KR20110092216A - 자동 조심형 방진구 - Google Patents

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페터 헬름
에크하르트 마우러
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에스엠더블유-오토블록 스펜시스테메 게엠베하
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Abstract

선반 상에 피가공물(4)을 클램핑 및/또는 홀딩하기 위한 자동 조심형 방진구(1)로서, 방진구(1)의 하우징(2) 내에 장착되고 공통 평면에 조절가능하게 유지되는 3개의 홀딩 요소(5, 6, 7)를 구비하며, 상기 3개의 홀딩 요소 중 2개의 외부 홀딩 요소(5, 7)는 하우징(2) 내에 그리고 서로 거울상 배열을 이루어 지지되는 선회하는 각진 레버로서 구성되고, 중간 홀딩 요소(6)는 피가공물(4)의 방향으로 축방향으로 이동가능하도록 구동 유닛(61)과 구동가능하게 연결되어 구동 유닛(61) 및 중간 부재(8)에 의해 하우징(2) 내에서 안내되며, 이때 중간 부재(8) 상에 제어 표면(9)이 제공되고, 이 경우에 2개의 외부 홀딩 요소(5, 7)는 홀딩 요소(5, 7)의 내부 단부(10)에 의해 제어 표면(9)과 상호작용하는 방진구(1)에서, 목적은 방진구(1)의 3개의 홀딩 요소(5, 6, 7)의 전진 및 클램핑 운동이 전기적으로 작동되는 구동 장치(21, 61)에 의해, 특히 중간 부재(8)에 의해 수행되는 축방향 전진 및 복귀 운동으로 변환되는 회전 운동을 수행하는 전기 모터(21)에 의해 수행되는 상황을 달성하는 것이다. 또한, 전기 모터(21)의 위치에 의해 방진구(1)의 전진 및 클램핑 운동을 정확하게 측정 및 모니터할 수 있어야 한다. 또한, 가장 신속한 가능한 전진 및 방진구의 암(5, 6, 7)의 클램핑 운동 둘 모두에 전기 모터(21)의 회전 운동을 사용할 수 있어야 한다.
이는, 구동 유닛(61)은 전기 모터(21)에 의해 구동될 수 있고, 전기 모터(21)의 회전 운동은 구동 유닛(61)에 의해, 생성된 힘 성분(Fz, Fs)이 피가공물(4) 상으로 향하는 상태로 중간 부재(8)의 최소한 2가지 상이한 축방향 전진 속도로 변환될 수 있으며, 중간 부재(8)와 전기 모터(21) 사이에 중간 부재의 대응하는 전진 속도를 설정하기 위해, 제한된 작용을 갖는 클러치(62)가 사용되고, 상기 클러치에 의해, 구동 유닛(61)은 2가지 상이한 변위 위치로 자동으로 전환될 수 있다는 점에서 달성된다.

Description

자동 조심형 방진구{SELF-CENTERING STEADY REST}
본 발명은 특허청구범위 제1항의 전제부에 따른 자동 조심(自動調心)형 방진구(self-centering steady rest)에 관한 것이다.
이러한 종류의 방진구는 수십 년간 특허 출원에 의해 제시되었고 성공적으로 시판되었다. 예를 들어, 이러한 종류의 방진구가 유럽 특허 제EP 0 562 180 B1호에 개시된다.
일반적으로, 이들 방진구는 압력 피스톤에 의해 구동되며, 이 압력 피스톤에 의해 중간 부재가 클램핑될 피가공물의 방향으로 축방향으로 이동되되, 피가공물로부터 전방으로 또는 후방으로 이동된다. 이 경우에 압력 피스톤은 그에 작용하는 유압 유체를 구비하며, 이에 의해 압력 피스톤은 클램핑(clamping) 및 로킹해제(unlocking) 운동에 필요한 전방 및 후방 운동을 수행한다.
지금까지 수십 년 동안, 이미 공개되었던 압력 피스톤을 구비한 유압 구동장치에 대한 대안으로서 상이한 종류의 구동 장치를 제공하는데 대한 상당한 요구가 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은, 방진구의 3개의 홀딩 요소의 전진 및 클램핑 운동이 전기적으로 작동되는 구동 장치에 의해, 특히 중간 부재에 의해 수행되는 축방향 전진 및 복귀 운동으로 변환되는 회전 운동을 수행하는 전기 모터에 의해 수행되도록 전술한 종류의 자동 조심형 방진구를 더욱 개발하는데 있다. 또한, 전기 모터의 위치에 의해 방진구의 전진 및 클램핑 운동을 정확하게 측정 및 모니터할 수 있어야 한다. 또한, 가장 신속한 가능한 전진 및 방진구의 암의 클램핑 운동 둘 모두에 전기 모터의 회전 운동을 사용할 수 있어야 한다.
이들 목적은 본 발명에 따르면 특허청구범위 제1항의 특징부의 특징에 의해 달성된다.
본 발명의 다른 유리한 실시 형태들이 종속항들에 개시된다.
전환 기능을 갖는 전기 모터와 피가공물의 방향으로 축방향으로 이동되는 중간 부재 사이에 구동 유닛이 배치되고, 이 경우에 구동 유닛은 전기 모터 및 중간 부재 둘 모두와 능동 구동 연결되며, 이에 의해 전기 모터의 회전 운동은 초기에 중간 부재의 제1 축방향 전진 속도로 변환된다. 방진구의 3개의 홀딩 요소가 피가공물 상의 접촉 위치에 도달한 후, 구동 유닛이 회전 운동을 중간 부재의 제2 전진 속도로 변환시키기 때문에, 전기 모터의 회전 운동이 3개의 홀딩 요소를 클램핑하는데 사용되는 것이 유리하며, 이에 의해 피가공물 상으로 지향되는 전진력(advance force) 및 클램핑력(clamping force)이 상이한 종류의 2가지 힘 공여자(contributor)로 변환된다.
중간 부재의 상이한 전진 속도는 제한된 배열로 스위칭되는 클러치에 의해 달성되며, 이 클러치에 의해 구동 유닛은 2가지 상이한 스위칭 위치로 자동으로 전환될 수 있다. 결과적으로, 중간 부재 및 이 중간 부재와 구동가능하게 연결되는 3개의 홀딩 요소에 전진 운동 및 클램핑 운동을 발생시키기 위해, 전기 모터의 회전 운동은 3개의 홀딩 요소의 개방된 위치로부터 시작하여 이들이 피가공물 상의 그 클램핑 위치에 도달할 때까지 어떠한 시간 중단 없이 사용될 수 있다.
또한, 전기 모터의 회전축은 바람직한 실시 형태에서 방진구의 운동 방향에 평행하게 또는 그와 동일 높이에 배치될 수 있으며, 이에 의해 전기 모터를 구비한 전체 방진구에 대해 콤팩트하고 따라서 작은 설치 치수가 달성될 수 있다.
전기 모터의 제어 유닛에 의하여, 피가공물을 그들 내의 중앙에 유지시키는 3개의 홀딩 요소가 이들이 접촉할 때 손상되지도 않고 이들이 피가공물의 표면을 손상시키지도 않는 것을 보장하는 것이 특히 유리하다. 즉, 3개의 홀딩 요소가 피가공물의 표면과 접촉하기 직전에, 이 위치가 기록되고, 전기 모터의 속도가 잠시 동안 감소된다. 이에 이어서, 홀딩 요소의 운동의 자유가 제한되기 때문에, 전기 모터의 토크가 증가된다. 전기 모터의 회전이 측정될 수 있고, 그 결과 홀딩 요소는 이들이 피가공물의 표면과 접촉하기 전에, 전기 모터의 회전 속도를 감소시킴으로써 제동된다. 전기 모터의 위치에 의해, 기계 공구가 그 운동을 수행할 때 홀딩 요소의 위치를 고려하기 때문에, 홀딩 요소의 영역을 보호할 수 있다.
높은 속도와 클램핑 운동 사이의 또는 그 역 사이의 전이에 어떠한 시간 지연도 없으며, 이에 의해 유리한 실시 형태에서, 피가공물의 방향으로 3개의 홀딩 요소에 의해 아주 신속한 전진 운동이 존재하고, 추가의 아주 짧은 시간 주기 내에서의 전기 모터의 추가의 제한된 회전은 피가공물이 3개의 홀딩 요소 사이에 신뢰성 있게 클램핑된 것을 의미한다.
도면들은 본 발명에 따라 구성되는 샘플 실시 형태를 도시하며, 이의 세부 사항들이 아래에 설명된다.
본 발명에 의하면, 방진구의 3개의 홀딩 요소의 전진 및 클램핑 운동이 전기적으로 작동되는 구동 장치에 의해, 특히 중간 부재에 의해 수행되는 축방향 전진 및 복귀 운동으로 변환되는 회전 운동을 수행하는 전기 모터에 의해 수행되도록 하는 자동 조심형 방진구가 제공된다. 또한, 전기 모터의 위치에 의해 방진구의 전진 및 클램핑 운동을 정확하게 측정 및 모니터할 수 있다. 또한, 가장 신속한 가능한 전진 및 방진구의 암의 클램핑 운동 둘 모두에 전기 모터의 회전 운동을 사용할 수 있다.
도 1은 공통 평면에 배치된 3개의 홀딩 요소를 구비한 방진구로서, 여기에서 홀딩 요소는 방진구의 하우징 내에 유지되는 축방향으로 이동가능한 중간 부재에 의해 피가공물을 향해 이동될 수 있고, 중간 부재와 전기 모터 사이에 구동 유닛이 배치되며, 이 구동 유닛에 의해 중간 부재가 축방향으로 이동될 수 있는 방진구를 초기 위치에서 단면도로 도시한다.
도 2는 피가공물 상으로의 3개의 작동 장치의 전진 운동의 완료 후 도 1에 따른 방진구를 도시한다.
도 3은 3개의 홀딩 요소의 클램핑 위치에서 도 1에 따른 방진구를 도시한다.
도 4는 절단선 Ⅳ-Ⅳ를 따라 도시한 도 2에 따른 방진구를 도시한다.
도 5는 절단선 Ⅴ-Ⅴ를 따라 도시한 도 3에 따른 방진구를 도시한다.
도 6은 방진구를 구동시키기 위한 도 1에 따른 전기 모터의 토크 프로파일과 함께 중간 부재에 의해 커버되는 거리를 도시한다.
도 7은 예비-장착된 상태에서, 도 1에 따른 구동 유닛의 일부를 형성하는 샤프트 및 플랜지의 사시도를 도시한다.
도 8은 절단선 Ⅷ-Ⅷ을 따라 도시한 도 3에 따른 방진구를 도시한다.
도 9는 예비-장착된 상태에서 도 1에 따른 방진구를 사시도로 도시한다.
도 1은 선반(turning machine) 상에 피가공물(4)을 클램핑 및/또는 홀딩하기 위한 자동 조심형 방진구(1)를 도시한다. 아래에 더욱 상세히 설명되는 방식으로 방진구(1)의 하우징(2) 상에 장착되는 3개의 홀딩 요소(5, 6, 7)가 있다. 2개의 외부 홀딩 요소(5, 7)는 선회 배열을 이루어 하우징 상에 관절식으로 결합되는 각진 레버로서 서로 거울상(mirror-image) 배열을 이루어 구성된다. 중간 홀딩 요소(6)는, 피가공물(4)의 방향으로 또는 그 역으로 이동될 수 있고 회전방향으로 고정되는 배열을 이루어 하우징(2) 내에 유지되는 중간 부재(8) 상에 축방향으로 형성된다.
또한, 중간 부재(8)는 거울상 배열을 이루어 서로 대향되는 2개의 외측을 향하는 제어 표면(9)을 구비한다. 두 외부 홀딩 요소(5, 7)의 내부 자유 단부(10)는 클램핑 운동 중 예비하중(preload) 하에서 제어 표면(9)과 접촉하지만, 그들은 상이한 방식으로 이들 표면과 결합될 수도 있으며, 이에 의해 제어 표면(9) 및 홀딩 요소(5, 7)의 자유 단부(10)는 서로 연속적으로 능동 접촉된다. 따라서, 중간 부재(8)가 피가공물(4)을 향해 이동되자마자, 홀딩 요소(5, 6, 7)는, 이들이 피가공물(4)과 접속되게 접촉하고 동시에 이들의 피가공물 접촉 요소(11), 예를 들어 롤러, 그리퍼, 패드와 접촉하도록 동시에 이동된다. 두 외부 홀딩 요소(5, 7)의 개방 각도(α)와 피가공물(4) 상에서의 3개의 홀딩 요소(5, 6, 7)의 원하는 접촉 사이의 운동은 전진 운동 또는 급속 스트로크(rapid stroke)로 지칭된다. 일단 3개의 홀딩 요소(5, 6, 7)가 피가공물(4)의 표면과 접촉하면, 이는 클램핑되어야 한다. 전진 운동 후 수행되어야 하는 3개의 홀딩 요소(5, 6, 7)의 클램핑 운동은 도 2 및 도 3에서 볼 수 있다. 클램핑 운동의 종료시, 홀딩 요소(5, 6, 7)의 롤러(11)는 예비하중 하에서 피가공물(4)과 접촉하며, 이에 의해 피가공물(4)은 방진구(1) 상에 신뢰성 있게 클램핑되고 지지된다. 롤러(11)는 또한 패드 또는 그리퍼로서 구성될 수 있다.
3개의 홀딩 요소(5, 6, 7)가 각각 클램핑될 피가공물(4)로부터 최대 가능한 거리에 있는 도 1에 도시된 초기 위치로부터 시작하여, 요소들은 이제 가능하다면 어떠한 시간 지연 없이 전기 모터(21)에 의해 피가공물(4)을 향해 전진하여야 하고, 전진 운동의 종료시, 전기 모터(21)는 또한 3개의 홀딩 요소(5, 6, 7)의 클램핑 운동이 수행될 수 있게 하여야 한다.
전기 모터(21)는 고정자(22) 및 회전자(23)로 구성된다. 플랜지(24)가 볼트(25)에 의해 회전자(23)에 부착된다. 플랜지(24)는 내부에 내치차(internal gearing)(28)가 가공되는 관형 섹션을 구비한다. 결과적으로, 회전자의 회전 운동은 플랜지(24)로 전달되고, 이로부터 샤프트(26) 상으로 전달된다.
하우징(2)에 부착되는 구동 유닛 하우징(62) 내부에 배치되는 구동 유닛(61)은 이제 전기 모터(21)의 회전 운동이 중간 부재(8)에 작용하는 축방향 전진 운동으로 변환될 수 있게 한다. 이 경우에 구동 유닛(61)은 주로 내치차(28)에 의해 플랜지(24)와 구동가능하게 연결되는 샤프트(26)로 구성되는데, 왜냐하면 샤프트(26)의 외면 내에 가공되는 외치차(external gearing)(27)가 있고, 이 외치차(27)가 내치차(28) 내에 맞물리기 때문이다. 특히 도 7에서, 샤프트(26)의 외치차(27)가 방진구(1)의 종축(3)과 평행하게 정렬되는 것과, 결과적으로 샤프트(26)가 플랜지(24)의 내치차(28)를 따라 밀려질 수 있는 것을 볼 수 있다.
구동 유닛(61)의 또 다른 구성요소로서 중공 샤프트(29)가 제공되며, 이 중공 샤프트(29)는 클러치(62)에 의해 3개의 홀딩 요소(5, 6, 7)의 전진 운동 중 샤프트(26)와 해제가능한 형태-로킹식(form-locking) 능동 연결을 이루어 위치된다. 클러치(62)는 간단한 슬립 클러치로서 구성될 수 있으며, 이에 의해 샤프트(26)와 중공 샤프트(29) 사이에 힘-로킹식(force-locking) 능동 연결이 달성되고, 이에 의해 소정의 토크를 초과할 때 힘 전달이 해제된다.
클러치(62)는, 종축(3)에 직각으로 연장되고 샤프트(26) 내에 가공되는 구멍(35) 내에 삽입되는 핀(33)에 의해 저렴하게 형성된다. 이 배열은 또한 90°만큼 선회될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같은 초기 상태에서, 그리고 도 2에 도시된 바와 같은 홀딩 요소(5, 6, 7)의 클램핑 운동의 개시 전에, 핀(33)은 중공 샤프트(29)의 내부에 가공되는 홈(32) 내로 밀려진다.
또한, 구멍(34)이 종축(3)과 동일한 높이로 샤프트(26) 내에 제공되고, 이 구멍(34) 내에 코일형 압축 스프링(36)이 삽입된다. 핀(33)을 향하는 코일형 압축 스프링(36)의 자유 단부 상에 볼(37)이 배치되고, 이 볼(37)은 핀(33) 내에 가공되는 노치(38) 내로 코일형 압축 스프링(36)에 의해 가압된다.
특히 도 4 및 도 5는, 핀(33)의 일단부가 반경방향 벽과 접촉하고, 반경 방향에 일정 각도로 연장되는 벽이 대향 단부에 제공되며, 이에 의해 일정 각도로 외향으로 연장되는 표면(32)이 형성되는 것을 도시한다. 이 경우에 각진 표면(32)은 전기 모터(21)의 구동 방향으로 놓이고; 반경방향 벽의 주 목적은 핀(33)을 위한 정지부로서의 역할을 하는 것이며, 이에 의해 핀(33)은 반경방향 벽을 넘어 들어올려질 수 없다. 따라서, 반경방향 벽은 핀(33)을 벽에 작용하는 힘 벡터에 의해 중공 샤프트(29)의 홈(32) 내에 유지시킨다.
전기 모터(21)가 회전하기 시작하면, 중간 부재(8)는 도 1에 도시된 초기 위치로부터 피가공물(4)을 향해 이동하는데, 왜냐하면 플랜지(24)가 샤프트(26)를 구동시키고, 이 샤프트가 클러치(62)에 의해 중공 샤프트(29)를 구동시키기 때문이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 수용 개구(12)가 하우징(2) 내에 가공되고, 이 개구(12) 내에 축방향으로는 이동가능하지만 회전방향으로는 고정되는 배열을 이루어 중간 부재(8)가 삽입된다.
또한, 나사형성된 구멍(threaded hole)(13)이 중간 부재(8) 내에 가공되고, 나사형성된 스핀들(14)이 이 구멍 내에 나사체결된다. 나사형성된 스핀들(14)은 유지 핀(16)에 의해 중공 샤프트(29)에 확고하게 연결된다. 중공 샤프트(29)의 설계는 도 1 및 도 9에서 볼 수 있다. 따라서, 중공 샤프트(29)의 회전 운동은 나사형성된 스핀들(14)에 작용하여, 이것이 회전되게 한다. 중간 부재(8)는 회전방향으로 고정된 배열을 이루어 하우징(2) 내에 유지되고, 따라서 나사형성된 스핀들(14)과 중간 부재(8) 사이에 나선형 상대 운동이 존재한다. 나사형성된 스핀들(14)이 사다리꼴 나사(48)를 구비하는 것이 유리하며, 이에 의해 나사형성된 스핀들(14)의 회전 속도가 특정 비율로 중간 부재(8) 상으로 전달되어, 3개의 홀딩 요소(5, 6, 7)에 제1 전진 속도가 이용가능하고 이들이 최단의 가능한 시간 내에 피가공물과 접촉하도록 이동하는 것을 보장한다.
도 4에 도시된 회전 카운터(revolution counter)(51)가 전기 모터(21)의 각도 위치를 결정하고, 도시되지 않은 전자 제어 유닛에 의해 평가된다. 따라서, 전자 제어 유닛은 전기 모터(21)의 위치를 측정함으로써 피가공물(4)에 대한 3개의 홀딩 요소(5, 6, 7)의 위치를 영구적으로 측정하며, 이에 의해 홀딩 요소(5, 6, 7)가 피가공물(4)과 접촉하기 직전에 전기 모터(21)의 전력이 감소될 수 있다. 이러한 제어 대책을 통해, 홀딩 요소(5, 6, 7)의 롤러(11)가 피가공물(4)과 충돌하지 않을 수 있어, 피가공물을 손상시키지 않을 수 있거나, 이들을 피가공물(4) 자체에 의해 손상에 노출시키지 않을 수 있다. 또한, 이 제어 대책은 소음 방출을 감소시킨다.
도 6은 3개의 홀딩 요소(5, 6, 7)에 대해 커버되는 거리에 대한 토크 프로파일을 다이어그램의 형태로 도시한다. 일단 전기 모터(21)가 시동되면, 토크는 일정한 값으로 형성된다. 홀딩 요소(5, 6, 7)가 피가공물(4)과 능동 연결되기 시작하자마자, 전기 모터(21)가 인가할 필요가 있는 토크가 현저히 상승한다. 도시된 시간 간격 △tsp(도 2에 따른 클램핑 운동을 개시하기 위한 시간 간격)에서, 클러치(62)가 상응하게 해제되며(도 2에 도시된 바와 같이), 이에 의해 샤프트(26)와 중공 샤프트(29) 사이의 능동 구동 연결이 차단된다. 샤프트(26)와 중공 샤프트(29) 사이에 이러한 로킹해제가 일어나자마자, 전기 모터의 토크는 홀딩 요소(5, 6, 7)의 전진 운동을 위한 토크 이하의 값으로 떨어지고, 이어서 홀딩 요소(5, 6, 7)의 클램핑 운동이 종료될 때까지 선형 프로파일로 상승한다.
3개의 홀딩 요소(5, 6, 7)에 대한 클램핑 운동의 개시가 도 2에 도시된다. 여기에서, 핀(33)은 여전히 홈(32) 내에 맞물려 있다. 홀딩 요소(5, 6, 7)를 거쳐 중간 부재(8), 나사형성된 스핀들(14) 및 이로부터 중공 샤프트(29) 상으로 전달되는 토크의 증가는 이러한 토크 증가가 핀(33)에 작용하는 것을 의미한다. 반경방향 평면에 일정 각도로 연장되는 표면(32)은 전기 모터(21)의 회전 방향으로 연장되고, 따라서 핀(33)은 코일형 압축 스프링(36)에 의해 인가되는 힘에 대항하여 홈(32) 외부로 활주될 수 있으며, 이에 의해 샤프트(26)와 중공 샤프트(29) 사이의 형태-로킹식 능동 연결이 해제된다.
이와 동시에, 샤프트(26)는 계속 회전하는데, 왜냐하면 전기 모터(21)에 의해 제공되는 동력 흐름 또는 토크가 차단되지 않기 때문이다. 이제 축방향으로 작용하는 클램핑 운동을 달성하기 위해, 샤프트(26)의 외면 내에 가공되는 수나사(external thread)(30)가 있다. 암나사(internal thread)(31)가 중공 샤프트(29) 내에 제공된다. 따라서, 샤프트(26)의 수나사(30)와 중공 샤프트(29)의 암나사(31)는 치차와 동일한 방식으로 형태-로킹식 능동 연결된다. 샤프트(26)와 중공 샤프트(29) 사이의 클러치(62)가 해제되자마자, 샤프트(26)는 계속 회전하며, 이에 의해 암나사(31) 및 수나사(30)를 통해 샤프트(26)와 중공 샤프트(29) 사이에 상대 회전이 존재한다.
해당 변위 운동(shifting movement) 또는 이동 거리가 도 2 및 도 3에 문자 a 및 b로 표기된다.
결과적으로, 샤프트(29)는 피가공물(4)을 향해 나선형 운동으로 전진한다. 핀(39)이 샤프트(26)의 자유 단부 상에 제공된다. 샤프트(26)와 핀(39) 사이에 접촉 표면이 있다. 이는 특히 도 9에서 볼 수 있다.
핀(39)은 피라미드 구성을 갖는, 샤프트(26)로부터 멀어지는 쪽을 향하는 영역을 구비한다. 이 경우에, 핀(39)의 외부 윤곽은 피가공물(4)을 향해 테이퍼진다. 핀(39)의 피라미드형 자유 단부(40)는 이 피라미드형 자유 단부(40) 상에 배치되는 벨-크랭크 레버(bell-crank lever)(31)를 지지하는 경사 평면에 작용하며, 이 피라미드형 자유 단부에 의해, 공구의 방향으로 진행하는 클램핑력이 핀(39)의 축방향 전진 운동 중 생성된다. 도 2 및 도 3은, 공통 평면상에 쌍을 이루어 위치되고 중공 샤프트(29) 내에 가공된 홈(50) 내에 삽입되는 2개의 벨-크랭크 레버(41)를 도시한다. 핀(39)의 영역에서 중공 샤프트(29)의 구조를 도시하기 위해, 단지 하나의 벨-크랭크 레버(41)만이 도 1에 제공된다.
벨-크랭크 레버(41)는 피라미드형 자유 단부(40) 상에 놓이는 조인트(42)로 구성되며, 이때 이 조인트에 2개의 웨브(web)(43, 44)가 부착된다. 웨브(43, 44)의 자유 단부(43' 또는 44')는 중공 샤프트(29) 내에 그리고 전달 요소(15) 내에 지지된다. 관형 단면을 갖고 회전 로크(rotation lock)(54)에 의해 중공 샤프트(29)의 외부 윤곽에 부착되는 전달 요소(15) 사이에 일단의 접시형 스프링(45)들이 배치된다.
중공 샤프트(29)를 둘러싸는 베어링 하우징(64)이 접시형 스프링(45)을 수용하며, 이때 중공 샤프트(29)의 내부에 전달 요소(15)가 배치된다. 베어링 하우징(64)은 방진구 하우징(2)에 확고하게 연결되어, 접시형 스프링(45)들이 함께 밀려질 때 발생되는 축방향으로 향하는 압력 힘이 신뢰성 있게 지지되고 종축(3)의 방향으로, 즉 피가공물(4)로 진행하는 것을 보장한다.
또한, 핀(39)과 전달 요소(15) 사이에 코일형 압축 스프링(46)이 제공되고, 이 코일형 압축 스프링에 의해, 피가공물(4)에 대해 클램핑된 상태가 해제되자마자 핀(39)에 복귀력(return force)이 가해진다.
도 3은 벨-크랭크 레버(41)가 핀(39)의 축방향 운동에 의해 피가공물(4)의 방향으로 펼쳐지는 것을 도시한다. 2개의 벨-크랭크 레버(41)가 핀(39)의 피라미드형 자유 단부 상에 서로 대향되게 한 쌍을 이루어 배치되면 특히 유리하다. 이 경우에 베어링 하우징(64)에 배정되는 웨브(44)의 자유 단부(44')는 일단의 접시형 스프링들 상에 배치된다. 접시형 스프링(45)의 클램핑 특성과 벨-크랭크 레버(41)에 의해 커버되는 클램핑 이동거리는 알려져 있으며, 따라서 스프링 특성에 의하여, 얼마만큼의 클램핑력이 접시형 스프링(45)에 의해 피가공물(4) 상에, 벨-크랭크 레버(41)를 거쳐 중공 샤프트 상에, 따라서 나사형성된 스핀들(14), 중간 부재(8), 홀딩 요소(5, 6, 7) 상에 가해지는지를 미리 정확하게 결정할 수 있다. 회전 카운터(51)는 전진 운동과 클램핑 운동 사이에서 전이 범위(transition range)에 도달한 후 전기 모터(21)의 위치를 결정할 수 있게 한다. 사용되는 접시형 스프링(45)과 중공 샤프트(29)의 축방향 운동의 기하학적 구성이 알려져 있다는 사실은 이제 전자 제어 유닛이 전기 모터(21)의 소정 회전수의 회전을 수행하도록 프로그램될 수 있음을 의미하며, 이에 의해 3개의 홀딩 요소(5, 6, 7)는 소정의 클램핑력 Fs를 피가공물(4)의 표면상에 인가한다.
피가공물(4)과 홀딩 요소(5, 6, 7) 사이의 클램핑된 상태가 해제되려면, 전기 모터(21)의 동작 방향이 역전되며, 이에 의해 전기 모터는 구동 또는 클램핑 방향에 대해 반대 방향으로 회전한다. 이 대책은 초기에 샤프트(26)가 구동 유닛 하우징(63)을 밀폐시키는 커버의 방향으로 플랜지(24)를 통해 되돌아가되, 실제로 코일형 압축 스프링(36)에 의해 가해지는 복귀력으로 인해 핀(33)이 홈(32) 내에 맞물릴 때까지 되돌아가며, 이는 다시 한번 샤프트(26)와 중공 샤프트(29) 사이에 클러치(63)를 통해 형태-로킹식 능동 연결이 존재함을 의미한다. 중공 샤프트(29) 내에 배치되는 코일형 압축 스프링(46)은 핀(39)이 커버(18)의 방향으로 후퇴되게 하며, 이에 의해 벨-크랭크 레버(41)는 피라미드형 자유 단부(40)를 따라 그의 초기 위치로 후퇴되고, 접시형 스프링(45)의 클램핑력은 감소된다.
클러치(62)가 샤프트(26)와 중공 샤프트(29) 사이의 형태-로킹식 능동 연결을 달성하자마자, 나사형성된 스핀들(14)은 중공 샤프트(29)를 통해 회전되며, 이에 의해 중간 부재(8)는 피가공물(4)로부터 멀어지게 이동되고, 그 결과 3개의 홀딩 요소(5, 6, 7)가 개방되게 선회되어 피가공물(4)을 해제시킨다.
완전함을 위해서, 구동 유닛(61)을 고정 베어링(19) 및 유동 베어링(loose bearing)(20) 상에 장착하기 위한 설계 특징부가 참조되며, 이들에 의해 베어링 하우징(64)에 의해 발생되는 회전력이 구동 유닛 하우징 상으로 전달된다. 또한, 벨-크랭크 레버(41)에 작용하는 복귀력을 추가로 생성하는 다른 코일형 압축 스프링(47)이 중공 샤프트(29)의 원주 방향으로 제공된다.
결과적으로, 전기 모터(21)는 일정한 회전 속도로 구동 유닛(61)을 구동시키며, 이는 3개의 홀딩 요소(5, 6, 7)의 전진 운동 및 클램핑 운동 중에 해당하는 경우이다. 샤프트(26)와 중공 샤프트(29) 사이에 설치되는 클러치(62)는 이 일정한 회전 속도를 전달하고, 따라서 나사형성된 스핀들(14)은 사다리꼴 나사(30)의 피치와 조합된 이러한 회전 속도의 결과로서 선회되며, 이에 의해 중간 부재(8)는 일정한 소정의 속도로 피가공물(4)의 방향으로 축방향으로 이동된다. 이는 중간 부재(8)의 제1 전진 속도로서 간주될 것이다.
3개의 홀딩 요소(5, 6, 7)의 롤러(11)가 피가공물(4)의 표면에 도달하자마자, 전술된 바와 같이 토크가 상승하며, 이에 의해 샤프트(26)와 중공 샤프트(29) 사이의 클러치(62)의 형태-로킹식 능동 연결이 해제된다.
샤프트(26)는 계속 회전하게 되고, 중공 샤프트(29)로부터의 분리로 인해, 그것은 피가공물(4)의 방향으로 중공 샤프트(29)에 대해 나선형 방식으로 이동되며, 여기에서 그것은 축방향으로 향하는 압력 힘을 핀(39) 상에 가하고, 그 결과 이 핀은 피가공물(4)에 이르는 길이 방향(3)으로 밀려진다. 결과적으로, 서로 대향되게 위치되는 2개의 벨-크랭크 레버(41)는 조인트(43)가 핀(39)의 피라미드형 자유 단부(40) 위에서 외향으로 활주되기 때문에 펼쳐진다. 벨-크랭크 레버(41)에 의해 생성되는 이러한 클램핑 운동과 샤프트(26)의 축방향 운동은 중간 부재(8)의 제2 전진 속도로서 간주될 것이다.
중간 부재(8)가 피가공물(4)을 향해 단지 약간만 이동되고 제2 전진 속도가 0이 되려는 경향이 있다 하더라도, 그럼에도 불구하고 속도는 존재한다. 실제로 이것이 전진력 Fz를 생성하는 것이다. 이는 순전히 물리적으로 말해서, 제1 전진 속도가 이 경우에 0이 되려는 경향이 있는 전진력 Fz를 중간 부재(8) 상으로 전달하는데, 왜냐하면 종방향(3)으로의 중간 부재(8)의 운동이 방해받지 않기 때문이다. 반면에, 중간 부재(8)가 더 이상 피가공물(4)의 방향으로 축방향으로 이동될 수 없으면, 제2 전진 속도가 0이 되려는 경향이 있고, 통합된 접시형 스프링(45)에 의해 클램핑력 Fs가 형성된다.
중간 부재(8)의 전진 운동과 클램핑 운동 사이의 전이 위치로부터 시작하여, 규정된 클램핑력 Fs를 3개의 홀딩 요소(5, 6, 7)에 의해 피가공물(4) 상으로 전달하기 위해 전기 모터(21)가 얼마나 많은 회전을 수행할 필요가 있는지를 계산할 수 있는데, 왜냐하면 클램핑력은 접시형 스프링(45)의 규정된 스프링 특성과 핀(39)에 의해 커버되는 축방향 거리로부터 계산될 수 있기 때문이다.
1: 자동 조심형 방진구 2: 하우징
4: 피가공물 5, 6, 7: 홀딩 요소
8: 중간 부재 11: 피가공물 접촉 요소
14: 나사형성된 스핀들 15: 전달 요소
21: 전기 모터 24: 플랜지
26: 샤프트 29: 중공 샤프트
33: 핀 36: 코일형 압축 스프링
39: 핀 41: 벨-크랭크 레버
45: 접시형 스프링 51: 회전 카운터
61: 구동 유닛 62: 클러치

Claims (14)

  1. 선반 상에 피가공물(4)을 클램핑 및/또는 홀딩하기 위한 자동 조심형 방진구(1)로서,
    방진구(1)의 하우징(2) 내에 장착되고 공통 평면에 조절가능하게 유지되는 3개의 홀딩 요소(5, 6, 7)를 구비하며, 상기 3개의 홀딩 요소 중 2개의 외부 홀딩 요소(5, 7)는 하우징(2) 내에 그리고 서로 거울상 배열을 이루어 지지되는 선회하는 각진 레버로서 구성되고, 중간 홀딩 요소(6)는 피가공물(4)의 방향으로 축방향으로 이동가능하도록 구동 유닛(61)과 구동가능하게 연결되어 구동 유닛(61) 및 중간 부재(8)에 의해 하우징(2) 내에서 안내되며, 이때 중간 부재(8) 상에 제어 표면(9)이 제공되고, 이 경우에 2개의 외부 홀딩 요소(5, 7)는 홀딩 요소(5, 7)의 내부 단부(10)에 의해 제어 표면(9)과 상호작용하는 방진구(1)에 있어서,
    구동 유닛(61)은 전기 모터(21)에 의해 구동될 수 있고, 전기 모터(21)의 회전 운동은 구동 유닛(61)에 의해, 생성된 힘 성분(Fz, Fs)이 피가공물(4) 상으로 향하는 상태로 중간 부재(8)의 최소한 2가지 상이한 축방향 전진 속도로 변환될 수 있으며, 중간 부재(8)와 전기 모터(21) 사이에 중간 부재의 대응하는 전진 속도를 설정하기 위해, 제한된 작용을 갖는 클러치(62)가 사용되고, 상기 클러치에 의해, 구동 유닛(61)은 2가지 상이한 변위 위치로 자동으로 전환될 수 있는 것을 특징으로 하는 방진구.
  2. 제1항에 있어서,
    구동 유닛(61)은 샤프트(26)와 상기 샤프트(26)의 종방향(3)으로 소정 영역에서 샤프트(26)를 둘러싸는 중공 샤프트(29)로 구성되고, 샤프트(26)와 중공 샤프트(29)는 클러치(62)에 의해 힘-로킹식 또는 해제가능한 형태-로킹식 능동 연결되는 것을 특징으로 하는 방진구.
  3. 제2항에 있어서,
    클러치(62)는 스프링 장착식 핀(33)으로서 구성되고, 핀(33)은, 샤프트(26) 내에 가공되고 바람직하게는 방진구(1)의 종축(3)에 직각으로 정렬되는 구멍(35) 내에 배치되며, 중공 샤프트(29)의 내부에 홈(32)이 제공되고, 3개의 홀딩 요소(5, 6, 7)의 전진 및 복귀 운동 중에 핀(33)이 상기 홈 내에 맞물리며, 핀(33)은 홀딩 요소(5, 6, 7)가 피가공물(4)을 클램핑하는 동안 홈(32) 외부로 이동되는 것을 특징으로 하는 방진구.
  4. 제3항에 있어서,
    내부에 코일형 압축 스프링(36)이 삽입되는 구멍(34)이 핀(33)에 직각으로 제공되고, 코일형 압축 스프링(36)의 자유 단부는 핀(33) 내에 가공되는 노치(38) 내에 유지되며, 코일형 압축 스프링(36)은 핀(33)을 예비하중 하에서 중공 샤프트(29) 내의 홈(32) 내로 가압시키는 것을 특징으로 하는 방진구.
  5. 제4항에 있어서,
    홈(32)은 전기 모터(21)의 구동 회전 방향으로 배치되는 경사 표면(32')을 구비하고, 핀(33)은 상기 표면(32')과 접촉하며, 경사 표면(32')에 대향되는 홈(32)의 벽은 반경 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 방진구.
  6. 제3항에 있어서,
    샤프트(26)의 외부 윤곽 내에 나사(30), 바람직하게는 사다리꼴 나사가 가공되고, 샤프트(26)의 사다리꼴 나사(30)에 대응하는 암나사(31)가 중공 샤프트(29)의 내부에 제공되며, 이 경우에 나사들은 클러치(62)의 위치에 따라 서로에 대해 이동될 수 있는 것을 특징으로 하는 방진구.
  7. 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    샤프트(26)는 방진구(1)의 종축(3)과 동일 높이에서 연장되는 핀(39)에 맞닿아 놓이고, 샤프트(26)에 대향되게 위치되는 핀(39)의 자유 단부(40)는 피가공물(4)의 방향으로 테이퍼지는 피라미드형 접촉 표면으로서 구현되는 것을 특징으로 하는 방진구.
  8. 제7항에 있어서,
    핀(39)의 피라미드형 평면(40)의 외부에 최소한 하나의 벨-크랭크 레버(41)가 제공되고, 이 경우에 레버(41)는 바람직하게는 서로 대향되게 쌍을 이루어 배치되며, 대응하는 벨-크랭크 레버(41)를 수용하기 위해 중공 샤프트(29) 내에 홈(50)이 가공되고, 대응하는 벨-크랭크 레버(41)의 자유 단부(43')는 전기 모터(21)에 배정되는 베어링 하우징(64) 내에 배치되며, 이때 베어링 하우징(64) 내에 전달 요소(15)가 삽입되고, 이에 대향되게 위치되는 벨-크랭크 레버(41)의 자유 단부(44')는 중간 부재(8)와 구동가능하게 연결되는 나사형성된 스핀들(14)과 힘-로킹식 또는 형태-로킹식 능동 연결되어 위치되는 중공 샤프트(29) 내에 지지되는 것을 특징으로 하는 방진구.
  9. 제8항에 있어서,
    핀(39)과 나사형성된 스핀들(14) 사이에 코일형 압축 스프링(46)이 배치되고 상기 나사형성된 스핀들(14) 내에 삽입되며, 상기 코일형 압축 스프링에 의해, 샤프트(26)의 방향으로 작용하는 복귀력이 핀(39)에 작용하는 것을 특징으로 하는 방진구.
  10. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    중간 부재(8)는, 축방향으로 조절가능하고 회전방향으로 고정되게 방진구(1)의 하우징(2) 내에 유지되고, 방진구(1)의 종축과 동일 높이에서 중간 부재(8) 내에 나사형성된 구멍(13)이 가공되며, 상기 나사형성된 구멍(13) 내에 나사형성된 스핀들(14)이 맞물리고, 나사형성된 스핀들(14)은 방진구(1)의 종축(3)에 직각으로 연장되는 홀딩 핀(16)에 의해 중공 샤프트(29)에 부착되며, 중공 샤프트(29) 내에 가공되는 홈(50) 내에 삽입되는 최소한 하나의 벨-크랭크 레버(41)는 전기 모터(21)에 배정되는 베어링 하우징(64)과 중공 샤프트(29) 사이에 배치되고, 이 경우에 벨-크랭크 레버(41)의 자유 단부(43, 44)는 베어링 하우징(64)에 배정되는 전달 요소(15) 상에 접촉하는 것을 특징으로 하는 방진구.
  11. 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    전기 모터(2) 및 샤프트(26)와 회전방향으로 고정되는 배열을 이루어 연결되는 플랜지(24)와 샤프트(26) 사이에 축방향으로 이동가능한 능동 연결부가 존재하고, 샤프트(26)는 플랜지(24)의 내부 윤곽을 따라 안내되도록 방진구(1)의 종축(3)과 평행하게 유지되는 것을 특징으로 하는 방진구.
  12. 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    전기 모터(21)는 하우징(2)에 인접하게 방진구(1)의 종축(3)과 동축으로 또는 그와 동일 높이로 배치되고, 전기 모터(21)는 구동 유닛(61)의 원주 방향으로 최소한 부분적으로 구동 유닛(61)을 둘러싸는 것을 특징으로 하는 방진구.
  13. 제8항 또는 제10항에 있어서,
    벨-크랭크 레버(41)의 제1 자유 단부(43)와 베어링 하우징(64) 사이에 하나 이상의 접시형 스프링(45)이 배치되고, 상기 접시형 스프링에 의해, 클램핑된 상태(Fz) 전반에 걸쳐 3개의 홀딩 요소(5, 6, 7)에 소정의 클램핑력이 인가되는 것을 특징으로 하는 방진구.
  14. 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    구동 샤프트(26) 및 전기 모터(21)는 이들에 배정되는 전자 제어 유닛 및 각도 측정 장치(51)를 구비하고, 전기 모터(21)의 회전 속도는 3개의 홀딩 요소(5, 6, 7)와 피가공물(4) 사이의 정지부에 도달하기 직전에 전자 제어 유닛에 의해 감소되며, 그리고/또는 전기 모터(21)의 각도 측정은 중간 부재(8)의 각도 측정 또는 힘 제어(Fz)를 가능하게 하고, 이에 의해 전기 모터의 회전수가 클램핑 운동(Fz) 중 설정될 수 있는 것을 특징으로 하는 방진구.
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