 주축(3)의 척 결합부(3a)에 대하여 결합 및 결합 해제할 수 있다. 또한, 이 전후 구동원(18)에 의해 클러치(24)의 접속 및 접속 해제를 행할 수 있게 된다. 이 경우에 있어서, 유체압 실린더(30)는 구동 기어(27)를 2개의 종동 기어(28,28)에 대하여 선택적으로 맞물리게 하는 기능만을 갖는 것으로 할 수 있다. 따라서, 유체압 실린더(30)의 추력을 제 1 실시형태의 유체압 실린더보다 작은 것으로 할 수 있고, 실린더의 소형화를 꾀할 수 있다. 따라서, 제작 비용의 저감을 꾀할 수 있게 된다. 그 이외 제 1 실시형태와 같은 작용 효과를 얻는다.

본 발명의 제 3 실시형태를 도 7과 아울러 설명한다.

이 제 3 실시형태에 따른 주축 척 교체 기구가 있는 공작 기계는, 구동축(22)에 벨트(41)를 통해서 주축 척(5)이 회전할 수 있게 되어 있다. 구동축(22)의 축방향 선단부에 단면 마름모꼴의 구동력 전달부(22a)가 부설되어 있다. 이 구동력 전달부(22a)의 전후의 원추상 부분에 각각 결합 및 분리 가능하게 맞물리는 피전달부(42,43)가 선회 부분(8b) 내에 있어서 회전 가능하게 지지되어 있다. 유체압 실린더(30)(도 6 참조)의 구동에 의해, 구동력 전달부(22a)를 전후 이동시켜서 피전달부(42,43) 중 어느 한쪽에 대하여 선택적으로 맞물리게 할 수 있는 구성으로 되어 있다. 그 이외 제 1 또는 제 2 실시형태와 동일한 구성으로 되어 있다. 이 구성에 의하면, 기어의 맞물림 오차 등을 고려하는 일 없이, 주축 모터(4)의 회전을 원활하게 척 결합부(3a)에 전달할 수 있다.

상기 각 실시형태에서는 복수의 주축 척(5)을 선회 암(8)으로부터 분리 이탈 시키지 않는 구성으로 되어 있다. 다른 실시형태로서, 선회 암(8)으로부터 임의의 주축 척(5)을 분리 이탈시킬 수 있게 하는 분리 기구, 및 주축 척(5)의 워크 유지 기구를 설치해도 좋다. 이 경우, 제 1~제 3 실시형태의 것보다 주축 척(5)의 강성을 높일 필요가 없어진다. 따라서, 주축 척 자체의 경량화를 꾀하여 선회 암(8)의 선회성을 높여 선회 구동 모터(19)의 소형, 경량화를 꾀할 수 있다.

다른 실시형태로서, 3개 이상의 주축 척을 설치한 구성으로 해도 좋다. 상기 유체압 실린더(30)의 대체 수단으로서 모터 및 볼 나사 기구를 적용해도 좋다. 상기 디퍼런셜 기어를 설치하는 대신에, 주축 척(5)이 주축(3)의 척 결합부(3a)에 결합될 때에 클러치(24)의 접속이 해제되는 구성으로 해도 좋다. 이 경우, 마찰 클러치나 전자 클러치 등에 의해 속도차 흡수 기구를 실현할 수 있다.

주축 척(5)이 척 결합부(3a)에 결합된 것인지 아닌지를 센서에 의해 검출해 판단할 수도 있다.

도 8에 나타내는 바와 같이, 워크 교환 위치(P1)에 있어서의 주축 척(5)을 에어 블로하거나 하기 위해 회전시키는 모터(44)를 설치해도 된다. 이 모터(44)의 척 결합부(44a)에는 상술한 복수의 오목부(40)를 형성해 두고, 주축 척(5)의 복수의 볼록부(39)에 용이하게 맞물릴 수 있게 할 수 있다.

그 이외 2개의 출력 기어(29,29)에 대하여, 구동 기어(27)를 선택적으로 맞물리게 하는 구성으로 할 수도 있다. 이 경우, 더욱 부품 점수의 저감을 꾀할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 주축 척 교체 기구가 있는 공작 기계의 정면도이다.

도 2는 동 공작 기계의 예비 회전 전달 기구 등을 개략 나타내는 측면도이다.

도 3은 동 공작 기계의 주축 척 교체 기구 등을 나타내는 단면도이다.

도 4는 동 공작 기계의 예비 회전 전달 기구의 일부를 확대해서 나타내는 단면도이다.

도 5는 동 공작 기계의 주축 척과 척 결합부의 관계를 나타내는 도면이다.

도 6은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 주축 척 교체 기구가 있는 공작 기계의 요부를 나타내는 단면도이다.

도 7은 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 주축 척 교체 기구가 있는 공작 기계의 요부를 개략 나타내는 도면이다.

도 8은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 주축 척 교체 기구가 있는 공작 기계의 개략 측면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 주축 척 교체 기구가 있는 공작 기계 3 : 주축

3a : 척 결합부 4 : 주축 모터

5 : 주축 척 6 : 주축 척 교체 기구

7 : 예비 회전 전달 기구 22 : 구동축

23 : 속도차 흡수 기구 27 : 구동 기어

28 : 종동 기어 P1 : 가공 위치

P2 : 워크 교환 위치 W : 워크

Claims

선단에 척 결합부를 갖고 주축 모터에 의해 회전 구동되는 주축;

각각 워크를 유지할 수 있고, 상기 주축의 상기 척 결합부에 선택적으로 결합 및 분리 가능하게 맞물릴 수 있는 복수의 주축 척;

이들 복수의 주축 척을 회전 가능하게 지지하고, 임의의 주축 척을 상기 주축의 전방에 위치시키는 가공 위치와, 주축 척에 대한 워크의 교환을 행하는 워크 교환 위치 사이에서 교체 가능하게 하고, 또한 가공 위치의 주축 척을 상기 주축의 척 결합부에 대하여 결합 및 결합 해제시키는 주축 척 교체 기구; 및

상기 가공 위치에 위치해서 상기 주축의 상기 척 결합부에 미결합 상태에 있는 주축 척에 대하여, 상기 주축 모터의 회전을 상기 척 결합부와는 다른 경로로 전달하는 예비 회전 전달 기구를 구비하고:

이 예비 회전 전달 기구는 상기 주축 척과 상기 주축 사이에서 회전 속도차를 발생시키는 것으로서, 상기 주축 척이 상기 주축의 상기 척 결합부에 결합된 상태에서 상기 회전 속도차를 흡수하는 속도차 흡수 기구를 갖는 것을 특징으로 하는 주축 척 교체 기구가 있는 공작 기계.
제 1 항에 있어서, 상기 예비 회전 전달 기구는 상기 주축의 후부로부터 회전을 도출시키는 것으로 한 것을 특징으로 하는 주축 척 교체 기구가 있는 공작 기계.
제 1 항에 있어서, 상기 예비 회전 전달 기구는 구동축과, 이 구동축에 설치된 구동 기어와, 각각 이 구동 기어에 맞물리고, 상기 주축 척 교체 기구에 회전 가능하게 지지된 각 주축 척에 회전 전달하는 복수의 종동 기어를 가지며; 이들 복수의 종동 기어는 서로 축방향으로 위치가 어긋나 있어서 상기 주축 척 교체 기구의 상기 결합 및 결합 해제 동작에 의해 상기 구동 기어에 대하여 선택적으로 맞물리는 것으로 한 것을 특징으로 하는 주축 척 교체 기구가 있는 공작 기계.